(57)【要約】【課題】線状の溶接部に対する幅方向位置を的確に検知する。【解決手段】溶接部位置検知装置は、被溶接材の表裏に亘る溶接ビードを有する線状の溶接部に対する幅方向位置を検知する装置であって、被溶接材の片面側で溶接部の長手方向に交差して配置される複数の超音波探触部を有し、少なくとも一つの超音波探触部は幅方向中心位置を検知するために溶接部の板厚変化を検知する中央探触部であり、中央探触部の幅方向両外側に位置する少なくとも２つの超音波探触部は、溶接部の幅方向境界部側を検知するために内面から反射する超音波エコーの高さ変化を検知する側方探触部である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材の表裏に亘る溶接ビードを有する線状の溶接部に対する幅方向位置を検知する装置であって、
被溶接材の片面側で前記溶接部の長手方向に交差して配置される複数の超音波探触部を有し、少なくとも一つの超音波探触部は幅方向中心位置を検知するために前記溶接部の板厚変化を検知する中央探触部であり、前記中央探触部の幅方向両外側に位置する少なくとも２つの超音波探触部は、前記溶接部の幅方向境界部側を検知するために内面から反射する超音波エコーの高さ変化を検知する側方探触部であることを特徴とする溶接部位置検知装置。
【請求項２】
前記中央探触部と前記側方探触部とが、被溶接材上に配置されている状態で、前記溶接部の幅方向において一定の間隔を有することを特徴とする請求項１記載の溶接部位置検知装置。
【請求項３】
前記超音波探触部は、被溶接材上に設置された状態で、溶接部の長尺方向に沿って移動可能であり、さらに前記長尺方向と交差する方向に移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接部位置検知装置。
【請求項４】
前記超音波探触部の一部または全部は、前記溶接部の板厚の検知と、内面から反射する超音波エコーの高さを検知の両方を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接部位置検知装置。
【請求項５】
前記複数の超音波探触部がフェーズドアレイ構造を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接部位置検知装置。
【請求項６】
前記超音波探触部の受信出力を取得する制御部を有し、
前記制御部は、前記中央探触部の受信出力に基づいて溶接部の板厚変化の情報を求め、前記側方探触部の受信出力に基づいて、超音波エコーの高さ変化の情報を求めることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の溶接部位置検知装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記中央探触部の受信出力に基づいて取得された板厚が所定値である場合、前記中央探触部が前記溶接部の幅方向中央部上に位置すると判定し、前記板厚が所定値を外れている場合、前記超音波エコーの高さ変化から、前記側方探触部が前記溶接部の両境界部側上のいずれの側または／および境界部の内外のいずれの側上にあるかを判定することを特徴とする請求項６記載の溶接部位置検知装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記側方探触部における、第１回目の超音波エコーの高さをＢ１、第２回目の超音波エコーの高さをＢ２として、０．５≦Ｂ２／Ｂ１＜１．０である場合、前記側方探触部による超音波が溶接部内の内面で反射していると判定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の溶接部位置検知装置。
【請求項９】
被溶接材上に設置された状態の前記超音波探触部を、溶接部の長尺方向に沿って相対的に移動させる長尺方向駆動部と、前記長尺方向と交差する方向に相対的に移動させる幅方向駆動部とを有し、
前記制御部は、前記板厚の変化と、超音波エコーの高さ変化とに基づいて、少なくとも前記中央探触部を相対的に幅方向に移動させ、さらに溶接部の長尺方向に沿って相対的に移動させる追従制御を行うことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の溶接部位置検知装置。
【請求項１０】
前記制御部は、検知された板厚が所定値である場合、前記中央探触部が前記溶接部の幅方向中央部上に位置していると判定し、該超音波探触部の幅方向移動を行うことなく溶接部の長尺方向に沿った追従移動を行うことを特徴とする請求項９記載の溶接部位置検知装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記中央探触部によって検知された板厚が規定範囲外である場合、側方探触部によるエコー高さが規定範囲にあるかを判定し、側方探触部のエコー高さが前記中央探触部の片側の側方で規定範囲外である場合、前記中央探触部が規定範囲外である側方探触部側にズレていると判定し、前記超音波探触部を幅方向に移動する制御を行うことを特徴とする請求項１０記載の溶接部位置検知装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の溶接部位置検知装置を有するとともに、溶接部の探傷を行う超音波探触部を有することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１３】
