JP3160711B2 - Method for determining plasticity of steel - Google Patents

Method for determining plasticity of steel

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JP3160711B2 JP14830597A JP14830597A JP3160711B2 JP 3160711 B2 JP3160711 B2 JP 3160711B2 JP 14830597 A JP14830597 A JP 14830597A JP 14830597 A JP14830597 A JP 14830597A JP 3160711 B2 JP3160711 B2 JP 3160711B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気センサーを用
いて鋼材の塑性化を判別するための方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for judging the plasticity of steel using a magnetic sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】構造物
における構造体として使用される鉄骨等の鋼材が降伏点
を越えるような過荷重を受けると、塑性変形を起こす。
大地震等により荷重を受けた構造物において、構造材料
が弾性変形の範囲内で変形したか、或いは降伏点を越え
る過荷重を受けて塑性変形したかを判別することは、構
造物のその後の継続的な使用や補強の要否の対策等を検
討する上で重要である。塑性変形が大きな場合には目視
観察や寸法測定によって鋼材の塑性化を判別することが
できる。しかしながら、塑性変形が小さな場合には、構
造物としての変形量が少ないことや、鋼材を被覆する内
装材や耐火被覆材に隠れているために、塑性変形の有無
を知ることは困難である。そのため、従来行われている
塑性化を判別する手法としては、構造物の変形状態や鋼
材を被覆する内外装材の損傷等を観察することで間接的
に判断する手法しかなく、構造物の塑性化を直接的に測
定し得る有効適切な工学的な手法はなかった。
2. Description of the Related Art When a steel material such as a steel frame used as a structure in a structure is overloaded so as to exceed a yield point, plastic deformation occurs.
In a structure that has been loaded by a large earthquake, etc., it is necessary to determine whether the structural material has deformed within the range of elastic deformation or has undergone plastic deformation due to overload exceeding the yield point. This is important when considering measures to determine whether continuous use or reinforcement is necessary. When the plastic deformation is large, the plasticization of the steel material can be determined by visual observation or dimensional measurement. However, when the plastic deformation is small, it is difficult to know the presence or absence of the plastic deformation because the amount of deformation as a structure is small and the steel is covered by an interior material or a fire-resistant coating material covering the steel material. Therefore, the only conventional method for determining plasticity is to indirectly determine the structure by observing the deformation state of the structure or damage to the interior and exterior materials covering the steel material. There was no effective and appropriate engineering method that could directly measure activation.

【0003】他方、鋼材の塑性化を判別するための金属
学的な手法としては、鋼材の組織観察を行い、塑性化に
伴って生じる転位やすべり線を観察する手法や、鋼材の
表面を酸化処理(エッチング)し歪硬化領域を目視観察
する方法がある。しかし組織観察を行うためには鋼材か
ら観察用のサンプルを採取して表面研摩することが必要
になるし、また、エッチングによる観察の場合には鋼材
を250〜300℃に加熱した後、腐食液でエッチング
を施す必要がある。従って、いずれの方法も実験室で小
さな試験片を用いて行う場合には観察測定できるが、実
構造物への適用は困難なものがある。また例えば特開平
6−109412号公報に提案されているように、試料
を検出コイル内に配置して交流電流を印加して、交流磁
化特性を検出することで試料の塑性化を判別する手法も
検討されているが、この場合も上述の金属学的な手法と
同様に実構造物への適用が困難であることに変わりはな
い。
On the other hand, as a metallurgical method for discriminating the plasticity of a steel material, there is a method of observing the structure of the steel material and observing dislocations and slip lines caused by the plasticization, and oxidizing the surface of the steel material. There is a method of performing processing (etching) and visually observing the strain hardened region. However, in order to observe the structure, it is necessary to collect a sample for observation from the steel material and polish the surface. In the case of observation by etching, the steel material is heated to 250 to 300 ° C. Need to be etched. Therefore, any method can be observed and measured when a small test piece is used in a laboratory, but it is difficult to apply it to an actual structure. Further, as proposed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-109412, a method of determining plasticity of a sample by arranging the sample in a detection coil, applying an AC current, and detecting an AC magnetization characteristic is also proposed. However, in this case, it is still difficult to apply the method to an actual structure as in the case of the metallurgical method described above.

