JP5203342B2

JP5203342B2 - 渦電流探傷プローブおよびそれを用いた渦電流探傷試験装置

Info

Publication number: JP5203342B2
Application number: JP2009276583A
Authority: JP
Inventors: 徳康小林; 聡一上野; 昇神保
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2029-12-04
Also published as: JP2011117872A

Description

本発明は、渦電流探傷プローブおよびそれを用いた渦電流探傷試験装置に関する。

金属管等の導電性部材の内面の傷や亀裂を検出する装置として渦電流探傷試験装置がある。渦電流探傷試験装置は、励磁コイルに磁場を発生させて導電性部材の探傷表面に照射することにより導電性部材の表面および内部に渦電流を誘起させ、導電性部材の傷や亀裂によって生じる渦電流の流れの変化によって生じる磁場を検出コイルに進入させ検出することで傷や亀裂の有無を探傷するものである。

渦電流探傷試験装置において、検出コイルの端面を探傷表面に対向させて配置することにより、探傷表面に発生する渦電流の変化から生じる磁場を検出コイルに軸心として挿嵌されるフェライトコアにコイル軸方向に進入させ、磁場の検出感度を高める渦電流探傷試験装置が開発されている。

検出コイルの端面を探傷表面に対向させて配置する渦電流探傷試験装置は、検出コイルの巻き数を多くするほど磁場の検出感度が高くなるが、コイルの巻き数を多くするほどコイルの直径が大きくなり、その結果、金属管の内側等の凹形状の探傷表面の探傷試験時にはリフトオフといわれる、探傷表面とフェライトコアとの間隔が大きくなり、かえって検出精度の低下を招いていた。

そこで、フェライトコアに金属管内部の形状に沿わせた突出部を設けることにより、リフトオフを探傷試験に適正な値にする技術が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−４９８２５号公報

しかしながら、上述した技術は、探傷試験時にフェライトコアの突出部が凹形状の探傷表面にリフトオフを有して嵌り込むため、フェライトコアの突出部の周囲の探傷表面で発生した磁場が四方からフェライトコアの突出部に進入する。その結果、フェライトコアに突出部を設けずに平面の探傷試験をする場合に比べて、傷や亀裂の位置や大きさの詳細を特定しにくくなるなど、渦電流探傷試験の空間分解能の低下を招いていた。

そこで本発明は、検出コイルの端面を探傷表面に対向させて配置する渦電流探傷試験装置において、検出コイルに挿嵌されるフェライトコアと凹形状の探傷表面との間隔であるリフトオフを適正値にするとともに、渦電流探傷試験の空間分解能を高めることができる渦電流探傷プローブおよびそれを用いた渦電流探傷試験装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の渦電流探傷プローブは、探傷表面に磁場を照射し探傷表面および内部に渦電流を発生させる励磁コイルと、探傷表面に対して一方の端面を対向させて配置され、渦電流の変化によって生じる磁場を検出する検出コイルと、検出コイルの軸心として設けられる軸心部と検出コイルの探傷表面に対向する端面より突出した突出部とを有する検出コイル用フェライトコアと、検出コイル用フェライトコアの突出部のうち、磁場進入面を除いた面に磁場絶縁部材を介して設けた磁場遮蔽部材とを備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の渦電流探傷試験装置は、探傷表面に磁場を照射し探傷表面および内部に渦電流を発生させる励磁コイルと、探傷表面に対して一方の端面を対向させて配置され、渦電流の変化によって生じる磁場を検出する検出コイルと、検出コイルの軸心として設けられる軸心部と検出コイルの探傷表面に対向する端面より突出した突出部とを有する検出コイル用フェライトコアと、検出コイル用フェライトコアの突出部のうち、磁場進入面を除いた面に磁場絶縁部材を介して設けた磁場遮蔽部材と、励磁コイルに電気的に接続される電源と、検出コイルに接続される検出機器とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、検出コイルの端面を探傷表面に対向させて配置する渦電流探傷試験装置において、検出コイルに挿嵌されるフェライトコアと凹形状の探傷表面との間隔であるリフトオフを適正値にするとともに、渦電流探傷試験の空間分解能を高めることができる。

本発明の実施形態に係る渦電流探傷試験装置を金属管内に配置したときの金属管の長手方向の断面図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブの励磁コイル用フェライトコアおよび検出コイル用フェライトコアを示し、(a)は斜視図、(b)はコイルに挿嵌したときの斜視図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブの磁場照射部を示す図１におけるＡ−Ａ断面図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブの磁場検出部を示す図１におけるＢ−Ｂ断面図。本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブの磁場照射部の突出部の例を示す図。

