JPH01147360A - 劣化検出方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、劣化検査方法及び装置に係り、特に、化学プ
ラント及び原子カプラント等の高温環境下で使用される
含フェライト系ステンレス鋼等の金属材料の実機部材に
おける高温時効脆化損傷の検知に好適な測定方法及び装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来の脆化測定方法の例としては、特開昭５４−６１９
８１号公報、特開昭６１−２８８５９号公報に記載のよ
うな方法がある。この内特開昭５４−６１９８１号公報
では、オーステナイト系ステンレス溶接金属の脆化の有
無を初期のδフエライト量が５％以上減少したことで判
定するとしである。

特開昭６１−２８８５９号公報は、被測定体の磁気特性
の変化によって劣化を検知する方法を提案する。

尚、この他に被測定体の磁気特性を利用してその組織状
態を監視する方法として特開昭５６−１６８５４５号公
報記載の技術が、また磁気特性自体の検知に関するもの
として特開昭５９−１０８９７０号公報記載の技術が、
夫々提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記特開昭５４−６１９８１号公報記載の従来技術では
、高温で使用される金属材料の内で、特に、含フェライ
ト系ステンレス鋼を例にとれば、高温長時間の使用によ
り時効脆化を起こすことが、すでに知られている。これ
は、およそ６００℃以上の比較的高温においては、σ相
の析出に起因するσ脆化が生じ、また、４００℃から５
００℃の範囲では、いわゆる４７５℃脆性が生じること
による。

しかし、４７５℃脆性は、４００℃以下の温度範囲にお
いても長時間使用中に生じうる可能性があり、含フェラ
イト系ステンレス鋼の実機部材の高温での使用には十分
の配慮が必要である。

しかしながら、上記従来技術は、５００℃以下の脆化に
ついては配慮されておらず、４７５℃脆性の程度を検出
できなかった。

また、実機溶接部の初期フェライト量は溶接位置で異な
り、ばらつきも大きい。さらに、実機では、溶接箇所が
膨大であるため、全部の溶接部及び機器材料の初期のフ
ェライト量を全て監視することは困難である。すなわち
、従来技術は、初期フェライト量が不明な箇所には適用
できないため。

実機で実用化できないという問題があった。

一方、渦流検査法（Ｅｄｄｙ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｅ５
ｔ　Ｍｅｔｈｏｄ以下ＥＣＴという）の例としては、特
開昭５５−１４１６５３号公報記載の技術がある。この
従来例は。

被測定材のＥＣＴ値と使用前の被測定体、あるいはそれ
と同種材質の材料を被測定体の初期熱処理と同様の熱処
理を施したもののＥＣＴ値を比較し、その値が正か負か
によって鉄基合金の劣化状態を判定する方法を示してい
る。

しかし、正負によって判定するのみであるから、定量的
な測定はできなかった。

この他、特開昭６１−２８８５９号公報提案の技術では
、磁気特性の初期値を測定しておく必要があり、特開昭
５９−１０８９７０号、同５６−１６８５４５号各公報
提案の技術は単に材料特性の測定に止まり劣化検知には
流用できない。

本発明の目的は、高温環境下で使用する含フェライト系
ステンレス鋼等の金属材料の実機部材の脆化の程度を非
破壊的にかつ精度良く検知できる方法及び装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、材料の時効劣化に伴って変化する材料の磁
気的な特性を測定することにより材料の劣化の程度を判
定することができる。材料の磁気特性を示す代表例とし
て挙げ得る磁気ヒステリシスの形態は、材料の劣化の程
度とよく対応している。すなわち、この磁気特性の変化
から金属材料等の被測定体の劣化の程度を推定できる。

また、重回帰分析等の統計的データ処理により高い相関
で金属材料の劣化の程度を推定できる。

被測定体を効率良く励磁するためには、励磁コイルに超
電導材料のコイルを採用することも考えられる。

また、磁界の検出には検出コイルと積分器の代わりに高
精度の磁気測定が可能な超電導量子干渉素子あるいは半
導体のホール素子の磁気センサ装置を用いて行うことも
できる。

本願第１番目の発明は、被測定体に７Ｉ！場を印加する
と共に該被測定体固有の磁気特性の変化を監視し、この
磁気特性変化から前記被測定体の劣化の程度を知る劣化
検出方法において、前記被測定体につき予め求めておい
た磁気特性の変化と劣化との関係から該被測定体の未使
用材における磁気特性を推定すると共に、この推定磁気
特性から検出時点の磁気特性に至る変化を前記磁気特性
〜劣化の関係から劣化の程度として出力することを特徴
とする 本願第２番目の発明は上記第１番目と同前提のものにお
いて、被測定体につき起磁力を変化させて予め求めた磁
気ヒステリシスループを正規化して或いは更に加工して
データベースを作り、この正規化磁気特性データベース
と測定磁気特性データとを比較してその測定時点におけ
る被測定体の劣化度を、受入れ材（未処理材）の初期状
態のデータ無しに推定することを特徴とする。

本願第３番目の発明は、被測定体に磁場を印加する手段
と、該被測定体の磁気特性を検出する手段と、前記磁場
印加によって該被測定体に生じる該磁気特性の変化から
該被測定体の劣化の程度を出力する演算装置とを備えて
なる劣化検出装置において、前記演算装置は、前記被測
定体につき予め求めておいた磁気特性の変化と劣化との
関係のデータベースと、該データベースから前記被測定
体の未使用材における磁気特性を推定する第１の演算処
理部と、該推定磁気特性から前記検出磁気特性に至る変
化を前記データベースから劣化の程度として出力する第
２の演算処理部とを具備することを特徴とする６尚、第
２番目の方法発明対応の正規化データベースにより劣化
度を推定する装置も本発明に属する。

