JPH08304346A - 断面円形材料の漏洩磁束探傷用磁化器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】疑似信号の出力抑制が可能な断面円形材料の漏
洩磁束探傷用の磁化器を提供すること。 【構成】磁化器の磁気検出器が配置される領域の両磁極
の相対向する面を平行対向面に成形する。 【効果】高ＳＮ比の探傷が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、漏洩磁束探傷用磁化器
にかかわり、より詳しくは、断面円形の鋼管や棒鋼など
の鋼材を漏洩磁束探傷するのに用いる磁化器に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼材の漏洩磁束探傷は、鋼材を磁化器を
用いて交流または直流磁場により磁化し、疵から漏洩す
る磁場を磁気検出器で検出することによって疵を検出す
る探傷方法であることは周知のとおりである。

【０００３】この漏洩磁束探傷方法を用いて断面円形の
鋼管や棒鋼などの鋼材を探傷する場合、従来は、次のよ
うにして行っていた。図３および図４は、その代表的な
例を示す図である。

【０００４】図３では、開放脚端側の間隔を狭めて形成
された断面矩形柱状の磁極１ａ、１ａを有する磁化器１
と、ホルダ３の下端部に埋設された磁気検出器２とを用
い、磁化器１の磁極１ａ、１ａが被検査材４に対して球
心的になるように一定の距離を隔てて配置する。一方、
磁気検出器２は磁化器１の磁極２ａ、２ａ間に支点５ａ
を中心に揺動する揺動アーム５にホルダ３を装着するこ
とによって被検査材４に接触追従するように配置する。

【０００５】また、図４では、上下方向に平行な垂直磁
極１０ａ、１０ａの開放脚下端に、被検査材４の曲率
（直径）に応じて磁化が可能なように、下面が面取り１
０ｃ、１０ｃされるとともに、その対向面がアール面取
り１０ｄ、１０ｄされた水平方向に対向突設された水平
磁極１０ｅ、１０ｅを有する磁化器１０と、図３と同様
構造の磁気検出器２とを用い、磁化器１０の水平磁極１
０ｅ、１０ｅが被検査材４に対して軸対称になるように
一定の距離を隔てて配置する。一方、磁気検出器２は、
図３の場合と同様に、ホルダおよび揺動アーム（いずれ
も図示省略）を用いて磁化器１０の水平磁極１０ｅ、１
０ｅ間に被検査材４に対して接触追従するように配置す
る。

【０００６】そして、上記いずれの場合も、この状態
で、被検査材４を回転させながら軸長方向に移動させる
か、磁化器１とホルダ３（磁気検出器２）を所定位置で
同期回転させながら被検査材４を軸長方向に非回転移動
させるかして螺旋状に走査し、被検査材４の全表面を探
傷して疵６を検出する。

【０００７】なお、図３中の１ｂおよび図４中の１０ｂ
は磁化コイルであり、図３中の５ｂはバランスウエイト
である。

【０００８】ところが、被検査材４は、その断面形状が
真円かつ軸長方向に真直であることはほとんどなく、変
形かつ曲がっており、さらに被検査材４をその軸長方向
に移動させる搬送装置にもガタツキがある。このため、
その離間距離を一定に設定して配置した磁化器１（１
０）と被検査材４との離間距離が変動するのみならず、
被検査材４表面に接触追従する磁気検出器２も磁化器１
（１０）の磁極１ａ、１ａ（１０ｅ、１０ｅ）間で上下
方向に位置変動することになる。さらに、被検査材４の
表面に突部があるなどその表面性状が著しく悪い場合に
は、磁気検出器２が被検査材４表面に接触追従しきれず
に飛び跳ねるようになる。

【０００９】その結果、上記図３および図４に示す従来
の磁化器１（１０）を用いた探傷では、磁気検出器２か
ら真の疵信号と同様レベルの疑似信号が出力され、誤検
出を招くという問題があった。

【００１０】即ち、上記磁気検出器２としては、一般
に、垂直方向の磁場を検出する磁気検出素子２個を垂直
方向磁場に直交する方向に近接対向配置して差動で用い
ることによって材質変動などによる緩やかな磁場変動を
相殺し、疵などに起因して生じる垂直方向の短い磁場変
化のみを検出する構成のものが用いられる。

