CN112513628A

CN112513628A - 涡流探伤装置及涡流探伤方法

Info

Publication number: CN112513628A
Application number: CN201980049694.9A
Authority: CN
Inventors: 小林德康; 千星淳; 秋元惠; 鹈饲胜
Original assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Energy Systems and Solutions Corp; Toshiba System Technology Corp
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2019-08-06
Publication date: 2021-03-16
Also published as: WO2020032040A1; EP3835777B1; US11598750B2; JP7301506B2; EP3835777A4; US20210172908A1; JP2020024097A; EP3835777A1

Abstract

有关实施方式的涡流探伤装置具有：第一励磁检测器(20)，被供给交流电流，通过对被检查体(11)赋予磁场的变化，能够在被检查体(11)诱发涡流；第二励磁检测器(21)，夹着被检查体(11)配置在与第一励磁检测器(20)的相反侧，能够检测通过在被检查体(11)诱发的涡流而产生的反作用磁场的变化。

Description

涡流探伤装置及涡流探伤方法

技术领域

本发明的实施方式涉及涡流探伤装置及涡流探伤方法。

背景技术

通常，涡流探伤是以金属材料为对象作为成为检查对象的被检查体，从交流电源向励磁线圈供给交流电流，在被检查体的表面附近诱发涡流，通过检测线圈检测该涡流产生的反作用磁场。假设在被检查体的表面附近存在缺陷，则涡流的流动因缺陷而变化，并且涡流产生的反作用磁场的强度和分布也变化，所以能够检测缺陷的有无。

另一方面，由两种以上不同的材料构成的复合材料由于采用层叠构造或利用纤维等，与金属材料相比，有时导电率降低。如果将这样的复合材料作为涡流探伤的检查对象，则复合材料的导电率低，所以复合材料诱发的涡流密度降低。因此，涡流产生的反作用磁场的磁通密度也降低，缺陷检测的灵敏度降低。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9－33489号公报

发明内容

发明要解决的课题

为了提高微小磁场条件下的涡流探伤的缺陷检测灵敏度，已知存在使用SQUID(Superconducting Quantum Interference Device，超导量子干涉设备)磁通计的技术。在这种技术中，SQUID磁通计针对磁场的灵敏度高，所以能够期待微小磁场条件下的涡流探伤的缺陷检测灵敏度提高。但是，SQUID磁通计需要冷却，还存在装置结构变复杂、装置价格变高等课题。

复合材料的导电率有时比金属材料低，如果将复合材料作为涡流探伤的对象，则在复合材料流过的涡流密度和涡流产生的磁通密度降低，所以涡流探伤的缺陷检测灵敏度降低。另外，如果涡流探伤的检测单元使用高灵敏度磁性传感器，则存在导致装置结构的复杂化和装置高价化的情况。

本发明的实施方式的目的是，即使对于例如复合材料等导电率低的材料的检查对象，也能实现以简洁低价的装置结构进行高灵敏度的缺陷检测的涡流探伤。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，根据本发明的一个实施方式，涡流探伤装置的特征在于，具有：第一励磁检测器，能够在被检查体诱发涡流；以及第二励磁检测器，夹着所述被检查体配置在与所述第一励磁检测器的相反侧，能够检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化。

另外，根据本发明的另一实施方式，涡流探伤装置的特征在于，具有：励磁检测器，能够在被检查体诱发涡流，并且检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化；以及强磁体的背面部件，夹着所述被检查体配置在与所述励磁检测器的相反侧。

另外，根据本发明的另一实施方式，涡流探伤方法的特征在于，包括：

第一励磁检测器配置步骤，接近被检查体配置第一励磁检测器；第二励磁检测器配置步骤，夹着所述被检查体在与所述第一励磁检测器的相反侧接近所述被检查体配置第二励磁检测器；励磁步骤，在所述第一励磁检测器配置步骤及所述第二励磁检测器配置步骤之后，通过所述第一励磁检测器在所述被检查体诱发涡流；以及检测步骤，通过所述第二励磁检测器检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化。

