CN103733060B - 磁探伤方法以及磁探伤装置 - Google Patents

磁探伤方法以及磁探伤装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种磁探伤方法以及磁探伤装置，其通过解决在仅使直流磁场作用的情况下磁化单元大型化的问题、在仅使交流磁场作用的情况下被探伤件发热的问题，并且将被探伤件磁化到磁饱和状态为止，从而能够高精度地检测损伤。本发明的磁探伤装置(100)具备：第一磁化单元(1)，其使直流的偏置磁场与检测对象损伤(F)延伸的方向大致平行地作用于被探伤件(P)；第二磁化单元(2)，其使交流磁场与检测对象损伤(F)延伸的方向大致垂直地作用于被探伤件(P)；检测单元(3)，其检测通过由上述第一磁化单元(1)和上述第二磁化单元(2)磁化被探伤件(P)而产生的泄漏磁通。

Description

磁探伤方法以及磁探伤装置
技术领域
本发明涉及一种磁探伤方法和磁探伤装置，利用以下特性：在使磁场作用于由磁性体构成的被探伤件而磁化的情况下，在被探伤件存在屏蔽所产生的磁通那样的损伤时，在该损伤存在的部位磁通向表面空间泄漏。
本发明特别涉及一种磁探伤方法和磁探伤装置，其通过解决在仅使直流磁场作用的情况下磁化单元大型化的问题、在仅使交流磁场作用的情况下被探伤件发热的问题，并且将被探伤件磁化到磁饱和状态为止，从而能够高精度地检测损伤。
背景技术
以前，作为非破坏地检测钢板、铜管等被探伤件所存在的损伤的方法，已知磁探伤方法(泄漏磁通探伤方法)。该磁探伤方法是利用以下特性的探伤方法：在使磁场作用于由磁性体构成的被探伤件而磁化的情况下，在被探伤件存在屏蔽所产生的磁通那样的损伤时，在该损伤存在的部位磁通向表面空间泄漏。
在该磁探伤方法中，为了将来自损伤的泄漏磁通增大到能够检测的程度，必须将被探伤件磁化到被探伤件成为磁饱和状态为止。另外，一般作为用于使磁场作用于被探伤件的磁化单元，使用直流或交流的电磁铁、线圈等，作为用于检测来自损伤的泄漏磁通的检测单元，使用霍尔元件、探测线圈等。
作为使用电磁铁、线圈等磁化单元高效地使被探伤件磁化饱和的装置，例如提出了专利文献1、2所记载的装置。
专利文献1所记载的装置通过在磁极(磁轭开放端)和被探伤件(被检测件)之间设置刷状的磁轭，或设置可动辅助磁轭，来抑制由于磁极和被探伤件的间隙产生泄漏磁通，改善磁化效率。
但是，在专利文献1所记载的装置中，在使用了直流的电磁铁的情况下，表皮效果并不理想，因此必须使被探伤件的厚度方向整体磁化饱和。换言之，需要超过被探伤件的厚度方向整体的截面积的磁极截面积，因此存在磁化单元大型化的问题。
以下，更具体地说明。构成钢板、铜管等被探伤件的强磁性材料的磁特性一般具有用滞后曲线表示的非线性特性。因此，通过使比较小的磁场作用，能够实现被探伤件中的磁通密度磁化到1.4T左右为止。但是，为了得到充分得到来自损伤的泄漏磁通所需要的必要的饱和磁通密度附近(在普通的碳钢中为1.7～1.8T)的磁通密度，必须使极大的磁场作用于被探伤件。进而，在直流磁饱和时，磁通在被探伤件的厚度方向上均匀地分布。因此，为了使用直流的电磁铁使被探伤件磁饱和，需要与被探伤件的尺寸(厚度)对应的大型的磁化单元。
为了消除上述问题，如专利文献2所记载的那样，通过采用使用了交流的电磁铁的磁化单元，利用表皮效果，而只磁化被探伤件的表层即可。根据专利文献2所记载的装置，能够使磁化单元小型化。但是，在如专利文献2所记载的那样，使交流磁场作用而将被探伤件磁化到磁饱和状态为止的情况下，因在被探伤件中产生的涡电流造成的发热大，因此产生以下的问题，即产生检测泄漏磁通的检测单元的灵敏度降低、寿命降低等的坏影响。
以下，更具体地说明。在使交流磁通作用的情况下，能够通过表皮效果使磁通集中在被探伤件的表层，因此与使直流磁场作用的情况相比，具有磁化单元能够小型化的优点。但是，为了抑制因被探伤件的材质造成的噪声信号，与使直流磁场作用的情况同样地，必须使被探伤件中的磁通密度增大到饱和磁通密度附近为止。在只通过交流磁场将被探伤件磁化到磁饱和状态为止的情况下，在被探伤件中产生与磁通的时间变化成正比的电动势，这使得产生涡电流。在被探伤件中流过的电流伴随着电阻发热，被探伤件成为所谓的感应加热状态，因此成为设置在外围的泄漏磁通的检测单元、其安装固定物的温度变动的原因。一般，作为泄漏磁通的检测单元，使用霍尔元件、探测线圈、磁阀等传感器，但它们都会因为温度变化而对泄漏磁通的检测灵敏度、寿命产生影响。
