JP2022169937A - 鋼管の加工性評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定精度を向上させた鋼管の加工性評価方法を提供すること。【解決手段】鋼管４を挟圧する挟圧工程と、挟圧により発生するアコースティックエミッション波を検出する検出工程と、検出されたアコースティックエミッション波に基づいて、鋼管４の割れの発生の有無を判定する判定工程と、を含む、鋼管の加工性評価方法。判定工程では、検出されたアコースティックエミッション波の信号において、所定の閾値を超えた単位時間当たりの信号の個数に基づいて、鋼管４の割れの発生の有無を判定してもよい。【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管の加工性評価方法に関する。

鋼管は、様々な方法で製造された後、曲げ、へん平といった加工を施して使用される。こうした鋼管の加工性評価方法として、へん平試験がある。この試験では、鋼管を２枚の平板で押しつぶしていき、鋼管表面に割れが生じるまでの平板間距離Ｄ’とへん平前の鋼管の外径Ｄの比（Ｄ’／Ｄ、へん平率とも記す）で鋼管の加工性を評価する（特許文献１参照）。

特許第５７３２９９９号公報

上記のへん平試験では、試験中に割れが生じた段階で試験機を停止させ、平板間距離Ｄ’を記録するが、従来、鋼管表面に生じた割れの発生の有無は、試験者の目視により判断されていた。

しかしながら、この判断方法では、試験者によって割れの判断基準が異なる。例えば、同一の鋼管に対してへん平試験を行っても、試験者によって測定されるへん平率が大きく異なる場合があるといった問題があった。また、割れの発生しやすさは、へん平試験を行う鋼管の鋼種、サイズによって大きく異なるため、割れの判断方法を統一することは非常に困難であった。他にも、鋼管のサイズによっては、目視による割れの判断が困難となり、割れを見逃す場合もあった。このように、へん平試験等による加工性評価方法の測定精度を向上させることが希求されていた。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、測定精度を向上させた鋼管の加工性評価方法を提供することを目的とする。

上記課題に対し、本発明者らは鋭意検討し、鋼管のへん平試験において発生するアコースティックエミッション波の信号（以下、ＡＥ信号とも記す。）を、アコースティックエミッションセンサ（以下、ＡＥセンサとも記す。）により検知させることを着想した。そして、へん平試験により発生するＡＥ信号に基づいて、鋼管の割れの発生の有無を精度良く判断できることを知見した。

具体的には、まず、このへん平試験では、従来は、目視による判断によって割れを判定していたが、目視で割れを確認することが困難になるほど鋼管の直径が大きい場合、鋼管が長い場合、また、割れが鋼管内表面で生じる場合には、鋼管に発生した割れを見逃すことがあった。このような問題に対して、カメラによるへん平試験の監視も行われてきたが、割れの位置が試験毎に変化する場合がある。この場合、試験毎にカメラの焦点を合わせる必要が生じる。また、鋼管のサイズが大きくなるほど、カメラの設置位置や監視モニターの設置位置の調整等が煩雑となる。また、鋼管内表面の割れの確認のために鋼管内部にカメラを入れると、試験中にカメラが破損するおそれがある。
この点、へん平試験において、ＡＥセンサを用いることで、目視やカメラによる撮影が困難になるような鋼管サイズであっても、また、へん平試験による割れが鋼管内表面で生じた場合であっても、割れを簡便に且つ精度良く測定することが可能となることを本発明者らは知見した。

