JPS6132619B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強磁性体を検査するための新式渦電流
プローブ、特に蒸気発生装置の如き複雑な設備内
に配置された配管などを有効に検査するのに使用
されることのできるプローブに係る。

渦電流試験はレール、ロツド、管の如き種々の
構造体に於いてかつ複雑な加工片に於いてさえ、
き裂、きずなどを検出する際の非常に有用な手段
であることが既に判明している。絶対及び差動コ
イル法の如き二三の在来渦電流検査方法がそれぞ
れの電子工学によつて開発されている。差動コイ
ル法ではプローブにあるコイルがインダクタンス
の変動の測定される誘導コイルとして、または励
弧及びピツクアツプコイルを有する結合コイルと
して使用されることができる。磁気材料が発生す
る大きい透磁率変動を解消するように検査個所を
磁気的に飽和することによつて満足に検査され得
ることも決定されている。配管を製造され次第に
かまたは複雑な構造体に組立てられる直前にかの
何れかに検査するための多くのシステムが案内さ
れている。このようなシステムの数例は1966年９
月６日付でジエー・エム・マウンツ（J.M.
Mountz）氏等に特許されかつマグナフラツク
ス・コーポレーシヨン（Magnaflux
Corporation）に譲渡された米国特許第3271664
号、及び1970年９月１日付でジー・エー・ノーブ
ル（G.A.Noble）氏に特許されかつクライスラ・
コーポレーシヨン（Chrysler Corporation）に譲
渡された米国特許第3526829号に記載されてい
る。然し、これらのシステムは配管の外部に大き
い永久磁石または電磁石によつて飽和電界が適用
されるようにさせるから、一つの重要な欠点に悩
まされる。従つてそれらは複雑な構造体に設置さ
れてしまつた配管、またはこのような構造体に於
いて使用された後の配管を有効に検査することが
できない。使用時定期検査は蒸気発生装置の如き
装置の作動中に費用のかかる故障を防ぐのに、か
つまたこのような装置の設計及び保守に資する試
験結果を得るのにも必要である。従つて、きず、
き裂または摩耗を検出するのにプローブが予め決
められた速度で配管の内部を通して引かれること
ができるようになつている検査装置を有するのが
望ましいことである。このようなプローブの１種
はジエー・テー・ペリアン（J.T.Perrian）氏等
に特許されかつインペリアル・ケミカル・インダ
ストリイズ・リミツテツド（limprial Chemical
Industries Limited）に譲渡された米国特許第
2964699号に記載されている。然し、このプロー
ブはプローブハウジングに使用される磁石形状及
び材料のせいで磁気配管または弱磁気配管を有効
に検査できるだけ十分な濃度即ち強度の飽和磁界
を設けない。その上、それは磁界が変えられるこ
とができないから、種々の厚さの管を検査できる
多用性プローブにはならない。

従つて、磁気材料または弱磁気材料から造られ
た配管を検査するための改良された渦電流プロー
ブを提供するのが本発明の目的である。

配管の小さい面積に亘つてプローブコイルの付
近に飽和磁界を集中することになるプローブを提
供するのも本発明の目的である。

本発明の更に他の目的は配管材料の局部的飽和
を達成するのに十分な強さの磁界をプローブコイ
ルの付近に発現することのできるプローブを提供
することである。

これらの目的及びその他の目的は、少くとも一
つの対称に距てられた試験コイルみぞを有する永
久磁石ボビンを提供することによつて達成され
る。磁界は試験コイルの付近に於いて配管の一部
を飽和するように予定される。ボビンは軸線方
向、半径方向または直径方向に磁化されることが
できる。プローブは更に磁界密度を増すのに高透
磁率（μ）材料で造られた保磁子を有することも
ある。ボビン及び（または）保磁子は不導電性ま
たは高電気抵抗性材料で造られたプローブハウジ
ングの中に剛固に保持される。同ハウジングはボ
ビンと配管内壁との間のすき間をプローブが配管
に通されるに従つて一定に維持する案内を有して
いる。プローブはプローブハウジングの一端に埋
められたシールドケーブルをも、リード線がコイ
ルへ接続されているように有している。

