CN104081196A - 超声波探伤方法、超声波探伤装置、以及管材制造方法 - Google Patents

超声波探伤方法、超声波探伤装置、以及管材制造方法 Download PDF

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Abstract

为了提供一种即使是在钢管等金属管材的内侧表面上产生的凹下缺陷、重叠状的较浅的缺陷也能够进行检测的超声波探伤方法、超声波探伤装置、以及管材制造方法，本发明具备：波形存储器(11)，取得使朝向钢管(1)的内侧表面(B)产生超声波信号的超声波探头(2)和钢管(1)相对地移动时的回波信号的波形数据并保持；信号解析部(12)，基于所保持的波形数据来计算到接收到来自内侧表面(B)的回波信号为止的路程和该路程的变化率；以及缺陷检测部(13)，基于所述路程以及所述路程的变化率来检测内侧表面(B)的缺陷(BW)。

Description

超声波探伤方法、超声波探伤装置、以及管材制造方法
技术领域
本发明涉及使用超声波来检测金属管材等被检测体的内侧表面的缺陷的超声波探伤方法、超声波探伤装置、以及管材制造方法。
背景技术
一直以来，作为检测在钢管、棒钢、型钢、厚板等金属钢材的制造中产生的缺陷的品质保证手段，使用超声波的超声波探伤法被广泛应用。例如，针对钢管等金属管材，通常使用斜角探伤和垂直探伤。斜角探伤主要适用于在金属管材的内外表面产生的裂纹状的缺陷的检测，为了容易检测与管轴方向或周方向平行的缺陷而以超声波的波束方向在管轴方向或周方向上分别沿2方向即共4方向的方式配置斜角探头。另一方面，垂直探伤适用于金属管材内部所包含的夹设物的检测和壁厚测定。使用这种超声波探伤法，使钢管或探头旋转的同时以螺旋状进行被检测体的全长整面的检查。另外，以往的超声波探伤法中，针对每一次的超声波发送接收都进行判断缺陷回波的有无的缺陷检测。
但是，针对上述的金属管材的以往的超声波探伤法中，对于由压延时的异物啮入引起的凹下缺陷、或重叠状的较浅的缺陷，由于其反射面相对于截面方向和长度方向的两面具有角度，所以存在斜角探伤、垂直探伤的任何一种的情况下缺陷回波信号均比较弱的问题。另外，这种凹下缺陷、重叠状的较浅的缺陷因为深度较浅，而在垂直探伤中，不容易进行底面回波的分离。其结果为，斜角探伤、垂直探伤中，难以检测出由压延时的异物啮入引起的凹下缺陷、重叠状的较浅的缺陷。另外，对于金属管材的外侧表面，能够利用漏磁通探伤或涡流探伤的并用来检测上述的缺陷，但是对于金属管材的内侧表面，没有适当的检测单元而不得不依靠目视检查。
在此，专利文献1中记载了利用超声波探伤法来检测金属管材的表面附近的缺陷。该专利文献1中，移动的同时制作二维图像，该二维图像是以底面回波一致的方式对获得的探伤信号进行位置调整而合成的，从该二维图像中提取缺陷。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-70325号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，根据缺陷的形状，有时没有缺陷回波而底面回波自身发生变化。该情况下，上述的专利文献1记载的超声波探伤法中，为了对表面附近的表面下的缺陷进行检测，而得到使波束路程在底面回波的检测位置一致的二维图像。并且，该二维图像中，由于以底面回波的检测位置为基准，因此不能够对处于金属管材的内侧表面的缺陷进行检测。另外，若所入射的超声波在底面散射而使得底面回波自身变弱，则即使适用专利文献1的方案，也难以进行底面回波自身的检测，因此不能够使波束路程在底面回波的检测位置一致。其结果为，这种钢管等金属管材的内侧表面上的缺陷的检测不得不依靠目视检查。
本发明鉴于上述而作出，目的在于提供一种即使是在钢管等金属管材的内侧表面上产生的凹下缺陷、重叠状的较浅的缺陷也能够进行检测的超声波探伤方法、超声波探伤装置、以及管材制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题、达成目的，本发明的超声波探伤方法使用超声波来检测金属管材的内侧表面的缺陷，其特征在于，包括：波形保持步骤，取得使朝向所述内侧表面产生超声波信号的超声波探头和所述金属管材相对地移动时的回波信号的波形数据并保持；信号解析步骤，基于所保持的所述波形数据来计算到接收到来自所述内侧表面的回波信号为止的路程和该路程的变化率；以及缺陷检测步骤，基于所述路程以及所述路程的变化率来检测所述内侧表面的缺陷。
