WO2018163248A1 - 超音波探傷装置及び超音波探傷方法 - Google Patents

超音波探傷装置及び超音波探傷方法 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic flaw detection apparatus and an ultrasonic flaw detection method for detecting a circumferential defect such as a circumferential flaw generated on the surface of a steel pipe.
  • Patent Document 1 discloses that an ultrasonic wave is transmitted to the inside of a steel pipe (inside the bulk of the steel pipe) using an oblique probe and reflected by the steel pipe (hereinafter referred to as “echo”). ) Is inspected for the presence or absence of defects in the steel pipe.
  • the ultrasonic wave of Patent Document 1 is a so-called SH wave that does not undergo mode conversion on the flaw detection surface, and propagates to the defective portion of the steel pipe while repeatedly reflecting between the surface (outer surface) and the back surface (inner surface) of the steel pipe. To go.
  • Patent Document 2 discloses that flaw detection inspection is performed by transmitting ultrasonic waves (hereinafter referred to as “surface waves”) that propagate on the surface of a steel pipe.
  • the surface wave probe is arranged so that the transmission direction of the surface wave is oblique with respect to the axial direction of the material to be inspected, and the echo of the surface wave propagating spirally is detected. By detecting, the presence or absence of defects in the steel pipe is inspected.
  • the flaw detection method using SH waves as in Patent Document 1 requires a transverse wave to be incident on the steel pipe from the probe.
  • it is usually used as a medium between the probe and the steel pipe. Since water and oil cannot transmit transverse waves, it is necessary to use a medium having high viscosity such as glycerin.
  • a medium having high viscosity such as glycerin.
  • glycerin When such a highly viscous medium is used, if the medium remains on the surface of the steel pipe, there is a concern about the occurrence of rust or the like on the steel pipe. Therefore, it is necessary to wipe off the medium on the surface of the steel pipe after the flaw detection inspection.
  • the viscosity of the medium is high, wiping is not easy, and it takes time to sufficiently wipe the medium.
  • a medium with high viscosity has a very high temperature dependency, and if the same medium is used throughout the year, the detection sensitivity of soot will change. If the detection sensitivity is lowered, there is a concern that the steel pipe flaws cannot be detected. In order to avoid this, it may be possible to change the medium so that the detection sensitivity is almost constant according to the season and time zone in which the flaw detection inspection is performed. There is also a concern that different media may be selected by mistake.
  • the flaw detection method using SH waves can also be performed by a so-called dry coupling method in which a probe is pressed directly against the surface of a steel pipe.
  • SH waves are difficult to be incident on the inside of a steel pipe, when a probe is pressed against the surface of the steel pipe, it can be compared to the sense of pressing against the human skin using a normal dry coupling type flaw detection test. It is necessary to press firmly and firmly with a force of 10 times or more than sometimes. For this reason, when performing a flaw detection inspection, it is necessary to check whether the probe is sufficiently pressed against the steel pipe surface to the extent that there is no problem in flaw detection accuracy, leading to an increase in flaw detection inspection time. .
  • the flaw detection method using the SH wave reduces the flaw detection accuracy unless the flaw detection inspection is performed by an appropriate method.
  • the flaw detection inspection time increases. was there. Therefore, it is desirable to perform flaw detection inspection by a method that is completely different from the flaw detection method that uses SH waves.
  • the flaw detection object in the flaw detection inspection of Patent Document 2 is based on a steel bar or a wire rod in consideration of the structure of the flaw detection apparatus described in Patent Document 2 and the surface wave transmission direction. It is a defect along the longitudinal direction of the surface of the wire. That is, no consideration is given to flaw detection on circumferential defects on the steel pipe surface.
  • the flaw detection method disclosed in Patent Document 2 is used for inspection of circumferential defects on the surface of a steel pipe, surface waves that spirally travel on the surface of the steel pipe may not hit the circumferential defects on the surface of the steel pipe, and detection of circumferential defects is not possible. May occur. For this reason, in order to prevent omission of detection of circumferential defects, it has been necessary in the past to rotate the steel pipe and perform a flaw detection inspection again, which increases the inspection time and decreases the productivity of the steel pipe. .
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to shorten the inspection time and improve productivity in the inspection of a circumferential defect on the surface of a steel pipe.
  • the inventors pay attention to the diffraction phenomenon of the surface wave propagating on the surface of the steel pipe, and when the surface wave is transmitted in a state parallel to the pipe axis direction, the circumferential surface defect of the steel pipe is diffracted by the diffracted surface wave. The knowledge that the presence or absence can be detected was obtained.
  • the present invention that solves the above-described problems is an ultrasonic flaw detection apparatus that performs flaw detection on circumferential defects on the surface of a steel pipe, and transmits a surface wave to the surface of the steel pipe as a probe that transmits ultrasonic waves to the steel pipe. Only the surface wave probe is provided, and the position of the surface wave probe is fixed in a state where the surface wave transmission direction of the surface wave probe is parallel to the tube axis direction of the steel pipe. It is characterized by being.
  • Another aspect of the present invention is an ultrasonic flaw detection method for detecting a circumferential defect on a surface of a steel pipe, wherein a surface wave is transmitted to the surface of the steel pipe as a probe for transmitting ultrasonic waves to the steel pipe.
  • the surface wave probe is moved from the surface wave probe to the surface of the steel pipe in a state where the surface wave transmission direction is parallel to the tube axis direction of the steel pipe. Is transmitted to detect the steel pipe.
