JP4789502B2 - 電位差法を用いた深い亀裂に対する亀裂深さ測定手法および装置 - Google Patents

Description

本発明は例えば配管等に発生する亀裂の大きさを測定する装置に関し、特にいわゆる電位差法と呼ばれる方法により亀裂の大きさを測定する装置に関する。

従来、発電プラントにおいては、プラント構成機器の保守点検等のために配管等に発生する亀裂の非破壊検査が実施されている。例えば表面亀裂に対する非破壊検査としては浸透探傷検査や磁粉探傷検査が用いられているが、これらはきずの長さが判明するだけである。きずの深さを測定するには超音波検査や電位差法を用いた測定装置によって測定することが効果的である。
特許第３１１６１２３号 特許第３５８６４１３号 特開２００４−２７１２１８号 特開２００４−１７７２７４号 特開２００３−１７７１１７号 特開２００３−１４６５８号 特開２００２−１２９９０号 特開２００１−２８１１６７号 特開平１１−２８１５９１号 特開平０９−２９７０７４号 特開平０６−２０１６３２号 特開平０６−１０９６８４号 特開平０６−８２４１２号 特開平０５−２８８７２５号 特開平０５−３２２８２９号 特開昭６０−１３７５６４号

超音波検査では一般に斜角探傷による１回反射法や表面波法が用いられるが、被検査体の幾何学的な形状によっては、検査が困難であったり測定精度が低下したりする場合がある。また被検査体の材質毎に基準感度試験片が必要になるほか、材質によっては超音波が拡散、減衰し測定精度が低下する問題がある。一方、電位差法は、被検査体の材質や形状に関わらず適用することが可能であるが、深い亀裂を測定するためには大電流を必要としており、電極先端や亀裂先端部での発熱に基づく電気抵抗率変化の問題があった。

これに対し本発明は、電極間隔、電流値に関する検討をし、亀裂深さに応じて適切な電極間隔を選択することにより極力小さな電流を用いて高感度化を図る方法および装置である。また、電極先端や亀裂先端部の発熱による電気抵抗率の変化を極力抑えることができ、測定する亀裂深さの精度をより向上させることができる。

より詳細には本発明は、直流を用いた電位差法において配管表面に接触される一対の電流供給用電極と、一対の電位差測定用電極とを有する配管の亀裂検出装置であって、前記一対の電流供給用電極、前記一対の電位差測定用電極の電極間隔、及び供給する電流値を所定の値に設定して亀裂の深さを測定する装置を提供する。この装置により亀裂の深さに対して最適な電極間隔、電流値で測定することができ測定精度も向上する。

上記のような電極間隔、電流値はそれぞれ次のようになる。亀裂深さが０〜５ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は２ｍｍから１０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから９ｍｍの範囲であり、供給電流値は０．１Ａから１０Ａの範囲である。亀裂深さが５〜１５ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は１０ｍｍから３０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから２０ｍｍの範囲であり、供給電流値は１Ａから２０Ａの範囲である。亀裂深さが１５〜３０ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は２０ｍｍから６０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから２０ｍｍの範囲であり、供給電流値は１Ａから５０Ａの範囲である。亀裂深さが３０〜６０ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は３０ｍｍから１００ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから２０ｍｍの範囲であり、供給電流値は１Ａから５０Ａの範囲である。このような値にすることによって上記のように測定精度を向上させることができる。

また幾何学的な形状に対して測定する場合には、前記一対の電流供給用電極と前記一対の電位差測定用電極はそれぞれ別体である装置を提供する。このことによって従来は不可能であった幾何学的な形状での亀裂を高い精度で測定できるようになる。

このような装置によって亀裂深さを測定するには、配管表面に一対の電流供給用電極と、一対の電位差測定用電極とを接触させ、電位差法を用いて亀裂の深さを測定する方法であって、前記一対の電流供給用電極、前記一対の電位差測定用電極の電極間隔、及び供給する電流値を所定の値に設定して亀裂の深さを測定する方法を提供する。

