JPS62134552A - 渦電流探傷法による亀裂深さ測定装置 - 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、渦電流探傷法を用いて側光ばがスタンク、大
口径配管等の金属表面に生じ六亀裂の深さを無侵襲で測
定可能とした渦電流探傷法による亀裂深さ測定装置に関
する。

〔従来の技術〕

先づ、通常の渦電流探傷法及び探傷器について説明する
。即ち、金属物体の近くに置かれたコイルに交番電流を
通電すると、フィルから交番磁界が発生し、金属物体中
に渦電流が生じる。

この金属物体中に流れる渦１！流によりても交番磁界が
発生し、この交番磁界はコイルと鎖交スる。

金属物体中の渦１！流の流れは、金属物体中の欠陥等異
常の存在によって乱され、渦電流によシ生じる磁界も変
化し、渦［流による磁界がコイルと鎖交する量も変化す
るため、コイルのインピーダンスに変化が発生する。

このコイルのインピーダンス変化を検知することにより
、金属物体中の欠陥等の異常を検出する方法を渦電流探
傷法と称し１、コイルインピーダンスの変化を観察、記
録の容易な直流の電圧（ｔたは”９（ｆｆ、）に変換す
る信号処理製電を探傷器と称している。

第６図は上記探傷法の実施状況を示しておシ、１が探傷
子つまり検出端であるコイル、２が被検体金属、３は被
検体金属２中に存在する欠陥、４はコイル１の走査方向
を示す矢印、５はコイル１と後述する探傷器６とを！１
続するケーブル、６はｉｔ直流傷器、７はコイル１のイ
ンピーダンス変化を渦電流探傷器６の内部回路で変排し
た電圧を表示する０１１画面、８は欠陥３によって生じ
る欠陥信号である。尚、Ｉ６は探傷器６の出力を外部に
導出する出力端子、１７は探傷器σの感度設定用ツマミ
である。

被検体金属２中に欠陥等の異常が存在しない場合、０１
７画面７に現われる表示は、ｆよとんど点状のスーット
だけである。

これに対し、被検体金属２中に欠陥３が存在する場合、
コイル１を矢印４の方向への走査で、；イル１が欠陥３
を通過するときに、被検体金１１４ｚの電磁気的特性、
および欠陥の性状、および欠陥３の形状等によつて決ま
る方向および振幅で欠陥信号８が生じる。

この欠陥係号８０発生の有無を観察するととくよって、
被検体金ＩＡ２に欠陥勢の異常が存在するか否かを判定
する。つまり、欠陥信号８が発生した場合、その欠陥位
置は、欠陥信号８が発生するときのコイル１の位置によ
りて把握できる。

この種、渦電流探傷法では、コイルの走査速度を比較的
速くでき、金ｇ４表面と密着する必要もなく、また、コ
イルの形状、探傷周波数（コイルの励磁周波数）等を適
切に選定することによや、比較的微小な欠陥を検出でき
る。

したがって、渦電流探傷法は、各種の非破壊検査法の内
でも、能率の高い、しかも１度の高い９！傷法であると
言える。

しかし乍ら、実際の検査では、被検体金属構造物の余寿
命の推定、および保も時期の計画等のために、欠陥の寸
法、特に欠陥深さＫついての情報を要求されるのが一般
的であシ、この程（の渦電流探傷法では、第６図に示す
ような平板駄の微細な欠陥の深さを、その信号から測定
することはで負なかった。しかも、各種の金Ｒ槍造物で
問題となる欠陥の性状は、微細な幅を有するａ裂であり
、この亀裂深さについての情報を徴求される例が非常に
多い。

この微＃ｉ幅の亀裂による信号は、被検体金属の電磁気
的特性によりて信号の方向、大きさともに変動し、信号
から亀裂の深さを推定することは非常に困難でありた。

例えば、全く同一の形状の＠裂が、電磁気的特性の全く
異なる２種の金ＲＫ存在する場合、この欠陥による信号
の方向、および大きさは、２種の金属間で大きく異なシ
、このため信号から亀裂の深さを求めることができなか
った。

