JP3160251U

JP3160251U - 渦流探傷装置

Info

Publication number: JP3160251U
Application number: JP2010002330U
Authority: JP
Inventors: 團中村; 伊藤　亨; 亨伊藤; 克之山岡
Original assignee: Kotobuki Sangyo Co Ltd
Current assignee: Kotobuki Sangyo Co Ltd
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2020-04-07

Abstract

【課題】探傷する圧延材から伝わる熱を効果的に遮蔽すると共に圧延材に付着した冷却液を効果的に除去し、さらに冷却液の飛散を防止する渦流探傷装置を提供する。【解決手段】入口側ガイド２に設けた冷却液噴射ノズル２１から冷却液を円錐状に噴射して、圧延材Ｘと探傷部１との間隙に冷却液の層を形成することによって、この圧延材の表面を直接冷却でき、さらにこの冷却液の層によって探傷部に伝わる熱を効果的に遮断できる。また出口側ガイド３に設けたエアー噴射ノズル３１から、圧延材Ｘの進行方向に対向するようにエアーを噴射することによって、この圧延材の表面に付着した冷却液を効果的に除去できる。さらに冷却液飛散防止ボックス５で囲むことによって、使用した冷却液の飛散を防止できる。【選択図】図６

Description

本考案は、例えば熱間圧延工程における圧延材の疵等の欠陥を探知する渦流探傷装置に関し、特に探傷部と探傷部を通過する圧延材とを冷却水で冷却し、この圧延材が探傷部を通過した後、圧延材に付着した冷却水を除去すると共に、この冷却水の飛散を防止する手段を備える渦流探傷装置に関する。

例えば棒状体の金属の熱間圧延工程における非破壊検査は、要求される高速性及び非接触性を鑑みて、電磁誘導を利用した渦流探傷試験が多用されてきた。このような探傷に用いるセンサ部分には、高温の圧延材が接近して通過するので、焼損等を防止するために、様々な熱遮蔽や冷却構造或いは冷却工程の導入が考えられてきた（例えば特許文献１〜３参照）。

特許文献１は、圧延材に冷却水が接触しないように、コイルボビンの内周面に沿って螺旋状に冷却水が放出されるような角度で放射状に通水路が形成される。また噴射口から放出された冷却水は、排水路に入り、排水タンクに回収される構成が記載されている。

また、特許文献２は、圧延材及びコイルの内面に冷却水が接しないように、検査コイルシステムと圧延材料との間に冷却媒体を介在させることで、コイルの発熱を抑制する構成が記載されている。

また、特許文献３は、圧延材に冷却水が接しないように、コイル部と試験体との間に遮蔽体を設け、遮蔽体とコイル部との間に冷却水を流して冷却し、この冷却水は冷却通路に供給して、冷却水排出路から排出する構成が記載されている。

特公平７−０７６７６６号公報特開２０００−０８８８１４号公報特開２００２−０６２２８０号公報

しかしながら上述した従来の渦流探傷装置には、次の改良すべき課題がある。すなわち複数の圧延工程を通過した圧延材の探傷検査を高精度に行うためには、探傷コイルに圧延材の熱が伝達しないように防御すると共に、圧延材が発する熱を少しでも抑制することが必要となる。鋼種やその用途によっては、圧延材の表面を冷却し、探傷検査精度を向上させ疵等を確実に発見することが求められる。

また、圧延材に冷却水を接触させない構造にすると、その分だけ探傷精度が低下する。すなわち通水路を確保したり遮蔽板を設けたりすると、圧延材表面と探傷コイル内面との距離が必然的に遠くなる。コイルの磁性により発生する渦電流の変化をより顕著に検出するには、圧延材表面とコイル内面との距離を狭めて、コイルの磁性を受け易くする必要がある。