【0004】本発明は、このような実情に鑑み、実構造
物に使用されている鋼材の塑性化を非破壊的且つ直接的
に判別できるようにした鋼材の塑性化判別方法を提供す
ることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a method for determining the plasticity of a steel material which enables non-destructive and direct determination of the plasticity of a steel material used in an actual structure. Aim.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明による鋼材の塑性
化判別方法は、予め磁石(外部磁界)によって鋼材を磁
化させることで外部へ働く測定可能な強い自発的な磁界
を生じさせ、この鋼材の表面に沿って磁気センサーを走
査することで初期の自発的な磁界を測定しておき、鋼材
の塑性変形によって誘起される磁気異方性に起因して生
じる前記自発的な磁界の初期からの変化を前記磁気セン
サーによる走査により検出して、鋼材の塑性化を判別す
るようにしたことを特徴とするものである。
According to the method of determining plasticity of a steel material according to the present invention, a strong spontaneous magnetic field that can be measured externally is generated by magnetizing a steel material with a magnet (external magnetic field) in advance. The initial spontaneous magnetic field is measured by scanning the magnetic sensor along the surface of the steel, and the spontaneous magnetic field generated from the initial state of the spontaneous magnetic field caused by the magnetic anisotropy induced by the plastic deformation of the steel material is measured. The change is detected by scanning with the magnetic sensor, and the plasticization of the steel material is determined.

【0006】本発明は、以下に説明する原理に基づく。
鋼材の塑性変形は結晶の内部に転位やすべり線が生じる
ことによって起きる。転位やすべり線は格子欠陥である
ため、その周囲には不均一な応力が生じ、その応力に誘
起された磁気異方性が起きる。本発明は塑性変形によっ
て起きる磁気異方性に着目し、磁気異方性に起因する磁
界の変化を検出することで塑性変形の有無や程度等を判
別しようとするものである。即ち、図19に示すよう
に、鋼材1のような強磁性材料は多くの磁区で仕切られ
た磁区構造と呼ばれる磁気的な構造を有しており、各磁
区にはそれぞれ同一方向を向いた多くの磁気スピンが存
在している。図20に示す鋼材の応力−歪曲線におい
て、弾性領域Aでは各磁区の磁化方向がランダムである
ために、鋼材1は全体として等方的な磁化特性を示して
おり、歪が少ない。
[0006] The present invention is based on the principle described below.
Plastic deformation of steel occurs when dislocations and slip lines occur inside the crystal. Since dislocations and slip lines are lattice defects, non-uniform stress is generated around them, and magnetic anisotropy induced by the stress occurs. The present invention focuses on magnetic anisotropy caused by plastic deformation, and seeks to determine the presence or absence and degree of plastic deformation by detecting a change in a magnetic field caused by magnetic anisotropy. That is, as shown in FIG. 19, a ferromagnetic material such as a steel material 1 has a magnetic structure called a magnetic domain structure partitioned by many magnetic domains. Magnetic spins exist. In the stress-strain curve of the steel material shown in FIG. 20, since the magnetization direction of each magnetic domain is random in the elastic region A, the steel material 1 shows isotropic magnetization characteristics as a whole and has little distortion.

【0007】このように磁化されていない鋼材1では磁
区の磁化方向はランダムであり、磁区による外部に働く
磁界(自発的な磁界という)は弱いが、外部から磁界が
加えられて磁化されると磁区構造が一定の方向を向くこ
とになり、外部に働く強い自発的な磁界を生じることに
なる。他方、鋼材に降伏点を越える荷重が働くと、組織
内に転位並びにその集合であるすべりが生じる。転位や
すべりの周囲にはミクロ的な応力場が生じる。鋼材1の
ような強磁性体では、応力場の付近で応力に誘起された
磁気異方性が生じることになる。鋼材1が塑性変形する
と、転位やすべりが増加して磁気異方性を生じる部分も
増加する。転位やすべりは鋼材1の結晶内のすべり易い
方向(容易すべり方向)に生じるために、鋼材のような
多結晶材料では転位やすべりによって誘起される磁気異
方性は磁区の磁化方向と一致しない。そのため、磁石に
よる外部磁界によって磁化されて外部へ働く強い自発的
な磁界は、鋼材の塑性変形が進むにつれて、転位やすべ
りによって誘起される磁気異方性により減殺されて次第
に弱まっていくという特性を呈する。
In the non-magnetized steel material 1, the magnetization directions of the magnetic domains are random, and the magnetic field acting externally by the magnetic domains (called a spontaneous magnetic field) is weak. The magnetic domain structure will be oriented in a certain direction, and will generate a strong spontaneous magnetic field acting outside. On the other hand, when a load exceeding the yield point is applied to the steel material, dislocations and a slip which is an aggregate thereof occur in the structure. A microscopic stress field is generated around dislocations and slips. In a ferromagnetic material such as steel material 1, magnetic anisotropy induced by stress occurs near the stress field. When the steel material 1 undergoes plastic deformation, dislocations and slips increase, and the portion where magnetic anisotropy occurs also increases. Since the dislocation and slip occur in a direction in which the crystal of the steel material 1 easily slips (easy slip direction), in a polycrystalline material such as steel, the magnetic anisotropy induced by the dislocation and slip does not match the magnetization direction of the magnetic domain. . Therefore, the strong spontaneous magnetic field that is magnetized by the external magnetic field generated by the magnet and acts to the outside is reduced and gradually weakened by the magnetic anisotropy induced by dislocations and slips as the plastic deformation of the steel proceeds. Present.

