JP2015072264A - 溶射膜の膜厚測定方法及び膜厚測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 管状のアルミニウム合金材上にアルミニウム合金の溶射膜が形成された被検査体2,3にセンサ11を当接させて渦流探傷法により溶射膜の膜厚を測定する。センサ11は、被検査体の外面に合致する湾曲面を有する治具40,40’に設けられる。溶射膜の膜厚を異ならせた複数の試験片毎に試験片に対するセンサ11のリフトオフ距離を変化させて基準渦流信号を測定し、これら基準渦流信号のリフトオフ距離が0の時の信号成分に基づいて3次多項式による検量線を予め作成する。治具40,40’を被検査体2,3の外面に当接させて渦流信号を測定する。測定した渦流信号の治具40,40’が被検査体2,3の外面に当接した時の信号成分と検量線に基づいて溶射膜の膜厚を測定する。
【選択図】 図2
Description
[LNG気化器]
本発明に係る溶射膜の膜厚測定方法は、例えば、図1,2に示す如き、例えば、海水を熱源としてLNGを気化するオープンラック式のLNG気化器1における伝熱管2及び下部ヘッダー3を検査対象(被検査体)とする。同図に示すように、LNG気化器1は、LNGが供給される下部ヘッダー3と、下部ヘッダー3から鉛直方向に複数設けられた伝熱管2とを備える。伝熱管2の上部外周面にはフィン2aが設けられ、上端は上部ヘッダー4に接続されている。トラフ5には配管6を介して海水Wが供給されており、トラフ5から溢れた海水Wが伝熱管2外面を伝って下部ヘッダー3まで流下する。この海水Wとの熱交換によってLNGが気化されNGとなり、上部ヘッダー4を介して回収される。
ここで、伝熱管2は、図3に示すように、母材21としてアルミニウム合金が用いられ、その母材21の表面にアルミニウム溶射により溶射膜22が形成されている。なお、本実施形態において、母材21にはアルミニウム合金材としてA6063が用いられ、アルミニウム溶射に用いられるアルミニウム合金としては、例えばA7072が用いられる。
また、下部ヘッダー3も、伝熱管2と同様の層構造を呈し、アルミニウム合金材よりなる母材31の表面にアルミニウム溶射による溶射膜32が形成されている。なお、本実施形態において、母材31にはアルミニウム合金材としてA5083が用いられ、アルミニウム溶射に用いられるアルミニウム合金としては、例えばA7072が用いられる。
本発明に係る膜厚測定装置10は、図2に示すように、大略、センサ11が取り付けられた治具40と、検出した信号を処理し出力する渦流探傷装置50と、出力された信号の解析等を行う信号処理装置60と、測定結果等を表示する表示器70を備える。伝熱管2や下部ヘッダー3に治具40を介してセンサ11を近づけ、伝熱管2や下部ヘッダー3を励磁し、渦電流を発生させる。そして、渦電流により生成される磁束の変化に伴うセンサ11のインピーダンス変化を測定し、溶射膜22,32の膜厚を測定する。
ここで、センサ11での渦流信号として、リフトオフ(コイルと被検査体との相対的な距離)に起因するX成分(抵抗成分)と、電気的な物性(電気伝導度)に起因するY成分(リアクタンス成分)とが得られる。これらX成分及びY成分について各成分の相関係数を評価した結果の一例を図5に示す。同図に示すように、X成分では約600μmで値が飽和しており、それ以上の厚さについて評価することが困難である。一方、Y成分では約800μmでも直線的に変化している。また、相関係数R2については、X成分は0.8166であり、Y成分は0.9908であり、Y成分がよりよい相関を示すことが判明した。従って、アルミ溶射膜の膜厚測定において、X成分よりY成分の渦流出力値を用いて膜厚測定することがより広範囲を正確に測定できることが分かる。本実施形態では、信号成分として、Y成分の渦流出力値を用いる。なお、発明者らの実験によれば、試験周波数が10kHz〜400kHzにおいて、上記と同様の結果が得られた。