以下、本発明の実施形態を説明する。

（構成）
以下、本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブおよび渦電流探傷試験装置について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る渦電流探傷試験装置を金属管内に配置したときの金属管の長手方向の断面図である。

渦電流探傷プローブは、探傷プローブ筐体３に磁場照射部１および磁場検出部２を設けることにより構成される。

磁場照射部１は、励磁コイル４と、励磁コイル用フェライトコア５と、磁場絶縁部材６と、磁場遮蔽部材７から構成される。磁場検出部２は、検出コイル８と、検出コイル用フェライトコア９と、磁場絶縁部材１０と、磁場遮蔽部材１１から構成される。

磁場遮蔽部材７は、励磁コイル４に励磁コイル用フェライトコア５を励磁コイル４の軸心として挿嵌したものの周囲のうち、励磁コイル用フェライトコア５の磁場照射面２１を除いた面に励磁コイル４および励磁コイル用フェライトコア５と離間するように磁場絶縁部材６を介して設けられる。

磁場遮蔽部材１１は、検出コイル８に検出コイル用フェライトコア９を検出コイル８の軸心として挿嵌したものの周囲のうち、検出コイル用フェライトコア９の磁場進入面２２を除いた面に検出コイル８および検出コイル用フェライトコア９と離間するように磁場絶縁部材１０を介して設けられる。

ここで、励磁コイル４および検出コイル８は、銅等の導電性金属線を巻き回すことによって構成されるコイルであり、ともに直径３０ｍｍの円筒形状である。また、励磁コイル用フェライトコア５、検出コイル用フェライトコア９、磁場遮蔽部材７、１１は、鉄やフェライト等の強磁性体材料からなり、磁場絶縁部材６、１０は、プラスティック、テフロン（登録商標）、ガラス等の非磁性体からなる。また、金属管１００の内径は１００ｍｍである。

渦電流探傷試験装置は、渦電流探傷プローブと電源３１と検出機器３２から構成される。電源３１は励磁コイル４に電気的に接続され、検出機器３２は検出コイル８に電気的に接続される。

電源３１は、励磁コイル４に交流電流やパルス電流等の渦電流を励磁させるための励磁電流を供給する機器であり、検出機器３２は、検出コイル４に進入した磁場によって発生した誘起電流の変化から、磁場強度分布を測定し、傷や亀裂の有無を判定する機器である。

図２は、本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブの励磁コイル用フェライトコアおよび検出コイル用フェライトコアを示し、(a)は斜視図、(b)はフェライトコアをコイルに挿嵌したときの斜視図である。

励磁コイル用フェライトコア５は、軸心部５ａと突出部５ｂから構成される。軸心部５ａは、励磁コイル４に軸心として挿嵌できる円柱形状である。また、突出部５ｂは、高さ４ｍｍの円錐台形状であり、下底面と軸心部５ａの円柱形状の一方の端面が一体として接着されている。ここで、磁場照射面２１は、突出部５ｂの円錐台形状の上底面である。

検出コイル用フェライトコア９は、励磁コイル用フェライトコア５と同形状の軸心部９ａと突出部９ｂからなる形状であり、磁場進入面２２は、突出部９ｂの円錐台形状の上底面である。

（作用）
以下、本発明の実施形態の作用について説明する。図３は、本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブの磁場照射部を示す図１におけるＡ−Ａ断面図であり、図４は、本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブの磁場検出部を示す図１におけるＢ−Ｂ断面図である。

探傷試験時には、磁場照射面２１および磁場進入面２２を金属管１００の内側表面に対向させ、検出コイル４および励磁コイル８と金属管１００との距離が１ｍｍとなる位置で渦電流探傷プローブを金属管１００内部に配置する。

このとき、励磁コイル４および検出コイル８の直径が３０ｍｍであるので、励磁コイル４および検出コイル8の端面と金属管１００内側表面との距離は約５ｍｍとなるから、励磁コイル用フェライトコア５および検出コイル用フェライトコア９の突出部５ｂ、９ｂは高さを４ｍｍの円錐台形状として、磁場照射面２１および磁場進入面２２と金属管１００内側の探傷表面との間隔であるリフトオフ４１、４２を渦電流探傷の適正値である約1mmとする。

