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JP4356549B2 - Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus - Google Patents

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JP4356549B2
JP4356549B2 JP2004226242A JP2004226242A JP4356549B2 JP 4356549 B2 JP4356549 B2 JP 4356549B2 JP 2004226242 A JP2004226242 A JP 2004226242A JP 2004226242 A JP2004226242 A JP 2004226242A JP 4356549 B2 JP4356549 B2 JP 4356549B2
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寛之 大久保
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Description

本発明は、超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関し、さらに詳しくは、溶接鋼管の軸方向に形成された溶接部に含まれる欠陥を探傷するための超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。   The present invention relates to an ultrasonic flaw detection method and an ultrasonic flaw detection device, and more particularly to an ultrasonic flaw detection method and an ultrasonic flaw detection device for flaw detection included in a welded portion formed in the axial direction of a welded steel pipe.

サブマージドアーク溶接(SAW)鋼管等の溶接鋼管の溶接部は、その内部に図13に示すような欠陥が発生する場合がある。溶接鋼管1の溶接部2に発生する欠陥25は、溶接部25に内在する。換言すれば、欠陥25は溶接部2表面に開口部を有さない。欠陥25はたとえばピンホールであったり、溶接時の溶け込み不足により発生したりする。このような溶接部の欠陥の有無を検査するため、図14に示すようなタンデム探傷法等の超音波探傷が実施されている。タンデム探傷法では、送信用探触子50と受信用探触子51とを用いる。溶接部2の欠陥25のエコーが伝搬する位置に受信用探触子51が配置され、受信用探触子51が欠陥25のエコーを検出する。   In a welded portion of a welded steel pipe such as a submerged arc welded (SAW) steel pipe, a defect as shown in FIG. A defect 25 occurring in the welded portion 2 of the welded steel pipe 1 is inherent in the welded portion 25. In other words, the defect 25 does not have an opening on the surface of the weld 2. The defect 25 is, for example, a pinhole or occurs due to insufficient penetration during welding. In order to inspect the presence or absence of such defects in the welded portion, ultrasonic flaw detection such as a tandem flaw detection method as shown in FIG. 14 is performed. In the tandem flaw detection method, a transmission probe 50 and a reception probe 51 are used. The receiving probe 51 is disposed at a position where the echo of the defect 25 of the welded portion 2 propagates, and the receiving probe 51 detects the echo of the defect 25.

タンデム探傷法では、超音波ビームが検査対象である溶接鋼管(以下、検査対象溶接鋼管と称する)の外周面及び内周面で反射しながら伝搬し溶接部2の欠陥25に入射する。また、欠陥25のエコーも外周面及び内周面で反射しながら伝搬する。反射回数が多くなる程エコーは減衰し、欠陥が検出されにくくなる。   In the tandem flaw detection method, an ultrasonic beam propagates while being reflected by the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of a welded steel pipe to be inspected (hereinafter referred to as a welded steel pipe to be inspected) and enters the defect 25 of the welded portion 2. Further, the echo of the defect 25 also propagates while being reflected on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface. As the number of reflections increases, the echo attenuates and the defect becomes difficult to detect.

下記特許文献1及び2に開示された超音波探傷方法では、超音波ビームを検査対象溶接鋼管の外周面及び内周面で反射することなく溶接部内の欠陥に直接入射する。具体的には、図15に示すように、超音波ビームUWが欠陥25に垂直に入射するように、入射角α及び探触子52の配置位置Nを調整する。超音波ビームUWが欠陥25に垂直に入射されれば、欠陥25で反射したエコーが外周面及び内周面で反射することなく探触子52に戻る。このとき、エコーの伝搬方向は探触子52からずれない。そのため、タンデム探傷法と比較して、欠陥の検出精度を上げることができる。 In the ultrasonic flaw detection methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 below, an ultrasonic beam is directly incident on a defect in a welded portion without being reflected by the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the inspection target welded steel pipe. Specifically, as shown in FIG. 15, the incident angle α 0 and the arrangement position N 0 of the probe 52 are adjusted so that the ultrasonic beam UW is perpendicularly incident on the defect 25. If the ultrasonic beam UW is perpendicularly incident on the defect 25, the echo reflected by the defect 25 returns to the probe 52 without being reflected by the outer peripheral surface and the inner peripheral surface. At this time, the propagation direction of the echo does not deviate from the probe 52. Therefore, the defect detection accuracy can be increased as compared with the tandem flaw detection method.

図15に示した超音波探傷方法では、検査対象溶接鋼管に応じて探触子から出力される超音波ビームの入射角αと探触子の配置位置Nとを正確に決定した方がよい。特許文献1及び2の超音波探傷方法では、検査対象溶接鋼管の外径寸法及び肉厚寸法と、探触子内及び検査対象溶接鋼管内での超音波ビームの伝搬速度とに基づいて、入射角α及び配置位置Nを算出する。 In the ultrasonic flaw detection method shown in FIG. 15, it is better to accurately determine the incident angle α 0 of the ultrasonic beam output from the probe and the arrangement position N 0 of the probe according to the welded steel pipe to be inspected. Good. In the ultrasonic flaw detection methods of Patent Documents 1 and 2, the incidence is based on the outer diameter and thickness of the welded steel pipe to be inspected, and the propagation speed of the ultrasonic beam in the probe and the welded steel pipe to be inspected. The angle α 0 and the arrangement position N 0 are calculated.

しかしながら、算出された入射角α及び配置位置Nを用いた超音波探傷方法では、以下の理由により、欠陥の検出精度が上がらない場合がある。 However, in the ultrasonic flaw detection method using the calculated incident angle α 0 and arrangement position N 0 , the defect detection accuracy may not be improved for the following reasons.

(1)検査対象溶接鋼管は、鋼板をプレス成形等の曲げ加工によりオープンパイプに成形した後、オープンパイプの継ぎ目部を溶接することにより製造される。そのため、検査対象溶接鋼管の軸方向に対して垂直な断面の形状は完全な真円ではなく、曲げ加工によるゆがみが生じる。特に、溶接部近傍は形状のゆがみが発生しやすい。溶接部を挟んだ両側の形状が非対称になる場合もある。このように、検査対象溶接鋼管の断面形状が完全な真円でない場合、検査対象溶接鋼管の外径寸法及び肉厚寸法等に基づいて算出された入射角及び配置位置で探傷しても、超音波ビームは欠陥に垂直に入射されない。そのため、欠陥の検出精度が上がらない。   (1) A welded steel pipe to be inspected is manufactured by forming a steel plate into an open pipe by bending such as press forming and then welding a joint portion of the open pipe. Therefore, the shape of the cross section perpendicular to the axial direction of the welded steel pipe to be inspected is not a perfect circle, and distortion due to bending occurs. In particular, shape distortion is likely to occur near the weld. The shape on both sides of the welded portion may be asymmetric. In this way, if the cross-sectional shape of the welded steel pipe to be inspected is not a perfect circle, even if flaw detection is performed at the incident angle and arrangement position calculated based on the outer diameter size and the wall thickness dimension of the welded steel pipe to be inspected, The sound beam is not incident perpendicular to the defect. Therefore, the defect detection accuracy does not increase.

(2)検査対象溶接鋼管の音響異方性、探傷時の検査対象溶接鋼管の温度、及び探傷時の探触子のくさびの温度等は超音波ビームの伝搬速度に影響を与える。これらの条件を全て考慮した超音波ビームの伝搬速度値を想定することは困難である。そのため、算出した入射角及び配置位置で探傷しても、超音波ビームは溶接部の欠陥に垂直に入射されない。   (2) The acoustic anisotropy of the welded steel pipe to be inspected, the temperature of the welded steel pipe to be inspected at the time of flaw detection, the temperature of the probe wedge at the time of flaw detection, and the like affect the propagation speed of the ultrasonic beam. It is difficult to assume the propagation speed value of the ultrasonic beam considering all these conditions. Therefore, even if flaw detection is performed at the calculated incident angle and arrangement position, the ultrasonic beam is not incident perpendicularly to the weld defect.

要するに、算出により求めた入射角及び配置位置は、超音波ビームを欠陥に垂直に入射させる真の入射角及び配置位置からずれる。このずれが欠陥の検出精度の向上を妨げる。 また、超音波探傷装置の機械誤差の影響により、欠陥の検出精度が上がらない場合がある。たとえば、探傷時、検査対象溶接鋼管上に探触子を接触させながら検査対象溶接鋼管を搬送ローラにより管軸方向に移動させる。このとき、搬送ローラのガタ等により検査対象溶接鋼管が水平及び垂直方向に振動する。この振動により、探傷中の探触子の配置位置がずれたり、探触子の入射角が算定した入射角からずれたりする場合がある。
特開2003−215115号公報 特許第3446009号 溶接鋼管の超音波探傷法(鉄鋼協会品質管理部会(NDI部門)編、p60〜62
In short, the incident angle and arrangement position obtained by calculation deviate from the true incident angle and arrangement position at which the ultrasonic beam is incident perpendicularly to the defect. This deviation hinders improvement in defect detection accuracy. In addition, the detection accuracy of the defect may not be improved due to the influence of the mechanical error of the ultrasonic flaw detector. For example, at the time of flaw detection, the welded steel pipe to be inspected is moved in the pipe axis direction by the transport roller while contacting the probe on the welded steel pipe to be inspected. At this time, the welded steel pipe to be inspected vibrates in the horizontal and vertical directions due to looseness of the conveying roller. Due to this vibration, the arrangement position of the probe during the flaw detection may be shifted, or the incident angle of the probe may be shifted from the calculated incident angle.
JP 2003-215115 A Patent No. 3444609 Ultrasonic flaw detection method for welded steel pipes (Edited by the Steel Society Quality Control Committee (NDI Division), p. 60-62)

本発明の目的は、溶接鋼管の軸方向に形成された溶接部に含まれる欠陥の検知精度を向上できる超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection method and an ultrasonic flaw detection apparatus that can improve the detection accuracy of defects contained in a welded portion formed in the axial direction of a welded steel pipe.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明による超音波探傷方法は、検査対象溶接鋼管の軸方向に形成された溶接部に含まれる欠陥を斜角探傷法により探傷する超音波探傷方法であって、検査対象溶接鋼管と同じ成形工程により製造され、検査対象溶接鋼管と同じ外径及び肉厚を有し、軸方向に形成された溶接部に内在し、肉厚方向に並行する欠陥を含むサンプル溶接鋼管を用意する工程と、サンプル溶接鋼管の外周面上に、入射角を変更可能な入射角可変探触子を配置する工程と、入射角可変探触子から超音波ビームを出力し、超音波ビームをサンプル溶接鋼管の外周面及び内周面で反射させることなく直接欠陥に入射し、欠陥で反射したエコーを入射角可変探触子で受信する工程と、超音波ビームを出力しながら入射角を変更し、超音波ビームを出力しながら入射角可変探触子をサンプル溶接鋼管の外周面上で円周方向に移動することにより入射角可変探触子の配置位置を変更し、変更した入射角及び配置位置の中から欠陥のエコーが最大となる入射角及び配置位置を決定する工程と、決定された入射角及び配置位置で、検査対象溶接鋼管を探傷する工程とを備える。ここで、入射角可変探触子は、たとえば、アレイ探触子でもよいし、機械的に入射角を可変できる探触子でもよい。また、検査対象溶接鋼管と同じ外径及び肉厚とは、たとえば、検査対象溶接鋼管の外径±5%の外径及び検査対象溶接鋼管の肉厚±5%の肉厚をいう。 An ultrasonic flaw detection method according to the present invention is an ultrasonic flaw detection method for flaw detection in a welded portion formed in the axial direction of a welded steel pipe to be inspected by an oblique flaw detection method, which is the same forming step as a welded steel pipe to be inspected. Preparing a sample welded steel pipe that has the same outer diameter and thickness as the welded steel pipe to be inspected, is inherent in the weld formed in the axial direction, and includes a defect parallel to the thickness direction ; A step of arranging a variable incident angle probe capable of changing the incident angle on the outer peripheral surface of the welded steel pipe, outputting an ultrasonic beam from the variable incident angle probe, and generating the ultrasonic beam as the outer peripheral surface of the sample welded steel pipe And a step of directly receiving the echo reflected by the defect without reflecting on the inner peripheral surface by the incident angle variable probe and changing the incident angle while outputting the ultrasonic beam. the incident angle variable probe while output Change the position of the incident angle variable probe by moving circumferentially child on the outer peripheral surface of the sample welded steel pipe, the angle of incidence echoes defects among the incident angle and the arrangement position has changed is maximum And a step of determining an arrangement position, and a step of flaw-inspecting the welded steel pipe to be inspected at the determined incident angle and arrangement position. Here, the incident angle variable probe may be, for example, an array probe or a probe that can mechanically change the incident angle. The same outer diameter and wall thickness as the inspection target welded steel pipe refer to, for example, the outer diameter of the inspection target welded steel pipe ± 5% and the thickness of the inspection target welded steel pipe ± 5%.

