專利名稱：超聲波探頭、超聲波探傷裝置、超聲波探傷方法及無縫管的制造方法
技術領域：
本發明涉及用于使用超聲波來探查存在于鋼管等管狀被探傷件中的傷痕的超聲 波探頭、超聲波探傷裝置、超聲波探傷方法、以及使用該方法制造無縫管的方法，特別是涉 及可以高精度且高速地探查相對于管狀被探傷件的軸向具有各種傾斜角度的傷痕的超聲 波探頭、超聲波探傷裝置、超聲波探傷方法、以及使用該方法制造無縫管的方法。
背景技術：
近年來，隨著對管的高品質化要求的提高，存在管的無損檢查標準傾向于嚴格化。例如，作為代表性管的無縫管可這樣制造，S卩，通過利用穿軋機對鋼坯進行穿孔而 形成中空殼，并利用芯棒式無縫管軋機等軋制該中空殼，從而制造無縫管。在該無縫管中存 在相對于軸向具有各種傾斜角度的傷痕(以下，適當地稱作“傾斜傷痕”)。一般說來，該傾斜傷痕是因鋼坯中原本存在的縱向裂痕在上述制造工序中沿軸向 受到變形而產生，或者是因用于維持中空殼的軋道中心的導塊(guide shoe)的引導面上存 在的傷痕轉印而產生。因此，傾斜傷痕相對于無縫管軸向的傾斜角度因無縫管的管徑、傾斜 傷痕的產生原因的差異而變化。即，在無縫管中存在具有各種傾斜角度的傾斜傷痕。由于無縫管的使用環境傾向于逐年嚴格化，因此要求其高品質化，也嚴格要求高 精度地檢測出上述傾斜傷痕。但是，以往，提出了各種用于探查存在于無縫管中的傾斜傷痕的方法。例如，在日本國特開昭55-116251號公報(以下，稱作專利文獻1)中提出一種這 樣的方法根據作為檢測對象的傾斜傷痕的位置及傾斜角度，以適當的位置及傾斜角度配 置超聲波探頭，從而探查傾斜傷痕。但是，專利文獻1所述的方法存在這樣的問題由于每次都需要根據作為檢測對 象的傾斜傷痕的傾斜角度來改變超聲波探頭的傾斜角度，因此極為費時費力。另外，若要用 一次探傷作業檢測出如上述那樣存在于無縫管中的、具有各種傾斜角度的傾斜傷痕，需要 準備許多個超聲波探頭，并將它們以各不相同的傾斜角度配置。即，存在超聲波探頭的配置 設定和校正等較為復雜、并且必須需要大型裝置、導致成本上升這樣的問題。為了解決上述專利文獻1所述的方法中的問題點，在日本國特開昭61-223553號 公報(以下，稱作專利文獻2)中提出了一種應用陣列型超聲波探頭的探傷方法，該陣列型 超聲波探頭將多個振子(超聲波接收發送用元件)排列成一列。更具體地講，是如下這樣 的方法通過使上述振子的排列方向與管的軸向一致，并使超聲波探頭相對于管的軸心偏 心地配置該超聲波探頭，從而使橫波超聲波傳播到管內。并且，通過對由各振子接收發送超 聲波的接收發送時機進行電氣控制的電子掃描，改變由超聲波探頭接收發送的超聲波的傾 斜角度(相對于管軸向的傾斜角度)，從而探查具有各種傾斜角度的傾斜傷痕。但是，在專利文獻2所述的方法中，主要存在以下兩個問題(第1問題及第2問 題)。
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第1問題圖1是表示本發明的發明人通過實驗確認的、應用陣列型超聲波探頭的探傷方法 中的傾斜傷痕的傾斜角度(傾斜傷痕的延伸方向與管軸向的夾角)與反射波強度的關系的 一個例子。更具體地說明，圖1表示在使與專利文獻2所述的構造相同的陣列型超聲波探 頭相對于管的軸心偏心地配置該超聲波探頭時的偏心量為恒定值的狀態下，根據各傾斜傷 痕的傾斜角度利用電子掃描來改變超聲波的傾斜角度、從而使傾斜傷痕的延伸方向與自超 聲波探頭發送超聲波的傳播方向(從包括超聲波的入射點在內的管的節平面的法線方向 看到的傳播方向)正交的情況下的、在各傾斜傷痕處的反射波強度(使傾斜角度為0°的傾 斜傷痕的反射強度為OdB時的相對強度)。如圖1所示，本發明的發明人發現了這樣的問 題在專利文獻2所述的方法中，即使是同樣大小的傾斜傷痕(深0. 5mmX長25mm)，相應 于傾斜傷痕的傾斜角度不同，反射波的強度也不同。如上所述，本發明的發明人發現，在專利文獻2所述的方法中存在相應于傾斜傷 痕的傾斜角度不同而反射波的強度不同這樣的問題，該問題有可能引起漏檢有害的傷痕、 或過度檢測出不需檢測的微小傷痕。第2問題在通過對由專利文獻2所述的陣列型超聲波探頭的各振子接收發送超聲波的接 收發送時機進行電氣控制的電子掃描、來改變由超聲波探頭接收發送的超聲波的傾斜角度 的情況下，需要在管的特定部位反復進行與作為檢測對象的傾斜傷痕的傾斜角度相應的次 數的電子掃描。即，例如要對分別具有3個不同傾斜角度的傾斜傷痕進行檢測，則需要在管 的特定部位反復進行3次電子掃描，與檢測具有一個方向傾斜角度的傷痕時相比，探傷效 率降低至1/3。更具體地說明，對管的特定部位進行1次超聲波探傷所需要的時間，除了取決于 管的外徑、壁厚之外，還取決于超聲波探頭與管的距離等，大致為50 100 μ sec左右。艮口， 作為對管的特定部位在單位時間內的探傷次數(探傷速度)，最大為10000 20000次/sec 左右。因此，利用上述電子掃描來改變超聲波的傾斜角度的速度(改變頻率)也不得不成 為10000 20000次/sec左右以下，盡管與機械掃描相比電子掃描本身速度極快，隨著作 為檢測對象的傾斜傷痕的傾斜角度的數量增加，探傷效率也會降低。如上所述，在專利文獻2所述的方法中，存在因作為檢測對象的傾斜傷痕的傾斜 角度的數量，使探傷效率降低的問題。另一方面，在日本國特開昭59_163563(以下，稱作專利文獻3)中，提出了一種這 樣的方法為了探查具有各種傾斜角度的傾斜傷痕，使用排列成矩陣狀的振子組，使超聲波 沿任意方向入射。更具體地講，從振子組中選擇多個任意振子，通過電氣控制該接收發送時 機(驅動時間)的電子掃描，來任意改變超聲波的入射方向。于是，公開了預先將改變超生 波入射方向的模式做成程序來儲存這樣的內容。但是，專利文獻3并沒有提到相應于上述各傾斜傷痕的傾斜角度而導致反射波的 強度產生變化這樣的第1問題，對于為了解決該問題，利用怎樣的變更模式來改變超聲波 入射方向即可這一點更沒有任何公開。另外，還具有與上述專利文獻2所述的方法中的第2 問題同樣的問題。即，存在因需要按與作為檢測對象的傾斜傷痕的傾斜角度相應的次數反 復進行電子掃描，使探傷效率降低這樣的問題。
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上述以往技術的問題點并不限定于超聲波探傷的對象為無縫管的情況，對于例如 螺旋管等焊接管、鏜孔車軸等可能產生傾斜傷痕的所有管狀被探傷件的超聲波探傷是共有 的。
發明內容
本發明即是為了解決這樣的以往技術的問題點而做成的，其課題在于提供一種可 以高精度且高速地探查相對于管狀被探傷件的軸向具有各種傾斜角度的傷痕的超聲波探 頭、超聲波探傷裝置、超聲波探傷方法、以及使用該方法制造無縫管的方法。為了解決上述課題，本發明的發明人深入研究了如下所述的內容。圖2是表示本發明的發明人通過數值計算發現的、應用陣列型超聲波探頭的探傷 方法中的傾斜傷痕的傾斜角度與超聲波向傾斜傷痕入射的入射角的關系的圖。更加具體 地說明，圖2表示在適當設定(將依據偏心量確定的向管入射的周向入射角ai設定為 10、° 16、° 19° )相對于管(壁厚與外徑之比=11% )的軸心偏心地配置與專利文獻 2所述的構造相同的陣列型超聲波探頭時的偏心量，相應于各傾斜傷痕的傾斜角度利用電 子掃描來改變超聲波的傾斜角度、從而使傾斜傷痕的延伸方向與自超聲波探頭發送來的超 聲波的傳播方向正交的情況下的、超聲波向各傾斜傷痕入射的入射角。圖2(a)表示向存在 于管內表面的內表面傷痕入射的入射角(內表面折射角)9k，圖2(b)表示向存在于管外表 面的外表面傷痕入射的入射角(外表面折射角)ΘΓ。如圖2所示，本發明的發明人發現， 在內表面傷痕及外表面傷痕兩者中，均是超聲波的入射角相應于傾斜傷痕的傾斜角度而變 化。本發明的發明人發現，之所以如上述那樣地反射波的強度相應于傾斜傷痕的傾斜角度 而不同(參照圖1)是因為即使相應于各傾斜傷痕的傾斜角度利用電子掃描來改變超聲波 的傾斜角度以使傾斜傷痕的延伸方向與自超聲波探頭發送來的超聲波的傳播方向正交，如 圖2所示，外表面折射角及內表面折射角也會相應于各傾斜傷痕的傾斜角度(根據超聲波 的傳播方向)而產生變化。基于以上發現，本發明的發明人想到(1)若將探傷條件設定為無論超聲波的傳播方向如何、外表面折射角(或者內表 面折射角)都大致相等，則無論超聲波的傳播方向如何，都可以獲得對于外表面傷痕(或者 內表面傷痕)大致相等的反射波強度，從而可以高精度地探查具有各種傾斜角度的傷痕；(2)通過做成可沿多個不同的傳播方向大致同時對管狀被探傷件接收發送超聲波 的構造，可以解決探傷效率降低這樣的問題；結果，可以高精度且高速地探查具有各種傾斜角度的傷痕。本發明是根據上述發明人的發現而完成的。即，本發明提供一種超聲波探傷方法， 如技術方案1所述，該方法的特征在于，該超聲波探傷方法包括如下步驟將具有多個振子 的超聲波探頭與管狀被探傷件相面對地配置；從上述多個振子中選擇適當的振子來接收發 送超聲波，以使得在上述管狀被探傷件內的超聲波的傳播方向成為多個不同的傳播方向， 設定由上述超聲波探頭進行探傷的條件，使得與上述多個傳播方向相關的超聲波的外表面 折射角θ r分別大致相等，及/或與上述多個傳播方向相關的超聲波的內表面折射角0 k 分別大致相等。采用這樣的發明，在設定由超聲波探頭進行探傷的條件、使得與多個傳播方向相
6關的超聲波的外表面折射角θ r分別大致相等的情況下，無論多個傳播方向如何，都可以 獲得對外表面傷痕大致相等的反射波強度。另外，在設定由超聲波探頭進行探傷的條件、以 使得與多個傳播方向相關的超聲波的內表面折射角θ k分別大致相等的情況下，無論多個 傳播方向如何，都可以獲得對內表面傷痕大致相等的反射波強度。并且，在設定由超聲波探 頭進行探傷的條件、以使得與多個傳播方向相關的超聲波的外表面折射角θ r及內表面折 射角θ k兩者分別大致相等的情況下，無論多個傳播方向如何，都可以獲得對于內表面傷 痕及內表面傷痕大致相等的反射波強度。因此，可以高精度地探查沿分別與多個傳播方向 正交的方向延伸的多個傷痕(外表面傷痕及/或內表面傷痕)。另外，通過沿多個不同的傳播方向大致同時對管狀被探傷件接收發送超聲波，可 以高速地探查沿分別與傳播方向正交的方向延伸的多個傷痕。如上所述，采用本發明的超聲波探傷方法，可以高精度且高速地探查相對于管狀 被探傷件軸向具有各種傾斜角度的傷痕。另外，本發明中的“超聲波傳播方向”表示從包括 超聲波的入射點在內的管狀被探傷件的節平面的法線方向看到的超聲波傳播方向。另外， “外表面折射角”表示，在管狀被探傷件P的超聲波傳播面上，向管狀被探傷件P內入射的超 聲波u(超聲波光束的中心線)到達管狀被探傷件P外表面的點B處的管狀被探傷件P的 法線Li、與上述超聲波U(超聲波光束的中心線)的夾角ΘΓ(參照圖4(d))。另外，“內表 面折射角”表示，在管狀被探傷件P的超聲波傳播面上，向管狀被探傷件P內入射的超聲波 U(超聲波光束的中心線)到達管狀被探傷件P內表面的點A處的管狀被探傷件P的法線 L2、與上述超聲波U(超聲波光束的中心線)的夾角9k(參照圖4(d))。并且，“與多個傳 播方向相關的超聲波的外表面折射角(或者內表面折射角)分別大致相等”表示，外表面折 射角(或者內表面折射角)的變動范圍在10°以內。作為用于如上所述地使與多個傳播方向相關的超聲波的外表面折射角θ r分別 大致相等、及/或使與多個傳播方向相關的超聲波的內表面折射角θ k分別大致相等的具 體方法，例如，通常考慮使用將多個振子排列成矩陣狀而成的超聲波探頭的方法。即，優選 為，如技術方案2所述，采用這樣的方法上述超聲波探頭的多個振子在平面上或曲面上排 列成矩陣狀，確定上述選擇的振子，使得與上述多個傳播方向相關的超聲波的外表面折射 角θ r分別大致相等、及/或使與上述多個傳播方向相關的超聲波的內表面折射角0 k分 別大致相等。另外，本發明中的“多個振子在曲面上排列”作為這樣的意義使用，即，除了各 振子(各振子的振動面)以與曲面的一部分形狀一致的方式形成為曲面的情況之外，還包 括各振子(各振子的振動面)以形成為平面狀、且分別與曲面相切的方式排列的情況。具體地講，如技術方案3所述，為了使與上述多個傳播方向相關的超聲波的外表 面折射角θ r分別大致相等而選擇的振子例如可以如下地確定。S卩，分別基于下式(1)來 確定與上述多個傳播方向相關的超聲波向上述管狀被探傷件入射的周向入射角α i及軸 向入射角β i，使得與上述多個傳播方向相關的、以下式(1)表示的超聲波的外表面折射角 θ r分別大致相等，從而可以確定上述選擇的振子，以獲得上述確定的周向入射角α i及軸 向入射角β i。[數1]θ r = SirT1 ({(Vs/Vi)2 · (sin2 β i+cos2 β i · sin2 α i)}1/2)…(1)在此，上式(1)中的Vs表示在管狀被探傷件中傳播的超聲波的傳播速度，Vi表示
