JP2012112658A

JP2012112658A - 溶接部モデル作成装置、反射源位置推定装置、及び溶接部モデル作成方法

Info

Publication number: JP2012112658A
Application number: JP2010259163A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Kirihigashi; 章浩切東; Kayoko Kawada; かよ子川田; Seiichi Kawanami; 精一川浪; Tadashi Kimura; 是木村; Junichiro Nishida; 純一朗西田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-11-19
Filing date: 2010-11-19
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】超音波探傷の対象となる溶接部を含む被検査体を模擬した精度の高い溶接部モデルを作成することを目的とする。
【解決手段】情報処理装置は、少なくとも溶接部を含む被検査体を模擬した複数の溶接部モデルを記憶したＨＤＤから、予め超音波探傷が実行された被検査体に対する溶接の仕様を示す溶接条件、及び溶接された被検査体の仕様を示す被検査体条件に応じた溶接部モデルを選択し、選択した溶接部モデルと、被検査体に対して予め実行した超音波探傷で用いた探触子の仕様を示す探傷条件とに基づいて、超音波探傷を模擬した演算を実行し、予め超音波探傷で実測された被検査体の超音波探傷信号である実測探傷信号と、演算によって算出された超音波探傷信号である演算探傷信号との差が小さくなるように、溶接部モデルを修正する。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶接部モデル作成装置、反射源位置推定装置、及び溶接部モデル作成方法に関するものである。

従来、溶接部モデルを作成するためには、モデル作成対象と同様に溶接施行された溶接部のマクロ組織を採取し、モデルを作成する必要がある。そして、該溶接部モデルを用いたシミュレーションにより、超音波信号の反射源位置を特定する等の、被検査体に対する検証を行う。

この一例として、特許文献１には、あらかじめコンピュータシミュレーションにより、物体内部に入射した波動の、物体内部の反射源での反射波の周波数特徴量を抽出し、その周波数特徴量と反射源の形状（形、大きさ、方向、分布など）と入射波動条件の対応をデータベース内に情報として蓄積しておき、その後、実際に調査対象物体内部へ入射した波動の、物体内部の反射源での反射波の周波数特徴量を抽出した後、その周波数特徴量をデータベースに蓄えられている周波数特徴量と入射波動条件を考慮しながら比較し一致する周波数特徴量を持つ反射源形状をさがす技術が記載されている。しかしながら、特許文献１では、溶接部のモデル作成は実施されていない。

また、溶接部モデルの作成においては、前述のとおり被検査体に対する溶接の施工条件に基づいて、例えば溶接後の被検査体の断面像等から、被検査体の代表的なマクロ組織（結晶方位や形状）を特定し、特定したマクロ組織を模擬していた。なお、施工条件とは、溶接条件や被検査体条件であり、溶接条件とは、被検査体に対する溶接方法、盛り方、入熱量、及び溶接パス数等であり、被検査体条件とは、被検査体の形状、寸法、被検査体の材質、及び開先形状等である。

特開平５−２９００１９号公報

しかしながら、被検査体の溶接部の結晶方位や形状は、溶接条件や被検査体条件によって変化する。このため、代表的なマクロ組織の情報だけから、溶接部の形状や結晶方位を特定し、被検査体を溶接部モデル化することが困難であり、該溶接部モデルを用いた信頼性の高いシミュレーションの結果が得られない場合があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、超音波探傷の対象となる溶接部を含む被検査体を模擬した精度の高い溶接部モデルを作成できる溶接部モデル作成装置、反射源位置推定装置、及び溶接部モデル作成方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の溶接部モデル作成装置、反射源位置推定装置、及び溶接部モデル作成方法は以下の手段を採用する。

すなわち、本発明に係る溶接部モデル作成装置は、少なくとも溶接部を含む被検査体を模擬した複数の溶接部モデルを記憶した記憶手段と、予め超音波探傷が実行された被検査体に対する溶接の仕様を示す溶接条件、及び溶接された被検査体の仕様を示す被検査体条件に応じた、前記溶接部モデルを前記記憶手段から選択する選択手段と、前記選択手段で選択された前記溶接部モデルと、被検査体に対して予め実行した超音波探傷で用いた探触子の仕様を示す探傷条件とに基づいて、超音波探傷を模擬した演算を実行する演算手段と、予め超音波探傷で実測された前記被検査体の超音波探傷信号である実測探傷信号と、前記演算手段による演算によって算出された超音波探傷信号である演算探傷信号との差が小さくなるように、前記溶接部モデルを修正する修正手段と、を備える。

