JP3355322B2 - Apparatus and method for evaluating post-weld heat treatment of ferromagnetic weldments using AC magnetization - Google Patents
Apparatus and method for evaluating post-weld heat treatment of ferromagnetic weldments using AC magnetizationInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は強磁性体の溶接物の
溶接後熱処理評価装置および方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for evaluating post-weld heat treatment of a ferromagnetic weldment.
【０００２】[0002]
【従来の技術】溶接物では、溶接によって残留応力が生
じ、ある種の材料では溶接金属や溶接熱影響部が硬化し
て脆化する。そこで、材料応力を低減し、軟らかく粘り
のある溶接部にするため、溶接後熱処理がなされてい
る。この熱処理は、例えば、現地で溶接して組み立てる
溶接構造物の場合、現地で溶接した箇所すなわち溶接部
の近傍だけ加熱する局部溶接後熱処理と呼ばれる熱処理
として行われている。従来は、この後熱処理施工の妥当
性評価は、後熱処理中の温度履歴の記録から判断されて
きたが、施工管理技術として、後熱処理を非破壊的に評
価する方法およびその装置が望まれていた。また、例え
ば工場内で溶接して組み立てられた溶接物も、同様の目
的のため、炉等に入れられて溶接後熱処理されることが
多い。この場合、従来の製造時の溶接物の溶接後熱処理
の妥当性の検証として、エコーチップによる硬さ測定
や、レプリカ法による金属組織の観察、磁歪法による残
留応力測定等が行われてきたが、測定後、直ちに材料組
織の良否を簡便に行うには、困難があり非破壊的に簡便
に評価する方法およびその装置が求められていた。2. Description of the Related Art In a welded article, residual stress is generated by welding, and in some kinds of materials, a weld metal and a heat affected zone are hardened and become brittle. Therefore, in order to reduce the material stress and to make the weld portion soft and sticky, heat treatment is performed after welding. For example, in the case of a welded structure that is assembled by welding on site, this heat treatment is performed as a heat treatment called local post-weld heat treatment that heats only the portion welded on site, that is, the vicinity of the welded portion. Conventionally, the validity evaluation of this post-heat treatment has been judged from the record of the temperature history during the post-heat treatment. However, as a construction management technique, a method and a device for non-destructively evaluating the post-heat treatment are desired. Was. Further, for example, a welded product assembled by welding in a factory is often placed in a furnace or the like and subjected to heat treatment after welding for the same purpose. In this case, as a verification of the validity of the post-weld heat treatment of the welded product during the conventional manufacturing, hardness measurement by an echo tip, observation of a metal structure by a replica method, measurement of residual stress by a magnetostriction method, and the like have been performed. In addition, it is difficult to easily determine the quality of the material structure immediately after the measurement, and a method and a device for nondestructively and simply evaluating the material structure have been demanded.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、強磁
性体の溶接物に施される溶接後熱処理の妥当性を非破壊
的に評価する装置および方法を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for non-destructively evaluating the validity of a post-weld heat treatment applied to a ferromagnetic weldment.
【０００４】[0004]
【課題を解決するための手段】上記課題は、強磁性体の
溶接物をそのレーリーループ限外で交流磁化する磁化手
段と、前記磁化手段により交流磁化された前記溶接物の
交流磁化波形を検出する検出手段と、前記検出手段によ
り検出された交流磁化波形に含まれる基本波と高調波と
の大きさの比を算出する比算出手段と、基本波と高調波
との大きさの比と溶接後熱処理温度との関係を表す基準
情報を記憶する記憶手段と、前記基準情報を用いて前記
比算出手段により算出された基本波と高調波との大きさ
の比から前記溶接物の溶接後熱処理温度を推定する手段
とを備える本発明の強磁性体の溶接物の溶接後熱処理評
価装置により解決される。上記課題はまた、強磁性体の
溶接物をそのレーリーループ限内で交流磁化する磁化手
段と、前記磁化手段により交流磁化された前記溶接物の
交流磁化波形を検出する検出手段と、前記溶接物を交流
磁化するため前記磁化手段により生じた励磁波形と前記
検出手段により検出された交流磁化波形に含まれる励磁
波形と同じ周波数の基本波との位相差を検出する位相差
検出手段と、位相差と溶接後熱処理温度との関係を表す
基準情報を記憶する記憶手段と、前記基準情報を用いて
前記位相差検出手段により検出された位相差から前記溶
接の溶接後熱処理温度を推定する手段とを備える本発明
の強磁性体の溶接物の溶接後熱処理評価装置により解決
される。上記課題は更に、強磁性体の溶接物をレーリー
ループ限外で交流磁化するステップと、交流磁化された
前記溶接物の交流磁化波形を検出するステップと、検出
された交流磁化波形に含まれる基本波と高調波との大き
さの比を算出するステップと、算出された基本波と高調
波との大きさの比に基づいて前記溶接物の溶接後熱処理
温度を推定するステップとを備える本発明の強磁性体の
溶接物の溶接後熱処理評価方法により解決される。上記
課題はまた、強磁性体の溶接物をレーリーループ限内で
交流磁化するステップと、交流磁化された前記溶接物の
交流磁化波形を検出するステップと、前記溶接物を交流
磁化するための励磁波形と検出された交流磁化波形に含
まれる励磁波形と同じ周波数の基本波との位相差を検出
するステップと、検出された位相差に基づいて前記溶接
物の溶接後熱処理温度を推定するステップとを備える本
発明の強磁性体の溶接物の溶接後熱処理評価方法により
解決される。本発明が対象とする溶接物は、現地で溶接
して組み立てる溶接構造物、工場内で溶接して組み立て
られた溶接物ばかりでなく、溶接された箇所を有する全
ての物を含む。SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a magnetizing means for AC magnetizing a ferromagnetic welded material outside the limit of its Rayleigh loop, and detecting an AC magnetization waveform of the welded material AC-magnetized by the magnetizing means. Detecting means, a ratio calculating means for calculating a magnitude ratio between a fundamental wave and a harmonic contained in the AC magnetization waveform detected by the detecting means, and a magnitude ratio between the fundamental wave and the harmonic wave and welding. A storage unit for storing reference information indicating a relationship with a post-heat treatment temperature; and a post-weld heat treatment of the welded article based on a magnitude ratio between a fundamental wave and a harmonic calculated by the ratio calculation unit using the reference information. The present invention solves the above problem by a post-weld heat treatment evaluation apparatus for a ferromagnetic welded article, comprising: means for estimating a temperature. The above object is also achieved by a magnetizing means for AC-magnetizing a ferromagnetic weldment within a Rayleigh loop limit, a detecting means for detecting an AC magnetization waveform of the welded material AC-magnetized by the magnetizing means, Phase difference detecting means for detecting a phase difference between an excitation waveform generated by the magnetizing means and a fundamental wave having the same frequency as the excitation waveform included in the AC magnetization waveform detected by the detecting means for AC magnetizing the phase difference; And storage means for storing reference information indicating a relationship between the post-weld heat treatment temperature and a means for estimating the post-weld heat treatment temperature of the welding from the phase difference detected by the phase difference detection means using the reference information. The problem is solved by the post-weld heat treatment evaluation apparatus for a ferromagnetic weldment according to the present invention. The above object further comprises the steps of: AC magnetizing a ferromagnetic weldment outside the Rayleigh loop limit; detecting an AC magnetization waveform of the AC-magnetized weldment; The present invention comprises a step of calculating a magnitude ratio of a wave and a harmonic, and a step of estimating a post-weld heat treatment temperature of the welded article based on the calculated magnitude ratio of a fundamental wave and a harmonic. Is solved by the post-weld heat treatment evaluation method for the ferromagnetic welded article. The above object also includes the steps of: AC magnetizing a ferromagnetic weldment within a Rayleigh loop limit; detecting an AC magnetization waveform of the AC-magnetized weldment; and exciting the AC magnetizing the weldment. Detecting a phase difference between a waveform and a fundamental wave having the same frequency as an excitation waveform included in the detected AC magnetization waveform; andestimating a post-weld heat treatment temperature of the welded article based on the detected phase difference. The problem is solved by the method for evaluating the post-weld heat treatment of a ferromagnetic welded article of the present invention comprising The welded object to which the present invention is applied includes not only a welded structure that is assembled by welding on site, a welded object that is assembled by welding in a factory, but also all objects having welded portions.
