JP3662482B2

JP3662482B2 - レール溶接部超音波探傷用校正試験片

Info

Publication number: JP3662482B2
Application number: JP2000230474A
Authority: JP
Inventors: 松一工藤; 康人深田; 積坂下
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2000-07-31
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP2002048773A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道用レール溶接部の品質管理を行うためのレール溶接部超音波探傷用校正試験片に係り、特に、超音波探傷検査法を適用する際の、検出感度、評価区分線、等級分類、及び探傷装置（探傷器・探触子）の性能管理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レール溶接部の内部欠陥を検出し、溶接継手としての品質を評価するため、ＪＲ等においては仕上り検査の手段の一つとして超音波探傷検査の全数実施が義務付けられている。
【０００３】
レール溶接部超音波探傷方法としては、頭頂面、頭部側面及び底部側面を探傷面とする一探触子法と、頭部両側面及び底部両側面を探傷面とする二探触子法による斜角探傷法が適用されている。
【０００４】
図３は従来のレール溶接部超音波探傷用対比試験片の構成図であり、図３（ａ）はその横断面図、図３（ｂ）はその頭部上面図、図３（ｃ）はその側面図、図３（ｄ）はその底部裏面図である。
【０００５】
因みに、対比試験片の各部の寸法は以下のようである。
【０００６】
対比試験片の頭部１０３の幅Ｌ₅₁は６０ｍｍ、厚みＬ₅₂は１８ｍｍ、底部１０１の幅Ｌ₅₃は１４０ｍｍ、厚みＬ₅₄は１２ｍｍ、腹部１０２の幅（厚み）Ｌ₅₅は１６ｍｍ、対比試験片の高さＬ₅₆は１６０ｍｍ、対比試験片の長さＬ₅₇は７００ｍｍ、標準穴１１１の反対側の端部からの長さＬ₅₈は５０ｍｍ、Ｌ₅₉は３０ｍｍ、標準穴１２１〜１２７は端部からの長さＬ₆₀が５０ｍｍのピッチで、合計の長さＬ₆₁が３５０ｍｍ、標準穴１２１の幅方向の寸法Ｌ₆₂は２０（１４０）ｍｍ、標準穴１２２の幅方向の寸法Ｌ₆₃は４０（１２０）ｍｍ、標準穴１２３の幅方向の寸法Ｌ₆₄は６０（１００）ｍｍ、標準穴１２４の幅方向の寸法Ｌ₆₅は８０（８０）ｍｍ、標準穴１２５の幅方向の寸法Ｌ₆₆は１００（６０）ｍｍ、標準穴１２６の幅方向の寸法Ｌ₆₇は１２０（４０）ｍｍ、標準穴１２７の幅方向の寸法Ｌ₆₈は１４０（２０）ｍｍ、標準穴１１２の反対側の端部からの長さＬ₅₈は５０ｍｍ、標準穴１１２の頭頂面からの長さＬ₆₉は７０ｍｍである。
【０００７】
これらの図に示すように、従来の「レール溶接部超音波探傷用対比試験片（ＲＷ１−６０型）」は、超音波探傷検査に使用する探傷装置（超音波探傷器、斜角探触子等）の探傷条件を設定、確認する基準の試験片である。また同試験片は、頭部１０３と底部１０１に各１個の二探触子法用基準穴１１１，１１２と一探触子法用の基準穴１２１〜１２７を含め９個の標準穴（φ４×４ｍｍの平底形状）を加工したものである。
【０００８】
従来の対比試験片は、アナログ式超音波探傷器の時代に開発、導入されたもので、４５度斜角探触子による一探触子法の距離振幅特性曲線及び評価区分線の作成、及び同基準感度を設定することが最大の用途である。
【０００９】
二探触子法については、基準感度を設定・校正する用途のみで、距離振幅特性曲線及び評価区分線は作成できない。
【００１０】
従って、頭部二探触子法用と底部二探触子法用を個々に設定し対応していた。
【００１１】
探傷装置に設定する探傷条件の中で探傷感度は、探傷技術者ごとに探触子の押付け力が異なるため、個人差が最も生じ易い条件である。このため探傷装置を複数の技術者が共用して使用する場合は、特に探傷検査の作業を実施する前後に探傷感度を確認することが望ましい。さらに、探傷中に探触子が著しく摩耗する等のトラブルが発生した場合、代替え器（予備器）を準備していない限りは、探傷検査を実施しても信頼のおける結果は得られない。
【００１２】
これらの問題点を解決するために、探傷現場に常時携行可能な大きさの試験片の開発が要望されていた。
【００１３】
しかし、従来型の対比試験片は、探傷装置が１０ｋｇ以下であるのに比べ大型で重量物（長さ７００ｍｍ、重量２６ｋｇ）であるため、探傷現場に常時携行することが実質的に不可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来型の対比試験片は、大型・重量物（７００ｍｍ、２６ｋｇ）であるため、探傷現場に常時携行することが容易な小型・軽量試験片の開発が望まれている。
