JP2005208039A - きずの非破壊検査方法および非破壊検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】きずの位置や、寸法、形状、傾きといった三次元形状を簡便でかつ精度よく測定できる、きずの非破壊検査方法および非破壊検査装置を提案する。
【解決手段】被測定物表面に複数の電位差測定用端子をマトリックス状に所定の間隔で離隔して配置し、該複数の電位差測定用端子を挟んで設けられた一対の電極を介して該被測定物表面に電流を供給しながら、各電位差測定用端子間に生じる電位差または電位差変化率を測定し、測定領域における電位差分布または電位差変化率分布を求め、予め関連づけられた電位差分布または電位差変化率分布ときずの寸法形状との関係を参照して、被測定物に含まれるきずの位置および寸法形状、さらには該きずの進展状況を検知する。
【選択図】図５

Description

本発明は、非破壊検査方法および非破壊検査装置に係り、とくに材料の使用中に発生した亀裂等のきずを検知するきずの非破壊検査方法および非破壊検査装置に関する。なお、ここでいうきずは亀裂を含むものとする。

石油プラントや電力プラント等では、装置および配管等（以下、装置等という）が強い腐食環境に晒される場合が多く、装置等を構成する材料には応力腐食（ＳＣＣ）、硫化物応力腐食（ＳＳＣＣ）、あるいは粒界腐食等が生じ、肉厚が減少する腐食減量に加えて、内部あるいは表面に亀裂等のきずを生じる場合がある。これら材料に生じたきずは、装置等の破壊原因となることが多いため、装置等の安全確保という観点から早期に検知する必要がある。

きずの検知方法として、従来から超音波探傷法、Ｘ線透過法、渦流探傷法等の非破壊検査方法が提案されている。しかし、これらの検知方法には、測定個所の制限があり、さらにきずの形状、大きさの情報を精度高く得ることが難しいことや、あるいは複雑で高価な装置を必要とすることなどの問題があった。

きずの大きさ、形状に関する情報が比較的精度高く得られる非破壊検査方法として、電位差法がある。きずを含む被測定材に電流を流した際に、きずは寸法に応じた電気抵抗を有し、きずを挟む両側でこれに対応した電位差が生じる。電位差法は、被測定物に電流を流し、このきずを挟む位置での電位差を測定し、その結果から予め求めた校正曲線を利用して、被測定物に含まれるきずの形状、寸法に関する情報を得ようとするものである。なお、電位差法には、直流を利用した直流電位差法と交流を利用した交流電位差法がある。

しかし、測定面上に設定した各点間の電位差分布を測定するだけの従来の電位差法では、電流印加方向に垂直に存在するきずについては、比較的精度高く、きずの存在やきずの変化等を測定できるが、電流印加方向に対し傾いたきず、あるいは平行なきずについての正確な情報を得ることはできないうえ、きずの形状寸法については何の情報も得ることはできなかった。

このような問題に対し、例えば、特許文献１には、直流電位差法による三次元亀裂の非破壊検査方法が提案されている。特許文献１に記載された技術は、基板表面の電位差分布を測定し、これら測定値と仮定した形状の亀裂から求められる仮想的な電位差分布との差を比較し、測定値と計算値との差が小さくなるように亀裂形状を変化させて亀裂の形状を推定するものであり、任意の縦横比の三次元亀裂の形状、寸法、傾きを定量評価できるとしている。なお、特許文献１に記載された技術によれば、超音波探傷法、Ｘ線透過法などの適用が困難な溶接部への適用が容易となるとしている。
特許第3167449号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、従来からの電位差測定方法を利用して計測された測定値から、実際の亀裂の状態を定量的に推定する推定方法にその特徴があるが、計測される測定値は、依然として、亀裂の位置や、寸法、形状、傾きといった三次元形状を満足できる精度で測定できないという問題が残されていた。

本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、きずの位置や、大きさ、形状、傾きといったきずの寸法形状（三次元形状）を簡便でかつ精度よく測定できる、きずの非破壊検査方法および非破壊検査装置を提案することを目的とする。

本発明者は、上記した課題を達成するため、電位差法におけるきずの検出精度に及ぼす要因について鋭意研究した。その結果、本発明者は、マトリックス状に電位差測定用端子を配置して、好ましくは複数方向に電流を印加して、各測定端子間の電位差変化率分布を測定することにより、きずの検出精度が顕著に向上することを見出した。

