JP2005043154A

JP2005043154A - 渦電流探傷プローブ

Info

Publication number: JP2005043154A
Application number: JP2003201741A
Authority: JP
Inventors: Akira Nishimizu; 亮西水; Tetsuya Matsui; 哲也松井; Masahiro Koike; 正浩小池; 敏行 ▲高▼木; Toshiyuki Takagi; Tetsuya Uchikazu; 哲哉内一; Kou Ko; 皓宇黄; Hisashi Endo; 久遠藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】試験体の板厚毎に新たなプローブを製作する必要があった。
【解決手段】励磁コイル１と検出コイル２を持つ渦電流探傷プローブにおいて、２個の励磁コイル１を水平方向に並べ、その中央に検出コイル２を配置する。この検出コイル２の位置を保持したまま、試験体の板厚毎に励磁コイル間隔を調整する距離調整機構を設けている。厚みに応じたプローブを製作する必要が無くコスト低減が図れる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は渦電流探傷装置の探傷プローブの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の渦電流探傷は表面欠陥に対する感度は高いが、表皮効果により板厚方向の渦電流の減衰が大きく、裏面欠陥の探傷や深い表面欠陥のサイジングには不向きである。このため、表面欠陥に限って利用されている。
【０００３】
最近、本発明者らは、従来検出不能であった板厚材の裏面欠陥や表面欠陥のサイジングを可能とする探傷方式の提案を行っている。非特許文献１には、励磁コイルを２個設置し、試験体表層部の渦電流集中を緩和させるために、励磁コイル間隔を適切にすることが記載されている。
【０００４】
【非特許文献１】
日本機会学界論文集（Ａ編）、第６９巻（２００２年）、４５５−４６２頁
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記探傷方式によれば、励磁コイル間の最適寸法は試験体の板厚によって決定される。しかし、探傷プローブはコイルを絶縁材でモールドするため、試験体の板厚が異なる場合、試験体毎に新たなコイル間隔のプローブを必要とし、試験に手間がかかると共にコストアップになる問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、板厚に応じて励磁コイル間隔を容易に調節できる渦電流探傷プローブを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、励磁コイルと検出センサを持つ渦電流探傷プローブにおいて、２個の前記励磁コイルを水平方向に並べて配置し、励磁コイル間距離を調整可能とする距離調整機構を設けることを特徴とする。
【０００８】
また、前記励磁コイル間の水平方向の中央に１個の前記検出センサを配置し、この検出センサを励磁コイル間の中央に保持したまま前記励磁コイル間の距離を調整可能とする距離調整機構を設けることを特徴とする。
【０００９】
前記検出センサには、検出コイル、ホール素子、フラックスゲートセンサまたはフラックスセットセンサを用いる。
【００１０】
また、前記励磁コイル及び検出センサとその各引出し線の端子部を防水層で覆う構造とする。
【００１１】
さらに、前記２個の励磁コイルを磁性体のコアで磁気的に結合したことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は渦電流探傷プローブの概略を示す構造図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。探傷プローブは、水平方向（図の左から右）に一列に配置された２個の励磁コイル１と、その中央部に配置される１個の検出センサ２と、励磁コイル間の距離を伸縮する距離調節機構を有している。
【００１３】
