JPH0332746B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼塊から分塊圧延され、又は連続鋳造
されたブルーム、角ビレツト等の角鋼片等の角金
属片の表層部に存する疵を検出する超音波探傷方
法に関する。

線材等の圧延製品に対する品質が厳しく要求さ
れる今日、製鋼、圧延、精整に至る各工程で品質
向上の為の努力が為され、品質の進歩も著しいも
のがあり、この品質の進歩に伴つてさらに高度の
品質が要求されつつある。このため、線材等の素
材となるとビレツト、ブルーム等の断面形状が略
正方形状の長尺角材（以下角鋼片という）の内部
に存する欠陥を低減させることが厳しく要求され
ており、内部中央に存在する欠陥は勿論のこと、
表面及び表面直下のいわゆる皮下近傍の浅い部分
（以下総称して表層部という）に存在する欠陥に
ついても厳しいチエツクが要求されている。

従来、角鋼片の探傷方法としては、その表面か
ら内部に向つて垂直に超音波を送、受信する方法
が採用されているが、このような方法による場合
は、内部中央に存在する疵の発見が可能であつて
取扱いも容易であるという超音波の利点を有する
反面、角鋼片表層部に存する欠陥が検出できない
という問題点があつた。特に角部における表層部
の欠陥の発見はほとんど不可能であつた。

本発明は斯かる問題点を解消すべくなされたも
のであり、角鋼片等の角金属片の角部近傍及び面
部表層部に存在する有害疵の種類を弁別し、また
その位置標定を容易にかつ高精度に行い得るよう
にした超音波探傷方法の提供を目的とする。

本発明方法は、長手方向に搬送される角金属片
の側面に斜角探触子を設け、該探触子により縦
波、横波及び表面波の角超音波を発し、縦波によ
り角鋼片の入射面と隣接面とが形成する角部を、
横波により入射面の隣接面表層部を夫々探傷せし
め、表面波により疵位置を標定するものである。

以下本発明方法を詳述する。まず角鋼片角部表
層部に存在する欠陥の超音波縦波と横波の検出能
力を比較すべく、第１図に示すように角鋼片１の
角部表層部に人工欠陥Ｓを設けて超音波縦波、横
波による斜角探傷を行つた。人工欠陥Ｓは直径１
mmのドリル穴を深さｄmmのところに設け、この人
工欠陥の深さｄmmを４通りに変化させて、超音波
縦波及び横波にて検出した場合の検出状況（エコ
ー高さ）を第２図イ〜ハに示している。この場
合、超音波の入射角度も種々変化させて屈折角度
θを変化させており、第２図イは屈折角度θが67
度の場合、同じくロは73度、ハは83度の場合であ
り、夫々縦波による結果を実線、横波による結果
で破線で示している。第２図より明らかなよう
に、屈折角度が65〜85度の範囲では縦波斜角によ
る検出能力が横波斜角による場合よりも10dB以
上（３倍以上）良好であつた。特に屈折角度が約
83度以上になると横波による測定は不可能であ
る。

第３図イ，ハは縦波、横波斜角探傷により同一
欠陥を夫々4MHz、5MHzの周波数により屈折角度
を73度として探傷した場合の検出結果を夫々探傷
器ブラウン管による表示状態にて示したものであ
り、縦波による探傷結果の方がノイズが低く、縦
波による探傷が横波よりも探傷結果が良好なるこ
とがわかる。

一方、面部表層部の欠陥について調整した結果
を以下に示す。第４図イ，ロ，ハは、夫々一辺
110mmの角鋼片の約1/3（≒37mm）のところに面よ
り深さ１mmにおける放電加工により設けた水平方
向に延びる人工欠陥Ｓ、垂直方向に延びる人工欠
陥Ｓ（いずれも長さ２mm）、さらに直径２mmのドリ
ル穴（探触子の接する面と平行となつた横穴）Ｓ
を示し（加工深さは放電加工の場合は加工面より
５mm、ドリル穴は30mm）、第４図ニは第４図イ，
ロ，ハに示した人工欠陥Ｓを横波斜角により探傷
した場合（周波数5KHz）の屈折角度と検出能力
（エコー高さ）の関係を夫々破線、一点鎖線、実
線で示したものであり、屈折角度が40〜50度の範
囲において探傷結果が最も良好であつた。従つて
角部表層部の縦波による探傷は屈折角度が65〜85
度となるように、また横波による面部表層部の探
傷は屈折角度が40〜50度となるようにすれば良好
な探傷結果が得られる。

