特許 7261093 金属溶接部の損傷評価装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-11

(45)【発行日】2023-04-19

(54)【発明の名称】金属溶接部の損傷評価装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/44 20060101AFI20230412BHJP

   G01N 29/04 20060101ALI20230412BHJP

   G01N 29/12 20060101ALI20230412BHJP

【ＦＩ】

G01N29/44

G01N29/04

G01N29/12

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019106463

(22)【出願日】2019-06-06

(65)【公開番号】P2020201057

(43)【公開日】2020-12-17

【審査請求日】2022-05-25

(73)【特許権者】

【識別番号】000173809

【氏名又は名称】一般財団法人電力中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100101236

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 浩之

(74)【代理人】

【識別番号】100166914

【弁理士】

【氏名又は名称】山▲崎▼ 雄一郎

(72)【発明者】

【氏名】林 山

(72)【発明者】

【氏名】張 聖徳

(72)【発明者】

【氏名】屋口 正次

【審査官】清水 靖記

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１３９４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００７／１１０９００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０８５９４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０３１６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３０３６０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０８２３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０３９３４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２２９８３４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２９／００ － Ｇ０１Ｎ ２９／５２

Ｇ０１Ｎ ３／００ － Ｇ０１Ｎ ３／６２

Ｇ０１Ｂ １７／００ － Ｇ０１Ｂ １７／０８

Ｇ０１Ｈ １／００ － Ｇ０１Ｈ １７／００

Ｇ０１Ｍ １３／００ － Ｇ０１Ｍ １３／０４５

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＭＥＤＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属溶接部である検査対象部に超音波を送信すると共に前記検査対象部で反射した前記超音波を受信し、受信した反射波により前記検査対象部の損傷の状態を評価する金属溶接部の損傷評価装置であって、
超音波を送信する送信手段と、
反射波を受信する受信手段と、
前記送信手段から送信された超音波、前記受信手段で受信された超音波の波形が入力され、入力情報に基づいて前記検査対象部の損傷の状態を導出する信号解析手段とを備え、
前記信号解析手段は、
金属の非検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である非検査対象部重心周波数、及び、前記検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である検査対象部重心周波数を把握する重心周波数把握機能と、
重心周波数把握機能で把握された非検査対象部重心周波数、検査対象部重心周波数に基づいて、非検査対象部重心周波数に対する検査対象部重心周波数の低下の度合である重心周波数低下度合を導出する低下度合導出機能と、
低下度合導出機能で導出された重心周波数低下度合に基づいて前記検査対象部の損傷の重心周波数面積割合を求める重心周波数面積割合導出機能とを有している
ことを特徴とする金属溶接部の損傷評価装置。

【請求項2】

金属溶接部である検査対象部に超音波を送信すると共に前記検査対象部で反射した前記超音波を受信し、受信した反射波により前記検査対象部の損傷の状態を評価する金属溶接部の損傷評価装置であって、
超音波を送信する送信手段と、
反射波を受信する受信手段と、
前記送信手段から送信された超音波、前記受信手段で受信された超音波の波形が入力され、入力情報に基づいて前記検査対象部の損傷の状態を導出する信号解析手段とを備え、
前記信号解析手段は、
送信信号と受信信号の間の時間における散乱波ノイズレベルを把握する散乱波ノイズ把握機能と、
散乱波ノイズ把握機能で把握された、金属の非検査対象部での非検査対象部散乱波ノイズレベルと金属の検査対象部での検査対象部散乱波ノイズレベルとの割合である散乱波ノイズレベル比を導出する散乱波ノイズレベル比導出機能と、
散乱波ノイズレベル比導出機能で導出された散乱波ノイズレベル比に基づいて前記検査対象部の損傷の散乱波面積割合を求める散乱波面積割合導出機能と、
金属の非検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である非検査対象部重心周波数、及び、前記検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である検査対象部重心周波数を把握する重心周波数把握機能と、
重心周波数把握機能で把握された非検査対象部重心周波数、検査対象部重心周波数に基づいて、非検査対象部重心周波数に対する検査対象部重心周波数の低下の度合である重心周波数低下度合を導出する低下度合導出機能と、
低下度合導出機能で導出された重心周波数低下度合に基づいて前記検査対象部の損傷の重心周波数面積割合を求める重心周波数面積割合導出機能と、
散乱波面積割合導出機能で求められた前記検査対象部の損傷の散乱波面積割合、及び、重心周波数面積割合導出機能で求められた前記検査対象部の損傷の重心周波数面積割合に基づいて、前記検査対象部の損傷面積割合を設定する面積割合設定機能とを有している
ことを特徴とする金属溶接部の損傷評価装置。

