JP4869891B2

JP4869891B2 - 多層体の非破壊検査方法

Info

Publication number: JP4869891B2
Application number: JP2006324400A
Authority: JP
Inventors: 俊秀西河; 好和瀧波; 星太郎石高
Original assignee: JX Nippon Oil and Energy Corp; Chugai Technos Corp
Current assignee: Chugai Technos Corp; Eneos Corp
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: JP2008139115A

Description

本発明は、多層体の非破壊検査方法に関する。

石油プラント等の設備においては熱収縮の緩和のために伸縮継手が多数設けられており、例えば、残油流動接触分解（ＲＦＣＣ：ＲｅｓｉｄｕｅＦｌｕｉｄＣａｔａｌｙｔｉｃＣｒａｃｋｉｎｇ）装置の排ガス系ラインには、多層管式エキスパンジョイントベローズ（以下、「多層管式ベローズ」という）が設置されている。上記の装置などでは、多層管式ベローズの内面が排ガス中のＳＯｘにより腐食するため、ベローズの損傷によってトラブルが発生することがある。このようなトラブルを避けるため、多層管式ベローズを定期的に交換したり、多層管の外管部にガス検知用のノズルを設けて、内管が腐食等により貫通しガス漏れが発生した時点でそれを検知し、対応するなどの運用が従来行われていた。しかし、このような運用は、腐食等の欠陥がないベローズが交換されたり、ガス漏れが発生すると装置を停止して修理を行わなければならないなどの問題を有しており、装置の安全操業、運用コスト、省資源などの観点から十分とはいえなかった。そこで、多層管式ベローズ内面の損傷状態を非破壊的に把握できる検査方法が求められている。

従来、非破壊検査方法として、渦流探傷試験（ＥＣＴ：ＥｄｄｙＣｕｒｒｅｎｔＴｅｓｔｉｎｇ）及び超音波探傷試験（ＵＴ：ＵｌｔｒａｓｏｎｉｃＴｅｓｔｉｎｇ）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。しかし、これらの技術で検査可能なベローズは一重管式に限られており、多層管の損傷を十分に検出することができなかった。より具体的には、渦流探傷試験では、表面欠陥あるいは表層下の浅い部位での欠陥しか検出できず、例えば、二重管式ベローズの内管内面に発生する欠陥は検出不可能であった。また、超音波探傷試験では、二重管式ベローズなどのように外管と内管との隙間部に空気層が存在すると、超音波が外管の裏面で反射して内管へと伝達しないため正確な測定ができない。

また、上記以外の検査方法として、放射線検査（ＲＴ：ＲａｄｉｏｇｒａｐｈｉｃＴｅｓｔｉｎｇ）がある。この方法によると、二重管式ベローズであっても条件によっては内管内面に発生する欠陥の検出が可能である。しかし、放射線検査は、放射線発生装置と工業用エックス線フィルムとの間に被検査体を挟み込む必要があり、検査の準備が大掛かりになるうえ、欠陥検出感度が低く、また、欠陥の定量評価ができないことから実用されていないのが現状である。

特開２００６−７１４６４号公報

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、非破壊的に多層体の損傷を検出し、その損傷状態を把握することができる多層体の非破壊検査方法を提供することを目的とする。

本発明の多層体の非破壊検査方法は、多層体の損傷を非破壊的に検査する方法であって、励磁コイルに交流電流を印加して磁界を発生させ、その磁界中に多層体を配置したときに、励磁コイルと同軸で一部を接触させた誘導コイルに発生する誘導起電力を測定する誘導起電力測定ステップを備えることを特徴とする。

上記の非破壊検査方法によれば、励磁コイルと同軸で一部を接触させた誘導コイルに発生する誘導起電力を指標とすることで、被検査体が多層構造を有するものであっても被検査体に存在する損傷を十分に検出でき、従来技術よりも検査面からより離れた位置に存在する損傷を検出することができる。したがって、本発明の非破壊検査方法によれば、多層体の損傷を検出し、その損傷状態を把握することができる。

また、本発明の多層体の非破壊検査方法においては、上記多層体の損傷が孔食又は腐食であって、予め得られている多層体の孔食又は腐食の深さと誘導コイルに発生する誘導起電力との相関に基づいて、上記誘導起電力測定ステップで得られる誘導起電力の測定値から孔食又は腐食の深さを求めるステップを更に備えることが好ましい。

このような非破壊検査方法によれば、多層体に発生した孔食又は腐食を検出し、その深さをより正確に見積もることが可能となる。

また、本発明の多層体の非破壊検査方法においては、上記多層体が、ニッケル基超合金インコネル６２５からなる２重ベローズであり、上記磁界は、励磁コイルに３５〜４５ｋＨｚの範囲にある特定の周波数の交流電流を印加することにより発生させたものであることが好ましい。このような磁界中に上記２重ベローズを配置させた場合、損傷状態に応じた誘導起電力の変化をより正確に検出できるため、ニッケル基超合金インコネル６２５からなる２重ベローズに発生する損傷（特には内管に発生する損傷）をより正確に検査することが可能となる。

