JPH02228552A

JPH02228552A - 渦流探傷方法

Info

Publication number: JPH02228552A
Application number: JP5040089A
Authority: JP
Inventors: Seigo Ando; 安藤　静吾
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1990-09-11
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH0726938B2

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］本発明は鋼管内に発生する欠陥を渦電流を用いて検出す
る渦流探傷方法に関する。

［従来の技術］一般にパイプライン等の鋼管に発生する内外面の傷、内
部欠陥、溶接継手部の溶込不良欠陥を検出する手法とし
て、■超音波探傷法、■漏洩磁束探傷法、および■渦流
探傷法が一般に知られている。

■の超音波探傷法は、超音波を鋼管の内側がら発信し、
鋼管の外壁から伝播する音波の時間差から欠陥の検査を
する手法である。しかし、この手法においては、超音波
を効率良く伝播させるために水や油等の媒体を必要とし
、現地に敷設済のバイブラインや気体輸送用のバイブラ
インの検査に適用することは困難である。

また、■の漏洩磁束探、偏性は、鋼管の軸方向に磁化し
て鋼管を磁気飽和し、欠陥から漏洩する磁束を磁気セン
サで電気信号に変換し、この信号電圧の振幅から欠陥を
検出する手法である。しかし、この手法においては、被
探傷材から漏洩する磁束を磁気センサで電気信号に変換
し、この出力電圧から欠陥を検出するため、被探傷材の
機械的歪みや局部的な肉厚変動によって、雑音電圧が発
生する。また、検出された欠陥が被探傷材としての鋼管
の内面に存在するのか外面に存在するのかの判断ができ
なかった。

また、■の渦流探傷法は、鋼管の内側にコイルを配置し
て、このコイルに交流電流を供給し、この交流電流にて
鋼管に渦電流を発生させ、この渦電流の変化から鋼管に
発生する欠陥を検出する手法である。

第７図は上記渦流探傷法を適用した探傷装置を示す模式
図である。すなわち、探傷対象となる鋼管１の外周面を
囲むように環状の１次巻線２が配設されており、この環
状の１次巻線２の周上に成敗の２次巻線（プローブコイ
ル）３が等間隔で巻装されている。そして、１次巻線２
には発振器４から鋼管内に渦電流を発生させるための交
流電流が供給されている。前記渦電流にて各巻線３に誘
起された誘起電圧は誘起信号として検出されて制御回路
５にて制御されるマルチプレクサ６にて時分割で取出さ
れて信号増幅器７で増幅され、検波器８にて直流の探傷
信号に検波される。

このような探傷装置において、前記１次巻線２にて鋼管
１内に生起された渦電流の値は鋼管１の電気特性、磁気
特性および内部に発生した欠陥等によって変化する。よ
って、前記各２次巻線３セその変化量を検出すれば、鋼
管１の２次巻線３が対向する位置に欠陥が存在すること
が確認できる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記のような渦流探傷法においてもまだ
、解消すべき次のような問題があった。

すなわち、鋼管１に発生する欠陥としては、前述した溶
接継手部の溶込不足、内部欠陥、外面欠陥、内面欠陥等
が考えられるが、上述した渦流探傷法によると、検波器
８から出力された探傷信号を観察することによって、欠
陥発生位置における鋼管１の軸方向位置と周方向位置は
一義的に定まるが、鋼管１の厚み方向の位置は定まらな
い。

