WO2014007023A1 - 欠陥検出装置、欠陥検出方法、プログラム及び記憶媒体 - Google Patents

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WO2014007023A1
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flaw detection
ultrasonic
steel pipe
ultrasonic beam
welded steel
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永田　泰昭
雄伍 佐藤
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新日鐵住金株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a defect detection device and a defect detection method for detecting a defect present on a weld surface formed along a pipe axis direction of a welded steel pipe, a program for causing a computer to execute the defect detection method, and the program to be stored.
  • the present invention relates to a computer-readable storage medium.
  • a case where defect detection is performed on a small diameter electric resistance steel pipe having a pipe diameter of 5 inches or less and a pipe thickness of 7.5 mm or less will be described as an example.
  • the present invention is not limited to this.
  • another welded steel pipe such as an arc welded steel pipe may be the target of defect detection.
  • FIG. 18A and FIG. 18B are schematic views showing an example of a general method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe.
  • a number of roll groups (not shown) are conveyed while continuously transporting a strip-shaped steel plate (strip steel) 201 in a direction 202.
  • the butt end surface 203 is melted by induction heating by a high frequency coil 204 or direct current heating by a contact tip (not shown) and pressed by a squeeze roll 205 to weld the butt end surface 203.
  • a squeeze roll 205 to weld the butt end surface 203.
  • the electric resistance welded steel pipe 200 in which the welded portion 210 (welded surface) is formed along the pipe axis direction 220 is manufactured is manufactured.
  • the welded surface is the end surface of the hot-rolled steel sheet formed into an open tubular shape, heated and melted, and the molten surface is discharged by applying pressure to complete the bonding.
  • the welding surface may be referred to as a welding contact surface.
  • the quality of the welded portion 210 is very important, and in the manufacturing process of the electric resistance welded pipe 200, on-line flaw detection is generally performed to determine whether or not there is a defect in the welded portion 210 by ultrasonic oblique angle flaw detection. It has been broken.
  • the inner surface 200N of the steel pipe 200 is reflected once and irradiated to the welded portion 210 (welded surface), the reflected ultrasonic beam is received by the array probe 250, the received ultrasonic beam is analyzed, and the welded portion 210 ( It is detected whether or not there is a defect on the welding surface.
  • Japanese Patent No. 4544240 discloses a so-called tandem flaw detection technique in which separate array probes are provided for ultrasonic beam transmission and reception.
  • the ultrasonic beam is once reflected by the inner surface 200N of the electric resistance welded steel pipe 200 and irradiated to the welded portion 210 (welded surface), the welded portion 210 is irradiated.
  • the ultrasonic beam cannot be irradiated substantially perpendicularly to the (welded surface) and, as a result, a defect exists in the welded portion 210 (welded surface), the normality from the defect reaching the array probe 250 can be reduced.
  • the reflected ultrasonic beam is weakened. Therefore, for example, there is a problem that it is difficult to detect a minute defect (about 0.2 mm) such as a penetrator.
  • the present invention has been made in view of such problems, and can detect minute defects, and improve the detection accuracy of defects even in a small-diameter welded steel pipe with a relatively small thickness.
  • the purpose is to provide a mechanism to do this.
  • a defect detection device for detecting a defect existing on a weld surface formed along a pipe axis direction of a welded steel pipe, which is installed outside the outer surface of the welded steel pipe. From a phased array probe in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged, and a group of ultrasonic transducers for flaws including a part or all of the plurality of ultrasonic transducers, from the outer surface of the welded steel pipe The ultrasonic inspection beam incident on the welded steel pipe is directly incident on the welded surface substantially perpendicularly to the welded surface without being reflected by the inner surface of the welded steel pipe and converges on the welded surface.
  • the reception means for receiving the reflected ultrasonic beam for flaw detection via the ultrasonic transducer group for flaw detection, and the flaw detection ultrasonic beam received by the reception means , Defects on the weld surface Defect detecting apparatus including a defect determining means for determining whether or not to, is provided.
  • the defect detection apparatus according to the first aspect, wherein the welded steel pipe is a small diameter electric resistance steel pipe having a pipe diameter of 5 inches or less and a pipe thickness of 7.5 mm or less. .
  • water is present as a medium through which the ultrasonic beam for flaw detection propagates between the phased array probe and the outer surface of the welded steel pipe, and the transmission
  • the means further transmits a water determination ultrasonic beam substantially perpendicular to the outer surface of the welded steel pipe from a water determination ultrasonic transducer group including a part or all of the plurality of ultrasonic transducers.
  • the receiving means further receives the reflected ultrasonic beam for water determination via the ultrasonic transducer group for water determination, and based on the ultrasonic beam for water determination received by the receiving means,
  • a defect detection apparatus according to the first or second aspect, further comprising water determining means for determining whether or not a space between the phased array probe and the outer surface of the welded steel pipe is filled with water.
  • a defect detection apparatus according to a third aspect of transmitting the flaw detection ultrasonic beam from the flaw detection ultrasonic transducer group is provided.
  • the ultrasonic beam for flaw detection is provided between the phased array probe and the outer surface of the welded steel pipe so as to correspond to the phased array probe.
  • a defect detection apparatus according to any one of the first to fourth aspects further including a focusing lens for focusing in the axial direction is provided.
  • the region of the pipe thickness direction on the weld surface Setting means for setting the number N of divisions, and dividing means for dividing the plurality of ultrasonic transducers included in the flaw detection ultrasonic transducer group into N groups according to the number N of divisions set by the setting means
  • the transmitting means sequentially transmits the ultrasonic beam for flaw detection from each group divided by the dividing means so that the ultrasonic beam for flaw detection is sequentially incident on each divided area of the welding surface.
  • the ultrasonic beam for flaw detection is provided between the phased array probe and the outer surface of the welded steel pipe so as to correspond to the phased array probe.
  • a focusing lens for focusing in the axial direction wherein the focusing lens has a curvature radius of a curved surface along the tube axis direction that varies along an arrangement direction of the plurality of ultrasonic transducers;
  • a defect detection apparatus is provided according to a sixth aspect in which the radius of curvature is increased in a direction in which a propagation distance of the flaw detection ultrasonic beam from a phased array probe to the weld surface increases.
  • the number of sections in the tube thickness direction on the weld surface Setting means for setting N, and the transmitting means applies a part of the plurality of ultrasonic transducers so that the ultrasonic beam for flaw detection is sequentially incident on each divided area of the welding surface.
  • the transmission means includes all of the plurality of ultrasonic transducers so that the ultrasonic beam for flaw detection sequentially enters each of the divided areas of the welding surface.
  • the ultrasonic wave for flaw detection is transmitted by sequentially switching the transmission direction from the ultrasonic transducer group for flaw detection, and the welded steel pipe is transmitted from the ultrasonic transducer group for water determination including a part of the plurality of ultrasonic transducers.
  • a defect detection apparatus according to the third or fourth aspect is provided that transmits the water-determining ultrasonic beam to the outer surface.
  • the ultrasonic beam for flaw detection is provided between the phased array probe and the outer surface of the welded steel pipe so as to correspond to the phased array probe.
  • a defect detection apparatus according to a ninth aspect, further comprising a focusing lens for focusing in the axial direction is provided.
  • the setting means rounds up the value obtained by dividing the pipe thickness of the welded steel pipe by the effective beam diameter of the flaw detection ultrasonic beam on the weld surface to the first decimal place.
  • a defect detection apparatus according to any one of the sixth to tenth aspects in which a value is set as the division number N is provided.
  • the effective beam diameter is 0.5 or more when the maximum value of the displacement inside the welded steel pipe due to vibration of the flaw detection ultrasonic beam is 1.
  • a phased array probe installed outside the outer surface of a welded steel pipe and arranged with a plurality of ultrasonic transducers, along the pipe axis direction of the welded steel pipe.
  • a flaw detection ultrasonic beam incident on the welded steel pipe from the outer surface of the welded steel pipe is directly incident on the welded surface substantially perpendicularly without being reflected by the inner surface of the welded steel pipe and is focused on the welded surface.
  • a defect detection method comprising: a defect determination step of determining whether a defect is present in the weld surface is provided.
  • the defect detection method according to the thirteenth aspect wherein the welded steel pipe is a small diameter electric resistance steel pipe having a pipe diameter of 5 inches or less and a pipe thickness of 7.5 mm or less. .
  • water is present as a medium through which the flaw detection ultrasonic beam propagates between the phased array probe and the outer surface of the welded steel pipe.
  • a defect determination method according to the thirteenth or fourteenth aspect, further comprising: a water determination step of determining whether or not a space between the phased array probe and the outer surface of the welded steel pipe is filled with water. Provided.
  • a sixteenth aspect of the present invention using a phased array probe that is installed outside the outer surface of a welded steel pipe and in which a plurality of ultrasonic transducers are arranged, along the pipe axis direction of the welded steel pipe.
  • a computer-readable storage medium storing the program according to the sixteenth or seventeenth aspect.
  • the present invention it is possible to detect a minute defect, and it is possible to improve the detection accuracy of a defect even with a small-diameter welded steel pipe having a relatively small thickness.
  • FIG. 8 is a diagram showing an analysis result by a simulation model in each flaw detection method of the flaw detection method of the present invention shown in FIGS. 7A to 7D and a flaw detection method of a comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a radius of curvature of the acoustic lens illustrated in FIGS. 1 and 3 and an array length (array position) of a phased array probe according to the first embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows an example of the process sequence of the defect detection method by the defect detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the 1st Embodiment of this invention and shows an example of the received waveform of the reflected ultrasonic beam for flaw detection.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of a defect detection apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • This defect detection apparatus 100 is an apparatus for detecting defects included in a welded portion 210 (welded surface) formed along the pipe axis direction (220 in FIG. 18B) of an electric resistance welded steel pipe 200 which is a kind of welded steel pipe. It is. Further, FIG. 1 shows a cross section of the electric resistance welded pipe 200 shown in FIG. 18B (more specifically, the vicinity of the welded portion 210 in the cross section of the electric resistance welded pipe 200).
  • the defect detection apparatus 100 includes an acoustic lens 110, a phased array probe 120, and a control processing apparatus 140, as shown in FIG.
  • the control processing device 140 also includes an object condition input unit 141, a transmission / reception condition setting unit 142, a transmission / reception control unit 143, a transmission unit 144, a reception unit 145, a reception signal processing unit 146, and a defect determination unit 147. And a water determination unit 148 and a recording / display unit 149.
  • the acoustic lens 110 is provided corresponding to the phased array probe 120 between the phased array probe 120 and the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200.
  • the acoustic lens 110 is a focusing lens for focusing the flaw detection ultrasonic beam 131 output from the phased array probe 120 in the tube axis direction.
  • the flaw detection ultrasonic beam 131 is transmitted in order to detect a defect when a defect exists in the welded portion 210 of the ERW steel pipe 200.
  • the phased array probe 120 is installed outside the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200, and is formed by arranging a plurality of ultrasonic transducers 121.
  • the phased array probe 120 according to the present embodiment outputs a flaw detection ultrasonic transducer group that outputs a flaw detection ultrasonic beam 131 and a coupling check ultrasonic beam (water determination ultrasonic beam) 132.
  • the coupling check ultrasonic transducer group (water determination ultrasonic transducer group) is composed of mutually different ultrasonic transducers.
  • the flaw detection ultrasonic transducer group is configured by a part of a plurality of ultrasonic transducers among the plurality of ultrasonic transducers 121 arranged in the phased array probe 120,
  • the ultrasonic transducer group for coupling check is a part of a plurality of ultrasonic transducers 121 of the plurality of ultrasonic transducers 121 arranged on the phased array probe 120, and the ultrasonic transducer group for flaw detection. It is comprised from the ultrasonic transducer
  • the subject condition input unit 141 performs a process of inputting conditions (subject conditions) of the electric resistance welded steel pipe 200 that is the subject.
  • the subject condition input unit 141 performs a process of inputting the subject condition input by the user into the control processing device 140.
  • the subject condition include the outer diameter and thickness of the electric resistance welded steel pipe 200, the length in the pipe axis direction 220, and the pipe making speed.
  • the transmission / reception condition setting unit 142 performs processing for setting transmission / reception conditions based on the subject condition input by the subject condition input unit 141.
  • the transmission / reception conditions for example, the transmission / reception timing of the flaw detection ultrasonic beam 131 and the coupling check ultrasonic beam 132, the transmission frequency of these ultrasonic beams, and the ultrasonic wave used for transmission / reception of these ultrasonic beams are used.
  • Each channel of the ultrasonic transducer group for flaw detection so that the ultrasonic transducer 121 hereinafter referred to as “channel (ch)” as necessary
  • channel (ch) as necessary
  • the transmission / reception control unit 143 controls the transmission unit 144 and the reception unit 145 based on the transmission / reception conditions set by the transmission / reception condition setting unit 142.
  • the transmission unit 144 transmits the flaw detection ultrasonic beam 131 from the flaw detection ultrasonic transducer group of the phased array probe 120, and performs a coupling check of the phased array probe 120.
  • a process for transmitting the coupling check ultrasonic beam 132 from the ultrasonic transducer group is performed.
  • the transmitter 144 outputs the ultrasonic testing beam 131 at an oblique angle from the ultrasonic transducer group for testing of the phased array probe 120 toward the outer surface 200G of the electric resistance welded steel pipe 200.
  • the receiving unit 145 receives the reflected ultrasonic beam 131 for flaw detection through the flaw detection ultrasonic transducer group based on the control by the transmission / reception control unit 143, and receives the reflected ultrasonic beam 132 for coupling check. A process of receiving via the coupling check ultrasonic transducer group is performed.
  • the reception signal processing unit 146 processes the ultrasonic beam (reception signal) received by the reception unit 145.
  • the defect determination unit 147 performs a process of determining whether or not there is a defect in the welded portion 210 of the ERW steel pipe 200 based on the flaw detection ultrasonic beam 131 received by the reception unit 145. Furthermore, the defect determination part 147 also performs the process which determines the position and magnitude
  • the water determination unit 148 determines whether the phased array probe 120 (strictly speaking, the acoustic lens 110) and the outer surface 200 ⁇ / b> G of the ERW steel pipe 200. A process for determining whether the space is filled with water without air or the like is performed.
  • the recording / display unit 149 performs processing for recording and displaying the result of processing by the reception signal processing unit 146 and the result of determination by the defect determination unit 147 and the water determination unit 148. Further, the recording / display unit 149 performs processing for recording and displaying various data and various information as necessary.
