JP5940401B2

JP5940401B2 - 渦電流探傷装置

Info

Publication number: JP5940401B2
Application number: JP2012163597A
Authority: JP
Inventors: 航大野村; 千田　格; 格千田; 聡一上野; 小林　徳康; 徳康小林; 博也市川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2016-06-29
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: JP2014025704A

Description

本発明の実施形態は、被検査体に存在するき裂等の欠陥を非破壊で検出する渦電流探傷装置に関する。

金属の表面近傍に存在するき裂等の欠陥を検出する手段として渦電流探傷装置が用いられている。
この渦電流探傷装置によれは、交流電源に接続される励磁コイルから励磁磁束を被検査体に付与し、この被検査体の表面に渦電流を発生させ、この渦電流に誘導された誘導磁場を検出コイルで検出する。
このような励磁コイル及び検出コイルから構成されるセンサ部を被検査体の表面に走査し、この表面に存在する欠陥による渦電流の変化を誘導磁場の変化として捉えることで、欠陥の検出が行われる。

このセンサ部にさらに設けられた磁性体コアにより、励磁コイルで発生した励磁磁束を被検査体へ付与する磁路を形成させる公知技術が開示されている（例えば、特許文献１）。
この公知技術によれば、センサ部が被検査体から離れた場合であっても、励磁磁束を減衰させることなく被検査体に導くことができる。

特開２００９−２６４９８４号公報

しかし、前記した公知技術は、検出コイルの両端面を板状の磁性体コアで挟む構成を有し、励磁コイルは、この磁性体コアを挟んで被検査体とは反対側に位置している。
このために、励磁コイルは、被検査体から離れた位置に配置されることになり、狭隘な箇所では、周辺構造物と干渉して渦電流探傷装置の被検査体へのアクセスが困難になる。

また、前記した公知技術は、前記した励磁コイル、検出コイル及び磁性体コアの配置関係の影響により、被検査体の形状変化に起因する欠陥擬似信号を生じる課題がある。
更に、検出コイルと鎖交する渦電流の誘導磁場は、その両端面に配置される板状の強磁性体で遮蔽されることになり、欠陥の検出感度の低下が懸念される。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、センサ部を小型化するとともに欠陥検出の信頼性及び感度の優れた渦電流探傷装置を提供することを目的とする。

渦電流探傷装置において、被検査体の表面に近接されるセンシング面と、前記センシング面と直角を成すとともに相互に角度を成すように配列され、素線を一方向に巻回し帯状に積層させた複数のコイルと、前記コイルを励磁させるとともに前記被検査体に生じた渦電流の誘導磁場を検出する駆動部と、前記複数のコイルの隣り合う端面の間の空間を埋める磁性体コアと、を備え、前記磁性体コアは、前記複数のコイルを収容する切欠部と、前記隣り合う端面の間の空間及び前記複数のコイルにおける前記センジング面とは反対側の面に接する空間を埋める磁路形成部とを有することを特徴とする。

（Ａ）は本発明に係る渦電流探傷装置に適用されるセンサ部の実施形態を示す斜視図、（Ｂ）は同、分解斜視図。（Ａ）は実施形態に係る渦電流探傷装置に適用されるセンサ部の水平断面図、（Ｂ）はセンサ部の変形例を示す水平断面図。実施形態に係る渦電流探傷装置に適用されるセンサ部の縦断面図。（Ａ）は実施形態に係る渦電流探傷装置のセンサ部に設けられる保護部材を被検査体の平面に当接させた状態を示す側面図、（Ｂ）は同、曲面に当接させた状態を示す側面図。（Ａ）は実施形態に係る渦電流探傷装置のセンサ部に設けられる磁気遮蔽体を示す縦断面図、（Ｂ）は同、水平断面図。（Ａ）は実施形態に係る渦電流探傷装置において自己誘導方式が採用された駆動部を示す概念図、（Ｂ）は同、相互誘導方式が採用された駆動部を示す概念図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１（Ａ）は、実施形態に係る渦電流探傷装置に適用されるセンサ部１０を示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、その分解斜視図である。そして、図２（Ａ）は、センサ部１０の水平断面図を示している。

