JPH0278948A - 金属材料の劣化損傷検出装置及び検出方法 - 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、金属材料の損傷や劣化の検査方法及び装置に
係り、特に、原子カプラント及び化学プラントの高温環
境下で使用される含フェライト系ステンレス鋼、低合金
鋼等の金属材料の実機部材における高温時効脆化、ひず
み損傷等の検知に好適な測定装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の脆化測定方法の例としては、特開昭５４−６１９
８１号公報に記載のような方法がある。ここでは、オー
ステナイト系ステンレス溶接金属の脆化の有無を初期の
δフエライト量が５％以上減少したことで判定するとし
である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、高温で使用される金属材料の内で、
特に、含フェライト系ステンレス鋼を例にとれば、高温
長時間の使用により時効脆化を起こすことが、すでに知
られている。これは、およそ６００℃以上の比較的高温
においては、σ相の析出に起因する。σ脆化が生じ、ま
た、４００℃から５００℃の範囲では、いわゆる４７５
℃脆性が生じることによる。しかし、４７５℃脆性は、
４００″Ｃ以下の温度範囲においても長時間使用中に生
じうる可能性があり、含フェライト系ステンレス鋼の実
機部材の高温での使用には十分の配慮が必要である。

しかしながら、上記従来技術は、５００℃以下の脆化及
び予ひずみがある場合のひずみ時効については配慮され
ておらず、−４７５℃脆性の程度を検出できなかった。

また、実機溶接部の初期フェライト量は溶接位置で異な
り、ばらつきも大きい。さらに、実機では、溶接箇所が
膨大であるため、全部の溶接部及び機器材料の初期のフ
ェライト量を全て監視することは困難である。したがっ
て、従来技術は、初期フェライト量が不明な箇所には適
用できないため、実機で実用化できないという問題があ
った。

一方、渦流検査法（Ｅｄｄｙ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｅ５
ｔ　Ｍｅｔｈｏｄ以下ＥＣＴという）の例としては、特
開昭５５−１４１６５３号公籟記載のｒ強析出効果型鉄
基合金の劣化状態判定方法」がある。この従来例は、被
測定材のＥＣＴ値と使用前の被測定体、あるいはそれと
同種材質の材料を被測定体の初期熱処理と同様の熱処理
を施したもののＥＣＴ値を比較し、その値が正か負かに
よって鉄基合金の劣化状態を判定する方法を示している
。

しかし、正負によって判定するのみであるから。

定量的な測定はできない。また、予ひずみがある場合の
ひずみ時効については配慮されていない。

本発明の目的は、高温環境下で使用する含フェライト系
ステンレス鋼、低合金鋼等の金属材料め実機部材の脆イ
ヒ及びひずみ損傷の程度を非破壊的にかつ精度良く検知
できる方法及び装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕　　゛ ゛上記−的は、材料の時効劣化に伴うて変化する材料の
磁気的な特性を測定すること比より材料の劣化及゛びひ
すみ損傷の程度を判定することができる。材料の磁気特
性を示す磁気ヒステリシスの形態及び磁気バルクハウゼ
ンノイズのレベルが材料の劣化の程とひずみ損傷の程度
によく対応している。すなわち、この変化から金属材料
の劣化及びひずみ損傷の程度を推定できる。

被測定体を局所領域を効率良゛く強磁場で励磁するのに
、励磁コイルに超電導コイルを採用することも考えられ
る。

また、磁界の検出には検出コイルと積分器の代わりに高
精度の磁気測定が可能な超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩ
Ｄ）あるいは半導体のホール素子の磁気センサを用いて
行うこともできる。

金属材料の劣化度や損傷度を推定するには、飽和磁気、
残留磁気、保持力、磁気バルクハウゼンノイズ・レベル
、材料データ等のパラメータに重回帰分析等の統計的な
データ処理を加えることにより高い相関性が得られる。