本発明よれば、非破壊的に多層体の損傷を検出し、その損傷状態を把握することができる多層体の非破壊検査方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図面の寸法比率は、必ずしも実際の寸法比率とは一致していない。

（多層体）
先ず、本発明の多層体の非破壊検査方法を適用して検査される多層体について説明する。被検査体である多層体は、２層以上の構造を有するものであれば特に限定されない。好適な多層体としては、異材若しくは同材からなる多層管及び多層板、多重胴構造の塔槽、塗装やコーティングが施工された管及び板などが挙げられる。

上記の多層体のうち、多層管が被検査体としてより好ましい。多層管は、検査対象となる層が、金属材料であり磁界を発生する材料から形成されているものが好ましい。このような材料としては、例えば、炭素鋼、低合金、ステンレス鋼、ニッケル基超合金、アルミ及びアルミ合金、銅及び銅合金、チタン及びチタン合金等が挙げられる。なお、検査対象となる層以外の層の材質については、上記材料、それ以外の材料のいずれであってもかまわない。

多層体を構成する部材の厚みについては、後述するセンサ部と検査したい場所（被検査部）までの距離が好ましくは２５ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下となるのであれば特に限定されない。例えば、多層体が板材から構成されている場合、センサ部から被検査部までに存在する板材の総厚さは０．１ｍｍ〜２５ｍｍであることが好ましく、０．１ｍｍ〜５ｍｍであることがより好ましい。

被検査体として更により好ましい多層体としては、２重ベローズなどの多層管式ベローズが挙げられる。多層管式ベローズを構成する各管は、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３２１、インコネル６００、インコネル６２５、インコロイ８００、インコロイ８００Ｈ、インコロイ８２５などから形成され、厚みが１．０〜３．０ｍｍであるものが一般的である。

（非破壊検査装置）
次に、本発明の多層体の非破壊検査方法を実施するための非破壊検査装置について説明する。

図１は、本実施形態に係る非破壊検査装置の概略構成を示すブロック図である。図１に示される非破壊検査装置１００は、センサ部１１０と、制御部１２０と、表示記録装置１３０とを備えている。

センサ部１１０は、制御部１２０に接続され、制御部１２０から供給される交流電流により励磁して交流磁界を発生するとともに、交流磁界中に被検査物（多層体）を配置したときに誘導される誘導起電力を出力する。

センサ部１１０は、励磁コイルと誘導コイルとを備えている。励磁コイルは、導線が略円筒状に巻回され導線の両端に交流電流が供給されることで励磁して交流磁界を発生するコイルである。具体的には、内周側から外周側に磁界が形成される。誘導コイルは、例えば、励磁コイルの外周側に導線が巻装され、励磁コイルにて発生する交流磁界の電磁誘導により導線の両端間に誘導起電力が発生し得るものである。

センサ部１１０は、励磁コイルおよび誘導コイルが耐熱性部材である耐熱性樹脂などにて一体的に被覆されて形成されている。また、このセンサ部１１０には、励磁コイルの内周側の磁束が通過する領域に対応する面が被検査物の被検査面に対向する状態に位置させる治具などが着脱可能となっている。すなわち、治具に取り付けられたセンサ部１１０は、被検査物の被検査面と一定の距離を維持しつつ被検査面を走査することができる。

なお、センサ部１１０は、励磁コイル及び誘導コイルが同軸で一部が接触する位置関係であれば、その形態については特に限定されない。センサ部１１０は、例えば、励磁コイル及び誘導コイルが一対の構成に限らず、一方に他方が複数巻装する構成や、複数対の構成、励磁コイル及び誘導コイルが略同径で隣接して配置された構成などであってもよい。更に、センサ部１１０の形状は、円筒状に限らず、多角筒状などであってもよく、被検査面の形状や周囲の環境に応じて適宜選択することができる。

制御部１２０は、センサ部１１０へ交流電流を供給するとともに、センサ部１１０から出力される起電力を読み取り、被検査物による磁界の変化を検出する装置である。この制御部１２０は、操作部と、電力供給装置としての交流電源部と、検出装置としての検出回路部とを備えている。

操作部は、検査者である利用者が操作可能な操作つまみや操作ボタンなどを有している。そして、操作部は、これら操作つまみや操作ボタンの入力に応じた操作信号を出力する。

交流電源部は、センサ部１１０の励磁コイルに接続され、商用交流電源を操作部からの操作信号に応じて所定の周波数の交流電流に変換し、励磁コイルに供給する。この交流電流の供給により励磁コイルが励磁して交流磁界を発生する。