本願筒４ｍ口の発明は、被測定体に磁場を印加する手段
と、該被測定体の磁気特性を検出する磁気測定装置とを
備え、前記磁場印加によって該被測定体に生じる該磁気
特性の変化から該被測定体の劣化の程度を検出する劣化
検出装置において。

ンサを配置し、少なくとも該コイル及び磁気センサの全
体を防水型断熱容器に封入し、併せて超電導システム冷
却装置を付設してなり、予め求めておいた被測定体の磁
気特性と劣化との関係を検出時の磁気特性とから劣化の
程度を出力することを特徴とする。尚、第２番目の方法
発明対応の正規化データベースにより劣化度を推定する
装置も本発明に属する。

本願第５番目の発明は、被測定体の一部から採取した試
験片に磁場を印加する手段と、該試験片の磁気特性を検
出する手段と、前記磁場印加によって該試験片に生じる
磁気特性の変化から該試験片の劣化の程度を出力する演
算装置とを備えてなる劣化評価装置において、前記演算
装置は、前記試験片につき予め求めておいた磁気特性の
変化と劣化との関係のデータベースと、該データベース
から前記試験片が未使用被測定体の一部と仮定した場合
の磁気特性を推定する第１の演算処理部と、該推定磁気
特性から前記検出磁気特性に至る変化を前記データベー
スから劣化の程度として出力する第２の演算処理部とを
具備することを特徴とする。尚、第２番目の方法発明対
応の正規化データベースにより劣化度を推定する装置も
本発明に属する。

本願第６番目の発明は、試験片に磁場を印加する手段と
、該試験片の磁気特性を検出する磁気測定装置とを備え
、前記磁場印加によって該試験片に生じる磁気特性の変
化から該試験片の劣化の程度を検出する劣化評価装置に
おいて、前記磁気測定装置は励磁コイルとして超電導コ
イルを備え。

該コイル中央には差動型超電導ピックアップコイルを配
置した超電導量子干渉素子磁気センサを備え、該差動型
超電導ピックアップコイルの内部には外部から前記試験
片が挿入可能な空間を設け、他の全体を防水型断熱容器
に封入し、併せて冷却材楯環型超電導システム冷却装置
を付設してなり、予め求めておいた試験片の磁気特性と
劣化との関係と検出時の磁気特性とから劣化の程度を評
価することを特徴とする。尚、第２番目の方法発明対応
の正規化データベースにより劣化度を推定する装置も本
発明に属する。

本願第７番目の発明は、被測定体に磁場を印加し、それ
によって前記被測定体に生じた磁気の変化から劣化を検
出する金属材料の劣化検査装置において、前記被測定体
の磁気特性を検出する磁気１１１１１定装置の励磁コイ
ルに超電導コイルを備え、励磁コイルの中央に低温でも
動作する磁気センサを配置し、全体を防水型断熱容器に
封入し、冷却材を循環させるタイプの超電導システム冷
却装置を備えた励磁システム及びセンサシステムを特徴
とする。

本願第８番目の発明は、被測定体の一部から採取した極
小試験片の劣化度を評価する装置において、前記極小試
験片の磁気特性を検出する磁気測定装置の励磁コイルに
超電導コイルを備え、励磁コイルの中央に差動型超電導
ピックアップコイルを配置した超電導量子干渉素子磁気
センサを備え、差動型超電導ピックアップコイルの内部
を外部から試験片が挿入可能な空間を設けて、他の全体
を防水型断熱容器に封入し、冷却材を循環させるタイプ
の超電導システム冷却装置を備えた金属材料の劣化評価
装置を特徴とする。

本願第９番目の発明は、原子炉機器材料の劣化を磁気的
に診断するにおいて、原子炉炉内機器を検査するため、
原子炉格納容器上部のクレーンから検査装置を釣下げた
めのケーブルと原子炉圧力容器炉壁に検査装置を固定す
るための吸盤と検査装置を３次元に走査する機能を備え
た防水型検査駆動装置を特徴とする。

本願第１０番目の発明は、原子炉一次系配管材料の劣化
を磁気的に診断するにおいて、配管を軸方向に移動する
ための駆動機構と周方向に検査装置を走査するための駆
動機構からなり、磁気のノイズを低減する磁気シールド
を備えた検査駆動装置を特徴とする。

（磁場印加手段） 代表的な磁場印加手段としては励磁コイルが挙げられる
。

（磁気特性） 代表的な磁場特性は磁気ヒステリシス特性である。

例えば磁気ヒステリシスループの複数パラメータ（磁気
ヒステリシスループ面積、残留磁束密度。

飽和磁化等）を検出し、予め求めておいた磁気ヒステリ
シスの複数のパラメータの変化と金属材料の劣化の関係
の重回帰分析等の統計的データ処理により前記被測定体
の劣化の程度を判定するデータ処理演算装置を用いるこ
とが有効である。

また、他の例として、磁気ヒステリシスループの複数の
パラメータ（磁気ヒステリシスループ面積、残留磁束密
度、飽和磁化等）を検出して材料の処女材の状態のばら
つきを正規化し、予め求めておいた磁気ヒステリシスの
複数の正規化したパラメータの変化と金属材料の劣化の
関係のデータ処理により前記被測定体の劣化の程度を判
定するデータ処理演算装置を用いることも有効である。

