JP2003315173A - 渦電流を利用した渦流探傷機による加工品の残留応力の検出方法 - Google Patents
渦電流を利用した渦流探傷機による加工品の残留応力の検出方法Info
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- JP2003315173A JP2003315173A JP2002122640A JP2002122640A JP2003315173A JP 2003315173 A JP2003315173 A JP 2003315173A JP 2002122640 A JP2002122640 A JP 2002122640A JP 2002122640 A JP2002122640 A JP 2002122640A JP 2003315173 A JP2003315173 A JP 2003315173A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 素材の寸法にバラツキがある鋼素材の旋削加
工における過度な切削により生じる歪の原因となる残留
応力を非破壊検査で全数検査可能な信頼性のある検査方
法を提供する。 【解決手段】 励磁コイル８および２個の検出コイル７
ａ、７ｂからなる渦流センサーの検出コイルを被検体の
管素材４の表面と微小間隔をあけて配置し、該管素材４
の面に対し検出コイル７ａ、７ｂを相対的に移動させ、
励磁コイル８に高周波電流を流して渦電流を該管素材４
に発生させ、２個の検出コイル７ａ、７ｂにて渦電流に
より生じる隣接した該管素材４の面の加工度の相違する
残留応力による抵抗の差異から生じる磁気特性の差異に
基づく信号の差異を検出することからなる渦電流を利用
した渦流センサーによる管素材４の残留応力の検出方
法。
工における過度な切削により生じる歪の原因となる残留
応力を非破壊検査で全数検査可能な信頼性のある検査方
法を提供する。 【解決手段】 励磁コイル８および２個の検出コイル７
ａ、７ｂからなる渦流センサーの検出コイルを被検体の
管素材４の表面と微小間隔をあけて配置し、該管素材４
の面に対し検出コイル７ａ、７ｂを相対的に移動させ、
励磁コイル８に高周波電流を流して渦電流を該管素材４
に発生させ、２個の検出コイル７ａ、７ｂにて渦電流に
より生じる隣接した該管素材４の面の加工度の相違する
残留応力による抵抗の差異から生じる磁気特性の差異に
基づく信号の差異を検出することからなる渦電流を利用
した渦流センサーによる管素材４の残留応力の検出方
法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼素材の旋削加工
において、素材の寸法バラツキ、例えば管素材において
は偏肉などのバラツキなどがある場合に、過度な切削の
重切削となり、旋削後の加工品に残留応力が生じるが、
この残留応力を検出する方法に関する。
において、素材の寸法バラツキ、例えば管素材において
は偏肉などのバラツキなどがある場合に、過度な切削の
重切削となり、旋削後の加工品に残留応力が生じるが、
この残留応力を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鋼管や丸棒鋼の表面には熱処理などの影
響により、０．１〜０．３ｍｍ程度の脱炭層が表面部分
に生じる。そこで通常はこの表面の脱炭層を旋削加工に
より取り除く。しかし鋼管に偏肉のバラツキがあった
り、鋼管や丸棒鋼に曲がりなどのバラツキがあるとき、
あるいは工具欠陥や工具摩耗による異常旋削があると、
旋削は削り代２ｍｍ以上の過度な切削の重切削となり、
旋削加工後の鋼管や丸棒鋼に残留応力が生じる。この残
留応力はバラツキもあるが、４０〜６０％程度生じる。
このような残留応力があるとその後の工程の熱処理によ
り、加工品に変形すなわち歪が発生する問題となる。こ
の変形量が大きくなると、後工程の研磨で取りきれない
部位が発生し、寸法外れや仕上がり品外れとなり、客先
からのクレームの発生につながる。
響により、０．１〜０．３ｍｍ程度の脱炭層が表面部分
に生じる。そこで通常はこの表面の脱炭層を旋削加工に
より取り除く。しかし鋼管に偏肉のバラツキがあった
り、鋼管や丸棒鋼に曲がりなどのバラツキがあるとき、
あるいは工具欠陥や工具摩耗による異常旋削があると、
旋削は削り代２ｍｍ以上の過度な切削の重切削となり、
旋削加工後の鋼管や丸棒鋼に残留応力が生じる。この残
留応力はバラツキもあるが、４０〜６０％程度生じる。
このような残留応力があるとその後の工程の熱処理によ
り、加工品に変形すなわち歪が発生する問題となる。こ
の変形量が大きくなると、後工程の研磨で取りきれない
