(57)【要約】【課題】板厚や管径が広範囲に変化するＵＯＥ鋼管の超音波探傷に好適な、ＵＯＥ鋼管溶接部の面状欠陥に超音波を垂直に入射する垂直入射法による超音波斜角探傷の際に用いる斜角探触子を収めるプローブホルダーおよびそれを用いた超音波探傷法を提供する。【解決手段】斜角探触子から、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射する超音波斜角探傷法に用いる、斜角探触子を挿入部に収めるプローブホルダーであって、前記斜角探触子の挿入部は、下面側は前記斜角探触子の径に等しい直径の円形の開口部で、上面側は、前記溶接ビードと平行方向が斜角探触子の直径に略等しく、前記溶接ビードに対して直交する方向は径が長い長円の開口部で、前記下面と前記上面の開口部が略漏斗状の挿入部を形成するように連結されている。前記プローブホルダーに収める斜角探触子の屈折角と前記プローブホルダーの挿入部の形状を、欠陥探傷を行う全ての鋼管のｔ／Ｄで溶接部の面状欠陥に超音波を垂直に入射する屈折角が得られるように選定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜角探触子から、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射する超音波斜角探傷法に用いる、斜角探触子を挿入部に収めるプローブホルダーであって、前記斜角探触子の挿入部は、下面側は前記斜角探触子の径に等しい直径の円形の開口部で、上面側は、前記溶接ビードと平行方向が斜角探触子の直径に等しく、前記溶接ビードに対して直交する方向は径が長い長円の開口部で、前記下面と前記上面の開口部が漏斗状の挿入部を形成するように連結されていることを特徴とするプローブホルダー。
【請求項２】
前記挿入部の下面側の開口部を囲むようにドーナツ状の保水スポンジを備えていることを特徴とする請求項１記載のプローブホルダー。
【請求項３】
請求項１または２記載のプローブホルダーに保持される斜角探触子から、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射する超音波斜角探傷法。
【請求項４】
請求項１または２記載のプローブホルダーに保持される斜角探触子から、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射する超音波斜角探傷法であって、前記斜角探触子の斜角屈折角と前記プローブホルダの挿入部の形状を、前記超音波斜角探傷法を用いる生産ラインにおいて製造される全てのｔ／Ｄの鋼管に対し、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射可能なものとすることを特徴とする超音波斜角探傷法。
【請求項５】
前記ｔ／Ｄが、１．４％〜７．６％であることを特徴とする請求項４記載の超音波斜角探傷法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＵＯＥ鋼管溶接部の面状欠陥に超音波を垂直に入射する垂直入射法による超音波斜角探傷の際に用いる斜角探触子を収めるプローブホルダーおよびそれを用いた超音波探傷法に関し、特に板厚や管径が広範囲に変化するＵＯＥ鋼管の超音波探傷に好適なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＯＥ鋼管は、鋼板の長手に沿う方向の端部に開先を加工し、クリンピングプレス、Ｕプレス、Ｏプレスによるパイプ成型工程を経た後、突き合わせた鋼板の長手に沿う端部を多電極サブマージアーク溶接法により内面溶接し、その後外面溶接を行い、更に管形状確保の為の拡管工程により製造される。
【０００３】
ＵＯＥ鋼管製造でのサブマージアーク溶接は、通常４電極で、各電極の溶接電流を６００〜１５００Ａ程度、溶接速度は最大２．６ｍ／ｍｉｎ程度と高能率の溶接であるが、種々の要因により、溶接部に溶接部断面において円周方向に垂直で、溶接方向に伸びる面状欠陥（例えば割れ、溶込不足）が発生する場合がある。
【０００４】
図３は、面状欠陥を説明する図で、面状欠陥４は外径Ｄの鋼管１のシーム溶接部３内に、鋼管１の外表面２に直交し、鋼管１の長手方向に、通常は開先面に発生する。
【０００５】
溶接部は、拡管工程後に行う検査工程で、水圧試験、外観、寸法検査と共に超音波探傷等非破壊検査で検査され、面状欠陥が検出された場合は、溶接補修された後、製品として出荷され、また、溶接補修ができないものについてはその不良部分を切断して残りを製品とする。