7填充于超聲波探頭與管狀被探傷件之間的接觸介質中的超聲波傳播速度。另外，本發明中 的“周向入射角”表示，在管狀被探傷件P的周向截面上，超聲波U (超聲波光束的中心線) 的入射點0處的管狀被探傷件P的法線L3、與上述超聲波U(超聲波光束的中心線)的夾 角ai(參照圖4(b))。并且，“軸向入射角”表示，在管狀被探傷件P的軸向截面上，超聲波 U(超聲波光束的中心線)的入射點0處的管狀被探傷件P的法線L4、與上述超聲波U(超 聲波光束的中心線)的夾角β U參照圖4(c))。另外，具體地講，如技術方案4所述，為了使與上述多個傳播方向相關的超聲波的 內表面折射角θk分別大致相等而選擇的振子例如可以如下地確定。即，分別基于下式 (1) (6)來確定與上述多個傳播方向相關的超聲波向上述管狀被探傷件入射的周向入射 角a i及軸向入射角β i，使得與上述多個傳播方向相關的、以下式(2)表示的超聲波的內 表面折射角θ k分別大致相等，從而可以確定上述選擇的振子，以獲得上述確定的周向入 射角a i及軸向入射角β 。[數 2]θ k = cos-1 (cos θ r · cos Φ -sin θ r · cos γ · sin Φ)... (2)在此，上式(2)中的外表面折射角ΘΓ、傳播角度Υ、及角度φ分別以下式(1)、 ⑶及⑷表示。[數3]θ r = SirT1 ({(Vs/Vi)2 · (sin2 β i+cos2 β i · sin2 a i)}1/2)…(1)
sin β ι、 ,0、γ =tan (-^rj-.-——)…(3)
cos ρ i-sin OL ιφ = SirT1 (k · sin θ，)- θ，... (4)另外，上式(1)中的Vs表示在管狀被探傷件中傳播的超聲波的傳播速度，Vi表示 填充于超聲波探頭與管狀被探傷件之間的接觸介質中的超聲波傳播速度。另外，上式(4) 中的k及θ，分別以下式(5)及(6)表示。[數4]k= -~~J 一…■ " ‘ (5)
1 -2(tXD)tan θ，= cos γ · tan θ r... (6)另外，上式(5)中的t/D表示管狀被探傷件的壁厚與外徑之比。另外，在本發明中， “傳播角度”表示，向管狀被探傷件P內入射的超聲波(超聲波光束的中心線)的傳播方向 (從包括超聲波的入射點0在內的管狀被探傷件P節平面的法線方向看到的傳播方向)、與 通過入射點0的管狀被探傷件P的周向切線L的夾角γ (參照圖4(a))。另一方面，作為用于如上所述地使與多個傳播方向相關的超聲波的外表面折射角 θ r分別大致相等、及/或使與多個傳播方向相關的超聲波的內表面折射角θ k分別大致相 等的具體方法，例如，通常考慮使用包括沿規定的環形曲面排列的多個振子的超聲波探頭 的方法。即，優選為，如技術方案5所述，采用這樣的方法上述超聲波探頭包括沿環形曲面 排列的多個振子，該曲面是通過以不通過規定的旋轉橢圓體的中心、且不夾著該旋轉橢圓 體的中心地相面對的、并且與該旋轉橢圓體的旋轉軸正交的兩個平行的平面切斷該旋轉橢
8圓體而獲得的曲面；在與上述管狀被探傷件相面對地配置上述超聲波探頭的步驟中，配置 成使上述超聲波探頭的長徑方向沿著上述管狀被探傷件的軸向，上述超聲波探頭的短徑方 向沿著上述管狀被探傷件的周向，并且上述旋轉橢圓體的中心正對上述管狀被探傷件的軸 心，確定上述環形曲面的形狀，使得與上述多個傳播方向相關的超聲波的外表面折射角θ r 分別大致相等、及/或使與上述多個傳播方向相關的超聲波的內表面折射角θ k分別大致 相等。另外，本發明中的“沿環形曲面排列的多個振子”作為這樣的意義使用，即，除了各振 子(各振子的振動面)以與環形曲面的一部分形狀一致的方式形成為曲面的情況之外，還 包括各振子(各振子的振動面)以形成為平面狀、且分別與環形曲面相切的方式排列的情 況。另外，本發明中的“旋轉橢圓體的中心正對管狀被探傷件的軸心”作為這樣的意義使 用，即，通過旋轉橢圓體的中心、且與兩個平行的平面正交的直線(相當于旋轉橢圓體的旋 轉軸)通過管狀被探傷件的軸心。另外，本發明中的“旋轉橢圓體”作為也包括長徑與短徑 相等的球體的術語使用。與上述多個傳播方向相關的超聲波的外表面折射角θ r分別大致相等這樣的環 形曲面形狀，例如，可以如技術方案6所述地確定。即，分別基于下式(7)算出與上述多個 傳播方向相關的超聲波向上述管狀被探傷件入射的入射角θ w，使得與上述多個傳播方向 相關的、以下式(7)表示的超聲波的外表面折射角θ !"分別大致相等，從而確定上述環形曲 面的形狀，以獲得上述算出的入射角θ W。[數5]sin θ r = Vs/Vi · sin θ w... (7)在此，上式(7)中的Vs表示在管狀被探傷件中傳播的超聲波的傳播速度，Vi表示 填充于超聲波探頭與管狀被探傷件之間的接觸介質中的超聲波傳播速度。另外，本發明中 的“超聲波向管狀被探傷件入射的入射角”表示，在管狀被探傷件P的超聲波傳播面上，超 聲波u(超聲波光束的中心線)的入射點0處的管狀被探傷件P的法線L3、與上述超聲波 υ(超聲波光束的中心線)的夾角ew(參照圖6(d))。另外，若確定入射角ew，則根據斯內 爾定律(Sneir s law)，折射角θ s被唯一確定，因此，本發明中的“設定入射角θ w”是這 樣的概念，即，不僅包括如文字所記載的設定入射角θ w的情況，也包括設定折射角θ8的 情況。另外，與上述多個傳播方向相關的超聲波的內表面折射角θ k分別大致相等這樣 的環形曲面形狀，例如，可以如技術方案7所述地確定。即，分別基于下式(7)算出與上述 多個傳播方向相關的超聲波向上述管狀被探傷件入射的入射角θ ，使得與上述多個傳播 方向相關的、以下式(2)表示的超聲波的內表面折射角θ k分別大致相等，從而確定上述環 形曲面的形狀，以獲得上述算出的入射角θ W。[數 6]θ k = cos-1 (cos θ r · cos Φ -sin θ r · cos γ · sin Φ)... (2)在此，上式(2)中的外表面折射角ΘΓ、傳播角度Υ、及角度φ分別以下式(7)、 ⑶及⑷表示。[數7]sin θ r = Vs/Vi · sin θ w... (7)
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φ = SirT1 (k · sin θ，)- θ，... (4)另外，上式(7)中的Vs表示在管狀被探傷件中傳播的超聲波的傳播速度，Vi表示 填充于超聲波探頭與管狀被探傷件之間的接觸介質中的超聲波傳播速度。另外，上式(4) 中的k及θ，分別以下式(5)及(6)表示。[數 8] tan θ，= cos γ · tan θ r... (6)另外，上式(5)中的t/D表示管狀被探傷件的壁厚與外徑之比。在此，管狀被探傷件的探傷通常利用斜角探傷方法完成，該斜角探傷方法使用超 聲橫波。該斜角探傷方法使超聲波以大于等于縱波臨界角的角度斜射入管狀被探傷件，使 超聲縱波在管狀被探傷件表面全反射，另一方面，使超聲橫波在管狀被探傷件內傳播。此 時，超聲橫波的折射角(橫波折射角)必須約為35°以上。因此，在利用本發明的方法對管 狀被探傷件進行探傷時，在以長徑方向沿著管狀被探傷件的軸向、短徑方向沿著管狀被探 傷件的周向、且旋轉橢圓體的中心正對管狀被探傷件的軸心地位于管狀被探傷件的外表面 附近的方式配置超聲波探頭，使其與管狀被探傷件相面對的情況下，為了使向管狀被探傷 件內入射的超聲縱波稍少一些，只要確定環形曲面的形狀成如下這樣即可，即，從而至少使 自位于超聲波探頭的長徑部的振子(發送來的超聲波向管入射的入射角、即折射角最大的 振子)發送來的超聲波以35°以上的橫波折射角向管狀被探傷件內傳播。因此，優選為，如技術方案8所述這樣即可，即，在與上述管狀被探傷件相面對地 配置上述超聲波探頭的步驟中，配置成使上述旋轉橢圓體的中心正對上述管狀被探傷件的 軸心、且位于上述管狀被探傷件的外表面附近，確定上述環形曲面的形狀，從而使自上述多 個振子中的、至少是位于上述超聲波探頭的長徑部的振子發送來的超聲波以35°以上的橫 波折射角向上述管狀被探傷件內傳播。采用這樣的優選構造，對于至少使自位于超聲波探頭的長徑部的振子發送來的超 聲波(即，沿管狀被探傷件的軸向傳播的超聲波)，可以向管狀被探傷件內傳播超聲橫波。另外，為了解決上述課題，如技術方案9所述，本發明的超聲波探傷裝置用于對管 狀被探傷件進行超聲波探傷，其特征在于，該超聲波探傷裝置包括超聲波探頭和接收發送 控制部件；上述超聲波探頭與上述管狀被探傷件相面對地配置，由多個振子分別沿行方向 及列方向在平面上或曲面上排列成矩陣狀而成；上述接收發送控制部件對由上述超聲波探 頭接收發送超聲波進行控制；上述接收發送控制部件從多個振子中、選擇至少包含一個振 子的一個振子組，自該選擇的一個振子組、沿上述管狀被探傷件內的一個傳播方向接收發 送超聲波，另一方面，選擇包含與構成上述一個振子組的振子的行方向及列方向位置不同 的、至少一個振子的另一個振子組，自該選擇的另一個振子組、沿上述管狀被探傷件內的與 上述一個傳播方向不同的另一個傳播的方向接收發送超聲波。采用這樣的發明，首先，利用接收發送控制部件，從排列成矩陣狀的多個振子中選 擇至少包含一個振子的一個振子組，自該選擇的一個振子組、沿管狀被探傷件的一個傳播