【0008】この鋼材から外部に発生する自発的な磁界
を、磁気センサーを走査させて鋼材の表面上で測定する
と、次のような特徴を示すことになる。 (1) 磁石によって鋼材が磁化された直後は、磁石の
接触箇所が強く磁化されており、その部分の直上では、
磁石による磁化に起因する強い自発的な磁界が測定され
る。この部分の磁界は他の部分の磁界よりも強い。 (2) 鋼材の弾性変形の範囲では、転位やすべりはあ
まり発生せず、自発的な磁界の変化は小さい。そのた
め、磁石の接触箇所の真上には、(1)と同様な強い自
発的な磁界が測定される。 (3) しかし鋼材が荷重等のために塑性変形している
と、転位やすべりが発生し、磁気異方性が誘起される。
そのため、磁石の接触箇所の自発的な磁界が低減され、
それ以外の部分における自発的な磁界の強さとの差が減
少する。 (4) 鋼材の塑性変形が増大するにつれて又は増大し
ている部分では、磁石の接触箇所の自発的な磁界は更に
低減し、それ以外の部分における自発的な磁界との強さ
の差がいっそう減少する。
When the spontaneous magnetic field generated from the steel material to the outside is measured on the surface of the steel material by scanning the magnetic sensor, the following characteristics are exhibited. (1) Immediately after the steel is magnetized by the magnet, the contact point of the magnet is strongly magnetized.
A strong spontaneous magnetic field due to the magnetization by the magnet is measured. The magnetic field in this part is stronger than the magnetic field in other parts. (2) In the range of elastic deformation of the steel material, dislocation and slip do not occur much, and the spontaneous change in the magnetic field is small. Therefore, a strong spontaneous magnetic field similar to (1) is measured just above the contact point of the magnet. (3) However, if the steel material is plastically deformed due to a load or the like, dislocation or slip occurs, and magnetic anisotropy is induced.
Therefore, the spontaneous magnetic field at the contact point of the magnet is reduced,
The difference from the spontaneous magnetic field strength in other parts is reduced. (4) As the plastic deformation of the steel material increases or increases, the spontaneous magnetic field at the contact point of the magnet is further reduced, and the difference in strength from the spontaneous magnetic field at other portions is further increased. Decrease.

【0009】ところで、鋼材が磁石によって磁化される
と鋼材の外部に強い自発的な磁界が形成されるが、通常
の鋼材は強磁性体であるために鋼材が固有に有する磁界
(自発磁気)を有している。そのため、鋼材の外部に
は、鋼材が固有に有する磁界及び自然界の磁界(例えば
地磁気)と磁石による磁化に起因する自発的な磁界とが
重畳している。磁石による自発的な磁界を測定するため
には、鋼材が固有に有する磁界や自然界の磁界を補償し
て、磁石の磁気に起因する磁界のみを取り出すことが必
要になる。この場合、鋼材が特別な方向に磁化していな
ければ、鋼材の周囲における磁界の空間的な分布は緩慢
である。他方、磁石による磁化によって鋼材外部に作ら
れる自発的な磁界の空間的な分布は変化が大きい。従っ
て、微分型の検出コイルを有する磁気センサーやオフセ
ット機能を有する磁気センサー等の磁気センサーを用い
ることにより、鋼材が固有に有する磁界や自然界の磁界
を補償することができることになる。また、検出部分の
面積が小さな空間分解能に優れた磁気センサーを用いる
ことにより、磁石の磁化に起因する自発的な磁界を高精
度で測定することができる。例えば、超伝導量子干渉素
子を用いた磁気センサーは高感度であることから、磁束
の検出部分の面積を小さくすることが可能であり、空間
的な分解能を高めることができる。
When a steel material is magnetized by a magnet, a strong spontaneous magnetic field is formed outside the steel material. However, since a normal steel material is a ferromagnetic material, a magnetic field (spontaneous magnetism) inherent to the steel material is generated. Have. Therefore, a magnetic field inherent to the steel material and a magnetic field in the natural world (for example, geomagnetism) and a spontaneous magnetic field caused by magnetization by a magnet are superimposed on the outside of the steel material. In order to measure the spontaneous magnetic field generated by the magnet, it is necessary to compensate for the magnetic field inherent in steel and the magnetic field in the natural world, and extract only the magnetic field caused by the magnetism of the magnet. In this case, if the steel is not magnetized in a particular direction, the spatial distribution of the magnetic field around the steel is slow. On the other hand, the spatial distribution of the spontaneous magnetic field created outside the steel material by the magnetization of the magnet varies greatly. Therefore, by using a magnetic sensor such as a magnetic sensor having a differential detection coil or a magnetic sensor having an offset function, it is possible to compensate for a magnetic field inherent to a steel material or a magnetic field in the natural world. In addition, by using a magnetic sensor having a small detection area and excellent in spatial resolution, a spontaneous magnetic field due to magnetization of a magnet can be measured with high accuracy. For example, since a magnetic sensor using a superconducting quantum interference device has high sensitivity, the area of a magnetic flux detection portion can be reduced, and spatial resolution can be increased.

