JP2000193643A - 熱間渦流探傷方法および探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鋼の熱間線材圧延に当たり、線材表面の傷を発
見するための貫通型の渦流探傷技術において、傷信号の
出力を大きく得るとともに、高いＳ／Ｎを実現できる、
改良された渦流探傷の技術を提供すること。また、圧延
される線材の径が広い範囲で変化しても、従来技術より
少ない数のサーチコイルで対応できるようにすること。 【解決手段】 断面が円形または楕円形のコイル支持材
上にコイルを支持させてなるサーチコイル（１）を少な
くとも２個そなえた渦流探傷装置を使用し、被探傷材
（２）の先端（２１）がサーチコイルに入るとき、およ
び後端がサーチコイルから出るときは、各サーチコイル
（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）を、それらの中心が装置の軸にほ
ぼ一致する初期位置に配置して被探傷材の通過を容易に
し、探傷中は、各サーチコイルを中心から外側に向かう
方向（３個の場合は１２０度ずつ傾斜した方向）にずれ
たリフトアップ位置に配置して、各サーチコイルの一部
分が軸に関して対称の各位置において被探傷材に近接し
て存在するようにして、リフトオフを最低限にして探傷
に好都合にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間圧延による鋼
の線材圧延において実施する、渦流探傷技術の改良に関
する。本発明は、従来技術よりも高精度で探傷を行なう
ことができる探傷方法および装置を提供する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の熱間線材圧延において、圧延中の線
材表面の傷を発見するための渦流探傷は、小径の線材の
場合、貫通型の渦流探傷装置、すなわちサーチコイルと
呼ばれるコイルの中を被探傷材が通過して行き、励磁コ
イルにより被探傷材の表面に発生した渦電流の流れが表
面傷で妨げられる現象をサーチコイルにより検出する、
という原理に基づくタイプの装置を使用して行われてい
る。このタイプの探傷装置においては、サーチコイルと
被探傷材との距離が近いほど傷信号の出力が大きく、か
つＳ／Ｎも高く得られる。しかし、線材の先端および後
端には、圧延のときに生じた、いわゆる「噛みだし」と
呼ばれる側方への突出部分があって、それとの接触の危
険があるため、サーチコイルの径には、かなりの余裕を
もたせなければならない。この、「リフトオフ」と呼ば
れる、被探傷材の径とサーチコイル内径との差は、通常
数ミリメートルに及ぶ。このように、サーチコイルと被
探傷材とが距離をへだてて存在するので、傷信号の出力
を大きく得ることが困難であり、達成できるＳ／Ｎにも
限界があるというのが、従来の技術における実情であっ
た。

【０００３】このことはまた、所望の探傷精度を確保す
るためにリフトオフを一定の限度以下に保とうとする
と、圧延される線材の径の大小に応じてキメ細かく内径
を変化させた多種類のサーチコイルを用意し、いちいち
交換して使用しなければならないことを意味している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第一の目的
は、鋼の熱間線材圧延に当たり、線材表面の傷を発見す
るための貫通型の渦流探傷技術において、傷信号の出力
を大きく得るとともに、高いＳ／Ｎを実現できる渦流探
傷の方法と、その方法の実施に使用する装置を提供する
ことにある。

