JP4345734B2

JP4345734B2 - 溶接鋼管溶接部の品質検査方法

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Publication number: JP4345734B2
Application number: JP2005297417A
Authority: JP
Inventors: 寛之大久保; 正樹山野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2006030218A

Description

本発明は、超音波探傷による溶接鋼管溶接部の品質検査方法であり、溶接鋼管溶接部に内在するきずを効率良くかつ精度良く検査できるきずの判定方法に関するものである。

溶接鋼管などの溶接部には、溶接方法や条件により様々なきずが発生し、溶接部の品質低下の原因となる。このため、Ｘ線や超音波を用いた非破壊検査が行われている。Ｘ線は、ピンホールやスラグ巻き込みなどの点状きずを容易に検出することができ、検査実績も多いが、能率が低く、設備コストも高い。さらに、放射線を厳格に管理しなければならない等の安全性の問題もある。一方、超音波探傷は、割れきずや融合不良などの面状きずを検出するのに適した方法であり、検査能率、設備コスト、安全性の面からもＸ線検査より優れるため、両管端部の数１０ｍｍを除いて、溶接部全面の検査を担っている。

このため、「溶接鋼管の超音波探傷法（鉄鋼協会品質管理部会（ＮＤＩ部門）編）」（1999年 2月22日発行）の5.2 ＵＯＥ鋼管(pp.95〜100)に記載されているように、サブマージドアーク溶接（ＳＡＷ）鋼管では、超音波探傷を行った後、超音波できず有りと判定された部位および両管端部のみをＸ線検査している。この超音波探傷やＸ線検査にて有害きずが検出された場合には、溶接補修を行うか、切断することによりきず部を除去する。さらに、溶接補修した箇所が、補修後、Ｘ線検査あるいはさらに超音波探傷により再検査される。

一例として、ＳＡＷ鋼管の製造工程における超音波探傷方法の概略を以下に述べる。上記の「溶接鋼管の超音波探傷法」の1.4 ＵＯＥ鋼管 (pp.5〜8)にも記載されているように、超音波探傷検査された素材である鋼板をＵプレスやＯプレス等にて管状に成形する。次に、管の突き合せ部が、仮付溶接、内面溶接、外面溶接される。こうして製造された鋼管は、中間検査として溶接部の超音波検査、Ｘ線透過検査が実施される。その後、拡管して所定の外径に仕上げると共に、真円度、真直度を整え、水圧試験後、最終検査として、中間検査と同様に、溶接部の超音波検査、Ｘ線透過検査が実施される。また、各工程間の鋼管搬送方法には、チェーンコンベアによる直進送りやキッカーによる周方向送りが用いられる。

このようなＳＡＷ鋼管の溶接部検査に用いられる超音波探傷装置は、鋼管の軸方向に伸びたきず（以下、縦方向きずという）と鋼管の周方向に伸びたきず（以下、横方向きず）の各々について鋼管内面きず用と鋼管外面きず用の複数の斜角探触子（送受信探触子）を配置し、溶接部に発生する様々なきずを見逃すことなく検出できるように工夫されている（図８参照) 。

また、オンライン探傷に関しては、特許文献１に記載されているように、鋼管の溶接部を常時監視し、該鋼管溶接部の真上からのずれを検出して、上記探触子群を常に溶接部から所定の位置に配置できるようにしながら、鋼管を直線搬送しつつ探傷する方法が採られている。ここで、溶接位置の検出方法は、接触式の検出針を溶接部の両側に接触させ、両者の変位量の差により、ずれ量を検出している。しかし、この方法では、鋼管が真円でなければ、正確な検出ができないという問題があり、最近では、渦流式もしくは光学式の溶接部検出器が用いられている。

このようなオンライン探傷の場合、きずの見逃しを避けるためには、鋼管長手方向の各位置で上記探触子群が送受信する超音波信号が溶接部全断面をカバーしている必要がある。超音波探触子で送受信される超音波信号は、探傷周波数、振動子径などによって規定される指向角で拡がりながら材料中を伝搬する。一般的なＫフォーム配置における縦方向きず用の斜角探触子の場合を例示すると、図９(a) のようになる。ここで、鋼管溶接部の外面きずと内面きず狙いの２探触子では、溶接部中央部の超音波信号強度が弱くなり、きず検出能が低下する。この傾向は厚肉材ほど顕著になる。よって、特に厚肉材の時は、図９(b) に示すように、伝搬距離が長くなるに伴い超音波信号が拡散することを利用している。
特公昭５１−３９５５５号公報

前述のような従来の溶接鋼管の品質検査方法では、以下の課題がある。

先ず第１に、特に中間での超音波探傷検査において、有害きずを確実に捕捉するために感度を高めに設定すると、溶接部の形状不良等による誤検出が多発する。このため、再探傷回数が増え、生産効率が低下する。逆に、感度を低めに設定すると、有害きずを確実に捕捉できず、最終検査で検出されれば良いが、最悪の場合、その製品が出荷されてしまい、溶接部の品質管理上、非常に大きな問題となる。

また、従来のきずの有無の判定方法の重大な欠点について述べる。探傷鋼管の溶接部は、鋼管の半径方向の切断面で見たとき、略一定の形状であるが、稀に著しく形状が崩れる場合がある。この形状不良の溶接部に超音波を入射すると、その形状にもよるが、図５(a) に示すように、あたかもその位置にきずが存在するかのようにエコーが反射する場合があり、この場合、きず有りと誤検出してしまう。従来の探傷方法では、複数の探触子の１つでも反射エコーがあった場合、きず有りと判定していたため、溶接形状不良を誤検出してしまう頻度が非常に多い。

第２に、鋼管溶接部の外面きずと内面きず狙いの２探触子では、図９(a) に示すように、溶接部中央部の超音波ビーム強度が弱くなり、きず検出能が低下し、また、図９(b) に示すように、特に厚肉材において、伝搬距離が長くなるに伴い超音波信号が拡散することを利用する場合、伝搬距離が大となるのに比例して単位面積当りの超音波信号強度は低下するため、きずからの反射エコー強度も低下し、最悪の場合、きずエコーがノイズ信号に埋没する危険がある。さらに、鋼管寸法が変更された時、探触子の数が多いため、また、セット位置を変える必要があるため、調整に時間がかかるという問題がある。

第３に、超音波探傷にてきず有りと判定された時に、検査員が気づかず、再検査されずに出荷される可能性もある。

第４に、超音波探傷にてきず有りと判定された箇所は、手動の超音波探傷にて再検査される。しかし、手動の探傷装置にて再度きずの位置を探していては、非常に作業効率が悪い。そのために、そのきず発生位置を正確に記録し、手動の超音波探傷装置の検査位置に合わせて停止させる必要がある。

第５に、きず有りと判定された位置のマーキングについてである。従来は鋼管の溶接部周辺に部分的にマーキングしていた。しかし、超音波検査工程からＸ線検査工程へは鋼管を転がしながら搬送することから、Ｘ線検査工程に到着した時に、常に溶接部が上部になっているわけではなく、下部になってしまった時などは、マーキングを発見するのに多大な時間がかかってしまう。

本発明は、前述のような課題を解決すべくなされたもので、その目的は、溶接鋼管溶接部の超音波探傷に際し、厚肉材を含めて、有害きずのみを確実に捕捉することができ、また、超音波探傷の再検査位置あるいはＸ線撮影時の撮影箇所を正確に迅速に特定でき、生産効率の向上、コストの低減等を図れ、さらに、従来よりも少ない数の超音波探触子で有害きずを溶接部全断面にわたって精度良く確実に検出することができ、設備コストも低減できると共に、鋼管寸法が変更された時の調整時間も短縮することができる溶接鋼管溶接部の品質検査方法を提供することにある。

本発明は、溶接鋼管の溶接部を複数の超音波探触子で探傷し、溶接部の品質を検査する方法において、前記超音波探触子のうち２つ以上の超音波探触子で、溶接部に入射した超音波の反射信号を受信した時に、きず有りと判定することを特徴とする溶接鋼管溶接部の品質検査方法である。

この発明は、超音波探触子の図１に示す配置あるいは図８に示す一般的なＫフォーム配置やＸフォーム配置などにより、溶接鋼管の軸方向に伸びた縦方向きず、溶接鋼管の周方向に伸びた横方向きず、あるいはピンホール等の球状きず等を探傷する場合であり、対向配置された超音波探触子、例えば、溶接部を挟んで鋼管周方向に一対の超音波探触子あるいは溶接部真上で鋼管軸方向に一対の超音波探触子が２つ同時に反射信号を受信した時に、きず有りと判定するものである。対向配置される超音波探触子は、３つ以上の場合もあり、３つ以上で同時に受信した時にきず有りと判定する場合もある。

