JP2007309664A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部疵の検出精度に優れた超音波探傷装置の提供。
【解決手段】超音波探傷装置１０は、探触子１４と、この探触子１４に接続された制御盤１６とを備えている。探触子１４は、丸棒鋼１２の周りを相対的に回転する。丸棒鋼１２は、矢印Ａの方向に進行する。この探触子１４は、アレイ探触子である。この探触子１４からは、第一入射波及び第二入射波が発せられる。第二入射波が丸棒鋼１２の内部を進行する方向は、第一入射波が丸棒鋼１２の内部を進行する方向とは異なる。第一入射波によって検出されない内部疵が、第二入射波によって検出されうる。第二入射波によって検出されない内部疵が、第一入射波によって検出されうる。第一入射波の進行方向と第二入射波の進行方向とのなす角度は、１０°以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属製丸棒材の内部疵の有無が、超音波が利用されて検査される方法に関する。

特殊鋼からなる丸棒鋼は、鋼片が圧延されることで得られる。通常は、タンデムに並べられた粗列圧延機、中間列圧延機及び仕上列圧延機による多段圧延が施される。この圧延によって鋼片は徐々に細径化し且つ長尺化して、丸棒鋼が得られる。

丸棒鋼に、内部疵が存在することがある。内部疵は、鋼片に存在する介在物に起因することが多い。大きな内部疵は、丸棒鋼の品質を損なう。メーカーは、内部疵の原因である介在物の低減の目的で、精錬段階で種々の対策を施している。しかし、内部疵を完全に防止することは、不可能である。鋼材メーカーは丸棒鋼の内質を検査し、大きな疵が検出されなかった丸棒鋼のみを出荷している。検査には、超音波探傷方法が採用される。

図７は、従来の超音波探傷方法の様子が示された模式図である。この探傷方法では、探触子２から発せられた超音波が丸棒鋼に入射する。丸棒鋼に内部疵４がある場合は、図７（ａ）に示されるように、入射波６がこの内部疵４で反射される。この反射波８が探触子２で感知されることで、内部疵４が検出される。探触子２が丸棒鋼の周りを相対的に回転することで、丸棒鋼の横断面全領域にわたって検査が行われる。丸棒鋼が長さ方向に進行することで、長さ方向全領域にわたって検査が行われる。超音波探傷方法の一例が、特開２００５−８４０３６公報に開示されている。
特開２００５−８４０３６公報

内部疵には、線状又は面状のものも存在する。入射波６の方向がこれらの内部疵４の延在方向と直行しない場合、図７（ｂ）に示されるように、反射波８が探触子２の方向とは異なる方向へ進行する。この場合、探触子２で反射波８が感知されにくく、内部疵４の見落としが生じるおそれがある。

図７（ａ）と図７（ｂ）との対比から明らかなように、超音波探傷方法では、入射波６の進行方向と直交する方向に延在する内部疵４は検出されやすい。一方、入射波６の進行方向に延在する内部疵４は、検出されにくい。

本発明の目的は、内部疵の検出精度に優れた超音波探傷装置及びこれを用いた探傷方法の提供にある。

本発明に係る超音波探傷装置は、所定の方向に沿って金属製丸棒材の内部を進行する第一入射波と、この第一入射波の進行方向とは異なる方向に沿って丸棒材の内部を進行する第二入射波とを発しうる。

好ましくは、超音波探傷装置は、丸棒材の周りを相対的に回転するアレイ探触子を備える。このアレイ探触子が、第一入射波及び第二入射波を発する。好ましくは、超音波探傷装置は、第一入射波の進行方向及び第二入射波の進行方向とは異なる方向に沿って丸棒材の内部を進行する第三入射波をさらに発しうる。

本発明に係る超音波探傷方法は、
（１）超音波である第一入射波が、所定の方向に沿って金属製丸棒材の内部を進行するス テップ、
（２）この第一入射波が丸棒材の内部疵で反射されて発生する第一反射波が感知されるス テップ、
（３）超音波である第二入射波が、第一入射波の進行方向とは異なる方向に沿って丸棒材 の内部を進行するステップ
及び
（４）この第二入射波が内部疵で反射されて発生する第二反射波が感知されるステップ
を含む。好ましくは、第二入射波は、第一入射波が発せられるアレイ探触子から発せられる。

