JP2023136939A - 渦電流探傷装置及び渦電流探傷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査体の対向する位置に導電体が存在する場合であっても、探傷結果の信頼性を損なうことの無い渦電流探傷技術を提供する。【解決手段】渦電流探傷装置１０は、交流磁場を付与して被検査体１５の表面に渦電流を誘起しこの渦電流が作る反作用磁場を検出する第１コイル１１と、この第１コイル１１を挟み被検査体１５の反対側に位置する導電体１６と第１コイル１１との間に設けられる強磁性体１７と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、被検査体の非破壊検査を行う渦電流探傷技術に関する。

導電性材料を被検査体の対象とする渦電流探傷は、交流電流をコイルに供給し被検査体の表面近傍に渦電流を誘起し、この渦電流が作る反作用磁場をコイルで検出する。被検査体の表面近傍に欠陥が存在すると、この欠陥により渦電流の流れが変化する。これに伴い渦電流が形成する反作用磁場の強度や分布の変化を利用し、欠陥の有無が検出される。

渦電流探傷では、被検査体の近傍に導電体が存在する場合、この導電体が検出信号に雑音等の悪影響を与えて探傷結果の信頼性を低下させる場合がある。このような課題に対応するため、コイル配置を工夫して導電体の存在の影響を抑制する装置構成が示されている。

特許第３９８１９６５号公報

しかし、そのような対応で改善効果が得られるのは、被検査体、導電体及びコイルの各形状並びに位置が特定の関係にある事例に限定される。そのような対応で改善効果を得るのが困難な例としては、対向する導電体との隙間にコイルを挿入して被検査体の表面近傍を探傷する事例が挙げられる。この場合、被検査体の近隣に存在する別の導電体の形状変化や欠陥等により、検出信号に対する雑音等の悪影響が避けられず、探傷結果の信頼性の低下が避けられなかった。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、被検査体の対向する位置に導電体が存在する場合であっても、探傷結果の信頼性を損なうことの無い渦電流探傷技術を提供することを目的とする。

実施形態に係る渦電流探傷装置において、検出面から交流磁場を付与し被検査体の表面に渦電流を誘起させこの渦電流が作る反作用磁場を検出する第１コイルと、前記第１コイルを挟んで前記被検査体に対向する導電体と前記検出面の反対側に位置する前記第１コイルの反対面との間に設けられる強磁性体と、を備えている。

本発明の実施形態により、被検査体の対向する位置に導電体が存在する場合であっても、探傷結果の信頼性を損なうことの無い渦電流探傷技術が提供される。

本発明の第１実施形態に係る渦電流探傷装置の断面図。 第２実施形態に係る渦電流探傷装置の断面図。 第３実施形態に係る渦電流探傷装置の断面図。 第４実施形態に係る渦電流探傷装置の断面図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る渦電流探傷装置１０Ａ（１０）の断面図である。渦電流探傷装置１０Ａは、検出面２１から交流磁場を付与し被検査体１５の表面に渦電流を誘起させこの渦電流が作る反作用磁場を検出する第１コイル１１と、この第１コイル１１を挟んで被検査体１５に対向する導電体１６と検出面２１の反対側に位置する第１コイル１１の反対面（第１反対面）２５との間に設けられる強磁性体１７と、を備えている。

このように構成される渦電流探傷装置１０を、被検査体１５と導電体１６が成す隙間に挿入し、走査させる。これにより、第１コイル１１の検出面２１から供給される交流磁場は、被検査体１５に付与されて渦電流を誘起する。そして渦電流探傷装置１０が、欠陥１８ａが存在する表面を通過すると、渦電流は変化し反作用磁場の変化として第１コイル１１に検出される。この反作用磁場の変化を検出した渦電流探傷装置１０の位置が、被検査体１５に存在する欠陥１８ａの位置として認識される。

また、第１コイル１１の反対面２５からも交流磁場が供給されるが、この交流磁場は強磁性体１７により遮蔽され、導電体１６への付与は限定される。その結果、渦電流は強磁性体１７に誘起されるが、導電体１６には殆ど誘起されない。これにより、渦電流探傷装置１０が、欠陥１８ｂが存在する導電体１６の表面を通過しても、強磁性体１７に誘起された渦電流は変化しない。よって、第１コイル１１の反対面２５における反作用磁場の変化は検出されず、導電体１６に存在する欠陥１８ｂが、被検査体１５に存在するものと誤認識されることがない。

各図面に示される第１コイル１１は、渦電流を誘起させる誘起コイル及びこの渦電流が作る反作用磁場を検出する検出コイルが共通に構成される自己誘導形を開示している。しかし、記載を省略するが、渦電流を誘起させる機能を持つ誘起コイル及び反作用磁場を検出する機能を持つ検出コイルがそれぞれ別個に構成される相互誘導形とすることもできる。