本発明による超音波探傷方法では、検査対象溶接鋼管を探傷する前に、検査対象溶接鋼管と同じ成形工程で製造されたサンプル溶接鋼管を用いて入射角及び配置位置を決定する。たとえば、検査対象溶接鋼管がCプレス、Uプレス、Oプレスで成形された場合、サンプル溶接鋼管も同じCプレス、Uプレス、Oプレスで成形されたものを用いる。また、検査対象溶接鋼管がロール成形により成形された場合、サンプル溶接鋼管も同じロール成形で成形される。   In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, before flaw detection is performed on a welded steel pipe to be inspected, an incident angle and an arrangement position are determined using a sample welded steel pipe manufactured in the same forming process as the welded steel pipe to be inspected. For example, when the inspection target welded steel pipe is formed by C press, U press, and O press, the sample welded steel pipe is also formed by the same C press, U press, and O press. Moreover, when the inspection target welded steel pipe is formed by roll forming, the sample welded steel pipe is also formed by the same roll forming.

要するに、サンプル溶接鋼管は、検査対象溶接鋼管の軸方向の断面形状とほぼ同じ断面形状を有する。検査対象溶接鋼管の外周面上に凹凸等の形状ひずみが発生していれば、サンプル溶接鋼管の外周面上の同じ箇所にも同じ形状ひずみが発生している。   In short, the sample welded steel pipe has substantially the same cross-sectional shape as the cross-sectional shape in the axial direction of the inspection target welded steel pipe. If shape distortions such as irregularities are generated on the outer peripheral surface of the welded steel pipe to be inspected, the same geometric distortions are also generated at the same location on the outer peripheral surface of the sample welded steel pipe.

本発明による超音波探傷方法では、検査対象溶接鋼管とほぼ同じ断面形状を有するサンプル溶接鋼管を用いて超音波ビームの入射角及び探触子の配置位置を決定する。そのため、外径や肉厚等の寸法だけでなく、成形工程により発生する形状のひずみも考慮して超音波ビームの入射角及び探触子の配置位置を決定できる。サンプル溶接鋼管を用いて決定した入射角及び配置位置で検査対象溶接鋼管を探傷すれば、形状のひずみに起因して超音波ビームの伝搬方向が溶接部の欠陥からずれるのを防止できる。そのため、欠陥の検出精度を上げることができる。なお、超音波ビームを出力しながら入射角及び入射角可変探触子の配置位置を変更するとき、たとえば、超音波ビームはパルスに応じて断続的に出力される。   In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, the incident angle of the ultrasonic beam and the arrangement position of the probe are determined using a sample welded steel pipe having substantially the same cross-sectional shape as the inspection target welded steel pipe. Therefore, it is possible to determine the incident angle of the ultrasonic beam and the arrangement position of the probe in consideration of not only the outer diameter and the thickness, but also the distortion of the shape generated by the molding process. If the welded steel pipe to be inspected is detected at the incident angle and arrangement position determined using the sample welded steel pipe, it is possible to prevent the propagation direction of the ultrasonic beam from deviating from the defect in the weld due to the distortion of the shape. As a result, the detection accuracy of defects can be increased. Note that when the incident angle and the arrangement position of the variable incident angle probe are changed while outputting the ultrasonic beam, for example, the ultrasonic beam is intermittently output according to the pulse.

好ましくは、サンプル溶接鋼管は、検査対象溶接鋼管と同じ材質である。   Preferably, the sample welded steel pipe is made of the same material as the inspection target welded steel pipe.

この場合、サンプル溶接鋼管は検査対象溶接鋼管と同じ材質であるため、音響異方性も考慮した上で入射角及び配置位置を決定できる。   In this case, since the sample welded steel pipe is made of the same material as the welded steel pipe to be inspected, the incident angle and the arrangement position can be determined in consideration of acoustic anisotropy.

好ましくは、探傷する工程は、入射角が固定された複数の斜角探触子の中から、決定された入射角を有する斜角探触子を選択する工程と、選択された斜角探触子を用いて被検査材を探傷する工程とを備える。   Preferably, the flaw detection step includes a step of selecting an oblique probe having a determined incident angle from a plurality of oblique probes having a fixed incident angle, and the selected oblique probe. And a step of flaw detection of a material to be inspected using a child.

この場合、たとえばオンラインの超音波探傷装置に入射角可変探触子を装備できない場合でも、オフラインで入射角可変探触子を用いて決定した入射角を有する斜角探触子を用いて、オンラインで検査対象溶接鋼管を探傷できる。   In this case, for example, even if an online ultrasonic flaw detector cannot be equipped with a variable incident angle probe, an oblique angle probe having an incident angle determined using an incident angle variable probe offline can be used online. Can inspect the welded steel pipe to be inspected.

好ましくは、探傷する工程は入射角可変探触子を用いて検査対象溶接鋼管を探傷する。ここで、入射角可変探触子とは、アレイ探触子でもよいし、機械的に入射角を可変できる探触子でもよい。   Preferably, in the flaw detection step, a welded steel pipe to be inspected is flawed using a variable incident angle probe. Here, the variable incident angle probe may be an array probe or a probe that can mechanically change the incident angle.

好ましくは、探傷する工程は、入射角可変探触子の入射角を決定された入射角を中心とした所定の範囲で揺動しながら検査対象溶接鋼管を探傷する。   Preferably, in the flaw detection step, the welded steel pipe to be inspected is detected while swinging the incident angle of the variable incident angle probe within a predetermined range centered on the determined incident angle.

サンプル溶接鋼管を用いて決定した入射角及び配置位置で検査対象溶接鋼管を探傷しても、探傷時の検査対象溶接鋼管の温度、及び探傷時の探触子のくさびの温度等により超音波ビームの伝搬方向が欠陥からずれる場合もあり得る。また、超音波探傷装置の機械誤差等により、溶接部に対する探触子の配置位置が決定した配置位置から若干ずれる場合もあり得る。本発明による超音波探傷方法では、入射角可変探触子の入射角を決定された入射角を中心とした所定の範囲で揺動しながら探傷する。そのため、揺動する入射角の範囲内で超音波ビームの伝搬方向のずれを修正できる。また、溶接部に内在する欠陥が肉厚方向に平行ではなく、肉厚方向に対して多少の傾きを有する場合であっても、入射角を揺動することによりその欠陥を見逃さず検知できる。よって、欠陥検出精度がより高くなる。   Even if the welded steel pipe to be inspected is detected at the incident angle and position determined using the sample welded steel pipe, the ultrasonic beam depends on the temperature of the welded steel pipe to be inspected during the flaw detection and the temperature of the wedge of the probe during the flaw detection. There is a case where the propagation direction of the deviates from the defect. Further, due to a mechanical error of the ultrasonic flaw detector, the arrangement position of the probe with respect to the welded portion may slightly deviate from the determined arrangement position. In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, the flaw detection is performed while swinging the incident angle of the variable incident angle probe within a predetermined range centered on the determined incident angle. Therefore, the deviation in the propagation direction of the ultrasonic beam can be corrected within the range of the incident angle that oscillates. Further, even when a defect inherent in the welded portion is not parallel to the thickness direction but has a slight inclination with respect to the thickness direction, the defect can be detected without overlooking the defect by swinging the incident angle. Therefore, the defect detection accuracy becomes higher.

好ましくは、決定する工程は、材質又はサイズが異なる複数のサンプル溶接鋼管の各々について、入射角及び配置位置を決定する。本発明による超音波探傷方法はさらに、複数の決定された入射角及び配置位置を複数のサンプル溶接鋼管のサイズ及び材質に対応付けて管理装置に保存する工程を含む。探傷する工程は、検査対象溶接鋼管のサイズ及び材質と同じサイズ及び材質のサンプル溶接鋼管に対応した入射角及び配置位置を管理装置から検索する工程と、検索された入射角及び配置位置に基づいて検査対象溶接鋼管を探傷する工程とを備える。   Preferably, the determining step determines an incident angle and an arrangement position for each of a plurality of sample welded steel pipes having different materials or sizes. The ultrasonic flaw detection method according to the present invention further includes a step of storing the plurality of determined incident angles and arrangement positions in the management apparatus in association with the sizes and materials of the plurality of sample welded steel pipes. The step of flaw detection is based on the step of retrieving from the management device the incident angle and arrangement position corresponding to the sample welded steel pipe of the same size and material as the welded steel pipe to be inspected, and based on the retrieved incident angle and arrangement position. And a step of flaw detection of the welded steel pipe to be inspected.

この場合、探傷前に予めサンプル溶接鋼管を用いて決定した入射角及び配置位置を管理装置に保存する。検査対象溶接鋼管を探傷する場合、検査対象溶接鋼管のサイズ及び材質に対応した入射角及び配置位置を管理装置から検索すればよい。そのため、検査対象溶接鋼管を検査する直前にサンプル溶接鋼管を用いて入射角及び配置位置を決定しなくてよい。   In this case, the incident angle and the arrangement position determined in advance using the sample welded steel pipe before the flaw detection are stored in the management device. When flaw detection is performed on the inspection target welded steel pipe, an incident angle and an arrangement position corresponding to the size and material of the inspection target welded steel pipe may be retrieved from the management device. Therefore, it is not necessary to determine the incident angle and the arrangement position using the sample welded steel pipe immediately before inspecting the inspection target welded steel pipe.

好ましくは、入射角及び配置位置を決定する工程は、入射角可変探触子から出力される超音波ビームの入射角を変動し、変動された入射角の中から欠陥のエコーが高い順に複数の入射角を選択する工程と、選択された入射角ごとに、超音波ビームを出力しながら入射角可変探触子をサンプル溶接鋼管の外周面上で円周方向に移動して、欠陥のエコーが最大となる配置位置を選択する工程と、選択された各入射角ごとの配置位置に基づいて、前記欠陥のエコーが最大となる入射角及び配置位置を決定する工程とを備える。 Preferably, in the step of determining the incident angle and the arrangement position, the incident angle of the ultrasonic beam output from the variable incident angle probe is fluctuated, and a plurality of defect echoes are arranged in descending order from the varied incident angle. The step of selecting the incident angle and, for each selected incident angle, moving the variable incident angle probe in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the sample welded steel pipe while outputting an ultrasonic beam, Selecting a maximum arrangement position, and determining an incident angle and an arrangement position at which the defect echoes are maximum based on the selected arrangement position for each incident angle.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

1.第1の実施の形態
1.1.超音波探傷装置の構成
図1Aを参照して、本発明の実施の形態による超音波探傷装置10は、検査対象溶接鋼管1の溶接部2をアレイ探触子15A及び15Bで探傷する。検査対象溶接鋼管1は図1Aに示すように、V字型の搬送ローラ20上に置かれても良いし、V字型の架台上に設置してもよい。
1. 1. First embodiment 1.1. Configuration of Ultrasonic Flaw Detector With reference to FIG. 1A, an ultrasonic flaw detector 10 according to an embodiment of the present invention uses the array probes 15A and 15B to detect a welded portion 2 of a welded steel pipe 1 to be inspected. As shown in FIG. 1A, the inspection target welded steel pipe 1 may be placed on a V-shaped transport roller 20 or may be installed on a V-shaped mount.

