CN104350381A - 缺陷检测装置、缺陷检测方法、程序以及存储介质 - Google Patents

缺陷检测装置、缺陷检测方法、程序以及存储介质 Download PDF

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Abstract

缺陷检测装置(100)包括：相位阵列探头(120)，其设置于电阻焊接钢管(200)的外表面(200G)的外侧，排列有多个超声波振子(121)；发送部(144)，其从由排列于相位阵列探头(120)的多个超声波振子(121)中的一部分的多个超声波振子构成的探伤用超声波振子组与电阻焊接钢管(200)的外表面(200G)呈斜角向电阻焊接钢管(200)的外表面(200G)输出探伤用超声波束(131)；接收部(145)，其借助探伤用超声波振子组接收反射后的探伤用超声波束(131)；以及缺陷判断部(147)，其基于接收部(145)所接收的探伤用超声波束(131)判断焊接部(210)是否存在缺陷。发送部(144)以自焊接钢管(200)的外表面(200G)入射到焊接钢管(200)内的探伤用超声波束(131)不在焊接钢管(200)的内表面处反射就直接与焊接面大致垂直地向焊接面入射且聚焦于焊接面的方式发送探伤用超声波束(131)。

Description

缺陷检测装置、缺陷检测方法、程序以及存储介质
技术领域
本发明涉及用于对存在于沿着焊接钢管的管轴线方向形成的焊接面的缺陷进行检测的缺陷检测装置和缺陷检测方法、用于使计算机执行该缺陷检测方法的程序、存储该程序的计算机能够读取的存储介质。另外，在本说明书中，以对管径为5英寸以下、管厚度为7.5mm以下的小径的电阻焊接钢管进行缺陷检测的情况为例进行说明，但是本发明并不限定于此，也可以将例如电弧焊接钢管等其它焊接钢管作为缺陷检测的对象。
背景技术
首先，说明电阻焊接钢管的通常的制造方法。图18A和图18B是表示通常的电阻焊接钢管的制造方法的一个例子的示意图。如图18A所示，对于通常的电阻焊接钢管的制造方法，一边将带状的钢板(带钢)201朝向方向202连续地输送一边利用多个辊组(未图示)成型为管状，利用高频线圈204的感应加热或接触片(未图示)的直接通电加热将其对接端面203熔融，并且，通过利用挤压辊205对对接端面203施加按压，从而对对接端面203进行焊接而形成焊接部210。像这样，如图18B所示，制造成沿着管轴线方向220形成有焊接部210(焊接面)的电阻焊接钢管200。另外，在本说明书中，焊接面是指通过对成形为开放管状的热轧钢板端部进行加热而使其熔融、对熔融部施加按压而排出从而完成了接合时的接合面。焊接面有时也被称作焊接对接面。
在电阻焊接钢管200中焊接部210的品质非常重要，在电阻焊接钢管200的制造工序中，通常利用超声波斜角探伤进行焊接部210是否存在缺陷的在线探伤。
图19是表示以往的斜角探伤法的一个例子的示意图。在图19中，示出了图18B所示的电阻焊接钢管200的截面(更详细地说，电阻焊接钢管200的截面中的焊接部210附近)。并且，用于进行超声波束的收发的阵列探头250设置于电阻焊接钢管200的外表面200G的外侧。在这样的状态下，在图19所示的以往的斜角探伤法中，自阵列探头250向电阻焊接钢管200的外表面200G输出超声波束，使该超声波束在电阻焊接钢管200的内表面200N处进行一次反射而向焊接部210(焊接面)照射，阵列探头250接收反射后的超声波束，对接收到的超声波束进行分析来检测焊接部210(焊接面)是否存在缺陷。
在日本特许第4544240号公报中公开有将超声波束的发送用阵列探头与接收用阵列探头独立设置的、所谓的串联探伤法的技术。
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述的图19所示的以往的斜角探伤法中，由于使超声波束在电阻焊接钢管200的内表面200N处进行一次反射而向焊接部210(焊接面)照射，因此不能与焊接部210(焊接面)大致垂直地向焊接部210(焊接面)照射超声波束，其结果，在焊接部210(焊接面)存在缺陷的情况下，到达阵列探头250的来自该缺陷的镜面反射的超声波束变弱。因此，存在有例如难以检测像灰斑(日文：ペネトレータ)那样的微小缺陷(0.2mm左右)这样的问题。
此外，在上述的日本特许第4544240号公报的技术中，在对厚度较薄的(7.5mm左右以下)管径5英寸以下的小径的电阻焊接钢管进行探伤的情况下，存在有来自存在于焊接部210(焊接面)的缺陷的反射超声波束的SN比降低这样的问题。
本发明是鉴于上述那样的问题点而做成的，目的在于提供一种也能够检测微小缺陷并且即使是厚度较薄的小径的焊接钢管也能够实现缺陷的检测精度的提高的结构。
用于解决问题的方案
本发明人反复进行了专心研究的结果，想到了以下所示的发明的各技术方案。
采用本发明的第1技术方案，提供一种缺陷检测装置，其用于对存在于沿着焊接钢管的管轴线方向形成的焊接面的缺陷进行检测，其中，该缺陷检测装置包括：相位阵列探头，其设置于上述焊接钢管的外表面的外侧，排列有多个超声波振子；发送部件，其自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的探伤用超声波振子组以自上述焊接钢管的外表面入射到上述焊接钢管内的探伤用超声波束不在上述焊接钢管的内表面处反射就直接与上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且会聚于上述焊接面的方式发送上述探伤用超声波束；接收部件，其借助上述探伤用超声波振子组接收反射后的上述探伤用超声波束；以及缺陷判断部件，其基于上述接收部件所接收的上述探伤用超声波束，判断上述焊接面是否存在缺陷。
采用本发明的第2技术方案，根据第1技术方案提供一种缺陷检测装置，其中，上述焊接钢管是管径5英寸以下、管厚度7.5mm以下的小径的电阻焊接钢管。
采用本发明的第3技术方案，根据第1或第2技术方案提供一种缺陷检测装置，其中，在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间存在有作为传播上述探伤用超声波束的介质的水，上述发送部件还自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的水判断用超声波振子组与上述焊接钢管的外表面大致垂直地向上述焊接钢管的外表面发送水判断用超声波束，上述接收部件还借助上述水判断用超声波振子组接收反射后的上述水判断用超声波束，上述缺陷检测装置还包括：水判断部件，其基于上述接收部件所接收的上述水判断用超声波束，判断在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间是否填满水。
采用本发明的第4技术方案，根据第3技术方案提供一种缺陷检测装置，其中，在用上述水判断部件判断为在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间填满水的情况下，上述发送部件自上述探伤用超声波振子组发送上述探伤用超声波束。
采用本发明的第5技术方案，根据第1至第4技术方案中任一项提供一种缺陷检测装置，其中，上述缺陷检测装置还包括：聚焦透镜，其与上述相位阵列探头相对应地设置在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间，并用于使上述探伤用超声波束聚焦于上述管轴线方向。
采用本发明的第6技术方案，根据第1至第4技术方案中任一项提供一种缺陷检测装置，其中，上述缺陷检测装置还包括：设定部件，其基于上述焊接钢管的管厚度和上述焊接面上的上述探伤用超声波束的有效束径设定上述焊接面的上述管厚度的方向的区域的分区数N；以及分割部件，其根据由上述设定部件设定的分区数N将包含于上述探伤用超声波振子组的多个超声波振子分割为N个组，上述发送部件以向上述焊接面的分区后的各区域依次入射探伤用超声波束的方式自被上述分割部件分割而成的各组依次发送探伤用超声波束。
采用本发明的第7技术方案，根据第6技术方案提供一种缺陷检测装置，其中，上述缺陷检测装置还包括：聚焦透镜，其与上述相位阵列探头相对应地设置在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间，并用于使上述探伤用超声波束聚焦于上述管轴线方向，上述聚焦透镜的沿着上述管轴线方向的曲面的曲率半径沿着上述多个超声波振子的排列方向发生变化，上述曲率半径朝向自上述相位阵列探头到上述焊接面为止的上述探伤用超声波束的传播距离变大的方向去而变大。