【０００５】本発明は次の新しい知見に基づいている。
すなわち、強磁性体の材料では、リサージュ波形がレー
リーループ限を越えた範囲（以下「レーリーループ限
外」という。）において偶数および奇数次のひずみ成分
が重畳され、一方レーリーループ限内（以下「レーリー
ループ限内」という。）において低次のひずみ成分が主
であるためほぼ楕円形である。そして、強磁性体の溶接
物では、レーリーループ限外においてひずみ成分に対応
する交流磁化波形の高調波成分の基本波に対する大きさ
の比と溶接後熱処理の温度とに一定の相関関係があり、
またレーリーループ限内において交流励磁波形と交流磁
化波形との位相差と溶接後熱処理の温度とに一定の相関
関係がある。[0005] The present invention is based on the following new findings.
That is, in a ferromagnetic material, even and odd-order distortion components are superimposed in a range where the Lissajous waveform exceeds the Rayleigh loop limit (hereinafter referred to as “Rayleigh loop limit”). In the "Rayleigh loop limit"), it is almost elliptical because mainly low-order distortion components are present. In the ferromagnetic weldment, there is a certain correlation between the ratio of the magnitude of the harmonic component of the AC magnetization waveform corresponding to the strain component to the fundamental wave and the temperature of the post-weld heat treatment in the Rayleigh loop limit,
Further, within the Rayleigh loop limit, there is a certain correlation between the phase difference between the AC excitation waveform and the AC magnetization waveform and the temperature of the heat treatment after welding.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施形態を
図面を参照して説明する。図１は、本発明に従った強磁
性体の溶接物の溶接後熱処理評価装置の好適な一実施形
態を示す概略ブロック図である。図１において、１０は
強磁性体の溶接物である試験体を、１２は試験体１０を
交流磁化しかつ交流磁化された波形を検出するための交
流磁化プローブを、１４は試験体１０に印加される交流
磁束を交流磁化プローブ１２に発生させるためその交流
磁化プローブ１２に交流電圧（あるいは電流）を印加す
る可変交流電源を、１６は交流磁化プローブ１２で検出
された交流磁化波形を増幅する検出波形増幅部を、１８
は交流磁化プローブ１２に印加される可変交流電源１４
からの交流電圧（あるいは電流）および検出された交流
磁化波形の電圧（あるいは電流）のＡ／Ｄ変換部を、２
０はＡ／Ｄ変換部１８から印加および検出された交流磁
化波形の電圧（あるいは電流）のディジタル・データを
受け取り波形処理、演算処理および表示等を行うよう機
能するパーソナル・コンピュータをそれぞれ示す。Ａ／
Ｄ変換部１８は、１対のＡ／Ｄ変換器３０および３２を
有し、検出波形増幅部１６および可変交流電源１４から
のアナログ形式の交流磁化検出波形を２チャンネル同期
サンプリングによりディジタル化する。パーソナル・コ
ンピュータ２０は、ハードウエアとしては通常の構成の
ものであり、Ａ／Ｄ変換部１８からのディジタル・デー
タを受け取る入力インタフェース４０、種々の処理を行
うマイクロプロセッサ４２、その処理プログラムおよび
データ等を記憶するメモリ４４、処理結果等を表示する
ディスプレイ４６およびデータや操作指令等を入力する
キーボード４８を含む。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a preferred embodiment of a post-weld heat treatment evaluation apparatus for a ferromagnetic weldment according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a test body which is a ferromagnetic welded object, 12 denotes an AC magnetized probe for AC-magnetizing the test body 10 and detects a waveform of the AC-magnetized wave, and 14 applies to the test body 10. A variable AC power supply for applying an AC voltage (or current) to the AC magnetization probe 12 to generate the AC magnetic flux to be generated in the AC magnetization probe 12, and a detection unit 16 for amplifying the AC magnetization waveform detected by the AC magnetization probe 12. The waveform amplifier is
Is a variable AC power supply 14 applied to the AC magnetization probe 12
The A / D converter of the AC voltage (or current) from the AC and the voltage (or current) of the detected AC magnetization waveform is
Reference numeral 0 denotes a personal computer that receives digital data of the voltage (or current) of the AC magnetization waveform applied and detected from the A / D converter 18 and functions to perform waveform processing, arithmetic processing, display, and the like. A /
The D conversion section 18 has a pair of A / D converters 30 and 32, and digitizes an analog AC magnetization detection waveform from the detection waveform amplification section 16 and the variable AC power supply 14 by two-channel synchronous sampling. The personal computer 20 has a normal configuration as hardware, an input interface 40 for receiving digital data from the A / D converter 18, a microprocessor 42 for performing various processes, a processing program and data for the microprocessor and the like. , A display 46 for displaying a processing result and the like, and a keyboard 48 for inputting data, operation commands and the like.
【０００７】図２は、交流磁化プローブ１２の構成を示
す図である。図２において、（Ａ）および（Ｂ）は、交
流磁化プローブ１２の構成は同じであるが、２つの異な
る検出方式を示す。図２に示されるように、交流磁化プ
ローブ１２は、１対の励磁コイル５２、５４および１対
の検出コイル５６、５８を含み、これら励磁および検出
コイルは図１に模式的に示されるように各々順接続およ
び逆接続されている。１つの励磁コイルと１つの検出コ
イルが組となり、組となった励磁コイルおよび検出コイ
ルはフェライト等の高透磁率を有する磁芯に同軸状に巻
かれている。すなわち、第１の組のコイルである励磁コ
イル５２および検出コイル５６は磁芯６０に同軸状に配
置されており、第２の組のコイルである励磁コイル５４
および検出コイル５８は磁芯６２に同軸状に配置されて
いる。２組のコイル５２および５６、５４および５８
は、予め同じインダクタンスおよび相互誘導（ミューチ
ュアルインダクタンス）特性になるように製作されてい
る。この２組のコイルの励磁コイル側は同相接続され、
検出コイル側は差動接続されている。同相接続されてい
る励磁コイル５２および５４は可変交流電源１４（図
１）に接続され、差動接続されている検出コイル５６お
よび５８は検出波形増幅部１６（図１）に接続されてい
る。このような構成を用いて、小型で高感度の交流磁化
プローブを得ることができる。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the AC magnetization probe 12. 2A and 2B show two different detection schemes, although the configuration of the AC magnetization probe 12 is the same. As shown in FIG. 2, the AC magnetization probe 12 includes a pair of excitation coils 52, 54 and a pair of detection coils 56, 58, which are shown schematically in FIG. They are connected forward and reverse, respectively. One excitation coil and one detection coil form a set, and the combined excitation coil and detection coil are coaxially wound around a magnetic core such as ferrite having a high magnetic permeability. That is, the excitation coil 52 and the detection coil 56, which are the first set of coils, are coaxially arranged on the magnetic core 60, and the excitation coil 54, which is the second set of coils.
The detection coil 58 is arranged coaxially with the magnetic core 62. Two sets of coils 52 and 56, 54 and 58
Are manufactured in advance to have the same inductance and mutual induction (mutual inductance) characteristics. The exciting coil sides of these two coils are connected in phase.
The detection coil side is differentially connected. The in-phase connected excitation coils 52 and 54 are connected to the variable AC power supply 14 (FIG. 1), and the differentially connected detection coils 56 and 58 are connected to the detected waveform amplifier 16 (FIG. 1). With such a configuration, a small and highly sensitive AC magnetization probe can be obtained.
