JP7655082B2 - 超音波探傷用試験片およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は超音波探傷装置の感度調整等を行う際に使用する超音波探傷用試験片およびその製造方法に関するものである。

この種の超音波探傷用試験片において人工きずとしていわゆる平底穴を設けて、当該平底穴の平底面に向けて探傷超音波を射出してその反射超音波の欠陥エコー信号強度が所定値以上になるように超音波探傷装置の感度調整を行うようにしたものがある（例えば特許文献1）。ところで、丸棒材の表面きずや表層きずの探傷を行う場合には、図７に示すように、探傷する丸棒材と同材で同径の円柱形の試験片本体５の表面に所定角度で傾斜する所定長の円筒状の平底穴２を形成する。平底穴２は、探傷超音波が入射する方向に対してその平底面２１が直交するような角度とする。

すなわち、丸棒材の表面きずや表層きずの探傷を行う場合には探傷超音波の屈折角θが例えば４５°～５５°となるような斜角探傷を行うが、このような屈折角θで探傷プローブ４から試験片Ｓへ入射する探傷超音波に対して平底面２１が直交するような角度で平底穴２を形成し、丸棒材を回転させて反射超音波の欠陥エコーが所定値以上になるように超音波探傷装置の感度調整を行う。

特開２０１９－７８５５８

ところで、上記従来の超音波探傷用試験片Ｓでは、試験片本体５に形成した平底穴２からの反射超音波には、平底穴２の平底面２１で反射して戻る欠陥エコーＥｄ以外に、探傷用超音波が一定の広がりを有することによって丸棒材の周面とこれに近い平底穴２の側面で反射する２回反射エコーＥｎが含まれる。

この場合、小径の丸棒材を探傷する際にはこれに応じて試験片Ｓも小径にするが、この場合、平底穴２からの欠陥エコーＥｄと２回反射エコーＥｎが時間的に近接して探傷プローブ４に戻るため、図８に示すように、超音波探傷装置の検出ウインドウ（時間幅）Ｔ内に欠陥エコー信号Ｅｄｓ以外に２回反射エコー信号Ｅｎｓも現れてこれらを区別できず、丸棒材を回転させて反射超音波の欠陥エコー信号Ｅｄｓが所定値以上になるように超音波探傷装置の感度調整を行うという所期の目的が達せられないという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、丸棒材の超音波探傷を行うに際し使用する超音波探傷用試験片において、２回反射エコーの影響を排除して超音波探傷装置の感度調整を確実に行うことが可能な超音波探傷用試験片を提供することを目的とする

上記目的を達成するために、本第１発明は、丸棒材の表面ないし表層に存在する欠陥を超音波で探傷する際に使用する超音波探傷用試験片であって、前記試験片（Ｓ）は、前記丸棒材と同材の柱体であり、前記試験片（Ｓ）の表面に人工きず（２）が設けられ、前記試験片（Ｓ）は、前記丸棒材と同径の円形断面を有する本体（１）と、前記円形断面の一部円弧と、当該一部円弧の一方の端点（ｃ）と当該一方の端点（ｃ）における接線上の一点とを結ぶ直線と、当該接線上の前記一点と当該一部円弧の他方の端点とを結ぶ、前記直線と直交する線と、を輪郭とする断面を有する突出部（１１）と、を有し、前記人工きず（２）は、前記突出部（１１）の前記線に対応する表面（１１１）に形成された穴であり、前記穴が前記突出部（１１）を貫通し、前記穴の先端（２１）を含む一部が、前記本体（１）に形成されている。

本第１発明によれば、突出部からの探傷超音波の反射経路を人工きずからの反射経路よりも長くしたから、欠陥エコーと二回反射エコーは時間的に十分離れて探傷プローブに戻る。したがって、超音波探傷装置で欠陥エコーと二回反射エコーを確実に識別して、二回反射エコーの影響を受けることなく欠陥エコー信号が所定値以上となるように超音波探傷装置の感度調整を確実に行うことができる。

