JP2000246376A

JP2000246376A - 拡管時の品質管理方法

Info

Publication number: JP2000246376A
Application number: JP11052377A
Authority: JP
Inventors: Ryuzo Yamada; 龍三山田; Takao Hiyamizu; 孝夫冷水; Koji Horio; 浩次堀尾
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1999-03-01
Filing date: 1999-03-01
Publication date: 2000-09-12

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の接合部を有する金属管を拡管する場合
において、接合部における欠陥の有無、欠陥の発生位
置、欠陥の大きさ等をリアルタイムで検出することがで
き、しかも、金属管の全長が非常に長い場合であって
も、欠陥の有無等を高精度で検出することが可能な拡管
時の品質監視方法を提供すること。【解決手段】拡管マンドレル２４を用いて複数の接合
部１６ａ、１６ｂ…を有する拡管用金属管１０を拡管す
る際に生ずる弾性波を、拡管マンドレル２４に当接させ
たＡＥセンサ２６により検出する。また、拡管マンドレ
ル２４を用いて複数の接合部３６ａ、３６ｂ…を有する
拡管用金属管３０を拡管する際に生ずる弾性波を、拡管
用金属管３０内に充填した液体中に伝搬させ、液体中に
伝搬した弾性波を蓋２２の底面に取り付けたＡＥセンサ
２６により検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、拡管時の品質監視
方法に関し、特に長尺の金属管を拡管するときに金属管
の接合部に発生するクラックやピンホール等の品質異常
を監視するのに好適な拡管時の品質監視方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】金属管の加工方法の一つに拡管がある。
拡管は、金属管の内径を拡大させる加工方法であり、マ
ンドレル、プラグ等の工具を金属管の内部に挿入し、工
具を用いて内径を拡大させる方法、金属管の内部に液体
を圧入し、液圧により内径を拡大させる方法等が知られ
ている。

【０００３】特に、金属管の一端から拡管マンドレルを
挿入し、挿入された拡管マンドレルの底面に液圧を付与
することにより拡管マンドレルを金属管の他端に移動さ
せ、これによって金属管の内径を拡大させる、いわゆる
ムービング・イクスパンション・マンドレル（Moving E
xpantion Mandrel）法（以下、これを「マンドレル法」
という）は、加工可能な金属管の長さに実質的な制限が
ないという利点がある。そのため、マンドレル法は、油
井管、ラインパイプ等、長尺の金属管の拡管方法として
の応用が期待されているものである。

【０００４】ところで、油井管、ラインパイプ等は、そ
の全長が数千ｍ〜数十ｋｍに達するものである。工業的
に量産可能な金属管の長さは、数十ｍ〜１００ｍ程度で
あるので、数千ｍを超える長さを有する金属管は、通
常、長さ数十ｍ程度の比較的短い金属管を接合すること
により製造されている。このような金属管の接合方法と
しては、メカジョイント法、溶接法、拡散接合法等が知
られている。

【０００５】接合部の変形能は、一般に、母材の変形能
より低下しているので、このような接合部を有する長尺
の金属管を拡管した時には、接合部において亀裂等の欠
陥が発生している場合がある。特に、油井管、ラインパ
イプ等、腐食性流体を輸送する目的に使用される金属管
においては、接合部に発生した欠陥を放置すると、腐食
性流体が漏出したり、あるいは、接合部近傍において応
力腐食割れが発生し、重大な事故につながるおそれがあ
る。

【０００６】従って、このような事故を未然に防ぎ、拡
管された金属管の信頼性を高めるためには、拡管後にお
いて、接合部に欠陥が発生したか否かを非破壊で検査す
る必要がある。このような欠陥の非破壊検査方法として
は、例えば、放射線透過試験法、磁粉探傷試験法、浸透
探傷試験法、超音波探傷試験法等が知られている。

【０００７】また、特願平１０−３３７４６３号及び特
願平１０−３３６７４５号には、拡管時に生ずる弾性波
を金属管の端部に当接させたＡＥセンサにより検出し、
検出された波形から欠陥発生の有無、欠陥の大きさ、欠
陥の発生位置等を判断するする拡管時の品質監視方法が
本願出願人により提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、放射線
透過試験法、磁粉探傷試験法、及び浸透探傷試験法は、
いずれも、接合部近傍に直接、放射線を透過したり、あ
るいは、磁性粉や浸透液を塗布する必要がある。そのた
め、これらの試験方法は、拡管後の金属管が地中深くに
埋設される油井管の品質監視方法として使用することが
できないという問題がある。

