2024-163513 超音波検査装置及び超音波検査方法

(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】P2024163513

(43)【公開日】2024-11-22

(54)【発明の名称】超音波検査装置及び超音波検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 17/00 20060101AFI20241115BHJP

   G01N 29/26 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

G01B17/00 A

G01N29/26

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079205

(22)【出願日】2023-05-12

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】中野 博之

【テーマコード（参考）】

2F068

2G047

【Ｆターム（参考）】

2F068AA21

2F068BB19

2F068FF12

2F068LL03

2F068QQ16

2G047AA06

2G047AB07

2G047BA03

2G047BC18

2G047DB02

2G047GB02

2G047GB17

2G047GF18

2G047GH06

(57)【要約】

【課題】溶接部の未溶着やノッチと呼ばれる溶け残りの初期長さを測定するのに好適な超音波検査装置及び超音波検査方法を提供する。
【解決手段】本発明の超音波検査装置６００は、複数の超音波素子を持つ超音波探触子２００により溶接部の超音波探傷を行う超音波検査装置であって、溶接構造物の開先位置、開先形状と周辺構造が分かる溶接情報と、許容未溶着長さと、を取得する溶接部情報入力部６０８と、溶接情報と許容未溶着長さに基づいて、超音波ビームを出射するとともに溶接部の反射エコーを受信する超音波探触子の動作条件を設定するビーム走査条件設定部６１２と、超音波探傷を行って探傷画像を取得し、探傷画像から未溶着長さを検出する制御部６０１と、を備えるようにした。
【選択図】 図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の超音波素子を持つ超音波探触子により溶接部の超音波探傷を行う超音波検査装置であって、
溶接構造物の開先位置、開先形状と周辺構造が分かる溶接情報と、許容未溶着長さと、を取得する溶接部情報入力部と、
前記溶接情報と前記許容未溶着長さに基づいて、超音波ビームを出射するとともに溶接部の反射エコーを受信する前記超音波探触子の動作条件を設定するビーム走査条件設定部と、
超音波探傷を行って探傷画像を取得し、前記探傷画像から未溶着長さを検出する制御部と、
を備えることを特徴とする超音波検査装置。

【請求項2】

請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記制御部は、前記許容未溶着長さと検出した前記未溶着長さとから溶接施工の合否判定を行う
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項3】

請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記ビーム走査条件設定部は、溶接構造物の開先を超音波ビームの走査位置とし、前記開先形状と前記許容未溶着長さから未溶着始端と未溶着終端を設定し、未溶着終端から未溶着始端に向かうに従い超音波ビームの強度を弱める
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項4】

請求項３に記載の超音波検査装置において、
前記ビーム走査条件設定部は、未溶着終端と未溶着始端の間の未溶着部に超音波ビームを走査する際には、溶接構造部の底面で超音波ビームが反射して未溶着部に入射するように超音波ビームを出射する前記超音波探触子の動作条件を設定するとともに、溶接部の反射エコーを受信する前記超音波探触子の動作条件を設定する
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項5】

請求項３に記載の超音波検査装置において、
前記ビーム走査条件設定部は、未溶着始端の超音波ビームの走査をする際には、未溶着始端の散乱波を反射エコーとして受信するように前記超音波探触子の動作条件を設定する
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項6】

請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記ビーム走査条件設定部は
前記溶接情報に基づいて開先を超音波ビームの焦点の走査位置とするとともに、前記許容未溶着長さに基づいて未溶着始端の位置に対応する超音波ビームの焦点の走査位置を算出するビーム走査位置算出部と、
前記開先形状と前記許容未溶着長さから未溶着始端と未溶着終端を設定し、未溶着始端から未溶着終端に向かうに従い超音波ビームの強度が強くなるように超音波ビームの出力強度を調整するビーム強度算出部と、
前記ビーム走査位置算出部で算出した超音波ビームの焦点の走査位置と、前記溶接情報における構造材の底面の位置情報とから、前記超音波探触子の設置位置と超音波の出射と入射における超音波ビームの経路位置を算出し、前記超音波探触子の動作条件を求めるとともに、前記ビーム強度算出部で算出した超音波ビームの出力強度に応じて前記超音波探触子の動作条件を設定する探触子動作条件設定部と、
から成ることを特徴とする超音波検査装置。

