本发明专利技术提供一种无论存在于焊接管等被探伤材料的焊接部的伤痕存在于何处都能够高精度地对该伤痕进行检测的焊接部的超声波探伤方法及装置。超声波探伤装置（１００）包括：超声波探头（１），其与焊接部相对配置，具有沿着与被探伤材料（Ｐ）的焊接部（Ｐ１）的焊接线正交的方向排列的ｎ个（ｎ≥２）振子（１１）；收发控制部件（２），其选择ｎ个振子中的ｍ个（ｎ＞ｍ≥１）振子，由该选择振子相对于焊接部收发超声波，并且，按顺序对选择振子进行切换。收发控制部件按顺序对选择振子进行切换，使得切换的各选择振子相对于检测对象伤痕的有效波束宽度的范围具有重复的部分，在收发控制部件中，以使得由切换的各选择振子分别接收的、来自检测对象伤痕的最大回波强度大致相等的方式对各选择振子预先调整探伤灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及无论存在于焊接管等被探伤材料的焊接部的伤痕存在于何处都能够高精度地对该伤痕进行检测的超声波探伤方法及装置。
技术介绍
在焊接管等的焊接部，根据焊接方法、焊接条件不同会产生各种各样的伤痕。该伤痕会导致焊接部的品质降低。因此，使用X射线、超声波对焊接部进行非破坏检查。X射线检查能够容易地检测针孔、夹渣等点状伤痕，虽然检查成效也很大，但是存在检查效率较低、设备成本较高等问题。因此，在埋弧焊(SAW)钢管中，在进行超声波探伤之后，仅对两管端部及利用该超声波探伤判定为存在伤痕的部位进行X射线检查。另一方面，超声波探伤适合检查裂纹伤痕、熔合不良等面状伤痕，在检查效率、设备成本的方面优于X射线检查，因此，除两管端部之外承担整个焊接部的检查。作为以往的焊接部的超声波探伤方法的一个例子，以下概略说明SAW钢管的制造工序中的在线自动探伤方法。在以往的SAW钢管的超声波探伤中，如非专利文献1( “焊接钢管的超声波探伤法”，社团法人日本铁钢协会，日本平成11年2月22日，p. 60-62)所述， 设计成能够没有遗漏地检测在焊接部产生的各种伤痕。该设计通过针对管的内表面及外表面分别配置纵向伤痕(沿焊接部的焊接线方向延伸的伤痕)探伤用及横向伤痕(沿与焊接部的焊接线正交的方向延伸的伤痕)探伤用的多个超声波探头来实现。具体地讲，如图1的(a)所示，配置管的内表面的纵向伤痕探伤用的超声波探头 Al、A2、管的外表面的纵向伤痕探伤用的超声波探头Bi、B2、管的内表面的横向伤痕探伤用的超声波探头C1、C2及管的外表面的横向伤痕探伤用的超声波探头D1、D2来进行超声波探伤。而且，使用涡流式或者光学式的焊缝(焊接线)检测器和焊缝追随机构，能够将上述多个超声波探头始终配置在以焊接部为基准的规定位置，并且将钢管沿长度方向直线输送，来检查整个焊接部。但是，在利用图1的(a)所示的通常的K字状(form)配置的超声波探头进行的超声波探伤中存在以下问题。对于纵向伤痕，通过夹着焊接部从两侧进行超声波探伤，能够抑制伤痕自钢管径向倾斜、伤痕形状的影响。但是，对于横向伤痕，只能够从特定方向(钢管的输送方向或者与输送方向相反的方向)对内外表面的伤痕进行超声波探伤，因此，存在无法抑制上述影响这样的问题。因此，为了满足近年来的检查严格化的要求，如图1的(b)所示，倾向于增设横向伤痕探伤用的超声波探头。具体地讲，如图1的(b)所示，增设管的内表面的横向伤痕探伤用的超声波探头C3、C4及管的外表面的横向伤痕探伤用的超声波探头D3、D4。另外，在图 1的(b)所示的例子中，为了提高管的壁厚方向的超声波波束的密度，也增设纵向伤痕探伤用的超声波探头E1、E2。但是，使配置的超声波探头的数量、连接于各超声波探头的探伤器的数量增加会导致设备成本上升。另外，需要针对每个超声波探头设定焊接部与超声波探头的距离、探伤灵敏度等，因此，在增设超声波探头时，产生直到能够探伤为止需要的调整时间变长这样的问题。另外，利用图1的(a)、图1的(b)所示的配置的超声波探头进行的横向伤痕的超声波探伤利用夹着焊接部的一对超声波探头来探伤(由另一个超声波探头接收一个超声波探头发送出的超声波的回波。例如利用超声波探头C2接收超声波探头Cl发送出的超声波的回波)。因此，需要同时调整这一对超声波探头的位置、探伤条件。同时调整一对超声波探头的位置等非常困难。并且，众所周知，利用图1的(a)、图1的(b)所示的配置的超声波探头进行的横向伤痕的超声波探伤的管端部的未探伤区域变广。例如本专利技术人在专利文献1(日本国特开2002-22714号公报)中提出了用于解决上述课题的方法。该方法是通过使用配置在焊接部正上方的超声波探头(以下称作焊道上探头)沿焊接部长度方向(焊接线方向)收发超声波来检测横向伤痕的方法。