JP3461781B2 - Method and apparatus for evaluating creep damage of ferromagnetic structure using alternating current magnetization - Google Patents
Method and apparatus for evaluating creep damage of ferromagnetic structure using alternating current magnetizationInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は強磁性体の構造物の
クリープ損傷を評価する方法および装置に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a method and apparatus for assessing creep damage in ferromagnetic structures.
【０００２】[0002]
【従来の技術】発電設備や化学プラントにおいて高温で
使用される炭素鋼や低合金鋼構造物は、ボイラーチュー
ブなど高温において応力が付加された状態で用いられる
ことが多い。そのため、高温による材料劣化と応力負荷
によりクリープボイドが発生し、それらが成長・合体す
ることで微視き裂となり、最終的に巨視き裂となって破
断に至ることが知られており、クリープ損傷と呼ばれ
る。実際のプラントのクリープ損傷過程は、材料の熱処
理状態などの初期状態、常用温度と圧力に加えてプラン
トの起動停止回数、負荷変動状態などの運転状態で異な
る。そこで、高経年化したボイラーチューブなどの高温
・高圧設備においては、その寿命時期をクリープ損傷度
として評価する方法が望まれている。従来は、このクリ
ープ損傷度評価は、硬さ測定やレプリカ法による金属組
織の観察等が行われてきたが、測定後、直ちにクリープ
損傷度の評価を行うには、困難があり非破壊的に簡便に
評価する方法およびその装置が求められていた。2. Description of the Related Art Carbon steel and low alloy steel structures used at high temperatures in power generation facilities and chemical plants are often used in a state where stress is applied at high temperatures such as boiler tubes. Therefore, it is known that creep voids are generated due to material deterioration and stress load due to high temperature, and they grow and coalesce into microscopic cracks and eventually macroscopic cracks, leading to fracture. Called damage. The actual creep damage process of the plant differs depending on the initial state such as the heat treatment state of the material, the operating temperature and pressure, and the operating state such as the number of times the plant starts and stops and the load fluctuation state. Therefore, in high-temperature and high-pressure equipment such as an aged boiler tube, a method of evaluating the life time as a creep damage degree is desired. Conventionally, this creep damage degree evaluation has been performed by measuring hardness and observing a metal structure by a replica method, but it is difficult and nondestructive to immediately evaluate the creep damage degree after the measurement. There has been a demand for a method and a device for easy evaluation.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、強磁
性体の構造物のクリープ損傷度を非破壊的に評価する方
法および装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method and apparatus for nondestructively evaluating the degree of creep damage of a ferromagnetic structure.
【０００４】上記課題は、接触型プローブを強磁性体の
構造物に接触させた状態で励磁交流電圧又は電流を印加
された前記接触型プローブにより前記強磁性体の構造物
をレーリーループ限外で交流磁化するステップであっ
て、前記接触型プローブは比較コイル及び標準コイルか
ら成り、前記比較コイル及び標準コイルはそれぞれ励磁
コイル、検出コイル及び高透磁率の磁芯から成り、且つ
前記比較コイル及び標準コイルのそれぞれの励磁コイル
及び検出コイルはそれぞれの磁芯に同軸状に巻かれてお
り、前記比較コイル及び標準コイルの両方の励磁コイル
は直列接続され、前記比較コイル及び標準コイルの両方
の検出コイルは差動接続されており、前記比較コイルを
前記構造物の表面に接触させ且つ前記標準コイルを空気
中又は前記構造物の標準試験体の表面に接触させるステ
ップと、前記接触型プローブを強磁性体の構造物に接触
させた前記状態で前記接触型プローブにより前記構造物
の交流磁化波形を検出するステップであって、前記比較
コイルを前記構造物の表面に接触させ且つ前記標準コイ
ルを空気中又は前記構造物の標準試験体の表面に接触さ
せた状態で前記プローブの共振周波数が前記励磁交流電
圧又は電流の高調波の周波数と同じになるよう設定され
ている、前記構造物の交流磁化波形を検出するステップ
と、前記の検出された交流磁化波形に含まれる基本波と
高調波との大きさの比を算出するステップと、算出され
た基本波と高調波との大きさの比に基づいて前記構造物
のクリープ損傷を推定するステップとを備える本発明の
強磁性体構造物のクリープ損傷評価方法により解決され
る。上記課題はまた、強磁性体の構造物に接触させた状
態で前記強磁性体の構造物をレーリーループ限外で交流
磁化し、且つ当該状態で前記構造物の交流磁化波形を検
出する接触型プローブと、前記構造物の検出された交流
磁化波形に含まれる基本波と高調波との大きさの比を算
出する比算出手段と、算出された基本波と高調波との大
きさの比に基づいて前記構造物のクリープ損傷を推定す
る手段と、を備え、前記接触型プローブは、１対の励磁
コイル、１対の検出コイル、及び２つの高透磁率の磁芯
を含み、前記１対の励磁コイルのうちの１つと前記１対
の検出コイルのうちの１つとが前記２つの磁芯のうちの
１つに同軸状に巻かれることにより比較コイルを形成
し、前記１対の励磁コイルのうちの他方と前記１対の検
出コイルのうちの他方とが前記２つの磁芯のうちの他方
に同軸状に巻かれることにより標準コイルを形成し、前
記比較コイル及び標準コイルの両方の励磁コイルは直列
接続され、前記比較コイル及び標準コイルの両方の検出
コイルは差動接続され、前記比較コイルを前記構造物の
表面に接触させ且つ前記標準コイルを空気中又は前記構
造物の標準試験体の表面に接触させた状態で前記プロー
ブの共振周波数が前記高調波の周波数と同じになるよう
設定されている本発明の強磁性体構造物のクリープ損傷
評価装置により解決される。本発明が対象とする構造物
は、クリープ損傷が生じるすべての物を含む。The above-mentioned problem is to apply an exciting AC voltage or current in a state where the contact type probe is in contact with the structure of the ferromagnetic material.
Met Step AC magnetization in Rayleigh loop ultrafiltration structures of the ferromagnetic member by the contact-type probes
Whether the contact probe is a comparison coil or a standard coil.
The comparison coil and the standard coil are each excited.
Consists of a coil, a detection coil and a magnetic core of high permeability, and
Excitation coil of each of the comparison coil and the standard coil
And the detection coil is wound coaxially around each magnetic core.
Excitation coil of both the comparison coil and the standard coil
Are connected in series, both the comparison coil and the standard coil
The detection coil of is connected differentially,
Contact the surface of the structure and air the standard coil.
The step of contacting the inside of the structure or the surface of the standard specimen of the structure
And-up, comprising the steps of: detecting an ac magnetic waveform of said structure by said proximity probe the contact probe in the state in contact with the structure of the ferromagnetic body, the comparison
The coil is brought into contact with the surface of the structure and the standard coil
The air in the air or on the surface of a standard specimen of the structure.
The resonant frequency of the probe is
Set to be the same as the frequency of the harmonics of pressure or current.
The step of detecting the AC magnetization waveform of the structure, and the step of calculating the magnitude ratio of the fundamental wave and the harmonics included in the detected AC magnetization waveform. And a step of estimating the creep damage of the structure based on the ratio of the magnitudes of the fundamental wave and the harmonics. The above-mentioned problem is also a contact type that AC-magnetizes the structure of the ferromagnetic material in a state in contact with the structure of the ferromagnetic material in a Rayleigh loop limit and detects an AC magnetization waveform of the structure in the state. A probe, a ratio calculation means for calculating the ratio of the magnitudes of the fundamental wave and the harmonics contained in the detected AC magnetization waveform of the structure, and the ratio of the magnitudes of the calculated fundamental wave and the harmonics. A means for estimating creep damage of the structure based on the contact type probe,
A coil, a pair of detection coils, and two high-permeability magnetic cores, wherein one of the pair of exciting coils and one of the pair of detecting coils are among the two magnetic cores. Of the pair of exciting coils and the other of the pair of detecting coils to the other of the two magnetic cores. standard coil formed by wound coaxially, before
Excitation coils of both comparison coil and standard coil are in series
Connected and detect both the comparison coil and the standard coil
The coils are differentially connected and the comparison coil is connected to the structure.
Contact the surface and place the standard coil in air or the structure.
With the probe in contact with the surface of the standard specimen of the structure,
So that the resonance frequency of the
This is solved by the set creep damage evaluation apparatus for a ferromagnetic structure of the present invention. The structures targeted by the present invention include all structures in which creep damage occurs.
