JP2011002320A

JP2011002320A - 溶接部の亀裂検査装置及び亀裂検査方法

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Publication number: JP2011002320A
Application number: JP2009145031A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Nakamura; 正治中村; Tomotoshi Matsumoto; 智敏松本; Takahiro Kitani; 隆宏木谷
Original assignee: SUMIJU SHIKEN KENSA KK; JFE Steel Corp
Current assignee: SUMIJU SHIKEN KENSA KK; JFE Steel Corp
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2011-01-06

Abstract

【課題】熱を発する溶接構造物を対象として、遠隔操作によって溶接部における横割れの欠陥と縦割れの欠陥とを容易に判別して探傷可能とする。
【解決手段】磁性材料から構成され熱を発している被検査面Ｓ上を移動しながら、溶接構造物の溶接部を超音波によって非破壊探傷する亀裂検査装置１である。上記被検査面Ｓを車輪１０が転動することで当該被検査面Ｓに沿って遠隔操作で移動可能な走行体と、走行体に支持される２対の斜角探触子１０８，１０９と、を備える。上記車輪１０は、ネオジム磁石によって上記被検査面Ｓに磁着する。一対の斜角探触子１０８，１０９の配置を上記移動方向に対し直角となるように配置すると共に、他の対の斜角探触子１０８，１０９の配置を上記移動方向に対し斜めとなるように配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱風炉の外壁などのように、熱を発している溶接構造物における溶接部の亀裂を検査する技術に関する。

高炉熱風炉の外壁を構成する鉄皮は、最大で例えば２５０℃の高温となる。このため、保守をしない場合には、経時的に応力腐食割れが進展および拡大して、熱風噴破が発生する事態となる恐れがある。
このため、溶接部について亀裂の有無の検査を行っている。一般に、この溶接部の検査は、溶接線付近に足場を組み、作業員が溶接線に沿って、手作業で、超音波探傷等の非破壊検査を実施している。
また、超音波を使用して溶接部の割れを検査する装置としては、例えば、特許文献１に記載の装置がある。この装置は、一対の縦波斜角探触子を溶接線に対し４５度の交叉角となるように４５度配置として、当該溶接線と平行な走査方向に移動させることで、横割れの欠陥を探傷する。

特開２００１−２１５４２

上記手作業の検査では、高炉熱風炉の外壁の外周つまり高所に足場を組む必要があり、その分、費用と時間が掛かる。また、熱を発している部分に作業員が接近して検査する必要もある。
また、特許文献１に記載の技術では、横割れを検出しているが、縦割れについても同様な検出エコーとして検出されてしまう。すなわち、横割れの欠陥だけを判別して検出することは困難である。ここで、横割れと縦割れとは、同じ亀裂状態の欠陥であっても、その欠陥の状況に対する保守の処置は大分異なる。
本発明は、熱を発する溶接構造物を対象として、遠隔操作によって横割れの欠陥と縦割れの欠陥とを判別して探傷可能な溶接部の亀裂検査の技術を課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、磁性材料から構成され且つ熱を発している溶接構造物の溶接部を被検査面とし、その被検査面の溶接線に沿って移動しながら、上記溶接部を超音波によって非破壊探傷する溶接部の亀裂検査装置であって、
上記溶接構造物の被検査面を車輪が転動することで当該被検査面に沿って遠隔操作で移動可能な走行体と、上記走行体に支持される２対の斜角探触子と、を備え、
上記車輪は、ネオジム磁石の磁力によって上記溶接構造物の被検査面に吸着すると共に、上記走行体に搭載した駆動源によって駆動可能となっており、
上記２対の斜角探触子の配置は、被検査面と平行な平面視において、一対の斜角探触子を上記走行体の移動方向に対し直角となるように配置すると共に、他の対の斜角探触子を上記走行体の移動方向に対し直角位置から傾いた斜めとなるように配置したことを特徴とするものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記移動体は、当該移動体が移動する面に対し上記斜角探触子を昇降可能な昇降装置を備えることを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記斜角探触子は、上記被検査面と対向する面に接触媒質溜まり用の凹部を有し、その凹部の深さを０．１５〜０．２５ｍｍとすることを特徴とするものである。

次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記車輪を冷却する冷却手段を備えることを特徴とするものである。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した構成に対し、上記走行体に溶接部を撮像可能なカメラを設けることを特徴とするものである。
次に、請求項６に記載した発明は、磁性材料から構成され且つ熱を発している溶接構造物の溶接部を被検査面とし、その被検査面に対しネオジム磁石の磁力によって吸着する車輪を転動させることで、当該被検査面の溶接線に沿って移動体を遠隔操作で移動させつつ、走行体に搭載した２対の斜角探触子で、それぞれ上記溶接構造物の溶接部を超音波によって非破壊探傷し、

上記２対の斜角探触子のうち、上記被検査面と平行な平面視において、上記走行体の移動方向に対し直角となるように配置された一対の斜角探触子による探傷結果と、上記走行体の移動方向に対し直角方向から傾いた斜めとなるように配置された他の対の斜角探触子による探傷結果とを比較することで、検出した溶接部の割れが、縦割れか横割れかを判別することを特徴とする溶接部の亀裂検査方法を提供するものである。
ここで、上記「被検査面と平行な平面視」とは、上記走行体を貫く位置で被検査面に設定した法線上から見た平面視である。例えば、走行体を挟んで被検査面から離れた位置からみた平面視である。

本発明によれば、１対の斜角探触子を直角配置とすることで、その直角配置の探触子によって、割れ長さに基づき主として縦割れが検出される（但し、縦割れの長さが短い場合には、横割れと差は難しい）。また、他の対の斜角探触子を斜め配置とすることで、その斜め配置によって横割れと縦割れとが検出される。従って、２対の斜角探触子の検出結果によって、検出した欠陥が、横割れと縦割れかを容易に判別することが可能となる。
また、走行体は、車輪が、ネオジム磁石の磁力によって上記被検査面に吸着且つ転動することで移動可能となっている。ネオジム磁石によって走行体を吸着させることで、高温下でも磁石の残留磁束密度の低下を抑える事が出来て、確実に、熱を発する被検査面に沿って移動体を移動可能となる。

