JP4141382B2 - 縦継目溶接管の溶接部の縦欠陥および横欠陥を超音波で検査するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、縦継目溶接管、特に大径管の溶接部の縦欠陥および横欠陥を超音波で検査するための請求項１の前文に係る装置に関する。

縦溶接部の縦欠陥および横欠陥を超音波で検査するための装置が非特許文献１により公表されている。この装置は保持系を有し、この保持系内に２つの探触子系が固着されている。各探触子系は、４つの縦欠陥検査用探触子と１つの横欠陥検査用探触子とを有している。２つの縦欠陥検査用探触子系は、溶接部の左右に位置決めされている。横欠陥検査用探触子は、溶接部に対して約４５°の角度で斜めに設けられている。探触子内の振動子は直径５ｍｍの円形である。浸漬技術で作動する探触子系は、接触媒質用接続部を備えている。

縦溶接部の横欠陥を超音波で検査するための装置が特許文献１に開示されている。この公知の装置は、保持要素内に配置されて溶接部に対して直線上にあり、かつ各１つの振動子を備えた少なくとも１つの探触子を有している。この探触子は少なくとも１つの接触媒質接続部を備えており、接触媒質接続部の通路が振動子の領域で通じている。探触子内には幅広の長方形振動子が配置されており、その幅は溶接部に対して横向きである。接触媒質を案内する通路は、出口領域でノズル状に構成され、溶接部を横切る開口部を有し、この開口部は長方形振動子の幅に一致している。ノズルの出口領域は余盛に適合されている。各ノズル要素は、探触子を囲むハウジング内を延びる長いねじによってハウジングに結合されている。

好ましくは横欠陥検査用に２つの探触子がタンデム配置で使用されている。被検管のさまざまな厚さに適合するタンデム配置は、検査台車上に１つの探触子を固定配置し、軸線方向で摺動可能に第２探触子を配置することによって行われる。

公知の装置では欠点として、大きくことなる管寸法への適合が困難で手間が掛かり、入射角を再現可能に調整することに問題を生じる。破損部品の交換の意味での保守作業もやはり時間が掛かる。
Scott Lebsack、Helmut Heckhauser、雑誌"Materials Evaluation"（１９９５年８月、８８６〜８９１頁）、表題"Immersion Probe Arrays for Rapid Pipeline Weld Inspection" 独国特許発明第１９８２６７５９号明細書

そこで、本発明の課題は、異なる管寸法への簡単な適合を可能とし、また入射角の再現可能な調整を確保できる、縦継目溶接管、特に大径管の溶接部の縦欠陥および横欠陥を超音波で検査するための装置を提供することである。新規な装置によって保守作業が容易とされなければならない。

この課題は、請求項１の前文から出発して特徴部分の特徴と合わせて解決される。有利な諸構成はそれぞれ従属請求項の対象である。

本発明によれば、縦欠陥検査用探触子はさまざまな固定設定された角度位置で、ノズル要素との距離を変更可能に受容部内に配置することができる。さらに、単数もしくは複数の横欠陥検査用探触子は、各受容部と共に、管表面との距離を変更可能に、受容部を受容する枠内に一緒に配置されている。

提案された配置は、異なる検査課題に柔軟に適合してさまざまな角度位置が設定可能であり、一旦選択された角度位置が再現可能に固定調整可能であるという利点を有している。これは、例えば、２つの側板と１つの結合部材とからなる互換性挿入組立体を形成し、側板の内側に特定角度位置で各１つの凹部を設け、この凹部内に探触子用受容部が差込可能かつ固定可能であることによって実現されるものである。それとともに、凹部内で設定された角度位置の状態で探触子を入射させることが確保されている。両方の側板の間での受容部の固定は、好ましくは、側壁に差込可能でかつ受容部内で回転可能なねじによって行われている。