【００１１】従って、図３に示す磁化器１を用いた場合
を例にとって説明すると、図５（ａ）に示すように、磁
化器１とホルダ３内に埋設した磁気検出器素子２ａ、２
ｂが被検査材４に対して初期設定した位置関係を保って
正常に接触追従している場合には、磁気検出素子２ａの
受信磁場強さＡと２ｂの受信磁場強さＢとが正負ほぼ同
一レベルとなり、図５（ｂ）に示すように、両者の差動
出力値（Ａ−Ｂ）は常に一定で疑似信号が出力されるこ
とがなく、誤検出を招くことはなかった。

【００１２】しかし、図６（ａ）に示すように、被検査
材４の断面形状の著しい局部的な変形に起因してホルダ
３（磁気検出器素子２ａ、２ｂ）が被検査材４表面から
浮き上がった場合には、磁気検出素子２ａの受信磁場強
さＡと２ｂの受信磁場強さＢとが正負ほぼ同一レベルで
小さくなり、図６（ｂ）に示すように、両者の差動出力
値（Ａ−Ｂ）が常に一定でなくなって疑似信号が出力さ
れ、誤検出を招いていた。

【００１３】同様に、図７（ａ）に示すように、被検査
材４の曲がりなどに起因してホルダ３が傾いた場合に
は、２個の磁気検出素子２ａと２ｂ間に高低差が生じ、
両磁気検出素子間での受信磁場強ＡとＢが異なるように
なり、この場合にも図７（ｂ）に示すように、疑似信号
が発生して誤検出を招いていた。

【００１４】前記の誤信号発生現象は、磁化器１と被検
査材４との位置関係が一定で、ホルダ３（磁気検出器
２）が被検査材４に接触追従しない場合だけに限らず、
ホルダ３（磁気検出器２）が凹凸のある被検査材４表面
をに接触追従する場合でも、被検査材４と磁化器１との
相対位置関係が変動した場合には発生する。これらの現
象は、図４に示す対向面がアール面取り１０ｄ、１０ｄ
された水平磁極１０ｅ、１０ｅを有する磁化器１０を用
いた場合にも同じであった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の実情に鑑みなされたもので、被検査材の断面形状変形
および曲がり等に起因して磁気検出器が被検査材に接触
追従しない等する場合にあっても、真の疵信号と同様レ
ベルの疑似信号を出力させることのない磁化器を提供す
ることにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の磁
化器にある。

【００１７】磁気検出器が配置される領域の磁極対向面
相互を平行に成形したことを特徴とする断面円形材料の
漏洩磁束探傷用磁化器。

【００１８】

【作用】本発明者は、上記従来の磁化器を用いた場合に
疑似信号が発生する原因について種々実験研究の結果、
次のおよびに述べることを新たに知見し、本発明を
なすに至った。

【００１９】 上記疑似信号は、磁化器の両磁極間に
生じる水平方向の浮遊磁場の上下方向の勾配の大きさに
大きく左右され、勾配が大きいと疑似信号が発生するこ
と。

【００２０】 上記両磁極間に生じる水平方向の浮遊
磁場の上下方向の勾配を小さくするためには、両磁極間
に配置される磁気検出器の位置変動領域の対向磁極面間
を平行にすればよいこと。

【００２１】図８は、上記およびを検証するために
行った実験結果を示す図で、図８（ａ）は水平方向の浮
遊磁場の上下方向の勾配が大きい場合の結果を、図８
（ｂ）は水平方向の浮遊磁場の上下方向の勾配が小さい
場合の結果を示してある。

【００２２】実験は、図９に示すように、円周方向の等
分４ヶ所の各位置に人工欠陥Ｋ1 、Ｋ2 、Ｋ3 、Ｋ4
（深さは、それぞれ０．１０ｍｍ、０．１５ｍｍ、０．
２３ｍｍ、０．３３ｍｍ）を形成する一方、人工欠陥Ｋ
2 とＫ3 との中間に０．７ｍｍ高さの凸部Ｎを有する被
検査材４を対象に下記の２つの磁化器を用いて行った。

【００２３】水平方向の浮遊磁場勾配が大きい磁化器 両磁極１ａ、１ａの開放脚角度θが４５度で、開放脚先
端まで両磁極対向面が傾斜対向面であり、水平方向浮遊
磁場勾配を１３ガウス／ｍｍに調整したもの。