さらに、表面が幾何学的な形状での測定は、配管表面に接触される一対の電流供給用電極と、一対の電位差測定用電極とを有する配管の亀裂検出方法であって、前記一対の電流供給用電極と前記一対の電位差測定用電極はそれぞれ別体であり、各電極を曲面に接触させて亀裂の深さを検出する方法を提供する。

本発明を実施することにより、深い亀裂の亀裂深さの変化に対応した高精度測定ができるようになり、さらに幾何学的な形状に対しても高精度で亀裂の深さが測定できるようになる。

以下に本発明の実施例を図を用いて説明する。

図１は本発明の装置において、電流供給用電極４と電位差測定用電極３が設けられたセンサ部２を示した図である。図のように、各電位差測定用電極３を挟むように電流供給用電極４が２つ配置されている。またこれらの電極は同一直線上に配置されることが好ましい。

図２は本発明の電極部分を拡大して示した図である。ここでは亀裂を測定する対象として配管を想定する。しかしながら本発明は配管に限定されるものではない。電位差測定用電極３が亀裂１の両側に一対配置され、さらに該電位差測定用電極３を挟むように電流供給用電極４が一対配置される。これらの電極は亀裂の長さ方向に対して直角に配置されることが好ましい。この状態で電流供給用電極４に所定の電流を流して、亀裂１の両側の電位差を電位差測定用電極３で測定する。詳細は後述するが、電流供給用電極４の間隔６、電位差測定用電極３の間隔５は亀裂の深さによって適切な値が存在するため、あらかじめ各電極間隔に設定したセンサ部２をいくつか用意する。このような構成において、本願発明者らは深い亀裂に対して高い精度で測定できる各電極の間隔および供給電流値を見いだした。

ここで電位差測定用電極３の電極間隔５がａｍｍ、電流供給用電極４の電極間隔６がｂｍｍのセンサを「ｂ−ａセンサ」と表記する。図３（ａ）、（ｂ）では、あるｂ−ａセンサについて亀裂の深さと測定される電圧との関係を示した。図３（ａ）では亀裂深さが０〜３ｍｍの範囲でグラフの傾きが大きいため、この範囲の亀裂に対しては測定精度がよい。一方で、図３（ｂ）に示したように亀裂深さが４ｍｍ以上になると傾きが小さくなるため測定精度も低くなる。よってｂ−ａセンサでは４ｍｍ以上の亀裂の測定には適さない。このようにして、亀裂深さと電流供給用電極４の間隔６、電位差測定用電極３の間隔５、および供給電流値を変化させることによって精度の高い測定ができる電極間隔を知ることができる。

上記のようにして本願発明者らが見いだした電流供給用電極４の電極間隔６、電位差測定用電極３の電極間隔５および供給電流値を以下の表に示す。表からわかるように、亀裂深さ１が０〜５ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は２ｍｍから１０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから９ｍｍの範囲であり、供給電流値は０．１Ａから１０Ａの範囲である。以下同様に亀裂深さ１が５〜１５ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は１０ｍｍから３０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから２０ｍｍの範囲であり、供給電流値は１Ａから２０Ａの範囲である。亀裂深さ１が１５〜３０ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は２０ｍｍから６０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから２０ｍｍの範囲であり、供給電流値は１Ａから５０Ａの範囲である。亀裂深さ１が３０〜６０ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は３０ｍｍから１００ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから２０ｍｍの範囲であり、供給電流値は１Ａから５０Ａの範囲である。以降同様にして、さらに深い範囲に対しても「電流供給用電極の間隔」、「電位差測定用電極の間隔」及び「供給電流値」の各々の値を変化させることにより精度の高い測定ができることは、当業者によれば類推が可能な内容である。尚下の表において「可」とは十分高い精度で測定できることを意味しており、「やや可」とは十分高い精度ではないが、測定可能であることを意味している。「不可」とは測定結果に大きな誤差を含んでおり測定には適さないことを意味する。

