JPS58501195A - 残留磁気の勾配の測定にもとづき強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測定する方法および装置 - Google Patents

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】 強磁性材料で作られた物体の機械 的性質を測定する方法および装置 技術分野 本発明は強磁性材料で作られた物体の非破壊試験の実施に関し、特に強磁性材料 で作られた物体の機械的性質を測定する方法および装置に関する。

従来技術 強磁性材料で作られた物質の機械的性質を測定する１つの方法（参照せよ、フェ ルスター著、金属工学雑誌、第４５巻、第４号、第２４５ページ、　１９５４年 ）が従来知られておシ、この方法において被試験物体は、上記物品の表面に垂直 な軸対称の磁界にたった１回だけ露出することによシ磁化される。被試験物体の 機械的性質は、残留磁化の局所的磁界の接線方向成分により決定される。この方 法は磁化手段として、直線状永久磁石が使用される装置の助けをかりて実施され る。

しかし、単一磁化によって得られた結果は安定でなく、シたがって、反復的測定 が行われる前に、被試験物体が減磁されなければ再現されることができない。そ の上、上記装置は永久磁石と物体間の空隙に極めて敏感であシ、またその物体が それから製造されるところの材料の構造的異方性にも極めて敏感である。

また、強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測定する１つの方法（Ｍｅｌｇ ｕｉ　Ｍ、Ａ、　”ＭａｇｎｉｔｎｙＫｏｎｔｒｏｌ　ｍｅｈａｎｉｔｃｈｅｓ ｋｉｈ　５ｖｏｉｓｔＶ　５ｔａｌｅｙ”。

Ｎａｕｋａ　ｉ　ｔｅｋｈｎｉｋａ＋　１９８０年Ｐ、１４０　、参照）が知ら れており、この方法において被試験物体はそれを一定振幅を有するパルス状軸対 称な磁界に反復的にさらされることにより磁化される。上記磁界の対称軸は物体 の表面に垂直に維持される。それから残留磁化の磁界の法線成分勾配は、強磁性 体ゾローブ付き勾配測定器の助けをかシて、上記磁界の対称軸に沿って測定され る。この方法は薄い物体の場合に磁気履歴の影響を排除し、このような物体を試 験する際に安定な結果を提供するものである。

しかし、一層大きな厚みを有する物体の場合の磁化深・度の不確実さと、このよ うな物体の磁気履歴の影響とは試験結果の安定性と精度とに影響を与える。

上記の理由で、この方法は、例えば４ｍよシ厚い圧延板のような物体を検査する のに使用することができない。

上記方法（”Ｄｅｆｅｃｔｏｓｋｏｐｉｙａ”　ｙ　１９７９年、第３号。

第２９ベージ、参照）を実現する装置は、軸対称な磁界の・ぐルスを形成するの に適したパルス整形器と、残留磁化の勾配を測定する回路と、上記要素をすべて 直列接続した指示計とを備えている。パルス整形器は、従来の電流ノ９ルス発生 器に接続された（ソレノイド形）磁化装置の形式で構成されている。

被試験物体を磁化することは、ソレノイド磁界のパルスにより実施される。ソレ ノイドは、その端面が被試験物体の表面に隣接するように設置されている。残留 磁化の法線成分の勾配を電気信号に変換するのに用いられる変換器からの信号は 、指示計にそこから送信される測定回路に印加される。指示計の読みは被試験物 体の機械的性質を測定するのに用いられる。

上記装置は、４爺よシ小さな厚みをもつ物体を試験する際に、信頼性のある試験 結果を提供するものである。しかしながら、熱処理後に製品の品質を管理し、一 層大きな厚みをもつ物体の機械的性質を測定する場合には、反復性、したがって このような品質管理から得られた信頼性と精度とは一層低いものである。

発明の開示 この発明は、強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測定する方法および装置 の提供を指向するもので、このことは被試験物体を磁化する条件の改良と方法の 改善により、被試験物体の広範囲の厚みにわたって、試験結果の精度と信頼性の 向上を可能な４ らしめる。