10方向接收發送超聲波。在此，利用被沿一個傳播方向接收發送的超聲波，檢測出沿與該一 個傳播方向正交的方向延伸的傷痕(以下，稱作“第1傷痕”)。另外，在采用多個振子在曲 面上排列成矩陣狀而成的超聲波探頭的情況下，根據該曲面的曲率半徑及各振子的位置來 確定由各振子接收發送的超聲波的方向，因此，從多個振子中僅選擇可沿上述一個傳播方 向接收發送超聲波的振子組即可。另一方面，在采用多個振子在平面上排列成矩陣狀而成 的超聲波探頭的情況下，可以采用這樣的構造，即，對由構成上述一個振子組的各振子接收 發送超聲波的時機進行控制，從而自上述選擇的振子組沿上述一個傳播方向接收發送超聲 波。接著，采用本發明，利用接收發送控制部件，從排列成矩陣狀的多個振子中選擇包 含與構成上述一個振子組的振子的行方向及列方向位置不同的、至少一個振子的另一個振 子組，自該選擇的另一個振子組、沿管狀被探傷件的與上述一個傳播方向不同的另一個傳 播方向接收發送超聲波。利用被沿上述另一個傳播方向接收發送的超聲波，檢測出沿與該 另一個傳播方向正交的方向延伸的傷痕(以下，稱作“第2傷痕”)。在此，由于另一個振子 組包含與構成一個振子組的振子的行方向及列方向位置不同的振子，因此，不僅超聲波的 傳播方向由一個傳播方向變為另一個傳播方向，與此同時，接收發送超聲波的振子組沿著 管狀被探傷件的位置也發生變化。因此，若適當設定該位置的變更量，則可以在使第1傷痕 及第2傷痕兩者與超聲波的傳播方向正交的同時、使外表面折射角θ r及/或內表面折射 角9 k大致恒定，從而無論各傷痕的傾斜角度如何，都可以獲得相等的反射波強度。這樣， 若做成選擇與超聲波傳播方向的數量相等的振子組，并自該選擇的各振子組接收發送超聲 波的構造，則可以相應于上述傳播方向的數量高精度地探查具有各種傾斜角度的傷痕。另外，通過采用分別自選擇的各振子組大致同時接收發送超聲波的構造，可以高 速地探查具有各種傾斜角度的傷痕。如上所述，采用本發明的超聲波探傷裝置，可以高精度且高速地探查相對于管狀 被探傷件的軸向具有各種傾斜角度的傷痕。在此，到自選擇的各振子組發送的超聲波入射到管狀被探傷件為止所需要的時 間，根據各振子組與超聲波入射點的距離而不同。由于各振子組與超聲波入射點的距離根 據超聲波探頭、管狀被探傷件的形狀而不同，因此，即使以同一時機自選擇的各振子組發送 超聲波，實際上，超聲波入射到管狀被探傷件的時機、以及在管狀被探傷件表面(內外表 面)接收反射波的時機也不同。因此，在合成由各振子組接收的超聲波、基于該合成的反射 波檢測傷痕的情況下，存在這樣的隱患由自各振子組發送來的超聲波的入射時機不同，引 起由各振子組接收的管狀被探傷件表面(內外表面)上的反射波連續或一部分重疊，反射 波在管狀被探傷件表面上的整體寬度擴大，結果，管狀被探傷件內外表面附近處的不靈敏 區增大。為了避免這樣的問題，如技術方案10所述，優選為，上述接收發送控制部件控制 上述一個振子組及上述另一個振子組發送或接收超聲波的時機，從而使自上述一個振子組 發送來的超聲波在上述管狀被探傷件表面的反射波的接收時機、與自上述另一個振子組發 送來的超聲波在上述管狀被探傷件表面的反射波的接收時機大致相同。采用這樣的優選的發明，由于控制一個振子組及另一個振子組發送或接收超聲 波的時機，從而使自一個振子組發送來的超聲波在管狀被探傷件表面的反射波的接收時
11機、與自另一個振子組發送來的超聲波在管狀被探傷件表面的反射波的接收時機大致相同 (例如，成為發送來的超聲波的脈沖寬度以下的時間差)，因此，即使采用合成由各振子組 接收的超聲波、并基于該合成的反射波檢測傷痕的構造，也可以減少管狀被探傷件內外表 面附近處的不靈敏區。另外，為了解決上述課題，如技術方案11所述，本發明的超聲波探頭用于對管狀 被探傷件進行超聲波探傷，其特征在于，該超聲波探頭包括沿環形曲面排列的多個振子，上 述環形曲面是通過以不通過規定的旋轉橢圓體的中心、且不夾著該旋轉橢圓體的中心地相 面對的、并且與該旋轉橢圓體的旋轉軸正交的兩個平行的平面切斷該旋轉橢圓體而獲得的 曲面。采用這樣的超聲波探頭，多個振子沿環形曲面排列，該環形曲面是通過以不通過 規定的旋轉橢圓體的中心、且不夾著該旋轉橢圓體的中心地相面對的、并且與該旋轉橢圓 體的旋轉軸正交的兩個平行的平面切斷該旋轉橢圓體而獲得的曲面，因此，自各振子發送 來的超聲波可朝向旋轉橢圓體的中心。于是，這樣操作即可在以長徑方向沿著管狀被探 傷件的軸向、短徑方向沿著管狀被探傷件的周向、且旋轉橢圓體的中心正對管狀被探傷件 的軸心的方式配置本發明的超聲波探頭，使其與管狀被探傷件相面對的同時，例如，選擇發 送超聲波的振子(選擇與作為檢測對象的傷痕的傾斜角度數量相等的振子)。此時，由于 從旋轉橢圓體的中心看到的各振子的仰角根據各振子的排列位置而不同，因此，自各振子 發送來的超聲波向管狀被探傷件入射的入射角也不同。因此，若適當設定超聲波探頭的形 狀(環形曲面的形狀)，則可以在自各振子發送來的超聲波的傳播方向與作為檢測對象的 傷痕的延伸方向正交的同時、使外表面折射角θ r及/或內表面折射角9 k大致恒定，從而 無論各傷痕的傾斜角度如何，都可以獲得相等的反射波強度。這樣，若做成選擇與超聲波傳 播方向的數量相等的振子，并自該選擇的各振子接收發送超聲波的構造，則可以高精度地 探查具有各種傾斜角度的傷痕。另外，通過采用分別自選擇的各振子大致同時接收發送超聲波的構造，可以高速 地探查具有各種傾斜角度的傷痕。如上所述，采用本發明的超聲波探傷裝置，可以高精度且高速地探查相對于管狀 被探傷件的軸向具有各種傾斜角度的傷痕。優選為，如技術方案12所述，上述超聲波探頭還包括沿通過上述旋轉橢圓體的中 心、且與上述兩個平行的平面正交的直線配置的、至少為1個的垂直探頭。采用這樣的優選的構造，具有這樣的優點可以在由沿環形曲面排列的多個振子 進行探傷(斜角探傷)的基礎之上，由垂直探頭(可與管狀被探傷件的外表面垂直地射入 超聲波的探頭)進行垂直探傷，因此，可以在對管狀被探傷件進行斜角探傷的同時，對管狀 被探傷件進行壁厚測定和夾層檢測等。另外，為了解決上述課題，如技術方案13所述，本發明的超聲波探傷裝置的特征 在于，該超聲波探傷裝置包括超聲波探頭和接收發送控制部件；上述超聲波探頭如技術方 案11或12所述，與上述管狀被探傷件相面對地配置，使得其長徑方向沿著作為探傷件的管 狀被探傷件的軸向，短徑方向沿著上述管狀被探傷件的周向、且上述旋轉橢圓體的中心正 對上述管狀被探傷件的軸心；上述接收發送控制部件對由上述超聲波探頭接收發送超聲波 進行控制；上述接收發送控制部件自上述多個振子中的至少兩個以上的振子對上述管狀被
12探傷件接收發送超聲波。采用這樣的發明，利用接收發送控制部件，選擇與超聲波傳播方向的數量(作為 檢測對象的傷痕的傾斜角度數量)相等的振子，并自該選擇的各振子接收發送超聲波，從 而可以高精度且高速地探查具有各種傾斜角度的傷痕。在此，在以上述旋轉橢圓體的中心離開上述管狀被探傷件的外表面附近的方式配 置上述超聲波探頭的情況下，自各振子發送來的超聲波向管狀被探傷件入射的入射點相對 于每個各振子而不同。因此，存在這樣的顧慮即使在以上述旋轉橢圓體的中心位于上述管 狀被探傷件的外表面附近的方式配置超聲波探頭的前提下，確定超聲波探頭的形狀(環形 曲面的形狀)，從而可以使自各振子發送來的超聲波的傳播方向與作為檢測對象的傷痕的 延伸方向正交的同時、使外表面折射角及/或內表面折射角大致恒定，也會因超聲波向管 狀被探傷件入射的入射點相對于每個各振子而不同，特別是在小徑的管狀被探傷件(外徑 小于等于100mm)的情況下，導致無法獲得預想的那樣的超聲波傳播動作(無法相應于超聲 波的傳播方向使外表面折射角及/或內表面折射角恒定)，進而使傷痕檢測能力降低。因此，如技術方案14所述，優選為，以上述旋轉橢圓體的中心位于上述管狀被探 傷件的外表面附近的方式配置上述超聲波探頭。采用這樣的優選的構造，由于自各振子發送來的超聲波向管狀被探傷件入射的入 射點大致一致，因此，可以獲得預想的那樣的超聲波傳播動作(無論超聲波的傳播方向如 何，外表面折射角及/或內表面折射角都大致恒定)，而且可以高精度地探查具有各種傾斜 角度的傷痕。另外，如技術方案15所述，優選為，上述接收發送控制部件控制對上述管狀被探 傷件接收發送超聲波的至少兩個以上的振子中的一個振子及另一個振子發送或接收超聲 波的時機，從而使自上述一個振子發送來的超聲波在上述管狀被探傷件表面的反射波的接 收時機、與自上述另一個振子發送來的超聲波在上述管狀被探傷件表面的反射波的接收時 機大致相同。采用這樣的優選的構造，由于控制一個振子及另一個振子發送或接收超聲波的時 機，從而使自一個振子發送來的超聲波在管狀被探傷件表面的反射波的接收時機、與自另 一個振子發送來的超聲波在管狀被探傷件表面的反射波的接收時機大致相同(例如，成為 發送來的超聲波的脈沖寬度以下的時間差)，因此，即使采用合成由各振子接收的反射波、 并基于該合成的反射波檢測傷痕的構造，也可以減少管狀被探傷件外表面附近處的不靈敏 區。在此，在設定超聲波探頭的形狀(環形曲面的形狀)，從而可以使自構成上述超聲 波探頭的各振子發送來的超聲波的傳播方向與作為檢測對象的傷痕的延伸方向正交的同 時、使外表面折射角及/或內表面折射角大致恒定的情況下，根據管狀被探傷件的壁厚與 外徑之比等，適當的超聲波探頭形狀不同，另一方面，若一旦設定了形狀，自各振子發送來 的超聲波的入射角相對于每個各振子為固定值。因此，必須相對于具有多種多樣的壁厚與 外徑之比等的管狀被探傷件，分別各自準備適當形狀的超聲波探頭，在成本、維修這些點上 存在問題。因此，如技術方案16所述，優選包括調整部件，該調整部件對自上述多個振子分 別向上述管狀被探傷件發送的超聲波的入射角進行調整。
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采用這樣的優選的構造，可獲得這樣的優點即使超聲波探頭的形狀相同，也可 以對自多個各振子向管狀被探傷件發送來的超聲波的入射角進行微調，從而可以在使自各 振子發送來的超聲波的傳播方向與作為檢測對象的傷痕的延伸方向正交的同時，使外表面 折射角及/或內表面折射角大致恒定，因此，不需要準備多種多樣的形狀的超聲波探頭，成 本、維修性能優良。另外，作為上述調整部件，例如，可以采用機械偏角機構。此外，如技術方案17所 述，上述多個振子分別包括沿各振子的徑向被分割成長方形的多個壓電元件，上述調整部 件也可以通過電氣控制由上述多個壓電元件接收發送超聲波的時機，來調整向上述管狀被 探傷件發送的超聲波的入射角。采用這樣的優選的構造，與采用機械偏角機構相比，可以容易且再現性能良好地 調整入射角。另外，優選為，如技術方案18所述，上述超聲波探傷裝置包括追蹤裝置，該追蹤裝 置使上述超聲波探頭在與上述管狀被探傷件的軸向正交的平面內相對于上述管狀被探傷 件的相對位置大致保持恒定。采用這樣的優選的構造，在使超聲波探頭沿著管狀被探傷件的周向相對旋轉、并 沿著管狀被探傷件的軸向相對移動地進行超聲波探傷時，即使管狀被探傷件截面形狀不是 正圓形、或者沿軸向產生彎曲，也可以通過追蹤裝置使超聲波探頭相對于管狀被探傷件的 相對位置大致保持恒定。因此，采用上述優選的構造，即使使超聲波探頭沿相對于管狀被探 傷件進行相對旋轉的軸向移動，也可抑制超聲波自各振子向管狀被探傷件入射的入射角產 生變動，并使傷痕檢測能力大致保持恒定。作為上述追蹤裝置，也可以采用使用接觸式位移儀的追蹤裝置、由鞍型靴等接觸 式機械零件構成的追蹤裝置。但是，在采用這些追蹤裝置的情況下，存在如下的問題。(1)在管狀被探傷件的前后端部，接觸式位移儀、接觸式機械零件與管狀被探傷件 的外表面接觸時，或遠離外表面時，易于產生晃動。因此，管狀被探傷件前后端部處的追蹤 性易于降低。(2)在接觸式追蹤裝置的情況下，存在因管狀被探傷件外表面的微小凹凸而導致 追蹤性降低的情況。(3)通過重復使用，接觸式位移儀或接觸式機械零件產生磨損，由此導致追蹤性降 低(需要頻繁維修)。因此，優選為，如技術方案19所述，上述追蹤裝置包括測定到上述管狀被探傷件 的距離的1個以上的非接觸式位移儀、使上述超聲波探頭沿與上述管狀被探傷件的軸向正 交的兩個軸向移動的定位機構、和控制該定位機構的定位控制部件，上述定位控制部件根 據由上述非接觸式位移儀測定的距離，控制上述定位機構，使得上述超聲波探頭相對于上 述管狀被探傷件的相對位置大致恒定。采用這樣的優選的構造，由于根據使用不與管狀被探傷件接觸的非接觸式位移儀 算出的超聲波探頭距管狀被探傷件的距離，控制定位機構，使得超聲波探頭相對于管狀被 探傷件的相對位置大致恒定(調整超聲波探頭的位置)，因此，與采用上述接觸式追蹤裝置 的情況相比，可以獲得良好的追蹤性，而且可以獲得良好的傷痕檢測能力。另外，為了解決上述課題，如技術方案20所述，本發明的超聲波探傷方法的特征
