专利名称：超声波检查装置、超声波检查方法及原子力设备的非破坏检查方法
技术领域：
本发明涉及超声波检查装置、超声波检查方法及原子力设备的非破坏检查方法。
技术背景 利用超声波的检查设备被在例如医疗、原子力设备内非破坏检查等中实用化。例 如，超声波探伤试验能够比较简便地检查材料内部的缺陷，因此在结构材料的重要部分的 检查中使用，起到很大的作用。如专利文献1所示，在超声波探伤试验中，超声波的发送使 用压电元件。该压电元件，例如直径20mm左右，比较大，因此装置为大型。因此，难以测定狭小 或是复杂形状的部件。另外，由于压电元件的固有频率限制超声波的频率带域，所以例如不 太适于部件表面的图像显示等用途。作为解决这些问题的方法，例如提案有专利文献2所示的激光超声波法。这是一种通过使用光纤且向被检体照射激光并由该激光使被检查体表面激励起 超声波、而对在被检体中传播的超声波由接收激光进行检测的方法。通过感知该超声波的 变化而对缺陷进行检测，并且通过对所接收的超声波的频率进行分析，也可进行深度的同定。S卩，由于在超声波产生使用细的光纤，所以装置能够小型化，且能够应对狭小部或 做成了复杂形状的部件的测定。另外，如专利文献3所示，提案有一种利用激光使超声波产生、且通过利用该超声 波进行非破坏检查的方法。这是一种向一端由金属板封闭、内部封入有气体的筒状体照射激光，而使基于内 部气体的热膨胀及金属板的热应力所引起的变化发生、并使该变化向外部传播，从而产生 超声波的方法。专利文献1 (日本)特开2000-28589号公报专利文献2 (日本)特开2005-43139号公报专利文献3 (日本)特许第2984390号公报可是，由于专利文献2所示的方法，由于直接向被检体照射激光，所以有可能造成 被检体的恶化、变形。另外，由此使激光的强度受到限制，不能进行充分的检查，或者，检查对象即被检 体的范围受到限制。而且，在激光不能通过的部位，例如在高速增殖反应堆的冷却材料即钠中不能进 行检查。专利文献3所示的方法中，由于激光不直接照射被检体，所以被检体恶化、变形的 问题得以解决。但是在利用超声波进行非破坏检查上，需要使超声波的强度充分提高，但在 专利文献3中，没有具体说明这一点，故直接地实施是不能的。
另外，与被检体的种类、检查种类相对应地具有最合适的强度或指向性的超声波 能够得以产生，且能够与检查的多样性相对应的具体方式的超声波检查装置被强烈需求。
发明内容
本发明是鉴于所述的问题而开发的，其目的是提供超声波检查装置、超声波检查 方法及原 子力设备的非破坏检查方法，该超声波检查装置能够高效产生充分强度的超声 波，且在大范围内能够进行良好的检查。另外，本发明的目的在于提供一种与被检体的种类、检查种类相对应地具有最合 适的强度或指向性的超声波得以产生且能够与检查的多样性相对应的超声波检查装置、超 声波检查方法及原子力设备的非破坏检查方法。本发明为了解决所述问题，采用了以下的装置。本发明的第1方式的超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出的激 光；超声波发送部，其被照射该激光装置发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜。将该 超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中，所述发送振 动膜由钛形成。另外，本发明的第2方式的超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出 的激光；超声波发送部，其被照射该激光装置发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜。 将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中，所述发 送振动膜由铝形成。根据第1方式或第2方式的超声波检查装置，通过将激光装置发射的且调节过输 出的激光向发送振动膜照射，而使发送振动膜产生超声波，且向被检体照射该超声波，因此 能够防止被检体的恶化、变形。由此，使用高输出的激光，故能够使所产生的超声波的强度增强。因此能够进行良 好的检查。另外，由于即使与被检体的距离增大也能够进行充分的检查，因此能够增大指向 性。由此，能够减小分解能，故能够提高检查精度。