しかるに上述した特許文献１に記載の手段では、検出コイルの内側面に冷却水の薄膜を形成するものであって、圧延材に直接冷却水を噴射して、高温の圧延材を冷却することを意図していない。したがって近接して通過する圧延材が高温のままであること、および検出コイルの内面に形成される冷却水が薄膜であることから、圧延材の高温の熱が検出コイルの内面に伝わることを、かならずしも十分防止することができない。また、圧延材に冷却水が接することを避けるため、薄膜と圧延材表面との距離を取らざるを得ない。さらに、検出コイルの内面に形成された冷却水の薄膜は、出口ガイドから回収されるが、検出コイルを通過する圧延材に、冷却水が掛かることを完全には回避できない。したがって圧延材は、冷却水が付着したまま出口ガイドから搬出されるので、付着した冷却水を除去するために、後工程において別途ワイパー等を設ける必要がある。

一方、上述した特許文献２及び３に記載の手段は、いずれも検出コイルの内側面と、通過する圧延材の外側面との間に遮熱スリーブを挿入して、この遮熱スリーブを冷却するため、検出コイルと圧延材との間隙を小さくすることが困難となる。このため圧延材の疵等の欠陥を検出する感度が低下する。

そこで本考案の第１の目的は、圧延材の疵検出コイルを、探傷する圧延材から伝わる熱を効果的に遮蔽するとともに圧延材の表面を冷却することにある。また第２の目的は、圧延材に付着した冷却液を効果的に除去することにある。さらに第３の目的は、冷却液の飛散を防止すると共に冷却を行なった冷却液の回収を容易にすることにある。

かかる目的を達成するために、本考案による渦流探傷装置は、熱間圧延において圧延材に生じる欠陥を検知する渦流探傷装置であって、上記圧延材が通過する開口を有する探傷部と、この探傷部の入口及び出口に設けた入口側ガイド及び出口側ガイドとを備え、上記入口側ガイドには、上記探傷部の開口の内側面とこの開口を通過する上記圧延材の外側面との間隙に、この圧延材の進行方向に向けて冷却液を含む冷却媒体を円錐リング状に噴射する冷却媒体噴射ノズルが設けられ、上記出口側ガイドには、上記圧延材の外側面に付着した上記冷却液を除去するエアー噴射ノズルが設けられる構成となる。

また、上記構成に加え、上記エアー噴射ノズルは、上記圧延材の外側面に、この圧延材の進行方向に対向して空気を円錐リング状に噴射することが望ましい。

さらに、上記構成に加え、上記探傷部の外側面に冷却液を含む冷却媒体を付与する外側面冷却手段を備えることが望ましい。

またさらに、上記構成に加え、上記探傷部、入口側ガイド及び出口側ガイドを収納する冷却液飛散防止ボックスを備え、上記冷却液飛散防止ボックスには、上記圧延材が通過する入口孔及び出口孔と、底部に滞留する冷却液を排出する排出口とが設けてあることが望ましい。

ここで「圧延材」とは、加熱したビレット（素材）を高温状態のまま熱間圧延によるロールで順次圧下し、延伸させる工程を経て生産された鋼材であって、各工程での形状は、断面が円形状の部材や角を有する部材の全てを意味する。

また「欠陥」とは、圧延材に生じた疵であって、例えば表面の割れ、突起或いは欠け、シワ疵を意味する。

また「探傷部」とは、一般的な渦流探傷装置の構成要素であって、例えば圧延材の表面に渦電流を発生させる励磁コイルと、疵等の欠陥による渦電流の変化を検出する検出コイルとを備える部分を意味する。上記探傷部が有する「開口」とは、上述した励磁コイルや検出コイルの中心部分に開いた貫通孔を意味し、この貫通孔を上記圧延材が通過する。

