JPH0242411B2 - - Google Patents

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JPH0242411B2
JPH0242411B2 JP58162319A JP16231983A JPH0242411B2 JP H0242411 B2 JPH0242411 B2 JP H0242411B2 JP 58162319 A JP58162319 A JP 58162319A JP 16231983 A JP16231983 A JP 16231983A JP H0242411 B2 JPH0242411 B2 JP H0242411B2
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steel pipe
thickness
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temperature
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JP58162319A
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼管の冷間時厚さを極めて精度良く測
定する方法に関する。
近年油井管等の鋼管は需要の増大に伴つて高品
質化が要求されている。この要求に対応するため
には鋼管製造中に厚さ等を計測し、計測結果を製
造ラインに反映させるのが臨ましい。鋼管製造中
にその厚さを測定する方法として電磁超音波を利
用する方法が知られている。この方法は鋼管に直
流磁界を付与しておき、その表面に臨ませたコイ
ルに高周波電流を瞬時印加することによつて表面
に渦電流を生ぜしめて該直流磁界とのローレンツ
力により歪を生じさせ、これにより発生した超音
波を鋼管内面に向けて伝播させて、超音波発生時
点より内表面からのエコーの検出時点までの時間
Tを計測し、このT値を下記(1)式に代入すること
により厚さDを測定する方法である。
D=T・V/2 ……(1) 但し、V:鋼管内の音速 しかしながらこの方法を用いて鋼管製造工程中
のように、熱間材の厚さを測定する場合には次の
ような難点があつた。即ち、被測定材の温度ムラ
により音速Vが測定部ごとに異なり、この音速V
の値として固定値を用いている場合には測定誤差
が大きい。更に製造ラインに反映させるためには
熱管で測定する必要があるが、成品の品質管理寸
法は冷間時のものであり、同様の理由で十分な温
度補正が行えておらず有効な制御情報となり得て
いなかつた。
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところはストレツチレデユー
サミル出側にて電磁超音波により熱管の被測定材
の厚さを計測すると同時に鋼管の表面温度を計測
し、これにより鋼管の温度に依存する音速の補正
及び収縮による厚さ補正を行つてストレツチレデ
ユーサミル出側の熱間時に、冷間時の鋼管の厚さ
を精度よく測定することで後の精整ラインにおい
て寸法測定、材料の取り合わせ配分等の工程を不
必要化し得るようにした厚さ測定方法を提供する
にある。
本発明に係る厚さ測定方法は鋼管の縮径圧延を
行うストレツチレデユーサミルの出側で鋼管の厚
さを測定する方法において、前記ストレツチレデ
ユーサミルの出側における鋼管温度が720℃〜880
℃になる位置で、直流磁場を付与した鋼管に電磁
誘導にて渦電流を生ぜしめて該直流磁場とのロー
レンツ力により縦波の超音波振動を生じさせ、こ
の振動又はその反射波を鋼管表面に臨ませたコイ
ルにて検出して、前記超音波振動の伝播時間を求
める一方、鋼管の表面温度を計測し、伝播時間を
求めた鋼管の位置に対応する計測温度Sにより鋼
管中の前記超音波振動の伝播速度Vsを、 Vs=b−a・S 但しa、bは定数 として求め、該Vsと鋼管の熱膨張量と、前記伝
播時間とを用いて、鋼管の冷間時での厚さを求め
ることを特徴とする。
次に本発明の図面に基づき具体的に説明する。
第1図は本発明の実施状態を示す模式図、第2図
は第1図の−線による模式的断面図である。
図中1は電磁超音波発生部を示しており、電磁超
音波発生部1は表面温度が720〜880℃の鋼管Pを
直流磁化して前記原理により鋼管P内に超音波を
伝播せしめるものであり、全体として円筒状をな
し、鋼管Pはその内部に挿通されて軸長方向へ移
動されている。
そして発生部1には厚さ測定部、即ち後述する
コイル51,52に可及的に近接するように放射
温度計10が配設されている。
前記電磁超音波発生部1は次のような構成とし
ている。即ち鉄心2a,2bはその軸長方向に2
分割され、夫々中心部に切欠き部を有する断面コ
字状(図面は軸心線の一側を断面で表しているの
で到立L形に現れる)の円筒形に作られ、鉄心2
a,2b夫々の切欠き部には先端部が先細り状に
された円筒形鉄心2′a,2′bが挿着されてい
