KR20110119822A - 침탄 검지 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관련된 침탄 검지 방법은, 피검사재와 전자기적인 특성이 동등하며 침탄되어 있지 않은 기준재에 자성재를 부착하는 제1 절차와, 각 자성재의 자성 강도를 측정함과 함께, 각 자성재의 전자기 검사 출력값을 취득하는 제2 절차와, 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계를 산출하는 제3 절차와, 복수의 침탄재에 대해서 자성 강도를 측정하는 제4 절차와, 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계를 산출하는 제5 절차와, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치 Th1에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치 Th2를 결정하는 제6 절차와, 자성 강도 측정값의 역치 Th2에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치 Th3을 결정하는 제7 절차와, 피검사재의 전자기 검사 출력값과, 전자기 검사 출력값의 역치 Th3의 대소 관계에 기초하여, 피검사재에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 제8 절차를 포함한다.

Description

침탄 검지 방법{CARBURIZATION DETECTION METHOD}

본 발명은, 전자 유도 검사법이나 누설 자속 검사법 등의 전자기 검사법에 의해, 강관 등의 피검사재에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치를 정밀도 있게 결정할 수 있으며, 이것에 의해 침탄의 유무를 정밀도 있게 검지 가능한 방법에 관한 것이다.

각종의 철강 재료 중, 오스테나이트계 스텐레스강에는 침탄이 발생하는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 석유화학 플랜트의 에틸렌 제조 공정에서의 열분해 반응에 이용되는 크래킹 튜브는, 오스테나이트계 스텐레스강으로 이루어지며, 장시간 사용되면 내면에 침탄이 발생한다. 또, 크래킹 튜브의 제조 공정에서는, 탈지 불량 상태에서 열처리를 행함으로써 침탄이 발생한다. 이러한 침탄의 발생은, 크래킹 튜브의 수명을 크게 저감시키는 요인이 되기 때문에, 침탄의 유무를 정밀도 있게 검지하는 것이 요망되고 있다.

이 때문에, 종래부터, 플랜트에 설치된 크래킹 튜브에 대해서는, 플랜트의 정기 수리 시에, 크래킹 튜브의 전체 길이에 걸친 비파괴 검사로서, 전자 유도 검사 등의 전자기 검사를 행하여, 그 출력값의 대소에 의해 침탄의 유무를 검지하고 있다. 또, 크래킹 튜브의 제조 공정에 있어서도, 전체 길이에 걸친 전자기 검사를 행하거나, 혹은, 양단부를 절단하여 미크로 조직 관찰을 행함으로써, 침탄의 유무를 검지하고 있다.

상기의 전자기 검사에 있어서는, 침탄 깊이와 전자기 검사 출력값의 대응 관계(교정 곡선)를 미리 산출해 두고, 이 산출한 교정 곡선을 이용하여, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치를 미리 결정하는 것이 일반적이다. 그리고, 피검사재에 전자기 검사를 행함으로써 얻어진 전자기 검사 출력값과, 상기와 같이 하여 미리 결정된 전자기 검사 출력값의 역치의 대소 관계에 기초하여, 피검사재에 있어서의 침탄의 유무를 검지하고 있다.

일반적으로, 상기 교정 곡선을 산출할 때에는, 우선, 침탄 깊이가 각각 상이하다고 예상되는 복수의 침탄재를 준비하여, 각 침탄재에 전자기 검사를 행함으로써, 전자기 검사 출력값을 취득한다. 그 후, 각 침탄재를 절단하여 미크로 조직 관찰을 행함으로써, 전자기 검사 출력값을 취득한 각 침탄재의 실제의 침탄 깊이를 측정한다. 이것에 의해, 침탄 깊이와 전자기 검사 출력값의 대응 관계인 교정 곡선을 산출할 수 있다.

여기서, 침탄 깊이는 크래킹 튜브의 제조 이력이나 사용 이력의 영향을 받기 때문에, 동일한 이력인 1개의 크래킹 튜브로부터 채취한 복수의 침탄재의 침탄 깊이는 동등해질 우려가 있다. 즉, 상기 교정 곡선을 산출하기 위해서, 1개의 크래킹 튜브로부터 침탄 깊이가 각각 상이한 복수의 침탄재를 편리하게 채취할 수 있다고는 할 수 없다. 이 때문에, 침탄 깊이가 상이한 침탄재를 채취할 수 있는 가능성을 높이기 위해, 제조 로트나 사용 시간 등의 이력이 상이한 복수의 크래킹 튜브로부터, 각각 침탄재를 채취하여, 교정 곡선의 산출에 제공하고 있는 것이 일반적이다.

상기와 같이, 교정 곡선의 산출에 제공하는 각 침탄재는, 이력이 상이한 복수의 크래킹 튜브로부터 각각 채취하고 있다. 이 때문에, 비록 설계 사양 상은 함유 성분이나 치수(외경, 내경)가 동일한 복수의 크래킹 튜브를 선택하여, 각각으로부터 각 침탄재를 채취했다고 해도, 각 침탄재의 모재의 함유 성분이나 치수에 차이가 발생할 우려가 있다. 이것에 의해, 각 침탄재의 모재의 전자기적인 특성(전기 저항 등)이 상이할 우려가 있다.

