超声波探伤的校正方法、管体的品质管理方法及制造方法

专利名称：超声波探伤的校正方法、管体的品质管理方法及制造方法
超声波探伤的校正方法、管体的品质管理方法及制造方法 技术区域
本发明涉及利用超声波探伤高精度地检测发生在焊接钢管的焊接 部的微小缺陷的超声波探伤的校正方法、管体的品质管理方法及制造 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，由被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，例如在电阻焊钢管中应用由 5MHz且具有45°折射角的超声波束进行的反射法，检测出mm级大 小的缺陷，例如熔化不良，熔蚀、由夹杂物引起的裂纹等缺陷。
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 出比以往更小的缺陷。例如，在电阻焊钢管中冷接缺陷、微小穿透缺 陷(penetrator)、在激光焊接钢管中气孔等中，上述缺陷的大小为数十微 米至数百微米，非常微小。并且，产生位置是沿着焊接线从内表面至 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，因而用以往实用的超声波探 伤法不能检测的情况较多，要求能够精度更高地进行检测的技术。
作为检测焊接钢管的微小缺陷的方法，至今为止公开有如下现有 技术。在专利文献1中，在斜角探伤中使用频率在8MHz以上的点聚 焦型探头，提高对于穿透缺陷的检测能力。并且，在专利文献2中， 通过阵列探头形成焦点束而提高检测能力，利用扇形扫描仪对焊接部 的内表面侧至外表面侧进行扫描而能够检测气孔。并且，在专利文献3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ym以下的微细的FeO成群夹杂的冷接缺陷。并且，在专 利文献4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 O.lmm以上的气孔。
但是，上述公开的技术，存在以下所述的问题。首先，在专利文 献1的方法中，其问题在于，由于聚焦的超声波束宽度窄，因而要对 焊接部深度方向(钢管壁厚方向)的整个区域无遗漏地进行探伤，需 要多个通道，因此不仅设备成本变高，而且管的尺寸发生改变时的位 置调整等非常麻烦。并且，在缺陷形状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，反射波在与入射方向不同的方 向行进，因而检测变得困难。
并且，在专利文献2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，因而虽然没有在专利文献1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， 由于对焊缝部进行縮锻，因而从焊缝正上方观察的缺陷的宽度为100 um以下，非常细小，即使在专利文献3和专利文献4的方法中，实 际上来自缺陷的反射波非常弱而难以检测的情况也较多。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，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。
如此，在检测发生在焊接钢管的管轴方向的焊接部上的数百微米 程度以下的微小缺陷的检测技术中，存在检测性能不充分等问题，因 此很难对应近年来要求日趋严格的品质管理，需要开发一种解决这些问题的技术。
专利文献1:日本特开昭60-205356号公报 专利文献2:日本特开平11-183446号公报 专利文献3:日本特开昭61-111461号公报 专利文献4:日本特开平7-35729号公报 专利文献5:日本特开平4-274756号公报
非专利文献1: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

发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，在需要严格 进行品质管理的电阻焊钢管中，以高精度地检测出位于其焊接部壁厚 内部的微小缺陷，从而能够基于该检测结果正确进行品质管理。在发 明人的潜心研究结果发现了以下有用的新规则，在电阻焊钢管管轴方 向的焊接面的机械特性上，焊接部所残留的穿透缺陷等缺陷的存在会 带来影响，而单个缺陷的尺寸小到不构成问题，但其存在量(某面积 内所存在的缺陷数)大大关系到焊接部的机械特性。
当初，发明人认为，给电阻焊钢管焊接部的机械特性带来重大影 响的是穿透缺陷的尺寸，因此若能够某种程度縮小焊接部所存在的穿 透缺陷尺寸的话，就能够优化机械特性。并且，在对用于检测这些缺 陷的探伤法审核之后，想到相比现有超声波探伤法进一步縮小送接收 的超声波束宽度，以用于检测这些缺陷的技术。然而，利用縮小该波 束宽度的超声波探伤技术，对穿透缺陷有无进行评价，将其结果与机 械特性进行比较之后发现，与预期结果完全不同。即得到在检测出穿 透缺陷的情况下机械性能良好、在未能检测出穿透缺陷的情况下机械 性能反而不好的结果。之后，发明人在反复进行详细检讨之后发现数 微米的微小缺陷呈广范分散形态的穿透缺陷与机械特性相关，现有所 不知的非常有用的发现。最后开发了用于检测这些的超声波探伤技术。在这里，利用图1说明穿透缺陷的形态。当初，认为影响机械特
性的穿透缺陷等微小缺陷的形态为，在钢管1的焊接部2中，如3a所 示的原本数微米的氧化物(主要为Si-Mn系)密集(聚集)在数十至 数百微米大小的区域，因此在外观上是一个缺陷(在本说明书中又称 为聚集型穿透缺陷)。然而，根据发明人的调査，发现如3b所示的数 微米的氧化物呈广泛分布(分散存在)形态的穿透缺陷(在本说明书 中又称为分散存在型穿透缺陷)的存在。这种分散存在型穿透缺陷， 根据现有的检测方法不能够明确的检测，密度稀薄的剖面观察极其困 难，因此，未能够明确指出，然而，发明人的详细调查结果首次判断 出，在机械特性评价，尤其特性优秀水平(品质管理要求严格的水平) 的评价中，其为重要的检测对象。之后，根据该发现，想到对电缝钢 管焊接部进行品质管理的发明。
图2为从样品管切取夏比试验片进行夏比冲击试验的结果。在夏 比冲击试验结果中，样品A (样品数为3个)呈现出吸收能在400J以 上的良好的机械特性，而样品B (样品数为3个)的吸收能在200J左右。
然后，在切出这些夏比试验片的附近，如图3所示，利用沿圆周 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，将电阻焊钢管1的管轴方向焊接面的焊接部2，通 过使用聚焦型超声波探头50的C扫描法相对切出的面进行焊接部的探 伤，与夏比冲击试验的结果进行比较。首先，发明人以为密集在上述 数十至数百微米区域的聚集型穿透缺陷的存在会给焊接部的机械特性 带来影响，因此为了检测这些，利用了频率数为50MHz的聚焦型超声 波探头50，将波束宽度聚焦成IOO微米进行了探伤。其结果如图4所 示，图4 (a)为样品A的C扫描数据，横轴表示管轴方向，纵轴表示 厚度方向，信号强度(信号强度越大越白)用浓淡表示。图4 (b)为 对(a)的数据，在管轴方向相同的位置，对厚度方向取信号强度最大值的数据，将横轴作为管轴方向的位置，在纵轴描绘信号强度的最大 值。同样图4 (C) 、(d)表示对样品B的超声波探伤结果。然而，在 (b) 、 (d)的结果上，将由厚度方向的信号强度最大值推测的缺陷