【0010】従って、外部磁界で磁化された鋼材の自発
的な磁界の強さを磁気センサーで測定すると、鋼材が塑
性変形している場合には、磁気異方性により磁石の接触
箇所(磁化された部分)の自発的な磁界が低減すること
で、鋼材の塑性変形の有無を判別でき、更に測定される
自発的な磁界の振幅で塑性変形の程度等を検出できる。
そのため、非破壊で直接鋼材の塑性変形を測定でき、実
構造物に適用されている鋼材の塑性変形の判別測定が可
能である。
Therefore, when the strength of the spontaneous magnetic field of a steel material magnetized by an external magnetic field is measured by a magnetic sensor, when the steel material is plastically deformed, the contact portion of the magnet (magnetized by the magnetic anisotropy) is caused by magnetic anisotropy. The spontaneous magnetic field of the steel part is reduced, so that the presence or absence of plastic deformation of the steel material can be determined, and the degree of plastic deformation and the like can be detected from the amplitude of the measured spontaneous magnetic field.
Therefore, the plastic deformation of the steel material can be directly measured without destruction, and the discrimination measurement of the plastic deformation of the steel material applied to the actual structure is possible.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図1ないし図7に基づい
て、本発明の第一の実施の形態について説明する。図1
は鋼材に電磁石を接触させた状態を示す斜視図、図2は
鋼材の磁化された部分と磁気センサーの走査方向を示す
平面図、図3は磁気センサーの平面図、図4は部分的に
磁化された鋼材に磁気センサーを走査させた状態を示す
斜視図、図5は初期状態の鋼材に対して磁気センサーで
測定した磁界の強さを示す図、図6は塑性変形された鋼
材に対して磁気センサーで測定した磁界の強さを示す
図、図7は自発的な磁界の振幅と鋼材の塑性歪の割合と
の関係を示す図である。図1には、板状の鋼材1に接触
させて磁化するための磁石、例えば2つの電磁石5(永
久磁石でもよい)が示されている。この電磁石5は例え
ば断面コの字形の鉄心6にコイル7が巻かれて形成され
ており、鉄心6の鋼材1に接する両端面の一方がN極、
他方がS極とされている。コイル7の電源電流は直流が
望ましいが、交流でもよい。そのため、電磁石5で磁化
された鋼材1の部分はN極で磁化された部分8(S極)
とS極で磁化された部分9(N極)とが、交互に縞状に
形成されることになる(図2参照)。磁化された部分
8,9は複数箇所であることが好ましいが、1箇所だけ
でもよい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG.
Is a perspective view showing a state where an electromagnet is brought into contact with a steel material, FIG. 2 is a plan view showing a magnetized portion of the steel material and a scanning direction of a magnetic sensor, FIG. 3 is a plan view of a magnetic sensor, and FIG. FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the magnetic sensor is scanned on the steel material, FIG. 5 is a diagram showing the strength of the magnetic field measured by the magnetic sensor for the steel material in the initial state, and FIG. FIG. 7 is a diagram showing the strength of a magnetic field measured by a magnetic sensor, and FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the amplitude of a spontaneous magnetic field and the ratio of plastic strain of a steel material. FIG. 1 shows a magnet, for example, two electromagnets 5 (which may be permanent magnets) for contacting and magnetizing a plate-like steel material 1. The electromagnet 5 is formed, for example, by winding a coil 7 around an iron core 6 having a U-shaped cross section, and one of both end surfaces of the iron core 6 in contact with the steel material 1 has an N pole.
The other is an S pole. The power supply current of the coil 7 is desirably DC, but may be AC. Therefore, the portion of the steel material 1 magnetized by the electromagnet 5 is a portion 8 (S pole) magnetized by the N pole.
And the portion 9 (N pole) magnetized by the S pole are alternately formed in a stripe shape (see FIG. 2). The magnetized portions 8 and 9 are preferably provided at a plurality of locations, but may be provided at only one location.

