JP4247723B2 - 渦流探傷方法及び渦流探傷装置 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管や棒鋼等の円柱状又は円筒状の被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法及び渦流探傷装置に関する。特に、本発明は、円柱状又は円筒状の被探傷材に存在する何れの方向に延びる欠陥をも同じプローブコイルを用いて精度良く検出することが可能な渦流探傷方法及び渦流探傷装置に関する。

鋼管や棒鋼には種々の欠陥が存在し、これら欠陥を検出するために従来より渦流探傷方法等の非破壊検査手法が適用されている。素材起因の欠陥である場合には、圧延によって欠陥が鋼管や棒鋼の軸方向に延ばされるため、軸方向に延びる欠陥となるのが一般的である。一方、圧延工程で生じる欠陥の場合、圧延時の応力の方向やメタルフローに起因した方向に延びる欠陥となる。このように、鋼管や棒鋼には種々の方向に延びる欠陥が存在し得るため、何れの方向に延びる欠陥をも精度良く検出することが望まれている。

従来、種々の方向に延びる欠陥を検出する渦流探傷法として、例えば、特許文献１に記載の方法が提案されている。具体的には、特許文献１には、被検査材と該被検査材面に対して垂直磁場を形成するセンサコイルとを相対移動させつつ欠陥を検出する渦流探傷方法において、前記センサコイルを回転板に配設し、該回転板を回転させることにより、センサコイルを前記相対移動の移動方向に対して略４５°の角度で走査することを特徴とする渦流探傷方法が開示されている（特許文献１の特許請求の範囲の欄等）。

特許文献１に記載の方法によれば、相対移動の移動方向（被検査材の軸方向）に対して４５°の角度でセンサコイルを走査するため、この走査方向に直交する方向（被検査材の軸方向に対して１３５°の方向）に延びる欠陥の検出能は良好であるといえる。しかしながら、軸方向に延びる欠陥（以下、適宜「軸方向欠陥」という）や周方向に延びる欠陥（以下、適宜「周方向欠陥」という）については共に、欠陥の検出感度（欠陥におけるセンサコイルの出力信号の最大振幅）が低下して、これら欠陥を見逃す虞がある。

以上のように、従来の渦流探傷方法では、同じセンサコイル（プローブコイル）を用いて、軸方向欠陥及び周方向欠陥の双方、さらにはその中間の方向に延びる欠陥を同時に精度良く検出することはできないという問題があった。
特開平２−１７３５６０号公報

本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、円柱状又は円筒状の被探傷材に存在する何れの方向に延びる欠陥をも同じプローブコイルを用いて精度良く検出することが可能な渦流探傷方法及び渦流探傷装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するべく、本発明の発明者らは鋭意検討した結果、以下の（１）〜（３）の知見を得た。
（１）回転走査するプローブコイルとして、被探傷材に誘起された渦電流を検出した検出信号の走査方向についての差動出力が得られるプローブコイルを用いることにより、プローブコイルと被探傷材とのリフトオフ変動に起因したノイズ信号の振幅を抑制可能である。
（２）プローブコイルを回転走査する際の回転半径を被探傷材の外半径以下に設定すると共に、プローブコイルの回転中心を被探傷材の軸心に正対させることにより、被探傷材に存在する何れの方向に延びる欠陥に対しても、欠陥の延びる方向と直交する方向にプローブコイルを走査することが可能となる結果、直交する方向にプローブコイルを走査しない場合に比べて欠陥の検出感度（差動出力の最大振幅）を高めることができる。
（３）ただし、回転半径を大きく設定し過ぎると、一回転の間にプローブコイルと被探傷材とのリフトオフが大きく変動し、各方向に延びる欠陥の検出感度の差が増大する。具体的には、軸方向欠陥と直交する方向にプローブコイルが走査される状態のときに最もリフトオフが小さくなるため、各方向に延びる欠陥の内、軸方向欠陥の検出感度が最も高くなる。一方、周方向欠陥と直交する方向にプローブコイルが走査される状態のときに最もリフトオフが大きくなるため、各方向に延びる欠陥の内、周方向欠陥の検出感度が最も低くなる。そして、プローブコイルの回転半径が大きくなればなるほど、上記のリフトオフの差が大きくなるため、軸方向欠陥と周方向欠陥の検出感度の差が増大する。従って、軸方向欠陥及び周方向欠陥の双方、さらにはその中間の方向に延びる欠陥の何れをも精度良く検出するには、軸方向欠陥と周方向欠陥の検出感度の差が許容範囲内となるように回転半径を設定することが肝要である。

