JPH0252821B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 磁化帯域における対称軸が物体の表面に垂直
に維持されるところの、パルス状軸対称な磁界に
より被試験物体を反復的に磁化し、上記対称な軸
に沿つて局部残留磁気の勾配の値を読み取り、そ
して、上記勾配の大きさにより被試験物体の機械
的性質を測定する過程を具備する強磁性材料で作
られた物体の機械的性質を測定する方法におい
て、被試験物体が残留磁気の勾配の増大において
最初の不連続が発生する時点まで第１のパルス列
により磁化され、ついで上記残留磁気の勾配の増
大において第２の不連続が発生する時点まで第２
のパルス列により磁化され、第２のパルス列のパ
ルス振幅が第１のパルス列のパルスの最大の振幅
より小である、ことを特徴とする残留磁気の勾配
の測定にもとづき強磁性材料で作られた物体の機
械的性質を測定する方法。

２ 第１のパルス列のパルス振幅が、残留磁気の
勾配の増大において最初の不連続が発生する時点
まで漸次増大させられ、第２のパルス列のパルス
振幅は、残留磁気の勾配の増大において第２の不
連続が発生する時点まで漸次減少させられること
を特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。

３ 軸対称な磁界のパルスを形成するパルス整形
器と、残留磁気の法線成分の勾配を測定する測定
回路とを具備する、強磁性材料で作られた物体の
機械的性質を測定する装置において、該装置は更
に、パルス間の時間間隔における上記勾配の測定
値を貯蔵するための記憶装置４、上記勾配測定回
路３と上記記憶装置４の出力における２個の連続
的な信号を比較する比較回路５、および上記パル
ス整形器１の出力におけるパルス振幅測定装置を
具備し、上記パルス振幅測定装置２はその入力が
比較回路５の出力と上記パルス整形器１の出力に
接続され、記憶装置４と比較回路５とはその入力
が勾配測定回路３の出力に接続され、比較回路５
の他の出力はパルス整形器１に接続される比較回
路５の出力に接続され、パルス整形器１は貯蔵用
キヤパシタ１２と、上記貯蔵用キヤパシタ１２に
直列接続され、抵抗器７を制御用ゲート８と直列
接続させた充電回路と、また磁化装置１０と直列
に接続された制御用ゲート９を含む上記貯蔵用キ
ヤパシタ１２の放電回路と、充電回路における制
御用ゲートの禁止回路とを含み、比較回路１７は
その１つの入力が充放電回路と貯蔵用キヤパシタ
１２の接続点に接続され、その出力が充電回路に
おける制御用ゲート８の禁止回路と、放電回路に
おけるゲート９の制御電極と、および磁化用パル
ス計数器１８の計数入力とに接続され、上記計数
器の出力は復号器１９を介して、その一つの入力
が充電回路における制御用ゲート８の制御電極に
接続され、その他の出力は比較回路１７の第２の
入力に接続されたコード対アナログ変換器１６の
入力に接続される、ことを特徴とする残留磁気の
勾配の測定にもとづき強磁性材料で作られた物体
の機械的性質を測定する装置。

技術分野 本発明は強磁性材料で作られた物体の非破壊試
験の実施に関し、特に残留磁気の勾配の測定にも
とづき強磁性材料で作られた物体の機械的性質を
測定する方法および装置に関する。

従来技術 強磁性材料で作られた物質の機械的性質を測定
する１つの方法（参照せよ、フエルスター著、金
属工学雑誌、第45巻、第４号、第245ページ、
1954年）が従来知られており、この方法において
被試験物体は、上記物品の表面に垂直な軸対称の
磁界にたつた１回だけ露出することにより磁化さ
れる。被試験物体の機械的性質は、残留磁気の局
所的磁界の接線方向成分により決定される。この
方法は磁化手段として、直線状永久磁石が使用さ
れる装置の助けをかりて実施される。

