JP2007248420A

JP2007248420A - 軸部材の超音波探傷方法、超音波探傷装置および超音波探傷システム

Info

Publication number: JP2007248420A
Application number: JP2006076239A
Authority: JP
Inventors: Masaharu Nakamura; 正治中村; Yoshitaka Inoue; 義隆井上; Tomotoshi Matsumoto; 智敏松本; Masaaki Oka; 正明岡; Takashi Toyoshima; 崇豊嶋
Original assignee: SUMIJU SHIKEN KENSA KK; JFE Steel Corp
Current assignee: SUMIJU SHIKEN KENSA KK; JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-09-27

Abstract

【課題】軸部材の超音波探傷方法および装置を提供する。
【解決手段】軸部材の端面に、軸部材の周方向に回転可能に取り付けたフェーズドアレイ探触子から縦波の探傷超音波を入射し、前記探傷超音波は、セクタースキャン法により、軸部材で回転部材が圧入された部分を軸部材の軸方向に走査しつつ、軸部材周方向を探傷する。縦波の探傷超音波を発信するフェーズドアレイ探触子と、前記フェーズドアレイ探触子を固定するウェッジと前記ウェッジを超音波探傷を行う軸部材の軸端に、前記軸部材の回転方向と同方向に回転可能に保持する機構と前記ウェッジの回転角度検出器を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧延機のロール軸駆動装置やクレーンの減速機軸、及び電車・工業用駆動装置の車軸等の超音波探傷法および装置に関する。

圧延機やクレーンに用いられる軸部材は、疲労破壊が懸念されるため、定期的に、軸受け部を分解して疲労亀裂等のキズの有無を検査する開放検査が実施されている。しかし、圧延機やクレーンの減速機は大型機械で、開放検査には長い工期と多額の費用が必要なため、軸部材の端部から軸部材の欠陥を探傷する超音波探傷方法が提案されている。

特許文献１は、軸部材の超音波探傷方法および装置に関し（図３参照）、軸部材１００の欠陥、主に歯車２００などの回転部材が圧入された部分３００に発生する欠陥ａを検出するため、軸部材端面４００から超音波探傷を行う探触子構造体８５０において複数の探触子セグメント８００を円周方向に連続的に配置し逐次超音波を入射させ、または探触子セグメント８００は一つとし、円周方向に沿って移動させて、軸部材周方向の探傷を行うことが記載されている。

複数の探触子セグメント８００を円周上に配置した場合は、切り替えスイッチ９００で円周方向に電気的に走査させ、探傷データ収録解析装置６００で受信した欠陥信号を解析する。
特開平１１−２３５４０号公報

ところで、軸部材に歯車やカップリングなどが圧入された状態で超音波探傷すると、圧入部と非圧入部の境界部に圧入エコーが発生し、同一個所に発生した亀裂等のキズとの弁別が容易でない。

そのため、特許文献１記載の方法では、探傷に用いる超音波は横波で、横波水平波が超音波ビーム進行方向に対し、水平であることにより、欠陥検出性能を高め、圧入エコーの発生は抑制している。

しかし、横波を使用するため探触子セグメント８００と軸部材端面４００間は粘性の高い物質の薄膜５００などにより略密着状態とすることが必要で、探触子セグメント８００を一つとした場合においては、簡便な装置で移動させることはできず、探触子セグメント８００を複数とし、電気的に走査させる場合であっても、軸端面との間を密着状態とするためには軸部材の寸法毎の探触子構造体８５０を必要とする。

また、軸部材の超音波探傷では、レードルクレーンの主巻減速機軸は図４に示すような歯車２００を固定するため、段付軸１００が用いられるため、段付き部１１０に沿った亀裂等のキズａを段付き部１１０のバックエコーから弁別して探傷することも必要とされる。

