JP4917899B2 - 渦電流探傷センサ及び渦電流探傷方法 - Google Patents

Description

本発明は、渦電流探傷センサ及び渦電流探傷方法に係り、特に、少なくとも１個の検出コイルの両側に励磁コイルを配置してなる渦電流探傷センサにおける各コイルの配列と、これを用いて管状の検査体に生じた周方向の割れの探傷方法に関する。

原子力プラントの冷却材浄化系等に設置されている熱交換器の伝熱管は、割れ等の欠陥が発生していないか否かを確認するため、定期的に検査に付される。この種の伝熱管の検査方法としては、表面感度が高く、高速かつ非接触による探傷が可能で、しかも自動探傷及び遠隔操作に適していることから、通常、渦電流探傷法が適用される。

渦電流探傷法は、検査面を渦電流探傷センサで走査しながら渦電流探傷センサに備えられた励磁コイルに交流電圧を印加して導電体からなる検査体の面方向に渦電流を発生させ、欠陥がある部分に渦電流を流したときに検出コイルに現れる信号の変化を観察することにより、欠陥の有無、位置及び大きさ等を判定する非破壊検査方法である。

従来より伝熱管等の管状検査体に適用される渦電流探傷センサとしては、図１７に示すように、巻線方向が逆向きの２個の励磁コイル１０１，１０２を略平行に配置し、その２個の励磁コイル１０１，１０２の間に巻線の方向が同じ複数の検出コイル１０３ａ〜１０３ｈを励磁コイル１０１，１０２の軸方向と略平行に向け、かつ当該軸の回りに放射状に配置してなる渦電流探傷用プローブが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この渦電流探傷用プローブは、管状の検査体Ａ内に挿入することにより、検査体Ａの内面から探傷を行う。即ち、渦電流探傷用プローブを検査体Ａ内に挿入した状態で、励磁コイル１０１，１０２に励磁電圧を印加すると、これら２個の励磁コイル１０１，１０２の中間領域と対向する検査体Ａの壁面において検査体Ａの周方向に流れる渦電流が重ね合わされ、図１７（ｂ）に示すように、検出コイル１０３ａ〜１０３ｈの周囲に深層部分にまで達する渦電流分布Ｂが形成される。したがって、図１８に示すように、検査体Ａの軸方向Ｘ−Ｘと平行に延びる欠陥Ｃを迂回して検査体Ａの軸方向Ｘ−Ｘに流れる迂回渦電流Ｄを検出コイル１０３ａ〜１０３ｈで検出することにより、欠陥Ｃの位置、形状及び大きさ等を検出することができる。

また、この種の渦電流探傷センサとしては、図１９に示すように、円柱状に形成された探針本体２００の軸方向にそれぞれ複数個の渦電流発生用コイル２０１と検出コイル２０２の組み合わせからなる２つのコイルユニットを備え、各コイルユニットを構成する各渦電流発生用コイル２０１及び各検出コイル２０２を探針本体２００の周方向に相互にずらして配置した渦電流探針が従来より提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２には、各コイルユニットを構成する複数の渦電流発生用コイル２０１を直列接続する技術も開示されている。

この渦電流探傷センサによれば、管の軸方向及び周方向に生じた欠陥を高能率に検出することができる。
特開２００３−１４９２１０号公報 特許第３４０６６４９号明細書

ところで、前記熱交換器の伝熱管は、Ｕ字状に形成され、その両端が管板と呼ばれる磁性材製の部材に開設された伝熱管貫通孔に差し込まれて固定されている。管板に対する伝熱管の固定方法としては、伝熱管貫通孔に差し込まれた伝熱管の管径を内側から押し拡げ、管板と伝熱管の外面とを密着させる拡管工法が採られる。図２０は管板とそれに固定された伝熱管の要部断面図であって、符号１１１は管板、符号１１２は管板１１１に開設された伝熱管貫通孔、符号１１３は伝熱管、符号１１４は伝熱管１１３の拡管部、符号１１５は拡管部１１４と非拡管部との境界部分に形成される変形部を示している。この図から明らかなように、拡管部１１４は管板１１１の厚みの範囲内に形成され、変形部１１５は伝熱管１１３の全周にわたってほぼ均等に形成されている。

伝熱管１１３には熱交換器の稼働に伴う応力が連続的に作用するが、上述のように伝熱管１１３はその両端部において管板１１１により局部的に固定されているので、その応力が変形部１１５に集中し、変形部１１５には、図２０に示すように、変形部１１５に沿って伝熱管１１３の周方向に伸びる周方向割れＥが発生しやすい。

したがって、伝熱管１１３の保守点検を行うためには、この周方向割れＥの有無を高感度に検出する必要があるが、特許文献１に記載の渦電流探傷用プローブのように、管状の検査体Ａの周方向Ｙ−Ｙに渦電流Ｂを流す渦電流探傷センサによっては、伝熱管１１３の周方向割れＥを高感度で検出することが困難である。

即ち、特許文献１に記載の渦電流探傷用プローブは、伝熱管１１３の周方向Ｙ−Ｙに渦電流Ｂを流すので、図２１に示すように、周方向割れＥを迂回して伝熱管１１３の軸方向Ｘ−Ｘに流れる迂回渦電流Ｄは軸方向割れに比べて微少になる。一方、伝熱管拡管部１１４では、伝熱管１１３の形状変化及び管板１１１の有無に起因する渦電流分布の変化がノイズとなる。迂回渦電流Ｄを検出することによって得られる信号の信号強度よりもノイズの方が格段に大きいので、特許文献１に記載の渦電流探傷用プローブによっては、周方向割れＥを高感度に検出することができない。

