JPH0726938B2

JPH0726938B2 - 渦流探傷方法

Info

Publication number: JPH0726938B2
Application number: JP5040089A
Authority: JP
Inventors: 静吾安藤
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH02228552A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は鋼管内に発生する欠陥を渦電流を用いて検出す
る渦流探傷方法に関する。

［従来の技術］一般にパイプライン等の鋼管に発生する内外面の傷，内
部欠陥，溶接継手部の溶込不良欠陥を検出する手法とし
て、超音波探傷法，漏洩磁束探傷法，および渦流
探傷法が一般に知られている。

の超音波探傷法は、超音波を鋼管の内側から発信し、
鋼管の外壁から伝播する音波の時間差から欠陥の検査を
する手法である。しかし、この手法においては、超音波
を効率良く伝播させるために水や油等の媒体を必要と
し、現地に敷設済のパイプラインや気体輸送用のパイプ
ラインの検査に適用することは困難である。

また、の漏洩磁束探傷法は、鋼管の軸方向に磁化して
鋼管を磁気飽和し、欠陥から漏洩する磁束を磁気センサ
で電気信号に変換し、この信号電圧の振幅から欠陥を検
出する手法である。しかし、この手法においては、被探
傷材から漏洩する磁束を磁気センサで電気信号に変換
し、この出力電圧から欠陥を検出するため、被探傷材の
機械的歪みや局部的な肉厚変動によって、雑音電圧が発
生する。また、検出された欠陥が被探傷材として鋼管の
内面に存在するのか外面に存在するのかの判断ができな
かった。

また、の渦流探傷法は、鋼管の内側にコイルを配置し
て、このコイルに交流電流を供給し、この交流電流にて
鋼管に渦電流を発生させ、この渦電流の変化から鋼管に
発生する欠陥を検出する手法である。

第７図は上記渦流探傷法を適用した探傷装置を示す模式
図である。すなわち、探傷対象となる鋼管１の外周面を
囲むように環状の１次巻線２が配設されており、この環
状の１次巻線２の周上に複数の２次巻線（プローブコイ
ル）３が等間隔で巻装されている。そして、１次巻線２
には発振器４から鋼管内に渦電流を発生させるための交
流電流が供給されている。前記渦電流にて各巻線３に誘
起された誘起電圧は誘起信号として検出されて制御回路
５にて制御されるマルチプレクサ６にて時分割で取出さ
れて信号増幅器７で増幅され、検波器８にて直流の探傷
信号に検波される。

このような探傷装置において、前記１次巻線２にて鋼管
１内に生起された渦電流の値は鋼管１の電気特性，磁気
特性および内部に発生した欠陥等によって変化する。よ
って、前記各２次巻線３でその変化量を検出すれば、鋼
管１の２次巻線３が対向する位置に欠陥が存在すること
が確認できる。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上記のような渦流探傷法においてもま
だ、解消すべき次のような問題があった。すなわち、鋼
管１に発生する欠陥としては、前述した溶接継手部の溶
込不足、内部欠陥、外面欠陥、内面欠陥等が考えられる
が、上述した渦流探傷法によると、検波器８から出力さ
れた探傷信号を観察することによって、欠陥発生位置に
おける鋼管１の軸方向位置と周方向位置は一義的に定ま
るが、鋼管１の厚み方向の位置は定まらない。

