缺陷檢測裝置、缺陷檢測方法、程序以及存儲介質的制作方法
【專利摘要】缺陷檢測裝置(100)包括：相位陣列探頭(120)，其設置于電阻焊接鋼管(200)的外表面(200G)的外側，排列有多個超聲波振子(121)；發送部(144)，其從由排列于相位陣列探頭(120)的多個超聲波振子(121)中的一部分的多個超聲波振子構成的探傷用超聲波振子組與電阻焊接鋼管(200)的外表面(200G)呈斜角向電阻焊接鋼管(200)的外表面(200G)輸出探傷用超聲波束(131)；接收部(145)，其借助探傷用超聲波振子組接收反射后的探傷用超聲波束(131)；以及缺陷判斷部(147)，其基于接收部(145)所接收的探傷用超聲波束(131)判斷焊接部(210)是否存在缺陷。發送部(144)以自焊接鋼管(200)的外表面(200G)入射到焊接鋼管(200)內的探傷用超聲波束(131)不在焊接鋼管(200)的內表面處反射就直接與焊接面大致垂直地向焊接面入射且聚焦于焊接面的方式發送探傷用超聲波束(131)。
【專利說明】缺陷檢測裝置、缺陷檢測方法、程序以及存儲介質
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用于對存在于沿著焊接鋼管的管軸線方向形成的焊接面的缺陷進行 檢測的缺陷檢測裝置和缺陷檢測方法、用于使計算機執行該缺陷檢測方法的程序、存儲該 程序的計算機能夠讀取的存儲介質。另外，在本說明書中，以對管徑為5英寸以下、管厚度 為7. 5_以下的小徑的電阻焊接鋼管進行缺陷檢測的情況為例進行說明，但是本發明并不 限定于此，也可以將例如電弧焊接鋼管等其它焊接鋼管作為缺陷檢測的對象。
【背景技術】
[0002] 首先，說明電阻焊接鋼管的通常的制造方法。圖18A和圖18B是表示通常的電阻 焊接鋼管的制造方法的一個例子的示意圖。如圖18A所示，對于通常的電阻焊接鋼管的制 造方法，一邊將帶狀的鋼板（帶鋼）201朝向方向202連續地輸送一邊利用多個輥組（未圖 示）成型為管狀，利用高頻線圈204的感應加熱或接觸片（未圖示）的直接通電加熱將其 對接端面203熔融，并且，通過利用擠壓輥205對對接端面203施加按壓，從而對對接端面 203進行焊接而形成焊接部210。像這樣，如圖18B所示，制造成沿著管軸線方向220形成 有焊接部210(焊接面）的電阻焊接鋼管200。另外，在本說明書中，焊接面是指通過對成形 為開放管狀的熱軋鋼板端部進行加熱而使其熔融、對熔融部施加按壓而排出從而完成了接 合時的接合面。焊接面有時也被稱作焊接對接面。
[0003] 在電阻焊接鋼管200中焊接部210的品質非常重要，在電阻焊接鋼管200的制造 工序中，通常利用超聲波斜角探傷進行焊接部210是否存在缺陷的在線探傷。
[0004] 圖19是表示以往的斜角探傷法的一個例子的示意圖。在圖19中，示出了圖18B 所示的電阻焊接鋼管200的截面（更詳細地說，電阻焊接鋼管200的截面中的焊接部210 附近）。并且，用于進行超聲波束的收發的陣列探頭250設置于電阻焊接鋼管200的外表 面200G的外側。在這樣的狀態下，在圖19所示的以往的斜角探傷法中，自陣列探頭250向 電阻焊接鋼管200的外表面200G輸出超聲波束，使該超聲波束在電阻焊接鋼管200的內表 面200N處進行一次反射而向焊接部210 (焊接面）照射，陣列探頭250接收反射后的超聲 波束，對接收到的超聲波束進行分析來檢測焊接部210 (焊接面）是否存在缺陷。
[0005] 在日本特許第4544240號公報中公開有將超聲波束的發送用陣列探頭與接收用 陣列探頭獨立設置的、所謂的串聯探傷法的技術。
【發明內容】
[0006] 發明要解決的問是頁
[0007] 然而，在上述的圖19所示的以往的斜角探傷法中，由于使超聲波束在電阻焊接鋼 管200的內表面200N處進行一次反射而向焊接部210 (焊接面）照射，因此不能與焊接部 210 (焊接面）大致垂直地向焊接部210 (焊接面）照射超聲波束，其結果，在焊接部210 (焊 接面）存在缺陷的情況下，到達陣列探頭250的來自該缺陷的鏡面反射的超聲波束變弱。因 此，存在有例如難以檢測像灰斑（日文：?才、卜 >一夕）那樣的微小缺陷（〇? 2mm左右）這 樣的問題。
[0008] 此外，在上述的日本特許第4544240號公報的技術中，在對厚度較薄的（7. 5mm左 右以下）管徑5英寸以下的小徑的電阻焊接鋼管進行探傷的情況下，存在有來自存在于焊 接部210(焊接面）的缺陷的反射超聲波束的SN比降低這樣的問題。
