JPS60230053A - 探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は鋼管、丸棒鋼等の被検査材の表面に存する割れ
疵、穴状のビット疵等の表面疵をその性状に関わりなく
正確に検出できる探傷方法及びその実施に使用する装置
を提案するものである。

〔従来技術〕

金属材の表面疵の探傷方法としては種々の非破壊検査法
が実用化されており、存在が予想される欠陥に応じて一
種若しくは複数種類の方法が適用されている。

例えば予想される疵の方向がある程度定まっている割れ
疵の検出には主として被検査材の表面からの漏洩磁束を
検出する磁気探傷法が適用され、厚み方向に延びるだけ
のピント疵の検出には渦流探傷法が適用されている。

前者の磁気探傷法は■鉄鋼材料等の強磁性体の表面欠陥
の検出に優れている。■割れが開口していない地きずの
ような欠陥でも検出できる。■欠陥の位置１表面上の長
さの検出が可能であるという長所を有している。

また、後者の渦流探傷法は■探傷結果が直接的に電気的
出力として得られる。■非接触であるの１　で試験速度
が速い。０表面欠陥の検出に適している。■欠陥、材質
１寸法変化等に対しても追従でき適用範囲が広い。■信
号と欠陥体積とが略比例関係になる、等の長所を有して
いる。

また、上記磁気探傷法では、疵と直角な方向に磁化した
場合には有効であるが、疵と同方向に磁化した場合には
、疵部分には磁極が生しないので被検査材表面からの漏
洩磁束が微少であり、探傷が不可能であった。しかし現
在では下記に示す様に、複数の磁場を利用する方法で疵
の方向に関係なく探傷できるようになってきた。

例えば第１図に示す様に丸棒Ｗ１１に直接軸方向の通電
を行って円周方向に磁化し、また、先棒鋼■を囲繞する
コイルに通電して軸方向に磁化し、前者にて周方向の表
面疵１ａを、後者にて軸方向の表面ＭＥ　１　ｂを７各
検出する方法が知られている。

また、第２図に示す様に管材１′を囲繞する１対のコイ
ル２，２と、管材１′の直径方向両側に磁極を対向させ
た磁石３とをタンデムに配し、前者にて管材１′の軸方
向に磁化し、その磁場にて円周方向の表面ＭＥ　ｌ’ｂ
を磁場検出器２ａにて検出　！し、後者にて管材１′の
周方向に磁化し、その磁場にて軸方向の表面疵１′ａを
磁場検出器３ａにて検出する方法も知られている。

しかしながら、金属材の表面に発生する疵は割れ底辺外
にピット疵と呼ばれるものもあり、上記した磁気探傷で
はビット疵を検出し難い。従ってピット疵の検出が必要
な場合は渦流探傷法に依る必要がある。このために被検
査材、その疵性状によっては複数の探傷法に依らざるを
得ないという煩わしさがあった。

そして、複数の探傷法を適用する場合には、被検査材の
パスラインに割れ疵、ビット疵夫々専用の探傷装置を設
置する必要があり、このた゛め設備が大型化しそのコス
トが高くなり、また、各探傷装置にて独立的に検査を行
うものであるので検査コストが高くなるという難点があ
った。また、上記の如〈従来の磁気探傷法においては被
検査材の磁化手段が大型のものとなり、その検出部の被
検査材への追随性が悪く精度の良い検出が行えないとい
う難点もあった。

〔目　的〕

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、被検
査材の軸心と同一線上に軸心を位置せしめた２つのコイ
ルに、それらの波形の極大値（又は極小値）同士が一致
するように、また、一方の極大値（又は極小値）と他方
の極小値（又は極大値）とが一致するように相異なる周
波数の励磁電流を通電することにより、両コイルと対向
する被検査材の表面部分に、これに沿う向きとなる磁場
及びこれに直交する向きとなる磁場を周期的に形成せし
め、これらの磁場の磁束変化を両コイル間に設けた磁場
検出器にて同期的に検出することとして、磁気探傷、渦
流探傷を間欠的に行わしめる如くになし、割れ疵、ビッ
ト疵等の疵の種類に関係なく正確な検出が行える探傷方
法及びその実施に使用する装置を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕 本発明に係る探傷方法は、夫々の軸心が被検査材の軸心
と同一線上にあるように並設した２つのコイルの一方に
適宜の周波数の、他のコイルに前記周波数の整数倍の励
磁電流を、一方の励磁電流の波形の極大値（又は極小値
）が他方の励磁電流の波形の極大値及び極小値と実質的
に一致する期間が在るように位相調節して通電し、前記
被検査材の表面の両コイルと対向する部分に、これに沿
う向きとなる磁場及びこれに直交する向きとなる磁場を
夫々周期的に形成せしめ、この部分に設けた磁場検出器
にて各磁場形成時の磁束変化を検出することを特徴とす
る。

