JPS5856830B2 - カンジヨウブザイオヒハカイテキ ニ ケンサスル ホウホウ オヨビ ソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接した管状部材の壁を連続的に非破壊的に検
査する方法および装置に関する。

溶接パイプおよび溶接管の製造においては、金属板の縁
部を溶接点に持ってゆき、そこで溶接により接合するよ
うに公知の手段で管形に成形される。

管材はその長手方向に沿って直線的に延長する溶接つぎ
目により形成でき、または溶接線つぎ目が管軸を中心に
してらせん形に延長するように金属板をらせん形に巻く
ことができる。

材料である金属板に異常が存在することがあり、またに
不完全な溶接のために溶接またはその附近に異常が生ず
ることがある。

石油産業で使用するパイプの許容基準が米国石油協会（
Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｉｎ５ｔｉｔ
ｕｔｅ ）により設定されている。

この基準によれば、ある種の、およびある程度の異常は
欠陥とはみなされず、許容できるが、他の異常は欠陥で
あるとみなされる。

しかし、その異常の除去または修理によりそのパイプを
その所期の用途に許容できるようにすることができる。

ある種の有害な異常はパイプをその所期の目的に使用で
きないようにすることがある。

パイプの接合部で検出したある種の異常をパイプ製造者
が除去または修理することが実際には認められており、
それによってパイプ製造に際してのロスを防いでいる。

しかしながら、溶接パイプの溶接部はパイプの最も弱い
部分であり、通常は使用中で最も故障の多い部分である
から、溶接部に異常が存在したことを検査記録が示して
いるパイプについては、パイプ製造者は供給に抵抗を感
じ、パイプ購入者は購入に抵抗を感する。

このような慣行によりパイプ製造者はかなりの損失をこ
うむっている。

磁気探傷法によるパイプの検査の場合に、溶接部の異常
部分から出る検査信号のレベルは、パイプのスケルプ（
５ｋａｌｐ ）部の異常部からの検査信号の大きさより
も低くできる。

その理由は、溶接部にはピンホールや毛筋はどの細いク
ラックのような非常に小さな傷が生ずるのに対して、ス
ケルプ部にはピットやゴージのような大きな傷が生する
わらである。

したがって、妥当な確実さで溶接部の欠陥の真の性質を
決定することがしはしは困難であり、前記したように溶
接部に異常を有するパイプに石油産業に用いるには許容
できないと考えられるようになってくる。

少くともいくつかの異常を妥当な確実さで有害ではない
か、除去できるか、または修理できるかを決定できるよ
うに、溶接部の異常の性質と大きさを大きな確実さで確
認するために、溶接パイプの溶接部を大きな感度で検査
できることはパイプ製造者にとってはかなりの利益であ
る。

高感度のために比較的大きな信号として、検査記録また
は検査装置の読出しに現われる、あまり重要でなく許容
できる異常の指示のために、したがって本当の異常信号
を識別し、分離することを混乱または困難にする指示の
ために、あまり高い感度でパイプのスケルプ部を非破壊
検査することは通常は望ましいことはない。

米国特許第３，３４５，５６３号には溶接部分を厚くし
て作られるパイプのことが記載されている。

溶接部がこのように厚くなるのは溶接ビートがパイプの
内面から除去されていないからである。

この特許によれは、このようにするのは厚みが厚くなる
とその部分の磁束密嵌が低くなるから、溶接部の磁気探
傷の感度を低くするためであるということである。

この特許によると、検査されるパイプの溶接部の肉厚を
モニタするための装置が設けられ、かつモニタした肉厚
の直接関数および逆関数として増幅器の利得または比較
器のバイアスレベルを制御するための装置が設けられて
いる。

パイプの溶接部からの異常検査信号は増幅器または比較
器に加えられるから、検査回路の感度は肉厚の関数とし
て増加する。

しかし、高周波電気抵抗溶接法によりかなりの量のパイ
プが生産されている。

実際にはこの方法では（および他のいくつかの溶接法も
）、溶接部の肉厚かパイプのスケルプ部の肉厚とほぼ同
じになるように、パイプの内外面の溶接ビートを削った
りするのが一般的である。