一方、特許文献２に記載の渦電流探傷用プローブは、管の軸方向に生じた欠陥及び周方向に生じた欠陥の双方を検出可能に構成されているので、変形部１１５における伝熱管１１３の形状変化及び拡管部１１４における管板１１１の有無に起因する渦電流分布の変化と伝熱管１１３の周方向割れＥに沿って発生する迂回渦電流Ｄとを識別することができず、伝熱管１１３の周方向割れＥを高感度に検出することができない。

本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであって、その課題は、伝熱管の変形部又はその周辺部分に発生する周方向割れを高感度に検出可能な渦電流探傷センサを提供することにある。

前記課題は、管状の検査体の軸方向に渦電流を流す励磁コイルと管状の検査体の周方向に流れる迂回渦電流を検知する検出コイルとを備えた渦電流探傷センサを用いることで達成される。

本発明は、かかる課題を解決するため、渦電流探傷センサに関しては、第１に、少なくとも１個の検出コイルを介してその両側に励磁コイルを配置してなる渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイル及び前記励磁コイルを円柱形の保持部材の周面に沿って弧状に配置し、前記検出コイルのコイル軸を前記保持部材の軸方向に向けると共に、前記励磁コイルのコイル軸を前記保持部材の半径方向に向け、前記検出コイル及び前記励磁コイルを管状の検査体内に挿入し、前記励磁コイルに逆向きの励磁電流を印加したとき、前記検出コイルと対向する部分において前記管状の検査体の軸方向に同一向きの渦電流が流れ、前記検出コイルにて前記管状の検査体の周方向に流れる渦電流を検出できるようになっていることを特徴とする。

かかる構成によると、励磁コイルに励磁電圧を印加することにより、管状の検査体の軸方向に渦電流を流し、周方向割れを回り込んで管状の検査体の周方向に流れる迂回渦電流を検出コイルにて検出することができる。このように、管状の検査体の軸方向に渦電流を流すと、管状の検査体に発生した周方向割れの方向と管状の検査体を流れる渦電流の流れ方向とを直交させることができるので、渦電流を管状の検査体の周方向に流す場合に比べて、周方向割れを迂回して管状の検査体の周方向に流れる迂回渦電流の流量を大きくできる。また、管状の検査体の形状変化や磁性材の管板は管全周に存在するため、迂回渦電流を生じにくい。仮に、周方向に流れる渦電流が発生した場合にも、管状の検査体の周囲に時計回り及び反時計回りの迂回渦電流が発生するため、検出時に打ち消しあってノイズが抑制される。このことから、検出信号のＳＮ比を高めることができ、管状の検査体の周方向割れの有無、発生位置及びサイズ等を高精度に検出することができる。

第２に、前記第１の渦電流探傷センサにおいて、複数個の前記励磁コイルを前記保持部材の周方向に等分に配置し、前記各励磁コイルの間にそれぞれ１個乃至複数個の前記検出コイルを等分に配置したことを特徴とする。掛かる構成によると、管状の検査体の全周にわたって渦電流を流すことができるので、渦電流探傷センサを管状の検査体の中心軸周りに回転する操作が不要となり、管状の検査体の欠陥検査を高能率に行うことができる。

第３に、前記第２の渦電流探傷センサにおいて、前記励磁コイルの間に、巻線の方向が互いに逆向きな２個の前記検出コイルを前記保持部材の軸方向又は周方向に並列配置したことを特徴とする。かかる構成によると、２個の励磁コイルの間に配置された２個の検出コイルの巻線方向が互いに逆向きであるので、周方向割れを迂回して管状の検査体の周方向に流れる迂回渦電流の正負の向きに対応した信号を検出でき、信号の検出レベルが高められると共に周方向割れの発生位置やサイズを精密に検出できる。

第４に、前記第２の渦電流探傷センサにおいて、前記励磁コイルの間に、巻線の方向が互いに逆向きな４個の前記検出コイルを前記保持部材の軸方向及び周方向にマトリクス状に配置したことを特徴とする。かかる構成によると、２個の励磁コイルの間に配置された４個の検出コイルの巻線方向が互いに逆向きであるので、周方向割れを迂回して管状の検査体の周方向に流れる迂回渦電流の正負の向きに対応した信号を検出でき、信号の検出レベルがさらに高められると共に周方向割れの発生位置やサイズをさらに精密に検出できる。

第５に、前記第１乃至第４の渦電流探傷センサにおいて、前記励磁コイルとして巻線の平面形状が長円形に形成されたものを用いたことを特徴とする。かかる構成によると、円筒状の巻線形状を有する励磁コイルを用いる場合に比べて、同じ巻線数の励磁コイルでより大きな渦電流を検査体の軸方向に流すことができ、周方向割れの検出を高精度に行うことができる。

第６に、前記第１乃至第５の渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイル及び前記励磁コイルを前記円柱形の保持部材の表面に形成された凹部内に収納し、ポッティング樹脂で固定したことを特徴とする。これにより、管状の検査体内に挿入可能な実用的な管検査用の渦電流探傷センサとすることができる。