本発明は、このような知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）電源と、該電源に接続され該電源から被測定物に電流を印加する一対の電極と、前記一対の電極間に、所定の間隔で離隔されてマトリックス状に配置される複数の電位差測定用端子と、該複数の電位差測定用端子の各々に接続可能に配設され、各電位差測定用端子間の電位差を測定する電位差測定手段と、該電位差測定手段で測定した各電位差測定用端子間の電位差を入力データとして演算し、きずの位置、寸法形状を算出する演算手段と、前記入力データおよび演算結果を保存するデータ保存手段と、を有することを特徴とする、きずの非破壊検査装置。
（２）電源と、該電源に接続され該電源から被測定物に電流を印加する一対の電極と、前記一対の電極間に、所定の間隔で離隔されてマトリックス状に配置される複数の電位差測定用端子とさらに参照電位差測定用の複数の参照用端子と、該複数の電位差測定用端子及び前記複数の参照用端子の各々に接続可能に配設され、各電位差測定用端子間の電位差及び参照用端子間の電位差を測定する電位差測定手段と、該電位差測定手段で測定した各電位差測定用端子間の電位差及び前記参照用端子間の電位差を入力データとして演算し、きずの位置、寸法形状を算出する演算手段と、前記入力データおよび演算結果を保存するデータ保存手段と、を有することを特徴とする、きずの非破壊検査装置。
（３）（２）において、前記参照用端子を、前記被測定物と同種材料の参照板上に配設することを特徴とするきずの非破壊検査装置。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記複数の電位差測定用端子又は前記参照用端子と前記電位差測定手段の測定端とを接続する電位差測定用リード線が、Al−Ni合金製単線であることを特徴とするきずの非破壊検査装置。
（５）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記複数の電位差測定用端子又は前記参照用端子と前記電位差測定手段の測定端とを接続する電位差測定用リード線が、Niめっき銅線であることを特徴とするきずの非破壊検査装置。
（６）（1）ないし（５）のいずれかにおいて、前記電源を複数台の電源とし、前記一対の電極に加えてさらに、前記電流の方向と異なる方向に電流を印加できる他の一対または複数対の電極を有することを特徴とするきずの非破壊検査装置。
（７）（６）において、前記複数台の電源に代えて、切替手段付の一台の電源とすることを特徴とするきずの非破壊検査装置。
（８）（１）ないし（７）のいずれかにおいて、前記電源がパルス電流を発生する電源であることを特徴とするきずの非破壊検査装置。
（９）（１）ないし（８）のいずれかにおいて、前記電源が、蓄電池であることを特徴とするきずの非破壊検査装置。
（１０）被測定物表面に複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離隔して配置し、該複数の電位差測定用端子を挟んで設けられた一対の電極を介して該被測定物表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子間に生じる電位差を測定してきずを検出するきずの非破壊検査方法において、前記複数の電位差測定用端子をマトリックス状に配置し、該複数の電位差測定用端子の各端子間に生じる電位差を間歇的または連続的に測定し、測定領域における電位差分布を求め、予め関連づけられた電位差分布ときずの位置、寸法形状との関係を参照して、被測定物に含まれるきずの位置および寸法形状を検知することを特徴とする、きずの非破壊検査方法。
（１１）被測定物表面に複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離隔して配置するとともに、被測定物のきずが発生しない領域表面に参照電位差測定用の複数の参照用端子を所定の間隔で離隔して配置し、該複数の電位差測定用端子および該参照用端子を挟んで設けられた一対の電極を介して該被測定物表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子間及び前記複数の参照用端子間に生じる電位差を測定してきずを検出するきずの非破壊検査方法において、少なくとも前記複数の電位差測定用端子をマトリックス状に配置し、該複数の電位差測定用端子の各端子間及び該複数の参照用端子の各端子間に生じる電位差を同時に間歇的または連続的に測定し、測定領域における電位差分布を求め、予め関連づけられた電位差分布ときずの位置、寸法形状との関係を参照して、被測定物に含まれるきずの位置および寸法形状を検知することを特徴とする、きずの非破壊検査方法。
（１２）（１１）において、前記参照用端子を、前記被測定物と同種材料の参照板上に配設することを特徴とするきずの非破壊検査方法。
（１３）（１０）ないし（１２）のいずれかにおいて、前記電位差を、基準時からの電位差変化率とし、前記電位差分布を、電位差変化率分布とすることを特徴とするきずの非破壊検査方法。
（１４）（１０）ないし（１３）のいずれかにおいて、前記電流の方向で各端子間の電位差を測定したのち、前記電流の方向に対し、異なる方向に電流を供給しながら、前記各端子間の電位差を測定することを特徴とするきずの非破壊検査方法。
（１５）（１０）ないし（１４）のいずれかにおいて、おいて、前記電流が、直流または直流パルスであることを特徴とするきずの非破壊検査方法。
（１６）（１０）ないし（１５）のいずれかにおいて、前記電流が、10〜2000Ａであることを特徴とするきずの非破壊検査方法。
（１７）（１０）ないし（１６）のいずれかにおいて、前記基準時からの電位差変化率がマイナス側となる端子間の電位差変化率と経過時間との関係からきずの進展方向を推測することを特徴とするきずの非破壊検査方法。
（１８）（１０）ないし（１７）のいずれかにおいて、前記電位差測定用端子又は前記参照用端子に接続する電位差測定用リード線として、Al−Ni合金製単線を用いることを特徴とするきずの非破壊検査方法。
（１９）（１０）ないし（１７）のいずれかにおいて、前記電位差測定用端子又は前記参照用端子に接続する電位差測定用リード線として、Niめっき銅線を用いることを特徴とするきずの非破壊検査方法。
（２０）（１０）ないし（１９）のいずれかにおいて、前記電流が、蓄電池を電源とする電流であることを特徴とするきずの非破壊検査方法。