【請求項7】

請求項１に記載の超音波検査装置において、
前記溶接部は、Ｉ字開先における部分溶け込み溶接で行われた部分であり、
前記超音波探触子は、溶接金属側に設けられる
ことを特徴とする超音波検査装置。

【請求項8】

複数の超音波素子を持つ超音波探触子により溶接部の超音波探傷を行う超音波検査方法であって、
溶接構造物の開先位置、開先形状と周辺構造が分かる溶接情報と、許容未溶着長さと、を取得するステップと、
前記溶接情報と前記許容未溶着長さに基づいて、超音波ビームを出射するとともに溶接部の反射エコーを受信する前記超音波探触子の動作条件を設定するステップと、
超音波探傷を行って探傷画像を取得し、前記探傷画像から未溶着長さを検出するステップと、
を含むことを特徴とする超音波検査方法。

【請求項9】

請求項８に記載の超音波検査方法において、
前記超音波探触子の動作条件を設定するステップは、
溶接構造物の開先を超音波ビームの走査位置とするステップと、
前記開先形状と前記許容未溶着長さから未溶着始端と未溶着終端に設定するステップと、
未溶着終端から未溶着始端に向かうに従い超音波ビームの強度を弱めるステップと、
を含むことを特徴とする超音波検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接構造物の溶接部の超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、様々な溶接構造物の溶接部の施工状態は、非破壊検査法の一つである超音波探傷法が用いられることが多い。超音波探傷による施工状態の確認は、構造や溶け込み先端などの音響的不連続の部位において、超音波が反射する現象を利用している。詳しくは、超音波を送信・受信する超音波探触子を被検査体の表面に配置し、超音波探触子から超音波パルスを送信し、その反射エコーを超音波探触子で受信する。この受信した反射エコーを信号処理することで、溶接部の溶け込み深さなどの施工状態を判定する。

【0003】

例えば、特許文献１には、溶接によってつないだ中空円筒配管の溶接部を超音波検査する方法が開示され、管の肉厚方向（表面～内面方向，溶接の深さ方向）を検査する際に，どの深さであっても，常に超音波を深さ方向に対し垂直な方向から当てたい。かつ，各深さ位置で音の強さを最大にしている。

【0004】

そこで，配管表面に超音波を入射する際に，音響シミュレーションにより設計した音響レンズを用いて，各深さで音がフォーカスするようにする。この時、深さ方向に関して連続的にフォーカスを変えるのではなく、肉厚ｔと音のフォーカスサイズφからｔをφで除算し、除算結果に近い整数Ｎを求め、深さ方向をＮ分割して、分割位置毎にフォーカスさせる。

【0005】

また、特許文献２には、探傷用の超音波とは別に超音波を打ち溶接ビード表面の形状を把握し、把握した形状に基づきフォーカス位置を調整することで、探触子を配置した溶接ビードの凹凸形状によるフォーカス位置がずれを低減する、溶接部を超音波探傷する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６－０３８３６１号公報

【特許文献2】特開２００７－１７０８７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

溶接には、母材を厚さ方向の全長にわたって溶け込ます施工（完全溶け込み）と、母材を厚さ方向の途中まで溶け込ます施工がある。

【0008】

前者の施工（完全溶け込み）において、何らかの理由で溶け込み量が不足し、未溶着やノッチと呼ばれる溶け残りが発生する場合がある。この時、溶け残りが存在しても、製品の使用中に溶け残りからき裂が進展しない、もしくは、進展したとしても、製品を使用する期間内（想定寿命内）で問題となる長さまで進展しない場合には、不合格とせず、合格としたいというニーズがある。き裂が進展しない、もしくは、許容される進展長さであるか否かは、未溶着やノッチの溶け残りの初期長さに依存する。

【0009】

後者の施工においても、溶接部に応力が加わる構造体では、母材の厚さに対する溶け残りやノッチの高さ（母材の厚さ方向の長さ）の初期長さの割合で、溶接部の静強度や疲労強度が変わってくる。

