超声波探伤装置和方法

专利名称：：超声波探伤装置和方法
技术领域：
：本发明涉及超声波探伤方法和装置。详细而言，本发明涉及适合检测出包含表面龟裂、接近壁厚被检查物的表层的腐蚀部或微损伤的伤的伤端部位置、伤深度或离开背面的伤高度的超声波探伤方法和装置。
背景技术：
：为了以非破坏方式检查对核发电厂的管道焊接部那样的壁厚管道焊接部的表面龟裂的伤深度、包含接近表层的腐蚀部或微损伤的伤的深度、伤位置或离开背面的伤高度等，以往己实施超声波探伤测试。而且，对壁厚管道焊接部的非破坏性检査中，对不仅检测出是否有伤而且精度良好地测量伤深度、伤高度、伤尺寸等的需求日益高涨。此缺陷尺寸测量中，高精度检测出发生端和终端是不可欠缺的，所以近年考虑应用相控阵法、TOFD(TimeOfFlight:飞行时间衍射)法、斜角探伤法等超声波探伤测试法。例如，表面龟裂伤深度的估计中，一般用利用表面波的TOFD法(非专利文献l)。根据TOFD法，如图13所示，无龟裂时的表面波的波束路程To与有龟裂时的表面波的波束路程T,之间存在路程差。因此，预先求出无龟裂时的表面波的波束路程To后，求出有龟裂时的表面波的波束路程T,，根据式1所示关系进行伤深度d的估计。这里，波束路程是指波束在发送侧探头与接收侧探头之间经过的距离。d二l/2(T,—To)……(1)有时也进行基于使用斜角探头的斜角探伤法的伤高度测量(非专利文献2)。本发明人等还提出称为SPOD(ShortPathofDiffraction:短路径衍射波)法的超声波测量法，适合测量主要用于核发电厂主系统结构物的反应堆内结构物或循环管道等的奥氏体类不锈钢或因科内尔(SpecialMetalCorporation的注册商标)合金的焊接部周边的伤，尤其是测量背面开口伤的伤高度(非专利文献3)。此SPOD法组合斜角探头和垂直探头，从斜向对被检查物的伤入射超声波脉冲，并在伤的上方利用垂直探头接收伤的端部上产生的衍射波，根据直接往伤的上方传播的分量与在被检查物的背面一次反射后往伤的上方传播的分量的到达时间差，求出伤的高度。非专利文献l:社团法人日本非破坏性检查协会发行"日本非破坏性检查协会标准TOFD法的伤高度测量方法"，平成13年12月1日发行非专利文献2:社团法人日本非破坏性检查协会发行"日本非破坏性检查协会标准端部回波法的伤高度测量方法"，平成9年6月1日发行非专利文献3:日本国保全学会第2次学术报告会主题集第21页第26页"超声波探伤测试的简便伤尺寸测量方法的建议"，2005年7月8日公布然而，表面龟裂多数发生在结构物容易产生应力集中的形状变化部分，例如壁厚管道的管座或T形接头等带角度地连接壁厚管道的焊接部位等。难以配置成用2个探头将这种形状变化部分中存在的表面龟裂夹在中间并进行探伤。又，TOFD法中，接收的表面波的回波弱，不能精度良好地进行估计。因而，用TOFD法从开口部对表面龟裂进行探伤并求出伤高度，带有困难。尤其是TOFD法对主要用于要求非破坏性测量伤深度的核发电厂主系统结构物的反应堆内结构物或循环管道等的奥氏体类不锈钢或因科内尔合金等，衰减和噪声大，存在不能使用的问题。又，即便在使用斜角探伤法进行表面龟裂的下端检测的情况下，也不能检测出来自伤的下端的衍射波的回波，从而不能进行伤深度的估计。这是因为往斜上方的衍射波的能量原本就弱，并且扩散衰减波束路程变长的份额，从而得不到能检测出的程度的衍射波回波。又，被检査物中存在腐蚀部时，腐蚀部与其周围的健全部原本物性相同，即使腐蚀，其物性也差异不大，所以它们的界面上超声波大部分穿透，产生的反射波和衍射波微弱。因此，TOFD等普通超声波测量法难检测出腐蚀部与健全部的界面，难以非破坏方式检测出是否有未呈现在表面的腐蚀，再者，即使腐蚀部呈现在表面，也难检测出腐蚀部的深度。被检查物中产生初始阶段的疲劳龟裂、闭口龟裂、晶界蠕变点、微剥离等闭口缺陷整体，并且远小于入射波波长的小缺陷(下文称为微损伤)等成团的情况下，也是这样。