JP4327938B2 - 角継手の未溶着部長さ測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フランジ（flange）とウエブ（web ）とを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する、角継手の未溶着部長さ測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
箱型の大型溶接構造物などを製作する製函工程では、図１１に示すように、厚鋼板よりなるフランジ１と、レ形などの開先加工が施された厚鋼板よりなるウエブ２とにより溶接用角継手を構成し、これを部分溶込み溶接してなる角継手が多用されている。図中の符号Ｗは溶接部を示している。図１１の（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【０００３】
この部分溶込み角継手では、溶接の健全性、すなわち角継手の機械的強度を決定する重要な指標として角継手の未溶着部長さＬがある（図１１（ａ）参照）。この角継手の溶込み深さ方向における未溶着部長さＬは、該長さが溶込み不足によって設計値より大きすぎると継手の強度不足をきたすことになるので溶接管理上重要な指標である。また、未溶着部長さＬは、製品完成後の実使用において疲労破壊が進展すると大きくなることが知られており、疲労破壊進捗度の指標にもなるものである。
【０００４】
この角継手の未溶着部長さを非破壊手法で測定するため、従来より、超音波探傷法を用いた測定方法が知られている。図１２は従来の未溶着部長さ測定方法の説明図である。同図に示すように、この従来方法では、ウエブ２上で斜角用探触子１１を溶接部Ｗに対し接近離反するように前後に走査しながら超音波を入射させる。そして、未溶着部からのエコーを斜角用探触子１１で受信し、そのエコーの強度（エコーの高さ）が最大になる走査位置での該最大エコー強度により、未溶着部長さＬを測定するようにしたものである。これは前記最大エコー強度が未溶着部長さＬに比例することを利用している。
【０００５】
図１３は従来の他の未溶着部長さ測定方法の説明図である。同図に示すように、この従来方法では、振動子１２ａと音響レンズ１２ｂとを有するいわゆる垂直用焦点型探触子１２を使用し、該探触子１２からの超音波をフランジ１の側面から入射させ、未溶着部からのエコーを探触子１２で受信する。そして、垂直用焦点型探触子１２をウエブ底面側からウエブ表面側に移動し、未溶着部からのエコーが減衰したところを溶込み先端側（溶込み底部側）に位置する未溶着部基端ｅと判断する。この未溶着部基端ｅの位置と設計上（図面上）のウエブ底面２ａ位置との差から未溶着部長さＬを測定するようにしたものである。なお、フランジ側面上で垂直用焦点型探触子１２をウエブ底面側からウエブ表面側に移動するやり方ではウエブ底面２ａの位置測定が困難なことから、前述のようにウエブ底面２ａ位置としては実測ではなく設計上の値が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前述した前記図１２の前者の従来方法では、得られる最大エコー強度は未溶着部長さにのみ依存せず、特に、未溶着部におけるフランジ・ウエブ接触面の表面粗度などの性状や、未溶着部に隙間（ギャップ）があるときには該隙間寸法に大きく依存する。このため、これらがエコー強度の値そのものから未溶着部長さを測定する場合の誤差要因となり、未溶着部の長さを正確に測定できないという欠点があった。
【０００７】
また、前記図１３の後者の従来方法では、ウエブ底面位置の測定ができずウエブ底面の位置情報として設計上の値を用いているので、製函工程での溶接用角継手の組立て誤差の影響を受ける。また、フランジ側面からの垂直探傷エコー強度の値に基づき未溶着部基端位置を測定するものであるから、フランジ側面の表面酸化膜の有無やその厚みによる影響を受ける。このため、これらがエコー強度の値から未溶着部長さを測定する場合の誤差要因となっている。このように、前記両従来方法では、エコー強度の値そのものに基づき測定を行うようにしたものであるから、部分溶込み角継手の未溶着部の長さを正確に測定できないという欠点があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、超音波を用いて部分溶込み角継手の未溶着部の長さを正確に測定することができる、角継手の未溶着部長さ測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、探触子からの超音波をフランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコーとウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、前記両エコーの到着時間の差に基づいて角継手未溶着部の長さを測定することを特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、（ａ）溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所（ｎ≧２）のフランジ端面位置ごとに、探触子からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、フランジ端面からのエコー、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコー及びウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、（ｂ）前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとに得た受信エコー波形を絶対値化し、これらの絶対値エコー波形の全てを加算して絶対値加算エコー波形を得、該絶対値加算エコー波形の極大点を連ねた包絡線を求めた後、ウエブ底面エコー監視域において前記包絡線がピーク点をとる時間をウエブ底面エコーの到着時間（Ｔ3 ）として求め、（ｃ）次いで、前記各絶対値エコー波形の包絡線ごとに、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3 ）より先にて包絡線が最初のピーク点をとる時間を未溶着部基端エコーの到着時間（Ｔ2i）として求め、（ｄ）しかる後、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3 ）と前記各未溶着部基端エコー到着時間（Ｔ2i）との時間差（ΔＴi ＝Ｔ3 −Ｔ2i）に基づいて前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとの角継手未溶着部の長さを測定すること、を特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２記載の角継手の未溶着部長さ測定方法において、前記（ｂ）の前記各受信エコー波形について、該各受信エコー波形ごとの前記フランジ端面エコーの到着時間が同じになるように時間軸の補正を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明は、フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、（ａ）溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所（ｎ≧２）のフランジ端面ごとに、探触子からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、フランジ端面からのエコー、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコー及びウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、（ｂ）前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとに得た受信エコー波形を絶対値化し、これらの各絶対値エコー波形ごとに、該絶対値エコー波形の極大点を連ねた包絡線を求め、さらにウエブ底面エコー監視域において前記包絡線がピーク点となる時間（Ｔ3i’）を求め、（ｃ）これによりフランジ端面位置（Ｘi ）と前記時間（Ｔ3i’）とに関する前記ｎ組の測定データを得、該ｎ組の測定データから回帰直線を求め、（ｄ）該回帰直線から前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとのウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）を求め、（ｅ）次いで、前記各絶対値エコー波形の前記包絡線ごとに、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）より先にて包絡線が最初にピーク点をとる時間を未溶着部基端エコーの到着時間（Ｔ2i）として求め、（ｆ）しかる後、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）と前記未溶着部基端エコー到着時間（Ｔ2i）との時間差（ΔＴi ＝Ｔ3i−Ｔ2i）に基づいて前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとの角継手未溶着部の長さを測定すること、を特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法である。