【０００９】また、超音波探傷試験法は、必ずしも、探
触子を接合部近傍に当接させる必要はないが、接合部に
発生した欠陥を検出するためには、接合界面全面に対し
て超音波を走査させる必要があり、検査に時間がかかる
という問題がある。また、欠陥から反射された超音波を
捉える方法であるので、欠陥にはある程度の面積を要
し、小さな欠陥を検出できないという問題がある。さら
に、超音波探傷法では、通常、数ＭＨｚの超音波が使用
されるので、超音波の減衰量が大きく、欠陥と探触子の
距離が数ｍ以上になると、欠陥を検出できないという問
題がある。

【００１０】これに対し、本願出願人により提案されて
いる品質監視法によれば、拡管中に発生した弾性波をＡ
Ｅセンサで検出するので、ＡＥセンサを接合部近傍に当
接させる必要がなく、しかも、比較的小さな欠陥であっ
ても、リアルタイムで検出できる。また、拡管中に発生
する弾性波は、１００ｋＨｚ程度であるので、超音波に
比較して減衰量が小さく、長尺の金属管の品質監視方法
として適している。さらに、ノイズ信号の振幅を計測
し、これによって接合部の位置を判定しているので、油
井管のように、複数のＡＥセンサを三次元的に配置する
ことが困難な場合であっても、欠陥の発生位置を正確に
判定することができるという利点がある。

【００１１】しかしながら、本願出願人により提案され
ている品質監視方法は、拡管中に接合部で発生し、金属
管内部を伝搬してきた弾性波を、金属管の一端に当接さ
せたＡＥセンサで検出するようになっている。そのた
め、金属管の全長が数千ｍを超えた時には、やはり弾性
波が伝搬中に拡散、散乱等により減衰し、ＡＥセンサか
ら遠く離れた位置にある接合部で発生した欠陥の有無、
発生位置等を検出することが困難になるという問題があ
る。

【００１２】本発明が解決しようとする課題は、複数の
接合部を有する金属管を拡管する場合において、接合部
における欠陥の有無、欠陥の発生位置、欠陥の大きさ等
をリアルタイムで検出することができ、しかも、金属管
の全長が非常に長い場合であっても、欠陥の有無、欠陥
の発生位置、欠陥の大きさ等を高精度で検出することが
可能な拡管時の品質監視方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る拡管時の品質監視方法は、拡管マンド
レルを用いて複数の接合部を有する金属管を拡管する際
に生ずる弾性波を、前記拡管マンドレルに当接させたＡ
Ｅセンサにより検出することを要旨とするものである。

【００１４】上記構成を有する拡管時の品質監視方法に
よれば、ＡＥセンサが拡管マンドレルに直接、取り付け
られているので、拡管中に接合部において発生した弾性
波は、拡管マンドレル内部を伝搬し、拡管マンドレルに
取り付けられたＡＥセンサにより検出される。また、Ａ
Ｅセンサにより検出された弾性波は、信号ケーブルを介
して、監視装置本体に伝送される。

【００１５】そのため、ＡＥセンサを金属管の端部に当
接させた場合と比較して、弾性波の伝搬距離が著しく短
くなり、拡散、散乱等に起因する弾性波の減衰量が軽減
される。また、これによって、金属管の長さが非常に長
い場合であっても、欠陥の有無、大きさ等を高精度で検
出することができる。さらに、ノイズ信号の振幅の変動
量を計測する手段と組み合わせれば、欠陥の発生位置も
高精度で検出することができる。

【００１６】また、本発明の２番目に係る拡管時の品質
監視方法は、拡管マンドレルを用いて複数の接合部を有
する金属管を拡管する際に生ずる弾性波を、前記金属管
内に充填した液体中に伝搬させ、該液体中に伝搬した前
記弾性波をＡＥセンサにより検出することを要旨とする
ものである。

【００１７】上記構成を有する拡管時の品質監視方法に
よれば、拡管時に発生した弾性波は、金属管内部に充填
された液体中に伝搬し、液体中に伝搬した弾性波がＡＥ
センサにより検出される。また、ＡＥセンサにより検出
された弾性波は、信号ケーブルを介して、監視装置本体
に伝送される。

【００１８】液体中の弾性波の減衰は、固体中の弾性波
の減衰に比べて桁違いに小さいので、弾性波の伝搬距離
が同一である時には、金属管中を伝搬してきた弾性波に
比べて、液体中を伝搬した弾性波の方が、検出感度は向
上する。そのため、金属管の長さが非常に長い場合であ
っても、欠陥の有無、大きさ等を高精度で検出すること
ができる。また、ノイズ信号の振幅の変動量を計測する
手段と組み合わせれば、欠陥の発生位置も高精度で検出
することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の第１の実施の形
態に係る品質監視方法について、図面を参照しながら詳
細に説明する。図１に、本実施の形態に係る品質監視方
法の概念図を示す。図１において、拡管用金属管１０
は、所定の長さを有する複数の単位金属管１２ａ、１２
ｂ、１２ｃ…が、複数の接合部１６ａ、１６ｂ…を介し
て接合されたものである。

