JP2012026806A - リモートフィールド渦電流探傷装置、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】励磁コイルによる直接磁場の影響を排除しつつ間接磁場の検出感度を向上させ、欠陥の検出精度に優れるリモートフィールド渦電流探傷技術を提供する。
【解決手段】リモートフィールド渦電流探傷装置１０において、被検査体３０に直接磁場を付与して渦電流を誘導する励磁コイル３１と、前記渦電流から誘導される間接磁場を検知する検出コイル３２とを備え、検出コイル３２は、その中心軸Ｑが被検査体の面Ｓに略直交するように配置され、励磁コイル３１及び検出コイル３２の間隔Ｗ、被検査体の面Ｓから励磁コイル３１の最も離れた点までの距離Ｈ、被検査体の厚みＴとした場合、Ｗ≦（Ｈ＋２Ｔ）×２の関係式を満たすことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属部材の表面又は内部に存在するき裂等の欠陥を検出するリモートフィールド渦電流探傷技術に関する。

リモートフィールド渦電流探傷装置によるき裂等の検出原理は次の通りである。
すなわち、被検査体である金属配管等の内側に励磁コイルを設置して直接磁場を発生させる。さらにこの直接磁場が、金属配管の内表面および内部に渦電流を誘起して、管内外面に間接磁場を発生させる。
そして、金属配管にき裂があるとこの間接磁場の強度分布が変化するために、励磁コイルの近傍に設置した検出コイルでその強度分布の変化を検出することにより、き裂の有無を検知することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２９４３４１号公報

一般的なリモートフィールド渦電流探傷装置では、励磁コイルにより発生した直接磁場の影響を検出コイルが受けないように、励磁コイル及び検出コイルが、金属配管の外径の２倍以上の距離を隔てて配置される。
しかし、検出コイルが直接磁場の影響を受けないように距離を隔てて配置されれば、検出コイルで検出される間接磁場の強度も低下して、欠陥検出の感度低下を招く課題がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、励磁コイルによる間接磁場の検出感度を向上させ、欠陥の検出精度に優れるリモートフィールド渦電流探傷技術を提供することを目的とする。

リモートフィールド渦電流探傷装置において、被検査体に直接磁場を付与して渦電流を誘導する励磁コイルと、前記渦電流から誘導される間接磁場を検知する検出コイルと、を備え、前記検出コイルはその中心軸が前記被検査体の面に略直交するように配置され、前記励磁コイル及び前記検出コイルの間隔Ｗ、前記被検査体の面から前記励磁コイルの最も離れた点までの距離Ｈ、被検査体の厚みＴとした場合、Ｗ≦（Ｈ＋２Ｔ）×２の関係式を満たすことを特徴とする。

本発明により、励磁コイルによる直接磁場の影響が排除されて間接磁場の検出感度が向上し、欠陥の検出精度に優れるリモートフィールド渦電流探傷技術が提供される。

本発明の第１実施形態に係るリモートフィールド渦電流探傷装置を管状の被検査体に適用させた状態を示す概略図。 第１実施形態のリモートフィールド渦電流探傷装置を板状の被検査体に適用させた状態を示す概略図。 第２実施形態のリモートフィールド渦電流探傷装置を板状の被検査体に適用させた状態を示す概略図。 第３実施形態のリモートフィールド渦電流探傷装置を板状の被検査体に適用させた状態を示す概略図。 第４実施形態のリモートフィールド渦電流探傷装置を板状の被検査体に適用させた状態を示す概略図。 実施形態に係るリモートフィールド渦電流探傷装置の効果を説明するグラフ。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、リモートフィールド渦電流探傷装置１０（以下、単に「装置１０」という）は、被検査体３０に直接磁場を付与して渦電流を誘導する励磁コイル３１と、前記渦電流から誘導される間接磁場を検知する検出コイル３２と、制御部２０と、から構成されている。

