JP2020041832A - 電磁パルス音響非破壊検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パルス磁場で検査対象物の内部欠陥の有無や位置、裏面の性状を簡便且つ正確に探査できることを課題とする。【解決手段】接合体１１にパルス磁場を照射する。パルス磁場によって接合体１１のライナーＲを励振させて弾性波を発生させる。弾性波を外殻体Ｇ側で検出する。弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体Ｂにおける基準弾性波の波形とを下記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物Ａ内部の欠陥の有無を推定する。（イ） 前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物Ａの弾性波の波形に現れる音の強度の差（ロ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の時間ずれ（ハ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の減衰状態（ニ） 前記基準弾性波に波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の周波数【選択図】図２

Description

本発明は、検査対象物の内部欠陥の検出や、検査対象物の一部を構成する高導電性材料などの厚み測定に電磁パルスを用いた非破壊検査方法に関する。

現在、温暖化に対処するために地球規模でのＣＯ^２排出量の削減が叫ばれている。このような流れの中で、水素社会の実現が希求され、その１つとして自動車に関しては水素燃料電池車の開発・普及が試みられている。この水素燃料電池車の普及には水素ステーションの設置が全国的に網羅される必要がある。水素ステーションに設置される圧力容器は、現在では様々なタイプがある。例えば、低合金鋼製圧力容器、低合金鋼ライナーのフープラップ容器、アルミニウム合金ライナーのフルラップ容器、プラスチック・ライナーのフルラップ容器などがあり、現在では大重量の低合金鋼製圧力容器から例えば金属又はプラスチック・ライナーとＦＲＰ（繊維強化プラスチック）の複合化による軽量圧力容器への移行が進んでいる。

軽量圧力容器の欠陥では、製造条件と運用に起因する金属又はプラスチック・ライナーとＦＲＰとの接合面における境界剥離やＦＲＰ層内の内部剥離、水素脆化に起因する金属ライナーの疲労亀裂、或いは長期間の運用に起因する金属ライナーの減肉などがある。
圧力容器の破損は重大な事故を招くため、保守に時間と費用が掛かり水素社会実現の１つの障壁となっている。
なお、圧力容器は水素ステーションのみならず、石油精製工業、化学工業、電力工業、ガス工業及び原子力工業などの工学分野において過酷な高温・低温・高圧環境下で使用され、同様の問題を抱えている。

また、ＣＯ^２対策の一環として、自動車や航空機のような輸送機器に対しては、その軽量化・構造の簡素化などが要求されている。この要求を満たす一つの方策として、機体や車体の構造体を鋼板のような重量材料からアルミニウムやＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）のような軽量材料に置き換えると共に、ボルト接合やリベット接合のような機械接合を接着接合に代え、接合部分の軽量化や部品点数の削減、および整備費用の低減を図る試みがなされている。

このような輸送機器の軽量化や構造の簡素化、圧力容器の複合化の流れの中で、接着接合の信頼性や内部欠陥を高精度で検査でき、安全性の確保を実現できる非破壊検査の重要性が増している。

従来から行われている非破壊検査方法には以下のようなものがある。
（ａ）Ｘ線発生器とフィルム間に検査対象物を設置して撮影するＸ線撮影法（特許文献１）
（ｂ）検査対象物の表面に超音波発生器を当ててその反射もしくは透過超音波を検出して判断する超音波探傷法（特許文献２）
（ｃ）ハンマーにより検査対象物の表面を叩いてその反響音から判断する打診法（特許文献３）
（ｄ）検査対象物の表面の赤外線分布を計測する赤外線映像法（特許文献４）
（ｅ）マイクロ波を検査対象物の表面から照射するマイクロ波法（特許文献５）
（ｆ）パルス電磁力を用いた音響診断法（特許文献６）

特許第６３２１８７８号公報 特開２０１７−１９８６６３号公報 特開昭５２−８６３８６号公報 特開２０１６−３９５９号公報 特開２００４−６９５０７号公報 特許第３７３８４２４号公報

上記Ｘ線撮影法では、検査対象物をＸ線発生装置とフィルムの間に設置する必要があるので、検査対象物の形状、大きさ、場所等種々の制約があり簡便に使用することは困難であった。
超音波探傷法は、超音波を検査対象物の表面に照射し、背面側の金属から反射される超音波から内部欠陥を探査するものであるが、超音波を発する音源が検査対象物の表面側になるため、振動減衰が大きいＦＲＰを用いた構造材料への適用が難しい。また、可聴域外の高周波なので内部の夾雑物により超音波が減衰・散乱されやすくその解析は非常に困難であった。
打診法は、古来、広く用いられているものの、経験と勘を要するため習熟するのにかなりの時間が必要であり、且つ定量的でなく信頼性が低い。
赤外線映像法及びマイクロ波法は、赤外線、マイクロ波が検査対象物により急激に減衰するので、検査対象物の比較的表面しか測定できない。
パルス電磁力による音響診断・測定方法は、発信コイルにパルス大電流を印加することで、パルス磁場が発生し、ローレンツ力と磁歪効果によって金属に発生した弾性波を受信・解析することにより検査対象物の欠陥を検出・評価する方法であるが、先行技術文献６に開示されている方法は、コンクリート内部に埋め込まれた鉄筋またはアンカーボルトの固着状態の非破壊的な検出を目的としており、接着接合部分、接合体内部および接合体裏面の性状（減肉）の評価はできない。