  • the flaw detection inspection according to the present invention can perform flaw detection on the entire circumference of a steel pipe by transmitting a surface wave in a direction parallel to the pipe axis at an arbitrary position on the surface of the steel pipe. That is, it is not necessary to rotate the steel pipe during the flaw detection inspection of the steel pipe, and the flaw detection inspection time can be shortened.
  • the present invention in the flaw detection inspection of the circumferential defect on the surface of the steel pipe, it is possible to shorten the flaw inspection time and improve the productivity.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an ultrasonic flaw detector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a ZZ cross-sectional view in FIG. 1. It is a figure which shows the mode at the time of the surface wave transmission which concerns on embodiment of this invention.
  • FIG. 4 is a YY cross-sectional view in FIG. 3. It is a perspective view which shows schematic structure of the ultrasonic flaw detector which concerns on another embodiment of this invention. It is a figure which shows the signal level in each position at the time of changing the position of the surface wave probe pressed against the surface of a steel pipe along the steel pipe circumferential direction. It is a figure which shows the dispersion
  • an ultrasonic flaw detector 1 includes a surface wave probe 2 that transmits a surface wave U to the surface of a steel pipe P, and the surface wave probe 2 in a radial direction r of the steel pipe P.
  • a probe moving mechanism 3 to be moved and a steel pipe transport mechanism 4 for transporting the steel pipe P along the transport direction T are provided.
  • ridges hereinafter, “ridge portions CP”) along the circumferential direction c are formed as circumferential defects.
  • the probe moving mechanism 3 includes a probe support member 5 that supports the surface wave probe 2.
  • the surface wave probe 2 is fixed to the probe support member 5 in such a state that the transmission direction of the surface wave U is parallel to the tube axis direction a of the steel pipe P.
  • the surface wave probe 2 is fixed so that the surface wave U is transmitted toward the upstream side in the transport direction T of the steel pipe P.
  • the surface wave U may be fixed so as to be transmitted toward the downstream side in the direction T.
  • the surface wave probe 2 employed in the present embodiment is a so-called transmission / reception integrated surface wave probe, a transmission unit (not shown) for transmitting the surface wave U to the surface of the steel pipe P, a steel pipe, and the like.
  • a receiving unit (not shown) that receives an echo reflected by the ridge CP on the P surface.
  • an acrylic wedge 6 in contact with the surface of the steel pipe P is attached to the lower surface of the surface wave probe 2, and the ultrasonic flaw detector 1 is subjected to a dry coupling type flaw inspection. It is comprised so that.
  • the wedge 6 according to the present embodiment is a plate-like member having a shape that can be brought into close contact with the surface of the steel pipe P, and the curvature of the wedge 6 and the surface of the steel pipe P is substantially the same. Since the optimum shape of the wedge 6 varies depending on the outer diameter of the steel pipe P, the wedge 6 is appropriately replaced with the wedge 6 suitable for the outer diameter of the steel pipe P to be flawed when performing the flaw detection inspection.
  • the wedge 6 is made of acrylic.
  • the material of the wedge 6 is not limited to this, and other materials can be used as long as the surface wave U can be propagated. May be.
  • the contact area between the surface wave probe 2 and the steel pipe P can be increased by providing the wedge 6 as in this embodiment.
  • the surface wave U is easily propagated between the surface wave probe 2 and the steel pipe P. As a result, the echo reflected by the buttock CP can be easily detected, and the flaw detection accuracy can be improved.
  • the ultrasonic flaw detector 1 according to the present embodiment is configured as described above. Next, an ultrasonic flaw detection method using such an ultrasonic flaw detection apparatus 1 will be described.
  • the steel pipe P manufactured by a conventionally known method is conveyed to a flaw detection inspection area where the ultrasonic flaw detection apparatus 1 is installed.
  • the flange portion CP is present on the surface of the steel pipe P.
  • the surface wave probe 2 moves in the radial direction r of the steel pipe P, and the surface wave probe 2 is pressed against the steel pipe P.
  • the surface wave U is transmitted from the surface wave probe 2 toward the surface of the steel pipe P.
  • the surface wave probe 2 is fixed in a state where the transmission direction of the surface wave U is parallel to the tube axis direction a, the surface wave U transmitted from the surface wave probe 2 is Travels parallel to direction a.
  • the surface wave U transmitted from the surface wave probe 2 is diffracted while spreading radially on the surface of the steel pipe. Therefore, the diffracted surface wave (hereinafter referred to as “diffracted surface wave U d ”) propagates so as to wind around the steel pipe P.
  • the diffractive surface wave U d reaches the flaw portion CP present in the steel pipe P, it will be reflected here.
  • the echo of the reflected diffracted surface wave U d travels toward the surface wave probe 2 so as to return along the path along which the diffracted surface wave U d has traveled.
  • the surface wave U is transmitted in a state where the surface wave transmission direction is parallel to the tube axis direction a, so that the circumferential direction at any position in the circumferential direction of the steel pipe P is achieved. Defects can be detected. That is, it is not necessary to perform the flaw detection inspection many times by rotating the steel pipe P during the flaw detection inspection, and the flaw detection inspection time can be greatly shortened. Thereby, productivity of the steel pipe P can be improved.
  • the surface wave probe 2 is used as a probe for transmitting ultrasonic waves, so noise during flaw detection inspection is reduced and echoes are easily detected. This improves the flaw detection accuracy.
