JPH02120659A - 薄肉管溶接部の非破壊的な寸法および欠陥検査 - Google Patents
薄肉管溶接部の非破壊的な寸法および欠陥検査Info
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- JPH02120659A JPH02120659A JP1242407A JP24240789A JPH02120659A JP H02120659 A JPH02120659 A JP H02120659A JP 1242407 A JP1242407 A JP 1242407A JP 24240789 A JP24240789 A JP 24240789A JP H02120659 A JPH02120659 A JP H02120659A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、薄肉管溶接部の品質保証検査を行うための非
破壊検査方法およびかがる方法を実施するための装置に
関するものである。
破壊検査方法およびかがる方法を実施するための装置に
関するものである。
発明の背景
ある種の用途においては、将来の使用に際して破損が生
じないことを保証するために部品溶接部の完全性が極め
て重要とされている。その実例の１つが原子炉用の燃料
棒であって、これはジルコニウム合金から形成された細
長い被覆管の内部に燃料ベレットを柱状に収容したもの
から成っている。かかるベレットを被覆管の内部に封入
するなめ、やはりジルコニウム合金から形成された端栓
が被覆管の開放端に溶接されている。これらの端栓溶接
部は、燃料棒の寿命期間中に発生する高い内部圧力に耐
えるようにするため、完全性に関する厳しい基準を満た
さなければならない、従来、上部端栓溶接はビード溶接
によって行われてきたから、高い内部圧力に耐えるだけ
の溶接部断面積が存在することを確認するためには目視
検査で十分であった。また、端栓溶接部のランダム試料
について、幾つかの視角からＸ線透過写真を撮影するこ
とも行われてきた。こうして得られたＸ線透過写真は目
で見て検査しなければならなかった上、気孔の検出およ
び測定が可能となるのはそれらが上記の視角内に存在す
る場合だけであった。しかも、かかる検査の分解能は直
径５ミルを越える気孔に限られていた。更にまた、金属
組織学的薄片の作成による端栓溶接部試料の破壊検査も
行われてきたが、これは主として溶接方法の適否を評価
すると共に溶接条件の変動を検出するためのらのであっ
た。
じないことを保証するために部品溶接部の完全性が極め
て重要とされている。その実例の１つが原子炉用の燃料
棒であって、これはジルコニウム合金から形成された細
長い被覆管の内部に燃料ベレットを柱状に収容したもの
から成っている。かかるベレットを被覆管の内部に封入
するなめ、やはりジルコニウム合金から形成された端栓
が被覆管の開放端に溶接されている。これらの端栓溶接
部は、燃料棒の寿命期間中に発生する高い内部圧力に耐
えるようにするため、完全性に関する厳しい基準を満た
さなければならない、従来、上部端栓溶接はビード溶接
によって行われてきたから、高い内部圧力に耐えるだけ
の溶接部断面積が存在することを確認するためには目視
検査で十分であった。また、端栓溶接部のランダム試料
について、幾つかの視角からＸ線透過写真を撮影するこ
とも行われてきた。こうして得られたＸ線透過写真は目
で見て検査しなければならなかった上、気孔の検出およ
び測定が可能となるのはそれらが上記の視角内に存在す
る場合だけであった。しかも、かかる検査の分解能は直
径５ミルを越える気孔に限られていた。更にまた、金属
組織学的薄片の作成による端栓溶接部試料の破壊検査も
行われてきたが、これは主として溶接方法の適否を評価
すると共に溶接条件の変動を検出するためのらのであっ
た。
最近に至って燃料バンドルのスペーサの構造が改良され
た結果、上部端栓溶接部は平溶接によって形成すること
が要求されるようになった。平温接部の完全性を試験す
る目的にとっては、目視検査は十分な品質保証検査方法
とは言えない、ずなわち、溶接ビードが存在しないため
、溶接部が連続しておりかつ少なくとも被覆管の断面積
に等しい断面積を有することを目視検査によって確認す
ることができないのである。その結果、平温接部の完全
性が所要の品質保証基準を満たすかどうかを判定するた
め、溶接部の内部特性に関する非破壊検査が必要となる
。かかる端栓溶接部の重要性を考慮すると、このような
検査は全ての端栓溶接部について行わなければならない
。
た結果、上部端栓溶接部は平溶接によって形成すること
が要求されるようになった。平温接部の完全性を試験す
る目的にとっては、目視検査は十分な品質保証検査方法
とは言えない、ずなわち、溶接ビードが存在しないため
、溶接部が連続しておりかつ少なくとも被覆管の断面積
に等しい断面積を有することを目視検査によって確認す
ることができないのである。その結果、平温接部の完全
性が所要の品質保証基準を満たすかどうかを判定するた
め、溶接部の内部特性に関する非破壊検査が必要となる
。かかる端栓溶接部の重要性を考慮すると、このような
検査は全ての端栓溶接部について行わなければならない
。
本発明の場合と同じ譲受人に譲渡された、「核米国特許
出願第２５０．０５’？ 号明ｍ書中には、自動化され
た流れ作業方式に基づいて一連の被覆管の開放端に上部
端栓を溶接し、次いで各々の端栓溶接部の超音波検査を
行うための装置が記載されている。製造の迅速化を達成
するためには、かかる超音波検査は被覆管の開放端に端
栓を嵌め込んで溶接するために必要な時間に適合した速
度で行う必要がある。かかる検査に際しては、溶接部に
隣接した位置における被覆管の肉厚を測定し、溶接部に
おける欠陥の有無および大きさを検査し、溶接部の最小
正味断面積を測定し、かつ被覆管開放端中への溶込みの
程度を判定しなければならない。次いで、これらの検査
結果を厳格な品質保証基準と比較することにより、端栓
溶接部の合格または不合格を決定しなければならない。
出願第２５０．０５’？ 号明ｍ書中には、自動化され
た流れ作業方式に基づいて一連の被覆管の開放端に上部
端栓を溶接し、次いで各々の端栓溶接部の超音波検査を
行うための装置が記載されている。製造の迅速化を達成
するためには、かかる超音波検査は被覆管の開放端に端
栓を嵌め込んで溶接するために必要な時間に適合した速
度で行う必要がある。かかる検査に際しては、溶接部に
隣接した位置における被覆管の肉厚を測定し、溶接部に
おける欠陥の有無および大きさを検査し、溶接部の最小
正味断面積を測定し、かつ被覆管開放端中への溶込みの
程度を判定しなければならない。次いで、これらの検査
結果を厳格な品質保証基準と比較することにより、端栓
溶接部の合格または不合格を決定しなければならない。
なお、品質保証検査が製造上のネックとならないように
するため、人間の介在なしに上記検査の全てを短時間で
（たとえば３０秒以内に）実施する必要がある。
するため、人間の介在なしに上記検査の全てを短時間で
（たとえば３０秒以内に）実施する必要がある。
本発明の目的の１つは、溶接部の特性を非破壊的に検査
するための改良された方法を提供することにある。
するための改良された方法を提供することにある。
本発明のもう１つの目的は、溶接部の寸法特性および内
部特性を非破壊的に検査するために役立つような上記の
ごとき方法を提供することにある。
部特性を非破壊的に検査するために役立つような上記の
ごとき方法を提供することにある。
本発明の更にもう１つの目的は、超音波エコーから溶接
部特性を表わす検査データを得て品質保証基準と比較し
、それによって溶接部の合格または不合格を自動的に判
定するような上記のごとき方法を提供することにある。
部特性を表わす検査データを得て品質保証基準と比較し
、それによって溶接部の合格または不合格を自動的に判
定するような上記のごとき方法を提供することにある。
本発明の更にもう１つの目的は、核燃料被覆管の開放端
に端栓を接合する溶接部の完全性を自動化された流れ作
業方式に基づいて非破壊的に検査するために役立つよう
な上記のごとき方法を提供することにある。
に端栓を接合する溶接部の完全性を自動化された流れ作
業方式に基づいて非破壊的に検査するために役立つよう
な上記のごとき方法を提供することにある。
本発明の更にもう１つの目的は、上記のごとき方法を実
施するための超音波検査装置を提供することにある。
施するための超音波検査装置を提供することにある。
本発明のその他の目的は、以下の説明を読むことによっ
て自ら明らかとなろう。
て自ら明らかとなろう。
発明の要約
本発明に従えば、溶接部の寸法および欠陥検査を自動的
に実行するための品質保証検査方法および装置が提供さ
れる０本発明は、核燃料被覆管の端栓溶接部の品質保証
検査に対するそれの適用例に関連して記載される。すな