その結果、例えば欠陥が鋼管１の外周面に発生したの
か、内周面に発生したのかが適確に判断できない問題が
ある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであ
り、２次巻線に誘起された誘起信号と１次巻線に印加し
た基準信号との位相差を測定するとによって、外面に発
生した欠陥と内面に発生した欠陥とを確実に区別して検
出でき、また求められた位相を強制的に移動させること
によって探傷信号のS/Nを向上でき、もって、従来の手
法に比較して欠陥の検出精度を大幅に向上できる渦流探
傷方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記課題を解消するために本発明の渦流探傷方法によれ
ば、探傷すべき鋼管を磁化するための磁石と鋼管の内周
面に沿うように配設された複数のセンサとで構成された
検出ヘッドを鋼管内へ挿入し、この検出ヘッドを鋼管内
の軸方向へ移動させながら、各センサのプローブコイル
の１次巻線に鋼管内に渦電流を生起させるための交流の
基準信号を印加して、２次巻線の誘起信号をマルチプレ
クサで順次取り出し、取り出された誘起信号を基準信号
およびこの基準信号を90゜移相した基準信号で同期検波
して鋼管の各軸方向位置における一対の探傷信号を得
て、この一対の探傷信号を一対のデータメモリに記憶
し、この一対のデータメモリから読出した一対の探傷信
号の基準信号からの位相差を検出し、また読出した一対
の探傷信号から１つの絶対値信号を作成し、検出された
位相差に任意の位相を加算して位相信号を作成し、この
位相信号でもって絶対値信号を同期検波して、この同期
検波信号をプロッタに出力し、この出力される同期検波
信号値が最大になるように、又はS/Nが最大となるよう
に加算する位相を調整し、調整後の出力結果から鋼管に
おける欠陥の厚み方向発生位置及び欠陥種類を判定する
ようにしたものである。

［作用］まず、このように構成された渦流探傷方法で鋼管の外面
欠陥と内面欠陥とを区別できる理由を第５図を用いて説
明する。鋼管１内に挿入れた検出ヘッドに取付けられた
センサのプローブコイルの１次巻線に印加する交流の基
準信号をA₀ sinωｔとする。また、鋼管１内面に近接
した各センサの２次巻線15が図中矢印方向へ移動すると
する。すると、前記基準信号によりに鋼管内に生起され
た渦電流によって２次巻線15にes sin（ωｔ＋θ）の誘
起信号が誘起される。

そして、鋼管１に同図（ａ）〜（ｃ）に示すような溶込
不足欠陥9a,外面欠陥9b,内面欠陥9cが存在すると、上記
誘起信号を直流検波して得られた探傷信号の信号波形は
図示するように欠陥部分で乱れて例えば正弦波形とな
る。そして、溶込不足欠陥9aと他の欠陥9b,9cとは波形
上で区別できるが、外面欠陥9bと内面欠陥9cとは波形が
ほぼ同じであるので、信号波形のみでは区別できない。

しかし、上記誘起信号es sin（ωｔ＋θ）を詳細に検討
すると、外面欠陥9aと内面欠陥9bとに対応する各誘起信
号es sin（ωｔ＋θ）には、前記基準信号A₀ sinωｔ
からの位相差θにおいて顕著な差が見られる。第６図の
実線で示す特性は第５図（ｂ）に示す正弦波形部におけ
る検波された探傷信号の値とその値における前記基準信
号からの位相差θとの関係を示す特性である。図示する
ように、各波形位置において、位相差θが変化する。こ
の特性によると、探傷信号が最初（＋）側へ振れると、
位相差θは遅れる方向へ変化する。一方、第６図の破線
で示す特性は第５図（ｃ）に示す正弦波形部における検
波された探傷信号の値とその値における前記基準信号か
らの位相差θとの関係を示す特性である。この特性によ
ると、探傷信号が最初（＋）側へ振れると、位相差θは
進む方向へ変化する。よって、第５図（ｂ）（ｃ）にお
ける検波後の探傷信号波形は同じであるが、各波形位置
における位相差θが大きく異なる。すなわち、外面欠陥
9bは内面欠陥9cに比較して遅れ位相となる。この外面欠
陥9bが内面欠陥9cに対して遅れるのは、外面欠陥9bが鋼
管１内に流れる渦電流を測定することに起因する。

そこで、２次巻線15から得られる誘起信号es sin（ωｔ
＋θ）の基準信号からの位相差θに着目して、その位相
差θから外面欠陥9bか内面欠陥9cかを判別できる。

しかして、本発明においては、上記誘起信号es sjn（ω
ｔ＋θ）を基準信号A₀ sinωｔおよびこの基準信号を9
0゜移位相した基準信号A₀ cosωｔで同期検波して一対
の探傷信号を得ている。すなわち、この一対の探傷信号
y,xはそれぞれｙ＝es sinθ,x＝es cosθとなる。

