JP5949710B2

JP5949710B2 - 放射線探傷装置

Info

Publication number: JP5949710B2
Application number: JP2013186094A
Authority: JP
Inventors: 孝文尾関; 淳一四辻
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-09-09
Filing date: 2013-09-09
Publication date: 2016-07-13
Anticipated expiration: 2033-09-09
Also published as: JP2015051450A

Description

本発明は、鋼片のコーナー部分の割れを検出する放射線探傷装置に関する。

従来、連続鋳造により鋳造された半製品である鋼片には、コーナー部分に割れ（以下、コーナー割れ）が発生する場合がある。このコーナー割れは、鋼片の段階で検出できれば、手入れなどの処理により圧延後に不良製品となることを抑制できる。そこで、例えば、特許文献１には、鋼片の熱画像を撮影して、コーナー割れを検出する技術が開示されている。また、非特許文献１に記載されているように、対象物に放射線（Ｘ線）を照射して透過した放射線を検出することにより対象物の内部を検査する放射線透過探傷法が、工業用の非破壊検査や医療診断などに広く利用されている。また、特許文献２には、鋼板に放射線を照射して透過した放射線を検出して鋼板の板厚を計測する技術が開示されている。

特開２０１２−７３０５５号公報特開２０１２−９３３１４号公報

（社）日本非破壊検査協会編、「放射線透過試験Ｉ」、２００６年版、ｐ３〜７

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、熱画像により観測できるのは鋼片の表面のみであるため、表面近傍の凹凸と、傷（割れ）が鋼片の内部まで到達したコーナー割れとを区別して検出することは困難であった。スケールなどが鋼片の表面を覆ってしまった場合にも、コーナー割れを検出することは困難であった。

一方、対象物に放射線を照射して透過した放射線を検出する方法を用いれば、コーナー割れでは割れの深さの分だけ放射線の吸収が減少して透過する放射線が増加するため、透過する放射線の強度を評価することにより、コーナー割れを計測できる。このように、鋼片の内部を透過する放射線の経路による減衰量の違い（減衰量の変化率）から鋼片の内部を評価する放射線透過探傷法によれば、割れが内部まで到達しているか否かを判別することや、スケールなどが鋼片の表面を覆ってしまった場合にもコーナー割れを検出することが可能である。

しかしながら、一般に、放射線透過探傷法において、放射線の透過経路での検出可能な減衰量の変化率は１％〜１０％程度である。鋼片に対する放射線透過探傷法での減衰量の変化は、経路上の鋼片の板厚の変化に起因する。ここで、連続鋳造により鋳造された鋼片の多くは板厚が２００ｍｍ以上である。板厚２００ｍｍの鋼片について、５％の減衰量の変化率を検出するためには、割れの深さが１０ｍｍ以上でなければ検出できない。したがって、非特許文献１や特許文献２に記載の放射線透過探傷法では、板厚が厚い鋼片のコーナー割れを精度よく検出することは困難である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、鋼片の板厚によらず浅いコーナー割れを高感度で検出可能な放射線探傷装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る放射線探傷装置は、連続鋳造により鋳造された直方体状の鋼片のコーナー部分の割れを、放射線を用いて評価する放射線探傷装置であって、放射線を前記鋼片のコーナー部分の鋳造面に斜めに照射する照射手段と、前記照射手段により照射され前記鋼片を透過した前記放射線を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記放射線を用いて前記コーナー部分の割れを評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る放射線探傷装置は、上記発明において、前記照射手段から前記検出手段までの前記放射線の経路上に設置され、割れがない前記鋼片を透過する前記放射線の減衰量が経路によらず一定となるように構成されたくさび材を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る放射線探傷装置は、上記発明において、前記照射手段と前記検出手段とを冷却する冷却機構を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る放射線探傷装置は、上記発明において、前記照射手段と前記検出手段とは、赤外線に対し不透明な窓材で形成された窓部を備えるケースに収容され、該窓部を介して前記放射線を照射または検出することを特徴とする。

