JPH02254355A - 超音波探傷方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は連続鋳造丸鋼材等の断面円形の金属材の欠陥を
検出する超音波探傷方法に関する。

〔従来の技術〕

連続鋳造丸鋼材は、継目無骨及び各種回転軸の素材とし
て使用されるが、連続鋳造丸鋼材にはＣＣパウダの巻込
み及びブローホール等の球状の小さい欠陥がその表面近
傍に発生することがある。

従来、これらの欠陥の検出は目視検査又は渦流探傷検査
により行われていた。また、超音波探傷により表面欠陥
を検出する方法としては表面欠陥により散乱した表面散
乱波を検出することにより欠陥を検出する方法が開示さ
れている（特開昭６０１９８４５６号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら前記連続鋳造丸鋼材は、周方向に延びる溝
が軸長方向へ規則的に並んでなるオツシレーションマー
クが発生すると共に冷却過程で発生するスケールが表面
に不均一に存在することにより表面性状が悪いため、前
記目視検査又は渦流探傷検査による欠陥の検出は精度が
悪かった。また、前述の如き表面散乱波により欠陥を検
出する方法はシリコン基板等の非常に微細な欠陥を検出
するものであり、連続鋳造丸鋼材の欠陥検出には適して
いない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであリ、表面
欠陥及び内部欠陥の検出信号を抽出するゲートを探傷器
に設定し、該ゲート内での欠陥の探傷を行うことにより
連続鋳造丸鋼材の表面欠陥及び内部欠陥をオンシレージ
ョンマーク及びスケールの影響を受けずに効率良く検出
する超音波探傷方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る超音波探傷方法は、軸断面円形の金属材の
法線に対して、超音波探触子を金属材の軸断面内で傾斜
させて配設し、該超音波探触子によって金属材に超音波
を入射させ、その反射波を検出することにより金属材の
表面欠陥及び内部欠陥を検出する超音波探傷方法におい
て、前記反射波の検出信号より表面欠陥に起因する信号
及び内部欠陥に起因する信号を抽出するゲートを設定す
ることを特徴とする。

〔作用〕

軸断面円形の金属材の法線に対して傾斜させて対向配置
された超音波探触子より前記金属材表面に対して斜めよ
り超音波を入射させると、まず金属材表面の性状荒さに
起因する表面散乱波が反射波として現れ、次いで表面欠
陥に起因する表面反射波が現れる。そして表面反射波が
減衰した後に内部欠陥に起因する内部反射波が現れる。

これらの３つの波形は時系列的に現れるため表面反射波
が現れる時点より内部反射波が減衰するまでの間にゲー
トをかけると該ゲートによって検出波形から表面散乱波
が除去され、表面反射波及び内部反射波が抽出されるた
め探傷結果が金属材の表面性状に影響を受けない。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づき具体的に説
明する。

第１図は本発明方法を実施する場合に使用する超音波探
傷装置の斜視図、第２図はその信号処理系の構成を示す
ブロック図である。

第１図において４は矩形に枠組みされた架台であり、該
架台４は夫々相対する長辺４１ａ、　４１ｂ及び短辺４
２ａ、　４２ｂを有しており、短辺４２ａ、　４２ｂの
下方に取り付けられた廖部３．３により支持されている
。長辺４１ａ、　４４ｂの内側には短辺４２ａ、　４２
ｂに亘って長辺４１ａ、　４１ｂに平行にガイドロッド
６及びねじ棒７（一方のみ図示）が設けられである。ガ
イドロッド６及びねじ棒７は検査台５を貫通してこれを
支持しており、検査台５は長辺４１ａの一端部に配設さ
れるねじ棒７を軸心回転させる検査台駆動モータＭの回
転に伴って長辺４１ａ、　４１ｂの内側に沿って夫々ガ
イドロッド６に対しては摺動、ねじ棒７に対しては螺動
しながら移動すべく配しである。