調節機構はネジ棒７の両側が励磁コイル１の鍔６に設けたネジ穴と螺号され、２つの鍔６のネジ穴は互いに逆ネジとなっていて、ネジ棒７の中央部に固定された摘み８を回転することで励磁コイル間距離を調節できる。摘み８の両側にはネジ棒７を介挿した保持具９を殆ど隙間なく設け、保持具９は基礎５に固定ないし一体化している。検出センサ２は基礎５の水平方向の中央部に固定されている。励磁コイル１の引き出し線は接続端子１’、検出センサ２の引き出し線は接続端子２’からそれぞれ引き出されている。
【００１４】
本実施形態はこのように構成されているので、摘み８を一方向に回転して励磁コイル間の距離を伸張し、他方向に回転して励磁コイル間の距離を短縮できる。このとき、検出センサ２は励磁コイル間距離の変化に関わらず、水平方向に摘み８とほぼ同位置に固定されている。
【００１５】
次に、この探傷プローブの試験動作を説明する。図２は励磁コイル間距離と渦電流密度の関係を示す。試験には板厚７ｍｍのインコネル材を使用し、表面の渦電流特性１６、裏面の渦電流特性１７、表面に対する裏面の渦電流比１８をプロットしている。
【００１６】
これによれば、励磁コイルの間隔を接近させると、表面と裏面の渦電流分布に大きな差異を生じていて、板厚方向の渦電流の減衰が大きい。裏面欠陥が存在する場合、表面での渦電流が大きいため、裏面での渦電流の乱れは全渦電流に対して小さな変化に過ぎない。一方、励磁コイルの間隔を広げると、表面の渦電流は急激に減少し、裏面との差が小さくなる。言い替えると、板厚方向の渦電流の減衰が小さくなる。したがって、裏面欠陥がある場合、裏面での渦電流の乱れは全渦電流に対して大きな変化になり、裏面欠陥の検出能が向上する。更に間隔を広げると、渦電流値そのものが減少し、探傷が不可能になる。
【００１７】
本実施形態では、表面に対する裏面の渦電流比が０．５倍となる位置（Ａ）を目安として、励磁コイル間の距離を調節し、裏面欠陥の検出や深い表面欠陥のサイジングを可能にしている。
【００１８】
図３は試験片の板厚が図２に比べて薄くなった場合の励磁コイル間距離と渦電流密度の関係を示す。板厚が薄くなった場合は、試験体の裏面は励磁コイル１に近づくため磁場の影響が大きくなり、裏面の渦電流１９は図２の渦電流１７に比べて大きくなるので、渦電流比２０も大きくなる。これにより、渦電流比が０．５倍となる位置はＡからＢに移動する。
【００１９】
図４は試験片の板厚が図２に比べて厚くなった場合の励磁コイル間距離と渦電流密度の関係を示す。板厚が厚くなった場合は、試験体の裏面は励磁コイル１から遠ざかるため磁場の影響が小さくなり、裏面の渦電流２１は図２の渦電流１７に比べて小さくなるので、渦電流比２２も小さくなる。これにより、渦電流比が０．５倍となる位置はＡからＣに移動する。
【００２０】
次に、検出センサ２に検出コイル２６を用いる場合の構成と動作を説明する。図５は２つの励磁コイルの発生する渦電流分布と検出コイルの関係を示す。試験体を上から見た概念図で、破線２３は励磁コイルの位置、実線２４は渦電流の分布を示している。２個の励磁コイルには互いに逆向きの電流を流しているので、発生する励磁電流も逆向きとなる。図中央部の×印の位置２５では、同方向の渦電流が重ね合わされて最大値を示す。この位置２５に検出コイル２６を配置している。
【００２１】
このように配置された検出コイル２６は単独で差動コイルの性能を持つ。検出コイル２６は渦電流により形成された磁束が鎖交することで電圧を発生する。この場合、渦電流は左右対称となるためにコイルに鎖交する磁束の和が０となる。つまり、欠陥がないときの出力は０となり、欠陥が存在する場合に出力が得られるので、単独のコイルで差動コイルと同じ出力が得られる。なお、２つの検出コイルを差動コイルとして用いることも可能である。
【００２２】
以上の本実施形態では、探傷試験を行う対象の厚みに応じて、表面に対する裏面の渦電流比が０．５倍程度となる位置に励磁コイル間距離を調節し、その中央部に１個の検出センサを配置するので、従来のように探傷プローブを多数用意する必要はなく、試験装置が安価でかつ操作性のよい試験が可能になる。以下、複数の実施例を説明する。
【００２３】
（実施例１）