しかし、単一磁化によつて得られた結果は安定
でなく、したがつて、反復的測定が行われる前
に、被試験物体が減磁されなければ再現されるこ
とができない。その上、上記装置は永久磁石と物
体間の空〓に極めて敏感であり、またその物体が
それから製造されるところの材料の構造的異方性
にも極めて敏感である。

また、強磁性材料で作られた物体の機械的性質
を測定する１つの方法（Melgui M.A.
“Magnitny Kontrol mehanitcheskih svoistv
staley”、Naukai tekhnika、1980年P.140、参
照）が知られており、この方法において被試験物
体はそれを一定振幅を有するパルス状軸対称な磁
界に反復的にさらされることにより磁化される。
上記磁界の対称軸は物体の表面に垂直に維持され
る。それから残留磁化の磁界の法線成分勾配は、
強磁性体プローブ付き勾配測定器の助けをかり
て、上記磁界の対称軸に沿つて測定される。この
方法は薄い物体の場合に磁気履歴の影響を排除
し、このような物体を試験する際に安定な結果を
提供するものである。

しかし、一層大きな厚みを有する物体の場合の
磁化深度の不確実さと、このような物体の磁気履
歴の影響とは試験結果の安定性と精度とに影響を
与える。上記の理由で、この方法は、例えば４mm
より厚い圧延板のような物体を検査するのに使用
することができない。

上記方法（“Defectoskopiya”、1979年、第３
号第29ページ、参照）を実現する装置は、軸対称
な磁界のパルスを形成するのに適したパルス整形
器と、残留磁化の勾配を測定する回路と、上記要
素をすべて直列接続した指示計とを備えている。
パルス整形器は、従来の電流パルス発生器に接続
された（ソレノイド形）磁化装置の形式で構成さ
れている。

被試験物体を磁化することは、ソレノイド磁界
のパルスにより実施される。ソレノイドは、その
端面が被試験物体の表面に隣接するように設置さ
れている。残留磁化の法線成分の勾配を電気信号
に変換するのに用いられる変換器からの信号は、
指示計にそこから送信される測定回路に印加され
る。指示計の読みは被試験物体の機械的性質を測
定するのに用いられる。

上記装置は、１mmより小さな厚みをもつ物体を
試験する際に、信頼性のある試験結果を提供する
ものである。しかしながら、熱処理後に製品の品
質を管理し、一層大きな厚みをもつ物体の機械的
性質を測定する場合には、反復性、したがつてこ
のような品質管理から得られた信頼性と精度とは
一層低いものである。

発明の開示 この発明は、残留磁気の勾配の測定にもとづき
強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測定す
る方法および装置の提供を指向するもので、この
ことは被試験物体を磁化する条件の改良と方法の
改善により、被試験物体の広範囲の厚みにわたつ
て、試験結果の精度と信頼性の向上を可能ならし
める。

本発明の目的は、残留磁気の勾配の測定にもと
づき強磁性材料で作られた物体の機械的性質を測
定する方法において達成されるものであり、この
方法においては、上記対称軸に沿う残留局所磁界
勾配の値を読取る物体の表面に垂直な磁化帯域に
おいて、その対称軸が維持される軸対称な磁界に
より物体を反復的に磁化し、上記勾配の大きさに
より物体の機械的性質を測定する過程を含み、こ
こにおいて本発明により、この物体は残留磁界勾
配の増大において最初の不連続が発生する時点ま
で第１のパルス列により磁化され、ついで上記残
留磁界の勾配の増大において第２の不連続が発生
する時点まで第２のパルス列により磁化されるも
のであり、第２のパルス列のパルス振幅は、第１
のパルス列のパルスの最大の振幅より小である。

本発明の目的は、さらに、残留磁界の勾配の増
大における最初の不連続発生の時点まで、第１の
パルス列のパルス振幅を漸次増大させ、かつ上記
残留磁界の勾配の増大における第２の不連続発生
の時点まで、第２のパルス列のパルス振幅を漸次
減少させることによつて達成される。