可将这种微损伤5等的块判断为腐蚀、劣化部分(下文称为腐蚀部)，已有的超声波探伤法不能对其求出腐蚀部与健全部的界面的深度位置。即使利用本发明人等提出的非专利文献3记载的SPOD法，在对包含壁厚管道焊接部那样的壁厚被检查物的表面龟裂、接近表层的腐蚀部或微损伤等伤检测出离开被检査物表面的深度或离开被检查物背面的伤高度时，也判明说是利用得到最强能量的朝下的衍射波分量，却由于在被检查物背面反射后往伤的上方传播的衍射波的波束路程变长造成衰减，不能检测出信号。圆弧状(球面状)扩大的衍射波中，朝向正下方的分量最强。然而，壁厚的被检查物中，伤的端部很远离被检查物的背面时，例如即便是表层附近的伤、表面开口伤或背面开口伤，其伤高度也很高地离开背面时，往往被检查物背面上反射的衍射波不能返回到接收侧探头，不能看到来自底面的反射回波。因此，根据伤的端部产生的衍射波直接往伤的上方传播的分量与在背面一次反射后往伤的上方传播的分量的到达时间差求出伤高度的SPOD法中，存在不能求出表面龟裂的伤深度的情况。此情况在腐蚀部与正常部的界面上产生的衍射波中也相同，在腐蚀部上传播后在底面反射的衍射波大为衰减，不能检测出。即，示波器上不能看到。因此，本发明的目的在于提供一种能简单且精度良好地检测出包含表面龟裂、接近壁厚被检查物的表层的腐蚀部或微损伤的伤的伤端部位置、伤深度或伤高度的超声波探伤法和装置。为了达到上述目的，本发明人等作各种研究的结果，实际认识到因伤的存在而产生的衍射波分量中，返回入射源的分量弱，朝向伤的正下方的分量最强，即朝向入射超声波的表面的相反侧的背面(底面)侧的分量最强，直接朝向伤的上方(被检査物的表面侧)的分量第2强，虽然存在这种关系，但表面开口伤或试样中的表面附近处存在伤时，直接朝向伤的上方的分量与在底面反射一下后往上的分量相比，传播距离短，衰减小，所以终于成为最强的信号，能清楚地接收。本发明人的着眼于这点，结果得出根据到达伤后作为衍射波往伤的上方直接传播的超声波的波束路程和被检查物表面上的超声波入射位置与检测位置的距离，或根据反映这些关系的表面波与往伤的上方直接传播的衍射波分量到达接收用垂直探头的传播时间差，用三角法(毕氏定理)求出包含表面龟裂、接近壁厚被检查物表层的腐蚀部或微损伤的伤的端部位置、伤深度或伤高度。
发明内容艮口，本发明第1方面记载的超声波探伤方法，利用斜角探头使超声波从斜向对被检査物入射，利用垂直探头在伤的上方检测出被检查物的伤的端部发生的衍射波，根据衍射波直接往上方传播的分量经发送用斜角探头和接收用垂直探头之间的损伤的全波束路程和超声波入射位置与检测位置的间隔，或根据表面波与直接往伤的上方传播的衍射波分量到达接收用垂直探头的传播时间差，用三角法求出伤的端部离开被检查物的表面的位置。这里，波束路程与传播时间的关系为波束路程-传播时间X入射超声波的声速，所以认为超声波声速实质上恒定的材料中，能检测出传播时间，就能利用运算求出波束路程。又，本发明的超声波探伤法，利用从伤直接往上方的探伤面传播的衍射波分量，求出伤的端部位置，所以适合求出难检测出往包含表面龟裂、接近壁厚被检查物表层的腐蚀部或微损伤的伤的端部位置和伤的下方(入射超声波的面相反侧的面)传播且在底面反射一下后朝上的衍射波分量的状况下离开被检查物表面的伤深度或离开被检查物背面的伤高度。这里，伤为微损伤时，入射振幅大的超声波作为超声波，并检测出从微损伤直接往上方传播的衍射波谐波分量，从而求出波束路程或传播时间。又，诸如壁厚管道焊接部，被检查物的表层附近的伤或表面开口伤那样反射衍射波的底面至伤的端部的间隔远离的情况或背面开口伤的高度很高的情况下，可根据与用其它方法测量的被检査物厚度的差额，求出离开背面的伤高度。又，超声波的入射位置与检测位置的间隔，可根据例如表面波传播时间求出，或者可实际测量发送用斜角探头与接收用垂直探头的间隔，或预先将被检查物的表面侧的超声波的入射位置与检测位置的间隔保持固定间隔。