【０００５】本発明の第二の目的は、圧延される線材の
径が広い範囲で変化しても、従来技術より少ない数のサ
ーチコイルで対応できるようにすること、換言すれば、
用意すべきサーチコイルの数を減らし、かつその交換の
手数を減らして、渦流探傷を実施できるようにすること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の渦流探傷方法
は、貫通式の熱間渦流探傷を行なう方法であって、図１
および図２に示すように、断面が円形または楕円形のコ
イル支持材上にコイルを支持させてなるサーチコイル
（１）を少なくとも２個（図示した例では１Ａ，１Ｂお
よび１Ｃの３個）そなえた渦流探傷装置を使用し、被探
傷材（２）の先端（２１）がサーチコイルに入るとき
は、図１に見るように、各サーチコイル（１Ａ，１Ｂ，
１Ｃ）を、それらの中心が装置の軸にほぼ一致する初期
位置に配置して被探傷材の通過を容易にし、探傷中は、
図２に見るように、各サーチコイルを中心から外側に向
かう方向（３個の場合は１２０度ずつ傾斜した方向）に
ずれたリフトアップ位置に配置して、各サーチコイルの
一部分が軸に関して対称の各位置において被探傷材に近
接して存在するようにし、被探傷材の後端（２２）がサ
ーチコイルを出るときは、図１に示すように、再びサー
チコイルを初期位置に配置してそれらの中心を軸にほぼ
一致させて被探傷材の通過を容易にすることを特徴とす
る、高精度で熱間渦流探傷を行なう探傷方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】上述の探傷方法を実施する本発明
の装置は、貫通式の熱間渦流探傷を行なう探傷装置であ
って、図１および図２に概念的に示し、図３に実装置の
断面を示したように、断面が円形または楕円形のコイル
支持材（１１）上にコイル（１２）を支持させてなるサ
ーチコイル（１）を少なくとも２個、各サーチコイル
を、それらの中心を装置の軸にほぼ一致させた初期位置
と、中心から外側の方向にずれたリフトアップ位置とに
保持し、それらの間を移動させるサーチコイル保持・移
動手段（３）、サーチコイルの中に線状の被探傷材を送
り込み、かつ引き出すための被探傷材送給手段（２）、
被探傷材の先端がサーチコイルに入るときと、後端がサ
ーチコイルを出るときに、各サーチコイルを初期位置に
置き、探傷中は各サーチコイルをリフトアップ位置に置
くために、サーチコイル保持・移動手段を駆動するタイ
ミングを決定するセンサーおよびタイミング手段（とも
に図示してない）をそなえたことを特徴とする、高精度
で熱間渦流探傷を行なう探傷装置である。図３におい
て、符号（４Ａ，４Ｂ）は、被探傷材である線材のガイ
ドを示す。

【０００８】実際の装置においては、サーチコイル中を
通過する被探傷材のフレを防ぐロール手段、たとえば図
４に示す二組の双ロールが直交するもの、または図５に
示す三方ロールを、サーチコイルの前後の少なくとも一
方に設けることが好ましい。これにより、リフトオフを
１mm程度に小さくすることが可能になり、探傷感度の向
上およびＳ／Ｎの顕著な改善がもたらされる。

【０００９】サーチコイルの支持材の断面形状は、円形
が通常であるが、楕円形も可能であって、とくにサーチ
コイルを２個用いる場合には、楕円形が適切である。２
個の断面が楕円形のサーチコイル（１Ｄ，１Ｅ）は、図
５に示すように、それぞれの長短軸が重なり合う初期位
置と、長軸に沿ってそれぞれ反対の方向にずれたリフト
アップ位置とに配置するように構成する。

【００１０】これまで図示してきた例は、断面が円形の
サーチコイルを３個使用し、それらを、軸に関しそれぞ
れ１２０度ずつ傾いた３方向のリフトアップ位置に配置
するように構成したものであるが、断面が円形のサーチ
コイルを４個使用し、それらを軸に関し９０度ずつ傾い
た４方向のリフトアップ位置に配置するように構成する
こともできる。図６は、その例を示す。

【００１１】サーチコイルを駆動する手段に何を採用す
るかに制限はなく、常用されている機構として、メカニ
カルなもの、エアシリンダー、油圧シリンダー、ソレノ
イドコイルなどが挙げられる。これらの中では、設置が
容易で応答速度が早い点からみて、エアシリンダーが好
適である。

【００１２】このほかに本発明にはさまざまな態様が可
能である。たとえば、サーチコイルを、コイル支持材を
一周するようには巻かず、図７に示すように、支持材面
上でコイルを形成することができる。リフトアップ位置
にあるとき、サーチコイルが被探傷材に近接して配置さ
れるように構成すればよい。このようなタイプのコイル
は、２個以上に分割し、コイル支持材の円周上でコイル
の位置をずらして配置することにより、傷の位置を詳細
に決定することが可能になる。

【００１３】被探傷材料である圧延線材の先後端部に生
じる「噛み出し」の長さは、０．５〜１ｍ程度である。
一方、サーチコイルを初期位置からリフトアップ位置ま
で移動させる間に線材が探傷装置を通過する長さは、１
ないし数ｍである。この長さは、リフトアップの距離が
通常は数ミリメートルから十数ミリメートルであり、サ
ーチコイルをこの距離移動させるのに５０〜１００ミリ
秒を要することから、線材の通過速度との関係で決定さ
れる。サーチコイルがリフトアップ位置にない間は、感
度およびＳ／Ｎがベストの状態にないが、従来技術によ
る探傷のレベルは確保されているので、別段問題はな
い。

