JP2009293995A - 自動探傷における超音波の鋼中伝搬確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動超音波探傷における超音波の鋼中伝播を確認する方法を提供する。
【解決手段】 自動探傷における超音波の鋼中伝播確認をする方法であって、鋼材に入射した超音波の反射波である底面エコーとキズエコーを監視することで、鋼中を超音波が伝播していることを自動で確認することを特徴とする自動探傷における超音波の鋼中伝播確認方法。上記において、底面エコーの閾値を２０％以下に設定した超音波の鋼中伝播確認方法。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動超音波探傷における超音波の鋼中伝播を確認する方法に関するものである。

一般に、超音波探傷法は、超音波発信器から発信された高周波電圧を探触子で超音波に変換し、媒体を通して被検材に入射させて、その反射波を利用することにより、内部欠陥の有無を調べる方法である。この超音波探傷装置による被検材のオンライン探傷において、被検材形状がその全長の途中で変化することにより、所望の探傷域を精度よく探傷できなくなることを防ぐために、例えば特開昭６３−５２０５６号公報（特許文献１）に開示されているように、探傷用ゲート以外に基準となる反射源からの反射エコーを監視する基準反射源監視用ゲートを設けておき、基準反射源からの反射エコーを常に監視し、前回探傷条件補正時に記憶された基準反射源からの反射エコーの最大エコー高さ、最大エコー検出屈折角の内、少なくとも一方が所定の許容値以上に変化したときに探傷条件を補正するオンライン探傷途中での探傷条件の補正法が提案されている。

一方、特殊鋼からなる丸棒鋼は、鋼塊又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。この圧延によってビレットは徐々に細径化し且つ長尺化して、丸棒鋼が得られる。この工程において、鋼塊及び鋼片に存在する介在物は、長尺化に伴い、丸棒鋼の長手方向に延在する。この介在物は円柱状を呈する。この介在物がアルミナ等の高硬度物質である場合は、圧延によっても変形せず、粒状を呈することがある。すなわち、これらの介在物は内部疵である。また、この内部疵の程度によっては、この内部疵が丸棒鋼の品質を低下させ、使用に支障を来たすことになる。

そこで、このような内部疵を検出するためには、回転しながら長手方向に送られる棒鋼を、この棒鋼がその中を通過し、かつ回転するリング状部材の内側に取り付けられた超音波探触子によって、上記棒鋼の外周面をスパイラル状に走査して、上記棒鋼の欠陥を検出する超音波探傷装置がある。これは、超音波を棒鋼または鋼板へ発信したものが鋼の表面から鋼中に進入し、鋼の底面で反射し、底面エコーとして跳ね返される間に、疵、介在物等の材質の不均質部が鋼中に存在すれば、超音波が底面エコーよりも先にキズエコーとして跳ね返されることを利用し、それらの反射エコーを横軸に時間、縦軸に波高値をとってあらわすことにより、キズの位置を検出する仕組である。

ここで、エコーとは反射または特殊な伝送特性に起因して主パルスの前後の位置に生じる（小さな）パルスをいい、試験体のきず、底面、境界面などから反射して受信されたパルス、およびそれが探傷機の表示器に現れた指示をいう。すなわち、被検体の音響的不連続部分、または音響的不均質部分から反射された超音波信号である。
特開昭６３−５２０５６号公報

しかしながら、超音波を発信する探触子と棒鋼または鋼板の間に水が充満されいる状態で水を媒体として超音波を発信するものであるが、例えば設備上探触子と棒鋼または鋼板の間に水が充満されない状態での探触子と棒鋼または鋼板の間に空間が発生すると、超音波は、棒鋼または鋼板へ伝播せず探傷が実施できない。また、探傷を手動で行う超音波探傷においては、探傷波形の確認を行いながら探傷を行うため、棒鋼または鋼板への超音波の伝播状況、つまりは底面エコーの監視が常に行われた状態となっている。

一方、自動超音波探傷においては、被検査材が連続して投入されることと、１本当たりの探傷時間が短いことから、超音波が確実に鋼中を伝播しているかの確認、底面エコーの確認を行うことは困難である。また、これを自動で行なうような装置、方法は従来提案されていない。これを解決するために、棒鋼または鋼板へ入射した超音波の底面エコーとキズエコーを監視しうる方法を見出した。

上述のような問題を解消するために、発明者等は鋭意検討をした結果、棒鋼または鋼板へ入射された超音波の反射波である底面エコーとキズエコーを監視することにより、被検査材に起因する減衰、キズの多発による減衰も含めて監視を行える方法を提供することである。

その発明の要旨とするところは、
（１）自動探傷における超音波の鋼中伝播確認をする方法であって、鋼材に入射した超音波の反射波である底面エコーとキズエコーを監視することで、鋼中を超音波が伝播していることを自動で確認することを特徴とする自動探傷における超音波の鋼中伝播確認方法。（２）前記（１）において、底面エコーの閾値を２０％以下に設定したことを特徴とする超音波の鋼中伝播確認方法にある。

以上述べたように、本発明による鋼材の底面エコーとキズエコーを監視することで鋼中を超音波が伝播していることを自動で確認することが可能となり、特に超音波装置での媒体水の異常、ないしは鋼中の結晶粒の粗い鋼種において、正常に鋼材全領域の検出が出来ているかの保証ができる極めて優れた効果を奏するものである。