そこで本発明は、軸部材の端面側から超音波を入射し、軸部材で回転部材が圧入された部分において発生した亀裂等のキズを検出する、軸部材の超音波探傷方法、装置およびそのシステムを提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．軸部材の端面に、軸部材の周方向に回転可能に取り付けたフェーズドアレイ探触子から縦波の探傷超音波を入射し、亀裂等のキズを探傷する軸部材の超音波探傷方法であって、
前記探傷超音波は、セクタースキャン法により、軸部材で回転部材が圧入された部分を軸部材の軸方向に走査しつつ、軸部材周方向を探傷することを特徴とする軸部材の超音波探傷方法。
２．前記軸部材が段付軸であることを特徴とする１記載の軸部材の超音波探傷方法。
３．縦波の探傷超音波を発信するフェーズドアレイ探触子と、前記フェーズドアレイ探触子を固定するウェッジと前記ウェッジを超音波探傷を行う軸部材の軸端に、前記軸部材の回転方向と同方向に回転可能に保持する機構と前記ウェッジの回転角度検出器を備えたことを特徴とする軸部材の超音波探傷装置。
４．軸部材の端面に、軸部材の周方向に回転可能に取り付けたフェーズドアレイ探触子から縦波の探傷超音波を入射し、亀裂等のキズを探傷する軸部材の超音波探傷システムであって、前記探傷超音波は、セクタースキャン法により、軸部材で回転部材が圧入された部分を軸部材の軸方向に走査しつつ、軸部材周方向を探傷し、探傷データを画像化することにより亀裂等のキズ解析をすることを特徴とする軸部材の超音波探傷システム。

本発明は、フェーズドアレイ探触子を端面内に配置することができる軸径の軸部材であれば、適用可能で汎用性が高く、鉄鋼産業で用いられる圧延機の駆動装置やレードルクレーン減速機及び電車、工業用駆動装置の車軸等の大形重要設備の軸部材の亀裂等のキズの有無を開放検査することなく、確認することが可能で、産業上極めて有用である。

本発明は、軸部材で、歯車などの回転部材が圧入された部分に発生する疲労亀裂等のキズなどの欠陥を、軸部材の端面からフェーズドアレイ探触子による縦波の探傷超音波を入射して探傷することを特徴とする。

図１は本発明の一実施例に係る超音波探傷装置を用いて減速機の軸部材を対象に、超音波探傷を実施している状況、図２は図１に示した超音波探傷装置の側面図を示し、図において１は超音波探傷装置、２は回転角度検出器、３は回転角度検出器２の取付け冶具、４は減速機、１１はフェーズドアレイ探触子、１２は探傷データ収録解析装置、１３はフェーズドアレイ探触子１１を固定したウェッジ、１４はウェッジ１３を軸部材の端面に固定する冶具、４１は歯車、４２はベアリング、４３は軸部材、４４は軸部材４３の端面、４５は段付き部、ａは疲労亀裂等のキズ、ｂはセクタースキャン角度を示す。

減速機４は、軸部材４３に歯車４１が圧入され、その両端はベアリング４２で支持されている。軸部材４３は段付き軸で、歯車４１は段付き部４５によって一方の側面が固定されている。このような軸部材４３においては、疲労亀裂等のキズａは段付き部４５の圧入側に発生する。

一方、本発明に係る超音波探傷装置１は、フェーズドアレイ探触子１１と、フェーズドアレイ探触子１１を固定するウェッジ１３を備え、ウェッジ１３はそれ自体が回転して、フェーズドアレイ探触子１１による超音波が軸部材４３の周方向を全周に亘って探傷できるように、冶具１４で軸部材４３の端面４４に取り付けられる。フェーズドアレイ探触子１１を固定するウェッジ１３は円板タイプであっても構わない。

冶具１４はウェッジ１３を回転可能に保持しながら、軸部材４３の端面４４に取りつくことが必要で、例えば、ローラベアリングをガイド部とするマグネット付きガイドとする。

また、超音波探傷装置１には、周方向における探傷位置を特定するため、ウェッジ１３の回転角度を検出する、例えば、ロータリーエンコーダ等の回転角度検出器２を取り付ける。

本発明に係る超音波探傷装置１では、探傷超音波として縦波の超音波を用いるので、フェーズドアレイ探触子１１と端面４４の接触媒質（図１では省略）として粘度の低い水、油などを使用し、横波水平波のように両者間を接着あるいは粘着させる必要がなく、上述した簡便な装置構成でフェーズドアレイ探触子１１を回転させることが可能である。

フェーズドアレイ探触子１１は複数の振動子が埋め込まれたアレイ探触子で、同時励振グループのアレイ探触子にナノセコント単位の時間差をつけて駆動させることによりある距離に超音波ビームをフォーカスさせることができる。

