JP2001249118A - Method for ultrasonically detecting degradation of metal - Google Patents
Method for ultrasonically detecting degradation of metalInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は金属の材質劣化検査
方法の改良に関するものであり、主として炭素鋼やステ
ンレス鋼等の熱時効による材質劣化や機械的応力の印加
による材質劣化、中性子照射等による材質劣化等の検出
に用いられるものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a method for inspecting deterioration of metal material, and mainly relates to deterioration of material such as carbon steel and stainless steel due to thermal aging, deterioration of material due to application of mechanical stress, neutron irradiation and the like. It is used for detecting material deterioration and the like.
【０００２】[0002]
【従来の技術】金属、特にステンレス鋼は、その優れた
耐食性や耐錆性の故に多くの分野で広く利用されてい
る。その中でも所謂オーステナイト系ステンレス鋳鋼は
耐食性、強度、溶接性等に特に優れているため、化学プ
ラントや原子力発電プラント等において広く用いられて
いる。ところで、オーステナイト系ステンレス鋳鋼は、
冶金学的には約１０〜２０％のα相と約９０〜８０％の
γ相の二相から形成されており、α相は約０．１ｍｍの
間隔でγ相内に分布している。そして、３００℃以上の
高温中に数百時間以上保持すると、所謂熱時効により前
記α相内で硬度の上昇や衝撃値の低下が発生し、ステン
レス鋼としての材質が大きく変化する。尚、このような
材質の変化は、オーステナイト系ステンレス鋳鋼の場合
だけでなく、炭素鋼等の金属材に共通して見られる現象
であり、且つ熱時効のケースのみならずに加圧力等の機
械的応力を長期に亘って印加した場合や中性子照射等の
場合にも生ずる。2. Description of the Related Art Metals, particularly stainless steel, are widely used in many fields because of their excellent corrosion resistance and rust resistance. Among them, so-called austenitic stainless cast steel is particularly excellent in corrosion resistance, strength, weldability and the like, and is therefore widely used in chemical plants and nuclear power plants. By the way, austenitic cast stainless steel is
Metallurgically, it is composed of two phases, about 10 to 20% of α phase and about 90 to 80% of γ phase, and α phase is distributed in γ phase at intervals of about 0.1 mm. Then, when the alloy is kept at a high temperature of 300 ° C. or more for several hundred hours or more, the so-called thermal aging causes an increase in hardness and a decrease in impact value in the α phase, so that the material as stainless steel is greatly changed. Such a change in material is a phenomenon that is commonly observed not only in the case of austenitic stainless cast steel, but also in metal materials such as carbon steel. This also occurs when a mechanical stress is applied for a long period of time or when neutron irradiation is performed.
【０００３】ところで、金属の内部に生じた欠陥や材質
劣化等の検出方法として、これ迄に超音波を用いた各種
の方法が開発されている。しかし、ステンレス鋼、特に
オーステナイト系ステンレス鋳鋼は結晶粒が粗大である
うえ、その大きさも不均一であり、しかも結晶異方性を
有している。そのため、オーステナイト系ステンレス鋳
鋼内を通過する超音波ビームは粗大結晶粒によって著し
く散乱される。その結果、超音波ビームの減衰やバック
グランドノイズとしてのエコーを生ずることになり、Ｓ
Ｎ比の低下を来たして材料欠陥の検出性能を低下させ
る。By the way, various methods using ultrasonic waves have been developed as a method for detecting a defect generated inside a metal, deterioration of a material, and the like. However, stainless steel, particularly austenitic cast stainless steel, has coarse crystal grains, non-uniform sizes, and crystal anisotropy. Therefore, the ultrasonic beam passing through the austenitic cast stainless steel is significantly scattered by the coarse crystal grains. As a result, an ultrasonic beam is attenuated and an echo as a background noise is generated.
This lowers the N ratio and lowers the ability to detect material defects.
【０００４】また、結晶異方性の方は材料の音響異方性
を引き起し、通過する超音波ビームのゆがみ（スキュ
ー）や通過方向によって音速が変動することになり、材
料欠陥や材質劣化が生じている位置の検出精度が低下す
る。更に、超音波発信用探触子の取り付け面と金属外表
面との間の伝達効率を高めるために接触媒質を使用する
必要があり、検査の実施に多くの手数と時間と費用を必
要とする。Further, the crystal anisotropy causes acoustic anisotropy of the material, and the sound velocity varies depending on the distortion (skew) of the passing ultrasonic beam and the passing direction, resulting in material defects and material deterioration. The detection accuracy of the position where the error occurs is reduced. In addition, it is necessary to use a couplant to increase the transmission efficiency between the mounting surface of the ultrasonic transmission probe and the metal outer surface, which requires a lot of trouble, time and cost to perform the inspection. .
【０００５】一方、上述の如き超音波を用いた金属の材
質劣化検査に於ける各問題を解決するものとして、本願
発明者は先きに図１１に示すような超音波受信用の電磁
探触子２と受信用の磁気マイクロプローブ３を用いたス
テンレス鋼の材質劣化検査方法を開発し、これを特願平
１０−３６３４５３号として公開している。即ち、この
発明は、磁場を有する被検査体１の表層内を電磁探触
子２から発信した超音波を伝播させ、当該伝播する超音
波のエネルギーを用いて被検査体１の表層を振動させ
る。被検査体１の表層が振動すると、被検査体の表層の
前記磁場が変動するので、この磁場の変動を被検査体１
の表面に配設した少なくとも０．５μｍの分解能を有す
る磁気マイクロプローブ３を用いて検出する。そし
て、検出した磁場の変動の状態から、被検査体１の材質
劣化を判定するものである。尚、図１１に於いて７・８
は磁気マイクロプローブ３に設けた磁極、４はプリアン
プ、５はアンプ、６はディスプレイである。On the other hand, in order to solve the problems in the metal material deterioration inspection using ultrasonic waves as described above, the present inventor has previously described an electromagnetic probe for ultrasonic reception as shown in FIG. A method for inspecting the deterioration of stainless steel material using a probe 2 and a magnetic microprobe 3 for reception has been developed and disclosed as Japanese Patent Application No. 10-363453. That is, according to the present invention, an ultrasonic wave transmitted from the electromagnetic probe 2 is propagated in the surface layer of the test object 1 having a magnetic field, and the surface layer of the test object 1 is vibrated using the energy of the transmitted ultrasonic wave. . When the surface layer of the test object 1 vibrates, the magnetic field of the surface layer of the test object fluctuates.
Is detected using a magnetic microprobe 3 having a resolution of at least 0.5 μm disposed on the surface of the magnetic microprobe 3. Then, the deterioration of the material of the DUT 1 is determined based on the detected state of the fluctuation of the magnetic field. Incidentally, in FIG.
Is a magnetic pole provided on the magnetic microprobe 3, 4 is a preamplifier, 5 is an amplifier, and 6 is a display.