好ましくは、この探傷方法は、
（５）超音波である第三入射波が、第一入射波の進行方向及び第二入射波の進行方向とは 異なる方向に沿って丸棒材の内部を進行するステップ
及び
（６）この第三入射波が内部疵で反射されて発生する第三反射波が感知されるステップ
をさらに含む。

この超音波探傷方法では、互いに進行方向が異なる第一入射波及び第二入射波が用いられる。第一入射波では検出されない内部疵が第二入射波によって検出される場合があり、第二入射波では検出されない内部疵が第二入射波によって検出される場合がある。この探傷方法は、検出精度に優れる。

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置１０が丸棒鋼１２（丸棒材）と共に示された斜視図である。この装置１０は、探触子１４と、この探触子１４に接続された制御盤１６とを備えている。探触子１４は、丸棒鋼１２の周りを相対的に回転する。丸棒鋼１２は、矢印Ａの方向に進行する。

図２は、図１の装置１０の探触子１４の作動状態が説明されるための概念図である。この探触子１４は、遅延回路１８と多数の励振素子２０とを備えている。これら励振素子２０は、図２における左右方向に並んでいる。それぞれの励振素子２０は、遅延回路１８に接続されている。遅延回路１８からは、それぞれの励振素子２０に向けて励振パルス２２が発せられる。励振パルス２２を受信すると、励振素子２０は超音波２４を発する。遅延回路１８により、励振パルス２２が発せられるタイミングが励振素子２０ごとに設定されうる。つまりこの探触子１４は、いわゆるアレイ探触子である。

図２の例では、中央に位置する２つの励振素子２０が、最も遅く励振パルス２２を受信している。中央から離れた励振素子２０ほど、励振パルス２２を早く受信している。中央に位置する２つの励振素子２０は、最も遅れて超音波２４を発している。中央から離れた励振素子２０ほど、超音波２４を早く発している。このタイミングのズレにより、図２に示されるように、超音波２４の群は焦点Ｆ１で集束する。図２において矢印Ｕ１で示されているのは、入射波の進行方向である。

図３にも、探触子１４が示されている。図３の例では、左端の励振素子２０が、最も遅く励振パルス２２を受信している。この左端の励振素子２０から離れた励振素子２０ほど、励振パルス２２を早く受信している。この左端の励振素子２０は、最も遅れて超音波２４を発している。この左端の励振素子２０から離れた励振素子２０ほど、超音波２４を早く発している。このタイミングのズレにより、図３に示されるように、超音波２４の群は焦点Ｆ２で集束する。図３において矢印Ｕ２で示されているのは、入射波の進行方向である。

図２及び図３の対比から明らかなように、進行方向Ｕ２は、進行方向Ｕ１とは異なっている。この探触子１４では、励振パルス２２の発信のタイミングの制御により、入射波の進行方向が任意に設定されうる。この装置１０では、進行方向がＵ１である第一入射波が発せられた直後に、進行方向がＵ２である第二入射波が発せられうる。さらに、進行方向がＵ２である第二入射波が発せられた直後に、進行方向がＵ１である第一入射波が発せられうる。この装置１０では、２種類の入射波が、交互にかつ繰り返し発せられうる。入射波の進行方向の制御は、制御盤１６によってなされる。前述の通り、丸棒鋼１２は長手方向に進行しているので、入射波の入射位置は、徐々に後方へと移動する。

図４は、図１の装置１０で丸棒鋼１２が検査されている様子が示された模式図である。図４（ａ）には、内部疵３０ａが示されている。図４（ｂ）には、内部疵３０ｂが示されている。この内部疵３０ｂの延在方向は、内部疵３０ａの延在方向とは異なっている。前述のように、探触子１４からは進行方向が異なる２種の入射波が発せられる。この入射波は、丸棒鋼１２に入射する。図４（ａ）には、第一入射波２６が実線で示されており、第二入射波２８が点線で示されている。図４（ｂ）には第二入射波２８が実線で示されており、第一入射波２６が点線で示されている。第一入射波２６及び第二入射波２８は、単一の探触子１４から発せられたものである。第二入射波２８の進行方向は、第一入射波２６の進行方向とは異なっている。

