ガイド波を用いた非破壊検査装置及び非破壊検査方法
【課題】
ガイド波を用いた非破壊検査において、直管部あるいは曲げ部を有する配管に生じた減肉などの欠陥箇所を、迅速に検出する装置及び手法を提供する。
【解決手段】
ガイド波探傷装置４のガイド波センサ３を配管１の外表面に装着し、配管１の検査領域にガイド波を伝播させ、欠陥箇所が存在すると、その欠陥箇所で反射したガイド波がガイド波センサ３に受信され、欠陥に由来した受信情報を含んだ受信情報がガイド波探傷装置４で取得できる。その一方で配管１と同種で同形状で、検出対象の欠陥が無い状態の配管を、配管１の検査と同じ条件でガイド波探傷装置で検査した際の受信情報を規準と成る受信情報として探傷結果記憶装置１２に記憶させておく。探傷結果診断装置１３は、検査対象の配管１を検査した際の受信情報と、探傷結果記憶装置１２に記憶させた基準と成る受信情報とを比較して、欠陥に由来した有意な受信情報を抽出する。
ガイド波を用いた非破壊検査において、直管部あるいは曲げ部を有する配管に生じた減肉などの欠陥箇所を、迅速に検出する装置及び手法を提供する。
【解決手段】
ガイド波探傷装置４のガイド波センサ３を配管１の外表面に装着し、配管１の検査領域にガイド波を伝播させ、欠陥箇所が存在すると、その欠陥箇所で反射したガイド波がガイド波センサ３に受信され、欠陥に由来した受信情報を含んだ受信情報がガイド波探傷装置４で取得できる。その一方で配管１と同種で同形状で、検出対象の欠陥が無い状態の配管を、配管１の検査と同じ条件でガイド波探傷装置で検査した際の受信情報を規準と成る受信情報として探傷結果記憶装置１２に記憶させておく。探傷結果診断装置１３は、検査対象の配管１を検査した際の受信情報と、探傷結果記憶装置１２に記憶させた基準と成る受信情報とを比較して、欠陥に由来した有意な受信情報を抽出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管などの管体において、ガイド波を用いた非破壊検査を行い、材料中に発生が想定される減肉などの欠陥を、長距離一括で評価する技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントや化学プラントなどの配管では、長期間運転している間に、配管内部を流れる液体あるいは気体の影響により、内面からの腐食や侵食を受けて、配管の劣化を進行させる場合があり、ついには配管の肉厚を貫通するまでに至る場合がある。こうなると、液体や蒸気といった配管内部流体が漏洩し、プラントの正常な運転が確保できなくなるため、長時間にわたり運転停止をせざるを得ない。このため、配管の肉厚，材料の状態を、非破壊検査手法により評価し、漏洩に至る前に、配管の交換や補修などの対策を施す必要がある。
【０００３】
上記非破壊検査手法の代表的なものに、ＪＩＳ Ｚ ２３５５に規定されている超音波厚み計による厚さ測定方法がある。超音波厚み計は、超音波探触子を用いて、対象配管の板厚方向に弾性波を励起して、配管底面で反射した弾性波を超音波探触子で受信して、配管の肉厚を測定する方法である。この超音波厚み計は、受信波に基づく超音波伝播時間を、既知である音速を用いて、肉厚を求める原理で、高い精度で配管の肉厚を測定することができるが、有効検査範囲は、探触子の配管接触面積程度である。配管口径が大きい、あるいは長さが数メートルから数十メートルに及ぶ配管のように検査対象範囲が広くなると、超音波厚み計による測定点の増加が予想され、検査に長時間を要する欠点がある。また、保温材が巻かれている配管，埋設配管，高所に伸びている垂直配管など検査員及び検査装置のアクセスが難しい配管においては、検査の準備・片付けに要する時間も長くなる。
【０００４】
そこで、長距離広域を一括検査できるガイド波による検査技術が導入されつつある。図１を用いて、ガイド波の原理を簡単に説明する。超音波センサあるいは磁気歪センサを複数個、配管１の管周方向に並べる。センサを励振すると、配管の材料中を伝播するガイド波のモードを発生し、配管の材料中を伝播する。ガイド波はエネルギー減衰がしにくい特徴を持つため、長距離まで波動は伝播する。また励振時間を制御することにより、欠陥が検出しやすい波動モードを送信することができる。直管を伝播するガイド波は、伝播方向に減肉部などの板厚変化があった場合、送信波の上流側に反射波を散乱する。このため、反射波を受信することで、欠陥の検出が可能になる。
【０００５】
ガイド波を用いた従来の検査方法には、特開２００４−３０１５４０号公報に記載のように、ガイド波の透過法を用いて配管の減肉深さを測定し、検査結果を画像表示して評価する方法がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０１５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガイド波を用いた非破壊検査方法の利点は、長距離一括検査が可能であるため、超音波厚み計を用いた厚さ測定に比べ非常に短時間で検査が可能である。また検査の準備・片付けに要する時間が短くできるため、準備，撤去工程も含めた総作業時間の短縮が可能になる。
【０００８】
しかし、欠点としては、配管の曲げを有する部位の検査への適用は難しい点である。それは、配管を曲げることにより、配管材は若干の延びが生じ、板厚変化が生じる。また、曲げ部においては、配管部の背側と腹側部で配管実効長さは異なるため、直管部を伝播するガイド波が、曲げ部を通過する際に歪みが生じ、一部のガイド波は、反射して送信波の上流側へ散乱，伝播するため、欠陥の検出を難しく、有効性は示されていない。
【０００９】
そのため、配管の曲げ部での検査は、先に記した超音波厚み計を用いた厚さ測定を行わざるを得ない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、ガイド波を用いた非破壊検査において、直管部であろうと曲げ部で有ろうと、配管に生じた減肉などの欠陥箇所を迅速に検出する装置及び手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的を達成するための第１手段は、管体にガイド波を伝播及び前記管体からガイド波を受信して、その受信に基づく受信情報を取得するガイド波探傷装置と、前記受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、前記記憶手段に記憶した受信情報と、予め用意された基準の受信情報とに基づいて前記管体の欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置である。
【００１２】
同じく第２手段は、管体にガイド波を伝播及び前記管体からガイド波を受信して受信情報を取得するガイド波探傷装置と、前記受信情報と、検出すべき欠陥が存在しない状態の前記管体を伝播するガイド波を受信した際に予測される予測受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、前記記憶手段に記憶した前記予測受信情報と前記受信情報とに基づいて欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置である。
【００１３】
同じく第３手段は、第２手段において、前記探傷波形記憶装置は、検出すべき欠陥が存在しない状態の前記管体中に伝播するガイド波の伝播挙動を計算して前記予測受信情報を生成する演算処理部を備えていることを特徴とする非破壊検査装置である。
【００１４】
同じく第４手段は、第１手段又は第２手段又は第３手段において、前記探傷結果診断装置は、前記受信情報と、前記基準の受信情報又は前記予測受信情報の受信時間に対する差を演算して欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理部を備えたことを特徴とする非破壊検査装置である。
【００１５】
同じく第５手段は、管体の外表面に設置し前記管体に弾性波を励起しガイド波を伝播できかつ前記管体中を伝播したガイド波を受信できる一対のガイド波探傷装置と、前記ガイド波探傷装置で受信したガイド波をデジタル信号の受信波の信号として記憶する探傷結果記憶装置と、前記探傷結果記憶装置から再生した波形を時間反転させた波形を送信信号として前記一対のガイド波探傷装置から発信するように設定する手段と、前記時間反転させた波形に基づいたガイド波を前記管体に送受信して前記一対のガイド波探傷装置を介して得られた各受信波の信号に基づいて欠陥に伴う信号の有無を識別する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置である。
【００１６】