また、遠隔操作とすることで、検査のために足場を組む必要もない。
このとき、請求項２に係る発明では、斜角探触子の摩耗や突っかかる事を低減可能となる。ここで、斜角探触子は、使用時には探傷面（被検査面）に近接若しくは接触して使用する。このため、移動体が移動する面と摺接し易い。これに対し、探傷する面に移動するまでは、斜角探触子を移動する面から離しておくことで、斜角探触子が移動する面と摺接することを回避可能となる。このことは、摺動する部分が減ることで、探傷する面に移動するまでの移動を短縮することにも繋がる。

また、請求項３に係る発明では、後述の通り接触媒質の膜厚さを安定且つ適正化することが出来る。この結果、探傷精度が安定かつ向上する。
また、請求項４に係る発明によれば、車輪を冷却することで、磁着するためのネオジム磁石の磁力低下を抑えることが出来る。冷却は例えば空冷により実施する。
また、請求項５に係る発明によれば、カメラで溶接部を撮像することで、遠隔操作であっても溶接線に沿って走行体を移動し易くなる。

本発明に基づく実施形態に係る亀裂検査装置を説明する斜め上方から見た図である。図１に示す斜視図での一部を透視した図で示す説明図である。図１に示す亀裂検査装置を説明する図であり、同図（ａ）は、その正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は背面から見た図、また、（ｄ）は左側面から見た図である。図２での符号Ａ方向から見た走行手段の手前側の車輪部分を拡大して示した図である。車輪の冷却の一例を示す模式図である。図１に示す亀裂検査装置の概略構成を説明する図であり、同図（ａ）は、台車全体の概略構成をブロック図で示しており、同図（ｂ）は、コントローラの操作面部分を示している。支持枠に対する超音波探傷センサの支持構造を説明する平面図である。超音波探傷センサを昇降する昇降装置の構造を説明する正面図である。斜角探触子の構成を説明する図である。凹部の深さについて説明する図である。溶接線に対する２対の斜角探触子の配置を示す平面図である。探傷結果の例を説明する図である。対をなす斜角探触子による、ＴＯＦＤ法による超音波探傷について説明する図である。

以下、本実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の亀裂検査装置を示す斜視図である。図２は、一部を透視した状態で示した斜視図である。
本実施形態の亀裂検査装置１は、熱風炉の外壁（鉄皮）などのように、磁性材料からなって強磁性を有し且つ熱を発している溶接構造物の外壁面上を、磁石の磁力による吸着力によって車輪１０が接触した状態を保持しつつ転動することで、亀裂検査装置１がその外壁面に沿って移動可能な構造となっている。なお、移動する面は筒状の曲面であっても良い。本実施形態では、温度が最大２５０℃となる外壁面を検査の対象（被検査面）とする場合とする。

（構成）
亀裂検査装置１は、台車部４と、その台車部４の左右両側に配置されて当該台車部４に連結する左右の車体部６Ｌ、６Ｒとを備える。台車部４には検査機器を搭載する。また、車体部６Ｌ、６Ｒには、車輪１０と、その車輪１０を駆動するモータ１５とが設けられる。
上記台車部４と左右の車体部６Ｌ、６Ｒとを、図２に示すように、左右の連結手段２１によって連結している。

「連結構造」
先に、台車部４と左右の車体部６Ｌ、６Ｒとの連結構造について説明する。次に説明する連結構造を採用することで、移動する面が筒状の曲面であっても、その面に沿って自在に移動することが可能となる。なお、連結構造はこれに限定するものではない。走行面が平面に近いものであれば、台車部４と、左右の車体部６Ｌ、６Ｒとが一体の構成となっていても良い。
左右の各連結手段２１は、揺動桿２２および揺動リンク２４をそれぞれ備えており、台車部４に対し各車体部６Ｌ、６Ｒを、台車部４の前後方向を向く軸まわりおよび左右方向を向く軸まわりにそれぞれ回動可能に繋いでいる。

詳しくは、揺動桿２２は、斜視図である図２に示すように、前後方向に延びる板状の部材であり、各車体部６Ｌ、６Ｒの台車部４側に配置されている。この揺動桿２２は、図３（ｄ）に示すように、台車部４の前後方向での中央部となる位置に、その板厚方向に貫通する貫通穴２２ｂが形成されている。この貫通穴２２ｂには、図３（ｂ）に示すように、揺動桿支軸８５が挿通されている。そして、この揺動桿支軸８５は、同図（ｂ）に示すように、その両端が、上記の内フレーム８２と揺動桿フレーム８４とによって、左右方向を向く軸まわりに回動可能なように、それぞれ玉軸受２６を介して支持されている。これにより、揺動桿２２は、進行方向とは直角の面内で、この揺動桿支軸８５の軸まわりに揺動可能になっている。

一方、上記揺動リンク２４は、図２に斜視図にて示すように、左右方向で斜めに配置される略平行四辺形状の板金部材であり、各車体部６Ｌ、６Ｒと台車部４との間の位置に配置されている。
詳しくは、揺動リンク２４は、図３（ａ）に示すように、前後方向での前側の左右二箇所、および図３（ｃ）に示すように、前後方向での後側の左右二箇所それぞれの計４箇所に配置されている。そして、各揺動リンク２４は、その台車部４側の下端部が、支持枠５に、前後方向を向く軸を有する支持ピン２４ｂによって、その軸まわりに回動可能にそれぞれ連結されている。また、各揺動リンク２４は、その台車部４に連結されている側とは反対側の端部が、揺動桿２２の前後方向での両端部に、その上下の位置を二本の止めねじ２４ｃによってそれぞれ締結されている。