しかしながら、鋭意研究の結果、発明者らはパルス電磁力による音響診断・測定方法が、検査対象物の内部、或いは背面に存在する導電体から発生する音源を用いることにより、接着接合部分或いは接合体内部の情報を有した信号の受信と解析が可能であり、二つの異種材料（高導電性材料／非（低）導電性材料や、低導電性材料／非導電性材料）を接合した接合体や、導電性を有する多数の繊維やカーボン粒子或いは金属粒子が母材中に連続的で通電可能な状態で存在する積層体の診断に対して有効であることを見出した。
本発明者らは、この知見に基づき、パルス磁場を利用する方法で、検査対象物の内部欠陥の有無や位置、裏面の性状を簡便且つ正確に探査できる非破壊検査方法を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明（電磁パルス音響非破壊検査方法）は、高導電性材料１１ａに非導電性材料１１ｂ又は低導電性材料１１ｃのいずれかを接着した接合体１１の非破壊検査方法で、
高導電性材料１１ａに非導電性材料１１ｂ又は低導電性材料１１ｃのいずれかを接着した接合体１１を検査対象物Ａとし、該検査対象物Ａにパルス磁場を照射して該パルス磁場によって前記高導電性材料１１ａに渦電流を誘起させ、該渦電流と前記パルス磁場との相互作用力により前記高導電性材料１１ａを励振させて前記高導電性材料１１ａを音源とする弾性波を発生させ、該弾性波を前記非導電性材料１１ｂ側又は低導電性材料１１ｃ側で検出し、然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体Ｂにおける基準弾性波の波形とを下記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物Ａ内部の欠陥の有無を推定することを特徴とする。
（イ）前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物Ａの弾性波の波形に現れる音の強度の差
（ロ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の時間ずれ
（ハ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の減衰状態
（ニ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の周波数

請求項２に記載の発明（電磁パルス音響非破壊検査方法）は、低導電性材料１１ｃに非導電性材料１１ｂを接着した接合体１１の非破壊検査方法で、
低導電性材料１１ｃに非導電性材料１１ｂを接着した接合体１１を検査対象物Ａとし、該検査対象物Ａにパルス磁場を照射して該パルス磁場によって前記接合体１１の低導電性材料１１ｃに渦電流を誘起させ、該渦電流と前記パルス磁場との相互作用力により前記低導電性材料１１ｃを励振させて前記低導電性材料１１ｃを音源とする弾性波を発生させ、該弾性波を前記非導電性材料１１ｂ側で検出し、
然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体Ｂにおける基準弾性波の波形とを下記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物Ａ内部の欠陥の有無を推定することを特徴とする。
（イ）前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物Ａの弾性波の波形に現れる音の強度の差
（ロ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の時間ずれ
（ハ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の減衰状態
（ニ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の周波数

請求項３に記載の発明（電磁パルス音響非破壊検査方法）は、低導電性材料１１ｂの積層体１１’の内部剥離Ｎの有無を検査するもので、
検査対象物Ａである低導電性材料１１ｃの積層体１１’にパルス磁場を照射して該パルス磁場によって前記積層体１１’に渦電流を誘起させ、該渦電流と前記パルス磁場との相互作用力により前記積層体１１’の全体を励振させて弾性波を発生させ、該弾性波を前記積層体１１’の表面にて検出し、
然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体Ｂにおける基準弾性波の波形とを下記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物Ａ内部の欠陥の有無を推定することを特徴とする。
（イ）前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物Ａの弾性波の波形に現れる音の強度の差
（ロ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の時間ずれ
（ハ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の減衰状態
（ニ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の周波数

請求項４に記載の発明は第１の「発信コイル移動、センサ固定による欠陥位置の検出」に関し、請求項１〜３のいずれかに記載の電磁パルス音響非破壊検査方法において、
パルス磁場発生用の発信コイル１２を前記検査対象物Ａである接合体１１又は積層体１１’に対して相対的に移動させ、固定箇所に設けたセンサ１４で前記弾性波を複数箇所にて検出し、然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体Ｂにおける基準弾性波の波形とを前記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物Ａ内部の欠陥の位置を推定することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は第２の「発信コイル及びセンサ移動による欠陥位置の検出」に関し、請求項１〜３のいずれかに記載の電磁パルス音響非破壊検査方法において、
パルス磁場発生用の発信コイル１２とセンサ１４とを一定の間隔Ｌを保ちつつ前記検査対象物Ａである接合体１１又は積層体１１’に対して相対的に移動させ、前記発信コイル１２と共に移動するセンサ１４で前記弾性波を複数箇所にて検出し、然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体Ｂにおける基準弾性波の波形とを前記（イ）〜（ハ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物Ａ内部の欠陥の位置を推定することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は「請求項１の接合体１１の内層材（ライナー）Ｒの板厚測定」に関し、
請求項１に記載の検査対象物Ａにパルス磁場を照射し、前記照射箇所からの弾性波を検出して前記弾性波のピーク値の間隔を測定し、
この弾性波のピーク値の間隔と、予め入手した基準板厚を有する基準体Ｂにおける基準弾性波のピーク値の間隔とを比較し、
前記基準弾性波のピーク値の間隔に対する検査対象物Ａのピーク値の間隔の変動により、検査対象物Ａの高導電性材料１１ａの厚みを推定することを特徴とする。

