超音波剥離検出方法
【課題】コーティング材と配管との音響インピーダンス差の大小にかかわらず、また、コーティング材の音響インピーダンスと配管の音響インピーダンスの何れが大きくても、コーティング材の剥離を確実に検出する。
【解決手段】配管１１の表面に施したコーティング材１２に、超音波探触子２１を接触配置し、送信波を入力する。配管１１で発生した散乱エコーを超音波探触子２１で受信し、検出信号を受信器２３に送り増幅してから、表示器２４に送って、散乱エコーを示す波形を表示させる。表示された散乱エコーの振幅が、予め決めた閾値よりも小さくなった場合に、コーティング材１２が剥離したと検出する。
【解決手段】配管１１の表面に施したコーティング材１２に、超音波探触子２１を接触配置し、送信波を入力する。配管１１で発生した散乱エコーを超音波探触子２１で受信し、検出信号を受信器２３に送り増幅してから、表示器２４に送って、散乱エコーを示す波形を表示させる。表示された散乱エコーの振幅が、予め決めた閾値よりも小さくなった場合に、コーティング材１２が剥離したと検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波剥離検出方法に関し、コーティング材が配管から剥離したことを正確に検出することができるように、配管から発生する散乱エコーに着目して超音波検査するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントや火力発電プラント等の各種のプラントは、多数の配管を備えている。これらの配管（多くの場合には金属製の配管）の表面（外周面や内周面）には、各種のコーティング材が施されている。
つまり、耐摩耗性の向上や、液体（水等）のシール機能確保等のために、コーティング材が施されている。このコーティング材としては、その目的に応じて最適な材料が使用されている。例えば、金属系（例えば、ステライト（登録商標））、樹脂系（エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂系ガラスフレーク）、セラミック系（例えば、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア）等のコーティング材が使用されている。
【０００３】
このような、配管の表面に施したコーティング材の健全性確認には、目視検査、打音検査あるいは超音波探傷検査による検査が行われている。
【０００４】
目視検査では、コーティング材の表面状態を検査員が目視で確認しているため、腐食の有無、水の浸入痕跡は検査することができる。
しかし、コーティング材が配管の表面から剥離しているか否かを検査することはできない。
【０００５】
打音検査では、コーティング材を叩いたときに発生した音を検査員が耳で聞いて確認しているため、コーティング材が配管表面から剥離しているか否かを推測判定することはできる。
しかし、打音検査をするためには検査員に熟練度が要求され、検査員間の技量差から検査精度が一定しない。
そこで、正確な剥離検査が必要な場合には、最終的には切断調査を実施しなければ、コーティング材が配管の表面から剥離しているか否かが分らない。
【０００６】
従来の超音波探傷検査では、コーティング材と配管（金属）との「境界面」に着目して検査をしている。
このような、コーティング材と配管（金属）との「境界面」に着目して超音波探傷検査を行う、従来の超音波検査について、図７を参照して説明する。
【０００７】
図７（ａ），（ｂ）の例は、金属（例えば、鋼：音響インピーダンスＺｂは45.4×106kg・m-2・s-1）からなる配管１の表面（外周面）に、セラミック（例えば、ジルコニアＺｒＯ2：音響インピーダンスＺａは４１×106kg・m-2・s-1）からなるコーティング材２を施したものである。
超音波探傷検査をするために、コーティング材２の表面に超音波探触子３を接触配置して、垂直探傷法により剥離の検査をする例である。
【０００８】
図７（ａ）に示すように、剥離が発生していない場合には、超音波探触子３から出力された送信波の一部は、配管１とコーティング材２の境界面で反射する。境界面で反射した境界エコーは超音波探触子３で受信される。このとき、受信される境界エコーは、送信波と同相であり位相反転はしない。
つまり、境界面での反射率Ｒは
Ｒ＝（Ｚｂ−Ｚａ）／（Ｚｂ+Ｚａ）
であるため、反射率Ｒは正となり、境界エコーは位相反転しないのである。
【０００９】
また、図７（ａ）に示すように、剥離が発生していない場合には、超音波探触子３から出力された送信波は、配管１とコーティング材２との音響インピーダンス差が少ないため、そのほとんどが、配管１とコーティング材２の境界面を透過して配管１に入っていく。このため、多重反射エコー（詳細は後述）は殆ど発生しない。
【００１０】
一方、図７（ｂ）に示すように、配管１とコーティング材２の境界面に剥離が発生して空気層４が形成された場合には、超音波探触子３から出力された送信波は、コーティング材２と空気層４の境界面で反射して境界エコーとなる。この境界エコーが超音波探触子３で受信される。
このとき、空気層４の音響インピーダンスＺｃは４×１０-4×106kg・m-2・s-1であるため、配管１とコーティング材２の境界面での反射率ｒは、
ｒ＝（Ｚｃ−Ｚａ）／（Ｚｃ+Ｚａ）
となり、反射率ｒは負になる。
したがって、境界エコーは、送信波に対して位相反転する。
【００１１】
よって、境界エコーが反転したことを判定することにより、剥離が発生したと検出することができる。
【００１２】
また、図７（ｂ）に示すように、配管１とコーティング材２の境界面に剥離が発生して空気層４が形成された場合には、超音波探触子３から出力された送信波は、コーティング材２の表面（超音波探触子３が接触する側の面）とコーティング材２の底面（配管１に接する側の面）とで反射されて、コーティング材２の表面と底面との間で何度も往復する。このため、このように何度も往復する反射エコー、つまり多重反射エコーを超音波探触子３が受信する。
【００１３】
図８は、剥離が発生したときの受信波を示す波形図である。
図８において、Ｔは送信波、Ｂ１,Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は多重反射エコーである。また、Ｗはコーティング材２の厚さに相当する時間間隔である。