【０００６】
ＵＯＥ鋼管の溶接部の超音波探傷法は、製造工程中の長手継手溶接鋼管の溶接部の超音波探傷に関するＪＩＳ  Ｇ  ０５８４や、音響異方性を有する鋼板を製管する場合の、ＪＩＳ  Ｚ  ３０６０に規定されているが、鋼板の探傷に使用される一般的な屈折角７０°を有する斜角探触子では、鋼管の板厚ｔと外径Ｄの比であるｔ／Ｄの値によっては、面状欠陥に超音波が垂直に入射しないため、欠陥検出能力が低下する。
【０００７】
特許文献１は、面状欠陥の検出に適した超音波探傷法およびその装置に関し、鋼管の外周面に取り付けられた斜角探触子から鋼管内に入射される超音波が、面状欠陥に対して垂直に入射されるように、鋼管の肉厚ｔ／外径Ｄの比に基づいて、探傷屈折角θ＝Ｓｉｎ−１［１−（ｔ／Ｄ）］を設定し、次に、斜角探触子からの超音波が前記探傷屈折角で屈折を起こす鋼管表面に対する入射角を有し、且つ屈折した後における超音波のビームの大きさが探傷対象の面状欠陥の大きさにあう幅の振動子を有する斜角探触子を選定することが記載されている（段落００２８、００５８）。
【０００８】
図４は特許文献１に係るＵＯＥ鋼管の超音波探傷法を説明する概略構成図で、図において１はＵＯＥ鋼管、２はＵＯＥ鋼管１の鋼管外表面、３は溶接ビード、３ａは溶接ビード３のビード止端部、４は面状欠陥、５は斜角探触子、６は斜角探触子５と面状欠陥４までの距離で溶接部斜角探触子間距離（以下、ＰＷＤ）、７は溶接シーム検出器、８は斜角探触子５を収めるプローブホルダー、８ａはプローブホルダー８の溶接ビード側端部、９はプローブホルダー８と溶接シーム検出器７を保持、移動させるマニュピレータ、ａはプローブホルダー８の斜角探触子５からの欠陥検出信号、ｂはＰWＤ演算装置（図示しない）からマニュピレータ９への制御信号、θは屈折角、ｌは接近限界距離で、ＰＷＤに対応する鋼管外表面における距離を示す。
【０００９】
溶接ビード３内の面状欠陥４を探傷するため、ＵＯＥ鋼管１の板厚ｔ、外径Ｄに応じた屈折角θを算出し、得られた屈折角θでの探傷が可能な入射角ｉを求め、該当する斜角探触子５を選定する。
【００１０】
次に、ＰWＤ演算装置（図示しない）でＰＷＤ（＝｛（９０−θ（度））／３６０｝Ｄπ）を算出し、制御信号ｂとしてマニュピレータ９に転送する。マニュピレータ９は溶接シーム検出器６で検出された溶接ビード３の中心位置から前記ＰＷＤの位置でプローブホルダー８を固定する。斜角探触子５からＵＯＥ鋼管１に入射される超音波は，面状欠陥４に対して垂直となるので検出信号において欠陥エコーのＳ／Ｎ比を向上させることが可能である。
【特許文献１】特許第３４４６００９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、実操業において、ＵＯＥ鋼管は多様な板厚ｔ、管径Ｄで製造され、例えば、板厚は６〜５０ｍｍ程度、管径は４００〜１４００ｍｍ程度で、ｔ／Ｄも１．４〜７．６％と大きく変化する。
【００１２】
そのため、特許文献１記載の方法により、ｔ／Ｄの変化に応じて超音波を面状欠陥に対して垂直に入射させようとすると、種々の公称屈折角度の斜角探触子を複数準備しなければならない。
【００１３】
例えば、上述した範囲で板厚と管径が変化する場合、公称屈折角度７０°〜８３°の範囲内で、鋼板中での超音波ビームの拡がりを考慮し、一例として、７０°、７５°、７８°、８１°、８３°の公称屈折角度毎に斜角探触子を準備する。
【００１４】
斜角探触子は、更に、各公称屈折角度において、ｔ／Ｄに応じて最適な入射角度となるものを選定するため、多数の斜角探触子を準備保管することが必要で生産現場では負担となり、小ロット材を連続して製造する場合には、斜角探触子の付け替え作業が頻発して作業性が低下する。
【００１５】
また、面状欠陥は溶接ビードの板厚中心に発生することが多く、当該位置で面状欠陥に垂直に超音波を入射させるためには図４における溶接ビード３のビード止端部３ａ〜プローブホルダー８の溶接ビード側端部８ａまでの距離ｌ（接近限界距離）を適切に、例えば、上記ｔ／Ｄの範囲内では５０ｍｍ程度、設定する必要があるが、斜角探触子５の屈折角度が大きくなると、斜角探触子５の寸法も大きく、プローブホルダー８も大きくなるため、プローブホルダー８の端部８ａが溶接ビード止端部３ａと接触したり、自動探傷装置の駆動装置や移動機構と干渉し、自動探傷が困難になる。
【００１６】