采用本发明的第8技术方案，根据第1至第5技术方案中任一项提供一种缺陷检测装置，其中，上述缺陷检测装置还包括：设定部件，其基于上述焊接钢管的管厚度和上述焊接面上的上述探伤用超声波束的有效束径设定上述焊接面的上述管厚度的方向的分区数N，上述发送部件以上述探伤用超声波束依次向上述焊接面的分区后的各区域入射的方式自包含上述多个超声波振子的一部分的单个探伤用超声波振子组依次切换发送方向来发送上述探伤用超声波束。
采用本发明的第9技术方案，根据第3或第4技术方案提供一种缺陷检测装置，其中，上述缺陷检测装置还包括：设定部件，其基于上述焊接钢管的管厚度和上述焊接面上的上述探伤用超声波束的有效束径设定上述焊接面的上述管厚度的方向的分区数N，上述发送部件以上述探伤用超声波束依次向上述焊接面的分区后的各区域入射的方式自包含上述多个超声波振子的全部的探伤用超声波振子组依次切换发送方向来发送上述探伤用超声波束，并且，自包含上述多个超声波振子的一部分的水判断用超声波振子组向上述焊接钢管的外表面发送上述水判断用超声波束。
采用本发明的第10技术方案，根据第9技术方案提供一种缺陷检测装置，其中，上述缺陷检测装置还包括：聚焦透镜，其与上述相位阵列探头相对应设置在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间，用于使上述探伤用超声波束聚焦于上述管轴线方向。
采用本发明的第11技术方案，根据第6至第10技术方案中任一项提供一种缺陷检测装置，其中，上述设定部件将用上述焊接钢管的管厚度除以上述焊接面的上述探伤用超声波束的有效束径得到的值中的小数第1位以下的部分进位所得到的值设定为上述分区数N。
采用本发明的第12技术方案，根据第6至第11技术方案中任一项提供一种缺陷检测装置，其中，在将由上述探伤用超声波束的振动产生的上述焊接钢管的内部的位移的最大值设为1的情况下，上述有效束径与该位移为0.5以上的范围相对应。
采用本发明的第13技术方案，提供一种缺陷检测方法，该缺陷检测方法是由缺陷检测装置进行的，在该缺陷检测方法中使用被设置于焊接钢管的外表面的外侧并排列有多个超声波振子的相位阵列探头，该缺陷检测装置用于对存在于沿着上述焊接钢管的管轴线方向形成的焊接面的缺陷进行检测，其中，该缺陷检测方法包括以下步骤：第1发送步骤，在该第1发送步骤中，自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的探伤用超声波振子组以自上述焊接钢管的外表面入射到上述焊接钢管内的探伤用超声波束不在上述焊接钢管的内表面处反射就直接与上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且聚焦于上述焊接面的方式发送上述探伤用超声波束；第1接收步骤，在该第1接收步骤中，借助上述探伤用超声波振子组接收反射后的上述探伤用超声波束；以及缺陷判断步骤，在该缺陷判断步骤中，基于在上述第1接收步骤中所接收的上述探伤用超声波束判断上述焊接面是否存在缺陷。
采用本发明的第14技术方案，根据第13技术方案提供一种缺陷检测方法，其中，上述焊接钢管是管径5英寸以下、管厚度7.5mm以下的小径的电阻焊接钢管。
采用本发明的第15技术方案，根据第13或第14技术方案提供一种缺陷检测方法，其中，在上述相位阵列探头与上述焊接钢管的外表面之间存在有作为传播上述探伤用超声波束的介质的水，上述缺陷检测方法还包括以下步骤：第2发送步骤，在该第2发送步骤中，自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的水判断用超声波振子组与上述焊接钢管的外表面大致垂直地向上述焊接钢管的外表面发送水判断用超声波束；第2接收步骤，在该第2接收步骤中，借助上述水判断用超声波振子组接收反射后的上述水判断用超声波束；水判断步骤，在该水判断步骤中，基于在上述第2接收步骤中所接收的上述水判断用超声波束判断在上述相位阵列探头与上述焊接钢管的外表面之间是否填满水。
采用本发明的第16技术方案，提供一种程序，其用于使计算机执行由缺陷检测装置进行的缺陷检测方法，在该缺陷检测方法中使用被设置于焊接钢管的外表面的外侧并排列有多个超声波振子的相位阵列探头，该缺陷检测装置用于对存在于沿着上述焊接钢管的管轴线方向形成的焊接面的缺陷进行检测，其中，该程序包括以下步骤：第1发送步骤，在该第1发送步骤中，自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的探伤用超声波振子组以自上述焊接钢管的外表面入射到上述焊接钢管内的探伤用超声波束不在上述焊接钢管的内表面处反射就直接与上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且聚焦于上述焊接面的方式发送上述探伤用超声波束；第1接收步骤，在该第1接收步骤中，借助上述探伤用超声波振子组接收反射后的上述探伤用超声波束；以及缺陷判断步骤，在该缺陷判断步骤中，基于上述第1接收步骤所接收的上述探伤用超声波束判断上述焊接面是否存在缺陷。
采用本发明的第17技术方案，根据第16技术方案提供一种程序，其中，在上述相位阵列探头与上述焊接钢管的外表面之间存在有作为传播上述探伤用超声波束的介质的水，上述程序还包括以下步骤：第2发送步骤，在该第2发送步骤中，自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的水判断用超声波振子组与上述焊接钢管的外表面大致垂直地向上述焊接钢管的外表面发送水判断用超声波束；第2接收步骤，在该第2接收步骤中，借助上述水判断用超声波振子组接收反射后的上述水判断用超声波束；以及水判断步骤，在该水判断步骤中，基于在上述第2接收步骤中所接收的上述水判断用超声波束判断在上述相位阵列探头与上述焊接钢管的外表面之间是否填满水。
采用本发明的第18技术方案，提供一种存储介质，其能够存储第16或17技术方案所述的程序并且计算机能够读取。
发明的效果
采用本发明，也能够检测微小缺陷且即使是厚度较薄的小径的焊接钢管也能够实现缺陷的检测精度的提高。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的缺陷检测装置的概略结构的一个例子的图。
图2表示本发明的第1实施方式，是表示图1所示的探伤用超声波束的收发的一个例子的图。
图3表示本发明的第1实施方式，是表示图1所示的声透镜的一个例子的图。
图4表示本发明的第1实施方式，是图1所示的相位阵列探头的概略图。
图5表示本发明的第1实施方式，是表示图4所示的相位阵列探头的开口直径与缺陷检测的SN比之间的相关性的一个例子的图。
图6表示本发明的第1实施方式，是用于模拟的电阻焊接钢管的剖视图。
图7A是比较例1的探伤方法中的模拟模型的概要图。
图7B是本发明的探伤方法中的模拟模型的概要图。
图7C是比较例2的探伤方法中的模拟模型的概要图。
图7D是比较例3的探伤方法中的模拟模型的概要图。
图8是表示基于图7A～图7D所示的本发明的探伤方法与比较例的探伤方法中的各探伤方法的模拟模型的分析结果的图。
图9A表示本发明的第1实施方式，是表示探伤用超声波束的焦点处的有效束径的分析模型的图。
图9B表示本发明的第1实施方式，是表示探伤用超声波束的焦点处的有效束径的分析结果的图。
图10是表示本发明的第1实施方式的相位阵列探头的概略结构的一个例子的图。
图11表示本发明的第1实施方式，是用于说明耦合检查的图。
图12表示本发明的第1实施方式，是反射后的耦合检查用超声波束的接收波形的一个例子的图。
图13表示本发明的第1实施方式，是用于说明图1和图3所示的声透镜的图。
图14表示本发明的第1实施方式，是表示图1和图3所示的声透镜的曲率半径与相位阵列探头的阵列长度(阵列位置)之间的关系的图。
图15是表示由本发明的第1实施方式的缺陷检测装置进行的缺陷检测方法的处理顺序的一个例子的流程图。
图16A表示本发明的第1实施方式，是表示反射后的探伤用超声波束的接收波形的一个例子的图。
图16B表示本发明的第1实施方式，是表示反射后的探伤用超声波束的接收波形的一个例子的图。
图17表示本发明的第1实施方式，是表示二维映射的一个例子的图。
图18A是表示通常的电阻焊接钢管的制造方法的一个例子的示意图。
图18B是表示通常的电阻焊接钢管的制造方法的一个例子的示意图。
图19是表示以往的斜角探伤法的一个例子的示意图。
具体实施方式