本発明によれば、溶接部モデル作成装置は、少なくとも溶接部を含む被検査体を模擬した複数の溶接部モデルを記憶した記憶手段を備える。
そして、選択手段によって、予め超音波探傷が実行された被検査体に対する溶接の仕様を示す溶接条件、及び溶接された被検査体の仕様を示す被検査体条件に応じた、溶接部モデルが、記憶手段から選択される。また、演算手段によって、上記選択された溶接部モデルと、被検査体に対して予め実行した超音波探傷で用いた探触子の仕様を示す探傷条件とに基づいて、超音波探傷を模擬した演算が実行される。
なお、溶接条件とは、被検査体に対する溶接方法（例えば、ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接等）、盛り方（手盛り、自動盛り）、入熱量（例えば、電流量）、及び溶接パス数等である。また、被検査体条件とは、被検査体の形状、被検査体の肉厚、被検査体の材質（例えば、ＳＵＳ、炭素鋼、及びインコネル等）、及び開先形状等である。探傷条件とは、探触子の形状、被検査体における探触子の位置（超音波の送信位置）、探触子から発生させられる超音波の周波数、ビーム路程、屈折角等である。

その後、修正手段によって、予め超音波探傷で実測された被検査体の超音波探傷信号である実測探傷信号と、演算手段による演算によって算出された超音波探傷信号である演算探傷信号との差が小さくなるように、溶接部モデルが修正される。なお、この修正は、実測探傷信号と該演算探傷信号との差が予め定められた所定差となるまで繰り返される。

このように、本発明は、実行された溶接の仕様を示す溶接条件及び溶接された被検査体の仕様を示す被検査体条件に応じた溶接部モデルを選択し、実測探傷信号（例えば、Ｖ型反射法で実測された被検査体の超音波探傷信号である実測探傷信号）と演算探傷信号との差が小さくなるように、選択した溶接部モデルを修正するので、超音波探傷の対象となる溶接部を含む被検査体を模擬した精度の高い溶接部モデルを作成できる。

また、本発明の溶接部モデル作成装置は、前記修正手段が、前記溶接部モデルにおける前記被検査体の溶接部の縦断面方向に複数に分割した領域毎に、結晶方位を修正することによって、前記溶接部モデルを修正してもよい。

本発明によれば、より精度の高い溶接部モデルを作成できる。

また、本発明の溶接部モデル作成装置は、前記修正手段が、溶接部における結晶方位の変化は連続的であり、溶金中央に近づくほど結晶方位が垂直方向となる関係を示す式を用いて、前記領域毎に結晶方位を修正してもよい。

本発明によれば、より精度の高い溶接部モデルを簡易に作成できる。

また、本発明の溶接部モデル作成装置は、前記修正手段が、音速と結晶方位との関係に基づいて、前記領域毎に結晶方位を修正することによって、前記溶接部モデルを修正してもよい。

また、本発明の溶接部モデル作成装置は、前記修正手段が、前記溶接部モデルにおける前記溶接部の裏波ビートの形状を修正することによって、前記溶接部モデルを修正してもよい。

一方、本発明に係る反射源位置推定装置は、上記記載の溶接部モデル作成装置によって作成された溶接部モデルを用いて、被検査体へ送信した超音波の反射位置を推定する。

本発明によれば、上記記載の溶接部モデル作成装置によって作成された溶接部モデルを用いて、被検査体へ送信した超音波の反射位置を推定するので、本発明は、より正確に超音波の反射源位置を推定できる。

一方、本発明に係る溶接部モデル作成方法は、少なくとも溶接部を含む被検査体を模擬した複数の溶接部モデルを記憶した記憶手段から、予め超音波探傷が実行された被検査体に対する溶接の仕様を示す溶接条件、及び溶接された被検査体の仕様を示す被検査体条件に応じた、前記溶接部モデルを選択する第１工程と、選択された前記溶接部モデルと、被検査体に対して予め実行した超音波探傷で用いた探触子の仕様を示す探傷条件とに基づいて、超音波探傷を模擬した演算を実行する第２工程と、予め超音波探傷で実測された前記被検査体の超音波探傷信号である実測探傷信号と、演算によって算出された超音波探傷信号である演算探傷信号とに基づいて、該実測探傷信号と該演算探傷信号との差が小さくなるように、前記溶接部モデルを修正する第３工程と、を含む。

本発明によれば、実行された溶接の仕様を示す溶接条件及び溶接された被検査体の仕様を示す被検査体条件に応じた溶接部モデルが選択し、実測探傷信号と演算探傷信号との差が小さくなるように、選択した溶接部モデルを修正するので、本発明は、超音波探傷の対象となる溶接部を含む被検査体を模擬した精度の高い溶接部モデルを作成できる。

