JP2002031625A - Method for measuring hardness - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for measuring a hardness of a specimen whereby the hardness can be correctly and speedily evaluated in a nondestructive manner even when a thickness of the specimen is unknown or when the thickness of the specimen varies depending on points. SOLUTION: While an ultrasonic probe 10 is moved along a direction in which the specimen 20 is prevented from changing in shape, ultrasonic waves are brought into the specimen 20. At this time, an arrival time difference between front face echoes and bottom face echoes is measured with the use of the ultrasonic probe 10, and a propagation time of the ultrasonic waves reciprocating in the specimen 20 is measured. Then, a sound velocity change rate of the ultrasonic waves propagating in the specimen 20 is obtained from a change of the propagation time along the movement direction of the ultrasonic probe 10.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、硬さ測定方法に関
し、特に、プラント用配管、ラインパイプ、油井管等、
接合された金属管の接合部近傍の硬さを非破壊で検査す
る方法として好適な硬さ測定方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for measuring hardness, and more particularly to piping for plants, line pipes, oil well pipes, and the like.
The present invention relates to a hardness measuring method suitable as a method for non-destructively inspecting the hardness of a joined metal tube in the vicinity of a joint.

【０００２】[0002]

【従来の技術】金属材料は、一般に、種々の加工が施さ
れた状態で使用されるが、その材質あるいは加工条件に
よって、加工部分が硬化する場合がある。例えば、拡散
接合法、溶接法、ロウ付け法等の冶金的接合法は、１つ
の材料に対して他の材料を付加する加工方法であるが、
接合時に被接合材の加熱を伴うことを特徴とする。従っ
て、被接合材が焼入れ性の高い材料である場合には、接
合条件によっては接合部近傍に熱影響部が発生し、接合
部近傍が硬化する場合ある。2. Description of the Related Art Generally, a metal material is used after being subjected to various kinds of processing, but a processed portion may be hardened depending on the material or processing conditions. For example, a metallurgical joining method such as a diffusion joining method, a welding method, or a brazing method is a processing method of adding another material to one material.
It is characterized in that the material to be joined is heated at the time of joining. Therefore, when the material to be joined is a material having high hardenability, a heat-affected zone is generated near the joint depending on the joining conditions, and the vicinity of the joint may be hardened.

【０００３】例えば、高い耐食性を有するマルテンサイ
ト系ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４２０など。）は、
一般に焼き戻した状態で使用されるので、接合前の硬さ
はビッカース硬さで２５０程度である。しかしながら、
マルテンサイト系ステンレス鋼を拡散接合法、溶接法等
を用いて接合すると、熱影響部の硬さは、Ｈｖ５００以
上（試験荷重３Ｎ）にも達する場合がある。これは、接
合時に金属管がオーステナイト組織（Ａ１変態点以上）
まで加熱された後、急冷されると、微細で、かつ、著し
く硬いマルテンサイト組織に変態するためである。For example, martensitic stainless steel having high corrosion resistance (for example, SUS420, etc.)
Since it is generally used in a tempered state, the hardness before joining is about 250 in Vickers hardness. However,
When martensitic stainless steel is joined using a diffusion joining method, a welding method, or the like, the hardness of the heat-affected zone may reach Hv 500 or more (test load 3 N). This is because the metal tube has an austenitic structure at the time of joining (A1 transformation point or higher)
This is because when the material is rapidly cooled after being heated to a high temperature, it transforms into a fine and extremely hard martensite structure.

【０００４】接合部が硬化すると伸びが低下し、機械的
特性に悪影響を及ぼす。従って、このような場合には、
接合後に焼き戻し処理を行い、硬度が小さく耐食性に優
れた焼戻しマルテンサイト組織とした状態で使用される
のが一般的である。また、得られた接合体の品質を保証
するためには、接合部における欠陥の有無、形状不連続
の程度、接合部近傍の結晶粒の大きさ等の他に、接合部
近傍の硬さを評価することも重要である。[0004] When the joint is hardened, the elongation decreases, which adversely affects the mechanical properties. Therefore, in such a case,
It is generally used in a state where a tempering treatment is performed after joining to form a tempered martensite structure having low hardness and excellent corrosion resistance. In addition, in order to guarantee the quality of the obtained joined body, in addition to the presence / absence of defects at the joined portion, the degree of shape discontinuity, the size of crystal grains near the joined portion, and the like, the hardness near the joined portion is determined. It is also important to evaluate.

【０００５】接合部近傍の硬さを測定する方法として
は、種々の方法がある。具体的には、剛体圧子を試料面
に押し込み、その時の荷重及び試験面に生じた永久変形
の大きさから硬さを求める押込硬さ（例えば、ビッカー
ス硬さ、ロックウェル硬さ、ブリネル硬さなど。）試験
法、ハンマーを試験面に衝突させ、試験面から反発する
際のエネルギーから硬さを求める反発硬さ（例えば、シ
ョア硬さなど。）試験法等が知られている。There are various methods for measuring the hardness near the joint. Specifically, a rigid indenter is pushed into the sample surface, and the indentation hardness (for example, Vickers hardness, Rockwell hardness, Brinell hardness) is calculated from the load at that time and the magnitude of the permanent deformation generated on the test surface. There are known a test method, a rebound hardness (for example, Shore hardness, etc.) test method in which a hammer collides with a test surface, and hardness is obtained from energy at the time of rebound from the test surface.