14在于，該方法使用技術方案13 19中任一項所述的超聲波探傷裝置，使上述超聲波探頭沿 著上述管狀被探傷件的周向相對旋轉、并沿著上述管狀被探傷件的軸向相對移動，從而對 上述管狀被探傷件的全長或一部分進行探傷。并且，為了解決上述課題，如技術方案21所述，本發明的無縫管制造方法的特征 在于，該方法包括通過穿孔加工原料鋼坯來制造無縫管的第1工序、和使用技術方案1 8、 20中任一項所述的超聲波探傷方法對由上述第1工序制造的無縫管進行探傷的第2工序。
圖1是表示應用以往的陣列型超聲波探頭的探傷方法中的傾斜傷痕的傾斜角度 與反射波強度的關系的一個例子的圖。圖2是表示應用以往的陣列型超聲波探頭的探傷方法中的傾斜傷痕的傾斜角度 與超聲波向傾斜傷痕入射的入射角的關系的圖。圖3是表示本發明的第1實施方式的超聲波探傷裝置的概略構造的示意圖。圖4是表示圖3所示的超聲波探傷裝置的超聲波傳播動作的說明圖，圖4(a)表示 立體圖，圖4(b)表示管周向剖視圖，圖4(c)表示管軸向剖視圖，圖4(d)表示沿超聲波傳播 面的剖視圖。圖5是表示本發明的第2實施方式的超聲波探傷裝置的概略構造的示意圖，圖 5(a)表示立體圖，圖5(b)表示俯視圖，圖5(c)表示側視圖，圖5(d)表示說明圖。圖6是表示圖5所示的超聲波探傷裝置的超聲波傳播動作的說明圖，圖6(a)表示 立體圖，圖6(b)表示管周向剖視圖，圖6(c)表示俯視圖，圖6(d)表示沿超聲波傳播面的剖 視圖。圖7表示通過由本發明的實施例1的超聲波探傷裝置進行探傷試驗而獲得的、在 各內表面傷痕處的反射波強度。圖8表示在本發明的實施例1中，在不控制各振子發送或接收超聲波的時機的情 況下獲得的波形例子。圖9表示在本發明的實施例1中，在控制各振子發送或接收超聲波的時機的情況 下獲得的波形例子。圖10表示通過由本發明的實施例2的超聲波探傷裝置進行探傷試驗而獲得的、在 各內表面傷痕處的反射波強度。圖11表示通過由本發明的實施例3的超聲波探傷裝置進行探傷試驗而獲得的、在 形成于各t/D的鋼管中的各內表面傷痕處的反射波強度。圖12是表示本發明的實施例4的超聲波探傷裝置的概略構造的圖，圖12(a)表示 主視剖視圖，圖12(b)表示俯視圖，圖12(c)表示側視剖視圖。圖13是表示本發明的實施例4的超聲波探傷裝置所具有的追蹤裝置的概略構造 的圖。圖14是表示在本發明的實施例4的超聲波探傷裝置中，僅由1個振子接收發送超 聲波的情況下獲得的探傷波形的一個例子。圖15是表示在本發明的實施例4的超聲波探傷裝置中，控制為4個振子的接收時 機大致相同地、由各振子接收發送超聲波的情況下獲得的探傷波形的一個例子。
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圖16是表示用于說明本發明的實施例4的超聲波探傷裝置的超聲波傳播動作的 圖。
具體實施例方式下面，適當參照附圖，列舉應用于鋼管等管的情況來說明本發明的實施方式。第1實施方式圖3是表示本發明的第1實施方式的超聲波探傷裝置的概略構造的示意圖。圖 4是表示圖3所示的超聲波探傷裝置的超聲波傳播動作的說明圖，圖4(a)表示立體圖，圖 4(b)表示管周向剖視圖，圖4(c)表示管軸向剖視圖，圖4(d)表示沿超聲波傳播面(包括圖 4(a)所示的點0、點A及點B在內的面)的剖視圖。如圖3所示，本實施方式的超聲波探傷 裝置100用于對管P進行超聲波探傷，包括超聲波探頭1和接收發送控制部件2 ；上述超聲 波探頭1由多個振子11沿行方向及列方向在平面上或曲面上排列成矩陣狀(在圖3所示 的例子中，沿行方向在彎曲的圓筒上排列成矩陣狀)而成；上述接收發送控制部件2對由超 聲波探頭1接收發送超聲波進行控制。另外，本實施方式的超聲波探傷裝置100還包括傷 痕判定電路3和警報等輸出部件4 ；上述傷痕判定電路3通過將來自管P的反射波(更具 體地講，由后述的波形合成電路223合成的反射波)的振幅與規定的閾值比較，檢測出存在 于管P中的傷痕；上述警報等輸出部件4用于在由傷痕判定電路3檢測出傷痕的情況下，輸 出規定的警報等。超聲波探頭1與管P相面對地配置，從而使其上述行方向沿著管P的軸向，上述列 方向沿著管P的周向。本實施方式的接收發送控制部件2包括發送電路21、接收電路22和控制電路23。 發送電路21包括脈沖發生器211和延遲電路212 ；上述脈沖發生器211分別連接于各振子 11，供給用于自各振子11發送超聲波的脈沖信號；上述延遲電路212用于設定自各脈沖發 生器211向各振子供給的脈沖信號的延遲時間。接收電路22包括接收器221、延遲電路222 和波形合成電路223 ；上述接收器221分別連接于各振子11，用于使由各振子11接收的反 射波增幅；上述延遲電路222用于設定利用各接收器221增幅后的反射波的延遲時間；上 述波形合成電路223用于合成被各延遲電路222設定了延遲時間的反射波。控制電路23 進行動作，從而從排列的多個振子U中選擇接收發送超聲波的振子11，并且，確定與該選 擇的各振子11相關的、由延遲電路212或延遲電路222設定的延遲時間。具有以上構造的接收發送控制部件2(控制電路23)從排列成矩陣狀的多個振子 11中選擇一個振子組，該振子組由包含沿規定列排列的一個振子11在內的一個以上振子 11構成，自該選擇的一個振子組、沿與管P的軸向成規定角度的方向接收發送超聲波，另一 方面，從排列成矩陣狀的多個振子11中選擇另一個振子組，該另一個振子組由包含沿與上 述一個振子11不同的列排列的另一個振子11在內的一個以上振子11構成，且與上述一個 振子組的重心沿上述列方向不同，自該選擇的另一個振子組、沿與管P的軸向成不同于上 述規定角度的方向接收發送超聲波。下面，適當參照圖4，更加具體地說明上述接收發送控制部件2 (控制電路23)的 動作。如圖4所示，由構成超聲波探頭1的各振子11發送來的超聲波從管P外表面上的點 0入射之后，在管P內表面上的點A反射，到達管P外表面上的點B。然后，將自點0入射的
16超聲波的傳播方向(從包括入射點0在內的管P節平面的法線方向看到的傳播方向)與通 過入射點0的管P的周向切線L的夾角(傳播角度)設為Y (以下，也適當稱作“傳播方 向Y ”)，將點B的外表面折射角(在圖4 (d)所示的超聲波傳播面上，管P的點B處的法線 L 1與超聲波光束U的夾角)設為θ r，將點A的內表面折射角(在圖4(d)所示的超聲波 傳播面上，管P的點A處的法線L2與超聲波光束U的夾角)設為9 k，在這種情況下，ΘΓ、 9k及γ分別以下式(1) (3)表示。[數9]θ r = SirT1 ({(Vs/Vi)2 · (sin2 β i+cos2 β i · sin2 α i)}1/2)... (1)θ k = cos-1 (cos θ r · cos Φ—sin θ r · cos γ · sin Φ) ··· (2) γ η sin β \、 在此，在上式(1)及式(3)中，α i表示超聲波向管P入射的周向入射角(在管周 向截面上，管P的點0處的法線L3與超聲波光束U的夾角，參照圖4(b))，β i表示超聲波 向管P入射的軸向入射角(在管軸向截面上，管P的點0處的法線L4與超聲波光束U的夾 角，參照圖4(c))。另外，在上式(1)中，Vs表示在管P中傳播的超聲波的傳播速度，Vi表 示填充于振子11與管P之間的接觸介質中的超聲波傳播速度。并且，在上式(2)中，Φ表 示在圖4 (b)所示的管軸向截面上，通過管中心C及點0的直線與通過管中心C及點A的直 線的夾角(與通過管中心C及點A的直線與通過管中心C及點B的直線的夾角相等)，以下 式(4)表示。[數10]φ = SirT1 (k · sin θ，)- θ，...(4)而且，在上式⑷中，k及θ ’分別以下式(5)及(6)表示。[數11] tan θ，= cos γ · tan θ r... (6)由上式(1)及(3)可知，外表面折射角θ r及超聲波傳播角度γ由超聲波向管P 入射的周向入射角α i及超聲波向管P入射的軸向入射角β i確定。另外，使用上式(1) (6)，內表面折射角9k也同樣由周向入射角ai及軸向入射角確定(但嚴格地講，也 受到由管P的壁厚與外徑之比確定的Φ的影響)。在此，如上所述，在專利文獻2所述的方法中，在使相對于管P的軸心偏心地配置 超聲波探頭時的偏心量恒定(即，使由偏心量確定的向管P入射的周向入射角ai)的條件 下，僅改變超聲波相對于管P軸向的傾斜角度，從而使超聲波的傳播方向與傾斜傷痕的延 伸方向正交。僅改變該軸向入射角β i的方法也可由上式(1)及式(2)導出，但由于外表 面折射角ΘΓ及內表面折射角ek分別根據軸向入射角β i的改變而變化，因此，像上述本 發明人的觀點那樣，導致相應于超聲波的傳播方向(相應于傾斜傷痕的傾斜角度)，使反射 波的強度而不同，而且傷痕檢測能力產生變化。相對于此，如上所述，在本實施方式的超聲波探傷裝置100中，首先，接收發送控 制部件2(控制電路23)進行動作，從而從排列成矩陣狀的多個振子11中選擇一個至少包