전자 유도 검사법 등의 전자기 검사법에서는, 교류 전류의 침투 깊이가 두께의 수배가 되도록, 피측정재의 두께에 따라, 수백 Hz~수십 kHz의 교류 자계를 작용시키는 것이 일반적이다. 이 때문에, 각 침탄재의 모재의 전자기적인 특성이 상이하면, 비록 각 침탄재에 침탄이 발생하지 않았다고 가정해도, 각 침탄재의 전자기 검사 출력값이 상이해진다. 즉, 침탄 깊이가 0㎛인 경우의 전자기 검사 출력값(기준점)이, 각 침탄재마다 상이해진다. 그리고, 이 각 침탄재마다 기준점이 상이한 전자기 검사 출력값을 이용하여 산출한 교정 곡선은, 각 기준점의 편차량에 따라 정밀도가 저하되게 된다. 이 결과, 이 교정 곡선을 이용하여 상기 서술한 바와 같이 미리 결정하는 전자기 검사 출력값의 역치의 정밀도도 저하되고, 나아가서는 침탄의 유무의 검지 정밀도가 저하되어 버린다는 문제가 있다.

침탄의 유무를 검지하는 방법으로서는, 실용화되어 있지 않은 것을 포함하여 각종의 방법(예를 들면, 일본국 공개특허 평3-253555호 공보, 일본국 공개특허 소62-6153호 공보, 일본국 공개특허 평4-145358호 공보, 일본국 공개특허 평6-88807호 공보, 일본국 공개특허 2000-266727호 공보, 일본국 공개특허 2004-279054호 공보, 일본국 공개특허 2004-279055호 공보 참조)이 제안되고 있지만, 어느 방법도 상기 서술한 문제를 해결할 수 있는 것은 아니다.

본 발명은, 이러한 종래 기술을 감안하여 이루어진 것이며, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치를 정밀도 있게 결정할 수 있고, 이것에 의해 침탄의 유무를 정밀도 있게 검지 가능한 침탄 검지 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 전자기 검사에 의해 피검사재에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 방법으로서, 이하의 제1~제8 절차를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(1) 제1 절차

피검사재와 전자기적인 특성이 동등하며 침탄되어 있지 않은 것을 기준재로서 선택하고, 그 기준재의 침탄 검지 대상면에, 자성 강도가 각각 상이한 적어도 3개의 자성재를 부착한다.

(2) 제2 절차

상기 제1 절차에 의해 상기 기준재에 부착된 각 자성재의 자성 강도를 측정함과 함께, 상기 각 자성재에 전자기 검사를 행하여 그 출력값을 취득한다.

(3) 제3 절차

상기 제2 절차에 의해 얻어진 상기 각 자성재의 자성 강도 측정값 및 전자기 검사 출력값에 기초하여, 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계를 산출한다.

(4) 제4 절차

침탄 깊이가 각각 상이한 복수의 침탄재에 대해서 자성 강도를 측정한다.

(5) 제5 절차

상기 제4 절차에 의해 얻어진 상기 각 침탄재의 침탄 깊이 및 자성 강도 측정값에 기초하여, 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계를 산출한다.

(6) 제6 절차

상기 제5 절차에 의해 얻어진 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계에 기초하여, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치를 결정한다.

(7) 제7 절차

상기 제3 절차에 의해 얻어진 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계에 기초하여, 상기 제6 절차에 의해 결정된 자성 강도 측정값의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치를 결정한다.

(8) 제8 절차

피검사재에 전자기 검사를 행함으로써 얻어진 전자기 검사 출력값과, 상기 제7 절차에 의해 결정된 전자기 검사 출력값의 역치의 대소 관계에 기초하여, 피검사재에 있어서의 침탄의 유무를 검지한다.

본 발명에 의하면, 제1 절차~제3 절차를 실행함으로써, 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계가 산출된다. 여기서, 본 발명에 있어서의 「자성 강도」는, 페라이트량(페라이트 조직의 면적율)과 정의 상관을 가지며, 그 측정에는, 일반적으로 페라이트 미터가 이용된다. 이 페라이트 미터는, 피측정재에 극저주파(100Hz 이하)의 교류 자계를 작용시켜, 피측정재에 포함되어 있는 페라이트에 의해 자기 유도가 증가되는 것을 이용하여 페라이트량을 측정하는 기기이다. 따라서, 제2 절차에서, 기준재에 부착된 각 자성재의 자성 강도를 측정할 때에, 극저주파의 교류 자계를 작용시키는 페라이트 미터를 이용하면, 그 자성 강도 측정값은, 각 자성재가 부착되어 있는 기준재의 부위의 전자기적인 특성의 영향을 받기 어렵다.

한편, 제2 절차에서, 기준재에 부착된 각 자성재에 전자기 검사를 행함으로써 얻어지는 전자기 검사 출력값은, 상기 서술한 바와 같이, 전자기 검사에서는 고주파의 교류 자계를 작용시키기 때문에, 각 자성재가 부착되어 있는 기준재의 부위의 전자기적인 특성의 영향을 받기 쉽다. 이와 같이, 각 자성재의 전자기 검사 출력값은, 각 자성재가 부착되어 있는 기준재의 부위의 전자기적인 특성의 영향을 받지만, 각 자성재는 단일의 기준재에 부착되어 있기 때문에, 그 영향은 획일적이며 각 자성재의 전자기 검사 출력값 사이에서 차이가 발생하기 어렵다. 또, 기준재는, 피검사재(피검사재의 모재)와 전자기적인 특성이 동등하기 때문에, 각 자성재의 전자기 검사 출력값은, 피검사재에 전자기 검사를 행한 경우와 동등한 영향을 받는다. 즉, 각 자성재의 전자기 검사 출력값의 기준점은, 서로 대략 동일해짐과 함께, 피검사재의 전자기 검사 출력값의 기준점과도 대략 일치한다.

따라서, 제1 절차~제3 절차를 실행함으로써 얻어지는 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계는, 전자기 검사 출력값이 기준재의 전자기적인 특성(피검사재의 전자기적인 특성)의 영향을 받지만, 그 기준점은 대략 일정하다.

또, 본 발명에 의하면, 제4 절차 및 제5 절차를 실행함으로써, 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계가 산출된다. 여기서, 본 발명에 있어서의 「침탄 깊이」는, 예를 들면, 자성 강도를 측정한 후에, 각 침탄재를 절단하여 미크로 조직 관찰을 행함으로써 측정 가능하며, 각 침탄재의 모재의 전자기적인 특성의 영향은 받지 않는다.

한편, 제4 절차에서, 각 침탄재의 자성 강도를 측정할 때에, 극저주파의 교류 자계를 작용시키는 페라이트 미터를 이용하면, 그 자성 강도 측정값은, 각 침탄재의 모재의 전자기적인 특성의 영향을 받기 어렵다.

따라서, 제4 절차 및 제5 절차를 실행함으로써 얻어지는 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계는, 각 침탄재의 모재의 전자기적인 특성의 영향, 나아가서는 피검사재(피검사재의 모재)의 전자기적인 특성의 영향을 받기 어렵다.

또한, 본 발명에 의하면, 제6 절차를 실행함으로써, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치가 결정되고, 제7 절차를 실행함으로써, 상기 결정된 자성 강도 측정값의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치가 결정된다. 즉, 제6 절차 및 제7 절차를 실행함으로써, 종래 기술과 마찬가지로, 결과적으로는, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치가 결정되게 된다.

그러나, 본 발명은, 종래 기술과 상이하여, 우선 제6 절차에서, 제5 절차에 의해 얻어진 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계에 기초하여, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치가 결정된다. 제5 절차에 의해 얻어진 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계는, 상기 서술한 바와 같이, 피검사재의 전자기적인 특성의 영향을 받기 어렵기 때문에, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치를 정밀도 있게 결정 가능하다. 그리고, 제7 절차에서, 제3 절차에 의해 얻어진 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계에 기초하여, 제6 절차에 의해 결정된 자성 강도 측정값의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치가 결정된다. 제3 절차에 의해 얻어진 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계는, 상기 서술한 바와 같이, 전자기 검사 출력값이 피검사재의 전자기적인 특성의 영향을 받지만, 그 기준점은 대략 일정하기 때문에, 자성 강도 측정값의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치를 정밀도 있게 결정 가능하다.

따라서, 본 발명에서는, 제6 절차 및 제7 절차를 실행함으로써, 종래 기술과 상이하여, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치를 정밀도 있게 결정하는 것이 가능하다.

이상의 제1~제7 절차를 미리 실행한 후, 제8 절차에서, 피검사재에 전자기 검사를 행함으로써 얻어진 전자기 검사 출력값과, 제7 절차에 의해 결정된 전자기 검사 출력값의 역치의 대소 관계에 기초하여, 피검사재에 있어서의 침탄의 유무를 검지하면, 검지 정밀도를 높이는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에서는, 제1 절차~제8 절차를 반드시 이 순서대로 실행할 필요는 없으며, 예를 들면, 제4 절차 및 제5 절차를 먼저 실행한 후, 제1 절차~제3 절차를 실행하는 것도 가능하다.

상기 제1 절차에서는, 예를 들면, 자성재로서, 자기 테이프, 전자 부품이나 흠집 검사에 이용되는 솔레노이드 코일에 내삽되는 페라이트 코어, 철 등의 자성 금속 재료의 절출 시편 중 어느 하나를 상기 기준재에 부착하면 된다.

또, 상기 제2 절차 및 상기 제8 절차에서는, 절대값 신호를 출력하는 센서 또는 차동 신호를 출력하는 센서를 이용하여 전자기 검사를 행하는 것이 가능하다.

절대값 신호를 출력하는 센서로서는, 예를 들면, 피검사재 근방에 배치된 단일의 검출 코일을 구비하여, 당해 검출 코일에서의 검출 신호를 출력하는 구성이나, 한쪽이 피검사재 근방에 배치되고, 다른 쪽이 표준이 되는 것의 근방에 배치된 한 쌍의 검출 코일을 구비하고, 각 검출 코일에서의 검출 신호의 차를 출력하는 구성을 예시할 수 있다. 또, 차동 신호를 출력하는 센서로서는, 예를 들면, 피검사재 근방에 배치된 한 쌍의 검출 코일을 구비하고, 각 검출 코일에서의 검출 신호의 차를 출력하는 구성을 예시할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관련된 침탄 검지 방법에 의하면, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치를 정밀도 있게 결정할 수 있으며, 이것에 의해 침탄의 유무를 정밀도 있게 검지 가능하다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 침탄 검지 방법에 이용하는 와류 검사 장치의 개략 구성을 나타낸 모식도이다.
도 2는, 자성재가 부착된 기준재의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 3은, 도 1에 나타낸 와류 검사 장치가 구비하는 위상 회전기로부터 출력되는 X신호 및 Y신호를 X-Y벡터 평면 상에 표시한 모식도이다.
도 4는, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 산출되는 자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계의 일례를 나타낸다.
도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서 산출되는 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계의 일례를 나타낸다.
도 6은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 침탄 검지 방법에 의해 침탄의 유무를 검지한 결과의 일례를 나타낸다.
도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 침탄 검지 방법에 이용하는 와류 검사 장치의 개략 구성을 나타낸 모식도이다.
도 8은, 도 7에 나타낸 와류 검사 장치가 구비하는 위상 회전기로부터 출력되는 X신호 및 Y신호를 X-Y벡터 평면 상에 표시한 모식도이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시 형태에 있어서 산출되는 자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계의 일례를 나타낸다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 침탄 검지 방법에 의해 침탄의 유무를 검지한 결과의 일례를 나타낸다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 피검사재가 강관이며, 전자기 검사로서 와류 검사를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.