本発明によれば、超音波探傷の対象となる溶接部を含む被検査体を模擬した精度の高い溶接部モデルを作成できる、という優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る溶接部モデル作成装置の電気的構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る溶接部モデルの外略図である。本発明の実施形態に係る溶接部モデル作成プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る溶接部選択プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る超音波探傷シミュレーションプログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る溶接部モデル評価修正プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る溶接部透過信号測定装置の構成図である。本発明の実施形態に係る裏波形状測定装置の構成図である。本発明の実施形態に係る結晶方位計算式の説明に要する図である。本発明の実施形態に係る結晶方位計算式のモデル図である。本発明の実施形態に係る反射源位置推定装置の電気的構成を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る反射源位置推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る反射源位置推定処理によって算出されたシミュレーション結果の一例を示す図である。

図１は、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０の電気的構成を示すブロック図である。
なお、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０は、配管や板材等である被検査体の溶接部を超音波探傷で実測し、実測した結果である超音波探傷信号に基づいて、少なくとも溶接部を含む該被検査体の模擬した溶接部モデルを作成するための情報処理装置である。

そして、図１に示すように、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０は、溶接部モデル作成装置１０全体の動作を司るＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１２、各種プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）１４、ＣＰＵ１２による各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１６、各種プログラム及び各種情報を記憶する記憶手段としてのＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）１８を備えている。

さらに、溶接部モデル作成装置１０は、キーボード及びマウス等から構成され、各種操作の入力を受け付ける操作入力部２０、各種画像を表示する、例えば液晶ディスプレイ装置等の画像表示部２２、通信回線２４を介して他の情報処理装置等と接続され、他の情報処理装置等との間で各種情報の送受信を行う外部インタフェース２６を備えている。
なお、通信回線２４は、電気事業者によって提供される広域通信回線又はＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）等の構内通信網等であり、有線回線又は無線回線の何れであってもよい。

これらＣＰＵ１２、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１６、ＨＤＤ１８、操作入力部２０、画像表示部２２、及び外部インタフェース２６は、システムバス２８を介して相互に電気的に接続されている。従って、ＣＰＵ１２は、ＲＯＭ１４、ＲＡＭ１６、及びＨＤＤ１８へのアクセス、操作入力部２０に対する操作状態の把握、画像表示部２２に対する画像の表示、及び外部インタフェース２６を介した他の情報処理装置等との各種情報の送受信等を各々行なうことができる。

本実施形態に係るＨＤＤ１８は、溶接部モデルデータベースを記憶している。溶接部モデルデータベースは、被検査体に対する種々の溶接条件及び溶接される種々の被検査体被検査体条件と、被検査体の溶接部の構造を模擬した種々の溶接部モデルとを関連付けたデータベースである。なお、溶接条件とは、被検査体に対する溶接方法（例えば、ＴＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接等）、盛り方（手盛り、自動盛り）、入熱量（例えば、電流量）、及び溶接パス数等である。また、被検査体条件とは、被検査体の形状、被検査体の肉厚、被検査体の材質（例えば、ＳＵＳ、炭素鋼、及びインコネル等）、及び開先形状等である。
なお、以下の説明において、溶接条件及び被検査体条件を総称して施行条件という。
また、本実施形態では、被検査体を一例として配管とし、以下の説明において、被検査体条件を配管条件という。

本実施形態に係る溶接部モデルは、図２に示すように、溶接部の形状を示すと共に、溶接部を複数の領域に分割し、該領域毎に結晶モデルが作成されている。結晶モデルは、各領域における結晶の構造がモデル化されていると共に、結晶成長の方向（以下、「結晶方位」という。）が属性として付加されている。
具体的には、溶接部モデルは、縦断面方向（厚さ方向）に複数の領域に分割され、各領域は、溶金中央に近づくほどその結晶方位が垂直方向（０°、厚さ方向と同じ方向）となる。図２の例では、溶接部モデルは、溶金中央に対して左右対称となっており片側５つの領域（領域Ａ〜Ｅ、領域Ａ’〜Ｅ’）に分割され、溶金中央に最も近い領域から、結晶方位が０°（領域Ａ，Ａ’）、１５°（領域Ｂ，Ｂ’）、３０°（領域Ｃ，Ｃ’）、４５°（領域Ｄ，Ｄ’）、６０°（領域Ｅ，Ｅ’）とされている。
なお、図２に示される溶接部モデルの例は、片側溶接によって溶接され、溶接面に対して裏側の面の裏波ビードが形成された配管のモデルである。