検出回路部は、センサ部１１０の誘導コイルに接続され、誘導コイルから出力される誘導起電力が印加され、誘導起電力の大きさを検出するものである。検出回路部としては、例えば、ロックインアンプなどが挙げられる。この検出回路部は、例えば、励磁コイルに交流電流を供給し、交流磁界に被検査体が存在しない状態で生じる誘導起電力、或いは、交流磁界に健全な被検査体が存在する状態で生じる誘導起電力を基準として、誘導起電力の変化量を検出することができる。具体的には、被検査体に孔食や腐食などの損傷が存在する場合、それらに対応する位相成分の信号と、振幅成分の信号とに変換し、それら以外についてはフィルタ処理をする。なお、この構成に限らず、単に誘導起電力の大きさを検出する構成としてもよい。

また、交流磁界に健全な被検査体が存在する状態で生じる誘導起電力を基準として誘導起電力の変化量を検出する場合に好適な検査装置として、以下のものが挙げられる。

かかる装置は、センサ部が、被検査体を走査するための検出コイル部と、健全な被検査体（或いは、被検査体の健全部）を走査するための基準コイル部とから構成されている。検出コイル部は、交流電流が供給されることで励磁して磁場を形成する励磁コイル、及び、この励磁コイルと同軸で一部が接触して設けられ励磁コイルの励磁によって電磁誘導により起電力を発生させる誘導コイルを備える。また、基準コイル部は、検出コイル部に直列接続され、検出コイル部とほぼ同一構造を有する。

更に、上述したセンサ部の一例として、リング型センサプローブを図２に示す。図２の（ａ）は、リング型センサプローブ１１０ａの斜視図である。図２の（ｂ）は、リング型センサプローブ１１０ａの構成図である。図２の（ａ）に示されるように、リング型センサプローブ１１０ａは、励磁コイルが含まれる励磁コイル部１０及び励磁コイルと接触して設けられた誘導コイルが含まれる誘導コイル１２から構成される検出コイル部１４と、励磁コイル及び誘導コイルに接続された導線を含むコード１６とを有している。また、図２の（ｂ）に示されるように、励磁コイルと制御部１２０ａの交流電源部とが接続されており、誘導コイルと制御部１２０ａの検出回路部２０とが接続されている。このようなリング型センサプローブは、後述する二重ベローズの山部及び山部と谷部との間の側面の探傷に適している。

表示記録装置１３０は、画面表示のための表示パネル及び記録のためのハードディスクドライブやメモリなどの記録部を有したパーソナルコンピュータなどで、制御部１２０の検出回路部で検出したセンサ部１１０からの誘導起電力を、利用者が視認可能に表示パネルに画面表示させるとともに、記録部に記録させる。

また、表示記録装置１３０は、被検査体（多層体）についての誘導起電力データから、外部記憶装置に記憶させた、例えば、予め得られている多層体の孔食又は腐食の深さと誘導コイルに発生する誘導起電力との相関（検量線）に基づいて、多層体の孔食又は腐食の深さを算出し、得られた結果を画面表示させることもできる。

（多層体の非破壊検査方法）
次に、本発明の多層体の非破壊検査方法について説明する。なお、以下に述べる方法では、コイル部として基準コイル部及び検査コイル部を備える上記非破壊検査装置が使用される。

本実施形態の検査方法は、多層体の損傷位置を確認する探傷ステップと、多層体の損傷位置における誘導起電力を測定する誘導起電力測定ステップと、測定された誘導起電力に基づいて損傷の度合いを見積もる損傷評価ステップとを備えている。

本実施形態の探傷ステップでは、基準コイル部を多層体の健全部に配置し、かかる健全部と同様の形状を有する多層体の被検査面上を検査コイル部で走査する。このとき、治具に装着された検査コイル部を用いて検査コイル部と多層体の被検査面とが一定の距離を保つようにしてもよく、治具を用いずに検査コイル部を被検査面と接触させてもよい。なお、治具を用いて走査する場合、基準コイル部も同様の治具に装着して多層体の健全部に配置させる。また、基準コイル部は、被検査体である多層体の健全部に代えて、健全な多層体を切り出して作成した基準サンプルの対応する個所に配置されていてもよい。

探傷ステップでは、検査コイル部で多層体を走査した際に検出される誘導起電力を記録する。ここで、多層体に損傷がない場合、基準コイル部及び検出コイル部の誘導コイルに発生する誘導起電力が打ち消しあい、起電力は実質的に零となる。多層体に損傷があると、その損傷状態に応じた誘導起電力が検出される。すなわち、検出コイル部の走査時間に対して誘導起電力が変化した検出波形が得られる。これにより、多層体の損傷位置を確認することができる。また、探傷ステップでは、検出コイル部で走査した際の誘導起電力の変化に基づいて損傷部の径や面積を見積もることができる。例えば、損傷部及びその近傍を複数回走査することにより誘導起電力が大きく変化する範囲を特定し、そこから径や面積を求めることができる。

