JPH07294490A - 斜めきずの検出性能に優れる磁気探傷方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鋼材の表面に発生する何れの方向の斜めきずで
あっても、優れた検出性能で判別することができる磁気
探傷方法を提供する。 【構成】鋼材の表面きずを判別する磁気探傷方法におい
て、鋼材表面に当接される素子ホルダー２の底面に、一
対の検出素子１を一定の間隔を設けて千鳥状に配列し、
（ａ）および（ｂ）に示すような差動検出を行う検出素
子１の組み合わせを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼材の磁気探傷方法に関
し、更に詳しくは鋼材の表面に発生する何れの方向の斜
めきずであっても、優れた検出性能で判別することがで
きる磁気探傷方法に関するものである。本発明の磁気探
傷方法が利用できる分野としては、鋼管探傷、棒鋼探傷
等の種々の分野がある。

【０００２】

【従来の技術】鋼材の非破壊検査に用いられる磁気探傷
方法は、被検査鋼材を磁化した場合に、その表面に開口
したきず等の不連続部があると磁束方向に乱れを生じ、
一部が鋼材の表面近傍に漏洩するという原理を利用し
て、鋼材表面のきずを判別する方法である。鋼管や棒鋼
等の円形断面の長尺鋼材は、その形状から磁気探傷方法
が適用されやすく、通常、その探傷は、軸方向に搬送さ
れる長尺鋼材の表面に、漏洩磁束を検出する素子を収納
した検出素子ホルダーを当接させてスパイラル走査する
ことによって行われる。

【０００３】近年の鋼材加工、特に鋼管の分野において
は、難加工性の特殊鋼や高合金鋼の使用比率の増大にと
もなって、最終製品の表面きず保証の要請が強くなって
いる。一般に、鋼管の表面に発生するきずは、材料自体
に起因するきずと圧延中に発生する加工きずに区分され
るが、これらのきずの延伸方向は圧延方向に支配される
場合が多い。しかし、最近のように高加工度をともなう
圧延方法を採用する場合には、鋼管の表面に発生するき
ずはその形態が多様化している。例えば、きずの延伸方
向に関しても、圧延方向によって一義的に定められなく
なり、より複雑になっている。

【０００４】上記の鋼管加工の現状において、納入鋼管
の製品仕様に鋼管表面の斜めきず検査を特に要求された
り、斜めきず保証を他製品との差別化に用いる場合もあ
る。

【０００５】従って、鋼管を始めとして鋼材の磁気探傷
においては、単に長尺鋼材の軸方向または円形断面の円
周方向に延伸したきずの判別ばかりでなく、鋼材表面の
多方向に延伸した斜めきずの探傷方法の開発が必要にな
ってきた。

【０００６】図３は、被検査材として鋼管を磁気探傷す
る場合に使用される探傷装置の概略構成を示す図であ
り、（ａ）は被検査材の垂直断面における構成を、
（ｂ）は搬送方向に沿った軸方向の側面構成を示してい
る。

【０００７】被検査材である鋼管４は、搬送ローラー８
によってスパイラル状に搬送されるとともに、鋼管４の
断面の両側方に設けられた励磁マグネット６を通過する
間にその表面が磁化され、きずに起因して漏洩する磁束
を検出素子１で検出して探傷を行う。鋼管表面の磁化は
励磁コイル５を介して、励磁マグネット６によって行わ
れる。

【０００８】検出素子１を底面に配置された検出素子ホ
ルダー２が鋼管４の軸上の表面に当接される。この場合
に、検出素子ホルダー２は、鋼管４の振動に追随される
ように追従ローラー９に支持されている。しかし、この
ように検出素子ホルダー２を鋼管４の振動に追随させる
ようにしても、鋼管の表面粗さ、曲がり、偏径などのた
め、素子ホルダー２の追随は完全ではなく、さらに被検
査材と励磁マグネット６との間隙が変化する等の原因に
よって、励磁マグネット６間の浮遊磁束が変化する。こ
の浮遊磁束の変化は検出素子１で検出されたバックグラ
ンドノイズとなり、Ｓ／Ｎを低下させる原因となる。