（未使用材） 本明細書において未使用材とは当該材料の未使用状１ぷ
のもの、即ち処女材、受入れ材を意味する。

未使用材（受人材、初期状態）の磁気特性は例えば初期
フェライト量が目安となる。

（付帯設備） 例えば消磁装置が挙げられる。即ち測定体を消磁する消
磁装置を備え、消磁後に励磁する励磁力を変えて複数の
磁気ヒステリシスループを求め、起磁力の変化に伴う磁
気ヒステリシスループの複数のパラメータ（磁気ヒステ
リシスループ面積。

残留磁束密度、飽和磁化等）の変化を検出して、この変
化よる金属材料の劣化を判定するデータ処理演算装置を
用いることが有効である。

また、例えばフィードバック制御型励磁装置が挙げられ
る。即ち、測定する磁気ヒステリシスループの最大磁束
密度を設定し、励磁する起磁力を高精度にフィードバッ
ク制御して材料の磁気ヒステリシスループ検出するフィ
ードバック制御型励磁装置を具備することが望ましい。

（演算装置） 使用に好適なデータ処理演算装置の代表例は、磁気ヒス
テリシスループの形態と金属材料の劣化度の対応を求め
たデータベースにより、測定した被ａｌｌｌ定休の磁気
ヒステリシスループを正規定し、その形態が最も近いデ
ータベースの磁気ヒステリシスループの劣化度を被測定
体の劣化度と判定するデータ処理演算装置である。より
具体的には、被ａｌｑ定休の材料を飽和磁化まで励磁し
て求めた磁気ヒステリシスループの形態と金属材料の劣
化度の対応を求めたデータベースにより、測定した被測
定体の磁気ヒステリシスループを正規化し、その形態が
最も近いデータベースの磁気ヒステリシスループの劣化
度を被測定体の劣化度と判定するデータ処理演算装置で
ある。

他に例えば、フーリエ変換により磁気ヒステリシスルー
プの高調波歪成分を検出し、前記高調波歪成分の値の変
化から金属材料の劣化を判定するデータ処理演算装置も
有効である。

（劣化の目安） 劣化の目安は本明細書中に詳述するが、例えば金属材料
の組織変化に伴う破壊靭性値の低下の推定が便利である
。

（磁気センサ） 磁気センサとしては、超電導量子干渉素子が最適である
。例えば磁気センサ装置に精密な磁気変化を捕らえる為
の超電導量子干渉素子を用いた励磁システム及びセンサ
システムの使用が簡便である。

〔作用〕

金属材料は一般に高温環境中で長時間使用すると内部組
織に変化を生じ、強度が低下する。特に含フェライト系
ステンレス鋼において顕著であるように、高温時効の熱
処理時間の増加に伴い強度は低下する。

本発明者らは、含フェライト系ステンレス鋼等の金属材
料の高温加熱による脆化について種々検討した結果、高
温時効に伴い、金属材料の電気抵抗率ρや透磁率μなど
の電磁気的特性及び硬さや金属組織などの機械的性質も
変化することを発見し１本発明に至った。特に、材料の
高温時効脆化と磁化特性の変化とがよく対応することを
見出し、受入れ材（未処理材）と高温処理材の磁気ヒス
テリシスの測定結果では、被測定体は脆化の程度により
磁気ヒステリシスループの面積（磁気ヒステリシスロス
）や残留磁束密度等に変化が生じていることを見出した
。すなわち、この現象を利用すれば、含フェライト系ス
テンレス鋼等の金属材料の脆化の進行程度を精度良く検
知することができることになる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

（第１実施例に係る全体システム） 第１図は、本発明による金属材料の劣化検査装置を実施
するためのシステム構成の一例を示したものである。こ
の図において、１は原子カプラント等に用いられる機器
あるいは配管等の被測定体である。２は前記被測定体１
を励磁するための励磁システムであり、３は磁気を検出
するための磁気センサシステムである。４は磁化コント
ローラユニット、５はデータ処理ユニット、６は劣化度
演算ユニット、７はデータベース、８は表示ユニットで
ある。９は励磁システム２及び磁気センサシステム３の
走査駆動装置、１０は走査駆動制御装置である。

被測定体１の表面には励磁システム２及び磁気センサシ
ステム３に対向配置しである。励磁システム２及び磁気
センサシステム３を走査するための走査駆動装置９は、
走査駆動制御装置１０に接続されており、制御を受ける
。

励磁システム２及び磁気センサシステム３は、磁化コン
トロールユニット４に接続され、励磁及び磁気検出の測
定及び制御を受ける。励磁及び磁気検出のデータは、磁
気コントローラユニット４に取り込まれ、最適磁化状態
の設定がなされる。

このデータは、データ処理ユニット５で各劣化パラメー
タごとに処理される。データ処理ユニット５で処理され
た各劣化パラメータごとのデータは。

予め求めておいた材料のデータベース７に基づいて劣化
度演算ユニット６にて比較演算され、前記被測定体１の
劣化度が判定される。この結果は、表示ユニット８に出
力される。

（励磁システム及び磁気センサシステムの例）励磁シス
テム２及び磁気センサシステム３の詳細を第２図に示す
、励磁システム２は、励磁する磁化電流の波形を制御す
るための波形制御型発振器２１とこれを増幅するための
アンプ２２．被測定体１を磁化するための励磁コイル２
３からなる。

アンプ２２からは、励磁コイル２３の起磁力の信号が出
力される。この信号は磁気コントローラユニット４に取
り込まれる。励磁コイル２３及び被測定体１を通る磁束
Ｂは磁気センサ３１で検知する。磁気センサ３１の出力
は、変換器３２を介して磁気コントローラユニット４に
取り込まれる。