超音波探傷装置10は、昇降フレーム11と、レール12と、アーム13と、探触子ホルダ14と、アレイ探触子15A及び15Bと、制御装置16と、溶接部2の位置を検出するシーム検出器17とを備える。   The ultrasonic flaw detector 10 includes a lift frame 11, a rail 12, an arm 13, a probe holder 14, array probes 15 </ b> A and 15 </ b> B, a control device 16, and a seam that detects the position of the welded portion 2. And a detector 17.

昇降フレーム11及びアーム13は、アレイ探触子15A及び15Bを所定の配置位置に移動する。昇降フレーム11は、その下面の中心位置にシーム検出器17が取り付けられ、下面両端部にレール12が取り付けられる。昇降フレーム11は、油圧又は電動で昇降する。昇降フレーム11は検査対象溶接鋼管1の外径寸法に対応して昇降し、アレイ探触子15A及び15Bを検査対象溶接鋼管1の外周面に接触させる。   The elevating frame 11 and the arm 13 move the array probes 15A and 15B to predetermined arrangement positions. The lift frame 11 has a seam detector 17 attached to the center position of the lower surface thereof, and rails 12 attached to both ends of the lower surface. The elevating frame 11 is raised or lowered by hydraulic pressure or electric power. The elevating frame 11 moves up and down corresponding to the outer diameter of the welded steel pipe 1 to be inspected to bring the array probes 15A and 15B into contact with the outer peripheral surface of the welded steel pipe 1 to be inspected.

昇降フレーム11はさらに、検査対象溶接鋼管1の周方向に所定範囲内で回動できる。超音波探傷を実施中、昇降フレーム11はシーム検出器17が溶接部2の真上に位置するように回動する。たとえば、検査対象溶接鋼管1が図1Aの状態から時計回りに回転し、溶接部2がシーム検出器17の真下から右側にずれた場合、昇降フレーム11は時計回りに回動し、シーム検出器17が溶接部2の真上となる位置で停止する。これにより、超音波探傷中における溶接部2とアレイ探触子15A及び15Bとの距離が一定に保たれる。   The elevating frame 11 can be further rotated within a predetermined range in the circumferential direction of the inspection target welded steel pipe 1. During ultrasonic flaw detection, the elevating frame 11 rotates so that the seam detector 17 is positioned directly above the weld 2. For example, when the welded steel pipe 1 to be inspected is rotated clockwise from the state of FIG. 1A and the welded portion 2 is shifted from right below the seam detector 17, the lifting frame 11 is rotated clockwise, and the seam detector 17 stops at a position directly above the weld 2. Thereby, the distance between the welded portion 2 and the array probes 15A and 15B during the ultrasonic flaw detection is kept constant.

アーム13は、探触子ホルダ14に把持されたアレイ探触子15A及び15Bを水平方向及び垂直方向に移動する。アーム13は水平アーム部材131と垂直アーム部材132とで構成される。水平アーム部材131は電動によりレール12に沿って水平方向に移動する。垂直アーム部材132は下端に探触子ホルダ14を有する。垂直アーム部材131は垂直方向に移動する。   The arm 13 moves the array probes 15A and 15B held by the probe holder 14 in the horizontal direction and the vertical direction. The arm 13 includes a horizontal arm member 131 and a vertical arm member 132. The horizontal arm member 131 moves in the horizontal direction along the rail 12 by electric drive. The vertical arm member 132 has the probe holder 14 at the lower end. The vertical arm member 131 moves in the vertical direction.

制御装置16は昇降フレーム11,アーム13及びアレイ探触子15を制御する。制御装置16は、アレイ探触子15A及び15Bの配置位置を決定し、昇降フレーム11及びアーム13により、決定した配置位置にアレイ探触子15A及び15Bを移動する。また、溶接部2の欠陥25を検知するための超音波ビームの入射角を決定する。   The control device 16 controls the lift frame 11, the arm 13, and the array probe 15. The control device 16 determines the arrangement positions of the array probes 15A and 15B, and moves the array probes 15A and 15B to the determined arrangement positions by the lifting frame 11 and the arm 13. Further, the incident angle of the ultrasonic beam for detecting the defect 25 of the welded portion 2 is determined.

図1Bを参照して、アレイ探触子15Aは、くさび151と複数の振動子CH1〜CH32とを備える。振動子CH1〜CH32はくさび151の上面の円弧部に沿って振動子番号順に1列に配列される。具体的には、複数の振動子CH1〜CH32のうち、振動子CH1が一番上に配置される。続いて、振動子CH2、CH3と振動子番号順に配列され、振動子CH32が一番下に配置される。振動子CH1〜CH32は制御装置16から出力されるパルスを受け、超音波を発信する。発信された複数の超音波が合成されて超音波ビームを形成する。さらに、振動子CH1〜CH32はエコーを受信する。アレイ探触子15Bもアレイ探触子15Aと同じ構成を有する。   Referring to FIG. 1B, array probe 15A includes a wedge 151 and a plurality of transducers CH1 to CH32. The vibrators CH <b> 1 to CH <b> 32 are arranged in a line in the order of the vibrator number along the circular arc portion on the upper surface of the wedge 151. Specifically, among the plurality of transducers CH1 to CH32, the transducer CH1 is disposed on the top. Subsequently, the vibrators CH2 and CH3 are arranged in the order of the vibrator numbers, and the vibrator CH32 is arranged at the bottom. The vibrators CH1 to CH32 receive a pulse output from the control device 16 and transmit an ultrasonic wave. A plurality of transmitted ultrasonic waves are combined to form an ultrasonic beam. Further, the transducers CH1 to CH32 receive the echo. The array probe 15B has the same configuration as the array probe 15A.

制御装置16は、揺動部180A及び180Bと、エコー受信部190A及び190Bと、決定部166と、ハードディスク170とを備える。揺動部180A及びエコー受信部190Aはアレイ探触子15Aに対応し、揺動部180B及びエコー受信部190Bはアレイ探触子15Bに対応する。揺動部180A及び180Bは同じ構成であり、エコー受信部190A及び190Bは同じ構成である。   The control device 16 includes swinging units 180A and 180B, echo receiving units 190A and 190B, a determining unit 166, and a hard disk 170. The swinging part 180A and the echo receiving part 190A correspond to the array probe 15A, and the swinging part 180B and the echo receiving part 190B correspond to the array probe 15B. The swinging units 180A and 180B have the same configuration, and the echo receiving units 190A and 190B have the same configuration.

揺動部180Aは、アレイ探触子15Aに種々の入射角の超音波ビームを出力させる。揺動部180AはパルサPL1〜PL32と、送信用遅延素子TD1〜TD32と、揺動指示部169とを備える。パルサPLn(n=1〜32)は対応する振動子CHnを励振させるためのパルスを出力する。たとえば、パルサPL1は振動子CH1にパルスを出力し、パルサPL2は振動子CH2にパルスを出力する。   The swinging unit 180A causes the array probe 15A to output ultrasonic beams having various incident angles. The swing unit 180A includes pulsers PL1 to PL32, transmission delay elements TD1 to TD32, and a swing instruction unit 169. The pulser PLn (n = 1 to 32) outputs a pulse for exciting the corresponding transducer CHn. For example, the pulser PL1 outputs a pulse to the vibrator CH1, and the pulser PL2 outputs a pulse to the vibrator CH2.

揺動指示部169はパルサPL1〜PL32の中からパルスを出力する複数のパルサPLを選択し、さらに選択したパルサPLにパルスを出力するタイミングを決定する。換言すれば、揺動指示部169はアレイ探触子15Aから出力される超音波ビームの入射角を揺動できる。具体的には、揺動指示部169は以下の動作を行う。   The swing instructing unit 169 selects a plurality of pulsers PL that output pulses from the pulsers PL1 to PL32, and further determines the timing for outputting pulses to the selected pulsers PL. In other words, the swing instruction unit 169 can swing the incident angle of the ultrasonic beam output from the array probe 15A. Specifically, the swing instruction unit 169 performs the following operation.

揺動指示部169は、連続した16個のパルサPLを選択する。具体的には、揺動指示部169は、パルサPLk〜PLk+15(k=1〜17)を選択する。ここで、kはカウント値であり、揺動指示部169がインクリメント又はデクリメントする。カウント値kは揺動指示部169内の図示しないメモリに記憶される。パルサPLを選択後、揺動指示部169は、表1に示す遅延時間テーブルに基づいてパルサPLk〜PLk+15に対応した送信用遅延素子TDk〜TDk+15の遅延時間を決定する。遅延時間テーブルはハードディスク170に記憶される。

Figure 0004356549
The swing instructing unit 169 selects 16 consecutive pulsers PL. Specifically, the swing instruction unit 169 selects pulsars PLk to PLk + 15 (k = 1 to 17). Here, k is a count value, and the swing instruction unit 169 increments or decrements. The count value k is stored in a memory (not shown) in the swing instruction unit 169. After selecting the pulsar PL, the swing instruction unit 169 determines the delay times of the transmission delay elements TDk to TDk + 15 corresponding to the pulsars PLk to PLk + 15 based on the delay time table shown in Table 1. The delay time table is stored in the hard disk 170.
Figure 0004356549

表1において、遅延時間は、各パルサPLk〜PLk+15から出力された超音波の合成波である超音波ビームUWの波面が、振動子CHkの下面中心部と振動子CHk+15の下面中心部とを結ぶ直線と並行になるように設定される。遅延時間T1〜T7は式(1)の関係を有する。   In Table 1, the delay time indicates that the wavefront of the ultrasonic beam UW, which is a synthesized wave of ultrasonic waves output from the pulsars PLk to PLk + 15, connects the lower surface center portion of the transducer CHk and the lower surface center portion of the transducer CHk + 15. It is set to be parallel to the straight line. The delay times T1 to T7 have the relationship of Expression (1).

0<T1<T2<T3<T4<T5<T6<T7 (1)   0 <T1 <T2 <T3 <T4 <T5 <T6 <T7 (1)

たとえば、揺動指示部169がカウント値k=1とし、パルサPL1〜PL16を選択する。換言すると、超音波を出力する振動子として振動子CH1〜CH16が選択される。続いて、揺動指示部169は、送信用遅延素子TD1〜TD16の遅延時間を表1に示す時間に決定する。具体的には、遅延素子TD1及びTD16は遅延時間T7とし、遅延素子TD2及びTD15は遅延時間T6とする。なお、遅延素子TD7及びTD8は遅延時間を0とする。   For example, the swing instruction unit 169 sets the count value k = 1 and selects the pulsars PL1 to PL16. In other words, transducers CH1 to CH16 are selected as transducers that output ultrasonic waves. Subsequently, the swing instruction unit 169 determines the delay times of the transmission delay elements TD1 to TD16 to the times shown in Table 1. Specifically, the delay elements TD1 and TD16 have a delay time T7, and the delay elements TD2 and TD15 have a delay time T6. The delay elements TD7 and TD8 have a delay time of zero.

続いて、決定された遅延時間に基づいて、パルサPL1〜PL16がパルスを出力する。図2Aを参照して、パルサPL7及びPL8は一番早くパルスを出力するため、振動子CH1〜CH16の中で振動子CH7及びCH8が初めに超音波を出力する。続いて、振動子CH6及びCH9が超音波を出力し、その後、振動子CH5及びCH10が超音波を出力する。同様に各振動子CHが順次超音波を出力し、最後に振動子CH1及びCH16が超音波を出力する。選択された各振動子の超音波の出力タイミングをずらすことにより、各振動子の超音波の合成波である超音波ビームUWの波面は、振動子CH1の下面中心部と振動子CH16の下面中心部とを結ぶ弦100に並行になる。超音波ビームUWは、くさび151の下面の地点N1から検査対象溶接鋼管1内に出力される。このときの入射角をα1とする。   Subsequently, the pulsars PL1 to PL16 output pulses based on the determined delay time. Referring to FIG. 2A, pulsers PL7 and PL8 output pulses earliest, and thus transducers CH7 and CH8 first output ultrasonic waves among transducers CH1 to CH16. Subsequently, the transducers CH6 and CH9 output ultrasonic waves, and then the transducers CH5 and CH10 output ultrasonic waves. Similarly, each transducer CH sequentially outputs ultrasonic waves, and finally the transducers CH1 and CH16 output ultrasonic waves. By shifting the output timing of the ultrasonic wave of each selected transducer, the wavefront of the ultrasonic beam UW, which is a combined wave of the ultrasonic waves of each transducer, is changed to the center of the bottom surface of the transducer CH1 and the center of the bottom surface of the transducer CH16. Parallel to the string 100 connecting the parts. The ultrasonic beam UW is output from the point N1 on the lower surface of the wedge 151 into the inspection target welded steel pipe 1. The incident angle at this time is α1.

