JPS61140855A

JPS61140855A - 貫通形渦流探傷器

Info

Publication number: JPS61140855A
Application number: JP59264075A
Authority: JP
Inventors: Yoryo Masuko; 益子　羊了; Yasuhiro Aikawa; 相川　康浩
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-12-14
Filing date: 1984-12-14
Publication date: 1986-06-27

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〕この発明は渦流探傷器に関する。

〔従来の技術〕

貫通コイルを使用した渦流探傷試験は、棒、線、管など
の金属などの導電体の表面および表層にある欠陥の検出
に広く用いられている。渦流探傷試験に影響を及ばず因
子は、被検体とプローブとのギャップ（以下「リフトオ
フ」という。）、被検体の漸増・漸減的な寸法変化、材
質変化、温度分布ムラなど、非常に多い。それらの妨害
因子の影響をできるだけ排除して欠陥による信号のみを
取り出すために、２個の検出プローブを差動的に接続し
た、いわゆる差動プローブが用いられる。しかしそのた
めに、軸方向に長く伸びた線状欠陥は、その先後端しか
検出できないという不具合があった。この欠点を解決す
るために、すでに以下に示すような、いろいろな試みが
なされている。

実際の被検体に発生する線状欠陥は完全に一様というこ
とはないから、線状欠陥の信号はノイズレベルをわずか
に越える信号となって現われ、しかも長く持続すること
が多い。したがってノイズレベルをわずかに越える信号
をあらかじめ設定した一定時間積算し、あらかじめ設定
した検出レベルを越えたとき、線状欠陥が検出された、
とする方式〔フローデンシティ・モニタ方式〕がある（
鉄と鋼　’　８４−３４２４　Ｐ、１２０　）。しかし
ながら、実際にはこの時間設定、レベル設定をいくらに
するかがむずかしく、短かい線状欠陥の検出は困難であ
り、検出すべき線状欠陥を見のがしたり、欠陥でない被
検体のムラを欠陥と見間違うことがあった。さらに、貫
通コイルでは、被検体の径によって検出感度が左右され
る。すなわち被検体の直径が大きくなるにつれて、貫通
形コイルの径も大きくなるから、同一欠陥に対しては径
が大きくなるほど欠陥検出能力は低下し、微細な欠陥の
検出は困難になってくるという欠点がある。

プローブ・コイルを被検体円周方向全面をカバーするよ
うに固定して配置し、その中を被検体を貫通させる方式
がある。しかし、この場合、全体としては貫通形を形成
するが、プローブ・コイルで構成されているため、プロ
ーブ・コイルの大きな欠点であるリフトオフの影響を大
きく受けるということは避けられない。さらに、プロー
ブ・コイルは被検体円周方向全面に配置されるため、そ
の物理的制約からプローブ・コイルの線径を大きくする
ことが困難であり、それを越えて励磁電流を流そうとす
ると、コイルの発熱による励磁電流の変動などが生じる
おそれがあり、それを避けるためには、水冷など外部冷
却が必要になる。そのように励磁電流を大きくすること
が困難なため、外部電気ノイズ、増幅器などのノイズの
影響を受けやすかった。以上の２つの欠点、すなわちリ
フトオフの影響を大きく受けることおよびコイルの物理
的配置から励磁電流の値に制限があることのために、微
細な欠陥の検出はむずかしかった。

つぎに、検出プローブを回転させるもので、プローブ回
転方式と呼ばれているものがある。この方式によれば、
プローブが回転するごとに線状欠陥をよぎるため、線状
欠陥の検出が可能になる。

しかし、回転型のため、圧延機、伸線機出側などの高速
ラインでは全表面をカバーするのは困難であった。その
ため従来の貫通形の渦流探傷器と回転型の渦流探傷器と
を並べて設置する必要があった。さらに回転プ１コープ
形では、リフ１−オフ変動に敏感であり、プローブの追
従機構が複雑になる。

それでも、リフトオフ効果を除去することはできず、２
周波数渦流探傷などを採用し、信号処理によりリフトオ
フの影響を軽減する必要があった（鉄と鋼　’　　８３
−５１０９９　Ｐ、４５　）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来の貫通形渦流深傷方式では被検体におけ
る微細な線状欠陥の検出が困難であるという問題を解決
しようとするものである。すなわちこの発明は、棒、線
、管などの表面または表層の微細な線状欠陥をリフトオ
フの影響を少なく、比較的簡単な構成で、高速かつ高い
信号／雑音比でイ爽出することを目的とする。