また、「入口側ガイド及び出口側ガイド」は、それぞれ上記圧延材が探傷部の開口の中心を通過するように誘導と位置決めとを行なう部材を意味する。

また「冷却媒体噴射ノズル」は、入口側ガイドに一体的に形成するものに限らず、入口側ガイドと他の部材と組み合わせて構成するものも含む。ここで「冷却液」とは水に限らず油や冷却作用をもたらす全ての液体を含む。また「冷却媒体」とは、上記冷却液の他に、空気や冷却作用をもたらす全ての気体を含む。また「円錐リング状」とは、噴射された冷却媒体が周方向につながった形状の他、各々複数の噴射口から噴射された冷却媒体が一定の周方向間隔を隔てて全体として円錐形を形成する状態等の全てを含む。

さらに「エアー噴射ノズル」は、出口側ガイドに一体的に形成するものに限らず、出口側ガイドと他の部材と組み合わせて構成するものも含む。なお冷却気体の場合は、エアー噴射ノズルを備えなくてもよい。

また、「外側面冷却手段」とは、冷却液を含む冷却媒体で探傷部の外側面を冷却する全ての手段を含み、例えば探傷部の外側面に冷却媒体を噴射する手段、あるいは探傷部の外側面に冷却ジャケットを設ける手段が該当する。

また、「冷却液飛散防止ボックス」とは、冷却に用いた液体が外部に飛散することを避け、その内部で収集することができる構造を有するもの全てを意味する。

次に、本考案に係る渦流探傷装置の作用について説明する。

直前の圧延工程を経て高温化した圧延材は、まず入口側ガイドを介して冷却媒体噴射ノズルを通過する。このとき冷却媒体噴射ノズルから、圧延材の進行方向に向けて冷却媒体を円錐リング状に噴射され、圧延材の外周表面は冷却効果を受ける。

次に圧延材は、探傷部に到達する。この際冷却媒体噴射ノズルは冷却媒体を噴射し続けるため、コイル内面と圧延材外側面との間に冷却媒体の層が形成される。したがって圧延材からの放熱は、この冷却液の層により遮断・吸収されコイルに熱が伝わることを防ぐ。これに加え、外側面冷却手段からコイル外側面に冷却媒体を付与することでコイル外側面の温度上昇を抑制して圧延材からの放熱によるコイルの焼損を防ぐ。

探傷部を圧延材が通過後、圧延材は出口側ガイドに進入する。一方、出口側ガイドに設けられたエアー噴射ノズルからは、圧延材の進行方向に対向して空気を円錐リング状に噴射している。したがって圧延材は噴射されるエアーに対向して進むため、その運動エネルギーが加わり、エアー噴射ノズルに近づくにつれて除去される冷却液の量は増加する。これによりエアー噴射ノズル通過後は、圧延材の表面から冷却液が全て除去される。その後、冷却液飛散防止ボックスの出口孔を通過する。

一方、噴射して飛散した冷却液やエアー噴射により除去された冷却液は、冷却液飛散防止ボックスの内壁に付着する。付着した冷却液は内壁に沿って下に落ち、集約板５６の斜面を利用して底部に滞留し、排出口５３から排出される

本考案によれば、冷却媒体噴射ノズルから噴射して形成した冷却媒体の層により、圧延材の放熱を冷却媒体で吸熱し、コイルの探傷部に熱が伝わるのを防止できる。したがってコイルの焼損を抑制し、高精度の探傷を継続して行うことができる。また探傷前から冷却媒体の噴射を行うことで、圧延材表面やコイル内面の温度の沈静化を図り、より高精度の探傷が実現する。さらにコイルの外側面冷却手段からコイル外周に冷却媒体を与えることで、コイルの高温化抑制を援護し、コイルの焼損を防止する。

また冷却用に用いた冷却液は、エアー噴射ノズルから噴射したエアーにより圧延材の表面から除去されるため、冷却液が付着したままで次工程に送られるのを回避できる。さらにこの使用済みの冷却液は冷却液飛散防止ボックスにより外部に飛散することなく処理できるため、床等を汚すことなく、常に清潔な状態で次工程以降を維持することができる。なおこの渦流探傷装置は、各圧延工程間に自由に移動もできるため、最適な場所に設置することができる。

