JP2013160739A - 磁性体の探傷方法及び探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、磁性体の表面欠陥と表層欠陥、及び内部欠陥を識別可能な磁性体検査方法及び装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、磁性体を磁化すると共に渦電流を発生させ、磁性体表面の磁場信号を磁気センサで検出する第１工程と、前記検出した磁場信号から漏洩磁束信号と渦電流信号を取り出す第２工程と、前記漏洩磁束信号により表面欠陥、表層欠陥、内部欠陥のいずれかを検出する第３工程と、前記渦電流信号により表面欠陥と表層欠陥の識別を行う第４工程を備えたことを特徴とする。
【効果】本発明によれば、磁性体の表面欠陥と表層欠陥、及び内部欠陥を識別可能な磁性体検査方法及び装置を提供することが可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁性体の探傷方法及び探傷装置に関する。

磁性体では、内部や表面に欠陥があると、強度などの品質に問題が生じる可能性がある。そのため、品質管理上あるいは品質保証上、Ｘ線透過法や超音波探傷法などさまざまな非破壊検査が行われている。特に表面近傍の欠陥検出や薄鋼板の表面及び内部の欠陥検出には、電磁気的な手法である漏洩磁束探傷法や渦電流探傷法が用いられることが多い。しかし、微小欠陥や厚い磁性体の内部欠陥を検出する場合は、欠陥信号が小さくなり、Ｓ／Ｎが悪くなり欠陥検出が難しくなる。この問題を解決するために、漏洩磁束探傷法と渦電流探傷法を組み合わせた方法が特許第３３０７２２０号公報（特許文献１）に提案されている。

特許文献１では、被検体である鋼板を挟んで、片側にＥ型コア、もう片方に直流磁化器を配置し、直流磁化器により鋼板を飽和域まで磁化する。鋼板はＥ型コアと直流磁化器の間を移動する。Ｅ型コアの３本の極は鋼板の移動方向に沿って並んでおり、中心の極には検出コイル、両端には励磁コイルが巻かれている。検出コイルの出力は、バンドパスフィルタを通し、漏洩磁束探傷信号を得る。また、検出コイルの出力は位相検波器で位相検波し、バンドパスフィルタを通すことで、渦電流探傷信号を得ることができる。両信号を乗算器で演算し、判定回路において乗算器の出力の大きさに応じて欠陥の有無を判定する。この方法により、微小欠陥または厚い磁性体の内部欠陥を精度良く検出できる。

特許第３３０７２２０号公報

一方、火力プラント向けタービンの各種弁、車室等の鋳造品は、仕上げの機械加工前に仕上げ面の健全性検査を行うために、加工代である表層部を検査する。この検査面は、荒加工面であり、線上痕やピットが存在する可能性があり、平滑な水平面ではない。この検査においては、被検体内部の欠陥のみが検出対象であり、表面の線上痕やピットはノイズとみなされる。よって、このような検査において、特許文献１に記載される技術では、表面の線上痕やピットのノイズと表層部の欠陥を両方とも検出してしまうという問題があった。

そこで本発明は、磁性体の表面欠陥と表層欠陥、及び内部欠陥を識別可能な磁性体検査方法及び装置を提供することを目的とする。

本発明は、磁性体を磁化すると共に渦電流を発生させ、磁性体表面の磁場信号を磁気センサで検出する第１工程と、前記検出した磁場信号から漏洩磁束信号と渦電流信号を取り出す第２工程と、前記漏洩磁束信号により表面欠陥、表層欠陥、内部欠陥のいずれかを検出する第３工程と、前記渦電流信号により表面欠陥と表層欠陥の識別を行う第４工程を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、磁性体の表面欠陥と表層欠陥、及び内部欠陥を識別可能な磁性体検査方法及び装置を提供することが可能である。

本実施例の探傷方法の処理フローを示す図である。 本実施例の処理を実現する探傷装置の機能構成図の一例である。 漏洩磁束信号の一例である。 渦電流信号のＸ信号の一例である。 渦電流信号のＹ信号の一例である。 リサージュ波形における位相角を説明する図である。 表面欠陥と表層欠陥のリサージュ及び位相角の境界線を表す図である。

本発明は、磁性体の表面または内面に存在する欠陥を検出する方法及び装置、特に漏洩磁束探傷法と渦電流探傷法を併用し、表面と内面の傷を識別する探傷方法及び装置に関するものである。