本発明の目的はまた、残留磁気の勾配の測定に
もとづき強磁性材料で作られた物体の機械的性質
を測定する装置において達成されるものであり、
この装置は、軸対称な磁界のパルスを形成するパ
ルス整形器と、残留磁界法線成分の勾配を測定す
る測定回路とを具備し、ここにおいて本発明によ
り、更にパルス間の時間間隔における上記勾配の
測定値を貯蔵する記憶装置と、上記勾配測定回路
と上記記憶装置の出力における２個の連続信号を
比較する比較回路と、上記パルス整形器の出力に
おけるパルス振幅測定装置とに更に具備し、上記
パルス振幅測定装置はその入力が比較回路の出
力、比較回路および上記パルス整形器の出力に接
続され、記憶装置と比較回路とはそれらの入力が
勾配測定回路の出力に接続され、比較回路の他の
入力は記憶装置の出力に接続され、パルス整形器
の入力は比較回路の出力に接続され、軸対称磁界
のパルス形成用パルス整形器は貯蔵用キヤパシタ
を包含し、該貯蔵用キヤパシタはそれに直列接続
され制御用ゲートに直列接続された抵抗をもつ充
電回路を有し、該貯蔵用キヤパシタは制御用ゲー
トに直列接続された磁化装置をもつ放電回路を有
し、該充電回路には制御用ゲートの禁止回路が設
けられ、比較回路の１つの入力端子は貯蔵用キヤ
パシタに対する充電回路と放電回路の接続点に接
続され、該比較回路の出力端子は、充電回路の制
御用ゲートの禁止回路、放電回路におけるゲート
の制御電極、および磁化用パルス計数器の計数入
力端子に接続され、該計数器の出力端子は復号器
を介してコード対アナログ変換器の入力端子に接
続され、該コード対アナログ変換器は一方の出力
端子が充電回路のゲートの制御用電極に接続さ
れ、他方の出力端子が比較回路の第２の入力端子
に接続される。

上記の方法および装置は、磁化電流を増加する
場合でさえ、物体を残留局部磁界の勾配が変化し
ないこのような状態にまで物体を磁化することが
できる。この方法により、例えばそれから被試験
物体が作られる鉄鋼の品質と、鉄鋼の厚みとに依
存する磁化電流の最適振幅を選択することが可能
にされるのである。増大時における不連続と残留
磁界のそれに続いておこる減少と、実験的に確立
された磁界パルス振幅の増加に対するその勾配と
は、上記パルスの最適振幅において、被試験物体
の磁気履歴の影響を排除することを可能にするも
のである。

【図面の簡単な説明】

本発明は、添付図面にあらわされる実施例を参
照しつつ、より一層詳細に、以下に説明される
が、添付図面において、 第１図は残留磁界の法線成分の、もしくは本発
明に係るパルス状磁界量に依存する残留磁界の勾
配の曲線を表わし； 第２図は本発明により提案される装置の構成図
を表わし； 第３図は第２図に示される装置の詳細な構成図
を表わす。

発明を実施する最良の形態 さて、第２図を参照すれば、本発明により提案
される装置は軸対称磁界のパルス整形器１と、パ
ルス振幅測定装置２と、残留磁界法線成分の勾配
を測定する測定回路３と、記憶装置４と、比較回
路５とを具備する。パルス整形器１の出力はパル
ス振幅測定装置２に接続される。測定回路３の出
力は記憶装置４おび比較回路５の入力に接続さ
れ、上記比較回路５はその第２の入力が記憶装置
４の出力に接続される。比較回路５はその出力が
パルス振幅測定装置２の第２の入力に接続され、
またパルス整形器１の入力にも接続されている。

