超音波計測方法及びその計測装置
【課題】開先部の熱影響部に生じるクリープ損傷等の位置を容易に探傷し得る超音波計測方法及びその計測装置を提供することを目的とする。
【解決手段】母材Ａの開先部で溶接された溶接部を跨ぐように、複数の振動子１ａを配置した送信側探触子１と、複数の振動子２ａを配置した受信側探触子２とを母材Ａに配置する超音波計測方法であって、
送信側探触子１における複数の振動子１ａの励起パターンと、受信側探触子２における複数の振動子２ａの励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子１の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子２の励起パターンを別の励起パターンにし、
送信側探触子１と受信側探触子２との送受信の焦点位置を複数設定して探傷する。
【解決手段】母材Ａの開先部で溶接された溶接部を跨ぐように、複数の振動子１ａを配置した送信側探触子１と、複数の振動子２ａを配置した受信側探触子２とを母材Ａに配置する超音波計測方法であって、
送信側探触子１における複数の振動子１ａの励起パターンと、受信側探触子２における複数の振動子２ａの励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子１の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子２の励起パターンを別の励起パターンにし、
送信側探触子１と受信側探触子２との送受信の焦点位置を複数設定して探傷する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部や開先部を探傷する超音波計測方法及びその計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二つの母材を開先部で突き合わせて溶接した溶接部に対し、割れ等の欠陥の有無を計測する手法としては、同一ビーム幅・同一屈折角を持つ一対の探触子を用いて溶接線の延在方向へ走査するＴＯＦＤ（Time of flight Diffraction）法が存在する。
【０００３】
ＴＯＦＤ法は、図１１に示す如く溶接部の両側の母材へ配置する一対の探触子ａと、一対の探触子ａの移動距離を取得し得るエンコーダ（図示せず）と、探触子ａの探傷を制御すると共に探触子ａからの信号を処理する探傷装置（図示せず）とを備え、一対の探触子ａによる焦点位置を対象物Ａの板厚内で一対の探触子ａの中央に位置するようにしている。
【０００４】
溶接部Ｗの欠陥を探傷する際には、板厚、材質、開先部Ｅの形状等を確認し（図１２のステップＳａ）、溶接部Ｗの欠陥に対してどのような条件で計測するのが好ましいのか最適な条件を検討し、板厚が厚い場合には条件を変えて複数回の計測を検討する（ステップＳｂ）。そして条件に対応して探触子ａの仕様、探触子間隔、感度等の種々の探傷条件を入力し、設定条件を構築する（ステップＳｃ）。
【０００５】
ここで一対の探触子ａを、溶接部Ｗの延在方向へ一回走査して全体を計測し得る場合には一回の条件となり、対象物Ａの板厚が肉厚であって探傷の精度を上げるためにビームの焦点位置を変えて複数走査する必要がある場合には、複数回の条件となっている（ステップＳｄ）。
【０００６】
続いて設定条件に基づいて一対の探触子ａの間隔調整や配線等の接続を行い、機器をセッティングする（ステップＳｅ）。次に条件を確認して一対の探触子ａの感度や探触距離等のパラメータを再調整し（ステップＳｆ）、溶接部Ｗの計測を開始し、エンコーダ等で一対の探触子ａの移動距離を取得しながら溶接部Ｗと平行に走査し、データを採取する（ステップＳｇ）。そして一対の探触子ａで採取したデータにより溶接部Ｗのきずの位置や強度分布を解析し（ステップＳｈ）、更に計測が必要な場合（ステップＳｉのＹＥＳ）には計測・解析を繰り返し、計測が不要な場合（ステップＳｉのＮＯ）には終了する。
【０００７】
又、板厚が厚い場合等に対応して複数回の走査を行う場合には、条件（図１２のステップＳｄでは３つの条件を示す）に応じて探触子ａの間隔等を再設定し（ステップＳｅ）、条件の確認調整、計測、解析（ステップＳｆ〜Ｓｉ）を行っている。
【０００８】
更に開先部Ｅの熱影響部Ｈ（ＨＡＺ；Heat Affected Zone）に形成されるクリープ損傷等について探傷する場合には、溶接部Ｗの延在方向に走査するのみでは、クリープ損傷等が両側の開先部Ｅのどちら側に形成されているのか不明であるため、探触子ａを溶接部Ｗの延在方向（図１１ではＸ軸方向）と直交する方向（図１１ではＹ軸方向）へ走査してクリープ損傷の位置を確認する必要があり、ＴＯＦＤ法の処理の場合には機器のセッティングの条件（ステップＳｅ）を直交走査に変更し、条件の確認調整、計測、解析（ステップＳｆ〜Ｓｉ）を行うことが考えられている。
【０００９】
なお、本発明と関連性が高い超音波計測方法及びその計測装置の先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２００９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように従来のＴＯＦＤ法により、両側の開先部Ｅの熱影響部Ｈに生じるクリープ損傷の位置を判定する場合には、一対の探触子ａを溶接線に対して直交方向に移動させるような他の処理が必要になるため、手間と時間がかかるという問題があった。又、板厚が約５０ｍｍ以上で極めて厚くなる場合には、複数の条件を再設定して複数回の探傷を行う必要があるため、同様に手間と時間がかかるという問題があった。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、開先部の熱影響部に生じるクリープ損傷等の位置を容易に探傷し得る超音波計測方法及びその計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超音波計測方法は、母材の開先部で溶接された溶接部を跨ぐように、複数の振動子を配置した送信側探触子と、複数の振動子を配置した受信側探触子とを母材に配置する超音波計測方法であって、前記送信側探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側探触子における複数の振動子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を複数設定して探傷するものである。
【００１４】
本発明の超音波計測方法において、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を、両側の開先部の一面側及び／又は他面側に沿って複数設定することが好ましい。
【００１５】
本発明の超音波計測方法において、開先部の情報に基づいて送信側探触子の励起パターン及び受信側探触子の励起パターンを設定することが好ましい。
【００１６】
本発明の超音波計測装置は、複数の振動子を配置した送信側探触子と、複数の振動子を配置した受信側探触子と、前記送信側探触子及び受信側探触子を制御する探傷装置とを備え、母材の開先部で溶接された溶接部を跨ぐように送信側探触子と受信側探触子とを母材に配置する超音波計測装置であって、前記探傷装置は、送信側探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側探触子における複数の振動子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を複数設定して探傷するように構成されたものである。
【００１７】
本発明の超音波計測装置において、探傷装置は、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を、両側の開先部の一面側及び／又は他面側に沿って複数設定するように構成されることが好ましい。
【００１８】
本発明の超音波計測装置において、探傷装置は、開先部の情報が入力され、開先部の情報に基づいて送信側探触子の励起パターン及び受信側探触子の励起パターンを設定するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の超音波計測方法及びその計測装置によれば、送信側探触子と受信側探触子との焦点位置を複数設定して計測するので、開先部の熱影響部にクリープ損傷が存在する場合や、板厚が極めて厚い場合であっても適確に探傷することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を実施する形態例を示すブロック図である。