これにより、左右の連結手段２１は、台車部４に対し各車体部６Ｌ、６Ｒを、台車部４の支持枠５に対し、前後方向を向く支持ピン２４ｂの軸まわりに回動可能に連結するとともに、左右方向を向く揺動桿支軸８５の軸まわりに回動可能にそれぞれ連結している。これにより、被検査面Ｓが筒外径面などの曲面であっても、その車輪１０の踏み面を被検査面Ｓに接触させた状態のまま、亀裂検査装置１を移動させることが可能となる。
さらに、この亀裂検査装置１は、図２に示すように、左右の連結手段２１を介して、各車体部６Ｌ、６Ｒを台車部４に対して対称に揺動させる同調手段３０をさらに有している。

詳しくは、台車部４には、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、支持枠５側面の前部且つ左右方向の中央の位置に、ブロック状の案内用ベース３１が付設されている。この案内用ベース３１は、その左右両側が止めねじで支持枠５に締結されており、その中央部に、上下方向（ほぼ垂直方向）を向く貫通穴３１ｂが形成されている。そして、この案内用ベース３１の貫通穴３１ｂに案内軸３２が内嵌されており、この案内軸３２の下端が、前後方向手前側から止めねじ３１ｃで案内用ベース３１に固定されている。これにより、案内軸３２は、上下方向に向けて延設した状態に固定される。

さらに、この案内軸３２には、その軸方向に沿って摺動可能なスライドコマ３４が外嵌している。このスライドコマ３４は、その左右両側にタップ穴を有している。そして、このスライドコマ３４の左右のタップ穴に、前後方向を向く軸を有する支持ピン３６ｂが固定されており、この支持ピン３６ｂの軸まわりに回動可能に、細幅の板金部材である連結リンク３６の一端が連結されている。さらに、この連結リンク３６の他端が、上記揺動リンク２４の台車部４側の上端部に、前後方向を向く軸を有する支持ピン３６ｃによって、支持ピン３６ｃの軸まわりに回動可能に連結されている。これにより、左右の各車体部６Ｌ、６Ｒは、台車部４に対する傾きの度合いが案内軸３２に対して左右対称に移動するようになっている。

また、台車部４の後ろ側には、図３（ｃ）に示すように、揺動リンク２４の斜めの辺の略中央部と支持枠５の左右方向での両側とをそれぞれ繋ぐように、引っ張りばねである付勢ばね３８を二箇所に設けている。この付勢ばね３６によって、左右の各車体部６Ｌ、６Ｒを台車部４側に引き上げる方向に所要の張力を与えているので、走行面の状況の変化によって、右の車体部６Ｌ、６Ｒ６Ｒ、支持枠５、左の車体部６Ｌ、６Ｒ６Ｌが、それぞれ傾いた状態から一直線に並んだ状態に戻ろうとする場合に、その復元運動を円滑にすることができるようになっている。

さらに、支持枠５には、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、左右の車体部６Ｌ、６Ｒがほぼ台車部４に対して一直線に並んだ状態となる位置において、各揺動リンク２４の台車部４側の端面とそれぞれ当接する位置に、ストッパ２９を計４箇所設けている。このストッパ２９によって揺動リンク３６の台車部４側への移動量が、一直線に並んだ状態よりも台車部４側に移動しないように制限されている。すなわち、全体が一直線に並んだ状態から過度に台車部４側に向けて傾いた姿勢にならないように規制可能になっている。

「車体部６Ｌ、６Ｒ」
次に、左右の車体部６Ｌ、６Ｒについて説明する。左右の車体部６Ｌ、６Ｒは、走行体を構成する。
各車体部６Ｌ、６Ｒは、図３（ａ）に示すように、その高さ方向での中央よりもやや下側に、ベースフレーム８１を有している。このベースフレーム８１は、略Ｌ字形の板金部材であり、その台車部４側の一辺が折り返し部８１ｂになっている。折り返し部８１ｂは、適宜の長さで下方に向けて直角に折り返されて形成されている。このベースフレーム８１は、図３（ｂ）に示すように、折り返し部８１ｂとは反対の側は、その平面視が矩形状であり、その矩形状の面を、図３（ａ）に示すように、ほぼ水平にして配置されている。そして、折り返し部８１ｂには、上下方向に延びる内フレーム８２がねじ締結によって台車部４側から固定されている。

この内フレーム８２は、図３（ｄ）に示すように、装着された状態での側面視が矩形状の板金部材であり、略直方体状をなす車体部６Ｌ、６Ｒ６Ｌの台車部４側のカバーを兼ねている。この内フレーム８２は、上下方向での下部側が、ベースフレーム８１に装着されている部分よりも下方に向けて張り出した張り出し部８２ｃになっている。一方、上下方向での上部側が、台車部４とは反対側に向けて適宜の長さで直角に折り返された折り返し部８２ｂになっている。そして、この折り返し部８２ｂに、コネクタ（車体間コネクタ５２ないし操舵用コネクタ５６）が装着されている。また、この折り返し部８２ｂに、車体部６Ｌ、６Ｒカバー７Ｌが取り付けられている。

また、上記ベースフレーム８１には、内フレーム８２が装着されている側とは反対側に、且つ、内フレーム８２の張り出し部８２ｃと対向する位置に外フレーム８３が設けられている。この外フレーム８３は、図３（ｃ）に示すように、前後方向に延びる略Ｌ字形の板金部材であり、その略Ｌ字形をなす同図での上側が、折り返し部８３ｂになっており、この折り返し部８３ｂがベースフレーム８１の下面側に対して装着されている。また、その略Ｌ字形の反対の側が、前記張り出し部８２ｃと対向して平行に設けられる張り出し部８３ｃとして形成されている。