本発明によれば、きずの位置や、寸法、形状、傾き等の三次元形状を簡便でかつ精度よく測定できるうえ、高温、高圧、高真空、深海などの水中、腐食性環境、放射線環境等の人が容易に近寄れない環境下での連続的かつ長時間のきずの発生・進展、材質の変化などのモニタリングが可能であり、装置、設備等の安全性の確認に適用でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、装置・設備等を停止することなく、きずだけでなく、材料の腐食等による減肉、材料表面へのデポジットなどの有無をチェックできるという効果もある。

本発明のきずの非破壊検査装置は、図1に示すように、電源1と、電源1から被測定物Ｗに電流を印加するための一対の電極11、11と、複数の電位差測定用端子２と、電位差測定手段３と、演算手段４と、データ保存手段５と、を有する。本発明のきずの非破壊検査装置では、被測定物のきずの発生しない領域表面に複数の参照用端子(図示せず)を有することが好ましい。この複数の参照用端子は、複数の電位差測定用端子２とともに、一対の電極11、11に挟まれるように配設されることが好ましい。参照用端子は、被測定物の温度変化等、きず発生以外の原因による抵抗変化（電位差の変化）を消去するために設けられる。なお、この複数の参照用端子は、被測定物と同一環境下に置かれた、被測定物と同種材料できずのない参照板上に配設してもよい。その場合は、被測定物と同一の電流が流れるようにするため、参照板を絶縁することが必要となる。参照板上に参照用端子を配設して測定することにより、すでにきずが発生している被測定物についても、きずの位置や寸法、形状、傾き等の三次元形状を推定することが可能となる。

被測定物Ｗ表面の所望の電位差測定領域に、複数の電位差測定用端子２を圧接、溶接、圧着、接着等の接合手段で、図１に例示するようにマトリックス状に配設する。電位差測定用端子の圧接による接合としては、先端のとがったピンをクランプを使用して被測定物に突き立てる方法が好ましい。なお、接合は接触抵抗が変化しなければとくにその方法は限定されない。そして、この電位差測定領域の両端部近傍には、一対の電極11、11が溶接等の接合手段で配設される。一対の電極11、11には、電流供給用電線が配線され、電源１から電流が供給可能とされる。

参照用端子は、電位差測定用端子と同様な方法で、被測定物のきず発生のない領域、あるいは被測定物と同一環境下に置かれ、被測定物と同種材料のきずのない参照板上に、好ましくはマトリックス状に複数配設することが好ましい。なお、参照用端子を配設する場合には、電位差測定領域と参照用端子を配設する領域とは離れている場合が多いため、電位差測定領域と参照用端子を配設する領域とが電気的に直列に接続されるように電極11、11を配置することが好ましい。