わち、被覆管の端栓溶接端部が軸方向に沿って超音波検
査ステーション内に導入される。被覆管を基準位置に締
付けて回転させる一方、超音波変換器を被覆管の中心軸
に平行な方向に沿って移動させることにより、緊密な螺
旋状の走査パターンに従って端栓溶接部が走査される。
に実行するための品質保証検査方法および装置が提供さ
れる０本発明は、核燃料被覆管の端栓溶接部の品質保証
検査に対するそれの適用例に関連して記載される。すな
わち、被覆管の端栓溶接端部が軸方向に沿って超音波検
査ステーション内に導入される。被覆管を基準位置に締
付けて回転させる一方、超音波変換器を被覆管の中心軸
に平行な方向に沿って移動させることにより、緊密な螺
旋状の走査パターンに従って端栓溶接部が走査される。
かがる走査パターンを構成する各々の螺旋状走査線に沿
って一定の角間隔で離隔した複数のデータ点において超
音波変換器から超音波パルスが放射される。各々のデー
タ点において受信された超音波エコーを様々なやり方で
探知することにより、被覆管および溶接部の肉厚データ
、内部欠陥（たとえば気孔）を表わす欠陥振幅データ、
並びに欠陥深さデータが求められる。
って一定の角間隔で離隔した複数のデータ点において超
音波変換器から超音波パルスが放射される。各々のデー
タ点において受信された超音波エコーを様々なやり方で
探知することにより、被覆管および溶接部の肉厚データ
、内部欠陥（たとえば気孔）を表わす欠陥振幅データ、
並びに欠陥深さデータが求められる。
各々のデータ点に関するこれらのデータを走査パターン
全体にわたってデータ収集システム中に蓄摂し、そして
計算機を用いて解析することにより、各々の独立した欠
陥に該当するデータ点が欠陥振幅データに基づいて識別
される。対応する欠陥深さデータを用いて各々の欠陥に
関する最大の欠陥振幅データを正規化することにより、
欠陥の大きさを表わすかなり正確な指標が得られる。各
々の欠陥に関する正規化された最大欠陥振幅データが限
界値と比較され、そして該限界値を越えていればその溶
接部は不合格とされる。また、各々の走査線によって表
わされる溶接部断面中に含まれるχ陥の断面積が計算さ
れる。次いで、肉厚データを解析することにより、溶接
部の最小肉厚が求められ、そしてそれが最小肉厚限界値
を越えていなければその溶接部は不合格とされる。肉厚
データからはまた、各々の走査線断面中における溶接部
の総断面積が計算される。計算された総断面積から各々
の断面中に含まれる笈陥の断面積を差引くこと（こよっ
て正味の溶接部断面積が計算される。こうして得られた
最小の正味溶接部断面積が限界値と比較され、そして該
限界値を越えていなければその溶接部は不合格とされる
。更にまた、肉厚データを解析することにより、溶接部
が被覆管の開放端中に溶込んでいる程度が判定される。
全体にわたってデータ収集システム中に蓄摂し、そして
計算機を用いて解析することにより、各々の独立した欠
陥に該当するデータ点が欠陥振幅データに基づいて識別
される。対応する欠陥深さデータを用いて各々の欠陥に
関する最大の欠陥振幅データを正規化することにより、
欠陥の大きさを表わすかなり正確な指標が得られる。各
々の欠陥に関する正規化された最大欠陥振幅データが限
界値と比較され、そして該限界値を越えていればその溶
接部は不合格とされる。また、各々の走査線によって表
わされる溶接部断面中に含まれるχ陥の断面積が計算さ
れる。次いで、肉厚データを解析することにより、溶接
部の最小肉厚が求められ、そしてそれが最小肉厚限界値
を越えていなければその溶接部は不合格とされる。肉厚
データからはまた、各々の走査線断面中における溶接部
の総断面積が計算される。計算された総断面積から各々
の断面中に含まれる笈陥の断面積を差引くこと（こよっ
て正味の溶接部断面積が計算される。こうして得られた
最小の正味溶接部断面積が限界値と比較され、そして該
限界値を越えていなければその溶接部は不合格とされる
。更にまた、肉厚データを解析することにより、溶接部
が被覆管の開放端中に溶込んでいる程度が判定される。
溶込みが不十分で１島ることは、溶接部を不合格とする
もう１つの理由となる。
もう１つの理由となる。
このように本発明は、構造上の特徴、要素の組合せ、お
よび部品の配置並びにそれらを実現するための方法から
成るものであって、これらはいずれも以下に記載される
説明中に例示されている。
よび部品の配置並びにそれらを実現するための方法から
成るものであって、これらはいずれも以下に記載される
説明中に例示されている。
本発明の内容および目的は、添付の図面を参照１７なが
ら以下の詳細な説明を読むことによって一層明確に理解
されよう。なお、全ての図面を通じて同じ構成部品は同
じ９照番号によって表わされている。
ら以下の詳細な説明を読むことによって一層明確に理解
されよう。なお、全ての図面を通じて同じ構成部品は同
じ９照番号によって表わされている。
発明の詳細な説明
先ず第１図を見ると、本発明に基づく溶接部検査ステー
ションが１０として示されている。かがる溶接部検査ス
テーション１０は、核燃料被覆管１６の開放端に端栓１
４を接合する溶接部１２の完全性を検査するために使用
される。被覆管１６は適当な金属（たとえばジルコニウ
ム合金）から成っていて、それの長さは通例】０フィー
１−を越えている３また、それはｔ１００ミル程度の内
径および通例３０ミルの肉厚を有している。端栓１４は
被覆管１６と同じ金属から成るのが普通である、矢印１
８によって示されるごとく、被覆管１（）の端栓溶接端
部が適当な手段（たとえばピンチローラ駆動手段１９）
により軸方向に沿って溶接部検査ステーション１０内に
導入される。溶接部検査ステーション１０内への導入は
、スタンド２２をＤ Ｉ、てテーブル２４により支持さ
れた空気圧チャック２０の中心開口を通して行われる。
ションが１０として示されている。かがる溶接部検査ス
テーション１０は、核燃料被覆管１６の開放端に端栓１
４を接合する溶接部１２の完全性を検査するために使用
される。被覆管１６は適当な金属（たとえばジルコニウ
ム合金）から成っていて、それの長さは通例】０フィー
１−を越えている３また、それはｔ１００ミル程度の内
径および通例３０ミルの肉厚を有している。端栓１４は
被覆管１６と同じ金属から成るのが普通である、矢印１
８によって示されるごとく、被覆管１（）の端栓溶接端
部が適当な手段（たとえばピンチローラ駆動手段１９）
により軸方向に沿って溶接部検査ステーション１０内に
導入される。溶接部検査ステーション１０内への導入は
、スタンド２２をＤ Ｉ、てテーブル２４により支持さ
れた空気圧チャック２０の中心開口を通して行われる。
テーブル２４に支持されなスタ〉・ド３０が担持する軸
受２８によって回転可能に取付けられた回転心出しスト
ップ２６により、検査基準位置が設定される。
受２８によって回転可能に取付けられた回転心出しスト
ップ２６により、検査基準位置が設定される。
回転心出しストップ２６には軸方向の穿孔２６ ａが設
けられていて、それの面取りされた導入面２６ ｂ １
．：端栓１４の円錐面１４ａが接触することにより、導
入された被覆管１６は正確に検査基準位置において停止
することになる。次いで、空気圧チャック２０が作動さ
れて被覆管１６をその位置において締付ける。このよう
にして溶接部検査ステーション１０内に被覆管１６が配
置されると、端栓溶接部１２は垂直方向に沿って超音波
変換器３２の先端と整列することになる。超音波変換器
３２は、それから定期的に放射される溶接部探査用の超
音波エネルギーに対する結合液体を連続的に供給するた
めに役立つ噴水器３４と合体されている。噴水器３４は
台３６によって担持されている一方、台３６はテーブル
２４に支持された滑り台３８により取付けられていて、
矢印４０によって示されるごとく被覆管１６の中心軸に
平行なｊ１゛向に沿って運動することができる。このよ
うな超音波変換器３２の溶接部走査運動は、スタンド・
１４によってテーブル２４に取付けられた精密ステッピ
ングモータ４２によって達成される。
けられていて、それの面取りされた導入面２６ ｂ １
．：端栓１４の円錐面１４ａが接触することにより、導
入された被覆管１６は正確に検査基準位置において停止
することになる。次いで、空気圧チャック２０が作動さ
れて被覆管１６をその位置において締付ける。このよう
にして溶接部検査ステーション１０内に被覆管１６が配
置されると、端栓溶接部１２は垂直方向に沿って超音波
変換器３２の先端と整列することになる。超音波変換器
３２は、それから定期的に放射される溶接部探査用の超
音波エネルギーに対する結合液体を連続的に供給するた
めに役立つ噴水器３４と合体されている。噴水器３４は
台３６によって担持されている一方、台３６はテーブル
２４に支持された滑り台３８により取付けられていて、
矢印４０によって示されるごとく被覆管１６の中心軸に