【００１４】
よって、多重反射エコーＢ１,Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が発生したことを判定することにより、剥離が発生したと検出することができる。
【００１５】
図７及び図８に示すような、コーティング材２と配管１との「境界面」に着目して超音波探傷検査を行う方法は、コーティング材２の音響インピーダンスが配管１の音響インピーダンスより小さく、且つ、コーティング材２と配管１との音響インピーダンス差が小さい場合には、有効な探傷検査方法である。
その理由は、剥離が発生していない健全状態では、境界面からの反射エコーは少なく、また反射エコーは位相反転せず、一方、剥離により空気層４が形成された場合には、明瞭にコーティング材２内での多重反射エコーの発生、あるいは反射エコーの位相反転が認められるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第２８９６３８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、コーティング材２と配管１との音響インピーダンス差が大きい場合、例えば、
コーティング材２が樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）で配管１が鋼（音響インピーダンスＺｂは45.4×106kg・m-2・s-1）である場合は、健全状態であっても、剥離が発生した状態であっても、境界面からの反射エコー及びコーティング内の多重反射エコーがあるため、上記の手法の適用が困難である。
【００１８】
さらに、コーティング材としてステライト（登録商標）を用いた場合には、その音響インピーダンスは49.8×106kg・m-2・s-1であり、内張り材としてのコーティング材料としてステンレスを用いた場合には、その音響インピーダンスは45.7×106kg・m-2・s-1であり、配管１の材料である鋼の音響インピーダンスの45.4×106kg・m-2・s-1よりも大きい。
このように、コーティング材の音響インピーダンスＺａが、配管１の音響インピーダンスＺｂよりも大きい場合には、健全状態であっても、剥離が発生した状態であっても、反射エコーの位相が送信波の位相に対して反転するため、位相の反転を基に剥離の有無を検出する手法は採用できない。
【００１９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、コーティング材と配管との音響インピーダンス差が大きくても、また、コーティング材の音響インピーダンスが配管の音響インピーダンスよりも大きくても、コーティング材の剥離を確実に検出することができる超音波剥離検出方法を提供することを目的とする。
つまり、コーティング材と配管との音響インピーダンス差の大小にかかわらず、また、コーティング材の音響インピーダンスと配管の音響インピーダンスの何れが大きくても、コーティング材の剥離を確実に検出することができる超音波剥離検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決する本発明の構成は、
配管の表面に施したコーティング材に、超音波探触子を接触配置し、この超音波探触子から前記コーティング材及び前記配管に向けて送信波を入力し、
前記送信波を入力することにより前記配管で発生した散乱エコーを、前記コーティング材を介して前記超音波探触子で受信し、
前記超音波探触子から、散乱エコーに対応する検出信号を受信器に送り、
前記受信器では、前記検出信号の大きさが、予め決めた閾値よりも小さい場合に、前記コーティング材が前記配管から剥離したとすることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の構成は、
配管の表面に施したコーティング材に、超音波探触子を接触配置し、この超音波探触子から前記コーティング材及び前記配管に向けて送信波を入力し、
前記送信波を入力することにより前記配管で発生した散乱エコー及び形状エコーを、前記コーティング材を介して前記超音波探触子で受信し、
前記超音波探触子から、散乱エコー及び形状エコーに対応する検出信号を受信器に送り、
前記受信器では、前記検出信号の大きさが、予め決めた閾値よりも小さい場合に、前記コーティング材が前記配管から剥離したとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、配管から発生する散乱エコーあるいは形状エコーを受信したときに、受信したエコーの振幅レベルが、予め決めた閾値よりも小さいときに、コーティング材が配管の表面から剥離したと判定する。このため、コーティング材が樹脂系コーティングあるいは音響インピーダンスの小さいセラミック系コーティングの場合であっても、コーティング材が配管から剥離したか否かの検出を正確に行うことができる。
また、コーティング材の音響インピーダンスが、配管の音響インピーダンスよりも大きい場合、例えばコーティング材としてステライトを用いた場合であっても、コーティング材の剥離の検出を正確に行うことができる。
【００２３】
結局、コーティング材と配管との音響インピーダンス差の大小にかかわらず、また、コーティング材の音響インピーダンスと配管の音響インピーダンスの何れが大きくても、コーティング材の剥離を確実に検出することができる。
【００２４】
更に、コーティング材と配管の境界面、即ち、表層部に超音波を絞る必要がないため、通常の超音波探触子でも検査が可能となる。そのため、超音波を絞る集束型と比較すると、細かい探傷が不要となるため、検査の高速化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例にかかる超音波剥離検出装置を示す構成図である。
【図２】本実施例の剥離検査状態を示す断面図である。
【図３】本実施例の剥離検査において、剥離が発生していない場合の表示波形を示す波形図である。
【図４】本実施例の剥離検査において、剥離が発生している場合の表示波形を示す波形図である。
【図５】本実施例の剥離検査において、剥離が発生していない場合の表示波形を示す波形図である。
