(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接作業中に溶接部の溶接状態を監視する溶接監視方法であって、溶接すべき開先部分を挟んで母材表面上に送信用の探触子と受信用の探触子とを対向配置し、溶接パス毎に、溶接部のビード上下端からの超音波と区別される欠陥からの回折波にて、上記溶接部の超音波探傷を行うべく構成し、さらに溶接部の初層部から上層部に至るに従って上記送受信一対の探触子の間隔を小さく狭めていくことで溶接積層毎に検査対象とする溶接パスに対して超音波ビームが集中して伝播するようにしたことを特徴とする溶接監視方法。
【請求項２】
溶接作業中に溶接部の溶接状態を監視する溶接監視方法であって、溶接すべき開先部分を挟んで母材表面上に送信用の探触子と受信用の探触子とを対向配置し、溶接作業に対して一定のタイムラグをもって上記対向配置した一対の探触子を追従して移動させて、溶接部のビード上下端からの超音波と区別される欠陥からの回折波にて、上記溶接部の超音波探傷を行うべく構成し、さらに溶接部の初層部から上層部に至るに従って上記送受信一対の探触子の間隔を小さく狭めていくことで溶接積層毎に検査対象とする溶接パスに対して超音波ビームが集中して伝播するようにしたことを特徴とする溶接監視方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
この発明は、溶接作業中においても溶接パス毎に欠陥や不具合の発生を超音波探傷によって検出して、次の溶接パスに移る前に速やかに溶接条件の修正や溶接補修を行えるようにした溶接監視方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、超音波探傷試験は、試験体である溶接部の表面から超音波パルスをその内部に送信し、試験体中の欠陥によって反射してくる超音波エコーを検出して、エコーの大きさから欠陥の大きさを推定し、超音波を送信してから戻ってくるまでの時間を測定して欠陥位置までの距離を知る方法として知られ、広く実用化されている。
【０００３】
ここで、従来より用いられている溶接部に対する超音波探傷方法について説明する。一般に溶接部に対する超音波探傷方法としては、溶接作業中の途中段階である溶接パス毎に行う方法と、溶接作業がすべて完了した後の段階で行う方法とが考えられる。まず初めに、従来の超音波探傷方法により溶接パス毎に超音波探傷を行った場合について図６を参照しながら説明する。たとえば平板の突合せ継手溶接（開先形状Ｖで、溶接パス数が１０）の場合を考えると、溶接途中（たとえば数パスの溶接が終了した段階）では、図６（ａ）で示すように、溶接継手の開先面の一部が溶接金属で接合されているにすぎず、開先の一部は溶接されずに空洞のままである。このような状況において、従来の超音波探傷法、すなわち一つの探触子で超音波ビームの送受を行う一探触子タイプであって、通常タイプのもので超音波探傷を実施すると、開先面や開先と溶接金属の境界部からたとえ欠陥が存在しない場合であっても常に反射エコーが検出される。図６（ｂ）は図６（ａ）で得られた探傷結果についての探傷画像であるが、この探傷画像から明らかなように表示されるエコーは開先やビードからの反射エコーである。なお、図６及び図７において、符号９、１０は母材、Ｒは溶接部、１５は探触子、ｃは超音波のビーム経路である。
【０００４】
一方、溶接部内部に欠陥が存在する場合には、図７（ａ）で示すように、開先やビード形状からの反射エコーと欠陥からのエコーを同時に検出してしまう。これを探傷画像化すると、図７（ｂ）で示すように、両者の反射エコーが重なり合って、欠陥エコーと他の反射エコーとの区別が明確に行えない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような理由から従来の超音波探傷においては、溶接作業中ではなく、基本的に溶接がすべて終了した後に超音波探傷を実施し、その結果、たとえば板厚中央部付近に欠陥が認められた場合にはガウジング等で欠陥が認められた位置まで溶接部を掘り返したのちに再度溶接を行わなければならず、そのため、ガウジングや補修作業に多大な時間とコストを要しているというのが現状である。
【０００６】
この発明は上記従来の超音波探傷方法が有する不具合を解決するためになされたものであって、その目的は、溶接が全て完了していなくとも溶接途中の溶接パス毎に超音波探傷を実施しても不具合や欠陥の検出が可能であって、そのため上記不具合や欠陥を検出した場合、直ちに是正処理を講じることを可能にすることで、その後の溶接作業をスムーズに行うことができる溶接監視方法を提供することにある。
【０００７】