【0012】次に自発的な磁界を測定するための磁気セ
ンサー10は、例えば図3に示されたものであり、この
磁気センサー10は二重の検出コイル10a、10bか
らなる微分型のものである。各検出コイル(検出部)1
0a、10bは鋼材1の表面上方の局所的に変化する磁
界を高い精度で検出できる程度の微小な大きさとし、例
えば1mmφ程度の微小な断面積を有し、同心状且つ同
一平面上に配設され、それらの面積が同じになるように
巻数が調整され、しかも巻方向が互いに逆向きとされて
いる。本実施の形態では、検出コイル10a、10bの
断面積をS1、S2、巻数をN1、N2とすると、S1
・N1=S2・N2となるように設定されている。この
ような微少な断面積の検出コイル10a、10bからな
る微分型の磁気センサー10を用いることで、局所的に
変化する磁束を高い精度で検出し得るとともに、遠方の
磁場源からの磁束(自然界の磁界等)ならびに緩慢な変
化の磁束を補償し得る。
Next, a magnetic sensor 10 for measuring a spontaneous magnetic field is, for example, the one shown in FIG. 3, and this magnetic sensor 10 is of a differential type comprising double detection coils 10a and 10b. is there. Each detection coil (detection unit) 1
Reference numerals 0a and 10b are small enough to detect a locally changing magnetic field above the surface of the steel material 1 with high accuracy, and have a minute cross-sectional area of, for example, about 1 mmφ, and are arranged concentrically and on the same plane. The number of windings is adjusted so that their areas are the same, and the winding directions are opposite to each other. In the present embodiment, assuming that the sectional areas of the detection coils 10a and 10b are S1 and S2 and the number of turns is N1 and N2, S1
N1 is set to be S2N2. By using the differential type magnetic sensor 10 including the detection coils 10a and 10b having such a small cross-sectional area, a locally changing magnetic flux can be detected with high accuracy, and a magnetic flux from a distant magnetic field source (natural world) can be detected. As well as slowly changing magnetic flux.

【0013】次に実施の形態による鋼材の塑性化判別方
法について説明する。まず、図1に示すように鋼材1の
表面に電磁石5の両極を接触させて磁化させ、図2に示
すように縞模様に磁化された部分8,9を1または複数
つくる。磁化された部分8、9には鋼材表面から外部に
自発的な磁界が生じており、この磁化された部分8,9
に交差する方向に磁気センサー10を鋼材1の表面に沿
って非接触で走査させると(図4参照)、磁気センサー
10の検出コイル10a、10bで、鋼材1からの自発
的な磁界の変化を測定できる。磁気センサー10が検出
する鋼材表面上における磁界は、磁気センサー10の走
査位置によって変化する。磁化された部分8、9の直上
では、電磁石5の極性によって正負が異なるが磁界の強
さが最大となり、それ以外の箇所と比較して磁界の強さ
が大きく変化する。即ち、磁化された部分8、9におけ
る自発的な磁界の振幅は、鋼材1に荷重がかけられる前
(無載荷)の初期状態(図5参照)では大きいが、塑性
変形が進むにつれて小さくなる(図6参照)。従って、
図7に示すように、磁化された部分8、9の上部(また
は下部)における自発的な磁界の振幅の最大値(最小
値)を測定することで塑性歪みを検出でき、塑性変形の
有無と程度を推定できる。
Next, a method of determining plasticity of a steel material according to an embodiment will be described. First, as shown in FIG. 1, both poles of the electromagnet 5 are brought into contact with the surface of the steel material 1 to be magnetized, and as shown in FIG. 2, one or a plurality of stripe-shaped magnetized portions 8, 9 are formed. A spontaneous magnetic field is generated in the magnetized portions 8 and 9 from the surface of the steel material to the outside.
When the magnetic sensor 10 is caused to scan along the surface of the steel material 1 in a non-contact manner in a direction intersecting (see FIG. 4), the spontaneous change in the magnetic field from the steel material 1 is detected by the detection coils 10a and 10b of the magnetic sensor 10. Can be measured. The magnetic field on the steel surface detected by the magnetic sensor 10 changes according to the scanning position of the magnetic sensor 10. Immediately above the magnetized portions 8 and 9, the polarity of the electromagnet 5 differs depending on whether the polarity is positive or negative, but the strength of the magnetic field is maximized, and the strength of the magnetic field greatly changes as compared with other portions. That is, the amplitude of the spontaneous magnetic field in the magnetized portions 8 and 9 is large in the initial state (see FIG. 5) before a load is applied to the steel material 1 (unloaded) (see FIG. 5), but decreases as the plastic deformation proceeds ( See FIG. 6). Therefore,
As shown in FIG. 7, the plastic strain can be detected by measuring the maximum value (minimum value) of the spontaneous magnetic field amplitude at the upper part (or lower part) of the magnetized portions 8 and 9, and the presence or absence of plastic deformation can be determined. The degree can be estimated.