本発明によれば、鋼片の板厚によらず浅いコーナー割れを高感度で検出することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る放射線探傷装置の構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態の放射線探傷装置の探傷対象の鋼片を模式的に示す斜視図である。図３は、本実施の形態の放射線探傷装置の探傷対象の鋼片のコーナーの１つの断面を示す模式図である。図４は、本実施の形態の放射線探傷装置の探傷対象の鋼片のコーナーの１つの断面を示す模式図である。図５は、本実施例の放射線探傷装置の探傷対象の鋼片を示す図である。図６は、鋼片の健全部と割れ部との鋼片中経路長の変化率を説明するための図である。図７は、窓部での放射線の減衰量を考慮した鋼片の健全部と割れ部との鋼片中経路長の変化率を説明するための図である。図８は、くさび材の配置と窓部での放射線の減衰量とを考慮した鋼片の健全部と割れ部との鋼片中経路長の変化率を説明するための図である。図９は、図６〜８の場合における入射点と鋼片中経路長の変化率との関係を示す図である。図１０は、従来の放射線探傷法による入射点と鋼片中経路長の変化率との関係を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

まず、図１を参照して本実施の形態の放射線探傷装置の構成について説明する。図１に示すように、本実施の形態の放射線探傷装置１は、放射線を照射する線源２と、探傷対象物を透過した放射線を検出する検出器３と、検出器３が受信した放射線の強度を読み取って探傷対象物を評価する図示しない制御部とを備える。

線源２は、ケース４に収容され、ケース４の窓部４１を介して放射線を照射する。検出器３は、例えば、デジタル式Ｘ線ラインセンサなどで実現され、ケース４の窓部４１を介して放射線を受信する。

制御部は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータで実現され、処理プログラムなどを記憶したメモリおよび処理プログラムを実行するＣＰＵなどを用いて放射線探傷装置１の各構成部を制御する。制御部は、線源２からの放射線の照射と、検出器３による放射線の受信を制御するとともに、検出器３が受信した放射線の強度を読み取って探傷対象物を評価する。

図２は、本実施の形態の放射線探傷装置１の探傷対象とする鋼片Ｓの斜視図である。図１および図２に示すように、線源２は、鋼片Ｓの破線で囲んで示すコーナー部分Ａの鋳造面に斜めに放射線を照射する。本実施の形態の線源２は、鋼片Ｓの鋳造面に対して３０°から６０°の入射角で放射線を照射する。検出器３は、鋼片のコーナー部分Ａを介して線源２に対峙するように設置され、線源２から照射された放射線を受信する。放射線探傷装置１は、図２に矢印で示す鋼片の鋳造方向Ｂに線源２と検出器３とを相対的に移動させることにより、鋼片Ｓの鋳造方向Ｂに平行なコーナー部分Ａを探傷し、コーナー割れＣを検出する。

図３は、本実施の形態の放射線探傷装置１が探傷の対象とする鋼片Ｓのコーナー部分Ａの１つの断面を示す模式図である。図３に示すように、線源２は、鋼片のコーナー部分の一定の領域に対して放射線を透過させ、検出器３により検出させる。その際、線源２は、放射線の経路上での鋼片Ｓの板厚の最大値Ｄが２０ｍｍ程度になるように放射線を照射する。

線源２および検出器３は、図示しない冷却機構を備えることが望ましい。冷却機構は、例えば、ケース４の内部を冷却する冷却装置で実現される。これにより、鋼片Ｓが高温である場合に、その輻射熱による線源２および検出器３の損傷を防止できる。

線源２および検出器３のケース４の窓部４１は、赤外線に対して不透明な窓材を用いることが望ましい。例えば、アルミニウム板、鋼板、銅板などの薄金属板を窓材として用いるとよい。これにより、鋼片Ｓが高温である場合に、その輻射熱を遮断するので、線源２および検出器３の損傷を防止できる。また、このような窓部４１によれば、その高い熱伝導率のため、前述の冷却機構が備えられている場合、この冷却機構により窓部４１がすばやく冷却されるので、線源２および検出器３の損傷を効果的に防止できる。