另外，本发明的超声波探伤方法的特征在于，在上述的发明中，所述缺陷检测步骤判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的超声波探伤方法的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析步骤还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，所述缺陷检测步骤判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的超声波探伤方法的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析步骤还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，所述缺陷检测步骤判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且以所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的位置为基准位置而相对于该基准位置预先设定的探索范围内的所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的超声波探伤方法的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析步骤基于所保持的所述波形数据对没有回波信号的部分中的噪声成分的噪声等级进行解析，基于该解析结果来确定回波信号检测的阈值，基于所确定的该阈值来检测所述回波信号从而计算所述路程。
另外，本发明的超声波探伤装置使用超声波来检测金属管材的内侧表面的缺陷，其特征在于，具备：波形保持部，取得使朝向所述内侧表面产生超声波信号的超声波探头和所述金属管材相对地移动时的回波信号的波形数据并保持；信号解析部，基于所保持的所述波形数据来计算到接收到来自所述内侧表面的回波信号为止的路程和该路程的变化率；以及缺陷检测部，基于所述路程以及所述路程的变化率来检测所述内侧表面的缺陷。
另外，本发明的超声波探伤装置的特征在于，在上述的发明中，所述缺陷检测部判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的超声波探伤装置的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析部还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，所述缺陷检测部判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的超声波探伤装置的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析部还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，所述缺陷检测部判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且以所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的位置为基准位置而相对于该基准位置预先设定的探索范围内的所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的超声波探伤装置的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析部基于所保持的所述波形数据对没有回波信号的部分中的噪声成分的噪声等级进行解析，基于该解析结果来确定回波信号检测的阈值，基于所确定的该阈值来检测所述回波信号从而计算所述路程。
另外，本发明的管材制造方法对金属材料至少实施加热工序、穿孔工序、压延工序、再加热工序、成型工序、以及检查工序而制造管材，其特征在于，所述检查工序包括：波形保持工序，取得使朝向所述管材的内侧表面产生超声波信号的超声波探头和所述管材相对地移动时的回波信号的波形数据并保持；信号解析工序，基于所保持的所述波形数据来计算到接收到来自所述内侧表面的回波信号为止的路程和该路程的变化率；以及缺陷检测工序，基于所述路程以及所述路程的变化率来检测所述内侧表面的缺陷。
