超声波探伤装置、超声波探伤方法、焊接钢管的制造方法、及焊接钢管的品质管理方法制造方法及图纸

一种超声波探伤装置1，其包括：矩阵阵列探针2，其通过楔块3配置在能够使超声波相对于焊接根部钝边垂直入射的焊接钢管S的外周面上的位置，将在管轴方向上聚焦的超声波向焊接根部钝边发送，并接收由焊接根部钝边反射的超声波；超声波收发部4，其控制矩阵阵列探针2以接收由焊接根部钝边反射的超声波的反射波；以及评价部5，其基于超声波收发部4接收到的超声波的反射波，来对平面缺陷进行探伤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声波探伤装置、超声波探伤方法、焊接钢管的制造方法、及焊接钢管的品质管理方法
本专利技术涉及对在焊接钢管的焊接部的坡口的对接部分存在的平面缺陷进行探伤的超声波探伤装置、超声波探伤方法、焊接钢管的制造方法、以及焊接钢管的品质管理方法。
技术介绍
作为使用对管轴方向进行的焊接处理制管而成的焊接钢管，已知有电缝焊接钢管及UOE(U-ingO-ingExpansion，U成型-O成型-扩径)钢管(LSAW(LongitudinalSubmergedArcWelding，直缝埋弧焊接)钢管)等。UOE钢管是通过以下方法制造的：将钢板冲压加工成U型后，冲压加工成O型，将钢板的对接部分通过埋弧焊接(内面焊接及外面焊接)接合，然后扩管。因为UOE钢管应用于能量输送用管线，所以母材的品质自不必说，焊接部的品质在安全上以及环保上也很重要。通常，焊接钢管的焊接部的品质检查，是使用超声波探伤法，更具体地，是使用斜射探伤法以及串列式探伤法来进行的(参见专利文献1)。斜射探伤法是使用1个探头，基于斯涅尔定律，使其相对于焊接钢管具有折射角度地发送超声波来对缺陷进行探伤的方法，用于对在焊接部的肩部的内外面发生的裂纹缺陷进行探伤。与此相对，对于在焊接部的厚壁中央部分(坡口的对接部分)的缺陷的探伤，使用串列式探伤法。发生于焊接部的厚壁中央部分的缺陷是由于未焊透(incompletepenetration)而发生的，作为与焊接部的厚度方向平行的平面缺陷而存在。若要使用斜射探伤法对平面缺陷进行探伤，则因为接触到平面缺陷的超声波在正反射方向上会被较强地反射而后方反射较弱，所以S/N比(接收信号强度与噪声强度之比)较低。与此相对，在串列式探伤法中，为了能够接收正反射波而在超声波的发送与接收中分别采用不同的探头，这些探头配置在焊接钢管的圆周上。并且，从一方的探头发送超声波，而以另一方的探头接收超声波，来对缺陷进行探伤。因此，在采用串列式探伤法对平面缺陷进行探伤的情况下，与采用斜射探伤法的情况相比，S/N比较高，能够高灵敏度地检测平面缺陷。然而，串列式探伤法存在下述问题。(1)设置困难通常，探头是通过下述流程设置的：(a)利用计算公式计算探头的设置位置；(b)在计算出的设置位置配置探头；(c)利用人工伤对探头的角度以及设置位置进行调整。该设置流程在斜射探伤法和串列式探伤法中是共通的。然而，在斜射探伤法的情况下，探头只有1个，因此对探头的角度以及设置位置的调整较容易。与此相对，在串列式探伤法的情况下，因为使超声波的发送和接收中所用的探头分离，所以需要对各探头进行角度以及设置位置的调整，设置作业变得复杂。因此，在串列式探伤法的情况下，对探头的角度以及设置位置的调整变得非常困难。(2)焊接部的形状的影响若焊接部的厚度为约20mm以下，则在焊接部的内面或者外面反射时超声波的传播路径会弯曲，从而使得超声波会难以接触平面缺陷，对平面缺陷的检测灵敏度较低。(3)焊缝偏移的影响有时会发生焊缝偏移，即在内面焊接时以及外面焊接时，对接位置在内面侧与外面侧错位。在发生了焊缝偏移的情况下，因为平面缺陷可能分布在焊接钢管的周向(管周方向)上较广的范围，所以需要能够覆盖焊接钢管的周向上较广的范围的探伤法。然而，串列式探伤法虽然在发送用的超声波与接收用的超声波相交的位置附近具有优异的缺陷检测性能，但其范围狭窄，因此在发生焊缝偏移时，不能对焊接钢管的周向覆盖足够广的范围。为此，作为解决这些问题的方法，提出了垂直入射法(参见非专利文献1)。垂直入射法是使用1个探头，使超声波相对于焊接部的厚壁中央部分垂直入射的方式的超声波探伤法，其具有如下所示的特征。(A)设置容易因为是以1个探头收发超声波，所以没有如串列式探伤法那样设置多个探头时的繁琐。(B)不受焊接部的形状的影响因为超声波的传播路径不会根据焊接部的形状而变化，所以将超声波相对于平面缺陷垂直地发送，能够高灵敏度地检测出平面缺陷。(C)相对于焊接钢管的周向具有较广的可检测范围因为超声波是对焊接部全体入射，所以相对于焊接钢管的周向覆盖范围较广。然而，以UOE钢管等焊接钢管的尺寸，为了满足超声波相对于平面缺陷垂直入射的条件，需要75°至83°左右的较大的折射角度。另一方面，如图14所示，回声高度随着折射角度的增加而大幅减少。这是由于随着折射角度的增加，超声波的声压往复透过率会降低的缘故。此外，如图15(a)～(c)所示，随着折射角度的增加，发送超声波的传感器10的表观尺寸会变小(尺寸D→尺寸D’→尺寸D”)，因此随着折射角度的增加，超声波的扩散衰减率会增加，由此，缺陷检测灵敏度降低。另外，图15中，符号11表示楔块，符号S表示焊接钢管。并且，在在线探伤中，电噪声会增大。因此，折射角度的大小在70°左右以下是实用的范围。为此，非专利文献1所记载的方法，是不增大折射角度而通过将垂直入射法与实时数字处理(啁啾(chirp)波脉冲压缩处理以及同步叠加平均处理)组合，来实现高灵敏度的探伤。专利文献1：WO2014/007023非专利文献1：“高性能UOE钢管焊接部自动超声波探伤装置”，饭塚幸理等，《NKK技报》(“高性能UOE鋼管溶接部自動超音波探傷装置”，飯塚幸理ら，NKK技報)，No.175(2001.12)，p.36-40