この発明によれば、図５(a) に示すように、１つの超音波探触子でのみ超音波信号を検出した場合は、溶接部の形状からの反射信号と判定し、図５(b) に示すように、２つ以上の超音波探触子で超音波信号を検出した時のみ、きず有りと判定することができ、溶接形状不良の誤検出を大幅に低減することができる。誤検出が低減されることにより、生産効率が向上し、コストの低減が図れ、また、有害きずが確実に捕捉されることにより、溶接部の品質を向上させることができる。

本発明の品質検査方法において、超音波探触子は、複数の異なる屈折角で探傷し得る超音波探触子を使用することができる。

即ち、通常型の超音波探触子の他に、複数の異なる屈折角で探傷し得る屈折角可変の超音波探触子を用いる場合である。この屈折角可変の超音波探触子は、例えば、複数個の超音波振動子が凸曲面上に配列され、この超音波振動子群のうち、ある一定数の振動子群を同時に励起し、その振動子群で超音波ビームを送受信した後、この振動子群を所定の間隔で順次切り替えて走査することで、超音波ビームの入射角度を変えるように構成された配列型（振動子群）超音波探触子を用いることができる。また、これに限らず、例えば、超音波ビームの入射角度が異なる超音波振動子を通常のくさび上に複数個配列して構成することもできる。本発明では、通常型の超音波探触子のみを用いてもよいし、屈折角可変の超音波探触子のみを用いてもよいし、両者を組み合わせて用いてもよい。また、横方向きずの検出には、溶接部真上に配設した通常型の超音波探触子を用いることもできる。

この発明によれば、例えば配列型超音波探触子は、図３に示すように、設定した所定数の選択超音波振動子を順次切り替えることで、超音波ビームの屈折角度θを変えることができるため、被検査材溶接部の内面、外面、中央位置の縦方向きずや横方向きず等を１つの超音波探触子で確実に検出することが可能となる。また、通常型の超音波探触子を溶接部真上に配設した場合、図４に示すように、溶接部の真上から超音波ビームを溶接部長手方向に送受信することにより、被検査材溶接部の内面、外面、中央位置の横方向きずを１つの超音波探触子で確実に検出することが可能となる。従来は溶接部の両側に縦方向きず検出用と横方向きず検出用の超音波探触子を鋼管外面きず用と鋼管内面きず用に計８個必要となるのに対して、本発明の前記例では縦方向きず検出用と横方向きず検出用の計４個の超音波探触子でよく、超音波探触子の数を少なくすることができ、設備コストを低減し、セッティング時間を短縮することができる。さらに、超音波探触子の数が少ないため、また、屈折角可変の超音波探触子の場合、任意の屈折角度の超音波ビームを容易に得ることができるため、鋼管寸法が変更されても極めて短時間に容易に対応することができる。

また、配列型超音波探触子に、略扇形くさびの凸曲面上に配列した超音波振動子群のうちのある一定数の振動子群を順次選択的に動作させる超音波探触子を用いることにより、任意の屈折角度の超音波ビームを容易に得ることができ、溶接部全断面のきずを精度良く確実に検出することができる。また、略扇形くさびを用いることで、超音波通過部の面積を小さくすることができ、探傷面の曲面形状による感度低下を小さくすることができ、また局部水浸ホルダ寸法を小さくすることができる。

また、超音波探触子を溶接部を挟んで２個以上配置すれば、また、溶接部直上に２個以上配置すれば、溶接部全断面のきずをより確実に検出することができる。

さらに、溶接部を挟んで直角方向の左右一対の超音波探触子を溶接部長手方向にずらして配設し、好ましくは該超音波探触子の寸法以上ずらして配設することにより、同時に超音波を送信しても干渉することがなく、１個当りの超音波の送信繰り返し速度を上げることができ、高速で搬送される溶接鋼管でも、溶接部全断面の縦方向きずを確実に検出することが可能となる。

本発明においては、溶接鋼管の溶接部を複数の超音波探触子で探傷し、溶接部の品質を検査する方法において、複数の異なる屈折角で探傷し得る超音波探触子を使用し、２つ以上の屈折角で入射した超音波の反射信号を受信した時に、きず有りと判定することができる。

これは、複数の異なる屈折角で探傷し得る屈折角可変の超音波探触子を用いる場合であり、屈折角を変えて探傷を行い、２つ以上の屈折角で超音波の反射信号を検出した時、きず有りと判定する。これによれば、一つの超音波探触子で、溶接形状不良を誤検出することなく、有害きずを検出することができる。