另外，本发明的管材制造方法的特征在于，在上述的发明中，所述缺陷检测工序判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的管材制造方法的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析工序还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，所述缺陷检测工序判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的管材制造方法的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析工序还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，所述缺陷检测工序判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且以所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的位置为基准位置而相对于该基准位置预先设定的探索范围内的所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
另外，本发明的管材制造方法的特征在于，在上述的发明中，所述信号解析工序基于所保持的所述波形数据对没有回波信号的部分中的噪声成分的噪声等级进行解析，基于该解析结果来确定回波信号检测的阈值，基于所确定的该阈值来检测所述回波信号从而计算所述路程。
发明效果
根据本发明，基于使金属管材和超声波探头相对地移动时的回波信号的波形数据来计算到接收到来自钢材的内侧表面的回波信号为止的路程和该路程的变化率，基于所计算的所述路程以及所述路程的变化率来检测所述内侧表面的缺陷，因此即使是在钢管等金属管材的内部表面上产生的凹下缺陷、重叠状的较浅的缺陷也能够进行检测。
附图说明
图1是表示作为本发明的实施方式1的超声波探伤装置的结构的示意图。
图2是表示该实施方式1的处理装置的超声波探伤处理步骤的流程图。
图3是表示存储于波形存储器的超声波数据的一例的图。
图4是表示基于图3所示的超声波数据而求得的波束路程、波束路程变化率、以及缺陷检测结果的图。
图5是表示缺陷部中的底面回波附近的B示波(スコープ)的一例的图。
图6是表示该实施方式2的处理装置的超声波探伤处理步骤的流程图。
图7是表示基于图3所示的超声波数据而由本实施方式2求得的回波高度、波束路程、波束路程变化率、以及缺陷检测结果的图。
图8是表示该实施方式3的处理装置的超声波探伤处理步骤的流程图。
图9是表示适用该实施方式3的超声波数据的一例的图。
图10是对用于检测基于该实施方式3的底面回波的阈值进行说明的说明图。
图11是表示使图10所示的阈值变化的情况下的波束路程变化率相对于缺陷的变化的图。
图12是表示对重叠状缺陷的超声波探伤的状态的示意图。
图13是表示该实施方式4的处理装置的超声波探伤处理步骤的流程图。
图14是表示基于该实施方式4的重叠状缺陷的检测状态的图。
图15是表示具有适用了该实施方式1～4的超声波探伤方法后的检查工序的管材制造方法的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对作为本发明的实施方式的超声波探伤方法、超声波探伤装置、以及管材制造方法进行说明。
(实施方式1)
图1是表示作为本发明的实施方式1的超声波探伤装置的结构的示意图。如图1所示，该实施方式1中，对在作为被检测体即金属管材的钢管1的内侧表面B存在的缺陷BW进行检测。该缺陷BW包括由压延时的异物啮入引起的凹下缺陷、重叠状的较浅的缺陷。在钢管1的外侧表面S附近，设置对超声波信号进行发送接收的超声波探头2。钢管1和超声波探头2在钢管1的周围以螺旋状相对地移动。该相对的移动可以是将超声波探头2固定而使钢管1旋转移动，也可以是将钢管1固定而使超声波探头2绕钢管1旋转移动，也可以是使钢管1和超声波探头2这两者移动。
超声波控制装置3控制超声波探头2对超声波信号的发送接收，将以规定间距接收到的超声波信号向A/D转换部4输出。A/D转换部4将作为所接收的模拟信号的超声波信号转换为数字信号并输出到处理装置10。在此，模拟的超声波信号是所接收的原样的RF信号或由超声波控制装置3进行检波后的信号，是以横轴为时间(距离)信息、以纵轴为信号的振幅信息而描绘的A示波数据。A/D转换部4为了对该A示波数据进行采样而具有充分的采样频率和分辨率。
处理装置10具备波形存储器11、信号解析部12、缺陷检测部13、输入输出部14、以及控制部15。波形存储器11在控制部15的控制下将钢管1的全长或者包括特定范围的规定区间中的A示波数据作为B示波数据而保持(参照图3)。B示波数据是以横轴为方位(移动距离)、以纵轴为超声波信号的发送接收方向的距离而描绘的数据，作为断层像描绘。因此，波形存储器具有能够对钢管1的全长或规定区间中的B示波数据进行保持的容量。例如，在利用5MHz的超声波对厚度20mm的10m钢管以1mm间距进行探伤的情况下，采样频率需要为25MHz(采样周期＝0.04μs)，A/D转换的时间作为厚度的1.5倍而需要为10μs，1波形中测量250点(10μs/0.04μs＝250)，全长为10,000脉冲波形(不是螺旋状而是沿长度方向以直线状进行检查的情况)。该情况下，波形存储器11需要具有能够存储250×10,000点的二维数据的存储器容量。