【図６】本実施例の剥離検査において、剥離が発生している場合の表示波形を示す波形図である。
【図７】従来技術における剥離検査状態を示す断面図である。
【図８】従来の剥離検査において、剥離が発生している場合の表示波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例】
【００２７】
図１は本発明の実施例にかかる超音波剥離検出装置２０を示す構成図である。この超音波剥離検出装置２０は、一般的な超音波探傷装置と同構成であり、超音波探触子２１と、パルス発信器２２と、受信器２３と、表示器２４とで構成されている。
【００２８】
図１の例では、配管１１の表面（外周面）にコーティング材１２が施されている。超音波探傷により剥離検査をするために、コーティング材１２の表面に超音波探触子２１を接触配置し垂直探傷法により剥離を検査する。
この検査においては、超音波探触子２１は、コーティング材１２の表面に接触しつつ走査移動し、所定の移動距離毎に送信波を出力して検査をする。
【００２９】
本実施例の超音波剥離検出装置２０による剥離検査は、配管１１とコーティング材１２の「境界面」に着目して剥離検出をするのではなく、配管１１から発生する「散乱エコー」に着目して剥離検出をするものである。
【００３０】
ここで先に、「散乱エコー」について説明する。
検査対象となる物質（配管）に超音波を入力すると、超音波が結晶粒界で反射・屈折することにより散乱するエコー（散乱エコー）が発生する。
特に、結晶粒の大きい材質（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼はフェライト系ステンレス鋼に比べて結晶粒が大きい）に、超音波を入力すると、大きな結晶粒界で超音波が反射・屈折することにより散乱して、散乱エコーが発生することが知られている。
【００３１】
従来技術のように、境界エコーが反転したか否か、または、多重反射エコーが発生したか否か、を判定することにより剥離検出をする手法では、散乱エコーはノイズ成分として位置づけられるため、散乱エコーは極力小さい方がよい。
詳細は後述するが、本発明では、従来ではノイズ成分であった散乱エコーを積極的に利用して、コーティング材１２の剥離を検出するものである。
【００３２】
図１に戻り説明を続けると、超音波剥離検出装置２０のパルス発生器２２から超音波探触子２１に送信波パルス（電気信号）を送ると、超音波探触子２１からコーティング材１２に送信波（超音波）が入力される。入力された送信波がコーティング材１２と配管１１の境界面あるいは配管１１の内周面等に当たって反射し、この反射による反射エコー等が超音波探触子２１に入力されると、反射エコー等に対応する検出信号（電気信号）が超音波探触子２１から出力される。
検出信号は受信器２３で受信されてから増幅され、表示器２４に送られ、表示器２４には反射エコー等を示す波形が表示される。
【００３３】
受信器２３における増幅倍率は、散乱エコーの振幅が表示器２４の表示画面に大きく表れるように、大きな増幅倍率になっている。
なお、境界エコーが反転したか否か、または、多重反射エコーが発生したか否か、を判定することにより剥離検出をする従来手法を採用する場合においては、境界エコーや多重反射エコーの振幅が表示器２４に表示されればよいため、本実施例の増幅倍率に比べて、その増幅倍率は小さい。
【００３４】
＜検査例１＞
配管１１が、超音波の透過性が悪い鋳造材（音響インピーダンスは45.7×106kg・m-2・s-1）であり、コーティング材１２が樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）である場合における、剥離検出手法を説明する。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、剥離が発生していない場合には、コーティング材１２の表面に接触配置した超音波探触子２１から、コーティング材１２に送信波を入力すると、送信波は下地の配管（鋳造材）１１に透過していく。このため、配管１１の内部で散乱エコーが発生し、この散乱エコーがコーティング材１２に入り超音波探触子２１で受信される。
超音波探触子２１で散乱エコーが受信されると、散乱エコーに対応する検出信号が受信器２３に送られ大きな増幅倍率で増幅されてから、表示器２４に送られ、表示器２４には散乱エコーを示す波形が表示される。
【００３６】
図３は、剥離が発生していない場合において、表示器２４に表示された散乱エコーを示す波形図である。なお、図３においてＴは送信波、Ｓは散乱エコーである。
図３に示すように、剥離が発生していない場合には、散乱エコーＳが大きく表示される。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、配管１１とコーティング材１２の境界面に剥離が発生して空気層１４が形成された場合には、超音波探触子２１から出力された送信波は、空気層１４で邪魔されて、下地の配管（鋳造材）１１に透過しにくくなる。このため、配管１１の内部での散乱エコーの発生レベルが低下する。
この散乱エコーがコーティング材１２に入って超音波探触子２１が受信しても、その信号レベルは極めて低くなる。このため、散乱エコーに対応する検出信号が超音波探触子２１から受信器２３に送られ大きく増幅されてから、表示器２４に送られても、表示器２４には小さな振幅になっている散乱エコーを示す波形が表示されるのみである。
【００３８】
図４は、剥離が発生している場合において、表示器２４に表示された散乱エコーを示す波形図である。なお、図４においてＴは送信波、Ｓは散乱エコーである。
図４に示すように、剥離が発生している場合には、散乱エコーＳは振幅が小さく表示される。
【００３９】
よって、表示器２４に表示された散乱エコーＳの振幅が、予め決めた閾値（設定振幅値）よりも小さくなったことを判定することにより、剥離が発生したと検出することができる。
【００４０】
この結果、下地の配管１１が、超音波の透過性が悪い鋳造材の場合において、コーティング材１２が、樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）であっても、または、セラミック系あるいは金属系であっても、コーティング材１２が配管１１から剥離したか否かの検出が可能となる。
