(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
品質保証上サンプリング検査で十分な被検査材である圧延金属板を挟んでラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子を対向配置し、該ラインフォーカス型超音波送信子からラインフォーカスビームを被検査材に向けてほぼ垂直に送信し、被検査材に入射した超音波と該超音波によって生起された内部欠陥からの反射波をラインフォーカス受信ビームを形成している前記ラインフォーカス型超音波受信子により受信し、受信された超音波を増幅し、反射波のみを抽出した後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出するラインフォーカス型超音波探傷方法において、前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子の対向配置をそれらのラインフォーカスビームのライン方向が前記圧延金属板の圧延方向と平行になるようにし、前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子の走査方向を前記圧延金属板の圧延方向と直交する方向とすることを特徴とするラインフォーカス型超音波探傷方法。
【請求項２】
前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子がそれぞれリニアアレイプローブであることを特徴とする請求項１記載のラインフォーカス型超音波探傷方法。
【請求項３】
ラインフォーカス超音波ビームを品質保証上サンプリング検査で十分な被検査材に向けてほぼ垂直に送信するラインフォーカス型超音波送信子と、被検査材に入射した超音波と該超音波によって生起された内部欠陥からの反射波をラインフォーカス受信ビームによって受信するラインフォーカス型超音波受信子とが被検査材を挟んで対向配置されており、前記ラインフォーカス型超音波受信子で受信した超音波を増幅する受信増幅器と、該受信増幅器で増幅した信号のうち反射波のみを抽出するゲート手段と、抽出した反射波のうち所定の振幅に達した反射波の有無を検出するコンパレータとを有するラインフォーカス型超音波探傷装置において、前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子の対向配置方向をそれらのラインフォーカスビームのラインの方向が前記圧延金属板の圧延方向と平行になるように配置し、走査方向を前記圧延金属板の圧延方向と直交する方向として走査可能としたことを特徴とするラインフォーカス型超音波探傷装置。
【請求項４】
前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子がそれぞれリニアアレイプローブであることを特徴とする請求項３記載のラインフォーカス型超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探傷方法と装置に係り、鋼板をはじめとする圧延金属板の内部の非金属介在物などの内部欠陥の検出を行うのに好適なラインフォーカス型超音波探傷方法と装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
圧延金属板内部に発生する内部欠陥である非金属介在物は幅が５０μｍ  の微細なものであってもプレス成形や絞り加工などにおいて割れの原因となるといわれており、このような微細な内部欠陥を検出することが要求されている。
一般に、圧延金属板内部に発生する非金属介在物などの内部欠陥の検出には、超音波探傷法を用いることが好適である。この方法は、圧延金属板内部に超音波を伝播させ、欠陥による超音波伝播の乱れを検出するものである。
【０００３】
圧延金属板の内部欠陥の形態は圧延方向に伸びたものが多い。これは溶融金属を凝固させた金属片を圧延により主に１方向に引き伸ばすことにより圧延金属板が製造されることに起因する。非金属介在物などの内部欠陥は、この溶融金属を凝固させた金属片を製造する段階で発生するものであり、その後の圧延によって周囲の金属が１方向に引き伸ばされるのに伴い同様に伸ばされて、圧延方向に伸びた形態となるのである。
【０００４】
これらの内部欠陥の探傷は、出荷する圧延金属板全面にわたり実施することが望ましいが、圧延金属板の一定の面積をサンプリング検査し、その結果によって圧延金属板全体を評価する方法でも品質保証上十分な場合もある。
圧延金属板のオンライン全面探傷を行うものとしては、特開平７−２５３４１４号公報をあげることができる。これは、被検査材（圧延金属板）を挟んでラインフォーカス型超音波送信プローブと１次元アレイ型超音波プローブとを対抗させて配置し、送信プローブから帯状超音波ビームを被検査板に向けてほぼ垂直に送信し、被検査板に入射した超音波によって生起された内部欠陥からの反射波を１次元アレイ型超音波プローブによって受信し、受信された超音波信号を増幅し、反射波のみを抽出した後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出することを特徴とする超音波探傷方法である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法を実施するためには、設備が大規模になり設備コストがアップし、ひいては製品コストがアップすることとなる。そして、製品の用途からして品質保証上サンプリング検査で十分な（つまりは加工条件が厳しくない）圧延金属板の探傷に特開平７−２５３４１４号公報の方法を適用した設備を用いることは、いたずらに製品の製造コストを上昇させるのみで不経済といわざるを得ない。
【０００６】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、設備をいたずらに大規模化させる必要がなく、圧延金属板の全面ではなくサンプリングした一部分を探傷するのに適し、かつ欠陥反射波のＳ／Ｎ比を向上させることが可能な超音波探傷方法および装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、品質保証上サンプリング検査で十分な被検査材である圧延金属板を挟んでラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子を対向配置し、該ラインフォーカス型超音波送信子からラインフォーカス超音波ビームを被検査材に向けてほぼ垂直に送信し、被検査材に入射した超音波と該超音波によって生起された内部欠陥からの反射波をラインフォーカス受信ビームを形成している前記ラインフォーカス型超音波受信子により受信し、受信された超音波を増幅し、反射波のみを抽出した後に所定の振幅に達した反射波の有無を検出するラインフォーカス型超音波探傷方法において、前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子の対向配置をそれらのラインフォーカスビームのラインの方向が前記圧延金属板の圧延方向と平行になるようにし、前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子の走査方向を前記圧延金属板の圧延方向と直交する方向とすることを特徴とするラインフォーカス型超音波探傷方法により、上記課題を解決したものである。
【０００８】
さらに、前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子をそれぞれリニアアレイプローブとすることが好適であることを見出したものである。
また本発明は、ラインフォーカス超音波ビームを品質保証上サンプリング検査で十分な被検査材に向けてほぼ垂直に送信するラインフォーカス型超音波送信子と、被検査材に入射した超音波と該超音波によって生起された内部欠陥からの反射波をラインフォーカス受信ビームにより受信するラインフォーカス型超音波受信子とが圧延金属板を挟んで対向配置されており、前記ラインフォーカス型超音波受信子で受信した超音波を増幅する受信増幅器と、該受信増幅器で増幅した信号のうち反射波のみを抽出するゲート手段と、抽出した反射波のうち所定の振幅に達した反射波の有無を検出するコンパレータとを有するラインフォーカス型超音波探傷装置において、前記ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子の対向配置方向をそれらのラインフォーカスビームのラインの方向が前記圧延金属板の圧延方向と平行になるように配置し、走査方向を前記圧延金属板の圧延方向と直交する方向として走査可能としたことを特徴とするラインフォーカス型超音波探傷装置を提供するものである。
【０００９】
さらに前記装置において、ラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子をそれぞれリニアアレイプローブとすることが好適であることを見出したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿い本発明を詳細に説明する。
図２は、本発明における圧延機の圧延方向とビームのライン方向及び走査方向の関係を示す概念図である。圧延金属板である被検査板１０を挟んでラインフォーカス型超音波送信子２０とラインフォーカス型超音波受信子３０とを対向させて配置し、これらラインフォーカス型超音波送信子２０およびラインフォーカス型超音波受信子３０と被検査板１０との間には、超音波伝播媒質として例えば水７０が介在される。ラインフォーカス型超音波送信子２０およびラインフォーカス型超音波受信子３０としては、ラインフォーカス型の単素子プローブまたはラインフォーカス型のリニア（１次元）アレイプローブを用いることができる。ラインフォーカス型超音波送信子２０から送信されるラインフォーカス超音波ビーム２１およびラインフォーカス型超音波受信子３０により形成されるラインフォーカス受信ビーム３１のラインの方向（非集束方向）が圧延方向と平行となるように、ラインフォーカス型超音波送信子２０とラインフォーカス型超音波受信子３０とを配置し、ラインフォーカス型超音波送信子２０とラインフォーカス型超音波受信子３０とを圧延方向と直交する方向に走査する。
【００１１】
圧延金属板の内部欠陥１５の形態は圧延方向に伸びた形態となることが多いが、内部欠陥１５の伸びた方向（圧延方向）と、ラインフォーカス超音波ビーム２１およびラインフォーカス受信ビーム３１のライン方向となす角度θとを図３に示すように平面的に変化させて、圧延金属板にある内部欠陥１５からの反射波の高さと前記角度θとの関係を調査した結果を図４に示す。この調査は、板厚２．０ｍｍ  の鋼板に存在する幅５０μｍ、長さ２００  μｍの非金属介在物からなる内部欠陥１５をサンプルとして用い、周波数２５ＭＨｚ  、ラインフォーカスビームの幅Ｗ（ライン方向の長さ）が６ｍｍ、水中での焦点距離が３８ｍｍのラインフォーカス型超音波送信子とラインフォーカス型超音波受信子を用いて行った。図４から、θが０または１８０  °、即ち、ラインフォーカス超音波ビームおよびラインフォーカス受信ビームのラインの方向が内部欠陥の伸びる方向と一致したときに内部欠陥からの反射波の高さが最大となることがわかる。これは内部欠陥からの反射波が欠陥の長さにわたって積算されるためである。このときの内部欠陥からの反射波のＳ／Ｎ比は約３０ｄＢであったが、参考のために周波数２５ＭＨｚ  、振動子径６ｍｍ、水中での焦点距離が３８ｍｍの点焦点型超音波プローブを用い、従来法のパルス反射法で欠陥に焦点を合わせて同一の欠陥サンプルを探傷したときの欠陥反射波のＳ／Ｎ比は約１６ｄＢであった。これにより、本発明の方法によれば従来法よりも１０ｄＢ以上高いＳ／Ｎ比で欠陥検出が可能であることが確認できた。ラインフォーカス型超音波送信子２０から送信されるラインフォーカス超音波ビーム２１およびラインフォーカス型超音波受信子３０により形成されるラインフォーカス受信ビーム３１のラインの方向（非集束方向）を圧延方向と平行となるようにすることは、一般的な圧延方向に伸びた内部欠陥を検出するのに最適な方法といえる。
【００１２】
また、本発明の方法では１回の超音波送受信によってラインフォーカスビームのライン方向の長さ分の線状領域の探傷が可能であり、ラインフォーカス型超音波送信子２０とラインフォーカス型超音波受信子３０を圧延金属板である被検査板１０が移送される搬送ライン上で被検査板１０の圧延方向と直交する方向に走査するので、従来の点集束ビームによる探傷に比べ、サンプリング率を大幅に向上させることができる。
【００１３】
以下、本発明の構成の概念を示す図１を用いて詳細に説明する。