专利文献1：日本特开平8-152424号公报
专利文献2：日本特开2001-41932号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明就是为了解决该现有技术的问题点而提出的，其课题在于：提供一种磁探伤方法以及磁探伤装置，其通过解决在仅使直流磁场作用的情况下磁化单元大型化的问题、在仅使交流磁场作用的情况下被探伤件发热的问题，并且将被探伤件磁化到磁饱和状态为止，从而能够高精度地检测损伤。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本发明人们锐意研究的结果是着眼于以下的情况，即到被探伤件中的磁通密度容易变得比较大的范围(1.4T左右)为止，使直流磁场(偏置磁场)作用而磁化，并且为了将被探伤件设为磁饱和状态而检测来自损伤的泄漏磁通，而使交流磁场作用而进一步磁化，由此是否能够解决磁化单元的小型化和被探伤件的发热防止这样的双方的课题。
在上述着眼点中，使直流磁场作用的目的不是使得产生来自损伤的泄漏磁通，而是使包含损伤的近旁在内的被探伤件整体的磁通密度大致均匀并且增加到某种程度的磁通密度为止。本发明人们发现如果鉴于该目的，则必须将所作用的直流磁场的方向设为通过直流磁场在被探伤件中产生的磁通的进路最难以被损伤妨碍的方向(即与损伤延伸的方向大致平行的方向)。
另一方面，在上述着眼点中，使交流磁场作用的目的是使得产生来自损伤的泄漏磁通。本发明人们发现如果鉴于该目的，则必须将所作用的交流磁场的方向设为通过交流磁场在被探伤件中产生的磁通的进路最容易被损伤妨碍的方向(即与损伤延伸的方向大致垂直的方向)。
本发明就是根据以上所述的本发明人们的发现而完成的。
即，本申请的第一发明是一种磁探伤方法，其特征在于，使直流的偏置磁场与检测对象损伤所延伸的方向大致平行地作用于被探伤件，并且使交流磁场与检测对象损伤所延伸的方向大致垂直地作用于被探伤件，根据由此产生的泄漏磁通来检测检测对象损伤。
根据本申请的第一发明，通过使直流的偏置磁场与检测对象损伤(成为检测对象的损伤)延伸的方向大致平行地作用，从而能够到被探伤件中的磁通密度容易变得比较大的范围为止，不会由于检测对象损伤对磁通的进路产生大的妨碍地，大致均匀地磁化被探伤件。另外，根据本发明，除了上述偏置磁场以外，还使交流磁场作用，由此能够使被探伤件比较容易成为磁饱和状态，并且所作用的交流磁场的方向与检测对象损伤延伸的方向大致垂直，因此能够使得高效地产生来自检测对象损伤的泄漏磁通，其结果是能够高精度地检测检测对象损伤。
另外，根据本发明，通过组合直流的偏置磁场和交流磁场使其作用而磁化被探伤件，因此与只使直流磁场作用而磁化的情况相比，能够得到用于使被探伤件磁饱和的磁化单元不大型化的优点。
进而，根据本发明，共通组合直流的偏置磁场和交流磁场使其作用而磁化被探伤件，因此与只使交流磁场作用而磁化的情况相比，还能够得到即使使被探伤件磁饱和而被探伤件也不过度发热的优点。
以上所述的本申请的第一发明在检测对象损伤延伸的方向固定、并且能够预先设想其方向的情况下有效。但是，在被探伤件存在向各种方向延伸的损伤，必须还检测出向任意方向延伸的损伤的情况下，无法将使直流的偏置磁场作用的方向(与损伤延伸的方向大致平行的方向)、使交流磁场作用的方向(与损伤延伸的方向大致垂直的方向)设为固定。为了即使损伤延伸的方向是任意的方向也能够进行检测，使磁场的方向时刻变化的旋转磁场作用是有效的。另外，在使该旋转磁场作用的情况下，如果灵活运用上述的本发明人们的发现，则还能够在解决磁化单元大型化的问题、被探伤件发热的问题的同时，将被探伤件磁化到磁饱和状态为止而高精度地检测损伤。
