JP2004205380A

JP2004205380A - 磁気探傷装置

Info

Publication number: JP2004205380A
Application number: JP2002375649A
Authority: JP
Inventors: Eiji Kato; 英二加藤; Katsumi Fujima; 克己藤間; Kiyoshi Mineura; 潔峯浦; Masato Enozono; 正人榎園
Original assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Current assignee: Mayekawa Manufacturing Co
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP3748852B2

Abstract

【課題】簡単な構成で、被試験体における亀裂や溶接部等で生成されるピンホール欠陥、腐食等によって生じる配管材の肉厚減少等の内部欠陥などの位置、深さを検出できる簡単、安価な磁気探傷装置を提供することが課題である。
【解決手段】半ドーナツ状に形成したコアに励磁用コイルと２つの検出用コイルを設け、励磁用コイルに複数の周波数成分を多重化した交流磁界を発生させて被試験体に印加し、被試験体に生じた欠陥に到達する磁束が周波数によって異なること、また、その欠陥によって検出・励磁センサが被試験体に印加した交流磁界の周波数が変化することを利用し、２つの検出用コイルで周波数毎に変化した周波数、磁位差、振幅を検出することで、被試験体の欠陥における位置、深さを推定・探知するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、励磁用コイルによって被試験体に磁界を印加し、被試験体の内部に存在する亀裂や、溶接部等で生成されるピンホール欠陥、腐食等に起因する配管材の肉厚減少等の内部欠陥などによる影響を受けた内部磁界を検出し、被試験体の欠陥を検出する磁気探傷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
励磁用コイルによって被試験体に磁界を印加し、被試験体の内部に存在する亀裂や、溶接部等で生成されるピンホール欠陥、腐食等に起因する配管材の肉厚減少等の内部欠陥などによる影響を受けた内部磁界を、磁気センサやピックアップコイルに生じる起電力で検出するようにした磁気探傷装置においては、単に欠陥の存在を検出するだけでなく、欠陥の位置、欠陥の深さを特定することが要求されている。
【０００３】
また、こういった磁気探傷装置においては、被試験体における局部的な磁気的特性変化、ムラなどに起因する磁界分布の乱れ、表面粗さなどにより生じる磁界分布の乱れに等よって雑音磁界が生じるが、この雑音磁界と欠陥によって発生する磁界の変化とを区別する、すなわちＳ／Ｎ比を高めなければ正確な欠陥検出ができない。そのため、例えば特許文献１には、馬蹄形の磁鉄心に設けた励起コイルで発生させた交流磁界によって被測定物に渦電流を起こさせると共に、磁鉄心の足の部分（ヨーク）に巻いたピックアップコイルでこの渦電流で生じた磁束による起電力を検出できるようにし、被測定物の欠陥などの存在によって被測定物の渦電流が乱れたとき、両ヨークに設けたピックアップコイルに生じた起電力の差を検出して欠陥を検出できるようにした探傷装置において、前記ピックアップコイルをグラジオメータで構成すると共に、起電力検出にＳＱＵＩＤ素子（超伝導量子干渉素子）を用い、微弱起電力を検出できるようにして検出精度を向上させた磁気探傷装置が示されている。
【０００４】
また特許文献２には、磁化器に複数の磁化レベルを与えたと同様な効果を得るため、磁化器の磁化方向に沿って設置位置を変えた複数の磁気センサを設け、被検査物における欠陥からの漏洩磁束信号をこの両磁気センサで測定し、両センサの距離によって受ける信号が異なるのを利用することで、Ｓ／Ｎ比の高い検出信号を得るようにした装置が示されている。
【０００５】
さらに特許文献３には、単一の磁化器に複数の周波数の交流をミックスして供給して単一の磁気センサで被検査物から返ってくる磁束を検出し、被検査物に欠陥があった場合に高周波と低周波で被検査物の欠陥から返ってくる漏洩磁束の強さが異なることを利用し、雑音を分離して欠陥のみを効率よく検出する漏洩磁束探傷装置が示されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１４６０１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２２７４１９公報
