CN113557429A - 超声波探伤方法、超声波探伤装置、钢材的制造设备、钢材的制造方法及钢材的品质管理方法 - Google Patents

超声波探伤方法、超声波探伤装置、钢材的制造设备、钢材的制造方法及钢材的品质管理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113557429A
CN113557429A CN202080019677.3A CN202080019677A CN113557429A CN 113557429 A CN113557429 A CN 113557429A CN 202080019677 A CN202080019677 A CN 202080019677A CN 113557429 A CN113557429 A CN 113557429A
Authority
CN
China
Prior art keywords
defect
ultrasonic
signal
sound pressure
ultrasonic probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080019677.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113557429B (zh
Inventor
寺田一贵
松井穣
松本実
大谷义则
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by JFE Steel Corp filed Critical JFE Steel Corp
Publication of CN113557429A publication Critical patent/CN113557429A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113557429B publication Critical patent/CN113557429B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/043—Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G01N29/06—Visualisation of the interior, e.g. acoustic microscopy
    • G01N29/0654—Imaging
    • G01N29/069—Defect imaging, localisation and sizing using, e.g. time of flight diffraction [TOFD], synthetic aperture focusing technique [SAFT], Amplituden-Laufzeit-Ortskurven [ALOK] technique
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/275—Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving both the sensor and the material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/50—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor using auto-correlation techniques or cross-correlation techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/023—Solids
    • G01N2291/0234—Metals, e.g. steel
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/262—Linear objects
    • G01N2291/2626—Wires, bars, rods

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

超声波探伤方法从超声波探测件向检查件发送超声波信号，将在检查件的内部反射后的超声波信号作为反射信号而在超声波探测件处接收，从而对检查件的内部进行检查，其中，包括：接收步骤，一边使检查件和超声波探测件的位置变化，一边将反射信号利用超声波探测件来接收；提取步骤，从在接收步骤中接收到的反射信号提取来自检查件中的缺陷的反射即缺陷信号；及缺陷形状的推定步骤，根据预想声压和从在提取步骤中提取出的缺陷信号的强度得到的接收声压来推定缺陷的形状，所述预想声压是根据所述超声波探测件的超声波指向性而预想的基于假想缺陷的缺陷信号的强度。

Description

超声波探伤方法、超声波探伤装置、钢材的制造设备、钢材的 制造方法及钢材的品质管理方法
技术领域
本发明涉及超声波探伤方法、超声波探伤装置、钢材的制造设备、钢材的制造方法及钢材的品质管理方法。
背景技术
圆棒体内部的缺陷在制造以该圆棒体为材料的机械部件时有时会成为裂纹的起点，在制造后使机械部件的强度、寿命下降。因而，从以前起，对圆棒体内部进行超声波探伤，评价内部缺陷。在以往的圆棒体的超声波探伤装置中，进行使垂直用及斜角用的单个探测件相对于圆棒体在周向及轴向上相对移动的方法或通过利用阵列探测件切换超声波束的方向来进行全截面的探伤的方法。
在基于单个探测件或阵列探测件的斜角探伤中，主要检测钢材表层附近的内部夹杂物、裂纹。在表层附近的裂纹的情况下，可确认很多从表层向内部进展且具有反射指向性的裂纹(以下，称作“表层缺陷”)。在检测到这样的表层缺陷的情况下，若缺陷为能够切削的范围(例如直到从表层起的深度2mm为止)则将其除去，在缺陷为能够切削的范围外的情况下，进行产品的降级或作为内部品质不良品来处理。
作为判定表层缺陷是否处于可切削范围内的方法，例如存在将垂直探伤和斜角探伤组合来进行判定的方法。通过将比可切削范围靠内侧设定为垂直探伤的检测闸，在垂直探伤中未检测到而在斜角探伤中检测到的缺陷存在于可切削范围内。
但是，成为上述判定方法的对象的缺陷基本上是不具有指向性的缺陷，是在探伤截面内具有圆形状的截面的无指向性缺陷。从表层进展的表面裂纹在垂直探伤中无法检测，因此，即使进展至可切削范围外，也会判定为可切削范围内。在该情况下，表层被切削后的钢材以具有表面裂纹的状态出货，在对出货后的钢材进一步进行轧制、锻造加工的阶段中，有可能产生以表层缺陷为起点的大的裂纹。因而，需要根据探伤数据来导出表层裂纹的深度并进行合格与否判定的探伤方法。
作为使用了超声波探测件的表面缺陷深度的导出方法，存在根据来自表层缺陷的角反射波和来自端部的衍射波的强度成为最大的超声波探测件的位置、路程的不同来导出的方法。但是，来自端部的衍射波与角反射波相比强度相当小，出现的路程也近，因此有可能无法将衍射波和反射波分离。另外，在高噪声环境下，得不到充分的S/N，也有可能无法检测衍射波。
例如在专利文献1中公开了使用2个超声波探测件而根据角反射波与端部衍射波的时间差来求出表层缺陷的长度的方法。另外，在专利文献2中公开了通过以多个频率进行探伤来求出缺陷深度的方法。另外，在专利文献3中公开了使用缺陷回波的特征来辨别表层缺陷和内部夹杂物的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-088240号公报
专利文献2：日本特开2015-114127号公报
专利文献3：日本特开2000-241396号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所公开的方法中，通过利用分别的超声波探测件接收角反射波和端部衍射波，能够进行辨别，但在微小缺陷的情况下，存在端部衍射波微小而无法检测这一问题。
另外，在专利文献2所公开的方法中，通过使用2个以上的频率，能够粗略地辨别缺陷的深度，但为了以高分辨率、大范围得到缺陷本实施方式的超声波探伤方法深度，需要增加探伤频率。因而，会产生由探伤时间的增大或设备规模变大引起的高成本化、维护负荷的增大这一问题。
另外，在专利文献3所公开的方法中，关于使用缺陷回波的特征来辨别表层缺陷和内部夹杂物这一点进行了叙述，但关于表层缺陷的深度的导出、合格与否判定方法未进行叙述。
