JP4298444B2 - Ultrasonic flaw detection method - Google Patents

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Description

本発明は、金属製丸棒材の内部疵の有無が、超音波が利用されて検査される方法に関する。   The present invention relates to a method for inspecting the presence or absence of internal flaws in a metal round bar using ultrasonic waves.

特殊鋼からなる丸棒鋼は、鋼塊又は鋼片が圧延されることで得られる。通常は、タンデムに並べられた粗列圧延機、中間列圧延機及び仕上列圧延機による多段圧延が施される。この圧延によってビレットは徐々に細径化し且つ長尺化して、丸棒鋼が得られる。鋼塊及び鋼片に存在する介在物は、長尺化に伴い、丸棒鋼の長手方向に延在する。この介在物は、円柱状を呈する。介在物がアルミナ等の高硬度物質である場合は、圧延によっても変形せず、粒状を呈することがある。これらの介在物は、内部疵である。内部疵の程度によっては、この内部疵が丸棒鋼の品質を低下させ、使用に支障を来すこともある。   Round steel bar made of special steel is obtained by rolling a steel ingot or steel slab. Usually, multi-stage rolling is performed by a rough row rolling mill, a middle row rolling mill, and a finishing row rolling mill arranged in tandem. By this rolling, the billet is gradually reduced in diameter and lengthened to obtain a round bar steel. Inclusions present in the steel ingot and the steel slab extend in the longitudinal direction of the round bar steel as the length increases. This inclusion has a cylindrical shape. When the inclusion is a high-hardness substance such as alumina, it may not be deformed even by rolling and may be granular. These inclusions are internal scissors. Depending on the extent of the internal defects, the internal defects may deteriorate the quality of the round bar steel and hinder its use.

鋼材メーカーは、内部疵の原因となる介在物の低減の目的で、精錬段階で種々の対策を施している。しかし、内部疵を完全に防止することは、不可能である。鋼材メーカーは丸棒鋼の内質を検査し、大きな疵が検出されなかった丸棒鋼のみを出荷している。検査には、超音波探傷方法が採用される。超音波探傷方法では、その周波数が2MHzから5MHz程度である超音波が用いられる。超音波探傷方法に用いられうる探触子が、特開平10−311823号公報に開示されている。   Steel manufacturers take various measures at the refining stage to reduce inclusions that cause internal defects. However, it is impossible to completely prevent internal defects. Steel manufacturers inspect the quality of round bar steel and ship only round bar steel that has not been found to have large defects. An ultrasonic flaw detection method is employed for the inspection. In the ultrasonic flaw detection method, an ultrasonic wave having a frequency of about 2 MHz to 5 MHz is used. A probe that can be used in an ultrasonic flaw detection method is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 10-31823.

図4は、従来の超音波探傷方法で丸棒鋼Sが検査される様子が示された説明図である。図4(a)には丸棒鋼Sの横断面が示されており、図4(b)には丸棒鋼Sの縦断面が示されている。この図4において符号2で示されているのは、探触子である。探触子2は、振動子4と凹面レンズ6とを備えている。凹面レンズ6の下面は、図4(a)において凹陥しており、図4(b)において平坦である。振動子4からは、超音波Uが発せられる。超音波Uは、凹面レンズ6を通過し、丸棒鋼Sに入射する。丸棒鋼Sに内部疵がある場合は、この内部疵で超音波Uが反射される。この反射波が探触子2で感知されることで、内部疵が検出される。探触子2が丸棒鋼Sの周りを相対的に回転することで、丸棒鋼Sの横断面全領域にわたって検査が行われる。丸棒鋼Sが図中矢印Aで示される方向に進行することで、丸棒鋼Sの長さ方向全領域にわたって検査が行われる。   FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the round steel bar S is inspected by a conventional ultrasonic flaw detection method. 4A shows a cross section of the round steel bar S, and FIG. 4B shows a vertical cross section of the round steel bar S. What is indicated by reference numeral 2 in FIG. 4 is a probe. The probe 2 includes a vibrator 4 and a concave lens 6. The lower surface of the concave lens 6 is recessed in FIG. 4A and is flat in FIG. 4B. An ultrasonic wave U is emitted from the vibrator 4. The ultrasonic wave U passes through the concave lens 6 and enters the round steel bar S. When the round bar steel S has an internal flaw, the ultrasonic wave U is reflected by the inner flaw. When this reflected wave is sensed by the probe 2, an internal defect is detected. As the probe 2 relatively rotates around the round steel bar S, the entire cross-sectional area of the round steel bar S is inspected. As the round steel bar S advances in the direction indicated by the arrow A in the figure, the inspection is performed over the entire region in the length direction of the round steel bar S.