本発明は、上記発明者らの知見に基づき完成されたものである。すなわち、本発明は、円柱状又は円筒状の被探傷材に対向配置されたプローブコイルを前記被探傷材に対して回転走査することにより前記被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法であって、前記プローブコイルとして、前記被探傷材に誘起された渦電流を検出した検出信号の前記走査方向についての差動出力が得られるプローブコイルを用い、前記プローブコイルの回転中心を前記被探傷材の軸心に正対させると共に、前記被探傷材に設けた軸方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅と前記被探傷材に設けた周方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅との差が予め定めた許容範囲内となるように、前記プローブコイルの回転中心と前記プローブコイルの中心との距離を設定することを特徴とする渦流探傷方法を提供するものである。

なお、本発明における「プローブコイル」には、検出コイルが被探傷材に交流磁界を作用させる励磁コイルの機能を兼ねる自己誘導型コイル、及び、検出コイルと励磁コイルとが別体とされた相互誘導型コイルの双方が含まれる。また、本発明における「被探傷材に誘起された渦電流を検出した検出信号の走査方向についての差動出力が得られるプローブコイル」としては、プローブコイルの走査方向に沿って並設された一対の検出コイルを具備し、被探傷材に対向配置された各検出コイルでの検出信号の差（差動出力）を出力するように構成された、いわゆる自己比較方式のプローブコイルを例示することができる。なお、前記一対の検出コイルの並設方向をプローブコイルの走査方向と完全に一致させることは必ずしも必要ではなく、プローブコイルの走査方向に直交する方向に延びる人工きずでの差動出力が得られる（人工きずでの差動出力がノイズ信号と識別可能となる）限りにおいて、プローブコイルの走査方向に対して傾斜する方向に一対の検出コイルを並設することも可能である。また、円環状の励磁コイルと、該励磁コイル内に設置されプローブコイルの走査方向の磁界を検出するように構成された（走査方向周りに導線が巻回された）矩形の検出コイルとを具備する、いわゆる一様渦流コイルと称されるプローブコイルを用いることも可能である。なお、前記矩形の検出コイルの軸心方向（磁界検出方向）をプローブコイルの走査方向と完全に一致させることは必ずしも必要ではなく、プローブコイルの走査方向に直交する方向に延びる人工きずでの差動出力が得られる（人工きずでの差動出力がノイズ信号と識別可能となる）限りにおいて、プローブコイルの走査方向に対して矩形の検出コイルの軸心を傾けて設置することも可能である。さらに、本発明における「プローブコイルの回転中心を被探傷材の軸心に正対させる」とは、プローブコイルの回転中心を通る直線と被探傷材の軸心とが互いに直角に交差する状態であることを意味する。

また、前記課題を解決するべく、本発明は、回転板と、該回転板に設置されたプローブコイルとを備え、円柱状又は円筒状の被探傷材に対向配置された前記回転板を前記被探傷材に対して回転させて前記プローブコイルを回転走査することにより前記被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷装置であって、前記プローブコイルは、前記被探傷材に誘起された渦電流を検出した検出信号の前記走査方向についての差動出力が得られるプローブコイルとされ、前記回転板は、該回転板の回転中心が前記被探傷材の軸心に正対する位置に配置され、前記回転板の回転中心と前記プローブコイルの中心との距離は、前記被探傷材に設けた軸方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅と前記被探傷材に設けた周方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅との差が予め定めた許容範囲内となるように設定されていることを特徴とする渦流探傷装置としても提供される。

