WO2002021117A1 - Steel bar flaw detecting device - Google Patents
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Definitions
- the present application relates to a steel bar flaw detection device that detects a flaw generated on the surface of a steel bar, and particularly to a steel bar flaw detection device capable of inspecting a high-temperature steel bar at a high speed.
- Bars which are a type of steel product, are manufactured by rolling. However, the surface of the bar may be damaged during rolling, so it is important to inspect for scratches in the quality inspection process.
- Fig. 1 is a perspective view of a conventional steel bar flaw detection device, which is composed of a pre-processing unit 11, a detection unit 12 and a post-processing unit 13; It moves toward the post-processing unit 13.
- the pre-processing unit 11 and the post-processing unit 13 have the same configuration, and the DC windings 1 1 2 and 1 3 2 are provided outside the sleeves 1 1 1 and 1 3 1 made of cylindrical magnetic material. It is wound.
- the DC windings 112 and 132 cause the magnetic flux of the ferromagnetic bar to be magnetically saturated at a temperature equal to or lower than the Curie point by the DC magnetic flux generated by the DC windings 112 and 132.
- it has a function of improving the flaw detection sensitivity by setting the substantial AC magnetic permeability to zero.
- the detector 1 2 has two short cylindrical tubes inside the cylindrical AC winding 1 2 1 Detection windings 1 2 2 and 1 2 3 are arranged.
- the two detection windings 122 and 123 are differentially connected in series and connected to a measuring instrument (not shown), for example, a voltmeter.
- the AC winding 1 2 1 has the function of generating an eddy current on the surface of the steel bar, and the detection windings 1 2 and 1 2 3 detect the disturbance of the magnetic field due to the eddy current disturbance due to the scratch on the surface of the steel bar. I have.
- the steel bar is about 800 degrees Celsius, and it is necessary to provide a cooling time to cool to approximately room temperature before entering the quality inspection process.
- Figure 2 is a distribution diagram of the magnetic field strength in the axial direction of a conventional steel bar flaw detection device, which has a constant strength inside the sleeves 11 and 13 but has a constant strength in the sleeves 11 and 11. A sharp change occurs at both ends of 1 3 1. Therefore, a current is induced on the surface of the bar when the bar passes through both ends of the sleeves 11 and 13 where the magnetic force changes sharply, but if the speed is as low as about 2 meters per second, the induced current is detected. Although the currents induced in windings 1 2 2 and 1 2 3 do not affect the flaw detection, the currents induced in windings 1 2 2 and 1 2 3 are detected at high speeds of about 120 meters per second. It becomes noise and affects the detection accuracy.
- the relative magnetic permeability greatly fluctuates in accordance with temperature fluctuations at a magnetic field strength that can magnetically saturate the steel bar at room temperature, and the inspection accuracy cannot be maintained. Therefore, it is important to improve the temperature characteristics of relative permeability by increasing the strength of the DC magnetic field that magnetically saturates the steel bar.
- the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide a bar steel flaw detection device capable of inspecting a high-temperature steel bar at a high speed.
- a steel bar flaw detection device includes: a pre-processing unit and a post-processing unit including a cylindrical sleeve and a DC magnetizing unit configured to DC-magnetize a steel bar traveling along a central axis of the cylindrical sleeve;
- the eddy current is generated by the eddy current generator and eddy current generated by the eddy current generator, which is installed between the pre-processing section and the post-processing section in the direction and generates eddy current on the steel bar surface.
- a magnetic field intensity flattening means for flattening the intensity of the magnetic field generated by the DC magnetizing means along the running axis.
- the strength of the magnetic field generated by the DC magnetizing means is flattened along the traveling axis, even when the steel bar is moved at high speed, noise caused by the magnetic field distribution is not generated. Suppressed and high flaw detection accuracy can be maintained.
- the DC magnetizing means generates a magnetic field having a strength that gives the bar a relative permeability characteristic that monotonously decreases with a rise in temperature.
- FIG. 1 is a perspective view of a conventional steel bar flaw detection device.
- Fig. 2 is an axial magnetic field strength distribution diagram of a conventional steel bar flaw detection device.
