JP2019219344A

JP2019219344A - 管の溶接部の超音波探傷方法

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Publication number: JP2019219344A
Application number: JP2018118819A
Authority: JP
Inventors: 充宮本; Mitsuru Miyamoto
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: JP7028080B2

Abstract

【課題】管の溶接部の溶接線が蛇行している場合であっても良好な探傷精度を得ることが可能な超音波探傷方法を提供する。【解決手段】本発明は、溶接線検出器１１の複数の相対位置において、取付ヘッド１の追従量を記憶する第１ステップと、第１ステップで記憶した相対追従量のうち、溶接線検出器の現在の相対位置Ｌｍから所定距離Ｘｎだけ離間した位置に溶接線検出器が位置しているときの取付ヘッドの相対追従量δ’ｎｍを抽出する第２ステップと、溶接線検出器の現在の相対位置Ｌｍにおける取付ヘッドの相対追従量δｍと、第２ステップで抽出した相対追従量δ’ｎｍと、所定距離Ｙｎとに基づき、溶接線Ｗ１に対するアレイ型超音波探触子２の現在の離間距離ｙｎｍを算出する第３ステップと、第３ステップで算出した離間距離ｙｎｍに応じて、アレイ型超音波探触子の探傷条件を設定する第４ステップと、を含む。【選択図】図３

Description

本発明は、管の溶接部を超音波探傷する方法に関する。特に、本発明は、管の溶接部の溶接線が蛇行している場合であっても良好な探傷精度を得ることが可能な超音波探傷方法に関する。

従来、ＵＯ管や電縫管などの管の軸方向に延びる溶接部を探傷する方法として、管の外面に超音波探触子を対向配置し、超音波探触子に対して管を軸方向に相対移動させながら超音波探傷する方法が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。特に、溶接部の長手方向（管の軸方向）に延びるきず（軸方向きず）を探傷する場合には、超音波探触子から管の周方向に沿って超音波を送受信する斜角超音波探傷方法が用いられる。

上記の超音波探傷方法において、超音波探触子から送信された超音波を溶接部の所望する位置に入射させること等を目的として、溶接部の溶接線（溶接部の中心線）の位置に超音波探触子が追従するように、管の軸方向（溶接部の長手方向）に直交する方向に超音波探触子を移動させる方法が用いられている。
具体的には、例えば光学式の溶接線検出器によって溶接部の溶接線の位置を検出し、この検出した溶接線の位置に応じて、管の軸方向に直交する方向に超音波探触子を移動させている。溶接線検出器と超音波探触子とは、管の軸方向について異なる位置に配置されるのが一般的である。具体的には、溶接線検出器によって検出した溶接線の位置に応じて超音波探触子を移動させるため、溶接線検出器は先端側（管を軸方向に搬送する場合、搬送方向下流側）に配置され、超音波探触子は溶接線検出器よりも後端側（管を軸方向に搬送する場合、搬送方向上流側）に配置される。

上記の追従方法を適用した超音波探傷方法によれば、溶接部の溶接線が蛇行していない（管の軸方向に平行に延びている）場合には、溶接線と超音波探触子との離間距離（管の軸方向に直交する方向についての離間距離）が一定に保たれるため、精度の良い探傷が可能である。

しかしながら、実際には、溶接部の溶接線が蛇行している場合が多い。溶接線が蛇行している場合、上記の追従方法を適用した超音波探傷方法では、溶接線と超音波探触子との離間距離が変化する。すなわち、溶接線が蛇行している場合、溶接線検出器によって検出した溶接線の位置（管の軸方向に直交する方向の位置）と、これよりも後端側に配置された超音波探触子から超音波を送受信する溶接部における溶接線の位置（管の軸方向に直交する方向の位置）とが異なり、その差も一定ではないため、溶接線と超音波探触子との離間距離が変化することになる。
したがい、溶接線と超音波探触子との離間距離が一定である場合に好適となるように超音波探触子の探傷条件を設定したとしても、離間距離が変化することに起因して、探傷精度が悪化するおそれがある。

特許文献１には、溶接線検出器（特許文献１では「シーム部温度分布計測手段」）によって検出した溶接部の溶接線（特許文献１では「溶接シーム位置」）の位置に超音波探触子が追従するように、管の軸方向に直交する方向に超音波探触子を移動させる方法が開示されているものの、溶接部の溶接線が蛇行している場合の問題や、その解決方法について、何ら開示されていない。

