JPH04305152A - 溶接ｈ形鋼溶接部の超音波探傷方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接Ｈ形鋼溶接部の超
音波探傷方法に関し、溶接Ｈ形鋼全長にわたって品質保
証をするための溶接Ｈ形鋼溶接部の超音波探傷方法であ
る。

【０００２】

【従来の技術】Ｈ鋼管の製造は、大形のものについては
圧延によっているが、軽量Ｈ形鋼については一般的に抵
抗溶接法によって連続的に製造されている。溶接Ｈ形鋼
は、その良否が溶接欠陥の有無に主に左右されるので、
溶接部に欠陥があるか否かを試験することは、品質保証
上きわめて重要である。その品質保証に当たっては、従
来よりオンラインによる超音波探傷方法が採用されてき
た。

【０００３】図１１は従来の代表的な超音波探傷方法の
説明図で、溶接Ｈ形鋼１のフランジ１Ｆの中央上方にフ
ラット型探触子２０を配置し、水槽３に水４を満たして
局部水浸方式となし、探触子２０からフランジ１Ｆとウ
ェブ１Ｗとの溶接部５へ平行超音波ビームを入射し、フ
ランジ１Ｆの厚さに相当する位置よりのエコー高さを監
視することにより、欠陥の有無および大きさを推定する
ものである。

【０００４】しかし、この方法は次の各点において問題
があることが判った。まず第１に、この方法によると、
超音波ビームは、溶接部分より広幅の領域にわたって入
射されるので、フランジ１Ｆ底面エコーと欠陥エコーと
の両者の総和が検出されるとともに、底面エコーに欠陥
エコーが乗った波形となって弁別が不可能となるため、
検出精度が著しく低い。

【０００５】第２に、一般に欠陥エコーは、欠陥部の面
が粗面であったり、ビーム入射方向に対して傾いていた
りすると、エコー高さは低く、これが一層前述の検出精
度の不良に拍車をかけていた。

【０００６】そこで、本出願人は、先の特公平２−１５
０２０号公報や特開昭５９−９９２５４号公報において
、焦点型探触子を用いて精度よく超音波探傷を行う方法
を開示している。前者は、図１２に示すように、溶接Ｈ
形鋼１のウェブ１Ｗの厚み方向に往復運動が可能な焦点
型探触子２１を用い、フランジ１Ｆの上方より集束超音
波ビームを入射し、かつこの超音波ビームを溶接中心線
を中心として左右に振動往復運動させて超音波探傷を行
うものである。

【０００７】一方、後者は、図１３に示すように、溶接
Ｈ形鋼１のフランジ１Ｆ上方に、その幅方向に間隔Ｐを
置いて少なくとも溶接部５をカバーできる幅方向長さｌ
にわたって多数の焦点型探触子２１を配置し、各探触子
２１から集束超音波ビームを入射させて超音波探傷を行
うものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、特公平２−
１５０２０号公報記載の方法においては、１個の焦点型
探触子２１で溶接部の幅方向全域の探傷を可能とするた
めに、前記探触子２１を溶接中心線を中心として左右に
往復運動させつつ、フランジ１Ｆの上方より超音波ビー
ムを入射して探傷を行うので、その結果、前記探触子２
１による各探傷点の軌跡は、溶接Ｈ形鋼１長手方向にお
いて、図１４に示すような波形を描く。この場合、溶接
Ｈ形鋼１の搬送によって溶接部５が多少左右に振れても
探傷が可能なように、たとえばウェブ１Ｗの厚さ２．３
ｍｍに対して１０ｍｍの振幅で探触子２１を往復運動さ
せるため、図１４の○部分以外での探傷は不可能となる
。したがって、たとえば○部分以外のＸ点を未溶接欠陥
部が通過した場合には、健全溶接部としてそのまま通過
してしまうことになる。