【０００８】交流磁化プローブ１２は、前述の同軸コイ
ルの設置方法により図２の（Ａ）および（Ｂ）に示すよ
うな２つの方式による測定が可能である。以下では、２
組のコイルのうち被測定試験体１０に設置される方のコ
イルの組を比較コイル７０と、また他方の組のコイルを
標準コイル７２と呼ぶ。（Ａ）に示される自己比較方式
においては標準コイル７２は大気中に設置され、（Ｂ）
に示される標準比較方式においては標準コイル７２は標
準試験体１０ｂの表面に設置される。比較コイル７０
は、両方式とも被測定試験体１０の表面に設置される。
更に、両方式とも、標準コイル７２と比較コイル７０と
が相互誘導を生じない間隔で設置されている。（Ａ）の
自己比較方式では、一つの交流磁化プローブ１２内に標
準コイル７２と比較コイル７０が相互誘導しない間隔で
設置されているので、プローブの特性（すなわちプロー
ブの応答関数）が上記の差動接続により除去されること
により被測定試験体１０単体の交流磁化特性を測定する
ことができる。一方、（Ｂ）の標準比較方式では、標準
コイル７２を基準となる標準試験体１０ｂ上に設置し、
比較コイル７０を被測定試験体１０上に設置するので、
上記の差動接続により両試験体の交流磁化特性の違いの
みを測定することができる。標準コイル７２および比較
コイル７０は、試験体１０、１０ｂに磁芯６０、６２を
直接接触させ、磁束が試験体１０、１０ｂに多く入るよ
うに設置するか、または試験体１０、１０ｂと磁芯６
０、６２間の距離（リフトオフ）が一定となるようにス
ペーサ等のジグを用意する。試験体１０、１０ｂの表面
状態は、標準コイル７２、比較コイル７０共出来るだけ
同じ条件とすることが好ましい。The AC magnetization probe 12 can perform measurement by two methods as shown in FIGS. 2A and 2B by the above-described method of installing the coaxial coil. In the following, 2
The set of coils installed on the DUT 10 is called a comparison coil 70, and the other set of coils is called a standard coil 72. In the self-comparison method shown in (A), the standard coil 72 is installed in the atmosphere, and (B)
In the standard comparison method shown in (1), the standard coil 72 is installed on the surface of the standard test object 10b. Comparison coil 70
Are installed on the surface of the test object 10.
Further, in both types, the standard coil 72 and the comparison coil 70 are arranged at intervals such that mutual induction does not occur. In the self-comparison method of (A), since the standard coil 72 and the comparison coil 70 are arranged at intervals that do not induce mutual induction in one AC magnetized probe 12, the characteristics of the probe (that is, the response function of the probe) differ from the above-described difference. By being removed by the dynamic connection, the AC magnetization characteristics of the test specimen 10 alone can be measured. On the other hand, in the standard comparison method of (B), the standard coil 72 is set on the standard specimen 10b as a reference,
Since the comparison coil 70 is set on the test specimen 10,
With the above differential connection, only the difference between the AC magnetization characteristics of the two specimens can be measured. The standard coil 72 and the comparison coil 70 are provided so that the magnetic cores 60 and 62 are brought into direct contact with the test pieces 10 and 10b, and are installed so that a large amount of magnetic flux enters the test pieces 10 and 10b. 6
A jig such as a spacer is prepared so that the distance (lift-off) between 0 and 62 is constant. It is preferable that the surface condition of the test pieces 10 and 10b is set to the same condition as much as possible for the standard coil 72 and the comparative coil 70.
【０００９】次に、図１および図２を参照して説明した
本発明の好適な一実施形態である強磁性体の溶接物の溶
接後熱処理評価装置の動作について説明する。初めに強
磁性体の材料の磁化特性の１つを表すリサージュ波形に
現れる特徴について説明する。例えば、図２の（Ａ）に
示される自己比較方式において、可変交流電源１４（図
１）から交流磁化プローブ１２の励磁コイル５２、５４
に適当な交流電圧（あるいは電流）（励磁周波数：数Ｈ
ｚ〜数百ｋＨｚ程度）を印加すると、試験体１０は交流
磁化される。印加された交流電圧（あるいは電流）は試
験体１０を励磁する交流磁束に対応するので、その印加
された交流電圧（あるいは電流）をタップにより取り出
し、Ａ／Ｄ変換部１８のＡ／Ｄ変換器３０に入力し、一
方、交流磁化波形を交流磁化プローブ１２の検出コイル
５６、５８により検出し、検出波形増幅部１６で増幅し
て、Ａ／Ｄ変換部１８のＡ／Ｄ変換器３２に入力する。
Ａ／Ｄ変換器３０および３２は、入力された励磁波形の
電圧（または電流）および検出波形の電圧（または電
流）を同期サンプリングによりディジタル形式に変換し
て、パーソナル・コンピュータ２０の入力インタフェー
ス４０に与える。マイクロプロセッサ４２は、メモリ４
４に記憶されているリサージュ波形表示プログラムをラ
ンさせて、ディジタル形式の励磁波形の電圧（または電
流）および検出波形の電圧（または電流）を入力インタ
フェース４０を介して読み込み、ディスプレイ４６に図
３に示されるような交流磁化時のリサージュ波形を表示
させる。図３において、横軸は励磁交流電圧（あるいは
電流）を、縦軸は交流磁化波形に対応する検出交流電圧
（あるいは電流）を表す。励磁交流電圧（あるいは電
流）をリサージュ波形の一周期毎にゼロから増加させて
ゆくと、リサージュ波形は初めは図３のａに示されるよ
うにほぼ楕円形を保持していて、ある大きさの励磁交流
電圧（あるいは電流）からリサージュ波形の形状が楕円
形からひずみ始め、更に励磁交流電圧（あるいは電流）
を増加させると、リサージュ波形は図３のｂで示される
ように高次のひずみ成分が多く重畳された形状となる。
ほぼ楕円形のリサージュ波形がひずみ始める点、すなわ
ち、リサージュ波形の直線性の変化点におけるリサージ
ュ波形のループはレーリーループ限と呼ばれる。レーリ
ーループ限が現れる励磁交流電圧（あるいは電流）の大
きさは、強磁性体の材料の種類により異なり、例えば、
１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼や２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼
のような低合金鋼では比較的小さい励磁交流電圧（ある
いは電流）でレーリーループ限が現れるが、炭素鋼では
相当に大きな励磁交流電圧（あるいは電流）にならない
とレーリーループ限が現れない。但し、強磁性体の材料
の種類により印加される励磁交流電圧（あるいは電流）
の大きさは色々であるが、強磁性体の材料の種類によら
ず、強磁性体の材料は一般的にレーリーループ限が存在
する。なお、リサージュ波形の直線性の変化点は、例え
ば、図３のａのリサージュ波形における最も大きい検出
電圧の座標と原点とを結ぶ直線上から外れ始めた点とし
て特定することができる。Next, the operation of the post-weld heat treatment evaluating apparatus for a ferromagnetic welded object according to a preferred embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2 will be described. First, features appearing in a Lissajous waveform representing one of the magnetization characteristics of a ferromagnetic material will be described. For example, in the self-comparison method shown in FIG. 2A, the excitation coils 52 and 54 of the AC magnetization probe 12 are supplied from the variable AC power supply 14 (FIG. 1).
AC voltage (or current) (excitation frequency: several H
When z (approximately z to several hundred kHz) is applied, the test body 10 is AC-magnetized. Since the applied AC voltage (or current) corresponds to the AC magnetic flux that excites the specimen 10, the applied AC voltage (or current) is taken out by a tap, and the A / D converter of the A / D converter 18 is used. On the other hand, the AC magnetization waveform is detected by the detection coils 56 and 58 of the AC magnetization probe 12, amplified by the detection waveform amplification unit 16, and input to the A / D converter 32 of the A / D conversion unit 18. I do.
A / D converters 30 and 32 convert the input excitation waveform voltage (or current) and detection waveform voltage (or current) into digital form by synchronous sampling, and provide the converted signal to input interface 40 of personal computer 20. give. The microprocessor 42 has a memory 4
4 is run to read the voltage (or current) of the excitation waveform and the voltage (or current) of the detected waveform in the digital form via the input interface 40, and display them on the display 46 in FIG. A Lissajous waveform at the time of AC magnetization as shown is displayed. 3, the horizontal axis represents the excitation AC voltage (or current), and the vertical axis represents the detected AC voltage (or current) corresponding to the AC magnetization waveform. As the exciting AC voltage (or current) is increased from zero for each cycle of the Lissajous waveform, the Lissajous waveform initially retains a substantially elliptical shape as shown in FIG. The shape of the Lissajous waveform starts to be distorted from the elliptical shape from the excitation AC voltage (or current), and further, the excitation AC voltage (or current)
Is increased, the Lissajous waveform has a shape in which many higher-order distortion components are superimposed as shown in FIG.
The loop of the Lissajous waveform at the point where the substantially elliptical Lissajous waveform starts to be distorted, that is, at the point where the linearity of the Lissajous waveform changes, is called the Rayleigh loop limit. The magnitude of the excitation AC voltage (or current) at which the Rayleigh loop limit appears differs depending on the type of ferromagnetic material.
