JP2934168B2 - 超音波探傷機の芯出し倣い装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、小径電縫鋼管の製造
ラインで直進移動する電縫鋼管の溶接部などの欠陥を探
傷する超音波探傷機の探触子ホルダを被検材と同芯円周
上を精度よく倣わせる超音波探傷機の芯出し倣い装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に小径電縫鋼管の溶接部等に発生す
る欠陥を超音波探傷法で検査するには、溶接直後の製造
ラインで電縫溶接部などの探傷をオンラインで行う方法
と、小径電縫鋼管を所定長さに切断して曲がり取り矯
正、端部面取り仕上げ、表面検査などの後で電縫溶接部
などの探傷をオフラインで行う方法とがある。溶接直後
のオンラインでの超音波探傷は、溶接部に発生する溶接
未溶着、ペネトレータおよびビード切削不良などの溶接
欠陥を検出し、不良多発を未然に防止することが目的で
ある。また、表面検査などの終了後の超音波探傷は、小
径電縫鋼管の品質保証を目的とした最終検査で、その探
傷方法は、管直進送り、探触子回転式がよく使用されて
いる。

【０００３】小径電縫鋼管の製造ラインで製管速度で直
進移動する電縫溶接部などの欠陥を探傷する超音波探傷
は、局部水浸法あるいは全没水浸法が用いられる。例え
ば、特開昭５６−４９９５５号公報には、溶接部等の内
面欠陥および外面欠陥の各欠陥を各別に検出するため各
欠陥にそれぞれ高い検出感度を有し、かつ超音波の入射
角がそれぞれ異なる複数個の探触子を小径電縫鋼管の周
囲に配置し、これら各別の複数個の探触子を前記小径電
縫鋼管の円周方向に斜角入射して欠陥の検出を行う局部
水浸法が開示されている。また、日本鉄鋼協会編、超音
波探傷シリーズ（２）、溶接鋼管の超音波探傷法には、
溶接部およびその近傍を探傷する全没水浸法、管とマニ
プレータ（探触子ホルダを含む倣い機構部）を同芯配置
し、テレビカメラ等の光学式センサで溶接ビードを検出
してマニプレータを溶接ビードに追従して周方向に倣わ
せる方式と、管スパイラル送り全没水浸法が開示されて
いる。しかし、管スパイラル送り全没水浸法は、処理能
力が低いため、最近では殆ど使用されていない。

【０００４】従来の小径電縫鋼管の製造ラインでの超音
波探傷法は、管とマニプレータ（探触子ホルダを含む倣
い機構部）が同芯であることが前提である。しかし、一
般に溶接直後の製造ラインでのオンライン超音波探傷で
は、超音波探傷機を設置する位置は溶接後水冷ゾーンの
後、またはサイザーロール内が多い。サイザーロール内
に超音波探傷機を設置する場合は、管は前後のサイザー
ロールで規制されているため、管の上下左右の振れはな
く、管とマニプレータ（探触子ホルダを含む倣い機構
部）は常に安定した同芯を保つことができる。

【０００５】しかし、近年、小径電縫鋼管の溶接部など
の超音波探傷は、溶接部等の内面欠陥および外面欠陥の
各欠陥を各別に検出するため各欠陥にそれぞれ高い検出
感度を有し、かつ超音波の入射角がそれぞれ異なる複数
個の探触子を用いて多チャンネル化しており、マニプレ
ータがライン長手方向に長くなり、サイザーロール内に
配置することが困難になってきている。これまでに設置
されている超音波探傷機は、サイザーロール前に設置の
ものが殆どであり、管の振れを規制するために探傷用水
槽の入出側にピンチロールを配置しているが、これだけ
では完全でないことが多いのが実情である。

【０００６】小径電縫鋼管の製造ラインでのオンライン
で超音波探傷する場合は、一般に超音波探傷機は水冷ゾ
ーンの後に配置され、探傷用水槽の入出側に設けたピン
チロールで直進移動してくる小径電縫鋼管の振れを規制
するが、前記したとおり、最近では検出感度を上げるた
めに探触子が多チャンネル化しており、入出側のピンチ
ロール間距離が相当長くなっている。製造ラインでは、
溶接機の溶接速度とサイザーの矯正速度は同期している
が、サイザーロールの僅かな摩耗などによって溶接速度
と矯正速度が同期しなくなり、ピンチロール間で管が上
下左右に振動することがある。超音波探傷機のマニプレ
ータは、小径電縫鋼管の場合オーバーハングできないた
め、機械的に被検管と同芯になるよう予めセッティング
をしている。したがって、管振れが生じたときは、斜角
探触子の入射屈折角度が規定角度よりずれて適正な探傷
感度から外れ、過検出になったり、見逃したりすること
になる。