【０００６】また、板厚が既知である試験体に対して超
音波を入射させ、超音波が試験体内を伝搬する際に生じ
る超音波の減衰、音速、周波数等の超音波特性の変化を
求め、超音波特性の変化から硬さを求める方法も知られ
ている。例えば、特開平１１−２８１６３３号公報に
は、軸対称の試験体の外周に、その音軸が対向するよう
に送信用及び受信用の超音波探触子を配置し、超音波を
試験体の弦方向に透過させ、透過した超音波の超音波特
性の変化を用いて、試験体の内部硬度を測定する硬化層
評価装置が開示されている。Further, ultrasonic waves are made incident on a test body having a known plate thickness, and changes in ultrasonic characteristics such as attenuation, sound speed, and frequency of the ultrasonic waves generated when the ultrasonic waves propagate through the test body are obtained. There is also known a method of obtaining hardness from changes in ultrasonic characteristics. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-281633 discloses that a transmitting and receiving ultrasonic probe is arranged on the outer periphery of an axisymmetric test body so that the sound axes thereof are opposed to each other, and the ultrasonic wave is applied to the test body. There is disclosed a hardened layer evaluation apparatus for measuring the internal hardness of a test sample by using a change in the ultrasonic characteristics of the transmitted ultrasonic wave transmitted in the chord direction.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、押込硬
さ試験法は、試験面に圧子による永久変形が残るので、
高い特性が要求される製品の全数検査に用いることはで
きない。一方、反発硬さ試験法は、試験面に永久変形が
残らないので、製品の全数検査も可能であるが、丸棒、
管など試験面が曲面である場合には、硬さを正確かつ迅
速に測定するのは困難である。However, in the indentation hardness test method, since permanent deformation due to the indenter remains on the test surface,
It cannot be used for 100% inspection of products requiring high characteristics. On the other hand, in the rebound hardness test method, since permanent deformation does not remain on the test surface, it is possible to inspect all products, but round bars,
If the test surface is a curved surface such as a tube, it is difficult to measure the hardness accurately and quickly.

【０００８】これに対し、超音波を用いた硬さ試験法
は、非破壊で試験面の硬さ分布を正確かつ迅速に測定で
きるので、製品の全数検査に好適である。しかしなが
ら、超音波硬さ試験法は、試験体の板厚が既知であるこ
とが前提となるので、板厚が未知である試験体、あるい
は、板厚が場所によって変動する試験体に対しては適用
できないという問題がある。On the other hand, the hardness test method using ultrasonic waves is suitable for 100% inspection of products because the hardness distribution of the test surface can be measured accurately and quickly without destruction. However, the ultrasonic hardness test method is based on the premise that the thickness of the specimen is known, and therefore, the specimen for which the thickness is unknown or the specimen whose thickness varies depending on the location is used. There is a problem that it cannot be applied.

【０００９】また、超音波を軸対象の試験体の弦方向に
透過させ、超音波特性の変化から試験体の内部硬度を評
価する方法の場合、硬さを評価するためには試験体の形
状が既知であることが前提となることに加え、試験体の
形状精度が悪いと、送受信用の超音波探触子を対向させ
るのが難しく、測定精度に劣るという問題がある。In the method of transmitting ultrasonic waves in the chord direction of a specimen to be axially symmetric and evaluating the internal hardness of the specimen from changes in ultrasonic characteristics, the shape of the specimen is required to evaluate the hardness. In addition to the premise that is known, if the shape accuracy of the test specimen is poor, it is difficult to make the transmitting and receiving ultrasonic probes face each other, and there is a problem that the measurement accuracy is poor.

【００１０】本発明が解決しようとする課題は、試験体
の板厚が未知である場合、あるいは、試験体の板厚が場
所によって変動する場合であっても、試験体の硬さを非
破壊で、しかも、正確かつ迅速に評価することが可能な
硬さ測定方法を提供することにある。[0010] The problem to be solved by the present invention is that the hardness of the specimen is non-destructive even when the thickness of the specimen is unknown or when the thickness of the specimen varies depending on the location. Another object of the present invention is to provide a hardness measuring method which can be evaluated accurately and quickly.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明に係る硬さ測定方法は、試験体の形状変化を伴
わない方向に沿って超音波探触子を走査させながら、前
記試験体に対して超音波を入射し、前記試験体中を伝搬
する超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間計測工程と、
前記伝搬時間の変化から、前記試験体の形状変化を伴わ
ない方向に沿った前記音速の変化率を求める音速変化率
算出工程とを備えていることを要旨とするものである。In order to solve the above-mentioned problems, a method for measuring hardness according to the present invention comprises the steps of: scanning an ultrasonic probe along a direction not accompanied by a change in shape of a test object; Ultrasonic wave incident on the body, a propagation time measuring step of measuring the propagation time of the ultrasonic wave propagating in the test body,
A sound velocity change rate calculating step of obtaining a change rate of the sound velocity along a direction not accompanied by a change in the shape of the test object from the change in the propagation time.