【０００５】本発明は次の新しい知見に基づいている。
すなわち、強磁性体の材料では、リサージュ波形がレー
リーループ限を越えた範囲（以下「レーリーループ限
外」という。）において偶数および奇数次のひずみ成分
が重畳され、一方レーリーループ限内（以下「レーリー
ループ限内」という。）において低次のひずみ成分が主
であるためほぼ楕円形である。そして、強磁性体の構造
物では、レーリーループ限内においてヒステリシスロス
と強磁性体構造物のクリープ損傷度とに一定の相関関係
があり、またレーリーループ限外においてひずみ成分に
対応する交流磁化波形の高調波成分の基本波に対する大
きさの比とクリープ損傷度とに一定の相関関係がある。The present invention is based on the following new findings.
That is, in a ferromagnetic material, even and odd-order distortion components are superposed in a range where the Lissajous waveform exceeds the Rayleigh loop limit (hereinafter referred to as “Rayleigh loop limit”), while on the other hand, within the Rayleigh loop limit (hereinafter “ It is almost elliptical because the low-order distortion component is the main in (Rayleigh loop limit). In a ferromagnetic structure, there is a certain correlation between the hysteresis loss within the Rayleigh loop limit and the creep damage degree of the ferromagnetic structure, and the alternating magnetization waveform corresponding to the strain component within the Rayleigh loop limit. There is a certain correlation between the ratio of the magnitude of the harmonic component of the to the fundamental wave and the degree of creep damage.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施形態を
図面を参照して説明する。図１は、本発明に従った強磁
性体の構造物のクリープ損傷評価装置の好適な一実施形
態を示す概略ブロック図である。図１において、１０は
強磁性体のクリープ損傷材である試験体を、１２は試験
体１０を交流磁化しかつ交流磁化された波形を検出する
ための交流磁化プローブを、１４は試験体１０に印加さ
れる交流磁束を交流磁化プローブ１２に発生させるため
その交流磁化プローブ１２に交流電圧（あるいは電流）
を印加する可変交流電源を、１６は交流磁化プローブ１
２で検出された交流磁化波形を増幅する検出波形増幅部
を、１８は交流磁化プローブ１２に印加される可変交流
電源１４からの交流電圧（あるいは電流）および検出さ
れた交流磁化波形の電圧（あるいは電流）のＡ／Ｄ変換
部を、２０はＡ／Ｄ変換部１８から印加および検出され
た交流磁化波形の電圧（あるいは電流）のディジタル・
データを受け取り波形処理、演算処理および表示等を行
うよう機能するパーソナル・コンピュータをそれぞれ示
す。Ａ／Ｄ変換部１８は、１対のＡ／Ｄ変換器３０およ
び３２を有し、検出波形増幅部１６および可変交流電源
１４からのアナログ形式の交流磁化検出波形を２チャン
ネル同期サンプリングによりディジタル化する。パーソ
ナル・コンピュータ２０は、ハードウエアとしては通常
の構成のものであり、Ａ／Ｄ変換部１８からのディジタ
ル・データを受け取る入力インタフェース４０、種々の
処理を行うマイクロプロセッサ４２、その処理プログラ
ムおよびデータ等を記憶するメモリ４４、処理結果等を
表示するディスプレイ４６およびデータや操作指令等を
入力するキーボード４８を含む。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing a preferred embodiment of a creep damage evaluation device for a ferromagnetic structure according to the present invention. In FIG. 1, 10 is a test body which is a creep damage material of a ferromagnetic material, 12 is an AC magnetization probe for AC-magnetizing the test body 10 and detecting a waveform magnetized by AC, and 14 is a test body 10. An alternating voltage (or current) is applied to the AC magnetizing probe 12 in order to generate the applied AC magnetic flux in the AC magnetizing probe 12.
Is a variable AC power supply for applying
Reference numeral 18 denotes a detection waveform amplifying unit that amplifies the AC magnetization waveform detected in 2. Reference numeral 18 denotes an AC voltage (or current) from the variable AC power supply 14 applied to the AC magnetization probe 12 and a voltage of the detected AC magnetization waveform (or Current) A / D converter 20, and 20 a digital voltage (or current) of the AC magnetization waveform applied and detected by the A / D converter 18.
2 shows a personal computer that functions to receive data, perform waveform processing, arithmetic processing, display, etc. The A / D conversion unit 18 has a pair of A / D converters 30 and 32, and digitizes the analog-type AC magnetization detection waveform from the detection waveform amplification unit 16 and the variable AC power supply 14 by 2-channel synchronous sampling. To do. The personal computer 20 has a normal configuration as hardware, and includes an input interface 40 for receiving digital data from the A / D conversion unit 18, a microprocessor 42 for performing various processes, a processing program and data thereof, and the like. A memory 44 for storing data, a display 46 for displaying processing results, and a keyboard 48 for inputting data, operation commands, and the like.
【０００７】図２は、交流磁化プローブ１２の構成を示
す図である。図２において、（Ａ）および（Ｂ）は、交
流磁化プローブ１２の構成は同じであるが、２つの異な
る検出方式を示す。図２に示されるように、交流磁化プ
ローブ１２は、１対の励磁コイル５２、５４および１対
の検出コイル５６、５８を含み、これら励磁および検出
コイルは図１に模式的に示されるように各々順接続およ
び逆接続されている。１つの励磁コイルと１つの検出コ
イルが組となり、組となった励磁コイルおよび検出コイ
ルはフェライト等の高透磁率を有する磁芯に同軸状に巻
かれている。すなわち、第１の組のコイルである励磁コ
イル５２および検出コイル５６は磁芯６０に同軸状に配
置されており、第２の組のコイルである励磁コイル５４
および検出コイル５８は磁芯６２に同軸状に配置されて
いる。２組のコイル５２および５６、５４および５８
は、予め同じインダクタンスおよび相互誘導（ミューチ
ュアルインダクタンス）特性になるように製作されてい
る。この２組のコイルの励磁コイル側は同相接続され、
検出コイル側は差動接続されている。同相接続されてい
る励磁コイル５２および５４は可変交流電源１４（図
１）に接続され、差動接続されている検出コイル５６お
よび５８は検出波形増幅部１６（図１）に接続されてい
る。このような構成を用いて、小型で高感度の交流磁化
プローブを得ることができる。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the AC magnetization probe 12. In FIG. 2, (A) and (B) show two different detection methods although the configuration of the AC magnetization probe 12 is the same. As shown in FIG. 2, the AC magnetization probe 12 includes a pair of excitation coils 52, 54 and a pair of detection coils 56, 58, which excitation and detection coils are as schematically shown in FIG. They are respectively connected in the forward and reverse directions. One exciting coil and one detecting coil are paired, and the paired exciting coil and detecting coil are coaxially wound around a magnetic core having a high magnetic permeability such as ferrite. That is, the exciting coil 52 and the detecting coil 56 which are the first set of coils are arranged coaxially with the magnetic core 60, and the exciting coil 54 which is the second set of coils.
The detection coil 58 is arranged coaxially with the magnetic core 62. Two sets of coils 52 and 56, 54 and 58
Are manufactured in advance so as to have the same inductance and mutual induction (mutual inductance) characteristics. The excitation coil sides of these two coils are connected in phase,
The detection coil side is differentially connected. The exciting coils 52 and 54 connected in phase are connected to the variable AC power supply 14 (FIG. 1), and the detection coils 56 and 58 connected differentially are connected to the detected waveform amplifying section 16 (FIG. 1). With such a configuration, a small and highly sensitive AC magnetization probe can be obtained.
【０００８】交流磁化プローブ１２は、前述の同軸コイ
ルの設置方法により図２の（Ａ）および（Ｂ）に示すよ
うな２つの方式による測定が可能である。以下では、２
組のコイルのうち被測定試験体１０に設置される方のコ
イルの組を比較コイル７０と、また他方の組のコイルを
標準コイル７２と呼ぶ。（Ａ）に示される自己比較方式
においては標準コイル７２は大気中に設置され、（Ｂ）
に示される標準比較方式においては標準コイル７２は標
準試験体１０ｂの表面に設置される。比較コイル７０
は、両方式とも被測定試験体１０の表面に設置される。
更に、両方式とも、標準コイル７２と比較コイル７０と
が相互誘導を生じない間隔で設置されている。（Ａ）の
自己比較方式では、一つの交流磁化プローブ１２内に標
準コイル７２と比較コイル７０が相互誘導しない間隔で
設置されているので、プローブの特性（すなわちプロー
ブの応答関数）が上記の差動接続により除去されること
により被測定試験体１０単体の交流磁化特性を測定する
ことができる。一方、（Ｂ）の標準比較方式では、標準
コイル７２を基準となる標準試験体１０ｂ上に設置し、
比較コイル７０を被測定試験体１０上に設置するので、
上記の差動接続により両試験体の交流磁化特性の違いの
みを測定することができる。標準コイル７２および比較
コイル７０は、試験体１０、１０ｂに磁芯６０、６２を
直接接触させ、磁束が試験体１０、１０ｂに多く入るよ
うに設置するか、または試験体１０、１０ｂと磁芯６
０、６２間の距離（リフトオフ）が一定となるようにス
ペーサ等のジグを用意する。試験体１０、１０ｂの表面
状態は、標準コイル７２、比較コイル７０共出来るだけ
同じ条件とすることが好ましい。The AC magnetizing probe 12 can be measured by two methods as shown in FIGS. 2A and 2B by the above-mentioned method of installing the coaxial coil. In the following, 2
The coil set which is installed on the device under test 10 among the coils of the set is called a comparison coil 70, and the coil of the other set is called a standard coil 72. In the self-comparison method shown in (A), the standard coil 72 is installed in the atmosphere, and (B)
In the standard comparison method shown in (1), the standard coil 72 is installed on the surface of the standard test body 10b. Comparison coil 70
Both are installed on the surface of the DUT 10.
