JP2007298482A - Magnetic particle inspection device for steel pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼管を囲んで互いに直交する3軸方向に磁束を発生する3軸の磁化コイルを備え、それぞれの発生する磁束が合成されて鋼管を透磁するようになった鋼管用磁粉探傷装置に関するものである。 The present invention provides a magnetic particle flaw detector for a steel pipe that includes a triaxial magnetizing coil that surrounds a steel pipe and generates magnetic fluxes in three axial directions orthogonal to each other, and the generated magnetic fluxes are combined to permeate the steel pipe. It is about.
磁粉探傷装置の原理は、周知のように、磁性材表面を磁化し、その前又は後に磁粉を散布して、割れ等の傷が存在すると、その形状に応じて磁極が発生して磁粉の分布密度が変化して模様が形成されることにより、紫外線照射により蛍光磁粉模様を観察して探傷を行うものである。その際、磁束方向が割れ傷の方向に揃うと有効に磁化されず、したがって交差方向もしくは特に直交方向に磁束を発生させるのが好ましい。そこで、特許文献1には、2個の単極ヨークを交差状に組合わせて合成ヨークとし、各単極ヨークの磁極に位相差を有する電流を付与して円形磁場を発生させることにより、鋼管の胴部の端部を挟んで鋼管を回転させて順に鋼管端部の外周面及び内周面並びにその端面を探傷可能にする鋼管用磁粉探傷装置が開示されている。また、特許文献2によれば、位相差を有する励磁に代えて、複数個の磁化コイルに互いに周波数の異なる交流電流を通電して、磁力線のベクトル合成により、検出感度の方向性を無くそうとする磁粉探傷用磁化装置も開示されている。
As is well known, the principle of a magnetic particle flaw detector is to magnetize the surface of a magnetic material and then spray the magnetic powder before or after it, and if there are scratches such as cracks, magnetic poles are generated according to the shape and the distribution of magnetic particles When the pattern is formed by changing the density, flaw detection is performed by observing the fluorescent magnetic powder pattern by ultraviolet irradiation. At that time, if the direction of the magnetic flux is aligned with the direction of the crack, it is not effectively magnetized. Therefore, it is preferable to generate the magnetic flux in the cross direction or particularly in the orthogonal direction. Therefore,
一方、特許文献3によれば、鋼管を探傷するために、磁粉が表面に散布された鋼管の管軸方向に直流又は交流磁場を発生させる第1の磁化手段と、管軸方向と直交する方向に回転磁場を発生させて鋼管を横磁化する第2の磁化手段とを備えた磁粉探傷装置が開示されている。
この特許文献3による方法は、管軸方向の磁場とその直交方向の回転磁場との合成により、管軸方向の磁束を周期的に管径方向の磁束で横方向に偏向させるもので、特に管端面の傷はその方向の如何に依らず探傷されるが、単に管軸方向の磁束を直交方向の回転磁場により偏向するだけでは、特許文献1のように管周面に沿った円形磁場、つまり360°の範囲にわたり方向の変化する磁場を発生させることはできない。また、特許文献2にも管周面に沿ってあらゆる方向の磁場を発生させる点については言及されていない。加えて、特許文献3では鋼管内周面の探傷については言及されておらず、特許文献1では管端部の内周面を探傷できるだけである。さらに、内径が小さくなると、ヨークを相応に小型にする必要があり、効率低下によりその冷却も必要になる。従来、鋼管内周面の奥に侵入した領域の探傷は、別途に磁化コイルを挿入する方法が採られていた。
The method according to Patent Document 3 is a method in which the magnetic flux in the tube axis direction is periodically deflected laterally by the magnetic flux in the tube radial direction by combining the magnetic field in the tube axis direction and the rotating magnetic field in the direction orthogonal thereto. The scratches on the end face are detected regardless of the direction, but if the magnetic flux in the tube axis direction is simply deflected by the rotating magnetic field in the orthogonal direction, a circular magnetic field along the tube peripheral surface as in
本発明は、このような点に鑑みて、通常の肉厚を有する鋼管の所定範囲の外周面及び内周面のあらゆる方向の傷を確実に検知可能にする鋼管用磁粉探傷装置を提供することを目的とする。 In view of such a point, the present invention provides a magnetic particle flaw detector for a steel pipe that can reliably detect scratches in all directions on an outer peripheral surface and an inner peripheral surface of a predetermined range of a steel pipe having a normal thickness. With the goal.