提案された探触子とノズル要素との変更可能な距離によって、ノズル要素と探触子の正面側末端との間に生じる接触媒質隙間は変更することができる。この適合は、一方で正常な検査用に必要な音響結合をコントロールし、他方で接触媒質の流出を調節できるようにするのに利用することができる。

横欠陥検査用検査台車では、各探触子用の各受容部が支持要素内に配置され、この支持要素がそれを囲む枠に対して高さを変更可能であることが提案されている。これにより、横欠陥検査台車内に配置されるすべての探触子に対し、共通して管表面との所要の距離をごく簡単に調整することができる。このようにして、個々の各探触子の困難な調整は省かれることになる。

好ましくは、横欠陥検査台車内に３つの探触子が配置されている。第１の探触子は固定配置され、これに対して軸線方向で摺動可能に第２の探触子が横欠陥検査用に配置され、固定配置される第３の探触子はラミネーション(Doppelung)検査用である。

それ自体公知である第２の探触子の軸線方向摺動性のため、正面側に各１つの歯付プーリを備えた２つのスピンドルを支持要素内に配置することが提案されている。両方の歯付プーリに無端歯付ベルトを巻掛けると、刻み付ナットで１つのスピンドルを回すことによって両方のスピンドルが回転することになり、第２の探触子と第１の探触子との軸線方向距離を変更することができる。

ノズル要素は、下面が管表面と接触する可能性があるので、摩耗に曝されている。そこで、ノズル要素を簡単に交換できるようにするために、ノズル要素を下からねじで受容部に固着することが提案されている。検査台車を単純に持ち上げることによって固着ねじへのアクセスが得られ、摩耗したノズル要素は簡単に交換することができるようになる。

妨害信号の発生を防止するために、ノズル要素は耐摩耗性プラスチック、好ましくはテフロン(登録商標）から製造されている。

本発明のその他の特徴、利点および詳細は図面に示した一実施形態についての以下の説明から明らかとなる。

本発明により構成された縦欠陥検査用検査台車１は、図１〜図３に正面図、側面図および平面図で示されており、平面図（図３）では受容部８（図４）が省かれている。検査台車１は、軸線２の周りで揺動可能に２つの横支え材３，３’と、両方の横支え材３，３’を結合する上支え材４とによって懸架されている。

図３は、検査台車に対する被検縦溶接部５の位置を示している。完全を期す意味で触れておくなら、縦溶接部５の左側には同様に構成された縦欠陥検査用検査台車が配置されている。

検査台車１は、該検査台車１の基板６内で締付可能な４つのボールキャスタ７〜７’’’によって管表面上を摺動可能に配置されている。検査台車１は、以下になお詳しく述べるように、探触子９用の受容部８（図４）を有し、この受容部は設定された特定の角度位置で検査台車１上に固着することができるようになっている。接触媒質供給用の細管１０も受容部８内に配置されている。

接触媒質は、縦溶接部５の方向に事前に流れて信号妨害を生じるのを防止するために、フラットジェットノズル１２および排除板１３が板１１に固着されている（図１、図２）。

図３は、図４および図５と合わせて、受容部８が検査台車１内でどのように固着されているのかを示している。そのため、基板６の長方形切欠き内には２つの相向き合う側板１４，１４’が配置されており、これら側板は結合部材１５によって互いに結合され、これによって互換性ユニットを形成している。

図５によれば、側板１４’では、斜めに延びる凹部１６’が内面に配置されており、この凹部が固定設定された特定の角度αで延びていることを特徴としている。この角度αは所要の入射角に応じて算出され、従って傾斜凹部１６’として側板１４’にフライス加工されている。さまざまにフライス加工された側板１４，１４’は、変化のない結合部材１５と共に特定入射角用のキットをそれぞれ形成している。