【０００９】一方、特開昭５９−９９２５４号公報記載
の方法においては、多数の焦点型探触子２１を配置する
ことにより、溶接部の幅方向のほぼ全域にわたる探傷は
可能となるが、その反面、装置構成上複雑にならざるを
得ない。また、通常フランジ厚が３．０〜１２．０ｍｍ
の範囲で変わるが、その都度、探触子の配置を変えるの
では、調整が困難となり、実用的ではない。

【００１０】さらに、上記各公報により開示された方法
はいづれも、焦点型探触子２１からの集束超音波ビーム
の有効探傷幅がＥｆ≒１．１ｍｍ程度しかないために、
たとえ連続的に探傷を行ったとしても、結果としては、
あるピッチ毎の断続探傷であって、溶接Ｈ形鋼全長にわ
たる探傷は不可能である。

【００１１】そこで、本発明者は、図１５に示す方法も
行った。すなわち、図１５（Ａ）に示すように、ライン
フォーカス型探触子２を溶接Ｈ形鋼１のフランジ１Ｆの
中央上方に位置固定し、この探触子２からの集束超音波
ビームをフランジ１Ｆと直交的に入射して超音波探傷を
するものである。なお、図１５（Ｂ）は前記ラインフォ
ーカス型探触子２からの超音波ビームＢのフランジ１Ｆ
底面に対する入射状態を示す図である。

【００１２】この方法によれば、探触子としてラインフ
ォーカス型探触子２を用いることで、前記探触子からの
超音波ビームは図１５（Ｂ）に示すように入射されるこ
とから、溶接Ｈ形鋼１の溶接部５の長手方向に対する有
効探傷幅を大幅に拡大できるため、連続探傷には有効で
あったが、一方、次のような欠点もあった。まず第１に
、通常溶接Ｈ形鋼は搬送過程において左右に１０ｍｍ以
上の振れがあるため、前記ラインフォーカス型探触子２
からの超音波ビームが溶接部５を外れてしまい、フラン
ジ底面に対して入射されると、返ってきたエコーがフラ
ンジ底面のエコーでありながら、未溶接欠陥エコーと判
断され、欠陥判定信号が出力されてしまう恐れがある。 第２に、連続探傷は可能となったものの、溶接部５の幅
方向に対する有効探傷幅は焦点型探触子と同様にＥｆ≒
１．１ｍｍ程度しかないために、溶接部５の幅方向全域
の探傷は不可能である。

【００１３】さらに、近年、溶接Ｈ形鋼は大形化の一途
を辿り、それによってフランジ１Ｆとウェブ１Ｗとの溶
接部５が幅広になってきたことから、特に溶接部５の幅
方向に対する有効探傷幅の拡大が強く要請されている。

【００１４】したがって、本発明の主たる目的は、ライ
ンフォーカス型探触子を用いることによって、連続探傷
を可能とすることは勿論、溶接部の幅方向に対する有効
探傷幅を拡大することによって、大形溶接Ｈ形鋼であっ
ても、その溶接部を正確かつ高い検出精度をもって確実
に探傷ができる溶接Ｈ形鋼の超音波探傷方法を提供する
ことにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題は、連続的に搬
送される溶接Ｈ形鋼のフランジの中央位置に離間してラ
インフォーカス型探触子を位置固定し、この探触子から
の超音波ビームを水を伝播媒質としてフランジと直交的
に入射し、連続的に超音波探傷を行うとともに、前記溶
接Ｈ形鋼のウェブ両側に当接して溶接Ｈ形鋼のパスライ
ンを規制するウェブ拘束用ローラーを設け、さらに前記
ラインフォーカス型探触子のビーム束をライン方向に交
差させることで解決できる。

【００１６】

【作用】本発明によれば、溶接Ｈ形鋼のウェブ両側に当
接して溶接Ｈ形鋼のパスラインを規制するウェブ拘束用
ローラーを設けているため、搬送による溶接Ｈ形鋼の左
右の振れを実質的になくすことができる。

