JPH0694683A - 非破壊検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、例えば金型鋳造で鋳造された複雑
形状の鋳造品の内部欠陥や内部組織を迅速に判定出来る
量産対応型の非破壊検査装置に関する。 【構成】 金型で鋳造した球状黒鉛鋳鉄製の素材Ｗを焼
鈍処理した後の非破壊検査において、素材Ｗを治具ベー
ス１１に位置決めし検査部２７にセットした後、内部欠
陥の探傷と、チル組織の消失確認と、球状化率の測定の
各検査を同時に行う。そして内部欠陥の探傷は素材Ｗの
複雑形状部や最終凝固部Ａに対する超音波エコーによっ
て検査し、チル組織の消失確認は素材Ｗの薄肉部Ｃに対
する超音波音速によって検査し、球状化率の測定は素材
Ｗの厚肉部に対する超音波音速によって検査し、これら
検査結果から鋳造品質を自動で総合判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば金型鋳造で鋳造
された複雑形状の鋳造品の内部欠陥や内部組織を迅速に
判定出来る量産対応型の非破壊検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳造品の内部欠陥を超音波で判定
するような方法は、例えば特開昭５７―１４６１５９号
等において周知であり、又、鋳造品の内部組織を超音波
で判定することも文献等によって公知である。ところ
で、本出願人は金型鋳造で例えば球状黒鉛鋳鉄製の鋳造
品を鋳造する際に、表層が凝固し内部が未凝固の段階で
型開きするという鋳造法を開示しているが、かかる熱伝
導率の高い金型で鋳造すると鋳造品に不可避的にチル組
織が生じることになり、靱性、加工性等の要求される製
品の場合は、通常熱処理によってチル組織をフェライト
化するようにしている。そして、かかる熱処理の終えた
鋳造品は、加工工程に送られる前に鋳巣、ガス欠陥等の
内部欠陥はないか、或いは熱処理によってチル組織が消
失したか否か、黒鉛の球状化率は所望のものになってい
るか否か等の材質検査が上述の超音波検査、或いは検鏡
等、又は必要に応じて抜き取りによる透過Ｘ線検査、破
壊検査等によって検査されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
場合は例えば引け巣、ガス欠陥等の内部欠陥の検査、チ
ル組織の消失、球状化率等の組織検査等を別個に行って
いたため検査に時間を要し、特に抜き取り検査等にあっ
ては労力も必要とされることから検査効率が良くないと
いう問題があった。一方、上記のような表層が凝固し内
部が未凝固の段階で型開きするという鋳造法の場合は、
１ショット溶湯管理のためロット管理が難しく抜き取り
検査だけでは検査の信頼性に欠け、組織状態を非破壊検
査によって全数検査することが望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明は金型で鋳造した複雑形状の鋳造品の熱処理
後の検査において、熱処理の終えた鋳造品を治具ベース
に位置決めし検査部にセットした後、この鋳造品の内部
欠陥と内部組織を同時に超音波で検査するようにした。
すなわち、鋳造品の複雑形状部や最終凝固部に向けて超
音波を発信して超音波エコーによって内部欠陥を検査す
るとともに、鋳造品の厚肉部と薄肉部に向けて超音波を
発信して超音波音速によって内部組織を検査し、これら
検査結果から鋳造品質を自動で総合判断するようにし
た。又この際、鋳造品の被測定部に水を噴き付けて気泡
等を除去するようにした。又、非破壊検査装置として、
検査部に設けられた水槽と、鋳造品を位置決め固定する
治具ベースと、この治具ベースを前記水槽に水没させる
ことの出来る昇降手段と、前記治具ベースに設けられ鋳
造品の内部欠陥を超音波の反射波の測定によって探傷す
る超音波探傷装置と、該治具ベースに設けられ鋳造品の
内部組織を超音波の透過波の測定によって判定する超音
波音速測定装置と、これら装置の測定値に基づいて鋳造
品質を判定する自動判定装置とを設け、前記超音波測定
装置には、鋳造品の球状化率を判定するための送受信一
対の探触子と、鋳造品の基地組織を判定するための送受
信一対の探触子を設けた。