る。夫々の鉄心2a,2′a,2b,2′b内部に
は励磁コイル3a,3bが固着されている。鉄心
2′a,2′bの先細りの先端部にはコイル収納ブ
ロツク4が介装されている。このブロツク4は非
磁性体からなる円筒状物であり、その6等配の位
置には内周側に位置させて、即ち鋼管P外周に臨
ませて送信コイル51及び受信コイル52が同心
状に組合されて、その軸心方向を鋼管Pの半径方
向として配置してあり、このコイル51,52は
ブロツク4の内周側に露出することなく非導電性
のカバー6にて覆われている。そして熱間の鋼管
Pに近接する鉄心2′a,2′b及びブロツク4に
は夫々導水管7,8を通して冷却水が通流されて
これによる冷却が行われ、また冷却水通流のため
に形成した導水管7に沿わせてコイル51,52
へのケーブルが挿通されている。このように構成
された電磁超音波発生部1のうち励磁コイル3
a,3bには図示しない直流電源が接続されてお
り、またコイル51,52夫々にはパルス電流発
生回路11及び増幅器13が接続されている。
励磁コイル3a,3bに直流電流を通流せしめ
ると鉄心2′a,2′b管、つまりブロツク4に臨
む鋼管P表面には鋼管軸方向の直流磁界が与えら
れる。一方同期パルス発生回路12からのトリガ
一信号に基づきパルス電流発生回路11はパルス
電流を発し、これを送信コイル51に通流するこ
とにより鋼管Pの半径方向の磁束が変化し、この
磁束変化に伴つて鋼管P表面に渦電流が発生す
る。この渦電流と前記磁界とによるローレンツ力
にて鋼管P表面と垂直な方向に変化する歪(フレ
ミングの左手の法則)が発生し、該歪は鋼管Pの
表面と垂直な方向に伝播する。即ち鋼管P表面か
らの縦波の超音波発生する。この超音波は鋼管P
中を伝播し、その内周面で反射し、この反射超音
波は外表面に到達し前述と逆の過程(フレミング
の右手の法則)により渦電流を発生し受信コイル
52で渦電流により発生する誘起電圧として検出
される。検出された信号は増幅器13へ送られ
る。
増幅器13は入力信号を増幅し、増幅された信
号は同期検波器14により包絡線検波されてゲー
ト回路16へ送られる。このとき増幅器13出力
のピーク値は感度補正回路15によりほぼ所定値
となるように調整されている。
上記ゲート回路16には同期パルス発生回路1
2からのトリガ一信号が与えられており、これに
よりゲート回路16はパルス電流を送信コイル5
1に通電した時点から最初のエコーを検出した時
点まで計数を行わせるべき信号を時間計数回路1
7に送つている。
時間計数回路17にはクロツクパルス発生回路
18から一定周波数のクロツクパルスが与えられ
ており、これをゲート回路16からの信号が与え
られている期間、つまり鋼管Pの表面に超音波が
発生した時点からその内表面よりのエコーが検出
された時点までのクロツクパルス個数を求め、こ
の値を演算回路19へ与える。
前記放射温度計10は鋼管Pの表面温度を検出
し、検出信号はA/D変換器20を介して演算回
路19へ与えられる。
第3図は鋼管P表面温度と縦波音速との関係を
示す実験結果であり、本発明方法同様電磁超音波
と放射温度計を利用して測定したものであり、再
現性のよい測定結果が得られている。そして変態
点近傍では不規則な変化をするが他の温度域、特
に熱間鋼管の温度720℃〜880℃の範囲ではよいリ
ニアリテイを示す。
演算回路19にはこの温度範囲の鋼管表面温度
−音速の関係を示す下記(2)式を設定してあり、 Vs=b−a・S ……(2) 但し、 S:鋼管表面温度 Vs:鋼管表面温度Sでの鋼管内の音速 a・b:定数 A/D変換器20からの入力Sによつて鋼管表
面温度Sでの鋼管内の音速Vsを算出し、次いで
下記(3)的により音速Vsを用いたときの厚さDsを
算出する。
Ds=T・Vs/2 ……(3) なおTを計測した位置とSを計測した位置とのず
れは演算回路19で補正する。
また演算回路19には前記温度域の熱膨脹計数
αsを設定してあり、下記(4)式に従い冷間常温温
度S0での厚さD′sを算出する。
D′s=Ds−Ds・∫S S0α(S)dS ……(4) このD′sは表示器21に表示させる。
なお演算回路19は鋼管P周りの6組のコイル
に共通して設けることとし、各コイルの組につき
順次的に情報を取り込むようにすればよい。表示
器21は各コイルによる測定値を各別に表示する
ように6つ設けてもよく、また1つだけ設けて選
択的に表示するようにしてもよい。また表示器2
1と共に又は表示器21に替えて記録計を設けて
もよい。更に演算回路19をミニコンピユータ等
の計算機として、結果をフロツピーデイスク等に
格納するようにしてもよい。計算はオンラインで
もオフラインでも行えることは勿論である。
上記説明ではコイルを送信用と受信用とを各別
にした構成としているがコイルを1つだけ設けて
送受信兼用としてもよい。また鋼管Pを直流磁化
する装置としては前述の如く電磁石に限らず永久
磁石を用いてもよい。更に鋼管Pの厚さを測定す