【図２】第一の形態例の処理を示すフローである。
【図３】基本条件の励起情報の場合における複数の焦点位置を示す概念図である。
【図４】応用条件により励起情報を修正した場合における複数の焦点位置を示す概念図である。
【図５】第二の形態例の処理を示すフローである。
【図６】２チャンネルでの基本条件の励起情報の場合における複数の焦点位置の処理を示す概念図である。
【図７】応用条件により２チャンネルでの励起情報を修正した場合における複数の焦点位置の処理を示す概念図である。
【図８】比較試験において従来のＴＯＦＤ法の結果を示す画像である。
【図９】比較試験において第一の形態例の結果を示す画像である。
【図１０】比較試験において第二の形態例の結果を示す画像である。
【図１１】従来のＴＯＦＤ法を示す概念図である。
【図１２】従来のＴＯＦＤ法の処理を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態の第一例を図１〜図４を参照して説明する。
【００２２】
実施の形態の第一例の超音波計測装置は、複数の振動子１ａを配置した送信側探触子１と、複数の振動子２ａを配置した受信側探触子２とを備えている。
【００２３】
送信側探触子１は、複数の振動子１ａを所定の角度に設定するように、鋼材等の対象物Ａの表面に配置し得る送信側クサビ３を備えている。又、受信側探触子２は、同様に複数の振動子２ａを所定の角度に設定し得るように、鋼材等の対象物Ａの表面に配置し得る受信側クサビ４を備えている。ここで送信側探触子１が受信用の探触子の役割を果すと共に受信側探触子２が送信用の探触子の役割を果たすようにしても良い。
【００２４】
送信側クサビ３及び受信側クサビ４には、両者の間隔を調整し得る連結部５が備えられており、連結部５には、溶接部Ｗ（図１１参照）の延在方向に沿って走査する場合に対応して送信側探触子１及び受信側探触子２の移動量を計測し得るエンコーダ６が接続されている。ここで連結部５の構成は、送信側探触子１及び受信側探触子２の間隔を任意の距離に保てるならば、特に制限されるものでない。又、エンコーダ６は移動量を計測し得るならば他の位置に取り付けても良い。
【００２５】
送信側探触子１、受信側探触子２、エンコーダ６は、探傷装置７に接続されており、探傷装置７は、送信側探触子１及び受信側探触子２からのデータを収集するデータ収集部８と、データ収集部８に接続され且つ送信側探触子１の振動子１ａに励起パターンを送る送信側制御部９と、データ収集部８に接続され且つ受信側探触子２の振動子２ａに励起パターンを送る受信側制御部１０とを備えている。又、探傷装置７の外部には、分析用コンピュータ１１が接続されていると共に、計測結果を表示する画像表示器１２が配置されている。更に探傷装置７のデータ収集部８にはエンコーダ６からの信号が入力されるようになっている。ここで励起パターンの修正は、送信側制御部９、受信側制御部１０、及び分析用コンピュータ１１で行っており、励起パターン等の情報は、分析用コンピュータ１１から入力されるようになっている。なお探傷装置７には、送信側制御部９及び受信側制御部１０の他に送受信の制御部を増やしても良い。
【００２６】
溶接部Ｗ等を計測する際には、基本的な処理として以下の処理を行う。最初に準備段階として対象物（母材）Ａの溶接部Ｗを跨ぐように送信側探触子１と受信側探触子２とを溶接部Ｗの両側位置で対象物Ａの表面に配置し、分析用コンピュータ１１に探傷条件を入力し、探傷装置７へ情報を反映させる。次にデータ収集部８に信号を送り、送信側制御部９で励起パターンを制御し、送信側探触子１の振動子１ａに電子パルスを与えて対象物Ａに超音波を伝搬させる。この時、溶接部Ｗ等にきずや欠陥がある場合には超音波の反射が起こり、受信側探触子２の振動子２ａでは、きず等を含めた信号を受信し、受信側制御部１０により受信した信号のパターンを制御して信号をデータ収集部８に送る。その後、データ収集部８で収集した信号及びエンコーダ６からの信号を分析用コンピュータ１１に送り、分析用コンピュータ１１によってデータを分析し、ＴＯＦＤ画像を画像表示器１２に表示させる。
【００２７】
続いて開先部Ｅの熱影響部Ｈに生じるクリープ損傷を計測する場合であって、両側の開先部Ｅのうち片方の開先部Ｅごとの処理について図２〜図４を参照しつつ説明する。
【００２８】
初めに板厚、材質、溶接部Ｗ、開先部Ｅの開先形状等の情報を確認し（図２のステップＳ１）、開先部Ｅに対してどのような条件で計測するのが好ましいのか、基本条件をソフトウエアにより決定すると共に、開先部Ｅの形状等に伴う応用条件を計算や作図等により検討し、送信側探触子１と受信側探触子２のチャンネル数（ＣＨ数）、屈折角、焦点深さ等を決定する（ステップＳ２）。次に送信側探触子１と受信側探触子２の仕様、送信側探触子１と受信側探触子２の間隔、チャンネル数、屈折角、焦点位置等の情報を分析用コンピュータ１１に入力して基本条件のパラメータファイルを構築し（ステップＳ３）、基本条件のパラメータファイルから、振動子の付加電圧のタイミング等の励起情報を抽出する（ステップＳ４）。同時に、先の応用条件から求められた屈折角、焦点深さ等をもとにしてチャンネルごとの励起情報を作成する（ステップＳ５）。続いて基本条件のパラメータから抽出した励起情報を、応用条件からの励起情報に基づいて修正し（ステップＳ６）、修正した情報を基本条件のパラメータに還元させ（ステップＳ７）、還元したパラメータを保存することにより応用条件のパラメータファイルを構築する（ステップＳ８）。ここで基本条件の励起情報の場合における送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を示すと、図３に示す如く送信側探触子１と受信側探触子２との間の中心位置で且つ板厚方向に沿って複数の焦点位置を設定するものとなり、応用条件で修正した励起情報の場合における送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を示すと、図４に示す如く片方の開先部Ｅの熱影響部Ｈ（図１１参照）に沿って複数の焦点位置を設定するものとなる。
【００２９】
その後、設定条件に基づいて一対の送信側探触子１と受信側探触子２の間隔調整や配線等の接続を行い、機器をセッティングする（ステップＳ９）。次に応用条件であることを確認して探触子の感度や探触距離等のパラメータを調整し（ステップＳ１０）、開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈの計測を開始し、エンコーダ等で送信側探触子１と受信側探触子２の移動距離を取得しながら溶接部Ｗと平行に走査して計測する（ステップＳ１１）。続いてチャンネルごとに得られた波形情報を合成してＴＯＦＤ法の画像化を行うようにデータを集約処理し（ステップＳ１２）、クリープ損傷の位置や強度分布等の解析を行い（ステップＳ１３）、更に計測が必要な場合（ステップ１４のＹＥＳ）には計測・解析を繰り返し、計測が不要な場合（ステップ１４のＮＯ）には計測を終了し、一方の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について判定する。
【００３０】
そして、他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈにおけるクリープ損傷の計測を行う際には、一例として、送信側探触子１及び受信側探触子２を構造的に反対側へ設置するように機器のセッティングを行い、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を繰り返し、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈの計測を行い、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について判定する。又、他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈにおけるクリープ損傷の計測を行う際の他の例として、ステップＳ５の応用条件から求められたチャンネルごとの励起情報について送信及び受信の設置パラメータを逆に設定するように、ステップＳ１０の段階で設定条件の再呼び出しを行って条件を変更し、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を繰り返し、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈの計測を行い、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について判定しても良い。更に、開先部ＥがＫ型の開先形状である場合のように、両側の開先部Ｅが左右非対称である場合には、ステップＳ５の応用条件を変更して励起情報を再構築してステップＳ１０の段階で設定条件の再呼び出しを行って条件を変更し、同様にステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を繰り返し、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈの計測を行い、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について判定しても良い。
