JP5978661B2 - 電磁気探傷用プローブ - Google Patents

Description

本発明は、電磁気探傷用プローブに関し、特に、長尺材（例えば鋼管又は棒鋼）の外面の円周方向に局所的に存在する欠陥を漏洩磁束探傷法又は渦流探傷法により検出する為に用いられるセンサを複数内蔵した電磁気探傷用プローブに関する。

特許文献１には、管内挿入型の漏洩磁束プローブとして、磁束発生部（棒磁石）を取囲む円環状の検出コイル（ピックアップコイル）を備えたものにおいて、前記検出コイルを周方向に複数個に分割して配置し、該検出コイルに生じる誘導起電力を個別に探傷器に導く構成とした旨記載されている。これにより、検出コイルの全長に対する欠陥の形状割合を相対的に大きくすることができ、従って被検体の円周方向に局所的に存在する欠陥の検出感度を大きく向上させ、信頼度を高める効果を期待するものである。

特許文献２には、管内挿入型の渦電流探傷プローブとして、ホルダ内の周囲に複数個のセンサコイルを配置したものにおいて、前記センサコイルの形状を直線状長方形とし、前記センサコイルを前記ホルダの軸芯方向に対して所定の角度（４５°）傾斜させて配置した旨記載されている。これにより、センサコイルと割れ状の傷との相対位置を、割れが周方向又は軸方向の何れの場合も同一に保つ事ができ、割れの方向に関係なく一定の検出性を保つことができる効果を期待するものである。

特開平６−１０９７０６号公報 実開平７−３４３６６号公報

一方、強磁性金属材料例えば鋼管が被検材であってその外面を被検面とした漏洩磁束探傷においては、従来、図２（ａ）（ｂ）に示す様に、鋼管１０の外面に、鋼管１０の長さ部分の円弧方向が磁力線の主方向になる静磁場を印加するマグネットヨーク５を近接配置し且つマグネットヨーク５のＮＳ両極間にプローブ１を配置してなる漏洩磁束探傷器を、管周方向に回転１１させ或いは更に管長手方向に移動させつつ、被検面内の傷存在箇所からの漏洩磁束をプローブ１で検出し、該検出した箇所を傷存在箇所であると同定する。尚、マグネットヨーク５は、図２の磁石単体型に代えて、磁芯に励磁コイルを巻いた形態（電磁石型）とされる場合もある。

プローブ１は、図２（ｃ）に示す様に、漏洩磁束を検知するセンサとして、コイル径方向断面が矩形状であるコイル（略して矩形状コイル）で形成した矩形状センサ２を用い、これを１個または複数個、ホルダ３にて、矩形状センサ２のコイル中心軸が被検面に略垂直となる様に保持した構成とされる。尚、矩形状センサ２は、前記矩形状コイルに代えて、複数のホール素子を１列に並べて矩形状としてなるホール素子列で形成されてもよい。ホール素子列を用いる場合はホール素子の厚さ方向が被面面に略垂直となる様に保持する。

又、金属材料（強磁性体に限らず導電体であればよい）の外面を被検面とした渦流探傷においては、従来、センサとしての検出コイルを被検面に近接配置し、これに交流電流を流し、電磁誘導により被検面に渦電流を発生させながら移動させて、渦電流が変化してそれにより磁界が変化する事による検出コイルの電流値変化を検出し、該検出した被検面箇所を傷存在箇所であると同定する。尚、検出コイルを上述の様に渦電流誘起用と渦電流変化検出用とに兼用する代わりに、検出コイルは検出専用とし、これとは別個に渦電流誘起用のコイルを設けてもよい。

前記検出コイルは、前記矩形状センサ２と同様の形態のコイルとされ、その１個又は複数個を漏洩磁束検出の場合と同様にホルダで保持してなるプローブが使用される。
前記従来のプローブ１では、図２（ｃ）に例示される様に、ホルダ３への矩形状センサ２の取付角度であるセンサ取付角度は１つの角度に固定されている。このセンサ取付角度とは、ホルダ長手方向１０１に対する矩形状センサ２の長辺方向の角度αの事である。プローブ１のホルダ３は通常ホルダ長手方向１０１が、被検材長手方向１０２に平行となるように配置される。

前記矩形状センサを用いる電磁気探傷では、漏洩磁束探傷であるか渦流探傷であるかによらず、傷（欠陥）の長手方向に対する矩形状センサの長辺方向の傾き角度が０°の場合に最も検出力（検出信号強度）が大きく、前記傾き角度が９０°に近づくにつれて検出力が低下する。因みに図３は、従来のプローブを用いて漏洩磁束の検出力に及ぼす人工欠陥の傾きとセンサ取付角度との関係の影響を調査した結果を示す線図である。図３に示されるとおり、人工欠陥の延在方向が鋼管長手方向（被検材長手方向１０２）となす角度θ＝０°の場合、検出力はプローブのセンサ取付角度α＝０°のときに最大であり、角度αの増加につれて低下する。θ＝１０°の場合、検出力はα＝１０°のときにピークを示す。

つまり、従来の電磁気探傷用プローブでは、センサ取付角度が固定であるが故に、欠陥の形状（延在方向）によっては検出力が大きく低下する。そのため、発生し易い欠陥形状に適合するセンサ取付角度とされたプローブを使用する必要がある。現実には製品に発生し易い欠陥形状は１種ではなく複数種存在する。従って、それに対応する為にはセンサ取付角度の相異なる複数種のプローブを保有せざるを得ず、プローブ保有コストがかかるという課題があった。然も、製品形状によって発生し易い欠陥形状種が変わるので、その都度プローブを欠陥形状種に適合したプローブ種のものと交換する必要があり、プローブ交換所要時間（検査ライン停止時間）が発生して生産性が低下するという課題もあった。