第７に、前記第１の渦電流探傷センサにおいて、前記保持部材の周方向に配置された複数個の励磁コイルと各励磁コイルの間に配置された１個乃至複数個の検出コイルとからなるセンサユニットを前記保持部材の軸方向に複数ユニット備え、前記各センサユニットを構成する前記各励磁コイル及び前記各検出コイルを前記保持部材の周方向に相互にずらして配置したことを特徴とする。センサユニットを１つだけ備えた構造では、周方向割れを迂回して管状の検査体の周方向に流れる正方向の迂回渦電流と負方向の迂回渦電流とが相等しくなる位置に検出コイルの中心位置が位置付けられた場合、迂回渦電流が検出されない不感帯を生じる。これに対して、保持部材の軸方向にセンサユニットを複数ユニット備え、各センサユニットを構成する各励磁コイル及び各検出コイルを保持部材の周方向に相互にずらして配置すると、一方のセンサユニットに備えられた検出コイルについて仮に不感帯を生じたとしても、他方のセンサユニットに備えられた検出コイルにて管状の検査体の周方向割れを確実に検出することができるので、渦電流探傷の信頼性を高めることができる。

第８に、前記第７の構成の渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイルを介して前記保持部材の周方向に配置された励磁コイルで隣り合う励磁コイルの巻線方向が互いに逆向きとなるようにして前記各センサユニットを構成する複数個の励磁コイルが直列又は並列に接続され、これら直列又は並列に接続された複数個の励磁コイルの両端が１つの励磁電源に接続されることを特徴とする。これにより、複数の励磁コイルを励磁電源に接続するための配線を各励磁コイルについて共用化できるので、渦電流探傷センサの配線スペースを小さくできる。また、複数の励磁コイルに同一波形の励磁電圧を同時刻に印加することができるので、１回の励磁電圧の印加で管状の検査体の全周に渦電流を流すことができ、管状の検査体の検査効率を高めることができる。さらに、検出コイルを介して保持部材の周方向に配置された励磁コイルで隣り合う励磁コイルの巻線方向が互いに逆向きとなるようにして各センサユニットを構成する複数個の励磁コイルを直列又は並列に接続したので、各検出コイル下の渦電流が互いに逆向きの分布となり、各検出コイル下に流れる渦電流は強め合うように干渉し、検出信号のＳ／Ｎ比を高めることができる。

一方、渦電流探傷方法に関しては、第１に、管状の検査体内に励磁コイル及び検出コイルを備えた渦電流探傷センサを挿入して検査体の探傷を行う渦電流探傷方法において、前記渦電流探傷センサとして、少なくとも１個の検出コイルを介してその両側に励磁コイルを配置してなり、前記検出コイル及び前記励磁コイルを円柱形の保持部材の周面に沿って弧状に配置し、前記検出コイルのコイル軸を前記保持部材の軸方向に向けると共に、前記励磁コイルのコイル軸を前記保持部材の半径方向に向け、前記検出コイル及び前記励磁コイルを管状の検査体内に挿入し、前記励磁コイルに逆向きの励磁電流を印加したとき、前記検出コイルと対向する部分において前記管状の検査体の軸方向に同一向きの渦電流が流れ、前記検出コイルにて前記管状の検査体の周方向に流れる渦電流を検出できるようになっている渦電流探傷センサを用いたことを特徴とする。

管状の検査体内に渦電流探傷センサを挿入して検査体の探傷を行う渦電流探傷方法において、前記構成の渦電流探傷センサを用いると、上述のように励磁コイルに励磁電圧を印加することにより、管状の検査体の軸方向に渦電流を流し、周方向割れを回り込んで管状の検査体の周方向に流れる迂回渦電流を検出コイルにて検出することができるので、検出信号のＳＮ比を高めることができ、管状の検査体の周方向割れの有無、発生位置及びサイズ等を高精度に検出することができる。

第２に、前記第１の渦電流探傷方向において、前記渦電流探傷センサとして、前記保持部材の周方向に複数個の前記励磁コイルが等分に配置されると共に、これら各励磁コイルの間にそれぞれ１個乃至複数個の前記検出コイルが等分に配置され、かつ前記複数個の励磁コイルが直列又は並列に接続されたものを用い、これら直列又は並列に接続された複数個の励磁コイルに同一波形の励磁電圧を同時刻に印加し、前記検出コイルを介して前記保持部材の周方向に配置された前記励磁コイルから隣り合う前記検出コイル下に逆向きの渦電流を流すことを特徴とする。これにより、管状の検査体の全周に渦電流を流すことができるので、管状の検査体の一断面を同時に検査することができ、管状の検査体の検査効率を高めることができる。

第３に、前記第１又は第２の渦電流探傷方法において、前記管状の検査体がプラントに備えられた熱交換器の伝熱管拡管部であることを特徴とする。これにより、周方向割れを生じやすい熱交換器の伝熱管拡管部を容易かつ確実に検査することができる。

本発明の渦電流探傷センサは、管状の検査体の軸方向に渦電流を流す励磁コイルと管状の検査体の周方向に流れる迂回渦電流を検知する検出コイルとを備えたので、伝熱管の変形部又はその周辺部分に発生した周方向割れを高感度に検出することができる。

本発明の渦電流探傷方法は、励磁コイルに励磁電圧を印加することにより管状の検査体の軸方向に渦電流を流しながら、検出コイルにより管状の検査体の周方向に流れる迂回渦電流を検知するので、伝熱管の変形部又はその周辺部分に発生した周方向割れを高感度に検出することができる。