以下一边参照附图一边说明用于实施本发明的方式(实施方式)。
(第1实施方式)
图1是表示本发明的第1实施方式的缺陷检测装置100的概略结构的一个例子的图。该缺陷检测装置100是用于检测沿着作为一种焊接钢管的电阻焊接钢管200的管轴线方向(图18B的220)形成的焊接部210(焊接面)所包含的缺陷的装置。此外，图1示出了图18B所示的电阻焊接钢管200的截面(更详细地说，电阻焊接钢管200的截面中的焊接部210附近)。
如图1所示，本实施方式的缺陷检测装置100包含声透镜110、相位阵列探头120以及控制处理装置140。此外，控制处理装置140包含被检体条件输入部141、收发条件设定部142、收发控制部143、发送部144、接收部145、接收信号处理部146、缺陷判断部147、水判断部148以及记录·显示部149。
声透镜110与相位阵列探头120相对应地设置在相位阵列探头120和电阻焊接钢管200的外表面200G之间。声透镜110是用于使自相位阵列探头120输出的探伤用超声波束131聚焦于上述管轴线方向的聚焦透镜。在此，在电阻焊接钢管200的焊接部210存在缺陷的情况下，为了检测该缺陷而发送探伤用超声波束131。
相位阵列探头120设置于电阻焊接钢管200的外表面200G的外侧，并形成为排列有多个超声波振子121。在本实施方式的相位阵列探头120中，用于输出探伤用超声波束131的探伤用超声波振子组和用于输出耦合检查用超声波束(水判断用超声波束)132的耦合检查用超声波振子组(水判断用超声波振子组)由互不相同的超声波振子构成。即、在本实施方式的情况下，探伤用超声波振子组由排列于相位阵列探头120的多个超声波振子121中的一部分的多个超声波振子构成，耦合检查用超声波振子组由排列于相位阵列探头120的多个超声波振子121中的一部分的多个超声波振子且与构成探伤用超声波振子组的多个超声波振子不同的超声波振子构成。
在相位阵列探头120(严格地说是声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间存在有作为用于高效地传播探伤用超声波束131的介质的水。耦合检查是指用于确认在相位阵列探头120(声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间是否是没有空气等而填满水来正常进行探伤用超声波束131的收发的环境的处理。
被检体条件输入部141进行输入作为被检体的电阻焊接钢管200的条件(被检体条件)的处理。例如，被检体条件输入部141进行将由用户操作输入的被检体条件输入到控制处理装置140内的处理。在此，作为被检体条件，能够列举出例如电阻焊接钢管200的外径、管厚度、管轴线方向220的长度、造管速度等。
收发条件设定部142基于由被检体条件输入部141所输入的被检体条件进行设定收发条件的处理。在此，作为收发条件能够列举出，例如探伤用超声波束131的收发定时和耦合检查用超声波束132的收发定时、上述超声波束的发送频率、用于上述超声波束的收发的超声波振子121(之后，根据需要称作“信道(ch)”)、探伤用超声波振子组为了使探伤用超声波束131在焊接部210(焊接面)处聚焦的各信道的发送定时的延迟时间等。
收发控制部143基于收发条件设定部142所设定的收发条件控制发送部144和接收部145。
发送部144基于收发控制部143的控制进行自相位阵列探头120的探伤用超声波振子组发送探伤用超声波束131、自相位阵列探头120的耦合检查用超声波振子组发送耦合检查用超声波束132的处理。具体地说，发送部144以自相位阵列探头120的探伤用超声波振子组朝与电阻焊接钢管200的外表面200G呈斜角向电阻焊接钢管200的外表面200G输出探伤用超声波束131、自电阻焊接钢管200的外表面200G入射的该探伤用超声波束131不会在电阻焊接钢管200的内表面200N处反射就直接与焊接部210(焊接面)大致垂直地向焊接部210(焊接面)入射且聚焦于焊接面的方式(以在焊接面形成焦点的方式)发送探伤用超声波束131。此外，发送部144自相位阵列探头120的耦合检查用超声波振子组与电阻焊接钢管200的外表面200G大致垂直地向电阻焊接钢管200的外表面200G发送耦合检查用超声波束132。
接收部145基于收发控制部143的控制进行借助探伤用超声波振子组接收反射后的探伤用超声波束131、并且借助耦合检查用超声波振子组接收反射后的耦合检查用超声波束132的处理。
接收信号处理部146处理接收部145接收到的超声波束(接收信号)。
缺陷判断部147基于接收部145接收到的探伤用超声波束131进行判断电阻焊接钢管200的焊接部210是否存在缺陷的处理。而且，在焊接部210存在缺陷的情况下，缺陷判断部147也进行判断缺陷的位置、大小的处理。
水判断部148基于接收部145接收到的耦合检查用超声波束132进行判断在相位阵列探头120(严格地说是声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间是否没有空气等而填满水的处理。
记录·显示部149进行记录或显示接收信号处理部146的处理的结果、缺陷判断部147以及水判断部148的判断结果的处理。而且，记录·显示部149根据需要进行记录或显示各种数据、各种信息的处理。
另外，在耦合检查的结果为耦合不存在问题的情况下(即、用水判断部148判断为在相位阵列探头120(严格地说是声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间填满水的情况下)，发送部144进行自相位阵列探头120的探伤用超声波振子组发送探伤用超声波束131的处理。
接着，说明探伤用超声波束131的收发。图2表示本发明的第1实施方式，是表示图1所示的探伤用超声波束131的收发的一个例子的图。在此，图2仅图示有图1所示的电阻焊接钢管200和相位阵列探头120。
在本实施方式中，用于输出探伤用超声波束131的相位阵列探头120的探伤用超声波振子组由多个超声波振子121构成。并且，在本实施方式中，自探伤用超声波振子组发送探伤用超声波束131，使该探伤用超声波束131相对于电阻焊接钢管200的外表面200G的入射方向约成70°折射，并使该探伤用超声波束131在电阻焊接钢管200的内表面200N处不反射就直接与焊接部210(焊接面)大致垂直地向焊接部210(焊接面)照射。之后，将由像这样的探伤用超声波束131进行的探伤方法称作“70°探伤法”。
此外，在本实施方式中，以提高存在于焊接部210(焊接面)的缺陷211的检测灵敏度为目的，使聚焦束与焊接部210(焊接面)大致垂直地向焊接部210(焊接面)入射。这取决于：能够通过使聚焦束与焊接部210(焊接面)大致垂直地向焊接部210(焊接面)入射，而能够不产生由多重反射导致的超声波能量的损失就在镜面反射方向直接接收来自缺陷211的反射超声波束。另外，能够使用通常的单个聚焦探头形成一定程度的聚焦束，但是，因电阻焊接钢管200的曲率的影响而难以使束良好地聚焦于电阻焊接钢管200内的目标位置。因此，在本实施方式中，为了不受电阻焊接钢管200的曲率的影响地使束良好地聚焦于电阻焊接钢管200内的目标位置而采用了相位阵列探头120。只要采用相位阵列探头120，通过选择探伤用超声波振子组、控制各超声波振子的超声波发送的延迟时间，就能够形成考虑了电阻焊接钢管200的曲率的聚焦束，因此，与单个聚焦探头相比能够实现更高的缺陷检测性能。
图3表示本发明的第1实施方式，是表示图1所示的声透镜110的一个例子的图。如上所述，该声透镜110与相位阵列探头120相对应地设置在相位阵列探头120与电阻焊接钢管200的外表面200G之间。声透镜110使自相位阵列探头120输出的探伤用超声波束131聚焦于电阻焊接钢管200的管轴线方向220。像这样，通过设置声透镜110，不仅能够使探伤用超声波束131由相位阵列探头120聚焦于电阻焊接钢管200的管厚度方向，而且还能够聚焦于电阻焊接钢管200的管轴线方向220。
＜基于二维模拟的评价＞
接着，说明基于二维模拟(有限元法)的评价结果。在以下的表1中示出模拟的条件。
[表1]
首先，进行最佳的相位阵列探头120的分析。此时，将电阻焊接钢管200的管厚度设为3.4mm，将外径设为101.6mm，将设定于焊接部的深度方向的中央部的缺陷尺寸设为高度0.2mm、宽度0.1mm。
图4表示本发明的第1实施方式，是图1所示的相位阵列探头120的概略图。此外，图5表示本发明的第1实施方式，是表示图4所示的相位阵列探头120的开口直径与缺陷检测的SN比之间的相关性的一个例子的图。