在此，在通常的超声波探伤中，不管缺陷的形状如何，设置恒定的阈值来进行合格与否的判定。但是，本来，在指向性缺陷和无指向性缺陷的情况下，反射率、指向性不同，因此，若只是使用同一阈值来进行判定，则无法辨别有害或无害。另外，在斜角探伤中，作为指向性缺陷而检测缺陷，但若无法推定表面缺陷的长度，则无法进行合适的合格与否判定、由表面切削实现的缺陷的除去。
本发明鉴于上述课题而完成，本发明的目的在于提供能够高精度地推定检查件内部的缺陷的形状的超声波探伤方法及超声波探伤装置。另外，本发明的其他目的在于提供能够高成品率地制造钢材的钢材的制造设备及钢材的制造方法。而且，本发明的其他目的在于提供能够提供高品质的钢材的钢材的品质管理方法。
用于解决课题的手段
本发明的主旨如下。
[1]一种超声波探伤方法，从超声波探测件向检查件发送超声波信号，将在所述检查件的内部反射后的超声波信号作为反射信号而在所述超声波探测件处接收，从而检查所述检查件的内部，其中，包括：接收步骤，一边使所述检查件和所述超声波探测件的位置变化，一边将所述反射信号利用所述超声波探测件来接收；提取步骤，从在所述接收步骤中接收到的所述反射信号提取来自所述检查件中的缺陷的反射即缺陷信号；及缺陷形状的推定步骤，根据预想声压和从在所述提取步骤中提取出的所述缺陷信号的强度得到的接收声压来推定所述缺陷的形状，所述预想声压是根据所述超声波探测件的超声波指向性而预想的基于假想缺陷的缺陷信号的强度。
[2]根据[1]所述的超声波探伤方法，在所述缺陷形状的推定步骤中，根据所述接收声压来判定所述缺陷的指向性的有无，根据与判定出的所述缺陷的指向性的有无相符的预想声压和所述接收声压来推定缺陷的形状。
[3]根据[1]或[2]所述的超声波探伤方法，在所述缺陷形状的推定步骤中，使用所述预想声压与由所述超声波探测件接收到的各位置关系中的所述接收声压的相关来推定所述缺陷的形状及深度。
[4]一种超声波探伤装置，从超声波探测件向检查件发送超声波信号，将在所述检查件的内部反射后的超声波信号作为反射信号而在所述超声波探测件处接收，从而检查所述检查件的内部，其中，具备：接收单元，一边使所述检查件和所述超声波探测件的位置变化，一边接收所述反射信号；提取单元，从由所述接收单元接收到的所述反射信号提取来自所述检查件中的缺陷的反射即缺陷信号；预想声压算出单元，算出根据所述超声波探测件的超声波指向性而预想的基于假想缺陷的缺陷信号的强度即预想声压；及缺陷形状的推定单元，根据所述预想声压和从由所述提取单元提取出的所述缺陷信号的强度得到的接收声压来推定所述缺陷的形状。
[5]一种钢材的制造设备，具备：制造设备，制造钢材；及[4]所述的超声波探伤装置，检查由所述制造设备制造出的所述钢材的内部。
[6]一种钢材的制造方法，包括：制造步骤，制造钢材；及探伤步骤，利用[1]～[3]中任一项所述的超声波探伤方法来对在所述制造步骤中制造出的钢材的内部进行探伤。
[7]一种钢材的品质管理方法，包括：探伤步骤，利用[1]～[3]中任一项所述的超声波探伤方法来对钢材的内部进行探伤；及品质管理步骤，根据通过所述探伤步骤而得到的探伤结果来进行所述钢材的品质管理。
发明效果
根据本发明的超声波探伤方法及超声波探伤装置，通过使用根据超声波探测件的指向性而算出的预想声压，能够推定存在于检查件的缺陷的形状。由此，检查件内部的缺陷存在的范围变得清楚，能够实现更高品质的产品的制造、成品率的提高。另外，根据本发明的钢材的制造设备及钢材的制造方法，能够高成品率地制造钢材。而且，根据本发明的钢材的品质管理方法，能够提供高品质的钢材。
附图说明
图1是示意性地示出本发明的实施方式的超声波探伤装置的结构的图。
图2是示意性地示出本发明的实施方式的超声波探伤方法的信号处理方法的图。
图3是示意性地示出无指向性缺陷的第一反射模型的传播路径的图。
图4是示意性地示出无指向性缺陷的第二反射模型的传播路径的图。
图5是示意性地示出无指向性缺陷的第三反射模型的传播路径的图。
图6是示意性地示出无指向性缺陷的第四反射模型的传播路径的图。
图7是示意性地示出指向性缺陷的第一反射模型的传播路径的图。
图8是示意性地示出指向性缺陷的第二反射模型的传播路径的图。
图9是示意性地示出指向性缺陷的第三反射模型的传播路径的图。
图10是示意性地示出指向性缺陷的第四反射模型的传播路径的图。
图11是示意性地示出超声波探测件与表观的超声波探测件的位置关系的图。
图12是示意性地示出无指向性缺陷的第一反射模型的传播路径中的预想声压的算出方法的图。
图13是示意性地示出无指向性缺陷的第二～第四反射模型的传播路径中的预想声压的算出方法的图。
图14是示意性地示出指向性缺陷的第一反射模型的传播路径中的预想声压的算出方法的图。
图15是示意性地示出指向性缺陷的第二～第四反射模型的传播路径中的预想声压的算出方法的图。
图16是示出一边改变超声波探测件的位置一边接收到来自无指向性缺陷的反射信号时的对缺陷信号群进行了图像化的例子的图。
图17是示出一边改变超声波探测件的位置一边接收到来自指向性缺陷的反射信号时的对缺陷信号群进行了图像化的例子的图。
图18是示出设定了缺陷图像区域的例子的图。
图19是示出在假定了特定的缺陷形状时得到的预想声压的算出结果的一例的图。
图20是示出从实际的缺陷信号数据得到的被判定为缺陷的接收声压的一例的图。
具体实施方式
[超声波探伤装置]
以下，参照附图来对作为本发明的实施方式的超声波探伤装置的结构及其动作进行详细说明。
关于作为本发明的实施方式的超声波探伤装置的结构，参照图1来说明。超声波探伤装置1是通过利用了水浸探伤法(以下，记为水浸法)的超声波探伤方法来对检查体进行超声波探伤的装置。超声波探伤装置1使用超声波，例如检测在对铸造后的钢片进行轧制而制造出的圆棒体RB中存在的缺陷。需要说明的是，缺陷的存在位置是圆棒体RB的表层及内部，但以下，包括表层而表示为“内部”。
本实施方式的超声波探伤装置1具备多个超声波探测件11、探头12、架台13、旋转驱动装置14、脉冲发生器15、接收器16、A/D转换器17、记录装置18、信号处理装置19及显示装置20作为主要的构成要素。
超声波探测件11配置于检查件(例如圆棒体RB)的外部，一边使相对于检查件的位置关系变化一边发送超声波，且接收缺陷信号。在图1所示的超声波探伤装置1中，超声波探测件11、接收器16、A/D转换器17及记录装置18相当于接收单元。
而且，本实施方式的超声波探伤装置1具备提取单元，其从由超声波探测件11接收到的反射信号提取来自检查件中的缺陷的反射即缺陷信号。另外，超声波探伤装置1具备缺陷种类的判定单元，其根据由超声波探测件11接收到的缺陷信号的特征来判定缺陷种类。另外，超声波探伤装置1具备预想声压算出单元，其预先算出考虑超声波探测件11的超声波指向性而预想的基于假想缺陷的缺陷信号的强度即预想声压。
另外，超声波探伤装置1具备缺陷形状的推定单元，其在检查件与超声波探测件11的各位置关系中，根据从超声波探测件11的超声波指向性而被预想且由预想声压算出单元预先算出的预想声压和从由提取单元提取出的缺陷信号的强度得到的接收声压来推定缺陷的形状(以下，称作“缺陷形状”)。另外，超声波探伤装置1具备判定单元，其基于推定出的缺陷形状来进行检查件的合格与否判定，决定该检查件的切削量。在图1所示的超声波探伤装置1中，信号处理装置19相当于提取单元、缺陷种类的判定单元、预想声压算出单元、缺陷形状的推定单元及判定单元。需要说明的是，在本实施方式中，所谓接收声压，对由超声波探测件11接收到的缺陷信号设定时间范围，表示设定的时间范围内的信号振幅的最大值。
超声波探测件11经由水浸法中的媒介即水而在从圆棒体RB离开了规定距离的位置配置有1个以上。该超声波探测件11在超声波探伤中，通过由从脉冲发生器15输出的脉冲信号激振而将超声波信号向圆棒体RB发送。并且，在圆棒体RB的内部传播并反射后的超声波信号(以下，称作“反射信号”)经由超声波探测件11而由接收器16接收。
探头12具备超声波探测件11，构成为能够在配置于圆棒体RB的上部的架台13上移动。由此，超声波探测件11能够在圆棒体RB的轴向上扫描。一边利用旋转驱动装置14使圆棒体RB向箭头所示的圆周方向旋转，一边使探头12扫描，而且将缺陷信号利用接收器16接收。其结果，能够对圆棒体RB的总体积进行超声波探伤。即，超声波探伤装置1能够一边使超声波探测件11相对于圆棒体RB的位置变化一边利用超声波探测件11来收发1个或多个超声波。
旋转驱动装置14的旋转速度及探头12的扫描速度以使圆棒体RB的总体积无不足地被超声波探伤的方式设定。需要说明的是，也可以不使圆棒体RB旋转，使探头12在圆棒体RB的周围旋转而对圆棒体RB的总体积进行超声波探伤。需要说明的是，在本实施方式中，“使超声波探测件11相对于检查体(即圆棒体RB)的位置变化”表示某特定的1个超声波探测件11相对于检查体移动。在存在多个超声波探测件11的情况下，也包括探头12被固定且缺陷信号的接收在超声波探测件11间移动的情况。