第３図に示されたのは、指示器６に接続され
る、本発明により提案される装置の可能な変形で
ある。

軸対称な磁界のパルスを形成する如く用いられ
るパルス整形器１は、抵抗器７と上記抵抗器に直
列接続された制御用ゲート８を含む充電回路、制
御用ゲート９を含む放電回路、磁化装置１０（ソ
レノイド形式の）および抵抗器１１を具備してい
る。このパルス整形器は更に貯蔵用キヤパシタ１
２と上記貯蔵用キヤパシタと並列接続の抵抗型分
圧器１３、制御用ゲート１４と抵抗器１５とを含
むゲート８の禁止回路、コード対アナログ変換器
１６、比較回路１７、２進化10進計数器（BCD
カウンタ）１８、復号器１９および遅延回路２０
とを含んでいる。

比較回路１７の一入力は抵抗型分圧器１３に接
続され、比較回路１７の第２の入力はコード対ア
ナログ変換器１６の出力の一つに接続され、上記
比較回路１７の出力はゲート８の上記禁止回路に
おける制御用ゲート１４の制御電極及び遅延回路
２０の入力に接続される。上記遅延回路２０の出
力は、上記放電回路における制御用ゲート９の制
御電極およびBCDカウンタ１８の計数入力に接
続され、BCDカウンタはその出力をして復号器
１９を介してコード対アナログ変換器１６の入力
に接続させるものであり、この変換器１６はその
出力をゲート８の制御電極に接続させるものであ
る。

パルス振幅測定装置２は尖頭値検出器２１と上
記検出器に直列接続された記憶装置２２とを備え
ている。記憶装置２２に接続されるのはパルス振
幅指示器２３である。勾配測定回路３は、フエロ
プローブ勾配測定装置（ferroprobe
gradiometer）２４、濾波器２５、増幅器２６、
および検知器２７を含む直列回路を具備してい
る。

パルス整形器１の抵抗器１１は尖頭値検出器２
１に接続され、検出器２７の出力は記憶装置４の
入力および比較回路５の入力に接続され、この比
較回路はその出力をして記憶装置２２の入力と２
進化10進数計数器１８にも接続させている。

本発明の好適な実施例が第３図に示される。し
かし、特許請求の範囲に限定される本発明の精神
を逸脱することなく、種々の変形が可能である。

従つて、例えば、比較回路１７の入力が、充電
および放電回路の貯蔵用キヤパシタ１２との接続
点に直接に接続することもできる。更に、貯蔵用
キヤパシタは、若干のキヤパシタを相互に直列接
続した形式で、比較回路１７の入力を上記キヤパ
シタの間に接続することにより構成することがで
きる。また、ゲート８の禁止回路は、上記ゲート
の形式に依存して、その他種々の態様で構成され
ることができる。

提案された装置は次のように動作する。

貯蔵用キヤパシタ１２は、抵抗器７とゲート８
から成る充電回路を介して交流電源から充電され
る。ゲート８はコード対アナログ変換器１６の助
けをかりて制御され、この変換器はその入力をし
て２進化10進数計数器１８の出力に接続された復
号器１９の出力に接続させる。パルス整形器１が
付勢されると、BCD計数器１８はその初期状態
に設定される。計数器の状態は復号回路１９によ
り符号化され、一方コード対アナログ変換器１６
は基準電圧を比較回路１７に供給し、同時にその
出力からのゲート用信号は充電回路におけるゲー
ト８に印加され、そのことにより上記ゲートを導
通させる。貯蔵用キヤパシタ１２はコード対アナ
ログ変換器１６により設定された電圧まで充電さ
れる。予め設定された電圧値に達すると、比較回
路１７は動作して充電回路のゲート８を非導通に
する禁止パルスを発生し、この禁止パルスは禁止
回路のゲート１４に印加されて、貯蔵用キヤパシ
タ１２の充電は遮断される。同時に信号は遅延回
路２０に印加され、その出力から信号が放電回路
のゲート９とBCD計数器１８に印加され、それ
によつて貯蔵用キヤパシタ１２を放電させ、計数
器１８の磁化パルス計数を開始させる。貯蔵用キ
ヤパシタが放電された後で、その充電は繰返され
るが、比較回路１７に印加されたコード対アナロ
グ変換器１６の出力電圧は今や計数器の新しい状
態により決定されることになる。種々の型式の２
進化10進数計数器１８と信号器１９を使用するこ
とにより、コード対アナログ変換器１６の出力に
おける基準電圧の変化の望ましい法則を得ること
が可能となり、したがつて磁化パルス振幅の変動
の法則を決定するところの貯蔵用キヤパシタ１２
の充電の法則を得ることが可能となる。一列のパ
ルスにおける各パルスの振幅は厳密に決定され
る。例えば、４桁の２進可逆カウンタの場合、符
号１−２−４−８において上記カウンタの内容を
復号することにより、コード対アナログ変換器１
６の15個の種々の出力電圧を得ることが可能とな
り、最初は上記電圧は大きさの増加の順序に、そ
れからは減少の順序に配列され、したがつて最初
は増加の、それからは減少の振幅を有する磁界パ
ルスにより、被試験物体を磁化することができ
る。使用されるゲートはサイリスタ、サイラトロ
ン、マグネトロンおよび他の制御用ゲートを用い
ることができる。