丸棒鋼Sの横断面においては、超音波Uは集束点Fに集束している。一方、丸棒鋼Sの縦断面においては、超音波Uは集束せずに分散している。この探傷方法では、集束点Fの近傍における超音波Uの音圧は、縦断面において小さい。従って、振動子4よりも短い内部疵からの反射波のエネルギーは小さく、この内部疵の検出精度は不十分である。この超音波探傷方法では、直径が0.15mm以下である粒状の内部疵は検出されにくい。   In the cross section of the round steel bar S, the ultrasonic wave U is focused at the focal point F. On the other hand, in the longitudinal section of the round steel bar S, the ultrasonic wave U is dispersed without being focused. In this flaw detection method, the sound pressure of the ultrasonic wave U in the vicinity of the focusing point F is small in the longitudinal section. Therefore, the energy of the reflected wave from the inner hook shorter than that of the vibrator 4 is small, and the detection accuracy of the inner hook is insufficient. In this ultrasonic flaw detection method, granular internal defects having a diameter of 0.15 mm or less are difficult to detect.

二次元凹面レンズが用いられることで、縦断面においても超音波が集束されうる。図5は、この二次元凹面レンズ8が用いられた超音波探傷方法で丸棒鋼Sが検査される様子が示された説明図である。図5(a)には丸棒鋼Sの横断面が示されており、図5(b)には丸棒鋼Sの縦断面が示されている。探触子10は二次元凹面レンズ8と共に振動子12を備えている。振動子12からは、超音波Uが発せられている。上面が平坦な金属材料がこの探触子10で検査された場合は、超音波Uは一点に集束する。しかし、横断面における丸棒鋼Sの表面は湾曲しているので、スネルの法則に従い、図5(a)に示された集束点Faの深さDaと、図5(b)に示された集束点Fbの深さDbとが異なる。この超音波探傷方法でも、集束点Fa、Fbの近傍の超音波Uの音圧が小さいので、振動子12よりも短い内部疵からの反射波のエネルギーは小さい。この超音波探傷方法でも、内部疵の検出精度は不十分である。
特開平10−311823号公報
By using a two-dimensional concave lens, ultrasonic waves can be focused even in a longitudinal section. FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which the round steel bar S is inspected by an ultrasonic flaw detection method using the two-dimensional concave lens 8. 5A shows a cross section of the round steel bar S, and FIG. 5B shows a vertical cross section of the round steel bar S. The probe 10 includes a vibrator 12 together with a two-dimensional concave lens 8. An ultrasonic wave U is emitted from the vibrator 12. When a metal material having a flat upper surface is inspected by the probe 10, the ultrasonic wave U is focused on one point. However, since the surface of the round steel bar S in the cross section is curved, according to Snell's law, the depth Da of the focusing point Fa shown in FIG. 5A and the focusing shown in FIG. 5B. The depth Db of the point Fb is different. Even in this ultrasonic flaw detection method, since the sound pressure of the ultrasonic wave U in the vicinity of the focusing points Fa and Fb is small, the energy of the reflected wave from the inner flaw shorter than the vibrator 12 is small. Even with this ultrasonic flaw detection method, the accuracy of detecting internal defects is insufficient.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-31823

特殊鋼からなる丸棒鋼Sは、重要部品(例えば自動車ステアリングの軸)に使用されることが多い。この用途では、丸棒鋼Sに高い強度と靱性とが要求される。この用途では、従来の超音波探傷方法では検出され得ない程度の内部疵であっても、使用に支障を来すことがある。顕微鏡観察によって微小な内部疵が検出されうるが、顕微鏡観察の効率は悪い。顕微鏡観察は、実験室レベルでは可能であるが、大量生産を行う工場においては実用性に欠ける。本発明の目的は、要求品質を満足する丸棒材Sを効率よく選別できる超音波探傷方法の提供にある。   The round steel bar S made of special steel is often used for important parts (for example, shafts of automobile steering). In this application, the round steel bar S is required to have high strength and toughness. In this application, even internal flaws that cannot be detected by conventional ultrasonic flaw detection methods may hinder use. Although microscopic internal wrinkles can be detected by microscopic observation, the efficiency of microscopic observation is poor. Microscopic observation is possible at the laboratory level, but lacks practicality in a factory that performs mass production. An object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection method capable of efficiently selecting a round bar material S that satisfies the required quality.

本発明に係る超音波探傷方法では、探触子から発せられた超音波が、金属製丸棒材にその側面から入射される。超音波は丸棒材の内部で集束させられ、反射波によって内部疵の有無が検査される。丸棒材の横断面における超音波の集束点と、丸棒材の縦断面における超音波の集束点とは、実質的に一致している。   In the ultrasonic flaw detection method according to the present invention, ultrasonic waves emitted from the probe are incident on the metal round bar from the side surface. The ultrasonic waves are focused inside the round bar, and the presence of internal flaws is inspected by reflected waves. The focal point of the ultrasonic wave in the cross section of the round bar material and the focal point of the ultrasonic wave in the vertical cross section of the round bar material substantially coincide.

好ましくは、探触子が備える振動子の有効面積がAe(mm)とされ、振動子と内部疵との距離がxmmとされたとき、(Ae/x)の値は0.03以上である。好ましくは、超音波の周波数は、6MHz以上である。 Preferably, when the effective area of the transducer included in the probe is Ae (mm 2 ) and the distance between the transducer and the inner rod is xmm, the value of (Ae / x 2 ) is 0.03 or more. It is. Preferably, the frequency of the ultrasonic wave is 6 MHz or more.

本発明に係る超音波探傷方法は、直径が0.1mm以上0.5mm以下である粒状の内部疵の検出に好適である。本発明に係る超音波探傷方法は、探触子が備える振動子の長さよりも短い内部疵の検出にも好適である。   The ultrasonic flaw detection method according to the present invention is suitable for detecting granular internal defects having a diameter of 0.1 mm to 0.5 mm. The ultrasonic flaw detection method according to the present invention is also suitable for detecting an internal defect shorter than the length of the vibrator provided in the probe.

この超音波探傷方法では、集束点近傍における超音波の音圧が大きい。従って、内部疵によって生じる反射波のエネルギーが大きい。この超音波探傷方法では、微小な内部疵が検出されうる。   In this ultrasonic flaw detection method, the sound pressure of the ultrasonic wave in the vicinity of the focal point is large. Therefore, the energy of the reflected wave generated by the internal flaw is large. In this ultrasonic flaw detection method, minute internal defects can be detected.

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on preferred embodiments with appropriate reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法で丸棒鋼Sが検査される様子が示された説明図である。この方法には、探触子14が用いられている。探触子14は、多数の振動子16、第一レンズ18及び第二レンズ20を備えている。振動子16は、丸棒鋼Sの長手方向に並列されている。振動子16は第一レンズ18の上方に位置しており、第一レンズ18と積層されている。第二レンズ20は第一レンズ18と離間しており、第一レンズ18の下方に位置している。   FIG. 1 is an explanatory view showing a state in which a round steel bar S is inspected by an ultrasonic flaw detection method according to an embodiment of the present invention. In this method, a probe 14 is used. The probe 14 includes a large number of transducers 16, a first lens 18, and a second lens 20. The vibrator 16 is arranged in parallel in the longitudinal direction of the round steel bar S. The vibrator 16 is positioned above the first lens 18 and is laminated with the first lens 18. The second lens 20 is separated from the first lens 18 and is located below the first lens 18.

図2(a)は図1のA−A線に沿った断面矢視図であり、図2(b)は図1のB−B線に沿った断面矢視図である。図2(a)には丸棒鋼Sの横断面が示されており、図2(b)には丸棒鋼Sの縦断面が示されている。   2A is a cross-sectional arrow view along the line AA in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional arrow view along the line BB in FIG. FIG. 2A shows a cross section of the round bar steel S, and FIG. 2B shows a vertical cross section of the round bar steel S.

図2から明らかなように、第一レンズ18は凹面レンズである。第一レンズ18の下面は、横断面において上方へと凹陥している。第一レンズ18の下面は、縦断面において平坦である。第二レンズ20も、凹面レンズである。第二レンズ20の下面は、横断面において平坦である。第二レンズ20の下面は、縦断面において上方へと凹陥している。   As is apparent from FIG. 2, the first lens 18 is a concave lens. The lower surface of the first lens 18 is recessed upward in the cross section. The lower surface of the first lens 18 is flat in the longitudinal section. The second lens 20 is also a concave lens. The lower surface of the second lens 20 is flat in cross section. The lower surface of the second lens 20 is recessed upward in the longitudinal section.

