[发明专利]超声波探伤装置及方法、焊接钢管的制造及品质管理方法

说明书

一种超声波探伤装置1，其包括：矩阵阵列探针2，其通过楔块3配置在能够使超声波相对于焊接根部钝边垂直入射的焊接钢管S的外周面上的位置，将在管轴方向上聚焦的超声波向焊接根部钝边发送，并接收由焊接根部钝边反射的超声波；超声波收发部4，其控制矩阵阵列探针2以接收由焊接根部钝边反射的超声波的反射波；以及评价部5，其基于超声波收发部4接收到的超声波的反射波，来对平面缺陷进行探伤。

技术领域

本发明涉及对在焊接钢管的焊接部的坡口的对接部分存在的平面缺陷进行探伤的超声波探伤装置、超声波探伤方法、焊接钢管的制造方法、以及焊接钢管的品质管理方法。

背景技术

作为使用对管轴方向进行的焊接处理制管而成的焊接钢管，已知有电缝焊接钢管及UOE(U-ing O-ing Expansion，U成型-O成型-扩径)钢管(LSAW(Longitudinal SubmergedArc Welding，直缝埋弧焊接)钢管)等。UOE钢管是通过以下方法制造的：将钢板冲压加工成U型后，冲压加工成O型，将钢板的对接部分通过埋弧焊接(内面焊接及外面焊接)接合，然后扩管。因为UOE钢管应用于能量输送用管线，所以母材的品质自不必说，焊接部的品质在安全上以及环保上也很重要。

通常，焊接钢管的焊接部的品质检查，是使用超声波探伤法，更具体地，是使用斜射探伤法以及串列式探伤法来进行的(参见专利文献1)。斜射探伤法是使用1个探头，基于斯涅尔定律，使其相对于焊接钢管具有折射角度地发送超声波来对缺陷进行探伤的方法，用于对在焊接部的肩部的内外面发生的裂纹缺陷进行探伤。与此相对，对于在焊接部的厚壁中央部分(坡口的对接部分)的缺陷的探伤，使用串列式探伤法。发生于焊接部的厚壁中央部分的缺陷是由于未焊透(incomplete penetration)而发生的，作为与焊接部的厚度方向平行的平面缺陷而存在。

若要使用斜射探伤法对平面缺陷进行探伤，则因为接触到平面缺陷的超声波在正反射方向上会被较强地反射而后方反射较弱，所以S/N比(接收信号强度与噪声强度之比)较低。与此相对，在串列式探伤法中，为了能够接收正反射波而在超声波的发送与接收中分别采用不同的探头，这些探头配置在焊接钢管的圆周上。并且，从一方的探头发送超声波，而以另一方的探头接收超声波，来对缺陷进行探伤。因此，在采用串列式探伤法对平面缺陷进行探伤的情况下，与采用斜射探伤法的情况相比，S/N比较高，能够高灵敏度地检测平面缺陷。

然而，串列式探伤法存在下述问题。

(1)设置困难

通常，探头是通过下述流程设置的：(a)利用计算公式计算探头的设置位置；(b)在计算出的设置位置配置探头；(c)利用人工伤对探头的角度以及设置位置进行调整。该设置流程在斜射探伤法和串列式探伤法中是共通的。然而，在斜射探伤法的情况下，探头只有1个，因此对探头的角度以及设置位置的调整较容易。与此相对，在串列式探伤法的情况下，因为使超声波的发送和接收中所用的探头分离，所以需要对各探头进行角度以及设置位置的调整，设置作业变得复杂。因此，在串列式探伤法的情况下，对探头的角度以及设置位置的调整变得非常困难。

(2)焊接部的形状的影响

若焊接部的厚度为约20mm以下，则在焊接部的内面或者外面反射时超声波的传播路径会弯曲，从而使得超声波会难以接触平面缺陷，对平面缺陷的检测灵敏度较低。

(3)焊缝偏移的影响

有时会发生焊缝偏移，即在内面焊接时以及外面焊接时，对接位置在内面侧与外面侧错位。在发生了焊缝偏移的情况下，因为平面缺陷可能分布在焊接钢管的周向(管周方向)上较广的范围，所以需要能够覆盖焊接钢管的周向上较广的范围的探伤法。然而，串列式探伤法虽然在发送用的超声波与接收用的超声波相交的位置附近具有优异的缺陷检测性能，但其范围狭窄，因此在发生焊缝偏移时，不能对焊接钢管的周向覆盖足够广的范围。