〔原　理〕

先ず本発明の原理について説明する。第３図に示す様に
軸長方向に移送される被検査材たる鋼管１１の軸長方向
に適長離隔させて被検査材を囲繞する２つの励磁コイル
３１ａ、３１ｂを配置しである。両励磁コイル３１ａ、
　３１ｂの軸心は鋼管１１の軸心と共通としている。再
励磁コイル３１ａ、３１ｂ配置位置の中央であって、鋼
管１１の外面から僅かに上方に離隔した位置には感磁ダ
イオードからなる磁場検出器３２を設けである。

１　このような構成において、コイル３１ａには第４図
（ａ）に示す如き周波数ｆなる励磁電流を第１発振器４
１ａから通電する。また、コイル３１ｂには一例として
第２発振器４１ｂから第４図（ｂｌに示す如き倍周波数
２ｆの励磁電流を、その電流波形の極大値（又は極小値
）の位相が周波数ｆの励磁電流の波形の極大値（又は極
小値）の位相と一致し、また、その極大値（又は極小値
）の位相が周波数ｆの励磁電流の極小値（又は極大値）
の位相と一致する期間が在るように通電する。即ち第４
図に示す様に励磁コイル３１ｂに通電される周波数２ｆ
の励磁電流の位相が励磁コイル３１ａに通電される周波
数ｆの励磁電流の位相よりも４５°だけ遅れる（又は１
３５°だけ遅れる）ように通電するのである。コイル３
１ａ、３１ｂの巻回方向が同一であるとすると、両電流
の極大値（又は極小値）が一致する期間では鋼管１１の
表面における両電流による磁場の方向は同一になる。こ
の場合に両励磁コイル３１ａ、　３１ｂの内方に位置す
る鋼管１１の表層部には第５図ｆａ）に示す如く鋼管１
１の表面に沿う磁場（以下同方向磁場という）が形成さ
れる。一方、周波数ｆの電流の極小値（又は極大値）と
周波数２ｆの電流の極大値（又は極小値）とが一致する
期間では鋼管１１０表面における両電流による磁場の方
向は逆になる。

従って、この場合に側励磁コイル３１ａ、３１ｂ間には
第５図（ｂ）に示す如く鋼管１１の表面に対して垂直と
なる磁場（以下異方向磁場という）が形成され、この異
方向磁場より両励磁コイル３１ａ、３１ｂの下方に位置
する鋼管１１の表面には該磁場を中心とする渦電流が発
生せしめられることになる。このような同方向磁場及び
異方向磁場は第４図に示す如く周波数ｆの励磁電流の波
形に応じて周期的に現れる。

而して、同方向磁場形成時に鋼管１１の表面に割れ疵Ｃ
（第５図＋８）参照〕が存在する場合は当該割れ庇部に
て同方向磁場から磁束が第５図（ａ）に示す如く漏洩す
る。この漏洩磁束は鋼管１１の表面に垂直な方向の磁界
を検出する磁場検出器３２にて検出されることになる。

一方、異方向磁場形成時に鋼管１１の表面にピント疵Ｐ
〔第５図（ｂｌ参照〕が存在する場合は当該ピット底部
にて渦電流の向きが乱れ、それに伴ない渦電流による磁
場が乱れ、これが磁場検出器３２にて検出される。そし
て、これら磁場検出器３２の同方向磁場形成時及び異方
向磁場形成時の出力は該磁場検出器３２に接続された同
期検波回路４３ａ及び４３ｂにて夫々同期検波される。