直径值表示在纵轴上。在样品A中能够看到很多相当于缺陷直径50微
米以上信号强度的缺陷指示(对应上述聚集型穿透缺陷)散布，而在
样品B中几乎没有发现这种散布的缺陷指示。其结果说明，就算存在
聚集型穿透缺陷机械性能同样良好，相反，几乎不能检测穿透缺陷的 样品吸收能反而低，这与发明人当初预期的结果完全相反。
之后，发明人对测定条件进行各种变更后进行了测定。其间了解
到，在当波束宽度扩大时(具体为从100微米扩大至250微米)，得 到目前为止未能确定的信号。其结果表示在图5中，对于夏比冲击试 验中机械性能良好的样品A，与图4一样，缺陷直径远低于40微米的、 相当于缺陷直径25微米程度的信号水平为基准线，确认了缺陷直径100 微米程度的信号水平高的缺陷信号处处可见。另外，对于样品B，与图 4一样，虽然没有信号水平高的缺陷信号，但是可以确认的是，表示相 当于缺陷直径100微米程度信号强度的信号(图中图像中的淡且薄地 显示)横亘于管轴方向的全长。根据以上结果发明人了解到，缺陷直 径40微米程度的信号水平不怎么高，但其广泛分布会给焊接部的机械 性能带来重大影响。
并且，在用显微镜调査该样品B的剖面时发现，样品B上所能看 到的缺陷指示部上，稀疏地存在每个大小为5微米至20微米的微小氧 化物(微小穿透缺陷)，证实了C扫描的结果。
在这里，说明通过扩大超声波束宽度来检测淡淡的回波带的理由。 如图6所示，当考虑微小反射源在广范围内均匀地分散存在的状态时， 波束宽度窄的情况下，仅有少数的微小反射源包含在波束内，因此相 对波束面积的缺陷总面积比率低，结果，反射回波变弱。另外，当扩 大波束宽度时，波束内所包含的微小反射源的个数多，相对波束面积的缺陷总面积的比率变高，就算各个回波变弱，其累积后也会变强， 因此检测信号变高。
从以上结果可以导出新的见解，即这种缺陷虽然各个直径非常小， 但显示在广范围内分布状态的穿透缺陷(分散存在型穿透缺陷)同样 会给焊接部的机械性能带来影响，为了高精度地进行其评价，波束宽 度存在较为合适的范围，根据这种条件检测出的结果，才能够进行品
质管理。
根据这种发明人的见解、分析，在电缝钢管焊接部的分散存在型 穿透缺陷的检测上，以现有技术水平的波束聚焦度时灵敏度不足，就 算过度聚焦，也不能进行检测。本发明申请的主旨在于，在给焊接部 的品质带来重大影响的穿透缺陷的超声波探伤的检测上，超声波束宽 度存在优选的范围，根据由利用该波束宽度检测出的结果，导出用于 评价电缝钢管焊接部品质的判断水平(阈值)的校正方法，据此可以 进行正确的品质管理。
然而，本发明由于利用了阵列探头，波束的形状呈现矩形，因此 本说明书所说的波束宽度可理解为波束面积取平方根的实效值。但是 还可能存在穿透缺陷在管轴方向连续的情况等不需要管轴方向的聚焦 的情况，因此这种情况下，可理解为管厚方向的波束宽度。
为解决上述问题，具体提供以下方法。
(1) 一种超声波探伤的校正方法，其特征在于，在对管体的焊接 部进行超声波探伤时，根据存在于焊接面上的超声波束区域内的缺陷 的总面积与人工缺陷之间的信号强度差，确定缺陷判断阔值。
(2) 如(1)所述的超声波探伤的校正方法，其特征在于，所述 缺陷的总面积，根据由所希望的品质水平决定的管体的管轴方向焊接部的焊接面上的缺陷密度和焊接面上的超声波束的面积来决定。
(3) 如(2)所述的超声波探伤的校正方法，其特征在于，所述 缺陷密度与品质水平的关系通过夏比冲击试验事先求出。
(4) 如(2)所述的超声波探伤的校正方法，其特征在于，所述
人工缺陷与等价缺陷的信号强度差，根据声压反射率的相对关系求出。
(5) —种管体的品质管理方法，至少在管轴方向上对管体的焊接 部进行超声波探伤，进行管体焊接部的品质管理，其特征在于，包括 根据(1)至(4)中任一项所述的超声波探伤的校正方法来确定缺陷 判断阈值的步骤。
(6) 如(5)所述的管体的品质管理方法，其特征在于，使用设 有发射接收部的超声波探伤装置来进行所述超声波探伤，所述发射接 收部包括发射部，对管体的管轴方向焊接部的悍接面发射超声波； 和接收部，接收所述焊接面上的反射波的一部分或全部，所述发射部 及接收部由配置在管体的圆周方向的一个或两个以上的阵列探头上的 不同的振子组构成。
(7) 如(6)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°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 的一部分或全部的反射波。
(8) 如(7)所述的管体的品质管理方法，其特征在于，焊接面 上的超声波的波束宽度为0.5mm至2.5mm的范围。
(9) 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，对由该制造步骤制造的管体，根据(5)至(8) 中任一项所述的管体的品质管理方法来进行品质管理的。
根据本发明，由于确实能够对穿透缺陷进行缺陷判断，因此能够 以不发生给焊接钢管焊接部的机械特性带来影响的微小缺陷的方式改 善焊接流程，或能够以缺陷不流出的方式在制造工序中进行筛选，能 够进一步提高焊接钢管的品质，能够比现有的使用条件更严苛的条件 下进行使用。


图1为表示根据发明人的调査判断出的微小穿透缺陷的种类的透 视图。
图2为表示进行夏比冲击试验的样品的结果的图。 图3为表示用于说明本发明原理的焊缝切片材料的C扫描方法的 透视图。
图4为表示在50MHz波束直径100微米下进行的C扫描结果的图。 图5为表示在50MHz波束直径250微米下进行的C扫描结果的图。 图6为反射源分散存在时的检测图像图。
图7为表示进行C扫描与夏比冲击试验的对比试验的功能结构例 子的图。
图8为表示C扫描数据处理的图。
图9为表示回波高度与吸收能的关系的图。
图IO为表示缺陷直径与回波高度的关系的图。
图11为说明串联法原理的图。
图12为表示串联法中的扫描顺序的例子的图。
图13为表示回波高度与吸收能关系的图。
图14为表示缺陷直径与回波高度关系的图。
图15为表示微小穿透缺陷密度与吸收能关系的图。
图16为表示根据本发明的灵敏度校正顺序的流程图。
图17为说明本发明的阈值设定的图。图18为表示波束尺寸与信号强度关系的图。
图19为表示开口宽度与波束尺寸关系的图。
图20为说明缺陷大小与反射指向性关系的图。
图21为说明反射特性的图。
图22为说明钢管中的波型变换损失的图。
图23为表示扫描线与代表点探伤条件计算结果的一个例子的图。
图24为说明给各振子延迟时间的计算的图。
图25为表示对扫描线A计算延迟时间的结果与发射原理的图。
图26为表示对扫描线c计算延迟时间的结果与接收原理的图。
图27为表示聚焦系数与波束尺寸关系的图。
图28为表示使用串联法的超声波探伤装置的实施例1的图。
图29为说明本发明实施例2的图。
图30为说明本发明实施例3的图。
图中标号说明
1、钢管；2、焊接部；3、缺陷；4、水；5、线性阵列探头；6、 发射用的振子组；7、接收用的振子组；8、发射波束；9、接收波束； 10、探伤条件计算部；11、延迟时间设定部；12、脉冲发生器；13、 线性阵列探头的振子；14、接收放大器；15、延迟时间设定部；16、 合成处理部；17、门评价部；30、被检测体尺寸输入部；31、阵列探 头存储部；32、开口宽度控制部；33、门位置存储部；34、阵列发射 规则存储部；35、阵列接收规则存储部；36、阵列发射部；37、阵列 接收部；38、门部；39、判断阈值输入部；40、缺陷判断部；70、灵 敏度校正部
