JPH0356847A

JPH0356847A - コーティング部材の界面欠陥の非破壊検出方法

Info

Publication number: JPH0356847A
Application number: JP19314189A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Saito; 斉藤　正弘; Yoshiyasu Ito; 義康伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-26
Filing date: 1989-07-26
Publication date: 1991-03-12

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、赤外線映像装置を用いて金属１ｇ進物の基材
表面にコーティングされたコーティング部材の皮膜剥離
、密着性の低下、亀裂などの界面欠陥の非破壊検出方法
に関する。

（従来の技術）従来、溶射皮膜のような厚膜あるいは蒸着のような薄い
皮膜の密着性、剥離強度等の診断については、種々の評
価手法が提案されている。

例えば、密着性の；ト価手怯については、Ａ　Ｓ　Ｔ　
Ｍ規格　Ｃ　６　３　Ｂ　−　７　９　（Ｓｔａｎｄａ
ｒｄ　ＴｃｓｔＭｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ＡＤＨＥＳＩＯ
Ｎ　ＯＲ　ＣＯ｝ｔＥｓＩＶＥ　ＳＴＲＥＮＧＴ）Ｉ　
０１’ＦＬＡＭＥ−ＳＰＲＡＹＥＤ　ＣＯＡＴＩＮＧＳ
）　，　　Ｊ　Ｉ　Ｓ−Ｈ８　６　６　６（セラミック
溶射試験方法），ＪＩＳ−Ｈ８６６４　（内盛溶射ＣＭ
＞製品試験方法）がある。また、剥離強度の評価手ｌ去
については、Ｊ　Ｉｓ−Ｋ６８５４　（接着剤のはく離
接着強さ試験方法）、仲田外、真空蒸着法による金属薄
膜のスクラッチテストによる付着性評価法（溶接学会全
国大会講演概要、第３集、１９８８年９月）、峰田外、
大出力ＣＯ２レーザによるセラミックコーティング法の
研究、第６報（昭和６３年度精密工学会秋明大会学術講
演会講演論文集、Ｇ３８）等がある。これらの評価手法
は、いづれも破壊試験によるものであって、非破壊的な
皮膜の密着性の低下、剥離等を検出する手法ではない。

また、これらの評価手法は、小型試験片を用いた模擬試
験であるので、実プラント機器・部品の破壊試験にはそ
のまま適用できない。さらに、丈機での濱カ射皮膜の欠陥検出をする際には、溶射後の皮膜表面をハ
ンマーで乱打し、その時生じる音の変化音により溶射皮
膜の欠陥部を検出するハンマリング法が用いられていた
。

ところで、実プラント等の定期点検あるいは精密検査時
以外の設備診断には、安全にそれらの稼動中、金属構造
物の基材表面にコーティングされたコーティング部材の
皮膜剥離、密着性の低下および界面亀裂を測定する非破
壊的界面欠陥検出ｈ″法の開発が必要とされている。そ
こで、近年、このような非破壊的検査に赤外線映像装置
を用いた設備診断手法の開発が進められ、実プラントへ
の適用化が図られている（例えば、佐藤外、外壁タイル
の剥離診断と作図作業、建築技術、１つ８７。

３，Ｎｏ．４２７，ｐｐ．１１９−１２４）。

ここで、この診断に用いる赤外線映像装置を第１２図に
ついて説明する。まず、物体１の表面に常温以上の温度
が生じている場合には、診断対象となる物体１は、常時
、その表面温度２に応じた電磁波３を放射している。こ
の放射エネルギー３ａの波長は約０．７２〜１０００μ
ｍの赤外線領域の波長であり、また、全ての物体は絶対
温度零度（−２７３℃）以上の赤外線３ｂを放射してい
る。そこで、この放射エネルギー３ａを検出し、電気信
号５に変換して熱画（ｇ！６として表示して、物体１の
表面温度２を求めることができる。この赤外線映像装置
は、第１２図に示すように、基本的にカメラ７、コント
ロール部８および表示部９から構成され、カメラ７ては
物体１から放財された赤外線３ｂを光学的に集光４し、
検出器１ｏに導く。なお、この検出器１０には、インジ
ウムアンチモン（ＩｎＳｂ）、水銀カドミウムテルル（
ＨｇＣｄＴｅ）の半導体量子検出器が用いられている。

そして、この検出器１０で、集光した赤外線３ｂを電気
信号５に変換し、この電気信号５をコントロール部８へ
送り、信号処理をした後、表示部９に熱画像６として画
像表示するようになっている。

また、物体の表面に常ｄ以上の温度が生じていない場合
でも、第１３図に示すように、外部から強制的に診断対
象となる物体１に熱１１ａを加えて、その時に生じる赤
外線熱画像から物体１の異常診断をすることが行われて
いる。すなわち、物体１を加熱源１１からの熱１１ａに
より加熱し、この時に生じる物体１の欠陥部１２の熱伝
導係数および熱容量の差を利用して欠陥部１２を熱両１
象表示する（例えば、腰原、赤外線カメラによる新しい
設備診断技術、メンテナンス、１９８８年３月）。

（発明が解決しようとする課題）一般に、皮膜の剥離、密着性が低下するとコーティング
部材の機能、信頼性が著しく阻害される。

そこで、このようなコーティング部材の欠陥を簡ｉ１に
検出できる手法が必要とされている。この手法を確立す
るのに解決すべき課題としては、（１）　コーティング
部材（物体）の表面を均一に加熱するための効率的熱源
の選定と加熱方法、（Ｌ！＞　　コーティング部材の界
面欠陥部の熱広導解折による最適欠陥検出条件の決定、（ｆｉｌ）コーティング部材の界面欠陥寸法の定量化、（ｉｖ）　　実製品コーティング部材の界面欠陥検出方
法、がある。

しかしながら、これらの解決すべき課題は、コーティン
グするコーティング材料、コーティング条件、実機環境
・雰囲気、物体形状・寸法、欠陥形状・寸法等によって
異なる。そのため、従来、赤外線映像装置によるコーテ
ィング部材の非破壊的な界面欠陥検出では、上述した（
ｊｉ）の最適欠陥検出条件の選定が極めて困難であった
。とくに、セラミックス材料は熱伝導率か低く、かつ、
熱が伝わりにくい性質に加えて、♂り離の形態あるいは
密着性といった特性が明らかでない。一方、金属材料は
、逆に熱伝導率が高く、したがって熱か逃げ易い欠点が
ある。そのため従来のような赤外線映像装置を用いた欠
陥検出方法では、コーティング部材の非破壊的界面欠陥
検出が極めて困難であるほか、欠陥形状・寸法の検出精
度も不十分てあった。すなわち、この方法では、急速に
高熱厚により測定対象であるコーティング部を加熱する
ために測定対象の表面が高温になり易く、かつ、急速に
加熱するために温度上昇が速く、そのため、赤外線検出
器の性能が温度上昇に追いつかず欠陥部の検出が極めて
困難であった。さらに、急速な加熱によりコーティング
部の温度分布が乱れ、その表面の均一加熱が行われない
ので、熱画像による欠陥部の診断が困難であるとする問
題点かあった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、あ、外線映
像装置により界面欠陥を非破壊検出するタイミングをコ
ーティング部材を所定時間加熱後の温度降下時間内のあ
る時点に設定し、さらに、加熱・温度降下時にわたって
コーティング部材の表面温度を測定して温度分布を求め
、これらの温度分布の温度勾配を算出し、これらの温度
勾配のピークからコーティング部材の界面欠陥の形状・
寸法を決定するコーティング部材の界面欠陥の非破壊検
出方法を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段および作用）本発明は、金
属構造物の基材表面にコーティングされたコーティング
部材の皮膜剥離、密着性低下、界面亀裂などの界面欠陥
をコーティング部＋４を加熱し赤外線映像装置を用いて
非破壊検出する方法において、赤外線映像装置によりＷ
面欠陥を非破壊検出するタイミングをコーティング部材
を所定時間加熱後の温度降下時間内のある時点に′．２
定し、さらに、加熱・温度降下時にわたってコーティン
グ部材の表面温度を測定して温度分布を求め、これらの
温度分布の温度勾配を算出し、これらの温度勾配のピー
クからコーティング部材の昇面欠陥の形状・寸法を決定
することを特徴とするコーティング部材の界面欠陥の非
破壊検出方？表に関する。