これにより割れ疵Ｃ及びビット＆′Ｐの検出及び弁別が
可能となるのである。なお、再励磁電流の極大値（又は
極小値）同士又は一方の極大値（又は極小値）と他方の
極小値（又は極大値）の位相を完全に一致せしめる必要
はなく、同方向磁場及び異方向磁場を形成することがで
きるだけの範囲内にあればよい。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて説明する
。第６図は本発明に係る探傷方法の実施に使用する装置
の検出部Ａの一部破断側面図、第７図は第６図の■−■
線による半裁正面図、第８図は１つの探傷ユニットの一
部破断正面図、第９図はその一部破断側面図である。

白抜矢符方向に移送される鋼管１１の移送域にはこれと
同心状にしてコイルボビン３１ａ　’　、３１ｂ　’に
巻回してなるコイル３１ａ、３１ｂが鋼管１１を囲繞す
べく配設しである。両者は適長離隔させて支持台２０に
支持されている。支持台２０には両コイル３１ａ、３１
ｂ間に位置する支持板２１が鉛直に立設されており、そ
の上下左右の４位置に各１個の探傷ユニットが取付けら
れている。これを上側のものについて説明すると支持板
２１の上頂部にはエアシリンダ２２がロッド２２ａを鋼
管１１の中心に向けて、つまり鉛直下方を向けて取付け
られており、ワンド２２ａ先端には連結ブロック２３が
短着されている。連結ブロック２３には鋼管１１の軸長
方向と平行なピン２４が嵌着しである。２５はセンサホ
ルダであって鋼管１１側の面が円弧となった直方体状を
なし上面における鋼管移送方向に相異なる２位置にビン
２４を挿通するための軸受２６，２６を取付けである。

このような構造によりセンサホルダ２５は上下動でき、
また左右に首振りできる。

センサホルダ２５は非磁性体よりなる。その円弧面の鋼
管１１の入側は適当なテーバをとっであるが、このテー
バ面と円弧面の適所には鋼管１１との摺接による摩耗を
防止するために超硬材料による保護板２７をロー付は等
により貼着しである。

センサホルダ２５の鋼管移送方向の中央における鋼管１
１の周方向の中心及び中心から適当な角度離隔した３位
置には磁気センサ取付のための孔２５ａ。

２５ａ　、　２５ａが開設されており、ここに各１個、
合計３個の磁気センサ３２，３２．３２を嵌着しである
。

コイル３１ａの鋼管移送方向の少し上流側には鋼管１１
の先後端検出のためのフォトセンサ（図示せず）が設け
てあり、これが鋼管１１の先端の到来を検出するとエア
シリンダ２２を動作させてロッド２２ａを進出させてセ
ンサホルダ２５を鋼管１１に接触させて探傷を行わせる
。この間エアシリンダ２２の作用により磁気センサ３２
のリフトオフは略一定に保たれる。

そして前記フォトセンサにより鋼管１１の後端の到来が
検出されるとエアシリンダを作動させてロッド２２ａを
退入させ、センサホルダ２５を遠心方向へ退避させる。

　１ 次に信号処理回路Ｂについて第１０図に基づき説明する
。第１０図は信号処理回路Ｂのブロック図である。コイ
ル３１ａには第１発振器４１ａから第１１図（ａｌに示
す如き周波数’ｌ、５　ｋＨｚの高周波電流が通電され
、また、コイル３１ｂには第２発振器４１ｂから前記周
波数の倍周波数の第１１図中）に示す如き５　ｋＨｚの
高周波電流が通電される。なお、コイル３１ｂに通電さ
れる高周波電流の周波数はコイル３１ａに通電される周
波数の倍周波数のものに限るものではなく、既述した如
く極大値（又は極小値）同士又は一方の極大値（又は極
小値）と他方の極小値（又は極大値）とが一致する期間
が周期的に現れる条件を満たす、整数倍の周波数のもの
であればよい。