Furthermore, in both types, the standard coil 72 and the comparison coil 70 are installed at intervals so that mutual induction does not occur. In the self-comparison method of (A), since the standard coil 72 and the comparison coil 70 are installed in one AC magnetizing probe 12 at intervals that do not induce each other, the characteristic of the probe (that is, the response function of the probe) is different from the above difference. The AC magnetization characteristic of the DUT 10 itself can be measured by removing it by the dynamic connection. On the other hand, in the standard comparison method of (B), the standard coil 72 is installed on the standard test body 10b serving as a reference,
Since the comparison coil 70 is installed on the DUT 10,
With the above differential connection, it is possible to measure only the difference in the alternating-current magnetization characteristics of the two test bodies. The standard coil 72 and the comparison coil 70 are installed such that the magnetic cores 60 and 62 are brought into direct contact with the test bodies 10 and 10b and a large amount of magnetic flux enters the test bodies 10 and 10b, or the test bodies 10 and 10b and the magnetic cores. 6
A jig such as a spacer is prepared so that the distance (lift-off) between 0 and 62 is constant. It is preferable that the standard coils 72 and the comparison coils 70 have the same surface conditions as the test bodies 10 and 10b.
【０００９】次に、図１および図２を参照して説明した
本発明の好適な一実施形態である強磁性体の構造物のク
リープ損傷評価装置の動作について説明する。初めに強
磁性体の材料の磁化特性の１つを表すリサージュ波形に
現れる特徴について説明する。例えば、図２の（Ａ）に
示される自己比較方式において、可変交流電源１４（図
１）から交流磁化プローブ１２の励磁コイル５２、５４
に適当な交流電圧（あるいは電流）（励磁周波数：数Ｈ
ｚ〜数百ｋＨｚ程度）を印加すると、試験体１０は交流
磁化される。印加された交流電圧（あるいは電流）は試
験体１０を励磁する交流磁束に対応するので、その印加
された交流電圧（あるいは電流）をタップにより取り出
し、Ａ／Ｄ変換部１８のＡ／Ｄ変換器３０に入力し、一
方、交流磁化波形を交流磁化プローブ１２の検出コイル
５６、５８により検出し、検出波形増幅部１６で増幅し
て、Ａ／Ｄ変換部１８のＡ／Ｄ変換器３２に入力する。
Ａ／Ｄ変換器３０および３２は、入力された励磁波形の
電圧（または電流）および検出波形の電圧（または電
流）を同期サンプリングによりディジタル形式に変換し
て、パーソナル・コンピュータ２０の入力インタフェー
ス４０に与える。マイクロプロセッサ４２は、メモリ４
４に記憶されているリサージュ波形表示プログラムをラ
ンさせて、ディジタル形式の励磁波形の電圧（または電
流）および検出波形の電圧（または電流）を入力インタ
フェース４０を介して読み込み、ディスプレイ４６に図
３に示されるような交流磁化時のリサージュ波形を表示
させる。図３において、横軸は励磁交流電圧（あるいは
電流）を、縦軸は交流磁化波形に対応する検出交流電圧
（あるいは電流）を表す。励磁交流電圧（あるいは電
流）をリサージュ波形の一周期毎にゼロから増加させて
ゆくと、リサージュ波形は初めは図３のａに示されるよ
うにほぼ楕円形を保持していて、ある大きさの励磁交流
電圧（あるいは電流）からリサージュ波形の形状が楕円
形からひずみ始め、更に励磁交流電圧（あるいは電流）
を増加させると、リサージュ波形は図３のｂで示される
ように高次のひずみ成分が多く重畳された形状となる。
ほぼ楕円形のリサージュ波形がひずみ始める点、すなわ
ち、リサージュ波形の直線性の変化点におけるリサージ
ュ波形のループはレーリーループ限と呼ばれる。レーリ
ーループ限が現れる励磁交流電圧（あるいは電流）の大
きさは、強磁性体の材料の種類により異なり、例えば、
１．２５Ｃｒ−０．５Ｍｏ鋼や２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼
のような低合金鋼では比較的小さい励磁交流電圧（ある
いは電流）でレーリーループ限が現れるが、炭素鋼では
相当に大きな励磁交流電圧（あるいは電流）にならない
とレーリーループ限が現れない。但し、強磁性体の材料
の種類により印加される励磁交流電圧（あるいは電流）
の大きさは色々であるが、強磁性体の材料の種類によら
ず、強磁性体の材料は一般的にレーリーループ限が存在
する。なお、リサージュ波形の直線性の変化点は、例え
ば、図３のａのリサージュ波形における最も大きい検出
電圧の座標と原点とを結ぶ直線上から外れ始めた点とし
て特定することができる。Next, the operation of the apparatus for evaluating creep damage of a ferromagnetic structure, which is a preferred embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2, will be described. First, the features that appear in the Lissajous waveform that represents one of the magnetization characteristics of the ferromagnetic material will be described. For example, in the self-comparison method shown in FIG. 2 (A), the exciting coils 52, 54 of the AC magnetizing probe 12 from the variable AC power supply 14 (FIG. 1).
AC voltage (or current) suitable for (excitation frequency: several H
z to about several hundred kHz), the test body 10 is AC-magnetized. Since the applied AC voltage (or current) corresponds to the AC magnetic flux that excites the test body 10, the applied AC voltage (or current) is tapped out and the A / D converter of the A / D converter 18 is tapped. 30, the alternating current magnetization waveform is detected by the detection coils 56 and 58 of the alternating current magnetization probe 12, amplified by the detection waveform amplifying unit 16, and input to the A / D converter 32 of the A / D converting unit 18. To do.
The A / D converters 30 and 32 convert the input excitation waveform voltage (or current) and detection waveform voltage (or current) into a digital format by synchronous sampling, and input to the input interface 40 of the personal computer 20. give. The microprocessor 42 has a memory 4
The Lissajous waveform display program stored in FIG. 4 is run to read the voltage (or current) of the digital excitation waveform and the voltage (or current) of the detected waveform through the input interface 40, and the display 46 is displayed in FIG. Display the Lissajous waveform during AC magnetization as shown. In FIG. 3, the horizontal axis represents the excitation AC voltage (or current), and the vertical axis represents the detected AC voltage (or current) corresponding to the AC magnetization waveform. When the exciting AC voltage (or current) is increased from zero in each cycle of the Lissajous waveform, the Lissajous waveform initially retains a substantially elliptical shape as shown in FIG. From the excitation AC voltage (or current), the shape of the Lissajous waveform begins to distort from the elliptical shape, and further the excitation AC voltage (or current)
When L is increased, the Lissajous waveform has a shape in which many higher-order distortion components are superposed as shown in FIG.
The loop of the Lissajous waveform at the point where the substantially elliptical Lissajous waveform starts to be distorted, that is, the change point of the linearity of the Lissajous waveform is called the Rayleigh loop limit. The magnitude of the exciting AC voltage (or current) at which the Rayleigh loop limit appears varies depending on the type of ferromagnetic material.
In low alloy steels such as 1.25Cr-0.5Mo steel and 2.25Cr-1Mo steel, the Rayleigh loop limit appears with a relatively small exciting AC voltage (or current), but with carbon steel, a considerably large exciting AC voltage ( Otherwise, the Rayleigh loop limit does not appear. However, exciting AC voltage (or current) applied depending on the type of ferromagnetic material
There are various sizes, but regardless of the type of the ferromagnetic material, the ferromagnetic material generally has a Rayleigh loop limit. The change point of the linearity of the Lissajous waveform can be specified as, for example, a point that starts to deviate from the straight line connecting the origin and the coordinate of the largest detected voltage in the Lissajous waveform of FIG.
