JPH07174733A - 電磁超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 探傷前後の被検体の表面処理が不要であり、
かつ高温での探傷が可能であると共に、より一層高い感
度特性を確保することができ、しかも取扱いの簡単な超
音波探傷装置を提供する。 【構成】 磁束に直交する向きに延在するコイルに電流
を流した際に発生するローレンツ力及び磁歪を利用した
電磁超音波探傷装置の構成を、被検体の表面に両極が対
向可能なコアを備えた電磁式磁束発生手段と、互いに隣
り合うもの同士の電流の向きが交互するように互いに所
定間隔をおいて前記両極間に並設され、かつ電気的に分
割された複数の発信／受信コイルと、前記複数のコイル
を電気的に切り換えて走査する走査手段とを有するもの
とする

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁束に直交する向きに
延在するコイルに電流を流した際に発生するローレンツ
力及び磁歪を利用した電磁超音波探傷装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】超音波法による材料内部の検査法とし
て、ピエゾ素子振動子によって超音波を発信／受信する
探触子を利用した超音波探傷装置によるものが知られて
いる。これは探触子と被検体間に水やグリセリンなどの
接触媒質を介在させる必要があるため、探傷前に表面の
錆や凹凸を除去した上で接触媒質を塗布する作業を行っ
たり、また接触媒質を探傷後に除去せねばならない上、
接触媒質に影響を及ぼすような高温の被検体では検査を
実施することができない。そのため、例えば溶接部の検
査を行う際には、厄介な表面処理を行わねばならず、し
かも被検体が冷却するのを待たねばならないので、時間
的にも工数的にもロスが大きくなりがちであった。

【０００３】一方、近年、被検体金属中に一定方向の磁
束を発生させると共に、当該金属の表面に置かれたコイ
ルに高周波電流を流し、この時、金属内に誘起された渦
電流と磁界との相互作用により、金属内に直接的に超音
波を発生させるようにした電磁超音波探触子による超音
波検査法が実用化されてきている。これは磁束の向きに
直交させて発信／受信コイルを並設し、このコイルにパ
ルス的に高周波電流を印加することによって渦電流を発
生させ、これらの磁束と渦電流との相互作用で発生する
ローレンツ力及び磁歪によって自励的に発生する弾性波
を利用するものであり、発信時は、パルス電流をコイル
に印加することで超音波を被検体中に伝播させ、受信時
は、反射波によってコイルに誘起される電流を検出する
ようになっている。

【０００４】さて、このような従来の電磁超音波探触子
の場合、永久磁石により磁束を発生させることが一般的
であった（特開昭６０−４０９５０号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記した従
来法の場合、磁束発生手段が永久磁石であるため、磁性
体からなる被検体に永久磁石が吸着してしまい、探触子
を簡単に移動することができないといった不都合があ
る。その上、被検体への超音波の伝播角度（屈折角）を
所定値に規定するためには、永久磁石の間隔を規定せね
ばならないが、溶接部の探傷に適した周波数にまで高周
波数化しようとすると、１つの永久磁石が極めて小さく
なってしまうため、十分な感度特性を満足させ得る磁束
密度を確保することができなくなる、という不都合があ
る。

【０００６】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
探傷前後の被検体の表面処理が不要であり、かつ高温で
の探傷が可能であると共に、より一層高い感度特性を確
保することができ、しかも取扱いの簡単な電磁超音波探
傷装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、磁束に直交する向きに延在するコイルに電
流を流した際に発生するローレンツ力及び磁歪を利用し
た電磁超音波探傷装置の構成を、被検体の表面に両極が
対向可能なコアを備えた電磁式磁束発生手段と、互いに
隣り合うもの同士の電流の向きが交互するように互いに
所定間隔をおいて前記両極間に並設され、かつ電気的に
分割された複数の発信／受信コイルと、前記複数のコイ
ルを電気的に切り換えて走査する走査手段とを有するも
のとすることによって達成される。

【０００８】

【作用】このような構成によれば、電磁式なので基本的
に表面処理が不要である上、電磁石によって磁束を発生
させるので、励磁電流を遮断すれば被検体の表面から簡
単に探触子を取り外すことができ、また磁束密度も比較
的容易に高めることができる。しかもコイルピッチと周
波数との関係で被検体中を伝播する超音波の屈折角が決
まるので、コイルピッチの設定次第で所望の周波数に設
定することができる。これに加えて、超音波の伝播方向
に直交する向きにコイルを並設するので、並列したコイ
ルを電気的に切り替えて走査することができるため、機
械的な移動を伴うことなく広い範囲を探傷することがで
きる。またコイルの被検体との対向面の反対側は空間に
することができるので、高い放熱性を得ることができ
る。そしてこのような探触子を例えば溶接線に沿って自
動走行させることができるので、検査効率を著しく向上
することができる。