〈渦電流探傷システム〉
本発明に係る渦電流探傷センサの説明に先立ち、当該渦電流探傷センサを用いた渦電流探傷システムの構成を図１及び図２に基づいて説明する。図１は渦電流探傷システムの構成図、図２は渦電流探傷器の構成図である。

図１に示すように、本例の渦電流探傷システムは、渦電流探傷センサ１１と、渦電流探傷センサ１１に接続されたリード線の巻き取り機１２と、巻き取り機１２からのリード線の繰り出し量を制御する位置制御回路１３と、渦電流探傷センサ１１に対する励磁電流の供給及び渦電流探傷センサ１１からの誘起電圧信号の検出を行う渦電流探傷器１４と、位置制御回路１３を介して巻き取り機１２の駆動を制御すると共に渦電流探傷器１４を介して渦電流探傷センサ１１の駆動を制御するコンピュータ１５と、前記各部の動作状態や渦電流探傷センサ１１により検出された誘起電圧信号等を表示するモニタ１６とから構成されている。巻き取り機１２、位置制御回路１３、渦電流探傷器１４、コンピュータ１５及びモニタ１６は市販品を用いることができる。

前記渦電流探傷器１４は、図２に示すように、発信器２１、電力増幅器２２、ブリッジ回路２３、可変移相器２４、９０度移相器２５、信号増幅器２６、２つの同期検波器２７ａ，２７ｂ及び２つのフィルタ２８ａ，２８ｂから構成される。発信器２１から渦電流探傷センサ１１に備えられた励磁コイルへは、周波数ｆ（ｆは１ＫＨｚ〜１ＭＨｚ）の交流電圧が電力増幅器２２を介して印加される。渦電流探傷センサ１１に備えられた検出コイルを構成要素に含むブリッジ回路２３では、ブリッジ回路の端子間にインピーダンスの不平衡に起因した電圧が発生する。信号増幅器２６でその電圧を増幅し、２つの同期検波器２７ａ，２７ｂに入力する。一方の同期検波器２７ａでは、可変移相器２４で任意に移相を調整した発信器２１からの交流電圧を参照波形として同期検波し、その出力からフィルタ２８ａを介して信号Ｘを取得する。また、他方の同期検波器２７ｂでは、９０度移相器２５を介した交流電圧を参照波形として同期検波し、その出力からフィルタ２８ｂを介して信号Ｙを取得する。なお、この記載は、渦電流探傷器１４の動作の概略を説明するものであり、実際の渦電流探傷を実施する際には、市販の渦電流探傷器の入出力端子に本発明に係る渦電流探傷センサ１１を接続し、渦電流探傷器の波形出力端子から信号Ｘ及び信号Ｙを取得する。

本例の渦電流探傷システムにおいては、全ての制御が、モニタ１６で状態を監視し、コンピュータ１５で設定を変更することにより行われる。位置制御回路１３には、コンピュータ１５の設定情報（巻き取り機１２の駆動量及び駆動速度）が送信され、その情報をもとに位置制御回路１３から巻き取り機１２に電力が送られて、巻き取り機１２からのリード線の繰り出し量が制御される。また、渦電流探傷器１４には、コンピュータ１５の設定情報（送信周波数や電圧等）が送信され、その情報をもとに渦電流探傷器１４から渦電流探傷センサ１１の励磁コイル側の外部入力端子に設定周波数の交流電圧が印加される。また、渦電流探傷センサ１１の検出コイル側の外部出力端子からの信号電圧は、渦電流探傷器１４に送られる。渦電流探傷器１４内で、前述の所要の信号処理が行われ、その出力信号はデジタル信号としてコンピュータ１５に送信される。この信号がモニタ１６で観測される。これらの各制御は時間的に並列で進行し、各移動位置での信号がモニタリングされる。

以下、本発明に係る渦電流探傷センサ１１の実施形態を、実施例ごとに説明する。

〈渦電流探傷センサの第１実施例〉
図３及び図４に示すように、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａは、２個の励磁コイル１ａ，１ｂと、これら２個の励磁コイル１ａ，１ｂの間に配置された１個の検出コイル２と、これらの各コイル１ａ，１ｂ，２を一体に保持する円柱状の保持部材３と、保持部材３の表面を覆うシート状の保護カバー４と、各コイル１ａ，１ｂ，２がそれぞれ接続された多線リード線５とから構成されている。

励磁コイル１ａ，１ｂは、２つの円弧部とそれら２つの円弧部をつなぐ２つの直線部とを有する長円形に巻線されている。導線の直径は０．０５ｍｍ、巻数は２００、円弧部の曲率半径は１ｍｍ、直線部の長さは４ｍｍとした。励磁コイル１ａ、１ｂの内部には、フェライトなどからなる磁性材のコアが挿入され、一体となっている。これら２つの励磁コイル１ａ，１ｂは、同形同大に形成される。

これに対して検出コイル２は、矩形状又は円筒状に巻線されている。導線の直径は０．０３ｍｍ、巻数は４００とした。検出コイル２の内部にも、フェライトなどからなる磁性材のコアが挿入され、一体となっている。