又，作为斜角探头的超声波发生源一般使用压电振子或磁致伸縮振子，但有时也可利用激光器激励超声波。利用激光器超声波法时，由于以非接触方式激励超声波，因此适合高温环境下的测量或具有复杂形状的物体的测量等，但进一步与使用压电元件的超声波探伤法相比，存在强表面波接收信号，所以适7合根据表面波和往伤的上方传播的衍射波的传播时间的关系进行伤高度估计的情况。这里，将激光器用作斜角探头时，作为接收用垂直探头，最好使用干涉仪。又，此激光器超声波法的情况下，最好激光器为多个，并通过时延发生器施加时延，进行传播方向控制，使激光器的照射间隔错开，从而产生的超声波同时到达任意一点。本发明的超声波探伤装置，包括从斜向对被检查物中的伤入射超声波波束的发送用斜角探头、接收往所述伤的上方传播的衍射波的接收用垂直探头、以及运算处理部，该运算处理部根据所述接收用垂直探头接收的在所述伤端部产生的衍射波直接往所述伤的上方传播的分量经所述发送用斜角探头与所述接收用垂直探头之间的所述损伤的波束路程和所述超声波的入射位置与检测位置的间隔，或根据表面波和直接往伤的上方传播的所述衍射波分量到达所述接收用垂直探头的传播时间差，用三角法算出离开所述被检查物表面的所述伤端部的位置。根据本发明的超声波探伤方法和装置，不通过光楔而直接接收强度次于往伤的正下方传播的衍射波分量且以最短波束路程传播的往上方的衍射波分量，因此难以受到衰减的影响，能将其作为较强的信号进行接收。因而，不是熟练的检查员也能精度良好地测量，使测量结果无偏差。又，根据本发明的超声波探伤方法和装置，损伤等存在于被检查物表面层附近时，也能求出被检查物表面至伤的端部的位置。因而，能根据是否有表层附近的伤或伤离开被检查物表面或背面的位置，具体而言，能根据表面伤的深度、离开表面的伤的腐蚀深度或表层附近是否有闭口伤等及其位置，进而根据别的测量法等求出的被检査物的已知厚度，求出背面开口伤的高度。而且，根据本发明的超声波探伤方法和装置，能简便地算出伤的端部的位置。g卩，能迸行被检查物表面的伤深度的估计，而不受材质、测量面形状变化等支配。又，根据本发明的超声波探伤法和装置，能进行焊接时的气泡等被检查物中的缺陷的检测，所以可通过测量这些初始缺陷进行产品性能评价。又，根据本发明第4方面记载的本发明超声波探伤方法，即便是被检查物中的健全部与腐蚀部的界面那样微弱的反射源，也能使用距离最短且成为强度次于朝向底面的分量的信号的直接朝向垂直探头的衍射波分量，因此能用可检测出衍射波的程度的强度进行接收。因而，通过将腐蚀部与健全部的界面的位置和其它测量方法或目视判断等一起使用，能求出离开被检査物表面的腐蚀部深度或离开其背面的腐蚀部高度。又，根据本发明第5方面记载的本发明超声波探伤方法，不通过光楔而直接接收以最短波束路程传播的往上方的衍射波分量，因此能接收频率较高的谐波分量，而难以受到衰减的影响。即，能使检测用的超声波频率比以往高，所以检测的分辨率高，能检测出较微细的损伤。图1是本发明超声波探伤法的探伤、伤深度估计方法的说明图。图2是示出一例估计伤深度时的表面波和衍射波的接收波形的图。图3是说明本发明超声波探伤方法的探伤、伤高度估计方法用的图。图4是示出一例利用激光器激励超声波的超声波探伤装置的说明图。图5是示出一例使用压电振子的超声波探伤装置的说明图。图6是示出一例检测出被检査物中的损伤的实施方式的说明图。图7是说明被检查物中的背面腐蚀部的界面检测原理的图。图8是示出图7的检测方法中的接收波形的图形，纵轴表示位移，横轴表示波束路程。图9是示出被检查物的表面腐蚀部界面检测原理的图。图10是示出图9的检测方法中的接收波形的图形，纵轴表示位移，横轴表示波束路程。图11是示出将接收侧探头固定地配置在缝隙的上方，并一面移动激励激光器的照射位置、一面检测出被检查物中的伤的端部的方法的说明图。图12是示出一面使接收探头和激励激光器照射位置作为恒定间隔同时移动、一面检测出被检査物中的伤的端部的方法的说明图。图13是说明已有TOFD法的表面龟裂伤深度估计方法用的图。