請求項７に記載の発明は「請求項２の接合体１１の内層材（ライナー）Ｒの板厚測定」に関し、
請求項２に記載の検査対象物Ａにパルス磁場を照射し、前記照射箇所からの弾性波を検出して前記弾性波のピーク値の間隔を測定し、
この弾性波のピーク値の間隔と、予め入手した基準板厚を有する基準体Ｂにおける基準弾性波のピーク値の間隔とを比較し、
前記基準弾性波のピーク値の間隔に対する検査対象物Ａのピーク値の間隔の変動により、検査対象物Ａの低導電性材料１１ｃの厚みを推定することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は「積層体１１’の板厚測定」に関し、請求項３に記載の検査対象物Ａにパルス磁場を照射し、前記照射箇所からの弾性波を検出して前記弾性波のピーク値の間隔を測定し、
この弾性波のピーク値の間隔と、予め入手した基準板厚を有する基準体Ｂにおける基準弾性波のピーク値の間隔とを比較し、
前記基準弾性波のピーク値の間隔に対する検査対象物Ａのピーク値の間隔の変動により、検査対象物Ａである積層体１１’の厚みを推定することを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の測定方法にＦＦＴ解析を付加的に適用する場合で、
請求項１〜８のいずれかに記載の弾性波をＦＦＴ解析してＦＦＴスペクトルを入手し、
予め入手した基準体Ｂにおける基準ＦＦＴスペクトルと、前記検査対象物ＡのＦＦＴスペクトルとを比較し、内部欠陥の有無や内部欠陥の位置或いは接合体１１の内層材Ｒの板厚や積層体１１’の板厚を推定することを特徴とする。

以上によれば、パルス磁場を検査対象物Ａに照射し、生起した弾性波を基準弾性波と比較し、波形の強度、時間ずれ、振動モード、減衰、及びピーク値間隔から検査対象物Ａ内の内部欠陥の有無、その位置、及び接合体の内層材の板厚や積層体の板厚を推測できる。更に、前記弾性波をＦＦＴ解析すれば、弾性波だけの比較の場合に比べてよりこれらの推測精度を上げることが出来る。

本発明のパルス電磁力による非破壊検査方法の概念図である。 内部欠陥が存在する接合体の非破壊検査方法の概念図である。 本発明で用いたテスト用圧力容器の断面図である。 内部欠陥が存在する積層体の非破壊検査方法の概念図である。 接合体の欠陥のない基準体と境界剥離を有する検査対象物の音響波形とそのＦＦＴスペクトルである。 （ａ）〜（ｆ）接合体の欠陥のない基準体と境界剥離を有する検査対象物の複数の位置での音響波形のＦＦＴスペクトルである。（ｇ）は接合体の欠陥のない基準体と境界剥離を有する検査対象物の複数の位置での最大ピーク周波数の折れ線グラフである。（ｈ）は接合体の欠陥のない基準体と境界剥離を有する検査対象物の複数の位置でのＡＥシグナル強度折れ線グラフである。 （ａ）は接合体における基準厚を有する金属ライナーと減肉した金属ライナーのＡＥシグナルのピーク値のインターバル間隔を示すグラフ、（ｂ）はそのＦＦＴスペクトルを示すグラフである。

以下、図面に基づき本発明を詳細に説明する。本発明は、検査対象物Ａに発生した弾性波をその表面に設置した変換子１４（アコースティック・エミッション・センサ（本明細書では、ＡＥセンサと言う。））で検出し、信号処理を行うことにより検査対象物Ａの内部欠陥の有無やその厚み（板厚）、欠陥位置、或いは検査対象物Ａの１つである接合体のライナーＲに生じた割れ（亀裂）などを非破壊で評価する方法である。

図１において、本発明のパルス電磁力による非破壊検査装置１０は、所定の隙間Ｈを明けて、内部欠陥のない基準体Ｂの表面に設けられる発信コイル１２と、電源ケーブルを介してこの発信コイル１２にパルス電流を印加する電源部１３と、検査対象物Ａの表面に取り付けたセンサ１４と、信号ケーブルでこのセンサ１４に接続された計測部１５とで構成されている。計測部１５には演算機能、表示機能が設けられている。図２及び図４の検査対象物Ａも同様である。