由接收器16接收到的模拟形态的反射信号一边与从脉冲发生器15输出的脉冲信号同步一边由A/D转换器17变换为数字数据，并向记录装置18保存。由此，圆棒体RB的总体积的反射信号向记录装置18保存。保存的反射信号由信号处理装置19信号处理成缺陷信号等，信号处理结果显示于显示装置20。信号处理存在对在超声波探伤中保存的反射信号逐次进行的情况、在保存了全部的反射信号后进行的情况。另外，信号处理不仅是对保存的全部数据，也存在对一部分数据选择性地进行的情况。
信号处理装置19从保存的反射信号进行缺陷部位的提取，将来自检查件中的缺陷的反射作为缺陷信号而向记录装置18保存。另外，信号处理装置19对保存的缺陷信号作为信号处理之一而进行缺陷种类的判定。而且，信号处理装置19对保存的缺陷信号作为信号处理之一而执行缺陷形状的推定。需要说明的是，在缺陷种类的判定时，也存在进行孔径合成等信号处理的情况。另外，信号处理装置19预先算出根据超声波探测件11的指向性而预想的基于假想缺陷的缺陷信号的强度即接收声压(以下，称作“预想声压”)。然后，基于预先算出的预想声压和实际测定出的缺陷信号的接收声压来推定缺陷形状。在此，作为在缺陷形状的推定中使用的缺陷信号，不仅是使用保存的缺陷信号的未处理数据的情况，也存在使用实施了孔径合成、频率过滤等信号处理的信号处理后的数据的情况。
即，信号处理装置19具备提取单元，其从由超声波探测件11接收到的反射信号提取来自检查件中的缺陷的反射即缺陷信号。另外，信号处理装置19具备缺陷种类的判定单元，其根据由超声波探测件11接收到的缺陷信号的特征来判定缺陷种类。另外，信号处理装置19具备预想声压算出单元，其预先算出考虑超声波探测件11的超声波指向性而预想的基于假想缺陷的缺陷信号的接收声压。另外，信号处理装置19具备缺陷形状的推定单元，其根据由超声波探测件11接收到的各位置关系中的接收声压和预先算出的预想声压来推定缺陷形状。并且，信号处理装置19具备判定单元，其基于推定出的缺陷形状来进行检查件的合格与否判定、切削需要量的决定。
[超声波探伤方法]
接着，对本实施方式的超声波探伤方法进行说明。本实施方式的超声波探伤方法包括(I)接收步骤、(II)提取步骤、(III)推定步骤及(IV)判定步骤这4个步骤。在本实施方式的超声波探伤方法中，接在(I)接收步骤之后执行(II)提取步骤，接在(II)提取步骤之后执行(III)推定步骤，接在(III)推定步骤之后执行(IV)判定步骤。
在接收步骤I中，一边使检查件(例如圆棒体RB)与超声波探测件11的位置关系变化，一边利用超声波探测件11来接收1个或多个反射信号。需要说明的是，在本实施方式中，由于检查件是圆棒体RB，所以成为上述的斜角探伤的例子。在接收步骤I中，能够使用公知的基于超声波探测件11的缺陷信号的接收方法。作为一例，能够通过上述的超声波探测件11、接收器16、A/D转换器17及记录装置18的动作来实现。
在提取步骤II中，从在接收步骤I中由超声波探测件11接收到的1个或多个反射信号提取由实际存在于检查件中的缺陷反射出的超声波信号作为缺陷信号。提取出的缺陷信号向存储装置18保存。从实际接收到的反射信号的缺陷信号的提取能够通过信号处理装置19的动作来实现。
在推定步骤III中，根据在提取步骤II中提取出的缺陷信号的特征来判定该缺陷是指向性缺陷还是无指向性缺陷。然后，在检查件与超声波探测件11的各位置关系中，通过将根据超声波探测件11的超声波指向性而预先算出的预想声压和由超声波探测件11实际接收到的缺陷信号的接收声压进行比较来推定缺陷形状。在缺陷形状的推定中使用的预想声压的算出方法在本发明中是最重要的技术。因而，预想声压的算出方法稍后详细说明。
在判定步骤IV中，对于在提取步骤II中从反射信号提取出的缺陷信号，基于由推定步骤III推定出的缺陷形状来判定检查件的合格与否及/或需要切削量。
根据进行如上所述的步骤的本实施方式的超声波探伤方法，能够准确地推定缺陷形状及缺陷存在的存在深度(以下，简称作“深度”)。由此，能够决定检查件的合格与否判定及/或检查件不合格的情况下的表面切削量。其结果，能够使产品的品质及成品率提高。
<(I)接收步骤>
关于在本发明的实施方式的超声波探伤方法的接收步骤I中接收缺陷信号时的信号处理装置19及记录装置18的动作，一边参照图2一边说明。在接收步骤I中，首先利用接收单元接收来自圆棒体RB内的反射信号(步骤S21)。接着，将接收到的反射信号向记录装置18保存(步骤S22)。
<(II)提取步骤>
在提取步骤II中，信号处理装置19对在接收步骤I中保存到记录装置18的反射信号以预先确定的阈值进行阈值判定(步骤S23)。信号处理装置19判定为在超过了阈值的反射信号中存在缺陷，作为缺陷信号而提取。提取出的缺陷信号重新向记录装置18保存。对于被判定为存在缺陷的反射信号(即缺陷信号)，进行之后的步骤S13以后的信号处理。另一方面，对于被判定为没有缺陷的反射信号，不进行步骤S13以后的信号处理。
<(III)推定步骤>
接着，关于在本发明的实施方式的超声波探伤方法的推定步骤III中推定缺陷形状时的信号处理装置19及记录装置18的动作，一边参照图2一边说明。在推定步骤III中，基于由超声波探测件11测定出的来自缺陷信号的接收声压，首先判定缺陷的指向性的有无，之后，基于与所述缺陷的指向性的有无相符的预想声压和实际测定出的接收声压来推定缺陷形状。具体而言，如该图所示，推定步骤III以探伤图像取得步骤(S13)、缺陷种类的判定步骤(S14)、缺陷形状的推定步骤(S15)的顺序执行。将检查件设为圆棒体RB来对各步骤进行详细说明。
(探伤图像取得步骤)
在步骤S13的处理中，信号处理装置19将在步骤S23中确定出的超过了预先设定的阈值的波形位置设为基准，从在记录装置18中记录的缺陷信号中进行预先设定的范围内的多个缺陷信号的读入。由此，能够提取包括实际存在缺陷的位置等信息的缺陷信号群。也就是说，能够得到从实际存在的缺陷反射且接收到的超声波信号的信息。在后述的步骤S14以后，从在此得到的缺陷信号群提取接收声压等特征量，实施缺陷种类的判定、缺陷形状的推定。
需要说明的是，根据缺陷信号的状态，也可以在读出了缺陷信号后，利用信号处理装置19进行孔径合成、频率过滤等信号处理后，设为缺陷信号群。另外，在本步骤S13中，为了在视觉上容易理解，也可以对接收信号群进行图像化。例如，能够将缺陷信号的振幅变换为辉度，将缺陷信号的接收时间变换为纵轴，将缺陷信号的波形数变换为横轴，作为图像来显示。在本实施方式中，设为在本步骤13中对缺陷信号群进行了图像化来说明以后的处理。
步骤S13不仅是通过超声波一边记录反射信号一边逐次进行，也可以通过超声波在反射信号的记录结束后进行。对于在此读入的缺陷信号群，执行步骤S14及步骤S15的处理。由此，步骤S13的处理完成，进入步骤S14的处理。
(缺陷种类的判定步骤)
在步骤S14的处理中，信号处理装置19使用在步骤S13中读入的缺陷信号的特征和在步骤S12中算出的预想声压的特征来判定检测到的缺陷种类是指向性缺陷还是无指向性缺陷。关于缺陷种类的判定方法，稍后详细说明。由此，步骤S14的处理完成，进入步骤S15的处理。
(缺陷形状的推定步骤)
在步骤S15的处理中，信号处理装置19通过将在步骤S13中算出的缺陷信号和在步骤S12中算出的预想声压进行比较来推定缺陷形状及深度。在步骤S15的处理中，具体而言，使用由超声波探测件11接收到的各位置关系中的缺陷信号的接收声压的变化与在步骤S12中算出的预想声压的变化的相关来推定包括缺陷的倾斜的缺陷形状及深度。
关于缺陷形状，在指向性缺陷的情况下推定深度及倾斜角度，在无指向性缺陷的情况下推定缺陷直径及深度位置。关于缺陷形状的推定方法，稍后详细说明。由此，步骤S15的处理完成，进入步骤S16的处理。另外，由此，推定步骤III的处理完成，进入判定步骤IV的处理。
<(IV)判定步骤>
接着，关于在本发明的实施方式的超声波探伤方法的判定步骤IV中判定检查件的合格与否及/或需要切削量时的信号处理装置19及记录装置18的动作，一边参照图2一边说明。在判定步骤IV中的判定中，如该图所示，执行合格与否及/或切削量判定步骤(步骤S16)。将检查件设为圆棒体RB来对该步骤进行详细说明。
(合格与否及/或切削量判定步骤)
在步骤S16的处理中，信号处理装置19基于在步骤S15中推定出的缺陷形状及深度来进行检查件的合格与否判定或者决定该检查件的需要切削量。而且，信号处理装置19也可以基于在步骤S15中推定出的缺陷形状及深度来进行检查件的合格与否判定，并决定该检查件的需要切削量。