【０００９】

【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明に基づき構成された電磁超
音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。この探傷
装置は、概ねＵ字形をなすコア１及び該コア１に巻回さ
れた励磁コイル２からなる電磁石３と、被検体金属４の
表面に対向する電磁石３の両極間に設けられた複数組の
発信／受信コイル５とからなっている。そしてこれらの
発信／受信コイル５は、２つの発信／受信コイル群に分
けられ、被検体金属４の溶接部Ｗを挟んで対称位置に設
置されている。また発信／受信コイル５は、それぞれ発
信／受信回路７及びスイッチング回路８，９に接続され
ている。

【００１１】発信／受信コイル５は、被検体金属４の表
面に接し、かつ電磁石３の両極間を結ぶ直線に直交する
向きに所定ピッチをおいて並列に延設された多数の周期
のコイル素線６から構成されている。これは図２に示す
ように、１周期のコイル６1・６2…６m+n-1が、各々電
子スイッチ（８1，９1）・（８2，９2）…（８m，９m）
を介して発信／受信回路７に並列接続されたものであ
り、これら電子スイッチ８，９を図示されない制御装置
にて選択的にオン／オフすることにより、ｎ周期のコイ
ル素線６からなるコイル５1・５2…５mを順次アクティ
ブにすることができるようになっている。

【００１２】さて、励磁コイル２に励磁電流を印加して
コア１を磁化すると、被検体金属４中に矢印Ｂ方向の磁
束が発生する。ここで発信／受信コイル５は、図１に於
て紙面に直交する向きに延在しているので、発信／受信
コイル５に高周波のパルス電流を印加した際に発生する
ローレンツ力Ｆ及び磁歪の方向は、被検体金属４の表面
に直交する方向となる（図３参照）。

【００１３】ここでコイルピッチ：２Ｐ，音速：Ｖs ，
探傷周波数：ｆ，屈折角：θとすると、これらの関係は
次式で与えられる。 ２Ｐ＝Ｖs ／ｆｓｉｎθ 例えば、ｆ：５ＭＨｚ，Ｖs ：３２４０ｍ／ｓ，θ：７
０°とすると、コイルピッチ２Ｐ＝０．６９mmとなる。
即ち、発信／受信コイル５のピッチを０．６９mmに設定
し、発信時に周波数ｆが５ＭＨｚのパルス電流を発信／
受信コイル５に印加すると、被検体金属４の法線に対し
て７０°の角度で被検体金属４中を超音波が伝播し、逆
に受信時は、７０°の角度の反射波によって発信／受信
コイル５に電流が誘起されることとなる。従って、反射
波の有無によって溶接部内の欠陥が判別でき、発信／受
信の時間間隔によって欠陥の位置を求めることができ
る。

【００１４】また、電子スイッチ８，９を選択的にオン
／オフしてｎ周期のコイル素線６からなるコイル５1・
５2…５mを順次アクティブにすることにより、機械的な
移動を伴うことなく、発信／受信コイル５の設置範囲の
全域を走査することができる。

【００１５】ところで、発信／受信コイル５の配置とし
ては、図１に示したように、被検体金属４の溶接部Ｗを
挟んで対称位置に設置した２つの発信／受信コイル群を
それぞれ発信、受信兼用として用いる方法と、２つのコ
イル群を発信専用コイル５ｔと受信専用コイル５ｒとに
分けて用いる方法とがある。

【００１６】これらのうち、前者の方法は、超音波を発
生させた箇所でその反射波を受信しながら２つのコイル
群でそれぞれ電気的な走査を行うが、両コイル群の発信
超音波が互いに干渉することのないように、タイミング
をずらして発信することが望ましい。

【００１７】他方、後者の場合は、発信側コイル群５ｔ
から発信した超音波が、被検体金属４の表・裏面で１回
以上反射しながら溶接部Ｗを透過し、受信側コイル群５
ｒに伝播したものを捉える。このときの超音波の発信位
置と受信位置との関係は、被検体金属４の板厚ｄと、超
音波の屈折角θとの関係によって決まるので、２つのコ
イル群５ｔ・５ｒの走査を同期させる必要がある。即
ち、図４に示すように、溶接中心からＸｔ離れた箇所の
コイルで発信した超音波を被検体金属４の裏面で１回以
上反射させた後、反対側で溶接中心からＸｒ離れた箇所
のコイルで受信するときに、次式が成り立つように両コ
イル群５ｔ・５ｒを走査すれば良い。 Ｘｒ＝２ｄ・ｔａｎθ−Ｘｔ