そこで請求項１の溶接監視方法は、溶接作業中に溶接部の溶接状態を監視する溶接監視方法であって、溶接すべき開先部分を挟んで母材表面上に送信用の探触子と受信用の探触子とを対向配置し、溶接パス毎に、溶接部のビード上下端からの超音波と区別される欠陥からの回折波にて、上記溶接部の超音波探傷を行うべく構成し、さらに溶接部の初層部から上層部に至るに従って上記送受信一対の探触子の間隔を小さく狭めていくことで溶接積層毎に検査対象とする溶接パスに対して超音波ビームが集中して伝播するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
溶接作業中に溶接部の溶接状態を一探触子（一つの探触子で超音波ビームの送受を行うタイプ）法で探傷する場合、たとえ欠陥エコーを検出してもこの欠陥エコーと開先やビード形状からの反射エコーとの識別判定が容易ではない。したがって、やむを得ず、すべての溶接パスが完了した段階で溶接部の探傷を行っていたが、その際、たとえば板厚中央部付近に欠陥を認めたような場合にはガウジング等でかなり溶接部を掘り返し、再度溶接を行っていた。そのため、ガウジングや補修作業に多大な時間とコストを要していた。これは溶接対象が極厚板同士である場合にはきわめて大きなロスとなっていた。また、再度の溶接を行っても探傷の結果が欠陥ありとなれば、再々度のガウジングや溶接を行わなければならず、その損失は計り知れなかった。これに対して、この発明では、送信用の探触子と受信用の探触子とを対向配置し、溶接パス毎に、溶接部のビード上下端からの超音波と区別される欠陥からの回折波にて、上記溶接部の超音波探傷を行うので、すべての溶接パスが完了するのを待つことなく、溶接パス毎に直ちに溶接部の超音波探傷を行うようにして、各溶接パスでの不具合や欠陥の発生の有無を検出することができる。そして、不具合が発生した場合には直ちに溶接条件を修正し、溶接部に欠陥の発生を検出した場合には直ちに補修溶接できるようにフィードバック制御することができるので、各溶接パス毎に補修溶接等を行え、最終的にすべての溶接パスが完了した時点ではきわめて信頼性の高い溶接が期待できる。また、従来のように、溶接作業中に溶接部の溶接状態を一探触子（一つの探触子で超音波ビームの送受を行うタイプ）法で探傷する場合、探傷対象が溶接部の初層部から上層部に至るにしたがって開先部側へ上記探触子を近づけていったとしても欠陥エコーとビード上下端の形状からの反射エコーとの区別が容易に行えない。結局は溶接がすべて完了してからでないと、探傷できず、きわめて非効率的である。そこで、この発明では、溶接部の初層部から上層部に至るに従って上記送受信一対の探触子の間隔を小さく狭めていくことで溶接積層毎に検査対象とする溶接パスに対して常に超音波ビームが集中して伝播するようにしたので、溶接部が初層部であると、上層部であるとを問わず、常に欠陥からのエコーを検出することができ、欠陥の検出が容易に行える。
【０００９】
また請求項２の溶接監視方法は、溶接作業中に溶接部の溶接状態を監視する溶接監視方法であって、溶接すべき開先部分を挟んで母材表面上に送信用の探触子と受信用の探触子とを対向配置し、溶接作業に対して一定のタイムラグをもって上記対向配置した一対の探触子を追従して移動させて、溶接部のビード上下端からの超音波と区別される欠陥からの回折波にて、上記溶接部の超音波探傷を行うべく構成し、さらに溶接部の初層部から上層部に至るに従って上記送受信一対の探触子の間隔を小さく狭めていくことで溶接積層毎に検査対象とする溶接パスに対して超音波ビームが集中して伝播するようにしたことを特徴としている。
【００１０】
前述したように、従来の超音波探傷方法では溶接作業中での探傷は結果的に難しい面があり、溶接作業がすべて完了してからでなければ実質的に探傷できなかった。また、溶接作業が完了してからの探傷結果で、欠陥が認められた場合には欠陥存在部位までガウジング等によって掘り返し、再度の溶接を行うが、この再溶接についても溶接欠陥が存在する可能性は否定できず、再溶接後の探傷は不可欠であり、最終的に溶接開始から探傷終了までに多大な時間と手間を要するおそれがあった。これに対して、この発明では、送信用の探触子と受信用の探触子とを対向配置し、溶接作業に対して一定のタイムラグをもって上記対向配置した一対の探触子を追従して移動させて、溶接部のビード上下端からの超音波と区別される欠陥からの回折波にて、上記溶接部の超音波探傷を行うので、途中、不具合の発生や欠陥の検出があった場合には、直ちに補修溶接し、必要に応じて溶接条件を修正する。また、溶接条件の修正や補修溶接を行った後、再び開始した溶接作業に対して超音波探傷が追従するので、溶接作業の完了から上記一定のタイムラグをもって探傷作業も終了する。したがって、溶接作業に超音波探傷を自動追従させるシステムを付加することで、きわめて効率的な溶接ならびに自動探傷システムを得ることが可能となる。また、従来のように、溶接作業中に溶接部の溶接状態を一探触子（一つの探触子で超音波ビームの送受を行うタイプ）法で探傷する場合、探傷対象が溶接部の初層部から上層部に至るにしたがって開先部側へ上記探触子を近づけていったとしても欠陥エコーとビード上下端の形状からの反射エコーとの区別が容易に行えない。