【請求項3】

請求項２に記載の金属溶接部の損傷評価装置において、
前記信号解析手段の面積割合設定機能は、
散乱波面積割合と重心周波数面積割合の平均値を前記検査対象部の損傷面積割合とする
ことを特徴とする金属溶接部の損傷評価装置。

【請求項4】

請求項２もしくは請求項３のいずれか一項に記載の金属溶接部の損傷評価装置において、
前記信号解析手段は、
散乱波ノイズレベル比が上限値を超えた場合、上限値を用いて検査対象部の損傷の散乱波面積割合を決定し、決定された散乱波面積割合に基づいて前記検査対象部の損傷面積割合を設定する
ことを特徴とする金属溶接部の損傷評価装置。

【請求項5】

請求項２もしくは請求項３のいずれか一項に記載の金属溶接部の損傷評価装置において、
前記信号解析手段は、
重心周波数低下度合が上限値を超えた場合、上限規定値を用いて検査対象部の欠陥の重心周波数面積割合を決定し、決定された重心周波数面積割合に基づいて前記検査対象部の損傷面積割合を設定する
ことを特徴とする金属溶接部の損傷評価装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、金属溶接部の損傷である硬さが低下した部位（硬度低下部位）の状態を評価する（面積割合を求める）損傷評価装置に関する。

【背景技術】

【0002】

金属の溶接部の非破壊検査の手法として超音波探傷による非破壊検査の手法が従来から種々知られている（例えば、特許文献１）。超音波探傷は、検査対象部である溶接部に超音波を送信すると共に溶接部の底部で反射した超音波（反射波）を受信し、受信した反射波の信号強度により欠陥の状況を評価している。

【0003】

従来から知られている超音波探傷は、金属の材質や欠陥の種類により検出精度が左右されているのが現状であった。近年、使用環境が厳しい火力発電プラント等で多く使用されている配管の組織検査において、長期使用に伴って溶接部に硬さが顕著に低下する損傷の領域（硬度低下部位の領域）が存在することが確認されている。

【0004】

このような、特殊な環境で使用される部材の溶接部の損傷（硬度低下部位）は、損傷発生メカニズムおよび損傷における超音波伝搬特性が十分に解明できている状況ではないため、検出困難であった。このため、特殊な環境で使用される部材の溶接部の損傷（硬度低下部位）であっても、超音波探傷により的確に状態が把握できることが望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１４－１０６１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、超音波により金属溶接部の損傷（硬度低下部位）の面積の特徴量（面積の割合）を把握し、面積の特徴量（面積の割合）により損傷（硬度低下部位）の状態を評価することができる金属溶接部の損傷評価装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、金属溶接部の損傷（硬度低下部位）評価装置は、金属溶接部である検査対象部に超音波を送信すると共に前記検査対象部の底部で反射した前記超音波を受信し、受信した反射波により前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の状態（面積割合）を評価する金属溶接部の損傷評価装置であって、
超音波を送信する送信手段と、反射波を受信する受信手段と、前記送信手段から送信された超音波、前記受信手段で受信された超音波の波形が入力され、入力情報に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の状態を導出する信号解析手段とを備え、
前記信号解析手段は、送信信号と受信信号の間の時間における散乱波ノイズレベル（ＧＮ）を把握する散乱波ノイズ把握機能と、散乱波ノイズ把握機能で把握された、金属の非検査対象部での非検査対象部散乱波ノイズレベル（ＧＮ１：母材）と金属の検査対象部での検査対象部散乱波ノイズレベル（ＧＮ２：溶接部）との割合である散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）を導出する散乱波ノイズレベル比導出機能と、散乱波ノイズレベル比導出機能で導出された散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を求める散乱波面積割合導出機能とを有している。

