JP5460149B2 - Steel pipe butt weld inner surface inspection apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、鋼管と鋼管の突合せ溶接において、溶接状態を鋼管の内面から監視し、不具合部を探査する鋼管突合せ溶接部内面検査装置(以下、内面検査装置という。)に関する。 The present invention relates to a steel pipe butt welded portion inner surface inspection device (hereinafter referred to as an inner surface inspection device) that monitors a welding state from the inner surface of a steel pipe and searches for a defective portion in butt welding between a steel pipe and a steel pipe.
配管の敷設工事では、工場で製作された鋼管を敷設現地へ輸送し、現地で鋼管と鋼管を溶接することで延長している。鋼管と鋼管の突合せ溶接は、鋼管の厚さにより1層の溶接で終了しない場合は多層盛りで溶接される。多層盛りの溶接は、鋼管を移動させずにその場で全層を溶接する場合と、いくつかの層ごとに溶接作業場所を分けて流れ作業で溶接する場合がある。
特に海底パイプライン等での配管敷設工法の一つである敷設船工法は、長距離配管の敷設時に選択される工法で、特殊な敷設船上で鋼管を溶接しながら海底に敷設していく工法である。敷設船には、複数の溶接ステージと検査ステージ、その他必要に応じた作業ステージが設けられており、連続して溶接、検査される。つまり、多層盛りとなる溶接を複数の溶接ステージで分業し、検査その他作業を含めて工場のラインのように流れ作業とすることで長距離配管の敷設を効率的に行っている。
In the pipe laying work, the steel pipes manufactured at the factory are transported to the laying site, and the steel pipes and steel pipes are welded locally to extend the construction. Butt welding between steel pipes and steel pipes is a multi-layer weld if the thickness of the steel pipe does not end with one layer of welding. In multi-layer welding, there are a case where all the layers are welded on the spot without moving the steel pipe, and a case where welding is performed in a flow operation by dividing a welding work place into several layers.
In particular, the laying method, which is one of the methods for laying pipes in submarine pipelines, is a method selected when laying long-distance pipes, and is a method of laying on the sea floor while welding steel pipes on special laying ships. is there. The laid ship is provided with a plurality of welding stages and inspection stages, and other work stages as required, and are continuously welded and inspected. In other words, long-distance pipes are laid efficiently by dividing the work of multiple layers into a plurality of welding stages and using it as a flow work like a factory line including inspection and other work.
敷設船工法で溶接される海底配管の鋼管突合せ溶接部については、その品質を保証するため、複数の溶接ステージでの多層盛りの溶接がすべて完了した後、検査ステージで外観目視検査、放射線探傷法や超音波探傷法等による非破壊検査等を実施して溶接欠陥の有無を確認し、欠陥が発見された場合は、欠陥の除去、再溶接による溶接部の補修および再検査を実施している。
仮に、溶接欠陥が鋼管内面側に発生していた場合は、溶接部を鋼管外面側からグラインダー等で欠陥に到達するまで研削していき、欠陥部を除去した後、研削した部分を再度溶接することで溶接部を補修することになるため、研削作業と再溶接作業の所要時間は、鋼管外面に欠陥がある場合と比較して長くなる。特に初層溶接で欠陥が発生すると、全ての溶接層を除去しなければならないので、作業性だけでなく、配管敷設の生産性にまで大きく影響するため、この初層溶接パスの信頼性向上が強く求められている。
これは、海底配管に限らず、例えば、ガス配管や水道配管等の陸上配管や、プラント設備の配管等のように鋼管の板厚が厚いものや、鋼管内部に人や装置を入れることができず、鋼管内部から鋼管内面側の溶接欠陥を補修できない場合も同様である。
In order to guarantee the quality of steel pipe butt welds of submarine pipes welded by the laying ship construction method, visual inspection and radiation flaw detection methods are performed at the inspection stage after all of the multi-layer welding has been completed at multiple welding stages. We conduct non-destructive inspections by ultrasonic flaw detection methods, etc. to check for weld defects, and if defects are found, remove defects, repair welds by re-welding, and re-inspect .
If a weld defect occurs on the inner surface of the steel pipe, grind the welded part from the outer surface of the steel pipe until it reaches the defect with a grinder, etc., remove the defective part, and then weld the ground part again As a result, the welded portion is repaired, so that the time required for the grinding operation and the re-welding operation becomes longer than when the outer surface of the steel pipe is defective. In particular, if a defect occurs in the first layer welding, all the weld layers must be removed, which greatly affects not only the workability but also the productivity of pipe laying. There is a strong demand.
This is not limited to submarine piping, for example, pipes with thick steel pipes, such as land piping such as gas piping and water piping, piping for plant equipment, etc., and people and devices can be placed inside the steel pipe. This also applies to the case where the weld defect on the inner surface of the steel pipe cannot be repaired from the inside of the steel pipe.
このように鋼管内面側の溶接欠陥を鋼管外部から補修することは効率が悪いため、溶接時に鋼管内面側の溶接状態を監視し、監視結果に基づいて溶接欠陥が発生しにくいように溶接機を制御する自動溶接装置が提案されている(例えば、特許文献1)。このような溶接装置は、自動溶接機と内面監視装置で構成されている。その内面検査装置には、外部モニター用のCCDカメラと開先情報検出手段と溶材の位置に関する情報検出手段としてレーザーセンサーが配置されている例が記載されている。しかし、この技術は、溶接施工中に溶接状態を監視するものであり、通常パイプラインの突合せ溶接などで行われる裏当て金を使用した溶接には、適用できない。また、溶接中の溶接状況(裏波プールの状況等)を監視するだけで、最終的な溶接部の溶接欠陥の検査をしていないので、溶接終了後の検査は不可欠であり、欠陥が発生していた場合の補修作業を完全に無くすことはできない。したがって、パイプライン等の配管敷設の生産性向上には結びついていない。 In this way, it is inefficient to repair the weld defect on the inner surface of the steel pipe from the outside of the steel pipe, so the welding condition on the inner surface of the steel pipe is monitored during welding, and a welder is installed to prevent the occurrence of weld defects based on the monitoring results. An automatic welding apparatus to be controlled has been proposed (for example, Patent Document 1). Such a welding apparatus includes an automatic welding machine and an inner surface monitoring device. In the inner surface inspection apparatus, there is described an example in which a laser sensor is disposed as a CCD camera for external monitoring, groove information detection means, and information detection means regarding the position of the molten material. However, this technique monitors the welding state during welding, and is not applicable to welding using a backing metal that is usually performed by butt welding of a pipeline or the like. In addition, only the status of welding during welding (situation of the backwater pool, etc.) is monitored, and the final welds are not inspected for weld defects, so inspection after the end of welding is indispensable and defects occur. The repair work cannot be completely eliminated. Therefore, it has not led to the productivity improvement of piping laying, such as a pipeline.
