JP2013185969A - 溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便に指示部を抽出し、抽出した指示部のエコーを識別できる溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置を提供する。
【解決手段】溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、検出対象部を透過する超音波信号を検出するステップと、最も伝播経路の短い検出信号の検出レベルに応じて検出レベルを調整するステップと、調整したレベルで検出した信号の波形から、波数の増加を判別するステップとを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、検査対象物の溶接部における欠陥を検出する溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置に関する。

溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置の一例が特許文献１に記載されている。特許文献１の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、垂直センサ信号の補正断面Ｃスコープ表示により、微細な信号である母材と付着物との境界面からのエコーを検出し、母材と付着物との境界面の位置を精度よく特定する。また、特許文献１の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、内表面検出装置において、多数の観測点での時系列信号により求めた内表面位置を平滑化することにより内表面位置を特定する。そして、特許文献１の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、垂直センサ信号により求めた母材と付着物との境界面位置を斜角センサ信号での位置に換算する。更に、特許文献１の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、精度良く求めた斜角センサ信号での境界面位置と、評価対象エコーの位置との関係により、評価対象エコーが母材の傷からのエコーか、付着物による疑似エコーかを特定する。

溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置の他例が特許文献２に記載されている。特許文献２の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、正規化透過量の周波数パターンを、特定の周波数における正規化透過量を基準とする。また、特許文献２の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、正規化透過量を、更に正規化した透過量パターンとし、予め深さの異なる種々の表面傷を用いて、透過量パターンを求めて基準パターンとして記憶しておく。そして、特許文献２の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、探傷の際には透過量パターンと記憶された基準パターンとのパターンマッチングを行い、最も一致率の高い基準パターンに対応する表面傷の種類と深さを検出値とする。

特許第３３２７８７０号公報 特許第３８１１９３６号公報

通常、原子力発電所等では、その安全性や信頼性を確保するために定期的に検査を行っており、配管や圧力容器の検査には、主として超音波を使った溶接欠陥検出方法である非破壊検査方法（ＵＴ：Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ）がある。非破壊検査方法は、材料の内部検査が可能であり、多くの箇所に適用されているが、検査面側が平滑ではない複雑な形状を有している部位では、ＵＴプローブの倣い性が悪いといった問題点がある。また、近年、原子力発電所等における非破壊検査方法は、運転を開始してからの高経年化が叫ばれており、健全性を確保するニーズが高まっている。そのため、非破壊検査方法による欠陥の定量化ニーズは高まりを見せており、精度の高い非破壊検査方法が望まれている。

ところで、溶接欠陥検出方法として、図１４および図１５に示す提案がある。このような透過法による探傷は、検査対象物１０１上のＵＴプローブ１０２（センサ）から、検出対象部である溶接部１０３に超音波信号を透過させてエコー高さを検出する。そして、このような透過法による探傷は、検出したエコー高さが設定したしきい値以下に下がった場合に指示として検出することにより、指示が欠陥部１０４であるか、健全部１０５であるかを判定する。ところが、図１６に示すように、このような透過法による探傷は、ＵＴプローブ１０２の設置面１０６の表面凹凸１０７の影響により、透過エコーのビーム方向Ａ１００に変動を生ずることがある。そのため、このような透過法による探傷は、健全部であってもエコー高さを低下したものとして検出する場合がある。従って、このような透過法による探傷は、ＵＴプローブ１０２からのビームの伝播方向や超音波の入射効率に変動を生ずることにより、透過エコーが低下（変動）し、欠陥によるエコー低下と識別が困難となる場合がある。

一方、特許文献１の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、傷エコーと疑似エコーとを精度良く識別することができるものの、伝熱管外表面側のノイズ識別方法であるために、欠陥エコーと表面形状に伴うエコー低下との識別ができない。

他方、特許文献２の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、被検査対象に音響的に不均一な部分があったり、表面波の発生効率や伝播効率が変動したりする場合でも、傷の方向にかかわりなく、表面傷の種類と深さを精度良く検出できる。しかし、特許文献２の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、透過法の信号振幅に着目して、欠陥深さを推定する手法であるために、特許文献１と同様に、欠陥エコーと表面形状に伴うエコー低下との識別ができない。

本発明は、前述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡便に指示部を抽出し、抽出した指示部のエコーを識別できる溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置を提供することにある。

本発明に係る溶接欠陥検出方法は、検出対象部を透過する超音波信号を検出するステップと、最も伝播経路の短い検出信号の検出レベルに応じて検出レベルを調整するステップと、調整したレベルで検出した信号の波形から、波数の増加を判別するステップとを備える。