たとえは、米国特許第３，１１５，０１７号には出っ張
っている溶接ビートを削り取るための機具をそなえた、
高周波電気抵抗溶接機か示されている。

パイプはその全周にわたって肉厚はほぼ一様であるから
、前記米国特許第３，３４５，５６３号に開示されてい
る検査法は、パイプの肉厚が不均一の場合にのみ有用な
ものであるから使用できない。

更に、この米国特許に示されている方法と装置はパイプ
の溶接部だけを非破壊的に検査するものである。

パイプのスケルプ部の状態も問題であるから、スケルプ
部を検査するためには別々の独立に動作する検査機器を
必要とする。

本発明の検査装置は、連続動作中に第１検査部材がパイ
プの表面を走査してスケルプ部と、溶接部に存在する有
害な異常部材は各走査中に溶接線の存在だけを検出し、
検査部材が溶接部中の有害な異常を検出している間だけ
、信号処理回路の増幅器の利得を高くするように、増幅
器の利得を変化させる制御信号を与える。

それによって高い感寒で溶接部を自動的に検査し、そう
しなければ溶接部から受ける小さな異常信号を補償する
。

以下に説明する非破壊検査法は洩れ磁束検査法である。

本発明の原理に従って別の非破壊検査法を用いることも
できる。

第１図には肉厚がほぼ一様で、溶接つぎ目１２を持つパ
イプ１１の一部が右から左へ動いている様子を示す。

実際には、パイプ１１は第１図に示すパイプの上流側に
設けられている溶接機により溶接された後でパイプミル
のコンベヤにより動かされる。

パイプを非破壊検査する装置は検査シュー１５の形の検
出ユニットを含む。

この検査シュー１５はパイプ１１の外面に接触し、移動
するパイプの外周を連続的に回転するから、移動するパ
イプのらせん状走査が検査シューにより行われる。

パイプ１１の壁の少くとも検査シュー１５の下にある部
分に、円周方向の一方向磁界８を形成するために図示の
磁極片のような装置が用いられる。

検査シュー１５は異常検出サーチコイルａ −ｊを内蔵
している。

これらのコイルはシュー１５の全面に配置され、パイプ
１１を連続的に走査する。

コイルａ −ｊは比較的小さなコイルで、パイプ１１に
存在するかもしれない有害な異常により起される洩れ磁
束を検出し、電気信号を発生する。

この信号は後述する信号処理回路に加えられる。

隣接する検査コイルは直列に接続できる。

たとえばコイルａとす、ｃとｄ、ｅとｆ等が互いに直列
接続される。

検査シュー１５は比較的大きな検査コイルｍｉｎも含む
。

これらのコイルは検査シューの長さにほぼ一杯に延ひて
おり、互いに直列接続される。

コイルｍ（！：ｎは溶接パイプ中に存在することが予期
される通常の種類の有害異常には悪寒を有さす、溶接線
１２を横切った時に出力信号を発生するように構成され
る。

実際には、コイルａ −ｊは平らなコイルであって、そ
の平らな面がパイプ１１の外面に平行となるように検査
シュー１５に取付けられる。

コイルｍとｎも平らに巻くことができるが、各コイルの
細長い一力の側だけがパイプに密接し、パイプ１１の表
向に沿う磁束の変化を検出するように、コイルの平らな
面がパイプ１１の外面に対して傾斜される。

コイルａ −ｊは比較的短いから、パイプに生ずると予
測される潜在的な有害な異常の種類を表わす異常信号を
発生する。

コイルｍとｎの長さはパイプに生ずるものと予想される
有害な異常の寸法よりもかなり長いから、理想的には連
続する溶接線１２以外には感じない。

当業者であれば検査コイルを上記のように構成できる。

コイルｍとｎが溶接線１２の存在を検出できる理由は、
スケルプの接合縁部に沿う金属が加熱され、冶金学的な
変化を行うからである。

更に、加熱された金属は硬化されて溶接部を形成したり
、溶接部が電極材料または溶加金属を含む。

したがって、溶接部の金属はパイプの他のスケルプ部分
とは磁気特性が多少異り、そのために磁束が他の部分と
は異るからである。

ある場合にはこの差異は小さいが、コイルｍとｎは検査
コイル１５のほぼ全長にわたって延びており、溶接部に
沿う洩れ磁束の感知しうる長さをさえぎるから、コイル
ｍとｎは溶接線を検出する。