ところで、溶接部表面に開口する欠陥の検査方法には、作業者による目視検査法や浸透探傷検査法、磁粉探傷検査法がある。これらの検査法は、作業者に習熟が必要であること、検査に時間がかかること、作業者が検査対象部に近づけなければならないこと等の理由から、鋼管の製造等の鋼材を溶接する工場の製造ラインにおいては、あまり採用されていない。それらに代わって、カメラ撮像による欠陥有無の判定法(例えば、特許文献2)や光切断法(対象物に投影するレーザースリット光を別の方向から見ると、レーザースリット光が対象物表面形状を表現する輪郭線となる様をCCDカメラ等で撮影することにより対象物表面形状を測定する、三角測量の原理による表面形状測定方法)による溶接部の断面プロフィール計測による欠陥判定法(例えば、特許文献3)等が多く採用されており、溶接部検査の省力化、自動化が図られている。 By the way, inspection methods for defects opening on the surface of the welded portion include a visual inspection method by an operator, a penetrant inspection method, and a magnetic particle inspection method. These inspection methods are used in factories that weld steel materials such as steel pipes because of the need for proficiency for workers, the time required for inspections, and the fact that workers must be close to the inspection target part. In the production line, it is not so often adopted. Instead of these, a method for determining the presence or absence of defects by camera imaging (for example, Patent Document 2) or a light cutting method (when laser slit light projected onto an object is viewed from another direction, the laser slit light reflects the surface shape of the object. Defect determination method by measuring cross-sectional profile of welded part by measuring the surface shape of the object by photographing the contour line to be expressed with a CCD camera etc. (surface shape measuring method based on the principle of triangulation) (for example, patent document) 3) etc. are often adopted, and labor saving and automation of the welded portion inspection are achieved.
しかし、カメラ撮像による欠陥有無判定法では、溶接表面開口部の有無は判定できるが溶接表面開口部の深さは計測できないため、深さによる欠陥の判定ができない。また、光切断法による溶接部の断面プロフィール計測による欠陥判定法は、複数の断面プロフィールを使用しないと溶接表面開口部の長さを計測できない。最近は、複数の平行なラインパターンによる細線化画像と基準細線化画像との比較から溶接ビードの欠陥の有無を判定する方法も提案されている(例えば、特許文献4)。しかし、特許文献4の方法においても、実際の測定装置に組み込めるラインパターン生成数は限られており、測定時間の削減効果には限界がある。
敷設船工法における鋼管突合せ溶接部の検査は、前述のように、溶接部外表面は目視検査法、溶接部内部は放射線探傷法や超音波探傷法による、鋼管外部からの検査が一般的である。これは、溶接に使用するインターナルクランプ等の装置が鋼管内部に配置されているとともに、流れ作業で溶接が実施されている鋼管内部に人が入って目視等の検査を実施することは、インターナルクランプ等の装置を移動させる、溶接作業を中断する等、配管敷設作業全体の妨げとなり、敷設作業効率を悪化させるためである。
However, in the defect presence / absence determination method based on camera imaging, the presence / absence of a weld surface opening can be determined, but the depth of the weld surface opening cannot be measured. Moreover, the defect determination method by the cross-sectional profile measurement of the welding part by an optical cutting method cannot measure the length of a welding surface opening part, unless several cross-sectional profiles are used. Recently, a method for determining the presence or absence of a defect in a weld bead by comparing a thinned image with a plurality of parallel line patterns and a reference thinned image has also been proposed (for example, Patent Document 4). However, even in the method of
As described above, inspection of steel pipe butt welds in the laying ship construction method is generally performed from the outside of the steel pipe by visual inspection on the outer surface of the weld and radiation inspection or ultrasonic inspection inside the weld. . This is because internal clamps and other devices used for welding are placed inside the steel pipe, and it is not possible for humans to enter the inside of the steel pipe that is being welded in the flow operation to perform inspections such as visual inspection. This is to hinder the entire piping laying work such as moving a device such as a null clamp or interrupting the welding work, thereby deteriorating the laying work efficiency.
前述のように、溶接状態の監視結果に基づいて溶接する装置など溶接技術が革新しても、溶接部の検査は必須であり、さらに溶接技術の向上により溶接速度が上がっている分、検査効率も向上を図らなければならない。また、敷設船工法での鋼管突合せ溶接部検査方法のように、鋼管外部からの放射線探傷法や超音波探傷法等による非破壊検査では、鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥については発見できないもしくは誤って欠陥と判定する可能性があり、敷設後重大な事故の原因となったり、不要な補修を実施したりして作業効率を悪化させることが問題となってきている。
敷設船工法を始めとした鋼管突合せ溶接においては、施工環境、インターナルクランプや裏当て金などの周辺装置との干渉、さらには流れ作業の生産性を維持するための時間制約などを考慮した上で、鋼管内面側の溶接部欠陥の監視、検出が求められている。
As mentioned above, even if welding technology such as a device that welds based on the monitoring results of the welding status is innovated, inspection of the welded part is essential, and the improvement in welding technology has increased the welding speed and inspection efficiency. We must try to improve it. In addition, non-destructive inspection such as the radiation inspection method and ultrasonic inspection method from the outside of the steel pipe, such as the inspection method of the steel pipe butt weld in the laying ship construction method, found defects opening in the weld surface on the inner surface of the steel pipe. There is a possibility that it may be impossible or mistakenly determined as a defect, causing serious accidents after laying, or performing unnecessary repairs to deteriorate work efficiency.