本発明においては、溶接鋼管の溶接部を複数の超音波探触子で探傷し、溶接部の品質を検査する方法において、超音波探触子から超音波を送受信する方向は、溶接鋼管長手方向に対して直角方向、溶接鋼管長手方向に対して所定の角度をもった方向、溶接部の真上における溶接鋼管長手方向に沿う方向のうちの少なくとも２方向であり、この各方向において２つ以上の超音波探触子で超音波の反射信号を受信した時に、きず有りと判定する。

即ち、超音波探触子の図１に示す配置あるいは図８に示す一般的なＫフォーム配置やＸフォーム配置などのように、少なくとも２方向から超音波を送受信することで、縦方向きず、横方向きず、ピンホール等の球状きずの全てを検出できるようにした場合である。各方向において、一対の超音波探触子が２つ同時に反射信号を受信した時に、きず有りと判定する。これによれば、溶接部の縦方向きず、横方向きず、ピンホール等の球状きずの全てを誤検出すること無く確実に検出することができる。

本発明の請求項１は、溶接鋼管の溶接部を複数の超音波探触子で探傷し、溶接部の品質を検査する方法において、超音波探触子から超音波を送受信する方向は、溶接鋼管長手方向に対して直角方向、溶接鋼管長手方向に対して所定の角度をもった方向、溶接部の真上における溶接鋼管長手方向に沿う方向のうちの少なくとも２方向であり、この各方向において２つ以上の超音波探触子で超音波の反射信号を受信した時に、きず有りと判定して、警報により検査員にきずが検出されたことを教示し、続いて各超音波探触子で信号を検知した結果をレコーダチャートに出力させることで、検査員にきずが検出されたことを教示し、その検出位置を再探傷位置で停止させ、再検査によりきずを確認することを特徴とする溶接鋼管溶接部の品質検査方法である。

この請求項１は、各超音波探触子で信号を検知すると、図６(a) に示すように、警報（ブザーやランプ等）で検査員に知らせ、検査員が鋼管搬送操作部を操作して、その検出位置を再探傷位置で停止させ、手動探傷装置等により再検査する場合である。この請求項１によれば、きず有りと判定された時に検査員が気づかず、再検査されずに出荷されるという事態を無くすことができる。

さらに、検出位置と再探傷位置の間で検出結果をレコーダチャートに出力させることで、２つ以上の超音波探触子で信号を検出したかどうかを確認できるようにし、さらに、きず発生位置を正確に把握し、検査員が再探傷位置で正確に停止させることができるようにした場合である。これによれば、再探傷位置を探すという手間が省け、作業効率を向上させることができる。

なお、本発明では、２つ以上の超音波探触子で信号を検出すると、きず有りと自動的に判定し、その検出位置をトラッキングして再探傷位置で自動停止させることもできる。

本発明の請求項２は、請求項１に記載の溶接鋼管溶接部の品質検査方法において、溶接部のきずを検知した時、きず検出位置に、鋼管周方向に溶接部を跨いで線状にマーキングを施し、このマーキング位置を再検査することを特徴とする溶接鋼管溶接部の品質検査方法である。

この請求項２は、例えば、前記の再探傷位置で溶接部内の位置に所定レベル以上の信号が検出された時に、マーキングを施してＸ線撮影する場合である。この請求項２によれば、マーキングを施すことで、Ｘ線撮影箇所等の再検査箇所を容易に迅速に発見することができる。

この請求項２では、溶接部を跨いで線状に１／４円以上マーキングするのが好ましい。これによれば、超音波検査工程からＸ線検査工程へ鋼管が転がりながら搬送された場合でも、溶接部を跨いで十分に長くマーキングすることにより、どの方向から見ても、Ｘ線撮影箇所等の再検査箇所を容易に特定することができ、作業効率を向上させることができる。

(1) 複数の超音波探触子のうち１つの超音波探触子でのみ超音波信号を検出した場合は、溶接部の形状からの反射信号と判定し、２つ以上の超音波探触子で超音波信号を検出した時のみ、きず有りと判定するため、溶接形状不良の誤検出を大幅に低減することができる。誤検出が低減されることにより、生産効率が向上し、コストの低減が図れ、また、有害きずが確実に捕捉されることにより、溶接部の品質を向上させることができる。

