JP2666301B2 - 磁気探傷法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は被検査材、例えば鋼管の内外面に発生する欠
陥を高精度で検出し得るようにした磁気探傷法に関する
ものである。 （従来の技術） 従来から、被検査材例えば鋼管の内外面に発生する欠
陥を探傷する方法としては、超音波を用いた超音波探傷
法、電磁誘導法を適用した渦電流探傷法、鋼管を磁化し
て欠陥部から漏洩する磁束を検知する磁気探傷法、ある
いは鋼管にＸ線を照射してその透過量の変化から欠陥を
検出するＸ線探傷法等の方法がある。 第８図は、磁気探傷法の原理を示す概要構成図であ
る。第８図において、１は電磁石、２は鋼管等の被検査
材、３は被検査材２に存在する欠陥部、４は磁気センサ
ー、５は直流磁化電源、６は電磁石ヨーク、７は欠陥部
３から発生する漏洩磁束を夫々示すものである。 第８図を用いて、磁気探傷法の原理を説明する。すな
わち、電磁石１の電磁石ヨーク６の上側に被検査材２を
セットし、直流磁化電源５から直流電流を供給して被検
査材２を磁化すると、欠陥部３は健全部と比較して磁気
抵抗が大きいため、欠陥部３から漏洩磁束７が発生す
る。この漏洩磁束７の一部は、被検査材２の上側にも漏
洩する。そこで、磁気センサー４を図示矢印方向に移動
して欠陥部３上を通過させると、欠陥部３から発生する
漏洩磁束７に比例した信号電圧が磁気センサー４にて得
られる。そして、この磁気センサー４にて得られた信号
電圧を、メーターあるいは記録計等で計測することによ
り、被検査材２に存在する欠陥を間接的に検出すること
ができる。なお、この磁気探傷法の公知技術の詳細な内
容については、例えば“非破壊検査便覧（非破壊検査協
会編）の第IV編（573頁〜644頁）”に開示されている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述したような従来の磁気探傷法で
は、次に述べるような問題がある。すなわち、被検査材
２に仮に欠陥部３が存在していなくとも、機械加工歪み
や熱歪みが存在すると、これらの歪みにより磁気抵抗が
健全部と比較して増減することから、ノイズ電圧が発生
してS/N比を低下させる。このため、高精度の探傷を行
なうことが不可能となってしまう。 本発明は上記のような問題を解決するために成された
もので、機械加工歪みや熱歪みによるノイズ電圧を除去
し極めて高精度の探傷を行なうことが可能な磁気探傷法
を提供することを目的とする。 （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、被検査材を
磁化し、欠陥部から発生する漏洩磁束を磁気センサーで
検知して欠陥を検出する磁気探傷法において、単一の磁
化手段により交流磁化を行い、磁気センサーからの欠陥
信号電圧を機械加工歪みや熱歪みによるノイズ信号電圧
で除した値が欠陥信号を抽出するのに適する少なくとも
１を越える値となる位相にて、磁気センサーからの出力
信号電圧を同期検波することにより、欠陥信号を抽出す
るようにしている。 （作用） 本発明においては、被検査材を交流磁化し、これによ
って欠陥部から発生する漏洩磁束を磁気センサーで検知
し、その出力信号を位相解析することにより、ノイズ電
圧を分離除去して欠陥信号のみを抽出するようにしてい
る。従って、S/N比を向上させて、被検査材の欠陥を高
感度で検出することが可能となる。 本発明は、被検査材の磁気探傷法を行なう際に、被検
査材を磁化する時に交流磁界を用い、交流磁束の被検査
材への浸透深さによって磁束の位相が変化することに着
目して、欠陥による欠陥信号の電圧と擬似ノイズの電圧
との位相差を解析し、擬似ノイズを分離除去するもので
ある。 第１図は、本発明による磁気探傷法の基本原理を示す
構成図である。第１図に示すように、電磁石８の電磁石