  • the outer diameter of the steel pipe P used as a flaw detection object is not specifically limited.
  • the outer diameter of the steel pipe P is preferably 2000 mm or less. If it is 2000 mm or less, the flaw detection accuracy can be improved, and even a minute defect can be easily detected. Moreover, if the outer diameter is 300 mm or less, the flaw detection accuracy is further improved. A more preferable outer diameter is 150 mm or less.
  • the lower limit value of the outer diameter of the steel pipe P is not particularly limited as long as the outer diameter is such that the surface wave probe 2 can transmit and receive the surface wave U.
  • the thickness of the steel pipe P is preferably 1.5 to 15 mm.
  • the flaw detection method as in this embodiment is excellent in detecting a circumferential defect having a defect depth d of 0.05 mm or more shown in FIG. If the defect depth d is 0.1 mm or more, it becomes easier to detect circumferential defects.
  • the flaw detection method of this embodiment it is possible to detect a minute defect having a defect depth d of 0.5 mm or less that cannot be detected by the conventional flaw detection method.
  • the “defect depth d” is the distance from the reference plane to the bottom of the circumferential defect when the outer peripheral surface of the steel pipe P is the reference plane in a cross-sectional view perpendicular to the tube axis direction a as shown in FIG. It refers to the length in the radial direction r.
  • the flaw detection method as in this embodiment is excellent in detecting a circumferential defect having a defect length L of 0.1 mm or more in the circumferential defect. If the defect length L is 0.2 mm or more, it becomes easier to detect the circumferential defect. In addition, according to the flaw detection method of this embodiment, it is possible to detect a minute defect having a defect length L of 5 mm or less that cannot be detected by the conventional flaw detection method.
  • the “defect length L” of the circumferential defect refers to the distance between the outer peripheral surface of the steel pipe P and the boundary point of the circumferential defect in a cross-sectional view perpendicular to the tube axis direction a as shown in FIG.
  • the dry coupling method in which the surface wave probe 2 is pressed against the surface of the steel pipe P to perform flaw detection is used, but the surface wave probe 2 and the surface of the steel pipe P are interposed between the surface wave probe 2 and the surface of the steel pipe P.
  • An immersion method in which flaw detection is performed while supplying a medium such as water or oil may be used.
  • flaw detection is performed by the liquid immersion method, it is preferable to bring the surface wave probe 2 closer to the surface of the steel pipe P in order to improve flaw detection accuracy.
  • the use of the dry coupling method can make the flaw detection apparatus simpler, and the handling of the medium becomes unnecessary, so that flaw detection inspection can be easily performed.
  • the surface wave probe 2 is fixed and the steel pipe P is moved in the transport direction T to perform the flaw detection inspection. You may make it move along the direction a.
  • the probe moving mechanism 3 is further provided with a mechanism for moving the surface wave probe 2 along the tube axis direction a, and the surface wave U is transmitted along the tube axis direction a while transmitting the surface wave U.
  • the surface wave probe 2 may be moved.
  • the flaw detection inspection is performed using the transmission / reception integrated surface wave probe 2, but a transmission surface wave probe (not shown) having a transmission function of transmitting the surface wave U is used.
  • a flaw detection inspection may be performed using a reception surface wave probe (not shown) having a reception function of receiving an echo.
  • the transmitting surface wave probe and the receiving surface wave probe may be arranged on a straight line, for example, along the tube axis direction a.
  • the presence or absence of the buttock CP can be confirmed by detecting with the surface acoustic wave probe for reception that the surface wave U is attenuated by the CP.
  • the flaw detection inspection is performed by the ultrasonic flaw detection apparatus 1, but the operator himself may perform the flaw detection inspection using the surface wave probe 2.
  • the flaw detection inspection is performed by the operator pressing the surface wave probe 2 against the surface of the steel pipe P, or in the case of the immersion method, by approaching the surface of the steel pipe P.
  • the surface wave U is transmitted so that the transmission direction of the surface wave U is parallel to the pipe axis direction a of the steel pipe P, so that the flaw detection inspection of the entire circumference of the steel pipe P is performed without rotating the steel pipe P. can do.
  • the surface wave probe was pressed against the steel pipe surface in a state where the surface wave transmission direction was parallel to the pipe axis direction on the steel pipe having a circumferential flaw on the surface, and the flaw detection inspection according to the present invention was performed.
  • the outer diameter of the steel pipe used as a test target is 34.0 mm, and the wall thickness is 4.0 mm.
  • a probe for transmitting ultrasonic waves only a transmission / reception integrated surface wave probe was used, and a surface wave probe having a frequency of 2 MHz and a directivity angle of 20 ° was used.
  • Example 1 the position where the surface wave probe was pressed was changed along the circumferential direction of the steel pipe, and the signal level at each position was recorded. The result is shown in FIG.
  • the position at which the surface wave probe is first pressed is set as a reference position (0 °), and the numerical value shown in FIG. 6 (hereinafter referred to as “circumferential angle”) is perpendicular to the tube axis direction.
  • the angle formed by the reference position, the tube axis, and the pressing position of the surface wave probe moved in the circumferential direction in a simple sectional view is shown.
  • the signal level is recorded at a position where the pressing position of the surface wave probe is changed by 45 ° from the reference position (0 °).
  • the “reject level” described in FIG. 6 indicates a minimum signal level that is not mixed with noise during the flaw detection inspection. When a signal level lower than the reject level is detected, there is a possibility that circumferential defects such as wrinkles cannot be accurately detected.