【００４１】
また、コーティング材１２と配管１１の境界面、即ち表層部に超音波を絞る必要がないため、通常の超音波探触子でも検査が可能となる。そのため、超音波を絞る集束型の超音波探触子を用いた剥離検査と比較すると、細かい探傷が不要となるため、検査の高速化も可能である。
【００４２】
＜検査例２＞
配管１１が、超音波の透過性が良い材料、例えば、炭素鋼（音響インピーダンスは45.4×106kg・m-2・s-1）やステンレス（音響インピーダンスは45.7×106kg・m-2・s-1）であり、コーティング材１２が樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）である場合における、剥離検出手法を説明する。
【００４３】
図２（ａ）に示すように、剥離が発生していない場合には、コーティング材１２の表面に接触配置した超音波探触子２１から、コーティング材１２に送信波を入力すると、超音波は下地の配管（炭素鋼等）１１に透過していく。このため、配管１１の内部で散乱エコーが発生し、この散乱エコーがコーティング材１２に入り超音波探触子２１で受信される。
また、配管１１に入力された送信波は、配管１１の内周面あるいは中空部がある場合はその部位で反射して形状エコーが発生する。この形状エコーがコーティング材１２に入力されて超音波探触子２１で受信される。
【００４４】
超音波探触子２１で散乱エコー及び形状エコーが受信されると、散乱エコー及び形状エコーに対応する検出信号が受信器２３に送られ増幅されてから、表示器２４に送られ、表示器２４には散乱エコー及び形状エコーを示す波形が表示される。
【００４５】
図５は、剥離が発生していない場合において、表示器２４に表示された散乱エコー及び形状エコーを示す波形図である。なお、図５においてＴは送信波、Ｓは散乱エコー、Ｂ１，Ｂ２は形状エコーである。
図５に示すように、剥離が発生していない場合には、散乱エコーＳ及び形状エコーＢ１，Ｂ２が大きく表示される。
【００４６】
図２（ｂ）に示すように、配管１１とコーティング材１２の境界面に剥離が発生して空気層１４が形成された場合には、超音波探触子２１から出力された送信波は、空気層１４で邪魔されて、下地の配管（炭素鋼やステンレス）１１に透過しにくくなる。このため、配管１１の内部での散乱エコーの発生レベルが低下する。
同様に、配管１１の内面あるいは中空部等形状に起因する形状エコーも空気層１４の影響を受け、振幅が小さくなる。
【００４７】
発生レベルの小さい散乱エコー及び振幅が小さくなった形状エコーは、超音波探触子２１で受信される。このような散乱エコー及び形状エコーに対応する検出信号が超音波探触子２１から受信器２３に送られ大きく増幅されてから、表示器２４に送られても、表示器２４には小さな振幅になっている散乱エコー及び形状エコーを示す波形が表示されるのみである。
【００４８】
図６は、剥離が発生している場合において、表示器２４に表示された散乱エコー及び形状エコーを示す波形図である。なお、図６においてＴは送信波、Ｓは散乱エコー、Ｂ１，Ｂ２は形状エコーである。
図６に示すように、剥離が発生している場合には、散乱エコーＳ及び形状エコーＢ１，Ｂ２は振幅が小さく表示される。
【００４９】
よって、表示器２４に表示された散乱エコーＳ及び形状エコーＢ１，Ｂ２の振幅が、予め決めた閾値（設定振幅値）よりも小さくなったことを判定することにより、剥離が発生したと検出することができる。
なお、表示器２４に表示された散乱エコーＳのみを判定要素として、表示器２４に表示された散乱エコーＳの振幅が、予め決めた閾値（設定振幅値）よりも小さくなったことを判定することにより、剥離が発生したと検出するようにしてもよい。
【００５０】
この結果、下地の配管１１が、超音波の透過性の良い材料（炭素鋼やステンレス）の場合において、コーティング材１２が、樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）であっても、または、セラミック系あるいは金属系であっても、コーティング材１２が配管１１から剥離したか否かの検出が可能となる。
【００５１】
また、コーティング材１２と配管１１の境界面、即ち表層部に超音波を絞る必要がないため、通常の超音波探触子でも検査が可能となる。そのため、超音波を絞る集束型の超音波探触子を用いた剥離検査と比較すると、細かい探傷が不要となるため、検査の高速化も可能である。
【００５２】
上記の実施例では、配管１１の外周面にコーティング材１２を施した例であるが、配管１１の内周面にコーティング材１２を施したものであっても、コーティング材１２側即ち内周面側から検査することにより、本発明による「超音波剥離検出方法」を適用して剥離の有無の検出をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、原子力発電プラントや火力発電プラント等のプラントに備えた配管の表面に施したコーティング材の剥離のみならず、各種の産業分野において使用されている配管の表面（外周面または内周面）に施したコーティング材の剥離を検出することにも、適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１，１１ 配管
２，１２ コーティング材
４，１４ 空気層
２０ 超音波剥離検出装置
３，２１ 超音波探触子
２２ パルス発信器
２３ 受信器
２４ 表示器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波剥離検出方法に関し、コーティング材が配管から剥離したことを正確に検出することができるように、配管から発生する散乱エコーに着目して超音波検査するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電プラントや火力発電プラント等の各種のプラントは、多数の配管を備えている。これらの配管（多くの場合には金属製の配管）の表面（外周面や内周面）には、各種のコーティング材が施されている。