誘導起電力測定ステップでは、多層体の損傷位置における誘導起電力を測定する。本実施形態においては、損傷の度合いをより正確に見積もる観点から、上記探傷ステップで得ることができる損傷部の面積の大きさに応じて、誘導起電力測定ステップで使用するセンサ部の種類を適宜選択することが好ましい。

損傷評価ステップでは、予め得られている多層体の損傷の度合いと誘導コイルに発生する誘導起電力との相関に基づいて、誘導起電力測定ステップで得られる誘導起電力の測定値から損傷の度合いを求める。例えば、多層体の損傷が孔食又は腐食である場合、予め多層体の孔食又は腐食の深さと誘導コイルに発生する誘導起電力との相関（検量線）を求めておくことにより、誘導起電力測定ステップで得られる誘導起電力の測定値から孔食又は腐食の深さを見積もることができる。

本実施形態の検査方法は、上記３つのステップを有しているが、上記探傷ステップのみを有するものであってもよい。この場合、多層体の損傷を検出する方法として利用できる。

更に、本発明の多層体の非破壊検査方法について実験例により説明する。

＜実験例１＞
実験例１では、多層体の腐食減肉を検出し、その減肉率を見積もることを想定した多層体の非破壊検査を行った。

先ず、図３に示されるように、被検査体の多層体として、ＳＵＳ３０４プレート（大きさ：５００ｍｍ×５００ｍｍ、厚み：１．１７ｍｍ）（第１層）１６０に、厚みが異なる４種類のＳＵＳ３０４プレート（大きさ：２００ｍｍ×２００ｍｍ、厚み：０．３ｍｍ、０．６ｍｍ、１．０ｍｍ、１．１７ｍｍ）（第２層）１７０，１８０，１９０，１６０を重ね合わせた試験体１５０を作製した。この試験体１５０は、各第２層の厚みが異なることにより、４種類の減肉状態を有している。すなわち、図３に示される試験体１５０では、厚み０．３ｍｍのプレート１７０部分が減肉７５％の状態であり、厚み０．６ｍｍのプレート１８０部分が減肉５０％の状態であり、厚み１．０ｍｍのプレート１９０部分が減肉２５％の状態であり、厚み１．１７ｍｍのプレート１６０部分が減肉０％（健全）の状態である。

上記の試験体について、非破壊検査装置１００と同様の構成を有する検査装置を用いて誘導起電力の測定を行った。なお、センサ部１１０の基準コイル部及び検出コイル部として、偕成エンジニアリング株式会社製のリングＩ型（Ｓｅｒ．２０２（１８−５１）型、外径４０ｍｍ、厚み９ｍｍ）をそれぞれ用いた。制御部１２０としては、偕成エンジニアリング株式会社製のロックインアンプ（型番：ＫＥ−９０００Ｔ）を用いた。

誘導起電力の測定は、第１層の第２層が張り合わされた側と反対面上における減肉０％（健全）に相当するところに基準コイル部を固定し、検出コイル部を第１層の第２層が位置する側と反対面上における減肉０％、２５％、５０％及び７５％に相当するところに順に配置することにより実施した。なお、ロックインアンプの設定条件は次のとおりである。周波数：３０ｋＨｚ、検出モード：Ｓｉｎ^２、探傷モード：ＤＣ、ゲイン：１、レベル：２００、スパン：４８０、フェーズ：４５０。得られた結果を図４に示す。

図４に示すように、第２層減肉率が０％、２５％、５０％、７５％と増えるにしたがって、測定される誘導起電力が比例的に増加していくことが確認された。このことから、本発明の非破壊検査方法によれば、ＳＵＳ３０４から構成される２層構造体の第２層の肉厚変化を第１層側から定量することが可能となることが確認された。

＜実験例２＞
実験例２では、多層体の孔食を検出し、その孔食における減肉率を見積もることを想定した多層体の非破壊検査を行った。

先ず、図５の（ａ）に示されるように、ＳＵＳ３０４プレート（大きさ：５００ｍｍ×５００ｍｍ、厚み：１．１７ｍｍ）２１０の一面側に、各種寸法の孔２２０、具体的には、径の寸法が０．５ｍｍで、深さ寸法が０．３〜０．３５ｍｍ、０．６〜０．６５ｍｍ及び０．９５〜１．０ｍｍの孔並びに貫通した孔、径の寸法が１．０ｍｍで、深さ寸法が０．３〜０．３５ｍｍ、０．６〜０．６５ｍｍ及び０．９５〜１．０ｍｍの孔並びに貫通した孔、径の寸法が３．０ｍｍで、深さ寸法が０．３〜０．３５ｍｍ、０．６〜０．６５ｍｍ及び０．９５〜１．０ｍｍの孔並びに貫通した孔、径の寸法が５．０ｍｍで、深さ寸法が０．３〜０．３５ｍｍ、０．６〜０．６５ｍｍ及び０．９５〜１．０ｍｍの孔並びに貫通した孔、径の寸法が１０ｍｍで、深さ寸法が０．３〜０．３５ｍｍ、０．６〜０．６５ｍｍ及び０．９５〜１．０ｍｍの孔並びに貫通した孔を放電加工により設け、孔食作製プレート２００を用意した。

