JP3673392B2 - 電磁超音波探傷装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばボイラ、燃焼炉、焼却炉、独立過熱器、独立節炭器、各種熱交換器、タンク、各種プラント、鉄道のレール、橋梁などの被検材に対して非破壊で探傷することのできる電磁超音波探傷装置に係り、特に灰や酸化スケールが被検材の表面に被膜を形成していたり、塗装が施工されている場合においても、センサを１〜２ｍｍ程度浮かせた状態で傾斜探傷を行うことのできる電磁超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２７ならびに図２８は従来提案された電磁超音波探傷装置を説明するための図で、図２７は電磁超音波探傷装置のシステム構成図、図２８はその電磁超音波探傷装置に用いられる電磁超音波探触子（Electro Magnetic Acoustic Transducer、以下ＥＭＡＴと略記する）の一部を断面にした斜視図である。（鉄道におけるサイバネティクス利用国内シンポジウム論文集 ＶＯＬ．３１ｓｔ ＰＡＧＥ．３３７−３４０ １９９４参照）
電磁超音波探傷装置は図２７に示すように主に超音波送信器１０１、ＥＭＡＴ１０２、超音波受信器１０３、シグナルアベレージャ１０４、コントローラ１０５、オシロスコープ１０６から構成されている。同図に示すようにＥＭＡＴ１０２は例えば鉄道レールなどの被検材１０７に載置して、欠陥１０８を検出する仕組みになっている。
【０００３】
ＥＭＡＴ１０２は図２８に示すように、永久磁石１１０、発信コイル１１１、受信コイル１１２、ケース１１３、基板１１４、リード線１１５、送信用コネクタ１１６、受信用コネクタ１１７などから構成されている。発信コイル１１１と受信コイル１１２は例えば銅などのコ字形の連続した帯状導体からなり、同一の基板１１４上に発信コイル１１１と受信コイル１１２とが１枚ずつ重ねて配置されている。
【０００４】
このような配置の従来技術においては、図２７に示すようにＥＭＡＴ１０２を被検材１０７に設置する場合には、図２８に示すようにＥＭＡＴ１０２の発信コイル１１１と受信コイル１１２とが配置された基板１１４側を被検材１０７に対向する底面とする。前記永久磁石１１０により被検材１０７内に静磁界が発生し、前記発信コイル１１１に所定のパルス電流を流すと磁界に変化を生じ、その変化を抑えようとする方向、すなわち発信コイル１１１に流すパルス電流とは逆向きの渦電流が被検材１０７に発生する。
【０００５】
この渦電流と前記静磁界との相互作用で発生するローレンツ力により、渦電流の中心部を中心にして放射状に歪みが生じ、この歪みが横波の超音波として被検材１０７中を伝播し、被検材１０７の底面や欠陥１０８の所で反射して被検材１０７の表面に戻る。この表面に到達する反射超音波は、前述の超音波の発生とは逆の過程により受信コイル１１２で検出される仕組みになっている。
【０００６】
このような電磁超音波探傷装置では、被検材に損傷を与えることがなく、発熱も生じさせず、比較的操作が簡単に行えるなどの特長が有る。
【０００７】
図２９は、図２７および図２８に示す従来の電磁超音波探傷装置を用いた場合の、ノッチ（欠陥）深さ（ｈ）と電磁超音波探傷装置のエコーレベル（電圧）との関係をテストによって求めた結果を示す特性図である。図２９において、試験片は２５ｍｍ厚の炭素鋼で作成し、試験片の厚さに対して一方を上面、他方を底面とすると、底面側にはノッチ（欠陥）を予め形成しておき、ＥＭＡＴ１０２を上面側に隙間（リフトオフまたはギャップ）を０ｍｍで配置して、前記ノッチ深さ（ｈ）を変化させたときの、それぞれの超音波エコーの受信によるエコーレベル（電圧）の相対値の変化を示している。図２９においては、ノッチ深さ（ｈ）が１０ｍｍのときのエコーレベルを０としている。
【０００８】
図２９によれば、ノッチ深さ（ｈ）が小さくなるとエコーレベルは低下し、ノッチ深さ（ｈ）が１ｍｍ以下ではエコーレベルは−１０ｄＢ以下に急激に低下することがわかる。これにより、エコーレベル−１０ｄＢをＥＭＡＴ１０２を上面側に隙間（リフトオフまたはギャップ）を０ｍｍで配置した場合のノッチ深さ（ｈ）が１ｍｍのときの電磁超音波探傷装置の限界値とみなすことができる。
【０００９】
次に、図３０は図２９と同じ試験片を用いて、試験片とＥＭＡＴとの隙間（リフトオフまたはギャップ）とエコーレベルとの関係をテストにより求めた結果を示す特性図である。図３０においては、図２９によりＥＭＡＴ１０２を上面側に隙間（リフトオフまたはギャップ）を０ｍｍで配置した場合には、ノッチ深さ（ｈ）が１ｍｍのときのエコーレベル−１０ｄＢが限界値とみなすことができるので、試験片のノッチ深さ（ｈ）を１ｍｍに固定した。図３０においては、ギャップ０ｍｍのときのエコーレベルを０としている。
【００１０】
図３０によれば、試験片の上面とＥＭＡＴ１０２とのギャツプが大きくなるとそれに比例してエコーレベルの相対値が小さくなることがわかる。またギャツプが０．２５ｍｍのときにエコーレベルが−１０ｄＢとなり、従って、ギャツプ０．２５ｍｍが試験片の厚さが２５ｍｍのときの従来の電磁超音波探傷装置の測定限界であることが分かる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ボイラの耐圧部は４００〜６００℃の高温に曝されており、その耐圧部の外面には酸化スケール（例えばＦｅ3 Ｏ4 など）が厚さ０．５ｍｍから１．０ｍｍ程度付着する。そのため図２７，図２８に示す従来の電磁超音波探傷装置では厚さ０．５ｍｍから１．０ｍｍのスケールの上から確実に探傷できず、そのためにこの電磁超音波探傷装置を用いるためには検査前に酸化スケールを除去する作業が必要となり、作業効率が悪くコストの増大を招いていた。従って前記電磁超音波探傷装置が事前の研磨作業を要しないで使用できる範囲は、被検材の表面に酸化スケールなどがほとんど付着しない例えば圧力容器や鉄道のレールなどに限定されるという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、被検材の表面に酸化スケールなどが付着しても欠陥の検出が可能で、適用範囲が広く確実に探傷が可能な電磁超音波探傷装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、被検材に静磁界を発生させるための静磁界発生用磁石と、パルス電流を流すことにより被検材内に渦電流を発生させるための発信コイルと、前記静磁界発生用磁石と前記発信コイルにより被検材内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検材の表面を加振することで斜角の超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備えた電磁超音波探傷装置において、