また、より精度を高く測定するには、各電極間隔、電流値をさらに限定し、以下の表２のようになる。

次に本発明の装置により亀裂深さを測定する方法を説明する。まず図４は亀裂１を横から見たときの断面図である。通常、亀裂１は図のように概略楕円の形状で進展していくことが知られている。従って表面から見た場合に亀裂１の長さから、概略的な亀裂の深さ７を推定することができる。このことは最初に使用するセンサ部２を選択するときに、適切なセンサ部を見積もることに応用できる。次に前記のように亀裂１の両側に各電極が配置されるように表面８に各電極を接触させる。このとき、各電極が配置されている直線が、亀裂の長さ方向に対して直角になるように接触させることが好ましい。
図５には装置の全体図を示している。本発明による装置は電極間隔の異なる交換可能なセンサ部２があり、詳細は後述するが測定に際して最終的に適切なセンサ部２が選択される。該センサ部２には電気的な接続を図るための第１端子１０がセンサ本体９に設けられており、この第１端子１０をケーブル側の第１ソケット１１に差込むことによって電気的に接続される。ケーブル１６は他端に第２ソケット１４を有しており、本体１７の第２端子１５に接続される。その他に本体１７は操作部１２とディスプレー１３があり、操作部１２によって電流値を設定し測定を開始する。これら第１、第２ソケット１１、１４あるいは第１、第２端子１０、１５の形状は任意の形状にすることができ、本実施例に限定されるものではない。

このようにして最初に亀裂深さを測定する。次に測定の手順をフローチャートを用いて説明する。図６に示したように最初にセンサを選択１８する。これは任意に選択したセンサを用いる。測定結果がその電極間隔で測定できる範囲の数値であるか否かの測定可能範囲の確認１９を行う。もし測定可能範囲内であればその値を測定値として測定終了２０とする。もし測定可能範囲外の数値、つまり上記表中の「不可」に相当する数値であれば、大きな誤差を含んでいることになるので測定可能範囲の比較２１へ進む。数値が測定可能範囲より大きければ処理２２へ進み１段階深い測定範囲のセンサに取り替える。また、数値が測定可能範囲より小さければ処理２３へ進み１段階浅い測定範囲のセンサに取り替える。次に再度処理１９に戻り測定する。このようにして、センサ部２を変更しながら測定することによって深い亀裂の亀裂深さの変化に対応した高精度測定ができる。
本実施例の測定方法において図６の参照番号２１で示した処理は、測定した亀裂深さが測定可能範囲より大きいか否かを判定する処理であるが、測定可能範囲より小さいか否かを判定する処理でもよい。このような場合には「ＹＥＳ］、「ＮＯ」の分岐が逆になることは当業者であれば容易に理解できる。さらには、分岐の判断に「ＹＥＳ］、「ＮＯ」つまり真偽を判定する論理演算を用いる代わりに、測定可能範囲と比較して「大きい」、「小さい」を判定する数値的な演算を用いることもできる。このような処理は当業者であれば様々な方法が考えられるが、全て本発明の範囲に含まれる。本発明では上記のように最初は任意のセンサを選択しているが、処理１８であらかじめきずの長さを測定し対応するセンサを選択してもよい。

本発明では電流供給用電極４と電位差測定用電極３を別体とすることで幾何学的形状に対しても高精度で亀裂深さを測定することができる。このような構造のセンサ部２を図８に示した。図示したように亀裂１に対して電位差測定用電極３を接触させ、別体の電流供給用電極４を表面８に接触させる。このように配置することで曲面のような幾何学的形状でも亀裂深さを測定できる。このとき、電流供給用電極４は溶接等で表面８に固定してもよい。