そして、図５の（ｂ）に示すように、孔を設けていないＳＵＳ３０４プレート（大きさ：５００ｍｍ×５００ｍｍ、厚み：１．１７ｍｍ）（第１層）２３０と孔食作製プレート２００とを、プレート２００に設けられた孔が露出するように重ね合わせ、試験体２４０を作製した。この試験体２４０の第２層には、径寸法が０．５ｍｍであり減肉率が２５％、５０％、７５％、１００％である４種類の孔が第２層に直線上に位置するよう設けられており、径寸法が１．０ｍｍ、３．０ｍｍ、５．０ｍｍ、１０ｍｍである孔についても同様に、減肉率が２５％、５０％、７５％、１００％である４種類の孔がそれぞれ直線上に位置するよう設けられている。

上記の試験体について、非破壊検査装置１００と同様の構成を有する検査装置を用いて誘導起電力の測定を行った。なお、センサ部１１０（基準コイル部及び検出コイル部）として、偕成エンジニアリング株式会社製のリングＩ型（Ｓｅｒ．２０２（１８−５１）型、外径４０ｍｍ、厚み９ｍｍ）、リングＩＩ型、ペンＩＩＩ型を用いた。制御部１２０としては、偕成エンジニアリング株式会社製のロックインアンプ（型番：ＫＥ−９０００Ｔ）を用いた。

誘導起電力の測定は、以下の手順により行った。先ず、第１層の第２層が位置する側と反対面上における減肉０％（健全）に相当するところに基準コイル部を固定した。この状態で、第１層の第２層が位置する側と反対面上を検出コイル部で走査した。走査の具体的な方法は、径寸法１０ｍｍであって減肉率が２５％、５０％、７５％、１００％（貫通）である孔が位置する場所について、この順に検査コイルを直線的に移動させた。また、他の径寸法についても同様に行った。なお、ペンＩＩＩ型は単一型のセンサであるため、これを用いた場合は基準コイル部の固定は省略し、ペンＩＩＩ型センサによる走査のみを実施した。

なお、ロックインアンプの設定条件は次のとおりである。
＜リングＩ型＞周波数：３０ｋＨｚ、検出モード：Ｓｉｎ^２、探傷モード：ＡＣ±、レベル：Ｍａｘ（１０００）、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：８００、ゲイン：１，３，１０。
＜リングＩＩ型＞周波数：１０ｋＨｚ、検出モード：Ｓｉｎ^２、探傷モード：ＡＣ±、レベル：Ｍａｘ（１０００）、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：７００、ゲイン：１，３，１０。
＜ペンＩＩＩ型＞周波数：３０ｋＨｚ、検出モード：Ｓｉｎ^２、探傷モード：ＡＣ±、レベル：Ｍａｘ（１０００）、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：８００、ゲイン：１，３，１０。

上記の各条件で誘導起電力の変化が良好に検出された場合の結果を表１に示す。なお、表１中、「○」が良好に検出された場合を示し、「×」が良好な検出が困難であった場合を示す。また、各走査時における誘導起電力変化によって得られた検出波形の代表例を図６に示す。

表１に示すように、本発明の非破壊検査方法によれば、ＳＵＳ３０４から構成される２層構造体の第２層に設けられた孔を第１層側から検出することが可能であることが確認された。また、表１に示される結果から、孔の深さを定量する場合には、予め孔の径を把握する検査（例えば、上記探傷ステップなど）を行うことでセンサ部及びゲインの値を好適なものに設定し、これにより第２層の孔の深さを第１層側からより正確に定量することが可能となることが確認された。

＜実験例３＞
実験例３では、実機からサンプリングされた二重ベローズを用いて、二重ベローズの内側に発生する孔食及び腐食を検出し、その孔食及び腐食における減肉率を見積もることを想定した二重ベローズの非破壊検査を行った。

