JPH08211025A - 渦電流探傷子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体金属に存在する欠陥が肉厚方向のどの
位置にあっても一定の感度で検出でき、欠陥の大きさを
精度良く検出できる渦電流探傷子を提供する。 【構成】 励磁コイル０１と該励磁コイル０１に固定さ
れた表面側磁石０３とを被検体金属１１０の一方の面の
近傍に、また検出コイル０２と該検出コイル０２に固定
された裏面側磁石０４とを前記被検体金属１１０の他方
の面の近傍に配置して渦電流探傷子を構成する。そし
て、前記２つの磁石０３及び０４は、その極性が互いに
吸引するように、かつ該２つの磁石０３及び０４の吸引
力が最大になる位置において、励磁コイル０１と検出コ
イル０２の中心が一致するように配置することにより、
欠陥の大きさが一定であれば、検出コイル０２と鎖交す
る磁界の変化は一定となり、同一の感度で欠陥を検出す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属の平板等の健全性
を確認するための渦電流探傷装置における渦電流探傷子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に渦電流探傷装置は、金属物体中の
欠陥の有無を判定し、その健全性の確認に使用されてい
る。従来の平板等を探傷する渦電流探傷装置は、図３に
示すように励磁コイル１０１、検出コイル１０２が磁心
１０３に巻き付けられて構成される探傷子１００、画面
５１を有する探傷器１２０、及びこれらを電気的に接続
する接続ケーブル１３０により構成されている。

【０００３】この渦電流探傷装置の電磁気的な接続状態
を図４に示す。図３及び図４において、１１０は対象と
なる被検体金属である平板、１１１は被検体金属中の欠
陥、１３１は励磁コイル１０１が発生する磁界、１３２
は励磁コイル１０１が発生する磁界によって生じる金属
体中を流れる渦電流、１３３は渦電流１３２によって発
生する磁界であり、１４１は探傷器が内蔵する発振器で
ある。

【０００４】励磁コイル１０１には、発振器１４１から
接続ケーブル１３０を通じて一定の大きさ（振幅）、一
定周波数の交流の電流が流される。励磁コイル１０１に
交流電流が流れることによって磁界１３１が発生し、検
出コイル１０２、及び被検体金属１１０と鎖交すること
により、被検体金属１１０に渦電流１３２が発生する。
この渦電流１３２は、被検体金属１１０が健全な場合
（欠陥が存在しない場合）、励磁コイル１０１と同心円
状に発生する。この渦電流１３２によっても磁界１３３
が発生し、この磁界１３３も検出コイル１０２と鎖交す
る。

【０００５】これらの交流の磁界１３１、及び１３３が
励磁コイル１０１と鎖交することによって、検出コイル
１０２に交流の電圧が誘起する。被検体金属１１０に欠
陥１１１が存在する場合、渦電流１３２の流れ方が、欠
陥の無い場合に比べて変化する。このとき、渦電流１３
２が発生する磁界１３３も欠陥のない場合に比べて変化
するため、検出コイル１０２に誘起する電圧も変化し、
この誘起電圧の変化を探傷器１２０に内蔵する処理信号
器によって信号処理し、探傷器１２０の画面５１にて、
欠陥１１１による信号波形６１として観察し、欠陥１１
１の存在を知る。

【０００６】実際に適用される場合、励磁コイル１０
１、検出コイル１０２等で構成される探傷子１００を被
検体金属１１０に沿って移動させながら、このときの探
傷器１２０の画面５１に現われる波形を観察することに
よって、被検体金属中の欠陥の有無を判断する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の渦電
流探傷装置では、検出コイル１０２に誘起する電圧の大
きさは、検出コイル１０２の形状、励磁電流の周波数等
が設定された場合、検出コイル１０２と鎖交する磁界の
変化の大きさによって変化する。探傷器１２０の画面５
１に現われる波形６１の大きさは、検出コイル１０２に
誘起する電圧の変化の大きさに比例するため、画面５１
の波形６１の大きさも検出コイル１０２と鎖交する磁界
の変化の大きさによって変化する。

【０００８】したがって、波形６１の大きさは、欠陥１
１１が存在することによって変化する渦電流１３２の大
きさによって決まることになる。欠陥１１１が存在する
周辺の渦電流１３２が大きい場合、欠陥１１１によって
渦電流の変化が大きくなり、検出コイル１０２と鎖交す
る磁界の変化も大きくなる。