【００２０】また、拡管用金属管１０の上端近傍には、
格納室１４が設けられ、信号ケーブル２０が巻き付けら
れたリール１８が格納されている。さらに、拡管用金属
管１０には、蓋２２が取り付けられている。蓋２２の中
央には、注入口２２ａが設けられ、注入口２２ａから拡
管用金属管１０の内部に高圧水を圧入できるようになっ
ている。

【００２１】なお、拡管用金属管１０の材質は、特に限
定されるものではない。すなわち、炭素鋼、ステンレス
鋼、Ｔｉ合金等、各種の材質からなる拡管用金属管１０
に対して本発明を適用できる。また、長さの非常に長い
拡管用金属管１０は、一般に、同一長さ、同一材質を有
する単位金属管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…を接合するこ
とにより製造されるが、長さ、材質の異なる複数の単位
金属管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…を接合し、これを拡管
用金属管１０としてもよい。

【００２２】また、接合部１６ａ、１６ｂ…の形成方
法、すなわち単位金属管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…の接
合方法も、特に限定されるものではない。一般に、単位
金属管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…の接合方法としては、
メカジョイント法、溶接法、拡散接合法、摩擦圧接法等
が用いられるが、いずれの接合法で接合された拡管用金
属管１０であっても本発明を適用することができる。

【００２３】拡管マンドレル２４は、拡管用金属管１０
の内部を移動させることにより、拡管用金属管１０の内
径を拡大させるものであり、先端がテーパ状になってい
る。拡管マンドレル２４の底面には、ＡＥセンサ２６が
取り付けられ、ＡＥセンサ２６の出力端子（図示せず）
には、リール１８に巻き付けられた信号ケーブル２０の
一端が接続されている。さらに、信号ケーブル２０の他
端は、格納室１４の側壁から拡管用金属管１０の外部に
引き出され、監視装置本体１００の入力端子（図示せ
ず）に接続されている。

【００２４】図２に、監視装置本体１００の制御ブロッ
ク図の一例を示す。図２において、監視装置本体１００
は、絶対値処理部１０１と、高値発生検知ブロック１２
０と、低値発生検知ブロック１３０と、告知手段１１０
とを備えている。

【００２５】絶対値処理部１０１は、ＡＥセンサ２６の
出力信号から直流分を除去し、その絶対値信号を高値発
生検知ブロック１２０及び低値発生検知ブロック１３０
に出力するためのものである。

【００２６】高値発生検知ブロック１２０は、欠陥が発
生したか否かを検知するためのものであり、第１比較処
理部１２１と、異常判定基準値設定部１２２とを備えて
いる。異常判定基準値設定部１２２は、欠陥が発生した
か否かを判定する際の基準となる異常判定基準値Ｔｈ１
（以下、これを「基準値Ｔｈ１」という。）を設定する
部分であり、設定された基準値Ｔｈ１を第１比較処理部
１２１に出力するようになっている。

【００２７】また、第１比較処理部１２１は、絶対値処
理部１０１から出力される絶対値信号と、異常判定基準
値設定部１２２から出力される基準値Ｔｈ１とを対比す
る部分であり、絶対値信号が基準値Ｔｈ１よりも高い値
になった場合には、高値発生信号を告知手段１１０に出
力するようになっている。

【００２８】なお、基準値Ｔｈ１の設定方法は、品質監
視を行う金属管の材質、用途、接合方法、拡管マンドレ
ル２４の種類、拡管条件等に応じて、最適な値を選択す
ればよく、特に限定されるものではない。例えば、予め
経験的に求められる値を基準値Ｔｈ１として用いてもよ
く、あるいは、拡管工程の初期に絶対値処理部１０１か
ら出力される絶対値信号の振幅値Ａｓを検出し、これに
予め定めた係数ｋ_１（但し、ｋ_１＞１）を乗じた値を基
準値Ｔｈ１として用いてもよい。

【００２９】低値発生検知ブロック１３０は、接合部の
位置を検知するためのものであり、第２比較処理部１３
１と、接合部判定基準値設定部１３２と、パルス間隔判
定部１３３とを備えている。

【００３０】接合部判定基準値設定部１３２は、拡管マ
ンドレルが接合部に達したか否かを判定する際の基準と
なる接合部判定基準値Ｔｈ２（以下、単に「基準値Ｔｈ
２」という。）を設定する部分であり、設定された基準
値Ｔｈ２を第２比較処理部１３１に出力するようになっ
ている。

【００３１】また、第２比較処理部１３１は、絶対値処
理部１０１から出力される絶対値信号と、接合部判定基
準値設定部１３２から出力される基準値Ｔｈ２とを対比
する部分であり、絶対値信号が基準値Ｔｈ２よりも低い
値になった場合には、パルス信号をパルス間隔判定部１
３３に出力するようになっている。