  • the flaw detection method according to the present invention it is possible to appropriately detect a circumferential flaw present in a steel pipe.
  • Example 2 As shown in FIG. 7, in Example 2, the maximum signal level was 38%, the minimum signal level was 30%, and the difference was 8%.
  • the pressing position of the surface wave probe having the lowest signal level in Example 1 is a position where the circumferential angle is 315 ° as shown in FIG. 6, and the signal level at this time is about 20%. For this reason, even if it is assumed that the signal level is the maximum signal level and 8% which is the minimum signal level of the second embodiment is subtracted from the signal level, the signal level exceeding the reject level is sufficiently secured. That is, according to the results of Example 1 and Example 2, it is understood that the circumferential defect of the steel pipe can be detected appropriately even if the variation in the signal level is taken into consideration.
  • Evaluation B indicates a case where the signal level is smaller than that of evaluation A, but the flaw detection accuracy is sufficiently high.
  • evaluation C indicates a case where the signal level is smaller than that in the case of evaluation B, but the flaw detection accuracy is high.
  • evaluation D indicates a case where the signal level is lower than the reject level and there is a possibility that wrinkles cannot be detected. The evaluation results are shown in Table 1 below.
  • Example 3 the signal level exceeded the reject level in any of the steel pipes having different outer diameters or flaw sizes (defect depth d, defect length L). It can be seen that the direction defect can be detected appropriately. In Example 3, there was no case where the evaluation was “D”.
  • the flaw detection method according to the present invention the surface wave can be propagated even with a steel pipe having other circumferential defects. If it is a steel pipe, it is estimated that a circumferential defect can be detected without a problem.
  • only a surface wave probe is used as a probe for transmitting ultrasonic waves, and noise when detecting an echo is reduced. This contributes to the improvement of the flaw detection accuracy of the steel pipe and makes it easy to detect echoes.
  • the present invention can be applied to a flaw detection inspection for circumferential defects on the surface of a steel pipe.
  • the type and application of the steel pipe are not particularly limited, and can be applied to flaw detection inspection of an electric resistance welded steel pipe, a forged steel pipe, or a seamless steel pipe.