探傷を行う超音波探触部が、溶接部の板厚を検知する超音波探触部と連動して溶接部幅方向位置および溶接部の長尺方向位置を変更することを特徴とする請求項１２記載の超音波探傷装置。
【請求項１４】
前記溶接部の探傷を行う超音波探触部として、溶接部の板厚を検知する超音波探触部を用いることを特徴とする請求項１２または１３に記載の超音波探傷装置。
【請求項１５】
溶接部位置検知装置に備えられている超音波探触部の他に、溶接部の探傷を行う超音波探触部を有することを特徴とする請求項１２または１３に記載の超音波探傷装置。
【請求項１６】
超音波探傷を行う被溶接材が前記溶接材で接合されて管を構成するものであることを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項１７】
前記管がクラッド材または金属単材で構成されていることを特徴とする請求項１６記載の超音波探傷装置。
【請求項１８】
被溶接材の溶接部が、超音波探触部が配置される表面側でビード肉盛が研削されて被加工材表面に沿った形状を有し、他面側でビードが被接合材他面を超えた突状の形状を有する請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
【請求項１９】
被溶接材の表裏に亘る溶接ビードを有する線状の溶接部の探傷を行う方法であって、
被溶接材の片面側で前記溶接部の長手方向に交差して複数の超音波探触部を配置し、少なくとも一つの超音波探触部で溶接部の板厚変化を検知し、溶接部の板厚変化を検知する超音波探触部の両側に配置される他の少なくとも２つの超音波探触部で内面から反射する超音波エコーの高さ変化を検知し、前記板厚変化と前記超音波エコーの高さ変化に応じて溶接部の板厚変化を検知する超音波探触子の幅方向位置を溶接部の幅方向中央部上に保持して、溶接部の幅方向中央部上において超音波探触部による探傷を行うことを特徴とする溶接部探傷方法。
【請求項２０】
被溶接材の片面側で前記溶接部の長手方向に交差して配置される複数の超音波探触部を有し、被溶接材の表裏に亘る溶接ビードを有する線状の溶接部に対する幅方向位置を検知する装置を制御する制御部で実行される溶接部位置検知プログラムであって、
中央側に位置する超音波探触部の受信出力に基づいて溶接部の板厚変化の情報を求めるステップと、
両側方に位置する超音波探触部の受信出力に基づいて、超音波エコーの高さ変化の情報を求めるステップと、
中央側に位置する超音波探触部の受信出力に基づいて取得された板厚が所定値である場合、中央側に位置する超音波探触部が溶接部の幅方向中央部上に位置すると判定し、前記板厚が所定値を外れている場合、前記超音波エコーの高さ変化から、側方の超音波探触部が溶接部の両境界部側上のいずれの側または／および境界部の内外のいずれの側上にあるかを判定するステップと、を有することを特徴とする溶接部位置検知プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超音波探触部を用いて溶接部に対する位置を検知する溶接部位置検知装置、前記溶接部の探傷を行う超音波探傷装置、溶接部探傷方法および溶接部位置検知プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、長手方向に沿って溶接接合したクラッド鋼や鋼管では、溶接部の検査を行うために超音波探傷を行うものが知られている。超音波探傷では、超音波探触子を溶接部の長手方向に沿って移動させつつ探傷を行っている。探傷では、的確な結果が得られるように溶接部の真上から測定できるように、超音波探触子を、溶接部の幅方向中央部において長手方向に沿って移動させることが必要になる。このため、溶接部の幅方向中央部を検知する手段を設け、この手段に探傷用の超音波探触子を追従させている。
例えば、特許文献１では、レーザトラッカ装置を設け、装置と溶接余盛（凸部）の距離を測定し、最短距離となる凸部最上部を溶接の中心として追従させる方式である。
また、特許文献２では、溶接部の温度分布を計測して溶接部の位置決めをしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３４４３６６号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１９１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の方式では、余盛が溶接部上に存在していることが必要であり、余盛を除去して凸部がない被溶接材では、レーザを使用した検知ができないという問題がある。
また、特許文献２の方法では、溶接部と溶接部以外の部位との間に温度差を有していることが必要であり、位置決めできる工程が限られるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、探傷する側の余盛りの有無や温度分布に拘わらず、的確な検知を行うことができる溶接部位置検知装置、および探傷を的確に行うことができる超音波探傷装置、溶接部探傷方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の溶接部位置検知装置のうち、第１の形態は、被溶接材の表裏に亘る溶接ビードを有する線状の溶接部に対する幅方向位置を検知する装置であって、
被溶接材の片面側で前記溶接部の長手方向に交差して配置される複数の超音波探触部を有し、少なくとも一つの超音波探触部は幅方向中心位置を検知するために前記溶接部の板厚変化を検知する中央探触部であり、前記中央探触部の幅方向両外側に位置する少なくとも２つの超音波探触部は、前記溶接部の幅方向境界部側を検知するために内面から反射する超音波エコーの高さ変化を検知する側方探触部であることを特徴とする。
【０００７】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記中央探触部と前記側方探触部とが、被溶接材上に配置されている状態で、前記溶接部の幅方向において一定の間隔を有することを特徴とする。
【０００８】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記超音波探触部は、被溶接材上に設置された状態で、溶接部の長尺方向に沿って移動可能であり、さらに前記長尺方向と交差する方向に移動可能であることを特徴とする。
【０００９】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記超音波探触部の一部または全部は、前記溶接部の板厚の検知と、内面から反射する超音波エコーの高さを検知の両方を行うことを特徴とする。
【００１０】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記複数の超音波探触部がフェーズドアレイ構造を有することを特徴とする。
【００１１】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記超音波探触部の受信出力を取得する制御部を有し、
前記制御部は、前記中央探触部の受信出力に基づいて溶接部の板厚変化の情報を求め、前記側方探触部の受信出力に基づいて、超音波エコーの高さ変化の情報を求めることを特徴とする。
【００１２】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記制御部は、前記中央探触部の受信出力に基づいて取得された板厚が所定値である場合、前記中央探触部が前記溶接部の幅方向中央部上に位置すると判定し、前記板厚が所定値を外れている場合、前記超音波エコーの高さ変化から、前記側方探触部が前記溶接部の両境界部側上のいずれの側または／および境界部の内外のいずれの側上にあるかを判定することを特徴とする。
【００１３】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記制御部は、前記側方探触部における、第１回目の超音波エコーの高さをＢ１、第２回目の超音波エコーの高さをＢ２として、０．５≦Ｂ１／Ｂ２＜１．０である場合、前記側方探触部による超音波が溶接部内の内面で反射していると判定することを特徴とする。
【００１４】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、被溶接材上に設置された状態の前記超音波探触部を、溶接部の長尺方向に沿って相対的に移動させる長尺方向駆動部と、前記長尺方向と交差する方向に相対的に移動させる幅方向駆動部とを有し、
前記制御部は、前記板厚の変化と、超音波エコーの高さ変化とに基づいて、少なくとも前記中央探触部を相対的に幅方向に移動させ、さらに溶接部の長尺方向に沿って相対的に移動させる追従制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記制御部は、検知された板厚が所定値である場合、前記中央探触部が前記溶接部の幅方向中央部上に位置していると判定し、該超音波探触部の幅方向移動を行うことなく溶接部の長尺方向に沿った追従移動を行うことを特徴とする請求項９記載の溶接部位置検知装置。
【００１６】
他の形態の溶接部位置検知装置は、前記形態の発明において、前記制御部は、前記中央探触部によって検知された板厚が規定範囲外である場合、側方探触部によるエコー高さが規定範囲にあるかを判定し、側方探触部のエコー高さが前記中央探触部の片側の側方で規定範囲外である場合、前記中央探触部が規定範囲外である側方探触部側にズレていると判定し、前記超音波探触部を幅方向に移動する制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
本発明の超音波探傷装置のうち、第１の形態は、前記各形態のいずれかに記載の溶接部位置検知装置を有するとともに、溶接部の探傷を行う超音波探触部を有することを特徴とする。
【００１８】
前記形態の超音波探傷装置は、前記形態の発明において、探傷を行う超音波探触部が、溶接部の板厚を検知する超音波探触部と連動して溶接部幅方向位置および溶接部の長尺方向位置を変更することを特徴とする。
【００１９】
前記形態の超音波探傷装置は、前記形態の発明において、前記溶接部の探傷を行う超音波探触部として、溶接部の板厚を検知する超音波探触部を用いることを特徴とする。
【００２０】
前記形態の超音波探傷装置は、前記形態の発明において、溶接部位置検知装置に備えられている超音波探触部の他に、溶接部の探傷を行う超音波探触部を有することを特徴とする。
【００２１】
前記形態の超音波探傷装置は、前記形態の発明において、超音波探傷を行う被溶接材が前記溶接材で接合されて管を構成するものであることを特徴とする。
【００２２】
前記形態の超音波探傷装置は、前記形態の発明において、前記管がクラッド材または金属単材で構成されていることを特徴とする。
【００２３】
前記形態の超音波探傷装置は、前記形態の発明において、被溶接材の溶接部が、超音波探触部が配置される表面側でビード肉盛が研削されて被加工材表面に沿った形状を有し、他面側でビードが被接合材他面を超えた突状の形状を有する。