【0010】

本発明の目的は、溶接部の未溶着やノッチと呼ばれる溶け残りの初期長さを測定するのに好適な超音波検査装置及び超音波検査方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記課題を解決するために、本発明の超音波検査装置は、複数の超音波素子を持つ超音波探触子により溶接部の超音波探傷を行う超音波検査装置であって、溶接構造物の開先位置、開先形状と周辺構造が分かる溶接情報と、許容未溶着長さと、を取得する溶接部情報入力部と、前記溶接情報と前記許容未溶着長さに基づいて、超音波ビームを出射するとともに溶接部の反射エコーを受信する前記超音波探触子の動作条件を設定するビーム走査条件設定部と、超音波探傷を行って探傷画像を取得し、前記探傷画像から未溶着長さを検出する制御部と、を備えるようにした。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、溶接部の未溶着やノッチと呼ばれる溶け残りの初期長さを測定するのに好適な超音波検査装置及び超音波検査方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態の超音波検査装置が検査対象とする溶接構造物の構成を示す断面図である。

【図2】完全溶け込みと呼ばれる溶接部の状態を示す図である。

【図3】Ｉ字開先の一部が残った溶接部の状態を示す図である。

【図4】従来の超音波検査装置を使用した超音波探傷システムの構成図である。

【図5】セクタスキャンにより走査する場合を示す図である。

【図6】リニアスキャンにより走査する場合を示す図である。

【図7】未溶着部の超音波探傷の概要を説明する図である。

【図8】未溶着始端の超音波探傷の概要を説明する図である。

【図9】実施形態の超音波検査装置の未溶着部の超音波探傷を説明する図である。

【図10】実施形態の超音波検査装置の全体構成を示す図である。

【図11】実施形態の超音波検査装置の未溶着長さの検知動作を説明するフロー図である。

【図12】超音波探触子の超音波探傷条件を設定する画面の例を示す図である。

【図13】超音波探触子の他の超音波探傷条件を設定する画面の例を示す図である。

【図14】探傷画像から算出された未溶着長さを表示する画面例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施形態の超音波検査装置が検査対象とする溶接構造物の構成を示す断面図である。溶接構造物は、構造材１と構造材２とが、Ｉ字開先３で、アーク溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接、摩擦撹拌接合、またはろう接されて、構成する。

【0015】

以下に説明する実施形態では、図１に示すように、開先の形状としてＩ字開先を例に説明するが、開先形状は、Ｉ字に限らず、Ｖ形、レ形、Ｊ形、Ｕ形でもよい。
また、溶接構造物が、構造材１と構造材２とを突合せ溶接する場合でも同様に実施できる。

【0016】

つぎに、図１に示した溶接構造物の溶接施工した後の溶接部（Ｉ字開先３）の状態を、図２と図３により説明する。溶接施工は、図１のＩ字開先３の紙面上部側をアーク溶接、電子ビーム溶接、レーザ溶接、または、摩擦撹拌接合する。

【0017】

図２は、溶接施工により、Ｉ字開先３において構造材１、２の裏面（紙面の下部側）まで溶接金属４が溶け込んでいる完全溶け込みと呼ばれる溶接部の状態を示している。

【0018】

図３は、Ｉ字開先３における溶接金属４の溶け込みが不十分で、Ｉ字開先３の一部が残った部分溶け込み溶接の溶接部の状態を示している。本明細書では、溶け残ったＩ字開先３の部分を、未溶着部８やノッチと呼び、未溶着部８における溶接金属４との境界部を未溶着始端６（未溶着部８の上側）、未溶着部８における未溶着始端６と反対の端部を未溶着終端５（未溶着部８の下側）と呼ぶ。また、未溶着始端６から未溶着終端５までの距離（未溶着部８の長さ）を未溶着長さ７と呼ぶ。

【0019】

つぎに、従来の超音波検査装置の構成と動作の概要を図４、図５、図６により説明する。
図４は、従来の超音波検査装置６００を使用した超音波探傷システムの構成図である。

【0020】

超音波検査装置６００は、超音波探触子２００により超音波ビームを検査対象６０９に出射し、検査対象６０９から反射した超音波を超音波探触子２００により取得する。

【0021】

超音波検査装置６００は、超音波探触子２００から所定の屈折角・強度で超音波ビームを出射するとともに、検査対象６０９の反射エコー（検査対象６０９で反射した超音波）を受信する超音波送受信部６１１と、受信した超音波を検査対象６０９の内部情報として収集するデータ収集部６０７と、検査対象６０９の反射エコーや探傷画像を表示する表示部５００と、超音波ビームの屈折角・強度を超音波送受信部６１１に設定するとともに、データ収集部６０７で収取した反射エコーを表示部５００の表示情報に処理する制御部６０１と、から構成する。