図１は、本発明に係る鋼材を超音波探傷するための原理とその探傷図形を示す図である。図１（ａ）は超音波探傷するための原理を示す図であり、図１（ｂ）は超音波探傷による出力信号波形を示す図である。この図１（ａ）に示すように、例えば棒鋼１等の長尺披検査材を超音波を発生させる探触子２から、棒鋼１に対して超音波ビーム３が投射され、投射された超音波ビーム３は、底面４で反射した底面エコー５とキズ６で反射したキズエコー７とがパルスとして示される。一方、図１（ｂ）に示す超音波探傷による出力信号波形については、横軸を時間、縦軸を反射波の高さ（エコー高さ）にとり、横軸の反射源までの距離をビーム路程といい、キズエコーのビーム路程８と底面エコーのビーム路程９で示している。

図２は、本発明に係る超音波探傷装置の拡大図である。この図に示すように棒鋼１が水１０の充填しながら回転するオリフィスカセット１１中を通過し、その内側に取り付けられた超音波探触子２によって、上記棒鋼の外周面をスパイラル状に走査して、上記棒鋼１の欠陥を検査する超音波探傷装置である。

図３は、本発明に係る底面エコーとキズエコーの関係を示す図である。図３（ａ）は、キズのない良好な棒鋼の場合で、底面エコー閾値Ｂのみが現れている。図３（ｂ）は、微細なキズのある棒鋼の場合で、キズエコー閾値Ｆと底面エコー閾値Ｂが現れている。図３（ｃ）は、巨大なキズのある棒鋼の場合で、キズエコー閾値Ｆが大きく底面エコー閾値ＢがＦ＞Ｂとなる。この図３に示すように、図３（ａ）と（ｂ）の場合は、Ｂが一定の高さを持っているか否かを監視しておけば良いが、図３（ｃ）の場合は、キズの減衰によって底面エコー閾値Ｂも低くなっている場合があるので、常にＦとＢとの関係を監視する必要がある。

そこで、巨大キズによる減衰が大きくなり、底面エコー閾値Ｂが低下する場合は巨大キズの流出防止を図る目安として大きく実験結果から２０％を臨界値と定めた。すなわち、２０％を超えた場合は正常と判断し、２０％以下の場合であっても図３（ｂ）の場合にＦ＜Ｂであれば超音波が伝播していると考えられるが、しかし、図３（ｃ）の場合は、Ｆ＞Ｂとなり、減衰が大きく超音波の伝播が確認できないことから、その底面エコーの閾値を２０％以下に設定した。なお、この底面エコーの閾値は、鋼種、用途等を考慮してユーザー毎に設定可能な値である。

図４は、探傷状態を監視可能とするフローを示す図である。この図４に示すように、エコーを監視する際に、その底面エコー閾値をキズエコーの最小閾値と同値の２０％に設定する。その基準１２において判断を行ない、底面エコー閾値２０％を超えれば探傷状態良好と判断し、２０％以下であれば、もう一方の監視項目であるキズエコーの閾値１３の判断を行なう。このキズエコーの閾値が２０％未満であれば探傷状態不良と判断し、キズエコーの閾値が２０％以上となれば探傷状態良好１４と判断する。これら２つの判断の結果、探傷状態不良１５とされた場合は、未探傷状態として、警報を発する。

以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示すように、Ｎｏ．１〜３は、図３（ａ）に示すように底面エコー閾値のみであり、底面エコー閾値Ｂが一定の高さを持っているかを監視すれば良く、探傷状態良好とする。Ｎｏ．４〜６は、図３（ｂ）に示す場合であって、Ｎｏ．４、５は底面エコー閾値が１０、２０の場合であり、キズエコーの閾値は底面エコー閾値より低い値を示していることから微細キズと判断し、探傷状態良好とする。Ｎｏ．６は、底面エコー閾値が２０％より超えているがキズエコーの閾値が底面エコー閾値より低い値を示していることから、微細キズと判断し、探傷状態良好とする。Ｎｏ．７〜９は、底面エコー閾値が２０％以下であるが、キズエコーの閾値は底面エコー閾値より低い値を示していることから巨大キズと判断し、探傷状態不良とする。Ｎｏ．１０は、底面エコー閾値が２０％を超え、かつキズエコーの閾値は底面エコー閾値より高い値を示していることから巨大キズと判断し、探傷状態不良とする。

以上のように、底面エコーの閾値を２０％以下に設定し、鋼材の底面エコーとキズエコーを監視することで鋼中を超音波が伝播していることを自動で確認することが可能となり、特に超音波装置での媒体水の異常、ないしは鋼中の結晶粒の粗い鋼種において、正常に鋼材全領域の検出が出来ているかの保証ができ、被検査材に起因する減衰、キズの多発による減衰も含めて監視を行える方法にある。

本発明に係る鋼材を超音波探傷するための原理とその探傷図形を示す図である。 本発明に係る超音波探傷装置の拡大図である。 本発明に係る底面エコーとキズエコーの関係を示す図である。 探傷状態を監視可能とするフローを示す図である。

符号の説明

１ 棒鋼
２ 探触子
３ 超音波ビーム
４ 底面
５ 底面エコー
６ キズ
７ キズエコー
８ キズエコーのビーム路程
９ 底面エコーのビーム路程
１０ 水
１１ オリフィスカセット
１２ 底面エコーの閾値
１３ キズエコー高さ
１４ 探傷状態良好
１５ 探傷状態不良
Ｂ 底面エコー閾値
Ｆ キズエコー閾値


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

Claims (2)

1. 自動探傷における超音波の鋼中伝播確認をする方法であって、鋼材に入射した超音波の反射波である底面エコーとキズエコーを監視することで、鋼中を超音波が伝播していることを自動で確認することを特徴とする自動探傷における超音波の鋼中伝播確認方法。
2. 請求項１において、底面エコーの閾値を２０％以下に設定したことを特徴とする超波の鋼中伝播確認方法。

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