專利名稱：：超聲波探傷裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及超聲波探傷方法和裝置。詳細而言，本發(fā)明涉及適合檢測出包含表面龜裂、接近壁厚被檢查物的表層的腐蝕部或微損傷的傷的傷端部位置、傷深度或離開背面的傷高度的超聲波探傷方法和裝置。
背景技術(shù)：
：為了以非破壞方式檢查對核發(fā)電廠的管道焊接部那樣的壁厚管道焊接部的表面龜裂的傷深度、包含接近表層的腐蝕部或微損傷的傷的深度、傷位置或離開背面的傷高度等，以往己實施超聲波探傷測試。而且，對壁厚管道焊接部的非破壞性檢査中，對不僅檢測出是否有傷而且精度良好地測量傷深度、傷高度、傷尺寸等的需求日益高漲。此缺陷尺寸測量中，高精度檢測出發(fā)生端和終端是不可欠缺的，所以近年考慮應(yīng)用相控陣法、TOFD(TimeOfFlight:飛行時間衍射)法、斜角探傷法等超聲波探傷測試法。例如，表面龜裂傷深度的估計中，一般用利用表面波的TOFD法(非專利文獻l)。根據(jù)TOFD法，如圖13所示，無龜裂時的表面波的波束路程To與有龜裂時的表面波的波束路程T,之間存在路程差。因此，預先求出無龜裂時的表面波的波束路程To后，求出有龜裂時的表面波的波束路程T,，根據(jù)式1所示關(guān)系進行傷深度d的估計。這里，波束路程是指波束在發(fā)送側(cè)探頭與接收側(cè)探頭之間經(jīng)過的距離。d二l/2(T,—To)……(1)有時也進行基于使用斜角探頭的斜角探傷法的傷高度測量(非專利文獻2)。本發(fā)明人等還提出稱為SPOD(ShortPathofDiffraction:短路徑衍射波)法的超聲波測量法，適合測量主要用于核發(fā)電廠主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物的反應(yīng)堆內(nèi)結(jié)構(gòu)物或循環(huán)管道等的奧氏體類不銹鋼或因科內(nèi)爾(SpecialMetalCorporation的注冊商標)合金的焊接部周邊的傷，尤其是測量背面開口傷的傷高度(非專利文獻3)。此SPOD法組合斜角探頭和垂直探頭，從斜向?qū)Ρ粰z查物的傷入射超聲波脈沖，并在傷的上方利用垂直探頭接收傷的端部上產(chǎn)生的衍射波，根據(jù)直接往傷的上方傳播的分量與在被檢查物的背面一次反射后往傷的上方傳播的分量的到達時間差，求出傷的高度。非專利文獻l:社團法人日本非破壞性檢查協(xié)會發(fā)行"日本非破壞性檢查協(xié)會標準TOFD法的傷高度測量方法"，平成13年12月1日發(fā)行非專利文獻2:社團法人日本非破壞性檢查協(xié)會發(fā)行"日本非破壞性檢查協(xié)會標準端部回波法的傷高度測量方法"，平成9年6月1日發(fā)行非專利文獻3:日本國保全學會第2次學術(shù)報告會主題集第21頁第26頁"超聲波探傷測試的簡便傷尺寸測量方法的建議"，2005年7月8日公布然而，表面龜裂多數(shù)發(fā)生在結(jié)構(gòu)物容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的形狀變化部分，例如壁厚管道的管座或T形接頭等帶角度地連接壁厚管道的焊接部位等。難以配置成用2個探頭將這種形狀變化部分中存在的表面龜裂夾在中間并進行探傷。又，TOFD法中，接收的表面波的回波弱，不能精度良好地進行估計。因而，用TOFD法從開口部對表面龜裂進行探傷并求出傷高度，帶有困難。尤其是TOFD法對主要用于要求非破壞性測量傷深度的核發(fā)電廠主系統(tǒng)結(jié)構(gòu)物的反應(yīng)堆內(nèi)結(jié)構(gòu)物或循環(huán)管道等的奧氏體類不銹鋼或因科內(nèi)爾合金等，衰減和噪聲大，存在不能使用的問題。又，即便在使用斜角探傷法進行表面龜裂的下端檢測的情況下，也不能檢測出來自傷的下端的衍射波的回波，從而不能進行傷深度的估計。這是因為往斜上方的衍射波的能量原本就弱，并且擴散衰減波束路程變長的份額，從而得不到能檢測出的程度的衍射波回波。又，被檢査物中存在腐蝕部時，腐蝕部與其周圍的健全部原本物性相同，即使腐蝕，其物性也差異不大，所以它們的界面上超聲波大部分穿透，產(chǎn)生的反射波和衍射波微弱。