【００１５】
二探触子法用の基準穴については、現行の探傷感度を設定する機能の他に、距離振幅特性曲線及び評価区分線を作成できる機能を付加する。さらに、現行の一探触子法の探傷範囲よりも浅い範囲の探傷条件を設定できる機能をも新たに開発する必要がある。
【００１６】
現行の屈折角４５度斜角探触子による一探触子法の探傷感度の設定、距離振幅特性曲線及び評価区分線の校正等についても対応できるもので、かつ、各探傷法用の標準穴等は他の探傷法の設定・校正を干渉しないこと。また、開発・改良した機能を、汎用のデジタル式超音波探傷器においても、適用することが可能なものであることが求められている。
【００１７】
本発明は、上記状況に鑑みて、小型、軽量化を図り、探傷現場に常時携行できることにより、適宜探傷条件を確認することができるレール溶接部超音波探傷用校正試験片を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鉄道用レール溶接部の品質を超音波探傷法により検査する際の探傷感度の基準を設定・校正するために使用する校正試験片において、
４５度斜角探触子二つを用いる二探触子法の距離振幅特性曲線を作成することができる、頭部の頭頂面（１１）に形成される頭部二接触子法用標準穴（１）と底部の張出部（１８）の底面（１９）に形成される底部二接触子法用標準穴（５）とからなる標準穴（１，５）と、４５度斜角探触子一つを用いる一探触子法の距離振幅特性曲線を作成することができる、腹部の側面部（１７）であって該腹部の同一垂線上に配置される一接触子法用標準穴（２〜４）と、７０度斜角探触子を用いる一探触子法の距離振幅特性曲線を作成することができる、頭部の片側張出部（１３）の幅及び長さ方向にずらして貫通される標準穴（６〜９）とを一つの試験片に配置し、携行可能とすることを特徴とする。
【００１９】
〔２〕上記〔１〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記４５度斜角探触子の標準穴は、φ４×４ｍｍの平底穴であることを特徴とする。
【００２０】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記４５度斜角探触子二つを用いる二探触子法の標準穴を前記校正試験片の長さ方向の略中央部に形成することを特徴とする。
【００２１】
〔４〕上記〔３〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記標準穴を前記校正試験片の頭頂面及び底面に各１個形成することを特徴とする。
【００２２】
〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記４５度斜角探触子一つを用いる一探触子法の距離振幅特性曲線を作成することができる標準穴を前記校正試験片の腹部面の同じ垂直線上に３個形成することを特徴とする。
【００２３】
〔６〕上記〔１〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記７０度斜角探触子を用いる一探触子法の標準穴は、φ２ｍｍの貫通穴であることを特徴とする。
【００２４】
〔７〕上記〔６〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記貫通穴を前記校正試験片の頭頂部の片側張出部に該校正試験片の幅及び長さ方向にずらして４個形成することを特徴とする。
【００２５】
〔８〕上記〔１〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、この校正試験片の長さを２３０ｍｍ、底部の幅を１２０ｍｍにすることを特徴とする。
【００２６】
〔９〕上記〔８〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、この校正試験片の重さを８ｋｇにすることを特徴とする。
【００２７】
〔１０〕上記〔４〕記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記標準穴の位置を端面から１１０ｍｍで、かつ頭部幅及び底部幅の１／３とすることを特徴とする。
【００２８】
従来型の試験片の大きさを支配しているのは、一探触子法用に加工した７個の基準穴及び標準穴である。この標準穴は、アナログ式超音波探傷器において、距離振幅特性曲線及び評価区分線を作成するためには不可欠であった。しかし、現在主流として使用されているデジタル式探傷器においては、探傷器本体に搭載しているＣＰＵのプログラムに対応させることにより、基準穴を含め３個の標準穴で対応できる。これにより、試験片の長さを１／３にまで小型化できる。
【００２９】