発信コイル１２は、螺旋状に巻かれた電線で構成された単一のコイルから構成されている。コイル内にコアを用いても良い。本発明回路は周知であり、図示しないが、直流高圧電源からコンデンサを充電し、充電されたコンデンサの電荷をメカニカルスイッチ又は半導体スイッチであるスイッチをオンすることにより、パルス電流として発信コイル１２に印加するように構成されている。発信コイル１２は、検査対象物Ａの表面に隙間Ｈを設けて取り付けられる。検査時点では隙間Ｈは一定に保持される。

センサ１４は公知のセンサであって、検査対象物Ａの測定面に設置され、検査対象物Ａに発生した弾性波（音響信号）を検出し、電気信号に変換する器具である。前記センサ１４は、音響信号を電気信号に変換するＡＥセンサ、加速度センサ、光計測センサ又はマイクロホンが使われる。ここではＡＥセンサが採用されている。

電源部１３は発信コイル１２に電源ケーブルを介してパルス電流を印加するようになっている。

計測部１５は、ＡＥセンサ１４の出力波形をサンプリングし、これをアンプリファイアにより増幅すると共に、不要な信号をフィルタなどにより除去した後、Ａ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換されたデジタルデータをメモリに記憶し、ＣＰＵを介してデジタルデータを所定の信号処理手順を有するプログラムに従い所定の演算を行い、その結果をメモリに蓄積または表示装置を介して表示する。

計測部１５は、例えば音響解析装置として市販されている公知の構成のものであり、音響解析を行なうようになっている。さらに、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）等のフーリエ変換機能を有している。
なお、計測部１５は、これに限らず、センサ１４からの弾性波の検出信号の波形の計測のみでよい場合には、例えばオシロスコープ等を使用してもよい。

検査対象物Ａの第１は、高導電性材料１１ａに非導電性材料１１ｂを接着した接合体、第２は、高導電性材料１１ａに低導電性材料１１ｃを接着した接合体である。以上は図１に示す。簡略化のためにこれらの組み合わせを１つの図面で表した。
図１では、ライナーＲ側に高導電性材料１１ａを設け、外殻体Ｇ側に非導電性材料１１ｂを設けた場合、ライナーＲ側に高導電性材料１１ａを設け、外殻体Ｇ側に低導電性材料１１ｃを設けた場合、ライナーＲ側に低導電性材料１１ｃを設け、外殻体Ｇ側に非導電性材料１１ｂを設けた場合がある。
第３は、低導電性材料１１ｃの積層体１１’である（図４）。
高導電性材料１１ａとは、電気伝導率が１０⁶Ｓ／ｍを越える素材で、一般的には合金鋼やアルミニウムなどの金属材料である。
非導電性材料１１ｂとは、電気伝導率が１０^-4Ｓ／ｍを下回る素材で、セラミックス、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、プラスチックスなどが代表例である。
低導電性材料１１ｃとは、電気伝導率が１０^-4〜１０⁴Ｓ／ｍの範囲内の素材で、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＣＦＲＣ（炭素繊維強化コンクリート）、ＣＮＦ複合材料（カーボンナノファイバー複合材料で、カーボンナノファイバーをポリエチレンやポリプロピレンなどの高分子材料に分散させた複合体）、ＣＮＴ複合材料（カーボンナノチューブ複合材料）、固体高分子電解膜などが代表例である。

接合体１１とは、強度，剛性，軽量化などの特性向上のために，２種類以上の性質が異なる素材をそれぞれの相を保ったまま界面で強固に結合し，合体・複合した材料をいう。 ここでは、図３に示すようなライナーＲとして低合金鋼や炭素鋼やステンレス鋼やアルミニウム合金、外殻体ＧとしてＧＦＲＰやＣＦＲＰが接着された材料、或いはライナーＲとしてＣＦＲＰ、外殻体ＧとしてＧＦＲＰが接着された材料で、例えば、代表例として圧力容器がある。また、２種類以上の性質が異なる素材を接着接合して構造体を形造るものとして、自動車や航空機のボディーなどがある。

このような圧力容器やボディーの内部欠陥としては、内層材であるライナーＲと外殻体Ｇ間の接着接合部分Ｓ、或いは異種材料構造体の接着接合部分Ｓの部分的な境界剥離Ｐ、外殻体Ｇ内部の層間剥離・内部剥離Ｎ、内層材であるライナーＲの減肉や疲労亀裂Ｗなどがある。

積層体１１’とは、シートやフィルム、単板などを何枚か重ね合わせて接着したものである。代表的なものは炭素繊維織物のプリプレグを、その繊維方向を違えて重ね合わせ、硬化させたＣＦＲＰがある。積層体１１’の欠陥としては層間剥離Ｎやトランスバースクラックが挙げられる。実際の使用例としては、風力発電の巨大なタービンブレードが挙げられる。
なお、接合体１１や積層体１１’の接合は、接着剤を用いた接着を代表例として説明したが、融着接合でもよい。また、層間剥離Ｎは、例えば層間の接合部が接合後に衝撃等で剥離した部分であるが、ここでは気泡や異物の存在等により接合が不完全な融着不良部も含む。

