JPH01219556A - 溶接部の超音波探傷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は突合わせ溶接鋼管等の溶接部の超音波探傷方法
に関する。

〔従来技術〕

突合わせ溶接した鋼管等の溶接部の超音波探傷は斜角探
傷によって通常行なうが、その検出エコーは、ビードで
反射することによって発生するビードエコー及び溶接欠
陥部で反射することによって発生する欠陥エコーを含ん
でいるため、ビードエコーを除去して欠陥エコーのみを
抽出する必要がある。以下に従来使用されている主な２
つの抽出方法について述べる。第７図は第１の方法を示
す模式図であり、溶接部２の近傍の探傷用被検香材ｌ上
に載置された探触子４ａからビードの下側の肩部３に対
して超音波ビームを入射させると該肩部３で反射してビ
ードエコーが発生する。ここで、溶接部２の中央線と探
触子４ａのビーム入射点との間の水平距離（以下、探触
子距離という）Ｘの値により、ビードエコーが発生する
場合のビーム入射点から該ビームがビードで反射する点
までのビ−ム路程Ｗを予め幾何学的に求めておき、探触
子距離Ｘに応じてビードエコーが検出エコーに含まれな
いように監視信号の抽出をするゲートを設定して探傷を
行う。

一方、第２の方法は、ビードエコー及び欠陥エコーを両
者ともゲート内に入れて検出エコーとして検出し、その
結果を画像化し、その表示された位置及び形状によりビ
ードエコーと欠陥エコーとの判別を行い、欠陥エコーの
みを抽出するという方法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

第１の方法では、溶接部２のわずかな形状変化によりビ
ードエコーの反射位置が変化し、また同一形状であって
も母材内を透過するビームの音速等が変化すればビーム
の往復伝播時間が異なり、ビーム路程Ｗが変動してモニ
タゲートの設定が不確実になるという問題があった。一
方、大径鋼管の溶接部に対して探傷する場合には同一寸
法に成形しても母材の強度にばらつきがあり真円度が異
なるため、真円を仮定して予め幾何学的に計算したビー
ドエコーが発生するビーム路程と実際のビーム路程との
間に誤差を生じ、ゲートの正確な設定が難しいという問
題があった。また第８図に示す如く、横波として入射し
た超音波ビームがビードに当たって縦波にモード変換し
て照射ビードと反対側のビードで反射し、元の横波に再
びモード変換して受信されるようなエコー（以下、モー
ド変換エコーという）は、ビード形状によっては設定さ
れたゲート内に入り、欠陥エコーとして判別されるとい
う問題があった。

一方、第２の方法ではオペレータが得られた検出エコー
の画像からビードエコーと欠陥エコーとを判別すること
が可能であるが、オペレータの熟練度が低い場合には探
傷に長時間を要し、また誤判定を行なうという問題があ
った。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その
目的とするところは、健全な溶接部に対して超音波を入
射することによってゲートを予め正確に設定し、該ゲー
ト内で溶接部欠陥の探傷を行うことにより欠陥エコーの
みを正確に抽出し、また探傷時間を短縮し、誤判定のな
い溶接部の超音波探傷方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る溶接部の超音波探傷方法は、突合わせ溶接
によって形成された溶接部に対して超音波を入射し、そ
の反射信号にゲートをかけて所要信号を抽出して溶接部
の探傷を行う方法において、検査対象溶接部とビード形
状及び母材材質が実質的に同一の実質的に無欠陥の溶接
部に対して超音波を入射し、その反射信号により超音波
入射点と溶接部ビードでの超音波反射点との間の路程を
測定し、探触子と溶接部との離隔距離を同じくする前記
路程の複数の測定値の平均値及び標準偏差を溶接部全体
積を探傷するに必要な範囲の異なる離隔距離それぞれに
おいて算出し、これらと前記離隔距離との関係に基づき
所定の算出式を用いてゲートを設定することを特徴とす
る。

〔作用〕

本発明方法においては、あらかじめ同一形状の同−母材
材質無欠陥溶接部に対して超音波ビームを入射すること
により探傷装置にモニタゲートを設定し、該モニタゲー
ト内で探傷用被検査体の超音波探傷を行う。

