KR101604935B1

KR101604935B1 - 침탄 검지 방법

Info

Publication number: KR101604935B1
Application number: KR1020147013176A
Authority: KR
Inventors: 시게토시 효도; 요시카즈 다키모토
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2011-10-25
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2016-03-18
Also published as: EP2749877A4; ZA201402728B; WO2013061667A1; JP5299800B2; CA2851333A1; US9304110B2; JP2013092418A; KR20140089378A; CA2851333C; EP2749877A1; US20140239944A1; CN103907019B; CN103907019A

Abstract

[과제] 종래의 침탄 검지 방법으로는 검지 어려운 미세한 침탄도 검지 가능한 침탄 검지 방법을 제공한다.
[해결 수단] 본 발명은, 관내면에 침탄이 발생되어 있는 것을 이미 알고 있는 침탄재(P0)를 여자 코일(11) 및 검출 코일(12)에 내삽시키고, 여자 코일에 통전하는 여자 전류의 전류값을 I(A), 여자 코일의 길이를 L(mm), 여자 코일의 권수를 N, 여자 코일에 통전하는 여자 전류의 주파수를 F(kHz)로 한 경우에, 검출 코일로부터의 출력 신호에 의거하여 침탄재에 발생되어 있는 침탄을 검지할 수 있도록, 하기의 식(1)로 표시되는 파라미터 K의 값을 결정한 후, 이 파라미터 K의 값이 얻어지도록 여자 코일의 조건을 설정한 후, 피검사 대상인 관내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 것을 특징으로 한다.
K=(I·N/L)·F^－3/2···(1)

Description

침탄 검지 방법{CARBURIZING SENSING METHOD}

본 발명은, 전자 유도 검사법이나 누설 자속 검사법 등의 전자기 검사법에 의해, 관내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 방법에 관한 것이다.

각종의 철강 재료 중, 오스테나이트계 스테인리스강에는 침탄이 발생되어 있는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 석유 화학 플랜트의 에틸렌 제조 공정에서의 열분해 반응에 이용되는 크래킹 튜브는, 오스테나이트계 스테인리스강으로 이루어지고, 장시간 사용되면 내면에 침탄이 발생한다. 또, 크래킹 튜브의 제조 공정에서는, 윤활 유지의 탈지 불량 상태에서 열처리를 행함으로써 침탄이 발생한다. 이러한 침탄의 발생은, 크래킹 튜브의 수명을 크게 저감시키는 요인이 되기 때문에, 침탄의 유무를 정밀도 좋게 검지하는 것이 요망되고 있다.

이로 인해, 종래부터, 플랜트에 설치된 크래킹 튜브에 대해서는, 플랜트의 정기 수리시에, 크래킹 튜브의 전체 길이에 걸친 비파괴 검사로서, 전자 유도 검사 등의 전자기 검사를 행하여, 그 출력값의 대소에 의해 침탄의 유무를 검지하고 있다. 또, 크래킹 튜브의 제조 공정에 있어서도, 전체 길이에 걸친 자기 검사를 행하거나, 혹은, 양단부를 절단하여 마이크로 조직 관찰을 행함으로써, 침탄의 유무를 검지하고 있다.

일반적으로, 이음매 없는 관의 제조 공정에 있어서 추신(抽伸) 가공을 실시한 경우에는, 관의 내면 조도가 작아지기 때문에, 내면에 부착하는 윤활 유지의 양이 적어진다. 그 결과, 탈지 불량 상태로 열처리를 행함으로써 발생하는 침탄은 미세한 것이 된다. 특히, 고압 용기 내에서 추신 가공을 실시하는 경우에는, 관내면이 경면에 가까운 것이 되기 때문에, 탈지 불량에 기인하는 침탄은 매우 미세한 것이 된다.

침탄의 유무를 검지하는 방법으로서는, 실용화되어 있지 않은 것을 포함하여 각종의 방법(예를 들어, 특허 문헌 1~7 참조)이 제안되어 있지만, 어느 하나의 방법도 상기 서술한 바와 같은 미세한 침탄을 검지할 수 있는 것은 아니다.