【００１０】図４は、図１および図２を参照して説明し
た本発明の好適な一実施形態であるクリープ損傷評価装
置を用いたその評価手順を示すフロー図である。測定方
式として図２の（Ａ）に示す自己比較方式を用いてい
る。評価すべき強磁性体と同じ材料から成る幾つかのク
リープ試験片を評価すべき強磁性体が受ける温度・応力
で幾つかの異なる既知の時間にわたって負荷試験を行
い、基準クリープ損傷片を作成する。測定される値は、
励磁・検出コイル間の相互誘導特性として検出されるた
め、コイルと試験体間の隙間、試験体の表面性状の影響
等を受ける。そこで、表面凹凸、黒皮、酸化スケール、
脱炭層など試験体の表面性状の影響を受けないように、
試験体、ここでは基準クリープ損傷片の表面をバフ研磨
または、錆取り剤で軽くふき取る（簡便な酸洗い）等の
前処理により表面が測定する対象部位の表面に近い状態
にしておく。これら基準クリープ損傷片の一つを試験体
１０として用い、これに交流磁化プローブ１２の比較コ
イル７０（図２）を配置する。交流磁化プローブ１２の
標準コイル７２（図２）は空中に配置する。このような
準備後に、ステップ１００において、可変交流電源１４
（図１）により交流磁化プローブ１２の励磁コイル５
２、５４に適切な大きさの交流電圧（あるいは電流）を
印加して基準クリープ損傷片１０をレーリーループ限近
傍で励磁する。基準クリープ損傷片１０の交流磁化され
た波形は、検出コイル５８により検出され、検出波形増
幅部１６で増幅されて、印加交流電圧（あるいは電流）
と共にＡ／Ｄ変換部１８に入力される。ステップ１０２
において、前述のようにしてパーソナル・コンピュータ
２０のディスプレイ４６に表示されたリサージュ波形か
らレーリーループ限内か否かが判定される。高調波モー
ドは、レーリーループ限外であることを要し、ヒステリ
シスロス・モードはレーリーループ限内であることを要
する。したがって、所望の測定モードが高調波モードで
ある場合にレーリーループ限内であると判定された場
合、可変交流電源１４の出力電圧（または電流）を可変
しレーリーループ限外となるように調整し、また、所望
の測定モードがヒステリシスロス・モードである場合に
レーリーループ限外と判定された場合、可変交流電源１
４の出力電圧（または電流）を可変しレーリーループ限
内となるように調整する。FIG. 4 is a flow chart showing the evaluation procedure using the creep damage evaluation apparatus according to a preferred embodiment of the present invention described with reference to FIGS. 1 and 2. The self-comparison method shown in FIG. 2A is used as the measurement method. Several creep test pieces made of the same material as the ferromagnet to be evaluated are subjected to load tests for several different known times at the temperature and stress to which the ferromagnet to be evaluated is subjected to, and a reference creep damage piece is created. . The measured value is
Since it is detected as a mutual induction characteristic between the excitation and detection coils, it is affected by the gap between the coil and the test body, the surface texture of the test body, and the like. Therefore, surface irregularities, black skin, oxide scale,
In order not to be affected by the surface properties of the specimen such as decarburized layer,
The surface of the test specimen, here the standard creep damage piece, is made to be in a state close to the surface of the target site to be measured by pretreatment such as buffing or wiping with a rust remover (simple pickling). One of these reference creep damage pieces is used as the test body 10, and the comparison coil 70 (FIG. 2) of the AC magnetization probe 12 is arranged on this. The standard coil 72 (FIG. 2) of the AC magnetizing probe 12 is placed in the air. After such preparation, in step 100, the variable AC power supply 14
Exciting coil 5 of AC magnetizing probe 12 according to FIG.
An appropriate magnitude of AC voltage (or current) is applied to 2, 54 to excite the reference creep damage piece 10 near the Rayleigh loop limit. The alternating-current magnetized waveform of the reference creep damage piece 10 is detected by the detection coil 58 and amplified by the detected-waveform amplification unit 16 to apply the alternating-current voltage (or current).
It is also input to the A / D converter 18. Step 102
At, it is determined from the Lissajous waveform displayed on the display 46 of the personal computer 20 as described above whether or not it is within the Rayleigh loop limit. The harmonic mode needs to be outside the Rayleigh loop limit, and the hysteresis loss mode needs to be within the Rayleigh loop limit. Therefore, when it is determined that the measurement mode is within the Rayleigh loop limit when the desired measurement mode is the harmonic mode, the output voltage (or current) of the variable AC power source 14 is adjusted to be outside the Rayleigh loop limit. If the desired measurement mode is the hysteresis loss mode and the Rayleigh loop is judged to be the limit, the variable AC power supply 1
4. Adjust the output voltage (or current) of No. 4 so that it is within the Rayleigh loop limit.
【００１１】高調波モードでは、励磁周波数の整数倍の
高調波も検出する必要があるため、その高調波の周波数
が交流磁化プローブ１２の共振周波数となるように交流
磁化プローブ１２のコイル５２〜５８のインダクタンス
および入力容量を予め設定しておくか、そのような条件
を満たすコイルを用いる。高調波としては、この実施形
態では第３高調波を用いているが、本発明はその他の次
数の高調波でも可能であり、第３高調波に限定されるも
のではない。検出コイル５６、５８により検出された交
流磁化波形にひずみが生じないように、検出波形増幅部
１６に含まれる増幅器は広帯域ＤＣ増幅器が用いられ、
その利得特性はＤＣ〜１ＭＨｚまたはそれ以上にわたり
平坦なものが望ましい。また、検出された交流磁化波形
に含まれるノイズをフィルタリングするため可変アナロ
グ型フィルタが検出波形増幅部１６に設けられているの
が好ましい。このような利得特性を有する広帯域ＤＣ増
幅器およびアナログ型フィルタは、ノイズ除去の効果の
ため後述するヒステリシスロス・モードにおいても用い
られることが望ましい。In the harmonic mode, since it is necessary to detect harmonics that are integral multiples of the excitation frequency, the coils 52 to 58 of the AC magnetizing probe 12 are set so that the frequency of the harmonic becomes the resonance frequency of the AC magnetizing probe 12. The inductance and the input capacitance are set in advance or a coil satisfying such a condition is used. As the harmonic, the third harmonic is used in this embodiment, but the present invention is not limited to the third harmonic, as other harmonics of other orders are also possible. A wide band DC amplifier is used as an amplifier included in the detection waveform amplifying unit 16 so that the AC magnetization waveform detected by the detection coils 56 and 58 is not distorted.
It is desirable that the gain characteristic is flat over DC to 1 MHz or higher. Further, it is preferable that a variable analog type filter is provided in the detected waveform amplifying section 16 in order to filter noise included in the detected AC magnetization waveform. It is desirable that the wide band DC amplifier and the analog type filter having such a gain characteristic be used also in the hysteresis loss mode described later for the effect of removing noise.
【００１２】ステップ１０２においてレーリーループ限
外である、あるいは調整によりそのようにした場合、ス
テップ１０４に進む。ステップ１０４における高調波モ
ードでは、マイクロプロセッサ４２は、メモリ４４に記
憶されている基本波・高調波比算出プログラムを読出し
てランさせる。そして、基本波・高調波比算出プログラ
ムにより、Ａ／Ｄ変換部１８のＡ／Ｄ変換器３２からの
ディジタル化された検出交流磁化波形は、ディジタル・
フィルタに通され、検出波形増幅部１６のフィルタによ
るノイズ除去に加えて、更にノイズおよびひずみが除去
される。ノイズ等が除去されたディジタルの検出交流磁
化波形は、高速フーリエ変換を基に基本波の強度抽出お
よび各高調波の強度抽出が行われる。基本波の強度抽出
は、フーリエ変換後の最も強度が高い値から求められ
る。このときの周波数を基本波周波数とし、高調波の周
波数が各々求められその周波数に対応する強度が高調波
の強度抽出として求められる。基本波の強度に対する高
調波の強度の比（以下「高調波振幅強度比」という。）
が算出される（図４のステップ１０６）。基本波の強度
をＡ0、ｎ次高調波の強度をＡnとすると、ｎ次高調波の
高調波強度比Ｈnは、ｄＢ形式で次式により表される。If in step 102 the Rayleigh loop is out of bounds, or if so, by adjustment, then proceed to step 104. In the harmonic mode in step 104, the microprocessor 42 reads and executes the fundamental wave / harmonic ratio calculation program stored in the memory 44. Then, the detected AC magnetization waveform digitized from the A / D converter 32 of the A / D converter 18 is converted into a digital waveform by the fundamental wave / harmonic ratio calculation program.