同じく第６手段は、管体の検査対象範囲を挟むようにガイド波を発生及び受信できる一対の手段Ａ及びＢを設置し、一方の前記手段Ａから発生したガイド波を、もう一方の前記手段Ｂで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を前記管体の検査対象範囲に前記手段Ｂより送信し、前記手段Ｂで受信して得られた波形を、受信信号Ｉとして処理し、前記手段Ｂから発生したガイド波を、前記手段Ａで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を前記管体の検査対象範囲に前記手段Ａより送信し、前記手段Ａで受信して得られた波形を、受信信号ＩＩとして処理し、前記受信信号Ｉ及び前記受信信号ＩＩの受信時間に対する和及び差をとることにより、欠陥からの信号を識別することを特徴とした非破壊検査方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、管の直管部はもとより超音波厚み計による厚さ測定をせざると得なかった曲げ部に対しても、ガイド波による検査で欠陥の検出が広い検査領域で迅速に可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。第１の実施形態を、図１を用いて説明する。ガイド波探傷装置４は、ガイド波を管体中へ伝播及び管体中から受信する装置であり、主な構成要素は、トリガ信号発生装置５と、複数個の送受信回路６１から６８と、受信波形変換器１１である。
【００１９】
送受信回路６１と超音波探触子２１は電線１５で結線されている。ここで、送受信回路６１から６８は、同じ構成及び機能を有し、同じ動作を行う。超音波探触子２１から２８は、同じ構成及び性能を有し、同じ動作を行う。
【００２０】
そのため、以降の説明では、送受信回路６１及び超音波探触子２１に関わる回路に関して、説明を行う。また、送受信回路６１から６８と、超音波探触子２１から２８は、一対一に対応するように結線，配置する。
【００２１】
トリガ信号発生装置５から発信されるトリガ信号は、送受信回路６１へ送られる。送信信号は、このトリガ信号を受けて任意波形発生器７から発信され、増幅アンプ８で信号振幅が増強された後、超音波探触子２１に送られる。
【００２２】
送信信号を受けた超音波探触子２１は、配管内に弾性波を発信し、ガイド波を配管内に誘起して伝播させる。配管内に減肉などの不連続部がある場合、送信波であるガイド波の上流方向（伝播原点）へ向けて反射波が発生する。この反射波は、超音波探触子２１で受信される。
【００２３】
その受信信号は、送受信回路６１の受信アンプ９で振幅が増幅された後、デジタル信号変換器１０に送られ、デジタル信号化されて、受信波形変換装置１１に送られ、超音波探触子２１から超音波探触子２８から得られた信号の重ね合わせ演算処理をして受信波形として計測される。その受信信号や演算処理後の受信波形は受信情報として扱われる。
【００２４】
探傷結果診断装置１３には、受信波形変換装置１１と探傷波形記憶装置１２と表示装置１４が接続されている。探傷波形記憶装置１２には、検査対象部位の供用開始前あるいは同じ工程，材料，規格に基づいて成型された配管の当該検査対象部位を、ガイド波センサ及び超音波探触子で測定したときの受信波形を基準の受信情報として記憶しておくことにより、必要時に予め記憶された受信波形３１を探傷波形記憶装置１２から再生取得することが可能である。
【００２５】
探傷結果診断装置１３では、図３に示すように、前記手段により予め記憶された受信波形３１ａと実際の検査での受信波形３２を比較し、双方の受信波形の差を取った波形３３を求める機能を有する。これにより、欠陥からの有意な信号３４が検出された場合、その信号を欠陥からの信号と識別でき、欠陥の検出が可能になる。図３に示す波形は、表示装置１４に表示される。
【００２６】
図４を用いて、ガイド波センサ３について説明する。配管１の直管部に設置するガイド波センサ３は、半割れ状のガイド波センサリング３ｃ及び３ｄ、複数の超音波探触子２１から２８で形成され、ガイド波センサリング３ｃ及び３ｄを配管外面で組み合わせて、ガイド波センサ固定具１９で配管とガイド波センサリングがずれないように固定する。
【００２７】
ガイド波センサ３は、配管口径に応じてガイド波センサリング３ｃ及び３ｄを準備するが、基本構成は同じである。超音波探触子２１から２８より、配管の材料中に弾性波を送信し、欠陥及び配管内不連続部からの信号を受信する。
【００２８】
また、探傷波形記憶装置１２に、配管伝播ガイド波計算機能を備えることも、本発明の実施形態の一つである。ここで、配管伝播ガイド波計算では、配管の口径，板厚寸法，配管形状情報に基づき計算格子を自動作成した後、材料特性と送信超音波情報を入力条件とした有限要素法に代表される解析手法により弾性理論に基づいた支配方程式を解くことにより得られた数値解析解を求めることができ、配管を伝わるガイド波の伝播挙動を計算する機能を有し、当該配管の欠陥がない場合の受信波形である予測波形３１ｂを予測して予測受信情報とする。
【００２９】
探傷結果診断装置１３では、この予測波形３１ｂと、ガイド波検査により実測された波形３２を比較し、双方の波形の差をとった波形３３を計算し、有意な信号が検出された場合、その信号を欠陥からの信号と識別でき、欠陥の検出が可能になる。また、受信予測波形３１ｂは探傷波形記憶装置１２内にデータベースとして記憶しておいてもよい。
【００３０】
これにより、据付時のガイド波検査によって予め記憶された受信波形３１ａの取得が不要になるため、既設機器の配管検査へのガイド波検査の供用が容易になる。また、同じ工程，材料，規格に基づいた新たな配管の成型及びそれを用いた予備検査は不要になる。
【００３１】
本発明に係る第２の実施形態を、図５を用いて説明する。ガイド波探傷装置４ａ及びガイド波探傷装置４ｂは、ガイド波を管体中へ伝播及び管体中から受信する装置であり、同じ構成要素を持ち、同じ機能及び動作が可能である。
【００３２】
ガイド波探傷装置４ａの構成要素は、トリガ信号発生装置５ａと、送受信回路６１ａから６８ａと、受信波形変換器１１ａである。送受信回路６１ａと超音波探触子２１ａは電線１５で結線されている。ここで、送受信回路６１ａから６８ａは同じ構成及び機能を有し、同じ動作を行う。超音波探触子２１ａから２８ａは同じ構成及び性能を有し、同じ動作を行う。
【００３３】
そのため、以降の説明では、送受信回路６１ａ及び超音波探触子２１ａに関わる回路に関して、説明を行う。また、送受信回路６１ａから６８ａと、超音波探触子２１ａから２８ａは、一対一に対応するように結線，配置する。
【００３４】
また、ガイド波探傷装置４ｂの構成要素は、トリガ信号発生装置５ｂと、送受信回路６１ｂから６８ｂと、受信波形変換器１１ｂである。送受信回路６１ｂと超音波探触子２１ｂは電線１５で結線されている。ここで、送受信回路６１ｂから６８ｂは同じ構成及び機能を有し、同じ動作を行う。超音波探触子２１ｂから２８ｂは同じ構成及び性能を有し、同じ動作を行う。そのため、以降の説明では、送受信回路６１ｂ及び超音波探触子２１ｂに関わる回路に関して、説明を行う。また、送受信回路６１ｂから６８ｂと、超音波探触子２１ｂから２８ｂは、一対一に対応するように結線，配置する。ガイド波を発生及び受信できる一対の手段Ａ及びＢはガイド波探傷装置４ａ及び４ｂに対応する。
【００３５】
ガイド波センサ３ａ及び３ｂは、検査対象部位を挟むように、配管外面に設置する。ガイド波センサ３ａ及び３ｂは、図４を用いて先に説明した構成と同じである。
【００３６】
トリガ信号発生装置５ａから発信されるトリガ信号は、送受信回路６１ａへ送られる。送信信号は、このトリガ信号を受けて任意波形発生器７から発信され、増幅アンプ８で信号振幅が増強された後、超音波探触子２１ａに送られる。送信信号を受けた超音波探触子２１ａは、配管内に弾性波を発信し、ガイド波を誘起する。配管内に減肉などの不連続部がある場合、送信波の上流方向へ反射波が発生する。
【００３７】
この反射波は、超音波探触子２１で受信され、受信信号は送受信回路６１ａの受信アンプ９で増幅された後、デジタル信号変換器１０に送られ、デジタル信号化されて、受信波形変換装置１１ａに送られ、受信波形として計測される。探傷結果診断装置１３には、受信波形変換装置１１と探傷波形記憶装置１２と表示装置１４が接続されている。
【００３８】
第２の実施形態の検査手順を、図６から図１０及び図１６を用いて説明する。まず始めに、図１６の１０１のステップに関する作業を行う。図６に示すように、トリガ信号発生装置５ａからのトリガ信号より、前記説明の動作により超音波探触子２１ａから２８ａから同じ波形の送信波を発信するが、この際対象範囲の検査に適したガイド波モードが励起されるように位相及び加振振幅を調整する。
【００３９】