特開２００９−２２２４０８号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、管の溶接部の溶接線が蛇行している場合であっても良好な探傷精度を得ることが可能な超音波探傷方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、アレイ型超音波探触子及び該アレイ型超音波探触子が取り付けられた取付ヘッドを用いて、前記取付ヘッドに対して軸方向に相対移動する管の溶接部を超音波探傷する方法であって、前記取付ヘッドは、前記管の外面に対向配置され、先端側で前記溶接部の溶接線の位置を検出し、該検出した溶接線の位置に前記管の軸方向に延びる前記取付ヘッドの所定の基準線が相対的に追従するように、前記管に対して前記管の軸方向に直交する方向に相対移動し、前記アレイ型超音波探触子は、前記取付ヘッドの後端側に取り付けられ、前記管に対して前記取付ヘッドと一体的に相対移動して前記管の溶接部を超音波探傷し、以下の第１〜第４ステップを含むことを特徴とする管の溶接部の超音波探傷方法を提供する。
（１）第１ステップ：前記管の軸方向についての前記取付ヘッドの複数の相対位置において、前記管に対する前記取付ヘッドの相対的な追従量である相対追従量を記憶する。
（２）第２ステップ：前記第１ステップで記憶した相対追従量のうち、前記管の軸方向についての前記アレイ型超音波探触子の現在の相対位置に前記取付ヘッドが位置しているときの前記取付ヘッドの相対追従量δ’_ｎｍを抽出する。
（３）第３ステップ：前記取付ヘッドの現在の相対位置Ｌ_ｍにおける前記取付ヘッドの相対追従量δ_ｍと、前記第２ステップで抽出した前記相対追従量δ’_ｎｍと、前記管の軸方向に直交する方向についての前記アレイ型超音波探触子の取付位置とに基づき、前記管の軸方向に直交する方向についての前記溶接線に対する前記アレイ型超音波探触子の現在の離間距離ｙ_ｎｍを算出する。
（４）第４ステップ：前記第３ステップで算出した前記離間距離ｙ_ｎｍに応じて、前記アレイ型超音波探触子の探傷条件を設定する。

本発明によれば、取付ヘッドに対して軸方向に相対移動する管の溶接部の溶接線の位置が、取付ヘッドによって（取付ヘッドの先端側で）逐次検出される。そして、検出した溶接線の位置に取付ヘッドの基準線（管の軸方向に延びる所定の基準線。例えば、取付ヘッドの中心線）が相対的に追従するように、取付ヘッドは管に対して管の軸方向に直交する方向に相対移動する。
この際、取付ヘッドの後端側に取り付けられたアレイ型超音波探触子も、取付ヘッドと一体的に相対移動することになる。
なお、本発明において、「先端側」とは、管の軸方向についての取付ヘッドの相対移動方向下流側を意味し、「後端側」とは、管の軸方向についての取付ヘッドの相対移動方向上流側を意味する。例えば、管の軸方向について、管が静止し、取付ヘッドが移動する場合、「先端側」は、取付ヘッドの移動方向下流側となり、「後端側」は、取付ヘッドの移動方向上流側となる。また、管の軸方向について、管が移動し、取付ヘッドが静止する場合、「先端側」は、管の移動方向上流側となり、「後端側」は、管の移動方向下流側となる。
また、本発明において、「相対的に追従するように、・・・相対移動する」とは、管の軸方向に直交する方向について、管が静止し、取付ヘッドが追従して移動する場合と、取付ヘッドが静止し、管が追従して移動する場合の双方を含む概念である。後者の場合、具体的には、取付ヘッドが静止し、溶接線の位置が取付ヘッドの基準線に追従するように、管が回転する態様を例示できる。

そして、本発明によれば、第１ステップにおいて、管の軸方向についての取付ヘッドの複数の相対位置（取付ヘッドの先端側の複数の相対位置）における取付ヘッドの相対的な追従量である相対追従量を記憶する。すなわち、管の軸方向に直交する方向についての、取付ヘッドの初期相対位置（相対的な追従動作の開始時点における取付ヘッドの相対位置）に対する、取付ヘッドの複数の相対位置において検出した溶接線の位置に応じて相対移動した取付ヘッドの相対移動量を記憶する。取付ヘッドの複数の各相対位置における取付ヘッドの相対追従量は、溶接線の位置を検出する取付ヘッドの先端側の各相対位置における溶接線の位置に応じて決まる。なお、取付ヘッドが静止し、管が回転することで追従する場合には、追従動作に伴う管の回転角（追従動作の開始時点における管の回転位置に対する回転角）に管の外半径を乗算した値が取付ヘッドの相対追従量にほぼ相当することになる。