平行なｊ１゛向に沿って運動することができる。このよ
うな超音波変換器３２の溶接部走査運動は、スタンド・
１４によってテーブル２４に取付けられた精密ステッピ
ングモータ４２によって達成される。
空気圧チャック２０にはプーリ４６が装備されていて、
それには伝動プーリ５２を介して電動機５０により駆動
されるタイミングベルト４８がｔｆｆ）けられている、
また、プーリ・４６に固定された第２のプーリ５４はタ
イミングベルト５８およびプーリ６０を介して角位置符
号器５６を駆動する、これまでの説明かられかる通り、
空気圧チャック２０により被覆管１６が締付けられた状
態で電動機５０が作動されると、被覆管１６が回転する
と共に、超音波変換器３２に対する被覆管】６の角位置
が符号器５６によって連続的に指示されることになる。
それには伝動プーリ５２を介して電動機５０により駆動
されるタイミングベルト４８がｔｆｆ）けられている、
また、プーリ・４６に固定された第２のプーリ５４はタ
イミングベルト５８およびプーリ６０を介して角位置符
号器５６を駆動する、これまでの説明かられかる通り、
空気圧チャック２０により被覆管１６が締付けられた状
態で電動機５０が作動されると、被覆管１６が回転する
と共に、超音波変換器３２に対する被覆管】６の角位置
が符号器５６によって連続的に指示されることになる。
被覆管１６が回転している間に、符号器５６の制御下で
ステッピングモータ４２が定期的に動作する結果、超音
波変換器３２は被覆管１６の中心軸に平行な方向に沿い
ながら端栓溶接部１２の全長にわたって移動させられる
。このようにして、第２図に示されるような螺旋状の溶
接部走査パターンが得られることになる。かがる走査パ
ターンを構成する各々の概して螺旋状の走査！！６２は
、被覆管１６の回転とステッピングモータ４２の定期的
動作との組合せによって生じるような、軸方向に沿って
位置のずれた複数の短い円周方向線分６２ａから成って
いる６本発明の実施の一態様においては、被覆管１６を
一周する各々の螺旋状走査線は１８の線分６２ａから成
っており、また螺旋状走査パターンのピッチ（すなわち
、走査線間の軸方向距離）は２ミルである。
ステッピングモータ４２が定期的に動作する結果、超音
波変換器３２は被覆管１６の中心軸に平行な方向に沿い
ながら端栓溶接部１２の全長にわたって移動させられる
。このようにして、第２図に示されるような螺旋状の溶
接部走査パターンが得られることになる。かがる走査パ
ターンを構成する各々の概して螺旋状の走査！！６２は
、被覆管１６の回転とステッピングモータ４２の定期的
動作との組合せによって生じるような、軸方向に沿って
位置のずれた複数の短い円周方向線分６２ａから成って
いる６本発明の実施の一態様においては、被覆管１６を
一周する各々の螺旋状走査線は１８の線分６２ａから成
っており、また螺旋状走査パターンのピッチ（すなわち
、走査線間の軸方向距離）は２ミルである。
次に第３図のブロック図に関連して説明すれば、被覆管
１６の各回の回転に関する基準角位置（０”の角位置）
において符号器５６からリード線５６ａを通して伝送さ
れるタイミングパルスに応答してパルス発信・受信器６
４が超音波変換器３２にパルスを送り、それによって溶
接部探査用の超音波エネルギーパルスを放射させる。パ
ルス発信・受信器６４はまた、被覆管１６の各回の回転
に際して一定の角度間隔で符号器５６からリード線５６
ｂを通して伝送される複数のタイミングパルスにも応答
して超音波変換器３２にパルスを送る。
１６の各回の回転に関する基準角位置（０”の角位置）
において符号器５６からリード線５６ａを通して伝送さ
れるタイミングパルスに応答してパルス発信・受信器６
４が超音波変換器３２にパルスを送り、それによって溶
接部探査用の超音波エネルギーパルスを放射させる。パ
ルス発信・受信器６４はまた、被覆管１６の各回の回転
に際して一定の角度間隔で符号器５６からリード線５６
ｂを通して伝送される複数のタイミングパルスにも応答
して超音波変換器３２にパルスを送る。
更にまた、符号器５６からリード線５６ｃを通して伝送
されるパルスがステッピングモータ４２を制御すること
により、超音波変換器３２は溶接部の全長にわたって段
階的にくすなわち、ある線分６２ａから次の線分６２ａ
へと）移動させられる（第２図）。各々の超音波エネル
ギーパルスに関連して超音波変換器３２が感知した超音
波エコーはパルス発信・受信器６４によって受信され、
そして入力回線網６６に供給される。そこにおいて超音
波エコーが様々なやり方で探知される結果、被覆管およ
び溶接部の肉厚データがリード線６６ａを通して、欠陥
振幅データがリード線６６ｂを通して、かつ欠陥深さデ
ータがリード線６６ｃを通してデータ収集システム６８
に送られる。欠陥振幅データは溶接部断面中に含まれる
内部欠陥（たとえば気孔）の有無および大きさを表わし
ており、また欠陥深さデータは溶接部の外面から測定し
た欠陥の深さを表わしている。これら３組のデータは、
各々の超音波エネルギーパルスの放射時における超音波
変換器と溶接部との相対位置に対応した各々のデータ点
毎に、たとえばディジタル・エクイップメント・コーポ
レーション（Ｄｉｇｉ−ｔａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製のＰＤＰＩＩ／７３から成
るデータ収集システム６８中に蓄積される。超音波変換
器３２としては、たとえば、５０メガヘルツの振動数で
動作しかつ０．５インチの焦点距離および０．１９〜０
．２５インチの口径を有するパナメトリックス（Ｐａｎ
ａｍｅｔｒｉｃｓ）社製のＶ３４２５を使用することが
できる。
されるパルスがステッピングモータ４２を制御すること
により、超音波変換器３２は溶接部の全長にわたって段
階的にくすなわち、ある線分６２ａから次の線分６２ａ
へと）移動させられる（第２図）。各々の超音波エネル
ギーパルスに関連して超音波変換器３２が感知した超音
波エコーはパルス発信・受信器６４によって受信され、
そして入力回線網６６に供給される。そこにおいて超音
波エコーが様々なやり方で探知される結果、被覆管およ
び溶接部の肉厚データがリード線６６ａを通して、欠陥
振幅データがリード線６６ｂを通して、かつ欠陥深さデ
ータがリード線６６ｃを通してデータ収集システム６８
に送られる。欠陥振幅データは溶接部断面中に含まれる
内部欠陥（たとえば気孔）の有無および大きさを表わし
ており、また欠陥深さデータは溶接部の外面から測定し
た欠陥の深さを表わしている。これら３組のデータは、
各々の超音波エネルギーパルスの放射時における超音波
変換器と溶接部との相対位置に対応した各々のデータ点
毎に、たとえばディジタル・エクイップメント・コーポ
レーション（Ｄｉｇｉ−ｔａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製のＰＤＰＩＩ／７３から成
るデータ収集システム６８中に蓄積される。超音波変換
器３２としては、たとえば、５０メガヘルツの振動数で
動作しかつ０．５インチの焦点距離および０．１９〜０
．２５インチの口径を有するパナメトリックス（Ｐａｎ
ａｍｅｔｒｉｃｓ）社製のＶ３４２５を使用することが
できる。
たとえば１２０本の螺旋状走査線６２（第２図）から成
る溶接部走査パターンの全体に関するデータがデータ収
集システム６８中に蓄積された後、データ解析計算＄１
１７０がそれらのデータを解析し、それによって品質保
証の観点がら見てその端栓溶接部を合格とすべきがどう
がが判定される。データ解析計算機７０としては、−た
とえば、ディジタル・エクイップメント・コーポレーシ
ョン製の■ＡＸステーション１１／ＧＰＸを使用するこ
とがて′きる。それにはまた、カラーグラフィックプリ
ンタ・プロッタ７０ａおよびカラーモニタ７０ｂをはじ
めとする各種の周辺装置が装置されている。
る溶接部走査パターンの全体に関するデータがデータ収
集システム６８中に蓄積された後、データ解析計算＄１
１７０がそれらのデータを解析し、それによって品質保
証の観点がら見てその端栓溶接部を合格とすべきがどう
がが判定される。データ解析計算機７０としては、−た
とえば、ディジタル・エクイップメント・コーポレーシ
ョン製の■ＡＸステーション１１／ＧＰＸを使用するこ
とがて′きる。それにはまた、カラーグラフィックプリ
ンタ・プロッタ７０ａおよびカラーモニタ７０ｂをはじ
めとする各種の周辺装置が装置されている。
各々のデータ点に関する各組のデータがデータ収集シス
テム６８に転送されると、入力回線網６６はリード線６
８ａを通してリセットされ、それによって次のデータ点
に関するデータを計算するための待機状態となる。とこ
ろで、超音波変換器３２は各々の螺旋状走査線６２に沿
ってたとえば７５０のデータ点を設定するような速度で
駆動される。なお、データ間の円周方向間隔は螺旋状走
査線間の距離〈たとえば２ミル）に等しいことが好まし
い。