亀 本発明の劣化損−検出装置！ｉよ、測定体に励磁コイル
等により磁場を印加□し、それによって前記測定体に生
じた磁゛気の変化から劣化や損傷を検出する金属材料の
検査装置において、前記測定体の飽和磁気、残留磁気、
保持力、バルクハウゼンノイズ等の磁気特性を検出する
磁気測定装置と数値解析手法により測定領域の磁界の状
態を求める演算装置を備え、予め求めておいた飽和磁気
、残留磁気、保持力、バルクハウゼンノイズ等の磁気特
性の変化と金属材料の損傷や劣化との関係のデータベー
スから材料のひずみ損傷や劣化の程度を判定する演算装
置及び出力する表示装置とを備えてなることを特徴とす
る。

この場合に、ΔＩＩＪ定体を励磁する励磁コイルと１１
１ｒＪ定休の磁気特性を検出する磁気センサを一体化す
ることが好ましい。また測定体を励磁する励磁コイルと
前記測定体の磁気特性を検出する磁気センサを測定体を
挾んで配置し、測定体の漏れ磁束を測定し、材料のひず
み損傷や劣化を判定し、或いは励磁コイルを馬蹄形とし
て測定体の磁気異方性を検出し、材料のひずみ損傷や劣
化を判定することが好ましい。

尚、後者判定方法を採用するなら、磁気異方性を測定す
るため、馬蹄形励磁コイルを回転させ、最大磁気と最小
磁気の方向と値からひずみ損傷や劣化を判定することも
一案である。この他判定方法としては、■磁気特性から
ひずみ損傷や劣化を判定する方法として、測定されたｒ
３−　Ｈ特性に対して、あるひずみ量を仮定し、そのひ
ずみ量における時効のデータベースから測定されたＢ−
Ｈ特性に最も近いＢ−Ｈ特性を選択し、時効時間を決定
し、次いでこの時効時間を基憎に、この時効時間におけ
るひずみ量のデータベースから１ｌｌｉ＋定されたＢ−
Ｈ特性に最も近いＢ　−Ｈ特性を選択し、新たにひずみ
量を再決定し、ひずみ量をＪ、ｔ、ｌに、同様に上記の
方法を繰返し、最終的に収束したひずみはと時効時間を
測定体のひずみ損Ｇや劣化を判定する方法、■励磁コイ
ルの出力を段階的に変えていき、その変化量から測定体
の深さ方向の磁気特性を求め、測定体の深さ方向のひず
み損傷や劣化を判定する方法、■磁気特性からひずみ損
傷や劣化を判定する方法として、測定されたバルクハウ
ゼンノイズスペクトルに対して、あるひずみ量を仮定し
、そのひずみ量における時効のデータベースから測定さ
れたバルクハウゼンノイズスペクトルに最も近いバルク
ハウゼンノイズスペクトルを選択し、時効時間を決定し
、次に、この時効時間を基準に、この時効時間における
ひずみ量のデータベースから測定されたバルクハウゼン
ノイズスペクトルに最も近いバルクハウゼンノイズスペ
クトルを選択し、新たにひずみ量を再決定し、ひずみ量
を基準に、同様に上記の方法を繰返し、最終的に収束し
たひずみ量と時効時間を測定体のひずみ損傷や劣化を判
定する方法、■磁気特性からひずみ損傷や劣化を判定す
る方法として、測定されたＢ−Ｈ特性の保磁力、残留磁
気、及び磁気ヒステリシスループ面積等のデータから、
予め統計処理によりもとめておいた磁気と損傷や劣化の
データベースを用いて、測定体のひずみ損傷や劣化を判
定する方法が有効である。

構造上は、■励磁コイルと磁気センサをアレー方式とし
、最外周部に磁界の均一性を確保するため、最外周部に
ダミー励磁コイルを設けることや。

■励磁コイルと磁気センサの指向性を直交方向に交互に
配置することや、■磁気センサとして超電導量子干渉素
子（ＳＱＵＩＤ）センサを用いて。

磁気異方性を検出できる５ＱＵＩＤセンサのピックアッ
プコイル構造としたことが好ましい。

尚、原子炉圧力容器等の壁の磁気特性を１ｌｌｑ定する
場合に内壁と外壁にそれぞれ励磁コイルと磁気センサ走
査する駆動装置を配置し、内壁に励磁コイル、外壁に磁
気センサあるいは、内壁に磁気センサ、外壁に励磁コイ
ルを配置することが有効である。配管の磁気特性を測定
する場合に配管内部と配管外部にそれぞれ励磁コイルと
磁気センサ走査する駆動装置を配置し、配管内部に励磁
コイル。