标号说明l是超声波探伤装置，2是激光器，3是时延产生器，6是被检查物，7是干涉仪，8是检测用激光器，12是个人计算机，13是被检查物表面，14是被检査物背面，15是表面波，16是入射到被检查物的超声波，17是衍射波，18是往上方传播的衍射波，21是发送用斜角探头，22是接收用垂直探头，25是腐蚀部，26是健全部，27是腐蚀部与健全部的界面。具体实施例方式下面，根据附图所示一实施方式，详细说明本发明的组成。本发明的超声波探伤方法，利用斜角探头使超声波从斜向对被检查物入射，利用垂直探头在伤的上方检测出被检查物的伤的端部发生的衍射波，根据衍射波直接往上方传播的分量经发送用斜角探头和接收用垂直探头之间的损伤的全波束路程和超声波入射位置与检测位置的间隔，或根据表面波与直接往伤的上方传播的衍射波分量到达接收用垂直探头的传播时间差，用三角法求出伤的端部离开被检查物的表面的位置。波束路程=传播时间X入射超声波的声速…(2)波束路程与传播时间之间，式2的关系成立，所以认为超声波的声速实质上恒定的材料中，能检测出传播时间，就能利用运算求出波束路程。又，如图1所示，伤20的端部上产生的衍射波17的直接往正上方的分量18和从入射处往接收用垂直探头(检测位置)在被检查物6的表面13上传播的表面波15对从超声波入射处到达伤20的波束16存在直角三角形的关系。因而，根据沿被检查物的表面13传播的表面波15与在被检查物6中传播且在伤20产生衍射波17的超声波16的传播时间差或各自的波束路程，用三角法能求出包含表面龟裂、接近壁厚被检查物表层的腐蚀部或微损伤的伤从被检査物的表面或背面到端部的距离。衍射波的直接往正上方的分量的传播距离短仅仅到达伤的深度的份额，所以扩散衰减小，能精度良好地检测出衍射波。这里，作为接收波最好利用纵波D此情况下，除比横波快到达探头外，还因为波长长，难以受到金属组织的影响。然而，用于检测的不限于纵波，也可用横波。接收用探头不仅接收纵波，而且接收横波。实验确认双波精度高且稳健性优良。所以，由于有的检测位置存在横波强的情况，因此通过使用纵波或横波的一方或者双方，能进行明确的损伤检测。10作为此超声波探伤方法和装置的发送用斜角探头，一般使用压电振子或磁致伸縮振子，但有的情况也可使用激光器。使用激光器激励超声波时，以非接触方式激励超声波，因此适合高温环境下的测量或具有复杂形状的物体的测量等。又，本发明人等实际认识到使用激光器激励的超声波时，与使用压电振子入射超声波时相比，存在强的表面波接收信号。因此，与使用压电元件的超声波探伤法相比，存在强的表面波接收信号，所以适合用于用三角法求出包含壁厚被检查物的表面龟裂、接近表层的腐蚀部或微损伤的伤离开被检查物表面的伤深度或离开被检查物背面的伤高度的情况。当然，靠使用压电振子或磁致伸縮振子等的一般发送用斜角探头和接收用垂直探头也能检测出伤等，也没有问题。这是不言而喻的。即，激光器超声波法或使用压电元件的超声波探伤法，都能精度良好地估计伤深度。而且，将激光器用作发送用斜角探头时，使用干涉仪作为进行衍射波检测的接收用垂直探头。利用该探头以非接触方式进行检测时更有效，较佳。在被检查物中传播的超声波振动到达被检査物表面时，到达点以纳米(nm)级以下的微小位移进行振动。因此，在希望检测出超声波的位置照射激光时，其反射光产生微小的光频率跃迁(多普勒移位)。如果激光的频率和相位的稳定度足够高，则能用干涉效应测量此微小的光频率跃迁。再者，作为将激光器用作斜角探头时的接收用垂直探头，一般使用干涉仪，但在能作接触下的检测时，也可用基于压电振子或磁致伸缩振子的接收用垂直探头。又，将激光照射到被检查物并激励超声波时，如图4所示，最好使用多个激光器2，通过时延发生器3施加时延，进行传播方向控制，使各激光器2的照射定时错开，从而产生的全部超声波的纵波或横波同时到达成为检测点的任意一点。此情况下，组合由照射到被检查物6的各激光9依次激励的超声波，能形成振幅大的超声波。