〔実施例〕

以下、本発明方法をその実施例を示す図面に基づき具体
的に説明する。第１図は本発明方法の実施に使用する超
音波探傷用の探触子走査装置２０の斜視図であり、図に
示す如く、該装置２０は、矩形に枠組みされた架台１３
をその四隅に取付けられた脚部１５．１５．１５．１５
の下端には夫々台座１５ａ＋　１５ａ＋１５ａ、　１５
ａを設けている。また、架台１３は夫々相対する長辺２
０ａ、　２０ｂ及び短辺２０ｃ、　２０ｄを有しており
、短辺２０ｃ、　２０ｄは溶接部２を中央にして、その
中央線２ａと平行に配されている。長辺２０ａ、　２０
ｂの内側にはガイドロッド９及びねじ棒１０（一方のみ
現われている）が設けである。

ガイドロッド９及びねじ棒１０は移動子７，７を貫通し
てこれを支持しており、移動子７．７は図示しないパル
スモータ等の駆動装置によるねじ棒１０の回転に伴って
長辺２０ａ、　２０ｂの内側に沿って夫々ガイドロッド
９に対しては摺動、ねじ棒１０に対して・は螺動しなが
ら移動すべ（配しである。また、短辺２０ｃ、　２０ｄ
の内側にはガイドロッド１１及びねじ棒１２　（一方の
み現われている）が設けである。ガイドロッド１１及び
ねじ棒１２は移動子８，８を貫通してこれを支持してお
り、移動子８，８は図示しないパルスモータ等の駆動装
置によるねじ棒１２の回転に伴って短辺２０ｃ、　２０
ｄの内側に沿って夫々ガイドロッド１１に対しては摺動
、ねじ捧１２に対しては螺動しながら移動すべく配しで
ある。

移動子７．７の対向面間にはガイドロッド５゜５が平行
に架設してあり、また移動子８．８の対向面間にはガイ
ドロッド６．６が平行に架設しである。これら両ガイド
ロフトは、ブロック状の探触子走査ブロック４０内を移
動自在に挿通している。

また、長辺２０ａ、短辺２０ｃには図示しないディジタ
ルスケールがその長手方向に取付けられており、そのヘ
ッドが移動子７．８に設けられている。−方、探触子走
査部４０を上下動可能に貫通させた軸４０ａが設けられ
ており、その下端には探触子保持具４を連繋している。

また、軸４０ａは図示しない圧力付加装置により下向き
に付勢されている。探触子保持具４は軸４０ａに連結さ
れた連結治具３０とピン３１に゛よって固定され大径管
のような曲率を有する被検材に探触子保持具４が追随す
るよう回転可能となっている探触子保持具４には探触子
４ａ及び探傷用被検金材１上を円滑に転勤させるための
ローラ１４が取付けられている。

第２図は、上述した探触子走査装置２０を用いて本発明
方法を実施する場合の全体装置の構成を示す模式的ブロ
ック図であり、図に示す如く、計算機２４から送られる
情報により探触子走査装置コントローラ２１が探触子走
査装置２０の移動子７，７及び８，８を、図示しないパ
ルスモータにより駆動させる。それによって探傷用被検
香材１上を移動する探触子４ａの位置情報は移動子７，
８に取付けたディジタルスケールのヘッドからの出力と
して位置読取機２２へ入力される。これを探触子距離の
データとして計算機２４へ出力する。一方、探触子４ａ
に接続しである探傷器２３は探触子４ａから超音波・ビ
ームを溶接部２に対して入射させ、それによって生じる
エコーを検出し、検出したエコーを計算機２４へ入力す
る。

以上の構成を有する装置によって本発明方法は次のよう
にして行なわれる。

まず超音波探傷しようとする溶接部を有する大径鋼管等
の探傷用被検香材と同一の材質、肉厚及び溶接部形状を
有するゲート設定用試験材の健全な溶接部に対して超音
波ビームを探触子保持具４を図１の２点鎖線に示すよう
に走査させながら入射させ、発生するエコーを検出する
。即ち探触子走査装置２０を、溶接部２と平行に前記ゲ
ート設定用試験材上に載置する。そして第３図に示すよ
うに無欠陥溶接部２から適長離隔した走査基準点Ｏを始
点として無欠陥溶接部２の中央線２ａに平行に探触子４
ａを走査する。これを複数の探触子距離Ｘについて反復
する。この間計算機２４は位置読取器２２が出力する信
号を取込み探触子距離Ｘ及び溶接線方向距離Ｙを算出す
る。