そして、検出ヘッドを鋼管の軸方向に移動させて、前記
欠陥9a〜9cの波形を充分含む各軸方向位置におけるx,y
を一旦各データメモリに記憶する。そして、各データメ
モリに記憶されたx,y値すなわち各探傷信号を読出し
て、位相値θ（＝Tan^-1（y/x））を算出する。

次に前記誘起信号の絶対値esは前記各x,yから下式で算
出する。

しかして、この誘起信号の絶対値esの各軸方向位置にお
ける波形と前記算出された位相差θから該当欠陥が外面
欠陥9bであるか内面欠陥9cであるかが判別できる。

またこの誘起信号の絶対値esを先に算出された位相差θ
の任意の位相αを加算した位相（θ＋α）で同期検波す
ると、E₀＝es cos（θ＋α）の出力電圧、すなわち最
終探傷信号E₀が得られるが、この値が最大値になるよう
に印加したαの値を調整すれば、最終探傷信号のS/Nが
改良される。

［実施例］以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第２図（ａ）は実施例の渦流探傷方法を適用した探傷装
置を示す模式図であり、鋼管１内に図示しない検出ヘッ
ドが鋼管１の軸方向に移動自在に設けられており、この
検出ヘッドに鋼管１を磁化するための磁石11および鋼管
１の内周面に沿って配設される複数のセンサ12が搭載さ
れている。各センサ12は第２図（ｂ）に示すように、ヨ
ーク13に１個の一次巻線14と２個の２次巻線15が巻装さ
れている。

第１図は探傷装置のブロック構成図である。発振器16か
ら出力された交流信号A₀ sinωｔはバンドパスフィル
タ17を介して電力増幅器18で増幅された後、各センサ12
の各１次巻線14に印加される。各センサ12の２次巻線15
に誘起される誘起信号es sin（ωｔ＋θ）はマルチプレ
クサ19によって時系列的に順次取出されて増幅器20で増
幅された後、同一特性を有した各同期検波回路21a,21b
に入力される。

同期検波回路21aにはパンドパスフィルタ17から出力さ
れた基準信号A₀ sinωｔを90゜移相器22で90゜移相さ
れた基準信号A₀ cosωｔが印加され、同期検波回路2ba
にはパンドパスフィルタ17から出力された基準信号A₀
sinωｔが直接印加されている。そして、各同期検波器2
1a,21bは入力された誘起信号es sinωｔを各基準信号
で位相検波し、それぞれ直流の探傷信号ｘ（＝es cos
θ）,y（＝es sinθ）を出力する。各探傷信号x,yはデ
ータ処理部23へ入力される。このデータ処理部23にはデ
ータ処理結果を図形印刷するプロッタ24接続されてい
る。

また、マルチプレクサ19は、発振器16からの基準信号お
よび検出ヘッドの鋼管１内の軸方向位置を検出するエン
コーダからなる探傷距離計25からの位置信号Dpが入力さ
れた、マルチプレクサ制御器26からのクロック信号にて
各センサの誘起信号を切換えて増幅器20へ送出する。

なお、探傷距離計25から出力された位置信号Dpは直接デ
ータ処理部23へも入力される。前記データ処理部23は一
種のマイクロコンピュータで構成されており、前記入力
された各探傷信号x,yおよび位置信号Dpに対して第３図
に示すような処理ブロック図に従って、データ処理を実
行する。

各同期検波器21a,21bから入力された、鋼管１の各軸方
向位置における各探傷信号x,yは検出ヘッドが予め定め
られた所定距離だけ移動するまでｘ成分メモリ27a,y成
分メモリ27bに格納される。同時に入力された位置信号D
pも距離メモリ28に記憶される。