信号処理装置60は、図4に示すように、大略、渦流信号の信号軌跡Tを生成する軌跡生成部61と、信号軌跡Tから信号成分Sを抽出する信号成分抽出部62と、抽出された信号成分Sに基づいて検量線Cを作成する検量線作成部63と、作成された検量線Cから膜厚tを算出する膜厚算出部64を有する。被検査体や試験片の情報(母材、膜厚、材質等)、生成された信号軌跡T、作成された検量線C、測定データ、解析結果等の各種データは、記憶部65に記憶される。
図10に示すように、治具40は、伝熱管2の外面の曲率に沿う湾曲面41を有する当接部42を有し、センサ11の端部を貫通させる貫通孔43が設けられている。当接部42は把持部45と螺合し、把持部45の内部にはセンサ11を収容する筒状体44が収納されている。把持部45の外面には例えばゴム製のカバー45aに覆われ、外気温度等によるインピーダンスの変化を抑制している。筒状体44の一端には、押圧部材としてばね46が取り付けられ、ばね46の一端は把持部45と螺合する端部47の内部で掛止されている。これにより、作業者が把持部45を把持し当接部42を被検査体に押し当てた際に、センサ11は湾曲面41によって被検査体の表面に略垂直に配置され、且つばね46により押圧される。従って、センサ11の被検査体に対する傾きを抑制し、より高精度に膜厚を測定することができる。また、下部ヘッダー3には、下部ヘッダー3の外面の曲率に沿う湾曲面41’を有する当接部42’を有する治具40’が用いられる。なお、センサ11は、治具40内部を貫通するケーブル49を介して渦流探傷装置50に接続されている。
伝熱管2及び下部ヘッダー3と同一材料、同一形状で溶射膜22,32の膜厚を異ならせた複数の試験片(カットモデル)を用いて、測定前に予め検量線を作成する。検量線の作成に際しても、上記治具40,40’を用いる。
まず、予め、検査対象となる伝熱管2と同一形状、同一材料よりなり溶射膜の異なる試験片を複数用意し、図11に示す如き3次多項式による検量線を作成する。本実施形態では、各試験片において上述の治具40によりセンサ11の試験片に対するセンサのリフトオフ距離Dを変化させながらセンサ11を各試験片に押し当てて基準渦流信号を測定すると共に、軌跡生成部61がその信号の基準信号軌跡を生成し、記録する。次に、信号成分抽出部62が、生成した各基準信号軌跡からリフトオフ距離D=0のY成分の値を抽出する。そして、検量線作成部63が、図11,12に示す如き、横軸に渦流出力値として抽出したY成分の値を、縦軸に実測等した既知の膜厚値をプロットし、3次多項式により検量線を作成する。伝熱管2及び下部ヘッダー3は管状体であるため、その出力値は湾曲形状の影響を受ける。従って、予め検量線の作成に際し被検査体と同一形状同一材料の試験片を用いることでこれらの誤差要因を排除でき、精度が向上する。
上記第一実施形態において、基準信号軌跡Tからリフトオフ距離が0の場合におけるY成分を信号成分として抽出し検量線Cを作成した。しかし、伝熱管2や下部ヘッダー3の溶射膜22,23上に、図3の一点鎖線で示す如く、例えばガラス繊維強化プラスチックのFRP被膜等の非導電性塗膜等の付着物23,33(異物)が存在すると、リフトオフ距離が0とならず、そのリフトオフ距離によりX成分に影響が生じる。そのため、上記第一実施形態の如くリフトオフ距離D=0の信号成分を用いると、測定精度が低下する恐れがある。
上記第一、第二実施形態において、検量線Cの作成に際して渦流信号の信号成分(Y成分)を用いたが、本実施形態では信号軌跡T,T’の軌跡の傾きG,G’を用いる。本実施形態では、図15に示すように、例えば、複数の試験片毎に基準渦流信号を測定すると共に、軌跡生成部61がその信号の基準信号軌跡(T4〜6)を生成する。そして、信号成分抽出部62が各基準信号軌跡(T4〜6)において任意のX成分(xa、xb)における各Y成分(ya4〜6、yb4〜6)を抽出し、(yb−ya)/(xb−xa)により軌跡の基準傾きG1〜3をそれぞれ求める。そして、検量線作成部63が、求めた軌跡の基準傾きG1〜3に基づいて検量線Cgを予め作成する。なお、本実施形態における検量線の作成においても、3次多項式により作成してもよく、2次や4次以上の多項式等の他の手法でもよく、特にその手法は限定されるものではない。