また、さらに検討をし、鋼管に割れが生じる直前には、単位時間当たりに出力されるＡＥ信号が大きくなることも知見した。

本発明はかかる知見に基づいてさらに検討を加えて完成されたものであり、その要旨は次のとおりである。
［１］鋼管を挟圧する挟圧工程と、
前記挟圧により発生するアコースティックエミッション波を検出する検出工程と、
検出された前記アコースティックエミッション波に基づいて、前記鋼管の割れの発生の有無を判定する判定工程と、を含む、鋼管の加工性評価方法。
［２］前記判定工程では、
検出された前記アコースティックエミッション波の信号において、
単位時間当たり、所定の閾値を超えた信号の個数が所定数以上である場合に、前記鋼管に割れが発生したと判定する、前記［１］に記載の鋼管の加工性評価方法。
［３］無負荷時の前記鋼管から検出されるアコースティックエミッション波の信号の大きさに基づいて前記閾値を決定する、前記［２］に記載の鋼管の加工性評価方法。

ここで、アコースティックエミッション（ＡＥ）とは、材料が変形、破壊するときに、材料が内部に蓄えていたひずみエネルギーを弾性波として放出する現象のことをいう。本発明でいうアコースティックエミッション波（ＡＥ波）は、挟圧工程で、へん平試験等により鋼管を挟圧することで発せられる弾性波である。

本発明によれば、測定精度を向上させた鋼管の加工性評価方法が提供される。

本発明の鋼管の加工性評価方法を説明するフロー図である。 加工性評価装置の模式図である。 ＡＥセンサの取り付け位置を説明するための図である。 ＡＥ信号と鋼管表面のひずみの関係を示すグラフである。 ＡＥ事象率と鋼管のへん平率の関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明の鋼管の加工性評価方法を説明するフロー図である。
本発明の鋼管の加工性評価方法は、鋼管を挟圧する挟圧工程Ｓ１と、挟圧により発生するアコースティックエミッション波を検出する検出工程Ｓ２と、検出されたアコースティックエミッション波に基づいて、鋼管の割れの発生の有無を判定する判定工程Ｓ３と、を含む。
図２は、この加工性評価方法を実施するための好適な加工性評価装置の模式図である。以下、図１、図２を参照しながら、本発明の鋼管の加工性評価方法を説明する。

（挟圧工程Ｓ１）
本発明では、まず、挟圧工程Ｓ１で鋼管４を挟圧する。
本工程では、へん平試験を行うことができる。
具体的には、図２に示すへん平試験機１が有する２枚の平板２、３で鋼管４を挟み、上側の平板２の上方と下側の平板３の下方から圧力を加えて鋼管断面が楕円状になるように圧縮する。上側の平板２を稼働させ、下側の平板３を固定させること、または上側の平板２を固定し、下側の平板３を稼働させることにより、鋼管４の断面を楕円状になるように圧縮することができる。
へん平試験機１に関しては、このように平板２、３を使って鋼管に対してへん平作業を行うことができれば特に限定されず、公知のへん平試験機１を用いることができる。また、平板２、３による圧縮速度に関しても特に限定されない。

（検出工程Ｓ２）
本発明では、挟圧工程Ｓ１の後、検出工程Ｓ２において、挟圧により発生するアコースティックエミッション波（ＡＥ波）を検出する。
ＡＥ波は、図２に示すＡＥセンサ６により検出することができる。図３は、ＡＥセンサ６の取り付け位置の一例を説明するための図である。ＡＥセンサ６の設置位置は、試験機１の平板２、３上、鋼管４上などが考えられ、いずれでもＡＥ波を検出することができるが、ＡＥセンサ６の損傷を回避しつつ、ノイズの小さなＡＥ信号の計測を可能にするために、図３に示すように、平板２上であって鋼管４の直上にあたる部分であることが好ましい。

また、ＡＥセンサ６と平板２との間にはＡＥ信号検知感度向上のため、グリスを塗布することが好ましい。ＡＥセンサ６は、鋼管４への挟圧により発生するＡＥ波を検出することができれば、装置構成上、特に限定されない。

