JP2009097972A - Ultrasonic welding defect flaw detection apparatus and method - Google Patents

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澤 泰 治 平
Yoshiyuki Kawaharada
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To discriminate a signal detected from a defect, such as cracks, from a reflected signal from a welded structure section organization. <P>SOLUTION: An ultrasonic welding defect flaw detection apparatus includes: an ultrasonic probe 2 having an oscillator 3 for detecting reflection ultrasonic waves, by sending ultrasonic waves to a specimen 1 that is the welded structure section of different kinds of metal; a positioning section 4 for positioning the ultrasonic probe 2 at an appropriate position to the specimen 1; a drive section 5 for moving the ultrasonic probe 2; a focusing deflection section 11 for focusing and deflecting ultrasonic beams to a prescribed position of the specimen 1; and a scanning section 12 for electronically scanning the transmission oscillator groups/reception oscillator groups of the ultrasonic probe 2. Furthermore, the ultrasonic welding defect flaw detection apparatus includes: a flaw detection condition setting means 13 for setting flaw detection conditions including the welding conditions of the specimen and the selection conditions of the oscillator groups; a receiving means 9 for receiving reflection ultrasonic waves from the specimen 1 by the scanning section 12; a signal processing means 15 for processing ultrasonic signals; and a discriminating means 16 for discriminating the defect detection signal of the specimen 1 from the reflection signal of an organization material noise at the welded structure section, according to a characteristic value. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、超音波溶接欠陥探傷装置および方法に関し、特にオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接構造部分の欠陥検査において欠陥信号と溶接構造部分組織からの反射信号を識別して効率的かつ高精度な欠陥検出および寸法測定を可能とする、超音波溶接欠陥探傷装置および方法に関する。   The present invention relates to an ultrasonic welding defect inspection apparatus and method, and in particular, in defect inspection of welded structure parts composed of dissimilar metals including austenitic stainless steel, the same kind of nickel-base superalloy, carbon steel, low alloy steel, or the like. The present invention relates to an ultrasonic welding defect inspection apparatus and method that enables defect detection and dimension measurement by identifying a defect signal and a reflection signal from a weld structure partial structure to enable efficient and highly accurate defect detection and dimension measurement.

発電設備等で用いられるオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属で構成される溶接構造部分は、溶接温度や溶接残留応力などの運転環境により経年的に劣化・損傷し、割れなどの欠陥が生じる場合がある。これらの運転環境に基づく溶接の結果を検出し、高精度で寸法を測定して評価することが、これらの溶接構造部分を有する機器や発電設備等の構造物の安定運用にとって極めて重要である。   Welded structures composed of dissimilar metals such as austenitic stainless steel, nickel-base superalloy, or carbon steel, low alloy steel used in power generation facilities, etc., depend on the operating environment such as welding temperature and welding residual stress. Deterioration / damage over time, and defects such as cracks may occur. It is extremely important for stable operation of structures such as equipment and power generation equipment having these welded structures to detect the results of welding based on these operating environments, and to measure and evaluate the dimensions with high accuracy.

溶接構造部分の欠陥検査方法としては、一振動子の斜角探傷子を用いて溶接構造部分を探傷し、欠陥からの反射波を受信して、欠陥位置や欠陥深さを求める方法があり、その方法の具体的な指針としては、非特許文献１に記載されているパルス探傷法が広く利用されている。また、アレイ型超音波探傷子を用いる方法の代表的なものとして、特許文献１および特許文献２にそれぞれ記載されている「アレイ超音波探傷方法及びその装置」および「超音波探傷装置の斜角探触子」等がある。
特開平９−２５７７６３号公報 特開平９−２５７７７４号公報 日本工業規格、鋼溶接構造部の超音波探傷法 （ＪＩＳ Ｚ３０６０−１９９６） As a defect inspection method for the welded structure part, there is a method for detecting the defect position and the depth of the defect by detecting the welded structure part using a single-angle oblique angle flaw detector, receiving a reflected wave from the defect, As a specific guideline of the method, the pulse flaw detection method described in Non-Patent Document 1 is widely used. Further, as representative methods of using an array type ultrasonic flaw detector, “array ultrasonic flaw detection method and apparatus” and “bevel angle of ultrasonic flaw detector described in Patent Document 1 and Patent Document 2, respectively. There is a probe.
JP-A-9-257773 JP-A-9-257774 Japanese Industrial Standard, Ultrasonic Flaw Detection Method for Steel Welded Structure (JIS Z3060-1996)

オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基長合金などの同種あるいは異種金属により構成される溶接構造部分の溶接金属部においては、溶接により結晶粒が粗大化し、柱状晶組織が生成されるため、被検体への超音波入射時には超音波減衰や歪曲が生じることが知られている。   In the weld metal part of the weld structure part composed of the same or different metals such as austenitic stainless steel, nickel base long alloy, etc., the crystal grains become coarse due to welding and columnar crystal structure is generated, so It is known that ultrasonic attenuation and distortion occur when ultrasonic waves are incident.

溶接構造部分の超音波探傷法としては、一振動子の斜角探触子を用いて溶接構造部分を探傷し、欠陥からの反射波を受信して、欠陥位置および欠陥深さを求める方法としてパルス反射法があるが、欠陥からの反射波が溶接構造部分組織の材料ノイズ波形に埋もれ、欠陥波形を検出できない場合や、あるいは柱状晶組織などの材料からの疑似波形を誤って欠陥波形と認識する場合がある。また、欠陥波形を検出できたとしても欠陥位置や欠陥深さを正確に測定できない場合もある。   As an ultrasonic flaw detection method for a welded structure, a method for detecting a defect position and a depth of a defect by detecting a welded structure using a single-angle oblique probe and receiving a reflected wave from the defect. Although there is a pulse reflection method, when the reflected wave from the defect is buried in the material noise waveform of the weld structure partial structure and the defect waveform cannot be detected, or the pseudo waveform from the material such as the columnar crystal structure is mistakenly recognized as the defect waveform There is a case. Even if the defect waveform can be detected, the defect position and the defect depth may not be accurately measured.

また、アレイ型超音波探触子を用いた通常の超音波探傷法についても、前述したパルス反射法と同様に、受信信号が欠陥からの欠陥検出信号であるのか、それとも、溶接組織の材料ノイズからの反射信号であるのか、を識別できない場合がある。   Also, in the case of ordinary ultrasonic flaw detection using an array-type ultrasonic probe, whether the received signal is a defect detection signal from a defect or the material noise of the welded structure, as in the pulse reflection method described above. In some cases, it is not possible to identify whether the signal is a reflected signal from

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、複数個の振動子からなるアレイ型超音波型探触子を被検体に直接またはアクリル・マシン油・水等の音響媒体を介して設置して、リニア走査による探傷あるいはセクタ走査による探傷を用いて欠陥検査を行なって、検出した受信信号波形を信号処理して得られた特性値データに基づいて、亀裂などの欠陥から検出された信号と溶接構造部分組織からの反射信号とを識別することができ、さらに、欠陥検出や欠陥深さを高精度に測定することができる超音波溶接欠陥探傷装置および方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an array-type ultrasonic probe composed of a plurality of transducers is directly applied to a subject or via an acoustic medium such as acrylic, machine oil, or water. It is detected from defects such as cracks based on characteristic value data obtained by installing and performing defect inspection using flaw detection by linear scanning or flaw detection by sector scanning, and processing the detected received signal waveform An object of the present invention is to provide an ultrasonic welding defect inspection apparatus and method capable of discriminating a signal and a reflection signal from a weld structure partial structure, and further capable of measuring defect detection and defect depth with high accuracy. To do.

本発明の第１の基本構成としての第１構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、異種金属で構成される溶接構造部分である被検体に超音波を送出すると共に前記被検体からの反射超音波を受容する複数個の振動子をアレイ状に備える超音波探触子と、前記被検体に対して前記超音波探触子を適正な位置に位置決めする位置決め部と、前記超音波探触子を適正な位置に移動させるために駆動する駆動部と、前記超音波探触子を用いて前記被検体の検査対象部位の所定位置に前記超音波のビームを集束および偏向させる集束偏向部と、前記超音波探触子に含まれる前記送出振動子群および前記受容振動子群を電子的に走査する走査部と、を備える超音波溶接欠陥探傷装置であって、前記被検体としての前記溶接構造部分の溶接条件および前記被検体に超音波を送出する送出振動子群や前記反射超音波を受容する受容振動子群の選択条件を含む探傷条件を設定する探傷条件設定手段と、前記走査部により前記超音波探触子を走査させながら前記送出振動子群から前記被検体へ送出された前記超音波が前記被検体で反射した前記反射超音波を受容した前記受信振動子群の受容超音波により超音波信号を受信する受信手段と、前記受信手段により受信された前記超音波信号の信号波形を所定の信号処理法を用いて信号処理することにより前記超音波信号の特性値を算出する信号処理手段と、前記信号処理手段により算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号における前記被検体の欠陥検出信号と前記溶接構造部分の組織の材料ノイズによる反射信号とを識別する識別手段と、を備えることを特徴とする。   An ultrasonic welding defect inspection apparatus according to a first configuration as a first basic configuration of the present invention transmits ultrasonic waves to a subject, which is a welded structure portion made of a dissimilar metal, and reflects reflected waves from the subject. An ultrasonic probe comprising a plurality of transducers for receiving sound waves in an array, a positioning unit for positioning the ultrasonic probe at an appropriate position with respect to the subject, and the ultrasonic probe A driving unit that drives the optical probe to move to an appropriate position, and a focusing deflection unit that focuses and deflects the ultrasonic beam at a predetermined position of the inspection target site of the subject using the ultrasonic probe, An ultrasonic welding defect inspection apparatus comprising: a scanning unit that electronically scans the transmitting transducer group and the receiving transducer group included in the ultrasonic probe, wherein the welding structure as the object Part welding conditions and the specimen Flaw detection condition setting means for setting flaw detection conditions including selection conditions for a transmission transducer group for transmitting ultrasonic waves and a reception transducer group for receiving reflected ultrasonic waves, and scanning the ultrasonic probe by the scanning unit. Receiving means for receiving an ultrasonic signal by the received ultrasonic wave of the receiving vibrator group that has received the reflected ultrasonic wave reflected by the subject from the ultrasonic wave sent from the transmitting vibrator group to the subject; Calculating the characteristic value of the ultrasonic signal by processing the signal waveform of the ultrasonic signal received by the receiving unit using a predetermined signal processing method; and calculating by the signal processing unit Identification means for discriminating between the defect detection signal of the subject in the ultrasonic signal and the reflection signal due to the material noise of the structure of the welded structure portion based on the characteristic value And features.