일본국 특허 공개평 3－253555호 공보 일본국 특허 공개소 62－6153호 공보 일본국 특허 공개평 4－145358호 공보 일본국 특허 공개평 6－88807호 공보 일본국 특허 공개 2000－266727호 공보 일본국 특허 공개 2004－279054호 공보 일본국 특허 공개 2004－279055호 공보

본 발명은, 이러한 종래 기술을 감안하여 이루어진 것이며, 종래의 침탄 검지 방법으로는 검지 어려운 미세한 침탄도 검지 가능한 침탄 검지 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결할 때에, 우선 본 발명자들은, 본 발명자들이 제안한 일본국 특허 공개 2010－197222호 공보에 기재된 바와 같이, 내면에 미세한 침탄이 발생되어 있는 관의 외면에 페라이트 미터를 대향 배치하고, 이 페라이트 미터에 의해 침탄 부위의 자성 강도(페라이트량)를 측정했는데, 유효한 지시값이 얻어지지 않았다. 구체적으로는, 내면에 미세한 침탄이 발생되어 있는 것을 마이크로 조직 관찰로 확인한 관의 10개소에 대해 자성 강도를 측정했는데, 페라이트 미터의 지시값은, 모두 0.01Fe% 이하였다. 이와 같이 자성 강도가 작은 것은, 침탄에 의해 발생하는 자성 산화물의 생성량이 적기 때문이라고 추정된다.

상기의 결과에 입각하여, 본 발명자들은, 미세한 침탄을 관의 외면으로부터 검지하는 것이 아니라, 내면으로부터 검지하는 것을 우선 최초로 시도했다. 구체적으로는, 일반적인 상처 검사용의 내삽 코일을 이용하여, 하기의 (1)~(3)의 조건으로 침탄 검지의 여부를 확인하는 시험을 행했다. 평가시에는, 내삽 코일로부터 출력된 검출 신호(절대값 신호)를 증폭 후에 동기 검파하고, 서로 위상이 90^о상이한 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분을 분리·추출했다. 그리고, 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분의 위상을 서로 동일한 소정량만큼 회전(이상(移相))시키며, 회전 후의 제1 신호 성분을 X신호, 회전 후의 제2 신호 성분을 Y신호로 했다. 또한, 상기의 회전량(이상량)은, X신호 및 Y신호를 X－Y벡터 평면상에 표시했을 때에, X－Y벡터 평면의 Y축 방향이 관의 리프트 오프 변동에 대응하여, X축 방향이 관의 자성 변동에 대응하도록 결정했다.

(1) 피검사 대상：내면에 미세한 침탄을 가지는 외경 19mm, 내경 17mm의 강관 13개

(2) 내삽 코일：외경 16.5mm, 길이 2mm, 임피던스 50Ω／100kHz

(3) 여자 주파수(검사 주파수)：25kHz

또, 상기의 피검사 대상과 동종의 강관으로서 침탄되어 있지 않은 것의 내면에, 권수가 각각 2.5턴, 6턴의 자기 테이프를 붙이고, 이들 자기 테이프로부터 얻어지는 검출 신호도 상기와 같이 평가했다.

도 1은, 상기 시험의 결과를 도시하는 도(X신호 및 Y신호를 X－Y벡터 평면상에 표시한 도)이다. 도 1에 있어서 흰색의 능형으로 플롯한 데이터는 피검사 대상의 침탄 부위로부터 얻어진 것을, 검은색의 능형으로 플롯한 데이터는 자기 테이프로부터 얻어진 것을 나타낸다.

상기 시험과 같은 내삽 코일을 이용한 상처 검사는, 상처에 의한 전기 저항 변화를 검지하는 것이며, 일반적으로 고감도의 검사가 행해지기 때문에, 자성 변동에는 민감하다. 그리고, 자성 변동이 발생되어 있는 경우, X신호는 자성 변동의 크기에 따른 음의 값이 된다(X축의 음의 방향으로 데이터가 플롯된다). 그러나, 도 1에 화살표 A, B, C로 나타내는 데이터를 제외하고, 피검사 대상의 침탄 부위로부터 얻어진 데이터는 양의 값이 되어, 침탄을 검지할 수 없는 결과가 되었다. 도 1에 화살표 A, B, C로 나타내는 데이터는 음의 값이지만, 가장 절대값이 큰 음의 값을 나타내는 데이터(화살표 A로 나타내는 데이터)라도, 권수 6턴의 자기 테이프로부터 얻어지는 데이터와 X신호의 크기는 동일한 정도이며, 매우 미약한 자성 변동에 지나지 않는다.

일반적인 상처 검사용의 내삽 코일을 이용하여 미세한 침탄을 검지하는 것이 어려운 것은, 사용되는 여자 능력(자장 강도)이 미약한 것이 원인이다. 즉, 자성재의 자화 특성은 B－H곡선으로 표시되며, 자장 강도가 작은 경우의 초투자율은 매우 작고, 자장 강도의 증가와 더불어 투자율이 커지는 특성을 나타낸다. 이로 인해, 일반적인 상처 검사에서 이용되는 내삽 코일로는, 미약한 자성 변동밖에 발생시키지 않는 미세한 침탄을 검지할 수 없는 것이 판명되었다.

미세한 자성 변동을 검지하려면, 여자 코일과 검출 코일을 별체로 설치하는 상호 유도법을 채용하는 것이 바람직하지만, 내삽 코일을 이용하는 경우에는, 관내에 삽입하는 코일 치수의 제약 때문에, 큰 여자 코일을 이용하는 상호 유도법을 채용하는 것이 어렵다. 또, 자장 강도를 높이려면, 큰 여자 전류를 통전하기 위해, 여자 코일의 권선 직경과, 여자 코일에 여자 전류를 공급하는 수10m 정도의 길이를 가지는 전기 케이블의 직경을 크게 하는 것이 필요하게 되는데, 관의 내경의 제약을 받는다. 또, 전기 케이블의 직경을 크게 해도, 여자 전류를 증가시키면, 여자 코일 자체의 발열이 커지기 때문에, 검출 코일에 온도 변동이 발생하여, 안정된 검출 신호(절대값 신호)를 얻는 것이 어려워질 우려도 있다.

또한, 내삽 코일을 관내에서 주행시키게 되기 때문에, 고속 주행이 어려워짐과 더불어, 관내에 삽입한 내삽 코일을 되돌릴 필요가 있기 때문에, 관의 제조 라인에서의 자동 검사를 행하기엔 적합하지 않다.

본 발명자들은, 상기 시험의 결과에 입각하여, 피검사 대상인 관의 외면으로부터 상기 관의 내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 방법을 다시 검토했다. 구체적으로는, 우선 최초로, 본 발명자들이 제안한 일본국 특허 공개 2010－197222호 공보의 도 1에 도시하는 방법(이하, 종래 방법이라고 한다)을 이용하여, 하기의 조건으로, 관의 내면에 붙인 자기 테이프의 검출 여부를 검토했다. 또한, 실제로 검지해야 할 미세한 침탄에 의한 자성 변동이 미약하기 때문에, 자기 테이프로서는, 권수가 1턴, 3턴, 5턴인 것을 이용했다. 또, 관내면에 붙인 자기 테이프의 자성 강도(페라이트량)를 페라이트 미터에 의해 측정했다.

(1) 여자 주파수(검사 주파수)：500Hz

(2) 여자 전류：0.01A

(3) 여자 코일의 권수：200턴

(4) 여자 코일의 길이：70mm

상기 시험의 결과를 표 1에 기재한다.

[표 1]

표 1에 기재하는 바와 같이, 종래법에서는, 권수가 3턴 이하인 자기 테이프를 검출할 수 없었다. 환언하면, 상기 서술한 조건으로는 미약한 자성 변동을 검지할 수 없기 때문에, 미세한 침탄을 검지할 수 없다고 생각된다.

그래서, 본 발명자들은, 관의 외면으로부터 상기 관의 내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 방법에 있어서, 미세한 침탄(미약한 자성 변동)의 검지 능력에 대한 여자 능력(자장 강도)과 여자 주파수의 영향에 대해, 이하와 같이 더 열심히 검토를 행했다.

(1) 여자 능력(자장 강도)의 영향

여자 코일과 검출 코일을 별체로 설치하는 상호 유도법을 채용하는 경우, 자장 강도(여자 전류와 단위 길이당 여자 코일의 권수의 곱)를 크게 하면, 이에 따라 검출 코일에 야기되는 전압도 커진다. 이로 인해, 검출 코일의 출력 신호를 처리하는 신호 처리부의 감도(신호 처리부가 구비하는 증폭기의 게인)를 낮출 수 있어, 전기적 노이즈를 억제할 수 있는 점에서 유리하다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 자성재의 자화 특성은 B－H곡선으로 표시되며, 자장 강도가 작은 경우의 초투자율은 매우 작고, 자장 강도의 증가에 수반하여 투자율이 증가하여 최대값을 나타내며, 자장 강도를 더 증가시키면 자속 밀도가 포화하여 투자율은 작아진다. 이로 인해, 적정한 자장 강도를 부여하지 않으면, 미약한 자성 변동을 검지하는 것이 어려워진다. 환언하면, 투자율이 작은 경우에는, 자성 변동에 수반하는 검출 코일의 출력 신호(출력 전압)의 변화가 작기 때문에, 미약한 자성 변동을 검지할 수 없게 된다. 이를 신호 처리부의 감도를 높여 보정하는 경우에는, 전기적 노이즈가 증가하여, 적정한 검사를 할 수 없게 될 우려가 있다.

따라서, 미세한 침탄(미약한 자성 변동)의 검지 능력은, 투자율을 최대화한다고 하는 점에서, 여자 능력(자장 강도)에 의존한다고 할 수 있다.

(2) 여자 주파수의 영향

관의 내면의 침탄에 의해 발생하는 자성 변동을 관의 외면으로부터 검지하는 경우, 표피 효과의 영향을 경감시켜 침투 깊이를 깊게 하려면, 여자 주파수를 저주파로 설정할 필요가 있다. 한편, 상호 유도법을 채용하는 경우, 여자 주파수를 과도하게 저주파로 하면, 검출 코일에 야기되는 전압이 작아지기 때문에, 검출 코일의 출력 신호를 처리하는 신호 처리부의 감도(신호 처리부가 구비하는 증폭기의 게인)를 높일 필요가 있다. 이로 인해, 전기적인 노이즈가 증가하여, 적정한 검사를 할 수 없게 될 우려가 있다.

따라서, 미세한 침탄의 검지 능력은, 여자 주파수에 의존한다. 구체적으로는, 침투 깊이가 여자 주파수의 -1/2승과 대체로 양의 상관을 가지고, 신호 처리부의 감도(전기 노이즈)가 여자 주파수와 음의 상관을 가진다(환언하면, 여자 주파수의 -1승과 양의 상관을 가진다)고 생각되기 때문에, 미세한 침탄의 검지 능력은, 여자 주파수의 -3/2승에 의존하는 것을 찾아냈다.

본 발명자들은, 상기의 검토의 결과에 의거하여, 여자 코일에 통전하는 여자 전류의 전류값을 I(A), 여자 코일의 길이를 L(mm), 여자 코일의 권수를 N, 여자 코일에 통전하는 여자 전류의 주파수를 F(kHz)로 한 경우에, 하기의 식(1)로 표시되는 파라미터 K가, 침탄 검지 능력의 지표가 될 수 있다고 생각했다.

K=(I·N/L)·F^－3/2···(1)

도 2는, 상호 유도법을 이용하여 침탄이 발생되어 있지 않은 관의 내면에 붙인 자기 테이프로부터 얻어진 검출 신호와, 파라미터 K의 관계를 조사한 시험 결과의 일례를 도시하는 도이다. 도 2의 횡축은 파라미터 K를, 종축은 검출 신호를 나타낸다. 구체적으로는, 본 시험에서는, 후술하는 도 3에 기재한 와류 검사 장치(100)를 이용하여, 여자 코일(11)의 조건(여자 전류 등)을 바꿈으로써 파라미터 K의 값을 변경했다. 그리고, 각 파라미터 K의 값에 대응하는, 권수 1턴 및 3턴의 자기 테이프로부터 얻어지는 검출 신호(구체적으로는, 검출 코일(12)로부터 출력된 절대값 신호를 신호 처리함으로써 얻어지는 X축 신호)의 값을 평가했다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 파라미터 K의 값을 증가시키면, 각 자기 테이프로부터 얻어지는 검출 신호(X축 신호)의 절대값도 증가하고(환언하면, 침탄 검지 능력이 높아지고), 양자는 비교적 양호한 상관 관계를 가지고 있는 것을 알았다. 이 결과로부터, 본 발명자들은, 파라미터 K가 침탄 검지 능력의 지표가 될 수 있는 것을 확인했다. 그리고, 본 발명자들은, 파라미터 K의 값을 적절히 조정함으로써, 미세한 침탄을 검지할 수 있는 것을 찾아냈다.

본 발명은, 본 발명자들의 상기 지견에 의거하여 완성한 것이다.

즉, 본 발명은, 이하의 제1 단계 및 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(1) 제1 단계

관내면에 침탄이 발생되어 있는 것을 이미 알고 있는 침탄재를 여자 코일 및 검출 코일에 내삽시키고, 상기 여자 코일에 통전하는 여자 전류의 전류값을 I(A), 상기 여자 코일의 길이를 L(mm), 상기 여자 코일의 권수를 N, 상기 여자 코일에 통전하는 여자 전류의 주파수를 F(kHz)로 한 경우에, 상기 검출 코일의 출력 신호에 의거하여 상기 침탄재에 발생되어 있는 침탄을 검지할 수 있도록, 하기의 식(1)로 표시되는 파라미터 K의 값을 결정한다.