【０００６】例えばオーステナイト系ステンレス鋳鋼の
被検査体１の場合、その表層が超音波エネルギーによっ
て振動すると、組織を形成する幅１０μｍ程度で材料中
に分布するα相（フェライト相・約１０〜２０％の割合
でランダムに混在）も振動する。その結果、α相の粒界
近傍の磁場は、α相が磁場内で振動することにより生じ
た誘導電流の磁場によって乱され、強弱のある不均一な
磁場となる。この被検査体１の表層の振動により生じた
α相近傍の磁場の変動は、図１２の曲線Ａのような形状
になるものと想定され、被検査体１の矢印イーロ方向の
振動に対しては、α相とγ相との粒界付近で磁場のピー
ク値Ｐ1 、Ｐ2 を持つ変動になる。For example, in the case of the test piece 1 made of austenitic stainless cast steel, when the surface layer is vibrated by ultrasonic energy, an α phase (ferrite phase, about 10 to 20%) distributed in the material with a width of about 10 μm forming a structure. ) Also vibrate at random. As a result, the magnetic field near the grain boundary of the α phase is disturbed by the magnetic field of the induced current generated by the α phase oscillating in the magnetic field, and becomes a strong and weak non-uniform magnetic field. The fluctuation of the magnetic field in the vicinity of the α phase caused by the vibration of the surface layer of the test object 1 is assumed to have a shape as shown by a curve A in FIG. Is a fluctuation having peak values P 1 and P 2 of the magnetic field near the grain boundary between the α phase and the γ phase.
【０００７】変動する磁場のピークＰ1 、Ｐ2 は、０．
５μｍのギャップＧを有する磁気マイクロプローブ（即
ち、０．５μｍの空間分離能を有する磁気マイクロプロ
ーブ）３によって検出され、プリアンプ４、アンプ５を
通してディスプレイ６等に表示若しくは記録される。
尚、磁気マイクロプローブ３は、被検査体１の表面を適
宜の速度でスキャンニングするが、材質に変化が無けれ
ば、スキャンニング中の各α相の粒界近傍に於ける磁場
変動の大きさ（即ちピーク値Ｐ1 、Ｐ2 の大きさ）は、
ほぼ近似した大きさとなる。[0007] The peaks P 1 and P 2 of the fluctuating magnetic field are 0.
It is detected by a magnetic microprobe 3 having a gap G of 5 μm (that is, a magnetic microprobe having a spatial separation capability of 0.5 μm), and is displayed or recorded on a display 6 or the like through a preamplifier 4 and an amplifier 5.
The magnetic microprobe 3 scans the surface of the test object 1 at an appropriate speed, but if there is no change in the material, the magnitude of the magnetic field fluctuation near the grain boundary of each α phase during the scanning. (That is, the magnitude of the peak values P 1 and P 2 )
The size is almost similar.
【０００８】一方、オーステナイト系ステンレス鋳鋼を
構成する組織の一つであるα相は、３００℃以上の温度
下に５００時間以上保持すると所謂熱時効によってその
材質が変化する。具体的には、熱時効によってα相が硬
化（弾性常数が増加）して超音波の伝播特性が変化す
る。また、その磁気特性も変化する。熱時効によってα
相の磁気特性に変化が生じると、α相の振動によるα相
粒界近傍の磁場変動の状態も変わる。具体的には、磁場
の変動曲線が図１２の曲線Ｂ或いは曲線Ｃのような形状
になり、ピーク値Ｐ1 ′、Ｐ2 ′或いはＰ1 ″、Ｐ2″
が熱時効による材質の変化が無い場合の曲線Ａのピーク
値Ｐ1 、Ｐ2 に比較して変化する。On the other hand, if the α phase, which is one of the structures constituting the austenitic stainless cast steel, is kept at a temperature of 300 ° C. or more for 500 hours or more, its material changes due to so-called thermal aging. Specifically, the α phase is hardened (the elastic constant increases) by thermal aging, and the propagation characteristics of the ultrasonic wave change. Also, its magnetic properties change. Α by thermal aging
When the magnetic properties of the phase change, the state of the magnetic field fluctuation near the α-phase grain boundary due to the vibration of the α-phase also changes. Specifically, the variation curve of the magnetic field has a shape like the curve B or the curve C in FIG. 12, and the peak values P 1 ′, P 2 ′ or P 1 ″, P 2 ″.
Changes in comparison with the peak values P 1 and P 2 of the curve A when there is no change in the material due to thermal aging.
【０００９】磁気マイクロプローブ３によって検出され
たα相の粒界近傍の磁場変動（ピーク値Ｐ1 ′、Ｐ2 ′
或いはＰ1 ″、Ｐ2 ″は、ディスプレイ６やこれに接続
されたコンピュータ（図示省略）等へ表示並びに記録さ
れ、この磁場の変動量が設定範囲外の大きさになれば、
材料に変質（材質劣化）が生じていると判断される。ま
た、被検査体１の表面の所定の範囲内をスキャンニング
して材料変質の有・無の分布を求めることにより、被検
査体１の材料変質（材質劣化）を起こしている範囲が特
定できる。Magnetic field fluctuations (peak values P 1 ′, P 2 ′) near the grain boundaries of the α phase detected by the magnetic microprobe 3
Alternatively, P 1 ″ and P 2 ″ are displayed and recorded on the display 6 or a computer (not shown) connected to the display 6. If the fluctuation amount of the magnetic field is out of the set range,
It is determined that the material has been altered (material deterioration). In addition, by scanning a predetermined area on the surface of the inspection object 1 to obtain a distribution of presence or absence of material alteration, a range in which the inspection object 1 undergoes material alteration (material deterioration) can be specified. .
【００１０】図１３は、被検査体１としてオーステナイ
ト系ステンレス鋳鋼（厚さ２５ｍｍ、外形１００ｍｍ×
２００ｍｍ、４００℃・２０００Ｈｒの熱時効を印加）
を、電磁探触子２として波長λ＝約０．５ＭＨＺのＳＨ
波を発信するものを、磁気マイクロプローブ３として分
解能（ギャップＧ）が約０．５μｍの磁気マイクロプロ
ーブを夫々使用し、磁気マイクロプローブ３と電磁接触
子２の間隔Ｌを１００ｍｍとしたときの磁気マイクロプ
ローブ３の検出信号をオッシレータで測定したものであ
る。尚、曲線Ｂはプローブ３に磁極７・８を設けず且つ
被検査体１に残留磁気がある場合、また曲線Ｃはプロー
ブ３に磁極７・８を設け且つ被検査体１に残留磁気があ
る場合を示す。また、曲線Ａは残留磁気及び磁極７・８
が無い場合である。FIG. 13 shows an austenitic stainless cast steel (thickness: 25 mm, outer diameter: 100 mm ×) as a test object 1.
200mm, 400 ℃ ・ 2000Hr thermal aging applied)
With SH of wavelength λ = about 0.5 MHZ as the electromagnetic probe 2
For transmitting a wave, magnetic microprobes 3 each having a resolution (gap G) of about 0.5 μm are used as the magnetic microprobes 3 and the distance L between the magnetic microprobe 3 and the electromagnetic contact 2 is set to 100 mm. The detection signal of the microprobe 3 is measured by an oscillator. Curve B shows the case where the probe 3 is not provided with the magnetic poles 7.8 and the device under test 1 has residual magnetism, and curve C shows the case where the probe 3 is provided with the magnetic poles 7.8 and the device under test 1 has residual magnetism. Show the case. Curve A shows remanence and magnetic poles 7.8
There is no case.