本発明は、この目的を達成するために、請求項1により、鋼管を囲んで互いに直交する3軸方向に磁束を発生する磁化コイルによる合成磁場により、鋼管を磁化するようになった鋼管用磁粉探傷装置において、鋼管の外側の管径方向に沿った対向位置に配置されて管径方向に磁束を発生する第1の1対の磁化コイルと、その対向方向に直交して鋼管の外側の対向位置に配置されて管径方向に磁束を発生する第2の1対の磁化コイルと、鋼管を囲むように巻回され、かつ第1及び第2の磁化コイルを管軸方向に挟む対向位置に配置されることにより管軸方向に磁束を発生する第3の1対の磁化コイルとを備え、第1、第2及び第3の磁化コイルに、50Hzよりも低く、かつ互いに非整数倍の関係を有する周波数の磁化電流を供給する励磁回路がそれぞれ付属していることを特徴とする鋼管用磁粉探傷装置。
In order to achieve this object, the present invention provides a magnetic powder for a steel pipe according to
これにより、直交3軸の磁化コイルの内部には、非整数倍の関係を有する周波数の励磁により、いずれかの正逆方向の1軸の磁束と残り2軸の正逆方向の磁束との3軸の合成磁束、いずれかの正逆方向の1軸の磁束と残り1軸の正逆方向の磁束との2軸の合成磁束、いずれかの正逆方向の1軸の磁束より、所定時間にわたり鋼管周面及び端面に沿って経時的に変化するあらゆる方向の磁場が発生される。一般的な商用電源よりも低い周波数に対応して鋼管の外側からの磁化により、内周面も探傷可能となる。 As a result, by the excitation of the frequency having a non-integer multiple relationship, three of the uniaxial magnetic flux in any forward / reverse direction and the remaining two axial forward / reverse magnetic fluxes are generated inside the orthogonal triaxial magnetizing coil. The combined magnetic flux of one axis, the biaxial synthetic magnetic flux of one uniaxial magnetic flux in the forward / reverse direction and the remaining one axial forward / reverse magnetic flux, and the uniaxial magnetic flux in either forward / reverse direction for a predetermined time. Magnetic fields are generated in all directions that change with time along the circumferential surface and the end surface of the steel pipe. Corresponding to a frequency lower than that of a general commercial power source, the inner peripheral surface can also be flawed by magnetization from the outside of the steel pipe.
特に肉厚の厚い鋼管の内周面も探傷可能にするには、請求項2により、互いに非整数倍の関係を有する周波数がいずれも10Hzより低いようにする。 In particular, in order to enable flaw detection on the inner peripheral surface of a thick steel pipe, the frequencies having a non-integer multiple relationship with each other are made lower than 10 Hz.
請求項1の発明によれば、互い非整数倍の異なる周波数の直交3軸方向の磁束の合成により、磁化コイルで囲まれた範囲の鋼管周面或は鋼管端面に沿ってあらゆる方向に変化する磁場が形成され、傷の方向に無関係に信頼度の高い探傷が可能になる。また、50Hzよりも低い周波数の合成磁場により、肉厚が5mm程度の鋼管の内周面の探傷も可能となる。請求項2の発明によれば、肉厚が18mm程度の鋼管内周面の探傷も可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the magnetic flux changes in all directions along the circumferential surface of the steel pipe or the end face of the steel pipe surrounded by the magnetizing coil by synthesizing the magnetic fluxes in the orthogonal three-axis directions with different frequencies of non-integer multiples. A magnetic field is formed, enabling highly reliable flaw detection regardless of the direction of the flaw. Moreover, the flaw detection of the inner peripheral surface of a steel pipe having a thickness of about 5 mm is also possible by a synthetic magnetic field having a frequency lower than 50 Hz. According to the invention of claim 2, flaw detection can be performed on the inner peripheral surface of a steel pipe having a wall thickness of about 18 mm.