【０００９】上記のＳ／Ｎ低下の防止策として、図３
（ａ）に示すように、２個の検出素子１（Ａ素子とＢ素
子）で一対の検出素子を構成させ、この一対の検出素子
で検出した信号を差動増幅器７で差動処理して検出信号
の差分を出力する、すなわち、差動信号の処理を行って
いる。この処理によって、浮遊磁束の変化が相殺されＳ
／Ｎが向上する。

【００１０】上記の差動信号の処理に用いられる検出素
子として、通常、平行配列素子が使用されている。

【００１１】図４は、検出素子ホルダーの底面における
平行配列素子の平面配置を示した図である。差動信号の
処理のために、隣接する一対の検出素子１（Ａ素子とＢ
素子）が一つのチャンネルを構成する。図４に示すよう
に、検出素子ホルダー２で探傷できる範囲を大きくし、
探傷速度を向上させるために、一対の検出素子が被検査
材の軸方向に多数個並べて配列されている（Ａ素子の配
列とＢ素子の配列）。

【００１２】しかし、平行配列素子を使用した場合に
は、単に軸方向に延伸したきずの検出には好適であり、
このときのＳ／Ｎが良好となるが、被検査材の軸と一定
の傾き角を有する斜めきずの検出精度が著しく低下する
という問題がある。

【００１３】斜めきずの検出精度を向上させるために、
一対の検出素子を被検査材の軸方向に多数個並べて配列
するが、一対の検出素子を構成するそれぞれの素子の配
列を、軸方向にずらして配置する、いわゆる、千鳥配列
素子を用いる磁気探傷用センサーが提案されている（実
開昭53−65778 号公報参照）。

【００１４】図５は、上記提案の磁気探傷用センサーの
千鳥配列素子の配列を説明する図である。図５に示すよ
うに、この磁気探傷用センサーは、８個の検出素子を非
磁性体からなるブロック体の底面に２列に配置されてセ
ンサーブロック３とし、このセンサーブロック３が素子
ホルダー２内に嵌合担持されている。この磁気探傷用セ
ンサーは、１個の検出素子１が不良となった場合でも、
センサーブロック３を交換するだけで素子ホルダー２が
修理できる。

【００１５】検出素子１の配列を見ると、被検査材の軸
方向に配置された２列の検出素子の配列（Ａ素子の配列
とＢ素子の配列）を形成し、その配列が互いに平行とな
るように配置される。この配列の各検出素子１の離間距
離Ｌは、検出素子１の軸方向の寸法Ｌ₀ よりも小さい。
また各センサーブロック３の端面と、検出素子１との軸
方向の離間距離は（1/2 ）Ｌである。このような構成に
することによって、一つの配列（例えば、Ａ素子の配
列）を構成する検出素子は、他の配列（例えば、Ｂ素子
の配列）の検出素子の配置間隔に臨み、各検出素子１の
横方向の非探傷領域が互いに一致しないように、千鳥配
列素子を構成する。

【００１６】各検出素子の横方向の非探傷領域が一致し
ないように、千鳥状に配列することによって、被検査物
の軸方向と一定の傾き角を有する斜めきずをも精度良く
検出することができる。しかし、このような効果も特定
方向の傾き角を持つ斜めきずに対してのみ発揮されるも
のであり、その他の方向に傾きを持つ斜めきずに対して
は、検出精度が低下するという問題があった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】前述の通り、鋼材加工
の分野において、特殊鋼の比率の増大や高加工度の圧延
方法の採用にともなって、表面きず保証の要請が強くな
っている。このような要請に対し、鋼材の磁気探傷方法
の差動信号の処理において、千鳥配列素子方式を採用し
ても、全ての方向の斜めきずを精度良く検出することが
困難であった。