【００１１】上記先出願に係る金属の材質劣化検査方法
は磁気マイクロプローブ３の検出信号の振幅の対比から
材質劣化を比較的容易に検出することができ、優れた実
用的効用を有するものである。しかし、この材質劣化検
査方法にも実用化を図る上で多くの問題点が残されてい
る。例えば、図１３の曲線Ｂ及びＣからも明らかなよう
に、反射超音波等の影響によって磁気マイクロプローブ
３の検出信号は、同一地点であっても時間の経過と共に
大きく変動する。また、変動の起き方そのものもランダ
ムであって、相互の間に規則性が全く見られない。従っ
て、現実の測定に於いては、検出信号の最初の変動範囲
Ｓ（図１３の曲線Ｃの４０μｓ〜５０μｓの間）の平均
値を求め、この平均値と、予かじめ熱時効のない同一の
被検査体について同じ超音波入力等の条件下で測定した
検出信号の最初の変動範囲の平均値とを対比し、これに
よって材質劣化の有無を判定するようにしている。The metal material deterioration inspection method according to the above-mentioned application can relatively easily detect material deterioration from the comparison of the amplitude of the detection signal of the magnetic microprobe 3 and has excellent practical utility. . However, this material deterioration inspection method still has many problems in putting it to practical use. For example, as is clear from the curves B and C in FIG. 13, the detection signal of the magnetic microprobe 3 greatly fluctuates with time even at the same point due to the influence of reflected ultrasonic waves and the like. Further, the way of occurrence of the fluctuation itself is random, and there is no regularity between them. Therefore, in the actual measurement, the average value of the first fluctuation range S of the detection signal (between 40 μs and 50 μs of the curve C in FIG. 13) is obtained, and this average value is the same as that without the thermal aging. The average of the first variation range of the detection signal measured under the same ultrasonic input condition and the like for the object to be inspected is compared with each other to thereby determine the presence or absence of material deterioration.
【００１２】しかし、前記最初の変動範囲Ｓの平均値が
それより後の変動範囲Ｓ′、Ｓ″（図１３の７０ｕｓ以
降）の平均値と大きく異なる場合が屡々あり、判断基準
とする最初の変動範囲Ｓの検出値のそのものの信頼性が
低い。そのため、高精度な材質劣化の判断ができず、判
断結果に対する信頼性に欠けると云う難点がある。However, the average value of the first variation range S often differs greatly from the average value of the later variation ranges S 'and S "(70 μs and later in FIG. 13). The reliability of the detected value itself in the fluctuation range S is low, and therefore, there is a problem that it is not possible to judge the material deterioration with high accuracy and the reliability of the judgment result is lacking.
【００１３】同様に、図１３の曲線Ｂ及び曲線Ｃの矢印
Ｂ′、Ｃ′からも明らかなように、検出信号の振幅の変
化が比較的ゆっくりとしているため、超音波の伝播速度
の変化を正確に検出することが困難となる。その結果、
伝播速度の変化率から材質劣化を検出する場合であって
も、検出精度が極めて低いと云う問題がある。Similarly, as is apparent from the arrows B 'and C' of the curves B and C in FIG. 13, since the change in the amplitude of the detection signal is relatively slow, the change in the propagation speed of the ultrasonic wave is suppressed. It becomes difficult to detect accurately. as a result,
Even when material deterioration is detected from the rate of change of the propagation velocity, there is a problem that the detection accuracy is extremely low.
【００１４】更に、磁気マイクロプローブ３の分解能と
も関係するが、熱時効の無い被検査体であるにも拘わら
ず、最初の変動範囲Ｓに該当する検出値が相当大きくな
ることが屡々あり、熱時効の比較的軽い被検査体の場合
には、検出値に殆んど差異が出て来ない。即ち、被検査
体１に相当量の熱時効が加わえられない限り、磁気マイ
クロプローブ３による検出値の振幅に明確な差異が出
ず、結果として初期段階での材質劣化の検出が出来ない
と云う問題がある。Further, although it is related to the resolution of the magnetic microprobe 3, the detected value corresponding to the first fluctuation range S often becomes considerably large despite the subject having no thermal aging. In the case of a relatively light-aged test object, there is almost no difference in the detected value. That is, unless a considerable amount of thermal aging is applied to the test object 1, a clear difference does not appear in the amplitude of the detection value by the magnetic microprobe 3, and as a result, it is not possible to detect the deterioration of the material in the initial stage. There is a problem.
【００１５】[0015]
【発明が解決しようとする問題点】本発明は、先きに開
発をした超音波を用いた金属の材質劣化検出に於ける上
述の如き問題、即ち、磁気マイクロプローブによる伝
播して来た超音波の検出値の信頼性が低いため、材質劣
化の判断結果に対する信頼性が低いこと、及び材質劣
化の初期段階に於いて、これを検出することが困難なこ
と等の問題を解決せんとするものであり、熱時効等を加
える前及び後の被検査体について、電磁マイクロプロー
ブにより検出した検出信号の振幅そのものの対比から材
質劣化を判断したり、或いは振幅の変動から検出した超
音波の伝播速度の変化から材質劣化を判断するのではな
く、両検出信号間の位相のづれから検出した位相差の変
動率（即ち、伝播速度の変動率）を対比することによ
り、より正確に金属の材質劣化を検出できるようにした
材質劣化検出方法を提供するものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to the above-mentioned problem in the detection of metal material deterioration using an ultrasonic wave developed earlier, that is, the problem of ultra-propagation transmitted by a magnetic microprobe. Since the reliability of the sound wave detection value is low, the reliability of the judgment result of the material deterioration is low, and it is difficult to detect such a problem in the initial stage of the material deterioration. For the test object before and after applying thermal aging, etc., the deterioration of the material is judged from the comparison of the amplitude itself of the detection signal detected by the electromagnetic microprobe, or the propagation of the ultrasonic wave detected from the fluctuation of the amplitude. Rather than judging the material deterioration from the change in speed, by comparing the rate of change of the phase difference detected from the phase shift between the two detection signals (that is, the rate of change of the propagation speed), the metal material can be more accurately determined. Material deterioration detecting method capable of detecting deterioration is to provide.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、金属
の外表面の所定位置に超音波送信プローブを配設すると
共に当該位置より所定距離だけ離れた位置に超音波受信
プローブを配設し、前記送信プローブから発信され金属
内部を伝播して来た超音波を受信プローブにより検出す
ると共に受信プローブからの検出信号を記録し、次に、
所定時間が経過したあと、前記金属材料の外表面の所定
位置に超音波送信プローブを、またこれにより所定距離
だけ離れた位置に超音波受信プローブを夫々配設し、前
記送信プローブから最初の場合と同じ超音波を発信して
金属内部に伝播させると共に、伝播して来た超音波を最
初の場合と同じ受信条件下で受信プローブにより検出
し、当該受信プローブからの検出信号と前記記録した検
出信号とを対比して両検出信号間の位相差Δｔを検出す
ると共に当該位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔを演算し、前
記位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔ（超音波の音速変化率）
に基づいて金属の材質劣化を検知することを発明の基本
構成とするものである。According to a first aspect of the present invention, an ultrasonic transmitting probe is disposed at a predetermined position on the outer surface of a metal and an ultrasonic receiving probe is disposed at a position separated from the position by a predetermined distance. Then, the ultrasonic wave transmitted from the transmission probe and propagated inside the metal is detected by the reception probe and the detection signal from the reception probe is recorded, and then,
After a lapse of a predetermined time, an ultrasonic transmission probe is provided at a predetermined position on the outer surface of the metal material, and thereby an ultrasonic reception probe is disposed at a position separated by a predetermined distance. While transmitting the same ultrasonic wave to propagate inside the metal, the transmitted ultrasonic wave is detected by the receiving probe under the same receiving conditions as the first case, and the detection signal from the receiving probe and the recorded detection The phase difference Δt between the two detection signals is detected by comparing the signal with the signal, and the rate of change Δt / T of the phase difference Δt is calculated, and the rate of change Δt / T of the phase difference Δt (the rate of change of sound speed of the ultrasonic wave) is calculated.
It is a basic configuration of the present invention to detect deterioration of a metal material based on the above.
【００１７】請求項２の発明は、請求項１の発明に於い
て、送信プローブ及び受信プローブを電磁超音波接触子
から成るプローブとしたものである。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the transmitting probe and the receiving probe are probes formed by electromagnetic ultrasonic contacts.