第５図イ，ロは１つの斜角探触子について面部
表層部の欠陥を探傷した場合の監視範囲を測定す
るために、深さ１mm、直径２mmのドリル穴による
人工欠陥を夫々周波数を2MHz、5MHzとして探傷
した場合における探触子距離（探触子と疵位置の
真上の探傷面上の位置との距離）とエコー高さと
の関係を示したものであり、それぞれ−6dB（最
大エコー高さが1/2になる位置）の走査範囲は周
波数2MHzの場合は約30mm、5MHzの場合は約12mm
であり、探傷周波数は低い方が良いこと（ビーム
拡がり幅が広く、必要探触子数が少なくて良い）
がわかる。今回の場合検出すべき欠陥の大きさよ
り2MHzを選定した。

第６図イ，ロ，ハは１辺130mmの角ビレツトの
１側面表層部に夫々人工欠陥を設けて屈折角度を
45度とし、角鋼片搬送速度30ｍ／mmで横波斜角探
傷を行つた場合の試験材の断面模式図、第７図は
その探傷結果を示しており、第６図イは探触子に
接触している面から68mm、深さ３mmの位置に径３
mmのドリル穴を設けてあり、ロは隣接面から65mm
の位置に深さ２mmのスリツトを設けてあり、また
ハは隣接面から62mm、深さ２mmの位置に径２mmの
ドリル穴を設けてあり、いずれの場合も良好な探
傷結果が得られた。

以上の結果をまとめると、周波数2MHz〜5MHz
の縦波により、屈折角度を65〜80度として、角鋼
片角部表層部の、また同じ周波数範囲の横波によ
り屈折角度を40〜50度として面部表層部の探傷を
行うように必要個数探触子を各面に配置し超音波
入射面の隣接面を探傷すれば角鋼片表層部に存在
する有害欠陥の検出が可能となる。さらに本方法
の特徴として表面波により疵位置の標定を行わし
めるものである。表面波は角金属片の表面だけを
伝播するものであるため、表面および表面近傍の
疵の検出が可能である。一方縦波、横波による斜
角探傷では表層部及び内部欠陥の検出が可能であ
る。従つて縦波により屈折角度を65〜80度として
入射面の隣接面と対向面の角部表層部の斜角探傷
を行い、また横波にて屈折角度を40〜50度として
入射面の隣接面の表層部の斜角探傷を行い、かつ
表面波にて角鋼片の表面及びその近傍の探傷を行
い、縦波又は横波で検出されかつ表面波でも検出
された疵は表面近傍に存在するものであるとし、
縦波又は横波でしか検出されない疵は内部に存在
するものとして識別する。

第８図は本発明方法の実施に使用する角鋼片の
超音波探傷装置を、角鋼片搬送方向上流側からの
略示正面図であり、角鋼片１をその長手方向に対
角線が夫々鉛直、水平となるようにローラ８にて
搬送（いわゆるダイヤ送り）されている。角鋼片
１の搬送方向左右両側（角鋼片１の搬送方向下流
側に向つて左、右とする。以下同じ）には取付ホ
ルダ２，２が夫々設けられている。両取付ホルダ
２，２は同形状をなし、対向するように設けられ
ており、左側の取付ホルダ２について説明する
と、角鋼片１の左側上面及び下面と平行になつた
上板２１及び下板２２を、角鋼片の左側角部の左
方にて、角鋼片１側に凹部を形成したコの字状の
連結部材２３にて連結し、該連結部材２３に取付
ブロツク２４を固着し、該取付ブロツク２４に、
該取付ブロツク２４の左方にトラニオン支持さ
れ、そのロツドの進出方向を右方としたエアシリ
ンダ３のロツド３１先端を取付けている。そして
取付ホルダ２の上板２１及び取付ブロツク２４
夫々には、上端を角鋼片１の搬送域の上方に係止
された引張りバネ５，６の下端が夫々係止されて
おり、取付ホルダ２全体を角鋼片１の曲り等に追
従するように吊持している。また取付ホルダ２の
上板２１及び下板２２には、連結部材２３の凹部
に嵌合するようにガイドローラ４が枢支されてお
り、該ガイドローラ４にて角鋼片１の左側角部を
案内するようになつている。

取付ホルダ２の上板２１の角鋼片１と対向する
面の上流側部上側角部寄り及び下流側部左側角部
寄りには夫々探触子ホルダ７１，７２が夫々２つ
の押バネ１１，１１，１１，１１にて支持されて
いる。第９図は角鋼片１の左側上面の探触子ホル
ダ７１，７２について上流側からみた略示正面
図、第１０図は第９図の矢符方向からの平面図で
ある。各探触子ホルダ７１，７２の角鋼片１と対
向する面の各四隅には転動車９，９，…，９，
９，…が夫々枢支されており、探触子ホルダ７
１，７２と角鋼片１の左側上面との間にギヤツプ
を形成し、該ギヤツプ内に接触媒体としての水が
導水管１２，１２，１２，１２より送給されてい
る。