先ず、本実験で用いた二重ベローズについて説明する。図７の（ａ）は二重ベローズを示す斜視図である。図７の（ｂ）は、図７（ａ）に示される二重ベローズ３００の構造を示すための模式断面図である。二重ベローズ３００は、外管（第１層）３１０と内管（第２層）３２０とから構成されている。また、内管３２０のベローズ内部側は、ベローズ内部を流れる流体物に晒されるため、孔食や腐食が発生しやすい。なお、本明細書においては、外管３１０から見て突出している部分Ａを山部、窪んでいる部分Ｂを谷部と称する。なお、本実験例で用意した二重ベローズの材質及び肉厚は以下のとおりである。
材質：ニッケル基超合金インコネル６２５（外側層及び内側層）
肉厚：外側層１．２７ｍｍ、内側層１．２７ｍｍ（合計２．５４ｍｍ）

上述のような二重ベローズを実機から切出して、その内側層に人工的に孔食欠陥を放電加工により設けたものを孔食検査用ベローズとし、人工的に腐食欠陥を放電加工により設けたものを腐食検査用ベローズとした。図８は、これらの検査用ベローズを内管側から撮影した写真である。図８（ａ）は孔食検査用ベローズの写真であり、図８（ｂ）は腐食検査用ベローズの写真である。

孔食検査用ベローズの内管には、ベローズの山部及び谷部に、径寸法３ｍｍで減肉率が２５％、５０％及び７５％となる孔並びに径寸法５ｍｍで減肉率が２５％、５０％及び７５％となる孔がそれぞれ設けられている。また、腐食検査用ベローズの内管には、ベローズの山部及び谷部に、長さ約３０ｍｍ、幅約１５ｍｍで、減肉率が２５％、４０％、６０％および１００％（貫通）となる孔がそれぞれ設けられている。

（孔食検査用ベローズの検査）
上記の孔食検査用ベローズについて、非破壊検査装置１００と同様の構成を有する検査装置を用いて誘導起電力の測定を行った。なお、制御部１２０としては、偕成エンジニアリング株式会社製のロックインアンプ（型番：ＫＥ−９０００Ｔ）を用いた。また、センサ部１１０については、小径の孔食であっても検出が容易となるよう、山部の検査では偕成エンジニアリング株式会社製のリングＩ型（基準コイル部及び検出コイル部）を、谷部の検査では偕成エンジニアリング株式会社製のペンＩＩＩ型（単一型であり、検出コイル部のみ）を用いた。

誘導起電力の測定は、以下の手順により行った。先ず、二重ベローズの山部外側面の健全部に相当するところに基準コイル部を固定した。この状態で、孔食が設けられている山部の外管側を検出コイル部で走査した。走査の具体的な方法は、径寸法５ｍｍであって減肉率が２５％、５０％、７５％である孔が位置する場所について、この順に検査コイルを直線的に移動させた。次に、径寸法３ｍｍであって減肉率が２５％、５０％、７５％である孔が位置する場所についても同様に行った。また、谷部については、単一型のペンＩＩＩ型を使用したため、基準コイル部は使用せず検査コイルのみで上記と同様に行った。

なお、ロックインアンプの設定条件は次のとおりである。
＜リングＩ型＞周波数：４０ｋＨｚ、検出モード：ｓｉｎ^２、探傷モード：ＡＣ±、ゲイン：１〜１０、レベル：Ｍａｘ（１０００）、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：９８０。
＜ペンＩＩＩ型＞周波数：４０ｋＨｚ、検出モード：ｓｉｎ^２、探傷モード：ＡＣ±、ゲイン：１〜１０、レベル：Ｍａｘ（１０００）、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：９８０。

走査時における誘導起電力変化によって得られた検出波形の代表例を図９に示す。図９の（ａ）は、山部、径寸法５ｍｍの孔に対する検出波形を示し、図９の（ｂ）は、山部、径寸法３ｍｍの孔に対する検出波形を示す。なお、谷部については、径寸法５ｍｍ、減肉率７５％の孔に対して良好な検出結果が得られた。

更に、ロックインアンプの設定条件を以下のとおり変更し、誘導起電力の測定を行った。なお、各測定時、損傷部位に検査コイルを固定し、最大値を測定した。
＜リングＩ型＞周波数：４０ｋＨｚ、検出モード：Ｓｉｎ^２、探傷モード：ＤＣ、レベル：３２０、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：８００、ゲイン：１，３，１０。
＜ペンＩＩＩ型＞周波数：４０ｋＨｚ、検出モード：Ｓｉｎ^２、探傷モード：ＤＣ、レベル：１８０、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：８００、ゲイン：１，３，１０。

得られた測定値からベローズの内管（第２層）における孔食の減肉率と誘導起電力の変化量との関係を求めたところ、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示すように二重ベローズの場合においても第２層減肉率が０％、２５％、５０％、７５％と増えるにしたがって、測定される誘導起電力が比例的に増加していくことが確認された。このことから、本発明の非破壊検査方法によれば、インコネル６２５から構成される二重ベローズの内管（第２層）の孔食をベローズの外管（第１層）側から定量することが可能となることが確認された。

