JP5201495B2 - 磁気探傷方法及び磁気探傷装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁性体からなる被探傷材に磁界を作用させて磁化した場合に、被探傷材に生ずる磁束を遮るようなきずが存在すると、このきずが存在する部位で磁束が表面空間に漏洩することを利用する磁気探傷方法及び磁気探傷装置に関する。
特に、本発明は、直流磁界のみを作用させる場合に磁化手段が大型化する問題や、交流磁界のみを作用させる場合に被探傷材が発熱する問題を解決しつつ、磁気飽和状態になるまで被探傷材を磁化することにより、精度良くきずを検出可能な磁気探傷方法及び磁気探傷装置に関する。

従来より、鋼板や鋼管等の被探傷材に存在するきずを非破壊的に検出する方法として、磁気探傷方法（漏洩磁束探傷方法）が知られている。この磁気探傷方法は、磁性体からなる被探傷材に磁界を作用させて磁化した場合に、被探傷材に生ずる磁束を遮るようなきずが存在すると、このきずが存在する部位で磁束が表面空間に漏洩することを利用する探傷方法である。

斯かる磁気探傷方法では、きずからの漏洩磁束を検出可能なほど大きくするために、被探傷材が磁気飽和状態になるまで被探傷材を磁化する必要がある。そして、一般的に、被探傷材に磁界を作用させるための磁化手段としては、直流又は交流の電磁石やコイル等が用いられ、きずからの漏洩磁束を検出するための検出手段としては、ホール素子やサーチコイル等が用いられる。

電磁石やコイル等の磁化手段を用いて、被探傷材を効率的に磁気飽和させる装置として、例えば、特許文献１、２に記載の装置が提案されている。

特許文献１に記載の装置は、磁極（ヨーク開放端）と被探傷材（被検材）との間に、ブラシ状のヨークを設けたり、可動補助ヨークを設けることにより、磁極と被探傷材との隙間による漏れ磁束の発生を抑制して、磁化効率を改善するものである。

しかしながら、特許文献１に記載の装置において、直流の電磁石を用いた場合には、表皮効果が望めないため、被探傷材の厚み方向全体を磁気飽和させる必要がある。換言すれば、被探傷材の厚み方向全体の断面積を超える磁極断面積が必要となるため、磁化手段が大型化するという問題がある。

以下、より具体的に説明する。鋼板や鋼管等の被探傷材を構成する強磁性材料の磁気特性は、一般的にヒステリシスカーブで表される非線形特性を有する。このため、被探傷材中の磁束密度が１．４Ｔ程度になるまで磁化することは、比較的小さい磁界を作用させることで実現可能である。しかしながら、きずからの漏洩磁束を十分に得るために必要な飽和磁束密度付近（一般の炭素鋼で１．７〜１．８Ｔ）の磁束密度を得るには、極めて大きな磁界を被探傷材に作用させる必要がある。さらに、直流磁気飽和では、被探傷材の厚み方向に均一に磁束が分布することになる。このため、直流の電磁石を用いて被探傷材を磁気飽和させるには、被探傷材の寸法（厚み）に応じた大型の磁化手段が必要となる。

上記の問題を解消するには、特許文献２に記載のように、交流の電磁石を用いた磁化手段を採用し、表皮効果を利用することで被探傷材の表層のみを磁化すればよい。特許文献２に記載の装置によれば、磁化手段の小型化は可能である。しかしながら、特許文献２に記載のように、交流磁界を作用させて磁気飽和状態になるまで被探傷材を磁化する場合、被探傷材中に生じる渦電流による発熱が大きいため、漏洩磁束を検出する検出手段の感度低下や寿命低下などの悪影響が生じるという問題が生じる。

以下、より具体的に説明する。交流磁界を作用させる場合、表皮効果により被探傷材の表層に磁束を集中させることが可能なため、直流磁界を作用させる場合に比べて、磁化手段が小型化できるという利点がある。しかしながら、被探傷材の材質に起因するノイズ信号を抑制するには、直流磁界を作用させる場合と同様に、被探傷材中の磁束密度を飽和磁束密度付近まで増大させる必要がある。交流磁界のみで磁気飽和状態になるまで被探傷材を磁化する場合、被探傷材中には磁束の時間変化に比例した起電力が発生し、これが渦電流を生じさせる。被探傷材中に流れる電流は抵抗発熱を伴い、被探傷材はいわゆる誘導加熱状態となるため、周辺に設けられた漏洩磁束の検出手段やその取り付け治具の温度変動の原因となる。一般に、漏洩磁束の検出手段としては、ホール素子、サーチコイル、フラックスゲート等のセンサが用いられるが、これらはいずれも、温度変化によって漏洩磁束の検出感度や寿命に影響が生じる。