第１コイル１１が持つ誘起コイルの機能は、交流電流が供給されることにより、検出面２１とその反対面２５との両面から垂直方向に交流磁場を発生させる。この交流磁場は、導電体でもある被検査体１５及び強磁性体１７に付与されると、この交流磁場を打ち消すように両者の表面近傍に交流の渦電流を誘起させる。このように誘起される渦電流は、被検査体１５及び強磁性体１７が材料として均質である限り、第１コイル１１に対し一定の分布を持つ。

第１コイル１１が持つ検出コイルの機能は、交流の渦電流が作る交流の反作用磁場を鎖交させ、この第１コイル１１に起電力を誘導させることにある。そして、被検査体１５の表面に存在する欠陥１８ａや材質の不均一性によって変化する渦電流の分布を、第１コイル１１のインピーダンスの変化として検出する。

なお、強磁性体１７は、第１コイル１１とともに走査される場合の他に、被検査体１５又は導電体１６の側から固定される場合がある。いずれの場合も、強磁性体１７に誘起される渦電流は、第１コイル１１に対して常に一定の分布を持つために、第１コイル１１を走査させてもインピーダンス変化を起こさない。また、第１コイル１１の反対面２５から発生する交流磁場は、強磁性体１７で遮蔽され導電体１６への供給が抑制されているので、この導電体１６には渦電流が誘起されない。このため、第１コイル１１が導電体１６の欠陥１８ｂの位置にあってもインピーダンスは変化せず、導電体１６の欠陥１８ｂを被検査体１５の欠陥として誤検出することがなくなる。

強磁性体１７の厚さｔ₁は、第１コイル１１により誘起させた渦電流の表皮効果に基づく浸透深さｄよりも厚く形成されている（ｄ＜ｔ₁）。ここで表皮効果とは、交流電流が導体を流れるとき、電流密度が導体の表面で高く、表面から離れると低くなる現象のことである。ここで、渦電流の電流値が表面電流の1/ｅ（約０．３７）になるように定義した浸透深さｄは次式（１）で表される。

ｄ＝√（２ρ／(ωμ)）・・・（１）
ここでρ：強磁性体１７の電気抵抗率、ω：コイルに供給される交流電流の角周波数＝2π×周波数、μ：強磁性体１７の絶対透磁率

このように強磁性体１７の厚さｔ₁が浸透深さｄよりも厚く形成されることで、第１コイル１１の反対面２５から付与された交流磁場は、強磁性体１７に閉じ込められることになる。これにより、この交流磁場は、強磁性体１７により有効に遮蔽されて、導電体１６の表面における渦電流の誘起は抑制される。

さらに強磁性体１７は、その幅Ｗが、第１コイル１１の外径Ｄよりも大きく形成されている。これにより、第１コイル１１の反対面２５からの交流磁場を効果的に遮蔽して、導電体１６への付与をさらに抑制することができる。

（第２実施形態）
次に図２を参照して本発明における第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態に係る渦電流探傷装置１０Ｂ（１０）の断面図である。なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

渦電流探傷装置１０Ｂは、第１コイル１１と強磁性体１７とは一体化して構成されている。このような構成を持つ渦電流探傷装置１０Ｂにおいては、被検査体１５と導電体１６の隙間が、より狭い狭隘部であっても挿入することができる。また、渦電流探傷装置１０Ｂを被検査体１５の表面に走査させる際に、第１コイル１１と共に強磁性体１７も移動させることができる。これにより、よりコンパクトな強磁性体１７を用いて、探傷目的である被検査体１５とは反対側にある導電体１６の欠陥１８ｂの影響を抑制させることができる。

（第３実施形態）
次に図３を参照して本発明における第３実施形態について説明する。図３は第３実施形態に係る渦電流探傷装置１０Ｃ（１０）の断面図である。なお、図３において図１及び図２と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

渦電流探傷装置１０Ｃは、第１コイル１１と強磁性体１７とを第１実施形態と同様に備え、さらに第２コイル１２を備えている。この第２コイル１２は、強磁性体１７と導電体１６との間に配置され、導電体１６の表面に渦電流を誘起させ、この渦電流が作る反作用磁場を検出するものである。

このように渦電流探傷装置１０Ｃが構成されることにより、被検査体１５の欠陥１８ａは第１コイル１１で検出され、導電体１６の欠陥１８ｂは第２コイル１２で検出されることになる。これにより一回の走査で、被検査体１５の欠陥１８ａを検出するだけでなく、導電体１６に存在する欠陥１８ｂも同時に切り分けて検出することができる。