【０００９】交流の磁界が金属の内部に入って行くと
き、磁界は周波数と、金属の材質等によって決まる一定
の関係で減衰する。したがって、被検体金属１１０の励
磁コイル１０１に近い表面側では、金属は大きな磁界に
作用され、渦電流も大きく、欠陥１１１により生じる渦
電流の変化も大きい。

【００１０】しかし、金属体の励磁コイル１０１と反対
側の面の近傍では、励磁コイル１０１が発生する磁界が
減衰し、この部分に流れる渦電流の大きさは小さくな
る。このため、金属体の励磁コイル１０１と反対側の面
の近傍に欠陥が存在しても、この欠陥により生じる渦電
流の変化は小さくなる。この渦電流が発生する磁界の変
化も、また小さくなる。更に、この欠陥の存在を感知す
るためには、欠陥の存在によって生じる磁界の変化を検
出コイル１０２が検出する必要があり、欠陥の存在によ
って変化する磁界が検出コイル１０２と鎖交する必要が
ある。しかし、欠陥１１１が励磁コイル１０１の反対面
の被検体金属１１０に存在する場合、欠陥１１１の存在
によって変化する磁界が検出コイル１０２と鎖交するた
めには、被検体金属１１０の肉厚を伝わる必要があり、
ここでも、励磁コイル１０１で説明したのと同様な減衰
が生じる。

【００１１】この励磁コイル１０１の発生する磁界の減
衰、及び欠陥検出性の減衰を図５に示す。図５は欠陥１
１１が被検体金属１１０の肉厚に対して、どの位置にあ
るとき、そのときの励磁コイル１０１が発生する磁界
（励磁磁界）がどのように減衰して伝わるか、また、そ
のとき欠陥１１１の存在により生じる渦電流の変化が発
生する磁界の変化がどのように減衰して伝わり、検出コ
イル１０２と鎖交するかを示したものである。図の破線
８１は励磁磁界の減衰を示しており、図の実線８２は検
出性の減衰を示したものである。上記励磁コイル１０１
が発生する磁界の減衰は、図の破線のように減衰し、欠
陥１１１の各々の位置によって、その部分に流れる渦電
流の大きさも小さくなる。この小さな渦電流が発生する
磁界の、欠陥によって変化する大きさも小さくなる。こ
の磁界の変化は、検出コイル１０２と鎖交するためには
被検体金属１１０中を伝わる必要があり、磁界がこの部
分へ届いたときに減衰したと同様に減衰して伝わり、検
出コイル１０２と鎖交する。

【００１２】金属体中の磁界の減衰は論理的に次式で示
される。 Ａx ＝Ａo ｅ^-kx ・・・（１） Ａo ：励磁コイル側の被検体表面の磁界強度 Ａx ：被検体金属の任意の位置（励磁コイルから任意の
肉厚方向の距離）における磁界強度 ｅ：自然数（２．７１８２８……） ｋ：定数（周波数、被検体金属の特性で決まる） ｘ：励磁コイルからの距離（肉厚方向の距離） 上式の関係の一例（定数ｋをある値として）を、図５に
相対値にて示しており、励磁コイル１０１が発生する励
磁磁界の減衰は破線８１のようになり、励磁コイル１０
１側金属表面での磁界強度を１としたとき、反対側表面
ではこれの７５％に減衰する。

【００１３】検出性については、前述したように、減衰
した磁界により流れる渦電流の変化により生じる磁界の
変化が減衰して金属体中を伝わり、検出コイル１０２と
鎖交しなければならないため、励磁磁界の減衰よりも大
きく（２倍の距離に相当分）なり、実線８２のように減
衰した特性となる。図５のように、検出性については、
励磁コイル１０１（検出コイル１０２側）に存在する欠
陥の検出性（検出感度）を１とすると、反対側表面に存
在する欠陥の検出感度はその約１／２に低下する。

【００１４】図５は、被検体金属の特性、励磁電流の探
傷周波数を仮定して描いたものであるが、この図のよう
に、従来の検出コイルの構成（探傷子の構成）では、励
磁コイル（検出コイル）の反対側表面近傍に存在する欠
陥の検出性（検出感度）が低下するというような問題点
があった。