部位が発生し、寸法外れや仕上がり品外れとなり、客先
からのクレームの発生につながる。
【０００３】そこで、このような後工程の熱処理などで
発生する歪を回避するために、旋削加工をした鋼管や丸
棒鋼の重切削による残留応力がどの程度あるかを測定し
て検出しておく必要がある。
発生する歪を回避するために、旋削加工をした鋼管や丸
棒鋼の重切削による残留応力がどの程度あるかを測定し
て検出しておく必要がある。
【０００４】従来、このような鋼素材の残留応力の測定
方法には、Ｘ線を用いた残留応力測定方法や、図２に示
すように、（ａ）で長尺管の加工品１の端部から１００
０ｍｍを残して、その内側を６０ｍｍづつ３個の試片に
切断して（ｂ）に示す試片２とし、次いでこの試片２の
１か所を、（ｃ）に示すように、例えば３ｍｍ厚のカッ
ター刃のフライスカッターにて縦割りしてスリット３を
設け、この縦割り後のスリット幅をノギスで測定して評
価する方法などが行われている。しかしながら、これら
の測定方法はいずれも破壊検査となるため、全数検査で
きない問題があった。
方法には、Ｘ線を用いた残留応力測定方法や、図２に示
すように、（ａ）で長尺管の加工品１の端部から１００
０ｍｍを残して、その内側を６０ｍｍづつ３個の試片に
切断して（ｂ）に示す試片２とし、次いでこの試片２の
１か所を、（ｃ）に示すように、例えば３ｍｍ厚のカッ
ター刃のフライスカッターにて縦割りしてスリット３を
設け、この縦割り後のスリット幅をノギスで測定して評
価する方法などが行われている。しかしながら、これら
の測定方法はいずれも破壊検査となるため、全数検査で
きない問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】素材の寸法にバラツキ
がある鋼素材の旋削加工においては過度な切削であれ重
切削となり、旋削後の加工品に残留応力が生じ、後工程
の熱処理などで歪となる。そこで、本発明は、この残留
応力を非破壊検査により全数検査で信頼性高く検査する
方法を提供するものである。
がある鋼素材の旋削加工においては過度な切削であれ重
切削となり、旋削後の加工品に残留応力が生じ、後工程
の熱処理などで歪となる。そこで、本発明は、この残留
応力を非破壊検査により全数検査で信頼性高く検査する
方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の手段は、請求項１の発明では、励磁コイル
および２個の検出コイルからなる渦流センサーの検出コ
イルを被検体の鋼材の鋼表面と微小間隔をあけて配置
し、該鋼材面に対し検出コイルを相対的に移動させ、励
磁コイルに高周波電流を流して渦電流を該鋼材に発生さ
せ、２個の検出コイルにて渦電流により生じる隣接した
該鋼材面の加工度の相違する残留応力の相違による抵抗
の差異から生じる磁気特性の差異に基づく信号の差異を
検出することを特徴とする渦電流を利用した渦流センサ
ーによる鋼材の残留応力の検出方法である。
めの本発明の手段は、請求項１の発明では、励磁コイル
および２個の検出コイルからなる渦流センサーの検出コ
イルを被検体の鋼材の鋼表面と微小間隔をあけて配置
し、該鋼材面に対し検出コイルを相対的に移動させ、励
磁コイルに高周波電流を流して渦電流を該鋼材に発生さ
せ、２個の検出コイルにて渦電流により生じる隣接した
該鋼材面の加工度の相違する残留応力の相違による抵抗
の差異から生じる磁気特性の差異に基づく信号の差異を
検出することを特徴とする渦電流を利用した渦流センサ
ーによる鋼材の残留応力の検出方法である。
【０００７】請求項２の発明では、被検体の鋼材は鋼管
あるいは丸棒鋼であることを特徴とする請求項１の手段
の渦電流を利用した渦流センサーによる鋼材の残留応力
の検出方法である。
あるいは丸棒鋼であることを特徴とする請求項１の手段
の渦電流を利用した渦流センサーによる鋼材の残留応力
の検出方法である。
【０００８】請求項３の発明では、被検体の鋼材は平角
材であることを特徴とする請求項１の手段の渦電流を利
用した渦流センサーによる鋼材の残留応力の検出方法で
ある。
材であることを特徴とする請求項１の手段の渦電流を利
用した渦流センサーによる鋼材の残留応力の検出方法で
ある。
【０００９】請求項４の発明では、磁気特性の差異に基
づく信号の差異の検出において、信号の大きさを２次元
表示のＸＹ座標で示すとき、渦電流探傷装置の固有のノ
イズであるガタ信号をＸ軸上に位置するように位相角度
を設定することにより、鋼材面の加工度の相違する残留
応力の相違による抵抗の差異から生じる磁気特性の差異