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の角継手の未溶着部長さ測定方法において、探触子として焦点型探触子を用いることを特徴とするものである。
【００１４】
図１は本発明の測定方法を説明するための図である。同図に示すように、本発明の測定方法では、焦点型の探触子３からの超音波は、フランジ端面１ａから入射して該端面１ａで屈折し、フランジ１および溶接部Ｗを伝搬し、一部が溶込み先端側の未溶着部基端ｅに到達する。超音波は、この未溶着部基端ｅで直接反射したり該基端ｅから回折したりして、フランジ端面１ａへ向かって未溶着部基端エコーＥとして伝搬する。一方、ウエブ底面２ａに到達した超音波は、該底面の凹凸により反射してその一部がフランジ端面１ａへ向かってウエブ底面エコーＢとして伝搬する。なお、図中のＦはフランジ端面からのエコーを示す。
【００１５】
したがって、探触子３で受信されたウエブ底面エコーＢの到着時間Ｔ3 と未溶着部基端エコーＥの到着時間Ｔ2 との時間差ΔＴ（＝Ｔ3 −Ｔ2 ）に基づいて、下記式▲１▼にて未溶着部長さＬを求めることができる。式▲１▼中、ｃは媒質中の超音波の伝搬速度（鋼の場合：６０００ｍ／ｓ）、θは屈折角である。
【００１６】
Ｌ＝ΔＴ×ｃ×（１／２）×ｃｏｓθ …▲１▼
【００１７】
このように本願発明の測定方法によると、前記２つのエコーＢ，Ｅの到着時間の差ΔＴから未溶着部長さＬを求めるようにしたものであるから、エコー強度の値そのものに基づき測定を行う従来方法とは違って、未溶着部の性状やフランジ端面の性状に影響されないのでこれらが誤差要因にならず、また、組立て誤差の影響を受ける設計上の位置情報ではなく実際のウエブ底面位置の測定が可能であり、部分溶込み角継手の未溶着部の長さを正確に測定することができる。なお、探触子として振動子３ａと音響レンズ３ｂとを有する焦点型探触子３を用いると、フランジ端面より入射する超音波を未溶着部に焦点を結ぶように収束させることができ、より正確な測定を行えて良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は本発明方法を実施するために使用する装置を示す概略構成図である。
【００１９】
同図に示すように、超音波をフランジ端面１ａから角継手未溶着部に向けて入射させる焦点型探触子３は探触子走査台４に搭載され、探触子走査台４は溶接線方向に往復動することができる。探触子走査台４の移動は、溶接線方向に延びるフランジ端面１ａに当接して回転自在な倣いローラ４ａおよびフランジ側面１ａに当接して回転自在な倣いローラ４ａによってなされる。なお、焦点型探触子３とフランジ端面１ａとの間には接触媒体が供給されるようになっている。
【００２０】
５は焦点型探触子３に接続された超音波探傷機である。６はプログラムされたコンピュータ（パソコン）で、超音波探傷機５からのアナログの受信エコー信号をディジタル化するＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換器）を備え、ディジタル信号に変換された受信エコー波形データを用いて未溶着部長さの算出処理を行うものであり、得られた未溶着部長さ等の情報はプリンタ７に出力されるようになっている。
【００２１】
なお、以下の各実施形態では、約３ＭＨｚの超音波は、前記の図１に示すように、フランジ端面１ａから入射角λ＝５°で入射し、フランジ端面１ａで屈折して屈折角θ＝２０°をなして未溶着部へ向けて伝搬し、未溶着部に焦点を結びようになされている。
【００２２】
図３はコンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の一例を示すフローチャートである。また、図４は本発明測定方法における超音波探傷機による実際の受信エコー波形の一例を示す図、図５は絶対値エコー波形と該波形の包絡線とを説明するための図である。
【００２３】
図１，図４，図５を参照しながら、図３のフローチャートに従って、未溶着部長さの算出手順の一例を説明する。焦点型探触子３を搭載した探触子走査台４を溶接線方向に延びるフランジ端面１ａに沿って移動させ、溶接線方向における所要位置に位置決めし、該フランジ端面位置における未溶着部長さＬの測定を行う。まず、焦点型探触子３からの超音波をフランジ端面１ａから未溶着部に向けて入射させ、該探触子３で受信して超音波探傷機５から出力される受信エコー波形の信号を、高速のＡ／Ｄコンバータを介してディジタル信号に変換してコンピュータ６に取り込む。
【００２４】
ここで、超音波探傷機５から出力される受信エコー波形について説明する。周知のように、縦波である超音波の場合、探触子３（超音波探傷機５）で観察される受信エコー波形は、圧縮と引張りとの繰り返しにより、図４に示すように、ゼロレベルに対してプラスとマイナスとからなる波形を形成する。コンピュータ６には、このような正負の値をとるアナログの受信エコー波形信号をディジタルに量子化した時系列の受信エコー波形データＤが取り込まれることになる。
【００２５】
そしてまず、受信エコー波形データＤの絶対値をとり、図５に示すように、絶対値エコー波形データＤa をつくる（ステップ１０１）。なお、図５では理解を容易にするためにアナログ的に示し、また、未溶着部基端エコーＥ及びウエブ底面エコーＢの部分のみを示してある。次に、未溶着部基端エコーＥ及びウエブ底面エコーＢを正確に特定するために、ステップ１０２で前記絶対値エコー波形Ｄa の極大点を連ねた包絡線のデータＤe を求める（図５参照）。
【００２６】
次に、ウエブ底面エコーＢを特定するため、ウエブ底面エコー監視域（ウエブ底面エコーゲート）ＴBGを設定する（ステップ１０３）。これは、フランジ端面１ａからウエブ底面２ａまでの設計上の直線距離をＬFW、媒質中の音速をｃとすると、ＴB ＝（ＬFW×２）／ｃにより、設計上でのウエブ底面エコーＢの到着時間予測値ＴB を求め、この値ＴB を中心に前後に時間幅を持たせて設定する（図５参照）。なお、このエコー監視域ＴBGは設計上の寸法情報から予め算出して設定しておけばよい。
【００２７】
そして、このウエブ底面エコー監視域ＴBGでの包絡線Ｄe のピーク点を求めることによりウエブ底面エコーＢを正確に特定することができ、該ピーク点をとる時間をウエブ底面エコーＢの到着時間Ｔ3 として求める（ステップ１０４）。より具体的には、底面エコー到着時間Ｔ3 は、ピーク点の値が格納されたメモリのアドレス番地とＡ／Ｄコンバータのサンプリング周波数とから求められる。
【００２８】
次に、前記包絡線データＤe において、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 より過去に遡って包絡線Ｄe の最初のピーク点を求め、これによって未溶着部基端エコーＥを正確に特定することができ、該ピーク点をとる時間を未溶着部基端エコー到着時間Ｔ2 として求める（ステップ１０５）。
【００２９】
しかる後、前記両到着時間Ｔ3 ，Ｔ2 の時間差ΔＴ（＝Ｔ3 −Ｔ2 ）に基づいて、Ｌ＝ΔＴ×ｃ×（１／２）×ｃｏｓθから、未溶着部長さＬを算出する（ステップ１０６）。例えば、ΔＴ＝１．３μｓ、ｃ＝６０００ｍ／ｓ、θ＝２０°とすると、Ｌ＝３．７ｍｍである。そして、このフランジ端面位置での未溶着部長さＬを求めたのち、探触子走査台４を次の所要位置へ移動し、該次のフランジ端面位置での未溶着部長さＬを同様にして前記ステップ１０１〜ステップ１０６の手順で求める。
【００３０】
