JP7453928B2 - 溶接部の超音波検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を用いて溶接部の検査を行う溶接部の超音波検査装置に関する。

一般に、被検査体の内部欠陥を検出する非破壊検査法の一つとして、超音波探傷法が様々な産業分野で用いられている。超音波探傷による欠陥検出は、超音波が欠陥箇所で反射する現象を利用して行われる。超音波探傷法では、超音波を送信・受信する超音波探触子を被検査体の表面に配置し、超音波探触子から超音波パルスを送信し、その反射エコーを超音波探触子で受信し、受信した反射エコーを信号処理することで、被検査体内部の欠陥の有無を判定する。

ここで、溶接には、母材の板厚方向を完全に溶け込ます完全溶け込みと、途中まで溶け込ます施工がある。後者の場合、母材に未溶着部が残る。溶接部に応力が加わる構造体の場合、母材に対する未溶着長さで静強度、疲労強度が変わってくるため、溶接施工後の未溶着長さを確認したいというニーズがある。超音波を用いて未溶着長さを検知する方法としては、例えば、特許文献１乃至３が知られている。

特許文献１に記載の従来技術は、溶接部における溶け込み残り部分としてのスリット部へ超音波を導入して、スリット部からの反射エコーにより溶接状態の良否を判定する手段として、予め実製品と共通した人工欠陥試験体によるデータを作成して、このデータに基づいて最適な探触子の探傷位置を測定し、検査結果を得るようにしたものである。特許文献１では、予め、異なる高さのスリット部を付与した複数個の人工欠陥試験体を製作して、これら各試験体について、探触子を特定位置からスリット部に対して接近・分離移動させた時の複数のエコー高さを測定し、これらの各試験体における複数位置でのエコー高さの測定結果をデータ化している。これらのデータのうち、溶接部の良否判定基準となる高さのスリット部を有する試験体の基準データを元に、他の試験体によるデータの値と前記基準データの値との差が明確に表れている部分での探触子の測定位置を決定して、この測定位置における各試験体のエコー高さを抽出したマスターデータを作成する。そして、検査対象である実製品の溶接部に対して、前記探触子測定位置でのスリット部のエコー高さを測定し、この実製品におけるエコー高さの測定値を前記マスターデータと照合して溶接状態の良否を判定するようにしている。

また、特許文献２に記載の従来技術は、校正用試験体を用いて感度校正レベルAcを設定し、超音波を送信して 面状欠陥の欠陥エコーを検出した後、校正用試験体の反射面積と、感度校正レベルと、検出位置におけるビーム径とを係数にもつ算出式を用いて面状欠陥の欠陥高さを推定するものである。

さらに、特許文献３に記載の従来技術は、クラッド鋼板溶接部の超音波探傷において、非溶け込み部からの反射エコ－高さを基準として感度設定を行い、溶接部の欠陥発生の有無を判定するものである。

特開２００４－３３３３８７号公報 特開２０１０―４３９８９号公報 特開２０００－１４６９２７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、あらかじめ試験体を用意しデータを取得する必要がある。また、溶接状態の良否を判定の記載はあるが、未溶着長さを算出具体的な方法については考慮されてない。

また、特許文献２に記載の従来技術では、面状欠陥の高さを算定するために、予め校正試験体を用いた準備が必要である。

さらに特許文献３に記載の従来技術では、非溶け込み部の長手方向垂直な面からの検査については記載されているが、その他の方向からの検査、換言すると、様々な方向に発生する非溶接部に対する検査方法については言及されていない。

本発明の目的は、溶接部における未溶着部分の長さの測定精度を向上させることのできる溶接部の超音波検査装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、２つの母材が溶接で接合された溶接部を有する被検査体に対して超音波探傷を行う超音波探触子を備えた溶接部の超音波検査装置であって、前記２つの母材の何れかの被検査体の探傷面に設置された前記超音波探触子とは別体で設けると共に、前記溶接部の表面に装着する探傷補助具を備え、前記探傷補助具は、前記超音波探触子からの超音波を反射する反射材を備え、前記反射材と前記溶接部の間にカップリング材を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、溶接部における未溶着部分の長さの測定精度を向上させることのできる溶接部の超音波検査装置を提供することができる。

