JP7459835B2 - 鋼管の衝合部評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管の衝合部評価方法に関する。

電縫鋼管等のへん平試験はＪＩＳに記載された試験方法であり、電縫鋼管等の衝合部の評価方法として用いられる。衝合部の品質を劣化させる主な要因として、溶接時に残存した酸化物が挙げられる。この酸化物が衝合部に残存すると、電縫鋼管を二次加工した際に酸化物から割れが生じることで加工性が低下し、所望の形状に加工できないという問題が発生する。また、鋼管の疲労特性も低下する。このような問題を回避するために、電縫鋼管等の製造現場では、例えば、製品ロット毎に鋼管に対してへん平試験を実施し、衝合部品質を確認している。へん平試験としては、例えば、特許文献１に記載のようにへん平加工後に溶接部の亀裂の有無を目視によって確認し、加工性の良否の判断を行う。

特許第５７３２９９９号公報

上記のへん平試験では、試験中に割れが生じた段階で試験機を停止させ、平板間距離Ｄ’を記録するが、従来、鋼管表面に生じた割れの有無は、試験者の目視により判断されていた。

しかしながら、この判断方法では、鋼管内部で生じた割れまでは確認することができない。そのため、へん平試験が合格であっても、鋼管内部に残存した衝合部の酸化物起因の割れといった微小な割れを見逃している可能性がある。このように微小な割れを見逃すことで、製品の二次加工で加工不良が生じる場合や使用中の疲労特性が低下する場合があった。これらの点から、へん平試験等による衝合部評価方法の測定精度を向上させることが希求されていた。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたものであり、測定精度を向上させた鋼管の衝合部評価方法を提供することを目的とする。

上記課題に対し、本発明者らは鋭意検討し、鋼管のへん平試験において発生するアコースティックエミッション波の信号（以下、ＡＥ信号とも記す。）を、アコースティックエミッションセンサ（以下、ＡＥセンサとも記す。）により検知させることを着想した。
また、さらに検討をし、特に、鋼管の内部に存在した酸化物起因で割れが生じた場合、周期が短く、振幅が大きな弾性波をＡＥセンサが捉えるということを知見した。
具体的には、本発明者らは、へん平試験機にＡＥセンサを取り付け、鋼管のへん平試験を実施した。そして、鋼管表面に割れは生じていなくても、周期が短く、振幅が大きなＡＥ信号がＡＥセンサから出力された際にへん平試験を中止し、鋼管の衝合部（溶接部）周辺を分析したところ、衝合部に酸化物が残存しており、鋼管内部で割れが生じていることを確認できた。

また、従来、へん平試験では、割れが生じた際、衝合部の欠陥による割れはないものの、素材の延性限界に達し、鋼管外表面に割れが発生する場合や、鋼管外表面に割れは生じていないものの、鋼管内部の衝合部不良（溶接部欠陥）で割れが生じる場合や、さらには、鋼管の内表面割れが生じている場合等があった。また、これらの多様な要因による割れが混在して発生する場合もあった。
このとき、従来の目視による判断では、割れの種類を判別することは困難であった。
この点、へん平試験においてＡＥセンサを用いると、へん平試験時の割れの形態が異なることで、割れにより発生するＡＥ波の形態も異なる。そのため、衝合部不良による割れを高精度に特定できることも知見した。

本発明はかかる知見に基づいてさらに検討を加えて完成されたものであり、その要旨は次のとおりである。
［１］管軸方向に形成された衝合部を有する鋼管の衝合部評価方法であって、
前記管軸および前記衝合部を含む平面に対して管周方向に傾斜した方向に前記鋼管を挟圧する挟圧工程と、
前記挟圧により発生するアコースティックエミッション波を検出する検出工程と、
検出された前記アコースティックエミッション波に基づいて、前記衝合部不良の有無を判定する判定工程と、
を含む、鋼管の衝合部評価方法。
［２］前記管周方向に傾斜した方向が垂直な方向である、前記［１］に記載の鋼管の衝合部評価方法。
［３］前記判定工程では、
検出された前記アコースティックエミッション波の信号において、
単位時間当たりの前記信号の変化量に基づいて、前記衝合部不良の有無を判定する、前記［１］または［２］に記載の鋼管の衝合部評価方法。
［４］前記鋼管を電縫鋼管または鍛接鋼管とする、前記［１］～［３］のいずれかに記載の鋼管の衝合部評価方法。

ここで、アコースティックエミッション（ＡＥ）とは、材料が変形、破壊するときに、材料が内部に蓄えていたひずみエネルギーを弾性波として放出する現象のことをいう。本発明でいうアコースティックエミッション波（ＡＥ波）は、挟圧工程で、へん平試験等により鋼管を挟圧することで発せられる弾性波である。