日本国特開平８−１５２４２４号公報 日本国特開２００１−４１９３２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、直流磁界のみを作用させる場合に磁化手段が大型化する問題や、交流磁界のみを作用させる場合に被探傷材が発熱する問題を解決しつつ、被探傷材が磁気飽和状態になるまで被探傷材を磁化することにより、精度良くきずを検出可能な磁気探傷方法及び磁気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ため、本発明者らは鋭意検討した結果、被探傷材中の磁束密度が比較的大きくなりやすい範囲（１．４Ｔ程度）までは、直流磁界（バイアス磁界）を作用させて磁化すると共に、被探傷材を磁気飽和状態にしてきずからの漏洩磁束を検出するために交流磁界を作用させて更に磁化することで、磁化手段の小型化と被探傷材の発熱防止という双方の課題を解決できるのではないかということに着眼した。
上記の着眼において、直流磁界を作用させる目的は、きずからの漏洩磁束を生じさせることではなく、きずの近傍を含む被探傷材全体の磁束密度を略均一に且つある程度の磁束密度まで増加させることである。本発明者らは、この目的に鑑みれば、作用させる直流磁界の方向は、直流磁界によって被探傷材中に発生する磁束の進路がきずによって最も妨げられにくい方向（すなわち、きずの延びる方向に略平行な方向）とする必要があることを知見した。
一方、上記の着眼において、交流磁界を作用させる目的は、きずからの漏洩磁束を生じさせることである。本発明者らは、この目的に鑑みれば、作用させる交流磁界の方向は、交流磁界によって被探傷材中に発生する磁束の進路がきずによって最も妨げられやすい方向（すなわち、きずの延びる方向に略垂直な方向）とする必要があることを知見した。

本発明は、以上に述べた本発明者らの知見により完成したものである。
本発明者らは、まず上記の知見に基づき、被探傷材に対して、検出対象きずの延びる方向に略平行に直流のバイアス磁界を作用させると共に、検出対象きずの延びる方向に略垂直に交流磁界を作用させ、これによって生ずる漏洩磁束に基づいて検出対象きずを検出することを特徴とする磁気探傷方法（以下、前提発明という）に想到した。

上記の前提発明によれば、検出対象きず（検出対象とするきず）の延びる方向に略平行に直流のバイアス磁界を作用させることにより、被探傷材中の磁束密度が比較的大きくなりやすい範囲までは、検出対象きずによって磁束の進路が大きく妨げられることなく、略均一に被探傷材を磁化することが可能である。そして、本前提発明によれば、上記バイアス磁界に加えて交流磁界を作用させることにより、被探傷材を比較的容易に磁気飽和状態にさせることができると共に、作用させる交流磁界の方向が検出対象きずの延びる方向に略垂直であるため、検出対象きずからの漏洩磁束を効率良く生じさせることができ、その結果、精度良く検出対象きずを検出可能である。
また、本前提発明によれば、直流のバイアス磁界と交流磁界とを組み合わせて作用させることにより被探傷材を磁化するため、直流磁界のみを作用させて磁化する場合に比べて、被探傷材を磁気飽和させるための磁化手段が大型化しないという利点が得られる。
さらに、本前提発明によれば、直流のバイアス磁界と交流磁界とを組み合わせて作用させることにより被探傷材を磁化するため、交流磁界のみを作用させて磁化する場合に比べて、被探傷材を磁気飽和させても被探傷材が過度に発熱しないという利点も得られる。

以上に述べた前提発明は、検出対象きずの延びる方向が一定であり且つ予めその方向が想定可能である場合に有効である。しかしながら、被探傷材に種々の方向に延びるきずが存在し、如何なる方向に延びるきずも検出する必要がある場合には、直流のバイアス磁界を作用させる方向（きずの延びる方向に略平行な方向）や、交流磁界を作用させる方向（きずの延びる方向に略垂直な方向）を一定にすることができない。きずの延びる方向が如何なる方向であっても検出できるようにするには、磁界の方向が時々刻々変化する回転磁界を作用させることが有効である。そして、この回転磁界を作用させる場合にも、前述した本発明者らの知見を活かせば、磁化手段が大型化する問題や被探傷材が発熱する問題を解決しつつ、磁気飽和状態になるまで被探傷材を磁化して、精度良くきずを検出可能である。

すなわち、本発明は、被探傷材に対して、交流電流を励磁電流として用いることで励磁される回転バイアス磁界を作用させると共に、前記交流電流と同一周波数の第１交流電流と該第１交流電流よりも高周波の第２交流電流とを重畳した重畳交流電流を励磁電流として用いることで励磁され、前記回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界を作用させ、これによって生ずる漏洩磁束に基づいてきずを検出することを特徴とする磁気探傷方法である。

本発明によれば、被探傷材に対して、交流電流を励磁電流として用いることで励磁される回転バイアス磁界を作用させる。回転バイアス磁界を励磁する励磁電流としては交流電流を用いるものの、その周波数を低周波（例えば、１０Ｈｚ〜２ｋＨｚ程度）とすれば、あたかも前述した前提発明における直流のバイアス磁界がその方向だけを時々刻々変化させるのと同様の挙動となる。このため、本発明の回転バイアス磁界によっても、被探傷材の中の磁束密度が比較的大きくなりやすい範囲までは、きず（回転バイアス磁界のある瞬間の方向と略平行に延びるきず）によって磁束の進路が大きく妨げられることなく、略均一に被探傷材を磁化することが可能である。
そして、本発明によれば、上記回転バイアス磁界に加えて該回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界（すなわち、ある瞬間の回転バイアス磁界の方向と回転交流磁界の方向とが直交する）を作用させる。この回転交流磁界は、回転バイアス磁界の励磁電流である交流電流と同一周波数の第１交流電流（回転バイアス磁界の励磁電流である交流電流の周波数を低周波とすれば、第１交流電流の周波数も低周波となる）と該第１交流電流よりも高周波の第２交流電流（例えば、１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ程度）とを重畳した重畳交流電流を励磁電流として用いることで励磁される。従って、高周波の第２交流電流によって生成される交流磁界が支配的に被探傷材に作用する一方、低周波の第１交流電流は、前記生成された交流磁界の方向を被探傷材において回転させるために機能する。これは、被探傷材に生じる誘導起電力が励磁電流の周波数に比例するからである。換言すれば、本発明における回転交流磁界は、前述した前提発明における交流磁界がその方向だけを時々刻々変化させるのと同様の挙動を示すことになる。
本発明は、回転バイアス磁界に加えて該回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界を作用させるため、被探傷材を比較的容易に磁気飽和状態にさせることができると共に、作用させる回転交流磁界の方向が上記のきず（回転バイアス磁界のある瞬間の方向と略平行に延びるきず）の延びる方向に略垂直となるため、上記のきずからの漏洩磁束を効率良く生じさせることができ、その結果、精度良く上記のきずを検出可能である。本発明は、バイアス磁界を回転させると共に、交流磁界もバイアス磁界と位相を９０°ずらして回転させるため、被探傷材に存在する種々の方向に延びるきずを検出可能である。
また、本発明によれば、被探傷材を磁気飽和させるための磁化手段が大型化しないという利点や、被探傷材を磁気飽和させても被探傷材が過度に発熱しないという利点が得られることは、前提発明と同様である。

なお、第１交流電流の周波数は、回転バイアス磁界及び回転交流磁界を作用させる磁化手段の被探傷材に対する相対的な移動速度に応じて設定すればよい。具体的には、磁化手段がきず上を通過する間に、最低１回は回転バイアス磁界及び回転交流磁界が回転するように、第１交流電流の周波数を設定する必要がある。磁化手段の相対的な移動速度が速くなれば、第１交流電流の周波数を高く設定する必要があり、これに応じて高周波である第２交流電流の周波数も高く設定する必要がある。第１交流電流の周波数と第２交流電流の周波数の比率は、第２交流電流を参照信号として同期検波できる程度の比率（例えば、１：１０以上）に設定することが好ましい。

また、前記課題を解決するため、本発明は、被探傷材に対して、交流電流を励磁電流として用いることで励磁される回転バイアス磁界を作用させる第１回転磁化手段と、被探傷材に対して、前記交流電流と同一周波数の第１交流電流と該第１交流電流よりも高周波の第２交流電流とを重畳した重畳交流電流を励磁電流として用いることで励磁され、前記回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界を作用させる第２回転磁化手段と、前記第１回転磁化手段及び前記第２回転磁化手段で被探傷材を磁化することによって生ずる漏洩磁束を検出する検出手段と、を備えることを特徴とする磁気探傷装置としても提供される。

本発明によれば、直流磁界のみを作用させる場合に磁化手段が大型化する問題や、交流磁界のみを作用させる場合に被探傷材が発熱する問題を解決しつつ、磁気飽和状態になるまで被探傷材を磁化することにより、精度良くきずを検出可能である。

図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気探傷装置の概略構成を示す図である。 図２は、被探傷材に作用させる直流磁界の方向がきずの延びる方向に対して略垂直である場合の被探傷材中の磁束の状態を模式的に示す図である。 図３は、被探傷材に作用させる直流磁界の方向がきずの延びる方向に対して略平行である場合の被探傷材中の磁束の状態を模式的に示す図である。 図４は、本発明の実施例１及び比較例１、２の試験結果を示す図である。 図５は、本発明の第２実施形態に係る磁気探傷装置の概略構成を示す図である。 図６は、図５に示す磁気探傷装置によって生成される磁界の関係を模式的に示す図である。 図７は、本発明の実施例２の試験結果を示す図である。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る磁気探傷装置は、被探傷材が管であり、管の軸方向に延びるきず（以下、軸方向きずという）を検出対象とする。
図１は、本発明の第１実施形態に係る磁気探傷装置の概略構成を示す図である。図１（ａ）は、全体構成図を示す。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す探傷プローブの模式的な外観図を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る磁気探傷装置１００は、管Ｐに対して検出対象きずである軸方向きずＦの延びる方向（管Ｐの軸方向（図１に示すＸ方向））に略平行に直流のバイアス磁界を作用させる第１磁化手段１と、管Ｐに対して軸方向きずＦの延びる方向に略垂直に交流磁界を作用させる第２磁化手段２と、第１磁化手段１及び第２磁化手段２で管Ｐを磁化することによって生ずる漏洩磁束を検出する検出手段３とを備えている。また、本実施形態に係る磁気探傷装置１００は、第２磁化手段２に交流電流を供給したり、検出手段３から出力された探傷信号を信号処理して軸方向きずＦを検出するための演算制御手段４を備えている。