【００１４】

【実施例】内径１３．５mmのサーチコイルを用意し、人
工的に傷をつけた直径７mmの鋼材サンプルを対象に渦流
探傷を行なった。人工的な傷は、ひとつは図８のＡに示
すような、径３mmで深さが０．１mm、０．２mmおよび
０．３mmの３種の平底孔（以下「孔状傷」という）であ
って、これはへげ傷をシミュレートしたものである。い
ま一つは、図８Ｂに示すような、長さ５５mm、深さが
０．２mmであって、幅が０．１mm、０．２mmおよび０．
３mmの３種の溝（以下「線状傷」という）である。

【００１５】孔状傷のサンプルにおいて、リフトオフを
１．０〜４．５mmの範囲で変化させたときの傷信号とＳ
／Ｎとを、図９Ａのグラフに示す。線状傷のサンプルに
おいて、同じくリフトオフを１．０〜４．５mmの範囲で
変化させたときの傷信号とＳ／Ｎとを、図９Ｂのグラフ
に示す。これらのデータから、探傷の感度はリフトオフ
の大きさに反比例し、リフトオフが２〜４mmの領域では
ほぼ直線的に低下すること、リフトオフが小さくなると
顕著に向上することが認められる。深さが、孔状傷で
０．１mm、線状傷で０．２mmのものについて、実用上必
要とされるＳ／Ｎ＝３の限界的な条件を満たす探傷を行
なうためには、リフトオフを４mm以内に止めなければな
らないこともわかる サーチコイルと被探傷材との位置関係を一定に、つまり
リフトオフを一定に保って探傷を行なったとき、傷の位
置と、その傷から得られる傷信号との関係を示せば、図
１０のとおりである。サーチコイルが傷に近いとき、明
確で大きな傷信号が発生する様子が、このチャートから
知られる。

【００１６】図１０に示したサーチコイルと被探傷材と
の位置関係を変化させ、下方のリフトオフを１mmから２
mm、さらに３mmと増加させたときの、深さ０．２mmの傷
に着目した傷信号の値を、被探傷材の上下左右で測定し
て、図１１のグラフに示す結果を得た。このデータは、
サーチコイルの内径１３．５mm、被探傷材の直径７mmの
組み合わせにおいては、サーチコイル内で被探傷材の中
心が１mmから２mmまたは３mmに偏心すると、傷信号の値
は逐次半減することを示している。

【００１７】

【発明の効果】本発明の渦流探傷方法によって圧延線材
の熱間渦流探傷を行なえば、サーチコイルと被探傷材と
の間の間隔である「リフトオフ」を最小限に縮めた状態
で探傷ができるから、従来方法による場合よりも、高い
傷信号が出力され、かつ高いＳ／Ｎが得られる。その結
果、探傷の精度が高まる。

【００１８】これを実施する本発明の装置は、リフトオ
フのコントロールが可能であるために、一つの内径のサ
ーチコイルで探傷をすることができる被探傷材の外径
が、広い範囲にわたる。したがって、従来の装置にくら
べて少ない種類のサーチコイルを用いて、種々の寸法の
線材を対象とする熱間渦流探傷を行なうことができる。
たとえば、直径５．５mmから１５mmの範囲内で５種の太
さの鋼材の探傷を行なう場合、従来技術においては内径
が１３mm、１５mm、１７mmおよび２３mmの４種のサーチ
コイルを必要としていたが、本発明に従えば、内径が１
５mmおよび２３mmの２種のサーチコイルでカバーするこ
とができる。このことは、サーチコイル交換の手数をも
減らすことになり、熱間渦流探傷に関するコストを、設
備費および運転費の両面から低減できることをも意味す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の探傷方法の原理を概念的に説明する
図であって、被探傷材がサーチコイルに入る直前の状態
を示し、Ａは側面図、Ｂは断面図である。

【図２】 本発明の探傷方法の原理を概念的に説明する
図であって、図１に続いて、被探傷材がサーチコイル内
で探傷を受けている状態を示し、Ａは側面図、Ｂは断面
図である。

