JPH05203629A - 電磁気探傷方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】材料の表面直下の欠陥によって乱された渦電流
の変化の検出方法を改善し、金属組織の不均一さの影響
を軽減する。 【構成】被検査体６に垂直の磁場を励磁して渦電流を発
生させる励磁用コイルおよびこの励磁用コイル内にそれ
ぞれの検出方向が互いに直交するように、且つ励磁用コ
イルの中心軸と直交する方向に一致するようにして配置
され、被検査体に誘導された渦電流が作る二次的な磁界
を検出して電気信号に変換する２個の磁気センサからな
るプローブ１と、このプローブ１の励磁用コイルを所定
の周波数および電流値で励磁する交流電源２と、プロー
ブ１の各磁気センサの検出信号から被検査体６に誘導す
る渦電流が欠陥によって乱されたときの電流場の乱れに
基づく磁界と検出磁場の水平成分の強度と方向を求めて
出力する演算処理装置４とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、材料の非破壊検査にあ
たり、特に表面近傍の欠陥探傷に好適な電磁気探傷方法
およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の渦電流法による欠陥探傷法では、
例えば渦流探傷試験Ａ（日本非破壊検査協会編、１９７
７年）に示されるように、交流電流により励磁される検
出コイルを被検査体に近接させ、被検査体に渦電流を発
生させると、欠陥あるいは材質の変化部において渦電流
が変化して検出コイルのインピーダンスが増減すること
から、このコイルのインピーダンス変化を測定すること
で被検査体の欠陥探傷を行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、検
出コイルのインピーダンス変化を測定して被検査体の欠
陥の有無および大きさ等について判定していたが、この
検出コイルのインピーダンス変化は欠陥に限らず、材質
変化および検出コイルと被検査体との位置関係によって
も大きく変化する。特に強磁性体の材料では局部的な金
属組織の不均一さによってことごとく検出コイルのイン
ピーダンスが変化するため、目的とする欠陥の信号の判
定が困難であった。さらに、表面直下の欠陥に対しては
渦電流の浸透深さの関係から欠陥信号レベルが低下して
しまうため、前記問題点の影響が大であった。

【０００４】本発明の目的は、特に被検査体の表面直下
の欠陥によって乱された渦電流の変化の検出方法を改善
し、金属組織の不均一さの影響を軽減するようにした電
磁気探傷方法および装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による電磁気探傷方法にあっては、交流電流に
より励磁される励磁用コイルを被検査体に近接させ、こ
の被検査体に誘導する渦電流によって前記被検査体の欠
陥を検出するようにした電磁気探傷方法において、前記
被検査体に対して垂直の磁場を励磁して渦電流を誘導さ
せる励磁用コイルとこの渦電流が作る二次的な磁界を検
出する磁気センサとにより、被検査体の欠陥によって乱
された渦電流の乱れに基づく漏洩磁束の水平成分の強度
と方向を検出して被検査体の欠陥を探傷するようにして
いる。

【０００６】また、本発明による電磁気探傷装置にあっ
ては、被検査体に垂直の磁場を励磁して渦電流を発生さ
せる励磁用コイルと、この励磁用コイル内にそれぞれの
検出方向が互いに直交するように、且つ励磁用コイルの
中心軸と直交する方向に一致するようにして配置され、
前記被検査体に誘導する渦電流が作る二次的な磁界を検
出して電気信号に変換する２個の磁気センサと、前記励
磁用コイルを所定の周波数および電流値で励磁する発信
器と、前記２個の磁気センサの検出信号から前記被検査
体に誘導する渦電流が欠陥によって乱されたときの電流
場の乱れに基づく磁界と検出磁場の水平成分の強度と方
向を求めて出力する演算処理装置とを備えている。

【０００７】

【作用】コイルに交流電流を流し、被検査体である金属
導体表面に近接させて垂直な磁場を印加すると、その金
属導体に誘導電流である渦電流が流れ、その渦電流によ
って前記コイルによる磁場の方向と逆向きの磁場が生
じ、コイルに誘導電流が流れてコイルのインピーダンス
を変化させる。この現象を積極的に利用したのが従来技
術の渦流探傷法であり、欠陥による渦電流の変化をコイ
ルのインピーダンス変化として測定しているが、被検査
体の局部的な導電率および透磁率の変化によっても渦電
流の変化によっても渦電流の変化が生じるため、コイル
のインピーダンスの変化測定に影響を与えていた。

