JP2726359B2 - 円柱体表層部の超音波探傷用探触子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧延ロール、ローラ等の
金属の円柱体の表面又は表面直下付近（以下まとめて
「表層部」という）に存在するクラックや傷等の欠陥を
超音波により自動的に探傷する表面波探傷法に用いる探
触子に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】金属の
表面部の欠陥を検出する主な方法としては、以下のもの
がある。

【０００３】(1) 手動操作表面波探傷方法 被検体に超音波探触子を接触させ、超音波ビームを発振
することにより、表面波で手動法により探傷する方法で
あるが、工数がかかり検査技術者の熟練度を要するとと
もに人為的な誤差の生じやすい探傷方法である。

【０００４】(2) タイヤ探触子法（特開昭62−80553
号） タイヤ型探触子により超音波を発信して表層部を自動探
傷する方法であるが、探触子が接触しようとする円柱体
の表面に予め接触媒質の膜を形成しておく必要がある。
また、超音波の減衰が大きく、微小欠陥に対する検出精
度が低い。

【０００５】(3) 渦流探傷方法 過電流の変化に基づいて、欠陥を検出する方法で、自動
化しやすく広く用いられているが、欠陥以外に組織変
化、硬さ変化、磁気変化等も拾い、また閉じた亀裂を検
出しなかったりするため、(1) の手動操作表面波探傷方
法に比べて信頼性が低い。特に圧延ロール等に使用した
場合、微小欠陥に対する検出精度が低い。

【０００６】(4) 二重腐食法 硝酸と塩酸で二重に腐食して、組織の違いによる腐食差
の色の違いを肉眼で見る方法であるが、酸を使うこと
や、内部及び鋳鉄系材料の場合は検出できないことや、
自動化ができないなどの問題がある。

【０００７】(5) 浸透探傷方法 浸透液や現像液を用いて、表面に開口している欠陥に対
し毛細管現象を利用して探傷する方法であるが、作業性
が悪く、かつ微小欠陥に対する信頼性が低い。

【０００８】以上の通り、上記従来の探傷方法では、自
動化に適するものは検出精度が低く、また検出精度の高
いものは自動化に適さないという問題がある。特に手動
操作表面波探傷方法は精度の高い有効な方法であるが、
円柱体に探触子の平坦な底面を接触させ、かつ表面波を
円柱体の周方向に発信させるので、熟練を要していた。
そして、自動化しようとしても、単純に円柱体に探触子
を接触させるだけでは、探触子の超音波中心ビーム入射
点より伝播方向側位置での接触媒質膜の厚みや溜りによ
り超音波が乱反射するので、高精度の探傷結果を得るの
は難しい。

【０００９】上述したような問題点を解決するために、
本発明者らは、回転する円柱体の表面に、接触媒質の膜
を介して表面波探触子を円柱体の回転軸方向に線状若し
くはこれに近い帯状に接触させ、表面波探触子から円柱
体回転方向の逆方向に向かって超音波を伝播させるとと
もに、表面波伝播領域における円柱体表面には接触媒質
の膜が形成されないようにして、円柱体表層部に存在す
る欠陥を検出する方法を提案した（特願平3-62617 号)
。

【００１０】上記方法は、自動化に適するものであり、
従来の自動化に適する探傷方法よりも、大幅に検出精度
が向上したものとなっている。しかしながら、その後の
研究の結果、探触子下面と円柱体表面との間のギャップ
に接触媒質の膜が安定して形成されなかったり、接触媒
質が前方（超音波発信方向側）へ大きく膨出して、流れ
出したりすることがある。そうなると、不安定な接触媒
質の膜厚や拡がった接触媒質により、超音波の乱反射や
減衰を生じ、検出精度が低下することがわかった。

【００１１】したがって、本発明の目的は、圧延ロー
ル、ローラ等の金属の円柱体の表層部に存在するクラッ
クや傷等の欠陥を超音波により自動的に探傷する際に、
良好な検出精度を得ることができる探触子を提供するこ
とである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、探触子の超音波の中心ビーム入射
点位置を発信方向側端部に設定し、回転する円柱状被検
体に接触媒質を介して探触子の入射点にて接触させ、か
つ回転方向と逆の方向に表面波を伝播させることにより
欠陥を検出する場合に、探触子として前方（超音波発信
方向側）の下部に、板状体を接触媒質の膜側にわずかに
突出するように設置したものを使用すれば、接触媒質の
膜が安定して得られるとともに超音波発信方向側への接
触媒質の膜の膨出を抑制することができ、これにより伝
播方向側からの情報を精度良く検出することができるこ
とを発見し、本発明を完成した。