テム６８に転送されると、入力回線網６６はリード線６
８ａを通してリセットされ、それによって次のデータ点
に関するデータを計算するための待機状態となる。とこ
ろで、超音波変換器３２は各々の螺旋状走査線６２に沿
ってたとえば７５０のデータ点を設定するような速度で
駆動される。なお、データ間の円周方向間隔は螺旋状走
査線間の距離〈たとえば２ミル）に等しいことが好まし
い。
次に第４図に開運して説明すれば、符号器５６から各々
のタイミングパルスが受信されると、パルス発信・受信
器６４の発信部がトリガパルスで超音波変換器３２を駆
動し、それによって溶接部探査用の超音波エネルギーパ
ルスを放射させる。
のタイミングパルスが受信されると、パルス発信・受信
器６４の発信部がトリガパルスで超音波変換器３２を駆
動し、それによって溶接部探査用の超音波エネルギーパ
ルスを放射させる。
かかるトリガパルスに応答して、パルス発信・受信器６
４の受信部は超音波変換器３２が感知した超冴波エコー
を認識するための時間間隔を規定する窓もしくはゲート
を設定する。こうして得られたエコー信号は、第５図中
に７２として示されるようなデー１−制御された高周波
信号から成っている。かかる高周波信号７２には、端栓
溶接部１２の外面から反射されたエコーを表わす相対的
に振幅の大きいリアル７２ａおよび該溶接部の内面から
反射されたエコーを表わす振幅のより小さいリアル７２
ｂが含まれている。探査中のデータ点の下方に位置する
溶接部断面中に欠陥（たとえば気孔）が存在する場合、
それに由来するエコーは欠陥の深さに応じてリプル７２
ａおよび７２ｂ間の様々な位置に存在する更に振幅の小
さいリプル７２ｃとなって現われる。
４の受信部は超音波変換器３２が感知した超冴波エコー
を認識するための時間間隔を規定する窓もしくはゲート
を設定する。こうして得られたエコー信号は、第５図中
に７２として示されるようなデー１−制御された高周波
信号から成っている。かかる高周波信号７２には、端栓
溶接部１２の外面から反射されたエコーを表わす相対的
に振幅の大きいリアル７２ａおよび該溶接部の内面から
反射されたエコーを表わす振幅のより小さいリアル７２
ｂが含まれている。探査中のデータ点の下方に位置する
溶接部断面中に欠陥（たとえば気孔）が存在する場合、
それに由来するエコーは欠陥の深さに応じてリプル７２
ａおよび７２ｂ間の様々な位置に存在する更に振幅の小
さいリプル７２ｃとなって現われる。
再び第４図に関連して説明すれば、このようなゲート制
御された高周波信号７２はリード線６４ａを通して分割
器７４に伝送されて二重に分割された後、出力リード線
７４ａを通して第１の弁別器７６に供給され、また出力
リード線７４ｂを通して第２の弁別器７８に供給される
。弁別器７６は外面からのエコーに由来するりプル７２
ａを探知するように設計されていて、それを探知すると
リード線７６ａを通して時間−ディジタル信号変換器８
０に信号を送り、それによってクロックパルスの計数を
開始させる。他方、弁別器７８は内面からのエコーに由
来するりプル７２ｂを探知するように設計されていて、
それを探知するとリード線７８ａｔ！−通して変換器８
０に信号を送り、それによってクロックパルスの計数を
停止させる。
御された高周波信号７２はリード線６４ａを通して分割
器７４に伝送されて二重に分割された後、出力リード線
７４ａを通して第１の弁別器７６に供給され、また出力
リード線７４ｂを通して第２の弁別器７８に供給される
。弁別器７６は外面からのエコーに由来するりプル７２
ａを探知するように設計されていて、それを探知すると
リード線７６ａを通して時間−ディジタル信号変換器８
０に信号を送り、それによってクロックパルスの計数を
開始させる。他方、弁別器７８は内面からのエコーに由
来するりプル７２ｂを探知するように設計されていて、
それを探知するとリード線７８ａｔ！−通して変換器８
０に信号を送り、それによってクロックパルスの計数を
停止させる。
この変換器８０中に得られた数値は該当するデータ点の
下方における溶接部断面の厚さを表わしていて、リード
線６６ａを通してデータ収集システム６８に伝送される
肉厚データを構成する。なお、溶接部の肉厚は第５図中
の線分８１によって表わされている。
下方における溶接部断面の厚さを表わしていて、リード
線６６ａを通してデータ収集システム６８に伝送される
肉厚データを構成する。なお、溶接部の肉厚は第５図中
の線分８１によって表わされている。
更に第４図に関連して説明すれば、ゲート制御されない
高周波信号７２がパルス発信・受信器６４の受信部から
リード線６４ｂを通して伝送され、遅延線８２によって
遅らされ、増幅器８４によって増幅され、そしてゲート
制御ピーク探知器８６に供給される。このようにして遅
延および増幅を受けた信号は第５図中に８８として示さ
れており、ｉを遅延線８６がもたらす遅延の程度は線分
８７によって表わされている。他方、外面からのエコー
に由来するリアル７２ａを探知した際に弁別器７６から
リード線７６ａを通して送られる信号が（線分８９によ
って表わされるごとく）遅延線９０によって遅らされる
。かかる信号を用いてゲートパルス発生器９２をトリガ
することにより、〈線分９２ａによって表わされる）検
査窓が設定される。かかる検査窓内の高周波信号は、９
３として示されるごとく、ゲート制御ピーク探知器８６
中において更に増幅される。他方、変換器８０において
クロックパルスの計数を開始させるため外面からのエコ
ーに応答して弁別器７６からリード線７６ａ上に送られ
た信号はまた、同様な変換器９４において同じクロック
パルスの計数を開始させる。ゲート制御ピーク探知器８
６からの出力信号９５のＤＣレベルは、検査窓９２ａ内
に存在する（欠陥からのエコーに由来する）増幅された
りプル９３ａのピーク振幅に応じて変化する。この出力
信号が所定の閾値レベル９５ａ３越えると、ゲート制御
ピーク探知器８６はリード線８６ａを通して信号を送り
、それによって変換器９４におけるクロックパルスの計
数を停止させる。変換器９４中に得られたく時間間隔９
７に比例する）数値は、リード線６６ｃを通してデータ
収集システム６８に伝送される。そこにおいて、遅延線
８２がもたらす遅延８７に比例した数値を差引くことに
より、欠陥の深さを表わす正味の数値が得られる。
高周波信号７２がパルス発信・受信器６４の受信部から
リード線６４ｂを通して伝送され、遅延線８２によって
遅らされ、増幅器８４によって増幅され、そしてゲート
制御ピーク探知器８６に供給される。このようにして遅
延および増幅を受けた信号は第５図中に８８として示さ
れており、ｉを遅延線８６がもたらす遅延の程度は線分
８７によって表わされている。他方、外面からのエコー
に由来するリアル７２ａを探知した際に弁別器７６から
リード線７６ａを通して送られる信号が（線分８９によ
って表わされるごとく）遅延線９０によって遅らされる
。かかる信号を用いてゲートパルス発生器９２をトリガ
することにより、〈線分９２ａによって表わされる）検
査窓が設定される。かかる検査窓内の高周波信号は、９
３として示されるごとく、ゲート制御ピーク探知器８６
中において更に増幅される。他方、変換器８０において
クロックパルスの計数を開始させるため外面からのエコ
ーに応答して弁別器７６からリード線７６ａ上に送られ
た信号はまた、同様な変換器９４において同じクロック
パルスの計数を開始させる。ゲート制御ピーク探知器８
６からの出力信号９５のＤＣレベルは、検査窓９２ａ内
に存在する（欠陥からのエコーに由来する）増幅された
りプル９３ａのピーク振幅に応じて変化する。この出力
信号が所定の閾値レベル９５ａ３越えると、ゲート制御
ピーク探知器８６はリード線８６ａを通して信号を送り
、それによって変換器９４におけるクロックパルスの計
数を停止させる。変換器９４中に得られたく時間間隔９
７に比例する）数値は、リード線６６ｃを通してデータ
収集システム６８に伝送される。そこにおいて、遅延線
８２がもたらす遅延８７に比例した数値を差引くことに
より、欠陥の深さを表わす正味の数値が得られる。
ゲートパルス発生器９２によって検査窓９２ ａが閉じ
られた時、ゲート制御ピーク探知器８６の出力信号は検
査窓９２ ａ内において探知された（欠陥からのエコー
に由来する）リプル９３ａの最大ピーク振幅に比例した
レベル９５ｂに位置している。この最大ピーク振幅はリ
ード線８６ｂを通してアナログ−ディジタル変換器９８
に印加され、そこにおいて欠陥振幅データに変換され、
次いで要求に応じリード線６６ｂを通してデータ収集シ
ステム６８に伝送される、１つのデータ点に関する肉厚
データ、欠陥振幅データおよび欠陥深さデータの全部を
受信すると、データ収集システム６８は変換器８０．９
４および９８をゼロにリセットし、それによって入力回
線ｍ６６が次のデータ点に関する高周波エコー信号の探
知を行うための準備をする。