【０００８】本発明による電磁気探傷方法および装置に
あっては、欠陥によって渦電流の電流場が乱されるとき
に生じる磁場の分布と定常的な渦電流が作る磁場の分布
と異なることに着目し、被検査体の表面に垂直な磁場を
印加して渦電流を誘導させる励磁コイルの中心軸に対し
直交する方向の磁場を検出する２個の磁気センサを前記
励磁コイル内に配置するように構成したので、定常状態
の渦電流から生じた励磁磁場と逆方向の磁場を検出せず
に欠陥によって生じた渦電流の乱れに基づく磁場の水平
成分の変化を選択的に検出するように作用し、金属組織
の局部的な変化に基づく導電率の変化および透磁率の変
化の影響を軽減する。さらに、２個の磁気センサの検出
方向を互いに直交させて配置したので、欠陥によって生
じた渦電流の乱れに基づく磁場の水平成分の方向性の影
響も軽減する。

【０００９】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１０】図１は本発明による電磁気探傷装置の構成
例を示すブロック図である。本実施例では、図１に示す
ように励磁コイルと２個の磁気センサを有するプローブ
１と、このプローブ１の励磁コイルに励磁電流を供給す
る交流電源２と、２個の磁気センサそれぞれの出力信号
を増幅した後、励磁電流に同期した信号成分を出力する
検出装置３と、この検出装置３の出力信号から検出した
磁場の方向と強度を演算する演算処理装置４と、この演
算処理装置４の出力信号を表示記録する表示記録装置５
から構成され、プローブ１を被検査体６に近接させて表
面欠陥の有無を探傷するものである。

【００１１】プローブ１は、図２（ａ）の平面図と同図
（ｂ）の断面図で概略的に示されるように、筒状に形成
された励磁用コイル１１と、この励磁用コイル１１の一
方の開口面に配設される２個の磁気センサ１２から構成
されている。

【００１２】励磁用コイル１１は、被検査体６の表面に
対し垂直な交番磁界を励磁させるものであり、また磁気
センサ１２はピックアップコイルもしくはホール素子等
の磁電変換素子が用いられ、励磁用コイル１１から発生
した交番磁界が被検査体６と鎖交することによって、被
検査体６に誘起した渦電流の電流場が欠陥によって乱さ
れたときに生じる磁場の水平成分を検出するように磁気
検出方向が励磁用コイル１１の中心軸と直交するよう
に、且つ互いに直交する水平成分の磁場を検出するよう
に２個の磁気センサが十字形に直交させて配置されてい
る。

【００１３】図１に戻って、交流電源２は周波数発振器
２−１により所定の周波数より交流を発生させ、交流電
源２の負荷変動に対して常に一定の電流値に制御する定
電流回路２−２により、励磁用コイル１１に予め設定し
た一定の励磁電流を供給するものである。検出装置３は
ブローブ１内の直交する２個の磁気センサ１２によって
検出した欠陥に基づく水平方向の磁界の検出信号を所定
レベルにそれぞれ増幅する増幅器３−１ａ，３−１ｂお
よびこれら増幅器３−１ａ，３−１ｂで増幅した検出信
号から励磁コイル１１の励磁電流に同期した信号成分を
抽出して出力する同期検波器３−２ａ，３−２ｂにより
構成されている。

【００１４】そして、検出装置３は直交する２個の磁気
センサそれぞれに対応した出力信号を演算処理装置４に
入力する。演算処理装置４ではその入力を受けて磁気セ
ンサ１２によって検出した磁場の水平成分の方向とその
強度を演算して表示記録装置５に出力されるように構成
されている。次に上記のように構成された電磁気探傷装
置を用いて被検査体の欠陥を探傷する方法について述べ
る。

【００１５】最初にプローブ１を被検査体６に接近さ
せ、交流電源２により予め設定した周波数および一定電
流値にてプローブ１の図２に示す励磁用コイル１１を励
磁する。すると、この励磁用コイル１１より被検査体で
ある金属導体の表面に対し垂直な交番磁界を励磁させる
ことにより、金属導体に渦電流が誘導される。そして、
磁気センサ１２はこの渦電流によって生じた二次的な磁
界を検出し、欠陥によって乱された渦電流場の乱れを測
定する。ここで、欠陥による渦電流場の乱れについて図
３の模式図を用いて以下に説明する。