本発明の実施例１に係る超音波検査装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る超音波検査装置を用いて被検査体６０６の未溶着部（ノッチ）の長さを測定する手順を示すフローチャートである。 図２のステップＳ１００における、超音波探傷の条件を設定する作業者の手順の例を示すフローチャートである。 表示部５００が表示する、超音波検査装置に超音波探傷の条件を設定する画面の例を示す図である。 表示部５００が表示する、超音波検査装置に超音波探傷の条件を設定する画面の例を示す図である。 構造体Ａと構造体Ｂを接合した状態を示す図である。 構造体Ａと構造体Ｂを接合した状態を示す図である。 超音波探触子２００が設置された被検査体６０６（構造材Ａ１，構造材Ｂ２）の一例を示す図である。 フェーズドアレイ方式による超音波探触子２００を示す図である。 超音波探触子２００が設置された被検査体６０６（構造材Ａ１，構造材Ｂ２）の一例を示す図である。 本発明の実施例１に係る超音波探触子２００及び探傷補助具３００が設置された被検査体６０６（構造材Ａ１，構造材Ｂ２）を示す図である。 本発明の実施例１に係る超音波探触子２００及び探傷補助具３００が設置された被検査体６０６（構造材Ａ１，構造材Ｂ２）を示す図である。 探傷補助具３００の構成を示す図である。 探傷補助具３００の構成を示す図である。 本発明の実施例１におけるコーナーエコーの表示例を示す図である。 本発明の実施例１における反射材エコーの表示例を示す図である。 本発明の実施例１における未溶着長さの測定結果の表示例を示す図である。 本発明の実施例１におけるフェーズドアレイ型超音波探触子と斜角セクタスキャンの様子を示す図である。 本発明の実施例１におけるセクタスキャンにより、構造物のコーナを抽出する際の超音波経路を示す図である。 探傷補助具３００と超音波探触子２００の代案を示す図である。 本発明の実施例２における未溶着長さが設計許容範囲を超えた状態の超音波経路を示す図である。 本発明の実施例２におけるフェーズドアレイ型の超音波探触子とシューと斜角リニアスキャンの様子を示す図である。 本発明の実施例２における探傷補助具一体型の超音波探触子を示す図である。 超音波探触子を溶接金属部と対向する位置に設置した状態（超音波探触子なし）を示す図である。 本発明の実施例３に係る超音波探触子を溶接金属部と対向する位置に設置した状態（超音波探触子あり）を示す図である。

以下、本発明の実施例について添付の図面を参照しつつ説明する。同様の構成要素には同様の符号を付し、同様の説明は繰り返さない。

本発明の各種の構成要素は必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、一の構成要素が複数の部材から成ること、複数の構成要素が一の部材から成ること、或る構成要素が別の構成要素の一部であること、或る構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複すること、などを許容する。

本発明の実施例１について、図１から図２０を用いて説明する。図１は、本発明の実施例１に係る超音波検査装置の全体構成を示すブロック図である。本実施例１による超音波検査装置は、被検査体６０６に超音波を入射する超音波探触子２００と、送受信部６００と、表示部５００を備え、被検査体６０６の溶接部を検査する。

被検査体６０６は、２つの母材が溶接で接合された溶接部を備え、母材の間の未溶着部であるノッチを有する。溶接部には、開先が設けられている。

超音波探触子２００は、超音波を発生するとともに、被検査体６０６から戻ってきた超音波を受信する複数の超音波素子（圧電振動素子）を備える。すなわち、超音波探触子２００は、複数の超音波素子を備えるフェーズドアレイ型の超音波センサであり、被検査体６０６に対して電子走査により超音波探傷を行うことができる。

