(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜角探傷及び垂直探傷を共に実施し得る超音波探傷装置において、
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少なくとも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以上となると共に、前記垂直探傷による測定値が所定のしきい値以下となる場合、前記部位に前記超音波探傷装置の下工程に設置された設備に対して有害である有害欠陥が存在すると判定することを特徴とする超音波探傷における有害欠陥判定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法によって有害欠陥が存在すると判定される部位について、被検査材である鋼管の周方向及び／又は軸方向についての連続性を測定し、有害欠陥が存在すると判定された部位が、連続性に関する所定のしきい値以上に連続する場合、前記超音波探傷装置の下工程に設置された設備に対して有害であると判定することを特徴とする超音波探傷における有害欠陥判定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法によって、前記下工程に設置された設備に対して有害であると判定された場合、前記設備に対して、有害である欠陥の存在部位を通知し、少なくとも当該通知された部位を回避するように動作させることを特徴とする有害欠陥判定結果の利用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査材である鋼管の製造工程において、超音波探傷を行う場合の欠陥判定方法に関し、特に、斜角探傷による測定結果と、垂直探傷による測定結果とを組み合わせることにより、有害欠陥であるか否かの判定を容易に行ない得る超音波探傷における有害欠陥判定方法及びその判定結果の利用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼管の自動超音波探傷においては、斜角探傷による欠陥検出（欠陥からの反射エコー強度の測定）と、垂直探傷による肉厚測定とを同一装置内で実施している場合が多い。しかし、その測定結果は、斜角探傷においては、所定の基準値以上の欠陥を検出したり、軸方向と周方向の欠陥を区別したりするのに留まるのが一般的である。また、垂直探傷による肉厚測定においては、周方向及び軸方向の肉厚分布や偏肉率を算出するのに留まるのが一般的である。
【０００３】
また、自動超音波探傷では、一般的に、探触子と被検査材との接触媒体として水を使用しており、当該水と被検査材との音響結合（例えば、垂直探傷における被検査材の表面からの反射エコー強度）を監視し、正常な探傷ができているか否かをモニタリングしている。
【０００４】
このように、従来の一般的な自動超音波探傷においては、斜角探傷による欠陥からの反射エコー強度の測定や、垂直探傷による被検査材の厚み測定及び表面からの反射エコー強度の測定は、それぞれ行われているものの、これらの測定値が欠陥の種別に応じて互いにどのような相関を有するのか、何ら解析されていないのが現状である。
【０００５】
なお、鋼管に発生する欠陥としては、種々の形態のものが知られているが、代表的なものとして、手入れが不能（又は困難）であると共に、超音波探傷装置の下工程に設置された設備（例えば、漏洩磁束探傷装置）に対して有害である「穴明き」（鋼管の厚み方向に貫通している欠陥）や「しわきず」（管軸方向に延びる皺状の欠陥であり自由圧縮面に生ずる）等の有害欠陥と、手入れが可能であると共に、前記下工程に設置された設備に対して無害である「割れきず」（圧延方向に連続して現れる比較的深い線状の割れきず）等の無害欠陥とが存在する。
【０００６】
ここで、欠陥種別の判定方法に関連する従来技術としては、例えば、特開平１０−２１３５７３号公報に開示された技術が知られている。当該公報には、表面波の透過波を用い、送信波に対応した周波数の透過波の減衰量によって、開口傷（割れきず）と未開口傷とを判別したり、開口傷の深さを推定したりする方法が開示されているが、当該方法では、開口傷の一種であると言える穴明きやしわきずのような有害欠陥と、同じく開口傷である割れきずのような無害欠陥とを判別できないのは明らかである。
