JP3557553B2

JP3557553B2 - 溶接継手の超音波探傷試験方法

Info

Publication number: JP3557553B2
Application number: JP2001065331A
Authority: JP
Inventors: 英幸平澤; 光浩神岡
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2001-03-08
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2021-03-08
Also published as: JP2002267638A

Description

【発明の属する技術分野】
【０００１】
この発明は、非破壊検査における溶接継手の超音波探傷試験方法であって、特に溶接継手の板厚部分についての欠陥の有無のみならず、溶接余盛部分の欠陥の有無についても信頼度高く検出することのできる溶接継手の超音波探傷試験方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、超音波探傷試験は、試験体である溶接部の表面から超音波ビームをその内部に送信し、試験体中の欠陥によって反射してくる超音波エコーを検出して、エコーの大きさから欠陥の大きさを推定し、超音波を送信してから戻ってくるまでの時間を測定して欠陥位置までの距離を知る方法として知られている。
【０００３】
ここで、従来より用いられている自動超音波探傷試験方法の一例について説明すると、一般的に比較的板厚の厚い構造物（板厚約１５ｍｍ以上）に対しての適用が多く、このような板厚の厚いものでは、板厚に対する溶接余盛高さが相対的に小さくなるため、溶接余盛からの形状エコーはほとんど検出されることがない。したがって、形状エコーと欠陥エコーとを混同して形状エコーを欠陥エコーと見誤るおそれがほとんどなく、少なくとも欠陥エコーの識別判定は比較的容易に行うことができるとされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の自動超音波探傷試験方法は、あくまでも比較的板厚の厚いものに対する適用が主であって、超音波探傷すべき対象が薄板（板厚約１５ｍｍ未満）である場合には、板厚に対する溶接余盛高さが相対的に大きくなってしまう結果、欠陥エコーのみならず、溶接余盛からの形状エコーをも同時に検出せざるをえなかった。このように、探傷時、溶接余盛からの形状エコーを検出してしまうと、この形状エコーを欠陥エコーであると見誤るおそれが高く、本来、欠陥が存在しないにもかかわらず、欠陥が存在するものと誤って判断してしまったり、あるいは全線欠陥ありと誤って判断してしまうおそれがあった。
【０００５】
そして、上記のように存在しないはずの欠陥をあるものと誤判断すると、本来不要なガウジング等で欠陥の存在しない溶接部を無駄に掘り返す結果となり、この無駄な作業のために再度溶接を行わなければならないという作業ロスを生じる不具合があった。また、本来不要なガウリング処理等によって溶接作業全体に及ぼすコストアップのみならず、以降の作業工程に遅れを生じるという不具合もあった。
【０００６】
上記自動超音波探傷試験方法を改良したものとして、データ取り込み範囲を板厚内部のみに限定し、溶接余盛からの形状エコーを積極的に検出しないようにした方法がある。上記超音波探傷試験方法の具体的な試験条件は、次のとおりであって、たとえば、板厚８ｍｍの被検査材に対し、表面側２ｍｍ、裏面側２ｍｍを検査対象外とし、検査範囲を板厚４ｍｍの範囲に設定し、通常の探触子を用い、屈折角θ＝７０°（板厚によっては６０°、さらに板厚によっては４５°も併用）、超音波ビームの周波数は板厚によって２ＭＨｚ〜５ＭＨｚという条件設定により探傷を行うようにする。しかしながら、上記の超音波探傷試験方法では、データの取り込み範囲から溶接余盛部分を意識的に除外し、溶接余盛部分の探傷を行っていないので、もし仮に溶接余盛部分に欠陥が存在していたとしてもこれを検出することはできない。したがって、総合的に判断すると、超音波探傷試験方法自体の信頼度が著しく低くなるという不具合は否めなかった。
【０００７】