  • the water determination unit 148 causes the phased array probe 120 (strictly speaking, the acoustic lens 110) and the ERW steel pipe 200 to When it is determined that the space between the outer surface 200 ⁇ / b> G and the outer surface 200 ⁇ / b> G is filled with water, processing for transmitting the flaw detection ultrasonic beam 131 from the flaw detection ultrasonic transducer group of the phased array probe 120 is performed.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of transmission / reception of the flaw detection ultrasonic beam 131 shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 only the ERW steel pipe 200 and the phased array probe 120 shown in FIG. 1 are illustrated.
  • the group of ultrasonic transducers for flaw detection of the phased array probe 120 that outputs the ultrasonic beam 131 for flaw detection is composed of a plurality of ultrasonic transducers 121.
  • the flaw detection ultrasonic beam 131 is transmitted from the flaw detection ultrasonic transducer group, and the flaw detection ultrasonic beam 131 is about 70 with respect to the incident direction on the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200. It is refracted and directly irradiated to the welded portion 210 (welded surface) substantially perpendicularly without being reflected by the inner surface 200N of the ERW steel pipe 200.
  • a flaw detection method using the flaw detection ultrasonic beam 131 will be referred to as a “70 ° flaw detection method”.
  • a focused beam is incident on the welded portion 210 (welded surface) substantially perpendicularly for the purpose of improving the detection sensitivity of the defect 211 existing in the welded portion 210 (welded surface). .
  • the focused beam is incident substantially perpendicularly to the welded portion 210 (welded surface), so that the reflected ultrasonic beam directly from the defect 211 is directly reflected in the regular reflection direction without causing loss of ultrasonic energy due to multiple reflection. This is because it can be received.
  • the beam is favorably placed at a target position in the ERW steel tube 200 due to the influence of the curvature of the ERW steel tube 200.
  • the phased array probe 120 is employed to favorably focus the beam on the targeted position in the ERW steel pipe 200 without being affected by the curvature of the ERW steel pipe 200. If the phased array probe 120 is adopted, a focused beam can be formed in consideration of the curvature of the ERW steel pipe 200 by selecting the ultrasonic transducer group for flaw detection and controlling the delay time of ultrasonic transmission by each ultrasonic transducer. Therefore, it is possible to realize higher defect detection performance than a single focusing probe.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the acoustic lens 110 shown in FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the acoustic lens 110 is provided corresponding to the phased array probe 120 between the phased array probe 120 and the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200.
  • the acoustic lens 110 focuses the flaw detection ultrasonic beam 131 output from the phased array probe 120 in the tube axis direction 220 of the ERW steel tube 200.
  • the flaw detection ultrasonic beam 131 can be focused in the tube thickness direction of the ERW steel pipe 200 by the phased array probe 120. It is also possible to focus in the tube axis direction 220.
  • the optimal phased array probe 120 was analyzed.
  • the thickness of the ERW steel pipe 200 was 3.4 mm
  • the outer diameter was 101.6 mm
  • the defect size set at the center in the depth direction of the weld was 0.2 mm in height and 0.1 mm in width. .
  • FIG. 4 is a schematic diagram of the phased array probe 120 shown in FIG. 1, showing the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows the first embodiment of the present invention and is a diagram showing an example of the correlation between the aperture diameter of the phased array probe 120 shown in FIG. 4 and the SN ratio related to defect detection.
  • the frequencies of ultrasonic waves to be transmitted are 5 MHz and 10 MHz, the width of each ultrasonic transducer 121 (element width e in FIG. 4), and the interval between adjacent ultrasonic transducers 121 (pitch p in FIG. 4).
  • the ratio of signal to noise (SN ratio) in a 0.2 mm micro defect in the tube thickness direction was compared. The result is shown in FIG. At this time, the signal-to-noise ratio was defined as the ratio of the maximum amplitude of the ultrasonic wave from the defect and the noise as the amplitude of the ultrasonic wave immediately before the ultrasonic wave from the defect.
  • the S / N ratio is 200 and the maximum. It became.
  • the number of elements (number of channels) of the ultrasonic transducer 121 when the SN ratio is maximized is 16 elements (16 ch) since it can be expressed as opening diameter ⁇ pitch ⁇ number of elements as shown in FIG.
  • the specification that maximizes the S / N ratio is adopted for the phased array probe 120.
  • the flaw detection method of the present invention was compared with other flaw detection methods by simulation analysis.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the electric resistance welded steel pipe 200 used in the simulation, showing the first embodiment of the present invention.
  • the pipe thickness is set to 3.4 mm, and three defects 211G, 211C, and 211N are provided in the welded portion 210.
  • the outer surface vicinity defect 211G having a thickness of 0.2 mm to 0.4 mm from the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200 and a thickness of about 0.
  • a defect near the center 211 of 2 mm and an inner surface defect 211N having a thickness of 0.2 mm to 0.4 mm from the inner surface 200N of the ERW steel pipe 200 were provided.
  • FIG. 7A to 7D are schematic diagrams of simulation models in each flaw detection technique of the flaw detection technique of the present invention and the flaw detection technique of the comparative example.
  • FIG. 7A shows a schematic diagram of a model of Comparative Example 1 using a single focus probe and a 70 ° flaw detection method
  • FIG. 7B shows a 70 ° flaw detection using an array probe as an ultrasonic probe
  • FIG. 7C shows a model schematic diagram of Comparative Example 2 according to the conventional oblique flaw detection method shown in FIG. 19, and
  • FIG. 7D shows the model schematic diagram of the present invention according to the method.
  • the model outline figure of the comparative example 3 by the tandem flaw detection method which the ultrasonic probe is an array probe and is shown in patent 4544240 gazette is shown.
  • the specifications of the ultrasonic probes shown in FIGS. 7A to 7D are as follows.
  • the single focusing probe shown in FIG. 7A has a frequency of 5 MHz, a transducer diameter of 13 mm, and a focal length of 51 mm.
  • the array probe shown in FIGS. 7B and 7C was used with a frequency of 5 MHz, a pitch p of 0.5 mm, an element width e of 0.4 mm, and 16 elements (16 channels). That is, the correlation diagram shown in FIG. 5 was used under conditions where the SN ratio was maximum (200).
  • each flaw detection method shown in FIGS. 7A to 7D is as follows.
  • the water distance, the incident point of the ultrasonic wave, and the position of the welded portion 210 are fixed, and three defects (211G, 211C, 211N), the ultrasonic beam hits vertically.
  • the ultrasonic beam does not hit the outer surface vicinity defect 211G and the inner surface vicinity defect 211N perpendicularly, since the pipe thickness of the ERW steel pipe 200 is as thin as 3.4 mm, it was approximated as substantially vertical.
  • the focal point of the ultrasonic beam was set so as to be focused on the welded portion 210 in the calculation.
  • the water distance, the ultrasonic incident point, and the position of the welded portion 210 are fixed to the same settings as in the 70 ° flaw detection method, and the defect near the outer surface 211G and the vicinity of the central portion are fixed.
  • a single reflection method is adopted in which an ultrasonic beam is reflected once by the inner surface 200N and incident on the defect 211C. Further, the inner surface vicinity defect 211N is omitted because it has the same aim as the 70 ° flaw detection method.
  • a model was created following the method described in Japanese Patent No. 4544240. Specifically, as shown in FIG.
  • the refraction angle of the ultrasonic beam is 45 °
  • the water distance is 22.6 mm (array probe central axis)
  • the number of transmitting elements is 20 ch
  • the number of receiving elements is 24 ch. Only analysis for defect 211C was performed.
  • FIG. 8 is a diagram showing an analysis result by a simulation model in each flaw detection method of the flaw detection method of the present invention shown in FIGS. 7A to 7D and a flaw detection method of a comparative example.
  • FIG. 8 shows, from the left, the analysis result of the model of Comparative Example 1 shown in FIG. 7A, the analysis result of the model of the present invention shown in FIG. 7B, the analysis result of the model of Comparative Example 2 shown in FIG.
  • the analysis result of the model of the comparative example 3 shown to is shown. Further, in FIG.
  • the reception waveform of the ultrasonic beam targeting the defect 211G near the outer surface is shown in the column “near the outer surface”, and the reception waveform of the ultrasonic beam targeting the defect 211C near the center is expressed as “near the center”.
  • the received waveform of the ultrasonic beam targeting the inner surface vicinity defect 211N is shown in the" inner surface vicinity "column.
  • S 1 represents the reflected ultrasonic waves from the outer surface 200G of the electric resistance welded steel pipe 200
  • F 1 represents the reflected ultrasound from respective defect. That is, if there is no defect in the welded portion 210 (welded surface), F 1 is not detected.
  • the S / N (S / N ratio) is the magnitude of the maximum amplitude of the ultrasonic wave (F 1 ) from the defect and the noise is the magnitude of the ultrasonic amplitude immediately before the ultrasonic wave from the defect. As defined by these ratios.
  • an effective beam diameter at the focal point of the ultrasonic beam was analyzed in order to determine the number of ultrasonic scans in the thickness direction of the ERW steel pipe 200.
  • FIGS. 9A and 9B are diagrams showing an analysis model of an effective beam diameter at the focal point of the ultrasonic beam 131 for flaw detection and an analysis result thereof according to the first embodiment of the present invention.
  • no defect 211 is provided in the welded part 210 (welded surface) having a thickness of 3.4 mm, and a waveform acquisition point is set in the thickness direction of the welded part 210 (welded surface) as shown in FIG.
  • the displacement distribution inside the ERW steel pipe 200 due to the vibration of the ultrasonic beam 131 was read, and the -6 dB width was obtained.
  • FIG. 9A and 9B are diagrams showing an analysis model of an effective beam diameter at the focal point of the ultrasonic beam 131 for flaw detection and an analysis result thereof according to the first embodiment of the present invention.
  • no defect 211 is provided in the welded part 210 (welded surface) having a thickness of 3.4 mm
  • a waveform acquisition point is set in the thickness direction of the welded part 210 (welded surface) as
  • the ultrasonic beam 131 for flaw detection is aimed at the center in the thickness direction of the welded portion 210 (welded surface), and the specification of the phased array probe 120 has a frequency of 5 MHz and a pitch.
  • p was 0.5 mm, and the number of elements was 16 elements (16 ch).
  • the analysis result in this case is shown in FIG. 9B.
  • the maximum value of the displacement inside the ERW steel pipe 200 due to the vibration of the flaw detection ultrasonic beam 131 is set to 1, and the displacement becomes -6 dB width (that is, the displacement is 0.5).
  • an effective beam diameter defined as a range of 1.6 mm was obtained. From this result, for example, when the thickness of the ERW steel pipe 200 is 3.4 mm, it is necessary to scan the ultrasonic beam at least three times in the pipe thickness direction in order to perform accurate ultrasonic flaw detection. I understood.
  • the pipe thickness of the welded steel pipe 200 (the thickness of the welded part 210) and the effective beam diameter of the ultrasonic beam 131 for flaw detection in the welded part 210 (welded surface)
  • N is an integer of 1 or more
  • the transmission / reception condition setting unit 142 rounds up the first and second decimal places for 2.125, which is a value obtained by dividing the pipe thickness of the welded steel pipe 200 by 3.4 mm by the effective beam diameter of 1.6 mm. , “3” is set as the division number N.
  • the first to Nth regions in this example, the first to third regions
  • the region in the pipe thickness direction in the welded portion 210 (welded surface) is equally divided into N and first to Nth regions (in this example, first to third regions) are defined.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a schematic configuration of the phased array probe 120 according to the first embodiment of the present invention.
  • the phased array probe 120 in the first embodiment includes a coupling check ultrasonic transducer group 122 for transmitting a coupling check ultrasonic beam 132, and a welded portion 210 (welded surface) of the ERW steel pipe 200.
  • a coupling check ultrasonic transducer group 122 for transmitting a coupling check ultrasonic beam 132, and a welded portion 210 (welded surface) of the ERW steel pipe 200.
  • the (divided) flaw detection ultrasonic transducer group inner surface vicinity flaw detection ultrasonic transducer group 123, central portion flaw detection ultrasonic transducer group 124 and outer surface flaw detection ultrasonic transducer group 125. Composed.
  • the number of elements of the ultrasonic transducer 121 in the coupling check ultrasonic transducer group 122 is four (4ch), and the ultrasonic transducers 121 in the flaw detection ultrasonic transducer groups 123 to 125 are used.
  • the number of elements is 16 elements (16 ch), and the phased array probe 120 is composed of at least 52 elements (52 ch).
  • the scanning order of the ultrasonic beam is as follows: coupling check ultrasonic beam 132, inner surface near-surface flaw detection ultrasonic beam 131N, central portion near-surface flaw detection ultrasonic beam 131C, and outer surface near-surface flaw detection.
  • the order of the ultrasonic beam 131G for use is in this order, the present invention is not limited to this.
  • the scanning order of the ultrasonic beam is the order of the ultrasonic beam 132 for coupling check, the ultrasonic beam 131G near the outer surface, the ultrasonic beam 131C near the center, and the ultrasonic beam 131N near the inner surface. It may be.
  • each of the ultrasonic transducer groups for flaw detection divided (divided) into N (three in this example) groups in the phased array probe 120 is selected one by one and each ultrasonic wave is selected.
  • the ultrasonic beam is scanned in the tube thickness direction of the welded portion 210 (welded surface), and the welded portion 210 (welded surface) is flawlessly detected.
  • the coupling check superstructure is substantially perpendicular to the outer surface 200G of the electric resistance welded steel pipe 200. The coupling check is performed by transmitting the acoustic beam 132 and detecting the reflected ultrasonic beam.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining the coupling check according to the first embodiment of this invention.
  • the medium for efficiently propagating the flaw detection ultrasonic beam 131 between the phased array probe 120 (strictly speaking, the acoustic lens 110) and the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200 As water is present.
  • the space between the phased array probe 120 (acoustic lens 110) and the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200 is filled with water without air or the like, so that the ultrasonic wave 131 for flaw detection is normally transmitted and received. This is a process for confirming whether the environment can be used.
  • an ultrasonic beam 132 for coupling check is transmitted / received via the ultrasonic transducer group 122 for coupling check.
  • the four elements (4ch) at the right end of the phased array probe 120 are used as the coupling check ultrasonic transducer group 122.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a reception waveform of the reflected coupling check ultrasonic beam 132 according to the first embodiment of this invention.
  • the inner surface echo ( Multiple echoes (B 2 , B 3 ,...) Between the outer surface 200G and the inner surface 200N are detected after B 1 ).
  • the phased array probe 120 (strictly speaking, the acoustic lens 110) and the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200 Therefore, it is determined that the environment is not capable of normally transmitting / receiving the ultrasonic beam 131 for flaw detection.
  • the phased array probe 120 (strictly speaking, the acoustic lens 110) and the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200. Therefore, it is determined that the environment is such that the ultrasonic wave 131 for flaw detection can be normally transmitted and received.