After being filtered, noise and distortion are further removed in addition to the noise removal by the filter of the detection waveform amplifying unit 16. With respect to the digital detected AC magnetization waveform from which noise and the like have been removed, the intensity of the fundamental wave and the intensity of each harmonic are extracted based on the fast Fourier transform. The intensity extraction of the fundamental wave is obtained from the highest intensity value after the Fourier transform. The frequency at this time is used as the fundamental wave frequency, and the harmonic frequency is obtained, and the intensity corresponding to that frequency is obtained as the harmonic intensity extraction. Ratio of intensity of harmonic to intensity of fundamental wave (hereinafter referred to as "harmonic amplitude intensity ratio")
Is calculated (step 106 in FIG. 4). Assuming that the intensity of the fundamental wave is A 0 and the intensity of the n-th harmonic is A n , the harmonic intensity ratio H n of the n-th harmonic is expressed by the following equation in dB format.
【数１】 Ｈn＝２０ｌｏｇ10（Ａn／Ａ0） （１）## EQU1 ## H n = 20 log 10 (A n / A 0 ) (1)
【００１３】ステップ１０６において、既知の負荷時間
すなわちクリープ時間に対応する高調波強度比が得られ
ることになる。ステップ１０８において、評価すべき強
磁性体と同じ材料から成る幾つかのクリープ試験片を評
価すべき強磁性体が受ける温度・応力で幾つかの異なる
既知の時間にわたって負荷試験を行った基準クリープ損
傷片を用いて、ステップ１００から１０６の処理を繰り
返し行い、種々のクリープ時間に対する高調波強度比を
求め、パーソナル・コンピュータ２０のキーボード４８
からこれらクリープ時間を入力する。マイクロプロセッ
サ４２は、入力されたクリープ時間と、対応する求めら
れた高調波強度比とに基づいて、マスターカーブ群を作
成し、メモリ４４に記録する。図５のクリープ時間に対
する第３高調波比の曲線は、このようにして作成された
マスターカーブ群の１つであり、、後述するように熱処
理なしのクリープ試験片の場合一定の相関がある。ステ
ップ１１０において、被測定試験体に対して前述のステ
ップ１００から１０６を実行して高調波強度比を算出
し、その結果をディスプレイ４６に表示する。なお、被
測定試験体の表面も基準クリープ試験片のときと同様の
前処理を行っておく。ステップ１１２において、被測定
試験体の算出高調波強度比と、メモリ４４から読出され
たマスターカーブ群との比較によりクリープ損傷度を推
定、すなわち評価し、その結果、すなわち解析結果をデ
ィスプレイ４６に表示する。したがって、高調波モード
を用いて、強磁性体構造物のクリープ損傷度を構造物を
破壊する必要なく評価でき、それによりその寿命予測が
可能となる。At step 106, a harmonic intensity ratio corresponding to a known load or creep time will be obtained. In step 108, several creep test specimens made of the same material as the ferromagnetic material to be evaluated were subjected to load tests for several different known times at the temperature and stress which the ferromagnetic material to be evaluated was subjected to. The process of steps 100 to 106 is repeated using one piece to obtain the harmonic intensity ratio for various creep times, and the keyboard 48 of the personal computer 20 is obtained.
Enter these creep times from. The microprocessor 42 creates a master curve group based on the input creep time and the corresponding obtained harmonic intensity ratio, and records it in the memory 44. The curve of the third harmonic ratio with respect to the creep time in FIG. 5 is one of the master curve groups thus created, and has a certain correlation in the case of a creep test piece without heat treatment, as will be described later. In step 110, the above steps 100 to 106 are executed for the DUT, the harmonic intensity ratio is calculated, and the result is displayed on the display 46. The surface of the test specimen is also pretreated in the same manner as for the standard creep test piece. In step 112, the creep damage degree is estimated, that is, evaluated by comparing the calculated harmonic intensity ratio of the device under test with the master curve group read from the memory 44, and the result, that is, the analysis result is displayed on the display 46. To do. Therefore, the harmonic mode can be used to evaluate the degree of creep damage of a ferromagnetic structure without the need to destroy the structure, thereby predicting its life.
【００１４】次に、ヒステリシスロス・モードについて
説明する。ステップ１０２において、パーソナル・コン
ピュータ２０のディスプレイ４６に表示されたリサージ
ュ波形がレーリーループ限内であることを確認する。レ
ーリーループ限外の場合には、可変交流電源１４の出力
調整によりリサージュ波形がレーリーループ限内になる
ようにする。リサージュ波形がレーリーループ限内にあ
る場合は、ステップ１２０に進み、パーソナル・コンピ
ュータ２０のマイクロプロセッサ４２は、メモリ４４に
記憶されているヒステリシスロス算出プログラムを読出
し、ヒステリシスロスの算出を行う。ヒステリシスロス
・モードでは、検出された交流磁化波形の基本波のみが
必要で高調波は不要であるので、励磁周波数は、励磁周
波数の高調波が交流磁化プローブ１２の共振周波数と重
ならない周波数を選択する。あるいは、励磁周波数の整
数倍が、交流磁化プローブ１２の共振周波数とならない
ようにコイル５２〜５８のインダクタンスおよび入力容
量を予め設定しておくか、そのような条件を満たすコイ
ルを用いる。このヒステリシスロス・モードの場合も前
述の高調波モードと同様に、ヒステリシスロス算出プロ
グラムにより、Ａ／Ｄ変換部１８のＡ／Ｄ変換器３２か
らのディジタル化された検出交流磁化波形は、ディジタ
ル・フィルタに通され、検出波形増幅部１６のフィルタ
によるノイズ除去に加えて、更にノイズおよびひずみが
除去される。ステップ１２２において、ディジタル形式
の検出交流磁化波形を用いて、以下の演算処理により、
ヒステリシスロスＬが求められ、その結果がディスプレ
イ４６に表示される。ここで、Ｖn dはリサージュカーブ
の下降時においてｎ回目にサンプリングされた検出交流
磁化電圧（または電流）とし、Ｖn uはリサージュカーブ
の上昇時におけるＶndに対応する検出交流磁化電圧（ま
たは電流）とすると、ヒステリシスロスＬは次式により
求められる。Next, the hysteresis loss mode will be described. At step 102, the Lissajous waveform displayed on the display 46 of the personal computer 20 is confirmed to be within the Rayleigh loop limit. When it is outside the Rayleigh loop limit, the output of the variable AC power supply 14 is adjusted so that the Lissajous waveform is within the Rayleigh loop limit. If the Lissajous waveform is within the Rayleigh loop limit, the process proceeds to step 120, and the microprocessor 42 of the personal computer 20 reads the hysteresis loss calculation program stored in the memory 44 and calculates the hysteresis loss. In the hysteresis loss mode, only the fundamental wave of the detected AC magnetization waveform is required and the harmonics are not required. Therefore, the excitation frequency is selected such that the harmonics of the excitation frequency do not overlap with the resonance frequency of the AC magnetization probe 12. To do. Alternatively, the inductance and the input capacitance of the coils 52 to 58 are set in advance so that an integral multiple of the excitation frequency does not become the resonance frequency of the AC magnetization probe 12, or a coil that satisfies such a condition is used. In the case of this hysteresis loss mode, as in the case of the above-mentioned harmonic mode, the hysteresis loss calculation program causes the digitized detected AC magnetization waveform from the A / D converter 32 of the A / D converter 18 to After being filtered, noise and distortion are further removed in addition to the noise removal by the filter of the detection waveform amplifying unit 16. In step 122, by using the detected AC magnetization waveform in digital form, the following calculation process is performed.
The hysteresis loss L is obtained, and the result is displayed on the display 46. Here, V n d is the detected AC magnetizing voltage (or current) sampled at the nth time when the Lissajous curve is falling, and V n u is the detected AC magnetizing voltage (or current) corresponding to V nd when the Lissajous curve is rising (or Current), the hysteresis loss L is calculated by the following equation.