【００１２】試験体中における超音波の伝搬時間は、一
般に、試験体の形状及び試験体中における超音波の音速
に応じて変化する。そのため、試験体の形状が未知であ
る場合、あるいは、試験体の形状が場所によって変動す
る場合であっても、形状変化を伴わない方向に沿って伝
搬時間を測定すれば、試験体中における伝搬時間の変化
は、音速の変化にのみ対応したものとなる。一方、試験
体中における超音波の音速と試験体の硬さの間には相関
がある。In general, the propagation time of an ultrasonic wave in a test object changes according to the shape of the test object and the sound speed of the ultrasonic wave in the test object. Therefore, even if the shape of the test piece is unknown or the shape of the test piece varies depending on the location, if the propagation time is measured along a direction that does not accompany the shape change, the propagation Changes in time correspond only to changes in sound speed. On the other hand, there is a correlation between the sound speed of the ultrasonic wave in the specimen and the hardness of the specimen.

【００１３】従って、形状変化を伴わない方向に沿って
超音波の伝搬時間の変化を測定すれば、伝搬時間の変化
率から音速の変化率を算出することができ、算出された
音速の変化率から硬さの変化率を推定することができ
る。Therefore, if the change in the propagation time of the ultrasonic wave is measured along the direction without the shape change, the change rate of the sound velocity can be calculated from the change rate of the propagation time. The rate of change in hardness can be estimated from

【００１４】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る硬さ測定方法
について詳細に説明する。本発明に係る硬さ測定方法
は、伝搬時間計測工程と、音速変化率算出工程とを備え
ている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a method for measuring hardness according to the present invention will be described in detail. The hardness measuring method according to the present invention includes a propagation time measuring step and a sound velocity change rate calculating step.

【００１５】伝搬時間計測工程は、試験体の形状変化を
伴わない方向に沿って超音波探触子を走査させながら、
試験体に対して超音波を入射し、試験体中を伝搬する超
音波の伝搬時間を計測する工程である。In the propagation time measuring step, the ultrasonic probe is scanned along a direction not accompanied by a change in the shape of the test object.
This is a step of irradiating an ultrasonic wave to the test object and measuring a propagation time of the ultrasonic wave propagating in the test object.

【００１６】従って、本発明は、形状が既知である試験
体に対して当然に適用できる他、形状が未知であっても
形状変化を伴わない方向が既知である試験体であれば、
適用可能である。例えば、シームレスパイプは、その製
造方法に起因して、円周方向の肉厚変動は大きいが、長
手方向の肉厚変動は小さいという特徴がある。従って、
シームレスパイプを拡散接合、溶接法等により接合した
ものを試験体とする場合には、シームレスパイプの長手
方向に沿って超音波探触子を移動させればよい。Accordingly, the present invention can be naturally applied to a test body having a known shape, and if the test body has a known direction with no shape change even if the shape is unknown,
Applicable. For example, a seamless pipe is characterized in that the thickness variation in the circumferential direction is large but the thickness variation in the longitudinal direction is small due to the manufacturing method. Therefore,
When a test piece is obtained by joining a seamless pipe by diffusion bonding, welding, or the like, the ultrasonic probe may be moved along the longitudinal direction of the seamless pipe.

【００１７】また、試験体の硬度変化に関する２次元情
報を得たい場合には、まず、伝搬時間を計測しながら試
験体の形状変化を伴わない方向に沿って超音波探触子を
走査させ、次いで、形状変化を伴わない方向と異なる方
向に超音波探触子を所定距離移動させる操作を順次繰り
返すと良い。When it is desired to obtain two-dimensional information relating to the change in hardness of the test piece, first, the ultrasonic probe is scanned along a direction not accompanied by a change in the shape of the test piece while measuring the propagation time. Next, the operation of moving the ultrasonic probe a predetermined distance in a direction different from the direction not accompanied by the shape change may be sequentially repeated.

【００１８】例えば、前述したシームレスパイプ接合体
の場合、まず、超音波探触子を長手方向に沿って所定の
距離だけ走査しながら、伝搬時間を計測する。次に、超
音波探触子を周方向に所定の距離だけ移動させ、再度、
超音波探触子を長手方向に走査し、伝搬時間を計測する
操作を所定回数繰り返すと良い。これにより、接合部近
傍の全周に渡って硬さ分布を計測することができる。For example, in the case of the above-described seamless pipe joint, first, the propagation time is measured while scanning the ultrasonic probe by a predetermined distance along the longitudinal direction. Next, move the ultrasonic probe by a predetermined distance in the circumferential direction, and again,
The operation of scanning the ultrasonic probe in the longitudinal direction and measuring the propagation time may be repeated a predetermined number of times. This makes it possible to measure the hardness distribution over the entire circumference near the joint.

