JP4725331B2 - スパイラルリブ付き鋼管溶接部の超音波探傷用探触子 - Google Patents

Description

本発明は、溶接鋼管特にスパイラル溶接鋼管などの溶接部を自動探傷するための超音波探傷用探触子に関するものである。

例えば、スパイラル溶接鋼管、電縫管など溶接鋼管の溶接部を自動探傷する手段として、従来から、パルス反射法による斜角探傷の探触子を使用した自動超音波探傷法が知られている。このような超音波探傷用探触子を使用した自動探傷において必要なことは、溶接部近傍の所定位置に探触子ホルダーを適確に配置し、安定した状態で高精度の探傷を行うことにある。

例えば、特許文献１には、超音波探傷用探触子として、複数個のロールベアリングを介して被検査管に倣う探傷ヘッドと、探傷ヘッドに設けられた長方形の孔に嵌挿され、シューを介して自重で上下に管に倣う探触子ホルダーとからなる管体の超音波探傷試験用探傷ヘッドが提案されている。

また、特許文献２には、電縫管のシーム部を自動的に倣いながら、シーム部近傍の検査を行う装置として、センサヘッドの一部をなし電縫管の表面に当接する円弧状のシューと、センサヘッドを管の長手軸方向に垂直且つ水平に移動させるスライド軸と、スライド軸に固定されているブラケットに取付けられ、シューが管に当接していないときは、シューのセンタをスライド軸上の中心位置に復帰させるばね機構などからなる検査装置が提案されている。

また、特許文献３には、円柱状や筒状体の表面を超音波探傷するに際し、シュー内に供給された媒体液内にエアー溜まりが発生して超音波精度の低下することを防止するために、超音波探触子を被検材の上方に一定間隔で保持する保持部に、倣い部及び媒体液収容部を有する給水手段を設け、給水手段に放水口及び空気抜き孔を設けた超音波探傷装置が提案されている。

実開平６−４７８５６号公報 特開昭６１−１３４６５９号公報 特許第２８３５０００号公報

上述した特許文献１〜３などに開示されているように、溶接鋼管等の溶接部を超音波探傷用探触子を使用し自動探傷する場合には、従来、探触子ホルダーの下部に管体と接触するシューが装着された超音波探傷用探触子が使用されていた。図５は、従来の超音波探傷用探触子４の一例を示す概略縦断面図、図６は、その概略底面図である。図面に示すように、円柱状の探触子本体５は、探触子ホルダー６の中央部に形成された、探触子本体５とほぼ同径の挿入孔８に挿入され取付けられており、探触子ホルダー６の底面６ａには、その中央部に探触子ホルダー６の挿入孔８と同心円の孔９を有する、例えば厚さ約３ｍｍの金属製シュー７が、その孔９を探触子ホルダー６の挿入孔８と合致させて装着されている。

探触子ホルダー６には、媒体液の供給管１０がその下端をシュー７の孔９に開口させて設けられており、シュー７の孔９と管体表面との間に形成された間隙内に、供給管１０から媒体液を供給して探傷水膜１１が形成されている。シュー７は、管体に擦り傷などが生ぜず且つ耐磨耗性を有する例えば真鍮などの金属製で、探傷する管体の外径に適合するように彎曲形成されており、探傷する管体の外径に適応するように、寸法の異なる複数種類のシューが用意されている。

従来の超音波探傷用探触子４においては、探触子ホルダー６の底面６ａにシュー７を装着することが必要とされている。その理由は、従来の探触子ホルダー６が一般に耐熱樹脂製で軽量であるため、これを直接管体の表面に接触させると、探触子ホルダー６が不均一に磨耗して、超音波探傷用探触子４と管体との間に形成される媒体液の探傷水膜１１が不安定となり、探傷精度が低下するからである。

上述した従来の超音波探傷用探触子４を使用して図７に概略斜視図で示すように、管体１の外周面１ａに連続したリブ２の形成された、構造用鋼管などに使用されるリブ付きスパイラル溶接鋼管の溶接部３を自動探傷する場合に、次のような問題が生ずる。

例えば、図８に概略部分断面図で示すような、リブ２の厚さが３．４ｍｍのリブ付きスパイラル溶接鋼管を、従来の超音波探傷用探触子４を使用して探傷する場合、管体１の溶接部３とリブ２，２の各々との間の距離ａは僅か５０〜７０ｍｍしかない。このようなリブ２，２との距離が狭い溶接部３を、探触子ホルダー６の底面にシュー７が装着された従来の超音波探傷用探触子４，４を使用し、例えば、周波数４ＭＨＺ、屈折角７０°による斜角探傷を行う場合、探触子４，４の径を２４ｍｍ、探触子ホルダーの巾を７５ｍｍとすると、探触子４、４の中心と溶接部３との間の探傷距離ｂは７０〜１３０ｍｍになる。その結果、超音波探傷用探触子４の探触子ホルダー６およびシュー７が管体１のリブ２，２と干渉して、探触子本体５を管体１の表面に十分に接近させることができず、その結果、超音波自動探傷を行うことができないという問題が生じていた。

