CN108351327A - 圆棒件的超声波探伤方法以及超声波探伤装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供圆棒件的超声波探伤方法以及超声波探伤装置。根据本发明，设为如下超声波探伤方法：相对于圆棒件的长轴方向将发送探头与接收探头对置配置，对该发送探头以及接收探头与该圆棒件的角度以及/或者位置进行调整，并对来自该圆棒件的缺陷部的反射回波进行检测，从而在对直径为8mmφ以下的圆棒件的超声波探伤试验中，能够有效地将表面回波宽度控制得较小，并能够确保为了对横截面长度为100μm以下的内部缺陷进行检测所需的灵敏度，进而还能够防止因气泡而引发的误动作。
Description
技术领域
本发明涉及用于对细径圆棒件的微小的内部缺陷进行检测的超声波探伤方法以及超声波探伤装置。
背景技术
下面，参照图1对背景技术进行说明。
在圆棒件的自动超声波探伤装置中，一般采用将被检查件即圆棒件的一部分或整体浸渍于水、油中进行探伤的方法(分别称为水浸法、油浸法)。
在该水浸法、油浸法中，在探头与被检查件之间确保适当的距离(称为水距(水距離，water distance)并使超声波垂直入射，由此实施对内部缺陷(非金属夹杂物)进行检测的超声波探伤，这些方法一般被称为垂直法。
作为探头的设置的一个方式，存在图1所示那样的、在周向上固定配置多个探头而对整个截面无遗漏地进行探伤的方式(固定配置方式)。
作为其它方式，存在旋转探头方式，在该方式中，采用使一个或多个探头在被检查件的外周部旋转的方法。
图2中示出了使用上述垂直法时的细径件的基本显示(参照JIS Z2300：2009)。
在所述超声波探伤方式中，虽然探头的设置方式存在差异，但是使超声波从探头相对于被检查件垂直地入射、且对来自缺陷部的反射回波进行检测的方法是相同的。
而且，在垂直法中，如图2所示，需要将除表面回波(意味着由被检查件表面引起的反射回波)部以外的、发送探头的相反侧的截面区域作为探伤区域。
因此，需要利用上述的图1中的探头D对由虚线表示的区域M进行探伤，并需要利用探头B对由虚线表示的区域N进行探伤。
并且，至于图1中的探头A、C也一样，需要对发送探头的相反侧的截面区域进行探伤。
然而，特别是对于直径为6mmφ以下的细径件而言，无法忽视由细径件表面引起的反射回波的宽度。
因此，为了以使得被检查件横截面的中心部分也不欠缺的方式而遍及整个截面地确保探伤区域，需要降低灵敏度而将表面回波宽度抑制为不足被检查件直径的1/2。
因此，存在如下问题：与粗径件相比，无法充分确保损伤检测能力。
另外，针对用于汽车部件等的钢材，要求对横截面长度为100μm～200μm或者所述长度以下的长度的内部缺陷(非金属夹杂物)进行检测，对于直径为6mmφ以下的圆棒而言，若要满足上述的表面回波的宽度的限制，则缺陷的检测变得不容易。
在圆棒的直径超过6mmφ且直至8mmφ为止的范围内，与6mmφ以下相比，虽然垂直法中的表面回波的限制并不明显，但通过应用本发明所涉及的方法，与垂直法相比，能够对更加微小的夹杂物进行检测。
此外，对于直径超过8mmφ的圆棒而言，在粗粒材料(粒度号为8以下)中，(因波束路程变长的效果)散乱杂音逐渐增大，另一方面，在细粒材料(粒度号超过8)中，来自被检查件横截面中心部的缺陷的反射回波的波束位置与来自底面侧缺陷的反射回波的波束位置在被检查件长边方向上错位，因此，难以通过单个探头以最大强度接收两束波束。因此，即便是本发明也呈现出如下趋势：相对于通常的垂直法，优势有所减小。
进而，对本发明中需要解决的另一个课题进行叙述。
一般情况下，在水浸法(或油浸法)中，当材料从水中(在油浸法中为油中)通过时，水中(或油中)产生气泡。
特别是在被检查件的终端部刚刚通过后的水中(油浸法中为油中)形成为负压，因此容易产生气泡。
而且，若一旦存在气泡，则产生因该气泡而形成的反射回波的信号，从而引起探伤器的误判定，亦即引起尽管不存在缺陷但也产生与缺陷信号相同的信号这样的误动作。
特别地，与水相比，油的粘性更高，因此，产生的气泡难以上浮，容易产生误动作。
而且，该误动作在检查工序中造成较大的作业损失，从而成为实际的操作中无法忽视的问题。
发明内容
鉴于上述这样的情形，本发明的目的在于提供如下超声波探伤方法以及适用于该探伤方法的超声波探伤装置，对于该超声波探伤方法而言，在直径为8mmφ以下的圆棒件的超声波探伤试验中，能够有效地将表面回波宽度控制得较小，并能够确保为了对横截面长度为100μm以下的内部缺陷进行检测所需的灵敏度，还能够防止由气泡而引发的误动作。
即，本发明的主要结构如下。
1.一种圆棒件的超声波探伤方法，其是对直径为8mmφ以下的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
相对于上述圆棒件的长轴方向将发送探头与接收探头对置配置，使该发送探头倾斜，使入射超声波倾斜入射，对该发送探头以及接收探头与该圆棒件的角度以及/或者位置进行调整，对来自该圆棒件的缺陷部的反射回波进行检测。