在此，参照图2所示的流程图，对该实施方式1的处理装置10的超声波探伤处理步骤进行说明。首先，控制部15取得从A/D转换部4输入的规定区间的超声波数据(B示波数据)，并依次存储于波形存储器11(步骤S101)。
信号解析部12根据存储于波形存储器11的超声波数据来计算各脉冲波形的波束路程(步骤S102)。该波束路程是根据从接收到由钢管1的外侧表面S反射的表面回波ES起到接收到由钢管1的内侧表面B反射的底面回波EB为止的时间而求得的距离(参照图1、图3)。另外，在保持了超声波探头2与钢管1的外侧表面S之间的距离的情况下，可以取代表面回波ES而设定发送脉冲的发生位置(发生时间)，作为从该时间到接收到底面回波EB为止的时间而求得路程。所求得的各脉冲的路程如图4(d)所示的那样。另外，底面回波EB的检测位置可以是底面回波的峰值位置，也可以是穿过规定的阈值的位置。
接下来，信号解析部12计算波束路程相对于钢管1与超声波探头2之间的相对移动量的变化量即波束路程变化率(步骤S103)。例如，波束路程变化率可作为下式(1)而求得。
波束路程变化率＝(波束路程－1脉冲前的波束路程)/1脉冲的移动量…(1)
该求得的波束路程变化率成为图4(e)所示的那样。
然后，缺陷检测部13判断是否如图4所示的那样存在波束路程为阈值DB以下(参照图7(e))、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC以上(参照图7(d))的部位(步骤S104)。在存在波束路程为阈值DB以下或波束路程变化率的绝对值为阈值DC以上的部位的情况下(步骤S104，是)，判断为在满足该条件的部位(位置)存在缺陷(步骤S105)。另一方面，在波束路程为阈值DB以下或波束路程变化率的绝对值为阈值DC以上的部位不存在的情况下(步骤S104，否)，判断为在该规定区间不存在缺陷(步骤S106)。
然后，缺陷检测部13判断是否存在下一个规定区间(步骤S107)，在判断为存在下一个规定区间的情况下(步骤S107，是)，转移到步骤S101而对下一个规定区间进行上述的处理，在不存在下一个规定区间的情况下(步骤S107，否)，结束本处理。另外，输入输出部14输出缺陷检测部13的检测结果，并且进行处理装置10需要的各种操作输入。
在此，波束路程是否为阈值DB以下的判断适用于对钢管1的壁厚不良进行检测，波束路程变化率的绝对值是否为阈值DC以上的判断适用于对存在急剧的壁厚变动的部位进行检测。若使用这种波束路程以及波束路程变化率，则能够精度良好地检测由压延时的异物啮入引起的凹下、重叠状的较浅的缺陷。
图4表示相对于图3所示的存储于波形存储器11中的超声波数据而求得波束路程和波束路程变化率的结果。图4是以测量长度500mm为规定区间而求得的结果，进行在区域E1、E2存在缺陷的判断。实际上，在该区域E1、E2，如图4(b)所示的那样，存在深度0.4 mm以上的缺陷。另外，图4(a)表示缺陷的俯视图，图4(b)表示钢管1的剖视图。另外，图4(c)为了参考而示出了作为底面回波EB的最大振幅值的回波高度。
(实施方式2)
然而，由于波束路程变化率是一种微分处理，所以可能因噪声的影响而输出较大的值。另一方面，在缺陷部，由于缺陷面相对于底面倾斜，因此作为底面回波EB的最大振幅值的回波高度急剧下降。例如，如图5所示的那样，底面回波EB在存在缺陷的部分消失，并且微弱的回波21在比底面回波EB靠近前(路程短的方向(图5中为上方))处出现。因此，优选考虑回波高度来进行缺陷检测，但回波高度会因超声波探头2与钢管1的接触媒介的状况等而产生偏差。因此，优选通过采用波束路程变化率与回波高度的逻辑积来弥补两者的弱点而使缺陷的检测精度提高。该实施方式2中，在实施方式1的处理中的波束路程变化率的判断处理上考虑回波高度而进行缺陷检测处理。此时，波束路程变化率的绝对值的阈值DC设定得更严格(小)，设成阈值DC2。
在此，参照图6所示的流程图，对该实施方式2的处理装置10的超声波探伤处理步骤进行说明。首先，控制部15与实施方式1一样取得从A/D转换部4输入的规定区间的超声波数据(B示波数据)，并依次存储到波形存储器11(步骤S201)。
然后，信号解析部12根据存储于波形存储器11的超声波数据来计算规定区间内的底面回波EB的回波高度(步骤S202)。而且，与实施方式1一样，在步骤S203中计算规定区间内的波束路程，在步骤S204计算规定区间内的波束路程变化率。