前記発信コイルの外側を取り囲むように外輪コイルを設け、該外輪コイルには該外輪コイルに隣接する発信コイルを流れる電流とは逆向きの電流を流すように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明は前述したように、被検材に静磁界を発生させるための静磁界発生用磁石と、パルス電流を流すことにより被検材内に渦電流を発生させるための発信コイルと、前記静磁界発生用磁石と前記発信コイルにより被検材内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検材の表面を加振することで斜角の超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備えた電磁超音波探傷装置において、
前記発信コイルの外側を取り囲むように外輪コイルを設け、該外輪コイルには該外輪コイルに隣接する発信コイルを流れる電流とは逆向きの電流を流すように構成したことにより、コイルの巻き部毎に、被検材の表面に１対の方向が逆でほぼ均等の大きさの強い渦電流を発生させることができる。そのためＳＶ波が有効に発生し、これにより発信コイルと被検材との間のリフトオフ距離を従来より大きく設定しても探傷が確実に行うことができる。
【００１５】
前記のように、リフトオフ距離を大きくすることができるので、例えば、ボイラ耐圧部の伝熱管外表面に付着している酸化スケールなどの上から直接探傷することができ、従来技術では不可欠であった酸化スケール除去などの研磨作業や接触媒質の塗付などの付随作業を不要となり、精度よく短時間で探傷作業を行うことができ。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図とともに説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置の概略構成図、図２はその電磁超音波探傷装置の被検材中での電磁超音波の発振状態を説明する模式図である。
【００１７】
図１および図２に示すように、電磁超音波探傷装置は、被検材１０の内部に静磁界７を発生するための例えば焼結された希土類磁石などからなる永久磁石１と、被検材１０の表面に渦電流５を発生するための発信コイル２と、被検材１０の内部の欠陥から反射した超音波エコーなどを検出する受信コイル３と、発信コイル２を取り囲むようにその外側に設けられた外輪コイル４から主に構成されている。
【００１８】
このような構成において探傷するには、まず前記永久磁石１により被検材１０内に直流の静磁界７が供給される。次に前記永久磁石１と被検材１０との間に配置された発信コイル２に所定のパルス電流を流すと前記静磁界７に変化が生じ、その変化を抑えようとする方向、すなわち発信コイル２に流すパルス電流とは逆向きの渦電流５が被検材１０に発生する。
【００１９】
図２において、被検材１０の永久磁石１側の表面には、３箇所の巻き部（パンケーキと称する）からなる発信コイル２を流れる電流に対して、被検材１０の表面のそれぞれに対応する位置には、逆向きの渦電流５が生じている。
【００２０】
前記渦電流５と前記静磁界７との相互作用で発生するローレンツ力により、渦電流の中心部を中心にして放射状に歪みが生じ、この歪みが角度をもった横波の超音波（ＳＶ波）８として被検材１０中を伝播し、被検材１０内の欠陥などで反射して被検材１０の表面に戻る。この表面に到達する反射超音波は、前述の超音波の発生とは逆の過程により受信コイル３で検出される。
【００２１】
前記発信コイル２の巻き部のコイルピッチ（Ｐ）は、発信コイル２と被検材１０との間のリフトオフ距離（Ｌ）に対して２．５倍以上、好ましくは２．５倍から４．５倍の大きさに設定される。
【００２２】
図３１に発信コイル２の巻き部のコイルピッチ（Ｐ）とコイル巻き線幅（Ｗ）に対する渦電流密度特性を示す。図３１は、被検材表面と発信コイルとのリフトオフ距離を２ｍｍに固定して、コイルピッチ（Ｐ）を変化させた時の渦電流密度の変化を求めたものである。ここでは、コイル巻き線幅（Ｗ）は１．０ｍｍと１．５ｍｍのものとを使用している。
【００２３】
図３１に示すように、リフトオフ距離に対してコイルピッチ（Ｐ）が小さい場合には、渦電流は小さく、リフトオフ距離に対してコイルピッチ（Ｐ）を２．５倍、すなわち５ｍｍ以上にすると、充分に大きな渦電流（８×１０7 Ａ／ｍ2 ）が生じることがわかる。また、図３１には記載されていないが、リフトオフ距離に対してコイルピッチ（Ｐ）を４．５倍以上にすると、すなわち、図３１の曲線を横軸方向に外挿した場合には、曲線は横に寝た形になり、渦電流を高める効果がなくなるとともに、波長が長くなることから検出精度の低下が生じ、検出限度欠陥高さが大きくなることを求め、最適なリフトオフ距離に対するコイルピッチ（Ｐ）を求めるに至ったものである。
【００２４】
次に、図３ないし図５は、リフトオフ距離（Ｌ）２ｍｍ、発信コイル２の巻き部のコイルピッチ（Ｐ）を５ｍｍとした場合に、外輪コイル４を設置しない場合の被検材１０の表面に発生する渦電流のシミュレーション結果を説明するための図で、図３は発信コイル２と測定点を示す説明図、図４、図５は被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【００２５】
図６ないし図９は、図３ないし図５の場合に対して、外輪コイル４を設置した場合の被検材１０の表面に発生する渦電流のシミュレーション結果を説明するための図である。図６は発信コイル２と外輪コイル４の平面図、図７は測定点を示す説明図、図８、図９は被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【００２６】
３箇所の巻き部からなる発信コイル２に対して、外輪コイル４を設けない場合には図４に示すように、最も外側のコイルにおいて内側のコイルにおけるよりもはるかに大きな渦電流が発生している。このため、図４の最も左側および最も右側に位置するコイルに対応して発生する渦電流と、それらの隣のコイルに対応して発生する渦電流との強さのレベルに大きなアンバランスが生じ、発信コイル２の外側部分では、ローレンツ力による加振が生じないで、被検材１０表面からのＳＶ波が発生しないことになり、全体としての測定限界が低下する。
【００２７】
これに対して外輪コイル４を設置した場合には、図８に示すように、発信コイル２の全体にわたってほぼ均等のレベルの充分な大きさの渦電流を発生することができるので、ローレンツ力による加振が隣接する電流方向が逆向きの渦電流間でもれなく生じ、被検材１０表面からのＳＶ波が有効に発生し、全体としての測定限界を向上させることができる。
【００２８】
また、被検材１０上に安定した渦電流５を発生させるためには、従来のコ字形の帯状導電体からなる発信コイルおよび受信コイルではなく、図１０に示すように巻き部が複数個連続したコイル形状にして、コイルの全巻数を１０ターン以上（図１０においては全１８ターン）にして、コイル配線によるインダクタンス変化の影響をコイルのパルス電流へ及ぼさないようにすることができる。
【００２９】
また、図１１、図１２に示すように発信コイル２と受信コイル３の相対的な配置は、発信コイルセンターラインと受信コイルセンターラインをオフセットして（ずらして）取付けて、一方向の超音波反射エコーを検出し易くすることができる。
【００３０】