（磁化コントローラユニットの例） 磁化コントローラユニット４の詳細を第３図に示す。磁
化コントローラユニット４は、磁化ヒステリシスループ
合成袋Ｆ、４０．磁束密度入力インターフェイス装置４
１．起磁力入力インタフェイス装置４２．磁気特性出力
メモリ装置４３．基準値設定装置４４及び差動増幅制御
装置４５からなる。

被測定体１を励磁するための励磁システム２の起磁力は
、起磁力入力インターフェイス４２を介して磁気ヒステ
リシスループ合成装置４ｏに取り込まれる。また、起磁
力によって誘起される磁束を検知するホール素子や検知
コイルと積分器等からなる磁気センサシステム３の出力
は、磁束密度入力インターフェイス送置４１介して磁気
ヒステリシスループ合成装置４０に取り込まれる。これ
らのデータは、磁気ヒステリシスループ合成装置４０で
磁気ヒステリシスループに合成される。この磁気ヒステ
リシスループは、基準値設定装置４４に予め設定された
条件と比較され、その差分が差動増幅制御装置４５で増
幅され、励磁システム２にフィードバックされ、最適な
励磁状態に設定される。この時の磁気ヒステリシスルー
プのデータは、磁気特性出力メモリ装置４３を介して出
力される。

（走査駆動装置の例） 第１図における励磁システム２及び磁気センサシステム
３を走査するための駆動装置９の詳細を沸騰水形原子炉
に適用した実施例について第４図及び第６図を用いて説
明する。

第４図は、沸騰水形原子炉の断面図のである。

６００は原子炉格納容器、６１０はノホ子炉圧力容器、
６１１は制御棒、６１２は再循環給水ポンプ。

６１３は一次系配管６１３は炉心、６１５は炉水である
。原子炉格納容器６００の上部にはクレーン６２０があ
る。このクレーン６２０に走査駆動装置９が釣り下げら
れてあり、原子炉圧力容器６１０の炉水６１５中の内壁
に走査駆動装置９が配置されている。走査駆動装置９は
ケーブル９００で原子炉格納容器６００の外に配置され
た制御装置９１０等に接続され、遠隔操作で動作する。

第６図は、原子炉圧力容器内壁点検Ｘ−Ｙ走査型駆動装
置の一例である。走査駆動装置９は、４本の支柱を持つ
フレーム８９１．原子炉圧力容器６１０の内壁に固定す
るための吸盤８９２及び真空ポンプ８９３とフレーム８
９１をＸ軸上に移動するためのＸ軸モータ８９５、ギア
ボックス８９６及び駆動シャフト８９８並びにＹ軸上に
移動するためのＹ軸モータ８９７．ギアボックスを備え
たエアシリンダ８９９及び駆動シャフト８９４からなり
、エアシリンダ８９９の先端には励磁システム２及び磁
気センサシステム３が装備しである。

他の実施例として沸騰水形原子炉の配管系に適用した例
について第５図、第７図及び第８図を用いて説明する。

第５図は、第４図と同様の沸騰水形原子炉の断面図ので
ある。走査駆動装置９は、一次系配管６１３に配置され
ている。走査駆動装置９はケーブル９００で原子炉格納
容器６００の外に配置された制御装置９１０等に接続さ
れ、遠隔操作で動作する。

第７図は一次系配管６１３を示したものである。

配管の母材６３０　ニは５Ｕｓ３０４ヤ５Ｕｓ３１６Ｌ
（７）　オー　ステナイト系ステンレス鋼材が用いられ
、配管の溶接部６３１には５ＵＳ３０８等の溶接棒が用
いられる。

このため、配管の溶接部６３１はオーステナイト相とフ
ェライト相が混在する２相金属組織状態になっている。

第８図は、原子炉配管系点検用駆動装置の一例である。

走査駆動装置９は、２分割可能な固定リング８１０と一
次系配管６１３の周方向に回転可能な回転リング８１１
からなる。固定リング８１０には、軸方向駆動モータ８
２０．ギアボックス８２１及び位置検出用エンコーダ８
２６，８２７からなる３組の軸方向移動機構がある。軸
方向の移＃量は、ローラ８２４及び位置検出用エンコー
ダ８２６，８２７で検出し、軸方向移動機構にフイード
バックされる。回転リング８１１は、複数のプーリ８２
５により固定リング８１０に保持され１周方向の位置検
出機能を備えた周方向回転モータ８２３で駆動する。回
転リング８１１の一部には励磁システム２及び磁気セン
サシステム３が装備したヘッド部８５０がある。なお、
駆動モータ８２０，８２３、エンコーダ８２６，８２７
゜及びヘッド部８５０には磁気測定に磁気ノイズが影響
しないように磁気シールドが施こされである。

（原理説明） 本実施例の動作原理を第９図、第１０図、第１１図を用
いて説明する。

金属材料は、第９図に示すように高温環境中で長時間使
用すると、内部組織に変化を生じ１強度が低下する。第
１２図に含フェライト系ステンレス鋼の４７５℃熱処理
を施こした時効材のシャルピー？ＩｆＩ撃試験結果を示
す。高温時効の熱処理時間の増加に伴い強度が低下して
いる。