另外，根据本发明的另一实施方式，涡流探伤方法的特征在于，包括：励磁检测器配置步骤，接近被检查体配置励磁检测器；背面部件配置步骤，夹着所述被检查体在与所述励磁检测器的相反侧接近所述被检查体配置强磁体的背面部件；励磁步骤，在所述励磁检测器配置步骤及所述背面部件配置步骤之后，通过所述励磁检测器在所述被检查体诱发涡流；以及检测步骤，通过所述励磁检测器检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化。

发明效果

根据本发明的实施方式，即使对于例如复合材料等导电率低的材料的检查对象，也能实现以简洁低价的装置结构进行高灵敏度的缺陷检测的涡流探伤。

附图说明

图1是表示有关本发明的第一实施方式的涡流探伤装置的探伤中的状况的示意剖面图。

图2是表示有关本发明的第二实施方式的涡流探伤装置的探伤中的状况的示意剖面图。

图3是表示有关本发明的第三实施方式的涡流探伤装置的探伤中的状况的示意剖面图。

图4是表示有关本发明的第四实施方式的涡流探伤装置的探伤中的状况的示意剖面图。

图5是表示有关本发明的第五实施方式的涡流探伤装置的探伤中的状况的示意剖面图。

图6是表示有关本发明的第六实施方式的涡流探伤装置的探伤中的状况的示意剖面图。

图7是表示有关本发明的第七实施方式的涡流探伤装置的探伤中的状况的示意剖面图。

具体实施方式

下面，参照附图对有关本发明的实施方式的涡流探伤装置及涡流探伤方法进行说明。在此，对相同或者相似的部分标注相同的标号，并省略重复说明。

[第一实施方式]

在该第一实施方式中，成为检查对象的被检查体11由导电率比通常的金属材料低的复合材料构成。复合材料例如能够将使用了碳化硅纤维的复合材料、碳纤维增强塑料(CFRP)、玻璃纤维增强塑料(GFRP)等作为对象。被检查体11例如是平板状，具有第一平面12和在其背面侧与第一平面12平行的第二平面13。假设在第一平面12存在缺陷部(薄壁部)14。

该第一实施方式的涡流探伤装置具有作为第一励磁检测器的励磁器20和作为第二励磁检测器的检测器21。励磁器20及检测器21例如是螺旋状的线圈。励磁器20与被检查体11的第一平面12接触地进行配置，检测器21与被检查体11的第二平面13接触地配置。将励磁器20及检测器21配置成使它们的线圈的轴A垂直面向第一平面12及第二平面13。交流电源22与励磁器20连接。检测器21与未图示的检测器电路连接。

将构成励磁器20的线圈导线设为比构成检测器21的线圈导线粗。这是为了抑制在励磁器20的焦耳损耗，因为在励磁器20需要流过比较大的电流。

如果通过交流电源22对励磁器20供给交流电流，则在励磁器20的周围形成变化磁场。此时的磁感线M在图1中用虚线表示。通过励磁器20形成的磁场相对于励磁器20的轴A基本对称，但在图1中仅示出轴A右侧的磁感线M。

通过在励磁器20的周围形成变化磁场，从而在被检查体11诱发涡流。通过该涡流形成反作用磁场。该反作用磁场通过检测器21及检测器电路作为电压进行检测。反作用磁场由于缺陷部14的存在而变化，所以能够通过检测器电路将缺陷部14作为电压的变化检测出。

在被检查体11是通常的金属材料的情况下，由于趋肤效应，磁感线几乎都在被检查体11的内部通过，在被检查体11的背面(第二平面13)几乎不存在磁场。例如，在被检查体11是厚度2mm的不锈钢、供给的交流电流的频率是500kHz的情况下，由趋肤效应导致的磁场的渗透深度是约0.7mm。