In steel pipe butt welding, including the laying ship method, the construction environment, interference with peripheral devices such as internal clamps and backing metal, and time constraints to maintain the productivity of flow work are taken into account. Therefore, monitoring and detection of welded portion defects on the inner surface side of the steel pipe are required.
本発明は、鋼管どうしの突き合わせ溶接において、鋼管内面側の溶接部欠陥の検出精度の向上と監視・検出速度の向上を図ることを課題とする。
特に、敷設船工法等への適用を念頭にして、鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥の検出精度を向上させるとともに、分業化している溶接の所要時間にマッチした検査時間の達成と溶接欠陥の補修まで含めた溶接施工所要時間を短縮するため、本発明は、鋼管突合せ溶接部内面検査方法とそれを具現化する検査装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to improve the detection accuracy of a welded portion defect on the inner surface side of a steel pipe and improve the monitoring / detection speed in butt welding of steel pipes.
In particular, with the aim of applying to the laid ship method, etc., we will improve the detection accuracy of defects opening on the welded part surface on the inner surface of the steel pipe, and achieve the inspection time and welding that match the time required for the specialized welding In order to shorten the time required for welding work including the repair of defects, an object of the present invention is to provide an inner surface inspection method for a steel pipe butt weld and an inspection device that embodies the method.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討の結果、鋼管内面側から溶接部を検査する際、広視野の撮像装置(後述する計測測定装置に比較して広視野という意味)によりマクロ的観察を行い欠陥部分の抽出と欠陥長さ(欠陥は概ね溶接方向、つまり鋼管の周方向に長い)の把握を行い、次に抽出した欠陥部分のみを形状測定装置によるミクロ的観察を行い、欠陥部分の深さを把握し、把握した欠陥の長さと深さから有害な表面欠陥を判定抽出する。このことにより、欠陥検出速度を上げながら欠陥検出精度も上げることが可能となることを見出し、本発明をなすに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have used a wide-field imaging device (meaning a wider field of view than a measurement and measurement device described later) when inspecting a weld from the inner surface of the steel pipe. Perform macroscopic observation to identify the defect part and the length of the defect (defects are generally long in the welding direction, that is, the circumferential direction of the steel pipe), and then microscopically observe only the extracted defect part using a shape measuring device. The depth of the defect portion is grasped, and harmful surface defects are determined and extracted from the grasped length and depth of the defect. As a result, it has been found that the defect detection accuracy can be increased while increasing the defect detection speed, and the present invention has been made.
また、上記知見に基づく内面検査装置を用いて、初層溶接が終了した直後に検査することによって、有害な表面欠陥の発見直後に初層溶接部の補修ができるため、欠陥の補修時間を大幅に短縮することができる。初層溶接の終了後に初層溶接の鋼管内面側表面の有害な表面欠陥を補修することは、多層盛りの溶接が全て終了した後で鋼管外面側から鋼管内面側表面の有害な表面欠陥を補修する方法と比較して、溶接部の研削量と再溶接量を削減できるため、溶接欠陥の補修所要時間を短縮できるからである。 In addition, by using the inner surface inspection system based on the above knowledge and inspecting immediately after the first layer welding is completed, the first layer weld can be repaired immediately after the discovery of harmful surface defects, greatly increasing the repair time for defects. Can be shortened. Repairing harmful surface defects on the inner surface of the steel pipe in the first layer welding after completion of the first layer welding means repairing harmful surface defects from the outer surface of the steel pipe to the inner surface of the steel pipe after all the multi-layer welding is completed. This is because the amount of grinding and re-welding of the welded portion can be reduced as compared with the method of performing this, so that the time required for repairing the weld defect can be shortened.
本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
(1)鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管溶接部内面検査装置であって、前記溶接部の欠陥深さを計測できる形状計測装置と、当該形状計測装置より広視野を撮影できる撮像装置と、当該撮像装置の撮影視野を照明することができる照明装置とを、それぞれ少なくとも1機有し、これら装置を鋼管内面周方向に沿って移動することができるセンサー移動機構を有し、
前記センサー移動機構が、鋼管内面の周方向に沿うように配置されたガイドレールとその上を走行する旋回装置から構成され、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置が、前記旋回装置に搭載され、
さらに前記センサー移動機構が、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置と前記溶接部との距離を一定に保持することができる距離一定保持機構を有し、
前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像を基に、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合は、前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測することを特徴とする鋼管突合せ溶接部内面検査装置。
The gist of the present invention is as follows.
(1) A steel pipe welded part inner surface inspection device for inspecting butt welds between steel pipes from inside the steel pipe, and a shape measuring device capable of measuring the defect depth of the welded portion, and a wide field of view can be photographed from the shape measuring device. Each having at least one imaging device and an illumination device capable of illuminating the imaging field of view of the imaging device, and having a sensor moving mechanism capable of moving these devices along the circumferential direction of the steel pipe;
The sensor moving mechanism includes a guide rail disposed along the circumferential direction of the inner surface of the steel pipe and a turning device that travels on the guide rail, and the shape measuring device, the imaging device, and the lighting device are included in the turning device. Installed,
Further, the sensor moving mechanism has a constant distance holding mechanism that can hold the distance between the shape measuring device, the imaging device, the lighting device, and the welded portion constant,
Based on a photographed image of the welded part photographed by the imaging device, the presence or absence of a defect in the welded part is determined, and when there is a defect, the shape measuring device measures the shape of the defect. Steel pipe butt weld inner surface inspection equipment.
(2)前記センサー移動機構が、前記鋼管内部を周方向に回転可能な中空回転ステージで構成され、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置が、前記中空回転ステージに固定されていることを特徴とする(1)に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査装置。
(2 ) The sensor moving mechanism is configured by a hollow rotary stage that can rotate in the circumferential direction inside the steel pipe, and the shape measuring device, the imaging device, and the illumination device are fixed to the hollow rotary stage. (1) The steel pipe butt-welded inner surface inspection device according to (1).