然后，缺陷检测部13判断是否如图7所示的那样存在波束路程为阈值DB以下(参照图7(d))、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上(参照图7(e))且回波高度为阈值DA以下(参照图7(c))的部位(步骤S205)。在此，如上述的那样，阈值DC2是比阈值DC小的值。在存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且回波高度为阈值DA以下的部位的情况下(步骤S205，是)，判断为在满足该条件的部位(位置)存在缺陷(步骤S206)。另一方面，在不存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且回波高度为阈值DA以下的部位的情况下(步骤S205，否)，判断为在该规定区间没有缺陷(步骤S207)。图7所示的B示波数据中，判断为在区域E11、E12这两部位存在缺陷。
然后，缺陷检测部13判断是否存在下一个规定区间(步骤S208)，在存在下一个规定区间的情况下(步骤S208，是)，转移到步骤S201而对下一个规定区间进行上述的处理，在不存在下一个规定区间的情况下(步骤S208，否)，结束本处理。
该实施方式2中，不仅采用了波束路程变化率，而且采用了波束路程变化率与回波高度的逻辑积，因此能够进行精度更高的缺陷检测。具体来说，图7所示的区域E11、E12在比图4所示的区域E1、E2宽的范围内检测缺陷。
(实施方式3)
然而，上述的实施方式1、2中，底面回波EB的检测位置可以是底面回波EB的峰值位置或横穿规定的阈值的位置中的任一个，但是为了使底面回波EB的检测位置即使是微弱的底面回波也能够检测，因此优选规定的阈值较小。因此，实施方式3中，使对底面回波EB进行检测的阈值为稍微超出了噪声的最大值的值。
在此，参照图8所示的流程图，对该实施方式3的处理装置10的超声波探伤处理步骤进行说明。首先，控制部15与实施方式2一样，取得从A/D转换部4输入的规定区间的超声波数据(B示波数据)，并依次存储在波形存储器11(步骤S301)。
然后，根据存储于波形存储器11的超声波数据，对噪声等级进行解析(步骤S302)。具体来说，求取噪声的最大值。该噪声等级的解析对象是不存在回波信号的区域，例如是图9所示的区域EN的超声波数据。然后，基于所解析的噪声等级来确定用于对底面回波进行检测的阈值(步骤S303)。通常的阈值如图10所示的那样是比较大的阈值L1，但是在此所确定的阈值被确定为稍微超过噪声等级LN的阈值L2。如图10所示的那样，对于底面回波，在是通常的阈值L1时在点P1被检测，在是阈值L2时在稍微超出噪声等级的点P2被检测。其结果为，即使是微弱的底面回波也能够检测。
然后，信号解析部12与实施方式2一样，根据存储于波形存储器11的超声波数据来计算规定区间内的底面回波EB的回波高度(步骤S304)。而且，与实施方式2一样，在步骤S305中计算规定区间内的波束路程算，在步骤S306中计算规定区间内的波束路程变化率。
然后，缺陷检测部13与实施方式2一样判断是否存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且回波高度是阈值DA以下的部位(步骤S307)。在此，如上述的那样，阈值DC2是比阈值DC小的值。在存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且回波高度为阈值DA以下的部位的情况下(步骤S307，是)，判断为在满足该条件的部位(位置)存在缺陷(步骤S308)。另一方面，在不存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且回波高度为阈值DA以下的部位的情况下(步骤S307，否)，判断为该规定区间不存在缺陷(步骤S309)。
然后，缺陷检测部13判断是否存在下一个规定区间(步骤S310)，在存在下一个规定区间的情况下(步骤S310，是)，转移到步骤S301而对下一个规定区间进行上述的处理，在不存在下一个规定区间的情况下(步骤S310，否)，结束本处理。
该实施方式3中，考虑了噪声等级，而以稍微超过该噪声等级的较小的阈值L2对底面回波进行检测，因此能够检测底面回波微小的缺陷。
例如，图9所示的超声波数据中，虽然缺陷31、32处的底面回波较小，但是使用较小的阈值L2而能够检测这种缺陷31、32处的底面回波，因此即使是图11(b)的波束路程变化率所示的那样以较大的阈值L1不能够检测的缺陷31、32，也能够如图11(d)的波束路程变化率所示的那样，在与缺陷31、32对应的区域E31、E32检测到缺陷31、32。另外，缺陷31、32分别是由于放电加工而带有φ6mm以及φ4.5mm的圆角的具有5％深度的人工缺陷。另外，图9所示的完好部中，虽然存在底面回波的回波高度缓和地变高的部分，但是如图11所示的那样在与该完好部对应的部分的波束路程变化率中没有发现较大的变化，而判别为不是缺陷。
