JPH04178556A - 電縫管の超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電縫管の溶接部に生成された欠陥を超音波を
利用してオンラインにて探傷する装置に関する。

〔従来の技術〕

電縫管は一般的に、帯材を成形ロール群に通して両側の
端縁が互いに対向する円部状に成形する成形工程、対向
端縁近傍に溶接電流を通電して、抵抗熱により加熱しつ
つスクイズロール間に通し、加熱状態にある端縁同士を
突き合わせて溶接せしめる溶接工程、及び溶接により生
じる溶接ビードを切削により除去し、更にサイザロール
等の仕上げロールに通して外形を整える仕上げ工程を含
む一連の工程をこの順に経て製造される。

以上の如く製造される電縫管にあっては、溶接部位に欠
陥が生じ易（、この欠陥を仕上げ工程の中途において可
及的早期に検出し、この結果を溶接工程にフィードバッ
クして溶接品質の管理に利用することが行われており、
この欠陥検出は、仕上げ工程の中途を所定の経路に沿っ
て送導されている電縫管に対し、超音波を用いた探傷装
置を用いて実施されている。

この種の探傷装置は従来から種々提案されているが、代
表的なものとして次の２つがある。特開昭５８−３７５
５０号公報等に開示された第１の装置は、探傷対象とな
る電縫管の溶接部位を挾む態様にて外表面に臨ませた２
個１組の斜角探触子を、１組又は軸長方向に複数組配し
、これらから発せられ、電縫管の周壁内部を表、裏面に
て反射されつつ斜めに伝播する超音波により探傷を行う
構成としたものである。なおこの装置においては、曲面
である電縫管の周面と斜角探触子との間を埋め、超音波
の入射を確実化するために、両者間に部分的に探傷水が
供給されており、また、送導中の電縫管の捩れに対処す
るために、前記特開昭５８−３７５５０号公報に開示さ
れている如く、探触子の配設位置よりも上流側に溶接部
位を光学的に検出する追従装置を設け、この追従装置の
検出結果により溶接部位の周方向位置を常時監視しつつ
探傷が行われている。

一方、特開昭５４−１１０８８９号公報及び特開昭５４
−１１０８９０号公報等に開示された第２の装置は、電
縫管の送導経路の中途に該電縫管の外側を同軸的に囲繞
する円筒形の水槽を設け、この水槽の外周に、中心に向
けて超音波を発する２個一組の探触子を複数組、略等配
をなして取付け、これらを水槽の局面に沿って回転させ
つつ探傷を行う構成としたものである。なお、前記探触
子が発する超音波は、水槽内の水のくさび作用により電
縫管の周面に斜めに入射するから、この探傷もまた、電
縫管の周壁内部を表、裏面にて反射されつつ斜めに伝播
する超音波による斜角探傷である。また、この場合にお
いても溶接部位の周方向位置の監視は必要であり、前記
特開昭５４−１１０８９０号公報においては、前記水槽
の外周に電縫管の表面に垂直に超音波を入射し、表、裏
面からの反射波を受信する肉厚検出用の探触子を取付け
、探傷用の探触子と共に回転するこの探触子かやや大き
めの肉厚を検出した位置に溶接部位が存在するとし、こ
の結果を探傷結果の判定に利用している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところがこれらの装置はいずれも、斜角探傷法を利用し
ているため、超音波の入射位置と探傷すべき溶接部位と
の間の伝播に伴う減衰程度が大きく、周方向に探傷可能
な範囲が狭い難点がある。