＜제1 실시 형태＞

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 침탄 검지 방법에 이용하는 와류 검사 장치의 개략 구성을 나타낸 모식도이다.

도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시 형태의 와류 검사 장치(100)는, 검출 센서(1)와, 신호 처리부(2)를 구비하고 있다.

검출 센서(1)는, 강관 P에 교류 자계를 작용시켜 와전류를 유기(誘起)함과 함께, 강관 P에 유기된 와전류를 검출하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 검출 센서(1)는, 내삽된 강관 P에 교류 자계를 작용시키는 여자 코일과, 내삽된 강관 P에 유기된 와전류를 검출하는 단일의 검출 코일(11)을 구비한다. 여자 코일과 검출 코일(11)은, 별체로 설치해도 되고, 혹은, 검출 코일(11)이 여자 코일의 기능을 겸비하는 것도 가능하다.

신호 처리부(2)는, 검출 센서(1)에 교류 전류를 통전함과 함께, 검출 센서(1)로부터 출력된 검출 신호(절대값 신호)에 기초하여, 강관 P(강관 P의 내면)에 있어서의 침탄의 유무를 검지하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 신호 처리부(2)는, 발진기(21), 증폭기(22), 동기 검파기(23), 위상 회전기(24), A/D 변환기(26) 및 판정부(27)를 구비한다.

발진기(21)는, 검출 센서(1)(구체적으로는, 검출 센서(1)의 여자 코일)에 고주파의 교류 전류를 공급한다. 이것에 의해, 상기 서술한 바와 같이, 강관 P에 교류 자계가 작용하고, 강관 P에 와전류가 유기된다.

검출 센서(1)(구체적으로는, 검출 센서(1)의 검출 코일(11))로부터 출력된 절대값 신호는, 증폭기(22)에 의해 증폭된 후, 동기 검파기(23)에 출력된다.

동기 검파기(23)는, 발진기(21)로부터 출력되는 참조 신호에 기초하여, 증폭기(22)의 출력 신호를 동기 검파한다. 구체적으로 설명하면, 발진기(21)로부터 동기 검파기(23)를 향해, 검출 센서(1)에 공급하는 교류 전류와 동일한 주파수로 동일한 위상을 가지는 제1 참조 신호와, 그 제1 참조 신호의 위상을 90도만큼 이동시킨 제2 참조 신호가 출력된다. 그리고, 동기 검파기(23)는, 증폭기(22)의 출력 신호로부터, 제1 참조 신호의 위상과 동위상의 신호 성분(제1 신호 성분) 및 제2 참조 신호의 위상과 동위상의 신호 성분(제2 신호 성분)을 분리·추출한다. 분리·추출된 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분은, 각각 위상 회전기(24)에 출력된다.

위상 회전기(24)는, 동기 검파기(23)로부터 출력된 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분의 위상을 서로 동일한 소정량만큼 회전(이동)시켜, 예를 들면, 제1 신호 성분을 X신호, 제2 신호 성분을 Y신호로 하고, A/D 변환기(26)에 출력한다. 또한, 위상 회전기(24)로부터 출력되는 X신호 및 Y신호는, 서로 직교하는 2축(X축, Y축)으로 표시되는 X-Y벡터 평면에 있어서, 흠집 검사 등에서 이용하는 이른바 리사주(Lissajous) 파형으로 칭해지는 신호 파형(즉, 진폭을 Z, 위상을 θ로 하여 극 좌표(Z, θ)로 표시한 검출 센서(1)의 절대값 신호 파형(정확하게는, 증폭기(22)에 의해 증폭한 후의 절대값 신호 파형))을, X축 및 Y축에 각각 투영한 성분에 상당하게 된다.

A/D 변환기(26)는, 위상 회전기(24)의 출력 신호를 A/D 변환하여, 판정부(27)에 출력한다.

판정부(27)는, A/D 변환기(26)의 출력 데이터(즉, X신호 및 Y신호를 A/D 변환한 디지털 데이터. 이하, X신호 데이터 및 Y신호 데이터라고 한다)에 기초하여, 강관 P의 내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지한다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 판정부(27)는, 입력된 X신호 데이터와, 후술하는 바와 같이 미리 결정되어 기억된 역치 Th3을 비교하여, X신호 데이터가 역치 Th3을 넘고 있으면, 강관 P의 내면에 침탄이 발생했다고 판정하고, X신호 데이터가 역치 Th3 이내이면, 강관 P의 내면에 침탄이 발생하지 않았다고 판정한다.

이하, 상기의 역치 Th3의 결정 방법에 대해서 설명한다.

상기의 역치 Th3의 결정 시에는, 이하에 설명하는 제1 절차~제7 절차를 실행한다.