【特許文献３】
特開２０００−２７５２１９公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特許文献１に示された装置は、ＳＱＵＩＤ素子（超伝導量子干渉素子）を使うために液体窒素を扱えるようにする必要があり、必然的に高価になると共に一般的な場所で使用するためには困難が伴う。また特許文献２、特許文献３公報に示された装置は、目的がＳ／Ｎ比の高い検出信号を得ることであり、傷の位置、深さなどを推定することについてはなんら記載がない。
【０００８】
そのため本発明においては、簡単、かつ安価な構造で、亀裂や溶接部等で生成されるピンホール欠陥、腐食等によって生じる配管材における肉厚減少等の内部欠陥などの位置、深さを推定・探知できるようにした磁気探傷装置を提供することが課題である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、
高透磁率材料を半ドーナツ状に形成したコアに巻回して被試験体に直交交差する磁束を発生する励磁用コイルと、該励磁用コイルによる磁束で被試験体に誘起された磁界を検出する検出用コイルとで構成された磁気探傷装置において、
前記検出用コイルを前記コアに２つ設け、前記励磁用コイルに複数の周波数成分を多重化した交流を印加する手段と、前記両検出用コイルが検出した磁界から前記複数の周波数における各周波数の周波数変化、磁位差、振幅値の変化などを検出し、被試験体の欠陥の位置、深さを推定・探知する手段とを有したことを特徴とする。
【００１０】
すなわち鋼などの導電体に交流磁界を印加すると、表皮効果により、導電体に進入する磁束は深くなればなるほど弱くなってゆき、深いところにある信号源ほど検出信号レベルが弱められることになるが、この現象は励磁周波数が高いほど、また、被試験体の透磁率が高いほど顕著に現れる。従って、このように励磁用コイルに複数の周波数成分を多重化した交流を印加すると、欠陥により生じる低周波による磁界への影響と高周波による磁界への影響とでは検出用コイルで検出されるレベルが異なり、また、その欠陥によって周波数が変化する。そのため検出用コイルを２つ設け、それぞれの検出用コイルで、重畳した周波数毎に変化した周波数、磁位差、振幅を検出することで、簡単、かつ安価な構造で被試験体の亀裂や溶接部等で生成されるピンホール欠陥、腐食等に起因した配管材の肉厚減少等の内部欠陥における位置、深さを推定・探知することが可能な磁気探傷装置を提供することができる。
【００１１】
そして励磁用コイルと検出用コイルは、
前記２つの検出用コイルを、前記半ドーナツ状コアに巻回した励磁用コイルの外側、またはコア側に巻回したり、前記２つの検出用コイルを、前記コアが被試験体と相対する両端部分近傍にそれぞれ別個に巻回したり、前記２つの検出用コイルを、前記コアが被試験体と相対する両端部分近傍に設けた検出用コイル収容穴にそれぞれ別個に収容したりして、様々な形態とすることにより、被試験体によって最適な形態を選択することができる。また両検出用コイルを、コアが被試験体と相対する両端部分近傍に設けた場合は、両検出用コイルはコアの被試験体と相対する部分の距離だけ離れるから、磁位差の検出がより容易になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１３】
図１は本発明の実施の形態を示した装置の概略ブロック図であり、図２乃至４は、本発明における検出・励磁センサの実施形態を示した断面図である。図中１は本発明に用いる検出・励磁センサ、２は検出・励磁センサ１を構成する高透磁率材料（アモルファスフェライト、高透磁率鋼板など）で半ドーナツ状に構成したコア、３は被試験体６に直交交差する磁束を発生するための励磁用コイル、４、５は励磁用コイル３のコア２側に巻回され、励磁用コイル３による磁束で被試験体６に誘起された磁界を検出する検出用コイルで、この図では励磁用コイル３のコア２側に巻回した場合を示したが、励磁用コイル３の外側に巻回しても良い。６は被試験体、７は演算装置（ＣＰＵ）で、検出・励磁センサ１の励磁用コイル３に送出する複数の周波数成分を多重化した交流磁界のための信号の作成や、検出用コイル４、５による検出結果を高速フーリエ変換、相対振幅値検出などで解析し、被試験体６における欠陥の位置、深さを算出したり、検出・励磁センサ１の掃引位置の指示などをおこなう。