特に前記第１の装置を用いる場合、１組の斜角探触子間
の中心角度は４５°程度が限界である一方、送導中の電
縫管に４５°を超える周方向変位が生じることは多く、
探傷そのものが不可能となる虞さえある。これに対し第
２の装置においては、探傷用の探触子が電縫管の軸心回
りに回転しつつ探傷が行われるため、斜角探傷における
探傷範囲の狭さが解消されて周方向の全域に亘る探傷が
可能となり、また電縫管の周方向の捩れも問題とはなら
ないが、第２の装置は、前述した如く円部状をなす水槽
の外周上にてこれの内部の水を漏洩させることなく探触
子を回転させるという極めて複雑な構成の装置であり、
設備コストが高く、また設備保全に多大の手間を要する
難点があった。更に第２の装置においては、電縫管の肉
厚を指標として溶接部位の検出を行っているが、電縫管
の探傷は、一般的に前述した仕上げ工程中に行われ、近
年の電縫管製造においては、仕上げ工程における溶接部
位とこれ以外の部位との間の肉厚差は極めてわずか（±
０．０５ｍｍ程度）であり、溶接部位の特定が難しいと
いう問題点も有している。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所定
経路に沿って送導される電縫管の溶接部位の超音波によ
る探傷を、該溶接部位の周方向変位の如何に拘わらず、
簡略な構成にて確実に行い得る探傷装置を提供すること
を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る電縫管の超音波探傷装置は、所定の経路に
沿って軸長方向に送導される電縫管の溶接部位を、超音
波を用いて連続的に探傷する電縫管の超音波探傷装置に
おいて、前記経路の中途に設置され、前記電縫管の溶接
部位とは異なる部分を周方向に所定幅だけ浸漬せしめる
べく、その水位が調節される水槽と、該水槽の内部に配
設してあり、その上部を通過する電縫管の浸漬部分に向
けて超音波を発し、この反射波を受信して、該電縫管の
軸心線の位置ずれを検出する第１の探触子と、該探触子
前方の前記経路に直交する略水平な線上にて、前記探触
子の両側に夫々等距離だけ離隔して前記水槽の内部に並
設してあり、前記浸漬部分の幅方向両端近傍に向けて夫
々超音波を発し、前記電縫管の周壁を表面波として伝播
するこの超音波の前記溶接部位からの反射波を受信して
前記探傷を行う２個１組の第２の探触子と、第１の探触
子の検出結果に基づいて、第１．第２の探触子を、第２
の探触子の並設方向に一括的に移動させる手段とを具備
することを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、電縫管はこれの送導経路の中途に配
した水槽内に、その下部を所定幅に亘って浸漬せしめら
れるのみであり、このとき水槽内に配した第１の探触子
がこれの上部を通過する電縫管における浸漬部分の略中
夫に向けて超音波を発して反射波を受信し、またこの第
１の探触子の前方に適長離隔して送導方向に直交する直
線上に配した第２の探触子からも超音波が発せられ、こ
れは電縫管の周壁を表面波として伝播して溶接部位に確
実に達し、この溶接部位に存在する欠陥からの反射波が
第２の探触子に受信される結果、この受信結果に基づい
て確実な探傷がなされる。そしてこのとき、第１の探触
子による受信結果は、超音波の照射位置が電縫管の軸心
位置に正しく整合しているか否かによって太き（異なる
から、この結果から、第１．第２の探触子に対する電縫
管の位置ずれが検出でき、この結果に基づいて第２の探
触子が、第１の探触子と共に移動せしめられる結果、第
２の探触子から発せられる超音波の管壁内部への表面波
としての入射条件が常時溝たされ、この超音波による前
述した探傷の確実性が保証される。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は電縫鋼管の製造ラインの模式図中には、素材
として用いる帯鋼である。この帯鋼には、所定の経路に
沿って長手方向に送導される間に、まず、この送導経路
に沿って配設された成形ロール群２に通されて、幅方向
両側の端縁が互いに対向する円筒状に成形され、次いで
成形ロール群２の下流側に送導経路に沿って配置された
溶接装置３に送給される。溶接装置３に送給された帯鋼
には、その対向端縁近傍を溶接電流の通電に伴う抵抗熱
により加熱されつつ一対のスクイズロール間にて挟圧さ
れ、加熱状態にある端縁同士が突き合わせ溶接されて電
縫管Ｐとなって送出される。溶接装置３の出側には、電
縫管Ｐの送導経路に沿って、水冷槽４、サイプ５及び切
断機６が配してあり、溶接装置３から送出された電縫管
Ｐは、まず水冷槽４内に通されて溶接部位を冷却され、
次いで多数のサイプロールを備えたサイプ５に送給され
て所定の外径を有するように仕上げられ、最終的に切断
機６にて所定の長さに切断される。