亀裂の深さが不明である場合、構造物の余寿命の推定、
および補修時期の計画のためには、実用上、大きな不具
合点であった。

そこで本発明は、金ｐＡｐ面に生じた亀裂の深さを無侵
襲で定量的に測定可能とした渦を流探傷法による亀裂深
さ測定製置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決し目的を達成するために次ぎ
のような手段を暮したことを％徴としている。即ち、被
検体金属に近接した探傷子としてのコイルに交番電流を
通電することによシ上配被検体金属に渦電流を生じせし
め、この？ＩＪＩＪ流（よシ変化する上記探傷子のイン
ピーダンスを検知することによυ上記被検体金属中の欠
陥等の異常を探傷する渦ＴＦＬＫ探傷器を用い、電磁気
特性信号振幅算出部により予め上記被検体金属の実効的
な電磁気特性による探傷信号を初期値として記憶し、該
初期値（上記被検体金属の各位置での電磁気特性のばら
つきによる探傷信号を加えた後その振幅を算出して上記
探傷子の走査中の上記被検体金属の全ての点での電磁気
的特性に対応する信号振幅を得、亀裂信号振＠算出部に
より亀裂によシ信号戒分を探傷信号から抽出してその振
幅を算出して亀裂信号を得、亀裂深さ信号算出部によシ
上記亀裂信号振幅を上記被検体金属の１！磁気特性に対
応する信号様［Ｋよりて除算するようにしたことを＃！
徴としている。

〔作用〕

このような手段を講じたことＫより、金属表面に生じた
疲労割れ等の微細幅のｆａ裂による渦電流の信号振幅は
亀裂の深さに比例し、また同一の形状の亀裂による信号
様＠け金属の実効的な電磁気特性による信号振幅に比例
することがら、上記除算結果は、被検体金属のａ磁気特
性による影響を受けない亀裂深さに比例するＱ号を示す
ものとなり、これは探傷と同時に検出でることができる
ものである。

〔実施例〕

実施例の説明に先立ち、本発明の原理について第３図乃
至第５図を参照して説明するつ第３図は実験的に求めた
亀裂深さとイ１号振ｑ９゛・との関係を示す特性図であ
シ、３１Ｎ肋のｖＬ電磁気的特性異なる被検体金属Ａ、
Ｂ、ＣＫ存在する微細幅の亀裂の深さと、信号振幅の関
係を示している。

第３図に示すように、！磁気的な特性が異なる３ｆｌ類
の被検体金ｉＡ、Ｂ、Ｃについて、亀裂深さと信号振幅
との関係は、はぼ直線になる。

ただし、ＷＳ３図では、探傷器を任意の感度設定にして
得られたデータである。上記によれば、亀裂深さと信号
振幅との関係が、電磁気特性が異りても、いずれの場合
でも、はぼＷ線の関係が得られ、このデータから探傷器
の感度設定によりては、亀裂深さと信号ｆＩｉ幅との関
係が１個の特性にて表わすことができると予想される。

第４図は、電磁気的特性の異なる金属に、亀裂に類似し
六欠陥を設け、これによる信号と、被検体金属の電磁気
特性に対応する信号を整理して示した図である。第４図
によれば、被検体金属の電磁気的特性に対応する信号は
、検出コイルを空気中に置いた状態泰ら、欠陥を検出す
る状態（被検体表面に接触させた状態）寸で移動させた
ときの出力電圧の軌跡であｔ）、第４図の左下部に示す
ように被検体金属の電磁気特性の差によって方向、大き
さく振幅）ともに異なる。ここで、被検体金属に設けた
、亀裂に類似した欠陥の形状は、各金属とも同一である
。

この欠陥による信号振幅と、被検体金属の電磁気的特性
に対応する信号との振幅の比を、第４図の右の欄に整理
して示したが、この比は被検体金属が異っても＃ｔぼ同
一である。