配管外部に磁気センサあるいは、配管内部に磁気センサ
、配管外部に励磁コイルを配置することが有効である。

更に測定された測定体の損傷と劣化のデータ及び測定体
の機器のデータベースより、将来における測定体の損傷
や劣化の進行を劣化のデータベースから予測する機能を
持たせることや、測定体の損傷や劣化の状態を表示する
表示装置の画面を複数に分割し、８Ｉす定条件や測定し
た磁気特性の表示。

測定体の機器の使用環境や材質データ、判定した損傷や
劣化のデータ、及び将来の機器の損傷劣化の進行予測等
を表示し、必要に応じてマウスやキーボード等でデータ
の入力、修正でき、判定や演算を再修正できる機能部を
具備することも有効である。

〔作用〕

金属材料は、高温環境中で長時間使用すると、内部組織
に変化を生じ、強度が低下する。含フェライト系ステン
レス鋼の４７５℃熱処理を施した時効材のシャルピー衝
撃試験結果をみると高温時効の熱処理時間の増加に伴い
強度が低下することがわかる。

発明者らは、含フェライト系ステンレス鋼等の金属材料
の高温加熱による脆化について種々検討した結果、高温
時効に伴い、金属組織の粒界に他の相が析出したり、炭
化物やＳ、Ｐが偏析することにより、硬さや衝撃強度等
の機械的性質の他に電気抵抗率ρや透磁率μなどの電磁
気的特性も変化することがわかった。特に、材料の高温
時効脆化と磁気特性の変化とがよく対応することを見出
した。受入れ材と高温熱処理材の磁気ヒステリシスの測
定結果では、被ｆｉｌｑ定休は脆化の程度により磁気ヒ
ステリシスループの面積（磁気ヒステリシスロス）、残
留磁気や保磁力等に変化が生じている。また、金属材料
を励磁する際に発生する磁気バルクハウゼンノイズを測
定すると、受入れ材と高温熱処理材とで磁気バルクハウ
ゼンノイズ・レベルの成分に違いがみられる。

また、含フェライト系ステンレス鋼や低合金鋼等の金属
材料に加工による塑性ひずみを加えると。

その塑性ひずみ量に依存して材料の磁気特性が変化する
。さらに、予ひずみを与えた材料を時効させた場合も同
様にひずみ時効の程度に対応した磁気特性の変化が得ら
れた。

すなわち、このような現象を利用すれば、含フェライト
系ステンレス鋼や低合金鋼等の金属材料の加工ひずみや
時効脆化の進行程度を精度良く検知することができる。

〔実施例〕

次に１本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明の原理となる測定体１の金属材料のひずみ損傷及
び時効劣化と磁気特性との関係を図面を用いて説明する
。

第２０図は、２相ステンレス鋼について塑性ひずみを与
えたときの磁気ヒステリシスループを示したものである
。塑性ひずみｉ　ｐ＝ｏ％と１ｐ＝２％を比較すると、
塑性ひずみにより磁気ヒステリシスループの形状が変化
し、最大磁束密度と残留磁束密度に増加が認められる。

しかし、保磁力は、はとんど変化していない。

第２１図は、２相ステンレス鋼ＣＦ３Ｍ材とＣＦ８Ｍ材
における塑性ひずみ址による残留磁束密度の変化を示し
たものである。図より塑性ひずみの増加に伴い、残留磁
束密度は、急激に増加するが、塑性ひずみが大になるに
従い残留磁束密度は飽和する傾向におる。ＣＦ３Ｍ材と
ＣＦ８Ｍ材では、塑性ひずみ量による残留磁束密度の変
化の傾向は同じであるが、その絶対値には多少違いがあ
る。