なお、窓部４１を透過する際の放射線の減衰量が小さいことが望ましい。本実施の形態では、窓部４１での放射線の減衰量を鋼片の板厚に換算して２ｍｍ以下に調整する。

図４は、本実施の形態の放射線探傷装置１が探傷の対象とする鋼片Ｓのコーナー部分Ａの１つの断面を示す模式図である。図４に示すように、線源２から照射された放射線の経路上にくさび材Ｔを配置することが望ましい。くさび材Ｔは、放射線の経路上での鋼片Ｓの板厚ｄ１が薄くなるほどこの経路上でのくさび材Ｔの板厚ｄ２が厚くなるように配置される。このようにして、くさび材Ｔは、鋼片Ｓの割れがない健全部を透過する放射線の減衰量が経路によらず一定となるように配置される。これにより、コーナー割れの検出の感度が向上し、また、検出器３が受信する放射線の強度が局所的に増大して損傷することを防止できる。

以上、説明したように、本実施の形態の放射線探傷装置１によれば、線源２が鋼片Ｓのコーナー部分Ａに放射線を照射することにより放射線の経路を短くしたので、鋼片Ｓの板厚によらず浅いコーナー割れを高感度で検出できる。また、くさび材Ｔを配置することにより鋼片Ｓの割れがない健全部を透過する放射線の減衰量を経路によらず一定にできる。これにより、コーナー割れの検出の感度を向上させることができ、また、検出器３が受信する放射線の強度が局所的に増大して損傷することを防止できる。線源２および検出器３に冷却機構を備えることにより、鋼片Ｓが高温である場合に、その輻射熱による線源２および検出器３の損傷を防止できる。また、窓部４１に赤外線に不透明な窓材を使用することにより、探傷対象の鋼片Ｓの輻射熱を遮断するので、線源２および検出器３の損傷を防止できる。さらに、このような窓部４１の窓材は熱伝導率が高いため、冷却機構により窓部４１がすばやく冷却されるので、線源２および検出器３の損傷を効果的に防止できる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者などによりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術などは全て本発明の範疇に含まれる。

（実施例）
以下、コーナー割れを模擬した空洞を備える鋼片Ｓを探傷対象とした実施例により、放射線の減衰率について説明する。図５は、本実施例の鋼片Ｓの１つのコーナー部分Ａの断面を示す図である。図５に示すように、本実施例の探傷対象の鋼片Ｓには、コーナー部分Ａにコーナー割れを模擬した空洞が配置されている。この空洞は、コーナー部分Ａで接する２つの鋳造面のそれぞれに、この２つの鋳造面の交線ａからの距離が０〜１０ｍｍの範囲に深さ１ｍｍで配置されている。本実施例では、線源２が、この鋼片Ｓに図５に破線で示す入射角４５°の放射線を、入射点を移動させながら照射して、検出器３により検出された放射線の強度の変化から、制御部が放射線の減衰量の変化を検出してコーナー割れを検出した。ここで、入射点は、コーナー部分Ａの交線ａからの距離ｘで特定される。

なお、従来の放射線探傷法（従来例）では、図５に点線で示す入射角９０°の放射線により割れを検出する。そのため、前述したとおり、鋼片Ｓの板厚に対して１〜１０％程度の深さの割れの検出が限界であった。例えば、この鋼片Ｓの板厚を２００ｍｍとし、検出限界を５％とすると、１０ｍｍの深さの割れの検出が限界であった。

図６は、鋼片Ｓの傷（割れ）のない健全部とコーナー割れが発生している割れ部との鋼片Ｓを透過する放射線の経路長（鋼片中経路長）の違い（変化率）について説明するための図である。ここで、放射線は鋼片Ｓ中を透過することにより減衰するから、鋼片中経路長の変化率が放射線の減衰率に相当する。図６に示すように、健全部での放射線の鋼片中経路長Ｌは、次式（１）で表される。