また前記のように配置することで、受信コイル３よりも被検材１０側にある発信コイル２から受信コイル３へ直接届く受信波が、被検材１０からの超音波反射エコーと相互に受信コイル３に対して打ち消し合い、その結果としてノイズ成分の低い検出が可能となる。図１２において符号６は被検材１０内の欠陥、矢印Ｘは被検材１０内での発生超音波の発信方向、矢印Ｙは欠陥がある場合の超音波の反射方向、矢印Ｚは欠陥がない場合の超音波の反射方向である。
【００３１】
次に、図１３、図１４は、発信コイル２における巻き部（パンケーキ）の数と被検材１０内での発生超音波の指向性または音圧との関係を示す図である。図１３に示すように、発信される超音波の指向性はコイルパンケーキ数が１のときが最も高く、４までは低下し、４を越えると変化が少ない。また図１４に示すように、発信される超音波の音圧、すなわち感度は、コイルパンケーキ数が１から３までは増加し、３以上ではほとんど変化しない。これらの図から指向性と音圧とを同時に高めることはできないことがわかる。また、操作性、経済性を考慮してできるだけコンパクトにする必要が有った。発明者等は試験により、指向性を実作業上問題のない範囲で音圧を高め、しかもコンパクトな装置となる最適範囲としてコイルパンケーキ数が１から３のものが最も好ましいことを見出した。
【００３２】
次に、永久磁石１は焼結タイプの希土類磁石を使用するが、該希土類磁石は金属のように電導性が良いため、発信コイル２に通電するとそれと対向して配置される永久磁石１の底面に渦電流が発生し、永久磁石１内でも超音波が発生する。そのため本発明の第２の実施の形態では、図１６，図１７（図１６の側面図）に示すように発信コイル２と被検材１０との間のリフトオフ距離（Ｌ）に対して、受信コイル３と永久磁石１との間のスペース（Ｓ）を大きくすることにより、受信コイル３から永久磁石１側への影響を少なくすることができ、永久磁石１内での超音波の発生が抑制できる。
【００３３】
次に、図１５ないし図１７に示すように、永久磁石１の少なくとも被検材１０と対向する面の一部を凹形状（例えば径１６ｍｍの円弧状の凹部）にすることにより、永久磁石１内に発生した超音波が分散でき、妨害エコーの強度を低下することができる。
【００３４】
次に、図１８は本発明の第３の実施の形態を示す図で、永久磁石１内で発生する妨害エコーを低減する手段として、永久磁石１と発信コイル２の間に例えばパーマロイ、センダスト、アモルファスなどの強磁性箔１２を配置することで、永久磁石１内に発生する渦電流は、発信コイル２から強磁性箔１２内に発生した渦電流により、強磁性箔１２と永久磁石１の間の相互誘導により発生したものであり、直接的に発信コイル２から永久磁石１に発生したものではないので、永久磁石１内での渦電流の強度を低下させることができる。強磁性箔１２は複数枚を使用することで効果が向上する。
【００３５】
次に、図１９は本発明の第４の実施の形態を示す図で、前記強磁性箔１２の代わりにＦｅ3 Ｏ4 やバリウムフエライトなどの磁性粉末を混入するかあるいは表面に塗付した磁気シート１３を配置したものである。妨害エコーの低減の機構は図１８と同様である。
【００３６】
次に、図２０は本発明の第５の実施の形態を示す図で、前記強磁性箔１２の代わりに発信コイル２に短絡した短絡発信コイル１４−１と、受信コイル３に短絡した短絡受信コイル１４−２を配置したものである。図２０において、前記短絡発信コイル１４−１と短絡受信コイル１４−２とは、それぞれ前記発信コイル２、受信コイル３と同じパターン形状にしておくことで、相互に打ち消し合う効果が生じ、永久磁石１における妨害エコーの強度を低下することができる。
【００３７】
次に、図２１は本発明の第６の実施の形態を示す図で、静磁界形成用の永久磁石１の両側の側面に、前記永久磁石１の磁束密度（Ｍ．Ｆ．−０）よりも大きい磁束密度（Ｍ．Ｆ．−１）を有する磁石を強制磁石１５として、永久磁石１と同じ磁極の方向に配置している。図２２は強制磁石１５を使用しない場合、図２３は図２１に示す強制磁石１５を使用した場合の、被検材１０中におけるローレンツ力１６ならびに静磁界１７の方向を模式的に示す図である。
【００３８】
図２１に示すように静磁界形成用の永久磁石１の両側に強制磁石１５を配置することにより、図２３に示すように静磁界の方向１７を発信コイル２，受信コイル３側に向けることで、ローレンツ力１６の方向が水平となり、結果的には強いＳＶ波を発生することができる。
【００３９】
次に、図２４は本発明の第７の実施の形態を示す図で、静磁界形成用永久磁石１の両側に強制磁石１５を配置し、さらにその両側に補助磁石１８を設けた例を示している。このように補助磁石１８を配置することにより、漏洩磁束を抑制し、強力な静磁界を発生して、検出感度を高めることができる。この実施の形態において、強制磁石１５を省略することもできる。
【００４０】
次に、図２５は本発明の第８の実施の形態を示す図で、永久磁石１の両側面に鋼層１９（例えば、インピーダンスＺ＝４５．３×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）を介して強制磁石１５を介在したものである。さらに、永久磁石１、鋼層１９および強制磁石１５で形成される表面、すなわち発信コイル２または受信コイル３に面する側とは反対側の面には、鋼製（例えば、インピーダンスＺ＝４５．３×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）の連続した山形のダンパ層２０を設けるとともに、強制磁石１５の両外側の側面にはアルミニウム製（例えば、インピーダンスＺ＝１７．１×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）の連続した山形のダンパ層２１を設けている。
【００４１】
また、図２６は、永久磁石１の両側面に鋼層１９および空気層２２からなる（例えば、インピーダンスＺ＝４５．３×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓおよびＺ＝０．０００４×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）ダンパ層を介して強制磁石１５を介在したものである。さらに強制磁石１５の両側の側面には銅層２３（例えば、インピーダンスＺ＝３９．１×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）、鉛層２４（例えば、インピーダンスＺ＝２５．５×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）、アルミニウム製（例えば、インピーダンスＺ＝１７．１×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）の連続した山形のダンパ層２１を設けるとともに、さらに永久磁石１，鋼層１９，強制磁石１５，銅層２３および鉛層２４で形成される表面、すなわち発信コイル２または受信コイル３に面する側とは反対側の面（上面側）には、鋼製（例えば、インピーダンスＺ＝４５．３×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）の連続した山形のダンパ層２０を設けている。