本発明によれば、測定精度を向上させた鋼管の衝合部評価方法が提供される。

本発明の鋼管の衝合部評価方法を説明するためのフロー図である。 衝合部評価装置の模式図である。 ＡＥセンサの取り付け位置を説明するための図である。 ＡＥ信号とへん平率の関係を示すグラフである。 ＡＥ信号の変化量とへん平率の関係を示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態について図面に基づき説明する。
図１は、本発明の鋼管の衝合部評価方法を説明するフロー図である。
本発明の鋼管の衝合部評価方法は、管軸方向に形成された衝合部を有する鋼管の衝合部評価方法であって、管軸および衝合部を含む平面に対して管周方向に傾斜した方向に鋼管を挟圧する挟圧工程Ｓ１と、挟圧により発生するアコースティックエミッション波を検出する検出工程Ｓ２と、検出されたアコースティックエミッション波に基づいて、衝合部不良の有無を判定する判定工程Ｓ３と、を含む。
図２は、この衝合部評価方法を実施するための好適な衝合部評価装置の模式図である。以下、図１、２を参照しながら、本発明の鋼管の衝合部評価方法を説明する。

（挟圧工程Ｓ１）
本発明では、まず、挟圧工程Ｓ１で鋼管を挟圧する。
本工程では、へん平試験を行うことができる。
具体的には、図２に示すへん平試験機１が有する２枚の平板２、３で鋼管４を挟み、上側の平板２の上方と下側の平板３の下方から圧力を加えて鋼管断面が楕円状になるように圧縮する。
本発明では、平板２、３の位置、鋼管の向きを調整して、管軸および衝合部を含む平面に対して、管軸方向垂直断面視で管周方向に傾斜した方向に鋼管４を圧縮する。好ましくは、管軸および衝合部を含む平面に対して垂直な方向に鋼管４を圧縮する。すなわち、鋼管の管軸方向垂直断面視で、上方の平板２を０時、下方の平板３を６時としたとき、衝合部が３時または９時の位置（９０°位置とも言う）となるよう鋼管の向きを調整する。
また、上側の平板２を稼働させ、下側の平板３を固定させること、または上側の平板２を固定し、下側の平板３を稼働させることにより、鋼管４の断面を楕円状になるように圧縮することができる。
へん平試験機１に関しては、このように平板２、３を使って鋼管に対してへん平作業を行うことができれば特に限定されず、公知のへん平試験機１を用いることができる。また、平板２、３による圧縮速度に関しても特に限定されない。

（検出工程Ｓ２）
本発明では、挟圧工程Ｓ１の後、検出工程Ｓ２において、挟圧により発生するアコースティックエミッション波（ＡＥ波）を検出する。
ＡＥ波は、図２に示すＡＥセンサ５により検出することができる。図３は、ＡＥセンサ５の取り付け位置の一例を説明するための図である。ＡＥセンサ５の設置位置は、試験機１の平板２、３上、鋼管４上などが考えられ、いずれでもＡＥ波を検出することができるが、ＡＥセンサ５の損傷を回避しつつ、ノイズの小さなＡＥ信号の計測を可能にするために、図３に示すように、平板２上であって、鋼管４の直上にあたる部分であることが好ましい。

また、ＡＥセンサ５と、平板２の間にはＡＥ信号検知感度向上のため、グリスを塗布することが好ましい。ＡＥセンサ５は、鋼管４への挟圧により発生するＡＥ波を検出することができれば、装置構成上、特に限定されない。

（判定工程Ｓ３）
本発明では、検出工程Ｓ２後、判定工程Ｓ３において、検出されたアコースティックエミッション波（ＡＥ波）に基づいて、衝合部不良の有無を判定する。これにより、高精度で衝合部不良の有無を判定することができる。

判定工程Ｓ３では、一例としては、まず、図２に示すＡＥセンサ５から送信されたＡＥ波の信号（ＡＥ信号）がＡＥセンサ用アンプ装置６によって増幅される。また、演算装置７において、ＡＥ信号の変化量が計算される。また、ＡＥ信号表示装置８において、ＡＥ信号に関する情報が表示され、装置の使用者は試験中のＡＥ信号を監視することができる。
ＡＥ信号表示装置８にはデータロガー等の記憶部を有していてもよいが、特に限定されない。
上記の演算装置７、ＡＥ信号表示装置８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータ（制御装置）等の情報処理装置の一部とすることができる。