これにより、歪みのないガイド波が配管内へ発信される。ガイド波センサ３ａを設置する直管部から曲げ部へガイド波が伝播すると、曲げ時に発生した若干の延びに起因した板厚変化や、曲げ部の背側と腹側部での配管実効長さの違いにより、曲げ部を通過する際にガイド波には歪みが生じる。この歪んだガイド波をガイド波センサ３ｂの超音波探触子２１ｂから２８ｂで受信する。受信信号は送受信回路６１ｂから６８ｂの受信アンプ９で増幅された後、デジタル信号変換器１０に送られ、デジタル信号化されて、受信波形変換装置１１ｂに送られる。
【００４０】
次に、図１６の１０２のステップに関する作業を行う。図１７に示したように受信波形変換装置１１ｂで得られた受信波形３７は、受信時間が遅い信号から発信するように信号を時間反転させた波形３８として任意波形発生器７に送る。この際、超音波探触子２１ｂでの時間反転させた波形は、送受信回路６１ｂの任意波形発生器７に入力するようにし、他の送受信回路の任意波形発生器についても、これに従い設定する。
【００４１】
また、図１６の１０３のステップに関する作業を行う。図７に示すように、トリガ信号発生装置５ｂからのトリガ信号より、前記説明の動作により超音波探触子２１ｂから２８ｂより任意波形発生器７に入力された時間反転させた波を送信波として同位相で発信する。
【００４２】
ここで、波動には可逆性があるため、歪んだ波動を時間反転させた波を送ることにより、曲げ部を通過する波は、歪みのない波となり、曲げ部における波動制御が可能になる。この制御送信波を用いて検査を行う。
【００４３】
検査対象範囲からは、曲げに起因した信号や減肉などの欠陥がある場合、その部位から反射波が発生するが、反射波を超音波探触子２１ｂから２８ｂで受信する。受信信号は送受信回路６１ｂから６８ｂを通って、受信波形変換装置１１ｂに送られ、波形重合などの演算処理をして受信波形３５として、探傷結果記憶装置１２に記録される。
【００４４】
続いて、ガイド波センサ３ａ及び３ｂとで、送信機能と受信機能を入れ替えて測定を行うが、この切り替えは、探傷結果診断装置１３からトリガ信号発生装置５ｂへの信号で電気的に行う。図１６の１０４のステップに関する作業を行う。
【００４５】
図８に示すように、トリガ信号発生装置５ｂからのトリガ信号より、前記説明の動作により超音波探触子２１ｂから２８ｂから同じ波形の送信波を発信するが、この際対象範囲の検査に適したガイド波モードが励起されるように位相及び加振振幅を調整する。ガイド波センサ３ｂを設置する直管部から曲げ部へガイド波が伝播すると、ガイド波は歪み、曲げ部を通過する。
【００４６】
この歪んだガイド波をガイド波センサ３ａの超音波探触子２１ａから２８ａで受信し、受信信号は送受信回路６１ａから６８ａの受信アンプ９で増幅された後、デジタル信号変換器１０に送られ、デジタル信号化されて、受信波形変換装置１１ａに送られる。
【００４７】
次に、図１６の１０５のステップに関する作業を行う。受信波形変換装置１１ａで得られた受信波形は、受信時間が遅い信号から発信するように信号を時間反転させた波形として任意波形発生器７に送られる。この際、超音波探触子２１ａでの時間反転させた波は、送受信回路６１ａの任意波形発生器７に入力するようにし、他の送受信回路の任意波形発生器についても、これに従い設定する。
【００４８】
そして、図１６の１０６のステップに関する作業を行う。図９に示すように、トリガ信号発生装置５ａからのトリガ信号より、前記説明の動作により超音波探触子２１ａから２８ａから任意波形発生器７に入力された時間反転させた波を送信波として同位相で発信する。図７での説明と同じように、この過程を踏むことにより、曲げ部を通過する波は、歪みのない波動制御が可能になる。
【００４９】
この制御波を用いて検査を行う。検査対象範囲からは、曲げに起因した信号や減肉などの欠陥がある場合に発生する反射波は、反射波を超音波探触子２１ａから２８ａで受信する。受信信号は送受信回路６１ａから６８ａを通って、受信波形変換装置１１ａに送られ、波形重合などの演算処理をして受信波形３６として、探傷結果記憶装置１２に記録される。
【００５０】
最後に、図１６の１０７のステップに関する作業を行うが、図１０を用いて欠陥の識別方法について説明する。ガイド波センサ３ｂでの受信波形３５とガイド波センサ３ａでの受信波形３６は、探傷結果記憶装置１２から探傷結果診断装置１３に出力される。そして、探傷結果診断装置１３で、下記の演算を行う。結果は表示装置１４に出力される。
【００５１】
本発明の実施例では、ガイド波センサ設置位置を曲げ部中央部から同距離に設置した場合を用いて説明する。なお、図１０中の記号において、曲げ形状に起因した信号の往復伝播時間をｔ１１及びｔ２１、欠陥に起因した信号の往復伝播時間をｔ１２及びｔ２２、曲げ加工によって生じた信号のガイド波センサ３Ａとガイド波センサ３Ｂの間をガイド波の往復伝播時間をＴとする。
【００５２】
曲げ形状に起因した信号であれば、曲げ部は中央部から対称に加工されるため、双方のセンサから同距離つまり同じ伝播時間の位置に信号が現れる。そのため、数式１の関係が成り立ち、非欠陥信号として、抽出できる。
【００５３】
（数式１） ｔ１１＝ｔ２１、 ｔ１１＋ｔ２１≠Ｔ
従って、この数式１に基づいて、受信波形３５と受信波形３６の差を取った波形３７を求められる。次に、欠陥に起因した信号ならば、欠陥部から双方のセンサまでの距離の和は、センサ間の距離に等しい。そのため、波形３７において、予め設定しておいた振幅閾値を超えた信号成分について、全ての組合せの受信時間の和をとり、数式２の関係を満たす信号は、欠陥として識別できる。
【００５４】
（数式２） ｔ１２＋ｔ２２＝Ｔ
しかし、曲げ部中央部から発生した信号については、曲げ形状に起因した信号であっても、数式２を満たす。この場合は、送信周波数を変えたガイド波あるいは位相及び加振振幅を調整したガイド波で検査を行い、図６から図１０を用いて説明した手順で、信号の再評価を行う。ここで、数式２を満たす有意な信号が得られた場合には、超音波厚み計による厚さ測定などの補助手段を用いて、健全性を評価することが望ましい。
【００５５】
本発明の実施例では、双方のガイド波センサ設置位置を曲げ部中央部から同距離に設置した場合を用いて説明したが、双方のガイド波センサ設置位置を曲げ部中央部から異なる距離においた場合でも、その距離に応じて時間起点を移動すれば、本発明で実施する欠陥の識別は可能であるため、本発明の範疇である。例えば、図１８のように、曲げ部中心部からガイド波センサ３ａの中心までの距離を４０ａ、曲げ部中心部からガイド波センサＬｂの中心までの距離をＬｂ、配管を伝播するガイド波の音速をＶとしたとき、時間起点の移動時間Ｔは数式３で表される。図１８の位置にガイド波センサが設置された場合は、ガイド波センサ３ｂの受信波形の受信時間に関して、Ｔだけ差し引けば、図１０を説明した処理が可能になる。
【００５６】
Ｔ＝（Ｌｂ−Ｌａ）／Ｖ
時間反転させた場合の手順を示したが、送信周波数，曲げの形状によっては、波形が歪まず、時間反転による波形制御を用いなくてもよい場合がある。この場合は、時間反転波による波形制御を用いる必要がないため、時間反転波生成にかかる処理を省略することも可能である。
【００５７】
また、本発明の実施例では、９０度曲がった曲げ管を対象に説明図を作成したが、直管や図１１から図１３に示すような曲げ部、図１４に示すようなＴ字分岐管、図１５に示すような支持構造物４１が設置された配管でも、検査対象範囲が対称性を持つ配管形状における配管検査も、本発明の範疇である。
【００５８】
本発明の実施形態のように、ガイド波を用いた検査において、２つの受信信号を比較し、予め設定した振幅閾値を越える有意な差から欠陥を識別する方法によれば、超音波厚み計による厚さ測定をせざると得なかった曲げ部に対しても、ガイド波による検査で欠陥の検出が可能になる。これにより、従来の超音波厚み計による厚さ測定よりも、短時間で検査ができるようになる。特に、口径が大きい場合は、口径にあったガイド波センサを選択すれば、全く同じシステムで検査が可能であるが、超音波厚み計による厚さ測定点は膨大になるため、検査時間短縮効果は絶大である。
【００５９】
以上の各実施例の解説で示したように、その解説の中には、以下の技術的事項が含まれている。即ち、第１の技術的事項は、管体の外表面に設置し管体に弾性波を励起しガイド波を伝播させる発生手段と、管体の外表面に設置し管体中を伝播したガイド波の受信手段と、受信手段で受信したガイド波をデジタル信号に変換して受信波とする収録手段と、収録手段で得た受信波を記憶する記憶手段と、記憶手段に既に記憶した受信波を再生した信号と受信手段で収録した受信波の信号に対して演算処理ができる診断手段を備えた非破壊検査装置である。
【００６０】