【００４２】
図２５または図２６に設けた前記ダンパ層１９ないし２４は、永久磁石１内で発生した超音波の不要なものを減衰させたり、位相を逆転させたりして、不要な超音波の音圧を下げ、騒音を低下させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は前述したように、被検材に静磁界を発生させるための静磁界発生用磁石と、パルス電流を流すことにより被検材内に渦電流を発生させるための発信コイルと、前記静磁界発生用磁石と前記発信コイルにより被検材内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検材の表面を加振することで斜角の超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備えた電磁超音波探傷装置において、
前記発信コイルの外側を取り囲むように外輪コイルを設け、該外輪コイルには該外輪コイルに隣接する発信コイルを流れる電流とは逆向きの電流を流すように構成したことにより、コイルの巻き部毎に、被検材の表面に１対の方向が逆でほぼ均等の大きさの強い渦電流を発生させることができる。そのためＳＶ波が有効に発生し、これにより発信コイルと被検材との間のリフトオフ距離を従来より大きく設定しても探傷が確実に行うことができる。
【００４４】
前記のように、リフトオフ距離を大きくすることができるので、例えば、ボイラ耐圧部の伝熱管外表面に付着している酸化スケールなどの上から直接探傷することができ、従来技術では不可欠であった酸化スケール除去などの研磨作業や接触媒質の塗付などの付随作業を不要となり、精度よく短時間で探傷作業を行うことができ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置の概略構成図である。
【図２】その電磁超音波探傷装置の被検材中での電磁超音波の発振状態を説明する模式図である。
【図３】外輪コイルを用いない場合の発信コイルと測定点を示す説明図である。
【図４】外輪コイルを用いない場合の被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【図５】外輪コイルを用いない場合の被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【図６】発信コイルと外輪コイルの平面図である。
【図７】外輪コイルを用いた場合の発信コイルと測定点を示す説明図である。
【図８】外輪コイルを用いた場合の被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【図９】外輪コイルを用いた場合の被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【図１０】発信コイルの平面図である。
【図１１】発信コイルと受信コイルの位置関係を示す説明図である。
【図１２】被検材内での超音波の発信方向を示す図である。
【図１３】発信コイルのパンケーキ数と被検材内での発生超音波の指向性との関係を示す図である。
【図１４】発信コイルのパンケーキ数と被検材内での発生超音波の音圧との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る静磁界発生用永久磁石の平面図である。
【図１６】その静磁界発生用永久磁石を用いた場合の発信，受信コイル−被検材間のリフトオフＬと発信，受信コイル−永久磁石間のスペースＳとの関係を示す正面図である。
【図１７】その静磁界発生用永久磁石を用いた場合の発信，受信コイル−被検材間のリフトオフＬと発信，受信コイル−永久磁石間のスペースＳとの関係を示す側面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２１】本発明の第６の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２２】強制磁石を用いない場合の被検材内でのローレンツ方向と静磁界方向を示す説明図である。
【図２３】強制磁石を用いた場合の被検材内でのローレンツ方向と静磁界方向を示す説明図である。
【図２４】本発明の第７の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２５】本発明の第８の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２６】本発明の第９の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２７】従来提案された電磁超音波探傷装置のシステム構成図である。
【図２８】その電磁超音波探傷装置に用いるＥＭＡＴの一部を断面にした斜視図である。
【図２９】その電磁超音波探傷装置のノッチの深さとエコーレベルの相対値との関係を示す特性図である。
【図３０】その電磁超音波探傷装置のギャツプとエコーレベルの相対値との関係を示す特性図である。
【図３１】発信コイルの巻き部のコイルピットとコイル巻き線幅に対する渦電流密度特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 静磁界形成用永久磁石
２ 発信コイル
３ 受信コイル
４ 外輪コイル
５ 渦電流
７ 静磁界
８ ＳＶ波
１０ 被検材
１２ 金属箔
１３ 磁気シート
１４ 短絡発信・受信コイル
１５ 強制磁石
１８ 補助磁石
１９ 鋼層
２０，２１ ダンパ層
２２ 空気層
２３ 銅層
Ｌ リフトオフ
Ｐ コイルピッチ
Ｓ スペース
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばボイラ、燃焼炉、焼却炉、独立過熱器、独立節炭器、各種熱交換器、タンク、各種プラント、鉄道のレール、橋梁などの被検材に対して非破壊で探傷することのできる電磁超音波探傷装置に係り、特に灰や酸化スケールが被検材の表面に被膜を形成していたり、塗装が施工されている場合においても、センサを１〜２ｍｍ程度浮かせた状態で傾斜探傷を行うことのできる電磁超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２７ならびに図２８は従来提案された電磁超音波探傷装置を説明するための図で、図２７は電磁超音波探傷装置のシステム構成図、図２８はその電磁超音波探傷装置に用いられる電磁超音波探触子（Electro Magnetic Acoustic Transducer、以下ＥＭＡＴと略記する）の一部を断面にした斜視図である。（鉄道におけるサイバネティクス利用国内シンポジウム論文集 ＶＯＬ．３１ｓｔ ＰＡＧＥ．３３７−３４０ １９９４参照）
電磁超音波探傷装置は図２７に示すように主に超音波送信器１０１、ＥＭＡＴ１０２、超音波受信器１０３、シグナルアベレージャ１０４、コントローラ１０５、オシロスコープ１０６から構成されている。同図に示すようにＥＭＡＴ１０２は例えば鉄道レールなどの被検材１０７に載置して、欠陥１０８を検出する仕組みになっている。
【０００３】
