(57)【要約】【課題】  微少な有害欠陥を検出する超音波斜角探傷方法とその装置。【解決手段】  間隔方向の互い向き合う方向に向けて超音波ビームを発する２個一対の探触子を間隔を保って配置した超音波発信部と、超音波発信条件を受信して前記超音波発信部に所定の超音波ビームを発生させ検出された検出信号を評価部に送信する送受信部と、被検査材に応じた超音波発信条件および有害欠陥と判定する高い第一基準値と低い第二基準値を設定する初期設定部と、前記基準値と２個の検出信号を対比して有害欠陥との判定時にマーキング部に欠陥信号を送信する評価部と、欠陥信号によりマーキングするマーキング部を備えた超音波斜角探傷装置により、２個一対の探触子から超音波ビームを発して信号を検出すると共に、検出信号と第一基準値及び第二基準値を対比して有害欠陥の有無を判定する。【選択図】  図７
2005195349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査材に対し超音波ビームを斜め方向に発して欠陥を検出する超音波斜角探傷方法において、
２個一対の探触子を間隔を保って配置し超音波ビームを間隔方向の互い向き合う方向に向けて発しながら欠陥を検出すると共に有害欠陥と判定する基準値を高い第一基準値と低い第二基準値に定め、一対の探触子で検出された２個の検出信号のいずれかの検出信号が第一基準値を超えた場合、又は、２個の検出信号が共に第二基準値を超えた場合に有害欠陥と判定することを特徴とする超音波斜角探傷方法。
【請求項２】
前記被検査材は鋼管であることを特徴とする請求項１記載の超音波斜角探傷方法。
【請求項３】
被検査材に対し超音波ビームを間隔方向の互い向き合う方向に向けて発しながら欠陥を検出する２個一対の探触子を間隔を保って配置した超音波発信部と、
初期設定部からの超音波発信条件を受信し前記超音波発信部に所定の超音波ビームを発生させると共に、超音波発信部からの検出信号を表示部と評価部に送信する送受信部と、
送受信部からの検出信号を表示する表示部と、
被検査材の特性に応じた超音波発信条件および有害欠陥と判定する高い第一基準値と低い第二基準値を設定して各設定値を送信する初期設定部と、
前記初期設定部からの設定値を受信して、前記第一基準値、第二基準値と２個一対の探触子の検出信号とを対比して有害欠陥の有無を判定し、有害欠陥との判定時にマーキング部に欠陥信号を送信する評価部と、
前記評価部からの欠陥信号により被検査材にマーキングを施すマーキング部を備えたことを特徴とする超音波斜角探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検査材の内部欠陥を検査する超音波斜角探傷方法とその装置に関し、特に超音波ビームを斜め方向に発しながら欠陥を検出する間隔を保って配置した２個一対の探触子で鋼管の内部欠陥を検出し、２個の検出信号から有害欠陥を判定するものである。ここで、鋼管とはシームレス鋼管、ＵＯ鋼管、スパイラル鋼管、電縫鋼管等全ての鋼管を称する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電縫鋼管は、供給される帯鋼をその両側から順次円筒状に曲げられ溶接機でその接合部を高周波電流により加熱、溶接されて製造される。
このように製造された電縫鋼管には再度大きく加工されたり、大きな内圧が負荷される品種もあり、加工や負荷に耐える欠陥のない高品質の電縫鋼管が要求される。そのため、従来より欠陥が発生しやすい溶接部は種々の検査が行われ、その一例として超音波探傷がある。
【０００３】
例えば電縫鋼管の超音波探傷法は、溶接部の近傍に設けた探触子から溶接部に向け斜角に発せられた超音波ビームが、電縫鋼管の外面と内面で反射されながら進み、欠陥部でこの欠陥に当り反射されて戻ってくる反射エコーを検出信号として捉え、この検出信号を有害欠陥と判定する基準値と対比して、前記基準値よりも大きな検出信号が検出された時に有害欠陥と判定し、基準値以下の検出信号の場合は無害と判定していた。
【０００４】
超音波探傷の特徴として、欠陥から戻ってくる反射エコーは、同じ状態の欠陥の場合には大きな欠陥からの反射エコーは大きく、小さな欠陥からの反射エコーは小さく、欠陥の大きさに応じて得られる。しかしながら、欠陥には面状や棒状あるいは歪んでいる欠陥等種々の形状があり、この欠陥の形状や欠陥への超音波ビームの当たる方向によって反射エコーの大きさが変化し、欠陥の大きさと反射エコーの大きさは必ずしも一致しないことがあり、有害欠陥の見落としが生じる場合がある。従って、従来の超音波探傷では、超音波ビームの発生強度を強くすることにより感度アップして欠陥の流出防止を図っていた。その結果、無害な欠陥までも不良品とする過剰検出になっていた。