【００１８】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
の発明に於いて、送信プローブから送信する超音波を表
面ＳＨ波としたものである。According to a third aspect of the present invention, there is provided the first or second aspect.
According to the invention, the ultrasonic wave transmitted from the transmission probe is a surface SH wave.
【００１９】請求項４の発明は、請求項１の発明に於い
て、所定時間が経過した後の超音波伝播特性の測定を最
初の場合の送信プローブ及び受信プローブと実質的に同
一のプローブを用いて行なうようにしたものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the measurement of the ultrasonic wave propagation characteristics after the lapse of a predetermined time is performed by using substantially the same probe as the transmission probe and the reception probe in the first case. This is done by using
【００２０】請求項５の発明は、請求項１、請求項３又
は請求項４の発明に於いて、送信プローブを圧電接触子
から成る送信プローブとしたものである。According to a fifth aspect of the present invention, in the first, third or fourth aspect of the present invention, the transmission probe is a transmission probe comprising a piezoelectric contact.
【００２１】請求項６の発明は、請求項１、請求項３、
請求項４又は請求項５の発明に於いて、受信プローブを
電磁マイクロプローブとしたものである。The invention according to claim 6 is the invention according to claim 1, claim 3,
In the invention of claim 4 or claim 5, the receiving probe is an electromagnetic microprobe.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は、本発明の第１実施形態の機
器配置の概要を示す説明図であり、送信プローブ１０及
び受信プローブ１１を電磁探触子とした場合を示すもの
である。図１に於いて、１は被検査体、１０は送信プロ
ーブ、１１は受信プローブ、１２は任意波形発生器、１
３はパワーアンプ、１４は受信アンプ、１５はオッシロ
スコープ、１６はパソコンである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a device arrangement according to the first embodiment of the present invention, in which a transmission probe 10 and a reception probe 11 are electromagnetic probes. In FIG. 1, 1 is a device under test, 10 is a transmission probe, 11 is a reception probe, 12 is an arbitrary waveform generator, 1
3 is a power amplifier, 14 is a receiving amplifier, 15 is an oscilloscope, and 16 is a personal computer.
【００２３】被検査体１には、オーステナイト系ステン
レス鋳鋼製の厚板（厚さｈ＝３０ｍｍ、横幅ｗ＝８５ｍ
ｍ、長さｍ＝２００ｍｍ）が用いられており、その外表
面は平滑面に仕上げられている。また、被検査体１に
は、同一の材質及び外形寸法のものがセットで準備され
ており、一方の被検査体１ｂには予かじめ４００℃×５
００Ｈｒの熱時効が加えられているが、他方の被検査体
１ａには熱時効が全く加えられていない。更に、本実施
形態に於いては、被検査体１としてオーステナイト系ス
テンレス鋳鋼を使用しているが、硬化やぜい化等の材質
劣化が一様に（若しくは均一に）起るものであれば、如
何なる金属であってもよい。The test object 1 is a thick plate made of austenitic stainless cast steel (thickness h = 30 mm, width w = 85 m).
m, length m = 200 mm), and its outer surface is finished to a smooth surface. In addition, a set of the same material and the same outer dimensions is prepared for the test object 1, and one test object 1 b is previously set to 400 ° C. × 5.
Although the heat aging of 00Hr has been applied, the other test object 1a has not been subjected to any heat aging. Further, in the present embodiment, the austenitic stainless cast steel is used as the test object 1, but if the material deterioration such as hardening and embrittlement occurs uniformly (or uniformly). , Any metal.
【００２４】前記送信プローブ１０及び受信プローブ１
１には、前述の通り公知の電磁探触子が使用されてい
る。図２は本発明で使用する電磁探触子の斜視図であ
り、複数の永久磁石２ａを磁極を相互に反転させながら
組み合わせ、その上面にコイル２ｂを蛇行して構成され
ている。間隔ｄは磁極の反復単位を与え、２本の同極磁
石間の間隔である。磁石の本数は任意に選択でき、最終
的に、横Ｗ＝２０ｍｍ、縦Ｋ＝１２ｍｍ、高さＨ＝３０
ｍｍのサイズに構成される。The transmitting probe 10 and the receiving probe 1
As for 1, a known electromagnetic probe is used as described above. FIG. 2 is a perspective view of an electromagnetic probe used in the present invention, which is configured by combining a plurality of permanent magnets 2a while reversing their magnetic poles, and meandering a coil 2b on the upper surface thereof. The distance d gives the repetition unit of the magnetic pole and is the distance between two homopolar magnets. The number of magnets can be arbitrarily selected, and finally, the width W = 20 mm, the length K = 12 mm, and the height H = 30
mm.
【００２５】図３は電磁探触子の発信機構の説明図であ
る。本図では、図２に示す電磁探触子が逆転して被検査
体１の近傍に非接触に配置されている。コイル２ｂに高
周波電流（例えば７００〜２０００ＫＨＺ）を記号方向
に流すと、被検査体１内に図示方向に渦電流が流れる。
この渦電流は磁石２ａの磁力線Ｍと相互作用して、実線
矢印方向にローレンツ力Ｆが作用する。このローレンツ
力Ｆが被検査体１に超音波を生起し、高周波電流の周波
数と同じ振動数の超音波が発生する。FIG. 3 is an explanatory view of the transmission mechanism of the electromagnetic probe. In this figure, the electromagnetic probe shown in FIG. When a high-frequency current (for example, 700 to 2000 KHZ) flows through the coil 2b in the symbol direction, an eddy current flows in the test object 1 in the illustrated direction.
This eddy current interacts with the magnetic force line M of the magnet 2a, and the Lorentz force F acts in the direction of the solid line arrow. The Lorentz force F generates an ultrasonic wave in the test object 1, and an ultrasonic wave having the same frequency as the frequency of the high-frequency current is generated.
【００２６】このようにして発生した超音波はＳＨ波
（Ｓｈｅａ ＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＷａｖｅ）である。
発生する超音波は被検査体１の表層部を伝播する必要性
から表面ＳＨ波が選ばれる。また、電磁探触子は被検査
体１と非接触であっても近接さえしていれば、超音波を
被検査体１に伝達することができる。更に、発生する超
音波の波長をλ、超音波の入射角をθ、１組の永久磁石
の厚さをＤとすると、λ＝Ｄｓｉｎθの関係にある超音
波のＳＨ波（Ｓｈｅａ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｗａｖ
ｅ）を発生することができる。尚、本実施形態では、図
２の如き構成のＳＨ波を発生する電磁探触子を用いてい
るが、本発明で使用する電磁探触子は如何なる構成のも
のであってもよく、また、発生する超音波も横波・縦波
の何れであってもよい。The ultrasonic waves generated in this manner are SH waves (Shear Horizontal Wave).
As the generated ultrasonic wave, a surface SH wave is selected from the necessity of propagating through the surface portion of the test object 1. Also, the ultrasonic probe can transmit the ultrasonic wave to the device under test 1 as long as the electromagnetic probe is not in contact with the device under test 1 but is close to the device. Further, assuming that the wavelength of the generated ultrasonic wave is λ, the incident angle of the ultrasonic wave is θ, and the thickness of a set of permanent magnets is D, the SH wave of the ultrasonic wave having a relation of λ = Dsin θ (Shea Horizontal Wave).
e) can occur. In this embodiment, the electromagnetic probe that generates the SH wave having the configuration shown in FIG. 2 is used. However, the electromagnetic probe used in the present invention may have any configuration. The generated ultrasonic wave may be any of a transverse wave and a longitudinal wave.