このように、ウエブ底面エコーの到着時間Ｔ3 と未溶着部基端エコーの到着時間Ｔ2 との時間差に基づいて未溶着部長さＬを求めるようにしたものであるから、エコー強度の値そのものに基づき測定を行う従来方法とは違って、未溶着部の性状やフランジ端面１ａの性状が誤差要因にはならず、また、組立て誤差の影響を受ける設計上の位置情報ではなく実際のウエブ底面位置の測定が可能であり、未溶着部長さＬを正確に測定することができる。
【００３１】
ところで、未溶着部の長さは溶接部Ｗの溶接線方向に沿う各箇所において一般に変動している。このため、溶接線方向における異なる複数のフランジ端面位置での未溶着部長さを測定する必要がある。この場合、継手組立て精度が良いときには、フランジ端面１ａとウエブ底面２ａ間距離が溶接線方向に沿って変化せず略一定であることを利用することにより、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定しうることについて、以下に説明する。
【００３２】
図６はコンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の他の例を示すフローチャート、図７は１番目からｎ番目の各フランジ端面位置で得た受信エコー波形をそれぞれ絶対値化した絶対値エコー波形を説明するための図、図８は絶対値加算エコー波形と該波形の包絡線とを説明するための図である。
【００３３】
探触子走査台４を移動させ、溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所、例えば９箇所のフランジ端面位置ごとに、焦点型探触子３からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、該探触子３で受信して超音波探傷機５から出力される受信エコー波形の信号を、高速のＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換してコンピュータ６に取り込む。
【００３４】
以下、図６のフローチャートに従って説明する。まず、１番目から９番目までのフランジ端面位置ごとの受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 について、それぞれ、フランジ端面エコーの到着時間Ｔ11〜Ｔ19が全部同じになるように時間軸の補正を行う（ステップ２０１）。
【００３５】
この時間軸補正について説明する。９箇所のフランジ端面位置ごとのウエブ底面エコー到着時間をそれぞれ求めるのではなく、継手組立精度が良いことからフランジ端面１ａとウエブ底面２ａ間距離が溶接線方向において略一定であることを反映させた後述する１つのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 を求めて用いる場合、フランジ端面１ａ上を溶接線方向に焦点型探触子３を移動させた際に焦点型探触子３とフランジ端面１ａとの間隙が変動すると、該間隙変動が測定精度を悪くする。そこでこれを回避するために、９箇所分の受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 のフランジ端面エコー到着時間が全て同一になるように、時間軸の補正を行うようにしている。すなわち、受信エコー波形における最大のピーク（正あるいは負）がフランジ端面エコーであることから（前記図４参照）、各受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 について、それぞれ、正負の符号にかかわらず最大のピーク点を求め、該ピーク点をとる時間をフランジ端面エコー到着時間Ｔ11〜Ｔ19として求める。そして例えば、１番目の受信エコー波形データＤ1 のエコー到着時間Ｔ11を基準に決定し、他の受信エコー波形データＤ2 〜Ｄ9 の到着時間の値が前記到着時間Ｔ11に一致するように時間軸をシフトする。
【００３６】
次に、この補正が施された９箇所分の受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 について、それぞれ、絶対値をとり、図７に示すように、絶対値エコー波形データＤa1〜Ｄa9をつくる（ステップ２０２）。なお、図７では理解を容易にするためにアナログ的に示し、また、未溶着部基端エコーＥ及びウエブ底面エコーＢの部分のみを示してある。
【００３７】
次に、９箇所分の絶対値エコー波形Ｄa1〜Ｄa9の全てを加算し、図８に示すように、絶対値加算エコー波形データを求めた後、この絶対値加算エコー波形の極大点を連ねた包絡線のデータＤaeを求める（ステップ２０３）。なお、図８は図７での強度スケールは考慮せずに単に模式的に示してある。
【００３８】
そして、９箇所の各フランジ端面位置での未溶着部基端エコーＥを正確に特定するために、前記９箇所分の絶対値エコー波形Ｄa1〜Ｄa9について、それぞれ、極大点を連ねた包絡線のデータＤe1〜Ｄe9を求める（ステップ２０４）。
【００３９】
次に、ウエブ底面エコーＢを特定するために前述したステップ１０３の要領でウエブ底面エコー監視域ＴBGを設定し（図８参照）、この監視域ＴBGでの包絡線Ｄaeのピーク点を求めることによりウエブ底面エコーＢを正確に特定することができ、該ピーク点をとる時間をウエブ底面エコーＢの到着時間Ｔ3 として求める（ステップ２０５）。ステップ２０５で１つのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 を求めた後、９箇所分の包絡線データＤe1〜Ｄe9について、それぞれ、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 より過去に遡って該包絡線の最初のピーク点を求め、これによって未溶着部基端エコーＥを正確に特定でき、該ピーク点をとる時間を未溶着部基端エコー到着時間Ｔ21〜Ｔ29として求める（ステップ２０６）。
【００４０】
最後に、１つのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 と各未溶着部基端エコー到着時間Ｔ2iとの時間差ΔＴi ＝Ｔ3 −Ｔ2iに基づいて、Ｌi ＝ΔＴi ×ｃ×（１／２）×ｃｏｓθ，ｉ＝１〜９から、９箇所のフランジ端面位置ごとの未溶着部の長さＬi を算出する（ステップ２０７）。
【００４１】
このように、溶接線方向に沿う複数箇所にて未溶着部長さを測定するに際し、溶接用角継手の組立て精度が良い場合、フランジ端面１ａとウエブ底面２ａ間距離が溶接線方向に沿って変化せずに略一定であることを利用して、前記複数箇所のフランジ端面位置ごとの受信エコー波形を絶対値化し、これら全てを加算して絶対値加算エコー波形を得、該絶対値加算エコー波形に基づいて求めた１つのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 を用いるようにしたものであるから、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定することが出来る。
【００４２】
さて次に、溶接用角継手の組立て精度が悪く、フランジ端面１ａとウエブ底面２ａ間距離が溶接線方向に沿って変化している場合、ウエブ板自体は直線状であることから、溶接線方向に水平に延びるフランジ端面１ａに対してウエブ底面２ａが傾斜していることを反映させたウエブ底面エコー到着時間Ｔ3i，ｉ＝１〜ｎを求めることにより、正確に未溶着部長さを測定しうることについて、次に説明する。
【００４３】
図９はコンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の他の例を示すフローチャート、図１０は溶接線方向におけるフランジ端面位置とウエブ底面エコー到着時間との関係を示す回帰直線を説明するための図である。
【００４４】
探触子走査台４を移動させ、溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所、例えば９箇所のフランジ端面位置ごとに、焦点型探触子３からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、該探触子３で受信して超音波探傷機５から出力される受信エコー波形の信号を、高速のＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換してコンピュータ６に取り込む。
【００４５】