第２の技術的事項は、管体の外表面に設置し管体に弾性波を励起しガイド波を伝播させる発生手段と、管体の外表面に設置し管体中を伝播したガイド波の受信手段と、受信手段で受信したガイド波をデジタル信号に変換して受信波とする収録手段と、管体の特徴と伝播手段の発信信号情報に基づき管体中を伝播するガイド波の挙動を計算する演算手段と、演算手段で得た計算波形を記憶する記憶手段と、記憶手段に既に記憶した計算波形を再生した信号と受信手段で収録した受信波の信号に対して演算処理ができる診断手段を備えた非破壊検査装置である。
【００６１】
第３の技術的事項は、前記第１の技術的事項あるいは前記第２の技術的事項において、再生信号と受信信号との受信時間に対する差に基づき、管体部に発生した欠陥を検出できることを特徴とした非破壊検査装置である。
【００６２】
第４の技術的事項は、管体の外表面に設置し管体に弾性波を励起しガイド波を伝播できかつ管体中を伝播したガイド波を受信できる一対の手段と、受信手段で受信したガイド波をデジタル信号に変換して受信波とする収録手段と、収録手段で得た受信波を記憶する記憶手段と、記憶手段から再生した波形を時間反転させた波形を送信信号として一対の手段から発信する手段と、記憶手段に既に記憶した受信波を再生した信号と受信手段で収録した受信波の信号に対して演算処理ができる診断手段を備えた非破壊検査装置である。
【００６３】
第５の技術的事項は、管体の検査対象範囲を挟むようにガイド波を発生及び受信できる一対の手段Ａ及びＢを設置し、一方の手段Ａから発生したガイド波を、もう一方の手段Ｂで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を管体の検査対象範囲に手段Ｂより送信し、手段Ｂで受信して得られた波形を、受信信号Ｉとして処理し、手段Ｂから発生したガイド波を、手段Ａで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を管体の検査対象範囲に手段Ａより送信し、手段Ａで受信して得られた波形を、受信信号ＩＩとして処理し、受信信号Ｉ及び受信信号ＩＩの受信時間に対する和及び差をとることにより、欠陥からの信号を識別することを特徴とした非破壊検査方法である。
【００６４】
上記のいずれの技術的事項であっても、超音波厚み計による厚さ測定をせざると得なかった曲げ部に対しても、ガイド波による検査で欠陥の検出が可能になる。これにより、従来の超音波厚み計による厚さ測定よりも、短時間で検査ができるようになる。特に、口径が大きい場合は、口径にあったガイド波センサを選択すれば、全く同じシステムで検査が可能であるが、超音波厚み計による厚さ測定点は膨大になるため、検査時間短縮効果は絶大である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ガイド波を用いて配管の減肉などの欠陥箇所の有無を検査する非破壊検査に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態による非破壊検査装置の全体図である。
【図２】一般的なガイド波検査の方法を示した説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による非破壊検査装置による欠陥識別方法の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るガイド波センサの説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による非破壊検査装置の全体図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による非破壊検査装置を用いた第１の検査工程に関する説明図である。
【図７】同じく第２の検査工程に関する説明図である。
【図８】同じく第３の検査工程に関する説明図である。
【図９】同じく第４の検査工程に関する説明図である。
【図１０】同じく第５の検査工程に関する説明図である。
【図１１】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例１の説明図である。
【図１２】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例２の説明図である。
【図１３】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例３の説明図である。
【図１４】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例４の説明図である。
【図１５】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例５の説明図である。
【図１６】本発明に係る第２の実施形態の作業フローに関する説明図である。
【図１７】本発明に係る第２の実施形態の時間反転波に関する説明図である。
【図１８】本発明に係る第２の実施形態のセンサガイド波設置位置の違いによる時間起点調整に関する説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 配管
２，２１〜２８，２１ａ〜２８ａ，２１ｂ〜２８ｂ 超音波探触子
３，３ａ，３ｂ ガイド波センサ
３ｃ，３ｄ ガイド波センサリング
４ ガイド波探傷装置
５，５ａ，５ｂ 送信トリガ発生装置
６，６１〜６８，６１ａ〜６８ａ，６１ｂ〜６８ｂ 送受信回路
７ 任意波形発生器
８ 増幅アンプ
９ 受信アンプ
１０ デジタル信号変換器
１１，１１ａ，１１ｂ 受信波形変換器
１２ 探傷結果記憶装置
１３ 探傷結果診断装置
１４ 表示装置
１５ 電線
１６ ガイド波
１７ 減肉部
１８ 反射波
１９ ガイド波センサ固定具
３１ａ 予め記憶された受信信号
３１ｂ 配管伝播ガイド波計算機能による受信予測信号
３２ 実際の検査での受信信号
３３ 受信信号３１と受信信号３２の差をとった波形
３４ 欠陥からの有意な信号
３５ ガイド波センサ３Ｂでの受信波形
３６ ガイド波センサ３Ａでの受信波形
３７ 受信波形３５と受信波形３６の差をとった波形
３８ 受信波形の一例
３９ 受信波形３８の時間反転波
Ｌａ，Ｌｂ 曲げ部中心部からガイド波センサ中心までの距離
４１ 支持構造物
１００ 検査対象範囲の配管軸
１０１〜１０７ 本発明に係る第２の実施形態の作業内容
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管などの管体において、ガイド波を用いた非破壊検査を行い、材料中に発生が想定される減肉などの欠陥を、長距離一括で評価する技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントや化学プラントなどの配管では、長期間運転している間に、配管内部を流れる液体あるいは気体の影響により、内面からの腐食や侵食を受けて、配管の劣化を進行させる場合があり、ついには配管の肉厚を貫通するまでに至る場合がある。こうなると、液体や蒸気といった配管内部流体が漏洩し、プラントの正常な運転が確保できなくなるため、長時間にわたり運転停止をせざるを得ない。このため、配管の肉厚，材料の状態を、非破壊検査手法により評価し、漏洩に至る前に、配管の交換や補修などの対策を施す必要がある。
【０００３】
上記非破壊検査手法の代表的なものに、ＪＩＳ Ｚ ２３５５に規定されている超音波厚み計による厚さ測定方法がある。超音波厚み計は、超音波探触子を用いて、対象配管の板厚方向に弾性波を励起して、配管底面で反射した弾性波を超音波探触子で受信して、配管の肉厚を測定する方法である。この超音波厚み計は、受信波に基づく超音波伝播時間を、既知である音速を用いて、肉厚を求める原理で、高い精度で配管の肉厚を測定することができるが、有効検査範囲は、探触子の配管接触面積程度である。配管口径が大きい、あるいは長さが数メートルから数十メートルに及ぶ配管のように検査対象範囲が広くなると、超音波厚み計による測定点の増加が予想され、検査に長時間を要する欠点がある。また、保温材が巻かれている配管，埋設配管，高所に伸びている垂直配管など検査員及び検査装置のアクセスが難しい配管においては、検査の準備・片付けに要する時間も長くなる。
【０００４】
そこで、長距離広域を一括検査できるガイド波による検査技術が導入されつつある。図１を用いて、ガイド波の原理を簡単に説明する。超音波センサあるいは磁気歪センサを複数個、配管１の管周方向に並べる。センサを励振すると、配管の材料中を伝播するガイド波のモードを発生し、配管の材料中を伝播する。ガイド波はエネルギー減衰がしにくい特徴を持つため、長距離まで波動は伝播する。また励振時間を制御することにより、欠陥が検出しやすい波動モードを送信することができる。直管を伝播するガイド波は、伝播方向に減肉部などの板厚変化があった場合、送信波の上流側に反射波を散乱する。このため、反射波を受信することで、欠陥の検出が可能になる。
【０００５】