（腐食検査用ベローズの検査）
上記の腐食検査用ベローズについて、非破壊検査装置１００と同様の構成を有する検査装置を用いて誘導起電力の測定を行った。なお、制御部１２０としては、偕成エンジニアリング株式会社製のロックインアンプ（型番：ＫＥ−９０００Ｔ）を用いた。また、センサ部１１０については、山部の検査では偕成エンジニアリング株式会社製のリングＩ型（基準コイル部及び検出コイル部）を、谷部の検査では偕成エンジニアリング株式会社製のペンＩＩＩ型（単一型であり、検出コイル部のみ）を用いた。

誘導起電力の測定は、以下の手順により行った。先ず、二重ベローズの山部外側面の健全部に相当するところに基準コイル部を固定した。この状態で、孔が設けられている山部の外管側を検出コイル部で走査した。走査の具体的な方法は、減肉率が２５％、５５％、１００％（貫通）である孔が位置する場所について、この順に検査コイルを直線的に移動させた。また、谷部については、減肉率が６０％、４０％、２５％である孔が位置する場所について、この順にペンＩＩＩ型のコイル（検査コイル）のみを直線的に移動させた。

なお、ロックインアンプの設定条件は次のとおりである。
＜リングＩ型＞周波数：４０ｋＨｚ、検出モード：ｓｉｎ^２、探傷モード：ＡＣ±、ゲイン：１、レベル：Ｍａｘ（１０００）、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：９８０。
＜ペンＩＩＩ型＞周波数：４０ｋＨｚ、検出モード：ｓｉｎ^２、探傷モード：ＡＣ±、ゲイン：１、レベル：Ｍａｘ（１０００）、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：９８０。

走査時における誘導起電力変化によって得られた検出波形の代表例を図９に示す。図９の（ｃ）は、山部の孔に対する検出波形を示し、図９の（ｄ）は、谷部の孔に対する検出波形を示す。

更に、ロックインアンプの設定条件を以下のとおり変更し、誘導起電力の測定を行った。なお、各測定時、損傷部位に検査コイルを固定し、最大値を測定した。
＜リングＩ型＞周波数：４０ｋＨｚ、検出モード：Ｓｉｎ^２、探傷モード：ＤＣ、レベル：３２０、スパン：７２０、フェーズ：９８０、ゲイン：１。
＜ペンＩＩＩ型＞周波数：４０ｋＨｚ、検出モード：Ｓｉｎ^２、探傷モード：ＤＣ、レベル：１８０、スパン：Ｍａｘ（１０００）、フェーズ：８００、ゲイン：１。

得られた測定値からベローズの内管（第２層）における孔の減肉率と誘導起電力の変化量との関係を求めたところ、図１０の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、二重ベローズの場合においても第２層の減肉率が増えるにしたがって、測定される誘導起電力が比例的に増加していくことが確認された。このことから、本発明の非破壊検査方法によれば、インコネル６２５から構成される二重ベローズの内管（第２層）に発生する広範囲の孔食、すなわち、腐食による減肉を、ベローズの外管（第１層）側から定量することが可能となることが確認された。

＜実験例４＞
実験例４では、励磁コイルに印加する交流電流の周波数を変えて、上記の孔食検査用ベローズの山部に設けられた径寸法５ｍｍの孔（減肉率２５％、５０％及び７５％）について、非破壊検査装置１００と同様の構成を有する検査装置を用いて誘導起電力の測定を行った。なお、制御部１２０としては、偕成エンジニアリング株式会社製のロックインアンプ（型番：ＫＥ−９０００Ｔ）を用い、センサ部１１０（基準コイル部及び検出コイル部）としては、偕成エンジニアリング株式会社製のリングＩ型を用いた。

また、ロックインアンプの周波数以外の設定条件は次のとおりである。
検出モード：ｓｉｎ^２、探傷モード：ＡＣ±、ゲイン：１０、レベル：Ｍａｘ、スパン：Ｍａｘ、フェーズ：９８０。

周波数２０ｋＨｚ、２５ｋＨｚ、３０ｋＨｚ、３５ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、４５ｋＨｚ、及び５０ｋＨｚの条件で得られた検出波形を図１１の（ａ）〜（ｇ）にまとめて示す。

図１１に示される検出波形から明らかなように、周波数３５ｋＨｚ、４０ｋＨｚ、４５ｋＨｚの交流電流を印加した場合、誘導起電力変化のピークが単独で現れ、孔食部位をより正確に検出できる。このことから、ニッケル基超合金インコネル６２５からなる層を２層有する二重ベローズが被検査体である場合、周波数を３５〜４５ｋＨｚの範囲にある特定の周波数の交流電流を印加することが好ましいことが分かった。

