JP3612392B2

JP3612392B2 - 超音波探傷用スキャナ

Info

Publication number: JP3612392B2
Application number: JP27035896A
Authority: JP
Inventors: 憲一郎土屋
Original assignee: JFE Engineering Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2016-10-11
Also published as: JPH10115605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管などの溶接部の欠陥検査に好適な超音波探傷用スキャナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば配管の溶接部の検査はＸ線透過試験によって行われることが多かった。Ｘ線透過試験では、検査結果と溶接部の強度との関係に基づいて作成された評価基準が長期間に渡り構造物の安全性を保証してきた実績があり、また検査結果をフィルムとして残せるという記録性があり、このために溶接部の検査に多用されていたのである。
【０００３】
一方、溶接部の欠陥検査において、超音波探傷検査は事業者が必要に応じて行う自主的な検査と位置づけられていたが、最近は各種の自動超音波探傷装置が開発され、多くの実用化例が紹介されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の超音波探傷装置においては、超音波を入出射する探傷用探触子を手動又は自動で操作していたが、手動操作の場合は欠陥検査に手間がかかって工数が増加すると共に、探傷用探触子の移動ピッチにばらつきが生じるため、熟練した技術者が時間をかけて行わないと欠陥検査の精度が低下するという問題があった。また、自動操作の場合には、ビードの位置、伝搬中の音速の変化に対応することができなかった。
【０００５】
本発明の目的は、このような問題点を解決することにあり、探傷用探触子を一定のピッチで自動的にしかも正確に移動させ、センサーによりビード位置及び伝搬中の音速をリアルタイムに計測しながら探傷することより、検査精度の向上及び作業工数の低減が可能な超音波探傷用スキャナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は超音波探傷用スキャナであり、前述の技術的課題を解決するために以下のように構成されている。すなわち、本発明の超音波探傷用スキャナは、被検査物に超音波を入射して前記被検査物の不連続部を検出する超音波検出手段と、前記被検査物の欠陥検査範囲を検出する欠陥検査範囲検出手段と、前記超音波検出手段及び前記欠陥検査範囲検出手段を保持するスキャナ本体と、前記スキャナ本体を前記欠陥検査範囲の長手方向に第１のピッチで間欠的に移動させる第１の移動手段と、前記スキャナ本体を前記欠陥検査範囲の長手方向に対して直角方向に第２のピッチで間欠的に移動させる第２の移動手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の超音波探傷用スキャナは、前記第１のピッチ及び前記第２のピッチは、それぞれ複数の異なるピッチを設定することができる。また、前記被検査物の伝達音速を検出する伝達音速検出手段を備えることができ、前記被検査物は配管であり、前記欠陥検査範囲は前記配管の円周方向に設けられた溶接ビード及びその周辺部とすることができる。更に、前記第１の移動手段は前記溶接ビードの溶接用レールを利用して前記スキャナ本体を移動させることができ、前記スキャナ本体が前記溶接ビードの全周に亘って一周するとき、前記スキャナ本体の移動開始位置と移動終了位置の位置ずれを防止する位置ずれ防止機能を備えることができる。
【０００８】
本発明の超音波探傷用スキャナにおいては、第１の移動手段と第２の移動手段でスキャナ本体に保持されている超音波検出手段を欠陥検査範囲の長手方向とこれに直角な方向に、それぞれ第１のピッチと第２のピッチで自動的に移動させて超音波探傷をすることができるので工数低減が可能になる。また、移動ピッチにばらつきが生じないため、検査精度が向上する。更に、第１のピッチ及び第２のピッチとして、それぞれ高速探傷用ピッチと精密探傷用ピッチとを設定することができ、これによって、探傷の能率を上げることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る超音波探傷用スキャナを図示の実施の形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る超音波探傷用スキャナ１を示す。この超音波探傷用スキャナ１はＴ字状のスキャナ本体１０を有し、このスキャナ本体１０には、超音波検出手段として２組の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂと、被検査物の例えば配管２の欠陥検査範囲である溶接ビード３を検出するため欠陥検査範囲検出手段としてのビードセンサ１２とが設けられている。