本第２発明では、前記穴（２）は筒状の平底穴であり、前記突出部（１１）の、前記直線と前記平底穴（２）の側面との間に断面一定厚の延出部（２２）が形成されている。

本第２発明によれば、延出部を形成したことにより、探傷超音波の欠陥エコーは平底穴の平底面で反射して戻り、二回反射エコーは平底面から十分離れた延出部の先端で反射して戻る。このため、欠陥エコーと二回反射エコーは時間的に十分離れて探傷プローブに戻るから超音波探傷装置でこれらを確実に識別して、二回反射エコーの影響を受けることなく欠陥エコー信号が所定値以上となるように超音波探傷装置の感度調整を確実に行うことができる。

本第３発明では、前記本体の半径（ｒ）、前記平底穴の直径（Ｄ）、前記延出部の厚み（Ｗ）の間に下式の関係がある。
Ｗ＝ｒ－（ｒsinθ＋Ｄ/２）
ここでＷ＞λであり、λは探傷超音波の波長である。またθは探傷超音波の屈折角である。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を参考的に示すものである。

以上のように、本発明の超音波探傷用試験片およびその製造方法によれば、丸棒材の超音波探傷を行うに際し平底穴を人工きずとして使用した超音波探傷用試験片において、２回反射エコーの影響を排除して超音波探傷装置の感度調整を確実に行うことができる。

本発明の一実施形態を示す、超音波探傷用試験片の断面図である。 超音波探傷用試験片の製造に使用する、試験片本体の全体斜視図である。 試験片本体の側面図と端面図である。 平底穴を形成した試験片本体の部分拡大側面図である。 超音波探傷装置で受信される反射超音波信号の経時変化を示す図である。 本発明の他の実施形態を示す超音波探傷用試験片の断面図である。 従来の超音波探傷用試験片の断面図である。 超音波探傷装置で受信される反射超音波信号の経時変化を示す図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１には本発明の超音波探傷用試験片Ｓの断面の一例を示す。図１において、超音波探傷用試験片Ｓの本体１は柱状で、探傷する丸棒材と同径の円形断面を有している。そして、図略の探傷プローブから試験片本体１の周面の一点ａに入射し屈折角θで本体１内を伝播する探傷超音波に対し、その平底面２１が探傷超音波の入射方向に直交するような筒状の平底穴２が人工きずとして形成されている。

平底穴２は本実施形態では試験片本体１の周面の一部に形成された突出部１１に穿設されている。これにより、平底穴２の、試験片本体１の円周面（仮想）に近い側面側にある開口上縁部に延出部２２が形成されている。この延出部２２は、試験片本体１の円周面から平底穴２の軸ｍに沿って外方へ一定厚Ｗで延びるとともにその先端２２１は平面となっている。

なお、図１中の各符号ｒ，Ｄ，Ｗ，Ｈは以下の各部の寸法を示すものである。
ｒ：試験片本体半径
Ｄ：平底穴直径
Ｗ：延出部厚み
Ｈ：延出部延出量（＝平底穴深さ）

ここで、Ｗ＝ｒ－（ｒsinθ＋Ｄ／２）の関係があり、Ｗを大きくするほど２回反射エコーの影響を小さくできるが、その分Ｄが小さくなって平底面２１で反射する欠陥エコーが弱くなる。したがって、これを考慮してＷ，Ｄの大きさを適宜調整する必要がある。なお、Ｗは探傷超音波の波長がλである場合、Ｗ＞λにする必要がある。

また、Ｈを大きくするほど欠陥エコーと２回反射エコーは良好に分離される。このようなＨの大きさは探傷超音波のパルス持続長以上に設定する必要があり、一例として探傷超音波の音速を３０００ｍ／ｓ、周波数を１０ＭＨｚ、波数を３とすると、Ｈの大きさは０．９ｍｍ以上を確保する必要がある。

