JPH0342629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属材の表面疵の探傷装置に関する。

金属材の表面疵の探傷方法としては種々の非破
壊検査法が実用化されており、存在が予想される
欠陥に応じて一種若しくは複数種類の方法が適用
されている。例えば予想される欠陥の方向が、あ
る程度定まつている割れ状欠陥に対しては、主と
して漏洩磁束を検出する磁気探傷法が適用され、
その方向が無方向のピツト状欠陥の検出には渦流
探傷法が適用されている。前者の磁気探傷法は、
一般に鉄鋼材料等の強磁性体の表面欠陥の検出
に優れている。割れが開口していない地きずの
ような欠陥でも漏洩磁束が多く検出可能である。
欠陥の位置、表面上の長さの検出が可能である
という長所を有している反面、内部欠陥の検出が
困難であるという短所も併せもつている。

また後者の渦流探傷法は、探傷結果が直接的
に電気的出力として得られる。非接触であるの
で試験速度が速い。表面欠陥の検出に適してい
る。欠陥、材質変化、寸法変化等に対しても追
従でき適用範囲が広い。信号と欠陥体積とが略
比例関係になる。等の長所を有しているが、反面
材料形状が単純なものでないと適用しにくい。
表面下の深い位置にある欠陥の検出ができな
い。試験対象以外の材料的因子の影響が雑音の
因子となる場合が多い。等の短所も併せもつてい
る。

また上記磁気探傷法では欠陥と直角な方向に磁
化した場合には、欠陥部には磁極が生じないの
で、このような場合には欠陥の探傷が不可能であ
つた。しかし現在では下記に示すように、複数の
磁場を利用する方法で、欠陥の方向に関係なく探
傷可能となつている。

例えば、第１図に示すように棒鋼１表面の軸方
向欠陥をａ、周方向欠陥をｂとすれば、電源Ａを
用いて棒鋼１に軸通電法による円周方向磁化を、
又電源Ｂを用いて棒鋼１に軸方向磁化をコイル法
で行わせしめ、これら夫々の磁化で欠陥ａ，ｂを
探傷する方法、また第２図に示すように、管材
１′が貫通する磁化コイルＥ，E′と、管材１′を直
径方向より磁化する一対の磁化コイルＥ，E′及び
磁化マグネツトＦで軸方向欠陥ａと周方向欠陥ｂ
を連続的に探傷する方法等である。

しかしながら金属材の表面に発生する疵は開口
幅の狭い割れ状欠陥以外に、開口幅の広い穴状の
打込疵、ピツト疵と呼ばれるものもあり、通常磁
気探傷ではピツト疵等の開口幅の広い疵では欠陥
により漏洩する磁束量が少なく検出が困難であ
り、現在実用化されている探傷方法では一種類の
探傷方法で全ての種類の疵を検出することは至難
であつた。

今、丸棒鋼を例にとつてみると、開口幅の狭い
割れ状の欠陥は磁気探傷法の一つである磁粉探傷
法での検出能が良好であり、また開口幅の広いピ
ツト状の疵は渦流探傷法での検出能が良好である
ため、通常は検査目的に応じて最良の探傷方法を
採択し、使用しているのが現状であり、疵の性状
によつては、どちらか一種類のみの探傷では検出
能が低下するため、数種類の探傷を併用しなけれ
ばならないという問題点があつた。

本願出願者らは、上記問題点を解消すべく特願
昭57−102600号にて、一回の探傷で欠陥の性状に
影響されることがなく、かつ良好なる検出能を有
する金属材料の表面疵探傷方法及びその装置を提
供した。

これは、被検査材の表面に、これに沿う方向
と、被検査材表面に対して直交する方向との二方
向から同時に磁場を与えることにより、被検査材
表面付近に、経時的にその方向が変化する合成磁
場を形成せしめ、欠陥に起因する漏洩磁場と、被
検査材表面に誘起される渦電流の欠陥による乱れ
に起因する磁場とを合成磁場として測定し、この
測定値によつて欠陥の情報を得る金属材料の表面
疵探傷方法及び装置であり、第３図に示すよう
に、被検査材１１表面に沿う磁場を発生させる第
１の磁場発生器１２と、被検査材１１表面に直交
する方向の磁場を発生させる第２の磁場発生器１
３とからなる交流磁場発生装置１４を用いて被検
査材１１表面に沿う第１の磁場イと、該磁場イに
直交するような被検査材１１表面に垂直な第２の
磁場ロとを同時に被検査材１１に与えて被検査材
１１表面付近に合成磁場を形成せしめ、この合成
磁場の垂直方向磁場を単一の磁場検出器により検
出して所定の信号処理を行い、各種欠陥を捉える
ものである。