〔問題点を解決しようとするための手段〕〔発明の要旨
〕本発明は、励磁電流を被検体に仲介する２次ブロックお
よび被検体上の渦電流の変化を検出する検出コイル、例
えばパンケーキ形コイル、を使用することを特徴とする
。

〔発明の具体的構成〕

本発明の具体的構成を第１図に示す実施例を参照して説
明する。本発明は、励磁巻線２、スリット６が設けられ
ている円筒状の導体ブロック１、パンケーキ・コイル４
およびパンケーキ・コイルを装着する円筒形のカラー３
で構成される。

〔作用〕

本発明の実施例を示す第１図〜第４図、その電気的等価
回路を示す第５図を参照して、本発明を説明する。発振
器９の高周波電圧、通常は正弦波信号、を電力増幅器１
０で増幅し、励磁巻線２に高周波電流を供給する。励磁
巻線２に流れた高周波電流による磁界は、電磁誘導作用
により、２次ブロック１上に２次誘導電流７を生じせし
める。

この２次電流の大きさは、励磁巻線２と２次ブロック１
との電磁結合の強さによって決定されるが、励磁巻線２
を２次ブロック１にタイトに巻いた場合はほぼ励磁電流
の値に等しくなる。その流れる向きは、第３図に示すよ
うに励磁電流と反対向きになる。２次ブロック１は、ス
リット６を切った円筒体であるため、２次電流は第３図
に示すように中空体の内面側に迂回して流れることにな
る。

このときスリット６の幅を十分小さくしておけば、スリ
ット６の両側では電流の流れる向きは反対になり、少し
離れたところでは、その磁界は相殺され、スリット６が
ないのとほぼ同じになる。かくして、２次ブロックの中
空表面−１二にほぼ励磁電流に等しい２次電流が流れる
ことになる。すなわち等偏曲に２次ブロックの内径に等
しい円筒ソレノイドに励磁電流を流したのと同じになる
。このようにする利点は、２次ブロックの外表面に励磁
巻線を巻いた方が２次ブロック内径に等しいソレノイド
より励磁電流を大きくすることができる点にある。さら
にその磁界分布は、励磁巻線の磁界分布ではなく、２次
ブロックの内径に等しいソレノイドの磁界分布になる。

すなわち均一かつ強力な高周波磁界が得られることにな
る。

以上のような配置では、励磁磁界が均一になるため、パ
ンケーキ・コイルなどのプローブ・コイルを被検体円周
方向全面に固定・配置した、前述の貫通形渦流探傷器よ
りリフトオフの影響ははるかに軽減される。即ちリフト
オフの影響については従来の貫通形渦流探傷器の利点を
、欠陥検出性能についてはプローブ形渦流深傷器の利点
を、兼ね備えるこ七ができる。なお被検体が鋼線などの
強磁性体の場合は、２次ブロックの前後に直流磁気飽和
コイルを設けることにより、容易に探傷可能になる。

検出コイルは、この実施例では、被検体全面をカバーす
るために、第４図に示すように、パンケーキ・コイルを
円周方向に千鳥に配置する。パンケーキ・コイルは１つ
のコイルで大きい面積をカバーすることができ、かつ偏
平であるため検出コイルと被検体との間隔を小さくする
ことができ、検出コイルの設置個数も比較的少なくて済
む利点がある。

被検体の微細な線状欠陥を高感度に検出するには上に述
べたパンケーキ・コイルとするのが好ましいけれども、
例えばスポット状の欠陥を検出するような場合には、検
出コイルは、被検体の外周面に沿って巻回される如きコ
イル、すなわち通常の貫通コイル、であっても勿論よい
。

以上のように構成された渦流探傷プローブの中空部５に
被検体８を通ずと、２次ブロック内表面に流れる高周波
電流により、被検体表面には円周方向に沿って逆向きの
誘導電流が流れる。このとき被検体８に欠陥がなければ
被検体表面に均一な誘導電流が流れるから、差動的に結
線された検出コイル４には電圧は生じない。ところが、
もしも被検体表面または表層に欠陥があると２次電流の
流れが乱されるため、差動的に結線された検出コイルに
は電圧が生しる。それを増幅・検波することによって欠
陥を検出することができる。以下第５図により説明する
。被検体円周方向に千鳥に配置されたパンケーキ・コイ
ル４をＡ、Ｂ、Ｃ，・・・・・・とする。このとき、各
コイルは前置増幅器１１゜バッファ増幅器１２を通して
相隣接するコイルの出力に対して差動増幅Ｂ１３に入力
される。そしてこの差動増幅器１３の出力は移相器１５
の電圧を参照して同期検波Ｈ１４により検波される。こ
のとき被検体の振動などの影響が最小になるように移相
器１５の移相量が調整される。このような状態で、ある
パンケーキ・コイルの下を欠陥が通過すると、誘導電流
の流れが乱され、差動的に結線されたパンケーキ・コイ
ルにその誘導電圧が現われるから、波高弁別回路１６に
より欠陥が検出される。