尚、鋼板を対象に、一つの斜角探触子で探傷屈折角を可変とする可変角斜角探触子も開発されているが、可変機構を有する斜角探触子が大きく、鋼管を対象とした場合、適切な接近限界距離を設定することができない場合が生じる。
【００１７】
そこで、本発明は、面状欠陥に垂直に超音波を入射させる特許文献１記載の超音波探傷方法において、ある一つ屈折角度を有する斜角探触子で、ｔ／Ｄの異なる複数の鋼管の面状欠陥に垂直に超音波を入射させることが可能なプローブホルダーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．斜角探触子から、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射する超音波斜角探傷法に用いる、斜角探触子を挿入部に収めるプローブホルダーであって、前記斜角探触子の挿入部は、下面側は前記斜角探触子の径に等しい直径の円形の開口部で、上面側は、前記溶接ビードと平行方向が斜角探触子の直径に等しく、前記溶接ビードに対して直交する方向は径が長い長円の開口部で、前記下面と前記上面の開口部が漏斗状の挿入部を形成するように連結されていることを特徴とするプローブホルダー。
２．前記挿入部の下面側の開口部を囲むようにドーナツ状の保水スポンジを備えていることを特徴とする１記載のプローブホルダー。
３．１または２記載のプローブホルダーに保持される斜角探触子から、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射する超音波斜角探傷法。
４．１または２記載のプローブホルダーに保持される斜角探触子から、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射する超音波斜角探傷法であって、前記斜角探触子の斜角屈折角と前記プローブホルダの挿入部の形状を、前記超音波斜角探傷法を用いる生産ラインにおいて製造される全てのｔ／Ｄの鋼管に対し、探傷される溶接ビードの板厚方向の中央部に向けて超音波を垂直に入射可能なものとすることを特徴とする超音波斜角探傷法。
５．前記ｔ／Ｄが、１．４％〜７．６％であることを特徴とする４記載の超音波斜角探傷法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によればｔ／Ｄの異なる種々の鋼管の検査工程において、面状欠陥に垂直に超音波を入射するために、斜角探触子を交換する必要がなくなるため、斜角探触子を交換する作業およびその際に必要となる探傷機の感度校正時間が減少し、生産性が向上する。
【００２０】
また、小さな屈折角の斜角探触子で、より大きな屈折角と同等に超音波を面状欠陥に対して垂直に入射させることが可能なため、より大きな屈折角の斜角探触子では得られなかった、溶接部の板厚中心近傍に超音波を垂直に入射させる接近限界距離が確保可能となり、全ての製品における面状欠陥の欠陥検出精度がより向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、プローブホルダーを、斜角探触子から被探傷物への超音波の入射角度を変更可能な構造とし、更に、当該斜角探触子を、前記プローブホルダーとの組み合わせにおいて、探傷される鋼管の全てで、面状欠陥に垂直に超音波を入射させる屈折角の斜角探触子とする。以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施例に係るプローブホルダーの構造を説明する図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。上面図（ａ）は、プローブホルダーの構造を説明するため、自動探傷をする際のプローブホルダーと溶接ビード３の位置関係を示す。
【００２３】
図において、１０は斜角探触子（図示しない）を保持するための挿入部、１０ａ，１０ｂは挿入部１０の一部で、研削加工部、１１、１２は入射角度を調整するための角度調整ネジ、１３はロックナット、１４は車輪、１５は保水スポンジ、１６、１７は探触子固定用のリングを示す。
【００２４】
プローブホルダー８は、車輪１４で溶接ビード３に沿って平行に移動するので、斜角探触子（図示しない）を保持するための挿入部１０は溶接ビード３と直交する方向に入射角の調整変化が可能な形状とする。
【００２５】