【０００５】
このような問題は、従来よりやむをえない問題と認識し、例えば、特許文献１に開示されているように被検査材の欠陥を分類するための方法を開発したり、また、発生する欠陥により下工程での設備を破壊させるのを防止する目的で欠陥の見落しを防ぐ検出方法が特許文献２に開示されているだけである。
【特許文献１】特開２０００−２４１３９６号公報
【特許文献２】特開２００３−２２２６１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この特許文献１に開示された方法は、超音波パルスを試験体の探傷面に対して斜めに発し、試験体中の音響的不連続部によって反射された超音波パルスをエコーとして受信する探触子を試験体上に移動させると共に探触子で受信されたエコーと探触子の空間的位置に基づいて音響的不連続部の像を開口合成信号処理により生成し、生成された像の特徴から欠陥を分類するものである。
しかし、特許文献１に記載の欠陥の分類だけでは、欠陥の大小が不明確で微少な欠陥まで有害欠陥と無害欠陥を判定することができないという問題がある。
【０００７】
また、特許文献２に記載された方法は、被検査材である鋼管の同一部位について、斜角探傷によって欠陥からの反射エコー強度を測定すると共に、垂直探傷によって被検査材の肉厚及び表面からの反射エコー強度のいずれか一方を測定し、前記斜角探傷による測定値が所定のしきい値を超えると共に、前記垂直探傷による測定値が所定のしきい値を超えた場合、前記部位に有害欠陥が存在すると判定して、超音波探傷位置より下工程の設備を退避させ、その設備破損を防止するものである。
この特許文献２における有害欠陥とは下工程の設備を破壊させる程度の大きな欠陥を指すので、特許文献２の方法では高品質の鋼管に要求されるような鋼管の品質を確保するだけの微少な欠陥が検出できないという問題がある。
本発明は、上記したような問題を解決せんとしたもので、大きな欠陥は勿論のこと微少な欠陥であってもそのなかの有害欠陥を検出する方法と装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明における超音波斜角探傷方法は、２個一対の探触子を所定間隔を保って配置し超音波ビームを間隔方向の互い向き合う方向に向けて発しながら欠陥を検出すると共に有害欠陥と判定する基準値を高い第一基準値と低い第二基準値に定め、一対の探触子で検出された２個の検出信号のいずれかの検出信号が第一基準値を超えた場合、又は、２個の検出信号が共に第二基準値を超えた場合に有害欠陥と判定することとしている。
【０００９】
また、前記超音波斜角探傷方法は、被検査材に対し超音波ビームを間隔方向の互い向き合う方向に向けて発しながら欠陥を検出する２個一対の探触子を所定間隔を保って配置した超音波発信部と、初期設定部からの超音波発信条件を受信し前記超音波発信部に所定の超音波ビームを発生させると共に、超音波発信部からの検出信号を表示部と評価部に送信する送受信部と、送受信部からの検出信号を表示する表示部と、被検査材の特性に応じた超音波発信条件および有害欠陥と判定する高い第一基準値と低い第二基準値を設定する初期設定部と、前記初期設定部からの設定値を受信して前記第一基準値、第二基準値と２個の検出信号を対比して有害欠陥の有無を判定し、有害欠陥との判定時にマーキング部に欠陥信号を送信する評価部と、前記評価部からの欠陥信号により被検査材にマーキングを施すマーキング部を備えた超音波斜角探傷装置により実施できる。
上記本発明の超音波斜角探傷方法および超音波斜角探傷装置において、小径長尺の被検査材に対し回転式超音波探傷器を採用する場合には、回転ヘッドに２個一対の探触子を同一円周上に間隔を保って配置して超音波ビーム間隔方向の互い向き合う方向に向けて発すると、被検査材に対し超音波ビームが同一状態で照射されたことになり好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の超音波斜角探傷方法は、２個一対の探触子を所定間隔を保って配置し被検査材に対して超音波ビームを間隔方向の互い向き合う方向に向けて発しながら欠陥を検出し、各探触子で検出された大きな検出信号の時は勿論、比較的小さな検出信号でも２個の検出信号が共に低い基準値を超えた場合に有害欠陥と判定するので、１欠陥に対し１検出信号で判定する従来技術で困難であった微少欠陥の有害又は無害の判定が可能となり、微少な有害欠陥の見逃しや過剰検査が防止でき、効率良く製品の高品質保証が図られる。