高周波抵抗溶接法により溶接したパイプにしばしば起る
ことであるが、溶接線にあまり大きくない物理的な不連
続が生じても、コイルｍとｎは溶接線を検出する。

高置波抵抗溶接機とパイプの内外面から溶接ビードを除
去する機具を有する溶接装置を用いる、パイプミルを適
切に作動させている場合には、パイプの内外面間の溶接
つぎ目またはその近くに、ある程度の欠陥があったとし
ても、ある種の金属では溶接線の存在を視覚的に決定す
ることは困難である。

検査シュー１５の接続されたコイル対からの信号はケー
ブル１９を介して、本発明の信号処理回路に加えられる
。

この回路を第２図にブロック図で示す。

コイルｒｎ ＋ ｎからの溶接線信号は端子２０に加え
られ、コイル対ａとす、ｃとｄ ＋ ｅとｆ、ｇとｈ＋
ｉとＪからの異状信号は端子２１〜２５にそれぞれ加え
られる。

第２図に示すような波形の溶接線信号２６は端子２０か
ら増幅器２８に加えられ、それからパルス整形回路２９
に加えられる。

この回路の出力は方形波のトリがパルスであって、この
パルスは単安定マルチパイプレークをトリガする。

このマルチパイプレークの出力は方形波の負ゲートパル
スであって、その持続時間ｔｗは異常検査コイルａ〜ｊ
が高い感寒で検査する溶接部を通過するのに要する時間
に等しくなるように選択される。

この溶接部は約０．６５ ｃｍ〜１．３ ｃｒｎ （４
分の１〜２分の１インチ）にわたって実際の溶接線の両
側に延び、溶接作業中に潜在的に有害な異常が生ずるよ
うな部分である。

前記持続時間ｔｗに検査シュー１５の回転速度と、コイ
ルｍ 、 ｎとコイルａ −ｊとの間隔との関数として
選択される。

ゲートパルス３３はライン３４を介して各可変利得増幅
器４１〜４５の入力側に加えられ、各増幅器の利得を変
化させる。

端子２１〜２５は可変利得増幅器４１〜４５の第２入力
端に接続され、これらの増幅器にコイル対ａ −ｊで発
生されたそれぞれの異常信号を与える。

増幅器４１〜４５の出力側はパルス整形回路５１〜５５
にそれぞれ接続され、これらの回路の出力側は記録計５
８に接続される。

この記録計はそれぞれの信号の波形を記録する。

可変利得増幅器４１〜４５の出力信号を処理し、記録す
るために希望によっては他の回路や機器も利用できる。

第１，２図に示す装置と回路の動作を説明するに際して
、検査シュー１５がパイプ１１のスケルプ部を走査して
おり、コイルｍ９ ｎは異常を検出せず、第２図の端子
２０には信号が現われないと仮定する。

したがって、単安定マルチパイプレーク３２はその第１
安定状態にあり、その出力は２つのレベルのうちの高い
レベルにある。

この出力は制御信号であってライン３４を介して各増幅
器４１〜４５に加えられ、その増幅器の利得を第ルベル
にセットする。

検査コイルａ＝ｊにより検査されるパイプ１１のスケル
プ部の有害な異常に対応する異常信号は、端子２１〜２
５を介して増幅器４１〜４５に加えられ、これらの増幅
器で増幅されて最後には記録計５８で記録される。

検査シュー１５が溶接線１２を通過するとコイルｍとｎ
は溶接線を検出し、溶接線信号２０を発生する。

この信号は端子２０を介して増幅器２８に加えられ、増
幅されてからパルス整形器２９で方形パルス３１にされ
てから、単安定マルチバイブレーク３２を不安定状態に
トリガする。

この不安定状態はパルス３１の持続時間ｔｗに等しい時
間だけ持続され、それによりゲートパルス３３を発生す
る。

このパルスは増幅器４１〜４５に加えられてその利得を
増加させ、それらの増幅器がコイルａ ＝ ｊからの入
力異常信号に対しより高い感晩を持つようにする。

増幅器４１〜４５の利得が高くなるから、パイプ１１の
溶接部は高い感度で検査され、検査記録は溶接部の性質
をよりはっきりと示す。

可変利得増幅器４１〜４５をゲートする別の装置は、検
査シュー１５に溶接線検出用の別のコイルｐ２ｇを用い
ることである。

これらのコイルはコイルｍ、ｎにほぼ等しいが、検査シ
ュー１５の後縁部が溶接線１２を通過した時に第２の溶
接線信号を発生するように、検査シュー１５の後縁部に
設けられる。

