JPS6145773B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、圧延鋼材の組織の異方性の程度と圧
延方向を非破壊的に検知する方法に関する。

一般に圧延鋼材の性質はその鋼材の主圧延方向
（以下たんに圧延方向という）とこれに直角な方
向との間で差があり、この差は両方向間の組織の
違いに起因する。

本発明者らは圧延鋼材に対して横波用電磁式超
音波探触子を用いて横波モードの超音波を鋼材の
厚さ方向に送受信されたとき、鋼材の圧延方向に
振動成分を持つ横波超音波と圧延方向と直角な方
向に振動成分を持つ横波超音波との間に著しい音
速の差があること、および特定の構成の横波用電
磁式超音波探触子を用いて横波モードの超音波を
鋼材の厚さ方向に送受信されたとき、鋼材の圧延
方向に振動成分を持つ横波超音波と圧延方向と直
角な方向の振動成分を持つ横波超音波との間に著
しい音速の差があるとともに２つの振動成分の横
波超音波による底面エコーの高さに著しい差があ
ることを実験により知見し、これらの知見にもと
づき本発明を創案したものである。すなわち、本
発明は磁石と平板状送受信コイルからなる横波用
電磁式超音波探触子により被検材の厚さ方向に横
波モードの超音波を送受信し、互いに直角な方向
の２つの振動成分の横波超音波による底面エコー
の受信時間から横波超音波の音速または伝播時間
をそれぞれ測定し、両者の音速の比または伝播時
間の比から被検材の組織の異方性の程度を判断す
ることを特徴とする圧延鋼材の組織異方性の検知
方法を要旨とするものである。以下図面にもとづ
き本発明の方法を詳細に説明する。

第１図および第２図は、横波モードの超音波を
送受信する公知の電磁式超音波探触子の構成例を
示す図である。１は被検材である圧延鋼材、第１
図ａの５は鉄芯２、励磁コイル３、送受信コイル
４からなる電磁式超音波探触子であり、第２図ａ
の５′は鉄芯２、励磁コイル３、送受信コイル
４′からなる電磁式超音波探触子である。第１図
ｂは第１図の送受信コイル４の形状例を示す平面
図であり、第２図ｂおよび第２図ｃは第２図の送
受信コイル４′の２つの形状例を示す平面図であ
る。図中矢印Ａ，Ｂは横波超音波の振動成分、矢
印Ｎは超音波の伝播方向である。電磁式超音波探
触子による超音波送受信の原理については、公知
であるので、説明は省略する。

第１図に示した構成の電磁式超音波探触子は円
形状の送受信コイルを用いたものであり、以下こ
の探触子を無指向性型探触子という。また第２図
に示した構成の電磁式超音波探触子は８字型また
は長方形型の送受信コイルを用いたものであり、
以下この探触子を指向性型探触子という。この無
指向性型探触子と指向性型探触子とでは被検材表
面に平行な面での横波モードの超音波の発信のパ
ターンが異なる。すなわち、第１図に例示した無
指向性型探触子により発信される横波モードの超
音波は、第３図に示すように放射状の各方向（矢
印群Ａ）に均等な強さで発信され、また第２図に
例示した指向性型探触子により発信される横波モ
ードの超音波は、第４図に示すように送受信コイ
ルの短辺の方向（矢印群Ｂ）に強く、これと直角
な方向（矢印群B′）に弱く発信される。

第５図は上記のようにして発信された横波モー
ドの超音波がどのような形態で鋼材中を伝播する
かを説明するための図である。第５図において、
１は被検材である鋼材、矢印Ｒは鋼材１の圧延方
向、矢印Ｙは鋼材１の表面に平行でかつ圧延方向
Ｒと平行な方向、矢印Ｘは鋼材１の表面に平行で
かつ圧延方向Ｒと直角な方向、矢印Ｎは鋼材１の
厚さ方向に伝播する横波超音波の進行方向を示
す。圧延方向とこの圧延方向に直角な方向との間
に組織の違いがある鋼材においては、第１図に例
示した無指向性型探触子５により鋼材表面の各方
向に発信された横波モードの超音波のうちＸ方向
およびＹ方向の２つの振動成分のみが大きさはほ
ぼ同じで音速はそれぞれ異なる速度で鋼材の厚さ
方向（Ｎ方向）に伝播するという事実が発見され
た。第６図は第１図に例示した無指向性型探触子
を用いて得られた鋼材の底面多重エコーを示す図
である。また第２図に例示した指向性型探触子
５′により鋼材表面の２方向（ＢおよびB′方向）
に発信された横波モードの超音波はＸ方向および
Ｙ方向の２つの振動成分となり、それぞれ異なる
大きさと音速で鋼材の厚さ方向（Ｎ方向）に伝播
するが、この時の探触子の向きによつて前記した
Ｘ方向およびＹ方向の横波超音波の大きさが変化
する。第７図は指向性型探触子の発信方向ＢをＸ
方向に、また発進方向B′をＹ方向に一致させた場
合について得られた鋼材の底面多重エコーを示す
図である。第６図および第７図においてＴは送信
パルス、B₁，B₂，……，B₅はＸ方向の振動成分
を持つ横波超音波の第１回、第２回、……、第５
回底面エコーであり、B′₁，B′₂，……B′₅はＹ方
向の振動成分を持つ横波超音波の第１回、第２
回、……、第５回底面エコーである。図から明ら
かなように横波超音波の伝播速度はＸ方向とＹ方
向の振動成分の間で異なり常にＸ方向の方が音速
で大である。またそれぞれの底面エコーB₁，
B₂，……，B₅とこれらに対応する底面エコー
B′₁，B′₂，……B′₅のそれぞれの高さの比B′₁／
B₁，……B′₅／B₅（以下総称してB′_o／Ｂ_oとい
う）は、第１図に例示した無指向性型探触子５を
用いた場合はほぼ１であるが、第２図に例示した
指向性型探触子５′を用いた場合は１より小さく
なる。なお第２図に例示した指向性型探触子５′
を用い、発信方向ＢをＹ方向に一致させた場合に
は底面エコー高さの比（B′_o／Ｂ_o）は１より大き
くなる。すなわち、第２図に例示した指向性型探
触子５′を用いた場合、発信方向ＢをＸ方向に一
致させたとき底面エコーの高さの比（B′_o／Ｂ_o）
は最小となりかつ１より小さく、発信方向ＢをＹ
方向に一致させたとき底面エコー高さの比
（B′_o／Ｂ_o）は最大となりかつ１より大となる。