【００１８】図６は、鋼材の磁気探傷で判別対象とする
表面きずを延伸方向の傾きで区分した図である。同図
（ａ）は被検査材の軸方向に延伸したきずを示し、
（ｂ）は軸方向とは直角方向、すなわち円周方向に延伸
したきずを示している。さらに斜めきずは、（ｃ）、
（ｄ）の２方向で示されるが、きずの傾き角αは軸方向
のＸ−Ｘ’を基準に正または負の値で表される。きずの
傾き角αが時計方向に進む角度を正の角度とし、きずの
傾き角αが反時計方向に進む角度を負の角度とする。す
なわち、（ｃ）は正方向の斜めきずを示し、その傾き角
は＋αとなり、（ｄ）は負方向の斜めきずを示し、その
傾き角は−αとなる。従って、（ａ）に示す軸方向に延
伸したきずは、α＝０°のきずとして表され、（ｂ）に
示す円周方向に延伸したきずは、α＝90°のきずとして
表される。

【００１９】例えば、前記提案の磁気探傷用センサー
（図５に示す千鳥配置素子を使用）を用いて鋼材のきず
判別を行う場合には、負方向の斜めきずは精度良く検出
することができるが、正方向の斜めきずの検出が困難に
なるという問題があった。

【００２０】本発明は、上記した従来技術の問題点を克
服して、何れの方向に延伸する斜めきずであっても、Ｓ
／Ｎが良く、検出性能に優れた磁気探傷方法を確立する
ことを課題としてなされたものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すよ
うに、下記の磁気探傷方法を要旨としている。

【００２２】すなわち、鋼材の表層部を磁化し、表面近
傍に発生する漏洩磁束を検出して表面きずを判別する磁
気探傷方法において、鋼材表面に当接される検出素子ホ
ルダー２の底面に、差動検出を行う一対の検出素子１を
一定の間隔を設けて千鳥状に配列し、検出するきずの傾
き角（α）に応じて差動検出を行う検出素子１の組み合
わせを選択することを特徴とする斜めきずの検出性能に
優れる磁気探傷方法である。

【００２３】

【作用】鋼材の磁気探傷の差動信号の処理のために、素
子ホルダーの底面における検出素子の配置を平行配列方
式としても、Ｓ／Ｎが良好に検出できるきずは、軸方向
に延伸したものに限定される。さらに千鳥配列方式を採
用した場合でも、特定方向（例えば、負の方向）の斜め
きずに対して良好な検出性能を発揮するが、他の方向
（例えば、正の方向）の斜めきずに対して検出精度が低
下していた。

【００２４】本発明者らは、表面に発生するきずがどの
ような延伸方向のものであっても、精度良く検出できる
磁気探傷方法を詳細に検討した結果、きずの傾き角に応
じ、差動検出する一対の検出素子の組み合わせを選択す
ることによって、何れの方向の斜めきずでも精度良く検
出できることを見いだした。

【００２５】図１は、本発明の磁気探傷方法における検
出素子の千鳥配列と差動信号処理の概要を説明する図で
あり、（ａ）は負方向の斜めきずを検出する場合の差動
信号処理を、（ｂ）は正方向の斜めきずを検出する場合
の差動信号処理を説明している。

【００２６】図１（ａ）および（ｂ）に示すように、千
鳥配列されている検出素子１の配列から、差動検出する
一対の検出素子１の組み合わせを、きずの傾き角（α）
に応じて、選択する。すなわち、（ａ）および（ｂ）に
例示されるように、１チャンネルを構成する検出素子の
組み合わせを、きずの傾き角（α）によって選択する。
このような選択は、すでに取り出している各検出素子の
信号を内部演算処理で実施できるものであるから、新た
に検出素子を増加させる必要がない。

【００２７】負方向の斜めきずを検出する場合には、図
１（ａ）において、Ａ１素子とＢ１素子と、またはＡ２
素子とＢ２素子との組み合わせ、すなわち、Ａｎ素子と
Ｂｎ素子として表される組み合わせを選択して差動検出
のチャンネルを構成する。一方、正方向の斜めきずを検
出する場合には、図１（ｂ）に示すように、Ａ１素子と
Ｂ２素子と、またはＡ２素子とＢ３素子との組み合わ
せ、すなわち、Ａ（ｎ−１）素子とＢｎ素子として表さ
れる組み合わせでチャンネルを構成すれば良い。