【数２】
具体的な計算においては、ｎ、Ｖn dおよびＶn uを次のよ
うに定義する。まず、ｎ＝１を励磁電圧（または電流）
の最小値の場合とし、ｎ＝Ｎを励磁電圧（または電流）
の最大値の場合とする。なお、励磁電圧（または電流）
が最小値のとき、検出交流磁化電圧（または電流）も最
小値をとり、励磁電圧（または電流）が最大値のとき、
検出交流磁化電圧（または電流）も最大値をとり、これ
ら双方の場合はＶn d＝Ｖn uである。次に、ｎ＝１のとき
の検出交流磁化電圧が０となるようにオフセットを与え
る。これにより、リサージュ波形の全体が第１および２
象限に入り、上記の式による計算が可能となる。また、
上記のように計算せずに、単純にリサージュ波形の面積
を求める方法も簡易法として可能である。なお、本発明
は、上記の方法に限定されず、ヒステリシスロスの大き
さが求められれば、いずれの方法であってもよい。[Equation 2] In a specific calculation, n, V n d and V n u are defined as follows. First, n = 1 is the excitation voltage (or current)
Of the minimum value, and n = N is the excitation voltage (or current)
The maximum value of. Excitation voltage (or current)
When is the minimum value, the detected AC magnetization voltage (or current) also has the minimum value, and when the excitation voltage (or current) is the maximum value,
The detected alternating magnetization voltage (or current) also has a maximum value, and in both cases, V n d = V n u . Next, an offset is applied so that the detected AC magnetizing voltage when n = 1 becomes zero. This causes the entire Lissajous waveform to be first and second.
Entering the quadrant, the calculation by the above formula becomes possible. Also,
A method of simply obtaining the area of the Lissajous waveform without performing the above calculation is also possible as a simple method. The present invention is not limited to the above method, and any method may be used as long as the magnitude of hysteresis loss is required.
【００１５】次いで、ステップ１２４において、評価す
べき強磁性体が受ける温度・応力で幾つかの異なる既知
のクリープ時間でクリープ損傷を与えた各クリープ損傷
片を用いて、ステップ１００、１０２、１２０および１
２２の処理を繰り返し行い、種々のクリープ時間による
クリープ損傷に対するヒステリシスロスを求める。な
お、基準クリープ損傷片の表面は電解研磨の前処理を施
しておく。これらクリープ時間は、パーソナル・コンピ
ュータ２０のキーボード４８から入力される。マイクロ
プロセッサ４２は、入力されたクリープ時間と、対応す
る求められたヒステリシスロスとに基づいて、マスター
カーブ群を作成し、メモリ４４に記録する。図６のクリ
ープ時間（クリープ損傷時間）に対するヒステリシスロ
スの曲線は、このようにして作成されたマスターカーブ
群の１つであり、後述するようにクリープ試験片（熱処
理ありなし共）においては一定の相関がある。ステップ
１２６において、被測定試験体に対して前述のステップ
１００、１０２、１２０および１２２を実行してヒステ
リシスロスを算出する。なお、被測定試験体の表面も基
準クリープ試験片のときと同様の前処理を行っておく。
ステップ１２８において、被測定試験体の算出ヒステリ
シスロスと、メモリ４４から読出されたマスターカーブ
群との比較によりクリープ損傷度を推定、すなわち評価
し、その結果すなわち解析結果をディスプレイ４６に表
示する。したがって、ヒステリシスロス・モードを用い
て、強磁性体構造物のクリープ損傷度を構造物を破壊す
る必要なく評価でき、それによりその寿命予測が可能と
なる。また、図２に示す（Ｂ）の標準比較方式による測
定手順も図４に示す手順と同じである。なお、図１に示
される実施形態においては、励磁電圧および検出磁化波
形をディジタル処理しているが、本発明は、これらをア
ナログ処理の系で構成してもよい。次に、前述した高調
波モードおよびヒステリシスロス・モードに基づく実験
例を実施例として説明する。Then, in step 124, steps 100, 102, 120 and 120 are performed using each creep damage piece that has been creep-damaged at several different known creep times at the temperature and stress experienced by the ferromagnetic material to be evaluated. 1
The process 22 is repeated to obtain the hysteresis loss for creep damage due to various creep times. The surface of the reference creep damage piece is subjected to a pretreatment for electrolytic polishing. These creep times are input from the keyboard 48 of the personal computer 20. The microprocessor 42 creates a master curve group based on the input creep time and the corresponding calculated hysteresis loss, and records it in the memory 44. The curve of the hysteresis loss with respect to the creep time (creep damage time) in FIG. 6 is one of the master curve groups created in this way, and is constant in the creep test piece (with and without heat treatment) as described later. There is a correlation. In step 126, the above-mentioned steps 100, 102, 120 and 122 are executed on the DUT to calculate the hysteresis loss. The surface of the test specimen is also pretreated in the same manner as for the standard creep test piece.
In step 128, the creep damage degree is estimated, that is, evaluated by comparing the calculated hysteresis loss of the device under test with the master curve group read from the memory 44, and the result, that is, the analysis result is displayed on the display 46. Therefore, the hysteresis loss mode can be used to evaluate the degree of creep damage of a ferromagnetic structure without the need to destroy the structure, thereby enabling its life prediction. The measurement procedure according to the standard comparison method of (B) shown in FIG. 2 is also the same as the procedure shown in FIG. Although the excitation voltage and the detected magnetization waveform are digitally processed in the embodiment shown in FIG. 1, the present invention may be configured by an analog processing system. Next, an experimental example based on the above-described harmonic mode and hysteresis loss mode will be described as an example.
【００１６】[0016]
【実施例】１．実験方法
（１）クリープ損傷試験片
クリープ損傷評価に用いた鋼材は、強磁性体である低合
金鋼２．２５Ｃｒ−１Ｍｏの再現熱影響部材（ＨＡＺ）
である。なお、再現熱影響部材（ＨＡＺ）の作成は、グ
リーブル試験で行った。この鋼材をクリープ途中止め試
験終了後、幅１０ｍｍ、長さ２０ｍｍに切断後、プラス
チックモールドに埋め込み、電解研磨を行った後に交流
磁化測定と組織観察を行った。
（２）クリープ途中止め試験
クリープ途中止め試験は、大気中で８７３Ｋの温度、３
４ＭＰａの応力で０〜１０7ｓにおいて作成した。ま
た、参考として同じ条件で応力を負荷していない熱時効
試験片も用意した。[Example] 1. Experimental method (1) Creep damage test piece The steel material used for creep damage evaluation is a low heat alloy steel 2.25Cr-1Mo which is a ferromagnetic material
Is. The reproduction heat-affected member (HAZ) was prepared by a greeble test. After completion of the creep stop test, this steel material was cut into a piece having a width of 10 mm and a length of 20 mm, embedded in a plastic mold, electrolytically polished, and then subjected to AC magnetization measurement and structure observation. (2) Creep mid-stop test The creep mid-stop test was carried out at a temperature of 873K in the atmosphere for 3
It was created at a stress of 4 MPa for 0 to 10 7 s. As a reference, a thermal aging test piece under no stress was also prepared under the same conditions.
【００１７】２．実験結果
（１）クリープ損傷では、温度による金属材料組織の変
化と軟化に加え、応力による粘弾性変形が生じてクリー
プボイドが発生し、それらが連結することで最終破断に
至ることが知られている。そこで、本発明に用いる交流
Ｂ−Ｈ曲線パラメータの材料組織およびクリープボイド
の依存性を検討するため、クリープ途中止め試験片と熱
時効試験片を用意した。図５は、この再現熱影響部材の
クリープ・熱時効時間と第３高調波強度比Ｈnの関係を
示したものである。図５を参照すると、あらかじめ熱処
理を行った熱時効材とクリープ負荷前に熱処理を行った
クリープ試験片（熱処理あり）では、１０6ｓまではほ
とんど変化が見られなかったが、１０7ｓで第三高調波
比の低下が見られた。組織観察結果から、この試験片で
はクリープボイドの発生が見られた。これより第三高調
波比の低下は、クリープ損傷の初期段階であるクリープ
ボイドを検出していることが示された。ただし、クリー
プ負荷前に熱処理を行わなかったクリープ試験片（熱処
理なし）では、クリープ負荷中に熱処理を行ったのと同
様な金属組織の変化が生じるため、１０7ｓまでは第三
高調波比が増加し、１０7ｓ以降で低下する。ここで、
現地の測定において例えば−１２ｄＢという値が得られ
たとき、施工記録により明らかに熱処理されているもの
であれば、クリープボイドの発生である１０7ｓ相当時
間を意味するが、熱処理の有無が不明な場合、安全側の
１０6ｓ相当かクリープ損傷を生じた１０7ｓかは判断は
できない。第三高調波比の測定は、基本波と高調波の強
度比として表されるため、プローブの接触状態や試験片
の表面状態の影響を受けにくいので、現場での適用が容
易であるとともにデータの信頼性が高いといえる。ただ
し、材料の熱処理における初期状態の情報が必要とな
る。2. Experimental results (1) In creep damage, it is known that, in addition to the change and softening of the metal material structure due to temperature, viscoelastic deformation due to stress occurs and creep voids are generated, and these are connected to the final fracture. There is. Therefore, in order to investigate the dependence of the AC BH curve parameters used in the present invention on the material structure and creep voids, a creep stop test piece and a thermal aging test piece were prepared. FIG. 5 shows the relationship between the creep / thermal aging time of the reproduced heat-affected member and the third harmonic intensity ratio H n . Referring to FIG. 5, in the heat-aged material that was previously heat-treated and in the creep test piece (heat-treated) that was heat-treated before creep loading, almost no change was observed up to 10 6 s, but at 10 7 s A decrease in the third harmonic ratio was seen. From the results of the structure observation, the occurrence of creep voids was observed in this test piece. From this, it is shown that the decrease of the third harmonic ratio detects the creep void which is the initial stage of the creep damage. However, in the creep test piece (without heat treatment) that was not heat-treated before the creep load, the same change in the metal structure as in the heat treatment during the creep load occurs, so the third harmonic ratio up to 10 7 s. Increases and decreases after 10 7 s. here,
For example, when a value of -12 dB is obtained in the field measurement, if it is clearly heat-treated according to the construction record, it means 10 7 s equivalent time for the occurrence of creep voids, but the presence or absence of heat treatment is unknown. In this case, it is not possible to judge whether it is equivalent to 10 6 s on the safe side or 10 7 s where creep damage has occurred. The measurement of the third harmonic ratio is expressed as the intensity ratio of the fundamental wave and the harmonics, and is therefore not easily affected by the contact condition of the probe and the surface condition of the test piece. Can be said to be highly reliable. However, information on the initial state of the heat treatment of the material is required.