以下、図９のフローチャートに従って説明する。まず、１番目から９番目までのフランジ端面位置ごとの受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 について、それぞれ、絶対値をとり、絶対値エコー波形データＤa1〜Ｄa9とする（ステップ３０１）。このステップ３０１で得た９箇所分の絶対値エコー波形Ｄa1〜Ｄa9について、それぞれ、極大点を連ねた包絡線のデータＤe1〜Ｄe9を求める（ステップ３０２）。
【００４６】
ステップ３０２で得た９箇所分の包絡線データＤe1〜Ｄe9について、それぞれ、前記ステップ１０３の要領で設定したウエブ底面エコー監視域ＴBGにおいて、ピーク点をとる時間Ｔ31’〜Ｔ39’（ウエブ底面エコー到着時間データ）を求める（ステップ３０３）。次いで、フランジ端面位置Ｘi ，ｉ＝１〜９と前記時間Ｔ3i’，ｉ＝１〜９とに関する９組の測定データから、図１０に示すように、最小二乗法を用いて回帰直線式を求める（ステップ３０４）。
【００４７】
ステップ３０４で求めた回帰直線式により、９箇所のフランジ端面位置Ｘ1 〜Ｘ9 について、それぞれ、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ31〜Ｔ39を算出する（ステップ３０５）。次に、９箇所分の包絡線データＤe1〜Ｄe9について、それぞれ、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ31〜Ｔ39より過去に遡って該包絡線の最初のピーク点を求め、該ピーク点をとる時間を未溶着部基端エコー到着時間Ｔ21〜Ｔ29として求める（ステップ３０６）。
【００４８】
最後に、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ3iと未溶着部基端エコー到着時間Ｔ2iとの時間差ΔＴi ＝Ｔ3i−Ｔ2iに基づいて、Ｌi ＝ΔＴi ×ｃ×（１／２）×ｃｏｓθ，ｉ＝１〜９から、９箇所のフランジ端面位置ごとの未溶着部の長さＬi を算出する（ステップ３０７）。
【００４９】
このように、溶接線方向に沿う複数箇所にて未溶着部長さを測定するに際し、溶接用角継手の組立て精度が悪い場合、溶接線方向に水平に延びるフランジ端面１ａに対してウエブ底面２ａが直線的に傾斜していることを利用して、前記複数箇所での測定データから回帰直線を求め、この回帰直線から算出した前記複数箇所でのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3iを用いるようにしたものであるから、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定することが出来る。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による角継手の未溶着部長さ測定方法によると、ウエブ底面エコー到着時間と未溶着部基端エコー到着時間との時間差に基づいて未溶着部の長さを求めるようにしたものであるから、エコー強度の値そのものに基づき測定を行う従来方法とは違って、未溶着部の性状やフランジ端面の性状が誤差要因とはならず、部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部長さを正確に測定することができる。これにより製函工程での溶接部非破壊検査の信頼性の向上が図れ、ひいては溶接構造物の信頼性向上に寄与することができる。
【００５１】
請求項２の未溶着部長さ測定方法によると、溶接線方向に沿う複数箇所にて未溶着部長さを測定するに際し、溶接用角継手の組立て精度が良い場合、フランジ端面とウエブ底面間距離が溶接線方向に沿って変化せずに略一定であることを利用して絶対値加算エコー波形を得、この絶対値加算エコー波形より求めたウエブ底面エコー到着時間を用いるようにしたものであるから、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定することができる。
【００５２】
請求項４の未溶着部長さ測定方法によると、溶接線方向に沿う複数箇所にて未溶着部長さを測定するに際し、溶接用角継手の組立て精度が悪い場合、溶接線方向に延びるフランジ端面に対してウエブ底面が直線的に傾斜していることを利用して回帰直線を得、この回帰直線より求めたウエブ底面エコー到着時間を用いるようにしたものであるから、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定方法を説明するための図である。
【図２】本発明方法を実施するために使用する装置を示す概略構成図である。
【図３】コンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の測定方法における超音波探傷機による実際の受信エコー波形の一例を示す図である。
【図５】絶対値エコー波形と該波形の包絡線とを説明するための図である。
【図６】コンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の他の例を示すフローチャートである。
【図７】１番目からｎ番目の各フランジ端面位置で得た受信エコー波形をそれぞれ絶対値化した絶対値エコー波形を説明するための図である。
【図８】絶対値加算エコー波形と該波形の包絡線とを説明するための図である。
【図９】コンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の他の例を示すフローチャートである。
【図１０】溶接線方向におけるフランジ端面位置とウエブ底面エコー到着時間との関係を示す回帰直線を説明するための図である。
【図１１】部分溶込み角継手を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１２】従来の未溶着部長さ測定方法の説明図である。
【図１３】従来の他の未溶着部長さ測定方法の説明図である。
【符号の説明】
１…フランジ １ａ…フランジ端面 ２…ウエブ ２ａ…ウエブ底面 ３…焦点型探触子 ３ａ…振動子 ３ｂ…音響レンズ ４…探触子走査台 ４ａ…倣いローラ ５…超音波探傷機 ６…コンピュータ ７…プリンタ Ｗ…溶接部 ｅ…未溶着部基端 Ｌ…未溶着部長さ
【発明の属する技術分野】
本発明は、フランジ（flange）とウエブ（web ）とを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する、角継手の未溶着部長さ測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
箱型の大型溶接構造物などを製作する製函工程では、図１１に示すように、厚鋼板よりなるフランジ１と、レ形などの開先加工が施された厚鋼板よりなるウエブ２とにより溶接用角継手を構成し、これを部分溶込み溶接してなる角継手が多用されている。図中の符号Ｗは溶接部を示している。図１１の（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【０００３】
この部分溶込み角継手では、溶接の健全性、すなわち角継手の機械的強度を決定する重要な指標として角継手の未溶着部長さＬがある（図１１（ａ）参照）。この角継手の溶込み深さ方向における未溶着部長さＬは、該長さが溶込み不足によって設計値より大きすぎると継手の強度不足をきたすことになるので溶接管理上重要な指標である。また、未溶着部長さＬは、製品完成後の実使用において疲労破壊が進展すると大きくなることが知られており、疲労破壊進捗度の指標にもなるものである。
【０００４】
この角継手の未溶着部長さを非破壊手法で測定するため、従来より、超音波探傷法を用いた測定方法が知られている。図１２は従来の未溶着部長さ測定方法の説明図である。同図に示すように、この従来方法では、ウエブ２上で斜角用探触子１１を溶接部Ｗに対し接近離反するように前後に走査しながら超音波を入射させる。そして、未溶着部からのエコーを斜角用探触子１１で受信し、そのエコーの強度（エコーの高さ）が最大になる走査位置での該最大エコー強度により、未溶着部長さＬを測定するようにしたものである。これは前記最大エコー強度が未溶着部長さＬに比例することを利用している。
【０００５】