【０００５】

【作用】金型で鋳造された鋳造品に引け巣、ガス欠陥等
が発生しやすい複雑形状部や最終凝固部に超音波を発信
して内部欠陥を傷エコーによって探傷し、同時に鋳造時
に凝固速度の遅い肉厚部に超音波を発信して透過波の音
速を測定することで球状化率を判定するとともに、鋳造
時にチル化しやすい薄肉部に超音波を発信して透過波の
音速を測定することでチル組織の消失を判定する。この
際、球状化率と音速の関係は既に知られているところで
あり、冷却が遅いと球状化率が低くなるため製品のうち
で一番凝固速度の遅い肉厚部の球状化率を測定して判断
する。一方、チル組織はフェライトに較べてヤング率が
高く、密度は低いことから音速による判別が可能であ
り、一番チル化しやすい薄肉部のチルの消失が確認され
れば鋳造品全体にチルが存在しないことが判明するた
め、製品の薄肉部を測定する。又この際、音速測定に誤
差の生じやすい鋳造品表面に水を噴き付けて気泡等を除
去すれば検査精度が高まる。そして、これらの測定結果
を自動判定装置によって判定すれば、全数の検査を至短
時間で行うことが出来、検査の信頼性が向上する。

【０００６】

【実施例】本発明の非破壊検査方法及び装置の実施例に
ついて添付した図面に基づき説明する。図１は本発明の
非破壊検査の流れを示すフローチャート、図２は装置の
全体構成図、図３は装置の要部の正面図、図４は同側面
図である。

【０００７】本発明の非破壊検査方法及び装置は、例え
ば銅金型によって鋳造された球状黒鉛鋳鉄製のステアリ
ングナックルを熱処理した後、内部欠陥と内部組織につ
いて全数インラインで検査し自動で良否を判定するよう
な装置として構成され、このステアリングナックルは、
前述のように金型内で表層のみが凝固して内部が未凝固
の段階で型開きして取り出すいわゆるＱＣプロセスとよ
ばれる鋳造法によって鋳造される。

【０００８】すなわち、かかる方法で鋳造された鋳放し
材はチル組織を有しているため基地組織をフェライト化
する必要があり、前記熱処理の方法としては、例えば９
００℃から９５０℃で約１５分間保持して徐冷するよう
な焼鈍処理とし、チルを消失させるようにしている。

【０００９】しかしながら、このような焼鈍処理の時に
熱処理炉に異常が生じたりしてチル組織が消失しなかっ
たような事態が発生すると、爾後の加工工程で不具合が
発生したりする。

【００１０】一方、上記のＱＣプロセスによる鋳造法で
は定量出湯炉で１モールド分の溶湯を切出し、１モール
ドごとに球状化処理をおこなっており、この際、球状黒
鉛鋳鉄の黒鉛の球状化は、金型鋳造の場合は砂型鋳造に
較べて球状化剤への依存率が低く、例えばＭｇ残留量が
０．０１ｗｔ％以下程度でも充分に黒鉛を球状化する。
又、この黒鉛の球状化は金型の急冷凝固に依存する割合
が大きいともいわれている。

【００１１】従って、金型温度が上昇して急冷凝固に異
常が生じたり、１モールドごと行う球状化処理に異常が
生じたりすると、黒鉛の球状化率が変化することとな
る。

【００１２】そこで、本発明の非破壊検査は、上記のよ
うな鋳造品からのチルの消失、黒鉛の球状化率等の内部
組織を超音波で検査し、同時に引け巣、ガス欠陥等の鋳
造内部欠陥をインラインで検査出来るようにしたもので
あり、例えば鋳造品の実施例として示すステアリングナ
ックルの場合、図７にしめすような箇所を測定するよう
にしている。

【００１３】すなわち、このステアリングナックルＷの
Ａで示す４箇所は鋳巣、ガス欠陥等の生じやすい製品の
最終凝固部や複雑形状部であって内部欠陥を測定するポ
イントであり、Ｂで示す１箇所は凝固速度が遅い肉厚部
であって球状化率を測定するポイントであり、Ｃで示す
１箇所は鋳造時にチル化しやすい薄肉部であってチル組
織を測定するポイントであり、前記ＢのポイントとＡの
１ポイントを同じポイントにしている。

【００１４】本発明の非破壊検査装置は、図２に示すよ
うに、超音波探傷設備１と、超音波探傷装置兼自動判定
装置２と、超音波音速測定装置３を備え、この超音波探
傷装置兼自動判定装置２と、超音波音速測定装置３に
は、夫々判定用モニタ−２ａ、音速表示用モニター３ａ
が設けられている。