【0008】

これにより、送信信号と受信信号の間の時間における散乱波ノイズレベル（ＧＮ）に基づいて、非検査対象部（母材）と検査対象部（溶接部）の散乱波ノイズレベルの割合である散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）を把握し、散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）の大きさにより、検査対象部（溶接部）の損傷（硬度低下部位）の散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を求め、散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を損傷（硬度低下部位）の面積割合（硬度低下部位面積割合：ＲＳＳ）として、損傷（硬度低下部位）の状態を評価する。

【0009】

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の金属溶接部の損傷評価装置は、
金属溶接部である検査対象部に超音波を送信すると共に前記検査対象部の底部で反射した前記超音波を受信し、受信した反射波により前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の状態（面積率）を評価する金属溶接部の損傷評価装置であって、
超音波を送信する送信手段と、反射波を受信する受信手段と、前記送信手段から送信された超音波、前記受信手段で受信された超音波の波形が入力され、入力情報に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の状態を導出する信号解析手段とを備え、
前記信号解析手段は、
金属の非検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である非検査対象部重心周波数（母材重心周波数：ｆ^ｂｗ）、及び、前記検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である検査対象部重心周波数（溶接部重心周波数ｆ^ｗｃｗ）を把握する重心周波数把握機能と、重心周波数把握機能で把握された非検査対象部重心周波数（母材重心周波数：ｆ^ｂｗ）、検査対象部重心周波数（溶接部重心周波数：ｆ^ｗｃｗ）に基づいて、非検査対象部重心周波数（ｆ^ｂｗ）に対する検査対象部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）の低下の度合である重心周波数低下度合{ｆｄｗｎ＝（ｆ^ｗｃｗ－ｆ^ｂｗ）/ｆ^ｂｗ}を導出する低下度合導出機能と、低下度合導出機能で導出された重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）を求める重心周波数面積割合導出機能とを有している
ことを特徴とする。

【0010】

請求項１に係る本発明では、非検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である非検査対象部重心周波数（母材重心周波数：ｆ^ｂｗ）、及び、金属の検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である検査対象部重心周波数（溶接部重心周波数：ｆ^ｗｃｗ）を把握し、非検査対象部重心周波数（ｆ^ｂｗ）に対する検査対象部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）の低下の度合である重心周波数低下度合{ｆｄｗｎ＝（ｆ^ｗｃｗ－ｆ^ｂｗ）/ｆ^ｂｗ}を導出する。そして、重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）を求め、重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）を損傷（硬度低下部位）の面積割合（硬度低下部位面積割合：ＲＳＳ）として、損傷（硬度低下部位）の状態を評価する。

【0011】

上記目的を達成するための請求項２に係る本発明の金属溶接部の損傷評価装置は、
金属溶接部である検査対象部に超音波を送信すると共に前記検査対象部の底部で反射した前記超音波を受信し、受信した反射波により前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の状態（面積率）を評価する金属溶接部の損傷評価装置であって、
超音波を送信する送信手段と、反射波を受信する受信手段と、前記送信手段から送信された超音波、前記受信手段で受信された超音波の波形が入力され、入力情報に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の状態を導出する信号解析手段とを備え、
前記信号解析手段は、
送信信号と受信信号の間の時間における散乱波ノイズレベル（ＧＮ）を把握する散乱波ノイズ把握機能と、散乱波ノイズ把握機能で把握された、金属の非検査対象部での非検査対象部散乱波ノイズレベル（ＧＮ１：母材）と金属の検査対象部での検査対象部散乱波ノイズレベル（ＧＮ２：溶接部）との割合である散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）を導出する散乱波ノイズレベル比導出機能と、散乱波ノイズレベル比導出機能で導出された散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を求める散乱波面積割合導出機能と
金属の非検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である非検査対象部重心周波数（母材重心周波数：ｆ^ｂｗ）、及び、前記検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である検査対象部重心周波数（溶接部重心周波数ｆ^ｗｃｗ）を把握する重心周波数把握機能と、
重心周波数把握機能で把握された非検査対象部重心周波数（母材重心周波数：ｆ^ｂｗ）、検査対象部重心周波数（溶接部重心周波数：ｆ^ｗｃｗ）に基づいて、非検査対象部重心周波数（ｆ^ｂｗ）に対する検査対象部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）の低下の度合である重心周波数低下度合{ｆｄｗｎ＝（ｆ^ｗｃｗ－ｆ^ｂｗ）/ｆ^ｂｗ}を導出する低下度合導出機能と、
低下度合導出機能で導出された重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）を求める重心周波数面積割合導出機能と、
散乱波面積割合導出機能で求められた前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の散乱波面積割合（ＲＳＳ１）、及び、重心周波数面積割合導出機能で求められた前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）に基づいて、前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の面積割合（硬度低下部位面積割合：ＲＳＳ）を設定する面積割合設定機能とを有している
ことを特徴とする。