K=(I·N/L)·F^－3/2···(1)

(2) 제2 단계

상기 결정된 파라미터 K의 값이 얻어지도록 상기 여자 코일의 조건을 설정한 후, 피검사 대상인 관을 상기 여자 코일 및 상기 검출 코일에 내삽시키고, 상기 검출 코일의 출력 신호에 의거하여 상기 관내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지한다.

본 발명에 의하면, 제1 단계에 있어서, 침탄재의 침탄을 검지할 수 있도록 파라미터 K의 값을 결정하게 된다. 이 파라미터 K는, 식(1)로부터 명백하듯이, 자장 강도(I·N/L)에 비례함과 더불어, 여자 주파수F의 -3/2승에 비례한다. 상기 서술한 바와 같이, 침탄 검지 능력은, 자장 강도와 여자 주파수의 -3/2승에 의존한다고 생각되기 때문에, 식(1)로 표시되는 파라미터 K는, 침탄 검지 능력을 나타내는 지표라고 할 수 있다. 따라서, 미세한 침탄을 검지하려면, 침탄재로서 미세한 침탄이 발생되어 있는 것을 준비하고, 이 침탄을 검지할 수 있도록 파라미터 K의 값을 결정한다, 즉, 침탄 검지 능력을 조정하면 된다.

다음에, 본 발명에 의하면, 제2 단계에 있어서, 제1 단계에서 결정된 파라미터 K의 값이 얻어지도록 여자 코일의 조건을 설정한 후, 피검사 대상인 관내면에 있어서의 침탄의 유무가 검지된다. 상기 서술한 바와 같이, 제1 단계에 있어서 침탄재의 침탄을 검지할 수 있도록 파라미터 K의 값이 결정되어 있기 때문에, 이 파라미터 K의 값이 얻어지도록 여자 코일의 조건을 설정한 후에 피검사 대상인 관을 검사하면, 상기 관에 대해서도, 파라미터 K의 값을 결정하기 위해 이용한 침탄재에 발생되어 있는 침탄과 동등한 정도의 침탄을 검지 가능하다는 것을 기대할 수 있다.

본 발명자들이 미세한 침탄을 검지하기 위해 검토한 결과, 구체적으로는, 파라미터 K의 값을 4≤K≤8로 설정하는 것이 바람직한 것을 알았다.

즉, 상기 제2 단계에 있어서, 상기 파라미터 K의 값이 4≤K≤8을 만족하도록 상기 여자 코일의 조건을 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 침탄 검지 방법에 의하면, 종래의 침탄 검지 방법으로는 검지 어려운 미세한 침탄도 검지 가능하다.

도 1은, 본 발명들을 내삽 코일을 이용하여 행한 시험의 결과를 도시하는 도이다.
도 2는, 상호 유도법을 이용하여 침탄이 발생되어 있지 않은 관의 내면에 붙인 자기 테이프로부터 얻어진 검출 신호와, 파라미터 K의 관계를 조사한 시험 결과의 일례를 도시하는 도이다.
도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 침탄 검지 방법에 이용하는 와류 검사 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.
도 4는, 도 3에 도시하는 와류 검사 장치가 구비하는 위상 회전기로부터 출력되는 X신호 및 Y신호를 X－Y벡터 평면상에 표시한 모식도이다.
도 5는, 도 3에 도시하는 와류 검사 장치를 이용하여 복수의 침탄재로부터 얻어진 검출 신호와, 파라미터 K의 관계를 조사한 시험 결과의 일례를 도시하는 도이다.
도 6(a)는, 도 5에 도시하는 데이터 중에서 4≤K≤8인 데이터를 뽑아내어, 검출 신호와 침탄 깊이의 관계를 조사한 결과를 도시하는 도이다. 도 6(b)는, 도 6(a)에 도시하는 데이터에서 K=8인 데이터를 제외하고(제외 후는 4≤K≤6) 플롯한 도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일실시 형태에 대해, 관이 강관이며, 전자기 검사로서 와류 검사를 행하는 경우를 예로 들어 설명한다.