本発明に係る溶接欠陥検出装置は、検出対象部を透過する超音波信号を検出するプローブ走査装置を備え、前記プローブ走査装置が検出した最も伝播経路の短い検出信号の検出レベルに応じて検出レベルを調整し、調整したレベルで検出された信号の波形から、波数の増加を判別する。

本発明に係る溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置によれば、簡便に指示部を抽出し、抽出した指示部のエコーを識別できるという効果を奏する。

本発明に係る第１実施形態の溶接欠陥検出方法を実行する溶接欠陥検出装置のブロック図である。 本発明に係る第１実施形態の溶接欠陥検出装置のプローブ周りの平面図である。 図２に示した溶接欠陥検出装置のプローブ周りの側面図である。 本発明に係る第１実施形態の溶接欠陥検出方法の制御動作を説明するフローチャートである。 図４に示した溶接欠陥検出方法におけるステップＳ１１〜Ｓ１４までのＡスコープ画像およびＢスコープ画像である。 図４に示した溶接欠陥検出方法におけるステップＳ１５のＢスコープ画像である。 図４に示した溶接欠陥検出方法におけるステップＳ１６のＲＦ波形画像である。 図４に示した溶接欠陥検出方法における欠陥部のＡスコープおよびＢスコープの連動画像である。 図４に示した溶接欠陥検出方法における健全部のＡスコープおよびＢスコープの連動画像である。 本発明に係る第２実施形態の溶接欠陥検出装置のプローブ周りの側面図である。 比較に用いた溶接欠陥検出装置のプローブ周りの側面図である。 本発明に係る第３実施形態の溶接欠陥検出装置のプローブ周りの平面図である。 本発明に係る第３実施形態の溶接欠陥検出方法の制御動作を説明するフローチャートである。 関連する溶接欠陥検出装置のプローブ周りの平面図である。 関連する溶接欠陥検出装置のプローブ周りの側面図である。 関連する溶接欠陥検出装置のプローブ周りの拡大側面図である。

以下、本発明に係る複数の実施形態の溶接欠陥検出方法について図面を参照して説明する。図１に示すように、本発明に係る第１実施形態の溶接欠陥検出方法を実行する溶接欠陥検出装置１０は、検査対象物１の溶接部２に対して超音波信号を透過させて検出するプローブ走査装置１１を備えている。そして、溶接欠陥検出装置１０は、プローブ走査装置１１からの電気信号を画像に変換する超音波探傷器本体１２と、超音波探傷器本体１２で変換した画像を表示して判定を行うためのデータ表示分析画面１４を表示するモニタ１３と、を備えている。モニタ１３のデータ表示分析画面１４には、Ａスコープ画像１８（図５参照）およびＢスコープ画像１９（図５参照）を表示することができる。なおまた、溶接部２は、この発明における「検出対象部」の一例であってよい。

図２に示すように、プローブ走査装置１１は、透過法を適用し、走査方向ＡＸを有する、一対の第１プローブ１５と、一対の第２プローブ１６と、一対の第３プローブ１７とを備えている。第１プローブ１５は、検査対象物１の溶接部２の長手方向の基準線Ａ０に対して１３５度の傾斜角度θ１を有して配置している。第２プローブ１６は、基準線Ａ０に対して９０度の傾斜角度θ２を有して配置しており、第３プローブ１７は、基準線Ａ０に対して４５度の傾斜角度θ３を有して配置している。このように、プローブ走査装置１１は、検査対象物１の溶接部２に対して、基準線Ａ０に対する１３５度と、基準線Ａ０に対する９０度と、基準線Ａ０に対する４５度と、の３方向から超音波信号を透過させる。図３に示すように、各プローブ１５，１６，１７から出射し、検査対象物１の溶接部２を透過した超音波反射信号は、超音波探傷器本体１２において画像に変換してモニタ１３に転送する。

次に、本発明に係る第１実施形態の溶接欠陥検出方法について説明する。図４に示すように、まず、各プローブ１５，１６，１７から超音波信号を出射して検査対象物１の溶接部２を透過した超音波反射信号を超音波探傷器本体１２に取り込んで、採取データを表示する（Ｓ１１）。採取データの表示は、データ表示分析画面１４上に、Ａスコープ画像１８およびＢスコープ画像１９を表示する。次に、エコー感度の調整を行う（Ｓ１２）。エコー感度の調整は、ビーム路程の最も短いエコーに着目し、測定範囲（走査範囲）内で最も高い透過エコーの高さをＣＲＴ８０％に設定し、その後に、エコー感度を２倍に上げる（６ｄＢアップ）。または、そのままの感度を用いてもよい。

続いて、色調表示の調整を行う（Ｓ１３）。色調表示の調整は、分析画面の色調表示をグレイスケールに変更する。または、そのままのカラースケールでもよい。そして、指示箇所の抽出を行う（Ｓ１４）。指示箇所の抽出は、ＣＲＴ８０％以下にエコー高さが低下した個所を指示として抽出する。なお、感度を２倍（６ｄＢアップ）にしない場合は、ＣＲＴ４０％以下にエコー高さが低下した個所を指示として抽出する。