(实施方式4)
上述的实施方式2、3中，采用波束路程变化率与回波高度的逻辑积而进行缺陷检测。在此，存在由于在钢管1的内侧表面上产生的凹下缺陷、重叠状缺陷的影响而即使适用实施方式2、3的方法也不能够检测到缺陷的情况。例如，如图12所示的那样，在钢管1的内侧表面存在重叠瑕疵、褶皱(カブレ)等重叠状缺陷BW1的情况下，回波高度为阈值DA以下的位置与波束路程变化率的绝对值为阈值DC或者DC2以上的位置稍微偏离，有时即使采用波束路程变化率与回波高度的逻辑积也不能够判断作为缺陷。具体来说，图12中，被照射超声波波束SB1的重叠状缺陷BW1的前端侧处表面变得倾斜，因此回波高度变低，另一方面，被照射超声波波束SB3的重叠状缺陷BW1基部侧处，钢管1的壁厚较大地变化，波束路程变化率变得较大。即，回波高度为阈值DA以下的位置(超声波波束SB1的照射位置)、与波束路程变化率的绝对值为阈值DC或者DC2以上的位置(超声波波束SB3的照射位置)不同，因此有时不能够满足缺陷检测的条件而不能够将重叠状缺陷BW1检测作为缺陷。
由此，在该实施方式4中，在实施方式2、3的处理的基础上，在波束路程变化率的绝对值为阈值DC或者DC2以上的情况下，考虑以该检测位置为基准点而预先设定的探索范围内的回波高度来进行缺陷检测处理。
在此，参照图13所示的流程图，对该实施方式4的处理装置10的超声波探伤处理步骤进行说明。首先，控制部15与实施方式2一样，取得从A/D转换部4输入的规定区间的超声波数据(B示波数据)，并依次存储到波形存储器11(步骤S401)。
然后，根据存储于波形存储器11的超声波数据，与实施方式3一样对噪声等级进行解析(步骤S402)。而且，基于所解析的噪声等级来确定用于对底面回波进行检测的阈值(步骤S403)。然后，信号解析部12与实施方式2一样，根据存储于波形存储器11的超声波数据来计算规定区间内的底面回波EB的回波高度(步骤S404)。而且，与实施方式2一样，在步骤S405计算规定区间内的波束路程，在步骤S406计算规定区间内的波束路程变化率。
然后，缺陷检测部13与实施方式2一样，判断是否存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且以该阈值DC2以上的位置为基准点而预先设定的探索范围W内的回波高度为阈值DA以下的部位(步骤S407)。另外，与实施方式2一样，在不进行步骤S402的噪声等级的解析处理的情况下，在步骤S407中，判断是否存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值是阈值DC以上且以该阈值DC以上的位置为基准点而预先设定的探索范围W内的回波高度为阈值DA以下的部位。
在存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且以该阈值DC2以上的位置为基准点而预先设定的探索范围W内的回波高度为阈值DA以下的部位的情况下(步骤S407，是)，判断为在满足该条件的部位(位置)存在缺陷(步骤S408)。另一方面，不存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且以该阈值DC2以上的位置为基准点而预先设定的探索范围W内的回波高度为阈值DA以下的部位的情况下(步骤S407，否)，判断为在该规定区间不存在缺陷(步骤S409)。
然后，缺陷检测部13判断是否存在下一个规定区间(步骤S410)，在存在下一个规定区间的情况下(步骤S410，是)，转移到步骤S401而对下一个规定区间进行上述的处理，在不存在下一个规定区间的情况下(步骤S410，否)，结束本处理。
图14是表示适用了实施方式4的缺陷检测例的图。图14中，横轴示出了扫描顺序的波形编号。若适用上述的实施方式2、3，则图14(b)所示的波束路程变化率在编号371波形处成为阈值DC2，但是图14(a)所示的回波高度在编号371波形处并没有成为阈值DA以下，因此不能够检测作为缺陷。另外，图14(a)所示的回波高度在编号370波形处成为阈值DA以下，但是图14(b)所示的波束路程变化率在编号370波形处并没有成为阈值DC2以上，因此不能够检测作为缺陷。相对于此，该实施方式4中，以波束路程变化率为阈值DC2以上的编号371波形为基准点，相对于该基准点将扫描方向的前后2点即共计5点作为预先设定的探索范围W而对回波高度进行探索，其结果为，由于编号370、369波形的回波高度为阈值DA以下，因此判断为在该编号371波形存在缺陷。