도 3은, 본 발명의 일실시 형태에 따른 침탄 검지 방법에 이용하는 와류 검사 장치의 개략 구성을 도시하는 모식도이다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태의 와류 검사 장치(100)는, 검출 센서(1)와, 신호 처리부(2)를 구비하고 있다. 도 3에 있어서, 검출 센서(1)는 단면으로 도시되어 있다.

검출 센서(1)는, 강관(P)에 교류 자계를 작용시켜 와전류를 야기함과 더불어, 강관(P)에 야기된 와전류를 검출하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 검출 센서(1)는, 내삽된 강관(P)에 교류 자계를 작용시키는 여자 코일(11)과, 내삽된 강관(P)에 야기된 와전류를 검출하는 단일의 검출 코일(12)을 구비한다.

신호 처리부(2)는, 검출 센서(1)에 교류의 여자 전류를 통전함과 더불어, 검출 센서(1)로부터 출력된 검출 신호(절대값 신호)에 의거하여, 강관(P)의 내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지하도록 구성되어 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 신호 처리부(2)는, 발진기(21), 증폭기(22), 동기 검파기(23), 위상 회전기(24), A/D 변환기(26) 및 판정부(27)를 구비한다.

발진기(21)는, 검출 센서(1)(구체적으로는, 검출 센서(1)의 여자 코일(11))에 교류의 여자 전류를 공급한다. 이에 의해, 상기 서술한 바와 같이, 강관(P)에 교류 자계가 작용하여, 강관(P)에 와전류가 야기된다.

검출 센서(1)(구체적으로는, 검출 센서(1)의 검출 코일(12))로부터 출력된 절대값 신호는, 증폭기(22)에 의해 증폭된 후, 동기 검파기(23)에 출력된다.

동기 검파기(23)는, 발진기(21)로부터 출력되는 참조 신호에 의거하여, 증폭기(22)의 출력 신호를 동기 검파한다. 구체적으로 설명하면, 발진기(21)로부터 동기 검파기(23)를 향해, 검출 센서(1)에 공급하는 여자 전류와 동일한 주파수로 동일한 위상을 가지는 제1 참조 신호와, 상기 제1 참조 신호의 위상을 90^о만큼 이상시킨 제2 참조 신호가 출력된다. 그리고, 동기 검파기(23)는, 증폭기(22)의 출력 신호로부터, 제1 참조 신호의 위상과 동위상의 신호 성분(제1 신호 성분) 및 제2 참조 신호의 위상과 동위상의 신호 성분(제2 신호 성분)을 분리·추출한다. 분리·추출된 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분은, 각각 위상 회전기(24)에 출력된다.

위상 회전기(24)는, 동기 검파기(23)로부터 출력된 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분의 위상을 서로 동일한 소정량만큼 회전(이상)시켜, 예를 들어, 제1 신호 성분을 X신호, 제2 신호 성분을 Y신호로서, A/D 변환기(26)에 출력한다. 또한, 위상 회전기(24)로부터 출력되는 X신호 및 Y신호는, 서로 직교하는 2축(X축, Y축)으로 표시되는 X－Y벡터 평면에 있어서, 상처 검사 등에서 이용하는 이른바 리사쥬 파형으로 칭해지는 신호 파형(즉, 진폭을 Z, 위상을 θ로서 극좌표(Z,θ)로 표시한 검출 센서(1)의 절대값 신호 파형(정확히는, 증폭기(22)에 의해 증폭된 후의 절대값 신호 파형))을, X축 및 Y축에 각각 투영한 성분에 상당하게 된다.

도 4는, 위상 회전기(24)로부터 출력되는 X신호 및 Y신호를 X－Y벡터 평면상에 표시한 모식도이다.

우선, 내면에 침탄이 발생되어 있지 않은 강관(이하, 기준재라고 한다)을 검출 센서(1)에 삽입하지 않은 상태에서, X신호 및 Y신호가 0이 되도록(X신호 및 Y신호를 각각 X축 성분 및 Y축 성분으로 하는 벡터의 선단에 상당하는 점이 도 4에 도시하는 밸런스점(원점)에 위치하도록), 증폭기(22)의 전단에 배치된 밸런스 회로(도시하지 않음)의 밸런스량을 조정하여, 동기 검파기(23)로부터 출력되는 제1 신호 성분 및 제2 신호 성분을 각각 0으로 한다.

다음에, 기준재를 검출 센서(1)에 삽입하여 정지시키고, X신호가 0이며, Y신호가 소정의 전압(예를 들어, 4V)이 되도록(벡터의 선단이 도 4에 도시하는 기준점에 위치하도록), 증폭기(22)의 증폭율 및 위상 회전기(24)의 위상 회전량을 조정한다.