図１は本発明の装置のセンサ部を示した図である。 図２は各電極を表面に接触させたときの図である。 図３（ａ）、（ｂ）はｂ−ａセンサの測定結果を示したグラフであり、（ａ）は亀裂深さが３ｍｍ、（ｂ）は亀裂深さが１６ｍｍまでの測定結果である。 図４は亀裂を横から見たときの断面図である。 図５は本発明の装置の全体図を交換用のセンサ部と共に示している。 図６は本発明の方法による測定手順の流れを示している。 図７は本発明のセンサの他の実施例を示している。

符号の説明

１ 亀裂
２ センサ部
３ 電位差測定用電極
４ 電流供給用電極
５ 電位差測定用電極の間隔
６ 電流供給用電極の間隔
７ 亀裂の深さ
８ 表面
９ センサ本体
１０ 第１端子
１１ 第１ソケット
１２ 操作部
１３ ディスプレー
１４ 第２ソケット
１５ 第２端子
１６ ケーブル
１７ 本体
１８ センサを選択
１９ 測定可能範囲の確認
２０ 測定終了
２１ 測定可能範囲の比較
２２ １段深い測定範囲のセンサの選択
２３ １段浅い測定範囲のセンサの選択

Claims (4)

1. 表面に接触される一対の電流供給用電極と、一対の電位差測定用電極とを有する亀裂検出装置であって、前記一対の電流供給用電極、前記一対の電位差測定用電極の電極間隔、及び供給する電流値を所定の値に設定して亀裂の深さを測定する装置であって、
   前記一対の電流供給用電極、一対の電位差測定用電極、及び供給する電流値は亀裂の深さによって以下のように設定する装置。
   亀裂深さが０〜５ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は３ｍｍから９ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから５ｍｍの範囲であり、供給電流値は０．１Ａから５Ａの範囲である。
   亀裂深さが５〜１５ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は１５ｍｍから２５ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は３ｍｍから９ｍｍの範囲であり、供給電流値は１Ａから１０Ａの範囲である。
   亀裂深さが１５〜３０ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は３０ｍｍから５０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は３ｍｍから９ｍｍの範囲であり、供給電流値は５Ａから２０Ａの範囲である。
   亀裂深さが３０〜６０ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は４０ｍｍから８０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は３ｍｍから９ｍｍの範囲であり、供給電流値は５Ａから２０Ａの範囲である。
2. 表面に接触される一対の電流供給用電極と、一対の電位差測定用電極とを有する亀裂検出装置であって、前記一対の電流供給用電極と前記一対の電位差測定用電極はそれぞれ別体である請求項１に記載の装置。
3. 表面に一対の電流供給用電極と、一対の電位差測定用電極とを接触させ、電位差法を用いて亀裂の深さを測定する方法であって、前記一対の電流供給用電極、前記一対の電位差測定用電極の電極間隔、及び供給する電流値を所定の値に設定して亀裂の深さを測定する方法であって、
   前記一対の電流供給用電極、一対の電位差測定用電極、及び供給する電流値は亀裂の深さによって以下のように設定する方法。
   亀裂深さが０〜５ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は３ｍｍから９ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は１ｍｍから５ｍｍの範囲であり、供給電流値は０．１Ａから５Ａの範囲である。
   亀裂深さが５〜１５ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は１５ｍｍから２５ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は３ｍｍから９ｍｍの範囲であり、供給電流値は１Ａから１０Ａの範囲である。
   亀裂深さが１５〜３０ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は３０ｍｍから５０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は３ｍｍから９ｍｍの範囲であり、供給電流値は５Ａから２０Ａの範囲である。
   亀裂深さが３０〜６０ｍｍに対して電流供給用電極の間隔は４０ｍｍから８０ｍｍの範囲であり、電位差測定用電極の間隔は３ｍｍから９ｍｍの範囲であり、供給電流値は５Ａから２０Ａの範囲である。
4. 表面に接触される一対の電流供給用電極と、一対の電位差測定用電極とを有する亀裂検出方法であって、前記一対の電流供給用電極と前記一対の電位差測定用電極はそれぞれ別体であり、各電極を曲面に接触させて亀裂の深さを検出する請求項３に記載の方法。

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