探触子14からは図2中下方に向かって超音波Uが発せられており、この超音波Uは丸棒鋼Sに入射している。図2(a)において超音波Uは、第一レンズ18によって集束点Faに集束されている。図2(b)において超音波Uは、第二レンズ20によって集束点Fbに集束されている。図2(a)と図2(b)との対比から明らかなように、集束点Faの深さDaと集束点Fbの深さDbとは、実質的に同一である。換言すれば、集束点Faと集束点Fbとは、実質的に同一である。本発明においては、深さDaと深さDbとの差(Da−Db)の絶対値が丸棒鋼Sの半径の25%以下、さらには15%以下、特には10%以下の場合に、「集束点Faと集束点Fbとが実質的に同一である。」と称される。   An ultrasonic wave U is emitted downward from the probe 14 in FIG. 2, and this ultrasonic wave U is incident on the round bar steel S. In FIG. 2A, the ultrasonic wave U is focused on the focusing point Fa by the first lens 18. In FIG. 2B, the ultrasonic wave U is focused on the focusing point Fb by the second lens 20. As is clear from the comparison between FIG. 2A and FIG. 2B, the depth Da of the focal point Fa and the depth Db of the focal point Fb are substantially the same. In other words, the focal point Fa and the focal point Fb are substantially the same. In the present invention, when the absolute value of the difference (Da−Db) between the depth Da and the depth Db is 25% or less, further 15% or less, particularly 10% or less of the radius of the round steel bar S, “ The converging point Fa and the converging point Fb are substantially the same. "

丸棒鋼Sに内部疵が存在する場合、超音波Uがこの内部疵に衝突し、反射波が生じる。反射波は図2中上方に向かい、探触子14に受信される。反射波のエネルギーがノイズと区別されうる程度に大きい場合は、内部疵の存在が探触子14によって検出される。図1及び図2に示された超音波探傷方法では、集束点近傍の超音波Uの音圧が高い。従って、集束点の近傍に存在する内部疵からの反射波のエネルギーは大きい。よって、集束点の近傍に存在する内部疵が微小であっても、検出が可能である。例えば、直径が100μmである粒状の疵や、直径が25μmであって長さが400μmである円柱状の疵が検出されうる。   When the inner rod exists in the round steel bar S, the ultrasonic wave U collides with the inner rod and a reflected wave is generated. The reflected wave travels upward in FIG. 2 and is received by the probe 14. When the energy of the reflected wave is large enough to be distinguished from noise, the presence of an internal flaw is detected by the probe 14. In the ultrasonic flaw detection method shown in FIGS. 1 and 2, the sound pressure of the ultrasonic wave U in the vicinity of the focal point is high. Therefore, the energy of the reflected wave from the internal ridge existing near the focal point is large. Therefore, detection is possible even if the internal wrinkles present in the vicinity of the focusing point are very small. For example, a granular wrinkle having a diameter of 100 μm or a columnar wrinkle having a diameter of 25 μm and a length of 400 μm can be detected.

丸棒鋼Sは、図2(a)において矢印Rで示される方向に回転する。この回転により、横断面の全体にわたる探傷がなされうる。丸棒鋼Sが回転せず、探触子14が丸棒鋼Sの周りを回転してもよい。丸棒鋼Sは、図2(b)において矢印Aで示される方向に進行する。この進行により、長さ方向の全体にわたる探傷がなされうる。   The round steel bar S rotates in the direction indicated by the arrow R in FIG. By this rotation, flaw detection over the entire cross section can be performed. The round steel bar S may not rotate, and the probe 14 may rotate around the round steel bar S. The round steel bar S proceeds in the direction indicated by the arrow A in FIG. By this progression, the entire lengthwise flaw detection can be performed.