In low alloy steels such as 1.25Cr-0.5Mo steel and 2.25Cr-1Mo steel, a Rayleigh loop limit appears at a relatively small exciting AC voltage (or current), but a considerably large exciting AC voltage ( Otherwise, the Rayleigh loop limit does not appear. However, the excitation AC voltage (or current) applied depending on the type of ferromagnetic material
Although there are various sizes, the ferromagnetic material generally has a Rayleigh loop limit regardless of the type of the ferromagnetic material. Note that the change point of the linearity of the Lissajous waveform can be specified as, for example, a point starting to deviate from a straight line connecting the coordinates of the largest detection voltage and the origin in the Lissajous waveform of FIG.
【００１０】図４は、図１および図２を参照して説明し
た本発明の好適な一実施形態である強磁性体の溶接物の
溶接後熱処理評価装置を用いたその評価手順を示すフロ
ー図である。測定方式として図２の（Ａ）に示す自己比
較方式を用いている。評価すべき強磁性体の溶接物と同
じ材料から成る幾つかの溶接片を幾つかの異なる既知の
温度で溶接後熱処理を行い、基準溶接片を作成する。測
定される値は、励磁・検出コイル間の相互誘導特性とし
て検出されるため、コイルと試験体間の隙間、試験体の
表面性状の影響等を受ける。そこで、表面凹凸、黒皮、
酸化スケール、脱炭層など試験体の表面性状の影響を受
けないように、試験体、ここでは基準溶接片の表面をバ
フ研磨または、錆取り剤で軽くふき取る（簡便な酸洗
い）等の前処理により表面が測定する対象部位の表面に
近い状態にしておく。これら基準溶接片の一つを試験体
１０として用い、これに交流磁化プローブ１２の比較コ
イル７０（図２）を配置する。交流磁化プローブ１２の
標準コイル７２（図２）は空中に配置する。このような
準備後に、ステップ１００において、可変交流電源１４
（図１）により交流磁化プローブ１２の励磁コイル５
２、５４に適切な大きさの交流電圧（あるいは電流）を
印加して基準溶接片１０をレーリーループ限近傍で励磁
する。基準溶接片１０の交流磁化された波形は、検出コ
イル５８により検出され、検出波形増幅部１６で増幅さ
れて、印加交流電圧（あるいは電流）と共にＡ／Ｄ変換
部１８に入力される。ステップ１０２において、前述の
ようにしてパーソナル・コンピュータ２０のディスプレ
イ４６に表示されたリサージュ波形からレーリーループ
限内か否かが判定される。高調波モードは、レーリール
ープ限外であることを要し、位相差モードはレーリール
ープ限内であることを要する。したがって、所望の測定
モードが高調波モードである場合にレーリーループ限内
であると判定された場合、可変交流電源１４の出力電圧
（または電流）を可変しレーリーループ限外となるよう
に調整し、また、所望の測定モードが位相差モードであ
る場合にレーリーループ限外と判定された場合、可変交
流電源１４の出力電圧（または電流）を可変しレーリー
ループ限内となるように調整する。FIG. 4 is a flowchart showing an evaluation procedure using a post-weld heat treatment evaluation apparatus for a ferromagnetic weldment according to a preferred embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2. It is. The self-comparison method shown in FIG. 2A is used as the measurement method. Several pieces of the same material as the ferromagnetic weld to be evaluated are subjected to a post-weld heat treatment at several different known temperatures to create a reference piece. Since the measured value is detected as a mutual induction characteristic between the excitation and detection coils, it is affected by a gap between the coil and the test body, a surface property of the test body, and the like. Therefore, surface irregularities, black scale,
Pretreatment such as buffing or gently wiping the surface of the specimen, here the reference weld piece with a rust remover (simple pickling), so as not to be affected by the surface properties of the specimen such as oxidized scale and decarburized layer Keep the surface close to the surface of the target part to be measured. One of these reference welding pieces is used as a test piece 10, on which a comparison coil 70 (FIG. 2) of the AC magnetization probe 12 is arranged. The standard coil 72 (FIG. 2) of the AC magnetization probe 12 is disposed in the air. After such preparation, in step 100, the variable AC power supply 14
The excitation coil 5 of the AC magnetization probe 12 is shown in FIG.
The reference welding piece 10 is excited near the Rayleigh loop limit by applying an AC voltage (or current) of an appropriate magnitude to 2, 54. The AC magnetized waveform of the reference welding piece 10 is detected by the detection coil 58, amplified by the detection waveform amplification unit 16, and input to the A / D conversion unit 18 together with the applied AC voltage (or current). In step 102, it is determined from the Lissajous waveform displayed on the display 46 of the personal computer 20 as described above whether or not it is within the Rayleigh loop limit. The harmonic mode needs to be outside the Rayleigh loop limit, and the phase difference mode needs to be inside the Rayleigh loop limit. Therefore, when it is determined that the current is within the Rayleigh loop when the desired measurement mode is the harmonic mode, the output voltage (or current) of the variable AC power supply 14 is adjusted so as to be outside the Rayleigh loop. If the desired measurement mode is the phase difference mode and it is determined that the output is outside the Rayleigh loop limit, the output voltage (or current) of the variable AC power supply 14 is adjusted so as to be within the Rayleigh loop limit.
【００１１】高調波モードでは、励磁周波数の整数倍の
高調波も検出する必要があるため、その高調波の周波数
が交流磁化プローブ１２の共振周波数となるように交流
磁化プローブ１２のコイル５２〜５８のインダクタンス
および入力容量を予め設定しておくか、そのような条件
を満たすコイルを用いる。高調波としては、この実施形
態では第３高調波を用いているが、本発明はその他の次
数の高調波でも可能であり、第３高調波に限定されるも
のではない。検出コイル５６、５８により検出された交
流磁化波形にひずみが生じないように、検出波形増幅部
１６に含まれる増幅器は広帯域ＤＣ増幅器が用いられ、
その利得特性はＤＣ〜１ＭＨｚまたはそれ以上にわたり
平坦なものが望ましい。また、検出された交流磁化波形
に含まれるノイズをフィルタリングするため可変アナロ
グ型フィルタが検出波形増幅部１６に設けられているの
が好ましい。このような利得特性を有する広帯域ＤＣ増
幅器およびアナログ型フィルタは、ノイズ除去の効果の
ため後述する位相差モードにおいても用いられることが
望ましい。In the harmonic mode, since it is necessary to detect a harmonic that is an integral multiple of the excitation frequency, the coils 52 to 58 of the AC magnetization probe 12 are set so that the frequency of the harmonic becomes the resonance frequency of the AC magnetization probe 12. Is set in advance or a coil that satisfies such conditions is used. Although the third harmonic is used in this embodiment as the harmonic, the present invention is also applicable to harmonics of other orders, and is not limited to the third harmonic. A wideband DC amplifier is used as an amplifier included in the detection waveform amplifying section 16 so that the AC magnetization waveforms detected by the detection coils 56 and 58 are not distorted.
The gain characteristic is desirably flat over DC to 1 MHz or more. Further, it is preferable that a variable analog filter is provided in the detected waveform amplifying section 16 to filter noise included in the detected AC magnetization waveform. It is desirable that the wideband DC amplifier and the analog filter having such a gain characteristic are also used in a phase difference mode to be described later in order to remove noise.
【００１２】ステップ１０２においてレーリーループ限
外である、あるいは調整によりそのようにした場合、ス
テップ１０４に進む。ステップ１０４における高調波モ
ードでは、マイクロプロセッサ４２は、メモリ４４に記
憶されている基本波・高調波比算出プログラムを読出し
てランさせる。そして、基本波・高調波比算出プログラ
ムにより、Ａ／Ｄ変換部１８のＡ／Ｄ変換器３２からの
ディジタル化された検出交流磁化波形は、ディジタル・
フィルタに通され、検出波形増幅部１６のフィルタによ
るノイズ除去に加えて、更にノイズおよびひずみが除去
される。ノイズ等が除去されたディジタルの検出交流磁
化波形は、高速フーリエ変換を基に基本波の強度抽出お
よび各高調波の強度抽出が行われる。基本波の強度抽出
は、フーリエ変換後の最も強度が高い値から求められ
る。このときの周波数を基本波周波数とし、高調波の周
波数が各々求められその周波数に対応する強度が高調波
の強度抽出として求められる。基本波の強度に対する高
調波の強度の比（以下「高調波振幅強度比」という。）
が算出される（図４のステップ１０６）。基本波の強度
をＡ0、ｎ次高調波の強度をＡnとすると、ｎ次高調波の
高調波強度比Ｈnは、ｄＢ形式で次式により表される。If it is determined in step 102 that the condition is out of the Rayleigh loop limit or the adjustment has made such a case, the process proceeds to step 104. In the harmonic mode in step 104, the microprocessor 42 reads out the fundamental / harmonic ratio calculation program stored in the memory 44 and runs it. The digitized detected AC magnetization waveform from the A / D converter 32 of the A / D converter 18 is converted into a digital signal by the fundamental / harmonic ratio calculation program.