上記実施形態において、伝熱管2の母材21にアルミニウム合金材としてA6063が用いられ、下部ヘッダー3の母材31にA5058が用いられ、アルミニウム溶射に用いられるアルミニウム合金としてA7072が用いられた。しかし、これらアルミニウム合金材は一例に過ぎず、他の合金材料であっても同様に膜厚測定が可能である。
Claims (14)
- 管状のアルミニウム合金材上にアルミニウム合金の溶射膜が形成された被検査体にセンサを当接させて渦流探傷法により前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定方法であって、
前記センサは、前記被検査体の外面に合致する湾曲面を有する治具に設けられ、
前記被検査体と同一材料、同一形状で前記溶射膜の膜厚を異ならせた複数の試験片毎に前記試験片に対する前記センサのリフトオフ距離を変化させて基準渦流信号を測定し、これら基準渦流信号の前記リフトオフ距離が0の時の信号成分に基づいて3次多項式による検量線を予め作成しておき、
前記治具を前記被検査体の外面に当接させて渦流信号を測定し、
測定した渦流信号の前記治具が前記被検査体の外面に当接した時の信号成分と前記検量線に基づいて前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定方法。 - 前記基準渦流信号を測定すると共にその信号の基準信号軌跡を生成し、前記基準信号軌跡から前記リフトオフ距離が0の時の信号成分を抽出し、前記治具を空中から前記被検査体の外面に近接させて前記外面に当接するまでの渦流信号を測定すると共にその信号の信号軌跡を生成し、前記信号軌跡における前記治具が前記被検査体の外面に当接した時の信号成分を抽出する請求項1記載の溶射膜の膜厚測定方法。
- 前記信号成分は、前記センサのインピーダンスにおけるリアクタンス成分(Y成分)である請求項1又は2記載の溶射膜の膜厚測定方法。
- 管状のアルミニウム合金材上にアルミニウム合金の溶射膜が形成された被検査体にセンサを当接させて渦流探傷法により前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定方法であって、
前記センサは、前記被検査体の外面に合致する湾曲面を有する治具に設けられ、
前記被検査体と同一材料、同一形状で前記溶射膜の膜厚を異ならせた複数の試験片毎に前記試験片に対する前記センサのリフトオフ距離を変化させて基準渦流信号を測定すると共にその信号の基準信号軌跡を生成し、これら基準信号軌跡から第一信号成分毎に抽出した第二信号成分に基づいて複数の検量線を予め作成しておき、
前記治具を前記被検査体の外面に当接させて渦流信号を測定し、
測定した渦流信号の第一信号成分から対応する検量線を選択し、
前記測定した渦流信号の第二信号成分と選択した検量線に基づいて前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定方法。 - 前記治具を空中から前記被検査体の外面に近接させて前記外面に当接するまでの渦流信号を測定すると共にその信号の信号軌跡を生成し、前記信号軌跡における前記治具が前記被検査体の外面に当接した時の第一信号成分から対応する検量線を選択する請求項4記載の溶射膜の膜厚測定方法。
- 前記第一信号成分は、前記センサのインピーダンスにおける抵抗成分(X成分)であり、前記第二信号成分は、前記センサのインピーダンスにおけるリアクタンス成分(Y成分)である請求項4又は5記載の溶射膜の膜厚測定方法。
- 管状のアルミニウム合金材上にアルミニウム合金の溶射膜が形成された被検査体にセンサを当接させて渦流探傷法により前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定方法であって、
前記センサは、前記被検査体の外面に合致する湾曲面を有する治具に設けられ、
前記被検査体と同一材料、同一形状で前記溶射膜の膜厚を異ならせた複数の試験片毎に前記試験片に対する前記センサのリフトオフ距離を変化させて基準渦流信号を測定すると共にその信号の基準信号軌跡を生成し、これら基準信号軌跡から求めた軌跡の基準傾きに基づいて検量線を予め作成しておき、