に基づく信号を位相をずらして表示することを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１項の手段の渦電流を利用し
た渦流センサーによる鋼材の残留応力の検出方法であ
る。
づく信号の差異の検出において、信号の大きさを２次元
表示のＸＹ座標で示すとき、渦電流探傷装置の固有のノ
イズであるガタ信号をＸ軸上に位置するように位相角度
を設定することにより、鋼材面の加工度の相違する残留
応力の相違による抵抗の差異から生じる磁気特性の差異
に基づく信号を位相をずらして表示することを特徴とす
る請求項１〜３のいずれか１項の手段の渦電流を利用し
た渦流センサーによる鋼材の残留応力の検出方法であ
る。
【００１０】本発明の上記の原理を説明すると、鋼材に
偏肉などのバラツキがあると、図１に示すように、加工
度の相違による残留応力の差異により、材料の抵抗率が
変化する。本発明はこのことを利用するものであり、抵
抗率が変化するとさらに磁気特性が変化する。そこで、
渦電流を利用する渦流センサーにより材料の磁気特性の
差を検出することで材料の残留応力が測定できることと
なる。
偏肉などのバラツキがあると、図１に示すように、加工
度の相違による残留応力の差異により、材料の抵抗率が
変化する。本発明はこのことを利用するものであり、抵
抗率が変化するとさらに磁気特性が変化する。そこで、
渦電流を利用する渦流センサーにより材料の磁気特性の
差を検出することで材料の残留応力が測定できることと
なる。
【００１１】さらに、渦電流を発生させることで生じる
磁気特性は、その鋼材の残留応力などによりその磁気特
性信号に位相差が生じ、これらの残留応力による磁気特
性信号には探傷装置固有のノイズである磁気信号特性で
あるガタ信号に対して、例えば４５°の位相差を有す
る。従って、これらの信号の位相をＸＹ軸からなる２次
元で表示するとき、図４に示すように探傷装置固有のノ
イズであるガタ信号をＸ軸上にくるように位相角度を設
定してＹ軸方向の値を０とするとき、残留応力による磁
気特性信号である残留応力信号は４５°の角度の方向に
表示され、的確に検出することができる。
磁気特性は、その鋼材の残留応力などによりその磁気特
性信号に位相差が生じ、これらの残留応力による磁気特
性信号には探傷装置固有のノイズである磁気信号特性で
あるガタ信号に対して、例えば４５°の位相差を有す
る。従って、これらの信号の位相をＸＹ軸からなる２次
元で表示するとき、図４に示すように探傷装置固有のノ
イズであるガタ信号をＸ軸上にくるように位相角度を設
定してＹ軸方向の値を０とするとき、残留応力による磁
気特性信号である残留応力信号は４５°の角度の方向に
表示され、的確に検出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を以下に図面
を参照して説明する。鋼素材はＪＩＳ 高炭素クロム軸
受鋼のＳＵＪ２の熱延による鋼管で、この鋼管の管素材
４から図５に示すベアリング外輪９あるいは図６に示す
ベアリング内輪１０に加工する。なお、これらの図にお
いて、符号の１１はベアリング鋼球を示す。この場合、
管素材４は熱延時に偏肉が生じている。このため管素材
の熱処理などにより生じた表面の脱炭層を削除する旋削
加工するときに、偏肉のため削り過ぎの重切削となり、
得られた管素材４の内部に残留応力部５が生じる。
を参照して説明する。鋼素材はＪＩＳ 高炭素クロム軸
受鋼のＳＵＪ２の熱延による鋼管で、この鋼管の管素材
４から図５に示すベアリング外輪９あるいは図６に示す
ベアリング内輪１０に加工する。なお、これらの図にお
いて、符号の１１はベアリング鋼球を示す。この場合、
管素材４は熱延時に偏肉が生じている。このため管素材
の熱処理などにより生じた表面の脱炭層を削除する旋削
加工するときに、偏肉のため削り過ぎの重切削となり、
得られた管素材４の内部に残留応力部５が生じる。
【００１３】そこで、この管素材４の残留応力部５を、
図３に示す励磁コイル８および２個の検出コイル７ａ、
７ｂを有する渦流センサーを用いて、渦流センサーの検
出コイル７ａ、７ｂを被検体の管素材４の鋼表面と微小
間隔をあけて配置し、該管素材４の面に対し検出コイル
７ａ、７ｂを相対的に移動させ、励磁コイル８に高周波
電流を流して渦電流を管素材４に発生させ、２個の検出
コイル７ａ、７ｂにて渦電流により生じる隣接したこの
管素材４の残留応力部５と良品部６の面の加工度の相違
する残留応力の相違による抵抗の差異から生じる磁気特
性の差異に基づく残留応力信号の差異を検出する。
図３に示す励磁コイル８および２個の検出コイル７ａ、
７ｂを有する渦流センサーを用いて、渦流センサーの検
出コイル７ａ、７ｂを被検体の管素材４の鋼表面と微小
