JPH0147742B2 - - Google Patents
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- JPH0147742B2 JPH0147742B2 JP56088188A JP8818881A JPH0147742B2 JP H0147742 B2 JPH0147742 B2 JP H0147742B2 JP 56088188 A JP56088188 A JP 56088188A JP 8818881 A JP8818881 A JP 8818881A JP H0147742 B2 JPH0147742 B2 JP H0147742B2
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- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 29
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- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 3
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/24—Probes
- G01N29/2412—Probes using the magnetostrictive properties of the material to be examined, e.g. electromagnetic acoustic transducers [EMAT]
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電磁超音波探傷装置に係り、更に具体
的には被検材に縦波の超音波を発生させ、その反
射波を測定することにより被検材内部に存在する
欠陥を探傷する電磁超音波探傷装置に関する。
的には被検材に縦波の超音波を発生させ、その反
射波を測定することにより被検材内部に存在する
欠陥を探傷する電磁超音波探傷装置に関する。
従来、金属材料の厚み測定、探傷等の計測には
圧電素子を用いた超音波厚み計、超音波探傷器な
どが使用されているが、かかる装置は超音波を被
検材中に効率良く伝える為に音源（探触子）と被
検材との間に接触媒質（通常は水）を必要とす
る。この為、高温材やスケールあるいは表面の凸
凹の著しい材料の計測は困難であつた。
圧電素子を用いた超音波厚み計、超音波探傷器な
どが使用されているが、かかる装置は超音波を被
検材中に効率良く伝える為に音源（探触子）と被
検材との間に接触媒質（通常は水）を必要とす
る。この為、高温材やスケールあるいは表面の凸
凹の著しい材料の計測は困難であつた。
従つて被検材の温度や表面状態などに影響され
ることなく超音波の送受信を行うことが強く要求
されている。かかる要求を満足すべく前記媒質を
不要にする方法として磁界と電流の相互作用によ
るローレンツ力を利用した電磁超音波探傷装置が
特公昭44−24867号などで提案されている。
ることなく超音波の送受信を行うことが強く要求
されている。かかる要求を満足すべく前記媒質を
不要にする方法として磁界と電流の相互作用によ
るローレンツ力を利用した電磁超音波探傷装置が
特公昭44−24867号などで提案されている。
電磁超音波探傷に最も一般的に用いられる超音
波の波動モードには縦波と横波の二種類がある。
いずれのモードの波動を用いるかは被検材との組
合せで決まり、当然、探傷効率の良い方を採用す
ることになる。
波の波動モードには縦波と横波の二種類がある。
いずれのモードの波動を用いるかは被検材との組
合せで決まり、当然、探傷効率の良い方を採用す
ることになる。
ところで縦波と横波は以下の如く相異なる。
即ち縦波は圧縮波とも云われ、波の進行方向と
同一方向に振動し、気体、液体、固体中で存在す
る。
同一方向に振動し、気体、液体、固体中で存在す
る。
これに対し、横波は剪断波とも云われ、波の進
行方向と垂直な方向に振動し、固体中でのみ存在
する。なお、被検材が高温（鉄では約800℃以上）
になると材料中での減衰が大きくなる。
行方向と垂直な方向に振動し、固体中でのみ存在
する。なお、被検材が高温（鉄では約800℃以上）