以上のことからわかるように、横波用電磁式超
音波探触子により鋼材に厚さ方向に横波モードの
超音波を送受信し、互に直角な方向の２つの振動
成分の横波超音波による底面エコーの受信時間か
ら横波超音波の音速（または伝播時間）をそれぞ
れ測定し、両者の音速（または伝播時間）の比か
ら圧延鋼材の組織の異方性の程度を知ることがで
き、また第２図に例示したような指向性を有する
横波用電磁式超音波探触子により鋼材の厚さ方向
に横波モードの超音波を送受信し、互に直角な方
向の２つの振動成分の横波超音波による底面エコ
ーの受信時間から横波超音波の音速（または伝播
時間）をそれぞれ測定するとともに前記２つの底
面エコー高さの比が最大または最小になる探触子
の向きを測定し、両者の音速の比およびエコー高
さ比が最大または最小になる探触子の向きから、
圧延鋼材の組織の異方性の程度ならびに圧延方向
を知ることができる。Ｘ方向およびＹ方向それぞ
れの振動成分の音速を求めるには、第６図あるい
は第７図に示した送信パルスＴから第１回底面エ
コーB₁，B′₁あるいは送信パルスＴから第５回底
面エコーB₅，B′₅までの時間を測定し、（音速＝超
音波の伝播距離／時間）の関係式を用いてそれぞ
れ算出することができる。第８図は本発明の方法
を実施するための装置構成を示すブロツク図であ
り、第９図は第８図の回路各部の波形信号を示す
図である。

第８図および第９図において、１は被検材であ
る鋼材、５は第１図に例示した無指向性型探触
子、６は同期回路、ａは同期回路６の同期用出力
波形（たとえば周波数1000Hz）、７は高周波パル
サー、ｂは高周波パルサー７の出力交流波形（例
えば周波数１〜10MHz）、８は無指向性型探触子
５からの受信波形の増幅器、ｃは増幅器８の出力
交流波形（送信パルスＴとＸ方向振動成分の底面
多重エコーB₁，B₂，B₃およびＹ方向振動成分の
底面多重エコーB′₁，B′₂，B′₃が含まれている）、
９は波形整形回路、ｄは波形整形回路９の出力直
流波形、１０は同期回路６の同期波形ａによりゲ
ート用波形ｅ（このオン期間τ_１とオフ期間τ_２
は任意に調整可能）をつくり波形ｄを通すゲート
回路、ｆはゲート回路１０の出力波形、１１は同
期波形ａの立上りを起点としゲート回路１０の出
力波形ｆの１番目のパルスを終点とするカウンタ
ー用ゲート回路、ｇはカウンター用ゲート回路１
１の出力波形、１１′は同期波形ａの立上りを起
点としゲト回路１０の出力波形ｆの２番目のパル
スを終点とするカウンター用ゲート回路、g′はカ
ウンターゲート回路１１′の出力波形、１２は超
音波の伝播時間を測定するために用いるクロツク
パルス（例えば100MHz）発生回路、ｈはクロツ
クパルス、１３はカウンター用ゲート回路１１の
出力波形ｇの持続時間の間クロツクパルスｈを数
えるカウンター、ｉはカウンター１３で数えたク
ロツクパルスの数、１３′はカウンター用ゲート
回路１１′の出力波形g′の持続時間の間クロツク
パルスｈを数えるカウンター、i′はカウンター１
３′で数えたクロツクパルスの数、１４は信号ｉ
およびi′の割算（i′／ｉ）回路、１５は割算回路
１４の出力の表示器である。ここで信号ｉはＸ方
向振動成分をもつ横波モード超音波の伝播時間に
対応し、信号i′はＹ方向振動成分をもつ横波モー
ド超音波の伝播時間に対応する。伝播時間と音速
とは逆数関係にあるので、信号比（i′／ｉ）は互
に直角な２方向（圧延方向に直角な方向Ｘ方向お
よび圧延方向Ｙ方向）のそれぞれの振動成分の横
波の音速比に等しい。このようにして求めた音速
比が１である場合には鋼材の組織の異方性がない
と判断し、音速比が１を超える場合には鋼材の組
織の異方性があると判断し、音速比の大きさに比
例して鋼材の組織の異方性の程度が大きいと判断
する。