間隔をあけて配置し、該管素材４の面に対し検出コイル
７ａ、７ｂを相対的に移動させ、励磁コイル８に高周波
電流を流して渦電流を管素材４に発生させ、２個の検出
コイル７ａ、７ｂにて渦電流により生じる隣接したこの
管素材４の残留応力部５と良品部６の面の加工度の相違
する残留応力の相違による抵抗の差異から生じる磁気特
性の差異に基づく残留応力信号の差異を検出する。
【００１４】以上の検出においては、管素材４の熱処理
時の脱炭層の深さが０．１〜０．３ｍｍであることか
ら、この脱炭層の旋削残しを検知するためにも、励磁コ
イル８の周波数は２５６ＫＨｚに設定する。探傷する鋼
材が平角材である場合、平角材の表面から０．３〜０．
５ｍｍの間隙をあけて２個の検出コイル７ａ、７ｂを配
置し、平角材と検出コイル７ａ、７ｂを相対的に移動さ
せながら測定する。
時の脱炭層の深さが０．１〜０．３ｍｍであることか
ら、この脱炭層の旋削残しを検知するためにも、励磁コ
イル８の周波数は２５６ＫＨｚに設定する。探傷する鋼
材が平角材である場合、平角材の表面から０．３〜０．
５ｍｍの間隙をあけて２個の検出コイル７ａ、７ｂを配
置し、平角材と検出コイル７ａ、７ｂを相対的に移動さ
せながら測定する。
【００１５】図７は、残留応力のある上記の加工品を渦
流センサーで検出した例を示すグラフであり、図７は縦
軸が信号高さ（Ｖ）であり、横軸は検出コイルの相対移
動の時間（ｓ）である。このグラフに示されるとおり、
残留応力部分は残留応力のない良品部に比し信号高さは
高く、管素材にキズがある場合に最も鋭くキズ信号が高
く表示されており、本発明の方法により的確に、残留応
力部分が検出されることがわかる。
流センサーで検出した例を示すグラフであり、図７は縦
軸が信号高さ（Ｖ）であり、横軸は検出コイルの相対移
動の時間（ｓ）である。このグラフに示されるとおり、
残留応力部分は残留応力のない良品部に比し信号高さは
高く、管素材にキズがある場合に最も鋭くキズ信号が高
く表示されており、本発明の方法により的確に、残留応
力部分が検出されることがわかる。
【００１６】さらに他の実施の形態では、磁気特性の差
異に基づく信号の差異の検出において、信号の大きさを
２次元表示のＸＹ座標で、図４のように示すもので、渦
電流探傷装置の固有のノイズであるガタ信号がある場合
に、このガタ信号をＸ軸上に位置するように位相角度を
設定する。この位相角度の設定により、鋼材面の加工度
の相違による残留応力の相違による抵抗の差異から生じ
る磁気特性の差異に基づく信号を位相をずらして表示す
ることができ、ガタ信号残と残留応力部信号を明確に判
断して検出することができることは、上記したとおりで
ある。
異に基づく信号の差異の検出において、信号の大きさを
２次元表示のＸＹ座標で、図４のように示すもので、渦
電流探傷装置の固有のノイズであるガタ信号がある場合
に、このガタ信号をＸ軸上に位置するように位相角度を
設定する。この位相角度の設定により、鋼材面の加工度
の相違による残留応力の相違による抵抗の差異から生じ
る磁気特性の差異に基づく信号を位相をずらして表示す
ることができ、ガタ信号残と残留応力部信号を明確に判
断して検出することができることは、上記したとおりで
ある。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、渦電流
を利用した渦流センサーにより、鋼材の加工に伴う残留
応力を的確に検出することができ、残留応力に基づく熱
処理により生じる材料の変形を事前に予測でき、残留応
力の少ない鋼材を的確に供給することができるものとな
る。
を利用した渦流センサーにより、鋼材の加工に伴う残留
応力を的確に検出することができ、残留応力に基づく熱
処理により生じる材料の変形を事前に予測でき、残留応
力の少ない鋼材を的確に供給することができるものとな
る。
【図１】鋼材の加工度と抵抗率の増加率の関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図２】従来の加工による残留応力に基づく歪を測定す
る鋼材の試験片の製造を模式的に示す図である。
る鋼材の試験片の製造を模式的に示す図である。
【図３】測定中の渦流センサーと被検体の鋼素材を模式
的に示す図である。
的に示す図である。
【図４】ＸＹ軸に２次元表示した渦流センサーの固有の
ガタ信号と被検体の鋼素材の加工に基づく磁気信号であ
る残留応力信号を示す図である。
ガタ信号と被検体の鋼素材の加工に基づく磁気信号であ
る残留応力信号を示す図である。
【図５】加工目的のベアリング外輪を示す断面図であ
る。
る。
【図６】加工目的のベアリング内輪を示す断面図であ
る。
る。