即，本申请的第二发明是一种磁探伤方法，其特征在于，使通过将交流电流用作励磁电流而励磁的旋转偏置磁场作用于被探伤件，并且使旋转交流磁场作用于被探伤件，根据由此产生的泄漏磁通来检测损伤，其中，该旋转交流磁场是通过将重叠了与上述交流电流相同的频率的第一交流电流和比该第一交流电流的频率高的第二交流电流而成的重叠交流电流用作励磁电流而励磁的旋转交流磁场，该旋转交流磁场的相位与上述旋转偏置磁场偏离90°。
根据本申请的第二发明，使通过将交流电流用作励磁电流而励磁的旋转偏置磁场作用于被探伤件。虽然将交流电流用作励磁旋转偏置磁场的励磁电流，但只要将其频率设为低频(例如10Hz～2kHz左右)，则会成为恰好与上述的本申请的第一发明中的直流的偏置磁场使其方向时刻变化同样的动作。因此，根据本申请的第二发明的旋转偏置磁场，也能够到被探伤件中的磁通密度容易变得比较大的范围为止，不会由于损伤(与旋转偏置磁场的某瞬间的方向大致平行延伸的损伤)对磁通的进路产生大的妨碍地，大致均匀地磁化被探伤件。
另外，根据本发明，除了上述旋转偏置磁场以外，还使相位与该旋转偏置磁场偏离90°的旋转交流磁场(即某瞬间的旋转偏置磁场的方向和旋转交流磁场的方向垂直)作用。通过将重叠了与作为旋转偏置磁场的励磁电流交流电流相同的频率的第一交流电流(如果将作为旋转偏置磁场的励磁电流的交流电流的频率设为低频，则为比第一交流电流的频率还低的频率)和比该第一交流电流的频率高的第二交流电流(例如1kHz～500kHz左右)所得的重叠交流电流用作励磁电流，而励磁该旋转交流磁场。因此，通过高频的第二交流电流生成的交流磁场支配性地作用于被探伤件，另一方面，低频的第一交流电流为了在被探伤件中使上述生成的交流磁场的方向旋转而发挥功能。这是因为被探伤件所产生的感应电动势与励磁电流的频率成正比。换言之，本申请的第二发明的旋转交流磁场显示出与上述的本申请的第一发明中的交流磁场使其方向时刻变化同样的动作。
本发明除了旋转偏置磁场以外，还使相位与该旋转偏置磁场偏离90°的旋转交流磁场作用，因此能够比较容易地使被探伤件成为磁饱和状态，并且所作用的旋转交流磁场的方向与上述损伤(与旋转偏置磁场的某瞬间的方向大致平行延伸的损伤)延伸的方向大致垂直，因此能够高效地使得产生来自上述损伤的泄漏磁通，其结果是能够高精度地检测出上述损伤。本发明使偏置磁场旋转，并且也使交流磁场旋转使得其相位与偏置磁场偏离90°，因此能够检测出被探伤件所存在的向各种方向延伸的损伤。
另外，根据本发明，与第一发明同样地，能够得到用于使被探伤件磁饱和的磁化单元未大型化的优点、即使使被探伤件磁饱和而被探伤件也不过度发热的优点。
此外，与使旋转偏置磁场和旋转交流磁场作用的磁化单元相对于被探伤件的相对移动速度对应地设定第一交流电流的频率即可。具体地说，必须设定第一交流电流的频率，使得在磁化单元通过损伤上的期间，旋转偏置磁场和旋转交流磁场最低旋转一次。如果磁化单元的相对移动速度快，则必须将第一交流电流的频率设定得高，与此对应必须将作为高频的第二交流电流的频率也设定得高。优选将第一交流电流的频率和第二交流电流的频率之间的比例设定为能够将第二交流电流作为参照信号进行同步检波的程度的比例(例如1：10以上)。
另外，为了解决上述课题，本发明还提供磁探伤装置，其特征在于，具备：第一磁化单元，其使直流的偏置磁场与检测对象损伤所延伸的方向大致平行地作用于被探伤件；第二磁化单元，其使交流磁场与检测对象损伤所延伸的方向大致垂直地作用于被探伤件；以及检测单元，其检测通过由上述第一磁化单元和上述第二磁化单元磁化被探伤件而产生的泄漏磁通。
进而，为了解决上述课题，还作为磁探伤装置而提供本发明，其特征在于，具备：第一旋转磁化单元，其使通过将交流电流用作励磁电流而励磁的旋转偏置磁场作用于被探伤件；第二旋转磁化单元，其使旋转交流磁场作用于被探伤件，其中，该旋转交流磁场是通过将重叠了与上述交流电流相同的频率的第一交流电流和比该第一交流电流的频率高的第二交流电流而成的重叠交流电流用作励磁电流而励磁的旋转交流磁场，该旋转交流磁场的相位与上述旋转偏置磁场偏离90°；以及检测单元，其检测通过由上述第一旋转磁化单元和上述第二旋转磁化单元磁化被探伤件而产生的泄漏磁通。
发明的效果