本発明によれば、円柱状又は円筒状の被探傷材に存在する何れの方向に延びる欠陥に対しても、欠陥の延びる方向と直交する方向にプローブコイルを走査することができるため、欠陥の検出感度（差動出力の最大振幅）を高めることが可能である。また、最も検出感度の差が大きくなる軸方向欠陥（軸方向に延びる人工きず）と周方向欠陥（周方向に延びる人工きず）の検出感度の差（差動出力の最大振幅の差）が予め定めた許容範囲内となるようにプローブコイルの回転中心とプローブコイルの中心との距離を設定するため、何れの方向に延びる欠陥に対してもその検出感度の差を許容範囲内とすることが可能である。従って、本発明によれば、被探傷材に存在する何れの方向に延びる欠陥をも同じプローブコイルを用いて精度良く検出することが可能である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について、被探傷材が鋼管である場合を例に挙げて説明する。

＜渦流探傷装置の構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷装置の概略構成を示す図であり、図１（ａ）は正面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すプローブコイルの平面図を示す。図２は、図１に示すプローブコイルを回転走査した状態を示す説明図であり、図２（ａ）は軸方向欠陥と直交する方向にプローブコイルが走査されている状態を、図２（ｂ）は周方向欠陥と直交する方向にプローブコイルが走査されている状態を示す。図１に示すように、本実施形態に係る渦流探傷装置１００は、回転板１と、回転板１に設置されたプローブコイル２とを備え、鋼管Ｐに対向配置された回転板１を鋼管Ｐに対して回転（図１（ａ）に示す矢符θの方向に回転）させてプローブコイル２を回転走査することにより鋼管Ｐに存在する欠陥を検出する装置である。回転板１は、モータ等の回転駆動源３によって回転する。プローブコイル２には公知の渦流探傷器（図示せず）が接続されている。この渦流探傷器は、プローブコイル２に交流電流を通電すると共に、プローブコイル２から出力された差動出力に基づいて、鋼管Ｐに存在する欠陥を検出するように構成されている。なお、鋼管Ｐと回転板１とは、鋼管Ｐの周方向に相対回転（例えば、鋼管Ｐが図１（ａ）の矢符φの方向に回転）すると共に、鋼管Ｐの軸方向に相対移動（例えば、鋼管Ｐが図１（ｂ）の矢符Ｘの方向に移動）し、これにより鋼管Ｐの外表面全体が探傷されることになる。

プローブコイル２は、上記の渦流探傷器から通電された交流電流により鋼管Ｐに交流磁界を作用させて渦電流を誘起すると共に、鋼管Ｐに誘起された渦電流を検出するように構成されている。そして、プローブコイル２は、鋼管Ｐに誘起された渦電流を検出した検出信号の前記走査方向についての差動出力が得られるプローブコイルとされている。具体的に説明すれば、本実施形態に係るプローブコイル２は、鋼管Ｐに交流磁界を作用させる励磁コイル（図示せず）と渦電流を検出するための検出コイルとが別体とされた相互誘導型コイルであると共に、走査方向に沿って並設された一対の検出コイル２１、２２を具備し、各検出コイル２１、２２での検出信号の差（差動出力）を出力するように構成された、いわゆる自己比較方式のコイルとして機能する。プローブコイル２の励磁コイルは、鋼管Ｐの外面に垂直な方向に交流磁界を作用させる一方、検出コイル２１、２２は、渦電流によって生じる鋼管Ｐの外面に垂直な方向の交流磁界の変化を検出する。各検出コイル２１、２２は前述のように走査方向に沿って並設されており、プローブコイル２を鋼管Ｐに対して回転走査することにより、プローブコイル２からは各検出コイル２１、２２に対向する鋼管Ｐの部位についての検出信号の差（差動出力）が出力される。従って、プローブコイル２（特に検出コイル２１、２２）と鋼管Ｐとのリフトオフ変動に起因したノイズ信号の振幅を抑制可能である。