【０００７】小径電縫鋼管のオンラインでの超音波探傷
機の探触子ホルダの倣い機構は、図７に示すとおり、小
径電縫鋼管６１に探触子ホルダが接触して倣っていくの
ではなく、小径電縫鋼管６１と同芯に設置された基準プ
レート６２に設置した倣いガイド６３上を探触子ホルダ
の固定プレート６４に取付けたベアリング６５が転動す
る構造となっている。なお、図中の６６は小径電縫鋼管
６１の溶接ビード６７を検出する光学式センサ、６８は
小径電縫鋼管６１のクランプローラ、６９はサーボモー
タ、７０はチェーン、７１はカウンタバランスである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記超音波探傷機の探
触子ホルダの倣い機構は、図８に示すとおり、探触子ホ
ルダ７２の重心Ｇとカウンタバランス７１の引上げ力Ｐ
の位置が異なるため、倣いガイド６３に曲げモーメント
Ｍが作用する。また、図９に示すとおり、超音波探傷機
は、設置スペース上の制約から倣いガイド６３を一方に
傾けて設置しているが、探触子ホルダ７２は原則として
垂直線を中心に左右に倣わせるべく、固定プレートのベ
アリング６５位置を探触子ホルダ７２の中心からＬだけ
移動させている。このため、探触子ホルダ７２の重心Ｇ
と探触子ホルダ７２の固定プレートのベアリング６５位
置が一致せず、Ｇ×Ｌの捩じれが発生してベアリング６
５に偏荷重がかかり、ベアリング６５のガタ、損傷に発
展し、多大の整備工数と補修費用を費やしていた。

【０００９】この発明の目的は、上記探触子ホルダの倣
い機構の倣いガイド上を転動するベアリングや倣いガイ
ドへの偏荷重を防止し、倣いの回転中心を固定式とでき
る超音波探傷機の芯出し倣い装置を提供することにあ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を行った。その結果、探傷用
水槽内に被検材を芯出しクランプするクランプローラを
設け、前記探傷用水槽の入出側に被検材と同芯の回転自
在の回転固定芯を設け、探触子ホルダの固定板のＵ字型
延長プレートを前記回転固定芯の倣い円板に嵌合して倣
わせることによって、前記探触子ホルダの倣い機構の倣
いガイド上を転動するベアリングや倣いガイドへの偏荷
重を防止できることを究明し、この発明に到達した。

【００１１】すなわちこの発明は、小径電縫鋼管の製造
ラインで溶接直後に電縫鋼管を長手方向に移動させなが
ら探傷用水槽内で溶接部を挟んで斜角入射し電縫溶接部
などの探傷を行う超音波探傷機において、探傷用水槽内
に被検材を芯出しクランプする駆動機構によりリンク機
構を介して開閉するクランプローラを設け、前記探傷用
水槽の入出側に被検材と同芯の回転固定芯を設け、探触
子ホルダの固定板のＵ字型延長プレートを前記回転固定
芯の倣い円板に嵌合して倣わせることを特徴とする超音
波探傷機の芯出し倣い装置である。

【００１２】

【作用】この発明においては、探傷用水槽内に被検材を
芯出しクランプする駆動機構によりリンク機構を介して
開閉するクランプローラを設けたことによって、駆動機
構を操作してリンク機構を介しクランプローラを開閉し
て被検材をクランプすれば、探傷用水槽内で被検材はミ
ル芯と合致する。また、この発明においては、探傷用水
槽の入出側に被検材と同芯の回転固定芯を設け、探触子
ホルダの固定プレートに連結したＵ字型延長プレートを
前記回転固定芯の倣い円板に嵌合することによって、被
検材に対し探触子ホルダは同芯となる。したがって、テ
レビカメラ等の光学式センサで被検材の溶接ビードを検
知し、探触子ホルダの固定プレートを回転固定芯を基準
にして円周方向に倣い動作させれば、倣いガイドやベア
リングに偏荷重を与えることなく、探触子ホルダを被検
材の溶接ビードに沿って倣わせることができ、適正な探
傷感度を維持して過検出による歩留の悪化を抑制できる
と共に、見逃しがなくなることによって探傷試験の信頼
度を向上できる。