【００１９】伝搬時間の計測方法としては、具体的に
は、単一の超音波探触子を用いて超音波の送受信を行う
パルス反射法、超音波の送信及び受信を別個の超音波探
触子を用いて行う透過法、共振周波数から音速を求める
共振法等があるが、本発明においては、いずれであって
も適用できる。中でも、パルス反射法は、単一の超音波
探触子を用いて伝搬時間を計測できるので、特に、試験
体が管である場合のように、２個の超音波探触子を対向
させるのが困難である場合に有効な方法である。As a method of measuring the propagation time, specifically, a pulse reflection method for transmitting and receiving an ultrasonic wave using a single ultrasonic probe, and a method of transmitting and receiving an ultrasonic wave in separate ultrasonic probes There are a transmission method using a probe, a resonance method for obtaining a sound speed from a resonance frequency, and the like, and any of them can be applied in the present invention. In particular, the pulse reflection method can measure the propagation time using a single ultrasonic probe, so that two ultrasonic probes face each other, such as when the test object is a tube. This is an effective method when it is difficult.

【００２０】図１に、パルス反射法の概念図を示す。図
１に示すように、パルス反射法は、超音波探触子１０か
ら試験体２０に対して超音波を垂直に入射し、表面エコ
ーと底面エコーの到達時間の差を計測する方法である。
なお、超音波探触子１０は、試験体２０から一定の距離
をおいて配置され、超音波探触子１０と試験体２０の間
には、適当な接触媒質を介在させるのが一般的である。
また、接触媒質には、通常、水が用いられる。FIG. 1 shows a conceptual diagram of the pulse reflection method. As shown in FIG. 1, the pulse reflection method is a method in which an ultrasonic wave is vertically incident on a test body 20 from an ultrasonic probe 10 and a difference between arrival times of a surface echo and a bottom surface echo is measured.
The ultrasonic probe 10 is arranged at a certain distance from the specimen 20, and an appropriate couplant is generally interposed between the ultrasonic probe 10 and the specimen 20. is there.
Water is usually used for the couplant.

【００２１】図２に、パルス反射法による受信波形の一
例を示す。試験体２０に向かって送信された超音波の一
部は、まず試験体の表面で反射され、表面エコー（Ｓエ
コー）として観測される。次に、試験体２０に入射した
超音波の一部は、試験体２０の底面において反射され、
１次の底面エコー（Ｂ_１エコー）として観測される。ま
た、Ｂ_１エコーの一部は、さらに表面で反射され、表面
と底面の間で反射を繰り返す、いわゆる多重反射を起
す。従って、ｎ次の底面エコー（Ｂ_ｎエコー）も順次観
測される。FIG. 2 shows an example of a reception waveform by the pulse reflection method. A part of the ultrasonic wave transmitted toward the test object 20 is first reflected on the surface of the test object and observed as a surface echo (S echo). Next, a part of the ultrasonic wave incident on the specimen 20 is reflected on the bottom surface of the specimen 20,
It is observed as first order bottom echo _{(B 1} echo). Further, B ₁ echoes part of, is further reflected by the surface, repeatedly reflected between the surface and the bottom surface, causing the so-called multiple reflection. Therefore, an nth-order bottom echo ( _Bn echo) is also sequentially observed.

【００２２】この場合、ＳエコーとＢ_１エコーの到達時
間の差、及びＢ_ｉエコーとＢ_ｉ＋１エコー（ｎ＝１、
２、３…）の到達時間の差は、いずれも、超音波が試験
体２０の肉厚の２倍に相当する距離を伝搬するに要した
時間に相当する。同様に、ＳエコーとＢ_ｎエコーの到達
時間の差Ｔ_ｎは、超音波が試験体２０の肉厚の２ｎ倍に
相当する距離を伝搬するに要した時間に相当する。本発
明における伝搬時間としては、いずれを用いても良く、
特に限定されるものではない。[0022] In this case, the difference between the S echo and _{B 1} echo arrival time, and _{B i} echo and _{B i + 1} the echo (n = 1,
Each of the differences in the arrival times (2, 3,...) Corresponds to the time required for the ultrasonic wave to propagate over a distance corresponding to twice the thickness of the test body 20. Similarly, the difference between T _n of arrival times of S echo and B _n echo corresponds to the time required to propagate a distance which ultrasound is equivalent to 2n times the thickness of the specimen 20. As the propagation time in the present invention, any may be used,
There is no particular limitation.

【００２３】音速変化率算出工程は、測定された伝搬時
間の変化を用いて、試験体の形状変化を伴わない方向に
沿った音速の変化率を求める工程である。例えば、伝搬
時間としてＳエコーとＢ_ｎエコーの到達時間の差Ｔ_ｎを
用いた場合、測定点における超音波の音速をＶ、測定点
における試験体の肉厚をＬと置くと、Ｔ_ｎ、Ｖ及びＬの
関係は、次の数１の式で表せる。The sound velocity change rate calculating step is a step of using the measured change in the propagation time to determine the change rate of the sound velocity along a direction not accompanied by a change in the shape of the test object. For example, when a difference T _n of S echo and B _n echo arrival time as the propagation time, the ultrasonic sound velocity at the measurement point V, when the thickness of the specimen at the measurement point puts the L, T _n, The relationship between V and L can be expressed by the following equation (1).