即ち、従来の超音波探傷用探触子４においては、探触子ホルダー６の下部に金属製のシュー７が装着されているため、リブ付きスパイラル溶接鋼管のように溶接部３とリブ２，２の各々との間が極めて狭い距離内に配置し得るよう超音波探傷用探触子４全体を小型化することができず、従って、上述した問題の生ずることが避けられなかった。

そのため、リブ付きスパイラル溶接鋼管の溶接部の探傷は、従来、手動によるスポット的な超音波探傷か、または、スポット的な放射線透過試験あるいはＸ線透視による方法しか手段がなかった。しかしながら、手動によるスポット的な超音波探傷の場合には、探傷に長時間を要し且つ作業性が悪く、また、Ｘ線透視による検査の場合には、割れや溶込み不良などの重大な瑕の検出精度が劣り、何れも完全な品質保証を行うことができなかった。

上述した問題は、外面リブ付きスパイラル溶接鋼管のみならず、内外面リブ付きスパイラル溶接鋼管の場合においても同様であって、近年、需要家から、このようなリブ付きスパイラル溶接鋼管の全溶接線を高精度で自動超音波探傷し、その品質保証を図ることが強く要望されていた。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決し、リブ付きスパイラル溶接鋼管のように管体の溶接部とリブとの間の距離が狭い溶接鋼管であっても、その全溶接線をパルス反射法による斜角探傷の探触子を使用した超音波探傷により、高精度且つ高能率で適確に探傷することができる超音波探傷用探触子を提供することにある。

第一の発明は、リブ付スパイラル溶接鋼管のリブと溶接部との間に位置させて斜角探傷により溶接部の自動超音波探傷を行うための超音波探傷用探触子であって、探触子ホルダーの挿入孔に取付けられた斜角探傷用超音波探触子と、前記探触子ホルダーの底面に、超音波探触子の取付けられた挿入孔より一定間隔をあけて形成された環状溝と、前記環状溝内に、その下部を探触子ホルダーの底面から突出させて取付けられた、探傷すべき管体の表面と接触して探傷水膜を形成保持する可撓性を有する環状の耐熱性スポンジと、前記探触子ホルダー底面の所定位置に回転自在に取付けられた、探傷すべき管体の表面に接触する複数個のボールプランジャーとからなることを特徴とするスパイラルリブ付き鋼管溶接部の超音波探傷用探触子である。

第二の発明は、探触子ホルダーには、媒体液の供給管が、その下端を探触子ホルダー底面の探触子挿入孔に近接させて取付けられており、管体探傷時には、前記環状耐熱スポンジによって管体表面との間に形成された空隙内に、前記供給管からの媒体液による探傷水膜が形成されることを特徴とする第一の発明に記載の超音波探傷用探触子である。

第三の発明は、管体探傷時に探触子が管体に形成されたリブと衝突することを回避するために、探触子ホルダーの進行方向前部と後部に上方への彎曲部が形成されていることを特徴とする第一または第二の発明に記載の超音波探傷用探触子である。

本発明の超音波探傷用探触子は、従来の探触子のように、探触子ホルダーの下部に金属製のシューが取付けられておらず、探触子ホルダーの底面に取付けられた耐熱スポンジ及びボールプランジャーによって、探傷する管体の外径に適切に適合し管体に接触させることができる。

従って、探触子全体を小型化することが可能になり、リブ付きスパイラル溶接鋼管の如き管体の溶接部とリブとの間の極めて狭い場所にもこれを位置させることが可能になって、その溶接部を適確に自動探傷することができる。更に、寸法形状の異なる管体に対しても一つの探触子によって適応させることが可能となる。

以下に、本発明の超音波探傷用探触子の一実施例を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の超音波探傷用探触子の一例を示す概略側面図、図２はその概略縦断面図、図３はその概略底面図である。図面に示すように、超音波探傷用探触子４における例えばSUS製の探触子ホルダー６の中央部に形成された探触子挿入孔８には、円柱状の探触子本体５が、そのアクリル樹脂からなる先端面５ａを探触子ホルダー６の底面６ａと一致させて挿入されている。

探触子ホルダー６の底面６ａには、その探触子挿入孔８から一定間隔をあけて環状溝１２が形成されている。この環状溝１２内には、可撓性を有する環状の耐熱スポンジ１３がその下部を探触子ホルダー６の底面６ａよりも突出させ、溝１２に密着させて嵌挿されている。

探触子ホルダー６には、媒体液の供給管１０が、その下端を探触子ホルダー底面６ａに形成されている探触子挿入孔８の開口部に接近させて取付けられている。また、探触子ホルダー６の底面６ａには、ホルダー６の進行方向前部に２箇所、後部に２箇所の計４箇所に、ボールプランジャー１４が回転自在に取付けられている。