【0014】尚、構造物の仕口部等は複雑な形状をして
おり、その応力分布は一様ではない。応力は荷重が加わ
る以前であれば歪ゲージや変位計等を用いて計測できる
が、建築後の実構造物における応力集中箇所を知ること
は困難である。その点、本実施の形態による方法によれ
ば、構造物の補強を行う際に、応力集中箇所で塑性化を
早期に生じた箇所の有無ならびに位置の特定が非接触で
できる。
The joints of the structure have a complicated shape and the stress distribution is not uniform. The stress can be measured using a strain gauge, a displacement gauge, or the like before the load is applied, but it is difficult to know the stress concentration location in the actual structure after the construction. In this regard, according to the method according to the present embodiment, when reinforcing the structure, it is possible to specify the presence or absence and the location of the location where plasticization occurred early in the stress concentration location without contact.

【0015】上述のように本実施の形態によれば、鋼材
1の塑性変形の有無やその程度を非接触で容易に測定で
き、実構造物に用いられている鋼材であっても非破壊で
直接的に塑性変形を判別できる。
As described above, according to the present embodiment, the presence or absence and degree of plastic deformation of the steel material 1 can be easily measured in a non-contact manner, and even if the steel material is used for an actual structure, it is non-destructive. Plastic deformation can be determined directly.

【0016】次に第二の実施の形態による鋼材の塑性化
判別方法について説明する。図8において、図2に示す
鋼材1と同様に縞模様に磁化された部分8、9が配列さ
れた状態で、磁気センサー10を磁化された部分8、9
に沿って矩形波状に走査させ、鋼材1の自発的な磁界の
強さの平面分布図を得る。即ち、図8に示すようにして
鋼材1の全面に亘って磁気センサー10を矩形波状に走
査して自発的な磁界の強さの平面分布を得る。そして、
各走査線上にサンプリング周波数に応じて走査点を設定
し、各走査線における磁界の強さをA/D変換器を介し
てデジタル値に変換し、各走査線の磁場強度が等しい点
を結めば等磁線図が得られる。図9乃至図12に示す平
面分布図は、測定された磁界の強さが等しい点をつない
だ等磁線図であり、図9に示す初期状態(無載荷)の鋼
材1では、磁化された部分8、9の直上において等磁線
の間隔が密になり(符号8′、9′で示す)、それ以外
の箇所では疎となっている。鋼材1に塑性変形が加わっ
てゆくと、図10、図11、図12に示すように弾性領
域、残留歪0.2%、残留歪1.0%の各状態で等磁線
の間隔が次第に疎になってゆく。尚、等磁線の密度と鋼
材の塑性歪との関係を示すと、図13のようになる。上
述のように、各平面分布図上における等磁線の密度を測
定することにより、塑性変形の有無と程度を測定でき
る。
Next, a method of determining plasticity of a steel material according to a second embodiment will be described. In FIG. 8, the magnetized portions 8, 9 of the magnetic sensor 10 are arranged in a state where the portions 8, 9 magnetized in a striped pattern like the steel material 1 shown in FIG.
Is scanned in the form of a rectangular wave along the line, and a plane distribution diagram of the strength of the spontaneous magnetic field of the steel material 1 is obtained. That is, as shown in FIG. 8, the magnetic sensor 10 is scanned in a rectangular waveform over the entire surface of the steel material 1 to obtain a spontaneous planar intensity distribution of the magnetic field. And
A scanning point is set on each scanning line according to a sampling frequency, a magnetic field strength in each scanning line is converted into a digital value via an A / D converter, and points where the magnetic field strengths in each scanning line are equal are connected. In this case, an isomagnetic map can be obtained. The plane distribution diagrams shown in FIGS. 9 to 12 are isomagnetic diagrams connecting points at which the measured magnetic field strengths are equal. In the steel material 1 in the initial state (unloaded) shown in FIG. Immediately above the portions 8 and 9, the intervals between the isomagnetic lines are dense (indicated by reference numerals 8 'and 9'), and sparse in other portions. When plastic deformation is applied to the steel material 1, as shown in FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12, the distance between the isomagnetic lines gradually increases in each state of the elastic region, the residual strain of 0.2%, and the residual strain of 1.0%. It becomes sparse. FIG. 13 shows the relationship between the density of isomagnetic lines and the plastic strain of a steel material. As described above, the presence and degree of plastic deformation can be measured by measuring the density of isomagnetic lines on each plane distribution map.