【００２４】[0024]

【数１】Ｖ＝２ｎＬ／Ｔ_ｎ V = 2 nL / T _n

【００２５】同様に、音速の変化率を求める際の基準点
におけるＳエコーとＢ_ｎエコーの到達時間の差を
Ｔ_ｎ０、基準点における超音波の音速をＶ_０とすると、
基準点における試験体の肉厚は、ほぼＬに等しいので、
次の数２の式が得られる。Similarly, _assuming that the difference between the arrival times of the S echo and the _Bn echo at the reference point when calculating the rate of change of sound velocity is T _n0 , and the sound velocity of the ultrasonic wave at the reference point is V ₀ .
Since the thickness of the specimen at the reference point is substantially equal to L,
The following equation (2) is obtained.

【００２６】[0026]

【数２】Ｖ_０＝２ｎＬ／Ｔ_ｎ０ ## EQU2 ## V ₀ = 2 nL / T _n0

【００２７】音速変化率（％）は、基準点における音速
Ｖ_０に対する測定点における音速Ｖの増分と定義でき
る。従って、音速変化率は、数１の式及び数２の式を用
いて、次の数３の式のように表せる。The sound velocity change rate (%) can be defined as the increment of sound speed V at the point of measurement for the acoustic velocity V ₀ at the reference point. Therefore, the sound velocity change rate can be expressed by the following equation (3) using the equations (1) and (2).

【００２８】[0028]

【数３】 音速変化率（％）＝（Ｔ_ｎ０／Ｔ_ｎ−１）ｘ１００Equation 3] sound velocity change rate _{(%) = (T n0 /} T n -1) x100

【００２９】次に、本発明に係る硬さ測定方法の作用に
ついて説明する。試験体中における音速と硬さとの間に
は、相関があることが知られている。従って、試験体の
硬さが変化すると、それが音速の変化となって現れる。
しかしながら、数１の式から明らかなように、超音波の
音速Ｖは、試験体の肉厚Ｌ及び試験体中における超音波
の伝搬時間Ｔ_ｎに応じて変化する。そのため、試験体の
肉厚Ｌが未知である場合、あるいは、試験体の肉厚Ｌが
場所によって変動する場合には、伝搬時間Ｔ_ｎのみを計
測しても、音速Ｖの絶対値を求めることはできない。Next, the operation of the hardness measuring method according to the present invention will be described. It is known that there is a correlation between the speed of sound and hardness in a test specimen. Therefore, when the hardness of the test body changes, it appears as a change in the speed of sound.
However, as is clear from Equation 1, the acoustic velocity V of the ultrasound is varied according to the propagation time T _n of the ultrasonic wave in the thickness L and the test body in the test body. Therefore, when the thickness L of the specimen is unknown or, in the case where the thickness L of the specimen varies by location, even if only the measured propagation time T _n, to obtain the absolute value of the sound velocity V Can not.

【００３０】これに対し、試験体の肉厚Ｌが未知である
場合、又は、肉厚Ｌが場所によって変動する場合であっ
ても、肉厚変化を伴わない方向に沿って伝搬時間Ｔ_ｎを
測定すれば、肉厚Ｌをほぼ同等とみなすことができる。
そのため、試験体中における伝搬時間Ｔ_ｎの変化率が測
定されると、数３の式から音速変化率を算出することが
でき、算出された音速変化率から硬さの変化率を推定す
ることができる。[0030] In contrast, when the thickness L of the specimen is unknown, or even when the thickness L is varied depending on the location, the propagation time T _n along a direction with no thickness change If measured, the thickness L can be regarded as substantially equal.
It Therefore, when the rate of change of the propagation time T _n in the specimen is measured, which can be calculated sound velocity change rate from equation (3), to estimate the hardness of the change rate from the calculated sound velocity change rate Can be.

【００３１】例えば、拡散接合されたシームレスパイプ
に対して本発明を適用する場合、図３に示すように、シ
ームレスパイプ３２、３４を端面において拡散接合した
接合体３０の外表面から所定の距離をおいて超音波探触
子２０を配置する。次いで、超音波探触子２０を接合体
３０の長手方向に沿って走査させながら、接合体３０中
における伝搬時間を計測すればよい。For example, when the present invention is applied to a diffusion-bonded seamless pipe, as shown in FIG. 3, a predetermined distance from the outer surface of the joined body 30 in which the seamless pipes 32 and 34 are diffusion-bonded at the end faces. Then, the ultrasonic probe 20 is arranged. Next, the propagation time in the joined body 30 may be measured while scanning the ultrasonic probe 20 along the longitudinal direction of the joined body 30.

【００３２】超音波探触子２０が拡散接合部３６の両側
に広がる熱影響部３８の外側にある場合には、接合体２
０内部を伝搬する超音波の音速はほぼ一定である。しか
しながら、熱影響部３８が硬化している場合には、熱影
響部３８を伝搬する超音波の音速が変化するので、超音
波探触子２０が熱影響部３８に達した時に、伝搬時間の
変化となって現れる。一方、シームレスパイプ３２、３
４は、長手方向の肉厚がほぼ一定と見なすことができ
る。従って、伝搬時間の変化のみを測定すれば、硬化領
域の広さを容易に知ることができる。When the ultrasonic probe 20 is located outside the heat-affected zone 38 extending on both sides of the diffusion bonding section 36, the bonded body 2
The sound speed of the ultrasonic wave propagating inside 0 is almost constant. However, when the heat-affected zone 38 is hardened, the sound speed of the ultrasonic wave propagating through the heat-affected zone 38 changes, so that when the ultrasonic probe 20 reaches the heat-affected zone 38, the propagation time Appears as change. On the other hand, seamless pipes 32, 3
No. 4 can be considered that the thickness in the longitudinal direction is almost constant. Therefore, by measuring only the change in the propagation time, the width of the hardened region can be easily known.