该实施方式4中，在存在波束路程为阈值DB以下、或波束路程变化率的绝对值为阈值DC2以上且以该阈值DC或者DC2以上的位置为基准点而预先设定的探索范围W内的回波高度为阈值DA以下的部位的情况下，判断为存在缺陷，因此能够以较高的精度检测出存在回波高度为阈值DA以下的位置与波束路程变化率的绝对值为阈值DC或者阈值DC2以上的位置稍微偏离的可能性的、重叠状缺陷等缺陷。
(变形例1)
上述的实施方式1～4中，信号解析部12利用式(1)计算波束路程变化率，但是不限于此，例如，也可以将规定区间的波束路程视为一维信号，使该1维信号通过低通滤波器而得到将急剧的变化除去后的信号，算出从1维信号(波束路程信号)减去除去信号后的信号作为波束路程变化率。另外，也可以替代低通滤波器而使用高通滤波器。该情况下，算出通过高通滤波器后的信号自身作为波束路程变化率。
(变形例2)
该变形例2中，将上述的实施方式1～4所示的超声波探伤方法适用于钢管1等金属管材的制造方法。例如，能够适用于图15所示的无接缝钢管(无缝钢管)的制造方法中的检查工序。关于无接缝钢管，例如如图15所示的那样，首先将钢坯等圆形钢片作为材料而用旋转炉床式加热炉进行加热(加热工序：ST1)，然后，利用穿孔机形成为中空原管(穿孔工序：ST2)。然后，利用芯棒式无缝管轧机对该中空原管进行压延，使外径和厚度减小而形成为长条原管(压延工序：ST3)。然后，利用再加热炉进行再加热(再加热工序：ST4)，利用拉伸缩径轧机成型为完工尺寸，经过冷却、矫正、切断而完成热压延(成型工序：ST5)。然后，经过精制工序(ST6)以及检查工序(ST7)，而得到最终的完成品即无接缝钢管。在该检查工序中进行大致轮廓检查、壁厚检查、瑕疵检查等，能够在该瑕疵检查中适用上述的实施方式1～4所述的超声波探伤方法。
(变形例3)
上述的实施方式1～4中，在取得例如每500mm的规定区间的超声波数据后进行缺陷检测处理，但是不限于此，例如也可以进行准实时检测处理，该准实时检测处理每规定数的超声波数据进行缺陷检测处理，例如在扫描方向连续的每5点超声波数据进行缺陷检测处理。该情况下，可以在每取得5点超声波数据时使用5点超声波数据进行缺陷检测，也可以每取得1点超声波数据后，使用移位1点后的5点超声波数据进行缺陷检测。
另外，上述的实施方式1～4以及变形例1～3的各构成要素能够适当组合。
以上，对适用了由本发明者作出的发明后的实施方式进行了说明，但是本发明并不由构成基于本实施方式的本发明内容的一部分的记述、以及附图所限定。即，本领域技术人员等基于本实施方式而作出的其他实施方式、实施例以及运用技术等全部包含在本发明的范畴内。
标号说明
1    钢管
2    超声波探头
3    超声波控制装置
4    A/D转换部
10   处理装置
11   波形存储器
12   信号解析部
13   缺陷检测部
14   输入输出部
15   控制部
ES   表面回波
EB   底面回波
S  外侧表面
B  内侧表面
BW、31、32  缺陷
DA、DB、DC、DC2、L1、L2  阈值
LN  噪声等级

Claims (15)

1.一种超声波探伤方法，使用超声波来检测金属管材的内侧表面的缺陷，其特征在于，包括：
波形保持步骤，取得使朝向所述内侧表面产生超声波信号的超声波探头和所述金属管材相对地移动时的回波信号的波形数据并保持；
信号解析步骤，基于所保持的所述波形数据来计算到接收到来自所述内侧表面的回波信号为止的路程和该路程的变化率；以及
缺陷检测步骤，基于所述路程以及所述路程的变化率来检测所述内侧表面的缺陷。
2.根据权利要求1所述的超声波探伤方法，其特征在于，
所述缺陷检测步骤判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
3.根据权利要求1所述的超声波探伤方法，其特征在于，
所述信号解析步骤还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，
所述缺陷检测步骤判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
4.根据权利要求1所述的超声波探伤方法，其特征在于，
所述信号解析步骤还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，
所述缺陷检测步骤判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且以所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的位置为基准位置而相对于该基准位置预先设定的探索范围内的所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的超声波探伤方法，其特征在于，