渦電流探傷装置のセンサ部１０は、被検査体３０（図３）の表面に近接されるセンシング面１１と、このセンシング面１１と直角を成すとともに相互に角度を成すように配列される複数のコイル１２（１２ａ，１２ｂ）と、これらコイル１２を励磁させるとともに被検査体３０に生じた渦電流の誘導磁場を検出する駆動部４０（図６）と、複数のコイル１２の隣り合う端面１３（１３ａ，１３ｂ）の間の空間１４を埋める磁性体コア２０と、を備えている。

このように構成される渦電流探傷装置は、金属構造材である被検査体３０（図３）の欠陥検査に適用することができる。
被検査体３０（図３）は、狭隘な形状、例えば、原子炉内構造物の溶接部、原子炉管台の管曲面部等を対象にすることができる。

複数のコイル１２は、隣り合う端面１３（１３ａ，１３ｂ）が対称となるように二つの第１コイル１２ａ（１２）及び第２コイル１２ｂ（１２）が互いに直角に交差して構成されている。
コイル１２には、素線が一方向に巻回されて帯状体を成し、さらにこの帯状体を積層させた構成をとる。さらに、これら二つのコイル１２が互いに交差する部分は、第１コイル１２ａの帯状体と第２コイル１２ｂの帯状体とが交互に積層した構成となっている。

なお、図１に示すセンサ部１０は例示であって、コイルの構成数は二つに限定されることはない。
つまり、三つ以上のコイル１２が、センシング面１１と直角に配列し、これら複数のコイル１２が、平行ではなく、相互に角度を成すように配列している場合も想定される。また、これら複数のコイルが、互いに交差するのではなく、放射状に配列する場合もある。

磁性体コア２０は、複数のコイル１２（１２ａ，１２ｂ）を収容する切欠部２１と、隣り合う端面１３（１３ａ，１３ｂ）の間の空間１４を埋める磁路形成部２２とを有する。
円柱形状の磁性体コア２０は、底面から頂部方向へ十字形に切欠部２１が切れ込まれ、４つの四分円断面の磁路形成部２２に分割されている。
この切欠部２１に直交した十字形のコイル１２ａ，１２ｂが組み込まれ、コイルの端面１３（１３ａ，１３ｂ）の垂直方向に、センシング面１１が形成される。

なお、磁性体コア２０の形態は、図１に示されるものに限定されることはなく、複数の磁路形成部２２が互いに連結されている必要もない。
つまり、複数の磁路形成部２２は、互いに分離して、複数のコイル１２の隣り合う端面１３（１３ａ，１３ｂ）の間の空間１４を埋めるように形成される場合もある。
また、磁性体コア２０の水平断面は、コイルに対する対称性を崩さない形状であれば円形に限定されるものではない。
例えば、図２（Ｂ）に示すように、磁性体コア２０の水平断面は、矩形であってもよい。

図３に示す縦断面図に基づいて、渦電流探傷装置のセンサ部１０の動作を説明する。
磁性体コア２０はコイル１２に組み合わされて、ケーシング２３に収容される。この磁性体コア２０は、コイル１２とケーシング２３とが成す空間に配置されているために、ケーシング２３の外径サイズに影響を与えず、センサ部１０の小型化に寄与する。

駆動部４０（図６）の交流電源４１を動作させてコイル１２に励磁磁束２６を生じさせると、被検査体３０に渦電流が励起する。
そして、この渦電流により発生する誘導磁場がコイル１２に鎖交すると、このコイル１２に発生した誘導起電圧が電圧計４２（図６）で検出される。
そして、コイル１２を走査して欠陥の近傍を通過すると、この欠陥を迂回して渦電流が流れて誘導磁場の分布が変化し、電圧計４２で検出されるコイル１２の誘導起電圧も変化する。