2.根据上述1所述的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
在与圆棒件的长轴垂直的方向上的粒度号超过8的情况下，
不依赖于发送探头的设置角，
将发送探头与接收探头的峰值频率设为9MHz以上，
在与圆棒件的长轴垂直的方向上的粒度号为8以下的情况下，
当将用于超声波探伤的声耦合的介质的声速设为C(m/秒)、将圆棒件的纵波声速设为CL(m/秒)、将圆棒件的横波声速设为CS(m/秒)时，
利用由θL＝sin-1(C/CL)确定的纵波临界角θL(度)和由θS＝sin-1(C/CS)确定的横波临界角θS(度)，
在朝向接收探头设置场所、且相对于圆棒件的长轴方向的发送探头的设置角(A)不足90+θL度的情况下，
将发送探头与接收探头的峰值频率设为13MHz以下，
在朝向接收探头设置场所、且相对于圆棒件的长轴方向的发送探头的设置角(A)超过90+θL度且不足90+θS度的情况下，
将发送探头与接收探头的峰值频率设为11MHz以下。
3.根据上述1或2所述的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
发送探头使用焦距为19mm以下的集束型探头，进而将该发送探头的水距(圆棒件表面与发送探头发送面中心之间的距离)设为该发送探头的焦距的1.3倍以下。
4.根据上述1至3中任一项所述的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
在发送探头与接收探头之间设置遮挡板。
5.一种超声波探伤装置，其用于上述1至4中任一项所述的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
所述超声波探伤装置具备：使圆棒件位置与发送探头及接收探头的位置相对地移动的机构；以及发送探头和接收探头，其中，将该发送探头与该接收探头对置配置，该发送探头以及该接收探头分别具有角度调节功能以及位置调节功能。
6.根据上述5所述的超声波探伤装置，其特征在于，
在圆棒件的周向上对上述发送探头与上述接收探头进行固定配置。
7.根据上述5所述的超声波探伤装置，其特征在于，
具有使上述发送探头与上述接收探头在圆棒件的周向上旋转的功能。
8.根据上述5至7中任一项所述的超声波探伤装置，其特征在于，
在发送探头与接收探头之间具备遮挡板。
根据本发明的探伤方法以及探伤装置，能够有效地将表面回波宽度控制得较小，并能够确保为了对横截面长度为100μm以下的内部缺陷进行检测所需的灵敏度，因此，能够以良好的精度进行直径为8mmφ以下的圆棒件的超声波探伤。
进而，根据本发明的探伤方法以及探伤装置，具有防止因在水中、油中产生的气泡而引发的回波所导致的误动作的效果。
附图说明
图1是示出垂直法中的探头以及被检查件的配置的图。
图2是使用垂直法示出细径件(4.3mmφ)的基本显示的图。
图3是示出用于本发明的超声波探伤装置的基本结构的一个例子的图。
图4是示出圆棒件直径为细径件(4.3mmφ)的基本显示的图。
图5是示出对中心部的0.5mmφ的横孔、探头的相反侧的背面部的0.5mmφ的横孔(横孔的中心-被检查件背面之间的距离为0.35mm)进行探查的结果的图。
图6是示出设置发送探头与接收探头的例子的图。
图7是示出用于发明例1等的、一对发送/接收探头以及被检查件(圆棒件)的配置的图。
图8是示出发明例1的0.5mmφ的中心部横孔的基本显示的图。
图9是示出发明例1的健全部的基本显示的图。
图10是示出发明例2的0.5mmφ的中心部横孔的基本显示的图。
图11是示出发明例2的健全部的基本显示的图。
图12是示出发明例3的0.5mmφ的中心部横孔的基本显示的图。
图13是示出发明例3的健全部的基本显示的图。
图14是示出发明例4的0.5mmφ的中心部横孔(长度为70mm)的基本显示的图。
图15是示出发明例4的健全部的基本显示的图。
图16是示出发明例5的0.5mmφ的中心部横孔的基本显示的图。
图17是示出发明例5的健全部的基本显示的图。
图18是示出用于发明例6的、一对发送/接收探头以及被检查件(圆棒件)的配置的图。
图19是示出设置有遮挡板时的0.5mmφ的中心部横孔的基本显示的图。
图20是示出同样设置有遮挡板时的健全部的基本显示的图。
图21是示出与图19相比发送/接收探头与上述探头为相同种类、相同配置、且未设置遮挡板时的0.5mmφ的中心部横孔的基本显示的图。
图22是示出与图20相比发送/接收探头与上述探头为相同种类、相同配置、且未设置遮挡板时的健全部的基本显示的图。
图23是示出被检查件横截面上的长度为50μm的夹杂物的照片。
图24是示出图23的缺陷部的基本显示的图。
图25是示出以一个探头利用垂直探伤法对发明例7中所示的非金属夹杂物进行探伤的探伤波形的图。
具体实施方式
下面，基于图3对本发明进行具体的说明。