由此，检测灵敏度良好，能进行高精度的探伤。又，从各激光器2以不同的定时发送激励用的激光9，使超声波得以产生，从而能控制激励的波的传播方向。例如，能达到将时延设定得小，则组合波的入射角小，而将时延设定得大，则组合波的入射角大。因此，可通过控制时延对波束的入射角进行控制。还控制多个激光器2激励的波到达的顺序，使波组合，从而能产生能量集中在基频附近的窄带超声波。作为本实施方式的发送侧的激光器2，使用包括Q开关的YAG激光器、C02激光器、准分子激光器等。又，由时延产生器3设定各发送侧激光器2的Q开关对检测用激光器8的触发信号的时延，从而以时间延迟的方式产生激光脉冲。又，作为干涉仪7最好使用例如二光波混合干涉仪，但不限于此，也可使用法布里一珀罗型干涉仪(CFPI)等其它公知千涉仪或新干涉仪。又，干涉仪7通过示波器11和带通滤波器10，连接作为数据收集用和控制装置的个人计算机12。然后，由示波器11通过带通滤波器10记录干涉仪7检测出的信号，进而将其取入个人计算机12。个人计算机12包括未图示的中央运算处理装置、存储规定中央运算处理的动作顺序的程序或中央运算处理部处理的数据等的存储器、存放取入的数据的存储单元、显示单元、以及键盘或鼠标器等输入单元等，示波器11和带通滤波器10—起构建相当于探伤器的功能。再者，图中的标号4a、4b是反射镜，5是聚光用透镜。带通滤波器10是例如低带通滤波器，用于滤除噪声等。根据这样构成的超声波探伤装置，能利用例如示波器11的监视简便地进行施加时延以便超声波同时到达任意一点的处理。具体而言，首先，检测出任意选择的1个激光器2激励的波形，记录在示波器11的屏幕上。接着，逐一依次激励剩下的激光器2，一面在示波器11上观察分别得到的波形、一面对激光器2设定时延，使其与先记录的激光器的波形的峰一致。当然，也可预先利用用三角法的计算求出时延。还可对被检査物6的每一厚度、材质、照射位置间隔预先求出激光器的时延。又，利用使用压电元件的探头时，可用例如图5示例的组成的装置实施本发明的超声波探伤法。此超声波装置包括对被检査物6入射超声波波束的发送用斜角探头21、接收在被检查物中往伤的上方传播的衍射波的接收用垂直探头22、以及作为数据收集用和控制装置的个人计算机12，设置成通过以A/D变换电路板24为中介连接的脉冲接收器23，控制发送用探头21和接收用探头22的收发动作。这里，用于控制和获取数据的计算机12，利用A/D变换电路板24和脉冲接收器23，构成相当于探伤器的功能，当然，也可另行使用探伤器，在计算机12仅进行数据收集。还在计算机12进行扫描条件设定、探伤时的扫描控制12等全部动作。再者，任一种方式中，计算机12上，都根据衍射波17的直接往伤的上方传播的分量经发送用斜角探头21与接收用垂直探头22之间的伤20的入射超声波16的全波束路程Wt和超声波的入射位置与检测位置的间隔S，或根据作为往伤20入射且到达伤20的衍射波直接往伤20的上方传播的入射超声波16与表面波15在被检查物中的传播时间差tt-ts，用三角法在中央运算处理部运算离开被检查物6的表面13的伤20的端部的位置。同时，将超声波波束的表面波15和到达伤20的端部时产生的衍射波17的往伤的上方直接传播的分量18的信号同时显示在作为显示单元的示波器11上，示出到达探伤面的时间差。图1中示出将本发明超声波探伤法用于测量表面龟裂的伤深度的实施方式的说明图。再者，本实施方式中，说明将激光器用作发送侧探头、将干涉仪和检测用激光器用作接收用垂直探头的情况。本实施方式中，将激励用激光的照射处和检测用激光8的照射处一面保持恒定的间隔S、一面往相同方向各移动相同的量。此情况下，仅使激励用激光9的照射处和检测用激光8的照射处一体地移动就得到信号，因此不在一探头固定位置的选择上花费时间。因而，检测用激光8的照射位置到达表面龟裂20的上方时，检测出来自伤20的下端的衍射波。由此，即便是目视不能判别的表面龟裂，也能发现。