上流側の接触子ホルダ７１内の上流側部及び下
流側部には夫々斜角探触子が２個ずつ合計４個設
けられており、上流側部の角鋼片１の上側角部に
近い位置には超音波として縦波を発する斜角探触
子ａが設けられ、該探触子ａより左側角部寄りの
位置には超音波として表面波を発する斜角探触子
ｂが設けられており、また下流側部には角鋼片１
の上側角部から左側角部にかけて超音波として横
波を発する２つの斜角探触子ｃ，ｄが設けられて
いる。そして探触子ａは、右側下面の上側角部近
傍の表層部に向つて屈折角が65〜80度となるよう
に縦波を発し、探触子ｂは右側上面に向つて表面
波を発し、該表面波を該右側上面表層部に沿つて
伝播せしめるものである。また探触子ｃ，ｄは屈
折角が40〜50度となるように超音波横波を入射さ
せ、該横波を右側上面の表層部に伝播せしめるも
のである。

下流側の探触子ホルダ７２内にも上流側部及び
下流側部夫々に探触子が２個ずつ合計４個設けら
れ、上流側部には横波を発する斜角探触子ｃ，ｄ
が角鋼片１の左側角部から上側角部にかけて設け
られ、下流側部には角鋼片１の左側角部から上側
角部にかけて、縦波を発する斜角探触子ａ、表面
波を発する斜角探触子ｂが設けられている。そし
て探触子ホルダ７２内の探触子ａ〜ｄは、左側下
面の表層部に向つて超音波を発し、探触子ａは角
鋼片１の左側角部近傍の表層部に縦波を伝播し、
探触子ｂは左側下面の表層部全域に沿つて表面波
を伝播し、さらに探触子ｃ，ｄは左側下面の表層
部全域に沿つて横波を伝播せしめるものである。
従つて超音波縦波は角鋼片１の角部近傍を、横波
は超音波入射面の隣接面表層部を、また表面波は
同じく隣接表面を探傷するものである。

取付ホルダ２の下板２２の角鋼片の左側下面と
対向する面にも同様に押バネ１１，１１，…にて
支持され、上流側左側角部寄り及び下流側下側角
部寄りに夫々位置する探触子ホルダ７１及び７２
が設けられていて、前述した如く転動車９，９
…、導水管１２，１２…が設けられており上流側
の探触子ホルダ７１内の上流側で角鋼片１の右側
角部に近い位置に縦波を発する超音波斜角探触子
ａが設けられ、該探触子ａより下側角部寄りの位
置に表面波を発する探触子ｂが設けられ、さらに
下流側には横波を発する斜角探触子ｃ，ｄが設け
られており、また下流側の探触子ホルダ７２内に
は、上流側に横波を発する２つの斜角探触子ｃ，
ｄが設けられ、各探触子ｃ，ｄの下流側に、角鋼
片１の下側角部に近い位置から縦波を発する斜角
探触子ａ、表面波を発する探触子ｂが夫々設けら
れている。

一方、左側の取付ホルダ２の右方には該取付ホ
ルダ２と対向して右側の取付ホルダ２が設けられ
ている。右側の取付ホルダ２も左側の取付ホルダ
２と左右逆勝手となつて略同様の構造をしている
が、上板２１、下板２２に取付けられた探触子ホ
ルダ７１，７２，７１，７２の位置が異つてい
る。即ち、上板２１に取付けられた上流側の探触
子ホルダ７１は角鋼片１の右側角部近傍にあり、
下流側の探触子ホルダ７２は上側角部近傍にあ
る。また下板２２に取付けられた上流側の探触子
ホルダ７１は角鋼片１の下側角部近傍にあり、下
流側の探触子ホルダ７２は角鋼片１の右側角部近
傍にある。そして各探触子ホルダ内に前述の如
く、縦波を発する探触子ａが角鋼片の夫々の角部
に近い位置に設けられ、表面波を発する探触子ｂ
が探触子ａの内側方に設けられ、横波を発する探
触子ｃ，ｄが角鋼片１の角部に近い位置から遠ざ
かるように配されている。