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Abstract

鋼管表面の周方向欠陥の探傷を行う超音波探傷装置において、鋼管に超音波を送信する探触子として、鋼管の表面に表面波を送信する表面波探触子のみが設けられ、表面波探触子の表面波送信方向が鋼管の管軸方向に平行な状態で該表面波探触子の位置が固定されるように構成されている。

Description

超音波探傷装置及び超音波探傷方法
　本発明は、鋼管の表面に生じる周方向疵等の周方向欠陥を探傷する超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関する。
　近年、環境問題の観点から様々な材料に３Ｒ技術(リデュース、リユース、リサイクル)を考慮した開発がなされている。鉄鋼分野においては高強度化によるリデュース技術の適用により軽量化が実施されることで省エネが実現されている。しかしながら、一般に鋼材の高強度化は塑性加工等の加工時の疵発生などが起こりやすくなり、材料特性の確保が難しくなる。鋼材の材料特性の確保の観点からは様々な対策が実施されているが、その一環として鋼材の疵や割れを正確に検査することが必要とされている。例えば鋼管表面に形成された疵や割れ等の欠陥の有無を検査するためには、超音波を利用した非破壊の探傷検査を行うことが一般的となっている。
　そのような探傷検査方法として、特許文献１には、斜角探触子を用いて鋼管の内部（鋼管のバルク内）に超音波を送信し、鋼管で反射した超音波（以下、“エコー”）を受信することで鋼管の欠陥の有無を検査する方法が開示されている。特許文献１の超音波は、探傷面でのモード変換がない横波、いわゆるＳＨ波であり、鋼管の表面（外面）と裏面（内面）との間を繰り返し反射しながら鋼管の欠陥部まで伝播していく。
　特許文献２には、鋼管の表面を伝播する超音波（以下、“表面波”）を送信することで探傷検査を行うことが開示されている。特許文献２の探傷方法では、表面波の送信方向が被検査材の軸心方向に対して斜めになるように表面波探触子を配置しており、螺旋状に伝播する表面波のエコーを検出することで鋼管の欠陥の有無を検査している。
特開２００４－３９９６号公報 特開２０１３－１２４９１９号公報
　特許文献１のようなＳＨ波を用いる探傷方法は探触子から鋼管に横波を入射させる必要があるが、液浸法で探傷検査を行う場合、探触子と鋼管の間の媒質として通常使用されるような水や油では横波を伝達することができないため、グリセリン等の粘性が高い媒質を利用することが必要となる。そのような粘性の高い媒質を使用する場合、鋼管表面に媒質が残存していると、鋼管の錆び等の発生が懸念されるため、探傷検査後には鋼管表面の媒質を拭き取る必要がある。しかし、媒質の粘性が高いために拭き取りが容易ではなく、媒質を十分に拭き取るまでに時間を要してしまう。これに加え、粘度が高い媒質は温度依存性が非常に高く、年間を通じて同じ媒質を使用していると、疵の検出感度が変わってしまう。検出感度が低下した場合には鋼管の疵を検出できないことも懸念される。これを回避するため、探傷検査を行う季節や時間帯に応じ、検出感度が概ね一定となるよう媒質を変えることも考えられるが、複数種の媒質を管理する手間が増えるほか、適切な媒質と異なる媒質を誤って選択するといったことも懸念される。
　一方、ＳＨ波を用いた探傷方法は、鋼管の表面に直接探触子を押し当てる、いわゆるドライカップリング方式で行うことも可能である。しかし、ＳＨ波は鋼管の内部に入射されにくい性質を有するため、探触子を鋼管の表面に押し当てる際には、人間の肌に押し当てる感覚に例えると通常のドライカップリング方式の探傷検査時に比べて、１０倍以上の力で強くしっかりと押し当てる必要がある。このため、探傷検査を行う際には、探傷精度に問題がない程度に探触子が鋼管表面に十分に押し当てられているか確認することが必要となり、探傷検査時間の増加を招くことになる。
　また、ＳＨ波のような斜角探触子から送信される超音波を用いた探傷方法の場合、超音波の周波数が小さいと鋼管の欠陥を検出できないおそれがある。しかし、超音波の周波数を大きくしても、鋼管のバルク内で超音波の減衰率が大きくなり、鋼管表面の深さが浅いような周方向欠陥が検出しにくくなってしまう。この場合、探傷検査を繰り返し実施することが必要となり、探傷検査時間が増加することになる。
　このように、ＳＨ波を用いた探傷方法は適切な方法で探傷検査を実施しないと探傷精度が下がる一方で、適切な方法で探傷検査を実施しようとすると、探傷検査時間の増加を招くという問題があった。したがって、ＳＨ波を使用する探傷方法とは全く異なる方法で探傷検査を行うことが望まれる。
　一方、特許文献２の探傷検査における探傷対象物は、特許文献２に記載された探傷装置の構造や表面波送信方向を考慮すると、棒鋼や線材を前提としており、検出する欠陥の種類は棒鋼や線材表面の長手方向に沿った欠陥である。すなわち、鋼管表面の周方向欠陥を探傷することについては考慮されていない。鋼管表面の周方向欠陥の探傷検査に特許文献２の探傷方法を用いると、鋼管表面を螺旋状に進行する表面波が鋼管表面の周方向欠陥に当たらない場合があり、周方向欠陥の検出漏れが発生するおそれがある。このため、周方向欠陥の検出漏れを防ぐために従来は鋼管を回転させて再度探傷検査を行う等の対応が必要となっており、探傷検査時間が増加し、鋼管の生産性が低下していた。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋼管表面の周方向欠陥の探傷検査において、探傷検査時間を短縮し、生産性を向上させることを目的とする。
　本発明者らは、鋼管表面を伝播する表面波の回折現象に着目し、表面波が管軸方向に平行な状態で送信された際に、回折した表面波によって鋼管全周の周方向欠陥の有無を検出できるという知見を得た。
　上記課題を解決する本発明は、鋼管表面の周方向欠陥の探傷を行う超音波探傷装置であって、前記鋼管に超音波を送信する探触子として、前記鋼管の表面に表面波を送信する表面波探触子のみが設けられ、前記表面波探触子の表面波送信方向が前記鋼管の管軸方向に平行な状態で該表面波探触子の位置が固定されるように構成されていることを特徴としている。