渦流探傷装置の設置場所を示す図である。渦流探傷装置のパスラインに平行な拡大断面図である。渦流探傷装置のパスラインに直交する冷却液噴射ノズルの拡大断面図である。渦流探傷装置の内部構造を示すパスラインに平行な模式図である。渦流探傷装置の内部構造を示すパスラインに直交する模式図である。冷却液及びエアーの流れを示す概念図である。

以下図１〜６参照して、本考案による渦流探傷装置の構成と作用とについて説明する。まず、図１〜５を参照しつつ、本考案に係る渦流探傷装置の概要や内部構造を説明する。

図１に示すとおり、本考案に係る渦流探傷装置は、熱間圧延を経た圧延材Ｘの欠陥の有無を検知するため、好適には最終圧延工程の後に設ける。一方、探傷の精度を向上させるために、圧延工程間毎に設けてもよい。なお工程間に設置する装置の数や間隔、圧延工程との距離に限定はない。

圧延材Ｘの形状は、その断面が例えば円形状や角を有する形状を全て含み、これらに限定はない。

図２は、図１記載の渦流探傷装置のＡ−Ａ断面を示す拡大断面図である。本考案に係る渦流探傷装置は、探傷部１、この探傷部１の入口側及び出口側に設けた入口側ガイド２及び出口側ガイド３とで構成される。なお、これらは連結部材を介して一連一体に組立てる構成やそれぞれ独立して設置する構成のいずれでもよい。

探傷部１は、圧延材Ｘの表面に渦電流を発生させる励磁コイルと、疵等の欠陥による渦電流の変化を検出する検出コイルとを備え、上述した圧延材Ｘがこれらのコイル内面を通過することができる開口１１を有する。開口１１は、いずれの断面形状を有する圧延材Ｘであっても通過させることができる形状であって、探傷検査の精度を損なわない程度に圧延材表面と近接する形状が望ましい。なおコイルの両側には、さらにガイド１２、１３を設けてもよい。

入口側ガイド２及び出口側ガイド３は、探傷部１に隣接し、圧延材Ｘが探傷部１の開口１１の中心を圧延材が通過するように誘導と位置決めとを行なう部材である。なおこれらの内径は、開口１１よりも小さいことが望ましい。こうすることで高速移動する圧延材Ｘの揺れや振動を抑制し、安定して探傷部１に案内して通過させることができる。またそれぞれ圧延材Ｘが進入する部分にテーパを施すことで、揺れや振動を伴う圧延材Ｘをより確実にガイド内に案内することができる。

また入口側ガイド２は、圧延材Ｘが進入する部分に冷却液噴射ノズル２１を有する。冷却液噴射ノズル２１は、入力側ガイド２に一体的に形成するものに限らず、入口側ガイド２と他の部材とを組み合わせて構成するものも含み、例えば図示するように入口側ガイド２に係合させる構造であってもよい。

また冷却液噴射ノズル２１は、探傷部１の開口１１の内側面とこの開口を通過する圧延材Ｘの外側面との間隙に、この圧延材の進行方向に向けて冷却液を円錐リング状に噴射するものである。これにより圧延材Ｘの進行に伴って、コイル内面と圧延材表面との間に冷却液の層を形成し、吸熱しつつ下流側に流すことができる。なお好適には、圧延材Ｘの通過前においては、コイル内面に向けて冷却液を噴射することができるものである。これにより探傷検査前からコイル内面の温度を沈静化することができる。