探触子14で受信される反射波の音圧PFは、下記数式(I)で表される。
PF=K・(Po・Ae・AF/(λ・x))/(a・b) (I)
この数式においてPoは振動子16で発生した超音波Uの音圧を表し、Aeは振動子16の有効面積を表し、AFは内部疵の面積を表し、λは超音波Uの波長を表し、xは振動子16と内部疵との間の距離を表し、aは集束点Faにおける超音波群の幅を表し、bは集束点Fbにおける超音波群の長さを表す。上記数式(I)において、Kは係数である。有効面積Aeは、振動子16の幅(図2において両矢印Wで表されている)と全長(図2において両矢印Lで表されている)との積(W・L)である。検知の精度と効率とのバランスの観点から、a及びbは1.0mm程度とされる。
The sound pressure PF of the reflected wave received by the probe 14 is expressed by the following formula (I).
PF = K 1 · (Po · Ae · AF / (λ 2 · x 2 )) / (a · b) (I)
In this equation, Po represents the sound pressure of the ultrasonic wave U generated by the vibrator 16, Ae represents the effective area of the vibrator 16, AF represents the area of the inner eyelid, λ represents the wavelength of the ultrasonic wave U, x represents the distance between the transducer 16 and the inner eyelid, a represents the width of the ultrasound group at the focusing point Fa, and b represents the length of the ultrasound group at the focusing point Fb. In the above mathematical formula (I), K 1 is a coefficient. The effective area Ae is a product (W · L) of the width of the vibrator 16 (represented by a double arrow W in FIG. 2) and the entire length (represented by a double arrow L in FIG. 2). From the viewpoint of the balance between detection accuracy and efficiency, a and b are set to about 1.0 mm.

鋼中には結晶粒が存在する。探触子14は、結晶散乱エコーに起因するノイズをも受信する。ノイズの音圧PNは、下記数式(II)で表される。
PN=(K・Gs)/λ (II)
この数式においてGsは鋼材の結晶粒径をあらわす。上記数式(II)において、Kは係数である。
There are crystal grains in the steel. The probe 14 also receives noise due to crystal scattering echoes. The sound pressure PN of noise is expressed by the following formula (II).
PN = (K 2 · Gs) / λ (II)
In this equation, Gs represents the crystal grain size of the steel material. In the above formula (II), K 2 are coefficients.

内部疵からの反射波がノイズよりも十分大きい場合に、内部疵が検出されうる。検出能は、(PF/PN)と相関する。上記数式(I)及び数式(II)より、検出能は下記数式(III)で表される。
(PF/PN)=K・Po・Ae・AF/(Gs・λ・x・a・b) (III)
An internal defect can be detected when the reflected wave from the internal defect is sufficiently larger than the noise. The detectability correlates with (PF / PN). From the above formulas (I) and (II), the detectability is expressed by the following formula (III).
(PF / PN) = K 3 · Po · Ae · AF / (Gs · λ · x 2 · a · b) (III)

上記数式(III)から明らかなように、内部疵の面積AFが小さくても、振動子16の有効面積Aeが十分大きい場合、又は距離xが十分小さい場合は、内部疵が検出されうる。検出精度の観点から、(Ae/x)は0.03以上が好ましく、0.05以上がより好ましく、0.07以上が特に好ましい。(Ae/x)が大きすぎる場合は装置が大がかりとなるので、(Ae/x)は1.0以下が好ましい。 As is clear from the above formula (III), even if the area AF of the internal ridge is small, the internal fold can be detected when the effective area Ae of the vibrator 16 is sufficiently large or when the distance x is sufficiently small. From the viewpoint of detection accuracy, (Ae / x 2 ) is preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more, and particularly preferably 0.07 or more. When (Ae / x 2 ) is too large, the apparatus becomes large, and (Ae / x 2 ) is preferably 1.0 or less.

上記数式(I)から明らかなように、超音波Uの波長λが十分小さければ、内部疵の面積AFが小さくても、この内部疵が検出されうる。波長λは、超音波Uの媒質における音速がCとされ、超音波Uの周波数がfとされたとき、(C/f)で表される。換言すれば、周波数fが十分大きければ、検出精度が高い。検出精度の観点から、周波数fは6MHz以上が好ましく、8MHz以上がより好ましく、10MHz以上が特に好ましい。周波数fは通常、30MHz以下である。   As is clear from the above formula (I), if the wavelength λ of the ultrasonic wave U is sufficiently small, the internal defect can be detected even if the area AF of the internal defect is small. The wavelength λ is represented by (C / f) when the speed of sound in the medium of the ultrasonic wave U is C and the frequency of the ultrasonic wave U is f. In other words, if the frequency f is sufficiently large, the detection accuracy is high. From the viewpoint of detection accuracy, the frequency f is preferably 6 MHz or more, more preferably 8 MHz or more, and particularly preferably 10 MHz or more. The frequency f is usually 30 MHz or less.

