JP2011002409A - 漏洩磁束探傷装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】円柱状又は円筒状の磁性材の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置において、1台の探傷設備で、軸方向に伸びた傷と円周方向に伸びた傷との両者が良好に検出でき、磁性材と非接触で高速探傷が可能となる技術を提供する。
【解決手段】円環状コイル1a,1bを有し、円環状コイル1a,1bの内側を鋼材4が貫通可能な、鋼材4を中心軸方向に磁化する第1の磁化器と、円環状コイル1a,1bの間に複数のタンジェンシャル型コイル2a〜2hを有し、タンジェンシャル型コイル2a〜2hの間を鋼材4が貫通可能な、鋼材4を円周方向に磁化する第2の磁化器と、第2の磁化器と鋼材4との間に複数のセンサ3a〜3hを有し、鋼材4からの漏洩磁束を検出する探傷ヘッドと、を具備する。
【選択図】図1
【解決手段】円環状コイル1a,1bを有し、円環状コイル1a,1bの内側を鋼材4が貫通可能な、鋼材4を中心軸方向に磁化する第1の磁化器と、円環状コイル1a,1bの間に複数のタンジェンシャル型コイル2a〜2hを有し、タンジェンシャル型コイル2a〜2hの間を鋼材4が貫通可能な、鋼材4を円周方向に磁化する第2の磁化器と、第2の磁化器と鋼材4との間に複数のセンサ3a〜3hを有し、鋼材4からの漏洩磁束を検出する探傷ヘッドと、を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、漏洩磁束探傷装置に関し、特に、円柱状又は円筒状の磁性材(例えば、丸棒鋼・鋼管など)の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置に関する。
本発明者が検討した技術として、例えば、漏洩磁束探傷装置においては、以下の技術が考えられる。
丸棒鋼・鋼管などの鉄鋼製品は一般に圧延によって製造される。圧延時には素材であるビレットの表面に存在する傷や、圧延のために加熱された際生じるスケールなどが原因で棒鋼・鋼管の表面に傷が生じることがある。鉄鋼製品は機械構造用部位などに使用されるため、使用時の負荷による損傷を除去する目的で表面傷の検出と除去が製造工程では不可欠の工程となっている。
丸棒鋼・鋼管などの鉄鋼製品の傷検出工程では、漏洩磁束探傷法などが利用されている。以下、漏洩磁束探傷法による傷検出の一例を図11及び図12を用いて説明する。図11及び図12は、本発明の前提として検討した探傷ヘッドの概略構成を示す図である。
円柱状又は円筒状の鋼材4の表面に発生した軸方向(圧延方向)に伸びた傷8を検出する場合、図11に示すように、鋼材4を円周方向に磁化し、鋼材4の圧延方向に伸びた傷8から漏洩する漏洩磁束をサーチコイルや半導体磁気検出子などのセンサ18で検出する。通常は、円周方向に磁極間を持つ電磁石17で磁化し、電磁石17の極間中央部に配置したセンサ18で傷を検出する。鋼材4は軸方向に直進し、電磁石17とセンサ18とからなる探傷ヘッドが、鋼材4の円周の周辺を回転するか、鋼材4が、軸を中心に回転しながら探傷ヘッドの下を軸方向へ進むことで、鋼材4全面のヘリカル走査を実現している。
円柱状又は円筒状の鋼材4の表面に発生した円周方向に伸びた傷7を検出する場合は、図12に示すように、鋼材4を軸方向(圧延方向)に磁化し、鋼材4の円周方向に伸びた傷7から漏洩する漏洩磁束をサーチコイルや半導体磁気検出子などのセンサ20a,20bで検出する。通常は、鋼材4の周りを取り囲むように配置された2個一組の貫通コイル19a,19bを用いて圧延方向に鋼材4を磁化し、貫通コイル19a,19b間の中央部に配置されたセンサ20a,20bで傷を検出する。鋼材4は軸方向へ直進し、センサ20a,20bを鋼材4の円周の周りで回転させるか、または、鋼材4が、軸を中心に回転しながらセンサ20a,20bの下を軸方向へ進むことで、鋼材4全面を走査するようになっている。
ところで、前記のような漏洩磁束探傷装置の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