この発明は上記従来の超音波探傷試験方法が有する不具合を解決するためになされたものであって、その目的は、溶接継手の板厚相当部分のみならず、溶接余盛部分をも探傷対象とし、しかも検出した溶接余盛からの形状エコーを欠陥エコーと誤判断することがなく、存在する欠陥からのエコーを欠陥エコーとして識別判定して確実に欠陥の検出ができる溶接継手の超音波探傷試験方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の溶接継手の超音波探傷試験方法は、溶接継手を挟んで母材上に対向配置させた２つの集束超音波探触子から上記溶接継手に対して各々、超音波を発射して斜角探傷し、得られた探傷データに基づいて画像処理した２方向からの探傷画像を対比して、各探傷画像に表示された反射源位置がそれぞれ重なって同一となれば欠陥が存在すると判定する溶接継手の超音波探傷試験方法であって、上記斜角探傷する際、探傷データを取り込む範囲であるゲート範囲は各探触子位置に合わせて移動させ、少なくとも溶接余盛部を完全に含み、かつ溶接金属及び母材内の多重反射による妨害エコーを検出しないように設定することを特徴としている。
【０００９】
溶接継手部分の超音波探傷を行う場合、通常の探触子を用いると、超音波ビームが距離に比例して拡散するので、超音波の反射源位置の測定精度は低下する。本願発明で対象としている溶接余盛内の欠陥の場合、超音波ビームを任意の位置に集束でき、ピンポイントで探傷することが可能な集束探触子を利用することで、位置測定分解能が向上し、溶接余盛からの形状エコーと欠陥エコーが識別しやすくなる。この発明では、この集束超音波探触子２個を溶接継手を挟んで母材上に対向配置させ、これらの探触子によって同時に斜角探傷するようにしたので、同一の探傷対象に対して左右２方向から探傷した２つの探傷データが得られる。そして、これらの探傷データは画像処理して探傷画像とするが、仮に溶接継手に欠陥が存在するとすれば、２方向いずれからの探傷画像にも反射源として鮮明に表示され、２つの探傷画像を合わせて合成画像とした際、上記２つの探傷画像に表示された各反射源は必ず重なり合って同一となる。一方、反射源が溶接余盛からの形状エコーであれば、上記２つの探触子では溶接余盛の異なる位置からの反射となって双方の画像でその位置は全く異なり、合成画像とした場合に重なり合って同一となることがないので、溶接余盛からの形状エコーであるとの判定が瞬時に行える。このように、溶接欠陥からのエコーと溶接余盛からの形状エコーとを確実かつ瞬時に識別判定でき、もし欠陥が存在すれば、これを確実に検出することができる。しかも、上記集束超音波探触子によれば、ピンポイントで溶接余盛内を超音波探傷できるので、反射源位置の測定分解能を向上させることができ、欠陥位置と溶接余盛からの形状エコーによる反射源位置の測定精度を向上させることができる。
【００１１】
これまでの超音波探傷試験方法では、基本的に１つの探触子により超音波の送受を行うタイプ（いわゆる一探触子法）による１方向からの探傷であり、しかも板厚部分のみを探傷対象としていたので、探傷データを取り込む範囲であるゲート範囲も板厚範囲であって、溶接余盛の部分はほとんど含まれておらず、また含む必要性もなかった。したがって、溶接余盛の部分についての探傷が積極的に行われないことで超音波探傷試験方法としての信頼性は低いものであった。そこで、この発明では、少なくとも溶接余盛を完全に含み、かつ溶接金属及び母材内の多重反射による妨害エコーを検出しない最適な範囲に各探触子位置に応じてゲート範囲を移動させるようにした。このようにしたことで、妨害エコーを検出することなく、溶接余盛からの形状エコーと欠陥エコーのみを検出でき、これらのエコーから欠陥に由来するエコーを簡単に識別判定できる。このように、ゲート範囲は探触子位置に合わせて移動するようにしたので、探傷にあたって妨害エコーを検出することがなく、信頼性の高い探傷が行えるのである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の溶接継手の超音波探傷試験方法の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、この発明の一実施の形態である溶接継手の超音波探傷試験方法の手順を説明するためのブロック図であり、図２は同じく超音波探傷試験方法の実施状態を説明するための説明図であり、図３は図２による超音波探傷試験の結果、得られた探傷画像を示す概略図、図４はゲートの設定方法を説明するための説明図である。
【００１３】
まず、図１ないし図３を参照しながらこの発明の一実施の形態である溶接継手の超音波探傷試験方法につき、平板の突合せ継手溶接の場合を一例として説明する。上記超音波探傷試験方法は基本的に次の第１段階から第４段階の各ステップから構成されており、図１のブロック図で示す手順で進む。