次いで、本発明によれば、第２ステップにおいて、第１ステップで記憶した相対追従量のうち、管の軸方向についての現在のアレイ型超音波探触子の相対位置に取付ヘッドが位置しているときの取付ヘッドの相対追従量δ’_ｎｍを抽出する。前述のように、取付ヘッドの複数の各相対位置における取付ヘッドの相対追従量は、取付ヘッドの各相対位置における溶接線の位置に応じて決まる。このため、相対追従量δ’_ｎｍは、現在のアレイ型超音波探触子の相対位置（管の軸方向についての相対位置）における溶接線の位置と相関を有することになる。

管の軸方向に直交する方向についての溶接線に対するアレイ型超音波探触子の現在の離間距離ｙ_ｎｍは、取付ヘッドの現在の相対位置Ｌ_ｍにおける取付ヘッドの相対追従量δ_ｍと、第２ステップで抽出した相対追従量δ’_ｎｍ（現在のアレイ型超音波探触子の相対位置における溶接線の位置と相関を有する量）と、管の軸方向に直交する方向についてのアレイ型超音波探触子の取付位置とに応じて数学的に求めることができる。
したがい、本発明によれば、第３ステップにおいて、相対追従量δ_ｍと、相対追従量δ’_ｎｍと、管の軸方向に直交する方向についてのアレイ型超音波探触子の取付位置とに基づき、アレイ型超音波探触子の現在の離間距離ｙ_ｎｍを算出することが可能である。

最後に、本発明によれば、第４ステップにおいて、第３ステップで算出した離間距離ｙ_ｎｍに応じて、アレイ型超音波探触子の探傷条件を設定する。すなわち、溶接部の溶接線が蛇行し、これに応じて離間距離ｙ_ｎｍが変化する場合であっても、算出した離間距離ｙ_ｎｍに応じた好適な探傷条件を設定することができるため、良好な探傷精度を得ることが可能である。

本発明において、具体的には、前記取付ヘッドは、先端側に取り付けられた溶接線検出器を具備し、該溶接線検出器で検出した溶接線の位置に前記基準線が相対的に追従するように、前記管の軸方向に直交する方向に相対移動し、前記アレイ型超音波探触子は、前記溶接線検出器の取付位置よりも後端側に所定距離Ｘ_ｎだけ離間し、なお且つ、前記基準線に対して前記管の軸方向に直交する方向に所定距離Ｙ_ｎだけ離間した位置に取り付けられ、前記第１ステップにおいて、前記管の軸方向についての前記溶接線検出器の複数の相対位置において、前記取付ヘッドの相対追従量を記憶し、前記第２ステップにおいて、前記第１ステップで記憶した相対追従量のうち、前記管の軸方向についての前記溶接線検出器の現在の相対位置Ｌ_ｍから前記所定距離Ｘ_ｎだけ離間した相対位置に前記溶接線検出器が位置しているときの前記取付ヘッドの相対追従量δ’_ｎｍを抽出し、前記第３ステップにおいて、前記溶接線検出器の現在の相対位置Ｌ_ｍにおける前記取付ヘッドの相対追従量δ_ｍと、前記第２ステップで抽出した前記相対追従量δ’_ｎｍと、前記所定距離Ｙ_ｎとに基づき、前記アレイ型超音波探触子の現在の離間距離ｙ_ｎｍを算出することが可能である。

本発明において、更に具体的には、例えば、前記第３ステップにおいて、前記溶接線に対する前記アレイ型超音波探触子の現在の離間距離ｙ_ｎｍを以下の式（１）によって算出することが可能である。

ただし、前記式（１）において、Ｙ_ｎは、前記取付ヘッドの前記基準線に対して前記管の軸方向に直交する方向の一方の側を正の値とし、他方の側を負の値とする。また、δ_ｍ及びδ’_ｎｍは、前記取付ヘッドの初期相対位置に対して前記管の軸方向に直交する方向の前記一方の側を正の値とし、前記他方の側を負の値とする。