【００２７】電磁探触子の受信機構は、前記発信機構の
場合と逆くであり、超音波の伝播により被検査体１の表
層部が振動すると、永久磁石２ａの磁力線Ｍとの相互作
用によって被検査体１にうづ電流が流れる。このうず電
流により起生した磁界がコイル２ｂと鎖交することによ
り、コイル２ｂに超音波の振動数と同じ周波数の高周波
電圧が誘起される。尚、上記電磁探触子そのものは、既
に公知であり、従ってその詳細説明は省略する。同様
に、任意波形発生器１２、パワアンプ１３、受信アンプ
１４、オッシロスコープ１５及びパソコン１６等も既に
公知であるため、その説明は省略する。The receiving mechanism of the electromagnetic probe is the reverse of the transmitting mechanism. When the surface layer of the device under test 1 vibrates due to the propagation of ultrasonic waves, it interacts with the magnetic field lines M of the permanent magnet 2a. A current flows through the device under test 1. The magnetic field generated by the eddy current interlinks with the coil 2b, so that a high-frequency voltage having the same frequency as the frequency of the ultrasonic wave is induced in the coil 2b. Incidentally, the electromagnetic probe itself is already known, and therefore, detailed description thereof is omitted. Similarly, since the arbitrary waveform generator 12, the power amplifier 13, the receiving amplifier 14, the oscilloscope 15, the personal computer 16, and the like are already known, the description thereof is omitted.
【００２８】次に、本発明を用いた金属の材質劣化検査
方法について説明する。図１を参照して、先ず熱時効等
を加えていない方の被検査体１ａの表面（検査面）を清
浄面とし、その後、電磁探触子から成る送信用プローブ
１０と受信プローブ１１とを適宜の間隔例えばＬ＝５０
ｍｍ〜３００ｍｍ程度離して被検査体１上にセットす
る。各機器のセッチングが終ると、任意波形発生器１
２、パワーアンプ１３、受信アンプ１４、オシロスコー
プ１５及びパソコン１６の設定並びに調整を行ない、送
信プローブ１０を作動させる。これにより、送信プロー
ブ１０からは、周波数が０．５ＭＨＺ〜２ＭＨＺ（本実
施形態の場合１．５ＭＨＺ）の超音波の表面ＳＨ波（波
長λは約６ｍｍ〜１．５ｍｍ）Ｓが被検査体１の表面に
沿って発信される。上記発信された超音波の表面ＳＨ波
Ｓは、被検査体１の表面から波長λの約１／２程度の寸
法（即ち、約２〜３ｍｍ程度）の深さまで浸透し、被検
査体１の表層内を進行する。Next, a description will be given of a metal material deterioration inspection method using the present invention. Referring to FIG. 1, first, the surface (inspection surface) of test object 1a to which no heat aging or the like is applied is set as a clean surface, and then, transmission probe 10 and reception probe 11 formed of an electromagnetic probe are connected. Appropriate interval, for example, L = 50
It is set on the inspection object 1 at a distance of about mm to 300 mm. When the setting of each device is completed, the arbitrary waveform generator 1
2. Set and adjust the power amplifier 13, the reception amplifier 14, the oscilloscope 15, and the personal computer 16, and operate the transmission probe 10. Thereby, the surface SH wave (wavelength λ is about 6 mm to 1.5 mm) of the ultrasonic wave S having a frequency of 0.5 MHZ to 2 MHZ (1.5 MHZ in the present embodiment) is transmitted from the transmission probe 10 to the inspection object 1. Dispatched along the surface of the. The transmitted surface SH wave S of the ultrasonic wave penetrates from the surface of the inspection object 1 to a depth of about 1/2 of the wavelength λ (that is, about 2 to 3 mm), and Proceed in the surface layer.
【００２９】超音波の表面ＳＨ波が被検査体１の表層内
を進行すると、表面ＳＨ波Ｓの有するエネルギーによっ
て被検査体１の表層が振動し、表面ＳＨ波Ｓが受信プロ
ーブ１１へ到達すると、受信プローブ１１により検出さ
れる。また、受信プローブ１１からの検出信号は、受信
アンプ１４で増幅されたあとオッシロスコープ１５へ入
力されると共に、ディジタル化されてパソコン１６へ入
力され、ここに記憶される。尚、受信プローブ１１によ
る検出時間は極く短時間（例えば１００〜２００μｓｅ
ｃ）でよい。When the surface SH wave of the ultrasonic wave travels in the surface layer of the test object 1, the surface layer of the test object 1 vibrates due to the energy of the surface SH wave S, and when the surface SH wave S reaches the receiving probe 11. , Are detected by the reception probe 11. Further, the detection signal from the receiving probe 11 is amplified by the receiving amplifier 14 and then input to the oscilloscope 15, and is also digitized and input to the personal computer 16, where it is stored. The detection time by the receiving probe 11 is extremely short (for example, 100 to 200 μsec).
c) is sufficient.
【００３０】上記被検査体１ａについてのデータの読み
取りが終れば、この被検査体に所定の熱時効を加える。
これを被検査体１ｂとし、この熱時効を加えた被検査体
１ｂに前記送信プローブ１０及び受信プローブ１１をセ
ットする。この場合、両送信プローブ１０及び受信プロ
ーブ１１は先きに検査をした被検査体１１ａの場合と全
く同じ位置関係となるようにセットされる。即ち、両プ
ローブ１０・１１間の距離Ｌは勿論のこと、横幅ｗ方向
の位置関係及び長さｍ方向の位置関係も、全く前者の被
検査体１ａの場合と同一になるようにセットする。When the reading of the data on the test object 1a is completed, a predetermined thermal aging is applied to the test object.
The transmission probe 10 and the reception probe 11 are set on the test object 1b that has been subjected to the heat aging. In this case, the transmission probe 10 and the reception probe 11 are set so as to have exactly the same positional relationship as in the case of the device under test 11a which has been previously tested. That is, not only the distance L between the two probes 10 and 11 but also the positional relationship in the lateral width w direction and the length m direction are set so as to be completely the same as in the former case 1a.
【００３１】その後、任意波形発生器１２、パワーアン
プ１３、受信アンプ１４、オシロスコープ１５並びにパ
ソコン１６の設定並びに調整を行ない、送信プローブ１
０及び受信プローブ１１を前回の被検査体１ａの場合と
全く同じ条件下で作動をさせる。即ち、任意波形発生器
１２、パワーアンプ１３、受信アンプ及びオシロスコー
プ１５等を先きに測定をした被検査体１ａの場合と同じ
条件下に設定し、受信プローブ１１により被検査体１１
ｂ内を伝播して来た超音波の表面ＳＨ波を検出し、その
検出波形をオシロスコープ１５に表示させると共に、当
該検出信号をディジタル信号化してマイコン１６に取り
込む。Thereafter, the arbitrary waveform generator 12, the power amplifier 13, the receiving amplifier 14, the oscilloscope 15, and the personal computer 16 are set and adjusted, and the transmitting probe 1
0 and the receiving probe 11 are operated under exactly the same conditions as in the case of the previous test object 1a. That is, the arbitrary waveform generator 12, the power amplifier 13, the receiving amplifier, the oscilloscope 15 and the like are set under the same conditions as those of the device under test 1a which has been measured first, and the device under test 11
The surface SH wave of the ultrasonic wave propagating through the inside b is detected, the detected waveform is displayed on the oscilloscope 15, and the detection signal is converted into a digital signal and taken into the microcomputer 16.