本发明者们锐意研究的结果发现，钛、铝产生高强度的超声波，作为发送振动膜是 有用的。另外，由钛、铝形成的发送振动膜相对于通过激光输入到发送振动膜的能量而言与 其它的材料相比，在产生高强度的超声波也是有用的。这样，由于能量效率高，所以能够高 效地产生充分强度的超声波。另外，本发明的第3方式的超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出 的激光；超声波发送部，其被照射该激光装置发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜， 将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中，所述发 送振动膜的激光入射侧被光学部件限定。本发明者们锐意研究的结果发现，通过使发送振动膜由光学部件限定，能够增强 所产生的超声波的强度。这认为是如下的现象。发送振动膜的激光入射侧被光学部件限定，因此当激光照射到发送振动膜而变形 时，其变形作用于光学部件。而且，对于发送振动膜而来自光学部件的反力向超声波产生方 向起作用，因此能够使发送振动膜产生的超声波的强度增强。
另外，由于光学部件抑制由激光引起的发送振动膜的恶化或损伤，所以能够增强 激光的强度，能够增强所产生的超声波的强度。另外，作为光学部件，使用蓝宝石、石英等玻璃、铝的氧化膜等陶瓷等。另外，光学部件和发送振动膜相接合也可，简单地以相邻的方式配置也可。另外，本发明的第4方式的超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出 的激光；超声波发送部，其被照射该激光装置发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜， 将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中，在所述 发送振动膜的激光入射侧面涂敷有凝胶状的粘性物。本发明者们锐意研究的结果发现，在发送振动膜的激光入射侧面涂敷凝胶状的粘 性物，由此能够增强所产生的超声波的强度。这认为是如下的现象。将激光照射到发送振动膜由此在发送振动膜产生的振动内的、朝向激光入射侧的 振动就经由凝胶状的粘性体被重返，从而这些振动朝向与激光入射侧的相反方向、即超声 波产生方向。这样，由于朝向超声波产生方向的振动和朝向相反方向被重返的振动相重叠， 所以能够发送振动膜产生的超声波的强度增强。另外，由于凝胶状的粘性物容易发生变形，所以能够沿发送振动膜的面无间隙地 密接。由此，粘性物能够遍及其全面将发送振动膜的振动重返，故能够高效地向超声波产生 方向输送能量。另外，作为凝胶状的粘性物，优选是透明的。这样的话，由于透明的粘性物不影响 激光的通过，所以很多激光向发送振动膜入射，从而所产生的超声波的强度能够增强。另外，涂敷凝胶状的粘性物的范围不需要全面进行涂敷，只要至少覆盖照射激光 的范围即可。更理想的是，粘性物以超过激光照射的范围、且覆盖超声波产生较大的部分的 方式进行涂覆。另外，本发明的第5方式的超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出 的激光；超声波发送部，其被照射该激光装置发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜， 将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中，具备 对朝所述发送振动膜照射的所述激光的光束直径大小进行调节的光束直径调节装置。另外，在所述第1方式 第4方式中，也可以采用具备调节向所述发送振动膜照 射的所述激光的光束直径大小的光束直径调节装置的构成。本发明者们锐意研究的结果发现，指向性随激光的光束的大小而发生变化，以及 即使相同的能量，发送振动膜产生的超声波的强度也不同，即，发送振动膜的超声波产生模 式不同。S卩，当减小光束直径时，指向性高，换言之，能够在大范围输出强度高的超声波，因 此，例如对使表面图像化而进行检查的表面检查是有效的。另一方面，当增大光束直径时， 指向性降低，换言之，强度高的超声波集中在限定的范围输出，因此例如对检查内部的缺陷 的体积检查是有效的。这样，由于具备光束直径调节装置，所以通过一台超声波检查装置就能够应对被 检体的种类、检查场所等变化。