JPS58144742A - 丸材の超音波探傷方法およびその装置 - Google Patents

丸材の超音波探傷方法およびその装置

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JPS58144742A
JPS58144742A JP57027868A JP2786882A JPS58144742A JP S58144742 A JPS58144742 A JP S58144742A JP 57027868 A JP57027868 A JP 57027868A JP 2786882 A JP2786882 A JP 2786882A JP S58144742 A JPS58144742 A JP S58144742A
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JP
Japan
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defect
probe
flaw detection
round
defects
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JP57027868A
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Yasunori Kido
城戸 安典
Kazuo Yamaguchi
和夫 山口
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/043Analysing solids in the interior, e.g. by shear waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • GPHYSICS
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    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
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    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は丸棒鋼等の丸材の全断面について全て超音波探
傷により行う超音波探傷方法およびその装置に関する。
従来、丸棒の非破壊検査としては、定尺に切り揃えらn
た丸棒に対して、表面欠陥は渦流探傷法、漏洩磁束探傷
あるいは磁粉探傷法によって、他坊内部欠陥は垂直式の
超音波探傷法によってそnぞn検出するのが一般的であ
った。
ところで、近年棒鋼の加工技術の進歩に伴ない素材に対
しての品質要求も高まり棒鋼の表皮下を含めた全断面に
ついての品質保証が必要となっている。ところが、表皮
下欠陥は前述の表面欠陥検出用の渦流探傷、漏洩磁束探
傷または磁粉探傷では検出できないのみならず、内部欠
陥検出用の垂直超音波探傷法を用いたとしても、欠陥エ
コーが表面エコーまたは底面エコーと重って結局区別す
ることができず、少くとも表面から3u以内の領域での
欠陥は探傷することができない。
すなわち、第1図のように、表面においては表面下Xl
!う3朋以内欠陥があってもそのエコーが表面エコーと
重なり、また底面においては表面下Xz ’−il m
tt以内に欠陥があってもそのエコーが底面エコーと分
解できず、結局垂直探触子Sl、S2を2個設けた場合
、同図ハツチングで示すゾーン以外は未探傷範囲となる
。またたとえ、探触子の数を増しても表面欠陥は検出で
きない。さらに被検査材は直進送りさ扛、探触子は固定
とさnるため、前記の未探傷範囲はそのまま長さ方向に
続くことになり、事は重大である。
また、周部に未探傷範囲を残すものの、いずnにしても
内部欠陥は垂直式の超音波探傷に頼らざるを得ないが、
表面欠陥を探傷するために、こnと別種の探傷原理に基
く探傷装置たとえば漏洩磁束探傷装置を配列するとすn