続いて、揺動指示部169はカウント値k=2とし、同様の動作を行う。このとき、図2Bに示すように、振動子CH2〜CH17が超音波を出力する。振動子CH2〜CH17の超音波の出力タイミングは表1に従う。具体的には、振動子CH8及びCH9が初めに超音波を出力し、振動子CH2及び振動子CH17が最後に超音波を出力する。その結果、超音波ビームUWの波面は振動子CH2の下面中心部と振動子CH17の下面中心部とを結ぶ弦101に並行になる。このときも、超音波ビームUWは地点N1から出力される。入射角をα2とすると、α1<α2となる。   Subsequently, the swing instruction unit 169 sets the count value k = 2 and performs the same operation. At this time, as shown in FIG. 2B, the transducers CH2 to CH17 output ultrasonic waves. The output timing of ultrasonic waves from the transducers CH2 to CH17 follows Table 1. Specifically, the transducers CH8 and CH9 first output an ultrasonic wave, and the transducers CH2 and CH17 finally output an ultrasonic wave. As a result, the wavefront of the ultrasonic beam UW is parallel to the string 101 connecting the lower surface center portion of the transducer CH2 and the lower surface center portion of the transducer CH17. Also at this time, the ultrasonic beam UW is output from the point N1. When the incident angle is α2, α1 <α2.

揺動指示部169はカウント値kを順次インクリメントし、同様の動作を行う。k=17となったとき、図2Cに示すように、振動子CH17〜振動子CH32が表1に示すタイミングで超音波を出力する。このときの超音波ビームUWも地点N1から検査対象溶接鋼管1に出力される。このときの入射角をα17とすると、α17>α2となる。   The swing instruction unit 169 sequentially increments the count value k and performs the same operation. When k = 17, as shown in FIG. 2C, the transducers CH17 to CH32 output ultrasonic waves at the timing shown in Table 1. The ultrasonic beam UW at this time is also output to the inspection target welded steel pipe 1 from the point N1. If the incident angle at this time is α17, then α17> α2.

以上の動作により、揺動指示部169がカウント値kをインクリメントすることで、超音波ビームUWの入射角を揺動できる。k=17となった後、揺動指示部169はkをデクリメントしてもよい。   With the above operation, the swing instruction unit 169 increments the count value k, so that the incident angle of the ultrasonic beam UW can be swung. After k = 17, the swing instruction unit 169 may decrement k.

また、所定範囲内でカウント値kのインクリメント及びデクリメントを繰り返してもよい。たとえば、カウント値k=3〜5の範囲でインクリメント及びデクリメントを繰り返しても良い。この場合、カウント値k=4のときの入射角を中心に入射角を揺動できる。   Further, the increment and decrement of the count value k may be repeated within a predetermined range. For example, the increment and decrement may be repeated in the range of the count value k = 3-5. In this case, the incident angle can be swung around the incident angle when the count value k = 4.

なお、カウント値kを順次変化させても、出力される超音波ビームUWは常に地点N1から出力される。超音波ビームUWの波面はくさび151の上面の円弧部のいずれかの弦と並行になるからである。要するに、地点N1は円弧部の円の中心である。   Even if the count value k is sequentially changed, the output ultrasonic beam UW is always output from the point N1. This is because the wavefront of the ultrasonic beam UW is parallel to any chord of the arc portion on the upper surface of the wedge 151. In short, the point N1 is the center of the circle of the arc portion.

図1Aに戻って、アレイ探触子15Aの地点N1から出力された超音波ビームUWは溶接部2内の欠陥25に反射し、欠陥エコーとしてアレイ探触子15Aに戻る。エコー受信部190Aはアレイ探触子15Aに戻ってきたエコーに基づいて探傷結果を解析する。   Returning to FIG. 1A, the ultrasonic beam UW output from the point N1 of the array probe 15A is reflected by the defect 25 in the welded portion 2, and returns to the array probe 15A as a defect echo. The echo receiver 190A analyzes the flaw detection result based on the echoes returned to the array probe 15A.

エコー受信部190Aは、複数のレシーバRE1〜RE32と、複数の受信用遅延素子RD1〜RD32と、加算器163と、増幅器164と、評価器165とを備える。レシーバREn及び受信用遅延素子RDnは、振動子CHnに対応する。たとえば、レシーバRE1及び受信用遅延素子RD1は、振動子CH1に対応する。   The echo receiving unit 190A includes a plurality of receivers RE1 to RE32, a plurality of receiving delay elements RD1 to RD32, an adder 163, an amplifier 164, and an evaluator 165. The receiver REn and the reception delay element RDn correspond to the transducer CHn. For example, the receiver RE1 and the reception delay element RD1 correspond to the transducer CH1.

揺動部180Aにより振動子CHk〜CHk+15が超音波を出力し、アレイ探触子15Aから超音波ビームUWが出力される。このとき、各振動子CHk〜CHk+15は戻ってきたエコーを受け、電気信号に変換する。レシーバREk〜REk+15は対応する振動子CHk〜CHk+15から出力された信号を受ける。受信用遅延素子RDk〜RDk+15は対応するレシーバREk〜REk+15から信号を受け、表1の遅延時間テーブルに示された遅延時間だけ遅延する。遅延素子RDk〜RDk+15から出力された信号は加算器163で加算される。   The vibrators CHk to CHk + 15 output ultrasonic waves by the swing unit 180A, and an ultrasonic beam UW is output from the array probe 15A. At this time, each transducer CHk to CHk + 15 receives the returned echo and converts it into an electrical signal. Receivers REk to REk + 15 receive signals output from corresponding transducers CHk to CHk + 15. The receiving delay elements RDk to RDk + 15 receive signals from the corresponding receivers REk to REk + 15 and delay them by the delay times shown in the delay time table of Table 1. Signals output from the delay elements RDk to RDk + 15 are added by the adder 163.

表1に示すとおり、送信用遅延素子TDkの遅延時間と受信用遅延素子RDkの遅延時間とは同じである。パルス出力時の遅延時間とエコー受信時の遅延時間とを同じにすることで、加算器163で加算された信号は正確な探傷結果となる。   As shown in Table 1, the delay time of the transmission delay element TDk and the delay time of the reception delay element RDk are the same. By making the delay time at the time of pulse output and the delay time at the time of echo reception the same, the signal added by the adder 163 becomes an accurate flaw detection result.

加算器から出力された信号は増幅器164で増幅され、評価器165に出力される。評価器165は、増幅器164から出力された信号を受け、信号の波形を探傷結果として図示しないディスプレイに表示する。評価器165はさらに、探傷結果に基づいて欠陥の有無を判断する。信号波形はエコー強度を示す。そこで、評価器165は、所定値以上のエコー強度があれば、欠陥が存在すると判断する。   The signal output from the adder is amplified by the amplifier 164 and output to the evaluator 165. The evaluator 165 receives the signal output from the amplifier 164 and displays the waveform of the signal on a display (not shown) as a flaw detection result. The evaluator 165 further determines the presence or absence of a defect based on the flaw detection result. The signal waveform indicates the echo intensity. Therefore, the evaluator 165 determines that there is a defect if there is an echo intensity equal to or greater than a predetermined value.

決定部166は、検査対象溶接鋼管1を探傷するときの超音波ビームUWの入射角を決定する。また、探傷時のアレイ探触子15A及び15Bの配置位置を決定する。   The determining unit 166 determines the incident angle of the ultrasonic beam UW when flaw detection is performed on the inspection target welded steel pipe 1. Further, the arrangement positions of the array probes 15A and 15B at the time of flaw detection are determined.

1.2.超音波探傷方法
本実施の形態による超音波探傷方法では、検査対象溶接鋼管1を探傷する前に、その溶接部2に欠陥25を含んでいることが予めわかっているサンプル溶接鋼管200を探傷する。超音波探傷装置10はサンプル溶接鋼管200の探傷結果に基づいて、検査対象溶接鋼管1を探傷するための入射角及びアレイ探触子15A及び15Bの配置位置を決定する。なお、検査対象溶接鋼管1は次の製造工程により製造される。Cプレス、Uプレス、Oプレス又はロール成形等の周知の曲げ加工方法により鋼板を曲げ加工してオープンパイプを形成する。形成されたオープンパイプの継ぎ目を周知の溶接方法により溶接して検査対象溶接鋼管1にする。溶接後、以下に説明する超音波探傷方法により検査対象溶接鋼管1を探傷する。
以下、本実施の形態による超音波探傷方法の詳細を説明する。
1.2. Ultrasonic flaw detection method In the ultrasonic flaw detection method according to the present embodiment, before flaw detection is performed on the welded steel pipe 1 to be inspected, the sample welded steel pipe 200 that is known in advance to contain the defect 25 is detected. . The ultrasonic flaw detector 10 determines the incident angle and the arrangement positions of the array probes 15A and 15B for flaw detection of the inspection target welded steel pipe 1 based on the flaw detection result of the sample welded steel pipe 200. The welded steel pipe 1 to be inspected is manufactured by the following manufacturing process. An open pipe is formed by bending a steel plate by a known bending method such as C press, U press, O press or roll forming. The formed open pipe seam is welded by a well-known welding method to obtain a welded steel pipe 1 to be inspected. After welding, the welded steel pipe 1 to be inspected is flawed by the ultrasonic flaw detection method described below.
Details of the ultrasonic flaw detection method according to the present embodiment will be described below.

図3を参照して、初めに、サンプル溶接鋼管200を用意し、用意したサンプル溶接鋼管200をローラ20上に置く(S1)。サンプル溶接鋼管200は検査対象溶接鋼管1とほぼ同じ外径及び肉厚を有し、かつ、検査対象溶接鋼管1と同じ成形工程で製造されたものである。たとえば、検査対象溶接鋼管1がCプレス、Uプレス、Oプレスで曲げ加工された場合、同じCプレス、Uプレス、Oプレスで曲げ加工された溶接鋼管をサンプル溶接鋼管200として用意する。また、検査対象溶接鋼管1がロール成形工程により加工された場合、同じロール成形工程により加工された溶接鋼管をサンプル溶接鋼管200として用意する。要するに、サンプル溶接鋼管200は、検査対象溶接鋼管1の軸方向の断面形状とほぼ同じ断面形状を有する。たとえば、検査対象溶接鋼管1の断面形状が真円ではなく、ある箇所に曲げ加工によるゆがみがある場合、サンプル溶接鋼管200の断面形状の同じ箇所にも曲げ加工によるゆがみがある。また、サンプル溶接鋼管200は検査対象溶接鋼管と同じ材質である。   With reference to FIG. 3, first, a sample welded steel pipe 200 is prepared, and the prepared sample welded steel pipe 200 is placed on the roller 20 (S1). The sample welded steel pipe 200 has substantially the same outer diameter and thickness as the inspection target welded steel pipe 1 and is manufactured in the same molding process as the inspection target welded steel pipe 1. For example, when the inspection target welded steel pipe 1 is bent by a C press, U press, and O press, a welded steel pipe bent by the same C press, U press, and O press is prepared as the sample welded steel pipe 200. When the inspection target welded steel pipe 1 is processed by the roll forming process, a welded steel pipe processed by the same roll forming process is prepared as the sample welded steel pipe 200. In short, the sample welded steel pipe 200 has substantially the same cross-sectional shape as the cross-sectional shape of the inspection target welded steel pipe 1 in the axial direction. For example, when the cross-sectional shape of the welded steel pipe 1 to be inspected is not a perfect circle and there is distortion due to bending at a certain location, the same location of the cross-sectional shape of the sample welded steel pipe 200 also has distortion due to bending. The sample welded steel pipe 200 is made of the same material as the inspection target welded steel pipe.