[0009] 本發明是鑒于上述那樣的問題點而做成的，目的在于提供一種也能夠檢測微小缺 陷并且即使是厚度較薄的小徑的焊接鋼管也能夠實現缺陷的檢測精度的提高的結構。
[0010] 用于解決問題的方案
[0011] 本發明人反復進行了專心研究的結果，想到了以下所示的發明的各技術方案。
[0012] 采用本發明的第1技術方案，提供一種缺陷檢測裝置，其用于對存在于沿著焊接 鋼管的管軸線方向形成的焊接面的缺陷進行檢測，其中，該缺陷檢測裝置包括：相位陣列探 頭，其設置于上述焊接鋼管的外表面的外側，排列有多個超聲波振子；發送部件，其自包含 上述多個超聲波振子中的一部分或全部的探傷用超聲波振子組以自上述焊接鋼管的外表 面入射到上述焊接鋼管內的探傷用超聲波束不在上述焊接鋼管的內表面處反射就直接與 上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且會聚于上述焊接面的方式發送上述探傷用超 聲波束；接收部件，其借助上述探傷用超聲波振子組接收反射后的上述探傷用超聲波束； 以及缺陷判斷部件，其基于上述接收部件所接收的上述探傷用超聲波束，判斷上述焊接面 是否存在缺陷。
[0013] 采用本發明的第2技術方案，根據第1技術方案提供一種缺陷檢測裝置，其中，上 述焊接鋼管是管徑5英寸以下、管厚度7. 5_以下的小徑的電阻焊接鋼管。
[0014] 采用本發明的第3技術方案，根據第1或第2技術方案提供一種缺陷檢測裝置，其 中，在上述相位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間存在有作為傳播上述探傷用超聲波 束的介質的水，上述發送部件還自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的水判斷用 超聲波振子組與上述焊接鋼管的外表面大致垂直地向上述焊接鋼管的外表面發送水判斷 用超聲波束，上述接收部件還借助上述水判斷用超聲波振子組接收反射后的上述水判斷用 超聲波束，上述缺陷檢測裝置還包括：水判斷部件，其基于上述接收部件所接收的上述水判 斷用超聲波束，判斷在上述相位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間是否填滿水。
[0015] 采用本發明的第4技術方案，根據第3技術方案提供一種缺陷檢測裝置，其中，在 用上述水判斷部件判斷為在上述相位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間填滿水的情 況下，上述發送部件自上述探傷用超聲波振子組發送上述探傷用超聲波束。
[0016] 采用本發明的第5技術方案，根據第1至第4技術方案中任一項提供一種缺陷檢 測裝置，其中，上述缺陷檢測裝置還包括：聚焦透鏡，其與上述相位陣列探頭相對應地設置 在上述相位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間，并用于使上述探傷用超聲波束聚焦于 上述管軸線方向。
[0017] 采用本發明的第6技術方案，根據第1至第4技術方案中任一項提供一種缺陷檢 測裝置，其中，上述缺陷檢測裝置還包括：設定部件，其基于上述焊接鋼管的管厚度和上述 焊接面上的上述探傷用超聲波束的有效束徑設定上述焊接面的上述管厚度的方向的區域 的分區數N ;以及分割部件，其根據由上述設定部件設定的分區數N將包含于上述探傷用超 聲波振子組的多個超聲波振子分割為N個組，上述發送部件以向上述焊接面的分區后的各 區域依次入射探傷用超聲波束的方式自被上述分割部件分割而成的各組依次發送探傷用 超聲波束。
[0018] 采用本發明的第7技術方案，根據第6技術方案提供一種缺陷檢測裝置，其中，上 述缺陷檢測裝置還包括：聚焦透鏡，其與上述相位陣列探頭相對應地設置在上述相位陣列 探頭和上述焊接鋼管的外表面之間，并用于使上述探傷用超聲波束聚焦于上述管軸線方 向，上述聚焦透鏡的沿著上述管軸線方向的曲面的曲率半徑沿著上述多個超聲波振子的排 列方向發生變化，上述曲率半徑朝向自上述相位陣列探頭到上述焊接面為止的上述探傷用 超聲波束的傳播距離變大的方向去而變大。
[0019] 采用本發明的第8技術方案，根據第1至第5技術方案中任一項提供一種缺陷檢 測裝置，其中，上述缺陷檢測裝置還包括：設定部件，其基于上述焊接鋼管的管厚度和上述 焊接面上的上述探傷用超聲波束的有效束徑設定上述焊接面的上述管厚度的方向的分區 數N，上述發送部件以上述探傷用超聲波束依次向上述焊接面的分區后的各區域入射的方 式自包含上述多個超聲波振子的一部分的單個探傷用超聲波振子組依次切換發送方向來 發送上述探傷用超聲波束。