図１３は従来の他の未溶着部長さ測定方法の説明図である。同図に示すように、この従来方法では、振動子１２ａと音響レンズ１２ｂとを有するいわゆる垂直用焦点型探触子１２を使用し、該探触子１２からの超音波をフランジ１の側面から入射させ、未溶着部からのエコーを探触子１２で受信する。そして、垂直用焦点型探触子１２をウエブ底面側からウエブ表面側に移動し、未溶着部からのエコーが減衰したところを溶込み先端側（溶込み底部側）に位置する未溶着部基端ｅと判断する。この未溶着部基端ｅの位置と設計上（図面上）のウエブ底面２ａ位置との差から未溶着部長さＬを測定するようにしたものである。なお、フランジ側面上で垂直用焦点型探触子１２をウエブ底面側からウエブ表面側に移動するやり方ではウエブ底面２ａの位置測定が困難なことから、前述のようにウエブ底面２ａ位置としては実測ではなく設計上の値が用いられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前述した前記図１２の前者の従来方法では、得られる最大エコー強度は未溶着部長さにのみ依存せず、特に、未溶着部におけるフランジ・ウエブ接触面の表面粗度などの性状や、未溶着部に隙間（ギャップ）があるときには該隙間寸法に大きく依存する。このため、これらがエコー強度の値そのものから未溶着部長さを測定する場合の誤差要因となり、未溶着部の長さを正確に測定できないという欠点があった。
【０００７】
また、前記図１３の後者の従来方法では、ウエブ底面位置の測定ができずウエブ底面の位置情報として設計上の値を用いているので、製函工程での溶接用角継手の組立て誤差の影響を受ける。また、フランジ側面からの垂直探傷エコー強度の値に基づき未溶着部基端位置を測定するものであるから、フランジ側面の表面酸化膜の有無やその厚みによる影響を受ける。このため、これらがエコー強度の値から未溶着部長さを測定する場合の誤差要因となっている。このように、前記両従来方法では、エコー強度の値そのものに基づき測定を行うようにしたものであるから、部分溶込み角継手の未溶着部の長さを正確に測定できないという欠点があった。
【０００８】
そこで本発明の目的は、超音波を用いて部分溶込み角継手の未溶着部の長さを正確に測定することができる、角継手の未溶着部長さ測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１の発明は、フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、探触子からの超音波をフランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコーとウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、前記両エコーの到着時間の差に基づいて角継手未溶着部の長さを測定することを特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法である。
【００１０】
請求項２の発明は、フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、（ａ）溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所（ｎ≧２）のフランジ端面位置ごとに、探触子からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、フランジ端面からのエコー、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコー及びウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、（ｂ）前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとに得た受信エコー波形を絶対値化し、これらの絶対値エコー波形の全てを加算して絶対値加算エコー波形を得、該絶対値加算エコー波形の極大点を連ねた包絡線を求めた後、ウエブ底面エコー監視域において前記包絡線がピーク点をとる時間をウエブ底面エコーの到着時間（Ｔ3 ）として求め、（ｃ）次いで、前記各絶対値エコー波形の包絡線ごとに、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3 ）より先にて包絡線が最初のピーク点をとる時間を未溶着部基端エコーの到着時間（Ｔ2i）として求め、（ｄ）しかる後、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3 ）と前記各未溶着部基端エコー到着時間（Ｔ2i）との時間差（ΔＴi ＝Ｔ3 −Ｔ2i）に基づいて前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとの角継手未溶着部の長さを測定すること、を特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法である。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項２記載の角継手の未溶着部長さ測定方法において、前記（ｂ）の前記各受信エコー波形について、該各受信エコー波形ごとの前記フランジ端面エコーの到着時間が同じになるように時間軸の補正を行うことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４の発明は、フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、（ａ）溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所（ｎ≧２）のフランジ端面ごとに、探触子からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、フランジ端面からのエコー、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコー及びウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、（ｂ）前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとに得た受信エコー波形を絶対値化し、これらの各絶対値エコー波形ごとに、該絶対値エコー波形の極大点を連ねた包絡線を求め、さらにウエブ底面エコー監視域において前記包絡線がピーク点となる時間（Ｔ3i’）を求め、（ｃ）これによりフランジ端面位置（Ｘi ）と前記時間（Ｔ3i’）とに関する前記ｎ組の測定データを得、該ｎ組の測定データから回帰直線を求め、（ｄ）該回帰直線から前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとのウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）を求め、（ｅ）次いで、前記各絶対値エコー波形の前記包絡線ごとに、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）より先にて包絡線が最初にピーク点をとる時間を未溶着部基端エコーの到着時間（Ｔ2i）として求め、（ｆ）しかる後、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）と前記未溶着部基端エコー到着時間（Ｔ2i）との時間差（ΔＴi ＝Ｔ3i−Ｔ2i）に基づいて前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとの角継手未溶着部の長さを測定すること、を特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法である。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の角継手の未溶着部長さ測定方法において、探触子として焦点型探触子を用いることを特徴とするものである。
【００１４】
図１は本発明の測定方法を説明するための図である。同図に示すように、本発明の測定方法では、焦点型の探触子３からの超音波は、フランジ端面１ａから入射して該端面１ａで屈折し、フランジ１および溶接部Ｗを伝搬し、一部が溶込み先端側の未溶着部基端ｅに到達する。超音波は、この未溶着部基端ｅで直接反射したり該基端ｅから回折したりして、フランジ端面１ａへ向かって未溶着部基端エコーＥとして伝搬する。一方、ウエブ底面２ａに到達した超音波は、該底面の凹凸により反射してその一部がフランジ端面１ａへ向かってウエブ底面エコーＢとして伝搬する。なお、図中のＦはフランジ端面からのエコーを示す。
【００１５】
したがって、探触子３で受信されたウエブ底面エコーＢの到着時間Ｔ3 と未溶着部基端エコーＥの到着時間Ｔ2 との時間差ΔＴ（＝Ｔ3 −Ｔ2 ）に基づいて、下記式▲１▼にて未溶着部長さＬを求めることができる。式▲１▼中、ｃは媒質中の超音波の伝搬速度（鋼の場合：６０００ｍ／ｓ）、θは屈折角である。