第１磁化手段１は、管Ｐを貫通させる一対の貫通コイル１ａ、１ｂからなる。一対の貫通コイル１ａ、１ｂにはそれぞれ直流電流が供給され、これにより管Ｐの軸方向（Ｘ方向）に対して略平行な方向に直流磁界（バイアス磁界）Ａが生成される。すなわち、バイアス磁界Ａの方向は、軸方向きずＦの延びる方向に略平行となる。

第２磁化手段２は、空心型のタンジェンシャルコイルからなる。このタンジェンシャルコイルは、非磁性体からなるコア２１の周りに管Ｐの軸方向（Ｘ方向）に導線２２を巻回したものである。演算制御手段４から導線２２に交流電流を供給することにより、管Ｐの軸方向（Ｘ方向）に対して略垂直な方向（図１に示すＹ方向）に交流磁界Ｂが生成される。第２磁化手段２を管Ｐの外面に配置すれば、生成された交流磁界Ｂは管Ｐの周方向に沿って進行することになる。すなわち、交流磁界Ｂの方向は、軸方向きずＦの延びる方向に略垂直となる。

検出手段３は、第２磁化手段（タンジェンシャルコイル）２の中心を通りＸ方向及びＹ方向に直交するＺ方向（図１参照）の漏洩磁束を検出する平面コイルとされている。検出手段３は、第２磁化手段２が具備するコア２１の下面に取り付けられている。検出手段３は、Ｚ方向の漏洩磁束を検出し、探傷信号として演算制御手段４に出力する。なお、検出手段３は、第２磁化手段（タンジェンシャルコイル）２と一体化されて、探傷プローブ２０を形成している。

演算制御手段４は、第２磁化手段（タンジェンシャルコイル）２に所定周波数の交流電流を供給する。また、演算制御手段４は、検出手段３から出力された探傷信号に、前記交流電流を参照信号とする同期検波等の信号処理を施し、軸方向きずＦを検出する。

以上の構成を有する磁気探傷装置１００によれば、軸方向きずＦの延びる方向（Ｘ方向）に略平行に直流のバイアス磁界Ａを作用させることにより、管Ｐ中の磁束密度が比較的大きくなりやすい範囲までは、軸方向きずＦによって磁束の進路が大きく妨げられることなく、略均一に管Ｐを磁化することが可能である。以下、この点について、図２及び図３を適宜参照しつつ、より具体的に説明する。

図２は、被探傷材に作用させる直流磁界の方向がきずの延びる方向に対して略垂直である場合の被探傷材中の磁束の状態を模式的に示す図である。図２（ａ）は平面図を、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣＣ矢視断面図を示す。
図３は、被探傷材に作用させる直流磁界の方向がきずの延びる方向に対して略平行である場合の被探傷材中の磁束の状態を模式的に示す図である。図３（ａ）は平面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）のＤＤ矢視断面図を示す。

図２に示すように、被探傷材に作用させる直流磁界の方向がきずの延びる方向に対して略垂直である場合、直流磁界を作用させることによって生じる磁束（図２において実線の矢符で示す）は、きずの直近まで直進して急激に方向を変えて迂回するのではなく、きずに対して緩やかに方向を変えながら迂回する。このため、きずの周辺には、図２に破線で示すような磁束密度の小さい領域が存在することになる。従って、特にきずの周辺においては、直流磁界がきずからの漏洩磁束を増加させるためのバイアス磁界として機能していないことになる。換言すれば、きずの延びる方向と磁束の方向とが略垂直となるように直流磁気飽和させた場合には、被探傷材中の磁束密度を略均一に増大させるという直流磁化の目的を達成することができない。

一方、図３に示すように、被探傷材に作用させる直流磁界の方向がきずの延びる方向に対して略平行である場合、直流磁界を作用させることによって生じる磁束（図３において実線の矢符で示す）は、きずによってその進路が大きく妨げられることはなく、きず近傍を迂回することが可能である。このため、図３（ｂ）に示すように、きずの近傍まで磁束密度の大きい領域が存在し、きずを除く被探傷材中の磁束密度を略均一に増大させるという直流磁化の目的を達成することができる。

以上に述べた理由から、本実施形態に係る磁気探傷装置１００では、軸方向きずＦの延びる方向（Ｘ方向）に略平行に直流のバイアス磁界Ａを作用させており、これにより、管Ｐ中の磁束密度が比較的大きくなりやすい範囲まで、略均一に管Ｐを磁化することが可能である。