このような装置においては、被検査材１１の表
面に直交する方向の磁束を発生させる第２の磁場
発生器１３と、合成磁場の被検査材１１の表面と
直交する方向磁場を検出する磁場検出器とを、磁
場を形成せしめられた被検査材１１の表面と対向
する位置に設ける必要がある。

第４図はこの探傷装置の一例を示し、被検査材
１１表面付近に発生する合成磁場の表面に直交す
る方向成分を検出する磁場検出器１５を、第２の
磁場発生器１３の被検査材１１表面と対向する位
置に取付けたものである。しかし、第２の磁場発
生器１３はコイルを巻回して重量が増加している
ために、被検査材１１の被探傷面の走査において
は磁場検出器１５の追従性能が悪化し、被検査材
１１表面の全域に亘る高速かつ精密な探傷が行え
ず、また磁場検出器１５自体の構造も複雑になる
等の不都合があつた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
り、欠陥の性状に影響されずに一回で高精度かつ
高速度での探傷を可能とした探傷装置の提供を目
的とする。

以下本発明を、その実施例を示す図面に基づい
て詳述する。第５図は本発明装置の模式図、第６
図，第７図はその説明図である。図において１′
は被検査材である鋼管であり、この鋼管１′の外
周面に周方向の磁場イと、外周面とは直交する方
向の磁場ロを同時に形成し、周方向磁場の表面疵
による漏洩磁場と、外周面とは直交する方向の磁
場により鋼管１′外周面上に誘起される渦電流ハ
の表面疵による乱れに起因する磁場とを磁場検出
器により検出して、探傷対象とする疵の種類に対
応させて信号処理することにより表面疵を捉え
る。これを可能とするために鋼管１′の周方向に
沿う磁場イと、外周面とは直交する方向の磁場ロ
とを、鋼管１′の搬送域に設けられた環状電磁石
の一対の磁極により形成せしめ、周方向磁場イの
表面疵による漏洩磁場の周面とは直交する方向成
分の検出と、周面とは直交する方向の磁場ロによ
り誘起される渦電流ハの表面疵による乱れに起因
する磁場の検出を、各別の検出器にて行う。

鋼管１′の搬送域には、鋼管１′と同心状に環状
の電磁石２１が設けられており、鋼管１′の径方
向両側方にはコイル２１ｂ，２１ｂを相反する方
向に巻回した磁極２１ａ，２１ａが相対向して位
置されていて、コイル２１ｂ，２１ｂに通電する
と一方の磁極２１ａから他方の磁極２１ａに向か
う交流磁場が与えられ、磁場内を通過する鋼管
１′の周面に沿つて磁束が流れることにより、各
磁極２１ａと対向する鋼管１′の周面に該周面と
は直交する磁場ロが形成され、各磁極２１ａと対
向する鋼管１′の外周面に隣接する外周面には該
外周面に沿う周方向磁場イが形成される。一方、
磁極２１ａ，２１ａ間、即ち鋼管１′の周面と直
交する磁場を形成せしめられた各外周面と対向す
る位置には、各磁場に誘起される渦電流ハの表面
疵による乱れに起因する磁場を検出する第１の磁
場検出器２２，２２が夫々設けられており、また
外周面に沿う磁場が形成された各外周面と対向す
る位置には、各磁場の表面疵に起因する漏洩磁
場、即ち交流漏洩磁場の周面と直交する方向の垂
直成分を検出する第２の磁場検出器２３，２３が
夫々設けられており、これらの磁場検出器２２，
２２，２３，２３の検出結果に基づいて表面疵を
捉える。各磁場検出器２２，２３は環状の電磁石
２１とは一体的に回転可能となつており、鋼管
１′の搬送と相俟つて、各磁場検出器２２，２３
はスパイラル状に鋼管１′の外周面を探傷する。

第８図は本発明装置の一実施例を示す正面図、
第９図はその要部拡大図、第１０図は第９図のＸ
−Ｘ線における断面図である。長手方向に搬送さ
れる被検査材としての鋼管１′の搬送域には固定
ドラム３１が基盤３２上に鋼管１′と同心状に固
設されており、該ドラム３１には軸受３３を介し
て回転ドラム３４が回転自在に内嵌されている。
回転ドラム３４の外周にはプーリ３５が固設され
ており、該プーリ３５と、基盤３２上に取付けら
れたモータ３６の出力軸に装着されているプーリ
３７との間にはタイミングベルト３８が掛け回さ
れていて、モータ３６の出力軸の回転がプーリ３
７、タイミングベルト３８を介してプーリ３５に
伝達され、回転ドラム３５を回転させる。回転ド
ラム３４の外周面と、固定ドラム３１の内周面と
の相対向する位置には後述の電磁石２１の励磁電
流供給及び探傷信号送受のためのスリツプリング
４１が固定ドラム３１に固着され、ブラシ４９が
固定ドラム３１に固着されて介装されている。回
転ドラム３４の内周面にはブラケツト３９，３９
…により環状をした電磁石２１が取付けられてお
り、電磁石２１の径方向の相対向する位置には、
相反する方向にコイル２１ｂ，２１ｂを巻回した
磁極２１ａ，２１ａが設けられている。