【0012】

請求項２に係る本発明では、送信信号と受信信号の間の時間における散乱波ノイズレベル（ＧＮ）に基づいて、非検査対象部（母材）と検査対象部（溶接部）の散乱波ノイズレベルの割合である散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）を把握し、散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）の大きさにより、検査対象部（溶接部）の損傷（硬度低下部位）の散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を求める。

【0013】

一方、非検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である非検査対象部重心周波数（母材重心周波数：ｆ^ｂｗ）、及び、金属の検査対象部の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である検査対象部重心周波数（溶接部重心周波数：ｆ^ｗｃｗ）を把握し、非検査対象部重心周波数（ｆ^ｂｗ）に対する検査対象部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）の低下の度合である重心周波数低下度合{ｆｄｗｎ＝（ｆ^ｗｃｗ－ｆ^ｂｗ）/ｆ^ｂｗ}を導出する。そして、重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）の重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）を求める。

【0014】

そして、散乱波面積割合導出機能で求められた検査対象部の損傷（硬度低下部位）の散乱波面積割合（ＲＳＳ１）、及び、重心周波数面積割合導出機能で求められた検査対象部の損傷（硬度低下部位）の重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）に基づいて、損傷（硬度低下部位）の面積割合（硬度低下部位面積割合：ＲＳＳ）を決定して、損傷（硬度低下部位）の状態を評価する。

【0015】

このため、超音波により金属溶接部の損傷（硬度低下部位）の面積の特徴量（割合）を把握し、面積の特徴量（割合）により損傷（硬度低下部位）の状態を評価することが可能になる。

【0016】

そして、請求項３に係る本発明の金属溶接部の損傷評価装置は、請求項２に記載の金属溶接部の損傷（硬度低下部位）評価装置において、前記信号解析手段の面積割合設定機能は、散乱波面積割合（ＲＳＳ１）と重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）の平均値{（ＲＳＳ１）＋（ＲＳＳ２）/２}を前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）面積割合（ＲＳＳ）とすることを特徴とする。

【0017】

請求項３に係る本発明では、散乱波面積割合（ＲＳＳ１）と重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）の平均値{（ＲＳＳ１）＋（ＲＳＳ２）/２}を検査対象部の硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）として、損傷（硬度低下部位）の状態を評価する。

【0018】

また、請求項４に係る本発明の金属溶接部の損傷評価装置は、請求項２もしくは請求項３のいずれか一項に記載の金属溶接部の損傷（硬度低下部位）評価装置において、前記信号解析手段は、散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が上限値（ＧＮＲＢ２）を超えた場合、上限値（ＧＮＲＢ２）を用いて検査対象部の損傷（硬度低下部位）の散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を決定し、決定された散乱波面積割合（ＲＳＳ１）に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）面積割合（ＲＳＳ）を設定することを特徴とする。

【0019】

請求項４に係る本発明では、散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が上限値（ＧＮＲＢ２）を超えた場合、上限値（ＧＮＲＢ２）を基準に、検査対象部の損傷（硬度低下部位）面積割合（ＲＳＳ）が設定される。

【0020】

また、請求項５に係る本発明の金属溶接部の損傷評価装置は、請求項２もしくは請求項３のいずれか一項に記載の金属溶接部の損傷評価装置において、前記信号解析手段は、重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）が上限値（ｆｗ２）を超えた場合、上限規定値（所定値Ｂ）を用いて検査対象部の欠陥（硬度低下部位）の重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）を決定し、決定された重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）に基づいて前記検査対象部の損傷（硬度低下部位）面積割合（ＲＳＳ）を設定することを特徴とする。