結局は溶接がすべて完了してからでないと、探傷できず、きわめて非効率的である。そこで、この発明では、溶接部の初層部から上層部に至るに従って上記送受信一対の探触子の間隔を小さく狭めていくことで溶接積層毎に検査対象とする溶接パスに対して常に超音波ビームが集中して伝播するようにしたので、溶接部が初層部であると、上層部であるとを問わず、常に欠陥からのエコーを検出することができ、欠陥の検出が容易に行える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の溶接監視方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、この発明の一実施の形態である溶接監視方法の手順を説明するためのブロック図であり、図２は同じく欠陥を検出しない場合の溶接監視方法を説明するための説明図であり、図３は同じく欠陥を検出した場合の溶接監視方法を説明するための説明図であり、図４は溶接監視方法における監視範囲の絞り込みを説明するための説明図、図５は溶接監視方法に用いる装置の概略図である。
【００１４】まず、図１によりこの発明の一実施の形態である溶接監視方法につき、平板の突合せ継手溶接の場合を一例として説明する。まず、溶接すべき開先部分を挟んで母材表面上に送受信一対の探触子を対向配置し、一方の探触子から溶接作業中（図１で符号１で示す）の溶接部（溶接パス毎）に超音波ビームを発射し、他方の探触子でその反射波を受信することで探傷する（図１で符号２で示す）。次に、上記で得た探傷データを画像データに変換し、探傷画像を得る（図１で符号３で示す）。上記探傷画像のデータ解析の結果（図１で符号４で示す）、溶接部に不具合の発生を認めた場合にはこの不具合を是正するための溶接条件を直ちに演算処理し、溶接条件の修正を溶接作業中の溶接装置などにフィードバックして制御する（図１で符号５で示す）。一方、欠陥の発生を認めた場合には溶接と探傷を暫くの間中断し、補修溶接を行う（図１で符号６で示す）。
【００１５】
また、溶接パス毎に探傷をする方法以外に、たとえば、溶接作業に対して一定のタイムラグをもって超音波探傷を追従させるようにしてもよく、この場合、途中、不具合の発生や欠陥の検出があったとしても溶接条件の修正や補修溶接を行った後、再び開始した溶接作業に超音波探傷が追従するので、溶接作業の完了から上記一定のタイムラグをもって探傷作業も終了する。したがって、溶接作業に超音波探傷を自動追従させるシステムを付加することできわめて効率的な溶接及び探傷作業が行える。
【００１６】
ところで、上記溶接監視方法に用いる探傷装置としては、たとえば図５で示すような装置が考えられる。すなわち、突合せ平板溶接への適用を想定すると、基本的に母材９、１０表面上に送受信一対の探触子７、８を開先１１部を挟んで対向配置させてあり、これらの探触子７、８は二本のレール上をスライド可能になっている。１２はこの探触子７、８からの探傷データや探傷データを処理し画像データ化して表示できる表示器であり、１３は溶接機である。なお、この発明の溶接監視方法に用いられる探傷装置は上記のものに限定されないことはいうまでもないが、望ましくは探触子７、８が溶接機１３に対して一定のタイムタグをもって自動追従できるようにタイプとする。なお、一定のタイムラグとは、たとえば、溶接部から３００ｍｍ遅れて探触子７、８が追従して探傷検査を実施することを意味する。
【００１７】
次に、溶接監視方法に用いる超音波探傷の手法を図２及び図３により説明する。図２は溶接部に欠陥が存在しない場合における探傷を示しており、同図（ａ）で示すように、溶接作業中に、溶接すべき開先１１部分を挟んで母材９、１０表面上に対向配置した送受信一対の探触子７、８によって溶接パス毎に自動超音波探傷を行う。この場合、一方の探触子７から発射された超音波ビームａ、ｂは溶接部Ｒのビードの上下端にて回り込みまたは反射し、他方の探触子８にてその反射波が受信されるようになっている。このときの探傷結果は表示装置によってすべて表示され、欠陥が存在しない場合には、ビード上下端からの超音波が検出されるにすぎない。つまり、同図（ｂ）で示すように、送信用の探触子７からの超音波ビームａが溶接部の上端で回り込み、また、超音波ビームｂが溶接部の下端にて反射されて受信用の探触子８にて受信され、この探傷結果が表示装置で表示されている。
【００１８】
一方、図３は溶接部に欠陥が存在する場合における探傷を示しており、つまり、同図（ａ）において、送信用の探触子７からの超音波ビームａが溶接部の上端に、また、超音波ビームｂが溶接部の下端にてそれぞれ、かつ欠陥に当たって反射した超音波ビームも反射されて同時に受信用の探触子８にて受信される。この探傷結果は同図（ｂ）で示すとおりであって、ビード上下端からの超音波の他に、溶接部相当部位に欠陥上下端部からの回折波が表示される。このように、欠陥による回折波は、ビード上下端の超音波と明確に区別され、欠陥の存在の識別確認がきわめて容易かつ簡単に行える。
