JPH03115851A - 渦流探傷用コイル装置 - 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、渦流探傷用コイル装置に関し、特に、鉄鋼の
熱間圧延工程の中間および最終工程に使用する渦流探傷
用検査装置に適用するのに適したコイル装置に関するも
のである。

従来の技術 鋼材、特に棒鋼の熱間圧延加工製造工程において、外表
面傷を確実に検出するために熱間渦流探傷が用いられて
おり、冷間金属管用の従来技術にあっても、その大半が
被検査材と同心のボビンに電線を巻回した貫通コイルに
よる渦流探傷法が採用されている。このような渦流探傷
法においては、被検査材に存在する小さな傷を感度よく
検出するために、貫通励磁コイルと、複数の検査コイル
とを組み合わせることが行われており、例えば、特開昭
５８−３４３５７号公報には、その複数の検査コイルか
らの信号処理の方法が開示されており、この従来の方法
では、円周上の隣接配設された検査コイル間および軸方
向にずれて配設された準隣接検査コイル相互間にて差動
信号を抽出するようにスキャンニングすべくマルチプレ
クサを用いており、また、特開昭６３−４０８５０号公
報には、これと同様の技術を応用した管内検査用渦流探
傷装置が開示されている。

発明が解決しようとする課題 ところで、渦流探傷において、より小さく、より浅い傷
を感度よく検出するためには、傷の大きさと検査コイル
の大きさとの比率を適当に設定する必要があり、より小
さな傷を検出しようとして検査コイルの大きさをより小
さくする場合には、次のような問題点がでて（る。

（１）検査コイルを配設するチャンネル数が増加するの
で、検査コイルの有効受感領域の重なりを考慮して被検
歪材全周に亘って略均−の探傷感度を確保するための工
夫が必要となる。

（２）検査コイルの小型化に伴って検査コイルのリフト
オフ特性（すなわち、検査コイルの距離感度特性）を改
善する必要がある。

（３）検査コイルの小型化と共に重要なことは、被検査
材と検査コイルとの距離変動に起因して発生する機械的
振動疑似妨害雑音信号を低減化して探傷精度を向上させ
る必要がある。すなわち、小型化した検査コイルによっ
て小さな傷に対するＳ／Ｎ比は向上するが、相対感度が
プローブの大きさに比例するという事実に徴して、相対
感度が低下するので電気信号を大きく拡大増幅すること
が常套手段であるが、熱間棒鋼等の渦流探傷にあって検
査コイルから被検査材までの機械的距離をできるだけ大
きく間隔をきることが圧延作業工程上、必須の条件であ
る。ところが、検査コイルから被検査材までの距離を大
きくとることは、探傷の仲介を行なう磁力線が減衰し探
傷感度不足を来すこととなる。これを補うためには電気
信号の拡大、増幅を行えばよいのであるが、前述したよ
うな被検査材の機械的振動が大きな妨害信号となって正
常な探傷が困難となってしまう。

（４）検査コイルの小型化は、検査コイルの受感磁力線
距離を縮小化するので、探傷感度低下を来すことは前述
したとおりであるが、検査コイルを赤熱した被検査材で
ある鋼材から保護するための遮熱と冷却のための機構を
工夫する必要がある。すなわち、小さい検査コイルを用
いた場合、検査コイル自身が小さいことに起因する空間
磁路長の短小化による感度低下と、更に加えて熱間材探
傷時に常套手段として遮熱防熱構造体としてのステンレ
ス筒体を併用する時に生ずる過電流損失による感度低下
との問題がある。

このように、渦流探傷における検査コイルを小型化する
に伴って考慮すべき問題点が種々あるにもかかわらず、
前述したような従来の渦流探傷用コイル装置においては
、これら問題点のすべてを十分に解決しうるような工夫
がなされているとは言えない。