本发明中，如图3所示，在包含圆棒件长轴在内的同一面上对发送探头与接收探头(以下也称为发送/接收探头)进行对置配置，从而通过双探头法对缺陷进行检测。
而且，还使用反射法，并利用接收探头对因从发送探头发送的发送超声波而产生的、来自缺陷部的反射回波进行接收。
另外，本发明中，如图3所示，根据使用发送/接收探头的双探头法，使发送探头从相对于被检查件长轴垂直的方向(图中的Z方向)倾斜。
如图3所示，使发送探头倾斜而使入射超声波倾斜入射，从而，与以往的垂直法相比，能够使由接收探头检测出的表面回波宽度大幅减小。
而且，将表面回波宽度控制得较小，由此，作为探伤区域，能够无遗漏地确保被检查件横截面的中心部分，并且，与垂直法相比，能够将灵敏度设定得更高，因此，能够检测更加微小的缺陷。
这里，对于圆棒件的超声波探伤而言，上述探伤方法、即在被检查件长轴方向(图3中的X方向)上对发送探头与接收探头进行对置配置、进而通过基于反射法的反射回波来检测缺陷的方法，以往未曾被研究、实施。
本发明通过采用如上所述的发送/接收探头的配置、方法，在圆棒件、特别是细径件的微小缺陷检测的方面发现了较大的效果。
根据本发明的技术，针对8mmφ以下的圆棒件，与垂直法相比，能够大幅提高检测能力，进而，即使在以往因较为困难而未实施超声波探伤的、直径比约6mmφ细的区域也能够进行超声波探伤。
此外，发送/接收探头优选在包含圆棒件长轴在内的同一面上对置配置，但只要处于各探头的波束宽度的范围内，还能够设置为从同一面上脱离、或者将两者的对置角度设置为更加倾斜。
将应用本发明的情况下的圆棒件直径设为8mmφ以下。理由如下，如前所述，与垂直法相比，该直径是能大幅提高检测能力的直径。
进而，在本发明中，并未使用透过法，而是使用对来自缺陷部的反射回波进行检测的反射法，由此能够对微小的缺陷进行检测。
这是因为，在透过法中，以由接收探头检测出的健全部处的透过波为基准，根据缺陷部处的透射波相对于该基准的减少量而对缺陷进行评价，与此相对，在反射法中，根据来自缺陷部的反射回波强度而对缺陷进行评价，因此，与透过法相比，利用反射法能够进行高灵敏度的评价。
一般情况下，若结晶粒径增大，则由结晶粒而引发的超声波的散射增加，从而有时会出现缺陷信号以外的杂音性信号，或者有时会显著出现超声波的衰减。
因此，本发明中使用被用作结晶粒径的指标的、称为粒度号的量。
该粒度号被定义为使用每1mm2的试验片截面的平均结晶粒数m并通过下式进行计算所得的G的值。
m＝8×2G
对散射、衰减造成影响的粒径的大小被认为与超声波的波长有关，只要粒径与波长相比足够小，就能够忽视散射、衰减的影响。
另一方面，可以认为，能够检测的缺陷的大小也与超声波的波长有关，若波长小，则能够检测的缺陷也变小。
因此，为了对微小的缺陷也能进行检测，缩短波长的方法是有效的，但会产生散射、衰减的影响。
在实际的探伤条件的设定中，选择不会受到散射、衰减的太大的影响、且对微小缺陷也能进行检测的适当的波长。
对于本发明的一个要点即倾斜入射，能够如后所述那样对纵波临界角θL、横波临界角θS的角度进行定义，并使其与被检查件中的折射波的纵波、横波的存在相关联。
对于这些临界角而言，通常假设向平面边界面入射的情况，但是，若在圆棒表面中沿圆棒体长轴方向入射的情况下也进行同样的定义，那么，当将用于超声波探伤的声耦合的介质的声速设为C(m/秒)、将圆棒件的纵波声速设为CL(m/秒)、将圆棒件的横波声速设为CS(m/秒)时，使用由θL＝sin-1(C/CL)确定的纵波临界角θL(度)，当朝向接收探头设置场所、且相对于圆棒件的长轴方向的发送探头的设置角A不足90+θL度时，圆棒件中的折射波中纵波与横波都存在。此外，图3中示出了上述设置角A。
进而，使用由θS＝sin-1(C/CS)确定的横波临界角θS(度)，当上述设置角A超过90+θL度且不足90+θS度时，圆棒件中的折射波仅为横波。
接下来，对超声波的波长进行说明。
超声波的波长由波长(m)＝声速(m/秒)/频率(Hz)来确定。
这里，横波的声速(钢材中为3230m/秒)约为纵波声速(钢材中为5900m/秒)的一半，因此，若以同一频率进行比较，则横波的波长约为纵波的一半。
本发明中，对于圆棒件的粒度号，优选以8为界而区分使用探伤频率。
即，针对粒度号超过8的结晶粒较细的圆棒件，优选不依赖于发送探头的设置角度而将发送探头、接收探头的峰值频率设为9MHz以上。
如前所述，在上述设置角A不足90+θL度(设置角度I)的情况下，圆棒件中的折射波中纵波与横波都存在，但是，在本发明中利用纵波进行探伤。这是因为利用纵波能以更高的效率进行探伤。此外，在本发明中，效率高意味着能够增大声压往复透过率。
另一方面，当上述设置角A超过90+θL度且不足90+θS度(设置角度II)时，圆棒件中的折射波仅为横波。
在粒度号超过8的结晶粒较细的圆棒件中，散射、衰减的影响小，因此，对于设置角度I的纵波、设置角度II的横波，都能选择峰值频率为9MHz以上的频率。此外，并未对上述峰值频率的上限进行特殊的限制，但是，工业上的纵波为14MHz左右，横波为13MHz左右。