【００３２】前記被検査体１ｂに対する超音波表面ＳＨ
波の伝播特性の測定が終れば、先きに行なった熱時効等
を加えていない被検査体１ａについての伝播特性の測定
データと、熱時効等を加えた被検査体１ｂに対する伝播
特性の測定データとを対比し、両伝播特性間の位相差Δ
ｔを検出すると共に、当該位相差Δｔの変化率（即ち、
音速変化率Δｔ／Ｔ）を求め、この音速変化率の大きさ
から被検査体１ｂの熱時効等の印加による材質劣化のレ
ベルを判断する。Ultrasonic surface SH for inspection object 1b
After the measurement of the propagation characteristics of the wave is completed, the measurement data of the propagation characteristics of the test object 1a not subjected to the thermal aging and the like previously performed and the measurement of the propagation characteristics of the test object 1b subjected to the thermal aging and the like are performed. Phase difference Δ between the two propagation characteristics
t, and the rate of change of the phase difference Δt (ie,
The sound velocity change rate Δt / T) is obtained, and from the magnitude of the sound velocity change rate, the level of material deterioration of the test object 1b due to application of thermal aging or the like is determined.
【００３３】尚、図１の実施態様に於いては、熱時効を
加えた被検査体１ｂに対する超音波伝播特性の測定を全
て完了した後に、当該検出データと先きに測定をした新
たな被検査体１ａに対する検出データとを対比するよう
にしているが、受信プローブ１１からの被検査体１ｂに
対する検出信号を入力しつつ、前記被検査体１ａに対す
る検出データと逐次的に対比するようにしてもよい。ま
た、本実施形態では、送信プローブ１０からの出力波形
を、任意波形発生器１２の調整により正弦波に近い波形
となるようにしている。電磁接触子に於いては、電磁接
触子の有するフィルター作用により正弦波波形の超音波
の方がより高精度な受信ができるからである。In the embodiment shown in FIG. 1, after the measurement of the ultrasonic wave propagation characteristics of the heat-aged test object 1b has been completed, the detection data and the new test object previously measured are completed. Although the detection data for the test object 1a is compared with the detection data for the test object 1b, the detection data for the test object 1b is input from the reception probe 11 and the detection data for the test object 1a is sequentially compared. Is also good. Further, in the present embodiment, the output waveform from the transmission probe 10 is made to be a waveform close to a sine wave by adjusting the arbitrary waveform generator 12. This is because, in the electromagnetic contact, a sinusoidal ultrasonic wave can be received with higher accuracy due to the filtering action of the electromagnetic contact.
【００３４】図４は、前記図１の方法により測定した被
検査体１ａと被検査体１ｂに配置した受信プローブ１１
からの検出信号を示すものであり、図５は図４の囲い部
分（Ｂの部分）の拡大図である。尚、図４に於いて、曲
線Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 …Ａ9 は夫々発信プローブ１０と受
信プローブ１１間の距離Ｌを５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０
ｍｍ…１３０ｍｍとした場合の受信プローブ１０の検出
信号を示すものである。また、被検査体１ａ、１ｂは厚
さｈ＝３０ｍｍ、横幅ｗ＝８５ｍｍ、長さｍ＝２００ｍ
ｍのオーステナイト系ステンレス鋳鋼から成る厚板であ
り、被検査体１ａには熱時効が印加されていないが、被
検査体１ｂには４００℃×５００Ｈｒの熱時効が加えら
れている。更に、発信プローブ１０からは０．５ＭＨＺ
の超音波表面ＳＨ波が発信されている。FIG. 4 shows the receiving probe 11 arranged on the device under test 1a and the device under test 1b measured by the method of FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of the encircled portion (portion B) of FIG. In FIG. 4, curves A 1 , A 2 , A 3, ..., A 9 indicate distances L between the transmitting probe 10 and the receiving probe 11 of 50 mm, 60 mm, 70 mm, respectively.
mm shows the detection signal of the receiving probe 10 when it is set to 130 mm. The test objects 1a and 1b have a thickness h = 30 mm, a width w = 85 mm, and a length m = 200 m.
m is a thick plate made of austenitic stainless cast steel. The test object 1a is not subjected to thermal aging, but the test object 1b is subjected to 400 ° C. × 500 hr thermal aging. Further, from the transmission probe 10, 0.5 MHZ
Are transmitted.
【００３５】図４に於いては、被検査体１ａに対する検
出信号Ｋａと被検査体１ｂに対する検出信号Ｋｂとがほ
ぼ重なっており、各曲線Ａ1 、Ａ2 、Ａ3 …Ａ9 は一本
の太線のように見えるが、実際は、図５に示すように両
検出信号Ｋａ、Ｋｂの間にΔｔだけの位相差があり、熱
時効を加えた方の被検査体１ｂに対する出力波形Ｋｂの
方が、Δｔだけ進み位相となり、音速が速くなる。ま
た、この位相差Δｔの大きさは、時間Ｔの経過と共に増
大する。[0035] The In FIG 4, overlaps the detection signal Kb and almost to the detection signal Ka and the object to be inspected 1b with respect to the inspected 1a, the curves A 1, A 2, A 3 ... A 9 is one In fact, there is a phase difference of Δt between the two detection signals Ka and Kb as shown in FIG. 5, and the output waveform Kb for the test object 1b to which thermal aging has been applied is However, the phase advances by Δt, and the sound speed increases. Further, the magnitude of the phase difference Δt increases as time T elapses.
【００３６】尚、図５では、図４のＢ部のみを拡大して
いるが、図４のＣ部かＤ部に於いても位相差Δｔ′が生
じており、発信プローブ１０と受信プローブ１１間の距
離Ｌが変っても、加えられた熱時効のレベルが同じであ
れば、前記位相差の変化率Δｔ／Ｔはほぼ同じ値にな
る。In FIG. 5, only the portion B in FIG. 4 is enlarged, but the phase difference Δt 'occurs in the portion C or D in FIG. Even if the distance L between them changes, if the level of the applied thermal aging is the same, the rate of change Δt / T of the phase difference becomes almost the same value.
【００３７】また、発信プローブ１０及び受信プローブ
１１と被検査体１ａ（又は被検査体１ｂ）との相対的な
位置関係は、前述の通り各被検査体１ａ、１ｂについて
厳密に同一とする必要があり、単に両プローブ１０、１
１間の距離Ｌだけを同一としても、正確な材質劣化の検
出は困難となる。被検査体１ａ、１ｂに対する両プロー
ブ１０、１１の相対的な位置関係を同一とすることによ
り、反射波等の全ての雑音性超音波を含めて、各被検査
体１ａ、１ｂに対する超音波の伝播状態が同一となるか
らである。The relative positional relationship between the transmitting probe 10 and the receiving probe 11 and the test object 1a (or the test object 1b) must be exactly the same for each test object 1a and 1b as described above. There are simply two probes 10, 1
Even if only the distance L between the two is the same, it is difficult to accurately detect the deterioration of the material. By making the relative positional relationship between the probes 10 and 11 relative to the test objects 1a and 1b the same, the ultrasonic wave for each test object 1a and 1b, including all noisy ultrasonic waves such as reflected waves. This is because the propagation state becomes the same.
【００３８】更に、使用する発信プローブ１０や受信プ
ローブ１１等は、両被検査体１ａ、１ｂについて同一の
機器を用いるのが望ましいが、同一仕様で製作されてい
るものであれば、別のプローブ１０、１１例えば後で行
なう被検査体１ｂの検査に於いて先きに使用したプロー
ブ１０、１１の予備品を使用したとしても、測定データ
に大きな差異が生じない。Further, it is desirable to use the same equipment for both the test objects 1a and 1b as the transmitting probe 10 and the receiving probe 11 to be used. 10, 11 For example, even if spare parts of the probes 10 and 11 used earlier are used in the inspection of the inspection object 1b to be performed later, no large difference occurs in the measurement data.