次に、本検査における発信コイル１２とセンサ１４の設置方法について説明する。図１は接合体１１の内部欠陥のない基準体Ｂを用いる場合、図２は内部欠陥ある検査対象物Ａ（接合体１１）を用いる場合を模式的に表したものである。この場合、内部欠陥として接着接合部分Ｓに幅Ｋの境界剥離Ｐを設けた。勿論、内部欠陥は境界剥離Ｐに限られず、既述のようなものがある。ここでは、境界剥離Ｐを代表例とする。
本検査における発信コイル１２とセンサ１４の設置方法は、積層体１１’の場合も接合体１１と同じである。この場合、図示していないが、検査対象物Ａと同一の構造の内部欠陥のない基準体Ｂと、図４に示す、内部欠陥を有する検査対象物Ａとを用いる。
いずれの場合も、発信コイル１２は、検査対象物Ａが接合体１１の場合、その測定面である非又は低導電性材料１１ｂ・１１ｃの上面から離間させて設置し、積層体１１’の場合は一方の面から離間させて設置する。離間高さをＨとする。

センサ１４は、検査対象物Ａが接合体１１の場合、非又は低導電性材料１１ｂ・１１ｃ側の表面（即ち、パルス磁場照射面）に接して設置される。検査対象物Ａが積層体１１’の場合、その表面（パルス磁場照射面）に接して設置される。
発信コイル１２との関係では、発信コイル１２から距離Ｌだけ離れた位置にセンサ１４を設置する。

本発明のパルス電磁力による非破壊検査装置１０は検査対象物Ａ又は基準体Ｂに対して前記のように設置される。基準体Ｂとは、検査対象物Ａと同一構造のもので、欠陥のない部材である。
本検査において、発信コイル１２にパルス電流を印加すると発信コイル１２側から検査対象物Ａ（又は基準体Ｂ）の内部方向にパルス磁場が発生する。
検査対象物Ａ（又は基準体Ｂ）が、(a)ライナーＲ側に高導電性材料１１ａ、外殻体Ｇ側に非導電性材料１１ｂ、又は低導電性材料１１ｃを設けた場合、このパルス磁場が高導電性材料１１ａに渦電流を誘起する。
検査対象物Ａが、(a)ライナーＲ側に低導電性材料１１ｃ、外殻体Ｇ側に非導電性材料１１ｂを設けた場合、高導電性材料１１ａよりも弱いものの、このパルス磁場が低導電性材料１１ｃに渦電流を誘起する。いずれの場合も渦電流の深さはパルス磁場の強さによるが、同じ強さのパルス磁場では、当然、低導電性材料１１ｃの渦電流は、高導電性材料１１ａより小さくなる。
検査対象物Ａ（又は基準体Ｂ）が、積層体１１’の場合、検査対象物Ａ（又は基準体Ｂ）の全体に（特に、パルス磁場照射面からパルス磁場の強度に対応する深さの範囲内において）渦電流を誘起する。接合体１１では、目標値として照射面から最大３０ｍｍの深さにあるライナーＲである導電性材料１１ａの信号が得られるようにする。
そして、この渦電流に伴う磁場とパルス磁場の磁場との相互作用力によって、高導電性材料１１ａ（又は低導電性材料１１ｃ）が励振され、接合体１１の場合は内層体（ライナーＲ）である高導電性材料１１ａ（又は低導電性材料１１ｃ）、積層体１１’の場合はその全体（特に、渦電流が発生する範囲内）から弾性波（アコースティックエミッション）が発せられる。

この弾性波は、数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚという周波数成分を持つ。金属材料では主に１００ｋＨｚ〜３００ｋＨｚの周波数成分を持つ信号が多く放出される。周波数の高い信号は、空気中では減衰が大きいので、アコースティックエミッション（ＡＥ）は主に材料中に伝播する。この場合、高導電性材料１１ａが磁性体であれば、磁気エネルギーに伴う力も励振力に付加され強化される。

なお、上記弾性波は、弾性体中を伝わる変形波で、弾性応力波、弾性ひずみ波とも呼ばれる。体積変化を伴う「体積波」と、形状変化は生じるが体積変化を伴わない「等体積波」とに大別される。一次元物体中の圧縮波、引張り波は前者に対応し、剪断波、あるいはねじり波は後者に対応する。弾性波の伝わる速度は弾性体の弾性係数、ポアソン比と密度に依存する。