【００３１】
このように第一の形態例によれば、一対の送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を開先部Ｅの熱影響部（一面側又は他面側）Ｈに対応して複数設定して計測するので、クリープ損傷等を適確に探傷することができる。又、一方の開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈと、他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈとを簡易に計測し得るので、クリープ損傷が開先部Ｅの両側のどちらに存在するのか適確に判断することができる。更に一対の送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を板厚方向に沿って複数設定すれば、板厚５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下のように板厚が極めて厚い場合であっても容易に探傷することができる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態の第二例を図１、図５〜図７を参照しつつ説明する。
【００３３】
実施の形態の第二例の超音波計測装置は、機器において第一例と同様な構成を備えている。又、処理の条件によって、送信側探触子１が送信用の探触子から受信用の探触子へ切り替わり、同時に受信側探触子２が受信用の探触子から送信用の探触子へ切り替わるようになっている。
【００３４】
溶接部Ｗ等を計測する際には、第一例と同様に基本的な処理として以下の処理を行う。最初に準備段階として対象物（母材）Ａの溶接部Ｗを跨ぐように送信側探触子１と受信側探触子２とを溶接部Ｗの両側位置で対象物Ａの表面に配置し、分析用コンピュータ１１に探傷条件を入力し、探傷装置７へ情報を反映させる。次にデータ収集部８より送信側制御部９に信号を送り、送信側制御部９で励起パターンを制御し、送信側探触子１の振動子１ａに電子パルスを与えて対象物Ａに超音波を伝搬させる。この時、溶接部Ｗ等にきずや欠陥がある場合には超音波の反射が起こり、受信側探触子２の振動子２ａでは、きず等を含めた信号を受信し、受信側制御部１０により受信した信号のパターンを制御して信号をデータ収集部８に送る。その後、データ収集部８で収集した信号及びエンコーダ６からの信号を分析用コンピュータ１１に送り、分析用コンピュータ１１によってデータを分析し、ＴＯＦＤ画像を画像表示器１２に表示させる。
【００３５】
続いて開先部Ｅの熱影響部Ｈに生じるクリープ損傷を計測する場合であって、両側の開先部Ｅを同時に計測する処理について図５〜図７を参照して説明する。
【００３６】
初めに板厚、材質、溶接部Ｗ、開先部Ｅの開先形状等の情報を確認し（図５のステップＳ２１）、開先部Ｅに対してどのような条件で計測するのが好ましいのか、一般的な基本条件をソフトウエアにより決定すると共に、開先部Ｅの形状等に伴う応用条件を計算や作図等により屈折角、焦点（焦点位置）深さ等を決定する（ステップＳ２２）。
【００３７】
次に送信側探触子１と受信側探触子２について２チャンネルの基本条件を構築するように、１番目のチャンネル（ＣＨ１）の基本条件と、２番目のチャンネル（ＣＨ２）の基本条件とについて設定する（ステップ２３）。具体的には、図６に示す如く送信側探触子１と受信側探触子２との間の中心位置で板厚方向に沿って複数の焦点位置を設定し得るように、送信側探触子１の振動子１ａへの送信側励起パターン（送信側励起情報）と、受信側探触子２の振動子２ａへの受診側励起パターン（受信側励起情報）とを所定のタイミングで交互に切り替える条件を設定している。ここで送信側探触子１では、切り替えに伴い、１番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図６では１番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、続いて２番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図６では２番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、再び１番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンへ戻るようにしている。又、受信側探触子２では、切り替えに伴い、１番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図６では１番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、続いて２番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図６では２番目のチャンネルにおける第六番目の受信側励起パターンを示す）まで変換し、再び１番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンへ戻るようにしている。なお送信側励起パターン及び受信側励起パターンは、横軸に、複数の振動子のうち該当する振動子１ａ，２ａを示し、縦軸に、振動子１ａ，２ａの励起タイミング（タイムディレイ）を示すものである。
【００３８】
続いて基本条件の２つのチャンネルに対応して、１番目のチャンネルから振動子の付加電圧のタイミング等の励起情報を抽出する（ステップＳ２４ａ）と共に、２番目のチャンネルから振動子の付加電圧のタイミング等の励起情報を抽出する（ステップＳ２４ｂ）。
【００３９】
一方、先の応用条件から求められた屈折角、焦点深さ等をもとにして２つのチャンネルごとの応用条件の励起情報を構築する（ステップＳ２５）。具体的には、図７に示す如く１番目のチャンネルで一方の開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈに沿って複数の焦点位置を設定し且つ２番目のチャンネルで他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈに沿って複数の焦点位置を設定し得るように、送信側探触子１の振動子１ａへの送信側励起パターン（送信側励起情報）と、受信側探触子２の振動子２ａへの受診側励起パターン（受信側励起情報）とを所定のタイミングで交互に切り替える条件を設定している。又、１番目のチャンネルから２番目のチャンネルへ移行する際には、送信側探触子１を受信側に変換すると共に受信側探触子２を送信側に変換し、２番目のチャンネルから１番目のチャンネルへ移行する時に、送信側探触子１を送信側に戻すと共に受信側探触子２を受信側に戻すようにしている。ここで送信側探触子１では、切り替えに伴い、１番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図７では１番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、続いて２番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図７では２番目のチャンネルにおける第六番目の受信側励起パターンを示す）まで変換し、再び１番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンへ戻すようにしている。又、受信側探触子２では、切り替えに伴い、１番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図７では１番目のチャンネルにおける第六番目の受信側励起パターンを示す）まで変換し、続いて２番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図７では２番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、再び１番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンへ戻すようにしている。