そして、検出コイル３２は、その中心軸Ｑが被検査体の面Ｓに略直交するように配置されている。また、励磁コイル３１及び検出コイル３２の間隔Ｗ、被検査体の面Ｓから励磁コイル３１の最も離れた点までの距離Ｈ、被検査体の厚みＴとした場合に次の関係式（１）が満たされている。

Ｗ≦（Ｈ＋２Ｔ）×２・・・（１）

図１において、環状に構成される励磁コイル３１ａは、その中心軸Ｐが、金属配管である被検査体３０の中心軸Ｕに略一致するように金属配管の内側に配置されている。このために、被検査体の面Ｓから励磁コイル３１の最も離れた点までの距離Ｈは、この励磁コイル３１ａの外径に相当する。
従って、関係式（１）で表される励磁コイル３１及び検出コイル３２の間隔Ｗは、金属配管（被検査体３０ａ）の外径の二倍以下に設定されることになる。

また、励磁コイル３１及び検出コイル３２は、その間隔Ｗを一定にしたまま金属配管３０ａの内部を長手方向に移動させる自走手段（図示略）に固定されている。具現化される自走手段としては、モータによる電動機構を有する台車を備えるものや、金属配管３０ａの末端からワイヤ等で牽引させるものや、ガス圧により加圧移動させるもの等が挙げられる。

このような装置構成に基づく被検査体３０の探傷動作について説明する。
励磁コイル３１に交流の設定電流Ｊが流れると、この励磁コイル３１の内部および周辺に交流磁場（直接磁場）が発生する。そして、この交流磁場（直接磁場）により被検査体３０の表面および内部に渦電流が誘起され、さらにこの渦電流により二次的な間接磁場が被検査体３０の表面と裏面に発生する。

この間接磁場の磁束が検出コイル３２に交差することにより誘導された電気信号Ｄは、信号検出部２６で検知されることになる。
そして、被検査体３０にき裂があると間接磁場の流れが変化し、間接磁場の強度分布が変化する。この間接磁場の強度分布変化を検出コイル３２で検出することで、き裂の有無を検知することができる。

一方、励磁コイル３１により発生した直接磁場の強度分布は、その中心軸Ｐに沿って偏在している。これに対し、検出コイル３２は、その中心軸Ｑが被検査体３０の表面と垂直になるように励磁コイル３１の中心軸Ｕから外れる位置に配置されている。
このために、励磁コイル３１及び検出コイル３２の間隔Ｗが、前記した関係式（１）で示されるように互いに近接しているにもかかわらず、検出コイル３２は、その直下位置の管内を通過した径方向磁場に対する感度が高いため、直接磁場の影響をまともに受けず間接磁場に対する感度が高い。

一方、間接磁場は、励磁コイル３１に程近い被検査体３０の表面において大きな強度を有するために、互いが近接する程、検出コイル３２で高感度に検出される。
そして、自走手段（図示略）により、励磁コイル３１及び検出コイル３２が、金属配管（被検査体３０ａ）を移動することにより、その表面及び内部に存在するき裂等の欠陥を探知することができる。

制御部２０は、励磁コイル３１に設定電流Jを入力させる電流入力部２２と、検出コイル３２が出力する電気信号Ｄを検出する信号検出部２６と、入力した設定電流Ｊ及び検出した電気信号Ｄの関係から被検査体３０におけるき裂等の欠陥の有無を解析する解析部２７と、から構成される。
そして、制御部２０は、オペレータにより情報入力手段２１から設定電流Ｊに係る情報が入力され、出力手段２８にき裂等の欠陥の有無に係る解析結果を出力する。

電流入力部２２は、励磁コイル３１に入力する設定電流Ｊ（連続波又はパルス波）を発振する発振手段（図示略）と、設定電流Ｊの周波数を変化させる周波数設定器２３と、この設定電流Ｊの振幅を変化させる振幅設定器２４と、この設定電流Ｊに直流電流を重畳させる重畳器２５とを備える。そして、設定電流Ｊのこれら周波数、振幅、重畳される直流電流の値は、情報入力手段２１から入力される情報に基づいて適宜、設定・変更される。