次に、本装置１０を用いた非破壊検査方法について説明する。図１は基準となるデータを取得するために行う、欠陥のない基準体Ｂについての検査を示す。これに対して図２は検査対象となる検査対象物Ａの検査で、接着接合部分Ｓに境界剥離Ｐを有する場合である。ライナーＲとなる高導電性材料１１ａ、又は低導電性材料１１ｃの厚みをＴで示す。
既に述べたように、検査対象物Ａにパルス磁場を照射する。照射面は非又は低導電性材料（外殻体Ｇ）１１ｂ・１１ｃ側となる。照射面と発信コイル１２との間には隙間Ｈが設けられる。
センサ１４は非又は低導電性材料（外殻体Ｇ）１１ｂ・１１ｃに接して設置される。
検査対象物Ａにパルス磁場を照射して、該パルス磁場によってライナーＲ側である前記高導電性材料１１ａ、又は低導電性材料１１ｃに渦電流を誘起させ、該渦電流と前記パルス磁場との相互作用力により前記高導電性材料１１ａ又は低導電性材料１１ｃを励振させる。この励振により前記高導電性材料１１ａ又は低導電性材料１１ｃを音源とする弾性波が発生し、非又は低導電性材料（外殻体Ｇ）１１ｂ・１１ｃ内を伝達する。外殻体Ｇである非又は低導電性材料１１ｂ・１１ｃの表面に設置されたセンサ１４で伝達された弾性波を検出し、センサ１４に接続された計測部１５で所定の演算（前記弾性波の録取と、更には該弾性波のＦＦＴ解析、並びにＦＦＴスペクトルの入手）を行うと共に必要にあわせてその波形を表示装置に表示する。
内部欠陥のない基準体Ｂについては上記と同じ手順で予めそのデータを入手し、記憶装置に記憶させておく。
然る後、基準データ（基準弾性波の波形、及びその基準ＦＦＴスペクトル）と検査データ（検査弾性波の波形、及びその検査ＦＦＴスペクトル）とを比較し、基準体Ｂのデータに対する検査データの下記（イ）〜（ニ）に示す１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、その特徴部分を抽出し、検査対象物Ａの内部欠陥の有無を推定する。これは、接合体１１、積層体１１’いずれの場合も同様に行われる。
（イ）前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物Ａの弾性波の波形に現れる音の強度の差
（ロ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の時間ずれ
（ハ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の減衰状態
（ニ）前記基準弾性波の波形に対する検査対象物Ａの弾性波の波形の周波数

次に、本装置１０を用いた非破壊検査の結果（グラフ）を参照しながら上記（イ）〜（ニ）について説明する。
図５以下のグラフに於いて、一方の基準体Ｂには欠陥が存在せず、他方の検査対象物Ａには欠陥が存在する。実線は欠陥なし、破線は欠陥ありを示す。
第５図（ａ）は、検査対象物Ａの外殻体Ｇと内層体（ライナー）Ｒに境界剥離Ｐが存在する場合のＡＥシグナルの検出結果で、縦軸はＡＥシグナルの振幅（単位：Ｖ）、横軸は時間（ｍｓ）である。そして、パルス磁場を外殻体Ｇ側から検査対象物Ａに照射した。この場合のＡＥシグナルは、実線で示す内部剥離なしの弾性波の波形（振幅）と破線で表す内部剥離ありの弾性波の波形（振幅）とは、破線で表す内部剥離ありの弾性波の方が僅かながら大きく現れるので、ＡＥシグナル強度の違いから内部欠陥の存在が推測できる。また、弾性波の減衰は、実線で表す内部剥離なしの方が破線で表す内部剥離ありの場合より若干早く減衰し、０に収束する。これは内部剥離の有無により振動モード(振動の仕方)が変化し、これがＡＥ（弾性波）の波形の違いとなって現れるからである。

更に同図（ｂ）（横軸は周波数、縦軸はＦＦＴスペクトル強度）から分かるように、同図（ａ）のＡＥシグナル（弾性波の波形）をＦＦＴ分析すると破線側（検査対象物Ａ）のピーク周波数が実線側（基準体Ｂ）のピーク周波数より高周波数側にシフトしている。これは境界剥離部分の振動モードの変化が原因と考えられる。即ち、境界剥離に関しては、弾性波の波形の比較（振幅と時間ずれと減衰と周波数）でその違いをある程度判別できるが、ＦＦＴ周波数のピーク値を比較すると境界剥離の有無がより明確に検出できる。
この検査は、接合体１１の外殻体ＧとライナーＲとの境界剥離Ｐのみならず、接合体１１の内部剥離Ｎにも対応できる。また、接合体１１だけでなく、積層体１１’に付いても応用できる。即ち、積層体１１’内部に内部剥離Ｎが存在する場合、同様の現象で同様の測定結果が得られる。
なお、ここでは金属ライナーＲとして用いられた高導電性材料１１ａに非導電性材料１１ｂが接合された接合体１１の例を示したが、内部欠陥（境界剥離Ｐ，内部剥離Ｎ）を有する高導電性材料１１ａと低導電性材料１１ｃの接合体１１、低導電性材料１１ｃと非導電性材料１１ｂの接合体１１、低導電性材料１１ｃの積層体１１’でも同様の傾向を示す。