因此，TOFD等普通超聲波測量法難檢測出腐蝕部與健全部的界面，難以非破壞方式檢測出是否有未呈現(xiàn)在表面的腐蝕，再者，即使腐蝕部呈現(xiàn)在表面，也難檢測出腐蝕部的深度。被檢查物中產(chǎn)生初始階段的疲勞龜裂、閉口龜裂、晶界蠕變點、微剝離等閉口缺陷整體，并且遠小于入射波波長的小缺陷(下文稱為微損傷)等成團的情況下，也是這樣?？蓪⑦@種微損傷5等的塊判斷為腐蝕、劣化部分(下文稱為腐蝕部)，已有的超聲波探傷法不能對其求出腐蝕部與健全部的界面的深度位置。即使利用本發(fā)明人等提出的非專利文獻3記載的SPOD法，在對包含壁厚管道焊接部那樣的壁厚被檢查物的表面龜裂、接近表層的腐蝕部或微損傷等傷檢測出離開被檢査物表面的深度或離開被檢查物背面的傷高度時，也判明說是利用得到最強能量的朝下的衍射波分量，卻由于在被檢查物背面反射后往傷的上方傳播的衍射波的波束路程變長造成衰減，不能檢測出信號。圓弧狀(球面狀)擴大的衍射波中，朝向正下方的分量最強。然而，壁厚的被檢查物中，傷的端部很遠離被檢查物的背面時，例如即便是表層附近的傷、表面開口傷或背面開口傷，其傷高度也很高地離開背面時，往往被檢查物背面上反射的衍射波不能返回到接收側(cè)探頭，不能看到來自底面的反射回波。因此，根據(jù)傷的端部產(chǎn)生的衍射波直接往傷的上方傳播的分量與在背面一次反射后往傷的上方傳播的分量的到達時間差求出傷高度的SPOD法中，存在不能求出表面龜裂的傷深度的情況。此情況在腐蝕部與正常部的界面上產(chǎn)生的衍射波中也相同，在腐蝕部上傳播后在底面反射的衍射波大為衰減，不能檢測出。即，示波器上不能看到。因此，本發(fā)明的目的在于提供一種能簡單且精度良好地檢測出包含表面龜裂、接近壁厚被檢查物的表層的腐蝕部或微損傷的傷的傷端部位置、傷深度或傷高度的超聲波探傷法和裝置。為了達到上述目的，本發(fā)明人等作各種研究的結(jié)果，實際認識到因傷的存在而產(chǎn)生的衍射波分量中，返回入射源的分量弱，朝向傷的正下方的分量最強，即朝向入射超聲波的表面的相反側(cè)的背面(底面)側(cè)的分量最強，直接朝向傷的上方(被檢査物的表面?zhèn)?的分量第2強，雖然存在這種關(guān)系，但表面開口傷或試樣中的表面附近處存在傷時，直接朝向傷的上方的分量與在底面反射一下后往上的分量相比，傳播距離短，衰減小，所以終于成為最強的信號，能清楚地接收。本發(fā)明人的著眼于這點，結(jié)果得出根據(jù)到達傷后作為衍射波往傷的上方直接傳播的超聲波的波束路程和被檢查物表面上的超聲波入射位置與檢測位置的距離，或根據(jù)反映這些關(guān)系的表面波與往傷的上方直接傳播的衍射波分量到達接收用垂直探頭的傳播時間差，用三角法(畢氏定理)求出包含表面龜裂、接近壁厚被檢查物表層的腐蝕部或微損傷的傷的端部位置、傷深度或傷高度。
發(fā)明內(nèi)容艮口，本發(fā)明第1方面記載的超聲波探傷方法，利用斜角探頭使超聲波從斜向?qū)Ρ粰z査物入射，利用垂直探頭在傷的上方檢測出被檢查物的傷的端部發(fā)生的衍射波，根據(jù)衍射波直接往上方傳播的分量經(jīng)發(fā)送用斜角探頭和接收用垂直探頭之間的損傷的全波束路程和超聲波入射位置與檢測位置的間隔，或根據(jù)表面波與直接往傷的上方傳播的衍射波分量到達接收用垂直探頭的傳播時間差，用三角法求出傷的端部離開被檢查物的表面的位置。這里，波束路程與傳播時間的關(guān)系為波束路程-傳播時間X入射超聲波的聲速，所以認為超聲波聲速實質(zhì)上恒定的材料中，能檢測出傳播時間，就能利用運算求出波束路程。又，本發(fā)明的超聲波探傷法，利用從傷直接往上方的探傷面?zhèn)鞑サ难苌洳ǚ至?，求出傷的端部位置，所以適合求出難檢測出往包含表面龜裂、接近壁厚被檢查物表層的腐蝕部或微損傷的傷的端部位置和傷的下方(入射超聲波的面相反側(cè)的面)傳播且在底面反射一下后朝上的衍射波分量的狀況下離開被檢查物表面的傷深度或離開被檢查物背面的傷高度。這里，傷為微損傷時，入射振幅大的超聲波作為超聲波，并檢測出從微損傷直接往上方傳播的衍射波諧波分量，從而求出波束路程或傳播時間。又，諸如壁厚管道焊接部，被檢查物的表層附近的傷或表面開口傷那樣反射衍射波的底面至傷的端部的間隔遠離的情況或背面開口傷的高度很高的情況下，可根據(jù)與用其它方法測量的被檢査物厚度的差額，求出離開背面的傷高度。