JP2012189326A - Interpolation probe for eddy current flaw detection for ferromagnetic steel pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、化学プラント等で使用される強磁性伝熱管の内部の損傷の程度を渦流探傷で測定するための内挿プローブに関するものである。 The present invention relates to an insertion probe for measuring the degree of damage inside a ferromagnetic heat transfer tube used in a chemical plant or the like by eddy current flaw detection.
化学プラント等で使用される伝熱管は、外面からの探傷検査は困難であるため、通常内挿プローブを用いて内外面の傷の検出を行っている。内挿プローブとして、超音波探傷方式と渦流探傷方式があるが、超音波探傷方式は、接触媒体である水や油で探傷部分を満たす必要があり、精度は良いが余分の工数が掛かる。渦流探傷方式は、接触媒体が不要で効率的に探傷が可能である。 Since heat transfer tubes used in chemical plants and the like are difficult to detect flaws from the outside, they usually detect internal and external flaws using an insertion probe. As an insertion probe, there are an ultrasonic flaw detection method and an eddy current flaw detection method. However, the ultrasonic flaw detection method needs to fill a flaw detection portion with water or oil as a contact medium, and has high accuracy but takes extra man-hours. The eddy current flaw detection method does not require a contact medium and can perform flaw detection efficiently.
一方、渦流探傷方式は、試験材が強磁性体の場合には透磁率の影響を受ける。伝熱管が非磁性体である場合には問題はないが、伝熱管が強磁性体である場合には、透磁率の部分的なばらつきがあるとノイズを生じ、渦流探傷の精度が低下する。この問題の解決法として従来では、図5に示す渦流探傷用内挿プローブ5が用いられていた。
On the other hand, the eddy current flaw detection method is affected by the magnetic permeability when the test material is a ferromagnetic material. There is no problem when the heat transfer tube is made of a non-magnetic material. However, when the heat transfer tube is made of a ferromagnetic material, if there is a partial variation in the magnetic permeability, noise is generated and the accuracy of eddy current flaws is lowered. Conventionally, an eddy current
この渦流探傷用内挿プローブ5は、円柱状の継鉄20の両端部に円筒状の永久磁石10を嵌着しており、継鉄20の中央部には絶縁材35を介して検査コイル45を取り付けている。円筒状の永久磁石10の磁化方向は継鉄20の軸心線と直交する方向であり、一端部の永久磁石10は外周がN極、内周がS極、他端部の永久磁石10は外周がS極、内周がN極の着磁になっており、図に一点鎖線で示すような磁路が形成され、強磁性鋼管Tを管軸方向に飽和磁化することになる。これにより、強磁性鋼管Tの残留歪や材質の局部的なばらつきによる透磁率の変化が抑制され、検査コイル45に与える影響が解消される。
The eddy current
しかしながら、上記方法でも鋼管の肉厚が厚くなると強磁性鋼管Tを飽和磁化することができず、透磁率がばらついて、渦流探傷の精度が低下すると言う問題があった。この対策として、特許文献1には、図6に示すように円柱状の継鉄20の外周部に断面が扇形状の永久磁石10を接合して強磁性鋼管Tを円周方向に飽和磁化し、更に周方向の分解能を上げるために継鉄20の永久磁石10と結合していない部分に円筒状の検査コイル48を配設した発明が開示されている。
However, even with the above method, there is a problem that when the thickness of the steel pipe is increased, the ferromagnetic steel pipe T cannot be saturated and magnetized, the magnetic permeability varies, and the accuracy of eddy current flaw detection is lowered. As a countermeasure against this, in
特許文献1の発明では、円周方向の磁場強度は従来法より強くなったが、継鉄20の永久磁石10と結合していない部分に絶縁材35を介して円筒状の検査コイル48を配設したため、検査コイル48と強磁性鋼管Tの内面との距離が変動(リフトオフ)した場合に、検出信号の変動が生じて、渦流探傷の精度が低下すると言う問題が生ずる。
In the invention of
上記問題を解決すべく、鋭意研究を行った結果、永久磁石と継鉄で円周方向に強磁性鋼管を飽和磁化し、2つの検査コイルを継鉄のある部分では強磁性鋼管から離れるように、継鉄のない部分では強磁性鋼管に近づくように円周方向に巻回し、更に2つの検査コイルの差動出力をとることにより、リフトオフの変動に対応でき、検出精度の高い内挿プローブを見出し本発明を完成させた。 As a result of earnest research to solve the above problems, the ferromagnetic steel pipe is saturated and magnetized in the circumferential direction with a permanent magnet and a yoke, and the two test coils are separated from the ferromagnetic steel pipe at the part where the yoke is located. In the part without the yoke, it is wound in the circumferential direction so as to approach the ferromagnetic steel pipe, and furthermore, by taking the differential output of the two inspection coils, it is possible to cope with fluctuations in lift-off and to provide an insertion probe with high detection accuracy. Heading The present invention has been completed.