【００４０】
続いて１番目のチャンネルに対応して一方の開先部Ｅの熱影響部Ｈを計測し得るように、振動子の付加電圧のタイミング等からなる応用条件の一方の励起情報（図５では左側励起情報）を抽出する（ステップＳ２６ａ）と共に、２番目のチャンネルに対応して他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈを計測し得るように、振動子の付加電圧のタイミング等からなる応用条件の他方の励起情報（図５では右側励起情報）を抽出する（ステップＳ２６ｂ）。
【００４１】
次に基本条件から抽出した１番目のチャンネルの励起情報を、応用条件からの一方の励起情報に基づいて修正し（ステップＳ２７ａ）、基本条件から抽出した２番目のチャンネルの励起情報を、応用条件からの他方の励起情報に基づいて修正する（ステップＳ２７ｂ）。そして修正した情報を基本条件の２チャンネル設定に還元させ（ステップＳ２８）、２チャンネルの応用条件のパラメータファイルを構築する（ステップＳ２９）。
【００４２】
その後、設定条件に基づいて一対の送信側探触子１と受信側探触子２の間隔調整や配線等の接続を行い、機器をセッティングする（ステップＳ３０）。次に２チャンネルの応用条件であることを確認して探触子の感度や探触距離等のパラメータを調整し（ステップＳ３１）、一方の開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈの計測を開始すると共に、連続的に他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈの計測を開始し、エンコーダ等で送信側探触子１と受信側探触子２の移動距離を取得しながら溶接部Ｗと平行に走査して計測する（ステップＳ３２）。続いてチャンネルごとに得られた波形情報を合成してＴＯＦＤ法の画像化を行うようにデータを集約処理し（ステップＳ３３）、両側の開先部Ｅにおけるクリープ損傷の位置や強度分布等の解析を行い（ステップＳ３４）、更に計測が必要な場合（ステップ３５のＹＥＳ）には計測・解析を繰り返し、計測が不要な場合（ステップ３５のＮＯ）には、クリープ損傷の計測を終了し、両側の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について、どちらに存在するのか等の情報を判定する。
【００４３】
ここで情報を判定する際には、予め、クリープ損傷等から得られた波形を定量評価し、種々の大きさのクリープ損傷比を横軸、定量評価の加算値を縦軸にプロットして検定線を作成しておき、当該検定線に基づき、計測の定量評価からクリープ損傷の状態や寿命比を推定するようにしても良い。又、定量評価としては、波形を量子化して横軸（時間軸）に対応する縦軸の数値を加算する超音波波形量子加算法を用いても良い。
【００４４】
このように第二の形態例によれば、一対の送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を両側の開先部Ｅの熱影響部Ｈに複数設定して計測するので、クリープ損傷等を適確に探傷することができる。又、一方の開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈと、他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈとを同時に計測し得るので、クリープ損傷が開先部Ｅの両側のどちらに存在するのか一回の計測で同時に且つ適確に判断することができる。更に一対の送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を板厚方向に沿って複数設定すれば、板厚５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の板厚が極めて厚い場合であっても容易に探傷することができる。
【００４５】
以下、クリープ欠陥を生じた試験体を用いて、従来のＴＯＦＤ法の場合と、第一の形態例の如く片側の開先部のみを計測する場合と、第二の形態例の如く両側の開先部を同時に計測する場合とについて、探傷結果を比較して試験条件及び結果を示す。又、試験体は、板厚３０ｍｍのＣｒ鋼であって両側の開先部に損傷１００％のクリープ損傷を備えたものを用いた。
【００４６】
従来のＴＯＦＤ法の場合は、探触子周波数を５ＭＨｚ、探触子寸法を０.２５インチ、屈折角を５５度、探触子間隔を７５ｍｍ、フォーカスポイントを上から２６ｍｍの位置、感度を７０ｄＢに設定し、図８に示すＴＯＦＤ画像のデータを得た。その結果、探触子からのビームの広がりでクリープ損傷の存在を認識できるが、両側の開先部のどちらにクリープ損傷があるのか判断できない。又、両側の開先部にクリープ損傷を有している場合には、両側のクリープ損傷の信号が重なり合うため、適切な評価ができない。なお直交走査でクリープ損傷の位置情報を確認できると想定されるが、実際には溶接余盛があるため、探触子を適切に走査できず、クリープ損傷を確認することが困難である。
【００４７】
片側の開先部のみを計測する場合は、探触子周波数を５ＭＨｚ、エレメント数（振動子数）を３２、エレメントピッチを０．５ｍｍ、エレメント幅を１０ｍｍ、チャンネル数（ＣＨ数）を１２、探触子間隔を８２ｍｍ、フォーカスポイントを上から６〜３６ｍｍの複数の位置、感度５０ｄＢに設定し、図９に示す画像データを得た。その結果、開先部の左側又は右側の熱影響部に生じたクリープ損傷を適切に確認できた。
【００４８】
両側の開先部を連続的に計測する場合は、探触子周波数を５ＭＨｚ、エレメント数（振動子数）を３２、エレメントピッチを０．５ｍｍ、エレメント幅を１０ｍｍ、チャンネル数（ＣＨ数）を１２、探触子間隔を８２ｍｍ、フォーカスポイントを上から６〜３６ｍｍの複数の位置、感度５０ｄＢに設定し、図１０に示す画像データを得た。その結果、開先部の左側及び右側の熱影響部に生じたクリープ損傷を同時に且つ適切に確認できた。
【００４９】
尚、本発明の超音波計測方法及びその計測装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、計測の対象は、クリープ損傷に限定されるものではなく、開先部に生じるきず等の欠陥でも良く、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 送信側探触子
１ａ 振動子
２ 受信側探触子
２ａ 振動子
７ 探傷装置
Ａ 対象物（母材）
Ｅ 開先部
Ｗ 溶接部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部や開先部を探傷する超音波計測方法及びその計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二つの母材を開先部で突き合わせて溶接した溶接部に対し、割れ等の欠陥の有無を計測する手法としては、同一ビーム幅・同一屈折角を持つ一対の探触子を用いて溶接線の延在方向へ走査するＴＯＦＤ（Time of flight Diffraction）法が存在する。
【０００３】
ＴＯＦＤ法は、図１１に示す如く溶接部の両側の母材へ配置する一対の探触子ａと、一対の探触子ａの移動距離を取得し得るエンコーダ（図示せず）と、探触子ａの探傷を制御すると共に探触子ａからの信号を処理する探傷装置（図示せず）とを備え、一対の探触子ａによる焦点位置を対象物Ａの板厚内で一対の探触子ａの中央に位置するようにしている。
【０００４】
溶接部Ｗの欠陥を探傷する際には、板厚、材質、開先部Ｅの形状等を確認し（図１２のステップＳａ）、溶接部Ｗの欠陥に対してどのような条件で計測するのが好ましいのか最適な条件を検討し、板厚が厚い場合には条件を変えて複数回の計測を検討する（ステップＳｂ）。そして条件に対応して探触子ａの仕様、探触子間隔、感度等の種々の探傷条件を入力し、設定条件を構築する（ステップＳｃ）。
【０００５】
ここで一対の探触子ａを、溶接部Ｗの延在方向へ一回走査して全体を計測し得る場合には一回の条件となり、対象物Ａの板厚が肉厚であって探傷の精度を上げるためにビームの焦点位置を変えて複数走査する必要がある場合には、複数回の条件となっている（ステップＳｄ）。
【０００６】