【００１１】
また、スキャナ本体１０には、このスキャナ本体１０を溶接ビード３の長手方向、本例では配管２の円周方向に第１のピッチで移動させる第１の移動手段である第１移動部１３と、スキャナ本体１０を溶接ビード３の長手方向に対して直角方向、本例では配管２の中心軸線方向に第２のピッチで移動させる第２の移動手段である第２移動部１４と、配管２の伝達音速を検出するための伝達音速検出手段である音速測定用探触子１５Ａ、１５Ｂとが設けられている。
【００１２】
配管２は、溶接ビード３によって接続されている。溶接ビード３は、配管２に取り付けられた溶接用レール４上を走行する溶接棒搬送手段（図示せず）によって溶接棒が搬送され、配管２の突き合わせ部に設けられたＶ字状の開先５（図２）に肉盛り溶接されることによって形成される。なお、溶接用レール４には、溶接棒搬送手段の走行距離を計測するためのラック８１が設けられている。
【００１３】
探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂは、配管２に超音波を入射して配管２の不連続部で反射した超音波の反射エコーを検出するようになっている。そして、一方の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂが溶接ビード３の例えば図中左側に配置され、他方の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂが溶接ビード３の右側に配置されている。
【００１４】
この探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂは、例えばギャップ法を利用した一般的な超音波探傷装置の探傷用探触子を用いることができる。また、溶接ビード３を検出するためのビードセンサ１２は、左右の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂの中央に配置されている。このビードセンサ１２としては、例えば渦流法による無接触センサを用いることができる。
【００１５】
第１移動部１３はスキャナ本体１０の片端部に設けられており、スキャナ本体１０に取り付けられたパルスモータ２１と、パルスモータ２１の両側の回転軸に取り付けられたギヤボックス２２、２２と、ギヤボックス２２、２２の両側の出力軸に取り付けられた車輪２３Ａ、２３Ｂとを有している。
【００１６】
車輪２３Ａ、２３Ｂには外側面に鍔２４が設けられている。車輪２３Ａ、２３Ｂは、図２に示すように溶接用レール４上に載置されており、鍔２４によって位置規制されている。これによって、スキャナ本体１０が所定の軌跡を正確に移動する。
【００１７】
溶接用レール４の下側には、スキャナ本体１０に取り付けられたカムフォロワ２５Ａ、２５Ｂが配置されている。そして、車輪２３Ａ、２３Ｂとカムフォロワ２５Ａ、２５Ｂとで溶接用レール４の両側を挟持することにより、スキャナ本体１０が溶接用レール４から不用意に脱落するのを防止している。
【００１８】
カムフォロワ２５Ａ、２５Ｂは、適宜な開閉手段で溶接用レール４の両側に開閉可能になっている。そして、スキャナ本体１０を取り付ける場合はカムフォロワ２５Ａ、２５Ｂを開いた状態とし、車輪２３Ａ、２３Ｂを溶接用レール４に載置してからカムフォロワ２５Ａ、２５Ｂを閉じることによって溶接用レール４を確実に挟持することができる。カムフォロワ２５Ａ、２５Ｂは、ノブ１００を回すことによって開閉する。
【００１９】
更に、図１に示すように第１移動部１３にはスキャナ本体１０に取り付けられたエンコーダ２７が設けられ、このエンコーダ２７の回転軸に取り付けられたギヤ２８が溶接用レール４のラック８１に噛合されている。これによって、エンコーダ２７からの出力パルス数から、スキャナ本体１０の移動距離を算出することができる。エンコーダ２７の出力は、後述のスキャナ制御部７０（図４）に送られて、スキャナ本体１０の円周方向の位置ずれ防止機能に使用される。
【００２０】