また、本実施形態に係る磁気探傷装置１００では、バイアス磁界Ａに加えて交流磁界Ｂを作用させている。これにより、管Ｐを比較的容易に磁気飽和状態にさせることができると共に、作用させる交流磁界Ｂの方向が軸方向きずＦの延びる方向に略垂直であるため、軸方向きずＦからの漏洩磁束を効率良く生じさせることが可能である。この結果、精度良く軸方向きずＦを検出可能である。

また、本実施形態に係る磁気探傷装置１００によれば、バイアス磁界Ａと交流磁界Ｂとを組み合わせて作用させることにより管Ｐを磁化するため、直流磁界のみを作用させて磁化する場合に比べて、管Ｐを磁気飽和させるための磁化手段が大型化しないという利点が得られる。

さらに、本実施形態に係る磁気探傷装置１００によれば、バイアス磁界Ａと交流磁界Ｂとを組み合わせて作用させることにより管Ｐを磁化するため、交流磁界のみを作用させて磁化する場合に比べて、管Ｐを磁気飽和させても管Ｐが過度に発熱しないという利点も得られる。

以下、本実施形態に係る磁気探傷装置１００を用いた探傷試験の一実施例について説明する。
＜実施例１＞
本実施例において、被探傷材である管Ｐとしては、０．２５質量％の炭素を含有する炭素鋼管を用いた。この管Ｐの表面に、深さ０．５ｍｍで長さ２５ｍｍの人工の軸方向きずを設けた。また、第１磁化手段１である貫通コイル１ａ、１ｂとしては、それぞれターン数１０００で、外径１４０ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ（管Ｐの軸方向に沿った長さ）５０ｍｍのものを用い、各貫通コイル１ａ、１ｂを管Ｐの軸方向に４０ｍｍ隔てて配置した。各貫通コイル１ａ、１ｂに供給する直流電流の電流値は１．５Ａとし、これにより、適正なバイアス磁界（被探傷材中の磁束密度約１．５Ｔ）を作用させることが可能であった。なお、この第１磁化手段１のみで漏洩磁束探傷が可能な程度にまで磁化する（被探傷材中の磁束密度約１．８Ｔ）のに必要な直流電流の電流値は約９Ａである。従って、本実施例によれば、第１磁化手段１のみで直流磁気飽和させる場合に比べて、約１／６の電流値で探傷可能であることが分かる。

また、本実施例において、第２磁化手段（タンジェンシャルコイル）２としては、一辺が６ｍｍの非磁性の立方体からなるコア２１の周りに管Ｐの軸方向に導線２２を５０ターン巻回したものを用いた。導線２２に供給する交流電流は、周波数５０ｋＨｚで、電流値２００ｍＡとした。この電流値は、通常の交流磁気探傷（交流磁界のみを作用させる磁気探傷）に用いられる電磁石に通電する交流電流の値と比べて、非常に小さいものであるということは、当業者であれば容易に理解可能である。また、交流磁界を生成する磁化手段として、本実施例の第２磁化手段２を用いれば、従来の電磁石と比べて、著しい小型化・軽量化を図れることが分かる。このことは、被探傷材が軸方向に直進し、交流磁界を生成する磁化手段が被探傷材の周方向に回転して、被探傷材の全面を探傷する必要がある場合に大きな利点となる。交流磁界を生成する磁化手段として本実施例の第２磁化手段２を用いれば、それを被探傷材の周方向に回転する機構の小型化・簡素化にも繋がるからである。

さらに、本実施例において、検出手段３としては、直径５ｍｍでターン数１００の平面コイルを用いた。
以上の条件で探傷試験を行った。

＜比較例１＞
第１磁化手段１によるバイアス磁界を作用させなかった点を除き、実施例と同様の条件で探傷試験を行った。

＜比較例２＞
管軸方向に対して６０°傾斜した方向に延びる人工きず（深さ及び長さは、実施例１と同様）を管Ｐの表面に設け、第２磁化手段（タンジェンシャルコイル）２によって生成される交流磁界の方向が上記人工きずの延びる方向と略垂直になるように第２磁化手段２の向きを調整した点を除き、実施例と同様の条件で探傷試験を行った。

＜評価結果＞
図４は、実施例１及び比較例１、２の試験結果を示す図である。図４（ａ）は実施例１の試験結果を、図４（ｂ）は比較例１の試験結果を、図４（ｃ）は比較例２の試験結果を示す。図４に示す波形は、検出手段３から出力された探傷信号を、演算制御手段４が第２磁化手段（タンジェンシャルコイル）２に供給される交流電流を参照信号として同期検波したものである。