〔第１段階〕２方向からの超音波探傷（図１で符号１で示す）
すなわち、試験体である溶接継手１２（正確には溶接線）を挟んで左右の位置にある母材１０、１１表面上に２つの集束超音波探触子（単に「探触子」という場合もある）８、９を配置し、これら２方向から溶接継手１２の任意の部位（例えば、溶接余盛１３の下部側）に各々超音波ビームを発射して斜角探傷する。なお、上記でいう集束超音波探触子８、９とは、超音波ビームを任意の位置に集束でき、かつ一つの探触子で超音波ビームの送受を行うタイプであって、ピンポイントで探傷することが可能なものである。また、発射する超音波ビームの周波数条件は、たとえば余盛内部に対しては約２ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ、板厚内部に対して約２ＭＨｚ〜５ＭＨｚ程度とする。また、超音波ビームの屈折角条件は、たとえば余盛内部に対しては４５〜６０°、板厚内部に対しては約４５〜７０°程度とする。
【００１４】
〔第２段階〕各探傷データの検出・保存（図１で符号２、３で示す）
上記第１段階における集束超音波探触子８、９による２方向からの超音波探傷によって検出した各探傷データを保存する。
【００１５】
〔第３段階〕各探傷データを探傷画像に変換（図１で符号４、５で示す）
上記第２段階で得た２方向からの探傷データに基づいて各々画像処理して２つの探傷画像Ａ、Ｂを得、両者を対比する。ちなみに、探傷画像Ａにおいては反射源位置が２箇所にあり、その一つは余盛ａ点付近からの形状エコーを画像化した形状像１４、もう一つはブローホール等の欠陥エコーを画像化した欠陥像１５と考えられる部分である。また、同様に探傷画像Ｂにおいても反射源位置が２箇所にあり、その一つは余盛ｂ点付近からの形状エコーを画像化した形状像１６、もう一つはブローホール等の欠陥エコーを画像化した欠陥像１５と考えられる部分である。
【００１６】
〔第４段階〕２つの探傷画像を合成（図１で符号６で示す）
上記第３段階で得た２方向からの探傷画像Ａ、Ｂを重ね合わせて合成した合成画像Ｃを表示装置に画面表示する。
【００１７】
〔第５段階〕合成画像から欠陥の有無を識別判定（図１で符号７で示す）
上記第４段階で得た合成画像Ｃにおいて、反射源位置が重なり合って同一となれば（いうまでもなく探傷画像Ａにおける欠陥像１５と探傷画像Ｂにおける欠陥像１５とは重なり合う）、この反射源位置に例えばブローホールなどの欠陥が存在するものと判定する。一方、反射源位置が重なることなく、探傷画像Ａ及びＢにのみ固有単独のものとして存在するものであれば、溶接余盛ａ、ｂ点からの形状エコーと判定する。つまり、探傷画像Ａにおける形状像１４と、探傷画像Ｂにおける形状像１６とは重なり合わず、それぞれ、余盛ａ点、あるいは余盛ｂ点の形状エコーであることがわかる。このように、探傷画像Ａ、Ｂの反射源位置がこれら２つの画像を合成した際に重なりあって同一となるか否かによって欠陥であるか、あるいは単なる形状エコーにすぎないかを簡単かつ信頼性高く識別判定することができる。そして、結果的に、欠陥の検出が速やかに行えることにもなるから、その後の補修溶接対策も直ちにとることができる。
【００１８】
次に、この発明の超音波探傷試験方法において探傷データを取り込む範囲であるゲートの設定方法について図４を参照しながら説明する。すなわち、この発明にかかる超音波探傷試験方法の実施において斜角探傷を行う際、図４（ａ）で示すように、母材１１表面上に配置した集束超音波探触子９を溶接継手１２寄りにスライドさせて接近させる（矢印方向にスライドさせる）。この探触子９のスライド位置とゲート範囲の関係は、溶接継手１２及び溶接余盛１３の形状を考慮し、かつ溶融金属及び母材内の多重反射による妨害エコーを検出しない最適な範囲に上記探触子９位置に応じてゲート範囲を移動させるようにすることが重要となる。
【００１９】
図例でいえば、探触子９のスライド位置が溶接余盛１３に近づくにしたがい、集束超音波探触子９から発射される超音波ビームのビーム路程をたとえば、Ｗ３Ｓ〜Ｗ３Ｅ、Ｗ２Ｓ〜Ｗ２Ｅ、Ｗ１Ｓ〜Ｗ１Ｅ・・・と変わるようにし、ゲート範囲を移動させるようにし、かつ溶接余盛１３が確実にゲート範囲内に含まれる設定する。特に上記図例では、一方の探触子９のみの移動を示したが、いうまでもなく、他方の探触子８も探触子９と全く同様に動作させ、最終的には図４（ｂ）で示すように、溶接余盛１３を完全に含み、溶接金属及び母材内の多重反射による妨害エコーを検出しないような最適な範囲（符号１７で示す斜線で囲った部分）がゲート範囲１７として設定される。
