特許 6446888 丸棒材の超音波探傷方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6446888

(24)【登録日】2018年12月14日

(45)【発行日】2019年1月9日

(54)【発明の名称】丸棒材の超音波探傷方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/04 20060101AFI20181220BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/04

【請求項の数】3

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2014-150357(P2014-150357)

(22)【出願日】2014年7月24日

(65)【公開番号】特開2016-24142(P2016-24142A)

(43)【公開日】2016年2月8日

【審査請求日】2017年5月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003713

【氏名又は名称】大同特殊鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107700

【弁理士】

【氏名又は名称】守田 賢一

(72)【発明者】

【氏名】森 大輔

(72)【発明者】

【氏名】吉田 たける

(72)【発明者】

【氏名】樹神 啓司

【審査官】 横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２２５８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１３５４５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２４８０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２１３２４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ Ｇ０１Ｎ２９／００−２９／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

超音波受発振器の圧電振動子に、互いに近接する一対の矩形波パルス電圧を印加して、前記超音波受発振器の圧電振動子から出力される超音波を、丸棒材の外周面から所定の屈折角でその内部へ入射させ、反射波の疵検出波形に位相の反転が無い場合に前記丸棒材に表面疵があるものと判定し、反射波の疵検出波形に位相の反転が有る場合には前記丸棒材に表層疵があるものと判定することを特徴とする丸棒材の超音波探傷方法。

【請求項2】

前記超音波受発振器を前記丸棒材に対し一定間隔を保ちつつ同心状に相対旋回移動させる請求項１に記載の丸棒材の超音波探傷方法。

【請求項3】

前記所定の屈折角を３０°〜７０°とした請求項１又は２に記載の丸棒材の超音波探傷方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は丸棒材の超音波探傷方法に関し、特に丸棒材の表面疵と表面近くの表層疵を良好に識別して検出することができる超音波探傷方法に関する。

【背景技術】

【0002】

丸棒材の外周表面に生じる表面疵と丸棒材の表面直下の内部に生じる表層疵を明確に識別できれば、表面疵は切削等で簡易に除去することにより丸棒材を良品化できることから製造歩留りが向上する。そこで、特許文献１では、サークル形状のアレイ型超音波探触子を使用して超音波ビームの振り角を調整し、丸棒材の内部に超音波を入射させることで表層疵の探傷を行うとともに、表面疵の探傷は丸棒材の表面に表面波を生起させることによって行うことが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５９−１２６９５２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上記従来の探傷方法では、表面疵の検出に表面波を利用しているために、丸棒材の表面粗さによって疵検出の精度が左右されるという問題があるとともに、丸棒材を支持する部分では疵検出ができないという問題もあった。

【0005】

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、丸棒材の表面粗さや支持部の有無に影響されることなく、表面疵と表層疵を区別して正確に検出することができる丸棒材の超音波探傷方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために本第１発明では、超音波受発振器（１）の圧電振動子（１２）に、互いに近接する一対の矩形波パルス電圧（２ａ，２ｂ）を印加して、前記超音波受発振器（１）の圧電振動子（１２）から出力される超音波を、丸棒材（４）の外周面から所定の屈折角（θ）でその内部へ入射させ、反射波の疵検出波形（３ｃｄ）に位相の反転が無い場合に前記丸棒材（４）に表面疵（４１）があるものと判定し、反射波の疵検出波形（３ｃｄ）に位相の反転が有る場合には前記丸棒材（４）に表層疵（４２）があるものと判定することを特徴とする。

【0007】

本第１発明においては、超音波反射波の疵検出波形における位相の反転の有無によって、丸棒材に生じた表面疵と表層疵を確実に区別して検出することができる。

【0008】

本第２発明では、前記超音波受発振器（１）を前記丸棒材（４）に対し一定間隔を保ちつつ同心状に相対旋回移動させる。

【0009】

本第３発明では、前記所定の屈折角を３０°〜７０°とする。

【0010】

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

【発明の効果】

【0011】

以上のように、本発明の丸棒材の超音波探傷方法によれば、表面粗さや支持部の有無に影響されることなく、表面疵と表層疵を区別して正確に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】超音波受発振器の断面図である。

【図2】超音波受発振器の圧電振動子の入出力波形を示す図である。

【図3】超音波受発振器の出力超音波の波形を示す図である。

【図4】丸棒材内での超音波経路を示す断面図である。

【図5】丸棒材内での超音波経路を示す断面図である。

【図6】表面疵からの反射波の波形を示す図である。

【図7】表層疵からの反射波の波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

【0014】

図１には本発明方法で使用する、パルス持続時間が短い広帯域の超音波を出力する超音波受発振器の一例を示す。図１において、超音波受発振器１は一端が開放する筒状のハウジング１１を有し、その開口を閉鎖するように板状の圧電振動子１２が配設されている。圧電振動子１２の前面には金属製の前板１３が接合されている。圧電振動子１２の背後のハウジング１１内には超音波減衰特性に優れた樹脂材等よりなるダンパ層１４が設けられており、ダンパ層１４の中心穴１４１内に圧電振動子１２へ至る給電線１５が挿通してある。