各磁極２１ａの前、後側方（鋼管搬送方向の
上、下流側方）には電磁石２１に基端を取付けら
れ、先端を回転中心方向に延設した支持板４２，
４２が夫々設けられており、各先端を磁極２１ａ
の中心側先端よりも中心方向に位置させられてい
て、各先端間に取付杆４３が架設されている。取
付杆４３の中央には中空のシヤフト４４がスラス
トベアリング４５により径方向への摺動自在に挿
通しており、その中心側先端にコの字状の取付具
４６が固設されていて、該取付具４６に第１の磁
場検出器２２を内蔵したセンサホルダ４７が前後
方向への回動自在に軸支されている。シヤフト４
４の中空部には磁場検出器２２への信号送受のた
めのリード線が通つており、またシヤフト４４の
取付具４６と取付杆４３との間の部分には押ばね
４８が外嵌されていて、センサホルダ４７を中心
方向に付勢している。またシヤフト４４の取付具
４６を固設した端部とは反対側端部には環状のス
トツパ４４ａが設けられており、押ばね４８の付
勢力によるシヤフト４４の取付杆４３からの抜け
を防止している。

センサホルダ４７の先端面後部は、後側がシヤ
フト４４側に接近するテーパ状となつており鋼管
１′の本発明装置への搬入に際して、鋼管１′端部
の当接によるセンサホルダ４７への衝撃力を緩和
している。各センサホルダ４７内には、その検出
面を中心側方に向けて第１の磁場検出器２２が
夫々設けられており、鋼管１′の外周面に検出面
が接触して、電磁石２１の磁極２１ａによる磁束
により鋼管１′の外周面上に誘起される渦電流の
表面疵に起因する磁場の乱れを各磁場検出器２２
がとらえる。

一方、各磁極２１ａとは90度離隔した回転ドラ
ム３４の２箇所の位置には、上述のセンサホルダ
４７とは同様の取付構造をし、かつセンサホルダ
４７と同形状をしたセンサホルダ４０が設けられ
ている。これらのセンサホルダ４０の構造等は上
述したセンサホルダ４７の構造と同様であるの
で、同符号を付して説明を省略するが、各センサ
ホルダ４０内には第２の磁場検出器２３が夫々設
けられており、磁極２１ａにて与えられる鋼管
１′の外周面に沿う方向の磁場における、表面疵
に起因する漏洩磁場の鋼管１′の外周面に直交す
る方向成分を検出する。

第１１図は本発明装置の電気回路の一例を示す
ブロツク図である。電流、信号等の送受は回転ド
ラム３４に設けられたスリツプリング４１と固定
ドラム３１に設けられたブラシ４９とを介して行
われるようになつており、励磁電源５１からの電
流はブラシ４９及びスリツプリング４１を介して
コイル２１ｂ，２１ｂに与えられて、磁極２１
ａ，２１ａ間に所定方向の磁場を与える。

各磁極２１ａの近傍に設けられたセンサホルダ
４７内の第１の磁場検出器２２夫々は、磁極２１
ａ間の磁場により鋼管１′の周面とは直交する方
向の磁束にて誘起される渦電流の表面疵による乱
れに起因する磁場を夫々検出し、各検出信号は増
幅器５２にて夫々増幅された後に回転ドラム３４
側のマルチプレクサ５３に与えられる。又各磁極
２１ａとは90度の角度をもつて設けられたセンサ
ホルダ４７内の第２の磁場検出器２３夫々は、磁
極２１ａ間の磁束により、鋼管１′の周面に沿つ
て形成される磁場における、表面疵に起因する漏
洩磁場を夫々検出し、各検出信号は各増幅器５２
にて増幅されて回転ドラム３４側マルチプレクサ
５３に与えられる。