前記課題を解決する為の本発明は、
（１）鋼管又は棒鋼の外面の円周方向に局所的に存在する欠陥を検出する １又は複数の矩形状センサをホルダで、該ホルダの長手方向に並べて、保持してなる電磁気探傷用プローブであって、該プローブにおいて、矩形状センサは個別に、センサ長辺方向の中央部がホルダに設けたセンサ回転中心軸の回りに回動自在に軸支され、センサ長辺方向の一端部は引き勝手ばねを介してホルダの幅方向の一端部に連結され、センサ長辺方向の他端部はセンサ取付角度調整ねじを介してホルダの幅方向の他端部に連結されていて、前記センサ取付角度調整ねじを回転させてそのねじ軸を進退させる事で、前記矩形状センサの前記ホルダへのセンサ取付角度を、発生しやすい外面欠陥の鋼管又は棒鋼長手方向に対する延在角度に合うように、可変としたことを特徴とする電磁気探傷用プローブである。
また、本発明は、（２）前記電磁気探傷が、漏洩磁束探傷であることを特徴とする上記（１）に記載の電磁気探傷用プローブである。

本発明によれば、プローブ保有数の削減ができてプローブ保有コストを低減できると共に、ライン停止時間の大幅な短縮ができて生産性が向上する。

本発明のプローブの例を示す概略図である。 従来のプローブの例を示す概略図である。 従来のプローブを用いて漏洩磁束検出力に及ぼす人工欠陥の傾きとセンサ取付角度との関係の影響を調査した結果を示すグラフである。

図１は、本発明のプローブの例を示す概略図である。図１において、６は本発明の プローブ、７はセンサ取付角度調整ねじ、８は引き勝手ばね、９はセンサ回転中心軸であり、図２と同一又は相当部材には同じ符号を付し説明を省略する。
プローブ６において、矩形状センサ２は、センサ長辺方向の中央部がホルダ３に設けたセンサ回転中心軸９の回りに回動自在に軸支されている。センサ長辺方向の一端部は引き勝手ばね８を介してホルダ３の幅方向の一端部に連結されている。センサ長辺方向の他端部はセンサ取付角度調整ねじ７を介してホルダ３の幅方向の他端部に連結されている。従って、センサ取付角度調整ねじ７を回転させてそのねじ軸を進退させる事で、個々のホルダ３についてセンサ取付角度を変更可能である。

尚、センサ取付角度調整作業の効率化の為に、１つのプローブ６内の複数のセンサ取付角度調整ねじ７を同期回転させる機構を設ける事が好ましい。斯かる機構は、直交二軸のうちの一軸の回転運動を他軸の回転運動に変換する通常の技術（例えば傘歯車など）、或いは直交二軸の一軸の進退運動を他軸の回転運動に変換する通常の技術（例えばラックピニオンなど）等を用いて容易に構成できる。

上述の様に、プローブ６の個々についてセンサ取付角度が可変とされているので、欠陥形状の変化に対してプローブ６のセンサ取付角度を変更するだけて、欠陥形状に適合したプローブ６とすることができる。従って、１つのプローブ６で複数種の欠陥形状に対応する事ができて、プローブ保有数が削減できる。又、センサ角度調整作業に要する時間はプローブ交換作業に要する時間よりも格段に短時間であるから、検査ライン停止時間が大幅に短縮され、生産性が向上する。

発生しやすい外面欠陥の鋼管長手方向に対する延在角度θが、夫々０度、５度、１０度であるＡ、Ｂ、Ｃの３種の継目無鋼管の漏洩磁束探傷において、図１に示した形態の１個のプローブを、Ａの場合はセンサ取付角度α＝０度、Ｂの場合はα＝５度、Ｃの場合はα＝１０度に設定して探傷を行った。その結果、センサ取付角度αが夫々０度、５度、１０度に固定された３種のプローブを交換して使用していた従来に比較して、プローブの保有数が１/３に削減できた。又、センサ取付角度変更時間は従来のプローブ交換時間の２０％程度であり、その分、ライン停止時間が短縮して生産性が向上した。

１ プローブ（従来）
２ 矩形状センサ
３ ホルダ
５ マグネットヨーク
６ プローブ（本発明）
７ センサ取付角度調整ねじ
８ 引き勝手ばね
９ センサ回転中心軸
１０ 鋼管（被検材）
１１ 回転
１０１ ホルダ長手方向
１０２ 被検材長手方向

Claims (2)

1. 鋼管又は棒鋼の外面の円周方向に局所的に存在する欠陥を検出する １又は複数の矩形状センサをホルダで、該ホルダの長手方向に並べて、保持してなる電磁気探傷用プローブであって、該プローブにおいて、矩形状センサは個別に、センサ長辺方向の中央部がホルダに設けたセンサ回転中心軸の回りに回動自在に軸支され、センサ長辺方向の一端部は引き勝手ばねを介してホルダの幅方向の一端部に連結され、センサ長辺方向の他端部はセンサ取付角度調整ねじを介してホルダの幅方向の他端部に連結されていて、前記センサ取付角度調整ねじを回転させてそのねじ軸を進退させる事で、前記矩形状センサの前記ホルダへのセンサ取付角度を、発生しやすい外面欠陥の鋼管又は棒鋼長手方向に対する延在角度に合うように、可変としたことを特徴とする電磁気探傷用プローブ。
2. 前記電磁気探傷が、漏洩磁束探傷であることを特徴とする請求項１に記載の電磁気探傷用プローブ。
   

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