例如，在步骤S15的结果是推定为指向性缺陷或无指向性缺陷存在于从表层起2mm以内的距离的情况下，设为合格(修理需要件)，在其以外的情况下设为不合格。在缺陷的存在范围及需要切削量的算出中，考虑无指向性缺陷及指向性缺陷的形状。例如，在根据在步骤S15中推定的缺陷形状而缺陷存在的范围是直到表层下1.5mm为止的情况下，对检测到缺陷的部位进行1.5mm以上的切削或修理。由此，一系列的判定步骤IV完成。
[预想声压的算出方法]
接着，关于在本发明的实施方式的超声波探伤方法的推定步骤III中推定缺陷形状时使用的根据超声波探测件11的指向性而预想的基于来自假想缺陷的反射的缺陷信号的接收声压(即预想声压)的算出方法，一边参照图2一边说明。如该图所示，预想声压的算出方法以探伤条件输入步骤(S11)、预想声压算出步骤(S12)的顺序执行。将检查件设为圆棒体RB来对各步骤进行详细说明。
(探伤条件输入步骤)
在步骤S11的处理中，信号处理装置19取得圆棒体RB的尺寸、超声波探测件11的尺寸及形状、测定间距、与圆棒体RB的位置关系、超声波探伤范围等超声波探伤条件。需要说明的是，关于超声波探伤条件，不仅是在利用超声波取得缺陷信号前取得的情况，也存在在利用超声波取得反射信号中或利用超声波取得反射信号后取得的情况。由此，步骤S11的处理完成，进入步骤S12的处理。
(预想声压算出步骤)
接着，在步骤S12的处理中，信号处理装置19使用在步骤S11的处理中取得的超声波探伤条件，基于超声波探测件11的超声波指向性来算出预想声压。另外，在步骤S12的处理中，信号处理装置19作为考虑了超声波探测件11的超声波指向性的预想声压而算出无指向性缺陷的情况和指向性缺陷的情况这2个种类的情况下的预想声压。另外，以不使用实际测定出的反射信号及根据该反射信号算出的接收信号的方式算出。即，不是实际存在于检查件中的缺陷，而是设定假想缺陷，将由该假想缺陷反射出的缺陷信号的接收声压作为预想声压而算出。
另外，预想声压因缺陷形状(例如，在指向性缺陷的情况下是深度和角度，在无指向性缺陷的情况下是深度和半径)而改变。于是，在步骤S12中，优选设定多个种类的假想缺陷的缺陷形状，算出相对于各设定的预想声压。在该情况下，能够在步骤S14以后的处理中，将相对于多个种类的缺陷形状的各预想声压进行比较，使用接近的预想声压来进行步骤S14以后的信号处理。另外，也可以在该步骤S12中算出在稍后说明的图16及图18中使用的分割区域，使得能够在步骤S14以后设定。
另外，在步骤S12的处理中，信号处理装置19作为考虑了超声波探测件11的超声波指向性的预想声压而算出后述的4个反射模型(参照图3～图10)中的1个以上的反射模型的传播路径的接收声压。另外，在步骤S12的处理中，信号处理装置19根据从超声波探测件11与缺陷的各位置关系计算的传播路径和超声波探测件11或缺陷的中心轴所成的指向性来算出考虑了超声波探测件11的超声波指向性的预想声压。关于预想声压的算出方法，稍后详细说明。由此，步骤S12的处理完成。
需要说明的是，探伤条件输入步骤S11和预想声压算出步骤S12不管在基于超声波的缺陷信号的取得前、取得中或取得后的哪个定时下进行都行。只要在上述的缺陷种类的判定步骤S14之前预想声压算出步骤S12完成而算出了预想声压即可。换言之，只要在推定步骤III中的缺陷种类的判定步骤S14开始前预想声压算出步骤S12完成即可。另一方面，相对于接收步骤I、提取步骤II及探伤图像取得步骤S13，预想声压算出步骤S12的定时可以设为任意。
另外，探伤条件输入步骤S11及预想声压算出步骤S12无需每当接收到基于超声波的缺陷信号时进行。例如，在检查体的形状、超声波探测件11与检查体的相对移动速度大体相同的情况等下，即使检查体多次变更，也无需每次都进行步骤S11及步骤S12。只要在步骤S12中将预想声压求出一次，则即使检查体多次变更，也能够使用相同的预想声压来进行本发明的超声波探伤方法。需要说明的是，本实施方式中的超声波指向性表示在特定的方向上超声波声压强地分布并传播的性质。在一般的单个超声波探测件的情况下，表示在近距离声场以外探测件中心轴上的声压成为最大。
接着，关于本实施方式的超声波探伤方法的考虑了超声波探测件11的超声波指向性的预想声压的算出方法(图2的步骤S12)，一边参照图3～图15一边详细说明。
存在于圆棒体RB的内部的缺陷大致被分类成指向性缺陷和无指向性缺陷。指向性缺陷具有带状、圆板状的反射面，在特定的方向上具有强的反射指向性。由斜角探伤检测的表面裂纹经常是指向性缺陷。相对于此，无指向性缺陷是存在于表层附近的夹杂物等，是球状或圆柱状的缺陷。
已知：在斜角探伤中，相对于同一缺陷对象，得到基于多个传播路径的反射信号。将无指向性缺陷的情况下的反射信号的传播路径在图3～图6中示出，将指向性缺陷的情况下的反射信号的传播路径在图7～图10中示出。
图3及图7示出了(A)以超声波探测件11、缺陷、超声波探测件11的顺序传播的反射模型。另外，图4及图8示出了(B)以超声波探测件11、缺陷、检查件(圆棒体RB)的壁面、超声波探测件11的顺序传播的反射模型。另外，图5及图9示出了(C)以超声波探测件11、检查件的壁面、缺陷、超声波探测件11的顺序传播的反射模型。另外，图6及图10示出了(D)以超声波探测件11、检查件的壁面、缺陷、检查件的壁面、超声波探测件11的顺序传播的反射模型。
需要说明的是，在图3～图10中，标号11表示实际的超声波探测件，标号21表示斜角探伤中的表观的超声波探测件，标号F表示无指向性缺陷，标号Fd表示指向性缺陷。在本实施方式的超声波探伤方法中，关于各传播路径的情况，根据缺陷与超声波探测件的位置关系来进行预想声压的算出。
图11示出了超声波探测件11与表观的超声波探测件21的位置关系。若将超声波探测件11的入射角设为
Figure BDA0003251977870000174
将探测件宽度设为Dw1，将探测件高度设为Dh，将楔块距离设为L1，将楔块内音速设为Cwed，将钢中音速设为Cs，则表观的超声波探测件21的折射角
Figure BDA0003251977870000175
探测件宽度Dw2、楔块距离L2由下述式(1)～下述式(3)表示。
式(1)
Figure BDA0003251977870000171
式(2)
Figure BDA0003251977870000172
式(3)
Figure BDA0003251977870000173
需要说明的是，在此，表观的超声波探测件21是指“能够假定为存在于检查件中且不考虑折射而直接传播”的假想的超声波探测件。在本实施方式中使用的斜角探伤法中，在使超声波折射并向检查件中入射时，检查件中的超声波的传播能够视为宛如从处于检查件中的表观的超声波探测件直接传播来的超声波。需要说明的是，超声波探测件21实际存在于检查件的外部，存在于楔块部(未图示)的媒介内。
为了求出预想声压的值而需要的传播路径使用从该表观的超声波探测件21起的传播路径来导出。需要说明的是，这次，为了使计算简易而使用表观的超声波探测件21来进行计算，但也可以关于各传播路径考虑按照斯涅尔定律的折射现象，导出从超声波探测件21起的传播路径。
首先，对无指向性缺陷中的预想声压的算出方法进行说明。图3的传播路径中的预想声压使用图12来算出。若将原点设为O，将圆棒体RB的半径设为r，将缺陷旋转角设为θr，将缺陷位置的深度设为t，则无指向性缺陷F的坐标F(XF,YF)由下述式(4)及下述式(5)表示。
式(4)
XF＝L2 cosφ2+r-(r-t)sinθr…(4)
式(5)
YF＝L2 sinφ2+(r-t)cosθr…(5)
另外，若将直线OF与表观的超声波探测件21所成的角设为ψp，则该所成的角ψp由式(6)表示。
式(6)
Figure BDA0003251977870000181
另外，若将发送声压设为P0，将探测件面积设为A，将频率设为Fr，将线段OF的长度设为x，将表观的超声波探测件21的相对于超声波的指向性系数设为Dp，将缺陷形状的反射率设为γ，将缺陷半径设为d，将缺陷长度设为L，则探测件面积A、反射率γ及指向性系数Dp由下述式(7)～下述式(12)表示。
式(7)
A＝Dh×Dw2…(7)
式(8)
Figure BDA0003251977870000191
式(9)
Figure BDA0003251977870000192
式(10)
Figure BDA0003251977870000193
式(11)
2d≥0.2λ，
Figure BDA0003251977870000194
的情况
Figure BDA0003251977870000195
式(12)
2d≥0.2λ
Figure BDA0003251977870000196
的情况
Figure BDA0003251977870000197