The signal passes through the filter, and further removes noise and distortion in addition to noise removal by the filter of the detection waveform amplification unit 16. From the digitally detected AC magnetization waveform from which noise or the like has been removed, the intensity of the fundamental wave and the intensity of each harmonic are extracted based on the fast Fourier transform. The intensity extraction of the fundamental wave is obtained from the highest intensity value after the Fourier transform. The frequency at this time is set as the fundamental frequency, and the frequencies of the harmonics are obtained, and the intensity corresponding to the frequencies is obtained as the harmonic intensity extraction. The ratio of the intensity of the harmonic to the intensity of the fundamental wave (hereinafter referred to as “harmonic amplitude intensity ratio”)
Is calculated (step 106 in FIG. 4). Assuming that the intensity of the fundamental wave is A 0 and the intensity of the n- th harmonic is An, the harmonic intensity ratio H n of the n-th harmonic is expressed by the following formula in dB format.
【数１】Ｈn＝２０ｌｏｇ10（Ａn／Ａ0）H n = 20 log 10 (A n / A 0 )
【００１３】ステップ１０６において、既知の溶接後熱
処理温度に対応する高調波強度比が得られることにな
る。ステップ１０８において、種々の異なる既知の温度
で溶接後熱処理された基準溶接片を用いて、ステップ１
００から１０６の処理を繰り返し行い、種々の溶接後熱
処理温度に対する高調波強度比を求め、パーソナル・コ
ンピュータ２０のキーボード４８からこれら溶接後熱処
理温度を入力する。マイクロプロセッサ４２は、入力さ
れた溶接後熱処理温度と、対応する求められた高調波強
度比とに基づいて、マスターカーブ群を作成し、メモリ
４４に記録する。図５の溶接後熱処理温度に対する第３
高調波比の曲線は、このようにして作成されたマスター
カーブ群の１つであり、図５に示されるように第３高調
波比と溶接後熱処理温度との間に一定の相関がある。ス
テップ１１０において、被測定試験体に対して前述のス
テップ１００から１０６を実行して高調波強度比を算出
し、その結果をディスプレイ４６に表示する。なお、被
測定試験体の表面も基準溶接片のときと同様の前処理を
行っておく。ステップ１１２において、被測定試験体の
算出高調波強度比と、メモリ４４から読出されたマスタ
ーカーブ群との比較により溶接後熱処理温度を推定、す
なわち評価し、その結果すなわち解析結果をディスプレ
イ４６に表示する。したがって、高調波モードを用い
て、強磁性体の溶接物の溶接後熱処理温度を溶接物を破
壊する必要なく評価でき、それにより適切な溶接後熱処
理か否かが判定でき、また溶接物に溶接後熱処理が実施
された否かを判定することができる。In step 106, a harmonic intensity ratio corresponding to a known post-weld heat treatment temperature is obtained. In step 108, using a reference weld piece that has been post-weld heat treated at a variety of different known temperatures, step 1
The processes from 00 to 106 are repeated to obtain harmonic intensity ratios for various post-weld heat treatment temperatures, and these post-weld heat treatment temperatures are input from the keyboard 48 of the personal computer 20. The microprocessor 42 creates a master curve group based on the input post-weld heat treatment temperature and the corresponding calculated harmonic intensity ratio, and records the master curve group in the memory 44. Third to heat treatment temperature after welding in FIG.
The harmonic ratio curve is one of a group of master curves created in this way, and as shown in FIG. 5, there is a certain correlation between the third harmonic ratio and the post-weld heat treatment temperature. In step 110, the above-described steps 100 to 106 are performed on the test object to calculate the harmonic intensity ratio, and the result is displayed on the display 46. The surface of the test object is also subjected to the same pretreatment as in the case of the reference welding piece. In step 112, the post-weld heat treatment temperature is estimated, that is, evaluated by comparing the calculated harmonic intensity ratio of the test sample with the master curve group read from the memory 44, and the result, that is, the analysis result is displayed on the display 46. I do. Therefore, using the harmonic mode, it is possible to evaluate the post-weld heat treatment temperature of the ferromagnetic weldment without destruction of the weldment, thereby making it possible to determine whether or not an appropriate post-weld heat treatment is performed, and to perform welding on the weldment. It can be determined whether or not the post heat treatment has been performed.
【００１４】次に、位相差モードについて説明する。ス
テップ１０２において、パーソナル・コンピュータ２０
のディスプレイ４６に表示されたリサージュ波形がレー
リーループ限内であることを確認する。レーリーループ
限外の場合には、可変交流電源１４の出力調整によりリ
サージュ波形がレーリーループ限内になるようにする。
リサージュ波形がレーリーループ限内にある場合は、ス
テップ１２０に進み、パーソナル・コンピュータ２０の
マイクロプロセッサ４２は、メモリ４４に記憶されてい
る位相差検出プログラムを読出し、励磁波形と検出波形
の位相差の抽出を行う。位相差モードでは、検出された
交流磁化波形の基本波のみが必要で高調波は不要である
ので、励磁周波数は、励磁周波数の高調波が交流磁化プ
ローブ１２の共振周波数と重ならない周波数を選択す
る。あるいは、励磁周波数の整数倍が、交流磁化プロー
ブ１２の共振周波数とならないようにコイル５２〜５８
のインダクタンスおよび入力容量を予め設定しておく
か、そのような条件を満たすコイルを用いる。この位相
差モードの場合も前述の高調波モードと同様に、位相差
検出プログラムにより、Ａ／Ｄ変換部１８のＡ／Ｄ変換
器３２からのディジタル化された検出交流磁化波形は、
ディジタル・フィルタに通され、検出波形増幅部１６の
フィルタによるノイズ除去に加えて、更にノイズおよび
ひずみが除去される。また、Ａ／Ｄ変換部１８は、波形
から位相情報を含む振幅を抽出するためのサンプリング
速度および分解能を有する２チャンネル同時波形記録機
能を有するよう構成されている。ステップ１２２におい
て、ディジタル形式の交流電圧（あるいは電流）波形お
よび検出交流磁化波形における例えばゼロクロス点ある
いはピーク点の位置から位相差を検出する。なお、本発
明は、位相差の検出方法には依存せず、位相差が検出で
きるいずれの方法であってよい。Next, the phase difference mode will be described. In step 102, the personal computer 20
Confirm that the Lissajous waveform displayed on the display 46 is within the Rayleigh loop limit. When the output is outside the Rayleigh loop limit, the output of the variable AC power supply 14 is adjusted so that the Lissajous waveform falls within the Rayleigh loop limit.
If the Lissajous waveform is within the Rayleigh loop limit, the process proceeds to step 120, where the microprocessor 42 of the personal computer 20 reads the phase difference detection program stored in the memory 44, and calculates the phase difference between the excitation waveform and the detected waveform. Perform the extraction. In the phase difference mode, only the fundamental wave of the detected AC magnetization waveform is required and no harmonic is required. Therefore, the excitation frequency is selected so that the harmonic of the excitation frequency does not overlap the resonance frequency of the AC magnetization probe 12. . Alternatively, the coils 52 to 58 are controlled so that an integral multiple of the excitation frequency does not become the resonance frequency of the AC magnetization probe 12.
Is set in advance or a coil that satisfies such conditions is used. In the case of the phase difference mode, similarly to the above-described harmonic mode, the digitized detected AC magnetization waveform from the A / D converter 32 of the A / D converter 18 is calculated by the phase difference detection program.
The signal is passed through a digital filter to remove noise and distortion in addition to noise removal by the filter of the detected waveform amplification unit 16. The A / D converter 18 is configured to have a two-channel simultaneous waveform recording function having a sampling speed and a resolution for extracting an amplitude including phase information from a waveform. In step 122, a phase difference is detected from, for example, the position of a zero cross point or a peak point in the digital AC voltage (or current) waveform and the detected AC magnetization waveform. It should be noted that the present invention does not depend on the method of detecting the phase difference, but may be any method capable of detecting the phase difference.