前記課題を解決するべく、本発明の請求項1に記載の渦流探傷用内挿プローブは、中心部に設けた断面が矩形で、対辺方向に磁化された直方体状の永久磁石と、前記直方体状の永久磁石の両磁極面に断面が弓形状の継鉄と、前記両磁極面と異なる面に断面が弓形状のコイル保持体を結合した渦流探傷用内挿プローブであって、前記渦流探傷用内挿プローブの長さ方向中央付近の前記継鉄の前記永久磁石の前記両磁極面と接する部分に空隙を設け、2つの検査コイルを、前記空隙では直線状、前記コイル保持体では弓形状に沿って巻回し、前記2つの検査コイルの差動出力を得るようにしたことを特徴とする渦流探傷用内挿プローブである。
In order to solve the above-mentioned problem, an eddy current flaw detection insertion probe according to
本発明によれば、渦流探傷用内挿プローブは、中心部に設けた断面が矩形で、対辺方向に磁化された直方体状の永久磁石と、直方体状の永久磁石の両磁極面に断面が弓形状の継鉄と両磁極面と異なる面に断面が弓形状のコイル保持体を結合したものであるため、強磁性鋼管に内挿されると強磁性鋼管の円周方向に磁束密度の高い磁路が形成される。また渦流探傷用内挿プローブの長さ方向中央付近の継鉄の永久磁石の両磁極面と接する部分に貫通用の空隙を設け、2つの検査コイルが空隙では強磁性鋼管から離れるように直線状で、コイル保持体では弓形状に沿って強磁性鋼管に近づくように巻回されているため強磁性鋼管の磁束密度の高い部分からの渦電流の検出が可能となっている。そのため透磁率のばらつきが減少した部分からの渦電流の検出が主になり、ノイズが減少する。更に前記2つの検査コイルの差動出力を得るようにしたことで、プローブの中心が強磁性鋼管の中心からずれた場合でも、リフトオフによる信号の変動の問題を解消することができる。 According to the present invention, the eddy current flaw detection insertion probe has a rectangular cross section provided at the center thereof, and a cross section is provided on both magnetic pole surfaces of the rectangular parallelepiped permanent magnet magnetized in the opposite direction and the rectangular parallelepiped permanent magnet. Because the shape of the yoke is combined with a coil holder having a bow-shaped cross section on a surface different from both magnetic pole faces, a magnetic path with high magnetic flux density in the circumferential direction of the ferromagnetic steel pipe when inserted into the ferromagnetic steel pipe Is formed. In addition, a through-hole is provided in the portion in contact with both magnetic pole faces of the yoke permanent magnet near the center in the length direction of the eddy current flaw detection insertion probe, and the two inspection coils are linear so that they are separated from the ferromagnetic steel tube in the gap. Since the coil holder is wound so as to approach the ferromagnetic steel pipe along the bow shape, it is possible to detect eddy current from a portion of the ferromagnetic steel pipe having a high magnetic flux density. For this reason, detection of eddy current is mainly performed from a portion where variation in magnetic permeability is reduced, and noise is reduced. Further, by obtaining the differential output of the two inspection coils, the problem of signal fluctuation due to lift-off can be solved even when the center of the probe is deviated from the center of the ferromagnetic steel tube.
請求項2に記載の渦流探傷用内挿プローブは、前記コイル保持体が非磁性且つ非導電体であることを特徴とする請求項1に記載の渦流探傷用内挿プローブである。
The eddy current flaw detection probe according to
斯かる発明によれば、コイル保持体が非磁性且つ非導電体であるため、コイルの交流電圧からの渦電流損失がない。 According to such an invention, since the coil holder is non-magnetic and non-conductive, there is no eddy current loss from the AC voltage of the coil.
請求項3に記載の発明は、前記永久磁石と前記継鉄と前記コイル保持体とを結合した前記渦流探傷用内挿プローブの断面が略円形であることを特徴とする請求項1又は2に記載の渦流探傷用内挿プローブである。
The invention according to
斯かる発明によれば、永久磁石と継鉄とコイル保持体とを結合した渦流探傷用内挿プローブの断面が略円形であるため、強磁性鋼管に内挿した際に強磁性鋼管の内面との距離が一定の部分が多くなり、出力が向上する。 According to such an invention, since the cross section of the eddy current flaw detection insertion probe in which the permanent magnet, the yoke, and the coil holder are combined is substantially circular, the inner surface of the ferromagnetic steel tube when inserted into the ferromagnetic steel tube The part where the distance is constant increases and the output improves.