また、本発明では、検出工程Ｓ２と併行して、鋼管４に生じたひずみを検出することができる。具体的には、鋼管４にはひずみセンサ５を取り付け、ひずみセンサ５により、へん平試験を実施することで生じたひずみを検出することができる。ひずみセンサ５の取り付けは、鋼管４の管軸方向垂直断面視で、上方の平板２を０時、下方の平板３を６時とした際、３時または９時の位置（９０°位置とも言う）の鋼管外表面とすることが好ましい。これは、鋼管４に対してへん平試験を実施した際に、この３時の位置および９時の位置に最大の引張ひずみが生じるためである。
このひずみセンサ５によって、鋼管平板表面に生じるひずみ量を計測する。ひずみセンサ５は、鋼管４への挟圧により発生するひずみを検出することができれば、装置構成上、特に限定されない。

（判定工程Ｓ３）
本発明では、検出工程Ｓ２後、判定工程Ｓ３において、検出されたアコースティックエミッション波（ＡＥ波）に基づいて、鋼管の割れの発生の有無を判定する。これにより、精度高く割れの有無を判定することができる。

判定工程Ｓ３では、一例として、まず、図２に示すＡＥセンサ６から送信されたＡＥ信号がＡＥセンサ用アンプ装置７によって増幅される。そして、演算装置８において、ＡＥ信号におけるＡＥ事象率等が計算される。また、ＡＥ信号表示装置９において、ＡＥ事象率等、ＡＥ信号に関する情報が表示され、装置の使用者は試験中のＡＥ信号を監視することができる。
ＡＥ信号表示装置９にはデータロガー等の記憶部を有していてもよいが、特に限定されない。
なお、ＡＥ事象率は、単位時間当たり、所定の閾値を超えたＡＥ信号（波形）の個数のことをいう。

また、本発明では、判定工程Ｓ３と併行して、ひずみセンサ５により検出されたひずみも信号として、ひずみセンサ用アンプ装置１０によって増幅され、ひずみ記録装置１１で記録することができる。
上記の演算装置８、ＡＥ信号表示装置９、ひずみ記録装置１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータ（制御装置）等の情報処理装置の一部とすることができる。

判定工程Ｓ３において、鋼管４の割れの発生の有無は、ＡＥ事象率に基づいて判定することができる。すなわち、検出されたアコースティックエミッション波（ＡＥ波）の信号において、単位時間当たり、所定の閾値を超えた信号の個数が所定数以上である場合に、鋼管４に割れが発生したと判定することができる。

図４は、ＡＥ信号と鋼管表面のひずみの関係を示すグラフの一例である。また、図５は、ＡＥ事象率と鋼管のへん平率の関係を示すグラフの一例である。図４、５に示すように、へん平試験により生じたひずみと、同時に発生するＡＥ信号値において、引張ひずみが所定の値以上のとき、単位時間当たり、所定の閾値を超えたＡＥ信号の個数（ＡＥ事象率）が所定数以上の場合に割れが生じたと判定することができる。

例えば、図４、図５に示す例では、引張ひずみが２．０％以上のときであって、ＡＥ事象率が１０以上となった際に割れが生じたと判断することができる。この例では、引張ひずみが２．０％以上である場合を割れの判定対象とすることで、試験開始直後の鋼管４と試験機１とのすべりで生じるＡＥ波や弾性変形中に生じるＡＥ波を検知することにより、鋼管４に割れが発生したと誤って判断しないようにすることができる。
また、この例では、ＡＥ事象率が１０以上で割れが発生したと予め設定することで、塑性変形や鋼管４と試験機１とのすべりを起因とするＡＥ波を除外し、より精度良く割れを判定することができる。

また、上記の閾値については、無負荷時の鋼管から検出されるアコースティックエミッション波の信号（ＡＥ信号）の大きさに基づいて決定することができる。
例えば、図４、図５に示す例では、鋼管表面に割れが生じた際のＡＥ波は、無負荷時に生じる機械の油圧やサーボモーターの振動等によるＡＥ波（ノイズとも記す）よりも顕著に大きな値を示す。このノイズを誤検知せずに、割れによるＡＥ波を精度良く検知するという観点から、例えば、ＡＥ信号の閾値を、無負荷時のＡＥ信号の絶対値平均値の２倍又は２倍超とすることができる。なお、ここでいう、絶対値平均値とは、無負荷時に計測されたＡＥ波のＡＥ信号の値（波の振幅値）のすべてを絶対値とし、これらの平均値のことを指す。