図1乃至図5を基に本発明の実施の形態による鋼管用磁粉探傷装置を説明する。その探傷コイルは、検査対象の鋼管の中心を通る垂直のX軸方向の対向位置に配置された1対の磁化コイルLx、鋼管中心を通り、かつX軸に直交する水平のY軸方向の対向位置に配置された1対の磁化コイルLyと、鋼管中心を通り、かつX軸、Y軸に直交するZ軸方向の対向位置に磁化コイルLx、Lyを挟んで配置された1対の磁化コイルLzとで構成される。 A magnetic particle flaw detector for steel pipes according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The flaw detection coil is a pair of magnetizing coils Lx arranged at opposite positions in the vertical X-axis direction passing through the center of the steel pipe to be inspected, opposite in the horizontal Y-axis direction passing through the steel pipe center and orthogonal to the X-axis. A pair of magnetizing coils Ly arranged at a position, and a pair of magnetizing coils arranged between the magnetizing coils Lx and Ly at opposite positions in the Z-axis direction passing through the center of the steel pipe and orthogonal to the X-axis and Y-axis Lz.
磁化コイルLx、Lyは、その空芯部を鋼管1の外周面を包囲する正方形状の継鉄1の突出部1aに嵌合させて取付けられ、それぞれX軸及びY軸を中心とする周囲に9回巻回されて互いに直交する管径方向に磁束を発生する。磁化コイルLzは検査対象の鋼管を囲むように9回巻回され、継鉄1にその横断方向に取付けられたコの字形のブラケット2の先端部に取付けられている。磁化コイルLx、Ly、Lzの各対のコイル同志は、それぞれX軸、Y軸及びZ軸に沿って同一方向に磁束を発生するように直列に接続されている。鋼管の外側に位置する磁化コイルLx、Lyの各対間の離間距離は、検査対象の鋼管外径よりも大きめに例えば35cm程度離間し、磁化コイルLzの内径は35cm程度に設定され、またその管軸方向の離間距離は磁化コイルLx、Lyの幅に対応して40cm程度に設定されている。
The magnetizing coils Lx and Ly are attached by fitting their air core portions to the protruding
磁化コイルLx、Ly、Lzには、図3に示すように、50もしくは60Hzの三相商用交流電圧を入力とする整流回路1x、1y、1zと、付属のスイッチング制御手段3x、3y、3zで制御されるサイリスタにより構成されるインバータ2x、2y、2zとをそれぞれ備えて、所属の磁化コイルLx、Ly、Lzに例えば600A程度の交流の磁化電流を供給する励磁回路が付属している。スイッチング制御手段3xは、インバータ2xをDC/AC変換を行うようにスイッチング制御して9Hzの磁化電流を出力させる。スイッチング制御手段3yはインバータ2yに7Hz、スイッチング制御手段3zはインバータ2zに5Hzの磁化電流を出力させる。
As shown in FIG. 3, the magnetizing coils Lx, Ly, and Lz include
これらの励磁周波数は非整数倍の関係を有することにより、複数周期にわたり互いの強さ及び極性の関係が経時的に変化する磁束φx、φy、φzを基に、方向が変化する合成磁場が、磁化コイルLx、Ly、Lz内に発生する。また、鉄材への透磁深度は、下記の式に従い、周波数を低くする程深くなることは一般的に知られているが、試験により50Hzの商用電源周波数よりも低く設定することにより、鋼管胴部の肉厚が5mm程度でも内周面に十分達することができ、さらに10Hz以下になると肉厚18mm程度でも十分鋼管内周面へも透磁し得ることが確認されている。 Since these excitation frequencies have a non-integer multiple relationship, a synthetic magnetic field whose direction changes based on magnetic fluxes φx, φy, and φz in which the relationship between each other's strength and polarity changes over time over a plurality of periods, It occurs in the magnetizing coils Lx, Ly, Lz. Further, although it is generally known that the permeability depth to the iron material becomes deeper as the frequency is lowered according to the following formula, the steel pipe body is set by lowering the commercial power supply frequency of 50 Hz by a test. It has been confirmed that even when the thickness of the portion is about 5 mm, the inner peripheral surface can be sufficiently reached, and when the thickness is 10 Hz or less, even the thickness of about 18 mm can be sufficiently permeable to the inner peripheral surface of the steel pipe.