その結果、例えば欠陥が鋼管１の外周面に発生したのか
、内周面に発生したのかが適確に判断できない問題があ
る。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり
、２次巻線に誘起された誘起信号と１次巻線に印加した
基準信号との位相差を測定するとによって、外面に発生
した欠陥と内面に発生した欠陥とを確実に区別して検出
でき、また、求められた位相を強制的に移動させること
によって探傷信号のＳ／Ｎを向上でき、もって、従来の
手法に比較して欠陥の検出精度を大幅に向上できる渦流
探傷方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題を解消するために本発明の渦流探傷方法によれ
ば、探傷すべき鋼管を磁化するための磁石と鋼管の内周
面に沿うように配設された複数のセンサとで構成された
検出へ・ラドを鋼管内へ挿入し、この検出ヘッドを鋼管
内の軸方向へ移動させながら、各センサのプローブコイ
ルの１次巻線に鋼管内に渦電流を生起させるための交流
の基準信号を印加して、２次巻線の誘起信号をマルチプ
レクサで順次取り出し、欧り出された誘起信号を基準信
号およびこの基準信号を９０°移相した基準信号で同期
検波して鋼管の各軸方向位置における一対の探傷信号を
得て、この一対の探傷信号を一対のデータメモリに記憶
し、この一対のデータメモリから読出した一対の探傷信
号の基準信号からの位相差を検出し、また読出した一対
の探傷信号から１つの絶対値信号を作成し、検出された
位相差に任意の位相を加算して位相信号を作成し、この
位相信号でもって絶対値信号を同期検波して、この同期
検波信号をブロックに出力し、この出力される同期検波
信号値が最大値となるように、又はＳ／Ｎが最大となる
ように加算する位相を調整し、調整後の出力結果から鋼
管の欠陥を判定するようにしたものである。

［作　用］まず、このように構成された渦流探傷方法で鋼管の外面
欠陥と内面欠陥とを区別できる理由を第５図を用いて説
明する。鋼管１内に挿入れた検出ヘッドに取付けられた
センサのプローブコイルの１次巻線に印加する交流の基
準信号をＡＯｓｉｎωｔとする。また、鋼管１内面に近
接した各センサの２次巻線１５が図中矢印方向へ移動す
るとする。すると、前記基準信号によりに鋼管内に生起
された渦電流によって２次巻線１５にｅ　５ｓｉｎ（ω
ｔ＋θ）の誘起信号が誘起される。

そして、鋼管１に同図（ａ）〜（Ｃ）に示すような溶造
不足欠陥９ａ、外面欠陥９ｂ、内面欠陥９ｃが存在する
と、上記誘起信号を直流検波して得られた探傷信号の信
号波形は図示するように欠陥部分で乱れて例えば正弦波
形となる。そして、溶造不足欠陥９ａと他の欠陥９ｂ、
９ｃとは波形上で区別できるが、外面欠陥９ｂと内面欠
陥９Ｃとは波形がほぼ同じであるので、信号波形のみで
は区別できない。

しかし、上記誘起信号ｅ　Ｓ　５ｉｎ（ωを十〇）を詳
細に検討すると、外面欠陥９ａと内面欠陥９ｂとに対応
する各誘起信号ｅ　５５ｉｎ（ωｔ＋θ）には、前記基
準信号Ａ。５ｉｎ（ＩＪｔからの位相差θにおいて顕著
な差が見られる。第６図の実線で示す特性は第５図（ｂ
）に示す正弦波形部における検波された探傷信号の値と
その値における前記基準信号からの位相差θとの関係を
示す特性である。図示するように、各波形位置において
、位相差θが変化する。この特性によると、探傷信号が
最初（＋）側へ振れると、位相差θは遅れる方向へ変化
する。

一方、第６図の破線で示す特性は第５図（ｃ）に示す正
弦波形部における検波された探傷信号の値とその値にお
ける前記基準信号からの位相差θとの関係を示す特性で
ある。この特性によると、探傷信号が最初（＋）側へ振
れると、位相差θは進む方向へ変化する。よって、第５
図（ｂ）（ｃ）における検波後の探傷信号波形は同じで
あるが、各波形位置における位相差θが大きく異なる。

すなわち、外面欠陥９ｂは内面欠陥９ｃに比較して遅れ
位相となる。この外面欠陥９ｂが内面欠陥９Ｃに対して
遅れるのは、外面欠陥９ｂが鋼管１内に流れる渦電流を
測定することに起因する。

そこで、２次巻線１５から得られる誘起信号ｅ　３５ｉ
ｎ（ωを十〇）の基準信号からの位相差θに着目して、
その位相差θから外面欠陥９ｂか内面欠陥９ｃかを判別
できる。