延出部２２を形成した上記試験片Ｓは例えば以下のように製造される。すなわち、丸棒材と同材の一定長Ｘの柱体を削り出し等で成形して、図２に斜視図を、図３（１）、（２）にそれぞれ側面図、端面図を示すような試験片本体１とする。試験片本体１の長さＸは、使用する探傷プローブ４の長さ(図１で紙面垂直方向の長さ)よりも長いものであれば良い。

試験片本体１は、その大部分が丸棒材と同径の円形断面であり、周方向の一部が径方向外方へ突出する突出部１１となっている。この突出部１１の断面は、円形断面部の上方の円周上の一点ｃからの接線と、当該接線上の一点から直角に円形断面部の下方の他の円周上に向かう線で囲まれた断面である。そして、この突出部１１の長手方向の一カ所で、図４に示すように、突出部１１の下側斜面１１１に、上側斜面１１２に平行に円筒状の平底穴２を穿設する。これにより、平底穴２の開口上縁に所定厚Ｗの上記延出部２２が形成される。

このような延出部２２を形成したことにより、図１に示すように、探傷超音波の欠陥エコーＥｄが平底穴２の平底面２１で反射して生じる一方、二回反射エコーＥｎは上記平底面２１から離れた延出部２２の先端２２１平面で反射して生じる。このため、欠陥エコーＥｄと二回反射エコーＥｎは時間的に十分離れて探傷プローブに戻り、図５に示すように、超音波探傷装置で受信される反射超音波信号の検出ウインドウＴ内には欠陥エコー信号Ｅｄｓのみが現れる。これにより、反射超音波の欠陥エコー信号Ｅｄｓが所定値以上になるように調整する超音波探傷装置の感度調整を確実に行うことができる。

なお、試験片本体に形成される突出部は必ずしも上述したような断面である必要はなく、また、試験片の平底穴の開口周縁に延出部を形成する方法も上述した方法には限られない。この場合、形成方法によっては、延出部の延出量は上記実施例とは異なって平底穴の深さと同一にならないこともある。また、延出部の厚みも必ずしも一定である必要は無く、先端へ向けて漸次厚みを増すようなものでも良い。さらに延出部の先端は必ずしも平面とする必要はない。より具体的には、例えば図６（１）に示すような平底面ではない人工きず６や、図６（２）に示すような表面から一定深さに形成した人工きず７に対しても、それぞれ図示のような延出部６１，７１を形成することによって、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本発明の試験片は、探傷プローブが単一振動子のもの、フェーズドアレイ式のもののいずれにも使用可能である。

１…本体、１１…突出部、２…平底穴、２１…平底面、２２…延出部、Ｓ…超音波探傷用試験片。

Claims (3)

1. 丸棒材の表面ないし表層に存在する欠陥を超音波で探傷する際に使用する超音波探傷用試験片であって、
   前記試験片は、前記丸棒材と同材の柱体であり、
   前記試験片の表面に人工きずが設けられ、
   前記試験片は、
   前記丸棒材と同径の円形断面を有する本体と、
   前記円形断面の一部円弧と、当該一部円弧の一方の端点と当該一方の端点における接線上の一点とを結ぶ直線と、当該接線上の前記一点と当該一部円弧の他方の端点とを結ぶ、前記直線と直交する線と、を輪郭とする断面を有する突出部と、
   を有し、
   前記人工きずは、
   前記突出部の前記線に対応する表面に形成された穴であり、
   前記穴が前記突出部を貫通し、前記穴の先端を含む一部が、前記本体に形成されている超音波探傷用試験片。
2. 前記穴は筒状の平底穴であり、前記突出部の、前記直線と前記平底穴の側面との間に断面一定厚の延出部が形成されている請求項１に記載の超音波探傷用試験片。
3. 前記本体の半径（ｒ）、前記平底穴の直径（Ｄ）、前記延出部の厚み（Ｗ）の間に下式の関係がある請求項２に記載の超音波探傷用試験片。
   Ｗ＝ｒ－（ｒsinθ＋Ｄ/２）
   ここでＷ＞λであり、λは探傷超音波の波長である。またθは探傷超音波の屈折角である。