[0020] 采用本發明的第9技術方案，根據第3或第4技術方案提供一種缺陷檢測裝置，其 中，上述缺陷檢測裝置還包括：設定部件，其基于上述焊接鋼管的管厚度和上述焊接面上的 上述探傷用超聲波束的有效束徑設定上述焊接面的上述管厚度的方向的分區數N，上述發 送部件以上述探傷用超聲波束依次向上述焊接面的分區后的各區域入射的方式自包含上 述多個超聲波振子的全部的探傷用超聲波振子組依次切換發送方向來發送上述探傷用超 聲波束，并且，自包含上述多個超聲波振子的一部分的水判斷用超聲波振子組向上述焊接 鋼管的外表面發送上述水判斷用超聲波束。
[0021] 采用本發明的第10技術方案，根據第9技術方案提供一種缺陷檢測裝置，其中，上 述缺陷檢測裝置還包括：聚焦透鏡，其與上述相位陣列探頭相對應設置在上述相位陣列探 頭和上述焊接鋼管的外表面之間，用于使上述探傷用超聲波束聚焦于上述管軸線方向。
[0022] 采用本發明的第11技術方案，根據第6至第10技術方案中任一項提供一種缺陷 檢測裝置，其中，上述設定部件將用上述焊接鋼管的管厚度除以上述焊接面的上述探傷用 超聲波束的有效束徑得到的值中的小數第1位以下的部分進位所得到的值設定為上述分 區數N。
[0023] 采用本發明的第12技術方案，根據第6至第11技術方案中任一項提供一種缺陷 檢測裝置，其中，在將由上述探傷用超聲波束的振動產生的上述焊接鋼管的內部的位移的 最大值設為1的情況下，上述有效束徑與該位移為〇. 5以上的范圍相對應。
[0024] 采用本發明的第13技術方案，提供一種缺陷檢測方法，該缺陷檢測方法是由缺陷 檢測裝置進行的，在該缺陷檢測方法中使用被設置于焊接鋼管的外表面的外側并排列有多 個超聲波振子的相位陣列探頭，該缺陷檢測裝置用于對存在于沿著上述焊接鋼管的管軸線 方向形成的焊接面的缺陷進行檢測，其中，該缺陷檢測方法包括以下步驟：第1發送步驟， 在該第1發送步驟中，自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的探傷用超聲波振子 組以自上述焊接鋼管的外表面入射到上述焊接鋼管內的探傷用超聲波束不在上述焊接鋼 管的內表面處反射就直接與上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且聚焦于上述焊接 面的方式發送上述探傷用超聲波束；第1接收步驟，在該第1接收步驟中，借助上述探傷用 超聲波振子組接收反射后的上述探傷用超聲波束；以及缺陷判斷步驟，在該缺陷判斷步驟 中，基于在上述第1接收步驟中所接收的上述探傷用超聲波束判斷上述焊接面是否存在缺 陷。
[0025] 采用本發明的第14技術方案，根據第13技術方案提供一種缺陷檢測方法，其中， 上述焊接鋼管是管徑5英寸以下、管厚度7. 5_以下的小徑的電阻焊接鋼管。
[0026] 采用本發明的第15技術方案，根據第13或第14技術方案提供一種缺陷檢測方 法，其中，在上述相位陣列探頭與上述焊接鋼管的外表面之間存在有作為傳播上述探傷用 超聲波束的介質的水，上述缺陷檢測方法還包括以下步驟：第2發送步驟，在該第2發送步 驟中，自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的水判斷用超聲波振子組與上述焊接 鋼管的外表面大致垂直地向上述焊接鋼管的外表面發送水判斷用超聲波束；第2接收步 驟，在該第2接收步驟中，借助上述水判斷用超聲波振子組接收反射后的上述水判斷用超 聲波束；水判斷步驟，在該水判斷步驟中，基于在上述第2接收步驟中所接收的上述水判斷 用超聲波束判斷在上述相位陣列探頭與上述焊接鋼管的外表面之間是否填滿水。
[0027] 采用本發明的第16技術方案，提供一種程序，其用于使計算機執行由缺陷檢測裝 置進行的缺陷檢測方法，在該缺陷檢測方法中使用被設置于焊接鋼管的外表面的外側并排 列有多個超聲波振子的相位陣列探頭，該缺陷檢測裝置用于對存在于沿著上述焊接鋼管的 管軸線方向形成的焊接面的缺陷進行檢測，其中，該程序包括以下步驟：第1發送步驟，在 該第1發送步驟中，自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的探傷用超聲波振子組 以自上述焊接鋼管的外表面入射到上述焊接鋼管內的探傷用超聲波束不在上述焊接鋼管 的內表面處反射就直接與上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且聚焦于上述焊接面 的方式發送上述探傷用超聲波束；第1接收步驟，在該第1接收步驟中，借助上述探傷用超 聲波振子組接收反射后的上述探傷用超聲波束；以及缺陷判斷步驟，在該缺陷判斷步驟中， 基于上述第1接收步驟所接收的上述探傷用超聲波束判斷上述焊接面是否存在缺陷。