つまり、耐摩耗性の向上や、液体（水等）のシール機能確保等のために、コーティング材が施されている。このコーティング材としては、その目的に応じて最適な材料が使用されている。例えば、金属系（例えば、ステライト（登録商標））、樹脂系（エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂系ガラスフレーク）、セラミック系（例えば、炭化珪素、アルミナ、ジルコニア）等のコーティング材が使用されている。
【０００３】
このような、配管の表面に施したコーティング材の健全性確認には、目視検査、打音検査あるいは超音波探傷検査による検査が行われている。
【０００４】
目視検査では、コーティング材の表面状態を検査員が目視で確認しているため、腐食の有無、水の浸入痕跡は検査することができる。
しかし、コーティング材が配管の表面から剥離しているか否かを検査することはできない。
【０００５】
打音検査では、コーティング材を叩いたときに発生した音を検査員が耳で聞いて確認しているため、コーティング材が配管表面から剥離しているか否かを推測判定することはできる。
しかし、打音検査をするためには検査員に熟練度が要求され、検査員間の技量差から検査精度が一定しない。
そこで、正確な剥離検査が必要な場合には、最終的には切断調査を実施しなければ、コーティング材が配管の表面から剥離しているか否かが分らない。
【０００６】
従来の超音波探傷検査では、コーティング材と配管（金属）との「境界面」に着目して検査をしている。
このような、コーティング材と配管（金属）との「境界面」に着目して超音波探傷検査を行う、従来の超音波検査について、図７を参照して説明する。
【０００７】
図７（ａ），（ｂ）の例は、金属（例えば、鋼：音響インピーダンスＺｂは45.4×106kg・m-2・s-1）からなる配管１の表面（外周面）に、セラミック（例えば、ジルコニアＺｒＯ2：音響インピーダンスＺａは４１×106kg・m-2・s-1）からなるコーティング材２を施したものである。
超音波探傷検査をするために、コーティング材２の表面に超音波探触子３を接触配置して、垂直探傷法により剥離の検査をする例である。
【０００８】
図７（ａ）に示すように、剥離が発生していない場合には、超音波探触子３から出力された送信波の一部は、配管１とコーティング材２の境界面で反射する。境界面で反射した境界エコーは超音波探触子３で受信される。このとき、受信される境界エコーは、送信波と同相であり位相反転はしない。
つまり、境界面での反射率Ｒは
Ｒ＝（Ｚｂ−Ｚａ）／（Ｚｂ+Ｚａ）
であるため、反射率Ｒは正となり、境界エコーは位相反転しないのである。
【０００９】
また、図７（ａ）に示すように、剥離が発生していない場合には、超音波探触子３から出力された送信波は、配管１とコーティング材２との音響インピーダンス差が少ないため、そのほとんどが、配管１とコーティング材２の境界面を透過して配管１に入っていく。このため、多重反射エコー（詳細は後述）は殆ど発生しない。
【００１０】
一方、図７（ｂ）に示すように、配管１とコーティング材２の境界面に剥離が発生して空気層４が形成された場合には、超音波探触子３から出力された送信波は、コーティング材２と空気層４の境界面で反射して境界エコーとなる。この境界エコーが超音波探触子３で受信される。
このとき、空気層４の音響インピーダンスＺｃは４×１０-4×106kg・m-2・s-1であるため、配管１とコーティング材２の境界面での反射率ｒは、
ｒ＝（Ｚｃ−Ｚａ）／（Ｚｃ+Ｚａ）
となり、反射率ｒは負になる。
したがって、境界エコーは、送信波に対して位相反転する。
【００１１】
よって、境界エコーが反転したことを判定することにより、剥離が発生したと検出することができる。
【００１２】
また、図７（ｂ）に示すように、配管１とコーティング材２の境界面に剥離が発生して空気層４が形成された場合には、超音波探触子３から出力された送信波は、コーティング材２の表面（超音波探触子３が接触する側の面）とコーティング材２の底面（配管１に接する側の面）とで反射されて、コーティング材２の表面と底面との間で何度も往復する。このため、このように何度も往復する反射エコー、つまり多重反射エコーを超音波探触子３が受信する。
【００１３】
図８は、剥離が発生したときの受信波を示す波形図である。
図８において、Ｔは送信波、Ｂ１,Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は多重反射エコーである。また、Ｗはコーティング材２の厚さに相当する時間間隔である。
【００１４】
よって、多重反射エコーＢ１,Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４が発生したことを判定することにより、剥離が発生したと検出することができる。
【００１５】
図７及び図８に示すような、コーティング材２と配管１との「境界面」に着目して超音波探傷検査を行う方法は、コーティング材２の音響インピーダンスが配管１の音響インピーダンスより小さく、且つ、コーティング材２と配管１との音響インピーダンス差が小さい場合には、有効な探傷検査方法である。
その理由は、剥離が発生していない健全状態では、境界面からの反射エコーは少なく、また反射エコーは位相反転せず、一方、剥離により空気層４が形成された場合には、明瞭にコーティング材２内での多重反射エコーの発生、あるいは反射エコーの位相反転が認められるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特許第２８９６３８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかし、コーティング材２と配管１との音響インピーダンス差が大きい場合、例えば、
コーティング材２が樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）で配管１が鋼（音響インピーダンスＺｂは45.4×106kg・m-2・s-1）である場合は、健全状態であっても、剥離が発生した状態であっても、境界面からの反射エコー及びコーティング内の多重反射エコーがあるため、上記の手法の適用が困難である。
【００１８】
さらに、コーティング材としてステライト（登録商標）を用いた場合には、その音響インピーダンスは49.8×106kg・m-2・s-1であり、内張り材としてのコーティング材料としてステンレスを用いた場合には、その音響インピーダンスは45.7×106kg・m-2・s-1であり、配管１の材料である鋼の音響インピーダンスの45.4×106kg・m-2・s-1よりも大きい。