但是，在使用该焊道上探头进行的斜角超声波探伤中，焊接部的焊道宽度方向 (与焊接线正交的方向)上的有效波束宽度较窄。因此，虽然能够对存在于焊道宽度方向的中心的伤痕进行检测，但存在倾向于检测不到存在于自焊道宽度方向中心错开的位置的伤痕的问题，使用焊道上探头进行的斜角超声波探伤的实用化并没有进展。另外，上述“有效波束宽度”的意思是指，在该超声波探头扫描时得到的来自伤痕的回波(伤痕回波)强度的分布中，伤痕回波强度为规定的强度(例如将最大强度设为OdB 时规定的强度为_3dB)以上的范围的长度。换言之，只要伤痕存在于该有效波束宽度的范围内，即使该伤痕的位置自与超声波探头的中心相对的位置错开，也能够以规定的强度 (例如-3dB)以上检测该伤痕。在使用焊道上探头进行的斜角超声波探伤中，焊道宽度方向上的有效波束宽度 (扫描超声波探头沿焊道宽度方向时的有效波束宽度)较窄是由焊接部的焊道形状引起的。换言之，如图2所例示那样，由于在焊接部的内外表面残留有焊道(堆高)，因此，同等地检测在焊接部的焊道宽度方向上的不同位置存在的伤痕非常困难。图3表示超声波探头沿焊接部的焊道宽度方向扫描时得到的伤痕回波强度的分布例。具体地讲，图3的(a)及图3的(b)表示回波强度相对于对焊接部的焊道宽度方向中心进行加工后形成的内径1.6mm的纵孔B(参照图3的(c))及对自焊道宽度方向中心错开士5mm的位置分别进行加工后形成的内径1. 6mm的纵孔A、C(参照图3的(c))的分布例。图3的(a)表示超声波探头所具有的振子尺寸为IOmmX IOmm的情况下的分布例，图3 的(b)表示超声波探头所具有的振子尺寸为20mmX IOmm的情况下的分布例。如图3的(a)所示，在超声波探头所具有的振子尺寸为IOmmX IOmm的情况下，相对于各纵孔A C的有效波束宽度(_3dB以上的范围的长度)为4mm左右。在这种情况下，不存在能够检测全部纵孔的超声波探头的扫描位置(焊道宽度方向的位置)。由图3的 (a)可知，若在图3的(a)中空白箭头所示的位置配置超声波探头，则与纵孔B的回波强度相比，纵孔C为-6dB以下的回波强度，纵孔A为-12dB以下的回波强度。另外，由图3的(a)也可知，即使是相同尺寸的纵孔，回波强度的最大值也不同。另一方面，如图3的(b)所示，在将超声波探头所具有的振子的尺寸沿焊道宽度6方向扩大而为20mmX IOmm的情况下，相对于各纵孔A C的有效波束宽度扩大至15mm左右。因此，只要将超声波探头配置在规定的扫描位置(例如图3的(b)中空白箭头所示的位置)，就能够检测纵孔B和C。但是，由于纵孔A的回波强度较低，因此难以检测。另外，由图3的(b)可知，在扩大振子的尺寸时，在焊道的终端部附近产生的噪音放大，伤痕信号的S/N比降低。下面，具体地说明。图3的(a)及图3的(b)的横轴的两端附近相当于焊道终端部的位置。在图3的(a)的横轴的两端附近，最大为_21dB左右的回波强度(由焊道终端部的形状引起的噪音)在图3的(b)中增加到最大为_13dB左右。由此可知，伤痕信号的S/N比降低。如上所述，结果，在具有单一振子的超声波探头中，全部检测对焊道宽度方向上的不同位置进行加工而形成的伤痕非常困难。因此，需要使用具有多个振子的超声波探头作为使用排列有多个振子的超声波探头谋求防止漏检伤痕的技术，例如能够列举出专利文献2(日本国特许第3674131号公本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种焊接部的超声波探伤方法，该方法包括：配置步骤，将具有沿着与被探伤材料的焊接部的焊接线正交的方向排列的ｎ个（ｎ≥２）振子的超声波探头与上述焊接部相对配置；探伤步骤，选择上述ｎ个振子中的ｍ个（ｎ＞ｍ≥１）振子，通过由该选择振子相对于上述焊接部收发超声波来对上述焊接部进行探伤；扫描步骤，按顺序切换上述选择振子；通过交替地重复上述探伤步骤和上述扫描步骤来对上述焊接部进行超声波探伤，其特征在于，在上述扫描步骤中，按顺序切换上述选择振子，使得上述切换的各选择振子相对于检测对象伤痕的有效波束宽度的范围具有重复的部分；在上述探伤步骤中，以使由上述切换的各选择振子分别接收的、来自检测对象伤痕的最大回波强度大致相等的方式针对上述各选择振子预先调整的探伤灵敏度来对上述焊接部进行探伤。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：山野正树，
申请(专利权)人：住友金属工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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