【００２４】
本発明の溶接部探傷方法のうち、第１の形態は、被溶接材の表裏に亘る溶接ビードを有する線状の溶接部の探傷を行う方法であって、被溶接材の片面側で前記溶接部の長手方向に交差して複数の超音波探触部を配置し、少なくとも一つの超音波探触部で溶接部の板厚変化を検知し、溶接部の板厚変化を検知する超音波探触部の両側に配置される他の少なくとも２つの超音波探触部で内面から反射する超音波エコーの高さ変化を検知し、前記板厚変化と前記超音波エコーの高さ変化に応じて溶接部の板厚変化を検知する超音波探触子の幅方向位置を溶接部の幅方向中央部上に保持して、溶接部の幅方向中央部上において超音波探触部による探傷を行うことを特徴とする。
【００２５】
本発明の溶接部位置検知プログラムは、被溶接材の片面側で前記溶接部の長手方向に交差して配置される複数の超音波探触部を有し、被溶接材の表裏に亘る溶接ビードを有する線状の溶接部に対する幅方向位置を検知する装置を制御する制御部で実行される溶接部位置検知プログラムであって、
中央側に位置する超音波探触部の受信出力に基づいて溶接部の板厚変化の情報を求めるステップと、
両側方に位置する超音波探触部の受信出力に基づいて、超音波エコーの高さ変化の情報を求めるステップと、
中央側に位置する超音波探触部の受信出力に基づいて取得された板厚が所定値である場合、中央側に位置する超音波探触部が溶接部の幅方向中央部上に位置すると判定し、前記板厚が所定値を外れている場合、前記超音波エコーの高さ変化から、側方の超音波探触部が溶接部の両境界部側上のいずれの側または／および境界部の内外のいずれの側上にあるかを判定するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、検知側の溶接部の余盛の形状や温度分布に拘わらず溶接部に対する位置検知を正確に行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態の溶接部位置検知装置の側面図である。
【図２】同じく、平面概略図である。
【図３】同じく、制御ブロックを示す図である。
【図４】同じく、検知手順を示すフローチャートである。
【図５】同じく、溶接部位置検知装置を備える超音波探傷装置を示す図である。
【図６】同じく、検知状態の例を示す図である。
【図７】同じく、図５の検知状態で得られる超音波エコーを表示した図である。
【図８】本発明の他の実施形態の溶接部位置検知装置を溶接部上に配置した状態を示す斜視図である。
【図９】同じく、溶接部の断面正面図および他の実施形態の溶接部位置検知装置を溶接部上に配置した状態を示す断面正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の溶接部位置検知装置１の側面から見た図であり、溶接接合された管形状の被溶接材１００表面上に設置した状態を示している。溶接部１１０における溶接線は、図示左右方向に沿っている。
なお、溶接部１１０は、溶接部位置検知装置１が配置された面側では、溶接部１００の余盛が研削されて被溶接部材１００の表面と溶接部１００の表面とが略面一になっている。一方、被接合部材１００の裏面側では、溶接部の余盛りがそのまま残っており、被接合部材１００の裏面から溶接部１００の余盛が突状にはみ出している。図では、余盛の形状は図示していない。
【００２９】
なお、この実施形態では、被溶接材は溶接接合されたクラッド鋼管であるが、本発明としては、炭素鋼管などからなる金属管であってもよい。さらには、本発明としては被溶接材が管に限定されるものではない。但し、管では、溶接部の表面側で余盛りを削除することは容易であるが、溶接部の裏面側の余盛を削除することは作業的に面倒なためそのままにすることが多い。本実施形態では、このような管の溶接状態において、裏面側の余盛を利用して溶接部に対する位置検知を行うことができる。
【００３０】
溶接部位置検知装置１は、溶接線に沿って配置されるリニア移動部２を有し、リニア移動部２に、３つの超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が固定されている。超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は本発明の超音波探触部に相当する。各超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３には、既知のものを用いることができる。リニア移動部２は、図示しない台車上に設置されており、台車とともに溶接部１１０の長尺方向に移動する。
【００３１】
超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、それぞれ長さの異なる連結部材１１、１２、１３を介してリニア移動部２に固定されており、超音波探触子Ｐ１の連結部材１１が最も長く、連結部材１２、連結部材１３の順に長さが短くなっている。また、リニア移動部２の移動方向において、各超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の位置が異なっている。これにより隣接する探触子同士の構造的な干渉や超音波の干渉などを回避して正確な超音波伝搬及び受信を行うことができるまた、干渉などの問題がなければ、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を幅方向に沿って配置するようにしてもよい。