本実施形態に係るＣＰＵ１２は、溶接部モデル作成処理を実行する。
なお、本実施形態では、ＣＰＵ１２によって、溶接部モデル作成処理が実行されるよりも前に、予め被検査体が超音波探傷によって実測され、実測により得られた超音波信号（以下、「実測探傷信号」という。）が取得され、ＨＤＤ１８の所定領域である実測探傷信号記憶領域に記憶されている。

図３は、溶接部モデル作成処理を行う場合に、ＣＰＵ１２によって実行される溶接部モデル作成プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該溶接部モデル作成プログラムはＨＤＤ１８の所定領域に予め記憶されている。

次のステップ１００では、溶接部モデル選択処理を実行する。
溶接部モデル選択処理は、ＨＤＤ１８に記憶されている溶接部モデルデータベースから、溶接条件及び配管条件に対応付けられた溶接部モデルを選択する。
なお、溶接部モデル選択処理の詳細については、後述する。

次のステップ１０２では、超音波探傷シミュレーション処理を実行する。
超音波探傷シミュレーション処理は、ステップ１００で選択した溶接部モデル又は後述するステップ１０４で修正された溶接部モデルと、被検査体に対して予め実行した超音波探傷で用いた探触子の仕様を示す探傷条件とに基づいて、超音波探傷を模擬した演算（シミュレーション）を実行し、シミュレーションにより算出された超音波探傷信号（以下、「演算探傷信号」という。）を出力する。
探傷条件とは、実際の超音波探傷に用いられた超音波を発生させる探触子の仕様であり、具体的には、探触子の形状、被検査体における探触子の位置（超音波の送信位置）、探触子から発生させられる超音波の周波数、ビーム路程、屈折角等である。
なお、超音波探傷シミュレーション処理の詳細については、後述する。

次のステップ１０４では、溶接部モデル評価修正処理を実行する。
溶接部モデル評価修正処理は、予め超音波探傷で実測された被検査体の超音波探傷信号である実測探傷信号と、ステップ１０２によって算出された超音波探傷信号である演算探傷信号との差が小さくなるように、溶接部モデルを修正する。すなわち、この修正によって、超音波探傷の対象となる溶接部を含む被検査体を模擬した精度の高い溶接部モデルが作成される。なお、ステップ１０４では、実測探傷信号と演算探傷信号との差が所定差内である場合は、溶接部モデルの修正は行わない。
なお、溶接部モデル評価修正処理の詳細については、後述する。

次のステップ１０６では、ステップ１０４で溶接部モデルが修正された否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ１０２へ戻り、否定判定の場合は、本プログラムを終了する。
ステップ１０６からステップ１０２に戻った場合は、ステップ１０２において、修正された溶接部モデルと、予め超音波探傷が実行された被検査体に対する該超音波探傷の仕様と同様の仕様を示す探傷条件に基づいて、超音波探傷を模擬したシミュレーションを実行する。

図４は、上述した溶接部モデル選択処理を行う場合に、ＣＰＵ１２によって実行される溶接部モデル選択プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該溶接部モデル選択プログラムはＨＤＤ１８の所定領域に予め記憶されている。

まず、ステップ２００では、操作入力部２０を介して施行条件である溶接条件及び配管条件の入力を受け付ける。

次のステップ２０２では、ステップ２００で受け付けた施行条件とＨＤＤ１８に記憶されている溶接部モデルデータベースとを照合し、該施行条件に応じた溶接部モデルを選択する。
具体的には、ステップ２０２では、例えば、配管条件により特定された配管の材質、配管の形状、配管の肉厚、開先形状の順番で、さらに溶接条件により特定された溶接方法、盛り方、入熱量、溶接パス数の順番で、溶接部モデルデータベースと照合し、より後順まで一致する溶接部モデルを選択する。

次のステップ２０４では、ステップ２０２で選択した溶接部モデルをＨＤＤ１８の所定領域（溶接部モデル記憶領域）に記憶させる出力処理を行い、本プログラムを終了する。

図５は、上述した超音波探傷シミュレーション処理を行う場合に、ＣＰＵ１２によって実行される超音波探傷シミュレーションプログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該超音波探傷シミュレーションプログラムはＨＤＤ１８の所定領域に予め記憶されている。

まず、ステップ３００では、操作入力部２０を介して探傷条件の入力を受け付ける。

次のステップ３０２では、ＨＤＤ１８の溶接部モデル記憶領域に記憶されている溶接部モデルを読み出す。

次のステップ３０４では、ステップ３００で入力された探触条件と、ステップ３０２で読み出した溶接部モデルとに基づいて、超音波探傷を模擬したシミュレーションを実行し、演算探傷信号を算出する。超音波探傷を模擬したシミュレーションとしては、例えば、有限要素法又は解析回の重ね合わせ手法等を用いた既存の超音波シミュレーションソフトウェアが用いられる。