（実施例）以下本発明の実施例を第１図から第１２図について説明
する。

第１図は本発明の有限要素法によりコーティング部材の
界面欠陥部を熱伝導解析し、それにより得られたデータ
を基にして赤外線映像装置によりコーティング部材の界
面欠陥検出をする場合の最適測定タイミングを示す線図
である。すなわち、第１図では、コーティング部材の表
面を５秒間加熱Ｑし、その後、加熱Ｑを中止して得られ
た仮惣欠陥部Ａ１健全部Ｂの表面温度ＴＡ，ＴＢおよび
仮想欠陥部Ａの温度勾配ｄＴ／ｄｘの最大値を求め、そ
れらを表示してある。ここで、寿外線映像装置を用いて
コーティング部材の界面欠陥を非破壊的に検出する上で
、金属構造物の基材と仮想欠陥部Ａあるいはコーティン
グ部と仮想欠陥部Ａの温度差が大きければ、最もコーテ
ィング部材に欠陥が現出し易い条件となることが分って
いる。したがって、第１図によると、仮想欠陥部Ａの最
大温度勾配ｄ　Ｔ　／　ｄ　Ｘのピーク点Ｃは、５秒間
加熱後の温度降下時の加熱開始時点（０）から７秒後に
現われるので、この時点が界面欠陥を検出する最適タイ
ミングであることが分る。

第２図は本発明の有限要素広によるコーティ〉グ部材の
界面欠陥部の熱伍導解折に用いる解析モデルの一例を表
す一部破断斜視図である。すなわち、基材〕３とコーテ
ィング部材１４との昇曲に意図的に欠陥部１２を形或し
てある。そして、堰材１３の上にコーティングされたコ
ーティング部材１４の表面・をＹ方向から加熱Ｑする。

この解｛斤モデルは、その加熱の際生じる非定常熱分酊
を求めるために用いる。この場合、コーティング部＋イ
としてセラミックスを用いた。

第３図は、第２図にした解析モデルを５　Ｖ）間加熱し
、この加熱上昇時におけるコーティング部材の表面温度
Ｔ　（’Ｃ）の分布を示した線図である。

縦軸に表面温度Ｔ（℃）、横軸に中心（０）からの距離
Ｘを示す。これによると、欠陥部１２は加熱峙間ｔの経
過とともにその表面温度Ｔ　（’Ｃ）が上昇し、欠陥部
１２とコーティング部材１４との端部１５において急激
な温度差が生じることを示にている。

ところが第４図に示すように、５秒間加熱後の温度降下
時においては、加熱終了と同時に時間が経過するとコー
ティング部材の表面温度Ｔ　（”Ｃ）は急激に低下する
。しかし、第４図に示すように温度降下後ｔ　−６秒以
降はそれ程表面温度Ｔ　（℃）の低下がないことが分る
。

また、第５図は、第３図に示した加熱上昇時におけるコ
ーティング部材の表面温度分布から表面温度勾配ｄＴ／
ｄｘを求め、基材１３とコーテイ冫グ部材１４との界面
に存在する欠陥部１２の形状およびその寸法を求めた線
図である。第５図によると、加熱時間ｔの経過とともに
コーティング部材１４の表面の温度勾配ｄＴ／ｄｘが立
上り、欠陥部１２の端部１５において常に最大値Ｄを示
すことが分かる。

