JP2015021738A - 超音波探傷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼材の表面疵と表面直下の内部欠陥の判別を確実に行うことができる超音波探傷方法を提供する。
【解決手段】丸棒鋼材Ｍの断面内へ所定角度範囲の屈折角θで超音波の横波ビームＢを入射させ、横波ビームＢの、丸棒鋼材Ｍの周方向におけるスキャン位置を横軸に、各スキャン位置における超音波の反射波強度の時間変化を縦軸にとった強度分布を得て、当該強度分布中における反射波強度が一定以上の領域の面積の大小より、丸棒鋼材Ｍに生じた表面疵Ｍ１と表面直下の内部欠陥Ｍ２とを判別する。
【選択図】 図１

Description

本発明は超音波探傷方法に関し、特に鋼材の表面疵と表面直下の内部欠陥を確実に判別することが可能な超音波探傷方法に関するものである。

この種の超音波探傷方法としては特許文献１に示すものが知られている。これは、丸材に対して斜角探触子を設けて、当該探触子からの超音波反射波が１つのピークを持つ時を表面欠陥（表面疵）とし、２つ以上のピークを持つ時を表皮下欠陥（表面直下の内部欠陥）とするものである。

特開昭５８−１３５９６０

しかし上記従来の方法では、必ずしも２つのピークを明確に分離できない場合があるため、鋼材の表面疵と表面直下の内部欠陥の判別に確実性が無いという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、鋼材の表面疵と表面直下の内部欠陥の判別を確実に行うことができる超音波探傷方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、鋼材（Ｍ）の断面内へ所定角度範囲の屈折角（θ）で超音波の横波ビーム（Ｂ）を入射させ、横波ビーム（Ｂ）の、前記鋼材（Ｍ）の周方向におけるスキャン位置を横軸に、各スキャン位置における超音波の反射波強度の時間変化を縦軸にとった強度分布を得て、当該強度分布中における反射波強度が一定以上の領域の面積の大小より、鋼材（Ｍ）に生じた表面疵（Ｍ１）と表面直下の内部欠陥（Ｍ２）を判別する。

本第１発明において、表面疵と内部欠陥から得られる反射波強度分布中の反射波強度が一定以上の領域の面積は、表面疵によるものの面積が内部欠陥によるものの面積よりも有意的に小さくなる。これにより、超音波反射波の強度のピークが明確に分離できない場合であっても、表面疵と内部欠陥を確実に判別することができる。

本第２発明では、前記強度分布に対して膨張処理と収縮処理を施す。

本第２発明においては、反射波強度が一定以上の領域が分離している場合にも当該領域の面積比較を良好に行うことができる。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明の超音波探傷方法によれば、鋼材の表面疵と表面直下の内部欠陥の判別を確実に行うことができる。

本発明方法の使用状態を説明する丸棒鋼材の断面図である。 表面疵部分の拡大断面図である。 表面疵部分での反射波強度の時間変化を示すグラフである。 内部欠陥部分の拡大断面図である。 内部欠陥部分での反射波強度の時間変化を示すグラフである。 表面疵部分での反射波強度の分布図である。 図６のＸ−Ｘ線に沿った反射波強度の時間変化を示すグラフである。 内部欠陥部分での反射波強度の分布図である。 図８のＹ−Ｙ線に沿った反射波強度の時間変化を示すグラフである。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。以下、本発明方法の実施について説明する。

図１には丸棒鋼材Ｍの断面を示し、当該断面内には表面疵としてＲ０．２の半円溝Ｍ１が形成されるとともに、表面直下の内部欠陥としてφ０．４の円形横穴Ｍ２が形成されている。丸棒鋼材Ｍの外周面から所定距離離してアレイプローブ１が設けてある。アレイプローブ１は丸棒鋼材Ｍの外周面に向く超音波発振面１１が丸棒鋼材Ｍの外周面とほぼ同心の円弧面となっている。なお、これら丸棒鋼材Ｍとアレイプローブ１は水中に設置されている。