(1) 제1 절차

피검사재인 강관 P(강관 P의 모재)와 전자기적인 특성이 동등하며 침탄되어 있지 않은 것을 기준재 P0로서 선택한다. 구체적으로는, 기준재 P0로서, 설계 사양 상의 함유 성분이나 치수(외경, 내경)가 피검사재와 동일한 강관을 선택한다. 그리고, 이 기준재 P0의 침탄 검지 대상면(본 실시 형태에서는 내면)에, 자성 강도가 상이한 적어도 3개의 자성재를 부착한다.

도 2는, 자성재가 부착된 기준재 P0의 일례를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 2에 나타낸 예에서는, 자성재로서, 서로 감긴 수가 상이한 자기 테이프 M1~M4를 이용하고 있다. 그리고, 각 자기 테이프 M1~M4를 기준재 P0의 내면의 상이한 위치에 삽입하여, 부착하고 있다.

(2) 제2 절차

(2-1) 자성재의 자성 강도의 측정

다음에, 상기 제1 절차에 의해 기준재 P0에 부착된 각 자기 테이프 M1~M4의 자성 강도를 측정한다. 구체적으로는, 각 자기 테이프 M1~M4가 내삽된 부위에 대응하는 기준재 P0의 외면에 페라이트 미터를 대향 배치하고, 이 페라이트 미터에 의해 각 자기 테이프 M1~M4의 자성 강도(페라이트량)를 측정한다.

표 1은, 상기와 같이 하여, 기준재 P0에 부착된 각 자기 테이프 M1~M4의 자성 강도를 측정한 결과의 일례를 나타낸다. 또한, 표 1에 나타낸 예에서는, 기준재 P0에 10Hz의 교류 자계를 작용시키는 페라이트 미터를 이용하여, 자성 강도를 측정했다.

(2-2) 자성재의 와류 검사 출력값의 취득

한편, 상기 서술한 와류 검사 장치(100)를 이용하여, 자기 테이프 M1~M4를 부착한 기준재 P0에 와류 검사를 행하고, 이것에 의해 각 자기 테이프 M1~M4의 와류 검사 출력값을 취득한다. 이하, 이 절차에 대해서, 도 1 및 도 3을 참조하면서 설명한다.

도 3은, 도 1에 나타낸 와류 검사 장치(100)가 구비하는 위상 회전기(24)로부터 출력되는 X신호 및 Y신호를 X-Y벡터 평면 상에 표시한 모식도이다.

각 자기 테이프 M1~M4의 와류 검사 출력값을 취득할 때에는, 우선, 기준재 P0를 검출 센서(1)에 삽입하지 않은 상태로, X신호 및 Y신호가 0이 되도록(X신호 및 Y신호를 각각 X축 성분 및 Y축 성분으로 하는 벡터의 선단에 상당하는 스폿이 도 3에 나타낸 밸런스점(원점)에 위치하도록), 증폭기(22)의 전단에 배치된 밸런스 회로(도시하지 않음)의 밸런스량을 조정하고, 동기 검파기(23)로부터 출력되는 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분을 각각 0으로 한다.

다음에, 기준재 P0의 자기 테이프 M1~M4를 부착하고 있지 않은 부위를 검출 센서(1)에 삽입하여 정지시켜, X신호가 0이며, Y신호가 소정의 전압(예를 들면, 5V)이 되도록(벡터의 선단이 도 3에 나타낸 기준점에 위치하도록), 증폭기(22)의 증폭률 및 위상 회전기(24)의 위상 회전량을 조정한다.

이상의 조정을 사전에 행한 후, 기준재 P0를 축 방향으로 이동시켜, 자기 테이프 M1~M4를 부착한 기준재 P0의 각 부위를 검출 센서(1)에 순서대로 삽입하고, 각 부위가 검출 센서(1)에 삽입된 상태로 순서대로 정지시켜, 각 부위에 대응하는 X신호 데이터 및 Y신호 데이터를 취득한다. 또한, 도 3에 나타내는 바와 같이, 각 자기 테이프 M1~M4의 자성 강도에 따라, 벡터의 선단 위치는 변동되지만, 그 변동량은 Y축 방향보다도 X축 방향으로 크다. 이 때문에, 본 실시 형태에서는, 상기와 같이 하여 취득한 X신호 데이터 및 Y신호 데이터 중, X신호 데이터를 각 자기 테이프 M1~M4의 와류 검사 출력값으로서 이용하고 있다.

(3) 제3 절차

다음에, 상기 제2 절차에 의해 얻어진 각 자기 테이프 M1~M4의 자성 강도 측정값(표 1 참조) 및 와류 검사 출력값에 기초하여, 도 4에 나타낸 자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계를 산출한다. 또한, 도 4에 나타낸 예의 와류 검사 출력값은, 검출 센서(1)에 1kHz의 교류 전류를 공급하여 와류 검사를 행함으로써 얻어진 값이다.

이상에서 설명한 제1 절차~제3 절차를 실행함으로써 얻어지는 자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계(도 4 참조)는, 와류 검사 출력값이 기준재 P0의 전자기적인 특성(피검사재인 강관 P의 전자기적인 특성)의 영향을 받지만, 그 기준점(도 3 참조)은 대략 일정하다.