具体实施例方式
首先，利用C扫描法设定能够检测给焊接部的机械特性带来影响 的微小缺陷呈广泛分布形态的分散存在型穿透缺陷的条件，之后进行 探伤，与该探伤结果进行比较评价。用于进行该评价的结构的一个例 子表示在图7中。由以下构成探头50，用于相对切出的焊接面、发射接收超声波来进行超声波的探伤；超声波发射接收单元52，用于控 制探头50中的超声波的发射和接收；探头扫描单元54，为了对切出的
样片的焊接面进行C扫描，使探头50沿管轴方向和管厚方向顺次扫描；
接收信号存储单元56，用于存储C扫描数据；信号处理单元58，用于 计算处理C扫描数据；参数输入单元60，用于输入计算所需的参数； 和结果输出单元62。
其中，接收信号存储单元56，将超声波探头50的接收信号与利 用探头扫描单元54扫描焊接面的位置建立对应来进行存储，例如，是 一种相对管轴方向和管厚方向，能够存储接收信号强度的存储器(二 维存储器)，即具有能够存储C扫描数据功能的C扫描数据存储单元。
信号处理单元58，相对该存储数据，利用参数输入单元60来输 入后面将要叙述的计算所需的参数，算出与机械特性相关的指标值， 从而在CRT、液晶显示器、打印机等的结果输出单元62上显示画面、打印。
利用该结构，具体为如图3所示，制作距焊接面(焊缝)8mm的 位置切出的(切薄片)样品，从端面利用频率数为20MHz的点聚焦型 探头50，焊接面中的波束宽度设为440微米。波束宽度440微米如后 面所述，在C扫描中，检测微小缺陷广泛(例如，1.5X1.5mm、 2X2mm 的范围)分布的分散存在型穿透缺陷时，处在优选的范围内，因此选 择该值。并且，C扫描对焊接面的厚度方向和管厚方向进行测量。另外， 此时的C扫描的灵敏度调整为，使4> 125微米的平底孔的回波高度成为 100%。
然后，对与进行c扫描的情况相同的情况，求出机械特性。具体
为，切出长度方向10mmX厚度方向约10mm的样品，以切口部不受热 影响的方式压接焊接接头来制作夏比试验片，在-4(TC下实施夏比冲击 试验，测量该部位的夏比吸收能。之后，从通过超声波检测出的测量数据(超声波回波高度)，计 算作为机械特性的指标值的值，评价该值与夏比吸收能之间是否具有 相关性。
图8表示与机械特性进行比较的指标值的计算处理方法的一个例子。
图8 (a)为通过C扫描所得到的图像，纵轴表示壁厚方向，横轴
表示管轴方向。浓淡亮的部位表示超声波回波高、缺陷密度高，而暗 的部位表示超声波回波低、缺陷密度低。在该数据的情况下可以看出，
壁厚llmm以内、中央附近6mm的范围分布着很多微小缺陷。
然后，对该数据进行以下处理，求出指标值。
i) 以各数据为中心，对规定区域(在这里例如设为lmmXlmm) 的范围求出平均值，制作平均值数据。
ii) 对平均值数据，在管轴方向相同的位置，求出相对壁厚方向的 最大值，算出最大值分布数据。该最大值分布数据对应图8 (b)。
iii) 相对最大值分布数据，求出切出夏比试验片的范围的平均值， 将该值作为与夏比试验结果比较的指标。
然而，对于上述处理，由于缺陷的分布状态集中在壁厚部中央附 近，因此对于壁厚方向，对中央部6mm的范围进行处理。
将这些处理对多个位置的多个样品进行实施，图9为表示从C扫 描求出的指标值与夏比试验的结果之间的关系。图9为在横轴上取上 述指标值(标记为回波高度)、在纵轴上描绘夏比试验结果的数据。
从这些可以看出，指标值(回波高度)越小，机械特性倾向于越 好，因此通过该指标值(回波高度)可以评价焊接部的品质。一般认为，回波高度起因于缺陷的面积，然而本发明的检测对象 为，微小缺陷广泛分布的分散存在型穿透缺陷，因而不能一成不变地 应用该想法。
因此，发明人意识到，在分散存在型穿透缺陷上检测出的回波高 度，如图6的模式图所示，不是来自一个微小缺陷的反射，而是存在 于超声波束内(在这里波束宽度为440微米)的缺陷全部的反射被累 积的信号。即，回波高度与将存在于超声波束内的缺陷面积进行总和 的总面积有关，例如可以想到， 一个一个缺陷面积相同时，缺陷密度 越高回波高度越高。因此，发明人导出，能够将存在于超声波束内的 缺陷的总面积，在外观上作为一个缺陷的面积加以对待的称为等价缺 陷直径的值。
例如，在上述的c扫描的测定条件中，回波高度与缺陷的面积成
比例，因此若算出回波高度与等价缺陷的关系的话，就会成为如图10， 从而能够建立等价缺陷与机械特性值之间的对应。今后，若将图9与 图10进行组合的话，就算分散存在型穿透缺陷，也可以利用预先知道 尺寸的人工缺陷，校正灵敏度。例如，调整灵敏度使人工缺陷的回波 高度成为基准值，从与所要求的机械特性对应的等价缺陷直径与人工 缺陷的相对关系，将人工缺陷所决定的基准值作为基准来求出等价缺 陷直径的回波高度，从而能够将该回波高度决定为用于评价焊接部机 械特性的阈值。
以上，对利用C扫描调查焊缝薄片样品的结果进行了说明，但就 算在钢管的状态下也可以进行同样的调查，以下进行说明。
图11为对用于检测钢管状态的分散存在穿透缺陷的一个串联探 伤原理进行说明的图。图中，1为被检测体钢管，2为焊接部，3为壁 厚内部的缺陷，4为用于传送超声波的水，5为线性阵列探头，6为发射用振子组，7为接收用振子组，8为发射波束，9为表示从缺陷朝向 接收用振子组的超声波的部分(以下，又称为接收波束)。并且，在
发射波束8及接收波束9中间划出的线表示各自的扫描线。
线性阵列探头5所具有的大小能够使从位于靠近焊接部2侧(图 11中的左侧方向)的振子组发出的超声波从焊接部的钢管外表面直接 入射，使从位于远离焊接部侧的振子组发出的超声波从钢管的外表面 在钢管内表面中进行一次反射之后入射。并且，为使从中心垂直射出 的发射波束以折射角为45°的横波从钢管的外表面侧进入，从而入射 在焊接部钢管内表面侧的端部(称为0.5跳跃)，因而配置成相对钢管 的外周面具有入射角。
来自发射用振子组6的超声波束，为了使折射角成为45° ，根据 钢管外径稍稍偏向阵列探头的中心轴侧，并且为了使在横切焊接部2 的位置聚焦，设定各振子的延迟时间。同样，所选择的接收用振子组7， 能够将来自缺陷3的反射回波作为内表面侧的一次反射波来接收，为 使折射角成为45° ，使指向性对应钢管的外径稍稍偏向阵列探头的中 心轴侧，并且为使在横切焊接部2的位置聚焦，设定各振子的延迟时 间。其中，折射角不限于45° ，可以应用能够以横波进行探伤的大致 30°至70°的范围，但当考虑横波在缺陷及内表面发生反射时的声压 反射率的角度依赖性，优选的是构成全反射的大致35。至55°的范围。 并且，考虑稳定性还可以为40。至50° 。
如上所述，将发射波束与接收波束振子组的位置、数目及折射角 以对应焊接部的位置来聚焦的方式进行设定，构成的位置关系能够接 收来自缺陷的反射波，因此能够检测来自壁厚内部微小缺陷的反射。
接着，图12表示用于扫描钢管内表面至外表面的焊接部的顺序 例。首先在表示扫描开始的步骤1中，利用线性阵列探头中央附近的 振子组，将聚焦位置(焦点位置)对应在焊接部钢管内表面侧，用0.5跳跃的反射法进行探伤。此时发射与接收使用相同的振子组进行。接 着，在步骤2中，将发射的振子组朝焊接部侧移动，并且将接收的振 子组朝远离焊接部的一侧移动，将焦点位置设定在稍稍高(钢管外表 面侧)于焊接部钢管内表面侧，由此通过串联探伤对高于焊接部钢管 内表面侧(钢管外表面侧)的壁厚内部进行探伤。