第２２図は、上記の材料について塑性ひずみ量と保磁力
の関係を示したものである。図より塑性ひずみ意に無関
係に保磁力は、はぼ一定の値を示す、すなわち、塑性ひ
ずみは、保磁力に影響しな勧１゜ 第２３図は、上記の材料について塑性ひずみ量と最大磁
束密度の関係を示したものである。図より、塑性ひずみ
を与えることにより最大磁束密度に僅かの増加が見られ
るが、最大磁束密度は、塑性ひずみ量によらずほぼ一定
の値を示す。

第２４図は、金属材料に塑性ひずみを与えたときの塑性
ひずみ印加方向と平行な方向の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）
と直交方向の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）を示したものであ
る。塑性変形により材料中の磁区が塑性ひずみ方向に揃
い、平行な方向と直交方向に磁気の異方性が生じる。こ
のため、塑性ひずみと平行な方向のＢ−Ｈ特性（Ｂ／／
εｐ）に対して直交方向のＢ−Ｈ特性（Ｂ土ｆ’ｐ）は
、減少する。

第２５図は、磁気異方性のデータを最大磁束密度Ｂｐ及
び残留磁束密度Ｂｒとひずみｍｅとの関係で整理したも
のである。即ち、塑性ひずみと平行な方向と直交する方
向の磁気特性からひずみ状態が判定できる。

これらの特性をデータベースとして、金属材料のひずみ
損傷を判定することができる。

次に金属材料の時効劣化と磁気の関係を図面に基づいて
説明する。

第２６図は、２相ステンレス鋼の時効に伴うシャルピー
吸収エネルギーの変化を示したものである。時効時間の
増加に伴いシャルピー吸収エネルギーが小さくなる。そ
こで、この変化を非破壊で測定するために、時効と磁気
特性の関係を調べた。

その−例を第２７図に示す。処女材の磁気ヒステリシス
ループに対して時効材の磁気ヒステリシスループでは、
最大磁束密度は殆ど変らないが、残留磁束密度、保磁力
と磁気ヒステリシスループ面積が増加していることがわ
かる。

次に、塑性ひずみεｐ＝２％を与えた場合の２相ステン
レス鋼材の処女材及び時効材の磁気特性（Ｂ−Ｈ特性）
の−例を第４２図に示す。塑性ひずみ１ｐ＝ｏ％と２％
の処女材を比較すると、塑性ひずみにより磁気ヒステリ
シスループの形状が変化し、最大磁束密度と残留磁束密
度に増加が認められる。しかし、保磁力は、はとんど変
化していない。この塑性ひずみＥＰ：２％材を時効する
と、第２７図と同様に、時効により磁気ヒステリシスル
ープの形状に変化が認められ、磁気ヒステリシスループ
面積、残留磁束密度及び保持力が増加している。しかし
、最大磁束密度は、はとんど変化していない。このこと
から塑性ひずみによる磁気特性への影響と時効による磁
気特性への影響とは、別のメカニズムによると考えられ
る。すなわち、塑性変形により磁区が塑性ひずみ方向に
異方性を持つために透磁率が増大し、最大磁束密度が増
加する。また、時効では、磁性を持つフェライト相内に
α′相やＧ相などの析出するために磁区の回転モーメン
トは増加し、残留磁束密度や保持力が増加するものと考
える。

塑性ひずみによる保磁力の変化を第２８図に示′す、処
女材では、保磁力は塑性ひずみに無関係で一定である。

時効材では、塑性ひずみに増加に伴い保磁力は増加する
が、飽和する傾向にある。また、時効時間が大きいほど
、この傾向は大きい。

第２８図のデータを時効時間で整理したものを第２９図
に示す。図より、処女材では、保磁力は。

塑性ひずみ量に無関係にほぼ一定であるが、時効時間の
対数に対しては、はぼ直線的に増加する傾向を示した。

塑性ひずみεｐ＝０．２％以下では、塑性ひずみの影響
は見られない。塑性ひずみｆｐ＝０．２％から２％の範
囲では、塑性ひずみが大きいほど、保磁力の変化が大き
くなる傾向を示した。さらに、塑性ひずみεｐ＝２％以
上では、塑性ひずみの影響が飽和する傾向にあった。