(3)前記照明装置が、前記溶接部に対して対称になるよう配置され、それぞれの照明装置が、前記溶接部に対し10°〜30°の入射角で照らすことを特徴とする(1)または(2)に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査装置。
( 3 ) The illuminating device is arranged to be symmetric with respect to the welded portion, and each illuminating device illuminates the welded portion at an incident angle of 10 ° to 30 ° (1) Or the steel pipe butt-weld part inner surface inspection apparatus as described in (2) .
(4)鋼管突合せ溶接に用いるインターナルクランプ装置に接続する着脱装置を有していることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査装置。
( 4 ) The steel pipe butt welded portion inner surface inspection device according to any one of (1) to ( 3 ), characterized in that it has a detachable device connected to an internal clamp device used for steel pipe butt welding.
(5)前記(1)に記載の鋼管内面溶接検査装置を使用して、鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管内面溶接部検査方法であって、前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像情報を処理し、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合はその欠陥位置と欠陥長さを決定し、次に、当該決定した欠陥位置に基づき前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して得られる形状計測情報を処理して欠陥の深さを決定し、前記決定した欠陥の長さと深さから、有害な表面欠陥かどうかを判定することを特徴とする鋼管突合せ溶接部内面検査方法。
( 5 ) A steel pipe inner surface weld inspection method for inspecting butt welds of steel pipes from the inside of the steel pipe using the steel pipe inner surface weld inspection apparatus according to (1), wherein the welding is taken by the imaging device. Process the image information of the part, determine the presence or absence of defects in the weld, determine the position and length of the defect if there is a defect, and then determine the shape based on the determined defect position The shape measurement information obtained by measuring the shape of the defect with a measuring device is processed to determine the depth of the defect, and from the determined length and depth of the defect, it is determined whether it is a harmful surface defect. A method for inspecting the inner surface of a steel pipe butt weld.
(6)前記有害な表面欠陥かどうかを判定する方法が、前記決定した欠陥の長さと深さが、予め定めた閾値と比較することによって有害な表面欠陥を判定することを特徴とする(5)に記載の鋼管突合せ溶接部内面検査方法。
( 6 ) The method for determining whether the surface defect is harmful or not is characterized in that the length and depth of the determined defect are compared with a predetermined threshold value to determine the harmful surface defect ( 5). The method for inspecting the inner surface of a butt welded portion of steel pipe as described in)
(7)前記(1)に記載の鋼管溶接部内面検査装置を使用して、鋼管どうしの突合せ溶接部を鋼管内部から検査する鋼管内面溶接部検査方法であって、初層溶接後に、前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像情報を処理し、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合はその欠陥位置と欠陥長さを決定し、次に、当該決定した欠陥位置に基づき前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して得られる形状計測情報を処理して欠陥の深さを決定し、前記決定した欠陥の長さと深さから、有害な表面欠陥かどうかを判定し、有害な表面欠陥が存在する場合に、当該有害な表面欠陥部分を補修することを特徴とする鋼管突合せ溶接部内面検査方法。
( 7 ) A method for inspecting a welded inner surface of a steel pipe using the steel pipe welded part inner surface inspection apparatus according to (1) above, wherein the butt welded portion of the steel pipes is inspected from inside the steel pipe. Process the captured image information of the welded portion photographed by the apparatus, determine the presence or absence of a defect in the welded portion, and if there is a defect, determine the defect position and the defect length, and then determine Based on the position of the defect, the shape measurement information obtained by measuring the shape of the defect is processed by the shape measuring device to determine the depth of the defect, and from the determined length and depth of the defect, whether it is a harmful surface defect or not. A method for inspecting the inner surface of a butt welded portion of a steel pipe, comprising: determining whether or not a harmful surface defect exists and repairing the harmful surface defect portion.
本発明により、鋼管外部から放射線探傷法や超音波探傷法等の非破壊検査をする場合と比較して、鋼管内面側の溶接部表面を直接検査できるため、鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥の検出精度が向上するだけでなく、検査速度も向上することができる。このことにより、鋼管突合せ溶接部の鋼管内面側表面の検査を初層溶接が終了した直後に実施でき、溶接欠陥が検出された場合は、多層盛りの溶接が全層完了した後に検査する場合と比較して溶接部の研削量と再溶接量を削減でき、溶接部欠陥の補修所要時間を大幅に短縮できる。
さらに、誤検出による不要な補修作業を回避するとともに、鋼管内面側の溶接部表面に開口する欠陥がないことを保障するデータとして提示することができ、パイプライン等の配管敷設生産性を著しく向上させることができる。
Compared to non-destructive inspection such as radiation flaw detection and ultrasonic flaw detection from the outside of the steel pipe according to the present invention, the weld surface on the inner surface of the steel pipe can be directly inspected. In addition to improving the accuracy of detecting defects to be detected, the inspection speed can also be improved. As a result, the inspection of the steel pipe inner surface of the steel pipe butt weld can be carried out immediately after the completion of the first layer welding, and when a welding defect is detected, the inspection is performed after the completion of all layers of the multi-layer welding. In comparison, the amount of grinding and re-welding of the weld can be reduced, and the time required for repairing the weld defect can be greatly reduced.
In addition, unnecessary repair work due to false detection can be avoided, and it can be presented as data that guarantees that there are no defects opening on the welded surface on the inner surface of the steel pipe, significantly improving the productivity of pipe laying such as pipelines. Can be made.