【００１８】（２）材料の初期状態がわからない場合に
おいてクリープ損傷を評価する方法として、図６に示す
ヒステリシスロスがある。図６におけるクリープ試験片
の熱処理ありとなしの曲線を参照すると、ヒステリシス
ロスでは、熱処理の有無に関わらず、クリープ試験片で
はほぼ同様な傾向を示した。ただし、ヒステリシスロス
では、検出波形の振幅を用いるため、被測定試験体の表
面性状、プローブの接触状態の影響を受けやすい。その
ため、マスターカーブを作成した試験片とほぼ同様にな
るように注意する必要がある。以上より、試験片の表面
処理、プローブの接触等の影響を受けにくい第三高調波
比の測定は簡便で信頼性が高いが、材料初期の熱処理状
態が既知である必要性がある。一方、クリープ損傷に関
して初期の熱処理状態の影響を受けずに評価できるヒス
テリシスロスは、試験片の表面処理、プローブの接触等
の影響を受けやすいため測定に注意が必要となる。そこ
で、クリープ損傷の評価では、第三高調波比とヒステリ
シスロスの両パラメータを測定しておき、マスターカー
ブ群と相関評価を行うことで信頼性を向上させることも
できる。また、クリープ損傷のマスターカーブの作成で
は、材料の違いに加えて、温度、応力状態でクリープ損
傷進展が異なることが知られている。これらの違いをま
とめてクリープ損傷を評価する方法として、クリープ応
力と温度に時間を加えたパラメータとしてラーソンミラ
ーパラメータが用いられており、これを基にクリープ損
傷度が評価される場合がある。本交流磁化法において
も、クリープ損傷度を評価する場合、図５および図６に
おいて横軸を時間軸に変えてラーソンミラーパラメータ
を用いてマスターカーブ群を作成することにより、各種
の温度・応力下にあってすべてのクリープ損傷マスター
カーブ群を作成できない場合の評価に有効である評価法
も可能である。(2) As a method for evaluating creep damage when the initial state of the material is unknown, there is hysteresis loss shown in FIG. Referring to the curves of the creep test piece with and without heat treatment in FIG. 6, the hysteresis loss showed substantially the same tendency in the creep test piece regardless of the presence or absence of the heat treatment. However, since hysteresis loss uses the amplitude of the detected waveform, it is easily affected by the surface properties of the DUT and the contact state of the probe. Therefore, it is necessary to take care so that it is almost the same as the test piece on which the master curve was created. From the above, the measurement of the third harmonic ratio, which is not easily affected by the surface treatment of the test piece or the contact of the probe, is simple and highly reliable, but it is necessary that the heat treatment state at the initial stage of the material is known. On the other hand, the hysteresis loss that can be evaluated for creep damage without being affected by the initial heat treatment state is susceptible to the surface treatment of the test piece, contact of the probe, etc., and thus requires careful measurement. Therefore, in the evaluation of creep damage, it is also possible to improve reliability by measuring both parameters of the third harmonic ratio and hysteresis loss and performing correlation evaluation with the master curve group. In addition, it is known that in the creation of a master curve for creep damage, the progress of creep damage differs depending on the temperature and the stress state in addition to the difference in material. The Larson-Miller parameter is used as a parameter in which time is added to the creep stress and temperature as a method for collectively evaluating these differences to evaluate the creep damage, and the creep damage degree may be evaluated based on this. Also in this AC magnetization method, when evaluating the degree of creep damage, by changing the horizontal axis to the time axis in FIGS. 5 and 6 and creating a master curve group using the Larson-Miller parameter, various temperature / stress conditions can be obtained. Therefore, an evaluation method that is effective for evaluation when all creep damage master curves cannot be created is also possible.
【００１９】以上より、本発明の高調波モードおよびヒ
ステリシスロス・モードとも、これらのモードを用い
て、強磁性体である低合金鋼の構造物のクリープ損傷時
間を評価できることが分かった。なお、上記実施例は例
示であり、本発明を限定するものではなく、したがって
本発明は、低合金鋼に限定されず、強磁性体であればよ
い。また、前述の実施形態においては、試験体１０を励
磁するため交流磁化プローブ１２に交流電圧（あるいは
電流）を印加する方法を用いているが、励磁に当たり目
的とする浸透深さを得るために、直流磁場や低周波数を
印加してもよい。直流磁場や低周波数磁場の印加は、例
えば、交流磁化プローブ１２に直流バイアスを与えるこ
とにより、あるいは交流磁化プローブ１２とは別の電磁
石により磁場を印加することに可能である。本発明のク
リープ損傷評価は、高調波モードのみで、またはヒステ
リシスロスのみで、あるいはこれら双方を用いて可能で
あり、双方を用いる場合は評価確度を向上させることが
できる。なお、一方のモードのみの場合は、当然に他方
のモードに必要な機能や構成要素を省くことができる。From the above, it was found that both the harmonic mode and the hysteresis loss mode of the present invention can be used to evaluate the creep damage time of a structure of a low alloy steel which is a ferromagnetic material. It should be noted that the above embodiments are merely examples and do not limit the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the low alloy steel and may be any ferromagnetic material. Further, in the above-described embodiment, the method of applying the AC voltage (or current) to the AC magnetization probe 12 to excite the test body 10 is used, but in order to obtain the desired penetration depth upon excitation, A DC magnetic field or low frequency may be applied. The direct-current magnetic field or the low-frequency magnetic field can be applied, for example, by applying a direct-current bias to the alternating-current magnetization probe 12 or by applying an electromagnetic field different from the alternating-current magnetization probe 12. The creep damage evaluation of the present invention can be performed only in the harmonic mode, only the hysteresis loss, or both of them, and when both are used, the evaluation accuracy can be improved. In the case of only one mode, it is naturally possible to omit the functions and components necessary for the other mode.
【図１】本発明に従った強磁性体構造物のクリープ損傷
評価装置の好適な一実施形態を示す概略ブロック図であ
る。FIG. 1 is a schematic block diagram showing a preferred embodiment of a creep damage evaluation apparatus for a ferromagnetic structure according to the present invention.
【図２】交流磁化プローブ１２の構成を示す図であり、
（Ａ）および（Ｂ）は、交流磁化プローブ１２の構成は
同じであるが、２つの異なる検出方式を示す。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of an AC magnetization probe 12,
(A) and (B) show two different detection methods although the configuration of the AC magnetization probe 12 is the same.
【図３】交流磁化時のリサージュ波形例を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing an example of a Lissajous waveform during AC magnetization.
【図４】図１および図２に示す強磁性体構造物のクリー
プ損傷評価装置を用いたその評価手順を示すフロー図で
ある。FIG. 4 is a flow chart showing an evaluation procedure using the creep damage evaluation apparatus for a ferromagnetic material structure shown in FIGS. 1 and 2.
【図５】第三高調波比とクリープ損傷との関係を示した
図である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a third harmonic ratio and creep damage.
【図６】ヒステリシスロスとクリープ損傷との関係を示
した図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between hysteresis loss and creep damage.