超音波探触子２００は、被検査体６０６の探傷面に設置された後、送受信部６００から供給される駆動信号により超音波を発生し、発生した超音波を被検査体６０６に伝播させる。また、超音波探触子２００は、被検査体６０６に伝播させた超音波により現れる反射波を検知して、この反射波の受信信号を送受信部６００に出力する。

送受信部６００は、パルサー６０３、レシーバー６０４、遅延時間制御部６０２、制御部６０１、及びデータ収集部６０５を備え、超音波探触子２００により超音波の送信と受信を行う。

パルサー６０３は、駆動信号を超音波探触子２００に供給する。レシーバー６０４は、超音波探触子２００が送受信部６００に出力した受信信号を入力する。遅延時間制御部６０２は、駆動信号を超音波探触子２００の各超音波素子に供給するタイミングを制御し、複数の超音波素子が超音波を発生する時間差（遅延時間）を制御する。

制御部６０１は、超音波検査装置が被検査体６０６に超音波探傷を行えるように、パルサー６０３、レシーバー６０４、遅延時間制御部６０２、及びデータ収集部６０５を制御する。例えば、制御部６０１は、遅延時間制御部６０２とパルサー６０３が駆動信号を出力するタイミングと、レシーバー６０４が受信信号を入力するタイミングの双方を制御し、これによりフェーズドアレイ方式による超音波探触子２００の動作が得られるようにする。

フェーズドアレイ方式による超音波探触子２００の動作とは、超音波の焦点深さと入射角度を制御して超音波を送信し受信する動作のことである。この動作により、レシーバー６０４からデータ収集部６０５に受信信号が供給される。

データ収集部６０５は、レシーバー６０４から供給された受信信号を収集して処理し、制御部６０１に収集データとして出力する。

制御部６０１は、各超音波素子が得た受信信号の波形を遅延時間に応じて合成処理し、超音波の入射角度ごとの波形を画像処理して、表示部５００に出力する。

表示部５００は、受信信号と探傷画像を表示する。また、表示部５００は、後述するように、超音波探傷の条件を設定する画面などの作業者が超音波検査装置に情報を入力するための画面や、超音波検査装置が作業者に必要な情報を出力するための画面などを表示する。

さらに、超音波検査装置は、マウスなどの、作業者が超音波検査装置に情報を入力するための入力装置を備えてもよい。

図２は、本発明の実施例１に係る超音波検査装置を用いて被検査体６０６の未溶着部（ノッチ）の長さを測定する手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１００で、作業者は、超音波検査装置に超音波探傷の条件を設定する。作業者は、使用する超音波探触子の周波数、素子サイズ、素子ピッチ、素子数、さらに、屈折角（探傷範囲）、焦点距離、同時励振数、座標算出に必要な音速は、設計情報などを用い事前に決めておく。そして、作業者は、超音波探傷の条件を超音波検査装置に入力する。

図３は、図２のステップＳ１００における、超音波探傷の条件を設定する作業者の手順の例を示すフローチャートである。

ステップＳ７０１では、超音波探傷に使用する超音波探触子２００を選択する。使用する超音波探触子２００は、例えば、超音波探触子２００の番号で選択する。

ステップＳ７０２では、被検査体６０６の材料定数（母材中での音速）を設定する。

ステップＳ７０３では、超音波探触子２００で同時に励振する超音波素子の数（同時励振数）を設定する。

ステップＳ７０４では、探傷範囲、すなわち屈折角度、もしくはリニア走査範囲の最大値と最小値を設定する。また、探傷の細かさ（ピッチ）を設定する。

ステップＳ７０５では、超音波の焦点深さ（探傷距離）を設定する。

ステップＳ７０６では、超音波の取り込み路程を設定する。

ステップＳ７０７では、超音波の強さに関係するパルス電圧を設定する。

ステップＳ７０８では、超音波の周波数に関係するパルス幅を設定する。

ステップＳ７０９では、超音波を何回発生させるかに関係するバースト回数を設定する。

ステップＳ７１０では、超音波の感度（ゲイン）のうち、ベースゲイン、プリアンプゲイン、デジタルゲインを設定する。

以上の超音波探傷の条件は、図４と図５に示すような設定画面にて設定される。

図４及び図５は、表示部５００が表示する、超音波検査装置に超音波探傷の条件を設定する画面の例を示す図である。作業者は、表示部５００に表示された「条件設定１」の画面（図４）と「条件設定２」の画面（図５）により、超音波探傷の条件を超音波検査装置に入力する。

