JP5984123B2 - 漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置 - Google Patents
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Description
本発明は、漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置に関し、より詳細には、圧力容器の欠陥によって発生する不規則な磁気信号を検出して不良有無を把握することができる。すなわち、圧力容器に磁界を印加すると容器の亀裂や欠陥のある部分から磁束が漏れるが、これを磁気センサで測定して容器の不良有無をより迅速に診断する方式に関する。
欠陥を検査するために使用される非破壊的方法としては、目視検査、超音波探傷、放射線探傷、磁粉探傷、浸透探傷、渦流探傷などが挙げられる。目視検査および超音波探傷は、検査者の経験および主観に依存するため信頼性および再現性に劣っているという欠点があり、放射線探傷は、探傷面に対して垂直の亀裂などの線状欠陥に対する探傷が困難であるという欠点があり、渦流探傷は、伝導体材料の表面または表面近くの欠陥のみを探傷することができる。
被検体の内外部壁の欠陥によって漏れる磁束を測定する漏れ磁束（ＭＦＬ；magnetic flux leakage）測定法は、磁界を使用することにより強磁性体からなる構造体のみで使用できるが、検査が比較的容易で、試験体の大きさや形状などから受ける影響が少なく、欠陥の種類を容易に識別することができる。
図１は欠陥部位から磁束が漏れる現象について図示しているが、被検体６０を磁化したときに欠陥６１は大きい磁気抵抗を起こし、この際、迂回した磁束は欠陥の周囲に集束することになり、結果、有効磁界の強度を増加させる。磁気誘導の大きい増加は有効磁界の強度を増加させる。被検体は内部応力によって引張応力を受け、これにより被検体の欠陥は応力上昇者の役割を行うことになり、欠陥周辺の透磁率が増加する。
そのため、被検体に流れる磁力線は、図１に示したように透磁率が増加した欠陥の底部に集束して流れることになり、この小さい領域において磁力線はマグネチックラインダイポール（magnetic line dipole）のように挙動する。このダイポールは、被検体内の乱れた磁界と同じ方向を有し、欠陥内の漏れ磁束と反対方向を有する磁界を生成する。これにより、欠陥が存在する側、あるいは反対側でも漏れ磁束を測定することで欠陥を探知することができる。
前記のような漏れ磁束を検出する装備として様々なものが提案されて来たが、その一例として、図２のようなヨークタイプの探傷装置が挙げられる。探傷装置は、被検体６０を磁化するためのヨーク３０と、ヨーク３０に巻線されたコイルに電流を印加する電源供給機と、磁界検知センサと、磁界検知センサの出力信号を分析する分析装備と、などからなる。
容器の製作過程で不良品を見つけ出すために、従来は超音波検査方法を使用したが、この方法は検査装置と容器の表面が堅固に接触していない場合、正確な測定が困難で、欠陥発生可能性が最も高いドームの曲面部分に対しては正確な検査がなされなかったが、本発明に係る非接触方式によれば、曲面部の検査も可能であり、容器の大きさに関係なく正確に欠陥有無を把握することができる。
本発明は、前記のような従来技術を改善するために導き出されたものであり、圧力容器の欠陥によって発生する不規則な磁気信号を検出して不良有無を把握することができる。すなわち、圧力容器に磁界を印加すると容器の亀裂や欠陥のある部分から磁束が漏れるが、これを磁気センサで測定して容器の不良有無をより迅速に診断する方式に関するものである。
前記の目的を果たし、従来技術の問題点を解決するために、本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置は、圧力容器の外部の一側に設けられ、且つ前記圧力容器の長さ方向において当該圧力容器よりも長く形成された、前記圧力容器を磁化するコイル巻台と、前記圧力容器の外部の他側に配列された複数個の第１磁界検知センサが設けられたセンサ支持体と、前記圧力容器を磁化して前記コイル巻台によって発生した磁束の方向に対して垂直の方向に磁束を発生させるヨークと、前記ヨークの下方に設けられた第２磁界検知センサと、前記圧力容器の内部に挿入され、前記圧力容器の内部の表面欠陥を測定するために一つ以上の第３磁界検知センサが取り付けられた内視鏡と、を含む。そして、前記ヨーク及び前記内視鏡を、前記圧力容器を前記長さ方向に沿う回転軸を中心として回転させたときに、前記長さ方向に移動させることが可能に構成されている。
また、本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置において、前記コイル巻台によって発生した磁束は、前記圧力容器を貫通し、前記圧力容器を貫通する磁束の方向に対して垂直の方向に位置する前記圧力容器の外部表面の欠陥は、前記第１磁界検知センサによって検出される磁気信号を変化させることを特徴とする。
また、本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置において、前記ヨークによって発生した磁束の方向に対して垂直の方向に位置する前記圧力容器の外部表面の欠陥は、前記第２磁界検知センサによって検出される磁気信号を変化させることを特徴とする。
また、本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置において、前記ヨークの両先端にはスチールブラシが装着されていることを特徴とする。
また、本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置において、前記各磁界検知センサは、サーチコイル（search coil）センサ、フラックスゲート（flux gate）センサ、ホール効果（hall effect）センサ、ＧＭＲセンサ、ＡＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、およびＰＨＲセンサを含むことを特徴とする。
本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置によれば、欠陥の方向による欠陥検出能力を高めるために磁化方向を変えることができる。外部欠陥の場合、圧力容器を１回転させる間に欠陥測定を完了することができる。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。
図３は本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置の構成を示す図である。
本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置は、図３に示したように、コイル巻台（coil winding mount）１００と、センサ支持体（sensor support）２００と、ヨーク３００と、内視鏡４００と、を含む。
本発明の一実施例に係る漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置は、圧力容器５００の外部および内部の表面欠陥を測定するものである。
本発明の一実施例に係るコイル巻台１００は、圧力容器５００の外部の一側に設けられて圧力容器５００を磁化する。
本発明の一実施例に係るセンサ支持体２００は、圧力容器５００の外部の他側に複数個の磁界検知センサ２１０を配列して設ける。また、センサ支持体２００に磁界検知センサ２１０を固定するためのセンサホルダ２３０も備える。
本発明の一実施例に係るコイル巻台１００によって発生した磁束φ１は、図３に示したように圧力容器５００を貫通する。圧力容器５００を貫通する磁束φ１の方向に対して垂直の方向に位置する外部表面の欠陥Ａは、磁界検知センサ２１０によって検出される磁気信号を変化させる。
これにより、圧力容器５００を１回転させる間に外部表面の欠陥Ａの検出を完了することができる。圧力容器５００を回転させるための手段として、圧力容器５００にハンドルが取り付けられるようにするか、モータとベルトなどが設けられてもよい。圧力容器５００には回転軸が設けられている。これは、当業者の判断によって多様な方法で実現することができる。また、圧力容器５００の回転速度を調節して表面欠陥の検出速度を調節することができる。
上述のように、本発明は、圧力容器５００が回転させながら欠陥検出の過程を繰り返すようになっている。すなわち、圧力容器５００を回転軸周りに回転させると圧力容器５００が回転するようになっているが、これにより圧力容器５００が１回転する間に外部表面の欠陥Ａの検出を完了することができる。
また、内部表面の欠陥測定においても、内視鏡４００の位置移動をねじのピッチ移動のように、すなわち、圧力容器５００の１回転に１ピッチの間隔で内視鏡４００を移動させると、より迅速で精密な内部表面の欠陥測定が可能となる。
検査対象の圧力容器５００をコイル巻台１００によって磁化すると圧力容器５００の欠陥Ａの部位から漏れ磁束が発生し、磁界検知センサ２１０はこれを検知して欠陥位置を検出する。
磁界検知センサ２１０は、例えば、漏れ磁束によって変形した電圧を測定し、この電圧レベルによって圧力容器５００の欠陥有無および欠陥位置を検出することができる。
本発明の一実施例に係るヨーク３００は、図３に示したように、圧力容器５００を磁化してコイル巻台１００によって発生した磁束φ１の方向に対して垂直の方向に磁束φ２を発生させる。これは、コイル巻台１００によって発生した磁束φ１で探知が困難な方向に位置した欠陥を検出するためである。
ヨーク３００は、圧力容器５００と非接触である。また、ヨーク３００は、ヨーク３００の外部に巻き取られてヨーク３００に磁界を形成するコイルと、コイルに電源を供給する電源供給機と、を含むことができる。
電源供給機が発生させる磁界によって磁束φ２がヨーク３００に発生して圧力容器５００に印加されると、圧力容器５００に相互誘導作用を起こして磁束φ２が形成され、この圧力容器５００に欠陥Ｂが存在する場合、圧力容器５００のインピーダンスが変化することにより、磁束φ２の大きさが欠陥Ｂの周辺で変化する。
磁束φ２の大きさもまた欠陥Ｂの大きさに応じて変化する。このような磁束φ２の大きさの変化および変化の位置を磁界検知センサ３１０が探知して測定信号を発生すると、増幅回路で測定信号をフィルタリングして増幅し、増幅された測定信号を信号処理機で処理して欠陥Ｂの位置および大きさを算出することで、圧力容器５００内の欠陥の存在有無、欠陥の位置および大きさを検出することができる。
本発明の一実施例に係るヨーク３００の下方に、上述のように、磁界検知センサ３１０が設けられている。ヨーク３００によって発生した磁束φ２の方向に対して垂直の方向に位置する外部表面の欠陥Ｂは、磁界検知センサ３１０によって検出される磁気信号を変化させる。
本発明の一実施例に係るヨーク３００の両先端にはスチールブラシ３３０を装着することができる。ヨーク３００は、フェライトまたは電気鉄板のような高透磁率の材料からなることが好ましい。ヨーク３００は蹄鉄形に具現されることができる。
これにより、圧力容器５００を回転させると同時にヨーク３００を１ピッチずつ前進させることで外部表面の欠陥Ｂの検出を完了することができる。
本発明の一実施例に係る内視鏡４００は、圧力容器５００の内部の表面欠陥を測定するためのものであり、一つ以上の磁界検知センサ４１０が取り付けられた内視鏡４００を圧力容器５００の内部に挿入する。圧力容器５００の内部の表面欠陥を測定する過程は、内視鏡４００を使用すること以外は上述の過程と同様である。
上述の磁界検知センサ２１０、３１０、４１０はサーチコイル（search coil）センサ、フラックスゲート（flux gate）センサ、ホール効果（hall effect）センサ、ＧＭＲセンサ、ＡＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、およびＰＨＲセンサなどに具現されることができる。
非破壊探傷装置は、磁界検知センサ２１０、３１０、４１０から発生した測定信号を増幅およびフィルタリングする回路と、増幅およびフィルタリングした測定信号を処理して圧力容器５００内の欠陥の位置および大きさを算出する信号処理機と、を含むことができる。
信号処理機は、増幅およびフィルタリングした測定信号を微分して欠陥の位置および大きさを算出する微分処理機をさらに含むことができる。このような微分処理により欠陥の位置および大きさをより正確に算出することができる。
前記のように本発明によれば、欠陥の方向による欠陥検出能力を高めるために磁化方向を変えることができる。外部欠陥の場合、圧力容器を１回転させる間に欠陥測定を完了することができる。
本発明の主な特徴は、圧力容器を回転させながら表面欠陥を検出する際により迅速に検出作業を完了でき、上述のように欠陥が磁束の方向に対して垂直の方向に位置する場合、磁界検知センサによって容易に検出できる点を利用して磁化方向を変えることにある。すなわち、磁化方向を変えるためにコイル巻台およびヨークを使用する。
以上、本発明について限定された実施例と図面を用いて説明したものの、本発明は前記の実施例に限定されず、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であればこのような記載から多様な修正および変形が可能である。したがって、本発明の思想は下記の特許請求の範囲によってのみ把握しなければならず、その均等または等価的な変形は、いずれも本発明の思想の範疇に属するといえる。
Claims (5)
- 圧力容器の外部および内部の表面欠陥を漏れ磁束の測定によって測定する非破壊探傷装置であって、
前記圧力容器の外部の一側に設けられ、且つ前記圧力容器の長さ方向において当該圧力容器よりも長く形成された、前記圧力容器を磁化するコイル巻台と、
前記圧力容器の外部の他側に配列された複数個の第１磁界検知センサが設けられたセンサ支持体と、
前記圧力容器を磁化して前記コイル巻台によって発生した磁束の方向に対して垂直の方向に磁束を発生させるヨークと、
前記ヨークの下方に設けられた第２磁界検知センサと、
前記圧力容器の内部に挿入され、前記圧力容器の内部の表面欠陥を測定するために一つ以上の第３磁界検知センサが取り付けられた内視鏡と、を含み、
前記ヨーク及び前記内視鏡を、前記圧力容器を前記長さ方向に沿う回転軸を中心として回転させたときに、前記長さ方向に移動させることが可能に構成されていることを特徴とする、漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置。 - 前記コイル巻台によって発生した磁束は、前記圧力容器を貫通し、前記圧力容器を貫通する磁束の方向に対して垂直の方向に位置する前記圧力容器の外部表面の欠陥は、前記第１磁界検知センサによって検出される磁気信号を変化させることを特徴とする、請求項１に記載の漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置。
- 前記ヨークによって発生した磁束の方向に対して垂直の方向に位置する前記圧力容器の外部表面の欠陥は、前記第２磁界検知センサによって検出される磁気信号を変化させることを特徴とする、請求項１に記載の漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置。
- 前記ヨークの両先端にはスチールブラシが装着されていることを特徴とする、請求項１に記載の漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置。
- 前記各磁界検知センサは、サーチコイル（search coil）センサ、フラックスゲート（flux gate）センサ、ホール効果（hall effect）センサ、ＧＭＲセンサ、ＡＭＲセンサ、ＴＭＲセンサ、およびＰＨＲセンサを含むことを特徴とする、請求項１に記載の漏れ磁束の測定による圧力容器の非破壊探傷装置。
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