ヨーク９の上側に被検査材10をセットし、交流磁化電源
11から交流電流を供給して被検査材10を磁化する。この
条件の下で、磁気センサー12を図示矢印方向に移動して
欠陥部13を通過させると、欠陥部13による漏洩磁束14が
磁気センサー12と交差して欠陥信号が得られる。次に、
磁気センサー12をさらに移動して機械歪み部15下を通過
させると、機械歪みによる漏洩磁束が発生しているの
で、磁気センサー12にノイズ電圧が発生する。これらの
欠陥信号，ノイズ電圧は、信号増幅器16で所期値に増幅
される。そして、この信号増幅器16からの出力電圧は信
号電圧ベクトル解析器17に入力され、交流磁化電源11の
基準電圧と比較することにより、信号電圧ベクトル解析
器17の出力端子に、Ｘ成分（es cos θ）とＹ成分（es
sin θ）の両成分に分解して出力される。 第２図は、欠陥と局部的な機械歪みによるノイズ電圧
の位相特性を示すものである。第２図に示すように、欠
陥信号の電圧と機械歪みによるノイズ電圧の振幅値の絶
対値を比較すると、ノイズ電圧の方が欠陥信号の約1.4
倍も大きい。しかし、位相特性を考慮すると、基準電圧
信号と同相時，欠陥信号はノイズ電圧と比較して２倍も
大きい値である。従って、信号増幅器16からの出力電圧
を位相解析することにより、S/N比の向上を図ることが
可能となる。すなわち、割れや孔欠陥における磁気抵抗
と電気抵抗が、被検査材の健全部と比較して極端に大き
いために、漏洩磁束の位相は変化しないと考えられる。 （実施例） 以下、上述のような考え方に基づく本発明の一実施例
について図面を参照して説明する。 第３図は、本発明による磁気探傷法を実現するための
一実施例を示す構成図である。第３図において、18は電
磁石、19は電磁石ヨーク、20は被検査材、21は磁気セン
サー、22は信号増幅器、23は同期検波器、24は交流磁化
電源、25は移相器を夫々示すものである。 第３図を用いて磁気探傷法を説明する。すなわち、電
磁石18の電磁石ヨーク19の上側に被検査材20をセット
し、交流磁化電源24から交流電流を供給して被検査材20
を磁化する。ここで、もし被検査材20に欠陥が存在する
と、当該欠陥部から交流の漏洩磁束が発生する。この漏
洩磁束を、磁気センサー21で電気信号に変換する。この
電気信号に変換された出力電圧は、信号増幅器22に入力
されて所期値に増幅された後、同期検波器23に入力され
る。一方、同期検波器23には交流磁化電源24の電圧が、
移相器25を介し基準電圧として入力されている。そして
同期検波器23で、信号増幅器22からの出力電圧と，交流
磁化電源11の基準電圧とを比較することによって、同期
検波器23の出力端子には、両信号電圧の位相差θと、信
号増幅器22の出力電圧esに対応した出力（es cos θ）
が得られる。従って、移相器25の基準電圧の位相をノイ
ズ電圧の位相と90度差に調整することにより、ノイズ電
圧は除去され、欠陥信号のみを高いS/N比で検出するこ
とができる。 上述したように本実施例では、被検査材20を磁化し、
欠陥部から発生する漏洩磁束を磁気センサー21で検知し
て欠陥を検出する場合に、磁化方法として交流磁化電源
24による交流磁化を使用し、磁気センサー21で得られた
信号電圧を信号増幅器22を介して、同期検波器25で位相
解析して欠陥信号を抽出するようにしたものである。 従って、欠陥信号電圧とノイズ電圧との位相差によ
り、欠陥信号を分離して検出できるため、機械加工歪み
や熱歪みによるノイズ電圧を除去し、S/N比を向上させ
て極めて高精度に欠陥の探傷を行なうことが可能とな
る。因みに、本実施例の方法では従来方法に比較して、
S/N比を５倍以上向上させることができる。 第４図は、ボイラチューブ等に使用するシームレスパ
イプの探傷法に適用した場合の具体的な構成例を示すも
のである。すなわち第４図において、被検査材（シーム