図3は、本発明の他の実施形態に係る超音波探傷方法で丸棒鋼Sが検査される様子が示された説明図である。図示されていないが、この方法にも探触子が用いられている。この探触子も、図2に示された探触子14と同様の第二レンズ20を備えている。この探触子でも、横断面における集束点Fの深さDaと縦断面における集束点Fの深さDbとは、実質的に同一である。この探触子では、焦点距離が可変である。丸棒鋼Sは、周方向に回転しつつ、長手方向に進行する。   FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which the round steel bar S is inspected by the ultrasonic flaw detection method according to another embodiment of the present invention. Although not shown, a probe is also used in this method. This probe also includes a second lens 20 similar to the probe 14 shown in FIG. Also in this probe, the depth Da of the converging point F in the transverse section and the depth Db of the converging point F in the longitudinal section are substantially the same. In this probe, the focal length is variable. The round steel bar S advances in the longitudinal direction while rotating in the circumferential direction.

図3(a)では、超音波Uの集束点Fは丸棒鋼Sの中心である。この図3(a)では、仮想円C1の内側において超音波Uの密度が特に高い。この図3(a)では、仮想円C1の内側に存在する内部疵の検出精度が特に高い。   In FIG. 3A, the focal point F of the ultrasonic wave U is the center of the round steel bar S. In FIG. 3A, the density of the ultrasonic wave U is particularly high inside the virtual circle C1. In FIG. 3 (a), the detection accuracy of the internal flaw existing inside the virtual circle C1 is particularly high.

図3(b)では、超音波Uの集束点Fは丸棒鋼Sの中心よりも上方である。集束点Fと丸棒鋼Sの中心との距離は、丸棒鋼Sの半径rの約28%である。この図3(b)では、仮想円C1と仮想円C2とに囲まれた領域において、超音波Uの密度が特に高い。この図3(b)では、仮想円C1と仮想円C2とに囲まれた領域に存在する内部疵の検出精度が特に高い。   In FIG. 3 (b), the focal point F of the ultrasonic wave U is above the center of the round steel bar S. The distance between the focusing point F and the center of the round steel bar S is about 28% of the radius r of the round steel bar S. In FIG. 3B, the density of the ultrasonic wave U is particularly high in a region surrounded by the virtual circle C1 and the virtual circle C2. In FIG. 3 (b), the detection accuracy of the inner eyelid existing in the region surrounded by the virtual circle C1 and the virtual circle C2 is particularly high.

図3(c)では、超音波Uの集束点Fは丸棒鋼Sの中心よりもさらに上方である。集束点Fと丸棒鋼Sの中心との距離は、丸棒鋼Sの半径rの約57%である。この図3(c)では、仮想円C2と仮想円C3とに囲まれた領域において、超音波Uの密度が特に高い。この図3(c)では、仮想円C2と仮想円C3とに囲まれた領域に存在する内部疵の検出精度が特に高い。   In FIG. 3C, the focal point F of the ultrasonic wave U is further above the center of the round steel bar S. The distance between the focal point F and the center of the round steel bar S is about 57% of the radius r of the round steel bar S. In FIG. 3C, the density of the ultrasonic wave U is particularly high in the region surrounded by the virtual circle C2 and the virtual circle C3. In FIG. 3 (c), the detection accuracy of the inner eyelid existing in the region surrounded by the virtual circle C2 and the virtual circle C3 is particularly high.

図3(d)では、超音波Uの集束点Fは丸棒鋼Sの中心よりもさらに上方である。集束点Fと丸棒鋼Sの中心との距離は、丸棒鋼Sの半径rの約86%である。この図3(d)では、仮想円C3と丸棒鋼Sの表面とに囲まれた領域において、超音波Uの密度が特に高い。この図3(d)では、仮想円C3と丸棒鋼Sの表面とに囲まれた領域に存在する内部疵の検出精度が特に高い。   In FIG. 3D, the focal point F of the ultrasonic wave U is further above the center of the round steel bar S. The distance between the focusing point F and the center of the round bar steel S is about 86% of the radius r of the round bar steel S. In FIG. 3D, the density of the ultrasonic wave U is particularly high in a region surrounded by the virtual circle C3 and the surface of the round steel bar S. In FIG. 3 (d), the accuracy of detecting internal defects present in the region surrounded by the virtual circle C 3 and the surface of the round steel bar S is particularly high.