ば、装置的に経済的でないばかりでなく、設置スペース
や検査速度あるいは得ら扛る各欠陥信号相互の弁別用に
高度な演算装置を要する等の点でもきわめて不利である
0 本発明は前記従来の問題点に対処するために提案さ扛た
もので、その目的は内部欠陥は従来と同様に垂直探触子
によって検出し、そn以外の欠陥を斜角探触子により検
出し、その際斜角探触子により表面および表皮下欠陥を
併せて検出し、必要によりそnらを弁別し、もって丸材
をスパイラル送りしながらその丸材の全断面を全て超音
波探傷により検出できる探傷方法を提供することにある
他の目的は、前記探傷方法に適切であるとともに、操作
性の点で垂直探触子および斜角探触子を一体的に設け、
また丸材の径の変動に対してそ扛らを一体的に位置調整
可能とした探傷装置を提供することにある。
以下本発明を第2図以降に示す具体例によって説明する
。第2図は検査処理ラインの全体を送ライン3へ供給す
る。スパイラル搬送ライン3は、たとえば8対のピンチ
ローラ群3aにより丸棒Rの曲りおよび振扛を抑えなが
ら送りローラ(図示せず)により丸棒R’に同図右方i
−ら左方へ向けてスパイラル送りする0その送りピッチ
は欠陥長さのあられn方等により適宜決定さnる。4は
ワイヤブラシ等からなるスケール除去装置で、たとえば
鋼管を対象とする場合にはスケールがタイトに付着して
いるが、本発明が対象とする丸棒にあってはスケールが
浮いた状態にあり続く超音波探傷装置5の探傷に当つ“
て有害なので、浮いたスケールを予め除去しておく。次
に棒鋼Rは部分水浸式の超音波探傷装置5に導かわる。
6は探傷装置5の水槽に対する給水装置であるO探傷装
置5の近傍にはノ<ルスジェネレータ等からなる搬送速
度検出器7カ;設けらnている08は欠陥および欠陥の
種′A11を表示するためのマーカーである0探傷およ
び処理終了後の丸棒Rは、キックアウト装置9によシ搬
送ライン3から直進送りライン3′に移載さ′nた後、
仕分は装置17の作動部17aにより、不良品について
は不良品クレードル10に、良品については良品搬出装
置11へ仕分けらnる0 次いで、探触子の配設態様および得らnた欠陥信号の処
理法を詳述す扛ば、本発明例では、垂直探触子20.2
0’と共に入射角iをもって斜角探触子30.30″が
丸棒Rに対して対向的に配改たする。探傷装置本体50
に設けたこnらの探触子20.20″および30.30
’からの信号は、各々別チャンネルをもって検波回路1
2に与えらnる。なお、第2図において垂直探触子20
.20’からの信号処理は同様であるので一括シて図示
しである。その後検波回路12からの信号は、ゲート回
路13において信号に対して探傷ゲートがかけらnlさ
らに欠陥であるか否かを判定する疵信号比較回路14を
通さn1続いて垂直探触子20 、20 ’に基く中心
部欠陥信号はそのまま遅延回路15に与えらnるのに対
して、斜角探触子30.30’に基く表面および表皮下
欠陥信°号は、そのままでは得らt″L7IC欠陥信号
が表面であるかそtとも表皮下であるか不明であるため
、後に詳述する弁別法に基く欠陥弁別回路16を介して
遅延回路15へ与えら扛る。
遅延回路15では、搬送速度検出器7からの丸棒搬送速
度信号を受けて、探触子配置位置とマーカー8との間の
距離に対応した時間分の遅延時間をもって、探傷した欠
陥がマーカー8の位置に到達した時点で、マーカー8に
対して塗料等の吹付動作信号を出力する。この場合、マ
ーカー8は、無欠陥であnば塗布を行わないが、欠陥の
ある場合には、その欠陥が中心部であるか、表皮下であ
るかそnとも表面であるかを塗料の色を分けながら塗布
を行う0遅延回路15を通った信号は、仕分は装置17
に与えらn、良品と不良品との仕分けに供さ扛る。不良
品のうち表面欠陥品については、手入n工程(図示せず
)に移さ扛、手入n後良品としての取扱が行なわ【るが
、表皮下欠陥および内部(中心部)欠陥品はそのまま廃
棄さnるかグレードダウン品として扱わnる。
ここでもし、次述する方式により、表面欠陥と表皮下欠
陥とを明確に弁別せず、−律に内部欠陥品ではないが欠