- FIG. 3 is a perspective view of the steel bar flaw detection device according to the first invention.
- FIG. 4 is a perspective view of a steel bar flaw detection device according to the second invention.
- FIG. 5 is a perspective sectional view of the detection unit.
- Figure 6 is a graph of the relative magnetic permeability of a steel bar.
- FIG. 3 is a perspective view of the steel bar scratch detection device according to the first invention, which realizes flattening of the magnetic field intensity distribution in the axial direction.
- the pre-processing unit 31, the detection unit 32, and the post-processing unit It is composed of 33 pieces.
- the pre-processing unit 31 and the post-processing unit 33 have the same configuration, and the DC windings 3 1 2 and 3 3 2 are wound outside the tubular sleeves 3 1 1 and 3 3 1. You.
- the DC windings 312 and 332 receive DC power from a DC power supply (not shown) to generate an axial DC magnetic field.
- the sleeves 3 1 1 and 3 3 1 are made of a non-magnetic material unlike the conventional case, and the strength of the DC magnetic field generated by the DC windings 3 1 2 and 3 3 2 is the same as that of the sleeves 3 1 1 and 3 3 1
- the magnetic field strength distribution in the axial direction does not decrease even in the inside, and becomes flat. Therefore, even when the steel bar is moved at a high speed, generation of noise due to a change in the magnetic field strength in the axial direction is suppressed.
- the detection section 32 has two short tubular detection windings 3 2 2 and 3 2 3 arranged inside a cylindrical AC winding 3 2 1. Then, the AC winding 3221 is excited by an AC power supply (not shown) to generate an eddy current on the surface of the steel bar.
- the two detection windings 3 2 2 and 3 2 3 are differentially connected in series and connected to a measuring instrument (not shown), for example, a voltmeter, to prevent eddy current disturbance due to flaws on the steel bar surface. The resulting magnetic field disturbance is detected.
- a measuring instrument for example, a voltmeter
- the sleeves 311 and 331 are made of a non-magnetic material, but the material that can be actually applied is limited to non-magnetic stainless steel. Wood or resin may be used as the non-magnetic material, but cannot be used in a high-temperature atmosphere.
- non-magnetic stainless steel has a higher hardness than the bar, and if the bar comes into contact with the sleeve, it may damage the surface of the bar.
- FIG. Magnetic materials eg, steel
- FIG. Magnetic materials can be used for the leaves 411 and 431. For this reason, it is possible to prevent the steel bar from contacting the sleeve and damaging the steel bar surface.
- the present invention also includes a pre-processing unit 41, a detection unit 42, and a post-processing unit 43.
- the pre-processing unit 41 and the post-processing unit 43 have the same configuration, and are made of a magnetic material (for example, steel).
- DC windings 4 1 2 and 4 3 2 are wound on the outside of the cylindrical sleeves 4 1 1 and 4 3 1.
- the detection unit 42 in order to flatten the DC magnetic field strength, is provided with an AC winding wire 4 on a cylindrical iron core 4 20 having the same outer diameter and inner diameter as the sleeps 4 1 1 and 4 3 1. 2 1 and 2 detection windings 4 2 2 and 4 2 3 are wound.
- Fig. 5 is a perspective cross-sectional view of the detection unit.
- the cylindrical iron core 420 radiates a thin electromagnetic steel sheet extending in the radial direction. It is configured as a layered body laminated in a shape.
- Fig. 6 is a graph of the relative magnetic permeability of a steel bar, where the horizontal axis represents temperature and the vertical axis represents relative magnetic permeability.
- the dashed line indicates the relative permeability at the conventional DC magnetic field strength (for example, 70 kA / m), and the relative permeability increases with the temperature rise, becomes the maximum value, and then rapidly decreases. It becomes zero at the Curie temperature (780 ° C).
- the relative magnetic permeability is convex, and when performing accurate evaluation of the measurement results, Also need to be measured.
- the relative magnetic permeability is reduced by increasing the strength of the magnetic field generated by the DC windings 41 and 432 to about twice that of the conventional one (for example, 150 kAZm). Changes monotonically, and the evaluation of measurement results is simplified.
