JP2011237234A - フェイズドアレイ超音波検査装置、フェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法およびコークドラム - Google Patents

Abstract

【課題】高温の条件でも使用可能であるフェイズドアレイ超音波検査装置、フェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法およびコークドラムを提供する。
【解決手段】高温の検査対象Ｓの欠陥を検査するための装置であって、検査対象Ｓに対して超音波ＵＷを供給するフェイズドアレイ探触子ＰＡと、フェイズドアレイ探触子ＰＡと検査対象Ｓとの間に配置されるウェッジ３とを備えており、ウェッジ３は、検査対象Ｓ表面に接触させる接触面３ｂと、接触面３ｂに対して傾斜したフェイズドアレイ探触子ＰＡを取り付ける取付面３ａとを備えている。ウェッジ３を介してフェイズドアレイ探触子ＰＡを検査対象Ｓに接触させるので、フェイズドアレイ探触子ＰＡの耐熱温度が低くても、高温の検査対象Ｓの検査をフェイズドアレイＵＴ法によって検査を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フェイズドアレイ超音波検査装置、フェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法およびコークドラムに関する。

コークドラムの溶接部等の検査は、コークドラムの稼働を停止し、コークドラムの温度が低下した状態、定修検査時に行われている。
この定修検査時におけるコークドラム溶接部の検査として、ＴＯＦＤ法とフェイズドアレイＵＴ（ＰＡ−ＵＴ）法を併用する手法が開発され、実用化されている（例えば、特許文献１）。

近年、コークドラムの稼働率を向上するために、運転サイクル中の高温状態での検査が求められている。運転サイクル中のコークドラム溶接部（表面）の温度は150℃程度となっており、上述したＴＯＦＤ法による検査は可能であるが、ＰＡ−ＵＴ法による検査は困難であった。なぜなら、ＰＡ−ＵＴ法では、測定用のプローブをコークドラム表面に接触させて検査をしなければならないが、従来のＰＡ−ＵＴ法に使用するプローブは使用温度上限が約６０℃であるため、稼働中のコークドラムでの使用には適していなかったからである。

しかるに、ＴＯＦＤ法のみでは、コークドラムにおけるステンレスクラッド部やインコネルオーバーレイ溶接部に発生した欠陥を検出できないという欠点がある。
よって、ステンレスクラッド部やインコネルオーバーレイ溶接部の検査を行うために、稼働中のコークドラム表面のような高温の条件でもＰＡ−ＵＴ法を用いて検査を行うことができる装置が求められている。

特開２００１−５０９３８号公報

本発明は上記事情に鑑み、高温の条件でも使用可能であるフェイズドアレイ超音波検査装置を提供することを目的とする。
また、かかるフェイズドアレイ超音波検査装置を用いて高温の検査対象を検査するフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法を提供することを目的とする。
さらに、フェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法によって検査されたコークドラムを提供することを目的とする。

第１発明のフェイズドアレイ超音波検査装置は、高温の検査対象の欠陥を検査するための装置であって、検査対象に対して超音波を供給するフェイズドアレイ探触子と、該フェイズドアレイ探触子と前記検査対象との間に配置されるウェッジとを備えており、該ウェッジは、前記検査対象表面に接触させる接触面と、該接触面に対して傾斜した、前記フェイズドアレイ探触子を取り付ける取付面とを備えていることを特徴とする。
第２発明のフェイズドアレイ超音波検査装置は、第１発明において、前記ウェッジの素材が、ポリイミド樹脂であることを特徴とする。
第３発明のフェイズドアレイ超音波検査装置は、第１または第２発明において、前記検査対象がコークドラムであり、該コークドラムの溶接部検査に使用されるものであることを特徴とする。
第４発明のフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法は、フェイズドアレイ超音波検査装置を使用して高温の検査対象の欠陥を検査する方法であって、前記フェイズドアレイ超音波検査装置が、検査対象に対して超音波を供給するフェイズドアレイ探触子と、前記検査対象表面に接触させる接触面と、該接触面に対して傾斜した、前記フェイズドアレイ探触子を取り付ける取付面とを備えたウェッジとを備えており、該ウェッジを、その接触面が前記検査対象の表面と接触するように配置し、前記ウェッジの取付面に前記フェイズドアレイ超音波検査装置のフェイズドアレイ探触子を取り付け、該フェイズドアレイ探触子から前記検査対象に対して超音波を供給することを特徴とする。
第５発明のフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法は、第４発明において、前記ウェッジの素材が、ポリイミド樹脂であることを特徴とする。
第６発明のフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法は、第４または第５発明において、前記検査対象がコークドラムの溶接部であり、２つの前記フェイズドアレイ超音波検査装置のウェッジを、前記コークドラムの溶接部を挟んで対称となるように配置することを特徴とする。
第７発明のコークドラムは、第４、第５または第６発明に記載されたフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法によって検査されるものであることを特徴とする。