【００１１】
また、本発明の超音波斜角探傷装置は、初期設定部を設けて超音波発信条件や第一基準値、第二基準値を設定し、評価部で所定間隔を保って配置した２個一対の探触子からの２個の検出信号と前記第一基準値、第二基準値を対比して有害欠陥の有無を判定するように構成しているため、被検査材のサイズや品質基準等の特性に応じた探傷が可能となって微少な有害欠陥の検出能が向上する。しかも、本発明装置は従来からの探傷装置を少しの改良を施すだけで、装置自身を大型化するものでなく容易に実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、電縫鋼管を例にして本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、鋼管を規定の超音波探傷をした場合、この鋼管の肉厚内に有害欠陥が無いことを確認しているにもかかわらず、稀に有害欠陥が残存し鋼管加工時の加工不良が発生していることに注目し、その原因について調査した。
超音波探傷は、前述の通り欠陥に当たる超音波ビームの方向によって検出信号の大きさが変化することは知られている。しかし、超音波探傷方法にも種々の方法が存在し、超音波探傷方法と検出信号の関係が明確にされていなかった。
【００１３】
そこで、超音波探傷について検出される検出信号と実際に発生している欠陥について検討を行った。
図１は、鋼管の横断面方向から示した超音波斜角探傷の模式図である。
鋼管Ｐの表面から円周方向斜めに探触子１から発せられた超音波ビーム２は、鋼管Ｐの内面と外面で反射されながら肉厚内を円周方向に進んでいる。この超音波ビーム２の進行過程で、鋼管Ｐの肉厚内に欠陥３が存在すると、この欠陥３で超音波ビーム２が反射されて反射エコーとして超音波ビーム２の進行経路と同じ経路を逆に進行し探触子１に到達して、検出信号として捉えられる。そしてこの検出信号の大きさにより有害欠陥や無害欠陥に判定される。
【００１４】
図２は、鋼管の溶接部に発生しやすい欠陥形状の一例として平面状欠陥、フッククラック、溶接線上欠陥を例にし、この欠陥に当たる超音波ビームを模式的に示したものである。
（ａ）図は平面状欠陥３１を示し、この平面状欠陥３１の面部に超音波ビーム２が当たると反射エコーも大きくなって大きな欠陥として検出されやすく、欠陥の大きさと検出信号の大きさが比例している。
（ｂ）図はフッククラック３２を示し、このフッククラック３２の背面の広い面に超音波ビーム２が当たると、反射エコーも大きくなって大きな欠陥として検出されやすい。
【００１５】
（ｃ）図は、（ｂ）図と同じフッククラック３２ではあるが、フッククラック３２の向きが（ｂ）図と逆方向に向いているためフッククラック３２の長さ方向と超音波ビーム２の進行方向が平行状となり、フッククラック３２の下端に超音波ビーム２が当たっている。このためフッククラック３２への超音波ビーム２の当たり面が小さくなって同じ大きさのフッククラック３２であっても反射エコーが小さくなり小さな欠陥として検出される。  （ｄ）図は溶接線上欠陥３３であって、このような欠陥は細いが長いために鋼管にとって有害とされるが、欠陥自身に面がなく反射エコーが小さくなって小さな欠陥として検出される。
【００１６】
図２の（ａ）、（ｂ）の場合は、欠陥の大きさに比例して欠陥そのものの大きさが検出され問題はないが、（ｃ）の場合は、（ｂ）の欠陥と同じ欠陥であるにも拘らず小さな欠陥として検出される。そして、（ｃ）の場合の欠陥に図示の左側より超音波ビーム２を発すると、（ｂ）の場合となり、フッククラック３２を大きな欠陥として検出されることができる。また、（ｄ）の場合は有害欠陥ではあるが、超音波ビーム２の発する方向に殆ど関係なく、常にほぼ同じ大きさの小さな欠陥として検出され特別小さく検出されることはない。  更に、図示していないが、仮に棒状欠陥が水平状態に存在していたとしても、これも（ｄ）の場合と同様に超音波ビーム２の発する方向に殆ど関係なく小さな欠陥として検出される。
【００１７】