【００１５】次いで、ステップ１２４において、種々の
異なる温度で溶接後熱処理された溶接片を用いて、ステ
ップ１００、１０２、１２０および１２２の処理を繰り
返し行い、種々の溶接後熱処理温度に対する位相差を求
める。なお、位相差モードにおける基準溶接片および被
測定試験体の表面の前処理は高調波モードの場合と同様
である。これら溶接後熱処理温度は、パーソナル・コン
ピュータ２０のキーボード４８から入力される。マイク
ロプロセッサ４２は、入力された溶接後熱処理温度と、
対応する求められた位相差とに基づいて、マスターカー
ブ群を作成し、メモリ４４に記録する。図６の溶接後熱
処理温度に対する位相差の曲線は、このようにして作成
されたマスターカーブ群の１つであり、図６に示される
ように位相差と溶接後熱処理温度との間には一定の相関
がある。ステップ１２６において、被測定試験体に対し
て前述のステップ１００、１０２、１２０および１２２
を実行して位相差を検出する。なお、被測定試験体の表
面も基準溶接片のときと同様の前処理を行っておく。ス
テップ１２８において、被測定試験体の検出位相差と、
メモリ４４から読出されたマスターカーブ群との比較に
より溶接後熱処理温度を推定、すなわち評価し、その結
果すなわち解析結果をディスプレイ４６に表示する。し
たがって、位相差モードを用いて、強磁性体の溶接物の
溶接後熱処理温度が溶接物を破壊する必要なく評価で
き、それにより適切な溶接後熱処理か否かが判定でき、
また溶接物に溶接後熱処理が実施された否かを判定する
ことができる。なお、図１に示される実施形態において
は、励磁電圧および検出磁化波形をディジタル処理して
いるが、本発明は、これらをアナログ処理の系で構成し
てもよい。次に、前述した高調波モードおよび位相差モ
ードに基づく実験例を実施例として説明する。Next, in step 124, the processing of steps 100, 102, 120 and 122 is repeated using the welding pieces that have been post-weld heat treatment at various different temperatures to determine the phase difference for various post-weld heat treatment temperatures. . The pretreatment of the surface of the reference welding piece and the test object in the phase difference mode is the same as that in the harmonic mode. These post-weld heat treatment temperatures are input from the keyboard 48 of the personal computer 20. The microprocessor 42 receives the post-weld heat treatment temperature,
A master curve group is created based on the corresponding obtained phase difference and recorded in the memory 44. The curve of the phase difference with respect to the post-weld heat treatment temperature in FIG. 6 is one of the master curve groups created in this way, and as shown in FIG. There is a correlation. In step 126, the above-described steps 100, 102, 120 and 122 are performed on the test object.
To detect the phase difference. The surface of the test object is also subjected to the same pretreatment as in the case of the reference welding piece. In step 128, the detected phase difference of the test object is
The post-weld heat treatment temperature is estimated, that is, evaluated by comparison with the master curve group read from the memory 44, and the result, that is, the analysis result is displayed on the display 46. Therefore, using the phase difference mode, the post-weld heat treatment temperature of the ferromagnetic weldment can be evaluated without the necessity of breaking the weldment, whereby it is possible to determine whether or not an appropriate post-weld heat treatment,
Further, it can be determined whether or not the post-weld heat treatment has been performed on the welded article. In the embodiment shown in FIG. 1, the excitation voltage and the detected magnetization waveform are digitally processed. However, the present invention may be configured with an analog processing system. Next, an experimental example based on the above-described harmonic mode and phase difference mode will be described as an example.
【００１６】[0016]
【実施例】１．実験方法 （１）溶接試験片 管継手を用いて細かく溶接後熱処理温度を変化させるこ
とは労力とコストがかかることから、細かく溶接後熱処
理温度を変化させて残留応力の影響のない状態で組織を
評価する試験片として板継手を用いた。板継手に用いた
鋼材は、強磁性体で、各々板厚２０ｍｍの炭素鋼（ＳＧ
Ｖ４８０，ＳＧＶ４８０Ｎ）、低合金鋼１．２５Ｃｒ−
０．５Ｍｏ（Ａ３８７Ｇｒ１１）、および２．２５Ｃｒ
−１Ｍｏ（Ａ３８７Ｇｒ２２）の４鋼種とした。試験片
は、幅１，０００ｍｍ×長さ７５０ｍｍ、溶接長１３０
ｍｍに切断して作成した。用いた溶接方法は、板継手で
はＳＭＡＷおよびＭＩＧ（ＭＡＧ）である。 （２）溶接後熱処理 板継手では、電気炉を用いて、炭素鋼においては５５０
〜７２０℃（８２３〜９９３Ｋ）、低合金鋼において
１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼では５８０〜７６０℃（８
５３〜１，０３３Ｋ）、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼では６
４０〜７９０℃（９１３〜１，０６３Ｋ）の範囲で２０
または３０℃ステップで溶接後熱処理温度を変えた。他
の条件は溶接の技術基準（省令８１号）（以下「溶接省
令」という。）に基づいた。なお、溶接後熱処理条件と
して、溶接省令において加熱幅、加熱速度、冷却速度等
の条件が規定されているため、これに基づいた熱処理条
件で１時間加熱保持を行った。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Experimental method (1) Welding test piece It is labor and cost to change the post-weld heat treatment temperature finely using a pipe joint. Therefore, the post-weld heat treatment temperature is finely changed and the structure is not affected by residual stress. A plate joint was used as a test piece to be evaluated. The steel material used for the plate joint is a ferromagnetic carbon steel (SG) each having a plate thickness of 20 mm.
V480, SGV480N), low alloy steel 1.25Cr-
0.5Mo (A387Gr11), and 2.25Cr
1 steel (A387Gr22). The test piece was 1,000 mm wide x 750 mm long and 130 weld length.
mm. The welding method used is SMAW and MIG (MAG) for the plate joint. (2) Post-weld heat treatment For plate joints, an electric furnace is used. For carbon steel, 550 is used.
-720 ° C (823-993K), 580Cr-0.5Mo steel in low alloy steel, 580-760 ° C (8
53 ~ 1,033K), 6.25 for 2.25Cr-1Mo steel
20 in the range of 40 to 790 ° C (913 to 1,063K)
Alternatively, the heat treatment temperature after welding was changed in 30 ° C. steps. The other conditions were based on the technical standards for welding (Ministry Ordinance No. 81) (hereinafter, referred to as “welding ministerial ordinance”). In addition, since conditions, such as a heating width, a heating rate, and a cooling rate, are prescribed | regulated as a post-weld heat treatment condition by the Ordinance of the Ministry of Welding, heating and holding were performed for 1 hour under heat treatment conditions based on these.
【００１７】２．実験結果 （１）磁歪法に見られるように、強磁性材料の磁化特性
には応力依存性があることが知られている。そこで、本
発明に用いる交流Ｂ−Ｈ曲線パラメータの応力依存性を
検討するため、引張り試験中の波形解析を行った。その
結果、本発明の同軸プローブ方式を用いた方式では、応
力依存性はほとんど見られなかった。また、鋼管継手で
も材料応力が異なる溶接まま材と溶接後熱処理材とで板
継手と同様の測定結果が得られたので、本交流Ｂ−Ｈ曲
線法は、応力・残留応力の影響をほとんど受けないこと
が確認された。そこで、表面性状が平滑でありかつ酸化
スケール等の影響のない条件における組織変化の測定と
して、前処理として表面をバフ研磨を行った低合金鋼
（２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼）板継手の溶接金属の測定を
行った。図７に、この溶接金属の（ａ）溶接まま材およ
び溶接後熱処理材（熱処理温度６６０℃（９３３Ｋ））
の交流磁化時（６０ｋＨｚ）の波形、周波数スペクトラ
ムを示す。リサージュ波形は、溶接まま材と溶接後熱処
理材では大きく異なり、励磁電圧が０近傍のリサージュ
円において、溶接後熱処理材ではくびれが見られたのに
対し、溶接まま材では見られなかった。そこで、溶接ま
ま材と溶接後熱処理材の検出波形に注目すると、溶接後
熱処理材は励磁周波数である基本波以外の他の周波数成
分が見られ、周波数スペクトラムによりこの成分は主に
第３高調波（１８０ｋＨｚ）であった。この傾向は、低
合金鋼の１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼においても見られ
た。2. Experimental Results (1) As seen in the magnetostriction method, it is known that the magnetization characteristics of ferromagnetic materials have stress dependence. Therefore, in order to examine the stress dependence of the AC BH curve parameters used in the present invention, a waveform analysis during a tensile test was performed. As a result, in the system using the coaxial probe system of the present invention, almost no stress dependency was observed. In addition, since the same measurement results were obtained with as-welded and heat-treated post-weld materials having different material stresses in steel pipe joints, this AC BH curve method was almost completely affected by stress and residual stress. Not confirmed. Therefore, as a measurement of the structural change under conditions where the surface properties are smooth and free from the influence of oxide scale or the like, the weld metal of a low alloy steel (2.25Cr-1Mo steel) plate joint whose surface has been buffed as a pretreatment. Was measured. FIG. 7 shows (a) as-welded material and heat-treated material after welding (heat treatment temperature: 660 ° C. (933 K)) of this weld metal.