周波数設定器２３により、励磁コイル３１に流す設定電流Ｊの周波数を変化させると被検査体３０から発生する磁気ノイズが変化する。従って、検出コイル３２から検出される電気信号Ｄのうち、設定電流Ｊの周波数変化に対応して変化する信号成分を磁気ノイズとみなすことができる。これにより、検知された探傷信号が磁気ノイズに由来するものか、あるいは欠陥に由来するものかの識別が可能となり、欠陥検出の精度が向上する。

同様に、振幅設定器２４により、励磁コイル３１に流す設定電流Ｊの振幅を変化させると被検査体３０から発生する磁気ノイズが変化する。従って、検出コイル３２から検出される電気信号Ｄのうち、設定電流Ｊの振幅変化に対応して変化する信号成分を磁気ノイズとみなすことができる。これにより、検知された探傷信号が磁気ノイズに由来するものか、あるいは欠陥に由来するものかの識別が可能となり、欠陥検出の精度が向上する。

また、重畳器２５により、設定電流Ｊに重畳したバイアス成分が被検査体３０の初期磁性状態を一定に安定させることができる。すなわち、初期磁性状態のばらつきに起因する磁気ノイズを低減することができ、欠陥検出の精度が向上する。

解析部２７は、信号検出部２６で検出された電気信号Ｄと、設定電流Ｊの情報とから導かれる両信号の強度比、及び位相のずれ等に基づいて、き裂等の欠陥を解析する。
つまり、検出された電気信号Ｄは、被検査体３０に発生する渦電流の複素インピーダンスの変化を表しているため、実数部と虚数部に分解してリサージュを描画することができる。そして、このリサージュを出力手段２８に表示して、き裂等の欠陥の有無を判断する。なお、き裂等の欠陥の有無を判断するための解析部２７の上述した動作は、例示であって、これに限定されるものではない。

ところで、図１では装置１０を管状の被検査体３０ａに適用させたものを例示したが、図２に示すように、板状の被検査体３０ｂに適用することもできる。その他、被検査体３０として、球面状、波面状のものにも適用することができる。

（第２実施形態）
第１実施形態（図１，図２）の装置１０ａにおいては、励磁コイル３１ａの中心軸Ｐと検出コイル３２の中心軸Ｑとが略直交の関係にあるものを例示したが、図３に示すように、第２実施形態の装置１０ｂでは、励磁コイル３１ｂの中心軸Ｐと検出コイル３２の中心軸Ｑとが略平行の関係にある。なお、図３において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

図３において、環状に構成される励磁コイル３１ｂは、その中心軸Ｐが、被検査体の面Ｓに略直交するように配置されている。このために、被検査体の面Ｓから励磁コイル３１の最も離れた点までの距離Ｈは、この励磁コイル３１ｂの高さに相当する。
従って、関係式（１）で表される励磁コイル３１及び検出コイル３２の間隔Ｗは、この励磁コイル３１ｂの高さに金属板（被検査体３０ｂ）の厚さの二倍を加えさらに全体を二倍した値以下に設定されることになる。
なお、第１実施形態及び第２実施形態において、励磁コイルの中心軸Ｐが、被検査体の面Ｓに対して、平行する場合及び直交する場合を例示したが、０〜９０°の範囲で傾斜する場合も取り得る。

（第３実施形態）
図４に示すように、第３実施形態の装置１０ｃは、励磁コイル３１が、一対の端板３４ａ，３４ｂが支持軸３５の両端へ固定され磁性体材料からなるボビン３３ａに巻回されている。このボビン３３ａを形成する磁性体材料としては、例えば炭素鋼等が挙げられる。なお、図４において図１と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように構成すると、励磁コイル３１で発生する直接磁場のうち大部分は、ボビン３３に形成される磁気回路に取り込まれる。このために、直接磁場のうち検出コイル３２に検出されるものの割合を低減することができる。さらに、励磁コイル３１で発生する直接磁場は、被検査体３０の表面および内部に集中するので、発生する間接磁場の強度が増加する。
その結果、励磁コイル３１及び検出コイル３２の間隔Ｗをさらに狭くして、検出コイル３２で検出する間接磁場の強度を増加させることができる。これにより、装置１０ｃにおける欠陥の検出感度の向上に寄与する。