【００３２】さらに、パルス間隔判定部１３３は、第２
比較処理部１３１から出力されるパルス信号の間隔が所
定の間隔基準値Ｔ１を超えか否かを判断する部分であ
り、パルスの間隔が間隔基準値Ｔ１を超えた場合には、
接合部検知信号を告知手段１１０に出力するようになっ
ている。

【００３３】なお、基準値Ｔｈ２及び間隔基準値Ｔ１の
設定方法は、品質監視を行う金属管の材質、用途、接合
方法、拡管マンドレル２４の種類、拡管条件等に応じ
て、最適な値を選択すればよく、特に限定されるもので
はない。例えば、予め経験的に求められる値を基準値Ｔ
ｈ２、あるいは間隔基準値Ｔ１として用いてもよい。ま
た、基準値Ｔｈ２については、拡管工程の初期に絶対値
処理部１０１から出力される絶対値信号の振幅値Ａｓを
検出し、これに予め定めた係数ｋ_２（但し、ｋ_２＜１）
を乗じた値を基準値Ｔｈ２として用いてもよい。

【００３４】次に、本実施の形態に係る品質監視方法に
ついて、具体的に説明する。拡管用金属管１０の一端か
らＡＥセンサ２６を取り付けた拡管マンドレル２４を挿
入し、蓋２２に設けられた注入口２２ａから高圧水を圧
入すると、拡管マンドレル２４は、拡管用金属管１０の
内径を拡大させながら、他端に向かって移動する。

【００３５】拡管マンドレル２４が拡管用金属管１０内
を移動すると、拡管マンドレル２４と拡管用金属管１０
の摩擦、拡管用金属管１０の塑性変形、あるいは、欠陥
の発生等によって弾性波が発生する。拡管用金属管１０
の内部で発生した弾性波は、拡管マンドレル２４に伝搬
し、拡管マンドレル２４の底面に取り付けられたＡＥセ
ンサ２６により検出される。

【００３６】さらに、ＡＥセンサ２６により弾性波が検
出されると、信号ケーブル２０を介して、監視装置本体
１００に出力信号が伝送される。図３に、拡管中におい
てＡＥセンサ２６から出力される信号波形、及び監視装
置本体１００の各部から出力される信号波形の概念図を
示す。

【００３７】図３（ａ）に、ＡＥセンサ２６の出力波形
を示す。まず、時刻ｔ_０において、拡管マンドレル２４
の移動が開始すると、拡管マンドレル２４と拡管用金属
管１０との摩擦、あるいは拡管用金属管１０の塑性変形
等に起因する比較的弱い弾性波（以下、これを「ノイズ
信号」という。）がＡＥセンサ２６により検出される。
このノイズ信号の振幅は、拡管マンドレル２４の移動速
度に依存し、移動速度が一定であり、かつ拡管中に欠陥
が発生しない限り、ほぼ一定の値を示す。

【００３８】次に、時刻ｔ_１において、拡管マンドレル
２４が１つ目の接合部１６ａに達すると、拡管マンドレ
ル２４の移動速度が減少し、これによって、ノイズ信号
の振幅が減少する。これは、接合部１６ａの硬度は、一
般に非接合部（母材）の硬度より高くなっており、拡管
マンドレル２４の移動抵抗が大きいためである。このノ
イズ信号の振幅の低下は、拡管マンドレル２４が接合部
１６ａを完全に通過するまで観測される。

【００３９】時刻ｔ_２において、拡管マンドレル２４が
１つ目の接合部１６ａを完全に通過すると、拡管マンド
レル２４の移動抵抗が減少するので、拡管マンドレル２
４の移動速度は、ほぼ元の速度に復帰する。また、これ
に応じてノイズ信号の振幅も、ほぼ元の値に復帰し、拡
管マンドレル２４が次の接合部１６ｂに達するまで、ほ
ぼ一定の値を示す。以下、同様に、拡管マンドレル２４
が２つ目の接合部１６ｂを通過する間（時刻ｔ_３〜
ｔ_４）、３つ目の接合部１６ｃを通過する間（時刻ｔ_５
〜ｔ_６）、４つ目の接合部１６ｄを通過する間（時刻ｔ
_７〜ｔ_８）…等に、それぞれ、ノイズ信号の振幅の低下
が観測される。

【００４０】また、拡管マンドレル２４が接合部を通過
する際に欠陥が発生すると、エネルギーが発散され、比
較的大きな振幅の弾性波がＡＥセンサ２６により検出さ
れる。図３（ａ）に例示する出力波形においては、欠陥
に起因する２つの大きな弾性波が時刻ｔ_５〜ｔ_６間に検
出された状態を示している。