这里，对该粒度号超过8的情况下的纵波、横波的选择方法加以补充。
若在设置角度I的区域使用纵波，则与设置角度II的区域相比，入射角、折射角变小，因此，具有如下效果：能够减小发送-接收探头之间的距离、即能够缩短探伤装置长度。
另外，在设置角度II的区域使用横波的情况下，与设置角度I的纵波相比，能够以更高的效率进行探伤。
因此，能够根据各种情况而选择较为适当的角度、波(纵波，横波)。
另一方面，在圆棒件的粒度号为8以下、且上述设置角A不足90+θL度(设置角度I)时，将发送探头、接收探头的峰值频率都设定为13MHz以下。
而且，在设置角度I下，作为折射波，纵波、横波都存在，但是，利用纵波进行探伤。这是因为利用纵波能够以更高的效率进行探伤。
在上述设置角A超过90+θL度且不足90+θS度(设置角度II)的情况下，将发送探头、接收探头的峰值频率设为11MHz以下。
而且，在设置角度II下，作为折射波，仅存在横波，因此利用横波进行探伤。这是因为，当粒度号为8以下时，与超过8的情况相比，结晶粒更大，散射、衰减的影响更容易由信号来表现，但通过将上述频率作为上限则既能抑制散射、衰减的影响又能进行探伤。
此外，并未对上述峰值频率的下限进行特殊的限制，但是，为了能够获得探伤效果，设置角度I最小达到4MHz左右，设置角度II最小达到2MHz左右。
通过这样的与结晶粒度相对应的对探伤频率、超声波的波长的选择，既能避免回波的散射、衰减，又能对微小缺陷也进行检测。
进而，对以往的垂直法与本发明所涉及的超声波探伤方法进行比较，在垂直法中，在对粒度号超过8的钢进行探伤的情况下，7MHz左右较为适当，还能够设为10MHz左右。但是，在垂直法中，被检查件中的折射波为纵波，10MHz下的钢中的波长为0.59mm。另一方面，在应用本发明的情况下，在粒度号同样超过8的钢中，若使用10MHz的横波作为被检查件中的折射波，则其波长为0.32mm。
这里，可以认为，一般能够检测的缺陷的大小为波长的1/10左右。因此，若应用本发明，则如上述说明那样，与垂直法相比，能够以更短的波长进行探伤，因此能够对微小缺陷进行检测。
另一方面，在粒度号为8以下的钢的情况下，在垂直法中，能够以10MHz进行探伤，如前所述，10MHz的纵波的波长为0.59mm。
根据本发明，在利用横波进行探伤的情况下，使用11MHz以下的横波，11MHz的横波的波长为0.29mm。
即使在该情况下，与垂直法相比，通过应用本发明，也能够以更短的波长进行探伤。
即，若对用于本发明的波长与用于垂直法的波长进行比较，则如上所述，除了该波长不同以外，在本发明中，通过如前所述那样地应用倾斜入射，能够减少表面回波，进而，与垂直法相比，能够提高灵敏度，其结果，对于更加微小的缺陷也能够进行检测。
进而，对马氏体系的钢的结晶粒进行说明。
一般在经过了淬火、回火工序(或退火工序)的阶段形成为碳化物分散于铁素体坯料中的组织。
虽然无法利用显微镜对该组织的铁素体粒的大小进行确认，但其大小被认为足够小(粒度号为10以上)，超声波的散射、衰减较少。
接下来，对峰值频率进行说明。
在JIS Z 2350：2002“超声波探头的性能测定方法”中对峰值频率进行了定义，该峰值频率是频谱中的最大振幅点的频率。
进而，对本发明中的探伤折射角的选择方法进行说明。
对于钢材(纵波声速为5900m/秒，横波声速为3230m/秒)而言，在使用机械油(纵波声速为1400m/秒)作为声耦合介质的情况下，纵波临界角为13.7度，横波临界角为25.7度。
即，在入射角(以相对于圆棒件长轴方向的朝向探头侧的垂线为基准时的入射波的角度)超过纵波临界角且不足横波临界角的范围内，能够使折射角(以相对于圆棒件长轴方向的朝向探头的相反侧的垂线为基准时的折射波的角度)从40度变化至70度左右。
如前所述，此时的折射波为横波。
若将折射角设定为45度左右，则能够缩短波束路程，难以受到散射、衰减的影响。
进而，在本发明中，通过选择该折射角，能够大致将声压往复透过率(JIS Z 2300：2003)设定为最大，即，与垂直法相比，能够将探伤效率设定得更大。
另一方面，若将折射角设定为70度左右，则波束路程变长，容易受到散射、衰减的影响，但是，因波束路程变长而能够使得底面回波与底面附近的表层下缺陷的波束路程之差变长。由此，容易对底面侧的表层下缺陷进行检测。
进而，通过将入射角设定为纵波临界角以下而使用纵波作为折射波,由此能够使其波长比横波的波长长，从而既能抑制衰减又能进行探伤。
进而，若在不足纵波临界角(设置角度I的区域)时使用纵波，则与设置角度II的区域相比，入射角、折射角变小，因此具有如下优点：能够缩小发送-接收探头之间的距离、即能够缩短探伤装置长度。
在将该入射角设定为纵波临界角以下的情况下，如前所述，折射波中纵波、横波都存在。对于一个缺陷产生纵波的缺陷回波、横波的缺陷回波，从而难以进行缺陷回波的判断，但对于纵波、横波而言，折射角不同，因此，通过对接收探头位置进行调节，能够选择性地对纵波进行接收。