本発明では、一対の電極11、11に加えてさらに、該一対の電極11、11により供給される電流の方向と異なる方向に電流を印加できる他の一対12、12または複数対の電極を被測定物Ｗの表面に設けることができる。異なる方向としては、とくに限定する必要はないが、前記電流の方向と45°、あるいは90°異なる方向とすることが好ましい。電流供給方向を複数方向とすることにより、きずの検知精度が格段に向上する。なお、複数対の電極を設ける場合には、電源は複数台とするか、あるいは一台の電源として切替手段を付設し、電流を供給する電極を切り替えて電流を供給してもよい。

マトリックス状に配設された複数の電位差測定用端子21、22、…、あるいはさらにきずの発生がない領域又はきずのない参照板上に配設された複数の参照用端子には、電位差測定用リード線を介して電位差測定手段３の測定端が接続される。電位差測定用リード線の材質は使用環境において使い分けることが好ましい。例えば700℃程度までの高温あるいは高温高圧環境下においては、電位差測定用リード線は３〜５％程度のAlを含むAl−Ni合金の単線を用いることが好ましい。撚り線では酸化が著しく耐久性が劣化する。さらに耐久性が要求される場合には、シリカ被覆を施すことが好ましい。一方、例えば−30℃程度までの低温においては、銅または銅基合金を用いることが好ましい。また、腐食環境下では、銅線にNiめっきを施した線材を電位差測定用リード線とすることが好ましく、この場合単線でも撚り線でも使用可能である。なお、さらに耐久性が要求される場合には、透明樹脂被覆を施すことが好ましい。透明樹脂被覆を施すことにより、耐久性がさらに向上するうえ、線材の腐食状況が観察可能となる。なお、透明樹脂としては、フッ素樹脂の１種であるポリテトラフルオロエチレン（商標名：テフロン）とすることがより好ましい。

電位差測定手段３は、測定する一対の端子間に接続され、それら端子間の電位差を測定する。該端子間の電位差測定が終了したのち、ついで接続する端子を切り替えて、異なる一対の端子間の電位差を測定する。電位差測定手段３の測定端の切替は、切替スイッチ等の切替手段（図示せず）により手動あるいは予めプログラムされた順序に従って自動的に切り替えることが好ましい。

なお、電位差の測定に際しては、被測定物の温度変化等、きず発生以外の原因による抵抗変化を消去するために、上記したように複数の参照用端子を設け、参照用端子間の電位差を電位差測定用端子間の測定と同時に測定しておくことが好ましい。

本発明のきずの非破壊検査装置では、演算手段４を必要とする。演算手段４は、電位差測定手段３により測定された各電位差測定用端子間の電位差、あるいはさらに参照用端子間の電位差、を入力データとして各種演算を実行し、きずの位置、形状、寸法、傾き等の三次元形状を算出し、表示手段（図示せず）に出力し、各種の帳票作成を遂行できるようにすることが好ましい。演算手段は、上記した演算が遂行できるものであればよく、その種類はとくに限定されない。

さらに、本発明のきずの非破壊検査装置では、入力データおよび演算結果が保存可能なデータ保存手段５を有する。データ保存手段５は、上記したデータが保存可能な記憶手段（メモリー）であればよく、とくにその種類を限定する必要はない。

また、本発明のきずの非破壊検査装置では、電源１は、複数台の電源とするか、あるいは切替手段付の一台の電源とすることが好ましい。電源１は、交流電源又は直流電源いずれでもよいが、発熱を考慮してパルス電流を発生する電源とすることが好ましい。なかでも、安定した直流パルスを供給できるという観点から蓄電池、とくに鉛蓄電池とすることが好ましい。なお、モニタリングする領域が広範囲な場合や、モニタリング領域と電源との距離が長い場合には、蓄電池による電流供給では、電流損失が大きくなり蓄電池の消耗が激しく、かつ配線を太くする必要がある。このような場合には、電源を交流電源とし、モニタリング領域の近くにＡＤ変換器を設定し直流に変換して供給することが好ましい。これにより、配線を細くでき、結果的に広範囲でかつ長距離となる環境下でも精度良くモニタリングができる。

