特開 2023-137854 超音波探傷装置、超音波探傷装置の調整方法及び鋼管の超音波探傷方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023137854

(43)【公開日】2023-09-29

(54)【発明の名称】超音波探傷装置、超音波探傷装置の調整方法及び鋼管の超音波探傷方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/275 20060101AFI20230922BHJP

【ＦＩ】

G01N29/275

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022044261

(22)【出願日】2022-03-18

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】592244376

【氏名又は名称】日鉄テクノロジー株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】522111079

【氏名又は名称】有限会社エムアイシステム

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100140774

【弁理士】

【氏名又は名称】大浪 一徳

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100217249

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 耕一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100221279

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 健吾

(74)【代理人】

【識別番号】100207686

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 恭宏

(74)【代理人】

【識別番号】100224812

【弁理士】

【氏名又は名称】井口 翔太

(72)【発明者】

【氏名】石塚 裕也

(72)【発明者】

【氏名】小谷 浩生

(72)【発明者】

【氏名】春名 和幸

(72)【発明者】

【氏名】福田 耕治

(72)【発明者】

【氏名】西岡 智裕

(72)【発明者】

【氏名】京屋 昌男

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 裕久

(72)【発明者】

【氏名】松本 佳之

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA07

2G047AB01

2G047AD16

2G047AD19

2G047BA02

2G047BC09

2G047EA04

2G047GA14

2G047GG28

(57)【要約】

【課題】内部欠陥の探傷能力を向上することが可能な超音波探傷装置を提供する。
【解決手段】鋼管１０を通過させるための貫通孔２１を有するプローブブロック２と、プローブブロック２の貫通孔２１の内面２１ａに配設され、貫通孔２１を通過中の鋼管１０の外周面１０ｃに向けて超音波を発信可能な複数の超音波探傷子３と、プローブブロック２に内蔵されて超音波探傷子３の姿勢を調整する調整部７とが備えられ、調整部７は、鋼管１０に対する超音波の照射方向を、鋼管１０の通過方向と直交する方向に沿って変更可能とするものである、超音波探傷装置１を採用する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼管を通過させるための貫通孔を有するプローブブロックと、
前記プローブブロックの前記貫通孔の内面に配設され、前記貫通孔を通過中の前記鋼管の外周面に向けて超音波を発信可能な複数の超音波探傷子と、
前記プローブブロックに内蔵されて前記超音波探傷子の姿勢を調整する調整部と、
が備えられ、
前記調整部は、前記鋼管に対する前記超音波の照射方向を、前記鋼管の通過方向と直交する方向に沿って変更可能とするものである、超音波探傷装置。

【請求項2】

前記超音波探傷子から発信された前記超音波の焦点位置が、前記鋼管の内周面に位置するように、前記超音波探傷子が前記プローブブロックに配設されている、請求項１に記載の超音波探傷装置。

【請求項3】

鋼管を通過させるための貫通孔を有するプローブブロックと、
前記プローブブロックの前記貫通孔の内面に配設され、前記貫通孔を通過中の前記鋼管の外周面に向けて超音波を発信可能な複数の超音波探傷子と、が備えられ、
前記超音波探傷子から発信された前記超音波の焦点位置が、前記鋼管の内周面に位置するように、前記超音波探傷子が前記プローブブロックに配設されている、超音波探傷装置。

【請求項4】

前記プローブブロックの鋼管の通過方向の入側及び出側に、前記貫通孔内における前記鋼管の通過位置を固定するガイド部材が備えられ、
少なくとも入側の前記ガイド部材が、前記プローブブロックの前記貫通孔に隣接して配置されている、請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の超音波探傷装置。

【請求項5】

前記貫通孔の内面と前記鋼管との間の間隙に水を供給する水供給部が更に備えられ、
前記プローブブロックの鋼管の通過方向の入側には、前記貫通孔から排出された水を導くための整流壁が、前記貫通孔の入側の開口部を囲むように設けられている、請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の超音波探傷装置。

【請求項6】

前記整流壁の表面に、多孔質材が積層されている、請求項５に記載の超音波探傷装置。

【請求項7】

鋼管を通過させるための貫通孔を有するプローブブロックと、
前記プローブブロックの前記貫通孔の内面に配設され、前記貫通孔を通過中の前記鋼管の外周面に向けて超音波を発信可能な複数の超音波探傷子と、を備えた超音波探傷装置の調整方法であって、
前記プローブブロックの前記貫通孔に、表面に模擬欠陥部が設けられた中空筒状の鋼材からなるテストピースを挿入する段階と、
前記超音波探傷子によって前記模擬欠陥部に対する探傷を行う段階と、
前記模擬欠陥部を探傷した際における前記超音波探傷子の出力信号の信号対雑音比が最大になるように、前記テストピースに対する前記超音波の照射方向を、前記テストピースの長手方向と直交する方向に沿って調整する段階と、を備えた超音波探傷装置の調整方法。

