JP2011047736A - オーステナイト系ステンレス鋼溶接部の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】オーステナイト系ステンレス鋼材溶接部に混入した異種金属材料の有無をより精度良く検査する方法を提供すること。
【解決手段】本発明のオーステナイト系ステンレス鋼溶接部の検査方法は、励磁・検出コイルの内部に永久磁石を配置してなるプローブを用いて、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部を渦流探傷し、溶接部に混入した異種金属材料の有無を検査することを特徴とし、更に永久磁石によって形成される磁場の磁束密度が約０.３〜１．５テスラであることを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼溶接部の検査方法である。詳しくはオーステナイト系ステンレス鋼溶接部に混入した異種金属材料の有無を精度良く検査する方法に関する。

オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部には、通常、異種金属材料が混入することはないが、溶接時の品質管理が不十分で、例えば炭素鋼製の溶着金属が混入し、後で問題を起こすことがある。溶接部の外表面に炭素鋼が混入していれば磁石試験によって容易に判別が可能であるが、溶接部の初層などの内面に炭素鋼が混入されると検出が困難となる。
金属の溶接部などを、励磁・検出コイルおよびバランスコイルからなる上置型渦流探傷用プローブを用いて渦流探傷して欠陥を検出することは広く行われている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

しかしながら、この方法では、溶接の余盛部のδフェライトを欠陥として検出するなど、オーステナイト系ステンレス鋼溶接部に混入した異種金属材料の有無の検査精度が必ずしも十分でなく、より精度良く検査できる方法が望まれている。

特開平８−１０１１６９号公報 特開２００５−２０１７７９号公報

本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼材溶接部に混入した異種金属材料の有無をより精度良く検査する方法を提供することを目的とする。

本発明者は、オーステナイト系ステンレス鋼溶接部に混入した異種金属材料の有無を検査する方法について鋭意検討した結果、励磁・検出コイルの内部に永久磁石を配置してなるプローブを用いて、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部を渦流探傷することによって、δフェライトなどの影響を除き、オーステナイト系ステンレス鋼溶接部に混入した異種金属材料の有無を精度良く検査できることを見出し、本発明に至った。

すなわち本発明は、励磁・検出コイルの内部に永久磁石を配置してなるプローブを用いて、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部を渦流探傷し、溶接部に混入した異種金属材料の有無を検査することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼溶接部の検査方法である。

本発明の方法によって、オーステナイト系ステンレス鋼溶接部に混入した異種金属材料の有無をより精度良く検査することができる。

渦流探傷法の原理を説明するための図である。 渦流探傷法の原理を説明するための別の図である。 本発明のプローブの一実施態様を示す断面模式図である。 従来使用しているプローブの一実施態様を示す断面模式図である。 マスタープロット図の一例を示す図である。

オーステナイト系ステンレス鋼材溶接部に含まれる異種金属材料は強磁性材料であれば特に限定されるものではないが、可能性が高いのは炭素鋼であるので、以下、炭素鋼を例に説明する。

図１および図２は渦流探傷法の原理を説明するための図である。プローブに設けられた励磁・検出コイル、バランスコイルの２つのコイル（そのインピーダンスがＺ_１、Ｚ_２）と渦流探傷器に設けられた２つの可変抵抗（その抵抗がＺ_３、Ｚ_４）でホイストンブリッジを形成している。
例えば、２つのコイルが空気中にある時に可変抵抗Ｚ_３、Ｚ_４を調節してＥ＝０となるようにする。次に励磁・検出コイルを導電体に近づけると、そのインピーダンスが変化してブリッジのバランスが崩れ、導電体の情報を含んだ信号Ｅが出力される。この信号は振幅Ａと位相θとして出力される。

図３は本発明のプローブの一実施態様を示す断面模式図である。（ａ）は側面の断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ’断面図である。円筒状ボビン４の外側に励磁・検出コイル１およびバランスコイル２、内側に永久磁石３が装着され、励磁・検出コイル１およびバランスコイル２の外側に磁気シールド５が装着されている。コイルの導線は図示されていない。
なお、磁気シールド５は必ずしも必要ではないが、外部からの磁気の影響、また永久磁石による磁場が他に影響を与えてノイズの発生を防止するために装着するのが好ましい。
図４は従来使用しているプローブの一実施態様を示す断面模式図である。円柱状ボビン４の外側に励磁・検出コイル１およびバランスコイル２が装着されている。
本発明で使用するプローブは、励磁・検出コイルの内部に永久磁石が配置されている点で従来使用しているプローブと異なる。