つぎに、上記したきずの非破壊検査装置を用いた、きずの非破壊検査方法について説明する。

本発明では、複数の電位差測定用端子２を、図１に示すように、マトリックス状に配置する。なお、ここでいう、マトリックス状とは、格子状、ちどり格子状をも含むものとする。きずが存在する測定用端子間はもちろん、それ以外の測定用端子間においても、きずの存在により電場が乱れ、測定位置により電位差の変化が大きく相違する。きずが存在する領域ではもちろんであるが、存在するきずの下流側に位置する領域でもその変化が大きく観察される。このため、マトリックス状に測定用端子間を配置して、多くの測定用端子間の組合せについて電位差を測定することにより、きずの位置、大きさ、傾き等の三次元形状をより精度よく検知できる。

電位差測定領域の両端部近傍に、電流供給用の一対の電極11、11を設ける。電源1から、一対の電極11、11を介して被測定物表面に電流を供給する。

供給する電流は、交流、直流いずれでも測定可能であるが、本発明では、直流とすることが好ましい。なお、供給する電流は、抵抗発熱による温度上昇を考慮して、とくに直流パルスとすることがより好ましい。供給する電流は、各電位差測定用端子間の電位差が測定可能であれば、その値はとくに限定されないが、10〜2000Ａとすることが好ましい。とくに、被測定物が厚肉の場合では、100Ａ以上の高電流とすることにより、測定領域に均一電場が形成でき、きずの測定精度を向上させることができる。またより高電流とすることにより広い測定領域を確保することができる。

被測定物の表面に設置した電極間に電流を供給しながら、電位差測定手段３により、このマトリックス状に配置された各電位差測定用端子間、例えば図１の、2i−2j間、2j−2k間、2e−2f間、2f−2g間等の電位差を測定する。本発明では、きずの検知精度向上の観点からは、設定した各電位差測定端子間のあらゆる組合せにおける電位差を測定することが好ましい。なお、電位差の測定に際しては、被測定物の温度変化等、きず以外の原因による電位差変化を消去するために複数の参照用端子を設け、参照用端子間の電位差も同時に測定することが好ましい。なお、複数の参照用端子は、きず発生のない領域あるいはきずのない参照板上に、所定の間隔に隔離して直線上に配設してもよいが、マトリックス状に配設しておくことがきずの位置、三次元形状を推定する観点から好ましい。複数の参照用端子を配設した領域への電流の供給は、電位差測定領域と電気的に直列となるように電極を配設することが好ましい。

また、本発明では、電位差測定に際し、供給する電流の方向を一方向のみとして電位差を測定してもよいが、一方向の電流を供給して電位差測定を行ったのち、さらに供給する電流の方向を、該一方向とは異なる方向、例えば、該一方向に対し45°、90°、あるいはそれらの中間の角度といった所定の角度を有する方向に電流を供給して、各電位差測定用端子間の電位差を測定することが好ましい。

供給する電流の方向を変化することにより、被測定物に存在するきずによる電場の乱れ方が異なり、電流の方向が一方向のみとする場合にくらべ、複数方向の電流について電位差を測定することにより、きずの検知精度が向上する。

本発明では、設定した各電位差測定端子間に生じる電位差あるいはさらに参照用端子間に生じる電位差を同時に、基準時以降任意の時間に間歇的に、または連続的に測定し、各端子間の電位差の変化率を算出する。電位差の変化率としては、例えば、次式
変化率＝｛（Ａi／Ｂi）×（Ｂ_０／Ａ₀）−１｝×1000
（ここで、Ａi：ｉ刻（測定時）の測定端子間の電位差、Ｂi：ｉ刻（測定時）の参照端子間電位差、Ａ₀ ：０刻（基準：測定開始）時の測定端子間の電位差、Ｂ_０：０刻（基準：測定開始）時の参照端子間電位差）
を用いることが好ましい。

得られた電位差の変化、または電位差の変化率から、きずの発生の有無、きずの位置、寸法形状、傾きを把握して、さらにはきずの進展状況を把握する。

なお、本発明では、予め、測定端子間の電位差の変化の大きさ、または電位差の変化率と、位置、寸法形状、傾きが既知のきずとの関係をシュミレーションにより求めておき、データ保存手段に保存しておく。測定した電位差の変化、または電位差の変化率から、この関係を参照して、被測定物に含まれるきずの位置、寸法、形状、傾き等を決定する。これらの演算は、いずれも演算手段４で行うものとする。