次のステップ３０６では、ステップ３０４により算出された演算探傷信号を、ＨＤＤ１８の所定領域である演算探傷信号記憶領域に記憶させる出力処理を行い、本プログラムを終了する。

図６は、上述した溶接部モデル評価修正処理を行う場合に、ＣＰＵ１２によって実行される溶接部モデル評価修正プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該溶接部モデル評価修正プログラムはＨＤＤ１８の所定領域に予め記憶されている。

まず、ステップ４００では、ＨＤＤ１８の演算探傷信号記憶領域に記憶されている演算探傷信号、及びＨＤＤ１８の実測探傷信号記憶領域に記憶されている実測探傷信号を読み出す。

次のステップ４０２では、ステップ４００で読み出した実測探傷信号に含まれる裏波信号から求められるビーム路程と、ステップ４００で読み出した演算探傷信号に含まれる裏波信号から求められるビーム路程とを比較する。
裏波信号とは、被検査体へ送信した超音波が裏波ビードで反射した信号である。ステップ４０２では、実測裏波信号から求められるビーム路程と演算裏波信号から求められるビーム路程とを比較することによって、溶接部モデルの裏波ビートの形状（以下、「裏波形状」という。）と被検査体の裏波形状との差異を求める。

次のステップ４０４では、実測探傷信号に含まれる裏波信号から求められるビーム路程と演算探傷信号に含まれる裏波信号から求められるビーム路程との差が所定差（一例として±１ｍｍ）以内であるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ４０６へ移行し、否定判定の場合は、ステップ４１２へ移行する。

ステップ４０６では、実測した溶接部透過信号のビーム路程と演算探傷信号における溶接部透過信号のビーム路程とを比較する。
溶接部透過信号とは、図７に示すように、被検査体５０の表面において、超音波を送信する送信部５２と反射した超音波を受信する受信部５４とを異なる位置に配置するＶ型反射法（複数の屈折角を有する超音波探傷）を用いて得られた信号である。すなわち、溶接部透過信号は、送信部５２から被検査体へ送信された超音波が、溶接部を透過した後に受信部５４で受信された信号であり、溶接部の結晶方位の影響がより反映された信号である。
なお、実測した溶接部透過信号は、Ｖ型反射法により予め取得され、実測探傷信号の一つとしてＨＤＤ１８の実測探傷信号記憶領域に予め記憶されているものとする。また、演算した溶接部透過信号は、溶接部透過信号の実測と同様の探傷条件でシミュレーションされて算出された演算探傷信号としてＨＤＤ１８の溶接探傷信号記憶領域に予め記憶されているものとする。

次のステップ４０８では、実測した溶接部透過信号から求められるビーム路程と演算した実測透過信号から求められるビーム路程との差が所定差（例えば、±１ｍｍ）以内であるか否かを判定し、肯定判定の場合は、ステップ４１０へ移行し、否定判定の場合は、ステップ４１４へ移行する。

ステップ４１０では、溶接部モデルの作成が完了したことを、例えば画像表示部２２を介して溶接部モデルの修正を施すオペレータへ報知し、本プログラムを終了する。

一方、ステップ４０４において否定判定の場合に移行するステップ４１２では、実測探傷信号から求められるビーム路程と演算探傷信号から求められるビーム路程との差が上記所定差以内になるように、すなわち、実測探傷信号と演算探傷信号との差が小さくなるように、溶接部モデルにおける裏波形状を修正する。
具体的には、ステップ４０４では、裏波形状の幅や高さ等を修正し、その後ステップ４１４へ移行する。

この場合、図８に示す裏波形状測定装置６０によって裏波形状を実測した結果を用いて、溶接部モデルの裏波形状が修正されてもよい。
裏波形状測定装置６０は、探触子６２と被検査体５０との間に柔軟性を有するフレキシブル素材６４を配置することで、裏波ビートに対して超音波を垂直に送信し、裏波ビートによって反射した超音波を受信する。このような、裏波形状測定装置６０で受信された超音波信号は、溶接部の結晶方位の異方性の影響が小さく、正確な裏波形状を測定することができる。

また、ステップ４０８において否定判定の場合に移行するステップ４１４では、溶接部モデルにおいて、複数に分割された溶接部の各領域毎の結晶モデルの結晶方位を修正する結晶方位修正処理を実行し、ステップ４１６へ移行する。