又，超聲波的入射位置與檢測位置的間隔，可根據(jù)例如表面波傳播時間求出，或者可實際測量發(fā)送用斜角探頭與接收用垂直探頭的間隔，或預先將被檢查物的表面?zhèn)鹊某暡ǖ娜肷湮恢门c檢測位置的間隔保持固定間隔。又，作為斜角探頭的超聲波發(fā)生源一般使用壓電振子或磁致伸縮振子，但有時也可利用激光器激勵超聲波。利用激光器超聲波法時，由于以非接觸方式激勵超聲波，因此適合高溫環(huán)境下的測量或具有復雜形狀的物體的測量等，但進一步與使用壓電元件的超聲波探傷法相比，存在強表面波接收信號，所以適7合根據(jù)表面波和往傷的上方傳播的衍射波的傳播時間的關(guān)系進行傷高度估計的情況。這里，將激光器用作斜角探頭時，作為接收用垂直探頭，最好使用干涉儀。又，此激光器超聲波法的情況下，最好激光器為多個，并通過時延發(fā)生器施加時延，進行傳播方向控制，使激光器的照射間隔錯開，從而產(chǎn)生的超聲波同時到達任意一點。本發(fā)明的超聲波探傷裝置，包括從斜向?qū)Ρ粰z查物中的傷入射超聲波波束的發(fā)送用斜角探頭、接收往所述傷的上方傳播的衍射波的接收用垂直探頭、以及運算處理部，該運算處理部根據(jù)所述接收用垂直探頭接收的在所述傷端部產(chǎn)生的衍射波直接往所述傷的上方傳播的分量經(jīng)所述發(fā)送用斜角探頭與所述接收用垂直探頭之間的所述損傷的波束路程和所述超聲波的入射位置與檢測位置的間隔，或根據(jù)表面波和直接往傷的上方傳播的所述衍射波分量到達所述接收用垂直探頭的傳播時間差，用三角法算出離開所述被檢查物表面的所述傷端部的位置。根據(jù)本發(fā)明的超聲波探傷方法和裝置，不通過光楔而直接接收強度次于往傷的正下方傳播的衍射波分量且以最短波束路程傳播的往上方的衍射波分量，因此難以受到衰減的影響，能將其作為較強的信號進行接收。因而，不是熟練的檢查員也能精度良好地測量，使測量結(jié)果無偏差。又，根據(jù)本發(fā)明的超聲波探傷方法和裝置，損傷等存在于被檢查物表面層附近時，也能求出被檢查物表面至傷的端部的位置。因而，能根據(jù)是否有表層附近的傷或傷離開被檢查物表面或背面的位置，具體而言，能根據(jù)表面?zhèn)纳疃?、離開表面的傷的腐蝕深度或表層附近是否有閉口傷等及其位置，進而根據(jù)別的測量法等求出的被檢査物的已知厚度，求出背面開口傷的高度。而且，根據(jù)本發(fā)明的超聲波探傷方法和裝置，能簡便地算出傷的端部的位置。g卩，能迸行被檢查物表面的傷深度的估計，而不受材質(zhì)、測量面形狀變化等支配。又，根據(jù)本發(fā)明的超聲波探傷法和裝置，能進行焊接時的氣泡等被檢查物中的缺陷的檢測，所以可通過測量這些初始缺陷進行產(chǎn)品性能評價。又，根據(jù)本發(fā)明第4方面記載的本發(fā)明超聲波探傷方法，即便是被檢查物中的健全部與腐蝕部的界面那樣微弱的反射源，也能使用距離最短且成為強度次于朝向底面的分量的信號的直接朝向垂直探頭的衍射波分量，因此能用可檢測出衍射波的程度的強度進行接收。因而，通過將腐蝕部與健全部的界面的位置和其它測量方法或目視判斷等一起使用，能求出離開被檢査物表面的腐蝕部深度或離開其背面的腐蝕部高度。又，根據(jù)本發(fā)明第5方面記載的本發(fā)明超聲波探傷方法，不通過光楔而直接接收以最短波束路程傳播的往上方的衍射波分量，因此能接收頻率較高的諧波分量，而難以受到衰減的影響。即，能使檢測用的超聲波頻率比以往高，所以檢測的分辨率高，能檢測出較微細的損傷。圖1是本發(fā)明超聲波探傷法的探傷、傷深度估計方法的說明圖。圖2是示出一例估計傷深度時的表面波和衍射波的接收波形的圖。圖3是說明本發(fā)明超聲波探傷方法的探傷、傷高度估計方法用的圖。圖4是示出一例利用激光器激勵超聲波的超聲波探傷裝置的說明圖。圖5是示出一例使用壓電振子的超聲波探傷裝置的說明圖。圖6是示出一例檢測出被檢査物中的損傷的實施方式的說明圖。圖7是說明被檢查物中的背面腐蝕部的界面檢測原理的圖。圖8是示出圖7的檢測方法中的接收波形的圖形，縱軸表示位移，橫軸表示波束路程。圖9是示出被檢查物的表面腐蝕部界面檢測原理的圖。圖10是示出圖9的檢測方法中的接收波形的圖形，縱軸表示位移，橫軸表示波束路程。圖11是示出將接收側(cè)探頭固定地配置在縫隙的上方，并一面移動激勵激光器的照射位置、一面檢測出被檢查物中的傷的端部的方法的說明圖。圖12是示出一面使接收探頭和激勵激光器照射位置作為恒定間隔同時移動、一面檢測出被檢査物中的傷的端部的方法的說明圖。