になると材料中での減衰が大きくなる。
縦波の超音波を用いる電磁超音波探傷装置の構
造は電磁石磁極の外周部に送受信コイルを設けた
ものが一般的である。
造は電磁石磁極の外周部に送受信コイルを設けた
ものが一般的である。
第１図には電磁超音波探傷装置の従来例の構成
が示されており、第２図はその電磁石部分の底面
（被検材は省略してある。）これらの図において直
流励磁コイル２と断面Ｅ字状の鉄心３により構成
される直流電磁石４が配置され、該鉄心３の中央
磁極５の外周部には超音波送受信コイル６が取付
られている。また７は前記直流励磁コイル２に直
流電圧を印加するための直流電源、８は送受信コ
イル６にパルス電圧を印加するためのパルス発生
器、９は該送受信コイルより検出された信号を増
幅する増幅器、１０は表示器である。
が示されており、第２図はその電磁石部分の底面
（被検材は省略してある。）これらの図において直
流励磁コイル２と断面Ｅ字状の鉄心３により構成
される直流電磁石４が配置され、該鉄心３の中央
磁極５の外周部には超音波送受信コイル６が取付
られている。また７は前記直流励磁コイル２に直
流電圧を印加するための直流電源、８は送受信コ
イル６にパルス電圧を印加するためのパルス発生
器、９は該送受信コイルより検出された信号を増
幅する増幅器、１０は表示器である。
上記構成において、直流励磁コイル２を直流電
源７で励磁し被検材１に直流磁界（図中点線で示
す）を与え、次に送受信コイル６にパルス発生器
８よりパルス電圧を印加すると変化磁束が発生
し、該変化磁束により被検材１の表面に渦電流ｉ
が発生する。該渦電流と予め与えておいた前記直
流磁界の被検材表面と平行方向の磁界成分の磁束
密度Byとが相互作用し、被検材１表面と垂直な
方向（Ｚ方向）の変化歪Fz（フレミングの左手の
法則）が発生し、該変化歪Fzは被検材１の表面と
垂直な方向（Ｚ方向）に伝播する。即ち縦波が発
生する。変化歪Fzは磁束密度Byと渦電流ｉとの
積に比例し、 Fz∝By・ｉ ……(1) と表わされている。そしてこの超音波は被検材１
内部を伝播し、被検材１中の欠陥及び底面からの
反射超音波は前述と逆の過程（フレミングの右手
の法則）により送受信コイルで渦電流により発生
する起電力として検出され、その検出信号レベル
VRは次式に示す如くByの自乗に比例する。
源７で励磁し被検材１に直流磁界（図中点線で示
す）を与え、次に送受信コイル６にパルス発生器
８よりパルス電圧を印加すると変化磁束が発生
し、該変化磁束により被検材１の表面に渦電流ｉ
が発生する。該渦電流と予め与えておいた前記直
流磁界の被検材表面と平行方向の磁界成分の磁束
密度Byとが相互作用し、被検材１表面と垂直な
方向（Ｚ方向）の変化歪Fz（フレミングの左手の
法則）が発生し、該変化歪Fzは被検材１の表面と
垂直な方向（Ｚ方向）に伝播する。即ち縦波が発
生する。変化歪Fzは磁束密度Byと渦電流ｉとの
積に比例し、 Fz∝By・ｉ ……(1) と表わされている。そしてこの超音波は被検材１
内部を伝播し、被検材１中の欠陥及び底面からの
反射超音波は前述と逆の過程（フレミングの右手
の法則）により送受信コイルで渦電流により発生
する起電力として検出され、その検出信号レベル
VRは次式に示す如くByの自乗に比例する。
VR∝（By）2i ……(2)
尚、該渦電流ｉと前記直流磁界の他の方向成分
Bzとが相互作用すると横波が発生するがこれは
本発明とは直接、関係ないのでその説明は省略す
る。
Bzとが相互作用すると横波が発生するがこれは
本発明とは直接、関係ないのでその説明は省略す
る。
上記した従来の電磁超音波探傷装置において最
大の欠点は超音波検出信号レベルVRが小さいこ
とにある。VRを向上しようとするには式(2)より
明らかな如く、直流磁界の被検材１表面と平行方
向の磁場Byを増大すれば良い。しかし、従来の
電磁石の磁極の構造では中央磁極５（Ｎ極）より
発生した磁束の大半は被検材中を通過、又は貫通
して被検材表面に集中しない。その為、縦波超音
波を送受信する被検材表面に平行な磁界の磁束密
度Byは高々、3000Gauss程度が限度となる。次に
渦電流ｉを増大させることが考えられるが、電流
の増大は必然的に印加パルス電流、電圧の増大を
きたし、安全上の問題が生じる。
大の欠点は超音波検出信号レベルVRが小さいこ
とにある。VRを向上しようとするには式(2)より