請求項4に記載の発明は、前記コイル保持体に溝が形成されて、前記2つの検査コイルが、前記溝に巻回されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の渦流探傷用内挿プローブである。 According to a fourth aspect of the present invention, a groove is formed in the coil holder, and the two inspection coils are wound around the groove. This is an eddy current flaw detection probe.
斯かる発明によれば、2つの検査コイルが、コイル保持体の溝に沿って巻回されているため、コイルが強磁性鋼管の内面に直接接触することがなく、コイルの切断や接触による変形が減少して耐久性が向上し、また接触によるノイズが減少する。 According to such an invention, since the two inspection coils are wound along the groove of the coil holder, the coil does not directly contact the inner surface of the ferromagnetic steel tube, and the coil is deformed by cutting or contact. Decreases, durability is improved, and noise due to contact decreases.
本発明の渦流探傷用内挿プローブによれば、永久磁石と継鉄で強磁性鋼管を円周方向に磁化し、2つの検査コイルを強磁性鋼管の磁束密度の高い部分で強磁性鋼管側に近づけ、磁束密度の低い部分で、強磁性鋼管側から遠ざかり、且つ、強磁性鋼管とコイル間に存在する継鉄で磁気シールドされるように巻回しているので、磁束密度の高い部分からの渦電流の検出が可能となっている。そのため透磁率のばらつきが減少した部分からの渦電流の検出が主になり、ノイズが減少する。更に2つの検査コイルの差動出力を得るようにしたので、プローブの中心が強磁性鋼管の中心からずれた場合でも、リフトオフによる信号の変動の問題を解消することができる。 According to the eddy current flaw detection probe of the present invention, a ferromagnetic steel pipe is magnetized in the circumferential direction by a permanent magnet and a yoke, and two inspection coils are placed on the ferromagnetic steel pipe side at a portion where the magnetic flux density of the ferromagnetic steel pipe is high. The coil is wound close to the part where the magnetic flux density is low, away from the ferromagnetic steel pipe side, and magnetically shielded by the yoke existing between the ferromagnetic steel pipe and the coil. The current can be detected. For this reason, detection of eddy current is mainly performed from a portion where variation in magnetic permeability is reduced, and noise is reduced. Further, since the differential outputs of the two inspection coils are obtained, the problem of signal fluctuation due to lift-off can be solved even when the center of the probe is deviated from the center of the ferromagnetic steel tube.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
図1に本発明の渦流探傷用内挿プローブの実施形態を示す。図1(a)は、管軸方向の断面図、図1(b)はA-A断面図、図1(c)は、B-B断面図を示す。 FIG. 1 shows an embodiment of an insertion probe for eddy current flaw detection according to the present invention. 1A is a sectional view in the tube axis direction, FIG. 1B is an AA sectional view, and FIG. 1C is a BB sectional view.
渦流探傷用内挿プローブ1は、中心部に設けた断面が矩形で、対辺方向に磁化された直方体状の永久磁石10と、直方体状の永久磁石10の両磁極面に断面が弓形状の継鉄20と、両磁極面と異なる面に断面が弓形状のコイル保持体50を結合している。磁力線は永久磁石10の内部ではN極から出てS極に向かうが、永久磁石10の外部では、磁路長が短くなるようにN極から出て強磁性鋼管Tの円周方向を通りS極に戻るため、図1(b)に示すように強磁性鋼管Tの円周方向の一部を磁化することになる。永久磁石10として、NdFeB系、又はSmCo系の希土類磁石が、飽和磁化が高く、保磁力が大きいので望ましい。
The eddy current
また、永久磁石10の断面形状として、磁化方向の辺を長さ、磁化方向と垂直の辺を幅とすると長さ対幅の比率は、0.5(比で1:2)から2.0(比で2:1)程度が望ましい。長さ対幅の比率が0.5未満になると磁極面積は増えるが、反磁場係数が大きくなり動作磁場が小さくなり全体の磁束が減少し、長さ対幅の比率が2.0超になると反磁場係数は小さくなり動作磁場は大きくなるが、磁極面積が減少して、全体の磁束が減少するからである。なお、本実施例では、長さ対幅の比率が0.8のNdFeB磁石を用いている。
Further, as the cross-sectional shape of the
更に、渦流探傷用内挿プローブ1の長さ方向中央付近の継鉄20の永久磁石10の両磁極面と接する部分に空隙30を設け、2つの検査コイル40a、40bを、空隙30では直線状、コイル保持体50では弓形状に沿って巻回し、2つの検査コイル40a、40bの差動出力を得るようにしている。なお、検査コイル40a、40bは、80μmの被覆銅線を60回巻いたものである。
Further, a