【請求項8】

請求項７に記載の超音波探傷装置の調整方法によって調整されたプローブブロック及び超音波探傷子を用い、
前記プローブブロックの貫通孔に鋼管を通過させつつ、前記超音波探傷子によって、前記鋼管の内部欠陥の探傷を行う、鋼管の超音波探傷方法。

【請求項9】

前記超音波探傷子から発信する超音波の焦点位置を、前記鋼管の内周面に位置させた状態で、前記鋼管の内部欠陥の探傷を行う、請求項８に記載の鋼管の超音波探傷方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、超音波探傷装置、超音波探傷装置の調整方法及び鋼管の超音波探傷方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼材の内部欠陥を非破壊で検出する方法として超音波探傷法が知られている。超音波探傷法は、超音波探傷子を被検体である鋼材の一面に対向させ、超音波探傷子において発生させた超音波を鋼材内部に入射させ、この超音波を鋼材中に伝播させ、内部欠陥または鋼材の他面での超音波の反射波をエコーとして検出することで、鋼材内部の内部欠陥を計測しようとするものである。

【0003】

図１２（ａ）に、棒鋼材に対して超音波探傷法を適用した場合の断面模式図を示す。超音波探傷子３０３から出射されて棒鋼材４１０の内部に入射した超音波Ｓは、棒鋼材の内部から表面４１０ａに当たった際に当該表面４１０ａが反射面となって棒鋼材４１０の内部にて反射し、その反射波は更に別の表面において再反射する。超音波Ｓの通過範囲内に内部欠陥があると、一部の超音波Ｓが内部欠陥において反射し、その反射波が超音波探傷子３０３によって受信されることで内部欠陥を検出する。

【0004】

棒鋼材４１０の場合、図１２（ａ）に示すように、棒鋼材４１０の内部からの超音波Ｓの照射方向に対して棒鋼材４１０の表面４１０ａの形状が凹曲面になるため、棒鋼材４１０の内部を伝播する超音波Ｓは反射する毎に収束される。そのため、棒鋼材４１０に対して超音波探傷を行うと、内部欠陥によるシグナルと、バックグラウンドのノイズレベルとの比である信号対雑音比（以下、Ｓ／Ｎ比という）が比較的高くなって探傷能力が向上する。棒鋼材４１０の表面４１０ａの近傍に内部欠陥が存在する場合は、内部欠陥と表面４１０ａとの距離が近いため、Ｓ／Ｎ比が比較的低くなって内部欠陥が検出しにくくなるが、最近の技術力の向上によって、表面４１０ａに加工した深さ０．１ｍｍの微小な欠陥でもＳ／Ｎ比が高く探傷可能となっている。

【0005】

一方、図１２（ｂ）には、鋼管３１０に対して超音波探傷法を適用した場合の断面模式図を示す。超音波探傷子３０３から出射されて鋼管３１０の肉厚部３１０ａの内部に入射した超音波Ｓは、鋼管３１０の内周面３１０ｂが反射面となって肉厚部３１０ａの内部にて反射し、その反射波は鋼管３１０の外周面３１０ｃにおいて再反射する。鋼管３１０の場合は、超音波Ｓが最初に反射する面である内周面３１０ｂが、超音波Ｓの照射方向に対して凸曲面となるため、鋼管３１０の内部を伝播する超音波Ｓはこの凸曲面にて発散される。このため、鋼管３１０に対して超音波探傷を行うと、棒鋼材４１０の場合と比較してＳ／Ｎ比が低くなる。よって、鋼管３１０の肉厚部３１０ａの内部欠陥の探傷能力は、表面３１０ｂ、３１０ｃから深さ０．２ｍｍの人工欠陥の探傷が限界であり、超音波探傷においては棒鋼材４１０よりも一般的にＳ／Ｎ比が低下し、反射エコーが大きくなる比較的大きな寸法の欠陥しか検出できなくなる。