他の実施例では、更にコイルがボビンのみぞの
中に配置されることができて、これらのコイルを
通して直流が流されて、永久磁石によつて設けら
れる磁界を増すようになつている。

更に他の実施例では、試験コイル（単数または
複数）が交流試験信号のほかに直流試験信号を搬
送するようになつている。

他の実施例では、ボビンが高透磁率、高電気抵
抗性材料で作られて、内方みぞの中に試験コイル
をかつ外方みぞの中にもコイルを有して直流バイ
アス電流を搬送するようになつている。

更に他の実施例では、ボビンの試験コイル（単
数または複数）が交流試験信号及び直流バイアス
双方を搬送するようにされることができる。

本発明によれば、磁気または弱磁気配管の検査
に必要な飽和磁界は永久磁石か、直流電磁石か、
または双方の組合せかによつて作られることがで
きる。添付図面の第１〜５図に示されているよう
に、この飽和磁界は中に少くとも一つの試験コイ
ル巻線３の配置される少くとも一つのみぞ２を有
する円筒形ボビン１によつて設けられる。

永久磁石が選択される場合には、ボビン１はア
ルニコ（Alnico）５、アルニコ８、バリウム・フ
エライト（Balium Ferrite）、PtCO、または
PrCO₅の如き希土類元素・コバルト合金の如き永
久磁石材料で構成される。そのほかに、高μ材料
から造られた保磁子４が磁界に対して低磁気抵孔
通路を設けるのに第１，２及び４ａ図に示されて
いるようにボビンの両端に密接して配置されても
構わない。

電磁石が選択される場合には、ボビンは軟鋼、
フエライト、または一切の高μ、高電気抵抗性材
料で構成される。

ボビンは種々の輪郭を有することができる。第
１及び２図に示されている如きボビンに対しては
永久磁石または電磁石何れのボビンでも、試験コ
イル３の置かれる少くとも一つのみぞ２を有する
ことができる。これらのコイルは交流信号のみを
搬送することができるか、またはこれらのコイル
を通つて流れる直流成分を有することもできる。
従つてボビンは永久磁石飽和磁界か、電磁石飽和
磁界か、または双方の組合せかを設けることがで
きる。

第３図は試験コイル３のほかに飽和直流に対す
るコイル５を有するボビン１を示している。この
配置は純粋な電磁石プローブとしてかまたはもし
もボビンが永久磁石であるならば組合せプローブ
としてか何れに使用されても構わない。

一般には、永久磁石プローブまたは組合せプロ
ーブに対してボビンが軸線方向に磁化される。然
し、永久磁石プローブに対しては、ボビンが半径
方向または直径方向に磁化されても構わない。第
４ａ図は半径方向に磁化されるボビンの一実施例
を示している。このボビンは上述の如く永久磁石
材料で構成されていて、少くとも一つのみぞ２を
有しみぞ２の中に試験コイル３がセツトされてい
る。その上、ボビンの軸線に沿う円筒形孔６が必
要である。このボビンは南極が第４ｂ図に示され
ている如く周縁にあるように、または北極が周縁
にあるように磁化されることができる。好まれる
のは磁界に対する低磁気抵抗帰路を設けるのにこ
のボビンと併せて保磁子を使用することである。

第５ａ図は半径方向に磁化される第２形態のボ
ビンを示している。この実施例では、ボビンは北
極が周縁にあるように磁化され（第５ｂ図）かつ
中心に孔８を有する第１円板７と、南極が周縁に
あるように磁化され（第５ｃ図）かつ中心に孔１
０を有する第２円板９を有している。両円板７及
び９は、これら両円板の半径よりも小さい半径を
有する保磁子４′によつて結合されて、試験コイ
ル３に対するみぞを形成している。保磁子によつ
て相距てられた両円板がもしも所望されるならば
上記ボビンに、隣接両円板が反対極性を有するよ
うに結合されても構わない。

試験コイル３並びに電磁石コイル５（第３図）
は一般に磁石線と呼ばれる銅線から造られても構
わない。然し、もしも低炭素軟鋼線が総べての巻
線に、または各コイルの内側巻線に使用されるな
らば、磁界は前記鋼線が銅線よりも低い磁気抵抗
通路になるから強化されることができる。

渦電流プローブを形成するのに、ボビンは、如
何なる材料でも不導電性または高電気抵抗性の材
料で作られて磁界に干渉することにならずかつボ
ビン及び巻線を、それらが配管を通るに従つて保
護することになるプローブハウジングの中に剛固
に保持される。この構造体は普通には案内または
フインガを有することになり、同案内またはフイ
ンガはプローブが配管に通されるに従つてプロー
ブにボビンと配管内壁との間の予め決められた一
定のすき間を持たせる。第６図は本発明を具現す
るプローブ構造体の一例を示している。

簡単にするために、第１図のボビン１が例示プ
ローブに示されている。ボビン１は前プローブフ
オーマ（former）１１及び後ろプローブフオー
マ１２を有するプローブハウジングの中に剛固に
固定されており、これら両フオーマは如何なる材
料でも不導電性または高電気抵抗性の、非磁性ス
テンレス鋼またはジルカロイ（Zircalloy）２の如
き材料で造られている。前プローブフオーマ１１
はボビンを包囲するように図示されているけれど
も、これは是非必要なことではない。ハウジング
はプローブが配管１３に引き通されるかまたは押
通されるに従つて変形するかまたは破壊すること
にならないだけ十分な強さを持たなければならな
い。カツプ形案内１４がプローブを配管の中で中
心に置いて、一定の決められたすき間１５をボビ
ン外周と配管１３の内壁との間に維持するように
前及び後ろ両フオーマ１１及び１２に測架されて
いる。ほとんどの場合に、約0.508ミリメートル
（0.020インチ）のすき間１５がプローブを満足に
作動させる。然し、注目されるべきはこのすき間
が実際にはできるだけ小さくされるべきことであ
る。後ろフオーマ１２は同フオーマの軸線に沿つ
て孔１６を有しており、この孔へシールドケーブ
ル１７が挿入されかつコイルリード線１８へ接続
されており、同リード線はボビン１から出て少く
とも一つの孔１９を通つて後ろフオーマ１２へ進
入している。最後に、引き輪２０が前フオーマ１
１に埋め込まれるかまたはねじ込まれており、同
引き輪によつてプローブは線２１により配管１３
を通して引かれることができる。作動の際に、単
向磁界はできるだけ大きくされるべきであり、例
えばモネル（Monel）400の配管には100〜500エ
ルステツドの磁界強さが必要である。電磁石が単
向磁界を全体にまたは一部に設けるのに使用され
ている実施例では、直流が個別コイルを通して、
または試験コイルを通して励振されることができ
る。然し、如何なる場合にも交流信号は直流信号
の約10〜20％に等しくされるべきである。もしも
交流信号が高過ぎるならば配管は何時でも飽和さ
れたままにはならないのに、もしも交流信号が低
過ぎるならば、SN比が低下することになる。

その上、判明しているのは、ボビンの長さ対直
径比ができるだけ大きくされるべきであつて最小
のＬ／Ｄ比が0.5であることである。然し、もし
もボビンが長過ぎるならば、配管壁の広い面積が
飽和されなければならない。太い管並びに小さい
Ｕ字曲りを有する管に対してはＬ／Ｄ比が最小に
近く保たれることになる。

本発明を組入れた渦電流プローブは在来の渦電
流プローブに勝る改善された試験結果を与えるこ
とが判明しており、かつプローブが高いSN比を
付与されているから配管上のみぞ、孔、平坦部、
またはそらせ板の如き特徴が容易に識別される。

