JP2006118902A - 渦電流探傷法による欠陥高さ評価法 - Google Patents

Abstract

【課題】
浸透深さ以上の板厚を有する材料の表面に形成した欠陥の高さ評価が困難であった。
【解決手段】
同一欠陥について２種類以上の異なる周波数条件で渦電流探傷測定したときの振幅データから、欠陥のき裂面の電気伝導度の影響が欠陥寸法の影響に比べて十分小さい数値を求め、その数値から欠陥高さを評価することで、浸透深さ以上の板厚を有する材料の表面に形成した欠陥の高さ評価が可能となった。
本発明によれば、渦電流探傷による欠陥高さ評価において、渦電流探傷測定結果から迅速に欠陥高さを評価でき、特殊な技量を伴わないことから、検査現場での欠陥高さ評価ツールとして効果がある。
また、欠陥評価手順が簡便であることから、評価ミスのポテンシャルが低く、検査の信頼性向上に効果がある。
また、一般的な渦電流探傷検査に用いられる装置以外の装置を必要としないことから、設備投資が不要であり、コストの面でも効果がある。
【選択図】図１

Description

本発明は渦電流探傷による欠陥の高さ評価に関する技術である。

従来の渦電流探傷による欠陥の高さ評価は、主に加圧水型原子力発電プラントの伝熱管の検査に適用されている。

伝熱管のように、渦電流探傷プローブから発生する磁束の表皮深さと同等又はそれ以下の板厚を有する材料では、渦電流探傷検査により欠陥の高さに応じた位相の変化が得られるため、位相の変化から欠陥高さを評価できる。ここで、表皮深さとは磁束が表面の１／ｅ倍に減衰する深さであり、式［２］で表される。

ところが、表皮深さ以上の板厚を有する材料では、欠陥の高さに応じた位相の有意な変化が得られないため、位相の変化から欠陥の高さを評価するのは困難であった。

但し、δ：表皮深さ，μ：透磁率，ρ：導電率，ｆ：試験周波数

(社)日本非破壊検査協会 平成１５年春季大会 講演概要集 ４９〜５０頁 平成１５年５月発行

渦電流探傷とは、主に表面欠陥を被検体表面に流れる渦電流の変化から検出する手法である。渦電流探傷で得られる欠陥に関する信号は位相角と振幅であり、従来技術では、位相角の変化から深さの高さ評価を行っている。ところが、浸透深さ以上の板厚を有する材料の表面に形成した欠陥に対しては、欠陥の高さに応じた位相の変化が得られないため、欠陥の高さ評価が困難であった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、振幅に着目して欠陥高さを評価する手法を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、同一欠陥について２種類以上の異なる試験周波数条件での渦電流探傷測定により取得した複数の振幅、又はそれらより算出される同一次元で異なる２個の値１と値２との比を利用し、欠陥高さを評価することを特徴とする。また、渦電流探傷測定時の各試験周波数における探傷感度設定には、試験周波数のうち最も低い周波数条件における磁束の表皮深さ以上のＥＤＭスリット又は疲労欠陥を用いる。

本発明によれば、渦電流探傷による欠陥高さ評価において、渦電流探傷測定結果から迅速に欠陥高さを評価でき、特殊な技量を伴わないことから、検査現場での欠陥高さ評価ツールとして効果がある。

また、欠陥評価手順が簡便であることから、評価ミスのポテンシャルが低く、検査の信頼性向上に効果がある。

また、一般的な渦電流探傷検査に用いられる装置以外の装置を必要としないことから、設備投資が不要であり、コストの面でも効果がある。

本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は欠陥長さ２０mm以上，欠陥高さ１０mm以下の欠陥の高さ評価に、本発明を適用する場合の評価手順の説明図である。ここで、測定に用いる渦電流探傷プローブは、同一高さで、長さの異なるＥＤＭスリットを測定したときの振幅値が長さ２０mm以上で変化しないことを前提とする。