第６図は、第４図に示した温度降下時のコーティング部
材１４の表面温度分布からその温度勾配ｄＴ／ｄｘを求
め、基材１３とコーティング部材１４との界面に存在す
る欠陥部１２の形状・寸法を求めた線図である。第６図
によると、温度降ド時間とともにコーティング部材１４
の表面の温度勾配ｄＴ／ｄｘは一旦上昇した後、温度降
下時間とともにコーティング部材１４の表面の温度勾配
ｄＴ／ｄｘが低下するが、それ程急激な変化は見られな
い。また、欠陥部１２の端部１５において常に温度勾配
ｄＴ／ｄｘの最大値Ｄを示す。すｔよわち、欠陥部１２
の端部１５においては、健全部との熱伝導の不連続が生
じ、常に温度勾配が高くなる。さらに、この温度勾配ｄ
　Ｔ　／　ｄ　ｘの最大値Ｄは、ほぼ欠陥部１２の端部
１５を示しているので、これから欠陥部１２の形状・寸
はを現わすことになる。それ故、加熱温度上昇時および
温度降下時におけるコーティング部材１４の表面温度分
布を測定し、これからコーティング部材１４の表面温度
勾配ｄＴ／ｄｘを求める。そして、この時得られた温度
勾配の最大値Ｄから基材］３とコーティング部材１４の
界面における欠陥を求め、これから欠陥部１２の形状・
寸法を非破壊的に算出することができる。

第７図は、高周波誘導加熱１６によってコーティング部
材１４を強制的に加熱Ｑし、コーティング部材１４の表
面ａ度分布を均一にして欠陥部１２を検出するものを示
している。すなわち、高周波語導加熱１６により金属か
らなる基材１３だけが均一に加熱され、基材１３の上に
コーティングしたセラミックス等のコーティング部材１
４は、非磁性不導体からなるため加熱されない。また、
高周波誘導加熱１６以外の加熱源では、加熱表面から、
あるいは加熱源が接触した面より徐々に西部に鵠が伝播
する。しかし、高周波誘導加凸］６で｝よ、一斉にコー
ティング部村全体が加貼されるため加熱Ｑの温度分布が
均一となり、また、加貼源による欠陥部１２は検出誤差
が大巾に低下する。

第８図と第９図は、高周波誘導加熱以外の加熱源による
物体１の加熱方法を示した図である。ここでは、診断対
象である物体１にあらゆる方向から第８図に示すように
ライト１７を当てるか、あるいは第９図に示すように温
風１８を吹きつけることにより、物体１を加熱する。こ
のような加熱源によると極めて簡単な装置により物体１
の表一をあらゆる方向から加熱することが可能となる。

第１０図は、コーティング部材の非破壊的弄曲欠陥検出
に関する本発明の理論に基づいて夕１′．外線映像装置
を用いたライニングによる加軌により診断対象である物
体の欠陥検出を行った実験のデータ例を示す写真である
。この実験例によると、物体の中央部付近に丸い２つの
欠陥部１２が明確に検出されていることが分る。したが
って、前述したライティングあるいは温風による簡単な
加熱ノｊ法によっても、十分、物体の欠陥部の検出がで
きる。また、これらの加熱方法は、池の加熱源によるも
のとは異なり、急激に加熱か行われないのて通常の赤外
線映像装置の性能範囲内にて検出可能な温度上昇が得ら
れる。

また、第１１図に示すように、物体１の表面の温度分布
の差から欠陥部の形状および寸法を検出することが可能
である。すなわち、第１１図に示すように、実験から得
られた欠陥部１２の中央断面１９の温度分布と欠陥部１
２の端部断面２０の温度分布とを比較すると、明らかに
欠陥部１２においてはその温度上昇がみられる。したが
って、健全部における温度分布と欠陥部１２における温
度分布の差の立上りを比較することによって図示のよう
に簡単に欠陥部１２の形状寸法を求めることが可能とな
る。