【００１３】すなわち、本発明の円柱体表層部の超音波
探傷用探触子は、回転する円柱体の表面に、接触媒質の
膜を介して表面波探触子を円柱体の回転軸方向に線状若
しくはこれに近い帯状に接触させ、前記表面波探触子か
ら円柱体回転方向の逆方向に向かって超音波を伝播させ
るとともに、表面波伝播領域における円柱体表面には接
触媒質の膜が形成されないようにして、円柱体表層部に
存在する欠陥を検出する円柱体表層部の超音波探傷方法
に使用するものであって、前記探触子の前面下部に接触
媒質膜側へ突出する板状体が設置されており、前記板状
体の突出長さは前記探触子の下面と前記円柱体表面との
間のギャップの３０〜５０％の範囲内で調整自在である
ことを特徴とする。この板状体のために前記接触媒質の
膜が安定して形成されるとともに、前方へ拡がるのが抑
制される。

【００１４】

【実施例及び作用】図１は、研削盤を利用して研削後の
圧延ロールの表層部を探傷するのに用いる装置の一例を
示す。この装置では、被検体として圧延ロール２が回転
自在に支持されており、圧延ロール２を研削する砥石３
は、探傷時には使用しない状態にしておく。探触子４は
支持部材９を介して研削盤ベッド１上の往復台５に取り
付けられており、また圧延ロール２の表面に接触媒質15
の膜を介して当接されている。また、圧延ロール２の回
転方向Ａは、表面波の伝播方向16に対して逆方向とし、
探触子４の配置位置は圧延ロール２の回転軸芯の垂直方
向位置若しくはこれよりも回転方向側の位置とし、表面
の伝播方向側領域への接触媒質15のたれ落ち等がないよ
うに配慮してある。

【００１５】探触子４には接触媒質供給用パイプ10が設
けられており、パイプ10から送給された接触媒質は、ギ
ャップ11内に供給される。また、探触子４は、超音波探
傷器７へ高周波ケーブル６により接続されている。超音
波探傷器７には、モニタ用にＣＲＴ８及びプリンタ（図
示せず）が設けられている。一方、圧延ロール２の下部
にはスクレーパ13が接触しており、接触媒質15を除去し
て清浄な面にするようになっている。

【００１６】図２は本発明の探触子４が圧延ロール２と
接する状況の詳細を説明する図である。同図において、
探触子４の内部において振動子41から矢印Ｂの方向に発
信された超音波の中心ビームは入射点Ｐの位置で接触媒
質15の膜を介して圧延ロール２に伝播され、表面波とな
って圧延ロール２の表面部を欠陥14の部分まで伝播する
(伝播方向16) 。なお、探触子４の接触面は固定面であ
り、これでもって種々の直径を有する円柱体の表面に接
するのであるから、その接触状態は円柱体の回転方向に
線状若しくはこれに近い帯状となる。本発明の思想は、
ギャップ11内に接触媒質の膜を安定して存在させるとと
もに、接触媒質による超音波の乱反射を防止するため超
音波の中心ビーム入射点Ｐより、超音波発信方向側の接
触媒質の存在を可能な限り少なくすることを要点として
いる。

【００１７】以上の観点により、接触媒質15はパイプ10
を経由して接触面内の入射点Ｐの近くの位置にて開口す
る穴から供給するのが好ましい。なお、接触媒質15は特
に限定されないが、例えば水、油、研削液等が挙げられ
る。

【００１８】また、探触子４の前面12の下端付近に、板
状体121 が、その一端がわずかに接触媒質15の膜側に突
出するように設置されている。板状体としては、ステン
レス、炭素鋼等の金属、あるいはプラスチック等からな
るものを用いることができ、その厚さは１〜５mmが好ま
しい。この板状体は、突出の度合いが調整自在となるよ
うにねじ等により探触子本体に固定するのが好ましい。
板状体121 を設置することにより、接触媒質の膜が安定
して形成されるとともに超音波発信方向側の接触媒質の
存在が大幅に減少する。

【００１９】上述した探触子において、板状体１２１の
突出部１２１ａの長さは、使用する接触媒質の種類によ
り異なるが、通常ギャップ１１の３０〜５０％である。
突出部１２１ａの長さがギャップ１１の３０％未満で
は、接触媒質の拡がり防止効果が十分でない。またギャ
ップ１１の５０％を超えると、圧延ロール２と板状体１
２１とが接触しやすくなるため、５０％以下とするのが
好ましい。なお図２において、ギャップ１１は入射点Ｐ
の位置と、探傷子中央の位置とで異なるように記した
が、これはロール２のカーブが誇張されているためで、
実際は両者間に実質的な差はない。

【００２０】次に、上述したような本発明の探触子を用
いた探傷方法を説明する。まず、探触子４を圧延ロール
２の表面に位置させ、両者のギャップ11を1.0 mm以下、
好ましくは0.3 〜0.5 mmに設定する。ギャップ11が1.0
mmを超えると探傷精度が低下する。次に、探触子４の上
部側に設けたパイプ10と連結し、接触面内のＰ点付近に
て開口する穴からギャップ11内に接触媒質14を供給す
る。