プロセス１では、２種類以上の異なる周波数条件で、評価対象の欠陥高さ範囲の人工欠陥（例えば放電加工ＥＤＭスリット。以下、ＥＤＭスリットと呼称する。）を探傷し、振幅とＥＤＭスリット高さの関係曲線を求める。ここで、渦電流探傷測定において、欠陥高さ評価可能範囲の最大高さ以上の欠陥高さを有するＥＤＭスリット１を探傷した時の振幅値が、全ての周波数条件において同じになるように設定することがポイントである。但し、ＥＤＭスリット１探傷時の振幅値が全ての周波数条件において同等にならない場合は、
ＥＤＭスリット１探傷時の振幅値を規格化としてもよい。通常、高さ１０mm以下の欠陥の高さ評価を行う場合は、高さ１０mm以下の範囲で欠陥高さに応じた振幅変化が得られる渦電流探傷プローブを用いて、探傷感度を高さ１０mmのＥＤＭスリット探傷時の振幅５Ｖと設定する。しかし例えば、欠陥高さに応じた明瞭な振幅変化が得られる範囲が高さ５mm以下となる渦電流探傷プローブを用いる場合には、探傷感度を高さ５mmのＥＤＭスリット探傷時の振幅５Ｖと設定する。
また、周波数条件は、渦電流探傷プローブの適用周波数の最大，最小及びその中間とするとよい。ここで、適用周波数とは、十分な感度で探傷できる周波数範囲のことである。

プロセス２では、プロセス１で得られた２種類以上の異なる周波数における振幅データから、ＥＤＭスリット毎に振幅の平均値と標準偏差を求め、平均・標準偏差比（以下、Ｘ値と呼称する。）と欠陥高さの関係曲線を作成する。

プロセス３では、プロセス１と同じ探傷条件で、高さ評価対象の欠陥を探傷し、Ｘ値を求め、プロセス２で作成した欠陥高さとＸ値の関係曲線に、その結果を当てはめ、欠陥高さを評価する。なお、説明図は、長さ２０mm以上の欠陥を探傷したときにＸ＝１５が得られた時の高さ評価例であり、図にＸ＝１５を当てはめることで高さを約４mmと評価する。

図２は、同一高さで、長さの異なるＥＤＭスリットを測定したときの振幅が長さ２０mm以上で同等となる渦電流探傷プローブを用いて、長さ２０mm以上，高さ１０mm以下の欠陥について高さ評価を行うための、Ｘ値と欠陥高さの関係曲線を得るための試験片の例である。試験片には、高さ１０mm以下の範囲におけるＸ値と欠陥高さの関係曲線が求められるように高さ１〜１０mmのＥＤＭスリットが付与されている。ＥＤＭスリットは渦電流探傷の出力が隣り合うＥＤＭスリットの影響を受けない間隔を確保し、試験片の幅は渦電流探傷の出力が試験片幅の影響を受けない幅とすることが試験片設計のポイントである。また、ＥＤＭスリットの幅は、渦電流探傷の出力がＥＤＭスリット幅の影響程度が無視できるほど小さいことが欠陥高さ評価精度向上の面で有効と考えられ、目安としてプローブのコイル内径の１／３以下とするとよい。

図３は欠陥長さ２０mm以下，欠陥高さ１０mm以下の欠陥の高さ評価に、本発明を適用する場合の評価手順の説明図である。ここでは、同一高さで、長さの異なるＥＤＭスリットを測定したときの振幅が長さ２０mm以下で変化することを前提とする。

プロセス１では、２種類の異なる周波数で、高さ評価対象とする高さ範囲を含むＥＤＭスリットを探傷し、振幅とスリット深さ，ＥＤＭスリット長さの関係を求める。ここで、渦電流探傷測定において、欠陥高さ評価可能範囲の最大高さ以上の欠陥高さを有するEDMスリット１を探傷した時の振幅値が、全ての周波数条件において同じになるように設定することがポイントである。但し、ＥＤＭスリット１探傷時の振幅値が全ての周波数条件において同等にならない場合は、ＥＤＭスリット１探傷時の振幅値を規格化としてもよい。

プロセス２では、２種類以上の異なる周波数における振幅から、ＥＤＭスリット毎に、Ｘ値，欠陥長さと欠陥高さの関係曲線を作成する。

プロセス３では、プロセス１と同じ探傷条件で、高さ評価対象の欠陥を探傷し、Ｘ値を求め、プロセス２で作成したＸ値，欠陥長さと欠陥高さの関係曲線に、その結果を当てはめ、欠陥高さを評価する。なお、説明図は、長さ７mmの欠陥探傷によりＸ値＝１０が得られたときの高さ評価例で、長さ７mmとＸ値１０を関係曲線に当てはめ、欠陥高さ約３mmと評価する。なお、欠陥長さは渦電流探傷法による指示長さ，浸透探傷による指示長さを用いるとよい。