【００２４】水平方向の浮遊磁場勾配が小さい磁化器 両磁極１ａ、１ａの開放脚角度θが４５度で、開放脚先
端から９ｍｍの高さまでを平行対向面に切り欠き成形
（後述の図１１参照）であり、水平方向の浮遊磁場勾配
を３ガウス／ｍｍに調整したもの。

【００２５】図８の（ａ）と（ｂ）との対比から明らか
なように、両磁極１ａ、１ａの対向面が開放脚先端まで
傾斜対向面で、水平方向浮遊磁場勾配の大きい磁化器を
用いた場合では、被検査材４の凸部Ｎでの信号が極めて
大きい。一方、両磁極１ａ、１ａの対向面の開放脚先端
から９ｍｍまでを切り欠き、ホルダ３（磁気検出器２）
の変動高さ領域の対向面を平行対向面に成形した水平方
向浮遊磁場勾配の小さい磁化器を用いた場合では、被検
査材４の凸部Ｎでの信号が可及的に小さくなっている。

【００２６】これは、両磁極１ａ、１ａの対向面がその
開放脚先端まで傾斜対向面、換言すればその対向面の間
隔が開放脚先端から基端側に向かうに従って大きくなっ
ている場合には、図１０に示すように、両磁極１ａ、１
ａ間に放出形成される磁場（細線で示してある）が上下
方向で不均一、すなわち水平方向浮遊磁場勾配が大きい
ので、ホルダ３（磁気検出器２）が両磁極１ａ、１ａ間
で位置変動すると、ホルダ３内の磁気検出素子２ａ、２
ｂ間での正負検出磁場強さが変化して小さくなるため、
極めて大きな誤信号を発生するのである。

【００２７】これに対し、図１１に示すように、磁気検
出器２の変動領域部分における両磁極１ａ、１ａの対向
面を平行対向面とする場合には、両磁極１ａ、１ａ間に
放出形成される水平磁場それ自体は大きくなるものの、
磁場（細線で示してある）が上下方向でほぼ均一、すな
わち水平方向浮遊磁場勾配が小さくなる。したがって、
この場合には、ホルダ３（磁気検出器２）が両磁極１
ａ、１ａ間で上下方向に位置変動あるいは傾斜変動して
も、磁気検出器素子２ａ、２ｂは垂直方向に水平磁場の
変化の小さい磁場空間から逸脱することがないので、磁
気検出素子２ａ、２ｂ間での検出磁場強さがほとんど変
化しないため、誤信号が発生しなくなる。

【００２８】すなわち、ノイズの発生が抑制される。

【００２９】

【実施例】以下、本発明に係わる磁化器をその一実施例
を示す図面に基づいて、詳細に説明する。なお、従来と
同一の機器等は従来と同一符号を付して示してある。

【００３０】図１は、本発明に係わる磁化器１を被検査
材４および磁気検出器２を保持するホルダ３とともに示
し、磁化器１は全体として逆Ｕ字状に成形されており、
被検査材４に対して両磁極１ａ、１ａが球心的に配置で
きるように開放脚角度θをもって開放脚端側の間隔を狭
めて成形されている。

【００３１】そして、両磁極１ａ、１ａの開放脚端側の
相対向する内側面は、図示省略するが従来と同様に揺動
アームを用いて両磁極１ａ、１ａ間に上下動自在に保持
されるホルダ３内に埋設された２個一対の磁気検出器２
の変動領域を超える長さＬにわたってその間隔Ｈが等し
くなるように平行面１ｃ、１ｃに成形されている。

【００３２】また、従来と同様に、上記磁化器１は、紙
面に対して垂直な方向に珪素鋼板を積層してその断面形
状が矩形に成形されており、両磁極１ａ、１ａの中間部
に装着された磁化コイル１ｂ、１ｂに通電して被検査材
４を磁化するようになっている。

【００３３】このように、相対向する内側面を平行面１
ｃ、１ｃに成形した磁化器１を用いて被検査材４を磁化
し、疵６から漏洩する磁場を両磁極１ａ、１ａ間に配設
した磁気検出器２によって検出する場合には、被検査材
４の表面凹凸などに起因してホルダ３（磁器検出器２）
が被検査材４表面に接触追従せずに浮き上がるなどして
も、前述したように、平行面１ｃ、１ｃ間の上下（垂
直）方向各位置における水平磁場変化の小さい磁場空間
から磁気検出器２が逸脱することがないので、誤信号が
発生することがなくなり、ＳＮ比の高い疵検出信号を得
ることができる。