保持部材３は、ポリアセタール樹脂等の絶縁材料をもって検査体である伝熱管等の管状体内に挿入可能な直径の円柱状に形成されており、その表面の円周方向には、励磁コイル１ａ，１ｂ及び検出コイル２を埋設するための各コイル形状に即した形状の凹部３ａ，３ｂ，３ｃが形成されている。励磁コイル１を収納するための２つの凹部３ａ，３ｃは、中心間角度が６０度で、相互の直線部分が対向するように形成される。

図３（ｂ）及び図４に示すように、励磁コイル１ａ，１ｂは、保持部材３に形成された長穴状の凹部３ａ，３ｃ内に収納され、そのコイル軸Ｐ１が保持部材３の半径方向に向けられる。また、検出コイル２は、保持部材３に形成された角穴状の凹部３ｂ内に収納され、そのコイル軸Ｐ２が保持部材３の中心軸Ｓ方向に向けられる。なお、本明細書において、「コイル軸」とは導線の巻回中心を意味する。各コイル１ａ，１ｂ，２は、コイル軸を安定に保持するため、ポッティング樹脂等を用いて凹部３ａ，３ｂ，３ｃ内に固定することもできる。各コイル１ａ，１ｂ，２の両端は、リード線５と直接結線され、リード線５を介して渦電流探傷器１４の入出力端子と電気的に接続される。この場合、２個の励磁コイル１ａ，１ｂと渦電流探傷器１４の入出力端子とは、各励磁コイル１ａ，１ｂに逆向きの励磁電流が印加されるように結線される。これにより、本例の渦電流探傷センサ１１Ａを管状の検査体内に挿入して各励磁コイル１に励磁電圧を印加したとき、２個の励磁コイルの間で検査体の軸方向に流れ、かつ検査体の深層部分にまで達する渦電流分布を形成できる。一方、検出コイル２は、そのコイル軸Ｐ２が保持部材３の中心軸Ｓと平行な方向に向けられているので、検査体の周方向に流れる迂回渦電流を検出することができる。

保護カバー４は、励磁コイル１ａ，１ｂ及び検出コイル２を機械的及び化学的影響から保護するものであって、絶縁性の樹脂シートなどをもって形成される。

リード線５は、巻き取り機１２に巻回され、その一端が渦電流探傷器１４に接続される。なお、このリード線５には、巻き取り機１２との間に生じる摩耗に起因する損傷を緩和するため、何らかの補強手段を施すことが望ましい。

以下、このように構成された第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａ及び前述の渦電流探傷システムを用いた実験例について説明する。

伝熱管の模擬試験体として、図５に示すように、外径が１５．９ｍｍ、肉厚が２．３ｍｍ、材質がＳＵＳ３１６の模擬伝熱管３１の一端を、磁性材からなる模擬管板３２にて固定してなるものを用意した。模擬伝熱管３１には拡管部３３が形成され、当該拡管部３３の外面において模擬管板３２に開設された模擬伝熱管貫通孔３４に固定されている。拡管部３２と非拡管部との間に形成される変形部３５の段差は、模擬伝熱管３１の内面で約０．１ｍｍとした。この模擬伝熱管３１の外面の変形部３５と対応する位置には、模擬伝熱管３１の周方向に延びる深さが０．４６ｍｍの外面周方向割れＥを形成した。また、比較例に係る伝熱管の模擬試験体として、模擬伝熱管３１に周方向割れＥが形成されていないものを用意した。その他の各部の諸元については、模擬伝熱管３１に周方向割れＥが形成されたものと同一とした。

図５に示すように、模擬伝熱管３１の開放端から第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａを模擬伝熱管３１内に挿入し、モニタ１６で状態を監視しつつコンピュータ１５の設定を適宜変更することにより、模擬伝熱管３１の渦電流探傷を行った。また、図１０に示した従来型を模擬した渦電流探傷用プローブを模擬伝熱管３１内に挿入し、同様の方法で模擬伝熱管３１の渦電流探傷を行った。

図６は第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａを用いて模擬伝熱管３１の渦電流探傷を行ったときの検出コイル２から出力される信号の信号波形であり、図７は従来型の渦電流探傷用プローブを用いて模擬伝熱管３１の渦電流探傷を行ったときの検出コイルから出力される信号の信号波形である。図７に示すように、従来型の渦電流探傷用プローブを用いた場合には、模擬伝熱管３１に周方向割れＥが形成されていない模擬試験体から検出される信号波形と模擬伝熱管３１に周方向割れＥが形成されている模擬試験体から検出される信号波形との差違がほとんどなく、模擬試験体から周方向割れＥの有無を検出することができない。これに対して、図６に示すように、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａを用いた場合には、模擬伝熱管３１に周方向割れＥが形成されていない模擬試験体から検出される信号波形と模擬伝熱管３１に周方向割れＥが形成されている模擬試験体から検出される信号波形とが顕著に相違するため、模擬伝熱管３１に形成された周方向割れＥの有無、位置及びサイズを容易に検出することができる。

〈渦電流探傷センサの第２実施例〉
第２実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｂは、図８に示すように、２個の励磁コイル１ａ，１ｂの間に、巻線方向が異なる２個の検出コイル２ａ，２ｂを、各励磁コイル１ａ，１ｂの配列方向に配置したことを特徴とする。２個の検出コイル２ａ，２ｂは、励磁コイル１ａ，１ｂの長さ方向の中間位置において、保持部材３の周方向に等分に配置される。その他の部分については、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