ボビンとしては、ポリアセタールなどで形成される。励磁・検出コイルおよび励磁コイルは、素線径が約０．１４〜０．１８ｍｍφの銅線を長さが約６〜１０ｍｍで、約４００〜６００回巻いて形成される。

永久磁石としては、例えば、ネオジム磁石などの高性能永久磁石が用いられる。永久磁石としては、内径８〜１２ｍｍφ、外径１５〜２０ｍｍφ、長さ１２〜１６ｍｍの円筒状であり、通常、厚さが１．５〜２ｍｍの円盤状のものを６〜１０枚重ねて長さを１２〜１６ｍｍとされる。

オーステナイト系ステンレス鋼溶接部に炭素鋼が混入している場合、永久磁石によって形成される磁場の磁束密度が約０.３〜１．５テスラ、好ましくは約０．５〜１．０テスラとなるような永久磁石を用いるのが好ましい。

一般に、強磁性体について磁場を増大していくと比透磁率が増大し、更に増大すると低下し、最終的には磁束密度が飽和し、比透磁率が非磁性体の比透磁率に限りなく近づく。 強磁性体の種類によってその程度が異なり、溶接部の余盛部のδフェライトは磁気飽和され易く、上記の磁場密度においては、δフェライトは磁気飽和し、その比透磁率がオーステナイト系ステンレス鋼の比透磁率に近づくためにその影響が除かれ、一方、溶接部の内側の炭素鋼の比透磁率は増加し、これによってプローブのＳ／Ｎ比を著しく高められると考えられる。 すなわち、δフェライトを検出することなく、混入した炭素鋼を精度良く検出できるものと考えられる。

磁気シールドは炭素鋼のような強磁性体で形成される。
永久磁石、コイルなどはアクリル系接着剤などで接着固定される。

コイルは導線によって渦流探傷装置に接続し、信号処理して溶接部に混入した異種金属材料の有無を検査する。
本発明において、上記プローブを用いて、予めオーステナイト系ステンレス鋼材溶接部に炭素鋼を混入させた模擬試験材料を用いてキャリブレーションを行っておく。
まず、空中でプローブの初期設定を行う。試験周波数を0.5〜1.0ｋＨｚから選択し、原点としてＸ座標を０Ｖ、信号はＹのプラス（＋）方向にしか振れないため、Ｙ座標はマイナス（−）方向、通常、−１．５Ｖ程度に設定する。なお、これは表示上のことであり、これに限定されるものではない。
次に、模擬試験材料の母材（非溶接部）にプローブを置いた時、振幅が＋Ｘ方向に所定の値、通常、１．５Ｖ程度に振れるように渦流探傷器で振幅と位相を調整する。この値は２倍などして最適に表示させることが可能である。
なお、この時、母材が薄肉であるほど振幅値を高くする必要があり、厚肉ほど振幅値は低くなる。このことから母材の肉厚を見積もることができる。

上記の条件で、健全な溶接部を有する模擬試験材料、炭素鋼を混入させた溶接部を有する模擬試験材料について探傷する。測定結果をもとに炭素鋼の混入の有無を判定するためにマスタープロット図を作成し、閾値を設定する。
なお、３ｍｍｔや４ｍｍｔといった薄肉の試験材料については、炭素鋼が混入した溶接部を測定すると信号が振り切れてしまうので、その都度、振幅値を減じる。例えば、−６ｄＢ、もしくは−１２ｄＢ調整する。

実際のオーステナイト系ステンレス鋼溶接部への炭素鋼の混入の有無の探傷は、上記のキャリブレーションと同様に行う。
プローブのキャリブレーションと同じ初期設定を行う。次に探傷するオーステナイト系ステンレス鋼の母材（非溶接部）にプローブを置き、振幅が＋Ｘ方向にキャリブレーションと同じ所定の値に振れるように渦流探傷器で振幅と位相を調整する。
次に検査したいオーステナイト系ステンレス鋼溶接部について探傷を行い、作成しておいたマスタープロット図を用い、炭素鋼の混入の有無を判定する。