８は演算装置７から送られてくる複数の周波数成分を多重化した信号をデジタル／アナログ変換するデジタル／アナログコンバータ（Ｄ／Ａ−Ｃ）、９はデジタル／アナログコンバータ８からの信号を増幅し、励磁用コイル３に与えて複数の周波数成分を多重化した交流磁界を生成するためのパワーアンプ、１０、１１は検出用コイル４、５の検出した微小信号を増幅するプリアンプ、１２、１３はプリアンプ１０、１１が増幅した検出用コイル４、５からの信号をアナログ／デジタル変換して演算装置７に送るアナログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ−Ｃ）、１４はモータやその駆動回路を有して検出・励磁センサ１を被試験体６に対して掃引させるよう移動させる掃引装置、図３において２０_１、２０_２はコア２における被試験体と相対する部分近傍に巻回した検出用コイル、図４において２１_１、２１_２は同じくコア２の被試験体と相対する部分近傍に設けた検出用コイル収容穴２２に収容した検出用コイルである。
【００１４】
図２は、本発明における検出・励磁センサ１の第１の実施形態を示した断面図であり、高透磁率材料（アモルファスフェライト、高透磁率鋼板など）で半ドーナツ状に構成したコア２側に検出用コイル４、５を巻回し、さらにその外側に励磁用コイル３を巻回したもので、この検出用コイル４、５と励磁用コイル３は、励磁用コイル３をコア２側にし、検出用コイル４、５をその外側に巻回しても良い。図３、図４はこの検出・励磁センサ１の第２、第３の実施形態を示した断面図であり、高透磁率材料（アモルファスフェライト、高透磁率鋼板など）で半ドーナツ状に構成したコア２の周りに励磁用コイル３を巻回し、図３の実施形態においては検出用コイル２０_１、２０_２を前記半ドーナツ状コア２の被試験体と相対する両端部分近傍にそれぞれ別個に巻回し、図４の実施形態においては検出用コイル２１_１、２１_２を、前記半ドーナツ状コア２の被試験体と相対する両端部分近傍に設けた検出用コイル収容穴２２にそれぞれ別個に収容したものである。
【００１５】
本発明の磁気探傷装置においては、これら図２乃至４に示した実施形態におけるどの形態の検出・励磁センサ１のいずれを用いても良く、図１においては、一例として図２に示した形の検出・励磁センサ１を用いた場合を示した。
【００１６】
このように構成した検出・励磁センサ１に、鋼などの導電体で構成された被試験体６に直交交差するような磁束を発生させる交流磁界を発生させると、表皮効果により、被試験体６に進入する磁束は深くなればなるほど弱くなってゆく。この現象は励磁用コイル３の励磁周波数が高いほど、また、被試験体６の透磁率が高いほど顕著に現れる。そのため、複数の周波数成分を多重化した磁界を被試験体６に与えると、被試験体６の深いところに亀裂や溶接部等で生成されたピンホール欠陥、腐食等に起因した配管材の肉厚減少等の内部欠陥が存在した場合、その欠陥によって進入した磁束による磁界が受ける影響は多重化した周波数のそれぞれに対応した値となり、周波数毎にこの影響を受けた磁界を検出することによって、欠陥の位置、深さを推定・探知することが可能となる。
【００１７】
こういった考え方に基づいて構成した図１に示した第１の実施形態の磁気探傷装置においては、演算装置（ＣＰＵ）７によって複数の周波数成分を多重化した交流磁界のための信号を生成し、デジタル／アナログコンバータ（Ｄ／Ａ−Ｃ）８でアナログ信号に変換してパワーアンプ９で増幅し、検出・励磁センサ１に与える。また同じく演算装置（ＣＰＵ）７は、この検出・励磁センサ１を被試験体６に対して相対的に移動させ、被試験体６の全面を掃引する掃引信号を生成して掃引装置１４に与え、この掃引装置１４が有するモータやその駆動回路によって検出・励磁センサ１、または被試験体６を移動させて被試験体６の全面を掃引する。
【００１８】
そのため検出・励磁センサ１は、複数の周波数成分を多重化した交流磁界による磁束を被試験体６に与えながらこの被試験体６を掃引し、検出・励磁センサ１の検出用コイル４、５は、この交流磁界による磁束で被試験体６に発生した磁界を検出してプリアンプ１０、１１に送る。するとプリアンプ１０、１１は、この検出信号を増幅してアナログ／デジタルコンバータ１２、１３に送り、このアナログ／デジタルコンバータ１２、１３はこのアナログ信号をデジタル信号に変換して演算装置７に送る。そして演算装置７は、この送られてきた信号によって被試験体６に欠陥があるかどうかを監視する。
【００１９】
励磁用コイル３によって被試験体６に与えられた磁束は、前記したようにその励磁周波数、及び被試験体６の透磁率に応じた深さに進入するが、被試験体６に欠陥がない場合は検出用コイル４、５で検出される磁界に変化は無く、ほぼ一定の値となる。しかし被試験体６に欠陥が有る場合、特定の周波数以下の周波数による磁束のみが欠陥のある位置に達して磁界が影響を受け、変化が起こる。そのため、検出用コイル４、５が検出した磁界は励磁周波数によって変化が生じるものが出るから、演算装置７はこの検出用コイル４、５が検出した各周波数の磁界の変化を高速フーリエ変換、相対振幅値検出などを用い、例えば振幅値の変化した周波数と変化しなかった周波数の到達する深さから欠陥の深さを検出し、特定周波数毎に検出用コイル４、５が検出した磁界の強弱から磁位差を検出して欠陥の位置を推定し、磁束の周波数変化によって欠陥の大きさを推定する、などして欠陥を推定・探知する。