【００１９】
さらに、図４により監視方法の絞り込み方法について説明する。すなわち、同図（ａ）で示すように、初層部Ｒ１について探傷する。次いで、２層目を探傷する際には同図（ｂ）で示すように、探触子間の距離を幾分短くして検査対象とする溶接パスに対して超音波ビームが集中して伝播するようにする。そして、３層目の探傷にあたっては同図（ｃ）で示すように、上記探触子間の距離をさらに小さく狭めていくことで上記超音波ビームが集中して伝播するようにする。このように対象とする積層部に絞り込んで監視を行えるようにすることですることで欠陥の検出性能が向上し、探傷結果の解析処理時間の短縮化が可能となる。
【００２０】
以上にこの発明の一実施形態について説明したが、この発明は上記実施形態に限られることなく、この発明の主旨を損なわない限り、種々変更して実施可能であり、実際の適用としてはたとえば、少主桁橋梁など溶接継手や圧力容器などの厚板溶接部に適用することによって、補修工事の工程を短縮することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように請求項１の溶接監視方法によれば、送信用の探触子と受信用の探触子を用いて、すべての溶接パスが完了するのを待つことなく、溶接パス毎に直ちに溶接部の超音波探傷を行うようにしたので、各溶接パスでの不具合や欠陥の発生の有無を検出することができる。そして、溶接部に欠陥の発生を検出した場合には直ちに補修溶接を行い、必要に応じて溶接条件を修正するようにフィードバック制御することができるので、各溶接パス毎に補修溶接等を行え、最終的にすべての溶接パスが完了した時点では信頼性のある溶接の確認ができる。しかも、溶接部の初層部から上層部に至るに従って上記送受信一対の探触子の間隔を小さく狭めていくことで溶接積層毎に検査対象とする溶接パスに対して常に超音波ビームが集中して伝播するようにしたので、初層部であると、上層部であるとを問わず、常に欠陥とビード上下端の超音波の区別が容易に行える。
【００２２】
また請求項２の溶接監視方法によれば、送信用の探触子と受信用の探触子を用いて、溶接作業に対して一定のタイムラグをもって超音波探傷を追従させるようにしているので、途中、不具合の発生や欠陥の検出があった場合には、直ちに補修溶接を行い、必要に応じて溶接条件を修正する。また、溶接条件の修正や補修溶接を行った後、再び開始した溶接作業に超音波探傷が追従するので、溶接作業の完了から上記一定のタイムラグをもって探傷作業も終了する。したがって、溶接作業に超音波探傷を自動追従させるシステムを付加することで、きわめて効率的な溶接ならびに自動探傷システムを得ることが可能となる。しかも、溶接部の初層部から上層部に至るに従って上記送受信一対の探触子の間隔を小さく狭めていくことで溶接積層毎に検査対象とする溶接パスに対して常に超音波ビームが集中して伝播するようにしたので、初層部であると、上層部であるとを問わず、常に欠陥とビード上下端の超音波の区別が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態である溶接監視方法の手順を説明するためのブロック図であり
【図２】この発明の一実施の形態である溶接監視方法を説明するための説明図であって、欠陥を検出しない場合を示す。
【図３】この発明の一実施の形態である溶接監視方法を説明するための説明図であって、欠陥を検出した場合を示す。
【図４】この発明の一実施の形態である溶接監視方法における監視範囲の絞り込みを説明するための説明図である。欠陥を検出しない場合を示す。
【図５】この発明の一実施の形態である溶接監視方法に用いる装置の概略図である。
【図６】従来の溶接監視方法を説明するための説明図であって、欠陥を検出しない場合を示す。
【図７】従来の溶接監視方法を説明するための説明図であって、欠陥を検出した場合を示す。
【符号の説明】
１            溶接
２            探傷
３            探傷画像
４            データ解析
５            溶接条件の修正
６            補修溶接
７            送信用の探触子
８            受信用の探触子
９、１０      母材
１１          開先
１２          表示器
１３          溶接機
Ｒ            溶接部
Ｒ１                      初層部
Ｒ２            ２層部
Ｒ３            ３層部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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