【００１８】図５は、本発明による探傷装置を鋼管用円
周溶接部検査装置として構成したものを示している。探
触子Ｄは、駆動ユニット１１に固定され、鋼管１２の溶
接部Ｗをまたぐようにして置かれている。駆動ユニット
１１には、減速機付ステッピングモータ１３が設けられ
ており、鋼管１２の周囲に予め取付けられたリングギヤ
１４付きのガイドレール１５に沿って鋼管１２の周囲を
転動可能なようになっている。なお、探触子Ｄは、水平
方向に置かれた鋼管１２上でのバランスを保つために、
ガイドレール１５の円周を等分割する位置に複数個搭載
し、互いに連結すると良い。

【００１９】これによれば、鋼管１２の周囲に沿って探
触子Ｄを歩進的に転動させることで自動的に溶接欠陥の
検査を実行することができる。また探触子Ｄを複数個設
けることで探傷時間を削減できる。

【００２０】なお、発信／受信コイル５の構成として
は、図６に示したように、複数ターンのコイル５1・５2
…５nを複数組、電源回路１６並びに発振回路１７に並
列接続し、これら複数組のコイル同士間を、スイッチン
グ手段１８によって順次切り替えるようにしたものでも
良い。

【００２１】

【発明の効果】このように本発明によれば、電磁式なの
で基本的に探傷前後の被検体の表面処理が不要である
上、電磁石によって磁束を発生させるので、励磁電流を
遮断すれば被検体の表面から探触子を簡単に取り外すこ
とができるため、高い取扱い性が得られる。また磁束密
度も比較的容易に高めることができるため、より一層高
い感度特性を確保することができる。しかもコイルピッ
チと周波数との関係で超音波の伝播角度が決まるので、
コイルピッチの設定次第で所望の周波数に設定すること
ができる。これに加えて、超音波の伝播方向に直交する
向きにコイルを並設するので、並列したコイルを電気的
に切り替えることができるため、機械的な移動を伴うこ
となく広い範囲を測定することができる。さらに、コイ
ルの被検体との対向面の反対側は空間にすることができ
るので、高い放熱性を得ることができる。そしてこのよ
うな探触子を駆動手段にて自走可能に構成することによ
り、溶接線に沿って自動的に検査を実行させることがで
きるので、検査効率を著しく向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく磁気超音波探傷装置の模式的構
成図。

【図２】発信／受信コイルの概念的な結線図。

【図３】本発明装置の原理図。

【図４】本発明の別の実施例を示す模式的構成図。

【図５】本発明装置が適用された鋼管用溶接部検査装置
の概略外観斜視図。

【図６】発信／受信コイルの別の例を示す概念的な結線
図。

【符号の説明】

１ コア ２ 励磁コイル ３ 電磁石 ４ 被検体金属 ５ 発信／受信コイル ６ コイル素線 ７ 発信／受信回路 ８，９ 電子スイッチ １１ 駆動ユニット １２ 鋼管 １３ 減速機付きステッピングモータ １４ リングギヤ １５ ガイドレール １６ 電源回路 １７ 発振回路 １８ スイッチング手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 一雄 相模原市淵野辺５−10−１ 新日本製鐵株 式会社エレクトロニクス研究所内 (72)発明者 赤木 俊夫 相模原市淵野辺５−10−１ 新日本製鐵株 式会社エレクトロニクス研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁束に直交する向きに延在するコイルに
   電流を流した際に発生するローレンツ力及び磁歪を利用
   した電磁超音波探傷装置であって、 被検体の表面に両極が対向可能なコアを備えた電磁式磁
   束発生手段と、 互いに隣り合うもの同士の電流の向きが交互するように
   互いに所定間隔をおいて前記両極間に並設され、かつ電
   気的に分割された複数の発信／受信コイルと、 前記複数のコイルを電気的に切り換えて走査する走査手
   段とを有することを特徴とする電磁超音波探傷装置。
2. 【請求項２】前記電磁式磁束発生手段の両極および２つ
   の発信／受信コイル群を、被検体の溶接部を挟んで対称
   位置に設置することを特徴とする請求項１に記載の電磁
   超音波探傷装置。
3. 【請求項３】前記２つの発信／受信コイル群の一方が発
   信専用コイル群であり、他方が受信専用コイル群である
   ことを特徴とする請求項２に記載の電磁超音波探傷装
   置。