[0028] 采用本發明的第17技術方案，根據第16技術方案提供一種程序，其中，在上述相 位陣列探頭與上述焊接鋼管的外表面之間存在有作為傳播上述探傷用超聲波束的介質的 水，上述程序還包括以下步驟：第2發送步驟，在該第2發送步驟中，自包含上述多個超聲波 振子中的一部分或全部的水判斷用超聲波振子組與上述焊接鋼管的外表面大致垂直地向 上述焊接鋼管的外表面發送水判斷用超聲波束；第2接收步驟，在該第2接收步驟中，借助 上述水判斷用超聲波振子組接收反射后的上述水判斷用超聲波束；以及水判斷步驟，在該 水判斷步驟中，基于在上述第2接收步驟中所接收的上述水判斷用超聲波束判斷在上述相 位陣列探頭與上述焊接鋼管的外表面之間是否填滿水。
[0029] 采用本發明的第18技術方案，提供一種存儲介質，其能夠存儲第16或17技術方 案所述的程序并且計算機能夠讀取。
[0030] 發明的效果
[0031] 采用本發明，也能夠檢測微小缺陷且即使是厚度較薄的小徑的焊接鋼管也能夠實 現缺陷的檢測精度的提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032] 圖1是表示本發明的第1實施方式的缺陷檢測裝置的概略結構的一個例子的圖。
[0033] 圖2表示本發明的第1實施方式，是表示圖1所示的探傷用超聲波束的收發的一 個例子的圖。
[0034] 圖3表示本發明的第1實施方式，是表示圖1所示的聲透鏡的一個例子的圖。
[0035] 圖4表示本發明的第1實施方式，是圖1所示的相位陣列探頭的概略圖。
[0036] 圖5表示本發明的第1實施方式，是表示圖4所示的相位陣列探頭的開口直徑與 缺陷檢測的SN比之間的相關性的一個例子的圖。
[0037] 圖6表示本發明的第1實施方式，是用于模擬的電阻焊接鋼管的剖視圖。
[0038] 圖7A是比較例1的探傷方法中的模擬模型的概要圖。
[0039] 圖7B是本發明的探傷方法中的模擬模型的概要圖。
[0040] 圖7C是比較例2的探傷方法中的模擬模型的概要圖。
[0041] 圖7D是比較例3的探傷方法中的模擬模型的概要圖。
[0042] 圖8是表示基于圖7A?圖7D所示的本發明的探傷方法與比較例的探傷方法中的 各探傷方法的模擬模型的分析結果的圖。
[0043] 圖9A表示本發明的第1實施方式，是表示探傷用超聲波束的焦點處的有效束徑的 分析模型的圖。
[0044] 圖9B表示本發明的第1實施方式，是表示探傷用超聲波束的焦點處的有效束徑的 分析結果的圖。
[0045] 圖10是表示本發明的第1實施方式的相位陣列探頭的概略結構的一個例子的圖。
[0046] 圖11表示本發明的第1實施方式，是用于說明耦合檢查的圖。
[0047] 圖12表示本發明的第1實施方式，是反射后的耦合檢查用超聲波束的接收波形的 一個例子的圖。
[0048] 圖13表示本發明的第1實施方式，是用于說明圖1和圖3所示的聲透鏡的圖。
[0049] 圖14表示本發明的第1實施方式，是表示圖1和圖3所示的聲透鏡的曲率半徑與 相位陣列探頭的陣列長度（陣列位置）之間的關系的圖。
[0050] 圖15是表示由本發明的第1實施方式的缺陷檢測裝置進行的缺陷檢測方法的處 理順序的一個例子的流程圖。
[0051] 圖16A表示本發明的第1實施方式，是表示反射后的探傷用超聲波束的接收波形 的一個例子的圖。
[0052] 圖16B表示本發明的第1實施方式，是表示反射后的探傷用超聲波束的接收波形 的一個例子的圖。
[0053] 圖17表示本發明的第1實施方式，是表示二維映射的一個例子的圖。
[0054] 圖18A是表示通常的電阻焊接鋼管的制造方法的一個例子的示意圖。
[0055] 圖18B是表示通常的電阻焊接鋼管的制造方法的一個例子的示意圖。
[0056] 圖19是表示以往的斜角探傷法的一個例子的示意圖。
【具體實施方式】
[0057] 以下一邊參照附圖一邊說明用于實施本發明的方式（實施方式）。
[0058] (第1實施方式）