本発明において、好ましくは、前記第４ステップにおいて、前記離間距離ｙ_ｎｍに応じた前記管の周方向の探傷屈折角を少なくとも設定する。

本発明者らの調査した結果によれば、離間距離ｙ_ｎｍに応じて、きずからのエコー強度が最大となる探傷屈折角が異なる。このため、上記の好ましい方法によれば、きずからのエコー強度が最大となる探傷屈折角を、離間距離ｙ_ｎｍに応じて設定することで、良好な探傷精度を得ることが可能である。

本発明によれば、管の溶接部の溶接線が蛇行している場合であっても良好な探傷精度を得ることが可能である。

本発明の一実施形態に係る管の溶接部の超音波探傷方法に用いる装置の概略構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る管の溶接部の超音波探傷方法に用いる装置の概略構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法を説明するための模式図である。本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法を説明するための模式図である。探傷屈折角θ_ｎｍを固定値にした場合に、離間距離ｙ_ｎｍの変化によりきずからのエコー強度がどのように変化するかを調査した結果の一例を示す図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る管の溶接部の超音波探傷方法について説明する。
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る管の溶接部の超音波探傷方法に用いる装置の概略構成を示す模式図である。図１は平面図を、図２は管Ｐの搬送方向から見た断面図を示す。なお、図１及び図２において、振動子２１は、アレイ型超音波探触子２の内部を透視した状態で図示している。また、図１において、取付ヘッド１及びアレイ型超音波探触子２は、管Ｐの外面に対向配置されていない状態（溶接部Ｗの超音波探傷を行う前の状態）を図示している。さらに、図２において、取付ヘッド１及びアレイ型超音波探触子２は、管Ｐの外面に対向配置されている状態（溶接部Ｗの超音波探傷を行っている状態）を図示している。また、図２では、一つのアレイ型超音波探触子２（２ａ）のみを図示している。
図１及び図２に示すように、本実施形態に係る超音波探傷方法は、取付ヘッド１に対して軸方向（以下、適宜「Ｌ方向」という）に相対移動する管Ｐの溶接部Ｗを超音波探傷する方法である。本実施形態に係る超音波探傷方法では、取付ヘッド１及びアレイ型超音波探触子２が管ＰのＬ方向については静止する一方、管ＰがＬ方向に移動する（所定の搬送装置によって搬送される）。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、管Ｐの方が静止する一方、取付ヘッド１及びアレイ型超音波探触子２の方が管ＰのＬ方向についても移動する構成を採用することも可能である。

本実施形態に係る超音波探傷方法に用いる装置は、取付ヘッド１と、アレイ型超音波探触子２とを備えている。
取付ヘッド１は、超音波探傷を行う際に管Ｐの外面に対向配置される。取付ヘッド１は、先端側に取り付けられた溶接線検出器１１を具備する。溶接線検出器１１は、溶接部Ｗの溶接線Ｗ１の位置（管Ｐの軸方向に直交する方向（以下、適宜「Ｔ方向」という）についての溶接線Ｗ１の位置）を検出する。溶接線検出器１１としては、特に限定されるものではないが、例えば、光学式の溶接線検出器を用いることができる。具体的には、例えば、管ＰのＬ方向に直交する方向（Ｔ方向）に延びる線状のレーザ光を溶接部Ｗに照射し、その反射光を２次元のカメラ等で撮像して画像処理を施すことで、溶接部ＷのＴ方向の形状を検出し、その頂点を溶接線Ｗ１の位置とする溶接線検出器を用いることができる。

取付ヘッド１は、溶接線検出器１１で検出した溶接部Ｗの溶接線Ｗ１の位置に管ＰのＬ方向に延びる取付ヘッド１の所定の基準線（本実施形態では、取付ヘッド１及び溶接線検出器１１の中心線）Ｌが相対的に追従するように、管Ｐに対して管ＰのＴ方向に相対移動する。取付ヘッド１の追従機構や制御方法は公知のものを適用可能であるため、ここでは詳細な説明を省略する。なお、本実施形態に係る超音波探傷方法では、管ＰのＴ方向について、管Ｐが静止し、取付ヘッド１が追従して移動する場合について説明する。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、取付ヘッド１が静止し、管Ｐが追従して移動する構成を採用することも可能である。この場合、取付ヘッド１が静止し、溶接線の位置が取付ヘッド１の基準線に追従するように、所定の回転ローラ等によって管Ｐが回転する態様を例示できる。
なお、図２に示すように、本実施形態の取付ヘッド１は、バネ機構１２及びこれに接続された回動機構１３を具備しており、アレイ型超音波探触子２は、回動機構１３に取り付けられている。バネ機構１２は、バネ力によってアレイ型超音波探触子２を下方に付勢する機構であり、回動機構１３は、アレイ型超音波探触子２をバネ機構１２に対して回動自在に取り付ける機構である。これにより、取付ヘッド１がＴ方向に相対移動した際にも、アレイ型超音波探触子２は管Ｐの外面に接触した状態を維持する。