【００１６】
Ｌ＝ΔＴ×ｃ×（１／２）×ｃｏｓθ …▲１▼
【００１７】
このように本願発明の測定方法によると、前記２つのエコーＢ，Ｅの到着時間の差ΔＴから未溶着部長さＬを求めるようにしたものであるから、エコー強度の値そのものに基づき測定を行う従来方法とは違って、未溶着部の性状やフランジ端面の性状に影響されないのでこれらが誤差要因にならず、また、組立て誤差の影響を受ける設計上の位置情報ではなく実際のウエブ底面位置の測定が可能であり、部分溶込み角継手の未溶着部の長さを正確に測定することができる。なお、探触子として振動子３ａと音響レンズ３ｂとを有する焦点型探触子３を用いると、フランジ端面より入射する超音波を未溶着部に焦点を結ぶように収束させることができ、より正確な測定を行えて良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は本発明方法を実施するために使用する装置を示す概略構成図である。
【００１９】
同図に示すように、超音波をフランジ端面１ａから角継手未溶着部に向けて入射させる焦点型探触子３は探触子走査台４に搭載され、探触子走査台４は溶接線方向に往復動することができる。探触子走査台４の移動は、溶接線方向に延びるフランジ端面１ａに当接して回転自在な倣いローラ４ａおよびフランジ側面１ａに当接して回転自在な倣いローラ４ａによってなされる。なお、焦点型探触子３とフランジ端面１ａとの間には接触媒体が供給されるようになっている。
【００２０】
５は焦点型探触子３に接続された超音波探傷機である。６はプログラムされたコンピュータ（パソコン）で、超音波探傷機５からのアナログの受信エコー信号をディジタル化するＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ変換器）を備え、ディジタル信号に変換された受信エコー波形データを用いて未溶着部長さの算出処理を行うものであり、得られた未溶着部長さ等の情報はプリンタ７に出力されるようになっている。
【００２１】
なお、以下の各実施形態では、約３ＭＨｚの超音波は、前記の図１に示すように、フランジ端面１ａから入射角λ＝５°で入射し、フランジ端面１ａで屈折して屈折角θ＝２０°をなして未溶着部へ向けて伝搬し、未溶着部に焦点を結びようになされている。
【００２２】
図３はコンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の一例を示すフローチャートである。また、図４は本発明測定方法における超音波探傷機による実際の受信エコー波形の一例を示す図、図５は絶対値エコー波形と該波形の包絡線とを説明するための図である。
【００２３】
図１，図４，図５を参照しながら、図３のフローチャートに従って、未溶着部長さの算出手順の一例を説明する。焦点型探触子３を搭載した探触子走査台４を溶接線方向に延びるフランジ端面１ａに沿って移動させ、溶接線方向における所要位置に位置決めし、該フランジ端面位置における未溶着部長さＬの測定を行う。まず、焦点型探触子３からの超音波をフランジ端面１ａから未溶着部に向けて入射させ、該探触子３で受信して超音波探傷機５から出力される受信エコー波形の信号を、高速のＡ／Ｄコンバータを介してディジタル信号に変換してコンピュータ６に取り込む。
【００２４】
ここで、超音波探傷機５から出力される受信エコー波形について説明する。周知のように、縦波である超音波の場合、探触子３（超音波探傷機５）で観察される受信エコー波形は、圧縮と引張りとの繰り返しにより、図４に示すように、ゼロレベルに対してプラスとマイナスとからなる波形を形成する。コンピュータ６には、このような正負の値をとるアナログの受信エコー波形信号をディジタルに量子化した時系列の受信エコー波形データＤが取り込まれることになる。
【００２５】
そしてまず、受信エコー波形データＤの絶対値をとり、図５に示すように、絶対値エコー波形データＤa をつくる（ステップ１０１）。なお、図５では理解を容易にするためにアナログ的に示し、また、未溶着部基端エコーＥ及びウエブ底面エコーＢの部分のみを示してある。次に、未溶着部基端エコーＥ及びウエブ底面エコーＢを正確に特定するために、ステップ１０２で前記絶対値エコー波形Ｄa の極大点を連ねた包絡線のデータＤe を求める（図５参照）。
【００２６】
次に、ウエブ底面エコーＢを特定するため、ウエブ底面エコー監視域（ウエブ底面エコーゲート）ＴBGを設定する（ステップ１０３）。これは、フランジ端面１ａからウエブ底面２ａまでの設計上の直線距離をＬFW、媒質中の音速をｃとすると、ＴB ＝（ＬFW×２）／ｃにより、設計上でのウエブ底面エコーＢの到着時間予測値ＴB を求め、この値ＴB を中心に前後に時間幅を持たせて設定する（図５参照）。なお、このエコー監視域ＴBGは設計上の寸法情報から予め算出して設定しておけばよい。
【００２７】
そして、このウエブ底面エコー監視域ＴBGでの包絡線Ｄe のピーク点を求めることによりウエブ底面エコーＢを正確に特定することができ、該ピーク点をとる時間をウエブ底面エコーＢの到着時間Ｔ3 として求める（ステップ１０４）。より具体的には、底面エコー到着時間Ｔ3 は、ピーク点の値が格納されたメモリのアドレス番地とＡ／Ｄコンバータのサンプリング周波数とから求められる。
【００２８】
次に、前記包絡線データＤe において、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 より過去に遡って包絡線Ｄe の最初のピーク点を求め、これによって未溶着部基端エコーＥを正確に特定することができ、該ピーク点をとる時間を未溶着部基端エコー到着時間Ｔ2 として求める（ステップ１０５）。
【００２９】
しかる後、前記両到着時間Ｔ3 ，Ｔ2 の時間差ΔＴ（＝Ｔ3 −Ｔ2 ）に基づいて、Ｌ＝ΔＴ×ｃ×（１／２）×ｃｏｓθから、未溶着部長さＬを算出する（ステップ１０６）。例えば、ΔＴ＝１．３μｓ、ｃ＝６０００ｍ／ｓ、θ＝２０°とすると、Ｌ＝３．７ｍｍである。そして、このフランジ端面位置での未溶着部長さＬを求めたのち、探触子走査台４を次の所要位置へ移動し、該次のフランジ端面位置での未溶着部長さＬを同様にして前記ステップ１０１〜ステップ１０６の手順で求める。
【００３０】
このように、ウエブ底面エコーの到着時間Ｔ3 と未溶着部基端エコーの到着時間Ｔ2 との時間差に基づいて未溶着部長さＬを求めるようにしたものであるから、エコー強度の値そのものに基づき測定を行う従来方法とは違って、未溶着部の性状やフランジ端面１ａの性状が誤差要因にはならず、また、組立て誤差の影響を受ける設計上の位置情報ではなく実際のウエブ底面位置の測定が可能であり、未溶着部長さＬを正確に測定することができる。
【００３１】
ところで、未溶着部の長さは溶接部Ｗの溶接線方向に沿う各箇所において一般に変動している。このため、溶接線方向における異なる複数のフランジ端面位置での未溶着部長さを測定する必要がある。この場合、継手組立て精度が良いときには、フランジ端面１ａとウエブ底面２ａ間距離が溶接線方向に沿って変化せず略一定であることを利用することにより、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定しうることについて、以下に説明する。
【００３２】
図６はコンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の他の例を示すフローチャート、図７は１番目からｎ番目の各フランジ端面位置で得た受信エコー波形をそれぞれ絶対値化した絶対値エコー波形を説明するための図、図８は絶対値加算エコー波形と該波形の包絡線とを説明するための図である。
【００３３】
探触子走査台４を移動させ、溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所、例えば９箇所のフランジ端面位置ごとに、焦点型探触子３からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、該探触子３で受信して超音波探傷機５から出力される受信エコー波形の信号を、高速のＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換してコンピュータ６に取り込む。
【００３４】
以下、図６のフローチャートに従って説明する。まず、１番目から９番目までのフランジ端面位置ごとの受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 について、それぞれ、フランジ端面エコーの到着時間Ｔ11〜Ｔ19が全部同じになるように時間軸の補正を行う（ステップ２０１）。