第１１図、第１２図は夫々探触子ホルダ７１，
７１…、７２，７２…内の探触子から発せられる
超音波の伝播状態を示す模式図であり、上流側に
位置する４つの探触子ホルダ７１，７１…は角鋼
片１の搬送方向と直交する同一面上に位置し、各
探触子ホルダ７１内に位置する探触子ａ，ｂと探
触子ｃ，ｄは、夫々反対方向に超音波を発して、
その探触子ホルダ７１の位置する側面に隣接する
側面の表層部に沿つてあるいは面に対して斜めに
超音波を伝播せしめる。また下流側に位置する４
つの探触子ホルダ７２，７２，…は角鋼片１の搬
送方向と直交する同一面上に位置し、各探触子ホ
ルダ７２内の探触子ａ，ｂと探触子ｃ，ｄは夫々
反対方向に超音波を発して、その探触子ホルダ７
２の位置する側面に隣接する側面の表層部に沿つ
て、あるいは面に対し斜めに超音波を伝播せしめ
る。

叙上の如き構成の装置により探傷を行う場合
は、搬送される角鋼片１の左右の角部にガイドロ
ーラ４，４を転接させるべくエアシリンダ３，３
のロツド３１を進出させ、各探触子ホルダ７１，
７１…７２，７２，…内の転動車９，９…を各鋼
片１側面に接触させる。そして導水管１２，１
２，…により接触媒質の水を、角鋼片１側面と各
探触子ホルダ７１，７１，…、７２，７２，…内
の探触子ａ，ｂ，ｃ，ｄとの間のギヤツプ内に充
填し、斯かる状態にて夫々の接触子ａ，ｂ，ｃ，
ｄより超音波を発せしめて探傷を行う。

この場合、各探触子ホルダ７１，７１…、７
２，７２…は押バネ１１，１１，…にて角鋼片１
の各側面に押圧されているため、各側面と各探触
子との間のギヤツプは常に一定となつており、各
探触子の感度変化を最小としている。また押バネ
１１，１１，…の外、取付ホルダ２，２全体を吊
持する引張バネ５，５，６，６にて各探触子は角
鋼片の曲り、ねじれ等に追従し、角鋼片１の各側
面との間のギヤツプを一定としている。

なお上述の実施例においては、縦波、横波、表
面波の各超音波のみを発する探触子を使用した
が、これに替えて複数の振動子を内蔵し縦波、横
波、表面波を発する複合型の探触子を用いてもよ
い。また横波を発する探触子を、角鋼片の各側面
上に搬送方向と直交する方向に２個並設したが、
角鋼片寸法に合せてその数を増加させてもよく、
さらに各探触子ホルダ７１，７２を取付ホルダ２
に対して摺動自在として、寸法の異なる角鋼片が
搬送される場合にも適応できるようにしてもよ
い。

以上詳述したように本発明は、長手方向に搬送
される角金属片の疵を検出する超音波探傷方法に
おいて、縦波にて入射面と隣接面とが形成する角
部表面近傍を、横波にて入射面の隣接面表層部を
夫々探傷し、また表面波により疵位置の標定を行
うべく、これら３種類夫々の超音波を探触子にて
角金属片内に伝播させるものであるので、角金属
片の表層部の探傷が高精度にかつ確実になされ、
特に角部の探傷も高精度に行い得、また疵位置の
標定が確実に行える等本発明は角金属片の非破壊
検査の精度向上に寄与する処多大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は斜角探傷法の模式図、第２図イ〜ハは
第１図の探傷結果を示すグラフ、第３図イ，ロは
探傷器ブラウン管による信号波形写真、第４図
イ，ロ，ハは人工欠陥の状態を示す模式図、ニは
各人工欠陥を横波斜角により探傷した場合の屈折
角度とエコー高さの関係を示すグラフ、第５図
イ，ロは探触子距離とエコー高さを示すグラフ、
第６図イ，ロ，ハは横波斜角探傷法の模式図、第
７図は第６図の探傷結果を示すグラフ、第８図は
本発明方法の実施に使用する装置の略示正面図、
第９図は１つの探触子ホルダの概略図、第１０図
は第９図の矢符方向図、第１１図、第１２図は
夫々超音波伝播状態を示す模式図である。 １……角鋼片、２……取付ホルダ、３……エア
シリンダ、４……ガイドローラ、５，６……引張
りバネ、７１，７２……探触子ホルダ、８……ロ
ーラ、ａ，ｂ，ｃ，ｄ……探触子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 長手方向に搬送される角金属片の疵を検出す
   る超音波探傷方法において、縦波にて入射面と隣
   接面とが形成する角部表面近傍を、横波にて入射
   面の隣接面表層部を夫々探傷し、また表面波によ
   り疵位置の標定を行うべく、これら３種類夫々の
   超音波を角金属片内に伝播させることを特徴とす
   る超音波探傷方法。