[0059] 圖1是表示本發明的第1實施方式的缺陷檢測裝置100的概略結構的一個例子的 圖。該缺陷檢測裝置100是用于檢測沿著作為一種焊接鋼管的電阻焊接鋼管200的管軸線 方向（圖18B的220)形成的焊接部210 (焊接面）所包含的缺陷的裝置。此外，圖1示出 了圖18B所示的電阻焊接鋼管200的截面（更詳細地說，電阻焊接鋼管200的截面中的焊 接部210附近）。
[0060] 如圖1所示，本實施方式的缺陷檢測裝置100包含聲透鏡110、相位陣列探頭120 以及控制處理裝置140。此外，控制處理裝置140包含被檢體條件輸入部141、收發條件設 定部142、收發控制部143、發送部144、接收部145、接收信號處理部146、缺陷判斷部147、 水判斷部148以及記錄?顯示部149。
[0061] 聲透鏡110與相位陣列探頭120相對應地設置在相位陣列探頭120和電阻焊接鋼 管200的外表面200G之間。聲透鏡110是用于使自相位陣列探頭120輸出的探傷用超聲 波束131聚焦于上述管軸線方向的聚焦透鏡。在此，在電阻焊接鋼管200的焊接部210存 在缺陷的情況下，為了檢測該缺陷而發送探傷用超聲波束131。
[0062] 相位陣列探頭120設置于電阻焊接鋼管200的外表面200G的外側，并形成為排列 有多個超聲波振子121。在本實施方式的相位陣列探頭120中，用于輸出探傷用超聲波束 131的探傷用超聲波振子組和用于輸出耦合檢查用超聲波束（水判斷用超聲波束）132的 耦合檢查用超聲波振子組（水判斷用超聲波振子組）由互不相同的超聲波振子構成。艮P、 在本實施方式的情況下，探傷用超聲波振子組由排列于相位陣列探頭120的多個超聲波振 子121中的一部分的多個超聲波振子構成，耦合檢查用超聲波振子組由排列于相位陣列探 頭120的多個超聲波振子121中的一部分的多個超聲波振子且與構成探傷用超聲波振子組 的多個超聲波振子不同的超聲波振子構成。
[0063] 在相位陣列探頭120 (嚴格地說是聲透鏡110)與電阻焊接鋼管200的外表面200G 之間存在有作為用于高效地傳播探傷用超聲波束131的介質的水。耦合檢查是指用于確認 在相位陣列探頭120 (聲透鏡110)與電阻焊接鋼管200的外表面200G之間是否是沒有空 氣等而填滿水來正常進行探傷用超聲波束131的收發的環境的處理。
[0064] 被檢體條件輸入部141進行輸入作為被檢體的電阻焊接鋼管200的條件（被檢體 條件）的處理。例如，被檢體條件輸入部141進行將由用戶操作輸入的被檢體條件輸入到 控制處理裝置140內的處理。在此，作為被檢體條件，能夠列舉出例如電阻焊接鋼管200的 外徑、管厚度、管軸線方向220的長度、造管速度等。
[0065] 收發條件設定部142基于由被檢體條件輸入部141所輸入的被檢體條件進行設定 收發條件的處理。在此，作為收發條件能夠列舉出，例如探傷用超聲波束131的收發定時和 耦合檢查用超聲波束132的收發定時、上述超聲波束的發送頻率、用于上述超聲波束的收 發的超聲波振子121 (之后，根據需要稱作"信道（ch) "）、探傷用超聲波振子組為了使探傷 用超聲波束131在焊接部210 (焊接面）處聚焦的各信道的發送定時的延遲時間等。
[0066] 收發控制部143基于收發條件設定部142所設定的收發條件控制發送部144和接 收部145。
[0067] 發送部144基于收發控制部143的控制進行自相位陣列探頭120的探傷用超聲 波振子組發送探傷用超聲波束131、自相位陣列探頭120的耦合檢查用超聲波振子組發送 耦合檢查用超聲波束132的處理。具體地說，發送部144以自相位陣列探頭120的探傷用 超聲波振子組朝與電阻焊接鋼管200的外表面200G呈斜角向電阻焊接鋼管200的外表面 200G輸出探傷用超聲波束131、自電阻焊接鋼管200的外表面200G入射的該探傷用超聲波 束131不會在電阻焊接鋼管200的內表面200N處反射就直接與焊接部210 (焊接面）大致 垂直地向焊接部210(焊接面）入射且聚焦于焊接面的方式（以在焊接面形成焦點的方式） 發送探傷用超聲波束131。此外，發送部144自相位陣列探頭120的耦合檢查用超聲波振子 組與電阻焊接鋼管200的外表面200G大致垂直地向電阻焊接鋼管200的外表面200G發送 耦合檢查用超聲波束132。
[0068] 接收部145基于收發控制部143的控制進行借助探傷用超聲波振子組接收反射后 的探傷用超聲波束131、并且借助耦合檢查用超聲波振子組接收反射后的耦合檢查用超聲 波束132的處理。