明らかな如く、直流磁界の被検材１表面と平行方
向の磁場Byを増大すれば良い。しかし、従来の
電磁石の磁極の構造では中央磁極５（Ｎ極）より
発生した磁束の大半は被検材中を通過、又は貫通
して被検材表面に集中しない。その為、縦波超音
波を送受信する被検材表面に平行な磁界の磁束密
度Byは高々、3000Gauss程度が限度となる。次に
渦電流ｉを増大させることが考えられるが、電流
の増大は必然的に印加パルス電流、電圧の増大を
きたし、安全上の問題が生じる。
以上の理由で縦波電磁超音波探傷装置の探傷感
度は低く、実用化上の最大の問題となつていた。
度は低く、実用化上の最大の問題となつていた。
特開昭53−105282号公報には、被検体の両面に
対向させて一対の電磁石を配置し、両電磁石の対
向する磁極が同極となるよう励磁して、被検体表
面に平行な方向の磁束密度の増大を図つた発明が
開示されているが、被検体の板厚が増加すると、
その効果が低下するとともに、被検体表面の磁束
分布が一様でなく、特に被検体の端部における磁
場の形成が不充分で、探傷が困難であつた。
対向させて一対の電磁石を配置し、両電磁石の対
向する磁極が同極となるよう励磁して、被検体表
面に平行な方向の磁束密度の増大を図つた発明が
開示されているが、被検体の板厚が増加すると、
その効果が低下するとともに、被検体表面の磁束
分布が一様でなく、特に被検体の端部における磁
場の形成が不充分で、探傷が困難であつた。
本発明の目的は上記した従来技術の欠点を解消
し、探傷感度の向上を図つた電磁超音波探傷装置
を提供することにある。
し、探傷感度の向上を図つた電磁超音波探傷装置
を提供することにある。
本発明の特徴は、電磁超音波探傷装置におい
て、直流磁場を発生する直流励磁コイルが被検材
を包囲するごとく巻回され、且つ該直流励磁コイ
ルの周囲が鉄心で覆われ、該鉄心の被検材に対向
する面の前記励磁コイルに近い側の端部が前記対
向する面を延長した鍔部をなし、前記直流励磁コ
イルが被検材を包囲する空間内にパルス磁場を発
生する送受信コイルが配設された点にある。
て、直流磁場を発生する直流励磁コイルが被検材
を包囲するごとく巻回され、且つ該直流励磁コイ
ルの周囲が鉄心で覆われ、該鉄心の被検材に対向
する面の前記励磁コイルに近い側の端部が前記対
向する面を延長した鍔部をなし、前記直流励磁コ
イルが被検材を包囲する空間内にパルス磁場を発
生する送受信コイルが配設された点にある。
次に第３図に本発明に係る電磁超音波探傷装置
の一実施例の要部の構成を示す。尚、第１図乃至
第４図において同一部材には同一の参照符号が付
されている。同図において、被検材１を包囲する
如く直流励磁コイル１２が巻回されており、該直
流励磁コイル１２の中央部における被検材１と対
向する位置に送受信コイル１１が配設されてい
る。
の一実施例の要部の構成を示す。尚、第１図乃至
第４図において同一部材には同一の参照符号が付
されている。同図において、被検材１を包囲する
如く直流励磁コイル１２が巻回されており、該直
流励磁コイル１２の中央部における被検材１と対
向する位置に送受信コイル１１が配設されてい
る。
第４図は前記直流励磁コイル１２を包囲して設
けられた鉄心１３の形状を示し、該鉄心１３が被
検材１と対向する面の励磁コイル側の端部が前記
対向する面を延長して形成された鍔部１４をなし
ていることを示している。
けられた鉄心１３の形状を示し、該鉄心１３が被
検材１と対向する面の励磁コイル側の端部が前記
対向する面を延長して形成された鍔部１４をなし
ていることを示している。
直流励磁コイル１２により発生される磁束は鉄
心１３から被検材１を経て再び鉄心１３に戻る
が、鉄心１３の前記鍔部１４が、被検材内部へ向
おうとする磁束を、被検材表面に沿う方向に屈折
させ、被検材表面の磁束密度を増大させる。
心１３から被検材１を経て再び鉄心１３に戻る
が、鉄心１３の前記鍔部１４が、被検材内部へ向
おうとする磁束を、被検材表面に沿う方向に屈折
させ、被検材表面の磁束密度を増大させる。
上記構成において、直流励磁コイル１２により
発生する直流磁束はその大半が被検材１の内部を
通り、しかもその方向は被検材１の表面と平行と
なる。即ち、縦波電磁超音波を送受信するのに必
要な被検材１表面と平行な成分の磁場Byとなる。
また、この磁束は、直流励磁コイル１２の巻回面