接着，在步骤3中将发射振子组朝焊接部侧、将接收振子组朝反 向于焊接部的一侧移动，使焊接部中的探伤位置朝钢管外表面侧移动
来进行探伤。图中仅图示了步骤2和步骤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)，为了进行无探伤漏失(遗漏)与 重复的高效率探伤，使超声波束的一部分重合的方式来决定振子组的
移动个数。最后步骤4表示扫描的结束，利用远离焊接部侧的振子组， 以l.O跳跃的反射法对焊接部的外表面侧进行探伤。反复进行该步骤1 至4，并且沿管轴方向机械地扫描钢管与线性阵列探头的相对位置，由 此能够在焊接部的全面全长(从钢管外表面侧到内表面侧)上进行探 伤。
另外，发射用振子组6将发射波束8的直径相对管体1的管轴方 向焊接部2的焊接面设定为0.5mm至2.5mm来进行发射。同样接收用 振子组7将接收波束的波束宽度同样设定为0.5mm至2.5mm的范围。
在这种串联探伤中，与C扫描的实验一样，制作在各种条件下焊 接的样品管，利用图11所示的方法以钢管的状态进行探伤，之后在进 行探伤的部位制作夏比试验片，在-4(TC下进行夏比冲击试验，比较信 号强度与吸收能。在该实验中，将超声波束尺寸设为1.4mmX1.4mm， 将沿焊缝部壁厚方向贯通的4> 1.6mm钻孔的回波设定为80%的灵敏度， 之后提高20dB的灵敏度来进行探伤。
图13表示实验结果。从图可知，与C扫描的情况一样信号强度与 吸收能有相关性，回波高度在34%以下时为400J，回波高度在50%时为200J，回波高度在65。/。以上时为20J。并且，该灵敏度设定时的信号 强度(回波高度)与缺陷直径的关系会成为如图14所示，因此回波高 度34%相当于直径230微米的缺陷直径，回波高度50%相当于直径280 微米的缺陷直径，回波高度65%相当于直径320微米的缺陷直径。另 外，在图14中，当等价缺陷直径变换为缺陷密度来与图13建立对应 时，能够建立如图15所示的微小穿透缺陷密度(缺陷密度)与吸收能 之间的对应。
如此，可以看出，在能够以钢管的状态对焊接部进行探伤的串联 探伤中，在检测分散存在穿透缺陷来进行品质管理时，能够建立从检 测出的结果算出的等价缺陷直径与机械特性值之间的对应。根据该发 现，测定事先知道尺寸的人工缺陷，对该缺陷直径与等价缺陷直径进 行比较，由此能够校正灵敏度。
该灵敏度校正例如按照如图16所示的顺序实施即可，结合图17 所示的灵敏度调整的模式图进行说明。
首先，根据步骤Sl中输入的要求规格的机械特性值，在步骤2中 利用图15所示的关系，决定对应的缺陷密度。
接着在步骤S3中，对应波束尺寸a、 b，根据下式计算波束内总 面积S。然而，在串联探伤中，使用阵列探头，波束形状呈矩形，因此 波束尺寸a、 b指的是矩形各边的长度。
S = a.6.伞 (1 )
其中，a、 b为波束尺寸厚度方向与长度方向的尺寸，dp为缺陷密度。
其中，"^构成波束的面积，但是在C扫描时波束的形状呈圆形或椭圆形状，因此决定式(1)使之成为对应其形状的波束面积即可。
接着，在步骤S4中，计算与灵敏度校正所使用的人工缺陷之间的 强度差。具体为，例如圆形平面瑕疵的声压发射率R1能够表示成下式。 该式为在求出分散存在穿透缺陷中的声压反射率时，使用等价缺陷直 径算出的。
7 l二(2;zr2)/(;ix)二(2S)/(;bc) (2)
其中，r为等价缺陷(波束内总面积的圆形缺陷)的半径，A为波 长，x为从缺陷的距离。
并且，人工缺陷一般所使用的钻孔考虑成圆柱形瑕疵即可，该圆 柱形瑕疵的声压反射率R2能够用下式表示。
因此，根据Rl、 R2，等价缺陷与钻孔的信号强度差AG用下式求出。
△G = 20*log(i l/i 2)(, (4)
接着，在步骤S5中，为使回波高度在进行信号处理时成为能够高 精度地处理判断的有效距离，对灵敏度进行补正，决定用于判断缺陷 的阈值。例如在步骤S4中，信号强度差求出为AG--S0必的情况下，
在图表中将钻孔DH的强度设定(设定为信号处理中的动态范围的最大 值)为100%时，-30^成为动态范围最大值的3.1%，因此在图表上(信
号处理上)过低而不能够被认识。目卩，用于判断的分解能变低，在信 号的判断上成为不充分的水平。因此，例如要进行20dB (IO倍)等的 灵敏度补正时，阈值变为31%，因而在图表上、信号处理的计算上也能够高精度地进行判断。阈值设置为20~60%的范围即可，为使处于该 范围，根据信号强度差AG决定灵敏度补正量即可。
接着，进入步骤S6，测量存在人工缺陷(例如钻孔4)1.6mm)的 校正用钢管，为使该接收的信号水平成为一定水平，进行用于增幅接 收信号的接收信号用增幅器的灵敏度调整(增益调整)。然而一定水 平最好设定为与图表上100%对应的值、在信号处理装置中动态范围的 最大值。这与图17中的增益设定1对应。
接着，进入步骤S7，进而对接收信号用增幅器，根据步骤S5中 设定的灵敏度补正量，进行灵敏度调整(增益调整)。这与图17中的 增益设定2对应。
接着在步骤S8中利用在步骤S5中决定的阈值进行探伤。
如此，例如，调整灵敏度使人工缺陷的回波高度成为基准值，从 而能够根据相对该基准值的回波高度，决定用于评价焊接部机械特性 的阈值。
以上为本发明所涉及的校正方法的说明，为了将上述串联探伤法 应用在电阻焊钢管的焊接部而进行了各种检讨，以下进行具体详细的 说明。
首先，对于阵列探头1中开口宽度的决定，按照以下考虑即可。
图18 (a)为表示波束宽度(与四角的一边对应的波束尺寸，图 18中标记为波束尺寸)与等价缺陷直径(波束内的缺陷总面积)之间 的关系的图。对于缺陷密度为0.03mn^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，理论上算出改变 波束宽度(波束尺寸)时的等价缺陷直径。随着波束宽度的变大，等价缺陷直径变大，然而在波束宽度1.5mm以上成饱和而变为一定值。 这种饱和在这里的解释为，由于将分散存在型穿透缺陷的分布范围假 设为1.5mmX 1.5mm而产生的。
图18 (b)为在串联探伤中，从与上述的图18 (a)所表示的等价 缺陷直径对应的声压反射率，计算此时的信号强度，用dB表示的图。 噪音水平的-^M是将串联探伤中能够实际得到的水平大致描绘的。在 波束宽度(波束尺寸)大的一侧噪音水平变大是因为，当波束尺寸变 大时，会检测起因于内外表面表面粗糙度的噪音，从而导致噪音水平 的变大。在串联探伤中能够看出，噪音水平小于信号水平的范围即波 束宽度0.5~2.5mm的范围为可应用的范围。并且，在缺陷密度0.02mm2 中，信号强度稍稍变低，因此波束宽度0.7mm至2.5mm为应用范围， 为了良好的S/N比，优选的是信号水平与噪音水平之间的差在5dB以 上，因此1 2mm为更优选范围。