さらに、ベースフレーム８１の上面の略中央部には、板金部材からなる揺動桿フレーム８４が装着されている。この揺動桿フレーム８４は、下部に折り返し部８４ｄを有しており、この折り返し部８４ｄの両端部が、ねじによって固定されることで、これと反対の側がベースフレーム８１の上面に立設している。この揺動桿フレーム８４は、同図（ｄ）に示すように、その立設している部分の側面から見た形状が、略台形形状をなしている。そして、その台形形状をなす面８４ｂが、内フレーム８２の上下方向に延びる壁面とほぼ平行となる位置で固定されている。そして、この内フレーム８２と揺動桿フレーム８４とには、相対向する位置に、後述する玉軸受２６の外輪が内嵌可能な貫通穴が同軸にそれぞれ形成されている。さらに、ベースフレーム８１には、その前後方向での前端部および後端部に、上記略直方体状の外装を構成可能に形成された前カバー８６および後カバー８７がそれぞれ装着されている。そして、上述の内フレーム８２、前カバー８６および後カバー８７によっては覆われていない上面と外側面とを覆うように、略Ｌ字状の車体部６Ｌ、６Ｒカバー７Ｌが装着されることで、上記略直方体状の車体部６Ｌ、６Ｒ６Ｌが構成されている。

なお、図１に示すように、左右一対の車体部６Ｌ、６Ｒは、それぞれの車体部６Ｌ、６Ｒカバー７Ｌ、７Ｒの外側面の略中央部に、円形の持ち手用の穴７ｂが貫通形成されている。なお、同図では、背面となる車体部６Ｌ、６Ｒ６Ｒ側の持ち手用の穴７ｂは不図示である。また、一対の車体部６Ｌ、６Ｒそれぞれには、台車部４側となる内側面の中央の上部側に、貫通穴を上端部側に有する板部材であるワイヤーフック４８がその下端部を止めねじで取り付けられている。このワイヤーフック４８は、亀裂検査装置１の使用時に、万一の場合に生じ得る落下防止を回避するために、対象とする被検査面Ｓより上方にある構造物と当該亀裂検査装置１とを、所要の強度および長さを有するロープで互いに連結する際に用いられる連結部になっている。

そして、上記一対の車体部６Ｌ、６Ｒには、図２および図３に示すように、それぞれに走行手段９が装備されている。
詳しくは、図２に示すように、この走行手段９は、駆動源であるモータ１５、および車輪１０を有して構成されている。車輪１０は、各車体部６Ｌ、６Ｒそれぞれに２個ずつ設けられており、左右で計４個が備えられている。そして、各車輪１０は、ベースフレーム８１の下面側、且つ相対向する張り出し部８２ｃと張り出し部８３ｃとによって画成された領域に配置されている。また、各車輪１０は、図３（ｂ）に示すように、その転動する向きを、亀裂検査装置１の前後方向に向けて各車体部６Ｌ、６Ｒそれぞれで直線上に並んでいる。さらに、モータ１５は、各車体部６Ｌ、６Ｒに、各車輪１０毎にそれぞれ搭載されており、各車輪１０は、それぞれに対応するモータ１５によって、ウォーム減速機構を介して個別に駆動されるようになっている。

図４は、図２での符号Ａ方向から見た走行手段９の手前側の車輪１０部分を拡大して示した図である。なお、各車体部６Ｌ、６Ｒの走行手段９は、ともに同一の構成を有し、これを左右対称に備えており、さらに、各車体部６Ｌ、６Ｒにおける、走行手段９それぞれの２個の車輪１０は、モータ１５およびウォーム減速機構を含めて同一の構成なので、以下の説明では、車体部６Ｌ、６Ｒ６Ｒ側の走行手段９の手前側の車輪１０部分について説明し、他の車輪１０部分についてはその説明を省略する。

同図に示すように、相対向する張り出し部８２ｃと張り出し部８３ｃとには、左右方向で対向する同軸線上の位置に、貫通穴８２ｄおよび８３ｄがそれぞれ形成されている。各貫通穴８２ｄ、８３ｄには、例えば多孔質含油軸受等の、長期に渡って無給脂で使用可能な軸受１８（以下、「無給脂軸受」という）が内嵌されている。この無給脂軸受１８は、一端側に鍔部を有しており、その鍔部を上記画成された領域の側に向けてそれぞれに内嵌されている。さらに、この無給脂軸受１８の貫通穴に車軸１３が挿通されており、この車軸１３が、無給脂軸受１８を介して左右の張り出し部８２ｃ、８３ｃに対して回動自在に支持されている。そして、この車軸１３には、その上記画成された領域に位置する部分に、スリーブ１４が車軸１３と同心に外嵌している。このスリーブ１４は、その軸方向の略中央部に大径部１４ｄを有しており、その両側が大径部１４ｄより小さい径の小径部１４ｓ、１４ｐとしてそれぞれ形成されている。

スリーブ１４の大径部１４ｄには、その周方向に適宜の間隔をあけてタップ１４ｂが径方向に二箇所、貫通形成されており、各タップ１４ｂに止めねじ１４ｃがそれぞれ装着されることで車軸１３に固定されている。
小径部１４ｐは台車部４側に形成されており、この小径部１４ｐには、上記車輪１０が外嵌している。この車輪１０は、強力な磁力を有する円環状のネオジム磁石１１と、そのネオジム磁石１１を両側から挟む二枚の円環状の車輪板１２と、を備えて構成されている。これら円環状の車輪板１２は、強磁性を有する金属材料から形成されている。そして、ネオジム磁石１１および車輪板１２は、それらの中心に同径の貫通穴を、車軸１３と同心に有しており、この貫通穴に略円筒状のスリーブ１４が挿通されるように形成されている。そして、各車輪板１２には、その周方向に適宜の間隔をあけてタップ１２ｂが径方向に二箇所形成されており、各タップ１２ｂに止めねじ１２ｃが装着されて、ねじ締結されることで、スリーブ１４の台車部４側の小径部１４ｐに固定されている。これにより、各車輪１０は鋼管等の外壁被検査面Ｓを被検査面Ｓとしてこれに磁着しつつその被検査面Ｓに沿って転動可能になっている。なお、ネオジム磁石１１の外径よりも二枚の車輪板１２の外径は一回り大きい。