以上の如き電縫鋼管の製造ラインにおいて、電縫管Ｐの
溶接部位に生成された欠陥を検出するための本発明に係
る探傷装置１は、例えば、サイプ５の内部における適宜
のロール間に、図示の如く設置されており、該探傷装置
１での探傷結果は、溶接装置３にフィードバックされて
溶接状態の管理に用いられる。なお、探傷装置１の設置
位置は、溶接装置３の出側であればいかなる位置であっ
てもよいが、溶接部位の仕上げが終了しており、しかも
半径方向の変動が十分に抑えられていることから、サイ
プ５内部のロール間に設置するのが望ましい。

第２図は、電縫管Ｐの送導方向に直交する面内における
探傷装置１の横断面図、第３図は、深傷装置１の上方か
らの平面図である。

これらの図に示す如く本発明に係る探傷装置１は、電縫
管Ｐの送導経路に設置された水槽１０と、該水槽１０の
底面に固設された基台２０上に後述の如（取付けた第１
の探触子１１及び第２の探触子１２゜１２とを備えてな
る。前述の如く送導される電縫管Ｐは、水槽１０に前置
された水切り板３０に挿通されて、水冷槽４の通過によ
り外面に付着した冷却用水を除去された後、水槽１０の
長手方向−側の壁面に固設されたシール板３１を経て水
槽１０内に導入され、同じく他側の壁面に固設されたシ
ール板３２を経て水槽１０から導出されるようになって
いる。水槽１０内部の水位は、このように送導される電
縫管Ｐの下側が、予め設定された所定の幅に亘って浸漬
されるように調節されており、また電縫管Ｐの通過によ
る水面の乱れを抑えるべく、電縫管Ｐの浸漬幅以外の水
面を覆う態様にて水位安定板３３が設置されている。な
お、水槽１０内での電縫管Ｐの送導は、第２図に示す如
く溶接部位Ｗを上として行われ、水槽１０内への浸漬は
、溶接部位Ｗと半径方向に対向する位置にて行われる。

以上の如き水槽１０の底面上に設置された基台２゜は、
電縫管Ｐの送導方向に直交する向きに水平面内にて移動
する移動テーブル２１を備えており、第１の探触子１１
は、この移動テーブル２１上に、水槽１０への入側寄り
にて電縫管Ｐの送導方向の略中夫に位置するように固設
されており、上部を通過する電縫管Ｐの表面に向けて、
略鉛直上向きに超音波を発するようになしである。一方
、２個で１組をなす第２の探触子１２．１２は、電縫管
Ｐの送導方向に第１の探触子１１の固設位置よりも前方
に位置して、移動テーブル２１上に幅方向への移動自在
に並設された各別の移動台２２．２２に固定されている
。

これにより第２の探触子１２．１２は、移動台２２．２
２の移動に応じて、これらの並設線上、即ち、電縫管Ｐ
の送導方向と直交する水平線上にて第１の探触子１１の
両側に夫々等しい距離を保ったまま移動自在であり、第
１の探触子１１と同様に、上部を通過する電縫管Ｐの表
面に向けて、略鉛直上向きに超音波を発するようになし
である。