本発明の目的は、前述したような従来の問題点を解決し
うる渦流探傷用コイル装置を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明によれば、渦流探傷装置の被検査材を通すだめの
貫通孔の周りに装着される貫通励磁コイルと、該貫通励
磁コイルに内挿された検査コイル取付はボビンの円周に
配列された複数の検査コイルとを備える渦流探傷用コイ
ル装置において、前記貫通励磁コイルは、前記貫通孔の
軸方向の所定幅に亘って延長する主コイル部分と、前記
貫通励磁コイルの軸方向中央内壁部の垂直成分磁力線分
布低減領域を拡張するように前記主コイル部分の両端部
分に巻回された付加コイルとを備え、前記複数の検査コ
イルは、前記貫通励磁コイルから発生する励磁磁力線に
不感であるようにその貫通励磁コイルと直交交差するよ
うにして、前記検査コイル取付はボビンの前記貫通孔の
軸方向において所定の距離離間した少なくとも２つの円
周に沿って２列に配設され、前記各列に配設した検査コ
イルは、互いに隣接する検査コイル同志が差動接続され
て対とされて傷信号を出力するようにされ、前記２列の
間において各検査コイル対は、千鳥配列となるようにさ
れる。

実施例 次に、添付図面に基づいて、本発明の実施例について本
発明をより詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例としての渦流探傷用コイル
装置を適用した熱間渦流探傷用検出端を略示する部分破
断側面図であり、第２図は、その熱間渦流探傷用検出端
の正面図である。これら第１図および第２図に略示され
るように、この熱間渦流探傷用検出端は、探傷すべき被
検査材を矢印Ｐの方向から通すための貫通孔１１を有し
た側板ｌＯを備えており、側板ｌＯには、冷却水を噴流
させるための噴流装置２０が取り付けられている。

この噴流装置２０は、給水管２１を介して給水口２２に
接続されていて、給水口２２を通して給水される冷却水
を側板１０の貫通孔１１の内周面に沿って噴出させて水
膜を形成させることにより、後述する貫通励磁コイルお
よび検査コイルの遮熱冷却を行なうものである。

また、側板１０内の貫通孔１１の周りには、励磁フレー
ム３０と、検査コイル取付はボビン４０と、励磁コイル
ボビン６０とが取り付けられている。検出コイル取付は
ボビン４０には、複数の検査コイル５１および５２が配
設されており、励磁コイルボビン６０には、貫通励磁コ
イルを構成する主コイル部分７０と、付加コイル部分７
１および７２とが巻回されており、さらに、その貫通励
磁コイルの周りに磁気シールド部材７３が施されている
。

側板ｌＯの上部には、電源接続線および傷信号導出線等
を含むプラントチューブ１１０を取り付ける端子カバー
１００が取り付けられ、この端子カバー１００は、励磁
フレーム３０に対して端子板カラー９０を介して固定さ
れた端子板８０をカバーしている。端子板８０には、貫
通励磁コイル７０．７１．７２を付勢するための電源接
続用端子や検査コイル５１．５２等からの傷信号を導出
するための傷信号導出用出力端子が設けられている。

なお、第１図において、参照符号１２０および１２１は
、０リングを示し、参照符号１２２は、パツキンを示し
ている。

次に、第３図は、前述したように主コイル部分７０およ
び付加コイル部分７１および７２からなる貫通励磁コイ
ルを巻回し且つ外周に磁気シールド７３を施した励磁コ
イルボビン６０のみを取り出して斜視図にて示している
。この第３図によく示されるように、貫通励磁コイルの
両端から電源接続用のリード線７４および７５が引き出
されており、これらリード線７４および７５は、端子板
８０に設けられた対応する端子に接続されるものである
。

第４図は、検査コイル取付はボビン４０のみを斜視図に
て示している。この第４図によく示されるように、検査
コイル取付はボビン４０には、中間部に円周溝が形成さ
れており、この円周溝の底部には、軸方向に、例えば、
１１ｍｍ離間した２つの円周にそって、例えば、１２°
のピッチにてそれぞれ３０個の検査コイル挿着溝４１お
よび４２が形成されている。また、この検査コイル取付
はボビン４０の円周溝の両側には、検査コイル（傷信号
）導出リードを引き出すためのリード線引出し溝４３お
よび４４が形成されている。

第５図は、検査コイル５１および５２の１つを示す斜視
図であり、この第５図に示す検査コイルは、プリントコ
イルであり、コイルの巻回部を構成する印刷導体部５３
と、出力端子部５４および５５とを基板５６上に設けて
なるものである。