再者，预先知道表面龟裂20的位置时，当然也可将检测用激光8的照射位置取为该表面龟裂的位置。使超声波的入射位置与检测位置的间隔s和超声波入射角e恒定时，圆弧状扩大的超声波的波束中心未必限于接触伤的前端，偏离波束中心的部分碰到伤20的前端也产生衍射波，所以能检测出伤20的前端。还可扫描激励激光9的照射位置。利用超声波的入射，如图2所示，接收用垂直探头22首先在离开超声波入射时ts后检测出波束路程短的表面波15，其次在tt后检测出经伤20作为衍射波直接往伤的上方传播的路程Wt的入射超声波。设声速为C，则根据上述式2的关系，用Ws-Cts、Wt=Ctt分别表示表面波15的波束路程Ws和被检查物6中的超声波的全波束路程Wt。由此，可利用根据毕氏定理展开的式3求出表面龟裂20的伤深度d。再者，激励激光9的照射位置与检测用激光8的照射位置的间隔S(即表面波的路程Ws)可根据表面波15的传播时间算出，又可预先将间隔设定为一定的值，或每次探伤进行实际测量。又，声速C依赖于被检査物的材质，可预先求出。d=(Wt2—Ws2)/2Wt......(3)接着，图3示出求壁厚被检查物的背面伤的高度d时的原理。利用对图4所示超声波探伤装置1的多个激光器2分别设定的时延控制被检查物6中的传播方向的超声波16按波束路径Wtl传播到伤20，进而在伤20的端部衍射并产生衍射波17。衍射波17中直接往伤20的正上方传播的分量18按光束路程Wt2直接传播到被检查物6的表面13。同时，纵波的表面波15按波束路程Ws在被检査物6的表面附近传播。根据表面波15和入射超声波16的往上方传播的衍射波18的到达时刻ts、tt，给出下面的式4、式5。Ws=Ots……(4)Wtl+Wt2=C.tt……(5)又，能利用式6求出Wt2，并通过从被检查物6的厚度T减去Wt2能求出伤高度d。还能利用厚度仪简单地测出被检查物16的厚度T。因此，不能检测来自背面14的衍射波17的反射时，求出背面开口伤的伤端至被检査物的表面13的距离Wt2，则也能求出伤20离开被检查物背面14的高度d。Wt2=C(t「ts2)/2tt……(6)又，本发明的超声波探伤方法，即使对以往难检测出的被检查物中闭口的伤(例如焊接时的气泡等闭合球状的缺陷)，也能同样地检测出伤的端部的存在，可估计损伤离开被检査物表面的深度位置。尤其是如图6所示，伤20存在于被检査物6的表层附近时或即便是背面开口伤也伤高度大时等情况下，在不能接收壁厚被检查物6的背面14上一次反射后往被检查物6的表面侧(即伤20的上方)传播的衍射波(未图示)时有用。也就是说，利用上述方法求出被检査物的表面13至伤20的端部的位置。另一方面，可通过一起使用其它超声波探伤法简单地判别伤20是开口伤还是闭口缺陷。例如，使用斜角探伤法时，则将来自开口部的强反射波作为开口部回波进行接收，因此能根据是否有该开口部回波进行判断。因此，通过组合本发明超声波测量法和斜角探伤法，能估计以往的超声波探伤法困难的气泡等内在球状缺陷12离开底面的高度位置d。用具有至少5倍至10倍程度的振幅的大振幅超声波以代替用于普通超声波探伤测试的超声波的振幅(l纳米左右)，则微损伤存在于被检査物中时，使此微损伤闭口，并随着超声波的拉伸相中的部分波穿透，使衍射波17产生谐波(衍射波的非线性)。因而，接收用垂直探头2(22)接收包含谐波分量的衍射波。例如，入射频率5兆赫(MHz)的超声波时，接收用垂直探头22接收IO兆赫的2次谐波。因此，能根据接收的衍射波18是否包含谐波判断被检查物中是否存在微损伤，也就是能检测出微损伤。还能根据从微损伤20直接往上方传播的衍射波18与表面波15的到达时间差估计微损伤20离开被检査物表面的位置。此情况下，大振幅超声波能频率越高，检测出越微细的伤，所以最好在接收用垂直探头能接收的范围使用频率较高的超声波。这里，振幅大的超声波比普通超声波衰减大，所以超声波的传播距离长时，扩散衰减，接收用垂直探头上不能检测出可接收程度的谐波分量。