【0022】

超音波探触子２００は、超音波を発生し、検査対象６０９で反射した超音波（反射エコー）を受信する複数個の超音波素子２０１（図9に図示）で構成され、フェーズドアレイ方式により超音波ビームを出射する。そして、検査対象６０９の探傷面に設置された後、超音波送受信部６１１から供給される駆動信号により超音波を発生し、これを検査対象６０９に伝播させ、これにより現れる反射・散乱波（反射エコー）を検知して受信信号を超音波送受信部６１１に入力する。

【0023】

超音波送受信部６１１は、所定の超音波ビームを出射するように超音波素子２０１の駆動タイミングを制御する遅延時間制御部６０４と、複数個の超音波素子２０１のそれぞれを駆動するパルサー６０５と、反射エコーを受信した複数個の超音波素子２０１の受信信号を入力するレシーバ６０６と、から構成し、フェーズドアレイ方式により超音波探触子２００を駆動するとともに、反射エコーを受信する。

【0024】

制御部６０１は、複数個の超音波素子２０１により所定の入射角度（屈折角度）の超音波ビームが出射するように遅延時間制御部６０４を設定して超音波ビームを生成するとともに、超音波ビームの焦点深さと入射角度（屈折角度）を所定のタイミングで変えて、超音波ビームの走査を行う。

【0025】

データ収集部６０７は、レシーバ６０６に入力した複数個の超音波素子２０１の反射エコーの受信信号を、入力タイミング（複数個の超音波素子２０１の遅延時間に相当）を制御して合成し、超音波ビームの焦点位置の反射エコーの受信信号とする。
制御部６０１は、超音波ビームの各入射角度（屈折角度）におけるデータ収集部６０７で処理した反射エコーの受信信号を画像化処理して表示部５００に供給し、探傷画像として表示する。

【0026】

つぎに、従来の超音波検査装置の超音波ビームの走査方法により図３のＩ字開先の一部が残った溶接部を走査する場合を、図５と図６により説明する。

【0027】

図５は、超音波ビームをある距離に収束させ、超音波ビームを扇形にスキャンするセクタスキャンにより走査する場合を示す図である。図５のセクタスキャンでは、超音波探触子２００の超音波素子２０１のパルスを制御することにより、円弧状のビーム走査２０２を行う。

【0028】

図６は、超音波探触子２００の一部の超音波素子２０１により超音波ビームを出射し、駆動する超音波素子２０１を順次移動してスキャンするリニアスキャンにより走査する場合を示す図である。図６のリニアスキャンでは、直線状のビーム走査２０３は、超音波ビームをある深さに収束させ、その深さで保ったまま探傷面と平行に超音波ビームを走査する。

【0029】

図５や図６に示すように、超音波ビームのセクタスキャンやリニアスキャンでは、探傷角度、もしくは、探傷位置毎に入射ビームの強さや、取り込みタイミングを変更することはなく、また、Ｉ字開先の溶接部に沿って効率よく超音波ビームを走査できない。
以下、実施形態の超音波検査装置６００の超音波ビームの走査について説明する。

【0030】

まず、図７により、未溶着部８の超音波探傷の概要を説明する。超音波探触子２００は、構造材１、２のＩ字開先（溶接金属４）から所定距離離れた溶接金属側に設置され、超音波ビームが、所定の入射角（屈折角）で構造材１に入射する。

【0031】

構造材１に入射した超音波ビームである入射波２０４は、図７に示すように、Ｉ字開先の未溶着部８は、構造材１の底面（裏面）によりＬ字形状をしているので、入射波２０４は、一度、構造材１の裏面で反射し、続いて、溶け残ったＩ字開先の未溶着部８で反射し、反射波２０６となって超音波探触子２００に戻る。つまり、実施形態の超音波検査装置６００は、入射波２０４を構造材１の底面で反射させて未溶着部８に入射し、未溶着部８の反射波２０６を得る。なお、未溶着終端５からの反射波２０６は、得ることができない。