第１０図は本発明の方法を実施するための別の
装置構成を示すブロツク図であり、第１１図は第
１０図の回路各部の信号波形を示す図である。第
１０図および第１１図において、１は被検材であ
る鋼材、５′は第２図に例示した指向性型探触
子、６は同期回路、ａは同期回路６の同期用出力
波形、７は高周波パルサー、ｂは高周波パルサー
７の出力交流波形、８は指向性型探触子５′から
の受信波形の増幅器、c′は増幅器８の出力交流波
形、８′は出力波形c′の波形表示器、９は波形整
形回路、ｄは波形整形回路９の出力直流波形、１
０は同期回路６の同期波形ａによりゲート用波形
ｅ（τ_１とτ_２は任意に調整可能）をつくり波形
ｄを通すゲート回路、ｆはゲート回路回路１０の
出力波形、１１は同期波形ａの立上りを起点とし
波形ｆの１番目のパルスを終点とするカウンター
用ゲート回路、ｇはカウンター用ゲート回路１１
の出力波形、１１′は同期波形ａの立上りを起点
とし波形ｆの２番目のパルスを終点とするカウン
ター用ゲート回路、g′はカウンターゲート回路１
１′の出力波形、１２は超音波の伝播時間を測定
するために用いるクロツクパルス発生回路、ｈは
クロツクパルス、１３はカウンター用ゲート回路
１１の出力波形ｇの持続時間の間クロツクパルス
ｈを数えるカウンター、ｉはカウンター１３で数
えたクロツクパルスの数、１３′はカウンター用
ゲート回路１１′の出力波形g′の持続時間の間ク
ロツクパルスｈを数えるカウンター、i′はカウン
ター１３′で数えたクロツクパルスの数、１４は
信号ｉおよびi′の割算（i′／ｉ）回路、１５は割
算回路１４の出力の表示器である。第８図に示し
た実施例の場合と同様に、表示器１５で得られた
信号比（i′／ｉ）すなわち音速比から鋼材の組織
の異方性の程度を判断することができる。また本
実施例の場合は指向性型探触子５′の向きを鋼材
１の表面上で変化させると、波形表示器８′にあ
らわれる波形c′の底面エコー高さの比（B′_o／Ｂ
_o）も変化するので、底面エコー高さの比（B′_o／
Ｂ_o）が最小になる指向性型波探触子５′の向きを
測定し、これから鋼材の圧延方向を知ることがで
きる。

以上述べたごとく本発明の方法を用いると、鋼
材の組織の異方性の程度の判断および圧延方向の
判断を非破壊的にかつ簡便に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂおよび第２図ａ，ｂ，ｃは横波用
電磁式超音波探触子の構造例の説明図、第３図お
よび第４図は第１図および第２図の横波用電磁式
超音波探触子により発信される横波モードの超音
波の発信パターンの説明図、第５図は圧延鋼材に
おける横波モードの超音波の伝播形態を説明する
図、第６図および第７図は第１図および第２図の
横波用電磁式超音波探触子を用いて得られた探傷
波形を示す図、第８図は本発明の実施例装置の構
成を示すブロツク図、第９図は第８図の回路各部
の信号波形を示す図、第１０図は本発明の他の実
施例装置の構成を示すブロツク図、第１１図は第
１０図の回路各部の信号波形を示す図である。 １…鋼材、２…鉄芯、３…励磁コイル、４，
４′…送受信コイル、５，５′…横波用電磁式超音
波探触子、６…同期回路、７…高周波パルサー、
８…増幅器、８′…波形表示器、９…波形整形回
路、１０…ゲート回路、１１，１１′…カウンタ
ー用ゲート回路、１２…クロツクパルス発生回
路、１３，１３′…カウンター、１４…割算回
路、１５…表示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁石と平板状送受信コイルからなる横波用電
   磁式超音波探触子により被検材の厚さ方向に横波
   モードの超音波を送受信し、互いに直角な方向の
   ２つの振動成分の横波超音波による底面エコーの
   受信時間から横波超音波の音速または伝播時間を
   それぞれ測定し、両者の音速の比または伝播時間
   の比から被検材の組織の異方性の程度を判断する
   ことを特徴とする圧延鋼材の組織異方性の検知方
   法。