【００１５】非破壊検査設備１は、図３、図４に示すよ
うに、ベースフレーム４に立設されるコラム５と、この
コラム５前面のガイドレール６にリニアガイド７ａを係
合せしめた昇降サドル７と、この昇降サドル７を昇降駆
動する昇降シリンダユニット８を備え、コラム５下方の
前面には、前記ベースフレーム４に取り付けられた探傷
水槽９が設けられるとともに、この探傷水槽９の位置が
検査部２７として構成されている。

【００１６】そして、この探傷水槽９の中には探傷水１
０が貯溜され、前記昇降サドル７の下方から張り出して
設けられた一対の治具ベース１１を、この探傷水１０の
中に水没可能にするとともに、探傷水１０の給排を行わ
せるための循環ポンプユニット１２を設けている。

【００１７】又、各治具ベース１１には、夫々左右一対
のステアリングナックルＷを位置決め固定するための各
ワーククランプ用シリンダ１３と、ＮＤプローブを回転
させるＮＤプローブ回転用ハイロータ１４を設けてい
る。尚、図中、１５は配線・配管用ダクトであり、１６
は光電式安全装置である。

【００１８】治具ベース１１について図５、図６に基づ
き更に詳述する。図５は位置決めしたステアリングナッ
クルＷの平面図、図６は同側面図である。

【００１９】治具ベース１１には、ステアリングナック
ルＷの先端部と基端部をガイドする位置決めガイド１７
とガイドポスト１８を設けている。そして、前記ワーク
クランプ用シリンダ１３はステアリングナックルＷの片
側側面部を対面する突き当て基準１９に向けて押圧可能
とされており、ステアリングナックルＷは一端側がガイ
ドポスト１８に挿通支持され、他端側がこのワーククラ
ンプ用シリンダ１３と突き当て基準１９によってクラン
プされる。

【００２０】そして、この治具ベース１１の位置決め基
準は、次工程の加工時での位置決め基準と同一としてお
り、不良ワークの早期発見、排除を可能としている。つ
まり、ステアリングナックルＷに鋳バリがあったり、曲
りが生じている時は治具ベース１１に取り付けられない
ことになり、鋳バリの場合はバリを除去すれば良品にな
るものの、金型に損傷の恐れがあることから金型をチェ
ックし、曲りの場合は完全な不良品となるためその原因
を調査する必要がある。そして、かかる不具合は従来で
あれば加工工程に投入されるまでは判明しなかったもの
である。

【００２１】又、この治具ベース１１には、４個の内部
欠陥探傷用のプローブ２０〜２３と、球状化率測定用の
送受信一対のプローブ２４ａ、２４ｂと、チル組織消失
確認用の送受信一対のプローブ２５ａ、２５ｂを設けて
おり、このうちステアリングナックルＷの着脱時に干渉
する所定箇所のプローブを前記ＮＤプローブ回転用ハイ
ロータ１４によって可動式とし、他のプローブを固定式
にしている。

【００２２】そして、４個の内部欠陥探傷用のプローブ
２０〜２３を図７のＡのポイントに望ませ、球状化率測
定用の一対のプローブ２４ａ、２４ｂをＢのポイントに
望ませ、チル組織消失確認用の一対のプローブ２５ａ、
２５ｂをＣのポイントに望ませている。

【００２３】因みに、内部欠陥探傷用のプローブ２０〜
２３は超音波パルスを発信して、内部に傷がある時は傷
エコーとして反射し、傷に当らなかったパルスは底面エ
コーとして反射するのを夫々受信し探傷するものであ
り、内部組織判定用のプローブ２４ａ・２４ｂ、２５ａ
・２５ｂは、夫々２４ａ、２５ａから発信した超音波ビ
ームを２４ｂ、２５ｂで受信して透過ビームの透過時間
から音速を求めこれによって内部組織を判定するもので
ある。

【００２４】そして、特にかかる内部組織の超音波音速
による測定は、鋳造品の表面が金型鋳造によって高寸法
精度化、高面精度化されているのを有効に活用している
ものであるが、より一層検査精度を上げるため、前記ス
テアリングナックルＷのＢ、Ｃのポイントの平面度を高
め、しかも表裏面は平行面としている。

【００２５】ところで、かかる超音波による検査には、
ステアリングナックルＷを水没させた際に測定ポイント
に気泡等が付着すると測定誤差を生じることとなる。そ
こで、本案では図６に示すように、測定ポイントに対し
てノズル２６から探傷水を噴き付け、気泡を除去して濡
れ性を向上させるようにしている。つまり、循環ポンプ
で水を吸上げ、ノズル２６から噴出させて探傷水を循環
させる。

