JPS5913706B2 - 溶接部位置検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はオーステナイト系ステンレス鋼を主体とする材
料の溶接部をフェライト量を検出するこ ・とで溶接部
の位置を検出し溶接部に添つて移動するフェライト量測
定軌道修正機能を具備する溶接部位置検出装置に関する
。

原子力発電プラントおよび化学プラント等の特に腐蝕に
よる容器内容物の汚れをきらラ容器、配管等にはオース
テナイト系ステンレス鋼を主体と５ する材料を使用す
る場合が多い。

オーステナイト系ステンレス鋼を主体とする材料の溶接
部は、一般炭素鋼材同様容器製作時および使用中に、各
種の非破壊検査を行う場合があり、特に原子力プラント
の場合には溶接部を建設時および使用期間中’ｏ に超
音波探傷試験等で健全性を調べる必要がある。この為溶
接施行時に予じめ溶接部にそつてレール等を、取付けて
おくことによつて、レール上を走る駆動機構によつて実
施することは広く行われている。しかし、レールが溶接
部にそつて平行であ″５ るかどうかは、建設時のレー
ルの取付けによる以外検出出来ず、ことに原子炉格納容
器内では１度取付けたレールが何らかの外力によつて位
置が変つても矯正することは放射線被曝量が多く不可能
である場合が多い。またレールのない部分を真空！０
吸着等で超音波プローブを移動する例はあるが方向定め
が自動操作の場合に特に難しい゜又、オーステナイト系
ステンレス鋼を主体とする材料溶接部の溶接表面をグラ
インダ等で表面仕上をした場合は溶接位置が全く肉眼で
判別できない場合があ’５ る。溶接部を超音波探傷試
験、アコースチツクエミツシヨン、放射線透過試験など
の非破壊検査を行う場合には、溶接部がどこか、はつき
りしないと検査を実施し解析することが出来ない。特に
超音波探傷試験では溶接部の位置を正確に知る必要■０
がある。溶接部の位置を正確に知る方法は、超音波に
よつて母材と溶接部の超音波の減衰量の違いによる方法
、微量の電気抵抗の違いによる方法、フェライト量（以
下磁化を強さを測定する一般の意味として用いる）の違
いによる方法などがある。■５ 本発明は前記のオース
テナイト系ステンレス鋼を主体とする材料溶接部のフェ
ライト量が母材と異ることを利用して、レール上（また
は無軌道上）を溶接部にそつて軌道修正しながら超音波
探傷試験を行い、溶接部の交叉点または一溶接線の終了
点を検知することで進行方向を替えることの出来る、軌
道修正および進行方向転換機能を具備した溶接部位置検
出方法と装置を得ることを目的とする。即ち本発明は直
進方向（レールまたは固有軌道のない場合も含む）用の
主動作機構、溶接線の中心へ軌道を修正するための軌道
修正機構（センサー）および溶接部の終点または起点お
よび交叉部等を検知し進行方向を替える方向転換機構（
センサー）から成るオーステナイト系ステンレス鋼を主
体とする材料溶接部の溶接位置を検出し、軌道修正し方
向転換出来ることを特徴とするものである。

以下図面を参照し本発明の一実施例を説明する。

第１図ａは第１図ｂのオーステナイト系ステンレス鋼を
主体とする材料母材１に溶接部２がある場合のフエライ
ト量の分布を示し、フエライト量を縦軸にとると溶接部
はフエラィト量が多く（一般に３〜１２％）なるためフ
エラィト量で溶接部が検出できることを現わす図である
。この図から分る様に台形波形であるためフエラィト量
は、溶接部を離れると急激に減少する。第１図Ａｆ）Ｉ
Ａ″７は、場合により異るがＯ〜３ｕ、７Ｂ０は第１図
ｂの溶接部２の表面巾の大きさによつても異り一概に定
らない。第２図イ，口，ハは各種の軌道をフエライト量
を検出しながら進んで行く様子を示している。第２図イ
はフエライト量を検知することによつて、溶接線上を直
進する場合の例で図上の縦軸をＹ、横軸をＸとする。（
）内のＸ，Ｙは主動作方向（進行方向）がＸ軸（横軸）
の場合の例を示ず。第２図イでは主動作方向は縦軸（Ｙ
軸）の場合を示し上向きに動く機構Ｙの軌道をフエライ
ト量を検出して、軌道修正Ｘしながら進んでゆく。進ん
で行く様子を連続的に示ずと図上の千鳥状になる。この
進行方向速度と軌道修正量との関係が超音波探傷結果に
及ぼす影響は大きいので進行速度を０．５〜５ＷＩＪ！