ここで図３は、図２記載の冷却液噴射ノズル２１のＢ−Ｂ断面を示す拡大断面図である。図示するとおり、冷却液噴射ノズル２１は、その噴射口の断面がリング形状の冷却液噴射ノズル１２１や、各々の形状（例えば円形、楕円形、多角形）を持つ複数の噴射口からなる冷却液噴射ノズル２２１でもよい。冷却液噴射ノズル１２１では、噴射された冷却液が周方向につながって円錐リング状を形成するものである。また冷却液噴射ノズル２２１では、各々複数の噴射口から噴射された冷却液が一定の周方向間隔を隔てて全体として円錐リング状を形成するものである。

なお探傷部１がガイド１２を有する場合、圧延材Ｘが進入する部分に誘導のためテーパを施すことが好ましい。こうすることで冷却液噴射ノズル２１から噴射した冷却液をコイル内面に到達させ易くすることができる。また冷却液噴射ノズル２１の上方から、冷却液噴射ノズル２１内に冷却液を外部から供給するための冷却液供給管２２を設ける。

また出口側ガイド３は、圧延材Ｘが進入する部分とは逆側にエアー噴射ノズル３１を有する。エアー噴射ノズル３１は、出口側ガイド３に一体的に形成するものに限らず、出口側ガイド３と他の部材と組み合わせて構成するものも含み、例えば図示するように出口側ガイド３に係合させる構造であってもよい。

またエアー噴射ノズル３１は、探傷部１による探傷検査を経た圧延材Ｘ外側面に対して空気を噴射するものである。これにより圧延材Ｘ表面に付着した使用済み冷却液を除去することができる。なお好適には、圧延材Ｘの外側面に、この圧延材Ｘの進行方向に対向して空気を円錐リング状に噴射する。こうすることで噴射したエアーの圧力に対し、圧延材Ｘが進行する運動エネルギーが加わって、圧延材Ｘに付着した冷却液を効果的に除去することができる。

なおエアー噴射ノズル３１が噴射する空気を外部から供給するためのエアー供給管３２を設ける。またエアー噴射ノズル３１は上記冷却液噴射ノズル２１と同様に、その噴射口の断面がリング形状の他、各々の形状（例えば円形、楕円形、多角形）を持つ複数の噴射口からなるノズルでもよい。

さらに本考案に係る渦流探傷装置は、探傷部１の外側面に冷却液を付与する外側面冷却手段４を有する。外側面冷却手段４は、例えば探傷部１の上方に設け、冷却液を外部から供給してコイル外側面に噴射する手段がある。これにより、コイルの円形形状を利用して重力により冷却液がコイル表面を辿っていくため、外周全体に行き渡らせることができ、ひいては外周からコイルの高温化による焼損を抑制することができる。なお外部から冷却液を供給する際は、供給管４１を介して行う。

さらに本考案に係る渦流探傷装置は、図４に示すとおり、冷却液飛散防止ボックス５により探傷部１、入口側ガイド２及び出口側ガイド３を収納する構造を持つ。冷却液飛散防止ボックス５には、圧延材Ｘが通過する入口孔５１及び出口孔５２と、底部に滞留する冷却液を排出する排出口５３とが設けられている。入口孔５１及び出口孔５２は、圧延材Ｘの通過を妨げない径を有すればよく、限定はない。また排出口５３から排出された冷却液は、排出管５４を介して外部に排出される。このような構造により、使用済みの冷却液が外部に飛散することを避け、その内部で収集することができる。なお底部には、ボックス内で飛散した冷却液を排出口５３に集約するための集約板５６が設けられている。

図５は、図４記載の冷却液飛散防止ボックス５の内部構造を矢印Ｙの方向から見たものである。同図に示すように、探傷部１等は架台に設置されているため、底部には冷却液を滞留する空間を確保することができる。また集約板５６が冷却液飛散防止ボックス５の内壁に立てかけられて設けられているため、使用済みの冷却液を排出口５３に向けて集約させることができる。なお底部は擂鉢形状や斜面を有する形状でもよい。こうすることで使用済みの冷却体を効率良く排出することができる。また一体となった探傷部１等を、冷却液飛散防止ボックス５に天井部から所定の金具を用いて吊り下げる構造でもよく、底部に空間を形成できればいずれの構造でもよい。