そして、一連の測定操作が終了すると、各メモリ27a,27
b,28に記憶された各データをクロック信号に同期して順
次読出してデータ処理を行なう。

先ず、位相差計測定部29にて各メモリ27a,27bから読出
された探傷信号x,yにおける前記基準信号A₀ sinωｔに
対する位相差θ（＝Tan^-1（y/x））を算出する。また、
絶対値計測部30にて、前記各探傷信号x,yの絶対値esを
算出する。

位相差計測部29で算出された位相差θは次の位相加算部
31でもって移相設定器32から入力された位相αを加算し
て、位相信号（θ＋α）を次の同期検波処理部33へ送出
する。同期検波処理部33には絶対値計測部30にて算出さ
れた絶対値esが入力されているので、この同期検波処理
部33からE₀（＝es cos（θ＋α））の最終探傷信号を出
力する。そしてこの最終探傷信号E₀はプロッタ24へ送出
される。この最終探傷信号E₀は前記基準信号からの位相
差θな関数となり、よって欠陥が存在しなくて位相差θ
の変動が少ない場合は、移相設定器32から出力される位
相αを変化させることによって、cos（θ＋α）の値を
１近傍に調達することによって、最終探傷信号E₀の値を
ほぼ最大値（＝es）に設定可能となる。

また、最終探傷信号E₀は極大／極小値測定部34にて第５
図の各欠陥9a,9b,9cに起因する各波形の極大値と極小値
との間の距離Ｂが算出されて、プロッタ24へ送出され
る。

また、各メモリ27a,27b,28の読出タイミングおよびプロ
ッタ24のデータの出力タイミングは制御部35にて制御さ
れる。

しかして、プロッタ24には、最終探傷信号E₀および距離
Ｂが、軸方向位置（検出ヘッドの移動距離）を横軸にし
て、センサ12毎に分離されて、波形出力される。

なお、第４図は、位置信号Dp,マルチプレクサ23の切換
タイミングおよび各メモリ27a,27b,28の書込み読出しタ
イミングを制御するクロック信号Cp,および各探傷信号
x,yの各波形を示すタイムチャートである。

このように構成された渦流探傷方法であれば、各センサ
12の２次巻線15から得られた誘起信号es sin（ωｔ＋
θ）を一対の同期検波器21a,21bで位相検波し、位相差
計測部29で基準信号A₀ sinωｔからの位相差θを算出
し、かつ、最終探傷信号E₀を算出して、第５図に示すよ
うな波形を算出している。従って、この波形と前記位相
差θから該当欠陥が外面欠陥9bであるか内面欠陥9cであ
るかを判断すことが可能となった。よって、欠陥の位置
検出精度が大幅に向上する。

また、プロッタ24に描かれた最終探傷信号E₀の波形は第
５図に示すように、溶込不足欠陥9aと他の外面欠陥9bお
よび内面欠陥9cとはその波形が全く異なる。そして、実
施例においては、極大／極小値検出部34でその極大値と
極小値との間の距離Ｂを算出して、その大小関係から、
溶込不足欠陥9aを他の欠陥9b,9cと区別できる。

ちなみに、パイプラインにおける鋼管１の接続部に発生
する溶込不足欠陥9aの隙間ｂは約1mm程度であり、探傷
信号波形上の距離Ｂは約7mmである。一方、鋼管１の外
面又は内面に発生する欠陥9b,9cの大きさは約10mm程度
のものが多く、探傷信号波形上の距離Ｂは約12〜14mmで
ある。したがって、距離Ｂから欠陥の種類を判断でき
る。

さらに、検出ヘッドを鋼管１の軸方向に移動させてパイ
プラインの鋼管１を予め定められた一定距離だけ測定操
作を実施して、各軸方向位置における各探傷信号x,yお
よび位置信号Dpをデータ処理部23の各メモリ27a,27b,28
に一旦記憶させておき、測定操作終了後にデータ解析を
行なうが、この場合、位相差θおよび絶対値esの波形か
ら欠陥の位置を判定できるが、さらに位相αを加えて再
度位相解析を実行することによって、測定精度をさらに
向上できる。