アレイ型超音波探触子２は、取付ヘッド１において、溶接線検出器１１の取付位置よりも後端側（管Ｐの搬送方向下流側）に所定距離Ｘ_ｎだけ離間し、なお且つ、基準線Ｌに対して管ＰのＴ方向に所定距離Ｙ_ｎだけ離間した位置に取り付けられている。アレイ型超音波探触子２は、管Ｐに対して取付ヘッド１と一体的に相対移動して、管Ｐの溶接部Ｗを超音波探傷する。
アレイ型超音波探触子２は一つでも良いが、本実施形態では、管ＰのＬ方向について異なる位置に取り付けられた複数（４つ）のアレイ型超音波探触子２（２ａ〜２ｄ）を備えている。複数のアレイ型超音波探触子２を備える場合、所定距離Ｙ_ｎは、何れのアレイ型超音波探触子２についても同じ値に設定しても良いし、アレイ型超音波探触子２毎に異なる値に設定してもよい。
本実施形態のアレイ型超音波探触子２としては、管ＰのＴ方向に複数の振動子２１が配列された１次元アレイ型超音波探触子を用いているが、本発明はこれに限るものではなく、管ＰのＬ方向及びＴ方向に複数の振動子２１がマトリックス状に配列された２次元アレイ型超音波探触子を用いることも可能である。

以下、図３及び図４を適宜参照しつつ、上記の装置を用いた本実施形態に係る超音波探傷方法について説明する。
図３及び図４は、本実施形態に係る超音波探傷方法を説明するための模式図である。図３は平面図を、図４は管Ｐの搬送方向から見た断面図を示す。なお、図３及び図４において、振動子２１は、アレイ型超音波探触子２の内部を透視した状態で図示している。また、図３及び図４において、取付ヘッド１及び一部のアレイ型超音波探触子２は、管Ｐの外面に対向配置されている状態（溶接部Ｗの超音波探傷を行っている状態）を図示している。さらに、図４では、一つのアレイ型超音波探触子２（２ａ）のみを図示している。
本実施形態に係る超音波探傷方法は、第１〜第４ステップを含む。以下、各ステップについて、具体的に説明する。

＜第１ステップ＞
第１ステップでは、管ＰのＬ方向についての取付ヘッド１の複数の相対位置において、管Ｐに対する取付ヘッド１の相対的な追従量である相対追従量を記憶する。具体的には、第１ステップでは、管ＰのＬ方向についての溶接線検出器１１の複数の相対位置において、取付ヘッド１の相対追従量を記憶する。
図３に示す取付ヘッド１の初期相対位置（相対的な追従動作の開始時点における取付ヘッド１の基準線Ｌの相対位置）Ｈは、溶接線Ｗ１の端点に相当する。取付ヘッド１は、管ＰのＴ方向について、この初期相対位置Ｈに対して、溶接線検出器１１の複数の各相対位置において検出した溶接線Ｗ１の位置に応じて、管ＰのＴ方向に相対移動する。図３に示す状態では、取付ヘッド１（取付ヘッド１の基準線Ｌ）は、初期相対位置Ｈに対してＴ方向にδ_ｍだけ相対移動している。第１ステップでは、追従動作を開始してからのこの管ＰのＴ方向への取付ヘッド１の相対移動量（相対移動量の変遷）を相対追従量として逐次記憶する。