【0021】

請求項５に係る本発明では、重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）が上限値（ｆｗ２）を超
えた場合、上限規定値（所定値Ｂ）を用いて検査対象部の損傷（硬度低下部位）の重心周
波数面積割合（ＲＳＳ２）を決定し、決定された重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）を基準
に、検査対象部の損傷（硬度低下部位）面積割合（ＲＳＳ）が設定される。

【発明の効果】

【0022】

本発明の金属溶接部の損傷評価装置は、超音波により金属溶接部の損傷（硬度低下部位）の面積の特徴量（面積割合）を把握し、面積の特徴量（面積割合）により損傷（硬度低下部位）を評価することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施例に係る金属溶接部の損傷評価装置の全体の概略図である。

【図2】計測状況の説明図である。

【図3】本発明の一実施例に係る金属溶接部の損傷評価装置の制御ブロック図である。

【図4】信号強度の経時変化の説明図である。

【図5】散乱波ノイズレベル比と硬度低下部位の面積割合との関係を説明するグラフである。

【図6】信号強度と周波数との関係を説明するグラフである。

【図7】重心周波数低下度合と硬度低下部位の面積割合の状況との関係を説明するグラフである。

【図8】評価処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

図１には本発明の一実施例に係る金属溶接部の損傷評価装置の全体の状況を説明する概念構成、図２には計測状況の説明、図３には信号解析手段の機能を説明するブロック構成を示してある。本願発明の評価装置では、一例として、高クロム鋼の溶接部の硬さが低下する部位としての損傷（硬度低下部位）の状態を評価することができる。

【0025】

尚、以下の記載では、溶接部の欠陥、劣化により生じた溶接部の不具合等で硬さが低下した部位のことを溶接部の損傷の意味として用いており、硬さが低下した部位を硬度低下部位と定義している。

【0026】

図１、図２に示すように、金属溶接部の損傷評価装置は、金属１（例えば、高クロム鋼）の非検査対象部（母材）２、及び、金属１の検査対象部（溶接部）３に超音波を発信すると共に、母材２、及び、溶接部３の底部（厚さｔ）で反射した超音波を受信する送受信手段（探触子：送信手段、受信手段）４を備えている。

【0027】

送受信手段４の情報は信号解析手段５に入力され、信号解析手段５では入力情報に基づいて金属１の溶接部３の損傷である硬度低下部位３ａの面積の特徴量（硬度低下部位３ａの面積割合）が導出される。信号解析手段５で求められた硬度低下部位の面積割合の情報は、表示手段６に表示される。

【0028】

図３に示すように、信号解析手段５は、送信信号と受信信号の間の時間における散乱波ノイズレベル（ＧＮ）を把握する散乱波ノイズ把握機能１１と、散乱波ノイズ把握機能１１で把握された、金属１の母材２での散乱波ノイズレベルである非検査対象部散乱波ノイズレベル（母材散乱波ノイズレベル：ＧＮ１）、及び、金属１の溶接部３での散乱波ノイズレベルである検査対象部散乱波ノイズレベル（溶接部散乱波ノイズレベル：ＧＮ２）の割合である、散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）を導出する散乱波ノイズレベル比導出機能１２と、散乱波ノイズレベル比導出機能１２で導出された散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）に基づいて溶接部３の硬度低下部位３ａの面積割合（散乱波面積割合：ＲＳＳ１）を求める散乱波面積割合導出機能１３とを有している。

【0029】

また、信号解析手段５は、金属１の母材２の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である非検査対象部重心周波数としての母材重心周波数（ｆ^ｂｗ）、及び、金属１の溶接部３の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である検査対象部重心周波数としての溶接部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）を把握する重心周波数把握機能１５と、重心周波数把握機能１５で把握された母材重心周波数（ｆ^ｂｗ）、溶接部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）に基づいて、母材重心周波数（ｆ^ｂｗ）に対する溶接部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）の低下の度合である重心周波数低下度合{ｆｄｗｎ＝（ｆ^ｗｃｗ－ｆ^ｂｗ）/ｆ^ｂｗ}を導出する低下度合導出機能１６と、低下度合導出機能１６で導出された重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に基づいて溶接部３の硬度低下部位３ａの面積割合（重心周波数面積割合：ＲＳＳ２）を求める重心周波数面積割合導出機能１７とを有している。