電流パルスが磁化ソレノイド１０を通過される
と、抵抗１１からの電圧は、振幅測定装置２の尖
頭値検知器２１に印加される。振幅測定装置とし
てホール発電器を使用することもできる。交互に
ソレノイド１０の付加巻線から上記電圧を誘導す
ることができる。尖頭値検知器２１から信号は、
その出力から上記信号が指示器２３に印加される
記憶装置２２へ送信される。

電流パルスが磁化ソレノイド１０を通過する
と、被試験物体は磁化ソレノイド１０により磁化
される。残留磁界は法線成分の勾配はフエロプロ
ーブ勾配測定装置２４により測定され、それから
勾配測定装置２４の超電力の第２高調波は濾波器
２５により選択され、その後上記高調波は増幅器
２６により増幅され、検知器２７により検知さ
れ、記憶装置４に加えられる。同時にこのように
整流された信号は比較回路５に印加される。比較
回路５は測定されている実際の信号を、記憶装置
４から引出された先の信号と比較する。上記信号
が等しければ、比較回路５は振幅測定装置の記憶
装置２２に加えられる信号を形成し、この記憶装
置は軸対称磁界の最後のパルス振幅を記憶する。
同時に比較回路から計数器１８に印加された信号
は計数器を逆転させる。インパルス整形器１は零
に減少する振幅を有する一例のパルスを発生す
る。測定を反復するために、全体の測定方法はま
た反復されねばならぬ。

測定結果は記憶装置から指示器６に送信され
る。パルス反復周波数が遅延時間により制御され
るので、磁化パルスの反復周波数を変化する必要
がある場合に限つて、時間遅延回路２０は使用さ
れるのが好適である。

減磁された被試験物体の磁化が増加する振幅を
もつ一列のパルスにより実施されると、残留磁化
に起因する磁界の勾配は曲線l₁に従つて増加する
ことにより、勾配の増大時における第１の不連続
発生の時点に対応する一定の最大値をとり、その
後上記勾配は渦電流により減少を開始する。この
第１の時点における勾配値▽H₁はパルス列の最
大振幅を決定する。零に減少する振幅をもつ上記
パルスに対し、被試験物体を磁界のパルスに引続
いて露出させるときに、残留磁化により生じさせ
られた磁界の勾配は、曲線l₂により相当な程度に
増加する。曲線l₂により表わされる上記勾配の変
化のパターンは本発明に関連する探索作業の結果
として、本発明者により確立されたものである。

勾配値▽H_nは第２の時点において得られ、そ
の増大は終了し、高精度で測定することができ、
それに依つて被試験物体の機械的性質を一層正確
に測定することができる。

最初において、被試験物体が勾配値▽H_iをも
つ或る負の磁化量を有するならば、その時上記物
体を、同じ値H_nにまで減少する振幅を有する一
列のパルスに露出する時に、磁界の勾配は残留磁
化により生じさせられ、曲線l₁に対応する変化は
▽H₁となるであろうし、減少する振幅を有する
一列のパルスに露出される時には、上記勾配は▽
H_nの値をとるであろう。