【0006】

ところで、最近では、自動車分野における部品軽量化の要請により、中実部材に代えて中空部材の採用が積極的になっている。例えば、自動車のドライブシャフトは、従来まで棒鋼材を加工して得られた中実部材が採用されていたが、最近の軽量化の要請により、鋼管を加工して得られた中空部材が採用されつつある。中空部材は、軽量である反面、中空部を有するため、強度や疲労特性に対する要求がより一層厳しくなりつつある。従って、鋼管肉厚部における内部欠陥の探傷能力の向上が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平３－２８９５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、鋼管の内部欠陥の探傷能力を向上させることが可能な、超音波探傷装置、超音波探傷装置の調整方法及び鋼管の超音波探傷方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明者らが鋭意検討したところ、鋼管に対する超音波の照射方向を最適化することで、鋼管の内部欠陥の探傷能力を向上させることが可能であると見出した。そこで本発明は、以下の構成を採用することとする。
［１］ 鋼管を通過させるための貫通孔を有するプローブブロックと、
前記プローブブロックの前記貫通孔の内面に配設され、前記貫通孔を通過中の前記鋼管の外周面に向けて超音波を発信可能な複数の超音波探傷子と、
前記プローブブロックに内蔵されて前記超音波探傷子の姿勢を調整する調整部と、が備えられ、
前記調整部は、前記鋼管に対する前記超音波の照射方向を、前記鋼管の通過方向と直交する方向に沿って変更可能とするものである、超音波探傷装置。
［２］ 前記超音波探傷子から発信された前記超音波の焦点位置が前記鋼管の内周面に位置するように、前記超音波探傷子が前記プローブブロックに配設されている、［１］に記載の超音波探傷装置。
［３］ 鋼管を通過させるための貫通孔を有するプローブブロックと、
前記プローブブロックの前記貫通孔の内面に配設され、前記貫通孔を通過中の前記鋼管の外周面に向けて超音波を発信可能な複数の超音波探傷子と、が備えられ、
前記超音波探傷子から発信された前記超音波の焦点位置が、前記鋼管の内周面に位置するように、前記超音波探傷子が前記プローブブロックに配設されている、超音波探傷装置。
［４］ 前記プローブブロックの鋼管の通過方向の入側及び出側に、前記貫通孔内における前記鋼管の通過位置を固定するガイド部材が備えられ、
少なくとも入側の前記ガイド部材が、前記プローブブロックの前記貫通孔に隣接して配置されている、［１］乃至［３］の何れか一項に記載の超音波探傷装置。
［５］ 前記貫通孔の内面と前記鋼管との間の間隙に水を供給する水供給部が更に備えられ、
前記プローブブロックの鋼管の通過方向の入側には、前記貫通孔から排出された水を導くための整流壁が、前記貫通孔の入側の開口部を囲むように設けられている、［１］乃至［４］の何れか一項に記載の超音波探傷装置。
［６］ 前記整流壁の表面に、多孔質材が積層されている、［５］に記載の超音波探傷装置。
［７］ 鋼管を通過させるための貫通孔を有するプローブブロックと、
前記プローブブロックの前記貫通孔の内面に配設され、前記貫通孔を通過中の前記鋼管の外周面に向けて超音波を発信可能な複数の超音波探傷子と、を備えた超音波探傷装置の調整方法であって、
前記プローブブロックの前記貫通孔に、表面に模擬欠陥部が設けられた中空筒状の鋼材からなるテストピースを挿入する段階と、
前記超音波探傷子によって前記模擬欠陥部に対する探傷を行う段階と、
前記模擬欠陥部を探傷した際における前記超音波探傷子の出力信号の信号対雑音比が最大になるように、前記テストピースに対する前記超音波の照射方向を、前記テストピースの長手方向と直交する方向に沿って調整する段階と、を備えた超音波探傷装置の調整方法。
［８］ ［７］に記載の超音波探傷装置の調整方法によって調整されたプローブブロック及び超音波探傷子を用い、
前記プローブブロックの貫通孔に鋼管を通過させつつ、前記超音波探傷子によって、前記鋼管の内部欠陥の探傷を行う、鋼管の超音波探傷方法。
［９］ 前記超音波探傷子から発信する超音波の焦点位置を、前記鋼管の内周面に位置させた状態で、前記鋼管の内部欠陥の探傷を行う、［８］に記載の鋼管の超音波探傷方法。

【発明の効果】

【0010】

本発明の超音波探傷装置によれば、超音波探傷子の姿勢を調整する調整部が備えられ、調整部は、鋼管に対する超音波の照射位置を、鋼管の通過方向と直交する方向に沿って変更可能とするものであるため、鋼管の外面に対する超音波の照射方向を適切な方向に設定することが可能になり、これにより、超音波探傷装置における探傷能力を向上させることができる。
また、本発明の超音波探傷装置によれば、超音波探傷子から発信された超音波の焦点位置が鋼管の内周面に位置するように、超音波探傷子がプローブブロックに配設されるので、鋼管の肉厚部の内部に入射された超音波の発散が抑制され、これにより、内部欠陥を探傷した際の出力信号の信号対雑音比（以下、Ｓ／Ｎ比という）が高くなり、超音波探傷装置における内部欠陥の探傷能力を向上させることができる。
また、本発明の超音波探傷装置によれば、プローブブロックの鋼管の通過方向の入側及び出側にガイド部材が備えられ、少なくとも入側のガイド部材がプローブブロックの貫通孔に隣接して配置されているので、貫通孔内を通過する際の鋼管の先端の自重による撓み量が小さくなり、プローブブロックに対して鋼管を安定して通過させることができる。これにより、内部欠陥の信号強度が向上しS／N比をより向上できる。
また、本発明の超音波探傷装置によれば、貫通孔の内面と鋼管との間の間隙に水を供給する水供給部が備えられ、更に、プローブブロックの鋼管の通過方向の入側に、貫通孔から排出された水を導くための整流壁が貫通孔の入側の開口部を囲むように設けられているので、貫通孔から排出された水が整流壁を伝って集められる。これにより、超音波探傷装置に複数の鋼管を連続供給する際に、後行の鋼管の中空部に水が浸入するおそれが少なくなり、ノイズが低減しS／N比をより向上できる。
また、本発明の超音波探傷装置によれば、整流壁の表面に多孔質材が積層されているので、貫通孔から排出された水が整流壁を伝って集められる際に多孔質材に保持されるようになり、後行の鋼管の中空部に水が浸入するおそれが極めて少なくなり、ノイズが低減しS／N比をより向上できる。