(4) 제4 절차

한편, 침탄 깊이가 각각 상이한 복수의 침탄재에 대해서 자성 강도를 측정한다. 구체적으로는, 내면의 침탄 깊이가 각각 상이하다고 예상되는 복수의 강관(침탄재)을 준비한다. 그리고, 상기 서술한 제2 절차에서 기준재 P0에 부착된 각 자기 테이프 M1~M4의 자성 강도를 측정한 경우와 마찬가지로, 침탄재의 외면에 페라이트 미터를 대향 배치하고, 이 페라이트 미터에 의해 각 침탄재의 자성 강도(페라이트값)를 측정한다. 또한, 침탄재로서는, 설계 사양 상의 치수(외경, 내경)가 기준재 P0와 동일한 강관을 선택하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 페라이트 미터와 침탄재의 내면의 거리를, 제2 절차에서의 페라이트 미터와 기준재 P0의 내면의 거리에 합치시키기 쉬워지기 때문에, 제2 절차 및 제4 절차에서의 자성 강도의 측정 조건이 일정해지기 쉬워, 양호한 측정 정밀도를 얻는 것을 기대할 수 있다.

그리고, 자성 강도의 측정을 마친 각 침탄재를 절단하여 미크로 조직 관찰을 행함으로써, 각 침탄재의 실제의 침탄 깊이를 측정한다.

표 2는, 상기와 같이 하여, 각 침탄재의 침탄 깊이 및 자성 강도를 측정한 결과의 일례를 나타낸다. 또한, 표 2에 나타낸 자성 강도는, 상기 서술한 표 1에 나타낸 예에서 측정에 제공한 것과 동일한 페라이트 미터를 이용하여 측정했다.

(5) 제5 절차

다음에, 상기 제4 절차에 의해 얻어진 각 침탄재의 침탄 깊이 및 자성 강도 측정값(표 2 참조)에 기초하여, 도 5에 나타낸 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계를 산출한다.

이상에서 설명한 제4 절차 및 제5 절차를 실행함으로써 얻어지는 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계(도 5 참조)는, 각 침탄재의 모재의 전자기적인 특성의 영향, 나아가서는 피검사재인 강관 P(강관 P의 모재)의 전자기적인 특성의 영향을 받기 어렵다.

(6) 제6 절차

다음에, 상기 제5 절차에 의해 얻어진 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계(도 5 참조)에 기초하여, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치 Th1에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치 Th2를 결정한다. 도 5에 나타낸 예에서는, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치 Th1=0(㎛)으로 하면, 이것에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치 Th2=0.05(Fe%)가 된다.

(7) 제7 절차

마지막으로, 상기 제3 절차에 의해 얻어진 자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계(도 4 참조)에 기초하여, 상기 제6 절차에 의해 결정된 자성 강도 측정값의 역치 Th2에 대응하는 와류 검사 출력값의 역치 Th3을 결정한다. 도 4에 나타낸 예에서는, 상기 서술한 바와 같이 하여 결정된 자성 강도 측정값의 역치 Th2=0.05(Fe%)에 대응하는 와류 검사 출력값의 역치 Th3=-1(V)이 된다.

이상과 같이 하여, 역치 Th3은 결정되고, 상기 서술한 바와 같이, 판정부(27)에 미리 기억된다.

또한, 제6 절차 및 제7 절차를 실행함으로써, 종래 기술과 마찬가지로, 결과적으로는, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치 Th1에 대응하는 와류 검사 출력값의 역치 Th3이 결정되게 된다.

그러나, 본 실시 형태에 관련된 방법에 의하면, 우선 제6 절차에서, 도 5에 나타낸 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계에 기초하여, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치 Th1에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치 Th2가 결정된다. 도 5에 나타낸 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계는, 상기 서술한 바와 같이, 피검사재인 강관 P의 전자기적인 특성의 영향을 받기 어렵기 때문에, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치 Th1에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치 Th2를 정밀도 있게 결정 가능하다. 그리고, 제7 절차에서, 도 4에 나타낸 자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계에 기초하여, 자성 강도 측정값의 역치 Th2에 대응하는 와류 검사 출력값의 역치 Th3이 결정된다. 도 4에 나타낸 자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계는, 상기 서술한 바와 같이, 와류 검사 출력값이 피검사재인 강관 P의 전자기적인 특성의 영향을 받지만, 그 기준점은 대략 일정하기 때문에, 자성 강도 측정값의 역치 Th2에 대응하는 와류 검사 출력값의 역치 Th3을 정밀도 있게 결정 가능하다.

따라서, 본 실시 형태에 관련된 방법에서는, 제6 절차 및 제7 절차를 실행함으로써, 종래 기술과 상이하여, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치 Th1에 대응하는 와류 검사 출력값의 역치 Th3을 정밀도 있게 결정하는 것이 가능하다.

판정부(27)는, 상기 서술한 바와 같이, A/D 변환기(26)로부터 입력된 와류 검사 출력값(X신호 데이터)과, 역치 Th3을 비교하여, 와류 검사 출력값이 역치 Th3을 넘고 있으면(도 4에 나타낸 예에서는, -1V 미만이면), 강관 P의 내면에 침탄이 발생했다고 판정한다. 한편, 판정부(27)는, 와류 검사 출력값이 역치 Th3 이내이면(도 4에 나타낸 예에서는, -1V 이상이면), 강관 P의 내면에 침탄이 발생하지 않았다고 판정한다. 상기 서술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관련된 방법에서는, 이 침탄의 유무의 판정 기준이 되는 와류 검사 출력값의 역치 Th3이 종래 기술에 비해 정밀도 있게 결정되고 있기 때문에, 침탄의 유무를 정밀도 있게 검지 가능하다.

도 6은, 상기와 같이 하여 결정한 역치 Th3을 이용하여, 피검사재인 강관 P의 침탄의 유무를 검지한 결과의 일례를 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 역치 Th3을 판정 기준으로 함으로써, 침탄의 유무를 정밀도 있게 검지할 수 있는 것을 알았다.