回転板１は、該回転板１の回転中心ＲＣ（プローブコイル２の回転中心に相当）が鋼管の軸心ＰＣに正対する位置に配置されている。すなわち、回転板１の回転中心ＲＣを通る直線と鋼管Ｐの軸心ＰＣとが互いに直角に交差する状態とされている。そして、回転板１の回転中心ＲＣとプローブコイル２の中心との距離Ｒ（プローブコイル２の回転半径に相当）は、鋼管Ｐの外半径以下に設定されている。このため、鋼管Ｐに存在する何れの方向に延びる欠陥に対しても、欠陥の延びる方向と直交する方向にプローブコイル２を走査することが可能となる結果、直交する方向にプローブコイル２を走査しない場合に比べて欠陥の検出感度（プローブコイル２の差動出力の最大振幅）を高めることができる。

ただし、プローブコイル２の回転半径Ｒを大きく設定し過ぎると、一回転の間にプローブコイル２と鋼管Ｐとのリフトオフが大きく変動し、各方向に延びる欠陥の検出感度（差動出力の最大振幅）の差が増大する。図２（ａ）に示すように、鋼管Ｐに存在する軸方向欠陥Ｆ１での差動出力の振幅は、プローブコイル２が鋼管Ｐの軸方向と直交する方向（図２（ａ）に示す矢符Ａ又はＢの方向）に走査されるときに最大となり、このときに軸方向欠陥Ｆ１の検出感度は最も高まる。そして、軸方向欠陥Ｆ１と直交する方向にプローブコイル２が走査される状態のときに最もリフトオフが小さくなる（この状態でのリフトオフは、図１（ａ）に示すＬとなる）ため、各方向に延びる欠陥の内、軸方向欠陥Ｆ１の検出感度が最も高くなる。一方、図２（ｂ）に示すように、鋼管Ｐに存在する周方向欠陥Ｆ２での差動出力の振幅は、プローブコイル２が鋼管Ｐの周方向と直交する方向（図２（ｂ）に示す矢符Ｃ又はＤの方向）に走査されるときに最大となり、このときに周方向欠陥Ｆ２の検出感度は最も高まる。しかしながら、周方向欠陥Ｆ２と直交する方向にプローブコイル２が走査される状態のときに最もリフトオフが大きくなる（この状態でのリフトオフは、図１（ａ）に示すＬ＋ΔＬとなる）ため、各方向に延びる欠陥の内、周方向欠陥Ｆ２の検出感度が最も低くなる。そして、プローブコイル２の回転半径Ｒが大きくなればなるほど、上記のリフトオフの差が大きくなるため、軸方向欠陥Ｆ１と周方向欠陥Ｆ２の検出感度の差が増大する。従って、軸方向欠陥Ｆ１及び周方向欠陥Ｆ２の双方、さらにはその中間の方向に延びる欠陥の何れをも精度良く検出するには、軸方向欠陥Ｆ１と周方向欠陥Ｆ２の検出感度の差が許容範囲内となるように回転半径Ｒを設定することが肝要である。

このため、回転板１の回転中心ＲＣとプローブコイル２の中心との距離（プローブコイル２の回転半径）Ｒは、鋼管Ｐに設けた軸方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅（図２（ａ）に示す状態のときに得られる差動出力の最大振幅）と鋼管Ｐに設けた周方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅（図２（ｂ）に示す状態のときに得られる差動出力の最大振幅）との差が予め定めた許容範囲内となるように設定されている。このように、最も検出感度の差が大きくなる軸方向欠陥（軸方向に延びる人工きず）と周方向欠陥（周方向に延びる人工きず）の検出感度の差（差動出力の最大振幅の差）が予め定めた許容範囲内となるようにプローブコイル２の回転中心ＲＣとプローブコイル２の中心との距離Ｒを設定するため、何れの方向に延びる欠陥に対してもその検出感度の差を許容範囲内とすることが可能である。従って、本実施形態に係る渦流探傷装置１００によれば、鋼管Ｐに存在する何れの方向に延びる欠陥をも同じプローブコイル２を用いて精度良く検出することが可能である。