【0030】

散乱波面積割合導出機能１３で求められた溶接部３の硬度低下部位３ａの散乱波面積割合（ＲＳＳ１）、及び、重心周波数面積割合導出機能１７で求められた溶接部３の硬度低下部位３ａの重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）に基づいて、溶接部３の硬度低下部位３ａの面積割合（硬度低下部位面積割合：ＲＳＳ）を設定する面積割合設定機能１９とを有している。面積割合設定機能１９で設定された損傷面積割合（硬度低下部位面積割合：ＲＳＳ）に基づいて溶接部３の硬度低下部位３ａの割合が評価される。

【0031】

このため、超音波により金属１の溶接部３の硬度低下部位３ａの面積の特徴量（割合）を把握することで、硬度低下部位３ａの面積の特徴量（割合）により溶接部３の損傷を評価することが可能になる。

【0032】

図４、図５に基づいて散乱波ノイズ把握機能１１、散乱波ノイズレベル比導出機能１２、散乱波面積割合導出機能１３を具体的に説明する。

【0033】

図４には超音波の信号強度の経時変化の説明を示してあり、図４（ａ）は母材の信号強度の変化、図４（ｂ）は溶接部３の信号強度の変化である。図４中、ＴＰは送信パルス（送信信号）、ＢＷは底部で反射した超音波の信号（受信信号）、ＧＮ１は送信信号と受信信号の間の時間における散乱波ノイズレベルである母材散乱波ノイズレベル、ＧＮ２は送信信号と受信信号の間の時間における散乱波ノイズレベルである溶接部散乱波ノイズレベルである。また、図５には散乱波ノイズレベル比ＧＮＲと溶接部３の硬度低下部位３ａの面積割合との関係を表すグラフを示してあり、例えば、予めマップ化されて記憶されている。

【0034】

散乱波ノイズ把握機能１１では、図４（ａ）に示した信号強度の経時変化の状況に基づいて、母材散乱波ノイズレベル（ＧＮ１）が求められる。また、図４（ｂ）に示した信号強度の経時変化の状況に基づいて、溶接部散乱波ノイズレベル（ＧＮ２）が求められる。そして、散乱波ノイズレベル比導出機能１２では、散乱波ノイズ把握機能１１で把握された、金属１の母材２での母材散乱波ノイズレベル（ＧＮ１）、及び、溶接部３での溶接部散乱波ノイズレベルＧＮ２の割合である、散乱波ノイズレベル比ＧＮＲが以下の演算式（１）により導出される。
散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）
＝{溶接部散乱波ノイズレベル（ＧＮ２）}/{母材散乱波ノイズレベル（ＧＮ１）} ・・（１）

【0035】

散乱波面積割合導出機能１３には図５に示したマップが記憶され、散乱波ノイズレベル比導出機能１２で求められた散乱波ノイズレベル比ＧＮＲに基づいて、硬度低下部位３ａの面積割合（%）が図５のマップから読み込まれる。そして、硬度低下部位３ａの面積割合である散乱波面積割合ＲＳＳ１が決定される。

【0036】

図４、図６、図７に基づいて重心周波数把握機能１５、低下度合導出機能１６、重心周波数面積割合導出機能１７、面積割合設定機能１９を具体的に説明する。

【0037】

図６には図４に示した波形の受信信号の部分に対してフーリエ変換して求めた信号強度と周波数（ＭＨｚ）との関係を説明するグラフを示してあり、図６（ａ）は母材２の信号強度と周波数（ＭＨｚ）との関係、図６（ｂ）は溶接部３の信号強度と周波数（ＭＨｚ）との関係である。また、図７には重心周波数低下度合と硬度低下部位の面積割合の状況（重心周波数面積割合×深さｔ）との関係を説明するグラフを示してある。