17括一個振子11的振子組，自該選擇的一個振子組、沿管P內的一個傳播方向Y接收發送超 聲波。更加具體地說明，控制電路23基于上式(3)來確定周向入射角ai及軸向入射角 β i，以獲得與作為檢測對象的、具有規定傾斜角度的傷痕(第1傷痕)的延伸方向正交的 超聲波傳播方向Y，從而選擇可獲得這些a i及β i的振子組。接著，接收發送控制部件2 (控制電路23)進行動作，從而從排列成矩陣狀的多個 振子11中選擇行方向及列方向位置與構成上述一個振子組的振子11不同的、至少包括一 個振子11的另一個振子組，自該選擇的另一個振子組、沿管P內的與上述一個傳播方向Y 不同的另一個傳播方向Y接收發送超聲波。更加具體地說明，控制電路23根據上式(3)來 確定周向入射角a i及軸向入射角β i，以獲得與作為檢測對象的、具有與上述第1傷痕不 同的傾斜角度的傷痕(第2傷痕)的延伸方向正交的超聲波傳播方向Y，從而選擇可獲得 這些a i及β i的另一個振子組。此時，由于另一個振子組包括行方向及列方向位置與構 成一個振子組的振子不同的振子，因此，自一個振子組接收發送的超聲波的周向入射角a i 與自另一個振子組接收發送的超聲波的周向入射角ai不同。另外，由于另一個振子組與 一個振子組的超聲波傳播方向Y不同，因此，自一個振子組接收發送的超聲波的軸向入射 角β i與自另一個振子組接收發送的超聲波的軸向入射角β 不同。更加具體地說明，在 選擇另一個振子組時，確定與另一個振子組相關的周向入射角a i及軸向入射角β ，以使 其與一個振子組相關的周向入射角ai及軸向入射角β 不同(根據式(3)設為可獲得與 第2傷痕的延伸方向正交的超聲波傳播方向Y的ai及β i)，并且，使由上式(1)確定的 外表面折射角θ r及由上式(2)確定的內表面折射角θ k兩者分別同與一個振子組相關的 9r及ek大致相等，從而可選擇另一個振子組中的各振子11，以獲得該ai及β i。根據以上說明的接收發送控制部件2(控制電路23)的動作，對于第1傷痕及第2 傷痕兩者，可以在使超聲波的傳播方向Υ正交的同時、使折射角(Θγ、θιο大致恒定，從而 無論各傷痕的傾斜角度如何，都可以獲得相同的反射波強度。這樣，若選擇與作為檢測對象 的傷痕的傾斜角度數量相同數量的振子組，并自該選擇的各振子組接收發送超聲波，則可 以高精度地探查具有各種傾斜角度的傷痕。另外，通過分別自選擇的各振子組大致同時地 接收發送超聲波，可以高速地探查具有各種傾斜角度的傷痕。另外，在本實施方式的超聲波探傷裝置100中，由于使用在曲面上排列成矩陣狀 (沿行方向在彎曲的圓筒上排列成矩陣狀)的超聲波探頭1，因此，自各振子11接收發送的 超聲波的軸向入射角β i由上述曲面的曲率半徑及各振子11的位置確定。因此，在選擇振 子組時，從多個振子11中僅選擇可獲得確定的軸向入射角β i的振子組即可。但是，本發 明并不限定于此，也可以采用多個振子11在平面上排列成矩陣狀而成的超聲波探頭。在這 種情況下，利用控制電路23對由上述選擇的振子組中的各振子11接收發送超聲波的時機 進行控制即可，從而自選擇的振子組、以確定的軸向入射角β i接收發送超聲波。如上所述，在本實施方式的超聲波探傷裝置100中，為了簡化電路構造而降低制 造成本，利用波形合成電路223合成由各振子11接收的反射波，根據該合成的反射波，由傷 痕判定電路3檢測傷痕。因此，作為較佳的構造，本實施方式的接收發送控制部件2 (控制 電路23)控制上述一個振子組及上述另一個振子組的超聲波發送時機或接收時機(設定對 應的延遲電路212或延遲電路222的延遲時間)，從而使自上述一個振子組發送來的超聲波 在管P表面的反射波的接收時機、與自上述另一個振子組發送來的超聲波在管P表面的反
18射波的接收時機大致相同(例如，成為發送的超聲波的脈沖寬度以下的時間差)。由于利用這樣的較佳的裝置，使自一個振子組發送的超聲波在管P表面的反射波 的接收時機、與自另一個振子組發送的超聲波在管P表面的反射波的接收時機大致相同， 因此，即使如上述那樣地利用波形合成電路223合成由各振子11 (各振子組)接收的反射 波，也會因由各振子組接收的管表面(內外表面)上的反射波連續或一部分重疊，而難以產 生反射波整體寬度擴大這樣的狀況，可以減少管P內外表面附近處的不靈敏區。第2實施方式圖5是表示本發明的第2實施方式的超聲波探傷裝置的概略構造的示意圖，圖 5(a)表示立體圖，圖5(b)表示俯視圖，圖5(c)表示側視圖，圖5(d)表示說明圖。圖6是 表示圖5所示的超聲波探傷裝置的超聲波傳播動作的說明圖，圖6(a)表示立體圖，圖6(b) 表示管周向剖視圖，圖6(c)表示俯視圖，圖6(d)表示沿超聲波傳播面(包括圖6(b)所示 的點0、點A及點B在內的面)的剖視圖。如圖5所示，與第1實施方式的超聲波探傷裝置 100相同，本實施方式的超聲波探傷裝置100A用于對管P進行超聲波探傷，包括超聲波探 頭IA和對由超聲波探頭IA接收發送超聲波進行控制的接收發送控制部件2A。另外，與第 1實施方式的超聲波探傷裝置100相同，本實施方式的超聲波探傷裝置100A還包括傷痕判 定電路3和警報等輸出部件4 ；上述傷痕判定電路3通過將來自管P的反射波的振幅與規定 的閾值比較，檢測出存在于管P中的傷痕；上述警報等輸出部件4用于在由傷痕判定電路3 檢測出傷痕的情況下，輸出規定的警報等。另外，由于接收發送控制部件2A的機器構造與 第1實施方式的超聲波探傷裝置100的接收發送控制部件2相同，因此，省略其詳細說明。超聲波探頭IA包括沿環形曲面排列的多個振子11，上述環形曲面可這樣獲得 以不通過規定的旋轉橢圓體M的中心0、且不夾著該旋轉橢圓體M的中心0地相面對的、并 且與該旋轉橢圓體的旋轉軸正交的兩個平行的平面Sl及S2，切斷該旋轉橢圓體M(參照圖 5 (c)、圖5 (d))。于是，超聲波探頭IA與管P相面對地配置，從而使超聲波探頭IA的長徑方 向(圖5(b)所示的χ方向)沿著管P的軸向，短徑方向(圖5(b)所示的y方向)沿著管 P的周向，并且上述旋轉橢圓體M的中心0正對管P的軸心。接收發送控制部件2A進行動作，從而自多個振子11中的至少兩個以上的振子11 對管P接收發送超聲波。下面，參照圖6說明確定超聲波探頭IA的形狀(環形曲面的形狀)的具體方法。 如圖6所示，在確定超聲波探頭IA的形狀時，通常考慮，以使上述旋轉橢圓體M的中心0位 于管P的外表面附近(因此，自各振子11發送來的超聲波以上述中心0為入射點向管P中 入射)的方式配置超聲波探頭1A。如圖6所示，由構成超聲波探頭IA的各振子11發送來的超聲波從管P外表面上 的點0(旋轉橢圓體M的中心0)入射之后，在管P內表面上的點A反射，到達管P外表面 上的點B。然后，將自點0入射的超聲波的傳播方向(從包括入射點0在內的管P節平面 的法線方向看到的傳播方向)與通過入射點0的管P的周向切線L的夾角(傳播角度)設 為Y (以下，也適當稱作“傳播方向Y ”)，將點B的外表面折射角(在圖6(d)所示的超聲 波傳播面上，管P的點B處的法線L 1與超聲波光束U的夾角)設為ΘΓ，將點A的內表面 折射角(在圖6(d)所示的超聲波傳播面上，管P的點A處的法線L2與超聲波光束U的夾 角)設為9k。另外，將超聲波向管P入射的入射角(在圖6(d)所示的超聲波傳播面上，
19管P的點0處的法線L3與入射的超聲波光束U的夾角)設為θ w，將超聲波在管P上的折 射角(在圖6(d)所示的超聲波傳播面上，管P的點0處的法線L3與入射后的超聲波光束 U的夾角)設為θ s。以入射角θ s入射的超聲波表示幾何光學的傳播動作。S卩，以入射角θ s入射的 超聲波以遵循斯內爾定律確定的折射角θ s向管P內傳播。于是，如利用幾何學導出的那 樣，外表面折射角ΘΓ與折射角θ8相等。g卩，下式(7)成立。[數12] 在此，在上式(7)中，Vs表示在管P中傳播的超聲波的傳播速度，Vi表示填充于超 聲波探頭IA與管P之間的接觸介質中的超聲波傳播速度。另一方面，如上式(7)及上式(3) (6)導出的那樣，以上式(2)表示的內表面折 射角9k是入射角ew、傳播角度γ及管P的壁厚與外徑之比t/D的函數。于是，在超聲 波傳播方向Y與管ρ的軸向一致時(即，傳播角度Y =90° )，內表面折射角ek為最小 值，與外表面折射角θγ(=折射角Θ s)相等，在超聲波傳播方向γ與管ρ的周向一致時 (艮P，傳播角度γ =0° )，內表面折射角Θ k為最大值，以下式(8)表示。[數13]0k = sin_1(-Sin0r、——)…⑶
1 -2(t/D)在此，若管P的壁厚與外徑之比為百分之幾左右，則利用上式(8)算出的內表面折 射角θ k與外表面折射角θ r之差納入在10°左右的范圍內。因此，檢測沿管P的軸向延 伸的內表面傷痕(利用傳播方向Y與管P的周向一致的超聲波來檢測)的情況的內表面 折射角θ k、與檢測沿管P的軸向的內表面傷痕(利用傳播方向Y與管P的軸向一致的超 聲波來檢測)的情況的內表面折射角9k(= θ S)之差納入在10°左右的范圍內，兩內表 面傷痕的檢測能力不會產生明顯誤差。但是，在管P的t/D大于等于15%時，利用上式(8) 算出的內表面折射角9k比外表面折射角θ8大出20°以上(即，通過將傳播方向Y由管 P的軸向變為周向，使內表面折射角ek也增大20°以上)，沿管P的軸向的內表面傷痕的 檢測能力大大降低。同樣，對于具有管P的軸向與周向之間的傾斜角度的內表面傷痕，檢測 能力也隨著內表面折射角9 k的增加而降低。對于抑制以上說明的與內表面折射角θ k的變動相伴隨的傷痕的檢測能力降低， 相應于超聲波的傳播方向Y (即，相應于與超聲波的傳播方向Y正交的傷痕的傾斜角度) 來改變(即，改變入射角θ s)與各傳播方向γ相對應的折射角θ s，從而使與各傳播方向 Y相對應的內表面折射角θk成為大致恒定的值。因此，本實施方式的超聲波探頭IA設計為這樣的形狀根相應于自各振子11發 送來的超聲波的傳播方向Y，與各傳播方向Y相對應的入射角θ w發生變化，從而使與各 傳播方向Y相對應的內表面折射角θ k成為大致恒定的值。如上所述，超聲波探頭IA包 括沿環形曲面排列的多個振子11，上述環形曲面可這樣獲得以不通過規定的旋轉橢圓體 M的中心0、且不夾著該旋轉橢圓體M的中心0地相面對的、并且與該旋轉橢圓體的旋轉軸 正交的兩個平行的平面Sl及S2 (參照圖5 (c)、圖5 (d))，切斷該旋轉橢圓體M。由此，自各 振子11發送來的超聲波的傳播方向 處于-180° 180°的范圍內。另外，從旋轉橢圓
20體M的中心0看到的各振子11的仰角根據各振子11的排列位置而不同。換言之，各振子 11的仰角由超聲波探頭IA的長徑、短徑及超聲波探頭IA與上述旋轉橢圓體M的中心0的 距離確定，仰角根據各振子11的排列位置(根據自各振子11發送來的超聲波的傳播方向 Y)而不同。該仰角減去90°之后的角度相當于入射角ew。因此，本實施方式的超聲波探 頭IA通過適當設定超聲波探頭IA的長徑、短徑及超聲波探頭IA與上述旋轉橢圓體M的中 心0的距離，設定為這樣的形狀根據自各振子11發送來的超聲波的傳播方向Y，與各傳 播方向Y相對應的入射角θ w發生變化，從而使與各傳播方向γ相對應的內表面折射角 θ k成為大致恒定的值。更加具體地說明，如圖5所示，在將超聲波探頭IA的長徑設為2x、短徑設為2y、超 聲波探頭IA與旋轉橢圓體M的中心0的距離(從旋轉橢圓體M的中心0到平面Sl及S2 的平均距離)設為h時，自位于超聲波探頭IA的長徑部的振子11發送來的入射角θ w(稱 作θ wl)與自位于超聲波探頭IA的短徑部的振子11發送來的入射角θ w(稱作ew2)分 別以下式(9)及(10)表示。[數14]θ wl = tarT1 (x/h)…(9)θ w2 = tarT1 (y/h)…(10)于是，根據探傷的管P的t/D來確定超聲波探頭IA的形狀(χ、y及h)，從而使以 上式(9)及(10)表示的入射角θ Wl及eW2滿足下式(11)。[數15]sin θ w2 = sin θ wl · {1—2 (t/D)}... (11)通過使的入射角ewi及eW2滿足上式(11)，超聲波的傳播方向、與管P的軸向 一致的情況(自位于超聲波探頭IA的長徑部的振子11發送超聲波的情況)下的內表面折 射角ΘΚ與超聲波的傳播方向γ與管P的周向一致的情況(自位于超聲波探頭IA的短徑 部的振子11發送超聲波的情況)下的內表面折射角9 k大致相等。由此，在超聲波的傳播 方向Y處于管P的軸向與周向之間的情況下，也可獲得大致相等的內表面折射角9k。艮口， 無論超聲波的傳播方向Y處于-180° 180°范圍內的任意處，都可獲得大致相等的內表 面折射角9k。另外，若入射角0wl及ew2滿足上式(11)，則自位于超聲波探頭IA的長徑部的 振子11發送來的超聲波的內表面折射角9 k(以下，適當稱作θ kl)、與自位于超聲波探頭 IA的短徑部的振子11發送來的內表面折射角θ k(以下，適當稱作θ k2)大致相等的理由 如下。在將自位于超聲波探頭IA的長徑部的振子11發送來的超聲波的折射角設為θ Sl、 自位于超聲波探頭IA的短徑部的振子11發送來的超聲波的折射角設為θ s2時，這些折射 角θ sl及θ s2遵循斯內爾定律，分別以下式(12)及(13)表示。[數16]sin θ sl = Vs/Vi · sin θ wl— (12)sin θ s2 = Vs/Vi · sin θ w2... (13)在此，在上式(12)及(13)中，Vs表示在管P中傳播的超聲波(超聲橫波)的傳播 速度，Vi表示填充于振子11與管P之間的接觸介質中的超聲波(超聲縱波)的傳播速度。于是，由于自位于超聲波探頭IA的長徑部的振子11發送來的超聲波沿管P的軸