第１発明によれば、ウェッジを介してフェイズドアレイ探触子を検査対象に接触させるので、フェイズドアレイ探触子の耐熱温度が低くても、高温の検査対象をフェイズドアレイＵＴ法によって検査することができる。また、ウェッジの取付面が接触面に対して傾斜しており、この取付面にフェイズドアレイ探触子を配置している。このため、ウェッジの位置からズレた位置であってもフェイズドアレイ探触子から超音波を供給することができ、検査対象内の欠陥の有無を検査することができる。
第２発明によれば、ポリイミド樹脂は、高温でも超音波の伝搬特性に優れているので、フェイズドアレイＵＴ法による欠陥検査を正確に行うことができる。
第３発明によれば、ＴＯＦＤ法では検査が困難である、コークドラムの溶接部（例えば、インコネルオーバーレイ溶接部）であっても欠陥を検査することができる。
第４発明によれば、ウェッジを介してフェイズドアレイ探触子を検査対象に接触させるので、フェイズドアレイ探触子の耐熱温度が低くても、高温の検査対象をフェイズドアレイＵＴ法によって検査することができる。また、ウェッジの取付面が接触面に対して傾斜しており、この取付面にフェイズドアレイ探触子を配置している。このため、ウェッジの位置からズレた位置であってもフェイズドアレイ探触子から超音波を供給することができ、検査対象内の欠陥の有無を検査することができる。
第５発明によれば、ポリイミド樹脂は、高温でも超音波の伝搬特性に優れているので、フェイズドアレイＵＴ法による欠陥検査を正確に行うことができる。
第６発明によれば、コークドラムの溶接部を挟んで対称となるように、２つのフェイズドアレイ超音波検査装置のウェッジを配置するので、通常の超音波探傷では難しい、クラッド、オーバーレイ溶接内部の欠陥検出でも行うことができる。
第７発明によれば、稼働中でも検査を行うことができるので、検査のためにコークドラムを停止すること必要がなく、コークドラムの稼動効率を高くすることができる。

（Ａ）は本発明のフェイズドアレイ超音波検査装置１の概略説明図であり、（Ｂ）はウェッジ３の単体説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明のフェイズドアレイ超音波検査装置は、フェイズドアレイＵＴ（ＰＡ−ＵＴ）法使用して検査対象の欠陥検査を行う装置であって、フェイズドアレイ探触子の耐熱温度よりも高温の検査対象であっても検査ができるようにしたことに特徴を有している。

フェイズドアレイＵＴ法とは、微細な超音波振動子（エレメント）を多数個配列したフェイズドアレイ探触子（ＰＡ探触子）から、タイミングを変えて発信した超音波を合成した主ビームを、特定の方向に発信し検査対象の任意の深さに集束させることにより、きず検出・サイジング能力を向上させる改良型パルスエコー方式の超音波探傷法である。以下では、フェイズドアレイＵＴ法を、単にＰＡ−ＵＴ法という。

本発明のフェイズドアレイ超音波検査装置は、高温の検査対象、例えば、圧力容器や配管の溶接部等の検査に適用することができる。コークドラムにおける検査においては、コークドラムの各部位（シェル溶接部、スカート部）等における欠陥検査に使用することができるし、オーバーレイ溶接部等の欠陥検査にも適用可能である。