図４（ａ）に示されるように、第一入射波２６は内部疵３０ａで反射される。反射により、第一反射波３２が発生する。図４（ａ）では、内部疵３０ａの延在方向は、第一入射波２６の進行方向とほぼ直行している。従って、第一反射波３２は第一入射波２６とほぼ逆方向に進行する。この第一反射波３２は、探触子１４で感知される。感知により、内部疵３０ａの存在が検出される。

図４（ｂ）に示されるように、第二入射波２８は内部疵３０ｂで反射される。反射により、第二反射波３４が発生する。図４（ｂ）では、内部疵３０ｂの延在方向は、第二入射波２８の進行方向とほぼ直行している。従って。第二反射波３４は、第二入射波２８とほぼ逆方向に進行する。この第二反射波３４は、探触子１４で感知される。感知により、内部疵３０ｂの存在が検出される。

図４（ｂ）に示されるように、第一入射波２６は内部疵３０ｂの延在方向に対して斜めに進行する。この第一入射波２６が内部疵３０ｂに反射されて発生する第一反射波３２は、内部疵３０ｂの延在方向に対して斜め方向に進行する。この第一反射波３２は、探触子１４で感知されないおそれがある。もし探触子１４から第一入射波２６のみが発せられ、第二入射波２８が発せられない場合、内部疵３０ｂが見落とされるおそれがある。本発明では、第一入射波２６と共に第二入射波２８が発せられるので、内部疵３０ｂが見落とされない。

図４（ａ）に示されるように、第二入射波２８は内部疵３０ａの延在方向に対して斜めに進行する。この第二入射波２８が内部疵３０ａに反射されて発生する第二反射波３４は、内部疵３０ａの延在方向に対して斜め方向に進行する。この第二反射波３４は、探触子１４で感知されないおそれがある。もし探触子１４から第二入射波２８のみが発せられ、第一入射波２６が発せられない場合、内部疵３０ａが見落とされるおそれがある。本発明では、第二入射波２８と共に第一入射波２６が発せられるので、内部疵３０ａが見落とされない。

この超音波２４探傷装置１０では、互いに進行方向が異なる２種の入射波２６、２８により、内部疵３０の検出精度が高められる。精度の観点から、第一入射波２６の進行方向と第二入射波２８の進行方向とのなす角度は１０°以上が好ましく、１５°以上がより好ましく、２０°以上が特に好ましい。角度は、４０°以下が好ましい。好ましい入射波の一例としては、丸棒鋼１２の表面の法線方向に対する角度が４５°である第一入射波２６と、この角度が６５°である第二入射波２８との組み合わせが挙げられる。

この装置１０では、２種の入射波２６、２８の発生が１つの探触子１４によって達成される。従って、この装置１０はコンパクトである。探触子１４から、互いに進行方向が異なる３種以上の入射波が発せられてもよい。３種の入射波が発せられる場合の例としては、丸棒鋼１２の表面の法線方向に対する角度が４５°である第一入射波、この角度が５５°である第二入射波及びこの角度が６５°である第三入射波の組み合わせが挙げられる。

図５は、本発明の他の実施形態に係る超音波探傷装置３６が丸棒鋼１２と共に示された斜視図である。この装置３６は、第一探触子３８、第二探触子４０及び制御盤４２を備えている。第一探触子３８及び第二探触子４０は、制御盤４２に接続されている。第一探触子３８及び第二探触子４０は、丸棒鋼１２の周りを相対的に回転する。丸棒鋼１２は、矢印Ａの方向に進行する。

第一探触子３８及び第二探触子４０は、いわゆるアレイ探触子ではない。第一探触子３８からは、第一入射波のみが発せられる。この第一入射波の第一探触子３８に対する角度は、不変である。第二探触子４０からは、第二入射波のみが発せられる。この第二入射波の第二探触子４０に対する角度は、不変である。第二入射波の進行方向は、第一入射波の進行方向とは異なる。この装置３６では、第一探触子３８によって検出され得ない内部疵が第二探触子４０によって検出されうる。この装置３６では、第二探触子４０によって検出され得ない内部疵が第一探触子３８によって検出されうる。この装置３６でも、高い検出精度が達成されうる。