陥有りとする場合、表面欠陥であろうとする材料につい
て手入n後、再び探傷を行い、もし欠陥が検出さ扛ない
ならば、そnは表面欠陥であったとの判断の下に、良品
扱いを−、することもできる。
しかし、次述の弁別によって表面および表皮下欠陥を弁
別する方が、精度および検査手間の点で望ましい。すな
わち、斜角探触子30または30′から得らnる表面お
よび表皮下欠陥については、本発明者の知見によnば、
そnらの間で第4図および第6図のように欠陥の表わn
方が異なる。すなわち、表面欠陥は第4図のように、あ
る欠陥が丸棒のスパイラル送りに伴って第5図のように
刻々位置を変えたとき、d位置での表面欠陥が第1表面
エコーと区別できない形で表わn、その後a、be“C
位置での表面欠陥がかなり大きなピークを示して表わn
る〇この場合、位置a、eの欠陥のピークはあられnず
、その代りb位置での欠陥信号が高いピークをもってあ
られnる。最後に第2表面エコーがあられnる0かくし
て表面欠陥については、基本的には1つのピークをもっ
てあられ扛る。
こnに対して、表皮下欠陥は、第6図のように、d位置
での表皮下欠陥が第1表面エコーと重っであるいはその
後近傍において比較的高いピークをもってまずあられ扛
、その後a位置での表面欠陥が中程度のピークをもって
あられtた後、b位置で高いピークがあられ3% C位
置ではピークを示すことなくエコーが終り、最後に第2
表面エコーがあられnる0すなわち、表皮下欠陥では基
本的に2つのエコーピークがあられ汎る。
このよ゛うに、表面欠陥と表皮下欠陥との間であられn
るエコー波形が明確に異なる。そこで、位置aとbとの
間で探傷ゲートを分割して探傷ゲー) G+ 、 G2
を設けておく。また欠陥判定ニレペルLi設定しておく
oそして両欠陥の弁別に当っては、ゲートG2のみにお
いてレベル5以上の欠陥があられnたとき、表面欠陥で
あり、   ゛ゲートGlおよびゲートG2の両者にお
いてレベル5以上の欠陥があられnたとき、表皮下欠陥
であると弁別判断する。
ここでゲートとレベルとの組合せを用いたのは、信号処
理が容易であるためであるが、高度な計算機を用いて波
形解析の上、弁別するようにしてもよい。また表皮下欠
陥検出に当って、b位置でのピークはa位置でのピーク
より常に高くなるので、b位置についての判定レベルに
ついては高くしておいてもよい。
ところで、探傷に当って注意すべきことは、入射角iま
たは屈折角rの取り方である。丸鋼材を対象とする場合
、丸棒のサイズおよび欠陥の方向性などの点から屈折角
は40°〜7 oo、特に40〜60°が望ましい。入
射角iは17゜〜26°が好適範囲である。図示の例で
は入射角を19°、屈折角を45°としている。また疵
にも方向性があるので、少くとも斜角探触子は2個入射
位置を変えて配設すべきである。勿論、経済性が許す範
囲で多い方がよい。垂直および斜角のいずnの探傷の場
合もゲート位置および高さは、当然あられnるべきエコ
ーと区別できるようそnらの間に適切に設定する必要が
ある。
斜角探傷の場合、本来はb位置までに探傷ゲートをかけ
nばよいのであるが、たとえピンチローラ3aによって
材料の曲りおよび振nを抑えテイルといっても、ある程
度は生じるので、屈折角が45°の場合、第5図および
第7図のC位置まで余裕をもって検出できるよう、丸棒
Rの径の1.6〜1.7倍程度まで広げておくのが望ま
しい。屈折角を変えることができることは前述の通りで
あるが、屈折角を変える場合、欠陥信号の最大位置が変
るので、そ扛に見合うよう探傷ゲート位置および長さを
変える。
一方、この種の探傷設備では多種の材料径の丸棒を扱う
。したがって、探触子の位置を固定にしておくと、探触
子からの超音波入射点および方向が変るばかりでなく、
探触子と丸棒表面の入射点までの距離が変ってしまうの
で探傷が不能または不正確となる。そこで、第8図のよ
うな探傷装置本体50の構成としておくのが望ましい。
すなわち、この本体5oは、吊持部51と、搬送ライン
3に対して水平に横断するガイド筒52と、その両側に
おいて竪向きの目盛の付さnた支持棒53,53’と、