この実施形態では、超音波探触子Ｐ３がリニア移動部２の検知時走査方向で最も前方に位置し、その次に、超音波探触子Ｐ２が位置し、超音波探触子Ｐ１が最も後方に位置している。但し、本発明としては、超音波探触子の位置関係は特に限定されるものではない。
【００３２】
超音波探触子Ｐ２は、溶接部１１０の幅方向中央部（図２のWeld center line）上あたりに位置するよう配置される。この際に、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３は、溶接部１１０の幅方向境界部のやや外側に位置している。溶接部の境界部は、金属の溶融が見られる境界を示している。なお、超音波エコーの高さ変化を検知する超音波探触子を境界部に近接して境界部の内側に配置するようにしてもよい。超音波探触子Ｐ２は、溶接部の板厚変化を検知する中央探触部に相当し、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３は、超音波エコーの高さ変化を検知する側方探触部に相当する。
【００３３】
上記したリニア移動部２は、連結部材１１、１２、１３および超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３とともに、溶接部１００の長手方向に移動可能であり、さらに、これら部材は溶接部１００の幅方向に移動可能である。本実施形態では、リニア移動部２を長尺方向に移動させる長尺方向駆動部１４と、これら部材を溶接部の幅方向に移動させる幅方向駆動部１５とを有している。例えば幅方向駆動部１５によって、リニア移動部２とともに、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を幅方向に移動させることができる。これにより、超音波探触子間の間隔は常に一定に維持される。これにより超音波探触子相互の位置関係が容易に把握される。
【００３４】
長尺方向駆動部１４および幅方向駆動部１５は、それぞれ単独で動作するサーボモータなどによって駆動力を得ることができ、これら駆動部は、制御部２０により制御される。ただし、本発明としては駆動部の構成が特定のものに限定されるものではない。
なお、この実施形態では、超音波探触子は駆動部によって長尺方向および溶接部幅方向に移動するものとして説明しているが、手動によって溶接部位置検知装置が移動する構成としてもよい。
【００３５】
図３は、制御部２０を主体とする制御ブロックを示すものであり、制御部２０は、ＣＰＵとＣＰＵ上で動作するプログラムを主として構成されている。
制御部２０には、長尺方向駆動部１４および幅方向駆動部１５が制御可能に接続されており、予め定めた手順によって超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を、溶接部１１０の長手方向に沿って移動（走査）することができる。
【００３６】
また、制御部２０には、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が制御可能に接続されており、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３における超音波の発信を制御して受信結果を取得することができる。制御部２０では、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を動作させて超音波エコーを取得して解析する。解析結果に応じて幅方向駆動部１５を制御して、必要に応じて、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の幅方向位置を修正する。
【００３７】
制御部２０には、記憶部２１が制御可能に接続されており、長尺方向駆動部１４を制御してリニア移動部２を移動させる際の移動速度のパラメータや、幅方向駆動部１５を制御して超音波探触子の幅方向位置を修正する際の修正移動量などのパラメータ、超音波探触子Ｐ２で測定した際の溶接部の基準板厚量などの設定値などが読み出し可能に格納されている。
なお、制御部２０は、溶接部位置検知装置１に含まれるものとするもののほか、溶接部位置検知装置１にネットワークやケーブルで接続されているものであってもよい。
【００３８】
さらに、制御部２０には、操作表示部２２が制御可能に接続されている。制御部２０では、操作表示部に各種の情報を表示することができ、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３から取得した超音波エコーを画面表示したり、板厚を検知した結果を数値などで表示したりすることができる。また、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が所定の幅位置にいない場合に警告などの表示を行うようにしてもよい。
また、制御部２０では、操作表示部２２に記憶部２１に格納されている設定値を変更可能とする操作画面を表示してもよく、オペレーターによって設定値が変更された場合には、変更された設定値を記憶部２１に格納するようにしてもよい。
【００３９】