しかして、本発明においては、上記誘起信号ｅ　３５ｉ
ｎ（ωを十θ）を基準信号Ａ（、ｓｌｎωｔおよびこの
基準信号を９０″移位相した基準信号ＡＯｃｏｓωｔで
同期検波して一対の探傷信号を得ている。すなわち、こ
の一対の探傷信号ｙ、ｘはそれぞれｙ−ｅｓｓｉｎθ、
　　ｘｓｓｅ３　　ｃｏｓθとなる◎そして、検出へ・
ラドを鋼管の軸方向に移動させて、前記欠陥９ａ〜９ｃ
の波形を充分含む各軸方向位置におけるｘ、ｙを一旦各
データメモリに記憶する。そして、各データメモリに記
憶されたＸ。

ｙ値すなわち各探傷信号を読出して、位相差θ（−Ｔａ
ｎ’　（ｙ／ｘ）　）を算出する。

次に前記誘起信号の絶対値ｅｓは前記各ｘ、　　ｙから
下式で算出する。

６４３″Ｊ「］コアしかして、この誘起信号の絶対値ｅ５の各軸方向位置に
おける波形と前記算出された位相差θから該当欠陥が外
面欠陥９ｂであるか内面欠陥９ｃであるかが判別できる
。

またこの誘起信号の絶対値ｅ９を先に算出された位相差
θに任意の位相αを加算した位相（θ＋α）で同期検波
すると、Ｅ（、−ｅｓｃｏｓ（θ＋α）の出力電圧、す
なわち最終探傷信号Ｅ、が得られるが、この値が最大値
になるように印加したαの値を調整すれば、最終探傷信
号のＳ／Ｎが改良される。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図（ａ）は実施例の渦流探傷方法を適用した探傷装
置を示す模式図であり、鋼管１内に図示しない検出ヘッ
ドが鋼管１の軸方向に移動自在に設けられており、この
検出ヘッドに鋼管１を磁化するための磁石１１および鋼
管１の内周面に沿って配設される複数のセンサ１２が搭
載されている。

各センサ１２は第２図（ｂ）に示すように、ヨク１３に
１個の一次巻線１４と２個の２次巻線１５が巻装されて
いる。

第１図は探傷装置のブロック構成図である。発振器１６
から出力された交流信号Ａ。ｓｉｎωｔはバンドパスフ
ィルタ１７を介して電力増幅器１８で増幅された後、各
センサ１２の各１次巻線１４に印加される。各センサ１
２の２次巻線１５に誘起される誘起信号ｅ　ｓ　５ｉｎ
（ωＣ＋θ）はマルチプレクサ１９によって時系列的に
順次取出されて増幅器２０で増幅された後、同一特性を
有した各同期検波回路２１ａ、２１ｂに入力される。

同期検波回路２１ａにはバンドパスフィルタ１７から出
力された基準信号Ａｏｓｉｎωｔを９０″移相器２２で
９０″移相された基準信号Ａ（、ｃｏｓωｔが印加され
、同期検波回路２ｂａにはバンドパスフィルタ１７から
出力された基準信号ＡＤ　　ｓｉｎωｔが直接印加され
ている。そして、各同期検波器２１ａ、２１ｂは入力さ
れた誘起信号ｅ５ｓｌｎωｔを各基準信号で位相検波し
、それぞれ直流の探傷信号ｘ（−ｅ５ｃｏｓθ）、ｙ（
ａｗｅｓＳｉｎθ）を出力する。各探傷信号ｘ、　　ｙ
はデータ処理部２３へ入力される。このデータ処理部２
３にはデータ処理結果を図形印刷するプロッタ２４が接
続されている。

また、マルチプレクサ１９は、発振器１６からの基準信
号および検出ヘッドの鋼管１内の軸方向位置を検出する
エンコーダからなる探傷距離計２５からの位置信号Ｄｐ
が入力された、マルチプレクサ制御器２６からのクロッ
ク信号にて各センサの誘起信号を切換えて増幅器２０へ
送出する。

なお、探傷距離計２５から出力された位置信号Ｄｐは直
接データ処理部２３へも入力される。

前記データ処理部２３は一種のマイクロコンピュータで
構成されており、前記入力された各探傷信号ｘ、ｙおよ
び位置信号ｐｐに対して第３図に示すような処理ブロッ
ク図に従って、データ処理を実行する。