【００３４】《実施例》深さ０．５ｍｍ、幅０．５ｍｍ
の人工欠陥を施した１３Ｃｒ鋼製の外径１６８ｍｍ、肉
厚１０ｍｍの丸鋼管を対象に、表１に示す寸法仕様の従
来型磁化器（図３に示す形状のもの）と、本発明の磁化
器（図１に示す形状のもの）とを用い、高周波（２ｋＨ
ｚ）漏洩磁束探傷を行うに際し、同形状のモデル磁化器
を用いて電磁場解析によって磁場分布を求めた後、水平
浮遊磁場それ自体の強さと水平浮遊磁場勾配とを算出し
て比較した。また、上記丸鋼管を探傷し、その探傷信号
を記録してＳＮ比を調べた。

【００３５】なお、上記電磁場解析は、磁気ベクトルポ
テンシャル法を用いて２次元の有限要素法により離散化
させて計算する方法によって行った。また、被検査材の
非線形性を考慮し、かつ動磁場計算とした。

【００３６】

【表１】

【００３７】その結果、磁気検出器の設置場所における
水平浮遊磁場その自体は、従来の磁化器では約３００ガ
ウスであったのに対し、本発明の磁化器では約３７５ガ
ウスと上昇していた。しかし、誤信号発生の原因となる
水平浮遊磁場勾配は、従来の磁化磁では８．２ガウス／
ｍｍと大であったのに対し、本発明の磁化磁では０．９
ガウス／ｍｍと極めて小さく、大幅に改善されていた。

【００３８】また、各磁化器によった場合の探傷信号波
形は図２に示すとおりで、従来の磁化器では、図２
（ａ）に示すように、ノイズが大きく、ＳＮが１．５程
度と小さかった。これに対し、本発明の磁化器では、図
２（ｂ）に示すように、ノイズが小さく、ＳＮが４超に
大きくに向上している。

【００３９】

【発明の効果】本発明の磁化器によれば、漏洩磁束探傷
においてノイズの低減に役立ち、疵検出能を向上させる
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁化器の一例を、被検査材および磁気
検出器とともに示す図である。

【図２】実施例による検出信号波形を示す図で、同図
（ａ）は従来の磁化器を用いた場合、同図（ｂ）は本発
明の磁化器を用いた場合を示す図である。

【図３】従来の磁化器を用いた断面円形材料の漏洩磁束
探傷態様を示す図である。

【図４】従来の他の磁化器を用いた断面円形材料の漏洩
磁束探傷態様を示す図である。

【図５】図３に示す従来の磁化器を用いての探傷態様と
検出波形との関係を示す図で、磁気検出器が被検査材に
接触追従している場合を示し、同図（ａ）は磁化器と磁
気検出器との位置関係を、同図（ｂ）はこのときの検出
波形を示す図である。

【図６】図３に示す従来の磁化器を用いての探傷態様と
検出波形との関係を示す図で、磁気検出器が被検査材か
ら浮き上がった場合を示し、同図（ａ）は磁化器と磁気
検出器との位置関係を、同図（ｂ）はこのときの検出波
形を示す図である。

【図７】図３に示す従来の磁化器を用いての探傷態様と
検出波形との関係を示す図で、磁気検出器が被検査材に
対して傾いた場合を示し、同図（ａ）は磁化器と磁気検
出器との位置関係を、同図（ｂ）はこのときの検出波形
を示す図である。

【図８】本発明の知見内容の検証実験結果を示す図で、
同図（ａ）は水平浮遊磁場の勾配が大きい磁化器を用い
た場合の結果を、同図（ｂ）は水平浮遊磁場の勾配が小
さい磁化器を用いた場合の結果を示す図である。

【図９】本発明の知見内容の検証するための実験態様を
示す図である。

【図１０】従来の磁化器を用いた場合における水平浮遊
磁場勾配状況とノイズ発生との関係を説明する図であ
る。

【図１１】本発明の磁化器を用いた場合における水平浮
遊磁場勾配状況とノイズ発生との関係を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１：磁化器、 ２：磁気検出器、 ３：ホ
ルダ、４：被検査材、 ５：揺動アーム、
６：疵、１ａ：磁極、 １ｂ：磁化コイル、
１ｃ：平行面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】磁気検出器が配置される領域の磁極対向面
   相互を平行に成形したことを特徴とする断面円形材料の
   漏洩磁束探傷用磁化器。