【0011】

次に、本発明の超音波探傷装置の調整方法によれば、プローブブロックの貫通孔に、表面に模擬欠陥部が設けられた中空筒状の鋼材からなるテストピースを挿入し、模擬欠陥部を探傷した際の超音波探傷子の出力信号の信号対雑音比が最大になるように、テストピースに対する超音波の照射方向を、テストピースの長手方向と直交する方向に沿って調整するので、超音波探傷装置における内部欠陥の探傷能力を向上させることができる。

【0012】

次に、本発明の鋼管の超音波探傷方法によれば、先に記載の超音波探傷装置の調整方法によって調整されたプローブブロック及び超音波探傷子を用いて、プローブブロックの貫通孔に鋼管を通過させつつ、超音波探傷子によって、鋼管の内部欠陥の探傷を行うので、内部欠陥の探傷能力を向上させることができる。特に、従来方法では、鋼管において、Ｓ／Ｎ比が比較的良好な条件で探傷できる人工欠陥の寸法が、深さ０．２ｍｍの比較的深い人工欠陥であったが、本発明によれば、同程度のＳ／Ｎ比で深さ０．１ｍｍの浅い（微小な）人工欠陥でも高いS／N比で探傷することが可能であり、鋼管の内部欠陥の探傷性能を大幅に向上させることができる。
また、本発明の鋼管の超音波探傷方法によれば、超音波探傷子から発信する超音波の焦点位置を、鋼管の内周面に位置させた状態で、鋼管の内部欠陥の探傷を行うので、鋼管の肉厚部の内部に入射された超音波の発散が抑制され、内部欠陥を探傷した際の出力信号のＳ／Ｎ比が高くなり、探傷能力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は本発明の実施形態である超音波探傷装置を示す側面模式図。

【図2】図２は本発明の実施形態である超音波探傷装置に備えられたプローブブロックを示す断面模式図。

【図3】図３はプローブブロックを示す図であって、（ａ）は正面模式図であり、（ｂ）は図２のＡ－Ａ’線に対応する断面模式図であり、（ｃ）はプローブブロック内に配設された超音波探傷子を示す断面模式図。

【図4】図４はプローブブロック内に配設された超音波探傷子を示す拡大断面模式図。

【図5】図５は鋼管と超音波の焦点位置との関係を説明する断面模式図。

【図6】図６は、本発明の実施形態である超音波探傷装置の調整方法を説明する図であって、（ａ）はテストピースの全体図であり、（ｂ）はプローブブロックの貫通孔にテストピースを挿入した状態を示す断面模式図。

【図7】図７は、図６（ｂ）のＢ－Ｂ’線に対応する断面図であって、プローブブロックの貫通孔にテストピースを挿入した状態を示す断面模式図。

【図8】図８は、プローブブロックの貫通孔にテストピースを挿入した状態で、超音波探傷子の向きを調整する状態を説明する断面模式図。

【図9】図９は本発明の実施形態である超音波探傷装置の別の例を示す側面模式図。

【図10】図１０は本発明の実施形態である超音波探傷装置の更に別の例を示す側面模式図。

【図11】図１１は、図１０に示す超音波探傷装置に備えられたプローブブロックを示す断面模式図。

【図12】図１２は、鋼材内部において超音波が伝搬する様子を説明する模式図であって、（ａ）は鋼材が棒線材の場合を示す断面模式図であり、（ｂ）は鋼材が鋼管の場合を示す断面模式図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態である超音波探傷装置、超音波探傷装置の調整方法及び鋼管の超音波探傷方法について説明する。

【0015】

（超音波探傷装置及び鋼管の超音波探傷方法）
図１に、本実施形態の超音波探傷装置１の側面模式図を示し、また、図２及び図３には、超音波探傷装置１に備えられたプローブブロック２を示す。図１に示すように、本実施形態の超音波探傷装置１は、貫通孔２１を有するプローブブロック２と、プローブブロック２の貫通孔２１の内面２１ａに配設された複数の超音波探傷子３と、鋼管１０をプローブブロック２に搬送する入側の搬送ロール４と、プローブブロック２を通過した鋼管１０を搬送する出側の搬送ロール５と、が備えられている。更に、プローブブロック２の入側及び出側には、ガイド部材６が配置されている。なお、図１（ａ）は、鋼管１０がプローブブロック２を通過前の段階を示し、図１（ｂ）は鋼管１０がプローブブロック２を通過中の段階を示している。