[0069] 接收信號處理部146處理接收部145接收到的超聲波束（接收信號）。
[0070] 缺陷判斷部147基于接收部145接收到的探傷用超聲波束131進行判斷電阻焊接 鋼管200的焊接部210是否存在缺陷的處理。而且，在焊接部210存在缺陷的情況下，缺陷 判斷部147也進行判斷缺陷的位置、大小的處理。
[0071] 水判斷部148基于接收部145接收到的耦合檢查用超聲波束132進行判斷在相位 陣列探頭120 (嚴格地說是聲透鏡110)與電阻焊接鋼管200的外表面200G之間是否沒有 空氣等而填滿水的處理。
[0072] 記錄?顯示部149進行記錄或顯示接收信號處理部146的處理的結果、缺陷判斷 部147以及水判斷部148的判斷結果的處理。而且，記錄?顯示部149根據需要進行記錄 或顯示各種數據、各種信息的處理。
[0073] 另外，在耦合檢查的結果為耦合不存在問題的情況下（S卩、用水判斷部148判斷為 在相位陣列探頭120 (嚴格地說是聲透鏡110)與電阻焊接鋼管200的外表面200G之間填 滿水的情況下），發送部144進行自相位陣列探頭120的探傷用超聲波振子組發送探傷用超 聲波束131的處理。
[0074] 接著，說明探傷用超聲波束131的收發。圖2表示本發明的第1實施方式，是表示 圖1所示的探傷用超聲波束131的收發的一個例子的圖。在此，圖2僅圖示有圖1所示的 電阻焊接鋼管200和相位陣列探頭120。
[0075] 在本實施方式中，用于輸出探傷用超聲波束131的相位陣列探頭120的探傷用超 聲波振子組由多個超聲波振子121構成。并且，在本實施方式中，自探傷用超聲波振子組發 送探傷用超聲波束131，使該探傷用超聲波束131相對于電阻焊接鋼管200的外表面200G 的入射方向約成70°折射，并使該探傷用超聲波束131在電阻焊接鋼管200的內表面200N 處不反射就直接與焊接部210 (焊接面）大致垂直地向焊接部210 (焊接面）照射。之后， 將由像這樣的探傷用超聲波束131進行的探傷方法稱作"70°探傷法"。
[0076] 此外，在本實施方式中，以提高存在于焊接部210(焊接面）的缺陷211的檢測靈 敏度為目的，使聚焦束與焊接部210 (焊接面）大致垂直地向焊接部210 (焊接面）入射。 這取決于：能夠通過使聚焦束與焊接部210 (焊接面）大致垂直地向焊接部210 (焊接面） 入射，而能夠不產生由多重反射導致的超聲波能量的損失就在鏡面反射方向直接接收來自 缺陷211的反射超聲波束。另外，能夠使用通常的單個聚焦探頭形成一定程度的聚焦束，但 是，因電阻焊接鋼管200的曲率的影響而難以使束良好地聚焦于電阻焊接鋼管200內的目 標位置。因此，在本實施方式中，為了不受電阻焊接鋼管200的曲率的影響地使束良好地聚 焦于電阻焊接鋼管200內的目標位置而采用了相位陣列探頭120。只要采用相位陣列探頭 120,通過選擇探傷用超聲波振子組、控制各超聲波振子的超聲波發送的延遲時間，就能夠 形成考慮了電阻焊接鋼管200的曲率的聚焦束，因此，與單個聚焦探頭相比能夠實現更高 的缺陷檢測性能。
[0077] 圖3表不本發明的第1實施方式，是表不圖1所不的聲透鏡110的一個例子的圖。 如上所述，該聲透鏡110與相位陣列探頭120相對應地設置在相位陣列探頭120與電阻焊 接鋼管200的外表面200G之間。聲透鏡110使自相位陣列探頭120輸出的探傷用超聲波 束131聚焦于電阻焊接鋼管200的管軸線方向220。像這樣，通過設置聲透鏡110,不僅能 夠使探傷用超聲波束131由相位陣列探頭120聚焦于電阻焊接鋼管200的管厚度方向，而 且還能夠聚焦于電阻焊接鋼管200的管軸線方向220。
[0078] <基于二維模擬的評價>
[0079] 接著，說明基于二維模擬（有限元法）的評價結果。在以下的表1中示出模擬的 條件。
[0080] [表 1]
【權利要求】
1. 一種缺陷檢測裝置，其用于對存在于沿著焊接鋼管的管軸線方向形成的焊接面的缺 陷進行檢測，其中， 該缺陷檢測裝置包括： 相位陣列探頭，其設置于上述焊接鋼管的外表面的外側，排列有多個超聲波振子； 發送部件，其自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的探傷用超聲波振子組以 自上述焊接鋼管的外表面入射到上述焊接鋼管內的探傷用超聲波束不在上述焊接鋼管的 內表面處反射就直接與上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射且會聚于上述焊接面的 方式發送上述探傷用超聲波束； 接收部件，其借助上述探傷用超聲波振子組接收反射后的上述探傷用超聲波束；以及 缺陷判斷部件，其基于上述接收部件所接收的上述探傷用超聲波束，判斷上述焊接面 是否存在缺陷。
