管体的品质管理方法和制造方法

专利名称：管体的品质管理方法和制造方法
技术领域：
本发明涉及用于通过超声波探伤(ultrasonic flaw detection)高精 度地检测在焊接钢管(welded steel pipe)的焊接部产生的微小的缺陷 的管体的品质管理方法(quality control method)和制造方法。
背景技术：
在焊接钢管中焊接部的品质非常重要，在制造工序中一般通过超 声波斜角探伤进行焊接部的在线探伤。该方法如下使超声波相对于 被检测材料的检测面倾斜地入射，由缺陷反射的反射波检测被检测材 料的内外表面缺陷和内部缺陷。通常，例如在电阻焊钢管(electric resistance welded steel pipe) 中应用由 5MHz且具有45°折射角 (refractive angle)的超声波束(ultrasound beam)进行的反射法 (reflection method)，检测出mm级大小的缺陷，例如熔化不良(poor penetration)，熔蚀(burn-through)、由夹杂物(inclusion)引起的裂 纹等缺陷。
另一方面，最近以来对焊接钢管的品质要求变得严格，要求检测 比以往更小的缺陷。例如，在电阻焊钢管中冷接缺陷、微小穿透缺陷 (micropenetrator)、在激光焊接钢管(laser welded pipe)中气孔 (blowhole)等中，上述缺陷的大小为数10um-数lOOum，非常微小。 并且，产生位置是沿着焊接线(weld line)从内表面至外表面的任意部 位都有产生的可能性，因缺陷的位置不同，超声波束的入射点和回归 点不同。由于上述影响，因而用以往实际应用的超声波探伤法不能检 测的情况较多，要求可用于钢管焊接部的品质管理(quality control)的 能够精度更高地进行检测的技术。作为检测用于焊接钢管的品质管理的微小缺陷的方法，至今公开
有如下现有技术。在日本特开昭60-205356号公报中，在斜角探伤(angle beam testing)中使用频率(frequency)在8MHz以上的点聚焦型探头
(point focus type probe)，提高相对于穿透缺陷的检测能力。并且， 在日本特开平11-183446号公报中，通过阵列探头(arrayprobe)形成 焦点束(focus beam)而提高检测能力，利用扇形扫描仪(sectorscan) 对焊接部的内表面侧至外表面侧进行扫描而能够检测气孔。
并且，在日本特开昭61-111461号公报中，设超声波的频率为 25MHz以上、500MHz以下，以入射角0°以上、20°以下从管外表面 侧向焊接部入射，由此能够检测数"m以下的微细的FeO成群夹杂的 冷接缺陷。并且，在日本特开平7-35729号公报中，使用多个频率为 20MHz-80MHz的点聚焦型探头，使聚焦位置距焊缝正上方成3mm以 下间距地进行配置，由此能够检测出0.1mm以上的气孔。
其中，在发明内容中，由于引用下述日本特开平4-274756号公报 和日本钢铁协会编"超声波探伤系列(II)焊接钢管的超声波探伤法" 1988年、28~31页，因而在此一并记载。
但是，在上述公开技术中，存在如下所述的问题。首先，在日本 特开昭60-205356号公报的方法中，由于聚焦的超声波的波束宽度狭 窄，因而要对焊接部的深度方向(钢管的壁厚方向)的整个区域无遗 漏地进行探伤，需要很多通道(channel)，因此设备成本变高，而且 管的尺寸(size)变化时的位置调整(centering control)等非常麻烦。 并且，在缺陷形状(flaw shape)不是气孔而是如穿透缺陷或冷接一样 以面状位于壁厚内部的情况下，反射波(reflected wave)在与入射方向 不同的方向行进，因而检测变得困难。
并且，在日本特开平11-183446号公报的方法中，由于阵列探头l 个即可，尺寸变换时的设定也可以通过电子方式进行，因而虽然没有在日本特开昭60-205356号公报所示的前一个问题，但关于后一个问题 依然没有解决。
并且在缺陷形状如上所述为面状的情况下，例如在电阻焊钢管中， 由于对焊缝部进行缩锻(upset)，因而从焊缝正上方观察的缺陷的宽 度为100um以下，非常细小，即使在日本特开平11-183446号公报和 日本特开平7-35729号公报的方法中，实际上来自缺陷的反射波非常弱 而检测困难的情况也较多。并且，由于表面回波附近的1 2mm左右 因表面回波的反响成为失效带(dead zone)，因而在缺陷的位置位于 外表面附近的情况下存在不能检测的问题。
由此，在检测在焊接钢管的管轴方向的焊接部上产生的数100ii m 程度以下的微小缺陷的技术中，由于检测性能不充分等问题，难以应 对近年来要求的严格的品质管理，希望开发出解决这些问题的技术。

发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于即使对要求严格的 品质管理的电阻焊钢管也能可靠地进行其品质管理。
为了解决上述问题，具体提供如下方案。
本发明技术方案1的发明为一种管体的品质管理方法，其特征在 于，至少在管轴方向上对管体的焊接部进行超声波探伤，利用管厚方 向和管轴方向的规定面积单位的测定值，评价管体的品质。
并且，本发明技术方案2的发明的特征在于，在技术方案l所述 的管体的品质管理方法中，上述规定面积的一边的长度在超声波束宽 度以上、管厚以下。
并且，本发明技术方案3的发明的特征在于，在技术方案1或技术方案2所述的管体的品质管理方法中，在使上述规定面积向管轴方 向偏离的同时评价管体的品质。
并且，本发明技术方案4的发明的特征在于，在技术方案1至技
术方案3中任一项所述的管体的品质管理方法中，在使上述规定面积
向管厚方向偏离的同时评价管体的品质。
并且，本发明技术方案5的发明的特征在于，在技术方案l至技 术方案4中任一项所述的管体的品质管理方法中，利用上述规定面积 内的测定值的平均值，评价管体的品质。
并且，本发明技术方案6的发明的特征在于，在技术方案5所述 的管体的品质管理方法中，求出管厚方向的规定面积中与管轴方向相 同位置处的最大平均值，利用该最大平均值，评价管体的品质。
并且，本发明技术方案7的发明的特征在于，在技术方案5所述 的管体的品质管理方法中，求出管厚方向的规定面积中与管轴方向相 同的位置的管厚方向规定范围的最大平均值，利用该最大平均值，评 价管体的品质。
并且，本发明术方案8的发明的特征在于，在技术方案6或技术 方案7所述的管体的品质管理方法中，在图表中表示每个管轴方向位 置的所述最大平均值。
并且，本发明技术方案9的发明的特征在于，在技术方案l至技 术方案8中任一项所述的管体的品质管理方法中，利用具有发射接收 部的超声波探伤装置进行上述超声波探伤，该发射接收部包括发射 部，相对于管体的管轴方向焊接部的焊接面发射超声波；和接收部， 接收所述焊接面上的一部分或全部反射波；所述发射部和所述接收部 由沿管体圆周方向配置的一个或两个以上的阵列探头上的不同的振子组构成。
并且，本发明技术方案10的发明的特征在于，在技术方案9所述 的管体的品质管理方法中，上述发射部，以相对于管体的管轴方向焊
接部的焊接面和所述管体的内表面分别以33.2°至56.8°的范围内的 角度入射的方式发射超声波，上述接收部，接收相对于上述焊接面上 的正反射方向朝-12°至16°的范围内的方向反射的一部分或全部反射 波。
并且，本发明技术方案11的发明的特征在于，在技术方案10所 述的管体的品质管理方法中，使超声波焊接面上的波束宽度为0.5mm 至2.5mm的范围。
并且，本发明技术方案12为一种管体的制造方法，其特征在于， 包括制造管体的制造步骤；和品质管理步骤，利用技术方案1至技 术方案11中任一项所述的品质管理方法，对由该制造步骤制造出的管 体进行品质管理。
其中，发射波束的聚焦位置和接收波束的聚焦位置不必是一点， 是相当于发射波束、接收波束聚焦的位置处的波束宽度的区域范围， 在管体的剖面内和与其垂直相交的管轴方向上也具有波束宽度，该值 由材料、超声波参数决定。
通过本发明，由于能准确地判断检测穿透缺陷的缺陷，因而可改 善焊接工艺而防止产生对焊接钢管焊接部的机械特性产生影响的微小 缺陷，或可在制造工序中进行选择而防止缺陷流出，能飞跃性地提高 焊接钢管的品质，可在以往以上的严酷的使用条件下使用。


图1是表示在发明人的调查中判断的微小穿透缺陷的种类的透视图。
图2是表示进行夏比冲击试验(charpy impact test)的样品结果的图。
图3是表示用于说明本发明原理的焊缝切割材料(seam slice material)的C扫描方法(C scan method)的透视图。
图4A至图4D是表示同上的50MHz波束直径lOOixm下的C扫 描结果的图。
图5A至图5D是表示同上的50MHz波束直径250u m下的C扫 描结果的图。
图6是反射源分散存在时的检测图像图。
图7是表示进行C扫描与夏比冲击试验的对比实验的功能构成例的图。
图8表示用于说明本发明原理的、C扫描与夏比冲击试验的对比 的透视图。
图9A、图9B是表示同上的C扫描数据处理的图。 图IO是将同上的C扫描回波高度和夏比吸收能比较而表示的图。 图ll是表示进行C扫描与夏比冲击试验的对比实验的功能构成例 的图。
图12是表示应用C扫描的本发明中数据处理流程的图。
图13是根据本发明的规定面积扫描的一例的图。
图14是说明串联法的原理的图。
图15A至图15D是表示串联法中扫描的顺序例的图。图16是表示应用串联法的超声波探伤装置的功能构成例的图。
图17是表示在本发明中应用串联法的功能构成例的图。
图18是表示应用串联法的本发明中数据处理流程的图。
图19是表示根据本发明的规定面积扫描的另一例的图。
图20是表示同上的规定面积扫描的又一例的图。
图21A至图21C是表示波束尺寸和信号强度的关系的图。
图22是表示开口宽度和波束尺寸的关系的图。
图23A至图23C是说明缺陷的大小和反射指向性的关系的图。图24是说明反射特性的图。
图2 5是说明钢管中的波型变换损失的图。
图2 6是说明赋予各振子的延迟时间的计算的图。
图27A、图27B是表示扫描线(scanning line)和代表点的探伤条
件计算结果的一例的图。
图28A、图28B是表示关于扫描线A计算延迟时间的结果和发射
的原理的图。
图29A、图29B是表示关于扫描线C计算延迟时间的结果和接收 的原理的图。
图30是表示聚焦系数和波束尺寸的关系的图。 图31是说明本发明的实施例的图。
标号说明
-钢管、2…焊接部、3…缺陷、4…水、5…线性阵列探头 -发射用的振子组、7…接收用的振子组、8…发射波束 "接收波束、10…探伤条件计算部、11…延迟时间设定部 :…脉冲发生器、13…线性阵列探头的振子、14…接收放大器 ;…延迟时间设定部、16…合成处理部、17…门评价部 )…被检测体尺寸输入部、31…阵列探头存储部 :…开口宽度控制部、33…门位置存储部 […阵列发射规则存储部、35…阵列接收规则存储部 ;…阵列发送部、37…阵列接收部、38…门部 )…判断阈值输入部、40…缺陷判断部
具体实施例方式
本发明人进行了深入研究，结果得到下述新的有用的见解电阻 焊钢管的管轴方向焊接面的机械特性，虽然受到在焊接部上残留的微 小穿透缺陷等微小缺陷存在的影响，单体的缺陷尺寸小至不会成问题 的程度，但其存在量(一定面积内存在的缺陷数量)与焊接部的机械 特性有较大关系。起初，发明人认为对电阻焊管焊接部的机械特性产生较大影响的 是穿透缺陷的尺寸，如果存在于焊接部上的穿透缺陷的尺寸小至一定 程度，则机械特性优良。研究用于检测这些缺陷的探伤方法的结果， 想到了使接收的超声波束直径小于现有的超声波探伤法，而检测这些 缺陷的技术。但是，利用该使波束直径变小了的超声波探伤技术，评
价穿透缺陷的有无，比较其结果和机械特性(mechanical properties)， 与假设的结果完全不同。即，得到了如下结果有时在检测出穿透缺 陷的情况下机械特性也良好，反之，有时在没有检测出穿透缺陷的情 况下机械特性也不好。然后，发明人进行了更详细的研究，结果发现 下述以往不知道的非常有益的见解数Pm的微小缺陷大面积分散的 形态的穿透缺陷与机械特性相关。从而开发出了用于检测该情况的超 声波探伤技术。
在这里，利用图1说明穿透缺陷的形态。起初，对机械特性产生 影响的穿透缺陷等微小缺陷的形态被认为是，在钢管l的焊接部2中， 如3a所示的原本数wm的氧化物(oxide)(主要为Si-Mn系)在数 10~数100"m大小的区域密集(聚集)的形态，外表上被认为是一个 缺陷(在本说明书中记载为聚集型穿透缺陷)。但是，通过发明人的 调査，了解到如3b所示的、表示数um的氧化物大量分布在大范围内 的形态的穿透缺陷(在本说明书中记载为分散存在型穿透缺陷)的存 在。该分散存在型穿透缺陷，在现有的检测方法中不能明确地检测出 来，由于密度稀而剖面观察很难，因而不清楚，但发明人详细调査后 的结果首次证明，其对于机械特性的评价、特别是特性优良级别(要 求严格品质管理的级别)的评价时，是重要的检测对象。并且，根据 该见解，想到了进行电阻焊钢管的焊接部的品质管理的发明。
图2是从样品管切出夏比试验片(charpyspecimen)后进行夏比冲 击试验的结果。在夏比冲击试验的结果中，样品A(样品数量为3个) 表示吸收能在400J以上的良好的机械特性，样品B (样品数量为3个)表示吸收能在200J左右的机械特性。
在切出这些夏比试验片的附近，如图3所示，利用在沿圆周方向
距焊接面4mm的位置切出(切片)电阻焊管1的管轴方向焊接面焊接 部2的样品S，通过利用了聚焦型超声波探头50的C扫描法，相对于 所切出的面进行焊接部的探伤，与夏比冲击试验的结果进行了比较。 首先，发明人考虑到在上述数10~数100ym的区域密集的聚集型穿透 缺陷的存在对焊接部的机械特性产生影响，为了检测出该情况，利用 频率50MHz的聚焦型超声波探头(focusing-type ultrasound probe) 50， 集中在波束宽度100lim进行了探伤。其结果表示在图4A至图4D中。 图4A为样品A的C扫描数据，横轴为管轴方向，纵轴为厚度方向， 用浓淡(信号强度越大越白)表示信号强度。图4B是对图4A的数据， 在管轴方向相同位置关于厚度方向选取信号强度最大值的数据，设横 轴为管轴方向位置、纵轴为信号强度最大值作图。同样，图4C、图4D 是关于样品B的超声波探伤结果。其中，在图4B、图4D的结果中， 在纵轴上表示由厚度方向的信号强度最大值推测的缺陷直径的值。在 样品A中大量发现相当于缺陷直径50P m以上的信号强度的缺陷指示 (与上述聚集型穿透缺陷对应)散布，在样品B中，几乎没发现这种 散布的缺陷指示。其结果显示，即使存在聚集型穿透缺陷，机械特性 也良好，相反，在几乎没检测出穿透缺陷的样品中，吸收能也低，这 是与发明人起初想到的结果完全相反的结果。
接着，发明人多种多样地改变测定条件后进行了测定。其中，可 知尝试扩大波束直径时(具体而言从100um扩大至250wm)，可得 到至今无法确认的信号。将该结果表示在图5A至图5D中。关于在夏 比冲击试验中机械特性良好的样品A,与图4A、 4B相同地，将大大低 于缺陷直径40wm的、相当于缺陷直径25um程度的信号级别作为基 础，确认了一些地方为缺陷直径100um程度的信号级别高的缺陷信 号。另一方面，关于样品B，与图4C、 4D相同地，虽然没有信号级别 高的缺陷信号，但确认了表示相当于缺陷直径40"m程度的信号强度的信号(在图中图像中淡且薄地显示)贯穿管轴方向的全长。根据以 上结果，发明人得出下述见解信号级别为并不高的缺陷直径40"m 程度但广泛分布的缺陷，较大地影响焊接部的机械特性。
并且，用电子显微镜调査该样品B的剖面时，确认了在样品B中 观察到的缺陷指示部中，每个大小为5ym 20wm的微小的氧化物(微 小穿透缺陷)稀疏地存在。证实了C扫描的结果。
在这里，研究了通过扩大超声波束宽度来检测淡的回波带(echo band)的原因。如图6所示，考虑在大范围内均匀地分散存在微小反射 源时，在波束宽度较窄的情况下，由于在波束内只含少数微小反射源， 因而缺陷总面积相对于波束面积的比率变低，作为结果反射回波变弱。 另一方面，波束宽度变宽时，由于在波束内大量含有微小反射源，因 而缺陷总面积相对于波束面积的比率变高，因此即使各个回波变弱， 其累计而变强，检测信号级别(detection signal level)变高。
从以上结果可导出下述新的见解虽然如上所述，各个缺陷直径 非常小，但显示在大范围内分布的状态的穿透缺陷(分散存在型穿透 缺陷)也对焊接部的机械特性产生影响，为了精度良好地进行其评价， 波束宽度有优选的范围，根据在这种条件下检测出的结果，进行品质 管理。
根据发明人的这种见解和分析，可知检测分散存在型穿透缺陷时， 以现有技术级别的波束聚焦度时灵敏度不足，即使过度聚焦也不能进 行检测。本申请发明的要点在于想到了如下发明用超声波探伤检测 对焊接部的品质产生较大影响的穿透缺陷时，超声波束宽度存在优选 的范围，根据由该波束宽度检测出的结果，计算出用于评价电阻焊钢 管焊接部的品质的指标值，基于其进行品质管理。
其中，在本发明中，由于使用阵列探头，因而波束形状成为矩形，由此在本说明书中所称的波束宽度，可认为是取波束面积的平方根的 实效值。但是，由于可能有穿透缺陷在管轴方向上连续的情况等不需 要管轴方向聚焦的情况，因而在这种情况下认为是管厚方向的波束宽 度。
首先，研究本申请发明的品质管理方法时，利用c扫描法，以能
检测出对焊接部的机械特性产生影响的、微小缺陷在大范围内分布的 形态的分散存在型穿透缺陷的条件进行探伤，与该探伤结果进行了比
较评价。将用于进行该评价的结构的一例表示在图7中。该结构由下 述部件构成探头50，相对于所切出的焊接面，发射接收超声波，进 行超声波探伤；超声波发射接收单元52，控制探头50中的超声波的发 射接收；探头扫描单元54，为了相对于所切出的样品的焊接面进行C 扫描，使探头沿管轴方向和管厚方向依次进行扫描；接收信号存储单 元56，存储C扫描数据；信号处理单元58，对C扫描数据进行运算处 理；参数输入单元60，用于输入运算处理所需的参数；和结果输出单 元62。
在这里，接收信号存储单元56，将超声波探头50的接收信号， 与由探头扫描单元54扫描焊接面的位置建立对应后存储，其例如是可 相对于管轴方向和管厚方向存储接收信号强度的存储器(二维存储 器)，是所谓的具有存储C扫描数据的功能的C扫描数据存储单元。
信号处理单元58，相对于该存储器的数据，由参数输入单元60 输入后述的运算所需的参数，计算出与机械特性相关的指标值，在 CRT、液晶显示器、打印机等结果输出单元进行画面显示、打印。
利用该结构，具体如图8所示，制成在距焊接面(焊缝)8mm的 位置切出(切片)的样品，从端面起利用频率为20MHz的点聚焦型探 头(point focused probe) 50，使焊接面中的波束宽度为440 y m。由于 波束宽度440" m如后文所述在C扫描中检测分散存在型穿透缺陷时的优选范围内，因而选定该值，所述分散存在型穿透缺陷表示微小缺陷
在大的区域(例如1.5mmX1.5mm、 2mmX2mm的范围)内分布。并 且，C扫描中，相对于厚度方向和管轴方向对焊接面进行计测。
接着，对与进行了 C扫描的部位相同的部位，求出机械特性。具 体而言，以长度方向10mmX厚度方向约10mm切出样品，在切口部以 不导入热影响的方式压接焊接接头而作为夏比试验片，以-4(TC实施夏 比冲击试验，计测该部位的夏比吸收能。
然后，根据由超声波检测出的测定数据(超声波回波高度)，计 算出成为用于与机械特性建立对应的指标值的值，评价该值和夏比吸 收能之间是否相关。
在图9A、图9B表示与机械特性比较的指标值的运算处理方法的一例。
图9A是通过C扫描得到的图像，纵轴为壁厚方向，横轴为管轴 方向。浓淡明显的部位，超声波回波高，表示缺陷密度(defect density) 高，暗的部位超声波回波低，表示缺陷密度低。从该数据可知，在壁 厚llmm内，在中央附近6mm的范围内大量分布着微小缺陷。
然后，对该数据进行下述处理，求出指标值。
i) 以各数据为中心，对规定区域(在这里例如为lmmXlmm)计 算平均值，作成平均值数据。
ii) 对平均数据，在管轴方向相同位置相对壁厚方向求出最大值， 计算最大值分布数据。该最大值分布数据与图9B对应。
iii) 关于最大值分布数据，计算切出了夏比试验片的范围内的平 均值，将该值作为与夏比试验结果进行比较的指标。
其中，在上述处理中，由于缺陷的分布状态为集中在壁厚部中央附近，因而关于壁厚方向，对中央部6mm的范围进行处理。
对多个样品的多个位置进行所述处理，表示由C扫描求出的指标 值与夏比试验的结果的关系的图即为图10。图IO为横轴采取上述指标 值，在纵轴上描绘夏比试验结果的数据。
由此可知，由于指标值越小，机械特性越显示出变好的趋势，因 而可知，通过该指标值能评价焊接部的品质。
因此，通过信号处理单元58实现上述i) iii)的处理，能评价焊 接部的机械特性，进行品质管理。其中，图11所示的结构为相对于图 7的结构附加了用于将由超声波探伤计算出的指标值与机械特性值建 立对应的"建立指标值-机械特性对应数据"64的结构，除此以外的结 构与图7相同。作为该处理的一例，依据如图12所示的处理流程执行 运算处理即可，下面进行说明。并且，图13表示与图9A、图9B对应 的示意图， 一并进行说明。
对焊接部进行C扫描，该数据存储到接收信号存储单元的C扫描 数据由信号处理部(signalprocessor)输入，以该数据的各地址(address) 为中心，计算相当于规定区域(例如1Xlmm)的数据的信号强度平均 值(步骤101)。该平均化的原因在于，由于分散存在型穿透缺陷的形 态为在大范围内分布，因而与通过微小区域的峰值(peak value)判断 相比，通过一定程度大的区域(数mm左右)中的信号强度进行判断 更好。并且，由于超声波束宽度的区域实际上进行平均化，因而该平 均化的区域的下限优选为超声波束宽度。并且，上限为管壁厚度。其 中，平均化区域，也可以是纵及横的长度不同的长方形区域。并且， 在这里，平均化区域尺寸以焊接面上的实际尺寸(mm)进行表记，但 在实际的信号处理单元中，由于参照存储器内的数据，因而根据测定 并存储的数据间距(data pitch)(对图像而言为像素尺寸)，将实际 尺寸变换成数据点数(像素数(pixel count))进行运算。将在步骤101中计算出的平均值存储到平均值数据存储器中(步 骤102)。该平均值数据存储器，虽然没有表示在图11中，但其与接
收信号存储单元56的存储C扫描数据的存储器相同，是可与管轴及管
厚对应地存储信号强度的平均值的二维存储器，通常为与接收信号存
储单元56相同的结构即可。该平均值数据存储器，可以是可配置于信 号处理单元58内部的存储区域，也可以是可访问的外部存储器。
使图13的平均化区域向管厚方向、管轴方向移动而重复进行该步 骤101、步骤102的处理，直到关于管轴方向及管厚方向的各像素结束 为止(步骤103)。在实际运算处理中，关于管轴、管厚两个方向，反 复地增加或减少各像素即可。
在步骤103中，如果全部像素处理完毕，则参照平均数据存储器， 在管轴方向的相同位置，计算管厚方向的最大值(步骤104)。其在图 13中与"管厚方向的最大值"的分布图对应。将该数据存储到管厚最 大值数据存储器中(步骤105)。该管厚最大值数据存储器为可与管轴 方向位置对应地存储最大值数据的存储器(存储区域)即可，可以配 置于信号处理单元58内，也可以是可访问的外部存储器。
对于管轴方向的全部数据，重复实施步骤104、步骤105的处理 (步骤106)。
在全部结束的时间点，从管厚最大值数据存储器输入管厚最大值 数据，对每个管轴方向的规定范围(距离)，计算平均值(步骤107)。 在这里，用于计算平均值的规定范围优选为，与在评价机械特性的夏 比冲击试验中使用的试验片的尺寸相同的范围。
然后，设计算出的平均值为指标值，计算机械特性(步骤108)。 机械特性值，可如图10所示地，预先求出机械特性值和指标值之间的相互关系，根据由指标值求出机械特性值(在图10中相当于-4(TC吸收
能)的公式、表数据(在图11中与"建立指标值-机械特性对应用数据
64"对应)等决定即可。例如，从指标值变换成机械特性值的表数据， 可存储在信号处理单元的存储单元中而进行参照。
其中，计算顺序不限于上述顺序，例如计算管厚最大值数据的过 程中，计算平均值时，以使平均区域的移动在使管轴方向位置相同地 在管厚方向上移动而更新最大值的方式求出即可。在这种情况下，不 需要上述平均化数据存储器。
如上所述，可知对C扫描的测定结果进行处理而计算指标值，通 过该指标值可进行品质评价。但是，在C扫描的情况下，只能对切出 焊接部的样品进行品质的评价，但如果是下面说明的串联探伤，则即 使直接对钢管，在可进行品质评价的检测技术中同样可以应用上述发 明，下面进行说明。
图14是说明串联探伤的原理的图。在附图中，l表示作为被检测 体的钢管，2表示焊接部，3表示壁厚内部的缺陷，4表示用于传递超 声波的水，5表示线性阵列探头，6表示发射用振子组，7表示接收用 振子组，8表示发射波束，9表示从缺陷向接收用振子组的超声波的部 分(下面，还称作接收波束)。并且，在发射波束8和接收波束9的 中间引入的线表示各自的扫描线。
线性阵列探头(linear array probe) 5具有下述大小从位于靠近 焊接部2的一侧(图14中的左侧方向)的振子组发射的超声波从焊接
部的钢管外表面直接入射，从位于远离焊接部的一侧的振子组发射的 超声波从焊接部的钢管外表面在钢管内表面反射1次后入射。并且，
相对于钢管的外周面具有入射角地配置，以使从中心垂直发射的发射 波束以折射角45°的横波从钢管的外表面侧进入，入射到焊接部的钢 管内表面侧的端部(称作0.5跳跃)。来自发射用振子6的超声波束与钢管的外径对应地稍微偏向探头 的中心轴侧，以形成折射角45° ，并且设定各振子的延迟时间，以在
横穿焊接部2的位置进行聚焦。同样，选择接收用振子组7，以使来自 缺陷3的反射回波能够作为内表面侧的一次反射波而接收，使指向性
与钢管的外径对应地稍微偏向阵列探头的中心轴侧，以使折射角成为
45° ，并且设定各振子(transducer)的延迟时间，以在横穿焊接部2 的位置进行聚焦。在这里，折射角不限于45° ，可在能够进行横波中 的探伤的大致30° 70°的范围内适用，但考虑横波在缺陷和内表面 反射时的声压反射率的角度依赖性时，优选的是成为全反射的大致35 ° 55°的范围。并且，考虑稳定性而也可以是40° 50°的范围。
如上所述，由于发射波束和接收波束的振子组的位置、数量、折 射角被设定为根据焊接部的位置聚焦，成为能够接收来自缺陷的反射 波的位置关系，因而能够检测来自壁厚内部的微小缺陷的反射。
接着，在图15A- 图15D表示用于扫描从钢管内表面至外表面的 焊接部的顺序的例子。首先，在表示扫描开始的步骤1中，利用线性 阵列探头的中央附近的振子组，在焊接部的钢管内表面侧对合聚焦位 置(焦点位置)，通过0.5跳跃的反射法进行探伤。此时的发射和接收 通过相同的振子组进行。接着，在步骤2中，通过使发射的振子组向 焊接部一侧偏离，并且使接收的振子向远离焊接部的一侧偏离，将焦 点位置设定在从焊接部的钢管内表面侧稍微靠上(钢管外表面侧)， 由串联探伤对焊接部的钢管内表面侧稍微靠上(钢管外表面侧)的壁 厚内部进行探伤。
紧接着，在步骤3中使发射的振子组向焊接部一侧偏离，使接收 的振子组向与焊接部相反的一侧偏离，使焊接部中的探伤位置向钢管 外表面侧移动而进行探伤。在附图中虽然仅图示步骤2和3，但实际上 考虑超声波的焦点尺寸(焦点位置中的波束尺寸)，使超声波束的一部分重叠地决定振子组偏离的个数，以成为没有探伤的疏忽(遗漏) 和不重复的有效的探伤。最后步骤4表示扫描的结束，利用远离焊接 部的一侧的振子组，对焊接部的外表面侧，由l.O跳跃的反射法进行探 伤。通过重复该步骤1至4，并且对钢管和线性阵列探头的相对位置在 管轴方向上机械性地进行扫描，能够跨越焊接部的全长(钢管的外表 面侧至内表面侧)进行探伤。
图16是表示与串联探伤(tandem flaw inspection)有关的超声波 探伤装置的功能构成例的图。在被检测体尺寸输入部30，从操作员或 过程控制计算机输入进行探伤的钢管的外径、壁厚的值。在阵列探头 存储部31，存储有阵列探头5的频率、振子间距、振子数量。
在开口宽度控制部32中，与钢管的尺寸和阵列探头的规格对应 地，计算发射用阵列探头的位置、发射用扫描线的数量、各扫描线的 发射用波束的路径。接着，在各路径中，求出焦点距离、偏向角。将 该焦点距离、超声波频率带入式(1)，以使得波束宽度成为规定范围 的方式求出开口宽度。其中，波束宽度的规定范围中，0.5 2.5mm为可 应用范围，优选超过0.7mm至2.5mm，更优选1.0~2.0mm。
将开口宽度除以振子间距，求出各扫描线的发射用振子组的振子 数量。并且根据扫描线位置和振子数量决定发射用振子组的位置，并 且对应每个扫描线计算各振子的延迟时间。将这样决定的上述各值在 这里称作阵列发射规则。
在开口宽度控制部32中，还与钢管的尺寸和阵列探头的规格对应 地，计算阵列探头的位置、接收用扫描线的数量、各扫描线的接收用 波束的路径。接着，求出在各路径中的焦点距离、偏向角。将该焦点 距离、超声波频率带入式(1)，以使得波束宽度成为规定范围的方式 求出开口宽度。其中，在接收中，也与发射相同地，波束宽度的规定 范围中，0.5~2.5mm为可应用范围，优选超过0.7mm至2.5mm，更优选1.0~2.0mm。
将开口宽度除以振子间距，求出各扫描线的发射用振子组的振子 数量。并且根据扫描线位置和振子数量决定接收用振子组的位置，并 且对应每个扫描线计算各振子的延迟时间。将这样决定的上述各值在 这里称作阵列接收规则。并且，根据由开口宽度控制部32计算的波束 的路径，决定缺陷检测用门位置后存储在门位置存储部33中。
另外，在这里，阵列接收规则可以根据之前求出的阵列发射规则 决定，也可以相反地先求出阵列接收规则后根据其决定阵列发射规则。 这样决定的阵列发射规则和阵列接收规则分别存储在阵列发射规则存 储部34和阵列接收规则存储部35中，用于以下的发射接收控制中。
在阵列发射部36中，根据存储在阵列发射规则存储部34中的阵 列发射规则，选择发射用振子组，对各元件赋予延迟时间而产生发射 脉冲。在阵列接收部37中，根据存储在阵列接收规则存储部35中的 阵列接收规则，选择接收用振子组，对各元件赋予延迟时间而将信号 相加，得到探伤波形。在门部38中，读取存储在门位置存储部33中 的门位置的信号。
由此结束1扫描线的探伤后，根据存储在阵列发射规则存储部34 中的阵列发射规则，选择下一个发射用振子组，以下与上述一样重复 进行探伤。
关于管轴方向，也可以设定阵列探头和焊接钢管相对移动的条件。 例如编入制造工序中时，由于焊接钢管沿管轴方向移动，因而如果固 定阵列探头沿管厚方向进行扫描，则变为在管轴方向进行扫描，如果 焊接钢管处于静止的状态，则利用机械机构使阵列探头移动即可。
在缺陷判断部40中，比较输入到判断阈值输入部39的缺陷判断阈值和门内的信号强度，如果信号强度在阈值以上则判断为缺陷。
下面说明利用该串联探伤的本发明的品质管理方法的实施方式。
具体的结构如图17所示即可。其是对图16所示的缺陷判断部40 的周边结构进行变更后的结构，是附加了具有与图ll所示的C扫描法
的接收信号存储单元56、信号处理单元58、参数输入单元60、结果输 出单元62相同功能的各单元的结构。并且，执行图18所示的处理流 程即可。
在图11中，接收信号存储单元56，与探头50的移动位置对应地 存储接收信号强度(C扫描的数据)，但在图17的结构中，由于是串 联探伤，因而控制阵列探头的振子组，沿管厚方向扫描焊接部，并且 利用相对于管轴方向的相对的位置移动进行扫描而进行计测，因而输 入与管厚方向的操作位置(例如由控制装置设定的设定值等)和管轴 方向的钢管位置(例如生产线上的移动距离)有关的信息，将该值变 换成管厚方向和管轴方向的位置，并进行存储。由此，可直接对钢管 以与C扫描相同的方式，与管轴方向和管厚方向对应地将接收信号存 储到接收信号存储单元，可在制造工序中进行在线、联机时的品质管 理。
图18中，相对于图12的步骤101参照了 C扫描数据，步骤201 仅参照了在串联探伤的阵列接收部接收的信号强度，除此点不同以外， 在步骤202以后进行与图12的步骤102以后相同的处理即可，因此在 此省略说明。
由此，通过利用在串联探伤中探伤的结果，可直接对焊接钢管利 用超声波探伤评价焊接部的机械特性。这种串联探伤，可在钢管状态 下对焊接部进行探伤，因而可编入电阻焊钢管的制造工序中，用于品 质管理、品质控制中。并且，串联探伤、C扫描法，作为求平均值的单位面积，均如图
9A、图9B、图13所示，沿管厚方向和管轴方向扫描小的单位面积， 除此以外，也可以与穿透缺陷的分布状态对应地，如图19所示，在管
轴方向上取长区域，或在管厚方向上取长区域，适当变更形状、尺寸 即可。例如在整体扩张的情况下，可以取较大的单位面积。
并且，已知穿透缺陷集中在管厚方向的某个部分上的情况下，可
以如图20所示，不对管厚方向的全体，而是关于其集中的范围设定管 厚方向的范围，求出该范围的平均值，仅在单位面积内沿管轴方向移 动的同时进行测定。
在进行平均化的处理时，可利用区域内的简单平均、根据场合进 行加权的加权平均、指数移动平均等，不特别限定于计算方法。并且， 进行运算时，不必以存储在数据存储器中的像素间距(测定间距)进 行处理，根据所要求的空间分辨率(spatial resolution)、精度，设定在 运算中使用的像素间距即可。
并且，即使不是至此为止说明的顺序，只要是可得到相同效果的 运算即可，不特别限定计算顺序。
以上是利用串联探伤，直接在钢管状态下进行品质管理的说明， 为了将上述串联探伤法应用于电阻焊钢管的焊接部而进行了各种研 究，下面对其具体详情进行说明。
首先，关于开口宽度控制部32中的开口宽度的决定，如下所述地 进行考虑。图21A是表示波束宽度(与方形的一边对应的波束宽度， 在图21 A 图21C中表记为波束尺寸)和等价缺陷直径(与波束内的缺 陷总面积对应的缺陷直径)之间关系的图。关于缺陷密度为0.03mm2 的情况和0.02mi^的情况，将存在于超声波束内的缺陷总面积作为等价缺陷直径，以理论方式计算出使波束宽度(波束尺寸)发生变化时 的等价缺陷直径。随着波束宽度变大，等价缺陷直径变大，但在波束
宽度1.5mm以上时饱和，成为一定值。这样饱和的原因在于，在此时 的分析中，将分散存在型穿透缺陷的分布范围假定为1.5mmX1.5mm。
图21B是在串联探伤中，由与在上述图21A所示的等价缺陷直径 对应的声压反射率计算出此时的信号强度，以dB表示的图。噪声级别 的-40dB大致描绘了在串联探伤中实际得到的级别。在波束宽度(波束 尺寸)较大的一侧噪声级别变大的原因在于，当波束宽度变大时，会 检测内外表面的表面粗糙度引起的噪声，从而噪声级别增加。可知在 串联探伤中，噪声级别比信号级别小的范围的、波束宽度0.5~2.5mm 的范围为可应用范围。并且，在缺陷密度0.02mm2中，由于信号强度 稍微变低，因而波束宽度从超过0.7mm至2.5mm成为应用范围，并且 为了成为良好的S/N比，信号级别和噪声级别之差优选在5dB以上， 因而1 2mm为更优选范围。
另一方面，图21C是为了比较串联探伤和C扫描的不同而计算出 上述等价缺陷直径的信号强度，以dB表示的图。在图21C中，只表示 缺陷密度0.03mn^的情况下的信号级别。C扫描的情况下，由于波束宽 度为0.2 lmm范围，信号强度大于噪声级别，因而该范围是用于检测 分散存在型穿透缺陷的应用范围。在上述图8中的利用C扫描的实施 方式中，将波束宽度设为440nm的原因在于，此时信号强度和噪声级 别之差最大，S/N为变得良好的范围。C扫描和串联探伤中，应用范围 不同的原因在于，C扫描由于是单探头、水中距离近，表面为研磨面等 好的条件，因而与串联探伤相比噪声级别变低。另一方面，波束尺寸 超过lmm时，因样品侧面的影响(遮蔽波束传播路径，或发生在样品 侧面的漫反射，得到该噪声信号)，S/N差。
因此，在利用串联探伤的情况下，以成为与C扫描不同的波束宽 度的方式，设定开口宽度。其中，在串联探伤中，用于得到波束宽度d的振子的开口宽度D 可由下述式求出。
d,sin^ cos 6
在这里，如图22所示，d是探伤位置的波束宽度，F是焦点距离，
入是波长，e是折射角，ew是入射角。
例如，设水中距离30mm、钢中的路程为24mm、折射角6=45° 、 入射角6 w=18.9°时，焦点距离F是30+24/1480X3230=82mm，设频 率为10MHz时波长A为1480/10MHz=0.148mm。因此，用于得到波束 宽度d=1.5mm的开口宽度D可由式(1)求出，为15mm。
可由如上所述求出的开口宽度求出振子组的振子数量。在这里， 各扫描线的振子组的振子数量可以一定，但为了使灵敏度更加均匀， 也可以对应每个扫描线使振子数量发生变化。即，在使用阵列探头的 串联探伤中，由于在振子组内，越靠近焊接部侧焦点距离越短，越远 离焊接部侧焦点距离越长，因而考虑与振子位置对应的焦点距离F,以 波束宽度收敛在上述范围内或波束宽度变得一定的方式求出开口宽 度，决定同时激振的振子数量。并进行控制，以使与该开口宽度对应 地振子数量同时激振。其中，在这里同时激振的振子数量是指在1次 发射或接收中使用的振子组的振子数量，并且，在该振子组中，为了 聚焦、偏向控制，相对于各元件设定延迟时间。
接着，关于向焊接面的入射角、反射角，如下所述地决定即可。 理论上研究缺陷的大小和反射指向性的关系的结果如图23A 图23C所 示。在此，图23A 图23C所示的结果是如下求出的如图24所示， 使超声波从-45°方向入射，在频率10MHz、 15MHz、 20MHz中，分别 与管壁厚方向对应的(图24中为与横向对应的)缺陷尺寸(等价缺陷尺寸)O.lmm、 0.2mm、 0.4mm、 0.8mm的条件下，理论上计算各反射 角度的信号强度。另外，图23A 图23C的纵轴将作为正反射角度的45 °的信号强度作为基准值l，用标准化的相对值进行表示。在任意情况 下，在入射超声波的-45°方向反射的反射波的信号强度都非常低，正 反射方向45°的大致0.2以下。可知在任意情况下作为正反射方向的 45°方向最强。
在该计算条件下指向性最强的缺陷尺寸0.8mm的20MHz中，信 号强度相对于正反射角度的信号强度变为一半(在图23A 图23C中值 为0.5)的角度为40。 50°的范围。这样，指向性因缺陷尺寸而不同， 因而通过要检测的缺陷的大小决定相对于接收波束的焊接部的入射角 范围即可。例如，为了将更大的缺陷不降低灵敏度地检测出来，相对 于接收波束的焊接部的入射角优选接近45°的角度，例如为了将 15MHz下0.8mm缺陷的信号强度降低抑制为一半，优选39° 52°以 内的范围。相反，例如在仅将15MHz下0.4mm以下的较小缺陷作为对 象的情况下，优选33° 61°的范围。
通过上述分析，发现对于缺陷上的超声波的反射信号，以正反射 方向为峰值而信号强度高。最优选的是接收其正反射方向的超声波， 但由于反射强度在峰值的50%就能够充分地进行检测，因而可知只要 接收在与该范围对应的角度范围内反射的超声波即可。
从图23A 图23C所示的、频率15MHz下缺陷尺寸0.4mm的反射 指向性的结果可知，由于反射强度成为峰值的50%以上的反射角度为 33° 61° ，因而将作为正反射角度45°作为基准，-12° +16°的 范围为优选的范围。并且，以频率20MHz下缺陷尺寸0.8mm作为对象 时，相对于正反射角度，-5° +5°的范围为优选的范围。并且，上述 例子以相对缺陷的入射角为45°下表示反射角度特性，反之，反射角 度为45°时的入射角特性也可得到相同的结果。并且，即使是45°以 外的入射角度，只要是能够消除后文描述的波型变换损失的条件的入射角度范围，就可得到几乎相同的特性。
考虑波型变换损失时，利用横波的探伤中适用的折射角，可应用 大致30° 70°的范围，但考虑横波在缺陷和内表面反射时的声压反
射率的角度依赖性时，优选成为全反射的大致35° 55°的范围。并 且，也可以考虑稳定性而是40° 50°的范围。最优选的是发射和接 收的折射角相同，由于缺陷的反射指向性大，因而即使在反射指向性 的范围内不同，也能应用。
下面参照图25，对设定为不产生波型变换损失(mode conversion loss)的折射角度范围的顺序进行说明。
1)决定折射角，确定阵列探头的位置和角度。
1) -1:考虑对焊接面的入射角6a，决定折射角e。不发生波型 变换损失的理论上的对焊接面的入射角为33.2°《0a《56.8° ，当在 该范围内跨越管壁厚度方向的内表面及外表面对焊接面进行扫描时， 对焊接面的入射角可以不一定，变化也没有关系。由此，在这里为了
容易进行计算，以折射角6—定的例子进行表示。在这里，对焊接面 的入射角度e a为e a-卯。-e -e i，并且，e i在o e 2的范围内因 焊接部壁厚方向位置而发生变化(例如，在内表面侧0 1=02，在外表
面侧9 1=0)。例如，6 2=4° ，折射角为45°时，0a=41° 45° 。 并且，如果设向焊接部的管壁厚中心附近入射时的折射角为47° ，则 在焊接部的壁厚方向中心部9a大约为45° ，在内外表面的扫描中， e a为43° 47°的范围。
1) -2:确定阵列探头的位置和角度，以使从位于阵列探头的中心 的振子相对于该探头面以垂直方向发射的波束以规定的折射角度(例 如45° )，使横波超声波从钢管外表面侧入射，以规定的入射角(例 如，在上述例子中为41° )入射到焊接面的内表面侧端(或外表面侧端)的位置。
2)决定从阵列探头的各振子发射接收的扫描线入射到管外表面上 的位置。
2) -1:决定方法有多种，例如对于作为对象的振子(或振子之间 的位置)，在管外表面上进行扫描，计算出由振子位置、外表面扫描
位置和外表面切线决定的折射角e ，决定e成为由i)-i决定的值的外
表面上的入射位置。具体来说，用直线连接各振子至外表面上的各点 (例如，各点在外周上以等间隔或任意间隔配置)而确定扫描线，关
于所述各扫描线计算折射角e ，选择e与规定的折射角相同或成为最 接近的值的扫描线，设为该扫描线的入射位置。
2) -2:通过几何学方法从振子位置、由上述2) -l决定的外表面
上的入射位置和管形状(直径和厚度)求出管入射后的传播路径，算 出对焊接面的入射位置。
3) 由于在上述l)中，在阵列探头的中心定位，并且使折射角一
定而进行上述处理，因而能够以阵列探头中心的扫描线作为基准对称
地组合在焊接面上由2) -2求出的传播路径(扫描线)的途径(配对)。
将该配对作为发射、接收的扫描线，作为发射部、接收部各自的中心 振子(以该振子作为中心形成发射部、接收部的振子组)。另外，在 振子组的数量为偶数的情况下，中心位置修正为振子的边界，进行上
述处理。并且，在这里设折射角e—定而进行计算，但也可以使对焊 接面的入射角e a —定而进行计算，也可以使e和9 a同时变化。
以下说明利用该超声波探伤装置在焊接面的厚度方向上进行波束 扫描用的振子组的控制顺序。具体而言，以如下的顺序决定发射/接收
的振子组、振子的数量、偏向角(deflection angle)、焦点距离(focal length)即可。在这里，在发射部和接收部中使用的振子组的宽度由用于得到必要的灵敏度的聚焦系数求出，以使折射角变得一定的情况，
适当参照图1或图4A、图4B进行说明。其中，由于以下所示的a)、 b) 、 g)的内容与上述1) 、 2) 、 3)对应，因而在这里简单进行说明。
a) 确定线性阵列探头的位置，以从位于线性阵列探头中心的振子 相对于该探头面垂直发射的波束以规定折射角度(例如，折射角45° ) 的横波进入钢管，入射到焊接部的钢管内表面侧或钢管外表面侧。
b) 通过几何学方法决定入射点，以使来自各振子的入射到钢管外 表面的入射角始终一定或在规定范围内，并且以折射角45°决定通过 钢管内的线(扫描线)。
在这里所称的各振子是与发射部的中心位置对应的振子，决定发 射部的振子组和钢管外表面的入射点的位置关系。并且，与折射角对 应地确定入射到钢管后的传播路径、即内表面处的反射点、外表面处 的反射点、焊接面处的反射点。
c) 从上述入射点和各振子的位置关系，计算各扫描线的偏向角。
d) 计算各扫描线的水中距离和直到焊接部的钢中路程，用声速和 水中距离换算而求出水中焦点距离F。
e) 与必要的波束宽度d对应地，利用式(1)，计算各扫描线的 开口宽度D，将该开口宽度D除以振子间距而进行四舍五入，由此求 出各扫描线的振子组的振子数量n。其中，必要的波束宽度d为如上所 述，为了检测表示微小缺陷在大范围内分布的形态的分散存在型穿透 缺陷而应用的波束直径的范围，其为0.5~2.5mm，优先为0.7mm至 2.5mm，进而tt:选为1.0 2.0mm。
f) 由各扫描线的振子位置和振子数量n，决定构成发射部的各振子组的位置。
g) 由各扫描线在焊接部相交的位置关系，决定在探伤中使用的扫 描线，并且决定与发射的振子组配对的接收的振子组。发射部和接收 部的配对的选择，从相反方向传播，使在焊接部相交的扫描线彼此配 对即可。并且，在相对于所要求的空间分辨率，重复焊接部的相同部 位超出所需的情况下，也可以进行间除。
h) 关于在探伤中使用的全部扫描线，由于决定振子组的数量、焦 点距离和偏向角，因而分别计算赋予各振子的延迟时间。关于该计算
方法，利用由本发明人以前申请的日本特开平4-274756号公报公开的 公知技术即可。
以下参照图26和数式对计算的基本想法进行说明。首先，以振子 组的中心位置作为坐标的原点，设焦点距离为F，偏向角为e，如下所 述地求出焦点位置的坐标(Xf、 Yf}。
Xf=F sin 6 、 Yf=-F cos 6
接着，设振子间距为P，振子组的振子数量(图26的同时激振的 振子数量)为n (其中，n为偶数)，求出各振子的坐标(Xp (i) ，Yp (i) }。
Xp (i) =-n p/2-p/2+p i、 Yp (i) =0 (i=l~n)
并且，如下所述地求出焦点位置和各振子组的距离Z (i)及其最 大值Zm。
Z (i) =SQRT{ (Xf-Xp (i) ) 2+ (Yf-Yp (i) ) 2} (i=l~n) Zm=max{Z (i) } (i=l~n)最后，由下述式求出延迟时间At (i)。其中，C是声速。 At (i) = (Zm-Z (i) ) /C (i=l~n)
其中以上表示计算的基本想法，不一定要对于每个扫描线将振子 组的中心位置作为坐标的原点。并且，振子数量n作为偶数进行了说 明，也可以是奇数。在奇数的情况下，当然将上述式进行部分变更即 可应用。在实际计算中，预先决定阵列探头的每个元件的坐标，根据 焦点距离和偏向角求出焦点位置的坐标，求出上述焦点位置和各振子 的距离Z (i)即可。
图27A、图27B是表示这样决定的扫描线和该扫描线中的代表点 的探伤条件计算结果的一例的图。表示对外径4)558.8mm、壁厚25.4mm 的钢管，用超声波频率15MHz、振子的间隔为0.5mm间距、160个元 件(振子)的线性阵列探头，以中心的水中距离20mm、折射角45° 进行探伤的例子。在这里，对于振子编号，设靠近焊接部的一侧为l， 远离的一侧的160。
图28是表示关于图27A所示的扫描线A计算延迟时间的结果和 发射的原理的图。附图中，10是计算上述1)至8)的探伤条件计算部， 11是根据其决定发射脉冲的发射时刻的延迟时间设定部，12是脉冲发 生器，13是线性阵列探头的各振子。附图中，表示下述情况仅选择 振子编号17至22，振子编号17最先被激振，慢慢地直到振子编号18-22 具有时间延迟地被激振。由此，形成相当于扫描线A的发射波束。
图29A、图29B是表示关于图27A所示的扫描线C计算延迟时间 的结果和接收的原理的图。附图中，13是线性阵列探头的各振子，14 是接收放大器，15是延迟时间设定部，16是合成处理部，17是门评价 部。附图中，表示下述情况仅选择振子编号124至155，来自缺陷的回波最先入射到振子编号124，慢慢直到振子编号125~155具有时间延 迟地接收，通过延迟时间设定部15修正时间延迟而使相位一致，由合 成处理部16合成，回波由于聚焦效果而变大。
由此，进行相当于扫描线C的接收。然后，通过门评价部17，由 发射部脉冲(图中的T脉冲)在设定为与波束路程的距离的时间区域 (门)判断缺陷回波(图中的F回波)的有无，进行探伤。另外，关 于延迟时间设定部15、合成处理部16、门评价部17，从接收放大器 14出来后立即进行A/D变换，将信号存储到存储器后用软件进行处理 也可以实施。
在以上说明中，探伤条件的计算是首先决定各扫描线的入射点后 依次进行计算，但不限于此，例如也可以决定焦点位置后，关于各振 子探索性地求出到达该焦点位置的传播时间最短的路径。
在串联探伤中，为了评价电阻焊钢管焊接部的机械特性，需要使 发射接收的超声波束宽度为0.5~2.5mm，但作为表示波束的聚焦度的参 数之一的聚焦系数，也有其应用范围。聚焦系数J是表示聚焦位置处的 声压上升的值。<formula>formula see original document page 32</formula>
在这里，D为振子的开口宽度，F为焦点距离，入为波长。其中， 在式(2)中，焦点距离F和波长入利用水中换算的值。
在图30中，表示在频率5MHz 15MHz、焦点距离F=60mm~80mm (大致相当于钢管壁厚10mm 16mm的范围)的条件下，利用式(2)， 以理论方式计算出聚焦系数和波束宽度(波束尺寸、在图30中表记为 波束尺寸)的关系的结果。由此可知，波束宽度(波束尺寸)小时，聚焦系数变大，波束宽度大时，聚焦系数变小。由于聚焦系数是表示 声压上升的值，因而值越大越好，如上所述，在微小缺陷在大范围内 分布的形态的分散存在型穿透缺陷的检测中，由于聚焦系数变大时， 波束宽度变得比最佳范围小，因而还需要考虑波束宽度成为最佳范围 的情况。例如，相对于检测分散存在型穿透缺陷时可应用的、超声波
的波束宽度为0.5 2.5mm程度，聚焦系数-13dB 28dB成为与其对应的 范围，如考虑与波束宽度的平衡时，聚焦系数-5dB 20dB程度为应用范 围，相对于作为波束宽度的优选范围的1.0 2.0mm程度，聚焦系数-10dB 至不足5dB程度为应用范围。
实施例
下面说明将在实施方式中表示的基于串联探伤的品质管理方法应 用于电阻焊钢管的制造工序的实施例。
图31是说明应用于电阻焊钢管的制造工序的结构例的图。利用具 有供给带板的开巻机151、矫正形状的矫正机152、辊成形机154、翅 片成形机155、感应加热装置156、挤压辊157、分级机158的装置， 例如对钢板宽度1920mmX钢板厚度19.1mm的带板进行电阻焊接，通 过分级机158而制造出cj)600的钢管。在附图中，159是钢管切断机。
在这里，例如将用于串联探伤的阵列探头5，配置于焊接结束后 的分级机158的入口侧或出口侧，或配置在钢管切断机159的出口侧， 根据其结果评价机械特性，由此进行品质管理。作为其结构，由下述 部件构成阵列发射接收单元160，进行阵列探头5的发射接收；控制 单元162，在阵列探头5的发射接收时控制波束宽度、开口宽度、朝向 钢管的入射角度等各条件；品质判断单元164，根据阵列探头5的接收 信号评价焊接部中的缺陷判断、机械特性；和结果输出部166，显示、 打印该品质判断单元164中的判断结果。与图17所示的功能部建立对 应时，阵列发射接收单元160大致对应阵列发送部36、阵列接收部37、 阵列发送规则存储部34、阵列接收规则存储部35的范围，控制单元162大致对应开口宽度控制部32、门位置存储部33、门部38、被检测 体尺寸输入部30、阵列探头存储部31的范围，品质判断单元164大致 对应接收信号存储部56、信号处理部58、参数输入单元60、判断阈值 输入部39、建立指标值-机械特性对应用数据64的范围。
在图17所示的接收信号存储部56中存储接收信号数据时，由于 管厚方向的探伤位置控制阵列探头5的振子而进行扫描，因而从控制 单元输入数据，关于管轴方向，从检测制造生产线中的钢管的移动距 离的传感器等进行输入即可。并且，钢管的尺寸等条件，与制造管理 用计算机170和品质判断单元164 (或控制单元162)相连接后即可输 入数据。并且，在需要根据钢管的种类变更其他检査条件的情况下， 适当地从制造管理用计算机170输入即可。
产业上的利用可能性
通过本发明，由于能准确地判断检测穿透缺陷的缺陷，因而可改 善焊接工艺而防止产生对焊接钢管焊接部的机械特性产生影响的微小 缺陷，或可在制造工序中进行选择而防止缺陷流出，能显著地提高焊 接钢管的品质，可在以往以上的严酷的使用条件下使用。
权利要求
1.一种管体的品质管理方法，其特征在于，至少在管轴方向上对管体的焊接部进行超声波探伤，利用管厚方向和管轴方向的规定面积单位的测定值，评价管体的品质。
2. 如权利要求l所述的管体的品质管理方法，其特征在于，所述规定面积的一边的长度在超声波束宽度以上、管厚以下。
3. 如权利要求l或2所述的管体的品质管理方法，其特征在于， 在使所述规定面积向管轴方向偏离的同时评价管体的品质。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的管体的品质管理方法，其特 征在于，在使所述规定面积向管厚方向偏离的同时评价管体的品质。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的管体的品质管理方法，其特 征在于，利用所述规定面积内的测定值的平均值，评价管体的品质。
6. 如权利要求5所述的管体的品质管理方法，其特征在于，求出 管厚方向的规定面积中与管轴方向相同位置处的最大平均值，利用该 最大平均值，评价管体的品质。
7. 如权利要求5所述的管体的品质管理方法，其特征在于，求出 管厚方向的规定面积中与管轴方向相同位置的管厚方向规定范围的最 大平均值，利用该最大平均值，评价管体的品质。
8. 如权利要求6或7所述的管体的品质管理方法，其特征在于， 在图表中表示每个管轴方向位置的所述最大平均值。
9. 如权利要求1至8中任一项所述的管体的品质管理方法，其特征在于，利用具有发射接收部的超声波探伤装置进行所述超声波探伤，该发射接收部包括发射部，相对于管体的管轴方向焊接部的焊接面发射超声波；和 接收部，接收所述焊接面上的一部分或全部反射波； 所述发射部和所述接收部由沿管体圆周方向配置的一个或两个以上的阵列探头上的不同的振子组构成。
10. 如权利要求9所述的管体的品质管理方法，其特征在于，所述发射部，以相对于管体的管轴方向焊接部的焊接面和所述管体的内表面分别以33.2°至56.8°的范围内的角度入射的方式发射超 声波，所述接收部，接收相对于所述焊接面上的正反射方向朝-12°至16 °的范围内的方向反射的一部分或全部反射波。
11. 如权利要求IO所述的管体的品质管理方法，其特征在于，使 超声波焊接面上的波束宽度为0.5mm至2.5mm的范围。
12. —种管体的制造方法，其特征在于，包括 制造管体的制造步骤；和品质管理步骤，利用权利要求1至11中任一项所述的品质管理方 法，对由该制造步骤制造出的管体进行品质管理。
全文摘要
本发明可准确地对穿透缺陷进行缺陷判断。具体而言，对管体(1)的焊接部(2)，至少在管轴方向上进行超声波探伤，利用管厚方向和管轴方向的规定面积单位的测定值，评价管体的品质。上述规定面积的一边的长度在超声波束尺寸以上、管厚以下，使上述规定面积向管轴方向、管厚方向偏离的同时，利用上述规定面积内测定值的平均值，评价管体的品质。上述规定面积的一边的长度在超声波束宽度以上、管厚以下。
文档编号G01N29/04GK101617222SQ20078005187
公开日2009年12月30日 申请日期2007年5月18日 优先权日2007年2月28日
发明者井上智弘, 剑持一仁, 坂下重人, 横山泰康, 饭塚幸理 申请人:杰富意钢铁株式会社