レスパイプ）26に電極P₁,P₂を介して、交流磁化電源27
から交流電流を供給する。また、被検査材26の中空部内
に磁気センサー28を挿入して、被検査材26の中空部内を
走行させる。ここで、もし被検査材26に欠陥，あるいは
機械歪みや熱歪みが存在すると、被検査材26の中空部内
に交流の漏洩磁束が発生する。この漏洩磁束を、磁気セ
ンサー28で電気信号に変換し、信号増幅器29に入力す
る。そして、この信号増幅器29で約100倍〜1000倍に増
幅した後、同期検波器30に入力する。一方、同期検波器
30には交流磁化電源27の電圧を、移相器31を介し基準電
圧として入力している。そして同期検波器30で、信号増
幅器29からの出力電圧と，交流磁化電源27の基準電圧と
を比較することによって、同期検波器30の出力端子に
は、両信号電圧の位相差θと、信号増幅器29の出力電圧
esに対応した出力（es cos θ）が得られる。従って、
移相器31の基準電圧の位相をノイズ電圧の位相と90度差
に調整することによってノイズ電圧が除去されるため、
同期検波器30の出力電圧を図示しない記録計等で記録す
ることにより、被検査材26であるシームレスパイプの欠
陥を、高いS/N比で探傷することが可能である。 第５図は、シームレスパイプを探傷し、基準電圧（移
相器31の出力電圧）の位相に対するS/N比をプロットし
た特性を示すものである。第５図に示すように、基準電
圧の位相を０度または180度に設定すると、S/N比が向上
する。因みに、前述した従来の方法による信号電圧の振
幅値でのS/N比は約0.4である。従って、本磁気探傷法を
適用することにより、S/N比を約５倍向上することが実
証できた。 尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
次のようにしても同様に実施することができるものであ
る。 第６図は、本発明による磁気探傷法を実現するための
その他の構成例を示すものである。第６図において、
C₁,C₂,C₃,C₄は円環状の鉄心に、その円周方向に４個に
分割して夫々巻回されたトロイダルコイルで、これらに
より磁気センサーを構成している。また、32a,32b,32c,
32dは各々のトロイダルコイルC₁,C₂,C₃,C₄からの信号電
圧を所期値に増幅する信号増幅器、33は図示しない交流
磁化電源の電圧を入力とする移相器、34a,34b,34c,34d
は各々の信号増幅器32a,32b,32c,32dからの出力電圧
と、移相器33からの基準電圧とを比較して移相解析を行
なう同期検波器である。 さて、かかる構成のトロイダルコイル型の磁気センサ
ーを、前述した第４図の被検査材26の中空部内に、第７
図（ａ）に示すように挿入して当該中空部内を走行させ
る。ここで、もし被検査材26に欠陥が存在すると、被検
査材26の中空部内に円周漏洩磁束が発生するので、この
円周漏洩磁束がトロイダルコイルC₁,C₂,C₃,C₄からなる
磁気センサーと交叉し、欠陥に近いトロイダルコイルに
より大振幅の欠陥信号が誘起される。そして、当該トロ
イダルコイルからの欠陥信号が、これに対応した信号増
幅器に入力される。この欠陥信号は信号増幅器で増幅し
た後、これに対応した同期検波器に入力される。一方、
この同期検波器には移相器33からの基準電圧も入力され
ている。そして、当該同期検波器で対応した信号増幅器
からの出力電圧と、移相器33からの基準電圧とを比較す
ることによって、同期検波器の出力端子には、両信号電
圧の位相差と、信号増幅器の出力電圧に対応した出力が
得られる。 この場合、欠陥と４個のトロイダルコイルC₁,C₂,C₃,C
₄との被検査材との円周方向との相対角度αに対する検
出感度は、第７図（ｂ）に示すような特性となる。従っ
て、被検査材の円周方向のどの部分に欠陥が存在してい
ても、４個のトロイダルコイルC₁,C₂,C₃,C₄の誘起電圧
