鋳物の非破壊検査はどのように行われますか?

金属鋳造プロセス

最も初期の既知の製造プロセスの 1 つである金属鋳造は、何世紀にもわたって業界全体で一般的な金属加工プロセスでした。石油、ガス、原子力産業では、パイプ、エルボ、その他のコンポーネントなどの部品に鋳鋼やその他の材料が使用されています。

鋳造は、溶かした金属を型に流し込み、凝固させて所望の幾何学的形状を得ることによって行われます。この技術により、複雑な形状を低コストで設計および製造することが容易になります。そのため、自動車のエンジンブロックや電車の車輪、信号柱など、私たちの身の回りに鋳物が使われているのをよく見かけます。

ただし、これらのコンポーネントは、使用する前に品質チェックを行う必要があります。鋳物の場合、凝固中に溶融金属が鋳物にボイドまたはボイドを残す可能性があるため、この検査はさらに必要です。高応力にさらされると、これらの穴はより深刻な亀裂に発展する可能性が高くなります。非破壊検査 (NDT) は、コンポーネントを損傷することなく、これらの金属鋳造の欠陥を簡単に特定できます。 NDT による品質と安全性の評価は、部品が安全に使用できることを確認するために非常に重要です。

金属鋳造欠陥の種類

他の製造工程と同様に、金属鋳造の欠陥の可能性があります。多くの場合、金属または冶金の熱処理は、金属鋳造欠陥の生成に関与する可能性があります。これらの欠陥は、次のようなさまざまな形で金属に存在する可能性があります。

• 空の：金属が液化すると、内部に大量のガスが溶解します。溶融金属が金型に注がれると、これらの気泡が閉じ込められます。凝固中、閉じ込められた気泡が金属内に多孔質の空隙を作ります。
• 不純物: 鋳造金属のもう 1 つの一般的な欠陥です。溶融金属または金型に存在する不純物または汚染は、鋳造材料の延性または強度に影響を与える可能性があります。凝固時に異物が一箇所に集中すると、より深刻な損傷を引き起こし、ひび割れにつながる可能性があります。
• 割れた×：鋳物が固化して割れが見られる。金型設計エラー、収縮、不均一な冷却、過度の気孔率、熱応力など、クラックが形成される理由は多数あります。
• 収縮: 収縮は、金属鋳造プロセスの産業にとって大きな懸念事項です。収縮の主な原因は膨張と収縮です。注入された金属が凝固し始めると、シーリング収縮欠陥が発生し、凝固した金属内に凝縮中心が形成されます。それらは肉眼で検出するのが難しい場合があります。開放収縮欠陥は空気にさらされ、金属表面に存在するため容易に検出されます。 「管状」欠陥は表面から始まり、鋳造物の奥深くまで成長しますが、「細孔表面」欠陥はボイドの形で表面全体に散らばっています。

これらの欠陥の深刻さには、鋳造金属に存在するマクロおよびミクロの欠陥を特定できる適切な検査方法が必要です。 NDT は、これらの金属鋳造欠陥を特定して、鋳造金属部品の安全性と効率を確保するための効果的なソリューションです。

金属鋳造材料のNDT検査

高品質の鋳物の製造は常に、設計、技術的知識、および鋳造プロセスの各段階を処理および管理する鋳造業者の経験の組み合わせでした。圧力鋳造、鋳造シミュレーション ソフトウェアの使用、および 3D モデリングなどの鋳造プロセスの改善は、製品設計とゲート システムの両方を改善することにより、鋳造欠陥を減らすのに役立ちました。しかし、溶融金属処理は常に、鋳物に欠陥がないことを確実にすることは決して不可能であるという事実に関連しています。鋳造の完全性が最も重要な場合、さまざまな NDT 技術を使用して、各鋳造が仕様に準拠していることを確認できます。

金属部品の性能は、内部および表面の両方の欠陥の存在によって著しく影響を受ける可能性があり、これらの欠陥は目視検査ではすぐにはわからない場合があります。非破壊検査 (NDT) には、物理的な損傷を与えることなく鋳物の完全性を判断するために使用されるさまざまな検査方法が含まれます。これは、検査後に鋳物を使用不能にする破壊試験方法とは異なります。

金属鋳造業界では、磁性粒子試験、液体浸透試験、超音波試験、放射線透過試験、渦電流試験の 5 つの NDT 法が一般的に使用されています。

目視検査 (VT)