飽和磁界がプローブ内の磁石によつて設けられ
るようになつている以上に説明された装置の更に
他の応用として、プローブが大きい直径の管を内
部または外部から試験するのに、または前プロー
ブフオーマ１１（第６図）及びボビン１の前端に
於ける保磁子４を省くことによつて平らな表面を
試験するのに使用されることができる。そうすれ
ばプローブはボビン１の前端が試験されるべき材
料の表面と接触している状態で表面プローブとし
て使用されることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は単一みぞを有するボビンの透視図、第
２図は試験コイルに対する二つのみぞを有するボ
ビンの断面図、第３図は飽和コイルに対する補助
みぞと併せて試験コイルに対する単一みぞを有す
るボビンの断面図、第４ａ及び４ｂ図はそれぞれ
半径方向に磁化される永久磁石ボビンの断面図及
び端面図、第５ａ，５ｂ及び５ｃ図はそれぞれ第
２形態の半径方向に磁化される永久磁石ボビンの
断面図及び両端面図、そして第６図は本発明を具
現する一特定渦電流プローブの断面図である。 １……ボビン、２……みぞ、３……試験コイ
ル、１１，１２……プローブハウジング装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁性又は弱磁性材料の配管における欠陥を該
   配管内から検出するための渦電流プローブであつ
   て、 不導電性または高電気抵抗性材料のプローブハ
   ウジングと、 該ハウジング内に剛固に取付けられた永久磁石
   の円柱状ボビンとを有し、 該ボビンは、該ボビンに隣接する該配管を磁気
   的に飽和させるために一方向の磁界を発生するよ
   うになつており、また、該ボビンの円周表面上に
   対称的に設けられた少くとも１つのみぞを有し、
   また、該みぞ内において該ボビンに巻かれた少な
   くとも一つの試験コイルを備え、該試験コイルが
   交流電源に接続されるようになつていて該配管内
   に渦電流を発生させることを特徴とする渦電流プ
   ローブ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の渦電流プローブ
   において、前記ボビンが軸線方向に磁化された永
   久磁石であることを特徴とする渦電流プローブ。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の渦電流プローブ
   において、 前記ボビンの両外方端部において該円周表面上
   に対称的に更に二つのみぞが備えられており、こ
   の二つのみぞのそれぞれの中において該ボビンに
   巻かれた直流を流すためのコイルを有し、このコ
   イルが直流電源に接続されるようになつていて前
   記一方向の磁界を補充するための磁界を発生する
   ことを特徴とする渦電流プローブ。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の渦電流プローブ
   において、 前記ボビンが高透磁率の材料でなり、前記ボビ
   ンの両外方端部において該円周表面上に対称的に
   更なるみぞが備えられており、このみぞのそれぞ
   れの中において該ボビンに巻かれた直流を流すた
   めのコイルを有し、このコイルが直流電源に接続
   されるようになつていて前記一方向の磁界を発生
   することを特徴とする渦電流プローブ。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の渦電流プローブ
   において、前記ボビンが軸線方向に円筒形孔を備
   え、半径方向に磁化されていることを特徴とする
   渦電流プローブ。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の渦電流プローブ
   において、 前記ボビンが、軸線方向に孔を備えた半径ｒの
   ２個の円筒状の円板を有し、該円板はそれぞれ反
   対の極性で半径方向に磁化された永久磁石であ
   り、更に半径ｒよりも小さい半径を有する高透磁
   率材料でなる円柱状の保磁子を有し、前記保磁子
   は前記２個の円筒状の円板の間に対称的に固定さ
   れていて前記ボビンのみぞを形成するようになつ
   ていることを特徴とする渦電流プローブ。 ７ 特許請求の範囲第１項記載の渦電流プローブ
   において、前記ボビンが直径方向に磁化された永
   久磁石であることを特徴とする渦電流プローブ。