2. 根據權利要求1所述的缺陷檢測裝置，其中， 上述焊接鋼管是管徑5英寸以下、管厚度7. 5_以下的小徑的電阻焊接鋼管。
3. 根據權利要求1或2所述的缺陷檢測裝置，其中， 在上述相位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間存在有作為傳播上述探傷用超聲 波束的介質的水， 上述發送部件還自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的水判斷用超聲波振 子組與上述焊接鋼管的外表面大致垂直地向上述焊接鋼管的外表面發送水判斷用超聲波 束， 上述接收部件還借助上述水判斷用超聲波振子組接收反射后的上述水判斷用超聲波 束， 上述缺陷檢測裝置還包括：水判斷部件，其基于上述接收部件所接收的上述水判斷用 超聲波束，判斷在上述相位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間是否填滿水。
4. 根據權利要求3所述的缺陷檢測裝置，其中， 在用上述水判斷部件判斷為在上述相位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間填滿 水的情況下，上述發送部件自上述探傷用超聲波振子組發送上述探傷用超聲波束。
5. 根據權利要求1至4中任一項所述的缺陷檢測裝置，其中， 上述缺陷檢測裝置還包括：聚焦透鏡，其與上述相位陣列探頭相對應地設置在上述相 位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間，并用于使上述探傷用超聲波束聚焦于上述管軸 線方向。
6. 根據權利要求1至4中任一項所述的缺陷檢測裝置，其中， 上述缺陷檢測裝置還包括： 設定部件，其基于上述焊接鋼管的管厚度和上述焊接面上的上述探傷用超聲波束的有 效束徑設定上述焊接面上的上述管厚度的方向的區域的分區數N ;以及 分割部件，其根據由上述設定部件所設定的分區數N將包含于上述探傷用超聲波振子 組的多個超聲波振子分割為N個組， 上述發送部件以向上述焊接面的分區后的各區域依次入射探傷用超聲波束的方式自 被上述分割部件分割而成的各組依次發送探傷用超聲波束。
7. 根據權利要求6所述的缺陷檢測裝置，其中， 上述缺陷檢測裝置還包括：聚焦透鏡，其與上述相位陣列探頭相對應地設置在上述相 位陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間，并用于使上述探傷用超聲波束聚焦于上述管軸 線方向， 上述聚焦透鏡的沿著上述管軸線方向的曲面的曲率半徑沿著上述多個超聲波振子的 排列方向發生變化，上述曲率半徑朝向上述探傷用超聲波束的自上述相位陣列探頭到上述 焊接面為止的傳播距離變大的方向去而變大。
8. 根據權利要求1至5中任一項所述的缺陷檢測裝置，其中， 上述缺陷檢測裝置還包括：設定部件，其基于上述焊接鋼管的管厚度和上述焊接面上 的上述探傷用超聲波束的有效束徑設定上述焊接面上的上述管厚度的方向的分區數N， 上述發送部件以上述探傷用超聲波束依次向上述焊接面的分區后的各區域入射的方 式自包含上述多個超聲波振子的一部分的單個探傷用超聲波振子組依次切換發送方向來 發送上述探傷用超聲波束。
9. 根據權利要求3或4所述的缺陷檢測裝置，其中， 上述缺陷檢測裝置還包括：設定部件，其基于上述焊接鋼管的管厚度和上述焊接面上 的上述探傷用超聲波束的有效束徑設定上述焊接面上的上述管厚度的方向的分區數N， 上述發送部件以上述探傷用超聲波束依次向上述焊接面的分區后的各區域入射的方 式自包含上述多個超聲波振子的全部的探傷用超聲波振子組依次切換發送方向來發送上 述探傷用超聲波束，并且，自包含上述多個超聲波振子的一部分的水判斷用超聲波振子組 向上述焊接鋼管的外表面發送上述水判斷用超聲波束。
10. 根據權利要求9所述的缺陷檢測裝置，其中， 上述缺陷檢測裝置還包括：聚焦透鏡，其與上述相位陣列探頭相對應設置在上述相位 陣列探頭和上述焊接鋼管的外表面之間，用于使上述探傷用超聲波束聚焦于上述管軸線方 向。
11. 根據權利要求6至10中任一項所述的缺陷檢測裝置，其中， 上述設定部件將用上述焊接鋼管的管厚度除以上述焊接面上的上述探傷用超聲波束 的有效束徑得到的值中的小數第1位以下的部分進位所得到的值設定為上述分區數N。