【0016】

図１に示すように、プローブブロック２は、貫通孔２１の中心を通る軸Ｌを中心に回転可能とされている。また、プローブブロック２の貫通孔２１には、図示しない水供給部から水が供給されるようになっている。

【0017】

図２及び図３に示すように、プローブブロック２は、例えば、外形が円筒形状とされており、その内部には長手方向に沿って貫通孔２１が設けられている。貫通孔２１には、測定対象の鋼管１０が通過するようになっている。また、貫通孔２１の内面２１ａには、凹部２１ｂが設けられており、凹部２１ｂ内に超音波探傷子３が配設されている。なお、図３に示す例では、４個の超音波探傷子３が貫通孔２１の内面２１ａの周方向に沿って配置されている。超音波探傷子３の数は複数であればよく、４個に限定されるものではない。

【0018】

また、図２及び図３に示すように、プローブブロック２には、水の導水管２１ｃが設けられている。導水管２１ｃは、プローブブロック２の外面２ａと、貫通孔２１の内面２１ａとの間を貫通している。プローブブロック２の外部に設置された図示略の水供給部及び導水管２１ｃを介して、水が貫通孔２１に供給されるようになっている。

【0019】

なお、プローブブロック２は、プローブブロック２に備えられた超音波探傷子３とともに、後述する調整方法を実施するために、超音波探傷装置１に対して着脱自在とされている。

【0020】

超音波探傷子３はそれぞれ、貫通孔２１を通過する鋼管１０に向けて超音波を発信するとともに、鋼管１０から反射されたエコーを受信し、その受信信号を出力信号として出力する。内部欠陥を検知すると、出力信号には内部欠陥に由来するピークが出現する。このピークを解析することで、鋼管１０の肉厚部１０ａにおける内部欠陥の位置を判定できるようになっている。超音波探傷子３には図示略の超音波の発信部と受信部とが備えられ、これら発信部と受信部は貫通孔２１側に向けられている。

【0021】

また、図２及び図３に示すように、プローブブロック２には、超音波探傷子３の姿勢を調整する調整部７が内蔵されている。調整部７は、超音波探傷子３の取り付け角度を調整するものである。すなわち、図２及び図３に示すように、調整部７は、貫通孔２１に沿ってプローブブロック２を貫通する長尺のロッド７ａと、ロッド７ａの一方の端部７ｂに設けられた操作部７ｃと、から構成されている。ロッド７ａは、例えば、貫通孔２１の軸Ｌと平行となるように配置されている。操作部７ｃ及びロッド７ａはともにロッド７ａの軸回りに回動自在とされている。また、ロッド７ａの他端７ｄには超音波探傷子３が接続されており、ロッド７ａの回動に伴って超音波探傷子３も回動自在とされている。これにより、超音波探傷子３は、貫通孔２１を通過する鋼管に対して、超音波の照射角度を変更することが可能になる。図４には、調整部７によって超音波探傷子３の姿勢が変更される様子を示している。操作部７ｃを回動させることによって超音波探傷子３が回動し、これにより鋼管１０に対する超音波の照射方向が、鋼管１０の通過方向と直交する方向に沿って変更されるようになる。

【0022】

また、図５（ｂ）に示すように、超音波探傷子３は、超音波探傷子３から発信された超音波の焦点位置Ｆが、鋼管１０の内周面１０ｂに位置するように、プローブブロック２に配設されていることが好ましい。具体的には、超音波探傷子３の発信部から鋼管１０の内周面１０ｂまでの距離を、超音波探傷子３における超音波の焦点距離に一致させるように、超音波探傷子３をプローブブロック２の凹部２１ｂに配置するとよい。

【0023】

図１に示すように、ガイド部材６は、プローブブロック２の入側と出側とにそれぞれ配置されており、鋼管１０を案内するためのガイド孔６ａを有する。鋼管１０がプローブブロック２の貫通孔２１を通過する際には、入側及び出側のガイド部材６によって貫通孔２１内における通過位置が位置決めされる。これにより、搬送中の鋼管１０と超音波探傷子３との距離を一定に保つことができ、内部欠陥の探傷を安定して行うことが可能になる。

【0024】

次に、本実施形態の鋼管の超音波探傷方法について説明する。
図１（ａ）に示すように、プローブブロック２の入側に鋼管１０を配置し、入側の搬送ロール４によって鋼管１０をプローブブロック２に接近させる。なお、プローブブロック２における超音波探傷子３の姿勢は、予めテストピース３１を用いて調整しておく。テストピース３１を用いた超音波探傷子３の調整方法については後述する。