ステップ４１６では、修正した溶接部モデルを、ＨＤＤ１８の溶接部モデル記憶領域に更新して記憶させる出力処理を実施し、本プログラムを終了する。

次に、ステップ４１４で行われる結晶方位修正処理について詳細に説明する。

一般的な考え方として、溶接部における結晶方位の変化は、ある程度連続的であり、溶金中央に近づくほど結晶方位は垂直方向となる（図２も参照）。
この考え方を用いて、下記（１）式及び（２）式により、結晶方位を決定するモデル式が提案されており、多数の文献で引用及び適用されている。

図９は、（１）式、（２）式の説明に要する図である。
図９において、下辺が上辺よりも短い台形の領域が溶接部を示す。そして、横方向の軸がｙ軸であり、縦方向の軸がｚ軸であり、ｚ＝０が溶金中央である。なお、（１）式がｙ＞０の場合を示し、（２）式がｙ＜０の場合を示す。
Ｄ_１，Ｄ_２は、ｚ軸（ｚ＝０）を中心とした裏波ビート側における溶接部の長さであり、α_１，α_２は、開先角度である。すなわち、開先形状は、長さＤ_１，Ｄ_２及び角度α_１，α_２によって特定される。また、Ｔ_１，Ｔ_２は、開先における結晶粒の軸方向の正接（ｔａｎｇｅｎｔ）に比例する値である。さらに、ηは、０以上１以下の範囲における変数である。
そして、Ｆ_１（ｙ，ｚ）は、ｙｚ座標の各位置における結晶方位に関係する値であり、値Ｆ_１（ｙ，ｚ）を求めることによって、各溶接部における結晶方位を求めることができる。
なお、（１）式及び（２）式の詳細については、「Ｊ．Ａ．Ｏｇｉｌｖｙ、「Ｃｏｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｙｔｒａｃｉｎｇｉｎａｕｓｔｅｎｉｔｉｃｓｔｅｅｌ」、ＮＤＴＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ．ＶｏＬ１８．Ｎｏ２．ＡＰＲＩＬ１９８５」に記載されている。

図１０は、溶接部モデルにおいて溶接部の分割した領域毎に、（１）式及び（２）式に基づいて算出された結晶方位の一例である。
以下の説明において、（１）式及び（２）式を総称して方位推定式という。

そして、結晶方位修正処理は、溶接部モデルにおける溶接部の最も溶金中央から離れた領域（開先境界に接する領域であり、図２の例では、領域Ｅ，Ｅ’）における結晶モデルの結晶方位を修正する。この修正（開先境界の方位修正）は、例えば、溶接部モデルの修正を施すオペレータが、操作入力部２０を介して該当領域における結晶モデルの結晶方位の角度を直接入力することによって行われる。
具体的には、開先境界の初期値の方向（０度とする。）に対して離れる方向（プラス方向又はマイナス方向）に変化させる。

一方、その他の領域の結晶モデルの結晶方位は、方位推定式を用いて修正する。この修正は、溶接部モデルの修正を施すオペレータが、例えば、操作入力部２０を介して、値Ｆ_１（ｙ，ｚ）を算出するために要する値を入力することによって行われる。なお、入力できる値は、結晶位置（ｙ，ｚ）並びに、長さＤ_１，Ｄ_２、角度α_１，α_２、及び値Ｔ_１，Ｔ_２，ηであるが、長さＤ_１，Ｄ_２及び角度α_１，α_２は、ステップ４１２を実行する以前に溶接部モデルの裏波形状が確定しているため、修正する対象とはならない。そのため、オペレータは、値Ｔ_１，Ｔ_２，ηを結晶位置（ｙ，ｚ）に応じて入力することによって、結晶方位を修正する。

また、開先境界の方位修正及び方位推定式を用いた修正共に、修正によって溶接部透過信号のビーム路程の差が小さくなる場合、オペレータは、後の修正においても、前回の修正と同じ方向に結晶方位を修正すればよい。しかし、修正によって溶接部透過信号のビーム路程の差が大きくなる場合、オペレータは、後の修正において、前回の修正と異なる方向に結晶方位を修正する。

なお、開先境界に接する領域から結晶方位を修正する理由は、開先境界に接する領域の結晶方位が、他の領域の結晶方位の基準となり、オペレータが結晶方位の修正量を直感的に判断し易いためである。一方、その他の領域の結晶方位を方位推定式を用いて修正する理由は、開先境界に接する領域の結晶方位を基準として、より細かく結晶方位を修正するためである。