然而，本发明中，不通过光楔而能用接收用垂直探头22直接接收从伤20的前端直接往上方、即往接收用垂直探头22传播的衍射波18，使衰减最小，并能原样接收强的信号。因而，使用当前普通光楔时，接收用垂直探头能接收最高达16兆赫的2次谐波。再者，以仅检测出是否有微损伤20为目的的情况下，接收用垂直探头22能至少接收衍射波18及其谐波分量就可以。又，本发明的超声波探伤方法，也能用于检测出被检查物6中的健全部26与腐蚀部25的界面27。例如，如图7所示，从发送用斜角探头21入射超声波16，并按短波束路程捕捉界面27上产生的衍射波17中从界面往上方传播的微弱衍射波18，从而能以最小限度的衰减检测出该界面。再者，入射波16中，可用超声波探伤法中普通振幅的超声波，也可用大振幅超声波以利用非线性超声波。又，被检查物中的微损伤成团地产生时的相当部位，也能将其判断为腐蚀、劣化部分(下文称为腐蚀部)。这里，将接收用垂直探头22固定在腐蚀部22上，一面将发送用斜角探头21往图中箭头号方向扫描、一面进行观察时，存在界面27的情况下，得到图8所示的接收波形。变位的峰28表示来自界面27的衍射波18，峰28以后连15续的变位表示来自背面14的散射波29。再者，本实施方式中，取为发送用斜角探头21和接收用垂直探头22以使间隔S恒定地的方式进行移动，但也可每次都测量2个探头的间隔。再者，图8所示那样散射波29呈现在峰28之后时，能确认存在背面腐蚀部。与此相反，如图9所示，被检査物6的表层存在腐蚀部25时，示出图IO所示那样的接收波形，该界面27的深度T,能照上文所述用三角法求出。这里，表面腐蚀的情况下，首先，接收来自界面27的散射波29，其后，接收来自界面27的衍射波18的峰28。因而，能按散射波29和峰28哪个先出现判断表面产生的表面腐蚀或背面产生的背面腐蚀。再者，上述实施方式是本发明的较佳实施例，但不限于此，在不脱离本发明要点的范围内可实施各种变换。例如，探头中可用利用劳伦兹力的电磁超声波探头(EMAT)。又，用激光器在被检査物上激励超声波时，可将被检查物6设置在水中进行(水浸法)。又，接收用垂直探头22的配置位置，虽然最好是伤20的正上方，但不限于严格意义上的正上方，可在能接收直接往伤20的上方传播的衍射波18的范围中按照状况适当偏离接收位置。又，接触探头21、22的探伤面存在凹凸时，例如存在焊接的堆高、面的形变部位、非研磨部位等时，使探头，尤其是不用光楔的接收用垂直探头22，不紧贴探伤面，所以最好使用对探伤面具有柔软性的探头。作为这种柔软探头，可用例如JAPANPROB公司制造的软探头(SOFTPROB)等。又，可在发送用探头和接收用探头的一方或双方的周围设置水槽，以使探头浸水的状态进行发送或接收。再者，局部水浸法通过在水中改变发送侧探头的角度，也能用于发送侧探头。实施例实施例1对本发明超声波探伤方法的有用性进行实验。本实验中使用将表面研磨后的宽40毫米(mm)X长80毫米X厚20毫米的铝被检査物6。实验中，被检查物6开出宽0.5毫米、高分别为2毫米、5毫米、8毫米的缝隙20，作为伤的16代表。本实验使用1个激光器激励超声波。将纵波超声波的入射角控制为45度。由于被检査物6的厚度薄达20毫米，因此检测用激光器难检测出。因此，使用基频5兆赫、直径8毫米的压电元件的接收用垂直探头22。利用图11和图12所示2种扫描方法进行扫描。一种方法如图11所示，预先将接收用垂直探头22固定配置在缝隙20的上方，并使发送侧的激励用激光9的照射位置移动。另一种方法如图12所示，使接收用垂直探头22和激励用激光的各照射位置的间隔S恒定地将激励激光9和接收用垂直探头22往相同方向同时一起移动相同的量。再者，X号表示扫描启动时的激光照射位置与缝隙20的距离，S表示激光照射位置与接收探头22的距离。逐l毫米地进行扫描。标号30所示的箭头号表示扫描方向。表1示出探伤结果。