挿入部１０は、下面側（鋼管側）は斜角探触子の径ｄに等しい直径の円形に開口し、上面側（マニュピレータ側）は、溶接ビード３と平行方向が斜角探触子の直径ｄに等しく、溶接ビード３に対して直交する方向に研削加工部１０ａ，１０ｂを有する、径が長い長円に開口する漏斗状とする。
【００２６】
尚、下面側の直径ｄと、上面側で直径ｄに開口する部分は、斜角探触子の挿入や、角度を傾ける際に支障が生じない程度の余裕を持った寸法とする。
【００２７】
プローブホルダー８はその上面側に、挿入部１０内で斜角探触子を所望の入射角度に傾けるためのネジ部を有する。ネジ部は挿入部１０の上面の長円側の両端部に取り付けた探触子固定用のリング１６、１７とこれらに螺通する角度調整ネジ１１、１２で構成され、傾けた斜角探触子をその位置で保持できるように角度調整ネジ１２にロックナット１３を取り付ける。図２に斜角探触子５を傾けた状態を示す。
【００２８】
プローブホルダー８の下面側には、超音波探傷中に斜角探触子と鋼管外表面との間に、斜角探触子からの超音波を鋼管に入射させるための水膜が形成保持されるように、挿入部１０の下面側開口部を囲むように、ドーナツ状の保水スポンジ１５を取り付ける。
【００２９】
保水スポンジ１５には、プローブホルダー８に取り付けた冷却水用配管（図示しない）から冷却水をドーナツ状となった保水スポンジ１５の内側に供給する。保水スポンジ１５には切り込みを入れて、内側に過度に冷却水が充満しないように放出させる。
【００３０】
保水スポンジ１５は変形が容易なため、鋼管径が変化しても鋼管外表面に密着し、また、斜角探触子５を傾けた際、プローブホルダー８の下面側のその一部が突出した場合でも、水膜の形成保持が可能である。
【００３１】
本発明では、プローブホルダー８に挿入する斜角探触子５の構造は、角度調整ネジ１１、１２で固定が容易な形状であればよく特に規定しない。
【００３２】
斜角探触子５の斜角屈折角とプローブホルダー８の研削加工部１０ａ，１０ｂの研削量は、プローブホルダー８を用いた超音波斜角探傷法を適用する製造範囲内の全ての、鋼管のｔ／Ｄの場合において、面状欠陥に垂直に超音波を入射させることが可能なように選定すると、ｔ／Ｄが変わった場合でも斜角探触子５を交換する必要がなくなり好ましい。
【００３３】
鋼管のｔ／Ｄが変化して、より大きな屈折角の斜角探触子が必要とされる場合でも、現行の、すなわち屈折角が小さく寸法も小さい、斜角探触子を傾けて入射角度を変えることにより、屈折角を大きくした場合と同等に超音波を面状欠陥に対して垂直に入射させることが可能なため、より大きな屈折角の斜角探触子では、プローブホルダーも大きくなり、溶接ビードと接触するために得られない、溶接部の板厚中心近傍に超音波を垂直に入射させるＰＷＤに対応する接近限界距離が確保可能である。
【００３４】
本発明の効果は、例えば、板厚は６〜５０ｍｍ程度、管径は４００〜１４００ｍｍ程度で、ｔ／Ｄが１．４〜７．６％と変化する生産ラインでは、公称屈折角度７５°で直径が２４ｍｍΦの斜角探触子を、傾斜角度２°で研削加工した挿入部を有するプローブホルダーに取り付けると、全製品の製造において最も、斜角探触子の交換頻度を少なくすることが可能で、生産性が向上する。
【００３５】
また、全製品の製造において、鋼管溶接部の板厚中央付近に超音波を垂直に入射することが可能な接近限界距離の５０ｍｍが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明例で（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を示す。
【図２】本発明例。
【図３】ＵＯＥ鋼管の面状欠陥を説明する図。
【図４】垂直入射法による超音波斜角探傷法を説明する図。
【符号の説明】
【００３７】
１  ＵＯＥ鋼管
２  鋼管外表面
３  溶接ビード
３ａ  ビード止端部
４  面状欠陥
５  斜角探触子
６  溶接部斜角探触子間距離（ＰＷＤ）
７  溶接シーム検出器
８  プローブホルダー
８ａ  溶接ビード側端部
９  マニュピレータ
１０  挿入部
１０ａ，１０ｂ  研削加工部
１１、１２  角度調整ネジ
１３  ロックナット
１４  車輪
１５  保水スポンジ
１６、１７  探触子固定用のリング
ａ  欠陥検出信号
ｂ  制御信号
θ  屈折角
ｌ  接近限界距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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