另外图18 (c)为，为了对串联探伤与C扫描的不同点进行比较， 计算出上面的等价缺陷直径的信号强度后，用dB表示的图。图18(c) 表示信号强度的缺陷密度仅在0.03mr^的情况。在C扫描时，波束宽 度在0.2~lmm的范围下，信号强度高于噪音水平，因此该范围为用于 检测分散存在穿透缺陷的应用范围。上述，在图7中的使用C扫描的 实施方式中，将波束宽度设置为440微米是因为，此时成为信号强度 与噪音水平之间的差最大、S/N比良好的范围。然而，C扫描与串联探 伤的应用范围不同是因为，使用了单探头、水距离近、表面为研磨面 等条件好，因此相比串联法噪音水平低。并且，当波束尺寸超过lmm 时，受样品侧面的影响(波束传播路径受遮挡或样品侧面中发生乱反 射而带入该噪音信号)，S/N比恶化。
因此，在使用串联法时，将开口宽度设定为不同于C扫描的波束 宽度(波束尺寸)。另外，在串联探伤中，用于获得波束宽度d的振子开口宽度D由 下式进行求出。
<formula>formula see original document page 22</formula>其中，如图19所示，d为探伤位置中的波束尺寸，F为焦点距离， 义为波长，^为折射角，0w为入射角。
例如，当水距离为30mm、钢中路程为24mm、 折射角^=45° 、 入射角ew:18.9。时，焦点距离F为30+24/1480X3230=82mm，频率 数设为10MHz时波长义为1480/10MHz=0.148mm。因此，用于获得波 束宽度d=1.5mm的开口宽度D，从式(5)求出出D45mm。
根据以上求出的开口宽度能够求出出振子组的振子数。其中，各 扫描线的振子组的振子数可以为一定，也可以为了使灵敏度更为均匀 改变每个扫描线的振子数。即，在使用阵列探头的串联探伤中，由于 在振子组内、越接近焊接部的一侧焦点距离越短、越远离焊接部的一 侧焦点距离越长，因此考虑到与振子的位置对应的焦点距离F，为使波 束宽度收容在上述范围中，或者使波束宽度成为一定值，求出开口宽 度，决定同时激励的振子数。并且，进行控制使对应该开口宽度的振 子数同时激励。然而，这里所说的同时激励的振子数是指， 一次发射、 接收所使用的振子组的振子数。并且，为了在该振子组中控制聚焦、 偏向，相对各元件设定延迟时间。
接着，对于焊接面的入射角、反射角，按照以下决定即可。图20 表示对缺陷大小与反射指向性的关系理论检讨的结果。其中，图20所 示的结果为，如图21所示，将超声波朝-45°的方向入射，在频率数为 10MHz、 15MHz、 20MHz，分别与管壁厚方向对应(在图21中对应横 方向)的缺陷尺寸(等价缺陷尺寸)O.lmm、 0.2mm、 0.4mm、 0.8mm 的条件下，对各反射角度中的信号强度进行理论计算得到的。并且， 图20的纵轴将正反射角度即45°的信号强度作为基准轴1，用规格化的相对值进行表示。任何情况下，朝入射超声波的-45°方向反射的反 射波的信号强度非常低，约为正反射方向45。的0.2以下。可以看出， 任何情况下正反射方向即45°方向最强。
在该计算条件下指向性最为尖锐的缺陷尺寸0.8mm、 20MHz中， 相对正反射角度的信号强度，信号强度为一半(在图20中值为0.5) 的角度在40。至50°的范围。如此，由于缺陷尺寸而指向性不同，因 此根据所要检测的缺陷大小决定接收波束的相对焊接部入射角的范围 即可。例如，为了同样不降低灵敏度地检测较为大的缺陷，优选的是 接收波束的相对焊接部的入射角为接近45。的角度，例如在15MHz、 0.8mm的缺陷信号强度降低为一半的抑制上，优选的是39。至52°以 内的范围。相反，例如仅仅检测15MHz、 0.4mm以下的小缺陷时，优 选的是33°至61°的范围。
根据上述的解释，缺陷中的超声波反射信号，将正反射方向作为 波峰信号强度变高，因此优选的是接收该正反射方向的超声波，然而， 反射强度为波峰的50%的情况下能够进行充分的检测，因此接收与该 范围对应的角度范围反射的超声波即可。
从图20所示的频率数为15MHz、缺陷尺寸为0.4mm的反射指向 性的结果来看，反射强度为波峰的50%以上的反射角度为33°至61° ， 因此优选的是，以正反射角度即45°为基准，-12°至+16°的范围。 并且，若以频率数20MHz、缺陷尺寸0.8mm为止为对象的话，优选的 范围是，相对正反射角度-5°至+5°的范围。并且，上述例子以朝向缺 陷的45°的入射角示出了反射角度特性，但是将相反的反射角度设为 45°时的入射角特性同样能够得到相同的结果，并且还可以为45°以 外的入射角度，能够清除波型变换损失条件的入射角度范围的话，能 够得到几乎相同的特性。
然而，当考虑波型变换损失时，利用横波的探伤所合适的折射角可以应用大致30。至70°的范围，但是当考虑横波在缺陷及内表面反 射时的声压反射率的角度依赖性，优选的是作为全反射的大致35°至 55°的范围。另外，考虑到稳定性，40°至50°的范围也可。并且， 最为优选的是发射与接收的折射角相同，但是缺陷的反射指向性是宽 泛的，因此在反射指向性的范围内不同也可应用。
以下，参照图22，对不发生波型变换损失的折射角度范围的设定 顺序进行说明。
1)决定折射角，从而决定阵列探头的位置及角度。
1) -1:考虑到朝向焊接面的入射角&，决定折射角0。不发生波 型变换损失的理论上的朝向焊接面的入射角为33.2° ^&《56.8° ，在 该范围内从管壁厚方向的内表面到外表面扫描焊接面时，朝向焊接面 的入射角不一定是一定值，改变也可。因此，在这里为了容易计算， 示出了折射角e为一定值的例子。其中朝向焊接面的入射角度&为 ea^O。-^-W，并且^1在O至"的范围内根据焊接部壁厚方向位置产 生变化(例如，内表面侧为01 = ^2，外表面侧为"=0)。例如，在"=4° 时，^ = 41°~45°。并且，在将入射焊接部管壁厚中心附近时的折射角 设为47°时，^在焊接部壁厚方向的中心部约等于45。，在内外表面 的扫描中，成为^ = 43° 47°的范围。
1) -2:决定阵列探头的位置及角度，使从位于阵列探头中心的振 子相对该探头面朝垂直方向发射的波束，以一定的折射角度(例如45 ° )的横波超声波从钢管外表面侧入射，从而以一定的入射角(例如， 上述例中的41。)入射在焊接面内表面侧端(或外表面侧端)的位置。
2) 决定从探头的各振子送接收的扫描线入射在管外表面上的位置。2) -1:决定方法有多种，例如对作为对象的振子(或者振子之间 的位置)，扫描管的外表面，算出由振子位置与外表面扫描位置与外 表面接线所决定的折射角e，从而决定^成为由1) -l所决定的值的外 表面上的入射位置。具体地，从各振子直线连接外表面上的各点(例 如，各点在外周上配置成等间隔、任意间隔)决定扫描线，相对这些 各扫描线计算折射角e， ^与规定的折射角相同、或者选择成为最接 近的值的扫描线作为该扫描线的入射位置。
2) -2:从振子的位置与上述2) -1中所决定的外表面上的入射位 置与管形状(直径与厚度)，几何求出入射管后的传播路径，算出朝 向焊接面的入射位置。
3) 在上述l)中利用阵列探头的中心决定位置，并且折射角一定 的情况下进行上述处理，因此以阵列探头中心的扫描线为基准，对称 地在焊接面上生成由2) -2求出的传播路径(扫描线)的途径组合(一 对)。将该一对作为发射、接收的扫描线，作为发射部、接收部各自 的中心振子(以该振子为中心形成发射部、接收部的振子组)。然而， 振子组的数目为偶数的情况下，中心位置在振子的边界被修正，进行 上述处理。并且，在这里折射角e为一定的情况下进行了计算，但是将 朝向焊接面的入射角&设为一定从而进行计算也可，还可以将^及^
双方进行改变。