図６（ａ）〜（ｈ）は、図１、２において、内部欠陥の「位置」を検出する方法で、検査対象物Ａは、高電導性材料１１ａに非電導性材料１１ｂを接着した接合体１１を使用した。
測定の第１方法としては、センサ１４を一定の位置（内部欠陥から１００ｍｍ離れた位置）に固定し、発信コイル１２を検査対象物Ａと標準体Ｂの検査面に沿って移動させ、各移動点（センサ１４の位置をゼロとし、発信コイル１２から離れた距離）において上記と同様、弾性波を録取すると共にこれをＦＦＴ解析した。
ＡＥセンサ１４を原点とし、発信コイル１２を２０ｍｍ間隔で内部欠陥方向に移動させた。１００ｍｍの地点で内部欠陥が設けられた位置となり、１００ｍｍを越えると、発信コイル１２は内部欠陥を越えたＡＥセンサ１４の反対側の位置に移動する。
図６（ａ）から（ｆ）はＡＥシグナル強度のグラフ、図６（ｇ）と図６（ｈ）は各測定点におけるＦＦＴスペクトルの最大ピーク周波数を結んだグラフ、ＡＥシグナル強度を結んだグラフである。
（ａ）は、ＡＥセンサ１４から６０ｍｍ離れた位置、（ｂ）は８０ｍｍ離れた位置、（ｃ）は内部欠陥の中央位置に一致し、ＡＥセンサ１４から１００ｍｍ離れた位置、（ｄ）は内部欠陥を越え、ＡＥセンサ１４から１２０ｍｍ離れた位置、（ｅ）は１４０ｍｍ離れた位置、（ｆ）は１６０ｍｍ離れた位置である。
ＡＥシグナル強度（図６（ｈ））は、四角の点を実線で繋いだ折れ線（内部剥離なし）ではＡＥセンサから発信コイルが離れると次第に低下するが、丸の点を実線で繋いだ折れ線（内部剥離あり）では内部剥離を２０ｍｍ超えた地点（ＡＥセンサから１２０ｍｍの位置）まではシグナル強度の低下がみられ、その後、シグナル強度の上昇がある。１６０ｍｍを超えたところで急減する。欠陥位置はシグナル強度の最低位置（１２０ｍｍ）近辺にあることが推測される。内部欠陥の位置は、最大ピーク周波数の増減の様子からわかる。
また、最大ピーク周波数（図６（ｇ））は、四角の点を実線で繋いだ折れ線（内部剥離なし）の場合、１〜１．５ｋＨｚと低いが、丸の点を実線で繋いだ折れ線（内部剥離あり）の場合、６．６〜７．５ｋＨｚと高い。これにより剥離の有無が分かる。
ただし、上記の第１方法では、センサ１４の設定位置がある位置に固定であるのに対して、実際の検査対象物Ａでは内部欠陥の位置は不明である。そしてセンサ１４の設定位置が内部欠陥の位置から離れるに従ってＡＥシグナルは次第に弱くなる。（例えば、内部欠陥の位置からセンサ１４の設定位置が１８０ｍｍ以上離れると、基準体ＢのＡＥシグナル結果に近似する。）それ故、この方法では検査対象物Ａに対して細かく検査区画（例えば、１８０ｍｍ以下の正方形を１検査区画とする。）を設定し、それぞれにおいて検査を行うことになる。
なお、ここでは高導電性材料１１ａに非導電性材料１１ｂを接着した接合体１１を使用したが、高導電性材料１１ａに低導電性材料１１ｃを接着した接合体１１、低導電性材料１１ｃに非導電性材料１１ｂを接着した接合体１１、低導電性材料１１ｃの積層体１１’でも同様の傾向が得られる。
測定の第２方法としては、センサ１４と発信コイル１２とを一定の間隔を保ちながら、センサ１４と発信コイル１２とを検査対象物Ａ、標準体Ｂ上を検査面に沿って移動させ、第１方法と同じ解析を行った。
第２方法では、センサ１４と発信コイル１２との距離が一定であるので、その距離を保ちながら両者を測定面上を移動させれば、基準体Ｂの場合は、そのAEシグナル強度はほぼ一定を保つが、測定対象物Ａの場合は内部欠陥の近傍でAEシグナル強度が変化する。
この点は積層体１１’における内部欠陥位置の検出も同様である。

接合体１１の金属ライナーＲの厚み測定と同金属ライナーＲの亀裂検出を次に示す。基準の板厚を有する金属ライナーＲに非（又は低）導電性材料１１ｂ（１１ｃ）を接着した接合体１１と、基準の板厚より薄い金属ライナーＲに非（又は低）導電性材料１１ｂ（１１ｃ）を接着した接合体１１とを用意し、上記のようにパルス磁場を印加してその弾性波を検出する。
図７（ａ）は、ＡＥシグナルの波形であり、同図（ｂ）はこれらをフーリエ変換して周波数領域の波形を求め、周波数領域の波形を比較したものである。
図７（ａ）から、板厚が小さいものほど弾性波の反射のためにＡＥシグナルのピーク値のインターバルが短くなる。そしてこのピーク値間隔から板厚（減肉）の程度が分かる。
図７（ｂ）からは、最大ピークのＦＦＴスペクトルが変化し、場合によっては半値幅が広がることが観察され、亀裂の存在が推測される。
なお、ライナーＲとして低導電性材料１１ｃを用い、外殻材Ｇとして非導電性材料１１ｂを接合した接合体１１も上記と同じ傾向が現れる。

Ａ：検査対象物、Ｂ：基準体、Ｇ：外殻体、Ｈ：隙間、Ｌ：距離、Ｎ：内部剥離、Ｐ：境界剥離、Ｒ：内層体（ライナー）Ｓ：接着接合部分、Ｗ：疲労亀裂、１０：非破壊検査装置、１１：接合体、１１’：積層体、１１ａ：高導電性材料、１１ｂ：非導電性材料、１１ｃ：低導電性材料、１２：発信コイル、１３：電源部、１４：センサ、１５：計測部