【００４１】次に、ＡＥセンサ２６により検出された信
号は、絶対値処理部１０１に出力される。絶対値処理部
１０１においては、ＡＥセンサ２６から入力される信号
の直流分を除去し、絶対値化する処理が行われる。図３
（ｂ）に、絶対値化された信号波形（絶対値信号）の一
例を示す。このようにして得られた絶対値信号は、それ
ぞれ、高値発生検知ブロック１２０の第１比較処理部１
２１及び低値発生検知ブロック１３０の第２比較処理部
１３１に出力される。

【００４２】第１比較処理部１２１では、絶対値処理部
１０１からの絶対値信号と基準値Ｔｈ１とを比較し、絶
対値信号が基準値Ｔｈ１より大きいときには「Ｈｉ」を
出力し、基準値Ｔｈ１より小さいときには「Ｌｏ」を出
力する処理が行われる。

【００４３】長尺の金属管を拡管する場合においては、
通常、接合部における欠陥の発生が問題となるので、基
準値Ｔｈ１は、拡管マンドレル２４が非接合部を通過す
る際に発生するノイズ信号より大きくなるように設定さ
れる。従って、時刻ｔ_０から時刻ｔ_５までの間及び時刻
ｔ_６以降は、図３（ｃ）に示すように、第１比較処理部
１０１から出力される信号は、「Ｌｏ」のままである。
一方、時刻ｔ_５から時刻Ｔ_６の間においては、欠陥に基
づく大きな弾性波が検出されているので、これらに対応
する２つのパルス信号Ｐ_１１、Ｐ_１２が告知手段１１０
に出力される。

【００４４】また、第２比較処理部１２１では、絶対値
処理部１０１からの絶対値信号と基準値Ｔｈ２とを比較
し、絶対値信号が基準値Ｔｈ２より大きいときには「Ｈ
ｉ」を出力し、基準値Ｔｈ１より小さいときには「Ｌ
ｏ」を出力する処理が行われる。

【００４５】長尺の金属管を拡管する場合においては、
基準値Ｔｈ２は、拡管マンドレル２４が非接合部を通過
する際のノイズ信号より小さく、かつ、接合部を通過す
る際のノイズ信号より大きくなるように設定される。従
って、図３（ｄ）に示すように、時刻ｔ_０から時刻ｔ_１
までの間、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３までの間等、拡管マン
ドレル２４が非接合部を通過する間は、「Ｈｉ」が出力
される。また、時刻ｔ _５から時刻ｔ_６までの間のよう
に、拡管マンドレル２４が接合部を通過する間であって
も、欠陥に基づく大きな弾性波が検出された時には、
「Ｈｉ」が出力される。

【００４６】一方、時刻ｔ_１から時刻ｔ_２までの間、時
刻ｔ_３から時刻ｔ_４までの間等、拡管マンドレル２４が
接合部を通過する間は、「Ｌｏ」が出力される。また、
時刻ｔ_５から時刻ｔ_６までの間において、欠陥に基づく
大きな弾性波が検出された時刻以外の時刻においても同
様に、「Ｌｏ」が出力される。

【００４７】さらに、第２比較処理部１３１から出力さ
れるパルス信号は、パルス間隔判定部１３３に送られ
る。パルス間隔判定部１３３では、第２比較処理部１３
１から出力されるパルス信号の時間間隔を検知し、その
時間間隔が間隔基準値Ｔ１を超えたときには、接合部通
過を通知するパルス信号（接合部通過信号）を出力する
処理が行われる。

【００４８】間隔基準値Ｔ１は、通常、拡管マンドレル
２４が接合部を通過するに要する時間より短く設定され
ている。そのため、図３（ｅ）に示すように、時刻ｔ_１
から時刻ｔ_２までの間、時刻ｔ_３から時刻ｔ_４までの間
等、拡管マンドレル２４が接合部を通過する際に、パル
ス間隔が間隔基準値Ｔ１を超えたと判断され、それぞ
れ、１回ずつ接合部通過信号が告知手段１１０に出力さ
れる。欠陥に起因する大きな弾性波が検出された時刻ｔ
_５から時刻ｔ_６までの間であっても、パルス間隔が間隔
基準値Ｔ１を超えれば、同様に、接合部通過信号が出力
される。

【００４９】告知手段１１０においては、第１比較処理
部１２１から高値信号が出力されると、異常の発生が告
知される。また、この時、パルス間隔判定部１３３から
出力された接合部通過信号の回数を積算し、その回数か
ら欠陥が発生した接合部の位置が告知される。図３に示
す例においては、３回目の接合部通過信号が出力された
ときに高値信号が出力されているので、３番目の接合部
に異常が発生したことを容易に知ることができる。