＜第２ステップ＞
第２ステップでは、第１ステップで記憶した相対追従量のうち、管ＰのＬ方向についてのアレイ型超音波探触子２の現在の相対位置に取付ヘッド１が位置しているときの取付ヘッド１の相対追従量δ’_ｎｍを抽出する。具体的には、第２ステップでは、管ＰのＬ方向についての溶接線検出器１１の現在の相対位置Ｌ_ｍから所定距離Ｘ_ｎだけ離間した位置に溶接線検出器１１が位置しているときの取付ヘッド１の相対追従量δ’_ｎｍを抽出する。図３に示す状態では、管ＰのＬ方向について溶接線検出器１１が現在のアレイ型超音波探触子２ａと同じ相対位置にあるときの取付ヘッド１の基準線Ｌの相対位置Ｈ’と初期相対位置Ｈとの離間距離である相対追従量δ’_ｎｍを抽出することになる。

＜第３ステップ＞
第３ステップでは、取付ヘッド１の現在の相対位置Ｌ_ｍにおける取付ヘッド１の相対追従量δ_ｍと、第２ステップで抽出した相対追従量δ’_ｎｍと、管ＰのＴ方向についてのアレイ型超音波探触子２の取付位置とに基づき、管ＰのＴ方向についての溶接線Ｗ１に対するアレイ型超音波探触子２の現在の離間距離ｙ_ｎｍを算出する。具体的には、第３ステップでは、溶接線検出器１１の現在の相対位置Ｌ_ｍにおける取付ヘッド１の相対追従量δ_ｍと、第２ステップで抽出した相対追従量δ’_ｎｍと、所定距離Ｙ_ｎとに基づき、管ＰのＴ方向についての溶接線Ｗ１に対するアレイ型超音波探触子２の現在の離間距離ｙ_ｎｍを算出する。
具体的には、本実施形態の第３ステップでは、アレイ型超音波探触子２の現在の離間距離ｙ_ｎｍを以下の式（１）によって算出する

ただし、式（１）において、添字ｍは管ＰのＬ方向についての溶接線検出器１１の相対位置に関わる添字であり、添字ｎはアレイ型超音波探触子２に関わる添字である。
また、Ｙ_ｎは、取付ヘッド１の基準線Ｌに対して管ＰのＴ方向の一方の側を正の値とし、他方の側を負の値とする。例えば、図３において、紙面の右側を正の値とし、左側を負の値とするのであれば、アレイ型超音波探触子２ａ、２ｂのＹ_ｎは負の値となり、アレイ型超音波探触子２ｃ、２ｄのＹ_ｎは正の値となる。
さらに、式（１）において、δ_ｍ及びδ’_ｎｍは、取付ヘッド１の初期相対位置Ｈに対して管ＰのＴ方向の前記一方の側を正の値とし、前記他方の側を負の値とする。前述のように、Ｙ_ｎについて図３の紙面の右側を正の値とし、左側を負の値とするのであれば、δ_ｍ及びδ’_ｎｍについても、図３の紙面の右側が正の値となり、左側が負の値となる。図３に図示されているδ_ｍ及びδ’_ｎｍの場合、δ_ｍは負の値となり、δ’_ｎｍは正の値となる。

以上に説明した第１ステップ〜第３ステップは、管ＰのＬ方向についての溶接線検出器１１の複数の各相対位置（時間的又は距離的な所定のサンプリングピッチ毎の各相対位置）において実行される。また、本実施形態のように、複数のアレイ型超音波探触子２を備える場合には、上記の第２ステップ及び第３ステップは、アレイ型超音波探触子２毎に実行される。すなわち、離間距離ｙ_ｎｍは、管ＰのＬ方向についての溶接線検出器１１の各相対位置においてアレイ型超音波探触子２毎に算出される。例えば、離間距離ｙ_ｎｍを算出する、管ＰのＬ方向についての溶接線検出器１１の相対位置Ｌ_ｍが１００点（ｍ＝１〜１００）で、アレイ型超音波探触子２が４つ（ｎ＝１〜４）であれば、４００点の離間距離ｙ_ｎｍ（ｍ＝１〜１００、ｎ＝１〜４）を逐次算出することになる。

＜第４ステップ＞
第４ステップでは、第３ステップで算出した離間距離ｙ_ｎｍに応じて、アレイ型超音波探触子２の探傷条件を設定する。
具体的には、本実施形態の第４ステップでは、離間距離ｙ_ｎｍに応じた管Ｐの周方向の探傷屈折角θ_ｎｍを少なくとも設定（更新）する。探傷条件として、設定した探傷屈折角θ_ｎｍに応じた適切な探傷ゲートや、設定した探傷屈折角θ_ｎｍに応じた適切なきず検出しきい位置も併せて設定（更新）することが好ましい。
なお、探傷屈折角θ_ｎｍは、アレイ型超音波探触子２が具備する各振動子２１に設定する超音波送信の遅延時間を公知の方法で調整することにより設定可能である。