另外，能够进行如体积检查及表面检查所示、性质不同的检 查即混合检查。另外，在所述第5方式或所述构成中，所述光束直径调节装置调节所述激光的发射位置和所述发送振动膜之间的距离也可。另外，在所述第5方式或所述构成中，所述激光装置具备发射所述激光的直径分 别不同的多个光纤，所述光束直径调节装置选择要使用所述光纤的哪个也可。另外，本发明的第6方式的超声波检查装置检查方法，具备激光装置，其发射调 节过输出的激光；超声波发送部，其被照射该激光装置发射的激光且具有产生超声波的发 送振动膜；光束直径调节装置，其调节向所述发送振动膜照射的所述激光的光束直径的大 小。由该光束直径调节装置调节所述光束直径的大小，由所述发送振动膜产生与检查对象 的种类、检查种类相对应的强度的超声波，向被检体照射该超声波，进行检查。根据本方式，通过激光装置发射的且调节过输出的激光被照射到发送振动膜，发 送振动膜能够产生超声波，并对被检体照射该超声波，因此能够防止被检体的恶化、变形。由此，可以使用高输出的激光，故能够增强所产生的超声波的强度。因此，能够进 行良好的检查。此时，通过光束直径调节装置调节光束直径的大小，由发送振动膜产生与检查对 象的种类、检查种类相对应的强度的超声波，并向被检体照射该超声波，进行检查，因此，例 如能够进行使表面图像化而进行检查的表面检查及检查内部的缺陷的体积检查的性质不 同的检查，即混合检查。另外，本发明的第7方式的超声波检查装置检查方法，使用将所述激光照射到发 送振动膜而高效产生充分强度的超声波的超声波检查装置，进行原子力设备的非破坏检查。这样，由于使用将激光照射到发送振动膜且高效产生充分强度的超声波的超声波 检查装置，所以在不能通过激光的部位，例如，在增殖反应堆的冷却材料即钠中也能够进行 检查。根据本发明，通过激光装置发射的激光向发送振动膜照射而发送振动膜产生超声 波，且向被检体进行照射该超声波，因此能够防止被检体的恶化、变形。由此，使用高输出的激光，因此能够增强所产生的超声波的强度。因此，能够进行 良好的检查。另外，由于具备光束直径调节装置，所以通过一台超声波检查装置就能够应对被 检体的种类、检查场所等变化。例如能够进行体积检查及表面检查所示那样的性质不同的 检查即混合检查。
图1是表示本发明一实施方式的超声波检查装置的全体概略构成的方框图；图2是表示本发明一实施方式的检查体的概略构成的剖视图；图3是表示本发明一实施方式的超声波发送系的概略构成的方框图；图4是表示本发明一实施方式的超声波接收部的概略构成的剖视图；图5是表示激光强度和所产生的超声波强度的关系的曲线；图6是表示本发明一实施方式的体积检查用超声波发送部的其它的实施方式的 剖视图；图7是表示本发明一实施方式的体积检查用超声波发送部的其它的实施方式的剖视图；图8是表示本发明一实施方式的体积检查用超声波发送部的其它的实施方式的 剖视图；图9是表示试验装置的概略构成的方框图；图10是表示复合材的概略构成图；图11是表示以光束直径为参数的指向性的差异的曲线；图12是表示在输入能量一定的条件下基于光束直径的信号强度的差异的曲线；图13是表示在输入能量一定的条件下基于光束直径的信号强度的差异的曲线；图14是表示在每单位面积的输入能量一定的条件下基于光束直径的信号强度的 差异的曲线；图15是表示在每单位面积的输入能量一定的条件下基于光束直径的信号强度的 差异的曲线；图16是表示烧蚀模式域的基于材料种不同的超声波产生强度的曲线；图17是表示低烧蚀模式域的基于材料种不同的超声波产生强度的曲线；图18是表示热模式域的基于材料种不同的超声波产生强度的曲线；图19是表示粘付有粘性体的振动膜供试体的概略构成的剖视图；图20是表示粘付有粘性体的振动膜供试体的超声波产生强度的曲线；图21是表示没有粘性体的振动膜供试体的超声波产生强度的曲线。符号说明1超声波检查装置5激光装置17体积检查用超声波发送部19表面检查用超声波发送部23 光纤39发送振动膜51 光纤53接收振动膜55光束直径调节装置71复合材75蓝宝石振动膜77结构部件81粘性体