本発明の第２構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第１構成に記載のものにおいて、前記探傷条件設定手段は、前記超音波探触子と前記被検体との間で超音波ビームを送出・受容するときに、前記送出振動子群および前記受容振動子群をそれぞれ構成する振動子を同一の個数に設定すると共に、前記被検体への前記超音波ビームの送信角度および前記被検体からの前記反射超音波の受信角度を同一に設定し、前記識別手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とをそれぞれ識別することを特徴とする。   The ultrasonic welding flaw detection apparatus according to the second configuration of the present invention is the one described in the first configuration, in which the flaw detection condition setting means transmits an ultrasonic beam between the ultrasonic probe and the subject. When transmitting and receiving, the number of transducers constituting the transmission transducer group and the reception transducer group is set to the same number, and the transmission angle of the ultrasonic beam to the subject and from the subject The reception angles of the reflected ultrasonic waves are set to be the same, and the identification unit identifies the defect signal and the reflection signal from the ultrasonic signal received by the reception unit.

本発明の第３構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第１構成に記載のものにおいて、前記探傷条件設定手段は、前記超音波探触子と前記被検体との間で超音波ビームを送出・受容するときに前記被検体への前記超音波ビームの送信角度を所定角度に設定すると共に前記被検体からの前記反射超音波の受信角度を該被検体の内部の所定位置を音源位置として受信でき、かつ、前記被検体の探傷範囲の全てを網羅するように前記音源位置を順次変化させて求められた所定角度に設定し、前記識別手段は、前記探傷条件設定手段により変化させられた前記音源位置毎に前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記信号処理手段により算出された前記特性信号に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とをそれぞれ識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding defect inspection apparatus according to a third configuration of the present invention is the ultrasonic detection apparatus according to the first configuration, wherein the flaw detection condition setting means transmits an ultrasonic beam between the ultrasonic probe and the subject. When transmitting / receiving, the transmission angle of the ultrasonic beam to the subject is set to a predetermined angle, and the reception angle of the reflected ultrasonic wave from the subject is set to a predetermined position inside the subject as a sound source position. The sound source position is sequentially changed so as to cover the entire flaw detection range of the subject and set to a predetermined angle obtained, and the identification means is changed by the flaw detection condition setting means The defect signal and the reflected signal are identified from the ultrasonic signal based on the characteristic signal calculated by the signal processing means for the ultrasonic signal received by the receiving means for each sound source position. It is characterized in.

本発明の第４構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第１構成に記載のものにおいて、前記信号処理手段は、前記探傷条件設定部により設定された前記探傷条件としての受信角度に対するエコー振幅値の分布を前記特性値として算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記エコー振幅値の分布に基づいて前記受信手段により受信された前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding defect inspection device according to a fourth configuration of the present invention is the ultrasonic detection apparatus according to the first configuration, wherein the signal processing means is an echo amplitude with respect to a reception angle as the flaw detection condition set by the flaw detection condition setting unit. A distribution of values is calculated as the characteristic value, and the identification unit is configured to detect the defect signal and the defect signal from the ultrasonic signal received by the reception unit based on the distribution of the echo amplitude value calculated by the signal processing unit. It is characterized by distinguishing from a reflected signal.

本発明の第５構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第１構成に記載のものにおいて、前記信号処理手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法として高速フーリエ変換することにより前記特性値を算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記フーリエ変換による前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding flaw detector according to a fifth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detection device according to the first configuration, wherein the signal processing means uses the ultrasonic signal received by the receiving means as the predetermined signal processing method. The characteristic value is calculated by performing a fast Fourier transform, and the identification unit calculates the defect signal and the reflected signal from the ultrasonic signal based on the characteristic value by the Fourier transform calculated by the signal processing unit. It is characterized by identifying.

本発明の第６構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第５構成に記載のものにおいて、前記信号処理手段は、前記特性値として前記高速フーリエ変換におけるスペクトル分布の半価幅、中心周波数、ピーク周波数、スペクトル面積の何れか１つまたは幾つかの組合せを用いることを特徴とする。   The ultrasonic welding flaw detector according to a sixth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detection device according to the fifth configuration, wherein the signal processing means uses the full width at half maximum of the spectral distribution in the fast Fourier transform as the characteristic value, a center frequency, Any one or some combination of peak frequency and spectral area is used.

本発明の第７構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第１構成に記載のものにおいて、前記信号処理手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法としてウェーブレット変換処理することによって前記特性値を算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding flaw detection apparatus according to a seventh configuration of the present invention is the ultrasonic configuration described in the first configuration, wherein the signal processing means uses the ultrasonic signal received by the receiving means as the predetermined signal processing method. The characteristic value is calculated by performing wavelet transform processing, and the identification unit identifies the defect signal and the reflection signal from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing unit. Features.

本発明の第８構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第１構成に記載のものにおいて、前記信号処理手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法としての最大エントロピー法により信号処理することにより前記特性値を算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding defect inspection device according to an eighth configuration of the present invention is the ultrasonic configuration described in the first configuration, wherein the signal processing means uses the ultrasonic signal received by the receiving means as the predetermined signal processing method. The characteristic value is calculated by performing signal processing using the maximum entropy method, and the identification unit determines the defect signal and the reflected signal from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing unit. It is characterized by identifying.

本発明の第９構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第８構成に記載のものにおいて、前記信号処理手段は、前記特性値として前記最大エントロピー法による信号処理におけるスペクトル分布の中心周波数、ピーク周波数、半価幅の何れか１つまたは幾つかの組合せを用いることを特徴とする。   The ultrasonic welding flaw detector according to a ninth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detector according to the eighth configuration, wherein the signal processing means uses the maximum frequency of the spectral distribution in the signal processing by the maximum entropy method as the characteristic value, the peak Any one or some combination of frequency and half width is used.

また、第１０構成に係る超音波溶接欠陥探傷装置は、第１構成に記載のものにおいて、前記信号処理手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法としてのスプリットスペクトラム法により信号処理することにより前記特性値を算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   The ultrasonic welding flaw detector according to the tenth configuration is the one described in the first configuration, wherein the signal processing means uses the ultrasonic signal received by the receiving means as the predetermined signal processing method. The characteristic value is calculated by performing signal processing using a split spectrum method, and the identification unit identifies the defect signal and the reflected signal from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing unit. It is characterized by doing.

本発明の第２の基本構成としての第１１構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、異種金属で構成される溶接構造部分である被検体に超音波を送出すると共に前記被検体からの反射超音波を受容する複数個の振動子をアレイ状に備える超音波探触子と、前記被検体に対して前記超音波探触子を適正な位置に位置決めする位置決め部と、前記超音波探触子を適正な位置に移動させるために駆動する駆動部と、前記超音波探触子を用いて前記被検体の検査対象部位の所定位置に超音波ビームを集束および偏向させる集束偏向部と、前記超音波探触子に含まれる前記送出振動子群および前記受容振動子群を電子的に走査する走査部を用いて前記溶接構造部分の欠陥を探傷する超音波溶接欠陥探傷方法であって、前記被検体としての前記溶接構造部分の溶接条件および前記被検体に超音波を送出する送出振動子群や前記反射超音波を受容する受容振動子群の選択条件を含む探傷条件を設定する探傷条件設定ステップと、前記走査部により前記超音波探触子を走査させながら前記送出振動子群から前記被検体へ送出された前記超音波が前記被検体で反射した前記反射超音波を受容した前記受信振動子群の受容超音波により超音波信号を受信する受信ステップと、前記受信ステップにより受信された前記超音波信号の信号波形を所定の信号処理法を用いて信号処理することにより前記超音波信号の特性値を算出する信号処理ステップと、前記信号処理ステップにより算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号における前記被検体の欠陥検出信号と前記溶接構造部分の組織の材料ノイズによる反射信号とを識別する識別ステップと、前記識別ステップによる欠陥検出信号と反射信号との識別に基づいて前記溶接構造部分における欠陥の位置および深さを判定し評価する欠陥評価ステップと、を備えることを特徴とする。   The ultrasonic welding defect inspection method according to the eleventh configuration as the second basic configuration of the present invention transmits ultrasonic waves to a subject which is a welded structure portion made of a dissimilar metal, and reflects the reflected ultrasonic waves from the subject. An ultrasonic probe comprising a plurality of transducers for receiving sound waves in an array, a positioning unit for positioning the ultrasonic probe at an appropriate position with respect to the subject, and the ultrasonic probe A driving unit that is driven to move the ultrasonic beam to an appropriate position, a focusing deflecting unit that focuses and deflects an ultrasonic beam at a predetermined position of the inspection target site of the subject using the ultrasonic probe, and the ultrasonic An ultrasonic welding defect inspection method for flaw detection of a defect in the welded structure portion using a scanning unit that electronically scans the transmitting transducer group and the receiving transducer group included in an acoustic probe, Of the welded structure as a specimen A flaw detection condition setting step that sets a flaw detection condition including a contact condition and a selection condition of a transmission transducer group that transmits ultrasonic waves to the subject and a reception transducer group that receives the reflected ultrasonic waves; Ultrasound is generated by the received ultrasonic waves of the receiving transducer group that has received the reflected ultrasonic waves reflected from the subject by the ultrasonic waves transmitted from the transmitting transducer group to the subject while scanning the acoustic probe. A reception step of receiving a signal; and a signal processing step of calculating a characteristic value of the ultrasonic signal by performing signal processing on a signal waveform of the ultrasonic signal received in the reception step using a predetermined signal processing method; Based on the characteristic value calculated by the signal processing step, the defect detection signal of the subject in the ultrasonic signal and the material noise of the tissue of the welded structure portion An identification step for identifying a reflection signal, and a defect evaluation step for determining and evaluating the position and depth of the defect in the welded structure portion based on the identification of the defect detection signal and the reflection signal in the identification step. It is characterized by.

本発明の第１２構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１１構成に記載のものにおいて、前記探傷条件設定ステップは、前記超音波探触子と前記被検体との間で超音波ビームを送出・受容するときに、前記送出振動子群および前記受容振動子群をそれぞれ構成する振動子を同一の個数に設定すると共に、前記被検体への前記超音波ビームの送信角度および前記被検体からの前記反射超音波の受信角度を同一に設定し、前記識別ステップは、前記受信ステップにより受信された前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とをそれぞれ識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding defect inspection method according to a twelfth configuration of the present invention is the ultrasonic detection method according to the eleventh configuration, wherein the flaw detection condition setting step includes an ultrasonic beam between the ultrasonic probe and the subject. When transmitting and receiving, the number of transducers constituting the transmission transducer group and the reception transducer group is set to the same number, and the transmission angle of the ultrasonic beam to the subject and from the subject The reception angles of the reflected ultrasonic waves are set to be the same, and the identifying step identifies the defect signal and the reflected signal from the ultrasonic signal received by the receiving step, respectively.