图3的传播路径中的预想声压PF1由超声波探测件21的发送时的指向性系数Dp(Ψp)、缺陷的反射率γ(x)及超声波探测件21的接收时的指向性系数Dp(Ψp)之积表示。根据上述式(7)～上述式(12)，预想声压PF1成为下述式(13)。另外，图3的传播路径中的传播时间T1由将线段OF的往复距离除以钢中音速而得到的值表示，因此成为下述式(14)。
式(13)
Figure BDA0003251977870000198
式(14)
Figure BDA0003251977870000201
图4～图6的传播路径中的预想声压使用图13来算出。若将相对于法线S的无指向性缺陷F的镜像F’的坐标设为F’(XF’,YF’)，将表观的超声波探测件21的镜像设为22，将原点O的镜像设为O’，将线段OF’的长度设为x2，将线段O’F’的长度设为X2’，将线段O’F’与镜像O’的中心轴C’所成的角设为ψp1’，则镜像F’的坐标F’(XF’,YF’)由下述式(15)及下述式(16)表示。
式(15)
XF′＝L2 cosφ2+r-(r+t)sinθr…(15)
式(16)
YF′＝L2 sinφ2+(r+t)cosθr…(16)
图4及图5的传播路径中的预想声压PF2由超声波探测件21的发送时的指向性系数Dp(Ψp1)、缺陷的反射率γ(x2)及超声波探测件21的接收时的指向性系数Dp(Ψp1’)之积表示。根据式(15)及式(16)，预想声压PF2成为下述式(17)。另外，图4及图5的传播路径中的传播时间T2由将线段OF’和F’O’的合计距离除以钢中音速而得到的值表示，因此成为下述式(18)。
式(17)
Figure BDA0003251977870000202
式(18)
Figure BDA0003251977870000203
图6的传播路径中的预想声压PF3由超声波探测件21的发送时的指向性系数Dp(Ψp1)、缺陷的反射率γ(x2)及超声波探测件21的接收时的指向性系数Dp(Ψp1)之积表示。因而，预想声压PF3成为下述式(19)。另外，图6的传播路径中的传播时间T3由将线段OF’的往复距离除以钢中音速而得到的值表示，因此成为下述式(20)。
式(19)
Figure BDA0003251977870000211
式(20)
Figure BDA0003251977870000212
如以上这样，通过使用通过上述式(13)、上述式(14)、上述式(17)～上述式(20)而得到的来自各传播路径的预想声压及传播时间，能够理论性地模拟一边使圆棒体RB与超声波探测件11的位置关系变化一边对无指向性缺陷进行了探伤时预想的接收声压及传播时间。
接着，对指向性缺陷中的预想声压的算出方法进行说明。图7的传播路径中的预想声压使用图14来算出。若将原点设为O，将缺陷旋转角设为θr2，将缺陷倾斜角设为θc，将缺陷的深度设为dc，将指向性缺陷Fd的指向性系数设为Dc，将表观的超声波探测件21的相对于超声波的指向性系数设为Dp，将缺陷形状的反射率设为γ2，将缺陷长度设为L2，将指向性缺陷Fd的中点的坐标设为M(Xm,Ym)，将线段OM与表观的超声波探测件21的中心轴C所成的角设为ψp3，将指向性缺陷Fd的中心轴与线段OM所成的角设为ψc，将线段OM的长度设为x3，则指向性缺陷Fd的中点的坐标M(Xm,Ym)、所成的角ψp3及所成的角ψc由下述式(21)～下述式(24)表示。
式(21)
Figure BDA0003251977870000213
式(22)
Figure BDA0003251977870000221
式(23)
Figure BDA0003251977870000222
式(24)
Figure BDA0003251977870000223
另外，指向性缺陷Fd的指向性系数Dc及缺陷反射率γ2由下述式(25)～下述式(29)表示。
式(25)
Figure BDA0003251977870000224
式(26)
Figure BDA0003251977870000225
式(27)
Figure BDA0003251977870000226
的情况
Figure BDA0003251977870000227
式(28)
Figure BDA0003251977870000228
的情况
Figure BDA0003251977870000229
式(29)
Figure BDA00032519778700002210
的情况
γ2(x)＝1…(29)
图7的传播路径中的预想声压PF4由超声波探测件21的发送时的指向性系数Dp(Ψp3)、缺陷的反射率γ2(x3)、缺陷处的反射时的指向性系数Dc(Ψc,-Ψc)及超声波探测件21的接收时的指向性系数Dp(Ψp3)之积表示。根据式(21)～式(29)，预想声压PF4成为下述式(30)。另外，图7的传播路径中的传播时间T4由将线段OM的往复距离除以钢中音速而得到的值表示，因此成为下述式(31)。需要说明的是，超声波探测件21的指向性系数Dp与无指向性缺陷的情况相同。
式(30)
Figure BDA0003251977870000231
式(31)
Figure BDA0003251977870000232
图8～图10的传播路径中的预想声压使用图15来算出。若将相对于法线S2的指向性缺陷Fd的镜像设为Fd’，将镜像Fd’的中点的坐标设为M(Xm’,Ym’)，将表观的超声波探测件21的镜像设为22，将原点O的镜像设为O’，将线段OM’的长度设为x4，将线段O’M’的长度设为x4’，将线段OM’与表观的超声波探测件21的中心轴C所成的角设为ψp4，将线段M’O与镜像Fd’中心轴所成的角设为ψc2，将线段M’O’与镜像Fd’的中心轴所成的角设为ψc3，将线段M’O’与镜像22的中心轴所成的角设为ψp4’，则镜像Fd’的中点的坐标M(Xm’,Ym’)、所成的角ψp4及所成的角ψc2由下述式(32)～下述式(35)表示。
式(32)
Figure BDA0003251977870000233
式(33)
Figure BDA0003251977870000234
式(34)
Figure BDA0003251977870000235
式(35)
ψc2＝θc-θr2+ψp4+φ2…(35)
图8及图9的传播路径中的预想声压PF5由超声波探测件21的发送时的指向性系数Dp(Ψp4)、缺陷的反射率γ2(x4)、缺陷处的反射时的指向性系数Dc(Ψc2,Ψc3)及超声波探测件21的接收时的指向性系数Dp(Ψp4’)之积表示。根据式(32)～式(35)，预想声压PF5成为下述式(36)。另外，图8及图9的传播路径中的传播时间T5由将线段OM’和线段M’O’的合计距离除以钢中音速而得到的值表示，因此成为下述式(37)。需要说明的是，超声波探测件21的指向性系数Dp与无指向性缺陷的情况相同。
式(36)
Figure BDA0003251977870000241
式(37)
Figure BDA0003251977870000242
图10的传播路径中的预想声压PF6由超声波探测件21的发送时的指向性系数Dp(Ψp4)、缺陷的反射率γ2(x4)、缺陷处的反射时的指向性系数Dc(Ψc2,-Ψc2)及超声波探测件21的接收时的指向性系数Dp(Ψp4)之积表示。因而，预想声压PF6成为下述式(38)。另外，图10的传播路径中的传播时间T6由将线段OM’的往复距离除以钢中音速而得到的值表示，因此成为下述式(39)。需要说明的是，超声波探测件11的指向性系数Dp与无指向性缺陷的情况相同。
式(38)
Figure BDA0003251977870000243
式(39)
Figure BDA0003251977870000251
如以上这样，通过使用通过上述式(30)、上述式(31)、上述式(37)～上述式(39)而得到的来自各传播路径的预想声压及传播时间，能够理论性地模拟一边使圆棒体RB与超声波探测件11的位置关系变化一边对指向性缺陷进行了探伤时的预想的接收声压及传播时间。另外，在上述式(13)、上述式(17)、上述式(19)、上述式(30)、上述式(36)及上述式(38)中均包含有超声波探测件21的相对于超声波的指向性系数Dp。从这些式子可知，预想声压考虑超声波探测件21的超声波指向性而算出。
在此，在预想声压算出步骤S12中，作为算出预想声压的具体的方法，能够使用
(A)以超声波探测件11、缺陷、超声波探测件11的顺序传播的反射模型、
(B)以超声波探测件11、缺陷、检查件的壁面、超声波探测件11的顺序传播的反射模型、
(C)以超声波探测件11、检查件的壁面、缺陷、超声波探测件11的顺序传播的反射模型、