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Description
明 細 書' 棒鋼の傷検出装置
1 . 技術分野
本願は、 棒鋼の表面に生じる傷を検出する棒鋼の傷検出装置に係 り、 特に高温の棒鋼を高速で検査することの可能な棒鋼の傷検出装 置に関する。
2 . 背景技術
鉄鋼製品の一種である棒鋼は圧延で製造されるが、 圧延の際に棒 鋼表面に傷が生じることがあるので品質検査工程で傷の有無を検査 することが重要となる。
そして傷の検査のためには、 渦電流探傷法が適用される場合が多 レヽ。
図 1は従来使用されている棒鋼の傷検出装置の斜視図であって、 前処理部 1 1、 検出部 1 2及び後処理部 1 3から構成され、 棒鋼 1 0は前処理部 1 1から後処理部 1 3に向かって移動する。
前処理部 1 1及び後処理部 1 3は同一の構成を有し、 筒状の磁性 体で構成されたスリーブ 1 1 1及び 1 3 1の外側に直流巻き線 1 1 2及び 1 3 2が卷回されている。
この直流卷き線 1 1 2及び 1 3 2は、 直流巻き線 1 1 2及び 1 3 2が発生する直流磁束によってキュリー点相当温度以下の温度にお いて強磁性体である棒鋼を磁気飽和させて、 実質的な交流透磁率を 零として探傷感度を向上させる機能をはたす。
検出部 1 2は円筒形の交流卷き線 1 2 1の内側に短筒状の 2つの
検出卷き線 1 2 2及び 1 2 3が配置されている。 そして、 2つの検 出巻き線 1 2 2及び 1 2 3は差動的に直列接続され、 例えば電圧計 である測定器 （図示せず） に接続される。 交流卷き線 1 2 1は棒鋼 表面に渦電流を発生させる機能をはたし、 検出巻き線 1 2 2及び 1 2 3で棒鋼表面の傷による渦電流の乱れによる磁場の擾乱を検出し ている。
しかしな.がら従来の'渦電流採傷装置では、 探傷精度を維持するた めに略室温の棒鋼を毎秒 2メー トル程度の速度で移動させねばなら ず、 生産性は低いものとならざるを得なかった。 この理由は以下の 通りである。
( 1 ) 引き抜き工程では棒鋼は摂氏 8 0 0度程度であり、 品質検査 工程に入る前に略室温にまで冷却する冷却時間を設ける必要 カ ある。
( 2 ) 棒鋼の移動速度が毎秒 2メー トル程度と遅いため検査自体に 時間を要する。
そして、 従来から使用されている渦電流採傷装置で高温の棒鋼を 高速で検査しょう とすると以下の問題が生じる。
( 1 ) 前処理部 1 1及び後処理部 1 3が相互に分離し、 かつ棒鋼が 直流卷き線 1 1 2及び 1 3 2 と接触することを防止するスリ ーブ 1 1 1及び 1 3 1が磁性材製であるため、 検査速度を毎 秒 1 2 0メートル程度に高速化した場合には、 磁界強度の軸 方向の変化に起因して雑音が発生することを回避できない。
図 2は従来から使用されている棒鋼の傷検出装置の軸方向 の磁界強度の分布図であって、 ス リーブ 1 1 1及び 1 3 1の 内部では一定強度であるもののス リーブ 1 1 1及び 1 3 1 の 両端で急峻な変化が発生する。
従って、 棒鋼が磁力が急峻に変化するスリーブ 1 1 1及び 1 3 1の両端を通過する際に棒鋼表面に電流が誘起されるが 、 毎秒 2メートル程度の低速度であれば誘起電流によって検 出卷き線 1 2 2及び 1 2 3に惹起される電流が探傷に影響を 与えないものの、 毎秒 1 2 0メートル程度の高速度では検出 巻き線 1 2 2及び 1 2 3に惹起される電流は雑音となって検 查精度に影響を与える。
従って検査速度を高とするためには、 渦電流探傷装置の軸 方向の磁界強度の分布を平坦にすることが重要となる。