検査台５の下面には４個の探触器２１２１　（２個のみ
図示）を探触器取付板２０．２０を介して取り付ける取
付部材２が検査台５の下面に対して平行に取り付けられ
ており、該取付部材２の下面には該下面に対して斜めに
探触器取付板２０．２０が夫々取り付けられている。探
触器取付板２０．２０の夫々には第２図に示す如く、超
音波の送受信を行う探触子２１０と、該探触子２１０．
２１０の探触面を水浸させると共に被探傷材である連続
鋳造丸鋼材１の表面に水を噴出する探触子ホルダ２１１
．２１１とよりなり、水流水浸法により連続鋳造丸鋼材
ｌの超音波探傷を行う探触器２１．２１が夫々超音波の
送受信方向が鋼材ｌの法線に対して鋼材の軸断面内で傾
斜するように前記長辺４１ａ、　４１ｂの長手方向に並
設されている。そして取付部材２の直下には連続鋳造丸
鋼材１を軸心回転させるターニングローラ１０．１０・
・・がその回転軸の方向を前記長辺４１ａ、　４１ｂの
長手方向に向けて配設される。

斯かる構成の超音波探傷装置により連続鋳造丸鋼材１の
探傷を行う場合、ターニングローラ１０゜１０・・・上
に連続鋳造丸鋼材１を配し、ターニングローラ１０．１
０・・・を回転させることにより連続鋳造丸鋼材１を軸
心回転させる。そして該連続鋳造丸鋼材１に対して検出
台５を移動させることによって探触器２１．２１を連続
鋳造丸鋼材ｌの軸長方向へ所定ピンチで移動させ、探触
器２Ｌ　２１により各探傷方向２条ずつ計４条の螺旋状
に連続鋳造丸鋼材１の全長全周の探傷を行う。

前記探触器２１．２１の探触子２１０．２１０は夫々探
傷器２２に接続されており、探傷時には探傷器２２より
励振信号が探触子２１０．２１０に入力され、探触子２
１０゜２１０はこの励振信号に応じて超音波を発振し、
探触子ホルダ２１１．２１１内の水を介して連続鋳造丸
鋼材１の法線に対して超音波を軸断面内で斜めに入射さ
せる。入射された超音波は連続鋳造丸鋼材１における表
面散乱１表面欠陥及び内部欠陥により反射し、反射エコ
ー信号として探触子２■帆２１０に受信される。この反
射エコー信号は探触子２１０．２１０より探傷器２２に
入力される。

前記探傷器２２にはチャートレコーダ２３が接続されて
おり、探傷器２２では反射エコー信号にゲートをかけて
欠陥信号のみを抽出し、抽出された信号をチャートレコ
ーダ２３へ入力させ、該チャートレコーダ２３にて記録
紙に反射エコー信号を記録する。

作業者はこの記録より欠陥を判別する。また、前記チャ
ートレコーダ２３の他に探傷結果を展開図形式で出力さ
せるべく以下に述べる装置が設けられている。前記検査
台５に連続鋳造丸鋼材１の軸長方向における探触子２１
０．２１０の位置を検出する軸方向位置検出器２４を設
け、また、連続鋳造丸鋼材ｌの周方向に適長間隔で図示
しない小面積の反射板を取り付けると共に、この反射板
と対向する位置に図示しない光電検出器を備え、該光電
検出器によって前記反射板を検出することにより探触子
２１０、２１０の連続鋳造丸鋼材１の周方向に対する位
置を検出する周方向位置検出器２５を設ける。

軸方向位置検出器２４及び周方向位置検出器２５の夫々
の位置検出信号は探触子位置検出器２６に入力され、こ
こで二次元の位置信号に変換され、計算機２７へ入力さ
れる。また計算機２７へは探傷器２２より出力される探
傷信号が入力されており、計算機２７では入力された位
置信号と探傷信号とを対応させ、二次元的な探傷結果を
輝点又は暗点として展開図形式にてＣＲＴ又は記録紙上
に出力する表示装置２８へ入力させる。

連続鋳造丸鋼材１の表面性状が著しく不良であり、前記
チャートレコーダ２３での欠陥の判別が蛯しい場合は作
業者が表示装置２８にて探傷結果出力を検査し、欠陥の
判別を行う。

第３図及び第４図は本発明方法に用いる斜角超音波探傷
の原理を示す模式図である。

第３図は水流水浸法により連続鋳造丸鋼材１の表面欠陥
Ｆ、を探傷する方法を示している。第３図において探触
子２１０より連続鋳造丸鋼材１の法線に対して断面内で
斜めに発振された超音波は、連続鋳造丸鋼材ｌの表面に
表面欠陥Ｆ、があると表面欠陥Ｆ、にて反射し、この反
射エコーが探触子２１０に受信される。

また第４図は水流水浸法により連続鋳造丸鋼材１の内部
欠陥Ｆ！を探傷する方法を示している。

第４図において探触子２１０より連’ＩＩ鋳造丸鋼材１
の法線に対して斜めに発振された超音波は、連続鋳造丸
鋼材ｌに入射し、その表面にて所定量屈折して連続鋳造
丸鋼材１の内部を伝播し、内部欠陥Ｆ２により反射し、
この反射エコーが探触子２１０に受信される。この図か
ら明らかな如く表面欠陥Ｆ、及び内部欠陥Ｆ２を検出す
る場合、その反射エコーは時系列的に表面欠陥Ｆ、内部
欠陥Ｆ２の順序で現れる。

本願発明者は、被検査材の表面に対して断面内で斜めに
超音波を入射させるため、オソシレーションマークの影
響をほとんど受けずにその反射エコー中の表面散乱エコ
ーが少なく表面近傍の浅い位置に存在する表面欠陥の表
面散乱エコーからの識別が容易であることによって従来
より丸ビレ。２トの探傷に使用されている斜角探傷法を
用い、表面性状が悪い連続鋳造丸鋼材１の表面欠陥及び
内部欠陥を精度良く検出すべく、その探傷条件を実験的
に求め、これにより得られた結果より表面欠陥と内部欠
陥との両者を１個の探触子にて検出する方法を発見した
。

第５図＋ａｌ〜（Ｃ１は本発明方法により探傷を行った
結果の代表的波形図である。図において横軸は全て時間
をとり、縦軸は全て電圧をとっである。

第５図の（ａｌは欠陥を有しない連続鋳造丸鋼材１の探
傷を行った場合の波形図であり、表面の粗さに起因する
表面散乱エコーＳが検出されている。

ｆｂ）は前記第３図の如く表面欠陥を有する連続鋳造丸
鋼材１の探傷を行った場合の波形図であり、前記表面散
乱エコーＳに続いて表面欠陥エコーＦｓが現れる。（Ｃ
１は前記第４図の如く内部欠陥を有する連続鋳造丸鋼材
１の探傷を行った場合の波形図であり、表面散乱エコー
Ｓが現れて減衰し、その所定時間後に内部欠陥エコーＦ
１が現れる。

これらの波形図より表面欠陥エコーＦ、及び内部欠陥エ
コーＦ１が特定の時間範囲に現れることが明らかであり
、第５図（ｂｌ、　（Ｃ）の時間軸上に示す範囲Ｇにつ
いて前記探傷器２２にゲートを設定すれば表面散乱エコ
ーＳが除去され、表面欠陥エコーＦ、及び内部欠陥エコ
ーＦ１の単一の探触子２１０にて欠陥エコーのみが抽出
できる。単一の探触子２１０にて表面欠陥Ｆ、と内部欠
陥Ｆ２との両方の欠陥を検出する場合に両方の欠陥に対
して良好である超音波の入射角度は、１８°近傍である
ことが本願発明者が行った実験の結果により得られてい
る。また、第６図は深さ６１ｍにある直径３　ｍｍの内
部欠陥を入射角度１８°の超音波を用い、該超音波の周
波数を変化させて検出した場合の周波数に対するＳ／Ｎ
比の関係を示すグラフ、第７図は直径３龍の表面欠陥を
入射角度１８°の超音波を用いて検出した場合の周波数
に対するＳ／Ｎ比の関係を示すグラフであり、第６図及
び第７図の横軸には周波数をとっており、縦軸にはＳ／
Ｎ比をとっている。