【0032】

図７に示すように入射波２０４と反射波２０６は異なる経路となるため、超音波探触子２００は、異なる超音波素子２０１のセットによる超音波の出射と入射、または、複数個の超音波素子２０１の異なる遅延時間制御によって、入射波２０４の超音波ビームの出射と反射波２０６の超音波ビームの入射を行う。

【0033】

未溶着始端６では、超音波ビームは散乱して、散乱波の一部が超音波探触子２００に戻る。未溶着始端６に入射する入射波２０５は、図８に示すように、入射波２０５が構造材１の裏面で反射して未溶着始端６に向かう経路と、入射波２０５が直接未溶着始端６に向かう経路とがあり、未溶着始端６の散乱波２０７の一部が、反射波２０６として、超音波探触子２００に戻る。

【0034】

実施形態の超音波検査装置６００では、入射波２０５が構造材１の裏面で反射して未溶着始端６に向かう経路と入射波２０５が直接未溶着始端６に向かう経路の少なくともいずれかの経路で入射した入射波２０５の散乱波２０７を、未溶着始端６の反射波２０６（反射エコー）とする。

【0035】

図７で示した未溶着部８から入射した反射波２０６の受信強度に比べると、図８で示した未溶着始端６から入射した反射波２０６（散乱波２０７の一部）の受信強度は弱い。

【0036】

未溶着部８の長さ（未溶着長さ７）が長ければ（未溶着始端６と未溶着終端５の距離が離れていれば）、両者は分離して検出できるが、未溶着部８の長さが短くなると、未溶着始端６からの反射波２０６（散乱波２０７の一部）が、未溶着部８からの反射波にまぎれたり、そもそも十分な散乱強度が得られず、未溶着始端６からの反射波２０６（散乱波２０７の一部）が検出されなかったりして、未溶着部８の長さを求められない事態が発生する。

【0037】

そこで、実施形態の超音波検査装置６００は、図９で説明するように、構造材１、２のＩ字開先（溶接金属４）に超音波ビームを走査して反射波２０６を取得し、溶接部の未溶着始端６と未溶着終端５の位置を検出し、未溶着長さ７を取得する。なお、図９は、超音波検査装置６００が、未溶着部８のビーム走査２０９の焦点深さを変えてセクタスキャンする様子を示している。

【0038】

詳細は後述するが、まず、実施形態の超音波検査装置６００は、構造材１と構造材２との接合部であるＩ字開先３（図１参照）の位置情報と、許容される未溶着長さ７（図３参照）の大きさとを設計情報として取得し、Ｉ字開先３の位置を超音波ビームの焦点の走査位置（ビーム走査２０９）とする。

【0039】

そして、構造材１の底面で反射し、ビーム走査２０９の少なくとも未溶着終端５から未溶着始端６まで位置が焦点となる超音波ビーム（入射波２０４）を出射する超音波探触子２００の動作条件を求める。つまり、Ｉ字開先３（図１参照）の位置情報と、許容される未溶着長さ７（図３参照）の大きさとの設計情報から、超音波探触子２００の設置位置と出射する超音波ビームの屈折角を求める。

【0040】

また、実施形態の超音波検査装置６００は、未溶着部８の反射エコーである反射波２０６（不図示）を検出するために、超音波素子２０１の反射エコーの受信信号の入力タイミング（複数個の超音波素子２０１の遅延時間に相当）を求める。入力タイミングは、超音波探触子２００の設置位置と出射する超音波ビームの屈折角で決まる入射波２０４と、構造材１とＩ字開先３の設計情報とから求めた反射波２０６の経路により決める。

【0041】

さらに、未溶着始端６から入射した反射波２０６（散乱波２０７の一部）の受信強度は弱いことを補償するため、未溶着終端５から未溶着始端６に向かうに従い、ビーム走査２０９の入射波２０４の強度を弱める（超音波ビームの強度を弱める）。逆に、未溶着始端６から未溶着終端５に向かうに従い、ビーム走査２０９の入射波２０４の強度を強めてもよい。

【0042】

未溶着始端６には、直接入射する入射波２０４と、構造材１で反射して入射する入射波２０４とがあり、超音波検査装置６００は、それぞれの入射波２０４で、未溶着始端６で発生した散乱波だけを取り込むように取り込みタイミングを制御する。

