JPH0980031A - 超音波探傷検査方法及びこの方法を用いた超音波探傷検査機器 - Google Patents

超音波探傷検査方法及びこの方法を用いた超音波探傷検査機器

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JPH0980031A
JPH0980031A JP7236633A JP23663395A JPH0980031A JP H0980031 A JPH0980031 A JP H0980031A JP 7236633 A JP7236633 A JP 7236633A JP 23663395 A JP23663395 A JP 23663395A JP H0980031 A JPH0980031 A JP H0980031A
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JP
Japan
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wave
welding
welded portion
steel plate
flaw detection
Prior art date
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Pending
Application number
JP7236633A
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English (en)
Inventor
Hidehito Watanabe
秀仁 渡辺
Seiji Iwashita
靜司 岩下
Takashi Nagareda
隆 流田
Takayuki Oi
貴之 大井
Toshio Shimatani
利夫 島谷
Motohiro Kasahara
基弘 笠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIPPON CHOONPA SHIKEN KK
Toda Corp
Original Assignee
NIPPON CHOONPA SHIKEN KK
Toda Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023Solids
    • G01N2291/0234Metals, e.g. steel
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼板に鉄筋をフレア溶接した溶接部の溶込量を
測定すると共に、溶接部に存在する溶接欠陥を検出する
超音波探傷検査方法を提供する。 【解決手段】表面SH波探触子を溶接部の近傍に設置
し、あるビーム幅の表面SH波を鋼板の表面層内を伝播
させる。そのために、表面SH波探触子の振動子の寸法
は2〜5mmとし、入射角は26°以上とし、表面SH
波探触子と溶接部との距離は10mm〜100mmの範
囲でできるだけ近くとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、超音波探傷検査方
法に関し、特に、鉄筋のフレア溶接部の溶込量及び溶接
欠陥を表面SH波を用いて測定する超音波探傷検査方法
及びその機器に関する。
【0002】
【従来の技術】図9に示すように、鋼板1に鉄筋2をフ
レア溶接する場合、丸棒の鉄筋2の左右両隅の空間を溶
接棒を溶かして埋めるわけであるが、この場合、溶接部
3の溶込量が基準値を満たさなければならない。この溶
込量は、溶接部3の溶込量Wによって表される。
【0003】鉄筋2をフレア溶接すると、必ず、鋼板1
と鉄筋2と溶接部3との間に、図示のような不溶着部4
が生ずる。溶込量Wは、溶接部3の端から上記不溶着部
4の先端までの長さで表される。なお、PC工法住宅の
溶接工事品質管理基準では、溶込量Wを鉄筋2の直径D
の2分の1以上にすることが要求されている。
【0004】また、上記フレア溶接は鋼板1側から数度
にわたって行われるので、各回の時間差により、図9で
点線で示すように、溶接部3はいくつかの層から形成さ
れることになる。
【0005】これらの層のうち初層(最初の層)3aは
特に重要であるが、ここに、直径1mm程度の空気の泡
からなる溶接欠陥5が発生し易い。この初層3aに存在
する小さな溶接欠陥5も、溶接の品質管理にとっては見
逃せないものである。
【0006】上記のように、溶接部3の溶込量Wにして