に垂直の方向に平行となるとともに、直流励磁コ
イル１２で包囲された被検材１の表面各部で均一
な大きさとなる。さらに、直流励磁コイル１２の
励磁量を増大すれば、ほぼ比例的に磁場Byは増
大し、この磁場Byは10000Gauss以上の値を得る
ことは容易である。その結果、本実施例によれば
縦波電磁超音波の検出信号レベルVRは従来法に
比べて(2)式より約11倍〔＝（10000/3000）2〕の感
度向上が図れ、その効果は非常に大きい。
発生する直流磁束はその大半が被検材１の内部を
通り、しかもその方向は被検材１の表面と平行と
なる。即ち、縦波電磁超音波を送受信するのに必
要な被検材１表面と平行な成分の磁場Byとなる。
また、この磁束は、直流励磁コイル１２の巻回面
に垂直の方向に平行となるとともに、直流励磁コ
イル１２で包囲された被検材１の表面各部で均一
な大きさとなる。さらに、直流励磁コイル１２の
励磁量を増大すれば、ほぼ比例的に磁場Byは増
大し、この磁場Byは10000Gauss以上の値を得る
ことは容易である。その結果、本実施例によれば
縦波電磁超音波の検出信号レベルVRは従来法に
比べて(2)式より約11倍〔＝（10000/3000）2〕の感
度向上が図れ、その効果は非常に大きい。
また、直流励磁コイル１２により被検材１の表
面に平行に形成される磁場の大きさが、直流励磁
コイルで包囲された被検材各部表面で均一である
ので、送受信コイルが、前記直流励磁コイルで囲
まれた被検材１のどの部分に配置されても、形成
される電磁超音波の強さは均一であり、均一な感
度が得られる。
面に平行に形成される磁場の大きさが、直流励磁
コイルで包囲された被検材各部表面で均一である
ので、送受信コイルが、前記直流励磁コイルで囲
まれた被検材１のどの部分に配置されても、形成
される電磁超音波の強さは均一であり、均一な感
度が得られる。
送受信コイルを、前記直流励磁コイルで囲まれ
た空間内にコイルの巻回方向に複数個併設すれ
ば、広い範囲で均一なかつ高感度での探傷が可能
である。
た空間内にコイルの巻回方向に複数個併設すれ
ば、広い範囲で均一なかつ高感度での探傷が可能
である。
以上の実施例において送受信コイル１１は直流
励磁コイル１２中央部の被検材１表面との対向位
置に配設されるように構成されているが、これに
限定されることなく、例えば被検材１の側面と対
向させるように設けてもよい。即ち、前記送受信
コイルは直流励磁コイルが被検材を包囲する空間
内に配設されれば被検材の各部の探傷に容易に対
応できる。
励磁コイル１２中央部の被検材１表面との対向位
置に配設されるように構成されているが、これに
限定されることなく、例えば被検材１の側面と対
向させるように設けてもよい。即ち、前記送受信
コイルは直流励磁コイルが被検材を包囲する空間
内に配設されれば被検材の各部の探傷に容易に対
応できる。
また上記実施例で用いた電磁石の代りに超伝導
マグネツトを用いれば磁場Byを大きくとること
が可能となるので更に探傷感度の向上が図れるこ
とは勿論である。
マグネツトを用いれば磁場Byを大きくとること
が可能となるので更に探傷感度の向上が図れるこ
とは勿論である。
以上に説明した如く、本発明によれば、探傷感
度を向上させるとともに、広い範囲で均一な探傷
感度の電磁超音波探傷装置を実現できる。
度を向上させるとともに、広い範囲で均一な探傷
感度の電磁超音波探傷装置を実現できる。
第１図は従来の電磁超音波探傷装置の構成を示
すブロツク図、第２図は第１図の電磁超音波探傷
装置の電磁石の底面図、第３図は本発明に係る電
磁超音波探傷装置の一実施例の要部の構成を示す
斜視図、第４図は、実施例の直流励磁コイルを包
囲する鉄心の形状を示す斜視図である。 １……被検材、１１……送受信コイル、１２…
…直流励磁コイル、１３……鉄心、１４……鍔
部。
すブロツク図、第２図は第１図の電磁超音波探傷
装置の電磁石の底面図、第３図は本発明に係る電
磁超音波探傷装置の一実施例の要部の構成を示す
斜視図、第４図は、実施例の直流励磁コイルを包
囲する鉄心の形状を示す斜視図である。 １……被検材、１１……送受信コイル、１２…
…直流励磁コイル、１３……鉄心、１４……鍔
部。
Claims (1)
- １ 直流電源により励磁される直流励磁コイル
と、パルス発生器出力により励磁される送受信コ