開始時において被試験物体が正の磁化＋H_Kを
有するならば、残留磁化により生じさせられた磁
界の勾配は、曲線l_Kにより、▽H₁の値をとるよ
うに増加する振幅をもつ一列のパルスの作用をう
けて変化するであろうし、減少する振幅をもつ一
列のパルスの後続する作用をうけて、上記勾配
は、曲線l₂により値▽H_nをとるように増加し続
けるであろう。このことにより、被試験物体の磁
気履歴に関係なく、上記のように得られた値▽
H_nは磁界の最大振幅によつてのみ決定され、こ
の振幅は被試験物体が作られる物質の構造、換言
すればその機械的性質に依存するものである。

例 １ 炭素含有量0.32ないし0.40％の構造用鋼材から
製作される18mmの熱間圧延板は機械的性質用に試
験された。この目的のために、予め減磁されてい
た上記板は、上記パルスが増加振幅をもつている
ので、軸対称磁界の一列のパルスにより磁化され
た。パルス列におけるパルス数は15であつた。初
期振幅は１×10⁵a／ｍであり、最終振幅は1.5×
10⁶a／ｍであつた。

残留磁界の勾配の安定な値▽H₁は3.6×10³A／
m²であつた。

上記の勾配値が得られた後に、被試験物体の磁
化は、零に減少する振幅をもつ一列のパルスによ
り継続された。このパルス列におけるパルス数は
15で、その結果としての勾配は9.3×10³A／m²で
あつた。上記勾配と被試験物体の個別的な性質、
例えば極限強さσ_Bとの間の相関的な公知の依存性
に対して、上記勾配値は58Kg／mm²から正確に２
Kg／mm²で対応する。

例 ２ 例１と同様の性質の鋼材から製作された18mmの
熱間圧延板が機械的性質に関し試験された。

板はその初期状態において▽H_i＝−2.8×
10³A／m²まで磁化された。例１の場合のように
パルス列の助けをかりて磁化が実施された。残留
磁界の勾配の安定値▽H₁は3.6×10³A／m²であつ
た。磁化動作は、例１に開示されたと同様な方法
でそれから実施された。このパルス列の完了した
ときに得られた勾配値▽H_nは9.29×10A／m²で、
残留磁界勾配と、例えば極限強さσ_Bとの間の公知
の相関的依存性を有するその勾配値は58Kg／mm²か
ら正確に２Kg／mm²まで対応する。

例 ３ 例１と同様な性質の鋼材で作られた18mmの熱間
圧延板が機械的性質に関して試験された。

初期状態において、板は▽H_K＝4.2×10³A／m²
にまで磁化され、その後この方法は例１の場合と
同様な方法で実施された。後続の値が得られ、▽
H₁＝3.6×10³A／m²であり▽H_n＝9.31×10³A／
m²であり、この▽H_nは、極限強さσ_B＝58Kg／mm²
から正確に２Kg／mm²にまで対応する。

例えば、第１のパルス列のパルスの一定の振
幅、第２のパルス列のパルスの一定の振幅、第１
のパルス列のパルスの一定の振幅および第２の列
のパルスの減少する振幅のような他の磁化の条件
の下でもまた、測定のより高い感度と正確性とを
得ることができる。しかしながら本発明により提
案される方法の上記の実施例は、他の変形例に比
べてエネルギー消費を減少させることができ、そ
れゆえに好適なものである。

熱処理の性質を制御し、極磁性材料で作られた
物体の機械的性質を測定するための本発明により
提案される方法と装置を使用することにより、試
験結果の正確性と再現性を改善することができ
る。

産業上の利用分野 本発明は、熱処理の特性を制御し、強磁性材料
で作られた物体の機械的性質を測定するための装
置において使用されることができる。