この結果から、被検体金属の材５ｉ（電磁気特性）が異
りても、同一形状の欠陥が存在する場合、電磁気的特性
に対応する信号振幅と、欠陥による信号の振幅の比は一
定になる。

他方、第３図に示したように亀裂の深さと信号振幅の関
係は、はぼｉｓで近似できる。

上記第３図及び第４図から、亀裂深さは被検体金属の電
磁気的特性に対応する信号のも（幅と、亀裂とよる信号
の摂幅との比を算出することによって、被検体金属の電
磁気的な特性が異っても、亀裂深さに対応するデータが
得られる。

次に実験データの理論的な説明を第５図を参照して説明
する。

第５図（ａ）　、　（ｂ）において１は亀裂を検出する
コイル、２は被検体金属、３は被検体金属２に存在する
亀裂、および１２は被検体金属２中の溶接部である。

第５図（ａ）において、コイル１を被検体金＠２に接触
させた状態から空気中に移動させた場合、コイル１のイ
ンピーダンスは大きく変化する。

このインピーダンス変化をＡ、ＴＩとＬ、ｔた。コイル
１を被検体金属２に接触させた状卯で、亀裂３に接近さ
せることにより、イン、−一ダンス変化人ｆが生じる。

このインピーダンス変化ヲＭｔｒ流榛Ｓ器にて電、圧に
変換する。渦電Ｕ探傷器は、インピーダンス変化に比例
した電圧を出力する。

第５図（ａ）　Ｋ示したインピーダンス変化Ａｍ　＞よ
びＡ４は渦％！流探傷器の出力電圧として直読でき、＾
ｆＫ対応する電圧をＶ【み取り、また、Ａ、Ｉｃ対応す
る電圧を読み取り、Ａｆ／Ａ□に相当する演算を実施す
ることによ漫、亀裂深さに対応したデータが得られる。

第５図Ｃｂ）は第５図（＆）を１個の被検体金属に、電
磁気的特性の大きく異なる場合へ拡張した例である。即
ち、第５図（ｂ）では、被検体金属２に溶接部１２が含
まれておシ、金属の組成によりては、溶接部１２の電磁
気的な特性が母材部と大きく異なシ、溶接部１２に亀裂
ば存在する場合、溶接部１２の電磁気的特性を考慮しな
ければならない。

この場合のコイル１のインピーダンス変化を第５図（ｂ
）の左に示し六が、このインピーダンス変化の図におい
て、ａｍは第５図（１）で示し念と同様の被検体金属２
の母材部の電磁気的特性変化に対応するインピーダンス
変化であり、ＡＶは、溶接１！！１１２が母材部と電磁
気的特性で異なるために生じるインピーダンス変化であ
り、Ａｆは亀裂ｓＶＣよるインピーダンス変化である。

第５図（ｂ）の場合、亀裂３の存在する部分は溶接部で
あシ、亀裂探さの算出については当然、溶接部１２での
電磁気的特性の変化を考慮しなければならない。

第５図（ｂ）の場合、溶接部での電磁気的特性に対応す
るインピーダンス変化は、Ａｍと人マのベクトル和にな
り、図のＢｍがこれに相当する。

したがって、溶接部Ｉ２での＠製法さの究出は、Ａｆ／
ＢｆｆｌＫ相当する演ｊｌＫて亀裂深さが９出できる。

実際の探傷では、コイルが溶接部にあるか、母材部にあ
るかは不明であるが、探傷前に母材部の電磁気的特性に
対応する信号出力を記憶し、この母材部と各探傷位偕の
間の電磁気的特性の差により生じる信号出力をｔＫベク
トル加算することによハ、各ｖ、傷位置での電磁気的特
性に対応する信号出力力：得られ、亀裂深さの算出は可
能であるう また、各探傷泣きにかける谷検体金属の電磁気的特性の
バラツキは、常に信号出力として観察できる。亀裂本、
−利１の実効的な電磁気的特性の変化と考えることがで
き、この実効的な電磁気的特性の変化を検出している。