作業者は、超音波探傷の条件として、例えば、使用する超音波探触子２００について、周波数、超音波素子のサイズとピッチと数、屈折角度（探傷範囲）の最大値と最小値とピッチ、電子走査範囲の最小値、焦点距離、同時励振数、母材中での音速、及び超音波の取り込み路程などを設定する（図４）。音速は、ノッチの始端や終端の座標の算出に必要である。さらに、作業者は、超音波探傷の条件として、ベースゲイン、プリアンプゲイン、及びデジタルゲインというゲインについての項目（ゲイン１）を設定する（図５）。超音波探傷の条件には、パルス電圧と、パルス幅と、バースト回数と、探傷結果の表示方法（表示モード）なども含まれ、作業者は、これらの条件も設定することができる（図５）。

図６及び図７は、構造体Ａと構造体Ｂを接合した状態を示す図である。図６及び図７では、２つの母材である構造材Ａ１と構造材Ｂ２にレ型開先が設けられている。レ型開先には溶接金属が溶け込み、構造材Ａ１と構造材Ｂ２が接合されている。この時、未溶着部１０と呼ばれる溶接金属が溶け込んでいない部位が発生する。未溶着部１０には設計許容値が設定されている。例えば、実施例１では構造体Ｂにおける板厚の１／２程度の未溶着部１０を設計許容としている。

図６に示す例では、未溶着部１０が構造体Ｂの板厚の１／２程度となっており、設計許容値を満たしている。すなわち、溶接金属端部４が構造体Ｂにおける板厚の１／２以上となっている。

これに対し、図７に示す例では、未溶着部１０が構造体Ｂの板厚の１／２を超えており、設計許容値を満たしていない。すなわち、溶接金属端部５が構造体Ｂの板厚の１／２に達していない。

以下、未溶着部１０の長さを検出する方法について説明する。図８は超音波探触子２００が設置された被検査体６０６（構造材Ａ１，構造材Ｂ２）の一例を示す図、図９はフェーズドアレイ方式による超音波探触子２００を示す図、図１０は超音波探触子２００が設置された被検査体６０６（構造材Ａ１，構造材Ｂ２）の一例を示す図である。

図２のステップＳ１０１において、作業者は、ステップＳ１００で設定した超音波探傷の条件と、開先についての情報（例えば、開先の位置や形状についての情報）と、溶接金属部３の形状を考慮し、図８に示すように、未溶着の端部が存在する領域が含まれるように探傷するために必要十分な位置を予め想定しておき、その場所に超音波探触子２００を被検査体６０６（構造材Ｂ２）に設置する。図８では、未溶着部１０が設計許容の状態にある。

ステップＳ１０２において、超音波検査装置は、リニアスキャンで被検査体６０６に超音波探傷を行う。超音波探触子２００は、ステップＳ１００で設定した複数の感度で超音波探傷を行う。超音波検査装置の制御部６０１は、それぞれの感度での超音波探傷波形を収集する。

ステップＳ１０３において、超音波検査装置の制御部６０１は、リニアスキャンで取得した各感度での超音波波形に基づき探傷画像化する。このとき、超音波探触子２００から発射された超音波は、図８の超音波経路１００ａ，１００ｂ，１００ｃで示すように構造材Ｂ２の内部を通り、構造材Ｂ２の端部で反射する。また、超音波探触子２００から発射された超音波は、構造材Ａ１と構造材Ｂ２の未溶着部１０においては反射し、構造材Ａ１と構造材Ｂ２の溶接金属部３においては透過する。よって、超音波検査装置の制御部６０１は、超音波が戻る部位と、戻らない部位の境界を抽出することにより未溶着部１０の長さを測定することができる。ここで、リニアスキャンは、図９で示すようなフェーズドアレイ方式による超音波探触子２００を用いて行う。フェーズドアレイ方式による超音波探触子２００では、複数の超音波素子２０１が備えられており、被検査体６０６を透過する複数の超音波経路１００ａ，１００ｂ，１００ｃを形成する。