このように、コーティング材の音響インピーダンスＺａが、配管１の音響インピーダンスＺｂよりも大きい場合には、健全状態であっても、剥離が発生した状態であっても、反射エコーの位相が送信波の位相に対して反転するため、位相の反転を基に剥離の有無を検出する手法は採用できない。
【００１９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、コーティング材と配管との音響インピーダンス差が大きくても、また、コーティング材の音響インピーダンスが配管の音響インピーダンスよりも大きくても、コーティング材の剥離を確実に検出することができる超音波剥離検出方法を提供することを目的とする。
つまり、コーティング材と配管との音響インピーダンス差の大小にかかわらず、また、コーティング材の音響インピーダンスと配管の音響インピーダンスの何れが大きくても、コーティング材の剥離を確実に検出することができる超音波剥離検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記課題を解決する本発明の構成は、
配管の表面に施したコーティング材に、超音波探触子を接触配置し、この超音波探触子から前記コーティング材及び前記配管に向けて送信波を入力し、
前記送信波を入力することにより前記配管で発生した散乱エコーを、前記コーティング材を介して前記超音波探触子で受信し、
前記超音波探触子から、散乱エコーに対応する検出信号を受信器に送り、
前記受信器では、前記検出信号の大きさが、予め決めた閾値よりも小さい場合に、前記コーティング材が前記配管から剥離したとすることを特徴とする。
【００２１】
また本発明の構成は、
配管の表面に施したコーティング材に、超音波探触子を接触配置し、この超音波探触子から前記コーティング材及び前記配管に向けて送信波を入力し、
前記送信波を入力することにより前記配管で発生した散乱エコー及び形状エコーを、前記コーティング材を介して前記超音波探触子で受信し、
前記超音波探触子から、散乱エコー及び形状エコーに対応する検出信号を受信器に送り、
前記受信器では、前記検出信号の大きさが、予め決めた閾値よりも小さい場合に、前記コーティング材が前記配管から剥離したとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明では、配管から発生する散乱エコーあるいは形状エコーを受信したときに、受信したエコーの振幅レベルが、予め決めた閾値よりも小さいときに、コーティング材が配管の表面から剥離したと判定する。このため、コーティング材が樹脂系コーティングあるいは音響インピーダンスの小さいセラミック系コーティングの場合であっても、コーティング材が配管から剥離したか否かの検出を正確に行うことができる。
また、コーティング材の音響インピーダンスが、配管の音響インピーダンスよりも大きい場合、例えばコーティング材としてステライトを用いた場合であっても、コーティング材の剥離の検出を正確に行うことができる。
【００２３】
結局、コーティング材と配管との音響インピーダンス差の大小にかかわらず、また、コーティング材の音響インピーダンスと配管の音響インピーダンスの何れが大きくても、コーティング材の剥離を確実に検出することができる。
【００２４】
更に、コーティング材と配管の境界面、即ち、表層部に超音波を絞る必要がないため、通常の超音波探触子でも検査が可能となる。そのため、超音波を絞る集束型と比較すると、細かい探傷が不要となるため、検査の高速化も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例にかかる超音波剥離検出装置を示す構成図である。
【図２】本実施例の剥離検査状態を示す断面図である。
【図３】本実施例の剥離検査において、剥離が発生していない場合の表示波形を示す波形図である。
【図４】本実施例の剥離検査において、剥離が発生している場合の表示波形を示す波形図である。
【図５】本実施例の剥離検査において、剥離が発生していない場合の表示波形を示す波形図である。
【図６】本実施例の剥離検査において、剥離が発生している場合の表示波形を示す波形図である。
【図７】従来技術における剥離検査状態を示す断面図である。
【図８】従来の剥離検査において、剥離が発生している場合の表示波形を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例】
【００２７】
図１は本発明の実施例にかかる超音波剥離検出装置２０を示す構成図である。この超音波剥離検出装置２０は、一般的な超音波探傷装置と同構成であり、超音波探触子２１と、パルス発信器２２と、受信器２３と、表示器２４とで構成されている。
【００２８】
図１の例では、配管１１の表面（外周面）にコーティング材１２が施されている。超音波探傷により剥離検査をするために、コーティング材１２の表面に超音波探触子２１を接触配置し垂直探傷法により剥離を検査する。
この検査においては、超音波探触子２１は、コーティング材１２の表面に接触しつつ走査移動し、所定の移動距離毎に送信波を出力して検査をする。
【００２９】
本実施例の超音波剥離検出装置２０による剥離検査は、配管１１とコーティング材１２の「境界面」に着目して剥離検出をするのではなく、配管１１から発生する「散乱エコー」に着目して剥離検出をするものである。
【００３０】
ここで先に、「散乱エコー」について説明する。
検査対象となる物質（配管）に超音波を入力すると、超音波が結晶粒界で反射・屈折することにより散乱するエコー（散乱エコー）が発生する。
特に、結晶粒の大きい材質（例えば、オーステナイト系ステンレス鋼はフェライト系ステンレス鋼に比べて結晶粒が大きい）に、超音波を入力すると、大きな結晶粒界で超音波が反射・屈折することにより散乱して、散乱エコーが発生することが知られている。
【００３１】
従来技術のように、境界エコーが反転したか否か、または、多重反射エコーが発生したか否か、を判定することにより剥離検出をする手法では、散乱エコーはノイズ成分として位置づけられるため、散乱エコーは極力小さい方がよい。