【００１３】被検材をクランプするクランプローラの開
閉機構は、探傷用水槽内で被検材をミル芯と同芯にクラ
ンプできればよく、特に限定されるものではないが、シ
リンダ、ねじ軸等の駆動機構によりリンク機構を介して
クランプローラを開閉操作するのが一般的である。ま
た、探傷用水槽の入出側に設ける回転固定芯は、探触子
ホルダの固定プレートの延長プレートが嵌合できればよ
く、特に限定されないが、ドーナツ型倣い円板を設ける
ことによって、探触子ホルダの固定プレートの角度が変
化しても、固定プレートのＵ字型延長プレートを前記回
転固定芯のドーナツ型倣い円板への嵌合を容易に行うこ
とができる。

【００１４】

【実施例】

実施例１ 以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図１ないし図
６に基づいて説明する。図１はこの発明の探傷用水槽内
に設けるクランプ機構の平面図、図２は同じくクランプ
機構の側面図、図３はこの発明の超音波探傷機の芯出し
倣い装置の概略側面図、図４は超音波探傷機の芯出し倣
い装置の探触子ホルダを上昇させた状態の正面図、図５
は探傷用水槽の入出側の回転固定芯の一部切欠き拡大側
面図、図６はこの発明の超音波探傷機の芯出し倣い装置
の探触子ホルダを芯出しした状態の正面図である。

【００１５】図１ないし図６において、１は探傷用水槽
２を載置するベースで、図示していないが、上下左右方
向の調整が可能に構成されている。３、３ａはベース１
の下部に固定したシリンダホルダ４、４ａに取付けたシ
リンダで、シリンダ３、３ａのピストンロッド５、５ａ
はベース１の下部にミルラインと平行に固定したレール
６、６ａに沿って移動自在のリニアガイド７、７ａに固
定されたピンブロック８、８ａに接続されている。９は
ベース１の下部中央に固定したステーで、ステー９にハ
ウジング１０が固定されている。１１、１１ａはベース
１およびハウジング１０の軸受１２、１２ａおよび１
３、１３ａに軸支された各２本の回転軸で、各２本の回
転軸１１、１１ａの下部はピンブロック８、８ａと屈折
リンク板１４、１４ａを介して連結されている。また、
各２本の回転軸１１、１１ａの上端には、各２本のクラ
ンプ１５、１５ａの一端が固定されている。各２本のク
ランプ１５、１５ａの他端には、小径電縫鋼管１６のミ
ル芯と水平方向が同一な各一対のクランプローラ１７、
１７ａが回転自在に立設されている。

【００１６】シリンダ３、３ａを操作してピストンロッ
ド５、５ａを前進させれば、ピンブロック８、８ａはリ
ニアガイド７、７ａとレール６、６ａによってステー９
方向に移動し、屈折リンク板１４、１４ａを介して各２
本の回転軸１１、１１ａは回転し、クランプ１５、１５
ａに立設したクランプローラ１７、１７ａが開放する。
また、逆にシリンダ３、３ａを操作してピストンロッド
５、５ａを後退させれば、ピンブロック８、８ａはリニ
アガイド７、７ａとレール６、６ａによってステー９と
反対方向に移動し、屈折リンク板１４、１４ａを介して
各２本の回転軸１１、１１ａは回転し、クランプ１５、
１５ａに立設したクランプローラ１７、１７ａが小径電
縫鋼管１６をクランプし、探傷用水槽２内で小径電縫鋼
管１６はミル芯と合致するよう構成されている。

【００１７】１８は固定プレート１９、１９ａおよび固
定パイプ２０に保持されている探触子ホルダ、２１、２
１ａは固定プレート１９、１９ａに設けたベアリング、
２２、２２ａは基準プレート２３、２３ａに設置した倣
いガイドで、探触子ホルダ１８はベアリング２１、２１
ａを介して基準プレート２３、２３ａの倣いガイド２
２、２２ａにより保持されている。２４、２４ａは探傷
用水槽２の入出側のベース１にボルトで固定した保持
枠、２５、２５ａは保持枠２４、２４ａで支持された保
持プレートで、ベアリング２６、２６ａを介して円筒パ
イプ２７、２７ａを回転自在に保持している。２８、２
８ａは円筒パイプ２７、２７ａの探傷用水槽２側端部に
固定したドーナツ型の倣い円板である。