　また、別の観点による本発明は、鋼管表面の周方向欠陥の探傷を行う超音波探傷方法であって、前記鋼管に超音波を送信する探触子として、前記鋼管の表面に表面波を送信する表面波探触子のみを用いて、前記表面波探触子を表面波送信方向が前記鋼管の管軸方向に平行となる状態で、前記表面波探触子から前記鋼管の表面に表面波を送信して前記鋼管の探傷を行うことを特徴としている。
　本発明に係る探傷検査は、鋼管表面の任意の位置において管軸と平行な向きの表面波を送信することにより、鋼管全周の探傷を行うことができる。すなわち、鋼管の探傷検査中に鋼管を回転させる必要がなく、探傷検査時間を短縮することができる。
　本発明によれば、鋼管表面の周方向欠陥の探傷検査において、探傷検査時間を短縮し、生産性を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す斜視図である。 図１中のＺ－Ｚ断面図である。 本発明の実施形態に係る表面波送信時の様子を示す図である。 図３中のＹ－Ｙ断面図である。 本発明の別の実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す斜視図である。 鋼管の表面に押し当てる表面波探触子の位置を鋼管周方向に沿って変えた際の各位置における信号レベルを示す図である。 周方向欠陥を有する鋼管に表面波探触子を押し当てて、同じ位置で繰り返し探傷検査を実施した際の信号レベルのばらつきを示す図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　図１に示すように本実施形態に係る超音波探傷装置１は、鋼管Ｐ表面に表面波Ｕを送信する表面波探触子２と、表面波探触子２を鋼管Ｐの半径方向ｒに移動させる探触子移動機構３と、鋼管Ｐを搬送方向Ｔに沿って搬送する鋼管搬送機構４とを備えている。また、鋼管Ｐの表面には周方向欠陥として周方向ｃに沿った疵（以下、“疵部ＣＰ”）が形成されている。
　探触子移動機構３は、表面波探触子２を支持する探触子支持部材５を備えている。表面波探触子２は、表面波Ｕの送信方向が鋼管Ｐの管軸方向ａに平行となるような状態で探触子支持部材５に固定されている。なお、本実施形態においては、鋼管Ｐの搬送方向Ｔの上流側に向けて表面波Ｕが送信されるように表面波探触子２が固定されているが、表面波探触子２は搬送方向Ｔの下流側に向けて表面波Ｕが送信されるように固定されていても良い。また、本実施形態で採用している表面波探触子２は、いわゆる送受信一体型の表面波探触子であり、鋼管Ｐ表面に表面波Ｕを送信する送信部（不図示）と、鋼管Ｐ表面の疵部ＣＰで反射したエコーを受信する受信部（不図示）とを備えている。
　図２に示すように、表面波探触子２の下面には鋼管Ｐの表面に接するアクリル製のクサビ６が取り付けられており、超音波探傷装置１はドライカップリング方式の探傷検査が実施されるように構成されている。本実施形態に係るクサビ６は、鋼管Ｐ表面に密接可能な形状を有する板状の部材であり、クサビ６と鋼管Ｐ表面の曲率は概ね同一となっている。クサビ６の形状は、鋼管Ｐの外径によって最適な形状が異なるため、探傷検査を行う際には探傷対象となる鋼管Ｐの外径等に適したクサビ６に適宜交換される。なお、本実施形態では、クサビ６がアクリルで形成されることとしたが、クサビ６の材料はこれに限定されず、表面波Ｕを伝播させることが可能なものであれば他の材料であっても良い。
　表面波探触子２にクサビ６を取り付けることは必須ではないが、本実施形態のようにクサビ６が設けられることにより、表面波探触子２と鋼管Ｐの接触面積を大きくすることができ、表面波探触子２と鋼管Ｐとの間に表面波Ｕが伝播しやすくなる。これにより疵部ＣＰで反射したエコーも検出しやすくなり、探傷精度を向上させることができる。
　本実施形態に係る超音波探傷装置１は、以上のように構成されている。次に、そのような超音波探傷装置１を用いた超音波探傷方法について説明する。
　まず、従来周知の方法で製造された鋼管Ｐが、超音波探傷装置１が設置された探傷検査エリアに搬送される。鋼管Ｐの表面には図１のように疵部ＣＰが存在している。続いて、鋼管Ｐの半径方向ｒに表面波探触子２が移動し、表面波探触子２が鋼管Ｐに押し当てられる。この状態のまま、鋼管Ｐの表面に向けて表面波探触子２から表面波Ｕが送信される。前述の通り、表面波探触子２は表面波Ｕの送信方向が管軸方向ａと平行となる状態で固定されているため、表面波探触子２から送信された表面波Ｕは管軸方向ａに平行に進行する。
　このとき表面波探触子２から送信された表面波Ｕは、鋼管表面の放射状に広がりながら回折していく。このため、回折した表面波（以下、“回折表面波Ｕｄ”）は鋼管Ｐに巻き付くように伝播していく。そして、回折表面波Ｕｄは鋼管Ｐに存在する疵部ＣＰに到達し、ここで反射することになる。反射した回折表面波Ｕｄのエコーは、回折表面波Ｕｄが進行してきた経路を戻るようにして表面波探触子２に向かっていく。そして、回折表面波Ｕｄのエコーが表面波探触子２の受信部（不図示）に到達し、そこでエコーが検出されることで、鋼管Ｐの表面に疵部ＣＰが存在することを確認できる。なお、疵部ＣＰが存在しない場合には回折表面波Ｕｄが反射する箇所がないため、エコーは検出されない。
　このように本実施形態の探傷方法によれば、表面波送信方向が管軸方向ａと平行な状態で表面波Ｕを送信することで、鋼管Ｐの周方向のいずれかの位置にある周方向欠陥を検出することができる。すなわち、探傷検査時に鋼管Ｐを回転させて何度も探傷検査を行う必要がなく、探傷検査時間を大幅に短縮することが可能となる。これにより鋼管Ｐの生産性を向上させることができる。
　また、本実施形態の探傷方法では、超音波を送信する探触子として表面波探触子２のみを使用しているため、探傷検査時のノイズが少なくなり、エコーを検出しやすくなる。これにより探傷精度が向上する。