検査コイル40a部分での断面図を図1(c)に示すが、強磁性鋼管Tが飽和磁化される部分では、検査コイル40aはコイル保持体50に沿って弓形状に張り出し、強磁性鋼管Tとの距離が近くなりこの部分から寄与する信号強度は大きくなるが、磁場が弱く、飽和磁化に不十分な部分では、検査コイル40aは継鉄20と永久磁石10の両磁極面と接する部分の空隙30を直線状に通るので、強磁性鋼管Tとの距離が遠く、継鉄20で磁気シールドされるため、この部分から寄与する信号強度は微弱となる。
A cross-sectional view of the
なお、本発明の渦流探傷では、コイル保持体50に沿って弓形状に張り出した部分からの検査コイル40a、40bの信号で探傷を行うので、強磁性鋼管Tの円周方向全面の探傷を行うには、渦流探傷用内挿プローブ1を所定速度で回転させるか、複数の渦流探傷用内挿プローブ1を所定角度をつけて、シリーズに接続することで対応することができる。
In the eddy current flaw detection according to the present invention, the flaw detection is performed by the signals of the inspection coils 40a and 40b from the portion projecting in a bow shape along the
また、2つの検査コイル40a、40bの差動出力を得るには、例えば、検査コイル40a、40bの信号を渦流探傷用内挿プローブ1の吊垂用索条を兼ねるケーブル60から取り出し、ブリッジ回路で差動出力を得ることができる。更には、渦流探傷用内挿プローブ1にブリッジ回路等を搭載する基板を組み込むことも可能である。
In order to obtain the differential outputs of the two
コイル保持体50は、例えば、ベークライト、ナイロン、ポリアセタールのような非磁性且つ非導電体で作られている。これにより、コイル保持体50からの残留磁化の影響や渦電流の発生を抑制することができ、強磁性鋼管Tの信号へのノイズを減らすことができる。
The
また、永久磁石10と継鉄20とコイル保持体50とを結合した渦流探傷用内挿プローブ1の断面は略円形になっている。これにより、強磁性鋼管Tに内挿した際に強磁性鋼管Tの内面と信号検出に寄与する弓形状に張り出した検査コイル40a、40bとの距離が一定の部分が多くなり、出力が向上する。
Moreover, the cross section of the eddy current flaw
コイル保持体50には深さ1mm、幅2mmの凹溝を2つ形成し、それぞれ2つの検査コイル40a、40bは、凹溝に巻回して、検査コイル40a、40bの切断や接触による変形がないようにしている。
Two concave grooves having a depth of 1 mm and a width of 2 mm are formed in the
図2には、本発明の信号検出回路のブロック図を示す。発振器からの高周波信号を電力増幅器で増幅して、検査コイル40a、40bに送信し、ブリッジ回路で検査コイル40a、40bの差動出力を検出して、増幅器で増幅する。増幅された信号と発振器からの信号は同期検波器1に送信してX成分を検出する。増幅された信号と発振器の信号を移相器で90度位相シフトした信号は同期検波器2に送信してY成分を検出する。
FIG. 2 shows a block diagram of the signal detection circuit of the present invention. The high-frequency signal from the oscillator is amplified by the power amplifier and transmitted to the inspection coils 40a and 40b. The differential output of the inspection coils 40a and 40b is detected by the bridge circuit and amplified by the amplifier. The amplified signal and the signal from the oscillator are transmitted to the
図3には、管内部磁束密度の管軸方向磁化と管周方向磁化の計算結果を示す。計算結果は、管外径25.4mmの場合の鋼管肉厚中央部の磁束密度を、鋼管肉厚の関数として3次元有限要素解析によって求めたものである。なお、プローブ外径は鋼管内径より1mm小さい場合について、永久磁石10はNdFeB磁石、継鉄20は純鉄の磁気特性を用いて計算した結果である。この結果から鋼管の周方向に磁化する方が、従来の鋼管の軸方向に磁化する方より鋼管を強く磁化できることが言える。
FIG. 3 shows the calculation results of the tube axis direction magnetization and tube circumferential direction magnetization of the tube internal magnetic flux density. The calculation results are obtained by three-dimensional finite element analysis of the magnetic flux density at the center of the steel pipe thickness when the pipe outer diameter is 25.4 mm as a function of the steel pipe thickness. In the case where the outer diameter of the probe is 1 mm smaller than the inner diameter of the steel pipe, the
従来法の円筒状コイルを用いた渦流探傷用内挿プローブと本発明の渦流探傷用内挿プローブとのリフトオフの影響を調査するため探傷試験を行った。探傷試験に用いた強磁性鋼管Tは、外径が19mm、肉厚2.3mmの炭素鋼鋼管で、鋼管外面に表1で示すような外径と深さの傷を人工的に作成したものである。 A flaw detection test was conducted to investigate the effect of lift-off between the eddy current flaw detection probe using a conventional cylindrical coil and the eddy current flaw detection probe of the present invention. The ferromagnetic steel pipe T used for the flaw detection test is a carbon steel pipe having an outer diameter of 19 mm and a wall thickness of 2.3 mm, and has an outer diameter and a depth as shown in Table 1 artificially created on the outer surface of the steel pipe. It is.