【００１６】即ち、図３（ａ）に示すように励磁用コイ
ル１１に交流電流Ｉ１を流し、被検査体６に対し垂直な
磁場Ｂ1 を印加すると同心円状の渦電流Ｉ2 が誘起さ
れ、この渦電流Ｉ2 によって励磁コイル１１が作る垂直
磁場Ｂ1 と逆向きの磁場Ｂ2 が発生し、励磁コイル１１
のインピーダンスを変化させるように作用する。したが
って、被検査体６に渦電流の流れを阻害するような欠陥
等が存在すると、それによってコイルのインピーダンス
の変化として現れる。従来の渦電流探傷法はこの現象を
積極的に採用したものである。

【００１７】一方、割れ等の欠陥が存在する場合、図３
（ｂ）に示すように同心円状の渦電流の一部は欠陥Ｆを
迂回して流れる。この欠陥を迂回して流れる渦電流Ｉ2'
は通常の同心円状の渦電流Ｉ2 とは異なる方向に流れる
ことから、この渦電流が作る磁場Ｂ2 に変化が生じる。
即ち、図３（ｃ）に示すように欠陥Ｆを迂回する渦電流
Ｉ2'は欠陥の両側で逆向きに流れることから、その電流
の回りに生ずる次回Ｂ2'も欠陥を境に逆向きの方向とな
る。したがって、この渦電流の乱れに基づく磁界Ｂ2'を
測定することで欠陥の検出が可能になる。

【００１８】次にこの渦電流の乱れに基づく磁界Ｂ2 を
１個の磁気センサで検出する方法について以下に示す。
磁気センサ１２は図２のプローブ概略構成図で示したよ
うに、励磁用コイルの中心軸に直交する方向に磁気検出
方向を合わせて磁気センサ１２を配置したので、励磁用
コイル１１が作る磁場及び渦電流の作る磁場の垂直な磁
場成分については応答せず、それと直交する被検査体表
面と平行な水平磁場成分だけに応答した検出信号が得ら
れる。

【００１９】即ち、図４の渦電流場の乱れに基づく磁界
の検出方法に示すように、欠陥がない部分では励磁用コ
イル１１によって誘導された渦電流Ｉ2 は励磁用コイル
１１と同心円状に流れており、且つその渦電流Ｉ2 が作
る二次的な磁界Ｂ2 も励磁用コイル１１の中心軸に対し
対象な磁場分布を示し、また磁気センサ１２の検出方向
の中心を励磁用コイル１１の中心と一致させているの
で、互いに逆方向に向く水平成分の検出信号は打消しあ
って出力として現れない。そして、欠陥のある方へプロ
ーブ１を移動して行くと、渦電流Ｉ2 の一部は欠陥Ｆに
よって流れる方向が乱され、それによって渦電流が作る
磁界は磁気センサ１２の検出方向中心に対し非対象の磁
場分布となり、互いに逆方向の磁場成分にアンバランス
が生じ、その差分が磁気センサ１２の出力信号として得
られ、欠陥に基づく渦電流場の乱れを検出できることに
なる。この磁気センサ１２の出力信号は励磁用コイルの
励磁電流に対応した交流波形であるため、検出装置３の
同期検波回路３−２ａ，３−２ｂにより同期検波を行
い、励磁電流に同期した信号成分を抽出して水平成分の
磁界の強さに比例した直流信号を求めて表示記録装置５
に出力し、図５に示すように欠陥に基づく渦電流場の乱
れを測定する。このようにプローブ１を移動して得られ
た検出信号Ｅの変化は欠陥Ｆの中心位置で０を示し、そ
の両側で逆極性のピーク（磁場の方向が逆向き）を示す
ことから欠陥の判定を可能にしている。

