(57)【要約】【課題】エンジンバルブの母材と肉盛部との境界に生じる隙間欠陥を確実に検出して、肉盛部の剥離を未然に防止する。【解決手段】バルブシートに当接するエンジンバルブ１の傘部１２のバルブフェース１２２に耐摩耗性金属材の肉盛を施したエンジンバルブの肉盛部の検査方法であって、超音波探触子２１からの点集束超音波ビームＵＳを、平面状のバルブ傘表１２４の表面に入射させて、当該表面で屈折した超音波ビームＵＳを肉盛部１３と傘部１２の母材との境界に対し略直角でかつ所定範囲に集束するように入射させ、境界からの反射波の状態より肉盛部１３の良否を判定する。  【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブシートに当接するエンジンバルブの傘部のバルブフェースに耐摩耗性金属材の肉盛を施したエンジンバルブの肉盛部の検査方法であって、超音波探触子からの点集束超音波ビームを、平面状のバルブ傘表の表面に入射させて、当該表面で屈折した前記超音波ビームを前記肉盛部と前記傘部の母材との境界に対し略直角でかつ所定範囲に集束するように入射させ、前記境界からの反射波の状態より前記肉盛部の良否を判定するようにしたエンジンバルブの肉盛部の検査方法。
【請求項２】
バルブシートに当接するエンジンバルブの傘部のバルブフェースに耐摩耗性金属材の肉盛を施したエンジンバルブの肉盛部の検査方法であって、超音波探触子からの点集束超音波ビームを、平面状のバルブ傘表の表面に入射させて、当該表面で屈折した前記超音波ビームを前記肉盛部と前記傘部の母材との境界に対し略直角でかつ所定範囲に集束するように入射させ、前記境界からの反射波のエコー高さと前記肉盛部の表面からの反射波のエコー高さとの相関関係より前記肉盛部の良否を判定するようにしたエンジンバルブの肉盛部の検査方法。
【請求項３】
前記境界からの反射波が生じてから前記肉盛部の表面からの反射波が生じるまでの時間より前記肉盛部の肉厚を判定するようにした請求項１又は２に記載のエンジンバルブの肉盛部の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンバルブの肉盛部の検査方法に関し、特に、超音波を使用した検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンバルブでは、シリンダ吸排気口のバルブシートに当接するバルブフェースの表面に、高温の衝突摩擦に耐えるコバルト合金等を肉盛りして用いる。そこで、特許文献１には、フェライトスコープを使用してエンジンバルブの肉盛部の良否判定を非破壊的に行う検査装置が示されている。これは、肉盛部にフェライトスコープ本体を押し付けて、当該肉盛部の鉄量を測定するものである。
【特許文献１】実開平６−７２０４０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の検査装置は、肉盛部の鉄量からその良否を判定するものであるが、肉盛材料の成分は良好でも、エンジンバルブの母材と肉盛部の境界に隙間が生じていると、将来的に肉盛部が剥離するおそれがある。
【０００４】
そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、エンジンバルブの母材と肉盛部との境界に生じる隙間欠陥を確実に検出して、エンジン作動中におけるエンジンバルブの肉盛部の剥離を未然に防止できるエンジンバルブの肉盛部の検査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】
【０００５】
上記目的を達成するために、本第１発明では、バルブシートに当接するエンジンバルブ（１）の傘部（１２）のバルブフェース（１２２）に耐摩耗性金属材の肉盛を施したエンジンバルブの肉盛部の検査方法であって、超音波探触子（２１）からの点集束超音波ビーム（ＵＳ）を、平面状のバルブ傘表（１２４）の表面に入射させて、当該表面で屈折した超音波ビーム（ＵＳ）を肉盛部（１３）と傘部（１２）の母材との境界（１２３）に対し略直角でかつ所定範囲に集束するように入射させ、上記境界（１２３）からの反射波の状態より肉盛部（１３）の良否を判定する。
【０００６】
本発明においては、上記境界で反射される反射波の大きさによって、境界に生じる隙間欠陥の有無を確実に判定することができる。本発明のように点集束ビームを使用することにより、例えば０．５ｍｍ直径程度の狭小な領域に生じる隙間欠陥も良好に検出することができる。
【０００７】