本発明の第１３構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１１構成に記載のものにおいて、前記探傷条件設定ステップは、前記超音波探触子と前記被検体との間で超音波ビームを送出・受容するときに前記被検体への前記超音波ビームの送信角度を所定角度に設定すると共に前記被検体からの前記反射超音波の受信角度を該被検体の内部の所定位置を音源位置として受信でき、かつ、前記被検体の探傷範囲の全てを網羅するように前記音源位置を順次変化させて求められた所定角度に設定し、前記識別ステップは、前記探傷条件設定ステップにより変化させられた前記音源位置毎に前記受信ステップにより受信された前記超音波信号を前記信号処理ステップにより算出された前記特性信号に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とをそれぞれ識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding flaw detection method according to a thirteenth configuration of the present invention is the method according to the eleventh configuration, wherein the flaw detection condition setting step uses an ultrasonic beam between the ultrasonic probe and the subject. When transmitting / receiving, the transmission angle of the ultrasonic beam to the subject is set to a predetermined angle, and the reception angle of the reflected ultrasonic wave from the subject is set to a predetermined position inside the subject as a sound source position. The sound source position is sequentially changed so as to cover the entire flaw detection range of the subject and set to a predetermined angle obtained, and the identification step is changed by the flaw detection condition setting step. The ultrasonic signal received by the receiving step for each sound source position is converted from the ultrasonic signal to the defect signal and the reaction signal based on the characteristic signal calculated by the signal processing step. And wherein the identifying signal, respectively.

本発明の第１４構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１１構成に記載のものにおいて、前記信号処理ステップは、前記探傷条件設定部により設定された前記探傷条件としての受信角度に対するエコー振幅値の分布を前記特性値として算出し、前記識別ステップは前記信号処理ステップにより算出された前記エコー振幅値の分布に基づいて前記受信ステップにより受信された前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding defect inspection method according to a fourteenth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detection method according to the eleventh configuration, wherein the signal processing step is an echo amplitude with respect to a reception angle as the flaw detection condition set by the flaw detection condition setting unit. A distribution of values is calculated as the characteristic value, and the identification step includes the defect signal and the reflection from the ultrasonic signal received by the reception step based on the distribution of the echo amplitude value calculated by the signal processing step. It is characterized by distinguishing from a signal.

本発明の第１５構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１１構成に記載のものにおいて、前記信号処理ステップは、前記受信ステップにより受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法として高速フーリエ変換することにより前記特性値を算出し、前記識別ステップは、前記信号処理ステップにより算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding flaw detection method according to a fifteenth configuration of the present invention is the method according to the eleventh configuration, wherein the signal processing step uses the ultrasonic signal received in the reception step as the predetermined signal processing method. The characteristic value is calculated by performing a fast Fourier transform, and the identifying step identifies the defect signal and the reflected signal from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing step. Features.

本発明の第１６構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１５構成に記載のものにおいて、前記信号処理ステップは、前記特性値として前記高速フーリエ変換におけるスペクトル分布の半価幅、中心周波数、ピーク周波数、スペクトル面積の何れか１つまたは幾つかの組合せを用いることを特徴とする。   An ultrasonic welding flaw detection method according to a sixteenth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detection method according to the fifteenth configuration, wherein the signal processing step includes, as the characteristic value, a half width of a spectral distribution in the fast Fourier transform, a center frequency, Any one or some combination of peak frequency and spectral area is used.

本発明の第１７構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１１構成に記載のものにおいて、前記信号処理ステップは、前記受信ステップにより受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法としてウェーブレット変換処理することにより前記特性値を算出し、前記識別ステップは、前記信号処理ステップにより算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding flaw detection method according to a seventeenth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detection method according to the eleventh configuration, wherein the signal processing step uses the ultrasonic signal received in the reception step as the predetermined signal processing method. The characteristic value is calculated by performing wavelet transform processing, and the identifying step identifies the defect signal and the reflected signal from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing step. Features.

本発明の第１８構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１１構成に記載のものにおいて、前記信号処理ステップは、前記受信ステップにより受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法として最大エントロピー法により信号処理することにより前記特性値を算出し、前記識別ステップは、前記信号処理ステップにより算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding defect inspection method according to an eighteenth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detection method according to the eleventh configuration, wherein the signal processing step uses the ultrasonic signal received in the reception step as the predetermined signal processing method. The characteristic value is calculated by performing signal processing by a maximum entropy method, and the identifying step identifies the defect signal and the reflected signal from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing step. It is characterized by doing.

本発明の第１９構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１８構成に記載のものにおいて、前記信号処理ステップは、前記特性値として前記最大エントロピー法による信号処理におけるスペクトル分布の中心周波数、ピーク周波数、半価幅の何れか１つまたは幾つかの組合せを用いることを特徴とする。   An ultrasonic welding flaw detection method according to a nineteenth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detection method according to the eighteenth configuration, wherein the signal processing step includes, as the characteristic value, a center frequency and a peak of a spectrum distribution in signal processing by the maximum entropy method Any one or some combination of frequency and half width is used.

本発明の第２０構成に係る超音波溶接欠陥探傷方法は、第１１構成に記載のものにおいて、前記信号処理ステップは、前記受信ステップにより受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法としてのスプリットスペクトラム法により信号処理することにより前記特性値を算出し、前記識別ステップは、前記信号処理ステップにより算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする。   An ultrasonic welding defect inspection method according to a twentieth configuration of the present invention is the ultrasonic welding flaw detection method according to the eleventh configuration, wherein the signal processing step uses the ultrasonic signal received in the reception step as the predetermined signal processing method. The characteristic value is calculated by performing signal processing according to the split spectrum method, and the identification step calculates the defect signal and the reflected signal from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing step. It is characterized by identifying.

本発明による超音波溶接欠陥探傷装置および方法によれば、オーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基超合金の同種あるいは炭素鋼、低合金鋼などを加えた異種金属により構成される溶接構造部分の超音波探傷検査において、複数の振動子からなるアレイ型超音波探触子を用いて超音波送受信して信号を検出して、その検出信号に対して高速フーリエ変換、ウェーブレット変換、最大エントロピー法処理などの信号処理を行ない、検出信号の特徴量を特性値データとして抽出して、特性値データの差異から欠陥信号と溶接構造部分組織信号との識別を可能にしている。   According to the ultrasonic welding defect inspection apparatus and method according to the present invention, ultrasonic inspection of a welded structure composed of dissimilar metals including austenitic stainless steel, the same kind of nickel-base superalloy, or carbon steel, low alloy steel, etc. In inspection, signals are detected by transmitting and receiving ultrasonic waves using an array-type ultrasonic probe consisting of multiple transducers, and signals such as fast Fourier transform, wavelet transform, and maximum entropy method processing are performed on the detected signals. Processing is performed to extract the feature amount of the detection signal as characteristic value data, and the defect signal and the weld structure partial structure signal can be identified from the difference in the characteristic value data.

この結果、欠陥信号をノイズ等から識別することが可能となり、さらに、検出波形データの各種演算処理により、欠陥位置や欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。また、溶接構造部分に対してこのような探傷を行なうことにより、高精度な検査が可能となり、機器や部材の健全性を確保することができる。   As a result, the defect signal can be identified from noise or the like, and the defect position and the defect depth can be measured efficiently and with high accuracy by various calculation processes of the detected waveform data. Further, by performing such a flaw detection on the welded structure portion, a highly accurate inspection can be performed and the soundness of equipment and members can be ensured.

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of an ultrasonic welding defect inspection device and method according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

［第１実施形態］
まず、本発明の最も基本的な概念としての第１実施形態について図１を参照しながら説明する。第１実施形態の超音波溶接欠陥探傷装置は、図１に示すように、異種金属で構成される溶接構造部分である被検体１に超音波を送出すると共に被検体１からの反射超音波を受容する複数個の振動子３をアレイ状に備える超音波探触子２と、被検体１に対して超音波探触子２を適正な位置に位置決めする位置決め部４と、超音波探触子２を適正な位置に移動させるために駆動する駆動部５と、超音波探触子２を用いて被検体１の検査対象部位の所定位置に前記超音波のビームを集束および偏向させる集束偏向部１１と、超音波探触子２に含まれる送出振動子群および前記受容振動子群３を電子的に走査する走査部１２と、を基本的に備えている。 [First Embodiment]
First, a first embodiment as the most basic concept of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the ultrasonic welding flaw detector of the first embodiment transmits ultrasonic waves to a subject 1 that is a welded structure portion made of a dissimilar metal and also reflects reflected ultrasonic waves from the subject 1. An ultrasonic probe 2 having a plurality of receiving transducers 3 in an array, a positioning unit 4 for positioning the ultrasonic probe 2 at an appropriate position with respect to the subject 1, and an ultrasonic probe A driving unit 5 that is driven to move 2 to an appropriate position, and a focusing deflecting unit that focuses and deflects the ultrasonic beam at a predetermined position of the inspection target site of the subject 1 using the ultrasonic probe 2. 11 and a scanning unit 12 that electronically scans the transmitting transducer group and the receiving transducer group 3 included in the ultrasonic probe 2.

第１実施形態の超音波溶接欠陥探傷装置は、さらに、被検体１としての溶接構造部分の溶接条件および前記被検体に超音波を送出する送出振動子群３や反射超音波を受容する受容振動子群３の選択条件を含む探傷条件を設定する探傷条件設定手段１３と、走査部１２により超音波探触子２を走査させながら送出振動子群３から被検体１へ送出された超音波が被検体１で反射した反射超音波を受容した前記受信振動子群３の受容超音波により超音波信号を受信する受信手段９と、受信手段９により受信された超音波信号の信号波形を所定の信号処理法を用いて信号処理することにより超音波信号の特性値を算出する信号処理手段１５と、信号処理手段１５により算出された特性値に基づいて超音波信号における被検体１の欠陥検出信号と溶接構造部分の組織の材料ノイズによる反射信号とを識別する識別手段１６と、を備えている。   The ultrasonic welding defect inspection apparatus according to the first embodiment further includes welding conditions of a welded structure portion as the subject 1, a sending vibrator group 3 for sending ultrasonic waves to the subject, and a receiving vibration for receiving reflected ultrasonic waves. The flaw detection condition setting means 13 for setting flaw detection conditions including the selection conditions for the child group 3 and the ultrasonic wave transmitted from the transmission transducer group 3 to the subject 1 while scanning the ultrasonic probe 2 by the scanning unit 12 are detected. Receiving means 9 for receiving an ultrasonic signal by the received ultrasonic wave of the receiving transducer group 3 that has received the reflected ultrasonic wave reflected by the subject 1, and a signal waveform of the ultrasonic signal received by the receiving means 9 is a predetermined waveform. Signal processing means 15 for calculating the characteristic value of the ultrasonic signal by performing signal processing using the signal processing method, and the defect detection signal of the subject 1 in the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing means 15 And welding structure And a, and identification means 16 for identifying the reflected signal by section of tissue material noise.