一方、超音波探傷器２３は探触子４ａを励振し、溶接部
２からのエコーを一定ピッチのＹ毎に捉え、これを計算
機２４へ入力する。計算機２４はこれによりビーム路程
Ｗを求める。走査終了後同一のＸに対して読込まれたビ
ーム路程Ｗにより計算機２４が統計的計算を行うが、超
音波ビームの拡がりを考慮すると同一のＸに対してもビ
ードの下側に当り反射するビードエコー（以下、内面ビ
ードエコーという）、ビードの上側に当り反射するビー
ドエコー（以下、外面ビードエコーという）又は前述し
たモード変換エコーの３種類のエコー群が検出され得る
ため、同一のＸに対して同種のエコー群と見なせるビー
ム路程Ｗの複数データについてその平均値および標準偏
差を求める。

その処理手順を第４図に示すフローチャートに従って以
下に説明する。まず、ビーム路程を最大３つにグループ
分けするためのビーム路程分離距離δＷを初期設定し、
グループ内でのデータカウントに用いる変数Ｍ、Ｎ、Ｐ
を０にしておく　（ステップ１）０次にＷのデータをセ
ントしくステップ２）、１個目のデータであれば（ステ
ップ３）、第１グ　６ループの（Ｍ＋１）番目までのＷ
の平均値Ｗ□１゜第２グループの（Ｎ＋１）番目までの
Ｗの平均値Ｗ　８１２　＋第３グループの（Ｐ＋１）番
目までのＷの平均値Ｗ、３．に１番目のＷをセットして
おく（ステップ４）、２個目以降のデータについてはＸ
が同一かどうかの判断を行ない（ステップ５）、次にｌ
　Ｗ　−Ｗ−ｗ　ＩｌとδＷとの比較を行い（ステップ
６）　、ｌ　Ｗ　　Ｗ−Ｉｌ　ｌがδＷよりも小ならば
第１グループのカウント数Ｍをアンプしくステップ７）
、第１グループの（Ｍ＋１）番目までの平均値Ｗ１を求
める（ステップ８）、またＩＷ−Ｗ、、、ｌがδＷより
大か等しければこのＷは第２グループまたは第３グルー
プに所属するデータであり、第２グループの最初のデー
タならば（ステップ９）、Ｗ、２の初期値を改めてセン
トする（ステップ１０）。

次にＩｗ−ｗ、。１とδＷとの比較を行ない、１ｗ−ｗ
、ｔｚ　　ｌがδＷより小ならば（ステップ１１）、第
２グループのカウント数Ｎをアップしくステップ１２）
、第２グループの（Ｎ＋１）番目までの平均値Ｗ１□を
求める（ステップ１３）。また、ＩＷ−Ｗ、！□　１が
δＷより大か等しければこのＷは第３グループに所属す
るデータであり第３グループの最初のデータならば（ス
テップ１４）、Ｗ、３゜の初期値を改めてセットする（
ステップ１５）。

次に第３グループのカウント数Ｐをアンプしくステップ
１６）、第３グループの（Ｐ＋１）番目までの平均値Ｗ
、３．を求める（ステップ１７）。以上述べた各グルー
、プ別の平均値算出フローのうちの１つを通過した後火
のデータＷのセットへ戻る（ステップ２）０次に同様の
フローでＸが同一である限りループし、異なるＸが読み
込れた時点で第１グループ全体のＷの平均値Ｗ１及び標
準偏差Ｗ、ｌを計算しくステップ１８）、第２グループ
全体のＷの平均値Ｗ、！及び標準偏差Ｗ、２を計算しく
スッテプ１９）、第３グループ全体のＷの平均値Ｗ、３
及び標準偏差Ｗ、、を計算する（ステップ２０）。