詳細は後述するが、本発明では、従来ではノイズ成分であった散乱エコーを積極的に利用して、コーティング材１２の剥離を検出するものである。
【００３２】
図１に戻り説明を続けると、超音波剥離検出装置２０のパルス発生器２２から超音波探触子２１に送信波パルス（電気信号）を送ると、超音波探触子２１からコーティング材１２に送信波（超音波）が入力される。入力された送信波がコーティング材１２と配管１１の境界面あるいは配管１１の内周面等に当たって反射し、この反射による反射エコー等が超音波探触子２１に入力されると、反射エコー等に対応する検出信号（電気信号）が超音波探触子２１から出力される。
検出信号は受信器２３で受信されてから増幅され、表示器２４に送られ、表示器２４には反射エコー等を示す波形が表示される。
【００３３】
受信器２３における増幅倍率は、散乱エコーの振幅が表示器２４の表示画面に大きく表れるように、大きな増幅倍率になっている。
なお、境界エコーが反転したか否か、または、多重反射エコーが発生したか否か、を判定することにより剥離検出をする従来手法を採用する場合においては、境界エコーや多重反射エコーの振幅が表示器２４に表示されればよいため、本実施例の増幅倍率に比べて、その増幅倍率は小さい。
【００３４】
＜検査例１＞
配管１１が、超音波の透過性が悪い鋳造材（音響インピーダンスは45.7×106kg・m-2・s-1）であり、コーティング材１２が樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）である場合における、剥離検出手法を説明する。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、剥離が発生していない場合には、コーティング材１２の表面に接触配置した超音波探触子２１から、コーティング材１２に送信波を入力すると、送信波は下地の配管（鋳造材）１１に透過していく。このため、配管１１の内部で散乱エコーが発生し、この散乱エコーがコーティング材１２に入り超音波探触子２１で受信される。
超音波探触子２１で散乱エコーが受信されると、散乱エコーに対応する検出信号が受信器２３に送られ大きな増幅倍率で増幅されてから、表示器２４に送られ、表示器２４には散乱エコーを示す波形が表示される。
【００３６】
図３は、剥離が発生していない場合において、表示器２４に表示された散乱エコーを示す波形図である。なお、図３においてＴは送信波、Ｓは散乱エコーである。
図３に示すように、剥離が発生していない場合には、散乱エコーＳが大きく表示される。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、配管１１とコーティング材１２の境界面に剥離が発生して空気層１４が形成された場合には、超音波探触子２１から出力された送信波は、空気層１４で邪魔されて、下地の配管（鋳造材）１１に透過しにくくなる。このため、配管１１の内部での散乱エコーの発生レベルが低下する。
この散乱エコーがコーティング材１２に入って超音波探触子２１が受信しても、その信号レベルは極めて低くなる。このため、散乱エコーに対応する検出信号が超音波探触子２１から受信器２３に送られ大きく増幅されてから、表示器２４に送られても、表示器２４には小さな振幅になっている散乱エコーを示す波形が表示されるのみである。
【００３８】
図４は、剥離が発生している場合において、表示器２４に表示された散乱エコーを示す波形図である。なお、図４においてＴは送信波、Ｓは散乱エコーである。
図４に示すように、剥離が発生している場合には、散乱エコーＳは振幅が小さく表示される。
【００３９】
よって、表示器２４に表示された散乱エコーＳの振幅が、予め決めた閾値（設定振幅値）よりも小さくなったことを判定することにより、剥離が発生したと検出することができる。
【００４０】
この結果、下地の配管１１が、超音波の透過性が悪い鋳造材の場合において、コーティング材１２が、樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）であっても、または、セラミック系あるいは金属系であっても、コーティング材１２が配管１１から剥離したか否かの検出が可能となる。
【００４１】
また、コーティング材１２と配管１１の境界面、即ち表層部に超音波を絞る必要がないため、通常の超音波探触子でも検査が可能となる。そのため、超音波を絞る集束型の超音波探触子を用いた剥離検査と比較すると、細かい探傷が不要となるため、検査の高速化も可能である。
【００４２】
＜検査例２＞
配管１１が、超音波の透過性が良い材料、例えば、炭素鋼（音響インピーダンスは45.4×106kg・m-2・s-1）やステンレス（音響インピーダンスは45.7×106kg・m-2・s-1）であり、コーティング材１２が樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）である場合における、剥離検出手法を説明する。
【００４３】
図２（ａ）に示すように、剥離が発生していない場合には、コーティング材１２の表面に接触配置した超音波探触子２１から、コーティング材１２に送信波を入力すると、超音波は下地の配管（炭素鋼等）１１に透過していく。このため、配管１１の内部で散乱エコーが発生し、この散乱エコーがコーティング材１２に入り超音波探触子２１で受信される。
また、配管１１に入力された送信波は、配管１１の内周面あるいは中空部がある場合はその部位で反射して形状エコーが発生する。この形状エコーがコーティング材１２に入力されて超音波探触子２１で受信される。
【００４４】
超音波探触子２１で散乱エコー及び形状エコーが受信されると、散乱エコー及び形状エコーに対応する検出信号が受信器２３に送られ増幅されてから、表示器２４に送られ、表示器２４には散乱エコー及び形状エコーを示す波形が表示される。
【００４５】
図５は、剥離が発生していない場合において、表示器２４に表示された散乱エコー及び形状エコーを示す波形図である。なお、図５においてＴは送信波、Ｓは散乱エコー、Ｂ１，Ｂ２は形状エコーである。
図５に示すように、剥離が発生していない場合には、散乱エコーＳ及び形状エコーＢ１，Ｂ２が大きく表示される。
【００４６】