ＥＭＡＴ１０２は図２８に示すように、永久磁石１１０、発信コイル１１１、受信コイル１１２、ケース１１３、基板１１４、リード線１１５、送信用コネクタ１１６、受信用コネクタ１１７などから構成されている。発信コイル１１１と受信コイル１１２は例えば銅などのコ字形の連続した帯状導体からなり、同一の基板１１４上に発信コイル１１１と受信コイル１１２とが１枚ずつ重ねて配置されている。
【０００４】
このような配置の従来技術においては、図２７に示すようにＥＭＡＴ１０２を被検材１０７に設置する場合には、図２８に示すようにＥＭＡＴ１０２の発信コイル１１１と受信コイル１１２とが配置された基板１１４側を被検材１０７に対向する底面とする。前記永久磁石１１０により被検材１０７内に静磁界が発生し、前記発信コイル１１１に所定のパルス電流を流すと磁界に変化を生じ、その変化を抑えようとする方向、すなわち発信コイル１１１に流すパルス電流とは逆向きの渦電流が被検材１０７に発生する。
【０００５】
この渦電流と前記静磁界との相互作用で発生するローレンツ力により、渦電流の中心部を中心にして放射状に歪みが生じ、この歪みが横波の超音波として被検材１０７中を伝播し、被検材１０７の底面や欠陥１０８の所で反射して被検材１０７の表面に戻る。この表面に到達する反射超音波は、前述の超音波の発生とは逆の過程により受信コイル１１２で検出される仕組みになっている。
【０００６】
このような電磁超音波探傷装置では、被検材に損傷を与えることがなく、発熱も生じさせず、比較的操作が簡単に行えるなどの特長が有る。
【０００７】
図２９は、図２７および図２８に示す従来の電磁超音波探傷装置を用いた場合の、ノッチ（欠陥）深さ（ｈ）と電磁超音波探傷装置のエコーレベル（電圧）との関係をテストによって求めた結果を示す特性図である。図２９において、試験片は２５ｍｍ厚の炭素鋼で作成し、試験片の厚さに対して一方を上面、他方を底面とすると、底面側にはノッチ（欠陥）を予め形成しておき、ＥＭＡＴ１０２を上面側に隙間（リフトオフまたはギャップ）を０ｍｍで配置して、前記ノッチ深さ（ｈ）を変化させたときの、それぞれの超音波エコーの受信によるエコーレベル（電圧）の相対値の変化を示している。図２９においては、ノッチ深さ（ｈ）が１０ｍｍのときのエコーレベルを０としている。
【０００８】
図２９によれば、ノッチ深さ（ｈ）が小さくなるとエコーレベルは低下し、ノッチ深さ（ｈ）が１ｍｍ以下ではエコーレベルは−１０ｄＢ以下に急激に低下することがわかる。これにより、エコーレベル−１０ｄＢをＥＭＡＴ１０２を上面側に隙間（リフトオフまたはギャップ）を０ｍｍで配置した場合のノッチ深さ（ｈ）が１ｍｍのときの電磁超音波探傷装置の限界値とみなすことができる。
【０００９】
次に、図３０は図２９と同じ試験片を用いて、試験片とＥＭＡＴとの隙間（リフトオフまたはギャップ）とエコーレベルとの関係をテストにより求めた結果を示す特性図である。図３０においては、図２９によりＥＭＡＴ１０２を上面側に隙間（リフトオフまたはギャップ）を０ｍｍで配置した場合には、ノッチ深さ（ｈ）が１ｍｍのときのエコーレベル−１０ｄＢが限界値とみなすことができるので、試験片のノッチ深さ（ｈ）を１ｍｍに固定した。図３０においては、ギャップ０ｍｍのときのエコーレベルを０としている。
【００１０】
図３０によれば、試験片の上面とＥＭＡＴ１０２とのギャツプが大きくなるとそれに比例してエコーレベルの相対値が小さくなることがわかる。またギャツプが０．２５ｍｍのときにエコーレベルが−１０ｄＢとなり、従って、ギャツプ０．２５ｍｍが試験片の厚さが２５ｍｍのときの従来の電磁超音波探傷装置の測定限界であることが分かる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、ボイラの耐圧部は４００〜６００℃の高温に曝されており、その耐圧部の外面には酸化スケール（例えばＦｅ3 Ｏ4 など）が厚さ０．５ｍｍから１．０ｍｍ程度付着する。そのため図２７，図２８に示す従来の電磁超音波探傷装置では厚さ０．５ｍｍから１．０ｍｍのスケールの上から確実に探傷できず、そのためにこの電磁超音波探傷装置を用いるためには検査前に酸化スケールを除去する作業が必要となり、作業効率が悪くコストの増大を招いていた。従って前記電磁超音波探傷装置が事前の研磨作業を要しないで使用できる範囲は、被検材の表面に酸化スケールなどがほとんど付着しない例えば圧力容器や鉄道のレールなどに限定されるという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、被検材の表面に酸化スケールなどが付着しても欠陥の検出が可能で、適用範囲が広く確実に探傷が可能な電磁超音波探傷装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は、被検材に静磁界を発生させるための静磁界発生用磁石と、パルス電流を流すことにより被検材内に渦電流を発生させるための発信コイルと、前記静磁界発生用磁石と前記発信コイルにより被検材内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検材の表面を加振することで斜角の超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備えた電磁超音波探傷装置において、
前記発信コイルの外側を取り囲むように外輪コイルを設け、該外輪コイルには該外輪コイルに隣接する発信コイルを流れる電流とは逆向きの電流を流すように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
本発明は前述したように、被検材に静磁界を発生させるための静磁界発生用磁石と、パルス電流を流すことにより被検材内に渦電流を発生させるための発信コイルと、前記静磁界発生用磁石と前記発信コイルにより被検材内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検材の表面を加振することで斜角の超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備えた電磁超音波探傷装置において、
前記発信コイルの外側を取り囲むように外輪コイルを設け、該外輪コイルには該外輪コイルに隣接する発信コイルを流れる電流とは逆向きの電流を流すように構成したことにより、コイルの巻き部毎に、被検材の表面に１対の方向が逆でほぼ均等の大きさの強い渦電流を発生させることができる。そのためＳＶ波が有効に発生し、これにより発信コイルと被検材との間のリフトオフ距離を従来より大きく設定しても探傷が確実に行うことができる。
【００１５】
前記のように、リフトオフ距離を大きくすることができるので、例えば、ボイラ耐圧部の伝熱管外表面に付着している酸化スケールなどの上から直接探傷することができ、従来技術では不可欠であった酸化スケール除去などの研磨作業や接触媒質の塗付などの付随作業を不要となり、精度よく短時間で探傷作業を行うことができ。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図とともに説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置の概略構成図、図２はその電磁超音波探傷装置の被検材中での電磁超音波の発振状態を説明する模式図である。