アレイプローブ１の必要数の超音波振動子（図示略）を駆動して、丸棒鋼材Ｍ内で横波屈折角θが４０?４５°になるように当該丸棒鋼材Ｍに進入してこれの反対側表面近くに収束するような超音波ビームＢを発振する。必要数の超音波振動子の駆動を順次行うことによって、アレイプローブ１から出力される超音波ビームＢを丸棒鋼材Ｍの周方向の所定範囲Ｗでスキャンするようにする。丸棒鋼材Ｍを適宜回転させるか、同種のアレイプローブ１を丸棒鋼材Ｍの全周に隣接させて複数設けることによって、丸棒鋼材Ｍの全周を上述のような超音波ビームＢでスキャンすることができる。

発振された超音波ビームＢは表面疵Ｍ１の部分では図２に示すように当該疵Ｍ１での直接反射Ｒ１と丸棒鋼材Ｍの表面での反射Ｒ２がほぼ同時であるため、アレイプローブ１で受信される反射波の強度は図３に示すように相対的に短い時間ｔ１でのみ大きくなる。これに対して表面直下の内部欠陥Ｍ２の部分では、図４に示すように当該欠陥Ｍ２での直接反射Ｒ３と丸棒鋼材Ｍの表面での反射Ｒ４とは、反射Ｒ４が表面での反射となる分、反射Ｒ３より時間がかかるため、アレイプローブ１で受信される反射波の強度は図５に示すように、相対的に長い時間ｔ２大きくなる。

このような表面疵Ｍ１や内部欠陥Ｍ２に対して超音波ビームＢを、上述のように丸棒鋼材Ｍの周方向へスキャンすると、アレイプローブ１から上記表面疵Ｍ１や内部欠陥Ｍ２への距離は超音波ビームＢのスキャン位置で異なる。このため、超音波ビームＢの円周方向へのスキャン位置を横軸にとり、時間を縦軸にとって、反射波の強度変化の分布図を描くと、図６、図８に示すように、表面疵Ｍ１や内部欠陥Ｍ２の存在によって反射強度が高くなった高輝度領域（各図中の白い部分）が、傾斜した線状に現れる。そして、この高輝度領域は表面疵Ｍ１の場合は相対的に細幅であり（図６）、内部欠陥Ｍ２の場合には相対的に広幅となる（図８）。これは、各分布図における、ある超音波ビームスキャン位置（図６のＸ位置、図８のＹ位置）での反射波強度変化を示す図７（１）、図９（１）は、それぞれ図３、図５に対応するものになることから当然である。

そこで、上記分布図に対して以下の処理を行って、処理して得られた分布図中の高輝度領域（反射波強度が一定以上の領域）の面積を算出する。なお、以下、図７（２）〜（５）は図６（２）〜（５）のＸ位置での反射波強度変化に対応しており、図９（２）〜（５）は図８（２）〜（５）のＹ位置での反射波強度変化に対応している。

図６および図８中の（２）は（１）における反射波の強度値（輝度値）を一定の閾値でカットしたもの。上記両図中の（３）は（２）の処理で得られた上記強度値に膨張処理を施して強度分布の切れ目を埋めたもの。上記両図中の（４）は（３）の処理で得られた上記強度値に収縮処理を施して膨張処理による過度な広がりを戻したもの。上記両図中の（５）は（４）の処理で得られた上記強度値をさらに一定の閾値でカットしたものである。

以上の処理によって得られた図６（５）、図８（５）の強度分布よりその高強度領域（各図の白い部分）の面積を算出すると、表面疵Ｍ１による反射波強度分布（図６（５））における高強度領域の面積は、表面直下の内部欠陥Ｍ２による反射波強度分布（図８（５））における高強度領域の面積の半分以下となる。これにより、上記反射波強度分布における高強度領域の面積の大小から、表面疵Ｍ１か内部欠陥Ｍ２かを確実に判定することができる。なお、上記実施形態では、丸棒鋼材を対象としたが、丸棒に限られるものではない。

１…アレイプローブ、Ｂ…横波ビーム、Ｍ…丸棒鋼材、Ｍ１…表面疵、Ｍ２…内部欠陥。

Claims (2)

1. 鋼材の断面内へ所定角度範囲の屈折角で超音波の横波ビームを入射させ、横波ビームの、前記鋼材の周方向におけるスキャン位置を横軸に、各スキャン位置における超音波の反射波強度の時間変化を縦軸にとった強度分布を得て、当該強度分布中における反射波強度が一定以上の領域の面積の大小より、鋼材に生じた表面疵と表面直下の内部欠陥を判別することを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記強度分布に対して膨張処理と収縮処理を施す請求項１に記載の超音波探傷方法。