られた時、ゲート制御ピーク探知器８６の出力信号は検
査窓９２ ａ内において探知された（欠陥からのエコー
に由来する）リプル９３ａの最大ピーク振幅に比例した
レベル９５ｂに位置している。この最大ピーク振幅はリ
ード線８６ｂを通してアナログ−ディジタル変換器９８
に印加され、そこにおいて欠陥振幅データに変換され、
次いで要求に応じリード線６６ｂを通してデータ収集シ
ステム６８に伝送される、１つのデータ点に関する肉厚
データ、欠陥振幅データおよび欠陥深さデータの全部を
受信すると、データ収集システム６８は変換器８０．９
４および９８をゼロにリセットし、それによって入力回
線ｍ６６が次のデータ点に関する高周波エコー信号の探
知を行うための準備をする。
次に、欠陥振幅データの意味を第６図に関連して説明し
よう、第６図には、典型的な内部欠陥である気孔が１０
０として示されている。気孔は常に球状の空所として存
在している。矢印１０１〜１０５は、螺旋状走査線６２
（第２図）に沿った５つの連続するデータ点において端
栓溶接部１２に対し放射された超音波エネルギーの探査
パルスを表わしている。探査パルスが気孔１００の上部
境界面において金属−気体界面に突き当たると、それは
反射される。超音波変換器に戻る反射波のエネルギーが
最大になるのは、気孔１００の上部境界面の中心部に入
射する探査パルス１０３の場合であることが理解されよ
う、この場合には、探査パルスの入射角が金属−気体界
面に対して最も垂直に近くなる。気孔１００の大きさが
増加するのに伴い、それの曲率半径は大きくなり、従っ
て中心部における探査パルスの入射角はなお一層垂直に
近くなる。それ故、超音波変換器によって感知される気
孔由来の最大振幅エコーは気孔の大きさに関する信頼可
能な指標となり得るのである。
よう、第６図には、典型的な内部欠陥である気孔が１０
０として示されている。気孔は常に球状の空所として存
在している。矢印１０１〜１０５は、螺旋状走査線６２
（第２図）に沿った５つの連続するデータ点において端
栓溶接部１２に対し放射された超音波エネルギーの探査
パルスを表わしている。探査パルスが気孔１００の上部
境界面において金属−気体界面に突き当たると、それは
反射される。超音波変換器に戻る反射波のエネルギーが
最大になるのは、気孔１００の上部境界面の中心部に入
射する探査パルス１０３の場合であることが理解されよ
う、この場合には、探査パルスの入射角が金属−気体界
面に対して最も垂直に近くなる。気孔１００の大きさが
増加するのに伴い、それの曲率半径は大きくなり、従っ
て中心部における探査パルスの入射角はなお一層垂直に
近くなる。それ故、超音波変換器によって感知される気
孔由来の最大振幅エコーは気孔の大きさに関する信頼可
能な指標となり得るのである。
第６図かられかる通り、探査パルス１０３の両側に位置
する探査パルス１０１．１０２．１０４および１０５に
関しては金属−気体界面への入射角が大きくなっている
。そのため、超音波変換器に戻る反射波のエネルギーは
探査パルス１０２および１０４に関しては探査パルス１
０３の場合よりも弱くなっており、また探査パルス１０
１および１０５に関してはなお一層弱くなっている。探
査パルスは気孔１００のごとき空所を通して伝搬するこ
とはないから、溶接部の下方の内面１２ａからの反射波
はほとんど観測されない、従って、気孔の位置に相当し
たデータ点における肉厚データは得られないのが通例で
ある。
する探査パルス１０１．１０２．１０４および１０５に
関しては金属−気体界面への入射角が大きくなっている
。そのため、超音波変換器に戻る反射波のエネルギーは
探査パルス１０２および１０４に関しては探査パルス１
０３の場合よりも弱くなっており、また探査パルス１０
１および１０５に関してはなお一層弱くなっている。探
査パルスは気孔１００のごとき空所を通して伝搬するこ
とはないから、溶接部の下方の内面１２ａからの反射波
はほとんど観測されない、従って、気孔の位置に相当し
たデータ点における肉厚データは得られないのが通例で
ある。
１２０本以上の螺旋状走査線６２（第２図）から成る溶
接部走査パターンの終了時には、全てのデータ点に関す
る肉厚データ、欠陥振幅データおよび欠陥深さデータが
データ収集システム６８（第３図）中に蓄積されること
になる０次いで、第７図の流れ図に示されたプログラム
に従って計算機７０がデータ解析を開始する。先ず、ブ
ロック１１０によって示されるごとく、最小限界値を越
える欠陥振幅データを与えるようなデータ点が欠陥表示
データ点（ＦＩＤＰ）として識別される。
接部走査パターンの終了時には、全てのデータ点に関す
る肉厚データ、欠陥振幅データおよび欠陥深さデータが
データ収集システム６８（第３図）中に蓄積されること
になる０次いで、第７図の流れ図に示されたプログラム
に従って計算機７０がデータ解析を開始する。先ず、ブ
ロック１１０によって示されるごとく、最小限界値を越
える欠陥振幅データを与えるようなデータ点が欠陥表示
データ点（ＦＩＤＰ）として識別される。
次いで計算機７０は、ブロック１１２によって示される
ごとく、互いに隣接して位置する（すなわち、互いに接
触している）欠陥表示データ点（ＦＩ ＤＰ）を単一の
識別可能なデータ点欠陥群（ＤＰＦＧ）にまとめる０次
に、ブロック１１４によって示されるごとく、計算機７
０は各々のデータ点欠陥群（ＤＰＦＧ）に関する最大の
欠陥振幅データを求め、そしてそれの最大正規化振幅（
ＭＮＡ）を計算する。このような正規化計算は、噴水器
３４（第１図）からの結合液体の温度変化および最大欠
陥振幅データに対応したデータ点における欠陥の深さに
ついて最大欠陥振幅データを補正することから成ってい
る。温度に関する補正は、結合液体の温度変化に原因す
る超音波変換器の焦点距離および感度の変化に補償する
ために行われる。欠陥の深さに関する補正は、既知の大
きさおよび深さを持った欠陥を含む標準端栓溶接部の超
音波検査によって実験的に決定された較正係数を用いて
行われる。
ごとく、互いに隣接して位置する（すなわち、互いに接
触している）欠陥表示データ点（ＦＩ ＤＰ）を単一の
識別可能なデータ点欠陥群（ＤＰＦＧ）にまとめる０次
に、ブロック１１４によって示されるごとく、計算機７
０は各々のデータ点欠陥群（ＤＰＦＧ）に関する最大の
欠陥振幅データを求め、そしてそれの最大正規化振幅（
ＭＮＡ）を計算する。このような正規化計算は、噴水器
３４（第１図）からの結合液体の温度変化および最大欠
陥振幅データに対応したデータ点における欠陥の深さに
ついて最大欠陥振幅データを補正することから成ってい
る。温度に関する補正は、結合液体の温度変化に原因す
る超音波変換器の焦点距離および感度の変化に補償する
ために行われる。欠陥の深さに関する補正は、既知の大
きさおよび深さを持った欠陥を含む標準端栓溶接部の超
音波検査によって実験的に決定された較正係数を用いて
行われる。
次に、ブロック１１６によって示されるごとく、各々の
データ点欠陥群（ＤＰＦＧ）に関する最大正規化振幅（
ＭＮＡ）が品質保証限界値と比較され、そして該限界値
を越えている場合（すなわち、欠陥が許容し得ないほど
に大きい場合）にはその端栓溶接部は不合格とされる４
次いで、各々の走査線に関し、３１算機７０は各々の欠
陥に対応する欠陥表示データ点（ＦＩＤＰ）の数を個別
に計算する（ブロック１１８）、たとえば、第６図に示
された欠陥は探査パルス１０１〜１０５に対応する５つ
のデータ点を含むことになる。こうして得られた数値お
よびデータ点同士の間隔から、各々の走査線中に含まれ
る個々の欠陥の直径Ｘが計算される０次いで、各々の場
合についてその直径を二乗（Ｘ２）することにより、複
数の走査線にそれぞれ対応した複数の端栓溶接部断面の
各々に含まれる各欠陥の断面積の尺度が求められる。気
孔は球状を成しているから、それらの直径を二乗すれば
、各々の断面中に含まれるそれらの断面積のかなり正確
な指標が得られることになる。
データ点欠陥群（ＤＰＦＧ）に関する最大正規化振幅（
ＭＮＡ）が品質保証限界値と比較され、そして該限界値
を越えている場合（すなわち、欠陥が許容し得ないほど
に大きい場合）にはその端栓溶接部は不合格とされる４
次いで、各々の走査線に関し、３１算機７０は各々の欠
陥に対応する欠陥表示データ点（ＦＩＤＰ）の数を個別
に計算する（ブロック１１８）、たとえば、第６図に示
された欠陥は探査パルス１０１〜１０５に対応する５つ
のデータ点を含むことになる。こうして得られた数値お
よびデータ点同士の間隔から、各々の走査線中に含まれ
る個々の欠陥の直径Ｘが計算される０次いで、各々の場
合についてその直径を二乗（Ｘ２）することにより、複
数の走査線にそれぞれ対応した複数の端栓溶接部断面の
各々に含まれる各欠陥の断面積の尺度が求められる。気
孔は球状を成しているから、それらの直径を二乗すれば
、各々の断面中に含まれるそれらの断面積のかなり正確
な指標が得られることになる。