＜제2 실시 형태＞

본 실시 형태에 관련된 침탄 검지 방법에서는, 이용하는 와류 검사 장치의 구성이 제1 실시 형태와 상이하다. 이것에 의해, 자성재의 와류 검사 출력값의 취득 절차가 제1 실시 형태와 상이한 것이 되지만, 그 외의 절차는 제1 실시 형태와 동일하다. 이하, 제1 실시 형태와 상이한 점을 주로 설명한다.

도 7은, 본 발명의 제2 실시 형태에 관련된 침탄 검지 방법에 이용하는 와류 검사 장치의 개략 구성을 나타낸 모식도이다.

도 7에 나타내는 바와 같이 본 실시 형태의 와류 검사 장치(100A)도, 제1 실시 형태의 와류 검사 장치(100)와 마찬가지로, 검출 센서(1A)와, 신호 처리부(2A)를 구비하고 있다.

본 실시 형태의 검출 센서(1A)도, 강관 P에 교류 자계를 작용시켜 와전류를 유기함과 함께, 강관 P에 유기된 와전류를 검출하도록 구성되어 있다. 단, 구체적인 구성이 제1 실시 형태의 검출 센서(1)와 상이하다. 본 실시 형태의 검출 센서(1A)는, 내삽된 강관 P에 교류 자계를 작용시키는 여자 코일과, 내삽된 강관 P에 유기된 와전류를 검출하는 한 쌍의 검출 코일(11a, 11b)을 구비한다. 검출 센서(1A)는, 각 검출 코일(11a, 11b)에서의 검출 신호의 차(차동 신호)를 출력하도록 구성되어 있다. 여자 코일과 검출 코일(11a, 11b)은, 별체로 설치해도 되고, 혹은, 검출 코일(11a, 11b)이 여자 코일의 기능을 겸비하는 것도 가능하다.

신호 처리부(2A)는, 검출 센서(1A)에 교류 전류를 통전함과 함께, 검출 센서(1A)로부터 출력된 차동 신호에 기초하여, 강관 P(강관 P의 내면)에 있어서의 침탄의 유무를 검지하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 신호 처리부(2A)는, 위상 회전기(24)로부터 출력된 X신호 및 Y신호로부터 소정의 저주파수 성분을 제거하고, A/D 변환기(26)에 출력하는 하이 패스 필터(25)를 구비한다. 본 실시 형태의 신호 처리부(2A)는, 이 하이 패스 필터(25)를 구비하는 점을 제외하고, 제1 실시 형태의 신호 처리부(2)와 동일한 구성을 가지기 때문에, 여기에서는 그 구성의 상세한 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 신호 처리부(2A)가 구비하는 판정부(27)도, 제1 실시 형태와 마찬가지로, A/D 변환기(26)로부터 입력된 X신호 데이터와, 미리 결정되어 기억된 역치 Th3을 비교하여, X신호 데이터가 역치 Th3을 넘고 있으면, 강관 P의 내면에 침탄이 발생했다고 판정하고, X신호 데이터가 역치 Th3 이내이면, 강관 P의 내면에 침탄이 발생하지 않았다고 판정한다.

이하, 본 실시 형태에 있어서의 역치 Th3의 결정 방법에 대해서 설명한다.

상기의 역치 Th3의 결정 시에, 상기 서술한 제1 절차(기준재 P0에 자기 테이프 M1~M4를 부착하는 절차)를 실행하는 점은, 제1 실시 형태와 동일하다. 또, 상기 서술한 제2 절차 중, 기준재 P0에 부착한 각 자기 테이프 M1~M4의 자성 강도를 페라이트 미터로 측정하는 절차를 실행하는 점도, 제1 실시 형태와 동일하다. 이상의 절차를 실행함으로써, 상기 서술한 표 1에 나타낸 결과를 얻을 수 있다.

그러나, 본 실시 형태에서는, 상기 서술한 제2 절차 중, 기준재 P0에 부착한 각 자기 테이프 M1~M4의 와류 검사 출력값을 취득하는 절차의 내용이 제1 실시 형태와 상이하다. 이하, 이 상이한 절차에 대해서, 도 7 및 도 8을 참조하면서 설명한다.

도 8은, 도 7에 나타낸 와류 검사 장치(100A)가 구비하는 위상 회전기(24)로부터 출력되는 X신호 및 Y신호를 X-Y벡터 평면 상에 표시한 모식도이다.

각 자기 테이프 M1~M4의 와류 검사 출력값을 취득할 때에는, 우선, 기준재 P0의 자기 테이프 M1~M4를 부착하지 않은 부위가 검출 센서(1)의 검출 코일(11a, 11b)의 쌍방에 삽입되어 있는 상태로 정지시켜, X신호 및 Y신호가 0이 되도록(X신호 및 Y신호를 각각 X축 성분 및 Y축 성분으로 하는 벡터의 선단에 상당하는 스폿이 도 8에 나타낸 밸런스점(원점)에 위치하도록), 증폭기(22)의 전단에 배치된 밸런스 회로(도시하지 않음)의 밸런스량을 조정하고, 동기 검파기(23)로부터 출력되는 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분을 각각 0으로 한다.