【0043】

つぎに、実施形態の超音波検査装置６００の構成を説明する。
図１０は、実施形態の超音波検査装置６００の全体構成を示す図である。

【0044】

実施形態の超音波検査装置６００は、図４で説明した超音波検査装置に、溶接部情報入力部６０８と、ビーム強度算出部６１０と、ビーム走査位置算出部６０２と、探触子動作条件設定部６０３とを追加して構成する。なお、本明細書では、ビーム強度算出部６１０とビーム走査位置算出部６０２と探触子動作条件設定部６０３とを合わせてビーム走査条件設定部６１２と呼ぶことがある。

【0045】

溶接部情報入力部６０８は、溶接構造物の開先位置や開先形状、周辺構造が分かる溶接情報（例えば、ＣＡＤデータ等の設計情報）と、許容未溶着長さの入力部である。ここで、許容未溶着長さは、当該部位に発生する応力下に置いて、所望の使用期間においても亀裂が進展しない、もしくは、進展したとしても製品信頼性上、許容される長さまでしか亀裂が進展しないという初期長さのことであり、解析や実験などで求めることができる。

【0046】

この許容未溶着長さは、超音波ビームを走査する未溶着始端６（溶着部と未溶着部の境界点）の位置を決めるとともに、検出した未溶着長さと比較し、溶接作業の合否判定の判定値とする。つまり、実施形態の超音波検査装置６００は、後述するように設定した許容未溶着長さに応じて超音波ビームの出力調整を行うので、作業バラツキが生じても精度良く、溶接作業の合否判定を行える。

【0047】

ビーム走査位置算出部６０２は、溶接部情報入力部６０８で入力された溶接情報に基づいて、Ｉ字開先の位置を超音波ビームの焦点の走査位置（図９のビーム走査２０９）として算出する。さらに、溶接部情報入力部６０８で入力された許容未溶着長さに基づいて、未溶着始端６（図９参照）の位置に対応する超音波ビームの焦点の走査位置を算出する。

【0048】

ビーム強度算出部６１０は、試験体による評価や、超音波シミュレーションなどで、未溶着部８の各位置での反射エコーの受信強度を評価し、超音波ビームの出力強度を算出する。この際、図９に示したように、未溶着始端６から未溶着中間９、未溶着終端５へと進むにつれて超音波の強度が強くなるように、走査位置（屈折角）毎に超音波ビームの出力強度を調整する。超音波の強さは、例えば、未溶着終端５での強さを100として、未溶着始端６での強さを10として、走査位置（屈折角）毎に一次関数に従い変更してもよい。

【0049】

探触子動作条件設定部６０３は、ビーム走査位置算出部６０２で算出した超音波ビームの焦点の走査位置と、溶接部情報入力部６０８で入力された溶接情報における構造材１の底面（裏面）の位置情報とから、超音波探触子２００の設置位置と超音波の出射と入射における超音波ビームの経路位置を算出し、フェーズドアレイ方式の超音波ビームにおける超音波探触子２００の動作条件を求める。

【0050】

言い換えれば、探触子動作条件設定部６０３は、図宇７、８に示したように、未溶着終端５と未溶着始端６の間の未溶着部８に超音波ビームを走査する際には、構造材１の底面で超音波ビーム（入射波２０４）が反射して未溶着部８に入射するように超音波ビームを出射する超音波探触子２００の動作条件を設定するとともに、溶接部８の反射エコー（反射波２０６）を受信する超音波探触子２００の動作条件を設定する。そして、超音波の出力強度は、ビーム強度算出部６１０で算出した超音波ビームの出力強度に応じた動作条件とする。

【0051】

制御部６０１は、探触子動作条件設定部６０３で求めた超音波探触子２００の動作条件に基づいて、図４と同様に、遅延時間制御部６０４とパルサー６０５、レシーバ６０６、それにデータ収集部６０７を制御し、必要な動作が得られるようにし、まず遅延時間制御部６０４、パルサー６０５から出力される駆動信号のタイミングとレシーバ６０６による受信信号の入力タイミングの双方を制御し、これによりフェーズドアレイ方式による超音波探触子２００の超音波探傷の動作が得られるようにする。