(D)以超声波探测件11、检查件的壁面、缺陷、检查件的壁面、超声波探测件的顺序传播的反射模型中的任1个以上来算出预想声压。需要说明的是，更优选使用上述(A)～(D)的模型中的2个以上来算出预想声压。其理由是因为：通过使用路径不同的多个预想声压来进行比较，缺陷的种类的判定、缺陷形状的预测精度上升。
另外，实际上，基于上述(A)～(D)所示的多个传播路径的反射信号同时被接收，因此从缺陷信号无法区分是基于哪个传播路径的信号。在本实施方式中，通过将基于假想缺陷的预想声压和根据实际测定出的缺陷信号而算出的接收声压进行比较，能够推定缺陷的种类、包括深度信息的缺陷形状。
[缺陷种类的判定方法]
接着，关于本实施方式的超声波探伤方法的推定步骤III中的缺陷种类的判定方法(图2的缺陷种类的判定步骤S14)，一边参照图16～图18一边说明。在本实施方式中，对使用从接收到的反射信号提取出的原样的缺陷信号群来进行缺陷种类的判定的情况进行说明。
将一边改变超声波探测件11的位置一边接收到来自缺陷的反射信号时的对缺陷信号群进行了图像化的例子在图16及图17中示出。图16(b)及图17(b)的缺陷信号群的图像将缺陷信号的振幅强度变换为了辉度。另外，图16是示意性地示出了无指向性缺陷的判定方法的例子的图，图17是示意性地示出了指向性缺陷的判定方法的例子的图。
图16(a)是示意性地示出了从超声波探测件11观察的无指向性缺陷的位置以F1、F2、F3的顺序移动的例子的图。图16(b)对如图16(a)那样在缺陷与超声波探测件的相对位置变化时得到的缺陷信号群，将缺陷信号的振幅强度变换为辉度而进行了图像化。图16(b)中的标号I1、I2、I3分别表示通过图3～图6所例示的反射路径而得到的信号。
图4和图5的传播路径不同，但路径长相同，因此缺陷像作为2路径的合计I2而得到。图16(c)表示将旋转角度R设为了图16(a)及图16(b)的旋转角度R1、R2、R3的情况下的缺陷信号群的波形的变化。换言之，示出了图16(b)中的旋转角度R是R1、R2、R3的各自的情况下的信号强度与接收时间T的关系。如图16(c)所示，即使是相同的信号，若旋转角度R改变，则信号强度的强度也改变。并且，从图16可知，在无指向性缺陷的情况下，能够确认多个路径下的来自缺陷的反射信号，图16(b)的图像因缺陷位置、探伤条件等而变化。
图17(a)是示意性地示出了从超声波探测件11观察的指向性缺陷的位置以Fd1、Fd2、Fd3的顺序移动的例子的图。图17(b)对如图17(a)那样在缺陷与超声波探测件的相对位置变化时得到的缺陷信号群，将缺陷信号的振幅强度变换为辉度而进行了图像化。图17(b)中的I’1表示通过图7～图10的任一反射路径而得到的信号。
图8和图9的传播路径不同，但路径长相同，因此，缺陷像作为2路径的合计I’1而得到。通过哪个传播路径来得到缺陷像因缺陷形状而不同，也存在确认2个以上的缺陷像的情况。图17(c)表示将旋转角度R设为了图17(a)及图17(b)的R1、R2、R3的情况下的缺陷信号群的波形的变化。换言之，示出了图17(b)中的旋转角度R是R1、R2、R3的各自的情况下的信号强度与接收时间T的关系。如图17(c)所示，即使是相同的信号，若旋转角度R改变，则信号强度的强度也改变。并且，从图17可知，在指向性缺陷的情况下，能够确认单个路径下的来自缺陷的反射信号，图17(b)的图像因缺陷位置、探伤条件等而变化。
如图16及图17所示，伴随于与缺陷的位置关系的变化，来自缺陷的反射信号的接收时间及信号强度变化。另外，实际上，例如由色图、灰度表示信号强度的强弱，但在图16及图17中，信号强度的强弱的显示省略。
缺陷信号群是在由缺陷信号的波形数和时间方向确定的特定范围中切出的多个缺陷信号。相对于此，在本步骤S14中算出的接收声压是指将作为缺陷信号群的特定的时间范围内的最大值通过各波形进行计算而得到的声压。另外，若对图2的各步骤的关系进行整理，则在步骤S13中，通过信号处理装置18而进行至缺陷信号群的图像化和向记录装置18的保存。
另一方面，在步骤S14中，通过信号处理装置19而进行至：细分为图16及图17所示的区域，算出基于此的各区域中的接收声压，根据这些接收声压来判定缺陷种类的判定。具体来说，信号处理装置19从保存的缺陷信号提取缺陷信号群并设为图像，对于提取出的缺陷信号群，分割为事先在步骤S12中设定的区域(例如，区域1、区域2及区域3这3处)，在分割后的各区域中(例如，各波形的特定时间范围内)，将振幅最大值作为接收声压而算出。然后，基于算出的各区域的接收声压来实施缺陷种类的判定。需要说明的是，分割区域最优选在步骤S12中算出且在步骤S14中事先设定，但也可以按照缺陷信号群的辉度分布来设定分割区域。另外，分割数最优选设为“3”，但也可以设定为其以外。
如在“预想声压的算出方法”中说明的那样，关于圆棒体RB的表层附近的缺陷，若是无指向性缺陷则可考虑图3～图6的传播路径，若是指向性缺陷则可考虑图7～图10的传播路径。在无指向性的缺陷的情况下，来自上述的(A)～(D)的4个种类的传播路径的反射信号同时被接收。不过，由于图4及图5的传播时间相同，所以如图16(c)所示，作为接收时间不同的3个种类的波形被观测。另一方面，在指向性缺陷的情况下，因缺陷的反射指向性的影响，如图17(c)所示，来自1个种类的传播路径的反射信号变大。不过，来自图7～图10的哪个传播路径的反射信号变大依存于缺陷形状。
在本实施方式的超声波探伤方法中，利用上述的特征来辨别指向性缺陷和无指向性缺陷。即，在本实施方式的超声波探伤方法中，从缺陷信号群中设定缺陷图像区域。设定的各缺陷图像区域是包括所述(A)～(D)的模型任一者的反射信号且以信号强度成为最大的位置为基准而在时间方向和旋转角度方向上设定的规定的范围。
在图18中示出设定了缺陷图像区域的例子。纵轴是接收时间T，越靠下则表示时间越经过。另一方面，横轴是旋转角度R，越靠右则表示旋转位置越增加。接收声压的像被划分为3个区域，从上侧起设为IF1、IF2、IF3。检测最大值Pmax表示缺陷信号内的振幅最大值的坐标。
接着，将设定的缺陷图像区域通过以检测最大值为基准的线段1、线段2、线段3及线段4而分割为区域1、区域2及区域3。接着，对于分割后的区域，使用分别设定的阈值来判定缺陷的有无。各区域的阈值能够通过实验或经验来决定，但也能够根据上述的预想声压的算出结果而定量地决定。
并且，在3个区域中存在信号的情况下判定为无指向性缺陷，在2个以下的区域中存在信号的情况下判定为指向性缺陷。或者，在2个以上的区域中存在信号的情况下判定为无指向性缺陷，在1个区域中存在信号的情况下判定为指向性缺陷。需要说明的是，在上述的说明中，对使用了从由超声波探测件11接收到的反射信号提取出的原样的缺陷信号的情况进行了说明，但也存在使用对提取出的缺陷信号实施信号处理、图像处理后的缺陷信号的情况。
[缺陷形状的推定方法]
接着，对在本实施方式的超声波探伤方法的推定步骤III中推定缺陷形状的方法(图2的缺陷形状的推定步骤S15)进行说明。在缺陷形状的推定中，优选使用算出的预想声压和传播时间双方，但也能够仅使用预想声压来进行缺陷形状的推定。以下，关于仅使用了预想声压的缺陷形状的推定方法，一边参照图19及图20一边说明。
在此，进行上述的预想声压的算出、算出各反射模型(参照图3～图10)中的预想声压且进行相加后的声压成为来自实际由超声波探测件11接收的缺陷信号的接收声压。
图19示出了在假定了特定的缺陷形状时得到的预想声压E1的算出结果的一例。在图19中，纵轴是接收时间T，越靠下则表示时间越经过。另一方面，横轴是旋转角度R，越靠右则表示旋转位置越增加。预想声压的像是1个区域，设为IE1。另外，下侧的坐标图表示在步骤S14中根据缺陷信号群而算出的接收声压的轨迹。另外，预想声压E1由相对于范围内的最大预想声压的比率表示。从得到的预想声压E1抽出N点的点集合S0，进行与实测的来自缺陷信号的接收声压的比较。若将旋转角度R的间隔设为dx，将第n个描点设为(xn,yn)，则xn由下述式(40)表示。
式(40)
xn＝n×dx…(40)
图20示出了从实际的缺陷信号数据得到的被判定为缺陷的接收声压E2的一例。在图20中，纵轴是接收时间T，越靠下则表示时间越经过。另一方面，横轴是旋转角度R，越靠右则表示旋转位置越增加。接收声压的像是1个区域，设为IE2。另外，下侧的坐标图表示根据缺陷信号群而算出的接收声压的轨迹。另外，接收声压E2由相对于范围内的最大接收声压的比率表示。将从得到的接收声压E2以旋转角度间隔dx提取出的N点的点集合设为S，将S的第n个描点设为(xn,yn’)，将评价函数E如下述式(41)那样给出。不过，连续的N点从以E成为最小的组合提取出的缺陷信号选择。
式(41)
Figure BDA0003251977870000301