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1は本発明による溶接部内面検査方法の実施形態の一例を示す概念図である。
敷設船工法等における鋼管2aと鋼管2bの突合せ溶接では、通常、インターナルクランプ装置4によって鋼管2aと鋼管2bをクランプし、初層または初層から数層を溶接する。初層溶接終了後は鋼管2aと鋼管2bのクランプを解除し、次に溶接される鋼管のクランプに使用するため、インターナルクランプ装置4は鋼管内部に留められる。このインターナルクランプ装置4に本発明に係る内面検査装置1を取り付けるとよい。もちろん、内面検査装置を単独で配置してもかまわない。内面検査装置1は、インターナルクランプ装置スキッド部5に容易に固定できるように着脱装置6を備える。内面検査装置1を検査対象溶接部3へ移動するときは、インターナルクランプ装置4を移動させることにより行い、さらに正確に位置あわせするために、内面検査装置1の旋回装置15に組み込まれている管軸方向微動機能(図示はしていない)により行うことができる。もちろん、インターナルクランプ装置4に微動機能があれば、それにより行うこともできる。内面検査装置の精密な位置合わせができれば、どのような機能を使おうとも、特に問題はない。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of an embodiment of a welded part inner surface inspection method according to the present invention.
In the butt welding of the steel pipe 2a and the
内面検査装置1の外部には、鋼管内部に挿入される内面検査装置1の位置合わせや、センサー類(照明装置12、撮像装置13、形状測定装置14)の位置制御のためのセンサー移動機構の動作や、撮像や形状計測等の動作を制御する制御装置7と、撮像装置13からの情報を処理する撮像情報処理装置8と、形状測定装置からの情報を処理する形状情報処理装置9と、これら情報処理装置で処理された欠陥の形状情報や欠陥の位置情報等から有害な表面欠陥の判定を行う中央検査管理装置10とが配置され、一連の情報を処理している。中央検査管理装置10には、撮像装置13と形状測定装置14の原画像、画像処理画像を記録する画像記録機能を有しており、また、表示装置11が備えられ、得られた画像(リアルタイムでの監視も可能)や、検査情報等を人間が監視できるようになっている。情報処理系の装置については、特にこの構成にこだわる必要はない。内面検査装置に搭載されたセンサーである撮像装置、形状測定装置からの情報(信号)を処理し、欠陥認識と有害な表面欠陥判断ができ、また欠陥情報に基づき装置を制御することができればよい。
Outside the inner surface inspection device 1, there is a sensor moving mechanism for positioning the inner surface inspection device 1 inserted into the steel pipe and for controlling the positions of sensors (
検査の一連の流れは、例えば、次のようになる。まず、鋼管突合せ内面検査装置1を、外部の制御装置7により制御し、検査対象となる鋼管突合せ溶接部に配置し、鋼管内面から検査を開始する。まず、撮像装置13でマクロ観察を行い、そこで得られた情報(もしくは信号)を撮像情報処理装置8へ送信し、そこで処理(画像処理等)し欠陥の位置情報、長さ情報、必要に応じて幅情報を抽出する。これを中央検査管理装置10に送信し、詳細な検査を要する疵かどうかを判断し、詳細検査が必要な場合は、制御装置7にフィードバックし、当該欠陥の位置情報に基づき形状計測装置14を作動させ、形状計測を行う。形状計測装置14により得られた形状情報は形状情報処理装置9に送信され、そこで処理(画像処理等)し欠陥の形状情報を抽出する。これを中央検査管理装置10に送信し、先に得られた撮像情報による欠陥情報と総合し、有害な表面欠陥かどうか判定する。判定結果や、欠陥形状情報、必要に応じて撮像画像等を表示装置(モニター)11に表示し、オペレータが確認することにより人間系の判断を介入させることもできる。
A series of inspection flows are as follows, for example. First, the steel pipe butt inner surface inspection device 1 is controlled by an
有害な表面欠陥の判定方法は、例えば、欠陥の長さ、深さが、予め想定した閾値を超えたものや、予め想定した範囲になった時に有害な表面欠陥と判定する方法がある。目的とする欠陥に応じて、その判定方法を選択できるよう、中央検査管理装置(例えばPC)において柔軟に対処できるようにするとよい。 As a method for determining harmful surface defects, for example, there are methods in which the length and depth of a defect exceed a previously assumed threshold value, or a method for determining a harmful surface defect when it falls within a previously assumed range. The central inspection management apparatus (for example, PC) may be flexibly dealt with so that the determination method can be selected according to the target defect.
図2は、内面検査装置1の例を示す。図2(a)は、ガイドレール方式(センサー移動機構として、センサーを搭載した旋回装置がガイドレール上を走行する方式)の鋼管の管軸に垂直な断面を見た図である。図2(b)は、ガイドレール方式の鋼管の管軸方向の断面を見た図である。
内面検査装置1は、検査対象部位を照明する照明装置12と、検査する溶接部部位を広視野で撮影する撮像装置13と、抽出した欠陥部の表面形状を測定する形状測定装置14と、これらを搭載した旋回装置15と、旋回装置15が鋼管内面に沿って可動するためのガイドレール16で構成されている例である。
図2(c)は、中空回転ステージ方式(センサー移動機構として、センサーを固定した中空回転ステージが鋼管内部を回転する方式)の鋼管の管軸に垂直な断面を見た図である。図2(d)は、中空回転ステージ方式の鋼管の管軸方向の断面を見た図である。この内面検査装置1は、照明装置12と、撮像装置13と、形状測定装置14が、鋼管内径より小さい外形を有するリング形状の中空回転ステージ24に固定され、さらにこの中空回転ステージ24を回転させるモーター25で構成されている例である。
以下、ガイドレール方式を基に説明するが、もちろん、センサー移動機構は、センサ類の位置決めができれば、これらの方法に限定される必要はまったくない。
FIG. 2 shows an example of the inner surface inspection apparatus 1. FIG. 2A is a view of a cross section perpendicular to the tube axis of a steel pipe of a guide rail system (a system in which a turning device equipped with a sensor travels on a guide rail as a sensor moving mechanism). FIG.2 (b) is the figure which looked at the cross section of the pipe-axis direction of the steel pipe of a guide rail system.