【００１８】２９、２９ａは固定プレート１９、１９ａ
の下部に連結したＵ字型延長プレートで、Ｕ字型延長プ
レート２９、２９ａの下部円弧部が倣い円板２８、２８
ａに嵌合すると、小径電縫鋼管１６に対し探触子ホルダ
１８は同芯となるよう構成されている。また、Ｕ字型延
長プレート２９、２９ａの下部円弧部が倣い円板２８、
２８ａに嵌合した状態では、ベアリング２１、２１ａと
倣いガイド２２、２２ａはフリーの状態で、固定プレー
ト１９、１９ａの倣いは、倣い円板２８、２８ａの芯が
基準となる。さらに、図４および図５に示すとおり、固
定プレート１９、１９ａおよびＵ字型延長プレート２
９、２９ａが上昇している場合は、固定プレート１９、
１９ａはベアリング２１、２１ａと倣いガイド２２、２
２ａによって支持されるよう、ベアリング２１、２１ａ
の取付けに自由度を持たせている。

【００１９】３０、３０ａは保持プレート２５、２５ａ
の上下調整ボルト、３１、３１ａは同じく保持プレート
２５、２５ａの左右調整ボルトで、円筒パイプ２７、２
７ａの芯合わせは、探傷用水槽２内のクランプローラ１
７、１７ａに小径電縫鋼管１６に替えて磨き丸棒をクラ
ンプさせ、図示しない芯測定治具を用いて磨き丸棒の芯
を測定し、上下調整ボルト３０、３０ａ、左右調整ボル
ト３１、３１ａを調整すれば、円筒パイプ２７、２７ａ
の倣い円板２８、２８ａを小径電縫鋼管１６と同芯に調
整できるよう構成する。３２は固定プレート１９から小
径電縫鋼管１６の入側に突設した小径電縫鋼管１６の溶
接ビードを検出するためのテレビカメラ等の光学式セン
サである。

【００２０】上記のとおり構成したことによって、小径
電縫鋼管１６の超音波探傷に先立ち、シリンダ３、３ａ
を操作してピストンロッド５、５ａを後退させ、ピンブ
ロック８、８ａをリニアガイド７、７ａとレール６、６
ａによってステー９と反対方向に移動し、屈折リンク板
１４、１４ａを介して各２本の回転軸１１、１１ａを回
転させ、探傷用水槽２内のクランプ１５、１５ａに立設
したクランプローラ１７、１７ａに小径電縫鋼管１６に
替えて磨き丸棒をクランプさせる。ついで、図示しない
芯測定治具を用いて磨き丸棒の芯を測定しつつ、上下調
整ボルト３０、３０ａ、左右調整ボルト３１、３１ａを
調整し、円筒パイプ２７、２７ａの倣い円板２８、２８
ａを磨き丸棒と同芯に調整する。円筒パイプ２７、２７
ａの倣い円板２８、２８ａの調整が完了すると、シリン
ダ３、３ａを操作してピストンロッド５、５ａを前進さ
せ、ピンブロック８、８ａをリニアガイド７、７ａとレ
ール６、６ａによってステー９方向に移動し、屈折リン
ク板１４、１４ａを介して各２本の回転軸１１、１１ａ
を回転させ、探傷用水槽２内の各一対のクランプ１５、
１５ａに立設したクランプローラ１７、１７ａによる磨
き丸棒のクランプを解除し、磨き丸棒を取り外す。

【００２１】しかるのち、超音波探傷機の固定プレート
１９、１９ａの下部に連結したＵ字型延長プレート２
９、２９ａの下部円弧部を倣い円板２８、２８ａに嵌合
すれば、小径電縫鋼管１６に対し固定プレート１９、１
９ａおよび固定パイプ２０に保持されている探触子ホル
ダ１８が同芯となり、超音波探傷の準備が完了する。小
径電縫鋼管１６の製管が開始されると、シリンダ３、３
ａを操作してピストンロッド５、５ａを後退させ、ピン
ブロック８、８ａをリニアガイド７、７ａとレール６、
６ａによってステー９と反対方向に移動し、屈折リンク
板１４、１４ａを介して各２本の回転軸１１、１１ａを
回転させ、探傷用水槽２内の各一対のクランプ１５、１
５ａに立設したクランプローラ１７、１７ａでミル芯と
同芯に直進移動する小径電縫鋼管１６をクランプする。