对改变假想缺陷的形状的设定值而算出的多个预想声压实施基于上述式(40)及上述式(41)的计算，将E最小的假想缺陷的形状的设定值决定为缺陷形状的推定值。在指向性缺陷的情况下，一边使假想缺陷的深度和进展角度变化一边算出多个预想声压，在无指向性缺陷的情况下，一边使缺陷的深度位置和缺陷径变化一边算出多个预想声压。另外，也可以将预想声压的绝对值和已知的缺陷形状下的接收声压的实测值组合来进行缺陷形状的推定。
另外，也能够通过将基于上述的式(40)及式(41)的计算关于传播路径实施来推定缺陷形状。另外，也能够通过将传播路径和预想声压组合并与算出值进行比较来推定缺陷形状。
根据以上说明的本实施方式的超声波探伤方法及超声波探伤装置1，通过使用根据超声波探测件11的指向性而算出的预想声压，能够推定检查件内部的缺陷形状。由此，检查件内部的缺陷存在的范围变得清楚，能够实现更高品质的产品的制造、成品率的提高。
以上，虽然对应用了由本发明人完成的发明的实施方式进行了说明，但本发明不由构成基于本实施方式的本发明的公开的一部分的记述及附图限定。
例如，能够将本发明作为构成钢材的制造设备的检查装置来应用。具体而言，也可以利用本发明的超声波探伤装置1对由公知或现有的钢材的制造设备制造出的钢材的内部进行检查、探伤。另外，能够将本发明作为钢材的制造方法中包含的检查步骤来应用。具体而言，也可以利用本发明的超声波探伤方法对在公知或现有的钢材的制造步骤中制造出的钢材的内部进行检查、探伤。根据这样的钢材的制造设备及钢材的制造方法，能够高成品率地制造钢材。
而且，也可以将本发明应用于钢材的品质管理方法，通过对钢材的内部进行检查、探伤来进行钢材的品质管理。具体而言，能够利用本发明对钢材的内部在探伤步骤中进行探伤，根据在探伤步骤中得到的探伤结果来进行钢材的品质管理。在探伤步骤中，寻找钢材内部的缺陷，得到关于缺陷的有无、缺陷位置、缺陷尺寸等的结果。在接下来的品质管理步骤中，基于通过探伤步骤而得到的与缺陷的有无、缺陷位置、缺陷尺寸相关的结果，判定制造出的钢材是否满足了预先指定的基准，管理钢材的品质。根据这样的钢材的品质管理方法，能够提供高品质的钢材。这样，基于本实施方式而由本领域技术人员等完成的其他的实施方式、实施例及运用技术等全部包含于本发明的范畴。
标号说明
1 超声波探伤装置
11 超声波探测件
12 探头
13 架台
14 旋转驱动装置
15 脉冲发生器
16 接收器
17 A/D转换器
18 记录装置
19 信号处理装置
20 显示装置
21 表观的超声波探测件
F 无指向性缺陷
Fd 指向性缺陷
RB 圆棒体(检查件)

Claims (7)

1.一种超声波探伤方法，从超声波探测件向检查件发送超声波信号，将在所述检查件的内部反射后的超声波信号作为反射信号而在所述超声波探测件处接收，从而检查所述检查件的内部，其中，包括：
接收步骤，一边使所述检查件和所述超声波探测件的位置变化，一边将所述反射信号利用所述超声波探测件来接收；
提取步骤，从在所述接收步骤中接收到的所述反射信号提取来自所述检查件中的缺陷的反射即缺陷信号；及
缺陷形状的推定步骤，根据预想声压和从在所述提取步骤中提取出的所述缺陷信号的强度得到的接收声压来推定所述缺陷的形状，
所述预想声压是根据所述超声波探测件的超声波指向性而预想的基于假想缺陷的缺陷信号的强度。
2.根据权利要求1所述的超声波探伤方法，
在所述缺陷形状的推定步骤中，
根据所述接收声压来判定所述缺陷的指向性的有无，
根据与判定出的所述缺陷的指向性的有无相符的预想声压和所述接收声压来推定缺陷的形状。
3.根据权利要求1或2所述的超声波探伤方法，
在所述缺陷形状的推定步骤中，使用所述预想声压与由所述超声波探测件接收到的各位置关系中的所述接收声压的相关来推定所述缺陷的形状及深度。
4.一种超声波探伤装置，从超声波探测件向检查件发送超声波信号，将在所述检查件的内部反射后的超声波信号作为反射信号而在所述超声波探测件处接收，从而检查所述检查件的内部，其中，具备：
接收单元，一边使所述检查件和所述超声波探测件的位置变化，一边接收所述反射信号；
提取单元，从由所述接收单元接收到的所述反射信号提取来自所述检查件中的缺陷的反射即缺陷信号；
预想声压算出单元，算出根据所述超声波探测件的超声波指向性而预想的基于假想缺陷的缺陷信号的强度即预想声压；及
缺陷形状的推定单元，根据所述预想声压和从由所述提取单元提取出的所述缺陷信号的强度得到的接收声压来推定所述缺陷的形状。
5.一种钢材的制造设备，具备：
制造设备，制造钢材；及
权利要求4所述的超声波探伤装置，检查由所述制造设备制造出的所述钢材的内部。
6.一种钢材的制造方法，包括：
制造步骤，制造钢材；及
探伤步骤，利用权利要求1～3中任一项所述的超声波探伤方法来对在所述制造步骤中制造出的钢材的内部进行探伤。
7.一种钢材的品质管理方法，包括：
探伤步骤，利用权利要求1～3中任一项所述的超声波探伤方法来对钢材的内部进行探伤；及
品质管理步骤，根据通过所述探伤步骤而得到的探伤结果来进行所述钢材的品质管理。
CN202080019677.3A 2019-03-13 2020-03-09 超声波探伤方法、超声波探伤装置、钢材的制造设备、钢材的制造方法及钢材的品质管理方法 Active CN113557429B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019-046392 2019-03-13
JP2019046392 2019-03-13
PCT/JP2020/010078 WO2020184521A1 (ja) 2019-03-13 2020-03-09 超音波探傷方法、超音波探傷装置、鋼材の製造設備、鋼材の製造方法、及び鋼材の品質管理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113557429A true CN113557429A (zh) 2021-10-26
CN113557429B CN113557429B (zh) 2024-06-07

Family

ID=72426950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080019677.3A Active CN113557429B (zh) 2019-03-13 2020-03-09 超声波探伤方法、超声波探伤装置、钢材的制造设备、钢材的制造方法及钢材的品质管理方法

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3922988B1 (zh)
JP (1) JP7078128B2 (zh)
KR (1) KR102648455B1 (zh)
CN (1) CN113557429B (zh)
WO (1) WO2020184521A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115097007A (zh) * 2022-08-25 2022-09-23 哈尔滨长川超声仪器科技有限公司 轴承内部组织全息超声检测方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023096236A1 (ko) * 2021-11-24 2023-06-01 주식회사 메타소닉 적층형 반도체의 잠재 불량 스크린 장치 및 그 방법

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58106454A (ja) * 1981-12-18 1983-06-24 Toshiba Corp 超音波探傷装置
CN1185837A (zh) * 1996-03-28 1998-06-24 三菱电机株式会社 超声波探伤装置及超声波探伤方法
CN101617223A (zh) * 2007-02-28 2009-12-30 杰富意钢铁株式会社 超声波探伤的校正方法、管体的品质管理方法及制造方法
CN102435674A (zh) * 2011-09-16 2012-05-02 新疆电力公司电力科学研究院 一种检测金属部件母材内壁裂纹及腐蚀缺陷的新方法
JP2015021738A (ja) * 2013-07-16 2015-02-02 大同特殊鋼株式会社 超音波探傷方法
CN104412106A (zh) * 2012-07-03 2015-03-11 杰富意钢铁株式会社 钢材的品质评价方法以及品质评价装置
CN105717201A (zh) * 2016-01-26 2016-06-29 中北大学 基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法