前記移動台２２．２２の初期位置、即ち、第２の探触子
１２．１２の初期位置は、これら相互間の離隔距離が探
傷対象となる電縫管Ｐの浸漬部よりもやや小さくなるよ
うに設定してあり、移動テーブル２１の幅方向にこれら
の探触子１２．１２と夫々等距離だけ隔てて位置する第
１の探触子１１の固設位置が電縫管Ｐの浸漬幅の中央に
正しく位置した場合、換言すれば、第２の探触子１２．
１２が電縫管Ｐの軸心を中心として左右に正しく振り分
けられた場合には、これら探触子１２．１２が発する超
音波は、第２図に示す如く、電縫管Ｐの浸漬部分の両縁
近傍に投射されることになる。水槽１０内の水位は、電
縫管Ｐの浸漬幅の両縁近傍に鉛直下方から投射される超
音波が、電縫管Ｐの外周に沿う表面波として伝播し、最
上部に位置する溶接部位Ｗに十分到達可能となるように
、探傷対象となる電縫管Ｐの外径及び上下の振れ量等、
浸漬幅に影響を及ぼす各位に基づいて調節されている。

電縫管Ｐの外表面に投射されて周壁に沿う表面波として
伝播する超音波が投射位置からどの程度の範囲にまで伝
播するか、即ち、表面波によりどの程度の探傷領域が得
られるかは、第４図に示す如（、人工の欠陥ｄを形成し
た管材Ｐ１の外表面に、所定の半径線と平行をなして探
触子１３を配し、該探触子１３から発せられる超音波を
前記半径線に対して表面波としての伝播条件が満たされ
る中心角θ、（≧２７．２°）を有するように入射させ
、前記欠陥ｄを探傷する実験を行って調べた。

実際には、外径３０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの管材Ｐ１に
、深さ０．５ｍｍ、幅０．３ｍｍ、長さ１０ｍｍなる角
溝上の欠陥ｄを形成し、該管材Ｐ１に、周波数が４　Ｍ
）（ｚの超音波を、入射角θ１が２９．３°なる条件下
にて入射せしめる実験を、管材Ｐ１全体を水面下に埋没
させる方法（全投法）と、前記中心角θ１の２倍をわず
かに超える範囲を水没させる方法（局部水没法）の両方
にて行った。この結果を第５図に示す。本図の横軸は探
触子１３による超音波の投射位置と欠陥ｄの存在位置と
の間の中心角度θ、（第４図参照）、縦軸は欠陥ｄの検
出感度である。図中のＯは、全投法での結果を、また拳
は、局部水投法での結果を夫々示しており、これらの比
較から明らかな如（、全投法を採用した場合、探傷可能
範囲は投射位置から９０°程度の中心角範囲であるのに
対し、局部水没法を採用した場合、投射位置から２４０
°程度の中心角範囲において有効な探傷が可能である。

第２図に示す如き探傷装置１においては、部分水没法に
よる探傷が行われ、第２の探触子１２．１２から発せら
れる超音波が電縫管Ｐの浸漬部分の両縁近傍に夫々入射
するとき、この入射角が前述した如き条件を満足してい
る場合、逆に言えば、水槽１０内の水位調節により電縫
管Ｐの浸漬幅が前記条件を満足するように設定されてい
る場合、第２の探触子１２．１２の発する超音波により
電縫管Ｐの全周に亘る探傷が可能なことは第５図に示す
結果から明らかである。