なお、上述した構成要素は、第１実施形態の最も基本的な構成を示しているが、第１実施形態は図１に示されるその他の構成も備えている。すなわち、駆動部５は、その移動量や移動方法などを駆動制御装置６により制御されている。また、集束偏向部１１、走査部１２、探傷条件設定部１３は超音波送信機群１０を構成しており、これに対応して、受信部９は超音波受信機群を構成している。また、送信用または受信用の振動子３は、それぞれ遅延時間制御器８により制御されており、駆動部制御装置６，遅延時間制御器８，探傷条件設定部１３はそれぞれ制御装置７により制御されている。また、信号処理手段１５および識別手段１６の信号処理結果および識別結果は、表示装置１７に表示可能なように構成されている。   In addition, although the component mentioned above has shown the most basic structure of 1st Embodiment, 1st Embodiment is also provided with the other structure shown by FIG. That is, the drive unit 5 is controlled by the drive control device 6 with respect to the movement amount, movement method, and the like. The focusing deflection unit 11, the scanning unit 12, and the flaw detection condition setting unit 13 constitute an ultrasonic transmitter group 10. Correspondingly, the receiving unit 9 constitutes an ultrasonic receiver group. The transmitting or receiving transducer 3 is controlled by a delay time controller 8, and the drive unit control device 6, delay time controller 8, and flaw detection condition setting unit 13 are controlled by the control device 7. ing. Further, the signal processing results and the identification results of the signal processing means 15 and the identification means 16 are configured to be displayed on the display device 17.

図１は、第１実施形態の最も基本的な概念構成を示しているが、この第１実施形態のより具体的な構成として図２に示す超音波溶接欠陥探傷装置が提案されている。図２において、第１実施形態は、例えば、インコネルとインコネルの突き合わせ溶接部で溶融金属内部の欠陥を検査する場合を一例にとっている。   FIG. 1 shows the most basic conceptual configuration of the first embodiment. As a more specific configuration of the first embodiment, an ultrasonic welding defect inspection apparatus shown in FIG. 2 has been proposed. In FIG. 2, 1st Embodiment takes the case where the defect inside a molten metal is test | inspected as an example in the butt-welding part of Inconel and Inconel, for example.

図２において、インコネルとインコネルとの突き合わせ溶接構造部分の被検体１は、母材１ａと溶接金属１ｂで構成されており、溶接金属１ｂの内部に例えば底面側に開口する欠陥１ｃが存在している。被検体１の外側には、水に代表される接触媒質Ｃを介して設置される複数の振動子３｛すなわち、Ａ（１），Ａ（２），…Ａ（ｎ）｝からなるアレイ型超音波探触子２は、位置決め部としてのセンサ保持機構４により保持され、このセンサ保持機構４は、被検体１の被検査対象部位との間に適正な間隔だけ離隔して適正な位置に設置あるいは移動させる駆動機構５に連結され、この駆動機構５は、その移動量や移動方法などを駆動機構制御装置６により制御されている。   In FIG. 2, the subject 1 of the butt-welded structure portion of Inconel and Inconel is composed of a base material 1a and a weld metal 1b, and a defect 1c that opens, for example, on the bottom surface side exists inside the weld metal 1b. Yes. Outside the subject 1, an array type composed of a plurality of transducers 3 {that is, A (1), A (2),... A (n)} installed via a contact medium C typified by water. The ultrasonic probe 2 is held by a sensor holding mechanism 4 as a positioning unit, and the sensor holding mechanism 4 is separated from the inspection target part of the subject 1 by an appropriate distance and is in an appropriate position. The drive mechanism 5 is connected to a drive mechanism 5 that is installed or moved. The drive mechanism 5 is controlled by a drive mechanism control device 6 in terms of the amount and method of movement.

アレイ型超音波探触子２は、その任意の１個または複数の振動子３を送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），…，Ｇ（ｐｉ），…，Ｇ（ｐｎ）、受信用振動子群Ｇ（ｒ１），Ｇ（ｒ２），…，Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｒｎ）としてそれぞれ選択することができ、送信用各振動子には超音波を発生させる超音波送信器群１０が結合され、受信用各振動子には超音波信号波形を受信する超音波受信器群９が結合されている。遅延時間制御器８により各振動子３を制御することにより、被検体１の検査対象部位の所定の位置に超音波ビームを集束および偏向させることができる。   The array-type ultrasonic probe 2 includes one or a plurality of transducers 3 for transmitting transducer groups G (p1), G (p2),..., G (pi),. , G (r2),..., G (ri),..., G (rn) can be selected, and each transmitter transducer generates an ultrasonic wave. An ultrasonic transmitter group 10 is coupled, and an ultrasonic receiver group 9 for receiving an ultrasonic signal waveform is coupled to each receiving transducer. By controlling each transducer 3 by the delay time controller 8, the ultrasonic beam can be focused and deflected to a predetermined position of the examination target portion of the subject 1.

設定した送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），…，Ｇ（ｐｉ），…，Ｇ（ｐｎ）および受信用振動子群Ｇ（ｒ１），Ｇ（ｒ２），…，Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｒｎ）は、所定の電子走査により被検体１を探傷することができる。さらに、これらの電子走査により得られた反射超音波の受信波形を信号処理機１５に手信号処理し、この信号処理により得られた特性値から信号識別器１６により検出信号が欠陥からの信号であるか、あるいは溶接構造部分組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。さらに、検出宇信号が欠陥からの信号であるものと識別された場合には、欠陥の位置や深さなどの欠陥情報を算出することも可能である。上述した信号処理結果および識別処理結果は、表示装置１７に出力または表示することができる。これらの処理は、すべて制御装置７の制御に基づいて処理される構成となっている。   G (p1), G (p2),..., G (pi), and G (pn) and the transducer groups G (r1), G (r2),. ri),..., G (rn) can detect the subject 1 by predetermined electronic scanning. Further, the received waveform of the reflected ultrasonic wave obtained by the electronic scanning is manually signal processed by the signal processor 15, and the detection signal is a signal from the defect by the signal discriminator 16 from the characteristic value obtained by this signal processing. It can be identified whether it is a material noise signal of the weld structure substructure. Furthermore, when the detection signal is identified as a signal from a defect, defect information such as the position and depth of the defect can be calculated. The signal processing result and the identification processing result described above can be output or displayed on the display device 17. All of these processes are configured to be processed based on the control of the control device 7.

なお、この第１実施形態は、アレイ型超音波探触子２から被検体１への探傷において、水を代表とする接触媒質を用いているが、直接接触での探傷であっても良く、アクリルを代表とする樹脂を用いて探傷を行なうこともでき、他の実施形態においても同様に、接触媒質または樹脂を用いた間接接触であってもこれらを用いない直接接触であっても良い。   In the first embodiment, a contact medium represented by water is used for flaw detection from the array-type ultrasonic probe 2 to the subject 1, but flaw detection may be performed by direct contact. Flaw detection can also be performed using a resin typified by acrylic, and in other embodiments as well, indirect contact using a contact medium or resin or direct contact without using these may be used.

このように、第１実施形態によれば、被検体１に対して適正な位置にアレイ型超音波探触子２を設置して、アレイ型超音波探触子２を移動することなく適正な探傷条件で探傷することができ、検出された波形データの信号処理により欠陥の識別を行なうことができ、さらに欠陥の位置や深さ等を効率的かつ高精度に検出することができる。   As described above, according to the first embodiment, the array-type ultrasonic probe 2 is installed at an appropriate position with respect to the subject 1 and the array-type ultrasonic probe 2 is not moved properly. It is possible to detect flaws under flaw detection conditions, to identify defects by signal processing of detected waveform data, and to detect the position and depth of defects efficiently and with high accuracy.

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷方法について、図３，図４を参照しながら説明する。まず、第２実施形態の超音波溶接欠陥探傷方法は、図１に示すような構成、すなわち、異種金属で構成される溶接構造部分である被検体１に超音波を送出すると共に被検体１からの反射超音波を受容する複数個の振動子３をアレイ状に備える超音波探触子２と、被検体１に対して超音波探触子２を適正な位置に位置決めする位置決め部４と、超音波探触子２を適正な位置に移動させるために駆動する駆動部５と、超音波探触子２を用いて被検体１の検査対象部位の所定位置に超音波ビームを集束および偏向させる集束偏向部１１と、超音波探触子２に含まれる送出振動子群３および受容振動子群３を電子的に走査する走査部１２を用いて溶接構造部分の欠陥を探傷するものである。 [Second Embodiment]
Next, an ultrasonic welding defect inspection method according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the ultrasonic welding flaw detection method according to the second embodiment transmits ultrasonic waves to the subject 1 which is a welded structure portion configured as shown in FIG. An ultrasonic probe 2 having a plurality of transducers 3 that receive the reflected ultrasonic waves in an array, a positioning unit 4 that positions the ultrasonic probe 2 at an appropriate position with respect to the subject 1, A driving unit 5 that is driven to move the ultrasonic probe 2 to an appropriate position, and the ultrasonic probe 2 is used to focus and deflect the ultrasonic beam at a predetermined position of the inspection target site of the subject 1. A defect in the welded structure portion is detected using the focusing deflection unit 11 and the scanning unit 12 that electronically scans the sending transducer group 3 and the receiving transducer group 3 included in the ultrasonic probe 2.

図３において、第２実施形態に超音波溶接欠陥探傷方法は、被検体１としての溶接構造部分の溶接条件および被検体１に超音波を送出する送出振動子群３や反射超音波を受容する受容振動子群３の選択条件を含む探傷条件を設定する探傷条件設定ステップＳＴ１と、走査部１２により超音波探触子２を走査させながら送出振動子群３から被検体１へ送出された超音波が被検体１で反射した反射超音波を受容した受信振動子群３の受容超音波により超音波信号を受信する受信ステップＳＴ２と、受信ステップＳＴ２により受信された超音波信号の信号波形を所定の信号処理法を用いて信号処理することにより超音波信号の特性値を算出する信号処理ステップＳＴ３と、信号処理ステップＳＴ３により算出された特性値に基づいて超音波信号における被検体１の欠陥検出信号と溶接構造部分の組織の材料ノイズによる反射信号とを識別する識別ステップＳＴ４と、識別ステップＳＴ４による欠陥検出信号と反射信号との識別に基づいて溶接構造部分における欠陥の位置および深さを判定し評価する欠陥評価ステップＳＴ５と、を備えることを特徴とする。   In FIG. 3, the ultrasonic welding defect inspection method according to the second embodiment receives welding conditions of a welded structure portion as the subject 1, a sending transducer group 3 that sends ultrasonic waves to the subject 1, and reflected ultrasonic waves. A flaw detection condition setting step ST1 for setting flaw detection conditions including a selection condition for the receiving vibrator group 3, and a supersonic sent from the sending vibrator group 3 to the subject 1 while scanning the ultrasonic probe 2 by the scanning unit 12. A reception step ST2 for receiving an ultrasonic signal by the reception ultrasonic wave of the reception transducer group 3 that has received the reflected ultrasonic wave reflected by the subject 1, and a signal waveform of the ultrasonic signal received by the reception step ST2 is predetermined. The signal processing step ST3 for calculating the characteristic value of the ultrasonic signal by performing signal processing using the signal processing method, and the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing step ST3. Identification step ST4 for identifying the defect detection signal of the subject 1 to be detected and the reflection signal due to the material noise of the tissue of the weld structure portion, and the defect in the weld structure portion based on the identification of the defect detection signal and the reflection signal by the identification step ST4 And a defect evaluation step ST5 for determining and evaluating the position and depth of each.