(2) 配列型等の屈折角可変の超音波探触子を用いれば、溶接部の内面、外面、中央位置の縦方向きずや横方向きず等を１つの超音波探触子で確実に検出することができ、また、溶接部の真上に配置した通常型の超音波探触子を用いれば、溶接部の内面、外面、中央位置の横方向きずを１つの超音波探触子で確実に検出することができ、超音波探触子の数を従来よりも少なくすることができる。これにより、設備コストを削減することができ、またセッティング時間を短縮することができる。さらに、超音波探触子の数が少ないため、また、屈折角可変の超音波探触子では、任意の屈折角度の超音波ビームを容易に得ることができるため、鋼管寸法が変更されても極めて短時間に容易に対応することができ、探傷作業を迅速に行うことができる。

(3) 扇形くさびの凸曲面上に配列した超音波振動子群のうちのある一定数の振動子群を順次選択的に動作させる配列型超音波探触子を用いることにより、任意の屈折角度の超音波ビームを容易に得ることができ、溶接部全断面のきずを精度良く確実に検出することができる。

(4) 配列型超音波探触子に扇形くさびを用いることで、超音波通過部の面積を小さくすることができ、探傷面の曲面形状による感度低下を小さくすることができ、また局部水浸ホルダ寸法を小さくすることができる。

(5) 縦方向きず検出用の配列型超音波探触子および横方向きず検出用の超音波探触子を２個以上配置することにより、溶接部全断面のきずをより確実に検出することができる。

(6) 溶接部を挟んで直角方向の左右一対の超音波探触子を溶接部長手方向にずらして配設し、好ましくは該超音波探触子の寸法以上ずらして配設することにより、同時に超音波を送信しても干渉することがなく、１個当りの超音波の送信繰り返し速度を上げることができ、高速で搬送される溶接鋼管でも、溶接部全断面の縦方向きずを確実に検出することが可能となる。

(7) 複数の異なる屈折角で探傷し得る屈折角可変の超音波探触子を用い、屈折角を変えて探傷を行い、２つ以上の屈折角で超音波の反射信号を検出した時、きず有りと判定することにより、一つの超音波探触子で、溶接形状不良を誤検出することなく、有害きずを検出することができる。

(8) 超音波探触子から超音波を送受信する方向を、溶接鋼管長手方向に対して直角方向、溶接鋼管長手方向に対して所定の角度をもった方向、溶接部の真上における溶接鋼管長手方向に沿う方向のうちの少なくとも２方向とすることにより、縦方向きず、横方向きず、ピンホール等の球状きずの全てを誤検出すること無く確実に検出することができる。

(9) 各超音波探触子で信号を検知した時、警報により検査員にきずが検出されたことを教示し、その検出位置を再探傷位置で停止させ、再検査によりきずを確認することにより、きず有りと判定された時に検査員が気づかず、再検査されずに出荷されるという事態を無くすことができる。

(10) 各超音波探触子で信号を検知した結果をレコーダチャートに出力させることで、検査員にきずが検出されたことを教示し、その検出位置を再探傷位置で停止させ、再検査によりきずを確認することにより、再探傷位置を探すという手間が省け、作業効率を向上させることができる。

(11) 溶接部のきずを検知した時、きず検出位置にマーキングを施し、このマーキング位置を再検査することにより、Ｘ線撮影箇所等の再検査箇所を容易に迅速に発見することができる。

(12) 鋼管周方向に溶接部を跨いで線状にマーキングすることにより、超音波検査工程からＸ線検査工程へ鋼管が転がりながら搬送された場合でも、どの方向から見ても、Ｘ線撮影箇所等の再検査箇所を容易に特定することができ、作業効率を向上させることができる。

以下、本発明を図示する一実施形態に基づいて詳細に説明する。この実施形態は、ＵＯＥ鋼管などのストレートシーム大径溶接鋼管の溶接部の超音波探傷に本発明を適用した例である。図１、図２は、本発明で使用する超音波探傷装置の１例を示したものである。図３は、本発明で使用する縦方向きず検出用の超音波探触子の１例を示したものであり、図４は、本発明で使用する横方向きず検出用の超音波探触子の１例を示したものである。

図１、図２の実施形態において、超音波探傷装置は、主として、溶接鋼管１の溶接部２の側方における鋼管外面上に設置され、溶接部２の長手方向Ｌの直角方向Ｃに超音波を送受信して溶接部２の縦方向きずを検出する配列型（振動子群）超音波探触子（送受信タイプの斜角探触子）３と、溶接部２の直上に設置され、溶接部２の長手方向Ｌに超音波を送受信して溶接部２の横方向きずを検出する通常型超音波探触子（送受信タイプの斜角探触子）４から構成されている。