在这次的分析中，将发送的超声波的频率设为5MHz和10MHz，使各超声波振子121的宽度(图4的元件宽度e)、相邻的超声波振子121的间隔(图4的间距p)变化，将管厚度方向的0.2mm的微小缺陷中的信号与噪声之比(SN比)进行比较。将其结果示出在图5中。此时，将信号设为来自缺陷的超声波的最大振幅的大小，将噪声设为紧挨着来自缺陷的超声波的前一超声波的振幅的大小，以它们的比来定义SN比。
如图5所示，分析的结果是，当发送的超声波的频率为5MHz、超声波振子121的间距p为0.5mm、开口直径为8mm时，SN比为200，成为最大的结果。如图4所示，表现为开口直径≈间距×元件数，所以该SN比成为最大时的超声波振子121的元件数(信道数)为16个元件(16ch)。在本实施方式中，将该SN比成为最大的规格用于相位阵列探头120。
接着，通过模拟分析进行了本发明的探伤方法与其它的探伤方法的比较。
图6表示本发明的第1实施方式，是用于模拟的电阻焊接钢管200的剖视图。在图6所示的电阻焊接钢管200中，将管厚度设为3.4mm，在焊接部210上设置了3个缺陷211G、211C、211N。具体地说，设置了自电阻焊接钢管200的外表面200G到深度0.2mm～0.4mm的范围内的厚度0.2mm的外表面附近缺陷211G、以电阻焊接钢管200的厚度方向的中央部为中心的厚度0.2mm的中央部附近缺陷211C、自电阻焊接钢管200的内表面200N到深度0.2mm～0.4mm的范围内的厚度0.2mm的内表面附近缺陷211N。
图7A～图7D是本发明的探伤方法和比较例的探伤方法的各探伤方法中的模拟模型的概要图。图7A示出了超声波探头为单个聚焦探头、基于70°探伤法的比较例1的模型概要图，图7B示出了超声波探头为阵列探头、基于70°探伤法的本发明的模型概要图，图7C示出了超声波探头为阵列探头、基于图19所示的以往的斜角探伤法的比较例2的模型概要图，图7D示出了超声波探头为阵列探头、基于日本特愿第4544240号公报所示的串联探伤法的比较例3的模型概要图。
具体地说，图7A～图7D所示的各超声波探头的规格如以下所示。图7A所示的单个聚焦探头采用了频率为5MHz、振子直径13mm、焦距51mm的探头。图7B和图7C所示的阵列探头采用了频率为5MHz、间距p为0.5mm、元件宽度e为0.4mm、元件数为16个(16ch)的探头。即、采用了在图5所示的相关性图中SN比成为最大(200)的条件的探头。图7D所示的阵列探头采用了频率为5MHz、间距p为0.5mm、元件宽度e为0.4mm、元件数为64个(64ch)的探头。此时，如图7D所示，将发送元件数设为20个(20ch)，将接收元件数设为24个(24ch)。
此外，图7A～图7D所示的各探伤法如以下所示。在图7A和图7B所示的70°探伤法中，将水距离、超声波的入射点、以及焊接部210的位置固定，向图6所示的深度不同的3个缺陷(211G、211C、211N)分别垂直地照射超声波束。准确地说，未向外表面附近缺陷211G和内表面附近缺陷211N垂直地照射超声波束，但由于电阻焊接钢管200的管厚度薄达3.4mm，因此，近似于大致垂直。此外，超声波束的焦点在计算上以聚焦于焊接部210的方式设定。在图7C所示的以往的斜角探伤法中，将水距离、超声波的入射点、以及焊接部210的位置固定为与70°探伤法同样的设定，设为使超声波束在内表面200N处进行一次反射就向外表面附近缺陷211G和中央部附近缺陷211C入射的一次反射法。此外，对于内表面附近缺陷211N，由于是与70°探伤法大致同样的目标，因此，被省略。在图7D所示的串联探伤法中，仿照日本特愿第4544240号公报所记载的方式制作了模型。具体地说，如图7D所示，将超声波束的折射角设为45°、水距离设为22.6mm(阵列探头中心轴)、发送元件数设为20ch、接收元件数设为24ch，仅对中央部附近缺陷211C进行了分析。
图8是表示基于图7A～图7D所示的由本发明的探伤方法与比较例的探伤方法的各探伤方法中的模拟模型的分析结果的图。在图8中，自左起依次表示图7A所示的比较例1的模型的分析结果、图7B所示的本发明的模型的分析结果、图7C所示的比较例2的模型的分析结果、图7D所示的比较例3的模型的分析结果。此外，在图8中，将以外表面附近缺陷211G为目标的超声波束的接收波形示出在“外表面附近”的栏中，将以中央部附近缺陷211C为目标的超声波束的接收波形示出在“中央部附近”的栏中，将以内表面附近缺陷211N为目标的超声波束的接收波形示出在“内表面附近”的栏中。
此外，在图8所示的接收波形中，S1表示来自电阻焊接钢管200的外表面200G的反射超声波，F1表示来自各缺陷的反射超声波。即、如果焊接部210(焊接面)不存在缺陷，则F1不会被检测出来。此外，如上述那样，将信号设为来自缺陷的超声波(F1)的最大振幅的大小，将噪声设为紧挨着来自缺陷的超声波的前一超声波的振幅的大小，以它们的比来定义S/N(SN比)。
当用图8所示的S/N(SN比)进行比较时，能够综合性地确认基于本发明的模型的探伤方法(基于阵列探头的70°探伤法)较好。
接着，为了确定电阻焊接钢管200的管厚度方向的超声波扫描次数，进行了在超声波束的焦点处的有效束径的分析。
图9A和图9B表示本发明的第1实施方式，是表示探伤用超声波束131的焦点处的有效束径的分析模型和其分析结果的图。在该分析中，在厚度3.4mm的焊接部210(焊接面)未设置缺陷211，如图9A所示在焊接部210(焊接面)的厚度方向设定波形获取点，读取由探伤用超声波束131的振动导致的电阻焊接钢管200的内部的位移分布，求得-6dB宽度。此时，如图9A所示，探伤用超声波束131的目标设为焊接部210(焊接面)的厚度方向的中央，此外，相位阵列探头120的规格设为频率为5MHz、间距p为0.5mm、元件数为16个元件(16ch)。将该情况的分析结果示出在图9B中。
如图9B所示，得到以下结果：将由探伤用超声波束131的振动导致的电阻焊接钢管200的内部的位移的最大值设为1，被定义成位移成为0.5的-6dB宽度(即、该位移成为0.5以上的范围)的有效束径为1.6mm。根据该结果可知，例如，在电阻焊接钢管200的管厚度为3.4mm的情况下，为了进行精度优良的超声波探伤，需要将超声波束沿管厚度方向至少扫描3次。在此，在本实施方式的收发条件设定部142中，基于焊接钢管200的管厚度(焊接部210的厚度)和焊接部210(焊接面)上的探伤用超声波束131的有效束径设定将焊接部210(焊接面)中的管厚度的方向的区域分区为N个(N为1以上的整数)的分区数N。该分区数N相当于上述的扫描次数。在本例的情况下，将作为焊接钢管200的管厚度的3.4mm除以作为有效束径的1.6mm得到的值2.125的小数第1位以下的部分进位，从而收发条件设定部142将“3”设定为上述分区数N。并且，在本实施方式中，对于焊接部210(焊接面)的管厚度的方向的区域，自外周面200G侧起以升序定义为第1区域～第N区域(在本例中，第1区域～第3区域)。此时，在本实施方式中，将焊接部210(焊接面)的管厚度的方向的区域N等分，设定第1区域～第N区域(在本例中，第1区域～第3区域)。
依据以上的模拟分析的结果，进行了本实施方式的相位阵列探头120的设定。图10是表示本发明的第1实施方式中的相位阵列探头120的概略结构的一个例子的图。
第1实施方式的相位阵列探头120的耦合检查用超声波振子组122、内表面附近探伤用超声波振子组(第3探伤用超声波振子组(第N探伤用超声波振子组))123、中央部附近探伤用超声波振子组(第2探伤用超声波振子组)124以及外表面附近探伤用超声波振子组(第1探伤用超声波振子组)125由互不相同的超声波振子构成，其中，耦合检查用超声波振子组122用于发送耦合检查用超声波束132，内表面附近探伤用超声波振子组123用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的内表面200N附近(即第3区域(第N区域))发送内表面附近探伤用超声波束(第3探伤用超声波束(第N探伤用超声波束))131N，中央部附近探伤用超声波振子组124用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的管厚度的中央部附近(即第2区域)发送中央部附近探伤用超声波束(第2探伤用超声波束)131C，外表面附近探伤用超声波振子组125用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的外表面200G附近(即第1区域)发送外表面附近探伤用超声波束(第1探伤用超声波束)131G。即、在第1实施方式的相位阵列探头120中，探伤用超声波振子组由根据焊接部210(焊接面)的上述N个(本例中为3个)分区数被分区(分割)成的探伤用超声波振子组(内表面附近探伤用超声波振子组123、中央部附近探伤用超声波振子组124以及外表面附近探伤用超声波振子组125)构成。在本实施方式中，例如，将耦合检查用超声波振子组122的超声波振子121的元件数设为4个元件(4ch)，将各探伤用超声波振子组123～探伤用超声波振子组125的超声波振子121的元件数分别设为16个元件(16ch)，相位阵列探头120至少由52个元件(52ch)构成。