また、各同期検波器21a,21bで得られる各探傷信号x,yを
一旦ｘ成分メモリ27a,y成分メモリ27bに記憶保持してい
る。そして、一連の測定作業が終了した後に、この各メ
モリ27a,27bから読出して、位相差θの算出、絶対値es
の算出を行い、任意位相αを加算して、この加算後の位
相（θ＋α）で絶対値を同期検波している。

そして、後からこの同期検波値が最大値になるように、
位相ａを再調整している。この加算する位相αの調整作
業は前記メモリ27a,27bに記憶された各探傷信号x,yを再
度読出して実施することによって可能である。

すなわち、パイプラインは例えば長さが10m前後の複数
の鋼管を接続して形成されるが、各鋼管が全て同一仕様
であり、かつ同一ミルで同一製造ロットに所属するとは
限らない。したがって、パイプラインを構成する各鋼管
はそれぞれ材質や製品寸法等が微妙に異なる場合が多
い。前述した最適測定条件を満足する加算位相αは前述
した鋼管における材質や寸法等の微妙な差に大きく依存
する。

したがって、前もって、敷設済みのパイプラインを構成
する鋼管に適合する最適の加算位相αを一義的に定めて
おくことができない。そこで、実施例装置のように、取
り敢えず各探傷信号x,yを一旦ｘメモリ27a,27bに記憶保
持して、後から繰返し読出して各鋼管毎に最良の加算位
相αを調整することが可能となり、パイプラインにおけ
る欠陥の厚み方向位置と欠陥種類をより一層精度よく判
定できる。

［発明の効果］以上説明したように本発明の渦流探傷方法によれば、セ
ンサの２次巻線に誘起された信号と１次巻線に印加した
信号との位相差を測定し、その位相差と誘起信号から得
られた探傷信号波形から、外面に発生した欠陥とを区別
している。よって、欠陥発生位置を確実に特定でき、ま
た、求められた位相を強制的に移動させることによって
最終探傷信号のS/Nを向上でき、もって、従来の手法に
比較して欠陥の検出精度を大幅に向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の渦流探傷方法を適用した探傷装置を示
すブロック図であり、第２図は同装置の概略構成を示す
模式図、第３図は同実施例の処理手順を示すブロック
図、第４図は同実施例の動作を示すタイムチャート、第
５図は一般的な欠陥とその欠陥に対応する探傷信号波形
を示す図、第６図は欠陥の種類と位相差との関係を示す
図、第７図は従来の渦流探傷法を示す図である。１……鋼管、9a……溶込欠陥、9b……外面欠陥、9c……
内面欠陥、11……磁石、12……センサ、14……１次巻
線、15……２次巻線、16……発振器、19……マルチプレ
クサ、21a,21b……同期検波器、22……90゜移相器、23
……データ処理部、29……位相差計測部、30……絶対値
計測部、33……同期検波処理部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】探傷すべき鋼管を磁化するための磁石と前
記鋼管の内周面に沿うように配設された複数のセンサと
で構成された検出ヘッドを前記鋼管内へ挿入し、この検
出ヘッドを鋼管内に軸方向へ移動させながら、前記各セ
ンサのプローブコイルの１次巻線に鋼管内に渦電流を生
起させるための交流の基準信号を印加して、２次巻線の
誘起信号をマルチプレクサで順次取り出し、取り出され
た誘起信号を前記基準信号およびこの基準信号を90゜移
相した基準信号で同期検波して前記鋼管の各軸方向位置
における一対の探傷信号を得て、この一対の探傷信号を
一対のデータメモリに記憶し、この一対のデータメモリ
から読出した前記一対の探傷信号の前記基準信号からの
位相差を検出し、また前記読出した前記一対の探傷信号
から１つの絶対値信号を作成し、前記検出された位相差
に任意の位相を加算して位相信号を作成し、この位相信
号でもって前記絶対値信号を同期検波して、この同期検
波信号をプロッタに出力し、その後、この出力される同
期検波信号値が最大値となるように、又はS/Nが最大と
なるように前記加算する位相を調整し、調整後の出力結
果から前記鋼管における欠陥の厚み方向発生位置及び欠
陥種類を判定する渦流探傷方法。