此外，对于这样在圆棒件探伤中通过选择折射角而控制散射、衰减的影响、且提高表皮下缺陷的检测能力的功能，以往是无法实现的，通过本发明才能够实现。
接下来，对本发明的其它效果、避免因气泡而引发的回波的效果进行叙述。
至于因气泡而引发的误动作，如前所述。
在垂直法中，若存在气泡，则入射波相对于气泡几乎垂直地进入、且几乎垂直地反射，因此，检测出较大的反射回波。
与此相对，在应用本发明的情况下，超声波相对于气泡倾斜地入射，其反射回波几乎沿入射方向反射。
由于气泡的形状为球状，因此造成这样的反射回波的方向的性质。
因此，若应用本发明，则完全不存在因返回到接收探头的气泡而引发的回波。
如以下实施例所示，能够确认：即使在实际的利用自动超声波探伤线的操作中也未产生因气泡而引发的回波所导致的误动作，这是本发明的另一优异效果。
进一步进行补充，在通常的垂直法中，为了在某种程度上防止因该气泡而引发的误动作，使用如下信号处理：仅在连续多次检测出不良品等级的缺陷信号的情况下才判定为不良品。
与此相对，若应用本发明，则不存在因气泡而引发的误动作，因此，不使用上述信号处理，能够仅因检测出一次以上的不良品等级的缺陷信号便判定为全部都为不良品，从而，不仅极大地提高了检查效率、即缩短了检查时间，还极大地提高了检查精度。
另外，在垂直法中，通过上述信号处理仅对在被检查件长轴方向上具有5mm～10mm左右以上的长度的缺陷进行检测，但若应用本发明，则即使在使用一般的探伤器的情况下，也能够对1mm以下的长度的缺陷进行检测。
进而，在本发明中，使用集束型探头作为发送探头，由此能够使超声波波束集中入射到被检查件中。
集束型探头中一般具有线集束型以及点集束型，但是，本发明中还能够应用形成更加特殊的集束波束形状的探头。
在线集束型的情况下，能够根据应检测的缺陷而选择将探头的凹部中心轴(非集束方向)配置为与圆棒件长轴一致、或者相对于长轴方向将探头的凹部中心轴配置于垂直方向上。另一方面，点集束型在对圆棒件长轴方向上的长度较短的缺陷进行检测的情况下有效。
在本发明中，优选发送探头的焦距为19mm以下。这里，焦距是在作为声耦合介质而使用的介质中的值。这是因为，若发送探头的焦距大于19mm，则圆棒件长轴方向上的波束宽度变宽，表面回波与缺陷回波的分离恶化，难以进行探伤。
此外，能够利用JIS Z 2350：2002中所记载的方法对声耦合介质中的探头的焦距进行测定。
在本发明中，将水距设定为接触介质中的焦距的1.3倍以下，由此能够以更高的精度对表面回波、缺陷回波进行控制。
即，能够抑制表面回波，能够获得较大的缺陷回波。
此外，在本说明书中，即使在使用水以外的油等作为声耦合介质的情况下，也使用水距这一词语作为表示圆棒件表面与发送探头中心之间的距离的词语。
进一步进行补充，水距是圆棒件表面与发送探头的发送面中心部之间的、沿着超声波波束的距离，并非从探头朝向圆棒表面的沿着垂线的距离。
图4中示出了圆棒件直径为4.3mmφ的基本显示。
另外，图5中示出了对中心部的0.5mmφ的横孔、探头的相反侧的背面部的0.5mmφ的横孔(横孔的中心-被检查件背面之间的距离为0.35mm)进行探查的结果。
在垂直法中，能够设为如下检查条件：圆棒件直径为6.0mmφ以上，0.5mmφ的横孔的信噪比为3以上，回波高度为80％，但是，在4.3mmφ时，因表面回波宽度的限制而不得不使0.5mmφ的横孔的回波高度下降40％左右。
由于机械油中的焦距为11mm，因此，水距为14mm(＝11mm×1.3)，缺陷回波高度几乎与垂直法中的值等同。
因此可知，本发明与通常的垂直法相比，通过将水距设为焦距的1.3倍以下，能够检测出中心部、背面部的更大的缺陷回波。
另外，通过将水距设为适当的值，能够以等同的检测水平对中心部缺陷、背面部缺陷进行检查，或者能够以更加的高灵敏度对背面部即表面正下方的缺陷进行检查。
在本发明中，为了降低表面回波并获得较大的缺陷回波，优选对接收探头侧的条件进行规定。
如对于发送探头的前述规定那样，对于接收探头而言，在使用线集束探头或点集束探头的情况下，将接收探头的焦距设为19mm以下、且将水距设为焦距的1.3倍以下也较为有效。
对接收探头的设置位置进行叙述。
与发送探头相比，接收探头对缺陷回波强度、表面回波强度施加的影响较小，只要能够对缺陷进行评价即可，并不限定其设置位置，但使用集束型探头的情况下的焦距优选为与发送探头相同的值。
另外，水距、设置角度都能够设为与发送探头相同的值。
发送探头-接收探头之间的距离L的适当的目标值为从L1至L2的范围，L1是能够对因垂直于圆棒件长轴的方向上的截面中的中心部缺陷而引起的反射回波进行接收的位置处的发送探头-接收探头之间的距离，L2是能够对因底面而产生的反射回波进行接收的位置处的发送探头-接收探头之间的距离。
基于图6进行具体说明，若将圆棒件直径设为D(mmφ)、将发送探头的水距(圆棒件表面与发送探头发送面中心之间的距离)设为Wdt(mm)、将接收探头的水距(圆棒件表面与接收探头接收面中心之间的距离)设为Wdr(mm)、将发送探头的设置角设为90+θt(与设置角A同义)、将接收探头的设置角设为90+θr，则目标是将发送探头与接收探头之间的距离L设定为以下的从L1(mm)至L2(mm)的范围。