多くの種類を認識できる 表面欠陥 慎重な目視検査 (VT) または検査時に内視鏡などの補助ツール (RVI) を使用することにより、砂穴、表面収縮、ブローホールなどの鋳造中 小さくて深い穴をチェックするため、通常、これが最初に使用される方法です。

液体浸透試験（PT）

可視および蛍光浸透剤を油に懸濁させ、完成した鋳物の表面にコーティングすることができます。 表面の亀裂と穴 試薬を塗布したり、ブラックライトランプを使用するとすぐに見えます。

放射線検査（RT）

放射線検査は非常に効果的です 空気穴、亀裂、または内部不純物を識別します.キャスト要素は放射線にさらされ、X 線フィルムまたはデジタル放射線増感プレート上に作成された画像は、キャスト強度の密度の変化を示します。欠陥を特定するだけでなく、X線撮影の画像をテスト結果の永久的な記録として保存することができます。

この試験方法では、電離放射線を使用してキャスティングの断面積に浸透し、放射線写真フィルムに「露出」します。概念は、病院で行われる骨の X 線検査に似ています。この試験方法は鋳物の断面積をチェックするため、体積試験法とも呼ばれます。

磁性粒子試験（MT）

磁性粒子検査は、の位置を決定するのに特に役立ちます。 表面の不連続 鉄金属で。また、磁化力が表面に漏れ磁場を生成するのに十分なほど強い場合、表面下の欠陥を示すこともあります。微細な鉄粉が部品に接触すると、漏れフィールドの境界に集中します。気流を利用して余分なダニをやさしく吹き飛ばし、残りの粒子を欠陥の周りにぶら下げます。粒子は、磁化電流が流れている間 (連続法) または電流がオフになった後 (残留磁気法) に適用できます。

磁粉検査では、次の 4 つの手順を実行します。

• 鋳造品の磁化を調べます。
• 鋳物が磁化されている間に、細かい鉄の粒子を塗布します。
• 漏れ磁場がないか鋳造表面を検査して、欠陥を特定します。
• 鋳物を洗浄し、消磁します。

磁性粒子検査には、原理と応用が迅速かつ簡単であるという利点があります。浅い表面近くの浅い亀裂の検出に高い感度を持っています。この方法は、不純物の層や薄いコーティングでも機能することがあります。

磁性粒子試験は、磁性材料のみに適用可能で、表面下の不連続性 (1 ～ 2 mm) の検出に限定されています。

鋳物の超音波検査（UT）

超音波検査は、検査結果を解釈する技術者のスキルが必要なため、より複雑で費用のかかる方法です。このプロセスは、 内部欠陥を特定する 鋳造物に高周波音響エネルギー (超音波) を送信することによって。高周波音響エネルギーは、反対側の表面、界面、または欠陥に当たるまで、鋳造物を介して伝播します。界面または欠陥は、材料に取り込まれたエネルギー分率を反映し、分析用に表示されます。経時的なエネルギー レベルの変化は、内部欠陥の位置とサイズ、およびダクタイル鋳鉄の厚さと粒子密度を明らかにすることができます。

超音波検査は、鉄と非鉄の両方の材料の表面と表面下の不連続を検出できます。また、鋳物の厚さ測定にも使用できます。超音波検査では鋳物の断面積を調べることができるため、体積検査法と見なされます。

参照： 鋳物の超音波検査

渦電流（ET）試験

渦電流試験は、 表面近くの小さな亀裂や欠陥を検出 材料の変化に起因する鋳造の不連続性。これは、超音波検査と同じトレーニングおよび検査機器を必要とし、導電性金属のみに限定される方法です。

注 1: 超音波検査では、鋳造表面の下の表面下の不連続性を本質的に検出することはできません。

注 2: 金属が非透過性である場合、MT は渦電流または PT 試験に置き換えられます。

化学組成の決定（XRF）

合金の特性は合金の化学組成に大きく依存し、合金元素の量は少ないが大きな影響を与えることがわかった。これにより、ASTM 規格、Society of Automotive Engineers (SAE)、および AMS Alloy Specification で鋳造合金 (PMI) グレードが特定されました。

合金仕様は、多くの異なる合金に共通の化学組成を提供します。化学組成の変化に対する特定の合金の特性の感度に応じて、特定の仕様で合金の化学分析が必要になる場合があります。化学分析は、通常、特殊な金型に注がれた溶融金属のサンプルに対して実行され、分光法または蛍光 X 線分析によって評価されます。