すなわち、ある欠陥に対して垂直面内の異なる２方向から超音波ビームを発すると、図２の（ｂ）、（ｃ）のように、一方の超音波ビームでは欠陥に当たる超音波ビームの方向で小さな欠陥として検出されても、他方の超音波ビームで欠陥自身の大きさを正しく捉えることが可能であり、また、（ｄ）の溶接線上欠陥のような垂直棒状の場合や、図示していない水平棒状欠陥の場合は、小さな欠陥として検出されるが超音波ビームの方向による検出の大きさに変動が少なく、同じ大きさの欠陥として検出されることが判る。なお、超音波ビームの管軸方向は、例えば、１探触子当たり１０ｍｍ程度の幅を保って複数の探触子で超音波ビームを発しているため、管軸方向の小さな棒状欠陥に対しても見落とすことなく鋼管円周方向の水平棒状欠陥の場合と同様に検出される。
【００１８】
欠陥に当たる２つの超音波ビームの方向によって、例えば、検出信号の大と大、大と小、小と小、小と未検出、共に未検出等の組み合せの検出信号を得ることが可能となる。そして、検出信号の大と大、大と小のものは、大きな有害欠陥による検出信号であると言うことができ、また、検出信号の小と小のものは、大きな欠陥ではないが２方向から同じように検出されるため、それなりの大きさを保った欠陥か、又は面の少ない棒状に細長い欠陥と言うことができる。検出信号の小と未検出の場合は、超音波ビームの方向によって検出されない場合もあるが、検出されても小さな無害な欠陥に過ぎないと言うことができる。
【００１９】
このようにして、前述の２個の検出信号に有害欠陥と無害欠陥を判別する高い閾値と低い閾値の２個の閾値を設けると、２個の検出信号のうちの１個でも高い閾値を超えた場合には大きな欠陥と判断でき、２個の検出信号が共に低い閾値を超えた場合にもそれ相当の有害欠陥であるとして、有害欠陥の見逃しのない効率良い探傷が可能となる。
【００２０】
図３は、検出信号の大きさと閾値による有害欠陥と無害欠陥の関係を示したものである。図３において、２個一対である２個の探触子を一方の探触子と他方の探触子に分け、それぞれの探触子で検出される検出信号の組み合わせを（１）〜（８）の例で表し、同時に高い閾値と低い閾値を”高い”、”低い”で示すと共に、高い閾値を超えている検出信号には×印を、低い閾値を超えている検出信号には△印を、低い閾値を以下の検出信号には○印を付与した。
（１）〜（３）の例は２個の検出信号が共に高い閾値を超えるか、又は、いずれか一方の検出信号が高い閾値を超えた場合であり、また、（４）の例は高い閾値を超えていないが、共に低い閾値を超えた例であり、このように何れかに×印のある場合や共に△印の場合は有害欠陥とする。
（５）、（６）は一方のみが低い閾値を超え、（７）、（８）は共に低い閾値以下であって、このような（５）〜（８）の場合は無害欠陥とする。
【００２１】
すなわち、本発明に係る超音波斜角探傷方法は、被検査材に対し超音波ビームを斜め方向に発して欠陥を検出する超音波斜角探傷方法において、２個一対の探触子を間隔を保って配置し超音波ビームを間隔方向の互い向き合う方向に向けて発しながら欠陥を検出すると共に有害欠陥と判定する基準値を高い第一基準値と低い第二基準値に定め、一対の探触子で検出された２個の検出信号のいずれかの検出信号が第一基準値を超えた場合、又は、２個の検出信号が共に第二基準値を超えた場合に有害欠陥と判定するものである。
【００２２】
また、本発明に係る超音波斜角探傷装置は、被検査材に対し超音波ビームを間隔方向の互い向き合う方向に向けて発しながら欠陥を検出する２個一対の探触子を間隔を保って配置した超音波発信部と、初期設定部からの超音波発信条件を受信し前記超音波発信部に所定の超音波ビームを発生させると共に、超音波発信部からの検出信号を表示部と評価部に送信する送受信部と、送受信部からの検出信号を表示する表示部と、被検査材の特性に応じた超音波発信条件および有害欠陥と判定する高い第一基準値と低い第二基準値を設定して各設定値を送信する初期設定部と、前記初期設定部からの設定値を受信して、前記第一基準値、第二基準値と２個一対の探触子の検出信号を対比して有害欠陥の有無を判定し、有害欠陥との判定時にマーキング部に欠陥信号を送信する評価部と、前記評価部からの欠陥信号により被検査材にマーキングを施すマーキング部を備えた装置である。
【００２３】
前記超音波斜角探傷装置において、初期設定部の設定値は、評価部を介して受信したり、送受信部を介して受信することができる。いずれの場合も設定値の第一基準値と第二基準値は評価部に到り、超音波発信条件は超音波発信部に到ることとしている。