第６図は、第４図の検査コイルボビン４０の検査コイル
取付は溝４１および４２にそれぞれ第５図の検査コイル
５１および５２を挿着した状態を部分的に斜視図にて示
している。第６図においては、各検査コイル５１および
５２の間の接続線および出力導出用リード線を示してい
ないが、これら綿線は、各検査コイルの出力端子部の間
で接続されて、検査コイル取付はボビン４０の各対応す
るリード線引出し溝４３および４４を通して引き出され
て、端子板８０の対応する端子にそれぞれ接続されるも
のであることは容易に理解できよう。

このようにして検査コイル５１および５２を配設した検
査コイル取付はボビン４０を励磁コイルボビン６０内に
挿着するとき、各検査コイル５１および５２は、貫通励
磁コイル７０．７１．７２から発生する励磁磁力線に不
感であるようにその貫通励磁コイルと直交交差するよう
になっている。

本発明では、被検金材全周に亘って略均−な探傷感度を
確保し、被検査材の外表面のどの個所に傷が点在してい
ても漏れなく検出することができるようにするために、
小さな検査コイルを多数個配設し、各検査コイル相互の
指向性組合せ状態にて略均−の検出力を確保するように
千鳥配列接続とした。すなわち、同一円周上に被検査材
を取り巻くように３０個の検査コイル５１を等間隔にて
配列した第１の円環状検査コイル群と、検査コイル取付
はボビン４０の軸方向にて前記円周から１ピツチずらし
た位置（前述した例では、１１１１１Ｉ１１離れた位置
）の同一円周上に３０個の検査コイル５２を等間隔にて
配列した第２の円環状検査コイル群とを設けた。そして
、第７図に模式的に部分的に示すように、第１の円環状
検査コイル群を奇数番号チャンネルＡとし、第２の円環
状検査コイル群を偶数番号チャンネルＢとし、奇数番号
チャンネルＡにおいては、奇数のコイル番号の検査コイ
ル５１−１とそれに隣接する検査コイル５１−２とを差
動接続して傷信号を出力する検査コイル対とし、すなわ
ち、コイル番号１の検査コイル５Ｉとコイル番号２の検
査コイル５１とを差動接続し、コイル番号３の検査コイ
ル５１とコイル番号４の検査コイル５１とを差動接続し
、コイル番号５の検査コイル５１とコイル番号６の検査
コイル５１とを差動接続し、コイル番号７の検査コイル
５１とコイル番号８の検査コイル５１とを差動接続し、
以下同様に隣接する検査コイル５１を差動接続の対とし
た。一方、偶数番号チャンネル已においては、偶数のコ
イル番号の検査コイル５２とそれに隣接する検査コイル
５２とを差動接続して傷信号を出力する検査コイル対と
し、すなわち、コイル番号２の検査コイル５２−２とコ
イル番号３の検査コイル５２−３とを差動接続し、コイ
ル番号４の検査コイル５２−４とコイル番号５の検査コ
イル５２−５とを差動接続し、コイル番号６の検査コイ
ル５２とコイル番号７の検査コイル５２とを差動接続し
、コイル番号８の検査コイル５２とコイル番号９の検査
コイル５２とを差動接続し、以下同様に隣接する検査コ
イル５２を差動接続の対とした。

次に、本発明者は、このような小さな検査コイル５１お
よび５２を多数個配列する場合、検査コイルの大きさを
どの程度の寸法にすれば良いかについて検討するために
、種々な大きさの傷に対して種々な大きさの検査コイル
を用いて傷信号を求める実験を繰り返し行った。その結
果を第８図のグラフに示す。第８図のグラフにおいて横
軸は、用いた検査コイルの大きさｌを、検出した傷の長
さでして正規化した値をとっており、縦軸にＳ／Ｎ比を
とっている。また、この第８図に示す結果は、検査コイ
ルを差動接続し、傷を横切って探傷してみた場合のもの
である。この第８図のグラフから判るように、Ｓ／Ｎ比
のよい探傷結果を得るためには、ｌ／Ｌ＜２とするのが
好ましく、すなわち、検査コイルの大きさは、探傷すべ
き傷の最大長さの２倍より小さくするのが好ましい。