ガイド波を用いた従来の検査方法には、特開２００４−３０１５４０号公報に記載のように、ガイド波の透過法を用いて配管の減肉深さを測定し、検査結果を画像表示して評価する方法がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３０１５４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ガイド波を用いた非破壊検査方法の利点は、長距離一括検査が可能であるため、超音波厚み計を用いた厚さ測定に比べ非常に短時間で検査が可能である。また検査の準備・片付けに要する時間が短くできるため、準備，撤去工程も含めた総作業時間の短縮が可能になる。
【０００８】
しかし、欠点としては、配管の曲げを有する部位の検査への適用は難しい点である。それは、配管を曲げることにより、配管材は若干の延びが生じ、板厚変化が生じる。また、曲げ部においては、配管部の背側と腹側部で配管実効長さは異なるため、直管部を伝播するガイド波が、曲げ部を通過する際に歪みが生じ、一部のガイド波は、反射して送信波の上流側へ散乱，伝播するため、欠陥の検出を難しく、有効性は示されていない。
【０００９】
そのため、配管の曲げ部での検査は、先に記した超音波厚み計を用いた厚さ測定を行わざるを得ない。
【００１０】
したがって、本発明の目的は、ガイド波を用いた非破壊検査において、直管部であろうと曲げ部で有ろうと、配管に生じた減肉などの欠陥箇所を迅速に検出する装置及び手法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的を達成するための第１手段は、管体にガイド波を伝播及び前記管体からガイド波を受信して、その受信に基づく受信情報を取得するガイド波探傷装置と、前記受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、前記記憶手段に記憶した受信情報と、予め用意された基準の受信情報とに基づいて前記管体の欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置である。
【００１２】
同じく第２手段は、管体にガイド波を伝播及び前記管体からガイド波を受信して受信情報を取得するガイド波探傷装置と、前記受信情報と、検出すべき欠陥が存在しない状態の前記管体を伝播するガイド波を受信した際に予測される予測受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、前記記憶手段に記憶した前記予測受信情報と前記受信情報とに基づいて欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置である。
【００１３】
同じく第３手段は、第２手段において、前記探傷波形記憶装置は、検出すべき欠陥が存在しない状態の前記管体中に伝播するガイド波の伝播挙動を計算して前記予測受信情報を生成する演算処理部を備えていることを特徴とする非破壊検査装置である。
【００１４】
同じく第４手段は、第１手段又は第２手段又は第３手段において、前記探傷結果診断装置は、前記受信情報と、前記基準の受信情報又は前記予測受信情報の受信時間に対する差を演算して欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理部を備えたことを特徴とする非破壊検査装置である。
【００１５】
同じく第５手段は、管体の外表面に設置し前記管体に弾性波を励起しガイド波を伝播できかつ前記管体中を伝播したガイド波を受信できる一対のガイド波探傷装置と、前記ガイド波探傷装置で受信したガイド波をデジタル信号の受信波の信号として記憶する探傷結果記憶装置と、前記探傷結果記憶装置から再生した波形を時間反転させた波形を送信信号として前記一対のガイド波探傷装置から発信するように設定する手段と、前記時間反転させた波形に基づいたガイド波を前記管体に送受信して前記一対のガイド波探傷装置を介して得られた各受信波の信号に基づいて欠陥に伴う信号の有無を識別する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置である。
【００１６】
同じく第６手段は、管体の検査対象範囲を挟むようにガイド波を発生及び受信できる一対の手段Ａ及びＢを設置し、一方の前記手段Ａから発生したガイド波を、もう一方の前記手段Ｂで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を前記管体の検査対象範囲に前記手段Ｂより送信し、前記手段Ｂで受信して得られた波形を、受信信号Ｉとして処理し、前記手段Ｂから発生したガイド波を、前記手段Ａで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を前記管体の検査対象範囲に前記手段Ａより送信し、前記手段Ａで受信して得られた波形を、受信信号ＩＩとして処理し、前記受信信号Ｉ及び前記受信信号ＩＩの受信時間に対する和及び差をとることにより、欠陥からの信号を識別することを特徴とした非破壊検査方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、管の直管部はもとより超音波厚み計による厚さ測定をせざると得なかった曲げ部に対しても、ガイド波による検査で欠陥の検出が広い検査領域で迅速に可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。第１の実施形態を、図１を用いて説明する。ガイド波探傷装置４は、ガイド波を管体中へ伝播及び管体中から受信する装置であり、主な構成要素は、トリガ信号発生装置５と、複数個の送受信回路６１から６８と、受信波形変換器１１である。
【００１９】
送受信回路６１と超音波探触子２１は電線１５で結線されている。ここで、送受信回路６１から６８は、同じ構成及び機能を有し、同じ動作を行う。超音波探触子２１から２８は、同じ構成及び性能を有し、同じ動作を行う。
【００２０】
そのため、以降の説明では、送受信回路６１及び超音波探触子２１に関わる回路に関して、説明を行う。また、送受信回路６１から６８と、超音波探触子２１から２８は、一対一に対応するように結線，配置する。
【００２１】
トリガ信号発生装置５から発信されるトリガ信号は、送受信回路６１へ送られる。送信信号は、このトリガ信号を受けて任意波形発生器７から発信され、増幅アンプ８で信号振幅が増強された後、超音波探触子２１に送られる。
【００２２】
送信信号を受けた超音波探触子２１は、配管内に弾性波を発信し、ガイド波を配管内に誘起して伝播させる。配管内に減肉などの不連続部がある場合、送信波であるガイド波の上流方向（伝播原点）へ向けて反射波が発生する。この反射波は、超音波探触子２１で受信される。
【００２３】
その受信信号は、送受信回路６１の受信アンプ９で振幅が増幅された後、デジタル信号変換器１０に送られ、デジタル信号化されて、受信波形変換装置１１に送られ、超音波探触子２１から超音波探触子２８から得られた信号の重ね合わせ演算処理をして受信波形として計測される。その受信信号や演算処理後の受信波形は受信情報として扱われる。
【００２４】
探傷結果診断装置１３には、受信波形変換装置１１と探傷波形記憶装置１２と表示装置１４が接続されている。探傷波形記憶装置１２には、検査対象部位の供用開始前あるいは同じ工程，材料，規格に基づいて成型された配管の当該検査対象部位を、ガイド波センサ及び超音波探触子で測定したときの受信波形を基準の受信情報として記憶しておくことにより、必要時に予め記憶された受信波形３１を探傷波形記憶装置１２から再生取得することが可能である。
【００２５】
探傷結果診断装置１３では、図３に示すように、前記手段により予め記憶された受信波形３１ａと実際の検査での受信波形３２を比較し、双方の受信波形の差を取った波形３３を求める機能を有する。これにより、欠陥からの有意な信号３４が検出された場合、その信号を欠陥からの信号と識別でき、欠陥の検出が可能になる。図３に示す波形は、表示装置１４に表示される。
【００２６】
図４を用いて、ガイド波センサ３について説明する。配管１の直管部に設置するガイド波センサ３は、半割れ状のガイド波センサリング３ｃ及び３ｄ、複数の超音波探触子２１から２８で形成され、ガイド波センサリング３ｃ及び３ｄを配管外面で組み合わせて、ガイド波センサ固定具１９で配管とガイド波センサリングがずれないように固定する。
【００２７】
ガイド波センサ３は、配管口径に応じてガイド波センサリング３ｃ及び３ｄを準備するが、基本構成は同じである。超音波探触子２１から２８より、配管の材料中に弾性波を送信し、欠陥及び配管内不連続部からの信号を受信する。
【００２８】