【0025】

次いで、入側のガイド部材６によって鋼管１０を案内させつつ、プローブブロック２の貫通孔２１に鋼管１０を挿入する。また、導水管２１ｃを介して貫通孔２１に水を供給し、貫通孔２１の内面２１ａと鋼管１０の外周面１０ｃとの間の間隙に水の層を形成する。そして、軸Ｌを中心にしてプローブブロック２を回転させながら、超音波探傷子３による探傷を開始する。超音波探傷子３から発信された超音波は、水の層を介して鋼管１０の肉厚部１０ａに入射され、内部欠陥の探傷がなされる。鋼管１０を移動させながらプローブブロック２を回転させることで、鋼管１０の外周面１０ｃにおける超音波探傷子３の軌跡が螺旋状の軌跡となり、鋼管１０の肉厚部１０ａの全体に対して超音波探傷子３による探傷が行なわれる。

【0026】

プローブブロック２に配設された超音波探傷子３の姿勢は、予めテストピース３１によって最適な角度になるように調整されているので、内部欠陥のS／N比が高い条件での鋼管１０の探傷が可能になる。

【0027】

また、図５（ｂ）に示すように、超音波探傷子３から発信する超音波の焦点位置Ｆは、鋼管１０の内周面１０ｂに位置させた状態で、鋼管１０の内部欠陥の探傷を行うことが好ましい。鋼管１０の肉厚部１０ａに超音波を入射させると、鋼管１０の内周面１０ｂが最初の反射面となって超音波を反射させるが、この内周面１０ｂは超音波の照射方向に対して凸曲面であるため、超音波は内周面１０ｂにて発散しやすい。従来は、図５（ａ）に示すように、超音波の焦点位置Ｆを鋼管１０の外周面１０ｃに位置させていたため、超音波が内周面１０ｂに到達する頃には超音波が広がっており、内周面１０ｂによってより広く発散されていた。しかし、図５（ｂ）に示す本実施形態のように、超音波の焦点位置Ｆを、鋼管１０の内周面１０ｂに位置させることで、内周面１０ｂにおける超音波の照射範囲が小さくなって、超音波の反射に伴う発散が抑制される。これにより、超音波探傷子３の出力信号のＳ／Ｎ比が向上して、内部欠陥の探傷能力をより向上できる。

【0028】

次に、プローブブロック２における超音波探傷子３の姿勢の調整方法について説明する。
本実施形態の超音波探傷装置１の調整方法は、プローブブロック２の貫通孔２１に、表面に模擬欠陥部３１ａが設けられた中空筒状の鋼材からなるテストピース３１を挿入する段階と、超音波探傷子３によって模擬欠陥部３１ａに対する探傷を行う段階と、模擬欠陥部３１ａを探傷した際の超音波探傷子３の出力信号の信号対雑音比が最大になるように、テストピース３１に対する超音波の照射方向を、テストピース３１の長手方向と直交する方向に沿って調整する段階と、を有する。
以下、詳細を説明する。

【0029】

本実施形態の超音波探傷装置１の調整方法では、図６（ａ）に示すテストピース３１を用いる。テストピース３１は、中空筒状の鋼材３２と、この鋼材３２の下側の端部に取り付けられた固定ロッド３３と、上側の端部に取り付けられた操作ロッド３４とから構成されている。中空筒状の鋼材３２は、測定対象の鋼管１０を模擬したものであり、外周面及び内周面にそれぞれ、模擬欠陥部３１ａが設けられている。模擬欠陥部３１ａは、深さ０．１ｍｍの凹部であり、鋼材３２の長手方向（Ｌ方向）に延在する凹部と、周方向（Ｃ方向）に延在する凹部の２種類の凹部がある。これにより、鋼管１０のＬ方向またはＣ方向に延在する内部欠陥を模擬できるようになっている。模擬欠陥部３１ａの位置は、テストピース３１をプローブブロック２に挿入した際に、超音波探傷子３と対向するように予め位置決めされている。

【0030】

次に、テストピース３１をプローブブロック２の貫通孔２１に挿入する。プローブブロック２は、予め、超音波探傷装置１から取り外しておく。図６（ｂ）及び図７に示すように、プローブブロック２の貫通孔２１の軸Ｌが垂直方向を向くように、また、調整部７の操作部７ｃが上側になるように、プローブブロック２を基台３０の所定の位置に設置する。次いで、プローブブロック２の上方からテストピース３１を貫通孔２１に挿入し、テストピース３１の固定ロッド３３の先端を基台３０の凹部３０ａに挿入する。これにより、プローブブロック２に対してテストピース３１が位置決めされた状態で貫通孔２１内に配置される。図７には、図６（ｂ）のＢ－Ｂ’線における断面図を示す。プローブブロック２の貫通孔２１の軸Ｌが垂直方向を向くように配置し、テストピース３１の長手方向が垂直方向に向くようにしてテストピース３１を挿入することで、テストピース３１を撓ませずに、貫通孔２１の中心にテストピース３１を安定して保持することができ、全ての超音波探傷子３の位置合わせを適切に行うことが可能になる。