一方、図１０に示すように、未溶着部１１が設計許容範囲を超えた（設計非許容）状態においては、未溶着部１１で反射した超音波は、溶接金属部３の表面に到達する。この際、溶接金属部３の表面の形状は平ら（平面）ではなく、凹凸があるため、超音波の反射方向が変わり、超音波が超音波探触子２００に戻ってこない場合がある。すなわち、超音波検査装置の制御部６０１は、設計許容範囲を超えた未溶着部１１においても溶接金属が溶け込んでいると誤認識する場合がある。

これを解決するための手段について以下説明する。図１１及び図１２は、本発明の実施例１に係る超音波探触子２００及び探傷補助具３００が設置された被検査体６０６（構造材Ａ１，構造材Ｂ２）を示す図であり、図１１は設計許容である未溶着部１０のみが存在する場合を示しており、図１２は非設計許容である未溶着部１１が存在する場合を示している。また、図１３及び図１４は、探傷補助具３００の構成を示す図である。

図１１及び図１２に示すように、溶接金属部３（溶接部）の表面には、探傷補助具３００を設置する。未溶着部が設計許容範囲（未溶着部１０）にある場合、図１１に示すように、探傷補助具３００を設置しない場合と超音波経路は変わらない。

一方、図１２に示すように未溶着部が設計許範囲を超えている場合、未溶着部１１で反射した超音波（超音波経路１０１ａ）は、探傷補助具３００内を通過して探傷補助具３００の端部で反射する。

図１３に示すように探傷補助具３００は、接触媒質としてのカップリング材３０１と、超音波を伝播する遅延材３０２と、超音波探触子２００からの超音波を反射する反射材３０３から構成されている。遅延材３０２はカップリング材３０１と反射材３０３との間に配置される。一例としてカップリング材３０１はグリセリン等が用いられ、遅延材３０２はアクリル樹脂、ポリエチレン樹脂等の樹脂が用いられ、反射材はアルミニウム等の金属が用いられる。図１３の左図に示すように、探傷補助具３００の遅延材３０２には予めカップリング材３０１が備えられており、この探傷補助具３００のカップリング材３０１を溶接金属部３に接触させ、探傷補助具３００を溶接金属部３の表面に装着する。溶接金属部３の表面には凹凸が形成されているが、この凹凸にカップリング材３０１が入り込んで隙間を埋め、溶接金属部３と探傷補助具３００とが密着する。

カップリング材３０１は溶接金属部３側に設けるようにしても良い。図１４に示す探傷補助具３００ａは、遅延材３０２と、反射材３０３から構成されている。遅延材３０２は反射材３０３の溶接金属部側に配置され、反射材３０３とカップリング材３０１の間に位置している。図１４の左図に示すように、溶接金属部３には予めカップリング材３０１ａが備えられており、この探傷補助具３００ａの遅延材３０２側をカップリング材３０１ａが備えられた溶接金属部３に接触させる。すなわち、遅延材３０２と溶接金属部３との間にはカップリング材が備えられる。溶接金属部３の表面には凹凸が形成されているが、この凹凸にカップリング材３０１が入り込んで隙間を埋め、さらにカップリング材３０１ａは探傷補助具３００ａの遅延材３０２と接触し、溶接金属部３と探傷補助具３００とが密着する。