次に、反射源位置推定装置について説明する。
反射源位置推定装置は、溶接部モデル作成装置１０によって作成された溶接部モデルを用いて、被検査体へ送信した超音波の反射位置を推定する反射位置推定処理を実行する。すなわち、反射源位置推定処理は、被検査体の溶接部の逆解析を行うための処理である。

図１１は、本実施形態に係る反射源位置推定装置７０の電気的構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る反射源位置推定装置７０は、反射源位置推定装置７０全体の動作を司るＣＰＵ７２、各種プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ７４、ＣＰＵ７２による各種プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ７６、各種プログラム及び各種情報を記憶する記憶手段としてのＨＤＤ７８を備えている。

さらに、反射源位置推定装置７０は、キーボード及びマウス等から構成され、各種操作の入力を受け付ける操作入力部８０、各種画像を表示する、例えば液晶ディスプレイ装置等の画像表示部８２、通信回線８４を介して溶接部モデル作成装置１０や他の情報処理装置等と接続され、溶接部モデル作成装置１０や他の情報処理装置等との間で各種情報の送受信を行う外部インタフェース８６を備えている。

これらＣＰＵ７２、ＲＯＭ７４、ＲＡＭ７６、ＨＤＤ７８、操作入力部８０、画像表示部８２、及び外部インタフェース８６は、システムバス８８を介して相互に電気的に接続されている。従って、ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７４、ＲＡＭ７６、及びＨＤＤ７８へのアクセス、操作入力部８０に対する操作状態の把握、画像表示部８２に対する画像の表示、及び外部インタフェース８６を介した溶接部モデル作成装置１０や他の情報処理装置等との各種情報の送受信等を各々行なうことができる。

そして、反射源位置推定装置７０は、外部インタフェース８６を介して溶接部モデル作成装置１０から、作成された溶接部モデル及び探傷条件を受信し、ＨＤＤ７８の所定領域である溶接部モデル記憶領域に溶接部モデルを記憶し、探傷条件記憶領域に探傷条件を記憶する。

図１２は、反射源位置推定処理を行う場合に、ＣＰＵ７２によって実行される反射源位置推定プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、該反射源位置推定プログラムはＨＤＤ７８の所定領域に予め記憶されている。

まず、ステップ５００では、ＨＤＤ７８の溶接部モデル記憶領域から溶接部モデルを読み出す。

次のステップ５０２では、ＨＤＤ７８の探傷条件記憶領域から探傷条件を読み出す。

次のステップ５０４では、ステップ５００で読み出した溶接部モデルとステップ５０２で読み出した探傷条件に基づいて、被検査体に対する超音波探傷を模擬したシミュレーションを行う。
なお、超音波探傷を模擬したシミュレーションは、有限要素法又は解析回の重ね合わせ手法等を用い、被検査体へ送信した超音波の軌跡をトレースできる機能を有した既存の超音波シミュレーションソフトウェアを用いて行われる。

次のステップ５０６では、ステップ５０４で行ったシミュレーションによる超音波のトレース結果を画像表示部８８又は外部インタフェースを介して印刷装置に出力し、本プログラムを終了する。
図１３は、トレース結果の一例であり、出力される結果には、超音波の軌跡と共に、反射源位置が示される。

以上説明したように、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０は、複数の溶接部モデルを記憶したＨＤＤ１８を備え、溶接条件及び配管条件に応じた溶接部モデルをＨＤＤ１８から選択し、選択した溶接部モデルと探傷条件とに基づいて、超音波探傷を模擬したシミュレーションを実行する。そして、溶接部モデル作成装置１０は、実測探傷信号と該演算探傷信号との差が予め定められた所定差となるまで繰り返し溶接部モデルを修正する。
このため、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０は、超音波探傷の対象となる溶接部を含む被検査体を模擬した精度の高い溶接部モデルを作成できる。

また、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０は、溶接部モデルにおける被検査体の溶接部の縦断面方向に複数に分割した領域毎に、結晶方位を修正することで溶接部モデルを修正するので、より精度の高い溶接部モデルを作成できる。

また、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０は、溶接部における結晶方位の変化は連続的であり、溶金中央に近づくほど結晶方位が垂直方向となる関係を示す方位推定式を用いて、溶接部モデルにおける溶接部を分割した領域毎に結晶方位を修正するので、より精度の高い溶接部モデルを簡易に作成できる。

また、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０は、音速と結晶方位との関係に基づいて、溶接部モデルにおける溶接部を分割した領域毎に結晶方位を修正するので、より精度の高い溶接部モデルを簡易に作成できる。