一方、小径部１４ｓは台車部４とは反対側の小径部であり、この小径部１４ｓには、ウォームホイル１７が車軸１３と同心に外嵌している。このウォームホイル１７についても、その周方向に適宜の間隔をあけてタップ１７ｂが径方向に二箇所形成されており、各タップ１７ｂに止めねじ１７ｃが装着されてねじ締結されることで、車軸１３に固定されている。そして、このウォームホイル１７には、これに直角をなす軸方向を向いて連結するウォーム１６が噛合ってウォーム減速機構を構成している（図１（ｂ）参照）。ここで、上記モータ１５は、このウォーム１６の上部に位置するように、ベースフレーム８１の上面の側に配置されている。そして、ウォーム１６は、その一端側が、これに対応するモータ１５の出力軸に、ベースフレーム８１の下面の側で同軸に連結されている（連結部分の図示略）。

ここで、各モータ１５は、減速機構を内蔵する直流モータであり、各モータ１５は、上記制御部５０内の、それぞれに対応するモータドライバ（不図示）に個別に駆動可能に接続されている。各モータドライバには、Ｈブリッジ回路がそれぞれ内蔵されており、そのＨブリッジ回路を構成する４つのトランジスタを適宜ＯＮ・ＯＦＦ制御することによって、所望の回転、停止を各モータ１５にさせられるようになっている。なお、回転方向を切換える際は、僅かな時間だけトランジスタを全てＯＦＦにするように制御している。

さらに、各モータ１５の出力軸とウォーム１６の一端側とを繋ぐ部分には、薄肉の円盤である回転板１９が同軸にそれぞれ装着されている。この回転板１９の周方向には適宜の間隔でスリットが形成されており、このスリットを検出可能な位置に、フォトインタラプタ２０が、その検出部を対向させて設けられている。このフォトインタラプタ２０は、回転板１９が回転することによるスリットの有無を検出して、これをパルス信号として制御部５０に出力可能に接続されており、これにより、各車体部６Ｌ、６Ｒ毎の車輪１０の回転状態を検出可能になっている。なお、上記回転状態検出手段には、この回転板１９およびフォトインタラプタ２０が対応する。

また、上記各車体部６Ｌ、６Ｒには、それぞれ車輪１０を冷却するための冷却装置を備える。すなわち、図５に示すように、２つの車輪の間にエアノズル１００が配置される。そのエアノズル１００から、２つの車輪１０に向けて空気を吹き付け可能となっている。エアノズル１００はエアコンプレッサ１０１に接続しており、エアコンプレッサ１０１から供給される大気温のエアを車輪１０に吹き付けることで、２つの車輪１０の冷却を行う。エアコンプレッサ１０１は、車体部６Ｌ、６Ｒに搭載させておいても良い。また、エアコンプレッサ１０１を亀裂検査装置１に搭載しない場合には、エアコンプレッサ１０１は、フレキシブルな配管を通じて各エアノズル１００に接続されていても良い。
ここで、２５０℃の検査面において、噴出流量と車輪１０及び車輪１０を構成するネオジム磁石の温度を測定してみた。その結果を、表１に示す。なお、吹き付ける空気の温度は２０℃であった。

この表１から分かるように、常温の空気によるエア冷却によって車輪１０及び磁石を７０℃以下に保持出来ることを確認している。なお、吹き付ける空気の温度を低くするほど、より車輪１０を冷却することが可能となる。
ここで、二枚の円環状の車輪板１２に対し円環状のネオジム磁石１１が小径となっている。このため、車輪１０は、図４に示すように、円周方向に沿ってネオジム磁石１１の外径面部分によって円環状の溝が形成されている。このため、吹き付けたエアは、その溝に沿って流れやすくなって、車輪１０をより有効に冷却させることが出来る。

また、図１に示すように、各車体部６Ｌ、６Ｒの上面には、車体間コネクタ５２がそれぞれに付設されている。これら車体間コネクタ５２同士は、車体間ケーブル５４で相互に必要な信号の送受信および電力の供給を可能に電気的に接続される。さらに、左側の車体部６Ｌ、６Ｒ６Ｌには、操舵用ケーブル５８が接続される操舵用コネクタ５６が付設されており、各走行手段９は、この操舵用コネクタ５６に接続される操舵用ケーブル５８を介して制御部５０に電気的に接続されるようになっている。さらに、制御部５０は、制御部５０およびコントローラ６０間を繋ぐコントローラケーブル５７を介してコントローラ６０に接続する。

「台車部４」
台車部４は、図２に示すように、その底部側に、平面視が矩形状の板金製の支持枠５を有している。支持枠５は上方に立ち上がる壁部を形成する。この支持枠５に対し、図７に示すように、検査機器としての超音波探傷センサ２を支持させる。超音波探傷センサ２は、図６（ａ）に示すように、メインケーブル５９を介して制御部５０に接続される。これにより、超音波探傷センサ２で測定された情報はメインケーブル５９を介して制御部５０に送られるように構成されている。
なお、符号４０は、上記超音波探傷センサ２を覆うカバーである。このカバー４０は無くても良い。また、図３（ｂ）では、具体的な上記超音波探傷センサ２及びその支持構造を省略しているが、下記説明のような構造となっている。