【００１５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、被検体金属に存在する欠陥が、被検体金属の肉厚方
向のどの位置にあっても、一定の感度で検出でき、欠陥
の大きさによってほぼ同一の信号波形が得られ、信号波
形の大きさ（振幅）から欠陥の大きさを精度良く推定で
きる渦電流探傷子を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る渦電流探傷
子は、励磁コイルと該励磁コイルに固定された磁石とを
被検体金属の一方の面の近傍に、また検出コイルと該検
出コイルに固定された磁石とを前記被検体金属の他方の
面の近傍に配置した渦電流探傷子において、前記２つの
磁石はその極性が互いに吸引するように、かつ該２つの
磁石の吸引力が最大になる位置において各々のコイルの
中心が一致するように配置されていることを特徴とす
る。

【００１７】

【作用】上記のように構成することにより、一方のコイ
ルを被検体金属の表面に沿って移動させると、他のコイ
ルもこれに追従して移動する。従って、欠陥が被検体金
属のどの位置（肉厚方向のどの位置）にあっても、欠陥
の大きさが一定であれば、検出コイルと鎖交する磁界の
変化は一定となり、同一の感度で欠陥を検出することが
できる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明の一実施例に係る渦電流探傷子
を用いた渦電流探傷装置の構成図である。

【００１９】図中０１は励磁コイル、０２は検出コイ
ル、０３は表面側磁石（永久磁石）、０４は裏面側磁石
（永久磁石）であり、各コイルと各磁石は固定されて取
り付けられている。

【００２０】また、１１０は被検体金属、１１１は被検
体金属１１０中の表面欠陥、１２０は探傷器、１３０は
接続ケーブル、５１は探傷器１２０の画面、及び６１は
欠陥１１１による信号波形であり、これらは従来の渦電
流探傷装置の説明図（図３）と同様のものであり、同様
の特性、性能を有している。

【００２１】本発明における励磁コイル０１は、被検体
金属１１０の表面側に、検出コイル０２は被検体金属１
１０の裏面側に配置され、この励磁コイル０１及び検出
コイル０２にて探傷子を構成する。これら励磁コイル０
１及び検出コイル０２は互いの相対的な位置が変化しな
いように固定して、被検体金属１１０の表面状を走査し
て探傷を行なう。

【００２２】図１の励磁コイル０１と検出コイル０２
は、従来のものと同様に作用し、励磁コイル０１に供給
される交流の電流によって、交流の磁界を発生する。こ
の交流の磁界は、被検体金属１１０と作用し、この被検
体金属１１０中に渦電流を発生する。被検体金属１１０
に流れる渦電流は、該被検体金属１１０に存在する欠陥
１１１によっても、その流れ方、大きさ等が変化する。
被検体金属１１０の内部に流れる渦電流も交流の磁界を
発生しており、この磁界は検出コイル０２と鎖交してお
り、欠陥１１１によって渦電流の流れ方が変化すれば、
渦電流が発生する磁界も変化し、検出コイル０２と鎖交
する磁界も変化する。検出コイル０２と鎖交する磁界が
変化することによって、検出コイル０２の誘起する電圧
も変化し、この電圧の変化を探傷器１２０に内蔵する信
号処理器にて信号処理し、探傷器１２０の画面５１に信
号波形６１として表示し、欠陥を検出する。

【００２３】この欠陥の検出感度（信号波形６１の振
幅）は、検出コイル０２の誘起する電圧変化の大きさに
比例し、検出コイル０２の誘起する電圧変化の大きさ
は、検出コイル０２と鎖交する磁界の変化の大きさに比
例する。

【００２４】図２に欠陥の位置と検出性（検出感度：信
号波形の振幅）の関係を示した。図の横軸は被検体金属
１１０の肉厚を相対値にて（全肉厚を１として）示して
おり、図の破線８１は、従来の探傷子の場合（図５）と
同一の励磁磁界の、被検体金属１１０の肉厚方向に対す
る減衰の程度を相対値にて示しており、図の実線３１
は、本発明の探傷子による欠陥に対する検出性の程度を
示している。

【００２５】図５（従来探傷子の欠陥位置と検出性の関
係）にて説明したように、本発明による探傷子の励磁コ
イル０１が発生する磁界も、周波数、及び被検体金属１
１０の特性等によって決定される傾斜にて、被検体金属
１１０の肉厚方向に減衰する。しかし、本発明による検
出コイル０２は、励磁コイル０１に対して被検体金属１
１０の反対側に配置されるため、欠陥１１１が存在する
ことにより生じる渦電流変化により発生する磁界変化
は、欠陥１１１が励磁コイル０１の反対側（裏面）に近
く存在するとき（検出コイル０２に近いため）、ほとん
ど減衰せずに検出コイル０２まで伝わる。

