JPS58626B2 - 鋼の内部欠陥検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋼の内部欠陥、特に連続鋳造片、分塊圧延鋼
片、熱間圧延鋼材等のパイプ状あるいは二枚板状の内部
欠陥を検出する方法に関する。

鉄鋼製造工程において、例えば連続鋳造片の中心割れや
分塊圧延スラブのメカニカルパイプ、あるいは厚鋼板の
二枚板状欠陥のように鋳片、鋼片、鋼材（以下総称して
鋼材という）の内部にかなり大きな欠陥が存在すること
がある。

このような欠陥は、鋼材が冷間の状態であれば、超音波
探傷によりその欠陥の有無や分布状態を容易に検出する
ことができる。

しかし、上記したような欠陥は、鋼材が冷間の状態に冷
却された後で検出するよりも、鋳造や圧延に引きつづく
切断工程で欠陥部分を切断除去するなどの処置がとれる
ように鋳造後あるいは圧延後の熱間の状態において検出
することが必要である。

しかし、現状の超音波探傷では高温での探傷が困難であ
る。

本発明の目的は、鋼材の内部欠陥のうち、パイプ状ある
いは二枚板状の欠陥のように比較的大きな欠陥で、しか
も音波の伝播をほぼ完全に遮断するような欠陥の有無お
よび分布状態を検出する方法を提供することにある。

この目的を達成するための本発明の要旨は、磁性金属体
の打撃子と、該打撃子に連結され打撃子が被検材に接触
した瞬間に打撃信号を発生する打撃信号発生回路と、電
磁式音波受信器とを備えた音波検査装置を用い、被検材
の１方の面上の一点あるいは複数点を打撃子にて打撃し
て打撃音を発生させ、被検材の他方の面側の前記打撃点
に対応する点で伝播してきた音波を電磁式音波受信器で
受信し、打撃信号発生回路からの打撃信号を起点とし電
磁式音波受信器からの音波受信信号を終点とする音波到
達時間を計測し、該計測した音波到達時間と被検体の厚
さによって定まる既知の音波到達時間とを比較すること
により被検体の内部欠陥を検出することを特徴とする鋼
の内部欠陥検出方法である。

以下、本発明の方法の一実施例を図面によって説明する
。

第１図は被検材内部に欠陥のない良好部における音波の
伝播状態を示す図、第２図は欠陥部における音波の伝播
状態を示す図、第３図は打撃信号および音波受信信号を
示す図である。

第１図において、被検材１の１方の面を打撃子２で打撃
すると、被検材１に音波３が発生する。

音波３は打撃点を中心にして、球面状に伝播して行くが
、受信器４に受信される音波３は、最短距離を通ってく
る。

この打撃子２は磁性金属体で製作し、また打撃子２で被
検材１を打撃した瞬間に打撃信号を発生するように、例
えば電池５、抵抗６と接触部材７が接続されており、打
撃子２はスイッチの役目をし、打撃子２が被検材１の表
面に接触した瞬間に回路を閉じ、抵抗６の両端から打撃
信号をとりだすようにできるようにする。

第２図に示すように、打撃子２と受信器４を結ぶ線上に
欠陥８が存在する場合、音波３は欠陥８を最短距離で迂
回して伝播し、受信器４で受信される。

第３図にそれぞれの信号を示す。

信号Ａは打撃信号で、この信号Ａの立上り点が音波到達
時間計測の起点となる。

信号Ｂは良好部における音波受信信号で、τ。

が音波到達時間である。信号Ｃは欠陥８を迂回してきた
時の音波受信信号で、τｘがこの場合の音波到達時間で
ある。

欠陥部における音波到達時間τｘと良好部における音波
到達時間τ０との差（τｘ−τ０）が音波３が欠陥を迂
回するのに要した時間である。

第２図に示すごとく、打撃子２と受信器４を結ぶ線上に
欠陥８が存在する場合、被検材厚さをｔ、被検材表面か
ら欠陥８までの深さをｄ、打撃子２と受信器４を結ぶ線
から欠陥８の端までの最短距ように、材厚ｔが３００ｍ
ｍ程度以下では、欠陥の被検材厚さ方向の位置ｄが変っ
ても音波の伝播距離はそれ程変らない。

一般に、前述した鋼材内部に発生する大きな欠陥は、板
厚方向の１／４〜３／４の範囲に存在することが多いの
で、欠陥の板厚方向の位置による音波３の伝播距離の違
いは、測定誤差の範囲とみなせる。

従って、欠陥８の板厚方向の位置ｄがつねに板厚ｔの１
／２の位置であると仮定すると、音波３の伝播距離ｙは
ｙ＝部と良好部との音波到達時間の差（τｘ−τ０）は
、音波３の伝播速度をｖとすれば、τｘ−τ０＝ｖは既
知であるので、良好部の音波到達時間は予じめ設定する
ことができ、従って実際に被検材に打撃を加えて受信し
たときの音波到達時間τを計測すれば、差（τ−τ０）
から欠陥８の有無および第２図に示した欠陥端までの距
離ｘを知ることができる。

第４図に、音波到達時間差（τ−τ０）と欠陥端までの
距離ｘの関係の実施例を示す。

この例は、被検材の厚さが１．８０ｍｍの場合の例であ
る。

以上のような関係を用いて、板状鋼材の内部欠陥の分布
（形状）を求める方法の例を第５図に示す。

第５図は被検材の平面図を示すもので、被検材１に対し
て図のように多数の格子点について前述した方法により
音波到達時間τの測定を行い、音波到達時間差（τ−τ
０）から各測定点毎に距離ｘを求め、各測定点を中心と
して距離ｘを半径として円を描き、そして各回の包らく
線を描けば、図の斜線で示したような欠陥の分布（形状
）が求められる。

第６図は、本発明の実施例における打撃装置の構成を示
す図である。

打撃装置は耐熱性の外筒１１、該外筒１１内に組込まれ
た磁性金属体の打撃子１２、電磁石１３、永久磁石１５
および外部磁化電源２４などによって構成される。

打撃子１２は、常時は永久磁石１５に吸着され、図に示
す位置で待機している。

永久磁石１５は磁石取りつけ板１６に取りつけられ、そ
の取りつけ板１６はバネ１７，１７′および支え棒１８
によって外筒１１の上部から下げられている。

ここで、バネ１７，１７′は打撃子１２が被検材１表面
を打撃し、その反撥力でもどってきたエネルギーを吸収
するためのものである。

支え棒１８は、打撃子１２が電磁石１３で吸収されたと
き、打撃子１２が永久磁石１５から離脱する瞬間の位置
を一定にするためのものである。

永久磁石１５の吸着力は、打撃子１２の重量を十分支え
、しかも電磁石１３の収用力に対してあまり大きくない
程度とする。

電磁石１３は、絶縁性の材料でつくられたボビン１４に
券かれたソレノイドコイルからなる。

ボビン１４の上方に打撃子１２に常に接触している接触
ロール１９，１９′が支持具２０，２０′によって取り
つけられており、接触ロール１９にとりつけたリード線
２１が、打撃信号発生回路２５に連結されている。

被検材１の表面上には接触ロール２２がおかれ、この接
触ロール２２は、常時、被検材１の表面に接触しており
、接触ロール２２にとりつけたリード線２３が打撃信号
発生回路２５に連結されている。

電磁石３に磁化電源２４から電流を印加すると、打撃子
１２は永久磁石１５から離脱し、被検材１表面を打撃す
る。

そうすると打撃信号発生回路２５、リード線２１、接触
ロール１９、打撃子１２、被検材１、接触ロール２２、
リード線２３および信号発生回路２５が導通し、打撃子
１２が被検材１に接触した瞬間に打撃信号を得ることが
できる。

打撃子１２が被検材１の表面を打つ力は、打撃子１２と
電磁石１３の相対位置関係、電磁石１３に流れる電流お
よびコイル巻数で決まる。

被検材１が連続的に移動する場合は、打撃子１２は打撃
後すばやく被検材１表面から離れる必要があり、また被
検材１の移動速度が速いほど打撃子１２と被検材１表面
の接触時間は短かくする必要がある。