另一方面，在被检查体11是导电率低的复合材料的情况下，与被检查体11是通常的金属材料的情况相比，由趋肤效应导致的磁场的渗透深度变深，磁场如图1所示透过被检查体11，在被检查体11的背面(第二平面13)也存在磁场。但是，在这种情况下，与被检查体11是通常的金属材料的情况相比，在被检查体11内产生的磁通密度低。

在该实施方式中，将励磁器20和检测器21设为单独的个体，并夹着被检查体11配置励磁器20和检测器21。由此，能够接近被检查体11配置励磁器20和检测器21双方。即，能够在磁通密度比较高的位置配置检测器21，能够进行比较高精度的探伤。

另外，不需要使励磁器20和检测器21的构造/规格相互相同，能够设为适合各自的线圈的线径、圈数、形状、尺寸等的设计。其中，励磁器20的线圈需要流过比较大的电流，所以期望加粗线圈的线径。另一方面，检测器21的线圈虽然不需要流过大的电流，但期望作为大的电压进行检测，所以期望使线圈的线径比较细，增多圈数。

另外，在被检查体11是复合材料等低导电率材料的情况下，通过将电源的频率设定得高，能够使磁感线的渗透深度变浅，进行高灵敏度的探伤。因此，期望将电源的频率设为MHz级别。

[第二实施方式]

该第二实施方式的涡流探伤装置具有第一励磁检测器25和第二励磁检测器26。

第一励磁检测器25及第二励磁检测器26例如是螺旋状的线圈。第一励磁检测器25与被检查体11的第一平面12接触地配置，第二励磁检测器26与被检查体11的第二平面13接触地配置。将第一励磁检测器25及第二励磁检测器26配置成使它们的线圈的轴A垂直面向第一平面12及第二平面13。第一励磁检测器25与交流电源22连接，第二励磁检测器26与交流电源22a连接。第一励磁检测器25及第二励磁检测器26分别与未图示的检测器电路连接。

第一励磁检测器25及第二励磁检测器26彼此是基本相同的构造，分别具有作为励磁器的功能和作为检测器的功能双方。交流电源22、22a彼此可以是相同的构造，优选频率和相位都相互相同并且同步。交流电源22、22a还可以不设为单独的个体，而设为一个交流电源。

根据该第二实施方式，第一励磁检测器25及第二励磁检测器26的励磁作用相互重合，所以得到更高的磁通密度，在被检查体11诱发的涡流增强。由此，由于涡流而产生的反作用磁场的变化增大。因此，通过作为检测器的第一励磁检测器25及第二励磁检测器26，能够作为比较大的电压的变化进行检测。另外，通过将由作为检测器的第一励磁检测器25及第二励磁检测器26得到的电压相加，能够作为更大的电压的变化进行检测。

另外，在上述说明中，供给至第一励磁检测器25及第二励磁检测器26的交流电流优选频率和相位都相互相同并且同步。然而，即使在不满足这种条件的情况下，由于存在第一励磁检测器25及第二励磁检测器26各自产生的磁场相互增强的条件，所以可以在那样磁场相互增强的条件下进行探伤。

另外，在上述说明中，使第一励磁检测器25及第二励磁检测器26双方作为检测器发挥作用，将通过它们检测出的电压信号相加，但有时根据供给至第一励磁检测器25及第二励磁检测器26的交流电流的相位的关系，通过进行由第一励磁检测器25及第二励磁检测器26检测出的电压信号的减法运算而进行探伤。

另外，还能够仅使第一励磁检测器25及第二励磁检测器26中的一个作为检测器发挥作用，根据通过其检测出的电压信号进行探伤。

[第三实施方式]

该第三实施方式是第二实施方式的变形，用强磁体的护罩30覆盖第一励磁检测器25及第二励磁检测器26的外侧中的不与被检查体11对置的部分。其他的结构与第二实施方式相同。