また、本発明者は、検査コイルの小型化に伴って検査コ
イルのリフトオフ特性、すなわち、検査コイルと被検査
材との距離が変化したときの感度の変化率が少なくなる
ような検査コイルの配列態様について検討するため、パ
ンケーキ型プローブを検査対象面と平行に位置させた場
合と、垂直に位置させた場合とについて、プローブと被
検査材との距離（リフト・オフ）を変えたときの信号の
減衰の程度を調べみた。その結果、垂直に位置させた場
合は、相対感度は悪いが、リフトオフに伴う減衰が少な
いことが判った。

さらにまた、本発明者は、検査コイルの小型化と共に重
要な距離変動に伴って発生する機械的振動疑伯妨害雑音
信号低減化のため、この雑音信号発生要因の根本的解決
策を検討してみた。検査コイルと被検査材との相対的距
離変動で発生する妨害雑音信号発生要因としては種々考
えられるが、次の２つの点を考慮することにより、雑音
信号の発生を実質的に抑えることができると考えた。す
なわち、 （Ａ）距離変動に伴って生ずる交番磁界が雑音信号発生
の要因であり、妨害発生は、検査コイルを横切る磁力線
の変化が少なくなるように検査コイルを配置すればよい
こと。

（Ｂ）妨害雑音信号に加担するその他の磁力線分布をで
きるだけ排除すること。

先ず、前記（Ａ＞項については、検査コイルの受感軸と
磁力線の方向とを略直交するようにすることにより解決
した。すなわち、探傷試験コイルの中の励磁コイルによ
って発生した磁力線は、コイルの内筒軸方向に進行した
のち、コイル外周を大きく迂回して磁路を形成する。検
査コイルの受感軸は、励磁磁力線と直交せしめ、通常状
態時の一定励磁磁力線に不感とすることにし、これは、
前述した実施例の如く、励磁コイル内周に沿って環状を
なす仮空円環状輪に複数の検査コイルの受感軸を串差し
状に配設することによって達成されうる。

また、前記（Ｂ）項については、励磁コイルの磁力線分
布の垂直成分を低減化するた必の積極的な手段を講じた
。この点詳述するに、例えば、熱間棒鋼製造設備にあっ
ては、正常且つ順調な圧延作業を遂行するために、−船
釣に、圧延用ロールと次の段の圧延用ロールとの間隔を
極力狭く配設する。また、圧延最終スタンド（ロール）
直後にあっては、ラッパ状案内を随所に設けている。か
かるレイアウトにあっては、圧延用ロールスタンド間又
はロールスタンドと他のラッパ状案内器具との中間から
ミスロールと称して、棒鋼が圧延設備外に蛇行乱走する
ことが最も恐れられている。このような状況下にあって
、非破壊検査装置等を圧延設備内に装着する場合、トン
ネル穴状の探傷試験コイルの穴（内）径は、圧延される
鋼材外径に比べて可能な限り大きく、軸長は極力短くす
ることが強いられている。したがって、渦流探傷用コイ
ル装置においても、貫通励磁コイルの内径は、出来るだ
け大きく、軸長は、出来るだけ短くする必要がある。

そこで、円筒状に長い巻線の励磁コイルを備えた探傷試
験コイル内の励磁磁力線分布の一般的な特性を調べてみ
たところ、第９図および第１０図に示すようなものであ
ることがわかった。第９図および第１０図に示す特性は
、単純なソレノイド空芯励磁コイルの磁束分布を示すも
ので、第９図は、横軸にコイルの長さ方向の距離をとり
、縦軸に励磁磁力線の水平成分の大きさをとったもので
あり、第１０図は、横軸にコイルの長さ方向の距離をと
り、縦軸に励磁磁力線の垂直成分の大きさをとったもの
である。ここで、第１０図の励磁磁力線の垂直成分の分
布特性から明らかなように、検査コイルは、垂直成分の
小さい領域である励磁コイルの中間部に設けるのがよい
のであるが、励磁コイルの内径をできるだけ大きくし、
軸長をできるだけ短くしようとする場合には、励磁コイ
ルの中間部における励磁磁力線の垂直成分の低減領域が
それだけ狭くなってしまい、検査コイルの配設位置に制
約が生じてしまうことがわかった。本発明者は、励磁コ
イルの内径を大きくし軸長を短（しても、励磁コイルの
中間部に垂直成分の低減した領域が検査コイルを配置す
るに十分に得られるような方法を検討するなかで、第１
１図に略示するように主コイル部分７０の両端の外周に
付加コイル部分７１および７２を巻回してなるような貫
通励磁コイルの構成がその要求に十分応えられるもので
あることを見出した。