この実施形態では、溶接部の長手方向に追従を達成するために超音波探触子を溶接部上の中心部に１ヶと溶接部の両脇に各１ヶを配置し、溶接を監視するように設けたものである。中心部の超音波探触子は内面余盛凸部の板厚の変動を検出し、両脇に設置して超音波探触子は内面から反射してくるエコーの高さを検出するものである。すなわち、超音波探触子Ｐ２は、溶接部の板厚変化を検知する中央探触部であり、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３は、超音波エコーの高さ変化を検知する側方探触部である。
【００４０】
この実施形態の作用について説明すると、溶接部中心の超音波探触子の位置が中心から外れた場合は内面余盛凸部の板厚より薄くなることから、内面からの反射波の位置が近くに移動するので検出可能である。また両脇に設置した超音波探触子の位置が溶接部側にズレた場合は内面の余盛形状から反射波が不安定（減衰）になることが検出できる。中心部および両脇の探触子からの情報を合わせ評価することで時計方向または反時計方向にズレたことが検出できる。
【００４１】
溶接部位置検知装置１の動作手順を図４のフローチャートに基づいて説明する。
なお、以下の手順は、制御部２０による制御によって実行される。
追従処理の開始に伴って、超音波素子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を所定の移動速度で溶接部１１０の長尺方向に移動させ、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の移動量を判定する（ステップｓ１）。なお、図中では、適宜に、超音波探触子をプローブとして表示している。
【００４２】
判定では、予め定めた移動量Ｘｐで、台車の移動量から超音波探触子が所定量移動したかを判定する。移動量Ｘｐは、予め記憶部２１に設定値として格納しておく。
超音波探触子の移動量がＸｐ進んでいなければ（ステップｓ１、Ｎｏ）、移動量がＸｐになるまで待機する。
超音波探触子の移動量がＸｐ進んでいれば（ステップｓ１、Ｙｅｓ）、移動量をリセットし、超音波探触子Ｐ２による板厚測定値を抽出し、板厚検知量が基準板厚量（例えば×以上など）であるかの判定を行う（ステップｓ２）。板厚検知量が基準板厚量を満たしていれば（ステップｓ２、ＯＫ）、ステップｓ１に戻って超音波探触子の移動量の判定を行う。なお、基準板厚量として特定の範囲を設定したものであってもよい。
【００４３】
板厚検知量が基準板厚量を満たしていない場合（ステップｓ２、ＮＧ）、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３について、エコーの高さＢ２の判定を行う（ステップｓ３）。なお、この際に、超音波探触子Ｐ１で超音波エコーの高さ変化を検知し、超音波探触部Ｐ１、Ｐ３で溶接部の板厚変化を検知するものとしてもよい。
超音波探触子Ｐ１、Ｐ３について、エコー高さＢ２が、予め定められた基準を満たしている場合（ステップｓ３、ＯＫ、パターンＢ）、ズレはないと判定し、幅方向の補正を行うことなくステップｓ１に以降してプローブ移動量の判定を継続する。なお、このパターンでズレなしと判定するのが、余盛りの厚さが必ずしも中央で所定以上であることは保証されないので、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３の探触結果を利用してズレなしと判定する。
【００４４】
超音波探触子Ｐ３はエコー高さＢ２が正常であるものの超音波探触子Ｐ１においてエコー高さの基準を満たしていない場合（ステップｓ３、パターンＡ）、溶接部位置検知装置１は、溶接部１１０の溶接線に対し、左側にずれているものと判定する。なお、左右は、走査方向後方から溶接部位置検知装置１を見た方向で示している。制御部では、このズレを解消するため幅方向駆動部１５によって超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を＋Ｙｐ（右方向）で移動調整する。Ｙｐは予め設定されて記憶部２１に格納されている。この調整によって幅方向位置が適正な方向に修正される。調整後、ステップｓ１に戻って超音波探触子の移動量の判定を継続する。
【００４５】
また、超音波探触子Ｐ１はエコー高さＢ２が正常であるものの超音波探触子Ｐ３がエコー高さＢ２が基準を満たしていない場合（ステップｓ３、パターンＣ）、溶接部位置検知装置１は、溶接部１１０の溶接線に対し、右側にずれているものと判定する。制御部では、このズレを解消するため幅方向駆動部１５によって超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を−Ｙｐ（左方向）で移動調整する。この調整によって幅方向位置が適正な方向に修正される。調整後、ステップｓ１に戻って超音波探触子の移動量の判定を継続する。
上記手順を走査量が所定値に達するまで行い、超音波探触子Ｐ２は、溶接部１１０の中央部上に沿って移動するように制御される。これにより超音波探触部を自動で位置調整することができる。
【００４６】
この実施形態では、溶接上に置いた超音波探触子Ｐ２が中心位置にある場合は、内面の余盛板厚（溶接厚）が最も厚い位置になるが、中心からズレた場合は板厚が薄くなり底面エコーの位置が表層側に移動する。また、溶接の両脇に置いた探触子Ｐ２およびＰ３がクラッド鋼板の上にある場合はクラッド鋼板の内面からの反射波（底面エコー）が安定して検出するが、溶接側にズレた場合は内面余盛の形状により底面エコーが減衰する。したがって、例えば探触子（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）がＰ３側にズレた場合は、Ｐ２の底面エコー位置が表層側に移動し中心からズレたと判定し、更にＰ１の底面エコーが減衰することから探触子（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）がＰ３側にズレたと判定する。