【００２６】又、超音波ビームの透過時間には探傷水の
透過時間も加味する必要があるため、水温による変化も
補正するようにしている。

【００２７】以上のような超音波探傷設備１は、合計１
２ヶ所の検査箇所を同時に測定することが出来、測定結
果を自動判別装置２によって自動判定するとともに、６
万個の測定結果を保存出来るようにしている。

【００２８】次に、図１に基づいて検査方法について説
明する。

【００２９】まず、左右のステアリングナックルＷを治
具ベース１１にセットした後、昇降シリンダユニット８
を作動させて治具ベース１１を水没させる。

【００３０】そして、可動式のプローブを測定位置に移
動させ、測定表面にノズル２６から探傷水を噴き付け、
気泡を除去した後測定を開始する。つまり、既述の要領
でプローブ２０〜２３によって内部欠陥を探傷し、プロ
ーブ２４ａ・２４ｂ、２５ａ・２５ｂによる音速測定の
結果を自動判定装置２に送る。

【００３１】そして自動判定装置２で内部欠陥の有無、
球状化率とチルの消失の有無等の総合判定がなされ、不
良品であるとそのまま警報が発せられて不良の箇所と内
容を即座に知ることが出来る。

【００３２】因みに、かかる１サイクルのサイクルタイ
ムは約４５秒であり、インラインで全数を検査すること
の出来る量産対応型の装置である。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の非破壊検査方法及
び装置は、同一の装置で鋳造品の内部欠陥、内部組織を
同時に検査し、これを自動判定するようにしたため、検
査効率が向上し、生産性の向上に寄与する。又、かかる
検査方法はインラインで全数を検査出来ることから、検
査精度が高まり、結果的に鋳造品の品質を高めることが
出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の非破壊検査の流れを示すフローチャー
ト

【図２】非破壊検査装置の全体構成図

【図３】超音波探傷設備の要部の正面図

【図４】同側面図

【図５】治具ベースに位置決めしたステアリングナック
ルの平面図

【図６】同側面図

【図７】鋳造品としてのステアリングナックルの斜視図

【符号の説明】

１ 超音波探傷設備 ２ 超音波探傷装置兼自動判定装置 ３ 超音波音速測定装置 ７ 昇降サドル ９ 探傷水槽 １１ 治具ベース ２０、２１、２２、２３ 内部欠陥探傷用プローブ ２４ａ、２４ｂ 球状化率測定用プローブ ２５ａ、２５ｂ チル組織消失確認用プローブ ２７ 検査部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 正明 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 大沼 俊明 埼玉県狭山市新狭山１丁目10番地１ ホン ダエンジニアリング株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金型で鋳造した複雑形状の鋳造品を熱処
   理し、内部欠陥や内部組織を超音波で検査するようにし
   た非破壊検査方法において、この方法は、熱処理の終え
   た鋳造品を治具ベースに位置決めし検査部の水槽中にセ
   ットする工程と、この鋳造品の複雑形状部や最終凝固部
   に向けて超音波を発信し超音波エコーによって内部欠陥
   を検査するとともに、該鋳造品の厚肉部と薄肉部に向け
   て超音波を発信し超音波音速によって内部組織を検査す
   る工程と、これら検査結果から鋳造品質を自動で総合判
   断する工程からなることを特徴とする非破壊検査方法。
2. 【請求項２】 前記位置決めした鋳造品を検査部の水槽
   中にセットする際、鋳造品の被測定部に水を噴き付けて
   空気、泡等を除去することを特徴とする請求項１に記載
   の非破壊検査方法。
3. 【請求項３】 鋳造品の内部欠陥や内部組織を超音波に
   よって検査するようにした非破壊検査装置において、こ
   の装置は、検査部に設けられた水槽と、鋳造品を位置決
   め固定する治具ベースと、この治具ベースを前記水槽に
   水没させることの出来る昇降手段と、前記治具ベースに
   設けられ鋳造品の内部欠陥を超音波の反射波の測定によ
   って探傷する超音波探傷装置と、該治具ベースに設けら
   れ鋳造品の内部組織を超音波の透過波の測定によって判
   定する超音波音速測定装置と、これら装置の測定値に基
   づいて鋳造品質を判定する自動判定装置とを備え、前記
   超音波測定装置は、鋳造品の球状化率を判定するための
   送受信一対の探触子と、鋳造品の基地組織を判定するた
   めの送受信一対の探触子を備えたことを特徴とする非破
   壊検査装置。