シュミレーションの方法としては、例えば、表面に４個以上の測定端子をマトリックス状に設定し、その領域内に大きさ、形状、傾き、深さ等が既知のきずを導入した被測定片について、例えば１°ずつ電流方向をずらして電流を流しながら、各測定端子間の電位差を測定し、きずの位置、寸法形状と電位差との関係を求めておく方法がある。また、例えば、有限要素法を用いて、きずの位置、寸法形状と電位差との関係を予めマスターカーブとして作成しておいてもよい。なお、本発明は、この方法に限定されるものではない。

なお、得られた測定結果から、各測定用端子間の電位差分布、あるいは電位差の変化率分布として表示することにより、きずの存在状態およびその変化をより明瞭にすることができる。

さらに、本発明では、基準時からの電位差変化率がマイナス（−）側となる端子間の電位差変化率と経過時間との関係からきずの進展方向を推測することができる。きずが深さ方向に進展する場合は、電位差変化率が時間の経過ととも（−）側に大きく変化しつづける。一方、きずがその長さ方向に進展する場合には、電位差変化率の時間経過による（−）側への変化は少なくなる。

（実施例１）
被測定物として、溶接線を有するSUS304ステンレス鋼板（肉厚：10mm）を選び、応力腐食割れ環境（温度：常温）下できずの発生の有無、きずの発生時期、発生位置、大きさ、傾き、深さ等、形態変化を経時的に追求した。

被測定物の表面に、図２に示すようなマトリックス状配置に複数の電位差測定用端子（2a〜2l：計12個）をスタッド溶接により配置した。各端点間の間隔は20mmとした。また、これら複数の電位差測定用端子が形成する領域に電流を供給するために、電位差測定用端子領域の端部周辺に一対の電極11、11を設置した。

一対の電極11、11間には、直流パルス（パルス高さ：110Ａ、パルス時間：1.7s）を印加した。電流差測定手段として、直流電位差計を使用して、各測定用端子間を図２に示すようにペアーとして各ペアー（ペアーNo.１〜No.９）の電位差を間歇的に測定した。なお、各測定用端子には予め測定用リード線が取り付けられ、切替スイッチにより切替可能に設定されることはいうまでもない。

ついで、一対の電極11、11から90°ずらした位置に予め設置した電極12、12間に電流を流し、各電位差測定用端子間を図３に示すようにペアーとして各ペアー（ペアーNo.10〜No.17）の電位差を同様に測定した。ついで、一対の電極11、11から45°ずらした位置に予め設置した電極13、13間に電流を流し、各電位差測定用端子間を図４に示すようにペアーとして各ペアー（ペアーNo.18〜23）の電位差を同様に測定した。なお、各電極間に印加した直流パルスは同様とした。

また、参照用端子を、被測定物の母材領域で、印加電流のプラス（＋）側に設置し、きず以外の要因による電位差の変化を消去するために、参照用端子間の電位差も同時に測定した。

測定された、各ペアー間の電位差を、測定開始時を基準にして、次式
変化率＝{（Ａｉ／Ｂｉ）×（Ｂ₀／Ａ₀）−１}×1000
（ここで、Ａｉ：当該ペアー（測定端子間）の測定電位差、Ｂｉ：測定時の参照端子間電位差、Ａ₀：当該ペアー（測定端子間）の測定開始時の電位差、Ｂ₀：測定開始時の参照端子間電位差）
で定義される電位差の変化率を算出した。

得られた結果を、電位差の変化率と経過時間との関係で図５、図６、図７に示す。

電極11、11間に直流パルスを印加した場合の図２から、測定開始から5日目に電位差変化率が零からシフトしており、被測定物にきずが発生したことがわかる。電位差変化率は時間経過とともに零からのシフト量は増加し、きずが拡大していることがわかる。きずは、電位差変化率が＋（プラス）にシフトしている、ペアーNo.２とNo.５の領域に発生している。電位差変化率が−（マイナス）にシフトしている、ペアーNo.１とNo.３の領域では、きず発生の影響を受けて電場の乱れが大きく、きずがこの電流方向にほぼ直角に存在していることが明瞭にわかる。なお、電位差変化率が−（マイナス）にシフトする量が少なければ電場の乱れが少なく、きずの方向は電流方向とほぼ平行に存在する。これは、測定用端子をマトリックス状に設置して、電位差を測定して初めて明確となるのである。