具体实施例方式以下，参照图1 图5，对本发明的一实施方式的超声波检查装置1进行说明。超 声波检查装置1对高速增殖反应堆的冷却材料即钠中的部件进行超声波探伤，进行检查内 部的状态的体积检查及检查表面的状态的表面检查。图1是表示超声波检查装置1的全体概略构成的方框图.超声波检查装置1具备检查体3，其收发超声波；激光装置5，其发送超声波发送用的激光；接收激光部7，其收发超声波接收用的激光；数据收集装置9，其保管所收发的数 据，并 且指示激光装置5及接收激光部7的动作；数据处理/显示装置11，其处理并显示所 收发的数据。接收激光部7具备激光振荡器6，其将激光进行振荡；光开关8，其将激光向光纤 导入、导出；激光干涉计10，其使发送激光及接收激光干涉。图2是表示检查体3的概略构成的剖视图。检查体3具备主体13、其为做成大致正方体形状的箱体；通路部15，其做成在主 体一面的大致中央部所安装的圆筒形状，使光纤插通；体积检查用超声波发送部(超声波 发送部)17，其安装在主体13的内部；表面检查用超声波发送部(超声波发送部)19 ；多个 超声波接收部21。体积检查用超声波发送部17、表面检查用超声波发送部19以及超声波接收部21 做成大致圆筒状，以轴线成为与主体13的安装有通路部15的面交叉的方向的方式被安装 在主体13的与通路侧15分离的一侧。多个超声波接收部21以大致等间隔地设置成矩阵状(例如，10列X 10行)。体积检查用超声波发送部17及表面检查用超声波发送部19分别设于超声波接收 部21群的大致中央部。体积检查用超声波发送部17及表面检查用超声波发送部19、激光装置5分别通过 光纤23被连结(参照图2、3)。体积检查用超声波发送部17及表面检查用超声波发送部19的结构大致相同，因 此对体积检查用超声波发送部17进行说明。激光装置5具备激光振荡器25、激光光路27、由将激光导入光纤23的例如光开 关等构成的导入部29。激光光路27具备一对反射镜31、ND滤光器33及集光透镜35。ND滤光器33具备可以更换的多个滤光器，通过更换滤光器，调节激光的光量即输 出功率。集光透镜35可沿激光光路27移动，可以对入射到光纤23的激光的直径(向后述 的发送振动膜39入射的激光的直径)进行一定程度调节。体积检查用超声波发送部17具备主体37，其做成中空的大致圆筒形状；发送振 动膜39，其安装在主体37的一端部；耐热隔板41 ；支承环43，其设于发送振动膜39的另一 端侧且支承其；套圈45，其是将配置在支承环43的另一端侧的光纤23以规定位置关系进 行设置的连结部件；偏心孔环47，其配置在按压套圈45的另一端侧，按压套圈45 ；按压螺 栓49，其螺合在主体37的另一端部的中空部，按压配置在一端侧的部件。将体积检查用超声波发送部17及表面检查用超声波发送部19按照发送振动膜39 朝向与主体13的通路部15对置的面的方式设置。图4是表示超声波接收部21的概略构成的剖视图。将超声波接收部21做成大致圆筒形状，一端侧连接有与光开关8连结的光纤51。 在超声波接收部21的另一端部安装有接收振动膜53。将超声波接收部21按照接收振动膜53朝向与主体13的通路部15对置的面的方 式设置。
另外，除集光透镜35之外，体积检查用超声波发送部17及表面检查用超声波发送 部19具备如图6 图8所示的光束直径调节装置55也可。图6所示的体积检查用超声波发送部17具备将套圈45持续向按压螺栓49侧施 力的压缩弹簧57。当使按压螺栓49旋转而向轴线方向外侧移动时，套圈45被压缩弹簧按 压，与按压螺栓49 一样向轴线方向外侧移动。相反地，当使按压螺钉49旋转而向发送振动 膜39侧移动时，套圈45抵抗压缩弹簧57的压紧力地向发送振动膜39侧移动。由此，套圈45的前端和发送振动膜39之间隔发生变化。当该间隔发生变化时，随 着从套圈45的前端所发射的激光的放射角而到达发送振动膜39的激光的光束直径就发生 变化。另外，使光纤51的射出端(例如，套圈45的前端)和发送振动膜39的间隔发生 变化的结构并不仅限于图6的结构，可以做成适宜结构。图7所示的体积检查用超声波发送部17具备多个直径不同的光纤23。从光纤23 发射的激光的光束直径因光纤的直径不同而不同，因此通过选择由激光装置5使用的光纤 23，能够改变到达发送振动膜39的激光的光束直径。在图8所示的体积检查用超声波发送部17中，在套圈45和发送振动膜39之间， 凸透镜59以沿轴线方向能够移动的方式被安装。另外，套圈45与图6所示的一样，经由压 缩弹簧57向按压螺栓侧被持续施力。通过使凸透镜59沿轴线方向移动，改变激光的集光状态，而使到达发送振动膜39 的激光的光束直径改变。另外，在图8中，使凸透镜59沿轴线方向移动，而使到达发送振动膜39的激光的 光束直径变化，但并不仅限于此，例如，将套圈45沿轴线方向移动也可，将凸透镜59及套圈 45两者沿轴线方向移动也可。