（フェイズドアレイ超音波検査装置１の説明）
つぎに、本発明のフェイズドアレイ超音波検査装置１を説明する。
図１に示すように、本発明のフェイズドアレイ超音波検査装置１は、フェイズドアレイ探触子（以下、ＰＡ探触子２という）と、ウエッジ３とを備えている。

（ＰＡ探触子２の説明）
まず、ＰＡ探触子２は、個々に制御可能な微細な振動子が複数個配列されたものである。ＰＡ探触子２では振動子を振動させて超音波ＵＷを発生させるのであるが、各振動子の振動するタイミングを制御して、超音波ＵＷを集束させる深さや、超音波ＵＷを集束させる位置を変化させることができる。
このＰＡ探触子２は、図示しない制御装置に伝達されており、制御装置によって探傷条件（超音波ＵＷの集束深さ等）が制御されている。

具体的には、制御装置によって、ＰＡ探触子２における振動子同士の間で超音波ＵＷを発生するタイミングを変えれば振動子同士が超音波ＵＷを発生するタイミングの差に応じて、集束位置の深さを変化させることができる。例えば、隣接する振動子における超音波ＵＷ発生タイミングの差を大きくすれば集束位置の深さを浅くすることができ、超音波ＵＷ発生タイミングの差を小さくすれば集束位置の深さを浅くすることができる。また、振動させる振動子の位置を移動させれば、超音波ＵＷが集束する位置を電子スキャンさせることもできる。

また、このＰＡ探触子２の各振動子は受信器としても機能し、ＰＡ探触子２から発せられた超音波ＵＷが検査対象Ｓ内部の欠陥（例えば、疲労割れや融合不良など）や不連続部などで反射された反射波を受信することができる。
そして、ＰＡ探触子２は、受信した反射波の信号を制御装置に伝達できるようになっている。

（ウェッジ３の説明）
図１（Ａ）に示すように、ＰＡ探触子２はウェッジ３を介して、検査対象Ｓの表面に取り付けられるようになっている。このウェッジ３は、耐熱性を有し、しかも、高温になっても超音波ＵＷの伝搬特性が優れているポリイミド樹脂によって形成されている。
また、図１（Ａ）に示すように、ウェッジ３は、矩形の部材の一つの上端縁が、上面と側面とをつなぐ傾斜面によって切り取られたような形状をしている。そして、その傾斜面に、ＰＡ探触子２を取り付けるための取付面３ａが形成されている。この取付面３ａは、ウェッジ３を検査対象Ｓの表面に取り付ける面（接触面３ｂ）に対して傾斜するように設けられている。

以上のごとき構成であるから、高温用接触媒質を塗布した検査対象Ｓの表面にウェッジ３の接触面３ｂを接触させ、ウェッジ３の取付面３ａにＰＡ探触子２を取り付ければ、ＰＡ探触子２によって検査対象Ｓ内の欠陥を検査することができる。

そして、ＰＡ探触子２はウェッジ３を介して検査対象Ｓの表面に接触させるので、ＰＡ探触子２の耐熱温度が低くても、高温の検査対象ＳをフェイズドアレイＵＴ法によって検査することができる。つまり、ＰＡ探触子２の使用温度上限が約６０℃程度のもの（常温で使用するもの）を使用して、表面温度が使用温度上限よりも高温となっている検査対象Ｓ、例えば、表面温度が150℃程度であるコークドラムを検査することが可能となるのである。

また、ウェッジ３はその取付面３ｂが接触面３ａに対して傾斜しており、この取付面３ａにＰＡ探触子２を配置している。このため、検査対象Ｓ表面において、ウェッジ３を配置した位置からズレた位置にも、ＰＡ探触子２から発振される超音波ＵＷを到達させることができる。
よって、溶接部や形状急変部等のように、検査したい位置がＰＡ探触子２の直下に位置するようにウェッジ３を配置できない場合であっても、フェイズドアレイ超音波検査装置１によって検査したい位置における欠陥の有無を検査することができる。

（コークドラムの溶接部ＷＬ検査への適用）
また、本発明のフェイズドアレイ超音波検査装置１によってコークドラムの溶接部ＷＬを検査する場合には、以下のごとき構成を採用すれば、欠陥検査精度を高くすることができる。