本例の渦電流探傷センサ１１Ｂは、２個の励磁コイル１ａ，１ｂの間に巻線方向が異なる２個の検出コイル２ａ，２ｂを配置したので、周方向割れＥを迂回して伝熱管の周方向に流れる迂回渦電流Ｄの正負の向きに対応した信号を検出できる。よって、検出コイルが１つである場合に比べて信号の検出レベルが高められ、周方向割れＥの検出感度を向上できると共に周方向割れＥの発生位置やサイズを精密に検出できる。

〈渦電流探傷センサの第３実施例〉
第３実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｃは、図９に示すように、２個の励磁コイル１ａ，１ｂの間に、巻線の方向が異なる２個の検出コイル２ａ，２ｂを、各励磁コイル１ａ，１ｂの配列方向と交差する方向に配置したことを特徴とする。即ち、２個の検出コイル２ａ，２ｂは、励磁コイル１ａ，１ｂを２分する位置において、保持部材３の軸方向に配置される。これら２個の検出コイル２ａ，２ｂの中心間の軸方向距離は、６ｍｍとした。その他の部分については、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

本例の渦電流探傷センサ１１Ｃは、２個の励磁コイル１ａ，１ｂの間に巻線方向が異なる２個の検出コイル２ａ，２ｂを保持部材３の軸方向に配置したので、周方向割れＥを迂回して伝熱管の周方向に流れる迂回渦電流Ｄの正負の向きに対応した信号を検出できる。よって、検出コイルが１つである場合に比べて信号の検出レベルがさらに高められ、周方向割れＥの検出感度を向上できると共に周方向割れＥの発生位置やサイズをさらに精密に検出できる。

〈渦電流探傷センサの第４実施例〉
第４実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｄは、図１０に示すように、２個の励磁コイル１ａ，１ｂの間に、巻線の方向が異なる４個の検出コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄをマトリクス状に配置したことを特徴とする。４個の検出コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄのうち、保持部材３の中心軸方向Ｓに関して斜めの方位に設定された検出コイル２ａと検出コイル２ｄとは巻線方向が同じで、他の２つの検出コイル２ｂ，２ｃとは巻線方向が逆向きになっており、検出コイル２ｂと検出コイル２ｃとは巻線方向が同じで、他の２つの検出コイル２ａ，２ｄとは巻線方向が逆向きになっている。その他の部分については、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

本例の渦電流探傷センサ１１Ｄは、２個の励磁コイル１ａ，１ｂの間に巻線方向が異なる４個の検出コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを配置したので、第２実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｂよりもさらに信号の検出レベルがさらに高められ、周方向割れＥの検出感度を向上できると共に周方向割れＥの発生位置やサイズをさらに精密に検出できる。

〈渦電流探傷センサの第５実施例〉
第５実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｅは、図１１に示すように、２個の励磁コイル１ａ，１ｂと少なくとも１個の検出コイル２とを１組とするコイル群を保持部材３の周方向に複数組設定することにより、マルチチャンネル化したことを特徴とする。保持部材３の周方向に配置された複数組の励磁コイル１ａ，１ｂは、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、各検出コイル２を介して保持部材３の周方向に配置された励磁コイルで隣り合う励磁コイルの巻線方向が互いに逆向きとなるようにして直列又は並列に結線され、その両端がリード線を介してマルチチャンネル渦電流探傷器１７の入出力端子に接続される。一方、検出コイル２は、マルチチャンネル渦電流探傷器１７の入出力端子を介して所要の検出回路に接続される。その他の部分については、第１実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。なお、図１１においては、６個の検出コイル２を備えた６チャンネル型の渦電流探傷センサが例示されているが、チャンネル数についてはこれに限定されるものではなく、必要に応じて適宜増減することができる。

以下、第５実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｅを用いたマルチチャンネル渦電流探傷システムを、図１３及び図１４を用いて説明する。図１３はマルチチャンネル渦電流探傷システムの構成図、図１４はマルチチャンネル渦電流探傷器の構成図である。

図１３に示すように、本例の渦電流探傷システムは、渦電流探傷センサ１１と、渦電流探傷センサ１１に接続されたリード線の巻き取り機１２と、巻き取り機１２からのリード線の繰り出し量を制御する位置制御回路１３と、渦電流探傷センサ１１に対する励磁電流の供給及び渦電流探傷センサ１１からの誘起電圧信号の検出を行うマルチチャンネル渦電流探傷器１７と、位置制御回路１３を介して巻き取り機１２の駆動を制御すると共にマルチチャンネル渦電流探傷器１７を介して渦電流探傷センサ１１の駆動を制御するコンピュータ１５と、前記各部の動作状態や渦電流探傷センサ１１により検出された誘起電圧信号等を表示するモニタ１６とから構成されている。巻き取り機１２、位置制御回路１３、渦電流探傷器１４、コンピュータ１５及びモニタ１６は市販品を用いることができる。