【００２０】一方、磁気センサの検出方向と磁場の方向
が一致していない場合、磁場方向に対する磁気センサの
検出方向のなす角度θとすると、出力はCOS θ倍だけ小
さくなるため、磁気センサが１個の場合には欠陥の検出
に方向性が生じることになる。そのため、本発明では図
２に示すように２個の磁気センサ１２の検出方向を直交
させて配置し、それぞれの磁気センサ１２の出力を演算
処理装置４により磁場方向と磁場の強度を演算すること
で、欠陥検出の方向性をなくしている。即ち、直交する
磁気センサそれぞれの検出成分Ｖ1 ，Ｖ2 は９０度の角
度差を持つベクトル値であるから、検出磁場の強度Ｂ及
び磁場の方向θは次式の演算により求められる。 Ｂ＝（Ｖ1 ² ＋Ｖ2 ² ）^1/2 ……（１） θ＝α＋tan ^-1（Ｖ2/Ｖ1) ……（２） ただし、 Ｖ1 ＞０，Ｖ2 ＞０のとき、α＝０ Ｖ1 ＜０，Ｖ2 ＞０のとき、α＝π／２ Ｖ1 ＜０，Ｖ2 ＜０のとき、α＝π Ｖ1 ＞０，Ｖ2 ＞０のとき、α＝３π／２

【００２１】このように演算処理装置４は磁場の方向に
係わりなく、その水平成分の絶対値Ｂと方向θを表示記
録装置５に出力されることから、被検査体６の欠陥によ
って乱された渦電流の乱れに基づく磁場の分布を容易に
測定できる。

【００２２】ここで、重要なことは、従来の渦流探傷法
で問題となる金属組織の局部的な材質変化に基づく導電
率及び透磁率の影響は渦電流が作る磁界の強さの変化と
して現れるが、磁場の分布には影響しない。また、本発
明では上述したように渦電流場の乱れに基づく水平成分
の磁界の変化を選択的に検出するようにしたので、局部
的な材質変化部があっても渦電流場に乱れが生じないた
め、その影響を受けるようなことがない。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明による電磁気
探傷法及びその装置によれば、非検査体である金属導体
の表面に対し垂直な磁場を印加して渦電流を誘起させ、
この渦電流の乱れに基づいて生じる漏洩磁場の水平成分
を検出するように励磁コイルの中心軸と直交する方向に
磁気検出方向を一致させ、かつ互いに直交させた２個の
磁気センサを励磁コイル内に配置したプローブにより探
傷するようにしたので、従来の渦流探傷法で問題となっ
ていた金属組織の局部的な不均一さに基づく導電率及び
透磁率の影響を軽減することができると共に、漏洩磁場
の絶対値とその方向が測定可能な構成としたので、強磁
性体材料であっても容易に欠陥の探傷を行い得る利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電磁気探傷装置の一実施例を示す
ブロック構成図。

【図２】同実施例におけるプローブの概略構成図。

【図３】被検査体の欠陥による渦電流場の乱れを説明す
るための模式図。

【図４】同実施例において、渦電流場の乱れに基づく磁
界の検出方法を説明するための図。

【図５】同じく被検査体の欠陥に基づく渦電流場の乱れ
の測定結果を示す波形図。

【符号の説明】

１……プローブ、２……交流電源、３……検出装置、４
……演算処理装置、５……表示記録装置、６……被検査
体、１１……励磁用コイル、１２……磁気センサ、２１
……周波数発信器、２２……定電流回路、３１……増幅
器、３２……同期検波回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電流により励磁される励磁用コイル
   を被検査体に近接させ、この被検査体に誘導する渦電流
   によって前記被検査体の欠陥を検出するようにした電磁
   気探傷方法において、前記被検査体に対して垂直の磁場
   を励磁して渦電流を誘導させる励磁用コイルとこの渦電
   流が作る二次的な磁界を検出する磁気センサとにより、
   被検査体の欠陥によって乱された渦電流の乱れに基づく
   漏洩磁束の水平成分の強度と方向を検出して被検査体の
   欠陥を探傷するようにした電磁気探傷方法。
2. 【請求項２】 被検査体に垂直の磁場を励磁して渦電流
   を発生させる励磁用コイルと、この励磁用コイル内にそ
   れぞれの検出方向が互いに直交するように、且つ励磁用
   コイルの中心軸と直交する方向に一致するようにして配
   置され、前記被検査体に誘導する渦電流が作る二次的な
   磁界を検出して電気信号に変換する２個の磁気センサ
   と、前記励磁用コイルを所定の周波数および電流値で励
   磁する発信器と、前記２個の磁気センサの検出信号から
   前記被検査体に誘導する渦電流が欠陥によって乱された
   ときの電流場の乱れに基づく磁界と検出磁場の水平成分
   の強度と方向を求めて出力する演算処理装置とを備えた
   ことを特徴とする電磁気探傷装置。