次に、上記超音波探傷センサ２の支持構造について説明する。
図７に示すように、上記支持枠５の内側に、平面視が矩形状の板金製の内枠１０５が入れ子状に配置される。
その内枠１０５に対して、２本の棒状のセンサ支持フレーム１０６，１０７が架設されている。２本のセンサ支持フレーム１０６，１０７のうちの、一方のセンサ支持フレーム１０６は、平面視において、亀裂検査装置１の移動方向に対する交叉角が９０度つまり直角配置となるように当該移動方向に直交する方向に延在している。また、他方のセンサ支持フレーム１０７は、平面視において、亀裂検査装置１の移動方向に対する交叉角が４０度以上６０度以下つまり斜め配置となるように当該移動方向に直交する方向から傾いた方向に延在している。

そして、各センサ支持フレーム１０６，１０７に対し、それぞれ対を成す斜角探触子１０８，１０９が固定されている。
対をなす斜角探触子１０８，１０９は、センサ支持フレーム１０６，１０７の延在方向に対して対称に配置され、平面視で、超音波の発信及び受信方向が搭載する当該センサ支持フレーム１０６，１０７の延在方向に設定されている。

上記斜角探触子１０８，１０９は、側面視で、図９に示すような形状となっている。すなわち、斜角探触子１０８，１０９は、ウエッジ１１０と、そのウエッジ１１０に支持される探触子本体１１１とからなる。探触子本体１１１は、斜め下方に向けて超音波の送受信の軸を設定してある。上記ウエッジ１１０のうち、検査面に対向する底板部１１０ａは、超音波を透過可能な材料であって耐高温性の材料、例えばポリイミド樹脂やフッ素樹脂などで構成されている。
そのウエッジ１１０の底板部１１０ａにおける被検査面Ｓと対向する面には、接触媒質溜まり用の凹部１１２が形成されている。この凹部１１２は、検出面の被検査面Ｓ上に接触媒質の膜を形成するためのものである。

上記凹部１１２は、図９（ａ）のように、底面の外周部を除いて所定深さで掘り込み加工によって形成したものである。上記深さは、０．１５〜０．２５ｍｍの間、例えば、０．２ｍｍに設定してある。
この深さは、図１０のような関係から決定したものである。すなわち、凹部１１２の深さが浅くなるほど、媒質膜の形成が悪くなり、０．１５ｍｍよりも浅いと、接触媒質が凹部１１２内全体に均一に廻りきれずに、一部で膜が切れる恐れがある。一方、媒質膜が厚くなるほど、膜内での超音波の反射等が増加してノイズが多くなる。このことから、凹部１１２の深さを０．１５〜０．２５ｍｍとした。そして、０．２ｍｍが一番最適である。このため、加工誤差も考え、０．２ｍｍとなるように、本実施形態では、掘り込み加工を行っている。

また、ウエッジ１１０には、上記凹部１１２に接触媒質を供給する供給路１１０ｂが形成されている。その供給路１１０ｂを介して上記凹部１１２に接触媒質が供給される。
ここで、上記接触媒質は、検査面が高温であるので、高温用接触媒質を使用することが好ましい。高温用接触媒質としては、シリコンオイルなどが例示できる。
また、図８に示すように、上記のように斜角探触子１０８，１０９が固定された内枠１０５は、昇降装置によって昇降可能となっている。昇降装置は、ボールネジ１１５とそのボールネジ１１５を駆動するモータ１１６とから構成する。

すなわち、上記内枠１０５から板状の立上り部１１３が上方に突出している。その立上り部１１３の上方に横架材１１４が配置されている。その横架材１１４は、上記支持枠５の壁部上部に固定されている。その横架材１１４と上記立上り部１１３の上部が、２つのボールネジ１１５によって連結する。
各ボールネジ１１５は、横架材１１４から下方に向けてねじ部１１５ａが配置される。そのねじ部１１５ａの下部にナット１１５ｂが配置され、ねじ部１１５ａの回転に応じてナット１１５ｂが相対的に上下に移動する。そのナット１１５ｂは、上記立上り部１１３に固定されている。また、上記ねじ部１１５ａを回転変位させるモータ１１６を備える。モータ１１６は、上記支持枠５の壁部上部に固定されている。モータ１１６の出力軸は、傘歯車を介して上記ねじ部１１５ａに接続している。各モータ１１６は、有線若しくは無線によって駆動制御される。

また、内枠１０５と上記支持枠５との間には、支持枠５が形成する壁面に対し、内枠１０５を上下に案内する案内装置１２０が配置されている。本実施形態では、支持枠５に対して上下に延びるレール１２０ａが設けられ、内枠１０５には、そのレール１２０ａを左右から跨架可能な断面コ字状のコ字部材１２０ｂを設けることで構成される。
また、上記台車部４のケースの上部（又は支持枠５の上部）には幅方向中央部に、ＣＣＤなどからなるカメラ１２１が搭載されている。カメラ１２１は、台車部４の前方且つ下方を撮像、つまり溶接線を撮像可能に配置されている。カメラ１２１が撮像する画像は、有線若しくは無線で表示部１２３に送られる。符号１２２は、カメラ１２１を支持するブラケットである。

なお、表示部１２３には、中央に基準となる直線１２４が引かれており、その直線１２４とカメラ１２１が撮像した溶接線とが重なるように走行を調整すれば良い。
また、コントローラ６０が、図６（ｂ）に示すように、コントローラケーブル５７を介して制御部５０と相互に必要な信号を授受可能に接続されている。そのコントローラ６０の操作盤面上に、検査開始スイッチ６４、速度バランス調整用のボリューム７０、右側トグルスイッチ６６Ｒ、左側トグルスイッチ６６Ｌ、昇降用スイッチ６７，左表示灯６２Ｌ、および右表示灯６２Ｒを備えている。

検査開始スイッチ６４がＯＮのときに、制御部５０は、２対の斜角探触子１０８，１０９を作動させて、ＴＯＦＤ法で超音波探傷を行う。すなわち検査開始スイッチ６４をオンにすると、２対の斜角探触子１０８，１０９による探触結果が取得されて、表示部１２３に表示されると共に、記憶部１２５に記録される。
昇降用スイッチ６７が上昇側に操作されることで、制御部５０は、昇降用装置のモータ１１６に探触子を上昇させる側に回転変位する信号を出力する。また、昇降用スイッチ６７が下降側に操作されることで、制御部５０は、昇降用装置のモータ１１６に探触子を下降側に回転変位する信号を出力する。