本発明の好適な一実施例である磁性体の探傷方法及び探傷装置について、図１〜図５を用いて以下に説明する。

図１に探傷方法の処理フローを、図２に探傷装置の機能構成の一例を示す。まず、図２について説明する。強磁性体のヨーク１にコイル２を巻いた磁化器１０が図示しないホルダに設置され、このホルダの裏面に磁気センサ３が配置されている。この磁化器１０は、ホルダに取り付けられた図示しない車輪を介して、磁性体４に一定の間隔で設置され、この車輪により磁性体４上を走行し、探傷を行う。コイル２を励磁するための電源６は、磁性体４を磁化するための直流電圧に交流電圧を重畳し、磁化器１０で磁性体４を直流磁化すると同時に渦電流も発生させている。このような構成とすることにより、直流磁化用のコイルと渦電流発生用のコイル、直流磁化用の電源と渦電流発生用の電源を個別に準備する必要がなくなり、装置構成を簡素化できる。但し、直流磁化用のコイルと渦電流発生用のコイル、直流磁化用の電源と渦電流発生用の電源を個別に用いてもよい。また、一台の電源により、直流電圧に交流電圧を重畳させずに、任意波形発生器とパワーアンプの組み合わせにより実現しても良い。そして、コイル２の発熱によりコイル２の抵抗が増加するため、電源６は電流をフィードバックし、一定の電流を出力する機能を備えたものであるほうが好ましい。

欠陥５に起因して発生する漏洩磁束と、欠陥５により渦電流が乱れることにより発生する磁場を磁気センサ３で検出する。この検出した信号は、図示しないプリアンプにより増幅された後に、漏洩磁束信号収録部７と渦電流信号収録部８に収録され、それぞれ漏洩磁束信号と渦電流信号に変換後、欠陥判定部９に送信され欠陥判定が行われる。漏洩磁束信号は図示しないローパスフィルタにより主な交流成分をカットされ、同じく図示しないＡ／Ｄ変換器によりパソコンなどのデータ収録装置に収録される。渦電流信号も図示しない位相検波装置により９０°位相が異なるＸ、Ｙ信号に変換され、漏洩磁束信号と同様にＡ／Ｄ変換器によりパソコンなどのデータ収録装置に収録される。通常は、コイルの励磁電流と同相成分をＸ、９０°位相が異なる成分をＹ信号とする。

コイルの励磁電圧の周波数は、検査対象である磁性体の磁気特性と設定される表層部の厚さにより決定する。そのために、被検体と同じ材質、磁気特性を有し、表面と設定された表層部内に欠陥を付与した試験体を準備し、事前に校正試験を行い決定する。このとき、同様に表面欠陥と表層欠陥を識別するための位相角の条件も決定する。

ここで、磁性体の表面に現れる欠陥を表面欠陥、仕上げの機械加工を行う加工代の厚さ内に現れる欠陥を表層欠陥、表層欠陥よりも深い位置に現れる欠陥を内部欠陥と表記する。

次に図１の処理フローについて説明する。

（Ｓ１０）漏洩磁束探傷＋渦電流探傷
電源６によりコイル２を直流及び交流励磁した状態で、ホルダに設置された磁化器１０を走査し、磁気センサ３により磁性体４表面の磁場を計測する。計測された磁場信号は、プリアンプで増幅後に漏洩磁束信号収録部７と渦電流信号収録部８で、それぞれ漏洩磁束信号と渦電流信号に変換され、欠陥判定部９に収録される。このとき、ホルダの車輪に取り付けられた図示しないエンコーダにより、走査距離の信号も漏洩磁束信号と渦電流信号と同時に欠陥判定部９に収録される。

（Ｓ２０）欠陥検出
図３に欠陥判定部９に収録された漏洩磁束信号の一例を示す。磁気センサ３は、磁性体４の表面に対して直行する方向の磁場を検出しており、磁気センサ３が欠陥５を横切ると、欠陥５の前後で正負のピークを持つ信号が得られる。よって、設定したしきい値を超えたピークを持つ信号を欠陥５と判定し、欠陥検出を行う。ここでは、表面欠陥、表層欠陥、及び内部欠陥が検出される。次に、欠陥と判定された漏洩磁束信号と同じ位置の渦電流信号により、（Ｓ３０）第一欠陥判定が実行される。もし、（Ｓ２０）欠陥検出において、しきい値を超える信号が検出されない場合は健全部と判定され、以降の処理は行われない。

