JP2539091B2 - 浸炭部の測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はパイプ状の金属材料内面に発生する浸炭部を
非破壊的に計測する浸炭測定方法に関する。

（発明の背景） 石油化学工業におけるエチレン製造工程では、クラッ
キングチューブ中に原料ナフサを通過させ、チューブ中
にて原料ナフサを高温高圧下に熱分解してエチレン等を
回収している。

このクラッキングチューブに使われる材料として、例
えばHP材（Fe−25Cr−35Ni）が挙げられる。

クラッキングチューブは、長時間使用されるうちに、
反応に伴って生成されたカーボンがチューブ内面に付着
し、これが金属内部に拡散して浸炭が発生する。この浸
炭部はチューブの延性低下を招来するため、安全で円滑
な操業を維持するためには浸炭検査を定期的に実施し、
チューブ内面部の浸炭の有無及びその進行状況を的確に
把握することが必要である。

クラッキングチューブの管内面に発生した浸炭部を測
定する装置として、これまで磁気に利用した種々の装置
が提案されている。これらの装置は、チューブ本体は非
磁性であるのに対し、浸炭部は磁性であることを利用す
るもので、磁石から発せられた磁力線が磁性部によって
変化する量を検出するものである。

第３図は、肉厚8mm、外径122mmのHP材を外表面から検
査し、磁力線の変化を測定した後、HP材を切断して断面
を王水を用いて腐蝕させ、浸炭層と健全部との腐蝕差に
より健全部厚さを測定し、グラフにしたものである。通
常は浸炭の進行に伴ない、磁力線は大きく変化する一定
の傾向に示しており、これによってクラッキングチュー
ブを交換すべきか否かの判定に用いることが出来る。

ところが、５年８ヶ月の長期間使用されたクラッキン
グチューブを検査した折、Ａ領域で示すように浸炭層は
発生していなかったにも拘わらず、磁力線が変化する場
合があった。

この現象は次のように理解される。即ちチューブ全体
が高温にさらされるため、管の外表面が脱炭、窒化等に
よって変質し、変質層を形成したからである。

この変質層は厚さは左程でないが磁性を有し、しかも
管の外表面に存在しているから、検出装置の検出部に影
響を与え、磁力線を変化させたのである。

（解決しようとする問題点） 管の外表面に変質層が形成されると、磁力線による検
査の際、磁力線の変動は管内面の浸炭によるものと誤認
するおそれがある。

本願発明者等は、第９図に示すヨーロッパ公開特許第
193168号公報に開示する方法によって、浸炭部の存在が
判断できる測定装置を提案した。

この装置は、磁石（12）の磁極を被検材に対し平行に
して、この磁石（12）をケース（10）中に配備し、磁極
間にて磁石（12）の磁力線と平行にホール素子（40）を
配置したものである。この装置は被検材表面に発生する
磁性変質層の影響を受けないで浸炭部を測定できる利点
があった。

しかし浸炭部が層状に拡がっている場合、誤動作する
問題があるため、第２磁石（16）とその磁極に近接して
磁力線と交叉する様に第２ホール素子（42）を配置し、
２つのホール素子（40）（42）の出力を見較べて浸炭部
の拡がりを判断せねばならなかった。

第２ホール素子（42）は被検材表面の磁性変質層の影
響を受けるから、これと対処するには、対象位置に第３
ホール素子を設けると共に、被検材と同じ材料で製った
ダミー片を備えねばならず、該装置は取扱い不便なた
め、改良が望まれていた。

発明者等は、磁力線の変化によって浸炭層の有無を検
出する方法を鋭意研究した。その結果、検査対象物に対
して磁石のNS磁極を第５図の如く水平に配置した場合
と、第６図の如く垂直に配置した場合では、磁力線変化
の状況が異なることを見出した。

第５図の実験は、鉄片（36）をチューブ内表面に発生
し浸炭部に相当するとして、鉄片（36）の上方に磁石
（12）を配置して、鉄片（36）からの距離ｄをチューブ
の健全層の厚さであると想定し、両磁極は、磁石中心と
鉄片（36）を結ぶ直線に対し直交する様に配置した。

磁石（14）の中央に磁力線と交叉する様にホール素子
（14）を配置して、鉄片（36）の距離ｄによって、ホー
ル素子（14）の起電力が変化する様子を測定し、磁束密
度変化率を求めた。