また、リブ付きスパイラル溶接鋼管の探傷時に、そのリブに探触子ホルダー６が衝突することを防止するために、探触子ホルダー６の進行方向前部と後部には、上方への彎曲部１５，１５が形成されている。

管体の探傷時には、管体表面に接する探触子ホルダー６の環状耐熱スポンジ１３が管体に直接接触し、環状耐熱スポンジ１３によって管体表面との間に形成された空隙内に、供給管１０から供給された媒体液による探傷水膜１１が形成される。

本発明の超音波探傷用探触子は、上述したように構成されており、従来の探触子のように探触子ホルダーの下部にシューが装着されていないことから、探触子全体を小型化することができる。従って、探触子ホルダー６の底面６ａに取付けられた耐熱スポンジ１３及びボールプランジャー１４により、リブ付きスパイラル溶接鋼管の如くリブと溶接部との狭い部分にも位置させることが可能になり、且つ、環状耐熱スポンジ１３によって管体表面との間に形成された空隙内に安定した探傷水膜１１が形成され、管体のスパイラル溶接部を適確に超音波探傷することが可能となる。

図４に探傷状態の概略部分断面図で示すように、従来と同様の管体１の溶接部３とリブ２，２との間の距離aが５０〜７０ｍｍのリブ付きスパイラル溶接鋼管の溶接部３を、探触子の径２０ｍｍ、探触子ホルダーの幅３６ｍｍの本発明超音波探触子４を使用し、周波数２MHZ、屈折角６０°で超音波探傷した。超音波探触子４の探触子ホルダー底面６ａに形成された深さ８ｍｍの環状溝１２内には、環状の耐熱スポンジ１３がその下部を探触子ホルダー底面から約２〜３ｍｍ突出させて嵌装させた。このような超音波探触子４の中心と溶接部３との間の探傷距離ｂは３０〜５０ｍｍであった。従って、超音波探触子４を、管体１の溶接部３とリブ２，２との狭い間に十分に位置させることができ、探触子ホルダー底面６ａの耐熱スポンジ１３によって、管体との間には０．２〜０．７ｍｍの厚さの安定した探傷水膜１１が形成され、管体１の溶接部３を適確に超音波探傷することができた。

外面リブ付き、内外面リブ付きのスパイラル溶接鋼管をはじめ電縫管その他各種溶接鋼管、溶接鋼材等の溶接部の超音波探傷に適用することができる。

本発明の超音波探傷用探触子の一例を示す概略側面図 図１の概略縦断面図 図１の概略底面図 本発明の超音波探触子を使用し外面リブ付き溶接鋼管の溶接部を探傷する場合の一例を示す概略部分断面図 従来の超音波探触子の一例を示す概略縦断面図 図５の概略底面図 外面リブ付きスパイラル溶接鋼管のリブと溶接部を示す概略側面図 外面リブ付きスパイラル溶接鋼管の溶接部を従来の超音波探触子を使用して 探傷する状態を示す概略部分断面図

符号の説明

１ 管体
２ リブ
３ 溶接部
４ 超音波探傷用探触子
５ 探触子本体
５ａ 探触子本体先端面
６ 探触子ホルダー
６ａ 探触子ホルダー底面
７ シュー
８ 挿入孔
９ 孔
１０ 媒体液供給管
１１ 探傷水膜
１２ 環状溝
１３ 耐熱スポンジ
１４ ボールプランジャー
１５ 彎曲部

Claims (3)

1. リブ付スパイラル溶接鋼管のリブと溶接部との間に位置させて斜角探傷により溶接部の自動超音波探傷を行うための超音波探傷用探触子であって、探触子ホルダーの挿入孔に取付けられた斜角探傷用超音波探触子と、前記探触子ホルダーの底面に、超音波探触子の取付けられた挿入孔より一定間隔をあけて形成された環状溝と、前記環状溝内に、その下部を探触子ホルダーの底面から突出させて取付けられた、探傷すべき管体の表面と接触して探傷水膜を形成保持する可撓性を有する環状の耐熱性スポンジと、前記探触子ホルダー底面の所定位置に回転自在に取付けられた、探傷すべき管体の表面に接触する複数個のボールプランジャーとからなることを特徴とするスパイラルリブ付き鋼管溶接部の超音波探傷用探触子。
2. 前記探触子ホルダーには、媒体液の供給管が、その下端を探触子ホルダー底面の探触子挿入孔に近接させて取付けられており、管体探傷時には、前記環状耐熱スポンジによって管体表面との間に形成された空隙内に、前記供給管からの媒体液による探傷水膜が形成されることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷用探触子。
3. 管体探傷時に探触子が管体に形成されたリブと衝突することを回避するために、前記探触子ホルダーの進行方向前部と後部に、上方への彎曲部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探傷用探触子。

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