21向傳播，因此，參照圖6而與上述內容同樣地，在內表面折射角0kl與折射角θ si之間，下 式(14)的關系成立。另一方面，由于自位于超聲波探頭IA的短徑部的振子11發送來的超 聲波沿管P的周向傳播，因此，與上式(8)同樣地，在內表面折射角9k2與折射角θ82之 間，下式(15)的關系成立。[數17]θ kl = θ si... (14)sin θ k2 = sin θ s2/{1—2 (t/D)}... (15)在此，在使Qkl= θ k2時，sin θ kl = sin θ k2成立。于是，若將上式(15)及式 (13)應用于sin θ k2中，則下式(16)的關系成立。[數 18]sin θ kl = sin θ k2= sin θ s2/{1-2 (t/D)}= Vs/Vi · sin θ W2/{1-2 (t/D)}... (16)另一方面，若將上式(14)及式(12)應用于sinekl中，則下式(17)的關系成立。[數 19]sin θ kl = sin θ si= Vs/Vi · sin θ wl... (17)因此，通過上式(16)及式(17)，下式(18)的關系成立，若整理該式(18)，則上式 (11)成立。即，在θ kl = θ k2時，上式(11)成立。[數 20]Vs/Vi · sin θ W2/{1-2 (t/D)} = Vs/Vi · sin θ wl... (18)如上所述，在Qkl= θ k2時，上式(11)成立，反之，若滿足上式(11)，則Qkl = ek2成立。換言之，若入射角ewi及ew2滿足上式(Ii)，則自位于超聲波探頭IA的長徑 部的振子11發送來的超聲波的內表面折射角θ k( θ kl)、與自位于超聲波探頭IA的短徑部 的振子11發送來的內表面折射角θ k( θ k2)大致相等。由于本實施方式的超聲波探頭IA的形狀如上述那樣地確定，因此，可以在使自各 振子11發送來的超聲波的傳播方向Y與作為檢測對象的傷痕的延伸方向正交的同時，使 內表面折射角θk大致恒定，從而無論各傷痕的傾斜角度如何，都可以獲得相同的反射波 強度。這樣，若利用接收發送控制部件2A選擇與作為檢測對象的傷痕的傾斜角度數量相同 數量的振子11，并自該選擇的各振子11接收發送超聲波，則可以高精度地探查具有各種傾 斜角度的傷痕。另外，滿足上式(11)的入射角θ wl及9W2的組合(S卩，x、y及h的組合)存在 很多種，但為了與通常的斜角探傷同樣地使向管P內入射的超聲縱波稍少一些，確定超聲 波探頭IA的形狀(X、y及h)，從而至少使自位于超聲波探頭IA的長徑部的振子11 (發送 來的超聲波向管入射的入射角θ w、且折射角θ s最大的振子)發送來的超聲波以35°以 上的橫波折射角θ s向管P內傳播即可。在這種情況下，不僅考慮上述管P的壁厚外徑之 比(t/D)，也考慮在管P中傳播的超聲波的傳播速度、以及填充于超聲波探頭IA與管P之間 的接觸介質中的超聲波的傳播速度，從滿足上式(11)的x、y及h的組合中，選擇至少自位 于超聲波探頭IA的長徑部的振子11發送來的超聲波以35°以上的橫波折射角θ s向管ρ
22內傳播的組合。S卩，較佳為，在以超聲波探頭IA的長徑方向沿著管P的軸向、超聲波探頭IA的短 徑方向沿著管P的周向、且上述旋轉橢圓體M的中心0正對管P的軸心地位于管P的外表 面附近的方式配置超聲波探頭1A，使其與管P相面對的情況下，根據管P的壁厚外徑之比 (t/D)、在管P中傳播的超聲波的傳播速度、以及填充于超聲波探頭IA與管P之間的接觸介 質中的超聲波的傳播速度，設定超聲波探頭IA的長徑2x、短徑2y及超聲波探頭IA與上述 旋轉橢圓體M的中心0的距離h，從而使多個振子11中的、至少自位于超聲波探頭IA的長 徑部的振子11發送來的超聲波以35°以上的橫波折射角θ s向管P內傳播。采用如上述那樣地確定的較佳形狀的超聲波探頭1Α，至少對于自位于超聲波探頭 IA的長徑部的振子11發送來的超聲波(即，向管P的軸向傳播的超聲波)，可以使超聲橫 波向管P內傳播。本實施方式的超聲波探頭IA這樣地配置較佳，S卩，不僅在確定上述形狀時，在實 際探傷時，上述旋轉橢圓體M的中心0也位于管P的外表面附近。由于利用這樣的較佳的裝置，使自各振子11發送來的超聲波向管P入射的入射點 大致一致(旋轉橢圓體M的中心0為入射點)，因此，可以在確定了超聲波探頭IA的形狀后 獲得如預定好的那樣的超聲波傳播動作(無論超聲波的傳播方向如何，內表面折射角9k 大致恒定)，而且可以高精度地探查具有各種傾斜角度的傷痕。另外，與第1實施方式的接收發送控制部件2相同，本實施方式的超聲波探傷裝置 IlA的接收發送控制部件2A較佳為，控制對管P接收發送超聲波的至少兩個以上的振子11 中的、一個振子11及另一個振子11的超聲波發送時機或接收時機，從而使自上述一個振子 11發送的超聲波在管P表面的反射波的接收時機、與自上述另一個振子11發送的超聲波在 管P表面的反射波的接收時機大致相同(例如，成為發送的超聲波的脈沖寬度以下的時間 差)。由于利用這樣的較佳的裝置，使自一個振子11發送的超聲波在管P表面的反射波 的接收時機、與自另一個振子11發送的超聲波在管P表面的反射波的接收時機大致相同， 因此，與第1實施方式相同，即使利用波形合成電路(未圖示)合成由各振子11接收的反 射波，也會因由各振子11接收的管P表面(內外表面)上的反射波連續或一部分重疊，而 難以產生反射波整體寬度擴大這樣的狀況，可以減少管P內外表面附近處的不靈敏區。另外，如上所述，本實施方式的超聲波探頭IA根據探傷的管P的t/D等來確定超 聲波探頭IA的形狀(x、y&h)。換言之，適當的超聲波探頭IA的形狀根據探傷的管P的 t/D等而不同。因此，對于具有多種多樣的t/D等的管，若不分別各自準備適當形狀的超聲 波探頭1A，則在這成本、維修這些點上存在問題。為了解決這樣的問題，較佳為，設置對自多個各振子11向管P發送來的超聲波的 入射角9 進行調整的調整部件。由此，可獲得這樣的優點即使是相同形狀(x、y及h)的 超聲波探頭1A，也可以對自多個各振子11向管P發送來的超聲波的入射角θ w進行微調， 從而可以在使自各振子11發送來的超聲波的傳播方向Y與作為檢測對象的傷痕的延伸方 向正交的同時，使內表面折射角θ k大致恒定，因此，不需要根據管P的t/D等準備多種多 樣的形狀的超聲波探頭1A，成本、維修性能優良。作為上述調整部件，例如，可以采用機械偏角機構。此外，如圖5(a)所示，多個振
23子11分別包括沿各振子11的徑向被分割成長方形的多個壓電元件，上述調整部件(例如， 接收發送控制部件2A起到上述調整部件的作用)也可以通過電氣控制由多個壓電元件11 接收發送超聲波的時機，來調整向管P發送的超聲波的入射角θ W。與采用機械偏角機構的 情況相比，在這種情況下，可以容易且再現性良好地調整入射角θ W。另外，采用本實施方式的超聲波探頭IA的形狀，可以使內表面折射角ek大致恒 定，但外表面折射角01"相應于傳播方向Y而發生變化。換言之，本實施方式的超聲波探 頭IA做成適合高精度地探查具有各種傾斜角度的內表面傷痕的形狀。相對于此，為了高精 度地探查具有各種角度的外表面傷痕，需要無論各傷痕的傾斜角度如何(即，無論超聲波 的傳播方向Y如何)，都使外表面折射角θ r大致恒定。如上所述，由于外表面折射角ΘΓ 與折射角θ s相等，則只要是無論傳播方向Υ如何、都使這樣的折射角θ s大致恒定即可， 因此，無論傳播方向Y如何，使入射角θ w大致恒定即可。為了無論超聲波的傳播方向γ 如何都使入射角θ w大致恒定，將超聲波探頭的長徑(2χ)和短徑(2y)的長度設定為大致 相等的值即可。即，設定為在使上述旋轉橢圓體為球體的情況下獲得的形狀即可。采用這 樣的形狀的超聲波探頭，可以無論傳播方向Y如何都使折射角θ s大致恒定，從而可以高 精度地探查具有各種傾斜角度的外表面傷痕。于是，根據管P中的傷痕的主要檢測對象為內表面傷痕或者外表面傷痕，來選擇 適合檢測各傷痕的超聲波探頭的形狀即可。或者，在需要同時檢測內表面傷痕及外表面傷 痕兩者的情況下，做成這樣的形狀即可，即，具有滿足適合檢測內表面傷痕的式(11)的超 聲波探頭的形狀(X、Y及h)、與滿足適合檢測外表面傷痕的χ = y的超聲波探頭的形狀的 大致中間的X、y值的形狀。下面，通過表示實施例及比較例進一步明確本發明的特征。實施例1(參照圖3)利用具有圖3所示的概略構造的超聲波探傷裝置100，對形成于鋼管內表面的、具 有各不相同的傾斜角度(相對于鋼管軸向的傾斜角度為0°、10°、20°、30°、45° )的多 個內表面傷痕(深0. 5mm X長25. 4mm)實施探傷試驗。在此，超聲波探頭1為，將長5mm X 寬3mm、振蕩頻率為2MHz的多個(30個)振子11沿行方向在以200mm的曲率半徑彎曲的圓 筒上排列成矩陣狀(10行X3列)。下面，將排列于第1列的振子11稱作#1 #10，將排 列于第2列的振子11稱作#11 #20，將排列于第3列的振子11稱作#21 #30。表1表示在調整超聲波探頭1的偏心量(即，調整振子#1的周向入射角α i)、以 使第1列振子#1最適合檢測傾斜角度為0°的內表面傷痕的情況下，自該振子#1及其他振 子#2 #30發送來的超聲波的軸向入射角β i、超聲波的傳播方向Y、以及內表面折射角 θ k0魁