また、診断対象となる物体の加熱源として温湯を用いる
こともできる。この方法は、実機プラント配管等の欠陥
検出に６゛効であって、配管内て温湯を流動させること
により配管内面の温度が一定となり均一な物体表面加熱
が可能となる。これにより赤外線映像装置による欠陥の
検出が精度よく行われることになる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、金属構造物の基伺表面にコーティング
されたコーティング部材の皮膜剥離、密着性の低下なら
びに界面亀裂などの昇而欠陥を赤外線映像装置を用いて
非破壊的に実機レベルで検出することが効果的になされ
る。また、赤外線映像装置の性能に見合った検出がなさ
れる。すなわち、コーティング部材を強制的、瞬特、か
つ、均一に加熱する際、その熱源として、高周波誘桿加
熱、ランプ、ヒーター、温湯、温風、加熱された金属、
通電加熱のうちいづれか一種類のものを診断物体の材料
に関係なく適宜熱源として用いることができる。そして
、欠陥を検出するタイミングをコーティング部材加熱後
の温度降下時の最適時に設定することにより、コーティ
ング部材が効率的、かつ、均一に加熱され、その桔果、
表曲のは度分布が均一化し、欠陥の検出画像表示精度お
よび欠陥検出技術精度が極めて向上する。また、コーテ
ィング部材の界面欠陥部の熱伝導解析により得られた測
定タイミングを活用することによって欠陥検出能および
欠陥検出精度が向上する。さらに、測定されたコーティ
ング部材の温度分Ｑｉから温度勾配を求めることによっ
てコーティング部材の界面欠陥部の寸法を非破壊的に精
度良く算出することが可能となるとともに、欠陥検出精
度が向上する等優れた効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の有限要素法によるコーティング部材の
熱伝導解析により得られたデータを基にして赤外線映像
装置によりコーティング部材のｗ面欠陥の検出をする場
急の最適測定タイミングを示す線図、第２図は本発明の
有限要素法によるコーティング部材の界面欠陥部の熱伝
導解析に用いる解析モデルの一例を示す一部破断斜視図
、第３図は第２図に示した解析モデルを５秒間加熱し、
この加熱上昇時におけるコーティング部材の表面温度Ｔ
　（”Ｃ）の分布を示した線図、第４図は解ＩＦモデル
を５秒間加熱し、加熱上昇後の温度降下時におけるコー
ティング部材の表面温度Ｔ　（℃）の分布を示した線図
、第５図は第３図に示した加熱上昇時におけるコーティ
ング部材の表面温度分（ｔｉから表面温度勾配ｄＴ／ｄ
ｘを求め、かつ、基ヰオとコーティング部材との界面に
存在する欠陥部の形状および寸法を求めた線図、第６図
は第４図に示した温度降下時のコーティング部材の表ｌ
Ｉｉｉ温度分布からその温度勾配ｄ　Ｔ　／　ｄ　Ｘを
求め、基材とコーティング部材との界面に存在する欠陥
部の形状寸法を求めた線図、第７図は高周波誘導加熱に
よってコーティング部材を強制的に加熱し、コティング
部材の表面温度分布を均一にして欠陥部を険出する概念
図、第８図はライトによる診断物体の加熱方法、第９図
は温風による加鳩方法を示す概念図、第】，０図は赤外
線映像装誼を用いてライティングによる加熱により物体
の欠陥検出を行った実験のデータ例を示す写真、第１１
図は物体の表面の温度分布の差から欠陥部の形状および
＝Ｊ゛法を検出した実験のデータ例を示す写真、第１２
図は従来から用いられている赤外線映像装置の描戊図、
第１３図は従来から用いられている物体を強制的に外部
より加熱する方法の概念図である。１・・・物体、７・・・カメラ、８・・・コントロール
部、９・・表示部、１０・・・検出部、１］・・加恕諒
、１２欠陥部、１３・・・基材、１４・・コーティング
部材、１５・・・端部、Ａ・・・仮想欠陥部、Ｂ・・・
健全部。

Claims

【特許請求の範囲】

金属構造物の基材表面にコーティングされたコーティン
グ部材の皮膜剥離、密着性低下、界面亀裂などの界面欠
陥をコーティング部材を加熱し赤外線映像装置を用いて
非破壊検出する方法において、赤外線映像装置により界
面欠陥を非破壊検出するタイミングをコーティング部材
を所定時間加熱後の温度降下時間内のある時点に設定し
、さらに、加熱・温度降下時にわたってコーティング部
材の表面温度を測定して温度分布を求め、これらの温度
分布の温度勾配を算出し、これらの温度勾配のピークか
らコーティング部材の界面欠陥の形状・寸法を決定する
ことを特徴とするコーティング部材の界面欠陥の非破壊
検出方法。