次に、各々のデータ点に関する肉厚データが実験的に決
定された較正係数を用いて正規化され、そして溶接部の
最小肉厚が求められる（ブロック１２０）、欠陥の存在
のために肉厚データを得ることのできないデータ点に対
しては、それらの欠陥の直後のデータ点の肉厚データと
同等な肉厚データが割当てられる。溶接部の最小肉厚が
品質像は、その端栓溶接部は不合格とされる（ブロック
１２２）。次いで、ブロック１２４によって示されるご
とく、各々の走査線中のデータ点に関する正規化された
肉厚データを加算することにより、該当する断面中にお
ける溶接部の総断面積に比例する合計値が求められる。
定された較正係数を用いて正規化され、そして溶接部の
最小肉厚が求められる（ブロック１２０）、欠陥の存在
のために肉厚データを得ることのできないデータ点に対
しては、それらの欠陥の直後のデータ点の肉厚データと
同等な肉厚データが割当てられる。溶接部の最小肉厚が
品質像は、その端栓溶接部は不合格とされる（ブロック
１２２）。次いで、ブロック１２４によって示されるご
とく、各々の走査線中のデータ点に関する正規化された
肉厚データを加算することにより、該当する断面中にお
ける溶接部の総断面積に比例する合計値が求められる。
その後、プロ・ツク１２６によって示されるごとく、各
々の断面に関して計算された溶接部の総断面積から該断
面中に含まれる欠陥の断面積×２ （ブロック１１８）
を筋引くことにより、各々の断面（または走査Ｉりに関
する正味の溶接部断面積（Ａ）が導き出される。
々の断面に関して計算された溶接部の総断面積から該断
面中に含まれる欠陥の断面積×２ （ブロック１１８）
を筋引くことにより、各々の断面（または走査Ｉりに関
する正味の溶接部断面積（Ａ）が導き出される。
いずれかの断面に関する最小の正味溶接部断面積が所定
の限界値を下回る場りには、その端栓溶接部は不合格と
される（ブロック１２８）。
の限界値を下回る場りには、その端栓溶接部は不合格と
される（ブロック１２８）。
端栓溶接部に関する最後の品質保証検査は、ブロック１
３０によって示されるごとく、被覆管１６の開放端中へ
の溶込みの程度を判定することである。第８図の断面図
には、溶接に先立って被覆管１６に端栓１４を嵌め込ん
だ状態が示されている。これらの部品間の本来の継目は
１２ｂとして示されている。第９図の断面図には、合格
と判定される溶込みの程度が示されている。この場合に
は、ナゲツト１３２が継目１２ａよりもかなり内方に至
るまで被覆管１６の開放端に溶込んでいることがわかる
。端栓溶接部１２は回転心土しストップ２６（第１図）
によって検査ステーション１０内に正確に配置されてい
るから、超音波走査パターン中における継目１２ｂの位
置は既知である。
３０によって示されるごとく、被覆管１６の開放端中へ
の溶込みの程度を判定することである。第８図の断面図
には、溶接に先立って被覆管１６に端栓１４を嵌め込ん
だ状態が示されている。これらの部品間の本来の継目は
１２ｂとして示されている。第９図の断面図には、合格
と判定される溶込みの程度が示されている。この場合に
は、ナゲツト１３２が継目１２ａよりもかなり内方に至
るまで被覆管１６の開放端に溶込んでいることがわかる
。端栓溶接部１２は回転心土しストップ２６（第１図）
によって検査ステーション１０内に正確に配置されてい
るから、超音波走査パターン中における継目１２ｂの位
置は既知である。
走査は、１３４として示されるような、ナゲツト１３２
よりも内方に位置する被覆管の非溶接部において開始さ
れる。螺旋状走査線に沿った走査の進行に伴って肉厚デ
ータが得られるが、露出したナゲツト表面が端栓表面と
溶は合う点１３６に達すると溶接部の内面から反射した
エコーは得られなくなる。それ以後は、反対側の外面か
ら反射したエコーが得られることになるが、これはパル
ス発信・受信器６４（第３図）のゲートの外側に位置し
ている。継目１２ｂと整列した点１４０に達するまでの
既知の走査線数（すなわち、第９図中の軸方向寸法１４
２）から、所属する全てのデータ点において肉厚データ
が得られなくなる最初の走査線（点１３６）に達するま
での走査線数（すなわち、第９図中の軸方向寸法１３８
）を差引けば、溶込みの程度を表わす数値（すなわち、
第９図中の軸方向寸法１４４）が得られることになる。
よりも内方に位置する被覆管の非溶接部において開始さ
れる。螺旋状走査線に沿った走査の進行に伴って肉厚デ
ータが得られるが、露出したナゲツト表面が端栓表面と
溶は合う点１３６に達すると溶接部の内面から反射した
エコーは得られなくなる。それ以後は、反対側の外面か
ら反射したエコーが得られることになるが、これはパル
ス発信・受信器６４（第３図）のゲートの外側に位置し
ている。継目１２ｂと整列した点１４０に達するまでの
既知の走査線数（すなわち、第９図中の軸方向寸法１４
２）から、所属する全てのデータ点において肉厚データ
が得られなくなる最初の走査線（点１３６）に達するま
での走査線数（すなわち、第９図中の軸方向寸法１３８
）を差引けば、溶込みの程度を表わす数値（すなわち、
第９図中の軸方向寸法１４４）が得られることになる。
この数値が品質保証のために設定された最小値を下回る
場合には、その端栓溶接部は不合格とされる（ブロック
１４６）。
場合には、その端栓溶接部は不合格とされる（ブロック
１４６）。
第７図の流れ図中に含まれるブロック１４８は、肉厚デ
ータの解析によって溶接条件の変動もまた検査されるこ
とを表わしている。すなわち、ナゲツト１３２の体積が
計算されると共に、横断方向および軸方向の平面内にお
けるナゲツトの断面積の均一性が検査される。また、円
周方向におけるナゲツトの縁端１３２ａおよび１３２ｂ
の一様性も検査される。これらの検査から得られた情報
を使用することにより、溶接部の幾何学的特性が監視さ
れ、そしてそれらの特性が許容基準から外れる傾向を示
す場合には溶接パラメータの調整の必要件が作業員に警
告される。あるいはまた、このような情報を使用するこ
とにより、溶接パラメータのフィードバック制御を自動
的に行うことも可能である。
ータの解析によって溶接条件の変動もまた検査されるこ
とを表わしている。すなわち、ナゲツト１３２の体積が
計算されると共に、横断方向および軸方向の平面内にお
けるナゲツトの断面積の均一性が検査される。また、円
周方向におけるナゲツトの縁端１３２ａおよび１３２ｂ
の一様性も検査される。これらの検査から得られた情報
を使用することにより、溶接部の幾何学的特性が監視さ
れ、そしてそれらの特性が許容基準から外れる傾向を示
す場合には溶接パラメータの調整の必要件が作業員に警
告される。あるいはまた、このような情報を使用するこ
とにより、溶接パラメータのフィードバック制御を自動
的に行うことも可能である。
言うまでもないが、第７図に示された作業系列は単に例
示的なものであって、実際には各種の品質保証検査を様
々に異なる順序で実施することができる。
示的なものであって、実際には各種の品質保証検査を様
々に異なる順序で実施することができる。
データ解析計算機７０は、自動化された流れ作業方式に
基づいて端栓溶接部の合格または不合格を判定するばか
りでなく、（特に不合格とされた端栓溶接部に関して）
溶接部検査データをカラーモニタ７０ｂ上にグラフとし
て表示するようにプログラムすることもできる。かかる
グラフにおいては、軸方向に沿って互いに離隔した走査
線が一方の座標軸に沿ってプロットされると共に、円周
方向に沿って互いに離隔した各走査線上のデータ点が他
方の座標軸に沿ってプロットされる。肉厚データは色の
変化によって表示される。また、含まれる欠陥は空白と
して表示される。このようなグラフのハードコピーがプ
リンタ・プロッタ７０ａによって作成される。データ解
析計算機７０はまた、特定の半径方向または軸方向断面
について被覆管および溶接部の肉厚を表示するグラフを
作成するために必要な全てのデータを含んでいる。
基づいて端栓溶接部の合格または不合格を判定するばか
りでなく、（特に不合格とされた端栓溶接部に関して）
溶接部検査データをカラーモニタ７０ｂ上にグラフとし
て表示するようにプログラムすることもできる。かかる
グラフにおいては、軸方向に沿って互いに離隔した走査
線が一方の座標軸に沿ってプロットされると共に、円周
方向に沿って互いに離隔した各走査線上のデータ点が他
方の座標軸に沿ってプロットされる。肉厚データは色の
変化によって表示される。また、含まれる欠陥は空白と
して表示される。このようなグラフのハードコピーがプ
リンタ・プロッタ７０ａによって作成される。データ解
析計算機７０はまた、特定の半径方向または軸方向断面
について被覆管および溶接部の肉厚を表示するグラフを
作成するために必要な全てのデータを含んでいる。
以上の説明から、前記に記載された本発明の目的は（本
明細書中において自ら明らかとなるものを含めて）効果