圖13是說明已有TOFD法的表面龜裂傷深度估計方法用的圖。標號說明l是超聲波探傷裝置，2是激光器，3是時延產(chǎn)生器，6是被檢查物，7是干涉儀，8是檢測用激光器，12是個人計算機，13是被檢查物表面，14是被檢査物背面，15是表面波，16是入射到被檢查物的超聲波，17是衍射波，18是往上方傳播的衍射波，21是發(fā)送用斜角探頭，22是接收用垂直探頭，25是腐蝕部，26是健全部，27是腐蝕部與健全部的界面。具體實施例方式下面，根據(jù)附圖所示一實施方式，詳細說明本發(fā)明的組成。本發(fā)明的超聲波探傷方法，利用斜角探頭使超聲波從斜向?qū)Ρ粰z查物入射，利用垂直探頭在傷的上方檢測出被檢查物的傷的端部發(fā)生的衍射波，根據(jù)衍射波直接往上方傳播的分量經(jīng)發(fā)送用斜角探頭和接收用垂直探頭之間的損傷的全波束路程和超聲波入射位置與檢測位置的間隔，或根據(jù)表面波與直接往傷的上方傳播的衍射波分量到達接收用垂直探頭的傳播時間差，用三角法求出傷的端部離開被檢查物的表面的位置。波束路程=傳播時間X入射超聲波的聲速…(2)波束路程與傳播時間之間，式2的關(guān)系成立，所以認為超聲波的聲速實質(zhì)上恒定的材料中，能檢測出傳播時間，就能利用運算求出波束路程。又，如圖1所示，傷20的端部上產(chǎn)生的衍射波17的直接往正上方的分量18和從入射處往接收用垂直探頭(檢測位置)在被檢查物6的表面13上傳播的表面波15對從超聲波入射處到達傷20的波束16存在直角三角形的關(guān)系。因而，根據(jù)沿被檢查物的表面13傳播的表面波15與在被檢查物6中傳播且在傷20產(chǎn)生衍射波17的超聲波16的傳播時間差或各自的波束路程，用三角法能求出包含表面龜裂、接近壁厚被檢查物表層的腐蝕部或微損傷的傷從被檢査物的表面或背面到端部的距離。衍射波的直接往正上方的分量的傳播距離短僅僅到達傷的深度的份額，所以擴散衰減小，能精度良好地檢測出衍射波。這里，作為接收波最好利用縱波D此情況下，除比橫波快到達探頭外，還因為波長長，難以受到金屬組織的影響。然而，用于檢測的不限于縱波，也可用橫波。接收用探頭不僅接收縱波，而且接收橫波。實驗確認雙波精度高且穩(wěn)健性優(yōu)良。所以，由于有的檢測位置存在橫波強的情況，因此通過使用縱波或橫波的一方或者雙方，能進行明確的損傷檢測。10作為此超聲波探傷方法和裝置的發(fā)送用斜角探頭，一般使用壓電振子或磁致伸縮振子，但有的情況也可使用激光器。使用激光器激勵超聲波時，以非接觸方式激勵超聲波，因此適合高溫環(huán)境下的測量或具有復雜形狀的物體的測量等。又，本發(fā)明人等實際認識到使用激光器激勵的超聲波時，與使用壓電振子入射超聲波時相比，存在強的表面波接收信號。因此，與使用壓電元件的超聲波探傷法相比，存在強的表面波接收信號，所以適合用于用三角法求出包含壁厚被檢查物的表面龜裂、接近表層的腐蝕部或微損傷的傷離開被檢查物表面的傷深度或離開被檢查物背面的傷高度的情況。當然，靠使用壓電振子或磁致伸縮振子等的一般發(fā)送用斜角探頭和接收用垂直探頭也能檢測出傷等，也沒有問題。這是不言而喻的。即，激光器超聲波法或使用壓電元件的超聲波探傷法，都能精度良好地估計傷深度。而且，將激光器用作發(fā)送用斜角探頭時，使用干涉儀作為進行衍射波檢測的接收用垂直探頭。利用該探頭以非接觸方式進行檢測時更有效，較佳。在被檢查物中傳播的超聲波振動到達被檢査物表面時，到達點以納米(nm)級以下的微小位移進行振動。因此，在希望檢測出超聲波的位置照射激光時，其反射光產(chǎn)生微小的光頻率躍遷(多普勒移位)。如果激光的頻率和相位的穩(wěn)定度足夠高，則能用干涉效應(yīng)測量此微小的光頻率躍遷。再者，作為將激光器用作斜角探頭時的接收用垂直探頭，一般使用干涉儀，但在能作接觸下的檢測時，也可用基于壓電振子或磁致伸縮振子的接收用垂直探頭。又，將激光照射到被檢查物并激勵超聲波時，如圖4所示，最好使用多個激光器2，通過時延發(fā)生器3施加時延，進行傳播方向控制，使各激光器2的照射定時錯開，從而產(chǎn)生的全部超聲波的縱波或橫波同時到達成為檢測點的任意一點。此情況下，組合由照射到被檢查物6的各激光9依次激勵的超聲波，能形成振幅大的超聲波。由此，檢測靈敏度良好，能進行高精度的探傷。又，從各激光器2以不同的定時發(fā)送激勵用的激光9，使超聲波得以產(chǎn)生，從而能控制激勵的波的傳播方向。