【００３５】
この時間軸補正について説明する。９箇所のフランジ端面位置ごとのウエブ底面エコー到着時間をそれぞれ求めるのではなく、継手組立精度が良いことからフランジ端面１ａとウエブ底面２ａ間距離が溶接線方向において略一定であることを反映させた後述する１つのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 を求めて用いる場合、フランジ端面１ａ上を溶接線方向に焦点型探触子３を移動させた際に焦点型探触子３とフランジ端面１ａとの間隙が変動すると、該間隙変動が測定精度を悪くする。そこでこれを回避するために、９箇所分の受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 のフランジ端面エコー到着時間が全て同一になるように、時間軸の補正を行うようにしている。すなわち、受信エコー波形における最大のピーク（正あるいは負）がフランジ端面エコーであることから（前記図４参照）、各受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 について、それぞれ、正負の符号にかかわらず最大のピーク点を求め、該ピーク点をとる時間をフランジ端面エコー到着時間Ｔ11〜Ｔ19として求める。そして例えば、１番目の受信エコー波形データＤ1 のエコー到着時間Ｔ11を基準に決定し、他の受信エコー波形データＤ2 〜Ｄ9 の到着時間の値が前記到着時間Ｔ11に一致するように時間軸をシフトする。
【００３６】
次に、この補正が施された９箇所分の受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 について、それぞれ、絶対値をとり、図７に示すように、絶対値エコー波形データＤa1〜Ｄa9をつくる（ステップ２０２）。なお、図７では理解を容易にするためにアナログ的に示し、また、未溶着部基端エコーＥ及びウエブ底面エコーＢの部分のみを示してある。
【００３７】
次に、９箇所分の絶対値エコー波形Ｄa1〜Ｄa9の全てを加算し、図８に示すように、絶対値加算エコー波形データを求めた後、この絶対値加算エコー波形の極大点を連ねた包絡線のデータＤaeを求める（ステップ２０３）。なお、図８は図７での強度スケールは考慮せずに単に模式的に示してある。
【００３８】
そして、９箇所の各フランジ端面位置での未溶着部基端エコーＥを正確に特定するために、前記９箇所分の絶対値エコー波形Ｄa1〜Ｄa9について、それぞれ、極大点を連ねた包絡線のデータＤe1〜Ｄe9を求める（ステップ２０４）。
【００３９】
次に、ウエブ底面エコーＢを特定するために前述したステップ１０３の要領でウエブ底面エコー監視域ＴBGを設定し（図８参照）、この監視域ＴBGでの包絡線Ｄaeのピーク点を求めることによりウエブ底面エコーＢを正確に特定することができ、該ピーク点をとる時間をウエブ底面エコーＢの到着時間Ｔ3 として求める（ステップ２０５）。ステップ２０５で１つのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 を求めた後、９箇所分の包絡線データＤe1〜Ｄe9について、それぞれ、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 より過去に遡って該包絡線の最初のピーク点を求め、これによって未溶着部基端エコーＥを正確に特定でき、該ピーク点をとる時間を未溶着部基端エコー到着時間Ｔ21〜Ｔ29として求める（ステップ２０６）。
【００４０】
最後に、１つのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 と各未溶着部基端エコー到着時間Ｔ2iとの時間差ΔＴi ＝Ｔ3 −Ｔ2iに基づいて、Ｌi ＝ΔＴi ×ｃ×（１／２）×ｃｏｓθ，ｉ＝１〜９から、９箇所のフランジ端面位置ごとの未溶着部の長さＬi を算出する（ステップ２０７）。
【００４１】
このように、溶接線方向に沿う複数箇所にて未溶着部長さを測定するに際し、溶接用角継手の組立て精度が良い場合、フランジ端面１ａとウエブ底面２ａ間距離が溶接線方向に沿って変化せずに略一定であることを利用して、前記複数箇所のフランジ端面位置ごとの受信エコー波形を絶対値化し、これら全てを加算して絶対値加算エコー波形を得、該絶対値加算エコー波形に基づいて求めた１つのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3 を用いるようにしたものであるから、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定することが出来る。
【００４２】
さて次に、溶接用角継手の組立て精度が悪く、フランジ端面１ａとウエブ底面２ａ間距離が溶接線方向に沿って変化している場合、ウエブ板自体は直線状であることから、溶接線方向に水平に延びるフランジ端面１ａに対してウエブ底面２ａが傾斜していることを反映させたウエブ底面エコー到着時間Ｔ3i，ｉ＝１〜ｎを求めることにより、正確に未溶着部長さを測定しうることについて、次に説明する。
【００４３】
図９はコンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の他の例を示すフローチャート、図１０は溶接線方向におけるフランジ端面位置とウエブ底面エコー到着時間との関係を示す回帰直線を説明するための図である。
【００４４】
探触子走査台４を移動させ、溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所、例えば９箇所のフランジ端面位置ごとに、焦点型探触子３からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、該探触子３で受信して超音波探傷機５から出力される受信エコー波形の信号を、高速のＡ／Ｄコンバータでディジタル信号に変換してコンピュータ６に取り込む。
【００４５】
以下、図９のフローチャートに従って説明する。まず、１番目から９番目までのフランジ端面位置ごとの受信エコー波形データＤ1 〜Ｄ9 について、それぞれ、絶対値をとり、絶対値エコー波形データＤa1〜Ｄa9とする（ステップ３０１）。このステップ３０１で得た９箇所分の絶対値エコー波形Ｄa1〜Ｄa9について、それぞれ、極大点を連ねた包絡線のデータＤe1〜Ｄe9を求める（ステップ３０２）。
【００４６】
ステップ３０２で得た９箇所分の包絡線データＤe1〜Ｄe9について、それぞれ、前記ステップ１０３の要領で設定したウエブ底面エコー監視域ＴBGにおいて、ピーク点をとる時間Ｔ31’〜Ｔ39’（ウエブ底面エコー到着時間データ）を求める（ステップ３０３）。次いで、フランジ端面位置Ｘi ，ｉ＝１〜９と前記時間Ｔ3i’，ｉ＝１〜９とに関する９組の測定データから、図１０に示すように、最小二乗法を用いて回帰直線式を求める（ステップ３０４）。
【００４７】
ステップ３０４で求めた回帰直線式により、９箇所のフランジ端面位置Ｘ1 〜Ｘ9 について、それぞれ、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ31〜Ｔ39を算出する（ステップ３０５）。次に、９箇所分の包絡線データＤe1〜Ｄe9について、それぞれ、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ31〜Ｔ39より過去に遡って該包絡線の最初のピーク点を求め、該ピーク点をとる時間を未溶着部基端エコー到着時間Ｔ21〜Ｔ29として求める（ステップ３０６）。
【００４８】
最後に、ウエブ底面エコー到着時間Ｔ3iと未溶着部基端エコー到着時間Ｔ2iとの時間差ΔＴi ＝Ｔ3i−Ｔ2iに基づいて、Ｌi ＝ΔＴi ×ｃ×（１／２）×ｃｏｓθ，ｉ＝１〜９から、９箇所のフランジ端面位置ごとの未溶着部の長さＬi を算出する（ステップ３０７）。
【００４９】