図４は、同一高さで、長さの異なるＥＤＭスリットを測定したときの振幅が長さ２０mm以上で変化しない渦電流探傷プローブで、長さ２０mm以下，高さ１０mm以下の欠陥について高さ評価を行うために、Ｘ値，欠陥長さと欠陥高さの関係曲線を求めるための試験片の例である。試験片には、高さ１０mm以下の範囲におけるＸ値と高さの関係曲線が求められるように高さ１〜１０mmのＥＤＭスリットが付与されている。ＥＤＭスリットは渦電流探傷の出力が隣り合うスリットの影響を受けない間隔を確保し、試験片の幅は渦電流探傷の出力が試験片幅の影響を受けない幅とすることが試験片設計のポイントである。また、ＥＤＭスリットの幅は、渦電流探傷の出力がＥＤＭスリット幅の影響程度が無視できるほど小さいことが欠陥高さ評価精度向上の面で有効と考えられ、目安としてプローブのコイル内径の１／３以下を推奨する。

図５は、渦電流探傷法によるＥＤＭスリットの測定結果から得られたＸ値と欠陥高さの関係曲線を用いて応力腐食割れ（以下、ＳＣＣと呼称する。）の欠陥高さ評価結果と超音波探傷で測定した欠陥高さとの比較を示す。この結果より、本発明による欠陥高さ評価結果と超音波探傷法による欠陥高さ測定値はばらつきの範囲で一致しており、渦電流探傷法によるＥＤＭスリットの測定結果から得られたＸ値と欠陥高さの関係曲線を用いて、応力腐食割れ（以下、ＳＣＣと呼称する。）の欠陥高さを評価できることがわかる。

ＥＤＭスリットの測定結果から得られたＸ値と欠陥高さの関係曲線から、応力腐食割れの欠陥高さが評価できた理由を以下に説明する。

ＥＤＭスリットの欠陥面は完全に開口しているため、渦電流探傷で発生する渦電流が欠陥面を通過できず、電気的に絶縁された欠陥と見なすことができる。一方、ＳＣＣの欠陥面には部分的な連結が見られ、電気的に導通する部分が存在する。このような欠陥面の電気的導通性の違いにより、同一高さ，長さのＥＤＭスリットとＳＣＣの同一条件で渦電流探傷測定を行うと、ＥＤＭスリットの振幅がＳＣＣの振幅と同等もしくは大きい傾向となる。しかし、ＥＤＭスリットを２種類以上の異なる周波数条件で測定した時の振幅の平均と標準偏差の比と欠陥高さの関係曲線から、ＳＣＣの欠陥高さを評価できることが経験的に分かってきた。振幅と欠陥面の電気伝導度の間には式［３］の関係が近似的に成り立ち、式［４］に示すように平均と標準偏差の比が欠陥面の電気伝導度にほとんど依存しない関数形となるため、同一高さ，長さのＥＤＭスリットとＳＣＣの平均と標準偏差の比が殆ど同じ値となったと推察する。また、欠陥面の電気伝導度にほとんど依存しない関数形としては、式［４］の平均と標準偏差の比の他に、振幅の平均値と最大値の比，振幅の平均値と最小値の比など、多数存在することがわかる。

以上の本実施形態では、高さの異なるＥＤＭスリット又は疲労欠陥を用いて、板厚１０mm以上の厚肉材に発生したＳＣＣの高さ評価を可能とする関係曲線を作成するので、一般的な渦電流探傷検査に用いられる装置と関係曲線作成の試験片の他に、特別な設備や装置を必要としない。従って、安価で欠陥の高さ評価ができ、しかも特殊な技量がなくても欠陥の高さ評価が可能となる。

本発明の実施例を、以下に説明する。

実施例１として、図６に本発明を用いた検査フロー図を示す。

検査フロー図は、欠陥があっても許容寸法以下であれば検査合格とすることを前提とした場合の製品検査のフロー図である。
まず、渦電流測定により、製品の欠陥有無確認を行う。なお、測定では、微小な欠陥を検出するために、高さ１mm等の浅いＥＤＭスリットで探傷感度を設定するとよい。
この検査で、欠陥が見つかった場合、渦電流探傷法により欠陥の間隔，方向等の分布と長さを測定する。なお、欠陥分布と欠陥長さ測定は、欠陥開口長さの両端を鮮明に捉える必要があることから、高さ１mm等の浅いＥＤＭスリットで探傷感度を設定するとよい。
欠陥間隔は振幅ピーク間の距離から測定し、欠陥の方向はＣスコープ像と呼ばれる欠陥の表面分布像から測定する。また、欠陥長さについては、被検体の健全性評価において、安全側評価を行う場合には、実際の長さよりも過大評価となる信号消失長さを、現実的評価を行う場合は実際の長さと同等の長さとなる６ｄＢダウン法又は１２ｄＢダウン法による指示長さを用いるとよい。