本第２発明では、バルブシートに当接するエンジンバルブ（１）の傘部（１２）のバルブフェース（１２２）に耐摩耗性金属材の肉盛を施したエンジンバルブの肉盛部の検査方法であって、超音波探触子（２１）からの点集束超音波ビーム（ＵＳ）を、平面状のバルブ傘表（１２４）の表面に入射させて、当該表面で屈折した超音波ビーム（ＵＳ）を肉盛部（１３）と傘部（１２）の母材との境界（１２３）に対し略直角でかつ所定範囲に集束するように入射させ、上記境界（１２３）からの反射波のエコー高さと肉盛部（１３）の表面からの反射波のエコー高さとの相関関係より肉盛部（１３）の良否を判定する。本第２発明によれば、さらに確実な良否判定が可能となる。
【０００８】
本第３発明では、本第１発明ないし本第２発明の構成に加えて、上記境界（１２３）からの反射波が生じてから肉盛部（１３）の表面からの反射波が生じるまでの時間より肉盛部（１３）の肉厚を判定する。本第３発明によれば、肉盛部の厚みを非破壊で検出することができる。
【０００９】
なお、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】
【００１０】
本発明のエンジンバルブの肉盛部の検査方法によれば、エンジンバルブの母材と肉盛部との境界に生じる隙間欠陥を確実に検出して、エンジン作動中におけるエンジンバルブの肉盛部の剥離を未然に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
（第１実施形態）
図１にはエンジンバルブの肉盛部を検査する本発明方法の一例を示す。図１において、エンジンバルブ１は軸部１１と、その先端で円形傘状に拡径した傘部１２とで構成されており、弁閉鎖時にバルブシートに当接する傘裏１２１外周のバルブフェース１２２は、表面全周が凹陥させられてここに高温の衝突摩擦に耐えるコバルト合金等の耐熱耐摩耗性金属材が肉盛りされて肉盛部１３となっている。
【００１２】
そして、このような傘部１２には水中でその傘表１２４に、探傷器２の超音波探触子２１から出力された超音波ビームＵＳが入射し、この超音波ビームＵＳは傘表１２４表面で屈折させられて肉盛部１３に至っている。上記超音波探触子２１は点集束型で、その仕様は例えば、超音波周波数２０ＭＨｚ、振動子径０．３７５ｉｎｃｈ、水中焦点距離２ｉｎｃｈ（５０．８ｍｍ）、有効ビーム径０．５ｍｍ（−６ｄＢ）である。
【００１３】
図２には上記肉盛部１３の詳細を示す。肉盛部１３はその主要部が１ｍｍ厚の略平行面で形成されており、肉盛部１３の表面、すなわちバルブフェース１２２の表面は傘表１２４表面に対して４５度の角度をなす傾斜面となっている。このような肉盛部１３に対して傘表１２４側より直角となるように超音波を入射させる。このためには、傘表１２４表面での屈折角を４５度にする必要があり、この時の入射角θは、水中での音速１４８０ｍ／ｓと、バルブ母材鋼中での音速５９００ｍ／ｓより、下式（１）で計算されて、１０度となる。
【００１４】
ｓｉｎθ＝１４８０・ｓｉｎ４５°／５９００…（１）
【００１５】
そして、超音波ビームＵＳの中心軸ＡＸの入射点から、肉盛部１３とバルブ母材の境界である凹陥部底面１２３までの距離が例えば３．７４ｍｍであるとすると、集束する超音波ビームＵＳの焦点を上記境界１２３に合わせるには、超音波探触子２１を、下式（２）で計算される距離ｒ（本実施形態では３５．９ｍｍ）（図１）だけ傘表１２４表面から離して水中に設置する。
【００１６】
ｒ＝５０．８（ｍｍ）−３．７４（ｍｍ）・５９００／１４８０…（２）
【００１７】
超音波探触子２１から超音波ビームＵＳを発してその反射波を受信すると、凡そ図３に示すような探傷波形が得られる。このうちパルスａは探触子２１から超音波が発射された時の送信波、パルスbは水中から傘表１２４表面に超音波が入射した時の傘表１２４からの反射波、パルスｃはバルブ母材と肉盛部１３との境界１２３における反射波、パルスｄは肉盛部１３表面から水中に超音波が抜ける時の肉盛部１３表面の反射波である。このうちパルスｃのエコー高さが、母材と肉盛部の境界１２３に生じる隙間欠陥の面積に応じて高くなる。
【００１８】
実際に検査を開始するに当たっては、探傷器２、すなわち超音波探触子２１を首振り角度１０度に調整するとともに、校正試験用エンジンバルブを保持装置によって支持させる。校正試験用エンジンバルブには図２の鎖線で示すように、肉盛部１３の略中央にその表面から凹陥部の底面（母材との境界）１２３に至る、本実施形態では深さ１ｍｍで、直径０．５ｍｍの平底穴１３１を形成して、上記境界１２３に擬似的な隙間欠陥（φ０．５ｍｍの平穴）を生じさせてある。この状態で、超音波探触子２１からの超音波ビームＵＳが平底孔１３１の底面（すなわち境界１２３）に入射するように探傷器２の姿勢を調節するとともに、このときの反射波パルスｃのエコー高さが最大スケールの６０％になるように探傷器２の感度を調整する。
【００１９】
以上の調整を行った後、検査対象となるエンジンバルブ１を保持装置に支持させて超音波ビームＵＳを肉盛部１３に入射させつつ、上記エンジンバルブ１を軸部１１回りに回転させて肉盛部１３全周について探傷波形を得る。このときの欠陥判定は例えば次のように行う。