【００３９】図６は、前記４００℃×５００Ｈｒの熱時
効を加えた被検査体１ｂの位相差変化率即ち音速変化率
（Δｔ／Ｔ）を示すものであり、図４の各曲線Ａ1 〜Ａ
9 を基にしてプロットしたものである。この実施態様に
於いては、被検査体１ｂに４００℃×５００Ｈｒの熱時
効が加えられることにより、Δｔ／Ｔ＝０．４４５％の
音速変化率が生じたことが判る。尚、加えた熱時効のレ
ベルが上昇すれば高速変化率Δｔ／Ｔは大となる。[0039] Figure 6, the is indicative phase difference change rate i.e. sound velocity change rate of the device under test 1b application of heat aging at 400 ° C. × 500HR the (Delta] t / T), the curves A 1 ~ of 4 A
It is a plot based on 9 . In this embodiment, it can be seen that the thermal aging of 400 ° C. × 500 Hr was applied to the test object 1b, thereby producing a sound velocity change rate of Δt / T = 0.445%. In addition, if the level of the added thermal aging increases, the high-speed change rate Δt / T increases.
【００４０】図７は被検査体１ｂに加えた熱時効の時間
Ｈと被検査体１ｂのシャルピー吸収エネルギーＪとの関
係の一例を示すものであり、４００℃×５００Ｈｒの熱
時効を加えることにより、被検査体１ｂのシャルピー吸
収エネルギーは約２４０Ｊから約１５０Ｊに低下し、所
謂ぜい化現象が生じていることが判る。FIG. 7 shows an example of the relationship between the thermal aging time H applied to the test object 1b and the Charpy absorbed energy J of the test object 1b. In addition, the Charpy absorbed energy of the test object 1b decreases from about 240 J to about 150 J, which indicates that a so-called embrittlement phenomenon occurs.
【００４１】同様に、図８は被検査体１ｂに加えた熱時
効の時間Ｈと被検査体１ｂのヴイッカス硬度Ｈｖとの関
係を示すものであり、４００℃×５００Ｈｒの熱時効を
加えることにより、例えばＨｕ＝約２３０が約２４５に
上昇し、被検査体１ｂは硬化する。Similarly, FIG. 8 shows the relationship between the heat aging time H applied to the test object 1b and the Vickers hardness Hv of the test object 1b, and by applying a heat aging of 400 ° C. × 500 Hr. For example, Hu = about 230 rises to about 245, and the test object 1b is hardened.
【００４２】本実施形態に於いては、前記熱時効による
音速変化率Δｔ／Ｔを測定し、当該Δｔ／Ｔが所定の設
定値を越えた場合に被検査体１ｂに材質変化が生じてい
ると判断する。また、本実施形態に於いては、被検査体
１ａと被検査体１ｂとを同一体としており、本発明を現
実に実施する場合には、機器等の使用開始前に、予かじ
め機器等の構成材の所定位置毎に超音波伝播特性を測定
し、その時の測定値や測定条件等を全て記録しておく。
次に、機器等の使用開始後に適宜の時間間隔でもって、
前記最初の測定条件と同一の条件下で所定位置毎に超音
波伝播特性を測定し、前記音速変化率Δｔ／Ｔの大きさ
を求めることにより機器の材質劣化を判定する。In this embodiment, the rate of change in sound velocity Δt / T due to the thermal aging is measured, and when the Δt / T exceeds a predetermined value, a change in the material of the test object 1b occurs. Judge. Further, in the present embodiment, the device under test 1a and the device under test 1b are the same, and when the present invention is actually implemented, the device or the like is required before starting the use of the device or the like. The ultrasonic wave propagation characteristic is measured for each predetermined position of the component material, and all measured values and measurement conditions at that time are recorded.
Next, at an appropriate time interval after the start of use of the device, etc.,
Ultrasonic propagation characteristics are measured for each predetermined position under the same conditions as the initial measurement conditions, and the deterioration of the material of the device is determined by obtaining the magnitude of the sound velocity change rate Δt / T.
【００４３】また、本実施形態では熱時効による材質劣
化を検出しているが、熱時効以外の原因例えば中性子照
射や機械的応力の印加による材質変化であっても、本実
施形態と同様の手順で材質劣化を検出することができ
る。Although the present embodiment detects material deterioration due to thermal aging, the same procedure as in the present embodiment can be applied to causes other than thermal aging, such as material changes due to neutron irradiation or application of mechanical stress. Thus, material deterioration can be detected.
【００４４】更に、本実施形態では被検査体１としてオ
ーステナイト系ステンレス鋳鋼を用いているが、被検査
体１の材質はステンレス鍛鋼であっても或いはその他の
炭素鋼等であってもよく、全ての金属材に本発明を適用
することができる。Further, in this embodiment, austenitic stainless cast steel is used as the test object 1, but the material of the test object 1 may be forged stainless steel or other carbon steel. The present invention can be applied to the above metal materials.
【００４５】図９及び図１０は本発明の第２形態及び第
３実施形態の機器配置の概要を示すものであり、図９に
於いては送信プローブ１０として圧電斜角探触子及び受
信プローブ１１として電磁探触子を、また図１０に於い
ては、送信プローブ１０として圧電斜角探触子及び受信
プローブ１１として電磁マイクロセンサプローブを、夫
々使用している。尚、送信プローブ１０及び受信プロー
ブ１１以外の機器類や被検査体１の材質劣化の検査方法
は、前記図１に示した第１実施形態の場合と同一である
ため、ここではその説明を省略する。FIGS. 9 and 10 show the outline of the arrangement of the devices according to the second and third embodiments of the present invention. In FIG. 9, the transmitting probe 10 is a piezoelectric oblique probe and a receiving probe. In FIG. 10, an electromagnetic probe is used as the transmission probe 10, and an electromagnetic microsensor probe is used as the reception probe 11 in FIG. The method of inspecting the equipment other than the transmission probe 10 and the reception probe 11 and the material deterioration of the device under test 1 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. I do.
【００４６】[0046]
【発明の効果】本発明に於いては、被検査体が新しい時
の超音波伝播特性を測定してこれを記録しておくと共
に、被検査体に熱時効等が加った後に、前記最初の測定
時と同じ条件の下で被検査体の超音波伝播特性を測定
し、両測定で得られた受信プローブによる検出信号を対
比することにより、両検出信号間の位相差Δｔの検出並
びに当該位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔ（即ち音速変化
率）の演算を行ない、当該位相差の変化率Δｔ／Ｔを基
準にして被検査体の材質劣化を検出する構成としてい
る。その結果、先きに本願発明者等が公開した電磁マイ
クロプローブにより伝播して来た超音波を受信し、その
受信信号波形から超音波の伝播速度を検知して超音波伝
播特性の変化から材質劣化を検出する方法や、受信信号
波形そのものの変化の状態から材質劣化を検出する方法
に比較して、より高精度な材質劣化の検出が可能とな
る。本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するもの
である。According to the present invention, the ultrasonic wave propagation characteristics when the test object is new are measured and recorded, and after the test object has been subjected to thermal aging and the like, By measuring the ultrasonic propagation characteristics of the test object under the same conditions as in the measurement, and comparing the detection signals by the receiving probe obtained in both measurements, the phase difference Δt between the two detection signals can be detected and The change rate Δt / T of the phase difference Δt (that is, the change rate of sound speed) is calculated, and the deterioration of the material of the test object is detected based on the change rate Δt / T of the phase difference. As a result, the ultrasonic wave transmitted by the electromagnetic microprobe disclosed earlier by the present inventors was received, and the propagation speed of the ultrasonic wave was detected from the received signal waveform. Compared with the method of detecting the deterioration and the method of detecting the material deterioration from the change state of the received signal waveform itself, it is possible to detect the material deterioration with higher accuracy. The present invention has excellent practical utility as described above.