技术实现思路
然而，在采用垂直入射法的情况下，缺陷检测灵敏度会对应于超声波的入射角度的变化敏感地变化。而超声波的入射角度会根据驱动探头的机构部的松动或者焊接钢管的声各向异性的偏差而变化。因此，期望能够抑制超声波的入射角度的变化对于缺陷检测灵敏度的影响。另一方面，对探头的设置角度以及设置位置的微调，是由操作者手动进行的，因此根据进行调整的操作者的个体差异，缺陷检测灵敏度容易产生偏差。因此，期待提供一种能够抑制超声波的入射角度的变化对于缺陷检测灵敏度的影响以及由操作者的手动调整导致的缺陷检测灵敏度的偏差的技术。本专利技术是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供一种超声波探伤装置以及超声波探伤方法，能够抑制超声波的入射角度的变化对于缺陷检测灵敏度的影响以及由操作者的手动调整导致的缺陷检测灵敏度的偏差。此外，本专利技术的另一目的在于，提供一种焊接钢管的制造方法以及焊接钢管的品质管理方法，能够抑制超声波的入射角度的变化对于缺陷检测灵敏度的影响以及由操作者的手动调整导致的缺陷检测灵敏度的偏差，由此来制造焊接部的品质较高的焊接钢管。本专利技术涉及一种超声波探伤装置，其是对在焊接钢管的焊接部的坡口的对接部分存在的平面缺陷进行探伤的超声波探伤装置，其包括：矩阵阵列探针(MatrixArrayProbe)，其通过楔块，配置在能够使超声波相对于焊接根部钝边(RootFace)垂直入射的上述焊接钢管的外周面上的位置，将在管轴方向上聚焦的超声波向上述焊接根部钝边发送，并接收由上述焊接根部钝边反射的超声波；超声波收发部，其控制上述矩阵阵列探针，以接收由上述焊接根部钝边反射的上述超声波的反射波；以及评价部，其基于上述超声波收发部接收到的上述超声波的反射波，来对上述平面缺陷进行探伤，其中，上述矩阵阵列探针具有排列成网格状的多个振动元件；上述振动元件在管轴方向上的排列间距大于收发的超声波的波长；上述振动元件在管轴方向上的宽度从上述矩阵阵列探针的管轴方向中心位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波探伤装置，其是对在焊接钢管的焊接部的坡口的对接部分存在的平面缺陷进行探伤的超声波探伤装置，其特征在于，包括：矩阵阵列探针，其通过楔块，配置在能够使超声波相对于焊接根部钝边垂直入射的所述焊接钢管的外周面上的位置，将在管轴方向上聚焦的超声波向所述焊接根部钝边发送，并接收由所述焊接根部钝边反射的超声波；超声波收发部，其控制所述矩阵阵列探针，以接收由所述焊接根部钝边反射的所述超声波的反射波；以及评价部，其基于所述超声波收发部接收到的所述超声波的反射波，来对所述平面缺陷进行探伤；其中，所述矩阵阵列探针具有排列成网格状的多个振动元件；所述振动元件在管轴方向上的排列间距大于收发的超声波的波长；所述振动元件在管轴方向上的宽度从所述矩阵阵列探针的管轴方向中心位置朝向管轴方向外侧变小；所述振动元件在管轴方向上的宽度以及中心坐标被调整成使得在所述超声波的焦点位置控制范围内来自各振动元件的超声波全部重合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.20 JP 2016-1421971.一种超声波探伤装置，其是对在焊接钢管的焊接部的坡口的对接部分存在的平面缺陷进行探伤的超声波探伤装置，其特征在于，包括：矩阵阵列探针，其通过楔块，配置在能够使超声波相对于焊接根部钝边垂直入射的所述焊接钢管的外周面上的位置，将在管轴方向上聚焦的超声波向所述焊接根部钝边发送，并接收由所述焊接根部钝边反射的超声波；超声波收发部，其控制所述矩阵阵列探针，以接收由所述焊接根部钝边反射的所述超声波的反射波；以及评价部，其基于所述超声波收发部接收到的所述超声波的反射波，来对所述平面缺陷进行探伤；其中，所述矩阵阵列探针具有排列成网格状的多个振动元件；所述振动元件在管轴方向上的排列间距大于收发的超声波的波长；所述振动元件在管轴方向上的宽度从所述矩阵阵列探针的管轴方向中心位置朝向管轴方向外侧变小；所述振动元件在管轴方向上的宽度以及中心坐标被调整成使得在所述超声波的焦点位置控制范围内来自各振动元件的超声波全部重合。2.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于：所述超声波收发部在以预先求出的中心角度为中心的规定的角度范围内，使超声波的折射角度按规定的角度间隔变化着，...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井穣，饭塚幸理，内富则明，三轮俊博，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP