JPS63205558A

JPS63205558A - 亀裂深さの計測方法

Info

Publication number: JPS63205558A
Application number: JP3832187A
Authority: JP
Inventors: Kazusane Isaka; 井坂　和実; Kazushige Arimochi; 和茂有持; Michiaki Ishihara; 道章石原
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1988-08-25

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】〔産業上の利用分野〕本発明は構造材、疲労試験片等に発生する亀裂の深さを
計測する方法に関する。

〔従来技術〕

鋼材等からなる溶接構造物の破壊に対する安全性の確保
及び鋼材の疲労性能を評価する上で、疲労により生じた
亀裂部の深さ、その形状を紗測することは極めて重要で
ある。その計測方法として、電位差法による方法、磁気
を利用した方法等がある。

前者の方法は、鋼材表面の適長離隔した２点に電位差を
与え、その２点間の領域内において例えば任意の２点間
の電位差を測定することにより鋼材中の亀裂深さ、形状
を計測する方法である。

一方、後者の方法は、鋼材を磁化して亀裂部からの漏洩
磁束を測定すること等によりその亀裂深さ、形状を計測
する方法である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前者の方法による場合には、電位差は亀裂の面積に依存
するという計測原理上の理由により亀裂の深さとしては
平均値が得られるに過ぎない。また亀裂の形状はその初
期状態を仮定すれば推定できるが、亀裂の進展が初期状
態から各部均等に或いは予測どおりに生じるとは限らず
、形状の検知には限界がある。

また、計測原理上、計測対象の鋼材の絶縁を行う必要が
あるため、例えば疲労試験機に取付けた試験片に生じて
いる亀裂或いは構造物に生じた亀裂の深さ、形状は計測
不可能であった。更に、疲労亀裂進展による断面積変化
量が微小であるため、これを精度よく計測するためには
、低雑音、高利得あ増幅を行うか或いは大電流を鋼材に
印加する。ことが必要であり、計測装置は複雑となると
いう＋：、、、ｙ−’４゛、” 間−がある。

後者の方法による場合は、材質により磁気特性が異なる
ため、溶接部のように複数の材質から構成される部分で
は材質に応じて感度較正を行っても高精度な計測が不可
能であった。また、溶接部以外の鋼材部分でもその製造
中に付与された歪。

磁気探傷時に付与された磁気により影響を受けているた
め、計測結果の信頼性が低かった。

゛本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、対
象材を直流磁場により磁気飽和させ、亀裂部を含む部分
の磁気抵抗又は亀裂部からの漏洩磁束の変化を測定する
ことにより対象材の大きさ、部分的な材質差異及び磁気
的差異並びに材質使用状況及び製造履歴等に拘わらず簡
潔な計測装置にて精度よく計測対象材中の亀裂の深さ、
更にはその形状を計測できる方法を提供することを目的
とする。

ｃ問題点を解決するための手段〕本発明に係る亀裂深さの計測方法は、亀裂の形状が変化
する状態におかれた対象材を磁化して前記亀裂の深さを
計測する方法において、前記対象材を亀裂と交錯する方
向の直流磁場により磁気飽和させ、亀裂部分からの漏洩
磁束を検出し、その検出結果から亀裂深さを求めること
を特徴とする。

〔作用〕

繰返し荷重の印加等により亀裂の形状が変化するとこの
亀裂周りの磁気抵抗が変化し、これに伴い亀裂周りの漏
洩磁束が変化する。この漏洩磁束を検出し、この検出信
号と、漏洩磁束−亀裂深さにつき予め求めである関係と
によって亀裂深さを求める。漏洩磁束の検出位置を変化
させることで深さの分布、即ち形状が求められる。そし
て磁気飽和させているので、亀裂深さと漏洩磁束との関
係は対象材の条件に依らず不変である。

〔実施例〕

以下本発明を図面に基づき具体的に説明する。

第１図は本発明を、引張荷重が繰返し印加される疲労試
験片の計測に適用した場合の実施状態を示す模式図であ
り、図中１は鋼板からなる試験片を示す、試験片１は、
２枚の鋼板片１’、１’を夫々の端面にて突き合せ溶接
し、その溶接部１ａと母材との境界部に沿い適当な寸法
の細溝状の切欠部１ｂを形成したものである。

この試験片１は図示しない疲労試験機に取付けられてお
り、これにより溶接部１ａの幅方向（矢符方向）に引張
り荷重が一定の周期で繰返し印加される。これによって
切欠部１ｂの底面から亀裂が進展していく。

試験片１の表面にはコ字形状の電磁石２がその両端を切
欠部１ｂ及び溶接部１ａの幅方向に挟んだ２位置として
接触させている。電磁石２は鉄心３の一部に励磁コイル
４が巻回されたものであり、励磁コイル４の両端は直流
電源５に接続されており、通電電流及び励磁コイル４の
ターン数は上記２位置間を磁気飽和できるレベルとして
いる。

上記切欠部１ｂ内部にはその長手方向に複数のセンサコ
イル６１．６２・・・６ｎが設けられており、各コイル
６１．６２・・・６ｎは切欠底より適長離隔させて図示
しない支持具にて支持されている。各コイルにて電圧信
号として検出された信号は増幅器７１．７２・・・７ｎ
へ与えられてここで低利得の増幅が行われ、ローパスフ
ィルタ８１．８２・・・８ｎへ送られる。

ローパスフィルタ８１．８２・・・８ｎは試験片１に荷
重を印加する周波数よりも低い周波数を遮断周波数とし
てあり、これを通過して信号は演算器９へ与えられる。

演算器９には入力信号を亀裂深さに換算するテーブルが
設けられており、各センサコイル６１．６２・・・６ｎ
からの信号に対応する亀裂深さをテーブルより読出しこ
れを記録器１０に記録させる。

センサコイルが１つである場合は該当位置の亀裂深さが
求まる。また上述のように複数のセンサコイルを設けて
おく場合は各センサコイル位置での亀裂深さが求められ
、亀裂深さの分布、つまり亀裂形状が求められることに
なる。

本発明方法はこのように構成された装置により次のよう
に実施する。即ち直流電源５より励磁コイル４へ電流を
供給して試験片ｌの切欠部１ｂ周りを磁気飽和させる。

而して切欠部１ｂ底面又は亀裂を形成する試験片部分か
ら磁束が漏洩するが、繰返し荷重の印加にて亀裂の形状
が変化するから漏洩磁束が変化し、その結果センサコイ
ル６１．６２・・・６ｎには電圧が誘起される。この信
号は増幅器７１．７２・・・７ｎにて増幅され、次いで
ローパスフィルタ８１．８２・・・８ｎに入るが、ここ
でその交流分、つまり荷重の繰返し印加周波数成分が除
かれ亀裂深さに関する直流成分のみとなる。

演算器９はこの信号を読込むと、テーブルより入力信号
に基づいて亀裂深さを読出すことにより各コイルに対応
する亀裂位置の深さを得て、これを記録器１０に記録さ
せる。

このような測定に際し、試験片１は磁気飽和されている
から溶接部１ａ、母材の成分、製造履歴等に支配される
透磁率の影響はない。

以上の如き、本発明による場合には亀裂の各位置からの
漏洩磁束をコイルにてスポット的に測定することで、コ
イルと対向する狭い範囲での亀裂深さを計測することに
なり、また切欠部全域での亀裂形状を把握できる数だけ
コイルを設けることにより亀裂形状の計測が可能となる
。

〔数値例〕

第２図は５０キロ級の高張力鋼を用いた試験片に繰返し
荷重を周波数：２Ｈｚで印加し、溶接部に形成した切欠
部の３箇所での亀裂深さを各箇所にコイルを配して各別
に本発明により計測した結果を示すグラフであり、横軸
に荷重繰返し数（ＸＩＯ３）をとり、縦軸にコイルの出
力電圧（ｍＶ）をとって示している。コイルの配置につ
いては、第３図に示す如く肉厚：２５鶴の試験片に形成
した深さ：１０鶴、長さ：５０ｍ、幅：２ｆｌの切欠部
の長手方向中央の位置Ｂとその両側に夫々１０１＠離隔
した２位置Ａ、Ｃとであり（各位置をＸ印にて示す）中
央位置Ｂのコイルの検出結果をＯ印にて、また両側位ｉ
Ａ、Ｃ夫々のコイルの検出結果を・印、Δ印にて示して
いる。

この図より理解される如く荷重繰返し数が増加　　　　
゛するにつれて亀裂が進展してコイルの出力電圧が増大
している。

第１表は繰返し数が１７　Ｘ　１０’の場合の本発明に
よる亀裂深さの計測値と試験後に破断して実測した値と
を前記位置Ａ、Ｂ、Ｃについて比較して示した表である
。この表より理解される如（本発明は精度よく亀裂深さ
の計測が可能であり、これにより形状も正確に計測でき
る。

第１表第４図は、横軸に疲労亀裂進展量（ａｍ　）をとり、縦
軸にコイルの出力電圧（ｍＶ）をとって、前同様の試験
を行って試験片の切欠部の長手方向中央部の幅方向中央
より少し端に寄った位置〔第５図（ａ）、（ｂ）にＸ印
にて示す〕での亀裂深さを変え、その上に配したコイル
により計測した場合の両者の関係を示したグラフであり
、磁化レベルを飽和磁束と未飽和磁束との２レベルとし
、飽和磁束の場合の結果を○印にて、未飽和磁束の場合
の結果を・印にて示している。

なお第５図（ａ）は切欠部１ｂの断面図、第５図（ｂ）
は溶接部１ａのそれと直角な方向からの断面図を示して
いる。

この図より理解される如く未飽和磁束の場合には溶接部
では材質が種々異なっているため出力電圧は進展量とは
無関係な値となっているが、飽和磁束の本発明による場
合には出力電圧は進展量に応じた値となり、進展量との
間でリニアな関係となっている。これによりコイルの出
力電圧に基づき正確な進展量の測定が可能である。

第６図は、横軸に疲労亀裂進展ｆｉ（ａｍ）をとり、縦
軸にコイルの出力電圧（ｍＶ）をとって、前同様の試験
を行う試験片の母材部分に切欠部を設けてその部分に進
展させた亀裂を切欠部の長手方向中央位置（第７図にｘ
印にて示す）にて計測した結果を示すグラフである。こ
の図より理解される如く、この場合には材質が略均−で
あるため、磁束レベルの大小に拘わらず、同様な計測結
果が得られた。

なお、上記実施例では疲労試験片の亀裂を計測している
が、本発明はこれに限らず、振動が付与される鉄橋、道
路傍の建物等の構造物に生成した亀裂の計測にも適用で
きる。

また、上記実施例では電磁石により試験片を直流磁化し
ているが、本発明はこれに限らず永久磁石により磁化し
ても実施できる。

更に、上記実施例ではコイルを複数設けているが、本発
明はこれに限らず、コイルを１個使用してこれを切欠部
の底より所定距離離隔した状態でその長手方向に移動さ
せ、各位置の亀裂深さを連続的に計測し、形状を測定し
てもよい。

また、センサコイルに替えてホール素子等を使、用して
もよ（、また複数のコイルを使用する場合にはこれらに
替えてアレイ型コイルを用いても実施できることは勿論
である。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明は亀裂周りを直流磁場により磁
気飽和させ、亀裂部分からの漏洩磁束を検出するので、
疲労試験中の試験片に進展する亀裂の深さ・形状を溶接
部等の材質が部分的に異なる箇所であっても或いは製造
履歴に拘わらずに高精度で計測でき、これにより試験片
を強制破壊して疲労度を測定する際、各試験片の亀裂深
さ・形状を成る範囲内とした測定が可能となり、このた
め疲労試験の信頗性向上を図れる。また、本発明による
場合には絶縁の必要がな（、このため計測対象材の大き
さに拘わらず計測が可能となり、例えば鉄橋等の構造物
の亀裂深さ・形状を計測することによりその疲労度を非
破壊にて疲労試験片と同様に測定でき、また疲労試験の
結果に基づき構造物の破壊に対する安全度を正確に知り
得る等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施状態を示す模式図、第２゜４．６
図は本発明の詳細な説明図、第３．５．７図はその計測
条件を示す模式図である。１・・・試験片　１ａ・・・溶接部　２・・・電磁石５
・・・直流電源　６１．６２　　・・・６ｎ・・・セン
サコイル代理人　弁理士　　河　　野　　登　　夫右ｉ
＠’）Ａ（枚〔メ１０３〕寮　２　図良性亀裂り態量（ｎｒｍ）も４図（（１）（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】１、亀裂の深さを計測する方法において、対象材を亀裂と交錯する方向の直流磁場により磁気飽和させ、亀裂部分からの漏洩磁束を検出し、
その検出結果から亀裂深さを求めることを特徴とする亀
裂深さの計測方法。