第２移動部１４は、スキャナ本体１０に取り付けられたパルスモータ３１と、パルスモータ３１によって両方向に回転駆動されるベルト３２と、ベルト３２に取り付けられた挟持部３３とを有している。パルスモータ３１の回転軸にはプーリ５１とギヤ５２が取り付けられている。パルスモータ３１のプーリ５１と平行にプーリ５３が配置され、これらのプーリ５１、５３にベルト３２が巻装されている。挟持部３３は、ベルト３２の両側に平行に配置されたガイドロッド３４、３４によって移動方向が規制されている。
【００２１】
パルスモータ３１の反対側にはエンコーダ５４が取り付けられ、その回転軸にギヤ５５が固定されている。このギヤ５５は、パルスモータ３１のギヤ５２に噛合されている。そして、エンコーダ５４でパルスモータ３１の回転軸の回転角度を測定することによって、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂが配管２の中心軸線方向に移動した距離を検出するようになっている。
【００２２】
挟持部３３の下部側には、図２に示すようにピン３５が植設されている。また、挟持部３３の下方には水平レバー３６が配置され、その中央部上方に縦長孔３７が設けられている。そして、この縦長孔３７がピン３５に嵌め込まれることによって、水平レバー３６がピン３５を中心に上下移動可能で、且つ上下方向に回動自在になっている。また、水平レバー３６の横ブレを防ぐためにブレ止め手段（図示せず）が付いている。
【００２３】
水平レバー３６の下側には横板部３８が取り付けられ、この横板部３８の両端に水平なピン３９を介して門型の保持部４０が回動自在に取り付けられている。保持部４０の配管２の円周方向の両端には、図３に示すように上述の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂがピン４１で回動自在に取り付けられている。この探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂは配管２に当接しており、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂと配管２との間にはベアリングによって一定距離を保ち、超音波が安定して入射できるように接触媒体が塗布されている。
【００２４】
また、図２に示すように水平レバー３６の下側で探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂの中間にビードセンサ１２が取り付けられ、これが横板部３８の抜き孔４１を通って下側に突出している。ビードセンサ１２は、配管２との間隔を調整することが可能である。
【００２５】
図１の音速測定用探触子１５Ａ、１５Ｂは、それぞれ一組の送信部及び受信部を有している。この音速測定用探触子１５Ａ、１５Ｂは、それぞれスキャナ本体１０に取り付けられたブラケット６０に、配管２の中心軸線と平行なピン６１で回動自在に取り付けられている。ブラケット６０は、スキャナ本体１０に回転自在に取り付けられている。この音速測定用探触子１５Ａ、１５Ｂも、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂと同様に、ベアリングにより配管２と一定の距離を保つため塗布された接触媒体を介して配管２に超音波を入射している。
【００２６】
スキャナ本体１０には、図１中に二点鎖線で示すように探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂ、ビードセンサ１２、第１移動部１３、第２移動部１４、音速測定用探触子１５Ａ、１５Ｂを被覆するカバー１６が着脱自在に取り付けられている。
【００２７】
この超音波探傷用スキャナ１は、図４に示すようにスキャナ制御部７０に接続されている。スキャナ制御部７０には、超音波探傷用制御部７１が接続されている。スキャナ制御部７０には、センサーアンプ７２、モータドライバ７３、７４、基板（ＣＰＵ、モータ制御、Ｉ／Ｏ）７５、ＲＯＭ７６が設けられている。
【００２８】
ＲＯＭ７６には、配管２の直径と、この直径に応じて使用される溶接用レール４のラック８１の歯数と、この歯数に対応するエンコーダ２７のパルス数とがデータベースとして格納されている。そして、スキャナ本体１０の移動時にエンコーダ２７で検出されたパルス数が制御部７０に入力され、これがＲＯＭ７６に格納されている一周分のパルス数と比較される。これによって、スキャナ本体１０の円周方向の移動距離が算出される。
【００２９】