Claims (9)

1. 高導電性材料に非導電性材料又は低導電性材料のいずれかを接着した接合体を検査対象物とし、該検査対象物にパルス磁場を照射して該パルス磁場によって前記高導電性材料に渦電流を誘起させ、該渦電流と前記パルス磁場との相互作用力により前記高導電性材料を励振させて前記高導電性材料を音源とする弾性波を発生させ、該弾性波を前記非導電性材料側又は低導電性材料側で検出し、然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体における基準弾性波の波形とを下記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物内部の欠陥の有無を推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。
   （イ） 前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物の弾性波の波形に現れる音の強度の差
   （ロ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物の弾性波の波形の時間ずれ
   （ハ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物の弾性波の波形の減衰状態
   （ニ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物の弾性波の波形の周波数
2. 低導電性材料に非導電性材料を接着した接合体を検査対象物とし、該検査対象物にパルス磁場を照射して該パルス磁場によって前記接合体の低導電性材料に渦電流を誘起させ、該渦電流と前記パルス磁場との相互作用力により前記低導電性材料を励振させて前記低導電性材料を音源とする弾性波を発生させ、該弾性波を前記非導電性材料側で検出し、
   然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体における基準弾性波の波形とを下記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物内部の欠陥の有無を推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。
   （イ） 前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物の弾性波の波形に現れる音の強度の差
   （ロ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物の弾性波の波形の時間ずれ
   （ハ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物の弾性波の波形の減衰状態
   （ニ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物の弾性波の波形の周波数
3. 検査対象物である低導電性材料の積層体にパルス磁場を照射して該パルス磁場によって前記積層体に渦電流を誘起させ、該渦電流と前記パルス磁場との相互作用力により前記積層体の全体を励振させて弾性波を発生させ、該弾性波を前記積層体の表面にて検出し、
   然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体における基準弾性波の波形とを下記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物内部の欠陥の有無を推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。
   （イ） 前記基準弾性波の波形に現れる音の強度と、検査対象物の弾性波の波形に現れる音の強度の差
   （ロ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物の弾性波の波形の時間ずれ
   （ハ） 前記基準弾性波の波形に対する検査対象物の弾性波の波形の減衰状態
   （ニ） 前記基準弾性波に波形に対する検査対象物の弾性波の波形の周波数
4. パルス磁場発生用の発信コイルを前記検査対象物である接合体又は積層体に対して相対的に移動させ、固定箇所に設けたセンサで前記弾性波を複数箇所にて検出し、然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体における基準弾性波の波形とを前記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物Ａ内部の欠陥の位置を推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。
5. パルス磁場発生用の発信コイルとセンサとを一定の間隔を保ちつつ前記検査対象物である接合体又は積層体に対して相対的に移動させ、前記発信コイルと共に移動するセンサで前記弾性波を複数箇所にて検出し、然る後、前記弾性波の波形と予め入手した内部欠陥のない基準体における基準弾性波の波形とを前記（イ）〜（ニ）の内の１又は複数の項目を選択し、選択された項目の結果を比較して、該検査対象物Ａ内部の欠陥の位置を推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。
6. 請求項１に記載の検査対象物にパルス磁場を照射し、前記照射箇所からの弾性波を検出して前記弾性波のピーク値の間隔を測定し、
   この弾性波のピーク値の間隔と、予め入手した基準板厚を有する基準体における基準弾性波のピーク値の間隔とを比較し、
   前記基準弾性波のピーク値の間隔に対する検査対象物のピーク値の間隔の変動により、検査対象物の高導電性材料の厚みを推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。
7. 請求項２に記載の検査対象物にパルス磁場を照射し、前記照射箇所からの弾性波を検出して前記弾性波のピーク値の間隔を測定し、
   この弾性波のピーク値の間隔と、予め入手した基準板厚を有する基準体における基準弾性波のピーク値の間隔とを比較し、
   前記基準弾性波のピーク値の間隔に対する検査対象物のピーク値の間隔の変動により、検査対象物の低導電性材料の厚みを推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。
8. 請求項３に記載の検査対象物にパルス磁場を照射し、前記照射箇所からの弾性波を検出して前記弾性波のピーク値の間隔を測定し、
   この弾性波のピーク値の間隔と、予め入手した基準板厚を有する基準体における基準弾性波のピーク値の間隔とを比較し、
   前記基準弾性波のピーク値の間隔に対する検査対象物のピーク値の間隔の変動により、検査対象物である積層体の厚みを推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の弾性波をＦＦＴ解析してＦＦＴスペクトルを入手し、
   予め入手した基準体における基準ＦＦＴスペクトルと、前記検査対象物のＦＦＴスペクトルとを比較し、内部欠陥の有無や内部欠陥の位置或いは接合体の内層材の板厚や積層体の板厚を推定することを特徴とする電磁パルス音響非破壊検査方法。

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