鉄片は、直径9.5mm、厚さ2.3mmの円盤である。鉄片
（36）が無い場合、ホール素子（14）と交叉する磁束の
磁束密度は、Bo＝65ガウスである。

鉄片（36）をホール素子から距離ｄだけ離して配置し
たときの、ホール素子と交叉する磁束密度をBdとする。

磁束密度化率は として、得られる。

この実験の結果、第5a図に示す如く、鉄片（36）によ
る磁力線への影響は肉厚6mm以上に及んでいることが判
る。

第６図は、磁石（16）の両磁極の方向が鉄片（36）を
通る様に磁石の配置し、ホール素子（18）を磁極から放
射される磁極線と交叉する様に配置した。磁石（16）な
第５図の磁石（12）と同じものであるが、ホール素子
（18）と交叉する磁束密度はBo＝700ガウス、その他の
条件は第５図の実験と同じである。

この実験の結果、第6a図に示す如く、磁力線はチュー
ブの肉厚内部には殆んど浸透せず、表面から深さ4mm以
上では磁束密度変化は無かった。

この２つの実験によって、磁石は検査すべきチューブ
壁と平行に配置すると、磁力線はチューブの肉厚の深く
まで浸透するが、磁石をチューブ壁に対し垂直に立てる
と、磁力線はチューブ壁への浸透は浅いことが判る。

第７図は、第５図の実験において、鉄片（36）から距
離ｄの高さに薄鉄板（38）を配置したものである。

薄鉄板（38）はチューブの外表面に形成された変質層
に相当する。

ホール素子（14）と交叉する磁束密度Bo＝36ガウスで
あった。

薄鉄板（38）が存在しても、磁力線はチューブの表面
から2mm以上に浸透していることが判る。

第８図の実験は、第６図において、鉄板（36）から距
離ｄの位置に薄鉄板（38）を配置したものである。

ホール素子（18）と交叉する磁束密度Bo＝1300ガウス
であった。

磁力線は、薄鉄板（38）の存在によって、チューブ表
面から2mm以上には殆んど浸透していないことが判る。

以上の実験によって、次の結論が得られる。

a. 磁石（12）を、被検材の表面と平行に配置すること
によって、浸炭層及び変質層の夫々の影響を合計した影
響による磁束密度の変化を測定することが出来る。

b. チューブ表面と垂直に磁石（16）を配置することに
よって、変質層のみの影響による磁束密度の変化を測定
することが出来る。

２つの測定データを情報処理することによって、浸炭
層単独による磁力線の変化を出力出来るのである。

（発明の目的） 本発明は、被検材の表面に変質層がたとえ形成されて
いても、支障なく浸炭層の有無を検査できる方法を明ら
かにすることを目的とする。

（発明の構成） 本発明の浸炭部測定方法は、 被検材表面に対して磁石（12）の両磁極を水平に配置
して磁極中間部の磁束密度を測定する工程と、 被検材表面に対して磁石（16）の両磁石を垂直に配置
して磁極から放射される磁束密度を測定する工程と、 上記２つの工程の測定データを信号処理して、測定デ
ータの差信号を出力する工程 とによって、被検材表面に形成された磁性層の影響を消
化し、浸炭部のみによる磁束密度の変化を出力すること
により、浸炭部の発生及び浸炭の進行を検出するもので
ある。

（作用効果） 第１工程によって、被検材の外表面近傍の変質部及び
内面の浸炭部の両者の影響による磁束密度変化を測定
し、第２工程によって、被検材の外表面近傍の変質部に
よる磁束密度変化を測定し、２つの測定値の出力差を演
算することによって、浸炭部単独による影響を測定でき
る。

ダミー片を設ける必要がなく、浸炭部の発生が局部的
でも、拡がっている場合でも、正しく表示できる。

（実施例） 以下の説明及び図面の開示は、本発明の理解を容易に
するためのものであるから、特許請求の範囲を狭く解釈
するために用いるべきではない。

第１図に示すように、本発明は真鍮或いはアルミニウ
ムの如き非磁性材料で作られたケース（10）中へ、磁気
測定する第１検出手段（１）と第２検出手段（２）が、
所定間隔離して配置され、ケース（10）中には、熱可塑
性樹脂（図示せず）を充填して固化し、第１、第２検出
手段（１）（２）を動かない様にケース中に固定してい
る。

第１図に示すように、第１検出手段（１）と第２検出
手段（２）は、情報処理回路（20）に接続され、該回路
には出力を表示する計器（28）が必要に応じて接続され
る。

第１検出手段（１）は、第２図に示す如く、ケース
（10）内に永久磁石（12）を配備し、該磁石のＮ極とＳ
極との中間部の磁場内に、磁石から放射される磁力線の
方向と交叉するようにホール素子（14）を配置してい
る。ホール素子（14）は増幅器（22）を通じて情報処理
回路（20）に接続される。

第２検出手段（２）は、保護ケース（10）内に永久磁
石（16）を配備し、該磁石の両磁性をケース（10）の検
査面（11）と略直交する方向に向けて取り付ける。

磁石の一方の磁極前方にて、ホール素子（18）が磁極
から放射される磁力線と交叉する様に配備する。ホール
素子（18）は増幅器（24）を通じて情報処理回路（20）
に接続される。