焦点距離が可変である振動子16が用いられることで、図3に示されるように、丸棒鋼Sの中心近傍から表面近傍まで、きわめて精度よく内部疵の検出がなされうる。図3の例では、4カ所の集束点Fが採用されている。集束点Fの数は、丸棒鋼Sの直径及び要求精度に応じて決定される。半径がr(mm)である丸棒鋼Sの場合、集束点Fの数は、(r/15)以上が好ましく、(r/10)以上が特に好ましい。中心近傍から表面近傍までの全ての領域にわたって検査が行われる必要はない。例えば、中心がくり抜かれてパイプとして使用される丸棒鋼Sの場合は、中心近傍の検査が省略される。省略により、中心近傍の内部疵が許容される用途であるにもかかわらず、中心近傍に内部疵が存在することによってその丸棒鋼Sが不良と判定されること(いわゆる虚報)が防止される。   By using the vibrator 16 having a variable focal length, the internal flaw can be detected with extremely high accuracy from the vicinity of the center of the round steel bar S to the vicinity of the surface as shown in FIG. In the example of FIG. 3, four converging points F are employed. The number of converging points F is determined according to the diameter and required accuracy of the round steel bar S. In the case of the round steel bar S having a radius of r (mm), the number of converging points F is preferably (r / 15) or more, particularly preferably (r / 10) or more. The inspection need not be performed over the entire region from the vicinity of the center to the vicinity of the surface. For example, in the case of a round steel bar S that is hollowed out and used as a pipe, the inspection near the center is omitted. By omitting, it is possible to prevent the round steel bar S from being judged to be defective (so-called false information) due to the presence of the internal defects near the center, even though the internal defects near the center are permitted.

探触子として、多数の励振素子が用いられてもよい。励振素子には、励振パルス遅延回路が接続される。励振パルス遅延回路からは、それぞれの励振素子に向けて励振パルスが発せられる。励振パルスを受信すると、励振素子は超音波Uを発する。励振素子間の励振パルス受信タイミングがずらされることで、超音波Uの群が集束される。   A large number of excitation elements may be used as the probe. An excitation pulse delay circuit is connected to the excitation element. From the excitation pulse delay circuit, an excitation pulse is emitted toward each excitation element. When receiving the excitation pulse, the excitation element emits an ultrasonic wave U. The group of the ultrasonic waves U is focused by shifting the excitation pulse reception timing between the excitation elements.

以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。   Hereinafter, the effects of the present invention will be clarified by examples. However, the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of the examples.

下記表1に示される3種の探触子を用意した。いずれの探触子においても、振動子の有効面積は600mmであり、超音波の振動数は5MHzである。 Three types of probes shown in Table 1 below were prepared. In any of the probes, the effective area of the transducer is 600 mm 2 , and the ultrasonic frequency is 5 MHz.

Figure 0004298444
Figure 0004298444

まず実施例の探触子を用い、半径が70mmであり材質が である丸棒鋼に対して超音波探傷を行って、内部疵を有する丸棒鋼を見つけた。この丸棒鋼に対し、比較例1及び2の探触子を用いて超音波探傷を行ったが、内部疵は検出されなかった。この丸棒鋼の、実施例の探触子で内部疵が見出された箇所近傍を切り出して試験片を作成し、この試験片を少しずつ研磨しながら内部疵のサイズを顕微鏡で観察した。顕微鏡観察により、この内部疵はほぼ粒状であり、その直径が約100μmであることが解った。この評価結果から、本発明の優位性は明らかである。   First, by using the probe of the example, ultrasonic flaw detection was performed on a round bar steel having a radius of 70 mm and a material, and a round bar steel having an internal flaw was found. Ultrasonic flaw detection was performed on the round bar steel using the probes of Comparative Examples 1 and 2, but no internal defects were detected. A test piece was prepared by cutting out the vicinity of the round bar steel where the internal flaw was found with the probe of the example, and the size of the internal flaw was observed with a microscope while polishing the test piece little by little. By microscopic observation, it was found that the internal wrinkles were almost granular and had a diameter of about 100 μm. From this evaluation result, the superiority of the present invention is clear.