【0017】尚、電磁石5等の磁石によって磁化させる
鋼材1の部分8、9の形状は、縞模様である必要はな
く、例えば、図14に示すように同心の円形でもよく、
或いは図15に示すように小円形状を市松状に設けても
よい。また、電磁石5は両極を鋼材1に接触させて磁化
させたが、これに代えて図16の電磁石12のように、
片側の極のみを鋼材に接触させて磁化させるようにして
もよい。また、微分型の磁気センサー10の検出コイル
10a、10bとして、図3に示す同心円形のものに代
えて、図17に示すように検出コイル10a、10bを
上下に間隔をおいて配設して構成してもよいし、或いは
図18に示すように矩形又は多角形状に配列してもよ
い。また、上述の実施の形態では、磁気センサー10で
鋼材1の表面に垂直な方向の磁界を測定しているが、鋼
材1の表面に平行な方向の磁界を測定してもよい。或い
は、磁界の方向成分ではなくて、合成された磁界強度を
測定してもよい。
The shape of the portions 8 and 9 of the steel material 1 to be magnetized by the magnets such as the electromagnet 5 does not need to be striped, and may be concentric circles as shown in FIG.
Alternatively, small circles may be provided in a checkered pattern as shown in FIG. Further, the electromagnet 5 is magnetized by bringing both poles into contact with the steel material 1, but instead of this, like the electromagnet 12 in FIG.
Only one pole may be brought into contact with the steel material to be magnetized. Further, as the detection coils 10a and 10b of the differential type magnetic sensor 10, instead of the concentric circular coils shown in FIG. 3, the detection coils 10a and 10b are arranged at intervals above and below as shown in FIG. It may be configured, or may be arranged in a rectangular or polygonal shape as shown in FIG. Further, in the above-described embodiment, the magnetic field in the direction perpendicular to the surface of the steel 1 is measured by the magnetic sensor 10, but the magnetic field in the direction parallel to the surface of the steel 1 may be measured. Alternatively, instead of the direction component of the magnetic field, the combined magnetic field strength may be measured.

【0018】以上説明したように、本発明に係る鋼材の
塑性化判別方法によれば、予め磁石によって鋼材を磁化
させることで外部へ働く測定可能な強い自発的な磁界を
生じさせておくとともにその初期の自発的な磁界を測定
しておき、塑性化判別を行う際には、鋼材の表面に沿っ
て磁気センサーを走査することにより、塑性変形によっ
て誘起される磁気異方性に起因して生じた自発的な磁界
の初期からの変化を検出し、それによって鋼材の塑性化
を判別するようにしたから、実構造物等に用いられた鋼
材からの自発的な磁界を非接触で測定して、非破壊状態
で直接的に鋼材の塑性化の有無を判別できる。
As described above, according to the method for judging plasticity of a steel material according to the present invention, a strong spontaneous magnetic field that can be measured externally is generated by magnetizing the steel material in advance with a magnet. When the initial spontaneous magnetic field is measured and plasticity determination is performed, the magnetic sensor is scanned along the surface of the steel material, resulting from magnetic anisotropy induced by plastic deformation. The spontaneous magnetic field from the steel used for the actual structure was measured in a non-contact manner by detecting changes in the spontaneous magnetic field from the initial stage and thereby determining the plasticity of the steel. The presence or absence of plasticization of the steel material can be determined directly in a non-destructive state.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の実施の形態による塑性化判別方法に
おける、鋼材に電磁石を接触させた状態を示す斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which an electromagnet is brought into contact with a steel material in a method for determining plasticity according to an embodiment of the present invention.

【図2】 鋼材の磁化された部分と磁気センサーの走査
方向を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing a magnetized portion of a steel material and a scanning direction of a magnetic sensor.

【図3】 磁気センサーの検出コイルの平面図である。FIG. 3 is a plan view of a detection coil of the magnetic sensor.

【図4】 部分的に磁化された鋼材に磁気センサーを走
査させた状態を示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view showing a state in which a magnetic sensor scans a partially magnetized steel material.

【図5】 初期状態の鋼材に対して磁気センサーで測定
した磁界の振幅を示す波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram showing the amplitude of a magnetic field measured by a magnetic sensor on a steel material in an initial state.

【図6】 塑性変形された鋼材に対して磁気センサーで
測定した磁界の振幅を示す波形図である。
FIG. 6 is a waveform diagram showing the amplitude of a magnetic field measured by a magnetic sensor on a plastically deformed steel material.

【図7】 自発的な磁界の振幅と鋼材の塑性歪の割合と
の関係を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the amplitude of a spontaneous magnetic field and the ratio of plastic strain of steel.

【図8】 本発明の第二の実施の形態による塑性化判別
方法における、磁化された部分に対する磁気センサーの
走査方向を示す図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a scanning direction of a magnetic sensor with respect to a magnetized portion in a plasticization determination method according to a second embodiment of the present invention.