磁性体コア２０は、発生した励磁磁束２６のうちセンシング面１１と直交する成分を増加させ、このセンシング面１１に平行配置される被検査体３０に対する磁場の指向性を向上させる。
これにより、曲面を有する被検査体３０であっても、このセンシング面１１の直下のみに渦電流を生じさせ、その周辺における渦電流の発生を抑制し、被検査体３０の表面形状に起因する欠陥擬似信号の発生を防止することができる。

このように、本実施形態に係る渦電流探傷装置のセンサ部１０は、小型化が可能でありかつ被検査体３０に付与する励磁磁束２６をセンシング面１１の直下のみに集中させることができる。
このため、被検査体３０の表面に生じさせる渦電流領域を小さくすることができ、その表面形状の変化による欠陥擬似信号の発生を抑制することができる。
更に、磁性体コア２０は、被検査体３０の表面に対向するコイル１２の部分を覆わない構造である。このために、被検査体３０に励起した渦電流の誘導磁場は、コイル１２との鎖交を遮蔽されることはなく、センサ部１０における検出感度が向上する。

図４に示すように、センシング面１１には、被検査体の表面３１，３２に当接させる保護部材２５が設けられている。
図４（Ａ）は、実施形態に係る渦電流探傷装置のセンサ部１０に設けられる保護部材２５を被検査体の平面部３１に当接させている状態を示し、図４（Ｂ）は曲面部３２に当接させている状態を示している。

保護部材２５の寸法は、想定される最も狭隘な被検査体３０の曲面におけるリフトオフ距離に設定する。
ここでリフトオフ距離とは、センサ部１０の走査中に、検出信号の感度低下及びノイズ増大により欠陥の識別性が低下する、コイル１２と被検査体３０との距離を指す。

このように保護部材２５の寸法が設定されることにより、表面の曲率半径が変化するような被検査体を検査対象としても、センサ部１０の走査に伴う欠陥検出感度の変化を抑制することができる。
また保護部材２５を取り替え可能とすることで、被検査体の表面に傷をつけない材料を、被検査体の材質に合わせて適宜選択することができ、繰り返し使用に伴う磨耗などに起因する装置寿命に対応することができる。

図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように磁気遮蔽体２４が、複数のコイル１２（１２ａ，１２ｂ）及び磁性体コア２０の一体化物の側周面に設けられている。
ここで、磁気遮蔽体２４、コイル１２（１２ａ，１２ｂ）及び磁性体コア２０は、充填材を隙間につめて互いに固定されている。
この充填材は、エポキシ樹脂など樹脂材料が望ましいがとくに限定はない。

この磁気遮蔽体２４は、センシング面１１の平行方向に向かうコイル１２の励磁磁束の外部漏洩を遮断する。これにより、渦電流を生じさせる被検査体の領域を小さくすることができ、曲面等の形状に起因する欠陥擬似信号の発生も抑制できる。
また、磁性体コア２０とコイル１２は、充填材で磁気遮蔽体２４に固定されることにより、保護される。このためにセンサ部１０は、機械強度が向上し、ネジ等を使用して走査機構（図示略）との機械的な取り合いが可能となる。

図６に示す駆動部４０は、コイル１２を励磁させるとともに被検査体３０（図３）に生じた渦電流の誘導磁場を検出するものである。
渦電流探傷試験（Eddy Current Testing：ECT）は、磁場を発生する励磁コイルと磁場変化を検出する検出コイルを一つのコイルが兼ねる自己誘導方式と、二つのコイルをそれぞれ励磁コイルと検出コイルとして別々に用いる相互誘導方式とがある。

図６（Ａ）は、自己誘導方式が採用された駆動部４０ａを示す概念図である。
駆動部４０ａでは、直列接続した第１コイル１２ａ及び第２コイル１２ｂに対し、交流電源４１及び電圧計４２が並列に接続されている。
ここで、第１コイル１２ａ及び第２コイル１２ｂは、差動信号が電圧計４２で検出されるように、素線の巻回方向が互いに逆向きになるように接続されている。
なお、この第１コイル１２ａ及び第２コイル１２ｂが互いに異なる電気的特性を有すると、被検査体の表面を走査した場合、この電気的特性差に起因する欠陥擬似信号が生じる。このために、第１コイル１２ａ、第２コイル１２ｂ及び磁性体コア２０は、互いに対称な関係をもって配置されることにより、この電気的特性差を極力排除する構成をとる必要がある。