なお、探傷条件設定ステップＳＴ１の前に、被検体１の探傷部位を選定する探傷部位選定ステップＳＴ０が設けられていても良く、また、欠陥評価ステップＳＴ５の後に、信号処理ステップＴ３の信号処理結果や、識別ステップＳＴ４の識別結果や、欠陥評価ステップＳＴ５の評価結果などを表示装置１７に出力または表示する結果表示ステップＳＴ６が設けられていても良い。   Note that a flaw detection site selection step ST0 for selecting a flaw detection site of the subject 1 may be provided before the flaw detection condition setting step ST1, and the signal processing result of the signal processing step T3 after the defect evaluation step ST5. Alternatively, a result display step ST6 for outputting or displaying the identification result of the identification step ST4, the evaluation result of the defect evaluation step ST5, or the like on the display device 17 may be provided.

この第２実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷方法のより詳細な内容を図４に示すブロック図を用いて説明する。この第２実施形態は、例えば、インコネルとインコネルとの突き合わせ溶接部での溶接金属内部の欠陥検査を一例にして説明する。   More detailed contents of the ultrasonic welding defect inspection method according to the second embodiment will be described with reference to a block diagram shown in FIG. In the second embodiment, for example, a defect inspection inside a weld metal at a butt welding portion between Inconel and Inconel will be described as an example.

図４において、過去の運転履歴などから溶接構造部分の対象部位を選定し（ステップＳＴ０）、溶接部分の材料、開先形状、溶接条件などに基づいて、予めデータベースに格納しておいた探傷条件を選定する（ステップＳＴ１）。選定された探傷条件に基づいて被検体１に対して探傷を行ない欠陥からの反射波などの超音波波形データを収録する（ステップＳＴ２）。収録された波形データに基づいて振幅値分布、高速フーリエ変換、ウェーブレット変換、最大エントロピー法処理、スプリットスペクトラム処理などの信号処理を行ない、信号処理により得られた特性値を算出する（ステップＳＴ３）。   In FIG. 4, the target part of the welded structure portion is selected from the past operation history (step ST0), and the flaw detection conditions stored in the database in advance based on the material of the welded portion, groove shape, welding conditions, and the like. Is selected (step ST1). Based on the selected flaw detection conditions, flaw detection is performed on the subject 1, and ultrasonic waveform data such as a reflected wave from the defect is recorded (step ST2). Based on the recorded waveform data, signal processing such as amplitude value distribution, fast Fourier transform, wavelet transform, maximum entropy method processing, split spectrum processing is performed, and a characteristic value obtained by the signal processing is calculated (step ST3).

上記ステップＳＴ３で求められた信号処理結果は、データベースとして予め格納されていた波形データと比較して検出信号が溶接欠陥等を検出した欠陥信号であるか溶接構成部分の組織に関する材料ノイズ信号であるかを識別する（ステップＳＴ４）。次に、ステップＳＴ３およびＳＴ４の信号処理結果と識別結果に基づいて受信信号が欠陥信号である場合は溶接欠陥の位置または欠陥の深さ等の欠陥情報を算出し（ステップＳＴ５）、これらの結果、すなわち、信号処理結果、識別結果、欠陥情報の結果を所定の形式により表示装置１７に表示する（ステップＳＴ６）。   The signal processing result obtained in the above step ST3 is a material noise signal related to the structure of the welded component or the detection signal is a defect signal in which a weld defect is detected as compared with the waveform data stored in advance as a database. Is identified (step ST4). Next, if the received signal is a defect signal based on the signal processing results and identification results of steps ST3 and ST4, defect information such as the position of the welding defect or the depth of the defect is calculated (step ST5), and these results are obtained. That is, the signal processing result, the identification result, and the defect information result are displayed on the display device 17 in a predetermined format (step ST6).

このようにして、この第２実施形態の超音波溶接欠陥探傷方法によれば、適正な探傷条件により溶接構成部分を探傷して欠陥を検出し、検出した波形データの検出信号を信号処理することにより、溶接欠陥と溶接構成部分の組織の材料ノイズとを識別することができると共に、溶接欠陥の位置や深さを効率的かつ高精度に測定することができる。   In this way, according to the ultrasonic welding defect inspection method of the second embodiment, the defect is detected by detecting the welding component under the appropriate inspection condition, and the detection signal of the detected waveform data is signal-processed. As a result, it is possible to discriminate between the welding defect and the material noise of the structure of the weld component, and the position and depth of the welding defect can be measured efficiently and with high accuracy.

［第３実施形態］
次に、図５を参照しながら本発明の第３実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法について説明する。図５は、第３実施形態の超音波探傷装置および方法に関する具体例の説明図である。 [Third Embodiment]
Next, an ultrasonic welding defect inspection apparatus and method according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory diagram of a specific example related to the ultrasonic flaw detection apparatus and method according to the third embodiment.

図５（ａ）に示すように、送信時の超音波ビームＵＢはアレイ型超音波探触子２を用いて被検体１に対して送信されており、アレイ型超音波探触子２を構成している多数の振動子３｛Ａ（１），…，Ａ（ｎ）｝の中から選定された複数の送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），…，Ｇ（ｐｉ），…，Ｇ（ｐｎ）を用いて、被検体１への入射角θでリニア走査の探傷を行なっている。図５（ｂ）は、図５（ａ）のように超音波ビームＵＢを送信したときに被検体１で反射した超音波ビームＵＢを受信する際の概念図である。   As shown in FIG. 5 (a), the ultrasonic beam UB at the time of transmission is transmitted to the subject 1 using the array type ultrasonic probe 2 and constitutes the array type ultrasonic probe 2. A plurality of transmitting transducer groups G (p1), G (p2),..., G (pi) selected from a large number of transducers 3 {A (1),. ,..., G (pn) is used to perform flaw detection in linear scanning at an incident angle θ on the subject 1. FIG. 5B is a conceptual diagram when receiving the ultrasonic beam UB reflected by the subject 1 when the ultrasonic beam UB is transmitted as shown in FIG.

図５（ｂ）において、受信用振動子群Ｇ（ｒ１），Ｇ（ｒ２），…，Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｒｎ）は、上述した送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），…，Ｇ（ｐｉ），…，Ｇ（ｐｎ）と同様に多数の振動子３の中から同一の振動子を設定し、受信時の受信角度も送信時の入射角度θと同一に設定されている。このように設定して超音波ビームＵＢを送受信することにより、検出対象位置の特定が容易となる。   In FIG. 5 (b), the receiving transducer groups G (r1), G (r2),..., G (ri),. Similarly to (p2),..., G (pi),..., G (pn), the same vibrator is set from among many vibrators 3, and the reception angle at the time of reception is the same as the incident angle θ at the time of transmission. Is set to The setting of the detection target position is facilitated by transmitting and receiving the ultrasonic beam UB in such a setting.

このように第３実施形態によれば、同一の超音波送受信条件で探傷し、検出した波形データを用いて各種の信号処理を行なうことにより、溶接欠陥の検出信号と材料のイズからの検出信号との識別が可能となり、さらに、欠陥位置や欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。   As described above, according to the third embodiment, flaw detection is performed under the same ultrasonic transmission / reception conditions, and various signal processing is performed using the detected waveform data, so that the detection signal of the weld defect and the detection signal of the material noise are detected. And the defect position and the defect depth can be measured efficiently and with high accuracy.

［第４実施形態］
次に、図６を参照しながら本発明の第４実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法について説明する。図６は、第３実施形態の超音波探傷装置および方法に関する具体例の説明図である。 [Fourth Embodiment]
Next, an ultrasonic welding defect inspection device and method according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of a specific example related to the ultrasonic flaw detection apparatus and method according to the third embodiment.

図６（ａ）に示すように、送信時の超音波ビームＵＢはアレイ型超音波探触子２を用いて被検体１に対して送信されており、アレイ型超音波探触子２を構成している多数の振動子３｛Ａ（１），…，Ａ（ｎ）｝の中から選定された複数の送信用振動子群Ｇ（ｐ１），Ｇ（ｐ２），…，Ｇ（ｐｉ），…，Ｇ（ｐｎ）を用いて、被検体１への入射角θでリニア走査の探傷を行なっている。図６（ｂ）は、図６（ａ）のように超音波ビームＵＢを送信したときに被検体１から反射してきた超音波ビームＵＢを受信する際の概念図である。   As shown in FIG. 6A, the ultrasonic beam UB at the time of transmission is transmitted to the subject 1 using the array type ultrasonic probe 2, and constitutes the array type ultrasonic probe 2. A plurality of transmitting transducer groups G (p1), G (p2),..., G (pi) selected from a large number of transducers 3 {A (1),. ,..., G (pn) is used to perform flaw detection in linear scanning at an incident angle θ on the subject 1. FIG. 6B is a conceptual diagram when receiving the ultrasonic beam UB reflected from the subject 1 when the ultrasonic beam UB is transmitted as shown in FIG.

図６（ｂ）において、超音波受信時には受信用振動子群Ｇ（ｒ１），Ｇ（ｒ２），…，Ｇ（ｒｉ），…，Ｇ（ｒｎ）は、被検体１の内部の所定の位置を音源として受信できるように受信角度をθｒ１，θｒ２，…，θｒｎに設定して探傷を行なっている。このような探傷を行なうことにより、対象位置における屈折角θに対する検出信号の変化を捉えることができる。なお、被検体１の探傷範囲の全てを網羅するように音源位置を順次変化させて探傷することにより、探傷範囲の全てに関する情報を得ることが可能となる。   In FIG. 6B, when receiving ultrasonic waves, the receiving transducer groups G (r1), G (r2),..., G (ri),. Are detected with the receiving angles set to θr1, θr2,..., Θrn. By performing such flaw detection, it is possible to capture a change in the detection signal with respect to the refraction angle θ at the target position. In addition, it is possible to obtain information on the entire flaw detection range by sequentially changing the sound source position so as to cover the whole flaw detection range of the subject 1.

このように第４実施形態によれば、同一の超音波送受信条件で探傷し、検出した波形データを用いて各種の信号処理を行なうことにより、溶接欠陥の検出信号と材料のイズからの検出信号との識別が可能となり、さらに、欠陥位置や欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, the flaw detection is performed under the same ultrasonic transmission / reception conditions, and various signal processing is performed using the detected waveform data, so that the detection signal of the welding defect and the detection signal of the material noise are detected. And the defect position and the defect depth can be measured efficiently and with high accuracy.

［第５実施形態］
次に、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）および図８（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いてこの発明の第５実施形態に係る超音波探傷装置および方法について説明する。図７（ａ）（ｂ）（ｃ）および図８（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の具体例としての第５実施形態による超音波探傷装置および方法の説明図である。 [Fifth Embodiment]
Next, an ultrasonic flaw detection apparatus and method according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 (a), (b), (c) and FIGS. 8 (a), (b), and (c). FIGS. 7 (a), (b), (c) and FIGS. 8 (a), (b), and (c) are explanatory views of an ultrasonic flaw detection apparatus and method according to a fifth embodiment as a specific example of the present invention.

