JPH11326286A

JPH11326286A - 電磁超音波探傷装置及び磁歪効果を用いる超音波探傷方法

Info

Publication number: JPH11326286A
Application number: JP10142249A
Authority: JP
Inventors: Fuminori Kiyota; 文範清田; Yasuhiko Wakibe; 康彦脇部; Masaki Yamane; 正樹山根; Joichi Ando; 譲一安藤; Bargander Mark; バーガンダーマーク
Original assignee: NIPPON HOKKINGU KK; Shin Nippon Nondestructive Inspection Co Ltd
Current assignee: NIPPON HOKKINGU KK; Shin Nippon Nondestructive Inspection Co Ltd
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2018-05-08
Also published as: JP3299505B2

Abstract

(57)【要約】【課題】測定前のスケール除去の作業を省略でき、機
械的な振動部分がなく耐久性に優れ、しかも微細な内部
欠陥を精度良く検出できる電磁超音波探傷装置及び磁歪
効果を用いる超音波探傷方法を提供する。【解決手段】厚み又は内部欠陥１２を検知しようとす
る被試験材１１の磁性体成分を含む表層部２０に略垂直
方向となる一定のバイアス磁場を付加する永久磁石２２
又は電磁石と、表層部２０に変動する磁場を付加して超
音波のパルスを発生させ、超音波の反射エコーによる表
層部２０の歪みの変動を磁場の変化として検出する送受
信用コイル２１とを備えた探触子１３を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電所で使用
されるボイラー管を含む機械部品、その他の圧延材、鍛
造品等の内部欠陥やその厚みを検出する電磁超音波探傷
装置及び磁歪効果を用いる超音波探傷方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電所等のボイラー管は管内に流れ
る蒸気等によって内面が腐食され、使用期間が長くなる
のに伴って肉厚が次第に減少してくる。このような腐食
が進行すると薄肉となった部分が高圧蒸気によって破壊
し、ボイラーの運転を停止しなければならなくなる。こ
の予防策として、非破壊検査によりボイラー管の肉厚を
測定して、腐食の進行状況が定期的に調査されている。
このようなボイラー管の非破壊検査に際しては、従来、
図８に示すように探触子５０を有する超音波厚さ計を用
いた超音波パルス反射法による測定がなされている。超
音波パルス反射法では以下のようにして肉厚等が測定さ
れる。まず、測定しようとするボイラー管５１の表面５
６に探触子５０を接触させる。次に、探触子５０に備え
られた振動子５２をパルス電圧で超音波振動させ、この
超音波振動を被試験材であるボイラー管５１内に伝達さ
せる。そして、探触子５０で検出される前記超音波振動
の反射エコーの到達時間等を測定することによって、ボ
イラー管５１の内部欠陥５３の位置や大きさ、表面５６
から底面５７までの距離（肉厚）を検知するものであ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような探触子５０を用いてボイラー管５１の非破壊検査
を行う方法では以下のような問題があった。ボイラー管５１の表面５６には通常、酸化鉄等からな
る凹凸の多いスケール５４が付着堆積しており、探触子
５０を直接接触させた場合には、振動子５２の超音波振
動をボイラー管５１に確実に伝えることができない。こ
のため、ボイラー管５１の測定位置にあるスケール５４
を、サンディングマシン、サンドブラスト等の研磨機を
用いて予め除去し平滑化した後、マシン油、グリース、
水等を介して両者の密着性を高めて接触させることが必
要である。従って、測定個所が多数ある火力発電所のボ
イラー管５１等では、この予備処理のための労力、費用
が多大となる。また、スケール５４の除去作業が定期的
に行われるので、その測定面を研磨する度に肉厚が減少
して、特定箇所の厚みを定期的測定する際に、この肉厚
の減少による補正を行わなければならない。探触子５０には、図８に示すように超音波パルスを出
力した後の振動子５２の振動を抑制するために、タング
ステン入りエポキシ樹脂等からなるダンパ５５が必要で
ある。この振動子５２とダンパ５５との接着部が振動子
５２の振動によって劣化してくると、測定される反射エ
コーの感度が変動したり、出力するパルスの幅が広くな
ったりして測定精度が変動し易いという問題があった。水晶、チタン酸バリウム等からなる振動子（垂直振動
子）５２によりボイラー管５１に付加される超音波は縦
波が主成分となる。従って、これにより発生する超音波
は横波を主成分とする場合に較べて波長が一般に長くな
る。例えば、鋼中における５ＭＨｚの超音波の縦波と横
波の波長はそれぞれ、１．２ｍｍ、０．６４ｍｍであ
る。そして、一般に波長の短い超音波を用いるほど形状
の小さい内部欠陥を検出できる可能性が高いために、微
細な内部欠陥を検出しようとする場合には不利になる。なお、以上の問題は、ボイラー管以外でも、圧延材や鍛
造品等においても共通に発生する問題であった。本発明
はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定前のス
ケール除去の作業を省略でき、機械的な振動部分がなく
耐久性に優れ、しかも非接触状態でも微細な内部欠陥を
精度良く検出できる電磁超音波探傷装置及び磁歪効果を
用いる超音波探傷方法を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の電磁超音波探傷装置は、厚み又は内部欠陥を検知
しようとする被試験材の磁性体成分を含む表層部に略垂
直方向となる一定のバイアス磁場を付加する永久磁石又
は電磁石と、前記バイアス磁場の付加された前記表層部
に変動する磁場を付加して横波を主成分とする超音波の
パルスを発生させ、該超音波の反射エコーによる前記表
層部の歪みの変動を磁場の変化として検出する送受信用
コイルとを備えた探触子を有する。請求項２記載の電磁
超音波探傷装置は、請求項１記載の電磁超音波探傷装置
において、所定厚みのニッケル溶射被膜又はめっき被膜
で被覆され、全体厚みが規定寸法に形成された検寸対比
用基準片を有する。

【０００５】請求項３記載の磁歪効果を用いる超音波探
傷方法は、厚み又は内部欠陥を検知しようとする被試験
材の磁性体成分を含む表層部に、所定の変動する磁場及
びバイアス磁場を付加して超音波のパルスを発生させ、
前記内部欠陥及び／又は底面で反射する前記超音波の反
射エコーによって誘起される前記表層部の歪みの変動を
磁場の変化として検出する。請求項４記載の磁歪効果を
用いる超音波探傷方法は、請求項３記載の磁歪効果を用
いる超音波探傷方法において、前記被試験材が火力発電
所等のボイラー管、圧延材、又は鍛造品であり、前記表
層部がこれらの表面に付着したスケールである。請求項
５記載の磁歪効果を用いる超音波探傷方法は、請求項３
又は４記載の磁歪効果を用いる超音波探傷方法におい
て、前記表層部がニッケル、パーマロイ、珪素鋼、強磁
性ステンレス鋼の層である。請求項６記載の磁歪効果を
用いる超音波探傷方法は、請求項３〜５のいずれか１項
に記載の磁歪効果を用いる超音波探傷方法において、前
記表層部が前記被試験材の表面に溶射処理又はめっき処
理により形成された磁性被膜である。

【０００６】磁歪効果（磁歪）とは、磁性体（磁性体成
分）に特定の方向の磁場を付加して磁化したときに磁性
体が磁化の方向に伸びたり、垂直な方向に収縮したりし
て変形する現象をいう。また、逆に磁性体が応力を受け
て変形すると、透磁率が変化する。これらの磁歪現象は
鉄、コバルト、ニッケル等で顕著に見られる。例えば鉄
の単結晶は、比較的弱い磁場で磁歪量（収縮長さΔＬと
収縮前の長さＬとの比ΔＬ／Ｌ）が正であるが、２００
〜５００エルステッドの磁場で符号が反転し、さらに磁
場を強くすると飽和に達するような磁気特性を有してい
る。また、４５パーマロイやニッケルなどは非常に弱い
磁場で飽和されることが分かっている。本発明は、この
ような磁歪効果を利用して磁性体を含む表層部に超音波
振動を発生させ、この反射エコーによって起こる表層部
の磁性体の歪みをその磁場の変化として検出するように
している。

【０００７】以下にこの表層部にある磁性体を用いて超
音波振動を送受信する原理についてさらに詳細に示す。
このような超音波の送信、受信には、受信効率と送信
効率がバイアス磁束密度に比例するローレンツ効果、
バイアス磁化に比例する磁化効果、磁歪定数に比例す
る磁歪効果の三つの要因が関与していると考えられてい
る。永久磁石又は電磁石により磁場が付加された導体に
コイルを近づけると、この導体内部では永久磁石又は電
磁石によるバイアス磁場と、コイルにより変動する磁場
が作用し合って体積力Ｆが生じる。体積力Ｆはローレン
ツ力Ｊ_L、磁化力Ｊ_M、磁歪力Ｊ_MSのそれぞれのベクト
ルの合成力（Ｆ＝Ｊ_L＋Ｊ_M＋Ｊ_MS）であり、強磁性体
における体積力Ｆは磁歪力Ｊ_MSが支配的となる。このロ
ーレンツ力Ｊ_L、磁化力Ｊ_M、磁歪力Ｊ_MSはそれぞれ以
下の式（１）〜（３）に従うことが知られている。Ｊ_L＝Ｊ_e×Ｂ₀ ・・・・・（１）Ｊ_M＝（▽Ｈ）・Ｍ₀ ・・・・・（２）Ｊ_MS＝▽（ｅ・Ｈ）・・・・・（３）但し、Ｊ_eは渦電流ベクトルであり、変位電流を無視し
た場合のマクスウェルの式（Ｊ_e＝ｒｏｔＨ）を用いて
与えられる。Ｂ₀は磁束密度、Ｍ₀は磁化、Ｈは磁場で
ある。ｅは磁歪定数テンソルであり、磁場によって生じ
る磁歪応力を表す。体積力Ｆは運動方程式ρ（∂²ｕ／
∂ｔ²）＝▽Ｔ＋Ｆを通して、超音波の変位ｕに変換さ
れる。但し、Ｔは応力テンソル、ρは密度である。な
お、数学記号（▽）はナブラと呼ばれる微分演算子（ハ
ミルトンの演算子）を表す。

【０００８】永久磁石によって磁化された領域内に超音
波が侵入する場合について説明する。この超音波による
変位ｕによって導体内の磁場が乱され、これを補うべく
次式に示すような付加的な電場Ｅ、磁束密度Ｂが導体内
に励起される。Ｅ＝σ^-1Ｊ＋（∂ｕ／∂ｔ）×Ｂ₀ ・・・・・（４）Ｂ＝μ₀・μ・（Ｈ−Ｍ₀・▽ｕ）＋ｅ・ε ・・・・・（５）但し、Ｊは電流密度、σは電気伝導率、μ₀は真空の透
磁率、μは比透磁率テンソル、εは超音波による歪みで
ある。電場Ｅ及び磁場Ｈとの関係は以下のマクスウェル
の電磁方程式によって示される。但し、Ｄは電束密度、
ｑは電荷の体積密度である。ｒｏｔＥ＝−∂Ｂ／∂ｔ、▽Ｂ＝０・・・・・（６）ｒｏｔＨ＝（∂Ｄ／∂ｔ）、▽Ｄ＝ｑ・・・・・（７）そして、（４）〜（７）式により導体内の磁場Ｈと電場
Ｅが得られる。この磁場Ｈや電場Ｅの変化をコイルを用
いて検出することができる。

【０００９】また、物質は磁気的振る舞いに従って、略
以下〜のように分類されている。反磁性物質：負
の帯磁率を持ち、印加磁場とは逆の方向に磁化される。
常磁性物質：正の帯磁率を持ち、その磁化は印加磁場
に平行で、かつ大きさは通常、印加磁場に比例する。
強磁性物質：ある温度範囲内では印加磁場がない場合に
も、実効磁化が存在するように実効原子モーメントが並
ぼうとする物質である。充分高温ではこれらの物質は常
磁性的になる。反強磁性物質：ある温度範囲内におい
て印加磁場がない場合に、実効磁化が存在し得ないよう
に実効原子モーメントが配列しようとする物質である。
充分高温では常磁性的になる。そしてこのような磁性物
質、特に強磁性物質が磁場Ｈの中に置かれるとそれは磁
化され、それ自身が磁石になる。この誘導磁気の強さは
磁化Ｍと呼ばれる。磁気誘導Ｂは空間内のあらゆる場所
での磁力を記述するのに使われ、Ｂ＝Ｈ＋４πＭで示さ
れる。

【００１０】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。ここに図１は本発明の一実施の形態
に係る電磁超音波探傷装置の説明図、図２（ａ）、
（ｂ）はそれぞれ電磁超音波探傷装置の探触子の送信及
び受信時の動作原理を示す説明図、図３（ａ）〜（ｃ）
はそれぞれ探触子の変形例を示す図、図４（ａ）、
（ｂ）は探触子の変形例を示す図、図５（ａ）、（ｂ）
は探触子の変形例を示す図、図６は検寸対比用基準片の
使用状態の説明図、図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれエア
ギャップの異なる状態で測定した場合の表示部の波形の
説明図である。

【００１１】本発明の一実施の形態に係る電磁超音波探
傷装置１０について説明する。図１に示すようにこの電
磁超音波探傷装置１０は、被試験材の一例であるボイラ
ー管１１の表面に接触又は非接触の状態で配置され、そ
の厚みや内部欠陥１２を検出するための探触子１３と、
探触子１３に高周波ケーブルを介して接続されパルス状
に変動する磁場を発生させる信号を送るための送信部１
４と、探触子１３から出力される反射エコーの信号を同
じく高周波ケーブルを介して取り込んで増幅するための
受信増幅部１５と、探傷できる距離を調整する時間軸部
１６と、受信増幅部１５、時間軸部１６からの増幅信号
を受けてこれをＣＲＴ画面等に表示させるための表示部
１７と、表示される信号の同期信号を送信部１４と時間
軸部１６に送るための同期制御部１８とを有している。

【００１２】次に、本発明の主要部をなす探触子１３の
詳細及びその動作状態を図２を参照しながら説明する。
探触子１３は図２（ａ）、（ｂ）に示すように、その厚
み又は内部欠陥１２を検知ようとするボイラー管１１上
の表層部２０に所定のパルス状に変動する磁場を付加し
て超音波のパルスを発生させ、超音波の反射エコーによ
る表層部２０の歪みの変動を磁場の変化として検出する
ための送受信用コイル２１と、表層部２０に対して略垂
直方向に適切なバイアス磁場を付加するための永久磁石
２２とを備えている。ボイラー管１１は、火力発電所等
に使用されるものであって、その表面には磁性体の一例
であるスケールからなる表層部２０が形成されている。
このスケール中には比較的低温で生成したＦｅ₂Ｏ₃、
Ｆｅ₃Ｏ₄等を含む酸化鉄（不定比化合物Ｆｅ_xＯ）が
存在しているため表層部２０は磁性を示している。本実
施の形態においては、表層部２０のスケールの部分を除
去することなく接触又は所定のエアギャップ（間隔）ｄ
を有した非接触の状態で、探触子１３を表層部２０に配
置してボイラー管１１の検査が容易に行えるようになっ
ている。また、表層部における磁性体成分としてはニッ
ケル、パーマロイ、珪素鋼、又は強磁性ステンレス鋼を
使用することもでき、この場合には被試験材の内部が表
層部と同一の材料であっても本実施の形態を適用するこ
とができる。なお、強磁性ステンレス鋼とは、オーステ
ナイト・フェライト系、フェライト系、マルテンサイト
系、析出硬化系等ステンレスをいう。さらに、被試験材
の表面に溶射処理又はめっき処理によりニッケル、コバ
ルト等の磁性被膜を形成して、これを表層部として本実
施の形態を適用することもできる。

【００１３】まず、図２（ａ）に示すように、送受信用
コイル２１に送信部１４からのパルス状に変化する電圧
を付加して送受信用コイル２１の下方の表層部２０の斜
線部Ａに変動磁場を発生させる。このとき表層部２０に
は、永久磁石２２によって磁化された磁性体成分が含有
されているので、変動磁場の作用により磁性体成分に歪
み（磁歪）の変動が生じる。この歪みの変動によって表
層部２０に超音波（超音波振動）が発生して、表層部２
０からボイラー管１１の厚み方向に向かって伝搬するこ
とになる。そして、この超音波は図２（ｂ）に示すよう
に、ボイラー管１１の管内壁面２３や内部欠陥１２の部
分で反射される。この超音波の反射エコーが表層部２０
の斜線部Ｂに到達するとここに歪みの変動を生じさせ
る。このため、永久磁石２２で磁化された磁性体成分に
よって形成される表層部２０上の磁場が乱されて、前記
歪みの変動に応じて変動することになる。従って、この
磁場の変動によって表層部２０の上方に配置された送受
信用コイル２１に誘導電流が発生する。この誘導電流を
受信増幅部１５によって、増幅し、管内壁面２３や内部
欠陥１２での反射エコーに対応する誘導電流の変化を図
１に示すように表示部１７の画面上に表示させることが
できる。

【００１４】

【実施例】ここで、図３は送受信用コイルとして適用可
能なコイル及びこれを備えた探触子の形態の例を示して
いる。図３（ａ）は、平面視して円形状に巻かれた図２
の送受信用コイル２１を有する探触子１３の平面図であ
り、探触子１３の表面の中心位置の上部に永久磁石２２
が探触子１３の面に垂直方向、即ち、図の紙面に対して
垂直となるような方向のバイアス磁場がかかるように配
置されている。図３（ｂ）は、蛇行させた蛇行導線２４
を送受信用コイルとして探触子２５の面に平行に配置
し、蛇行導線２４の上方に配置した永久磁石２６により
垂直方向にバイアス磁場をかける探触子２５の例を示し
ている。この場合には、被試験材の表面には蛇行させた
蛇行導線２４の平行部直下で互いに向きの異なる体積力
が働くので、被試験材の表面を伝播するレーリー波や被
試験材の表面と角度を有して内部に伝播する縦波等を励
起することができる。図３（ｃ）は、トラック状に巻か
れた渦巻きコイル２７と一対の永久磁石２８、２９とで
構成された探触子３０を示しており、ＮＳ極性の方向が
互いに異なるように配置された永久磁石２８、２９で付
加されるそれぞれ垂直方向のバイアス磁場の下で被試験
材の表面に垂直に伝播する横波を送信、受信できるよう
になっている。そして、この被試験材の部分が強磁性体
からなる場合には、縦波の変換効率は横波に較べて極め
て小さくなるという特徴がある。このように、対象とす
る内部欠陥の形状や分布状態等に応じて、それぞれ使用
する探触子を選択することにより、超音波探傷を適正か
つ効果的に行うことができる。

【００１５】続いて、図４、図５に示す別の変形例の探
触子４０、４１について、それぞれのコイル（送受信用
コイルの一例）４２、４３と永久磁石４４、４５との配
置について説明する。図４（ａ）は円形状をなす永久磁
石４４を螺旋状に巻かれたコイル４２上にしかもコイル
４２の全体が乗るように配置した探触子４０の例であ
る。この場合には、接触媒質が不要であると共に、コイ
ル４２の全半径方向に振動する超音波の横波を送受信可
能である。そして、溶接性の向上、高強度化、高靱性化
を目的とした、いわゆる制御圧延を適用した圧延鋼材等
では、圧延された集合組織に起因して超音波の伝播方向
によって音速が異なるなどの弾性（音響）異方性を示す
ことが知られている。例えば圧延鋼材の主圧延方向（Ｌ
方向）に振動して伝播する横波の音速は、主圧延方向に
直角な方向（Ｃ方向）に振動して伝播する横波の音速よ
りも速くなる。従って、このような探触子４０を用いた
場合には、被試験材の主圧延方向が不明の場合にも、方
向によって異なる音速の比率（音速比）の測定ができ
る。即ち、反射エコーは超音波の速度が材料の方向（探
触子の径方向）によって異なるために、２つのピークを
もった波形として検出され（図４（ｂ）参照）、このよ
うなデータを基に音速比を計算したり、被試験材の音響
異方性を評価、判定することができる。

【００１６】図５（ａ）は四角形状の探触子４１の面
に、その外周に沿ってコイル４３を多数回巻いて配置
し、その全体が４つの辺で形成されるコイルの一辺の部
分に永久磁石４５を配置した例を示している。この場合
には、一方向に振動する超音波の横波を送受信させるこ
とができ、被試験材が超音波の移動方向に対して異なる
音響学的特性を有しているときに、永久磁石の配置位置
を変えることによって、反射エコーを検出するまでの時
間差を検出して、材料の音響特性を精密に評価できる。
例えば図５（ａ）の実線の位置に永久磁石４５を配置し
たときには、その反射エコーは図５（ｂ）の実線のよう
なピークを持った波形となり、図５（ａ）の破線の位置
に永久磁石４５を配置したときには、その反射エコーは
図５（ｂ）の破線のような波形となって、ピークの現れ
る時間に差を生じることになる。従ってこのようなテス
トを行うことにより、事前に被試験材の音響学的特性を
把握して、例えば斜角法を適用するような場合に精度の
高い超音波探傷を行うことができる。

【００１７】ボイラー管１１の厚みや内部欠陥１２の位
置等を正確に測定しようとする場合には、例えば図６に
示すような所定厚み、例えば０．００５ｍｍ〜０．５ｍ
ｍのニッケルめっき被膜３１（又は、ニッケル溶射被
膜）により被覆され、全体厚みが規定寸法（例えば１０
ｍｍ、２５ｍｍ、５０ｍｍ）に段階的に形成された普通
鋼などからなる検寸対比用基準片３２を予め準備してお
く。次に、探触子１３を規定寸法の部分に接触させて、
送信部１４から高周波ケーブルを介して送受信用コイル
２１に高周波電流を流す。これによって、電磁誘導作用
によって表層部となるニッケルめっき被膜３１やニッケ
ル溶射被膜の部分に渦電流（Ｊ）を発生させることがで
きる。この渦電流（Ｊ）に永久磁石２２により付加され
るバイアス磁界（Ｂ）が作用すると、式Ｊ_MS＝▽（ｅ・
Ｈ）に示される磁歪力Ｊ_MSが発生する。この磁歪力Ｊ_MS
によって表層部が振動して、超音波のパルスが発生す
る。次に、内部欠陥１２で反射されたこの超音波の反射
エコーが表層部に到達すると、表層部の電荷が振動して
磁界が発生し、この磁界の変動によって送受信用コイル
２１に誘導電流が発生する。この誘導電流が受信増幅部
１５で増幅されて、図７（ａ）に示すように表示部１７
に波形が表示される。

【００１８】ここで、最初に表層部に励起される超音波
の波形Ｔ、内部欠陥１２からの反射エコーに対応する波
形Ｆ、底部からの反射エコーに対応する波形Ｂとのそれ
ぞれの時間間隔、即ち時間軸部１６で調整される画面上
の各波形間の距離（Ｔ−Ｆ）、（Ｔ−Ｂ）が、被試験材
（ボイラー管１１）中の位置に対応している。そして、
この距離を予め厚みの規定されている検寸対比用基準片
３２を用いて得られる波形データと照合することにより
それぞれの位置を検出できるようになっている。また、
図７（ｂ）は探触子１３と表層部２０と間のエアギャッ
プ（間隔）ｄを２ｍｍに、即ち非接触状態に設定して、
表面から内部欠陥までの実距離が４．６９ｍｍである被
試験材の内部欠陥の位置を測定した時の波形であり、
（Ｔ−Ｆ）間の距離は４．７ｍｍ、測定感度は７２．０
ｄＢであった。これに対してエアギャップｄを０ｍｍ、
即ち接触状態で、同一の被試験材を用いて測定された前
記図７（ａ）のデータでは、（Ｔ−Ｆ）間の距離は同じ
く４．７ｍｍ、測定感度は６０．０ｄＢであった。この
ように、本実施例の場合には探触子１３が非接触の状態
であっても、充分適正な精度をもって内部欠陥や厚みの
測定、検出を行うことができるので、従来のように表層
部２０のスケール等を除去する必要がなく、多数の測定
箇所を定期的に測定しなけらばならない火力発電所等の
ボイラー管１１の検査を効率的に行うことができる。

【００１９】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用
範囲である。例えば、本実施の形態においては、バイア
ス磁場を形成させる磁石として、永久磁石を用いる例に
ついて説明したが、これを一定強さのバイアス磁場を発
生させる電磁石に替えても差し支えない。また、被試験
材として、火力発電所等のボイラー管を用いたが、圧延
材又は鍛造品等を使用することもできる。

【００２０】

【発明の効果】請求項１及び２記載の電磁超音波探傷装
置においては、被試験材の磁性体成分を含む表層部に略
垂直方向となる一定のバイアス磁場を付加する永久磁石
又は電磁石を備えているので、このバイアス磁場によっ
て表層部の磁性体成分を磁化させることができる。さら
に、表層部にパルス状に変動する磁場を付加して磁歪効
果により超音波を発生させ、超音波の反射エコーによる
表層部の歪みの変動を磁場の変化として検出する送受信
用コイルを備えた探触子を有するので、機械的振動部分
がなく、しかも表層部への超音波の付加、及び表層部に
返ってくる反射エコーの検出を表層部の表面の凹凸やス
ケールの付着状態等に依存することなく行うことができ
る。従って、スケールの付着したボイラー管等の測定が
効率的にできる。特に、請求項２記載の電磁超音波探傷
装置においては、所定厚みのニッケル溶射被膜又はニッ
ケルめっき被膜で被覆され、全体厚みが規定寸法に形成
された検寸対比用基準片を有するので、簡単に、かつ正
確に被試験材の厚みや内部欠陥の測定値を補正できる。

【００２１】請求項３〜６記載の磁歪効果を用いる超音
波探傷方法においては、被試験材の磁性体成分を含む表
層部に、所定の変動する磁場及びバイアス磁場を付加し
て磁歪効果によりパルス状の超音波を発生させ、内部欠
陥及び／又は底面で反射する超音波の反射エコーによっ
て誘起される表層部の機械的歪みの変動を磁場の変化と
して検出するので、測定前のスケール除去等の予備処理
作業を省略して接触状態又は非接触状態で内部欠陥を精
度良く検出できる。このため、測定のための表面予備処
理が困難な部分に適用して、表面状態に依存することな
く超音波探傷を行うことができる。特に、請求項４記載
の磁歪効果を用いる超音波探傷方法においては、被試験
材が火力発電所等のボイラー管、圧延材、鍛造品であ
り、表層部が表面に付着したスケールであるので、スケ
ールを除去することなく、非接触の状態でも測定を行
え、その測定が効率的となる。請求項５記載の磁歪効果
を用いる超音波探傷方法においては、表層部がニッケ
ル、パーマロイ、珪素鋼、強磁性ステンレス鋼の層であ
るので、これらの磁性材料からなる表層部の超音波を利
用して内部欠陥や厚みを検知できる。請求項６記載の磁
歪効果を用いる超音波探傷方法においては、表層部が被
試験材の表面に溶射処理又はめっき処理により形成され
たニッケル等の磁性被膜であるので、磁歪効果を確実に
発揮させて、表面層を超音波の発信部や受信センサーと
して用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る電磁超音波探傷装
置の説明図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ電磁超音波探傷装置
の探触子の送信及び受信時の動作原理を示す説明図であ
る。