【００２０】
上記のようにして超音波探傷時にゲート範囲が予め設定されていることで溶接余盛についても探傷が可能で、しかも溶接余盛を含んで溶接継手部分のみをゲート範囲としたので、母材や溶接金属内からの多重反射による妨害エコーの検出を極力抑制できる。したがって、探傷結果としては、溶接余盛からの形状エコーと欠陥エコーを検出することになり、これらのエコーは前述したように、容易に欠陥エコーであるか否かを簡単かつ迅速に識別判定できる。したがって、欠陥検出後の補修溶接も速やかに行える。
【００２１】
以上にこの発明の一実施形態について説明してきたが、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、発明の主旨を損なわない限り、種々変更して実施可能である。たとえば、上記実施の形態例では従来、信頼度の高い探傷が行えなかった薄板への適用について説明したが、板厚の大小にかかわりなく適用可能であって、厚板や極厚板等に対しても上記薄板の場合と同様、信頼度高く適用できることはいうまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように請求項１の溶接継手の超音波探傷試験方法によれば、超音波ビームを任意の位置に集束でき、ピンポイントで探傷することが可能な２つの集束超音波探触子を溶接継手を挟んで対向配置させ、これらの探触子によって同時に斜角探傷するようにしたので、同一の探傷対象に対して左右２方向から探傷した２つの探傷データが得られる。そして、これらの探傷データは画像処理して探傷画像となるが、仮に溶接継手に欠陥が存在するとすれば、いずれの探傷画像にも反射源として鮮明に表示され、２つの探傷画像を合わせて合成画像とした際、上記反射源は必ず重なり合って同一となる。一方、溶接余盛からの形状エコーであれば、上記２つの探触子では溶接余盛の異なる位置からの反射となって双方の画像でその位置は異なる。このように、溶接欠陥と溶接余盛からの形状エコーとは明確かつ瞬時に識別判定でき、きわめて信頼度の高い探傷が行える。
【００２３】
しかも、上記請求項１の溶接継手の超音波探傷試験方法によれば、溶接余盛を完全に含み、かつ溶接金属及び母材内の多重反射による妨害エコーを検出しないように探触子位置に応じてゲート範囲を移動できるようにしたので、妨害エコーを検出することなく溶接余盛からの形状エコーと欠陥エコーのみを検出でき、これらのエコーから欠陥に由来するものか否かについて明確かつ瞬時に識別判定できる。このように、超音波探傷時、ゲート範囲は探触子位置に応じて移動して最適な範囲に設定されるようにしたので、不要な妨害エコーに邪魔されることなく、欠陥の有無の検出を信頼性高く、しかも容易かつ迅速に行えるから溶接作業者や検査作業者にとって作業が非常に行いやすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態である溶接継手の超音波探傷試験方法の手順を説明するためのブロック図である。
【図２】超音波探傷試験方法の実施状態を説明するための説明図である。
【図３】超音波探傷の結果、得られた探傷画像を示す概略図である。
【図４】ゲートの設定方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１２方向からの超音波探傷
２、３探傷データの検出・保存
４、５探傷画像への変換
６合成画像
７欠陥の有無の識別判定
８、９集束超音波探触子
１０、１１母材
１２溶接継手
１３溶接余盛
１４、１６形状エコーから得られた形状像
１５欠陥エコーから得られた欠陥像
１７ゲート範囲

Claims

溶接継手を挟んで母材上に対向配置させた２つの集束超音波探触子から上記溶接継手に対して各々、超音波ビームを発射して斜角探傷し、得られた各探傷データに基づいて画像処理した２方向からの探傷画像を対比して、各探傷画像に表示された反射源位置がそれぞれ重なって同一となれば欠陥が存在すると判定する溶接継手の超音波探傷試験方法であって、上記斜角探傷する際、探傷データを取り込む範囲であるゲート範囲は各探触子位置に合わせて移動させ、少なくとも溶接余盛部を完全に含み、かつ溶接金属及び母材内の多重反射による妨害エコーを検出しないように設定することを特徴とする溶接継手の超音波探傷試験方法。