根据该第三实施方式能够得到第二实施方式的作用/效果，并且通过向第一励磁检测器25及第二励磁检测器26供给交流电流而生成的磁场形成沿着由强磁体的护罩30产生的磁路的分布，磁通密度提高。由此，能够提高穿过缺陷部14并与第一励磁检测器25或者第二励磁检测器26交链的磁通密度，实现高灵敏度的缺陷检测。

另外，在图3所示的例子中，用强磁体的护罩30覆盖第一励磁检测器25及第二励磁检测器26的外侧中不与被检查体11对置的部分的整体。作为该例的变形，也可以是，护罩30仅覆盖第一励磁检测器25及第二励磁检测器26的外侧中不与被检查体11对置的部分中的一部分。在这种情况下，也能够部分地得到强磁体的护罩30的效果。

在上述说明中，第三实施方式作为第二实施方式的变形，用强磁体的护罩30覆盖第二实施方式的涡流探伤装置的第一励磁检测器25及第二励磁检测器26的外侧中的不与被检查体11对置的部分。作为该第三实施方式的变形，也可以是，用强磁体的护罩30覆盖第一实施方式的涡流探伤装置的励磁器20及检测器21的外侧中的不与被检查体11对置的部分。在这种情况下，也能够得到通过强磁体的护罩30提高被检查体11内的磁通密度的效果。

[第四实施方式]

该第四实施方式的涡流探伤装置具有励磁检测器35和强磁体的背面部件36。励磁检测器35是与第二实施方式的第一励磁检测器25相同的励磁检测器，与被检查体11的第一平面12接触地配置。励磁检测器35与交流电源22连接，还与未图示的检测器电路连接。将强磁体的背面部件36配置成夹着被检查体11在与励磁检测器35的相反侧的位置与第二平面13接触。优选背面部件36配置成夹着被检查体11覆盖与励磁检测器35的相反侧的整体。励磁检测器35具有作为励磁器的功能和作为检测器的功能双方。

根据该第四实施方式，从交流电源22对励磁检测器35供给交流电流，在被检查体11的内部及其周边形成变化磁场。由此，在被检查体11的内部诱发涡流，进而形成反作用磁场。通过作为检测器的励磁检测器35，能够将该反作用磁场作为电压信号检测出。在这种情况下，由于强磁体的背面部件36的存在，能够提高被检查体11内的磁通密度，由此能够提高缺陷部14的检测灵敏度。

[第五实施方式]

该第五实施方式是第四实施方式的变形，以励磁器20和检测器21替换第四实施方式的励磁检测器35。励磁器20及检测器21的构造与第一实施方式的励磁器20及检测器21的构造相同。但是，在该第五实施方式中，励磁器20与被检查体11的第一平面12接触地配置，检测器21夹着励磁器20配置在与被检查体11的相反侧。其他的结构与第四实施方式相同。

根据该第五实施方式，与第四实施方式同样地，由于强磁体的背面部件36的存在，能够提高被检查体11内的磁通密度，由此能够提高缺陷部14的检测灵敏度。并且，与第一实施方式同样地，励磁器20和检测器21是单独的个体，所以不需要使励磁器20和检测器21的构造/规格相互相同，能够设为适合各自的线圈的线径、圈数、形状、尺寸等的设计。

[第六实施方式]

该第六实施方式是第五实施方式的变形，以覆盖与第五实施方式同样地构成并配置的励磁器20和检测器21的外侧的方式配置有强磁体制的护罩40。

根据该第六实施方式，除能够获得第五实施方式的效果外，由于强磁体制的护罩40的存在，还能够进一步提高被检查体11内的磁通密度，由此能够进一步提高缺陷部14的检测灵敏度。

[第七实施方式]

该第七实施方式是第五实施方式的变形，励磁器20和检测器21与被检查体11的第一平面12接触地并列配置。将强磁体的背面部件36配置成夹着被检查体11在与励磁器20及检测器21的相反侧的位置与第二平面13接触。优选将背面部件36配置成夹着被检查体11覆盖与励磁器20及检测器21的相反侧的整体。其他的结构与第五实施方式相同。