左右調整ハンドル54の操作により支持棒53.53’
を相互に接近および離反させるガイド筒52に螺入さn
た左右調整ロッド55と、支持棒53.53’の下部に
そnぞn固定さ扛たホルダー56.56″にそnぞ扛取
付けらnた探触子20.30および20′。
30′とを備えている。57.57″は上下調整用ハン
ドルである。58は丸棒に跨がる鞍である0 いま、丸棒の径がR1からR2に変った場合、上下調整
用ハンドル57を上下させるとともに、垂直探触子20
についてのチャンネルに関し、ブラウン管に観察さする
丸棒表面から反射さnる表面エコーの高さが最大高さと
なる位置を求めそこに位置を設定する。同図左側の探触
子についても同様の操作を行う。次に表面エコーと送信
パルスとの距離をブラウン管の横軸で観察しながら水距
離となるように左右調整ハンドル54を操作する。ここ
で、水距離は使用探触子のビームの焦点距離によって決
定さnる。
かくして、探触子20.20’と30.30’とは、予
め所定の入射角iをもってホルダー56.56’に固定
さ扛ているので、測探触子の位置設定が同時に行なわル
ることになる。もし垂直探触子と斜角探触子とをそnぞ
n別個に丸棒の径が変わるとと(たとえば2ommφ〜
100龍φの変動)に位置設定の変更を行うとしたら著
しく類型である。この点で、本発明に係る装置では操作
および調整作業がきわめて簡易となる。
なお、上記例では部分水浸方式について述べたが、全水
浸方式でもよいし、さらに水浸方式でなくともよい。ま
た斜角探触子は方向性の点で複数配設する必要があるが
、垂直探触子は1個でも可能である。
以上の通り、本発明法は、従来の内部欠陥は垂直探触子
、表面欠陥は漏洩磁束探傷などの別種の探傷機により探
傷していたのに対して、全ての欠陥を超音波探傷により
探傷するものであるから、経済性、設備費、設置スペー
ス等の点で著しく改善できる。また丸材をスパイラル送
りしているので、全断面の探傷が可能である。
特に丸材に対して斜角探触子を配設し、表面欠陥のみな
らず素材の連鋳化に伴い発生度合が高くなっている表皮
下欠陥をも探傷するから、製品の保証上きわめて有用で
ある。
また本発明装置は、垂直探触子と斜角探触子とを一体化
させかつ調整に当って一体的に調整自在としたので、丸
材の径の変更に伴う調整作業が著しく簡易となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の垂直超音波探傷における探傷範囲をエコ
ー波形と共に示した説明図、第2図は本発明に係る探傷
設備の概要図、第3図は探触子配置関係を示す概要図、
第4図は表面欠陥波形図、第5図は斜角探触子と表面欠
陥位置との相関を示す概要図、第6図は表皮上欠陥波形
図、第7図は斜角探触子と表皮下欠陥位置との相関を示
す概要図、第8図は探傷装置の詳要を示す一部破断正面
図である。 3・・スパイラル搬送ライン 5・・超音波探傷装置  8・・マーカー16・・欠陥
弁別回路  20.20’・・垂直探触子30.30’
・・斜角探触子50・・探傷装置本体52・・ガイド軸
    53.53’・・支持棒54・・左右調整ハン
ドル 55・・左右調整ロッド56.56’・・ホルダ
ー 57.57″・・上下調整ハンドル 第1図 第4図 第6図 り 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 前記垂直探触子によシ内部欠陥を検出し、前記斜角探触
    子により表面欠陥および表皮下欠陥を検出し、丸材全断
    面を超音波探傷により欠陥の検出を行うことを特徴とす
    る丸材の超音波探傷方法。 (2)丸材をスパイラル送りする検査ラインと、検査ラ
    イン上の丸材に対して対向的に配さnた垂直探触子、お
    よび入射位置が相互に異なる斜角探触子と、丸材径の変
    動に対応して少くとも一対の垂直探触子および斜角探触
    子の位置を□′一体的に調整自在とした位置調整装置と
    を備えた丸材の超音波探傷装置0
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