さらに、探傷記録は評価部からの出力を経時的にオシログラフに出力したり、図３に示したような検出信号値を第一基準値、第二基準値と共にイベントチャートとして連続的に出力したりすることができる。また、有害欠陥の発生時に警報を発する構成、あるいは、超音波斜角探傷後の被検査材を良品とマーキングを施した不良品の区別を評価部より受信して自動的に弁別して取り出すこともできる。
【００２４】
また、マーキング部において、評価部からの欠陥信号でマーキングするマーキング位置は、マーキング部内に有するシフトレジスターによって欠陥信号の受信時からパルス数を計測し、予め設定されているマーキング部位置と超音波発信部位置間の距離に相当するパルス数に、計測パルス数が達した時がマーキング位置としたり、シフトレジスターに替えてタッチロール等の距離計で欠陥信号受信時からの距離を計測してマーキング位置を決めたり、あるいは、超音波発信部の近傍に別途距離計を設け、評価部がこの距離計の計測値を受信し、計測値が距離計とマーキング部間の距離に達した時の位置がマーキング位置と判定して、マーキング部にマーキング指示を発することもできる。
【００２５】
本発明において、間隔を保って配置した２個一対の探触子から超音波ビームを間隔方向の互い向き合う方向に向けて発するのは、前述の通り披検査材に同じ状態で超音波ビームを照射し探触子間に存在する欠陥に対して垂直面内の異なる２方向から超音波ビームを当て、少なくとも一方の超音波ビームで欠陥の大きさを正確に検出するようにしたものである。
さらに、２個の検出信号のいずれかの検出信号が高い第一基準値を超えた場合に有害欠陥と判定するのは、当然大きな有害欠陥を捉えたとの判断をしたためであり、２個の検出信号が共に低い第二基準値を超えた場合に有害欠陥と判定するのも、超音波ビームの当たる方向によって検出信号が変化しないそれなりの基準を満たした有害欠陥を捉えたと判断したためであり、有害欠陥の検出の信頼性を高めるためである。
【００２６】
ここで、高い第一基準値とは、検出される検出信号のうちの大きな欠陥からの検出信号で、この検出信号から有害欠陥と判定する基準値であり、低い第二基準値とは、小さな検出信号についても２個の検出信号のそれぞれで捉えられた場合に有害欠陥と判定するための基準値である。この第二基準値は従来より一層小さい検出信号について有害、無害を厳格に判定するものであるから厳しい基準値と言える。そして、このような超音波斜角探傷は、シームレス鋼管や溶接位置に欠陥の発生しやすいＵＯ鋼管、スパイラル鋼管、電縫鋼管等のいずれの鋼管にも有効である。
【００２７】
以下、本発明を図面に基づいて、小径の鋼管の場合について説明する。
図４は鋼管の横断面方向の回転式超音波探傷器の回転ヘッドを示した概略図である。
図５は鋼管を平面視した場合の超音波発信部を構成する探触子の位置関係を模式的に示した図であり、図６は横断面方向の鋼管と超音波発信部の位置関係を示した図である。
【００２８】
図４において、１１は超音波探傷器の回転ヘッドであり、回転ヘッド１１の図示の上下方向には鋼管Ｐの肉厚の厚さ方向の欠陥を検出する超音波発信部１２を、左右方向には管軸ＰＳ方向（紙面に水平方向）に比較的外面に近い欠陥を検出する管軸方向超音波発信部１３を、それぞれ同一円周上となるよう回転ヘッド１１の中心から等距離に設けている。回転ヘッド１１内に被検査材である小径の鋼管Ｐを軸心を合わせて挿入し回転ヘッド１１と鋼管Ｐの間には水が満たされ、回転ヘッド１１を例えば右回転させている。このように、回転ヘッド１１と鋼管Ｐを同心にしているため回転ヘッド１１の超音波発信部１２、管軸方向超音波発信部１３と鋼管Ｐ外面間は常に一定の間隔を保って回転ヘッド１１が回転していることになり、回転ヘッド１１の回転に伴う超音波ビームの照射変動を防いでいる。
【００２９】
超音波発信部１２における１２ａは、超音波ビームを発する一方の探触子群であって５個のプローブａ〜ｅが内蔵され、１２ｂは一方の探触子群１２ａの５個のそれどれの探触子ａ〜ｅに対向し２個１対となるように配置した他方の探触子群であって、５個の探触子ａ’〜ｅ’が内蔵されている。
各探触子は図５、図６に示すようにａとａ’、ｂとｂ’、ｃとｃ’、ｄとｄ’、ｅとｅ’がそれぞれ１対となって、しかも間隔Ｄを保って配置され、鋼管に対し超音波ビームを間隔Ｄ方向に互い向き合う方向に向けて発することによって、鋼管Ｐの肉厚内の欠陥が２個の探触子間に位置する状態となったときに、異なる２方向からの超音波ビームが欠陥に当たることになる。
【００３０】