其中，L1＝D+Wdt×sinθt+Wdr×sinθr，
L2＝5.5×D+Wdt×sinθt+Wdr×sinθr。
对使用的探头进行说明。
本发明中，不仅使用现有方式的探头，还将相控阵探头(相位控制阵列探头)用于发送探头、接收探头中而对波束的角度以及集束范围进行电子控制，由此能够根据被检查件中的缺陷位置而独立地设计检测能力，能够实现检测能力的提高。
更加详细地进行说明，例如，为了提高表皮下夹杂物的检测能力，在使用现有形式的探头的情况下，通过使发送/接收探头之间的距离最优化，能够得到本发明的效果，但是，在应用相控阵探头的情况下，只要在表皮下附近形成焦点一致的波束且将该波束控制为对圆棒件表面侧进行扫描即可。
另外，本发明在前述的发送/接收探头之间设置用于遮挡发送波束的遮挡板，由此能够有效地减少表面回波。
为了获得所希望的遮挡效果、减少效果，能够适当地确定遮挡板的位置。
一般而言，在发送/接收探头之间的中间位置相对于圆棒件的长轴垂直地设置，能够根据表面回波强度、宽度、缺陷回波的强度而对遮挡板与圆棒件之间的距离进行判断设定。
在表面回波强度、宽度变大而难以确保探伤区域的情况下，或者在背面部缺陷的回波高度与中心部缺陷的回波高度相比更小的情况下，能够通过使遮挡板接近圆棒件而进行优化。
另一方面，在表面回波被抑制得过小的情况下，或者在背面部缺陷的回波高度与中心部缺陷的回波高度相比更大的情况下，能够通过使遮挡板脱离圆棒件而进行优化。
另外，作为用于在声音方面将发送超声波遮挡的材质，本发明所使用的遮挡板优先由吸音性能强的树脂材料或橡胶材料构成。
例如，在使用橡胶材料的情况下，优选具有容易将橡胶材料保持于支承框的几mm左右的厚度。
优选如下构造：在与圆棒件接近的一侧的遮挡板不设置支承框，将剩余的3边固定于金属性的支承框而能够使其移动并对其进行保持。
在使用树脂材料的情况下，即使不特别设置支承框也能够进行设置。
另外，对于相对于圆棒件长轴方向垂直的方向上的遮挡板的宽度而言，考虑到发送超声波的波束宽度，只要将其设为发送探头的振子直径的2倍以上即可。
在利用实际的自动超声波探伤装置实施本发明所涉及的超声波探伤的情况下，为了以最佳的检查条件进行检查，优选根据圆棒件直径而调整探头位置，但检查工序中的该调整作业的负荷大。
因此，若使用如上所述的遮挡板，则在将探头位置固定的状态下仅进行遮挡板的位置调整就能实现最佳的探伤状态，因此能够获得作业负荷减轻的效果。
接下来，对圆棒件与探头的移动机构进行叙述。
为了遍及被检查件的全长、整个截面地进行探伤，需要使得被检查件与探头相对地移动的机构、装置。
在圆棒钢材的自动探伤中一般为钢材的长轴方向移动，但是，在对长度较短的圆棒体部件的自动探伤中，还能够容易地实现部件的旋转移动。
一般而言，能够利用使圆棒件与探头中的任一方或两者进行长轴方向移动、周向移动(旋转)、或者将这些移动组合而成的螺旋移动的机构、装置来进行探伤，该移动方式(使哪个如何移动)主要能够根据被检查件的直径、长度而选择适当的方法。
对本发明所涉及的超声波探伤装置进行叙述，能够将上述发送/接收探头对固定配置于圆棒件的周向上、或者使它们在圆棒件的周向上旋转。
无论采用上述任何方式，都能不仅针对圆棒件横截面的中心部缺陷还能对存在于表面附近的内部缺陷而遍及整个截面且无遗漏地进行检测。
在具有使圆棒件沿圆棒件长轴方向移动的移动机构而不具有圆棒件的旋转机构的情况下、且在发送/接收探头对固定配置于周向上的情况下，优选根据一对发送/接收探头的可探伤范围而决定所设置的探头的对数。
在具有使圆棒件沿圆棒件长轴方向移动的移动机构而不具有圆棒件的旋转机构的情况下、且在具有探头的旋转机构的情况下，能够根据周向上的必要的探伤间隔而决定发送/接收探头对的周向转速。
另外，本发明中的发送探头与接收探头具有角度以及位置调节功能。
首先，对角度调节机构进行说明。
在本发明中，为了以圆棒件的长轴方向为基准使探头以期望的角度倾斜，能够采用角度调节机构。
第一方式是使用旋转板而使探头能够进行旋转的方式。
具体而言，具有对各探头单体进行支承的部件I以及对探头组整体进行保持的部件II，部件I具有旋转板，部件II具有对部件I的旋转板进行支承的机构，通过该旋转机构而使部件I相对于部件II的角度相对地发生变化。
第二方式是如下方式：在以能够将探头或对探头进行保持的部件相对于对探头组整体进行保持的部件以期望的角度进行设置的方式而连接的、即对探头组整体进行保持的部件，预先对连接部进行加工以便能够以期望的角度设置探头，为了对角度进行调节，另行准备以其他角度加工而成的部件。
该方式需要加工、准备多个部件，但与上述的旋转板方式相比，设置机构本身简单，部件整体的大小也能制作得较小。另外，至于探头的倾斜角度，只要预先利用其它机构、例如基于上述方式的角度可变机构进行调查即可。
接下来对位置调整机构进行叙述。