【0015】

圧電振動子１２に図２（１）に示すような近接する一対の矩形波パルス電圧２ａ，２ｂを印加する。これら一対のパルス電圧２ａ，２ｂは、それぞれ例えば７ＭＨｚの高周波の１／２波長分持続し、かつ両者の間隔を１／２波長分離す。このようにすると、最初のパルス電圧２ａの印加で図２（２）に示すように、次第に減衰する（図中鎖線で示す）７ＭＨｚの超音波３ａが発生し、続くパルス電圧２ｂの印加で図２（３）に示すように、一波長遅れた、同様に減衰する（図中鎖線で示す）７ＭＨｚの超音波３ｂが発生する。

【0016】

この結果、圧電振動子１２からは図２（４）に示すような、上記超音波３ａ，３ｂが合成された超音波３ｃが出力される。合成された出力超音波３ｃは山波が重畳されて１．５波目くらいが他に比して強くなる（振幅が大きくなった）とともに、波数は十分少ないものとなる。

【0017】

出力超音波３ｃの実際の波形の一例を図３に示す。図３より明らかなように、相対的に振幅（強度）の小さい前後一対の正の波形の間に、相対的に振幅（強度）の大きい負の波形が存在し正負の強度差が大きく、０．５μｓの間に３．５波が存在する十分に波数の少ない広帯域のものである。

【0018】

超音波受発振器１の圧電振動子１２から出力される上記超音波３ｃを丸棒材４の外周面から、図４、図５に示すように所定の屈折角θで内部へ入射させる。ここで、θは３０°〜７０°の範囲にすることが多い。この状態で超音波受発振器１を丸棒材４に対し一定間隔を保ちつつ同心状に相対旋回移動させた場合、図４に示すように丸棒材４の外周面に開放する表面疵４１が生じていると、当該表面疵４１部分に至った超音波３ｃのうちの一部は、表面疵４１で反射させられて丸棒材の表面に向かう。この際、空気の音響インピーダンスは丸棒材を構成する金属材の音響インピーダンスに比して非常に（５桁程度）小さいため、金属材中からこれと空気との境界へ入射することになる超音波は表面疵４１での反射でその位相が反転する。そして、同様の条件となる丸棒材４の表面での反射の際にさらに位相が反転して、その反射波３ｃr1は結局、入射超音波３ｃの位相と同一で、あたかも位相の反転が生じなかったような波形で超音波受発振器１に戻る。

【0019】

これに対して、図５に示すように丸棒材４の表面直下に表層疵４２が生じていると、入射超音波３ｃのうちの一部は表層疵４２の表面で直接反射し、これは金属材中からこれと空気との境界へ入射することになるため位相が反転した反射波３ｃr2となって超音波受発振器１に戻る。これら反射波３ｃr1,３ｃr2が超音波受発振器１に戻るまでの時間は同程度になることから、この時間範囲に反射波検出ウィンドウを設定して疵検出波形を捉えることにより、当該疵検出波形の位相反転の有無によって、丸棒材４に表面疵４１を生じているか表層疵４２を生じているかを確実に判定することができる。

【0020】

ここで、φ３８ｍｍの白皮丸棒鋼に、Ｒ０．３ｍｍの丸溝を表面疵として形成し、また表層直下１ｍｍの位置にφ０．６ｍｍの横穴を表層疵として形成して、屈折角（θ）４４°で図３に示す出力超音波３ｃを丸棒鋼内に入射させて得られた反射波の一例を図６、図７に示す。図６に示す反射波における疵検出波形３ｃｄは、相対的に振幅（強度）の小さい前後一対の正の波形の間に、相対的に振幅（強度）の大きい負の波形が存在する、出力超音波３ｃと同相のものとなっており、位相の反転が無いことから、丸棒鋼に表面疵があると判定できる。

【0021】

一方、図７に示す反射波における疵検出波形３ｃｄは、相対的に振幅（強度）の小さい前後一対の負の波形の間に、相対的に振幅（強度）の大きい正の波形が存在する、出力超音波３ｃとは逆相のものとなっており、位相の反転が有ることから、丸棒鋼に表層疵があると判定できる。

【符号の説明】

【0022】

１…超音波受発振器、３ｃ…超音波、３ｃｄ…疵検出波形、４…丸棒材、４１…表面疵、４２…表層疵。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】