を計測することにより、当該部分の欠陥を確実に検出す
ることができる。 以上のように本実施例では、前述の実施例と同様に、
機械加工歪みや熱歪みによるノイズ電圧を除去し、S/N
比を向上させて極めて高精度に欠陥の探傷を行なうこと
が可能である。また、磁気センサーを、円周方向に４個
に分割されたトロイダルコイルから構成しているので、
被検査材の軸方向への厚みが１〜2mmと極めて小さく、
シームレスパイプ等の曲管の探傷への適用も可能であ
る。さらに、磁気センサーをコイル方式としているの
で、温度変化等による出力電圧のドリフトが無く、経時
変化特性が良好でかつ耐久性も優れている。 （発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、被検査材を磁化
し、欠陥部から発生する漏洩磁束を磁気センサーで検知
して欠陥を検出する場合に、磁化方法として交流磁化を
使用し、磁気センサーからの出力信号を位相解析して欠
陥信号を抽出するようにしたので、機械加工歪みや熱歪
みによるノイズ電圧を除去し極めて高精度の探傷を行な
うことが可能な磁気探傷法が提供できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による磁気探傷法の基本原理を示す構成
図、第２図は第１図における欠陥と局部的な機械歪みに
よるノイズ電圧の位相特性を示す図、第３図は本発明に
よる磁気探傷法を実現するための一実施例を示す構成
図、第４図はシームレスパイプの探傷法に適用した場合
の具体的な構成例を示す図、第５図は第４図における基
準電圧の位相に対するS/N比の特性を示す図、第６図は
本発明による磁気探傷法を実現するための他の実施例を
示す構成図、第７図（ａ）（ｂ）は第６図における磁気
探傷法を夫々説明するための図、第８図は従来の磁気探
傷法の原理を示す概要構成図である。 ８……電磁石、９……電磁石ヨーク、10……被検査材、
11……交流磁化電源、12……磁気センサー、13……欠陥
部、14……漏洩磁束、15……機械歪み部、16……信号増
幅器、17……信号電圧ベクトル解析器、18……電磁石、
19……電磁石ヨーク、20……被検査材、21……磁気セン
サー、22……信号増幅器、23……同期検波器、24……交
流磁化電源、25……移相器、26……被検査材（シームレ
スパイプ）、P₁,P₂……電極、27……交流磁化電源、28
……磁気センサー、29……信号増幅器、30……同期検波
器、31……移相器、C₁,C₂,C₃,C₄……トロイダルコイ
ル、32a,32b,32c,32d……信号増幅器、33……移相器、3
4a,34b,34c,34d……同期検波器。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．被検査材を磁化し、欠陥部から発生する漏洩磁束を
   磁気センサーで検知して欠陥を検出する磁気探傷法にお
   いて、単一の磁化手段により交流磁化を行い、磁気セン
   サーからの欠陥信号電圧を機械加工歪みや熱歪みによる
   ノイズ信号電圧で除した値が欠陥信号を抽出するのに適
   する少なくとも１を越える値となる位相にて、磁気セン
   サーからの出力信号電圧を同期検波することにより、欠
   陥信号を抽出するようにしたことを特徴とする磁気探傷
   法。 ２．磁気センサーは、トロイダルコイルである特許請求
   の範囲第（１）項記載の磁気探傷法。 ３．トロイダルコイルを円周方向に複数個に分割し、各
   々のコイルからの出力信号について位相解析して欠陥信
   号を抽出するようにした特許請求の範囲第（２）項記載
   の磁気探傷法。 ４．欠陥信号を抽出するのに適した大きさとなるような
   位相は、ノイズ信号電圧の最大値となる位相と略直交で
   ある特許請求の範囲第（１）項乃至第（３）項のいずれ
   か１項に記載の磁気探傷法。