また、本実施形態に係る溶接部モデル作成装置１０は、溶接部モデルにおける溶接部の裏波ビートの形状を修正するので、より精度の高い溶接部モデルを簡易に作成できる。

また、本実施形態に係る反射源位置推定装置７０は、溶接部モデル作成装置１０によって作成された溶接部モデルを用いて、被検査体へ送信した超音波の反射位置を推定するので、より正確に超音波の反射源位置を推定できる。

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、溶接部モデル選択処理、超音波探傷シミュレーション処理、及び溶接部モデル評価修正処理を全て溶接部モデル作成装置１０で実行する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、溶接部モデル選択処理、超音波探傷シミュレーション処理、及び溶接部モデル評価修正処理を各異なる情報処理装置で実行する形態、又は何れか２つの処理を同一の情報処理装置で実行し、残りの処理を他の情報処理装置で実行する形態としてもよい。この形態の場合、各々の情報所為装置は、例えば、通信回線で接続されており、生成した各種データの送受信が可能とされる。

また、上記実施形態では、溶接部モデル作成装置１０と反射源位置推定装置７０とを異なる情報処理装置とする形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、溶接部モデル作成装置１０と反射源位置推定装置７０が有する機能を一つの情報処理装置で実現させる形態としてもよい。

また、上記実施形態では、結晶モデル修正処理において、溶接部を分割した各領域の結晶方位を修正する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各領域の結晶方位を修正するだけでなく、領域の大きさ、分割数等も修正する形態としてもよい。

また、上記実施形態では、結晶モデル修正処理において、開先境界の方位修正及び方位推定式を用いて結晶方位を修正する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、方位推定式のみを用いて結晶方位を修正してもよい。

１０溶接部モデル作成装置
１２ＣＰＵ
１８ＨＤＤ
５０被検査体
６２探触子
７０反射源位置推定装置
７２ＣＰＵ
７８ＨＤＤ

Claims

少なくとも溶接部を含む被検査体を模擬した複数の溶接部モデルを記憶した記憶手段と、
予め超音波探傷が実行された被検査体に対する溶接の仕様を示す溶接条件、及び溶接された被検査体の仕様を示す被検査体条件に応じた、前記溶接部モデルを前記記憶手段から選択する選択手段と、
前記選択手段で選択された前記溶接部モデルと、被検査体に対して予め実行した超音波探傷で用いた探触子の仕様を示す探傷条件とに基づいて、超音波探傷を模擬した演算を実行する演算手段と、
予め超音波探傷で実測された前記被検査体の超音波探傷信号である実測探傷信号と、前記演算手段による演算によって算出された超音波探傷信号である演算探傷信号との差が小さくなるように、前記溶接部モデルを修正する修正手段と、
を備えた溶接部モデル作成装置。
前記修正手段は、前記溶接部モデルにおける前記被検査体の溶接部の縦断面方向に複数に分割した領域毎に、結晶方位を修正することによって、前記溶接部モデルを修正する請求項１記載の溶接部モデル作成装置。
前記修正手段は、溶接部における結晶方位の変化は連続的であり、溶金中央に近づくほど結晶方位が垂直方向となる関係を示す式を用いて、前記領域毎に結晶方位を修正する請求項２記載の溶接部モデル作成装置。
前記修正手段は、音速と結晶方位との関係に基づいて、前記領域毎に結晶方位を修正することによって、前記溶接部モデルを修正する請求項２又は請求項３記載の溶接部モデル作成装置。
前記修正手段は、前記溶接部モデルにおける前記溶接部の裏波ビートの形状を修正することによって、前記溶接部モデルを修正する請求項１から請求項４の何れか１項記載の溶接部モデル作成装置。
請求項１から請求項５の何れか１項記載の溶接部モデル作成装置によって作成された溶接部モデルを用いて、被検査体へ送信した超音波の反射位置を推定する反射源位置推定装置。
少なくとも溶接部を含む被検査体を模擬した複数の溶接部モデルを記憶した記憶手段から、予め超音波探傷が実行された被検査体に対する溶接の仕様を示す溶接条件、及び溶接された被検査体の仕様を示す被検査体条件に応じた、前記溶接部モデルを選択する第１工程と、
選択された前記溶接部モデルと、被検査体に対して予め実行した超音波探傷で用いた探触子の仕様を示す探傷条件とに基づいて、超音波探傷を模擬した演算を実行する第２工程と、
予め超音波探傷で実測された前記被検査体の超音波探傷信号である実測探傷信号と、演算によって算出された超音波探傷信号である演算探傷信号とに基づいて、該実測探傷信号と該演算探傷信号との差が小さくなるように、前記溶接部モデルを修正する第３工程と、
を含む溶接部モデル作成方法。