【００２６】欠陥１１１が励磁コイル０１に近いとき、
励磁コイル０１の発生する磁界は、ほとんど減衰せずに
欠陥１１１の位置まで伝わるが、欠陥１１１の部分で生
じた渦電流変化による磁界変化は、減衰して検出コイル
０２まで伝わる。

【００２７】このように、本発明による探傷子では、欠
陥１１１の位置が励磁コイル０１に近い場合、励磁コイ
ル０１が発生する磁界は減衰しないが、欠陥１１１の部
分で生じた渦電流変化による磁界変化が検出コイル０２
に伝わる段階で減衰する。欠陥１１１が励磁コイル０１
から離れて存在する（検出コイル０２に近い）とき、励
磁コイル０１が発生する磁界は減衰して欠陥１１１の部
分まで伝わるが、この部分で生じる磁界変化は、ほとん
ど減衰せずに検出コイル０２に伝わる。

【００２８】本発明による探傷子ではこのように、励磁
コイル０１と検出コイル０２が被検体金属１１０の表面
側と裏面側に配置しているため、欠陥１１１がどの位置
にあっても、図２の実線３１で示す検出性の程度のよう
に、本発明による探傷子ではほぼ一致した感度で欠陥１
１１を検出できるようになる。

【００２９】しかし、このためには励磁コイル０１と検
出コイル０２の中心が常にほぼ一致する必要がある。表
面側磁石０３及び裏面側磁石０４が各コイルの中心を一
致させる働きをする。表面側磁石０３及び裏面側磁石０
４は吸引する極性に配置してあるため、一方の磁石が移
動すれば、他の磁石も被検体金属１１０の他の面で移動
し、吸引力が最も大きくなる状態を保持しようとする。
磁石の吸引力が最大になったとき、励磁コイル０１と検
出コイル０２の中心が一致するように、各々の磁石の位
置関係が設定されているため、表面側磁石０３及び裏面
側磁石０４の吸引力による作用にて、励磁コイル０１と
検出コイル０２の中心が常に一致する。一方のコイルを
被検体金属１１０の表面の近くで走査することによっ
て、安定して、欠陥１１１が肉厚のどの位置にあっても
ほぼ一定の感度で欠陥１１１を検出できるようになる。
本実施例では、説明を簡単にするため、被検体金属１１
０の形状を平板としたが、本発明は、パイプ、管状の被
検体金属にも適用できる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
検体金属に存在する欠陥が、被検体金属の肉厚方向のど
の位置にあっても、一定の感度で検出でき、欠陥の大き
さによってほぼ同一の信号波形が得られ、信号波形の大
きさ（振幅）から欠陥の大きさを精度良く推定できるこ
とになり、次のステップで必要な修理が正確に、しかも
短期間で実施でき、各種機器の稼働率も大幅に改善され
ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る渦電流探傷装置を示す
構成図。

【図２】本発明に係る欠陥の位置と検出性の関係の説明
図。

【図３】従来の渦電流探傷装置を示す構成図。

【図４】従来の渦電流探傷子の電気的接続状態を示す
図。

【図５】従来の渦電流探傷子の欠陥の位置と検出性の関
係の説明図。

【符号の説明】

０１ 励磁コイル ０２ 検出コイル ０３ 表面側磁石 ０４ 裏面側磁石 ３１ 検出性の程度 ５１ 探傷器の画面 ６１ 欠陥による信号波形 ８１ 励磁磁界の減衰 １１０ 被検体金属 １１１ 被検体金属中の表面欠陥 １２０ 探傷器 １３０ 接続ケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 励磁コイルと該励磁コイルに固定された
   磁石とを被検体金属の一方の面の近傍に、また検出コイ
   ルと該検出コイルに固定された磁石とを前記被検体金属
   の他方の面の近傍に配置した渦電流探傷子において、前
   記２つの磁石はその極性が互いに吸引するように、かつ
   該２つの磁石の吸引力が最大になる位置において各々の
   コイルの中心が一致するように配置されていることを特
   徴とする渦電流探傷子。