  • the ultrasonic beam for flaw detection in 70 ° flaw detection performed after the coupling check is performed.
  • the transmission of 131 requires a certain amount of time after the transmission of the coupling check ultrasonic beam 132.
  • the phased array probe 120 focuses the ultrasonic beam only in the thickness direction of the ERW steel pipe 200.
  • the acoustic lens 110 is further attached to the phased array probe 120 in order to focus the ultrasonic beam also in the tube axis direction 220 of the electric resistance welded steel tube 200.
  • FIG. 13 is a view for explaining the acoustic lens 110 shown in FIGS. 1 and 3 according to the first embodiment of the present invention.
  • the relational expression of the acoustic lens 110 is as shown in the following expressions (1) to (2).
  • R represents the radius of curvature of the acoustic lens 110
  • f focal length in water
  • C 1 is a longitudinal wave sonic speed of the acoustic lens 110
  • f w is the water path length
  • F S is the path in the steel pipe. Specific numerical values of each parameter are as shown in FIG.
  • a longitudinal wave ultrasonic beam is transmitted from the phased array probe 120.
  • the longitudinal ultrasonic beam transmitted from the phased array probe 120 is refracted by about 70 ° with respect to the incident direction on the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200 and propagates through the ERW steel pipe 200.
  • a substantially transverse ultrasonic beam propagates.
  • FIG. 14 shows the first embodiment of the present invention, and shows the relationship between the radius of curvature of the acoustic lens 110 shown in FIGS. 1 and 3 and the array length (array position) of the phased array probe 120. is there.
  • FIG. 14 shows the conversion of the radius of curvature of the acoustic lens 110 at the point where the ultrasonic beam central axis corresponding to each depth of the welded portion 210 (welded surface) and the phased array probe 120 intersect with each ultrasonic beam path length. It is what I asked for.
  • the pitch p of the phased array probe 120 is set to 0.5 mm so that the ultrasonic beam incident on the center of the welded portion 210 (welded surface) becomes the array center of the phased array probe 120.
  • the phased array probe 120 of the present embodiment includes a coupling check ultrasonic transducer group 122 and an inner surface vicinity ultrasonic transducer group (third flaw detection ultrasonic transducer group).
  • Ultrasonic transducer group (Nth ultrasonic transducer group for flaw detection))
  • ultrasonic transducer group for flaw detection near the center (second ultrasonic transducer group for flaw detection)
  • An ultrasonic transducer group first flaw detection ultrasonic transducer group
  • an array length (array position) of 18.5 mm to 10.0 mm is an ultrasonic transducer group for flaw detection near the outer surface shown in FIG. 10 (first ultrasonic transducer group for flaw detection). ) And an array length (array position) of 10.0 mm to 1.5 mm is included in the ultrasonic transducer group for flaw detection near the center (second ultrasonic transducer group for flaw detection) 124 shown in FIG. Correspondingly, an array length (array position) of 1.5 mm to -7.0 mm is near the inner surface of the ultrasonic transducer group for flaw detection (third ultrasonic transducer group for flaw detection (Nth flaw detection) shown in FIG.
  • the acoustic lens 110 has a radius of curvature from an area corresponding to the outer surface flaw detection ultrasonic transducer group (first flaw detection ultrasonic transducer group) 125 to the inner surface flaw detection ultrasonic transducer group. (Third flaw detection ultrasonic transducer group (Nth flaw detection ultrasonic transducer group)) 123 increases in size.
  • the curvature radius of the curved surface along the tube axis direction 220 changes along the arrangement direction of the plurality of ultrasonic transducers, and the welded portion 210 ( The radius of curvature increases in the direction in which the propagation distance of the flaw detection ultrasonic beam up to the weld surface increases.
  • the acoustic lens 110 is designed in this way, so that a suitable ultrasonic beam 131 for flaw detection can be transmitted and received through each flaw detection ultrasonic transducer group.
  • the defect detection apparatus 100 it is considered whether or not the defect inspection of the welded portion 210 (welded surface) can be performed without leakage in the tube axis direction 220 of the electric resistance welded steel pipe 200.
  • the beam focusing diameter in the tube axis direction is generally 1 mm due to focusing of the ultrasonic beam in the tube axis direction 220 by the acoustic lens 110.
  • the flaw detection is performed by switching the flaw detection depth of the welded portion 210 (welded surface), as shown in FIG. 10, the ultrasonic wave 131 for the flaw detection is transmitted three times and the ultrasonic beam for the coupling check is used. It is assumed that the ultrasonic beam is transmitted and received a total of four times, that is, the number of times of transmission / reception 132 is one.
  • a defect inspection apparatus using the phased array probe 120 in recent years has a maximum repetition frequency of several tens of kHz, the above-described inspection repetition frequency (about 2.7 kHz) can be sufficiently realized.
  • Is employed in the defect detection apparatus 100 in the present embodiment it is possible to perform defect inspection without leakage in the tube axis direction 220 of the electric resistance welded steel pipe 200.
  • FIG. 15 is a flowchart showing an example of a processing procedure of the defect detection method by the defect detection apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. The description of the flowchart shown in FIG. 15 will be made using the configuration of the defect detection apparatus 100 shown in FIG.
  • the subject condition input unit 141 performs a process of inputting conditions (subject conditions) of the electric resistance welded steel pipe 200 that is the subject.
  • the subject condition input unit 141 controls a subject condition (for example, the outer diameter and thickness of the electric resistance welded pipe 200, the length in the pipe axis direction 220, the pipe making speed, etc.) input by the user.
  • the process of inputting into 140 is performed.
  • the outer diameter of the ERW steel pipe 200 is 101.6 mm (FIG. 13)
  • the pipe thickness of the ERW steel pipe 200 is 3.4 mm (FIGS. 9 and 13)
  • the pipe making speed of the ERW steel pipe 200 is 40 m / min. Is entered.
  • the transmission / reception condition setting unit 142 performs processing for setting the transmission / reception conditions based on the subject condition input in step S1.
  • the transmission / reception conditions for example, the transmission / reception timing of the ultrasonic beam 131 for flaw detection and the ultrasonic beam 132 for coupling check, the transmission frequency of these ultrasonic beams, and the ultrasonic waves used for transmission / reception of these ultrasonic beams
  • the delay time of the transmission timing of each channel of the ultrasonic transducer group for flaw detection is set so that the transducer 121 and the flaw detection ultrasonic beam 131 are converged at the welded portion 210 (welded surface).
  • the transmission / reception condition setting unit 142 is used for flaw detection on the pipe thickness of the welded steel pipe 200 (the thickness of the welded part 210 (welded surface)) and the welded part 210 (welded surface). Based on the effective beam diameter of the ultrasonic beam 131, the number N of divisions for dividing the tube thickness direction region of the welded portion 210 (welded surface) into N pieces (N is an integer of 1 or more) is set.
  • the number N of divisions corresponds to the number of scans related to ultrasonic flaw detection in the direction of the tube thickness in the welded portion 210 (welded surface).
  • the pipe thickness of the welded steel pipe 200 is 3.4 mm
  • the effective beam diameter of the ultrasonic beam for flaw detection with respect to the welded portion 210 (welded surface) is 1.6 mm (FIG. 9B).
  • “3” is set as the division number N.
  • the transmission / reception condition setting unit 142 sets the ultrasonic transducer group for flaw detection in the phased array probe 120 to the ultrasonic transducer group for flaw detection near the inner surface, as shown in FIG.
  • the ultrasonic vibration group constituting the flaw detection ultrasonic transducer group is divided (divided) into three groups of the outer surface vicinity flaw detection ultrasonic transducer group (first flaw detection ultrasonic transducer group).
  • a coupling check ultrasonic transducer group 122 configured by a plurality of ultrasonic transducers different from the child is set.
  • step S3 the transmission unit 144 controls the ultrasonic transducer for coupling check of the phased array probe 120 based on the transmission / reception conditions set by the transmission / reception condition setting unit 142 under the control of the transmission / reception control unit 143.
  • the ultrasonic beam 132 for coupling check is transmitted from the group 122 substantially perpendicularly to the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200.
  • step S ⁇ b> 4 the receiving unit 145 controls the reflected coupling check ultrasonic beam 132 for coupling check based on the transmission / reception conditions set by the transmission / reception condition setting unit 142 under the control of the transmission / reception control unit 143. Received via the ultrasonic transducer group 122. Thereafter, the coupling check ultrasonic beam 132 received by the reception unit 145 is processed by the reception signal processing unit 146.
  • step S5 the water determination unit 148 determines whether or not there is a problem with the coupling based on the coupling check ultrasonic beam 132 received in step S4. Specifically, the water determination unit 148 determines whether or not the space between the phased array probe 120 (strictly speaking, the acoustic lens 110) and the outer surface 200G of the ERW steel pipe 200 is filled with water without air or the like. By determining, it is determined whether or not the coupling is problematic.
  • step S5 If it is determined in step S5 that there is a coupling problem in the coupling check (S5 / NO), the process proceeds to step S6.
  • step S6 the recording / display unit 149 displays a warning indicating that there is a problem with the coupling.
  • the user performs maintenance of the equipment, and after the maintenance of the equipment, the processing is performed from the beginning of the flowchart of FIG. 15 by the user's operation.
  • step S5 if it is determined in the coupling check that there is no problem in coupling (in the case of S5 / YES), the process proceeds to step S7. If there is no problem in the coupling, the defect inspection process of the welded part 210 is started.
  • step S7 the transmission unit 144 is controlled by the transmission / reception control unit 143 based on the transmission / reception conditions set by the transmission / reception condition setting unit 142 from the ultrasonic transducer group for flaw detection of the phased array probe 120.
  • the flaw detection ultrasonic beam 131 is incident on the outer surface 200G of the sewn steel pipe 200 at an oblique angle.
  • the transmitting unit 144 directly enters the welded ultrasonic wave beam 131 incident on the welded part 210 (welded surface) substantially perpendicularly without being reflected by the inner surface 200N of the welded steel pipe 200. And the ultrasonic beam 131 for flaw detection is transmitted so that it may converge on the welding part 210 (welding surface).
  • step S8 the receiving unit 145 controls the reflected ultrasonic beam 131 for flaw detection based on the transmission / reception conditions set by the transmission / reception condition setting unit 142 under the control of the transmission / reception control unit 143. Receive via the ultrasonic transducer group. Thereafter, the flaw detection ultrasonic beam 131 received by the receiving unit 145 is processed by the received signal processing unit 146.
  • step S9 the transmission / reception control unit 143 determines whether or not all defect inspections have been performed in the depth direction (tube thickness direction) of the welded part 210.
  • the vicinity of the inner surface 200N of the welded portion 210 (welded surface) of the ERW steel pipe 200 that is, the third region (the first region) N region)
  • the inner surface ultrasonic transducer group third ultrasonic ultrasonic beam for flaw detection (Nth ultrasonic beam for flaw detection)
  • 131N for transmitting near the inner surface ultrasonic transducer group
  • the vicinity of the center portion of the pipe thickness of the welded portion 210 (welded surface) of the ERW steel pipe 200 that is, the first flaw detection ultrasonic transducer group.
  • the transducer group 125 is composed of different ultrasonic transducers.
  • step S9 if not all defect inspection has been performed for each region in the depth direction of the welded portion 210 (welded surface) (in the case of S9 / NO), the region where defect inspection has not yet been performed.
  • the process returns to step S7 to perform the defect inspection.
  • step S9 when all the flaw detection is performed in the depth direction of the welded portion 210 (in the case of S9 / YES), the process proceeds to step S10.
  • the tube axis direction beam focusing diameter is assumed to be 1 mm in general due to the focusing of the ultrasonic beam in the tube axis direction 220 by the acoustic lens 110.
  • the length in the tube axis direction 220 is input in step S1. Therefore, in the present embodiment, in step S10, it is determined whether or not defect inspection has been performed for the entire region in the tube axis direction 220 of the ERW steel tube 200 based on these pieces of information.
  • step S10 when defect inspection is not performed for the entire region in the tube axis direction 220 of the ERW steel pipe 200 (S10 / NO), the tube axis direction of the ERW steel pipe 200 that has not yet been subjected to defect inspection.
  • the process returns to step S7 to perform the defect inspection of the area 220.
  • step S10 when defect inspection is performed on the entire region of the electric resistance welded pipe 200 in the tube axis direction 220 (in the case of S10 / YES), the process proceeds to step S11.
  • step S11 the defect determination unit 147 determines whether or not there is a defect in the welded portion 210 (welded surface) of the ERW steel pipe 200 based on the flaw detection ultrasonic beam 131 received in step S8. Processing to determine is performed. Furthermore, when the defect determination unit 147 determines that a defect exists in the welded part 210 (welded surface), the defect determination unit 147 also performs processing for specifying the position and size.
  • the received signal processing unit 146 sets the positive maximum amplitude to A and the negative maximum amplitude to B with respect to the waveform of the received ultrasonic beam 131 for flaw detection. Each is detected as (B is a negative value), and AB is processed as a signal C at the waveform detection position.
  • step S12 the recording / display unit 149 performs a process of displaying the defect determination result in step S11.
  • the recording / display unit 149 creates a two-dimensional map of the signal C as the defect determination result, for example, with the x-axis direction as the position in the tube axis direction 220 and the y-axis direction as the depth position of the welded part 210. Display.
  • the reflected ultrasonic wave F 1 from the defect 211 shown in FIG. 16A has a maximum positive amplitude A of about 3.2 and a negative maximum amplitude B of about ⁇ 3.6.
  • the center part of the pipe thickness direction of the ERW steel pipe 200 divided into five sections is 6 ⁇ C.
  • the defect detection apparatus 100 since the 70 ° flaw detection method using the phased array probe 120 is performed, it is possible to detect a minute defect of about 0.2 mm, and the tube Even in the case of a small diameter ERW steel pipe 200 having a thickness of 7.5 mm or less and a pipe diameter of 5 inches or less, improvement in defect detection accuracy can be realized (FIG. 8). (Second Embodiment) In the first embodiment described above, as shown in FIG.
  • the near-surface flaw detection ultrasonic transducer group (third flaw detection ultrasonic transducer group (Nth flaw detection ultrasonic transducer group)) 123 and the pipe thickness of the welded portion 210 (welded surface) of the ERW steel pipe 200 Near the center (ie, the second region) of the ultrasonic transducer group near the center for transmitting the ultrasonic beam for near-center flaw detection (second ultrasonic beam for flaw detection) 131C (second region) Of ultrasonic transducers for flaw detection) 124 and welded portion 210 of ERW steel pipe 200 Ultrasonic transducer for flaw detection near the outer surface for transmitting an ultrasonic wave for flaw detection near the outer surface (first flaw detection ultrasonic beam) 131G near the outer surface 200G of the welding surface) (that is, the first region).