溶接鋼管１は、内面溶接・外面溶接等が終了すると、ローラ等により直線搬送される。このような搬送ライン上に門型架台５，６を搬送方向に所定の間隔をおいて設置し、門型架台５の上部梁に配列型超音波探触子３を溶接部２を挟んで対向するように取付け、門型架台６の上部梁に通常型超音波探触子４を溶接部２の長手方向に間隔をおいて対向するように取付ける。

縦方向きず（縦割れ）検出用の配列型超音波探触子３は、図３に示すように、側面視で半円状等の略扇形のくさび１０と、この扇形くさび１０の円弧上面に配列された多数の超音波振動子１２からなる超音波振動子群１１とから構成され、各超音波振動子１２から超音波が発信され、扇形くさび１０を介して被検査材に超音波が入射され、反射波が受信される。超音波振動子１２は、溶接部長手方向に長い棒状の振動子であり、ニオブ酸鉛系磁器、チタン酸鉛系磁器、ニオブ酸リチウム系磁器等の圧電振動子が用いられる。扇形くさび１０は溶接部長手方向に長い略１／４円断面の円筒であり、アクリル樹脂、ポリスチロール樹脂等が用いられる。

このような配列型超音波探触子３において、ｎ個の超音波振動子群１１のうち、例えばある一定数（ｋ個）の超音波振動子群を同時に励振し、その振動子群で超音波を送受信した後、この振動子群を所定の間隔で順次切り替えて走査することで、指向性超音波ビームの屈折角度（入射角度）θを任意に変えることができる。これにより、被検査材の溶接部２の内面、外面、中央位置に発生する縦方向きず８を１つの探触子で検出することが可能となる。また、扇形くさび１０を用いることにより超音波通過部の面積を小さくすることができ、探傷面の曲面形状による感度低下が小さくなり、また局部水浸ホルダ寸法を小さくすることができる。

この配列型超音波探触子３は、図１に示すように、従来と同様に、溶接部２を挟んで左右一対で配設することにより、より確実な探傷を行えるようにしている。この場合、左右一対の配列型超音波探触子３Ａ，３Ｂは、図２に示すように、溶接部２の長手方向に超音波振動子１２の寸法以上ずらして配置し、同時に超音波を送信しても干渉しないようにしている。

横方向きず（横割れ）検出用の通常型超音波探触子４は、図４に示すように、略直方体形状のくさび２０と円形の超音波振動子２１からなる一般に使用されている探触子であり、超音波振動子２１から発信された超音波がくさび２０を介して被検査材に入射され、反射波が受信される。この通常型超音波探触子４も、配列型と同様に、超音波振動子２１には、ニオブ酸鉛系磁器、チタン酸鉛系磁器、ニオブ酸リチウム系磁器等の圧電振動子が用いられ、くさび２０には、アクリル樹脂、ポリスチロール樹脂等が用いられる。

このような通常型超音波探触子４を用いて溶接部２の直上から超音波を入射することにより、被検査材の溶接部２の内面、外面、中央位置に発生する横方向きず９を１つの探触子で検出することが可能となる。なお、この場合も、溶接部２の長手方向に２個対向設置し、より確実な探傷を行えるようにしている。

図２に示すように、縦方向きず検出用の配列型超音波探触子３の各超音波振動子１２には、パルサーレシーバー群３０の各パルサーレシーバ３１がぞれぞれ接続され、このパルサーレシーバー群３０に加算器３２、増幅器３３、きず評価器３４が順に接続されている。

図示しない屈折角度制御器により予め設定された所定数（ｋ個）の超音波振動子１２を１つのグループとする超音波振動子群を選択し、これらに対応するパルサーレシーバー３１により送信電圧を印加することで、扇形くさび１０を介して被検査材に超音波信号が送信される。

一方、きずエコー等の受信は次のような手順で行われる。それぞれの超音波振動子１２に受信された信号は、パルサーレシーバ群３０に入力された後、加算器３２で加算される。次に、増幅器３３で所定の増幅後、きず評価器３４において予め決めておいた閾値と比較することで、きずの有無を評価する。

超音波信号形成に寄与する選択超音波振動子群（ｋ個）を所定間隔で順次切り替え走査することで、超音波信号を偏向させ、溶接部２の全断面が探傷可能となる。図３に示す例では、鋼管内面側を０．５スキップで探傷している様子と、鋼管外面側（探触子設置側）を１．０スキップで探傷している様子を示しているが、必要に応じて鋼管肉厚方向に多段に照射位置（屈折角度θ）を変えて溶接部全断面を探傷することも可能である。例えば、内外面狙いに肉厚中央部（０．７５スキップ狙い）を追加する。