【図9】 図8に示す磁気センサーで測定した領域にお
ける磁界の初期状態における等磁線図である。
9 is an isomagnetic diagram in an initial state of a magnetic field in a region measured by the magnetic sensor shown in FIG. 8;

【図10】 図9と同様な等磁線図であって、弾性領域
における等磁線図である。
10 is an isomagnetic diagram similar to FIG. 9 and is an isomagnetic diagram in an elastic region.

【図11】 図9と同様な等磁線図であって、残留歪
0.2%の場合における等磁線図である。
FIG. 11 is a magnetic isomagnetic diagram similar to FIG. 9, and is a magnetic isomagnetic diagram in the case of a residual strain of 0.2%.

【図12】 図9と同様な等磁線図であって、残留歪
1.0%の場合における等磁線図である。
FIG. 12 is a magnetic isomagnetic diagram similar to that of FIG. 9, and is a magnetic isomagnetic diagram in the case of a residual strain of 1.0%.

【図13】 等磁線の密度と鋼材の塑性歪との関係を示
す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a relationship between the density of isomagnetic lines and the plastic strain of a steel material.

【図14】 鋼材の磁石で磁化された部分の他の形状例
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing another example of the shape of a portion magnetized by a steel magnet.

【図15】 鋼材の磁石で磁化された部分の更に他の形
状例を示す図である。
FIG. 15 is a view showing still another example of the shape of a portion magnetized by a steel magnet.

【図16】 鋼材に電磁石を接触させた状態の別の例を
示す斜視図である。
FIG. 16 is a perspective view showing another example of a state where an electromagnet is brought into contact with a steel material.

【図17】 磁気センサーの他の例を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing another example of the magnetic sensor.

【図18】 磁気センサーの更に他の例を示す図であ
る。
FIG. 18 is a diagram showing still another example of the magnetic sensor.

【図19】 弾性領域にある鋼材のミクロ的な磁気特性
を模式的に示す図である。
FIG. 19 is a diagram schematically showing microscopic magnetic characteristics of a steel material in an elastic region.

【図20】 鋼材の応力−歪曲線を示す図である。FIG. 20 is a view showing a stress-strain curve of a steel material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 鋼材 5 電磁石 8,9 磁化された部分 10 磁気センサー DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steel material 5 Electromagnet 8, 9 Magnetized part 10 Magnetic sensor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 茅根 一夫 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セイコー電子工業株式会社内 (72)発明者 中山 哲 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セイコー電子工業株式会社内 (72)発明者 小田原 成計 千葉県千葉市美浜区中瀬1丁目8番地 セイコー電子工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−109412(JP,A) 特開 平5−142203(JP,A) 特開 平2−262026(JP,A) 特開 平1−245149(JP,A) 石川 登,「磁気ひずみ効果を利用し た応力測定法に関する研究(その 1)」,清水建設研究所報,昭和58年4 月,第37号,p.71−77 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/72 - 27/90 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Kazuo Chine 1-8-3 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Electronics Industries Co., Ltd. (72) Inventor Satoshi Nakayama 1-8-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Inside Electronic Industries Co., Ltd. (72) Inventor Narikei Odahara 1-8 Nakase, Mihama-ku, Chiba-shi, Chiba Seiko Electronic Industries Co., Ltd. (56) References JP-A-6-109412 (JP, A) JP-A-5 -142203 (JP, A) JP-A-2-22626 (JP, A) JP-A-1-245149 (JP, A) Noboru Ishikawa, "Study on stress measurement method using magnetostriction effect (Part 1)" , Shimizu Institute of Construction Research, April 1983, No. 37, p. 71-77 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/72-27/90 JICST file (JOIS)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 予め磁石によって鋼材を磁化させること
外部へ働く測定可能な強い自発的な磁界を生じさせ、
この鋼材の表面に沿って磁気センサーを走査することで
初期の自発的な磁界を測定しておき、鋼材の塑性変形に
よって誘起される磁気異方性に起因して生じる前記自発
的な磁界の初期からの変化を前記磁気センサーによる走
査により検出して、鋼材の塑性化を判別するようにした
鋼材の塑性化判別方法。
1. A magnetizable steel material is magnetized in advance by a magnet to generate a strong spontaneous magnetic field that can be measured and acts outside .
The initial spontaneous magnetic field is measured by scanning the magnetic sensor along the surface of the steel material, and the initial spontaneous magnetic field caused by magnetic anisotropy induced by plastic deformation of the steel material is measured. A plasticity discrimination method for steel material, wherein a change from is detected by scanning with the magnetic sensor to determine plasticity of the steel material.
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