3 shows a waveform and a frequency spectrum during AC magnetization (60 kHz). The Lissajous waveform was greatly different between the as-welded material and the post-weld heat-treated material. In the Lissajous circle where the excitation voltage was near 0, constriction was observed in the post-weld heat-treated material, but not in the as-welded material. Focusing on the detected waveforms of the as-welded material and the post-weld heat-treated material, the post-weld heat-treated material has frequency components other than the fundamental frequency, which is the excitation frequency, and this component is mainly due to the third harmonic due to the frequency spectrum. (180 kHz). This tendency was also observed in the low alloy steel 1.25Cr-0.5Mo steel.
【００１８】次に、錆取り剤で軽く表面の錆、酸化スケ
ール等をふき取ったほとんど素地に近い状態で、低合金
鋼の波形解析を行ったが、表面をバフ研磨した状態とほ
ぼ同様の結果が得られた。前述の図５は、低合金鋼
（１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏおよび２．２５Ｃｒ−１Ｍ
ｏ）溶接部の溶接後熱処理温度と第３高調波振幅強度比
Ｈnの関係を示したものである。図５を参照すると、バ
フ研磨（図中「研磨」と記す。）、素地とも溶接後熱処
理温度に比例してＨnが上昇すなわち増加し、溶接まま
材に対して溶接後熱処理温度６８０℃（９５３Ｋ）で
は、１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼において約１０ｄＢ
（３倍）、２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼において約１６ｄＢ
（６倍）の差が見られた。一方、炭素鋼では、レーリー
ループ限外を実現するには低合金鋼より大きな交流電圧
（あるいは電流）を交流磁化プローブ１２に印加する必
要があり、実験に用いた測定系ではレーリーループ限内
であったため、溶接後熱処理の有無で低合金鋼のような
第３高調波成分の変化が見られなかった。そこで、励磁
波形と検出波形の位相差に注目して溶接後熱処理温度と
の対応を行った。前述の図６は、前処理として錆取り剤
で軽く表面の錆をふき取った程度（酸洗い）の、ほとん
ど素地に近い状態の炭素鋼溶接金属の交流磁化時（１０
ｋＨｚ）の位相差と溶接後熱処理温度との関係を示した
ものである。図６を参照すると、溶接後熱処理温度に比
例して位相差が小さくなり、溶接まま材と例えば溶接後
熱処理温度６２０℃（８９４Ｋ）とでは、後者の位相差
が前者のそれより６度低減していた。Next, a waveform analysis of the low alloy steel was performed in a state close to the base material in which the rust and oxide scale on the surface were lightly wiped with a rust remover. The result was almost the same as that in the state in which the surface was buffed. Obtained. FIG. 5 described above shows low alloy steels (1.25Cr-0.5Mo and 2.25Cr-1M).
o) after welding of the welded portion heat treatment temperature and shows the relationship between the third harmonic amplitude intensity ratio H n. Referring to FIG. 5, buffing (denoted in the figure as "polishing".) Is H n increases i.e. increases in proportion to the post-weld heat treatment temperature with the matrix, the heat treatment temperature 680 ° C. After welded to the welding Mom material ( 953K), about 10 dB in 1.25Cr-0.5Mo steel
(3 times) About 16dB in 2.25Cr-1Mo steel
(6 times). On the other hand, in the case of carbon steel, to achieve the Rayleigh loop limit, it is necessary to apply a higher AC voltage (or current) to the AC magnetization probe 12 than in the case of low alloy steel, and in the measurement system used in the experiment, the limit was within the Rayleigh loop limit. Therefore, a change in the third harmonic component unlike the low alloy steel was not observed depending on the presence or absence of the heat treatment after welding. Therefore, attention was paid to the phase difference between the excitation waveform and the detected waveform, and the correspondence with the post-weld heat treatment temperature was performed. FIG. 6 described above shows that, as a pretreatment, a carbon steel weld metal almost in the state close to the base material was subjected to AC magnetization (10 ° C) to the extent that the rust on the surface was lightly wiped with a rust remover (pickling).
3 shows the relationship between the phase difference (kHz) and the heat treatment temperature after welding. Referring to FIG. 6, the phase difference becomes smaller in proportion to the post-weld heat treatment temperature, and the as-welded material and the post-weld heat treatment temperature, for example, 620 ° C. (894K), reduce the phase difference of the latter by 6 degrees from that of the former. I was
【００１９】以上より、本発明の高調波モードおよび位
相差モードとも、これらのモードを用いて、強磁性体で
ある低合金鋼および炭素鋼の溶接物を、残留応力を受け
ず、簡便な表面処理で溶接後熱処理の有無の確認が可能
であることが分かった。また、素地のデータをマスター
カーブとして作成して用い、また測定の前処理として必
要な処理として表面の簡便な酸洗い程度でよいためほと
んど表面手入れをすることなしに現地で溶接後熱処理温
度の評価が可能である。更に、非破壊的に溶接後熱処理
温度の評価ができるので、溶接後熱処理の施工管理に有
効である。なお、前述の実施形態においては、試験体１
０を励磁するため交流磁化プローブ１２に交流電圧（あ
るいは電流）を印加する方法を用いているが、励磁に当
たり目的とする浸透深さを得るために、直流磁場や低周
波数を印加してもよい。直流磁場や低周波数磁場の印加
は、例えば、交流磁化プローブ１２に直流バイアスを与
えることにより、あるいは交流磁化プローブ１２とは別
の電磁石により磁場を印加することに可能である。本発
明の溶接後熱処理温度の評価は、高調波モードのみで、
または位相差モードのみで、あるいはこれら双方を用い
て可能であり、双方を用いる場合は評価確度を向上させ
ることができる。なお、一方のモードのみの場合は、当
然に他方のモードに必要な機能や構成要素を省くことが
できる。As described above, in both the harmonic mode and the phase difference mode of the present invention, the ferromagnetic low-alloy steel and carbon steel welded material can be subjected to a simple surface without receiving any residual stress by using these modes. It was found that it was possible to confirm the presence or absence of heat treatment after welding in the treatment. In addition, the data of the base material is created and used as a master curve, and the heat treatment temperature after welding is evaluated on-site with almost no surface care, since only a simple pickling of the surface is required as a pre-treatment required for measurement. Is possible. Further, since the post-weld heat treatment temperature can be evaluated nondestructively, it is effective for the execution management of post-weld heat treatment. In the above-described embodiment, the test piece 1
Although a method of applying an AC voltage (or current) to the AC magnetization probe 12 to excite 0 is used, a DC magnetic field or a low frequency may be applied to obtain a desired penetration depth upon excitation. . The DC magnetic field or the low-frequency magnetic field can be applied, for example, by applying a DC bias to the AC magnetization probe 12 or by applying a magnetic field using an electromagnet different from the AC magnetization probe 12. Evaluation of the post-weld heat treatment temperature of the present invention is only in the harmonic mode,
Alternatively, it is possible to use only the phase difference mode or both of them, and when both are used, the evaluation accuracy can be improved. When only one mode is used, the functions and components required for the other mode can be omitted.
【図１】本発明に従った強磁性体の溶接物の溶接後熱処
理評価装置の好適な一実施形態を示す概略ブロック図で
ある。FIG. 1 is a schematic block diagram showing a preferred embodiment of a post-weld heat treatment evaluation apparatus for a ferromagnetic weldment according to the present invention.
【図２】交流磁化プローブ１２の構成を示す図であり、
（Ａ）および（Ｂ）は、交流磁化プローブ１２の構成は
同じであるが、２つの異なる検出方式を示す。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an AC magnetization probe 12;
(A) and (B) show the same configuration of the AC magnetization probe 12, but show two different detection methods.
【図３】交流磁化時のリサージュ波形例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing an example of a Lissajous waveform during AC magnetization.