横方向きず検出用の通常型超音波探触子４は、パルサーレシーバーと振動子により超音波を送受信し、図２に示すように、増幅器４１で所定の増幅後、きず評価器４２において予め決めておいた閾値と比較することで、きずの有無を評価する。

以上のような構成の超音波探傷装置において、本発明においては、例えば図５に示すように、１つの配列型超音波探触子３Ｂでのみ超音波信号を検出した場合は、溶接部２の形状からの反射信号と判定し（図５(a) 、図６(b) ) 、２つの超音波探触子３Ａと３Ｂで検出した時のみ、きず有り（縦方向きず有り）と判定する（図５(b) 、図６(b) ) 。図６に示すように、通常型超音波探触子４の場合も同様であり、両方の超音波探触子４Ａと４Ｂで検出した時のみ、きず有り（横方向きず有り）と判定する。また、ピンホール等の球状のきずも、図６に示すように、２つの超音波探触子３Ａと３Ｂが検出した時、あるいは、２つの超音波探触子４Ａと４Ｂが検出した時、きず有り（球状きず有り）と判定すればよい。これにより、溶接部２の形状不良による誤検出を大幅に減少させることが可能となる。

なお、以上は、探触子から超音波を送受信する方向が、溶接鋼管長手方向に対して直角方向と、溶接部直上から溶接鋼管長手方向の場合を例示したが、溶接鋼管長手方向に対して所定の角度を持った方向でもよい。これら３方向のうち少なくとも２方向から探傷できるように超音波探触子を配置することで（図１に示す配置、図８に示す一般的なＫフォーム配置やＸフォーム配置など）、縦方向きず、横方向きず、球状きずの全てを誤検出なく確実に検出することができる。また、３方向の超音波探触子は、配列型超音波探触子３でも、通常型超音波探触子４でもよい。屈折角可変の超音波探触子は、配列型超音波探触子に限らず、複数の異なる屈折角で探傷し得るものであればよい。なお、平面視における溶接線に対する入射角度は、どのような組み合わせでもよいが、４５〜９０°、好ましくは６０〜９０°が好ましい。

なお、配列型超音波探触子３を使用した場合、２つ以上の屈折角で入射した超音波の反射信号を受信した時に、きず有りと判定することもできる。屈折角を変えて探傷を行い、２つ以上の屈折角で超音波の反射信号を検出した時、きず有りと判定することにより、一つの超音波探触子で、溶接形状不良を誤検出することなく、有害きずを検出することができる。

次に、本発明では、図２に示すように、警報出力部５０、レコーダ出力部５１、鋼管搬送操作部５２、鋼管速度計測部５３を具備している。各超音波探触子３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂで信号が検出されると、図６に示すように、警報出力部５０の各超音波探触子に対応した位置の警報出力点（ランプやブザー等）５０ａがリアルタイムに警報を出力する。これにより、検査員が別の作業を平行実施していた場合でも、きずの発生を見逃して次工程に溶接鋼管を搬送してしまうという重大なミスを防ぐことができる。

続いて、図６(a) に示すレコーダ出力部５１のレコーダチャート開始基準点５１ａでレコーダ出力し、図６(b) に示すレコーダチャートで、２つ以上の超音波探触子できず信号を検出したことを確認する。さらに、図６(a) の再探傷位置５４で鋼管搬送操作部５２により溶接鋼管を停止させ、この再探傷位置５４において手動超音波探傷装置等により再検査を実施し、きずを確認する。検査員が警報を受けてレコーダ出力し、検査員がレコーダチャートを見て溶接鋼管を停止させてもよいし、鋼管速度計測部５３で溶接鋼管の搬送速度を計測し、きず位置をトラッキングし、自動的にレコーダ出力と溶接鋼管の停止を行ってもよい。

次に、前述の手動超音波探傷で、溶接部内の位置に所定のレベル以上の信号が検出される時、Ｘ線撮影用と判定されるが、この時のマーキングを溶接部を跨いでマーキングすることにより、溶接鋼管をどちら側から見ても容易にＸ線撮影箇所を発見することができる。そのマーキング６０の１例を図７に示す。溶接部２を跨いで線状に少なくとも１／４円以上マーキングすれば、溶接鋼管が超音波探傷工程からＸ線検査工程へ転がりながら搬送されても、溶接鋼管のどの方向からもＸ線撮影箇所を容易に特定できる。