本発明の目的は、強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測定する方法におい て達成されるものであり、この方法においては、上記対称軸に沿う残留局所磁界 勾配の値を読取る物体の表面に垂直な磁化帯域において、その対称軸が維持され る軸対称な磁界によシ物体を反復的に磁化し、上記勾配の大きさによシ物体の機 械的性質を測定する過程を含み、ここにおいて本発明によシ、この物体は残留磁 界勾配の増大において最初の不連続が発生する時点まで第１のパルス列によシ磁 化され、ついで上記残留磁界の勾配の増大において第２の不連続が発生する時点 まで第２のノクルス列によシ磁化されるものであり、第２の／ＮｏＮスルのノ４ ルスｉ幅は、第１のパルス列ノパルスの最大の振幅よシ小である。

本発明の目的は、さらに、残留磁界の勾配の増大における最初の不連続発生の時 点まで、第１の１？ルス列の／Ｎｏルス振幅を漸次増大させ、かつ上記残留磁界 の勾配の増大における第２の不連続発生の時点まで、第２のパルス列のパルス振 幅を漸次減少させることによって達成される。

本発明の目的はまた、強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測定する装置に おいて達成されるものであシ、この装置は、軸対称な磁界のパルスを形５　特表 昭５８−５０１１９５（３） 成するパルス整形器と、残留磁界法線成分の勾配を測定する測定回路とを具備し 、ここにおいて本発明によシ、更にｉＱルス間の時間間隔における上記勾配の測 定値を貯蔵する記憶装置と、上記勾配測定回路と上記記憶装置の出力における２ 個の連続信号を比較する比較回路と、」二記パルス°整形器の出力におけるノ？ ルス振幅測定装置とを更に具備し、上記・ぐルス振幅測定装置はその入力が比較 回路の出力、比較回路および上記パルス整形器の出力に接続され、記憶装置と比 較回路とはそれらの入力が勾配測定回路の出力に接続され、比較回路の他の入力 は記憶装置の出力に接続され、パルス整形器の入力は比較回路の出力に接続され 、軸対称磁界のパルス形成用パルス整形器は貯蔵用キャパシタを包含し、該貯蔵 用キャパシタはそれに直列接続され制御用ゲートに直列接続された抵抗をもつ充 電回路を有し、該貯蔵用キャパシタは制御用ゲートに直列接続された磁化装置を もつ放電回路を有し、該充電回路には制御用ゲートの禁止回路が設けられ、比較 回路の１つの入力端子は貯蔵用キャパシタに対する充電回路と放電回路の接続点 に接続され、該比較回路の出力端子は、充電回路の制御用ゲートの禁止回路、放 電回路におけるゲートの制御電極、および磁化用パルス計数器の計数入力端子に 接続され、該計数器の出力端子は復号器を介してコード対アナログ変換器の入力 端子に接続され、該コード対アナログ変換器は一方の出力端子が充電回路のゲー トの制御用電極に接続され、他方の出力端子が比較回路の第２の入力端子に接続 される。

上記の方法および装置は、磁化電流を増加する場合でさえ、物体を残留局部磁界 の勾配が変化しないこのような状態にまで物体を磁化することができる。

この方法によシ、例えばそれから被試験物体が作られる鉄鋼の品質と、鉄鋼の厚 みとに依存する磁化電流の最適振幅を選択することが可能にされるのである。増 大時に−おける不連続と残留磁界のそれに続いておこる減少と、実験的に確立さ れた磁界・ぐルス振幅の増加に対するその勾配とは、上記パルスの最適振幅にお いて、被試験物体の磁気履歴の影響を排除することを可能にするものである。

図面の簡単な説明 、本発明は、添付図面にあられされる実施例を参照しつつ、より一層詳細に、以 下に説明されるが、添付図面において、 第１図は残留磁界の法線成分の、もしくは本発明に係るパルス状磁界量に依存す る残留磁界の勾配の曲線を表わし； 第２図は本発明により提案される装置の構成図を表わし； 第３図は第２図に示される装置の詳細な構成図を表わす。

発明を実施する最良の形態 さて、第２図を参照すれば、本発明により提案される装置は軸対称磁界のパルス 整形器（１）と、パルス振幅測定装置（２）と、残留磁界法線成分の勾配を測定 する測定回路（３）と、記憶装置（４）と、比較回路（５）とを具備する。パル ス整形器（１）の出力はパルス振幅測定装置（２）に接続される。