例えば、API規格に従って鋼管の表面傷を検査するには、軸方向(圧延方向)に伸びた傷8が検出できる装置と、円周方向に伸びた傷7が検出できる装置と、二つの装置を用いなければならず、検査ラインに多くのスペースを要することや、莫大な設備投資が必要であった。
油井管などに用いられる高級継ぎ目なし鋼管は、通常、丸ビレットからマンネスマン穿孔により作られるので、断面形状が真円ではない。そのため、探傷ヘッドを回転させる方式の探傷装置では、鋼管の中心軸と探傷ヘッドの回転中心が一致せず、非接触探傷を実現することが困難である。現在実用化されている装置は、全て、センサヘッドが鋼管表面に接触した状態で探傷が行なわれる形式を採っている。そのため、センサの保護用コンタクトシューが鋼管表面への接触で磨耗するなど、ランニングコストがかかることも問題であった。
また、鋼材をヘリカル駆動する形式のものでは、探傷ヘッド回転式のものに比べ設備費用は少ないものの、高速でヘリカル駆動することが困難なため処理能力を上げることが困難であった。
そこで、本発明の1つの目的は、円柱状又は円筒状の磁性材(例えば、丸棒鋼・鋼管など)の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置において、1台の探傷設備で、軸方向に伸びた傷と円周方向に伸びた傷との両者が良好に検出でき、磁性材と非接触で高速探傷が可能となる技術を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
すなわち、本発明による漏洩磁束探傷装置は、円柱状又は円筒状の磁性材の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置であって、第1及び第2の円環状コイルを有し、前記第1及び第2の円環状コイルの内側を前記磁性材が貫通可能な、前記磁性材を中心軸方向に磁化する第1の磁化器と、前記第1及び第2の円環状コイルの間に複数のタンジェンシャル型コイルを有し、前記複数のタンジェンシャル型コイルの間を前記磁性材が貫通可能な、前記磁性材を円周方向に磁化する第2の磁化器と、前記第2の磁化器と前記磁性材との間に複数のセンサを有し、前記磁性材からの漏洩磁束を検出する探傷ヘッドと、を具備するものである。
本発明によれば、円柱状又は円筒状の磁性材(例えば、丸棒鋼・鋼管など)の表面に存在する円周方向に伸びた傷及び軸方向に伸びた傷を同時に検出することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
図1は本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置の概略構成を示す図であり、(a)は正面図、(b)は側面図である。図2は、本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、第1の磁化器を構成する2個一組の円環状コイルの概略構成を示す斜視図、図3は、第2の磁化器を構成する矩形状タンジェンシャル型コイルの概略構成を示す斜視図、図4は、探傷ヘッドを構成する検出コイルの概略構成を示す斜視図、図5は、第1及び第2の磁化器並びに探傷ヘッドの配置構成例を示す斜視図である。
まず、図1〜図5により、本実施の形態による漏洩磁束探傷装置の構成の一例を説明する。本実施の形態の漏洩磁束探傷装置は、例えば、円柱状又は円筒状の磁性材(例えば、丸棒鋼・鋼管など)の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置とされ、第1の磁化器と、第2の磁化器と、探傷ヘッドと、励磁電源A(21)と、励磁電源B(22)と、探傷制御盤23などから構成される。第1の磁化器は、2個一組の円環状(貫通)コイル1a,1bを有し、円環状コイル1a,1bの内側を鋼材4が貫通可能な、鋼材4を中心軸方向に磁化するものである。第2の磁化器は、円環状コイル1a,1bの間に複数の矩形状のタンジェンシャル型コイル2a〜2hを有し、複数のタンジェンシャル型コイル2a〜2eの間を鋼材4が貫通可能な、鋼材4を円周方向に磁化するものである。探傷ヘッドは、第2の磁化器と鋼材4との間に複数のセンサ3a〜3hを有し、鋼材4からの漏洩磁束を検出するものである。励磁電源A(21)は、円環状コイル1a,1bに接続され、円環状コイル1a,1bに電力を供給するものである。励磁電源B(22)は、タンジェンシャル型コイル2a〜2hに接続され、タンジェンシャル型コイル2a〜2hに電力を供給するものである。探傷制御盤23は、センサ3a〜3hに接続され、センサ3a〜3hで検出される信号を制御するものである。また、第1の磁化器は、鋼材4の表面に存在する円周方向に伸びた傷7を主に検出するためのものである。第2の磁化器は、鋼材4の表面に存在する軸方向に伸びた傷8を主に検出するためのものである。