The inner surface inspection apparatus 1 includes an illuminating
FIG.2 (c) is the figure which looked at the cross section perpendicular | vertical to the tube axis | shaft of the steel pipe of a hollow rotary stage system (method in which the hollow rotary stage which fixed the sensor rotates inside a steel pipe as a sensor moving mechanism). FIG.2 (d) is the figure which looked at the cross section of the pipe axis direction of the steel pipe of a hollow rotation stage system. In this inner surface inspection apparatus 1, an
The following description will be based on the guide rail system. Of course, the sensor moving mechanism is not necessarily limited to these methods as long as the sensors can be positioned.
内面検査装置1がインターナルクランプ装置に取り付けられるタイプの場合は、旋回装置15はガイドレール16上を走行する方法が例としてあげられる。この方式であれば管断面中心付近が空洞になり、インターナルクランプ装置4の動力供給や制御用のケーブル類23を通すことができ、これらケーブル類23が内面検査装置1の旋回動作を阻害することを防止できる。
In the case where the inner surface inspection device 1 is of a type attached to an internal clamp device, a method in which the
旋回装置15は、制御装置7での操作で鋼管外部から旋回開始、停止、速度調整することができる。
撮像装置13および形状測定装置14は、これら装置により溶接部を撮影および形状計測できるように旋回装置15上に鋼管内壁面の垂線に対して一定の角度および鋼管内壁面までの一定の距離を保持して固定される。これら角度と距離は、制御装置7での操作で鋼管外部から可変できることが望ましい。撮像装置13の例としては、CCDカメラがあり、オートフォーカス機能が搭載されているものもしくは制御装置7からの操作でフォーカス調整できるものが望ましい。
The turning
The
形状測定装置14の例としては、光切断法による計測センサーがある。この場合、ラインレーザー発振部と受光部が一体となっていても、別々となっていても問わないが、レーザー発振強度の調整および受光感度の調整ができることが望ましい。
照明装置12は、溶接線を中心とした線対称の位置に配置され、片側づつまたは同時に、溶接部(被検査部)のうち少なくとも前記撮像装置で撮像する範囲を照明できるようにする。図2の例では2台の照明装置としているが、一体化したものでもよい。ただし、照明条件として図3に示すように、照明装置による照明装置と鋼管内壁面の成す傾斜角19(θ)が10°〜30°の条件で照明できるように、照明装置12は旋回装置15上に固定されることが望ましい。なお、照明装置12は、制御装置7での操作により鋼管外部から管軸方向の距離17、管断面中心方向の距離18、傾斜角19を可変制御できることが望ましい。
As an example of the
The illuminating
旋回装置15上の照明装置12、撮像装置13および形状測定装置14は、検査対象溶接部に対する距離を旋回中でも一定に保持されなければならない。このための距離一定保持機構の例を図4に示す。旋回装置15を上部15aと下部15bに分割し、スプリング20によって接続する。旋回装置上部15aには、鋼管内壁面までの距離を一定に保持するためのアーム21が取り付けられ、アーム先端にあるボールベアリング22はスプリング20の伸び力により鋼管内壁面と常に接触する。このため、鋼管内壁面が管断面内側に凹んだり、管断面外側に膨らんだりし、変形部分があっても、スプリング20の伸縮により常に旋回装置上部15aと鋼管内壁面の距離は一定となり、照明装置12、撮像装置13および形状測定装置14の鋼管内壁面までの距離も一定に保持される。なお、アーム先端にあるボールベアリング22により、管軸方向および管周方向への移動は拘束されない。
The illuminating
欠陥検査の方法について説明する。
前述したように、撮像装置によりマクロ的観察を行い、欠陥部分の抽出と欠陥長さ(欠陥は概ね溶接方向、つまり鋼管の周方向に長い)の計測を行う。上記したように、撮像はCCDカメラ等の広視野撮像装置で、ある一定の範囲を一括撮像する。得られた画像信号は、撮像画像用撮像情報処理装置8に送られ、画像処理を行う。画像処理は、照明装置により照らされた溶接部分の陰影を強調し、欠陥の有無を判断する。欠陥があると判断されたら、欠陥長さも計測する。形状測定装置で欠陥長さを測定してもよいが、通常、溶接欠陥は、溶接方向(この場合、鋼管の周方向)に発生し易いため、この撮像画像にて欠陥長さを計測した方が効率がよい。
A method for defect inspection will be described.
As described above, macroscopic observation is performed by the imaging device, and defect part extraction and defect length (defects are generally long in the welding direction, that is, the circumferential direction of the steel pipe) are measured. As described above, imaging is performed in a batch with a wide-field imaging device such as a CCD camera. The obtained image signal is sent to the picked-up image
次に、撮像装置画像による画像処理で欠陥部位が特定されたら、その欠陥深さを計測するため、形状計測装置をその位置まで移動させ、深さ計測を行う。前述したように、光切断法が、非接触式の形状センサーでは、コンパクトでありながら計測精度もよく、また計測速度も速いので、望ましい。光切断法自体は、公知の技術であり、溶接ビードの形状測定に使用された例は多い。特許文献4もこの一例である。形状計測装置で得られた情報は、形状測定画像用形状情報処理装置9に送られ、画像処理を行い、欠陥の深さを計測する。
Next, when a defective part is specified by image processing using an imaging device image, the shape measuring device is moved to that position and the depth is measured in order to measure the defect depth. As described above, the light cutting method is desirable for a non-contact type sensor because it is compact but has good measurement accuracy and high measurement speed. The light cutting method itself is a known technique, and there are many examples used for measuring the shape of the weld bead.