第１検出手段（１）の磁石（12）は、Sm−Co磁石であ
って、4200ガウス、横15mm、縦10mm、長さ20mmの断面矩
形を用いた。

第２検出手段（２）の磁石（16）は、フエライト磁石
であって、1000ガウス、直径6mm、長さ10mmの断面円形
を用いた。

装置の検査面（11）を、被検材であるクラッキングチ
ューブ（30）の外表面に当て、両磁石（12）（16）の夫
々の磁束密度の変化を検知することにより、被検材（3
4）の内部に存在する浸炭部（32）を測定するものであ
る。

なお、第１検出手段（１）及び第２検出手段（２）に
おいて、磁石は永久磁石に代えて電磁石を使用してもよ
い。

情報処理回路（20）は、減算器（26）を含んでおり、
第１検出手段（１）の出力Ｘと第２検出手段（２）の出
力Ｙとの差が計算され、その差を表わす出力Ｘ−Ｙが計
器に表示される。

第１、第２検出手段（１）（２）のホール素子（14）
（18）は、夫々の磁石からの磁力線と交叉する様に配置
されているから、常時起電力を発生している。

被検材（30）の測定に際して、測定装置のケース（1
0）を被検材表面から約1mmの高さに接近させて、被検材
に沿って移動させると、被検材が浸炭部、変質層を形成
していない健全状況のときは、磁力線の状況は変らず、
ホール素子（14）（18）の起電力は一定である。

被検材に変質層、浸炭部が形成されている場合、ケー
ス（10）が被検材の外表面に形成された変質層（34）に
接近すると、変質層（34）の磁性に影響されて第２検出
手段（２）のホール素子（18）と交叉する磁束密度は増
加する。

一方、第１検出手段（１）においては、磁石（12）か
ら放射される磁力線は変質層（34）へ引き寄せられるか
ら、磁石（12）の中間部におけるホール素子（14）と交
叉する磁束密度は低下する。

又、ケース（10）が被検材の内面に形成された浸炭部
（32）に接近すると、第２検出手段（２）のホール素子
（18）と交叉する磁束密度には変化はないが、第１検出
手段（１）の磁石（12）からの磁力線は浸炭部（32）に
向かって集まり、磁石（12）の磁極間ではホール素子
（14）と交叉する磁束密度は低下するから、第１検出手
段（１）のホール素子（14）の起電力は大きく変化す
る。

本発明に係る装置を用いて、内面に浸炭部を有し、外
表面に変質層を形成した被検材（肉厚10mmのクラッキン
グチューブ）を測定した結果を第４図に示す。

本発明に係る装置の場合、被検材外表面には、変質層
が存在する領域と、存在しない健全な領域とが混在して
いるにも拘らず、外表面から内面の浸炭部に至る距離
と、計器の読みとの間に良好な相関関係を示している。

本発明の測定装置は、クラッキングチューブのよう
に、外表面に窒化、脱炭等による磁性変質層、内面に浸
炭部が形成された被検材を、外側から非破壊的に測定す
るのに適している。

本発明は上記実施例の構成に限定されることはなく、
当業者であれば、特許請求の範囲に記載の範囲で種々の
変形が可能であることは勿論である。例えばホール素子
（14）（18）に代えて、その他の磁気検出センサーを用
いることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の概略を示す説明図、 第２図は本発明装置の使用状況を示す正面図、 第３図及び第４図は、被検材を測定したときの、健全部
厚さと磁力線変化を示すグラフであって、第３図は従来
方法によるもの、第４図は本発明方法によるものを示
す、 第５図、第７図は第１検出部の実験状況を示す説明図、
第5a図、第7a図は、同上における被検材表面からの深さ
による磁束密度変化を示すグラフ、 第６図、第８図は、第２検出部の実験状況を示す説明
図、第6a図、第8a図は、同上における被検材表面からの
深さによる磁束密度変化を示すグラフ、第９図は出願人
が以前提案した従来装置の概略図である。 （１）……第１検出手段、（２）……第２検出手段 （10）……ケース、（12）（16）……磁石 （14）（18）……ホール素子 （20）……情報処理回路、（26）……減算回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】パイプ状の被検材の内面に、浸炭部の発生
   を検査する方法に於いて、 被検材表面に対して磁石の両磁極を水平に配置して磁極
   中間部の極束密度を測定する工程と、 被検材表面に対して磁石の両磁極を垂直に配置して磁極
   から放射される磁束密度を測定する工程と、 上記２つの工程の測定データを信号処理して、測定デー
   タの差信号を出力する工程 とによって、被検材表面に形成された磁性層の影響を消
   去し、被検材深部に発生した浸炭部のみによる磁束密度
   の変化を出力することを特徴とする浸炭層の測定方法。