電源３１によって励磁コイル４に渦電流を励磁させるための励磁電流を流すと、励磁コイル４および励磁コイル用フェライトコア５から外方へ向かう照射磁場５１が発生する。

照射磁場５１のうち、磁場遮蔽部材７が設けられる面を通って外方に向かおうとするものは、磁場遮蔽部材７内に流れ込み、磁場遮蔽部材７の透磁率は磁場遮蔽部材７の周囲の空気より高いため、照射磁場５１は磁場遮蔽部材７内に留まり、磁場遮蔽部材７より外方へは漏洩しない。したがって、励磁コイル４によって発生した照射磁場５１は、磁場照射面２１のみから金属管１００の内側表面に照射される。

磁場照射面２１から照射された照射磁場５１によって金属管１００の内側表面および内部に渦電流が励起し、金属管１００に傷や亀裂があるとき、この渦電流が変化し、検出磁場５２が生じる。

検出磁場５２のうち、検出コイル８および検出コイル用フェライトコア９に対して磁場遮蔽部材１１が設けられる面を通って進入しようとするものは、磁場遮蔽部材１１内に流れ込み、磁場遮蔽部材１１の透磁率は磁場絶縁部材１０より高いため、検出磁場５２は磁場遮蔽部材１１内に留まり、検出コイル８および検出コイル用フェライトコア９へは進入しない。したがって、検出磁場５２は、磁場進入面２２のみから検出コイル用フェライトコア９に進入する。つまり、金属管１００の内側表面のうち磁場進入面２２に対向した面およびその近傍において発生した検出磁場５２のみが検出コイル用フェライトコア９に進入する。

検出コイル用フェライトコア９へ進入した検出磁場５２によって検出コイル８に誘起電流が生じる。検出機器３２は、検出コイル８で生じた誘起電流を検知し、磁場強度分布を測定し、基準値と比較して傷や亀裂の有無を判定する。

なお、磁場照射部２１は、直径が９８ｍｍである励磁コイル４をコイル軸方向を金属管の長手方向と平行となるように配置し、励磁コイル用フェライトコア５の形状を突出部５ｂを省いた形状とする構成としてもよい。このとき、金属管１００の直径１００ｍｍに対して励磁コイル４の直径が９８ｍｍであるので、金属管１００と励磁コイル４のリフトオフは適正値の１ｍｍとなる。

（効果）
本実施形態によれば、検出コイル用フェライトコア９の突出部９ｂによって、金属管１００の内側表面と磁場進入面２２との距離であるリフトオフ４２を探傷試験に適正な値とすることができる。

また、金属管１００の内側表面のうち磁場進入面２２に対向した面およびその近傍において発生した検出磁場５２のみによって渦電流探傷試験を行うことができるため、磁場遮蔽部材１１を設けない場合に比べて空間分解能を高めることができる。

さらに、照射磁場５１は、磁場照射面２１のみから金属管１００の内側表面に照射されるめ、照射磁場５１が直接検出コイル８に進入して検出磁場５２と干渉することを防ぐことができる。

なお、本発明の実施形態は上述した実施の形態に限られないことは言うまでもない。例えば、検出コイル４および励磁コイル８の直径は、金属管１００の直径や求める検出感度に応じて適宜変更可能であるし、励磁コイル用フェライトコア５および検出コイル用フェライトコア９の突出部５ｂ、９ｂの円錐台形状の高さも、金属管１００の形状に応じて探傷試験に適正なリフトオフ４１、４２をとることができる高さに適宜変更するものとする。

図５は、本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブの磁場照射部の突出部の例を示す図である。本実施形態の磁場照射部１が探傷可能な凹形状の探傷表面は、上述した円筒内側形状に限られず、片側が窪んだような階段形状や、角形状の溝の内部、連続した凹凸形状等が探傷可能である。このとき、磁場照射部１の励磁用フェライトコア５の突出部５ｂは、それぞれの凹形状の探傷表面に対して探傷試験に適正なリフトオフを有して嵌り入れることができる形状とする。同様に磁場検出部２も、検出用フェライトコア９の突出部９ｂを凹形状の探傷表面に対して探傷試験に適正なリフトオフを有して嵌り入れることができる形状とすることで、様々な凹形状の探傷が可能となる。

また、磁場照射面２１および磁場進入面２２の位置および面積は、求める探傷範囲に応じて磁場絶縁部材６、１０および磁場遮蔽部材７、１１を設ける位置や面積を変えることによって適宜変更可能であるし、金属管１００の内側表面に沿った曲面形状としてもよい。