すなわち、第１１図において、参照符号Ｗ、は、主コイ
ル部分７０の巻幅（ｍｍ）を示し、参照符号Ｗｏは、励
磁磁力線分布の垂直成分低減化のために主コイル部分７
０の両端側に積層して巻回した付加コイル部分７１およ
び７２の巻幅（關）を示し、参照符号Ｄφは、励磁コイ
ルの平均径（ｍｍ）を示している。第１１図のような構
成の貫通励磁コイルの種々な寸法のものを作製して、’
ＶＶＯ０＋　φｖ　／　Ｄの値を求めてみた。ここで、
Ｗｏ、、　φＶ／Ｄは、励磁コイル両端面部の磁力線の
内、垂直成分の最大値を１としたとき、その１／１０の
強さとなるＶ字状特性の領域（Ｉ！１ｆｆｌ）を励磁コ
イルの平均径りで除した値を示している。その結果を、
第１２図に例示している。第１２図に示すグラフは、横
軸にＷ。／ＷＴの値をとり、縦軸にＷｏ、１　φＶ／Ｄ
の値をとったものである。そして、曲線Ａは、ＷＴ／Ｄ
＝１．８５の場合の特性を示し、曲線Ｂは、ＷＴ　／　
Ｄ　＝０．８１の場合の特性を示している。この第１２
図の曲線から分かるように、単純ソレノイドの励磁コイ
ルの場合に比較して、付加コイル部分を設けた励磁コイ
ルの場合の方が、コイル内壁に於ける垂直成分を大幅に
低減することができ、例えば、曲線已に示すように、Ｗ
ｏ、、　　φｖ　／　Ｄを１５％から６５％へと上げる
ことができ、すなわち、垂直成分低減領域を約４倍に拡
張することができる。

このような本発明による付加コイルの効果を確認するた
めに、従来の如く付加コイルのない単純なソレノイドコ
イルを励磁コイルとして用いた探傷装置と、それと同じ
ソレノイドコイルに前述したような付加コイルを設けた
コイルを励磁コイルとして用いた同様の探傷装置とで同
じ傷について探傷を行ってみた。第１４図のグラフは、
従来の付加コイルのない場合の探傷結果である位相特性
を示しており、第１３図は、本発明によって付加コイル
を設けた場合の探傷結果である位相特性を示している。

これらグラフにおいて、上部の２つの曲線は、２つの種
類の異なる傷に対してそれぞれ得られた傷信号を示して
おり、下部の２つの曲線は、その２つの種類の異なる傷
に対してそれぞれ得られたガタ（ノイズ）信号を示して
いる。これらグラフから明らかなように、従来の励磁コ
イルを用いた場合には、そのＳ／Ｎ比は、約５．９であ
ったのに対して、本発明による付加コイルを設けた励磁
コイルの場合には、そのＳ／Ｎ比は、約１１．８と２倍
の改善が確認された。

なお、第１図に示した実施例において、励磁コイルの外
周に磁気シールド７３を設けたのは、このような磁気シ
ールドを設けることによって励磁磁気回路を形成させる
ことにより、大電力励磁実施時における探傷試験コイル
の外周筐体のヒステリシス損失を未然に防止して、発熱
を抑制すると共に検査コイルの周辺温度上昇に伴うドリ
フトを低減させるためである。