また、探傷波形記憶装置１２に、配管伝播ガイド波計算機能を備えることも、本発明の実施形態の一つである。ここで、配管伝播ガイド波計算では、配管の口径，板厚寸法，配管形状情報に基づき計算格子を自動作成した後、材料特性と送信超音波情報を入力条件とした有限要素法に代表される解析手法により弾性理論に基づいた支配方程式を解くことにより得られた数値解析解を求めることができ、配管を伝わるガイド波の伝播挙動を計算する機能を有し、当該配管の欠陥がない場合の受信波形である予測波形３１ｂを予測して予測受信情報とする。
【００２９】
探傷結果診断装置１３では、この予測波形３１ｂと、ガイド波検査により実測された波形３２を比較し、双方の波形の差をとった波形３３を計算し、有意な信号が検出された場合、その信号を欠陥からの信号と識別でき、欠陥の検出が可能になる。また、受信予測波形３１ｂは探傷波形記憶装置１２内にデータベースとして記憶しておいてもよい。
【００３０】
これにより、据付時のガイド波検査によって予め記憶された受信波形３１ａの取得が不要になるため、既設機器の配管検査へのガイド波検査の供用が容易になる。また、同じ工程，材料，規格に基づいた新たな配管の成型及びそれを用いた予備検査は不要になる。
【００３１】
本発明に係る第２の実施形態を、図５を用いて説明する。ガイド波探傷装置４ａ及びガイド波探傷装置４ｂは、ガイド波を管体中へ伝播及び管体中から受信する装置であり、同じ構成要素を持ち、同じ機能及び動作が可能である。
【００３２】
ガイド波探傷装置４ａの構成要素は、トリガ信号発生装置５ａと、送受信回路６１ａから６８ａと、受信波形変換器１１ａである。送受信回路６１ａと超音波探触子２１ａは電線１５で結線されている。ここで、送受信回路６１ａから６８ａは同じ構成及び機能を有し、同じ動作を行う。超音波探触子２１ａから２８ａは同じ構成及び性能を有し、同じ動作を行う。
【００３３】
そのため、以降の説明では、送受信回路６１ａ及び超音波探触子２１ａに関わる回路に関して、説明を行う。また、送受信回路６１ａから６８ａと、超音波探触子２１ａから２８ａは、一対一に対応するように結線，配置する。
【００３４】
また、ガイド波探傷装置４ｂの構成要素は、トリガ信号発生装置５ｂと、送受信回路６１ｂから６８ｂと、受信波形変換器１１ｂである。送受信回路６１ｂと超音波探触子２１ｂは電線１５で結線されている。ここで、送受信回路６１ｂから６８ｂは同じ構成及び機能を有し、同じ動作を行う。超音波探触子２１ｂから２８ｂは同じ構成及び性能を有し、同じ動作を行う。そのため、以降の説明では、送受信回路６１ｂ及び超音波探触子２１ｂに関わる回路に関して、説明を行う。また、送受信回路６１ｂから６８ｂと、超音波探触子２１ｂから２８ｂは、一対一に対応するように結線，配置する。ガイド波を発生及び受信できる一対の手段Ａ及びＢはガイド波探傷装置４ａ及び４ｂに対応する。
【００３５】
ガイド波センサ３ａ及び３ｂは、検査対象部位を挟むように、配管外面に設置する。ガイド波センサ３ａ及び３ｂは、図４を用いて先に説明した構成と同じである。
【００３６】
トリガ信号発生装置５ａから発信されるトリガ信号は、送受信回路６１ａへ送られる。送信信号は、このトリガ信号を受けて任意波形発生器７から発信され、増幅アンプ８で信号振幅が増強された後、超音波探触子２１ａに送られる。送信信号を受けた超音波探触子２１ａは、配管内に弾性波を発信し、ガイド波を誘起する。配管内に減肉などの不連続部がある場合、送信波の上流方向へ反射波が発生する。
【００３７】
この反射波は、超音波探触子２１で受信され、受信信号は送受信回路６１ａの受信アンプ９で増幅された後、デジタル信号変換器１０に送られ、デジタル信号化されて、受信波形変換装置１１ａに送られ、受信波形として計測される。探傷結果診断装置１３には、受信波形変換装置１１と探傷波形記憶装置１２と表示装置１４が接続されている。
【００３８】
第２の実施形態の検査手順を、図６から図１０及び図１６を用いて説明する。まず始めに、図１６の１０１のステップに関する作業を行う。図６に示すように、トリガ信号発生装置５ａからのトリガ信号より、前記説明の動作により超音波探触子２１ａから２８ａから同じ波形の送信波を発信するが、この際対象範囲の検査に適したガイド波モードが励起されるように位相及び加振振幅を調整する。
【００３９】
これにより、歪みのないガイド波が配管内へ発信される。ガイド波センサ３ａを設置する直管部から曲げ部へガイド波が伝播すると、曲げ時に発生した若干の延びに起因した板厚変化や、曲げ部の背側と腹側部での配管実効長さの違いにより、曲げ部を通過する際にガイド波には歪みが生じる。この歪んだガイド波をガイド波センサ３ｂの超音波探触子２１ｂから２８ｂで受信する。受信信号は送受信回路６１ｂから６８ｂの受信アンプ９で増幅された後、デジタル信号変換器１０に送られ、デジタル信号化されて、受信波形変換装置１１ｂに送られる。
【００４０】
次に、図１６の１０２のステップに関する作業を行う。図１７に示したように受信波形変換装置１１ｂで得られた受信波形３７は、受信時間が遅い信号から発信するように信号を時間反転させた波形３８として任意波形発生器７に送る。この際、超音波探触子２１ｂでの時間反転させた波形は、送受信回路６１ｂの任意波形発生器７に入力するようにし、他の送受信回路の任意波形発生器についても、これに従い設定する。
【００４１】
また、図１６の１０３のステップに関する作業を行う。図７に示すように、トリガ信号発生装置５ｂからのトリガ信号より、前記説明の動作により超音波探触子２１ｂから２８ｂより任意波形発生器７に入力された時間反転させた波を送信波として同位相で発信する。
【００４２】
ここで、波動には可逆性があるため、歪んだ波動を時間反転させた波を送ることにより、曲げ部を通過する波は、歪みのない波となり、曲げ部における波動制御が可能になる。この制御送信波を用いて検査を行う。
【００４３】
検査対象範囲からは、曲げに起因した信号や減肉などの欠陥がある場合、その部位から反射波が発生するが、反射波を超音波探触子２１ｂから２８ｂで受信する。受信信号は送受信回路６１ｂから６８ｂを通って、受信波形変換装置１１ｂに送られ、波形重合などの演算処理をして受信波形３５として、探傷結果記憶装置１２に記録される。
【００４４】
続いて、ガイド波センサ３ａ及び３ｂとで、送信機能と受信機能を入れ替えて測定を行うが、この切り替えは、探傷結果診断装置１３からトリガ信号発生装置５ｂへの信号で電気的に行う。図１６の１０４のステップに関する作業を行う。
【００４５】
図８に示すように、トリガ信号発生装置５ｂからのトリガ信号より、前記説明の動作により超音波探触子２１ｂから２８ｂから同じ波形の送信波を発信するが、この際対象範囲の検査に適したガイド波モードが励起されるように位相及び加振振幅を調整する。ガイド波センサ３ｂを設置する直管部から曲げ部へガイド波が伝播すると、ガイド波は歪み、曲げ部を通過する。
【００４６】
この歪んだガイド波をガイド波センサ３ａの超音波探触子２１ａから２８ａで受信し、受信信号は送受信回路６１ａから６８ａの受信アンプ９で増幅された後、デジタル信号変換器１０に送られ、デジタル信号化されて、受信波形変換装置１１ａに送られる。
【００４７】
次に、図１６の１０５のステップに関する作業を行う。受信波形変換装置１１ａで得られた受信波形は、受信時間が遅い信号から発信するように信号を時間反転させた波形として任意波形発生器７に送られる。この際、超音波探触子２１ａでの時間反転させた波は、送受信回路６１ａの任意波形発生器７に入力するようにし、他の送受信回路の任意波形発生器についても、これに従い設定する。
【００４８】
そして、図１６の１０６のステップに関する作業を行う。図９に示すように、トリガ信号発生装置５ａからのトリガ信号より、前記説明の動作により超音波探触子２１ａから２８ａから任意波形発生器７に入力された時間反転させた波を送信波として同位相で発信する。図７での説明と同じように、この過程を踏むことにより、曲げ部を通過する波は、歪みのない波動制御が可能になる。
【００４９】
この制御波を用いて検査を行う。検査対象範囲からは、曲げに起因した信号や減肉などの欠陥がある場合に発生する反射波は、反射波を超音波探触子２１ａから２８ａで受信する。受信信号は送受信回路６１ａから６８ａを通って、受信波形変換装置１１ａに送られ、波形重合などの演算処理をして受信波形３６として、探傷結果記憶装置１２に記録される。
【００５０】
最後に、図１６の１０７のステップに関する作業を行うが、図１０を用いて欠陥の識別方法について説明する。ガイド波センサ３ｂでの受信波形３５とガイド波センサ３ａでの受信波形３６は、探傷結果記憶装置１２から探傷結果診断装置１３に出力される。そして、探傷結果診断装置１３で、下記の演算を行う。結果は表示装置１４に出力される。
【００５１】
本発明の実施例では、ガイド波センサ設置位置を曲げ部中央部から同距離に設置した場合を用いて説明する。なお、図１０中の記号において、曲げ形状に起因した信号の往復伝播時間をｔ１１及びｔ２１、欠陥に起因した信号の往復伝播時間をｔ１２及びｔ２２、曲げ加工によって生じた信号のガイド波センサ３Ａとガイド波センサ３Ｂの間をガイド波の往復伝播時間をＴとする。