図７（ａ）は、被検体１の溶接金属１Ｂの内部に亀裂が存在するときに、アレイ型超音波探触子２を用いて超音波を受信する場合の概念図である。図７（ａ）に示すように、超音波受信時には、被検体１の内部の亀裂１ｃ先端の位置を音源として受信できるように受信角度（屈折角）をθｒ１，θｒ２，…，θｒｎに設定して探傷を行なう。検出波形は、ビーム路程として図７（ｂ）に模式的に示すような波形となっており、この検出波形の振幅値Ｈｎを求める。屈折角θｒ１，θｒ２，…，θｒｎの探傷条件で検出された波形の振幅値を求め、受信時の屈折角に対する振幅値分布を求めると、図７（ｃ）に示すような振幅値分布が得られる。このときの特性値として、例えば、図７（ｃ）に示すように、半価幅Ｈｗを求めることができる。   FIG. 7A is a conceptual diagram in the case where ultrasonic waves are received using the array-type ultrasonic probe 2 when a crack exists in the weld metal 1B of the subject 1. FIG. As shown in FIG. 7A, at the time of ultrasonic reception, reception angles (refraction angles) are set to θr1, θr2,..., Θrn so that the position of the tip of the crack 1c inside the subject 1 can be received as a sound source. Perform flaw detection. The detected waveform is a waveform as schematically shown in FIG. 7B as the beam path, and the amplitude value Hn of this detected waveform is obtained. When the amplitude value of the waveform detected under the flaw detection conditions of the refraction angles θr1, θr2,..., Θrn is obtained and the amplitude value distribution with respect to the refraction angle at the time of reception is obtained, an amplitude value distribution as shown in FIG. It is done. As the characteristic value at this time, for example, as shown in FIG. 7C, the half width Hw can be obtained.

図８（ａ）は、被検体１の溶接金属１ｂの内部に亀裂が存在しないときにアレイ型超音波探触子２を用いて反射超音波を受信する状態を示す概念図である。超音波受信時には被検体１の内部の溶接構造部分の組織の柱状晶組織の界面１ｄの位置を音源として受信できるように、受信角度（屈折角）をθｒ１，θｒ２，…，θｒｎに設定して探傷を行なう。検出波形は、図８（ｂ）に模式的に示すように、前記界面の比較的広い範囲から反射されるために、亀裂先端からの信号波形に比べて波数も多くなっている。   FIG. 8A is a conceptual diagram showing a state in which reflected ultrasonic waves are received using the array-type ultrasonic probe 2 when there is no crack in the weld metal 1b of the subject 1. FIG. The reception angles (refraction angles) are set to θr1, θr2,..., Θrn so that the position of the interface 1d of the columnar crystal structure of the structure of the welded structure inside the subject 1 can be received as a sound source during ultrasonic reception. Perform flaw detection. As shown schematically in FIG. 8B, the detected waveform is reflected from a relatively wide range of the interface, and therefore has a larger wave number than the signal waveform from the crack tip.

ここで、図７（ｂ）（ｃ）と同様に、屈折角θｒ１，θｒ２，…，θｒｎの探傷条件で検出された波形の振幅値Ｈｎを図８（ｂ）により求め、受信時の屈折角に対する振幅値分布を求めると、図８（ｃ）に示すように半価幅Ｈｗを求めることができる。このようにして測定された半価幅Ｈｗは、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合して、検出信号が溶接欠陥からの欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。   Here, similarly to FIGS. 7B and 7C, the amplitude value Hn of the waveform detected under the flaw detection conditions of the refraction angles θr1, θr2,..., Θrn is obtained from FIG. When the amplitude value distribution for is obtained, the half width Hw can be obtained as shown in FIG. The half width Hw measured in this way is compared with data stored in advance as a database, and whether the detection signal is a defect signal from a weld defect or a material noise signal of a welded portion structure. Can be identified.

このようにして、第５実施形態においては、検出信号の振幅値データから求める特性値を複数の異なる屈折角毎に求められた振幅値Ｈｎとし、データベース内のデータと振幅値Ｈｎとを照合することによりその半価幅Ｈｗを求めているので、これらの特性値データから欠陥信号とノイズ信号とを識別でき、適正な欠陥検出を行なうことができる。さらに、検出波形データに基づいて、各種演算処理をすることにより、欠陥位置や欠陥の深さを効率的かつ高精度に測定することができる。   Thus, in the fifth embodiment, the characteristic value obtained from the amplitude value data of the detection signal is set to the amplitude value Hn obtained for each of a plurality of different refraction angles, and the data in the database and the amplitude value Hn are collated. Thus, the half width Hw is obtained, so that the defect signal and the noise signal can be identified from these characteristic value data, and appropriate defect detection can be performed. Furthermore, by performing various arithmetic processes based on the detected waveform data, the defect position and the depth of the defect can be measured efficiently and with high accuracy.

［第６実施形態］
次に、図９（ａ）（ｂ）および図１０（ａ）（ｂ）を参照しながら第６実施形態に係る超音波探傷装置および方法について説明する。図９は、（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号のそれぞれ検出波形を示し、図１０は、（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号のそれぞれのＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理の解析結果を示している。 [Sixth Embodiment]
Next, an ultrasonic flaw detection apparatus and method according to the sixth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 (a) and 9 (b) and FIGS. 10 (a) and 10 (b). FIG. 9 shows detected waveforms of (a) defect signal and (b) weld structure signal, and FIG. 10 shows FFT (fast Fourier transform) processing of (a) defect signal and (b) weld structure signal. The analysis results are shown.

溶接欠陥等の欠陥信号の検出波形は、図９（ａ）に示されており、溶接組織のノイズ信号は、図１０（ａ）に示されている。それぞれの検出波形に対応するＦＦＴ解析結果が図１０（ａ）（ｂ）に示されており、図１０（ａ）の欠陥信号のＦＦＴ解析結果は、欠陥先端からの回折波を示しており、ＦＦＴ処理により得られたスペクトル分布からスペクトルの特性値として、例えば半価幅Ｈｗを求める。   A detection waveform of a defect signal such as a welding defect is shown in FIG. 9A, and a noise signal of the welded structure is shown in FIG. The FFT analysis result corresponding to each detection waveform is shown in FIGS. 10A and 10B, and the FFT analysis result of the defect signal in FIG. 10A shows a diffracted wave from the defect tip, For example, a half-value width Hw is obtained as a spectrum characteristic value from the spectrum distribution obtained by the FFT processing.

図９（ｂ）に検出波形を示す溶接組織信号においては、図１０（ｂ）にそのＦＦＴ解析結果が示されており、図９（ａ）（ｂ）と同様に、ＦＦＴ処理により得られたスペクトル分布から、スペクトルの特性値として、例えば半価幅Ｈｗが求められる。このようにして求められた半価幅Ｈｗは、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合して、検出波形が欠陥信号である化あるいは溶接組織の材料ノイズ信号であるかを識別することができる。   In the weld structure signal showing the detected waveform in FIG. 9B, the FFT analysis result is shown in FIG. 10B, and obtained by the FFT processing as in FIGS. 9A and 9B. From the spectrum distribution, for example, a half-value width Hw is obtained as a characteristic value of the spectrum. The half width Hw obtained in this way can be compared with data stored in advance as a database to identify whether the detected waveform is a defect signal or a material noise signal of a welded structure. it can.

ここで、ＦＦＴ処理の特性値として、スペクトル分布の中心周波数、ピーク周波数などのＦＦＴ処理により得られた特性値を求め、この特性値データは、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合され、検出波形が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別できる。   Here, as the characteristic value of the FFT processing, the characteristic value obtained by the FFT processing such as the center frequency and the peak frequency of the spectrum distribution is obtained, and this characteristic value data is collated with data stored in advance as a database, It is possible to identify whether the detected waveform is a defect signal or a material noise signal of the weld structure.

このようにして、第６実施形態においては、検出信号のＦＦＴ処理から特性値を求め、この特性値データから欠陥識別を行なうことにより適正な欠陥検出ができる。さらに、検出波形データに基づいて各種演算処理を行なうことにより、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。   Thus, in the sixth embodiment, a proper defect can be detected by obtaining the characteristic value from the FFT processing of the detection signal and identifying the defect from the characteristic value data. Furthermore, by performing various arithmetic processes based on the detected waveform data, the defect position and the defect depth can be measured efficiently and with high accuracy.

［第７実施形態］
図１１（ａ）（ｂ）および図１２（ａ）（ｂ）を参照しながら第７実施形態に係る超音波探傷装置および方法について説明する。図１１は、（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号のそれぞれ検出波形を示し、図１２は、（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号のそれぞれのウェーブレット変換処理の概念図を示している。 [Seventh Embodiment]
An ultrasonic flaw detection apparatus and method according to the seventh embodiment will be described with reference to FIGS. 11 (a) and 11 (b) and FIGS. 12 (a) and 12 (b). FIG. 11 shows detected waveforms of (a) defect signal and (b) weld structure signal, and FIG. 12 shows a conceptual diagram of wavelet transform processing of (a) defect signal and (b) weld structure signal. ing.

溶接欠陥等の欠陥信号の検出波形は、図１１（ａ）に示されており、溶接組織のノイズ信号は、図１２（ａ）に示されている。それぞれの検出波形に対応するウェーブレット変換処理によりえられた結果が図１２（ａ）（ｂ）に示されており、図１２（ａ）の欠陥信号では、欠陥先端からの回折波を示しており、ウェーブレット変換処理により得られた処理結果（ｂ）から、特性値として、例えばピーク分布を求める。   A detection waveform of a defect signal such as a welding defect is shown in FIG. 11A, and a noise signal of the welded structure is shown in FIG. The results obtained by the wavelet transform processing corresponding to each detected waveform are shown in FIGS. 12A and 12B, and the defect signal in FIG. 12A shows a diffracted wave from the tip of the defect. For example, a peak distribution is obtained as a characteristic value from the processing result (b) obtained by the wavelet transform processing.

図１１（ｂ）に検出波形を示す溶接組織信号においては、図１２（ｂ）にそのピーク分布が示されており、図１１（ａ）（ｂ）と同様に、ウェーブレット変換処理により得られたピーク周波数分布から、その特性値として、例えば各ピーク分布の時間−周波数関数、各ピーク分布の中心周波数、ピーク周波数などのウェーブレット変換処理にて得られた特性値をもとめ、この特性値データは、予めデータベースとして格納しておいたデータと照合され、検出波形が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別できる。   In the weld structure signal showing the detected waveform in FIG. 11 (b), the peak distribution is shown in FIG. 12 (b), and it was obtained by wavelet transform processing as in FIGS. 11 (a) and 11 (b). From the peak frequency distribution, as the characteristic value, for example, the characteristic value obtained by wavelet transform processing such as the time-frequency function of each peak distribution, the center frequency of each peak distribution, the peak frequency, etc. It is compared with data stored in advance as a database, and it can be identified whether the detected waveform is a defect signal or a material noise signal of the welded structure.