例如，能達到將時延設(shè)定得小，則組合波的入射角小，而將時延設(shè)定得大，則組合波的入射角大。因此，可通過控制時延對波束的入射角進行控制。還控制多個激光器2激勵的波到達的順序，使波組合，從而能產(chǎn)生能量集中在基頻附近的窄帶超聲波。作為本實施方式的發(fā)送側(cè)的激光器2，使用包括Q開關(guān)的YAG激光器、C02激光器、準分子激光器等。又，由時延產(chǎn)生器3設(shè)定各發(fā)送側(cè)激光器2的Q開關(guān)對檢測用激光器8的觸發(fā)信號的時延，從而以時間延遲的方式產(chǎn)生激光脈沖。又，作為干涉儀7最好使用例如二光波混合干涉儀，但不限于此，也可使用法布里一珀羅型干涉儀(CFPI)等其它公知千涉儀或新干涉儀。又，干涉儀7通過示波器11和帶通濾波器10，連接作為數(shù)據(jù)收集用和控制裝置的個人計算機12。然后，由示波器11通過帶通濾波器10記錄干涉儀7檢測出的信號，進而將其取入個人計算機12。個人計算機12包括未圖示的中央運算處理裝置、存儲規(guī)定中央運算處理的動作順序的程序或中央運算處理部處理的數(shù)據(jù)等的存儲器、存放取入的數(shù)據(jù)的存儲單元、顯示單元、以及鍵盤或鼠標器等輸入單元等，示波器11和帶通濾波器10—起構(gòu)建相當于探傷器的功能。再者，圖中的標號4a、4b是反射鏡，5是聚光用透鏡。帶通濾波器10是例如低帶通濾波器，用于濾除噪聲等。根據(jù)這樣構(gòu)成的超聲波探傷裝置，能利用例如示波器11的監(jiān)視簡便地進行施加時延以便超聲波同時到達任意一點的處理。具體而言，首先，檢測出任意選擇的1個激光器2激勵的波形，記錄在示波器11的屏幕上。接著，逐一依次激勵剩下的激光器2，一面在示波器11上觀察分別得到的波形、一面對激光器2設(shè)定時延，使其與先記錄的激光器的波形的峰一致。當然，也可預先利用用三角法的計算求出時延。還可對被檢査物6的每一厚度、材質(zhì)、照射位置間隔預先求出激光器的時延。又，利用使用壓電元件的探頭時，可用例如圖5示例的組成的裝置實施本發(fā)明的超聲波探傷法。此超聲波裝置包括對被檢査物6入射超聲波波束的發(fā)送用斜角探頭21、接收在被檢查物中往傷的上方傳播的衍射波的接收用垂直探頭22、以及作為數(shù)據(jù)收集用和控制裝置的個人計算機12，設(shè)置成通過以A/D變換電路板24為中介連接的脈沖接收器23，控制發(fā)送用探頭21和接收用探頭22的收發(fā)動作。這里，用于控制和獲取數(shù)據(jù)的計算機12，利用A/D變換電路板24和脈沖接收器23，構(gòu)成相當于探傷器的功能，當然，也可另行使用探傷器，在計算機12僅進行數(shù)據(jù)收集。還在計算機12進行掃描條件設(shè)定、探傷時的掃描控制12等全部動作。再者，任一種方式中，計算機12上，都根據(jù)衍射波17的直接往傷的上方傳播的分量經(jīng)發(fā)送用斜角探頭21與接收用垂直探頭22之間的傷20的入射超聲波16的全波束路程Wt和超聲波的入射位置與檢測位置的間隔S，或根據(jù)作為往傷20入射且到達傷20的衍射波直接往傷20的上方傳播的入射超聲波16與表面波15在被檢查物中的傳播時間差tt-ts，用三角法在中央運算處理部運算離開被檢查物6的表面13的傷20的端部的位置。同時，將超聲波波束的表面波15和到達傷20的端部時產(chǎn)生的衍射波17的往傷的上方直接傳播的分量18的信號同時顯示在作為顯示單元的示波器11上，示出到達探傷面的時間差。圖1中示出將本發(fā)明超聲波探傷法用于測量表面龜裂的傷深度的實施方式的說明圖。再者，本實施方式中，說明將激光器用作發(fā)送側(cè)探頭、將干涉儀和檢測用激光器用作接收用垂直探頭的情況。本實施方式中，將激勵用激光的照射處和檢測用激光8的照射處一面保持恒定的間隔S、一面往相同方向各移動相同的量。此情況下，僅使激勵用激光9的照射處和檢測用激光8的照射處一體地移動就得到信號，因此不在一探頭固定位置的選擇上花費時間。因而，檢測用激光8的照射位置到達表面龜裂20的上方時，檢測出來自傷20的下端的衍射波。由此，即便是目視不能判別的表面龜裂，也能發(fā)現(xiàn)。再者，預先知道表面龜裂20的位置時，當然也可將檢測用激光8的照射位置取為該表面龜裂的位置。