另外，在图10所示的例子中，超声波束的扫描顺序为耦合检查用超声波束132、内表面附近探伤用超声波束131N、中央部附近探伤用超声波束131C、外表面附近探伤用超声波束131G的顺序，但是在本发明中并不限定于此。例如，超声波束的扫描顺序也可以是耦合检查用超声波束132、外表面附近探伤用超声波束131G、中央部附近探伤用超声波束131C、内表面附近探伤用超声波束131N的顺序。
在本实施方式中，通过逐个选择相位阵列探头120中的分区(分割)为N个(本例中为3个)组的探伤用超声波振子组，来分别进行超声波束的收发，从而向焊接部210(焊接面)的管厚度方向扫描超声波束，不遗漏地对焊接部210(焊接面)进行探伤。此外，在本实施方式中，利用相位阵列探头120的端部(在图10的例中为右端)的数个元件，向电阻焊接钢管200的外表面200G大致垂直地发送耦合检查用超声波束132，通过检测该反射超声波束来进行耦合检查。
接着，说明耦合检查的详细情况。图11表示本发明的第1实施方式，是用于说明耦合检查的图。如上述那样，在相位阵列探头120(严格地说是声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间存在有作为用于有效地传播探伤用超声波束131的介质的水。耦合检查是指用于确认在相位阵列探头120(声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间是否没有空气等而填满水来正常进行探伤用超声波束131的收发的环境的处理。在耦合检查中，借助耦合检查用超声波振子组122收发耦合检查用超声波束132。在图11所示的例子中，将相位阵列探头120的右端的4个元件(4ch)用作耦合检查用超声波振子组122。
图12表示本发明的第1实施方式，是表示反射后的耦合检查用超声波束132的接收波形的一个例子的图。在图12所示的例子中，检测到在电阻焊接钢管200的外表面200G处反射后的外表面回波(S1)、在电阻焊接钢管200的内表面200N处反射后的内表面回波(B1)、在该内表面回波(B1)之后外表面200G与内表面200N之间的多重回波(B2、B3、……)。例如，在耦合检查中，若在外表面回波(S1)之前检测到反射回波，则判断为：在相位阵列探头120(严格地说是声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间存在有空气等，不是能够正常进行探伤用超声波束131的收发的环境。相反，如果在外表面回波(S1)之前未检测到反射回波，则判断为：在相位阵列探头120(严格地说是声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间填满水，是能够正常进行探伤用超声波束131的收发的环境。此外，在耦合检查中，由于在内表面回波(B1)之后检测多重回波(B2、B3、……)，所以，在耦合检查后进行的70°探伤中的探伤用超声波束131的发送需要在耦合检查用超声波束132的发送后空开一定程度的时间。
＜声透镜110的设计＞
接着，说明声透镜110的设计。
相位阵列探头120将超声波束仅向电阻焊接钢管200的管厚度方向聚焦。在本实施方式中，为了使超声波束也聚焦于电阻焊接钢管200的管轴线方向220，还在相位阵列探头120上安装有声透镜110。
图13表示本发明的第1实施方式，是用于说明图1和图3所示的声透镜110的图。
声透镜110的关系式如以下的(1)式～(2)式所示。
R＝(1－C2/C1)f……(1)
f＝fw+(C3/C2)FS……(2)
在此，R为声透镜110的曲率半径，F为水中焦距，C1为声透镜110的纵波声速，C2为水中纵波声速，C3为钢管内横波声速，fw为水中路程，fS为钢管内路程。各参数的具体的数值如图13所示。
如表1所示那样，在水中只有纵波传播，因此，自相位阵列探头120发送纵波的超声波束。并且，自相位阵列探头120发送出的纵波的超声波束在电阻焊接钢管200的外表面200G处与入射方向呈约70°进行折射并向电阻焊接钢管200的内部传播，因此，在电阻焊接钢管200的内部，传播大致横波的超声波束。
图14表示本发明的第1实施方式，是表示图1和图3所示的声透镜110的曲率半径与相位阵列探头120的阵列长度(阵列位置)之间的关系的图。图14是根据各自的超声波束路程对与焊接部210(焊接面)的各深度相对应的超声波束中心轴和相位阵列探头120相交的点的声透镜110的曲率半径进行换算而求得的图。但是，将相位阵列探头120的间距p设为0.5mm，使向焊接部210(焊接面)中心入射的超声波束成为相位阵列探头120的阵列中心。
在此，如图10所示，本实施方式的相位阵列探头120采用具有耦合检查用超声波振子组122、内表面附近探伤用超声波振子组(第3探伤用超声波振子组(第N探伤用超声波振子组))123、中央部附近探伤用超声波振子组(第2探伤用超声波振子组)124、外表面附近探伤用超声波振子组(第1探伤用超声波振子组)125的结构。在此，在图14中，例如，阵列长度(阵列位置)为18.5mm～10.0mm的点相当于图10所示的外表面附近探伤用超声波振子组(第1探伤用超声波振子组)125，阵列长度(阵列位置)为10.0mm～1.5mm的点相当于图10所示的中央部附近探伤用超声波振子组(第2探伤用超声波振子组)124，阵列长度(阵列位置)为1.5mm～﹣7.0mm的点相当于图10所示的内表面附近探伤用超声波振子组(第3探伤用超声波振子组(第N探伤用超声波振子组))123。即、声透镜110的曲率半径随着自与外表面附近探伤用超声波振子组(第1探伤用超声波振子组)125相对应的区域向与内表面附近探伤用超声波振子组(第3探伤用超声波振子组(第N探伤用超声波振子组))123相对应的区域去而变大。换句话说，声透镜110的沿着管轴线方向220的曲面的曲率半径沿着多个超声波振子的排列方向发生变化，曲率半径朝向自相位阵列探头120至焊接部210(焊接面)为止的探伤用超声波束的传播距离变大的方向去而变大。在本实施方式中，通过像这样设计声透镜110，能够借助各探伤用超声波振子组合适地收发探伤用超声波束131。
＜关于探伤重复频率的研究＞
接着，在本实施方式的缺陷检测装置100中，对于电阻焊接钢管200的管轴线方向220进行是否能够不遗漏地进行焊接部210(焊接面)的缺陷探伤的研究。
通过由声透镜110进行的管轴线方向220的超声波束的聚焦，使管轴线方向的束聚焦径成为通常的1mm。此外，假设切换焊接部210(焊接面)的探伤深度进行探伤，如图10所示，进行3次探伤用超声波束131的收发和1次耦合检查用超声波束132的收发、共计4次超声波束的收发。
此外，若将电阻焊接钢管200的造管速度设为作为通常的实际操作生产线的电阻焊接钢管200的移动速度的40m/分左右时，则造管速度为667mm/秒，因此，为了不遗漏地对管轴线方向220进行探伤，需要在1秒钟内进行2668次(4×677)的超声波束的收发。因而，缺陷检测装置100的探伤重复频率至少需要2668Hz(约2.7kHz)。
另一方面，近年的使用了相位阵列探头120的缺陷探伤装置的最大重复频率为几十kHz，因此，能够充分实现上述探伤重复频率(约2.7kHz)，只要将该最大重复频率用于本实施方式的缺陷检测装置100，就能够不遗漏地对电阻焊接钢管200的管轴线方向220进行缺陷探伤。
＜由缺陷检测装置进行的处理顺序＞
接着，说明由本实施方式的缺陷检测装置100进行的缺陷检测方法的处理顺序。
图15是表示由本发明的第1实施方式的缺陷检测装置100进行的缺陷检测方法的处理顺序的一个例子的流程图。在该图15所示的流程图的说明中，使用图1所示的缺陷检测装置100的结构进行说明。