【００４７】
図５は、ステップｓ３で判定した幅方向のずれ状態を示すものである。なお、図は、走査方向後方側から溶接部位置検知装置１を見た図を示している。
Ａ図では、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が右側（走査方向前方から見て）にずれており、Ｂ図では、幅方向に適正な位置、Ｃ図では、超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が図示左側（走査方向前方から見て）にずれている。これらについては、図５に示す方向に超音波探触子Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を移動させる補正を行う。
【００４８】
図６は、図５に示す超音波探触子の位置において得られるエコー高さＢ２のオシログラフを示すものである。図の左側の反射エコーの高さがＢ１、図の右側の反射エコーの高さがＢ２になっている。
【００４９】
反射波が、エコー高さが高い状態で効率よく反射するには、底面形状が平らであったり、超音波に垂直であったりすることが重要になる。溶接部（余盛）よりも母材部分の方が底面の状態が反射しやすくなっている。超音波探触子Ｐ１や超音波探触子Ｐ３が余盛側に近づくと底面からの反射波が乱れて弱くなる。その影響が大きく出るのは第１回目の反射エコーの高さＢ１よりも第２回目の反射エコーのＢ２の方なので、特にＢ２の挙動に着目することで、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３が溶接部の幅方向で溶接部の内外に位置しているかを容易に判定することができる。底面がフラットなほど底面反射する超音波が多くなりエコーの山は高くなる。この際に、Ｂ１とＢ２の比を求めることによって判定をすることもできる。Ｂ２は、Ｂ１よりもエコー高さが低くなるが、Ｂ１の高さの半分の高さを指標に用いることができる。すなわち、０．５≦Ｂ２／Ｂ１＜１．０である場合、側方探触部による超音波が溶接部外の内面で反射していると判定することができる。
なお、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３がエコー高さで基準を満たしているかは、反射回におけるエコー高さを見ることで判断してもよい。超音波のエコー受信では、反射が繰り返されることで複数回のエコーを受信することができる。
【００５０】
パターンＡでは、超音波探触子Ｐ３が母材部上に位置し、超音波探触子Ｐ１がずれて溶接部上に位置しており、超音波探触子Ｐ３のエコー高さＢ２が相対的に高く、超音波探触子Ｐ１のエコー高さＢ２が相対的に低くなっている。したがって、超音波探触子は超音波探触子Ｐ３側にずれていると判断することができる。超音波探触子Ｐ３では、０．５≦Ｂ２／Ｂ１＜１．０を満たしている。また、超音波探触子Ｐ１では、Ｂ２／Ｂ１は０．５未満になっている。
また、超音波探触子Ｐ２のエコー高さＢ１は、余盛からずれてエコー高さＢ１が低くなっている。この際に、超音波探触子Ｐ２で検知される厚さＷ１は、被溶接材１００の肉厚Ｔと肉盛部の厚さαの合算量よりも小さくなっている。厚さＷ１は、エコー高さＢ１の立ち上がり開始点までの時間で算出することができる。
パターンＡでは、超音波探触子を＋方向（図示時計回り）に移動させるようにして位置調整を行う。
【００５１】
パターンＢでは、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３が母材部上に位置して超音波探触子Ｐ１、Ｐ３のエコー高さＢ２は相対的に高くなっており、超音波探触子Ｐ１、Ｐ３では、０．５≦Ｂ２／Ｂ１＜１．０を満たしている。超音波探触子Ｐ２のエコー高さＢ１は、余盛板厚に相応して高いエコー高さを示している。したがって、パターンＢでは、ＯＫの状態であり、そのままの位置を保持することができる。超音波探触子Ｐ２で検知される厚さＷは、被溶接材１００の肉厚Ｔと肉盛部の厚さαの合算量と同じ値になっている。
【００５２】
パターンＣでは、超音波探触子Ｐ１が母材部上に位置しており、超音波探触子Ｐ１のエコー高さＢ２が相対的に高く、超音波探触子Ｐ３が母材部上からずれて超音波探触子Ｐ３のエコー高さが相対的に低くなっている。したがって、超音波探触子は超音波探触子Ｐ１側にずれていると判断することができる。超音波探触子Ｐ１では、０．５≦Ｂ２／Ｂ１＜１．０を満たし、超音波探触子Ｐ３では、Ｂ２／Ｂ１は０．５未満になっている。
超音波探触子Ｐ２のエコー高さＢ１は、余盛からずれてエコー高さＢ１が低くなっていおり、超音波探触子Ｐ２で検知される厚さＷ１は、被溶接材１００の肉厚Ｔと肉盛部の厚さαの合算量よりも小さくなっている。
パターンＣでは、超音波探触子を−方向（後方側から見て図示反時計回り）に移動させるようにして位置調整を行う。
【００５３】
上記動作によって、超音波探触子Ｐ２を溶接部の幅方向中央部に位置するように調整しつつ溶接部の長尺方向に沿って移動させることができる。