ｌ／Ｓ１軌道修正量を０．５〜２ｕとすることが望まし
い。変形例としては１ケのセンサーを溶接巾上を定期的
にある量振らすことによつても溶接中心位置を定めるこ
とが出来る。第２図口は溶接部がＴ型になつている場合
で、縦上向きに進行中に溶接縦はぎの終点をこえ母材１
に達すると定められた量以下のフエライト量になるので
自動的に主動作方向を切換えた例であり溶接線上を進行
する１つのセンサーで方向を切換る例を示したものであ
る。一定速度（ここではＹ軸）で主動作系機構は上昇す
る。センサーからのフエラィト量を検出することで軌道
は修正（Ｘ軸）されフエライト量の大きい所を見つけな
がらフエライト量の大きい方へ軌道修正される。ここで
主動作系が一定速度で上へ動いているので、横はぎの溶
接部と母材部の境界層を越えるあたりへ、センサーが移
動するとフエライト量が急激に減少し始める（第１図参
照）のでフエライト量を前もつて測定しておけば、ある
値以下になつた時、予じめ指定した右（または左）方向
（Ｘ軸）へ主動作方向が切換（方向転換）り、横はぎを
軌道修正（Ｙ軸）しながら進むことになる。このフエラ
ィト量の減少はオーステナイト系ステンレス鋼を主体と
する材料では１〜４％のフエライト量になつた時方向を
転換することが望しい。第２図ハは、横はぎと縦はぎ溶
接が交叉または接続した場合を示し縦はぎが連続してい
る場合は、第２図口の方法ではフエラィト量変化がない
ので交叉部で左（右）に曲る（方向転換）ことは出来な
い。そのためこのハの方法では溶接部以外に溶接部と平
行して前後または同時に、他のフエライトセンサ一８を
走らせることによつて溶接部上を走るフエライトセンサ
一４の方向を溶接の交叉部または接続部で替えることが
出来る。この原理は口の場合はフエライト量の減少を検
知したのに対してハの場合には母材上を進行してきたセ
ンサーが横はぎ（縦はぎ）溶接部でフエライト量の増加
を検知し、横はぎ（縦はぎ）溶接部に到達したことが判
り、方向転換できることを示す。もちろんこのハの方法
によれば口の方法によらないでも口のＴ型交叉の方向転
換は可能である。溶接部上を進路を変えて元来た道を戻
ることももちろん可能である。前述のごとく説明を容易
にするためＸ，Ｙ軸を主として説明してきたが、平面（
曲面を含む）上のあらゆる方向へ第３図に示す主動作駆
動機構５と軌道修正駆動機構４の組合せで動作を行なう
ことができる。第３図はフエラィトを検知して溶接部を
直進し、溶接の交叉部で直進または進行方向を変えるこ
とが出来るように考えたシステムダイアグラムである。
オーステナイト系ステンレス鋼母材１の溶接部２上にフ
エライトセンサ一３イを接触（直接接触によりセンサー
の接点が摩耗する場合にはシユ一をはかせる、もちろん
この時は校正が必要である）させフエライト量を測定す
る、このフエライトセンサ一３イは軌道修正用（第２図
口の場合は軌道修正、方向転換兼用）であり主動作駆動
機構５上で軌道修正を行う軌道修正駆動機構４イに取付
けられている。方向転換用センサー３０は母材１のフエ
ラィト量を母材１に接触（直接接触により、センサーの
接点が摩耗する場合にはシユ一をはかせる、もちろんこ
の時は校正が必要である）させながら測定する。構造は
動作を主に分けると直進動作用５、軌道修正用４イ，３
イ方向転換用３０の３つに分けられる。始めに、溶接部
上を直進する場合については、軌道修正駆動機構４のフ
エライト量測定センサー３イで検出したフエラィト量を
フエライト量検出計７（チヤンネル一１）で検出し軌道
修正装置８（第２図口の場合には方向転換装置へも信号
を送つても良い）で修正し制御装置からの信号で軌道を
修正することが出来る。直進は制御装置からの信号によ
り主動作用駆動機構５により直進（一般には定速度が望
しいが必要により変化させても良い）する。次ぎに方向
転換、第２図ハの場合には直進用の軌道修正機構４、セ
ンサー３イと共に主動作駆動機構５に取付けられた方向
転換用センサー３０が同時に直進して行く、母材１のフ
エライト量（オーステナイト系ステンレス鋼を主体とす
る材料ではフエライト量が０．５％以下の場合が多い）
をフエライト量検出計７（例チヤンネル一２）で測定し
方向転換用センサー３０が溶接部に接近するとフエラィ
ト量が急激に増すので予じめ定めた値以上のフエライト