【図４】図１および図２に示す強磁性体の溶接物の溶接
後熱処理評価装置を用いたその評価手順を示すフロー図
である。FIG. 4 is a flow chart showing an evaluation procedure using a post-weld heat treatment evaluation apparatus for a ferromagnetic weldment shown in FIGS. 1 and 2;
【図５】低合金鋼（１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏおよび
２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ）溶接部の溶接後熱処理温度と第
３高調波振幅強度比Ｈnの関係を示す図である。5 is a diagram showing the relationship between the low-alloy steel (1.25Cr-0.5Mo and 2.25Cr-1Mo) after welding of the welded portion heat treatment temperature and the third harmonic amplitude intensity ratio H n.
【図６】素地に近い状態の炭素鋼溶接金属の交流磁化時
（１０ｋＨｚ）の位相差と溶接後熱処理温度との関係を
示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between a phase difference of the carbon steel weld metal in a state close to the substrate during AC magnetization (10 kHz) and a heat treatment temperature after welding.
【図７】表面をバフ研磨を行った低合金鋼（２．２５Ｃ
ｒ−１Ｍｏ）板継手の交流磁化時（６０ｋＨｚ）のリサ
ージュ波形、励磁・検出波形、周波数スペクトラムを示
す図である。FIG. 7 shows a low-alloy steel (2.25C
(r-1Mo) A diagram showing a Lissajous waveform, an excitation / detection waveform, and a frequency spectrum during AC magnetization (60 kHz) of the plate joint.
１０、１０ｂ 試験体 １２ 交流磁化プローブ １４ 可変交流電源 １６ 検出波形増幅部 １８ Ａ／Ｄ変換部 ２０ パーソナル・コンピュータ ３０、３２ Ａ／Ｄ変換器 ４０ 入力インタフェース ４２ マイクロプロセッサ ４４ メモリ ４６ ディスプレイ ４８ キーボード ７０ 比較コイル ７２ 標準コイル 10, 10b Specimen 12 AC magnetization probe 14 Variable AC power supply 16 Detected waveform amplifier 18 A / D converter 20 Personal computer 30, 32 A / D converter 40 Input interface 42 Microprocessor 44 Memory 46 Display 48 Keyboard 70 Comparison Coil 72 Standard coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 31/00 G01K 7/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B23K 31/00 G01K 7/36
Claims (5)
限外で交流磁化する磁化手段と、 前記磁化手段により交流磁化された前記溶接物の交流磁
化波形を検出する検出手段と、 前記検出手段により検出された交流磁化波形に含まれる
基本波と高調波との大きさの比を算出する比算出手段
と、 基本波と高調波との大きさの比と溶接後熱処理温度との
関係を表す基準情報を記憶する記憶手段と、 前記基準情報を用いて前記比算出手段により算出された
基本波と高調波との大きさの比から前記溶接物の溶接後
熱処理温度を推定する手段とを備える強磁性体の溶接物
の溶接後熱処理評価装置。1. A magnetizing means for AC-magnetizing a ferromagnetic weldment outside a Rayleigh loop limit thereof; a detecting means for detecting an AC magnetization waveform of the welded material AC-magnetized by the magnetizing means; Ratio calculating means for calculating the ratio of the magnitude of the fundamental wave to the harmonic contained in the AC magnetization waveform detected by the method, and representing the relationship between the magnitude ratio of the fundamental and the harmonic and the post-weld heat treatment temperature. Storage means for storing reference information; and means for estimating a post-weld heat treatment temperature of the welded article from a magnitude ratio between a fundamental wave and a harmonic calculated by the ratio calculation means using the reference information. Apparatus for evaluating post-weld heat treatment of ferromagnetic weldments.
のレーリーループ限内で交流磁化可能であり、 前記溶接物を交流磁化するため前記磁化手段により生じ
た励磁波形と前記検出手段により検出された交流磁化波
形に含まれる励磁波形と同じ周波数の基本波との位相差
を検出する位相差検出手段と、 位相差と溶接後熱処理温度との関係を表す基準情報を記
憶する記憶手段と、 前記基準情報を用いて前記位相差検出手段により検出さ
れた位相差から前記溶接物の溶接後熱処理温度を推定す
る手段とを更に備える、請求項１記載の装置。2. The magnetizing means is capable of AC-magnetizing a ferromagnetic weldment within a Rayleigh loop limit, and comprises: an exciting waveform generated by the magnetizing means for AC-magnetizing the weldment; Phase difference detecting means for detecting a phase difference between a fundamental wave having the same frequency as the excitation waveform included in the detected AC magnetization waveform, and storage means for storing reference information indicating a relationship between the phase difference and the post-weld heat treatment temperature. The apparatus according to claim 1, further comprising: means for estimating a post-weld heat treatment temperature of the workpiece from the phase difference detected by the phase difference detecting means using the reference information.
限内で交流磁化する磁化手段と、 前記磁化手段により交流磁化された前記溶接物の交流磁
化波形を検出する検出手段と、 前記溶接物を交流磁化するため前記磁化手段により生じ
た励磁波形と前記検出手段により検出された交流磁化波
形に含まれる励磁波形と同じ周波数の基本波との位相差
を検出する位相差検出手段と、 位相差と溶接後熱処理温度との関係を表す基準情報を記
憶する記憶手段と、 前記基準情報を用いて前記位相差検出手段により検出さ
れた位相差から前記溶接物の溶接後熱処理温度を推定す
る手段とを備える強磁性体の溶接物の溶接後熱処理評価
装置。3. A magnetizing means for AC-magnetizing a ferromagnetic weldment within a Rayleigh loop limit; a detecting means for detecting an AC magnetization waveform of the welded material AC-magnetized by the magnetizing means; Phase difference detecting means for detecting a phase difference between an excitation waveform generated by the magnetizing means and an fundamental waveform having the same frequency as the excitation waveform included in the AC magnetization waveform detected by the detecting means for AC magnetizing the phase difference; And storage means for storing reference information indicating a relationship between the post-weld heat treatment temperature and means for estimating the post-weld heat treatment temperature of the welded article from the phase difference detected by the phase difference detection means using the reference information. A post-weld heat treatment evaluation apparatus for a ferromagnetic weldment, comprising:
で交流磁化するステップと、 交流磁化された前記溶接物の交流磁化波形を検出するス
テップと、 検出された交流磁化波形に含まれる基本波と高調波との
大きさの比を算出するステップと、 算出された基本波と高調波との大きさの比に基づいて前
記溶接物の溶接後熱処理温度を推定するステップとを備
える強磁性体の溶接物の溶接後熱処理評価方法。4. A step of AC magnetizing a ferromagnetic weldment outside the Rayleigh loop limit, a step of detecting an AC magnetization waveform of the AC-magnetized weldment, and a basic step included in the detected AC magnetization waveform. Calculating a magnitude ratio between the wave and the harmonic, and estimating a post-weld heat treatment temperature of the welded article based on the calculated magnitude ratio between the fundamental and the harmonic. Evaluation method for post-weld heat treatment of body welds.
で交流磁化するステップと、 交流磁化された前記溶接物の交流磁化波形を検出するス
テップと、 前記溶接物を交流磁化するための励磁波形と検出された
交流磁化波形に含まれる励磁波形と同じ周波数の基本波
との位相差を検出するステップと、 検出された位相差に基づいて前記溶接物の溶接後熱処理
温度を推定するステップとを備える強磁性体の溶接物の
溶接後熱処理評価方法。5. An AC magnetizing of a ferromagnetic weldment within a Rayleigh loop limit, a step of detecting an AC magnetization waveform of the AC-magnetized weldment, and an excitation for AC-magnetizing the weldment. Detecting a phase difference between the waveform and a fundamental wave having the same frequency as the excitation waveform included in the detected AC magnetization waveform; andestimating a post-weld heat treatment temperature of the welded article based on the detected phase difference. A method for evaluating post-weld heat treatment of a ferromagnetic weldment comprising:
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| JP2000062964A JP3355322B2 (en) | 2000-03-08 | 2000-03-08 | Apparatus and method for evaluating post-weld heat treatment of ferromagnetic weldments using AC magnetization |
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|---|---|---|---|---|
| JP2017111023A (en) * | 2015-12-17 | 2017-06-22 | 一般財団法人発電設備技術検査協会 | Evaluation method in magnetic flux leakage method |
-
2000
- 2000-03-08 JP JP2000062964A patent/JP3355322B2/en not_active Expired - Lifetime
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