電流印加方向を電極11、11間とは異なる方向とした図６（90°）、図７（45°）から、各ペアーで測定される電位差変化率は図５の場合にくらべ、小さくなっており、きずが電流印加方向を90°にした電極12、12に対してほぼ平行に存在することが推察できる。

また、図５の電位差変化率と経過時間の関係から電位差変化率が経過時間とともマイナス側へ増加しており、きず（亀裂）は深さ方向にも進展していることがわかる。

予めシュミレーションにより求められた、電位差の変化率と、きずの位置、寸法形状、傾きとの関係に参照して、測定された各ペアー間の電位差の変化率から、発生したきずは、最終的に、長さ：27mm、電流方向との傾き：83°、表面からの深さ：７mmのきず（亀裂）で、ペアーNo.２とNo.５間に存在すると推定された。測定後、被測定物を切り出し、きずを現出し、推定値が実測値の±10％の範囲であったことを確認した。
（実施例２）
実施例１とは別の被測定物（SUS 304ステンレス鋼板：肉厚10mm）を対象として、被測定物の表面に、実施例１と同様にマトリックス状配置に複数の電位差測定用端子をスタッド溶接により配置した。各端子間の距離は20mmとした。

また、これら複数の電位差測定用端子が形成する領域に電流を供給するために、電位差測定用端子領域の端部周辺に実施例１と同様に一対の電極を設置した。そして、被測定物と同種のSUS 304ステンレス鋼板（肉厚：10mm）を参照板として用意し、端子間の距離を電位差測定用端子間の距離と同じ20mmとして、該参照板上にマトリックス状に参照用端子を配設した。この参照用端子を、印加電流のプラス（＋）側に設置して被測定物と同じ環境下に置き、実施例１と同様に電位差測定用端子間の電位差および参照用端子間の電位差を同時に測定した。

その結果、測定開始時にすでに、電位差の変化がプラス（＋）にシフトしている電位差測定用端子間のペアーがあり、被測定物にはきずが存在することが推察された。このように、被測定物と同種の参照板上に参照用端子を配設することにより、すでにきずが発生している場合にも、きずの存在がわかる非破壊検査が可能であることを確認できた。

本発明の非破壊検査装置の概略構成を模式的に示す説明図である。 本発明の実施例で使用した電極、電位差測定用端子の配置とペアーの組合せを示す説明図である。 本発明の実施例で使用した電極、電位差測定用端子の配置とペアーの組合せを示す説明図である。 本発明の実施例で使用した電極、電位差測定用端子の配置とペアーの組合せを示す説明図である。 本発明の実施例における電位差変化率と測定開始からの経過時間との関係を示すグラフである。 本発明の実施例における電位差変化率と測定開始からの経過時間との関係を示すグラフである。 本は発明の実施例における電位差変化率と測定開始からの経過時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 電源
11、12、13 電極
２、2i、2j、…… 電位差測定用端子
３ 電位差測定手段
４ 演算手段
５ データ保存手段

Claims (20)