１０、１０ｂ 試験体 １２ 交流磁化プローブ １４ 可変交流電源 １６ 検出波形増幅部 １８ Ａ／Ｄ変換部 ２０ パーソナル・コンピュータ ３０、３２ Ａ／Ｄ変換器 ４０ 入力インタフェース ４２ マイクロプロセッサ ４４ メモリ ４６ ディスプレイ ４８ キーボード ７０ 比較コイル ７２ 標準コイル 10, 10b test piece 12 AC magnetization probe 14 Variable AC power supply 16 Detection waveform amplifier 18 A / D converter 20 personal computer 30, 32 A / D converter 40 input interface 42 microprocessors 44 memory 46 display 48 keyboard 70 Comparison coil 72 standard coil
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−83253（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−239412（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−269316（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−72121（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−324021（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−186378（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−248050（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−504077（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/72 - 27/90 ＪＯＩＳ ＰＡＴＯＬＩＳ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) Reference JP-A-58-83253 (JP, A) JP-A-10-239412 (JP, A) JP-A-9-269316 (JP, A) JP-A-7- 72121 (JP, A) JP 6-324021 (JP, A) JP 6-186378 (JP, A) JP 1-248050 (JP, A) JP 2-504077 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01N 27/72-27/90 JOIS PATOLIS
Claims (4)
触させた状態で励磁交流電圧又は電流を印加された前記
接触型プローブにより前記強磁性体の構造物をレーリー
ループ限外で交流磁化するステップであって、前記接触
型プローブは比較コイル及び標準コイルから成り、前記
比較コイル及び標準コイルはそれぞれ励磁コイル、検出
コイル及び高透磁率の磁芯から成り、且つ前記比較コイ
ル及び標準コイルのそれぞれの励磁コイル及び検出コイ
ルはそれぞれの磁芯に同軸状に巻かれており、前記比較
コイル及び標準コイルの両方の励磁コイルは直列接続さ
れ、前記比較コイル及び標準コイルの両方の検出コイル
は差動接続されており、前記比較コイルを前記構造物の
表面に接触させ且つ前記標準コイルを空気中又は前記構
造物の標準試験体の表面に接触させるステップと、 前記接触型プローブを強磁性体の構造物に接触させた前
記状態で前記接触型プローブにより前記構造物の交流磁
化波形を検出するステップであって、前記比較コイルを
前記構造物の表面に接触させ且つ前記標準コイルを空気
中又は前記構造物の標準試験体の表面に接触させた状態
で前記プローブの共振周波数が前記励磁交流電圧又は電
流の高調波の周波数と同じになるよう設定されている、
前記構造物の交流磁化波形を検出するステップと、 前記の検出された交流磁化波形に含まれる基本波と高調
波との大きさの比を算出するステップと、 算出された基本波と高調波との大きさの比に基づいて前
記構造物のクリープ損傷を推定するステップとを備える
強磁性体構造物のクリープ損傷評価方法。1. A ferromagnetic body structure is alternating-current magnetized in a Rayleigh loop by the contact type probe to which an exciting AC voltage or current is applied in a state where the contact type probe is in contact with the ferromagnetic body structure. The step of
The type probe consists of a comparison coil and a standard coil,
The comparison coil and standard coil are exciting and detecting coils, respectively.
A coil and a high-permeability magnetic core,
Excitation coil and detection coil of the standard and standard coils respectively
Are wrapped around each magnetic core,
Excitation coils, both coil and standard coil, are connected in series.
Detection coil of both the comparison coil and the standard coil
Are differentially connected, and the comparison coil is connected to the structure.
Contact the surface and place the standard coil in air or the structure.
A step of contacting a surface of a standard test object of a structure, and a step of detecting an alternating magnetization waveform of the structure by the contact type probe in the state where the contact type probe is in contact with a structure of a ferromagnetic substance, , The comparison coil
Contact the surface of the structure and air the standard coil.
Inside or in contact with the surface of the standard test body of the structure
At the resonance frequency of the probe is the excitation AC voltage or
Is set to be the same as the harmonic frequency of the current,
A step of detecting an alternating magnetization waveform of the structure; a step of calculating a size ratio between a fundamental wave and a harmonic included in the detected alternating magnetization waveform; and a calculated fundamental wave and a harmonic wave. Estimating the creep damage of the structure based on the ratio of the magnitudes of the two.
記強磁性体の構造物をレーリーループ限外で交流磁化
し、且つ当該状態で前記構造物の交流磁化波形を検出す
る接触型プローブと、 前記構造物の検出された交流磁化波形に含まれる基本波
と高調波との大きさの比を算出する比算出手段と、 算出された基本波と高調波との大きさの比に基づいて前
記構造物のクリープ損傷を推定する手段と、を備え、 前記接触型プローブは、１対の励磁コイル、１対の検出
コイル、及び２つの高透磁率の 磁芯を含み、前記１対の励磁コイルのうちの１つと前記１対の検出コ
イルのうちの１つとが前記２つの磁芯のうちの１つに同
軸状に巻かれることにより比較コイルを形成し、 前記１対の励磁コイルのうちの他方と前記１対の検出コ
イルのうちの他方とが前記２つの磁芯のうちの他方に同
軸状に巻かれることにより標準コイルを形成し、 前記比較コイル及び標準コイルの両方の励磁コイルは直
列接続され、前記比較コイル及び標準コイルの両方の検
出コイルは差動接続され、 前記比較コイルを前記構造物の表面に接触させ且つ前記
標準コイルを空気中又は前記構造物の標準試験体の表面
に接触させた状態で前記プローブの共振周波数が前記高
調波の周波数と同じになるよう設定されている 強磁性体
構造物のクリープ損傷評価装置。2. A contact type in which the structure of the ferromagnetic material is AC-magnetized outside the Rayleigh loop limit while being in contact with the structure of the ferromagnetic material, and the AC magnetization waveform of the structure is detected in the state. A probe, a ratio calculation means for calculating the ratio of the magnitude of the fundamental wave and the harmonic contained in the detected alternating-current magnetization waveform of the structure, and the ratio of the magnitude of the calculated fundamental wave and the harmonic. Means for estimating creep damage of the structure based on the above , wherein the contact-type probe includes a pair of exciting coils and a pair of detecting coils.
A coil and two high-permeability magnetic cores, and one of the pair of exciting coils and the pair of detecting coils.
One of the two cores is the same as one of the two cores.
A comparison coil is formed by being wound in an axial shape, and the other of the pair of exciting coils and the pair of detection coils are formed.
The other of the two cores is the same as the other of the two magnetic cores.
A standard coil is formed by being wound in an axial shape, and the exciting coils of both the reference coil and the standard coil are straight.
They are connected in series and both the comparison coil and the standard coil are detected.
The output coil is differentially connected to bring the comparison coil into contact with the surface of the structure and
Standard coil in air or surface of standard test body of the structure
When the probe is in contact with the
A creep damage evaluation device for ferromagnetic structures that is set to have the same harmonic frequency .
段は、 基本波と高調波との大きさの比とクリープ時間との関係
を表す基準情報を記憶する記憶手段と、 前記基準情報を用いて前記比算出手段により算出された
基本波と高調波との大きさの比から前記構造物のクリー
プ時間を推定する手段とを含む、請求項２記載の強磁性
体構造物のクリープ損傷評価装置。3. The means for estimating the creep damage of the structure uses a storage means for storing reference information indicating a relationship between a ratio of magnitudes of a fundamental wave and a harmonic and a creep time, and the reference information. And a means for estimating the creep time of the structure from the ratio of the magnitudes of the fundamental wave and the harmonics calculated by the ratio calculating means. .
物をそのレーリーループ限内で交流磁化可能であり、 前記構造物を交流磁化するための励磁波形と検出された
交流磁化波形とに基づいてヒステリシスロスを導出する
ヒステリシスロス導出手段と、 ヒステリシスロスとクリープ時間との関係を表す基準情
報を記憶する記憶手段と、 ヒステリシスロスとクリープ時間との関係を表す前記基
準情報を用いて前記ヒステリシスロス導出手段により導
出されたヒステリシスロスから前記構造物のクリープ時
間を推定する手段とを更に備える、請求項２又は３記載
の強磁性体構造物のクリープ損傷評価装置。4. The contact probe is capable of alternating-current magnetization of a ferromagnetic structure within its Rayleigh loop limit, and an exciting waveform for alternating-current magnetizing the structure and a detected alternating-current magnetization waveform. Hysteresis loss deriving means for deriving hysteresis loss based on the above, storage means for storing reference information indicating the relationship between hysteresis loss and creep time, and the hysteresis using the reference information indicating the relationship between hysteresis loss and creep time. The creep damage evaluation device for a ferromagnetic structure according to claim 2 or 3, further comprising means for estimating the creep time of the structure from the hysteresis loss derived by the loss deriving means.
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