測定回路（３）の出力は記憶装置（４）および比較回路（５）の入力に接続され 、上記比較回路（５）はその第２の入力が記憶装置（４）の出力に接続される。

比較回路（５）はその出力がパルス振幅測定装置（２）の第２の入力に接続され 、まだ・ぐルス整形器（１）の入力にも接続されている。

第３図に示されたのは、指示器（６）に接続される、本発明によシ提案される装 置の可能な変形である。

軸対称な磁界の／ＮＯルスを形成する如く用いられるパルス整形器（１）は、抵 抗器（７）と上記抵抗器に直列接続された制御用ゲート（８）を含む充電回路、 制御用ゲート（９）を含む放電回路、磁化装置（１０）（ソレノイド形式の）お よび抵抗器（１１）を８ 具備している。このパルス整形器は更に貯蔵用キャパシタ（１２）と上記貯蔵用 キャノｅシタと並列接続の抵抗型分圧器（１３）、制御用ゲート（１４）と抵抗 器（１５）とを含むゲート（８）の禁止回路、コ・−ド対アナログ変換器（１６ ）　、比較回路（１７）、２進化１０進計数器（ＢＣＤカウンタ）　（１８）、 復号器（１９）および遅延回路（２０）とを含んでいる。

比較回路（１７）の−人力は抵抗型分圧器（１３）に接続され、比較回路（１７ ）の第２の入力はコード対アナログ変換器（１６）の出力の一つに接続され、上 記比較回路（１７）の出力はゲート（８）の上記禁止回路における制御用ゲート （１４）の制御電極及び遅延回路（２０）の入力に接続される。上記遅延回路（ ２０）の出力は、上記放電回路における制御用ゲート（９）の制御電極およびＢ ＣＤカウンタ（１８）の計数入力に接続され、ＢＣＤカウンタはその出力をして 復号器（１９）を介してコード対アナログ変換器（１６）の入力に接続させるも のであり、この変換器（１６）はその出力をゲート（８）の制御電極に接続させ るものである。

パルス振幅測定装置（２）は尖頭値検出器（２１）と上記検出器に直列接続され た記憶装置（２２）とを備えている。記憶装置（２２）に接続されるのはノ９　 ）レス振幅指示器（２３）である。勾配測定回路（３）は、９　特衣昭５８−５ ０１１９５（４） 強磁性体グローブ付勾配測定装置（２４）、濾波器（２５）、増幅器（２６）、 および検知器（２７）を含む直列回路を具備している。

パルス整形器（１）の抵抗器（１１）は尖頭値検出器（２１）に接続され、検出 器（２７）の出力は記憶装置（４）の入力および比較回路（５）の入力に接続さ れ、この比較回路はその出力をして記憶装置（２２）の入力と２進化１０進数計 数器（１８）にも接続させている。

本発明の好適な実施例が第３図に示される。しかし、特許請求の範囲に限定され る本発明の精神を逸脱することなく、種々の変形が可能である。

従って、例えば、比較回路（１７）の入力が、充電および放電回路の貯蔵用キャ パシタ（１２）との接続点に直接に接続することもできる。更に、貯蔵用キヤ・ ぐシタは、若干のキャパシタを相互に直列接続した形式で、比較回路（１７）の 入力を上記キャパシタの間に接続することによシ構成することができる。

