JP2007057414A

JP2007057414A - 超音波探傷試験の感度校正用試験片とその製造方法

Info

Publication number: JP2007057414A
Application number: JP2005243901A
Authority: JP
Inventors: Takumi Horikiri; 巧堀切
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】鋼管溶接部に対する超音波探傷試験時の検査精度を向上させ検査に対する信頼性を向上させる感度校正用試験片を開発する。
【解決手段】鋼管溶接部にセラミック方形平面体を埋め込むべく、溶接鋼管の溶接部肉厚方向内部にスリット状の空間を設け、該空間にセラミック方形平面体を挿入し、次いで溶接を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接鋼管などの鋼材の溶接部に対する超音波探傷試験に用いる感度校正用試験片とその製造方法に関するものである。より詳しくは、本発明は、溶接部内部の欠陥を検査するために実施する超音波探傷試験の感度校正用試験片（以下、単に「対比試験片」という）とその製造方法に関する。

溶接部を有する鋼材の例として溶接鋼管を例にとり、本発明を説明する。
溶接鋼管の溶接部の疵等の欠陥の検査には、超音波探傷試験が広く用いられている。
超音波探傷試験を行う場合、実際の試験に先立ち、使用する超音波探傷機の感度校正を行う必要がある。これには、被検査材と同等の材質、寸法、表面性状の素材に対し人工疵を設けた対比試験片を用意し、これに対して超音波探傷を行って感度校正を行う。溶接鋼管であれば、同じ母材を溶接した上でこれに人工疵を設け、得られた溶接鋼管を適当な長さに切断したものを対比試験片として用いる。

ところで、溶接鋼管の超音波探傷方法に関しては、非特許文献１および非特許文献２に記載のＪＩＳ規格があり、その中で感度校正についても規定されている。感度校正用の対比試験片に関しては、被検査材と同外径、同肉厚のものに貫通ドリルホールを開けたもの、および鋼管の外表面、内表面にノッチ疵を設けたものが規定されている。

しかし、上記ＪＩＳ規格のノッチ疵を設けた対比試験片では、鋼管の内外表面のみの感度校正しか行えず、溶接部内部、特に肉厚の厚い鋼管における溶接部内部の感度校正ができない。また、貫通ドリルホールを開けた対比試験片では、鋼管肉厚のどの深さから反射されてくる超音波であるかを特定できない場合があり、適切な感度校正が行えない。

また、鋼管溶接部内部に発生する溶接欠陥には、アーク溶接の場合における内外面の溶け込み不足による肉厚方向と垂直な方向の疵や、溶接線に沿って発生する疵等、種々の方向の疵がありうる。超音波探傷では欠陥の面に対して垂直方向から入射するビームに対し最も反射ビームが強くなって欠陥が検出されるが、ＪＩＳ規格の対比試験片による感度校正では、このような種々の方向の疵に対し十分な感度校正が行えない。

図１は、溶接鋼管１０の溶接部１２に点線で示された貫通ドリルホール１４を設けた対比試験片の例を示す模式的説明図である。なお、符号１６で示す点線で示された部位は、溶接鋼管の内外表面に設けられたノッチ疵の例である。

図２は、溶接鋼管１０の溶接部１２に黒く塗りつぶして示すサイドドリルホール２０を設けた対比試験片の例を示す模式的説明図である。
ＪＩＳＧ０５８２鋼管の超音波探傷検査方法ＪＩＳＧ０５８４アーク溶接鋼管の超音波探傷検査方法

溶接鋼管の超音波探傷試験による欠陥の検査において、溶接鋼管を探傷する時と同じ速度において溶接鋼管の溶接部内部欠陥の探傷感度を把握することが必要である。
溶接鋼管の溶接部内部欠陥の探傷感度を校正及び適正に校正されたかを証明するには溶接鋼管と同条件で探傷可能な人工疵を加工された溶接鋼管が必要である。

肉厚中央部の探傷感度を設定する方法として、鋼管から溶接部を含む一定寸法の部位（例えば、幅４００ｍｍ×長さ４００ｍｍの凸板）を切り出し、切り出された上記部位の溶接部にサイドドリルホール（図２）を加工後、元の位置に溶接する手法が考えられるが、この場合以下の問題が生じる。