【００１７】
図１および図２に示すように、電磁超音波探傷装置は、被検材１０の内部に静磁界７を発生するための例えば焼結された希土類磁石などからなる永久磁石１と、被検材１０の表面に渦電流５を発生するための発信コイル２と、被検材１０の内部の欠陥から反射した超音波エコーなどを検出する受信コイル３と、発信コイル２を取り囲むようにその外側に設けられた外輪コイル４から主に構成されている。
【００１８】
このような構成において探傷するには、まず前記永久磁石１により被検材１０内に直流の静磁界７が供給される。次に前記永久磁石１と被検材１０との間に配置された発信コイル２に所定のパルス電流を流すと前記静磁界７に変化が生じ、その変化を抑えようとする方向、すなわち発信コイル２に流すパルス電流とは逆向きの渦電流５が被検材１０に発生する。
【００１９】
図２において、被検材１０の永久磁石１側の表面には、３箇所の巻き部（パンケーキと称する）からなる発信コイル２を流れる電流に対して、被検材１０の表面のそれぞれに対応する位置には、逆向きの渦電流５が生じている。
【００２０】
前記渦電流５と前記静磁界７との相互作用で発生するローレンツ力により、渦電流の中心部を中心にして放射状に歪みが生じ、この歪みが角度をもった横波の超音波（ＳＶ波）８として被検材１０中を伝播し、被検材１０内の欠陥などで反射して被検材１０の表面に戻る。この表面に到達する反射超音波は、前述の超音波の発生とは逆の過程により受信コイル３で検出される。
【００２１】
前記発信コイル２の巻き部のコイルピッチ（Ｐ）は、発信コイル２と被検材１０との間のリフトオフ距離（Ｌ）に対して２．５倍以上、好ましくは２．５倍から４．５倍の大きさに設定される。
【００２２】
図３１に発信コイル２の巻き部のコイルピッチ（Ｐ）とコイル巻き線幅（Ｗ）に対する渦電流密度特性を示す。図３１は、被検材表面と発信コイルとのリフトオフ距離を２ｍｍに固定して、コイルピッチ（Ｐ）を変化させた時の渦電流密度の変化を求めたものである。ここでは、コイル巻き線幅（Ｗ）は１．０ｍｍと１．５ｍｍのものとを使用している。
【００２３】
図３１に示すように、リフトオフ距離に対してコイルピッチ（Ｐ）が小さい場合には、渦電流は小さく、リフトオフ距離に対してコイルピッチ（Ｐ）を２．５倍、すなわち５ｍｍ以上にすると、充分に大きな渦電流（８×１０7 Ａ／ｍ2 ）が生じることがわかる。また、図３１には記載されていないが、リフトオフ距離に対してコイルピッチ（Ｐ）を４．５倍以上にすると、すなわち、図３１の曲線を横軸方向に外挿した場合には、曲線は横に寝た形になり、渦電流を高める効果がなくなるとともに、波長が長くなることから検出精度の低下が生じ、検出限度欠陥高さが大きくなることを求め、最適なリフトオフ距離に対するコイルピッチ（Ｐ）を求めるに至ったものである。
【００２４】
次に、図３ないし図５は、リフトオフ距離（Ｌ）２ｍｍ、発信コイル２の巻き部のコイルピッチ（Ｐ）を５ｍｍとした場合に、外輪コイル４を設置しない場合の被検材１０の表面に発生する渦電流のシミュレーション結果を説明するための図で、図３は発信コイル２と測定点を示す説明図、図４、図５は被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【００２５】
図６ないし図９は、図３ないし図５の場合に対して、外輪コイル４を設置した場合の被検材１０の表面に発生する渦電流のシミュレーション結果を説明するための図である。図６は発信コイル２と外輪コイル４の平面図、図７は測定点を示す説明図、図８、図９は被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【００２６】
３箇所の巻き部からなる発信コイル２に対して、外輪コイル４を設けない場合には図４に示すように、最も外側のコイルにおいて内側のコイルにおけるよりもはるかに大きな渦電流が発生している。このため、図４の最も左側および最も右側に位置するコイルに対応して発生する渦電流と、それらの隣のコイルに対応して発生する渦電流との強さのレベルに大きなアンバランスが生じ、発信コイル２の外側部分では、ローレンツ力による加振が生じないで、被検材１０表面からのＳＶ波が発生しないことになり、全体としての測定限界が低下する。
【００２７】
これに対して外輪コイル４を設置した場合には、図８に示すように、発信コイル２の全体にわたってほぼ均等のレベルの充分な大きさの渦電流を発生することができるので、ローレンツ力による加振が隣接する電流方向が逆向きの渦電流間でもれなく生じ、被検材１０表面からのＳＶ波が有効に発生し、全体としての測定限界を向上させることができる。
【００２８】
また、被検材１０上に安定した渦電流５を発生させるためには、従来のコ字形の帯状導電体からなる発信コイルおよび受信コイルではなく、図１０に示すように巻き部が複数個連続したコイル形状にして、コイルの全巻数を１０ターン以上（図１０においては全１８ターン）にして、コイル配線によるインダクタンス変化の影響をコイルのパルス電流へ及ぼさないようにすることができる。
【００２９】
また、図１１、図１２に示すように発信コイル２と受信コイル３の相対的な配置は、発信コイルセンターラインと受信コイルセンターラインをオフセットして（ずらして）取付けて、一方向の超音波反射エコーを検出し易くすることができる。
【００３０】
また前記のように配置することで、受信コイル３よりも被検材１０側にある発信コイル２から受信コイル３へ直接届く受信波が、被検材１０からの超音波反射エコーと相互に受信コイル３に対して打ち消し合い、その結果としてノイズ成分の低い検出が可能となる。図１２において符号６は被検材１０内の欠陥、矢印Ｘは被検材１０内での発生超音波の発信方向、矢印Ｙは欠陥がある場合の超音波の反射方向、矢印Ｚは欠陥がない場合の超音波の反射方向である。
【００３１】
次に、図１３、図１４は、発信コイル２における巻き部（パンケーキ）の数と被検材１０内での発生超音波の指向性または音圧との関係を示す図である。図１３に示すように、発信される超音波の指向性はコイルパンケーキ数が１のときが最も高く、４までは低下し、４を越えると変化が少ない。また図１４に示すように、発信される超音波の音圧、すなわち感度は、コイルパンケーキ数が１から３までは増加し、３以上ではほとんど変化しない。これらの図から指向性と音圧とを同時に高めることはできないことがわかる。また、操作性、経済性を考慮してできるだけコンパクトにする必要が有った。発明者等は試験により、指向性を実作業上問題のない範囲で音圧を高め、しかもコンパクトな装置となる最適範囲としてコイルパンケーキ数が１から３のものが最も好ましいことを見出した。
【００３２】
次に、永久磁石１は焼結タイプの希土類磁石を使用するが、該希土類磁石は金属のように電導性が良いため、発信コイル２に通電するとそれと対向して配置される永久磁石１の底面に渦電流が発生し、永久磁石１内でも超音波が発生する。そのため本発明の第２の実施の形態では、図１６，図１７（図１６の側面図）に示すように発信コイル２と被検材１０との間のリフトオフ距離（Ｌ）に対して、受信コイル３と永久磁石１との間のスペース（Ｓ）を大きくすることにより、受信コイル３から永久磁石１側への影響を少なくすることができ、永久磁石１内での超音波の発生が抑制できる。