通过使探头本身或对探头进行保持的部件相对于对探头组进行固定的部件以垂直于探头收发信号面的方式移动并对其进行固定，能够容易地实现水距的调整。
通过将对探头组整体进行保持的部件分割至发送探头侧与接收探头侧的两侧并使该两部件间的距离发生变化，能够实现发送探头、接收探头之间的距离的调整。
更具体而言，准备几种厚度的隔离件，能够对该隔离件进行更换。或者还能够在两部件之间预先设置空隙，并对该空隙的厚度进行调整。实施例
〔发明例1〕
图7中示出了用于本发明例的一对发送/接收探头与被检查件(圆棒件)的配置。
被检查件是马氏体系耐热钢，结晶粒度为10以上。
被检查件直径为4.3mmφ。
声耦合介质使用机械油(声速为1400m/秒)。
发送探头、接收探头都是公称频率为10MHz(峰值频率为10.3MHz)的非集束型探头，振子直径为6.0mmφ。发送/接收探头之间的距离设为14.5mm。
以被检查件长轴为基准，将发送/接收探头的探头设置角度都设为90+19度。
发送/接收探头的水距均为9.5mm。
图8是0.5mmφ的中心部横孔的基本显示。
图9是健全部的基本显示。
在本发明所涉及的探伤方法中，能够清楚地确认缺陷回波，信噪比为6.5。此外，本发明例中的被检查件中的折射波为横波。
〔发明例2〕
在本发明例中，一对发送/接收探头、被检查件的配置以及被检查件设为与发明例1相同。
被检查件直径为6.4mmφ。
声耦合介质使用机械油(声速为1400m/秒)。
发送探头、接收探头都是公称频率为10MHz(峰值频率为10.5MHz)的线集束型探头，焦距(上述机械油中的值)为11mm，振子直径为6.0mmφ。
发送/接收探头之间的距离设为10mm。
以被检查件长轴为基准，将发送/接收探头的探头设置角度都设为90+15度。
发送/接收探头的水距均为3.5mm。
图10是0.5mmφ的中心部横孔的基本显示。
图11是健全部的基本显示。
在本发明所涉及的探伤方法中，信噪比为8。此外，本发明例中的被检查件中的折射波为横波。
〔发明例3〕
在本发明例中，一对发送/接收探头、被检查件的配置以及被检查件设为与发明例1相同。
被检查件直径为4.3mmφ。
声耦合介质使用机械油(声速为1400m/秒)。
发送探头、接收探头都是公称频率为10MHz(峰值频率为10.3MHz)的非集束型探头，振子直径为6.0mmφ。发送/接收探头之间的距离设为45mm。
以被检查件长轴为基准，将发送/接收探头的探头设置角度都设为90+25度。
发送/接收探头的水距均为4mm。
图12是0.5mmφ的中心部横孔的基本显示。
图13是健全部的基本显示。
在本发明例中，信噪比为3.4。
此外，本发明例中的被检查件中的折射波为横波。
〔发明例4〕
在本发明例中，一对发送/接收探头、被检查件的配置以及被检查件设为与发明例1相同。
被检查件直径为6.4mmφ。
声耦合介质使用机械油(声速为1400m/秒)。
发送探头、接收探头都是公称频率为10MHz(峰值频率为10.5MHz)的线集束型探头，焦距(上述机械油中的值)为11mm，振子直径为6.0mmφ。
发送/接收探头之间的距离设为10mm。
以被检查件长轴为基准，将发送/接收探头的探头设置角度都设为90+9度。
发送/接收探头的水距均为3.5mm。
图14是0.5mmφ的中心部横孔(长度为70mm)的基本显示。
图15是健全部的基本显示。
在本发明例中，信噪比为6。
此外，在图14中，显示为缺陷回波的2个的回波中，接近表面回波的回波为纵波，远离表面回波的为横波。
〔发明例5〕
在本发明例中，一对发送/接收探头、被检查件的配置设为与发明例1相同。
被检查件为铁素体组织的电磁不锈钢，结晶粒度为7。
被检查件直径为8.0mmφ。
声耦合介质使用机械油(声速为1400m/秒)。
发送探头、接收探头都是公称频率为5MHz的线集束型探头(峰值频率5.1MHz)，焦距(上述机械油中的值)为11mm，振子直径为6.0mmφ。
发送/接收探头之间的距离设为19.25mm。
以被检查件长轴为基准，将发送/接收探头的探头设置角度都设为90+19度。
发送/接收探头的水距均为5mm。
图16为0.5mmφ中心部横孔的基本显示。
图17为健全部的基本显示。
在本发明例中，能够清楚地确认缺陷回波，信噪比为8。此外，本发明例中的被检查件中的折射波为横波。
〔发明例6〕
图18中示出了用于本发明例的一对发送/接收探头、被检查件(圆棒件)的配置。
被检查件为马氏体系耐热钢，结晶粒度为10以上。
被检查件直径为3.8mmφ。
声耦合介质使用机械油(声速为1400m/秒)。
发送探头、接收探头都是公称频率为10MHz(峰值频率为10.5MHz)的线集束型探头，焦距(上述机械油中的值)为11mm，振子直径为6.0mmφ。
发送/接收探头之间的距离设为7.7mm。
以被检查件长轴为基准，将发送/接收探头的探头设置角度都设为90+19度。
发送/接收探头的水距均为8.5mm。
图19为设置有遮挡板时的0.5mmφ的中心部横孔的基本显示。
图20为同样设置有遮挡板时的健全部的基本显示。
