超聲波計測方法以及超聲波計測裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供超聲波計測方法以及超聲波計測裝置。計測點設定部(51)設定鋼材內部焊接部附近的任意計測點，假定包含該計測點且與焊接線方向平行的虛擬反射面，陣列控制計算部(52)對計測點經由接觸介質，以相對于虛擬反射面成規定的入射角發送滿足規定式子而會聚的橫波模式的超聲波，回波高度提取部(53)檢測上述發送出的超聲波在母材部與焊接部之間的邊界處的反射波，控制部(5)基于反射波來對焊接部的形狀進行評價。
【專利說明】超聲波計測方法以及超聲波計測裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及使用超聲波以非破壞的方式評價鋼材焊接部的品質的超聲波計測方 法以及超聲波計測裝置。
【背景技術】
[0002] 已知鋼材的焊接部處焊接金屬（焊接部）的邊界的剖面形狀（以下，稱為"焊接邊 界剖面形狀"）會對鋼材的強度等造成影響。例如，在專利文獻1中，就記載了鋼管的焊接 部處焊接邊界剖面形狀對焊接部的韌性帶來影響。因此，從鋼材的品質管理、品質保證的觀 點考慮，提出有將焊接邊界剖面形狀圖像化以非破壞的方式進行評價的技術。例如，在專利 文獻2中，記載了接收來自母材部與焊接部之間的邊界的反射波來進行圖像化的技術。具 體而言，在該技術中，一邊移動探測器，或者一邊切換陣列探頭的振子（元件），一邊接收朝 向母材部與焊接部之間的邊界傾斜地發送的超聲波的反射波，根據接收到的反射波，來確 定反射點并進行圖像化。另外，在專利文獻3中，記載有使超聲波的接收元件與發送元件分 開檢測超聲波的串聯計測技術。
[0003] 然而，一般而言，在焊接部結晶組織的方向是一致的，所以焊接部具有聲學各向異 性。根據專利文獻1，對于奧氏體系不銹鋼等焊接部的聲學各向異性較大的鋼材，母材部的 聲學阻抗（=介質密度X聲速）Z 1與焊接部的聲學阻抗Z 2的差成為相對較大的值。例如， 在母材部的聲速％是3200m/s，焊接部的聲速V 2是2500m/s的情況下，介質密度幾乎為恒 定值，所以母材部的聲學阻抗Z1與焊接部的聲學阻抗Z 2之比為1比0. 78。
[0004] 這里，已知在不同介質間的邊界面的每單位面積的反射率取決于二者的聲學阻 抗。根據非專利文獻1，在超聲波從聲學阻抗Za的介質向聲學阻抗Zb的介質垂直地入射時 的邊界面的每單位面積的反射率（聲壓）rab，如下式（1)所示。
[0005]公式 1
【權利要求】
1. 一種超聲波計測方法，其特征在于，包含： 計測點設定步驟，設定鋼材內部焊接部附近的任意計測點，假定包含該計測點且與焊 接線方向平行的虛擬反射面； 會聚光束設定步驟，對所述計測點經由接觸介質，以相對于所述虛擬反射面成規定的 入射角發送滿足下式（1)而會聚的橫波模式的超聲波； 檢測步驟，檢測所述發送的超聲波在母材部與焊接部之間的邊界處的反射波；以及 評價步驟，基于所述反射波來對焊接部的形狀進行評價， 公式1 :
接觸介質的聲速Vt (mm/s)， 作為被檢體的鋼材的母材部的橫波的聲速Vk(mm/s)， 相對于焊接線方向的正交方向的發送部寬度D(mm)， 接觸介質換算的焦點距離F(mm)， 假定的反射面與實際的反射面之間的偏離角度上限值θηlin(deg)。
2. 根據權利要求1所述的超聲波計測方法，其特征在于， 按在所述計測點設定步驟中設定的各個所述計測點，假定角度不同的多個虛擬反射 面。
3. 根據權利要求2所述的超聲波計測方法，其特征在于， 將所述虛擬反射面與實際反射面一致的情況下的收發效率設為1，以多個所述虛擬反 射面中至少一個所述虛擬反射面的收發效率成為0. 5以上的方式，假定法線方向區域連續 的多個所述虛擬反射面。
4. 根據權利要求1?3中任一項所述的超聲波計測方法，其特征在于， 所述偏離角度上限值9_1]1是2°。
5. 根據權利要求1?4中任一項所述的超聲波計測方法，其特征在于， 所述鋼材的母材部對于聲速成為最大的模式下的聲速Vmax以及聲速成為最小的模式下 的聲速Vmin，滿足下式（2)， 公式2 :
6. 根據權利要求1?5中任一項所述的超聲波計測方法，其特征在于， 所述入射角為所述計測點處超聲波的發送方向與所述虛擬反射面的法線方向所成的 角，為0°以上10°以下或者35°以上55°以下。
7. 權利要求1?6中任一項所述的超聲波計測方法，其特征在于， 在所述超聲波的收發中使用陣列探頭，通過切換該陣列探頭的電子光束控制，來一邊 變更所述計測點一邊進行超聲波的收發。
8. -種超聲波計測裝置，其特征在于，具備： 計測點設定單元，其設定鋼材內部焊接部附近的任意計測點，假定包含該計測點且與 焊接線方向平行的虛擬反射面； 會聚光束設定單元，其對所述計測點經由接觸介質，以相對于所述虛擬反射面成規定 的入射角發送滿足下式（3)而會聚的橫波模式的超聲波； 檢測單元，其檢測所述發送的超聲波在母材部與焊接部之間的邊界處的反射波；以及 評價單元，其基于所述反射波來對焊接部的形狀進行評價， 公式3
接觸介質的聲速Vt (mm/s)， 作為被檢體的鋼材的母材部的橫波的聲速Vk(mm/s)， 相對于焊接線方向的正交方向的發送部寬度D(mm)， 接觸介質換算的焦點距離F(mm)， 假定的反射面與實際的反射面之間的偏離角度上限值θηlin(deg)。
【文檔編號】G01N29/04GK104471386SQ201380037425
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年7月11日 優先權日:2012年7月17日
【發明者】尾關孝文, 飯塚幸理 申請人:杰富意鋼鐵株式會社
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