本発明は、丸棒鋼のみならず、断面が円形である種々の棒材に適用されうる。   The present invention can be applied not only to round steel bars but also to various bars having a circular cross section.

図1は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法で丸棒鋼が検査される様子が示された説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a state in which a round bar steel is inspected by an ultrasonic flaw detection method according to an embodiment of the present invention. 図2(a)は図1のA−A線に沿った断面矢視図であり、図2(b)は図1のB−B線に沿った断面矢視図である。2A is a cross-sectional arrow view along the line AA in FIG. 1, and FIG. 2B is a cross-sectional arrow view along the line BB in FIG. 図3は、本発明の他の実施形態に係る超音波探傷方法で丸棒鋼が検査される様子が示された説明図である。FIG. 3 is an explanatory view showing a state in which a round bar steel is inspected by an ultrasonic flaw detection method according to another embodiment of the present invention. 図4は、従来の超音波探傷方法で丸棒鋼が検査される様子が示された説明図である。FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which a round bar steel is inspected by a conventional ultrasonic flaw detection method. 図5は、従来の他の超音波探傷方法で丸棒鋼が検査される様子が示された説明図である。FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which a round bar steel is inspected by another conventional ultrasonic flaw detection method.

符号の説明Explanation of symbols

14・・・探触子
16・・・振動子
18・・・第一レンズ
20・・・第二レンズ
F・・・集束点
S・・・丸棒鋼
U・・・超音波
DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 ... Probe 16 ... Vibrator 18 ... First lens 20 ... Second lens F ... Focusing point S ... Round bar steel U ... Ultrasonic

Claims (5)

探触子から発せられた超音波を金属製丸棒材にその側面から入射させてこの金属製丸棒材の内部で集束させ、反射波によって内部疵の有無が検査される超音波探傷方法であって、
この探触子が、超音波を発する振動子と、この振動子と丸棒材との間に位置する第一レンズと、この第一レンズと丸棒材との間に位置する第二レンズとを備えており、
この探触子が、振動子から発せられた超音波が第一レンズ及び第二レンズを通過してから丸棒材に入射するように構成されており、
丸棒材の横断面における超音波の集束点と、丸棒材の縦断面における超音波の集束点とが実質的に一致していることを特徴とする超音波探傷方法。
An ultrasonic flaw detection method in which ultrasonic waves emitted from a probe are incident on a metal round bar from the side and focused inside the metal round bar, and the presence of internal flaws is inspected by reflected waves. There,
The probe includes a transducer that emits ultrasonic waves, a first lens positioned between the transducer and a round bar, and a second lens positioned between the first lens and the round bar. With
This probe is configured so that the ultrasonic wave emitted from the vibrator enters the round bar after passing through the first lens and the second lens,
An ultrasonic flaw detection method characterized in that an ultrasonic focusing point in a transverse cross section of a round bar material substantially coincides with an ultrasonic focusing point in a longitudinal cross section of the round bar material.
上記探触子が振動子を備えており、この振動子の有効面積がAe(mm)とされ、振動子と内部疵との距離がxmmとされたとき、(Ae/x)の値が0.03以上である請求項1に記載の超音波探傷方法。 When the probe includes a transducer, the effective area of the transducer is Ae (mm 2 ), and the distance between the transducer and the internal rod is xmm, the value of (Ae / x 2 ) The ultrasonic flaw detection method according to claim 1, wherein is 0.03 or more. 上記超音波の周波数が6MHz以上である請求項1又は2に記載の超音波探傷方法。   The ultrasonic flaw detection method according to claim 1, wherein a frequency of the ultrasonic wave is 6 MHz or more. 上記探触子によって、直径が0.1mm以上0.5mm以下である粒状の内部疵が検出される請求項1から3のいずれかに記載の超音波探傷方法。   The ultrasonic flaw detection method according to any one of claims 1 to 3, wherein a granular internal flaw having a diameter of 0.1 mm to 0.5 mm is detected by the probe. 上記探触子によって、この探触子が備える振動子の長さよりも短い内部疵が検出される請求項1から3のいずれかに記載の超音波探傷方法。   The ultrasonic flaw detection method according to any one of claims 1 to 3, wherein an internal defect shorter than a length of a vibrator included in the probe is detected by the probe.
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