次に、欠陥指示と形状変化エコーとの識別の前段を行う（Ｓ１５）。欠陥指示と形状変化エコーとの識別の前段は、ＲＦ表示のＢスコープ画像１９の連続性による識別である。形状変化部（凹凸部）は、Ｂスコープ画像１９が連続的変化を示し、欠陥部は、Ｂスコープ画像１９が下方に凸の変化を示す。

続いて、欠陥指示と形状変化エコーとの識別の後段を行う（Ｓ１６）。欠陥指示と形状変化エコーとの識別の後段は、ＲＦ波形の波数による識別である。形状変化部（凹凸部）は、波数に変化無し。であり、欠陥部は、波数が増加する場合が認められる。

そして、欠陥指示と形状変化エコーとの識別の前段および欠陥指示と形状変化エコーとの識別の後段の一方または両方が認められた場合に、欠陥指示として抽出する。

次に、図４に示した各ステップにおける詳細について説明する。図５に示すように、Ａスコープ画像１８（Ａスコープ表示）は全波整流波形であり、Ｂスコープ画像１９（Ｂスコープ表示）はＡＣ（全波整流）波形であってグレイスケールである。図４に示したステップＳ１１〜Ｓ１４において、Ｂスコープ画像１９は、１波，２波，３波・・・に途切れが生じており、欠陥部３と大きな形状変化部４（凹凸部）とを指示候補として抽出する。

図６に示すように、図４に示したステップＳ１５において、ＲＦ波形のＢスコープ画像１９の連続性に着目することにより、形状変化部４がＢスコープ画像１９において連続的変化を示し、欠陥部３がＢスコープ画像１９において下方に凸の変化を示す。

図７に示すように、図４に示したステップＳ１６において、ＲＦ波形のＢスコープ画像１９の波数の違いに着目することにより、形状変化部４がＢスコープ画像１９において連続的変化を示し、欠陥部３がＢスコープ画像１９において下方に凸の変化を示す。このように、指示部を簡便に抽出することができ、抽出した指示部が欠陥部３であって欠陥エコー（欠陥信号）によるものか、或いは、形状変化部４であって形状（凹凸、うねり）エコー（形状信号）によるものかを識別できる。

図８に示すように、欠陥部３におけるＡスコープ画像１８およびＢスコープ画像１９の連動画像により明らかなように、Ａスコープ画像１８において有意にエコー高さが低下している欠陥部３の位置を簡便に識別できる。

図９に示すように、健全部５におけるＡスコープ画像１８およびＢスコープ画像１９の連動画像により明らかなように、Ａスコープ画像１８において有意にエコー高さが低下している箇所がないので、健全部５であることを簡便に識別できる。

以上、説明したように、本発明の第１実施形態の溶接欠陥検出方法によれば、指示部を簡便に抽出することができ、抽出した指示部が欠陥部３であって欠陥エコーによるものか、或いは、形状変化部４であって形状エコーによるものかを確実に識別できる。

また、溶接欠陥検出方法によれば、検査対象物１における超音波反射信号を検出し、超音波反射信号の有無によって欠陥の有無を判別するために、外乱の影響を受けずに処理できる。

そして、溶接欠陥検出方法によれば、ＲＦ波形のＢスコープ画像１９の連続性に着目して、Ｂスコープ画像１９において下方に凸の変化を示す欠陥部３を確実に識別できる。

更に、溶接欠陥検出装置１０によれば、指示部を簡便に抽出することができ、抽出した指示部が欠陥部３であって欠陥エコーによるものか、或いは、形状変化部４であって形状エコーによるものかを確実に識別できる。

更にまた、溶接欠陥検出装置１０によれば、検査対象物１における超音波反射信号を検出し、超音波反射信号の有無によって欠陥の有無を判別するために、外乱の影響を受けることを少なく処理できる。

加えて、溶接欠陥検出装置１０によれば、ＲＦ波形のＢスコープ画像１９の連続性に着目して、Ｂスコープ画像１９において下方に凸の変化を示す欠陥部３を確実に識別できる。

次に、本発明に係る第２実施形態の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置について説明する。なおまた、以下の各実施形態において、前述した第１実施形態と重複する構成要素や機能的に同様な構成要素については、図中に同一符号あるいは相当符号を付することによって説明を簡略化あるいは省略する。