CN108956761A (zh) * 2017-05-23 2018-12-07 浙江工商职业技术学院 钢板全覆盖超声波检测装置及方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5393020A (en) * 1977-01-26 1978-08-15 Copal Co Ltd Camera shutter system
JPS6128051U (ja) * 1984-07-25 1986-02-19 北海道電力株式会社 超音波探触子
JPH05172789A (ja) * 1991-12-19 1993-07-09 Chubu Electric Power Co Inc 超音波探傷装置
JP3279473B2 (ja) * 1996-03-08 2002-04-30 株式会社日立製作所 斜角探傷方法および装置
JP3680982B2 (ja) 1999-02-18 2005-08-10 三菱電機株式会社 音響的不連続部の性状判定装置及び判定方法
JP5800667B2 (ja) 2011-10-17 2015-10-28 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 超音波検査方法，超音波探傷方法及び超音波検査装置
WO2015001624A1 (ja) 2013-07-03 2015-01-08 株式会社 日立製作所 超音波探傷方法、超音波探傷装置ならびにパネル構造体の溶接部検査方法
EP2843401A1 (en) 2013-08-30 2015-03-04 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO System and method for defect monitoring
JP6238716B2 (ja) 2013-12-09 2017-11-29 株式会社神戸製鋼所 被検査体の表面欠陥深さの弁別方法及びその装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58106454A (ja) * 1981-12-18 1983-06-24 Toshiba Corp 超音波探傷装置
CN1185837A (zh) * 1996-03-28 1998-06-24 三菱电机株式会社 超声波探伤装置及超声波探伤方法
CN101617223A (zh) * 2007-02-28 2009-12-30 杰富意钢铁株式会社 超声波探伤的校正方法、管体的品质管理方法及制造方法
CN102435674A (zh) * 2011-09-16 2012-05-02 新疆电力公司电力科学研究院 一种检测金属部件母材内壁裂纹及腐蚀缺陷的新方法
CN104412106A (zh) * 2012-07-03 2015-03-11 杰富意钢铁株式会社 钢材的品质评价方法以及品质评价装置
JP2015021738A (ja) * 2013-07-16 2015-02-02 大同特殊鋼株式会社 超音波探傷方法
CN105717201A (zh) * 2016-01-26 2016-06-29 中北大学 基于声场波数空间谱的轴对称体缺陷检测重构方法
CN108956761A (zh) * 2017-05-23 2018-12-07 浙江工商职业技术学院 钢板全覆盖超声波检测装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘智: "横波在端角反射中的理论研究", 东北电力技术, no. 09, 31 December 2016 (2016-12-31), pages 5 - 8 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115097007A (zh) * 2022-08-25 2022-09-23 哈尔滨长川超声仪器科技有限公司 轴承内部组织全息超声检测方法
CN115097007B (zh) * 2022-08-25 2023-01-20 哈尔滨长川超声仪器科技有限公司 轴承内部组织全息超声检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020184521A1 (ja) 2020-09-17
JP7078128B2 (ja) 2022-05-31
KR102648455B1 (ko) 2024-03-15
EP3922988A1 (en) 2021-12-15
JPWO2020184521A1 (ja) 2021-03-18
EP3922988A4 (en) 2022-05-11
KR20210131419A (ko) 2021-11-02
CN113557429B (zh) 2024-06-07
EP3922988B1 (en) 2024-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4491800B2 (ja) 超音波探傷方法及び装置
RU2521720C1 (ru) Способ и устройство для получения изображения зоны сварки
US9297788B2 (en) Determination assist system of ultrasonic testing, determination assist method of ultrasonic testing, determination assist program of ultrasonic testing, and computer-readable storage medium for storing determination assist program of ultrasonic testing
EP2703806B1 (en) Non-destructive evaluation methods for aerospace components
JP2005156305A (ja) 内部欠陥の評価方法
CN113557429B (zh) 超声波探伤方法、超声波探伤装置、钢材的制造设备、钢材的制造方法及钢材的品质管理方法
WO2020250378A1 (ja) 超音波探傷方法、超音波探傷装置、鋼材の製造設備列、鋼材の製造方法、及び鋼材の品質保証方法
RU2526518C2 (ru) Способ автоматизированного ультразвукового контроля изделий из полимерных композиционных материалов формы тел вращения
JP6779727B2 (ja) 超音波探傷装置、データ処理装置および超音波探傷方法
US9927404B2 (en) Phased array billet data evaluation software
KR102044990B1 (ko) 초음파 탐상 방법
JP4738243B2 (ja) 超音波探傷システム
CN105784735A (zh) 一种超声ct检测的结果数据图形化处理显示方法
CN111047547A (zh) 一种基于多视图tfm的联合缺陷定量方法
JP7294283B2 (ja) 超音波探傷方法、超音波探傷装置、及び鋼材の製造方法
JP2002139478A (ja) 構造材料のクリープ損傷検出方法及び装置
JP3868443B2 (ja) 金属材の超音波検査法及び鋼管の製造方法
EP4109088A2 (en) Automated scan data quality assessment in ultrasonic testing
Gao et al. Research on automatic defect localization for ultrasonic normal probe detection on railway wheel
Tsimogiannis et al. Ultrasonic Processing Methodologies with Alternative Thickness Computation for Massive Corrosion Mapping Tests
CN116724250A (zh) 基于声学影响图的缺陷大小成像

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant