JPH10123099A - Apparatus and method for evaluating metallic material - Google Patents

Apparatus and method for evaluating metallic material

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JPH10123099A
JPH10123099A JP29764896A JP29764896A JPH10123099A JP H10123099 A JPH10123099 A JP H10123099A JP 29764896 A JP29764896 A JP 29764896A JP 29764896 A JP29764896 A JP 29764896A JP H10123099 A JPH10123099 A JP H10123099A
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JP
Japan
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metal material
voltage change
coil
change
search coil
Prior art date
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Application number
JP29764896A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichi Saito
伸一 斉藤
Masahiro Shioya
政博 塩屋
Jun Suetsugu
純 末次
Takuichi Imanaka
拓一 今中
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Non Destructive Inspection Co Ltd
Original Assignee
Non Destructive Inspection Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To evaluate a degree of deterioration of a metallic material simply and speedily. SOLUTION: An apparatus 1 is provided with a transmitter 2 generating an a.c., and an inspection coil 3 for detecting a state change of a metallic material by generating an eddy current to the metallic material by the a.c. A voltage change of the inspection coil 3 resulting from the state change of the metallic material is detected by a bridge 4. A frequency spectrum of signals of the voltage change detected by the bridge 4 is obtained by a frequency FFT means 9b. A characteristic amount such as a primary moment or the like of the frequency spectrum obtained by the FFT means 9b or a characteristic amount such as a length of an envelope at a time area, etc., is analyzed by a characteristic amount-analyzing means 9c.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管や鋼板等の金
属材料に関し、亀裂を発生するに至るまでの材料劣化の
程度を非破壊的に評価するための評価装置及び評価方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a metal material such as a steel pipe or a steel plate and, more particularly, to an evaluation device and a method for non-destructively evaluating the degree of material deterioration up to the occurrence of cracks. .

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、鋼管等の金属材料を非破壊的
に検査するには、渦流探傷法や超音波探傷法が用いられ
ている。
2. Description of the Related Art Conventionally, an eddy current inspection method and an ultrasonic inspection method have been used for nondestructively inspecting a metal material such as a steel pipe.

【0003】前者の方法にあっては、金属材料に渦電流
を発生させると共に、その亀裂等に起因する透磁率の変
化等の金属材料の状態変化を、探査コイルの出力電圧と
位相の変化とにより評価し、亀裂等の材料に生じた形状
的欠陥を推定している。しかも、探査コイルのリフトオ
フ等によるノイズを除去するために位相検波器等を設け
る場合も多い。しかし、同方法では、亀裂等のあくまで
も形状的な欠陥に起因する透磁率又は導電率の変化を評
価するに留まり、亀裂の発生に至るまでの材質劣化等を
未然に発見するための材質評価を行うことは不可能であ
った。
In the former method, an eddy current is generated in the metal material, and a change in the state of the metal material such as a change in magnetic permeability caused by a crack or the like is determined by a change in the output voltage and phase of the search coil. To estimate the shape defects generated in the material such as cracks. Moreover, a phase detector or the like is often provided in order to remove noise due to lift-off of the search coil. However, this method only evaluates the change in magnetic permeability or conductivity caused by a shape defect such as a crack, and evaluates the material in order to discover material deterioration or the like before the occurrence of a crack. It was impossible to do.

【0004】また、後者の方法にあっては、超音波パル
スを材料に送信すると共に、亀裂等の欠陥により反射し
た反射パルスを受信し、反射パルスの鋭さ、大きさや受
信時間により、傷の程度と位置とを求めている。しか
し、同方法でも、亀裂等に起因する反射パルスを用いる
のであるから、上述の如き材質評価を行うことは不可能
であった。
In the latter method, an ultrasonic pulse is transmitted to a material, a reflected pulse reflected by a defect such as a crack is received, and the degree of a flaw is determined by the sharpness, size and reception time of the reflected pulse. And seeking position. However, even with this method, it is impossible to perform the material evaluation as described above because a reflected pulse caused by a crack or the like is used.

【0005】一方、超音波パルスを材料に入射した場合
において、材料劣化の一態様である微小なボイドの発生
や不純物の介在等に起因する微小な後方散乱波を解析す
ることで、材料劣化の程度を評価する方法も提唱されて
いる。しかし、同方法では、超音波探触子を材料の表面
にグリース等を介して接触させるか、水槽に浸漬した材
料に超音波を入射させる必要がある。したがって、材料
表面が荒れていたり、材料自体が大型構造物で水槽に浸
漬できない場合には、試験を行うことができなかった。
また、探触子を材料表面に接触させつつ高速移動させる
ことは困難なので、簡易且つ迅速な検査が求められる場
合には不向きであった。
On the other hand, when an ultrasonic pulse is incident on a material, a minute backscattered wave caused by generation of minute voids or inclusion of impurities, which is one mode of material deterioration, is analyzed, whereby the material deterioration is reduced. Methods for assessing the degree have also been proposed. However, in this method, it is necessary to bring the ultrasonic probe into contact with the surface of the material via grease or the like, or to apply ultrasonic waves to the material immersed in the water tank. Therefore, when the material surface was rough or the material itself was a large-sized structure and could not be immersed in a water tank, the test could not be performed.
Further, since it is difficult to move the probe at a high speed while being in contact with the surface of the material, the probe is not suitable when a simple and quick inspection is required.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】かかる従来の実情に鑑
みて、本発明は、簡易かつ迅速に金属材料の劣化の程度
を評価することの可能な金属材料の評価装置及び評価方
法を提供することを目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of such a conventional situation, the present invention provides a metal material evaluation apparatus and an evaluation method capable of easily and quickly evaluating the degree of deterioration of a metal material. With the goal.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る金属材料の評価装置の特徴は、連続波
又はパルス波を発生する発信器と、連続波又はパルス波
により金属材料に渦電流を発生させてこの金属材料の状
態変化を検出するための探査コイルと、前記金属材料の
状態変化に起因する探査コイルの電圧変化を検出するた
めの電圧変化検出手段と、この電圧変化検出手段により
検出された電圧変化の信号の周波数スペクトルを求める
周波数スペクトル解析手段と、この周波数スペクトル解
析手段により求められた周波数スペクトルにおける特徴
量を解析する特徴量解析手段とを備えたことにある。
In order to achieve the above object, a metal material evaluation apparatus according to the present invention is characterized in that a transmitter for generating a continuous wave or a pulse wave and a metal material for a continuous wave or a pulse wave are used. A search coil for generating an eddy current to detect a change in the state of the metal material; a voltage change detection unit for detecting a change in voltage of the search coil due to the change in the state of the metal material; There is provided a frequency spectrum analyzing means for obtaining a frequency spectrum of a signal of a voltage change detected by the means, and a feature quantity analyzing means for analyzing a feature quantity in the frequency spectrum obtained by the frequency spectrum analyzing means.

【0008】一方、本発明に係る金属材料の評価方法の
特徴は、連続波又はパルス波により金属材料に渦電流を
発生させてこの金属材料の状態変化を探査コイルの電圧
変化として検出し、この探査コイルの電圧変化の信号の
周波数スペクトルを求め、周波数スペクトルにおける特
徴量の解析により金属材料の評価を行うようにしたこと
にある。
On the other hand, a feature of the metal material evaluation method according to the present invention is that an eddy current is generated in the metal material by a continuous wave or a pulse wave, and a change in the state of the metal material is detected as a voltage change in the search coil. The object is to obtain a frequency spectrum of a signal of a voltage change of a search coil and to evaluate a metal material by analyzing a feature amount in the frequency spectrum.

【0009】また、本発明の他の特徴は、「上記周波数
スペクトル解析手段」を省略し、「上記特徴量解析手
段」を「電圧変化検出手段により検出された電圧変化の
信号の時間領域における特徴量を解析する手段」として
構成したことにある。
Another feature of the present invention is that the above-mentioned "frequency spectrum analyzing means" is omitted, and the "characteristic amount analyzing means" is replaced with the "characteristic in the time domain of the signal of the voltage change detected by the voltage change detecting means." Means for analyzing the quantity. "

【0010】ここで、上記「探査コイル」は、金属材料
のうち少なくとも試験体に近接させる第一コイルと比較
用の標準体に近接させる第二コイルとにより構成しても
よい。この場合、上記「電圧変化検出手段」は、金属材
料の状態変化に起因する探査コイルの電圧変化を第一、
第二コイルの不平衡出力として検出するもの、例えばブ
リッジ等の回路により構成してもよい。
[0010] Here, the "exploration coil" may be composed of at least a first coil made of metal material which is brought close to the test body and a second coil which is brought close to the standard body for comparison. In this case, the "voltage change detection means" firstly determines a voltage change of the search coil caused by a change in the state of the metal material.
It may be configured by a circuit that detects the unbalanced output of the second coil, for example, a circuit such as a bridge.

【0011】本発明の一実施形態において、「金属材料
の状態変化に起因する第一、第二コイルの不平衡出力」
は、金属材料の劣化情報を含む状態変化を維持するため
に位相検波器を介さずに、周波数スペクトル解析手段に
送られる。特徴量解析手段では、後述する一次モーメン
ト等の特徴量を解析し、これに基づいて材料の劣化の程
度を評価することが可能となる。また、本発明の他の実
施形態によれば、「包絡線の長さ」等を時間領域におけ
る特徴量として解析し、材料の劣化の程度を評価するこ
とが可能である旨が確認された。
In one embodiment of the present invention, “an unbalanced output of the first and second coils due to a change in the state of the metal material”
Is sent to the frequency spectrum analysis means without passing through the phase detector in order to maintain the state change including the deterioration information of the metal material. The characteristic amount analysis means analyzes characteristic amounts such as a first moment described later, and can evaluate the degree of material deterioration based on the analyzed characteristic amounts. Further, according to another embodiment of the present invention, it has been confirmed that it is possible to analyze the "length of the envelope" or the like as a feature amount in the time domain and evaluate the degree of deterioration of the material.

【0012】探査コイルと金属材料とは基本的に非接触
であるため、金属材料の表面が荒れていたり非金属膜等
が介在しても、材質劣化等に起因する状態変化を確実且
つ迅速に捉えることができる。また、探査コイルの電圧
変化の信号のうち、位相変化ではなく、周波数スペクト
ルにおける特徴量を捉えるのであるから、形状的な欠陥
の発見に留まらず、材質劣化等の評価も可能となる。
Since the search coil and the metal material are basically in non-contact with each other, even if the surface of the metal material is rough or a non-metal film is interposed, a state change due to material deterioration or the like can be reliably and quickly performed. Can be caught. In addition, since the characteristic amount in the frequency spectrum is detected instead of the phase change in the signal of the voltage change of the search coil, it is possible to evaluate not only the defect of the shape but also the deterioration of the material.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】まず、図1〜4を参照しながら本
発明の第一の実施の形態について説明する。図1に示す
ように、本実施形態に係る評価装置1は、金属材料の一
例である鋼管において、亀裂発生に至るまでの材料劣化
の程度又は亀裂の発生状態を評価するものである。この
評価装置1は、大略、発信器2、探査コイル3、ブリッ
ジ4及びパーソナルコンピュータ9等により構成されて
いる。パーソナルコンピュータ9は、ハードディスク、
リムーバブルハードディスク、CD−ROM、RAM、
フレキシブルディスク等に記憶させたソフトウエアをC
PUで演算処理することにより後述する機能を実現する
汎用品を用いている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, an evaluation device 1 according to the present embodiment evaluates a degree of material deterioration until a crack is generated or a crack generation state in a steel pipe as an example of a metal material. The evaluation device 1 is generally composed of a transmitter 2, a search coil 3, a bridge 4, a personal computer 9, and the like. The personal computer 9 has a hard disk,
Removable hard disk, CD-ROM, RAM,
Copy the software stored on a flexible disk etc. to C
A general-purpose product that realizes functions described later by performing arithmetic processing in the PU is used.

【0014】図2に示すように、上述の鋼管Sは、材質
評価を行う対象となる試験体たる試験管S1と、比較用
の標準体たる標準管S2とに分かれている。これら試験
管S1及び標準管S2は同形状・同程度の寸法を呈して
いる。
As shown in FIG. 2, the above-mentioned steel tube S is divided into a test tube S1 as a test object to be subjected to material evaluation and a standard tube S2 as a standard body for comparison. The test tube S1 and the standard tube S2 have the same shape and the same size.

【0015】先の探査コイル3は、本実施形態におい
て、試験管S1に近接させる第一コイル3aと、先の標
準管S2に近接する第二コイル3bとを備えている。こ
れら第一、第二コイル3a,3bは、ブリッジ4の一部
を構成する。発信器2は水晶発信器等を用いて渦電流発
生用の連続波の一例である図10(a)に示すようなサ
インカーブをなす交流信号を発信し、先の第一、第二コ
イル3a,3bを介して試験管S1及び標準管S2に電
磁誘導で渦電流を発生させる。発信器2の出力は、フィ
ルター2aにより高域側ノイズをカットされた状態で、
ブリッジ4の探査コイル3に磁束を発生させる。
In the present embodiment, the search coil 3 includes a first coil 3a approaching the test tube S1, and a second coil 3b approaching the standard tube S2. These first and second coils 3 a and 3 b constitute a part of the bridge 4. The transmitter 2 transmits an AC signal having a sine curve as shown in FIG. 10A which is an example of a continuous wave for generating an eddy current using a crystal transmitter or the like, and the first and second coils 3a. , 3b, an eddy current is generated in the test tube S1 and the standard tube S2 by electromagnetic induction. The output of the transmitter 2 is in a state where the high-frequency side noise is cut by the filter 2a.
A magnetic flux is generated in the search coil 3 of the bridge 4.

【0016】ブリッジ4は、先の第一、第二コイル3
a,3b及び第一、第二可変抵抗4a,4bにより構成
されている。これら第一、第二可変抵抗4a,4bは、
試験管S1及び標準管S2の双方が正常である場合に、
出力端子4cの電圧が「零」となるように調整を行うた
めのものである。そして、試験管S1の材質変化等に起
因する鋼管Sの状態変化を、第一コイル3a及び第二コ
イル3bの不平衡出力として検出する。なお、図1の自
動平衡器5は、電源電圧の変動など試験管S1の材質変
化に無関係な原因に起因するブリッジ4の不平衡を調整
する。
The bridge 4 is provided with the first and second coils 3
a, 3b and first and second variable resistors 4a, 4b. These first and second variable resistors 4a and 4b
When both the test tube S1 and the standard tube S2 are normal,
This is for adjusting the voltage of the output terminal 4c to be “zero”. Then, a state change of the steel tube S due to a change in the material of the test tube S1 or the like is detected as an unbalanced output of the first coil 3a and the second coil 3b. Note that the automatic balancer 5 of FIG. 1 adjusts the imbalance of the bridge 4 due to a cause unrelated to a change in the material of the test tube S1 such as a fluctuation in the power supply voltage.

【0017】ここで、探査コイル3の異なる二つの形態
を、図3に例示する。図3(a),(b)に示す探査コ
イル3はボビン型であり、一つの鋼管Sに対し鋼管Sの
同心軸を中心として巻回された単一の探査コイル3のみ
を有している。この態様にかかる探査コイル3は、鋼管
Sの長手方向Lに連続する材質異常(亀裂等を含む)を
検出するに適している。一方、図3(c),(d)に示
すアキシアル型の探査コイルでは、鋼管S内面に複数の
探査コイル3を放射状に配列させてある。そして、鋼管
Sの放射状の各区分を、それぞれ対応する各探査コイル
3により検査するように構成してある。各探査コイル3
は、小さなボビン3xにコイル本体3yを巻き付けてあ
り、各探査コイル3におけるコイル本体3yの巻回の中
心軸は鋼管Sの円周方向に一致する。本態様にかかる探
査コイル3は、鋼管Sの円周方向に連続する材質異常を
検出するのに適しており、図1の符号3〜8に示す各部
材を各探査コイル3のチャンネル分だけ独立して設けて
ある。
Here, two different forms of the search coil 3 are illustrated in FIG. The search coil 3 shown in FIGS. 3A and 3B is a bobbin type, and has only one search coil 3 wound around one steel pipe S around the concentric axis of the steel pipe S. . The search coil 3 according to this aspect is suitable for detecting a material abnormality (including a crack or the like) continuous in the longitudinal direction L of the steel pipe S. On the other hand, in the axial type search coil shown in FIGS. 3C and 3D, a plurality of search coils 3 are radially arranged on the inner surface of the steel pipe S. Then, each radial section of the steel pipe S is configured to be inspected by the corresponding search coil 3. Each search coil 3
Has a coil body 3y wound around a small bobbin 3x, and the center axis of the winding of the coil body 3y in each search coil 3 coincides with the circumferential direction of the steel pipe S. The search coil 3 according to this embodiment is suitable for detecting a material abnormality continuous in the circumferential direction of the steel pipe S, and the members indicated by reference numerals 3 to 8 in FIG. It is provided.

【0018】図1に示すブリッジ4の出力は、アンプ6
を介して増幅されると共に、A/Dコンバータ8でデジ
タル信号に変換された後、パーソナルコンピュータ9に
おいて後述の各種信号処理がデジタル処理によりなされ
る。パーソナルコンピュータ9は、ブリッジ4の不平衡
出力をメモリ9aに蓄積し、この不平衡出力信号のデー
タをFFT手段9bにおいて高速フーリエ変換アルゴリ
ズムにより周波数解析し、不平衡出力信号の周波数スペ
クトルを求める。さらに、不平衡出力信号の周波数スペ
クトルにおいて、後述する特徴量を特徴量解析手段9c
により求め、CRTモニタ10やカラープリンタ11を
用いて、Bスキャン、Cスキャン等の表示形態により解
析結果を表示する。
The output of the bridge 4 shown in FIG.
After being amplified through the A / D converter 8 and converted into a digital signal by the A / D converter 8, various signal processing described later is performed by the personal computer 9 by digital processing. The personal computer 9 stores the unbalanced output of the bridge 4 in the memory 9a, analyzes the data of the unbalanced output signal in the FFT means 9b by a fast Fourier transform algorithm, and obtains the frequency spectrum of the unbalanced output signal. Further, in the frequency spectrum of the unbalanced output signal, a characteristic amount described later is converted into a characteristic amount analyzing unit 9c.
And displays the analysis result in a display mode such as B scan or C scan using the CRT monitor 10 or the color printer 11.

【0019】上記FFT手段9bにより求められる周波
数分布曲線P(f)と、特徴量解析手段9cにおいて求
められる各特徴量との関係を図4に示す。また、本発明
において用いられる特徴量の例を、以下に列挙する。 1)P(f)のピーク値Ptに対応する周波数fp 2)ピーク値Ptから6dBダウンした値Pmに対応す
る周波数fa、fb 3)6dBダウンの周波数の幅(fb−fa) 4)一次モーメント ∫(P(f)・f)df/ ∫P(f)d
f 5)∫P(f)df (但し、0.01〜0.04MHzの間にお
ける積分値に限る)
FIG. 4 shows the relationship between the frequency distribution curve P (f) obtained by the FFT means 9b and each characteristic amount obtained by the characteristic amount analyzing means 9c. Further, examples of the feature amounts used in the present invention are listed below. 1) The frequency fp corresponding to the peak value Pt of P (f) 2) The frequency fa, fb corresponding to the value Pm 6 dB down from the peak value Pt 3) The width of the frequency of 6 dB down (fb-fa) 4) The first moment ∫ (P (f) · f) df / ∫P (f) d
f5) ∫P (f) df (however, limited to an integrated value between 0.01 and 0.04 MHz)

【0020】検査を行うに際しては、試験管S1に第一
コイル3a、標準管S2に第二コイル3bを挿入し、第
一、第二可変抵抗4a,4bにより、ブリッジ4の出力
端子4c間電圧が「零」となるように、ブリッジのバラ
ンスを調整する。そして、試験管S1内でその長手方向
に各コイル3a,3bを移動させ、特徴量解析手段9c
による周波数領域における各特徴量の解析結果をCRT
モニタ10により表示し、プリンタ11に出力する。
When performing the inspection, the first coil 3a is inserted into the test tube S1, the second coil 3b is inserted into the standard tube S2, and the voltage between the output terminals 4c of the bridge 4 is set by the first and second variable resistors 4a and 4b. The balance of the bridge is adjusted so that becomes zero. Then, the coils 3a and 3b are moved in the longitudinal direction in the test tube S1, and the characteristic amount analysis means 9c
Analysis results of each feature in the frequency domain by CRT
It is displayed on the monitor 10 and output to the printer 11.

【0021】図3(a)に示す探査コイル3の態様にあ
っては、CRTモニタ10及びプリンタ11に各特徴量
をBスキャン形式で表示する。一方、図3(c)の探査
コイル3の態様にあっては、各探査コイル3のチャンネ
ル毎に、試験管内面を平面に展開し、各特徴量を色調表
示によりCスキャン形式で表示する。なお、後者の態様
において、探査コイル3が一つのみしか設けられてない
場合には、鋼管Sの円周方向に探査コイル3を回転させ
ながら鋼管Sの長手方向Lに探査コイル3を移動させ、
同じく鋼管Sの内部状況をCスキャン形式で表示しても
よい。
In the embodiment of the search coil 3 shown in FIG. 3A, each characteristic amount is displayed on the CRT monitor 10 and the printer 11 in a B-scan format. On the other hand, in the mode of the search coil 3 in FIG. 3C, the inner surface of the test tube is developed on a plane for each channel of each search coil 3, and each feature amount is displayed in a C-scan format by color display. In the latter mode, when only one search coil 3 is provided, the search coil 3 is moved in the longitudinal direction L of the steel pipe S while rotating the search coil 3 in the circumferential direction of the steel pipe S. ,
Similarly, the internal state of the steel pipe S may be displayed in a C-scan format.

【0022】次に、図6〜図9を参照しながら、本発明
の第二の実施形態について説明する。なお、上記第一の
実施形態と同様の構成のものには同様の符号を付してあ
る。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals.

【0023】本実施形態が先の第一実施形態と異なる点
は、各第一、第二コイル3が、励磁用の一次側のコイル
3c、3dと、受信用の二次側のコイル3a,3bとに
独立して設けられている点、及び、上述の電圧変化検出
手段4としてオペアンプ4dを含む作動増幅回路を用い
ている点である。また、本実施形態では、発信器2によ
り図10(e)に示すようなパルス波を用いて各鋼管S
に渦電流を発生させている。
The present embodiment is different from the first embodiment in that each of the first and second coils 3 includes primary coils 3c and 3d for excitation and secondary coils 3a and 3a for reception. 3b, and that an operational amplifier circuit including an operational amplifier 4d is used as the above-described voltage change detection means 4. Further, in the present embodiment, each steel pipe S is transmitted from the transmitter 2 using a pulse wave as shown in FIG.
An eddy current is generated.

【0024】発信器2により図7(a)に示すようなパ
ルス波を一次側のコイル3c、3dに与えた場合におい
て、試験管S1と標準管S2とに材質的差異があると、
二次側のコイル3a,3bの差分出力が作動増幅回路の
出力端子4cから図7(b)の信号K1,K2に示す如
く求められる。図8は、この信号K1又はK2のうち、
健全材の信号Ka(t)と破線で示す劣化材の信号Kb
(t)との関係を示すグラフである。
When a pulse wave as shown in FIG. 7A is applied to the primary coils 3c and 3d by the transmitter 2, if there is a material difference between the test tube S1 and the standard tube S2,
The differential output of the secondary side coils 3a and 3b is obtained from the output terminal 4c of the operational amplifier circuit as shown by signals K1 and K2 in FIG. 7B. FIG. 8 shows that, of the signals K1 and K2,
Sound material signal Ka (t) and degraded material signal Kb indicated by broken line
It is a graph which shows the relationship with (t).

【0025】ここで、後述する「包絡線の長さ」とは、
図8における健全材の信号Ka(t)を例にとって説明
すると、信号のピーク値Xpの10%に相当する値Xb
となる信号Ka(t)の2点間の包絡線長さをいうもの
とする。両信号の比較によれば、劣化した材料程、信号
のピーク値Xp及び包絡線長さは大きくなる傾向にある
ことが伺える。本実施形態では、先のFFT手段9bを
介さずに、受信信号を特徴量解析手段9cにおいて解析
する。この場合の特徴量解析手段9cにおける解析は、
信号ピーク値や包絡線長さを時間領域における各特徴量
として算出することであり、その解析結果を先と同様に
CRTモニタ10やプリンタ11に出力する。
Here, the "length of the envelope" described later is
The signal Ka (t) of the sound material shown in FIG. 8 will be described as an example. The value Xb corresponding to 10% of the peak value Xp of the signal will be described.
Is the length of the envelope between two points of the signal Ka (t). According to the comparison between the two signals, it can be seen that the peak value Xp and the envelope length of the signal tend to increase as the material deteriorates. In the present embodiment, the received signal is analyzed by the feature amount analyzing unit 9c without passing through the FFT unit 9b. The analysis in the feature amount analysis means 9c in this case is as follows.
This is to calculate the signal peak value and the length of the envelope as each feature amount in the time domain, and output the analysis results to the CRT monitor 10 and the printer 11 as before.

【0026】[0026]

【実施例】次に、上記第一の実施形態に係る第一の実施
例について説明する。本実施例では、図3(a),
(b)に示す態様の探査コイルを用いた検査を行う。検
査に用いる鋼管Sは、直径22mm、厚さ1.2mmの
SUS304製のステンレス鋼管である。その長手方向
に対する20〜30mmの範囲において0.5〜1.0
mm等の一定のピッチで探査コイル3を移動させ、デー
タのサンプリングを行った。発信器2における交流の周
波数は、70kHzであり、FFT手段9bにおけるサ
ンプリングレートは781kHzとした。また、フィル
タ7におけるローパス機能のしきい値は200kHzと
した。
Next, a first embodiment according to the first embodiment will be described. In the present embodiment, FIG.
An inspection using the search coil of the mode shown in FIG. The steel pipe S used for the inspection is a SUS304 stainless steel pipe having a diameter of 22 mm and a thickness of 1.2 mm. 0.5 to 1.0 in a range of 20 to 30 mm with respect to the longitudinal direction.
The search coil 3 was moved at a constant pitch such as mm to sample data. The frequency of the alternating current in the transmitter 2 was 70 kHz, and the sampling rate in the FFT means 9b was 781 kHz. The threshold of the low-pass function in the filter 7 was set to 200 kHz.

【0027】試験管S1には、超音波疲労試験器により
20パーセント刻みで5段階に劣化させたものを用い
た。100パーセントとは亀裂の発生を意味する。図5
(a)において、符合G1,G2,G3,G4,G5に
示す範囲が、それぞれ劣化程度100,80,60,4
0,20パーセントにそれぞれ相当する。この劣化の程
度G1〜G5に対応する各標本点を、縦軸が上述の一次
モーメントで、横軸が上述の0.01〜0.04MHz
間の積分値∫P(f)dfであるグラフへ符合G1〜G5
の範囲毎にプロットした。この試験結果より、劣化の程
度G1〜G5と、一次モーメント及び∫P(f)dfの特
徴量との間に相関のあることが確認できた。
As the test tube S1, a tube degraded in five stages at intervals of 20% using an ultrasonic fatigue tester was used. 100% means the occurrence of cracks. FIG.
In (a), the ranges indicated by reference numerals G1, G2, G3, G4, and G5 indicate the degree of deterioration of 100, 80, 60, and 4 respectively.
They correspond to 0 and 20 percent, respectively. Each sample point corresponding to the degree of deterioration G1 to G5 is represented by the vertical axis representing the first moment and the horizontal axis representing the above 0.01 to 0.04 MHz.
The graphs with integration values ΔP (f) df between the symbols G1 to G5
Were plotted for each range. From this test result, it was confirmed that there was a correlation between the degrees of deterioration G1 to G5 and the first moment and the feature amount of ΔP (f) df.

【0028】続いて、上記第一の実施形態に係る第二実
施例について説明する。本実施例では、探査コイルとし
て図3(c),(d)に示すアキシアル型のコイルを使
用している点、及び、図1のフィルタ7がしきい値80
0kHzのローパスフィルタとして構成されている点が
異なる。他の条件は、上記第一実施例と同様である。本
実施例では、図5(b)に示す用に劣化の程度G1〜G
5と、一次モーメント及び6dBダウンの周波数の幅
(fb−fa)との相関を示しており、これら劣化の程
度と6dBダウンの周波数の幅(fb−fa)との間に
も、一定の相関が同じく確認できた。
Next, a second example according to the first embodiment will be described. In this embodiment, the axial type coils shown in FIGS. 3C and 3D are used as the search coils, and the filter 7 shown in FIG.
The difference is that it is configured as a 0 kHz low-pass filter. Other conditions are the same as in the first embodiment. In the present embodiment, as shown in FIG.
5 shows the correlation between the first moment and the width of the frequency of 6 dB down (fb-fa), and the degree of the deterioration and the fixed width of the frequency width of 6 dB down (fb-fa) are also constant. Was also confirmed.

【0029】一方、上記第二の実施形態に係る第三実施
例について図9を参照しつつ説明する。本実施例におけ
る試験管の劣化の程度G1〜G5は、先の第一実施例と
同様である。本実施例によれば、信号の包絡線の長さ及
び信号のピーク値の大きさは、共に劣化の程度が進行す
るに従って、大きくなることが判明した。
On the other hand, a third example according to the second embodiment will be described with reference to FIG. The degree of deterioration G1 to G5 of the test tube in this embodiment is the same as in the first embodiment. According to the present embodiment, it has been found that both the length of the signal envelope and the magnitude of the signal peak value increase as the degree of deterioration progresses.

【0030】最後に、本発明の他の実施の形態の可能性
について説明する。上記実施形態では、探査コイル3を
鋼管Sの内部に投入する内挿コイルとして構成したが、
鋼管Sの外部に位置させる貫通コイルや、試験体の表面
に対向させる上置コイルとして構成しても構わない。ま
た、上記各実施例では、探査コイル3を、鋼管Sに渦電
流を発生させ且つ鋼管Sの状態変化を検出する自己誘導
型として構成した。しかし、電磁誘導により鋼管Sに渦
電流を発生させる一次コイルと、鋼管Sの透磁率等の状
態変化を検出する二次コイルとを別に設けた相互誘導型
として構成しても構わない。
Finally, the possibility of another embodiment of the present invention will be described. In the above embodiment, the search coil 3 is configured as an insertion coil that is inserted into the steel pipe S.
A penetrating coil located outside the steel pipe S or an upper coil facing the surface of the specimen may be used. In each of the above embodiments, the search coil 3 is configured as a self-induction type that generates an eddy current in the steel pipe S and detects a state change of the steel pipe S. However, a mutual induction type in which a primary coil that generates an eddy current in the steel pipe S by electromagnetic induction and a secondary coil that detects a change in state of the steel pipe S such as magnetic permeability may be provided separately.

【0031】上記第一、第二実施形態では、それぞれ図
10(a),(e)に示すような連続波又はパルス波を
用いた。連続波としては、図10(b)のノコギリ波、
(c)の方形波、(d)のサイン波の検波後の波、周波
数一定のサイン波が徐々に減衰するチャープ波等を用い
ることができる。また、パルス波としては、図10
(e)の間欠的なパルス波の他、(f)のような間隔の狭
いパルス波を用いても構わない。また、パルス波を用い
て周波数領域における上述の如き特徴量により材料の劣
化程度を推定でき、連続波を用いた時間領域における上
述の如き特徴量により材料の劣化程度をできる。
In the first and second embodiments, a continuous wave or a pulse wave as shown in FIGS. 10A and 10E is used. As the continuous wave, a sawtooth wave in FIG.
A square wave of (c), a wave after detection of a sine wave of (d), a chirp wave in which a sine wave having a constant frequency gradually attenuates, or the like can be used. As the pulse wave, FIG.
In addition to the intermittent pulse wave of (e), a pulse wave with a narrow interval as shown in (f) may be used. Further, the degree of deterioration of the material can be estimated using the above-described feature amount in the frequency domain using the pulse wave, and the degree of deterioration of the material can be estimated using the above-described feature amount in the time domain using the continuous wave.

【0032】上記実施形態では、検査対象を磁性を帯び
にくい材料とし、その状態変化を主として導電率の変化
として検出した。しかし、本発明は、検査対象を磁性体
とし、その状態変化を主として透磁率の変化として検出
しても構わない。金属材料の「状態変化」は、亀裂等の
形状的な欠陥に起因する他、ボイドや金属脆化によって
も発生する。
In the above embodiment, the inspection object is made of a material that is hardly magnetic, and the change in the state is mainly detected as a change in conductivity. However, in the present invention, the inspection object may be a magnetic material, and the change in the state may be detected mainly as a change in the magnetic permeability. The “state change” of a metal material is caused not only by a shape defect such as a crack, but also by a void or metal embrittlement.

【0033】本発明は、信号の位相差を捉えるのではな
く、従来位相検波やブリッジの後段に設けられるフィル
ター等により利用されなかった情報をも時間領域又は周
波数領域の特徴量により解析し、検査対象の材質変化を
捉える。よって、例えば、従来では信号の位相差に埋没
し弁別が困難であった蒸気発生器における管板の信号と
亀裂の信号とを弁別し得る。
According to the present invention, not only a phase difference of a signal is detected but also information not conventionally used by a phase detection or a filter provided at a subsequent stage of a bridge is analyzed by a characteristic amount in a time domain or a frequency domain, and inspection is performed. Capture changes in the material of the target. Therefore, for example, a signal of a tube sheet and a signal of a crack in a steam generator, which were conventionally buried in a phase difference between signals and difficult to discriminate, can be discriminated.

【0034】[0034]

【発明の効果】このように、上記本発明に係る金属材料
の評価装置及び評価方法の特徴によれば、非接触の簡易
な手法により、形状的な欠陥の発見に留まらず、材質劣
化等を確実且つ迅速に捉えることができようになった。
As described above, according to the features of the metal material evaluation apparatus and the evaluation method according to the present invention, not only the detection of a shape defect but also the deterioration of the material can be performed by a simple non-contact method. It has become possible to catch it reliably and quickly.

【0035】なお、特許請求の範囲の項に記入した符号
は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものに
すぎず、該記入により本発明は添付図面の構成に限定さ
れるものではない。
It should be noted that the reference numerals in the claims are merely for convenience of comparison with the drawings, and the present invention is not limited to the configuration of the accompanying drawings by the description. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本評価装置の論理ブロック図である。FIG. 1 is a logical block diagram of the present evaluation device.

【図2】発信器、ブリッジ及びコイルの関係を原理的に
説明するための一部を省略した回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram partially illustrating a relationship between a transmitter, a bridge, and a coil, in principle, and illustrating the relationship;

【図3】探査コイルと鋼管との関係を示し、(a)は第
一の形態を示す鋼管の長手方向に沿った縦断面図、
(b)は(a)のA−A線断面図、(c)は第二実施形
態に係る(a)相当図、(d)は(c)のB−B線断面
図である。
3A and 3B show a relationship between a search coil and a steel pipe, and FIG. 3A is a longitudinal sectional view of a steel pipe showing a first embodiment, taken along a longitudinal direction;
(B) is a sectional view taken along line AA of (a), (c) is a view corresponding to (a) according to the second embodiment, and (d) is a sectional view taken along line BB of (c).

【図4】周波数分布曲線と特徴量解析手段における特徴
量との関係を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a frequency distribution curve and a feature amount in a feature amount analysis unit.

【図5】(a)は図3(a)の実施態様に係る鋼管の劣
化の程度と一次モーメント及び0.01〜0.04MH
zの間の積分値との相関を示すグラフであり、(b)は
図3(c)の実施態様に係る鋼管の劣化の程度と一次モ
ーメント及び6dBダウンの周波数幅(fb−fa)と
の相関を示すグラフである。
FIG. 5 (a) shows the degree of deterioration, the first moment, and the 0.01 to 0.04MH of the steel pipe according to the embodiment of FIG. 3 (a).
3B is a graph showing a correlation with the integral value between z, and FIG. 3B shows the relationship between the degree of deterioration of the steel pipe according to the embodiment of FIG. 3C, the first moment, and the frequency width (fb-fa) of 6 dB down. It is a graph which shows a correlation.

【図6】本発明の第二実施形態に係る図2相当図であ
る。
FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 2 according to a second embodiment of the present invention.

【図7】(a)は第二実施形態において発信器により発
生する入力パルス、(b)は二次側コイルにより検知さ
れる受信パルスをそれぞれ示すグラフである。
FIG. 7A is a graph showing an input pulse generated by a transmitter in the second embodiment, and FIG. 7B is a graph showing a received pulse detected by a secondary coil.

【図8】健全材及び劣化材の受信パルスを比較表示した
時間と受信強度との関係を示すグラフである。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the reception time and the time when the reception pulses of the sound material and the deteriorated material are compared and displayed.

【図9】図6に示す第二の実施形態に係る鋼管の劣化の
程度と、受信パルスの包絡線の長さ及びピーク強度の値
との一相関を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing one correlation between the degree of deterioration of the steel pipe according to the second embodiment shown in FIG. 6, and the values of the envelope length and peak intensity of the received pulse.

【図10】発信器により発生させる連続波及びパルス波
の時間と強度との関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing a relationship between time and intensity of a continuous wave and a pulse wave generated by a transmitter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 評価装置 2 発信器 3 探査コイル 3a 第一コイル(第一の二次側コイル) 3b 第二コイル(第二の二次側コイル) 3c 第一の一次側コイル 3d 第二の一次側コイル 3x ボビン 3y コイル本体 4 ブリッジ 4a 第一可変抵抗 4b 第二可変抵抗 4c 出力端子 4d オペアンプ 5 自動平衡器 6 アンプ 7 フィルタ 8 A/Dコンバータ 9 パーソナルコンピュータ 9a メモリ 9b FFT手段 9c 特徴量解析手段 10 CRTモニタ 11 プリンタ S 鋼管(金属材料) S1 試験管(試験体) S2 標準管(標準体) Reference Signs List 1 evaluation device 2 transmitter 3 search coil 3a first coil (first secondary coil) 3b second coil (second secondary coil) 3c first primary coil 3d second primary coil 3x Bobbin 3y Coil body 4 Bridge 4a First variable resistor 4b Second variable resistor 4c Output terminal 4d Operational amplifier 5 Automatic balancer 6 Amplifier 7 Filter 8 A / D converter 9 Personal computer 9a Memory 9b FFT means 9c Feature analysis means 10 CRT monitor 11 Printer S Steel pipe (metal material) S1 Test tube (test body) S2 Standard pipe (standard body)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今中 拓一 大阪市西区北堀江1丁目18番14号 非破壊 検査株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takuichi Imana 1-18-14 Kitahorie, Nishi-ku, Osaka-shi Non-Destructive Inspection Co., Ltd.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 連続波又はパルス波を発生する発信器
(2)と、前記連続波又はパルス波により金属材料
(S)に渦電流を発生させてこの金属材料(S)の状態
変化を検出するための探査コイル(3)と、前記金属材
料(S)の状態変化に起因する前記探査コイル(3)の
電圧変化を検出するための電圧変化検出手段(4)と、
この電圧変化検出手段(4)により検出された電圧変化
の信号の周波数スペクトルを求める周波数スペクトル解
析手段(9b)と、この周波数スペクトル解析手段(9
b)により求められた周波数スペクトルにおける特徴量
を解析する特徴量解析手段(9c)を備えたことを特徴
とする金属材料の評価装置。
An oscillator (2) for generating a continuous wave or a pulse wave, and an eddy current is generated in the metal material (S) by the continuous wave or the pulse wave to detect a state change of the metal material (S). A voltage change detection means (4) for detecting a voltage change of the search coil (3) caused by a change in the state of the metal material (S).
A frequency spectrum analyzing means (9b) for obtaining a frequency spectrum of the signal of the voltage change detected by the voltage change detecting means (4);
An evaluation apparatus for a metal material, comprising: a feature amount analyzing means (9c) for analyzing a feature amount in the frequency spectrum obtained in b).
【請求項2】 連続波又はパルス波を発生する発信器
(2)と、前記連続波又はパルス波により金属材料
(S)に渦電流を発生させてこの金属材料(S)の状態
変化を検出するための探査コイル(3)と、前記金属材
料(S)の状態変化に起因する前記探査コイル(3)の
電圧変化を検出するための電圧変化検出手段(4)と、
この電圧変化検出手段(4)により検出された電圧変化
の信号の時間領域における特徴量を解析する特徴量解析
手段(9c)を備えたことを特徴とする金属材料の評価
装置。
2. A transmitter (2) for generating a continuous wave or a pulse wave, and an eddy current is generated in the metal material (S) by the continuous wave or the pulse wave to detect a state change of the metal material (S). A voltage change detection means (4) for detecting a voltage change of the search coil (3) caused by a change in the state of the metal material (S).
An evaluation apparatus for a metal material, comprising: a characteristic amount analyzing unit (9c) for analyzing a characteristic amount in a time domain of a signal of a voltage change detected by the voltage change detecting unit (4).
【請求項3】 前記探査コイル(3)が、前記金属材料
(S)のうち少なくとも試験体(S1)に近接させる第
一コイル(3a)と比較用の標準体(S2)に近接させ
る第二コイル(3b)とを備え、前記電圧変化検出手段
(4)が、前記金属材料(S)の状態変化に起因する前
記探査コイル(3)の電圧変化を第一、第二コイル(3
a,3b)の不平衡出力として検出するものである請求
項1又は2のいずれかに記載の金属材料の評価装置。
3. The search coil (3) includes a first coil (3a) that is at least close to the test object (S1) of the metal material (S) and a second coil that is close to a comparison standard (S2). A coil (3b), wherein the voltage change detecting means (4) detects a voltage change of the search coil (3) caused by a state change of the metal material (S) with the first and second coils (3b).
3. The metal material evaluation device according to claim 1, wherein the device is detected as an unbalanced output of a, 3b).
【請求項4】 連続波又はパルス波により金属材料
(S)に渦電流を発生させてこの金属材料(S)の状態
変化を探査コイル(3)の電圧変化として検出し、この
探査コイル(3)の電圧変化の信号の周波数スペクトル
を求め、周波数スペクトルにおける特徴量の解析により
前記金属材料(S)の評価を行う金属材料の評価方法。
4. An eddy current is generated in the metal material (S) by a continuous wave or a pulse wave, and a state change of the metal material (S) is detected as a voltage change of the search coil (3). A) a metal spectrum evaluation method for obtaining the frequency spectrum of the signal of the voltage change and evaluating the metal material (S) by analyzing the characteristic amount in the frequency spectrum.
【請求項5】 連続波又はパルス波により金属材料
(S)に渦電流を発生させてこの金属材料(S)の状態
変化を探査コイル(3)の電圧変化として検出し、この
探査コイル(3)の電圧変化の信号の時間領域における
特徴量の解析により前記金属材料(S)の評価を行う金
属材料の評価方法。
5. An eddy current is generated in the metal material (S) by a continuous wave or a pulse wave to detect a state change of the metal material (S) as a voltage change of the search coil (3). A) a metal material evaluation method for evaluating the metal material (S) by analyzing a characteristic amount of a voltage change signal in a time domain.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US11680867B2 (en) 2004-06-14 2023-06-20 Wanda Papadimitriou Stress engineering assessment of risers and riser strings
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