  • One flaw detection ultrasonic transducer group is set in the phased array probe 120, and the ultrasonic flaw detection ultrasonic transducer group is used to set ultrasonic waves.
  • the third region (Nth region), the second region, and the first region in the tube thickness direction in the welded portion 210 are respectively third.
  • An ultrasonic beam 131N near the inner surface which is an ultrasonic beam for flaw detection (Nth ultrasonic beam for flaw detection), an ultrasonic beam 131C for flaw detection near the center which is a second ultrasonic beam for flaw detection, and A mode in which the outer surface near-surface detection ultrasonic beam 131G, which is the first ultrasonic inspection beam, is sequentially transmitted is also applicable.
  • Each ultrasonic beam 131G is received.
  • 16 ultrasonic transducers 121 (16ch) are provided in the phased array probe 120, and all of the 16 ultrasonic transducers 121 are used as an ultrasonic transducer group for flaw detection. All or a part (for example, 4ch) of the 16 ultrasonic transducers 121 are set as a coupling check ultrasonic transducer group 122.
  • the ultrasonic wave 132 for coupling check is transmitted from the phased array probe 120 to the outer surface 200G of the electric resistance welded steel pipe 200 by sequentially switching the transmission direction of the ultrasonic waves.
  • An ultrasonic beam 131N near the inner surface that is an ultrasonic beam (Nth ultrasonic beam for flaw detection), an ultrasonic beam 131C near the center that is a second ultrasonic beam for flaw detection, and the first A configuration is adopted in which the outer surface vicinity ultrasonic detecting beam 131G which is an ultrasonic detecting beam is sequentially transmitted.
  • the present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the function of the control processing apparatus 140 according to the embodiment of the present invention described above is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and a computer (or CPU or CPU) of the system or apparatus is supplied. MPU or the like) reads out and executes a program. This program and a computer-readable recording medium storing the program are included in the present invention.

Abstract

　欠陥検出装置１００は、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇの外側に設置され、複数の超音波振動子１２１が配列されたフェイズドアレイ探触子１２０と、フェイズドアレイ探触子１２０に配列された複数の超音波振動子１２１のうちの一部の複数の超音波振動子からなる探傷用超音波振動子群から電縫鋼管２００の外表面２００Ｇに対して斜角に探傷用超音波ビーム１３１を出力する送信部１４４と、反射した探傷用超音波ビーム１３１を探傷用超音波振動子群を介して受信する受信部１４５と、受信部１４５で受信した探傷用超音波ビーム１３１に基づいて溶接部２１０に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定部１４７を備える。送信部１４４は、溶接鋼管２００の外表面２００Ｇから溶接鋼管２００内に入射した探傷用超音波ビーム１３１が溶接鋼管２００の内表面で反射することなく溶接面に対して略垂直に直接入射し且つ溶接面に集束するように探傷用超音波ビーム１３１を送信する。

Description

欠陥検出装置、欠陥検出方法、プログラム及び記憶媒体
　本発明は、溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置及び欠陥検出方法、当該欠陥検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラム、当該プログラムを記憶するコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関するものである。なお、本明細書においては、管径が５インチ以下、管厚みが７．５ｍｍ以下の小径の電縫鋼管について欠陥検出を行う場合を例に説明を行うが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、例えばアーク溶接鋼管などの他の溶接鋼管を欠陥検出の対象とするものであってもよい。
　まず、電縫鋼管の一般的な製造方法について説明する。図１８Ａおよび図１８Ｂは、一般的な電縫鋼管の製造方法の一例を示す模式図である。図１８Ａに示すように、一般的な電縫鋼管の製造方法においては、帯状の鋼板（帯鋼）２０１を、方向２０２に向かって連続的に搬送しながら、多数のロール群（図示せず）により管状に成形し、その突合せ端面２０３を高周波コイル２０４による誘導加熱又はコンタクトチップ（図示せず）による直接通電加熱により溶融するとともに、スクイズロール２０５により押圧を加えることで、突合せ端面２０３を溶接して溶接部２１０を形成する。このようにして、図１８Ｂに示すように、溶接部２１０（溶接面）が管軸方向２２０に沿って形成された電縫鋼管２００が製造される。なお、本明細書において、溶接面とはオープ管状に成形された熱延鋼板端部が、加熱され、溶融し、溶融部が押圧を加えることによって排出されて接合が完了した時の接合面をいう。溶接面は溶接衝合面と称される場合もある。
　電縫鋼管２００では溶接部２１０の品質が非常に重要であり、電縫鋼管２００の製造工程においては、一般に超音波斜角探傷によって溶接部２１０に欠陥が存在するか否かのオンライン探傷が行われている。
　図１９は、従来の斜角探傷法の一例を示す模式図である。図１９には、図１８Ｂに示した電縫鋼管２００の断面（より詳細には、電縫鋼管２００の断面のうちの溶接部２１０付近）が示されている。そして、超音波ビームの送受信を行うアレイ探触子２５０は、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇの外側に設置されている。このような状態で、図１９に示す従来の斜角探傷法では、アレイ探触子２５０から、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇに対して超音波ビームを出力し、当該超音波ビームを電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで一度反射させて溶接部２１０（溶接面）に照射し、反射した超音波ビームをアレイ探触子２５０で受信し、受信した超音波ビームを解析して溶接部２１０（溶接面）に欠陥が存在するか否かを検出する。
　特許第４５４４２４０号公報には、超音波ビームの送信用と受信用とで別のアレイ探触子を設ける、いわゆるタンデム探傷法の技術が開示されている。
　しかしながら、上述した図１９に示す従来の斜角探傷法では、超音波ビームを電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで一度反射させて溶接部２１０（溶接面）に照射しているため、溶接部２１０（溶接面）に対して略垂直に超音波ビームを照射することができず、その結果、溶接部２１０（溶接面）に欠陥が存在する場合、アレイ探触子２５０に届く当該欠陥からの正反射の超音波ビームが弱くなる。このため、例えば、ペネトレータのような微小欠陥（０．２ｍｍ程度）の検出は困難となるという問題があった。
　また、上述した特許第４５４４２４０号公報の技術では、比較的厚みの薄い（７．５ｍｍ程度以下）管径が５インチ以下の小径の電縫鋼管に対して探傷を行う場合には、溶接部２１０（溶接面）に存在する欠陥からの反射超音波ビームに係るＳＮ比が低下するという問題があった。
　本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、微小欠陥の検出も可能であり、且つ、比較的厚みの薄い小径の溶接鋼管であっても欠陥の検出精度の向上を実現する仕組みを提供することを目的とする。
　本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
　本発明の第１の観点によれば、溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置であって、前記溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子と、前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む探傷用超音波振動子群から、前記溶接鋼管の外表面から前記溶接鋼管内に入射した探傷用超音波ビームが前記溶接鋼管の内表面で反射することなく前記溶接面に対して略垂直に直接入射し且つ前記溶接面に収束するように、前記探傷用超音波ビームを送信する送信手段と、反射した前記探傷用超音波ビームを前記探傷用超音波振動子群を介して受信する受信手段と、前記受信手段で受信した前記探傷用超音波ビームに基づいて、前記溶接面に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段と、を含む欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第２の観点によれば、前記溶接鋼管は、管径が５インチ以下、管厚みが７．５ｍｍ以下の小径の電縫鋼管である第１の観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第３の観点によれば、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間には、前記探傷用超音波ビームが伝播する媒体として水が存在しており、前記送信手段は、前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む水判定用超音波振動子群から前記溶接鋼管の外表面に対して略垂直に水判定用超音波ビームを更に送信し、前記受信手段は、反射した前記水判定用超音波ビームを前記水判定用超音波振動子群を介して更に受信し、前記受信手段で受信した前記水判定用超音波ビームに基づいて、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間が水で満たされているか否かを判定する水判定手段を更に含む第１または第２の観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第４の観点によれば、前記送信手段は、前記水判定手段で前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間が水で満たされていると判定された場合に、前記探傷用超音波振動子群から前記探傷用超音波ビームを送信する第３の観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第５の観点によれば、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間に前記フェイズドアレイ探触子に対応して設けられ、前記探傷用超音波ビームを前記管軸方向に集束させるための集束レンズを更に含む第１乃至第４のいずれかの観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第６の観点によれば、前記溶接鋼管の管厚みと、前記溶接面における前記探傷用超音波ビームの有効ビーム径とに基づいて、前記溶接面における前記管厚みの方向の領域の区分数Ｎを設定する設定手段と、前記設定手段により設定された区分数Ｎに応じて前記探傷用超音波振動子群に含まれる複数の超音波振動子をＮ個の群に分割する分割手段と、を更に含み、前記送信手段は、前記溶接面の区分された各領域に順次探傷用超音波ビームが入射するように、前記分割手段によって分割された各群から順次探傷用超音波ビームを送信する第１乃至第４のいずれかの観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第７の観点によれば、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間に前記フェイズドアレイ探触子に対応して設けられ、前記探傷用超音波ビームを前記管軸方向に集束させるための集束レンズを更に含み、前記集束レンズは、前記管軸方向に沿った曲面の曲率半径が、前記複数の超音波振動子の配列方向に沿って変化しており、前記フェイズドアレイ探触子から前記溶接面に至るまでの前記探傷用超音波ビームの伝播距離が大きくなる方向に向けて前記曲率半径が大きくなっている第６の観点によるに欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第８の観点によれば、前記溶接鋼管の管厚みと、前記溶接面における前記探傷用超音波ビームの有効ビーム径とに基づいて、前記溶接面における前記管厚みの方向の区分数Ｎを設定する設定手段を更に有し、前記送信手段は、前記溶接面の区分された各領域に前記探傷用超音波ビームが順次入射するように、前記複数の超音波振動子の一部を含む単一の探傷用超音波振動子群から送信方向を順次切り替えて前記探傷用超音波ビームを送信する第１乃至第５のいずれかの観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第９の観点によれば、前記溶接鋼管の管厚みと、前記溶接面における前記探傷用超音波ビームの有効ビーム径とに基づいて、前記溶接面における前記管厚みの方向の区分数Ｎを設定する設定手段を更に有し、前記送信手段は、前記溶接面の区分された各領域に前記探傷用超音波ビームが順次入射するように、前記複数の超音波振動子の全部を含む探傷用超音波振動子群から送信方向を順次切り替えて前記探傷用超音波ビームを送信するとともに、前記複数の超音波振動子の一部を含む水判定用超音波振動子群から、前記溶接鋼管の外表面に対して前記水判定用超音波ビームを送信する第３または第４の観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第１０の観点によれば、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間に前記フェイズドアレイ探触子に対応して設けられ、前記探傷用超音波ビームを前記管軸方向に集束させるための集束レンズを更に含む第９の観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第１１の観点によれば、前記設定手段は、前記溶接鋼管の管厚みを前記溶接面における前記探傷用超音波ビームの有効ビーム径で割った値について小数第１位以下を切り上げた値を、前記区分数Ｎとして設定する第６乃至第１０のいずれかの観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第１２の観点によれば、前記有効ビーム径は、前記探傷用超音波ビームの振動による前記溶接鋼管の内部の変位の最大値を１とした場合に、当該変位が０．５以上となる範囲に対応している第６乃至第１１のいずれかの観点による欠陥検出装置が提供される。
　本発明の第１３の観点によれば、溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を用いて、前記溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置による欠陥検出方法であって、前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む探傷用超音波振動子群から、前記溶接鋼管の外表面から前記溶接鋼管内に入射した探傷用超音波ビームが前記溶接鋼管の内表面で反射することなく前記溶接面に対して略垂直に直接入射し且つ前記溶接面に集束するように、前記探傷用超音波ビームを送信する第１の送信ステップと、反射した前記探傷用超音波ビームを前記探傷用超音波振動子群を介して受信する第１の受信ステップと、前記第１の受信ステップで受信した前記探傷用超音波ビームに基づいて、前記溶接面に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップと、を含む欠陥検出方法が提供される。
　本発明の第１４の観点によれば、前記溶接鋼管は、管径が５インチ以下、管厚みが７．５ｍｍ以下の小径の電縫鋼管である第１３の観点による欠陥検出方法が提供される。
　本発明の第１５の観点によれば、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間には、前記探傷用超音波ビームが伝播する媒体として水が存在しており、前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む水判定用超音波振動子群から前記溶接鋼管の外表面に対して略垂直に水判定用超音波ビームを送信する第２の送信ステップと、反射した前記水判定用超音波ビームを前記水判定用超音波振動子群を介して受信する第２の受信ステップと、前記第２の受信ステップで受信した前記水判定用超音波ビームに基づいて、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間が水で満たされているか否かを判定する水判定ステップと、を更に含む第１３または第１４の観点による欠陥検出方法が提供される。
　本発明の第１６の観点によれば、溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を用いて、前記溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置による欠陥検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む探傷用超音波振動子群から、前記溶接鋼管の外表面から前記溶接鋼管内に入射した探傷用超音波ビームが前記溶接鋼管の内表面で反射することなく前記溶接面に対して略垂直に直接入射し且つ前記溶接面に集束するように、前記探傷用超音波ビームを送信する第１の送信ステップと、反射した前記探傷用超音波ビームを前記探傷用超音波振動子群を介して受信する第１の受信ステップと、前記第１の受信ステップで受信した前記探傷用超音波ビームに基づいて、前記溶接面に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップと、をコンピュータに実行させるためのプログラムが提供される。
　本発明の第１７の観点によれば、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間には、前記探傷用超音波ビームが伝播する媒体として水が存在しており、前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む水判定用超音波振動子群から前記溶接鋼管の外表面に対して略垂直に水判定用超音波ビームを送信する第２の送信ステップと、反射した前記水判定用超音波ビームを前記水判定用超音波振動子群を介して受信する第２の受信ステップと、前記第２の受信ステップで受信した前記水判定用超音波ビームに基づいて、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間が水で満たされているか否かを判定する水判定ステップと、を更にコンピュータに実行させる第１６の観点によるプログラムが提供される。
　本発明の第１８の観点によれば、第１６または第１７の観点によるプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体が提供される。
　本発明によれば、微小欠陥の検出も可能であり、且つ、比較的厚みの薄い小径の溶接鋼管であっても欠陥の検出精度の向上を実現することができる。
本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置の概略構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す探傷用超音波ビームの送受信の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す音響レンズの一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１に示すフェイズドアレイ探触子の概略図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図４に示すフェイズドアレイ探触子の開口径と欠陥検出に係るＳＮ比との相関の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、シミュレーションに用いた電縫鋼管の断面図である。 比較例１の探傷手法におけるシミュレーションモデルの概要図である。 本発明の探傷手法におけるシミュレーションモデルの概要図である。 比較例２の探傷手法におけるシミュレーションモデルの概要図である。 比較例３の探傷手法におけるシミュレーションモデルの概要図である。 図７Ａ～図７Ｄに示す本発明の探傷手法と比較例の探傷手法との各探傷手法におけるシミュレーションモデルによる解析結果を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、探傷用超音波ビームの焦点での有効ビーム径の解析モデルを示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、探傷用超音波ビームの焦点での有効ビーム系の解析結果を示す図である。 本発明の第１の実施形態におけるフェイズドアレイ探触子の概略構成の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、カップリングチェックを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態を示し、反射したカップリングチェック用超音波ビームの受信波形の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１及び図３に示す音響レンズを説明するための図である。 本発明の第１の実施形態を示し、図１及び図３に示す音響レンズの曲率半径とフェイズドアレイ探触子のアレイ長さ（アレイ位置）との関係を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置による欠陥検出方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施形態を示し、反射した探傷用超音波ビームの受信波形の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、反射した探傷用超音波ビームの受信波形の一例を示す図である。 本発明の第１の実施形態を示し、２次元マップの一例を示す図である。 一般的な電縫鋼管の製造方法の一例を示す模式図である。 一般的な電縫鋼管の製造方法の一例を示す模式図である。 従来の斜角探傷法の一例を示す模式図である。
　以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置１００の概略構成の一例を示す図である。この欠陥検出装置１００は、溶接鋼管の一種である電縫鋼管２００の管軸方向（図１８Ｂの２２０）に沿って形成された溶接部２１０（溶接面）に含まれる欠陥を検出するための装置である。また、図１には、図１８Ｂに示した電縫鋼管２００の断面（より詳細には、電縫鋼管２００の断面のうちの溶接部２１０付近）が示されている。
　本実施形態に係る欠陥検出装置１００は、図１に示すように、音響レンズ１１０と、フェイズドアレイ探触子１２０と、制御処理装置１４０と、を含んでいる。また、制御処理装置１４０は、被検体条件入力部１４１と、送受信条件設定部１４２と、送受信制御部１４３と、送信部１４４と、受信部１４５と、受信信号処理部１４６と、欠陥判定部１４７と、水判定部１４８と、記録・表示部１４９と、を含んでいる。
　音響レンズ１１０は、フェイズドアレイ探触子１２０と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間にフェイズドアレイ探触子１２０に対応して設けられている。音響レンズ１１０は、フェイズドアレイ探触子１２０から出力される探傷用超音波ビーム１３１を前記管軸方向に集束させるための集束レンズである。ここで、探傷用超音波ビーム１３１は、電縫鋼管２００の溶接部２１０に欠陥が存在する場合に、当該欠陥を検出するために送信されるものである。
　フェイズドアレイ探触子１２０は、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇの外側に設置され、複数の超音波振動子１２１が配列されて形成されている。本実施形態におけるフェイズドアレイ探触子１２０には、探傷用超音波ビーム１３１を出力する探傷用超音波振動子群と、カップリングチェック用超音波ビーム（水判定用超音波ビーム）１３２を出力するカップリングチェック用超音波振動子群（水判定用超音波振動子群）とが互いに異なる超音波振動子によって構成されている。即ち、本実施形態の場合、探傷用超音波振動子群は、フェイズドアレイ探触子１２０に配列された複数の超音波振動子１２１のうちの一部の複数の超音波振動子から構成され、カップリングチェック用超音波振動子群は、フェイズドアレイ探触子１２０に配列された複数の超音波振動子１２１のうちの一部の複数の超音波振動子であって探傷用超音波振動子群を構成する複数の超音波振動子とは異なる超音波振動子から構成されている。
　フェイズドアレイ探触子１２０（厳密に言えば音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間には、探傷用超音波ビーム１３１を効率的に伝播させるための媒体として水が存在している。カップリングチェックとは、フェイズドアレイ探触子１２０（音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間が空気等なく水で満たされていて探傷用超音波ビーム１３１の送受信を正常に行える環境であるかを確認するための処理である。
　被検体条件入力部１４１は、被検体である電縫鋼管２００の条件（被検体条件）を入力する処理を行う。例えば、被検体条件入力部１４１は、ユーザにより操作入力された被検体条件を制御処理装置１４０内に入力する処理を行う。ここで、被検体条件としては、例えば、電縫鋼管２００の外径や管厚み、管軸方向２２０の長さ、造管速度などが挙げられる。
　送受信条件設定部１４２は、被検体条件入力部１４１により入力された被検体条件に基づいて、送受信条件を設定する処理を行う。ここで、送受信条件としては、例えば、探傷用超音波ビーム１３１やカップリングチェック用超音波ビーム１３２の送受信タイミングや、これらの超音波ビームの送信周波数、これらの超音波ビームの送受信に使用する超音波振動子１２１（以降、必要に応じて「チャネル（ｃｈ）」と呼ぶ）、探傷用超音波ビーム１３１が溶接部２１０（溶接面）で集束するように探傷用超音波振動子群の各チャネルの送信タイミングの遅延時間などが挙げられる。
　送受信制御部１４３は、送受信条件設定部１４２で設定された送受信条件に基づいて、送信部１４４及び受信部１４５を制御する。
　送信部１４４は、送受信制御部１４３による制御に基づいて、フェイズドアレイ探触子１２０の探傷用超音波振動子群から探傷用超音波ビーム１３１を送信し、フェイズドアレイ探触子１２０のカップリングチェック用超音波振動子群からカップリングチェック用超音波ビーム１３２を送信する処理を行う。具体的に、送信部１４４は、フェイズドアレイ探触子１２０の探傷用超音波振動子群から電縫鋼管２００の外表面２００Ｇに向けて斜角に探傷用超音波ビーム１３１を出力し、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇから入射した当該探傷用超音波ビーム１３１が電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで反射することなく溶接部２１０（溶接面）に対して略垂直に直接入射し且つ溶接面に集束するように（溶接面において焦点を形成するように）探傷用超音波ビーム１３１を送信する。また、送信部１４４は、フェイズドアレイ探触子１２０のカップリングチェック用超音波振動子群から電縫鋼管２００の外表面２００Ｇに対して略垂直にカップリングチェック用超音波ビーム１３２を送信する。
　受信部１４５は、送受信制御部１４３による制御に基づいて、反射した探傷用超音波ビーム１３１を探傷用超音波振動子群を介して受信し、また、反射したカップリングチェック用超音波ビーム１３２をカップリングチェック用超音波振動子群を介して受信する処理を行う。
　受信信号処理部１４６は、受信部１４５で受信した超音波ビーム（受信信号）を処理する。
　欠陥判定部１４７は、受信部１４５で受信した探傷用超音波ビーム１３１に基づいて、電縫鋼管２００の溶接部２１０に欠陥が存在するか否かを判定する処理を行う。さらに、欠陥判定部１４７は、溶接部２１０に欠陥が存在する場合に、その位置や大きさを判定する処理も行う。
　水判定部１４８は、受信部１４５で受信したカップリングチェック用超音波ビーム１３２に基づいて、フェイズドアレイ探触子１２０（厳密に言えば音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間が空気等なく水で満たされているか否かを判定する処理を行う。
　記録・表示部１４９は、受信信号処理部１４６による処理の結果や欠陥判定部１４７及び水判定部１４８による判定結果を記録したり表示したりする処理を行う。さらに、記録・表示部１４９は、必要に応じて、各種のデータや各種の情報を記録したり表示したりする処理を行う。
　なお、送信部１４４は、カップリングチェックの結果、カップリングに問題が無かった場合（即ち、水判定部１４８でフェイズドアレイ探触子１２０（厳密に言えば音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間が水で満たされていると判定された場合）に、フェイズドアレイ探触子１２０の探傷用超音波振動子群から探傷用超音波ビーム１３１を送信する処理を行う。
　次に、探傷用超音波ビーム１３１の送受信について説明する。図２は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す探傷用超音波ビーム１３１の送受信の一例を示す図である。ここで、図２では、図１に示す電縫鋼管２００とフェイズドアレイ探触子１２０のみを図示している。
　本実施形態では、探傷用超音波ビーム１３１を出力するフェイズドアレイ探触子１２０の探傷用超音波振動子群は、複数の超音波振動子１２１で構成されている。そして、本実施形態では、探傷用超音波振動子群から探傷用超音波ビーム１３１を送信して、この探傷用超音波ビーム１３１を電縫鋼管２００の外表面２００Ｇにおける入射方向に対して約７０°屈折させて、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで反射させることなく直接溶接部２１０（溶接面）に略垂直に照射する。以降、このような探傷用超音波ビーム１３１による探傷方法を「７０°探傷法」と称することにする。
　また、本実施形態では、溶接部２１０（溶接面）に存在する欠陥２１１の検出感度を向上させることを目的として、溶接部２１０（溶接面）に略垂直に集束ビームを入射させるようにしている。これは、集束ビームを溶接部２１０（溶接面）に対して略垂直に入射させることで、多重反射による超音波エネルギーのロスを生じることなく正反射方向で欠陥２１１からの反射超音波ビームを直接受信することが可能であることによるものである。なお、通常の単一集束探触子を用いることである程度の集束ビームを形成することは可能であるが、電縫鋼管２００の曲率の影響により電縫鋼管２００内の狙った位置にビームを良好に集束させることは困難である。そこで、本実施形態では、電縫鋼管２００の曲率の影響を受けずに電縫鋼管２００内の狙った位置にビームを良好に集束させるべく、フェイズドアレイ探触子１２０を採用することにした。フェイズドアレイ探触子１２０を採用すれば、探傷用超音波振動子群の選択や各超音波振動子による超音波送信の遅延時間制御により、電縫鋼管２００の曲率を考慮した集束ビームを形成できるため、単一集束探触子よりも更に高い欠陥検出性能を実現できる。
　図３は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示す音響レンズ１１０の一例を示す図である。この音響レンズ１１０は、上述したように、フェイズドアレイ探触子１２０と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間にフェイズドアレイ探触子１２０に対応して設けられている。音響レンズ１１０は、フェイズドアレイ探触子１２０から出力される探傷用超音波ビーム１３１を電縫鋼管２００の管軸方向２２０に集束させる。このように、音響レンズ１１０を設けることにより、探傷用超音波ビーム１３１を、フェイズドアレイ探触子１２０による電縫鋼管２００の管厚み方向に集束させることができるのみならず、電縫鋼管２００の管軸方向２２０にも集束させることが可能である。
　＜２次元シミュレーションによる評価＞
　次に、２次元シミュレーション（有限要素法）による評価結果について説明する。以下の表１にシミュレーションの条件を示す。
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　まず、最適なフェイズドアレイ探触子１２０の解析を行った。この際、電縫鋼管２００の管厚みを３．４ｍｍ、外径を１０１．６ｍｍとし、溶接部の深さ方向の中央部に設定した欠陥サイズを高さ０．２ｍｍ、幅０．１ｍｍとした。
　図４は、本発明の第１の実施形態を示し、図１に示すフェイズドアレイ探触子１２０の概略図である。また、図５は、本発明の第１の実施形態を示し、図４に示すフェイズドアレイ探触子１２０の開口径と欠陥検出に係るＳＮ比との相関の一例を示す図である。
　今回の解析では、送信する超音波の周波数を５ＭＨｚと１０ＭＨｚとし、各超音波振動子１２１の幅（図４のエレメント幅ｅ）、隣接する超音波振動子１２１の間隔（図４のピッチｐ）を変化させ、管厚み方向の０．２ｍｍの微小欠陥における信号とノイズとの比（ＳＮ比）を比較した。その結果を図５に示す。この際、ＳＮ比は、信号を欠陥からの超音波の最大振幅の大きさとし、ノイズを欠陥からの超音波の直前の超音波振幅の大きさとして、これらの比で定義した。
　解析の結果、図５に示すように、送信する超音波の周波数が５ＭＨｚで、超音波振動子１２１のピッチｐが０．５ｍｍ、開口径が８ｍｍのとき、ＳＮ比が２００で最大となる結果となった。このＳＮ比が最大となる際の超音波振動子１２１の素子数（チャネル数）は、図４に示すように開口径≒ピッチ×素子数と表せることから、１６素子（１６ｃｈ）である。本実施形態では、このＳＮ比が最大となる仕様をフェイズドアレイ探触子１２０に採用する。
　次に、シミュレーション解析により、本発明における探傷手法と他の探傷手法との比較を行った。
　図６は、本発明の第１の実施形態を示し、シミュレーションに用いた電縫鋼管２００の断面図である。図６に示す電縫鋼管２００では、管厚みを３．４ｍｍとし、溶接部２１０に３つの欠陥２１１Ｇ、２１１Ｃ、２１１Ｎを設けるようにした。具体的には、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇから深さ０．２ｍｍ～０．４ｍｍに亘る厚み０．２ｍｍの外表面付近欠陥２１１Ｇと、電縫鋼管２００の中央部を中心に厚み０．２ｍｍの中央部付近欠陥２１１Ｃと、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎから深さ０．２ｍｍ～０．４ｍｍに亘る厚み０．２ｍｍの内表面付近欠陥２１１Ｎとを設けた。
　図７Ａ～図７Ｄは、本発明の探傷手法と比較例の探傷手法との各探傷手法におけるシミュレーションモデルの概要図である。図７Ａに、超音波探触子が単一集束探触子で７０°探傷法による比較例１のモデル概要図を示し、図７Ｂに、超音波探触子がアレイ探触子で７０°探傷法による本発明のモデル概要図を示し、図７Ｃに、超音波探触子がアレイ探触子で図１９に示す従来の斜角探傷法による比較例２のモデル概要図を示し、図７Ｄに、超音波探触子がアレイ探触子で特許第４５４４２４０号公報に示されるタンデム探傷法による比較例３のモデル概要図を示している。
　具体的に、図７Ａ～図７Ｄに示す各超音波探触子の仕様は以下の通りとした。図７Ａに示す単一集束探触子は、周波数が５ＭＨｚ、振動子径１３ｍｍ、焦点距離５１ｍｍのものを用いた。図７Ｂ及び図７Ｃに示すアレイ探触子は、周波数が５ＭＨｚ、ピッチｐが０．５ｍｍ、エレメント幅ｅが０．４ｍｍ、素子数が１６個（１６ｃｈ）のものを用いた。即ち、図５に示す相関図でＳＮ比が最大（２００）となる条件のものを用いた。図７Ｄに示すアレイ探触子は、周波数が５ＭＨｚ、ピッチｐが０．５ｍｍ、エレメント幅ｅが０．４ｍｍ、素子数が６４個（６４ｃｈ）のものを用いた。この際、図７Ｄに示すように、送信素子数を２０個（２０ｃｈ）、受信素子数を２４個（２４ｃｈ）とした。
　また、図７Ａ～図７Ｄに示す各探傷法は以下の通りとした。図７Ａ及び図７Ｂに示す７０°探傷法では、水距離、超音波の入射点、及び、溶接部２１０の位置を固定して、図６に示す深さの異なる３つの欠陥（２１１Ｇ、２１１Ｃ、２１１Ｎ）に対して、それぞれ、超音波ビームが垂直に当たるようにした。正確には、外表面付近欠陥２１１Ｇと内表面付近欠陥２１１Ｎには超音波ビームが垂直に当たっていないが、電縫鋼管２００の管厚みが３．４ｍｍと薄いため略垂直として近似した。また、超音波ビームの焦点は、計算上、溶接部２１０に集束するように設定した。図７Ｃに示す従来斜角探傷法では、水距離、超音波の入射点、及び、溶接部２１０の位置を７０°探傷法と同様の設定に固定して、外表面付近欠陥２１１Ｇ及び中央部付近欠陥２１１Ｃに対して超音波ビームを内表面２００Ｎで一回反射させて入射する一回反射法とした。また、内表面付近欠陥２１１Ｎについては、７０°探傷法と略同様の狙いとなるため、省略している。図７Ｄに示すタンデム探傷法では、特許第４５４４２４０号公報に記載の方式に倣ってモデルを作成した。具体的には、図７Ｄに示すように、超音波ビームの屈折角を４５°、水距離２２．６ｍｍ（アレイ探触子中心軸）、送信素子数２０ｃｈ、受信素子数２４ｃｈとし、中央部付近欠陥２１１Ｃに対する解析のみ行った。
　図８は、図７Ａ～図７Ｄに示す本発明の探傷手法と比較例の探傷手法との各探傷手法におけるシミュレーションモデルによる解析結果を示す図である。図８には、左から、順に、図７Ａに示す比較例１のモデルの解析結果、図７Ｂに示す本発明のモデルの解析結果、図７Ｃに示す比較例２のモデルの解析結果、図７Ｄに示す比較例３のモデルの解析結果が示されている。また、図８では、外表面付近欠陥２１１Ｇを狙った超音波ビームの受信波形を「外表面付近」の欄に示し、中央部付近欠陥２１１Ｃを狙った超音波ビームの受信波形を「中央部付近」の欄に示し、内表面付近欠陥２１１Ｎを狙った超音波ビームの受信波形を「内表面付近」の欄に示している。
　また、図８に示す受信波形において、Ｓ1は電縫鋼管２００の外表面２００Ｇからの反射超音波を示し、Ｆ1は各欠陥からの反射超音波を示している。即ち、溶接部２１０（溶接面）に欠陥が存在しなければ、Ｆ1は検出されないことになる。また、Ｓ／Ｎ（ＳＮ比）は、上述したように、信号を欠陥からの超音波（Ｆ1）の最大振幅の大きさとし、ノイズを欠陥からの超音波の直前の超音波振幅の大きさとして、これらの比で定義したものである。
　図８に示すＳ／Ｎ（ＳＮ比）で比較すると、総合的に、本発明のモデルによる探傷手法（アレイ探触子による７０°探傷法）が良いことが確認できた。
　次に、電縫鋼管２００の管厚み方向の超音波走査回数を決定するため、超音波ビームの焦点での有効ビーム径の解析を行った。
　図９Ａおよび図９Ｂは、本発明の第１の実施形態を示し、探傷用超音波ビーム１３１の焦点での有効ビーム径の解析モデル及びその解析結果を示す図である。この解析では、厚み３．４ｍｍの溶接部２１０（溶接面）に欠陥２１１を設けず、図９Ａに示すように溶接部２１０（溶接面）の厚み方向に波形取得ポイントを設定して、探傷用超音波ビーム１３１の振動による電縫鋼管２００の内部の変位分布を読み取り、－６ｄＢ幅を求めた。この際、図９Ａに示すように、探傷用超音波ビーム１３１の狙いは溶接部２１０（溶接面）の厚み方向の中央とし、また、フェイズドアレイ探触子１２０の仕様は、周波数が５ＭＨｚ、ピッチｐが０．５ｍｍ、素子数が１６素子（１６ｃｈ）とした。この場合の解析結果を図９Ｂに示す。
　図９Ｂに示すように、探傷用超音波ビーム１３１の振動による電縫鋼管２００の内部の変位の最大値を１とし、変位が０．５となる－６ｄＢ幅（即ち、当該変位が０．５以上となる範囲）として定義される有効ビーム径が１．６ｍｍとなる結果が得られた。この結果から、例えば、電縫鋼管２００の管厚みが３．４ｍｍの場合、精度の良い超音波探傷を行うためには、管厚み方向に、超音波ビームを少なくとも３回走査する必要があることが分かった。ここで、本実施形態においては、送受信条件設定部１４２において、溶接鋼管２００の管厚み（溶接部２１０の厚み）と、溶接部２１０（溶接面）における探傷用超音波ビーム１３１の有効ビーム径とに基づいて、溶接部２１０（溶接面）における管厚みの方向の領域をＮ個（Ｎは１以上の整数）に区分する区分数Ｎを設定する。この区分数Ｎは、上述した走査回数に該当する。本例の場合、送受信条件設定部１４２は、溶接鋼管２００の管厚みである３．４ｍｍを有効ビーム径である１．６ｍｍで割った値である２．１２５について小数第１位以下を切り上げて、前記区分数Ｎとして「３」を設定する。そして、本実施形態では、溶接部２１０（溶接面）における管厚みの方向の領域に対して、外周面２００Ｇ側から昇順で第１～第Ｎの領域（本例では、第１～第３の領域）を定義する。この際、本実施形態では、溶接部２１０（溶接面）における管厚みの方向の領域をＮ等分して、第１～第Ｎの領域（本例では、第１～第３の領域）を設定する。
　以上のシミュレーション解析の結果を踏まえ、本実施形態におけるフェイズドアレイ探触子１２０の設定を行った。図１０は、本発明の第１の実施形態におけるフェイズドアレイ探触子１２０の概略構成の一例を示す図である。
　第１の実施形態におけるフェイズドアレイ探触子１２０は、カップリングチェック用超音波ビーム１３２を送信するためのカップリングチェック用超音波振動子群１２２と、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の内表面２００Ｎ付近（即ち、第３の領域（第Ｎの領域））に内表面付近探傷用超音波ビーム（第３の探傷用超音波ビーム（第Ｎの探傷用超音波ビーム））１３１Ｎを送信するための内表面付近探傷用超音波振動子群（第３の探傷用超音波振動子群（第Ｎの探傷用超音波振動子群））１２３と、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の管厚みの中央部付近（即ち、第２の領域）に中央部付近探傷用超音波ビーム（第２の探傷用超音波ビーム）１３１Ｃを送信するための中央部付近探傷用超音波振動子群（第２の探傷用超音波振動子群）１２４と、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の外表面２００Ｇ付近（即ち、第１の領域）に外表面付近探傷用超音波ビーム（第１の探傷用超音波ビーム）１３１Ｇを送信するための外表面付近探傷用超音波振動子群（第１の探傷用超音波振動子群）１２５と、が互いに異なる超音波振動子によって構成される。即ち、第１の実施形態におけるフェイズドアレイ探触子１２０において、探傷用超音波振動子群は、溶接部２１０（溶接面）の前記Ｎ個（本例では３個）の区分数に応じて区分（分割）された探傷用超音波振動子群（内表面付近探傷用超音波振動子群１２３、中央部付近探傷用超音波振動子群１２４及び外表面付近探傷用超音波振動子群１２５）によって構成される。本実施形態では、例えば、カップリングチェック用超音波振動子群１２２の超音波振動子１２１の素子数を４素子（４ｃｈ）、各探傷用超音波振動子群１２３～１２５の超音波振動子１２１の素子数をそれぞれ、１６素子（１６ｃｈ）とし、フェイズドアレイ探触子１２０が少なくとも５２素子（５２ｃｈ）からなるものとする。
　なお、図１０に示す例では、超音波ビームの走査順は、カップリングチェック用超音波ビーム１３２、内表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｎ、中央部付近探傷用超音波ビーム１３１Ｃ、外表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｇの順としているが、本発明においてはこれに限定されるものではない。例えば、超音波ビームの走査順は、カップリングチェック用超音波ビーム１３２、外表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｇ、中央部付近探傷用超音波ビーム１３１Ｃ、内表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｎの順であってもよい。
　本実施形態では、フェイズドアレイ探触子１２０においてＮ個（本例では３個）の群に区分（分割）された探傷用超音波振動子群の中から１つずつ選択して、それぞれ超音波ビームの送受信を行うことで、溶接部２１０（溶接面）の管厚み方向に超音波ビームを走査し、溶接部２１０（溶接面）を漏れなく探傷するようにしている。また、本実施形態では、フェイズドアレイ探触子１２０の端（図１０の例では右端）の数素子を利用して、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇに対して略垂直にカップリングチェック用超音波ビーム１３２を送信し、その反射超音波ビームを検出することでカップリングチェックを行うようにしている。
　次に、カップリングチェックの詳細について説明する。図１１は、本発明の第１の実施形態を示し、カップリングチェックを説明するための図である。上述したように、フェイズドアレイ探触子１２０（厳密に言えば音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間には、探傷用超音波ビーム１３１を効率的に伝播させるための媒体として水が存在している。カップリングチェックとは、フェイズドアレイ探触子１２０（音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間が空気等なく水で満たされていて探傷用超音波ビーム１３１の送受信を正常に行える環境であるかを確認するための処理である。カップリングチェックでは、カップリングチェック用超音波振動子群１２２を介してカップリングチェック用超音波ビーム１３２を送受信する。図１１に示す例では、フェイズドアレイ探触子１２０の右端の４素子（４ｃｈ）をカップリングチェック用超音波振動子群１２２として使っている。
　図１２は、本発明の第１の実施形態を示し、反射したカップリングチェック用超音波ビーム１３２の受信波形の一例を示す図である。図１２に示す例では、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇで反射した外表面エコー（Ｓ1）、電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで反射した内表面エコー（Ｂ1）、当該内表面エコー（Ｂ1）の後に外表面２００Ｇと内表面２００Ｎとの間での多重エコー（Ｂ2、Ｂ3、・・・）が検出されている。例えば、カップリングチェックでは、外表面エコー（Ｓ1）の前に反射エコーが検出されると、フェイズドアレイ探触子１２０（厳密に言えば音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間に空気等が存在しており、探傷用超音波ビーム１３１の送受信を正常に行える環境ではないと判定されることになる。逆に、外表面エコー（Ｓ1）の前に反射エコーが検出されなければ、フェイズドアレイ探触子１２０（厳密に言えば音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間が水で満たされており、探傷用超音波ビーム１３１の送受信を正常に行える環境であると判定されることになる。また、カップリングチェックでは、内表面エコー（Ｂ1）の後に多重エコー（Ｂ2、Ｂ3、・・・）が検出されるため、カップリングチェック後に行われる７０°探傷における探傷用超音波ビーム１３１の送信は、カップリングチェック用超音波ビーム１３２の送信後ある程度の時間を空ける必要がある。
　＜音響レンズ１１０の設計＞
　次に、音響レンズ１１０の設計について説明する。
　フェイズドアレイ探触子１２０は、超音波ビームを電縫鋼管２００の管厚み方向のみに集束するものである。本実施形態では、更に、超音波ビームを電縫鋼管２００の管軸方向２２０にも集束させるために、フェイズドアレイ探触子１２０に音響レンズ１１０を取り付けている。
　図１３は、本発明の第１の実施形態を示し、図１及び図３に示す音響レンズ１１０を説明するための図である。
　音響レンズ１１０の関係式は、以下の（１）式～（２）式に示す通りである。
　Ｒ＝（１－Ｃ2／Ｃ1）ｆ　・・・（１）
　ｆ＝ｆW＋（Ｃ3／Ｃ2）ｆS　・・・（２）
　ここで、Ｒは音響レンズ１１０の曲率半径、ｆは水中焦点距離、Ｃ1は音響レンズ１１０の縦波音速、Ｃ2は水中縦波音速、Ｃ3は鋼管内横波音速、ｆwは水中路程、ｆSは鋼管内路程である。各パラメータの具体的な数値は、図１３に示す通りである。