【0052】

データ収集部６０７は、レシーバ６０６に入力した複数個の超音波素子２０１の反射エコーの受信信号を、入力タイミング（複数個の超音波素子２０１の遅延時間に相当）を制御して合成し、超音波ビームの焦点位置の反射エコーの受信信号とする。未溶着始端６の反射・散乱波も同様に、複数個の超音波素子２０１の受信信号を、入射角に対応する遅延時間に応じて合成処理して、反射エコーとする。

【0053】

制御部６０１は、データ収集部６０７で合成した反射エコーに基づいて超音波探傷画像を取得し、探傷画像から未溶着始端と未溶着終端を抽出し、抽出した未溶着始端から未溶着終端までの距離を未溶着長さとして検出する。そして、制御部６０１は、検出した未溶着長さと許容未溶着長さを比較し、溶接施工の合否判定を行う。つまり、検出した未溶着長さが許容未溶着長さより短ければ、溶接施工を合格と判定する。

【0054】

図１０では、溶接部情報入力部６０８と、ビーム走査条件設定部６１２（ビーム強度算出部６１０とビーム走査位置算出部６０２と探触子動作条件設定部６０３）とを、超音波検査装置６００の外部に設ける構成を示したが、制御部６０１の内部機能として実現してもよい。

【0055】

つぎに、図１１のフロー図により実施形態の超音波検査装置６００の未溶着長さの検知動作を説明する。

【0056】

ステップＳ１００で、溶接部情報入力部６０８が、溶接構造物の開先位置や開先形状、周辺構造が分かる溶接情報と、許容未溶着長さとを取得する。

【0057】

ステップＳ１０１で、ビーム走査位置算出部６０２が、溶接部情報入力部６０８で入力された溶接情報に基づいて、Ｉ字開先の位置を超音波ビームの焦点の走査位置として算出し、さらに、溶接部情報入力部６０８で入力された許容未溶着長さに基づいて、未溶着始端６の位置に対応する超音波ビームの焦点の走査位置を算出する。

【0058】

ステップＳ１０２で、ビーム強度算出部６１０が、未溶着始端６から未溶着終端５へと進むにつれて超音波の強度が強くなるように、走査位置（屈折角）毎に超音波の出力を調整する。

【0059】

ステップＳ１０３で、探触子動作条件設定部６０３が、ステップＳ１０１で求めた超音波ビームの焦点の走査位置に基づいて、超音波探触子２００の設置位置と超音波の出射と入射における超音波ビームの経路位置と超音波ビームの出力強度を算出し、フェーズドアレイ方式の超音波ビームにおける超音波探触子２００の動作条件を設定する。

【0060】

ステップＳ１０４で、ステップＳ１０３で求めた設置位置に、超音波探触子２００を設置する。

【0061】

ステップＳ１０５で、制御部６０１が、ステップＳ１０１で算出した走査位置に、ステップＳ１０３で設定した動作条件に従って超音波ビームを出射し、反射ビームを取得して、溶接構造物の溶接部の超音波探傷を行う。

【0062】

ステップＳ１０６で、制御部６０１が、ステップＳ１０５で取得した反射ビームに基づいて、溶接部の超音波探傷画像を取得する。

【0063】

ステップＳ１０７で、制御部６０１が、ステップＳ１０６で取得した超音波探傷画像から、未溶着始端を抽出する。

【0064】

ステップＳ１０８で、制御部６０１が、ステップＳ１０６で取得した超音波探傷画像から、未溶着終端を抽出する。

【0065】

ステップＳ１０９で、制御部６０１が、ステップＳ１０７で抽出した未溶着始端とステップＳ１０８で抽出した未溶着終端とから、未溶着長さを検出する。

【0066】

ステップＳ１１０で、制御部６０１が、ステップＳ１００で取得した許容未溶着長さと、ステップＳ１０９で算出した未溶着長さを比較して溶接施工の合否判定を行う。制御部６０１は、未溶着長さが許容未溶着長さより短い場合に、合格とする。
合否判定の結果は、ステップＳ１０６で取得した超音波探傷画像とともに、表示部５００（図１０）に表示する。