図１（Ａ）に示すように、コークドラムの溶接部ＷＬを検査する場合、２つのフェイズドアレイ超音波検査装置１を、溶接線ＷＬを挟んで対称となるように対向配置する。このとき、いずれの装置でも、ウェッジ３の取付面３ａが溶接部ＷＬに向かって上傾するように、ウェッジ３の接触面３ｂを検査対象Ｓの母材Ｂ表面に取り付ける。
なお、検査対象Ｓの母材Ｂ表面には高温用接触媒質等の接触媒質を塗布しておき、この接触媒質を介してウェッジ３の接触面３ｂが検査対象Ｓの母材Ｂ表面に接するようにする。

この状態で、２つのフェイズドアレイ超音波検査装置１から同時に超音波ＵＷを供給する。すると、ウェッジ３の取付面３ａが溶接部ＷＬに向かって上傾するようになっているので、ウェッジ３の位置が溶接部ＷＬの位置からズレていても、超音波ＵＷを溶接部ＷＬに供給することができる。

そして、制御装置によって２つのフェイズドアレイ超音波検査装置１のＰＡ探触子２を制御すれば、両ＰＡ探触子２から供給される超音波ＵＷを、溶接線ＷＬを挟んで対称となるように、検査対象Ｓに供給することができる。
すると、検査対象Ｓの母材Ｂだけでなく、通常の超音波探傷では難しい、クラッド、オーバーレイ溶接内部の欠陥検出でも行うことができる。

本発明のフェイズドアレイ超音波検査装置は、コークドラムにおけるオーバーレイ溶接部等や圧力容器や配管の溶接部等の高温部の検査に適している。

１ フェイズドアレイ超音波検査装置
２ フェイズドアレイ探触子
３ ウェッジ
３ａ 接触面
３ｂ 取付面
Ｓ 検査対象
ＷＬ 溶接部
ＵＷ 超音波

Claims (7)

1. 高温の検査対象の欠陥を検査するための装置であって、
   検査対象に対して超音波を供給するフェイズドアレイ探触子と、
   該フェイズドアレイ探触子と前記検査対象との間に配置されるウェッジとを備えており、
   該ウェッジは、
   前記検査対象表面に接触させる接触面と、
   該接触面に対して傾斜した、前記フェイズドアレイ探触子を取り付ける取付面とを備えている
   ことを特徴とするフェイズドアレイ超音波検査装置。
2. 前記ウェッジの素材が、ポリイミド樹脂である
   ことを特徴とする請求項１記載のフェイズドアレイ超音波検査装置。
3. 前記検査対象がコークドラムであり、
   該コークドラムの溶接部検査に使用されるものである
   ことを特徴とする請求項１または２記載のフェイズドアレイ超音波検査装置。
4. フェイズドアレイ超音波検査装置を使用して高温の検査対象の欠陥を検査する方法であって、
   前記フェイズドアレイ超音波検査装置が、
   検査対象に対して超音波を供給するフェイズドアレイ探触子と、
   前記検査対象表面に接触させる接触面と、該接触面に対して傾斜した、前記フェイズドアレイ探触子を取り付ける取付面とを備えたウェッジとを備えており、
   該ウェッジを、その接触面が前記検査対象の表面と接触するように配置し、
   前記ウェッジの取付面に前記フェイズドアレイ超音波検査装置のフェイズドアレイ探触子を取り付け、
   該フェイズドアレイ探触子から前記検査対象に対して超音波を供給する
   ことを特徴とするフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法。
5. 前記ウェッジの素材が、ポリイミド樹脂である
   ことを特徴とする請求項４記載のフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法。
6. 前記検査対象がコークドラムの溶接部であり、
   ２つの前記フェイズドアレイ超音波検査装置のウェッジを、前記コークドラムの溶接部を挟んで対称となるように配置する
   ことを特徴とする請求項４または５記載のフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法。
7. 請求項４、５または６に記載されたフェイズドアレイ超音波検査装置を用いた検査方法によって検査されるものである
   ことを特徴とするコークドラム。

Images