このように、溶接線方向に沿う複数箇所にて未溶着部長さを測定するに際し、溶接用角継手の組立て精度が悪い場合、溶接線方向に水平に延びるフランジ端面１ａに対してウエブ底面２ａが直線的に傾斜していることを利用して、前記複数箇所での測定データから回帰直線を求め、この回帰直線から算出した前記複数箇所でのウエブ底面エコー到着時間Ｔ3iを用いるようにしたものであるから、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定することが出来る。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明による角継手の未溶着部長さ測定方法によると、ウエブ底面エコー到着時間と未溶着部基端エコー到着時間との時間差に基づいて未溶着部の長さを求めるようにしたものであるから、エコー強度の値そのものに基づき測定を行う従来方法とは違って、未溶着部の性状やフランジ端面の性状が誤差要因とはならず、部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部長さを正確に測定することができる。これにより製函工程での溶接部非破壊検査の信頼性の向上が図れ、ひいては溶接構造物の信頼性向上に寄与することができる。
【００５１】
請求項２の未溶着部長さ測定方法によると、溶接線方向に沿う複数箇所にて未溶着部長さを測定するに際し、溶接用角継手の組立て精度が良い場合、フランジ端面とウエブ底面間距離が溶接線方向に沿って変化せずに略一定であることを利用して絶対値加算エコー波形を得、この絶対値加算エコー波形より求めたウエブ底面エコー到着時間を用いるようにしたものであるから、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定することができる。
【００５２】
請求項４の未溶着部長さ測定方法によると、溶接線方向に沿う複数箇所にて未溶着部長さを測定するに際し、溶接用角継手の組立て精度が悪い場合、溶接線方向に延びるフランジ端面に対してウエブ底面が直線的に傾斜していることを利用して回帰直線を得、この回帰直線より求めたウエブ底面エコー到着時間を用いるようにしたものであるから、受信ウエブ底面エコーの強度が小さい箇所についても正確に未溶着部長さを測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定方法を説明するための図である。
【図２】本発明方法を実施するために使用する装置を示す概略構成図である。
【図３】コンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の測定方法における超音波探傷機による実際の受信エコー波形の一例を示す図である。
【図５】絶対値エコー波形と該波形の包絡線とを説明するための図である。
【図６】コンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の他の例を示すフローチャートである。
【図７】１番目からｎ番目の各フランジ端面位置で得た受信エコー波形をそれぞれ絶対値化した絶対値エコー波形を説明するための図である。
【図８】絶対値加算エコー波形と該波形の包絡線とを説明するための図である。
【図９】コンピュータによる未溶着部長さの算出処理手順の他の例を示すフローチャートである。
【図１０】溶接線方向におけるフランジ端面位置とウエブ底面エコー到着時間との関係を示す回帰直線を説明するための図である。
【図１１】部分溶込み角継手を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図１２】従来の未溶着部長さ測定方法の説明図である。
【図１３】従来の他の未溶着部長さ測定方法の説明図である。
【符号の説明】
１…フランジ １ａ…フランジ端面 ２…ウエブ ２ａ…ウエブ底面 ３…焦点型探触子 ３ａ…振動子 ３ｂ…音響レンズ ４…探触子走査台 ４ａ…倣いローラ ５…超音波探傷機 ６…コンピュータ ７…プリンタ Ｗ…溶接部 ｅ…未溶着部基端 Ｌ…未溶着部長さ
Claims (5)
- フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、探触子からの超音波をフランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコーとウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、前記両エコーの到着時間の差に基づいて角継手未溶着部の長さを測定することを特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法。
- フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、
（ａ） 溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所（ｎ≧２）のフランジ端面位置ごとに、探触子からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、フランジ端面からのエコー、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコー及びウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、
（ｂ） 前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとに得た受信エコー波形を絶対値化し、これらの絶対値エコー波形の全てを加算して絶対値加算エコー波形を得、該絶対値加算エコー波形の極大点を連ねた包絡線を求めた後、ウエブ底面エコー監視域において前記包絡線がピーク点をとる時間をウエブ底面エコーの到着時間（Ｔ3 ）として求め、
（ｃ） 次いで、前記各絶対値エコー波形の包絡線ごとに、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3 ）より先にて包絡線が最初のピーク点をとる時間を未溶着部基端エコーの到着時間（Ｔ2i）として求め、
（ｄ） しかる後、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3 ）と前記各未溶着部基端エコー到着時間（Ｔ2i）との時間差（ΔＴi ＝Ｔ3 −Ｔ2i）に基づいて前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとの角継手未溶着部の長さを測定すること、を特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法。 - 前記（ｂ）の前記各受信エコー波形について、該各受信エコー波形ごとの前記フランジ端面エコーの到着時間が同じになるように時間軸の補正を行うことを特徴とする請求項２記載の角継手の未溶着部長さ測定方法。
- フランジとウエブとを部分溶込み溶接してなる角継手の未溶着部の長さを超音波を用いて測定する方法において、
（ａ） 溶接線方向に沿って間隔をおいて定められたｎ箇所（ｎ≧２）のフランジ端面ごとに、探触子からの超音波を該フランジ端面から角継手未溶着部に向けて入射させ、フランジ端面からのエコー、溶込み先端側の未溶着部基端からのエコー及びウエブ底面からのエコーを前記探触子で受信し、
（ｂ） 前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとに得た受信エコー波形を絶対値化し、これらの各絶対値エコー波形ごとに、該絶対値エコー波形の極大点を連ねた包絡線を求め、さらにウエブ底面エコー監視域において前記包絡線がピーク点となる時間（Ｔ3i’）を求め、
（ｃ） これによりフランジ端面位置（Ｘi ）と前記時間（Ｔ3i’）とに関する前記ｎ組の測定データを得、該ｎ組の測定データから回帰直線を求め、
（ｄ） 該回帰直線から前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとのウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）を求め、
（ｅ） 次いで、前記各絶対値エコー波形の前記包絡線ごとに、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）より先にて包絡線が最初にピーク点をとる時間を未溶着部基端エコーの到着時間（Ｔ2i）として求め、
（ｆ） しかる後、前記ウエブ底面エコー到着時間（Ｔ3i）と前記未溶着部基端エコー到着時間（Ｔ2i）との時間差（ΔＴi ＝Ｔ3i−Ｔ2i）に基づいて前記ｎ箇所のフランジ端面位置ごとの角継手未溶着部の長さを測定すること、を特徴とする角継手の未溶着部長さ測定方法。 - 前記探触子として焦点型探触子を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の角継手の未溶着部長さ測定方法。
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