使用表面波和上方衍射波的探伤方法时，缝隙20为2毫米或5毫米的情况下不产生误差，8毫米的情况下，误差也仅为0.4毫米(5%误差)，可确认能高精度地测量伤的高度。这样，根据本发明超声波探伤方法，可确认能提高伤高度的测量精度。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>权利要求1、一种超声波探伤方法，其特征在于，利用斜角探头使超声波从斜向对被检查物入射，利用垂直探头在所述伤的上方检测出所述被检查物的伤的端部发生的衍射波，根据所述衍射波直接往上方传播的分量经所述发送用斜角探头和所述接收用垂直探头之间的所述损伤的波束路程和所述超声波入射位置与检测位置的间隔，或根据表面波与直接往伤的上方传播的所述衍射波分量到达所述接收用垂直探头的传播时间差，用三角法求出所述伤的端部离开所述被检查物的表面的位置。2、如权利要求1中所述的超声波探伤方法，其特征在于，所述伤是龟裂，并且求出离开所述被检査物表面的伤深度。3、如权利要求1中所述的超声波探伤方法，其特征在于，所述伤是被检査物中的损伤，并且求出所述损伤的离开所述被检査物表面的深度位置。4、如权利要求1中所述的超声波探伤方法，其特征在于，所述伤是腐蚀部，并且求出所述被检查物中的健全部与腐蚀部的界面离开所述被检査物表面或背面的深度或高度。5、如权利要求1中所述的超声波探伤方法，其特征在于，所述伤是微损伤，并且入射大振幅超声波作为超声波，检测出从所述微损伤直接往上方传播的衍射波的谐波分量后，求出所述衍射波分量的所述波束路程或所述传播时间。6、如权利要求1中所述的超声波探伤方法，其特征在于，检测出在所述被检查物的表面上传播的表面波和从所述伤的端部往上方衍射的衍射波分量，根据所述表面波与所述衍射波分量的传播时间差，用三角法求出所述伤端部离开所述被检查物表面的伤端部位置，并根据与所述被检查物的厚度的差额求出背面开口伤或被检査物中的伤的离开背面的高度。7、如权利要求1中所述的超声波探伤方法，其特征在于，根据表面波传播时间，求出所述超声波的入射位置与检测位置的间隔。8、如权利要求1中所述的超声波探伤方法，其特征在于，预先求出所述超声波的入射位置与检测位置的间隔，并保持固定间隔。9、如权利要求1中所述的超声波探伤方法，其特征在于，所述斜角探头是激光器。10、如权利要求9中所述的超声波探伤方法，其特征在于，所述激光器为多个，通过时延产生器施加时延，并进行传播方向控制，使得激光照射间隔错开，从而产生的超声波同时到达任意的1点。11、一种超声波探伤装置，其特征在于，包括从斜向对被检查物中的伤入射超声波波束的发送用斜角探头、接收往所述伤的上方传播的衍射波的接收用垂直探头、以及运算处理部，该运算处理部根据所述接收用垂直探头接收的在所述伤端部产生的衍射波直接往所述伤的上方传播的分量经所述发送用斜角探头与所述接收用垂直探头之间的所述损伤的波束路程和所述超声波的入射位置与检测位置的间隔，或根据表面波和直接往伤的上方传播的所述衍射波分量到达所述接收用垂直探头的传播时间差，用三角法算出离开所述被检査物表面的所述伤端部的位置。全文摘要能简单且高精度地检测出包含表面龟裂、接近壁厚被检查物的表层的腐蚀部和微损伤的伤的伤端部位置、伤深度或伤高度。单元从对被检查物(6)倾斜的方向入射超声波(16)，以在伤的上方检测出被检查物(6)中的伤(20)的端部发生的衍射波(17)，并根据衍射波中直接往伤(20)的上方传播的分量(18)从入射位置经伤的全波束路程(Wt)和超声波的入射位置与检测位置的间隔(S)，或根据反映这些关系的表面波(15)与直接往伤的上方传播的衍射波(18)到达接收处的传播时间差(t_t-t_s)，用三角法求出离开被检查物(6)的表面(13)的伤(20)的端部的位置。文档编号G01N29/44GK101490543SQ200780025930公开日2009年7月22日申请日期2007年7月6日优先权日2006年7月11日发明者山林,福地哲生,福富广幸申请人:财团法人电力中央研究所