判定工程Ｓ３では、鋼管４の衝合部不良の有無は、検出されたアコースティックエミッション波（ＡＥ波）の信号における単位時間当たりの変化量に基づいて、衝合部不良の有無を判定することができる。
単位時間当たりのＡＥ信号の変化量は、サンプリング周期でＡＥ信号の変化量を除した値である。サンプリング周期に関しては特に限定されないが、短い方がより精度の高い割れの検知が可能になる。

図４は、ＡＥ信号とへん平率の関係を示すグラフである。また、図５は、ＡＥ信号の変化量とへん平率の関係を示すグラフである。図４、図５に示すように、へん平試験により発生するＡＥ信号値から算出される単位時間当たりのＡＥ信号の変化量の関係から、この変化量が所定値以上となった場合に、衝合部不良が発生したと判定することができる。

本工程Ｓ３では、例えば、図４、図５に示すように、単位時間当たりのＡＥ信号の変化量が５０以上になった際に電縫鋼管の衝合部不良に起因する割れが発生したと判定することができる。この例では、ＡＥ信号の変化量が５０以上で衝合部不良が発生したと予め設定することで、塑性変形や鋼管と平板とのすべりを起因とするＡＥ波を除外し、酸化物を起点とする割れによって引き起こされる脆性的破壊をより精度良く検知することができる。より具体的には、鋼管外表面の割れ、鋼管内表面の割れ、鋼管内部の衝合部不良（溶接部欠陥）による割れのうち、衝合部不良をより精度良く特定することができる。

本発明で衝合部不良の有無を判定する鋼管としては、衝合部を有する鋼管として電縫鋼管、鍛接鋼管などが考えられる。鋼管のサイズ、鋼種に関しては特に限定されない。

本発明によれば、ＡＥ波に基づいて割れの発生の有無を判定するため、高精度に衝合部不良の有無を判定することができる。
また、本発明によれば、従来へん平試験で見逃していた鋼管内部の溶接不良等を検知することが可能になり、不良品を二次加工する懸念がなくなる。また、疲労特性の低い鋼管を検査段階で把握しておくことも可能になる。さらに、その他にも溶接の良し悪し等を定量評価することも可能になるといった効果もある。

本実施例は、図２に示す装置を用いて実施した。表１に実施条件を示す。
ＡＥセンサと平板の間にはグリスを塗布したのち、ＡＥセンサをへん平試験機上側平板上に取り付けた。
ＡＥセンサの平板上の取り付け位置は、図３に示すように鋼管の直上とした。本発明の実施例では、下側の平板を固定し上側の平板を稼働させて鋼管を圧縮した。
サンプリング周期は０．０２秒とした。試験中のへん平率とＡＥ信号の記録例を図４に示す。また、図５にＡＥ信号の変化量と鋼管のへん平率の計測例を示す。図４、５の記録はＮｏ．１の結果である。
へん平試験中にＡＥ信号を計測し、単位時間当たりのＡＥ信号の変化量を計算し、ＡＥ信号の変化量が５０以上になった際に試験機を止め、衝合部内部を電子顕微鏡で観察したところ、衝合部内部には酸化物が残存し、そこを起点として割れが生じていた。

各実施条件による評価結果を表１に示す。なお、表中、ＡＥ信号の最大変化量とは、サンプリング周期から算出されたＡＥ信号の最大の変化量のことを指す。

本発明によれば、へん平試験を行い、へん平試験により発生するアコースティックエミッション波（ＡＥ波）を検出し、検出されたＡＥ波に基づいて、鋼管の衝合部不良の有無を判定できることが分かった。

１ へん平試験機
２ 平板（上側）
３ 平板（下側）
４ 鋼管
５ ＡＥセンサ
６ ＡＥセンサ用アンプ
７ 演算装置
８ ＡＥ信号表示装置

Claims (3)

1. 管軸方向に形成された衝合部を有する鋼管の衝合部評価方法であって、
   前記管軸および前記衝合部を含む平面に対して管周方向に傾斜した方向に前記鋼管を挟圧する挟圧工程と、
   前記挟圧により発生するアコースティックエミッション波を検出する検出工程と、
   検出された前記アコースティックエミッション波に基づいて、前記衝合部の不良の有無を判定する判定工程と、
   を含み、
   前記判定工程では、
   検出された前記アコースティックエミッション波の信号において、
   単位時間当たりの前記信号の変化量が５０Ｖ／ｓ以上で、衝合部不良が発生したと予め設定して、前記衝合部不良の有無を判定する、
   鋼管の衝合部評価方法。
2. 前記管周方向に傾斜した方向が垂直な方向である、請求項１に記載の鋼管の衝合部評価方法。
3. 前記鋼管を電縫鋼管または鍛接鋼管とする、請求項１または２に記載の鋼管の衝合部評価方法。

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