また、磁場遮蔽部材７は、少なくとも励磁コイル用フェライトコア５の突出部５ｂのうち、磁場照射面２１を除いた面、すなわち円錐台形状の側周面に設けられていれば、空間分解能を高めることができる。同様に、磁場遮蔽部材１１も、少なくとも検出コイル用フェライトコア９の突出部９ｂのうち、磁場進入面２２を除いた面、すなわち円錐台形状の側周面に設けられていれば、空間分解能を高めることができる。

また、磁場絶縁部材６は、磁場遮蔽部材７を励磁コイル４および励磁コイル用フェライトコア５から離間して設けられれば、磁場遮蔽部材７を設ける面下全体に設けなくてもよい。同様に、磁場絶縁部材１０は、磁場遮蔽部材１１を検出コイル８および検出コイル用フェライトコア９から離間して設けられれば、磁場遮蔽部材１１を設ける面下全体に設けなくてもよい。

また、磁場照射部１および磁場検出部２は、予め巻線した励磁コイル４および検出コイル８に励磁コイル用フェライトコア５および検出コイル用フェライトコア９の軸心部５ａ、９ａを挿嵌して構成する場合に限られず、軸心部５ａ、９ａに導電性金属線を巻線して励磁コイル４および検出コイル８を形成することにより構成してもよい。

１・・・磁場照射部
２・・・磁場検出部
３・・・渦電流探傷プローブ筐体
４・・・励磁コイル
５・・・励磁コイル用フェライトコア
５ａ・・・軸心部
５ｂ・・・突出部
６・・・磁場絶縁部材
７・・・磁場遮蔽部材
８・・・検出コイル
９・・・検出コイル用フェライトコア
９ａ・・・軸心部
９ｂ・・・突出部
１０・・・磁場絶縁部材
１１・・・磁場遮蔽部材
２１・・・磁場照射面
２２・・・磁場進入面
３１・・・電源
３２・・・検出機器
４１・・・リフトオフ
４２・・・リフトオフ
５１・・・照射磁場
５２・・・検出磁場
１００・・・金属管

Claims

探傷表面に磁場を照射し探傷表面および内部に渦電流を発生させる励磁コイルと、
前記探傷表面に対して一方の端面を対向させて配置され、前記渦電流の変化によって生じる磁場を検出する検出コイルと、
前記検出コイルの軸心として設けられる軸心部と前記検出コイルの前記探傷表面に対向する端面より突出した突出部とを有する検出コイル用フェライトコアと、
前記検出コイル用フェライトコアの前記突出部のうち、磁場進入面を除いた面に磁場絶縁部材を介して設けた磁場遮蔽部材とを備えることを特徴とした渦電流探傷プローブ。
前記磁場遮蔽部材をさらに前記検出コイルの周囲のうち少なくとも前記探傷表面に対向する端面に磁場絶縁部材を介して設けたことを特徴とする請求項１に記載の渦電流探傷プローブ。
前記検出コイル用フェライトコアの前記突出部は、前記磁場進入面と凹形状の前記探傷表面とが所定の間隔となる形状であることを特徴とした請求項１または請求項２に記載の渦電流探傷プローブ。
前記磁場進入面は、円筒内側形状の前記探傷表面に沿った曲面形状であることを特徴とした請求項１乃至請求項３に何れか一項記載の渦電流探傷プローブ。
前記励磁コイルは、前記探傷表面に対して一方の端面を対向させて配置され、
前記励磁コイルの軸心として設けられる軸心部と前記励磁コイルの前記探傷表面に対向する端面より突出した突出部とを有する励磁コイル用フェライトコアを備え、
前記磁場遮蔽部材をさらに前記励磁コイル用フェライトコアの前記突出部のうち、磁場照射面を除いた面に磁場絶縁部材を介して設けたことを特徴とした請求項１乃至請求項４に何れか一項記載の渦電流探傷プローブ。
請求項１乃至請求項５に何れか一項記載の渦電流探傷プローブと、
前記渦電流探傷プローブの前記励磁コイルに電気的に接続され、前記励磁コイルに励磁電流を供給する電源と、
前記渦電流探傷プローブの前記検出コイルに電気的に接続され、前記検出コイルで検出した前記磁場の変化を分析する検出機器と、
を備えたことを特徴とする渦電流探傷試験装置。