根据该第七实施方式，与第五实施方式同样地，由于强磁体的背面部件36的存在，能够提高被检查体11内的磁通密度，由此能够提高缺陷部14的检测灵敏度。并且，励磁器20和检测器21是单独的个体，所以不需要使励磁器20和检测器21的构造/规格相互相同，能够设为适合各自的线圈的线径、圈数、形状、尺寸等的设计。

[其他实施方式]

还能够对上述实施方式的特征进行相互组合。例如，还可以对第四实施方式或者第七实施方式追加第六实施方式的护罩40。

以上说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并非意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更等。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，同样地包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

标号说明

11…被检查体；12…第一平面；13…第二平面；14…缺陷部(薄壁部)；20励磁器(第一励磁检测器)；21…检测器(第二励磁检测器)；22、22a…交流电源；25…第一励磁检测器；26…第二励磁检测器；30…护罩；35…励磁检测器；36…背面部件；40…护罩。

Claims

1.一种涡流探伤装置，其特征在于，具有：

第一励磁检测器，能够在被检查体诱发涡流；以及

第二励磁检测器，夹着所述被检查体配置在与所述第一励磁检测器的相反侧，能够检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化。

2.根据权利要求1所述的涡流探伤装置，其特征在于，

所述第一励磁检测器及所述第二励磁检测器都具有将导线卷绕成螺旋状的线圈，

所述第一励磁检测器的线圈的导线比所述第二励磁检测器的线圈的导线粗。

3.根据权利要求1所述的涡流探伤装置，其特征在于，

所述第二励磁检测器构成为在所述被检查体诱发涡流。

4.根据权利要求3所述的涡流探伤装置，其特征在于，

所述第一励磁检测器构成为能够检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化。

5.根据权利要求3或4所述的涡流探伤装置，其特征在于，

所述涡流探伤装置具有交流电源，对所述第一励磁检测器及所述第二励磁检测器分别供给交流电流，

供给至所述第一励磁检测器的交流电流的频率和供给至所述第二励磁检测器的交流电流的频率相同，并且相互同步。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的涡流探伤装置，其特征在于，

所述涡流探伤装置还具有强磁体的护罩，配置成覆盖在所述第一励磁检测器及所述第二励磁检测器的周围的不与所述被检查体对置的部分中的至少一部分。

7.一种涡流探伤装置，其特征在于，具有：

励磁检测器，能够在被检查体诱发涡流，并且检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化；以及

强磁体的背面部件，夹着所述被检查体配置在与所述励磁检测器的相反侧。

8.根据权利要求7所述的涡流探伤装置，其特征在于，

所述励磁检测器具有单独的励磁器和检测器，所述励磁器能够在所述被检查体诱发涡流，所述检测器能够检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化。

9.一种涡流探伤方法，其特征在于，包括：

第一励磁检测器配置步骤，接近被检查体配置第一励磁检测器；

第二励磁检测器配置步骤，夹着所述被检查体在与所述第一励磁检测器的相反侧接近所述被检查体配置第二励磁检测器；

励磁步骤，在所述第一励磁检测器配置步骤及所述第二励磁检测器配置步骤之后，通过所述第一励磁检测器在所述被检查体诱发涡流；以及

检测步骤，通过所述第二励磁检测器检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化。

10.一种涡流探伤方法，其特征在于，包括：

励磁检测器配置步骤，接近被检查体配置励磁检测器；

背面部件配置步骤，夹着所述被检查体在与所述励磁检测器的相反侧接近所述被检查体配置强磁体的背面部件；

励磁步骤，在所述励磁检测器配置步骤及所述背面部件配置步骤之后，通过所述励磁检测器在所述被检查体诱发涡流；以及

检测步骤，通过所述励磁检测器检测通过所述涡流产生的反作用磁场的变化。