当激光照射到发送振动膜39时，发送振动膜39就产生超声波。此时，产生的超声波的强度，与激光输出功率(也称激光输出)或激光能量密度相 对应地如图5的实线所示地发生变化。在激光输出或激光能量密度等小的部位(低能量域)，激光的能量使发送振动膜 39等的温度上升，产生的超声波的强度小。将该部分称作热模式。当激光输出或激光能量密度进一步增大时，产生的超声波的强度急剧增加。在该 阶段，发送振动膜39成为被激光侵蚀的状态，因此被称作烧蚀模式。当激光输出或激光能量密度进一步增大时，对发送振动膜39的侵蚀作用加大，而 使一部分气化、散射或吸收激光，因此激光向发送振动膜39供给的能量比率下降。这样，由于产生的超声波的强度的增加率减小，所以激光的能量效率下降。该状态 称作空气击穿模式。因此，考虑能量效率及发送振动膜39的损伤，激光的强度(激光输出或激光的能 量密度等)在烧蚀模式的范围内选择。发送振动膜39的材料、尺寸等在考虑来自激光装置5的激光的强度、以及由此产 生的超声波的强度及频率特性的状态下进行选择。为了提高能量效率，优选发送振动膜39 采用激光的吸收效率高的材料。这样，由于发送振动膜39的材质、特性对超声波检查装置1的性能影响很大，所以对此进行了验证试验。图9表示进行该验证试验的试验装置。作为发送YAG激光的激光振荡器25，使用- > r ^ A公司制的Surelite 1-10。 激光振荡器25输出的YAG激光，其输出功率为400mJ，脉冲间隔为10Hz，脉冲幅度为10ns。在贮留有水的水槽61的一面所具备的安装部63安装振动膜供试体(也称试样 体)65，对该振动膜供试体65照射来自激光振荡器25的激光而所产生的超声波由接收用压 电元件67接收，并由示波器69测定其强度。作为振动膜供试体65，使用了不锈钢(SUS)、钛(Ti)、铝(A1)、铜(Cu)、锡(Sn)。振 动膜供试体65为直径25mm、厚度0. 05mm的圆板。有关SUS，为了观察厚度的影响还使用了 厚度0. 03mm的不锈钢。另外，作为振动膜供试体65，还对图10所示的复合材71进行了试验。复合材71 是在厚度0. 03mm的SUS振动膜(发送振动膜)73的一面、即激光入射之侧的面接合有厚度 1mm的蓝宝石玻璃的蓝宝石振动膜(光学部件)75。复合材71为直径30mm的圆板。就复合材71而言，对SUS振动膜73的接合面以Cr-Ni-Au进行溅射处理。另一方 面，对蓝宝石振动膜75的接合面进行金属化处理。而且，经由Au-Sn焊锡将SUS振动膜73 及蓝宝石振动膜75的接合面贴合而形成。焊锡层大约2 u m。图11表示以激光的光束直径为参数的指向性。另外，为了易于理解指向性的状 态，将信号强度(超声波的强度)加以标准化。由图11可知，光束直径0.5mm的指向性高(能够在大的范围内输出强度强的超声 波)，4mm的指向性低(强度高的超声波集中在限定的范围而被输出)，2mm成为其中间。即，判明了光束直径越小指向性越高。这可推测是因为光束直径越小而每单位面积的烧蚀率越高的缘故。图12及图13表示在低能量域(热模式)使输入能量为一定且以激光的光束直径 为参数的信号强度和指向性的关系。由此可知，就信号强度的总和而言，光束直径2mm比光束直径4mm大，在图12中， 约为4倍，在图13中，约为2.4倍。也就是，如果输入能量为一定，则光束直径越小而产生的超声波的强度越强，即能 量的变换效率越高。图14及图15表示在使每单位面积的输入能量为相同的时候以激光的光束直径为 参数的信号强度和指向性的关系。由此可知，就信号强度的总和而言，光束直径4mm比光束直径2mm大，在图14中约 为1.32倍，在图15中约为1. 14倍。也就是，如果每单位面积的输入能量为一定，则光束直径越大而产生的超声波的 强度越强，即能量的变换效率越高。这样，判明了激光的光束直径对能量效率产生大的影响。图16 图18是比较材料种类(也称材料种)不同的超声波产生强度的图。图16 主要表示烧蚀模式域(大约80mJ以上)的状态。图17表示低烧蚀模式域(大约50mJ前 后)的状态。图18表示热模式域(25mJ以下)的状态。在各图中，关于复合材71用点划线表示其测定结果的倾向。