プローブコイル２が回転走査によって一回転する間のリフトオフ変動は、たとえプローブコイル２の回転半径Ｒが一定であっても、鋼管Ｐの外半径に応じて変動する（鋼管Ｐの外半径が大きければリフトオフ変動は小さくなる）。また、たとえリフトオフ変動が一定であっても、鋼管Ｐに設けた軸方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅と鋼管Ｐに設けた周方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅との差は、鋼管Ｐの材質に応じて変動する。従って、上記の差動出力の最大振幅の差が許容範囲内となるようなプローブコイル２の回転半径Ｒは、被探傷材である鋼管Ｐの外半径や材質に応じて設定する必要がある。回転半径Ｒの具体的な設定方法については後述する。

なお、本実施形態では、プローブコイル２として、一対の検出コイル２１、２２の並設方向とプローブコイル２の走査方向とが完全に一致する構成について例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、図３に示すように、プローブコイル２の走査方向（図３に示す状態では、矢符Ａの方向）に直交する方向に延びる欠陥（図３に示す例では軸方向欠陥Ｆ１）での差動出力が得られる（差動出力がノイズ信号と識別可能となる）限りにおいて、プローブコイル２の走査方向Ａに対して傾斜する方向（図３（ａ）の矢符Ａ１で示す方向や、図３（ｂ）の矢符Ａ２で示す方向等）に一対の検出コイル２１、２２を並設することも可能である。

また、本実施形態では、プローブコイル２として、走査方向に沿って並設された一対の検出コイル２１、２２を具備し、各検出コイル２１、２２での検出信号の差（差動出力）を出力するように構成された、いわゆる自己比較方式のコイルを例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、本発明における、被探傷材（鋼管Ｐ）に誘起された渦電流を検出した検出信号の走査方向についての差動出力が得られるプローブコイルとしては、図４に示すように、円環状の励磁コイル２３と、励磁コイル２３内に設置されプローブコイルの走査方向（図３に示す状態では、矢符Ｅの方向）の磁界を検出するように構成された（走査方向周りに導線が巻回された）矩形の検出コイル２４とを具備する、いわゆる一様渦流コイルと称されるプローブコイル２’を用いることも可能である。

図４では、プローブコイル２’として、矩形の検出コイル２４の軸心方向とプローブコイル２’の走査方向Ｅとが完全に一致する構成について例示したが、本発明はこれに限るものではない。すなわち、図５に示すように、プローブコイル２’の走査方向Ｅに直交する方向に延びる欠陥（図５に示す例では周方向欠陥Ｆ２）での差動出力が得られる（差動出力がノイズ信号と識別可能となる）限りにおいて、プローブコイル２’の走査方向Ｅに対して矩形の検出コイル２４の軸心を傾けて（図５（ａ）の矢符Ｅ１で示す方向や、図５（ｂ）の矢符Ｅ２で示す方向等に傾けて）設置することも可能である。

以下、プローブコイル２又は２’の回転半径Ｒの具体的な設定方法について説明する。

プローブコイル２又は２’の回転半径Ｒの設定に際しては、まず最初に、実際に探傷を行う鋼管と同じ材質の鋼管Ｐを用いて、欠陥の検出感度に対するプローブコイル２又は２’のリフトオフの影響を調査する試験を行う。具体的には、図６に示すように、軸方向に延びる人工きずＦを鋼管Ｐに設けると共に、プローブコイル２又は２’を、鋼管Ｐの軸心ＰＣに正対する位置であって、且つ、リフトオフＬだけ鋼管Ｐから離間した位置に対向配置し、鋼管Ｐを周方向に回転させて人工きずＦの検出感度（人工きずＦにおける差動出力の最大振幅）を評価する。