使超聲波的入射位置與檢測位置的間隔s和超聲波入射角e恒定時，圓弧狀擴大的超聲波的波束中心未必限于接觸傷的前端，偏離波束中心的部分碰到傷20的前端也產(chǎn)生衍射波，所以能檢測出傷20的前端。還可掃描激勵激光9的照射位置。利用超聲波的入射，如圖2所示，接收用垂直探頭22首先在離開超聲波入射時ts后檢測出波束路程短的表面波15，其次在tt后檢測出經(jīng)傷20作為衍射波直接往傷的上方傳播的路程Wt的入射超聲波。設(shè)聲速為C，則根據(jù)上述式2的關(guān)系，用Ws-Cts、Wt=Ctt分別表示表面波15的波束路程Ws和被檢查物6中的超聲波的全波束路程Wt。由此，可利用根據(jù)畢氏定理展開的式3求出表面龜裂20的傷深度d。再者，激勵激光9的照射位置與檢測用激光8的照射位置的間隔S(即表面波的路程Ws)可根據(jù)表面波15的傳播時間算出，又可預先將間隔設(shè)定為一定的值，或每次探傷進行實際測量。又，聲速C依賴于被檢査物的材質(zhì)，可預先求出。d=(Wt2—Ws2)/2Wt......(3)接著，圖3示出求壁厚被檢查物的背面?zhèn)母叨萪時的原理。利用對圖4所示超聲波探傷裝置1的多個激光器2分別設(shè)定的時延控制被檢查物6中的傳播方向的超聲波16按波束路徑Wtl傳播到傷20，進而在傷20的端部衍射并產(chǎn)生衍射波17。衍射波17中直接往傷20的正上方傳播的分量18按光束路程Wt2直接傳播到被檢查物6的表面13。同時，縱波的表面波15按波束路程Ws在被檢査物6的表面附近傳播。根據(jù)表面波15和入射超聲波16的往上方傳播的衍射波18的到達時刻ts、tt，給出下面的式4、式5。Ws=Ots……(4)Wtl+Wt2=C.tt……(5)又，能利用式6求出Wt2，并通過從被檢查物6的厚度T減去Wt2能求出傷高度d。還能利用厚度儀簡單地測出被檢查物16的厚度T。因此，不能檢測來自背面14的衍射波17的反射時，求出背面開口傷的傷端至被檢査物的表面13的距離Wt2，則也能求出傷20離開被檢查物背面14的高度d。Wt2=C(t「ts2)/2tt……(6)又，本發(fā)明的超聲波探傷方法，即使對以往難檢測出的被檢查物中閉口的傷(例如焊接時的氣泡等閉合球狀的缺陷)，也能同樣地檢測出傷的端部的存在，可估計損傷離開被檢査物表面的深度位置。尤其是如圖6所示，傷20存在于被檢査物6的表層附近時或即便是背面開口傷也傷高度大時等情況下，在不能接收壁厚被檢查物6的背面14上一次反射后往被檢查物6的表面?zhèn)?即傷20的上方)傳播的衍射波(未圖示)時有用。也就是說，利用上述方法求出被檢査物的表面13至傷20的端部的位置。另一方面，可通過一起使用其它超聲波探傷法簡單地判別傷20是開口傷還是閉口缺陷。例如，使用斜角探傷法時，則將來自開口部的強反射波作為開口部回波進行接收，因此能根據(jù)是否有該開口部回波進行判斷。因此，通過組合本發(fā)明超聲波測量法和斜角探傷法，能估計以往的超聲波探傷法困難的氣泡等內(nèi)在球狀缺陷12離開底面的高度位置d。用具有至少5倍至10倍程度的振幅的大振幅超聲波以代替用于普通超聲波探傷測試的超聲波的振幅(l納米左右)，則微損傷存在于被檢査物中時，使此微損傷閉口，并隨著超聲波的拉伸相中的部分波穿透，使衍射波17產(chǎn)生諧波(衍射波的非線性)。因而，接收用垂直探頭2(22)接收包含諧波分量的衍射波。例如，入射頻率5兆赫(MHz)的超聲波時，接收用垂直探頭22接收IO兆赫的2次諧波。因此，能根據(jù)接收的衍射波18是否包含諧波判斷被檢查物中是否存在微損傷，也就是能檢測出微損傷。還能根據(jù)從微損傷20直接往上方傳播的衍射波18與表面波15的到達時間差估計微損傷20離開被檢査物表面的位置。此情況下，大振幅超聲波能頻率越高，檢測出越微細的傷，所以最好在接收用垂直探頭能接收的范圍使用頻率較高的超聲波。這里，振幅大的超聲波比普通超聲波衰減大，所以超聲波的傳播距離長時，擴散衰減，接收用垂直探頭上不能檢測出可接收程度的諧波分量。然而，本發(fā)明中，不通過光楔而能用接收用垂直探頭22直接接收從傷20的前端直接往上方、即往接收用垂直探頭22傳播的衍射波18，使衰減最小，并能原樣接收強的信號。因而，使用當前普通光楔時，接收用垂直探頭能接收最高達16兆赫的2次諧波。再者，以僅檢測出是否有微損傷20為目的的情況下，接收用垂直探頭22能至少接收衍射波18及其諧波分量就可以。