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。

［実施例１］
内部疵を有する丸棒鋼Ａを、図１から図４に示された装置によって検査した。第一入射波の角度を４５°に設定し、第二入射波の角度を６５°に設定した。超音波の周波数を、７ＭＨｚに設定した。１本の丸棒鋼の検査を１００回繰り返したところ、８０回の検査において、内部疵が検出された。検出率は、８０％である。この内部疵を顕微鏡で観察したところ、図６（ａ）に示される形状であった。

［実施例２］
第一入射波の角度を５５°に設定した他は実施例１と同様にして、繰り返し検査を行った。内部疵の検出率は、８０％であった。

［比較例１］
第一入射波の角度を６５°に設定した他は実施例１と同様にして、繰り返し検査を行った。この検査では、１種の入射波のみが用いられた。内部疵の検出率は、２５％であった。

［実施例３］
内部疵を有する他の丸棒鋼Ｂを用いた他は実施例１と同様にして、繰り返し検査を行った。検出率は、７５％であった。この内部疵を顕微鏡で観察したところ、図６（ｂ）に示される形状であった。

［実施例４］
第二入射波の角度を５５°に設定した他は実施例３と同様にして、繰り返し検査を行った。検出率は、６０％であった。

［比較例２］
第二入射波の角度を４５°に設定した他は実施例３と同様にして、繰り返し検査を行った。この検査では、１種の入射波のみが用いられた。検出率は、２０％であった。

この評価の結果が、下記の表１に示されている。

表１の評価結果から、本発明の優位性は明らかである。

本発明は、丸棒鋼のみならず、断面が円形である種々の棒材に適用されうる。

図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置が丸棒鋼と共に示された斜視図である。 図２は、図１の装置の探触子の作動状態が説明されるための概念図である。 図３は、図１の装置の探触子の作動状態が説明されるための概念図である。 図４は、図１の装置で丸棒鋼が検査されている様子が示された模式図である。 図５は、本発明の他の実施形態に係る超音波探傷装置が丸棒鋼と共に示された斜視図である。 図６は、実施例に係る超音波探傷方法に供された丸棒鋼が示された断面図である。 図７は、従来の超音波探傷方法の様子が示された模式図である。

符号の説明

１０、３６・・・超音波探傷装置
１２・・・丸棒鋼
１４・・・探触子
１６、４２・・・制御盤
１８・・・遅延回路
２０・・・励振素子
２２・・・励振パルス
２４・・・超音波
２６・・・第一入射波
２８・・・第二入射波
３０ａ、３０ｂ・・・内部疵
３２・・・第一反射波
３４・・・第二反射波
３８・・・第一探触子
４０・・・第二探触子
Ｆ・・・集束点

Claims (6)

1. 所定の方向に沿って金属製丸棒材の内部を進行する第一入射波と、この第一入射波の進行方向とは異なる方向に沿って丸棒材の内部を進行する第二入射波とを発しうる超音波探傷装置。
2. 上記丸棒材の周りを相対的に回転するアレイ探触子を備えており、このアレイ探触子が第一入射波及び第二入射波を発する請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 上記第一入射波の進行方向及び第二入射波の進行方向とは異なる方向に沿って丸棒材の内部を進行する第三入射波をさらに発しうる請求項１に記載の超音波探傷装置。
4. 超音波である第一入射波が、所定の方向に沿って金属製丸棒材の内部を進行するステップ、
   この第一入射波が丸棒材の内部疵で反射されて発生する第一反射波が感知されるステップ、
   超音波である第二入射波が、第一入射波の進行方向とは異なる方向に沿って丸棒材の内部を進行するステップ
   及び
   この第二入射波が内部疵で反射されて発生する第二反射波が感知されるステップ
   を含む超音波探傷方法。
5. 上記第二入射波が、第一入射波が発せられるアレイ探触子から発せられる請求項４に記載の探傷方法。
6. 超音波である第三入射波が、第一入射波の進行方向及び第二入射波の進行方向とは異なる方向に沿って丸棒材の内部を進行するステップ
   及び
   この第三入射波が内部疵で反射されて発生する第三反射波が感知されるステップ
   をさらに含む請求項４に記載の超音波探傷方法。

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