【図３】 本発明の探傷装置に付加し、被探傷材のフレ
を防ぐための、直交して配置した二組の双ロールの横断
面図。

【図４】 本発明の探傷装置に付加し、被探傷材のフレ
を防ぐための、三方ロールの横断面図。

【図５】 断面が楕円形のサーチコイルを２個組み合わ
せた態様において、リフトアップ位置にあるサーチコイ
ルを示す、図２Ｂに対応する断面図。

【図６】 断面が円形のサーチコイルを４個組み合わせ
た態様において、リフトアップ位置にあるサーチコイル
を示す、図５と同様な横断面図。

【図７】 サーチコイルを、支持材の表面の一部に巻い
て形成した態様を示す斜視図。

【図８】 実施例で使用した人工傷をもつ線材の傷を示
す平面図であって、Ａは円形の傷をもつもの、Ｂは線状
の溝をもつもの。

【図９】 実施例において得た、リフトオフと傷信号値
およびＳ／Ｎとの関係を示すグラフ。Ａは孔状傷をもつ
サンプルの、Ｂは線状傷をもつサンプルのデータ。

【図１０】 孔状傷をもつサンプルの探傷を行なったと
きの、被探傷材とサーチコイルとの位置関係を一定にし
たときの傷信号のチャートを、孔深さとの関係で示した
グラフ。

【図１１】 孔状傷をもつサンプルの探傷を行なったと
きの、リフトオフの大小と傷信号の値を、一定の深さの
孔状傷に関して示したグラフ。

【符号の説明】

１ サーチコイル １Ａ，１Ｂ，１Ｃ 断面が円形のサーチコイル １Ｄ，１Ｅ 断面が楕円形のサーチコイル １１ コイル支持材 １２ コイル ２ 被探傷材 ２１ 先端 ２２ 後端 ３ サーチコイル保持・駆動手段 ４Ａ，４Ｂ 線材ガイド ５Ａ，５Ｂ；５Ｃ，５Ｄ 双ロールの組 ６Ａ，６Ｂ，６Ｃ 三方ロール

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通式の熱間渦流探傷を行なう方法であ
   って、断面が円形または楕円形のコイル支持材上にコイ
   ルを支持させてなるサーチコイルを少なくとも２個そな
   えた渦流探傷装置を使用し、被探傷材の先端がサーチコ
   イルに入るときは、各サーチコイルを、それらの中心が
   装置の軸にほぼ一致する初期位置に配置して被探傷材の
   通過を容易にし、探傷中は、各サーチコイルを中心から
   外側に向かう方向にずれたリフトアップ位置に配置し
   て、各サーチコイルの一部分が軸に対して対称の各位置
   において被探傷材に近接して存在するようにし、被探傷
   材の後端がサーチコイルを出るときは、再び各サーチコ
   イルを初期位置に配置して被探傷材の通過を容易にする
   ことを特徴とする、高精度で熱間渦流探傷を行なう探傷
   方法。
2. 【請求項２】 貫通式の熱間渦流探傷を行なう探傷装置
   であって、断面が円形または楕円形のコイル支持材（１
   １）上にコイル（１２）を支持させてなるサーチコイル
   （１）を少なくとも２個、各サーチコイルを、それらの
   中心を装置の軸（Ｘ）にほぼ一致させた初期位置と、中
   心から外側の方向にずれたリフトアップ位置とに保持
   し、それらの間を移動させるサーチコイル保持・移動手
   段（３）、サーチコイルの中に線状の被探傷材を送り込
   み、かつ引き出すための被探傷材送給手段（２）、被探
   傷材の先端がサーチコイルに入るときと後端がサーチコ
   イルを出るときに、各サーチコイルを初期位置に置き、
   探傷中は各サーチコイルをリフトアップ位置に置くため
   に、サーチコイル保持・移動手段を駆動するタイミング
   を決定するセンサーおよびタイミング手段をそなえたこ
   とを特徴とする、高精度で熱間渦流探傷を行なう探傷装
   置。
3. 【請求項３】 サーチコイル中を通過する被探傷材のフ
   レを防ぐロール手段を、サーチコイルの前後の少なくと
   も一方に設けた請求項１の探傷装置。
4. 【請求項４】 断面が楕円形のコイル支持材を有するサ
   ーチコイルを２個、それぞれの長短軸が重なり合う初期
   位置と、長軸に沿ってそれぞれ反対の方向にずれたリフ
   トアップ位置とに配置するように構成した請求項２の探
   傷装置。
5. 【請求項５】 断面が円形のサーチコイルを３個または
   ４個使用し、それらの中心が装置の軸に一致する初期位
   置と、軸に関しそれぞれ１２０度ずつ傾いた３方向、ま
   たは９０度ずつ傾いた４方向の外側のリフトアップ位置
   に配置するように構成した請求項２の探傷装置。