　表１に示したように、水中では縦波しか伝播しないため、フェイズドアレイ探触子１２０からは、縦波の超音波ビームが送信される。そして、フェイズドアレイ探触子１２０から送信された縦波の超音波ビームは、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇにおいて入射方向に対して約７０°屈折されて電縫鋼管２００の内部を伝播するため、電縫鋼管２００の内部では、略横波の超音波ビームが伝播する。
　図１４は、本発明の第１の実施形態を示し、図１及び図３に示す音響レンズ１１０の曲率半径とフェイズドアレイ探触子１２０のアレイ長さ（アレイ位置）との関係を示す図である。図１４は、溶接部２１０（溶接面）の各深さに対応する超音波ビーム中心軸とフェイズドアレイ探触子１２０と交わる点の音響レンズ１１０の曲率半径をそれぞれの超音波ビーム路程から換算して求めたものである。ただし、フェイズドアレイ探触子１２０のピッチｐを０．５ｍｍとし、溶接部２１０（溶接面）中心に入射する超音波ビームがフェイズドアレイ探触子１２０のアレイ中心となるようにしている。
　ここで、本実施形態のフェイズドアレイ探触子１２０は、図１０に示すように、カップリングチェック用超音波振動子群１２２と、内表面付近探傷用超音波振動子群（第３の探傷用超音波振動子群（第Ｎの探傷用超音波振動子群））１２３と、中央部付近探傷用超音波振動子群（第２の探傷用超音波振動子群）１２４と、外表面付近探傷用超音波振動子群（第１の探傷用超音波振動子群）１２５を備える構成を採る。ここで、図１４において、例えば、アレイ長さ（アレイ位置）が１８．５ｍｍ～１０．０ｍｍが図１０に示す外表面付近探傷用超音波振動子群（第１の探傷用超音波振動子群）１２５に相当し、アレイ長さ（アレイ位置）が１０．０ｍｍ～１．５ｍｍが図１０に示す中央部付近探傷用超音波振動子群（第２の探傷用超音波振動子群）１２４に相当し、アレイ長さ（アレイ位置）が１．５ｍｍ～－７．０ｍｍが図１０に示す内表面付近探傷用超音波振動子群（第３の探傷用超音波振動子群（第Ｎの探傷用超音波振動子群））１２３に相当する。即ち、音響レンズ１１０は、その曲率半径が、外表面付近探傷用超音波振動子群（第１の探傷用超音波振動子群）１２５に対応する区域から内表面付近探傷用超音波振動子群（第３の探傷用超音波振動子群（第Ｎの探傷用超音波振動子群））１２３に対応する区域に向かうのに従って、大きくなっている。換言すれば、音響レンズ１１０は、管軸方向２２０に沿った曲面の曲率半径が、複数の超音波振動子の配列方向に沿って変化しており、フェイズドアレイ探触子１２０から溶接部２１０（溶接面）に至るまでの探傷用超音波ビームの伝播距離が大きくなる方向に向けて曲率半径が大きくなっている。本実施形態では、音響レンズ１１０をこのように設計することで、各探傷用超音波振動子群を介して好適な探傷用超音波ビーム１３１の送受信を可能にしている。
　＜探傷繰り返し周波数についての考察＞
　次に、本実施形態に係る欠陥検出装置１００において、電縫鋼管２００の管軸方向２２０について、洩れなく溶接部２１０（溶接面）の欠陥探傷が可能であるかの考察を行う。
　音響レンズ１１０による管軸方向２２０の超音波ビームの集束により、管軸方向におけるビーム集束径が一般的な１ｍｍであるとする。また、溶接部２１０（溶接面）の探傷深さを切り換えて探傷することを想定し、図１０に示すように、探傷用超音波ビーム１３１の送受信回数３回と、カップリングチェック用超音波ビーム１３２の送受信回数１回との合計４回の超音波ビームの送受信を行うものとする。
　また、電縫鋼管２００の造管速度を、一般的な実操業ラインの電縫鋼管２００の移動速度である４０ｍ／分程度とすると、これは６６７ｍｍ／秒であるため、管軸方向２２０に洩れなく探傷するためには、１秒間に２６６８回（４×６７７）の超音波ビームの送受信を行う必要がある。したがって、欠陥検出装置１００の探傷繰り返し周波数は、少なくとも２６６８Ｈｚ（約２．７ｋＨｚ）必要である。
　一方、近年のフェイズドアレイ探触子１２０を用いた欠陥探傷装置は、最大繰り返し周波数が数十ｋＨｚであるため、上記探傷繰り返し周波数（約２．７ｋＨｚ）は十分実現可能であり、当該最大繰り返し周波数を本実施形態における欠陥検出装置１００に採用すれば、電縫鋼管２００の管軸方向２２０に洩れなく欠陥探傷を行うことが可能である。
　＜欠陥検出装置による処理手順＞
　次に、本実施形態に係る欠陥検出装置１００による欠陥検出方法の処理手順について説明する。
　図１５は、本発明の第１の実施形態に係る欠陥検出装置１００による欠陥検出方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。この図１５に示すフローチャートの説明においては、図１に示す欠陥検出装置１００の構成を用いて説明を行う。
　まず、ステップＳ１において、被検体条件入力部１４１は、被検体である電縫鋼管２００の条件（被検体条件）を入力する処理を行う。例えば、被検体条件入力部１４１は、ユーザにより操作入力された被検体条件（例えば、電縫鋼管２００の外径や管厚み、管軸方向２２０の長さ、造管速度など）を制御処理装置１４０内に入力する処理を行う。ここでは、電縫鋼管２００の外径として１０１．６ｍｍ（図１３）、電縫鋼管２００の管厚みとして３．４ｍｍ（図９、図１３）、電縫鋼管２００の造管速度として４０ｍ／分が入力されたものとする。
　続いて、ステップＳ２において、送受信条件設定部１４２は、ステップＳ１で入力された被検体条件に基づいて、送受信条件を設定する処理を行う。ここで、送受信条件として、例えば、探傷用超音波ビーム１３１やカップリングチェック用超音波ビーム１３２の送受信タイミングや、これらの超音波ビームの送信周波数、これらの超音波ビームの送受信に使用する超音波振動子１２１、探傷用超音波ビーム１３１が溶接部２１０（溶接面）で集束するように探傷用超音波振動子群の各チャネルの送信タイミングの遅延時間などを設定する。
　本実施形態では、電縫鋼管２００の管厚みが３．４ｍｍであるため、図５においてＳＮ比が最大（２００）となるフェイズドアレイ探触子１２０を採用するものとする（超音波振動子１２１のピッチｐが０．５ｍｍ、送信する超音波の周波数が５ＭＨｚ等）。この際、本実施形態では、さらに、ステップＳ２において、送受信条件設定部１４２は、溶接鋼管２００の管厚み（溶接部２１０（溶接面）の厚み）と、溶接部２１０（溶接面）に対する探傷用超音波ビーム１３１の有効ビーム径とに基づいて、溶接部２１０（溶接面）における管厚みの方向の領域をＮ個（Ｎは１以上の整数）に区分する区分数Ｎを設定する。この区分数Ｎは、溶接部２１０（溶接面）における管厚みの方向の超音波探傷に係る走査回数に該当する。具体的に、本実施形態では、溶接鋼管２００の管厚みが３．４ｍｍであり、溶接部２１０（溶接面）に対する探傷用超音波ビームの有効ビーム径が１．６ｍｍ（図９（ｂ）：既知）であるため、前記区分数Ｎとして「３」が設定される。送受信条件設定部１４２は、設定した区分数「３」に応じて図１０に示すように、フェイズドアレイ探触子１２０における探傷用超音波振動子群を、内表面付近探傷用超音波振動子群（第３の探傷用超音波振動子群（第Ｎの探傷用超音波振動子群））１２３、中央部付近探傷用超音波振動子群（第２の探傷用超音波振動子群）１２４及び外表面付近探傷用超音波振動子群（第１の探傷用超音波振動子群）の３個の群に区分（分割）するとともに、更に、探傷用超音波振動子群を構成する超音波振動子とは異なる複数の超音波振動子によって構成されるカップリングチェック用超音波振動子群１２２を設定する。
　続いて、ステップＳ３において、送信部１４４は、送受信制御部１４３の制御により、送受信条件設定部１４２で設定された送受信条件に基づいて、フェイズドアレイ探触子１２０のカップリングチェック用超音波振動子群１２２から電縫鋼管２００の外表面２００Ｇに対して略垂直にカップリングチェック用超音波ビーム１３２を送信する。
　続いて、ステップＳ４において、受信部１４５は、送受信制御部１４３の制御により、送受信条件設定部１４２で設定された送受信条件に基づいて、反射したカップリングチェック用超音波ビーム１３２をカップリングチェック用超音波振動子群１２２を介して受信する。その後、受信部１４５で受信したカップリングチェック用超音波ビーム１３２は、受信信号処理部１４６で処理される。
　続いて、ステップＳ５において、水判定部１４８は、ステップＳ４で受信したカップリングチェック用超音波ビーム１３２に基づいて、カップリングが問題なしか否かを判断する。具体的に、水判定部１４８は、フェイズドアレイ探触子１２０（厳密に言えば音響レンズ１１０）と電縫鋼管２００の外表面２００Ｇとの間が空気等なく水で満たされているか否かを判定することで、カップリングが問題なしか否かを判断する。
　ステップＳ５の判断の結果、カップリングチェックにおいて、カップリングに問題があると判定された場合（Ｓ５／ＮＯの場合）には、ステップＳ６に進む。
　ステップＳ６に進むと、記録・表示部１４９は、カップリングに問題がある旨の警告表示を行う。この警告表示を行うことで、ユーザは、設備のメンテナンスを行うことになり、設備のメンテナンス後、ユーザの操作により、図１５のフローチャートの最初から処理が行われることになる。
　一方、ステップＳ５の判断の結果、カップリングチェックにおいて、カップリングに問題がないと判定された場合（Ｓ５／ＹＥＳの場合）には、ステップＳ７に進む。カップリングに問題がない場合、溶接部２１０の欠陥探傷の処理が開始されることになる。
　ステップＳ７に進むと、送信部１４４は、送受信制御部１４３の制御により、送受信条件設定部１４２で設定された送受信条件に基づいて、フェイズドアレイ探触子１２０の探傷用超音波振動子群から電縫鋼管２００の外表面２００Ｇに対して斜角に探傷用超音波ビーム１３１を入射させる。送信部１４４は、電縫鋼管２００内に入射した当該探傷用超音波ビーム１３１が電縫鋼管２００の内表面２００Ｎで反射することなく溶接部２１０（溶接面）に対して略垂直に直接入射し且つ溶接部２１０（溶接面）に収束するように探傷用超音波ビーム１３１を送信する。
　続いて、ステップＳ８に進むと、受信部１４５は、送受信制御部１４３の制御により、送受信条件設定部１４２で設定された送受信条件に基づいて、反射した当該探傷用超音波ビーム１３１を当該探傷用超音波振動子群を介して受信する。その後、受信部１４５で受信した探傷用超音波ビーム１３１は、受信信号処理部１４６で処理される。
　続いて、ステップＳ９において、例えば送受信制御部１４３は、溶接部２１０の深さ方向（管厚み方向）について全て欠陥探傷を行ったか否かを判断する。
　ここで、本実施形態では、図１０に示すように、探傷用超音波振動子群として、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の内表面２００Ｎ付近（即ち、第３の領域（第Ｎの領域））に内表面付近探傷用超音波ビーム（第３の探傷用超音波ビーム（第Ｎの探傷用超音波ビーム））１３１Ｎを送信するための内表面付近探傷用超音波振動子群（第３の探傷用超音波振動子群（第Ｎの探傷用超音波振動子群））１２３と、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の管厚みの中央部付近（即ち、第２の領域）に中央部付近探傷用超音波ビーム（第２の探傷用超音波ビーム）１３１Ｃを送信するための中央部付近探傷用超音波振動子群（第２の探傷用超音波振動子群）１２４と、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の外表面２００Ｇ付近（即ち、第１の領域）に外表面付近探傷用超音波ビーム（第１の探傷用超音波ビーム）１３１Ｇを送信するための外表面付近探傷用超音波振動子群（第１の探傷用超音波振動子群）１２５が互いに異なる超音波振動子によって構成される。そこで、本実施形態では、ステップＳ９において、溶接部２１０（溶接面）の深さ方向（管厚み方向）について、内表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｎによる欠陥探傷、中央部付近探傷用超音波ビーム１３１Ｃによる欠陥探傷、及び、外表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｇによる欠陥探傷の全て欠陥探傷を行ったか否かを判断することになる。
　ステップＳ９の判断の結果、溶接部２１０（溶接面）の深さ方向の各領域について未だ全ての欠陥探傷を行っていない場合（Ｓ９／ＮＯの場合）には、未だ欠陥探傷を行っていない領域の欠陥探傷を行うべく、ステップＳ７に戻る。
　一方、ステップＳ９の判断の結果、溶接部２１０の深さ方向について全て欠陥探傷を行った場合（Ｓ９／ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０に進む。
　ステップＳ１０に進むと、例えば送受信制御部１４３は、電縫鋼管２００の管軸方向２２０について全て欠陥探傷を行ったか否かを判断する。
　ここで、本実施形態では、上述したように、音響レンズ１１０による管軸方向２２０の超音波ビームの集束により、管軸方向ビーム集束径が一般的な１ｍｍであるとする。一方、ステップＳ１において管軸方向２２０の長さが入力されている。そこで、本実施形態では、ステップＳ１０において、これらの情報に基づいて、電縫鋼管２００の管軸方向２２０の全領域について欠陥探傷を行ったか否かを判断することになる。
　ステップＳ１０の判断の結果、電縫鋼管２００の管軸方向２２０の全領域について欠陥探傷を行っていない場合（Ｓ１０／ＮＯ）には、未だ欠陥探傷を行っていない電縫鋼管２００の管軸方向２２０の領域の欠陥探傷を行うべく、ステップＳ７に戻る。
　一方、ステップＳ１０の判断の結果、電縫鋼管２００の管軸方向２２０の全領域について欠陥探傷を行った場合（Ｓ１０／ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１１に進む。
　続いて、ステップＳ１１において、欠陥判定部１４７は、ステップＳ８で受信した探傷用超音波ビーム１３１に基づいて、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）に欠陥が存在しているか否かを判定する処理を行う。さらに、欠陥判定部１４７は、溶接部２１０（溶接面）に欠陥が存在していると判定した場合に、その位置や大きさを特定する処理も行う。
　なお、この欠陥判定部１４７による欠陥判定の前段階において、例えば受信信号処理部１４６が、受信した探傷用超音波ビーム１３１の波形に対して、正の最大振幅をＡ、負の最大振幅をＢ（Ｂは負の値）としてそれぞれを検出し、Ａ－Ｂをその波形検出位置での信号Ｃとして処理を行う。
　続いて、ステップＳ１２において、記録・表示部１４９は、ステップＳ１１による欠陥判定結果を表示する処理を行う。例えば、記録・表示部１４９は、欠陥判定結果として、例えば、ｘ軸方向を管軸方向２２０の位置、ｙ軸方向を溶接部２１０の深さ位置とし、上記信号Ｃの２次元マップを作成し表示を行う。
　以下、２次元マップの例について説明を行う。まず、２次元マップの説明の前に、探傷用超音波ビームの受信波形の一例について説明する。
　図１６は、本発明の第１の実施形態を示し、反射した探傷用超音波ビームの受信波形の一例を示す図である。ここで、図１６Ａおよび図１６Ｂは、電縫鋼管２００の管厚み方向の分解能を向上させるために、前記区分数Ｎを３よりも大きい５とする条件で解析したものであり、管軸方向の分解能は１ｍｍ、管厚み方向の分解能は管厚み（３．４ｍｍ）の１／５に相当する０．６８ｍｍである。そして、図１６Ａは、管厚み方向の中央部を中心に厚み０．２ｍｍの欠陥２１１を設け、５区分に分けたうちの中央部の欠陥２１１に探傷用超音波ビームを集束させ、その反射超音波の受信波形の例である。また、図１６Ｂは、管厚み方向の中央部に欠陥２１１を設けず、５区分に分けたうちの中央部に探傷用超音波ビームを集束させ、その反射超音波の受信波形の例である。図１６Ａ及び図１６Ｂに示す受信波形において、Ｓ1は電縫鋼管２００の外表面２００Ｇからの反射超音波を示し、図１６Ａに示す受信波形において、Ｆ1は欠陥２１１からの反射超音波を示している。即ち、図１６Ｂに示す受信波形のように、欠陥２１１が存在しなければ、Ｆ1は検出されないことになる。
　次いで、２次元マップの例について説明を行う。図１７は、本発明の第１の実施形態を示し、２次元マップの一例を示す図である。この図１７に示す２次元マップは、上述した図１６Ａと同様に電縫鋼管２００の管厚み方向を５区分に分けて探傷する条件で解析したものであり、この際、５区分に分けたうちの中央部に欠陥２１１を設けたものである。そして、図１７は、ｘ軸方向を管軸方向２２０の位置、ｙ軸方向を電縫鋼管２００の管厚み方向の位置（溶接部２１０の深さ位置）とし、上述した信号Ｃを７段階（６＜Ｃ、・・・、Ｃ≦１）に分けて表示した２次元マップの例である。例えば、図１６Ａに示す欠陥２１１からの反射超音波Ｆ1は、正の最大振幅Ａが３．２程度、負の最大振幅Ｂが－３．６程度であるため、この場合の信号Ｃは、Ｃ＝Ａ－Ｂ＝３．２－（－３．６）＝６．８となる。このため、図１７では、電縫鋼管２００の管厚み方向を５区分に分けたうちの中央部が、６＜Ｃとなっている。このような２次元マップを表示することにより、電縫鋼管２００の溶接部２１０における欠陥２１１の位置を特定することが可能である。
　ステップＳ１２の処理が終了すると、図１５におけるフローチャートの処理が終了する。