【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ探触子の変形例を示
す図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は探触子の変形例を示す図であ
る。

【図５】（ａ）、（ｂ）は探触子の変形例を示す図であ
る。

【図６】検寸対比用基準片の使用状態の説明図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）はそれぞれエアギャップの異な
る状態で測定した場合の表示部の波形の説明図である。

【図８】従来例における探触子の使用状態の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０電磁超音波探傷装置１１ボイラー
管（被試験材）１２内部欠陥１３探触子１４送信部１５受信増幅
部１６時間軸部１７表示部１８同期制御部２０表層部２１送受信用コイル２２永久磁石２３管内壁面２４蛇行導線
（送受信用コイル）２５探触子２６永久磁石２７渦巻きコイル（送受信用コイル）２８永久磁石２９永久磁石３０探触子３１ニッケル
めっき被膜３２検寸対比用基準片４０探触子４１探触子４２コイル
（送受信用コイル）４３コイル（送受信用コイル）４４永久磁石４５永久磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者脇部康彦福岡県北九州市小倉北区井堀４丁目10番13 号新日本非破壊検査株式会社内 (72)発明者山根正樹大阪府大阪市西区江戸堀１丁目９番15号日本ホッキング株式会社内 (72)発明者安藤譲一大阪府大阪市西区江戸堀１丁目９番15号日本ホッキング株式会社内 (72)発明者マークバーガンダーアメリカ合衆国コネチカット州マディソン郡ユニット９アンド10 フォートパスロード170 サイエンティフィックテクノロジーズインコーポレイテッド内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み又は内部欠陥を検知しようとする被
試験材の磁性体成分を含む表層部に略垂直方向となる一
定のバイアス磁場を付加する永久磁石又は電磁石と、前
記バイアス磁場の付加された前記表層部に変動する磁場
を付加して超音波のパルスを発生させ、該超音波の反射
エコーによる前記表層部の歪みの変動を磁場の変化とし
て検出する送受信用コイルとを備えた探触子を有するこ
とを特徴とする電磁超音波探傷装置。
【請求項２】所定厚みのニッケル溶射被膜又はめっき
被膜で被覆され、全体厚みが規定寸法に形成された検寸
対比用基準片を有する請求項１記載の電磁超音波探傷装
置。
【請求項３】厚み又は内部欠陥を検知しようとする被
試験材の磁性体成分を含む表層部に、所定の変動する磁
場及びバイアス磁場を付加して超音波のパルスを発生さ
せ、前記内部欠陥及び／又は底面で反射する前記超音波
の反射エコーによって誘起される前記表層部の歪みの変
動を磁場の変化として検出することを特徴とする磁歪効
果を用いる超音波探傷方法。
【請求項４】前記被試験材が火力発電所等のボイラー
管、圧延材、又は鍛造品であり、前記表層部がこれらの
表面に付着したスケールである請求項３記載の磁歪効果
を用いる超音波探傷方法。
【請求項５】前記表層部がニッケル、パーマロイ、珪
素鋼、又は強磁性ステンレス鋼の層である請求項３又は
４記載の磁歪効果を用いる超音波探傷方法。
【請求項６】前記表層部が前記被試験材の表面に溶射
処理又はめっき処理により形成された磁性被膜である請
求項３〜５のいずれか１項に記載の磁歪効果を用いる超
音波探傷方法。