【００２８】以下、本発明の磁気探傷方法の効果を、具
体的な実施例に基づいて説明する。

【００２９】

【実施例】被検査材として傾き角の異なる人工きずを付
加した鋼管を使用して、磁気探傷を下記の条件で行い、
本発明方法と従来方法とのきずの検出性能を比較した。

【００３０】１．被検査材 鋼管寸法：外径 139.7mm×肉厚 10.0mm ×長さ12.4mm 人工きず：深さ 0.5mm×幅 0.5mm×長さ25mm 傾き角αは０°〜＋45°〜90°〜−45°の８種（詳細は
図２参照） 搬送条件：周速80m/分、スパイラルピッチ180mm/ピッチ ２．探傷条件 被検査材励磁：1800AT 素子ホルダー：探傷可能長さ 180mm（鋼管全面の磁気探
傷が可能） 検出素子配列：千鳥配列 励磁： 1800AT 本発明方法では、図１（ａ）に示す差動検出のチャンネ
ル構成と図１（ｂ）に示すチャンネル構成の両方を合わ
せ持たせることで、きずの傾き角（α）が負方向、正方
向のいずれの場合であっても、検出できる構成とした。
一方、従来方法では、きずの傾き角（α）にかかわらず
図１（ｂ）に示す差動検出のチャンネル構成を採用し
た。

【００３１】図２は、人工きずの付加状況と本発明方法
の検出性能を従来方法の検出性能と比較して示した図で
ある。検出性能はきずの傾き角毎に相対感度（α＝０°
の場合の検出感度を 100％とする）で表している。

【００３２】図２から明らかなように、従来方法では、
負方向の斜めきずの検出精度が低下し、ノイズレベルと
同等または２倍程度に留まり、３以上のＳ／Ｎを確保す
ることができなかった。これに対し、本発明方法では、
正、負何れの方向の斜めきずであっても、３以上のＳ／
Ｎを確保するとともに、相対感度を約40％以上にするこ
とができた。

【００３３】実施例では、鋼管の磁気探傷のみについて
説明したが、棒鋼についても同様の効果が得られること
を確認している。

【００３４】

【発明の効果】本発明の磁気探傷方法によれば、何れの
方向の斜めきずであっても、優れた検出性能で判別する
ことができる。これによって、最終製品の品質保証をよ
り一層強化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法における検出素子の配置と差動信号
処理の概要を説明する図であり、（ａ）は負方向の斜め
きずを検出する場合、（ｂ）は正方向の斜めきずを検出
する場合を説明している。

【図２】人工きずの付加状況と本発明方法の検出性能を
従来方法の検出性能と比較して示した図である。

【図３】被検査材として鋼管を磁気探傷する場合に使用
される探傷装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は被
検査材の垂直断面における構成を、（ｂ）は搬送方向に
沿った軸方向の側面構成を示している。

【図４】検出素子ホルダーの底面における平行配列素子
の平面配置を説明する図である。

【図５】従来の磁気探傷用センサーの千鳥配列素子の配
列を説明する図である。

【図６】磁気探傷で判別対象とする表面きずを延伸方向
の傾きで区分した図である。

【符号の説明】

１…検出素子、２…検出素子ホルダー、３…センサーブ
ロック ４…鋼管、５…励磁コイル、６…励磁マグネット、７…
差動増幅器 ８…搬送ローラー、９…追従ローラー Ｌ…検出素子の離間距離、α…きずの傾き角

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼材の表層部を磁化し、表面近傍に発生す
   る漏洩磁束を検出して表面きずを判別する磁気探傷方法
   において、鋼材表面に当接される検出素子ホルダーの底
   面に、一対の検出素子を一定の間隔を設けて千鳥状に配
   列し、検出するきずの傾き角に応じて差動検出を行う検
   出素子の組み合わせを選択することを特徴とする斜めき
   ずの検出性能に優れる磁気探傷方法。