【0067】

上記では、ステップＳ１０３で探触子動作条件設定部６０３により超音波探触子２００の動作条件を設定することを説明したが、図１２、図１３に示すように、手動設定してもよい。図１２、図１３は、タブ形式で超音波探触子２００の動作条件（超音波探傷条件）を設定する画面の例を示している。

【0068】

「条件設定ａ」のタブを選択すると、図１２のウィンドが表示される。
図１２のウィンドでは、使用する超音波探触子を選択するプルダウンメニューが表示され、超音波探触子を選択すると、使用する超音波の周波数や、超音波素子の素子数、サイズ、ピッチなどが表示される。

【0069】

つぎに、同時励振数を入力する。超音波探触子が選択された時に自動で設定するようにしてもよい。
つぎに、検査対象の材料に応じた音速を入力する。数値を直接入力してもよいし、プルダウンメニューやポップアップメニューで材料を選択し、予め準備された材料と音速のデータベースから音速を読み取ることでもよい。

【0070】

つぎに、出射する超音波ビームの屈折角の最小値、最大値、ピッチを入力する。これは電子走査の走査範囲、及び走査の細かさに相当する。溶接部の走査ピッチを入力して、自動的に計算するようにしてもよい。

【0071】

併せて、参考情報として、未溶着終端５と未溶着始端６（許容未溶着長さに対する始端）に相当する屈折角を表示する。さらに、未溶着終端位置での焦点距離や、取り込み路程（超音波探触子２００と未溶着終端５との距離）を表示する。なお、焦点距離や取り込み路程は、未溶着終端５の位置ではなく、未溶着始端６（許容未溶着長さに対する始端）での数値を表示してもよい。

【0072】

「条件設定ｂ」のタブを選択すると、図１３のウィンドが表示される。
図１３のウィンドで、まず、探傷時の感度を設定するためのゲインを入力する。探傷時の感度は、例えば底面エコーのエコー高さが８０％となるように設定した状態から、６ｄＢあげた状態に設定する。自動入力してもよいが、通常、超音波探傷では、校正作業と呼ばれる、底面エコーや試験体を持いて感度を確認したうえで探傷を行うのが一般的（規格で規定されている）なので、校正結果に基づき入力する。

【0073】

併せて、超音波のパルス幅やバースト回数を入力する。パルス幅やバースト回数は、既定の数値で使うことが多いため、デフォルト値を自動表示（設計）するようにしてもよい。未溶着終端位置でのパルス電圧（入射超音波の強さに相当）は、デフォルト値を自動表示（設計）したうえで、校正作業を通して調整（入力し直し）してもよい。最後に、探傷画像の表示方法を設定する。

【0074】

「未溶着長さ測定」のタブを選択すると、図１４のウィンドが表示される。
図１４のウィンドでは、溶接施工の合否が判るように、探傷画像から算出された未溶着長さが表示される。

【0075】

詳しくは、未溶着終端エコー７００は、構造材形状を示す線７０１（下側）の位置に発生する。未溶着始端エコー７０２は、設計上の未溶着発生位置を示す線７０３上に発生する。ここで、マウスポインタ７０５でガイド線７０６を動かし未溶着始端エコー７０２の位置に合わせると、未溶着長さ７０７が表示されるようにしておくことも可能である。

【0076】

また、設計上の許容未溶着長さを示す線７０４を表示させておくと、未溶着始端エコー７０２が設計上の許容未溶着長さを示す線７０４より上にあれば、発生した未溶着の長さが許容値を超えているので不合格であることが分かる。未溶着始端エコー７０２が設計上の許容未溶着長さを示す線７０４より下にあれば、発生した未溶着の長さが許容値を超えていないので合格であることが分かる。

【0077】

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明で分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

【符号の説明】

【0078】

１、２ 構造材
３ Ｉ字開先
４ 溶接金属
５ 未溶着終端
６ 未溶着始端
７ 未溶着長さ
８ 未溶着部
２００ 超音波探触子
５００ 表示部
６００ 超音波検査装置
６０１ 制御部
６０２ ビーム走査位置算出部
６０３ 探触子動作条件設定部
６０４ 遅延時間制御部
６０５ パルサー
６０６ レシーバ
６０７ データ収集部
６０８ 溶接部情報入力部
６０９ 検査対象
６１０ ビーム強度算出部
６１１ 超音波送受信部
６１２ ビーム走査条件設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】