又，本發(fā)明的超聲波探傷方法，也能用于檢測出被檢查物6中的健全部26與腐蝕部25的界面27。例如，如圖7所示，從發(fā)送用斜角探頭21入射超聲波16，并按短波束路程捕捉界面27上產(chǎn)生的衍射波17中從界面往上方傳播的微弱衍射波18，從而能以最小限度的衰減檢測出該界面。再者，入射波16中，可用超聲波探傷法中普通振幅的超聲波，也可用大振幅超聲波以利用非線性超聲波。又，被檢查物中的微損傷成團地產(chǎn)生時的相當部位，也能將其判斷為腐蝕、劣化部分(下文稱為腐蝕部)。這里，將接收用垂直探頭22固定在腐蝕部22上，一面將發(fā)送用斜角探頭21往圖中箭頭號方向掃描、一面進行觀察時，存在界面27的情況下，得到圖8所示的接收波形。變位的峰28表示來自界面27的衍射波18，峰28以后連15續(xù)的變位表示來自背面14的散射波29。再者，本實施方式中，取為發(fā)送用斜角探頭21和接收用垂直探頭22以使間隔S恒定地的方式進行移動，但也可每次都測量2個探頭的間隔。再者，圖8所示那樣散射波29呈現(xiàn)在峰28之后時，能確認存在背面腐蝕部。與此相反，如圖9所示，被檢査物6的表層存在腐蝕部25時，示出圖IO所示那樣的接收波形，該界面27的深度T,能照上文所述用三角法求出。這里，表面腐蝕的情況下，首先，接收來自界面27的散射波29，其后，接收來自界面27的衍射波18的峰28。因而，能按散射波29和峰28哪個先出現(xiàn)判斷表面產(chǎn)生的表面腐蝕或背面產(chǎn)生的背面腐蝕。再者，上述實施方式是本發(fā)明的較佳實施例，但不限于此，在不脫離本發(fā)明要點的范圍內(nèi)可實施各種變換。例如，探頭中可用利用勞倫茲力的電磁超聲波探頭(EMAT)。又，用激光器在被檢査物上激勵超聲波時，可將被檢查物6設(shè)置在水中進行(水浸法)。又，接收用垂直探頭22的配置位置，雖然最好是傷20的正上方，但不限于嚴格意義上的正上方，可在能接收直接往傷20的上方傳播的衍射波18的范圍中按照狀況適當偏離接收位置。又，接觸探頭21、22的探傷面存在凹凸時，例如存在焊接的堆高、面的形變部位、非研磨部位等時，使探頭，尤其是不用光楔的接收用垂直探頭22，不緊貼探傷面，所以最好使用對探傷面具有柔軟性的探頭。作為這種柔軟探頭，可用例如JAPANPROB公司制造的軟探頭(SOFTPROB)等。又，可在發(fā)送用探頭和接收用探頭的一方或雙方的周圍設(shè)置水槽，以使探頭浸水的狀態(tài)進行發(fā)送或接收。再者，局部水浸法通過在水中改變發(fā)送側(cè)探頭的角度，也能用于發(fā)送側(cè)探頭。實施例實施例1對本發(fā)明超聲波探傷方法的有用性進行實驗。本實驗中使用將表面研磨后的寬40毫米(mm)X長80毫米X厚20毫米的鋁被檢査物6。實驗中，被檢查物6開出寬0.5毫米、高分別為2毫米、5毫米、8毫米的縫隙20，作為傷的16代表。本實驗使用1個激光器激勵超聲波。將縱波超聲波的入射角控制為45度。由于被檢査物6的厚度薄達20毫米，因此檢測用激光器難檢測出。因此，使用基頻5兆赫、直徑8毫米的壓電元件的接收用垂直探頭22。利用圖11和圖12所示2種掃描方法進行掃描。一種方法如圖11所示，預先將接收用垂直探頭22固定配置在縫隙20的上方，并使發(fā)送側(cè)的激勵用激光9的照射位置移動。另一種方法如圖12所示，使接收用垂直探頭22和激勵用激光的各照射位置的間隔S恒定地將激勵激光9和接收用垂直探頭22往相同方向同時一起移動相同的量。再者，X號表示掃描啟動時的激光照射位置與縫隙20的距離，S表示激光照射位置與接收探頭22的距離。逐l毫米地進行掃描。標號30所示的箭頭號表示掃描方向。表1示出探傷結(jié)果。使用表面波和上方衍射波的探傷方法時，縫隙20為2毫米或5毫米的情況下不產(chǎn)生誤差，8毫米的情況下，誤差也僅為0.4毫米(5%誤差)，可確認能高精度地測量傷的高度。這樣，根據(jù)本發(fā)明超聲波探傷方法，可確認能提高傷高度的測量精度。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>權(quán)利要求1、一種超聲波探傷方法，其特征在于，利用斜角探頭使超聲波從斜向?qū)Ρ粰z查物入射，利用垂直探頭在所述傷的上方檢測出所述被檢查物的傷的端部發(fā)生的衍射波，根據(jù)所述衍射波直接往上方傳播的分量經(jīng)所述發(fā)送用斜角探頭和所述接收用垂直探頭之間的所述損傷的波束路程和所述超聲波入射位置與檢測位置的間隔，或根據(jù)表面波與直接往傷的上方傳播的所述衍射波分量到達所述接收用垂直探頭的傳播時間差，用三角法求出所述傷的端部離開所述被檢查物的表面的位置。