根据本发明，解决在仅使直流磁场作用的情况下磁化单元大型化的问题、在仅使交流磁场作用的情况下被探伤件发热的问题，并且将被探伤件磁化到磁饱和状态为止，从而能够高精度地检测损伤。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的磁探伤装置的概要结构的图。
图2是示意地表示作用于被探伤件的直流磁场的方向与损伤延伸的方向大致垂直的情况下的被探伤件中的磁通的状态的图。
图3是示意地表示作用于被探伤件的直流磁场的方向与损伤延伸的方向大致平行的情况下的被探伤件中的磁通的状态的图。
图4是表示本发明的实施例一和比较例子一、二的试验结果的图。
图5是表示本发明的第二实施方式的磁探伤装置的概要结构的图。
图6是示意地表示通过图5所示的磁探伤装置生成的磁场的关系的图。
图7是表示本发明的实施例二的试验结果的图。
具体实施方式
以下，适当参照附图，说明本发明的实施方式。
<第一实施方式>
在本发明的第一实施方式的磁探伤装置中，被探伤件是管，将向管的轴方向延伸的损伤(以下称为轴方向损伤)作为检测对象。
图1是表示本发明的第一实施方式的磁探伤装置的概要结构的图。图1(a)表示整体结构图。另外，图1(b)表示图1(a)所示的探伤探针的示意的外观图。
如图1所示，本实施方式的磁探伤装置100具备：第一磁化单元1，其使直流的偏置磁场与作为检测对象损伤的轴方向损伤F延伸的方向(管P的轴方向(图1所示的X方向))大致平行地作用于管P；第二磁化单元2，其使交流磁场与轴方向损伤F延伸的方向大致垂直地作用于管P；检测单元3，其检测通过由第一磁化单元1和第二磁化单元2磁化管P而产生的泄漏磁通。另外，本实施方式的磁探伤装置100具备：运算控制单元4，其用于向第二磁化单元2供给交流电流，或者对从检测单元3输出的探伤信号进行信号处理，而检测轴方向损伤F。
第一磁化单元1由贯通管P的一对贯通线圈1a、1b构成。分别向一对贯通线圈1a、1b供给直流电流，由此在与管P的轴方向(X方向)大致平行的方向上生成直流磁场(偏置磁场)A。即，偏置磁场A的方向与轴方向损伤F延伸的方向大致平行。
第二磁化单元2由空心型的正切线圈构成。该正切线圈围绕由非磁性体构成的磁芯21向管P的轴方向(X方向)卷绕导线22而成。通过从运算控制单元4向导线22供给交流电流，而在与管P的轴方向(X方向)大致垂直的方向(图1所示的Y方向)上生成交流磁场B。如果将第二磁化单元2配置在管P的外面，则所生成的交流磁场B沿着管P的圆周方向前进。即，交流磁场B的方向与轴方向损伤F延伸的方向大致垂直。
检测单元3被设为检测通过第二磁化单元(正切线圈)2的中心而与X方向和Y方向垂直的Z方向(参照图1)的泄漏磁通的平面线圈。检测单元3被安装在第二磁化单元2所具备的磁芯21的下面。检测单元3检测Z方向的泄漏磁通，作为探伤信号而输出到运算控制单元4。此外，检测单元3与第二磁化单元(正切线圈)2一体化，形成探伤探针20。
运算控制单元4向第二磁化单元(正切线圈)2供给规定频率的交流电流。另外，运算控制单元4对从检测单元3输出的探伤信号实施以上述交流电流为参照信号的同步检波等信号处理，检测轴方向损伤F。
根据具有以上结构的磁探伤装置100，通过使直流的偏置磁场A与轴方向损伤F延伸的方向(X方向)大致平行地作用，能够到管P中的磁通密度容易变得比较大的范围为止，不会由于轴方向损伤F对磁通的进路产生大的妨碍，并大致均匀地磁化管P。以下，适当地参照图2和图3，更具体地说明该点。
图2是示意地表示作用于被探伤件的直流磁场的方向与损伤延伸的方向大致垂直的情况下的被探伤件中的磁通的状态的图。图2(a)表示平面图，图2(b)表示图2(a)的CC方向截面图。
图3是示意地表示作用于被探伤件的直流磁场的方向与损伤延伸的方向大致平行的情况下的被探伤件中的磁通的状态的图。图3(a)表示平面图，图3(b)表示图3(a)的DD方向截面图。
如图2所示，在作用于被探伤件的直流磁场的方向与损伤延伸的方向大致垂直的情况下，通过使直流磁场作用而产生的磁通(在图2中用实线的箭头表示)并不是到损伤的附近为止直进而急剧地改变方向地迂回，而是一边缓慢地改变方向一边向损伤迂回。因此，在损伤的周边，存在在图2中用虚线表示那样的磁通密度小的区域。因此，特别在损伤的周边，直流磁场并不作为用于使来自损伤的泄漏磁通增加的偏置磁场而发挥功能。换言之，在使得直流磁饱和而使得损伤延伸的方向和磁通的方向大致垂直的情况下，无法达到使被损伤件中的磁通密度大致均匀地增大这样的直流磁化的目的。
另一方面，如图3所示，在作用于被损伤件的直流磁场的方向与损伤延伸的方向大致平行的情况下，通过使直流磁场作用而产生的磁通(在图3中用实线的箭头表示)能够不会由于损伤对其进路产生大的妨碍地在损伤的附近迂回。因此，如图3(b)所示，到损伤的近旁为止存在磁通密度大的区域，能够达到除了损伤以外大致均匀地增大被损伤件中的磁通密度这样的直流磁化的目的。
根据以上所述的理由，在本实施方式的磁探伤装置100中，使直流的偏置磁场A与轴方向损伤F延伸的方向(X方向)大致平行地作用，由此能够大致均匀地磁化管P到管P中的磁通密度容易变得比较大的范围为止。
另外，在本实施方式的磁探伤装置100中，除了偏置磁场A以外，还使交流磁场B作用。由此，能够比较容易地使管P成为磁饱和状态，并且由于所作用的交流磁场B的方向与轴方向损伤F延伸的方向大致垂直，所以能够高效地使得产生来自轴方向损伤F的泄漏磁通。其结果是能够高精度地检测轴方向损伤F。
另外，根据本实施方式的磁探伤装置100，因为通过组合偏置磁场A和交流磁场B而使其作用来磁化管P，所以与只使直流磁场作用而磁化的情况相比，能够得到用于使管P磁饱和的磁化单元未大型化的优点。
进而，根据本实施方式的磁探伤装置100，因为通过组合偏置磁场A和交流磁场B而使其作用来磁化管P，所以与只使交流磁场作用而磁化的情况相比，能够得到即使使管P磁饱和而管P也不过度发热的优点。
以下，说明使用了本实施方式的磁探伤装置100的探伤试验的一个实施例。
<实施例一>
在本实施例中，作为被探伤件即管P，使用了含有0.25质量%的碳的碳钢管。在该管P的表面，设置了深度0.5mm、长度25mm的人工的轴方向损伤。另外，作为第一磁化单元即贯通线圈1a、1b，分别使用匝数为1000、外径140mm、内径80mm、长度(沿着管P的轴方向的长度)50mm的线圈，在管P的轴方向上隔开40mm配置了各贯通线圈1a、1b。向各贯通线圈1a、1b供给的直流电流的电流值为1.5A，由此能够使适当的偏置磁场(被探伤件中的磁通密度约1.5T)作用。此外，只通过该第一磁化单元1磁化到能够进行泄漏磁通探伤的程度(被探伤件中的磁通密度约1.8T)所需要的直流电流的电流值是约9A。因此，根据本实施例，可知与只通过第一磁化单元1使其直流磁饱和的情况相比，能够以约1/6的电流值进行探伤。
另外，在本实施例中，作为第二磁化单元(正切线圈)2，在由一边为6mm的非磁性的立方体构成的磁芯21的周围使用了在管P的轴方向上卷绕50匝的导线22而成的线圈。向导线22供给的交流电流为频率50kHz、电流值200mA。只要是本技术领域的技术人员，则能够容易地理解该电流值与用于通常的交流磁探伤(只使交流磁场作用的磁探伤)的电磁铁所通电的交流电流的值相比非常小。另外，可知作为生成交流磁场的磁化单元，如果使用本实施例的第二磁化单元2，则与现有的电磁铁相比，能够谋求显著的小型化、轻量化。在被探伤件向轴方向直进，生成交流磁场的磁化单元向被探伤件的圆周方向旋转，需要对被探伤件的整个面进行探伤的情况下，这成为大的优点。这是因为如果使用本实施例的第二磁化单元2作为生成交流磁场的磁化单元，则还能够将使其在被探伤件的圆周方向上旋转的机构小型化、简化。
进而，在本实施例中，作为检测单元3，使用了直径5mm、匝数100的平面线圈。
在以上的条件下进行了探伤试验。
<比较例子1>
除了不使第一磁化单元1的偏置磁场作用这一点以外，在与实施例同样的条件下进行了探伤试验。
<比较例子2>
除了以下的点以外，在与实施例同样的条件下进行了探伤试验，即在管P的表面设置在相对于管轴方向倾斜了60°的方向上延伸的人工损伤(深度和长度与实施例一同样)，调整第二磁化单元2的方向，使得通过第二磁化单元(正切线圈)2生成的交流磁场的方向与上述人工损伤延伸的方向大致垂直。