サンプル溶接鋼管200は、溶接部2に内在する欠陥25を含む。欠陥25はサンプル溶接鋼管200の肉厚方向に並行である。また、欠陥25は溶接部の表面に開口部を有さない。欠陥25は人工的に作製される。   The sample welded steel pipe 200 includes a defect 25 inherent in the weld 2. The defect 25 is parallel to the thickness direction of the sample welded steel pipe 200. The defect 25 does not have an opening on the surface of the weld. The defect 25 is artificially created.

続いて、超音波探傷装置10の昇降フレーム11及びアーム13を調整し、アレイ探触子15A及び15Bをサンプル溶接鋼管200の外周面上に接触させる(S2)。このとき、シーム検知部17は溶接部2の真上に配置される。   Subsequently, the lifting frame 11 and the arm 13 of the ultrasonic flaw detector 10 are adjusted, and the array probes 15A and 15B are brought into contact with the outer peripheral surface of the sample welded steel pipe 200 (S2). At this time, the seam detection unit 17 is disposed immediately above the welded portion 2.

配置後、各アレイ探触子15A、15Bで欠陥25を探傷し、入射角及び配置位置を決定する(S3〜S7)。具体的には、超音波ビームUWを出力しながら入射角及び配置位置を変更し、変更した入射角及び配置位置の中から欠陥25のエコーが最大となる入射角及び配置位置を決定する。入射角及び配置位置は、アレイ探触子ごとに決定する。以下、アレイ探触子15Aの入射角及び配置位置の決定方法を説明するが、入射角及び配置位置の決定方法はアレイ探触子15Bについても同じである。   After the placement, the defect 25 is detected by the array probes 15A and 15B, and the incident angle and the placement position are determined (S3 to S7). Specifically, the incident angle and the arrangement position are changed while outputting the ultrasonic beam UW, and the incident angle and the arrangement position at which the echo of the defect 25 is maximized are determined from the changed incident angle and arrangement position. The incident angle and the arrangement position are determined for each array probe. Hereinafter, a method of determining the incident angle and the arrangement position of the array probe 15A will be described, but the method of determining the incident angle and the arrangement position is the same for the array probe 15B.

アレイ探触子15Aからサンプル溶接鋼管200内に超音波ビームUWを出力する(S3)。このとき、超音波ビームUWがサンプル溶接鋼管200の外周面及び内周面で反射することなく、欠陥25に直接入射されるように初期入射角を設定し、超音波ビームUWを出力する。初期入射角はサンプル溶接鋼管の外径寸法等からの算出値であってもよいし、従来の経験により得られた経験値であってもよい。ここで、初期入射角のカウント値をkとする。 An ultrasonic beam UW is output from the array probe 15A into the sample welded steel pipe 200 (S3). At this time, the initial incident angle is set so that the ultrasonic beam UW is directly incident on the defect 25 without being reflected by the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the sample welded steel pipe 200, and the ultrasonic beam UW is output. The initial incident angle may be a value calculated from the outer diameter of the sample welded steel pipe or the like, or may be an empirical value obtained by conventional experience. Here, the count value of the initial angle of incidence and k 0.

超音波ビームUWを出力後、揺動部180により超音波ビームUWの入射角を変動する(S4)。具体的には、揺動指示部169がカウント値kをインクリメント又はデクリメントする。揺動した入射角の範囲内において、欠陥25のエコー強度が高い入射角を強度が高い順に3つ選択する(S5)。入射角は決定部166により選択される。選択された3つの入射角をα101、α102、α103とする。 After outputting the ultrasonic beam UW, the incident angle of the ultrasonic beam UW is changed by the rocking unit 180 (S4). Specifically, the swing instruction unit 169 increments or decrements the count value k 0. Within the range of the oscillating incident angle, three incident angles with high echo intensity of the defect 25 are selected in descending order of intensity (S5). The incident angle is selected by the determination unit 166. Let the three selected incident angles be α 101 , α 102 , and α 103 .

続いて、アレイ探触子15Aの入射角を各入射角α101、α102、α103で固定し、アレイ探触子15Aの配置位置を変化させる。具体的には、図4に示すように、入射角をα101に固定し、アレイ探触子15Aをサンプル溶接鋼管200の外周面に接触させた状態で、円周方向に移動させる。このとき、超音波ビームUWの伝搬方向が欠陥25に最も垂直となる配置位置で欠陥エコーの強度が最も高くなる。 Subsequently, the incident angle of the array probe 15A is fixed at the incident angles α 101 , α 102 , and α 103 , and the arrangement position of the array probe 15A is changed. Specifically, as shown in FIG. 4, the incident angle is fixed at α 101 , and the array probe 15 </ b> A is moved in the circumferential direction while being in contact with the outer peripheral surface of the sample welded steel pipe 200. At this time, the intensity of the defect echo is highest at the arrangement position where the propagation direction of the ultrasonic beam UW is most perpendicular to the defect 25.

決定部166は、各入射角α101〜α103で欠陥エコー強度が最も高くなる配置位置をその入射角での配置位置に選択する(S6)。たとえば、図4中の位置N11〜N13のうち、位置N12で最もエコー強度が高い場合、決定部166は、入射角α101での配置位置として位置N12を選択する。このとき決定部166は位置N12での欠陥25のエコー強度を記憶する。入射角α102、α103についても、欠陥エコー強度の最も高い配置位置を決定する。 The determination unit 166 selects an arrangement position where the defect echo intensity is highest at each incident angle α 101 to α 103 as an arrangement position at the incident angle (S6). For example, of the position N11~N13 in FIG. 4, if the most echo intensity is higher at position N12, determination unit 166 selects the position N12 as the arrangement position of the incident angle alpha 101. At this time, the determination unit 166 stores the echo intensity of the defect 25 at the position N12. For the incident angles α 102 and α 103 , the arrangement position with the highest defect echo intensity is determined.

各入射角の配置位置を選択後、決定部166は、ステップS6で決定した配置位置の欠陥エコー強度の中から最も強度の高い配置位置及び入射角を選択する。決定部166は、選択した入射角及び配置位置を、検査対象溶接鋼管1を探傷するときの入射角及び配置位置に決定する(S7)。たとえば、入射角α101の位置L2の欠陥エコー強度が最も高い場合、決定部166は検査対象溶接鋼管1を探傷するときのアレイ探触子15Aの入射角をα101に決定し、アレイ探触子15Aの配置位置を位置L2に決定する。 After selecting the arrangement position of each incident angle, the determination unit 166 selects the highest intensity arrangement position and incident angle from the defect echo intensities at the arrangement position determined in step S6. The determination unit 166 determines the selected incident angle and arrangement position as the incident angle and arrangement position when flaw-detecting the inspection target welded steel pipe 1 (S7). For example, when the defect echo intensity at the position L2 of the incident angle α 101 is the highest, the determination unit 166 determines the incident angle of the array probe 15A when the inspection target welded steel pipe 1 is flawed as α 101 , and the array probe. The arrangement position of the child 15A is determined as the position L2.

なお、ステップS3〜ステップS7の動作でアレイ探触子15Bの入射角及び配置位置も決定する。   In addition, the incident angle and arrangement position of the array probe 15B are also determined by the operations in steps S3 to S7.

また、ステップS5での入射角の選択、ステップS6での配置位置の選択、ステップS7での入射角及び配置位置の決定は、超音波探傷装置10のオペレータが行ってもよい。具体的には、欠陥25の探傷結果を評価器165に表示させながら、オペレータが入射角及び配置位置を選択又は決定してもよい。この場合、ステップS7でオペレータは選択又は決定した入射角及び配置位置を超音波探傷装置10に入力する。決定部166は入力された入射角及び配置位置を検査対象溶接鋼管を探傷するときの入射角及び配置位置に決定する。   Moreover, the operator of the ultrasonic flaw detector 10 may perform selection of the incident angle in step S5, selection of the arrangement position in step S6, and determination of the incident angle and arrangement position in step S7. Specifically, the operator may select or determine the incident angle and the arrangement position while displaying the flaw detection result of the defect 25 on the evaluator 165. In this case, in step S <b> 7, the operator inputs the selected or determined incident angle and arrangement position to the ultrasonic flaw detector 10. The determination unit 166 determines the input incident angle and arrangement position as the incident angle and arrangement position when the inspection target welded steel pipe is flawed.

入射角度及び配置位置を決定後、サンプル溶接鋼管200をローラ20上から取り除き、検査対象溶接鋼管1をローラ20上に搬送する(S8)。搬送後、超音波探傷装置10は検査対象溶接鋼管1に対して超音波探傷を実施する(S9)。このとき、ステップS7で決定されたアレイ探触子15Aの入射角及び配置位置、アレイ探触子15Bの入射角及び配置位置で超音波ビームUWをそれぞれ出力する。   After determining the incident angle and the arrangement position, the sample welded steel pipe 200 is removed from the roller 20 and the inspection target welded steel pipe 1 is conveyed onto the roller 20 (S8). After the conveyance, the ultrasonic flaw detector 10 performs ultrasonic flaw detection on the inspection target welded steel pipe 1 (S9). At this time, the ultrasonic beam UW is output at the incident angle and arrangement position of the array probe 15A and the incident angle and arrangement position of the array probe 15B determined in step S7.

本実施の形態による超音波探傷方法は、検査対象溶接鋼管1を探傷する前に、サンプル溶接鋼管200で入射角及び配置位置を決定する。サンプル溶接鋼管200は検査対象溶接鋼管1と同じ成形工程により製造されるため、表面の局所的な凹凸や曲げゆがみの発生箇所も含めて検査対象溶接鋼管1とほぼ同じ断面形状となる。そのため、入射角及び配置位置は検査対象溶接鋼管1の形状の局所的な凹凸や曲げゆがみも考慮して決定される。   In the ultrasonic flaw detection method according to the present embodiment, the incident angle and the arrangement position are determined by the sample welded steel pipe 200 before flaw detection is performed on the inspection target welded steel pipe 1. Since the sample welded steel pipe 200 is manufactured by the same molding process as the welded steel pipe 1 to be inspected, the cross-sectional shape of the sample welded steel pipe 200 is almost the same as that of the welded steel pipe 1 to be inspected. Therefore, the incident angle and the arrangement position are determined in consideration of local unevenness and bending distortion of the shape of the welded steel pipe 1 to be inspected.

さらにサンプル溶接鋼管200は検査対象溶接鋼管1と同じ材質であるため、入射角及び配置位置は音響異方性も考慮して決定される。よって、決定された入射角及び配置位置で検査対象溶接鋼管1を探傷すれば、局所的な形状歪みや音響異方性の影響による欠陥の探傷精度の低下を防止できる。そのため、溶接部2を高精度に探傷できる。   Furthermore, since the sample welded steel pipe 200 is made of the same material as the inspection target welded steel pipe 1, the incident angle and the arrangement position are determined in consideration of acoustic anisotropy. Therefore, if the inspection target welded steel pipe 1 is flawed at the determined incident angle and arrangement position, it is possible to prevent a decrease in flaw detection accuracy due to the influence of local shape distortion and acoustic anisotropy. Therefore, the welded part 2 can be detected with high accuracy.

また、アレイ探触子15A、15Bごとに入射角及び配置位置を決定するため、検査対象溶接鋼管1の溶接部2近傍の形状が非対称であっても、各アレイ探触子で欠陥を精度よく探傷できる。   Further, since the incident angle and the arrangement position are determined for each of the array probes 15A and 15B, even if the shape near the welded portion 2 of the welded steel pipe 1 to be inspected is asymmetric, defects are accurately detected by each array probe. Can detect flaws.