【００５０】次に、本実施の形態に係る品質監視方法の
作用について説明する。一般に、材料が破壊等する際に
発生する弾性波は、伝搬距離が長くなるほど、散乱、拡
散等により減衰する性質がある。そのため、拡管用金属
管１０の長さが非常に長い場合において、ＡＥセンサ２
６を拡管用金属管１０の一端に当接した時には、欠陥に
基づく弾性波やノイズ信号の振幅は、拡管マンドレル２
４の移動距離が長くなるほど小さくなる。

【００５１】そして、拡管マンドレル２４が非接合部を
通過する際のノイズ信号の振幅が減衰し、基準値Ｔｈ２
より小さくなった時には、第２比較処理部１３１から
「Ｌｏ」が出力され続け、接合部の位置検出が困難とな
る。また、欠陥に基づく弾性波の振幅が減衰し、基準値
Ｔｈ１より小さくなった時には、欠陥が発生したにもか
かわらず、第１比較処理部１２１から「Ｌｏ」が出力さ
れ続け、欠陥発生を検出することが困難となる。

【００５２】これに対し、本発明に係る品質監視方法
は、ＡＥセンサ２６を拡管マンドレル２４に当接させ、
拡管マンドレル２４中に伝搬した弾性波をＡＥセンサ２
６で検出しているので、ＡＥセンサ２６を拡管用金属管
１０の端部に当接させた場合と比較して、弾性波の伝搬
距離が著しく短くなり、拡散、散乱等に起因する弾性波
の減衰量を軽減することができる。

【００５３】また、ＡＥセンサ２６により検出された弾
性波は、信号ケーブル２０を介して監視装置本体１００
に伝送されことになる。しかし、銅の抵抗率は、１．７
×１０^−８Ωｍであるので、断面積１ｍｍ^２の銅線であ
れば、長さが１ｋｍになっても、その抵抗はわずか１７
Ωである。そのため、検出された弾性波を電気的に伝送
する場合には、受信機の入力インピーダンスをある程度
高く（例えば、１ｋΩ）すれば、伝達損失（振幅の低
下）は数％となり、弾性波の減衰を無視できる程度に小
さくすることができる。

【００５４】従って、拡管用金属管１０の長さが非常に
長い場合であっても、非接合部で発生するノイズ信号の
振幅を基準値Ｔｈ２より大きく維持することができ、欠
陥の発生位置を高精度で検出することができる。また、
欠陥に基づく弾性波の振幅を基準値Ｔｈ１より大きく維
持することができ、欠陥を看過することもない。

【００５５】なお、監視装置本体１００の構成は、図２
に示す構成に何ら限定されるものではなく、特願平１０
−３３６７４５号及び特願平１０−３３７４６３号にお
いて詳細に開示されているように、欠陥の大きさを判定
する機能や、ＡＥセンサ２６により検出される信号の減
衰量を補正する機能を備えていてもよい。

【００５６】例えば、図３に示す監視装置本体１００に
おいて、絶対値処理部１０１と、高値発生ブロック１２
０及び低値発生ブロック１３０の間に、絶対値処理部１
０１から出力される絶対値信号の極大値を結ぶ包絡線信
号を出力する包絡線検波部を設けてもよい。包絡線検波
部から出力される包絡線信号の強度と、基準値Ｔｈ１及
び基準値Ｔｈ２とを対比すれば、前述と同様に、欠陥の
発生及びその位置を容易に検出することができる。

【００５７】また、第１比較処理部１２１と告知手段１
１０の間に、高値発生信号の回数を計測するパルス計数
部を設けてもよい。一般に、発生した欠陥の大きさが大
きくなるほど、弾性波の発生数が増大するので、高値発
生信号の回数を計測することにより、接合部に発生した
欠陥の大きさを判定することができる。

【００５８】また、絶対値処理部１０１と告知手段１１
０の間に、絶対値処理部１０１から出力される絶対値信
号のピーク値を検出するピーク値検出部を設けてもよ
い。一般に、発生した欠陥の大きさが大きくなるほど、
弾性波のピーク値が増大するので、ピーク値の大きさを
計測することにより、接合部に発生した欠陥の大きさを
判定することができる。

【００５９】また、絶対値処理部１０１と第１比較処理
部１２１の間に、包絡線検波部を設けると同時に、第１
比較処理部１２１と告知手段１１０の間に、高値発生信
号の時間の長さを判定するパルス幅判定部を設けてもよ
い。一般に、発生した欠陥の大きさが大きくなるほど、
包絡線検波部で検出される包絡線の幅が広くなり、高値
発生信号（パルス信号）の幅が増大するので、パルス幅
を計測することにより、接合部に発生した欠陥の大きさ
を判定することができる。