なおこの探傷が確実になされるためには、第２の探触子
１２，１２による超音波の入射が、電縫管Ｐの浸漬幅の
両縁近傍に夫々正しくなされることが重要である。とこ
ろが、送導中の電縫管Ｐは水平方向にも振れており、第
２の探触子を電縫管Ｐの送導経路に対し固定的に設置し
た場合、該送導経路に対し実際の電縫管Ｐの軸心線がず
れている場合、所望の入射状態が得られず、探傷不能に
陥る虞がある。前記第１の探触子１１にて発せられる超
音波は、このような位置ずれを検出し、第２の探触子１
２．１２からの超音波の入射を確実に行わせるために使
用される。即ち、第１の探触子は、電縫管Ｐの送導方向
に直交する方向において第２の探触子１２．１２の中央
に常時位置しており、第２の探触子１２．１２による入
射の適性化は、第１の探触子１１の電縫管Ｐの軸心線に
対する平面的な位置ずれを検出し、このずれを解消すべ
（移動テーブル２１を移動させて、第２の探触子１２．
１２の位置を変更することにより実現される。第１の探
触子１１とこれの上部の電縫管Ｐとの間に位置ずれが生
じていない場合、第１の探触子１１が前述する如（発す
る超音波は、前記電縫管Ｐの浸漬幅の中央に正しく垂直
をなして入射される一方、前記ずれが生じている場合、
垂直な入射状態は得られず、これら双方における電縫管
Ｐからの反射波の受信結果に差異が生じることは明らか
である。従って、第１の探触子１１の受信結果に所定の
基準状態（位置ずれかない状態）との間に生じている差
異を解消すべく移動テーブル２１を移動させた場合、第
１の探触子１１に対する電縫管Ｐの軸心位置のずれは解
消され、この探触子１１の左右に平面視にて夫々等距離
だけ隔てた位置にある第２の探触子１２．１２からの超
音波は、前述した如き所望位置に常時正しく入射せしめ
られることとなり、表面波として伝播するこの超音波に
より電縫管Ｐの溶接部位Ｗの探傷は、電縫管Ｐの位置ず
れの如何に拘わらず確実になされる。なお移動テーブル
２１の移動は、第１の探触子１１の受信結果に基づいて
適宜の駆動手段を制御し、自動的に行わせるのが望まし
いが、また第１の探触子１１の受信結果を適宜の表示手
段にて表示させ、これを視認したオペレータの判断によ
り手動にて行うようにしてもよい。

第６図は、以上の如（行われる探傷装置１による探傷に
際し、水槽１０内の水位変動の影響を調べた結果を示す
図である。本図に示す如（水位変動は探傷感度に多大の
影響を及ぼし、安定した探傷を実現するためには、変動
量Δｈを２ｍｍ以内に抑える必要があるが、この程度の
変動範囲は、前述した如く水槽１０内に配された水位安
定板３３の作用により実現される。

第７図は、本発明にて採用した局部水没による表面波探
傷法と、従来から実施されている斜角探傷法とにより、
種々の長さの欠陥の探傷を行わせた結果を示すグラフで
ある。本図より明らかな如く、２ｍｍ以上の長さを有す
る欠陥に対しては双方とも略１００％の検出率が得られ
るが、１ｍｍの長さの欠陥に対しては、斜角探傷法にお
いては検出率、が２５％程度に低下するのに対し、表面
波探傷法においては１００％に近い検出率が得られてお
り、本発明に係る探傷装置１の採用により、溶接部位Ｗ
における微小な欠陥をも確実に検出可能なことがわかる
。

第８図及び第９図は、本発明に係る探傷装置１と、前記
特開昭５４−１１０８８９号公報及び特開昭５４−１１
０８９０号公報に開示された従来の探傷装置とを、外径
４２．７ｍｍ、肉厚２．５ｍｍの電縫管を製造する実際
の製造ラインに適用し、共通の電縫管に対する探傷試験
を行った結果を示すグラフである。但し、この試験に際
しては、探傷装置１における第２の探触子１２．１２と
、従来の探傷装置における探触子としてはいずれも、外
径１０ｍｍの川筋形の外形を有し、５　ＭＨｚなる周波
数の超音波を発するものを用い、探傷装置１及び従来の
探傷装置における探傷速度は夫々、８０　ｍ／ｍｉｎ及
び５０　ｍ／ｍｉｎである。