一方、回転ドラム３４側のマルチプレクサ５３
には発振器６０の出力が与えられており、該発振
器６０の発振周波数にて各磁場検出器２２，２
２，２３，２３の出力を順次切換え、スリツプリ
ング４１を介して固定ドラム３１側のマルチプレ
クサ５４に与えられる。固定ドラム３１側のマル
チプレクサ５４にも、発振器６０の出力がスリツ
プリング４１を介して与えられており、第２のマ
ルチプレクサ５４も発振器６０の発振周波数に同
期して第１のマルチプレクサ５３の発する信号
を、各磁場検出器２２，２２，２３，２３の捉え
る信号に対応させて切換えて出力する。そして各
磁場検出器２２，２２，２３，２３に対応する信
号は増幅器５５…にて夫々増幅され、各磁極２１
ａ近傍の第１の磁場検出器２２，２２の捉える
夫々の信号は、コンパレータ５６及びレコーダ５
８の入力となつており、コンパレータ５６は両入
力を比較し、両入力の差が有害疵と判断される信
号レベルの場合には、マーキング装置５７にて鋼
管１′の疵位置にマーキングを施すと共に、各磁
場検出器２２の検出信号をレコーダ５８にて記録
する。固定ドラム３１側のマルチプレクサ５６の
発する磁極６０ａとは90度の角度を持つて配設さ
れた第２の各磁場検出器２３，２３の捉える夫々
の信号も一つのコンパレータ５９及びレコーダ６
２に与えられ、コンパレータ５９は両入力を比較
し、両入力の差が有害疵と判断されるレベルであ
る場合には、マーキング装置６１に所定信号を出
力してマーキング装置６１により鋼管１′の疵位
置にマーキングを施すと共に、レコーダ６２にて
各磁場検出器２３の検出信号を記録する。

叙上の如く構成された本発明装置の動作は次の
とおりである。鋼管１′の搬送に先立つてモータ
３６を駆動し、プーリ３７、タイミングベルト３
８を介して回転ドラム３４を所定の回転数で回転
させておく。斯かる状態にて鋼管１′が搬送され
ると、鋼管１′先端は、各センサホルダ４７，４
０後部先端のテーパ部に当接し、各センサホルダ
４７，４０は中心から離隔する方向に押上げられ
て、その下面は各押ばね４８の付勢力により鋼管
１′の外周面に当接し、各センサホルダ４７，４
０内に設けられた各磁場検出器２２，２３は回転
ドラム３４の回転と鋼管１′の回転と相俟つて、
鋼管１′の外周面上をスパイラル状に移動し、鋼
管１′の表面疵の探傷を行う。

この場合、鋼管１′の細かい振動等は押ばね４
８に吸収され、又軸方向の曲り等に対してはセン
サホルダ４７は、取付具４６に枢支されているた
め容易に追従でき、回転ドラム３４の高速回転に
対してもセンサホルダ４７，４０等は破損の虞れ
がなく、安定かつ高精度な探傷が可能となる。

なお上述の実施例においては、渦電流の表面疵
による乱れに起因する磁場の検出器と表面疵から
の漏洩磁場の検出器を、夫々相対向せしめて一対
設ける構成としたが、これに限るものではなく各
一個の磁場検出器を設ける構成としてもよい。

以上の如く本発明にあつては、被検査材の中心
対称に対設された磁極を有し、被検査材の周方向
磁場及び被検査材の表面と直交する方向の磁場を
形成する交流磁場発生器を有するから、被検査材
の表面疵をその周方向磁場、並びに表面と直交す
る方向の磁場により誘起された渦電流の変化によ
る磁場を検出することによつて、容易に、しかも
高精度の検出が可能となり、また使用する磁場検
出器自体もその構造に制限を受けることがなく、
適用条件に応じて広範囲から選択が可能となり、
設備コストも安価に済み、更に被検査材の肉厚
（壁厚）に影響されることなく、探傷を行い得る
と共に被検査材の材質も磁性材料に限らず、必磁
性材料に対する適用も可能となる等本発明は優れ
た効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は磁粉探傷法の説明図、第３
図は本発明装置の原理説明図、第４図は従来装置
の模式図、第５図は本発明装置の模式図、第６
図，第７図はその原理説明図、第８図は本発明装
置の略示正面図、第９図はその要部拡大図、第１
０図は第９図のＸ−Ｘ線における断面図、第１１
図は本発明装置の電気回路の一例を示すブロツク
図である。 １′…鋼管、２１…電磁石、２１ａ…磁極、２
２，２３…磁場検出器、３１…固定ドラム、３４
…回転ドラム、３６…モータ、３８…タイミング
ベルト、４０，４７…センサホルダ、４２…支持
板、４３…取付杆、４４…シヤフト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 軸方向に搬送される円形断面の被検査材の搬
   送域に設けられ、該被検査材の中心対称に対設さ
   れた磁極を有し、被検査材の周方向及び被検査材
   の外周面と直交する方向の磁場を形成する交流磁
   場発生器と、 前記磁極と対向する被検査材外周面に対向配置
   され、前記被検査材の周面と直交する方向の磁場
   により誘起される渦電流の表面疵に起因する乱れ
   による磁場を検出する磁場検出器と、 前記磁場発生器の磁極間にて被検査材に対向せ
   しめられ、前記周方向磁場の表面疵による漏洩磁
   場を検出する磁場検出器と を有し、前記磁場発生器と各磁場検出器とを一体
   的に回転させる構成としたことを特徴とする探傷
   装置。