図１３及び図１４のように溶接金属部３の表面にカップリング材３０１を接触させることにより、溶接金属部３の表面の凹凸が埋められ、溶接金属部３の表面での反射はなくなり（弱まり）超音波は遅延材３０２へと導かれる。遅延材３０２を通過することにより超音波の伝播に遅れが生じ波形弁別が容易になる。その後、超音波は反射材３０３で反射される。反射材３０３は平坦面であるので、反射材３０３で反射した超音波は、図１２に示すように、超音波探触子２００の超音波出射点に確実に戻るようになり、未溶着部の長さの測定が確実に行えるようになる。なお、図１３及び図１４の構成において、探傷補助具３００は反射材３０３のみ、或いは反射材３０３とカップリング材３０１を組み合わせて構成してもよい。その場合であっても、カップリング材３０１は反射材３０３と溶接金属部３の間に備えるようにする。

その後、図２のステップＳ１０４において、制御部６０１は反射材からのエコーを抽出する。反射材からのエコー抽出方法について図１５及び図１６を用いて説明する。

図１５は本発明の実施例１におけるコーナーエコーの表示例を示す図、図１６は本発明の実施例１における反射材エコーの表示例を示す図である。図１５は未溶着部が設計許容の範囲にある場合、図１６は未溶着部が設計許容の範囲を超えている場合を示している。

表示部５００には構造材Ａ１、構造材Ｂ２、超音波探触子２００、探傷補助具３００が表示されている。構造材Ｂ２’は、構造材Ｂ２を線Ｌ１で折り返した画像であり、探傷補助具３００及び溶接金属部３は線Ｌ１で折り返した後、さらに線Ｌ２で折り返した位置に表示している。

図１５及び図１６において、反射材３０３の位置は超音波探触子２００から直線的な位置に仮想配置される。反射材の位置は設計情報から概ね把握できるので、概略位置を求めておき、探傷画像から波形のピーク値を抽出し、正確な位置を自動で処理しても良く、またマウスクリックなど手動で指定しても良い。

次に、図２のステップＳ１０５において、制御部６０１は位置を特定した反射材３０３からのエコーの経路表示を行う。図１７は本発明の実施例１における未溶着長さの測定結果の表示例を示す図である。図１７において、制御部６０１は、溶接金属部端部近傍を通る反射材からのエコー経路７００（直線）を表示部５００に表示する。また、設計上の未溶着部が生じる位置を示すガイド線７０１（直線）を表示する。

図２のステップＳ１０６において、設計上の未溶着部が生じる位置を示すガイド線７０１（直線））と、溶接金属部端部近傍を通る反射材からのエコー経路７００（直線）との交点を抽出する。この交点が未溶着部の端部となることから、制御部６０１は抽出した未溶着部端部の座標を算出する（図２のステップＳ１０７）。

次に、図２のステップＳ１０８において、セクタスキャンで超音波探傷を行う。図１８は本発明の実施例１におけるフェーズドアレイ型超音波探触子と斜角セクタスキャンの様子を示す図である。図１９本発明の実施例１におけるセクタスキャンにより、構造物のコーナを抽出する際の超音波経路を示す図である。

セクタスキャンは、図１６で示すようなフェーズドアレイ型の超音波探触子２００を用いて行う。超音波探触子２００は、複数の超音波素子２０１を備えており、超音波経路１０３に示すように超音波を斜めに傾け、扇状に振ってスキャンを行う。

次に、ステップＳ１０９において、制御部６０１は、セクタスキャンで取得した波形に基づき探傷画像化する。このとき、図１９に示すように、構造材Ｂ２のコーナ部では、超音波は反射し、超音波探触子２００に戻ってくる特徴がある。そこで、図２のステップＳ１１０において、制御部６０１は、上記特徴を利用し、コーナーエコーを抽出する。図１９に示すようにコーナの位置は設計情報から概ね把握できるので、概略位置を求めておき、探傷画像から波形のピーク値を抽出し、正確な位置を自動で処理する。或いは、コーナの位置はマウスクリックなどを使用して手動で指定しても良い。