具体的には、図４に示すように、管ＰのＴ方向についての溶接線Ｗ１に対するアレイ型超音波探触子２の現在の離間距離がｙ_ｎｍである場合に、管Ｐの中心Ｃと溶接線Ｗ１とを結ぶ線分と、管Ｐの中心Ｃとアレイ型超音波探触子２（複数の振動子２１の中心）とを結ぶ線分の成す中心角をφ_ｎｍとし、管Ｐの内半径をｒとし、外半径をｄとすると、幾何学的に求める以下の式（２）及び式（３）を満足するように、探傷屈折角θ_ｎｍを設定することが好ましい。

上記の式（２）及び（３）における変数ｋは、以下の表１に示す各探傷スキップの何れを用いるかによって選択される。

上記の式（２）において、離間距離ｙ_ｎｍは第３ステップによって算出され、外半径ｄ及び変数ｋは既知である。したがい、上記の式（２）に基づき、中心角φ_ｎｍが算出される。この算出した中心角φ_ｎｍと、既知の外半径ｄ、内半径ｒ及び変数ｋとを上記の式（３）の右辺に入力することで、適切な探傷屈折角θ_ｎｍを算出することが可能である。
上記のように探傷屈折角θ_ｎｍを設定することにより、アレイ型超音波探触子２から送信された超音波Ｕを溶接部Ｗの所望する位置（０．５スキップ及び１．５スキップの場合には管Ｐの内面、１．０スキップ及び２．０スキップの場合には管Ｐの外面）に入射させることができ、良好な探傷精度を得ることが期待できる。
ただし、実際の管Ｐは完全な真円ではないこと等に起因して、真に適切な探傷屈折角θ_ｎｍが、上記の式（２）及び（３）の幾何学計算によって求まる探傷屈折角θ_ｎｍからズレる可能性もある。このため、実際に探傷する管Ｐと同種・同寸法の管に人工きずを設けた試験管を用意し、この試験管に対して、アレイ型超音波探触子２の離間距離ｙ_ｎｍ及び探傷屈折角θ_ｎｍを変更した探傷試験を行って、離間距離ｙ_ｎｍに応じた適切な探傷屈折角θ_ｎｍを試験的に求めることも可能である。

図５は、探傷屈折角θ_ｎｍを固定値にした場合に、離間距離ｙ_ｎｍの変化によりきずからのエコー強度がどのように変化するか（探傷精度がどのように変化するか）を調査した結果の一例を示す図である。
図５に示す結果は、管Ｐとして、外径２２ｉｎｃｈ、肉厚２５．４ｍｍのＵＯ鋼管を用い、このＵＯ鋼管の溶接部Ｗ内面に人工きずとしてＮ５ノッチを設けた場合に得られた相対エコー強度である。図中に示す「４４ｄｅｇ」等の数値は、探傷屈折角θ_ｎｍの値を意味する。

図５に示すように、例えば、離間距離ｙ_ｎｍが８５ｍｍの場合、最適な探傷屈折角θ_ｎｍは４４ｄｅｇである。しかしながら、探傷屈折角θ_ｎｍを４４ｄｅｇに固定し、離間距離ｙ_ｎｍが＋５ｍｍ変動して９０ｍｍになった場合、相対エコー強度は約−６ｄＢ低下することが分かる。この離間距離ｙ_ｎｍが９０ｍｍである場合には、探傷屈折角θ_ｎｍを４４ｄｅｇから４８ｄｅｇに変更することで相対エコー強度を最大にできることが分かる。
本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、図５に示すような結果に基づき、第３ステップで算出した離間距離ｙ_ｎｍに応じて、アレイ型超音波探触子２の探傷条件（少なくとも探傷屈折角θ_ｎｍ）を設定（更新）するので、良好な探傷精度を得ることが可能である。

なお、図５では、管ＰとしてＵＯ鋼管を用いた場合を例に挙げたが、本発明はこれに限るものではなく、管Ｐとして電縫管を用いる場合も同様に適用可能である。

１・・・取付ヘッド
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ・・・アレイ型超音波探触子
１１・・・溶接線検出器
２１・・・振動子
Ｐ・・・管
Ｗ・・・溶接部
Ｗ１・・・溶接線