図１に示した状態では、フェーズドアレイ探触子１１から発信された縦波超音波ビームは軸部材４３で歯車４１が圧入された部分にフォーカスされ、その状態でセクタースキャン法（角度振り法）によりセクタースキャン角度ｂだけ、軸部材の半径方向に振って、圧入された部分およびその近傍軸部材の軸方向全域を走査する。

ウェッジ１３が回転することにより、フェーズドアレイ探触子１１からは、軸部材の周方向の全周に亘って軸部材４３で歯車４１が圧入された部分にフォーカスされた状態で縦波超音波ビームが発信される。

フェーズドアレイ探触子１１から発信された縦波超音波は疲労亀裂等のキズａがあれば、その先端で散乱反射して得られる端部エコーがフェーズドアレイ探触子１１に戻り、画像表示機能を備えた探傷データ収録解析装置１２に送信されて探傷データとして記録される。

本発明に係わる超音波探傷装置１では、フェーズドアレイ探触子１１の回転角度を回転角度検出器２で検出するので、探傷データ解析装置１２では、得られた探傷データを、Ｘ座標：軸部材の円周方向、Ｙ座標：軸芯からの半径方向、Ｚ座標：軸端面からの軸長方向と定義すると、Ｘ−Ｙ座標表示（Ｃスコープ表示）、Ｘ−Ｚ座標表示（Ｂスコープ表示）、Ｙ−Ｚ座標表示（Ｄスコープ表示）が可能で、亀裂等のキズエコーとキズ周囲からのエコーを相対的に比較でき、亀裂等のキズ検出が容易となる。

軸長さ方向の全長についてキズ探傷を行う場合は、上述したＸ，Ｙ座標軸で得られた探傷データは、軸全長（Ｚ方向）についても表示する。

尚、キズ周囲からのエコーとして、軸部材に回転部材を圧入すると圧入部には嵌合エコーが発生し、軸部材が段付き軸の場合は、段付き部からバックエコーが発生し、いずれも亀裂等のキズエコーの探傷において疑似エコーとなるが、フェーズドアレイ探触子１１を用いたセクタースキャン法による探傷により、亀裂等のキズエコー（端部エコー）との弁別を容易とすることが可能である。

本発明の一実施例に係る超音波探傷装置の構成を示す図。図１に示した超音波探傷装置の側面図を示す図。従来例。段付き軸を説明する図。

符号の説明

１超音波探傷装置
２回転角度検出器
３取付け冶具
４減速機
１１フェーズドアレイ探触子
１２探傷データ収録解析装置
１３ウェッジ
１４冶具
４１歯車
４２ベアリング
４３軸部材
４４端面
４５段付き部
ａ疲労亀裂等のキズ
ｂセクタースキャン角度
１００軸部材１００
１１０段付き部
２００歯車２００
３００圧入された部分
４００軸部材端面
５００薄膜
６００探傷データ収録解析装置
８００探触子セグメント
８５０探触子構造体
９００切り替えスイッチ

Claims

軸部材の端面に、軸部材の周方向に回転可能に取り付けたフェーズドアレイ探触子から縦波の探傷超音波を入射し、亀裂等のキズを探傷する軸部材の超音波探傷方法であって、
前記探傷超音波は、セクタースキャン法により、軸部材で回転部材が圧入された部分を軸部材の軸方向に走査しつつ、軸部材周方向を探傷することを特徴とする軸部材の超音波探傷方法。
前記軸部材が段付軸であることを特徴とする請求項１記載の軸部材の超音波探傷方法。
縦波の探傷超音波を発信するフェーズドアレイ探触子と、前記フェーズドアレイ探触子を固定するウェッジと前記ウェッジを超音波探傷を行う軸部材の軸端に前記軸部材の回転方向と同方向に回転可能に保持する機構と前記ウェッジの回転角度検出器を備えたことを特徴とする軸部材の超音波探傷装置。
軸部材の端面に、軸部材の周方向に回転可能に取り付けたフェーズドアレイ探触子から縦波の探傷超音波を入射し、亀裂等のキズを探傷する軸部材の超音波探傷システムであって、前記探傷超音波は、セクタースキャン法により、軸部材で回転部材が圧入された部分を軸部材の軸方向に走査しつつ、軸部材周方向を探傷し、得られた探傷データを画像化することにより亀裂等のキズ解析をすることを特徴とする軸部材の超音波探傷システム。