凹部１６，１６’に対して相補的に受容部８が相向き合う２つの鼻端状突起１７，１７’を有し、受容部８は側板１４，１４’の間に簡単に差し込めるようになっている。両方の側板１４，１４’の間での受容部８の固着は、側板１４，１４’に挿通可能でかつ受容部８にねじ込み可能なここには図示しないねじによって行われている。このため、各側板１４’は２つの貫通穴１８，１８’を有し、受容部８は鼻端状突起１７，１７’の領域にそれぞれ２つのねじ穴１９〜１９’’’を有している。

提案された配置は、凹部１６，１６’用に角度αを確定すると探触子９用に定義された入射角が生じ、キットを使用して常に同じ設定入射角で再現可能に検査される利点を有している。その結果、従来一般に行われた探触子８の調整は省かれることになる。

探触子９を受容部８内で固着するために、受容部８は中心に配置される穴２１を有している。固着自体は、横からねじ込可能なここには図示しない２つの締付ねじによって行われることになる。このため、受容部８は横に配置される２つのねじ穴２０，２０’を有している。これによって、探触子９は穴２１内で締付けることができ、入射角を変更することなく高さ調整可能に配置されている。探触子９用の穴２１の他には、細管１０配置用の小さな第２穴２２が受容部８に設けられている。それに向き合って、排気穴２３が設けられている。

これに関連して、図２に基づいて入射角の条件をいま一度説明する。側板１４，１４’に設定角度αでフライス加工される凹部１６，１６’に起因して受容部８、従って探触子９は前記角度αで検査台車１内で固定される。探触子９の軸線２４を延長すると、水平線２５とで交点２６が生じる。水平線２５はボールキャスタ７〜７’’’の載置点によって確定されている。揺動軸線２を通る垂線２７も前記交点２６を通過する。凹部１６，１６’用の角度αをどのように選択するのかにかかわりなく、交点２６に関して先に説明した幾何学的条件が変化しないことは常に確保されている。これによってのみ、入射角は再現可能に入射させることができる。

このため、図６は受容部８に付属した縦欠陥検査用ノズル要素２８を示している。このノズル要素２８の成角(Winkeligkeit)は、探触子９の配置の成角に適合している。しかし、各入射角用に同じ細かな等級で、特別に適合させたノズル要素２８を製造する必要はない。むしろ、過度に離間していない幾つかの入射角を１つのノズル要素２８でカバーすることが可能である。接触媒質の溢流用環状通路２９は、ノズル要素２８内に設けられている。中心には接触媒質用流出孔３０が設けられている。受容部８の穴に挿通させてノズル要素２８のねじ穴３２〜３２’’’に４つのねじ３１〜３１’’’（図２）をねじ込むことによって、ノズル要素２８は固着されることになる。横欠陥検査用ノズル要素の説明において、交換を容易とするために固着の仕方をどのように変更できるのかをさらに説明する。

妨害信号を抑制するため、ノズル要素２８は好ましくはテフロン(登録商標）から製造されている。

本発明により構成された横欠陥検査用検査台車３５が図７〜図９に正面図、側面図および平面図で示されている。この検査台車３５は、やはり揺動可能に２つの横支え材３６，３６’と１つの上支え材３７とによって懸架されている。縦欠陥検査用検査台車１と同様に横欠陥検査用検査台車３５も、強固に締付可能なボールキャスタ３８〜３８’’’によって管表面上を摺動可能に配置されている。

管３９、４０の異なる直径に適合する問題を図７により示している。縦溶接部５の領域で外径５０８ｍｍの被検管を外径１４２２ｍｍの被検管に交換するとき、３．８３ｍｍの高さ差を克服できることをこの例で十分に認識することができる。この適合が本発明により、どのようにして行われるのかを以下で説明する。

このため、検査台車３５は２つの側部品４１，４１’（図９、図１０）を有している。各側部品４１は、ボールキャスタ３８〜３８’’’用の締付要素４４〜４４’’’を受容するための穴４３〜４３’’’を備えた水平な腹板４２を特徴としている。さらに、各側部品には２つの垂直な腹板４５〜４５’’’が溶接されており、これら腹板は横支持体４６，４６’と共に検査台車３５の外枠を形成している。各側部品４１，４１’の両方の縁領域には、それぞれ１つの斜めの凹部４７，４７’が配置されている。