各同期検波器２１ａ、２１ｂから入力された、鋼管１の
各軸方向位置における各探傷信号ｘ、　　ｙは検出ヘッ
ドが予め定められた所定距離だけ移動するまでＸ成分メ
モリ２７ａ、ｙ成分メモリ２７ｂに格納される。同時に
入力された位置信号Ｄｐも距離メモリ２８に記憶される
。

そして、一連の測定操作が終了すると、各メモリ２７ａ
、２７ｂ、２８に記憶された各データをクロック信号に
同期して順次読出してデータ処理を行なう。

先ず、位相差計測定部２９にて各メモリ２７ａ。

２７ｂから読出された探傷信号Ｘ、ｙにおける前記基準
信号Ａｏｓｌｎωｔに対する位相差θ（＝　Ｔａｎ−’
　（ｙ／Ｘ）　）を算出する。また、絶対値計測部３０
にて、前記各探傷信号ｘ、ｙの絶対値ｅｓを算出する。

ｅ５　ｗｍ＃位相差計測部２９で算出された位相差θは次の位相加算
部３１でもって移相設定器３２から入力された位相αを
加算して、位相信号（θ十α）を次の同期検波処理部３
３へ送出する。同期検波処理部３３には絶対値計測部３
０にて算出された絶対値ｅＳが入力されているので、こ
の同期検波処理部３３からＥＯ（−ｅｓｃｏｓ（θ十α
））の最終探傷信号を出力する。そしてこの最終探傷信
号Ｅｏはプロッタ２４へ送出される。この最終探傷信号
Ｅ。は前記基準信号からの位相差θの関数となり、よっ
て欠陥が存在しなくて位相差θの変動が少ない場合は、
移相設定器３２から出力される位相αを変化させること
によって、ＣＯＳ　（θ十α）の値を１近傍に調節する
ことによって、最終探傷信号Ｅ。の値をほぼ最大値（−
ｅｓ）に設定可能となる。

また、最終探傷信号Ｅｏは極大／極小値／１１１定部３
４にて第５図の各欠陥９ａ、９ｂ、９ｃに起因する各波
形の極大値と極小値との間の距離Ｂが算出されて、ブロ
ック２４へ送出される。

また、各メモリ２７ａ、２７ｂ、２８の読出タイミング
およびプロッタ２４のデータの出力タイミングは制御部
３５にて制御される。

しかして、プロッタ２４には、最終探傷信号Ｅｏおよび
距離Ｂが、軸方向位置（検出ヘッドの移動距離）を横軸
にして、センサ１２毎に分離されて、波形出力される。

なお、第４図は、位置信号Ｄｐ、マルチプレクサ２３の
切換タイミングおよび各メモリ２７ａ。

２７ｂ、２８の書込み読出しタイミンクを制御するクロ
ック信号Ｃｐ、および各探傷信号ｘ、ｙの各波形を示す
タイムチャートである。

このように構成された渦流探傷方法であれば、各センサ
１２の２次巻線１５から得られた誘起信号ｅ　５５１ｎ
（ωを十〇）を一対の同期検波器２１ａ。

２１ｂで位相検波し、位相差計測部２９で基準信号ＡＯ
ｓｉｎωｔからの位相差θを算出し、かつ、最終探傷信
号Ｅｏを算出して、第５図に示すような波形を算出して
いる。従って、この波形と前記位相差θから該当欠陥が
外面欠陥９ｂであるか内面欠陥９Ｃであるかが判断ずこ
とが可能となった。

よって、欠陥の位置検出精度が大幅に向上する。

また、プロッタ２４に描かれた最終探傷信号Ｅｏの波形
は第５図に示すように、滲込不足欠陥９ａと他の外面欠
陥９ｂおよび内面欠陥９ｃとはその波形が全く異なる。

そして、実施例においては、極大／極小値検出部３４で
その極大値と極小値との間の距離Ｂを算出して、その大
小関係から、滲込不足欠陥９ａを他の欠陥９ｂ、９ｃと
区別できる。