【００６０】さらに、絶対値処理部１０１と第１比較処
理部１２１の間に、絶対値処理部１０１から出力される
絶対値信号を増幅する増幅処理部を設けると同時に、包
絡線検波部を設け、包絡線検波部から出力される絶対値
信号の包絡線を増幅処理部に出力するようにしてもよ
い。包絡線検波部から出力される包絡線の減衰量から、
増幅処理部における増幅率を決定すれば、弾性波の減衰
に起因する誤判定を回避でき、品質監視方法の信頼性を
さらに高めることができる。

【００６１】次に、本発明の第２の実施の形態に係る拡
管時の品質監視方法について、図面を参照しながら詳細
に説明する。図４に、本実施の形態に係る品質監視方法
の概念図を示す。図４において、拡管用金属管３０は、
所定の長さを有する複数の単位金属管３２ａ、３２ｂ、
３２ｃ…が、複数の接合部３６ａ、３６ｂ…を介して接
合されたものである。また、拡管用金属管３０の上端に
は、注入口２２ａを有する蓋２２が取り付けられてい
る。

【００６２】ここで、本実施の形態においては、ＡＥセ
ンサ２６は、蓋２２の底面に取り付けられている。ま
た、これに伴い、拡管用金属管３０の上端近傍には、格
納室が設けられていない。この点が、第１の実施の形態
に係る品質監視方法で使用される拡管用金属管１０とは
異なっている。

【００６３】なお、拡管用金属管３０材質及び接合方法
については特に限定されるものではない点、並びに、拡
管マンドレル２４の構成及び監視装置本体１００の構成
は、第１の実施の形態に係る品質監視方法と同様であ
る。

【００６４】次に、本実施の形態に係る品質監視方法の
作用について説明する。拡管用金属管３０の一端から拡
管マンドレル２４を挿入し、蓋２２に設けられた注入口
２２ａから高圧水を圧入すると、拡管マンドレル２４
は、拡管用金属管３０の内径を拡大させながら、他端に
向かって移動する。

【００６５】拡管マンドレル２４が拡管用金属管３０内
を移動すると、拡管マンドレル２４と拡管用金属管３０
の摩擦、拡管用金属管３０の塑性変形、あるいは、欠陥
の発生等によって弾性波が発生する。

【００６６】拡管用金属管３０の内部で発生した弾性波
は、拡管用金属管３０の内部を伝搬すると同時に、拡管
マンドレル２４を移動させるために拡管用金属管３０内
に圧入された水中にも伝搬する。また、水中に伝搬した
弾性波は、蓋２２の底面に取り付けられたＡＥセンサ２
６により検出され、信号ケーブル２０を介して、監視装
置本体１００に出力信号が伝送される。

【００６７】ここで、液体中で生ずる弾性波の減衰は、
固体中で生ずる弾性波の減衰に比べて桁違いに小さいの
で、弾性波の伝搬距離が同一である時には、金属管中を
伝搬してきた弾性波に比べて、液体中を伝搬してきた弾
性波の方が、検出感度は高くなる。

【００６８】例えば、実際に金属管内を伝搬した弾性波
の伝搬損失を計測してみると、約０．８ｄＢ／ｍとな
る。従って、金属管内を１ｋｍ伝搬した弾性波を、金属
管の端部に当接させたＡＥセンサで検出したとすると、
弾性波の振幅は、−８００ｄＢとなる。

【００６９】これに対して、例えば、海水中での音波の
吸収損失は、約３０ｄＢ／ｋｍ（周波数１００ｋＨｚの
場合）であり、この場合の伝搬損失は、約９０ｄＢ／ｋ
ｍとなる。従って、金属管内で発生した弾性波が海水中
に伝わるときの伝達損失を２５ｄＢとし、海水中を伝搬
した弾性波を音源より１ｋｍ先で検出したとすると、弾
性波の振幅は−１１５ｄＢとなり、金属管内を伝搬させ
た場合と比較して、減衰量が著しく小さくなることがわ
かる。

【００７０】さらに、上記計算では、弾性波が海水中を
伝搬した場合を考えたが、水中を伝搬する場合は吸収損
失はさらに小さくなる。従って、拡管マンドレル２４を
移動させるために拡管用金属管３０内に水を圧入し、水
中に伝搬した弾性波をＡＥセンサ２６で検出すれば、弾
性波の減衰量はさらに少なくなり、弾性波をより高感度
で検出することができる。

【００７１】そのため、金属管の長さが非常に長い場合
であっても、欠陥の有無、大きさ等を高精度で検出する
ことができる。また、図２に例示する構成を備えた監視
装置本体１００を用いれば、欠陥の発生位置も高精度で
検出することができる。

【００７２】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の改変が可能である。

【００７３】例えば、上記実施の形態では、接合部を有
する金属管を拡管する際の品質監視方法について説明し
たが、本発明は、接合部を有しない金属管を拡管する際
の品質監視方法としても適用できる。