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在烧蚀模式域(图16)下，铝表示出最强的超声波强度(能量变换效率高)，接着 是钛、SUS。另外，在对厚度不同的振动膜供试体65进行试验的SUS中，没有发现基于厚度 所引起的超声波强度的优位差。就锡而言，试验中在振动膜供试体65的中央开有孔。由于锡柔软，判明了不能趋 向实用化。判明了 SUS、铜也产生很实用的超声波强度。就复合材71而言，得到铝的约1. 6倍、相同原材料的SUS的约2倍以上的超声波
强度，证实了能量变换效率高。复合材71在300mJ以上由于蓝宝石玻璃的表面溶化而受到损伤，超声波强度急剧 下降。使用蓝宝石玻璃的复合材71在其附近成为使用的上限值。在低烧蚀模式域(图17)下，锡表示出最强的超声波强度，接着为铝、钛。复合材71的超声波强度是与锡、铝大致相等的大小。但是相对于相同原材料的 SUS，能够得到10倍以上的超声波强度。在热模式域(图18)下，锡和钛相对良好。复合材71其超声波强度与单一的原材 料的超声波强度相比，提高10倍左右(参照图17)。可知在得到了实用上所需的超声波强度的烧蚀模式区域中能量效率良好的铝、 钛，作为发送振动膜39的原材料是有用的。另外，可知复合材71更有用。这是由于SUS振动膜73的激光入射侧被蓝宝石振动膜75限定，所以当激光照射 到SUS振动膜73而发生变形时，其变形作用于蓝宝石振动膜75。而且，对SUS振动膜73向 超声波产生方向作用来自蓝宝石振动膜75的反力，因此SUS振动膜73产生的超声波的强 度增强。另外，由于蓝宝石振动膜75抑制由激光引起的SUS振动膜73的恶化或损伤，所以 能够使激光的强度增强，能够使所产生的超声波的强度增强。复合材71是将SUS振动膜73和蓝宝石振动膜75经由焊锡而接合的复合材，但接 合方法不限于使用焊锡，使用适宜的手段也可，不进行接合而设置成相邻也可。只要蓝宝石 振动膜75设置成限定SUS振动膜73的动作即可。作为构成复合材71的光学材料的原材料，不限于蓝宝石玻璃，使用石英玻璃、铝 的氧化膜等的陶瓷等也可。替代SUS振动膜73，也可以使用铝、钛、铜、锡等振动膜。发送振动膜39例如在其表面涂敷铁、铝的氧化膜也可。这些氧化膜能够提高激光 的吸收率，并且能够抑制发送振动膜39的恶化、损伤。作为振动膜供试体65使用图19所示结构的振动膜进行了试验。振动膜供试体 65，例如在厚0. 02mm的SUS振动膜73的一面、即激光入射一侧的面涂敷了粘性体(粘性 物)81。SUS振动膜73为直径30mm的圆板。作为粘性体81，例如使用美国的S0N0TECH inc制的“PyrogelGRlOO” (商品名)。 这个是作为非破坏检查装置用接触媒质使用的接触媒质。该粘性体81做成以甘油为主要 成分的透明的凝胶状，使用温度范围扩大为-45. 6°C 427°C (-50° F 800° °C F)。另 外，粘度提高为4X106cps以上，一旦附着上，就不容易流动。
将粘性体81在包含被照射激光的范围且超过该范围的遍及范围用手以约1mm的 厚度进行涂敷。在激光输入能量为10m J、入射的激光的光束直径为2mm的条件下，对使用粘付粘 性体81的振动膜供试体65和未粘付粘性体81的振动膜65 (厚度0. 02mm的SUS振动膜) 所产生的超声波的大小的时间推移进行了试验。图20是粘付粘性体81的振动膜供试体65的结果。图21是仅SUS振动膜73的结果。由此可知，粘付粘性体的振动膜供试体65在与仅SUS振动膜73的供试体相比时， 所产生的超声波的强度为20数倍，并且得到了清晰的超声波波形。将激光照射到SUS振动膜73由此在SUS振动膜73产生的振动内的、朝向激光入 射侧的振动就经由粘性体81被重返，从而这些振动朝向与激光入射侧的相反方向、即超声 波产生方向。这样，由于朝向超声波产生方向的振动和朝向相反方向被重返的振动相重叠， 所以SUS振动膜73产生的超声波的强度增强。由于粘性体81容易变形，所以能够沿SUS振动膜73的面无间隙地密接。由此，粘 性体81能够遍及其全面将SUS振动膜73的振动重返，因此能够高效地向超声波产生方向 输送能量。由于透明的粘性体81不影响激光的通过，所以很多激光向SUS振动膜73入射，所 产生的超声波的强度能够增强。涂敷粘性体81的范围不需要全面进行涂敷，只要至少覆盖照射激光的范围即可。 更理想的是，粘性体81以超过照射激光的范围、且覆盖超声波的产生较大的部分的方式进 行涂敷。在此，表示作为发送振动膜39有关SUS制的振动膜的试验结果，但这是由铝、钛、 铜、锡等材料构成的振动膜也同样地能够增强所产生的超声波的强度。