撮像画像用撮像情報処理装置8にて得られた欠陥の位置情報と欠陥長さ情報と、形状測定画像用形状情報処理装置9で得られた欠陥深さ情報を、中央検査管理装置10におくり、有害な表面欠陥の判定を行う。有害な表面欠陥の判定方法は、パイプライン等の配管の求める条件によるので、ここでは一意に決められない。例えば、所定の長さや深さを超えるものを有害な表面欠陥と判定することもできる。いずれにせよ、これら有害な表面欠陥の判定方法は、予め中央検査管理装置10に組み込んでおき、リアルタイムで判定することができるようにすることが望ましい。
The defect position information and defect length information obtained by the picked-up image
有害な表面欠陥の判定結果は、表示装置11等を通してオペレータが認識できるようにすることがよい。これにより、次に行うべきアクションへとつながり、パイプライン等の配管敷設工事の生産性向上につながる。
It is preferable that the operator can recognize the determination result of the harmful surface defect through the
この配管内面検査方法の重要な部分である有害な表面欠陥の判定プロセスの速度向上は、検査速度の向上に直結している。そこで本発明のように、欠陥探索をCCDカメラ等の比較的広視野撮像装置に分担させ、欠陥が抽出され位置が特定された後、形状測定装置に詳細解析を分担させることにより、検査時間を大幅に短縮することが可能となった。 An increase in the speed of the harmful surface defect determination process, which is an important part of the pipe inner surface inspection method, directly leads to an increase in the inspection speed. Therefore, as in the present invention, the defect search is assigned to a relatively wide-field imaging device such as a CCD camera, and after the defect is extracted and the position is specified, the shape measuring device is assigned to the detailed analysis, thereby reducing the inspection time. It became possible to shorten significantly.
一台の配管内面検査装置に、複数の旋回装置を配置し、これらを同時に作動させることにより、さらに検査時間の短縮ができる。図5には、旋回装置を4機搭載した例を示す。この場合、一台の旋回装置が配管全周の1/4を分担すればよいので、検査時間も概ね1/4に短縮される。従って、パイプライン等の配管敷設の作業性に応じて検査速度を設定できる。 By arranging a plurality of swiveling devices in one pipe inner surface inspection device and operating them simultaneously, the inspection time can be further shortened. FIG. 5 shows an example in which four swiveling devices are mounted. In this case, since one swivel device only needs to share 1/4 of the entire circumference of the pipe, the inspection time is also shortened to approximately 1/4. Therefore, the inspection speed can be set according to the workability of laying a pipe or the like.
図1に示すように、インターナルクランプ装置につけた内面検査装置にて、実際の配管突き合わせ溶接の初層溶接部の内面検査を実施し、その検査精度、検査速度を検証した。
目標検査精度は、現在実施されている配管外部からの放射線透過試験もしくは超音波探傷試験と同等の検出能力とし、0.5mmを超える欠陥を有害な表面欠陥として検出することとした。
試験条件:750A配管の突き合わせ溶接を行い、初層溶接後、内面検査装置にて溶接部全周を検査し、検査時間を測定した。このとき、最初に形状計測装置による全周検査を行い疵の位置と大きさを正確に把握し、次に上記したように撮像装置+形状計測装置での全周検査を行った。溶接は、欠陥が出やすいよう、溶接速度を通常より速くした。
As shown in FIG. 1, the inner surface inspection of the first layer welded part of actual pipe butt welding was performed by the inner surface inspection device attached to the internal clamp device, and the inspection accuracy and inspection speed were verified.
The target inspection accuracy is the same detection capability as the radiation penetration test or the ultrasonic flaw detection test from the outside of the pipe currently being implemented, and defects exceeding 0.5 mm are detected as harmful surface defects.
Test conditions: Butt welding of 750A piping was performed, and after the first layer welding, the entire circumference of the welded portion was inspected with an inner surface inspection device, and the inspection time was measured. At this time, the entire circumference was first inspected by the shape measuring device to accurately grasp the position and size of the heel, and then the entire periphery was inspected by the imaging device + the shape measuring device as described above. Welding speed was higher than usual so that defects were likely to occur.
試験結果:
(1)形状計測装置(光切断法)のみによる計測
0.5mmを超える欠陥を判定するためには、少なくとも0.5mmピッチで計測する必要がある。従って全周検査に約185秒かかった。欠陥個数は、全周で2個検出され、いずれも1mmであった。
(2)本発明に係る検査方法での計測
撮像装置による撮像画像視野は、事前のオフラインでの確認試験で、0.5mmの欠陥検出が十分可能である30mmx30mmとした。欠陥検出精度を上げるため、画像と画像の間に50%の重複部分を設けるよう、15mmピッチでの撮像を行った。
その結果、撮像装置での全周検査に75秒かかった。この撮像装置の画像処理にて欠陥は2箇所確認でき、いずれも形状計測装置で検出したところと同じであった。
この2箇所の疵に対し、形状計測装置にて計測した時間は、移動時間も含め、1秒以下であった。
以上の結果から、鋼管の突き合わせ溶接において、初層溶接直後に本発明に係る内面検査方法および装置で十分検査精度を確保できることが確認できた。
Test results:
(1) Measurement using only a shape measuring device (light cutting method) In order to determine a defect exceeding 0.5 mm, it is necessary to measure at a pitch of at least 0.5 mm. Therefore, it took about 185 seconds for the entire circumference inspection. Two defects were detected on the entire circumference, both of which were 1 mm.
(2) Measurement by the inspection method according to the present invention The field of image captured by the imaging device was 30 mm × 30 mm, which is sufficiently capable of detecting a 0.5 mm defect in a prior offline confirmation test. In order to increase defect detection accuracy, imaging was performed at a pitch of 15 mm so as to provide a 50% overlap between the images.
As a result, it took 75 seconds for the entire circumference inspection with the imaging apparatus. Two defects could be confirmed by the image processing of this imaging device, and both were the same as those detected by the shape measuring device.
The time measured by the shape measuring device for these two wrinkles was 1 second or less including the moving time.
From the above results, it was confirmed that in the butt welding of steel pipes, it is possible to ensure sufficient inspection accuracy with the inner surface inspection method and apparatus according to the present invention immediately after the first layer welding.
本発明は、パイプライン等の配管の突き合わせ溶接において、利用することができる。特に、敷設船工法のような流れ作業的な配管敷設工事に適用することにより、高い検査精度と速い検査速度、さらに初層溶接直後の検査により、欠陥補修時間が短縮する効果が得られ、今後のエネルギー事情を支えるパイプライン等の高信頼性化と、敷設生産性の大幅な向上に貢献するものと確信する。 The present invention can be used in butt welding of pipes such as pipelines. In particular, by applying to flow-laying pipe construction such as the laying ship construction method, high inspection accuracy, fast inspection speed, and inspection immediately after the first layer welding have the effect of shortening the defect repair time, and in the future We are convinced that this will contribute to the improvement of the reliability of pipelines and the like that support the energy situation and the significant improvement in laying productivity.