次に図６を用いて、圧延材Ｘや探傷部１の冷却、冷却液やエアーの噴射及び残液排出の動作原理を説明する。

同図に示すとおり、直前の圧延工程を経て高温化した圧延材Ｘは、まず入口孔５１から冷却液飛散防止ボックス５内部に進入し、入口側ガイド２を介して冷却液噴射ノズル２１を通過する。このとき冷却液噴射ノズル２１から、圧延材Ｘの進行方向に向けて冷却液を円錐リング状に噴射され、圧延材Ｘの外周表面は冷却効果を受ける。

次に圧延材Ｘは、探傷部１に到達する。この際冷却液噴射ノズル２１は冷却液を噴射し続けるため、コイル内面と圧延材Ｘ外側面との間に冷却液の層が形成される。したがって圧延材Ｘからの放熱は、この冷却液の層により遮断・吸収されコイルに熱が伝わることを防ぐ。これに加え、外側面冷却手段４から冷却液を付与することでコイル外側面の冷却を行う。

探傷部１を通過後、圧延材Ｘは出口側ガイド３に進入する。一方、出口側ガイド３に設けられたエアー噴射ノズル３１からは、圧延材Ｘの進行方向に対向して空気を円錐リング状に噴射している。したがって圧延材Ｘは噴射されるエアーに対向して進むため、その運動エネルギーが加わり、出口側ガイド３に近づくにつれて除去される残液の量は増加する。これによりエアー噴射ノズル３１通過後は、圧延材Ｘの表面から残液が全て除去され、冷却液飛散防止ボックス５の出口孔５２を通過する。

一方、噴射して飛散した冷却液やエアー噴射により除去された冷却液の残液は、冷却液飛散防止ボックス５の内壁に付着する。付着した残液は内壁に沿って下に落ち、集約板５６の斜面を利用して底部に滞留し、排出口５３から排出される。

本考案に係る渦流探傷装置は、圧延材に限らず高温化した試験体を非破壊検査するときに電磁誘導探傷を利用する場合、コイルの温度上昇を抑制することができるため、鉄鋼業界に広く利用可能である。

１探傷部
１１開口
２入口側ガイド
２１、１２１、２２１冷却液噴射ノズル
３出口側ガイド
３１エアー噴射ノズル
４外側面冷却手段
５冷却液飛散防止ボックス
５１入口孔
５２出口孔
５３排出口
Ｘ圧延材

Claims

熱間圧延において圧延材に生じる欠陥を検知する渦流探傷装置であって、上記圧延材が通過する開口を有する探傷部と、この探傷部の入口及び出口に設けた入口側ガイド及び出口側ガイドとを備え、
上記入口側ガイドには、上記探傷部の開口の内側面とこの開口を通過する
上記圧延材の外側面との間隙に、この圧延材の進行方向に向けて冷却液を含む冷却媒体を円錐リング状に噴射する冷却媒体噴射ノズルが設けられ、
上記出口側ガイドには、上記圧延材の外側面に付着した上記冷却液を除去するエアー噴射ノズルが設けられる
ことを特徴とする渦流探傷装置。
上記エアー噴射ノズルは、上記圧延材の外側面に、この圧延材の進行方向に対向して空気を円錐リング状に噴射する
ことを特徴とする請求項１に記載の渦流探傷装置。
上記探傷部の外側面に冷却液を含む冷却媒体を付与する外側面冷却手段を更に備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の渦流探傷装置。
上記探傷部、入口側ガイド及び出口側ガイドを収納する冷却液飛散防止ボックスを更に備え、
上記冷却液飛散防止ボックスには、上記圧延材が通過する入口孔及び出口孔と、底部に滞留する上記冷却液を排出する排出口とが設けてある
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の渦流探傷装置。