量の増加により方向転換装置９からの信号で制御装置１
０から主動作機構５へ方向転換する信号を送ることで直
進から左右または元来た道を逆に戻る運動を行うことが
出来る。第４図は溶接線の巾が狭い場合の例イと広い場
合の例口を示したものである。第４図に示すようにフエ
ラィト量測定センサーの測定脚を図のように溶接線に直
角におくことで約１藺の精度で溶接中心を測定すること
が出来る。溶接の巾の広い場合には１つのセンサーでは
溶接部の中心を約１ｍＪ１の精度で検出することは出来
ないので、口のようにセンサーを２ケ以上用意し、２ケ
の差が少い方向へ、且つフエラィト量の多い方向へ移動
するようにしておくことが必要である。第５図にはフエ
ライト量を検出しながらオーステナイト系ステンレス鋼
溶接部に添つて動作する駆動装置の例を示したもので第
５図Ａには溶接線に交叉部がない場合の例であり主動作
用レール１３はオーステナイト系ステンレス鋼母材１に
溶接されている。この主動作レール１３上を車輪４９が
進行する、この例では主動作レール１３にギヤーを設け
車輪４９もギヤーとすることが望しい。前記車輪４９は
軌道修正用レール１２に回動自在に設けられ、このレー
ル上を軌道修正駆動装置４が動き軌道修正装置４に超音
波探触子保持装置１４およびフエライト量測定センサー
が取りつけられている。レール１３上へ電源レール３６
を走らせる場合もある。第５図Ｂの場合は溶接部２が他
の溶接線と交叉している場合にも使用出来る例で、アー
チ状レールサポート１６が母材１に溶接され、レールサ
ポート１６のレール１３に添つて車１９で駆動部全体を
サポートしている例であり駆動機構全体のガイドはレー
ル１３で行い軌道修正用ガイドはレール１２で行う駆動
装置全体はスプリング４６で押しつけられフエライト洞
徒、モーター電源、制御用コード１７、探触子の接触媒
質用ホース１８がレールサポート１６が取付けられてい
る。第６図は第５図Ｂの駆動機構の説明図である第６図
Ａに示すように主動作は主動作１駆動用モータ３４の回
転を減速機３５に伝え減速しギヤ２１を動かし、ギヤ２
１に噛合つているギア２２により車輪１５を回転させ進
行方向の動作を行う。車輪１５の軸は回転がスムーズに
行われるためベアリング２３が取付けられている。溶接
線をさがしながら軌道を修正する駆動装置は軌道修正用
レール１２にネジが切つてあり、軌道修正用モータ２６
の回転を減速機２７で減速させギヤ３２に伝へギヤ３２
の回転によりギヤ３１を回転させるギヤ３１は内面にメ
ネジが切つてあり軌道修正用レール１２にはオネジが切
つてあるので軌道修正用レール１２上をギヤー３１が動
く、軌道修正用レール１２は両端がサポート２０に固定
されているので回転はしないそのためにギヤー３１の回
転力によりギヤー３１がモーターと共に軌道修正される
。超音波探触子５０スプリング５１で押され、超音波探
触子５０には接触媒質としてホース１８の中を水が流れ
てくる、その水は外へ流れ出しにくいようにカバー５２
が取付けられている第６図Ｂには超音波探触子保持装置
１４とフエラィト量測定センサー３が一体となつた例を
示したものである。第６図Ｃは第６図ＡとＢの変形例で
超音波探触子保持装置１４とフエライト量測定センサー
３が別々な場合で各々の上部に駆動モータを有する場合
の例を示し、超音波探傷試験を行う場合にはこの第６図
Ｃが実用的である。この第６図ａ−ｃの変形例としてレ
ール１２、レール３７を回転すれば駆動モータを超音波
探触子保持装置１４、フエライト量測定センサー３上に
のせる必要はなく、その例としては第６図Ｄに示すよう
に駆動モーター２６および２８の回転を減速機２７，２
９を介し、ギヤー３０，３０を回転させ、ギヤー３１，
３３を回転させるギヤ３１，３３はレール１２，１１と
１体となつており、レール１２，１１は両側にベアリン
グ３８，３７を有し回転する。レール１２，１１はネジ
が表面に切つてあり超音波探傷用保持装置１４、フエラ
イト測定センサ３のメネジと噛合いレール１２，１１が
回転し、超音波探触子保持装置１４およびフエライト量
測定センサ３が回転しないので左右に動く第６図Ａ，Ｃ
，Ｄともフエライト量測定センサ３および探触子保持装
置１４の左右の動きの限界は各々リミツトスイツチ４５
によつて指示し、モータ２８および２６を自動的に停止