図１０に示すように、本発明に係る第２実施形態の溶接欠陥検出方法を実行する溶接欠陥検出装置３０は、集束型探触子を内蔵したプローブ３１を装備している。集束型探触子を有するプローブ３１は、欠陥部３の先端部に起因するエコーが、より明確となる。図１１に示すように、比較に用いた溶接欠陥検出装置１５０は、通常接触子を有するプローブ１５１を装備している。この溶接欠陥検出装置１５０では、プローブ１５１から出射した超音波信号における欠陥部３の先端部に起因するエコーの強度が小さい。

第２実施形態の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置３０によれば、集束型探触子を内蔵したプローブ３１を装備しているために、欠陥部３の先端部に起因するエコーの強度が大きくなって識別性の向上を図ることができる。

次に、本発明に係る第３実施形態の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置について説明する。図１２に示すように、本発明に係る第３実施形態の溶接欠陥検出方法を実行する溶接欠陥検出装置４０は、プローブ走査装置４１に、反射法を適用した、第１プローブ４２と、第２プローブ４３と、第３プローブ４４と、を備えている。そして、プローブ走査装置４１は、透過法を適用した、第１プローブ１５と、第２プローブ１６と、第３プローブ１７とを併用している。溶接欠陥検出装置４０は、各プローブ１５，１６，１７から出射した超音波信号が検査対象物１の溶接部２を透過する。同時に、各プローブ４２，４３，４４から出射した超音波信号が検査対象物１の溶接部２において反射して各プローブ４２，４３，４４に取り込む。

溶接欠陥検出装置４０は、欠陥からの反射エコーが検出されることにより欠陥部３を識別する。これに対して、反射源が無く、反射エコーを検出しないことにより形状変化部４を識別する。このように、溶接欠陥検出装置４０は、透過法によるエコー低下部の評価が可能となる。すなわち、欠陥であれば、反射エコーが得られ、形状に起因する場合、反射エコーは得られない。

次に、溶接欠陥検出装置４０が実行する溶接欠陥検出方法について説明する。図１３に示すように、まず、透過法を適用して指示部の選択を行う（Ｓ２１）。次に、透過法により選択した指示部について、各プローブ４２，４３，４４により反射法による指示部の抽出を行う（Ｓ２２）。続いて、抽出した指示部において反射エコーの有無を判別し、反射法を適用した反射エコーが存在する場合は欠陥部３であることを識別する（Ｓ２３→Ｓ２４）。これとは異なり、抽出した指示部において反射エコーの有無を判別し、反射法を適用した反射エコーが存在しない場合は形状エコーであって形状変化部４であることを識別する（Ｓ２３→Ｓ２５）。

第３実施形態の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置４０によれば、反射法を適用した各プローブ４２，４３，４４と、透過法を適用した各プローブ１５，１６，１７とを併用しているために、欠陥部３と形状変化部４とのエコー変動の識別性を向上できる。

なおまた、本発明の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置は、前述した各実施形態に限定するものでなく、適宜な変形や改良等が可能である。

以上述べたように、本発明の溶接欠陥検出方法及び溶接欠陥検出装置によれば、簡便に指示部を抽出し、抽出した指示部のエコーを識別できる。以上の結果として、原子力プラントやライニングピット等の分野に適用でき、本発明の産業上の利用可能性は大といえる。

１ 検査対象物
２ 溶接部
１０，３０，４０ 溶接欠陥検出装置
１１，４１ プローブ走査装置
１５ 第１プローブ
１６ 第２プローブ
１７ 第３プローブ
４２ 第１プローブ
４３ 第２プローブ
４４ 第３プローブ

Claims (6)

1. 検出対象部を透過する超音波信号を検出するステップと、
   最も伝播経路の短い検出信号の検出レベルに応じて検出レベルを調整するステップと、
   調整したレベルで検出した信号の波形から、波数の増加を判別するステップと
   を備える溶接欠陥検出方法。
2. 前記検出対象部における超音波反射信号を検出するステップと、
   前記超音波反射信号の有無によって欠陥の有無を判別するステップと
   を更に備える請求項１に記載の溶接欠陥検出方法。
3. 調整されたレベルで検出された前記信号の波形から、前記信号の連続性を判別するステップ
   を更に備える請求項１に記載の溶接欠陥検出方法。
4. 検出対象部を透過する超音波信号を検出するプローブ走査装置を備え、
   前記プローブ走査装置が検出した最も伝播経路の短い検出信号の検出レベルに応じて検出レベルを調整し、調整したレベルで検出された信号の波形から、波数の増加を判別する溶接欠陥検出装置。
5. 前記検出対象部における超音波反射信号を検出し、前記超音波反射信号の有無によって欠陥の有無を判別する
   請求項４に記載の溶接欠陥検出装置。
6. 調整されたレベルで検出された前記信号の波形から、前記信号の連続性を判別する
   請求項４に記載の溶接欠陥検出装置。