【００５２】
曲げ形状に起因した信号であれば、曲げ部は中央部から対称に加工されるため、双方のセンサから同距離つまり同じ伝播時間の位置に信号が現れる。そのため、数式１の関係が成り立ち、非欠陥信号として、抽出できる。
【００５３】
（数式１） ｔ１１＝ｔ２１、 ｔ１１＋ｔ２１≠Ｔ
従って、この数式１に基づいて、受信波形３５と受信波形３６の差を取った波形３７を求められる。次に、欠陥に起因した信号ならば、欠陥部から双方のセンサまでの距離の和は、センサ間の距離に等しい。そのため、波形３７において、予め設定しておいた振幅閾値を超えた信号成分について、全ての組合せの受信時間の和をとり、数式２の関係を満たす信号は、欠陥として識別できる。
【００５４】
（数式２） ｔ１２＋ｔ２２＝Ｔ
しかし、曲げ部中央部から発生した信号については、曲げ形状に起因した信号であっても、数式２を満たす。この場合は、送信周波数を変えたガイド波あるいは位相及び加振振幅を調整したガイド波で検査を行い、図６から図１０を用いて説明した手順で、信号の再評価を行う。ここで、数式２を満たす有意な信号が得られた場合には、超音波厚み計による厚さ測定などの補助手段を用いて、健全性を評価することが望ましい。
【００５５】
本発明の実施例では、双方のガイド波センサ設置位置を曲げ部中央部から同距離に設置した場合を用いて説明したが、双方のガイド波センサ設置位置を曲げ部中央部から異なる距離においた場合でも、その距離に応じて時間起点を移動すれば、本発明で実施する欠陥の識別は可能であるため、本発明の範疇である。例えば、図１８のように、曲げ部中心部からガイド波センサ３ａの中心までの距離を４０ａ、曲げ部中心部からガイド波センサＬｂの中心までの距離をＬｂ、配管を伝播するガイド波の音速をＶとしたとき、時間起点の移動時間Ｔは数式３で表される。図１８の位置にガイド波センサが設置された場合は、ガイド波センサ３ｂの受信波形の受信時間に関して、Ｔだけ差し引けば、図１０を説明した処理が可能になる。
【００５６】
Ｔ＝（Ｌｂ−Ｌａ）／Ｖ
時間反転させた場合の手順を示したが、送信周波数，曲げの形状によっては、波形が歪まず、時間反転による波形制御を用いなくてもよい場合がある。この場合は、時間反転波による波形制御を用いる必要がないため、時間反転波生成にかかる処理を省略することも可能である。
【００５７】
また、本発明の実施例では、９０度曲がった曲げ管を対象に説明図を作成したが、直管や図１１から図１３に示すような曲げ部、図１４に示すようなＴ字分岐管、図１５に示すような支持構造物４１が設置された配管でも、検査対象範囲が対称性を持つ配管形状における配管検査も、本発明の範疇である。
【００５８】
本発明の実施形態のように、ガイド波を用いた検査において、２つの受信信号を比較し、予め設定した振幅閾値を越える有意な差から欠陥を識別する方法によれば、超音波厚み計による厚さ測定をせざると得なかった曲げ部に対しても、ガイド波による検査で欠陥の検出が可能になる。これにより、従来の超音波厚み計による厚さ測定よりも、短時間で検査ができるようになる。特に、口径が大きい場合は、口径にあったガイド波センサを選択すれば、全く同じシステムで検査が可能であるが、超音波厚み計による厚さ測定点は膨大になるため、検査時間短縮効果は絶大である。
【００５９】
以上の各実施例の解説で示したように、その解説の中には、以下の技術的事項が含まれている。即ち、第１の技術的事項は、管体の外表面に設置し管体に弾性波を励起しガイド波を伝播させる発生手段と、管体の外表面に設置し管体中を伝播したガイド波の受信手段と、受信手段で受信したガイド波をデジタル信号に変換して受信波とする収録手段と、収録手段で得た受信波を記憶する記憶手段と、記憶手段に既に記憶した受信波を再生した信号と受信手段で収録した受信波の信号に対して演算処理ができる診断手段を備えた非破壊検査装置である。
【００６０】
第２の技術的事項は、管体の外表面に設置し管体に弾性波を励起しガイド波を伝播させる発生手段と、管体の外表面に設置し管体中を伝播したガイド波の受信手段と、受信手段で受信したガイド波をデジタル信号に変換して受信波とする収録手段と、管体の特徴と伝播手段の発信信号情報に基づき管体中を伝播するガイド波の挙動を計算する演算手段と、演算手段で得た計算波形を記憶する記憶手段と、記憶手段に既に記憶した計算波形を再生した信号と受信手段で収録した受信波の信号に対して演算処理ができる診断手段を備えた非破壊検査装置である。
【００６１】
第３の技術的事項は、前記第１の技術的事項あるいは前記第２の技術的事項において、再生信号と受信信号との受信時間に対する差に基づき、管体部に発生した欠陥を検出できることを特徴とした非破壊検査装置である。
【００６２】
第４の技術的事項は、管体の外表面に設置し管体に弾性波を励起しガイド波を伝播できかつ管体中を伝播したガイド波を受信できる一対の手段と、受信手段で受信したガイド波をデジタル信号に変換して受信波とする収録手段と、収録手段で得た受信波を記憶する記憶手段と、記憶手段から再生した波形を時間反転させた波形を送信信号として一対の手段から発信する手段と、記憶手段に既に記憶した受信波を再生した信号と受信手段で収録した受信波の信号に対して演算処理ができる診断手段を備えた非破壊検査装置である。
【００６３】
第５の技術的事項は、管体の検査対象範囲を挟むようにガイド波を発生及び受信できる一対の手段Ａ及びＢを設置し、一方の手段Ａから発生したガイド波を、もう一方の手段Ｂで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を管体の検査対象範囲に手段Ｂより送信し、手段Ｂで受信して得られた波形を、受信信号Ｉとして処理し、手段Ｂから発生したガイド波を、手段Ａで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を管体の検査対象範囲に手段Ａより送信し、手段Ａで受信して得られた波形を、受信信号ＩＩとして処理し、受信信号Ｉ及び受信信号ＩＩの受信時間に対する和及び差をとることにより、欠陥からの信号を識別することを特徴とした非破壊検査方法である。
【００６４】
上記のいずれの技術的事項であっても、超音波厚み計による厚さ測定をせざると得なかった曲げ部に対しても、ガイド波による検査で欠陥の検出が可能になる。これにより、従来の超音波厚み計による厚さ測定よりも、短時間で検査ができるようになる。特に、口径が大きい場合は、口径にあったガイド波センサを選択すれば、全く同じシステムで検査が可能であるが、超音波厚み計による厚さ測定点は膨大になるため、検査時間短縮効果は絶大である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、ガイド波を用いて配管の減肉などの欠陥箇所の有無を検査する非破壊検査に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態による非破壊検査装置の全体図である。
【図２】一般的なガイド波検査の方法を示した説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による非破壊検査装置による欠陥識別方法の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係るガイド波センサの説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態による非破壊検査装置の全体図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による非破壊検査装置を用いた第１の検査工程に関する説明図である。
【図７】同じく第２の検査工程に関する説明図である。
【図８】同じく第３の検査工程に関する説明図である。
【図９】同じく第４の検査工程に関する説明図である。
【図１０】同じく第５の検査工程に関する説明図である。
【図１１】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例１の説明図である。
【図１２】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例２の説明図である。
【図１３】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例３の説明図である。
【図１４】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例４の説明図である。
【図１５】本発明に係る第２の実施形態が可能な配管形状の例５の説明図である。
【図１６】本発明に係る第２の実施形態の作業フローに関する説明図である。