1 鋼管突合せ溶接部内面検査装置
2a 鋼管
2b 鋼管
3 検査対象溶接部(初層溶接部)
4 インターナルクランプ装置
5 インターナルクランプ装置スキッド部
6 着脱装置
7 制御装置
8 撮像情報処理装置
9 形状情報処理装置
10 中央検査管理装置
11 表示装置
12 照明装置
13 撮像装置
14 形状測定装置
15 旋回装置
15a 旋回装置上部
15b 旋回装置下部
16 ガイドレール
17 検査対象溶接線から管軸方向の距離X
18 鋼管内面から管断面中心方向の距離Z
19 照明装置による照明と鋼管内壁面の成す傾斜角θ
20 スプリング
21 アーム
22 ボールベアリング
23 インナークランプ装置用ケーブル
24 モーター駆動式中空回転ステージ
25 モーター
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steel pipe butt weld part inner surface inspection apparatus
DESCRIPTION OF
18 Distance Z from the inner surface of the steel pipe to the center of the pipe cross section
19 Inclination angle θ between lighting by lighting device and inner wall of steel pipe
20
Claims (7)
前記センサー移動機構が、鋼管内面の周方向に沿うように配置されたガイドレールとその上を走行する旋回装置から構成され、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置が、前記旋回装置に搭載され、
さらに前記センサー移動機構が、前記形状計測装置と前記撮像装置と前記照明装置と前記溶接部との距離を一定に保持することができる距離一定保持機構を有し、
前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像を基に、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合は、前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して検査することを特徴とする鋼管溶接部内面検査装置。
A steel pipe welded inner surface inspection device for inspecting butt welds between steel pipes from inside the steel pipe, a shape measuring device capable of measuring the defect depth of the welded portion, and an imaging device capable of photographing a wide field of view from the shape measuring device, And at least one illumination device that can illuminate the field of view of the imaging device, and a sensor moving mechanism that can move these devices along the circumferential direction of the steel pipe,
The sensor moving mechanism includes a guide rail disposed along the circumferential direction of the inner surface of the steel pipe and a turning device that travels on the guide rail, and the shape measuring device, the imaging device, and the lighting device are included in the turning device. Installed,
Further, the sensor moving mechanism has a constant distance holding mechanism that can hold the distance between the shape measuring device, the imaging device, the lighting device, and the welded portion constant,
Based on the photographed image of the welded portion taken by the imaging device, the presence or absence of a defect in the welded portion is determined. If there is a defect, the shape measuring device measures the shape of the defect and inspects it. A steel pipe welded part inner surface inspection device characterized by that.
The sensor moving mechanism is configured by a hollow rotary stage that can rotate inside a steel pipe in a circumferential direction, and the shape measuring device, the imaging device, and the illumination device are fixed to the hollow rotary stage. The steel pipe butt weld inner surface inspection device according to claim 1.
The lighting device is arranged so as to be symmetrical with respect to the weld, each of the lighting device, to claim 1 or 2, characterized in that illuminated with an incident angle of 10 ° to 30 ° with respect to the weld The steel pipe inner surface welding inspection apparatus as described.
The steel pipe inner surface welding inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising an attachment / detachment device connected to an internal clamp device used for steel pipe butt welding.
前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像情報を処理し、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合はその欠陥位置と欠陥長さを決定し、次に、当該決定した欠陥位置に基づき前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して得られる形状計測情報を処理して欠陥の深さを決定し、
前記決定した欠陥の長さと深さから、有害な表面欠陥かどうかを判定することを特徴とする鋼管内面溶接部検査方法。
A steel pipe inner surface weld inspection method for inspecting a butt weld of steel pipes from the inside of the steel pipe using the steel pipe inner surface weld inspection device according to claim 1,
Process the captured image information of the welded portion imaged by the imaging device, determine the presence or absence of a defect in the welded portion, if there is a defect, determine the defect position and the defect length, Determine the depth of the defect by processing the shape measurement information obtained by measuring the shape of the defect with the shape measurement device based on the determined defect position,
A method for inspecting a welded portion on the inner surface of a steel pipe, wherein it is determined from the determined length and depth of the defect whether or not it is a harmful surface defect.
Method of determining whether the harmful surface defects, the length and depth of the defects described above decision, according to claim 5, characterized in that to determine the harmful surface defects by comparing with a predetermined threshold value Steel pipe inner surface welded part inspection method.
初層溶接後に、前記撮像装置で撮影した前記溶接部の撮影画像情報を処理し、当該溶接部の欠陥の有無を判定し、欠陥が有った場合はその欠陥位置と欠陥長さを決定し、次に、当該決定した欠陥位置に基づき前記形状計測装置で当該欠陥の形状を計測して得られる形状計測情報を処理して欠陥の深さを決定し、前記決定した欠陥の長さと深さから、有害な表面欠陥かどうかを判定し、有害な表面欠陥が存在する場合に、当該有害な表面欠陥部分を補修することを特徴とする鋼管内面溶接部検査方法。 A steel pipe inner surface weld inspection method for inspecting butt welds of steel pipes from the inside of the steel pipe using the steel pipe weld inner surface inspection device according to claim 1,
After the first layer welding, the captured image information of the welded part imaged by the imaging device is processed, the presence / absence of a defect in the welded part is determined, and if there is a defect, the defect position and the defect length are determined. Next, the shape measurement information obtained by measuring the shape of the defect with the shape measuring device based on the determined defect position is processed to determine the depth of the defect, and the length and depth of the determined defect are determined. From the above, it is determined whether or not a harmful surface defect exists, and when the harmful surface defect exists, the harmful surface defect part is repaired.
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