【００３３】なお、シームレスパイプ３２とシームレス
パイプ３４の端面における肉厚が異なる場合、拡散接合
部３６には、段差が発生する。従って、伝搬時間測定の
際の基準点を、例えばシームレスパイプ３２上の一点に
定めた場合、接合部３６を境に伝搬時間に不連続が生じ
ることになる。If the thickness of the end face of the seamless pipe 32 is different from that of the end face of the seamless pipe 34, a step is generated in the diffusion joint 36. Therefore, when the reference point at the time of measuring the propagation time is set to, for example, one point on the seamless pipe 32, a discontinuity occurs in the propagation time at the junction 36.

【００３４】しかしながら、長手方向におけるシームレ
スパイプ３２とシームレスパイプ３４の肉厚の比は、ほ
ぼ一定と見なすことができる。従って、伝搬時間に不連
続がある場合であっても、シームレスパイプ３４におけ
る硬さの変化は、伝搬時間の変化となってそのまま現
れ、硬さ分布を検査する際に問題となることはない。ま
た、伝搬時間測定の際の基準点を、それぞれ、シームレ
スパイプ３２、３４上に別個に定めた場合には、接合部
３６を境とする伝搬時間の不連続を小さくすることがで
きる。However, the ratio of the thickness of the seamless pipe 32 to the thickness of the seamless pipe 34 in the longitudinal direction can be regarded as substantially constant. Therefore, even if there is a discontinuity in the propagation time, a change in hardness in the seamless pipe 34 appears as a change in propagation time as it is, and does not pose a problem when inspecting the hardness distribution. If the reference points for measuring the propagation time are separately set on the seamless pipes 32 and 34, the discontinuity of the propagation time at the junction 36 can be reduced.

【００３５】図４に、シームレスパイプをアーク溶接し
た接合体に対して本発明を適用した例を示す。シームレ
スパイプ４２、４４をアーク溶接した接合体４０の場合
も、上述した拡散接合の場合と同様である。すなわち、
接合体４０から所定の距離をおいて超音波探触子２０を
配置し、次いで、超音波探触子２０を接合体４０の長手
方向に沿って走査させながら、接合体４０中における伝
搬時間の変化を計測すればよい。アーク溶接法の場合、
アーク溶接部４６が周囲よりも盛り上がり、肉厚の不連
続が生じるために、この部分の硬さを評価することはで
きないが、アーク溶接部４６の両側に広がる熱影響部４
８が硬化している場合には、伝搬時間の変化として検出
することができる。FIG. 4 shows an example in which the present invention is applied to a joined body obtained by arc welding a seamless pipe. The case of the joined body 40 obtained by arc welding the seamless pipes 42 and 44 is the same as the case of the diffusion joining described above. That is,
The ultrasonic probe 20 is arranged at a predetermined distance from the bonded body 40, and then, while scanning the ultrasonic probe 20 along the longitudinal direction of the bonded body 40, the propagation time in the bonded body 40 is reduced. What is necessary is just to measure a change. In the case of arc welding,
Since the arc welded portion 46 rises higher than the surroundings and discontinuity of the wall thickness occurs, the hardness of this portion cannot be evaluated, but the heat-affected zone 4 extending on both sides of the arc welded portion 46 cannot be evaluated.
If 8 is hardened, it can be detected as a change in propagation time.

【００３６】[0036]

【実施例】ＳＵＳ４２０製のシームレスパイプを中央で
切断し、端面を加工した後、液相拡散接合法により接合
した。次に、得られた接合体を水槽の中に沈め、図３に
示すように、接合体の長手方向に沿って超音波探触子を
走査させながら、パルス反射法により伝搬時間を測定し
た。さらに、得られた伝搬時間から、数３の式を用い
て、接合体中における超音波の音速変化率を算出した。EXAMPLE A seamless pipe made of SUS420 was cut at the center, the end face was worked, and then joined by a liquid phase diffusion joining method. Next, the obtained joined body was immersed in a water tank, and as shown in FIG. 3, the propagation time was measured by the pulse reflection method while scanning the ultrasonic probe along the longitudinal direction of the joined body. Further, from the obtained propagation time, the sound velocity change rate of the ultrasonic wave in the joined body was calculated by using the equation of Expression 3.

【００３７】次に、接合体を長手方向に切断し、長手方
向の硬さ変化をマイクロビッカース硬度計を用いて測定
した。なお、硬さの測定位置は、肉厚のほぼ中心とし、
試験荷重は、２．９４Ｎとした。Next, the joined body was cut in the longitudinal direction, and the change in hardness in the longitudinal direction was measured using a micro-Vickers hardness meter. In addition, the measurement position of the hardness is approximately the center of the wall thickness,
The test load was 2.94N.