前記マルチチャンネル渦電流探傷器１７は、図１４に示すように、１つの励磁回路と渦電流探傷センサのチャンネル数に対応した数の検出回路とで構成される。励磁回路は、渦電流探傷センサに備えられた各励磁コイルに交流電圧を印加する機能を持つ。検出回路は、各検出コイル２の取得電圧から信号Ｘ及び信号Ｙの波形を出力可能に構成される。信号Ｘ及び信号Ｙの波形出力に至るマルチチャンネル渦電流探傷器１７内での励磁回路と検出回路の基本的な動作原理は、図２に示した渦電流探傷器１４と同様である。マルチチャンネル渦電流探傷器１７を用いた実際の探傷では、マルチチャンネル渦電流探傷器１７の入出力端子に渦電流探傷センサ１１Ｅを接続することで、各チャンネルに対応した波形出力端子からの信号Ｘ及び信号Ｙを取得できる。したがって、本例の渦電流探傷センサ１１Ｅとマルチチャンネル渦電流探傷器１７とを備えたマルチチャンネル渦電流探傷システムを用いると、図２を用いて説明した渦電流探傷器の基本的な動作原理にしたがって各チャンネルのデータが並列処理され、各チャンネルに対応した波形出力端子から各チャンネル毎の信号Ｘ及び信号Ｙが出力される。但し、前記マルチチャンネル渦電流探傷器１７では、１つの励磁回路を例示しているが、同様の機能を満足するように複数個の励磁回路を必要に応じて設置することも可能である。

以下、第５実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｅ及びマルチチャンネル渦電流探傷器１７を用いたマルチチャンネル渦電流探傷の実験例について説明する。

伝熱管の模擬試験体としては、図５に示した模擬試験体と同様の形状を有し、深さが１．１５ｍｍの外面周方向割れＥが形成されたものを用いた。また、渦電流探傷センサ１１Ｅとしては、８チャンネル型の渦電流探傷センサを用いた。模擬伝熱管３１の渦電流探傷は、模擬伝熱管３１の開放端から第５実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｅを模擬伝熱管３１内に挿入し、モニタ１６で状態を監視しつつコンピュータの設定を適宜変更することにより行った。

図１５（ａ），（ｂ）は、上述の実験例で得た信号波形である。図１５（ａ）から明らかなように、第５実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｅ及びマルチチャンネル渦電流探傷器１７を用いると、模擬伝熱管３１の全周を漏れなく検査することができ、ｃｈ５の位置に外面周方向割れＥがあることが解る。図１５（ｂ）は、ｃｈ５で検出された外面周方向割れＥによる信号波形である。この実験例から、第５実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｅ及びマルチチャンネル渦電流探傷器１７を用いることにより、伝熱管拡管部に生じる外面周方向割れＥの検出が可能であることを確認した。さらに、本例の渦電流探傷センサ１１Ｅは、第１乃至第４実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄと同様の効果を奏するほか、２個の励磁コイル１ａ，１ｂと少なくとも１個の検出コイル２とを１組とするコイル群を保持部材３の周方向に複数組設定したので、渦電流探傷センサを伝熱管の中心軸回りに回転する操作が不要となる。また、複数個の検出コイル２による信号Ｘ及び信号Ｙを並列に処理及び観測することができ、伝熱管の欠陥検査を高能率化できる。

〈渦電流探傷センサの第６実施例〉
第６実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｆは、図１６に示すように、２個の励磁コイル１ａ，１ｂと少なくとも１個の検出コイル２とを一組とするコイル群を保持部材３の周方向に複数組設定したセンサユニットＵ１，Ｕ２を、前記保持部材３の軸方向に間隔を隔てて設定し、一方のセンサユニットＵ１を構成するコイル群に対して他方のセンサユニットＵ２を構成するコイル群の設置位置を保持部材３の周方向に相互にずらして設定したことを特徴とする。図１６の例では、前段部のセンサユニットＵ１を構成するコイル群に対して後段部のセンサユニットＵ２を構成するコイル群が保持部材３の周方向に１５度ずらして設定されている。その他の部分については、第５実施例に係る渦電流探傷センサ１１Ｅと同じであるので、対応する部分に同一の符号を付して説明を省略する。

本例の渦電流探傷センサ１１Ｆは、一方のセンサユニットＵ１を構成するコイル群に対して他方のセンサユニットＵ２を構成するコイル群の設置位置を保持部材３の周方向に相互にずらしたので、一方のセンサユニットで不感帯となる管周方向の位置に対しても他方のセンサユニットで検査することができるので、信頼性の高い検査を行うことができる。

渦電流探傷システムの構成を示すブロック図である。 渦電流探傷器の構成を示すブロック図である。 第１実施例に係る渦電流探傷センサの説明図である。 第１実施例に係る渦電流探傷センサの斜視図である。 模擬試験体の構成と本発明の渦電流探傷方法とを示す要部断面図である。 第１実施例に係る渦電流探傷センサにより検出される信号の波形図である。 従来型渦電流探傷センサにより検出される信号の波形図である。 第２実施例に係る渦電流探傷センサの説明図である。 第３実施例に係る渦電流探傷センサの説明図である。 第４実施例に係る渦電流探傷センサの説明図である。 第５実施例に係る渦電流探傷センサの説明図である。 第５実施例に係る渦電流探傷センサの励磁コイル結線図である。 マルチチャンネル渦電流探傷システムの構成を示すブロック図である。 マルチチャンネル渦電流探傷器の構成を示すブロック図である。 マルチチャンネル渦電流探傷センサにより検出される信号の波形図である。 第６実施例に係る渦電流探傷センサの説明図である。 従来型渦電流探傷センサの第１例を示す断面図である。 従来型渦電流探傷センサの動作説明図である。 従来型渦電流探傷センサの第２例を示す断面図である。 管板とそれに固定された伝熱管の要部断面図である。 従来型渦電流探傷センサの不都合を示す説明図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 励磁コイル
２，２ａ〜２ｄ 検出コイル
３ 保持部材
４ 保護カバー
５ 多線リード線
１１，１１Ａ〜１１Ｆ 渦電流探傷センサ
１２ リード線の巻き取り機
１３ 位置制御回路
１４ 渦電流探傷器
１５ コンピュータ
１６ モニタ
１７ マルチチャンネル渦探傷器
３１ 模擬伝熱管
３２ 模擬管板
３３ 拡管部
３４ 模擬伝熱管貫通孔
３５ 変形部
Ａ 検査体
Ｂ 渦電流分布
Ｃ 軸方向割れ
Ｄ 迂回渦電流
Ｅ 周方向割れ

Claims (11)

1. 少なくとも１個の検出コイルを介してその両側に励磁コイルを配置してなる渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイル及び前記励磁コイルを円柱形の保持部材の周面に沿って弧状に配置し、前記検出コイルのコイル軸を前記保持部材の軸方向に向けると共に、前記励磁コイルのコイル軸を前記保持部材の半径方向に向け、前記検出コイル及び前記励磁コイルを管状の検査体内に挿入し、前記励磁コイルに逆向きの励磁電流を印加したとき、前記検出コイルと対向する部分において前記管状の検査体の軸方向に同一向きの渦電流が流れ、前記検出コイルにて前記管状の検査体の周方向に流れる渦電流を検出できるようになっていることを特徴とする渦電流探傷センサ。
2. 請求項１に記載の渦電流探傷センサにおいて、複数個の前記励磁コイルを前記保持部材の周方向に等分に配置し、前記各励磁コイルの間にそれぞれ１個乃至複数個の前記検出コイルを等分に配置したことを特徴とする渦電流探傷センサ。
3. 請求項２に記載の渦電流探傷センサにおいて、前記励磁コイルの間に、巻線の方向が互いに逆向きな２個の前記検出コイルを前記保持部材の軸方向又は周方向に並列配置したことを特徴とする渦電流探傷センサ。
4. 請求項２に記載の渦電流探傷センサにおいて、前記励磁コイルの間に、巻線の方向が互いに逆向きな４個の前記検出コイルを前記保持部材の軸方向及び周方向にマトリクス状に配置したことを特徴とする渦電流探傷センサ。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の渦電流探傷センサにおいて、前記励磁コイルとして巻線の平面形状が長円形に形成されたものを用いたことを特徴とする渦電流探傷センサ。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイル及び前記励磁コイルを前記円柱形の保持部材の表面に形成された凹部内に収納し、ポッティング樹脂で固定したことを特徴とする渦電流探傷センサ。
7. 請求項１に記載の渦電流探傷センサにおいて、前記保持部材の周方向に配置された複数個の励磁コイルと各励磁コイルの間に配置された１個乃至複数個の検出コイルとからなるセンサユニットを前記保持部材の軸方向に複数ユニット備え、前記各センサユニットを構成する前記各励磁コイル及び前記各検出コイルを前記保持部材の周方向に相互にずらして配置したことを特徴とする渦電流探傷センサ。
8. 請求項７に記載の渦電流探傷センサにおいて、前記検出コイルを介して前記保持部材の周方向に配置された２つの励磁コイルの巻線方向が励磁電圧の印加方向に対して交互に逆向きとなるようにして前記各センサユニットを構成する複数個の励磁コイルが直列又は並列に接続され、これら直列又は並列に接続された複数個の励磁コイルの両端が１つの励磁電源に接続されることを特徴とする渦電流探傷センサ。
9. 管状の検査体内に励磁コイル及び検出コイルを備えた渦電流探傷センサを挿入して検査体の探傷を行う渦電流探傷方法において、前記渦電流探傷センサとして、少なくとも１個の検出コイルを介してその両側に励磁コイルを配置してなり、前記検出コイル及び前記励磁コイルを円柱形の保持部材の周面に沿って弧状に配置し、前記検出コイルのコイル軸を前記保持部材の軸方向に向けると共に、前記励磁コイルのコイル軸を前記保持部材の半径方向に向け、前記検出コイル及び前記励磁コイルを管状の検査体内に挿入し、前記励磁コイルに逆向きの励磁電流を印加したとき、前記検出コイルと対向する部分において前記管状の検査体の軸方向に同一向きの渦電流が流れ、前記検出コイルにて前記管状の検査体の周方向に流れる渦電流を検出できるようになっている渦電流探傷センサを用いたことを特徴とする渦電流探傷方法。
10. 請求項９に記載の渦電流探傷方法において、前記渦電流探傷センサとして、前記保持部材の周方向に複数個の前記励磁コイルが等分に配置されると共に、これら各励磁コイルの間にそれぞれ１個乃至複数個の前記検出コイルが等分に配置され、かつ前記複数個の励磁コイルが直列又は並列に接続されたものを用い、これら直列又は並列に接続された複数個の励磁コイルに同一波形の励磁電圧を同時刻に印加し、前記検出コイルを介して前記保持部材の周方向に配置された前記励磁コイルから隣り合う前記検出コイル下に逆向きの渦電流を流すことを特徴とする渦電流探傷方法。
11. 請求項９及び請求項１０のいずれか１項に記載の渦電流探傷方法において、前記管状の検査体がプラントに備えられた熱交換器の伝熱管拡管部であることを特徴とする渦電流探傷方法。

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