被検体金属の電磁気的特性のバラツキによる信号か、亀
裂によるイハ号かの弁別は、電磁気的特性のバラツキに
よる信号は、なめらかであ抄、へ裂による信号け、急峻
に発生することから実施できる。

つまり、コイルの走査速度が一定の場合、電磁気的特性
のバラツキによる信号は低周波で発生し、亀裂による信
号は高周波で発生し、この周波数の差によりて弁別が可
能になる。

次に上記原理に基づく本発明装う゛の一実施例の構成を
第１図を参照して説明する。

第１＠において、５１は袋筒の表面ノ卆ネルに設は六ス
イッ六５２，５３はアナログ電圧を記憶の容易なディジ
タルＤ電圧に変換するＡ／Ｄ変換回路、５４はメモリー
、６５．５６ＦｉデイソタルＤ電圧をアナログ電圧Ｉｃ
ｙＲ換するＤ／人変換回路、５７．５．１は加算回路、
５９　、６０は低周波成分を遮断するフィルター、６１
，６２゜６５．６６は入力電圧を２乗する２乗回路、６
３゜６７は５７．５８と同一機能を有する加鏝回路、６
４．６８は入力の平方根を出力する開平回路、６９は割
り算回路、７０．７１は入力端子、７２は出力端子であ
る。

上記において、Ａ／Ｄ変換回路５２，５３、メモリー５
４．Ｄ／Ａ変換回路５５　、５６、加算回路ｓ’ｒ、ｓ
ｓ、２乗回路６１．６２、加ｑ回ｗ１６３、及び開平回
路６４は電磁気性性信号振幅算出部を構成し、予め被検
体金槁２の実効的表電磁気特性による探傷信号を初期値
として記憶し、該初期値に被検体金ＰＡ２の各位置での
電磁気粘性のばらつきによる探傷信号を加えた後その振
幅を算出するものであって探傷子であるコイル１０走査
中の被検体金属２の全ての点での電磁気的特性に対応す
る信号振幅を得るものである。

上記において、フィルター５９．６０．２乗回路６５，
６６、加算１路６７、及び開平回路６８は亀裂信号振ｉ
ｊ９：出部を構成し、亀裂３によシ伯号戒分を探傷イメ
号から抽出してその振幅を算出するものである。

上記において、割シ算回路６９は亀裂深さ信号算出部を
構成し２、亀裂信号振幅を被検体金属の電磁気特性に対
応する信号振幅によつて除算するものである。

上記構成において、入力端子ｙｏ、ｙｉ＃′ｉ第２図に
示す探傷器６０２個の出力端子１６に接続され６．ｉ”
、ζで探傷器６は第６図に示すものと同一のものであり
、第１図に示す装置は第２図で符号１８ＶＣて示される
。

第２図においては、第６図と同一部分には同一符号を符
してｈるものであり、探傷？５６のＣＲＴ　Ｂ！１１面
１はｘ−ｙ表示になりており、このＸ。

およびＹに対応する電圧が出力されている。このＸ、Ｙ
の信号電圧が入力端子７０．７１に加えられる。また、
出力端子７２は、縦軸にきず深さ、横軸に走査方向を設
定した記録言′ＩＪ９に接続されている。

次に上記構成の動作について説明する。即ち。

最初に検出コイルを、亀裂の検出状態つまり被検体金Ｈ
４２に″接触させ良状態にして、探傷器θの零点を設定
するつｆＤ探傷器６の出力電圧をｏ　（ｖ”）にする。

その後、フィル１を空気中Ｋｍき、この時の出力電圧を
スイッチ５Ｉを操作することによりＡ／Ｄ変撲回１８５
２，５３でい変換して、メモリー５４に記憶する。メモ
リー５４は要素を２個有しており、Ｘ、Ｙ、各々の電圧
値を別個に記憶する。

