JPS60205353A - ロ−ル材の硬化深度測定方法 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は、車輪ロール、圧延ロール等のロール材の硬化
深度を非破壊的に測定する方法に関する。

（発明の技術的背景とその問題点） 車輪ロール、圧延ロール等使用時に激しい摩耗作用を受
ける金属材では、摩耗を最小限に抑えるために高周波焼
き入れ等を施し、表面部に硬化層をつくることが行なわ
れている。そして、この硬化層の深度を管理することは
品質保証上、余寿命推定上からもきわめて重要である。

ところで、従来この種の深度測定としては、ロールその
ものを径方向に切断し、切断面を研磨した後エツチング
を施し、マクロ的にｉ［ｆる方法あるいは、その断面上
での硬度測定を行う方法が一般的であるが、この方法で
は測定に多大の手間を要するとともに、全数検査を行な
うことは実際上不可能であり、又供用中検査でもとめら
扛ている寿命推定などもできない。

一方、第１０回非破壊検査世界会議において、垂直およ
び縦波超音波を用い、複数入射点からの後方散乱波を加
算平均することにより、金属組織中の介在物および偏析
を検出する方法が発表されている。

しかしながら、本発明者らの研究によると、この方法で
は実用性の、ある感度を得ることは容易でなく、又不感
帯も大きいことがら厳しｈ品質基準の要求される車輪ロ
ールや圧延ロールの品質管理にそのまま適用するには問
題のあることが判明した。

このように、非破壊的に、迅速かつ正確にロール材の硬
化層深度を測定する方法はいまだ実用化さｎていないの
が実状である。

（発明の目的） 度が高いロール材の硬化深度測定方法を提供することに
ある。

（発明の構成） この目的を達成するために、本発明は、ロール材の円周
外面側より軸方向に斜めに横波超音波を入射せしめると
ともに、超音波入射点を軸方向あるいは周方向に複数点
移動し、各超音波入射点に対応して後方散乱波を採取し
、前記複数点における各採取後方散乱波を平均化するこ
とにより後方散乱パターンをめ、得らｎたパターンの不
連続点より硬化深度を測定することを特徴とするもので
ある。

すなわち、本発明は、横波斜角探傷を用いることにより
、（１）伝帳距離を長くし測定不能領域を少なくして分
解能を改善し、（２）横波では組織異方性の影響が一般
に大なることの性質（波長は縦波の約］／２）により組
織の差に敏感ならしめ、（３）特に音速の分岐点での散
乱を強調せしめ、その結果、実用性のある感度を得るよ
うにしたものである。

（発明の原理） ロール材に焼入扛処理を施すと、ロール材の深さ方向に
熱履歴の差を生じ、第１図（ＩＬ）に示すような結晶組
成の差を生じる０そして、そ扛に応じた硬度変化を示す
ようになる０このようなロール材の超音波特性は第１図
（ｂ）のとおりであり、結晶組成に対応して音速の境界
層が形成さ扛ている。この場合、散乱係数はＤ”／λｎ
２ぐ１〕：粒度、λ：超音波の波長）に比例し、つぎの
理由、すなわち゛倖音速が異なるため命題音波の波長が
興産ること、およびマルテンサイト層、べ（３） −ナイト層、調質層の順に粒度が大きくなることにより
各層で大きく変化する。

一方、超音波を斜めに入射すると、音速の境界点で屈折
を起し、一部分は散乱さ扛るＯこのようにして境果ての
散乱は強調さ扛る。しかし、１回のみの超音波入射によ
る散乱波の採取では結晶粒界そｎぞ扛の分布状態により
受信点での位相が強調さｎたり弱めらｎたりすることが
生じる。そこで、複数回の採取結果が加算平均さ扛る。

この処理により、境界層での散乱が強調され、十分な感
度で境界層が検出され、そ扛によって硬化深度が測定さ
れる０ （発明の具体例） 本発明のシステム構成図の一例を第２図に示す０ 本発明を実施するためのシステムは、第３図に示すよう
に試験材であるロール材Ｒの円周外面上に、ロール材の
外面に沿ってその軸方向あるいは周方向に移動可能に取
り付けらｎる斜角横波探触子１と、探触子１に励振電流
を供給して超音波を発生させ、ロール材Ｒの軸方向斜め
（４） に横波超音波を入射せしめる探傷器２と、探触子１によ
り採取された後方散乱波（全波検波信号）を探傷情報と
してデジタル化する手段３と、探傷情報を平均化する手
段４と、平均化さ′ｔ′Ｌり探傷情報からピーク値を検
知する手段５とから構成される。