以上のように、この実施形態によれば外面余盛を除去したパイプ溶接部に適用する超音波探傷装置を、溶接部に追従して走査することが可能になる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、３つの超音波探触子を用いるものについて説明を行ったが、超音波探触子の数が特に限定されるものではなく、中央探触部と両側の側方探触部を用いるものであれば適宜の数の超音波探触子を用いることができる。
【００５５】
図７は、上記溶接部位置検知装置１と、探傷用超音波探触子３１を備える超音波探傷装置３０を示す図である。
探傷用超音波探触子３１は、溶接部位置検知装置１に連結されて、溶接部位置検知装置１の超音波探触子Ｐ２の位置に合わせて探傷用超音波探触子３１が位置づけられている。したがって、超音波探触子Ｐ２を溶接部１１０の中央部上方に位置させることで、探傷用超音波探触子３１が溶接部１１０の中央部上方に位置する。
【００５６】
超音波探触子Ｐ２が溶接部１１０の中央部上方から位置ずれしている場合、探傷用超音波探触子３１も溶接部１１０の中央部上方から位置ずれするため、超音波探触子Ｐ２の位置を溶接部１１０の中央部上方に位置するように維持することで、探傷用超音波探触子３１を溶接部１１０の中央部上方に位置させて超音波探傷を良好に行うことができる。この際に、探傷用超音波探触子３１の受信信号を制御部で取得して探傷における解析を行うことで、溶接部位置検知装置１と同種のデータを用いてデータ処理を行うことができる。
なお、上記動作は、溶接部探傷方法として手動により行うことも可能である。
【００５７】
上記実施形態では、超音波探触子を超音波探触部として用いる例について説明したが、複数の超音波探触部として、フェーズドアレイ構造を有するものを用いることができる。
図８は、フェーズドアレイ構造の超音波探触部を溶接部上に配置した状態を示すものである。
この例では、フェーズドアレイプローブ４０に多数の超音波探触部を有するものであり、例えば、６４ヶ、１２８ヶ、２５６ヶまたはそれ以上の探触部が配置されている。
【００５８】
このフェーズドアレイプローブ４０を、図９Ａに示す溶接部１１０上に、図９Ｂに示すように、溶接部１１０の長手方向に交差する方向にアレイ方向が沿うように配置する。この際には、フェーズドアレイプローブの測定領域は、溶接部１１０の幅を超えるものとする。なお、プローブの配置方向は、溶接部１１０の長手方向に直交する方向でもよく、また、斜めにして配置してもよい。
【００５９】
フェーズドアレイプローブから送られた超音波４０Ａは、溶接部１１０およびその周辺で外層クラッド材１０１、内層クラッド材１０２内部に伝搬し、受信された信号を制御部において解析する。その際に、多数のエコーを受信することで、溶接部の板厚変化を検知する中央付近のプローブを中央探触部の超音波探傷部として使用し、溶接部の幅方向境界部側を検知するプローブを側方探触部の超音波探傷部として使用し、フェーズドアレイプローブ４０の所定位置を溶接部の幅方向中央部上に維持されるように調整することができる。他のプローブを同様に使用することで測定精度を上げることができる。
なお、中央探触部となるプローブのどの範囲で選択するか、側方探触部となるプローブをどの範囲で選択するか、は適宜決定することができ、測定状況によって、その範囲を測定中に動的に変更するものであってもよい。
フェ−ズドアレイプローブのように一度の探傷で溶接部全てをカバ−しなければならない技術に対しては、溶接部を精確に追従することができる。
【００６０】
この実施形態の作用について説明すると、溶接中心に位置するプローブ、すなわち中央探触部が中心から外れた場合は内面余盛凸部の板厚より薄くなることから検出可能である。また両脇に位置するプローブ、すなわち側方探触部が溶接部側にズレた場合は内面の余盛形状から反射波が不安定（減衰）になることが検出できる。中心部および両脇の側方の探触部からの情報を合わせ評価することで時計方向または反時計方向にズレたことが検出できる。加えて画像処理することで形状の不連続を判定することができる。この実施形態でフェーズドアレイの位置ずれが検知された場合は、前記実施形態と同様に、幅方向にフェーズドアレイ４０を移動させて溶接部に対する位置を調整することができる。
【００６１】
以上、本発明について上記実施形態に基づいて説明を行ったが、本発明は上記説明の内容に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは上記実施形態における適宜の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１    溶接部位置検知装置
２    リニア移動部
１４    長尺方向駆動部
１５    幅方向駆動部
２０    制御部
２１    記憶部
２２    操作表示部
３０    超音波探傷装置
３１    探傷用超音波探触部
４０    フェーズドアレイプローブ
４０Ａ  超音波
１００    被溶接部
１０１    外層クラッド材
１０２    内層クラッド材
１１０    溶接部
Ｐ１    超音波探触子
Ｐ２    超音波探触子
Ｐ３    超音波探触子
【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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【図８】
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【図９】
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