すなわち、ここでは、先ず溶接用レール４のラック８１の歯数に対応するエンコーダ２７のパルス数を一周分と認識する。そして、入力された配管２の直径から外周を求め、この外周と一周分のパルス数から、配管２の外周１ｍｍに相当するパルス数を求める。そして、エンコーダ２７から入力されたパルス数を１ｍｍ分のパルス数で割ることにより、スキャナ本体１０の移動距離を算出するのである。
【００３０】
ここでは、配管２の一周分のパルス数に基づいて１ｍｍ当たりのパルス数を求め、この１ｍｍ当たりのパルス数から移動距離を求めているので、累積誤差が蓄積されることがない。したがって、スキャン本体１０の移動距離を正確に検出することができる。
【００３１】
また、制御部７０には、スキャナ本体１０の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂの位置ずれ防止機能が備えられている。この位置ずれ防止機能では、エンコーダ２７から入力されたパルス数が一周分のパルス数に一致したとき、スキャナ本体１０が一周したと判断するようになっている。これによって、スキャナ本体１０、すなわち、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂの移動開始位置と移動終了位置とが位置ずれるのを防止することができる。
【００３２】
次に、この超音波探傷用スキャナ１の作用を説明する。溶接時の熱影響を受けた溶接ビード３及びその周辺部、すなわち、欠陥検査範囲を超音波探傷によって欠陥検査する場合には、超音波探傷用スキャナ１の第１移動部１３を溶接用レール４に取り付ける。
【００３３】
次に、例えば図５の展開図に示すように超音波探傷用スキャナ１を溶接用レール４に沿ったＲ方向に第１のピッチＲ１で間欠的に移動させると共に、第２移動部１４によって探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを配管２の中心軸線方向であるＸ方向に第２のピッチＸ１で間欠的に移動させて、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂをジグザグに移動させる。そして、溶接用ビード３の両側の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを用いて、スキャナ本体１０の各一時停止位置８０において超音波探傷を行って欠陥検査を行う。
【００３４】
探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを移動させる場合には、ビードセンサ１２で溶接ビード３の位置を検出し、この溶接ビード３の中心を基準として左右均等な距離だけ両側の探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを移動させる。溶接ビード３の検出は、ビードセンサ１２とこれに対向する配管２又は溶接ビード３との間隔を検出することによって行われる。すなわち、溶接ビード３は配管２から盛り上がっているので、その盛り上がった高さを検出することによって溶接ビード３を検出することができる。
【００３５】
なお、この場合、ビードセンサ１２の検出値の変化率を逐次演算し、その変化率が所定値に達した位置を溶接ビード３の端縁と判断する。そして、溶接ビード３の両側の端縁の中心を溶接ビード３の中心とする。これによって、溶接ビード３を正確に検出できると共に、溶接ビード３が曲がっていても対応することが可能になる。
【００３６】
また、ここでは欠陥検査を行う前に配管２の音響異方性を検出する。音響異方性とは、周知のように音響が伝達する方向によって音速が異なることである。高圧配管で使用される配管２には、音響異方性を持つ制御圧延の鋼板より作られたものが多い。実験では音響異方性のため６％も伝達音速が速くなる鋼材が確認された。このような材料を用いた場合、次のように探傷角度が大きく変化する。
【００３７】
いま、標準試験片の伝達音速をＶｘ、試験材の伝達音速をＶｙ、超音波の入射角度をθｘ、屈折角度をθｙとした場合、スネルの公式によればＶｘ／ｓｉｎθｘ＝Ｖｙ／ｓｉｎθｙとなる。ここで、Ｖｙ／Ｖｘ＝１．０６、θｘ＝６５°とすると、θｙ＝７３．９°となる。θｘ＝７０°では、θｙ＝８４．９°となり、臨界角を越えてしまって超音波が入射しなくなるので、超音波探傷が不可能になる。
【００３８】
このように、被検査物の音響異方性によって超音波の屈折角度が大きく影響されるため、音響異方性を正確に測定する必要がある。そこで、本例では、上述の音速測定探触子１５Ａ、１５Ｂを用いて、周知の６２°Ｖ透過法（走査）によって音響異方性をリアルタイムに測定するようになっている。そして、測定された音響異方性に基づいて超音波の入射角度を記録するようになっている。