この際、自己比較方式のプローブコイル２を用いるのであれば、その一対の検出コイル２１、２２の並設方向は、実際にプローブコイル２を回転走査して探傷を行う際の並設方向と一致させる。つまり、前述した図２に示すように、実際の探傷時に一対の検出コイル２１、２２の並設方向をプローブコイル２の走査方向と完全に一致させるのであれば、本試験におけるプローブコイル２の走査方向は鋼管Ｐの周方向であるため、本試験における一対の検出コイル２１、２２は、その並設方向を鋼管Ｐの周方向に一致させて配置する。また、前述した図３に示すように、実際の探傷時に一対の検出コイル２１、２２をプローブコイル２の走査方向に対して傾斜する方向に並設するのであれば、本試験における一対の検出コイル２１、２２も、その並設方向を鋼管Ｐの周方向に対して同じように傾斜させて配置する。

また、いわゆる一様渦流コイルと称されるプローブコイル２’を用いるのであれば、その矩形の検出コイル２４の軸心方向（磁界検出方向）は、実際にプローブコイル２’を回転走査して探傷を行う際の軸心方向と一致させる。つまり、前述した図４に示すように、実際の探傷時に矩形の検出コイル２４の軸心方向をプローブコイル２’の走査方向と完全に一致させるのであれば、本試験におけるプローブコイル２’の走査方向は鋼管Ｐの周方向であるため、本試験における矩形の検出コイル２４は、その軸心方向を鋼管Ｐの周方向に一致させて配置する。また、前述した図５に示すように、実際の探傷時に矩形の検出コイル２４の軸心をプローブコイル２’の走査方向に対して傾けて設置するのであれば、本試験における矩形の検出コイル２４も、その軸心を鋼管Ｐの周方向に対して同じように傾けて配置する。

以上に説明した評価を、鋼管Ｐとプローブコイル２又は２’とのリフトオフＬを所定範囲内で変更して繰り返すことにより、欠陥の検出感度に対するプローブコイル２又は２’のリフトオフの影響を調査する。

図７は、低合金鋼（磁性材）からなる鋼管Ｐについて、上記のようにして、欠陥の検出感度に対する自己比較方式のプローブコイル２のリフトオフの影響を調査した試験結果の一例を示すグラフである。具体的には、低合金鋼からなり、外径１４０ｍｍ、肉厚６ｍｍの鋼管Ｐに、人工きずＦとして軸方向に延びる５％ノッチ（深さ０．３ｍｍ）を設け、プローブコイル２のリフトオフＬを１ｍｍ〜３ｍｍの間で変更して試験を行った。図７に示す結果より、例えば、リフトオフＬ＝２ｍｍを基準とする（Ｌ＝２ｍｍのときの欠陥検出感度を１００％とする）と、この基準リフトオフに設定したときの欠陥検出感度よりも欠陥検出感度が２ｄＢ低下する（約８０％となる）リフトオフは、約２．３５ｍｍとなる。なお、一様渦流コイルと称されるプローブコイル２’についても、同様の試験を行ったところ、図７に示すグラフと同様の結果が得られた。