【0038】

重心周波数把握機能１５では、図４に示した波形の受信信号の部分に対してフーリエ変換を行い、図６に示した波形を得る。中心周波数は、信号強度の周波数から所定の強度Ｇ低下した所に対応する周波数ｆ_Ｒ及びｆ_Ｌの平均値である。重心周波数ｆ_Ｗとして、周波数成分の積分値の重心位置に基づいて下式（２）により求める。
Σｆ_ｉＭ_ｉ/Σｆ_ｉ・・・（２）
尚、ｆ_ｉ、Ｍ_ｉは、それぞれ周波数成分、及び、それに対応する強度である。

【0039】

そして、重心周波数把握機能１５では、母材２に対する重心周波数ｆ_Ｗである母材重心周波数（ｆ^ｂｗ）、及び、溶接部３に対する重心周波数ｆ_Ｗである溶接部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）を導出する。つまり、金属１の母材２の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である母材重心周波数（ｆ^ｂｗ）、及び、溶接部３の底部での反射波の周波数スペクトル曲線とその横軸によって囲まれた図形の重心に対応する周波数である溶接部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）を把握する。

【0040】

低下度合導出機能１６では、重心周波数低下度合ｆｄｗｎを導出する。即ち、低下度合導出機能１６では、重心周波数把握機能１５で導出された母材重心周波数（ｆ^ｂｗ）、溶接部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）に基づいて、母材重心周波数（ｆ^ｂｗ）に対する溶接部重心周波数（ｆ^ｗｃｗ）の低下の度合である重心周波数低下度合{ｆｄｗｎ＝（ｆ^ｗｃｗ－ｆ^ｂｗ）/ｆ^ｂｗ}を導出する。

【0041】

重心周波数面積割合導出機能１７では、重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）を求める。即ち、重心周波数面積割合導出機能１７では、低下度合導出機能１６で導出された重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に基づいて溶接部３の硬度低下部位３ａの面積割合（重心周波数面積割合：ＲＳＳ２）を求める。

【0042】

重心周波数面積割合導出機能１７には図７に示したマップが記憶され、重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に対する溶接部３の重心周波数面積割合の状況{重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）×深さｔ}が読み込まれる。そして、重心周波数面積割合の状況に基づいて、硬度低下部位３ａの面積割合である重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）が決定される。

【0043】

尚、深さｔは、溶接部の写真図面等から直接読み込むことができる。また、図４に示した波形に基づいて求めることができる。即ち、母材２、溶接部３の材質から音速が分かり、図４を参照して底部からの反射波の時間が分かる。そして、音速と時間から深さ（厚さ）ｔを求めることができる。

【0044】

面積割合設定機能１９では、溶接部３の硬度低下部位３ａの散乱波面積割合（ＲＳＳ１）、及び、溶接部３の硬度低下部位３ａの重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）に基づいて、溶接部３の硬度低下部位３ａの面積割合（硬度低下部位面積割合：ＲＳＳ）を設定する。具体的には、散乱波面積割合（ＲＳＳ１）と重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）の平均値{（ＲＳＳ１）＋（ＲＳＳ２）/２}を溶接部３の硬度低下部位３ａの硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）としている。面積割合設定機能１９で設定された硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）に基づいて溶接部３の硬度低下部位３ａの割合が評価される。

【0045】

尚、硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）を設定する場合、散乱波面積割合（ＲＳＳ１）、もしくは、重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）のいずれかに重み付けを行う処理を施す等が可能であり、散乱波面積割合（ＲＳＳ１）、及び、重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）の平均値に限定されない。

【0046】

図８に基づいて硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）を設定する処理の流れを説明する。図８には評価処理のフローチャートを示してある。

【0047】

ステップＳ１で散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）＝{溶接部散乱波ノイズレベル（ＧＮ２）}/{母材散乱波ノイズレベル（ＧＮ１）}が読み込まれ、ステップＳ２で散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が下限値（ＧＮＢ１）以上か否かが判断される。ステップＳ２で散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が下限値（ＧＮＢ１）を下回っていると判断された場合、ステップＳ３で硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）＝０として処理を終了する。