も、溶接部3の溶接欠陥5にしても、溶接の品質管理上
重要な要素であるが、従来、上記溶込量Wは外観検査に
より推定するしか方法がなく、また、初層3a内の溶接
欠陥5は測定することができなかった。その理由は下記
の通りである。
【0007】超音波には、周知のように被検材に対して
水平方向に振動する横波(SH波)と垂直方向に振動す
る横波(SV波)と縦波(P波)とがあり、夫々、超音
波探触子内に設置された振動子を振動させることにより
発生する。最近では、横波、縦波夫々の特性を生かし
て、完全溶込み溶接部のみならず、部分溶込み溶接部や
隅肉溶接部の超音波探傷検査を行う方法が種々開発され
ている。
【0008】さて、横波法を上記のような鉄筋2のフレ
ア溶接部3に適用しても、図9に太線で示すように、探
触子6から放射された表面波7は、鋼板1、溶接部3、
鉄筋2の各表面に沿って伝播し、溶接部3の内部に伝播
しないため、溶込量Wの測定及び溶接部3内部の溶接欠
陥の検出には使用することができない。
【0009】一方、縦波は、被検材の内部まで浸透する
ので、例えば、図10に示すように、探触子6を溶接部
3の表面上に設置して縦波8を溶込量Wの方向に伝播さ
せることができる。しかしながら、この場合、不溶着部
4の全体からエコーが大きく現れるため、溶込量Wの測
定や溶接欠陥の検出を行うことはできなかった。
【0010】また、鋼板1の溶接部3と反対側の面から
縦波垂直法を用いて測定することは可能であるが、測定
する位置にウェブ等の探傷に障害となるものがある場合
は、縦波垂直法を適用することはできなかった。
【0011】図11及び図12に示すように、表面SH
波10は、鋼板等の被検材1の表面層のみを伝播する超
音波である。
【0012】図11において、表面SH波を発射する表
面SH波探触子20から発射された表面SH波10は、
被検材1の表面層を伝播し、被検材1の表面に存在する
スリット状の欠陥Sにより反射される。反射波は、往路
と同じ経路を反対方向に進み、表面SH波探触子20で
受信される。
【0013】検査機本体30は、表面SH波探触子20
の振動子を振動させ表面SH波10を発生させると共
に、表面SH波10の送信から反射波の受信までを制御
し、ブラウン管に表示し、あるいはコンピュータで計時
することにより、スリットSの位置を測定するようにな
っている。
【0014】本発明で利用した表面SH波10の重要な
性質は、図12に示すようなT継手11を有する被検材
1に対しては、継手部11の存在とは無関係に被検材1
の表面層に沿って進行することである。即ち、スリット
状欠陥SがT継手11の下にあっても、T継手11が無
い時と同様に、スリット状欠陥Sを検出することができ
る。
【0015】本発明は、上記図12において、T継手1
1を鉄筋2とし、スリットSを不溶着部4とした場合に
相当し、鋼板1に鉄筋2をフレア溶接した溶接部3に対
して、表面SH波を当て、鋼板1と鉄筋2との間に生じ
る不溶着部4の先端4aからの表面SH波の反射波を検
出し、表面SH波の出発から帰還までの時間差により溶
接部3の溶込量Wを測定する。
【0016】また、不溶着部4は鋼板1の表面にあるか
ら、鋼板1の表面層を伝播する表面SH波により検出可
能であるが、鋼板1の表面より上方にある溶接部3に存
在する溶接欠陥5を検出することは理論上不可能である
と考えられていた。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、上
記従来の超音波探傷検査方法によらず、確実に、実用的
な範囲内の正確さで、溶込量Wを測定することができる
と共に、溶接部内の小さな溶接欠陥を検出することがで
きる超音波探傷検査方法及びその機器に課題を有する。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波探傷
検査方法は、表面SH波の下記のような性質に着目し、
これを溶込量Wの測定及び溶接欠陥の検出に利用するも
のである。
【0019】しかし、本発明に係る超音波探傷検査方法
では、表面SH波探触子の振動子の大きさを適当な値に
選定することにより、鋼板1の表面より上方にある溶接
部の初層にまで表面SH波を伝播させ、これにより、溶
接部に存在する溶接欠陥をも検出することができるよう
にしたものである。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明に係る超音波探傷検査方法
の最も好ましい実施の形態は、図1に示すように、鋼板