図２（ｂ）に示すように、配管１１とコーティング材１２の境界面に剥離が発生して空気層１４が形成された場合には、超音波探触子２１から出力された送信波は、空気層１４で邪魔されて、下地の配管（炭素鋼やステンレス）１１に透過しにくくなる。このため、配管１１の内部での散乱エコーの発生レベルが低下する。
同様に、配管１１の内面あるいは中空部等形状に起因する形状エコーも空気層１４の影響を受け、振幅が小さくなる。
【００４７】
発生レベルの小さい散乱エコー及び振幅が小さくなった形状エコーは、超音波探触子２１で受信される。このような散乱エコー及び形状エコーに対応する検出信号が超音波探触子２１から受信器２３に送られ大きく増幅されてから、表示器２４に送られても、表示器２４には小さな振幅になっている散乱エコー及び形状エコーを示す波形が表示されるのみである。
【００４８】
図６は、剥離が発生している場合において、表示器２４に表示された散乱エコー及び形状エコーを示す波形図である。なお、図６においてＴは送信波、Ｓは散乱エコー、Ｂ１，Ｂ２は形状エコーである。
図６に示すように、剥離が発生している場合には、散乱エコーＳ及び形状エコーＢ１，Ｂ２は振幅が小さく表示される。
【００４９】
よって、表示器２４に表示された散乱エコーＳ及び形状エコーＢ１，Ｂ２の振幅が、予め決めた閾値（設定振幅値）よりも小さくなったことを判定することにより、剥離が発生したと検出することができる。
なお、表示器２４に表示された散乱エコーＳのみを判定要素として、表示器２４に表示された散乱エコーＳの振幅が、予め決めた閾値（設定振幅値）よりも小さくなったことを判定することにより、剥離が発生したと検出するようにしてもよい。
【００５０】
この結果、下地の配管１１が、超音波の透過性の良い材料（炭素鋼やステンレス）の場合において、コーティング材１２が、樹脂系（音響インピーダンスは、例えば2.8〜3.7×106kg・m-2・s-1）であっても、または、セラミック系あるいは金属系であっても、コーティング材１２が配管１１から剥離したか否かの検出が可能となる。
【００５１】
また、コーティング材１２と配管１１の境界面、即ち表層部に超音波を絞る必要がないため、通常の超音波探触子でも検査が可能となる。そのため、超音波を絞る集束型の超音波探触子を用いた剥離検査と比較すると、細かい探傷が不要となるため、検査の高速化も可能である。
【００５２】
上記の実施例では、配管１１の外周面にコーティング材１２を施した例であるが、配管１１の内周面にコーティング材１２を施したものであっても、コーティング材１２側即ち内周面側から検査することにより、本発明による「超音波剥離検出方法」を適用して剥離の有無の検出をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、原子力発電プラントや火力発電プラント等のプラントに備えた配管の表面に施したコーティング材の剥離のみならず、各種の産業分野において使用されている配管の表面（外周面または内周面）に施したコーティング材の剥離を検出することにも、適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１，１１ 配管
２，１２ コーティング材
４，１４ 空気層
２０ 超音波剥離検出装置
３，２１ 超音波探触子
２２ パルス発信器
２３ 受信器
２４ 表示器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の表面に施したコーティング材に、超音波探触子を接触配置し、この超音波探触子から前記コーティング材及び前記配管に向けて送信波を入力し、
前記送信波を入力することにより前記配管で発生した散乱エコーを、前記コーティング材を介して前記超音波探触子で受信し、
前記超音波探触子から、散乱エコーに対応する検出信号を受信器に送り、
前記受信器では、前記検出信号の大きさが、予め決めた閾値よりも小さい場合に、前記コーティング材が前記配管から剥離したとすることを特徴とする超音波剥離検出方法。
【請求項２】
配管の表面に施したコーティング材に、超音波探触子を接触配置し、この超音波探触子から前記コーティング材及び前記配管に向けて送信波を入力し、
前記送信波を入力することにより前記配管で発生した散乱エコー及び形状エコーを、前記コーティング材を介して前記超音波探触子で受信し、
前記超音波探触子から、散乱エコー及び形状エコーに対応する検出信号を受信器に送り、
前記受信器では、前記検出信号の大きさが、予め決めた閾値よりも小さい場合に、前記コーティング材が前記配管から剥離したとすることを特徴とする超音波剥離検出方法。
【請求項１】
配管の表面に施したコーティング材に、超音波探触子を接触配置し、この超音波探触子から前記コーティング材及び前記配管に向けて送信波を入力し、
前記送信波を入力することにより前記配管で発生した散乱エコーを、前記コーティング材を介して前記超音波探触子で受信し、
前記超音波探触子から、散乱エコーに対応する検出信号を受信器に送り、
前記受信器では、前記検出信号の大きさが、予め決めた閾値よりも小さい場合に、前記コーティング材が前記配管から剥離したとすることを特徴とする超音波剥離検出方法。
【請求項２】
配管の表面に施したコーティング材に、超音波探触子を接触配置し、この超音波探触子から前記コーティング材及び前記配管に向けて送信波を入力し、
前記送信波を入力することにより前記配管で発生した散乱エコー及び形状エコーを、前記コーティング材を介して前記超音波探触子で受信し、
前記超音波探触子から、散乱エコー及び形状エコーに対応する検出信号を受信器に送り、
前記受信器では、前記検出信号の大きさが、予め決めた閾値よりも小さい場合に、前記コーティング材が前記配管から剥離したとすることを特徴とする超音波剥離検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−１０８８２４（Ｐ２０１３−１０８８２４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５３５１４（Ｐ２０１１−２５３５１４）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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