一种超声波探头，从高ｔ／Ｄ金属管的中心位置看，使超声波从振子斜着射入金属管，通过产生在金属管的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对金属管进行探伤。振子的前端部至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分。将超声波探头与金属管按如下状态配置进行斜角探伤，曲率半径较小的端部侧位于折射波的非传播方向侧，而曲率半径较大的端部侧位于折射波的传播方向侧，并发送可生成未到达金属管内壁的折射纵波和在金属管内壁聚焦的折射横波的入射波。通过斜角探伤，可高精度而且切实地探查壁厚（ｔ）与外径（Ｄ）之比（ｔ／Ｄ）是１５％以上的高ｔ／Ｄ金属管内部存在的微小缺陷，而且不会造成检查效率降低和成本上升。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及超声波探头、超声波探伤方法及超声波探伤装置。具体地说，本专利技术涉及对于金属制的管状被检体管、特别是壁厚t与外径D之比 (t/D)例如是15%以上的金属管，能够通过斜角探伤，高精度而且切实 地探查其外表面、内表面或内部存在的微小缺陷的超声波探头、超声波探 伤方法及超声波探伤装置。
技术介绍
作为不破坏金属制的管状被检体(例如作为油井管、线路管进而机械 部件(被镗过的车轴、汽车部件等使用的机械管，迸而能够在高温环境下 使用的不锈钢管等)使用的金属管)地检出存在的缺陷的无损检测方法， 向金属管发射超声波，检出来自内部存在的缺陷的反射回波的超声波探伤 方法，己经广为人知。为了探查金属管的内表面、外表面、内部进而焊接 部位中的缺陷，使用向探伤面倾斜地发射超声波的斜角探伤法。众所周知， 在该斜角探伤法中，通常使用具备向探伤面倾斜地发射超声波地配置的振 子、吸音材料及收容探伤面中的接触介质(丙烯等树脂制的斜楔等)的外 壳的斜角探头。此外，作为接触介质使用水时，代替在外壳中收容斜楔等 接触介质，将金属管及斜角探头浸入水中进行探伤。图11是表示斜角探伤法中的入射波1及折射波2、3的关系的说明图。 图11及后文讲述的图12、 13中的虚线，表示探伤面0的法线。如图ii所示，采用斜角探伤法，倾斜地向金属管(介质n)的探伤面0射入超声波的入射波1后，即使射入的超声波的入射波1是纵波，作 为折射波的超声波的折射纵波2及折射纵波3也都从未图示的振子在金属4管的内部传播。如果使介质I (一般是以水为代表的液态接触介质或被斜角探头内置的斜楔)中的超声波的入射波i的音速为vi、介质n (管状被 检体——金属管)中的超声波的折射横波3的音速为vs、介质n中的超声波的折射横波2的音速为VL、入射波1的射入角为e i、折射横波3的 折射角为e s、折射横波2的折射角为9 L，那么入射波1及折射波2、 3 之间的斯内尔定律即sin e i/Vi= sin 9 S/Vs= sin 9 L/VL的关系成立。 图12是表示折射波2、 3在金属管5的内部5c中传播的状况的说明图。如该图所示，将超声波以射入角9 i从超声波探头的振子4射入金属 管5后，射入的超声波2、 3就一边在金属管5的内表面5a及外表面5b 反复反射， 一边在金属管5的内部5c中传播。如果金属管5的内表面5a、 外表面5b及内部5c存在缺陷，被该缺陷反射的超声波的反射回波就返回 振子4，作为缺陷回波接收。这样地对金属管5进行超声波探伤。正如参照图11讲述的那样，因为折射纵波2和折射纵波3都在金属 管5的内部5c即介质II中传播，所以难以识别被振子4接收的缺陷回波 究竟是由折射纵波2造成的，还是由折射纵波3造成的。因此，不能够特 定存在缺陷的位置，或者接收的信号波形复杂，缺陷回波的SN比下降。于是，为了利用斜角探伤法对金属管5进行超声波探伤， 一般将折射 纵波2的临界角设定成为大于射入角e i，以免折射纵波2混入在金属管5 的内部5c中传播的折射波。例如介质I是以水时，在常温下的介质I中 的折射横波2的音速Vi大约为1500m/sec，如果使介质II——金属管中的 折射横波2的音速VL为5900m/sec、折射横波3的音速Vs为3200m/sec， 那么根据公式(1)，成为折射纵波2的临界角(9L=90° )的射入角9i 就大约为15。，折射纵波3的折射角0s就大约为33。。因此，从原理上 说，如果将入射波l的射入角9i设定成15。以上，在介质II中就不存在 折射纵波3L。