本発明において、探触子ｌの周波数は散乱を生じ易くす
るため高周波が使用さ扛る。ロール材の焼入扛深度の測
定の場合には、５〜１５ＭＨｚの範囲が適当である０ 第２図のシステムにおいて、探触子１から斜角横波超音
波がロール材Ｒ中に入射さｎると、第４図に示すように
、超音波はＶｌ　＋　Ｖ２　＋　ｖ３の音速を以ってロ
ール材Ｒの各層Ｉ→■→■へと伝帳さｎるにしたがって
、より高い確立で散乱さ扛る。また、層Ｉ→■、層■→
■の境界層において、強調さ扛た確＊で散乱が生じる（
第５四（ａ）〜（ｃ）　）　。

本発明においては、探触子１をロール材Ｒの外周上ロー
ル材Ｒの軸方向おるいは周方向に沿って走査することに
より、ロール材Ｒの軸方向の複数点において超音波入射
点および後方散乱波採取点が設定さｎる０このようにし
て得ら扛た複数回の探傷情報（エコー高さ）はデジタル
化手段３によりデジタル化された後、平均化手段４によ
り加算平均化さｎる。そして各層の境界点以外の特定点
での位相の強調が平均化除去さｎ、各層の特徴が明確化
さ扛る。一方、境界層での散乱波は、平均化処理により
ますます強調さ扛る。このようにして、第６図のような
平均化さ扛た波形が得ら扛る。この波形に対してしきい
値をあらかじめ定めておき、しきい値を超える点におけ
るロール深さを読み取ることにより焼入ｎ層深度が測定
される。

つぎに、本発明の平均化処理方法についてさらに詳細に
説明する。

第７図に示すように、探触子ｌにより採取さｎた後方散
乱波は探傷器２において第８図（ａ）に示すような探傷
情報として得ら扛る。得らｆ′した探傷情報はゲート回
路６により一定時間分が選び出さｎ、処理さｎる（第８
図（ｂ））。ゲート回路６により選び出さｎｆＣＴ　（
ｓｅｅ）分の探傷情報はｎ等分（たとえば２５６〜４０
００　）さ扛、等分さｎた各点におけるエコー高さＥ（
ｉ）（ｉ＝１〜ｎ）がデジタル化さｎて記録さｎる〇 上記のようにして、１入射点からの探傷情報がデジタル
化さ扛た形で得ら扛る０同様にして、ロール材Ｒ上の軸
方向あるいは周方向上の複数入射点からの探傷情報がす
べてデジタル情報として得ら扛、加算平均化さ扛、後方
散乱波パターンが得ら扛る〇 得ら扛た後方散乱波パターンからは、たとえば微分回路
等により符号反転点をめることにより不連続点すなわち
ピークが検出さｎ５境界層位置たとえば硬化層深度が測
定さ扛る。あるいは、平均化後の結果をブラウン管等の
表示部７上に再現して、目視により概略の硬化深度を測
定するようにしてもよい（第９図）０なお、上記した実
施例では、探傷器２で得られた探傷情報をデジタル情報
に変換した後平均（７） 化処理しているが、得らｎたアナログ探傷情報を半波ま
たは全波検波した後平均化するようにしてもよい。

上記したように、本発明によ扛ば、これまでの超音波探
傷では積極的に用いられなかった後方散乱波を積極的に
利用し、ロール材外面から非破壊で迅速にロール材硬化
深度を測定することができる。

なお、本発明は、ロール材の硬化深度の測定のほか、各
層の境界層位置あるいは各層の厚み測定にも適用できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は、焼入ｎロール材の結晶組成お
よび超音波特性を深度との関係で示す図、第２図は本発
明のシステム構成の一例を示す図、第３図は探触子の走
査を示す説明図、第４図は後方散乱波をロール材の各層
との関係で示す図、第５図（カ）〜（ｅ）は探触子によ
り得ら扛た探傷情報（エコー高さ）を各層ごとに示す図
、第６図は平均化された探傷情報を示す図、第７図は平
均（８） 化装置を示すブロック図、第８図（ａ）　、　（ｂ）は
探傷器およびゲート回路の作用を示す図、第９図はブラ
ウン管に表示された平均化後方散乱波パターンを示す図
である。 １・・斜角横波探触子　２・・探傷器 ３・・探傷情報のデジタル化手段 ４・・平均化手段　５・・ピーク位置検知手段６・・ゲ
ート回路　７・・表示部 特許出願人　住友金属工業株式会社 Ｈｎ−荷ト／ −３３０−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ロール材の円周外面側より軸方向に斜めに横波
   超音波を入射せしめるとともに、超音波入射点を軸方向
   あるいは周方向に複数点移動し、各超音波入射点に対応
   して後方散乱波を採取し、前記複数点において採取され
   た後方散乱波を平均化することにより後方散乱パターン
   をめ、得らｎたパターンの不連続点より硬化基深度を測
   定することを特徴とするロール材の硬化深度測定方法。