なお、本発明で加工性を評価する鋼管としては、特に限定されず、電縫鋼管、鍛接鋼管、継目無鋼管、ＵＯＥ鋼管などが考えられる。また、鋼管のサイズ、鋼種に関しても特に限定されない。

本発明によれば、ＡＥ波に基づいて割れの発生の有無を判定するため、高精度に割れの発生を判定することができる。
また、本発明によれば、鋼管のへん平試験時の評価を定量的に行うことができるため、試験者による評価のバラツキを防止できる。また、ＡＥセンサによる監視を行えるため、目視では判定が困難なサイズの鋼管のへん平試験であっても、割れを見逃すことを防止できる。

本実施例は、図２に示す装置を用いて実施した。表１に実施条件を示す。
それぞれの鋼管の９０°位置にひずみセンサを取り付け、ＡＥセンサと平板の間にはグリスを塗布したのち、ＡＥセンサをへん平試験機上側平板上に取り付けた。
ＡＥセンサの平板上の取り付け位置は、図３に示すように鋼管の直上とした。本発明の実施例では、下側の平板を固定し上側の平板を稼働させて鋼管を圧縮した。
試験は、まず鋼管に平板を接触させた段階で５秒間試験を停止させ、無負荷時のＡＥ信号の絶対値平均値を計測した。
その後、圧縮を開始し、鋼管表面に生じるひずみとＡＥ信号を記録した。
記録例を図４に示す。また、図５にＡＥ事象率（単位時間（１秒）当たり、所定の閾値を超えたＡＥ信号（波形）の個数）と鋼管のへん平率の計測例を示す。図４、図５の記録はＮｏ．１の結果である。
割れが発生したと判断するための上記の閾値は、無負荷時のＡＥ信号の絶対値平均値（Ｖ）の２倍とした。
試験中２．０％以上のひずみをひずみセンサで記録したのち、ＡＥ事象率が１０以上となった際に試験機を停止させ鋼管表面を観察したところ、割れが見られた。

各実施条件による評価結果を表１に示す。なお、表中、最大ＡＥ事象率とは、各評価において測定されたＡＥ事象率のうちの最大値のことを指す。

本発明によれば、へん平試験を行い、へん平試験により発生するアコースティックエミッション波（ＡＥ波）を検出し、検出されたＡＥ波に基づいて、鋼管の割れの発生の有無を判定できることが分かった。

１ へん平試験機
２ 平板（上側）
３ 平板（下側）
４ 鋼管
５ ひずみセンサ
６ ＡＥセンサ
７ ＡＥセンサ用アンプ装置
８ 演算装置
９ ＡＥ信号表示装置
１０ ひずみセンサ用アンプ装置
１１ ひずみ記録装置

Claims (3)

1. 鋼管を挟圧する挟圧工程と、
   前記挟圧により発生するアコースティックエミッション波を検出する検出工程と、
   検出された前記アコースティックエミッション波に基づいて、前記鋼管の割れの発生の有無を判定する判定工程と、
   を含む、鋼管の加工性評価方法。
2. 前記判定工程では、
   検出された前記アコースティックエミッション波の信号において、
   単位時間当たり、所定の閾値を超えた信号の個数が所定数以上である場合に、前記鋼管に割れが発生したと判定する、請求項１に記載の鋼管の加工性評価方法。
3. 無負荷時の前記鋼管から検出されるアコースティックエミッション波の信号の大きさに基づいて前記閾値を決定する、請求項２に記載の鋼管の加工性評価方法。

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