【００２２】そして、光学式センサ３２で小径電縫鋼管
１６の溶接ビードを検知し、固定プレート１９、１９ａ
および固定パイプ２０に保持されている探触子ホルダ１
８を倣い円板２８、２８ａの芯を基準にして円周方向に
倣い動作させれば、探触子ホルダ１８は小径電縫鋼管１
６の芯に沿って倣い動作するから、適正な探傷感度が維
持でき、過検出を防止して歩留の悪化を抑制できると共
に、見逃しがなくなり、探傷試験の信頼度を向上するこ
とができる。また、超音波探傷機のＵ字型延長プレート
２９、２９ａの下部円弧部が倣い円板２８、２８ａに嵌
合した状態では、ベアリング２１、２１ａと倣いガイド
２２、２２ａはフリーの状態で、固定プレート１９、１
９ａの倣いは、倣い円板２８、２８ａの芯が基準となる
から、探触子ホルダ１８の偏荷重等に伴う倣いガイド２
２、２２ａおよびベアリング２１、２１ａの損傷が皆無
となり、倣いガイド２１、２２ａおよびベアリング２
０、２０ａの補修工数、補修費を大幅に低減することが
できる。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明によれば、
小径電縫鋼管のオンラインによる超音波探傷における超
音波探傷機の芯出しを安定維持でき、溶接ビードの捩じ
れに伴う倣いガイドおよびベアリングの損傷が皆無とな
り、倣いガイドおよびベアリングの補修工数、補修費を
大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の探傷用水槽内に設けるクランプ機構
の平面図である。

【図２】同じくこの発明の探傷用水槽内に設けるクラン
プ機構の側面図である。

【図３】この発明の超音波探傷機の芯出し倣い装置の概
略側面図である。

【図４】超音波探傷機の芯出し倣い装置の探触子ホルダ
を上昇させた状態の正面図である。

【図５】探傷用水槽の入出側の回転固定芯の一部切欠き
拡大側面図である。

【図６】この発明の超音波探傷機の芯出し倣い装置の探
触子ホルダを芯出した状態の正面図である。

【図７】従来の超音波探傷機の倣い機構の概略説明図で
ある。

【図８】従来の倣い機構の曲げモーメンと発生の説明図
である。

【図９】従来の倣い機構のベアリングへの偏荷重発生の
説明図である。

【符号の説明】

１ ベース ２ 探傷用水槽 ３、３ａ シリンダ ４、４ａ シリンダホルダ ５、５ａ ピストンロッド ６、６ａ レール ７、７ａ リニアガイド ８、８ａ ピンブロック ９ ステー １０ ハウジング １１、１１ａ 回転軸 １２、１２ａ、１３、１３ａ 軸受 １４、１４ａ 屈折リンク板 １５、１５ａ クランプ １６、６１ 小径電縫鋼管 １７、１７ａ、６８ クランプローラ １８、７２ 探触子ホルダ １９、１９ａ、６４ 固定プレート ２０ 固定パイプ ２１、２１ａ、２６、２６ａ、６５ ベアリング ２２、２２ａ、６３ 倣いガイド ２３、２３ａ、６２ 基準プレート ２４、２４ａ 保持枠 ２５、２５ａ 保持プレート ２７、２７ａ 円筒パイプ ２８、２８ａ 倣い円板 ２９、２９ａ Ｕ字型延長プレート ３０、３０ａ 上下調整ボルト ３１、３１ａ 左右調整ボルト ３２、６６ 光学式センサ ６７ 溶接ビード ６９ サーボモータ ７０ チェーン ７１ カウンタバランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北側 雅司 和歌山県和歌山市湊1850番地 住友金属 工業株式会社 和歌山製鉄所内 (72)発明者 豊川 伸二 和歌山県和歌山市湊1850番地 住友金属 工業株式会社 和歌山製鉄所内 (72)発明者 谷所 孝之 和歌山県和歌山市湊1850番地 住友金属 工業株式会社 和歌山製鉄所内 (72)発明者 棚橋 利夫 大阪府大阪市港区磯路２丁目２番19号 オステックス株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−293560（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−25363（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−25362（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−231259（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−243358（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−151457（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 小径電縫鋼管の製造ラインで溶接直後に
   電縫鋼管を長手方向に移動させながら探傷用水槽内で溶
   接部を挟んで斜角入射し電縫溶接部などの探傷を行う超
   音波探傷機において、探傷用水槽内に被検材を芯出しク
   ランプする駆動機構によりリンク機構を介して開閉する
   クランプローラを設け、前記探傷用水槽の入出側に被検
   材と同芯の回転固定芯を設け、探触子ホルダの固定板の
   Ｕ字型延長プレートを前記回転固定芯の倣い円板に嵌合
   して倣わせることを特徴とする超音波探傷機の芯出し倣
   い装置。