다음에, 기준재 P0를 검출 코일(11a, 11b)로부터 빼낸 후, 다시 기준재 P0를 축 방향으로 이동시켜, 기준재 P0의 단부가 검출 코일(11a, 11b)을 순서대로 통과하는 과정에서 얻어지는 상기 스폿의 궤적인 신호 파형(도 8에 나타낸 단부 신호)이, Y축에 대해 대략 대칭이며 또한 Y축 성분이 소정의 전압(예를 들면, 5V)이 되도록, 증폭기(22)의 증폭률 및 위상 회전기(24)의 위상 회전량을 조정한다.

이상의 조정을 사전에 행한 후, 기준재 P0를 축 방향으로 이동시켜, 자기 테이프 M1~M4를 부착한 기준재 P0의 각 부위를 검출 센서(1)에 순서대로 삽입하고, 각 부위에 대응하는 X신호 데이터 및 Y신호 데이터를 취득한다. 또한, 도 8에 나타내는 바와 같이, 각 자기 테이프 M1~M4의 자성 강도에 따라, 벡터의 선단 위치는 밸런스점을 기준점으로서 변동되지만, 그 변동량은 Y축 방향보다도 X축 방향으로 크다. 이 때문에, 본 실시 형태에서도, 상기와 같이 하여 취득한 X신호 데이터 및 Y신호 데이터 중, X신호 데이터를 각 자기 테이프 M1~M4의 와류 검사 출력값으로서 이용하고 있다.

이상과 같이 하여 기준재 P0에 부착한 각 자기 테이프 M1~M4의 와류 검사 출력값을 취득하는 절차를 실행한 후, 상기 서술한 제3 절차(자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계를 산출하는 절차)를 실행하는 점은, 제1 실시 형태와 동일하다. 도 9는, 본 실시 형태에 있어서 산출되는 자성 강도 측정값과 와류 검사 출력값의 대응 관계의 일례를 나타낸다. 또한, 도 9에 나타낸 예의 와류 검사 출력값은, 검출 센서(1A)에 10kHz의 교류 전류를 공급하여 와류 검사를 행함으로써 얻어진 값이다.

본 실시 형태의 역치 Th3의 결정 시에, 이상에서 설명한 절차 외에, 상기 서술한 제4 절차(복수의 침탄재에 대해서 자성 강도를 측정하는 절차), 제5 절차(침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계를 산출하는 절차), 제6 절차(검지해야 할 침탄 깊이의 역치 Th1에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치 Th2를 결정하는 절차), 제7 절차(자성 강도 측정값의 역치 Th2에 대응하는 와류 검사 출력값의 역치 Th3을 결정하는 절차)를 실행하는 점은, 제1 실시 형태와 동일하다. 도 9에 나타낸 예에서는 자성 강도 측정값의 역치 Th2=0.05(Fe%)에 대응하는 와류 검사 출력값의 역치 Th3=2.5(V)가 된다.

도 10은, 상기와 같이 하여 결정한 역치 Th3을 이용하여, 피검사재인 강관 P의 침탄의 유무를 검지한 결과의 일례를 나타낸다. 도 10에 나타내는 바와 같이, 역치 Th3을 판정 기준으로 함으로써, 침탄의 유무를 정밀도 있게 검지할 수 있는 것을 알 수 있었다.

Claims (3)

1. 전자기 검사에 의해 피검사재에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 방법으로서,
   피검사재와 전자기적인 특성이 동등하며 침탄되어 있지 않은 것을 기준재로서 선택하고, 그 기준재의 침탄 검지 대상면에, 자성 강도가 각각 상이한 적어도 3개의 자성재를 부착하는 제1 절차와,
   상기 제1 절차에 의해 상기 기준재에 부착된 각 자성재의 자성 강도를 측정함과 함께, 상기 각 자성재에 전자기 검사를 행하여 그 출력값을 취득하는 제2 절차와,
   상기 제2 절차에 의해 얻어진 상기 각 자성재의 자성 강도 측정값 및 전자기 검사 출력값에 기초하여, 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계를 산출하는 제3 절차와,
   침탄 깊이가 각각 상이한 복수의 침탄재에 대해서 자성 강도를 측정하는 제4 절차와,
   상기 제4 절차에 의해 얻어진 상기 각 침탄재의 침탄 깊이 및 자성 강도 측정값에 기초하여, 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계를 산출하는 제5 절차와,
   상기 제5 절차에 의해 얻어진 침탄 깊이와 자성 강도 측정값의 대응 관계에 기초하여, 검지해야 할 침탄 깊이의 역치에 대응하는 자성 강도 측정값의 역치를 결정하는 제6 절차와,
   상기 제3 절차에 의해 얻어진 자성 강도 측정값과 전자기 검사 출력값의 대응 관계에 기초하여, 상기 제6 절차에 의해 결정된 자성 강도 측정값의 역치에 대응하는 전자기 검사 출력값의 역치를 결정하는 제7 절차와,
   피검사재에 전자기 검사를 행함으로써 얻어진 전자기 검사 출력값과, 상기 제7 절차에 의해 결정된 전자기 검사 출력값의 역치의 대소 관계에 기초하여, 피검사재에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 제8 절차를 포함하는 것을 특징으로 하는 침탄 검지 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 절차에서, 자성재로서, 자기 테이프, 페라이트 코어 및 자성 금속 재료의 시편 중 어느 하나를 상기 기준재에 부착하는 것을 특징으로 하는 침탄 검지 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 제2 절차 및 상기 제8 절차에서, 절대값 신호를 출력하는 센서 또는 차동 신호를 출력하는 센서를 이용하여 전자기 검사를 행하는 것을 특징으로 하는 침탄 검지 방법.

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