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該合成的反射波，由傷痕判定電路3檢測傷痕。于是，本實施方式的接收發送控制部件2控 制各振子11發送或接收超聲波的時機(設定對應的延遲電路212或延遲電路222的延遲 時間)，從而使自各振子11發送來的超聲波在鋼管表面的反射波的接收時機大致相同(例 如，成為發送來的超聲波的脈沖寬度以下的時間差)。圖8表示這樣的波形例子，即，在不控制振子#1及#30發送或接收超聲波的時機 地，自振子#1及#30大致同時發送超聲波的情況下，通過由波形合成電路223合成分別由 振子#1及#30接收的反射波(分別由振子#1及#30在鋼管表面(外表面)接收的反射波， 以及來自由振子#30檢測出的、傾斜角度為45°的內表面傷痕的反射波(傷痕反射波))而 獲得。在圖8中，波形El相當于由振子#30接收的鋼管表面的反射波，波形E2相當于由振 子#1接收的鋼管表面的反射波。如圖8所示，若不控制振子#1及#30發送或接收超聲波 的時機，則波形El與波形E2連續或一部分重疊，使鋼管外表面的反射波整體寬度擴大，從 而使鋼管外表面附近處的不靈敏區增大。產生這種現象的原因在于，到自振子#1發送來的 超聲波到達鋼管外表面為止的光束路程、與到自振子#30發送來的超聲波到達鋼管外表面 為止的光束路程不同。相對于此，如上所述，由于本實施例的接收發送控制部件2控制各振子11發送或 接收超聲波的時機，從而使自各振子11發送來的超聲波在鋼管表面的反射波的接收時機 大致相同，因此，與圖8所示的情況相比，可以減少不靈敏區。圖9是表示在利用本實施例 的接收發送控制部件2使振子#30的發送時機相對于振子#1延遲規定時間之后、通過由波 形合成電路223合成分別由振子#1及#30接收的反射波而獲得的波形。如圖9所示，通過 利用本實施例的接收發送控制部件2使振子#30的發送時機相對于振子#1延遲規定時間， 成為圖8所示的波形El與波形E2大致完全重合的狀態。可知，圖9所示的波形El及E2 的合成波形(E1+E2)的寬度雖然比圖8所示的波形El的寬度大一些，但與圖8所示的不靈 敏區相比，可以減少至約1/3以下。實施例2 (參照圖5)利用具有圖5所示的概略構造的超聲波探傷裝置100A，對形成于鋼管(t/D = 11%)內表面的、具有各不相同的傾斜角度的多個內表面傷痕(深0. 5mmX長25. 4mm)實施 探傷試驗。在此，超聲波探頭IA為，將長5mmX寬3mm、振蕩頻率為2MHz的多個(3兩個) 振子11沿環形曲面排列，該環形曲面是以不通過規定的旋轉橢圓體M的中心0、且不夾著 該旋轉橢圓體M的中心0地相面對的、并且與該旋轉橢圓體的旋轉軸正交的兩個平行的平 面Sl及S2，切斷該旋轉橢圓體M而獲得的曲面。超聲波探頭IA的形狀確定為以上式(9) 表示的入射角θ wl約為18°，以上式(10)表示的入射角0w2約為14°。這樣的入射角 θ wl及0W2滿足上式(11)。在在以超聲波探頭IA的長徑方向沿著鋼管的軸向、超聲波探頭IA的短徑方向沿 著鋼管的周向、且上述旋轉橢圓體M的中心0正對鋼管的軸心地位于鋼管的外表面附近的 方式配置超聲波探頭1A，使其與鋼管相面對的情況下，進行探傷試驗。另外，使用水來作為 填充于超聲波探頭IA與鋼管之間的接觸介質。在此，由于鋼管內的超聲波(超聲橫波)傳播速度為3200m/SeC，作為接觸介質的 水中的超聲波(超聲縱波)傳播速度為1500m/sec，因此，自位于超聲波探頭IA的長徑部 的振子11發送來的超聲波的折射角(與入射角θ wl對應的折射角)θ s (稱作θ si)約為
2641°，自位于超聲波探頭IA的短徑部的振子11發送來的超聲波的折射角(與入射角θ w2 對應的折射角)θ s (稱作θ s2)約為31°。如上所述，超聲波的外表面折射角0!^與折射角θ si及θ S2相等，另一方面，超 聲波的內表面折射角θ k以入射角θ w、傳播方向γ及管P的t/D的函數表示。即，在傳播 方向Y與鋼管的軸向一致時，內表面折射角9k為最小值，與折射角Θ81相等。S卩，內表 面折射角9k約為41°。隨著傳播方向Y自鋼管的軸向朝向周向偏轉，折射角θ8通常變 大，在傳播方向Y與周向一致時，內表面折射角9k為最大值，以上式(8)表示。在本實施 例的情況下，通過向式(8)中代入t/D = 11%、θ s( θ S2) =31°，該內表面折射角ek成 為約41°，同傳播方向Y與鋼管的軸向一致時的內表面折射角9 k的值相等。由此，即使 在超聲波的傳播方向Y處于鋼管的軸向與周向之間的情況下，也可獲得大致相等的內表 面折射角9k。即，無論超聲波的傳播方向Y處于-180° 180°范圍內的任意處，都可獲 得大致相等的內表面折射角9k。由于本實施例的超聲波探頭IA的形狀如上述那樣地確定，因此，可以在使自各振 子11發送來的超聲波的傳播方向Y與作為檢測對象的傷痕的延伸方向正交的同時，無論 傷痕的傾斜角度如何，都使內表面折射角θ k大致恒定。圖10表示通過由本實施例的超聲波探傷裝置100A進行探傷試驗而獲得的、在各 內表面傷痕處的反射波強度(將傾斜角度為0°的內表面傷痕處的反射波強度設為OdB時 的相對強度)。如圖10所示，可知，采用本實施例的超聲波探傷裝置100A，對于到傾斜角度 為-67. 5° 90°的內表面傷痕，可獲得大致相等的反射波強度，而且可獲得大致恒定的 傷痕檢測能力。另外，與實施例1的超聲波探傷裝置100相同，本實施例的超聲波探傷裝置100A 若也采用接收發送控制部件2控制各振子11發送或接收超聲波的時機、以使自各振子11 發送來的超聲波在鋼管表面的反射波的接收時機大致相同的構造，則可以高速地探查具有 各種傾斜角度的傷痕，并且，可以減少鋼管表面附近處的不靈敏區。實施例3 (參照圖5)在具有圖5所示的概略構造的超聲波探傷裝置100A中，實施與實施例2相同的探 傷試驗。但是，試驗條件的不同點在于，分別由沿各振子11的徑向被分割為長方形的8個 壓電元件111構成超聲波探頭IA所具有的多個振子11，以及不僅是t/D為11%的鋼管，將 t/D為5%及14%的鋼管也作為探傷件。與實施例2相同，超聲波探頭IA的形狀確定為最適合t/D = 11%的鋼管，另一方 面，通過利用接收發送控制部件2A電氣控制由多個壓電元件111接收發送超聲波的時機， 使得對于t/D為其他值的鋼管也可獲得大致相等的傷痕檢測能力，調整向鋼管發送超聲波 的入射角θ W。圖11表示通過由本實施例的超聲波探傷裝置100Α進行探傷試驗而獲得的、在形 成于各t/D的鋼管中的各內表面傷痕處的反射波強度(將形成于t/D = 11%的鋼管中的、 傾斜角度為0°的內表面傷痕處的反射波強度設為OdB時的相對強度)。如圖11所示，可 知，采用本實施例的超聲波探傷裝置100A，對于t/D為5% 14%的鋼管中的、傾斜角度 為-67. 5° 90°的內表面傷痕，可獲得大致相等的反射波強度，而且可獲得大致恒定的 傷痕檢測能力。
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實施例4本實施例是上述實施例2的變形例，對形成于鋼管(t/D = 11% )內表面的內表 面傷痕實施探傷試驗。圖12是表示本實施例的超聲波探傷裝置100B的概略構造的圖，圖 12(a)表示主視剖視圖，圖12(b)表示俯視圖，圖12(c)表示側視剖視圖。如圖12所示，本 實施例的超聲波探傷裝置100B包括超聲波探頭1B、殼體5和軟管6 ；上述超聲波探頭IB具 有振蕩頻率為5MHz的4個振子(斜角振子)11A、1 IB、11C、11D、以及振蕩頻率為5MHz的垂 直探頭12 ；上述殼體5為丙烯制，安裝有這些振子IlA IlD及垂直探頭12 ；上述軟管6為 軟質性，安裝于殼體5的前端部。另外，與實施例2相同，本實施例的超聲波探傷裝置100B 也包括控制由超聲波探頭IB接收發送超聲波的接收發送控制部件(參照圖5所示的接收 發送控制部件2A)。另外，還包括傷痕判定電路3和警報等輸出部件4 ；上述傷痕判定電路 3通過將來自鋼管P的反射波的振幅與規定的閾值比較，檢測出存在于鋼管P中的傷痕(參 照圖5)；上述警報等輸出部件4用于在由傷痕判定電路3檢測出傷痕的情況下，輸出規定 的警報等(參照圖5)。另外，由于本實施例的接收發送控制部件的機器構造與圖3所示的 接收發送控制部件2相同，因此，省略其詳細說明。與實施例2相同，超聲波探頭IB所具有的4個振子1IA 1ID的這些振動面SA SD沿著環形曲面地配置，該環形曲面可這樣獲得以不通過規定的旋轉橢圓體的中心0、且 不夾著該旋轉橢圓體的中心0地相面對的、并且與該旋轉橢圓體的旋轉軸正交的兩個平行 的平面Sl及S2，切斷該旋轉橢圓體的中心0。更加具體地講，振子IlA及IlB沿超聲波探 頭IB的長徑方向(環形曲面的長徑方向，圖12(b)所示的χ方向)配置，使得以上式(9)表 示的入射角9wl約為18°，振子IlC及IlD沿超聲波探頭IB的短徑方向(環形曲面的短 徑方向，圖12(b)所示的y方向)配置，使得以上式(9)表示的入射角θ w2約為14°。這 些入射角θ wl及9W2滿足上式(11)。超聲波探頭IB所具有的垂直探頭12的振動面SO沿著通過上述旋轉橢圓體的中 心0、且與上述兩個平行的平面正交的直線L (相當于旋轉橢圓體的旋轉軸)地(在圖12所 示的例子中，為旋轉橢圓體的中心0正上方)配置。由此，具有這樣的優點可以在由振子 IlA IlD進行探傷的同時，由垂直探頭12對鋼管P進行壁厚測定和夾層檢測等。于是，在以超聲波探頭IB的長徑方向沿著鋼管P的軸向、超聲波探頭IB的短徑方 向沿著鋼管P的周向、且上述旋轉橢圓體的中心0正對鋼管P的軸心地位于鋼管P的外表 面附近的方式配置超聲波探頭1B，使其與鋼管P相面對的情況下，進行探傷試驗。另外，通 過自設置于殼體5的側壁的供水口 51向殼體5內部供水，向超聲波探頭IA與鋼管之間填 充作為接觸介質的水。在此，與實施例2中說明的內容相同，由于鋼管內的超聲波(超聲橫波)傳播速度 為3200m/sec，作為接觸介質的水中的超聲波(超聲縱波)傳播速度為1500m/sec，因此，自 位于超聲波探頭IB的長徑部的振子IlAUlB發送來的超聲波的折射角(與入射角θ wl對 應的折射角)θ s (稱作θ si)約為41°，自位于超聲波探頭IB的短徑部的振子IlCUlD發 送來的超聲波的折射角(與入射角9w2對應的折射角)θ s (稱作θ82)約為31°。于是，如上所述，超聲波的外表面折射角0!^與折射角θ si及θ S2相等，另一方 面，內表面折射角θ k以入射角θ w、傳播方向Υ及鋼管P的t/D的函數表示。即，在傳播 方向 與鋼管P的軸向一致時，內表面折射角9k為最小值，與折射角Θ81相等。g卩，與振
28子IlAUlB相關的內表面折射角9 k約為41°。隨著傳播方向Y自鋼管P的軸向朝向周 向偏轉，折射角θ s通常變大，在傳播方向Υ與鋼管P周向一致時，內表面折射角9 k為最 大值，以上式(8)表示。在本實施例的情況下，通過向式(8)中代入t/D= 11%、0s(0s2) =31°，與振子11C、11D相關的內表面折射角θ k成為約41°，同傳播方向Y與鋼管P的 軸向一致時的內表面折射角θk的值相等。由于本實施例的超聲波探頭IB的形狀(振子IlA IlD的配置條件)如上述那 樣地確定，因此，可以在使自各振子IlA IlD發送來的超聲波的傳播方向、與作為檢測 對象的傷痕的延伸方向正交的同時，無論傷痕的傾斜角度如何，都使內表面折射角9k大 致恒定。換言之，由沿鋼管P的軸向配置的振子IlAUlB高精度地檢測沿鋼管P的周向延 伸的傷痕，由沿鋼管P的周向配置的振子IlCUlD高精度地檢測沿鋼管P的軸向延伸的傷痕。另外，在本實施例中，使鋼管P沿周向旋轉、并沿軸向移動地進行超聲波探傷。于 是，較佳為，超聲波探傷裝置100B包括追蹤裝置，該追蹤裝置使超聲波探頭IB在與鋼管P 的軸向正交的平面內相對于鋼管P的相對位置大致保持恒定。下面，適當參照圖13更加具 體地進行說明。圖13是表示本實施方式的超聲波探傷裝置100B所具有的追蹤裝置的概略構造的 圖。如圖13所示，本實施例的追蹤裝置7包括測定到鋼管P的距離的1個以上(本實施例 中為兩個)的非接觸式位移儀(例如，激光位移儀，渦流式位移儀，超聲波位移儀等)71A、 71B、使超聲波探頭IB沿與鋼管P的軸向正交的兩個軸向(本實施例中為垂直方向(Z方 向)及水平方向(Y方向))移動的定位機構(本實施例中為液壓缸體)72A、72B、和控制定 位機構72A、72B的定位控制部件(本實施例中為液壓控制器)73A、73B。在本實施例中，采用這樣的構造由非接觸式位移儀71A測定的距離通過位移儀 增幅器74A輸入到定位控制部件73A，由非接觸式位移儀71B測定的距離通過位移儀增幅器 74B輸入到定位控制部件73B。然后，定位控制部件73A根據自非接觸式位移儀71A (位移 儀增幅器74A)輸入的距離測定值來控制定位機構72A(調整超聲波探頭IB沿Z方向的位 置)，使得超聲波探頭IB相對于鋼管P的相對位置大致恒定。定位控制部件73B根據自非 接觸式位移儀71B(位移儀增幅器74B)輸入的距離測定值來控制定位機構72B (調整超聲 波探頭IB沿Y方向的位置)，使得超聲波探頭IB相對于鋼管P的相對位置大致恒定。更加具體地說明，由非接觸式位移儀71A、71B進行的到鋼管P外表面的距離測定， 可在實施探傷試驗時始終連續進行。然后，定位控制部件73A驅動定位機構72A，從而使自 非接觸式位移儀71A輸入的距離測定值與預先設定好的基準距離的偏差為零。換言之，定 位控制部件73A驅動定位機構72A，使超聲波探頭IB沿Z方向移動相當于上述偏差的距離。 此時，定位控制部件73A隨時測定定位機構72A的驅動量(超聲波探頭IB沿Z方向的移動 距離)的實績值，驅動定位機構72A，直到該測定的實績值與上述偏差相等為止，從而提高 位置精度。另外，在由非接觸式位移儀71A測定了距離的鋼管P的部位經過規定時間(由 鋼管P的外徑、旋轉速度算出)之后、到達配置有超聲波探頭IB的位置(即，旋轉180°之 后的位置)的時機實施由定位控制部件73A驅動定位機構72A。同樣，定位控制部件73B驅動定位機構72B，從而使自非接觸式位移儀71B輸入的