次に、本発明により欠陥高さを評価する。評価対象欠陥を２種類以上の周波数で測定し、振幅の平均値と標準偏差を求める。それらの比を予め取得しておいた振幅の平均値と標準偏差の比と欠陥高さの関係曲線図に当てはめ、欠陥高さの評価を行う。なお、高さ評価のための渦電流探傷測定では、高さ評価対象範囲で周波数に応じた大きな振幅変化が得られる必要があるため、高さ評価対象範囲を１０mm以下と仮定した場合、高さ１０mm以上のＥＤＭスリットを十分なＳＮ比で検出できる感度で測定することが重要である。

これらの検査より得られた、欠陥の長さ，高さは全て記録し、全ての欠陥が許容寸法以下であれば製品検査合格とみなす。

欠陥長さ２０mm以上，欠陥高さ１０mm以下の欠陥の高さ評価に、本発明を適用する場合の評価手順の説明図。 欠陥高さとＸ値の関係曲線を得るための試験片構造図。 欠陥長さ２０mm以下，欠陥高さ１０mm以下の欠陥の高さ評価に、本発明を適用する場合の評価手順図。 欠陥高さ，欠陥長さとＸ値の関係曲線を得るための試験片構造図。 本発明による応力腐食割れの欠陥高さ評価結果と超音波探傷法による欠陥高さ測定結果との比較図。 実施例１の本発明による検査フロー図。

Claims (6)

1. 渦電流探傷法を用いた欠陥高さ評価方法において、２種類以上の異なる試験周波数条件での渦電流探傷測定により取得した複数の振幅から得られる、異なる２個の振幅１と振幅２との比、又は複数の振幅より算出される同一次元で異なる２個の値１と値２との比、又は振幅３と複数の振幅より算出される振幅３と同一次元で異なる値をもつ値３との比を利用し、欠陥の高さ評価を行うことを特徴とする欠陥高さ評価方法。
2. 請求項１において、同一次元で異なる２個の値１と値２との比、又は振幅３と複数の振幅より算出される振幅３と同一次元で異なる値をもつ値３との比が、２種類以上の異なる周波数条件での渦電流探傷測定により取得される複数の振幅の平均値，最大値，最小値，偏差，周波数１の振幅値、周波数１とは異なる周波数２の振幅値，最大値と最小値の差，最大値と最小値の和，周波数１の振幅値と周波数１とは異なる周波数２の振幅値の差、周波数１の振幅値と周波数１とは異なる周波数２の振幅値の和による組み合わせの比であることを特徴とする欠陥高さ評価方法。
3. 請求項１において、複数の異なる既知寸法の擬似欠陥を請求項１と同一周波数条件の渦電流測定により取得される、複数の振幅から得られる、異なる２個の振幅１と振幅２との比と欠陥寸法の関係、又は複数の振幅より算出される同一次元で異なる２個の値１と値２との比と欠陥寸法の関係、又は振幅３と複数の振幅より算出される振幅３と同一次元で異なる値をもつ値３との比と欠陥寸法の関係曲線を基に、欠陥の高さ評価を行うことを特徴とする欠陥高さ評価方法。
4. 請求項２において、欠陥寸法を、欠陥高さ又は欠陥高さと欠陥長さとすることを特徴とする欠陥高さ評価方法。
5. 請求項１又は２において、２種類の異なる試験周波数条件で渦電流探傷測定する際の各周波数における探傷感度を、式［１］で定義される表皮深さ以上の高さを有する同一EDMスリットを渦電流探傷測定した時の振幅値とすることを特徴とする欠陥高さ評価方法。
   

   

   但し、δ：表皮深さ，μ：透磁率，ρ：導電率，
   ｆ：渦電流探傷測定する際の最も低い試験周波数
6. 請求項５において、探傷感度が各周波数で異なる場合は探傷感度を規格化することで、探傷感度を同じにすることを特徴とする欠陥高さ評価方法。
   

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