図６は実施例１による渦電流探傷プローブの構成を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は側面図である。２個の励磁コイル１はそれぞれ固定冶具３に取り付けられている。固定冶具３としては、アクリル等の電気絶縁物が好ましい。（ｂ）のように、固定冶具３には鍔４が設けられ、基礎５の一方の側面に設けられている長穴５’に介挿して、励磁コイル１の水平方向の移動を可能にしている。これにより、励磁コイル１の移動を水平方向のみに規制すると共に、安定かつスムーズな移動を可能にしている。
【００２４】
また、固定冶具３の鍔４の上方に鍔６が設けられ、ネジ穴が施されている。鍔６のネジ穴は片側を逆ネジに加工している。この両ネジ穴にネジ棒７を介挿し、ネジ棒７の中央部に固定した摘み８を回すことで、２個の励磁コイル１は互いに接近または遠ざかる。
【００２５】
また、摘み８は基礎５の中央部に設けた冶具９により左右の動きを封じられているので、摘み８は常に励磁コイル間の中心に位置する。さらに、（ａ）の水平方向で基礎５の中央部に検出コイル２を設けている。従って、検出コイル２と摘み８は、（ａ）または（ｃ）の水平方向の同位置にあり、２つの励磁コイル間の中央に位置する。つまり、検出コイル２を基礎５の中心に固定することで、常に２個の励磁コイル１の中心に検出コイル２を位置させることが可能であり、検出コイル２は図５に示した差動コイルの機能を持つことになる。
【００２６】
さらに、励磁コイル１と検出コイル２の引き出し線は、励磁コイルの可働によって断線するのを避けるため、それぞれ固定冶具３と基礎５に取り付け、そこから同軸ケーブル等で探傷装置へ引き出すようにしている。
【００２７】
図７に実施例１の探傷プローブによる試験結果を示す。試験体は板厚２０ｍｍのステンレス鋼に表面欠陥として、深さ５、１０、１５ｍｍのＥＤＭスリットを設けた。励磁コイル１の励振周波数は１ｋＨｚで、探傷プローブは欠陥と平行に走査した。
【００２８】
測定結果には検出コイル電圧のうち励磁コイルの電圧と９０度位相の異なる成分を示す。結果のグラフより、深さ５ｍｍと１０ｍｍの検出電圧の間には明確な信号差を確認できる。また、深さ１０ｍｍと１５ｍｍの信号差も確認できる。このレベルは、十分に欠陥評価が可能な範囲であり、本実施例の探傷プローブの有効性を示している。
【００２９】
なお、検出センサとして、高感度のホール素子、フラックスゲートセンサ、フラックスセットセンサなどの利用も可能である。フラックスゲートセンサ（文献Ｔｈｅ１１^ｔｈＭＡＧＤＡＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ講演論文集、ｐｐ５６−６１参照）は、２つの高透磁率材コアとして、駆動コイルと検出コイルを巻いた構造である。フラックスセットセンサ（文献ＩＥ^３ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＭＡＧＮＥＴＩＣＳＶＯＬ．３４，Ｎｏ．５ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ１９８８ｐｐ．３４７５参照）は、Ｆｅ系アモルファスのような高透磁率材の箔をコアとして、駆動コイルと検出コイルを巻いた構造である。
【００３０】
本実施例によれば、励磁コイル間を最適に調整できる機構に加えて、これらの感度のよいセンサを利用することにより、裏面欠陥の検出や表面欠陥のサイジングの精度が向上する。
【００３１】
（実施例２）
図８に、第２の実施例によるプローブ構造を示す。実施例２は水中使用時の防水構造を示している。探傷プローブは水中でのコイル端子間の短絡を防止するため、絶縁性のモールド２７を施す。モールド２７は励磁コイル１と固定治具３を覆うことにより防水層を形成する。検出コイル２にも同様に防水層を形成するようにモールド２８を施す。また、各コイルの引出し線の接続端子にも同様にモールド２９を施す。これにより、２個の励磁コイル１の距離調整機能を損なうことなく端子間の短絡を防止できるので、水中での使用が可能となる。
【００３２】
（実施例３）