【００１７】一方、本発明によれば、探触子としてライ
ンフォーカス型探触子を用い、このラインフォーカス型
探触子を連続的に搬送される溶接Ｈ形鋼のフランジの中
央位置に離間して位置固定し、前記探触子からの超音波
ビームを水を伝播媒質としてフランジと直交的に入射し
、連続的に超音波探傷を行うものである。

【００１８】そのため、前述したように、溶接Ｈ形鋼溶
接部の長手方向に対する有効探傷幅を焦点型探触子に較
べて大幅に拡大できるので、連続探傷は可能となる。

【００１９】さらに、本発明によれば、前記ラインフォ
ーカス型探触子からのビーム束をライン方向に交差させ
るようにしてある。

【００２０】その結果、溶接部の幅方向に対する有効探
傷幅の拡大が図れるため、溶接Ｈ形鋼溶接部の幅方向全
域にわたる探傷が可能となるとともに、大形の溶接Ｈ形
鋼であっても、その溶接部に欠陥があるか否かを正確か
つ高い検出精度をもって探傷できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例によりさら
に具体的に説明する。図１および図２に示すように、本
発明では、探触子としてラインフォーカス型探触子２を
用い、連続的に搬送される溶接Ｈ形鋼（以下形鋼という
）１のフランジ１Ｆの中央位置に離間して探触子２を位
置固定し、水４を伝播媒質として超音波ビームをフラン
ジ１Ｆと直行的に入射させ、反射エコーの監視を行う。

【００２２】この場合、本発明によれば、ラインフォー
カス型探触子２の振動子を所定角度回転させて、前記探
触子２からのビーム束Ｂをライン方向に対して交差させ
るようにしてある。これは、探触子２からの超音波ビー
ムの溶接部５幅方向に対する有効探傷幅の拡大を企図す
るものである。

【００２３】続いて、本発明が適用される形鋼の製造検
査ラインを図２に沿って説明すると、まず搬送されたフ
ランジ１Ｆとウェブ１Ｗとを溶接機１１により溶接した
後、水冷ゾーン（図示しない）において水冷し、その後
、本発明に係る超音波探傷装置１２により超音波探傷を
行う。この探傷はラインスピード最高７０ｍ／ｍｉｎ　
の高速下で行われる。この場合、前述のように、形鋼１
は搬送によって左右に１２ｍｍ以上の振れがあるため、
探触子２を形鋼１のフランジ１Ｆの中央位置に離間して
位置固定しての探傷は不可能となってしまう。

【００２４】そこで、本発明によれば、形鋼１の左右の
振れを実質的になくすために、形鋼１のウェブ１Ｗ両側
に当接してＨ形鋼のパスラインを規制するウェブ拘束用
ローラー６を設けている。このウェブ拘束用ローラーの
設置により、形鋼１の振れを±０．５ｍｍの範囲に抑え
ることができ、探触子２は，形鋼１の搬送過程において
、常に溶接面のみを監視することができる。

【００２５】なお、本発明によれば、ウェブ拘束用ロー
ラー６を設けて、形鋼１の左右の振れを規制しているが
、図８に示すように、ウェブ１Ｗをローラー７にて抱き
込み、それを左右のスプリング８にて支持して、形鋼１
の左右の振れの動きに探触子２を追従させるようにして
もよい。

【００２６】一方、形鋼１の上下動に対し、常に探触子
２とＨ形鋼１のフランジ１Ｆ外面との間隔すなわち水４
距離を一定に保ち、探傷性能のばらつきをなくすために
、図９に示すように、探触子２に連結され、かつ昇降自
在としたＨ形鋼１のフランジ１Ｆ外表面に当接する追従
ローラー９を配設しておくのが好ましい。