利用该超声波探伤装置，对使波束沿焊接面的厚度方向扫描的振 子组的控制顺序进行以下说明。具体地，将发射、接收的振子组，振 子的数目、偏向角，焦点距离按照一下步骤决定即可。在这里，为使 折射角一定，发射部与接收部所使用的振子组的宽度，从能够获得所
需灵敏度的聚焦系数求出，因此适当参照图11或者图23进行说明。 然而，以下所示的a) 、 b) 、 c)的内容与上述的1) 、 2) 、 3)对应， 因此在这里简略说明。a) 决定线性阵列探头的位置，使从位于线性阵列探头中心的振子， 相对该探头面垂直发射的波束，以规定的折射角度(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者钢管外表面 侧。
b) 为使从各振子朝向钢管外表面的入射角恒定、或者成为规定的 范围，决定几何入射点，进而决定以45。的折射角通向钢管内的线(扫 描线)。
这里所说的各振子是指与发射部的中心位置对应的振子，决定发 射部振子组与钢管外表面的入射点之间的位置关系。并且对应折射角， 决定钢管入射后的传播路径，即内表面中的反射点、外表面中的反射 点、焊接面中的反射点。
c) 从上述入射点与各振子的位置关系，计算各扫描线的偏向角。
d) 计算各扫描线的水距离、焊接部为止的钢中路程，换算成音速 与水距离，求出水中焦点距离F。
e) 对应所需的波束宽度d，利用式(5)，计算各扫描线的开口宽 度D，在该开口宽度D上除以振子间距后进行四舍五入，由此求出各 扫描线的振子组的振子数n (与[同时激励的振子数]对应)。然而，所 需的波束宽度d为，如上所述，在表示微小缺陷呈广泛分布形态的分 散存在穿透缺陷的检测上所应用的波束直径的范围，因此为0.5至 2.5mm，优选的是0.7mm至2.5mm，更为优选的是1.0至2.0mm。
f) 从各扫描线的振子位置与振子数n，决定构成发射部的各振子 组的位置。
g) 从各扫描线在焊接部相交的位置关系，决定探伤所使用的扫描线，并且决定与发射的振子组构成一对的接收的振子组。在发射部与 接收部的一对的选择上，将从反方向传播而在焊接部相交的扫描线构 成一对即可。并且，在对于所要求的空间分解能将焊接部的相同部位 重复进行必要以上的情况时，相隔间隔地进行也可。
h)由于对探伤所使用的全部的扫描线，决定了振子组的数目、焦 点距离与偏向角，因此分别计算给予各振子的延迟时间。对于该计算 方法，可以利用本发明人以前申请的专利文献5所公开的公知技术。
对于计算的基本想法，以下参照图24及算式进行说明。首先，将 振子组的中心位置设为坐标的原点，焦点距离设为F,偏向角设为0， 按照如下求出焦点位置坐标。^^}。
<formula>formula see original document page 27</formula>
接着，将振子的间距设为P，将振子组的振子数设为n (但是，n
为偶数)，求出各振子的坐标^郭(o'yp(/)}
<formula>formula see original document page 27</formula>
进而，按照以下求岀焦点位置与各振子之间的距离z(0及该最大
值Z附
最后，利用下式求出延迟时间
<formula>formula see original document page 27</formula>以上示出了计算的基本想法，然而对于各扫描线，没必要将振子 组的中心位置必须设置为坐标的原点。并且，将振子数n作为偶数进 行了说明，但奇数也可。在奇数的情况下，只要将上述式子改变一部 分即可应用，这是显而易见的。在实际的计算中，事先决定阵列探头 元件的各各坐标，根据焦点距离与偏向角求出焦点位置的坐标，进一
步求出上述焦点位置与各振子之间的距离z(z')即可。
图23为表示如此决定的扫描线与该扫描线中代表性的点的探伤
条件计算结果的一个例子的图。表示将外径为^ 558.8mm、壁厚为 25.4mm的钢管，利用160个元件(振子)的线性阵列探头，在中心水 距离为20mm、折射角为45°下，进行探伤的例子。其中，振子的编 号，接近焊接部的一侧设为l，远离的一侧设为160。
图25为相对图23所示出的扫描线A计算延迟时间的结果与发射 原理的图。图中，IO为用于计算上述1)至8)的探伤条件计算部，11 为据此决定发射脉冲的发射时间点的延迟时间设定部，12为脉冲发生 器，13为线性阵列探头5的各振子。图中示出了，只有振子编号17至 22被选择，振子编号17首先被激励，渐渐随着时间的流逝振子编号 18至22被激励。由此形成相当于扫描线A的发射波束。
图26为对于图23所示出的扫描线C计算延迟时间的结果与接收 原理的图。图中，13为线性阵列探头的各振子，14为接收放大器，15 为延迟时间设定部，16为合成处理部，17为门评价部。图中示出了， 只有振子编号124至155被选择，来自缺陷的回波首先入射振子编号 124，渐渐随着时间的流逝，振子编号125至155接收，在延迟时间设 定部15补正该时间延迟使相位一致，在合成部16进行合成，由聚焦 效果回波变大。
由此，进行相当于扫描线C的接收。之后在门评价部17，从发射 脉冲(图中的T脉冲)判断在与波束路径对应的距离进行设定的时间域(门)下有无缺陷回波(图中的F回波)，从而进行探伤。另外， 对于延迟时间设定部15、合成处理部16、门评价部17，也可以从接收
放大器输出后立即进行A/D变换，将信号存储在存储器后通过软件处 理来实施。
在上述的说明中，将探伤条件的计算，首先决定各扫描线的入射 点之后顺次进行了计算，但不限于此，例如也可以在决定焦点位置之 后，相对各振子探索性求出到达该焦点位置的传播时间最短的路径。
另外，在串联探伤中，为了评价电阻焊钢管焊接部的机械特性， 有必要将发射和接收的超声波的波束宽度设为0.5至2.5mm，但是反映 波束的聚焦度的参数中的一个即聚焦参数，同样存在其应用的范围。 聚焦系数J是指聚焦位置中的表示声压上升的值。
<formula>formula see original document page 29</formula>
其中，D为振子的开口宽度，F为焦点距离，A为波长。另外，在 式(6)中，焦点距离F与波长A使用水中换算的值。
图27表示，在频率数为5MHz至15MHz、焦点距离为F=60mm 至80mm (几乎与钢管壁厚10mm至16mm的范围相当)的条件下，使 用式(6)，对聚焦系数与波束宽度(波束尺寸，在图27中标记为波 束尺寸)的关系进行理论计算的结果。从这里可以看出，波束宽度(波 束尺寸)小时聚焦系数变大，而波束宽度大时聚焦系数变小。聚焦系 数为表示声压上升的值，因此值越大越好，但在表示微小缺陷广泛分 布形态的分散存在穿透缺陷的检测上，聚焦系数变大时，波束尺寸小 于最适合的范围，因此还需考虑波束宽度最适合的范围。例如，对于 在分散存在穿透缺陷的检测上可应用的超声波束宽度为0.5至2.5mm 左右，在聚焦系数上，-13(18至28( 成为直接对应的范围，但是兼考虑波束宽度的话，聚焦系数在-5至20dB左右为应用范围，波束宽度的
优选范围，对于1.0至2.0mm左右，聚焦系数会成为不足-10至50dB
的程度，因而是可应用聚焦系数的范围。
实施例1
以下参照附图对本发明的实施例进行说明。
图28为表示串联探伤所涉及的超声波探伤装置的功能结构例子 的图。在被检测体尺寸输入部30上，从操作员或处理计算机，输入用 于进行探伤的钢管的外径、壁厚值。在阵列探头存储部31上，存储有 阵列探头5的频率数、振子间距、振子数。