【0048】

ステップＳ２で散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が下限値（ＧＮＢ１）以上であると判断された場合、ステップＳ４で散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が上限値（ＧＮＢ２）以下であるか否かが判断される。即ち、散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が下限値（ＧＮＢ１）と上限値（ＧＮＢ２）の間にあるか否かが判断される。

【0049】

ステップＳ４で散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が上限値（ＧＮＢ２）以下であると判断された場合、散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）で散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を導出する（ステップＳ５）。ステップＳ４で散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が上限値（ＧＮＢ２）以下ではない、即ち、上限値を超えると判断された場合、上限値（ＧＮＢ２）を散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）として散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を導出し（ステップＳ６）、ステップＳ７で散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）として処理を終了する。

【0050】

つまり、散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）が上限を超えた場合、上限値（ＧＮＢ２）を用いて硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）を導出する。

【0051】

ステップＳ５で散乱波面積割合（ＲＳＳ１）を導出した後、ステップＳ８で重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）を求める。ステップＳ９で重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）がしきい値（ｆｗ１）以上か否かが判断され、重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）がしきい値（ｆｗ１）以上であると判断された場合、ステップＳ１０で重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）が上限値（ｆｗ２）以下か否かが判断される。

【0052】

ステップＳ１０で重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）が上限値（ｆｗ２）以下であると判断された場合、即ち、重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）がしきい値（ｆｗ１）以上、上限値（ｆｗ２）以下であると判断された場合、ステップＳ１１で、重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に基づき、重心周波数面積割合の状況{重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）×深さｔ}が導出される（図７参照）。

【0053】

図７から導出された重心周波数面積割合の状況{重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）×深さｔ}に基づいて、ステップＳ１２で重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）が演算され、ステップＳ１３で、散乱波面積割合（ＲＳＳ１）と重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）の平均値{（ＲＳＳ１）＋（ＲＳＳ２）/２}を溶接部３の硬度低下部位３ａの硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）として処理を終了する。

【0054】

一方、ステップＳ９で重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）がしきい値（ｆｗ１）に満たないと判断された場合、ステップＳ１４で重心周波数面積割合の状況{重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）×深さｔ}が所定値Ａ（例えば、０もしくは０に近い値）とされる。また、ステップＳ１０で重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）が上限値（ｆｗ２）以下ではないと判断された場合、ステップＳ１５で重心周波数面積割合の状況{重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）×深さｔ}が上限規定値である所定値Ｂ（所定値Ａ＜所定値Ｂ）とされる。

【0055】

ステップＳ１４で重心周波数面積割合の状況{重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）×深さｔ}が所定値Ａに設定された後、もしくは、ステップＳ１５で重心周波数面積割合の状況{重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）×深さｔ}が所定値Ｂに設定された後、ステップＳ１２に移行し、所定値Ａ、もしくは、所定値Ｂに基づいて、重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）が演算される。そして、ステップＳ１３で、散乱波面積割合（ＲＳＳ１）と重心周波数面積割合（ＲＳＳ２）の平均値{（ＲＳＳ１）＋（ＲＳＳ２）/２}を溶接部３の硬度低下部位３ａの硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）として処理を終了する。

【0056】

上述した金属溶接部の損傷評価装置は、超音波の散乱波ノイズレベル比（ＧＮＲ）と超音波の重心周波数低下度合（ｆｄｗｎ）に基づいて、溶接部３の硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）を決定し、溶接部３の硬度低下部位面積割合（ＲＳＳ）により硬度低下部位の状態を評価することができる。このため、超音波により金属溶接部の損傷（硬度低下部位）の面積の特徴量（面積割合）を把握し、面積の特徴量（面積割合）により損傷（硬度低下部位）の状態を評価することが可能になる。

【産業上の利用可能性】

【0057】

本発明は、金属溶接部の損傷評価装置の産業分野で利用することができる。

【符号の説明】

【0058】

１ 金属
２ 非検査対象部（母材）
３ 検査対象部（溶接部）
４ 送受信手段（探触子）
５ 信号解析手段
１１ 散乱波ノイズ把握機能
１２ 散乱波ノイズレベル比導出機能
１３ 散乱波面積割合導出機能
１５ 重心周波数把握機能
１６ 低下度合導出機能
１７ 重心周波数面積割合導出機能
１９ 面積割合設定機能

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】