さらに第３実施形態においては、強磁性体１７の厚さｔ₂は、第１コイル１１により誘起された渦電流の表皮効果に基づく第１浸透深さｄ₁と、第２コイル１２により誘起された渦電流の表皮効果に基づく第２浸透深さｄ₂との内、どちらか深い方の浸透深さよりも厚く形成されている（ｄ₁＜ｄ₂＜ｔ₂ あるいは、ｄ₂＜ｄ₁＜ｔ₂）。上式（１）から理解されるように、第１コイル１１及び第２コイル１２に供給される交流電流の周波数が同じであれば、第３実施形態における強磁性体１７の厚さｔ₂は、第１実施形態における強磁性体１７の厚さｔ₁と同じ、あるいはそれ以上であることが望まれる。

このように第３実施形態における強磁性体１７の厚さｔ₂が浸透深さｄ₁と浸透深さｄ₂との内、どちらか深い方の浸透深さよりも厚く形成されることで、第１コイル１１の反対面（第１反対面）２５から付与された交流磁場、及び第２コイル１２の反対面（第２反対面）２６から付与された交流磁場は、共に強磁性体１７に閉じ込められることになる。

これにより、第１コイル１１及び第２コイル１２の各々の反対面２５，２６から供給される交流磁場は、強磁性体１７により有効に遮蔽されることになる。そして、第１コイル１１及び第２コイル１２の各々の検出面２１，２２から供給される交流磁場が、被検査体１５及び導電体１６の各々の表面に供給され欠陥１８ａ及び欠陥１８ｂを、それぞれ切り分けて検出することができる。

（第４実施形態）
次に図４を参照して本発明における第４実施形態について説明する。図４は第４実施形態に係る渦電流探傷装置１０Ｄ（１０）の断面図である。なお、図４において図１，図２，図３と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

渦電流探傷装置１０Ｄは、第１コイル１１と強磁性体１７と第２コイル１２とは一体化して構成されている。このような構成を持つ渦電流探傷装置１０Ｄにおいては、被検査体１５と導電体１６の隙間が、より狭い狭隘部であっても挿入することができる。また、渦電流探傷装置１０Ｄを被検査体１５の表面に走査させる際に、第１コイル１１、第２コイル１２及び強磁性体１７を共に移動させることができる。これにより、コンパクト化した渦電流探傷装置１０Ｄで、対向する被検査体１５及び導電体１６の各々に存在する欠陥１８ａ，１８ｂを、的確に切り分けて検出することができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の渦電流探傷装置によれば、コイルの検出面とは反対側に強磁性体を設けることにより、被検査体の対向する位置に導電体が存在しても、探傷結果の信頼性が損なわれない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ）…渦電流探傷装置、１１…第１コイル、１２…第２コイル、１５…被検査体、１６…導電体、１７…強磁性体、１８ａ，１８ｂ…欠陥、２１…検出面、２５…第１コイルの反対面（第１反対面）、２６…第２コイルの反対面（第２反対面）。

Claims (9)

1. 検出面から交流磁場を付与し被検査体の表面に渦電流を誘起させ、この渦電流が作る反作用磁場を検出する第１コイルと、
   前記第１コイルを挟んで前記被検査体に対向する導電体と前記検出面の反対側に位置する前記第１コイルの反対面との間に設けられる強磁性体と、を備える渦電流探傷装置。
2. 請求項１に記載の渦電流探傷装置において、
   前記第１コイルと前記強磁性体とは一体化して構成される渦電流探傷装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の渦電流探傷装置において、
   前記強磁性体と前記導電体との間に配置され、前記導電体の表面に渦電流を誘起させこの渦電流が作る反作用磁場を検出する第２コイルを備える渦電流探傷装置。
4. 請求項３に記載の渦電流探傷装置において、
   前記第１コイルと前記強磁性体と前記第２コイルとは一体化して構成される渦電流探傷装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載の渦電流探傷装置において、
   前記強磁性体の厚さが、前記第１コイルにより誘起された前記渦電流の表皮効果に基づく浸透深さより厚い渦電流探傷装置。
6. 請求項３又は請求項４に記載の渦電流探傷装置において、
   前記強磁性体の厚さが、前記第１コイルにより誘起された前記渦電流の表皮効果に基づく第１浸透深さと、前記第２コイルにより誘起された前記渦電流の表皮効果に基づく第２浸透深さとの内、どちらか深い方の浸透深さよりも厚い渦電流探傷装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
   前記強磁性体の幅が、前記第１コイルの外径よりも大きい渦電流探傷装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
   前記第１コイルは、前記渦電流を誘起させる誘起コイル及び前記反作用磁場を検出する検出コイルが共通に構成される自己誘導形であるか、前記誘起コイル及び前記検出コイルが別個に構成される相互誘導形である渦電流探傷装置。
9. コイルの検出面から交流磁場を付与し被検査体の表面に渦電流を誘起させ、この渦電流が作る反作用磁場を前記コイルで検出するステップと、
   前記コイルを挟んで前記被検査体に対向する導電体と前記検出面の反対側に位置する前記コイルの反対面との間に強磁性体を設け、前記導電体の表面における渦電流の誘起を抑制するステップと、を含む渦電流探傷方法。

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