δ=√{ρ/(πμf)}
δ:浸透深さ〔m〕、μ:透磁率、ρ:抵抗率〔Ωm〕、f:周波数〔Hz〕
δ = √ {ρ / (πμf)}
δ: penetration depth [m], μ: permeability, ρ: resistivity [Ωm], f: frequency [Hz]
このように構成された鋼管用磁粉探傷装置の動作は次の通りである。例えば外径30cm及び肉厚18mmの鋼管9が、外周面、内周面及び両端部の端面に磁粉液を散布されて、磁化コイルLzの空芯部及び磁化コイルLx、Lyの各対間の中心位置に挿入された状態で、所属の磁化電流が供給されると、図5Aに示すように、探傷コイルの内部に、一対の磁化コイルLzにより管軸方向の強さの変化する5Hzの磁束φzが正方向及び逆方向に発生すると共に、磁化コイルLxにより、図1で見て正逆の垂直方向の強さの変化する9Hzの磁束φx、磁化コイルLyにより正逆の水平方向の強さの変化する7Hzの磁束φyが発生する。
The operation of the magnetic particle flaw detector for steel pipes configured as described above is as follows. For example, a
これにより、鋼管9の高透磁率の胴部全域において、直交3軸の磁束φx、φy、φzによる合成磁場が生じる。図4は位相位置0°が互いに揃った時点からのそれぞれの磁化電流を示すもので、実際には1秒間について下記の表1に示すように、+振幅の励磁電流によるφzに対して、種々の例示した経時タイミングa〜iにおいて、残り2軸の管断面における±X或は±Y軸方向の磁束φx、φyにより、合成磁場が形成される。つまり、管周面に沿った管軸方向の+φzが、横方向に偏向され、それぞれの励磁電流の振幅関係に応じて管周面において管軸方向から直交方向にわたり方向及び強さが変化する磁場が発生する。φz=0の時点ではX軸或はY軸方向のY軸方向に直交する完全に横方向の磁場も生じ、逆管軸方向の−φzに対しても同様な磁場が形成される。
As a result, a combined magnetic field is generated by the orthogonal three-axis magnetic fluxes φx, φy, and φz in the entire region of the
次の1秒後には、位相が0°に揃った状態から互いに非整数倍であることにより、位相位置0°が互いにずれて次の1秒にわたり磁束φx、φy、φzにより、1秒前とは異なる極性及び強さ関係下での合成磁場が形成される。実際には、10秒程度で、管周面に沿って十分な強さの360°の範囲で方向の変化する磁場が発生し、外周面及び内周面のあらゆる方向の傷が検知されること確認されている。つまり、変化して弱い磁場も含まれるとしても、図5Bに示すように、管軸方向に極性が反転し、かつ十分な強さの磁場φが、方向を変化させつつ管周面に沿って360°の範囲に発生される。鋼管端面に沿ってもφz=0の時点で、φx、φyの合成磁場により、360°の範囲で方向の変化する十分な強さの磁場が発生する。尚、それぞれの周波数9,7,5の最小公倍数は、315、即ち最も周期の短い9Hzの35秒分の315周期に相当し、7Hzの245周期、5Hzの175周期を1周期の合成パターンとして、合成磁場がパターン周期35秒で周期的に発生することになるが、前述のように、それ以内で充分な回転磁界を得ることができる。
After the next 1 second, the phase positions are shifted from each other by a non-integer multiple from the state in which the phases are aligned at 0 °, so that the phase position is shifted from each other by the magnetic fluxes φx, φy, and φz over the next 1 second. Forms a composite magnetic field under different polarity and strength relationships. In fact, in about 10 seconds, a magnetic field whose direction changes in the range of 360 ° with sufficient strength is generated along the peripheral surface of the tube, and scratches in all directions on the outer peripheral surface and the inner peripheral surface are detected. It has been confirmed. That is, even if a weak magnetic field is changed, as shown in FIG. 5B, the polarity is reversed in the tube axis direction, and a sufficiently strong magnetic field φ changes along the tube peripheral surface while changing the direction. It is generated in the range of 360 °. Even along the end face of the steel tube, when φz = 0, a combined magnetic field of φx and φy generates a sufficiently strong magnetic field whose direction changes in the range of 360 °. The least common multiple of each
このように、管径方向に沿った9Hzの磁束φx及び直交する管径方向に沿った7Hzの磁束φyの合成磁界と、管軸方向に沿った5Hzの磁束φzとにより、透磁率の高い鋼管9の胴部には、その外周面だけでなく、胴部を深く透磁して内周面の全域に沿って360°の範囲で方向の変化する磁場が形成される。したがって、あらゆる方向の傷が、紫外線照射による蛍光磁粉模様の乱れにより確実に検知される。これにより、10秒間の励磁による所定範囲の探傷ごとに鋼管9をスライドさせ全域を探傷する。鋼管9の管軸方向の両端部でも特に磁束φx及び磁束φyにより、その端面に沿って360°の範囲で方向の変化する合成磁場が発生されて、同様に確実に探傷される。特に内径が小さくなって内周面を目視し難い場合、スコープにより観察することができる。