对以上说明的实施方式的超声波检查装置1的动作进行说明。将检查体3与成为检查对象的结构部件(被检体)77对置配置。在进行检查结构 部件77的内部的缺陷79的体积检查时，使用体积检查用超声波发送部17。当激光振荡器25进行激光振荡时，激光经由激光光路27向导入部29入射。激光 由导入部29变换成能够通过体积检查用超声波发送部17侧的光纤23的形状。该变换后 的激光经由光纤23从套圈45向发送振动膜39照射。当激光照射到发送振动膜39时，发送振动膜39产生超声波。这样，由体积检查用超声波发送部17的发送振动膜39产生的超声波C朝向结构 部件77照射。该超声波C被调节成频率以2 5MHz为主体。换言之，对发送振动膜39的材质、 尺寸、激光装置5的激光的强度等条件进行设定，以使所产生的超声波C的频率以2 5MHz 为主体。照射到结构部件77的超声波C，由结构部件77反射，朝向检查体3行进，使各超声 波接收部21的接收振动膜53发生振动。此时，如果结构部件77存在缺陷79，则超声波C 由缺陷79被改变方向，发送振动膜53的振动相位就偏离规定的状态。从接收激光部7的激光振荡器6将激光进行振荡，经由光开关8、光纤51，向接收振动膜53照射。所照射的激光被接收振动膜53反射，通过逆路径返回激光干涉计10。由于接收振动膜53发生振动，所以从激光振荡器发出、返回激光干涉计10的激光 的移动距离发生变动。通过使该激光与来自激光振荡器6的发送激光发生干涉，而使变动 状态明确。将该数据保管在数据收集装置9，数据处理/显示装置11对所保管的数据进行处 理，对有无缺陷79及有缺陷79的情况，算出其位置并进行显示。其次，在进行检查结构部件77的表面状况的表面检查时，使用表面检查用超声波 发送部19。该情况下，表面检查用超声波发送部19的发送振动膜39产生的超声波C调节为 频率以10MHz为主体。换言之，对发送振动膜39的材质、尺寸、激光装置5的激光的强度等 条件进行设定，以使所产生的超声波C的频率以10MHz为主体。这样，当超声波C的频率以10MHz为主体时，超声波C不会深入到结构部件77的 内部，而在表面进行反射，因此能够检查表面的状态。由于检查动作与体积检查相同，所以在此省略重复的说明。这样，由于超声波检查装置1具备产生的超声波C的频率不同的体积检查用超声 波发送部17以及表面检查用超声波发送部19，所以通过将它们进行切换而使用，体积检查 及表面检查这样的性质不同的检查、即混合检查就能够由一台来进行。这样，与结构体77的种类、检查种类相对应，使用具备最合适的发送振动膜39的 超声波检查装置1，由此能够提高检查精度、检查效率等。这样，通过将激光装置5发射的激光向发送振动膜39照射，发送振动膜39产生超 声波C，且将该超声波C向结构部件77照射，因此能够防止结构部件77的恶化、变形。由此，由于使用高输出的激光，所以能够增强所产生的超声波C的强度。因此，能 够进行良好的检查。另外，由于即使与结构部件77的距离增大，也能够进行充分的检查，所以能够增 大指向角。由此，能够减小分解能，因此能够提高检查精度。另外，激光的发送使用光纤23、51，由此能够缩小体积检查用超声波发送部17及 表面检查用超声波发送部19，故能够实现超声波检查装置1的小型化。另外，由于检查时使用超声波C，所以在激光不能通过的部位，例如在高速增殖反 应堆的冷却材料即钠中也能够进行检查。另外，如图6 图8所示，具备调节激光的光束直径的光束直径调节装置55的超 声波检查装置，能够调节向发送振动膜39入射的激光的光束直径。例如，当减小光束直径、提高指向性时，能够进行使表面图像化而进行检查的表面 检查。另一方面，当增大光束直径、降低指向性时，能够进行检查内部的缺陷的体积检查。这样，具备光束直径调节装置55，由此体积检查用超声波发送部17具有体积检查 用超声波发送部17及表面检查用超声波发送部19的功能，因此，例如可以省略表面检查用 超声波发送部19。即，仅由体积检查用超声波发送部17，就能够进行体积检查及表面检查 这样的性质不同的检查、即混合检查。例如，将发送振动膜39在其面内凸凹变形，由此能够改变指向性。另外，本发明并不仅限于本实施方式，在不脱离本发明的宗旨范围内，可以进行适
13宜变更。
例如，不需要同时具备体积检查用超声波发送部17及表面检查用超声波发送部 19，根据不同的目 的，也可以只设任一个。
权利要求