まだ、ゲート（８）の禁止回路は、上記ゲートの形式に依存して、その他種々の 態様で構成されることができる。

提案された装置は次のように動作する。

貯蔵用キャパシタ（１２）は、抵抗器（７）とゲート（８）から成る充電回路を 介して交流電源から充電される。ゲート（８）はコード対アナログ変換器（１６ ）の助けをかシて制御され、この変換器はその入力をして２進化１０進数計数器 （１８）の出力に接続された復号器（１９）の出力に接続させる。パルス整形器 （１）が付勢されると、ＢＣＤ計数器（１８）はその初期状態に設定される。計 数器の状態は復号回路（１９）によシ符号化され、一方コード対アナログ変換器 （１６）は基準電圧を比較回路（１７）に供給し、同時にその出力からのゲート 用信号は充電回路におけるゲート（８）に印加され、そのことによシ上記ゲート を導通させる。貯蔵用キャノ９シタ（１２）はコード対アナログ変換器（１６） によシ設定された電圧まで充電される。予め設定された電圧値に達すると、比較 回路（１７）は動作して充電回路のゲート（８）を非導通にする禁止パルスを発 生し、この禁止ノｆルスは禁止回路のゲート（１４）に印加されて、貯蔵用キャ パシタ（１２）の充電は遮断される。同時に信号は遅延回路（２０）に印加され 、その出力から信号が放電回路のゲート（９）とＢＣＤ計数器（１８）に印加さ れ、それによって貯蔵用キャパシタ（１２）を放電させ、計数器（１８）の磁化 パルス計数を開始させる。

貯蔵用キャノクシタが放電された後で、その充電は繰返されるが、比較回路（１ ７）に印加されたコード対アナログ変換器（１６）の出力電圧は今や計数器の新 しい状態によシ決定されることになる。種々の型式の２進化１０進数計数器（１ ８）と復号器（１９）を使用することによシ、コード対アナログ変換器（１６） の出力における基準電圧の変化の望ましい法則を得ることが可能となり、シたが って磁化パルス振幅の変動の法則を決定するところの貯蔵用キャパシタ（１２） の充電の法則を得ることが可能となる。−列のパルスにおける各パルスの振幅は 厳密に決定される。例えば、４桁の２進可逆カウンタの場合、符号１−２−４− ８において上記カウンタの内容を復号することにより、コード対アナログ変換器 （１６）の１５個の種々の出力電圧を得ることが可能となシ、最初は上記電圧は 大きさの増加の順序に、それからは減少の順序に配列され、したがって最初は増 加の、それからは減少の振幅を有する磁界パルスにより、被試験物体を磁化する ことができる。使用されるゲートはサイリスタ、サイシトロン、マグネトロンお よび他の制御用ゲートを用いることができる。

電流パルスが磁化ソレノイド（１０）を通過されると、抵抗（１１）からの電圧 は、振幅測定装置（２）の尖頭値検知器（２１）に印加される。振幅測定装置と してホール発電器を使用することもできる。交互にソレノイド（１０）の付加巻 線から上記電圧を誘導することができる。尖頭値検知器（２１）から信号は、そ の出力から上記信号が指示器（２３）に印加される記憶装置（２２）へ送信され る。

電流パルスが磁化ソレノイド（１０）を通過すると、被試験物体は磁化ソレノイ ド（１０）によシ磁化される。残留磁界は法線成分の勾配は強磁性体グローブ付 グラブオメータ（２４）によシ測定され、それから強磁性体プローブ（２４）　 、起電力の第２高調波は濾波器（２５）によシ選択され、その後上記高調波は増 幅器（２６）によシ増幅され、検知器（２７）によシ検知され、記憶装置（４） に加えられる。同時にこのように整流された信号は比較回路（５）に印加される 。比較回路（５）は測定されている実際の信号を、記憶装置（４）から引出され た先の信号と比較する。

上記信号が等しければ、比較回路（５）は振幅測定装置の記憶装置（２２）に加 えられる信号を形成し、この記憶装置は軸対称磁界の最後のパルス振幅を記憶す る。同時に比較回路から計数器（１８）に印加された信号は計数器を逆転させる 。インノ９ルス整形器（１）は零に減少する振幅を有する一列のパルスを発生す る。測定を反復するために、全体の測定方法はまた反復されねばならぬ。

測定結果は記憶装置から指示器（６）に送信される。ノ９ルス反復周波数が遅延 時間によシ制御されるので、磁化ノクルスの反復周波数を変化する必要がある場 合に限って、時間遅延回路（２０）は使用されるのが好適である。

減磁された被試験物体の磁化が増加する振幅をもつ一列のパルスにより実施され ると、残留磁化に起因する磁界の勾配は曲線１に従って増加することによシ、勾 配の増大時における第１の不連続発生の時点に対応する一定の最大値をとシ、そ の後上記勾配は渦電流によシ減少を開始する。この第１の時点における勾配値Ｈ １はパルス列の最大振幅を決定する。