【００３９】
上述のように、この超音波探傷用スキャナ１は、第１移動部１３と第２移動部１４とでスキャナ本体１０、すなわち、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂを欠陥検査範囲の溶接ビード３及びその周辺部の長手方向とこれに直角な方向に、高速探傷用ピッチ及び精密探傷用ピッチで自動的に移動させて超音波探傷をするので、工数低減が可能になる。また、移動ピッチＲ１，Ｘ１にばらつきが生じないため、検査精度が向上する。
【００４０】
更に位置ずれ防止機能によって、探傷用探触子１１Ａ、１１Ｂの移動開始位置と移動流量位置との間に位置ずれが発生するのを防止することができるので、開始位置の探傷データと終了位置の探傷データをリンクすることができるため検査精度が向上すると共に、１リング単位での欠陥判定を行うことができる。
【００４１】
なお、上述の実施形態では、本発明を配管２の溶接ビード３及びその周辺部の欠陥検査に適用した場合について説明したが、本発明は各種の材料の溶接部などの欠陥検査に適用することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波探傷用スキャナによれば、第１の移動手段と第２の移動手段とによって、超音波探傷手段が欠陥検査範囲の長手方向とこれに直角な方向に、それぞれ例えば高速探傷用ピッチと精密探傷用のピッチを設定可能な第１のピッチと第２のピッチで自動的に移動されるので工数低減が可能になる。また、移動ピッチにばらつきが生じないため、検査精度が向上する。
【００４３】
更に、被検査物が配管の場合、位置ずれ防止機能によって超音波検出手段の移動開始位置と移動終了位置とに位置ずれが発生するのを防止することができるので、開始位置の探傷データと終了位置の探傷データをリンクすることができるため検査精度が更に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波探傷用スキャナを示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】制御系統を示す図である。
【図５】スキャン本体の移動方向を示す図である。
【符号の説明】
１超音波探傷用スキャナ
２配管（被検査物）
３溶接ビード（欠陥検査範囲）
４溶接用レール
１０スキャナ本体
１１Ａ、１１Ｂ探傷用探触子（超音波検出手段）
１２ビードセンサ（欠陥検査範囲検出手段）
１３第１移動部（第１の移動手段）
１４第２位胴部（第２の移動手段）
１５Ａ、１５Ｂ音速測定用探触子（伝達音速検出手段）

Claims

配管の突き合わせ部を接続する溶接ビード及びその周辺部に超音波を入射して、前記溶接ビード及びその周辺部の不連続部を検出する超音波検出手段と、
前記溶接ビードを検出する欠陥検査範囲検出手段と、
前記超音波検出手段及び前記欠陥検査範囲検出手段を保持するスキャナ本体と、前記スキャナ本体を前記配管の長手方向に第１のピッチで間欠的に移動させる第１の移動手段と、
前記スキャナ本体を前記配管の長手方向に対して直角方向に第２のピッチで間欠的に移動させる第２の移動手段と、
前記スキャナ本体が前記配管の全周に亘って一周する際に、前記スキャナ本体の移動開始位置と移動終了位置の配管円周方向における位置ずれを防止する位置ずれ防止手段と、を備えたことを特徴とする超音波探傷用スキャナ。
前記位置ずれ防止手段は、前記配管に全周に亘って設けられたラックと、前記ラックの歯数を計測し前記歯数に対応する数のパルスを出力するエンコーダと、前記エンコーダから出力されたパルス数が前記配管の一周分のパルス数と一致したときに、前記スキャナ本体が前記配管を一周したと判断する制御部と、を有することを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷用スキャナ。
前記超音波検出手段は、前記配管の長手方向における前記溶接ビードの両側にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷用スキャナ。
前記第１の移動手段は、前記配管の突き合わせ部分を溶接する際に用いられる溶接用レールを利用して、前記スキャナ本体を移動させることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の超音波探傷用スキャナ。
前記ラックは、前記溶接用レールに設けられていることを特徴とする請求項４に記載の超音波探傷用スキャナ。