开口宽度控制部32，在发射和接收中，控制与波束宽度(波束尺 寸)对应的开口宽度，并且根据钢管尺寸及阵列探头的规格，计算阵 列探头的位置、发射用扫描线的数目、各扫描线的发射用波束的路径。 接着，在各路径中计算焦点距离、偏向角。将该焦点距离、超声波频 率数代入式(5)，求出开口宽度使波束宽度成为规定的范围。另外， 波束宽度的规定范围，如上所述，0.5至2.5为应用范围，优选的是0.7mm 至2.5mm，更为优选的是1.0至2.0mm。
在开口宽度上除以振子的间距，求出各扫描线的发射用振子组的 振子数。之后，从扫描线的位置与振子数决定发射用振子组的位置， 进而对每个扫描线的各振子计算延迟时间。由此决定的上述各值在这
里称为阵列发射规则。
开口宽度控制部32，还根据钢管的尺寸及阵列探头的规格，计算 阵列探头的位置、接收用扫描线的数目、各扫描线的接收用波束的路 径。接着，求出各路径中的焦点距离、偏向角。将该焦点距离、超声 波频率数代入式(5)，求出开口宽度使开口宽度成为规定的范围。另 外，接收与发射一样，波束宽度的规定范围为，如上所述，0.5至2.5为应用范围，优选的是0.7mm至2.5mm，更为优选的是1.0至2.0mm。
在开口宽度上除以振子间距，求出各扫描线的接收用振子组的振 子数。接着，从扫描线位置与振子数决定接收用振子组的位置，进而 计算每个扫描线的各振子的延迟时间。由此决定的上述各值在这里称 为接收规则。进而，根据由开口宽度控制部32计算的波束的路径，决 定缺陷检测用的门位置，存储在门位置存储部33上。
然而，在这里，阵列接收规则也可以根据事先求出的阵列发射规 则决定，并且相反地，也可以事先求出阵列接收规则后据此决定阵列 发射规则。由此决定的阵列发射规则与阵列接收规则分别存储到阵列 发射规则存储部34和阵列接收规则存储部35，从而使用在以下的发射 接收控制上。
阵列发射部36，根据存储在阵列发射规则存储部34上的阵列发 射规则，选择发射用振子组，对各元件相隔延迟时间发射发射脉冲。 阵列接收部37，根据阵列接收规则存储部35上的阵列接收规则，选择 接收用振子组，对各元件相隔延迟时间加算信号，获得探伤波形。在 门部38中，抽取存储在门存储部33上的门位置信号。
由此，若1个扫描线的探伤结束，则根据存储在阵列发射规则存 储部34上的阵列发射规则，选择下一个发射用振子组，反复进行与上 述同样的探伤。
然而，对于管轴方向，只要能够设定阵列探头与焊接钢管相对移 动的条件即可。例如，装入制造工序时，由于焊接钢管沿管轴方向移 动，因此固定阵列探头沿管厚方向扫描的话，就会沿管轴方向扫描， 并且焊接钢管在静止状态时，利用机械机构使阵列探头移动即可。
缺陷判断部40，将输入在判断门槛值输入部39上的缺陷判断阈值(门槛值)与门内的信号强度进行比较，若信号强度为阈值以上的 话，则判断为缺陷。其中，进行比较的信号强度可以不是门内的原样 信号，例如如图8所示，还可以为经平均化处理、最大值处理后的计 算值(指标值)。如此，当一个扫描线的探伤结束时，根据存储在阵 列发射规则存储部34上的阵列发射规则，选择下一个发射用振子组， 以下反复进行与上述一样的探伤。另外，对于缺陷的判断，信号强度 在阈值以上的情况发生多次时，判断为缺陷也可。
灵敏度校正部进行本发明申请的灵敏度校正。以下结合在实施方 式中进行说明的图16，对灵敏度校正的步骤进行说明。
首先，灵敏度校正部70设置得能够在与处理计算机之间，输入制
造条件、产品规格，在数据检查开始之前，从处理计算机输入与将要 制造检测的电阻焊钢管的机械特性相关的要求规格(焊接部的机械特
性，例如夏比冲击试验中的吸收能的容许值)(步骤S1)。
之后，根据输入的要求规格的机械特性值，利用如图15所示的关 系，决定缺陷的密度。另外，图15所示的数据，作为事先通过与多个 样品之间的比较进行求出的、从机械特性算出缺陷密度的式子、表格 数据存储即可(步骤S2)。
从开口宽度控制部32输入设定的波束尺寸，根据波束尺寸a、 b 与从步骤2参照的缺陷密度，通过下式计算波束内总面积S(步骤3)。 在这里，使用了阵列探头，因此波束形状呈矩形，波束尺寸a、 b为矩 形的各边长度。<formula>formula see original document page 32</formula>其中，a、 b为波束尺寸的厚度方向与长度方向的尺寸，dp为缺陷密度。接着，从处理计算机、输入端等输入(或者，若人工缺陷与通常 一样的话不进行输入，而存储在灵敏度校正部70上即可)用于灵敏度 校正的人工缺陷的尺寸，计算该人工缺陷的尺寸与对应于步骤S3中求 出的波束内总面积S的等价缺陷直径之间的回波高度的强度差(比率)。
具体地，例如圆形平面瑕疵的声压反射率R1可以用下式表示。该
式为在求出分散存在穿透缺陷中的声压反射率时，利用等价缺陷直径 来算出的。
i l二(2;rr2)/(Ax)-(25")/(Ax) (2)
其中，r为等价缺陷(波束内总面积的圆形缺陷)的半径，^为波 长，x为从缺陷的距离。
并且，在人工缺陷中一般所使用的钻孔可看作圆柱瑕疵，该圆柱 瑕疵的声压反射率R2可以用下式表示。
(3)
因此，根据Rl、 R2，等价缺陷与钻孔的信号强度差AG用下式求出。
AG = 20*log(i l/i 2)(, (4)
之后，根据在步骤S4中求出的AG，进行灵敏度补正，使得出的
回波高度在进行信号处理时成为可以高精度地处理判断的有效距离， 并且决定用于判断缺陷的阈值。例如，求出的信号强度差为AG:-SOW 的情况下，当将钻孔DH的强度在图中设定(设定为信号处理中的动态 范围的最大值)为100%时，_30必成为动态范围最大值的3.1%，因此在图上(信号处理上)过低而不能够被认识。即，用于判断的分解能 变低，在信号中的判断上成为不充分的水平。因此，例如当进行20dB (IO倍)等的灵敏度补正时，阈值成为31%，因而在图上、信号处理
的运算上能够高精度地进行判断。阈值最好为20至60%的范围，因而 为使处于该范围，将灵敏度补正量根据信号强度差AG决定即可。
并且，在自动决定的情况下，预先设定阈值(例如为50%等)， 为使AG的值成为阈值，从AG的值与阈值的比率决定灵敏度补正量即可。
其后，测量具有人工缺陷(例如，钻孔^6111111)的校正用钢管， 调整接收信号部增幅器(未图示)的灵敏度，使该接收的信号水平成 为一定水平(步骤S6)。并且，这里所使用的信号水平其实施与通常 进行探伤时所使用的用于判断缺陷指标值的信号处理相同。并且，一 定水平在与图上的100%对应的值、信号处理装置中，最好设为动态范 围的最大值。另外，校正用人工缺陷的测量，可以为具备使超声波探 伤装置朝离线方向移动的机构而进行的离线中的测定，并且校正用钢 管，其测定可以与制造线中的通常的测定相同。
并且，将在步骤S5中设定的灵敏度补正量设定在增幅器上(步骤
57) ，同时将在步骤S5中决定的阈值设定在判断阈值输入部上(步骤
58) 。其后，该阈值设定到缺陷判断部上，根据该阈值来判断是否满 足要求规格。
另外，该校正除检查条件变化的时间点以外，还可以应用在与增 幅器长期变化等对应的定期校正上。
根据以上的矫正方法，即使在分散存在穿透缺陷上，也能进行高 精度地品质管理。实施例2
下面，利用图29来说明将实施例1所示的超声波探伤法应用在电