【0031】

次いで、貫通孔２１内を水で満たし、プローブブロック２の貫通孔２１の内面２１ａとテストピース３１の鋼材３２の外周面との間に水層を形成する。

【0032】

次いで、図８（ａ）に示すように、超音波探傷子３（３ａ）を作動させて、模擬欠陥部３１ａの探傷を行い、出力信号を出力させる。超音波探傷子３ａの出力信号には、模擬欠陥部３１ａに由来するピークが現れる。このピーク高さ及びバックグラウンドのノイズレベルから、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）を求める。

【0033】

ここで、超音波探傷子３の取り付け角度が適切でないために、超音波探傷子３の向きが適切な方向を向いていない場合には、出力信号のＳ／Ｎ比が小さくなるので、Ｓ／Ｎ比を見ながら超音波探傷子３ａの向きを適切な方向に合わせる必要がある。その場合は、プローブブロック２の操作部７ｃを操作することにより、超音波探傷子３ａによるテストピース３１に対する超音波の照射方向を、テストピース３１の長手方向と直交する方向に沿って調整する。そして、超音波探傷子３ａの取り付け角度を出力信号のＳ／Ｎ比が最大になる角度に合わせ、超音波探傷子３ａを固定する。このような操作を、全ての超音波探傷子３に対して行う。図８（ｂ）には、別の超音波探傷子３ｂの位置調整を行う様子を示している。

【0034】

以上のように、模擬欠陥部３１ａを探傷した際における超音波探傷子３の出力信号のＳ／Ｎ比が最大になるように、テストピース３１に対する超音波探傷子３による超音波の照射方向を調整することで、超音波探傷子３を最適な位置に設置することができるようになる。

【0035】

また、超音波探傷子３の位置調整は、所定の数の鋼管１０を検査する毎に、または、所定の期間毎に、実施することが好ましい。これにより、常に、超音波探傷子３を最適な位置に設置できる。

【0036】

以上説明したように、本実施形態の超音波探傷装置１によれば、超音波探傷子３の姿勢を調整する調整部７が備えられており、この調整部７は、鋼管１０に対する超音波の照射位置を、鋼管１０の通過方向と直交する方向に沿って変更可能とするものであるため、鋼管１０の外面に対する超音波の照射方向を適切な方向に設定することが可能になり、これにより、超音波探傷装置１における探傷能力を向上させることができる。

【0037】

また、本実施形態の超音波探傷装置１によれば、超音波探傷子３から発信された超音波の焦点位置が鋼管１０の内周面１０ｂに位置するように、超音波探傷子３がプローブブロック２に配設されるので、鋼管１０の肉厚部１０ａの内部に入射された超音波の発散が抑制され、これにより、内部欠陥を探傷した際の出力信号のＳ／Ｎ比が高くなり、超音波探傷装置１における内部欠陥の探傷能力を向上できる。

【0038】

また、本実施形態の超音波探傷装置１の調整方法によれば、プローブブロック２の貫通孔２１に、表面に模擬欠陥部３１ａが設けられた中空筒状の鋼材３２からなるテストピース３１を挿入し、模擬欠陥部３１ａを探傷した際の超音波探傷子３の出力信号の信号対雑音比が最大になるように、テストピース３１に対する超音波の照射方向を、テストピース３１の長手方向と直交する方向に沿って調整するので、超音波探傷装置１における内部欠陥の探傷能力を向上させることができる。

【0039】

更に、本実施形態の鋼管の超音波探傷方法によれば、先に記載の超音波探傷装置１の調整方法によって調整されたプローブブロック２及び超音波探傷子３を用いて、プローブブロック２の貫通孔２１に鋼管１０を通過させつつ、超音波探傷子３によって、鋼管１０の内部欠陥の探傷を行うので、より探傷能力を向上させられる。特に、従来方法では、鋼管において、Ｓ／Ｎ比が比較的良好な条件で探傷できる人工欠陥の寸法が、深さ０．２ｍｍの比較的深い人工欠陥であったが、本発明によれば、同程度のＳ／Ｎ比で深さ０．１ｍｍの浅い（微小な）人工欠陥を探傷することが可能であり、鋼管の内部欠陥の探傷能力を大幅に向上させることができる。

【0040】

また、本実施形態の鋼管の超音波探傷方法によれば、超音波探傷子３から発信する超音波の焦点位置Ｆを、鋼管１０の内周面１０ｂに位置させた状態で、鋼管１０の内部欠陥の探傷を行うので、鋼管１０の肉厚部１０ａの内部に入射された超音波の発散が抑制され、内部欠陥を探傷した際の出力信号のＳ／Ｎ比が高くなり、内部欠陥の探傷能力をより向上できる。

【0041】

実際に、本実施形態の鋼管の超音波探傷方法を実際の鋼管の検査ラインにおいて２ヶ月に渡って実施したところでは、鋼管表面に加工した深さ０．１ｍｍの人工欠陥を検出した際の出力信号のＳ／Ｎ比が１０ｄＢ以上となり、また、鋼管表面に加工した深さ０．２ｍｍの人工欠陥を検出した際の出力信号のＳ／Ｎ比が、本発明の調整方法を適用しない場合は１０ｄＢであったのに対し、本発明の調整方法を適用した場合はＳ／Ｎ比が１５ｄＢ以上となり、大幅な探傷性能の向上が見られた。