図４に示す実施例１と比較例１とを比較すれば明らかなように、バイアス磁界を作用させなかった比較例１では、きず信号の振幅がやや小さく、ノイズ信号の振幅が大きいのに対し、きずの延びる方向に略平行にバイアス磁界を作用させる実施例１では、きず信号の振幅が増加し、逆にノイズ信号の振幅は減少している。この結果は、きずの延びる方向に略平行なバイアス磁界を作用させた場合、きずの近傍を含む管Ｐ全体の磁束密度が増加するため、空心型のタンジェンシャルコイルのように、生成する磁界強度の小さな磁化手段を用いた場合であっても、管Ｐが容易に磁気飽和状態に至ることを示している。そのため、きずからの漏洩磁束が増大する（従って、きず信号の振幅が増加する）と共に、鋼管材料の磁気的不均一性に起因するノイズ信号が抑制されることを示している。

また、図４に示す比較例１と比較例２とを比較すれば明らかなように、バイアス磁界を作用させなかった比較例１と比べ、バイアス磁界を作用させた比較例２では、ノイズ信号の振幅は減少している。しかしながら、きず信号については、バイアス磁界を作用させた比較例２の方が逆に振幅が小さくなっている。これは、バイアス磁界の方向ときずの延びる方向とが平行ではない（６０°の角度を成す）ため、きずの周辺に磁束の迂回によって生じる磁束密度の小さい領域が存在し、きず周辺の磁気飽和レベルを低下させて、きずからの漏洩磁束の発生を妨げることが理由であると考えられる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る磁気探傷装置は、被探傷材が管であり、種々の方向に延びるきずを検出対象とする。
図５は、本発明の第２実施形態に係る磁気探傷装置の概略構成を示す図である。図５（ａ）は、全体の構成を部分的に断面で示す正面図である。図５（ｂ）は、平面図である。図５（ｃ）は裏面図である。図５（ｄ）は、図５（ａ）〜（ｃ）に示す探傷プローブの模式的な外観図を示す。なお、図５（ｂ）においては、励磁コイルの図示を省略している。
図５に示すように、本実施形態に係る磁気探傷装置１００’は、被探傷材である管Ｐに対して回転バイアス磁界を作用させる第１回転磁化手段１’と、管Ｐに対して前記回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界を作用させる第２回転磁化手段２’と、第１回転磁化手段１’及び第２回転磁化手段２’で管Ｐを磁化することによって生ずる漏洩磁束を検出する検出手段３とを備えている。また、本実施形態に係る磁気探傷装置１００’は、第１回転磁化手段１’や第２回転磁化手段２’に励磁電流を供給したり、検出手段３から出力された探傷信号を信号処理してきずを検出するための演算制御手段４’を備えている。

第１回転磁化手段１’は、第１電磁石１１と、第１電磁石１１と交叉する第２電磁石１２とから構成されている。
第１電磁石１１は、逆Ｕ字状のヨーク１１１と、ヨーク１１１の両端部にそれぞれ巻回された励磁コイル１１２とを具備する。演算制御手段４’から励磁コイル１１２に交流電流を供給することにより、ヨーク１１１の磁極１１１ａ、１１１ｂ間に管Ｐの軸方向（図５に示すＸ方向）に対して略平行な方向の磁界が生成される。
第２電磁石１２は、逆Ｕ字状のヨーク１２１と、ヨーク１２１の両端部にそれぞれ巻回された励磁コイル１２２とを具備する。演算制御手段４’から励磁コイル１２２に交流電流を供給することにより、ヨーク１２１の磁極１２１ａ、１２１ｂ間に管Ｐの軸方向（Ｘ方向）に対して略垂直な方向（図５に示すＹ方向）の磁界が生成される。
そして、各励磁コイル１１２、１２２に供給する交流電流（励磁電流）の位相を９０°ずらすことにより、各励磁コイル１１２、１２２で生成された磁界の合成磁界が、磁極１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂの中心位置を中心として３６０°回転することになる。
以上のようにして、第１回転磁化手段１’は、管Ｐに対して回転バイアス磁界を作用させる。

第２回転磁化手段２’は、本発明者らが提案した特開２００８−１２８７３３号公報に記載の励磁コイルと同様の構成を有する。具体的には、第２回転磁化手段２’は、第１実施形態の第２磁化手段２と同様に、空心型のタンジェンシャルコイルからなる。ただし、第２回転磁化手段２’は、第２磁化手段２と異なり、非磁性体からなるコア２１の周りに管Ｐの軸方向（Ｘ方向）に導線２２ｂを巻回するのみならず、管Ｐの軸方向に略垂直な方向（Ｙ方向）にも導線２２ａを巻回したものである。
演算制御手段４’から導線２２ａに励磁電流（Ｘ方向励磁電流）を供給することにより、管Ｐの軸方向（Ｘ方向）に対して略平行な方向の交流磁界が生成される。
また、演算制御手段４’から導線２２ｂに励磁電流（Ｙ方向励磁電流）を供給することにより、管Ｐの軸方向（Ｘ方向）に対して略垂直な方向（Ｙ方向）の交流磁界が生成される。
そして、各導線２２ａ、２２ｂに供給する励磁電流の位相を９０°ずらすことにより、各導線２２ａ、２２ｂで生成された交流磁界の合成磁界が、第２回転磁化手段２’（タンジェンシャルコイル）の中心位置を中心として３６０°回転することになる。すなわち、回転交流磁界が生成される。