【００３８】図５に、パルス反射法を用いて測定した接
合後の音速変化率の変化を示す。なお、図５において
は、接合された一対のシームレスパイプの内、左側に位
置するシームレスパイプの接合面から８０ｍｍの地点を
基準点として、音速変化率を表示した。また、図６に、
接合後のマイクロビッカース硬さＨｖの分布を示す。図
６より、熱影響部は、接合界面から約±５０ｍｍの領域
に広がっていることがわかる。また、図５より、接合界
面から約±５０ｍｍの領域において、音速変化率の絶対
値が増加しており、本発明に係る方法により、硬さ分布
を測定できることがわかる。FIG. 5 shows the change in the rate of change in sound speed after bonding, measured using the pulse reflection method. In FIG. 5, the rate of change in sound velocity is displayed with a point 80 mm from the joint surface of the seamless pipe located on the left side of the pair of joined seamless pipes as a reference point. Also, in FIG.
4 shows the distribution of the micro-Vickers hardness Hv after bonding. FIG. 6 shows that the heat-affected zone extends to a region of about ± 50 mm from the bonding interface. FIG. 5 shows that the absolute value of the rate of change of sound velocity increases in a region of about ± 50 mm from the bonding interface, and that the hardness distribution can be measured by the method according to the present invention.

【００３９】次に、長手方向に切断された接合体に対し
て、さらに焼戻しを行った。次いで、前述と同様にし
て、パルス反射法により伝搬時間を測定し、音速変化率
を算出した。次に、焼戻された接合体について、前述と
同様にして、長手方向の硬さ変化をマイクロビッカース
硬度計を用いて測定した。Next, the joined body cut in the longitudinal direction was further tempered. Next, in the same manner as described above, the propagation time was measured by the pulse reflection method, and the sound velocity change rate was calculated. Next, the tempered joined body was measured for hardness change in the longitudinal direction using a micro-Vickers hardness meter in the same manner as described above.

【００４０】図７に、パルス反射法を用いて測定した焼
戻し後の音速変化率の変化を示す。なお、図７における
音速変化率は、図５と同様に、左側に位置するシームレ
スパイプの接合面から８０ｍｍの地点を基準点とした。
また、図８に、焼戻し後のマイクロビッカース硬さＨｖ
の分布を示す。図８より、焼戻しによって熱影響部の硬
さＨｖが、母材と同等の値まで低下していることがわか
る。また、図７より、熱影響部の音速変化率の絶対値も
減少しており、焼戻しによる硬度変化を本発明に係る方
法により評価できることがわかる。FIG. 7 shows the change in the rate of change in sound speed after tempering measured using the pulse reflection method. Note that the sound velocity change rate in FIG. 7 was set at a point 80 mm from the joint surface of the seamless pipe located on the left side as in FIG.
FIG. 8 shows the micro-Vickers hardness Hv after tempering.
Is shown. From FIG. 8, it can be seen that the hardness Hv of the heat-affected zone has been reduced to a value equivalent to that of the base material by tempering. In addition, FIG. 7 shows that the absolute value of the rate of change of sound speed in the heat-affected zone also decreased, and that the hardness change due to tempering can be evaluated by the method according to the present invention.

【００４１】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々の改変が可能である。Although the embodiments of the present invention have been described in detail, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It is.

【００４２】例えば、上記実施の形態では、金属管を突
き合わせ接合した接合体に対して本発明を適用した例に
ついて主に説明したが、本発明は、形状変化を伴わない
方向が既知である部材であれば、あらゆる部材に対して
適用可能である。例えば、棒材、板材等の接合体、ある
いは、接合体ではないが、部分的に熱処理を施した部材
であっても、形状変化を伴わない方向が既知である限
り、本発明に係る方法を用いて硬さ分布を評価すること
ができる。For example, in the above-described embodiment, an example in which the present invention is applied to a joined body in which metal tubes are butt-joined has been mainly described. However, the present invention relates to a member in which the direction without shape change is known. If it is, it can be applied to all members. For example, a bar, a bonded body such as a plate, or a bonded body, but not a bonded body, even a partially heat-treated member, as long as the direction without shape change is known, the method according to the present invention is used. Can be used to evaluate the hardness distribution.

【００４３】[0043]

【発明の効果】本発明に係る硬さ測定方法は、試験体の
形状変化を伴わない方向に沿って超音波探触子を走査さ
せながら、前記試験体に対して超音波を入射し、前記試
験体中を伝搬する超音波の伝搬時間を計測する伝搬時間
計測工程と、前記伝搬時間の変化を用いて、前記試験体
の形状変化を伴わない方向に沿った前記音速の変化率を
求める音速変化率算出工程とを備えているので、試験体
の硬さ分布を非破壊で、しかも、正確かつ迅速に測定で
きるという効果がある。According to the hardness measuring method of the present invention, an ultrasonic wave is incident on the specimen while scanning the ultrasonic probe along a direction not accompanied by a change in the shape of the specimen. A propagation time measuring step of measuring a propagation time of an ultrasonic wave propagating in a test object, and a sound speed for obtaining a rate of change of the sound speed along a direction not accompanied by a change in the shape of the test object using the change in the propagation time. Since the method includes the step of calculating the rate of change, there is an effect that the hardness distribution of the test piece can be measured nondestructively, accurately, and quickly.