図９に、第３の実施例によるプローブ構造を示す。実施例３も水中使用時の防水構造を示している。探傷プローブは２個の励磁コイル１の距離を最適に調整した後、水中でのコイル端子間の短絡を防止するため、全体をケース３０で覆うことで防水構造を形成する。ケース３０はシール材３１を介して基礎５とねじ３２で固定する。シール材としては伸縮性のゴムが好ましい。ケース３０の内部は防水されるので端子間の短絡を防止でき、水中での使用も可能となる。
【００３３】
（実施例４）
図１０に、第４の実施例によるプローブ構造を示す。実施例４の探傷プローブは、２個の励磁コイル１を鉄心３３、３４により磁気的に結合させた構造である。鉄心３３、３４の材質は高周波での磁気特性の良いもの、例えば、パーマロイ薄の積層鉄心や圧紛鉄心などが良い。鉄心３３は凸に、３４は凹に加工され、双方を組み合わせることで水平方向の移動のみを可能としている。鉄心３３は励磁コイル１の中央部の端子部を覆うようにそれぞれ固定されているので、固定冶具３がネジ棒７の回転によって移動すると、励磁コイル１に固定された鉄心３３は鉄心３４を摺動して、励磁コイル間距離を可変する。これにより、固定治具３の水平方向の移動には支障の無い構造となる。
【００３４】
鉄心３３、３４を用いたことによる利点は、励磁コイル相互を磁気的に結合するため、効率良く多くの磁束を発生させることである。これにより、試験体の板厚毎に励磁コイル間の寸法を最適に設定すると共に、渦電流の絶対値を増加できるので探傷時のＳＮ比が向上する。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、相互誘導型の渦電流探傷プローブにおいて、２個の励磁コイルを水平に配置し、励磁コイル間距離を調整できる距離調整機構を有しているので、試験体の板厚毎に新たにプローブを製作する必要が無く、コスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す探傷プローブの構成図。
【図２】上記探傷プローブにおける励磁コイル間距離と渦電流密度との特性図。
【図３】図２の特性曲線に対し、板厚が薄くなった時の変化を示す特性図。
【図４】図２の特性曲線に対し、板厚が厚くなった時の変化を示す特性図。
【図５】試験体に誘発する渦電流の流れと検出コイルの位置関係を示した概念図。
【図６】本発明の第１の実施例による探傷プローブの構成図。
【図７】第１の実施例による実測結果を示した説明図。
【図８】本発明の第２の実施例による探傷プローブの構成図。
【図９】本発明の第３の実施例による探傷プローブの構成図。
【図１０】本発明の第４の実施例による探傷プローブの構成図。
【符号の説明】
１…励磁コイル、２…検出センサ、３…固定治具、４…鍔、５…基礎、５’…切欠、６…鍔、７…ネジ棒、８…摘み、９…治具、２３…励磁コイルの位置、２４…渦電流、２５…励磁コイル間の中間の位置、２６…検出コイル、２７−２９…絶縁性のモールド、３０…ケース、３１…シール材、３３，３４…鉄心。

Claims

励磁コイルと検出センサを持つ渦電流探傷プローブにおいて、
２個の前記励磁コイルを水平方向に並べて配置し、その励磁コイル間距離を調整可能とする距離調整機構を設けることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
励磁コイルと検出センサを持つ渦電流探傷プローブにおいて、
２個の前記励磁コイルを水平方向に並べて配置し、その励磁コイル間の水平方向の中央に１個の前記検出センサを配置し、この検出センサを励磁コイル間の中央に保持したまま前記励磁コイル間の距離を調整可能とする距離調整機構を設けることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
請求項１または２において、
前記検出センサは、検出コイル、ホール素子、フラックスゲートセンサまたはフラックスセットセンサを用いることを特徴とする渦電流探傷プローブ。
請求項１または２において、
前記励磁コイル及び検出センサとその各引出し線の端子部を防水層で覆った渦電流探傷プローブ。
請求項１または２において、
前記２個の励磁コイルを磁性体のコアで磁気的に結合すると共に、摺動可能に構成したことを特徴とする渦電流探傷プローブ。