このようにして、第７実施形態においては、検出信号のウェーブレット変換処理から特性値を求め、この特性値データから欠陥識別を行なうことにより、適正な欠陥検出ができる。さらに、検出波形データに基づいて各種演算処理を行なうことにより、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。   Thus, in the seventh embodiment, a proper defect can be detected by obtaining a characteristic value from the wavelet transform processing of the detection signal and identifying the defect from this characteristic value data. Furthermore, by performing various arithmetic processes based on the detected waveform data, the defect position and the defect depth can be measured efficiently and with high accuracy.

［第８実施形態］
図１３（ａ）（ｂ）および図１４（ａ）（ｂ）を参照しながら第８実施形態に係る超音波探傷装置および方法について説明する。図１３は、（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号のそれぞれ検出波形を示し、図１４は、（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号のそれぞれの最大エントロピー法による信号処理結果の概念図を示している。 [Eighth Embodiment]
An ultrasonic flaw detection apparatus and method according to the eighth embodiment will be described with reference to FIGS. 13 (a) and 13 (b) and FIGS. 14 (a) and 14 (b). FIG. 13 shows the detected waveforms of (a) the defect signal and (b) the weld structure signal, and FIG. 14 shows the results of signal processing by the maximum entropy method for each of (a) the defect signal and (b) the weld structure signal. A conceptual diagram is shown.

溶接欠陥等の欠陥信号の検出波形は、図１３（ａ）に示されており、溶接組織のノイズ信号は、図１４（ａ）に示されている。それぞれの検出波形に対応する最大エントロピー法による信号処理により得られたスペクトル分布が図１４（ａ）（ｂ）に示されており、図１３（ａ）および図１４（ａ）の欠陥信号では、欠陥先端からの回折波を示しており、最大エントロピー法により得られたスペクトル分布（ｂ）から、特性値として、例えばピーク分布の中心周波数ｆ１を求める。   A detection waveform of a defect signal such as a welding defect is shown in FIG. 13A, and a noise signal of the welded structure is shown in FIG. The spectrum distribution obtained by the signal processing by the maximum entropy method corresponding to each detected waveform is shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b). In the defect signals in FIGS. 13 (a) and 14 (a), A diffracted wave from the tip of the defect is shown. From the spectral distribution (b) obtained by the maximum entropy method, for example, the center frequency f1 of the peak distribution is obtained as a characteristic value.

図１３（ｂ）に検出波形を示す溶接組織信号においては、図１４（ｂ）にそのピーク分布が示されており、図１３（ａ）図１４（ａ）と同様に、最大エントロピー法により得られたスペクトル分布から特性値として、例えばピーク分布の中心周波数ｆ２を求める。   In the weld structure signal showing the detected waveform in FIG. 13 (b), the peak distribution is shown in FIG. 14 (b), which is obtained by the maximum entropy method as in FIGS. 13 (a) and 14 (a). For example, the center frequency f2 of the peak distribution is obtained as a characteristic value from the obtained spectrum distribution.

このようにして測定された中心周波数は、予めデータベースとして格納しておいたデータを照合され、検出波形が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズ信号であるかを識別できる。   The center frequency measured in this way is collated with data stored in advance as a database, and it is possible to identify whether the detected waveform is a defect signal or a material noise signal of the welded part structure.

ここで、最大エントロピー法により信号処理の特性値として、スペクトル分布のピーク周波数、半価値など最大エントロピー法による信号処理から得られた特性値を求め、この特性値データは予めデータベースとして格納しておいたデータと照合し、検出信号が欠陥信号であるかあるいは溶接部組織の材料ノイズであるかを識別することができる。   Here, the characteristic values obtained from the signal processing by the maximum entropy method, such as the peak frequency and the half value of the spectrum distribution, are obtained as the characteristic values of the signal processing by the maximum entropy method, and this characteristic value data is stored in advance as a database. It is possible to identify whether the detection signal is a defect signal or material noise of the welded structure by comparing with the detected data.

このようにして、第８実施形態においては、検出信号の最大エントロピー法による信号処理から特性値を求め、この特性値データから欠陥識別を行なうことにより、適正な欠陥検出ができる。さらに、検出波形データに基づいて各種演算処理を行なうことにより、欠陥位置、欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。   Thus, in the eighth embodiment, a proper defect can be detected by obtaining the characteristic value from the signal processing by the maximum entropy method of the detection signal and identifying the defect from the characteristic value data. Furthermore, by performing various arithmetic processes based on the detected waveform data, the defect position and the defect depth can be measured efficiently and with high accuracy.

また、検出信号に対してスプリットスペクトラム法による信号処理を行ない、信号処理により求めた特性値データから欠陥信号と材料のイズ信号との識別を行なうことにより、適正な欠陥検を行なうことができる。さらに、検出波形データに基づいて各種延在処理を行なうことで、欠陥位置や欠陥深さを効率的かつ高精度に測定することができる。   Further, by performing signal processing by the split spectrum method on the detection signal and discriminating between the defect signal and the material noise signal from the characteristic value data obtained by the signal processing, an appropriate defect detection can be performed. Furthermore, by performing various extension processes based on the detected waveform data, the defect position and the defect depth can be measured efficiently and with high accuracy.

本発明の基本概念としての第１実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置の構成を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the structure of the ultrasonic welding defect flaw detector which concerns on 1st Embodiment as a basic concept of this invention. 第１実施形態のより詳細な構成を示すブロック構成図である。It is a block block diagram which shows the more detailed structure of 1st Embodiment. 本発明の第２実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the ultrasonic welding defect flaw detection method which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第２実施形態に超音波溶接欠陥探傷方法を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the ultrasonic welding defect flaw detection method in 2nd Embodiment. 第３実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法における（ａ）送信時と（ｂ）受信時の超音波ビームをそれぞれ示す説明図である。It is explanatory drawing which respectively shows the ultrasonic beam at the time of (a) transmission at the time of (a) transmission in the ultrasonic welding defect flaw detector and method which concerns on 3rd Embodiment, and the method of reception. 第４実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法における（ａ）送信時と（ｂ）受信時の超音波ビームをそれぞれ示す説明図である。It is explanatory drawing which each shows the ultrasonic beam at the time of (a) transmission at the time of (a) transmission in the ultrasonic welding flaw detection apparatus and method which concerns on 4th Embodiment, and the method of reception. 第５実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法における（ａ）屈折角に対する（ｂ）ビーム路程と（ｃ）受信側の屈折角をそれぞれ示す説明図である。It is explanatory drawing which respectively shows (b) beam path | route with respect to (a) refraction angle and (c) refraction angle of the receiving side in the ultrasonic welding defect flaw detector and method concerning 5th Embodiment. 第５実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法における（ａ）屈折角に対する（ｂ）ビーム路程と（ｃ）受信側の屈折角をそれぞれ示す説明図である。It is explanatory drawing which respectively shows (b) beam path | route with respect to (a) refraction angle and (c) refraction angle of the receiving side in the ultrasonic welding defect flaw detector and method concerning 5th Embodiment. 第６実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法における（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号の検出波形をそれぞれ示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the detection waveform of (a) defect signal and (b) welding structure | tissue signal in the ultrasonic welding flaw detection apparatus and method which concern on 6th Embodiment, respectively. 第６実施形態における図９（ａ）（ｂ）にそれぞれ対応するＦＦＴ解析結果（ａ）（ｂ）をそれぞれ示す周波数の波形図である。It is a wave form diagram of a frequency which shows each FFT analysis result (a) (b) corresponding to Drawing 9 (a) (b) in a 6th embodiment, respectively. 第７実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法における（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号の検出波形をそれぞれ示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the detection waveform of (a) defect signal and (b) welding structure | tissue signal in the ultrasonic welding flaw detection apparatus and method which concern on 7th Embodiment, respectively. 第７実施形態における図１１（ａ）（ｂ）にそれぞれ対応するウェーブレット変換処理結果（ａ）（ｂ）をそれぞれ示す周波数の特性図である。FIG. 16 is a frequency characteristic diagram showing wavelet transform processing results (a) and (b) respectively corresponding to FIGS. 11 (a) and 11 (b) in the seventh embodiment. 第８実施形態に係る超音波溶接欠陥探傷装置および方法における（ａ）欠陥信号と（ｂ）溶接組織信号の検出波形をそれぞれ示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the detection waveform of (a) defect signal and (b) welding structure | tissue signal in the ultrasonic welding flaw detection apparatus and method which concern on 8th Embodiment, respectively. 第８実施形態における図１３（ａ）（ｂ）にそれぞれ対応するＭＥＭ解析結果（ａ）（ｂ）をそれぞれ示す波形図である。It is a wave form diagram which respectively shows the MEM analysis result (a) (b) corresponding to FIG. 13 (a) (b) in 8th Embodiment, respectively.

符号の説明Explanation of symbols

１ 被検体
２ 超音波探触子
３ 振動子
４ 位置決め部
５ 駆動部
９ 受信手段
１１ 集束偏向部
１２ 走査部
１３ 探傷条件設定手段
１５ 信号処理手段
１６ 識別手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Subject 2 Ultrasonic probe 3 Vibrator 4 Positioning part 5 Drive part 9 Receiving means 11 Focusing deflection part 12 Scanning part 13 Flaw detection condition setting means 15 Signal processing means 16 Identification means

Claims (12)