被検査材１０を挟んでラインフォーカス型超音波送信子２０とラインフォーカス型超音波受信子３０を対向させて配置する。これらと被検査材１０との間には超音波伝播媒質として例えば水７０が介在される。ここではラインフォーカス型超音波送信子２０とラインフォーカス型超音波受信子３０はともにラインフォーカス型リニア（１次元）アレイプローブを適用している。（以下、ラインフォーカス型超音波送信子２０とラインフォーカス型超音波受信子３０とをあわせてプローブ対４０と称する。）ここで、それぞれがラインフォーカス型リニア（１次元）アレイプローブであるラインフォーカス型超音波送信子２０とラインフォーカス型超音波受信子３０の素子数をＮＴとＮＲとする。ＮＴとＮＲの数は例えばそれぞれ１０である。プローブ対４０は図示を省略している支持装置により支持されている。支持装置はやはり図示を略した走査装置によって被検査板１０の圧延方向と直交する方向に走査される。ラインフォーカス型超音波送信子２０には、素子数ＮＴと同数の電気パルス送信器５１１  〜５１ＮＴが素子ごとに接続されている。電気パルス送信器には、それぞれ１個ないし複数個（図１では１個）の同期信号発生器５０が接続され、電気パルス送信器が電気パルスを全台同時にあるいは複数台同時に（図１では全台同時に）送信するためのクロックパルスを出力する。同期信号発生器５０からのクロックパルスを受け、電気パルス送信器から電気パルスが送信され、ラインフォーカス型超音波送信子２０の各素子に印加されラインフォーカス超音波ビーム２１１  〜２１ＮＴが送信される。（図１では全素子同時に送信される。）送信されたラインフォーカス超音波ビームは、水中を伝播して被検査板１０の表面に達し、つぎに被検査板１０の内部に入射するとほぼ板厚方向に伝播していく。このとき、その伝播経路に内部欠陥が存在するとラインフォーカス超音波ビームがこれにより反射されることになる。この反射波は、被検査板１０の表面または裏面で反射されて、被検査板１０を通り抜けて水中に伝播していき、ラインフォーカス型超音波受信子３０のラインフォーカス受信ビーム３１１  〜３１ＮＲによりラインフォーカス型超音波受信子３０に受信される。この反射波がラインフォーカス型超音波受信子３０のどの素子に受信されるかは内部欠陥の被検査板１０での長手方向位置によって決まることになる。ラインフォーカス型超音波受信子３０に受信された反射波は、ふたたび電気信号に変換されて受信増幅器５２１  〜５２ＮＲによって増幅される。そしてゲート手段５３１  〜５３ＮＲによって内部欠陥からの反射波のみが抽出されてコンパレータ５４１  〜５４ＮＲに送られる。コンパレータ５４１  〜５４ＮＲは振幅が所定レベル以上の反射波が入射されると電気パルスを出力する。これが内部欠陥の検出信号となる。
【００１４】
【実施例】
以上のように構成した超音波探傷装置を用いて、板幅１０００ｍｍ、板厚２．０ｍｍ  の鋼板を探傷した。リニアアレイプローブであるラインフォーカス型超音波送信子２０の素子数を１０とする。個々のラインフォーカス型超音波受信子３０の各素子から送信されるラインフォーカス超音波ビームの幅Ｗ（ライン方向の長さ）を６ｍｍとする。また、ラインフォーカス型超音波受信子３０の素子数も１０とする。個々の素子により形成されるラインフォーカス受信ビームの幅Ｗ（ライン方向の長さ）を６ｍｍとしたところ、１つのプローブ対４０により６０ｍｍ長さの線状領域の探傷が可能であることを確認できた。
【００１５】
被検査板から前記の本発明の装置で検出された非金属介在物を含む部分を切り出してＣスキャン超音波探傷装置（超音波により２  次元の内部欠陥映像を測定表示する検査装置）で精密に評価した結果、本発明により３０μｍ程度までの微小な内部欠陥を検出可能であることが確認できた。
【００１６】
【発明の効果】
圧延金属板などの被検査板の中の介在物に起因する微小な内部欠陥を高いＳ／Ｎ比で検出することが可能であり、サンプリング検査におけるサンプリング率を大幅に向上させることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波探傷の構成を示す概念図である。
【図２】本発明における圧延機の圧延方向とビームのライン方向及び走査方向の関係を示す概念図である。
【図３】内部欠陥の伸びる方向である圧延方向とラインフォーカスビームのライン方向とのなす角度θについての説明図である。
【図４】欠陥からの反射エコー高さと角度θとの関係を説明する図である。
【符号の説明】
１０        被検査板
１５        内部欠陥
２０        ラインフォーカス型超音波送信子
２１        ラインフォーカス超音波ビーム
３０        ラインフォーカス型超音波受信子
３１        ラインフォーカス受信ビーム
４０        プローブ対
５０        同期信号発生器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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