その後初期設定へ戻り、前記異なるＸに対して上述した
処理を行う０以上述べた演算を行なうに当たって用いた
ビーム路程分離距離δＷは、ビーム路程を３つのグルー
プに分離する為の許容誤差範囲である。

厚肉鋼管の溶接部に対して超音波探傷を行う場合に、同
一の探触子距離Ｘに対して検出され得るビーム路程Ｗの
グループは内面ビードエコー、外面ビードエコー又はモ
ード変換エコーのうちいずれか一つに対応するものだけ
であることが多いため、第４図に示したフローチャート
の中で第２グループ及び第３グループに関連する処理（
ステップ９）〜（ステップ１７）　、（ステップ１９）
　、（ステップ２０）は行なわれないことが多いが、薄
肉鋼管の溶接部に対して超音波探傷を行う場合には、同
一の探触予圧ＭＸに対して検出され得るビーム路程Ｗの
グループは前記３種類のエコーに夫々対応する３つのグ
ループが同時に存在することもかなり起こるため、第４
図に示したフローチャートの処理がすべて行なわれるこ
とになる。

このようにして求めた第１グループから第３グループの
Ｗの平均値Ｗ、、、Ｗ、、、Ｗ、、、標準偏差Ｗ、、、
Ｗ、ｔＷ、、およびＸの実測値から欠陥エコーのみを検
出し得るゲート始点Ｗ、およびゲート終点Ｗ、を求める
。まず、同一のＸについて、Ｗの平均値Ｗ　ａｉとＷ、
五　（但し、ｉ＝１．２．３）を求め、各ビードエコー
のＸとｉ番目のＷｓｉとの関係を連続とみなし得る同一
のグループのＸの最小値と最大値の間で回帰直線近似を
行って下記式（１）を得る。

Ｗ＠！　＝　ＡＡＸ　＋　Ｂ　ｔ　　　　（ｔ　＝Ｌ２
．３）・・・（１）Ａ五、Ｂ五：定数 ここで、同一のＸに対してＷ４〜Ｗ１．の最大３通りの
回帰直線が検出され得るが、その中からＷ、ｉが最小の
ものを選択し、そのときのｉをｋ、ゲート終点をＷ、と
するとＷｔは下記式（２）で示される。

ＷＥ　＝　Ａ＠　Ｘ　＋　Ｂｋ　−ｎＷａ　ｅ　ＩＩ”
’（２）但し、Ｗ、、、はＷｏｗ　　（ｋ＝１．２．３
）の平均値であり、またｎは経験により３が望ましい。

外径５６″、肉厚１８ｍｍの大径鋼管を探傷用検査材と
し、その健全な溶接部について、Ｘを変化させＷの値を
測定した結果を第５図に示す。

図中、点で示したものは実測値であり、Ｘの範囲によっ
て３つのグループに分かれた。Ｗの値の、低い順に内面
ビードエコー、モード変換エコー、外面ビードエコー夫
々に対応している０本実施例では厚肉鋼管であるため、
同一のＸに対して得られる回帰直線は１つしか検出され
ず式（２）のｋは１となりゲート終点Ｗ、は下記式（３
）で示される。

Ｗｌ　＝ＡＩＸ＋Ｂｌ　　　３Ｗ＠　ｇ＋　　　　・・
・（３）本実施例のようにＸに対応して求められた回帰
直線が連続しない場合には１つの回帰直線のＸの最大値
に対応する終点を夫々下記式（４）に対応するＸの位置
まで延長し、前記終点からＸの高いレベルに対応する回
帰直線の始点までを直線で結ぶことによりゲート終点Ｗ
えを求める。

Ｘ　ｋ＝　Ｘ　ｋｌｌｉａ　＋　１．３（Ｘ　ｈａ□−
Ｘ１ａｉｆｉ）　　・・・（４）Ｘｋｓ□：に番目に検
出される回帰直線のＸの最大値 Ｘ１１イ：に番目に検出される回帰直線のＸの最小値 に：本実施例では１ なお、計数１．３は経験により求めた数値である。