【図１７】本発明に係る第２の実施形態の時間反転波に関する説明図である。
【図１８】本発明に係る第２の実施形態のセンサガイド波設置位置の違いによる時間起点調整に関する説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１ 配管
２，２１〜２８，２１ａ〜２８ａ，２１ｂ〜２８ｂ 超音波探触子
３，３ａ，３ｂ ガイド波センサ
３ｃ，３ｄ ガイド波センサリング
４ ガイド波探傷装置
５，５ａ，５ｂ 送信トリガ発生装置
６，６１〜６８，６１ａ〜６８ａ，６１ｂ〜６８ｂ 送受信回路
７ 任意波形発生器
８ 増幅アンプ
９ 受信アンプ
１０ デジタル信号変換器
１１，１１ａ，１１ｂ 受信波形変換器
１２ 探傷結果記憶装置
１３ 探傷結果診断装置
１４ 表示装置
１５ 電線
１６ ガイド波
１７ 減肉部
１８ 反射波
１９ ガイド波センサ固定具
３１ａ 予め記憶された受信信号
３１ｂ 配管伝播ガイド波計算機能による受信予測信号
３２ 実際の検査での受信信号
３３ 受信信号３１と受信信号３２の差をとった波形
３４ 欠陥からの有意な信号
３５ ガイド波センサ３Ｂでの受信波形
３６ ガイド波センサ３Ａでの受信波形
３７ 受信波形３５と受信波形３６の差をとった波形
３８ 受信波形の一例
３９ 受信波形３８の時間反転波
Ｌａ，Ｌｂ 曲げ部中心部からガイド波センサ中心までの距離
４１ 支持構造物
１００ 検査対象範囲の配管軸
１０１〜１０７ 本発明に係る第２の実施形態の作業内容
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体にガイド波を伝播及び前記管体からガイド波を受信して、その受信に基づく受信情報を取得するガイド波探傷装置と、
前記受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、
前記記憶手段に記憶した受信情報と、予め用意された基準の受信情報とに基づいて前記管体の欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置。
【請求項２】
管体にガイド波を伝播及び前記管体からガイド波を受信して受信情報を取得するガイド波探傷装置と、
前記受信情報と、検出すべき欠陥が存在しない状態の前記管体を伝播するガイド波を受信した際に予測される予測受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、
前記記憶手段に記憶した前記予測受信情報と前記受信情報とに基づいて欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置。
【請求項３】
請求項２において、前記探傷波形記憶装置は、検出すべき欠陥が存在しない状態の前記管体中に伝播するガイド波の伝播挙動を計算して前記予測受信情報を生成する演算処理部を備えていることを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２又は請求項３において、前記探傷結果診断装置は、前記受信情報と、前記基準の受信情報又は前記予測受信情報の受信時間に対する差を演算して欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理部を備えたことを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項５】
管体の外表面に設置し前記管体に弾性波を励起しガイド波を伝播できかつ前記管体中を伝播したガイド波を受信できる一対のガイド波探傷装置と、
前記ガイド波探傷装置で受信したガイド波をデジタル信号の受信波の信号として記憶する探傷結果記憶装置と、
前記探傷結果記憶装置から再生した波形を時間反転させた波形を送信信号として前記一対のガイド波探傷装置から発信するように設定する手段と、
前記時間反転させた波形に基づいたガイド波を前記管体に送受信して前記一対のガイド波探傷装置を介して得られた各受信波の信号に基づいて欠陥に伴う信号の有無を識別する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置。
【請求項６】
管体の検査対象範囲を挟むようにガイド波を発生及び受信できる一対の手段Ａ及びＢを設置し、
一方の前記手段Ａから発生したガイド波を、もう一方の前記手段Ｂで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を前記管体の検査対象範囲に前記手段Ｂより送信し、前記手段Ｂで受信して得られた波形を、受信信号Ｉとして処理し、
前記手段Ｂから発生したガイド波を、前記手段Ａで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を前記管体の検査対象範囲に前記手段Ａより送信し、前記手段Ａで受信して得られた波形を、受信信号ＩＩとして処理し、
前記受信信号Ｉ及び前記受信信号ＩＩの受信時間に対する和及び差をとることにより、欠陥からの信号を識別することを特徴とした非破壊検査方法。
【請求項１】
管体にガイド波を伝播及び前記管体からガイド波を受信して、その受信に基づく受信情報を取得するガイド波探傷装置と、
前記受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、
前記記憶手段に記憶した受信情報と、予め用意された基準の受信情報とに基づいて前記管体の欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置。
【請求項２】
管体にガイド波を伝播及び前記管体からガイド波を受信して受信情報を取得するガイド波探傷装置と、
前記受信情報と、検出すべき欠陥が存在しない状態の前記管体を伝播するガイド波を受信した際に予測される予測受信情報を記憶する探傷波形記憶装置と、
前記記憶手段に記憶した前記予測受信情報と前記受信情報とに基づいて欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置。
【請求項３】
請求項２において、前記探傷波形記憶装置は、検出すべき欠陥が存在しない状態の前記管体中に伝播するガイド波の伝播挙動を計算して前記予測受信情報を生成する演算処理部を備えていることを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項４】
請求項１又は請求項２又は請求項３において、前記探傷結果診断装置は、前記受信情報と、前記基準の受信情報又は前記予測受信情報の受信時間に対する差を演算して欠陥に伴う受信情報を抽出する演算処理部を備えたことを特徴とする非破壊検査装置。
【請求項５】
管体の外表面に設置し前記管体に弾性波を励起しガイド波を伝播できかつ前記管体中を伝播したガイド波を受信できる一対のガイド波探傷装置と、
前記ガイド波探傷装置で受信したガイド波をデジタル信号の受信波の信号として記憶する探傷結果記憶装置と、
前記探傷結果記憶装置から再生した波形を時間反転させた波形を送信信号として前記一対のガイド波探傷装置から発信するように設定する手段と、
前記時間反転させた波形に基づいたガイド波を前記管体に送受信して前記一対のガイド波探傷装置を介して得られた各受信波の信号に基づいて欠陥に伴う信号の有無を識別する演算処理を行う探傷結果診断装置とを備えた非破壊検査装置。
【請求項６】
管体の検査対象範囲を挟むようにガイド波を発生及び受信できる一対の手段Ａ及びＢを設置し、
一方の前記手段Ａから発生したガイド波を、もう一方の前記手段Ｂで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を前記管体の検査対象範囲に前記手段Ｂより送信し、前記手段Ｂで受信して得られた波形を、受信信号Ｉとして処理し、
前記手段Ｂから発生したガイド波を、前記手段Ａで受信し、この受信波に基づいて時間反転による波形制御を行ったガイド波を前記管体の検査対象範囲に前記手段Ａより送信し、前記手段Ａで受信して得られた波形を、受信信号ＩＩとして処理し、
前記受信信号Ｉ及び前記受信信号ＩＩの受信時間に対する和及び差をとることにより、欠陥からの信号を識別することを特徴とした非破壊検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−３６５１６（Ｐ２００９−３６５１６Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９８２８３（Ｐ２００７−１９８２８３）
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【Ｆターム（参考）】
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