<评价结果>
图4是表示本发明的实施例一和比较例一、二的试验结果的图。图4(a)表示实施例一的试验结果，图4(b)表示比较例一的试验结果，图4(c)表示比较例二的试验结果。图4所示的波形是将运算控制单元4供给到第二磁化单元(正切线圈)2的交流电流作为参照信号而对从检测单元3输出的探伤信号进行同步检波所得的。
如对图4所示的实施例一和比较例子一进行比较可知的那样，与在不使偏置磁场作用的比较例一中损伤信号的振幅稍小而噪声信号的振幅大相对，在使偏置磁场与损伤延伸的方向大致平行地作用的实施例一中，损伤信号的振幅增加，相反噪声信号的振幅减少。其结果是在使与损伤延伸的方向大致平行的偏置磁场作用的情况下，包含损伤的近旁在内的管P整体的磁通密度增加，因此表示出在如空心型的正切线圈那样使用了所生成的磁场强度小的磁化单元的情况下，管P也容易地达到磁饱和状态。因此，表示出来自损伤的泄漏磁通增大(因此，损伤信号的振幅增加)，并且抑制了因钢管材料的磁不均匀性造成的噪声信号。
另外，如比较图4所示的比较例一和比较例二可知的那样，与不使偏置磁场作用的比较例一相比，在使偏置磁场作用的比较例子二中，噪声信号的振幅减少。但是，对于损伤信号，使偏置磁场作用的比较例二的振幅反而变小。可以认为其理由是：偏置磁场的方向和损伤延伸的方向不平行(成60°的角度)，因此在损伤的周边存在由于磁通的迂回而产生的磁通密度小的区域，使损伤周边的磁饱和水平降低，妨碍了来自损伤的泄漏磁通的产生。
<第二实施方式>
在本发明的第二实施方式的磁探伤装置中，被探伤件是管，将向各种方向延伸的损伤作为检测对象。
图5是表示本发明的第二实施方式的磁探伤装置的概要结构的图。图5(a)是用截面部分地表示整体的结构的正面图。图5(b)是平面图。图5(c)是背面图。图5(d)表示图5(a)～(c)所示的探伤探针的示意外观图。此外，在图5(d)中，省略了励磁线圈的图示。
如图5所示，本实施方式的磁探伤装置100’具备：第一旋转磁化单元1’，其使旋转偏置磁场作用于作为被探伤件的管P；第二旋转磁化单元2，，其使相位与上述旋转偏置磁场偏离90°的旋转交流磁场作用于管P；以及检测单元，其对通过由第一旋转磁化单元1’和第二旋转磁化单元2’磁化管P而产生的泄漏磁通进行检测。另外，本实施方式的磁探伤装置100’具备：运算控制单元4’，其用于向第一旋转磁化单元1’、第二旋转磁化单元2’供给励磁电流，对从检测单元3输出的探伤信号进行信号处理而检测损伤。
第一旋转磁化单元1’具有第一电磁铁11、以及与第一电磁铁11交叉的第二电磁铁12。
第一电磁铁11具备倒U字状的磁轭111、分别卷绕在磁轭111的两端部的励磁线圈112。通过从运算控制单元4’向励磁线圈112供给交流电流，而在磁轭111的磁极111a、111b之间生成与管P的轴方向(图5所示的X方向)大致平行的方向的磁场。
第二电磁铁12具备倒U字状的磁轭121、以及分别卷绕在磁轭121的两端部的励磁线圈122。通过从运算控制单元4’向励磁线圈122供给交流电流，而在磁轭121的磁极121a、121b之间生成与管P的轴方向(X方向)大致垂直的方向(图5所示的Y方向)的磁场。
另外，通过使向各励磁线圈112、122供给的交流电流(励磁电流)的相位偏离90°，而使各励磁线圈112、122生成的磁场的合成磁场以磁极111a、111b、121a、121b的中心位置为中心旋转360°。
以上那样，第一旋转磁化单元1’使旋转偏置磁场作用于管P。
第二旋转磁化单元2’具有与由本发明人们提出的日本特开2008-128733号公报所记载的励磁线圈相同的结构。具体地说，第二旋转磁化单元2’与第一实施方式的第二磁化单元2同样，由空心型的正切线圈构成。但是，第二旋转磁化单元2’与第二磁化单元2不同，不只是在由非磁性体构成的磁芯21的周围在管P的轴方向(X方向)上卷绕导线22b，还在与管P的轴方向大致垂直的方向(Y方向)上卷绕导线22a。
通过从运算控制单元4’向导线22a供给励磁电流(X方向励磁电流)，生成与管P的轴方向(X方向)大致垂直的方向(Y方向)的交流磁场。