Thus, a steel tube having a high magnetic permeability is obtained by a combined magnetic field of a magnetic flux φx of 9 Hz along the pipe radial direction and a magnetic flux φy of 7 Hz along the orthogonal pipe radial direction and a magnetic flux φz of 5 Hz along the pipe axis direction. A magnetic field whose direction changes in a range of 360 ° along the entire area of the inner peripheral surface by deeply penetrating not only the outer peripheral surface but also the inner peripheral surface is formed in the
因みに、非整数倍の関係に依らず、例えば5、7,10Hz或は4、8,10Hzのように、少なくとも2軸が整数倍の関係を有すると、整数倍同士の低い周波数の5Hz或は4Hzで同じパターンの2軸の合成磁束が繰返し発生され、合成磁場の方向変化が制約される。鋼管胴部の肉厚が薄くなった場合、11、13、15Hz程度或はさらに薄くなった場合非整数倍の関係を有するさらに高い周波数への励磁切換式に構成することもできる。 Incidentally, regardless of the non-integer multiple relationship, if at least two axes have an integral multiple relationship, such as 5, 7, 10 Hz, or 4, 8, 10 Hz, for example, 5 Hz or Two-axis composite magnetic flux having the same pattern is repeatedly generated at 4 Hz, and the direction change of the composite magnetic field is restricted. When the thickness of the steel tube body is reduced, it can be configured as an excitation switching type to a higher frequency having a non-integer multiple relationship when the thickness is about 11, 13, 15 Hz or even thinner.
9 鋼管
Lx X軸方向の磁化コイル
Ly Y軸方向の磁化コイル
Lz Z軸方向の磁化コイル
9 Steel tube Lx Magnetization coil in X-axis direction Ly Magnetization coil in Y-axis direction Lz Magnetization coil in Z-axis direction
Claims (2)
鋼管の外側の管径方向に沿った対向位置に配置されて管径方向に磁束を発生する第1の1対の磁化コイルと、その対向方向に直交して前記鋼管の外側の対向位置に配置されて前記管径方向に磁束を発生する第2の1対の磁化コイルと、前記鋼管を囲むように巻回され、かつ第1及び第2の前記磁化コイルを管軸方向に挟む対向位置に配置されることにより、前記管軸方向に磁束を発生する第3の1対の磁化コイルとを備え、
第1、第2及び第3の前記磁化コイルに、50Hzよりも低く、かつ互いに非整数倍の関係を有する周波数の磁化電流を供給する励磁回路がそれぞれ付属していることを特徴とする鋼管用磁粉探傷装置。 In a magnetic particle flaw detector for a steel pipe that is adapted to magnetize the steel pipe by a synthetic magnetic field generated by a magnetization coil that generates magnetic flux in three axial directions that are orthogonal to each other surrounding the steel pipe,
A first pair of magnetizing coils that are arranged at opposing positions along the pipe radial direction outside the steel pipe and generate magnetic flux in the pipe radial direction, and are arranged at opposing positions outside the steel pipe perpendicular to the opposing direction. And a second pair of magnetized coils that generate magnetic flux in the tube radial direction and a position that is wound around the steel tube and sandwiches the first and second magnetized coils in the tube axis direction. A third pair of magnetizing coils that generate magnetic flux in the tube axis direction by being disposed;
The first, second and third magnetizing coils are each provided with an excitation circuit for supplying a magnetizing current having a frequency lower than 50 Hz and having a non-integer multiple relationship with each other. Magnetic particle inspection equipment.
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