【０００７】
また、特開２０００−２４１３９６号公報には、斜角探傷によるきず（音響的不連続部）からの反射エコーと、当該反射エコーを受信するセンサの走査位置とから、当該きずの性状を判定する方法が開示されている。しかしながら、当該方法は、斜角探傷による反射エコーのみを利用するものであって、無指向性のきずと指向性のきずとを判別し得ることを例示するに留まり、前述のような有害欠陥と無害欠陥とを判別することについては開示も示唆もなされていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、斜角探傷による測定結果と、垂直探傷による測定結果とを組み合わせることにより、有害欠陥であるか否かの判定を容易に行ない得る超音波探傷における有害欠陥判定方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
斯かる課題を解決するべく、本発明の発明者らは、鋭意研究した結果、有害欠陥（穴明き、しわきず）及び無害欠陥（割れきず）の双方共に、斜角探傷では、欠陥からの反射エコー強度が所定の値以上になる一方、垂直探傷では、有害欠陥のみについて、肉厚（又は肉厚偏差）が極端に小さくなると共に、接触媒体との音響結合が途絶える、つまり、被検査材の表面からの反射エコー強度が極端に小さくなるという事実を見出した。本発明は、発明者らが見出した斯かる事実に基づき完成されたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、斜角探傷及び垂直探傷を共に実施し得る超音波探傷装置において、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少なくとも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以上となると共に、前記垂直探傷による測定値が所定のしきい値以下となる場合、前記部位に前記超音波探傷装置の下工程に設置された設備に対して有害である有害欠陥が存在すると判定することを特徴とする超音波探傷における有害欠陥判定方法を提供するものである。
【００１１】
斯かる発明によれば、斜角探傷による測定結果と、垂直探傷による測定結果とを組み合わせることにより、有害欠陥であるか否かの判定を容易に行なうことが可能である。なお、前記垂直探傷による被検査材の「肉厚の測定」とは、肉厚自体を測定することの他、測定した肉厚から導き出される値（例えば、肉厚偏差など）を算出することも含む概念として使用している。
【００１２】
好ましくは、前記方法によって有害欠陥が存在すると判定される部位について、被検査材である鋼管の周方向及び／又は軸方向についての連続性を測定し、有害欠陥が存在すると判定された部位が、連続性に関する所定のしきい値以上に連続する場合、前記超音波探傷装置の下工程に設置された設備に対して有害であると判定される。
【００１３】
斯かる発明によれば、有害欠陥が存在すると判定される部位について、周方向及び／又は軸方向についての連続性を測定し、当該連続性に基づき、超音波探傷装置の下工程に設置された設備（漏洩磁束探傷装置など）に対して有害であると判定されることになる。例えば、下工程に設置された設備が、被検査材である鋼管の１／４周相当の寸法を有する回転探傷プローブを具備する漏洩磁束探傷装置である場合において、有害欠陥が周方向に１／４周を越えて連続する場合には、前記有害欠陥に前記探傷プローブが引っ掛かり、当該探傷プローブの破損が生じることが懸念される。逆に、有害欠陥が存在していたとしても、周方向に１／４周を超えなければ、下工程の漏洩磁束探傷装置には無害であると考えることも可能である。このように、単に有害欠陥の有無のみならず、その連続性を測定し、評価（連続性に関するしきい値との比較）することにより、有害欠陥の過検出を抑制し、真に下工程設備に有害となり得る欠陥のみを抽出することが可能である。
【００１４】
さらに好ましくは、前記方法によって、前記下工程に設置された設備に対して有害であると判定された場合、前記設備に対して、有害である欠陥の存在部位を通知し、少なくとも当該通知された部位を回避するように動作させる。