【００２０】
反射波パルスｃのエコー高さが６０％を超える場合にはその部分に単独の隙間欠陥があると判定する。また、反射波パルスｃのエコー高さが３０％となる区間が回転方向に２ｍｍ以上あるいは５度以上連続する場合にはその部分に連続した隙間欠陥があると判定する。近接した欠陥については、以下のように扱う。図４に示すように、長さＩ１と長さＩ2の隙間欠陥が間隔Ｌだけ離れて検出された場合に、Ｌ≦Ｉ1ないしＬ≦Ｉ2ならばこれらは同一の隙間欠陥とする。一方、Ｌ＞Ｉ1かつＬ＞Ｉ2の場合にはそれぞれ独立した隙間欠陥とする。このように周方向へ探傷することで、剥離に相当する面積の境界部分を検出することができる。なお、得られた波形を画像処理し、バルブ円周に対する欠陥位置を一見できるマップを作成するものとしても良い。
【００２１】
本実施形態ではφ５０ｍｍ程度の大きさのバルブの欠陥検出について説明した。欠陥検出には、傾斜タイプの探触子を傘表に直接あてて探傷することも考えられるが、かかるサイズのバルブに対応するためには、かなり小型の探触子を作りこむ必要がある。これに対して、本願の方法では、所定距離離間させて探傷するため、探触子のサイズの制約をほとんど受けない。また、バルブサイズが小さくなっても、焦点距離を変更することで柔軟に対応できる。なお、本実施形態では、反射波を安定的に検出するために水浸方式を採用したが、空気中で探傷を行っても良い。この場合は、水の音速を空気の音速に代えて、諸条件を決定すれば良い。
【００２２】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では境界１２３における反射波パルスｃのエコー高さのみで隙間欠陥の有無を判定したが、例えば図５に示すように、入射する超音波ＵＳ１に対して境界１２３に生じた隙間欠陥Ｅが傾いている場合には、反射波パルスｃは、隙間欠陥Ｅの表面のうち入射超音波ＵＳ１に対してほぼ垂直な面（図５中太線とした部分）からしか得られない。このため、反射波パルスｃのエコー高さは低くなる。そしてこの場合は、隙間欠陥Ｅの存在によって、肉盛部１３表面における反射波パルスｄも少なくなり、そのエコー高さは低くなる。そこで、例えば図６（１）に示すように、反射波パルスｄのエコー高さが十分高い場合には第１実施形態で説明したように隙間欠陥Ｅの有無の判定基準を最大スケールの６０％に設定し、反射波パルスｄのエコー高さが所定値よりも低くなった場合には図６（２）に示すように、隙間欠陥Ｅの有無の判定基準を最大スケールの３０％に低下させる。このように境界１２３からの反射波パルスｃのエコー高さと肉盛部１３の表面からの反射波ｄのエコー高さとの相関関係より、さらに確実な欠陥判定を行うことができる。
【００２３】
（第３実施形態）
上記第１および第２実施形態において、さらに、図７に示すように反射波パルスｃが生じてから反射波パルスｄが生じるまでの時間ｔ1と肉盛部１３内での音速５９００ｍ／ｓより、下式（３）で肉盛部１３の厚さＤを算出することができる。これにより、隙間欠陥の検出と同時に、肉盛部１３の厚みも非破壊で検出することができる。なお、反射波パルスｃは母材と肉盛部との境界での反射波であるため、境界に欠陥が無い場合にもそのエコー高さは低くなるものの検出可能である。したがって、反射波パルスｃを使用することによって、肉盛部の厚さをバルブ全周にわたって非破壊で検出することができる。
【００２４】
Ｄ＝ｔ1×５９００…（３）    
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態における、検査方法を説明する部分断面概略側面図である。
【図２】エンジンバルブ肉盛部の拡大断面図である。
【図３】超音波探触子で受信される探傷波形を示す図である。
【図４】近接した欠陥の概念図である。
【図５】本発明の第２実施形態における、肉盛部での反射波パルスの発生状態を説明する概念図である。
【図６】超音波探触子で受信される探傷波形の要部を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態における、超音波探触子で受信される探傷波形の要部を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…エンジンバルブ、１２…傘部、１２２…バルブフェース、１２３…境界、１２４…傘表、１３…肉盛部、２１…超音波探触子、ＵＳ…超音波ビーム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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