続いて設定条件に基づいて一対の探触子ａの間隔調整や配線等の接続を行い、機器をセッティングする（ステップＳｅ）。次に条件を確認して一対の探触子ａの感度や探触距離等のパラメータを再調整し（ステップＳｆ）、溶接部Ｗの計測を開始し、エンコーダ等で一対の探触子ａの移動距離を取得しながら溶接部Ｗと平行に走査し、データを採取する（ステップＳｇ）。そして一対の探触子ａで採取したデータにより溶接部Ｗのきずの位置や強度分布を解析し（ステップＳｈ）、更に計測が必要な場合（ステップＳｉのＹＥＳ）には計測・解析を繰り返し、計測が不要な場合（ステップＳｉのＮＯ）には終了する。
【０００７】
又、板厚が厚い場合等に対応して複数回の走査を行う場合には、条件（図１２のステップＳｄでは３つの条件を示す）に応じて探触子ａの間隔等を再設定し（ステップＳｅ）、条件の確認調整、計測、解析（ステップＳｆ〜Ｓｉ）を行っている。
【０００８】
更に開先部Ｅの熱影響部Ｈ（ＨＡＺ；Heat Affected Zone）に形成されるクリープ損傷等について探傷する場合には、溶接部Ｗの延在方向に走査するのみでは、クリープ損傷等が両側の開先部Ｅのどちら側に形成されているのか不明であるため、探触子ａを溶接部Ｗの延在方向（図１１ではＸ軸方向）と直交する方向（図１１ではＹ軸方向）へ走査してクリープ損傷の位置を確認する必要があり、ＴＯＦＤ法の処理の場合には機器のセッティングの条件（ステップＳｅ）を直交走査に変更し、条件の確認調整、計測、解析（ステップＳｆ〜Ｓｉ）を行うことが考えられている。
【０００９】
なお、本発明と関連性が高い超音波計測方法及びその計測装置の先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２００９０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このように従来のＴＯＦＤ法により、両側の開先部Ｅの熱影響部Ｈに生じるクリープ損傷の位置を判定する場合には、一対の探触子ａを溶接線に対して直交方向に移動させるような他の処理が必要になるため、手間と時間がかかるという問題があった。又、板厚が約５０ｍｍ以上で極めて厚くなる場合には、複数の条件を再設定して複数回の探傷を行う必要があるため、同様に手間と時間がかかるという問題があった。
【００１２】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、開先部の熱影響部に生じるクリープ損傷等の位置を容易に探傷し得る超音波計測方法及びその計測装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の超音波計測方法は、母材の開先部で溶接された溶接部を跨ぐように、複数の振動子を配置した送信側探触子と、複数の振動子を配置した受信側探触子とを母材に配置する超音波計測方法であって、前記送信側探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側探触子における複数の振動子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を複数設定して探傷するものである。
【００１４】
本発明の超音波計測方法において、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を、両側の開先部の一面側及び／又は他面側に沿って複数設定することが好ましい。
【００１５】
本発明の超音波計測方法において、開先部の情報に基づいて送信側探触子の励起パターン及び受信側探触子の励起パターンを設定することが好ましい。
【００１６】
本発明の超音波計測装置は、複数の振動子を配置した送信側探触子と、複数の振動子を配置した受信側探触子と、前記送信側探触子及び受信側探触子を制御する探傷装置とを備え、母材の開先部で溶接された溶接部を跨ぐように送信側探触子と受信側探触子とを母材に配置する超音波計測装置であって、前記探傷装置は、送信側探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側探触子における複数の振動子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を複数設定して探傷するように構成されたものである。
【００１７】
本発明の超音波計測装置において、探傷装置は、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を、両側の開先部の一面側及び／又は他面側に沿って複数設定するように構成されることが好ましい。
【００１８】
本発明の超音波計測装置において、探傷装置は、開先部の情報が入力され、開先部の情報に基づいて送信側探触子の励起パターン及び受信側探触子の励起パターンを設定するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の超音波計測方法及びその計測装置によれば、送信側探触子と受信側探触子との焦点位置を複数設定して計測するので、開先部の熱影響部にクリープ損傷が存在する場合や、板厚が極めて厚い場合であっても適確に探傷することができるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明を実施する形態例を示すブロック図である。
【図２】第一の形態例の処理を示すフローである。
【図３】基本条件の励起情報の場合における複数の焦点位置を示す概念図である。
【図４】応用条件により励起情報を修正した場合における複数の焦点位置を示す概念図である。
【図５】第二の形態例の処理を示すフローである。
【図６】２チャンネルでの基本条件の励起情報の場合における複数の焦点位置の処理を示す概念図である。
【図７】応用条件により２チャンネルでの励起情報を修正した場合における複数の焦点位置の処理を示す概念図である。
【図８】比較試験において従来のＴＯＦＤ法の結果を示す画像である。
【図９】比較試験において第一の形態例の結果を示す画像である。
【図１０】比較試験において第二の形態例の結果を示す画像である。
【図１１】従来のＴＯＦＤ法を示す概念図である。
【図１２】従来のＴＯＦＤ法の処理を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態の第一例を図１〜図４を参照して説明する。
【００２２】
実施の形態の第一例の超音波計測装置は、複数の振動子１ａを配置した送信側探触子１と、複数の振動子２ａを配置した受信側探触子２とを備えている。
【００２３】
送信側探触子１は、複数の振動子１ａを所定の角度に設定するように、鋼材等の対象物Ａの表面に配置し得る送信側クサビ３を備えている。又、受信側探触子２は、同様に複数の振動子２ａを所定の角度に設定し得るように、鋼材等の対象物Ａの表面に配置し得る受信側クサビ４を備えている。ここで送信側探触子１が受信用の探触子の役割を果すと共に受信側探触子２が送信用の探触子の役割を果たすようにしても良い。
【００２４】
送信側クサビ３及び受信側クサビ４には、両者の間隔を調整し得る連結部５が備えられており、連結部５には、溶接部Ｗ（図１１参照）の延在方向に沿って走査する場合に対応して送信側探触子１及び受信側探触子２の移動量を計測し得るエンコーダ６が接続されている。ここで連結部５の構成は、送信側探触子１及び受信側探触子２の間隔を任意の距離に保てるならば、特に制限されるものでない。又、エンコーダ６は移動量を計測し得るならば他の位置に取り付けても良い。
【００２５】
送信側探触子１、受信側探触子２、エンコーダ６は、探傷装置７に接続されており、探傷装置７は、送信側探触子１及び受信側探触子２からのデータを収集するデータ収集部８と、データ収集部８に接続され且つ送信側探触子１の振動子１ａに励起パターンを送る送信側制御部９と、データ収集部８に接続され且つ受信側探触子２の振動子２ａに励起パターンを送る受信側制御部１０とを備えている。又、探傷装置７の外部には、分析用コンピュータ１１が接続されていると共に、計測結果を表示する画像表示器１２が配置されている。更に探傷装置７のデータ収集部８にはエンコーダ６からの信号が入力されるようになっている。ここで励起パターンの修正は、送信側制御部９、受信側制御部１０、及び分析用コンピュータ１１で行っており、励起パターン等の情報は、分析用コンピュータ１１から入力されるようになっている。なお探傷装置７には、送信側制御部９及び受信側制御部１０の他に送受信の制御部を増やしても良い。
【００２６】