5近几年来，对于油井管、线路管及作为机械部件等大量使用的钢管， 不仅对于轻量化，而且对于高强度化的要求越来越高。与此同时，对于壁 厚t与外径D之比(t/D)例如是15%以上的金属管(在本说明书中称作"高t/D金属管")的需要也与日俱增。可是，如采用斜角探伤法对高t/D 金属管6进行探伤的状况的说明图——图13所示，采用现有技术的超声 波探伤法对高t/D金属管6进行斜角探伤时，即使将超声波以纵波超声波 的临界角以上的射入角9i从高t/D金属管6的外表面6b射入，传输到金 属管6的内部6c的折射纵波3也往往不能够到达金属管6的内表面6a地 在去往外表面6b的传输线路上行走。这时，无法检出金属管6的内表面 6a附近存在的缺陷。 因此，例如在专利文献1中公开了使用同时具备金属管的内部中的折射横波的折射角e s很大(例如超过35度)的第i振子和折射角e s例如小于35度的第2振子的超声波探头，对普通的比(t/D)的金属管5进行 探伤时只使用第1振子，对高t/D金属管6进行探伤时则同时使用第1振 子和第2振子的技术。 采用专利文献1中公开的超声波探头后，在对高t/D金属管6进行探 伤之际，第2振子产生的折射横波可以切实到达高t/D金属管6的内表面。 可是，使用第2振子后，因为不仅产生折射横波，而且还产生折射纵波， 所以不能够特定存在缺陷的位置，或者接收的信号波形复杂，缺陷回波的 SN比下降。进而，例如在非专利文献l中公开了下述专利技术。在振子之前配置前端 面具有球面或圆柱面的形状的声透镜，或者将振子的前端面加工成球面或 圆柱面的形状，在检出金属管的管轴方向短而且深度小的缺陷时，使用前 端面为球面形状的声透镜或者将前端面加工成球面形状的振子，而在检出 尽管深度小但是在管轴方向上连续的缺陷时，使用圆柱面的弯曲方向沿着 金属管的圆周方向的前端面为圆柱面形状的声透镜或者将前端面加工成 圆柱面形状的振子，从而使射入金属管的超声波在金属管的内部聚焦，这样就提高了缺陷回波的强度，用良好的SN比检出，高精度地检出金属管 的内部存在的微小缺陷。图14是表示采用非专利文献1公开的专利技术，使折射横波3在金属管5、 6的内表面聚焦时，在金属管5、 6的内部传播的折射横波2及折射横波3 的传播动作的说明图。图14 (a)表示使用比(t/D)大约为15%以上的高 t/D金属管6时的折射横波3，图14 (b)表示使用该高t/D金属管6时的 折射纵波2，图14 (c)表示使用比(t/D)大约小于15% (10%左右)的 金属管5时的折射横波3，图14 (d)表示使用该金属管5时的情况。如图14 (c)及图14 (d)所示，对于比(t/D)大约小于15%的普通 的金属管5，能够简单地设定使折射横波3在金属管5的内表面5a聚焦的 同时不产生折射纵波2的条件后，进行超声波探伤。与此不同，如图14 (a)及图14 (b)所示，对于比(t/D)大约为15%以上的高t/D金属管6， 使折射横波3到达金属管6的内表面6a后就产生折射纵波2。产生的折射 纵波2的一部分，和折射横波3—样，到达金属管6的内表面6a，到达的 折射纵波2以接近垂直于金属管6的内表面6a的角度传播，所以在金属 管6的内表面6a及外表面6b之间多重反射。图15是表示这样地对高t/D金属管6进行探伤时观察到的反射回波的 一个例子的曲线图。如在图15中用曲线图例示的那样，折射横波3形成 的内面缺陷回波，被折射纵波2的多重反射回波之间埋住地观察到。该折 射纵波2的多重反射回波成为妨碍检出缺陷的噪声信号，不能够用良好的 SN比检出微小的缺陷。另外，金属管6的壁较厚时，缺陷回波就完全埋 没本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声波探头，使超声波从内置于所述超声波探头的振子斜着射入金属制的管状被检体，通过产生在所述管状被检体的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对所述管状被检体进行探伤， 所述振子的前端部，至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对 称曲线形状的部分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：山野正树，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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