次に、ステップＳ１１１において、制御部６０１は、構造材Ｂ２のコーナ部の座標を算出する。

最後に、ステップ１１２において、制御部６０１は、ステップＳ１０７で抽出した未溶着部端部の座標と、ステップＳ１１１で抽出したコーナー部の座標を用い、未溶着長さを算出する。座標の算出結果や未溶着長さは、図１７で示すように表示部５００に表示する。この際、合格、もしくは、不合格の判定結果を併せて表示するようにしても良い。

実施例１によれば、溶接金属部３に反射材３０３を備えた探傷補助具３００を接するようにしているので、表面に凹凸がある溶接金属部３においても超音波探触子２００から出力された超音波をレシーバー６０４に戻すことができ、溶接金属部３における未溶着部分の長さの測定精度を向上させることができる。

上記した説明では、探傷補助具３００は超音波探触子２００と別体に設けるようにしたが、例えば、図２０に示すように探傷補助具３００と超音波探触子２００を一体に設けるようにしても良い。図２０は、探傷補助具３００と超音波探触子２００の代案を示す図である。超音波探触子２００には、固定治具３０４が取り付けられており、この固定治具３０４に探傷補助具３００を固定する。探傷補助具３００は、溶接金属部３の位置に合わせ、固定治具３０４に傾斜して固定されている。

代案によれば、探傷補助具３００と超音波探触子２００を一体的に固定する固定治具３０４を用いているので、超音波探触子２００及び探傷補助具３００の被検査体６０６への装着作業工程を短縮でき、作業性を向上することができる。

本発明の実施例２について、図２１から図２３を用いて説明する。図２１は本発明の実施例２における未溶着長さが設計許容範囲を超えた状態の超音波経路を示す図、図２２は本発明の実施例２におけるフェーズドアレイ型の超音波探触子とシューと斜角リニアスキャンの様子を示す図、図２３は本発明の実施例２における探傷補助具一体型の超音波探触子を示す図である。

実施例２において、実施例１と異なるところは、超音波探触子にシューを取付けたことにある。実施例１と共通の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図２１及び図２２において、被検査体６０６である構造材Ｂ２には超音波探触子２０２からの超音波の入射角を変更するシュー２０３が接している。シュー２０３は図２１に示す紙面上において台形に形成されている。シュー２０３の一部には被検査体６０６に対して傾斜する傾斜面２０３ａが形成されており、この傾斜面２０３ａに超音波探触子２０２が接するよう配置している。

実施例１では、超音波探触子２００から出力した超音波を超音波探触子２００の出力面から傾けて構造材Ｂ２に入射させていたが、実施例２では超音波探触子２０２から出力した超音波を超音波探触子２００の出力面から傾けることなく構造材Ｂ２に入射させている。

実施例２によれば、実施例１の効果に加え、上記のように構成することにより、超音波探触子２０２から出力する超音波を振る範囲を広げることができ、探傷範囲を拡大することができる。

上記した説明では、探傷補助具３００は超音波探触子２０２と別体に設けるようにしたが、例えば、図２３に示すように探傷補助具３００と超音波探触子２００を一体に設けるようにしても良い。図２３では、探傷補助具３００と超音波探触子２０２の代案を示している。超音波探触子２０２には、シュー一体固定治具３０５が取り付けられており、このシュー一体固定治具３０５に探傷補助具３００を固定する。シュー一体固定治具３０５に探傷補助具３００は、探傷補助具３００と超音波探触子２０２とを一体的に固定し、この状態で被検査体６０６に接するよう配置する。シュー一体固定治具３０５は被検査体６０６に対して傾斜する傾斜面を備え、この傾斜面に超音波探触子２０２を配置している。

代案によれば、探傷補助具３００と超音波探触子２０２を一体的に固定するシュー一体固定治具３０５を用いているので、超音波探触子２０２及び探傷補助具３００の被検査体６０６への装着作業工程を短縮でき、作業性を向上することができる。

本発明の実施例３について、図２４及び図２５を用いて説明する。図２４は超音波探触子を溶接金属部と対向する位置に設置した状態（超音波探触子なし）を示す図、図２５は本発明の実施例３に係る超音波探触子を溶接金属部と対向する位置に設置した状態（超音波探触子あり）を示す図である。

図２４において、超音波探触子２０２は溶接金属部３とは対向する位置、すなわち反対の面に設置されている。この時、図２４に示すように、未溶着部分では超音波は反射し、溶け込み部分では超音波は透過する。この際、溶接金属部３の表面の形状が平ら（平面）ではなく、凹凸があるため、超音波の反射方向が変わり、超音波探触子に戻ってこない場合がある。すなわち、溶け込んでいると誤認識する場合がある。

そこで、実施例３では、実施例１と同様に、図２５に示すように、溶接金属部３の表面に探傷補助具３００を装着する。溶接金属部３を挟んで探傷補助具３００と対向する位置には、構造材Ａ１（被検査体６０６）に接するシュー２０３を備えている。シュー２０３は探傷補助具３００と対向する傾斜面を備えており、この傾斜面に超音波探触子２０２を配置している。未溶着部が設計許容範囲の場合、実施例１と同様に、探傷補助具３００を設置しない場合と超音波経路は変わらない。一方、図２５に示すように未溶着部が設計許範囲を超えている場合、未溶着部１１で反射した超音波は、探傷補助具３００内を通過して反射材で反射し、超音波探触子２０２の超音波出射点に確実に戻るようになるため、実施例１と同様に未溶着長さを安定に算出することが可能となる。それ以外は、実施例１と同じであるので、説明は省略する。

実施例３によれば、溶接金属部３に反射材を備えた探傷補助具３００を接するようにしているので、表面に凹凸がある溶接金属部３においても超音波探触子２０２から出力された超音波をレシーバー６０４に戻すことができ、溶接金属部３における未溶着部分の長さの測定精度を向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。上述した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。

１…構造材Ａ、２…構造材Ｂ、３…溶接金属部、４…溶接金属端部（設計許容）、５…溶接金属端部（設計非許容）、１０…未溶着部（設計許容）、１１…未溶着部（設計非許容）、２００，２０２…超音波探触子、２０３…シュー、３００…探傷補助具、３０１…カップリング材、３０２…遅延材、３０３…反射材、３０５…シュー一体固定治具、５００…表示部、６００…送受信部、６０１…制御部、６０２…遅延時間制御部、６０３…パルサー、６０４…レシーバー、６０５…データ収集部、６０６…被検査体

Claims (9)

1. ２つの母材が溶接で接合された溶接部を有する被検査体に対して超音波探傷を行う超音波探触子を備えた溶接部の超音波検査装置であって、
   前記２つの母材の何れかの被検査体の探傷面に設置された前記超音波探触子とは別体で設けると共に、前記溶接部の表面に装着する探傷補助具を備え、
   前記探傷補助具は、前記超音波探触子からの超音波を反射する反射材を備え、
   前記反射材と前記溶接部の間にカップリング材を備えたことを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
2. 請求項１において、
   前記探傷補助具は、前記超音波探触子からの超音波を伝播する遅延材を備え、
   前記遅延材は前記カップリング材と前記反射材の間に備えたことを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
3. 請求項２において、
   前記カップリング材は、前記探傷補助具に備えたこと特徴とする溶接部の超音波検査装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記カップリング材はグリセリンであることを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
5. 請求項２又は３において、
   前記遅延材は樹脂であることを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
6. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記反射材は金属であることを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
7. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記超音波探触子は前記溶接部側に配置したことを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
8. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記被検査体に接するシューを備え、
   前記シューは前記被検査体に対して傾斜する傾斜面を備え、
   前記傾斜面に前記超音波探触子を配置したことを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
9. 請求項１乃至３の何れか１項において、
   前記溶接部を挟んで前記探傷補助具と対向する位置に、前記被検査体に接するシューを備え、
   前記シューには前記探傷補助具と対向する傾斜面を備え、
   前記傾斜面に前記超音波探触子を配置したことを特徴とする溶接部の超音波検査装置。

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