【００３３】
次に、図１５ないし図１７に示すように、永久磁石１の少なくとも被検材１０と対向する面の一部を凹形状（例えば径１６ｍｍの円弧状の凹部）にすることにより、永久磁石１内に発生した超音波が分散でき、妨害エコーの強度を低下することができる。
【００３４】
次に、図１８は本発明の第３の実施の形態を示す図で、永久磁石１内で発生する妨害エコーを低減する手段として、永久磁石１と発信コイル２の間に例えばパーマロイ、センダスト、アモルファスなどの強磁性箔１２を配置することで、永久磁石１内に発生する渦電流は、発信コイル２から強磁性箔１２内に発生した渦電流により、強磁性箔１２と永久磁石１の間の相互誘導により発生したものであり、直接的に発信コイル２から永久磁石１に発生したものではないので、永久磁石１内での渦電流の強度を低下させることができる。強磁性箔１２は複数枚を使用することで効果が向上する。
【００３５】
次に、図１９は本発明の第４の実施の形態を示す図で、前記強磁性箔１２の代わりにＦｅ3 Ｏ4 やバリウムフエライトなどの磁性粉末を混入するかあるいは表面に塗付した磁気シート１３を配置したものである。妨害エコーの低減の機構は図１８と同様である。
【００３６】
次に、図２０は本発明の第５の実施の形態を示す図で、前記強磁性箔１２の代わりに発信コイル２に短絡した短絡発信コイル１４−１と、受信コイル３に短絡した短絡受信コイル１４−２を配置したものである。図２０において、前記短絡発信コイル１４−１と短絡受信コイル１４−２とは、それぞれ前記発信コイル２、受信コイル３と同じパターン形状にしておくことで、相互に打ち消し合う効果が生じ、永久磁石１における妨害エコーの強度を低下することができる。
【００３７】
次に、図２１は本発明の第６の実施の形態を示す図で、静磁界形成用の永久磁石１の両側の側面に、前記永久磁石１の磁束密度（Ｍ．Ｆ．−０）よりも大きい磁束密度（Ｍ．Ｆ．−１）を有する磁石を強制磁石１５として、永久磁石１と同じ磁極の方向に配置している。図２２は強制磁石１５を使用しない場合、図２３は図２１に示す強制磁石１５を使用した場合の、被検材１０中におけるローレンツ力１６ならびに静磁界１７の方向を模式的に示す図である。
【００３８】
図２１に示すように静磁界形成用の永久磁石１の両側に強制磁石１５を配置することにより、図２３に示すように静磁界の方向１７を発信コイル２，受信コイル３側に向けることで、ローレンツ力１６の方向が水平となり、結果的には強いＳＶ波を発生することができる。
【００３９】
次に、図２４は本発明の第７の実施の形態を示す図で、静磁界形成用永久磁石１の両側に強制磁石１５を配置し、さらにその両側に補助磁石１８を設けた例を示している。このように補助磁石１８を配置することにより、漏洩磁束を抑制し、強力な静磁界を発生して、検出感度を高めることができる。この実施の形態において、強制磁石１５を省略することもできる。
【００４０】
次に、図２５は本発明の第８の実施の形態を示す図で、永久磁石１の両側面に鋼層１９（例えば、インピーダンスＺ＝４５．３×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）を介して強制磁石１５を介在したものである。さらに、永久磁石１、鋼層１９および強制磁石１５で形成される表面、すなわち発信コイル２または受信コイル３に面する側とは反対側の面には、鋼製（例えば、インピーダンスＺ＝４５．３×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）の連続した山形のダンパ層２０を設けるとともに、強制磁石１５の両外側の側面にはアルミニウム製（例えば、インピーダンスＺ＝１７．１×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）の連続した山形のダンパ層２１を設けている。
【００４１】
また、図２６は、永久磁石１の両側面に鋼層１９および空気層２２からなる（例えば、インピーダンスＺ＝４５．３×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓおよびＺ＝０．０００４×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）ダンパ層を介して強制磁石１５を介在したものである。さらに強制磁石１５の両側の側面には銅層２３（例えば、インピーダンスＺ＝３９．１×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）、鉛層２４（例えば、インピーダンスＺ＝２５．５×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）、アルミニウム製（例えば、インピーダンスＺ＝１７．１×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）の連続した山形のダンパ層２１を設けるとともに、さらに永久磁石１，鋼層１９，強制磁石１５，銅層２３および鉛層２４で形成される表面、すなわち発信コイル２または受信コイル３に面する側とは反対側の面（上面側）には、鋼製（例えば、インピーダンスＺ＝４５．３×１０-6ｋｇ／ｍ2 ｓ）の連続した山形のダンパ層２０を設けている。
【００４２】
図２５または図２６に設けた前記ダンパ層１９ないし２４は、永久磁石１内で発生した超音波の不要なものを減衰させたり、位相を逆転させたりして、不要な超音波の音圧を下げ、騒音を低下させることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は前述したように、被検材に静磁界を発生させるための静磁界発生用磁石と、パルス電流を流すことにより被検材内に渦電流を発生させるための発信コイルと、前記静磁界発生用磁石と前記発信コイルにより被検材内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検材の表面を加振することで斜角の超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備えた電磁超音波探傷装置において、
前記発信コイルの外側を取り囲むように外輪コイルを設け、該外輪コイルには該外輪コイルに隣接する発信コイルを流れる電流とは逆向きの電流を流すように構成したことにより、コイルの巻き部毎に、被検材の表面に１対の方向が逆でほぼ均等の大きさの強い渦電流を発生させることができる。そのためＳＶ波が有効に発生し、これにより発信コイルと被検材との間のリフトオフ距離を従来より大きく設定しても探傷が確実に行うことができる。
【００４４】
前記のように、リフトオフ距離を大きくすることができるので、例えば、ボイラ耐圧部の伝熱管外表面に付着している酸化スケールなどの上から直接探傷することができ、従来技術では不可欠であった酸化スケール除去などの研磨作業や接触媒質の塗付などの付随作業を不要となり、精度よく短時間で探傷作業を行うことができ。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置の概略構成図である。