また、式（４）により延長した直線が、Ｘの高いレベル
に対応する回帰直線と、同一のＸに対して重複する場合
には前記回帰直線の方を採用する。

一方、ゲート始点Ｗ、は下記式（５）によって求める。

ここでθは第６図に示す如く母材中におけるビームの実
屈折角であり、またＢ。はビードの幅である。これらの
値は予め入力しである。

以上述べたようにして求められたゲート始点Ｗ。

は第６図に示すようにビームが溶接部に入射し始める付
近までの路程であり、ゲート終点Ｗ、はビームがビード
肩部３に照射される場合よりも少し手前までの路程であ
る。また、ゲート始点Ｗ、は溶接部が十分探傷でき、探
触子内での残響エコー等の影響を受けない範囲に設定す
る必要があることは言うまでもない。

このようにして求めたゲート始点Ｗ、及びゲート終点Ｗ
、を超音波探傷機に予め設定し、探傷用検査材の溶接部
に対して超音波を入射し第３図に示すように走査してＸ
の値に応じて、その反射信号にゲート始点Ｗ、とゲート
終点Ｗえとの間のゲートを設定しながら所要信号を抽出
し、探傷用検査材の溶接部の探傷を行う。

本実施例で用いた外径５６″、肉厚１８ｍの大径鋼管を
供試材とし、その５０本の、溶接部の７２欠陥部位につ
いて超音波探傷を行うとゲート内にビードエコーは検出
されず、欠陥エコーのみが検出された。

〔効果〕

以上に詳述した如く、本発明方法においては、探傷用検
査材と同一の材質、肉厚および溶接部形状を有するゲー
ト設定用試験材の健全な無欠陥溶接部を用いて、予め欠
陥エコーのみを抽出し得るゲート始点及びゲート終点を
設定しているため、探傷用被検査体の溶接欠陥部を探傷
する場合にビードエコーが確実に除去され、欠陥エコー
のみが抽出されて正確な探傷ができ、また計算機による
ゲートの設定が行なえるため探傷時間を大巾に短縮でき
、誤判定もなくなる等優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る探触子走査装置の立体図、第２図
は本発明に係る全体装置の構成を示す模式的ブロック図
、第３図は試験材の健全な溶接部に対する探触子の走査
方向を示す模式図、第４図はゲート設定のために行う検
出エコーの判別と、ビーム路程の平均値および標準偏差
を求める処理の内容を示すフローチャート、第５図は本
発明に係るゲート設定の結果を示すグラフ、第６図はゲ
ート始点とゲート終点とを具体的に示す模式図、第７図
は従来の探傷法を説明する模式図、第８図はモード変換
エコーの発生を説明する模式図である。 １・・・探傷用被検査体　２・・・ビード　４ａ・・・
探触子持　許　出願人°　住友金属工業株式会社会社代
理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫第２図 第３図 第５図 第６肩 第７図 第８図 手続補正書（自発） 昭和６３年３月１日 ２、発明の名称 溶接部の超音波探傷方法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 所在地　大阪市東区北浜５丁目１５番地名　称　（２１
１）住友金属工業株式会社代表者新宮康男 ４、代理人 住　所　■５４３大阪市天王寺区四天王寺１丁目１４番
２２号　日進ビル２０７号 ６、補正の内容 明細書の第１８頁第１６行に「住友金属工業株式会社会
社」とあるのを「住友金属工業株式会社」と訂正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、突合わせ溶接によって形成された溶接部に対して超
   音波を入射し、その反射信号にゲートをかけて所要信号
   を抽出して溶接部の探傷を行う方法において、検査対象
   溶接部とビード形状及び母材材質が実質的に同一で実質
   的に無欠陥の溶接部に対して超音波を入射し、その反射
   信号により超音波入射点と上記無欠陥溶接部での超音波
   反射点との間の路程を測定し、探触子と上記無欠陥溶接
   部との離隔距離を同じくする前記路程の複数の測定値の
   平均値及び標準偏差を溶接部全体積を探傷するに必要な
   範囲の異なる離隔距離それぞれについて算出し、これら
   と前記離隔距離との関係に基づき所定の算出式を用いて
   ゲートを設定することを特徴とする溶接部の超音波探傷
   方法。