る場合を示したが管以外でも測定できる。そし
て、更に反射法による場合を示しているがこのも
のに限らず被測定材を挟んでコイルを対向させて
透過法によつても良いことは勿論である。
次に本発明の実施例につき説明する。電磁超音
波発生部1をストレツチレデユーサミルの出側か
ら2番目のロール上流側に配し、ミルにて処理中
の鋼管の厚さを測定した。測定対象の管の鋼種は
S50Cのカーボン鋼であり、外径42.7mmφ、60.3mm
φ、114.3mmφの3種類、厚さ3.2〜25mmt、長さ
14〜90mのもの400本を全長に亘つて4ミリ秒毎
(約20mmピツチの長さに相当)にて測定した。な
お前記(2)式のa値は温度100℃当り90m/秒、b
値は5600m/秒を用いた。
第4図は横軸に鋼管先端からの長さmをとり縦
軸に測定厚さmmをとつて、本発明により求めた厚
さD′s(実線)を示したグラフであり、比較のため
に温度に関する補正を行わない場合の厚さD(破
線)を併せて示している。この図より本発明によ
り求めた厚さD′aは温度による補正を行わない場
合の厚さDより小さく、また圧延終了端近傍の低
温部では熱収縮による補正量が小さいため若干な
がら補正によるD′s〜Dの差は小さくなつている
ことがわかる。
第5図は横軸に本発明方法による測定値D′s−
冷間での測定値をとり縦軸に測定度数をとつて、
本発明により求めた厚さD′sと冷間で実測したと
きの厚さとの差を求めその度数分布を示したグラ
フであり、比較のために第6図に温度による補正
をしない場合の度数分布を横軸に補正をしない場
合の測定値D−冷間での実測値をとり縦軸に測定
度数をとつて示している。これら両図より本発明
による場合はその分布が冷間での実測値に近づ
き、±0.1mmの精度で測定でき、これにより測定精
度が向上したことがわかる。
本発明は以上の如き方法であるのでストレツチ
レデユーサミル出側にて熱間で鋼管における冷間
時の厚さを正確に測定することができる。
特に本発明においては、表面温度を測定するだ
けでしかも計算の容易な1次式を用いてストレツ
チレデユーサミル出側における鋼管中の超音波振
動の伝播速度を求めることができ、正確な測定が
容易に且つ迅速に行えるのである。
従つて製造ラインへその測定結果を反映させ
得、製品の寸法精度の向上を図れることは勿論、
後の精整ラインでの寸法測定、材料の取り合わせ
配分等を行う工程を省略し得る等優れた効果を奏
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
図は第1図の−線による模式的断面図、第3
図は鋼管表面温度と音速との関係を示すグラフ、
第4図は本発明による測定結果を示したグラフ、
第5図は本発明の測定誤差を示したグラフ、第6
図は温度による補正を行わない場合の測定誤差を
示したグラフである。 P……鋼管、3a,3b……励磁コイル、10
……放射温度計、19……演算回路、51……送
信コイル、52……受信コイル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鋼管の縮径圧延を行うストレツチレデユーサ
    ミルの出側で鋼管の厚さを測定する方法におい
    て、 前記ストレツチレデユーサミルの出側における
    鋼管温度が720℃〜880℃になる位置で、直流磁場
    を付与した鋼管に電磁誘導にて渦電流を生ぜしめ
    て該直流磁場とのローレンツ力により縦波の超音
    波振動を生じさせ、この振動又はその反射波を鋼
    管表面に臨ませたコイルにて検出して、前記超音
    波振動の伝播時間を求める一方、鋼管の表面温度
    を計測し、伝播時間を求めた鋼管の位置に対応す
    る計測温度Sにより鋼管中の前記超音波振動の伝
    播速度Vsを、 Vs=b−a・S 但しa、bは定数 として求め、該Vsと鋼管の熱膨張量と、前記伝
    播時間とを用いて、鋼管の冷間時での厚さを求め
    ることを特徴とする厚さ測定方法。
JP16231983A 1983-09-02 1983-09-02 厚さ測定方法 Granted JPS6053806A (ja)

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JPS6053806A JPS6053806A (ja) 1985-03-27
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0648183B2 (ja) * 1988-08-22 1994-06-22 新日本製鐵株式会社 鋳片の凝固厚演算装置
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JPS6053806A (ja) 1985-03-27

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