二探触子法用の基準穴は、距離振幅特性曲線等を作成するために、一探触子法と同様に探傷距離の異なる３個の標準穴を加工、もしくは、最小限の標準穴で、３種類の探傷距離を得ることのできる標準穴の加工位置を模索することである。特に頭部においては、標準穴の加工面と４５度探触子を用いる一探触子法の探傷面が競合するため設計が困難である。この点について検討した結果、基準穴の加工位置を試験片幅の中央から１／３の位置、すなわち、頭部二探触子法用の基準穴は頭部側面から４０ｍｍ、端部から１１０ｍｍの位置、同様に底部二探触子法用の基準穴は底部側面から８０ｍｍ、端部から１１０ｍｍの位置に変更することにより対応し得ることを確認した。したがって頭部二探触子法用の距離振幅特性曲線は基準穴までの探傷距離（深さ）は、２０、３０、４０ｍｍ。底部二探触子法用は、４０、６０、８０ｍｍとなる。
【００３０】
これにより、頭部の基準感度の設定は、探傷距離３０ｍｍの位置、底部の設定は、探傷距離６０ｍｍの位置で設定する。
【００３１】
探傷面から２０ｍｍ以内の近距離探傷用標準穴等の新設は、前記の頭部二探触子法のビームに影響を及ぼさない位置で、かつ、探触子欠陥距離が長い７０度の探触子で検討した。したがって、屈折角４５度斜角探触子、二振動子型垂直探触子においても適用可能なものを念頭に設計した。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明の実施例のレール溶接部超音波探傷用校正試験片を示す図であり、図１（ａ）はその横断面図、図１（ｂ）はその頭部上面図、図１（ｃ）はその側面図、図１（ｄ）はその底部裏面図である。
【００３４】
これらの図において、１は校正試験片の頭部１０の頭頂面１１に形成される頭部二探触子法用の標準穴、２〜４は校正試験片の腹部１４の側面部１５に形成される４５度探触子を用いる一接触子法用の標準穴であり、これらの標準穴２〜４は腹部１４の同一垂線上に配置されている。５は校正試験片の底部１６の張出部１８の底面１９に形成される底部二探触子法用の標準穴であり、これらの標準穴１〜５はφ４×４ｍｍの平底穴、６〜９は近距離探傷用標準穴で、φ２×２ｍｍの貫通穴であり、試験片の頭部１０の片側張出部１３に試験片の幅及び長さ方向にずらして４個形成されている。
【００３５】
なお、１２は校正試験片の頭部１０の側面部、１７は校正試験片の底部１６の側面部、２０は校正試験片の端部である。
【００３６】
この校正試験片の各部のサイズは、以下のようである。
【００３７】
校正試験片の頭部１０の幅Ｌ₁は６０ｍｍ、厚みＬ₂は１８ｍｍ、底部１６の幅Ｌ₃は１２０ｍｍ、厚みＬ₄は１２ｍｍ、腹部１４の幅（厚み）Ｌ₅は１６ｍｍ、校正試験片の高さＬ₆は１６０ｍｍ、校正試験片の長さＬ₇は２３０ｍｍ、標準穴１の端部２０からの長さＬ₈は１１０ｍｍ、標準穴１の幅方向の寸法Ｌ₉は４０（２０）ｍｍ、標準穴６の端部２０からの長さＬ₁₀は２０ｍｍ、標準穴７の端部２０からの長さＬ₁₁は３０ｍｍ、標準穴８の端部２０からの長さＬ₁₂は４５ｍｍ、標準穴９の端部２０からの長さＬ₁₃は６５ｍｍ、標準穴６の幅方向の寸法Ｌ₁₄は５（５５）ｍｍ、標準穴７の幅方向の寸法Ｌ₁₅は１０（５０）ｍｍ、標準穴８の幅方向の寸法Ｌ₁₆は１５（４５）ｍｍ、標準穴９の幅方向の寸法Ｌ₁₇は２０（４０）ｍｍ、標準穴２，３，４の端部２０からの長さＬ₁₈は５０ｍｍ、標準穴４の底部の底面１９からの高さ寸法Ｌ₁₉は２０ｍｍ、標準穴２の頭頂面１１からの長さＬ₂₀は２０ｍｍ、標準穴３の頭頂面１１からの長さＬ₂₁は８０ｍｍ、標準穴４の頭頂面１１からの長さＬ₂₂は１４０ｍｍ、標準穴５の端部２０からの長さＬ₂₃は１１０ｍｍ、標準穴５の幅方向の寸法Ｌ₂₄は８０（４０）ｍｍである。
【００３８】
ここで、従来型対比試験片（図３参照）と本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片との相違点を表１に示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
この表１から以下のことが明らかである。
【００４１】
〔Ａ〕本発明によれば、小型・軽量化が図られている。
【００４２】
（１）試験片の長さにおいては、従来型対比試験片の場合は７００ｍｍ、一方、本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は２３０ｍｍであり、従来型対比試験片に比べて長さが４７０ｍｍ短縮され、１／３以下となっている。
【００４３】
（２）試験片底部の幅においては、従来型対比試験片の場合は１４０ｍｍ、一方、本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は１２０ｍｍであり、従来型対比試験片に比べて、幅の長さが２０ｍｍ短縮されている。