另外，通过使向各导线22a、22b供给的励磁电流的相位偏离90°，而通过各导线22a、22b生成的交流磁场的合成磁场以第二旋转磁化单元2’(正切线圈)的中心位置为中心旋转360°。即，生成旋转交流磁场。
具体地说，作为励磁电流，从运算控制单元4’供给重叠了第一交流电流、以及第二交流电流而成的重叠交流电流，其中第一交流电流与向第一旋转磁化单元1’供给(向励磁线圈112、122供给)的交流电流的频率相同，第二交流电流的频率比该第一交流电流频率高。更具体地说，向第二旋转磁化单元2’的导线22a供给重叠了第一交流电流和第二交流电流而成的X方向励磁电流。
另一方面，向第二旋转磁化单元2’的导线22b供给第一交流电流和第二交流电流重叠并且相位相对于X方向励磁电流偏离90°的Y方向励磁电流。
另外，调整X方向励磁电流和Y方向励磁电流的相位，使得通过第二旋转磁化单元2’生成的旋转交流磁场的相位与由第一旋转磁化单元1’生成的旋转偏置磁场的相位偏离90°。
如以上那样，第二旋转磁化单元2’使相位与上述旋转偏置磁场偏离90°的旋转交流磁场作用于管P。
检测单元3与第一实施方式同样，被设为检测通过第二磁化单元(正切线圈)2’的中心而向与X方向和Y方向垂直的Z方向(参照图5)的泄漏磁通的平面线圈。检测单元3被安装在第二磁化单元2’所具备的磁芯21的下面。检测单元3检测Z方向的泄漏磁通，作为探伤信号而输出到运算控制单元4’。此外，检测单元3与第二磁化单元(正切线圈)2’一体化，形成探伤探针20’。
运算控制单元4’分别向第一旋转磁化单元1’所具备的第一电磁铁11和第二电磁铁12供给相位相互偏离90°的交流电流。另外，运算控制单元4’向第二旋转磁化单元2’所具备的导线22a、22b分别供给重叠了第一交流电流和第二交流电流而成的重叠交流电流、即相位相互偏离90°的重叠交流电流(X方向励磁电流和Y方向励磁电流)，其中，第一交流电流与向第一旋转磁化单元1’供给的交流电流的频率相同，第二交流电流的频率比该第一交流电流的频率高。运算控制单元4’调整向第二旋转磁化单元2’供给的X方向励磁电流和Y方向励磁电流的相位，使得通过第一旋转磁化单元1’生成的旋转偏置磁场的相位和通过第二旋转磁化单元2’生成的旋转交流磁场的相位偏离90°。
另外，运算控制单元4’对从检测单元3输出的探伤信号顺序地实施以第二交流电流为参照信号的同步检波、以第一交流电流为参照信号的同步检波等信号处理，检测轴方向损伤F。
图6是示意地表示通过具有以上结构的磁探伤装置100’生成的磁场的关系的图。
根据本实施方式的磁探伤装置100’，使通过将交流电流用作励磁电流而励磁的旋转偏置磁场作用于管P。虽然将交流电流用作励磁旋转偏置磁场的励磁电流，但如果将其频率设为低频，则恰好成为与通过第一实施方式的磁探伤装置100生成的直流的偏置磁场使其方向时刻变化同样的动作。因此，通过由本实施方式的磁探伤装置100’生成的旋转偏置磁场，也能够到管P中的磁通密度容易变得比较大的范围为止，不会因损伤(与旋转偏置磁场的某瞬间的方向大致平行地延伸的损伤)F而对磁通的进路产生大的妨碍，大致均匀地磁化管P。
另外，根据本实施方式的磁探伤装置100’，除了上述旋转偏置磁场以外，相位与该旋转偏置磁场偏离90°的旋转交流磁场(即某瞬间的旋转偏置磁场的方向和旋转交流磁场的方向垂直)也进行作用。该旋转交流磁场表示出与在第一实施方式中所述的交流磁场使其方向时刻变化同样的动作。
在本实施方式的磁探伤装置100’中，除了旋转偏置磁场以外，相位与该旋转偏置磁场偏离90°的旋转交流磁场也进行作用，因此能够比较容易地使管P成为磁饱和状态，并且所作用的旋转交流磁场的方向与上述损伤(与旋转偏置磁场的某瞬间的方向大致平行地延伸的损伤)F延伸的方向大致垂直，因此能够高效地使得产生来自上述损伤F’的泄漏磁通，其结果是能够高精度地检测上述损伤F。在本实施方式的磁探伤装置100’中，使偏置磁场旋转，并且使交流磁场也旋转而使相位与偏置磁场偏离90°，因此能够检测管P所存在的向各种方向延伸的损伤。