【００２１】このような状態で、探触子４内の振動子41
から超音波ビームを発信すると、表面波はロール２上の
欠陥14により反射され、反射波は探触子４の振動子41に
より受信され、高周波ケーブル６により超音波探傷器７
に送られる。反射波の信号は、超音波探傷器７により可
視化され、ＣＴＲ８上に欠陥エコーが表示されるととも
に、プリンター（図示せず）によりプリントアウトされ
る。

【００２２】探触子４は、往復台５によりロール２の回
転軸方向に移動可能であるので、ロール２の全長に亘っ
て欠陥14を検出することができる。なお、探傷操作中は
スクレーパ13により、探傷面を清浄にする。

【００２３】板状体１２１がない場合には接触媒質１５
の膜は安定せず、図中に破線で示すように超音波発信方
向側に拡がる。このためＰ点より伝播側にある領域が多
くなり、これらの接触媒質の存在により超音波が乱反射
するので、反射波のノイズが多くなり、圧延ロール２の
表層部に存在する欠陥からの反射による波形の正確な検
出が困難となる。しかしながら板状体１２１を設置する
ことにより、それが突出している領域においては、接触
媒質１５は伝播方向端１２よりも超音波発信方向側に膨
出することがなく、超音波発信方向側の接触媒質の存在
が大幅に減少する。

【００２４】本発明を以下の実施例によりさらに詳細に
説明する。実施例１ 図２に示すような探触子を用いて、図１に示す装置によ
り、胴径770 mm、胴長1830mm、全長3000mmのNi−Cr系合
金鋳鉄製ロール対して、自動探傷試験を行った。ロール
には以下の欠陥Ａ、Ｂを人工的に付与した。 Ａ：軸方向長さ１mm×深さ３mm Ｂ：直径３mm×深さ３mmの縦孔 またロールは下記の自然欠陥Ｃを有していた。 Ｃ：軸方向長さ２mm×深さ１mm 探傷条件は以下の通りであった。 周波数：2.25ＭHz 感度：ＳＴＢ−Ａ２試験片の直径２mm×深さ２mmの人工
欠陥から探触子が150mm離れた位置で、欠陥エコーの大
きさが80％となるように調整した後、さらに感度を18dB
上げた。 探傷ピッチ：20mm／回転 ロール回転：25rpm 以上の試験の結果、いずれの欠陥Ａ〜Ｃも検出すること
ができた。これは手動操作表面波探傷方法と比較して、
同等の精度であった。探傷時間は、手動操作表面波探傷
方法の場合には約30分であるのに、本発明の方法では約
４分であり、約１／８に探傷時間が短縮できた。

【００２５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の探触子
は、前面（超音波発信方向側）の下部に板状体を設置し
たものであるので、接触媒質の存在が安定する。これに
より、回転する円柱状被検体に接触媒質を介して探触子
の入射点にて接触させ、かつ回転方向と逆の方向に表面
波を伝播させることにより欠陥を検出する際の探傷精度
を向上させることができ、例えば従来の手動操作表面波
探傷方法と比較して、同等の探傷精度でが達成されると
ともに、約１／８の探傷時間に短縮される。また疵の判
定も容易であり、検出もれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超音波探傷方法を実施する一例を示す
概略断面図である。

【図２】図１の装置における本発明の探触子の接触状況
の詳細を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 研削盤ベッド ２ 圧延ロール ３ 砥石 ４ 探触子 ５ 研削盤往復台 ６ 高周波ケーブル ７ 超音波探傷器 ８ ＣＴＲ ９ 支持部材 10 接触媒質供給用パイプ 11 ギャップ 12 前面（超音波伝播方向側） 121 板状体 13 スクレーパ 14 欠陥 15 接触媒質 16 表面波の伝播方向 Ａ 圧延ロール回転方向 Ｂ 超音波中心ビームの発信方向 Ｐ 超音波中心ビームの入射点

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転する円柱体の表面に、接触媒質の膜
   を介して表面波探触子を円柱体の回転軸方向に線状若し
   くはこれに近い帯状に接触させ、前記表面波探触子から
   円柱体回転方向の逆方向に向かって超音波を伝播させる
   とともに、表面波伝播領域における円柱体表面には接触
   媒質の膜が形成されないようにして、円柱体表層部に存
   在する欠陥を検出する円柱体表層部の超音波探傷方法に
   使用する探触子であって、前記探触子の前面下部に接触
   媒質膜側へ突出する板状体が設置されており、前記板状
   体の突出長さは前記探触子の下面と前記円柱体表面との
   間のギャップの３０〜５０％の範囲内で調整自在である
   ことを特徴とする探触子。