【００２７】また、本発明においては、水４を超音波ビ
ームの伝播媒質として使用することから、探触子２と連
続的に搬送される形鋼１のフランジ１Ｆ外面と間に局部
水浸室を設ける必要がある。そこで、本発明によれば、
図９に示すような局部水浸用カップ１０を用いるものと
する。これは、毎分約５リットルの割合で給水し、整流
板１４とフランジ１Ｆとの間で局部水浸室を形成してい
る。凸型に成形された整流板１４の周囲には複数の穴が
設けられており、この穴を通して水４が供給されるとと
もに、給水時に発生した気泡を上方に逃がす役割を果た
す。また、局部水浸用カップ１０の下部には、毎分約５
リットルの割合で給水される水４を排出するための排出
口が設けられ、この排出口とフランジ１ＦのギャップＧ
を最大６ｍｍとすることによって、気泡の発生を防止し
ている。

【００２８】なお、図面上は、上部溶接部に対するもの
のみを示してあるが、下部フランジに対しても対照的構
造の探傷装置を設けて探傷が行われる。

【００２９】次に、本発明による超音波探傷方法を実施
するに当たり、その基礎となる実験結果について説明す
る。図３に示すように、ウェブ厚３．２×フランジ厚４
．５（単位ｍｍ）試験片Ｔ．Ｐに２φの平底穴を設け、
２φ底面エコーレベルを最大７０％（≒＋３ｄＢ）とし
て感度設定をし、ラインフォーカス型探触子２を前記試
験片Ｔ．Ｐの中心線を中心として左右に往復運動させつ
つ、１０ＭＨｚ　の探傷周波数で超音波ビームをフラン
ジ底面位置に入射し、反射エコーを監視しつつ、水距離
ＬＷ　を変化させて、２φ底面エコー５０％以上の有効
探傷幅ＬＴ　を調査した。なお、前記探触子２からの超
音波ビームの焦点距離をＦ＝２５．４ｍｍとした。

【００３０】その結果、図４に示す結果が得られた。こ
のことから判断すると、有効探傷幅ＬＴ　を最大限広く
確保するには、水距離ＬＷ　を１８〜２０ｍｍ（１９ｍ
ｍ目標）とするのが好ましいことが判った。

【００３１】また、上記実験結果より水距離を１９ｍｍ
とし、上記実験と同条件で、ラインフォーカス型探触子
２を前記試験片Ｔ．Ｐの中心線を中心として左右に往復
運動させつつ、１０ＭＨｚ　の探傷周波数で超音波ビー
ムをフランジ底面位置に入射し、反射エコーの監視をし
た。

【００３２】その結果、図５に示すように、２φの平底
穴を基準欠陥とした場合、欠陥がない健全状態であると
、２φ底面エコーのエコーレベルは５０％以下となった
ことから、５０％をスレッショルドレベルと定めること
ができ、これより高い５０％以上をリジェクトレベル（
欠陥）とすることができる。なお、実際の探傷に当たっ
ては、これらの情報は予め超音波探傷装置１２に取込ん
でおくことができる。

【００３３】ちなみに、水距離１９ｍｍでのフランジバ
ックエコー５０％以下の限界探傷範囲ＬＷ　は７．４８
ｍｍであった。

【００３４】さらに、本発明者は、ラインフォーカス型
探触子２の振動子を傾斜させつつ超音波ビームを入射し
、溶接Ｈ形鋼溶接部の長手方向および幅方向に対する有
効探傷幅ＬＴ　の測定を行った。

【００３５】その結果、図６に示すような結果が得られ
た。すなわち、前記探触子２の振動子の傾斜角０°すな
わち超音波ビームをライン方向に平行して入射した場合
には、長手方向に対する有効探傷幅はＬＴ　≒３．９ｍ
ｍとなるため、連続探傷こそ可能であるが、一方、幅方
向に対する有効探傷幅がＬＴ　≒１．１ｍｍしかないた
めに、溶接部幅方向全域の探傷は不可能となる。他方、
前記探触子２の振動子の傾斜角９０°すなわち超音波ビ
ームをライン方向に直交して入射した場合には、長手方
向に対する有効探傷幅はＬＴ≒１．１ｍｍとなってしま
い、連続探傷が不可能となるばかりか、幅方向に対する
有効探傷幅がＬＴ　≒３．９ｍｍと拡大しすぎて、前述
のフラット型探触子２０の欠点と同様に、溶接部分より
広幅の領域にわたって入射されるので、検出精度が著し
く低くなってしまいかねない。