溶接部Ｗ等を計測する際には、基本的な処理として以下の処理を行う。最初に準備段階として対象物（母材）Ａの溶接部Ｗを跨ぐように送信側探触子１と受信側探触子２とを溶接部Ｗの両側位置で対象物Ａの表面に配置し、分析用コンピュータ１１に探傷条件を入力し、探傷装置７へ情報を反映させる。次にデータ収集部８に信号を送り、送信側制御部９で励起パターンを制御し、送信側探触子１の振動子１ａに電子パルスを与えて対象物Ａに超音波を伝搬させる。この時、溶接部Ｗ等にきずや欠陥がある場合には超音波の反射が起こり、受信側探触子２の振動子２ａでは、きず等を含めた信号を受信し、受信側制御部１０により受信した信号のパターンを制御して信号をデータ収集部８に送る。その後、データ収集部８で収集した信号及びエンコーダ６からの信号を分析用コンピュータ１１に送り、分析用コンピュータ１１によってデータを分析し、ＴＯＦＤ画像を画像表示器１２に表示させる。
【００２７】
続いて開先部Ｅの熱影響部Ｈに生じるクリープ損傷を計測する場合であって、両側の開先部Ｅのうち片方の開先部Ｅごとの処理について図２〜図４を参照しつつ説明する。
【００２８】
初めに板厚、材質、溶接部Ｗ、開先部Ｅの開先形状等の情報を確認し（図２のステップＳ１）、開先部Ｅに対してどのような条件で計測するのが好ましいのか、基本条件をソフトウエアにより決定すると共に、開先部Ｅの形状等に伴う応用条件を計算や作図等により検討し、送信側探触子１と受信側探触子２のチャンネル数（ＣＨ数）、屈折角、焦点深さ等を決定する（ステップＳ２）。次に送信側探触子１と受信側探触子２の仕様、送信側探触子１と受信側探触子２の間隔、チャンネル数、屈折角、焦点位置等の情報を分析用コンピュータ１１に入力して基本条件のパラメータファイルを構築し（ステップＳ３）、基本条件のパラメータファイルから、振動子の付加電圧のタイミング等の励起情報を抽出する（ステップＳ４）。同時に、先の応用条件から求められた屈折角、焦点深さ等をもとにしてチャンネルごとの励起情報を作成する（ステップＳ５）。続いて基本条件のパラメータから抽出した励起情報を、応用条件からの励起情報に基づいて修正し（ステップＳ６）、修正した情報を基本条件のパラメータに還元させ（ステップＳ７）、還元したパラメータを保存することにより応用条件のパラメータファイルを構築する（ステップＳ８）。ここで基本条件の励起情報の場合における送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を示すと、図３に示す如く送信側探触子１と受信側探触子２との間の中心位置で且つ板厚方向に沿って複数の焦点位置を設定するものとなり、応用条件で修正した励起情報の場合における送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を示すと、図４に示す如く片方の開先部Ｅの熱影響部Ｈ（図１１参照）に沿って複数の焦点位置を設定するものとなる。
【００２９】
その後、設定条件に基づいて一対の送信側探触子１と受信側探触子２の間隔調整や配線等の接続を行い、機器をセッティングする（ステップＳ９）。次に応用条件であることを確認して探触子の感度や探触距離等のパラメータを調整し（ステップＳ１０）、開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈの計測を開始し、エンコーダ等で送信側探触子１と受信側探触子２の移動距離を取得しながら溶接部Ｗと平行に走査して計測する（ステップＳ１１）。続いてチャンネルごとに得られた波形情報を合成してＴＯＦＤ法の画像化を行うようにデータを集約処理し（ステップＳ１２）、クリープ損傷の位置や強度分布等の解析を行い（ステップＳ１３）、更に計測が必要な場合（ステップ１４のＹＥＳ）には計測・解析を繰り返し、計測が不要な場合（ステップ１４のＮＯ）には計測を終了し、一方の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について判定する。
【００３０】
そして、他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈにおけるクリープ損傷の計測を行う際には、一例として、送信側探触子１及び受信側探触子２を構造的に反対側へ設置するように機器のセッティングを行い、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を繰り返し、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈの計測を行い、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について判定する。又、他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈにおけるクリープ損傷の計測を行う際の他の例として、ステップＳ５の応用条件から求められたチャンネルごとの励起情報について送信及び受信の設置パラメータを逆に設定するように、ステップＳ１０の段階で設定条件の再呼び出しを行って条件を変更し、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を繰り返し、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈの計測を行い、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について判定しても良い。更に、開先部ＥがＫ型の開先形状である場合のように、両側の開先部Ｅが左右非対称である場合には、ステップＳ５の応用条件を変更して励起情報を再構築してステップＳ１０の段階で設定条件の再呼び出しを行って条件を変更し、同様にステップＳ１１〜Ｓ１４の処理を繰り返し、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈの計測を行い、他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について判定しても良い。
【００３１】
このように第一の形態例によれば、一対の送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を開先部Ｅの熱影響部（一面側又は他面側）Ｈに対応して複数設定して計測するので、クリープ損傷等を適確に探傷することができる。又、一方の開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈと、他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈとを簡易に計測し得るので、クリープ損傷が開先部Ｅの両側のどちらに存在するのか適確に判断することができる。更に一対の送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を板厚方向に沿って複数設定すれば、板厚５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下のように板厚が極めて厚い場合であっても容易に探傷することができる。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態の第二例を図１、図５〜図７を参照しつつ説明する。
【００３３】
実施の形態の第二例の超音波計測装置は、機器において第一例と同様な構成を備えている。又、処理の条件によって、送信側探触子１が送信用の探触子から受信用の探触子へ切り替わり、同時に受信側探触子２が受信用の探触子から送信用の探触子へ切り替わるようになっている。
【００３４】
溶接部Ｗ等を計測する際には、第一例と同様に基本的な処理として以下の処理を行う。最初に準備段階として対象物（母材）Ａの溶接部Ｗを跨ぐように送信側探触子１と受信側探触子２とを溶接部Ｗの両側位置で対象物Ａの表面に配置し、分析用コンピュータ１１に探傷条件を入力し、探傷装置７へ情報を反映させる。次にデータ収集部８より送信側制御部９に信号を送り、送信側制御部９で励起パターンを制御し、送信側探触子１の振動子１ａに電子パルスを与えて対象物Ａに超音波を伝搬させる。この時、溶接部Ｗ等にきずや欠陥がある場合には超音波の反射が起こり、受信側探触子２の振動子２ａでは、きず等を含めた信号を受信し、受信側制御部１０により受信した信号のパターンを制御して信号をデータ収集部８に送る。その後、データ収集部８で収集した信号及びエンコーダ６からの信号を分析用コンピュータ１１に送り、分析用コンピュータ１１によってデータを分析し、ＴＯＦＤ画像を画像表示器１２に表示させる。
【００３５】
続いて開先部Ｅの熱影響部Ｈに生じるクリープ損傷を計測する場合であって、両側の開先部Ｅを同時に計測する処理について図５〜図７を参照して説明する。
【００３６】