【図２】その電磁超音波探傷装置の被検材中での電磁超音波の発振状態を説明する模式図である。
【図３】外輪コイルを用いない場合の発信コイルと測定点を示す説明図である。
【図４】外輪コイルを用いない場合の被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【図５】外輪コイルを用いない場合の被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【図６】発信コイルと外輪コイルの平面図である。
【図７】外輪コイルを用いた場合の発信コイルと測定点を示す説明図である。
【図８】外輪コイルを用いた場合の被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【図９】外輪コイルを用いた場合の被検材表面での渦電流の強さを示す図である。
【図１０】発信コイルの平面図である。
【図１１】発信コイルと受信コイルの位置関係を示す説明図である。
【図１２】被検材内での超音波の発信方向を示す図である。
【図１３】発信コイルのパンケーキ数と被検材内での発生超音波の指向性との関係を示す図である。
【図１４】発信コイルのパンケーキ数と被検材内での発生超音波の音圧との関係を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る静磁界発生用永久磁石の平面図である。
【図１６】その静磁界発生用永久磁石を用いた場合の発信，受信コイル−被検材間のリフトオフＬと発信，受信コイル−永久磁石間のスペースＳとの関係を示す正面図である。
【図１７】その静磁界発生用永久磁石を用いた場合の発信，受信コイル−被検材間のリフトオフＬと発信，受信コイル−永久磁石間のスペースＳとの関係を示す側面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２１】本発明の第６の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２２】強制磁石を用いない場合の被検材内でのローレンツ方向と静磁界方向を示す説明図である。
【図２３】強制磁石を用いた場合の被検材内でのローレンツ方向と静磁界方向を示す説明図である。
【図２４】本発明の第７の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２５】本発明の第８の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２６】本発明の第９の実施の形態に係る電磁超音波探傷装置を示す説明図である。
【図２７】従来提案された電磁超音波探傷装置のシステム構成図である。
【図２８】その電磁超音波探傷装置に用いるＥＭＡＴの一部を断面にした斜視図である。
【図２９】その電磁超音波探傷装置のノッチの深さとエコーレベルの相対値との関係を示す特性図である。
【図３０】その電磁超音波探傷装置のギャツプとエコーレベルの相対値との関係を示す特性図である。
【図３１】発信コイルの巻き部のコイルピットとコイル巻き線幅に対する渦電流密度特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 静磁界形成用永久磁石
２ 発信コイル
３ 受信コイル
４ 外輪コイル
５ 渦電流
７ 静磁界
８ ＳＶ波
１０ 被検材
１２ 金属箔
１３ 磁気シート
１４ 短絡発信・受信コイル
１５ 強制磁石
１８ 補助磁石
１９ 鋼層
２０，２１ ダンパ層
２２ 空気層
２３ 銅層
Ｌ リフトオフ
Ｐ コイルピッチ
Ｓ スペース
Claims (12)
- 被検材に静磁界を発生させるための静磁界発生用磁石と、パルス電流を流すことにより被検材内に渦電流を発生させるための発信コイルと、
前記静磁界発生用磁石と前記発信コイルにより被検材内に発生した静磁界と渦電流との作用によりローレンツ力を誘起させ、被検材の表面を加振することで斜角の超音波を発生させ、その超音波の探傷部に対する反射エコーを検出する受信コイルとを備えた電磁超音波探傷装置において、
前記発信コイルの外側を取り囲むように外輪コイルを設け、該外輪コイルには該外輪コイルに隣接する発信コイルを流れる電流とは逆向きの電流を流すように構成したことを特徴とする電磁超音波探傷装置。 - 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記発信コイルは、該発信コイルの巻き部におけるコイルピッチを、発信コイルと被検材との間のリフトオフ距離の２．５倍以上で形成したことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記発信コイルは、該発信コイルの巻き数を全部で１０ターン以上で形成したことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記発信コイルのセンターラインと受信コイルのセンターラインを相互にずらして構成したことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記静磁界発生用磁石と発信コイルとの間隔を、前記被検材と発信コイルとの間のリフトオフ距離以上として構成したことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記静磁界発生用磁石は焼結した希土類磁石としたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記静磁界発生用磁石の受信コイルと対向する面に、凹部を設けたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記静磁界発生用磁石と発信コイルの間に強磁性箔を介在して設けたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記静磁界発生用磁石と発信コイルの間に磁性粉末を含有したシートを介在して設けたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記静磁界発生用磁石と発信コイルの間に、発信コイルと受信コイルとを短絡した短絡発信コイルと短絡受信コイルを介在して設けたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記静磁界発生用磁石の両側の側面に、前記静磁界発生用磁石よりも磁束密度が高い磁石を、前記静磁界発生用磁石の磁極と同じ向きに設けたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
- 請求項１に記載した電磁超音波探傷装置において、前記静磁界発生用磁石の周囲に、補助磁石を該磁石の磁極の向きが前記静磁界発生用磁石に向かうように設けたことを特徴とする電磁超音波探傷装置。
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