　なお、探傷対象物となる鋼管Ｐの外径は特に限定されない。ただし、現在、一般に入手することが可能な表面波探触子２の仕様を考慮すると、鋼管Ｐの外径は２０００ｍｍ以下であることが好ましい。２０００ｍｍ以下であれば、探傷精度を向上させることができ、微小な欠陥でも検出しやすくなる。また、外径が３００ｍｍ以下であれば、更に探傷精度が向上する。更に好ましい外径は１５０ｍｍ以下である。鋼管Ｐの外径の下限値は、表面波探触子２で表面波Ｕの送受信が可能な外径であれば特に限定されない。また、鋼管Ｐの肉厚は１．５～１５ｍｍであることが好ましい。
　また、本実施形態のような探傷方法は、図４に示す欠陥深さｄが０．０５ｍｍ以上の周方向欠陥を検出することに優れている。欠陥深さｄが０．１ｍｍ以上であれば更に周方向欠陥を検出しやすくなる。加えて、本実施形態の探傷方法によれば、従来の探傷方法では検出できないような欠陥深さｄが０．５ｍｍ以下の微小な欠陥を検出することもできる。なお、“欠陥深さｄ”とは、図４のような管軸方向ａに対する垂直な断面視において鋼管Ｐの外周面を基準面とした場合に、基準面から周方向欠陥部の底までの半径方向ｒの長さのことを指す。
　また、本実施形態のような探傷方法は、周方向欠陥の欠陥長さＬが０．１ｍｍ以上の周方向欠陥を検出することに優れている。欠陥長さＬが０．２ｍｍ以上であれば、更に周方向欠陥を検出しやすくなる。加えて、本実施形態の探傷方法によれば、従来の探傷方法では検出できないような欠陥長さＬが５ｍｍ以下の微小な欠陥を検出することもできる。なお、周方向欠陥の“欠陥長さＬ”とは、図４のような管軸方向ａに対する垂直な断面視において鋼管Ｐ外周面と周方向欠陥部の境界点間の距離のことを指す。
　また、本実施形態の探傷方法では、鋼管Ｐ表面に表面波探触子２を押し当てて探傷を行うドライカップリング法を用いたが、表面波探触子２と鋼管Ｐ表面との間に水や油等の媒質を供給しながら探傷を行う液浸法を用いても良い。液浸法で探傷を行う場合には探傷精度を向上させるために、表面波探触子２を鋼管Ｐ表面に近づけることが好ましい。ただし、ドライカップリング法を用いた方が探傷装置を簡易な構造にできると共に、媒質の取扱いが不要となり探傷検査を容易に行うことができる。
　また、本実施形態では表面波探触子２の位置を固定し、鋼管Ｐを搬送方向Ｔに移動させることで鋼管Ｐの探傷検査を行うこととしたが、表面波探触子２を管軸方向ａに沿って移動させるようにしても良い。例えば、図５のように探触子移動機構３に、管軸方向ａに沿って表面波探触子２を移動させる機構を更に設け、表面波Ｕを送信しながら管軸方向ａに沿って表面波探触子２を移動させるようにしても良い。
　また、本実施形態では、送受信一体型の表面波探触子２を用いて探傷検査を行うこととしたが、表面波Ｕを送信する送信機能を有する送信用表面波探触子（不図示）と、エコーを受信する受信機能を有する受信用表面波探触子（不図示）を用いて探傷検査を実施しても良い。この場合、送信用表面波探触子と受信用表面波探触子は、例えば管軸方向ａに沿って直線上に配置すれば良い。送信用表面波探触子と受信用表面波探触子との間に疵部ＣＰがある場合には、送信用表面波探触子から送信された表面波Ｕが、鋼管Ｐ表面の疵部ＣＰで減衰し、表面波Ｕが減衰したことを受信用表面波探触子で検出することで、疵部ＣＰの有無を確認することができる。ただし、より簡易構造の探傷装置とするためには、送受信一体型の表面波探触子を用いることが好ましい。
　また、本実施形態では、超音波探傷装置１で探傷検査を実施することとしたが、作業者自らが表面波探触子２を使用して探傷検査を実施しても良い。この場合、作業者が表面波探触子２を鋼管Ｐの表面に押し当てるか、液浸法の場合には鋼管Ｐの表面に接近させることにより探傷検査を実施する。この場合でも、表面波Ｕの送信方向が鋼管Ｐの管軸方向ａと平行となるように表面波Ｕを送信することで、鋼管Ｐを回転させることなく、鋼管Ｐ全周の探傷検査を実施することができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　表面に周方向疵が生じている鋼管に、表面波の送信方向が管軸方向に平行となる状態で鋼管表面に表面波探触子を押し当て、本発明に係る探傷検査を実施した。探傷対象物となる鋼管の外径は３４．０ｍｍ、肉厚は４．０ｍｍである。また、超音波を送信する探触子として、送受信一体型の表面波探触子のみを用いており、表面波探触子は周波数が２ＭＨｚ、指向角が２０°のものを使用した。実施例１では、表面波探触子を押し当てる位置を鋼管の周方向に沿って変えていき、各位置における信号レベルを記録した。その結果を図６に示す。
　図６では最初に表面波探触子を押し当てた位置を基準位置（０°）としており、図６中に示される角度（以下、“周方向角度”）の数値は、管軸方向に垂直な断面視における基準位置、管軸および周方向に移動させた表面波探触子の押し当て位置とのなす角を示している。実施例１では表面波探触子の押し当て位置を基準位置（０°）から４５°ずつ変化させていった位置で信号レベルを記録している。図６中に記載された“リジェクトレベル”とは、探傷検査の際にノイズに紛れることがない最小の信号レベルを示している。リジェクトレベルを下回る信号レベルが検出された際には、疵等の周方向欠陥を正確に検出できないおそれがある。
　図６に示されるように鋼管の周方向のいずれの位置に表面波探触子を押し当てても、信号レベルはリジェクトレベルを上回っている。すなわち、本発明に係る探傷方法によれば、鋼管に存在する周方向疵を適切に検出することができる。
　次に、実施例１で用いた鋼管に対し、表面波探触子を押し当てる位置を変えず、同じ位置で探傷検査を１０回繰り返して実施した。そして、各探傷検査における信号レベルを測定し、信号レベルのばらつきを記録した。その結果を図７に示す。
　図７に示すように実施例２においては、最大信号レベルが３８％、最小信号レベルが３０％であり、その差は８％であった。実施例１で最も信号レベルが小さくなる表面波探触子の押し当て位置は、図６のように周方向角度が３１５°の位置であり、このときの信号レベルは２０％程度であった。このため、その信号レベルが最大信号レベルであると仮定し、その信号レベルから実施例２の最小信号レベルである８％を引いたとしても、リジェクトレベルを超える信号レベルは十分に確保される。すなわち、実施例１および実施例２の結果によれば、信号レベルのばらつきを考慮したとしても、鋼管の周方向欠陥を適切に検出できることがわかる。