図１１は内側支持要素の側部品４８，４８’を示している。この側部品は、上面に２つの耳片状腹４９〜４９’’’を備えている。これらの腹４９〜４９’’’は穴５０〜５０’’’を有し、これらの穴に植込ボルト５１〜５１’’’が差込可能となっている。同様に、外枠の側部品４１，４１’も穴５２〜５２’’’を備えており、これらの穴に同様に植込ボルト５３〜５３’’’が差込可能となっている。内側支持要素の２つの側部品４８，４８’は、２つの支持体５４，５５によって互いに結合されている。図７で説明した被検管の異なる曲率を補償できるようにするために、内側支持要素は外枠内で高さ調整可能に配置されている。外枠に対する支持要素の本発明に係る上下摺動は、案内部品５６〜５６’’’によって行われている（図１２）。この案内部品は、鍔状円板５７とこれに配置される長方形案内台５８とを有している。案内部品５６には、２つの穴５９，５９’が穿設されている。各案内部品５６〜５６’’’は、図１０に示す凹部４７〜４７’’’に差し込まれ、ここには図示しないねじによって支持要素の側部品４８，４８’と結合されている。

刻み付ナット６０を回すことによって、調整ナット６１が軸線方向で動かされるようになっている（図９）。調整ナット６１のこの軸線方向動きは、支持体５４によって支持要素全体に伝達されることになる。凹部４７〜４７’’’内に斜めに配置される案内部品５６〜５６’’’の案内台５８は、調整ナット６１の軸線方向動きを外枠に対する支持要素の凹部４７〜４７’’’の傾斜に応じて生じる上下摺動に変換するものである。

検査中に意図しない変位が生じることのないように、調整ナット６１は締付ねじ６２によって固定することが可能となっている。内側支持要素と外枠は、両方の部品が相互に緊張保持されるように、ばね６３〜６３’’’を介して互いに緊締されている。

技術の現状において、２つの横欠陥検査用探触子をタンデムに配置した場合に、探触子を互いに軸線方向で摺動できることは既に公知である。長方形振動子を有する‐ここには図示しない−探触子は、支持要素に結合された凹部６４，６４’の長方形切欠き６５，６５’に差し込むことが可能となっている。

図９中で左側にある受容部６４は、支持体５５に強固に固着されている一方、第２受容部６４’は軸線方向で摺動可能となっている。この軸線方向摺動は、２つのスピンドル６６，６６’によって行われている。ここで右側にある末端で各スピンドル６６，６６’には、歯付プーリ６７，６７’が配置されている。両方の歯付プーリ６７，６７’には無端歯付ベルト６８が巻掛けられ、この歯付ベルトはカム６９（図７）を介して緊張可能となっている。

歯付ベルト６８を動かせるようにするために、図７で左側にある歯付プーリ６７には刻み付ナット７０が固着されている。歯付ベルト６８の動きによって両方のスピンドル６６，６６’が回され、受容部６４’は、それと一緒に探触子も、軸線方向に動かされることになる。

この実施形態では、横欠陥検査用検査台車３５内に第３受容部７１も配置されている。この受容部はラミネーション検査用に利用され、支持体５４と強固に結合されている。支持要素の前記高さ調整によって、これに固着されたすべての受容部６４，６４’，７１は一緒に動かされ、３つの探触子すべては、管表面から同じ距離を有することが確保されている。