発明者らは、含フェライト系ステンレス鋼等の金属材料
の高温加熱による脆化について種々検討した結果、高温
時効に伴い、金属材料の電気抵抗率ρや透磁率μなどの
電磁気的特性及び硬さや合金組織などの機械的性質も変
化することがわかった。特に、第１０図、第１１図に示
すように、材料の高温時効脆化と磁化特性の変化とがよ
く対応することを見出した。第１０図、第１１図の受入
れ材と高温熱処理材の磁気ヒステリシスの測定結果では
、被測定体は脆化の程度により磁気ヒステリシスループ
の面積（磁気ヒステリシスロス）や残留磁束密度等に変
化が生じていることを見出した。この現象を利用して、
特に含フェライト系ステンレス鋼等の金属材料の脆化の
進行程度を精度良く検知できる。

（動作手順の例） さて、上記第１図〜第８図に示す如く構成したシステム
において、本発明の測定動作の例を第１３図のフローチ
ャートにより説明する。

ステップ１： まず、駆動装置９を原子炉の機器及び配管等の被測定体
１の表面に配置し、駆動装置９を測定系の原点にセット
する。

ステップ２： 検査範囲を入力する。

ステップ３： 測定開始とともに、駆動装置１９は測定開始点に移動す
る。

ステップ４： 測定開始。測定データを採取する。

ステップ５： 測定中、データは磁化コントロールユニット４に記憶す
る。

ステップ６： 測定終了後、駆動装置９は次の測定位置に移動する。

ステップ７： 測定装置９が最終位置に達したか否かを判定する。

“Ｎ　ｏｌｌならステップ４へ、１１　ｙ　ｅｓＩＩな
ら測定終了方向のステップ８へ移る。

ステップ８： 測定データを磁化コントロールユニット４からデータ処
理ユニット５に入力して処理され、演算ユニット６に転
送される。

ステップ９： 測定データを統計用データ処理方法で処理し、データベ
ースを用いて、時効脆化の程度を判定する。この結果は
、外部記録装置に出力され１表示ユニット８に表示され
る。

（データ処理の例） 第１３図におけるステップ９の統計的データ処理の詳細
を以下、図を用いて説明する。

金属材料として例えば含フェライト系ステンレス鋼の場
合、高温時効の劣化に伴い磁気ヒステリシスループは、
第１０図、第１１図に示すように変化する。第１０図は
受入れ材についての磁束密度（Ｂ）−起磁力（Ｈ）特性
図であり、第１１図熱処理４７５°Ｃ／４４３時間後の
ｎ−Ｈ特性図である。

この変化する磁気ヒステリシスループは、第１４図及び
第１５図に示すように起磁力の大きさによって磁気ヒス
テリシスループ面積率や残留磁束密度に変化があり、あ
る値以上の起磁力の領域では劣化材と処女材との間に明
確な差が生じる６しかし、材料の初期フェライト量を推
定できないと材料の劣化の程度は評価できない。第１４
図は超磁力と磁気ヒステリシスループ面積率の関係を示
す特性図であり、第１５図は超磁力と残留磁束密度の関
係を示す特性図であって、いずれも受人材（未処理材）
と熱処理後のものとを比率して示しである。ところが、
第１６図に示す起磁力による最大磁束密度は、高温時効
によってほとんど変化しないが、この最大磁束密度は材
料の初期フェライト量で決まる。第１６図は起磁力と磁
束密度振幅との関係を示す特性図である。

第１７図は起磁力と正規化磁気ヒステリシスループとの
関係を示す特性図であり、第１８図は起磁力と正規化残
留磁束密度との関係を示す特性図である。第１６図乃至
第１８図はいずれも受入れ材と熱処理後の部材とを比較
して示しである。第１６図及び第１７図に示すように、
材料の初期フェライト量のばらつきを補正するため、最
大磁束密度で正規化した正規化磁気ヒステリシスループ
面積率や正規化残留磁束密度で材料の劣化を評価するこ
とが有効である。

すなわち、第１９図に示すように測定、データ採取（ス
テップ４）では、測定体を消磁し、起磁力の小さい方か
ら磁気ヒステリシスループを求め必要なデータを採取す
る。採取したデータは１．データ処理（ステップ９）で
予め求めておいたマスターカーブや評価関数で劣化度が
判定される。

このように、当該被測定体の材料について起磁力を連続
的あるいは離散的に変化させて磁気ヒステリシスループ
を求め、正規化した磁気ヒステリシスループ面積及び残
留磁束密度で整理した第１７図及び第１８図のデータを
較正曲線として多くの鋼種についてデータベースを予め
作成しておき、このデータベースと測定データを比較す
ることで被測定体の初期のデータ無しに劣化度が推定す
る。

（判定方法の第２の例） 他の判定法の実施例として規定の起磁力で劣化材を励磁
してその時の値から劣化度を推定する方法がある。

第１４図及び第１５図に示すように起磁力の大きさによ
って磁気ヒステリシスループ面積率や残留磁束密度に変
化があり、ある値以上の起磁力の領域では劣化材と処女
材との間に明確な差が生じる。そこで、起磁力を劣化検
出を適した値に設定し、磁気ヒステリシスループを求め
る。この磁気ヒステリシスループの磁気ヒステリシスル
ープ面積、残留磁束密度及び最大磁束密度等の各パラメ
ータを劣化度を表わす劣化パラメータ（例えば。