このメモリー５４に記憶したｘ　、　ｙｆ）＠正値が、
被検体金Ｆｓ２の電磁気的や性に対応する値であり、と
れはＤ／入変換回ｐ５５．５６によって、常ＶＣＤ／人
変換して、加算回路ｓ’ｉ、ｓｉｔに入力される。

被検体金属２の電磁気的特性に対応する電圧値を記憶し
良後、コイル１を再び被検体金ＪｉｊＫ接触させ、走査
を開始する。走査中の信号電圧は、加算回路ｓｒ、５ｓ
ｌｆｃよりて初期電圧と加算され、加算回路５７．５８
の出力電圧は首検体金属２中の各探傷点での電磁気的特
性のバラツキを含んだ電圧になる。加算回路５７．５８
の出力は、２９！回路６１．６２ＶＣよって各々２乗さ
れた後、加算回ｖ−６３で加算し％この電圧の平方根を
開平回路６！で出力する。

し九がって、開平回路６４の出力電圧は、各探傷点での
被検体金属２の電磁気的特性に対応する信号振幅に比例
した値忙なる。

一方、コイル１を走立させながら、探傷器６の各々の出
力はフィルターｓｙ、１３ｏＫよりて亀裂による信号が
弁別される。フィルター５ｆｌ。

＃０は、周波数成分の高り亀裂による信号電圧だけを出
力する。この亀裂による信号電圧は、２乗回路６５，６
σによって各々２乗し、加算回路６７にて加算され、開
平回路６８で平方根値が求められる。

したがって、開平回路６８の出力っ才り亀裂信号ｒｉ＠
算出部の出力は亀裂による信号の振幅に比例する値にな
るう 開平回路６４、および開平回路６８の出力は亀裂深さ信
号算出部を構成する割算回路６９Ｋ。

入力され、開平回路６８の出力っブシ亀裂信号振幅算出
部の出力を開平旧跡６４の出力っまり電磁気特性信号振
幅算出部の出力でＳＵ＊：ｔ、た電圧値を出力し、この
電圧値を出力端子７２ンこ与える。

出力端子７２の電圧値−は、コイル１の各瞬時の位置で
の被検体金属２の電磁気的特性で補正した、亀裂深さに
比例する電圧値が得らすすることになる。なお出力端子
７２に記録計１９・を接続することによって′ｌ＠裂の
深さを目視することも可能である。

したがって、被検体金属２のｆＩ！磁気的特性が溶接部
等の部分的に変化した個所に存在する亀裂の深さに比例
した電圧が、その各個所でリアルタイムに得られる。

また、この測定法では被検鉢合ｒ４２の電磁気特性がど
のようなものであっても、亀裂検出用のコイル１で被検
鉢合７４２の電磁気的な特性に対応する電圧値を得るた
め、まったく同様に亀裂深さに比例し大出力が得られる
。

彦お、ｒ、　１図の各構成回路は、市販のアナログマル
チプライヤ−Ａ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換、およびメモリー
轡の素子によって容易に実現できる。

また、この沖！定法は、すべての値を電子計算機ＶＣＩ
ｌ′１７り込むことによっても容易に実現できるもので
ある。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明は、被検鉢合Ｐｆ４に近接し
た探傷子としてのコイルに交番！、流を通電することに
より上記被検体金属にａｍ流を生じせしめ、この渦ｔ［
Ｋより変化する上記探傷子のインピーダンスを検知する
ことにより上記被検体金属中の欠陥等の異常を探傷する
渦電流探傷法を用い、電磁気特性信号振幅丼出部によシ
予め上記被検体金属の実効的外電磁気特性による探傷信
号を初期値として記憶し、該初期ｆ１白に上記被検体金
属の各位置での電磁気特性のばらつきＫよる探傷信号を
加えた彼その振幅を算出して上記探傷子の走査中の上記
′＠検体金属の全ての点での電磁気的特性に対応する信
号振幅を得、亀裂信号振幅算出部によυ亀裂により但号
戒分を探傷信号から抽出してその振幅を算出して亀裂信
号を得、亀裂深さ信号算出部により上記亀裂信号振幅を
上記被検体金属の電磁気特性に対応する信号振幅によっ
て除算するようにしたものである。