発明の効果 本発明による渦流探傷用コイル装置は、前述したような
構成であるので、検査コイルを小型化しても被検査材の
全周に亘って均一の探傷感度を確保でき、しかも、検査
コイルのりフトオフ特性も改善され、励磁コイルの内径
を大きくし軸方向の長さを短縮しても、機械的振動疑似
妨害雑音信号を低減化して探傷精度を向上させることが
できる等の格別な効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例としての渦流探傷用コイル
装置を適用した熱間渦流探傷用検出端を略示する部分破
断側面図、第２図は、その熱間渦流探傷用検出端の正面
図、第３図は、第１図の熱間渦流探傷用検出端における
渦流探傷用コイル装置の励磁コイルの部分を示す斜視図
、第４図は、第１図の熱間渦流探傷用検出端における検
査コイル取付はボビンのみを示す斜視図、第５図は、第
１図の熱間渦流探傷用検出端における検査コイルの１つ
を示す斜視図、第６図は、第４図の検査コイルボビンの
検査コイル取付は溝にそれぞれ第５図の検査コイルを挿
着した状態を示す部分斜視図、第７図は、第１図の熱間
渦流探傷用検出端における渦流探傷用コイル装置の検査
コイルの差動接続の態様を例示するための概略図、第８
図は、検査コイルの大きさと傷の大きさと得られる傷信
号のＳ／Ｎ比との関係を例示するグラフを示す図、第９
図は、単純なソレノイド空芯励磁コイルによる励磁磁束
の水平成分の分布を例示する図、第１０図は、単純なソ
レノイド空芯励磁コイルによる励磁磁束の垂直成分の分
布を例示する図、第１１図は、本発明による励磁コイル
の基本的構造を略示する図、第１２図は、第１１図に示
したような構成の励磁コイルによる励磁磁力線分布の垂
直成分低減化を例示するためのグラフを示す図、第１３
図は、本発明による渦流探傷用コイル装置を用いた場合
の傷信号のＳ／Ｎ比を例示するためのグラフを示す図、
第１４図は、従来の渦流探傷用コイル装置を用いた場合
の傷信号のＳ／Ｎ比を例示するためのグラフを示す図で
ある。 ０・・・・・・側板、　　　　　１１・・・・・・貫通
孔、０・・・・・・噴流装置、　　　２１・・・・・・
給水管、２・・・・・・給水口、　　　　３０・・・・
・・励磁フレーム、０・・・・・・検査コイル取付はボ
ビン、１．４２・・・・・・検査コイル挿着溝、３．４
４・・・・・・リード線引出し溝、１．５２・・・・・
・検査コイル、 ３・・・・・・印刷導体部、 ４．５５・・・・・・出力端子部、 ６・・・・・・基板、 ０・・・・・・励磁コイルボビン６０゜０・・・・・・
主コイル部分、 １．７２・・・・・・付加コイル部分、３・・・・・・
磁気シールド部材、 ４．７５・・・・・・リード線。 第 図 第 図 第 ３ 図 第 図 第 図 第 図 第 ア 図 一ノル ｍ Ｖ 第 図 第 ■ 図 第 ２図 ％ 第 ３図 位 相 第 ４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）渦流探傷装置の被検査材を通すための貫通孔の周
   りに装着される貫通励磁コイルと、該貫通励磁コイルに
   内挿された検査コイル取付けボビンの円周に配列された
   複数の検査コイルとを備える渦流探傷用コイル装置にお
   いて、前記貫通励磁コイルは、前記貫通孔の軸方向の所
   定幅に亘って延長する主コイル部分と、前記貫通励磁コ
   イルの軸方向中央内壁部の垂直成分磁力線分布低減領域
   を拡張するように前記主コイル部分の両端部分に巻回さ
   れた付加コイル部分とを備えており、前記複数の検査コ
   イルは、前記貫通励磁コイルから発生する励磁磁力線に
   不感であるようにその貫通励磁コイルと直交交差するよ
   うにして、前記検査コイル取付けボビンの前記貫通孔の
   軸方向において所定の距離離間した少なくとも２つの円
   周に沿って２列に配設されており、前記各列に配設した
   検査コイルは、互いに隣接する検査コイル同志が差動接
   続されて対とされて傷信号を出力するようにされており
   、前記２列の間において各検査コイル対は、千鳥配列と
   なるようにされたことを特徴とする渦流探傷用コイル装
   置。
2. （２）前記検査コイルの大きさは、探傷すべき傷の最大
   長さの２倍より小さい請求項（１）記載の渦流探傷用コ
   イル装置。
3. （３）前記検査コイルは、プリントコイルである請求項
   （１）または（２）記載の渦流探傷用コイル装置。