零に減少する振幅をもつ上記ノｅルスに対し、被試験物体を磁界の１？ルスに引 続いて露出させるときに、残留磁化によ磁化じさせられた磁界の勾配は、曲線２ によシ相当な程度に増加する。曲線２により表わされる上記勾配の変化のパター ンは本発明に関連する探索作業の結果として、本発明者により確立されたもので ある。

勾配値Ｈｍは第２の時点において得られ、その増大は終了し、高精度で測定する ことができ、それに依って被試験物体の機械的性質を一層正確に測定することが できる。

開始において、被試験物体がＨ１である勾配値に対して、負の磁化の成る量を有 するならば、−その時上記物体を、同じ値堀にまで減少する振幅を有する一列の パルスに露出する時に、磁界の勾配は残留磁化によ磁化しさせられ、曲線１に対 応する変化はＨ１となるであろうし、減少する振幅を有する一列の／、ｏルスに 露出される時には、上記勾配はＨｍの値をとるであろう。

開始時において被試験物体が正の磁化＋ＨＫを有するならば、残留磁化により生 じさせられた磁界の勾配は、曲線ＩＫにより、Ｈ１の値をとるように増加する振 幅をもつ一列のパルスの作用をうけて変化するであろうし、減少する振幅をもつ 一列の・ぐルスの後続する作用をうけて、上記勾配は、曲線２によシ値Ｈｍをと るように増加し続けるであろう。このことによシ、被試験物体の磁気履歴に関係 なく、上記のように得られた値Ｈｍは磁界の最大振幅によってのみ決定され、こ の振幅は被試験物体が作られる物質の構造、換言すればその機械的性質に依存す るものである。

例１ 炭素含有量０．３２ないし０．４０％の構造用鋼材から製作される１８胴の熱間 圧延板は機械的性質用に試験された。この目的のために、予め減磁されていた上 記板は、上記パルスが増加振幅をもっているので、軸対称磁界の一列のパルスに よシ磁化された。パルス列におけるパルス数は１５であった。初期振幅は１×１ ０５ａ／ｍであり、最終振幅は１．５　Ｘ　１０６ａ／ｍであった。

残留磁界の勾配の安定な値Ｈ１は３．６　Ｘ　１０３Ａ／ｍ２であった。

上記の勾配値が得られた後に、被試験物体の磁化は、零に減少する振幅をもつ一 列のパルスによシ継続された。このパルス列におけるパルス数は１５で、その結 果とじて−の勾配は９．３　Ｘ　１０３Ａ／ｍ２であった。上記勾配と被試験物 体の個別的な性質、例えば極限強さσ８との間の相関的な公知の依存性に対して 、上記勾配値は５８にシー２から正確に２　ｋｙ／１ａｎ２にまで対応する。

例２ 例１と同様の性質の鋼材から製作された１８簡の熱間圧延板が機械的性質に関し 試験された。

板はその初期状態においてＨｉ＝　２．８　Ｘ　１０　Ａ／ｍまで磁化された。

例１の場合のようにパルス列の助けをかりて磁化が実施された。残留磁界の勾配 の安定値Ｈ０は３．６×１０３Ａ／／？７＋２であった。磁化動作は、例１に開 示されたと同様な方法でそれから実施された。

このパルス列の完了したときに得られた勾配値Ｈｍは９．２９Ｘ１０〜菊　で、 残留磁界勾配と、例えば極限強さσ８との間の公知の相関的依存性を有するその 勾配値は５８　ｋｇ７ｍｍ２から正確に２　ｋｇ／ｆｉ２まで対応する。

例３ 例１と同様な性質の鋼材で作られた１８Ｗｎの熱間圧延板が機械的性質に関して 試験された。

初期状態において、板はＨＫ＝４．２　Ｘ　１０３Ａ／’ｎ＊２にまで磁化され 、その後この方法は例１の場合と同様な方法で実施された。後続の値が得られ、 Ｈ１＝３．６Ｘ１０３Ａ／？７＋２でありＨｒ１１＝　９．３１　Ｘ　１０３Ａ ／ｍ２であシ、この堀は、極限−強さσＢ−５８ｋｇ／ｗｎ２から正確に２　ｋ ｇ／ｉｎ２にまで対応する。