図6は、第1の磁化器(円環状コイル1a,1b)の作用の概略を示す図である。図6に示すように、2個一組の円環状(貫通)コイル1a,1bは、被試験体である棒鋼・鋼管(鋼材4)を軸方向に磁化するために用いるもので、試験体表面付近の磁束5は棒鋼・鋼管(鋼材4)の軸方向(長手方向、圧延方向)に向いており、円周方向に伸びた傷7を検出するのに用いられる。鋼材4の表面に円周方向に伸びた傷7が存在すると、その部分で、センサ3a〜3hで検出される漏洩磁束が変化する。
図7は、第2の磁化器(タンジェンシャル型コイル2a〜2h)の作用の概略を示す図である。図7に示すように、複数のタンジェンシャル型コイル2a〜2hは、試験体(鋼材4)表面の磁束6が円周方向(圧延方向に直交)に向くように試験体表面の円周方向に配置され、軸方向に延びた傷8の検出に使用される。鋼材4の表面に軸方向に延びた傷8が存在すると、その部分で、センサ3a〜3hで検出される漏洩磁束が変化する。
円環状コイル1a,1b及びタンジェンシャル型コイル2a〜2hの二種類のコイルには、励磁電源A(21)及び励磁電源B(22)から、DC電流や数十kHzまでの交流電流を供給して試験体(鋼材4)の磁化を行なう。
図8は、励磁電源A(21)の励磁電流A(9)、励磁電源B(22)の励磁電流B(10)の電流位相の概略を示す図である。図9は、第1及び第2の磁化器の合成磁界の概略を示す図である。図8に示すように、円環状コイル1a,1b及びタンジェンシャル型コイル2a〜2hの二種類のコイルに、位相が互いに90度異なる交流電流(励磁電流A(9)、励磁電流B(10))を流して、図9に示すように、二種類のコイルによる合成磁界11が回転するようにすると、圧延方向に45度、135度傾斜したような傷12,13も良好に検出できる。
センサ3a〜3hとしては、一般的な漏洩磁束探傷法に用いられているサーチコイル(空芯、鉄心入り)、ホール素子、GMR素子、半導体磁気検出子などが使用される。本実施の形態では、センサ3a〜3hが試験体(鋼材4)周囲に多数配列されている。鋼材4を軸方向に機械的手段で移動させて、鋼材4(試験体)表面を探傷する。また、試験体(鋼材4)の円周方向に多数配置されたセンサ3a〜3hを円周方向に差動的に駆動させ、センサ駆動方向と直交する方向(軸方向)に鋼材4を機械的に移動させて探傷する。そして、鋼材4の円周方向に多数配置されたセンサ3a〜3hを円周方向に電子的に走査することにより、センサ3a〜3hが鋼材4の円周方向に高速で走査している状況を実現する。これにより、鋼材4やセンサ3a〜3hを回転させなくても、鋼材4全面の探傷が可能となる。
また、第2の磁化器は、タンジェンシャル型コイル2a〜2hの長手方向の巻き線方向が鋼材4の軸方向と同じになるように配置され、タンジェンシャル型コイル2a〜2hの幅と、鋼材4の径(円周)、肉厚などによって決められるタンジェンシャル型コイル1個のカバー範囲が、鋼材4の1/32円周以下になるように、タンジェンシャル型コイル2a〜2hが配列される。これにより、鋼材4全面の探傷が可能となる。
図10は、円周方向に伸びた傷7及び軸方向に伸びた傷8の検出信号の結果を示す図であり、(a)は傷の位置、(b)は検出信号を示す。図10(a)に示すように、直径50mm−長さ1000mmの鋼管16の表面に、それぞれ幅2mm−深さ2mmの円周方向に伸びた傷7と軸方向に伸びた傷8とを人工的に加工した。図10(b)は、それらの傷を、センサ3a〜3hを用いて探傷した際の傷の検出信号を測定した結果であり、検出信号14は軸方向に伸びた傷8、検出信号15は円周方向に伸びた傷7の測定結果を示す。図10(b)の検出信号14,15は、2個一組の円環状コイル1a,1b(第1の磁化器)と、2個一組の円環状コイル1a,1bの中間部分に置かれた複数個の矩形状タンジェンシャル型コイル2a〜2h(第2の磁化器)とで鋼管16を磁化させ、鋼管16を軸方向に移動した際に、センサ(サーチコイル)3a〜3hにより検出された軸方向に伸びた傷8の検出信号14及び円周方向に伸びた傷7の検出信号15を示す。これにより、鋼材4全面の探傷が可能となる。