図１３は、横欠陥探触子受容用のタイデム配置の２つの受容部６４，６４’を平面図と正面図で示している。これは技術の現状に既に詳しく述べられているので、この点に詳しく言及する必要はない。それに対して、本発明によれば横欠陥検査用ノズル要素７２，７２’が下からねじ７３，７３’によって各受容部６４、６４’と結合されていることは触れておかねばならないであろう。この実施形態では、ノズル要素６２，６２’がやはりテフロン(登録商標）から製造されている。ノズル要素７２，７２’と受容部６４，６４’との間を密封するために、シール７４，７４’を配置する必要があり得る。

図１４にはラミネーション検査用受容部７１が示されている。ノズル要素７５は、やはり下からねじ７６，７６’によって受容部７１と結合されている。その間にはオプションでシールリング７７が配置されている。受容部７１が溶接部５上に横向きに着座しているので、ノズル要素７５は相応に成形された凹部７８を有している。

本発明により構成された縦欠陥検査用検査台車を示す正面図である。 本発明により構成された縦欠陥検査用検査台車を示す側面図である。 本発明により構成された縦欠陥検査用検査台車を示す平面図である。 縦欠陥探触子用受容部を示す正面図と平面図である。 側板を示す側面図と平面図である。 縦欠陥検査用ノズル要素を示す側面図と平面図である。 本発明により構成された横欠陥検査用検査台車を示す正面図である。 本発明により構成された横欠陥検査用検査台車を示す側面図である。 本発明により構成された横欠陥検査用検査台車を示す平面図である。 枠の側部品を示す側面図と正面図である。 支持要素の側部品を示す正面図と平面図である。 案内部品を示す２つの図と１つの断面図である。 ２つの横欠陥検査用受容部のタンデム配置を示す平面図と正面図である。 ラミネーション検査用受容部を示す正面図と断面図である。

符号の説明

１ 検査台車
２ 揺動軸線
３，３’ 横支え材
４ 上支え材
５ 縦溶接部
６ 検査台車の基板
７〜７’’’ ボールキャスタ
８ 縦欠陥探触子用受容部
９ 探触子
１０ 細管
１１ 板
１２ フラットジェットノズル
１３ 排除板
１４，１４’ 側板
１５ 結合部材
１６，１６’ 凹部
１７，１７’ 鼻端状突起
１８，１８’ 側板の貫通穴
１９〜１９’’’ 受容部のねじ穴
２０，２０’ 受容部の横ねじ穴
２１ 探触子用穴
２２ 細管用穴
２３ 排気穴
２４ 探触子の軸線
２５ 水平線
２６ 交点
２７ 垂線
２８ 縦欠陥検査用ノズル要素
２９ 環状通路
３０ 流出孔
３１〜３１’’’ 固着ねじ
３２〜３２’’’ ノズル要素のねじ穴
３５ 横欠陥検査用検査台車
３６，３６’ 横支え材
３７ 上支え材
３８〜３８’’’ ボールキャスタ
３９ 小径管
４０ 大径管
４１，１’ 外枠の側部品
４２，４２’ 水平腹板
４３〜４３’’’ 穴
４４〜４４’’’ 締付要素
４５〜４５’’’ 垂直腹板
４６，４６’ 横支持体
４７，４７’ 凹部
４８，４８’ 内側支持要素の側部品
４９〜４９’’’ 耳片状腹
５０〜５０’’’ 穴
５１〜５１’’’ 支持要素の植込ボルト
５２〜５２’’’ 穴
５３〜５３’’’ 外枠の植込ボルト
５４，５５ 支持体
５６〜５６’’’ 案内部品
５７ 鍔状円板
５８ 案内台
５９，５９’ 穴
６０ 刻み付ナット
６１ 調整ナット
６２ 締付ねじ
６３〜６３’’’ ばね
６４，６４’ 横欠陥探触子用受容部
６５，６５’ 切欠き
６６，６６’ スピンドル
６７，６７’ 歯付プーリ
６８ 無端歯付ベルト
６９ 締付カム
７０ 刻み付ナット
７１ ラミネーション検査用受容部
７２，７２’ 横欠陥検査用ノズル要素
７３，７３’ 固着ねじ
７４，７４’ シール
７５ ラミネーション検査用ノズル要素
７６，７６’ 固着ねじ
７７ シール
７８ 凹部