異種金属で構成される溶接構造部分である被検体に超音波を送出すると共に前記被検体からの反射超音波を受容する複数個の振動子をアレイ状に備える超音波探触子と、前記被検体に対して前記超音波探触子を適正な位置に位置決めする位置決め部と、前記超音波探触子を適正な位置に移動させるために駆動する駆動部と、前記超音波探触子を用いて前記被検体の検査対象部位の所定位置に前記超音波のビームを集束および偏向させる集束偏向部と、前記超音波探触子に含まれる前記送出振動子群および前記受容振動子群を電子的に走査する走査部と、を備える超音波溶接欠陥探傷装置であって、
前記被検体としての前記溶接構造部分の溶接条件および前記被検体に超音波を送出する送出振動子群や前記反射超音波を受容する受容振動子群の選択条件を含む探傷条件を設定する探傷条件設定手段と、
前記走査部により前記超音波探触子を走査させながら前記送出振動子群から前記被検体へ送出された前記超音波が前記被検体で反射した前記反射超音波を受容した前記受信振動子群の受容超音波により超音波信号を受信する受信手段と、
前記受信手段により受信された前記超音波信号の信号波形を所定の信号処理法を用いて信号処理することにより前記超音波信号の特性値を算出する信号処理手段と、
前記信号処理手段により算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号における前記被検体の欠陥検出信号と前記溶接構造部分の組織の材料ノイズによる反射信号とを識別する識別手段と、
を備えることを特徴とする超音波溶接欠陥探傷装置。 An ultrasonic probe comprising an array of a plurality of transducers for transmitting ultrasonic waves to a subject, which is a welded structure portion made of a different metal, and receiving reflected ultrasonic waves from the subject; and the subject A positioning unit that positions the ultrasonic probe in an appropriate position with respect to a specimen, a drive unit that is driven to move the ultrasonic probe to an appropriate position, and the ultrasonic probe are used. A focusing deflection unit that focuses and deflects the ultrasonic beam at a predetermined position of the inspection target site of the subject, and the transmission transducer group and the reception transducer group included in the ultrasonic probe are electronically connected. An ultrasonic welding defect inspection device comprising:
A flaw detection condition for setting a flaw detection condition including a welding condition of the welded structure portion as the subject and a selection condition of a sending transducer group for sending ultrasonic waves to the subject and a receiving transducer group for receiving the reflected ultrasonic waves Setting means;
The receiving transducer group that has received the reflected ultrasound reflected from the subject by the ultrasound transmitted from the sending transducer group to the subject while scanning the ultrasound probe by the scanning unit. Receiving means for receiving an ultrasonic signal by receiving ultrasonic waves;
Signal processing means for calculating a characteristic value of the ultrasonic signal by performing signal processing on a signal waveform of the ultrasonic signal received by the receiving means using a predetermined signal processing method;
Identification means for identifying a defect detection signal of the subject in the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing means and a reflection signal due to material noise of the tissue of the weld structure portion;
An ultrasonic welding defect inspection device comprising: 前記探傷条件設定手段は、前記超音波探触子と前記被検体との間で超音波ビームを送出・受容するときに、前記送出振動子群および前記受容振動子群をそれぞれ構成する振動子を同一の個数に設定すると共に、前記被検体への前記超音波ビームの送信角度および前記被検体からの前記反射超音波の受信角度を同一に設定し、前記識別手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とをそれぞれ識別することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   The flaw detection condition setting means includes transducers that respectively constitute the transmission transducer group and the reception transducer group when transmitting and receiving an ultrasonic beam between the ultrasonic probe and the subject. The same number is set, the transmission angle of the ultrasonic beam to the subject and the reception angle of the reflected ultrasonic wave from the subject are set to be the same, and the identification unit is received by the reception unit. 2. The ultrasonic welding flaw detector according to claim 1, wherein the defect signal and the reflection signal are identified from the ultrasonic signal. 前記探傷条件設定手段は、前記超音波探触子と前記被検体との間で超音波ビームを送出・受容するときに前記被検体への前記超音波ビームの送信角度を所定角度に設定すると共に前記被検体からの前記反射超音波の受信角度を該被検体の内部の所定位置を音源位置として受信でき、かつ、前記被検体の探傷範囲の全てを網羅するように前記音源位置を順次変化させて求められた所定角度に設定し、前記識別手段は、前記探傷条件設定手段により変化させられた前記音源位置毎に前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記信号処理手段により算出された前記特性信号に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とをそれぞれ識別することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   The flaw detection condition setting means sets a transmission angle of the ultrasonic beam to the subject to a predetermined angle when an ultrasonic beam is transmitted / received between the ultrasonic probe and the subject. The reception angle of the reflected ultrasound from the subject can be received with a predetermined position inside the subject as a sound source position, and the sound source position is sequentially changed so as to cover the entire flaw detection range of the subject. The identification means calculates the ultrasonic signal received by the receiving means for each sound source position changed by the flaw detection condition setting means, by the signal processing means. The ultrasonic welding defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the defect signal and the reflection signal are identified from the ultrasonic signal based on the characteristic signal. 前記信号処理手段は、前記探傷条件設定部により設定された前記探傷条件としての受信角度に対するエコー振幅値の分布を前記特性値として算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記エコー振幅値の分布に基づいて前記受信手段により受信された前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   The signal processing means calculates, as the characteristic value, a distribution of echo amplitude values with respect to a reception angle as the flaw detection condition set by the flaw detection condition setting unit, and the identification means calculates the value calculated by the signal processing means. 2. The ultrasonic welding defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the defect signal and the reflection signal are identified from the ultrasonic signal received by the receiving unit based on a distribution of echo amplitude values. 前記信号処理手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法として高速フーリエ変換することにより前記特性値を算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記フーリエ変換による前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   The signal processing means calculates the characteristic value by performing a fast Fourier transform on the ultrasonic signal received by the receiving means as the predetermined signal processing method, and the identification means is calculated by the signal processing means. The ultrasonic welding defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the defect signal and the reflection signal are identified from the ultrasonic signal based on the characteristic value obtained by the Fourier transform. 前記信号処理手段は、前記特性値として前記高速フーリエ変換におけるスペクトル分布の半価幅、中心周波数、ピーク周波数、スペクトル面積の何れか１つまたは幾つかの組合せを用いることを特徴とする請求項５に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   6. The signal processing means uses any one or some combination of a half-value width, a center frequency, a peak frequency, and a spectrum area of a spectrum distribution in the fast Fourier transform as the characteristic value. The ultrasonic welding flaw detector described in 1. 前記信号処理手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法としてウェーブレット変換処理することによって前記特性値を算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   The signal processing means calculates the characteristic value by performing wavelet transform processing on the ultrasonic signal received by the receiving means as the predetermined signal processing method, and the identification means is calculated by the signal processing means. 2. The ultrasonic welding defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the defect signal and the reflection signal are identified from the ultrasonic signal based on the characteristic value. 前記信号処理手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法としての最大エントロピー法により信号処理することにより前記特性値を算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   The signal processing means calculates the characteristic value by performing signal processing on the ultrasonic signal received by the receiving means by a maximum entropy method as the predetermined signal processing method, and the identifying means includes the signal processing The ultrasonic welding defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the defect signal and the reflection signal are identified from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by a means. 前記信号処理手段は、前記特性値として前記最大エントロピー法による信号処理におけるスペクトル分布の中心周波数、ピーク周波数、半価幅の何れか１つまたは幾つかの組合せを用いることを特徴とする請求項８に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   9. The signal processing unit uses any one or some combination of a center frequency, a peak frequency, and a half-value width of a spectrum distribution in the signal processing by the maximum entropy method as the characteristic value. The ultrasonic welding flaw detector described in 1. 前記信号処理手段は、前記受信手段により受信された前記超音波信号を前記所定の信号処理法としてのスプリットスペクトラム法により信号処理することにより前記特性値を算出し、前記識別手段は、前記信号処理手段により算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とを識別することを特徴とする請求項１に記載の超音波溶接欠陥探傷装置。   The signal processing unit calculates the characteristic value by performing signal processing on the ultrasonic signal received by the receiving unit by a split spectrum method as the predetermined signal processing method, and the identification unit is configured to perform the signal processing. The ultrasonic welding defect inspection apparatus according to claim 1, wherein the defect signal and the reflection signal are identified from the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by a means. 異種金属で構成される溶接構造部分である被検体に超音波を送出すると共に前記被検体からの反射超音波を受容する複数個の振動子をアレイ状に備える超音波探触子と、前記被検体に対して前記超音波探触子を適正な位置に位置決めする位置決め部と、前記超音波探触子を適正な位置に移動させるために駆動する駆動部と、前記超音波探触子を用いて前記被検体の検査対象部位の所定位置に超音波ビームを集束および偏向させる集束偏向部と、前記超音波探触子に含まれる前記送出振動子群および前記受容振動子群を電子的に走査する走査部を用いて前記溶接構造部分の欠陥を探傷する超音波溶接欠陥探傷方法であって、
前記被検体としての前記溶接構造部分の溶接条件および前記被検体に超音波を送出する送出振動子群や前記反射超音波を受容する受容振動子群の選択条件を含む探傷条件を設定する探傷条件設定ステップと、
前記走査部により前記超音波探触子を走査させながら前記送出振動子群から前記被検体へ送出された前記超音波が前記被検体で反射した前記反射超音波を受容した前記受信振動子群の受容超音波により超音波信号を受信する受信ステップと、
前記受信ステップにより受信された前記超音波信号の信号波形を所定の信号処理法を用いて信号処理することにより前記超音波信号の特性値を算出する信号処理ステップと、
前記信号処理ステップにより算出された前記特性値に基づいて前記超音波信号における前記被検体の欠陥検出信号と前記溶接構造部分の組織の材料ノイズによる反射信号とを識別する識別ステップと、
前記識別ステップによる欠陥検出信号と反射信号との識別に基づいて前記溶接構造部分における欠陥の位置および深さを判定し評価する欠陥評価ステップと、
を備えることを特徴とする超音波溶接欠陥探傷方法。 An ultrasonic probe comprising an array of a plurality of transducers for transmitting ultrasonic waves to a subject, which is a welded structure portion made of a different metal, and receiving reflected ultrasonic waves from the subject; and the subject A positioning unit that positions the ultrasonic probe in an appropriate position with respect to a specimen, a drive unit that is driven to move the ultrasonic probe to an appropriate position, and the ultrasonic probe are used. And a scanning deflection unit for focusing and deflecting the ultrasonic beam at a predetermined position of the examination target site of the subject, and the transmission transducer group and the reception transducer group included in the ultrasonic probe are electronically scanned. An ultrasonic welding flaw detection method for flaw detection of a defect in the welded structure portion using a scanning unit that comprises:
A flaw detection condition for setting a flaw detection condition including a welding condition of the welded structure portion as the subject and a selection condition of a sending transducer group for sending ultrasonic waves to the subject and a receiving transducer group for receiving the reflected ultrasonic waves Configuration steps;
The receiving transducer group that has received the reflected ultrasound reflected from the subject by the ultrasound transmitted from the sending transducer group to the subject while scanning the ultrasound probe by the scanning unit. A receiving step of receiving an ultrasound signal by receiving ultrasound;
A signal processing step of calculating a characteristic value of the ultrasonic signal by performing signal processing on a signal waveform of the ultrasonic signal received by the receiving step using a predetermined signal processing method;
An identification step for identifying a defect detection signal of the subject in the ultrasonic signal based on the characteristic value calculated by the signal processing step and a reflection signal due to material noise of the tissue of the weld structure portion;
A defect evaluation step for determining and evaluating the position and depth of the defect in the welded structure portion based on the identification of the defect detection signal and the reflection signal by the identification step;
An ultrasonic welding flaw detection method comprising: 前記探傷条件設定ステップは、前記超音波探触子と前記被検体との間で超音波ビームを送出・受容するときに、前記送出振動子群および前記受容振動子群をそれぞれ構成する振動子を同一の個数に設定すると共に、前記被検体への前記超音波ビームの送信角度および前記被検体からの前記反射超音波の受信角度を同一に設定し、前記識別ステップは、前記受信ステップにより受信された前記超音波信号から前記欠陥信号と前記反射信号とをそれぞれ識別することを特徴とする請求項１１に記載の超音波溶接欠陥探傷方法。   In the flaw detection condition setting step, when transmitting and receiving an ultrasonic beam between the ultrasonic probe and the subject, transducers that respectively constitute the transmitting transducer group and the receiving transducer group The same number is set, the transmission angle of the ultrasonic beam to the subject and the reception angle of the reflected ultrasonic wave from the subject are set to be the same, and the identification step is received by the reception step. The ultrasonic welding defect inspection method according to claim 11, wherein the defect signal and the reflection signal are identified from the ultrasonic signal.
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