所述信号解析步骤基于所保持的所述波形数据对没有回波信号的部分中的噪声成分的噪声等级进行解析，基于该解析结果来确定回波信号检测的阈值，基于所确定的该阈值来检测所述回波信号从而计算所述路程。
6.一种超声波探伤装置，使用超声波来检测金属管材的内侧表面的缺陷，其特征在于，具备：
波形保持部，取得使朝向所述内侧表面产生超声波信号的超声波探头和所述金属管材相对地移动时的回波信号的波形数据并保持；
信号解析部，基于所保持的所述波形数据来计算到接收到来自所述内侧表面的回波信号为止的路程和该路程的变化率；以及
缺陷检测部，基于所述路程以及所述路程的变化率来检测所述内侧表面的缺陷。
7.根据权利要求6所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述缺陷检测部判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
8.根据权利要求6所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述信号解析部还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，
所述缺陷检测部判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
9.根据权利要求6所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述信号解析部还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，
所述缺陷检测部判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且以所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的位置为基准位置而相对于该基准位置预先设定的探索范围内的所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述信号解析部基于所保持的所述波形数据对没有回波信号的部分中的噪声成分的噪声等级进行解析，基于该解析结果来确定回波信号检测的阈值，基于所确定的该阈值来检测所述回波信号从而计算所述路程。
11.一种管材制造方法，对金属材料至少实施加热工序、穿孔工序、压延工序、再加热工序、成型工序、以及检查工序而制造管材，其特征在于，
所述检查工序包括：
波形保持工序，取得使朝向所述管材的内侧表面产生超声波信号的超声波探头和所述管材相对地移动时的回波信号的波形数据并保持；
信号解析工序，基于所保持的所述波形数据来计算到接收到来自所述内侧表面的回波信号为止的路程和该路程的变化率；以及
缺陷检测工序，基于所述路程以及所述路程的变化率来检测所述内侧表面的缺陷。
12.根据权利要求11所述的管材制造方法，其特征在于，
所述缺陷检测工序判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
13.根据权利要求11所述的管材制造方法，其特征在于，
所述信号解析工序还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，
所述缺陷检测工序判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
14.根据权利要求11所述的管材制造方法，其特征在于，
所述信号解析工序还基于所保持的所述波形数据来计算来自所述内侧表面的回波信号的高度，
所述缺陷检测工序判断为在满足所述路程为规定的路程阈值以下、或所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上且以所述路程的变化率为规定的路程变化率阈值以上的位置为基准位置而相对于该基准位置预先设定的探索范围内的所述高度为规定的高度阈值以下的条件的部分存在缺陷，在不满足该条件的部分没有缺陷。
15.根据权利要求11～14中任一项所述的管材制造方法，其特征在于，
所述信号解析工序基于所保持的所述波形数据对没有回波信号的部分中的噪声成分的噪声等级进行解析，基于该解析结果来确定回波信号检测的阈值，基于所确定的该阈值来检测所述回波信号从而计算所述路程。
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