したがって、図10(b)の検出信号14,15で示されるように、2個一組の円環状(貫通)コイル1a,1b(第1の磁化器)と、2個の円環状コイル1a,1bの中間部分に置かれた複数個のタンジェンシャル型コイル2a〜2h(第2の磁化器)とで棒鋼・鋼管を磁化する事により、2種類のコイルによる合成磁界11(図9参照)が回転するようにすると、棒鋼・鋼管などの表面に存在する円周方向に伸びた傷7及び棒鋼・鋼管の表面に存在する軸方向に伸びた傷8を同時に検出することができる。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態においては、試験体として棒鋼・鋼管など鋼材について説明したが、これに限定されるものではなく、他の材質の磁性材、他の形状の磁性材等についても適用可能である。
1a,1b 円環状コイル
2a〜2h タンジェンシャル型コイル
3a〜3h センサ
4 鋼材
5,6 磁束
7 円周方向に伸びた傷
8 軸方向に伸びた傷
9 励磁電流A
10 励磁電流B
11 合成磁界
12,13 傷
14,15 検出信号
16 鋼管
17 電磁石
18 センサ
19a,19b 貫通コイル
20a,20b センサ
21 励磁電源A
22 励磁電源B
23 探傷制御盤
2a〜2h タンジェンシャル型コイル
3a〜3h センサ
4 鋼材
5,6 磁束
7 円周方向に伸びた傷
8 軸方向に伸びた傷
9 励磁電流A
10 励磁電流B
11 合成磁界
12,13 傷
14,15 検出信号
16 鋼管
17 電磁石
18 センサ
19a,19b 貫通コイル
20a,20b センサ
21 励磁電源A
22 励磁電源B
23 探傷制御盤
Claims (6)
- 円柱状又は円筒状の磁性材の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置であって、
第1及び第2の円環状コイルを有し、前記第1及び第2の円環状コイルの内側を前記磁性材が貫通可能な、前記磁性材を中心軸方向に磁化する第1の磁化器と、
前記第1及び第2の円環状コイルの間に複数のタンジェンシャル型コイルを有し、前記複数のタンジェンシャル型コイルの間を前記磁性材が貫通可能な、前記磁性材を円周方向に磁化する第2の磁化器と、
前記第2の磁化器と前記磁性材との間に複数のセンサを有し、前記磁性材からの漏洩磁束を検出する探傷ヘッドと、を具備することを特徴とする漏洩磁束探傷装置。 - 前記第1の磁化器は、前記磁性材の表面に存在する円周方向に伸びた傷を検出するためのものであることを特徴とする請求項1記載の漏洩磁束探傷装置。
- 前記第2の磁化器は、前記磁性材の表面に存在する軸方向に伸びた傷を検出するためのものであることを特徴とする請求項1又は2記載の漏洩磁束探傷装置。
- 前記タンジェンシャル型コイルは、矩形状のコイルであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の漏洩磁束探傷装置。
- 前記探傷ヘッドは、前記複数のセンサが、前記磁性材の円周方向に電子的に走査されるものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の漏洩磁束探傷装置。
- 前記第2の磁化器は、前記タンジェンシャル型コイルの長手方向の巻き線方向が前記磁性材の軸方向と同じになるように配置され、前記タンジェンシャル型コイル1個のカバー範囲が前記磁性材の1/32円周以下になるように、前記複数のタンジェンシャル型コイルが配列されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の漏洩磁束探傷装置。
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