さらに、サンプル溶接鋼管に超音波を出力しながら入射角及び配置位置を変更し、変更した入射角及び配置位置の中から欠陥25のエコーが最大となる入射角及び配置位置を決定する。そのため、超音波ビームが欠陥25になるべく垂直に入射するように入射角及び配置位置を決定できる。   Further, the incident angle and the arrangement position are changed while outputting ultrasonic waves to the sample welded steel pipe, and the incident angle and the arrangement position at which the echo of the defect 25 is maximized are determined from the changed incident angle and arrangement position. Therefore, the incident angle and the arrangement position can be determined so that the ultrasonic beam is incident as perpendicular to the defect 25 as possible.

2.第2の実施の形態
検査対象溶接鋼管を探傷中に入射角を所定範囲で揺動させれば、溶接部の欠陥の探傷精度をさらに向上できる。
2. Second Embodiment If the angle of incidence is swung within a predetermined range during flaw detection on a welded steel pipe to be inspected, the flaw detection accuracy for defects in the welded portion can be further improved.

具体的には、図3中のステップS9において、決定された入射角を中心とした所定範囲内で入射角を揺動しながら超音波探傷を実施する。たとえば、図5に示すように、決定された入射角度が47degであった場合、47±3deg、すなわち44deg〜50degの範囲で入射角度を揺動しながら超音波探傷を実施する。   Specifically, in step S9 in FIG. 3, ultrasonic flaw detection is performed while the incident angle is swung within a predetermined range centered on the determined incident angle. For example, as shown in FIG. 5, when the determined incident angle is 47 deg, ultrasonic flaw detection is performed while swinging the incident angle within a range of 47 ± 3 deg, that is, 44 deg to 50 deg.

入射角度の揺動は揺動指示部169が指示する。カウント値k=9のとき入射角が47degになり、カウント値k=11のときに入射角が50deg、カウント値k=7のときに入射角が44degになる場合、揺動指示部169はカウント値k=7〜11の範囲で入射角を揺動する。その結果、探傷中の超音波ビームUWの入射角は44deg〜50degの範囲を変動する。   The swing instruction unit 169 instructs the swing of the incident angle. If the incident angle is 47 deg when the count value k = 9, the incident angle is 50 deg when the count value k = 11, and the incident angle is 44 deg when the count value k = 7, the swing instruction unit 169 counts. The incident angle is swung in the range of the value k = 7 to 11. As a result, the incident angle of the ultrasonic beam UW during flaw detection varies in the range of 44 deg to 50 deg.

サンプル溶接鋼管200で入射角及び配置位置を決定しても、超音波探傷装置10の機械誤差により超音波ビームUWの伝播方向が欠陥25からずれる場合がある。また、探傷時の検査対象溶接鋼管1やアレイ探触子のくさび151の温度等によっても超音波ビームUWの伝搬方向がずれる。実施の形態2による超音波探傷方法では、決定した入射角を中心に探傷中の入射角を所定範囲だけ揺動する。そのため、上記機械誤差や温度等による超音波ビームUWのずれが生じても、入射角の揺動によりそのずれを修正できる。要するに、超音波ビームUWのずれが予想される入射角範囲内で超音波ビームを揺動することで、超音波ビームUWを欠陥25にほぼ垂直に入射できる。そのため、欠陥の探傷精度が向上する。   Even if the incident angle and the arrangement position of the sample welded steel pipe 200 are determined, the propagation direction of the ultrasonic beam UW may deviate from the defect 25 due to a mechanical error of the ultrasonic flaw detector 10. Further, the propagation direction of the ultrasonic beam UW is also shifted depending on the temperature of the welded steel pipe 1 to be inspected at the time of flaw detection and the wedge 151 of the array probe. In the ultrasonic flaw detection method according to Embodiment 2, the incident angle during flaw detection is swung by a predetermined range around the determined incident angle. Therefore, even if the ultrasonic beam UW is displaced due to the mechanical error, temperature, or the like, the displacement can be corrected by swinging the incident angle. In short, the ultrasonic beam UW can be incident on the defect 25 substantially perpendicularly by oscillating the ultrasonic beam within an incident angle range where a deviation of the ultrasonic beam UW is expected. Therefore, the flaw detection accuracy is improved.

3.第3の実施の形態
複数のサイズ及び材質のサンプル溶接鋼管200により決定された入射角及び配置位置をデータベースとして超音波探傷装置10に登録しても良い。
3. Third Embodiment The incident angles and arrangement positions determined by the sample welded steel pipes 200 of a plurality of sizes and materials may be registered in the ultrasonic flaw detector 10 as a database.

本実施の形態による超音波探傷装置10は、ハードディスク170に表2に示す設定テーブルを記憶する。

Figure 0004356549
The ultrasonic flaw detector 10 according to the present embodiment stores the setting table shown in Table 2 on the hard disk 170.
Figure 0004356549

表2を参照して、設定テーブルでは、材質と外径寸法と肉厚寸法とに対応した入射角及び配置位置が登録される。なお、探傷検査の検査基準や、探傷感度、探傷時の入射角の揺動範囲等も設定テーブルに登録される。材質と外径寸法と肉厚寸法とに対応した入射角及び配置位置は、サイズ及び材質の異なる複数のサンプル溶接鋼管200を用いて図3のステップS1〜S7の工程を繰り返して決定され、予め設定テーブルに登録される。設定テーブルへの入力は図示しない入力装置を用いてオペレータが行ってもよいし、決定部166が行ってもよい。   Referring to Table 2, in the setting table, incident angles and arrangement positions corresponding to materials, outer diameter dimensions, and wall thickness dimensions are registered. Note that the inspection standard of the flaw detection inspection, the flaw detection sensitivity, the fluctuation range of the incident angle during the flaw detection, and the like are also registered in the setting table. The incident angle and the arrangement position corresponding to the material, the outer diameter, and the wall thickness are determined by repeating steps S1 to S7 in FIG. 3 using a plurality of sample welded steel pipes 200 having different sizes and materials. Registered in the setting table. Input to the setting table may be performed by an operator using an input device (not shown), or may be performed by the determination unit 166.

図6を参照して、検査対象溶接鋼管1を探傷する場合、検査対象溶接鋼管1をローラ20上に設置する(S10)。また、超音波探傷装置10に検査対象溶接鋼管1の材質と外径と肉厚が入力される(S11)。これらの値の入力は図示しない入力装置を用いてオペレータが行ってもよい。   Referring to FIG. 6, when flaw detection is performed on welded steel pipe 1 to be inspected, welded steel pipe 1 to be inspected is installed on roller 20 (S10). Further, the material, outer diameter, and thickness of the inspection target welded steel pipe 1 are input to the ultrasonic flaw detector 10 (S11). Input of these values may be performed by an operator using an input device (not shown).

超音波探傷装置10内の決定部166は、入力された材質と外径と肉厚に対応した入射角及び配置位置を設定テーブルから検索する(S12)。検索後、決定部166は検索された入射角及び配置位置を探傷時の入射角及び配置位置に決定する(S13)。   The determination unit 166 in the ultrasonic flaw detector 10 searches the setting table for an incident angle and an arrangement position corresponding to the input material, outer diameter, and thickness (S12). After the search, the determination unit 166 determines the detected incident angle and arrangement position as the incident angle and arrangement position at the time of flaw detection (S13).

超音波探傷装置10はステップS13で決定された入射角及び配置位置で検査対象溶接鋼管1を探傷する(S14)。   The ultrasonic flaw detector 10 detects the welded steel pipe 1 to be inspected at the incident angle and arrangement position determined in step S13 (S14).

設定テーブルに複数の入射角及び配置位置データを登録しておけば、検査対象溶接鋼管1を探傷する前に、いちいちサンプル溶接鋼管200を探傷しなくてもよい。そのため、検査効率が向上する。なお、複数のサンプル溶接鋼管200は、対応する検査対象溶接鋼管1と同じ成形工程で製造される。   If a plurality of incident angles and arrangement position data are registered in the setting table, it is not necessary to detect the sample welded steel pipe 200 before each inspection target welded steel pipe 1 is detected. Therefore, inspection efficiency is improved. The plurality of sample welded steel pipes 200 are manufactured in the same forming process as the corresponding inspection target welded steel pipe 1.

4.第4の実施の形態
オンラインに設置された超音波探傷装置が、入射角が固定された斜角探触子を装着できるが、アレイ探触子を装着できない場合がある。この場合、オフラインに超音波探傷装置10を設置し、アレイ探触子15A及び15Bを用いて入射角及び配置位置を決定する。オフラインで決定した入射角を持つ斜角探触子をオンラインの超音波探傷装置に装着し、オンラインで検査対象溶接鋼管を探傷する。
4). Fourth Embodiment Although an ultrasonic flaw detector installed online can attach an oblique probe with a fixed incident angle, there are cases where an array probe cannot be attached. In this case, the ultrasonic flaw detector 10 is installed off-line, and the incident angle and the arrangement position are determined using the array probes 15A and 15B. An oblique probe having an incident angle determined offline is mounted on an online ultrasonic flaw detector, and the welded steel pipe to be inspected is detected online.

超音波探傷装置10は、ハードディスク170に表3に示す斜角探触子テーブルを記憶する。

Figure 0004356549
The ultrasonic flaw detector 10 stores an oblique probe table shown in Table 3 on the hard disk 170.
Figure 0004356549

表3を参照して、斜角探触子テーブルには入射角に対応した斜角探触子の探触子番号が登録される。   Referring to Table 3, the probe number of the oblique probe corresponding to the incident angle is registered in the oblique probe table.

図7を参照して、ステップS1〜ステップS7までの動作は図3と同じである。ただし、超音波探傷装置10はオフラインに設置される。ステップS7により入射角及び配置位置を決定した後、超音波探傷装置10は決定された入射角に対応した斜角探触子を斜角探触子テーブルから検索する(S20)。   Referring to FIG. 7, the operations from step S1 to step S7 are the same as those in FIG. However, the ultrasonic flaw detector 10 is installed offline. After determining the incident angle and the arrangement position in step S7, the ultrasonic flaw detector 10 searches the oblique probe table for the oblique probe corresponding to the determined incident angle (S20).

オンラインの超音波探傷装置はステップS20で検索された探触子番号の斜角探触子を装着する(S21)。斜角探触子はオペレータにより装着されてもよい。装着後、検査対象溶接鋼管をオンラインのローラに搬送する(S22)。オンラインの超音波探傷装置はステップS7で決定された配置位置に斜角探触子を配置し(S23)、超音波探傷を実施する(S24)。   The on-line ultrasonic flaw detector mounts the bevel probe having the probe number searched in step S20 (S21). The bevel probe may be mounted by an operator. After mounting, the welded steel pipe to be inspected is conveyed to an online roller (S22). The online ultrasonic flaw detector arranges the bevel probe at the arrangement position determined in step S7 (S23), and performs ultrasonic flaw detection (S24).

なお、図7では、超音波探傷装置10が斜角探触子を選択したが、ステップS7で決定された入射角に基づいて、オペレータが斜角探触子を選択してもよい。   In FIG. 7, the ultrasonic flaw detector 10 has selected the oblique angle probe, but the operator may select the oblique angle probe based on the incident angle determined in step S7.

5.第5の実施の形態
第1〜第4の実施の形態では、サンプル溶接鋼管200の欠陥25を探傷して入射角及び配置位置を設定したが、検査対象溶接鋼管1の断面形状が真円であると仮定して、入射角を及び配置位置を計算により算出しても良い。
5. Fifth Embodiment In the first to fourth embodiments, the defect 25 of the sample welded steel pipe 200 is detected and the incident angle and the arrangement position are set. However, the cross-sectional shape of the inspection target welded steel pipe 1 is a perfect circle. Assuming that there is, the incident angle and the arrangement position may be calculated.

この場合、算出した入射角で出力された超音波ビームUWが欠陥25からずれる可能性が高い。そのため、第2の実施の形態と同様に、超音波探傷中に入射角を揺動する。   In this case, there is a high possibility that the ultrasonic beam UW output at the calculated incident angle will deviate from the defect 25. Therefore, as in the second embodiment, the incident angle fluctuates during ultrasonic flaw detection.