【0042】

次に、本実施形態の超音波探傷装置の変形例を図９～図１１を参照して説明する。
図９には、別の例の超音波探傷装置１０１を示す。図１に示した超音波探傷装置１に対する、図９の超音波探傷装置１０１の変更点は、入側のガイド部材１０６の形状を変更し、ガイド部材１０６をプローブブロック２に隣接して配置した点である。

【0043】

図９に示す入側のガイド部材１０６は、ガイド孔１０６ａを有するリング状の本体部１０６ｂと、本体部１０６ｂから突出した突出部１０６ｃとを有する。突出部１０６ｃにもガイド孔１０６ａが連通している。突出部１０６ｃはプローブブロック２側に向けられている。そして突出部１０６ｃがプローブブロック２の入側の貫通孔２１の近くに配置されており、これによりガイド部材１０６がプローブブロック２に対して隣接して位置される。

【0044】

また、図９に示す出側のガイド部材１０７についても、ガイド孔１０７ａを有するリング状の本体部１０７ｂと、本体部１０７ｂから突出した突出部１０７ｃとを有する。突出部１０７ｃにもガイド孔１０７ａが連通している。突出部１０７ｃはプローブブロック２側に向けられている。出側のガイド部材１０７は、入側のガイド部材１０６に比べてプローブブロック２からやや離れているが、入側のガイド部材１０６と同様にプローブブロック２に隣接して配置してもよい。

【0045】

入側のガイド部材１０６をプローブブロック２の貫通孔２１に隣接して配置することで、貫通孔２１内を通過する際の鋼管１０の先端の自重による撓み量が小さくなり、プローブブロック２に対して鋼管１０を安定して通過させることができる。これにより、内部欠陥の信号強度が向上しS／N比をより向上できる。
また、ガイド部材１０６に突出部１０６ｃを設けることで、プローブブロック２に挿入直前の鋼管１０の先端を突出部１０６ｃによって遮蔽することができ、これにより、貫通孔２１から排出される水の飛沫が鋼管１０の中空部に侵入することを予防でき、ノイズの低減によりS／N比を向上させることができる。

【0046】

図１０には、更に別の例の超音波探傷装置２０１を示す。また、図１１には、図１０の超音波探傷装置２０１に備えられたプローブブロック２０２を示す。図１または図９に示した超音波探傷装置１、１０１に対する、図１０の超音波探傷装置２０１の変更点は、プローブブロック２０２に、整流壁４１と多孔質材４２を備えさせた点である。

【0047】

図１０及び図１１に示すプローブブロック２０２の鋼管１０の入側には、貫通孔２１から排出された水を導くためのリング状の整流壁４１が、貫通孔２１を囲むようにプローブブロック２０２の入側の面２０２ｂの外縁部から突出して設けられている。整流壁４１は、プローブブロック２０２の入側の面２０２ｂから入側の搬送ロール４側に向けて突出している。これにより、貫通孔２１が、整流壁４１によって囲まれる。また、整流壁４１の内面には、多孔質材４２が積層されている。多孔質材４２としては、例えば、樹脂製のものを例示でき、より具体的には発泡樹脂を例示できる。また、多孔質材４２は樹脂製に限らず、金属製でもよい。

【0048】

図１０に示す超音波探傷装置２０１では、プローブブロック２０２の入側に、貫通孔２１から排出された水を導くための整流壁４１が貫通孔２１の入側の開口部を囲むように設けられているので、図１１中の矢印Ｃに示すように、貫通孔２１から排出された水が整流壁４１を伝って集められ、整流壁４１の最も低い位置から下方に流下する。これにより、超音波探傷装置２０１に複数の鋼管１０を連続供給する際に、後行の鋼管１０の中空部に水が浸入するおそれが少なくなり、鋼管１０のノイズを低減しS／N比をより向上させることができる。

【0049】

また、整流壁４１の表面に多孔質材４２を積層することで、貫通孔２１から排出された水が整流壁４１を伝って集められる際に多孔質材４２に保持されるようになり、後行の鋼管１０の中空部に水が浸入するおそれが極めて少なくなり、鋼管１０のノイズを低減しS／N比をより向上させることができる。

【符号の説明】

【0050】

１、１０１、２０１…超音波探傷装置、２、２０２…プローブブロック、３…超音波探傷子、６、１０６、１０７…ガイド部材、７…調整部、１０…鋼管、１０ａ…鋼管の肉厚部、１０ｂ…鋼管の内周面、１０ｃ…鋼管の外周面、２１…貫通孔、２１ａ…貫通孔の内面、３１…テストピース、３１ａ…模擬欠陥部、３２…中空筒状の鋼材、４１…整流壁、４２…多孔質材、Ｆ…超音波の焦点位置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】