【００１５】
斯かる発明によれば、下工程に設置された設備に対して、前記連続性の評価によって有害であると判定された欠陥の存在部位が通知され、前記設備が、少なくとも当該通知された部位を回避するように構成される。例えば、前述した漏洩磁束探傷装置を例に挙げて説明すれば、前記通知された部位に探傷プローブが位置しないように探傷プローブを回転等させて回避することが可能である。従って、必ずしも、前記設備全体を製造ラインからリジェクトしたり、当該有害欠陥を有する被検査材全体を前記設備に搬入される前にリジェクトする必要がなく、製造工程の効率化を図ることが可能である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る有害欠陥判定方法の原理を説明する図であり、（ａ）は被検査材である鋼管に欠陥が存在しない場合の超音波エコーの状態を、（ｂ）は無害欠陥である割れきずが存在する場合の超音波エコーの状態を、（ｃ）は有害欠陥である穴明きが存在する場合の超音波エコーの状態を、（ｄ）は有害欠陥であるしわきずが存在する場合の超音波エコーの状態をそれぞれ示す。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、鋼管Ｓに欠陥が存在しない場合、斜角探傷プローブ１による斜角探傷については、鋼管Ｓの内外面（表面及び底面）共に欠陥が存在しないので、欠陥からの反射エコーも生じず、欠陥信号は得られないことになる。また、垂直探傷プローブ２による垂直探傷については、鋼管Ｓの表面からの反射エコーと底面からの反射エコーの受信時間の差に音速を乗ずることにより正常に肉厚を測定できる。また、表面からの反射エコーが正常に反射され、そのエコー強度も十分得られることになる。
【００１８】
次に、図１（ｂ）に示すように、鋼管Ｓに割れきずが存在する場合、斜角探傷については、割れきずからの反射エコーが生じ、欠陥信号が得られることになる。また、垂直探傷については、欠陥が存在しない場合と同様に、正常に肉厚を測定でき、表面からの反射エコー強度も十分に得られる（図１（ｂ）では、便宜上、垂直探傷プローブ２の直下に割れきずが無い状態で図示しているが、実際には直下にある）。これは、割れきずの開口幅が狭いからだと考えられる。なお、図１（ｂ）では、鋼管Ｓの外面（表面）に割れきずが存在する場合について図示したが、鋼管Ｓの内面（底面）に割れきずが存在する場合も同様の測定結果が得られる。
【００１９】
次に、図１（ｃ）に示すように、鋼管Ｓに穴明きが存在する場合、斜角探傷については、前記割れきずの場合と同様に、穴明きのエッジ部分で反射エコーが生じ、内面もしくは外面からの欠陥信号として検出される（図１（ｃ）は、外面エッジからの反射エコーを図示している）。しかし、垂直探傷については、表面及び底面の反射エコーが生じないため、正常に肉厚測定ができず、測定した肉厚値（又は肉厚値から導き出される肉厚偏差等）は異常な値（極端に小さくなる）を示すことになる。また、表面からの反射エコーも得られないため、その強度も異常な値（極端に小さくなる）となる。
【００２０】
最後に、図１（ｄ）に示すように、鋼管Ｓにしわきずが存在する場合、斜角探傷については、前記穴明きの場合に比べれば反射エコーの強度は低下するものの、穴明きや割れきずと同様の反射エコーが生じ、欠陥信号として検出される。垂直探傷については、しわきずの凹凸によって、表面及び底面からの反射エコーの大部分が拡散され、前記穴明きの場合と同様に正常な肉厚測定ができず（極端に小さくなる）、表面からの反射エコーの強度も異常な値（極端に小さくなる）となる。
【００２１】
以上に説明したように、有害欠陥（穴明き、しわきず）及び無害欠陥（割れきず）の双方共に、斜角探傷では、欠陥からの反射エコー強度が所定の値以上になる一方、垂直探傷では、有害欠陥のみについて、肉厚（又は肉厚偏差）が極端に小さくなると共に、接触媒体との音響結合が途絶える、つまり、被検査材の表面からの反射エコー強度が極端に小さくなることがわかった。従って、斜角探傷及び垂直探傷を共に実施し得る超音波探傷装置において、被検査材である鋼管Ｓの同一部位について、斜角探傷プローブ１による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、垂直探傷プローブ２による垂直探傷によって鋼管Ｓの肉厚及び表面からの反射エコー強度の少なくとも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以上となると共に、前記垂直探傷による測定値が所定のしきい値以下となる場合、前記部位に有害欠陥が存在すると判定することが可能である。