상기의 조정을 사전에 행한 후, 피검사 대상인 강관(P)을 축 방향으로 이동시켜 검출 센서(1)에 삽입함으로써, X신호 및 Y신호가 취득되게 된다.

A/D 변환기(26)는, 위상 회전기(24)의 출력 신호를 A/D 변환하고, 판정부(27)에 출력한다.

판정부(27)는, A/D 변환기(26)의 출력 데이터(즉, X신호 및 Y신호를 A/D 변환한 디지털 데이터. 이하, X신호 데이터 및 Y신호 데이터라고 한다)에 의거하여, 강관(P)의 내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 강관(P)의 자성 변동에 따라, 벡터의 선단 위치는 변동하는데, 그 변동량은 Y축 방향보다 X축 방향에서 크다. 이로 인해, 본 실시 형태의 판정부(27)는, 입력된 X신호 데이터 및 Y신호 데이터 중, X신호 데이터를 이용하여 침탄의 유무를 검지하고 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태의 판정부(27)는, 입력된 X신호 데이터와, 미리 결정되고 기억된 역치를 비교하여, X신호 데이터가 상기 역치를 초과하고 있으면, 강관(P)의 내면에 침탄이 발생되어 있다고 판정하고, X신호 데이터가 상기 역치 이내이면, 강관(P)의 내면에 침탄이 발생되어 있지 않다고 판정한다.

이상으로 설명한 구성을 가지는 와류 검사 장치(100)를 이용하여 강관(P) 내면의 침탄을 검지할 때에는, 사전에, 내면에 미세한 침탄이 발생되어 있는 것을 이미 알고 있는 침탄재(P0)를 여자 코일(11) 및 검출 코일(12)에 내삽시킨다(도 3 참조). 그리고, 검출 코일(12)로부터의 출력 신호(구체적으로는, X신호 데이터)에 의거하여 침탄재(P0)에 발생되어 있는 침탄을 검지할 수 있도록, 하기의 식(1)로 표시되는 파라미터 K의 값을 결정해 둔다.

K=(I·N/L)·F^－3/2···(1)

상기 식(1)에 있어서, I는 여자 코일(11)에 통전하는 여자 전류의 전류값(A)를, L은 여자 코일(11)의 길이(mm), N은 여자 코일(11)의 권수, F는 여자 코일(11)에 통전하는 여자 전류의 주파수(kHz)를 의미한다.

그리고, 상기와 같이 하여 결정된 파라미터 K의 값이 얻어지도록 여자 코일(11)의 조건(여자 전류의 전류값, 여자 코일의 길이, 여자 코일의 권수, 여자 전류의 주파수)을 설정한 후, 피검사 대상인 강관(P)을 여자 코일(11) 및 검출 코일(12)에 내삽시키고, 검출 코일(12)로부터의 출력 신호(구체적으로는, X신호 데이터)에 의거하여 강관(P) 내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지한다.

도 5는, 하기의 시험 조건하, 와류 검사 장치(100)를 이용하여 복수의 침탄재(P0)로부터 얻어진 검출 신호와, 파라미터 K의 관계를 조사한 시험 결과의 일례를 도시하는 도이다. 도 5의 횡축은 파라미터 K를, 종축은 검출 신호를 나타낸다. 구체적으로는, 본 시험에서는, 와류 검사 장치(100)의 여자 코일(11)의 조건을 바꿈으로써 파라미터 K의 값을 변경했다. 그리고, 각 파라미터 K의 값에 대응하는, 복수의 침탄재(P0)로부터 얻어지는 검출 신호(구체적으로는, 검출 코일(12)로부터 출력된 절대값 신호를 신호 처리함으로써 얻어지는 X축 신호)의 값을 평가했다. 또한, 도 5에 있어서, 동일한 기호로 플롯된 데이터는, 동일한 침탄재(P0)로부터 얻어진 것이다. 또한, 각 침탄재(P0)의 침탄 부위의 자성 강도(페라이트량)는, 모두 0.01Fe% 이하였다.