する。各モータからの回転は回転軸に取付けたマグネツ
ト４７でリードスイツチ４８を動作させてパルス信号と
．して位置検出を行う第７図はレールサポート１６上へ
主動作（進行用）レール１３が取付けられた図であり、
レールサポート１６にはマグネツト２４が取付けられて
おり位置表示が出来るようになつている。一般にマグネ
ツトでリードスイツチを動作させてテイジタル表示する
場合、何らかのノイズによりデイジ．タル表示が零へ復
帰する場合があるがその場合に位置が全く判らなくなる
のを防ぐために第７図に示すように原点を求めることが
出来る、つまりある距離まで進んでから零まで戻ること
は時間の損失であるために第８図１〜１０に示ずように
マグネツトの大きさと配置に工夫を擬らしている。マグ
ネツトの大きさ大４１、小４２および一タ１泪のリード
スイツチで動作するもの３９、二列目のリードスイツチ
で動作するもの４０の配置にするのが良く一列目で基準
位置のセツト、二列目で１〜１０の順番の確認ができる
。もちろん一列のみまたは三列以上でも同様位置の確認
、順番を知ることが出来る。第９図Ａはレール１３およ
び車１９の構造例を示したものでイ，口，ハに示すよう
にいろいろあるがハの場合のように車１９が軸のまわり
を回転出来るのが好しい。第９図Ｂはレール１３が交叉
する場合の例を示している。レール１３に曲部２５を有
することで方向転換が容易である。第１０図は車輪１５
が母材１に一定の力で押しつけられながら回転できるよ
うにスプリング４３を取付けた例を示す、スプリングの
挿入方法としてイおよび口があり両者とも差異はない。
第１１図はフエライト量測定センサーの測定脚６を保持
する部分の概略を示したものでスプリング４４で一定の
力で押えている。第５図Ｂに示すスプリング４６がある
場合には第１１図のスプリング４４は不要である。次に
上記装置の作用効果について述べる オーステナイト系ステンレス鋼を主体とする材料の溶接
部は表面仕上した後肉眼で溶接部を検出することは難し
いが、超音波探傷試験を実施する場合には溶接位置を検
出することが欠陥波の解析に必要不可欠なことであると
云える。

レーノ吐または無軌道上を溶接線に添つて直進するため
の主動作駆動機構５は一定速度で直進する。主動作駆動
機構５上を軌道修正駆動機構４が溶接中心つまりフエラ
ィト量の大きい方ヘサーポ機構等を利用した軌道修正装
置で軌道を修正されながら移動する。また母材上を主動
作機構と共に方向転換用駆動機構（センサー）が動いて
ゆき溶接部へ達すると溶接部のフエラィト量を検知し方
向転換装置によつて予じめ定めた方向（または手動遠隔
操作の場合にはその時に定めた方向）へ方向転換を行う
ことができる。また溶接部以外へー般鉄鋼等のフエライ
ト系金属をオーステナイト系ステンレス鋼を主体とした
材料表面に取付けることによつてフエラィトマーカ一と
してその位置を検出し方向を替えることも出来る。溶接
部の巾が広い場合にはその溶接部の中心を求めることが
難しいが２ケ以上のセンサーの取付け各センサー間の差
を検出し、各センサーともフエライト量の大きい方へ動
く回路により溶接位置を正確に知ることが出来る。溶接
部を検知しながら検知位置はマグネツトの働きでリード
スィツチを動作させて、リードスイツチの点滅によるパ
ルス信号で位置の検出が行える。リミツトスイツチは走
行範囲を定め走行範囲以上に動く時は自動的にモータを
停止し、表示しモータの過負荷を防いでいる。溶接部の
アーチ状サポートは進行方向のガイドになり駆動装置全
体はサポートの下のスプリングカにより一定な力で押し
つけられている。フエラィト量測定センサーで溶接中心
位置を検出し超音波探触子で超音波探傷試験を行うので
両者の動作は必要により別々に行える。進行具合の検出
には回転軸に取付けたマグネツトの他に、原点（基準点
）用としてマグネツトの形状、配置方法を変えたものを
取付けておくことが便利である。以上説明したように本
発明によればオーステナイト系ステンレス鋼を主体とす
る材料溶接部の超音波探傷試験を正確に溶接位置を検出
しながら超音波探傷試験を行うことが出来ると共に溶接
交叉部、接続部等を検知し、方向を替えまたは停止する
ことが可能である。

特に溶接の巾が広い場合には数個のセンサーを有するこ
とで溶接の中心位置を正確に検出することが可能である