【００２２】
図２は、超音波探傷装置によって実際に鋼管を探傷した信号波形の例を示す。図２は、所定の被検査材の同一部位について、斜角探傷による被検査材の外面及び内面の欠陥信号と、垂直探傷による音響結合信号（表面からの反射エコー）と、測定した肉厚から演算した肉厚偏差を図示したものである。ここで、肉厚偏差とは、（測定した肉厚−公称肉厚）／公称肉厚×１００（％）であり、公称肉厚とは、プロセスコンピュータで設定される製造目標の肉厚である。図２に示すように、有害欠陥（穴明き、しわきず）の場合、斜角探傷（内面、外面共）による欠陥信号が得られると共に、音響結合信号のレベルが低下し、測定した肉厚値が異常になることにより肉厚偏差も異常な値になっている。これに対し、無害欠陥（割れきず）の場合は、斜角探傷による欠陥信号が得られている（図２の例では、内面に存在する割れきずのため、内面からのみ欠陥信号が得られている）が、音響結合信号と、肉厚偏差とは、正常な値を示していることがわかる。図２に示す例では、斜角探傷（内面）による測定値に対するしきい値（図２の(1)）を２４ｄＢとし、垂直探傷による測定値である音響結合信号に対するしきい値（図２の(2)）を２０ｄＢとし、垂直探傷による測定値である肉厚偏差に対するしきい値（図２の(3)）を−２０％として有害欠陥の判定を行うことができる。すなわち、斜角探傷による測定値が２４ｄＢ以上で、音響結合信号が２０ｄＢ以下（及び／又は肉厚偏差が−２０％以下）の場合、有害欠陥（穴明き又はしわきず）であると判定し、無害欠陥（割れきず）と弁別することが可能である。
【００２３】
以上に説明した有害欠陥の判定方法は、所定部位での測定値に基づき判定するものであるが、本実施形態では、前記のようにして有害欠陥が存在すると判定される部位について、被検査材である鋼管の周方向及び軸方向についての連続性を測定し、有害欠陥が存在すると判定された部位が、連続性に関する所定のしきい値以上に連続する場合、超音波探傷装置の下工程に設置された設備に対して有害であると判定する方法を採用している。以下、これについて説明する。
【００２４】
図３は、超音波探傷装置による探傷結果を他設備に伝送する例を説明する図である。図３に示すように、超音波探傷装置１０による探傷データ（所定部位で有害欠陥が存在するという情報）は、プロセスコンピュータ２０に伝送され、被検査材である鋼管１本中を所定区間（本実施形態では、鋼管の軸方向に２５ｍｍ、周方向に１／８周の区間）に区分して、区間毎に集約される。つまり、同一区間内に含まれる複数の測定部位の内、一つでも有害欠陥が存在すると判定された場合には、当該区間には有害欠陥が存在するとしてデータが集約される（図３中、黒で塗り潰された区間が、有害欠陥が存在すると判定された区間である）。
【００２５】
次に、プロセスコンピュータ２０内では、前記区間の軸方向及び周方向の連続性（大きさ）を測定し、当該測定結果に基づき、下工程設備に対して有害（下工程設備に悪影響を及ぼす大きさ）であるか否かを判定する。つまり、前記測定した大きさが連続性に関する所定のしきい値以上になると、下工程設備に対して有害であると判定する。本実施形態では、軸方向については１５０ｍｍ（６つの区間が連続）、周方向については１／４周の区間（２つの区間が連続）をそれぞれしきい値とし、いずれかのしきい値以上の大きさである場合には、下工程設備に対して有害であると判定するように構成されている。図３に示す例では、符号Ａ、Ｂで示す欠陥（区間）が、下工程設備に対して有害であると判定されることになる。
【００２６】
また、本実施形態では、前述のように、下工程に設置された設備に対して有害であると判定された場合、プロセスコンピュータ２０から当該設備に対して、有害である欠陥の存在部位の情報（位置及び大きさ）を伝送し、当該設備は、伝送された情報に基づき、当該鋼管が搬入され、処理される段階において、少なくとも前記伝送された部位（好ましくは、当該部位よりも若干広い範囲）を回避するべく動作するように構成されている。