この際、各５個の探触子で管軸ＰＳ方向に各々１０ｍｍの幅をもって超音波ビームを発した場合は、一度に管軸ＰＳ方向に５０ｍｍの探傷が可能となる。すなわち、回転ヘッド１１が１回転する間に鋼管Ｐを管軸ＰＳ方向に５０ｍｍ移動させることによって、上下方向の超音波発信部１２で鋼管Ｐ全体を螺旋状に５０ｍｍ幅の超音波探傷を、および左右方向の管軸方向超音波発信部１３で鋼管Ｐ外面部の探傷洩れを防ぐようにして超音波探傷を済ましたことになる。なお、図４の下方に示す超音波発信部１２は、上方に示す超音波発信部１２での探傷位置に対して例えば１探触子での検出の半分に相当する量をずらした位置を探傷するようにしたもので、上方の各探触子間を下方の各探触子で補うようにしている。探傷幅１０ｍｍの探触子が５個で形成され、回転ヘッド１１が１回転する間に鋼管Ｐを５０ｍｍ移動させる場合は、上下の超音波発信部１２を同じ状態に配置しておくと半回転では２５ｍｍ進むことになるから、上方の探触子間を下方の探触子が探傷していることになる。
【００３１】
しかも、一方の探触子群１２ａの探触子と他方の探触子群１２ｂの探触子は、交互に超音波ビームをパルス発信させていて、欠陥からの反射エコーのみを検出信号として捉えている。パルス発信時に検出される信号は欠陥からの反射エコーであり、パルス発信されない時には検出信号を受信しないようにしている。
そして、図６に示す状態で、一方の探触子群１２ａと他方の探触子群１２ｂは共に回転しているから肉厚方向の欠陥は全て洩れなく検出される。
【実施例１】
【００３２】
以下、図７に示す第一の超音波斜角探傷装置の例を小径の鋼管に適用した場合について説明する。図７において、１２は超音波発信部であり、この超音波発信部１２内は前述の図５、図６に示す通り一方の探触子群と他方の探触子群の各探触子が２個一対となり回転ヘッドの回転同一円周上に所定間隔を保って配置され、鋼管に対し超音波ビームを間隔方向に互い向き合う方向に向けて発するように構成している。この構成により、鋼管の肉厚内に存在する欠陥に対し異なる２方向から同一条件で超音波ビームを当てることができ、それぞれ欠陥の大きさに応じた信号を検出している。
【００３３】
１４は送受信部であり、初期設定部１５からの超音波発信条件、例えば超音波ビームの発生強度、発生パルス、発生位置を評価部１６を介して受信し、前記超音波発信部１２にこの超音波発信条件で超音波ビームを発生させている。
また、送受信部１４は、前記超音波発信部１２からの検出信号を受信し評価部１６に送信すると共に表示部１７にも送信し、表示部１７は受信した検出内容を一時的に記憶し、ＣＲＴに検出信号の一部分を静止画像で表示することができるようになっている。
【００３４】
初期設定部１５は、送受信部１２に送信するための被検査材である鋼管の特性に応じた超音波発信条件、すなわち、少なくとも超音波ビームの発生強度、発生パルス、発生位置等の超音波発信条件、および、有害欠陥と判定するための高い第一基準値と低い第二基準値を設定する。超音波発信条件は、鋼管の外径や肉厚それに管種、客先仕様等いずれかの鋼管の特性が変更されるロット単位毎に設定される。
【００３５】
図１に示したように斜め方向に発せられた超音波ビームは鋼管の内面と外面で反射されながら肉厚内を円周方向に進み、そして、有害欠陥の有無は超音波ビームの欠陥からの反射エコーを捉えて判定するものであるから、超音波ビームの発生強度の設定は、超音波ビームの進行経路が変化する鋼管の径や肉厚値等に応じて前記超音波ビームの発生強度を最適にするものである。この発生強度は、少なくとも欠陥からの反射エコーを捉えられる強度で、しかも図４に示す回転ヘッドの場合は 180度反対側位置に設けた超音波発信部１２の探触子に影響を与えない強度である。同時に鋼管の横断面方向からみた発せられる超音波ビームの幅形状も適性に設定される。
【００３６】
超音波ビームの発生パルス（Ｈｚ）の設定は、２個一対の探触子からの超音波ビームが互いに干渉しないように周期的に交互に発生させる周期の設定であり、例えば１０ｋＨｚや１２ｋＨｚである。この発生パルスは、鋼管の径、肉厚等のサイズや規格、客先仕様等によって長年の経験から決められる。
【００３７】
超音波ビームの発生位置の設定は、これも鋼管の径や肉厚値等に応じて設定するもので、２個一対の超音波ビームの鋼管への入射角や鋼管への入射間隔を最適に定めるものであり、例えば鋼管の肉厚値が小さくなれば入射角を大きくしたり、径が小さくなれば一方の探触子群１２ａと他方の探触子群１２ｂの間隔を鋼管の径に比例して狭めるものである。
【００３８】
更に、有害欠陥と判定するための高い第一基準値と低い第二基準値を設定する。
これらの基準値は、検出される検出信号から有害欠陥、無害欠陥を判定するための閾値であるから、鋼管の規格や客先仕様等を基にして決定される。例えば第一基準値はＪＩＳ規格Ｇ０５８２の規定にしたがって決定したり、第二基準値は鋼管の規格や客先仕様と検出信号値との実績に基づいた関係から決定したり、客先仕様によってそれぞれを一層厳しく設定されることもある。
初期設定部１５は、上記の設定以外に鋼管外面と各探触子との間隔、回転ヘッド１１の回転数、欠陥検出感度、ノイズ除去等も設定することが可能である。
【００３９】
評価部１６は、前記初期設定部１５からの設定値を受信して、超音波ビームの発生強度、発生パルス、発生位置等の超音波発信条件を前記送受信部１４に送信すると共に、送受信部１４からの２個一対の検出信号（図４の場合は２個一対の検出信号が５組存在している。）を受信して、この検出信号と高い第一基準値、低い第二基準値を対比する。
この際、図３に示したように、２個の検出信号のうちのどちらかの検出信号が第一基準値を超えるとその検出信号位置を有害欠陥とすると共に、２個の検出信号が共に第二基準値を超えた場合にもその検出信号位置を有害欠陥と判断する。２個の検出信号が共に第二基準値以下の場合や、２個の検出信号が共に第一基準値以下でしかも一方の検出信号が第二基準値以下の場合は有害欠陥と判定しない。
【００４０】
１８はマーキング部であって、評価部１６で有害欠陥と判定された時に、評価部１６からの欠陥信号を受信し、マーキング部１８内に有するシフトレジスターによって欠陥信号の受信時からパルス数を計測し、予め設定されているマーキング部１８位置と超音波発信部１２位置間の距離に相当するパルス数に、計測パルス数が達した時にマーキング部１８に有害欠陥部が到達したとしてマーキングする構成となっている。
【００４１】
１９はアナログ出力部であって、各探触子の２個一対単位で検出された全ての検出データを評価部１６を介して連続的な経時状にオシログラフに出力する。
２０はイベント信号表示部であり、前記評価部１６で検出信号と第一、第二基準値を対比した際の第二基準値を超えた全ての検出信号の値を、第一基準値、第二基準値と共にイベントチャートとして連続的な経時状に出力する。
２１は、警報部であって、評価部１６で有害欠陥と判定された時に音、赤ランプ点灯等の警報を発する。
２２は、自動弁別機であり、超音波斜角探傷後の被検査材を良品とマーキングを施した不良品の区別信号を評価部１６より受信し、良品と不良品のそれぞれの被検査材を超音波発信部１２位置からの移動を追跡することによって被検査材の位置を把握し、搬送の終端において、例えば、被検査材の搬送ラインを中央にして右側のラックを良品、左側のラックを不良品として自動的に振り分け取り出すものである。
【００４２】
図８は、本発明の第二の超音波斜角探傷装置を示した図である。
この図８に示した超音波斜角探傷装置は、図７における初期設定部１５での設定値の送信先を評価部１６から送受信部１４に変更したものである。
送受信部１４は、初期設定部１５からの第一基準値、第二基準値を評価部１６に送信すると共に、超音波発信条件を受信して超音波発信部１２に所定の超音波ビームを発生させ、また、前記超音波発信部１２からの検出信号を表示部１７と評価部１６に送信する。
【００４３】
評価部１６は、送受信部１４からの第一基準値、第二基準値および検出された２個一対の検出信号を受信し、前記第一、第二基準値と検出信号を対比して有害欠陥の有無を判定し、有害欠陥との判定時にマーキング部１８に欠陥信号を送信する。
送受信部１４と評価部１６における処理は、初期設定部１５からの設定値の受信の有無によりその送受信処理を一部変わったにすぎず、送受信部１４の超音波発信部１２への指示、評価部１６の有害欠陥の有無を判定等の処理は同じである。
【実施例２】
【００４４】
以下、本発明の超音波斜角探傷方法の実施例を示す。
対象検査材は電縫鋼管であり、本発明における超音波斜角探傷方法は回転超音波探傷器を使用した方法である。
検査結果は、全検査部分についてイベント信号表示部より、検出信号の値を第一基準値、第二基準値と共に表示するイベントチャートで出力させ、同時に本発明の超音波斜角探傷法に従って有害欠陥と判定された検査材の所定箇所にマーキングを施して別途符号を付与すると共に、イベントチャートにも符号を付与し、被検査材の有害欠陥とイベントチャートの対応付けをした。
【００４５】
１．検査材
鋼管サイズ：外径３８．１ｍｍ、肉厚４．０ｍｍ