このために、本実施例では、外部磁化電源２４として第
６図の点線内に示すようなコンデンサー充電式電源を用
いている。

この方式で電磁石１３に通電すると、通電時間は充電コ
ンデンサーＣの容量と電磁石１３のコイルのインダクタ
ンスの積で決まる。

この方式によれば、打撃子１２と被検材表向との接触時
間は１００μｓ〜１５０μｓの時間で打撃することがで
きる。

被検材１内を伝播してきた音波は、被検材１の打撃装置
を設けた面と反対側の面に近接して設けた非接触型の電
磁式音波受信器４で受信される。

この電磁式音波受信器４は、電磁石と平板状コイルから
なる公知の音波受信器である。

本発明の方法によれば、例えば分塊圧延スラブに発生す
るメカニカルパイプの形状を圧延後に検出し、剪断工程
に対して剪断位置を決めるための情報を与えることがで
きる。

すなわち、鋼塊から分塊圧延されたスラブの頭部および
尾部にはメカニカルパイプが発生し、これは剪断工程に
おいて切断除去される。

しかし、このメカニカルパイプの深さく先端位置）は圧
延スラブ毎に必ずしも一定でなく、しかも、圧延後のス
ラブは１０００℃以上の高温であるので、超音波探傷な
どによるメカニカルパイプの形状検出ができないため、
剪断作業は初めに経験者に予想されるメカニカルパイプ
の先端付近を切断し、運転室から切断面を目視観察し、
残ったメカニカルパイプを少しずつ繰返し切断するとい
う作業を行なっているのが実情である。

しかし、このような作業では遠くからの目視観察精度が
非常に悪いため、切断しすぎによる歩留り低下、メカニ
カルパイプの切り残しによる後工程のトラブル、また切
断回数が多いための作業能率低下などの問題があった。

本発明の方法により、受信器として電磁石と平板状コイ
ルからなる電磁式音波受信器を用いれば、被検材に非接
触の状態で音波を受信することができるので、１０００
℃以上の高温スラブであっても上述した方法によりメカ
ニカルパイプの先端位置を検出でき、剪断回数は１回で
、しかも切り残し、切り過ぎもなくメカニカルパイプの
部分を切断除去することができる。

本発明方法は、さらに、連続鋳造時におけるクレータ−
先端部の位置検出や、鋳込み後の鋼塊内部が完全に凝固
したかどうかなどの測定にも利用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は被検材内部ｌこおける音波の伝播
状態を示す図、第３図は打撃信号および音波受信信号を
示す図、第４図は音波到達時間差と欠陥の大きさとの関
係例を示す図表、第５図は本発明の実施例による内部欠
陥の分布を求める方法を説明する図、第６図は本発明に
よる実施例装置の構成を示す図である。 １・・・・・・被検材、２・・・・・・打撃子、３・・
・・・・音波、４・・・・・・受信器、５・・・・・・
電池、６・・・・・・抵抗、７・・・・・・接触部材、
８・・・・・・欠陥、１１・・・・・・外筒、１２・・
・・・・打撃子、１３・・・・・・電磁石、１５・・・
・・・永久磁石、１９・・・・・・接触ロール、２１・
・・・・・リード線、２２・・・・・・接触ロール、２
３・・・・・・リード線、２４・・・・・・磁化電源、
２５・・・・・・打撃信号発生回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁性金属体の打撃子と、該打撃子に連結され打撃子
   が被検材に接触した瞬間に打撃信号を発生する打撃信号
   発生回路と、電磁式音波受信器とを備えた音波検査装置
   を用い、被検材の１方の面上の一点あるいは複数点を打
   撃子にて打撃して打撃音を発生させ、被検材の他方の面
   側の前記打撃点に対応する点で伝播してきた音波を電磁
   式音波受信器で受信し、打撃信号発生回路からの打撃信
   号を起点とし電磁式音波受信器からの音波受信信号を終
   点とする音波到達時間を計測し、該計測した音波到達時
   間と被検体の厚さによって定まる既知の音波到達時間と
   を比較することにより被検体の内部欠陥を検出すること
   を特徴とする鋼の内部欠陥検出方法。