（Ｓ３０）第一欠陥判定
図４（ａ）、図４（ｂ）において、欠陥判定部９に収録された渦電流信号Ｘ、Ｙの一例を示す。本工程において、Ｘ、Ｙ信号のどちらかで設定したしきい値を超える信号が検出された場合、表面欠陥または表層欠陥と判定され、次の（Ｓ４０）第二欠陥判定が実行される。しきい値を超える信号が検出されなかった場合は、設定した表層部より深い内部欠陥と判定される。

（Ｓ４０）第二欠陥判定
図５（ａ）に表面欠陥の渦電流信号のＸを横軸、Ｙを縦軸とするリサージュ波形の一例を示す。Ｘが正の半面で原点からの距離が最大となる点とＸが負の半面で原点からの距離が最大となる点を結んだ直線とＸ軸のなす角を位相角とする。位相角は、Ｘ軸正方向から反時計回りを正の角度、時計回りを負の角度とする。図５（ｂ）に表面欠陥と表層欠陥のリサージュ波形の一例を示す。このリサージュ波形のグラフには、予め位相角の境界線が設定されている。判定対象である欠陥のリサージュ波形において、位相角が境界線を越えて大きい場合は表面欠陥と判定し、境界線を越えずに小さい場合は表層欠陥と判定される。

以上説明したように上記処理を実施することにより、磁性体の表面欠陥と表層欠陥、及び内部欠陥を識別でき、目的の欠陥のみを抽出することが可能となる。

このように本発明によれば、磁性体を磁化すると共に渦電流を発生させ、磁性体の欠陥に起因して発生する漏洩磁束と磁性体の欠陥により渦電流が乱れることにより発生する磁場を磁気センサにより検出し、磁気センサが検出した信号の直流成分である漏洩磁束信号により欠陥検出を行い、磁気センサが検出した信号の交流成分である渦電流信号により表面及び表層欠陥と表層部より深い欠陥を識別し、渦電流信号の位相を用いて表面と表層の欠陥を識別する磁性体の探傷方法及び探傷装置を提供することができる。

本発明は、上記実施例に限定されること無く、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種種の変形が可能であり、それらも本発明に含まれることはいうまでもない。具体的には、ヨーク１、磁気センサ３は、測定対象となる鋼材の磁気特性、検出対象となる欠陥の大きさと漏洩磁束分布に応じて本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜調整することが可能である。

１ ヨーク
２ コイル
３ 磁気センサ
４ 磁性体
５ 欠陥
６ 電源
７ 漏洩磁束信号収録部
８ 渦電流信号収録部
９ 欠陥判定部
１０ 磁化器

Claims (6)

1. 磁性体を磁化すると共に渦電流を発生させ、磁性体表面の磁場信号を磁気センサで検出する第１工程と、
   前記検出した磁場信号から漏洩磁束信号と渦電流信号を取り出す第２工程と、
   前記漏洩磁束信号により表面欠陥、表層欠陥、内部欠陥のいずれかを検出する第３工程と、
   前記渦電流信号により表面欠陥と表層欠陥の識別を行う第４工程を備えたことを特徴とする磁性体の探傷方法。
2. 請求項１において、同一のヨークとコイルにより前記磁性体に漏洩磁束と渦電流を発生させることを特徴とする磁性体の探傷方法。
3. 請求項２において、前記コイルの直流電圧に交流電圧を重畳して励磁可能な電源を備えたことを特徴とする磁性体の探傷方法。
4. 磁性体を磁化すると共に渦電流を発生させる磁化器と、前記磁性体表面の磁場信号を検出する磁気センサと、前記検出した磁場信号から漏洩磁束信号と渦電流信号をそれぞれ取り出す漏洩磁束信号収録部及び渦電流信号収録部と、
   前記漏洩磁束信号により表面欠陥、表層欠陥、内部欠陥のいずれかを検出し、前記渦電流信号により表面欠陥と表層欠陥の識別を行う欠陥判定部を備えたことを特徴とする磁性体の探傷装置。
5. 請求項４において、同一のヨークとコイルにより前記磁性体に漏洩磁束と渦電流を発生させることを特徴とする磁性体の探傷装置。
6. 請求項５において、前記コイルの直流電圧に交流電圧を重畳して励磁可能な電源を備えたことを特徴とする磁性体の探傷装置。