初めに板厚、材質、溶接部Ｗ、開先部Ｅの開先形状等の情報を確認し（図５のステップＳ２１）、開先部Ｅに対してどのような条件で計測するのが好ましいのか、一般的な基本条件をソフトウエアにより決定すると共に、開先部Ｅの形状等に伴う応用条件を計算や作図等により屈折角、焦点（焦点位置）深さ等を決定する（ステップＳ２２）。
【００３７】
次に送信側探触子１と受信側探触子２について２チャンネルの基本条件を構築するように、１番目のチャンネル（ＣＨ１）の基本条件と、２番目のチャンネル（ＣＨ２）の基本条件とについて設定する（ステップ２３）。具体的には、図６に示す如く送信側探触子１と受信側探触子２との間の中心位置で板厚方向に沿って複数の焦点位置を設定し得るように、送信側探触子１の振動子１ａへの送信側励起パターン（送信側励起情報）と、受信側探触子２の振動子２ａへの受診側励起パターン（受信側励起情報）とを所定のタイミングで交互に切り替える条件を設定している。ここで送信側探触子１では、切り替えに伴い、１番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図６では１番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、続いて２番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図６では２番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、再び１番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンへ戻るようにしている。又、受信側探触子２では、切り替えに伴い、１番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図６では１番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、続いて２番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図６では２番目のチャンネルにおける第六番目の受信側励起パターンを示す）まで変換し、再び１番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンへ戻るようにしている。なお送信側励起パターン及び受信側励起パターンは、横軸に、複数の振動子のうち該当する振動子１ａ，２ａを示し、縦軸に、振動子１ａ，２ａの励起タイミング（タイムディレイ）を示すものである。
【００３８】
続いて基本条件の２つのチャンネルに対応して、１番目のチャンネルから振動子の付加電圧のタイミング等の励起情報を抽出する（ステップＳ２４ａ）と共に、２番目のチャンネルから振動子の付加電圧のタイミング等の励起情報を抽出する（ステップＳ２４ｂ）。
【００３９】
一方、先の応用条件から求められた屈折角、焦点深さ等をもとにして２つのチャンネルごとの応用条件の励起情報を構築する（ステップＳ２５）。具体的には、図７に示す如く１番目のチャンネルで一方の開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈに沿って複数の焦点位置を設定し且つ２番目のチャンネルで他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈに沿って複数の焦点位置を設定し得るように、送信側探触子１の振動子１ａへの送信側励起パターン（送信側励起情報）と、受信側探触子２の振動子２ａへの受診側励起パターン（受信側励起情報）とを所定のタイミングで交互に切り替える条件を設定している。又、１番目のチャンネルから２番目のチャンネルへ移行する際には、送信側探触子１を受信側に変換すると共に受信側探触子２を送信側に変換し、２番目のチャンネルから１番目のチャンネルへ移行する時に、送信側探触子１を送信側に戻すと共に受信側探触子２を受信側に戻すようにしている。ここで送信側探触子１では、切り替えに伴い、１番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図７では１番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、続いて２番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図７では２番目のチャンネルにおける第六番目の受信側励起パターンを示す）まで変換し、再び１番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンへ戻すようにしている。又、受信側探触子２では、切り替えに伴い、１番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンから、第二番目の受信側励起パターン、第三番目の受信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の受信側励起パターン（図７では１番目のチャンネルにおける第六番目の受信側励起パターンを示す）まで変換し、続いて２番目のチャンネルにおいて第一番目の送信側励起パターンから、第二番目の送信側励起パターン、第三番目の送信側励起パターンへと、順に第ｎ番目の送信側励起パターン（図７では２番目のチャンネルにおける第六番目の送信側励起パターンを示す）まで変換し、再び１番目のチャンネルにおいて第一番目の受信側励起パターンへ戻すようにしている。
【００４０】
続いて１番目のチャンネルに対応して一方の開先部Ｅの熱影響部Ｈを計測し得るように、振動子の付加電圧のタイミング等からなる応用条件の一方の励起情報（図５では左側励起情報）を抽出する（ステップＳ２６ａ）と共に、２番目のチャンネルに対応して他方の開先部Ｅの熱影響部Ｈを計測し得るように、振動子の付加電圧のタイミング等からなる応用条件の他方の励起情報（図５では右側励起情報）を抽出する（ステップＳ２６ｂ）。
【００４１】
次に基本条件から抽出した１番目のチャンネルの励起情報を、応用条件からの一方の励起情報に基づいて修正し（ステップＳ２７ａ）、基本条件から抽出した２番目のチャンネルの励起情報を、応用条件からの他方の励起情報に基づいて修正する（ステップＳ２７ｂ）。そして修正した情報を基本条件の２チャンネル設定に還元させ（ステップＳ２８）、２チャンネルの応用条件のパラメータファイルを構築する（ステップＳ２９）。
【００４２】
その後、設定条件に基づいて一対の送信側探触子１と受信側探触子２の間隔調整や配線等の接続を行い、機器をセッティングする（ステップＳ３０）。次に２チャンネルの応用条件であることを確認して探触子の感度や探触距離等のパラメータを調整し（ステップＳ３１）、一方の開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈの計測を開始すると共に、連続的に他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈの計測を開始し、エンコーダ等で送信側探触子１と受信側探触子２の移動距離を取得しながら溶接部Ｗと平行に走査して計測する（ステップＳ３２）。続いてチャンネルごとに得られた波形情報を合成してＴＯＦＤ法の画像化を行うようにデータを集約処理し（ステップＳ３３）、両側の開先部Ｅにおけるクリープ損傷の位置や強度分布等の解析を行い（ステップＳ３４）、更に計測が必要な場合（ステップ３５のＹＥＳ）には計測・解析を繰り返し、計測が不要な場合（ステップ３５のＮＯ）には、クリープ損傷の計測を終了し、両側の開先部Ｅの熱影響部Ｈにおけるクリープ損傷について、どちらに存在するのか等の情報を判定する。
【００４３】
ここで情報を判定する際には、予め、クリープ損傷等から得られた波形を定量評価し、種々の大きさのクリープ損傷比を横軸、定量評価の加算値を縦軸にプロットして検定線を作成しておき、当該検定線に基づき、計測の定量評価からクリープ損傷の状態や寿命比を推定するようにしても良い。又、定量評価としては、波形を量子化して横軸（時間軸）に対応する縦軸の数値を加算する超音波波形量子加算法を用いても良い。
【００４４】
このように第二の形態例によれば、一対の送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を両側の開先部Ｅの熱影響部Ｈに複数設定して計測するので、クリープ損傷等を適確に探傷することができる。又、一方の開先部Ｅの熱影響部（一面側）Ｈと、他方の開先部Ｅの熱影響部（他面側）Ｈとを同時に計測し得るので、クリープ損傷が開先部Ｅの両側のどちらに存在するのか一回の計測で同時に且つ適確に判断することができる。更に一対の送信側探触子１と受信側探触子２の焦点位置を板厚方向に沿って複数設定すれば、板厚５０ｍｍ以上２００ｍｍ以下の板厚が極めて厚い場合であっても容易に探傷することができる。