（第４実施形態）
図５に示すように、第４実施形態の装置１０ｄは、検出コイル３２が、一対の端板３４ａ，３４ｂが支持軸３５の両端へ固定され磁性体材料からなるボビン３３ｂに巻回されている。なお、図５において図４と同一又は相当する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

このように構成すると、被検査体３０の表面および内部に発生した間接磁場を、効率的に検出コイル３２で検出することができる。
その結果、検出コイル３２で検出する間接磁場の強度を増加させることができる。これにより、装置１０ｃにおける欠陥の検出感度の向上に寄与する。

なお、図示を省略するが、第３実施形態と第４実施形態とを合わせて、励磁コイル３１及び検出コイル３２の両方を、ボビン３３に巻回して構成する場合もある。
この場合、第３実施形態及び第４実施形態をそれぞれ単独で実施するよりも、装置１０ｃにおける欠陥の検出感度のさらなる向上が実現される。

ここで、図６のグラフを参照して各実施形態に係るリモートフィールド渦電流探傷装置において、Ｗ≦（Ｈ＋２Ｔ）×２とすることの効果を説明する。図６は、励磁コイル３１と検出コイル３２との間隔Ｗに対する、検出コイル３２の検出電圧の関係を示している。なお、電圧値は、比較例◇のＷ＝２０ｍｍにおける電圧値を基準として規格化されている。

ここで、被検査体として、外径Ｌ（＝Ｈ＋２Ｔ）が３１．８ｍｍの金属配管を適用している。
そして、実施例◆として、それぞれボビン３３に巻回された励磁コイル３１及び検出コイル３２（第３実施形態と第４実施形態との組み合わせ）を適用している。
また、比較例◇として、励磁コイル３１、検出コイル３２及び金属配管の中心軸Ｐ，Ｑ，Ｕが平行となるように同軸配置され、それ以外は実施例と同条件であるものを適用している。

まず、比較例◇の結果に注目すると、間隔Ｗを広げて４５ｍｍに至る範囲では検出電圧は急激に低下し、さらに６５ｍｍに至る範囲では不安定に遷移して、それ以上広げた範囲では検出電圧はゆっくりとした速度で低下していく。
ここで、比較例◇の場合、直接磁場の強度の減衰率が励磁コイル３１からの間隔Ｗに大きく依存する一方、間接磁場の強度の減衰率は間隔Ｗに対する依存性が比較的少ないことが、知られている。

このため、比較例◇における、検出電圧の減衰率の大きい範囲は、直接磁場の寄与が支配的である範囲を示し、検出電圧の減衰率の小さい範囲は、間接磁場の寄与が支配的である範囲を示していると考えられる。また、直接磁場及び間接磁場の寄与が拮抗する範囲においては、両磁場のベクトルが揃っていないことに起因して、互いにキャンセルし合って検出電圧が不安定に遷移している。
つまり、比較例◇において、直接磁場の影響を排除して金属配管の欠陥検出の精度を確保しようとする場合、励磁コイル３１と検出コイル３２との間隔Ｗを少なくとも６５ｍｍ以上（金属配管の外径の約二倍）離さなければならないことを示している。

次に、実施例◆の結果に注目すると、検出電圧の感度は、間隔Ｗに依存するものの、６５ｍｍ（金属配管の外径の約二倍）以下の範囲において、比較例◇における検出電圧の値を上回っている。
この実施例◆の６５ｍｍ（金属配管の外径の約二倍）以下の範囲においては、検出コイルの設置向きと磁性体材料のボビンによって、上述したように間接磁場に対する感度が高くなっており、間接磁場の方が支配的である。