４２は移相器であって、第１発振器４１ａ出力を利用し
て第２発振器４１ｂ出力の位相調節を行うために使用さ
れる。即ち、第１１図（８）に示す電流波形の極大値（
又は極小値）の位相と第１１図（ｂｌに示す電流波形の
極大値（又は極小値）の位相とが一致する期間が在るよ
うに、また、第１１図（ａ）の電流波形の極小値（又は
極大値）の位相と第１１図（ｂｌの電流波形の極大値（
又は極小値）の位相とが一致する期間が在るように位相
調節するものであり、このようにイｅ１周波を用い極大
値（又は極小値）同士又は一方の極大値（又は極小値）
と他方の極小値（又は極大値）を一致させるには、第２
発振器４１ｂ出力を第１発振器４１ａ出力に対して４５
°遅らせる。

これにより、第１１図（ａ）、　（ｂｌの電流波形の極
大値（又は極小値）の位相が一致する期間では鋼管１１
の表面に同方向磁場が形成され、また、第１１図（ａ）
。

（ｂｌの電流波形の極小値（又は極大値）と極大値（又
は極小値）の位相とが一致する期間では異方向磁場が形
成されることになる。各磁場検出器３２゜３２・・・は
これらの磁場の磁束変化を検出し、この磁束変化に応じ
た電気信号を同期検波回路４３ａ及び４３ｂに夫々出力
する。同期検波回路４３ａには第１発振器４１ａから第
１１図（ｅ）に示す如く第１１図＋ａ）、　（ｂ）の電
流波形の極大値が一致する期間に現れる適幅の同期パル
スが入力されるようになっており、該同期パルスが入力
される都度磁場検出器３２．３２・・・からの入力信号
を同期検波し、同方向磁場の磁束変化を検出する。この
検波結果は第１２図（ａ）に示す様な極大値及び極小値
を有する磁気探傷型の信号波形として得られる。この検
波結果はレコーダ４４ａにて記録され、また、比較器４
５ａに入力される。

比較器４５ａには第１２図（ａ）に二点鎖線で示す如く
割れ疵〔；のを害、無害の判断基準となる闇値が設定さ
れており、同期検波回路４３ａからの入力信号の極大値
が該閾値よりも大なる場合は有害疵検出信号として図示
しないマーキング装置に入力させる。

これにより鋼管１１にはマーキングが施される。

一方、同期検波回路４３ｂ′τは第２発振器４１ｂから
第１１図（ｄｌに示す如く第１１図（ａ）の電流波形の
極小値と第１１図中）の電流波形の極大値とが一致する
期間に現れる適幅の同期パルスが入力されるようになっ
ており、該同期パルスが入力される都度オ場検出５３２
．３２・・・からの入力信号を同期検波し、異方向磁場
の磁束変化を検出する。この検波結果は第１２図（ｂｌ
に示す様な極小値のみを有する渦流探傷１　型の信号波
形として得られる。この検波結果はレコーダ４４ｂにて
記録され、また、比較器４５ｂに入力される。比較器４
５ｂには第１２図（ｂｌに二点鎖線で示す如きピント疵
Ｐの有害、無害の判断基準となる閾値が設定されており
、同期検波４３ｂからの入力信号の極小値が該闇値より
も小なる場合は有害疵検出信号をマーキング装置に入力
させる。これにより鋼管１１にはマーキングが施される
。

〔効　果〕

次に本発明の効果を実施例に基づき明らかにする。第１
３図は割れ疵Ｃ，ピット疵Ｐに相応する人工欠陥を本発
明により検出した場合の検出結果を示すグラフである。

第１３図（ａｌは割れ疵Ｃに相応する人工欠陥を検出し
た場合の磁場検出器の同方向磁場、異方向磁場における
磁束変化の検出に係る出力レベルを縦軸に、また、割れ
疵Ｃの深さを横軸にとって示すグラフである。グラフか
ら明らかな様に割れ疵Ｃにあっては、磁場検出器の出力
レヘルは同方向磁場の検出レベルが異方向磁場のそれよ
りも十分大きく現れるので両者の弁別が明瞭に行なえる
。　） 第１３図（ｂｌはピント疵Ｐに相応する人工欠陥を検出
した場合の磁場検出器の同方向磁場、異方向磁場におけ
る磁束変化の検出に係る出力レベルを縦軸に、また、ピ
ント疵Ｐの深さを横軸にとって示すグラフである。グラ
フから明らかなようにピント疵Ｐにあっては、異方向磁
場の検出レベルが同方向磁場のそれよりも十分大きく現
れるので両者の弁別が明瞭に行なえる。