首先，在步骤S1中，被检体条件输入部141进行输入作为被检体的电阻焊接钢管200的条件(被检体条件)的处理。例如，被检体条件输入部141进行将用户操作输入的被检体条件(例如，电阻焊接钢管200的外径、管厚度、管轴线方向220的长度、造管速度等)输入到控制处理装置140内的处理。在此，输入101.6mm作为电阻焊接钢管200的外径(图13)，输入3.4mm作为电阻焊接钢管200的管厚度(图9、图13)，输入40m/分作为电阻焊接钢管200的造管速度。
接着，在步骤S2中，收发条件设定部142基于在步骤S1输入的被检体条件进行设定收发条件的处理。在此，例如，设定探伤用超声波束131的收发定时、耦合检查用超声波束132的收发定时、上述超声波束的发送频率、用于上述超声波束的收发的超声波振子121、探伤用超声波振子组为了使探伤用超声波束131在焊接部210(焊接面)处聚焦的各信道的发送定时的延迟时间等作为收发条件。
在本实施方式中，电阻焊接钢管200的管厚度为3.4mm，因此，在图5中采用SN比成为最大(200)的相位阵列探头120(超声波振子121的间距p为0.5mm、发送的超声波的频率为5MHz等)。此时，在本实施方式中，进一步地在步骤S2中，收发条件设定部142基于焊接钢管200的管厚度(焊接部210(焊接面)的厚度)和探伤用超声波束131相对于焊接部210(焊接面)的有效束径设定将焊接部210(焊接面)的管厚度的方向的区域分区为N个(N为1以上的整数)的分区数N。该分区数N相当于焊接部210(焊接面)的管厚度的方向的超声波探伤的扫描次数。具体地说，在本实施方式中，焊接钢管200的管厚度为3.4mm，探伤用超声波束相对于焊接部210(焊接面)的有效束径为1.6mm(图9(b)：已知)，因此，“3”被设定为上述分区数N。如图10所示，收发条件设定部142根据设定好的分区数“3”将相位阵列探头120中的探伤用超声波振子组分区(分割)为内表面附近探伤用超声波振子组(第3探伤用超声波振子组(第N探伤用超声波振子组))123、中央部附近探伤用超声波振子组(第2探伤用超声波振子组)124以及外表面附近探伤用超声波振子组(第1探伤用超声波振子组)这3个组，并且，还设定由与构成探伤用超声波振子组的超声波振子不同的多个超声波振子构成的耦合检查用超声波振子组122。
接着，在步骤S3中，通过收发控制部143的控制，发送部144基于收发条件设定部142所设定的收发条件自相位阵列探头120的耦合检查用超声波振子组122与电阻焊接钢管200的外表面200G大致垂直地向电阻焊接钢管200的外表面200G发送耦合检查用超声波束132。
接着，在步骤S4中，通过收发控制部143的控制，接收部145基于收发条件设定部142所设定的收发条件借助耦合检查用超声波振子组122接收反射后的耦合检查用超声波束132。其后，接收部145所接收的耦合检查用超声波束132由接收信号处理部146进行处理。
接着，在步骤S5中，水判断部148基于在步骤S4中所接收的耦合检查用超声波束132判断耦合是否不存在问题。具体地说，水判断部148通过判断在相位阵列探头120(严格地说是声透镜110)与电阻焊接钢管200的外表面200G之间是否没有空气等而填满水，来判断耦合是否不存在问题。
在步骤S5的判断的结果为：在耦合检查中判断为耦合存在问题的情况(S5/NO的情况)下，进入步骤S6。
当进入步骤S6时，记录·显示部149进行耦合存在问题的主旨的警告显示。通过进行该警告显示，用户进行设备的维修，在设备维修之后，通过用户的操作自图15的流程图的最开始进行处理。
另一方面，在步骤S5的判断的结果为：在耦合检查中判断为耦合不存在问题的情况(S5/YES的情况)下，进入步骤S7。在耦合不存在问题的情况下，开始焊接部210的缺陷探伤的处理。
当进入步骤S7时，通过收发控制部143的控制，发送部144基于收发条件设定部142所设定的收发条件自相位阵列探头120的探伤用超声波振子组与电阻焊接钢管200的外表面200G呈斜角地向电阻焊接钢管200的外表面200G入射探伤用超声波束131。发送部144以入射到电阻焊接钢管200内的该探伤用超声波束131不会在电阻焊接钢管200的内表面200N处反射就直接与焊接部210(焊接面)大致垂直地向焊接部210(焊接面)入射且会聚于焊接部210(焊接面)的方式发送探伤用超声波束131。
接着，当进入步骤S8时，通过收发控制部143的控制，接收部145基于收发条件设定部142所设定的收发条件借助该探伤用超声波振子组接收反射后的该探伤用超声波束131。其后，接收部145所接收的探伤用超声波束131由接收信号处理部146进行处理。
接着，在步骤S9中，例如收发控制部143判断是否对焊接部210的深度方向(管厚度方向)进行了所有缺陷探伤。
在此，在本实施方式中，如图10所示，作为探伤用超声波振子组，内表面附近探伤用超声波振子组(第3探伤用超声波振子组(第N探伤用超声波振子组))123、中央部附近探伤用超声波振子组(第2探伤用超声波振子组)124、外表面附近探伤用超声波振子组(第1探伤用超声波振子组)125由互不相同的超声波振子构成，其中，内表面附近探伤用超声波振子组123用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的内表面200N附近(即、第3区域(第N区域))发送内表面附近探伤用超声波束(第3探伤用超声波束(第N探伤用超声波束))131N，中央部附近探伤用超声波振子组124用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的管厚度的中央部附近(即、第2区域)发送中央部附近探伤用超声波束(第2探伤用超声波束)131C，外表面附近探伤用超声波振子组125用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的外表面200G附近(即、第1区域)发送外表面附近探伤用超声波束(第1探伤用超声波束)131G。因此，在本实施方式中，在步骤S9中，判断是否对焊接部210(焊接面)的深度方向(管厚度方向)进行了由内表面附近探伤用超声波束131N进行的缺陷探伤、由中央部附近探伤用超声波束131C进行的缺陷探伤以及由外表面附近探伤用超声波束131G进行的缺陷探伤这所有缺陷探伤。
在步骤S9的判断的结果为对焊接部210(焊接面)的深度方向的各区域尚未进行所有的缺陷探伤的情况(S9/NO的情况)下，为了进行尚未进行缺陷探伤的区域的缺陷探伤，返回步骤S7。
另一方面，在步骤S9的判断的结果为对焊接部210的深度方向进行了所有缺陷探伤的情况(S9/YES的情况)下，进入步骤S10。
当进入步骤S10时，例如收发控制部143判断是否对电阻焊接钢管200的管轴线方向220进行了所有缺陷探伤。
在此，在本实施方式中，如上述那样，通过由声透镜110进行的管轴线方向220的超声波束的聚焦，管轴线方向束聚焦径为通常的1mm。另一方面，在步骤S1中输入管轴线方向220的长度。因此，在本实施方式中，在步骤S10中，基于上述信息判断是否对电阻焊接钢管200的管轴线方向220的所有区域进行了缺陷探伤。
在步骤S10的判断的结果为对电阻焊接钢管200的管轴线方向220的所有区域尚未进行缺陷探伤的情况(S10/NO)下，为了进行电阻焊接钢管200的管轴线方向220的尚未进行缺陷探伤的区域的缺陷探伤，返回步骤S7。
另一方面，在步骤S10的判断的结果为对电阻焊接钢管200的管轴线方向220的所有区域进行了缺陷探伤的情况(S10/YES的情况)下，进入步骤S11。
接着，在步骤S11中，缺陷判断部147基于在步骤S8中所接收的探伤用超声波束131进行判断在电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)是否存在缺陷的处理。而且，在焊接部210(焊接面)判断为存在有缺陷的情况下，缺陷判断部147也进行确定该缺陷位置、大小的处理。
另外，在由该缺陷判断部147进行的缺陷判断的前一阶段，例如接收信号处理部146对接收到的探伤用超声波束131的波形进行检测，分别将正的最大振幅设为A、负的最大振幅设为B(B为负值)，将A－B作为在该波形检测位置的信号C进行处理。
接着，在步骤S12中，记录·显示部149进行显示步骤S11的缺陷判断结果的处理。例如，作为缺陷判断结果，例如将x轴方向设为管轴线方向220的位置、将y轴方向设为焊接部210的深度位置，记录·显示部149制作上述信号C的二维映射来进行显示。
以下，说明二维映射的例子。首先，在说明二维映射之前，说明探伤用超声波束的接收波形的一个例子。