29距離測定值與預先設定好的基準距離的偏差為零。換言之，定位控制部件73B驅動定位機 構72B，使超聲波探頭IB沿Y方向移動相當于上述偏差的距離。此時，定位控制部件73B隨 時測定定位機構72B的驅動量(超聲波探頭IB沿Y方向的移動距離)的實績值，驅動定位 機構72B，直到該測定的實績值與上述偏差相等為止，從而提高位置精度。另外，由定位控制 部件73B驅動定位機構72B在由非接觸式位移儀71B測定了距離的鋼管P的部位經過規定 時間(由鋼管P的外徑、旋轉速度算出)之后、到達旋轉180°之后的位置的時機實施。另外，在本實施例中對根據由非接觸式位移儀71A測定的距離來調整超聲波探頭 IB沿Z方向的位置、根據由非接觸式位移儀71B測定的距離來調整超聲波探頭IB沿Y方向 的位置的構造進行了說明，但并不限定于此。例如，也可以采用這樣的構造在由非接觸式 位移儀71A測定了距離的鋼管P的部位到達旋轉90°之后的位置的時機，根據由非接觸式 位移儀7IA測定的距離來調整超聲波探頭IB沿Y方向的位置，在由非接觸式位移儀7IB測 定了距離的鋼管P的部位到達旋轉90°之后的位置的時機，根據由非接觸式位移儀71B測 定的距離來調整超聲波探頭IB沿Z方向的位置。如上所述，由于本實施例的超聲波探傷裝置100B包括作為優選構造的追蹤裝置 7，因此，即使鋼管P截面形狀不是正圓形、或者沿軸向產生彎曲，也可以通過追蹤裝置7使 超聲波探頭IB相對于鋼管P的相對位置大致保持恒定。因此，可抑制超聲波自超聲波探頭 IB的各振子IlA IlD向鋼管P入射的入射角產生變動，并使傷痕檢測能力大致保持恒定。在此，本實施例的超聲波探傷裝置100B也與實施例1、2中的超聲波探傷裝置相 同，接收發送控制部件控制各振子IlA IlD發送或接收超聲波的時機，以使自各振子 IlA IlD發送來的超聲波在鋼管表面的反射波的接收時機大致相同。于是，與實施例1、 2中的超聲波探傷裝置相同，合成由各振子IlA IlD接收的反射波，根據該合成的反射波 檢測傷痕。因此，可以大致同時檢測4個方向的傷痕。由此，與以往實施的分時段探傷(由 振子IlA進行探傷一由振子IlB進行探傷一由振子IlC進行探傷一由振子IlD進行探傷一 由振子IlA進行探傷一之后，重復進行)相比，可以將探傷速度提高4倍。圖14是表示在本實施例的超聲波探傷裝置100B中，僅由振子IlA接收發送超聲 波的情況下獲得的探傷波形(由振子IlA接收的反射波的波形)的一個例子。圖15是表示 在本實施例的超聲波探傷裝置100B中，控制為各振子IlA IlD的接收時機大致相同地、 由各振子IlA IlD接收發送超聲波的情況下獲得的探傷波形(合成由振子IlA IlD接 收的反射波的波形)的一個例子。若與進行通常的斜角探傷時獲得的探傷波形相比，在圖14所示的探傷波形中，存 在出現了形狀信號E的特征。另外，在圖15所示的波形中，在形狀波形E的基礎之上，存在 出現了表面反射信號S的特征。這些形狀信號E及表面反射信號S的出現的原因在于，將 兩個振子相面對地配置。即，原因在于，對于圖12所示的直線L，將振子IlA與IlB配置為 線對稱，將振子IlC與IlD配置為線對稱。更加具體地說明，如圖16所示，形狀信號E相當于例如，自振子IlB發送來的超聲 波被鋼管P的外表面反射、進一步被相面對地配置的振子IlA反射、再次被鋼管P的外表面 反射而由振子IlB接收的反射波。另外，表面反射信號S相當于例如，自振子IlB發送來的 超聲波被鋼管P的外表面反射而由相面對地配置的振子IlA接收的反射波。如上所述，在利用本實施例的超聲波探傷裝置100B獲得的探傷波形中，出現了這
30些形狀信號E及表面反射信號S這樣的固定信號(無論是否產生傷痕，都會出現的信號)。 但是，在維持以旋轉橢圓體的中心0正對鋼管P的軸心地位于鋼管P的外表面附近的方式 配置超聲波探頭IB這樣的條件的同時，調整超聲波探頭IB距旋轉橢圓體的中心0的距離 h(參照圖5)，從而可以在表面反射信號S與形狀信號E之間出現內外表面的傷痕信號，因 此，可以與以往的斜角探傷同樣地進行檢測。在此，控制為自各振子IlA IlD發送來的超聲波在鋼管P表面的反射波的接收 時機大致相同的例由如下。S卩，為了使這些信號大致同時出現，(1)通過由振子IlB接收自振子IlA發送來的超聲波而產生的表面反射信號；(2)通過由振子IlA接收自振子IlB發送來的超聲波而產生的表面反射信號；(3)通過由振子IlD接收自振子IlC發送來的超聲波而產生的表面反射信號；(4)通過由振子IlC接收自振子IlD發送來的超聲波而產生的表面反射信號。另外，為了使這些信號大致同時出現，(5)通過自振子IlA發送來的超聲波被振子IlB反射、并被振子IlA接收而產生的 形狀信號；(6)通過自振子IlB發送來的超聲波被振子IlA反射、并被振子IlB接收而產生的 形狀信號；(7)通過自振子IlC發送來的超聲波被振子IlD反射、并被振子IlC接收而產生的 形狀信號；(8)通過自振子IlD發送來的超聲波被振子IlC反射、并被振子IlD接收而產生的 形狀信號。通過這樣地控制，可以縮短圖15所示的形狀信號E(合成上述(5) ⑶的各形 狀信號后的信號)及表面反射信號S(合成上述(1) (4)的各形狀信號后的信號)的持 續時間(波形寬度)，從而可以使因這些固定信號的出現而產生的不靈敏區變窄。由于以上說明的本實施例的超聲波探傷裝置100B做成在大致同時實現4個方向 的斜角探傷及垂直探傷的同時、極為小型的超聲波探頭IB的構造，因此，可以使包括一對 非接觸式位移儀71A、71B、液壓缸體72A、72B及液壓控制器73A、73B的追蹤裝置7 —體化。 因此，在提高探傷效率的同時，也可以簡化設備，抑制成本。另外，由于做成非接觸式的追蹤 裝置7，因此，可以提高在鋼管P的管端部處的追蹤性，高精度地對包括管端部在內的鋼管P 的全長進行探傷。
3權利要求
一種超聲波探頭，該超聲波探頭用于對管狀被探傷件進行超聲波探傷，其特征在于，該超聲波探頭包括沿環形曲面排列的多個振子；上述環形曲面是通過以不通過規定旋轉橢圓體的中心、且不夾著該旋轉橢圓體的中心地相面對的、并且與該旋轉橢圓體的旋轉軸正交的兩個平行的平面切斷該旋轉橢圓體而獲得的曲面。
2.根據權利要求1所述的超聲波探頭，其特征在于，上述超聲波探頭還包括至少1個垂直探頭，該垂直探頭沿通過上述旋轉橢圓體的中 心、且與上述兩個平行的平面正交的直線配置。
3. 一種超聲波探傷裝置，其特征在于，該超聲波探傷裝置包括如權利要求1所述的超聲波探頭、和接收發送控制部件；上述 超聲波探頭與上述管狀被探傷件相面對地配置，使得其長徑方向沿著上述管狀被探傷件的 軸向、短徑方向沿著上述管狀被探傷件的周向、且上述旋轉橢圓體的中心正對上述管狀被 探傷件的軸心；上述接收發送控制部件對由上述超聲波探頭接收發送超聲波進行控制；上述接收發送控制部件自上述多個振子中的至少兩個以上的振子對上述管狀被探傷 件接收發送超聲波。
4.根據權利要求3所述的超聲波探傷裝置，其特征在于，上述超聲波探頭被配置成上述旋轉橢圓體的中心位于上述管狀被探傷件的外表面附近。
5.根據權利要求3所述的超聲波探傷裝置，其特征在于，上述接收發送控制部件控制對上述管狀被探傷件接收發送超聲波的至少兩個以上的 振子中的一個振子及另一個振子發送或接收超聲波的發送時機或接收時機，從而使自上述 一個振子發送來的超聲波在上述管狀被探傷件表面的反射波的接收時機、與自上述另一個 振子發送來的超聲波在上述管狀被探傷件表面的反射波的接收時機大致相同。
6.根據權利要求3所述的超聲波探傷裝置，其特征在于，該超聲波探傷裝置包括調整部件，該調整部件對自上述多個振子分別向上述管狀被探 傷件發送的超聲波的入射角進行調整。
7.根據權利要求6所述的超聲波探傷裝置，其特征在于，上述多個振子分別包括沿各振子的徑向被分割成長方形的多個壓電元件；上述調整部件通過電氣控制由上述多個壓電元件接收發送超聲波的接收發送時機，來 調整向上述管狀被探傷件發送的超聲波的入射角。
8.根據權利要求3所述的超聲波探傷裝置，其特征在于，該超聲波探傷裝置包括追蹤裝置，該追蹤裝置使上述超聲波探頭在與上述管狀被探傷 件的軸向正交的平面內相對于上述管狀被探傷件的相對位置保持大致恒定。
9.根據權利要求8所述的超聲波探傷裝置，其特征在于，上述追蹤裝置包括測定到上述管狀被探傷件外表面的距離的1個以上的非接觸式位 移儀、使上述超聲波探頭沿與上述管狀被探傷件的軸向正交的兩個軸向移動的定位機構、 和控制該定位機構的定位控制部件；上述定位控制部件基于由上述非接觸式位移儀測定的距離來控制上述定位機構，以使 得上述超聲波探頭相對于上述管狀被探傷件的相對位置大致恒定。
10. 一種超聲波探傷方法，其特征在于，該方法使用權利要求3所述的超聲波探傷裝置，使上述超聲波探頭沿著上述管狀被探 傷件的周向相對旋轉、并沿著上述管狀被探傷件的軸向相對移動，從而對上述管狀被探傷 件的全長或其局部進行探傷。
11.一種無縫管的制造方法，其特征在于，該方法包括通過對原料鋼坯進行穿孔加工來制造無縫管的第1工序、和使用權利要求 10所述的超聲波探傷方法對由上述第1工序制造的無縫管進行探傷的第2工序。
全文摘要
本發明提供超聲波探頭、超聲波探傷裝置、超聲波探傷方法以及無縫管的制造方法。該超聲波探傷方法包括如下步驟將具有多個振子(11)的超聲波探頭(1)與管狀被探傷件(P)相面對地配置；從多個振子中選擇適當的振子來接收發送超聲波，以使得在管狀被探傷件內傳播超聲波的方向成為多個不同的傳播方向，設定由超聲波探頭進行探傷的條件，以使得與多個傳播方向相關的超聲波的外表面折射角θr分別大致相等，及/或與上述多個傳播方向相關的超聲波的內表面折射角θk分別大致相等。
文檔編號G01N29/24GK101907609SQ20101024531
公開日2010年12月8日 申請日期2006年8月28日 優先權日2005年8月26日
發明者山野正樹 申請人:住友金屬工業株式會社