速度バランス調整用のボリューム７０にはポテンショメータを用いており、左右の車体部６Ｌ、６Ｒそれぞれのモータドライバへの電源は、このボリューム７０を介することで、各モータドライバに通電されるべき電流を振り分け可能に配線されており、電流を振り分ける度合いを操作者の操作によって調整可能になっている。
右側トグルスイッチ６６Ｒ、および左側トグルスイッチ６６Ｌは、前進・後退・中立の３つの位置にそれぞれ切換え可能なものであり、右側トグルスイッチ６６Ｒが右車体部６Ｒの走行手段９に対応し、左側トグルスイッチ６６Ｌが左車体部６Ｌの走行手段９に対応してそれぞれ配線されている。各トグルスイッチ６６Ｒ、６６Ｌは、その前進・後退・中立の位置にそれぞれ対応する信号を制御部５０に出力可能になっている。そして、左表示灯６２Ｌ、および右表示灯６２Ｒは、制御部５０からの信号に応じて、消灯、点滅ないし点灯するようになっている。

制御部５０には、以下不図示の、各部に必要な電源を供給するための電源部、上述のモータドライバおよびマイクロコンピュータが搭載されている。なお、制御部５０は、電源部から延びる電源コードを有し、その電源コードをＡＣ１００Ｖの３Ｐコンセントに差し込むことで各部に必要な電源を供給可能に配線されている。また、制御部５０には、電源の供給確認用の表示灯が設けられており、電源が供給されるとその表示灯が点灯するようになっている。

（使用例及び動作・作用）
熱風炉鉄皮の外壁面を、亀裂検査装置１が移動する面とする。また、その面のうち、溶接部及びその近傍の面が被検査面Ｓとなる。
上記外壁面に亀裂検査装置１の車輪１０を磁着させて取り付ける。このとき、昇降用スイッチ６７を上昇側に設定しておく。これによって、斜角探触子１０８，１０９を支持する内枠１０５を上方に移動させて、探触子１０８，１０９の各ウエッジ１１０が鉄皮の面と摺接することを回避する。
なお、万一の場合に生じ得る落下防止のために、上方に位置する構造物と亀裂検査装置１のワイヤーフック４８とをロープによって互いを連結して、亀裂検査装置１が落下して、人体、地上もしくは他の設備機器に激突して損傷を与えることがないように十分な配慮をする。

次いで、コントローラ６０の左右のトグルスイッチ６６Ｌ、６６Ｒを操作して、必要に応じて前進または後退させて、検査を行う溶接部の１端部に亀裂検査装置１を位置させる。このとき、カメラ１２１からの画像に基づき、表示部１２３の基準線１２４と撮像した溶接線とが一致するように亀裂検査装置１の向きを調整する。
次に、昇降用スイッチ６７を操作して、探触子１０８，１０９を支持する内枠１０５を下方に移動させて各斜角ウエッジ１１０の底板部１１０ａの外周部を被検査面Ｓに接触させる。次に接触媒質を各ウエッジ１１０の凹部１１２に連続して供給して媒質の膜を安定的に形成される状態とする。

次に、表示部１２３の画像を見ながら、表示部１２３の基準線１２４と撮像した溶接線とが一致するように調整しながら、左右のトグルスイッチ６６Ｌ、６６Ｒを操作して、亀裂検査装置１を溶接線に沿って移動させる。同期を取って、２対の斜角探触子１０８，１０９によってそれぞれ超音波探傷を行い、探傷結果を記憶部１２５に記録する。
検査している溶接部の他端まで移動したら、亀裂検査装置１の移動を停止して、接触媒質の供給、及び超音波探傷を停止する。更に、昇降スイッチを操作して内枠１０５を上昇させた後に、次の検査を行う溶接部まで亀裂検査装置１を移動させて溶接部の検査を繰り返す。
ここで、２対の斜角探触子１０８，１０９は、平面視において、溶接線に対して図１１に示す関係にある。すなわち、直角配置の探触子の組は、縦割れに対しては、その縦割れに沿った長さ分だけ探傷するため、溶接線方向に対し所要の長さの亀裂検出として検出できるが、横割れに対しては、溶接線方向に対し常に短い亀裂として検出される。

一方、斜め配置の探触子１０９の組では、縦割れであっても横割れであっても、その亀裂相当の長さの割れとして検出する。
従って、図１２のように、同じ割れに対して、２対の探触子１０８，１０９が検出した割れ長さがほぼ等しければ、縦割れと判別することが出来る。また、斜め配置の探触子１０９による割れ長さと比較して、明らかに直角配置の探触子１０８による割れ長さが短ければ、横割れと判定することが可能となる。

この判別は、記録した２つの探傷検出の情報を目視によって比較して判定しても良い。または、自動的に２つの探傷検出結果を比較して上記縦割れ及び横割れの判定を実施しても良い。
ここで、本実施形態の超音波探傷は、上述のようにＴＯＦＤ法を採用する。ＴＯＦＤ法は、図１３に示すように、表面を伝搬した縦波ａ、底面反射波ｄに対する、亀裂の上端反射波ｂ及び下端回折波ｃの時間関係から、鋼板の板厚に対する亀裂深さを判定することが出来る。

そして、縦割れと判定した場合には、例えば、縦割れの高さが鉄皮の板厚の半分以上であれば、補修が必要と判定して、そのような縦割れが発生している箇所を補修する。なお、縦割れは、裏面から被検査面Ｓに向けて割れが進行する。
また、横割れと判定した場合には、例えば横割れが被検査面Ｓ近くに来ていることを検出したときに補修が必要と判定して、そのような横割れが発生している箇所を補修する。