次に第３図を参照して、双安定マルチパイプレーク３２
′はコイルｒｎ ｖ ｎから発生される第１溶接線信号
により第２安定状態にセットされて、低レベルの出力を
発生し、コイルｐ２ｇから発生される第２溶接線信号に
より第１安定状態にリセットされ、高いレベルの出力を
発生する。

したがって、ライン３４に現われるゲート信号３３は、
異常検出コイルａ −ｊが溶接部を通過している間は可
変利得増幅器４１〜４５が高い利得で動作するような、
発生時刻と持続時間ｔｗとを有する。

あるいは、第１図に示すそれぞれの信号処理チャンネル
の各増幅器４１〜４５の利得を変化するために、各チャ
ンネルに一定の互いに異なる利得を有する２つの増幅器
を用い、ライン３４に現われるゲートパルス３３に応答
して、いずれか−力の増幅器を信号処理回路に切換える
ことができる。

第４図はこのような装置を簡単なブロック図で示す。

入力端子２１′は増幅器４１′と４１“に接続される。

増幅器４１“の利得は増幅器４１′の利得よりも高い。

これらの増幅器の出力側はスイッチング装置６１に接続
される。

この装置は、ライン３４に現われる信号３３が高いレベ
ルの時に増幅器４１′をパルス整形回路５１に接続し、
信号３３が低レベルの時に増幅器４１“だけを回路５１
に接続するように動作する。

信号３３が低レベルというのは検出コイルａ ＝ ｊが
溶接部を検査している時である。

さた、スケルプ部と溶接部を検査している間に、各信号
処理チャンネルの信号比較回路の基準バイアスレベルを
変えることにより、信号処理回路の特性を変化できる。

すなわち、コイルａ −ｊからの異常信号は信号比較器
の入力端子にそれぞれ加えられる。

信号３３またはそれに対応する信号は基準信号として比
較器に加えられる。

この比較器は入力信号のうち基準信号の大きさをこえる
部分を、その出力側に発生する。

基準信号すなわちゲートパスス３３は大きさが変化する
から、比較器の出力信号も変化する。

本発明の原理はいわゆるらせん溶接パイプの検査にも用
いることができる。

第５図に示すように、パイプ７１はその全長にわたって
らせん状に延びる溶接つぎ目７２を有する。

検査シュー７５はパイプ７１の表面に適合するような形
状を持ち、その内部には検査コイルｍ、ｎとａ −ｊが
収められている。

検査シューとコイルは前方に送られるパイプ７１の周囲
の円形路に沿って回転するように、溶接線７２に平行に
配置される。

溶接線信号と異常信号を処理する回路は前記処理回路と
同じである。

ある場合にはパイプの外面にロールマークが付くことが
ある。

これらのマークはパイプの製造中に付くすり跡や刻み目
である。

これらの跡が溶接線検出コイルｍ 、 ｎ ｔ ｐ ｊ
ｑに望ましくない信号を発生する場合には、検査シュ
ー１５をパイプの内側に設けてその内面を走査すること
もできる。