また第７図における実線で示される結果は連続鋳造丸鋼
材１０表面性状が良好である場合を示し、一方破線で示
される結果は表面性状が不良である場合を示す。

これらの図から明らかな如く超音波の周波数は５　ＭＨ
ｚ近傍が最適であることがわかる。また、超音波のビー
ム径は２〜５鰭が最適であり、ビーム径をこの最適値よ
り小さくすると表面性状の影響が現れ、一方ビーム径を
大きくするとＳ／Ｎ比が低下するという実験結果が本願
出願人が行った実験により得られた。

前述した原理に基づき探傷器２２にゲートを設定すると
、探触子２１０により検出された反射エコーより表面欠
陥エコーＦ、及び内部欠陥エコーＦ。

が抽出され、探傷器２２よりチャートレコーダ２３に入
力され該チャートレコーダ２３に記録される。この記録
に基づいて作業者が欠陥の判別を行う。また表面性状が
著しく不良であり、チャートレコーダ２３による欠陥判
別が難しい場合は、展開図形式の表示装置２８の表示結
果より欠陥の判別を行う。

第８図には表示装置２８より出力された探傷結果を示す
。第８図においてＡにて示される層は表面の肌荒れ部、
丸印で囲みＢにて示される黒点は内部欠陥であって、そ
の他の黒点は表面欠陥を示している。このようにして表
示装置２８を用いた場合、二次元的な探傷結果が得られ
、表面性状が悪い部分は軸方向へ連続して表示されるた
め表面性状不良と欠陥との判別が容易である。

なお、本実施例においては探触子２１０を４個用いたが
、これに限らず探触子２１０を増設し、検査台５の移動
速度を増加させれば、より速い速度で探傷を行うことが
可能である。

〔発明の効果〕

本発明に係る超音波探傷方法は表面欠陥及び内部欠陥の
検出信号のみを抽出するゲートを探傷器に予め設定し、
該ゲート内での欠陥の探傷を行うため連続鋳造丸鋼材の
表面欠陥及び内部欠陥をオツシレーションマーク及びス
ケールに影響を受けずに効率良く検出できる等本発明は
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する場合に使用する超音波探
傷装置の斜視図、第２図はその構成を示すブロック図、
第３図及び第４図は本発明方法を用いた超音波探傷の原
理を示す模式図、第５図は表面散乱探傷及び斜角探傷を
行った結果の代表的波形を示す波形図、第６図は内部欠
陥を検出した場合の周波数とＳ／Ｎ比との関係を示すグ
ラフ、第７図は表面欠陥を検出した場合の周波数とＳ／
Ｎ比との関係を示すグラフ、第８図は展開式表示装置の
出力結果を示す探傷図である。 ■・・・連続鋳造丸鋼材　５・・・検査台　２１・・・
探触器２１０・・・探触子 特　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士
　河　　野　　登　　夫図 図 時 固 時間 図 周波数（ＭＨｚ） 図 周波ｖｉ（ＭＨｚ） 図 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸断面円形の金属材の法線に対して、超音波探触子
   を金属材の軸断面内で傾斜させて配設し、該超音波探触
   子によって金属材に超音波を入射させ、その反射波を検
   出することにより金属材の表面欠陥及び内部欠陥を検出
   する超音波探傷方法において、 前記反射波の検出信号より表面欠陥に起因 する信号及び内部欠陥に起因する信号を抽出するゲート
   を設定することを特徴とする超音波探傷方法。