【００４４】また、伝搬時間を計測しながら前記試験体
の形状変化を伴わない方向に沿って超音波探触子を移動
させ、次いで、前記形状変化を伴わない方向と直角方向
に超音波探触子を移動させる操作を順次繰り返すと、試
験体の硬さ分布の２次元情報を、非破壊で、しかも、正
確かつ迅速に測定できるという効果がある。The ultrasonic probe is moved along a direction not accompanied by a change in the shape of the specimen while measuring the propagation time, and then the ultrasonic probe is moved in a direction perpendicular to the direction not accompanied by the change in the shape. Repeating the operation of moving the child sequentially has the effect of enabling non-destructive, accurate and quick measurement of the two-dimensional information on the hardness distribution of the specimen.

【００４５】また、音速の測定に際してパルス反射法を
用いれば、簡便な方法により硬さ分布を正確に測定でき
るという効果がある。さらに、本発明に係る方法をシー
ムレスパイプの接合体に適用すれば、肉厚が不同である
ために従来は困難とされていた硬さの非破壊検査が可能
になるという効果がある。If the pulse reflection method is used for measuring the speed of sound, the hardness distribution can be accurately measured by a simple method. Further, when the method according to the present invention is applied to a seamless pipe joint, there is an effect that non-destructive inspection of hardness, which has conventionally been difficult because of uneven wall thickness, becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 本発明に係る硬さ測定方法の概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram of a hardness measuring method according to the present invention.

【図２】 パルス反射法による受信波形を示す図であ
る。FIG. 2 is a diagram showing a reception waveform by a pulse reflection method.

【図３】 シームレスパイプを拡散接合した接合体に対
して本発明を適用した例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a joined body obtained by diffusion joining of a seamless pipe.

【図４】 シームレスパイプをアーク溶接した接合体に
対して本発明を適用した例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to a joined body obtained by arc welding a seamless pipe.

【図５】 拡散接合後の接合体の接合部近傍における音
速変化率の変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a change in a rate of change of sound velocity in the vicinity of a joint of a joined body after diffusion joining.

【図６】 拡散接合後の接合体の接合部近傍におけるマ
イクロビッカース硬さの変化を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a change in micro Vickers hardness in the vicinity of a joint of a joined body after diffusion joining.

【図７】 熱処理後の接合体の接合部近傍における音速
変化率の変化を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a change in the rate of change of sound velocity in the vicinity of a joint of a joined body after heat treatment.

【図８】 熱処理後の接合体の接合部近傍におけるマイ
クロビッカース硬さの変化を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a change in micro Vickers hardness in the vicinity of a joint of a joined body after heat treatment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ 超音波探触子 ２０ 試験体 10 Ultrasonic probe 20 Specimen

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AB01 AB07 AB08 BA03 BC00 BC02 BC14 BC20 EA09 EA10 GF06 GG13 GG30  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2G047 AA07 AB01 AB07 AB08 BA03 BC00 BC02 BC14 BC20 EA09 EA10 GF06 GG13 GG30

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 試験体の形状変化を伴わない方向に沿っ
て超音波探触子を走査させながら、前記試験体に対して
超音波を入射し、前記試験体中を伝搬する超音波の伝搬
時間を計測する伝搬時間計測工程と、 前記伝搬時間の変化から、前記試験体の形状変化を伴わ
ない方向に沿った前記音速の変化率を求める音速変化率
算出工程とを備えていることを特徴とする硬さ測定方
法。1. An ultrasonic wave is incident on the test object while scanning the ultrasonic probe along a direction not accompanied by a change in the shape of the test object, and propagation of the ultrasonic wave propagating through the test object. A propagation time measuring step of measuring time; and a sound velocity change rate calculating step of calculating a rate of change of the sound velocity along a direction not accompanied by a change in the shape of the test object from the change in the propagation time. Hardness measurement method. 【請求項２】 前記伝搬時間計測工程は、前記伝搬時間
を計測しながら前記試験体の形状変化を伴わない方向に
沿って前記超音波探触子を走査させる工程と、前記形状
変化を伴わない方向と異なる方向に前記超音波探触子を
移動させる工程とを順次繰り返すものである請求項１に
記載の硬さ測定方法。2. The method according to claim 1, wherein the step of measuring the propagation time includes the step of scanning the ultrasonic probe along a direction not accompanied by a change in the shape of the test object while measuring the propagation time; The method for measuring hardness according to claim 1, wherein the step of moving the ultrasonic probe in a direction different from the direction is sequentially repeated. 【請求項３】 前記伝搬時間の測定には、パルス反射法
を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の硬さ
測定方法。3. The hardness measuring method according to claim 1, wherein the propagation time is measured by a pulse reflection method. 【請求項４】 前記試験体は、接合された金属管である
請求項１、２又は３に記載の硬さ測定方法。4. The hardness measuring method according to claim 1, wherein the test body is a joined metal tube. 【請求項５】 前記金属管は、シームレスパイプである
請求項４に記載の硬さ測定方法。5. The method according to claim 4, wherein the metal pipe is a seamless pipe. 【請求項６】 前記試験体は、拡散接合法により接合さ
れていることを特徴とする請求項４又は５に記載の硬さ
測定方法。6. The method according to claim 4, wherein the test pieces are joined by a diffusion joining method.