ローソンーミーラー（Ｌａｌｓｏｎ　−Ｍｉｌｌｅｒ）
則のＰ値）で整理すると、第２０図及び第２１図のよう
になる。

すなわち、測定した磁気ヒステリシスループ面積、残留
磁束密度及び最大磁束密度から劣化パラメータＰ値が求
まり、材料の劣化度が推定できるそこで、第２０図及び
第２１図のようにデータをデータベースとして横築する
ことにより、材料の劣化度を推定できる０例えば、予め
材料の劣化パラメータを第２２図及び第２３図のような
シャルピー衡撃値あるいは破壊靭性値Ｋｚｃ等としたデ
ータベースであれば、金属材料の破壊強度も評価できる
。

（判定方法の第；３の例） また、磁気ヒステリシスループを求める方法として起磁
力を一定の値に設定する方法の他に、磁束密度を一定の
値に設定する方法がある。これを第２４図に示す。励磁
する磁束密度を一定の値として起磁力を高精度に制御し
て磁気ヒステリシスループを求めるため、測定データの
再現性や精度が容易に向上できる。

（判定方法の第４の例） 他の判定法の実施例として、磁気ヒステリシスループの
形態（パターン）から材料の劣化度を推定する方法があ
る。

第１０図、第１１図に示すように、磁気ヒステリシスル
ープの形Ｓ（パターン）は材料の劣化と対応している。

そこで、ａ気ヒステリシスルーブ形態から劣化度を推定
する方法を第２５図に示す。

第２５図の測定、データ採取（ステップ４）では、測定
体を消磁し、一定の起磁力による磁化あるいは、飽和磁
化を選択し磁気ヒステリシスループを求め必要なデータ
を採取する。採取したデータは、データ処理（ステップ
９）で磁気ヒステリシスループを正規化し、予め求め−
でおいた基準の磁気ヒステリシスループのデータベース
とのパターンマツチングをする。その結果、測定した磁
気ヒステリシスループ形態に最も近い磁気ヒステリシス
ループをデータベースより選択し、その磁気ヒステリシ
スループの劣化度から被測定体の劣化度や破壊強度を推
定する。

（判定方法の第５の例） 他の判定法の実施例を第２６図に示す。第１３図のデー
タ処理（ステップ９）において、測定した磁気ヒステリ
シスループにより、起磁力にサイン（ｓｉｎ）波を入力
した場合の磁束密度の出力波形を求めて、この磁束密度
の波形の歪みをフーリエ変換で求め、各高調波成分の大
きさと位相差から回復分析等の統計的処理により求めて
おいたデータベースから材料の劣化度を求める。

（第２実施例に係る全体システム） 他の実施例を第２７図に示す。第２７図は、測定体を試
料１１として採取できる場合の実施例である。小形の試
料１１を励磁コイル２３内に挿入し、励磁電源ユニット
２ｏで励磁する。試料１１には差動コイル３１０が設け
てあり、コイルの出力は積分器３２０で積分され、磁束
を求める。以下、第１図の実施例と同様に処理される。

（超電導システム利用による実施例） 他の実施例として、励磁システム２及び磁気センサシス
テム３を超伝導システムを用いた例を第２８図から第３
０図に示す。

第２８図は、励磁コイル２３に超伝導システムを用いて
強力な磁場で被測定体１を励磁し、検出精度を向上させ
るものである。本実施例の構造は、超電導励磁コイル２
３の超電導状態を維持するために冷却材１３０を充填す
る非磁性材料からなる容器１１０を被測定休１の表面に
配置し、その容器１１０中に超電導励磁コイル２３が位
置している。超電導励磁コイル２３の中央に低温で動作
可能な磁気センサ３１がある。容器１１０は、断熱材１
２０で外部との断熱をしている。冷却材１３０は、冷却
装置４１０で再循環冷却されている。容器１１０及び励
磁コイル２３の外側には磁気シールド１００及び１１０
があり、外部磁気及び励磁磁場の最適化を図っている。

励磁コイル２３及び磁気センサ３１は、接続ケーブル５
００で磁化コイントローラユニット４と接続されている
。

この実施例によれば、小形の励磁コイルで強力な磁場が
得られるため１局所の劣化診断評価が可能となる。

第２９図の実施例は、第２８図の実施例の磁気センサと
して検出感度の高い超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）
３４０を用いた場合のものである。

励磁コイル２３の中央に超電導量子干渉素子用のピック
アップコイル３３０を配置し、磁気シールド１０１の外
部に超電導量子干渉素子３４０を配置して磁気の測定を
行う。

この実施例によれば、磁場の検出を高感度にできるため
、材料劣化の検出を飛躍的に向上させることができる。

また、試料１１が採取できる場合の実施例を第３０図に
示す、超電導励磁コイル２３は超電導状態を維持するた
めに冷却材１３０を充填する非磁性材料からなるの容器
１１０の中にあり、容器１１０は、断熱材１２０で外部
との断熱をしている。超電導励磁コイル２３の中央には
２つの孔があり、外部から試料１１が挿入できる。この
領域では均一な磁場となるように超電導励磁コイル２３
を配置されている。２つの孔には、差動コイルのピック
アップコイル３３０を配置し、磁気シールドされた超電
導量子干渉素子３４０で磁気の測定を行う。この２つの
孔の一方に試料１１、他方に基準試料１２を挿入した試
料の磁気特性の変化分だけを検出することができる。

この実施例によれば材料の磁気特性の変化を高精度に検
出できるため、磁場のひずみを精度良く測定でき、材料
の劣化評価の精度を向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高温で使用される金属材料の脆化の程
度を非破壊的にかつ迅速に検知できるので脆化損傷を未
然に防ぐことが可能であり、実機の安全性を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による劣化検出装置の一例を示す全体シ
ステム図、第２図は第１図の例に係るシステム中、励磁
システム及び磁気センサシステムの内部構成図、第３図
は同じく磁気コントローラユニットの内部構成図、第４
図は第１図のシステムを用いた沸騰水形原子炉の断面図
、第５図は第４図の一代案を示す沸騰水形原子炉の断面
図、第６図は第４図の例における原子炉圧力容器内壁点
検用Ｘ−Ｙ−走査型駆動装置の例を示す斜視図。 第７図は第５図の例における一次系配管の部分断面斜視
図、第８図は同じく原子炉配管系点検用駆ｌ！ｌｌｌ装
置の斜視図、第９図は金属を高温長時間曝したときの金
属組織変化の説明図、第１０図は受入れ材の磁束密度と
起磁力との関係を示す特性図、第１１図は熱処理後の金
属部材の磁束密度と起磁力との関係を示す特性図、第１
２図は金属部材の熱処理の時効時間に対するシャルピー
吸収エネルギー残有率の関係を示す特性図、第１３図は
第１図の実施例における動作手順を示すフロー図、第１
４図は金属部材の起磁力と磁気ヒステリシスループ面積
率との関係を示す特性図、第１５図は金属部材の起磁力
と残留磁束密度との関係を示す特性図、第１６図は金属
部材の起磁力と磁束密度振幅との関係を示す特性図、第
１７図は金属部材の起磁力と正規化磁気ヒステリシスル
ープ面積との関係を示す特性図、第１８図は金属部材の
磁束密度を一定とした場合の起磁力と正規化残留磁束密
度との関係を示す特性図、第１９図は本発明の劣化判定
方法例のフロー図、第２０図は金属部材の正規化磁気ヒ
ステリシスループ面積と劣化パラメータとの関係を示す
特性図、第２１図は金属部材の正規化残留磁束密度と劣
化パラメータとの関係を示す特性図、第２２図は金属部
材の正規化残気ヒステリシスループ面積とシャルピー衝
撃値との関係を示す特性図、第２３図は金属部材の正規
化残留磁束密度とシャルピー衝撃値との関係を示す特性
図、第２４図は金属部材の起磁力と磁束密度のヒステリ
シスループとの関係を示す特性図、第２５図は本発明の
一実施例として磁気ヒステリシスループ形態から劣化度
を推定する方法のフロー図、第２６図は同じく磁気ヒス
テリシスループからフーリエ変換を経由して劣化度を求
めるフロー図、第２７図は本発明の第２実施例に係る劣
化検出装置の全体システム図、第２８図、第２９図及び
第３０図は夫々本発明の他の実施例において超電導シス
テムを利用した場合の装置断面図である。 １・・・被測定体、２・・・励磁システム、３・・・磁
気センサシステム、４・・・磁化コントロールユニット
、５・・・データ処理ユニット、６・・・演算ユニット
、７・・・データベース、８・・・表示ユニット、９・
・・駆動装置、１０・・・駆動制御装置、１１・・・試
料、１２・・・基市試料、２０・・・励磁電源ユニット
、２１・・・発振器。 ２２・・・アンプ、２３・・・励磁コイル、３１・・・
磁気センサ、３２・・・変換器、４０・・・磁気ヒステ
リシス・ループ合成装置、４１・・・磁束密度入力イン
ターフェイス、４２・・・起磁力入力インターフェイス
、４３・・・磁気特性出力メモリ装置、４４・・・基準
値設定装置、４５・・・差動増幅制御装置、９１・・・
フレーム、９２・・・吸盤、９３・・・真空ポンプ、９
４・・・駆動シャフト、９５・・・Ｘ軸モータ、９６・
・・ギアボックス、９７・・・Ｙ軸モータ、９８・・・
駆動シャフト、９９゛・・・ギアボックスを備えたエア
シリンダ、１００及び１０１・・・磁気シールド、１１
０・・・非磁性材料の容器、１２０・・・断熱材、１３
０・・・冷却材、３１０・・・差動検知コイル、３２０
・・・積分器、：３３０・・・ピックアップコイル、３
４０・・・超電導量子干渉素子、４００・・・冷却パイ
プ、４１０・・・冷却装置、５００・・・ケーブル、６
００・・・原子炉格納容器、６１０・・・原子炉圧力容
器、６１１・・・制御棒、６１２・・・再循環給水ポン
プ、６１３・・・一次系配管、６１４・・・炉心、６１
５・・・炉水、６２０・・・クレーン、６３０・・・配
管の母材、６３１・・・配管の溶接部、８１０・・・２
分割可能な固定リング、８１１・・・回転リング、８２
０・・・駆動モータ、８２０，８２１・・・ギアボック
ス、８２４・・・ローラ、８２５・・・プーリー、８２
６・・・エンコー’ｊ、８２７・・・位［検出用エンコ
ーダ、８５０・・・ヘッド部、８９１・・・フレーム、
８９２・・・吸盤、８９３・・・真空ポンプ、８９５・
・・Ｘ軸モータ、８９６・・・ギアボックス、８９７・
・・Ｙ軸モータ。 ８９８・・・駆動シャフト、８９９・・・ギアボックス
を備えたエアシリンダ、９００・・・ケーブル、９１０
・・・制御装置、ｊ・・・電流、Ｂ・・・磁束密度、Ｈ
・・・起磁力。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被測定体に磁場を印加すると共に該被測定体固有の
   磁気特性の変化を監視し、この磁気特性変化から前記被
   測定体の劣化の程度を知る劣化検出方法において、前記
   被測定体につき予め求めておいた磁気特性の変化と劣化
   との関係から該被測定体の未使用材における磁気特性を
   推定すると共に、この推定磁気特性から検出時点の磁気
   特性に至る変化を前記磁気特性〜劣化の関係から劣化の
   程度として出力することを特徴とする劣化検出方法。 ２、被測定体に磁場を印加すると共に該被測定体固有の
   磁気特性の変化を監視し、この磁気特性変化から前記被
   測定体の劣化の程度を知る劣化検出方法において、前記
   被測定体につき起磁力を変化させて求めた磁気ヒステリ
   シスループの正規化データに基づき、この正規化磁気特
   性データと測定強気特性データとを比較してその測定時
   点における被測定体の劣化度を推定することを特徴とす
   る劣化検出方法。 ３、被測定体に磁場を印加する手段と、該被測定体の磁
   気特性を検出する手段と、前記磁場印加によって該被測
   定体に生じる該磁気特性の変化から該被測定体の劣化の
   程度を出力する演算装置とを備えてなる劣化検出装置に
   おいて、前記演算装置は、前記被測定体につき予め求め
   ておいた磁気特性の変化と劣化との関係のデータベース
   と、該データベースから前記被測定体の未使用材におけ
   る磁気特性を推定する第１の演算処理部と、該推定磁気
   特性から前記検出磁気特性に至る変化を前記データベー
   スから劣化の程度として出力する第２の演算処理部とを
   具備することを特徴とする劣化検出装置。 ４、被測定体に磁場を印加する手段と、該被測定体の磁
   気特性を検出する磁気測定装置とを備え、前記磁場印加
   によって該被測定体に生じる該磁気特性の変化から該被
   測定体の劣化の程度を検出する劣化検出装置において、
   前記磁気測定装置は励磁コイルとして超電導コイルを備
   え、該コイル中央に低温動作可能な磁気センサを配置し
   、少なくとも該コイル及び磁気センサの全体を防水型断
   熱容器に封入し、併せて超電導システム冷却装置を付設
   してなり、予め求めておいた被測定体の磁気特性と劣化
   との関係と検出時の磁気特性とから劣化の程度を出力す
   ることを特徴とする劣化検出装置。 ５、被測定体の一部から採取した試験片に磁場を印加す
   る手段と、該試験片の磁気特性を検出する手段と、前記
   磁場印加によって該試験片に生じる磁気特性の変化から
   該試験片の劣化の程度を出力する演算装置とを備えてな
   る劣化評価装置において、前記演算装置は、前記試験片
   につき予め求めておいた磁気特性の変化と劣化との関係
   のデータベースと、該データベースから前記試験片が未
   使用被測定体の一部と仮定した場合の磁気特性を推定す
   る第１の演算処理部と、該推定磁気特性から前記検出磁
   気特性に至る変化を前記データベースから劣化の程度と
   して出力する第２の演算処理部とを具備することを特徴
   とする劣化評価装置。 ６、試験片に磁場を印加する手段と、該試験片の磁気特
   性を検出する磁気測定装置とを備え、前記磁場印加によ
   って該試験片に生じる磁気特性の変化から該試験片の劣
   化の程度を検出する劣化評価装置において、前記磁気測
   定装置は励磁コイルとして超電導コイルを備え、該コイ
   ル中央には差動型超電導ピックアップコイルを配置した
   超電導量子干渉素子磁気センサを備え、該差動型超電導
   ピックアップコイルの内部には外部から前記試験片が挿
   入可能な空間を設け、他の全体を防水型断熱容器に封入
   し、併せて冷却材楯環型超電導システム冷却装置を付設
   してなり、予め求めておいた試験片の磁気特性と劣化と
   の関係と検出時の磁気特性とから劣化の程度を評価する
   ことを特徴とする劣化評価装置。 ７、被測定体に磁場を印加し、それによって前記被測定
   体に生じた磁気の変化から劣化を検出する金属材料の劣
   化検査装置において、前記被測定体の磁気特性を検出す
   る磁気測定装置の励磁コイルに超電導コイルを備え、励
   磁コイルの中央に低温でも動作する磁気センサを配置し
   、全体を防水型断熱容器に封入し、冷却材を循環させる
   タイプの超電導システム冷却装置を備えた励磁システム
   及びセンサシステムを特徴とする金属材料の劣化検査装
   置。 ８、被測定体の一部から採取した極小試験片の劣化度を
   評価する装置において、前記極小試験片の磁気特性を検
   出する磁気測定装置の励磁コイルに超電導コイルを備え
   、励磁コイルの中央に差動型超電導ピックアップコイル
   を配置した超電導量子干渉素子磁気センサを備え、差動
   型超電導ピックアップコイルの内部を外部から試験片が
   挿入可能な空間を設けて、他の全体を防水型断熱容器に
   封入し、冷却材を循環させるタイプの超電導システム冷
   却装置を備えた金属材料の劣化評価装置。 ９、原子炉機器材料の劣化を磁気的に診断するにおいて
   、原子炉炉内機器を検査するため、原子炉格納容器上部
   のクレーンから検査装置を釣下げるためのケーブルと原
   子炉圧力容器炉壁に検査装置を固定するための吸盤と検
   査装置を３次元に走査する機能を備えた防水型検査駆動
   装置を特徴とする金属材料の劣化検査装置。 １０、原子炉一次系配管材料の劣化を磁気的に診断する
   において、配管を軸方向に移動するための駆動機構と周
   方向に検査装置を走査するための駆動機構からなり、磁
   気のノイズを低減する磁気シールドを備えた検査駆動装
   置を特徴とする金属材料の劣化検査装置。