【００２７】
ここで、有害欠陥によって悪影響を及ぼされる下工程設備の例として、接触式の漏洩磁束探傷装置３０や、面削機４０が挙げられる。漏洩磁束探傷装置３０の場合、探傷プローブが接触式であるため、例えば、大きな有害欠陥（穴明き）が当該装置３０に搬入され、検査した場合、探傷プローブが前記有害欠陥に引っ掛かり、破損に至る恐れがある。従って、漏洩磁束探傷装置３０は、プロセスコンピュータ２０から伝送された情報に基づき、例えば、前記有害欠陥が鋼管の先端に位置する場合、探傷プローブを退避させて、先端未探傷範囲を大きくし、当該装置３０にとって有害な欠陥を回避することが可能とされている。面削機４０についても同様に、例えば、鋼管切断後の端面位置に大きな有害欠陥（穴明きやしわきず）が存在する場合、面削機４０のバイトが前記有害欠陥に引っ掛かり、破損に至る恐れがある。従って、面削機４０は、プロセスコンピュータ２０から伝送された情報に基づき、バイトを退避させて、前記有害欠陥を回避することが可能とされている。なお、有害欠陥が存在すると判定された鋼管は、最終的には、下工程の所定の領域でリジェクトされる。また、有害欠陥を有する鋼管の漏洩磁束探傷装置３０又は面削機４０への搬入を禁止し、当該鋼管を搬入前にリジェクトすることも無論可能である。さらに、連続性（大きさ）に関して下工程設備に有害であると判定されなかった鋼管であっても、所定の部位に有害欠陥を有する鋼管については、超音波探傷装置１０以外での検査結果（例えば漏洩磁束探傷装置３０での検査結果）と併せて、検査情報としてプロセスコンピュータ２０から表面検査や再検査等の次工程設備（図示せず）に伝送され、当該鋼管のリジェクトや手入れ等の処置が施される。
【００２８】
さらに、本実施形態では、有害欠陥（穴明き、しわきず）が製品にとっても致命的な欠陥であり、大量発生を防止する必要があるという観点から、有害欠陥が発生したという情報をプロセスコンピュータ２０から上工程設備（図３の例ではマンドレルミル５０）に伝送するように構成されている、マンドレルミル５０では、前記伝送された情報に基づき、操業条件（マンドレルミルの回転数等）を変更することが可能である。例えば、有害欠陥が穴明きである場合（本発明に係る方法により有害欠陥が存在すると判定されれば、当該鋼管を目視したり、撮像画を画像処理等することにより、有害欠陥が穴明き又はしわきずのいずれであるかを判別することも可能である）、マンドレルミル５０の各圧延スタンドの回転数比を下げ、各スタンド間で圧延されている材料の張力を下げる方向に調整することが可能である。また、逆に、有害欠陥がしわきずの場合、マンドレルミル５０の各圧延スタンドの回転数比を上げ、各スタンド間で圧延されている材料の張力を上げる方向に調整することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る有害欠陥判定方法によれば、斜角探傷による測定結果と、垂直探傷による測定結果とを組み合わせることにより、有害欠陥であるか否かの判定を容易に行なうことができる。これにより、有害欠陥による下工程設備の損傷を未然に防止したり、上工程へのフィードバックにより製品としても致命的な当該有害欠陥の大量発生を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明に係る有害欠陥判定方法の原理を説明する図である。
【図２】  図２は、超音波探傷装置によって実際に鋼管を探傷した信号波形の例を示す。
【図３】  図３は、超音波探傷装置による探傷結果を他設備に伝送する例を説明する図である。
【符号の説明】
１    ・・・  斜角探傷プローブ        ２  ・・・  垂直探傷プローブ
１０  ・・・  超音波探傷装置        ２０  ・・・  プロセスコンピュータ
３０  ・・・  漏洩磁束探傷装置      ４０  ・・・  面削機
５０  ・・・  マンドレルミル
【図１】
0003748228.tif 000002
【図２】
0003748228.tif 000003
【図３】
0003748228.tif 000004