【００７４】また、異常判定基準値は、異常なく拡管が
行われている時の信号の振幅と品質異常が発生した時の
信号の振幅との間の値になるように設定すればよく、上
記実施の形態で例示した処理に何ら限定されるものでは
ない。

【００７５】また、上記実施の形態においては、ＡＥセ
ンサにより検出される信号をアナログ信号処理している
が、デジタル信号処理してもよい。例えば、絶対値処理
部の後にＡ／Ｄコンバータを設けて、その出力をデジタ
ル信号に変換し、以降の処理をデジタル信号処理すれば
よい。

【００７６】また、上記第２の実施の形態において、Ａ
Ｅセンサ２６を蓋２２の底面に取り付けているが、例え
ば、拡管用金属管３０の内側壁にＡＥセンサ２６を取り
付け、拡管用金属管３０内に圧入された水中を伝搬する
弾性波を検出するようにしてもよい。

【００７７】また、本発明が適用される拡管用金属管の
内径は、一様であってもよいが、拡管マンドレルを挿入
する側の端部の内径を、予め、拡管マンドレルの外径と
同等もしくはそれ以上の大きさに拡大させておいてもよ
い。また、拡管マンドレルは、先端がテーパ状のマンド
レルに限られるものではなく、例えば、外側面に拡径ロ
ーラを有する拡管マンドレルを用いてもよい。

【００７８】さらに、本発明に係る品質監視方法は、拡
管マンドレルを用いたマンドレル法に限定されるもので
はなく、各種の拡管方法に適用できる。例えば、軸付の
マンドレルを機械的に圧入したり、プラグを引き抜くこ
とにより金属管を拡管する方法であっても、軸付きマン
ドレルもしくはプラグにＡＥセンサを取り付けたり、あ
るいは、軸付きマンドレルもしくはプラグで拡管する際
に、金属管内部に液体を充填し、液体中に伝搬した弾性
波をＡＥセンサで捉えるようにしてもよく、これによっ
て上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【００７９】

【発明の効果】本発明は、拡管マンドレルを用いて複数
の接合部を有する金属管を拡管する際に生ずる弾性波
を、前記拡管マンドレルに当接させたＡＥセンサにより
検出するようにしたので、拡散、散乱等に起因する弾性
波の減衰量が軽減されるという効果がある。また、これ
によって、金属管の長さが非常に長い場合であっても、
欠陥の有無、大きさ、欠陥の発生位置等を高精度で検出
することができるという効果がある。

【００８０】また、本発明の２番目は、拡管マンドレル
を用いて複数の接合部を有する金属管を拡管する際に生
ずる弾性波を、前記金属管内に充填した液体中に伝搬さ
せ、該液体中に伝搬した前記弾性波をＡＥセンサにより
検出するようにしたので、固体中を伝搬した弾性波を検
出する場合に比較して、弾性波の減衰量が軽減されると
いう効果がある。また、これによって、金属管の長さが
非常に長い場合であっても、欠陥の有無、大きさ、欠陥
の発生位置等を高精度で検出することができるという効
果がある。

【００８１】以上のように、本発明に係る拡管時の品質
監視方法によれば、金属管の長さによらず、拡管に伴う
欠陥の発生とその位置を正確に検出することが可能とな
るので、これを例えば油井管の拡管に適用すれば、油井
管の信頼性の向上に寄与するものであり、産業上その効
果の極めて大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る拡管時の品質
監視方法を示す概念図である。

【図２】図１に示す品質監視方法に用いられる監視装置
本体のブロック構成図である。

【図３】図３（ａ）は、ＡＥセンサの出力波形を示す
図、図３（ｂ）は、絶対値処理部の出力波形を示す図、
図３（ｃ）は、第１比較処理部の出力波形を示す図、図
３（ｄ）は、第２比較処理部の出力波形を示す図、図３
（ｅ）は、パルス間隔判定部の出力波形を示す図であ
る。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る拡管時の品質
監視方法を示す概念図である。

【符号の説明】

１０拡管用金属管（金属管）１６ａ、１６ｂ接合部２４拡管マンドレル２６ＡＥセンサ３０拡管用金属管（金属管）３６ａ、３６ｂ接合部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】拡管マンドレルを用いて複数の接合部を
有する金属管を拡管する際に生ずる弾性波を、前記拡管
マンドレルに当接させたＡＥセンサにより検出すること
を特徴とする拡管時の品質監視方法。
【請求項２】拡管マンドレルを用いて複数の接合部を
有する金属管を拡管する際に生ずる弾性波を、前記金属
管内に充填した液体中に伝搬させ、該液体中に伝搬した
前記弾性波をＡＥセンサにより検出することを特徴とす
る拡管時の品質監視方法。