　次に、鋼管の外径や、周方向欠陥としての疵のサイズ（図４に示す欠陥深さｄ、欠陥長さＬ）が異なる複数の鋼管を準備し、各鋼管に対して探傷検査を実施した。具体的には、鋼管周方向で信号レベルが最も小さくなる表面波探触子の押し当て位置で繰り返し信号レベルを測定し、最小となる信号レベルを記録した。そして、その最小信号レベルの大きさに基づき、探傷精度について４段階で評価した。“評価Ａ”は、信号レベルがリジェクトレベルを大きく超え、探傷精度が非常に高い場合を示す。“評価Ｂ”は、信号レベルが評価Ａの場合よりも小さいが、探傷精度が十分に高い場合を示す。“評価Ｃ”は、信号レベルが評価Ｂの場合よりも小さいが、探傷精度が高い場合を示す。“評価Ｄ”は、信号レベルがリジェクトレベルを下回り、疵を検出できないおそれがある場合を示す。その評価結果を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１に示すように実施例３では、外径や疵のサイズ（欠陥深さｄ、欠陥長さＬ）が異なるいずれの鋼管においても、信号レベルがリジェクトレベルを超過しており、鋼管の周方向欠陥を適切に検出できることがわかる。実施例３においては評価が“Ｄ”となる場合が存在しなかったが、本発明に係る探傷方法によれば、その他の周方向欠陥を有する鋼管であっても表面波が伝播可能な仕様の鋼管であれば、問題なく周方向欠陥を検出できると推測される。特に、本発明に係る探傷方法においては超音波を送信する探触子として表面波探触子のみを使用しており、エコーを検出する際のノイズが少なくなる。このことが鋼管の探傷精度の向上に寄与し、エコーを検出しやすくなっている。
　本発明は、鋼管表面の周方向欠陥の探傷検査に適用することができる。鋼管の種類や用途は特に限定されず、電縫鋼管や鍛接鋼管、シームレス鋼管の探傷検査に適用することができる。
１　　　超音波探傷装置
２　　　表面波探触子
３　　　探触子移動機構
４　　　鋼管搬送機構
５　　　探触子支持部材
６　　　クサビ
ａ　　　鋼管の管軸方向
ｃ　　　鋼管の周方向
ＣＰ　　疵部
ｄ　　　周方向欠陥の欠陥深さ
Ｌ　　　周方向欠陥の欠陥長さ
Ｐ　　　鋼管
ｒ　　　鋼管の半径方向
Ｔ　　　鋼管の搬送方向
Ｕ　　　表面波
Ｕｄ　　回折表面波
 
 

Claims (16)

  1. 　鋼管表面の周方向欠陥の探傷を行う超音波探傷装置であって、
    　前記鋼管に超音波を送信する探触子として、前記鋼管の表面に表面波を送信する表面波探触子のみが設けられ、
    　前記表面波探触子の表面波送信方向が前記鋼管の管軸方向に平行な状態で該表面波探触子の位置が固定されるように構成されている。
  2. 　請求項１に記載の超音波探傷装置において、
    　前記鋼管の管軸方向に沿って前記表面波探触子を移動させる探触子移動機構が設けられている。
  3. 　請求項１又は２に記載の超音波探傷装置において、
    　前記表面波探触子に、前記鋼管の表面に密接する形状を有するクサビが取り付けられている。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波探傷装置において、
    　前記表面波探触子が送受信一体型の表面波探触子である。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の超音波探傷装置において、
    　ドライカップリング方式の探傷が実施されるように構成されている。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の超音波探傷装置において、
    　前記周方向欠陥の欠陥深さが０．０５ｍｍ以上である。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の超音波探傷装置において、
    　前記周方向欠陥の欠陥長さが０．１ｍｍ以上である。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の超音波探傷装置において、
    　前記鋼管の外径が２０００ｍｍ以下である。
  9. 　鋼管表面の周方向欠陥の探傷を行う超音波探傷方法であって、
    　前記鋼管に超音波を送信する探触子として、前記鋼管の表面に表面波を送信する表面波探触子のみを用いて、前記表面波探触子を表面波送信方向が前記鋼管の管軸方向に平行となる状態で、前記表面波探触子から前記鋼管の表面に表面波を送信して前記鋼管の探傷を行う。
  10. 　請求項９に記載の超音波探傷方法において、
    　前記鋼管の管軸方向に沿って前記表面波探触子を移動させながら前記鋼管の探傷を行う。
  11. 　請求項９又は１０に記載の超音波探傷方法において、
    　前記表面波探触子に、前記鋼管の表面に密接する形状を有するクサビを取り付けて前記鋼管の探傷を行う。
  12. 　請求項９～１１のいずれか一項に記載の超音波探傷方法において、
    　前記表面波探触子が送受信一体型の表面波探触子である。
  13. 　請求項９～１２のいずれか一項に記載の超音波探傷方法において、
    　前記表面波探触子を前記鋼管に接触させるドライカップリング方式の探傷を行う。
  14. 　請求項９～１３のいずれか一項に記載の超音波探傷方法において、
    　前記周方向欠陥の欠陥深さが０．０５ｍｍ以上である。
  15. 　請求項９～１４のいずれか一項に記載の超音波探傷方法において、
    　前記周方向欠陥の欠陥長さが０．１ｍｍ以上である。
  16. 　請求項９～１５のいずれか一項に記載の超音波探傷方法において、
    　前記鋼管の外径が２０００ｍｍ以下である。
     
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