2、如權(quán)利要求1中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，所述傷是龜裂，并且求出離開所述被檢査物表面的傷深度。3、如權(quán)利要求1中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，所述傷是被檢査物中的損傷，并且求出所述損傷的離開所述被檢査物表面的深度位置。4、如權(quán)利要求1中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，所述傷是腐蝕部，并且求出所述被檢查物中的健全部與腐蝕部的界面離開所述被檢査物表面或背面的深度或高度。5、如權(quán)利要求1中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，所述傷是微損傷，并且入射大振幅超聲波作為超聲波，檢測出從所述微損傷直接往上方傳播的衍射波的諧波分量后，求出所述衍射波分量的所述波束路程或所述傳播時間。6、如權(quán)利要求1中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，檢測出在所述被檢查物的表面上傳播的表面波和從所述傷的端部往上方衍射的衍射波分量，根據(jù)所述表面波與所述衍射波分量的傳播時間差，用三角法求出所述傷端部離開所述被檢查物表面的傷端部位置，并根據(jù)與所述被檢查物的厚度的差額求出背面開口傷或被檢査物中的傷的離開背面的高度。7、如權(quán)利要求1中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，根據(jù)表面波傳播時間，求出所述超聲波的入射位置與檢測位置的間隔。8、如權(quán)利要求1中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，預先求出所述超聲波的入射位置與檢測位置的間隔，并保持固定間隔。9、如權(quán)利要求1中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，所述斜角探頭是激光器。10、如權(quán)利要求9中所述的超聲波探傷方法，其特征在于，所述激光器為多個，通過時延產(chǎn)生器施加時延，并進行傳播方向控制，使得激光照射間隔錯開，從而產(chǎn)生的超聲波同時到達任意的1點。11、一種超聲波探傷裝置，其特征在于，包括從斜向?qū)Ρ粰z查物中的傷入射超聲波波束的發(fā)送用斜角探頭、接收往所述傷的上方傳播的衍射波的接收用垂直探頭、以及運算處理部，該運算處理部根據(jù)所述接收用垂直探頭接收的在所述傷端部產(chǎn)生的衍射波直接往所述傷的上方傳播的分量經(jīng)所述發(fā)送用斜角探頭與所述接收用垂直探頭之間的所述損傷的波束路程和所述超聲波的入射位置與檢測位置的間隔，或根據(jù)表面波和直接往傷的上方傳播的所述衍射波分量到達所述接收用垂直探頭的傳播時間差，用三角法算出離開所述被檢査物表面的所述傷端部的位置。全文摘要能簡單且高精度地檢測出包含表面龜裂、接近壁厚被檢查物的表層的腐蝕部和微損傷的傷的傷端部位置、傷深度或傷高度。單元從對被檢查物(6)傾斜的方向入射超聲波(16)，以在傷的上方檢測出被檢查物(6)中的傷(20)的端部發(fā)生的衍射波(17)，并根據(jù)衍射波中直接往傷(20)的上方傳播的分量(18)從入射位置經(jīng)傷的全波束路程(Wt)和超聲波的入射位置與檢測位置的間隔(S)，或根據(jù)反映這些關(guān)系的表面波(15)與直接往傷的上方傳播的衍射波(18)到達接收處的傳播時間差(t_t-t_s)，用三角法求出離開被檢查物(6)的表面(13)的傷(20)的端部的位置。文檔編號G01N29/44GK101490543SQ200780025930公開日2009年7月22日申請日期2007年7月6日優(yōu)先權(quán)日2006年7月11日發(fā)明者山林,福地哲生,福富廣幸申請人:財團法人電力中央研究所