第６図は本発明のもうひとつの実施例である。

すなわちこの場合２次ブロックはコーン形をしているた
め、その効果により磁束が濃縮されるという更にすぐれ
た効果を得ることができる。コーン部の誘導電流の中心
部の磁界への寄与を考えた場合、中心から遠い距離にお
ける電流の輪が広い方が、中心部と同じ径の電流の輪よ
り、中心点での軸方向の磁界に大きく寄与するからであ
る。

第７図は、実際に実験に使用した２次ブロック１の寸法
を示す。パンケーキ・コイルには線径０１９３ｍｍの極
細線をもちい、直径４鰭、巻線数２００ターンとした。

そのとき、深さ０．０８　ｍｍ、幅０゜５鰭、長さ１０
止の人工欠陥を付けた直径１０酩、肉厚１１１ｍ１の鋼
管の探傷結果を第８図に示す。この場合、実験装置の関
係で、試験周波数２５６ＫＨｚであった。

第９図は、前述の実施例を線材などの熱間探傷などに特
殊化した他の実施例である。構造的には２次ブロックの
内部を空洞とし、必要に応じ水などの冷却媒体を貫通ま
たは循環させることができるように、給水口１７および
排水口１８が設けられている。２次ブロックは、通常銅
合金など導電率の高い利料を使用するが、これらは熱伝
導率も高いので、冷却効率がよく、熱間探傷にははなは
だ有利になる。小径管など比較的径の大きい被検体の場
合は、使用周波数は３２　Ｋ　Ｈｚなどの比較的低い周
波数が用いられるが、このように２次ブロックを空洞化
することによって、周波数の低下に伴う渦電流の浸透深
さの増大を防止でき、誘導磁界の減少を防ぐことができ
る。

（発明のすＪ果）本発明によれば、機械的な回転機構や多重周波数渦流深
傷法などのような複雑な電子回路を用いることなく、比
較的簡単な構成で、棒、線、管などの表面および表層の
微細な線状欠陥を、高精度かつ高速に検出することがで
きる。熱間探傷にも容易に適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例を示す説明図、第２図は第１
図の側面図、第３図は２次ブロックの誘導電流の流れを
示す説明図、第４図は第１図の検出コイル付近の拡大図
、第５図は本発明の電気的動作を示す説明図、第６図は
本発明の他の実施例における２次ブロックの説明図、第
７図は本発明の実験に使用した２次ブロックの１例の寸
法を示す断面図および側面図、第８図は欠陥検出時の出
力信号の例を示す図、第９図は本発明の第３の実施例を
示す説明図である。 ■・・・２次ブロック、　２・・・励磁巻線、　３・・
・検出コイルを装着するカラー、　　４・・・検出コイ
ル（この場合はパンケーキ・コイル）、　５・・・被検
体を通す中空部、　６・・・スリット、　７・・・２次
プロツクを流れる誘導電流、　８・・・被検体、　９・
・・発振器、　１０・・・電力増幅器、　１１・・・前
置増幅器、１２・・・バッファ増幅器、　１３・・・差
動増幅器、１４・・・同期検波器、　　１５・・・移相
器、　　１６・・・波高弁別回路、　１７・・・給水口
、　１日・・・排水口。出　願　人　　　新日本製鐵株式会社代理人弁理士　　青　　柳　　　　稔第１図第２図　　　　第３図ピｌ　ば）Ｐｔ＋トー０１７１−＝−１士

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒状外周面と該円筒状外周面の軸方向長さと等
しいかそれよりも短かい軸方向長さの円筒状中空部を有
するとともに前記円筒状中空部から外周面外に通ずる、
半径方向かつ軸方向に延びるスリットを設けた、導電性
材料から形成される２次ブロックと、前記２次ブロック
の外周面に巻回される励磁巻線と、前記２次ブロックの
円筒状中空部内周面に近接しかつ被検体外周面に近接す
る如く配設される検出コイル、とよりなることを特徴と
する貫通形渦流探傷器。
（２）２次ブロックが、その内部を空洞とし、冷却媒体
を流通せしめ得るよう構成されたものである特許請求の
範囲第１項記載の貫通形渦流探傷器。