＜実験例５＞
実験例５では、実機に備えられている二重ベローズについて探傷を実施し、その損傷度の見積もりを行った。

検査装置は、非破壊検査装置１００と同様の構成を有するものを用いた。なお、制御部１２０としては、偕成エンジニアリング株式会社製のロックインアンプ（型番：ＫＥ−９０００Ｔ）を用いた。また、センサ部１１０（基準コイル部及び検出コイル部）については、偕成エンジニアリング株式会社製のリングＩ型を用いた。

誘導起電力の測定は、以下の手順により行った。先ず、二重ベローズの山部外側面を走査し、誘導起電力が安定している健全部を確認した。そして、この健全部上に基準コイル部を固定した。この状態で、二重ベローズの山部の外側面上を検出コイル部で走査した。

走査によって、ベローズの山部の２箇所で誘導起電力の変化による波形が検出された。短時間の走査の間で誘導起電力が変動したことから、両者とも孔食タイプの損傷であることが推測された。このとき測定された誘導起電力の変化量と、実験例３で得られた径寸法５ｍｍの孔食の減肉率と誘導起電力の変化量との関係（図１０（ａ））とから、貫通孔食及び減肉率６５％の孔食が発生していると見積もられた。

起電力変化による波形が検出された部位についてベローズ内面を確認したところ、内管に貫通孔と０．８ｍｍの孔食が認められた。

このことから、本発明の非破壊検査方法によれば、実機に備えられたインコネル６２５から構成される二重ベローズの内管の損傷を非破壊的に検出でき、その損傷状態を十分把握できることが確認された。

実施形態に係る非破壊検査装置の概略構成を示すブロック図である。実施形態に係る非破壊検査装置が備えるセンサ部の一例であるリング型センサプローブを示す図であり、（ａ）はプローブの斜視図であり、（ｂ）はプローブの構成図である。実験例１に係る試験体を示す斜視図である。実験例１に係る試験体についての、減肉率と誘導起電力の変化量との関係を示すグラフである。実験例２に係る試験体を説明するための図である。走査時における誘導起電力変化によって得られた検出波形を示す図である。実験例３に係る二重ベローズを説明するための図である。実験例４に係る検査用ベローズを説明するための図である。走査時における誘導起電力変化によって得られた検出波形を示す図である。実験例４に係る検査用ベローズについての、減肉率と誘導起電力の変化量との関係を示すグラフである。走査時における誘導起電力変化によって得られた検出波形を示す図である。

符号の説明

１０…励磁コイル部、１２…誘導コイル部、１４…検出コイル部、１６…コード、２０…検出回路、１００…非破壊検査装置、１１０…センサ部、１１０ａ…リング型センサプローブ、１２０，１２０ａ…制御部、１３０…表示記録装置、３００…二重ベローズ、３１０…外管、３２０…内管。

Claims

多層体の損傷を非破壊的に検査する方法であって、
励磁コイルと、前記励磁コイルと同軸で一部が接触する位置関係にある誘導コイルとが耐熱性樹脂にて一体的に被覆されて形成された検出コイル部を、当該検出コイル部と多層体の被検査面とを一定の距離を保つことができる治具に装着し、前記励磁コイルに交流電流を印加して磁界を発生させて多層体の被検査面と一定の距離を維持しつつ被検査面を複数回走査し、前記誘導コイルに発生する誘導起電力に基づいて多層体の損傷位置を確認するとともに、前記検出コイル部で走査したときの前記誘導コイルに発生する誘導起電力の変化に基づいて損傷部の径又は面積を見積もる探傷ステップと、
前記探傷ステップで得られた損傷部の径又は面積の大きさに応じて、前記検出コイル部の種類を選択し、当該検出コイル部によって前記多層体の損傷位置における誘導起電力を測定する誘導起電力測定ステップと、
を備える、多層体の非破壊検査方法。
前記多層体の損傷が孔食又は腐食であって、
予め得られている多層体の孔食又は腐食の深さと誘導コイルに発生する誘導起電力との相関に基づいて、前記誘導起電力測定ステップで得られる誘導起電力の測定値から孔食又は腐食の深さを求めるステップを更に備える、請求項１に記載の多層体の非破壊検査方法。
前記多層体の損傷が孔食であって、
予め得られている多層体の孔食の深さと誘導コイルに発生する誘導起電力との相関に基づいて、前記誘導起電力測定ステップで得られる誘導起電力の測定値から孔食の深さを求めるステップを更に備え、
誘導起電力測定ステップで、前記探傷ステップで得られた損傷部の径又は面積の大きさに応じて、前記検出コイル部の種類を選択するともに、当該検出コイル部の誘導コイルが接続されたロックインアンプのゲインの値を設定する、請求項１に記載の多層体の非破壊検査方法。
前記多層体が、ニッケル基超合金からなる２重ベローズであり、
前記磁界は、前記励磁コイルに３５〜４５ｋＨｚの範囲にある特定の周波数の交流電流を印加することにより発生させたものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多層体の非破壊検査方法。