以下、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１
使用したプローブ、渦流探傷器およびレコーダーは以下のとおりである。
（１）プローブ：
図１に示すと同様のプローブを作製し、使用した。使用した材料および形状を以下に示す。
励磁・検出コイル１およびバランスコイル２：
外径２８ｍｍφ×内径２１ｍｍφ×長さ８ｍｍ、
コイル銅線径０．１６ｍｍφ×巻数５００
永久磁石３：外径１８ｍｍφ×内径１２ｍｍ×厚さ１．８ｍｍ×８枚
ＮＥＯＭＡＸ（登録商標）−３２Ｈ（住友特殊金属（株）製）
この永久磁石によって形成される磁場の磁束密度：約０.５テスラ
ボビン：ポリアセタールコポリマー（ポリプラスチック（株）製）
磁気シールド：炭素鋼
ケース：ポリアセタールコポリマー
固定するための接着剤：アクリル系接着剤ハードロック（登録商標）
（電気化学工業（株）製）
（２）渦流探傷器：
渦流探傷器MiniPhasec（ＧＥインスペクション テクノロジー社製）
（３）レコーダー：
メモリハイコーダ８８４６（日置電気（株）製）

模擬試験材料は、ＳＵＳ３０４製の薄板（長さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ、肉厚：３ｍｍｔ、４ｍｍｔ、５ｍｍｔ）および直管10B sch20s（肉厚：６．５ｍｍｔ）、6B sch40s（肉厚：７．１ｍｍｔ）について突合せ溶接を行って作製した。
突合せ溶接部の半分は初層から全てを溶接棒としてＴＩＧ３０８（ＳＵＳ３０８Ｌ相当）を用いて行い（健全部）、残りの半分について、初層は溶接棒としてＴＧＳ５０（炭素鋼相当）、それ以外の層は溶接棒としてＴＩＧ３０８を用いて行った（混入部）。

上記のプローブ、渦流探傷器およびレコーダーを用い、上記模擬試験材料の溶接部の探傷を行った。
まず、空中でプローブの初期設定を行った。試験周波数を５００ｋＨｚとし、原点としてＸ座標を０Ｖ、Ｙ座標を−１．５Ｖに設定した。
次に、模擬試験材料の母材（非溶接部）にプローブを置いた時、振幅が＋１．５Ｖに振れるように渦流探傷器で振幅と位相を調整した。

この条件で、模擬試験材料の溶接部の健全部および炭素鋼の混入部について探傷した。
３ｍｍｔおよび４ｍｍｔの薄肉の試験材料の混入部は、信号が振り切れてしまうので、振幅値をそれぞれ６ｄＢ、１２ｄＢ減じた。
結果を表１に示す。信号の振幅のＸ座標、Ｙ座標の値をＸ振幅、Ｙ振幅と表す。

上記結果をもとに、マスタープロット図を作成した。図５にこれを示す。母材を■、健全部を○、混入部を●で示している。
閾値をＹ振幅が１．２５Ｖに設定し、点線で示した。Ｙ振幅が１．２５Ｖ以上を示した場合に炭素鋼が混入していると判定する。

納入されたＳＵＳ３０４製の容器の溶接部について、上記と同じ条件で渦流探傷を行ったところ、付属する配管（肉厚：６ｍｍｔ）の溶接部にＹ振幅が閾値以上である１．５Ｖを示す部分があった。その部分を切削して調べたところ、炭素鋼が混入していることが確認された。

１ 励磁・検出コイル
２ バランスコイル
３ 永久磁石
４ ボビン
５ 磁気シールド

Claims (3)

1. 検出コイルの内部に永久磁石を配置してなるプローブを用いて、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部を渦流探傷し、溶接部に混入した異種金属材料の有無を検査することを特徴とするオーステナイト系ステンレス鋼溶接部の検査方法。
2. 異種金属材料が炭素鋼であることを特徴とする請求項１記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接部の検査方法。
3. 永久磁石によって形成される磁場の磁束密度が約０.３〜１．５テスラであることを特徴とする請求項１または２記載のオーステナイト系ステンレス鋼溶接部の検査方法。

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