検査シューをパイプの内側に支持する内面支持構造体は
米国等許第３，５３５，６２４号に開示されているもの
と同様である。

検査シューとパイプとを相対的に回転させるために、適
当な装置が設けられる。

以上の説明で、「信号処理回路の特性」という用語は、
増幅器の利得と比較回路のバイアスレベルを示すために
用いている。

このような特性は信号処理回路の信号処理特性の一例で
あり、そのような用語は特許請求の範囲でもそのように
理解すべきであることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図はパイプの溶接線の存在とパイプの溶接部および
スケルプ部の有害な異常とをそれぞれ検出する検出コイ
ルを有する検査ユニットの概略斜視図、第２図はスケル
プ部からの異常信号を１つの感度で処理し、溶接部から
の異常信号を高い悪寒で処理する信号処理装置のブ冶ツ
ク図、第３図は第２図の装置に含まれるゲート信号発生
装置の別の実施例のブロック図、第４図は第２図の装置
の信号処理チャンネルの別の装置のブロック図、第５図
はらせん状溶接つぎ目を有するパイプを検査する検査コ
イルの別の例を示す略図である。 ＩＬ７１・・・・・・パイプ、１２．７２・・・・・・
溶接つぎ目、１５・・・・・・検査シュー ａ”３ｓ
ｍ ＋ ｎ ｐ ｐｙｑ・・・・・・検査コイル、２９
．２９’、５１〜５５・・・・・・パルス整形器、３２
・・・・・・単安定マルチパイプレーク、３２′・・・
・・・双安定マルチパイプレーク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接線を含む溶接部を有する管状部材の非破壊検査
   方法であって、前記溶接部の肉厚は部材の他の部分の肉
   厚とほぼ同じであるが、溶接熱のために溶接部の冶金学
   的性質は部材の他の部分のそれとは異なり、検査を行う
   装置は溶接部とその他の部分とを検査する場合に異った
   動作を行う管状部材の非破壊検査法において、検査装置
   が管状部材の周囲を完全に定検して溶接線と部材の残り
   の部分を逐次走査するように管状部材と異常検出装置と
   の間に相対回転運動を行わせる工程と、相対運動中に前
   記管状部材中の有害な異常を検出し、検出した異常に対
   応する異常信号を与える工程と、管状部材の走査中に溶
   接部の種々の冶金学的性質を検出し、管状部材の走査中
   に溶接部から出る異常信号よりも時間的に先行して生ず
   る溶接部側（財）信号を発生する工程と、前記制菌信号
   に応答して第１の値から第２の値に変化できる信号処理
   特性を有する異常信号処理装置に前記異常信号と前記制
   御信号とを与える工程と、溶接部が有害な異常を検出す
   るために検査される度に前記信号処理装置の前記特性を
   前記第２の値に変化する工程とをそなえることを特徴と
   する管状部材の非破壊検査方法。 ２ 溶接線を含む溶接部を有する管状部材を非破壊的に
   検査する装置であって、前記溶接部の肉厚は管状部材の
   他の部分の肉厚とほぼ同じであるが、溶接中の加熱のた
   めに溶接部の冶金学的性質は他の部分とは異なり、前記
   検査装置は溶接部の検査の時には１つの検査特性で動作
   し、前記他の部分の検査の時には別の検査特性で動作す
   る管状部材の非破壊検査装置において、前記部材中の有
   害な異常を検出し、その検出に応じて異常信号を発生す
   る装置と、前記溶接部中の異なった冶金学的特性を検出
   して、前記異常検出装置か前記溶接部を検出している間
   は１つの値を有し、別の時には別の値を有する制御信号
   を発生する装置と、前記部材と前記異常検出装置および
   溶接部検出装置との間に相対らせん運動を起させる装置
   と、前記制御信号に応じて第１の値から第２の値に変化
   する信号処理特性を有する信号処理装置と、前記異常信
   号と前記制御信号を前記信号処理装置に加えて制御信号
   が前記１つの値の時だけ前記信号処理特性を前記第２の
   値に変える装置とをそなえることを特徴とする管状部材
   の非破壊検査装置。 ３ はぼ一様な肉厚と溶接部とを有する管状部材を検査
   して、前記部材の他の部分よりも溶接部を高い感度で検
   査する非破壊検査装置において、第１および第２の検出
   装置を有する検査ユニットと、このユニットが前記部材
   の周囲を完全に走査して前記部材の溶接線と残りの部分
   を逐次走査するように前記検査ユニットと前記部材の間
   に相対回転運動を与える装置と、制御信号に応じて第１
   の値から第２の値に変化する信号処理特性を有する信号