【図１】本発明の第１実施形態の概要を示す説明図であ
る。FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第１実施形態で使用する電磁探触子型
の発信プローブを示す斜面図である。FIG. 2 is a perspective view showing an electromagnetic probe type transmitting probe used in the first embodiment of the present invention.
【図３】電磁探触子型の発信プローブの超音波発生機構
の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an ultrasonic wave generating mechanism of an electromagnetic probe type transmitting probe.
【図４】本発明の第１実施形態に於ける受信プローブに
よる検出信号の一例を示すものである。FIG. 4 shows an example of a detection signal by a receiving probe according to the first embodiment of the present invention.
【図５】図４のＡ部の部分拡大図である。5 is a partially enlarged view of a portion A in FIG.
【図６】本発明の第１実施形態による被検査体の熱時効
による音速変化率を示す曲線である。FIG. 6 is a curve showing a rate of change in sound speed due to thermal aging of the test object according to the first embodiment of the present invention.
【図７】被検査体の熱時効によるシャルピー吸収エネル
ギーの変化状態を示すものである。FIG. 7 shows a change state of Charpy absorbed energy due to thermal aging of a test object.
【図８】被検査体の熱時効によるヴイッカス硬さの変化
状態を示すものである。FIG. 8 is a diagram showing a change state of Vickers hardness due to thermal aging of a test object.
【図９】本発明の第２実施形態の概要を示す説明図であ
る。FIG. 9 is an explanatory diagram showing an outline of a second embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第３実施形態の概要を示す説明図で
ある。FIG. 10 is an explanatory diagram showing an outline of a third embodiment of the present invention.
【図１１】先願に係るステンレス鋼の材質劣化検査の実
施説明図である。FIG. 11 is an explanatory view of a material deterioration inspection of stainless steel according to the prior application.
【図１２】図１１のステンレス鋼の材質劣化検査に於け
る被検査体（ステンレス鋼）のα相粒界の磁場変動のモ
デル説明図である。FIG. 12 is a model explanatory diagram of a magnetic field fluctuation of an α-phase grain boundary of a test object (stainless steel) in the material deterioration inspection of the stainless steel in FIG. 11;
【図１３】図１１のステンレス鋼の材質劣化検査に於け
る磁気マイクロプローブによる検出信号の一例を示すも
のである。13 shows an example of a detection signal by a magnetic microprobe in a material deterioration inspection of stainless steel in FIG.
１は被検査体、１ａは熱時効の無い被検査体、１ｂは熱
時効を加えた被検査体、２は電磁超音波探触子、２ａは
永久磁石、２ｂは磁極、１０は送信プローブ、１１は受
信プローブ、１２は任意波形発生器、１３はパワーアン
プ、１４は受信アンプ、１５はオシロスコープ、１６は
パソコン、ｈは被検査体の厚さ、ｗは被検査体の縦幅、
ｍは被検査体の横幅、Ｌは送・受信プローブ間の距離。1 is a test object, 1a is a test object without thermal aging, 1b is a test object with thermal aging, 2 is an electromagnetic ultrasonic probe, 2a is a permanent magnet, 2b is a magnetic pole, 10 is a transmission probe, 11 is a receiving probe, 12 is an arbitrary waveform generator, 13 is a power amplifier, 14 is a receiving amplifier, 15 is an oscilloscope, 16 is a personal computer, h is the thickness of the test object, w is the vertical width of the test object,
m is the width of the test object, and L is the distance between the transmitting and receiving probes.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AB07 BB02 BC02 BC11 CA01 CA02 CB03 GG13 GG27 GG29 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G047 AA07 AB07 BB02 BC02 BC11 CA01 CA02 CB03 GG13 GG27 GG29
Claims (6)
ローブを配設すると共に当該位置より所定距離だけ離れ
た位置に超音波受信プローブを配設し、前記送信プロー
ブから発信され金属内部を伝播して来た超音波を受信プ
ローブにより検出すると共に受信プローブからの検出信
号を記録し、次に、所定時間が経過したあと、前記金属
の外表面の前記所定位置に超音波送信プローブを、また
これにより所定距離だけ離れた位置に超音波受信プロー
ブを夫々配設し、前記送信プローブから最初の場合と同
じ超音波を発信して金属内部に伝播させると共に、伝播
して来た超音波を最初の時と同じ受信条件下で受信プロ
ーブにより検出し、当該受信プローブからの検出信号と
前記記録した検出信号とを対比して両検出信号間の位相
差Δｔを検出すると共に当該位相差Δｔの変化率Δｔ／
Ｔを演算し、前記位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔ（超音波
の音速変化率）に基づいて金属の材質劣化を検知するこ
とを特徴とする金属の材質劣化検出方法。1. An ultrasonic transmission probe is provided at a predetermined position on an outer surface of a metal, and an ultrasonic reception probe is disposed at a position away from the position by a predetermined distance. Detecting the propagated ultrasonic wave by the receiving probe and recording the detection signal from the receiving probe, and then, after a predetermined time has elapsed, the ultrasonic transmitting probe at the predetermined position on the outer surface of the metal, Further, thereby, the ultrasonic receiving probes are respectively disposed at positions separated by a predetermined distance, and the same ultrasonic waves as the first case are transmitted from the transmitting probe and propagated inside the metal, and the propagated ultrasonic waves are transmitted. When the detection is performed by the reception probe under the same reception conditions as the first time, and the detection signal from the reception probe is compared with the recorded detection signal to detect the phase difference Δt between the two detection signals. The rate of change of the phase difference Delta] t to Delta] t /
A method of detecting metal material deterioration, comprising calculating T, and detecting metal material deterioration based on a change rate Δt / T (sound velocity change rate of ultrasonic waves) of the phase difference Δt.
音波接触子から成るプローブとした請求項１に記載の金
属の材質劣化検出方法。2. The metal material deterioration detecting method according to claim 1, wherein the transmitting probe and the receiving probe are probes made of an electromagnetic ultrasonic contact.
ＳＨ波とした請求項１又は請求項２に記載の金属の材質
劣化検査方法。3. The method according to claim 1, wherein the ultrasonic waves transmitted from the transmission probe are surface SH waves.
の測定を最初の場合の送信プローブ及び受信プローブと
実質的に同一のプローブを用いて行なうようにした請求
項１に記載の金属の材質劣化検査方法。4. The method according to claim 1, wherein the measurement of the ultrasonic wave propagation characteristics after a predetermined time has elapsed is performed using substantially the same probe as the transmission probe and the reception probe in the first case. Material deterioration inspection method.
プローブとした請求項１、請求項３又は請求項４に記載
の金属の材質劣化検査方法。5. The metal material deterioration inspection method according to claim 1, wherein the transmission probe is a transmission probe comprising a piezoelectric contact.
した請求項１、請求項３、請求項４又は請求項５に記載
の金属の材質劣化検査方法。6. The method according to claim 1, wherein said receiving probe is an electromagnetic microprobe.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004184378A (en) * | 2002-12-06 | 2004-07-02 | Koyo Seiko Co Ltd | Inspection method of decarbonization or burn mark of steel component |
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