缝钢管制造工序中的结构例。图29中的装置包括用于提供带板的展巻 机151、校正形状的矫直机152、压延成形机154、翅片成形机155、 诱导加热装置156、挤压辊157、分选机158，例如将板宽1920mmX 板厚19.1mm的带板进行电缝焊接，通过分选机158来制造-600的钢 管。图中159为管切断机。
在这里，将串联探伤用阵列探头5配置在例如焊接结束后的分选 机158的入口侧或出口侧、或者管切断机159的出口侧，根据该结果 评价机械特性，由此能够进行品质管理。作为结构由以下构成阵列 发射接收单元160，用于进行阵列探头5的发射和接收；控制单元162， 在阵列探头5的发射和接收时，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，用于根据阵列探头5的接收 信号判断焊接部中的缺陷、评价机械特性，包含灵敏度校正部；结果 输出部166，用于对该品质判断单元164中的判断结果进行画面显示、 打印等。并且，对照图28的各功能部，阵列发射接收单元160具有包 含阵列发射部36、阵列接收部37、阵列发射规则存储部34、和阵列接 收规则存储部35的功能，控制单元162具有包含开口宽度控制部32、 门位置存储部33、门部38、被检测体尺寸输入部30、和阵列探头存储 部31的功能，品质判断单元164具有包含接收信号存储部56、信号处 理部58、灵敏度校正部70、参数输入单元60、判断阈值输入部39、 和指标值-机械特性的对应建立用数据64的功能。
因此在制造线中，在根据使用串联法的超声波探伤进行电缝焊接 管的品质管理时，若在要求规格每变化一次、定期时间点上接收来自 制造管理用计算机的校正指示，测定校正用样品的话，则能够进行校 正。并且，校正方法按照与实施例1所示的步骤相同地进行即可。
并且，在图28所示的接收信号存储部上存储接收信号数据时，管厚方向的探伤位置由于对阵列探头的振子进行控制来扫描，因此从控 制单元162输入数据即可，而对于管轴方向，从用于检测制造线中钢 管移动距离的传感器等输入即可。另外，钢管尺寸等条件可以连接制
造管理用计算机170与品质判断单元164 (或者控制单元162)输入数
据即可。并且，根据钢管的种类需要变更其他检查条件时，适当地从
制造管理用计算机170输入即可。 实施例3
实施例1、实施例2对钢管进行灵敏度校正的实施例进行了说明， 但还可以将同样的矫正方法应用在不是钢管的使用C扫描的情况，以 下进行说明。
用于利用C扫描法进行实施的结构的一个例子表示在图30上。由 以下构成探头50，对切出的焊接面发射接收超声波来进行超声波探 伤；超声波发射接收单元52，控制探头50中的超声波的发射和接收； 探头扫描单元54，为了对切出的样品的焊接面进行C扫描，使探头沿 管轴方向与管厚方向顺次扫描；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；结果输出单元62;和灵敏度校正部70。
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来进行存储，因而例如相 对管轴方向与管厚方向为能够哦存储接收信号强度的存储器(二维存 储器)，即为具有存储C扫描数据功能的C扫描数据存储单元。
信号处理单元58相对该存储器的数据，通过参数输入单元60输 入后面将要叙述的运算所需的参数来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62上进行画面显示、打 印。灵敏度校正部70具有运算处理部与用于导出与要求规格对应的
缺陷密度的表格数据。连接成能够从超声波发射接收单元52输入人工
缺陷信号，从而能够设定或者输入要求规格、人工缺陷尺寸、超声波
束尺寸。并且，将由灵敏度校正部70运算的灵敏度补正值设定在超声 波发射接收单元上，将缺陷判断阈值设定在信号处理部上。
使用该结构，为了能够对从焊接面(焊缝)例如为8mm的位置切 出(切薄片)而制成的样品，利用从端面频率数为20MHz的点聚焦型 探头50来检测分散存在穿透缺陷，将焊接面中的波束宽度设为44微 米来进行检测。
根据本发明的灵敏度校正部70中的校正，与实施例1的串联探伤 相同地按照图16的顺序进行即可，因此省略详细说明。另外，在串联 探伤中，根据图15所示的数据，从要求规格算出了缺陷密度、缺陷直 径，但在C扫描法中，由于测定条件与串联探伤不同，因此结果与图 15不同，因而与图15对应的数据，从上述的图9、图10算出即可。 并且，波束的形状也会成为圆形、椭圆形状，因此据此算出等价缺陷 直径即可。
另外，在C扫描时，将波束相对焊接面垂直入射，因此用于得出 波束宽度d的振子开口宽度D，例如按照下式求出即可。
"=,0 (6)
其中，如图19所示，d为探伤位置中的波束尺寸，F为焦点距离， 义为波长。
权利要求
1.一种超声波探伤的校正方法，其特征在于，在对管体的焊接部进行超声波探伤时，根据存在于焊接面上的超声波束区域内的缺陷的总面积与人工缺陷之间的信号强度差，确定缺陷判断阈值。
2. 如权利要求l所述的超声波探伤的校正方法，其特征在于，所述缺陷的总面积，根据由所希望的品质水平决定的管体的管轴方向焊 接部的焊接面上的缺陷密度和焊接面上的超声波束的面积来决定。
3. 如权利要求2所述的超声波探伤的校正方法，其特征在于，所 述缺陷密度与品质水平的关系通过夏比冲击试验事先求出。
4. 如权利要求2所述的超声波探伤的校正方法，其特征在于，所 述人工缺陷与等价缺陷的信号强度差，根据声压反射率的相对关系求 出。
5. —种管体的品质管理方法，至少在管轴方向上对管体的焊接部 进行超声波探伤，进行管体焊接部的品质管理，其特征在于，包括根 据权利要求1至4中任一项所述的超声波探伤的校正方法来确定缺陷 判断阈值的步骤。
6. 如权利要求5所述的管体的品质管理方法，其特征在于，使用 设有发射接收部的超声波探伤装置来进行所述超声波探伤，所述发射 接收部包括发射部，对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反射波的一部分或全部， 所述发射部及接收部由配置在管体圆周方向的一个或两个以上的 阵列探头上的不同的振子组构成。
7. 如权利要求6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的反射波。
8. 如权利要求7所述的管体的品质管理方法，其特征在于，焊接 面上的超声波的波束宽度为0.5mm至2.5mm的范围。
9. 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，对由该制造步骤制造的管体，根据权利要求书5 至8中任一项所述的管体的品质管理方法来进行品质管理。
全文摘要
至少沿管轴方向对管体(1)的焊接部(2)进行超声波探伤，根据存在于焊接面中的超声波束区域内的缺陷总面积与人工缺陷之间的信号强度差，确定缺陷判断阈值，根据该缺陷判断阈值进行管体的品质管理。根据由所希望的品质水平决定的管体管轴方向焊接部的焊接面中的缺陷密度和焊接面中的超声波束的面积，决定存在于该超声波束区域内的缺陷总面积，基于此决定等价缺陷直径，根据该等价缺陷直径与人工缺陷的信号强度差，确定所述缺陷判断阈值。
文档编号G01N29/30GK101617223SQ200780051898
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