【図７】渦流センサーによる鋼素材の残留応力部と良品
部とキズ部の測定信号と時間の関係を示すグラフであ
る。
部とキズ部の測定信号と時間の関係を示すグラフであ
る。
１ 加工品
２ 切断品
３ スリット
４ 管素材
５ 残留応力部
６ 良品部
７ 検出コイル
８ 励磁
９ ベアリング外輪
１０ ベアリング内輪
１１ ベアリング鋼球
Claims (4)
- 【請求項１】 励磁コイルおよび２個の検出コイルから
なる渦流センサーの検出コイルを被検体の鋼材の鋼表面
と微小間隔をあけて配置し、該鋼材面に対し検出コイル
を相対的に移動させ、励磁コイルに高周波電流を流して
渦電流を該鋼材に発生させ、２個の検出コイルにて渦電
流により生じる隣接した該鋼材面の加工度の相違する残
留応力の相違による抵抗の差異から生じる磁気特性の差
異に基づく信号の差異を検出することを特徴とする渦電
流を利用した渦流センサーによる鋼材の残留応力の検出
方法。 - 【請求項２】 被検体の鋼材は鋼管あるいは丸棒鋼であ
ることを特徴とする請求項１に記載の渦電流を利用した
渦流センサーによる鋼材の残留応力の検出方法。 - 【請求項３】 被検体の鋼材は平角材であることを特徴
とする請求項１に記載の渦電流を利用した渦流センサー
による鋼材の残留応力の検出方法。 - 【請求項４】 磁気特性の差異に基づく信号の差異の検
出において、信号の大きさを２次元表示のＸＹ座標で示
すとき、渦電流探傷装置の固有のノイズであるガタ信号
をＸ軸上に位置するように位相角度を設定することによ
り、鋼材面の加工度の相違する残留応力の相違による抵
抗の差異から生じる磁気特性の差異に基づく信号を位相
をずらして表示することを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか１項に記載の渦電流を利用した渦流センサーによ
る鋼材の残留応力の検出方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002122640A JP2003315173A (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | 渦電流を利用した渦流探傷機による加工品の残留応力の検出方法 |
| CN 03110541 CN1441247A (zh) | 2002-02-12 | 2003-02-12 | 利用涡流的钢制品的非破坏检查方法及所用装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002122640A JP2003315173A (ja) | 2002-04-24 | 2002-04-24 | 渦電流を利用した渦流探傷機による加工品の残留応力の検出方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003315173A true JP2003315173A (ja) | 2003-11-06 |
Family
ID=29538192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002122640A Pending JP2003315173A (ja) | 2002-02-12 | 2002-04-24 | 渦電流を利用した渦流探傷機による加工品の残留応力の検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003315173A (ja) |
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| CN112629728A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-04-09 | 湖南航天天麓新材料检测有限责任公司智能检测装备分公司 | 基于涡流的铝合金残余应力测试装置及其测试方法 |
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| CN118150021A (zh) * | 2024-05-11 | 2024-06-07 | 江苏宣胜金属科技有限公司 | 一种无缝钢管横向残余应力检测设备 |
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-
2002
- 2002-04-24 JP JP2002122640A patent/JP2003315173A/ja active Pending
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