図4(a)には、従来法の円筒状コイルを用いた渦流探傷用内挿プローブのリフトオフの影響、図4(b)には本発明の渦流探傷用内挿プローブとのリフトオフの影響を示す。なお渦流探傷用内挿プローブの外径は双方とも12mm、永久磁石10はNdFeB磁石、継鉄20は軟鉄を用いたもので発振器の周波数は50kHzであった。従来法の継鉄20の永久磁石10と結合していない部分に円筒状の検査コイル48を配設した渦流探傷用内挿プローブ8では、円筒状の検査コイル48のリフトオフが変動すると鋼管に誘起される渦電流が大きく変動する。すなわち図6(b)で3時位置の円筒状の検査コイル48が鋼管に接近すると9時位置の円筒状の検査コイル48が鋼管から遠ざかり、検出される信号も大きく変動する。更に隣接配置した2個の検査コイルの差動をとっても、ヨー角度揺動に伴うリフトオフ変動を抑制することができない。そのため零点レベルの変動が大きく微小な欠陥(例えば傷D、F)が検出できない。
FIG. 4A shows the effect of lift-off of the eddy current flaw detection probe using a conventional cylindrical coil, and FIG. 4B shows the effect of lift-off with the eddy current flaw detection probe of the present invention. Show. The outer diameter of the eddy current flaw detection probe was 12 mm, the
一方、本発明の渦流探傷用内挿プローブ1では、検査コイル40a、40bを継鉄20のある部分では鋼管から離れるように直線状に、継鉄20のない部分では鋼管に近づくように円周方向に巻回しているので、プローブの揺動に伴うリフトオフ変動の影響が小さい。すなわち図1(c)で3時位置の弓形状部が鋼管に接近すると9時位置の弓形状部が鋼管から遠ざかり鋼管に誘導される渦電流の総和はあまり変化せず、検査コイル自身にリフトオフ変動補償機能を有する。更に2つの検査コイル40a、40bの差動出力を得るようにしているので、鋼管に接近した場合、鋼管から遠ざかった場合、ヨー角度揺動がある場合でも零点変動が少なく、微小な欠陥を良好に検出することが可能である。
On the other hand, in the eddy current
以上説明したように、本発明の渦流探傷用内挿プローブは永久磁石と継鉄で円周方向に強磁性鋼管を飽和磁化し、2つの検査コイルを継鉄のある部分では強磁性鋼管から離れるように、継鉄のない部分では強磁性鋼管に近づくように円周方向に巻回し、更に2つの検査コイルの差動をとるように構成したので、リフトオフによる信号の変動がなく、検出精度の高い渦流探傷用内挿プローブを提供できるものである。 As described above, the eddy current flaw detection probe according to the present invention saturation-magnetizes the ferromagnetic steel pipe in the circumferential direction with the permanent magnet and the yoke, and separates the two inspection coils from the ferromagnetic steel pipe in the portion with the yoke. As described above, since the coil is wound in the circumferential direction so as to approach the ferromagnetic steel pipe in the portion without the yoke, and the differential of the two inspection coils is taken, there is no signal fluctuation due to lift-off, and the detection accuracy is improved. A high eddy current flaw detection probe can be provided.
1 渦流探傷用内挿プローブ
10 永久磁石
20 継鉄
30 空隙
40a、40b 検査コイル
50 コイル保持体
60 ケーブル
T 強磁性鋼管
DESCRIPTION OF
Claims (4)
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