第１４図は本発明により深さの異なる割れ疵、ピット疵
を探傷した結果を示すチャートである。第１４図＋ａ＋
は同方向磁場、（ｂ）は異方向磁場の磁束変化を示すも
のであり、縦軸は夫々の検出レベルを示している。グラ
フから明らかな様に両者の弁別が可能である。また、疵
深さと検出レベルが比例関係にあるので疵深さが定量的
にまる。

なお、上述の実施例では本発明を鋼管に適用する場合に
ついて述べたが、スラブ等の鋼材についても適用でき、
更には鋼材以外の他の金属材についても適用できること
は勿論である。

以上詳述した如く本発明による場合は、被検査材の表面
に同方向磁場及び異方向磁場を周期的に形成せしめ、疵
が存する場合の同方向磁場及び異“方向磁場の磁束の変
化を磁場検出器にて検出するものであるので、疵の性状
に関係なく、即ち割れ疵、ピット疵等の疵の種類に関係
なく正確な検出が行え、従来方法の如く疵の種類に応し
て複数の探傷法を適用する必要がな（、設備コスト、検
査コストの低減が図れる。更には検出部を小型軽量化で
きるので被検査材表面への追随性の向上が図れ、精度の
良い検出が可能となる等、本発明は優れた効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１．２図は従来方法の実施状態を示す枳弐図、第３〜
５図は本発明の原理説明図、第６図は本発明装置の検出
部の一部破断側面図、第７図は第６図の■−■線による
半裁正面図、第８図は１つの探傷ユニットの一部破断圧
面図、第９図はその一部破断側面図、第１０図は信号処
理回路のプロ・ツク図、第１１図はその動作説明のため
の信号波形図、第１２図は同期検波回路の検出結果を示
すグラフ、第１３図は本発明により割れ疵、ビット疵に
相応する人工欠陥を検出した場合の結果を示すグラフ、
第１４図は本発明により深さの異なる割れ疵、ピット疵
を探傷した結果を示すチャートである。 １１・・・鋼管　３１ａ、３１ｂ・・・励磁コイル　３
２．３２・・・磁場検出器　４１ａ・・・第１発振器　
４１ｂ・・・第２発振器４２・・・移相器　４３ａ、４
３ｂ・・・同期検波回路　Ａ・・・検出部　Ｂ・・・信
号処理回路 特　許　出願人　住友金属工業株式会社代理人　弁理士
　河　野　登　夫 売１図 第　２　図 籐　８　図 振　ｑ　図 □

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、夫々の軸心が被検査材の軸心と同一線上にあるよう
   に並設した２つのコイルの一方に適宜の周波数の、他方
   のコイ゛ルに前記周波数の整数倍の励磁電流を、一方の
   励磁電流の波形の極大値（又は極小値）が他方の励磁電
   流の波形の極大値及び極小値と実質的に一致する期間が
   在るように位相調節して通電し、前記被検査材の表面の
   両コイルと対向する部分に、これに沿う向きとなる磁場
   及びこれに直交する向きとなる磁場を夫々周期的に形成
   せしめ、この部分に臨ませた磁場検出器にて各磁場形成
   時の磁束変化を検出することを特徴とする探傷方法。 ２、夫々の軸心が被検査材の軸心と同一線上にあるよう
   に並設した第１．第２コイルと、該第１コイルに適宜の
   周波数の第１励磁電流を通電する第１発振器と、 前記第２コイルに前記周波数の整数倍の周波数の第２励
   磁電流を、その波形の極大値（又は極小値）の位相が前
   記第１励磁電流の波形の極大値及び極小値の位相と実質
   的に一致する期間が在るように通電する第２発振器と、 前記第１．第２コイル間に設けて、被検査材の表面に臨
   ませる磁場検出器と、 第１．第２励磁電流の波形の極大値又は極小値の位相が
   実質的に一致する期間の磁場検出器の出力を同期検出す
   る第１検出回路と、第１励磁電流の波形の極大値（又は
   極小値）の位相が第２励磁電流の波形の極小値（又は極
   大値）の位相と実質的に一致する期間の磁場検出器の出
   力を同期検出する第２検出回路とを具備することを特徴
   とする探傷装置。