的に達成されることがわかる。また、本発明の範囲から
逸脱することなしに各種の変更態様が可能であるから、
本明細書中に記載された全ての内容は制限的なものでは
なく例示的なものと解すべきである。
明細書中において自ら明らかとなるものを含めて）効果
的に達成されることがわかる。また、本発明の範囲から
逸脱することなしに各種の変更態様が可能であるから、
本明細書中に記載された全ての内容は制限的なものでは
なく例示的なものと解すべきである。
第１図は核燃料被覆管の開放端に端栓を接合する溶接部
を検査するための溶接部検査ステーションの概略側面図
、第２図は端栓溶接部を検査するために使用される超音
波走査パターンを示す拡大部分側面図、第３図は第１図
の検査ステーションから得られた溶接部検査データを処
理するための回路のブロック図、第４図は第３図に示さ
れた入力回線網の細部を示す回路ブロック図、第５図は
第４図の入力回線網の動作を示す信号タイミング図、第
６図は気孔を含む端栓溶接部の一部の断面図、第７図は
第３図中のデータ解析計算機の動作プログラムを示す流
れ図、第８図は溶接に先立って肢覆管に端栓を嵌め込ん
だ状態を示す部分断面図、そして第９図は典型的な端栓
溶接部を示す部分断面図である。 図中、１０は溶接部検査ステーション、１２は端栓溶接
部、１４は端栓、１６は核燃料被覆管、１９はピンチロ
ーラ駆動手段、２０は空気圧チャック、２４はテーブル
、２６は回転心出しストップ、２８は軸受、３２は超音
波変換器、３４は噴水器、３８は滑り台、４２はステッ
ピングモータ、５０は電動機、５６は角位置符号器、６
２は螺旋状走査線、６２ａは線分、６４はパルス発信・
受信器、６６は入力回線網、６８はデータ収集システム
、７０はデータ解析計算機、７０ａはプリンタ・プロッ
タ、７０ｂはカラーモニタ、７２はエコー信号、７４は
分割器、７６および７８は弁別器、８０は時間−ディジ
タル信号変換器、８２は遅延線、８４は増幅器、８６は
ゲート制御ピーク探知器、９０は遅延線、９２はゲート
パルス発生器、９４は時間−ディジタル信号変換器、９
４はアナログ−ディジタル変換器、１００は気孔、１０
１〜１０５は探査パルス、そして１３２はナゲツトを表
わす。
を検査するための溶接部検査ステーションの概略側面図
、第２図は端栓溶接部を検査するために使用される超音
波走査パターンを示す拡大部分側面図、第３図は第１図
の検査ステーションから得られた溶接部検査データを処
理するための回路のブロック図、第４図は第３図に示さ
れた入力回線網の細部を示す回路ブロック図、第５図は
第４図の入力回線網の動作を示す信号タイミング図、第
６図は気孔を含む端栓溶接部の一部の断面図、第７図は
第３図中のデータ解析計算機の動作プログラムを示す流
れ図、第８図は溶接に先立って肢覆管に端栓を嵌め込ん
だ状態を示す部分断面図、そして第９図は典型的な端栓
溶接部を示す部分断面図である。 図中、１０は溶接部検査ステーション、１２は端栓溶接
部、１４は端栓、１６は核燃料被覆管、１９はピンチロ
ーラ駆動手段、２０は空気圧チャック、２４はテーブル
、２６は回転心出しストップ、２８は軸受、３２は超音
波変換器、３４は噴水器、３８は滑り台、４２はステッ
ピングモータ、５０は電動機、５６は角位置符号器、６
２は螺旋状走査線、６２ａは線分、６４はパルス発信・
受信器、６６は入力回線網、６８はデータ収集システム
、７０はデータ解析計算機、７０ａはプリンタ・プロッ
タ、７０ｂはカラーモニタ、７２はエコー信号、７４は
分割器、７６および７８は弁別器、８０は時間−ディジ
タル信号変換器、８２は遅延線、８４は増幅器、８６は
ゲート制御ピーク探知器、９０は遅延線、９２はゲート
パルス発生器、９４は時間−ディジタル信号変換器、９
４はアナログ−ディジタル変換器、１００は気孔、１０
１〜１０５は探査パルス、そして１３２はナゲツトを表
わす。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、（ａ）検査ステーション内に薄肉管を導入するため
の手段、 （ｂ）前記薄肉管の溶接部を軸方向基準位置に配置する
ようにして、前記検査ステーション内への前記薄肉管の
導入を停止させるための手段、 （ｃ）前記基準位置において前記薄肉管をそれの中心軸
の回りに回転させるための手段、（ｄ）超音波変換器、 （ｅ）前記溶接部を包囲しながら軸方向に沿つて互いに
離隔した複数の円周方向走査線から成る所定の走査パタ
ーンを実現するため、回転する前記薄肉管の中心軸に平
行な経路に沿って前記超音波変換器を移動させるための
手段、 （ｆ）前記超音波変換器にパルスを送ることにより、前
記走査パターンを構成する前記走査線に沿つて分布した
複数のデータ点において溶接部探査用の超音波エネルギ
ーを放射させるための手段、 （ｇ）各々のデータ点における前記超音波エネルギーの
反射波からエコー信号を得るための手段、 （ｈ）前記エコー信号を探知することにより、各々のデ
ータ点における前記溶接部の肉厚を表わす肉厚データ、
および各々のデータ点において前記溶接部中に含まれる
欠陥の存在を表わす欠陥振幅データを導き出すための手
段、並びに （ｉ）全てのデータ点に関する前記肉厚データおよび前
記欠陥振幅データを解析することにより、 （１）前記溶接部に含まれた各々の欠陥に関する最大の
欠陥振幅データを求めて、前記最大の欠陥振幅データの
それぞれが表わす欠陥の大きさが許容限界値を越えてい
ないかどうかを判定すると共に、 （２）前記溶接部の最小肉厚を求めて、前記最小肉厚が
許容限界値を下回っていないかどうかを判定するための
手段の諸要素から成ることを特徴とする、薄肉管の溶接
部を検査するための検査ステーション。 ２、前記薄肉管回転手段に同期しながら駆動されて前記
超音波変換器作動手段および前記超音波変換器移動手段
を制御し、それによって前記溶接部に対する前記データ
点の位置を設定するために役立つ角位置符号器が追加包
含される請求項１記載の検査ステーション。 ３、前記走査パターンが複数の螺旋状走査線から成る螺
旋状の形状を有する請求項２記載の検査ステーション。 ４、前記超音波変換器移動手段には、前記角位置符号器
により制御されて前記薄肉管の回転中に所定の角間隔で
前記超音波変換器を前記経路に沿って段階的に移動させ
るためのステッピングモータが含まれる結果、前記螺旋
状走査線の各々は軸方向に沿って位置のずれた複数の円
周方向線分から成る請求項３記載の検査ステーション。 ５、前記エコー信号探知手段には、 （１）前記溶接部の外面からの超音波エネルギー反射波
を探知するための第１の弁別器、（２）前記溶接部の内
面からの超音波エネルギー反射波を探知するための第２
の弁別器、並びに （３）前記第１および第２の弁別器に応答して、前記溶
接部の外面および内面からの超音波エネルギー反射波間
の時間間隔を前記肉厚データに変換するための第１の変
換器が含まれる請求項２記載の検査ステーション。 ６、前記エコー信号探知手段にはまた、前記溶接部に含
まれる欠陥によって生じかつ前記溶接部の外面および内
面からの超音波エネルギー反射波間の時間間隔中に存在
する超音波エネルギー反射波の最大ピーク振幅を探知す
るためのピーク探知器が含まれていて、こうして探知さ
れた前記最大ピーク振幅は前記欠陥振幅データに変換さ
れる請求項５記載の検査ステーション。 ７、前記エコー信号探知手段にはまた、前記第１の弁別
器および前記ピーク探知器に応答して、前記溶接部の外
面からの超音波エネルギー反射波の探知と前記欠陥によ
って生じた超音波エネルギー反射波の探知との間の時間
間隔を、前記溶接部の外面から測定した前記欠陥の位置
を表わす欠陥深さデータに変換するための第２の変換器
が含まれる請求項６記載の検査ステーション。 ８、前記データ解析手段において、特定のデータ点に関
する最大の欠陥振幅データが前記特定のデータ点に関す
る前記欠陥深さデータを用いて正規化される請求項７記
載の検査ステーション。 ９、前記エコー信号探知手段にはまた、前記ピーク探知
器に印加される前記エコー信号を遅延させかつ増幅する
ための手段、並びに前記第１の弁別器に応答して前記溶
接部の外面および内面からの超音波エネルギー反射波間
の時間間隔中に検査窓を設定するためのゲートパルス発
生手段が含まれていて、前記ピーク探知器は遅延および
増幅を受けた前記エコー信号中に含まれる欠陥由来の超
音波エネルギー反射波を前記検査窓内において探知する
ことができる請求項８記載の検査ステーション。 １０、前記溶接部が核燃料被覆管の一方の開放端に端栓
を接合している場合において、前記導入手段は前記被覆
管を軸方向に沿って前記検査ステーション内に導入する
ために役立ち、かつ前記停止手段は前記端栓を受入れて
前記溶接部を前記軸方向基準位置に配置するために役立
つ回転心出しストップを含む請求項８記載の検査ステー
ション。 １１、前記データ解析手段が前記肉厚データを解析する