例えば、第１のパルス列のパルスの一定の振幅、第２のＡ’ルス列のパルスの一 定の振幅、第１のパルス列の／？ルスの一定の振幅および第２の列のパルスの減 少する振幅のような他の磁化の条件の下でもまた、測定のよシ高い感度と正確性 とを得ることができる。しかしながら本発明により提案される方法の上記の実施 例は、他の変形例に比べてエネルギー消費を減少させることができ、それゆえに 好適なものである。

熱処理の性質を制御し、極磁性材料で作られた物体の機械的性質を測定するだめ の本発明によシ提案される方法と装置を使用することによシ、試験結果の正確性 と再現性を改善することができる。

産業上の利用可能性 本発明は、熱処理の特性を制御し、強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測 定するだめの装置において使用されることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁化帯域における対称軸が物体の表面に垂直に維持されるところの、パルス 状軸対称な磁界によシ被試験物体を反復的に磁化し、上記対称な軸に沿って残留 局部磁界の勾配の値を読み取シ、そして、上記勾配の大きさによシ被試験物体の 機械的性質を測定する過程を具備する強磁性材料で作られた物体の機械的性質を 測定する方法において、被試験物体が残留磁界の勾配の増大において最初の不連 続が発生する時点まで第１の１？ルス列によシ磁化され、ついで上記残留磁界の 勾配の増大において第２の不連続が発生する時点まで第２のパルス列によシ磁化 され、第２のノクルス列のパルス振幅が第１のＡ？ルス列のＡ？ルスの最大の振 幅よシ小である、ことを特徴とする強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測 定する方法。 ２、第１のパルス列のパルス振幅が、残留磁界の勾配の増大において最初の不連 続が発生する時点まで漸次増大させられ、第２のパルス列のパルス振幅は、残留 磁界の勾配の増大において第２の不連続が発生する時点まで漸次減少させられる ことを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ３、軸対称な磁界のパルスを形成するパルス整形器と、残留磁界の洗練成分の勾 配を測定する測定回８ 路とを具備する、強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測定する装置におい て、該装置は更に、パルス間の時間間隔における上記勾配の測定値を貯蔵するだ めの記憶装置（４）、上記勾配測定回路（３）と上記記憶袋ｆｊ４（４，）の出 力における２個の連続的な信号を比較する比較回路（５）、および上記パルス整 形器（１）の出力におけるパルス振幅測定装置を具備し、上記１？ルス振幅測定 装誼（２）はその入力が比較回路（５）の出力と上記パルス整形器（１）の出力 に接続され、記憶装置（４）と比較回路（５）とはその入力が勾配測定回路（３ ）の出力に接続され、比較回路（５）の他の出力はパルス整形器（１）に接続さ れる比較回路（５）の出力に接続され、ノクルス整形器（１）は貯蔵用キャパシ タ（１２）と、上記貯蔵用キャノ９シタ（１２）に直列接続され、抵抗器（７） を制御用ゲート（８）と直列接続させた充電回路と、また磁化装置（１０）と直 列に接続された制御用ゲート（９）を含む上記貯蔵用キャパシタ（１２）の放電 回路と、充電回路における制御用ゲートの禁止回路とを含み、比較回路（１７） はその１つの入力が充放電回路と貯蔵用キャパシタ（１２）の接続点に接続され 、その出力が充電回路における制御用ゲート（８）の禁止回路と、放電回路にお けるゲート（９）の制御電極と、および磁化用パルス計数器（１８）の計数入力 とに接続され、上記計数器の出力は復号器（１９）を介して、その１つの入力が 充電回路における制御用ゲート（８）の制御電極に接続され、その他の出力は比 較回路（１７）の第２の入力に接続されたコード対′アナログ変換器（１６）の 入力に接続される、ことを特徴とする強磁性材料で作られた物体の機械的性質を 測定する装置。