【００４５】
以下、クリープ欠陥を生じた試験体を用いて、従来のＴＯＦＤ法の場合と、第一の形態例の如く片側の開先部のみを計測する場合と、第二の形態例の如く両側の開先部を同時に計測する場合とについて、探傷結果を比較して試験条件及び結果を示す。又、試験体は、板厚３０ｍｍのＣｒ鋼であって両側の開先部に損傷１００％のクリープ損傷を備えたものを用いた。
【００４６】
従来のＴＯＦＤ法の場合は、探触子周波数を５ＭＨｚ、探触子寸法を０.２５インチ、屈折角を５５度、探触子間隔を７５ｍｍ、フォーカスポイントを上から２６ｍｍの位置、感度を７０ｄＢに設定し、図８に示すＴＯＦＤ画像のデータを得た。その結果、探触子からのビームの広がりでクリープ損傷の存在を認識できるが、両側の開先部のどちらにクリープ損傷があるのか判断できない。又、両側の開先部にクリープ損傷を有している場合には、両側のクリープ損傷の信号が重なり合うため、適切な評価ができない。なお直交走査でクリープ損傷の位置情報を確認できると想定されるが、実際には溶接余盛があるため、探触子を適切に走査できず、クリープ損傷を確認することが困難である。
【００４７】
片側の開先部のみを計測する場合は、探触子周波数を５ＭＨｚ、エレメント数（振動子数）を３２、エレメントピッチを０．５ｍｍ、エレメント幅を１０ｍｍ、チャンネル数（ＣＨ数）を１２、探触子間隔を８２ｍｍ、フォーカスポイントを上から６〜３６ｍｍの複数の位置、感度５０ｄＢに設定し、図９に示す画像データを得た。その結果、開先部の左側又は右側の熱影響部に生じたクリープ損傷を適切に確認できた。
【００４８】
両側の開先部を連続的に計測する場合は、探触子周波数を５ＭＨｚ、エレメント数（振動子数）を３２、エレメントピッチを０．５ｍｍ、エレメント幅を１０ｍｍ、チャンネル数（ＣＨ数）を１２、探触子間隔を８２ｍｍ、フォーカスポイントを上から６〜３６ｍｍの複数の位置、感度５０ｄＢに設定し、図１０に示す画像データを得た。その結果、開先部の左側及び右側の熱影響部に生じたクリープ損傷を同時に且つ適切に確認できた。
【００４９】
尚、本発明の超音波計測方法及びその計測装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、計測の対象は、クリープ損傷に限定されるものではなく、開先部に生じるきず等の欠陥でも良く、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５０】
１ 送信側探触子
１ａ 振動子
２ 受信側探触子
２ａ 振動子
７ 探傷装置
Ａ 対象物（母材）
Ｅ 開先部
Ｗ 溶接部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の開先部で溶接された溶接部を跨ぐように、複数の振動子を配置した送信側探触子と、複数の振動子を配置した受信側探触子とを母材に配置する超音波計測方法であって、
前記送信側探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側探触子における複数の振動子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、
送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を複数設定して探傷することを特徴とする超音波計測方法。
【請求項２】
送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を、両側の開先部の一面側及び／又は他面側に沿って複数設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波計測方法。
【請求項３】
開先部の情報に基づいて送信側探触子の励起パターン及び受信側探触子の励起パターンを設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波計測方法。
【請求項４】
複数の振動子を配置した送信側探触子と、複数の振動子を配置した受信側探触子と、前記送信側探触子及び受信側探触子を制御する探傷装置とを備え、母材の開先部で溶接された溶接部を跨ぐように送信側探触子と受信側探触子とを母材に配置する超音波計測装置であって、
前記探傷装置は、送信側探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側探触子における複数の振動子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、
送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を複数設定して探傷するように構成されたことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項５】
探傷装置は、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を、両側の開先部の一面側及び／又は他面側に沿って複数設定するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の超音波計測装置。
【請求項６】
探傷装置は、開先部の情報が入力され、開先部の情報に基づいて送信側探触子の励起パターン及び受信側探触子の励起パターンを設定するように構成されたことを特徴とする請求項４又は５に記載の超音波計測装置。
【請求項１】
母材の開先部で溶接された溶接部を跨ぐように、複数の振動子を配置した送信側探触子と、複数の振動子を配置した受信側探触子とを母材に配置する超音波計測方法であって、
前記送信側探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側探触子における複数の振動子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、
送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を複数設定して探傷することを特徴とする超音波計測方法。
【請求項２】
送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を、両側の開先部の一面側及び／又は他面側に沿って複数設定することを特徴とする請求項１に記載の超音波計測方法。
【請求項３】
開先部の情報に基づいて送信側探触子の励起パターン及び受信側探触子の励起パターンを設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波計測方法。
【請求項４】
複数の振動子を配置した送信側探触子と、複数の振動子を配置した受信側探触子と、前記送信側探触子及び受信側探触子を制御する探傷装置とを備え、母材の開先部で溶接された溶接部を跨ぐように送信側探触子と受信側探触子とを母材に配置する超音波計測装置であって、
前記探傷装置は、送信側探触子における複数の振動子の励起パターンと、受信側探触子における複数の振動子の励起パターンとを交互に切り替え、切り替えに伴って送信側探触子の励起パターンを他の励起パターンにし、且つ受信側探触子の励起パターンを別の励起パターンにし、
送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を複数設定して探傷するように構成されたことを特徴とする超音波計測装置。
【請求項５】
探傷装置は、送信側探触子と受信側探触子との送受信の焦点位置を、両側の開先部の一面側及び／又は他面側に沿って複数設定するように構成されたことを特徴とする請求項４に記載の超音波計測装置。
【請求項６】
探傷装置は、開先部の情報が入力され、開先部の情報に基づいて送信側探触子の励起パターン及び受信側探触子の励起パターンを設定するように構成されたことを特徴とする請求項４又は５に記載の超音波計測装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１２２８２８（Ｐ２０１１−１２２８２８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７８２０７（Ｐ２００９−２７８２０７）
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
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