1と鉄筋2とをフレア溶接した溶接部3の近傍に表面S
H波探触子20を設置し、表面SH波探触子20から鋼
板1の表面層に沿って溶接部3の方向に表面SH波を放
射し、不溶着部4の先端4aからの反射波を、図2に示
すように、超音波探傷検査機本体30のブラウン管上に
表示させ、この表示31により、溶接部3の溶込量Wを
測定するように構成する。
【0021】更に、本発明に係る超音波探傷検査方法に
使用される表面SH波探触子は、振動子の大きさを2〜
5mmの大きさにすることにより超音波ビームのビーム
幅を大きくし、表面SH波の鋼板への入射角を26度以
上にすることにより、図3に示すように、表面SH波1
0が鋼板1の表面より上にまで届くように構成する。こ
れにより、鋼板1の表面より上にある溶接部3の初層3
aに存在する溶接欠陥5を検出することができる。
【0022】
【実施例】以下、本発明に係る超音波探傷検査方法の実
施例について説明する。表面SH波探触子20は、外観
上、図4(A)、(B)、(C)に側面図、上面図、下
面図を夫々示すように、25×15×12mmのほぼ長
方形の金属製のケース21と、ケース21の上面後部か
ら突出する、本体30(図示せず)との接続用のコネク
タ22と、ケース21の底面の四隅に設けられた合成樹
脂製の支点23と、ケース21の底面前部中央に設けら
れた超音波発射/入射部24とを有する。
【0023】表面SH波探触子20の内部構造は、図4
(D)に示すように、前部に設けられたアクリル樹脂製
の楔25及び吸音材26と、楔25の斜面上に設置され
た振動子27と、振動子27とコネクタ22の心線とを
接続するリード線28とから構成されている。
【0024】振動子27は、本体30からコネクタ22
及びリード線28を介して送信されてくる超音波周波数
により振動し、表面SH波を楔25に伝達する。その結
果、表面SH波は、楔25の斜面に対して直角な方向に
発射される。
【0025】表面SH波10は、点線で示すように、表
面SH波探触子20を設置した鋼板1に対する垂直線2
9に対して入射角θ1 で入射し、鋼板1の表面で屈折角
θ2で屈折して前方に伝播していく。なお、入射角θ1
は、楔25の斜角θ1 と等しい。
【0026】表面SH波10の音速は、アクリル樹脂の
楔25内で2730m/sであり、鋼板1内で3230
m/sであるから、スネルの法則により、 2730/Sinθ1 =3230/Sinθ2 である。そこで、θ2 =90°(臨界角)とおくと、入
射角θ1 =26°となる。
【0027】しかし、θ2 =90°では、もし、表面S
H波10の垂直方向ビーム幅が非常に小さいならば、鋼
板1の表面にある不溶着部4の先端4aを検出すること
はできるが、鋼板1の表面より上にある溶接部3の初層
3aに存在する溶接欠陥5を検出することはできないこ
とになる。
【0028】そこで、本発明者は、下記のような実験を
行って、不溶着部4の先端と溶接部3の溶接欠陥5との
両方を検出することができるように、表面SH波探触子
20の構造を決定したものである。
【0029】即ち、図5に示すように、実験的に鋼板1
に鉄筋2を溶接し、溶接部3に直径約1mmのドリル穴
を数個あけて溶接欠陥5を模擬した。
【0030】先ず、振動子27(図4(D)参照)の寸
法を色々変えて実験した結果、図6に示すように、振動
子27の寸法が2mm以下では超音波のエネルギが不足
であり実用不可能である。また、振動子27の寸法が5
mm以上では、超音波の指向性が鋭くなり過ぎ、ビーム
幅が小さいため、鋼板1の表面より上に表面SH波が届
かず、従って、溶接欠陥5を検出することができない。
【0031】また、振動子27の寸法が約3.5mmの
場合、溶接欠陥5の検出率は最大であり、この寸法の振
動子27の垂直方向の指向性(ビーム幅)により、図7
に示すように、θが30°近くまでは溶接欠陥5の検出
を行うことができた。溶接欠陥5は、溶接部3の初層3
aに発生することが多いから、これで溶接欠陥5を充分
検出可能であることが証明された。
【0032】また、図1に示す表面SH波探触子20と
不溶着部4の先端4aとの距離について実験した結果、
図8に示すように、10mm以内では不感帯領域となり
検出できず、距離が100mm以上では、感度不足(S
/N≧2)となり限界となる。
【0033】上記実験結果に基づき、(1)表面SH波
探触子20の振動子27の寸法は2〜5mm(最も望ま
しくは3.5mm)とし、(2)楔25の斜角、つま
り、表面SH波の入射角θ1 は26°又はそれ以上と