图16表示本发明的第1实施方式，是表示反射后的探伤用超声波束的接收波形的一个例子的图。在此，图16A和图16B是为了提高电阻焊接钢管200的管厚度方向的分辨率而以将上述分区数N设为比3大的5的条件进行分析的图，管轴线方向的分辨率为1mm，管厚度方向的分辨率为相当于管厚度(3.4mm)的1/5的0.68mm。并且，图16A是以管厚度方向的中央部为中心设置厚度0.2mm的缺陷211、使探伤用超声波束聚焦于分为5个分区中的中央部的缺陷211的情况下的反射超声波的接收波形的例子。此外，图16B是未在管厚度方向的中央部未设置缺陷211、使探伤用超声波束聚焦于分为5分区中的中央部的情况下的反射超声波的接收波形的例子。在图16A和图16B所示的接收波形中，S1表示来自电阻焊接钢管200的外表面200G的反射超声波，在图16A所示的接收波形中，F1表示来自缺陷211的反射超声波。即、如图16B所示的接收波形那样，如果不存在缺陷211，就不会检测到F1。
接着，说明二维映射的例子。图17表示本发明的第1实施方式，是表示二维映射的一个例子的图。该图17所示的二维映射是以与上述的图16A同样地将电阻焊接钢管200的管厚度方向分为5个分区进行探伤的条件进行分析的图，此时，在分为5个分区中的中央部设置了缺陷211。并且，图17是将x轴方向设为管轴线方向220的位置、将y轴方向设为电阻焊接钢管200的管厚度方向的位置(焊接部210的深度位置)、将上述的信号C分为7级(6＜C、……、C≤1)进行表示的二维映射的例子。例如，来自图16A所示的缺陷211的反射超声波F1的正的最大振幅A为3.2左右，负的最大振幅B为﹣3.6左右，因此，该情况下的信号C为C＝A－B＝3.2－(﹣3.6)＝6.8。因此，在图17中，将电阻焊接钢管200的管厚度方向分为5个分区中的中央部为6＜C。通过显示像这样的二维映射，能够确定电阻焊接钢管200的焊接部210中的缺陷211的位置。
当步骤S12的处理结束时，图15中的流程图的处理结束。
采用本实施方式的缺陷检测装置100，进行了使用了相位阵列探头120的70°探伤法，所以，也能够检测出0.2mm左右的微小缺陷，且即使是管厚度7.5mm以下、管径5英寸以下的小径的电阻焊接钢管200也能够实现缺陷的检测精度的提高(图8)。
(第2实施方式)
如图10所示，在上述的第1实施方式中，作为相位阵列探头120的探伤用超声波振子组，例示了内表面附近探伤用超声波振子组(第3探伤用超声波振子组(第N探伤用超声波振子组))123、中央部附近探伤用超声波振子组(第2探伤用超声波振子组)124、外表面附近探伤用超声波振子组(第1探伤用超声波振子组)125由互不相同的超声波振子构成的情况，其中，内表面附近探伤用超声波振子组123用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的内表面200N附近(即、第3区域(第N区域))发送内表面附近探伤用超声波束(第3探伤用超声波束(第N探伤用超声波束))131N，中央部附近探伤用超声波振子组124用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的管厚度的中央部附近(即、第2区域)发送中央部附近探伤用超声波束(第2探伤用超声波束)131C，外表面附近探伤用超声波振子组125用于向电阻焊接钢管200的焊接部210(焊接面)的外表面200G附近(即、第1区域)发送外表面附近探伤用超声波束(第1探伤用超声波束)131G。在本发明中，并不限定于该方式，也能够适用如下方式：通过在相位阵列探头120设定1个探伤用超声波振子组，在该1个探伤用超声波振子组中依次切换超声波的发送方向，从而依次向焊接部210中的管厚度的方向的上述第3区域(第N区域)、上述第2区域以及上述第1区域分别发送作为第3探伤用超声波束(第N探伤用超声波束)的内表面附近探伤用超声波束131N、作为第2探伤用超声波束的中央部附近探伤用超声波束131C、以及作为第1探伤用超声波束的外表面附近探伤用超声波束131G。在该情况下，借助该1个探伤用超声波振子组分别接收反射后的内表面附近探伤用超声波束131N、反射后的中央部附近探伤用超声波束131C、以及反射后的外表面附近探伤用超声波束131G。
在本实施方式的情况下，在相位阵列探头120上，设有1个探伤用超声波振子组(例如16ch)和1个耦合检查用超声波振子组122(例如4ch)。
(第3实施方式)
在上述的第1以及第2实施方式中，探伤用超声波振子组和耦合检查用超声波振子组122由互不相同的超声波振子构成。在本发明中，并不限定于该方式，也能够适用如下方式：由排列于相位阵列探头120的多个超声波振子121中的全部的多个超声波振子构成探伤用超声波振子组，在该探伤用超声波振子组中形成包含耦合检查用超声波振子组122的结构。
在本实施方式的情况下，例如在相位阵列探头120上设有16个超声波振子121(16ch)，将该16个超声波振子121全部设为探伤用超声波振子组，并且，将该16个超声波振子121的全部或一部分(例如4ch)设为耦合检查用超声波振子组122。
即、在本实施方式的情况下，采用如下方式：通过依次切换超声波的发送方向，自相位阵列探头120向电阻焊接钢管200的外表面200G发送耦合检查用超声波束132，并且，依次向焊接部210(焊接面)的管厚度的方向的上述第3区域(第N区域)、上述第2区域、以及上述第1区域分别发送作为第3探伤用超声波束(第N探伤用超声波束)的内表面附近探伤用超声波束131N、作为第2探伤用超声波束的中央部附近探伤用超声波束131C、以及作为第1探伤用超声波束的外表面附近探伤用超声波束131G。在该情况下，借助相位阵列探头120分别接收反射后的耦合检查用超声波束132、反射后的内表面附近探伤用超声波束131N、反射后的中央部附近探伤用超声波束131C、以及反射后的外表面附近探伤用超声波束131G。
(其它的实施方式)
此外，本发明也能通过执行以下的处理来实现。即是如下处理：将用于实现上述的本发明的实施方式的控制处理装置140的功能的软件(程序)经由网络或各种存储介质供给至系统或装置、该系统或装置的计算机(或CPU、MPU等)读出并执行程序。该程序和存储了该程序的计算机能够读取的记录介质包含在本发明中。
另外，上述的本发明的实施方式只不过是示出了实施本发明时的具体化的例子，并不是通过它们限定性地解释本发明的保护范围。即、本发明在不脱离其技术思想、或其主要的特征的情况下，能够以各种形式来实施。日本国专利申请、日本特愿2012-150685号的公开的全部内容通过参照而被引入本说明书。与具体且分别所记载有各文献、专利申请、以及技术标准通过参照而引入的内容的情况相同程度地本说明书所记载的所有文献、专利申请、以及技术标准通过参照而引入本说明书。
附图标记说明
100：缺陷检测装置、110：声透镜、120：相位阵列探头、121：超声波振子、131：探伤用超声波束、132：耦合检查用超声波束(水判断用超声波束)、140：控制处理装置、141：被检体条件输入部、142：收发条件设定部、143：收发控制部、144：发送部、145：接收部、146：接收信号处理部、147：缺陷判断部、148：水判断部、149：记录·显示部、200：电阻焊接钢管、200G：外表面、200N：内表面、210：焊接部。

Claims (18)

1.一种缺陷检测装置，其用于对存在于沿着焊接钢管的管轴线方向形成的焊接面的缺陷进行检测，其中，
该缺陷检测装置包括：
相位阵列探头，其设置于上述焊接钢管的外表面的外侧，排列有多个超声波振子；
发送部件，其自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的探伤用超声波振子组以自上述焊接钢管的外表面入射到上述焊接钢管内的探伤用超声波束不在上述焊接钢管的内表面处反射就直接与上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且会聚于上述焊接面的方式发送上述探伤用超声波束；
接收部件，其借助上述探伤用超声波振子组接收反射后的上述探伤用超声波束；以及
缺陷判断部件，其基于上述接收部件所接收的上述探伤用超声波束，判断上述焊接面是否存在缺陷。
2.根据权利要求1所述的缺陷检测装置，其中，
上述焊接钢管是管径5英寸以下、管厚度7.5mm以下的小径的电阻焊接钢管。
3.根据权利要求1或2所述的缺陷检测装置，其中，