２．回転超音波
一対の探触子間隔：２５ｍｍ
探触子数：管軸方向の探傷可能幅が１０ｍｍの探触子を管軸方向に５個
超音波ビームの発信パルス：１２ｋＨｚ
超音波ビームの鋼管への屈折角度：４５度
回転ヘッドの回転数：１分間当り８００回転
鋼管の検査速度：回転ヘッドの１回転当り５０ｍｍ、１分間当り４０ｍ
３．有害欠陥の設定基準値
高い第一基準値：１７ｄＢ（ＪＩＳ規格Ｇ０５８２によるＮ１０％値に相当）
低い第二基準値：１１ｄＢ
【００４６】
比較例における検査方法は、有害欠陥の設定基準値においてＪＩＳ規格に基づいた第一基準値のみによる有害欠陥を検出する方法と、ＪＩＳ規格の基準より厳しい第一基準値による方法とし、出力させたイベントチャートから第一基準値による有害欠陥のみを抽出した。なお、有害欠陥の検証は、マーキング部を約１ｍに切断した後、ハンド超音波探傷器で欠陥位置を特定して欠陥断面を切り出し、この欠陥部分を断面ミクロ観察をして検証した。以上の結果を本発明例と共に表１に示す。
【００４７】
【表１】
2005195349.tif 000003
【００４８】
その結果、本発明例では有害欠陥のみ抽出ができたのに対して、比較例１の場合は無害欠陥が６本検出するという過剰検出が発生し、また、比較例２の場合は有害欠陥の抽出洩れが５本発生した。このように、本発明例は、過剰な有害欠陥の検出も少なく微少な有害欠陥を正確に検出でき、比較例に比べて有害欠陥の検出精度の大幅向上が図られた。
【００４９】
以上の実施例では、検査対象とする鋼管は小径鋼管であったために回転超音波探傷による例であったが、中径溶接管や大径溶接管等の溶接部分を超音波探傷する場合には、回転超音波探傷とは別に２個一対の探触子を溶接部分を跨いで位置させ、溶接方向に移動させることにより本発明方法が実施できる。この場合は、２個一対の探触子の複数個を図５のような一定の間隔Ｄにするのでなく、各一対毎にその探触子の間隔を異にしたり超音波ビームの入射角を異にして、溶接部分の肉厚方向の探傷に洩れのないようにするのがよい。また、小径シームレス鋼管の全肉厚内の欠陥を検査する場合には、実施例の回転超音波探傷の方法で本発明方法が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】鋼管の横断面方向から示した超音波斜角探傷の模式図である。
【図２】欠陥に当たる超音波ビームの模式図であり、（ａ）は平面状欠陥の場合、（ｂ）はフッククラックの背面の場合、（ｃ）はフッククラックの下端の場合、（ｄ）は溶接線上欠陥の場合、を示した図である。
【図３】検出信号の大きさと閾値による有害欠陥と無害欠陥の関係を示した図である。
【図４】鋼管の横断面方向の回転式超音波探傷器の回転ヘッドを示した概略図である。
【図５】鋼管を平面視した場合の探触子の位置関係を模式的に示した図である。
【図６】横断面方向の鋼管と超音波発信部の位置関係を示した図である。
【図７】本発明の第一の超音波斜角探傷装置の例を示す図である。
【図８】本発明の第二の超音波斜角探傷装置の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１      探触子
２      超音波ビーム
３      欠陥                          ３１    平面状欠陥
３２    フッククラック                ３３    溶接線上欠陥
１１    回転ヘッド
１２    超音波発信部
１２ａ  一方の探触子群                １２ｂ  他方の探触子群
１３    管軸方向超音波発信部
１４    送受信部
１５    初期設定部
１６    評価部
１７    表示部
１８    マーキング部
１９    アナログ出力部
２０    イベント信号表示部
２１    警報部
２２    自動弁別機
Ｐ      鋼管                          ＰＳ    管軸
【図１】
2005195349.tif 000004
【図２】
2005195349.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2005195349.tif 000009
【図７】
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【図８】
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