【００４４】
（３）試験片の重量は、従来型対比試験片の場合は２６ｋｇ、一方、本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は８ｋｇであり、従来型対比試験片に比べて、重さが１８ｋｇ減量され、１／３以下となっている。
【００４５】
これらのことから、本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片は、小型・軽量化が図られていることがわかる。
【００４６】
〔Ｂ〕二探触子法用基準穴の加工位置が改善されている。
【００４７】
（１）頭部用基準穴の位置においては、従来型対比試験片の場合は端部から５０ｍｍ、頭部幅の中心（３０：３０ｍｍ）であるのに対して、本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は、その校正試験片の長さ略中心部である端部から１１０ｍｍ、頭部の張出部である頭部幅の１／３（２０：４０ｍｍ）である。
【００４８】
（２）底部用基準穴の位置においては、従来型対比試験片の場合は端部から５０ｍｍ、頭部幅の中心（７０：７０ｍｍ）であるのに対して、本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は、その校正試験片の長さ略中心部である端部から１１０ｍｍ、頭部の張出部である頭部幅の１／３（８０：４０ｍｍ）である。
【００４９】
このように、二探触子法用基準穴の加工位置が改善されている。
【００５０】
〔Ｃ〕近距離探傷用基準穴が設けられている。
【００５１】
（１）本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は、近距離探傷用基準穴の形状と寸法は、φ２ｍｍの貫通穴である。
【００５２】
（２）本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は、近距離探傷用基準穴の数とピッチは、４個で５〜２０ｍｍ（５ｍｍピッチ）である。
【００５３】
（３）本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は、近距離探傷用基準穴の加工位置は、試験片頭部端から２０〜６５ｍｍである。
【００５４】
このように、従来型対比試験片の場合は近距離探傷用基準穴は設けられていないが、本発明の場合は、近距離探傷用基準穴が設けられている。
【００５５】
〔Ｄ〕一探触子法用基準穴が低減されている。
【００５６】
（１）基準穴の数・ピッチについては、従来型対比試験片の場合は７個であり、２０〜１４０ｍｍ（２０ｍｍピッチ）であるのに対して、本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は、３個で２０〜１４０ｍｍ（６０ｍｍピッチ）である。
【００５７】
（２）基準穴の加工位置においては、従来型対比試験片の場合は端部から５０〜３５０ｍｍ（５０ｍｍピッチで段々深く）なっているのに対して、本発明のレール溶接部超音波探傷用校正試験片の場合は、端部から５０ｍｍであり垂線上に揃えられている。
【００５８】
図２は本発明の実施例を示す頭部二探触子法による二探触子の配置を示す図である。
【００５９】
ここで、４５度斜角探触子Ａ、Ｂ，Ｃ，Ｄを配置する場合、探触子Ｂ（発信）→探触子Ｃ（受信）の場合は、探傷距離は２０ｍｍ（往復４０ｍｍ）、探触子Ａ（発信）→探触子Ｂ（受信）の場合は、探傷距離は３０ｍｍ（往復６０ｍｍ）、探触子Ｄ（発信）→探触子Ｃ（受信）の場合は、探傷距離は３０ｍｍ（往復６０ｍｍ）、探触子Ａ（発信）→探触子Ｄ（受信）の場合は、探傷距離は４０ｍｍ（往復８０ｍｍ）である。
【００６０】
また、底部二探触子法による探触子の配置も図２と同様にして行う。
【００６１】
さらに、探傷面から２０ｍｍ以内の近距離探傷用標準穴の新設は、前記の頭部二探触子法のビームに影響を及ぼさない位置で、かつ、探触子欠陥距離が長い７０度の探触子で行った。
【００６２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００６４】
（１）デジタル式探傷器、レール溶接部用探触子の使用を前提として、従来法である屈折角４５度斜角探触子による一探触子法、頭部・底部二探触子法の感度設定、零点補正等の既存の調整は全て対応できるほか、従来型の１／３以下と小型・軽量化を図ることができる。
【００６５】
したがって、管理事務所における探傷装置の調整はもとより、探傷現場に携帯することが可能となり、必要になった場合、任意の場所において探傷条件の確認が随意に実施できる。これにより、探傷精度を維持継続することができ、よって、探傷結果の信頼性の向上を図ることができる。
【００６６】