1. 電源と、該電源に接続され該電源から被測定物に電流を印加する一対の電極と、前記一対の電極間に、所定の間隔で離隔されてマトリックス状に配置される複数の電位差測定用端子と、該複数の電位差測定用端子の各々に接続可能に配設され、各電位差測定用端子間の電位差を測定する電位差測定手段と、該電位差測定手段で測定した各電位差測定用端子間の電位差を入力データとして演算し、きずの位置、寸法形状を算出する演算手段と、前記入力データおよび演算結果を保存するデータ保存手段と、を有することを特徴とする、きずの非破壊検査装置。
2. 電源と、該電源に接続され該電源から被測定物に電流を印加する一対の電極と、前記一対の電極間に、所定の間隔で離隔されてマトリックス状に配置される複数の電位差測定用端子とさらに参照電位差測定用の複数の参照用端子と、該複数の電位差測定用端子及び前記複数の参照用端子の各々に接続可能に配設され、各電位差測定用端子間の電位差及び参照用端子間の電位差を測定する電位差測定手段と、該電位差測定手段で測定した各電位差測定用端子間の電位差及び前記参照用端子間の電位差を入力データとして演算し、きずの位置、寸法形状を算出する演算手段と、前記入力データおよび演算結果を保存するデータ保存手段と、を有することを特徴とする、きずの非破壊検査装置。
3. 前記参照用端子を、前記被測定物と同種材料の参照板上に配設することを特徴とする請求項２に記載のきずの非破壊検査装置。
4. 前記複数の電位差測定用端子又は前記参照用端子と前記電位差測定手段の測定端とを接続する電位差測定用リード線が、Al−Ni合金製単線であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のきずの非破壊検査装置。
5. 前記複数の電位差測定用端子又は前記参照用端子と前記電位差測定手段の測定端とを接続する電位差測定用リード線が、Niめっき銅線であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のきずの非破壊検査装置。
6. 前記電源を複数台の電源とし、前記一対の電極に加えてさらに、前記電流の方向と異なる方向に電流を印加できる他の一対または複数対の電極を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のきずの非破壊検査装置。
7. 前記複数台の電源に代えて、切替手段付の一台の電源とすることを特徴とする請求項６に記載のきずの非破壊検査装置。
8. 前記電源がパルス電流を発生する電源であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のきずの非破壊検査装置。
9. 前記電源が、蓄電池であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のきずの非破壊検査装置。
10. 被測定物表面に複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離隔して配置し、該複数の電位差測定用端子を挟んで設けられた一対の電極を介して該被測定物表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子間に生じる電位差を測定してきずを検出するきずの非破壊検査方法において、前記複数の電位差測定用端子をマトリックス状に配置し、該複数の電位差測定用端子の各端子間に生じる電位差を間歇的または連続的に測定し、測定領域における電位差分布を求め、予め関連づけられた電位差分布ときずの位置、寸法形状との関係を参照して、被測定物に含まれるきずの位置および寸法形状を検知することを特徴とする、きずの非破壊検査方法。
11. 被測定物表面に複数の電位差測定用端子を所定の間隔で離隔して配置するとともに、被測定物のきずが発生しない領域表面に参照電位差測定用の複数の参照用端子を所定の間隔で離隔して配置し、該複数の電位差測定用端子および該参照用端子を挟んで設けられた一対の電極を介して該被測定物表面に電流を供給しながら、前記複数の電位差測定用端子間及び前記複数の参照用端子間に生じる電位差を測定してきずを検出するきずの非破壊検査方法において、少なくとも前記複数の電位差測定用端子をマトリックス状に配置し、該複数の電位差測定用端子の各端子間及び該複数の参照用端子の各端子間に生じる電位差を同時に間歇的または連続的に測定し、測定領域における電位差分布を求め、予め関連づけられた電位差分布ときずの位置、寸法形状との関係を参照して、被測定物に含まれるきずの位置および寸法形状を検知することを特徴とする、きずの非破壊検査方法。
12. 前記参照用端子を、前記被測定物と同種材料の参照板上に配設することを特徴とする請求項１１に記載のきずの非破壊検査方法。
13. 前記電位差を、基準時からの電位差変化率とし、前記電位差分布を、電位差変化率分布とすることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載のきずの非破壊検査方法。
14. 前記電流の方向で各端子間の電位差を測定したのち、前記電流の方向に対し、異なる方向に電流を供給しながら、前記各端子間の電位差を測定することを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載のきずの非破壊検査方法。
15. 前記電流が、直流または直流パルスであることを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれかに記載のきずの非破壊検査方法。
16. 前記電流が、10〜2000Ａであることを特徴とする請求項１０ないし１５のいずれかに記載のきずの非破壊検査方法。
17. 前記基準時からの電位差変化率がマイナス側となる端子間の電位差変化率と経過時間との関係からきずの進展方向を推測することを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれかに記載のきずの非破壊検査方法。
18. 前記電位差測定用端子又は前記参照用端子に接続する電位差測定用リード線として、Al−Ni合金製単線を用いることを特徴とする請求項１０ないし１７のいずれかに記載のきずの非破壊検査方法。
19. 前記電位差測定用端子又は前記参照用端子に接続する電位差測定用リード線として、Niめっき銅線を用いることを特徴とする請求項１０ないし１７のいずれかに記載のきずの非破壊検査方法。
20. 前記電流が、蓄電池を電源とする電流であることを特徴とする請求項１０ないし１９に記載のきずの非破壊検査方法。

Images