従って、軸方向欠陥（軸方向に延びる人工きず）と周方向欠陥（周方向に延びる人工きず）の検出感度の差の許容範囲を例えば２ｄＢとすれば（周方向欠陥の検出感度が軸方向欠陥の検出感度よりも２ｄＢまで低下することを許容するとすれば）、図７に示す例の場合、プローブコイル２又は２’の回転走査に伴うリフトオフ変動の許容範囲は、約０．３５ｍｍ（＝２．３５ｍｍ−２ｍｍ）となる。すなわち、図１（ａ）に示すΔＬが０．３５ｍｍ以下となるように、プローブコイル２又は２’の回転半径Ｒを設定すればよい。この回転半径Ｒは、鋼管Ｐの外径を２ｒとすると、幾何学的に、下記の式（１）によって算出可能である。
Ｒ＝ｒ・ｓｉｎ［ｃｏｓ^−１｛（ｒ−ΔＬ）／ｒ｝］ ・・・ （１）
例えば、ΔＬ＝０．３５ｍｍとすると、上記式（１）により、外径１４０ｍｍ（すなわち、ｒ＝７０ｍｍ）の鋼管Ｐに対して設定すべき回転半径Ｒは約７ｍｍとなる。

以上に説明したように、プローブコイル２又は２’の回転半径Ｒは、概略以下の（ａ）〜（ｃ）の手順で設定することが可能である。
（ａ）実際に探傷を行う鋼管と同じ材質の鋼管Ｐを用いて、欠陥の検出感度に対するプローブコイル２又は２’のリフトオフの影響を調査する（上記の例では、図７に示す試験結果を得る）。
（ｂ）上記（ａ）で調査した結果に基づき、予め定めた軸方向欠陥と周方向欠陥の検出感度の差の許容範囲（上記の例では、２ｄＢ）内に収まる検出感度差となるようなリフトオフ変動の許容範囲（上記の例では、約０．３５ｍｍ）を算出する。
（ｃ）上記（ｂ）で算出したリフトオフ変動の許容範囲内でΔＬを設定し（上記の例では、ΔＬ＝０．３５ｍｍ）、式（１）に基づき、プローブコイル２又は２’の回転半径Ｒ（上記の例では、Ｒ＝７ｍｍ）を設定する。

なお、前述のように、被探傷材に設けた軸方向欠陥と周方向欠陥の検出感度の差は、被探傷材の材質に応じて変動する。換言すれば、図７に示すような欠陥の検出感度に対するプローブコイル２又は２’のリフトオフの影響は、被探傷材の材質に応じて異なる。

図８は、オーステナイト系ステンレス鋼（非磁性材）からなる鋼管及びフェライト系ステンレス鋼（磁性材）からなる鋼管のそれぞれについて、図７に示す場合と同様の方法で、欠陥の検出感度に対する自己比較方式のプローブコイル２のリフトオフの影響を調査した試験結果の一例を示すグラフである。具体的には、外径１７８ｍｍ、肉厚８ｍｍの鋼管（オーステナイト系ステンレス鋼及びフェライト系ステンレス鋼）Ｐに、人工きずＦとして軸方向に延びる５％ノッチ（深さ０．４ｍｍ）を設け、プローブコイル２のリフトオフＬを１ｍｍ〜３ｍｍの間で変更して試験を行った。なお、一様渦流コイルと称されるプローブコイル２’についても、同様の試験を行ったところ、図８に示すグラフと同様の結果が得られた。

図８に示す結果より、例えば、リフトオフＬ＝２ｍｍを基準とする（Ｌ＝２ｍｍのときの欠陥検出感度を１００％とする）と、この基準リフトオフに設定したときの欠陥検出感度よりも欠陥検出感度が２ｄＢ低下する（約８０％となる）リフトオフは、オーステナイト系ステンレス鋼の場合には約２．２５ｍｍとなり、フェライト系ステンレス鋼の場合には約２．４ｍｍとなる。従って、プローブコイル２又は２’の回転走査に伴うリフトオフ変動の許容範囲は、オーステナイト系ステンレス鋼の場合には約０．２５ｍｍ（＝２．２５ｍｍ−２ｍｍ）となり、フェライト系ステンレス鋼の場合には約０．４ｍｍ（＝２．４ｍｍ−２ｍｍ）となる。