图19、图20中都是遮挡板的厚度为1.0mm，并在发送/接收探头之间的中央位置将其与被检查件之间的间隔设为0.2mm。
图21、图22分别是发送/接收探头为与上述探头相同种类、相同配置，且未设置遮挡板时的0.5mmφ的中心部横孔、健全部的基本显示。
虽然在未设置遮挡板的情况下也能充分检测出缺陷回波，但信噪比止于1.8。与此相对，在设置有遮挡板的情况下，据上述说明可知，信噪比大幅提高为3.1，表面回波也大幅地减少。此外，本发明例中的被检查件中的折射波为横波。
〔发明例7〕
在本发明例中，一对发送/接收探头、被检查件的配置设为与发明例1相同，进而，将与该一对发送/接收探头等同的探头对在被检查件的周向上每隔45度而共计固定配置8对。
使被检查件不旋转而是使其沿被检查件长轴方向前进，由此进行探伤。
被检查件为马氏体系耐热钢，结晶粒度为10以上。
被检查件直径为6.05mmφ。
声耦合介质使用机械油(声速为1400m/秒)。
发送探头、接收探头都是公称频率为10MHz的线集束型探头(峰值频率10.5MHz)，焦距(上述机械油中的值)为11mm，振子直径为6.0mmφ。
发送/接收探头之间的距离设为15.8mm。
以被检查件长轴为基准，将发送/接收探头的探头设置角度都设为90+18度。
发送/接收探头的水距均为7.2mm。
根据上述探伤条件，检测出了被检查件横截面上的长度为50μm的夹杂物(图23)。
另外，图24中示出了该缺陷部的基本显示。
在本发明例中，能够清楚地确认缺陷回波，信噪比为9.5。此外，本发明例中的被检查件中的折射波为横波。
〔现有例〕
图25中示出了以一个探头利用垂直法对发明例7中所示的非金属夹杂物进行探伤的探伤波形。
声耦合介质使用机械油(声速为1400m/秒)。
探头是10MHz的点集束型探头，焦距为18mm(上述机械油中的值)，振子直径为6mmφ。
探头的水距为16mm。
本现有例的因缺陷而产生的回波高度为20％左右，比发明例7中的80％的回波高度低。此外，信噪比为2。
Claims (8)
1.一种圆棒件的超声波探伤方法，其是对直径为8mmφ以下的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
相对于所述圆棒件的长轴方向将发送探头与接收探头对置配置，使该发送探头倾斜，使入射超声波倾斜入射，对该发送探头以及该接收探头与该圆棒件的角度以及/或者位置进行调整，并对来自该圆棒件的缺陷部的反射回波进行检测。
2.根据权利要求1所述的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
在与圆棒件的长轴垂直的方向上的粒度号超过8的情况下，
不依赖于发送探头的设置角而将发送探头与接收探头的峰值频率设为9MHz以上，
在与圆棒件的长轴垂直的方向上的粒度号为8以下的情况下，
当将用于超声波探伤的声耦合的介质的声速设为C、将圆棒件的纵波声速设为CL、将圆棒件的横波声速设为CS时，其中，C、CL、CS的单位均为m/秒，
使用由θL＝sin-1(C/CL)确定的纵波临界角θL和由θS＝sin-1(C/CS)确定的横波临界角θS，其中，θL、θS的单位为度，
在朝向接收探头设置场所、且相对于圆棒件的长轴方向的发送探头的设置角不足90+θL度的情况下，
将发送探头与接收探头的峰值频率设为13MHz以下，
在朝向接收探头设置场所、且相对于圆棒件的长轴方向的发送探头的设置角超过90+θL度且不足90+θS度的情况下，
将发送探头与接收探头的峰值频率设为11MHz以下。
3.根据权利要求1或2所述的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
发送探头使用焦距为19mm以下的集束型探头，进而将该发送探头的水距设为该发送探头的焦距的1.3倍以下，其中，所述水距为圆棒件表面与发送探头发送面中心之间的距离。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
在发送探头与接收探头之间设置遮挡板。
5.一种超声波探伤装置，其用于权利要求1至4中任一项所述的圆棒件的超声波探伤方法，其特征在于，
所述超声波探伤装置具备：使圆棒件位置与发送探头及接收探头的位置相对地移动的机构；以及发送探头和该接收探头，其中，该发送探头与该接收探头对置配置，该发送探头以及该接收探头分别具有角度调节功能以及位置调节功能。
6.根据权利要求5所述的超声波探伤装置，其特征在于，
在圆棒件的周向上对所述发送探头与所述接收探头进行固定配置。
7.根据权利要求5所述的超声波探伤装置，其特征在于，
具有使所述发送探头与所述接收探头在圆棒件的周向上旋转的功能。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的超声波探伤装置，其特征在于，
在发送探头与接收探头之间具备遮挡板。
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