前記治具を空中から前記被検査体の外面に近接させて前記外面に当接するまでの渦流信号を測定すると共にその信号の信号軌跡を生成し、
生成した信号軌跡の軌跡の傾きを求め、
求めた軌跡の傾きと前記検量線に基づいて前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定方法。 - 前記溶射膜上には、さらに非導電性の付着物が形成されている請求項4〜7のいずれかに記載の溶射膜の膜厚測定方法。
- 前記治具は、前記センサを前記被検査体の外面に押圧する押圧部材を有する請求項1〜8のいずれかに記載の溶射膜の膜厚測定方法。
- 前記被検査体は、LNG気化器の伝熱管である請求項1〜9のいずれかに記載の溶射膜の膜厚測定方法。
- 前記被検査体は、LNG気化器の下部ヘッダーである請求項1〜9のいずれかに記載の溶射膜の膜厚測定方法。
- 管状のアルミニウム合金材上にアルミニウム合金の溶射膜が形成された被検査体にセンサを当接させて渦流探傷法により前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定装置であって、
前記センサは、前記被検査体の外面に合致する湾曲面を有する治具に設けられ、
前記被検査体と同一材料、同一形状で前記溶射膜の膜厚を異ならせた複数の試験片毎に前記試験片に対する前記センサのリフトオフ距離を変化させて基準渦流信号を測定し、これら基準渦流信号の前記リフトオフ距離が0の時の信号成分に基づいて3次多項式による検量線を予め作成しておき、
前記治具を前記被検査体の外面に当接させて渦流信号を測定し、
測定した渦流信号の前記治具が前記被検査体の外面に当接した時の信号成分と前記検量線に基づいて前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定装置。 - 管状のアルミニウム合金材上にアルミニウム合金の溶射膜が形成された被検査体にセンサを当接させて渦流探傷法により前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定装置であって、
前記センサは、前記被検査体の外面に合致する湾曲面を有する治具に設けられ、
前記被検査体と同一材料、同一形状で前記溶射膜の膜厚を異ならせた複数の試験片毎に前記試験片に対する前記センサのリフトオフ距離を変化させて基準渦流信号を測定すると共にその信号の基準信号軌跡を生成し、これら基準信号軌跡から第一信号成分毎に抽出した第二信号成分に基づいて複数の検量線を予め作成しておき、
前記治具を前記被検査体の外面に当接させて渦流信号を測定し、
測定した渦流信号の第一信号成分から対応する検量線を選択し、
前記測定した渦流信号の第二信号成分と選択した検量線に基づいて前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定装置。 - 管状のアルミニウム合金材上にアルミニウム合金の溶射膜が形成された被検査体にセンサを当接させて渦流探傷法により前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定装置であって、
前記センサは、前記被検査体の外面に合致する湾曲面を有する治具に設けられ、
前記被検査体と同一材料、同一形状で前記溶射膜の膜厚を異ならせた複数の試験片毎に前記試験片に対する前記センサのリフトオフ距離を変化させて基準渦流信号を測定すると共にその信号の基準信号軌跡を生成し、それら基準信号軌跡から求めた軌跡の基準傾きに基づいて検量線を予め作成しておき、
前記治具を空中から前記被検査体の外面に近接させて前記外面に当接するまでの渦流信号を測定すると共にその信号の信号軌跡を生成し、
前記信号軌跡から軌跡の傾きを求め、
求めた軌跡の傾きと前記検量線に基づいて前記溶射膜の膜厚を測定する溶射膜の膜厚測定装置。
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