。一度設置されたレールが外部の力を受けて多少移動し
た場合、放射線量が高くレールに近づくことが出来ず修
正出来ない場合にあつても、本発明の方法によれば約１
闘の精度で溶接中心を検出することが出来、信頼性の高
い超音波探傷試験を行うことが出来るため原子力プラン
ト等における安全性（信頼性）を高めることが出来る。
また本方法を固定レールのない無軌道上でも平面ならば
溶接線に添つて進行し溶接部の超音波探傷試験を行うこ
とが出来る。予じめオーステナイト系ステンレス鋼を主
体とする材料上または非鉄金属上に設置したフエライト
系金属粉および金属粉を含んた塗料による点状または線
にそつてフエラィト量を検出しながら進行することも可
能である。本装置は本装置の進行状況をマグネツトによ
り、リードスィツチを動作させることで１ＶＩの精度で
検出し且つ走行範囲を越えて動きモータに過負荷がかか
らないようにリミツトスィツチによつて自動停止する。
進行途上で表示がノイズにより零復帰した場合には最初
の動き出した位置まで戻らないと位置が判らなくなるの
で途中に工夫をこらしたマグネツトの形状配置を考慮し
、最初の動き出した点まで戻ることを避けている。

【図面の簡単な説明】

第１図はオーステナイト系ステンレス鋼の溶接部と母材
のフエライト量の相違を説明する図、第２図は溶接線上
を直線または交叉部で方向を切換えて進む駆動部の様子
を示したもので第２図イでは直線上を第２図口ではＴ字
継手溶接の縦はぎと横はぎが交叉する場合を、第２図ハ
は直交する場合示す図、第３図は駆動シーケンス図、第
４図は溶接部が巾広い場合に溶接中心を求める方法を示
す図、第５図は駆動装置の例で第５図Ａは溶接線が交叉
または接続していない場合を示し第５図Ｂは溶接線が交
叉または接続した場合を示す図、第６図は第５図の駆動
装置の詳細構成図、第６図Ａは軌道修正用駆動モータ毎
軌道修正用レールに添つて動く場合を示す図、第６図Ｂ
はフエライト量測定センサーと超音波探触子保持装置が
同時に動く場合を示す図、第６図Ｃは軌道修正用レール
と超音波探傷用レールを別にし、各駆動モータ各レール
上をフエライト測定センサー、超音波探触子保持装置と
共に移動する例を示す図、第６図Ｄは第６図Ｃと同様で
あるが各駆動モータがレール上を移動しない場合を示す
図、第７図はレールサポートに取付けられたマグネツト
を示す図、第８図はそのマグネツトの配置例を示す図、
第９図はレールに車が通る例で第９図Ａはその形状、第
９図Ｂは交叉した場合を示す図、第１０図は車輪にスプ
リングを入れた図、第１１図はフエライト量測定センサ
の保持例を示す図である。 ３・・・・・・フエライト量測定センサー、４・・・・
・・軌道修正駆動装置、５・・・・・・主動作駆動機構
、７・・・・・・フエラィト量検出計、８・・・・・・
軌道修正装置、９・・・・・・方向転換装置、１０・・
・・・・制御装置、１１・・・・・・レール（探触子移
動用）、１２・・・・・・レール（軌道修正用）、１３
・・・・・・レール（主動作用）、１４・・・・・・超
音波探触子保持装置、１５・・・・・・車輪、２７・・
・・・・軌道修正用減速機、２８・・・・・・探触子移
動用モータ、２９・・・・・・探触子移動用減速機、３
４・・・・・・主動作駆動用モータ、３５・・・・・・
主動作駆動用減速機、４９・・・・・・車輪、５０・・
・・・・超音波探触子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接母材のフェライト量の変化量を検出するフェラ
   イトセンサーと、このフェライトセンサーを保持して駆
   動する軌道修正用駆動装置と、この軌道修正用駆動装置
   が走行し前記溶接母材に設けられるレールと、前記フェ
   ライトセンサーからの検出信号を受けこの検出信号が最
   大になる様に前記軌道修正用駆動装置を走行させる軌道
   修正装置と、前記軌道修正用駆動装置を前記フエライト
   セントの検出信号が急激に減少したとき走行方向を転換
   する方向転換装置からなる溶接部位置検出装置。 ２ 前記フェライトセンサーを、軌道修正装置用と方向
   転換装置用の２個使用することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の溶接部位置検出装置。