＜시험 조건＞

(1) 여자 전류의 주파수 F：0.3~1kHz

(2) 여자 전류의 전류값 I：0.1~1A

(3) 여자 코일이 길이 L：70mm

(4) 여자 코일의 권수 N：200턴

(5) 침탄재의 재질：고Ni오스테나이트계 스테인리스강

(6) 침탄재의 외경：φ15~25mm

(7) 침탄재의 두께：0.9~1.25mm

(8) 침탄재의 침탄 깊이：27~46μm

도 5에 도시하는 바와 같이, 4≤K≤8일 때에는, X신호가 음의 값이 되기 때문에, 침탄재(P0) 내면의 침탄 부위에 의해 발생하는 자성 변동을 검지 가능하다.

또한, 4＞K일 때에는, 여자 전류의 전류값이 작기 때문에, 혹은, 여자 주파수가 높고 침투 깊이가 얕기 때문에, 침탄재(P0) 내면에 있어서의 자장 강도가 작아진다. 그 결과, 침탄재(P0)의 투자율이 작아지고, 침탄에 수반하는 자성 변동을 정밀도 좋게 검지할 수 없다. 한편, 8＜K일 때에는, 여자 전류의 주파수가 저주파이기 때문에, 침투 깊이는 깊어지지만, 검출 코일(12)에 야기되는 전압이 저하하여 신호 처리부(2)의 감도(증폭기(22)의 게인)가 높아진다. 이로 인해, 자성 변동에 비해 도전율 변동의 영향이 커진다. 이 결과, X신호가 양의 값이 되는 것이라고 생각된다.

따라서, 4≤K≤8이 되도록 여자 코일(11)의 조건을 설정하여, 판정부(27)에 기억되는 역치를 예를 들어 0으로 한 후, 피검사 대상인 강관(P)을 검사하면, 강관(P) 내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지 가능하다고 할 수 있다.

도 6(a)는, 도 5에 도시하는 데이터 중에서 4≤K≤8인 데이터를 뽑아내어, 검출 신호와 침탄 깊이의 관계를 조사한 결과를 도시하는 도이다. 도 6(b)는, 도 6(a)에 도시하는 데이터에서 K=8인 데이터를 제외하고(제외 후는 4≤K≤6) 플롯한 도이다. 또한, 도 6(a), (b)에 있어서, 동일한 기호로 플롯된 데이터는, 동일한 K의 값을 가지는 데이터이다.

도 6(a)에 도시하는 바와 같이, 검출 신호와 침탄 깊이는 비교적 양호한 상관을 나타내고 있다. 따라서, 검출 신호의 크기로부터 침탄 깊이를 어느 정도 예측 가능하다. 다만, K=8인 경우에는, 검출 신호의 절대값이 작아지는 경우가 있기(도 6(a) 중에 점선으로 둘러싸인 데이터)때문에, 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 4≤K≤6으로 하는 것이 바람직하다.

1···검출 센서
2···신호 처리부
11···여자 코일
12···여자 코일
21···발진기
22···증폭기
23···동기 검파기
24···위상 회전기
26···A/D 변환기
27···판정부
100···와류 검사 장치
P···강관
P0···침탄재

Claims

전자기 검사에 의해 관내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 방법으로서,
관내면에 침탄이 발생되어 있는 것을 이미 알고 있는 침탄재를 여자 코일 및 검출 코일에 내삽시키고, 상기 여자 코일에 통전하는 여자 전류의 전류값을 I(A), 상기 여자 코일의 길이를 L(mm), 상기 여자 코일의 권수를 N, 상기 여자 코일에 통전하는 여자 전류의 주파수를 F(kHz)로 한 경우에, 하기의 식(1)로 표시되는 파라미터 K의 값을 변경하여, 각 파라미터 K의 값에 대응하는 상기 검출 코일로부터의 출력 신호에 의거하여, 상기 침탄재에 발생되어 있는 침탄을 검지할 수 있는지 여부를 판정하는 것에 의해, 침탄을 검지할 수 있는 파라미터 K의 값을 결정하는 제1 단계와,
상기 결정된 파라미터 K의 값이 얻어지도록 상기 여자 코일의 조건을 설정한 후, 피검사 대상인 관을 상기 여자 코일 및 상기 검출 코일에 내삽시키고, 상기 검출 코일로부터의 출력 신호에 의거하여 상기 관내면에 있어서의 침탄의 유무를 검지하는 제2 단계를 포함하고,
상기 제2 단계에 있어서, 두께가 0.9~1.25mm인 상기 관에 대하여, 상기 파라미터 K의 값이 4≤K≤8을 만족하도록 상기 여자 코일의 조건을 설정하는 것을 특징으로 하는 관내면의 침탄 검지 방법.
K=(I·N/L)·F^－3/2···(1)
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