12. 根據權利要求6至11中任一項所述的缺陷檢測裝置，其中， 在將由上述探傷用超聲波束的振動產生的上述焊接鋼管的內部的位移的最大值設為1 的情況下，上述有效束徑與該位移為〇. 5以上的范圍相對應。
13. -種缺陷檢測方法，該缺陷檢測方法是由缺陷檢測裝置來進行的，在該缺陷檢測方 法中使用被設置于焊接鋼管的外表面的外側并排列有多個超聲波振子的相位陣列探頭，該 缺陷檢測裝置用于對存在于沿著上述焊接鋼管的管軸線方向形成的焊接面的缺陷進行檢 測，其中， 該缺陷檢測方法包括以下步驟： 第1發送步驟，在該第1發送步驟中，自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的 探傷用超聲波振子組，以自上述焊接鋼管的外表面入射到上述焊接鋼管內的探傷用超聲波 束不在上述焊接鋼管的內表面處反射就直接與上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射 且聚焦于上述焊接面的方式，發送上述探傷用超聲波束； 第1接收步驟，在該第1接收步驟中，借助上述探傷用超聲波振子組接收反射后的上述 探傷用超聲波束；以及 缺陷判斷步驟，在該缺陷判斷步驟中，基于在上述第1接收步驟中所接收的上述探傷 用超聲波束，判斷上述焊接面是否存在缺陷。
14. 根據權利要求13所述的缺陷檢測方法，其中， 上述焊接鋼管是管徑5英寸以下、管厚度7. 5_以下的小徑的電阻焊接鋼管。
15. 根據權利要求13或14所述的缺陷檢測方法，其中， 在上述相位陣列探頭與上述焊接鋼管的外表面之間存在有作為傳播上述探傷用超聲 波束的介質的水， 上述缺陷檢測方法還包括以下步驟： 第2發送步驟，在該第2發送步驟中，自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的 水判斷用超聲波振子組與上述焊接鋼管的外表面大致垂直地向上述焊接鋼管的外表面發 送水判斷用超聲波束； 第2接收步驟，在該第2接收步驟中，借助上述水判斷用超聲波振子組接收反射后的上 述水判斷用超聲波束；以及 水判斷步驟，在該水判斷步驟中，基于在上述第2接收步驟中所接收的上述水判斷用 超聲波束，判斷在上述相位陣列探頭與上述焊接鋼管的外表面之間是否填滿水。
16. -種程序，其用于使計算機執行由缺陷檢測裝置進行的缺陷檢測方法，在該缺陷檢 測方法中使用被設置于焊接鋼管的外表面的外側并排列有多個超聲波振子的相位陣列探 頭，該缺陷檢測裝置用于對存在于沿著上述焊接鋼管的管軸線方向形成的焊接面的缺陷進 行檢測，其中， 該程序包括以下步驟： 第1發送步驟，在該第1發送步驟中，自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的 探傷用超聲波振子組，以自上述焊接鋼管的外表面入射到上述焊接鋼管內的探傷用超聲波 束不在上述焊接鋼管的內表面處反射就直接與上述焊接面大致垂直地向上述焊接面入射 且聚焦于上述焊接面的方式，發送上述探傷用超聲波束； 第1接收步驟，在該第1接收步驟中，借助上述探傷用超聲波振子組接收反射后的上述 探傷用超聲波束；以及 缺陷判斷步驟，在該缺陷判斷步驟中，基于在上述第1接收步驟中所接收的上述探傷 用超聲波束，判斷上述焊接面是否存在缺陷。
17. 根據權利要求16所述的程序，其中， 在上述相位陣列探頭與上述焊接鋼管的外表面之間存在有作為傳播上述探傷用超聲 波束的介質的水， 上述程序還包括以下步驟： 第2發送步驟，在該第2發送步驟中，自包含上述多個超聲波振子中的一部分或全部的 水判斷用超聲波振子組與上述焊接鋼管的外表面大致垂直地向上述焊接鋼管的外表面發 送水判斷用超聲波束； 第2接收步驟，在該第2接收步驟中，借助上述水判斷用超聲波振子組接收反射后的上 述水判斷用超聲波束；以及 水判斷步驟，在該水判斷步驟中，基于在上述第2接收步驟中所接收的上述水判斷用 超聲波束，判斷在上述相位陣列探頭與上述焊接鋼管的外表面之間是否填滿水。
18. -種存儲介質，其能夠存儲權利要求16或17所述的程序并且計算機能夠讀取。
【文檔編號】G01N29/04GK104350381SQ201380029536
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年6月6日 優先權日:2012年7月4日
【發明者】永田泰昭, 佐藤雄伍 申請人:新日鐵住金株式會社