し、(3)表面SH波探触子20から被検査位置までの
距離は10mm〜100mmの範囲内でなるべく小さく
するという条件で、不溶着部4の先端4aと初層の溶接
欠陥5との両方を実用可能な範囲内の精度で検出するこ
とができると結論することができる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る超音
波探傷検査方法とこの方法による検査機器は、表面SH
波を使用するので、鋼板の表面のスリット状欠陥は勿
論、鋼板の表面上にT継手や鉄筋等がある場合でも、そ
れらが無い場合と同様に、鋼板上の欠陥又は不溶着部を
検出することができる。
【0035】従って、従来外観検査しかできなかったフ
レア溶接部の溶込量Wの測定や、溶接部に発生しやすい
溶接欠陥を確実に検出することができ、溶接の品質管理
の向上に資することができると云う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波探傷検査方法の最も好まし
い実施形態を示す説明図である。
【図2】同実施形態における測定表示を示す説明図であ
る。
【図3】同実施形態における表面SH波の伝播状態を示
す説明図である。
【図4】表面SH波探触子の実施例を示す説明図であ
る。
【図5】溶接欠陥の検出に関する実験についての説明図
である。
【図6】同実験の結果を示すグラフである。
【図7】同実験の結果を示すグラフである。
【図8】同実験の結果を示すグラフである。
【図9】本発明に係る超音波探傷検査方法の原理を示す
説明図である。
【図10】本発明に係る超音波探傷検査方法の原理を示
す説明図である。
【図11】従来の超音波探傷検査方法を示す説明図であ
る。
【図12】従来の超音波探傷検査方法を示す説明図であ
る。
【符号の説明】
1 鋼板 2 鉄筋 3 溶接部 3a 初層 4 不溶着部 5 溶接欠陥 10 表面SH波 20 表面SH波探触子 27 振動子 30 本体
フロントページの続き (72)発明者 流田 隆 東京都中央区京橋1丁目7番1号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 大井 貴之 東京都中央区京橋1丁目7番1号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 島谷 利夫 東京都中央区京橋1丁目7番1号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 笠原 基弘 神奈川県横浜市青葉区荏田2362番地 日本 超音波試験株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼板面上に鉄筋をフレア溶接した溶接部
    に対して、前記鋼板面上の前記溶接部の近傍に設置した
    表面SH波探触子から表面SH波の横波を放射し、前記
    鋼板と前記鉄筋との間に生じる不溶着部からの反射波を
    検出し、表面SH波の路程に基づき前記溶接部の溶込量
    を測定することを特徴とする超音波探傷検査方法。
  2. 【請求項2】約3.5mmの大きさの振動子を有し、鋼
    板への入射角が約26°である表面SH波探触子を、前
    記溶接部から10mm〜100mmの範囲内でできるだ
    け近くに設置することにより、前記不溶着部の先端と前
    記溶接部の初層における溶接欠陥とを検出することを特
    徴とする超音波探傷検査機器。
JP7236633A 1995-09-14 1995-09-14 超音波探傷検査方法及びこの方法を用いた超音波探傷検査機器 Pending JPH0980031A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004184378A (ja) * 2002-12-06 2004-07-02 Koyo Seiko Co Ltd 鋼製部品の脱炭または研磨焼の検査方法
JP2007322350A (ja) * 2006-06-05 2007-12-13 Tokyo Electric Power Co Inc:The 超音波探傷装置及び方法
JP2010151501A (ja) * 2008-12-24 2010-07-08 Kawada Industries Inc 超音波探傷検査方法、及び、超音波探傷装置用探触子ユニット

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