   処理装置と、前記第１検出装置を前記信号処理装置に結
   合して異常信号を信号処理装置に与える装置と、制御信
   号を前記信号処理装置に与えて、第１検出装置が溶接線
   の部分を検査している時に前記信号処理装置が前記特性
   のうちの１つの値を示し、第１検出装置が部材の残りの
   部分を検出する時に前記信号処理装置が前記特性の別の
   値を示すようにするために前記第２検出装置を前記信号
   処理装置に結合する装置とをそなえ、前記第１検出装置
   は前記部材中の前記溶接部分の潜在的に有害な異常を含
   む潜在的に有害な異状を検出し、その検出に応じて異常
   信号を発生するように構成および配置され、前記第２検
   出装置は前記溶接線を検出してその検出に応じて溶接線
   信号だけを発生するように構成および配置され、これら
   ２つの検出装置は第１の装置が溶接線を通過する前に第
   ２の装置が溶接線を通過するように構成されることを特
   徴とする管状部材の非破壊検査装置。 ４ 溶接線を含む溶接部を有する管状部材を非破壊的に
   検査する装置において、前記溶接部の肉厚は前記部材の
   他の部分の肉厚とはあまり異っておらず、前記検査装置
   は溶接部を検査する時は１つの検査特性で動作し、前記
   性の部分を検査する時は別の検査特性で動作する非破壊
   検査装置において、第１および第２の検出装置を有する
   検査ユニットと、このユニットが前記溶接部と前記残り
   の部分を連続的に走査するように前記検査ユニットと前
   記部材との間に相対らせん運動を行わせる装置と、制御
   信号に応答して第１の値から第２の値に変化する信号処
   理特性を有する信号処理装置と、異常信号を前記信号処
   理装置に与えるために前記第１検出装置を前記信号処理
   装置に結合する装置と、前記溶接部信号に応答して、第
   ２検出装置が溶接部を検出した時に始まって第１検出装
   置が溶接部を通過した時に終る時間中は１つの値を有し
   、別の時間中は別の値を有する制御信号を発生する装置
   と、制御信号が前記１つの値の時に前記信号処理特性を
   第２の値に変えるために前記制御信号を前記信号処理装
   置に与える装置とをそなえ、前記第１検出装置は前記部
   材中の前記溶接部の有害な異常を含む有害な異常を検出
   してその検出に応じて異常信号を発生するように構成か
   つ配置され、前記第２検出装置は前記溶接部を検出して
   その検出した溶接部に対応する溶接部信号だけを発生す
   るように構成かつ配置され、前記第２検出装置は検査ユ
   ニットが溶接部を走査した時に溶接部の異常に対応する
   異常信号に先行して溶接部信号を発生するように構成さ
   れ、配置され、かつ動作することを特徴とする管状部材
   の非破壊検査装置。 ５ 溶接線を含む溶接部を有する管状部材を非破壊的に
   検査する装置であって、前記溶接部の肉厚は前記部材の
   他の部分の肉厚とほぼ同じであるが溶接部の冶金学的性
   質が溶接中の加熱のために他の部分とは異なり、前記検
   査装置は溶接部を検査する時は１つの検査特性を有し、
   前記性の部分を検査する時は別の検査特性を有する管状
   部材の非破壊検査装置において、第１および第２検出装
   置を有する検査ユニットと、この検査ユニットが前記溶
   接部と前記性の部分を連続的に走査するように前記検査
   ユニットと前記部材との間に相対らせん運動を起させる
   装置と、制御信号に応答して第１の値から第２の値に変
   化する信号処理特性を有する信号処理装置と、この信号
   処理装置に異常信＼ 号を与えるために前記第１検出装置を前記信号処理装置
   に結合する装置と、前記溶接部信号に応答して、前記第
   ２検出装置が溶接部を検出した時に始まって第１検出部
   が溶接部を通過した時に終る時間中は１つの値を有し、
   別の時間中は別の値を有する制御信号を発生する装置と
   、制御信号が前記１つの値の時 前記信号処理特性を第
   ２の値に変えるために前記制御信号を前記信号処理装置
   に与える装置とを なえ、前記第１検出装置は溶接部の
   有害な異常を含む前記部材中の有害な異常を検出し、そ
   れに応じて異常信号を発生するように構成および配置さ
   れ、前記第２検出装置は前記溶接部の異った冶金学的特
   性を検出し、溶接部の異なる冶金学的特性に対応する溶
   接部信号だけを発生するように構成および配置され、前
   記第２検出装置は前記異常信号に先行して溶接部信号を
   発生するように構成され、配置され、動作することを特
   徴とする管状部材の非破壊検査装置。