具体的には、第２回転磁化手段２’には、第１回転磁化手段１’に供給される（励磁コイル１１２、１２２に供給される）交流電流と同一周波数の第１交流電流と、該第１交流電流よりも高周波の第２交流電流とを重畳した重畳交流電流が、励磁電流として演算制御手段４’から供給される。より具体的には、第２回転磁化手段２’の導線２２ａには、第１交流電流と第２交流電流とを重畳したＸ方向励磁電流が供給される。
一方、第２回転磁化手段２’の導線２２ｂには、第１交流電流と第２交流電流とが重畳すると共にＸ方向励磁電流に対して位相が９０°ずれたＹ方向励磁電流が供給される。
そして、第２回転磁化手段２’によって生成される回転交流磁界の位相が、第１回転磁化手段１’によって生成される回転バイアス磁界の位相と９０°ずれるように、Ｘ方向励磁電流及びＹ方向励磁電流の位相が調整されている。
以上のようにして、第２回転磁化手段２’は、管Ｐに対して前記回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界を作用させる。

検出手段３は、第１実施形態と同様に、第２回転磁化手段（タンジェンシャルコイル）２’の中心を通りＸ方向及びＹ方向に直交するＺ方向（図５参照）の漏洩磁束を検出する平面コイルとされている。検出手段３は、第２回転磁化手段２’が具備するコア２１の下面に取り付けられている。検出手段３は、Ｚ方向の漏洩磁束を検出し、探傷信号として演算制御手段４’に出力する。なお、検出手段３は、第２回転磁化手段（タンジェンシャルコイル）２’と一体化されて、探傷プローブ２０’を形成している。

演算制御手段４’は、第１回転磁化手段１’が具備する第１電磁石１１及び第２電磁石１２に、互いに位相が９０°ずれた交流電流をそれぞれ供給する。また、演算制御手段４’は、第１回転磁化手段１’に供給する交流電流と同一周波数の第１交流電流と、該第１交流電流よりも高周波の第２交流電流とを重畳した重畳交流電流であって、互いに位相が９０°ずれた重畳交流電流（Ｘ方向励磁電流及びＹ方向励磁電流）を、第２回転磁化手段２’が具備する導線２２ａ、２２ｂにそれぞれ供給する。演算制御手段４’は、第１回転磁化手段１’によって生成される回転バイアス磁界の位相と、第２回転磁化手段２’によって生成される回転交流磁界の位相とが９０°ずれるように、第２回転磁化手段２’に供給するＸ方向励磁電流及びＹ方向励磁電流の位相を調整する。

また、演算制御手段４’は、検出手段３から出力された探傷信号に対して、第２交流電流を参照信号とする同期検波や、第１交流電流を参照信号とする同期検波等の信号処理を順次施し、軸方向きずＦを検出する。

図６は、以上の構成を有する磁気探傷装置１００’によって生成される磁界の関係を模式的に示す図である。
本実施形態に係る磁気探傷装置１００’によれば、管Ｐに対して、交流電流を励磁電流として用いることで励磁される回転バイアス磁界が作用する。回転バイアス磁界を励磁する励磁電流としては交流電流を用いるものの、その周波数を低周波とすれば、あたかも前述した第１実施形態に係る磁気探傷装置１００で生成される直流のバイアス磁界がその方向だけを時々刻々変化させるのと同様の挙動となる。このため、本実施形態に係る磁気探傷装置１００’で生成される回転バイアス磁界によっても、管Ｐ中の磁束密度が比較的大きくなりやすい範囲までは、きず（回転バイアス磁界のある瞬間の方向と略平行に延びるきず）Ｆによって磁束の進路が大きく妨げられることなく、略均一に管Ｐを磁化することが可能である。

そして、本実施形態に係る磁気探傷装置１００’によれば、上記回転バイアス磁界に加えて該回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界（すなわち、ある瞬間の回転バイアス磁界の方向と回転交流磁界の方向とが直交する）が作用する。この回転交流磁界は、第１実施形態で述べた交流磁界がその方向だけを時々刻々変化させるのと同様の挙動を示すことになる。

本実施形態に係る磁気探傷装置１００’では、回転バイアス磁界に加えて該回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界が作用するため、管Ｐを比較的容易に磁気飽和状態にさせることができると共に、作用させる回転交流磁界の方向が上記のきず（回転バイアス磁界のある瞬間の方向と略平行に延びるきず）Ｆの延びる方向に略垂直となるため、上記のきずＦからの漏洩磁束を効率良く生じさせることができ、その結果、精度良く上記のきずＦを検出可能である。本実施形態に係る磁気探傷装置１００’では、バイアス磁界を回転させると共に、交流磁界もバイアス磁界と位相を９０°ずらして回転させるため、管Ｐに存在する種々の方向に延びるきずを検出可能である。