図8及び図9を参照して、超音波探傷装置10に検査対象溶接鋼管1の外径寸法及び肉厚寸法が入力される(S31)。入力な図示しない入力装置からオペレータにより入力されてもよいし、ネットワーク介して接続されたコンピュータ等から自動的に入力されてもよい。   With reference to FIG.8 and FIG.9, the outer diameter dimension and wall thickness dimension of the inspection target welded steel pipe 1 are input into the ultrasonic flaw detector 10 (S31). The input may be input by an operator from an input device (not shown), or may be automatically input from a computer or the like connected via a network.

決定部166は入力された外径寸法及び肉厚寸法に基づいて、屈折角D1を算出する(S32)。図9に示すように、外径寸法がDであり、肉厚寸法がtであり、かつ、断面形状が真円の検査対象溶接鋼管1を想定する。さらに、肉厚tの中心点Pを含む肉厚方向に面欠陥が存在すると仮定する。なお、点Pを含む肉厚方向と外周との交点を地点N0とする。このとき、超音波ビームUWが点Pに入射し、かつ、超音波ビームUWが点Pを含む肉厚方向に対して垂直に入射するように、屈折角D1を算出する。この場合、屈折角D1は式(2)により算出する。 The determining unit 166 calculates the refraction angle D1 based on the input outer diameter dimension and wall thickness dimension (S32). As shown in FIG. 9, it is assumed that the inspection target welded steel pipe 1 has an outer diameter dimension of D, a wall thickness dimension of t, and a cross-sectional shape of a perfect circle. Further, it is assumed that a surface defect exists in the thickness direction including the center point P 0 of the thickness t. Note that the intersection of the thickness direction and an outer peripheral including the point P 0 and the point N0. In this case, ultrasonic beams UW is incident on the point P 0, and, as the ultrasonic beam UW is incident perpendicular to the thickness direction including a point P 0, to calculate the refraction angle D1. In this case, the refraction angle D1 is calculated by the equation (2).

D1=sin−1(1−(t/D)) (2) D1 = sin −1 (1- (t / D)) (2)

ここで、DはステップS31で入力された外径寸法であり、tはステップS31で入力された肉厚である。   Here, D is the outer diameter dimension input in step S31, and t is the wall thickness input in step S31.

なお、図9中の超音波ビームUWと検査対象溶接鋼管1の外周との交点は地点N1となる。地点N1に基づいて、アレイ探触子15A及び15Bの配置位置が算出される(S32)。   In addition, the intersection of the ultrasonic beam UW and the outer periphery of the inspection target welded steel pipe 1 in FIG. 9 is a point N1. Based on the point N1, the arrangement positions of the array probes 15A and 15B are calculated (S32).

続いて、決定部166は、ステップS332で算出された屈折角を用いて入射角を算出する(S33)。具体的には、決定部166は、スネルの法則に基づいて、式(3)より入射角αを算出する。   Subsequently, the determination unit 166 calculates an incident angle using the refraction angle calculated in step S332 (S33). Specifically, the determination unit 166 calculates the incident angle α from Expression (3) based on Snell's law.

α=sin−1(sin(D1)×V/V) (3) α = sin −1 (sin (D1) × V 0 / V 1 ) (3)

ここで、Vはくさび151中の超音波ビームUWの縦波音速であり、Vは検査対象溶接鋼管1内での超音波ビームUWの横波音速である。縦波音読V及び横波音速Vは過去の経験値等を用いる。決定部166は、ステップS32及び33で算出した配置位置及び入射角を、探傷時の配置位置及び入射角に決定する。 Here, V 0 is the longitudinal wave velocity of the ultrasonic beam UW in the wedge 151, and V 1 is the transverse wave velocity of the ultrasonic beam UW in the inspection target welded steel pipe 1. Longitudinal sound readings V 0 and shear wave sound speeds V 1 use past experience values and the like. The determination unit 166 determines the arrangement position and incident angle calculated in steps S32 and 33 as the arrangement position and incident angle at the time of flaw detection.

配置位置及び入射角を算出後、ローラ20上に検査対象溶接鋼管1を設置する(S34)。超音波探傷装置10は、ステップS32で算出した配置位置にアレイ探触子15A及び15Bを配置する(S35)。配置後、検査対象溶接鋼管1を探傷する(S36)。このとき、第2の実施の形態と同じく、決定された入射角を中心とした所定範囲内で入射角を揺動しながら超音波探傷を実施する。入射角度の揺動は揺動指示部169が指示する。   After calculating the arrangement position and the incident angle, the inspection target welded steel pipe 1 is installed on the roller 20 (S34). The ultrasonic flaw detector 10 arranges the array probes 15A and 15B at the arrangement position calculated in step S32 (S35). After the placement, the inspection target welded steel pipe 1 is flawed (S36). At this time, as in the second embodiment, ultrasonic flaw detection is performed while swinging the incident angle within a predetermined range centered on the determined incident angle. The swing instruction unit 169 instructs the swing of the incident angle.

サンプル溶接鋼管200を用いてアレイ探触子15A及び15Bの入射角を求めた場合と、式(2)及び式(3)により入射角を求めた場合とで、欠陥25のエコー強度の違いを調査した。   The difference in echo intensity of the defect 25 between the case where the incident angle of the array probes 15A and 15B is obtained using the sample welded steel pipe 200 and the case where the incident angle is obtained by the equations (2) and (3). investigated.

サンプル溶接鋼管200は以下の様に製造した。TMCP鋼板をCプレス、Uプレス、Oプレスで曲げ加工し、オープンパイプとした後、継ぎ目部を多電極サブマージアーク溶接法により溶接した。サンプル溶接鋼管200の外径は660mmとし、肉厚を18mmとした。溶接後、図10に示すように、形成された溶接部2に人工欠陥25を作製した。欠陥25は外径1.6mmで長さを5mmの円柱状の中空とし、欠陥の軸方向が肉厚方向と並行になるように作製した。   The sample welded steel pipe 200 was manufactured as follows. The TMCP steel plate was bent by a C press, U press, and O press to form an open pipe, and then the joint was welded by a multi-electrode submerged arc welding method. The outer diameter of the sample welded steel pipe 200 was 660 mm, and the wall thickness was 18 mm. After the welding, as shown in FIG. 10, an artificial defect 25 was produced in the formed weld 2. The defect 25 was made into a cylindrical hollow having an outer diameter of 1.6 mm and a length of 5 mm, and was produced so that the axial direction of the defect was parallel to the thickness direction.

式(2)及び式(3)を用いてアレイ探触子15A及び15Bの配置位置及び入射角を算出した。その結果、入射角α=47.5degとなった。   Using the formulas (2) and (3), the arrangement positions and the incident angles of the array probes 15A and 15B were calculated. As a result, the incident angle α = 47.5 deg.

続いて、サンプル溶接鋼管200上にアレイ探触子15A及び15Bを配置し、超音波ビームUWを出力しながら入射角を揺動した。このとき、配置位置は式(2)に基づいて決定した値を用いた。具体的には、式(2)により図9中の地点N1が決定する。決定した地点N1上にアレイ探触子15Aを設置し、欠陥25を対称軸とした地点N1と対称の地点にアレイ探触子15Bを設置した。地点N0から地点N1までの外周面に沿った距離Sは約98mmであった。   Subsequently, the array probes 15A and 15B were arranged on the sample welded steel pipe 200, and the incident angle was swung while outputting the ultrasonic beam UW. At this time, the value determined based on Expression (2) was used as the arrangement position. Specifically, the point N1 in FIG. 9 is determined by Expression (2). The array probe 15A was installed on the determined point N1, and the array probe 15B was installed at a point symmetrical to the point N1 with the defect 25 as the symmetry axis. The distance S along the outer peripheral surface from the point N0 to the point N1 was about 98 mm.

入射角を揺動しながら、揺動した各入射角での欠陥25のエコー強度を調査した。具体的には、入射角を43deg〜49degの範囲で揺動させた。なお、探傷時の周波数は5MHzとした。図11に調査結果を示す。算出された入射角が47.5degであったのに対し、アレイ探触子15Aのエコー強度が最大となった入射角は48.5degであり、アレイ探触子15Bのエコー強度が最大となった入射角は48.0degであった。換言すれば、アレイ探触子15A及び15Bのエコー強度が最大となった入射角は、算出された入射角とは異なった。サンプル溶接鋼管200の断面形状が真円ではなく、局所的に曲げゆがみや凹凸が存在することや、材質の音響異方性のために、算出された入射角よりもずれた入射角でエコー強度が最大となったと考えられる。   While oscillating the incident angle, the echo intensity of the defect 25 at each oscillated incident angle was investigated. Specifically, the incident angle was swung in the range of 43 deg to 49 deg. The frequency at the time of flaw detection was 5 MHz. FIG. 11 shows the survey results. While the calculated incident angle is 47.5 deg, the incident angle at which the echo intensity of the array probe 15A is maximized is 48.5 deg, and the echo intensity of the array probe 15B is maximized. The incident angle was 48.0 deg. In other words, the incident angle at which the echo intensity of the array probes 15A and 15B is maximized is different from the calculated incident angle. The cross-sectional shape of the sample welded steel pipe 200 is not a perfect circle, and there are local bending distortions and irregularities, and the acoustic intensity of the material, and the echo intensity at an incident angle deviated from the calculated incident angle. Is considered to be the largest.

以上の調査の結果、検査対象溶接鋼管1を探傷する場合、探傷前にサンプル溶接鋼管200で入射角及び配置位置を決定した方が、欠陥の検出精度が向上すると考えられる。   As a result of the above investigation, when the welded steel pipe 1 to be inspected is flawed, it is considered that the defect detection accuracy is improved by determining the incident angle and the arrangement position with the sample welded steel pipe 200 before flaw detection.

アレイ探触子15Aで図10に示した欠陥25を有するサンプル溶接鋼管200を探傷した。このとき、超音波ビームの入射角を48.5degから±3.0degの範囲で揺動してサンプル溶接鋼管200を繰り返し10回探傷し、欠陥25のエコー強度を測定した。さらに、超音波ビームの入射角を48.5degで固定したまま、サンプル溶接鋼管200を繰り返し10回探傷し、欠陥25のエコー強度を測定した。   The sample welded steel pipe 200 having the defect 25 shown in FIG. 10 was detected with the array probe 15A. At this time, the incident angle of the ultrasonic beam was swung in the range of 48.5 deg to ± 3.0 deg, the sample welded steel pipe 200 was repeatedly detected 10 times, and the echo intensity of the defect 25 was measured. Further, while the incident angle of the ultrasonic beam was fixed at 48.5 deg, the sample welded steel pipe 200 was repeatedly detected 10 times, and the echo intensity of the defect 25 was measured.

探傷結果を図12に示す。図中○印が入射角を揺動して探傷した結果であり、×印が入射角を固定して探傷した結果である。縦軸は、入射角を揺動して探傷した第1回目のエコー強度を「1」とした場合のエコー強度の相対値をを示す。   The flaw detection results are shown in FIG. In the figure, ◯ indicates the result of flaw detection with the incident angle being swung, and X indicates the result of flaw detection with the incident angle fixed. The vertical axis shows the relative value of the echo intensity when the first echo intensity detected by fluctuating the incident angle is “1”.

図12より、入射角を揺動して探傷した場合、探傷回数ごとのエコー強度はほぼ同じであった。一方、入射角を固定して探傷した場合、探傷回数ごとのエコー強度はばらついた。以上の結果、入射角を変動して探傷した方が入射角を固定して探傷するよりもエコー強度が安定した。そのため、入射角を揺動して探傷した方が欠陥の検出精度を向上できると考えられる。   From FIG. 12, when flaw detection was performed with the incident angle being fluctuated, the echo intensity for each flaw detection frequency was almost the same. On the other hand, when the flaw detection was performed with the incident angle fixed, the echo intensity varied for each flaw detection. As a result, the echo intensity was more stable when flaw detection was performed with the incident angle varied than when flaw detection was performed with the incident angle fixed. Therefore, it is considered that the flaw detection accuracy can be improved by flaw detection by swinging the incident angle.