（２）本発明の試験片の導入により、高い探傷精度を維持し、探傷結果の信頼性を向上させることができ、鉄道の安全輸送に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例のレール溶接部超音波探傷用校正試験片（ＲＷ２型）を示す図である。
【図２】本発明の実施例の頭部二探触子法の探触子の配置を示す図である。
【図３】従来型のレール溶接部超音波探傷用対比試験片（ＲＷ１−６０型）を示す図である。
【符号の説明】
１頭部二探触子法用標準穴
２〜４一接触子法用標準穴
５底部二探触子法用標準穴
６〜９近距離探傷用標準穴
１０頭部
１１頭頂面
１２頭部の側面部
１３頭部の片側張出部
１４腹部
１５腹部の側面部
１６底部
１７底部の側面部
１８底部の張出部
１９底部の底面
２０端部

Claims

鉄道用レール溶接部の品質を超音波探傷法により検査する際の探傷感度の基準を設定・校正するために使用する校正試験片において、
４５度斜角探触子二つを用いる二探触子法の距離振幅特性曲線を作成することができる、頭部の頭頂面（１１）に形成される頭部二接触子法用標準穴（１）と底部の張出部（１８）の底面（１９）に形成される底部二接触子法用標準穴（５）とからなる標準穴（１，５）と、４５度斜角探触子一つを用いる一探触子法の距離振幅特性曲線を作成することができる、腹部の側面部（１７）であって該腹部の同一垂線上に配置される一接触子法用標準穴（２〜４）と、７０度斜角探触子を用いる一探触子法の距離振幅特性曲線を作成することができる、頭部の片側張出部（１３）の幅及び長さ方向にずらして貫通される標準穴（６〜９）とを一つの試験片に配置し、携行可能とすることを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項１記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記４５度斜角探触子の標準穴は、φ４×４ｍｍの平底穴であることを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項１又は２記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記４５度斜角探触子二つを用いる二探触子法の標準穴を前記校正試験片の長さ方向の略中央部に形成することを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項３記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記標準穴を前記校正試験片の頭頂面及び底面に各１個形成することを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項１又は２記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記４５度斜角探触子一つを用いる一探触子法の距離振幅特性曲線を作成することができる標準穴を前記校正試験片の腹部面の同じ垂直線上に３個形成することを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項１記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記７０度斜角探触子を用いる一探触子法の標準穴は、φ２ｍｍの貫通穴であることを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項６記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記貫通穴を前記校正試験片の頭頂部の片側張出部に該校正試験片の幅及び長さ方向にずらして４個形成することを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項１記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、該校正試験片の長さを２３０ｍｍ、底部の幅を１２０ｍｍにすることを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項８記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、該校正試験片の重さを８ｋｇにすることを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。
請求項４記載のレール溶接部超音波探傷用校正試験片において、前記標準穴の位置を端面から１１０ｍｍで、かつ頭部幅及び底部幅の１／３とすることを特徴とするレール溶接部超音波探傷用校正試験片。