( 2 ) 室温近傍においては棒鋼の比透磁率は略一定であるため、 温 度が多少変動しても検査精度を維持することができる。
しかし、 摂氏 7 0 0〜 4 0 0度の場合には室温において棒 鋼を磁気飽和させ得る磁界強度では温度の変動に応じて比透 磁率が大き 変動し、 検査精度を維持することができない。 従って棒鋼を磁気飽和させる直流磁界の強度を大と して比 透磁率の温度特性を改善することが重要となる。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、 高温の棒鋼を高 速で検査することの可能な棒鋼の傷検出装置を提供することを目的 とする。
3 . 発明の開示
第 1の発明に係る棒鋼の傷検出装置は、 円筒形スリーブ及び円筒 形スリーブの中心軸に沿って走行する棒鋼を直流磁化する直流磁化 手段を備える前処理部及び後処理部と、 棒鋼の走行方向に関し前処 理部及び後処理部の間に設置され棒鋼表面に渦電流を生成する渦電 流生成手段と渦電流発生手段で生成された渦電流によって惹起され
る磁界の変化を検出する磁界変化検出手段を備える検出部と、 直流 磁化手段により生成される磁界の強度を走行軸に沿って平坦化する 磁界強度平坦化手段を具備する。
本発明にあっては、 直流磁化手段によ り生成される磁界の強度が 走行軸に沿って平坦化されるので、 棒鋼を高速で移動させた場合に も磁界分布に起因する雑音の発生が抑制され高探傷精度を維持する ことが可能となる。
第 2の発明に係る棒鋼の傷検出装置は、 直流磁化手段が、 棒鋼に 温度の上昇に対して単調に減少する比透磁率特性を付与する強度の 磁界を発生する。
本発明にあっては、 棒鋼に温度の上昇に対して単調に減少する比 透磁率特性が付与されるので、 測定結果の評価が容易となる。
4 . 図面の簡単な説明
図 1は、 従来使用されている棒鋼の傷検出装置の斜視図である。 図 2は、 従来使用されている棒鋼の傷検出装置の軸方向の磁界強 度分布図である。
図 3は、 第 1の発明に係る棒鋼の傷検出装置の斜視図である。 図 4は、 第 2の発明に係る棒鋼の傷検出装置の斜視図である。 図 5は、 検出部の斜視断面図である。
図 6は、 棒鋼の比透磁率のグラフである。
5 . 発明を実施するための最良の形態
図 3は第 1の発明に係る棒鋼の傷検出装置の斜視図であって、 軸 方向の磁界強度分布の平坦化を実現するものである。
基本的には従来と同じく前処理部 3 1、 検出部 3 2及び後処理部
3 3カゝら構成される。
前処理部 3 1及び後処理部 3 3は同一の構成を有し、 筒状のス リ ーブ 3 1 1及び 3 3 1の外側に直流巻き線 3 1 2及び 3 3 2が卷回 される。 そして直流巻き線 3 1 2及び 3 3 2は直流電源 （図示せず ) から直流電力の供給を受けて、 軸方向の直流磁界を生成する。
ただし、 スリーブ 3 1 1及び 3 3 1は従来と相違して非磁性材料 製であり、 直流巻き線 3 1 2及び 3 3 2により生成される直流磁界 の強度はスリーブ 3 1 1及び 3 3 1の内部においても低下せず、 軸 方向の磁界強度分布は平坦となる。 " 従って、 棒鋼を高速で移動させた場合にも軸方向の磁界強度の変 化に起因する雑音が発生することが抑制される。
検出部 3 2は円筒形の交流卷き線 3 2 1の内側に短筒状の 2つの 検出卷き線 3 2 2及び 3 2 3が配置されている。 そして、 交流卷き 線 3 2 1は交流電源 （図示せず） で励磁され、 棒鋼表面に渦電流を '生成する。
2つの検出卷き線 3 2 2及び 3 2 3は差動的に直列接続され、 例 えば電圧計である測定器 （図示せず） に接続され、 棒鋼表面の疵に よる渦電流の乱れに起因して生じる磁場の乱れを検出する。