従って本発明によれば、金属表面に生じた疲労割れ等の
微細幅の亀裂による渦電流の信号振幅は亀裂の深さに比
例し、また同一の形状の亀裂による信号振幅は金属の実
効的外電磁気特性による信号振幅に比例することから、
上記除算結果は・被検体金属の電磁気特性による影響を
受は彦い亀裂深さに比例する信号を示すものとなり、こ
れは探傷と同時に検出することができるものであり、金
Ｆ４表面に生じた亀裂の深さを無侵襲で定量的に測定可
能とした渦電流探傷法による亀裂深さ測定装置が提供で
きるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例の装部構成を示すブロッ
ク図、第２図は同実施例の全体構成を示す図、第３図乃
至第５図は夫々本発明の詳細な説明するもので第３図は
亀裂深さと信号振幅との関係を示す特性図、第４図は電
磁気特性の異なる金属に依存する欠陥信号の種別を説明
するための図、第５図は亀裂深さの定量測定の原理を説
明する図、第６図は従来例として渦電流探傷器を説明す
る図である。 １・・・コイル（探傷子）、２・・・被検体金属、３・
・・亀裂、５・・・ケーブル、６・・・捺傷器、７・・
・ＣＲＴ画面、８・・・欠陥信号、１６・・・出力端子
、１７・・・感度設定用ツマミ、１８・・・第１図に示
す１９１路装置、１９・・・舊己録計、５１・・・スイ
ッチ、５２．５３・・・ん勺変換回路、５４・・・メモ
リー、５５．５６・・・Ｖ人変換回路、５７．５８・・
・加算（ロ）１１″ｉ、５９゜６０・・・フィルター、
６１．６２・・・２乗回路、６３・・・加算回路、６４
・・・開平回路、６５．６６・・・２乗回路、６７・・
・加算回路、６Ｂ・・・９１）平回路、６９・・・割り
算回路、７０．７１・・・入力端子、７２・・・出力端
子。 （ａ）Ｊ要因Ｉ２よろインビータ′ンズ責イ乙のペクト
ｌシー１（り足財Ｏ（午財部に電型のある場番）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検体金属に近接した探傷子としてのコイルに交番電流
   を通電することにより上記被検体金属に渦電流を生じせ
   しめ、この渦電流により変化する上記探傷子のインピー
   ダンスを検知することにより上記被検体金属中の欠陥等
   の異常を探傷する渦電流探傷器を用い、予め上記被検体
   金属の実効的な電磁気特性による探傷信号を初期値とし
   て記憶し、該初期値に上記被検体金属の各位置での電磁
   気特性のばらつきによる探傷信号を加えた後その振幅を
   算出するものであって上記探傷子の走査中の上記被検体
   金属の全ての点での電磁気的特性に対応する信号振幅を
   得る電磁気特性信号振幅算出部と、亀裂により信号成分
   を探傷信号から抽出してその振幅を算出する亀裂信号振
   幅算出部と、金属表面に生じた疲労割れ等の微細幅の亀
   裂による渦電流の信号振幅は亀裂の深さに比例し、また
   同一の形状の亀裂による信号振幅は金属の実効的な電磁
   気特性による信号振幅に比例することを利用し、上記亀
   裂信号振幅を上記被検体金属の電磁気特性に対応する信
   号振幅によって除算する亀裂深さ信号算出部とを備え、
   被検体金属の電磁気特性による影響を受けずに亀裂深さ
   に比例する信号を探傷と同時に検出するようにした渦電
   流探傷法による亀裂深さ測定装置。