イルとを有し、前記直流励磁コイルにより発生す
る磁場と、送受信コイルを励磁することにより被
検材表面に発生する渦電流との相互作用により被
検材に超音波を発生させ、その反射波を測定する
ことにより被検材内部に存在する欠陥を探傷する
電磁超音波探傷装置において、前記直流励磁コイ
ルが、被検材を包囲する如く巻回され、かつ、該
直流励磁コイルの周囲が鉄芯で覆われていること
と、該鉄芯の被検材に対向する面の前記励磁コイ
ルに近い側の端部が、前記対向する面を延長した
鍔部をなしていることと、前記直流励磁コイルが
被検材を包囲する空間内に前記送受信コイルが配
設されて縦波探傷を行うことと、を特徴とする電
磁超音波探傷装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56088188A JPS57203949A (en) | 1981-06-10 | 1981-06-10 | Electromagnetic ultrasonic flaw detector |
| DE8282302944T DE3275315D1 (en) | 1981-06-10 | 1982-06-08 | Electromagnetic-acoustic measuring apparatus |
| EP82302944A EP0067065B1 (en) | 1981-06-10 | 1982-06-08 | Electromagnetic-acoustic measuring apparatus |
| US06/386,445 US4450725A (en) | 1981-06-10 | 1982-06-09 | Electromagnetic-acoustic measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56088188A JPS57203949A (en) | 1981-06-10 | 1981-06-10 | Electromagnetic ultrasonic flaw detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57203949A JPS57203949A (en) | 1982-12-14 |
| JPH0147742B2 true JPH0147742B2 (ja) | 1989-10-16 |
Family
ID=13935919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56088188A Granted JPS57203949A (en) | 1981-06-10 | 1981-06-10 | Electromagnetic ultrasonic flaw detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57203949A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03248006A (ja) * | 1990-02-27 | 1991-11-06 | Nkk Corp | 電磁超音波肉厚計の信号処理方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53105282A (en) * | 1977-02-25 | 1978-09-13 | Nippon Steel Corp | Electromagnetic type ultrasonic transmitter-receiver |
| JPS5655851A (en) * | 1979-10-12 | 1981-05-16 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Flaw-detecting method by surface wave |
-
1981
- 1981-06-10 JP JP56088188A patent/JPS57203949A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57203949A (en) | 1982-12-14 |
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