上記実施の形態では、入射角を変更可能な入射角可変探触子としてアレイ探触子を用いたが、他の入射角可変探触子を用いてもよい。たとえば、アレイ探触子に代えて、機械的に入射角を変更できる探触子を用いてもよい。   In the above embodiment, the array probe is used as the variable incident angle probe capable of changing the incident angle, but another variable variable incident angle probe may be used. For example, instead of the array probe, a probe that can mechanically change the incident angle may be used.

また、サンプル溶接鋼管200の欠陥25は人工のものでなくてもよい。たとえば、過去に超音波探傷して発見された欠陥25を有する溶接鋼管をサンプル溶接鋼管として用いてもよい。   Further, the defect 25 of the sample welded steel pipe 200 may not be an artificial one. For example, a welded steel pipe having a defect 25 discovered by ultrasonic flaw detection in the past may be used as the sample welded steel pipe.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。   While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

本発明による超音波探傷方法及び超音波探傷装置は、溶接鋼管の非破壊検査に広く利用可能であるが、特に、油井管又はラインパイプとして利用される溶接鋼管の非破壊検査に利用可能である。   The ultrasonic flaw detection method and the ultrasonic flaw detection apparatus according to the present invention can be widely used for nondestructive inspection of welded steel pipes, and in particular, can be used for nondestructive inspection of welded steel pipes used as oil well pipes or line pipes. .

本発明の第1の実施の形態による超音波探傷装置の構成を示す概略図である。1 is a schematic diagram showing the configuration of an ultrasonic flaw detector according to a first embodiment of the present invention. 図1に示した制御装置の詳細を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the detail of the control apparatus shown in FIG. アレイ探触子から出力される超音波ビームの入射角の揺動動作を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the rocking | fluctuation operation | movement of the incident angle of the ultrasonic beam output from an array probe. アレイ探触子から出力される超音波ビームの入射角の揺動動作を説明するための他の概略図である。It is another schematic diagram for explaining the swinging operation of the incident angle of the ultrasonic beam output from the array probe. アレイ探触子から出力される超音波ビームの入射角の揺動動作を説明するための他の概略図である。It is another schematic diagram for explaining the swinging operation of the incident angle of the ultrasonic beam output from the array probe. 本発明の第1の実施の形態による超音波探傷方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the ultrasonic flaw detection method by the 1st Embodiment of this invention. 図3中のステップS6を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating step S6 in FIG. 本発明の第2の実施の形態による超音波探傷方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the ultrasonic flaw detection method by the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態による超音波探傷方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the ultrasonic flaw detection method by the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態による超音波探傷方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the ultrasonic flaw detection method by the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態による超音波探傷方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the ultrasonic flaw detection method by the 5th Embodiment of this invention. 図8中のステップS32を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating step S32 in FIG. 実施例で使用したサンプル溶接鋼管中の欠陥寸法を示す概略図である。It is the schematic which shows the defect dimension in the sample welded steel pipe used in the Example. 超音波ビームの入射角と欠陥のエコー強度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the incident angle of an ultrasonic beam, and the echo intensity of a defect. 入射角を揺動して探傷した場合と入射角を固定して探傷した場合の欠陥の検出精度を調査した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having investigated the detection accuracy of the defect when flaw-detecting by swinging an incident angle and flaw-detecting with a fixed incident angle. 従来の溶接鋼管の溶接部に内在する欠陥を示す概略図である。It is the schematic which shows the defect inherent in the welding part of the conventional welded steel pipe. 従来のタンデム探傷法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the conventional tandem flaw detection method. 溶接部内の欠陥に超音波ビームを垂直に入射する超音波探傷方法を説明するための概略図である。It is the schematic for demonstrating the ultrasonic flaw detection method which injects an ultrasonic beam perpendicularly into the defect in a welding part.

符号の説明Explanation of symbols

1 検査対象溶接鋼管
2 溶接部
10 超音波探傷装置
11 昇降フレーム
12 レール
13 アーム
14 探触子ホルダ
15A,15B アレイ探触子
16 制御装置
17 シーム検出器
20 搬送ローラ
25 欠陥
131 垂直アーム部材
132 水平アーム部材
166 決定部
169 揺動指示部
170 ハードディスク
180A,180B 揺動部
190A,190B エコー受信部
200 サンプル溶接鋼管
200 検査対象溶接鋼管
CH1〜CH32 振動子

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inspection target welded steel pipe 2 Welding part 10 Ultrasonic flaw detector 11 Lifting frame 12 Rail 13 Arm 14 Probe holder 15A, 15B Array probe 16 Controller 17 Seam detector 20 Carrying roller 25 Defect 131 Vertical arm member 132 Horizontal Arm member 166 Determining unit 169 Oscillating instruction unit 170 Hard disks 180A, 180B Oscillating units 190A, 190B Echo receiving unit 200 Sample welded steel pipe 200 Welded steel pipe CH1 to CH32 to be inspected Vibrator

Claims (8)

検査対象溶接鋼管の軸方向に形成された溶接部に含まれる欠陥を斜角探傷法により探傷する超音波探傷方法であって、
前記検査対象溶接鋼管と同じ成形工程により製造され、検査対象溶接鋼管と同じ外径及び肉厚を有し、前記溶接部に内在し、前記肉厚方向に並行する欠陥を含むサンプル溶接鋼管を用意する工程と、
前記サンプル溶接鋼管の外周面上に、入射角を変更可能な入射角可変探触子を配置する工程と、
前記入射角可変探触子から超音波ビームを出力し、前記超音波ビームを前記サンプル溶接鋼管の外周面及び内周面で反射させることなく直接前記欠陥に入射し、前記欠陥で反射したエコーを前記入射角可変探触子で受信する工程と、
前記超音波ビームを出力しながら入射角を変更し、前記超音波ビームを出力しながら前記入射角可変探触子を前記サンプル溶接鋼管の外周面上で円周方向に移動することにより前記入射角可変探触子の配置位置を変更し、変更した入射角及び配置位置の中から前記欠陥のエコーが最大となる入射角及び配置位置を決定する工程と、
前記決定された入射角及び配置位置で、前記検査対象溶接鋼管を探傷する工程とを備えることを特徴とする超音波探傷方法。
An ultrasonic flaw detection method in which defects included in a weld formed in the axial direction of a welded steel pipe to be inspected are flaw-detected by an oblique flaw detection method,
Produced by the same molding step as said object welded steel pipe has the same outer diameter and wall thickness inspected welded steel pipe, inherent in the weld, providing a sample welded steel pipe comprising the defect parallel to the thickness direction And a process of
Arranging an incident angle variable probe capable of changing the incident angle on the outer peripheral surface of the sample welded steel pipe; and
An ultrasonic beam is output from the variable incident angle probe, and the ultrasonic beam is directly incident on the defect without being reflected by the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the sample welded steel pipe, and an echo reflected by the defect is detected. Receiving with the variable incident angle probe ;
The incident angle is changed by changing the incident angle while outputting the ultrasonic beam, and moving the variable incident angle probe on the outer circumferential surface of the sample welded steel pipe while outputting the ultrasonic beam. by changing the position of the variable probe, and determining the angle of incidence and position the echo is maximized in the defect from the incident angle and the arrangement position changed,
And flaw detection of the inspection target welded steel pipe at the determined incident angle and arrangement position.
請求項1に記載の超音波探傷方法であって、
前記サンプル溶接鋼管は、前記検査対象溶接鋼管と同じ材質であることを特徴とする超音波探傷方法。
The ultrasonic flaw detection method according to claim 1,
The sample welded steel pipe is made of the same material as the inspection target welded steel pipe.
請求項1又は請求項2に記載の超音波探傷方法であって、
前記探傷する工程は、
入射角が固定された複数の斜角探触子の中から、前記決定された入射角を有する斜角探触子を選択する工程と、
前記選択された斜角探触子を用いて前記検査対象溶接鋼管を探傷する工程とを備えることを特徴とする超音波探傷方法。
The ultrasonic flaw detection method according to claim 1 or 2,
The flaw detection step includes
Selecting an oblique probe having the determined incident angle from a plurality of oblique probes having fixed incident angles;
An ultrasonic flaw detection method comprising: flaw detecting the welded steel pipe to be inspected using the selected oblique angle probe.
請求項1又は請求項2に記載の超音波探傷方法であって、
前記探傷する工程は前記入射角可変探触子を用いて前記検査対象溶接鋼管を探傷することを特徴とする超音波探傷方法。
The ultrasonic flaw detection method according to claim 1 or 2,
The ultrasonic flaw detection method characterized in that the flaw detection step involves flaw detection of the inspection target welded steel pipe using the variable incident angle probe.
請求項4に記載の超音波探傷方法であって、
前記探傷する工程は、前記入射角可変探触子の入射角を前記決定された入射角を中心とした所定の範囲で揺動しながら前記検査対象溶接鋼管を探傷することを特徴とする超音波探傷方法。
The ultrasonic flaw detection method according to claim 4,
In the flaw detection step, the inspection target welded steel pipe is flawed while the incident angle of the incident angle variable probe is swung within a predetermined range centered on the determined incident angle. Flaw detection method.
請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の超音波探傷方法であって、
前記決定する工程は、材質又はサイズが異なる複数のサンプル溶接鋼管の各々について、入射角及び配置位置を決定し、
前記超音波探傷方法はさらに、
前記複数の決定された入射角及び配置位置を前記複数のサンプル溶接鋼管のサイズ及び材質に対応付けて管理装置に保存する工程を含み、
前記探傷する工程は、
前記検査対象溶接鋼管のサイズ及び材質と同じサイズ及び材質のサンプル溶接鋼管に対応した入射角及び配置位置を前記管理装置から検索する工程と、
前記検索された入射角及び配置位置で前記検査対象溶接鋼管を探傷する工程とを備えることを特徴とする超音波探傷方法。
The ultrasonic flaw detection method according to any one of claims 1 to 5,
The determining step determines an incident angle and an arrangement position for each of a plurality of sample welded steel pipes having different materials or sizes,
The ultrasonic flaw detection method further includes
Storing the plurality of determined incident angles and arrangement positions in a management device in association with the size and material of the plurality of sample welded steel pipes,
The flaw detection step includes
A step of retrieving from the management device an incident angle and an arrangement position corresponding to a sample welded steel pipe of the same size and material as the size and material of the welded steel pipe to be inspected;
And flaw detection of the inspection-target welded steel pipe at the searched incident angle and arrangement position.
請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の超音波探傷方法であって、The ultrasonic flaw detection method according to any one of claims 1 to 6,
前記入射角及び配置位置を決定する工程は、The step of determining the incident angle and the arrangement position includes:
前記入射角可変探触子から出力される超音波ビームの入射角を変動し、変動された入射角の中から前記欠陥のエコーが高い順に複数の入射角を選択する工程と、Varying the incident angle of the ultrasonic beam output from the incident angle variable probe, and selecting a plurality of incident angles in descending order of the echo of the defect from the varied incident angles;
前記選択された入射角ごとに、前記超音波ビームを出力しながら前記入射角可変探触子を前記サンプル溶接鋼管の外周面上で円周方向に移動して、前記欠陥のエコーが最大となる配置位置を選択する工程と、For each selected incident angle, the variable angle of incidence probe is moved circumferentially on the outer peripheral surface of the sample welded steel pipe while outputting the ultrasonic beam, and the defect echo is maximized. Selecting a placement position;
前記選択された各入射角ごとの配置位置に基づいて、前記欠陥のエコーが最大となる前記入射角及び配置位置を決定する工程とを備えることを特徴とする超音波探傷方法。And a step of determining the incident angle and the arrangement position at which the echo of the defect is maximized based on the selected arrangement position for each incident angle.
鋼板を曲げ加工してオープンパイプに成形する工程と、
前記オープンパイプの継ぎ目を溶接し、溶接鋼管を製造する工程と、
請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の超音波探傷方法により、前記溶接鋼管を探傷する工程とを備えたことを特徴とする溶接鋼管の製造方法。
A process of bending a steel plate to form an open pipe;
Welding the open pipe seam to produce a welded steel pipe;
A method for manufacturing a welded steel pipe, comprising the step of flaw-detecting the welded steel pipe by the ultrasonic flaw detection method according to any one of claims 1 to 7.
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