Claims (12)

1. 縦継目溶接管の溶接部の縦欠陥および横欠陥を超音波で検査するための装置であって、揺動可能に懸架されて管の表面上で溶接部の左右を摺動可能な２つの縦欠陥検査用検査台車と、揺動可能に懸架されて溶接部に対して中心で整列して管表面上を摺動可能な１つの横欠陥検査用検査台車とを有し、各検査台車は１つの受容部とその中に配置されて振動子を有する少なくとも１の探触子と少なくとも１つの接触媒質接続部とを備えており、接触媒質接続部の通路が振動子の領域で通じかつ出口領域でノズル状に構成されており、各ノズル領域がねじによって受容部と結合されているものにおいて、縦欠陥検査用探触子がさまざまな固定設定された角度位置で、ノズル要素との距離を変更可能に受容部（８）内に配置することができ、単数もしくは複数の横欠陥検査用探触子が受容部（６４，６４’）と共に、管表面との距離を変更可能に、受容部（６４，６４’）を受容する支持要素内に一緒に配置することが可能となっていることを特徴とする装置。
2. 縦に立てた２つの平行な側板（１４，１４’）が縦欠陥検査用検査台車の基板（６）に固着されており、これらの側板が特定角度で延びる凹部（１６，１６’）を内側に備えており、探触子（９）を囲む受容部（８）が、凹部（１６，１６’）に合わせて、２つの相向き合う鼻端状突起（１７、１７’）を備えており、かつ側板（１４，１４’）の間に固定可能であり、検査台車の揺動軸線（２）を通る垂線（２７）と検査台車の載置点によって生じる水平線（２５）との交差によって形成される交点（２６）を探触子（９）の軸線（２４）が通るように凹部（１６，１６’）の成角が選択されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 各側板（１４，１４’）に差込可能でかつ受容部（８）にねじ込可能な少なくとも１つのねじによって受容部（８）の固定が行われていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. ２つの側板（１４，１４’）が結合部材（１５）によって互いに結合されて互換性挿入組立体を形成していることを特徴とする、請求項２または３に記載の装置。
5. 横欠陥検査用検査台車は各探触子に対して１つの受容部（６４，６４’）を有し、これらが一緒に支持要素内に配置されており、支持要素はそれを囲む枠内で案内されて高さが変更可能であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 支持要素は各側を２つの案内部品（５６〜５６’’’）と結合されており、枠内に配置された相応する凹部（４７，４７’）内で案内部品が摺動可能であり、支持要素の正面側末端が、協働する調整ナット（６１）の刻み付ナット（６０）と結合されていることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 支持要素は、ばね要素（６３〜６３’’’）によって枠に対して緊締されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の装置。
8. 横欠陥検査用検査台車は、固定探触子と、これに対して軸線方向で摺動可能な横欠陥検査用探触子と、ラミネーション検査用の他の固定探触子とを備えていることを特徴とする、請求項１、５〜７のいずれか１項に記載の装置。
9. 各探触子用のノズル要素（７２，７２’，７５）が耐摩耗性プラスチックから製造されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
10. ノズル要素（７２，７２’，７５）用の固着ねじ（７３，７３’，７６，７６’）は、下からノズル要素に挿通可能で、かつ受容部（６４，６４’，７１）にねじ込可能であることを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 横欠陥検査台車の第２探触子の軸線方向摺動用に２つのスピンドル（６６，６６’）は支持要素内に配置されており、スピンドルは正面側末端に各１つの歯付プーリ（６７，６７’）を有し、この歯付プーリには無端歯付ベルト（６８）が巻掛けられていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
12. 歯付プーリ（６７）には刻み付ナット（７０）が固着されていることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。

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