Claims

アレイ型超音波探触子及び該アレイ型超音波探触子が取り付けられた取付ヘッドを用いて、前記取付ヘッドに対して軸方向に相対移動する管の溶接部を超音波探傷する方法であって、
前記取付ヘッドは、前記管の外面に対向配置され、先端側で前記溶接部の溶接線の位置を検出し、該検出した溶接線の位置に前記管の軸方向に延びる前記取付ヘッドの所定の基準線が相対的に追従するように、前記管に対して前記管の軸方向に直交する方向に相対移動し、
前記アレイ型超音波探触子は、前記取付ヘッドの後端側に取り付けられ、前記管に対して前記取付ヘッドと一体的に相対移動して前記管の溶接部を超音波探傷し、
前記管の軸方向についての前記取付ヘッドの複数の相対位置において、前記管に対する前記取付ヘッドの相対的な追従量である相対追従量を記憶する第１ステップと、
前記第１ステップで記憶した相対追従量のうち、前記管の軸方向についての前記アレイ型超音波探触子の現在の相対位置に前記取付ヘッドが位置しているときの前記取付ヘッドの相対追従量δ’_ｎｍを抽出する第２ステップと、
前記取付ヘッドの現在の相対位置Ｌ_ｍにおける前記取付ヘッドの相対追従量δ_ｍと、前記第２ステップで抽出した前記相対追従量δ’_ｎｍと、前記管の軸方向に直交する方向についての前記アレイ型超音波探触子の取付位置とに基づき、前記管の軸方向に直交する方向についての前記溶接線に対する前記アレイ型超音波探触子の現在の離間距離ｙ_ｎｍを算出する第３ステップと、
前記第３ステップで算出した前記離間距離ｙ_ｎｍに応じて、前記アレイ型超音波探触子の探傷条件を設定する第４ステップと、
を含むことを特徴とする管の溶接部の超音波探傷方法。
前記取付ヘッドは、先端側に取り付けられた溶接線検出器を具備し、該溶接線検出器で検出した溶接線の位置に前記基準線が相対的に追従するように、前記管の軸方向に直交する方向に相対移動し、
前記アレイ型超音波探触子は、前記溶接線検出器の取付位置よりも後端側に所定距離Ｘ_ｎだけ離間し、なお且つ、前記基準線に対して前記管の軸方向に直交する方向に所定距離Ｙ_ｎだけ離間した位置に取り付けられ、
前記第１ステップにおいて、前記管の軸方向についての前記溶接線検出器の複数の相対位置において、前記取付ヘッドの相対追従量を記憶し、
前記第２ステップにおいて、前記第１ステップで記憶した相対追従量のうち、前記管の軸方向についての前記溶接線検出器の現在の相対位置Ｌ_ｍから前記所定距離Ｘ_ｎだけ離間した相対位置に前記溶接線検出器が位置しているときの前記取付ヘッドの相対追従量δ’_ｎｍを抽出し、
前記第３ステップにおいて、前記溶接線検出器の現在の相対位置Ｌ_ｍにおける前記取付ヘッドの相対追従量δ_ｍと、前記第２ステップで抽出した前記相対追従量δ’_ｎｍと、前記所定距離Ｙ_ｎとに基づき、前記アレイ型超音波探触子の現在の離間距離ｙ_ｎｍを算出する、
ことを特徴とする請求項１に記載の管の溶接部の超音波探傷方法。
前記第３ステップにおいて、前記溶接線に対する前記アレイ型超音波探触子の現在の離間距離ｙ_ｎｍを以下の式（１）によって算出する、
ことを特徴とする請求項２に記載の管の溶接部の超音波探傷方法。

ただし、前記式（１）において、Ｙ_ｎは、前記取付ヘッドの前記基準線に対して前記管の軸方向に直交する方向の一方の側を正の値とし、他方の側を負の値とする。また、δ_ｍ及びδ’_ｎｍは、前記取付ヘッドの初期相対位置に対して前記管の軸方向に直交する方向の前記一方の側を正の値とし、前記他方の側を負の値とする。
前記第４ステップにおいて、前記離間距離ｙ_ｎｍに応じた前記管の周方向の探傷屈折角を少なくとも設定する、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の管の溶接部の超音波探傷方法。