鋳物の非破壊検査基準

業界、用途、合金の種類に応じて、いくつかの異なる機関が鋳造検査基準を発行する場合があります。鋳鋼合金は鍛造合金とは異なる場合があり、異なる金属が材料の内部特性に影響を与えます。テストする合金の種類を決定したら、次のいずれかの組織の標準を参照して、推奨される標準とアプローチを確認できます。

• ISO
• BS えん
• ASTM
• 米国非破壊検査協会 (ASNT)
• 米国機械技術者協会 (ASME)
• アメリカ石油協会 (API)

鋳鋼の製造経験を持つ企業は、すでに試験手順と方法、および許容要件を確立している場合があります。通常、これらの内部プロセスは、これらの組織の 1 つまたは複数によって発行された標準に基づいています。基準が厳しすぎると生産コストが高くなる可能性がありますが、基準が緩すぎると問題が発生し、重大な経済的損失につながる可能性があります。内部基準が専門家のガイダンスと異なる場合は、厳密なデータ収集と分析に基づく必要があります。

関連する基準を見つけるには、まず社内の品質マニュアルまたは NDT レベル III の専門家に相談してください。内部ガイドラインが利用できない場合は、特定の業界のアプリケーション固有の標準を調べてください。

鋳造検査に関連するいくつかの基準：

• ASTM E114 超音波パルスエコー ストレートビーム接触試験の標準プラクティス
• ASTM E587-15 超音波斜角ビーム接触試験の標準プラクティス
• ASTM E 1001 縦波を使用した浸漬パルスエコー超音波法による不連続性の検出と評価のための標準プラクティス
• BS EN 1559-1:2011 設立 – 納入の技術的条件 – パート 1: 一般
• BS EN 1559-2:2014 設立 – 納入の技術的条件 – パート 2: 鋼鋳物の追加要件
• BS EN 1559-3:2011 設立 – 納入の技術的条件 – パート 3: 鋳鉄の追加要件
• BS EN 1559-4:2015 設立 – 納入の技術的条件 – パート 4: アルミニウム合金鋳物の追加要件
• BS EN 1559-5:1998 設立 – 納入の技術的条件 – パート 5: マグネシウム合金鋳物の追加要件
• BS EN 1559-6:1999 設立 – 納入の技術的条件 – パート 6: 亜鉛合金鋳物の追加要件
• BS EN 1369:2012 設立 – 磁性粒子試験
• ISO 4986:2010 鋼鋳物 – 磁粉検査
• BS EN 1371-1:2011 設立 – 液体浸透試験 – パート 1: 砂、重力ダイ、および低圧ダイカスト
• BS EN 1371-2:2015 設立 – 液体浸透検査 – パート 2: インベストメント鋳造
• ISO 4987:2010 鋼鋳物 – 液体浸透探傷検査
• BS EN 12681:2003 設立 – 放射線検査
• ISO 4993:2015 鋼および鋳鉄 – 放射線検査
• BS EN 12680-1:2003 設立 – 超音波検査 – パート 1: 汎用鋼鋳物
• ISO 4992-1:2006 鋼鋳物 – 超音波検査 – パート 1: 一般目的の鋼鋳物
• BS EN 12680-2:2003 設立 – 超音波検査 – パート 2: 高応力コンポーネント用の鋼鋳物
• ISO 4992-2:2006 鋼鋳物 – 超音波検査 – パート 2: 高応力コンポーネント用鋼鋳物
• BS EN 12680-3:2011 設立 – 超音波検査 – パート 3: 球状黒鉛鋳鉄鋳物
• BS EN 1370:2011 設立 – 表面状態の検査
• ISO 11971:2008 鋼および鋳鉄 – 表面品質の目視検査
• ISO 19959:2005 インベストメント鋳造の表面状態の目視検査 – 鋼、ニッケル合金、コバルト合金

鋳物の非破壊検査の結論

非破壊検査の選択肢は広範ですが、特定の用途に最も適した方法の選択は、部品の形状、数量、合金の種類、および部品の仕様によって異なります。 VISCO は、各鋳物に最適な試験方法をアドバイスした経験があり、生産段階全体でお客様と緊密に協力して、検査のための最も費用対効果の高い最適なソリューションを保証します。