一方、割れ部での放射線の鋼片中経路長Ｌ’は、次式（２）で表される。

したがって、ΔＬ＝Ｌ−Ｌ’とすると、鋼片中経路長の変化率（ΔＬ／Ｌ）は、次式（３）で表される。

図７は、窓部４１での放射線の減衰量を考慮した鋼片Ｓの健全部と割れ部との鋼片中経路長の変化率について説明するための図である。ここで、窓部４１は、鋼片Ｓの板厚に換算して０．５ｍｍとなるように調整した。図７に示すように、健全部での放射線の鋼片中経路長Ｌは、次式（４）で表される。

一方、割れ部での放射線の鋼片中経路長Ｌ’は、次式（５）で表される。

したがって、鋼片中経路長の変化率（ΔＬ／Ｌ）は、次式（６）で表される。

図８は、放射線の経路上にくさび材Ｔを配置した場合に、窓部４１での放射線の減衰量を考慮した鋼片Ｓの健全部と割れ部との鋼片中経路長の変化率について説明するための図である。ここで、くさび材Ｔは、入射点ｘ＝１０ｍｍにおける鋼片中経路を基準経路として、いずれの経路でも鋼片Ｓおよびくさび材Ｔを透過する経路長が基準経路の経路長に等しくなるように配置した。なお、図８には、簡略化のため、鋼片Ｓに隣接して記載した。また、窓部４１は、鋼片の板厚に換算して０．５ｍｍに調整されている。図８に示すように、健全部での放射線の鋼片中経路長Ｌは、次式（７）で表される。

一方、割れ部での放射線の鋼片中経路長Ｌ’は、次式（８）で表される。

したがって、鋼片中経路長の変化率（ΔＬ／Ｌ）は、次式（９）で表される。

図９は、上記式（３），（６），（９）に基づいて、入射点と鋼片中経路長の変化率との関係を示した図である。また、図１０は、従来例による入射点と鋼片中経路長の変化率との関係を示す図である。図１０に示すように、従来例によれば、検出される放射線の減衰量の変化は、鋼片Ｓの板厚２００ｍｍに対する割れによる放射線の減衰量の変化であるため、１ｍｍの深さの割れは検出限界５％より大きくない。

これに対し、本実施例によれば、図９に示すように、窓部４１およびくさび材Ｔでの減衰量のいずれも考慮しなかった場合（上記式（３）に対応）、窓部４１での減衰量を考慮した場合（上記式（６）に対応）、窓部４１およびくさび材Ｔでの減衰量を考慮した場合（上記式（９）に対応する）のいずれの場合においても、１ｍｍの深さの割れによる放射線の減衰量の変化率が検出限界５％より大きく、割れを検出できることが確認された。これにより、本実施例によれば、鋼片Ｓの板厚によらず、高精度にコーナー割れを検出可能であることが確認された。

１放射線探傷装置
２線源
３検出器
４ケース
４１窓部
Ｓ鋼片
Ｔくさび材

Claims

連続鋳造により鋳造された直方体状の鋼片のコーナー部分の割れを、放射線を用いて評価する放射線探傷装置であって、
放射線を前記鋼片のコーナー部分の鋳造面に斜めに照射する照射手段と、
前記照射手段により照射され前記鋼片を透過した前記放射線を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記放射線を用いて前記コーナー部分の割れを評価する評価手段と、
前記照射手段から前記検出手段までの前記放射線の経路上に設置され、割れがない前記鋼片を透過する前記放射線の減衰量が経路によらず一定となるように構成されたくさび材と、
を備えることを特徴とする放射線探傷装置。
前記照射手段と前記検出手段とを冷却する冷却機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線探傷装置。
前記照射手段と前記検出手段とは、赤外線に対し不透明な窓材で形成された窓部を備えるケースに収容され、該窓部を介して前記放射線を照射または検出することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線探傷装置。