（本実施形態の効果）
以上のように、本実施形態によれば、１対の斜角探触子１０８を直角配置とすることで、その直角配置の探触子１０８によって、主として縦割れが検出できる。また、他の対の斜角探触子１０９を斜め配置とすることで、その斜め配置によって横割れと縦割れが検出できる。従って、２対の斜角探触子１０８，１０９の検出結果によって、検出した欠陥が、横割れと縦割れかを判別することが容易となる。
この結果、割れの種類に応じた適切な補修作業を適切な時期に行うことが出来るようになる。

車体部６Ｌ、６Ｒは、車輪１０が、ネオジム磁石によって上記被検査面Ｓに磁着且つ転動することで移動可能となっている。ネオジム磁石の磁力によって亀裂検査装置１を磁着させることで、高温下でも磁力低下を抑える事が出来て、確実に、熱を発する被検査面Ｓに沿って移動体を移動可能となる。
なお、使用する磁石として、アルニコやサマコバの適用も考えられるが、アルニコは衝撃による減磁が大きく、また、サマコバは靭性が低い。この点、ネオジム磁石は、衝撃による減磁が低く且つ靭性も高い。さらにネオジム磁石はまた高温に対する磁束密度も所要以上確保することが出来る。

また、遠隔操作とすることで、検査のために足場を組む必要もない。
また、検査に必要がない場合には、斜角探触子１０８，１０９を上方に移動させて検査面との接触を防止する。すなわち、探傷する面に移動するまでは、斜角探触子１０８，１０９を移動面から離しておくことで、斜角探触子１０８，１０９が面と接触することを回避可能となる。このことは、探傷する面に移動するまでの移動を速く出来ることに繋がる。

また、接触媒質の膜の形成するための凹部１１２の深さを適正化することで、安定した接触媒質の膜が形成される。この結果、探傷精度が安定かつ向上する。
また、車輪１０を冷却することで、熱を発している面に沿って転動しても、磁着するためのネオジム磁石１１の磁力低下を抑えることが出来る。すなわち、確実に車輪１０を吸着した状態とすることが出来る。対象とする鉄板が２５０℃となっていても、例えば３０Ｌ／ｍｉｎのエア冷却によって、車輪１０の温度を７０℃以下に抑えることができることを確認している。また、車輪の冷却は、水冷を採用しても良い。

また、本実施形態では、磁石位置を小径として円環状の溝が形成されていることで、溝に沿って噴射した冷却エアが誘導して流れる易くなる。この結果、車輪１０をより有効に冷却することが出来る。
また、カメラ１２１で溶接部を撮像することで、遠隔操作であっても溶接線に沿って走行体を移動し易くなる。
また、上記実施形態では、車輪１０自体に磁石を設けたが、車輪１０とは別に磁石を設け、その磁力による吸引で車輪を被検査面Ｓに吸着させるようにしても良い。

１亀裂検査装置
２超音波探傷センサ
４台車部
５支持枠
６Ｌ、６Ｒ車体部（走行体）
１０車輪
１１ネオジム磁石
１２車輪板
１５モータ（駆動源）
１００エアノズル
１０１エアコンプレッサ
１０５内枠
１０６，１０７センサ支持フレーム
１０８，１０９斜角探触子
１１０ウエッジ
１１０ａ底板部
１１０ｂ供給路
１１１探触子本体
１１２凹部
１１５ボールネジ（昇降装置）
１１５ａねじ部
１１５ｂナット
１１６（昇降用の）モータ（昇降装置）
１２０案内装置
１２３表示部
１２４基準線
１２５記憶部
Ｓ被検査面

Claims

磁性材料から構成され且つ熱を発している溶接構造物の溶接部を被検査面とし、その被検査面の溶接線に沿って移動しながら、上記溶接部を超音波によって非破壊探傷する溶接部の亀裂検査装置であって、
上記溶接構造物の被検査面を車輪が転動することで当該被検査面に沿って遠隔操作で移動可能な走行体と、上記走行体に支持される２対の斜角探触子と、を備え、
上記車輪は、ネオジム磁石の磁力によって上記溶接構造物の被検査面に吸着すると共に、上記走行体に搭載した駆動源によって駆動可能となっており、
上記２対の斜角探触子の配置は、被検査面と平行な平面視において、一対の斜角探触子を上記走行体の移動方向に対し直角となるように配置すると共に、他の対の斜角探触子を上記走行体の移動方向に対し直角位置から傾いた斜めとなるように配置したことを特徴とする溶接部の亀裂検査装置。
上記移動体は、当該移動体が移動する面に対し上記斜角探触子を昇降可能とする昇降装置を備えることを特徴とする請求項１に記載した溶接部の亀裂検査装置。
上記斜角探触子は、上記被検査面と対向する面に接触媒質溜まり用の凹部を有し、その凹部の深さを０．１５〜０．２５ｍｍとすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した溶接部の亀裂検査装置。
上記車輪を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した溶接部の亀裂検査装置。
上記走行体に溶接部を撮像可能なカメラを設けることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載した溶接部の亀裂検査装置。
磁性材料から構成され且つ熱を発している溶接構造物の溶接部を被検査面とし、その被検査面に対しネオジム磁石の磁力によって吸着する車輪を転動させることで、当該被検査面の溶接線に沿って移動体を遠隔操作で移動させつつ、走行体に搭載した２対の斜角探触子で、それぞれ上記溶接構造物の溶接部を超音波によって非破壊探傷し、
上記２対の斜角探触子のうち、上記被検査面と平行な平面視において、上記走行体の移動方向に対し直角となるように配置された一対の斜角探触子による探傷結果と、上記走行体の移動方向に対し直角方向から傾いた斜めとなるように配置された他の対の斜角探触子による探傷結果とを比較することで、検出した溶接部の割れが、縦割れか横割れかを判別することを特徴とする溶接部の亀裂検査方法。