上記のように、欠陥の検出感度に対するプローブコイル２又は２’のリフトオフの影響（リフトオフ変動の許容範囲）は、被探傷材の材質に応じて異なる。従って、被探傷材の材質毎にプローブコイル２又は２’のリフトオフの影響を調査する試験を行い、その試験結果に基づき、被探傷材の材質毎にプローブコイル２又は２’の回転半径Ｒを設定することが好ましい。

表１は、以上に説明した方法により設定した回転半径Ｒで、実際にプローブコイル２又は２’を回転走査し、軸方向欠陥（軸方向に延びる人工きず）及び周方向欠陥（周方向に延びる人工きず）を設けた鋼管（低合金鋼）を探傷した結果の一例を示す。

表１に示すように、実際にプローブコイル２又は２’を回転走査した場合にも、軸方向欠陥（軸方向５％ノッチ）の検出感度を１００％としたときの周方向欠陥（周方向５％ノッチ）の検出感度は８０％以上となり、予め定めた軸方向欠陥と周方向欠陥の検出感度の差の許容範囲（２ｄＢ）内となることが実証できた。

図１は、本発明の一実施形態に係る渦流探傷装置の概略構成を示す図であり、図１（ａ）は正面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すプローブコイルの平面図を示す。 図２は、図１に示すプローブコイルを回転走査した状態を示す説明図であり、図２（ａ）は軸方向欠陥と直交する方向にプローブコイルが走査されている状態を、図２（ｂ）は周方向欠陥と直交する方向にプローブコイルが走査されている状態を示す。 図３は、図１に示すプローブコイルの変形例を示す説明図である。 図４は、本発明に係る渦流探傷装置を構成するプローブコイルの他の構成例を概略的に示す平面図である。 図５は、図４に示すプローブコイルの変形例を示す説明図である。 図６は、本発明に係る渦流探傷装置を構成するプローブコイルの回転半径を設定する際に行う試験の概要を示す説明図であり、図６（ａ）は斜視図を、図６（ｂ）は正面図を示す。 図７は、図６に示す試験結果の一例を示すグラフである。 図８は、図６に示す試験結果の他の例を示すグラフである。

符号の説明

１・・・回転板
２、２’・・・プローブコイル
３・・・回転駆動源
２１、２２、２４・・・検出コイル
２３・・・励磁コイル
Ｐ・・・鋼管（被探傷材）
ＰＣ・・・鋼管（被探傷材）の軸心
ＲＣ・・・回転板の回転中心（プローブコイルの回転中心）

Claims (2)

1. 円柱状又は円筒状の被探傷材に対向配置されたプローブコイルを前記被探傷材に対して回転走査することにより前記被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷方法であって、
   前記プローブコイルとして、前記被探傷材に誘起された渦電流を検出した検出信号の前記走査方向についての差動出力が得られるプローブコイルを用い、
   前記プローブコイルの回転中心を前記被探傷材の軸心に正対させると共に、
   前記被探傷材に設けた軸方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅と前記被探傷材に設けた周方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅との差が予め定めた許容範囲内となるように、前記プローブコイルの回転中心と前記プローブコイルの中心との距離を設定することを特徴とする渦流探傷方法。
2. 回転板と、該回転板に設置されたプローブコイルとを備え、円柱状又は円筒状の被探傷材に対向配置された前記回転板を前記被探傷材に対して回転させて前記プローブコイルを回転走査することにより前記被探傷材に存在する欠陥を検出する渦流探傷装置であって、
   前記プローブコイルは、前記被探傷材に誘起された渦電流を検出した検出信号の前記走査方向についての差動出力が得られるプローブコイルとされ、
   前記回転板は、該回転板の回転中心が前記被探傷材の軸心に正対する位置に配置され、
   前記回転板の回転中心と前記プローブコイルの中心との距離は、前記被探傷材に設けた軸方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅と前記被探傷材に設けた周方向に延びる人工きずでの差動出力の最大振幅との差が予め定めた許容範囲内となるように設定されていることを特徴とする渦流探傷装置。

Images