つまり、この実験結果より、実施例◆における励磁コイル３１と検出コイル３２との間隔Ｗを金属配管の外径の二倍以下とすることによって、比較例◇よりも優れる欠陥の検出感度が得られることが示された。
さらに、被検査体が板状である場合、励磁コイル３１が図３に示されるように中心軸Ｐを被検査体の面Ｓに略直交するように配置した場合等の、各実施形態に準ずる構成においても、その作用は本実験と同様であり、前記した関係式（１）で示される間隔Ｗの範囲において同様の結論が得られる。

以上より、本発明の実施形態によれば、直接磁場の影響を受けにくいために励磁コイル３１と検出コイル３２の間隔Ｗを狭くすることができ、検出コイル３２で検出する間接磁場の強度を増加することができる。これにより、欠陥検出の感度が高いリモートフィールド渦電流探傷装置を提供することが可能となる。
なお、本発明は前記した実施形態に限定されるものでなく、共通する技術思想の範囲内において、適宜変形して実施することができる。

１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）…リモートフィールド渦電流探傷装置（装置）、２０…制御部、２１…情報入力手段、２２…電流入力部、２３…周波数設定器、２４…振幅設定器、２５…重畳器、２６…信号検出部、２７…解析部、２８…出力手段、３０（３０ａ，３０ｂ）…被検査体、３１（３１ａ，３１ｂ）…励磁コイル、３２…検出コイル、３３（３３ａ, ３３ｂ）…ボビン、３４ａ，３４ｂ…端板、３５…支持軸、Ｄ…電気信号、Ｊ…設定電流、Ｐ…励磁コイルの中心軸、Ｑ…検出コイルの中心軸、Ｕ…金属配管の中心軸、Ｓ…被検査体の面。

Claims (7)

1. 被検査体に直接磁場を付与して渦電流を誘導する励磁コイルと、
   前記渦電流から誘導される間接磁場を検知する検出コイルと、を備え、
   前記検出コイルはその中心軸が前記被検査体の面に略直交するように配置され、
   前記励磁コイル及び前記検出コイルの間隔Ｗ、前記被検査体の面から前記励磁コイルの最も離れた点までの距離Ｈ、被検査体の厚みＴとした場合、
   Ｗ≦（Ｈ＋２Ｔ）×２の関係式を満たすことを特徴とするリモートフィールド渦電流探傷装置。
2. 請求項１に記載のリモートフィールド渦電流探傷装置において、
   前記励磁コイルの中心軸と前記検出コイルの中心軸とが略直交又は略平行の関係にあることを特徴とするリモートフィールド渦電流探傷装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のリモートフィールド渦電流探傷装置において、
   前記励磁コイル及び前記検出コイルのうち少なくとも一方が、
   一対の端板が支持軸の両端へ固定され磁性体材料からなるボビンに巻回されていることを特徴とするリモートフィールド渦電流探傷装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のリモートフィールド渦電流探傷装置において、
   前記励磁コイルに入力する設定電流の周波数を変化させる周波数設定手段を備えることを特徴とするリモートフィールド渦電流探傷装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のリモートフィールド渦電流探傷装置において、
   前記励磁コイルに入力する設定電流の振幅を変化させる振幅設定手段を備えることを特徴とするリモートフィールド渦電流探傷装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のリモートフィールド渦電流探傷装置において、
   前記励磁コイルに入力する設定電流に直流電流を重畳させる直流電流設定手段を備えることを特徴とするリモートフィールド渦電流探傷装置。
7. 被検査体に直接磁場を付与して渦電流を誘導する励磁コイルと、
   前記渦電流から誘導される間接磁場を検知する検出コイルとを、前記被検査体に配置する工程を含み、
   前記検出コイルはその中心軸が前記被検査体の面に略直交するように配置され、
   前記励磁コイル及び前記検出コイルの間隔Ｗ、前記被検査体の面から前記励磁コイルの最も離れた点までの距離Ｈ、被検査体の厚みＴとした場合、
   Ｗ≦（Ｈ＋２Ｔ）×２の関係式を満たすことを特徴とするリモートフィールド渦電流探傷方法。

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