（i）上記部位を鋼管より切り出したとき、鋼管の残留応力により当該部位の曲率が変化する。曲率が変化すると探傷する深さにずれが生じ、感度校正の精度が低下する。
（ii）上記部位と鋼管との溶接部とサイドドリルホールとを区別するために、溶接部より相当離れた位置までサイドドリルホールを加工する必要がある。その場合、ＪＩＳ規格の対比試験片と比べて、反射信号がはるかに大きくなり、そのためこの対比試験片で感度校正すると欠陥検出は低感度となる。

（iii）鋼管本体からの切り出し、サイドドリルホールの加工、溶接と一連の工程に長時間を要すことから、作業能率の低下を生じる。
本発明は、以上の問題点に対してなされるもので、鋼材、例えば鋼管の溶接部内部に対する超音波探傷試験時の検査精度を向上することを目的とする。

本発明は、溶接部から成り、該溶接部の内部の任意の位置に任意の寸法のセラミックを任意の方向に埋め込み、人工疵の位置・方向が明確な溶接部内部の感度校正用試験片である。

この対比試験片の製造方法は次の通りである。まず、セラミックを埋め込む溶接部を表面から所定の深さまでグラインダー等で除去する。次に、放電加工によりセラミックを埋め込む溝を加工する。その後、加工された溝にセラミックを挿入し、次いで先に除去した溶接部と同等の組成を有する溶接金属を肉盛溶接してセラミックを埋め込む。この対比試験片を用いることで、所定の位置の人工疵以外からの超音波の反射の影響を受けることなく、正確な感度校正が可能となる。

本発明で用いるセラミックの形状は、検出する疵のタイプに合わせて、球形・円筒形等どのような形でも良い。ただし、放電加工によりセラミックを挿入する溝を加工する際、球状のセラミックを挿入するための半球状の溝を精度よく加工するのは難しいが、矩形の溝は精度よく加工するのが容易である。セラミックと母材の間に大きな隙間が出るとセラミックを挿入する位置・角度がずれ、感度校正の精度が落ちる。この点から、本発明のセラミックの形状は直方体が好ましい。

本発明の感度校正用試験片には次のような利点がある。
ａ）加工する部分を溶接鋼管本体から切り出す必要がないので、試験片の曲率変化が起こらず、正確な感度校正が可能となる。

ｂ）溶接部内部の任意の位置にのみ人工疵を設けることができ、それ以外の部分からの超音波の反射を防ぐことができる。
ｃ）傾きのある溶接欠陥を想定した人工疵の加工が可能である。

ｅ）人工疵の大きさを自由に設定可能である。

本発明の実施の形態を、添付図面を参照してさらに具体的に説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る溶接鋼管溶接部の内部に設けた人工疵を示す模式断面図である。

図中、対比試験片である溶接鋼管３０の溶接部３２の中央に人工疵３４が設けられている。この人工疵の形成方法は後述する。
この人工疵３４は、直方体のセラミックで構成されている。セラミックの寸法は任意である。また、このセラミックを埋め込む位置・方向も任意である。例えば、溶接部における溶接部と母材部との境界に発生する面状欠陥を検出対象とする場合、セラミックの面を溶接線と同角度にすることができる。また、溶接時の素材の突き合わせ面に発生する溶け込み不良を検出対象とする場合は、セラミックの面を突き合わせ角度と同じとすることができる。なお、「突き合わせ角度」とは鋼板を成形して管状にする際、鋼板の左右の端部を突き合わせたときの角度である。

本発明におけるセラミックの材質としては特に制限はないが、アルミナ・窒化アルミニウムが例示される。
本発明におけるセラミックの形状に制限はないが、直方体が好ましい。例えば、軸方向長さが２．０〜５．０ｍｍ、管厚方向長さが２．０〜５．０ｍｍ、周方向厚さが１．０〜２．０ｍｍ程度である。

次に、対比試験片の製造方法について説明する。
人工疵の大きさ、すなわちアルミナセラミックの大きさは、軸方向長さ２ｍｍ、周方向厚さ２ｍｍ、管厚方向長さ１．０ｍｍである。また、埋め込む深さはセラミックの中心が肉厚中心にくるようにし、面の角度は１つの面が鋼管横断面と平行に、他の１つの面が鋼管縦断面と平行にする。