即ち、 第 1 の発明にあってはス リーブ 3 1 1及び 3 3 1 を非磁性 材とすることが必須となるが、 実際に適用可能な材料は非磁性ステ ンレス鋼に限定される。 非磁性材と しては木材又は樹脂も考えられ るが高温雰囲気では使用できない。
しかし、 非磁性ステンレス鋼は棒鋼よ り高硬度であり、 棒鋼がス リーブに接触した場合には棒鋼表面を傷つけてしまうおそれがある 図 4は第 2の発明に係る棒鋼の傷検出装置の斜視図であって、 ス
リーブ 4 1 1及び 4 3 1 と して磁性材 （例えば鋼鉄） を使用するこ とができる。 このために、 棒鋼がス リーブに接触して棒鋼表面を傷 つけることを防止できる。
本発明も前処理部 4 1、 検出部 4 2及び後処理部 4 3から構成さ れ、 前処理部 4 1及び後処理部 4 3は同一の構成を有し、 磁性材 （ 例えば鋼鉄） 製の筒状のスリーブ 4 1 1及び 4 3 1の外側に直流卷 き線 4 1 2及び 4 3 2が卷回される。
そして本発明においては、 直流磁界強度を平坦化するために検出 部 4 2はス リープ 4 1 1及び 4 3 1 と同一外径及び内径を有する筒 形状の鉄心 4 2 0に交流卷き線 4 2 1及び 2つの検出巻き線 4 2 2 、 4 2 3が卷回されている。
図 5は検出部の斜視断面図であって、 鉄心 4 2 0内に渦電流が発 生することを防止するために、 筒形状の鉄心 4 2 0は径方向に伸延 する薄い電磁鋼板を放射線状に積層した積層体と して構成される。
しかし、 直流巻き線 4 1 2及び 4 3 2が生成する磁界の強度を従 来の渦電流探傷装置と同等とした場合には、 検出卷き線 4 2 2及び 4 2 3の検出特性が極度に非線形となり測定結果の評価が難しくな る。
図 6は棒鋼の比透磁率のグラフであって、 横軸は温度を、 縦軸は 比透磁率を示す。
即ち、 破線は従来の直流磁界強度 (例えば 7 0 k A / m ) におけ る比透磁率であって、 温度の上昇に伴って比透磁率は大となり最大 値となった後急激に減少してキュリー温度 （ 7 8 0 ° C ) で零とな. る。
従って、 棒鋼の温度が摂氏 4 0 0〜 7 0 0度の範囲にあるときは 比透磁率は凸型となり、 測定結果の正確な評価を行う場合には温度
も測定するこ とが必要となる。
この点を解決するために、 直流卷き線 4 1 2及び 43 2が生成す る磁界の強度を従来の約 2倍 （例えば 1 5 0 k AZm) とすること によ り比透磁率は温度に対して単調に変化し、 測定結果の評価が簡 略化される。
Claims
1 . 円筒形スリーブ及び前記円筒形スリーブの中心軸に沿って走 行する棒鋼を直流磁化する直流磁化手段を備える前処理部及び後処 理部と、
前記棒鋼の走行方向に関し前記前処理部及び前記後処理部の間に 設置され、 前記棒鋼表面に渦電流を生成する渦電流生成手段と、 前 記渦電流発生手段で生成された渦電流によって惹起される磁界の変 化を検出する磁界変化検出手段を備える検出部と、
前記直流磁化手段によ り生成される磁界の強度を走行軸に沿って 平坦化する磁界強度平坦化手段を具備する棒鋼の傷検出装置。
2 . 前記磁界強度平坦化手段が、 非磁性材で製造された前記スリ ーブである請求項 1 に記載の棒鋼の傷検出装置。
3 . 前記磁界強度平坦化手段が、
磁性材で製造された前記スリーブと、
前記検出部の前記渦電流生成手段及び前記磁界変化検出手段を内 蔵し、 前記走行軸を中心に放射状に積層された積層鉄心である請求 項 1 に記載の棒鋼の傷検出装置。
4 . 前記直流磁化手段が、 棒鋼に温度の上昇に対して単調に減少 する比透磁率特性を付与する強度の磁界を発生するものである請求 項 1から 3のいずれか 1項に記載の棒鋼の傷検出装置。
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