一种超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出功率的激光；超声波发送部，其被照射该激光装置所发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜，将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中，所述发送振动膜由钛形成。
2.一种超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出功率的激光；超声波发送 部，其被照射该激光装置所发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜，将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中， 所述发送振动膜由铝形成。
3.一种超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出功率的激光；超声波发送 部，其被照射该激光装置所发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜，将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中， 所述发送振动膜的激光入射侧被光学部件限定。
4.一种超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出功率的激光；超声波发送 部，其被照射该激光装置所发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜，将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中， 在所述发送振动膜的激光入射侧面上涂敷有凝胶状的粘性物。
5.一种超声波检查装置，具备激光装置，其发射调节过输出功率的激光；超声波发送 部，其被照射该激光装置所发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜，将该超声波发送部的该发送振动膜所产生的超声波照射到被检体，进行检查，其中， 具备对朝所述发送振动膜照射的所述激光的光束直径大小进行调节的光束直径调节装置ο
6.如权利要求1 4中任一项所述的超声波检查装置，其中，具备对照射到所述发送 振动膜的所述激光的光束直径大小进行调节的光束直径调节装置。
7.如权利要求5或6所述的超声波检查装置，其中，所述光束直径调节装置按照对所述 激光的发射位置和所述发送振动膜的距离进行调节的方式构成。
8.如权利要求5或6所述的超声波检查装置，其中，所述激光装置具备发射所述激光 的直径分别不同的多个光纤，所述光束直径调节装置对要使用哪个所述光纤进行选择。
9.一种超声波检查方法，具备激光装置，其发射调节过输出功率的激光；超声波发送部，其被照射该激光装置所发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜， 光束直径调节装置，其对朝所述发送振动膜照射的所述激光的光束直径大小进行调节，由该光束直径调节装置调节所述光束直径大小，由所述发送振动膜产生与检查对象的种类、检查种类相对应的强度的超声波， 将该超声波照射到被检体，进行检查。
10.一种原子力设备的非破坏检查方法，其中，使用权利要求1 8中任一项所述的超 声波检查装置，对原子力设备进行非破坏检查。
全文摘要
本发明提供超声波检查装置、超声波检查方法及原子力设备的非破坏检查方法，该超声波检查装置能够高效地产生充分强度的超声波且可在大范围进行良好的检查，其具备发射调节过输出功率的激光的激光装置(5)、及被照射激光装置(5)所发射的激光且具有产生超声波的发送振动膜(39)的体积检查用超声波发送部(17)，将体积检查用超声波发送部(17)的发送振动膜(39)产生的超声波照射到结构部件(77)，以进行检查。其中，发送振动膜(39)由钛形成。
文档编号G01N21/00GK101849182SQ200880102430
公开日2010年9月29日 申请日期2008年8月8日 优先权日2007年8月10日
发明者奥列格·斋着科夫, 岛崎正则, 岛田义则, 平山智之, 武石雅之 申请人:三菱重工业株式会社