ことにより、前記被覆管の開放端中への前記溶接部の溶
込みの程度が判定される請求項１０記載の検査ステーシ
ョン。 １２、前記データ解析手段が、 （１）各々の走査線の全周にわたって前記肉厚データを
解析することにより、該当する断面中における溶接部総
断面積を求め、 （２）各々の欠陥に関する前記欠陥振幅データを解析す
ることにより、各々の走査線に沿った前記欠陥の寸法を
求めてそれを二乗し、それによって各々の走査線中に含
まれる欠陥断面積を計算し、次いで （３）各々の走査線に関して前記溶接部総断面積から前
記欠陥断面積を差引くことにより、該当する断面中にお
ける正味の溶接部断面積を求めるようにプログラムされ
ている請求項１１記載の検査ステーション。 １３、（ａ）薄肉管の溶接部を軸方向基準位置に配置し
、 （ｂ）前記薄肉管を回転させ、 （ｃ）回転する前記薄肉管の中心軸に平行な経路に沿っ
て超音波変換器を移動させることにより、前記溶接部を
包囲しながら軸方向に沿って互いに離隔した複数の円周
方向走査線から成る所定の走査パターンを実現し、 （ｄ）前記超音波変換器にパルスを送ることにより、前
記走査パターンを構成する前記走査線に沿って分布した
複数のデータ点において溶接部探査用の超音波エネルギ
ーを放射させ、 （ｅ）各々のデータ点における前記超音波エネルギーの
反射波からエコー信号を得、 （ｆ）前記エコー信号を探知することにより、各々のデ
ータ点における前記溶接部の肉厚を表わす肉厚データ、
および各々のデータ点において前記溶接部中に含まれる
欠陥の存在を表わす欠陥振幅データを導き出し、 （ｇ）所定の限界値を越えるような欠陥振幅データを与
えるデータ点を、互いに隣接したデータ点から成る個別
の欠陥群にまとめ、 （ｈ）各々の欠陥群において最大の欠陥振幅データを与
えるデータ点を識別し、次いで （ｉ）各々の欠陥群に関する前記最大の欠陥振幅データ
を第１の品質保証限界値と比較することにより、前記溶
接部を合格とすべきかどうかを判定する諸工程から成る
ことを特徴とする薄肉管の溶接部の非破壊検査方法。 １４、全てのデータ点に関する前記肉厚データを解析し
て前記溶接部の最小肉厚を求め、次いで前記最小肉厚を
第２の品質保証限界値と比較することにより前記溶接部
を合格とすべきかどうかを判定する工程が追加包含され
る請求項１３記載の方法。 １５、前記エコー信号を探知することにより、欠陥振幅
データを与える全てのデータ点に関して前記溶接部の表
面から測定した欠陥の深さを表わす欠陥深さデータを導
き出すと共に、同じデータ点に関する前記欠陥深さデー
タを用いて各々の欠陥に関する前記最大の欠陥振幅デー
タを補正することによって各々の欠陥に関する単一の正
規化させる最大欠陥振幅データを求め、次いでそれを前
記第１の品質保証限界値と比較する工程が追加包含され
る請求項１３記載の方法。 １６、前記超音波変換器と前記溶接部の表面との間に結
合液体を供給し、前記結合液体の温度を監視し、次いで
前記結合液体の温度の変化に対して各々の欠陥に関する
前記最大の欠陥振幅データを補正する工程が追加包含さ
れる請求項１５記載の方法。 １７、各々の走査線に沿って各々の欠陥中に対応するデ
ータ点の数を計数することによって該欠陥の寸法を測定
し、次いで各々の欠陥に関する前記寸法を二乗すること
によって各々の走査線中に含まれる各々の欠陥断面積を
計算する工程が追加包含される請求項１３記載の方法。 １８、各々の走査線中に含まれる全てのデータ点に関す
る前記肉厚データを個別に加算することにより、各々の
走査線に該当した断面中における溶接部総断面積を求め
、前記溶接部総断面積から前記欠陥断面積を差引くこと
によって各々の走査線に関する正味の溶接部断面積を計
算し、次いで最小の正味溶接部断面積を第２の品質保証
限界値と比較することによって前記溶接部を合格とすべ
きかどうかを判定する工程が追加包含される請求項１７
記載の方法。 １９、有効な肉厚データが得られないデータ点に関して
は、各々の走査線に該当した断面中における溶接部総断
面積の計算に際して最も近接したデータ点の有効な肉厚
データを使用する工程が追加包含される請求項１８記載
の方法。 ２０、前記溶接部が核燃料被覆管の一方の開放端に端栓
を接合している場合において、前記被覆管の本来の開放
端から既知の距離にある前記被覆管の非溶接部の位置か
ら前記走査パターンの最初の走査線を開始し、所属する
全てのデータ点において肉厚データが得られなくなる最
初の走査線を識別し、こうして識別された走査線の位置
を知ることによって前記被覆管の開放端中への前記溶接
部の溶込みの程度を計算し、次いで前記溶込みの程度を
第２の品質保証限界値と比較することによって前記溶接
部を合格とすべきかどうかを判定する工程が追加包含さ
れる請求項１５記載の方法。 ２１、全てのデータ点に関する前記肉厚データを解析し
て前記溶接部の最小肉厚を求め、次いで前記最小肉厚を
第３の品質保証限界値と比較することによって前記溶接
部を合格とすべきかどうかを判定する工程が追加包含さ
れる請求項２０記載の方法。 ２２、前記エコー信号を探知することにより、欠陥振幅
データを与える全てのデータ点に関して前記溶接部の表
面から測定した欠陥の深さを表わす欠陥深さデータを導
き出すと共に、同じデータ点に関する前記欠陥深さデー
タを用いて各々の欠陥に関する前記最大の欠陥振幅デー
タを補正することによって各々の欠陥に関する単一の正
規化させる最大欠陥振幅データを求め、次いでそれを前
記第１の品質保証限界値と比較する工程が追加包含され
る請求項２０記載の方法。 ２３、前記超音波変換器と前記溶接部の表面との間に結
合液体を供給し、前記結合液体の温度を監視し、次いで
前記結合液体の温度の変化に対して各々の欠陥に関する
前記最大の欠陥振幅データを補正する工程が追加包含さ
れる請求項２２記載の方法。 ２４、各々の走査線に沿って各々の欠陥中に対応するデ
ータ点の数を計数することによって該欠陥の寸法を測定
し、次いで各々の欠陥に関する前記寸法を二乗すること
によって各々の走査線中に含まれる各々の欠陥断面積を
計算する工程が追加包含される請求項２０記載の方法。 ２５、各々の走査線中に含まれる全てのデータ点に関す
る前記肉厚データを個別に加算することにより、各々の
走査線に該当した断面中における溶接部総断面積を求め
、前記溶接部総断面積から前記欠陥断面積を差引くこと
によって各々の走査線に関する正味の溶接部断面積を計
算し、次いで最小の正味溶接部断面積を第２の品質保証
限界値と比較することによって前記溶接部を合格とすべ
きかどうかを判定する工程が追加包含される請求項２４
記載の方法。 ２６、有効な肉厚データが得られないデータ点に関して
は、各々の走査線に該当した断面中における溶接部総断
面積の計算に際して最も近接したデータ点の有効な肉厚
データを使用する工程が追加包含される請求項２５記載
の方法。 ２７、前記肉厚データを解析することによつて溶接条件
の変動を検査する工程が追加包含される請求項２５記載
の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US250,187 | 1988-09-28 | ||
| US07/250,187 US5108693A (en) | 1988-09-28 | 1988-09-28 | Non-destructive dimensional and flaw inspection of thin wall tube weldments |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02120659A true JPH02120659A (ja) | 1990-05-08 |
| JPH0664020B2 JPH0664020B2 (ja) | 1994-08-22 |
Family
ID=22946658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1242407A Expired - Fee Related JPH0664020B2 (ja) | 1988-09-28 | 1989-09-20 | 薄肉管溶接部の非破壊的な寸法および欠陥検査 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5108693A (ja) |
| EP (1) | EP0361890B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0664020B2 (ja) |
| CA (1) | CA1320759C (ja) |
| DE (1) | DE68919789T2 (ja) |
| ES (1) | ES2064454T3 (ja) |
Cited By (3)
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