【００２０】
このようにして掃引装置１４により、検出・励磁センサ１を被試験体６に対して全面掃引させながらこういった演算を行なってゆくことにより、被試験体６における亀裂や溶接部等で生成されるピンホール欠陥、腐食等によって生じる配管材の肉厚減少等の内部欠陥などはその位置、深さを推定することができ、この検出結果を表示装置などに表示することにより、被試験体６における内部欠陥を目視することができる。
【００２１】
図３は本発明における検出・励磁センサ１の第２の実施形態であり、この第２の実施形態では、検出用コイル２０_１、２０_２をコア２の被試験体６と相対する両端部分近傍に巻回し、励磁用コイル３はこの検出用コイル２０_１、２０_２間に巻回したものである。このようにすることにより、両検出用コイル２０_１、２０_２間はコア２の被試験体６と相対する両端部分の距離だけ離れるから、磁位差の検出がより容易になる。
【００２２】
そして図４は本発明における検出・励磁センサ１の第３の実施形態であり、この第３の実施形態では、検出用コイル２１_１、２１_２をコア２の被試験体６と相対する両端部分近傍に設けた検出用コイル収容穴２２に収容し、励磁用コイル３はこの検出用コイル２０_１、２０_２間に巻回したものである。このようにすることにより、第２の実施形態同様両検出用コイル２１_１、２１_２間はコア２の被試験体６と相対する両端部分の距離だけ離れるから、磁位差の検出が容易になる。
【００２３】
【発明の効果】
以上記載の如く本発明によれば、検出・励磁センサ１を構成する励磁用コイル３で複数の周波数成分を多重化した交流磁界を発生して被試験体６に印加し、２つ設けた検出用コイルで検出することにより、欠陥により生じる低周波による磁界への影響と高周波による磁界への影響とでは検出用コイルで検出されるレベルが異なり、また、その欠陥によって周波数が変化するから、被試験体６に生じている欠陥に到達する磁束が周波数によって異なること、また、その欠陥によって磁界が影響を受けることを利用して、周波数毎に変化した周波数、磁位差、振幅などを検出することにより、被試験体の亀裂や溶接部等で生成されるピンホール欠陥、腐食等によって生じる配管材の肉厚減少等の内部欠陥における位置、深さを推定・探知することが可能となり、簡単、かつ安価な構造の磁気探傷装置を提供することができ、大きな効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示した装置の概略ブロック図である。
【図２】本発明における検出・励磁センサの第１の実施形態を示した断面図である。
【図３】本発明における検出・励磁センサの第２の実施形態を示した断面図である。
【図４】本発明における検出・励磁センサの第３の実施形態を示した断面図である。
【符号の説明】
１検出・励磁センサ
２コア
３励磁用コイル
４、５検出用コイル
６被試験体
７演算装置（ＣＰＵ）
８デジタル／アナログコンバータ（Ｄ／Ａ−Ｃ）
９パワーアンプ
１０、１１プリアンプ
１２、１３アナログ／デジタルコンバータ（Ａ／Ｄ−Ｃ）
１４掃引装置

Claims

高透磁率材料を半ドーナツ状に形成したコアに巻回して被試験体に直交交差する磁束を発生する励磁用コイルと、該励磁用コイルによる磁束で被試験体に誘起された磁界を検出する検出用コイルとで構成された磁気探傷装置において、
前記検出用コイルを前記コアに２つ設け、前記励磁用コイルに複数の周波数成分を多重化した交流を印加する手段と、前記両検出用コイルが検出した磁界から前記複数の周波数における各周波数の周波数変化、磁位差、振幅値の変化などを検出し、被試験体の欠陥の位置、深さを推定・探知する手段とを有したことを特徴とする磁気探傷装置。
前記２つの検出用コイルを、前記半ドーナツ状コアに巻回した励磁用コイルの外側、またはコア側に巻回したことを特徴とする請求項１に記載した磁気探傷装置。
前記２つの検出用コイルを前記コアが被試験体と相対する両端部分近傍にそれぞれ別個に巻回したことを特徴とする請求項１に記載した磁気探傷装置。
前記２つの検出用コイルを、前記コアが被試験体と相対する両端部分近傍に設けた検出用コイル収容穴にそれぞれ別個に収容したことを特徴とする請求項１に記載した磁気探傷装置。