以下に示す超音波探触子（図３、図４）と超音波探傷装置（図２）を用いた。縦方向きず検出用の配列型超音波探触子は、アクリル樹脂製の扇形くさび（円筒の１／４、曲率５０ｍｍ×幅１５ｍｍ）の凸曲面上に超音波振動子（長さ１ｍｍ×幅１０ｍｍ）を３２個配設し、頂点側が第１ＣＨ、９０度側が第３２ＣＨである。各々の超音波振動子にパルサーレシーバー群が接続されている。屈折角度制御器により予め設定された所定数の振動子を１つのグループとする振動子群（１６個）を選択し、パルサー群により送信電圧を印加することで、扇形くさびを介して材料中に超音波ビームを送信する。横方向きず検出用の通常形超音波探触子は、直径１０ｍｍの超音波振動子を用いた。パルサーレシーバーより超音波ビームを送信し、所定の増幅後にきず評価器で予め決めておいた閾値と比較することで信号の有無を評価した。

上記の超音波探傷装置により、本発明によるきずの判定と再検査を実施したところ、表１の結果が得られた。この表１から明らかなように、本発明は、従来方法に比べて、過検出率が低減でき、Ｘ線撮影箇所発見時間及び寸法変更調整時間を低減でき、設備コストを低減できる。本発明は、溶接鋼管溶接部の品質検査方法として、非常に有益な方法であることがわかる。

なお、以上はストレートシーム大径溶接鋼管について説明したが、これに限らず、その他の溶接鋼管の溶接部の探傷にも本発明を適用できることはいうまでもない。

本発明で用いる超音波探傷装置の一実施形態であり、装置全体の斜視図である。本発明で用いる超音波探傷装置の超音波探触子の配置と装置構成の一例を示す平面図である。本発明で用いる縦方向きず用の配列型超音波探触子を示す斜視図である。本発明で用いる横方向きず用の通常型超音波探触子であり、(a) は平面図、(b) は鉛直断面図である。本発明によるきず判定方法を示す断面図であり、(a) は溶接部の形状不良を検出した場合、(b) は正常な欠陥検知の場合である。本発明による品質管理方法を示したものであり、(a) は設備レイアウトの概略平面図、(b) はレコーダ出力結果を示すグラフである。本発明における溶接鋼管のマーキングの一例を示す斜視図である。一般的な探触子配置を示す平面図である。 (a) 縦方向きず検出用の探触子の配置とその超音波ビームの伝搬挙動を示す断面図、(b) はスキップを変えた縦方向きず検出用の探触子の配置とその超音波ビームの伝搬挙動を示す断面図である。

符号の説明

１…溶接鋼管
２…溶接部
３…配列型（振動子群）超音波探触子
４…通常型超音波探触子
５，６…門型架台
８…縦方向きず
９…横方向きず
１０…扇形くさび
１１…超音波振動子群
１２…超音波振動子
２０…くさび
２１…超音波振動子
３０…パルサーレシーバ群
３１…パルサーレシーバ
３２…加算器
３３…増幅器
３４…きず評価器
４１…増幅器
４２…きず評価器
５０…警報出力部
５１…レコーダ出力部
５２…鋼管搬送計測部
５３…鋼管速度計測部
６０…マーキング

Claims

溶接鋼管の溶接部を複数の超音波探触子で探傷し、溶接部の品質を検査する方法において、超音波探触子から超音波を送受信する方向は、溶接鋼管長手方向に対して直角方向、溶接鋼管長手方向に対して所定の角度をもった方向、溶接部の真上における溶接鋼管長手方向に沿う方向のうちの少なくとも２方向であり、この各方向において２つ以上の超音波探触子で超音波の反射信号を受信した時に、きず有りと判定して、警報により検査員にきずが検出されたことを教示し、続いて各超音波探触子で信号を検知した結果をレコーダチャートに出力させることで、検査員にきずが検出されたことを教示し、その検出位置を再探傷位置で停止させ、再検査によりきずを確認することを特徴とする溶接鋼管溶接部の品質検査方法。
請求項１に記載の溶接鋼管溶接部の品質検査方法において、溶接部のきずを検知した時、きず検出位置に、鋼管周方向に溶接部を跨いで線状にマーキングを施し、このマーキング位置を再検査することを特徴とする溶接鋼管溶接部の品質検査方法。