ちなみに、パイプラインに右ける鋼管１の接続部に発生
する滲込不足欠陥９ａの隙間すは約ｌｌｌ１１程度であ
り、探傷信号波形上の距ＭＢは約７ｍｍである。一方、
鋼管１の外面又は内面に発生する欠陥９ｂ、９ｃの大き
さは約１０ｍ１程度のものが多く、探傷信号波形上の距
ＭＢは約１２〜１４＋ａｍである。したがって、距離Ｂ
から欠陥の種類を判断できる。

さらに、検出ヘッドを鋼管１の軸方向に移動させてパイ
プラインの鋼管１を予め定められた一定距離だけ測定操
作を実施して、各軸方向位置における各探傷信号ｘ、ｙ
および位置信号Ｄｐをデータ処理部２３の各Ｊ　モＩＪ
　２７　ａ　、　　２７　ｂ　、　　２８に一旦記憶さ
せておき、測定操作終了後にデータ解析を行なうが、こ
の場合、位相差θおよび絶対値ｅｓの波形から欠陥の位
置を判定できるが、さらに位相αを加えて再度位相解析
を実行することによって、測定精度をさらに向上できる
。

［発明の効果］以上説明したように本発明の渦流探傷方法によれば、セ
ンサの２次巻線に誘起された信号と１次巻線に印加した
信号との位相差を測定し、その位相差と誘起信号から得
られた探傷信号波形がら、外面に発生した欠陥と内面に
発生した欠陥とを区別している。よって、欠陥発生位置
を確実に特定でき、また、求められた位相を強制的に移
動させることによって最終探傷信号のＳ／Ｎを向上でき
、もって、従来の手法に比較して欠陥の検出精度を大幅
に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の渦流探傷方法を適用した探傷装置を示
すブロック図であり、第２図は同装置の概略構成を示す
模式図、第３図は同実施例の処理手順を示すブロック図
、第４図は同実施例の動作を示すタイムチャート、第５
図は一般的な欠陥とその欠陥に対応する探傷信号波形を
示す図、第６図は欠陥の種類と位相差との関係を示す図
、第７図は従来の渦流探傷法を示す図である。１・・・鋼管、９ａ・・・滲込欠陥、９ｂ・・・外面欠
陥、９ｃ・・・内面欠陥、１１・・・磁石、１２・・・
センサ、１４・・・１次巻線、１５・・・２次巻線、１
６・・・発振器、１９・・・マルチプレクサ、−２１ａ
、２１ｂ・・・同期検波器、２２・・・９０°移相器、
２３・・・データ処理部、２９・・・位相差計ＤＪＫ、
３０・・・絶対値計測部、３３・・・同期検波処理部。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦

Claims

【特許請求の範囲】

探傷すべき鋼管を磁化するための磁石と前記鋼管の内周
面に沿うように配設された複数のセンサとで構成された
検出ヘッドを前記鋼管内へ挿入し、この検出ヘッドを鋼
管内の軸方向へ移動させながら、前記各センサのプロー
ブコイルの１次巻線に鋼管内に渦電流を生起させるため
の交流の基準信号を印加して、２次巻線の誘起信号をマ
ルチプレクサで順次取り出し、取り出された誘起信号を
前記基準信号およびこの基準信号を９０°移相した基準
信号で同期検波して前記鋼管の各軸方向位置における一
対の探傷信号を得て、この一対の探傷信号を一対のデー
タメモリに記憶し、この一対のデータメモリから読出し
た前記一対の探傷信号の前記基準信号からの位相差を検
出し、また前記読出した前記一対の探傷信号から１つの
絶対値信号を作成し、前記検出された位相差に任意の位
相を加算して位相信号を作成し、この位相信号でもって
前記絶対値信号を同期検波して、この同期検波信号をブ
ロックに出力し、この出力される同期検波信号値が最大
値となるように、又はＳ／Ｎが最大となるように前記加
算する位相を調整し、調整後の出力結果から前記鋼管の
欠陥を判定する渦流探傷方法。