　本実施形態に係る欠陥検出装置１００によれば、フェイズドアレイ探触子１２０を用いた７０°探傷法を行うようにしたので、０．２ｍｍ程度の微小欠陥の検出も可能であり、且つ、管厚みが７．５ｍｍ以下、管径が５インチ以下の小径の電縫鋼管２００であっても欠陥の検出精度の向上を実現することができる（図８）。
（第２の実施形態）
　上述した第１の実施形態では、図１０に示すように、フェイズドアレイ探触子１２０の探傷用超音波振動子群として、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の内表面２００Ｎ付近（即ち、第３の領域（第Ｎの領域））に内表面付近探傷用超音波ビーム（第３の探傷用超音波ビーム（第Ｎの探傷用超音波ビーム））１３１Ｎを送信するための内表面付近探傷用超音波振動子群（第３の探傷用超音波振動子群（第Ｎの探傷用超音波振動子群））１２３と、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の管厚みの中央部付近（即ち、第２の領域）に中央部付近探傷用超音波ビーム（第２の探傷用超音波ビーム）１３１Ｃを送信するための中央部付近探傷用超音波振動子群（第２の探傷用超音波振動子群）１２４と、電縫鋼管２００の溶接部２１０（溶接面）の外表面２００Ｇ付近（即ち、第１の領域）に外表面付近探傷用超音波ビーム（第１の探傷用超音波ビーム）１３１Ｇを送信するための外表面付近探傷用超音波振動子群（第１の探傷用超音波振動子群）１２５とが、互いに異なる超音波振動子によって構成される場合を例示した。本発明においては、この形態に限定されるものではなく、フェイズドアレイ探触子１２０に１つの探傷用超音波振動子群を設定して、当該１つの探傷用超音波振動子群において超音波の送信方向を順次切り換えることにより、溶接部２１０における管厚みの方向の前記第３の領域（第Ｎの領域）、前記第２の領域、及び、前記第１の領域に対して、それぞれ、第３の探傷用超音波ビーム（第Ｎの探傷用超音波ビーム）である内表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｎ、第２の探傷用超音波ビームである中央部付近探傷用超音波ビーム１３１Ｃ、及び、第１の探傷用超音波ビームである外表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｇを順次送信する形態も適用可能である。この場合、当該１つの探傷用超音波振動子群を介して、反射した内表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｎ、反射した中央部付近探傷用超音波ビーム１３１Ｃ、及び、反射した外表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｇをそれぞれ受信することになる。
　本実施形態の場合、フェイズドアレイ探触子１２０には、１つの探傷用超音波振動子群（例えば１６ｃｈ）と、１つのカップリングチェック用超音波振動子群１２２（例えば４ｃｈ）が設けられることになる。
（第３の実施形態）
　上述した第１及び第２の実施形態では、探傷用超音波振動子群とカップリングチェック用超音波振動子群１２２とを互いに異なる超音波振動子で構成するものであった。本発明においては、この形態に限定されるものではなく、フェイズドアレイ探触子１２０に配列された複数の超音波振動子１２１のうちの全部の複数の超音波振動子によって探傷用超音波振動子群を構成し、当該探傷用超音波振動子群の中にカップリングチェック用超音波振動子群１２２を含む構成とした形態も適用可能である。
　本実施形態の場合、例えばフェイズドアレイ探触子１２０に１６個の超音波振動子１２１（１６ｃｈ）設けて、当該１６個の超音波振動子１２１の全てを探傷用超音波振動子群とするとともに、当該１６個の超音波振動子１２１の全て或いは一部（例えば４ｃｈ）をカップリングチェック用超音波振動子群１２２とする。
　即ち、本実施形態の場合、超音波の送信方向を順次切り換えることにより、フェイズドアレイ探触子１２０から、電縫鋼管２００の外表面２００Ｇに対してカップリングチェック用超音波ビーム１３２を送信するとともに、溶接部２１０（溶接面）における管厚みの方向の前記第３の領域（第Ｎの領域）、前記第２の領域、及び、前記第１の領域に対して、それぞれ、第３の探傷用超音波ビーム（第Ｎの探傷用超音波ビーム）である内表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｎ、第２の探傷用超音波ビームである中央部付近探傷用超音波ビーム１３１Ｃ、及び、第１の探傷用超音波ビームである外表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｇを順次送信する形態を採る。この場合、フェイズドアレイ探触子１２０を介して、反射したカップリングチェック用超音波ビーム１３２、反射した内表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｎ、反射した中央部付近探傷用超音波ビーム１３１Ｃ、及び、反射した外表面付近探傷用超音波ビーム１３１Ｇをそれぞれ受信することになる。
（その他の実施形態）
　また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した本発明の実施形態の制御処理装置１４０の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。このプログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、本発明に含まれる。
　なお、上述した本発明の実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。日本国特許出願、特願２０１２－１５０６８５号の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。本明細書に記載された全ての文献、特許出願、および技術規格は、個々の文献、特許出願、および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記載された場合と同程度に、本明細書に参照により取り込まれる。
１００：欠陥検出装置、１１０：音響レンズ、１２０：フェイズドアレイ探触子、１２１：超音波振動子、１３１：探傷用超音波ビーム、１３２：カップリングチェック用超音波ビーム（水判定用超音波ビーム）、１４０：制御処理装置、１４１：被検体条件入力部、１４２：送受信条件設定部、１４３：送受信制御部、１４４：送信部、１４５：受信部、１４６：受信信号処理部、１４７：欠陥判定部、１４８：水判定部、１４９：記録・表示部、２００：電縫鋼管、２００Ｇ：外表面、２００Ｎ：内表面、２１０：溶接部

Claims (18)

  1. 　溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置であって、
    　前記溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子と、
    　前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む探傷用超音波振動子群から、前記溶接鋼管の外表面から前記溶接鋼管内に入射した探傷用超音波ビームが前記溶接鋼管の内表面で反射することなく前記溶接面に対して略垂直に直接入射し且つ前記溶接面に収束するように、前記探傷用超音波ビームを送信する送信手段と、
    　反射した前記探傷用超音波ビームを前記探傷用超音波振動子群を介して受信する受信手段と、
    　前記受信手段で受信した前記探傷用超音波ビームに基づいて、前記溶接面に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定手段と、
    　を含む欠陥検出装置。
  2. 　前記溶接鋼管は、管径が５インチ以下、管厚みが７．５ｍｍ以下の小径の電縫鋼管である請求項１に記載の欠陥検出装置。
  3. 　前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間には、前記探傷用超音波ビームが伝播する媒体として水が存在しており、
    　前記送信手段は、前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む水判定用超音波振動子群から前記溶接鋼管の外表面に対して略垂直に水判定用超音波ビームを更に送信し、
    　前記受信手段は、反射した前記水判定用超音波ビームを前記水判定用超音波振動子群を介して更に受信し、
    　前記受信手段で受信した前記水判定用超音波ビームに基づいて、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間が水で満たされているか否かを判定する水判定手段を更に含む請求項１または２に記載の欠陥検出装置。
  4. 　前記送信手段は、前記水判定手段で前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間が水で満たされていると判定された場合に、前記探傷用超音波振動子群から前記探傷用超音波ビームを送信する請求項３に記載の欠陥検出装置。
  5. 　前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間に前記フェイズドアレイ探触子に対応して設けられ、前記探傷用超音波ビームを前記管軸方向に集束させるための集束レンズを更に含む請求項１乃至４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
  6. 　前記溶接鋼管の管厚みと、前記溶接面における前記探傷用超音波ビームの有効ビーム径とに基づいて、前記溶接面における前記管厚みの方向の領域の区分数Ｎを設定する設定手段と、
    　前記設定手段により設定された区分数Ｎに応じて前記探傷用超音波振動子群に含まれる複数の超音波振動子をＮ個の群に分割する分割手段と、を更に含み、
    　前記送信手段は、前記溶接面の区分された各領域に順次探傷用超音波ビームが入射するように、前記分割手段によって分割された各群から順次探傷用超音波ビームを送信する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
  7. 　前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間に前記フェイズドアレイ探触子に対応して設けられ、前記探傷用超音波ビームを前記管軸方向に集束させるための集束レンズを更に含み、
    　前記集束レンズは、前記管軸方向に沿った曲面の曲率半径が、前記複数の超音波振動子の配列方向に沿って変化しており、前記フェイズドアレイ探触子から前記溶接面に至るまでの前記探傷用超音波ビームの伝播距離が大きくなる方向に向けて前記曲率半径が大きくなっている請求項６に記載の欠陥検出装置。
  8. 　前記溶接鋼管の管厚みと、前記溶接面における前記探傷用超音波ビームの有効ビーム径とに基づいて、前記溶接面における前記管厚みの方向の区分数Ｎを設定する設定手段を更に有し、
    　前記送信手段は、前記溶接面の区分された各領域に前記探傷用超音波ビームが順次入射するように、前記複数の超音波振動子の一部を含む単一の探傷用超音波振動子群から送信方向を順次切り替えて前記探傷用超音波ビームを送信する
    　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
  9. 　前記溶接鋼管の管厚みと、前記溶接面における前記探傷用超音波ビームの有効ビーム径とに基づいて、前記溶接面における前記管厚みの方向の区分数Ｎを設定する設定手段を更に有し、
    　前記送信手段は、前記溶接面の区分された各領域に前記探傷用超音波ビームが順次入射するように、前記複数の超音波振動子の全部を含む探傷用超音波振動子群から送信方向を順次切り替えて前記探傷用超音波ビームを送信するとともに、前記複数の超音波振動子の一部を含む水判定用超音波振動子群から、前記溶接鋼管の外表面に対して前記水判定用超音波ビームを送信する
    　請求項３または４に記載の欠陥検出装置。
  10. 　前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間に前記フェイズドアレイ探触子に対応して設けられ、前記探傷用超音波ビームを前記管軸方向に集束させるための集束レンズを更に含む請求項９に記載の欠陥検出装置。
  11. 　前記設定手段は、前記溶接鋼管の管厚みを前記溶接面における前記探傷用超音波ビームの有効ビーム径で割った値について小数第１位以下を切り上げた値を、前記区分数Ｎとして設定する請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
  12. 　前記有効ビーム径は、前記探傷用超音波ビームの振動による前記溶接鋼管の内部の変位の最大値を１とした場合に、当該変位が０．５以上となる範囲に対応している請求項６乃至１１のいずれか１項に記載の欠陥検出装置。
  13. 　溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を用いて、前記溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置による欠陥検出方法であって、
    　前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む探傷用超音波振動子群から、前記溶接鋼管の外表面から前記溶接鋼管内に入射した探傷用超音波ビームが前記溶接鋼管の内表面で反射することなく前記溶接面に対して略垂直に直接入射し且つ前記溶接面に集束するように、前記探傷用超音波ビームを送信する第１の送信ステップと、
    　反射した前記探傷用超音波ビームを前記探傷用超音波振動子群を介して受信する第１の受信ステップと、
    　前記第１の受信ステップで受信した前記探傷用超音波ビームに基づいて、前記溶接面に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップと、
    　を含む欠陥検出方法。
  14. 　前記溶接鋼管は、管径が５インチ以下、管厚みが７．５ｍｍ以下の小径の電縫鋼管である請求項１３に記載の欠陥検出方法。
  15. 　前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間には、前記探傷用超音波ビームが伝播する媒体として水が存在しており、
    　前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む水判定用超音波振動子群から前記溶接鋼管の外表面に対して略垂直に水判定用超音波ビームを送信する第２の送信ステップと、
    　反射した前記水判定用超音波ビームを前記水判定用超音波振動子群を介して受信する第２の受信ステップと、
    　前記第２の受信ステップで受信した前記水判定用超音波ビームに基づいて、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間が水で満たされているか否かを判定する水判定ステップと、
    　を更に含む請求項１３または１４に記載の欠陥検出方法。
  16. 　溶接鋼管の外表面の外側に設置され、複数の超音波振動子が配列されたフェイズドアレイ探触子を用いて、前記溶接鋼管の管軸方向に沿って形成された溶接面に存在する欠陥を検出する欠陥検出装置による欠陥検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
    　前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む探傷用超音波振動子群から、前記溶接鋼管の外表面から前記溶接鋼管内に入射した探傷用超音波ビームが前記溶接鋼管の内表面で反射することなく前記溶接面に対して略垂直に直接入射し且つ前記溶接面に集束するように、前記探傷用超音波ビームを送信する第１の送信ステップと、
    　反射した前記探傷用超音波ビームを前記探傷用超音波振動子群を介して受信する第１の受信ステップと、
    　前記第１の受信ステップで受信した前記探傷用超音波ビームに基づいて、前記溶接面に欠陥が存在するか否かを判定する欠陥判定ステップと、
    　をコンピュータに実行させるためのプログラム。
  17. 　前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間には、前記探傷用超音波ビームが伝播する媒体として水が存在しており、
    　前記複数の超音波振動子のうちの一部または全部を含む水判定用超音波振動子群から前記溶接鋼管の外表面に対して略垂直に水判定用超音波ビームを送信する第２の送信ステップと、
    　反射した前記水判定用超音波ビームを前記水判定用超音波振動子群を介して受信する第２の受信ステップと、
    　前記第２の受信ステップで受信した前記水判定用超音波ビームに基づいて、前記フェイズドアレイ探触子と前記溶接鋼管の外表面との間が水で満たされているか否かを判定する水判定ステップと、
    　を更にコンピュータに実行させる請求項１６に記載のプログラム。
  18. 　請求項１６または１７に記載のプログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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