在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间存在有作为传播上述探伤用超声波束的介质的水，
上述发送部件还自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的水判断用超声波振子组与上述焊接钢管的外表面大致垂直地向上述焊接钢管的外表面发送水判断用超声波束，
上述接收部件还借助上述水判断用超声波振子组接收反射后的上述水判断用超声波束，
上述缺陷检测装置还包括：水判断部件，其基于上述接收部件所接收的上述水判断用超声波束，判断在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间是否填满水。
4.根据权利要求3所述的缺陷检测装置，其中，
在用上述水判断部件判断为在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间填满水的情况下，上述发送部件自上述探伤用超声波振子组发送上述探伤用超声波束。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的缺陷检测装置，其中，
上述缺陷检测装置还包括：聚焦透镜，其与上述相位阵列探头相对应地设置在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间，并用于使上述探伤用超声波束聚焦于上述管轴线方向。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的缺陷检测装置，其中，
上述缺陷检测装置还包括：
设定部件，其基于上述焊接钢管的管厚度和上述焊接面上的上述探伤用超声波束的有效束径设定上述焊接面上的上述管厚度的方向的区域的分区数N；以及
分割部件，其根据由上述设定部件所设定的分区数N将包含于上述探伤用超声波振子组的多个超声波振子分割为N个组，
上述发送部件以向上述焊接面的分区后的各区域依次入射探伤用超声波束的方式自被上述分割部件分割而成的各组依次发送探伤用超声波束。
7.根据权利要求6所述的缺陷检测装置，其中，
上述缺陷检测装置还包括：聚焦透镜，其与上述相位阵列探头相对应地设置在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间，并用于使上述探伤用超声波束聚焦于上述管轴线方向，
上述聚焦透镜的沿着上述管轴线方向的曲面的曲率半径沿着上述多个超声波振子的排列方向发生变化，上述曲率半径朝向上述探伤用超声波束的自上述相位阵列探头到上述焊接面为止的传播距离变大的方向去而变大。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的缺陷检测装置，其中，
上述缺陷检测装置还包括：设定部件，其基于上述焊接钢管的管厚度和上述焊接面上的上述探伤用超声波束的有效束径设定上述焊接面上的上述管厚度的方向的分区数N，
上述发送部件以上述探伤用超声波束依次向上述焊接面的分区后的各区域入射的方式自包含上述多个超声波振子的一部分的单个探伤用超声波振子组依次切换发送方向来发送上述探伤用超声波束。
9.根据权利要求3或4所述的缺陷检测装置，其中，
上述缺陷检测装置还包括：设定部件，其基于上述焊接钢管的管厚度和上述焊接面上的上述探伤用超声波束的有效束径设定上述焊接面上的上述管厚度的方向的分区数N，
上述发送部件以上述探伤用超声波束依次向上述焊接面的分区后的各区域入射的方式自包含上述多个超声波振子的全部的探伤用超声波振子组依次切换发送方向来发送上述探伤用超声波束，并且，自包含上述多个超声波振子的一部分的水判断用超声波振子组向上述焊接钢管的外表面发送上述水判断用超声波束。
10.根据权利要求9所述的缺陷检测装置，其中，
上述缺陷检测装置还包括：聚焦透镜，其与上述相位阵列探头相对应设置在上述相位阵列探头和上述焊接钢管的外表面之间，用于使上述探伤用超声波束聚焦于上述管轴线方向。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的缺陷检测装置，其中，
上述设定部件将用上述焊接钢管的管厚度除以上述焊接面上的上述探伤用超声波束的有效束径得到的值中的小数第1位以下的部分进位所得到的值设定为上述分区数N。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的缺陷检测装置，其中，
在将由上述探伤用超声波束的振动产生的上述焊接钢管的内部的位移的最大值设为1的情况下，上述有效束径与该位移为0.5以上的范围相对应。
13.一种缺陷检测方法，该缺陷检测方法是由缺陷检测装置来进行的，在该缺陷检测方法中使用被设置于焊接钢管的外表面的外侧并排列有多个超声波振子的相位阵列探头，该缺陷检测装置用于对存在于沿着上述焊接钢管的管轴线方向形成的焊接面的缺陷进行检测，其中，
该缺陷检测方法包括以下步骤：
第1发送步骤，在该第1发送步骤中，自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的探伤用超声波振子组，以自上述焊接钢管的外表面入射到上述焊接钢管内的探伤用超声波束不在上述焊接钢管的内表面处反射就直接与上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且聚焦于上述焊接面的方式，发送上述探伤用超声波束；
第1接收步骤，在该第1接收步骤中，借助上述探伤用超声波振子组接收反射后的上述探伤用超声波束；以及
缺陷判断步骤，在该缺陷判断步骤中，基于在上述第1接收步骤中所接收的上述探伤用超声波束，判断上述焊接面是否存在缺陷。
14.根据权利要求13所述的缺陷检测方法，其中，
上述焊接钢管是管径5英寸以下、管厚度7.5mm以下的小径的电阻焊接钢管。
15.根据权利要求13或14所述的缺陷检测方法，其中，
在上述相位阵列探头与上述焊接钢管的外表面之间存在有作为传播上述探伤用超声波束的介质的水，
上述缺陷检测方法还包括以下步骤：
第2发送步骤，在该第2发送步骤中，自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的水判断用超声波振子组与上述焊接钢管的外表面大致垂直地向上述焊接钢管的外表面发送水判断用超声波束；
第2接收步骤，在该第2接收步骤中，借助上述水判断用超声波振子组接收反射后的上述水判断用超声波束；以及
水判断步骤，在该水判断步骤中，基于在上述第2接收步骤中所接收的上述水判断用超声波束，判断在上述相位阵列探头与上述焊接钢管的外表面之间是否填满水。
16.一种程序，其用于使计算机执行由缺陷检测装置进行的缺陷检测方法，在该缺陷检测方法中使用被设置于焊接钢管的外表面的外侧并排列有多个超声波振子的相位阵列探头，该缺陷检测装置用于对存在于沿着上述焊接钢管的管轴线方向形成的焊接面的缺陷进行检测，其中，
该程序包括以下步骤：
第1发送步骤，在该第1发送步骤中，自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的探伤用超声波振子组，以自上述焊接钢管的外表面入射到上述焊接钢管内的探伤用超声波束不在上述焊接钢管的内表面处反射就直接与上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且聚焦于上述焊接面的方式，发送上述探伤用超声波束；
第1接收步骤，在该第1接收步骤中，借助上述探伤用超声波振子组接收反射后的上述探伤用超声波束；以及
缺陷判断步骤，在该缺陷判断步骤中，基于在上述第1接收步骤中所接收的上述探伤用超声波束，判断上述焊接面是否存在缺陷。
17.根据权利要求16所述的程序，其中，
在上述相位阵列探头与上述焊接钢管的外表面之间存在有作为传播上述探伤用超声波束的介质的水，
上述程序还包括以下步骤：
第2发送步骤，在该第2发送步骤中，自包含上述多个超声波振子中的一部分或全部的水判断用超声波振子组与上述焊接钢管的外表面大致垂直地向上述焊接钢管的外表面发送水判断用超声波束；
第2接收步骤，在该第2接收步骤中，借助上述水判断用超声波振子组接收反射后的上述水判断用超声波束；以及
水判断步骤，在该水判断步骤中，基于在上述第2接收步骤中所接收的上述水判断用超声波束，判断在上述相位阵列探头与上述焊接钢管的外表面之间是否填满水。
18.一种存储介质，其能够存储权利要求16或17所述的程序并且计算机能够读取。
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