【００３６】そこで、前記探触子２の振動子の傾斜角は
、連続探傷ができ、しかも溶接部幅方向全域の探傷がで
きる４０°〜６０°（５０°目標）とするのが好ましい
。

【００３７】上記のような条件の下で、探触子２より形
鋼１のフランジ１Ｆに入射された超音波ビームの反射エ
コーは超音波探傷装置１２に取込まれ、予め定められた
スレッショルドレベル５０％以上の場合のみ、リジェク
トレベル（欠陥）として欠陥判定信号が出力され、欠陥
マーキング装置１３にマーキング指令を行うようになっ
ている。

【００３８】なお、本実施例においては、２φの平底穴
を基準欠陥として、それより大きいものを欠陥としたが
、より精度を高めたい場合には、基準欠陥を小さくする
こともできる。

【００３９】（実験例１）次に、本発明法と比較法（特
公平２−１５０２０号公報記載の方法）との比較評価を
行った。

【００４０】

【表１】

【００４１】その結果、表１に示すように、比較法では
、有効探傷幅Ｅｆ≒０．６ｍｍの断続探傷しかできなか
ったのに対し、本発明によれば、有効探傷幅を最大３．
９ｍｍ　にまで拡大が図れたので、連続探傷が可能とな
った。

【００４２】さらに、探傷面積比率においては、本発明
法では１００％にも及び、形鋼全長にわたる探傷が行え
た。

【００４３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ラインフ
ォーカス型探触子を用いることによって、連続探傷が可
能となることは勿論、溶接部の幅方向全域にわたる探傷
が行えるので、溶接Ｈ形鋼溶接部の全長品質保証上きわ
めて有効となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明法によるラインフォーカス型探触子から
のビーム束の入射状態を示す平面図である。

【図２】本発明に係る溶接Ｈ形鋼製造ラインを示す概略
図である。

【図３】本実施例における実験方法を示す説明図である
。

【図４】有効探傷幅と水距離の関係を示す図である。

【図５】プローブ移動距離とエコーレベルの関係を示す
図である。

【図６】振動子の傾き角度と有効探傷幅の関係を示す図
である。

【図７】本発明に係るウェブ拘束用ローラーのＨ形鋼設
置状態を示す図である。

【図８】本発明に係るウェブ拘束用ローラーの変形例を
示す説明図である。

【図９】本発明に係る追従ローラーを示す説明図である
。

【図１０】本発明に係る局部水浸用カップを示す断面図
である。

【図１１】従来の探傷方法を示す説明図である。

【図１２】従来の探傷方法を示す説明図である。

【図１３】従来の探傷方法を示す説明図である。

【図１４】図１２の従来法による各探傷点の軌跡を示す
図である。

【図１５】本発明の完成に至るまでに行った方法例を示
す説明図である。

【符号の説明】

１　　　　Ｈ形鋼 １Ｆ　　フランジ １Ｗ　　ウェブ ２　　　　ラインフォーカス型探触子 ４　　　　水

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　連続的に搬送される溶接Ｈ形鋼のフラ
   ンジの中央位置に離間してラインフォーカス型探触子を
   位置固定し、この探触子からの超音波ビームを水を伝播
   媒質としてフランジと直交的に入射し、連続的に超音波
   探傷を行うとともに、前記溶接Ｈ形鋼のウェブ両側に当
   接して溶接Ｈ形鋼のパスラインを規制するウェブ拘束用
   ローラーを設け、さらに前記ラインフォーカス型探触子
   のビーム束をライン方向に交差させることを特徴とする
   溶接Ｈ形鋼溶接部の超音波探傷方法。