また、本実施形態に係る磁気探傷装置１００’によれば、管Ｐを磁気飽和させるための磁化手段が大型化しないという利点や、管Ｐを磁気飽和させても管Ｐが過度に発熱しないという利点が得られることは、第１実施形態に係る磁気探傷装置１００と同様である。

以下、本実施形態に係る磁気探傷装置１００’を用いた探傷試験の一実施例について説明する。
＜実施例２＞
本実施例においても、前述した実施例１と同様に、被探傷材である管Ｐとして、０．２５質量％の炭素を含有する炭素鋼管を用いた。この管Ｐの表面に、人工の軸方向きず、１５°方向人工きず（管軸方向に対して１５°傾斜した方向に延びる人工きず）、４５°方向人工きず（管軸方向に対して４５°傾斜した方向に延びる人工きず）、７５°方向人工きず（管軸方向に対して７５°傾斜した方向に延びる人工きず）を設けた。各人工きずは、いずれも深さ０．５ｍｍで長さ２５ｍｍとした。

また、本実施例において、第１回転磁化手段１’を構成する第１電磁石１１が具備する各励磁コイル１１２としては、ターン数８０のものを用い、各励磁コイル１１２に供給する交流電流は、周波数１００Ｈｚで、電流値１０Ａとした。同様に、第１回転磁化手段１’を構成する第２電磁石１２が具備する各励磁コイル１２２としては、ターン数８０のものを用い、各励磁コイル１２２に供給する交流電流は、周波数１００Ｈｚで、電流値１０Ａとした。また、第２回転磁化手段２’（タンジェンシャルコイル）としては、一辺が６ｍｍの非磁性の立方体からなるコア２１の周りに管Ｐの軸方向（Ｘ方向）に導線２２ｂを６０ターン巻回し、管Ｐの軸方向に略垂直な方向（Ｙ方向）に導線２２ａを６０ターン巻回したものを用いた。導線２２ａ、２２ｂに供給する第１交流電流は、周波数１００Ｈｚで、電流値２００ｍＡとした。さらに、導線２２ａ、２２ｂに供給する第２交流電流は、周波数２０ｋＨｚで、電流値２００ｍＡとした。

さらに、本実施例において、検出手段３としては、直径５ｍｍでターン数１００の平面コイルを用いた。
以上の条件で探傷試験を行った。

図７は、実施例２の試験結果を示す図である。図７（ａ）は軸方向きずを探傷した結果を、図７（ｂ）は１５°方向きずを探傷した結果を、図７（ｃ）は４５°方向きずを探傷した結果を、図７（ｄ）は７５°方向きずを探傷した結果を示す。図７に示す波形は、検出手段３から出力された探傷信号に基づき、演算制御手段４’で作成・表示されるリサージュ波形である。演算制御手段４’は、第２回転磁化手段（タンジェンシャルコイル）２’に供給される第２交流電流（高周波）を参照信号として探傷信号を同期検波した後、第２回転磁化手段（タンジェンシャルコイル）に供給される第１交流電流を参照信号として同期検波する（この同期検波したものをＸ信号とする）と共に、前記参照信号（第１交流電流）の位相を９０°遅らせて探傷信号を同期検波する（この同期検波したものをＹ信号とする）。そして、演算制御手段４’は、Ｘ信号をＸ軸成分とし、Ｙ信号をＹ軸成分として、ＸＹ座標系の２次元平面上に信号をベクトル表示する。このベクトル表示された信号波形がリサージュ波形である。

図７に示すように、実施例２の磁気探傷装置１００’によれば、管Ｐに存在する種々の方向に延びるきずを精度良く検出可能であることが分かる。

１・・・第１磁化手段
１’・・・第１回転磁化手段
２・・・第２磁化手段
２’・・・第２回転磁化手段
３・・・検出手段
４，４’・・・演算制御手段
２０，２０’・・・探傷プローブ
１００，１００’・・・磁気探傷装置
Ｆ・・・きず
Ｐ・・・管（被探傷材）

Claims (2)

1. 被探傷材に対して、交流電流を励磁電流として用いることで励磁される回転バイアス磁界を作用させると共に、前記交流電流と同一周波数の第１交流電流と該第１交流電流よりも高周波の第２交流電流とを重畳した重畳交流電流を励磁電流として用いることで励磁され、前記回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界を作用させ、これによって生ずる漏洩磁束に基づいてきずを検出することを特徴とする磁気探傷方法。
2. 被探傷材に対して、交流電流を励磁電流として用いることで励磁される回転バイアス磁界を作用させる第１回転磁化手段と、
   被探傷材に対して、前記交流電流と同一周波数の第１交流電流と該第１交流電流よりも高周波の第２交流電流とを重畳した重畳交流電流を励磁電流として用いることで励磁され、前記回転バイアス磁界と位相が９０°ずれた回転交流磁界を作用させる第２回転磁化手段と、
   前記第１回転磁化手段及び前記第２回転磁化手段で被探傷材を磁化することによって生ずる漏洩磁束を検出する検出手段と、
   を備えることを特徴とする磁気探傷装置。