図６（Ｂ）は、相互誘導方式が採用された駆動部４０ｂを示す概念図である。
駆動部４０ｂでは、第１コイル１２ａは交流電源４１に、第２コイル１２ｂは電圧計４２に別々に接続されている。
このように、相互誘導方式の場合、センサ部１０は、励磁磁束を生じて被検査体３０に渦電流を励起させる第１コイル１２ａと、この渦電流により発生する誘導磁場を検出する第２コイル１２ｂとが、異なる回路で構成されている。
なお、回路の切り替えにより自己誘導方式と相互誘導方式を、一つの駆動部４０で実現することが可能であり、一度の探傷測定でぞれぞれの方式を実行することも可能である。

駆動部４０ａ，４０ｂのそれぞれにおいて、交流電源４１を動作させて励磁コイル１２に励磁磁束を生じさせると、被検査体３０に渦電流が励起する。そして、この渦電流により発生する誘導磁場が、検出コイル１２に鎖交すると、起電圧を誘導する。

そして、このコイル１２の起電圧は、電圧計４２で検出されて検出信号として出力される。そして、センサ部１０を走査して欠陥の近傍を通過すると、この欠陥を迂回して渦電流が流れて誘導磁場の分布が変化するためにコイル１２の起電圧も変化する。
このように、検出コイルの起電圧の検出信号の変化を観察することにより、被検査体に含まれる欠陥を検出することができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の渦電流探傷装置によれば、複数のコイルの隣り合う端面の間の空間を埋めるように磁性体コアが配置されることにより、被検査体の局所部分に励磁磁束を付与し、信頼性及び感度の優れた欠陥検出をすることが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…センサ部、１１…センシング面、１２（１２ａ，１２ｂ）…コイル、１３…端面、１４…空間、２０…磁性体コア、２１…切欠部、２２…磁路形成部、２３…ケーシング、２４…磁気遮蔽体、２５…保護部材、２６…励磁磁束、３０…被検査体、３１…平面部、３２…曲面部、４０（４０ａ，４０ｂ）…駆動部、４１…交流電源、４２…電圧計。

Claims

被検査体の表面に近接されるセンシング面と、
前記センシング面と直角を成すとともに、相互に角度を成すように配列され、素線を一方向に巻回し帯状に積層させた複数のコイルと、
前記コイルを励磁させるとともに前記被検査体に生じた渦電流の誘導磁場を検出する駆動部と、
前記複数のコイルの隣り合う端面の間の空間を埋める磁性体コアと、を備え、
前記磁性体コアは、前記複数のコイルを収容する切欠部と、前記隣り合う端面の間の空間及び前記複数のコイルにおける前記センジング面とは反対側の面に接する空間を埋める磁路形成部とを有することを特徴とする渦電流探傷装置。
請求項１に記載の渦電流探傷装置において、
前記複数のコイルは、隣り合う前記端面が対称となるように二つのコイルが互いに直角に交差して構成されることを特徴とする渦電流探傷装置。
請求項１又は請求項２に記載の渦電流探傷装置において、
複数の前記磁路形成部は互いに分離して形成されることを特徴とする渦電流探傷装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
前記センシング面には、被検査体の表面に当接させる保護部材が設けられていることを特徴とする渦電流探傷装置。
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
前記複数のコイル及び前記磁性体コアの一体化物の側周面には磁気遮蔽体が備えられていることを特徴とする渦電流探傷装置。
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の渦電流探傷装置において、
前記駆動部は、自己誘導方式又は相互誘導方式が採用されることを特徴とする渦電流探傷装置。