另外，根据本实施方式的磁探伤装置100’，与第一实施方式的磁探伤装置100同样，能够得到用于使管P磁饱和的磁化单元未大型化的优点、即使使管P磁饱和而管P也不过度发热的优点。
以下，说明使用了本实施方式的磁探伤装置100’的探伤试验的一个实施例。
<实施例二>
在本实施例中，与上述第一实施例同样，作为被探伤件即管P，使用了含有0.25质量%的碳的碳钢管。在该管P的表面，设置了人工的轴方向损伤、15°方向人工损伤(向相对于管轴方向倾斜了15°的方向延伸的人工损伤)、45°方向人工损伤(向相对于管轴方向倾斜了45°的方向延伸的人工损伤)、75°方向人工损伤(向相对于管轴方向倾斜了75°的方向延伸的人工损伤)。各人工损伤都为深0.6mm、长25mm。
另外，作为构成第一旋转磁化单元1’的第一电磁铁11所具备的各励磁线圈112，使用匝数80的线圈，向各励磁线圈112供给的交流电流为频率100Hz、电流值10A。同样，作为构成第一旋转磁化单元1’的第二电磁铁12所具备的各励磁线圈122，使用匝数80的线圈，向各励磁线圈122供给的交流电流为频率100Hz、电流值10A。另外，作为第二旋转磁化单元2’(正切线圈)，使用围绕由一边为6mm的非磁性的立方体构成的磁芯21在管P的轴方向(X方向)上卷绕60匝的导线22b、在与管P的轴方向大致垂直的方向(Y方向)上卷绕60匝的导线22a而成的线圈。向导线22a、22b供给的第一交流电流为频率100Hz、电流值200mA。进而，向导线22a、22b供给的第二交流电流为频率20kHz、电流值200mA。
进而，在本实施例中，使用直径5mm、匝数100的平面线圈作为检测单元3。
在以上的条件下进行探伤试验。
图7是表示本发明的实施例二的试验结果的图。图7(a)表示对轴方向损伤进行探伤的结果，图7(b)表示对15°方向损伤进行探伤的结果，图7(c)表示对45°方向损伤进行探伤的结果，图7(a)表示对75°方向损伤进行探伤的结果。图7所示的波形是根据从检测单元3输出的探伤信号由运算控制单元4’作成/显示的利萨如波形。运算控制单元4’在将向第二旋转磁化单元(正切线圈)2’供给的第二交流电流(高频)作为参照信号而对探伤信号进行同步检波后，将向第二旋转磁化单元(正切线圈)供给的第一交流电流作为参照信号而进行同步检波(将该同步检波的结果作为X信号)，使上述参照信号(第一交流电流)的相位延迟90°而对探伤信号进行同步检波(将该同步检波的结果作为Y信号)。然后，运算控制单元4’以X信号为X轴成分，以Y信号为Y轴成分，在XY坐标系的二维平面上通过向量显示信号。该通过向量显示的信号波形是利萨如波形。
如图7所示，根据实施例2的磁探伤装置100’，可知能够高精度地检测管P所存在的向各种方向延伸的损伤。
附图标记说明
1：第一磁化单元；1’：第一旋转磁化单元；2：第二磁化单元；2’：第二旋转磁化单元；3：检测单元；4、4’：运算控制单元；20、20’：探伤探针；100、100’：磁探伤装置；F：损伤；P：管(被探伤件)。

Claims (2)

1.一种磁探伤方法，其特征在于，
使通过将交流电流用作励磁电流而励磁的旋转偏置磁场作用于被探伤件，并且使旋转交流磁场作用于被探伤件，根据由此产生的泄漏磁通来检测损伤，其中，该旋转交流磁场是通过将重叠了与上述交流电流相同的频率的第一交流电流和比该第一交流电流的频率高的第二交流电流而成的重叠交流电流用作励磁电流而励磁的旋转交流磁场，该旋转交流磁场的相位与上述旋转偏置磁场偏离90°。
2.一种磁探伤装置，其特征在于，具备：
第一旋转磁化单元，其使通过将交流电流用作励磁电流而励磁的旋转偏置磁场作用于被探伤件；
第二旋转磁化单元，其使旋转交流磁场作用于被探伤件，其中，该旋转交流磁场是通过将重叠了与上述交流电流相同的频率的第一交流电流和比该第一交流电流的频率高的第二交流电流而成的重叠交流电流用作励磁电流而励磁的旋转交流磁场，该旋转交流磁场的相位与上述旋转偏置磁场偏离90°；以及
检测单元，其检测通过由上述第一旋转磁化单元和上述第二旋转磁化单元磁化被探伤件而产生的泄漏磁通。
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