図４（ａ）ないし（ｃ）は、セラミックを溶接部に埋め込む手順を示す模式的説明図である。
まず、図４（ａ）に示すように、感度校正に使う鋼管４０の軸方向の所定の位置の内面側より（作業員が鋼管内部へ入ることが出来ない内径の場合は外側からでもよい）、アークよるガウジングまたはグランンダーにより溶接部４２の溶接金属４４を除去する。図中、除去する溶接金属部分を符号４６の灰色の部分で示す。除去する深さは肉厚中心から３ｍｍ少ない深さまでとする。これは、この後の放電加工による溝加工の際に、セラミックの厚さ２ｍｍの半分と、埋め込み後の溶接の溶け込み代２ｍｍを加工代として残しておくためである。

次に、図４（ｂ）に示すように、除去された溶接金属の底に、鋼管軸方向長さ２ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの電極を用い、深さ４ｍｍの長方形の溝４８を放電加工する。前記電極のサイズは埋め込むセラミックの大きさに対応しており、加工深さはセラミックの厚さと前述の溶接時の溶け込み代の和である。

次に、図４（ｃ）に示すように、放電加工された長方形の溝４８にセラミック５０を挿入し除去された溶接金属部分に肉盛溶接を行う。
本実施の形態による人工疵の寸法、角度、および位置は、超音波探傷試験によって検出しようとする欠陥に合わせて、種々変化させることが可能である。

例えば、図５は、溶接部の各種位置に本発明にかかる人工疵を設けることができる例を示す模式的説明図であり、予め想定される検出すべき疵の大きさ、位置、角度を考慮して本発明にかかる人工疵５０を形成する位置を選択できる。

従来技術にあっては、溶接鋼管から対比試験片を切り出す際に残留応力の影響で曲率が変化する場合があるが、本発明の場合には対比試験片を鋼管から切り出さず人工疵を鋼管に直接加工可能な方法であることから、そのような問題は回避できる。

次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。

外径１２２０ｍｍ、肉厚２４．０ｍｍのＵＯＥ鋼管の溶接部の超音波探傷試験に用いる対比試験片を作成した。本例では、図６に示すように、溶接部６０のほぼ中央部に直方体のアルミナセラミックからなる人工疵６２を設けた。なお、図中の数字は寸法（ｍｍ）を示す。

人工疵６２の加工条件は次の通りである。
アークまたはクラインダーによる溶接部の除去深さ：９．０ｍｍ
放電加工による溝加工：鋼管軸方向長さ２．０ｍｍ、鋼管周方向長さ１．０ｍｍ、深さ４．０ｍｍ
直方体セラミックの寸法：鋼管軸方向長さ２．０ｍｍ、鋼管周方向長さ１．０ｍｍ、厚さ２．０ｍｍ
上述の条件で人工疵を設けた本発明による対比試験片と、比較例として図２に示すような直径３．０ｍｍサイドドリルホールを設けた対比試験片を用い、溶接部中央部の人工疵を超音波探傷機で測定して反射した超音波エコーの相対強度を比較した。

スキップ距離エコー高さ８０％時の探傷器設定感度
比較例４０ｍｍ４８ｄＢ
本発明例６０ｍｍ６２ｄＢ
以上の通り、本発明例による対比試験片の方が溶接部中央部の人工疵による超音波エコー相対強度が高く、より小さい欠陥を精度よく検出することができる。

従来の超音波探傷試験ＪＩＳＧ０５８３に規定された感度校正用人工疵を含めた試験片断面の模式的説明図である。肉厚中央部に加工されるサイドドリルホールを示す模式的説明図である。本発明に係る溶接部超音波探傷感度校正試片を示す模式的説明図である。図４（ａ）〜（ｂ）は、本発明に係る溶接部超音波探傷感度校正試片の加工手順を示す模式的説明図である本発明に係る溶接部超音波探傷感度校正試片の設置位置を示す模式的説明図である。実施例における本発明に係る溶接部超音波探傷感度校正試片を示す模式的説明図である

Claims

鋼材の溶接部から成り、該溶接部にセラミックを埋め込んだことを特徴とする超音波探傷試験の感度校正用試験片。
前記鋼材が溶接鋼管である請求項１記載の超音波探傷試験の感度校正用試験片。
前記セラミックが直方体である請求項１または２記載の超音波探傷試験の感度校正用試験片。
溶接鋼管の溶接部内部に空間を設け、次いで該空間にセラミックを挿入し、その後溶接により前記セラミックを埋め込むことを特徴とする超音波探傷試験の感度校正用試験片の製造方法。
前記鋼材が溶接鋼管である請求項４記載の超音波探傷試験の感度校正用試験片の製造方法。
前記セラミックが直方体である請求項４または５記載の超音波探傷試験の感度校正用試験片の製造方法。