第８図は、検出された欠陥の長さと検出数とを示してお
り、ハツチングを施しであるのが本発明装置による結果
である。この図から、本発明装置を採用した場合、特に
微小な欠陥に対する検出能が大幅に向上することがわか
る。また第９図は、本来の目的である溶接部位における
欠陥の検出能を比較すべく、検出された欠陥の総数の内
、溶接部位にて検出された欠陥の割合を示しており、ハ
ツチングを施した部分が溶接部位での検出数、白抜部分
がそれ以外の部位での検出数である。本図に明らかな如
く、本発明装置を用いた場合、検出される欠陥の大部分
が溶接部位に生じている欠陥であるのに対し、従来装置
を用いた場合、非溶接部位における欠陥数が全体の略５
０％にも達しており、本発明装置によれば、溶接部位の
みに着目しての探傷がなされ、溶接品質の向上に寄与で
きることが明らかとなった。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明に係る電縫管の超音波探傷装置
は、探傷対象となる電縫管の送導経路の中途に該電縫管
の下部を所定幅に亘って浸漬せしめるべく水槽を配し、
この水槽の内部に前記電縫管の浸漬部分に向けて超音波
を発する第１の探触子と、この探触子の前方に前記送導
経路に直交する水平線上にて両側に夫々所定の等距離だ
け離隔せしめて２個１組の第２の探触子とを配し、第１
の探触子が発する超音波の電縫管からの反射波の検出結
果に基づいて第１．第２の探触子を移動せしめるという
簡略な構成により、前記電縫管に対する平面的な位置ず
れを補正されつつ第２の探触子が発する超音波が、前記
浸漬部分の両縁近傍に入射せしめられ、電縫管の周壁内
部を表面波として伝播して溶接部位に達し、この溶接部
位からの反射波の受信結果により、電縫管の周方向の変
位量の如何に拘わらず高精度での探傷結果が得られるか
ら、製造ライン中にて送導されている電縫管の溶接部位
の探傷を、従来に比して大幅に高い検出能にて実現でき
、この結果を溶接状態の管理に利用することにより、製
品管の品質向上に寄与できる等、本発明は優れた効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置を用いてなる電縫管の製造ラインの
模式図、第２図は本発明装置の横断面図、第３図は同じ
く平面図、第４図は本発明装置による探傷可能範囲を調
べるべ（行った実験内容の説明図、第５図はこの実験結
果を示すグラフ、第６図は本発明装置における水位変動
の影響を調べた結果を示すグラフ、第７図は表面波探傷
法と斜角探傷法とによる欠陥検出率の比較結果を示すグ
ラフ、第８図及び第９図は本発明装置と従来装置とにお
いて欠陥検出能の比較試験を行った結果を示すグラフで
ある。 １・・・探傷装置　　１０・・・水槽　　１１・・・第
１の探触子　　１２・・・第２の探触子　　２０・・・
基台　　２１・・・移動テーブル　　Ｐ・・・電縫管　
　Ｗ・・・溶接部住持　許　出願人　　住友金属工業株
式会社代理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫Ｐｌ 第　　　４　　　図 第　　　５　　　図 水位変動量△ｈ（ｍｍ） 第　　　６　　　図 第　　　７　　　図 管軸方向欠陥長さ（ｍｍ） 第　　　８　　　図 第　　　９　　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定の経路に沿って軸長方向に送導される電縫管の
   溶接部位を、超音波を用いて連続的に探傷する電縫管の
   超音波探傷装置において、前記経路の中途に設置され、
   前記電縫管の溶接部位とは異なる部分を周方向に所定幅
   だけ浸漬せしめるべく、その水位が調節される水槽と、 該水槽の内部に配設してあり、その上部を通過する電縫
   管の浸漬部分に向けて超音波を発し、この反射波を受信
   して、該電縫管の軸心線の位置ずれを検出する第１の探
   触子と、該探触子前方の前記経路に直交する略水平な線
   上にて、前記探触子の両側に夫々等距離だけ離隔して前
   記水槽の内部に並設してあり、前記浸漬部分の幅方向両
   端近傍に向けて夫々超音波を発し、前記電縫管の周壁を
   表面波として伝播するこの超音波の前記溶接部位からの
   反射波を受信して前記探傷を行う２個１組の第２の探触
   子と、 第１の探触子の検出結果に基づいて、第１、第２の探触
   子を、第２の探触子の並設方向に一括的に移動させる手
   段と を具備することを特徴とする電縫管の超音波探傷装置。