塑性ひずみによる残留磁束密度の変化を第３０図に示す
、塑性ひずみに増加に伴い残留磁束密度は増加するが、
飽和する傾向にある。また１時効時間が大きいほど、こ
の傾向は大きい。

第３０図のデータを時効時間で整理したものを第３１図
に示す。図より、時効時間の対数に対して残留磁束密度
は、はぼ直線的に増加する傾向を示した。また、塑性ひ
ずみ量が大きいほど、残留磁束密度が大きく現われた。

塑性ひずみによる最大磁束密度の変化を第３２図に示す
。最大磁束密度は、塑性ひずみを与えることにより急激
に増加するが、塑性ひずみ量には無関係にほぼ一定の値
を示した。塑性ひずみε２２０％材に対して塑性ひずみ
を負荷した試験片では、最大磁束密度が約５０％増加し
た。また１時効による最大磁束密度の変化は、はとんど
見られなかった。

第３２図のデータを時効時間で整理したものを第３３図
に示す。時効時間により最大磁束密度が変らないことが
分かる。

第３４図は、低合金鋼について塑性ひずみを与えたとき
の磁気ヒステリシスループを示したものである。塑性ひ
ずみ１ｐ＝ｏ％とεｐ＝４％を比較すると、塑性ひずみ
により磁気ヒステリシスループの形状が変化し、保磁力
と残留磁束密度に増加が認められる。しかし、最大磁束
密度は、はとんど変化していない。

本発明の動作原理を第３４図を用いて説明する。

金属材料は、高温環境中で長時間使用すると、内部組織
に変化を生じ、強度が低下する。第３４図に含フエライ
ｌ−系ステンレス錆の４７５℃熱処理を施した時効材の
シャルピー衝撃試験結果を示す。高撚時効の熱処理時間
の増加に伴い強度が低下している。

発明者らは、含フェライト系ステンレス鋼等の金属材料
の高温加熱による脆化について種々検討した結果、高温
時効に伴い、金属組織の粒界に他の相が析出したり、炭
化物やＳ、Ｐが偏析することにより、硬さやｆ！＃撃強
度等の機械的性質の他に電気抵抗率ρや透磁率μなどの
電磁気的特性も変化することがわかった。特に、材料の
高温時効脆化と磁気特性の変化とがよく対応することを
見出した。受入れ材と高温熱処理材の磁気ヒステリシス
の測定結果では、被ｆｉ＋す定休は脆化の程度により磁
気ヒステリシスループの面積（磁気ヒステリシスロス）
、残留磁気や保磁力等に変化が生じている。また、金属
材料を励磁する際に発生する磁気バルクハウゼンノイズ
を測定すると、受入れ材と高温熱処理材とで磁気バルク
ハウゼンノイズ・レベルの成分に違いがみられる。

また、含フェライト系ステンレス鋼や低合金鋼等の金属
材料に加工による塑性ひずみを加えると、その塑性ひず
み量に依存して材料の磁気特性が変化する。さらに、予
ひずみを与えた材料を時効させた場合も同様にひずみ時
効の程度に対応した磁気特性の変化が得られた。

すなわち、このような現象を利用すれば、含フェライト
系°ステンレス鋼や低合金鋼等の金属材料の加工ひずみ
や時効脆化の進行程度を精度良く検知することができる
。

第３５図は、低合金鋼における塑性ひずみ量と保磁力の
変化を示したものである６図より塑性ひずみの増加に伴
い、保磁力は、急激に増加するが。

塑性ひずみが大になるに従い保磁力は飽和する傾向にあ
る。この材料を時効した場合、保磁力は減少するが、時
効時間に無関係に一定の値になる。

第３６図は、低合金鋼における塑性ひずみ量と残留磁束
密度の変化を示したものである。第３５図の保磁力と同
じ結果である。

第３７図は、低合金鋼の時効に伴うシャルピー吸収エネ
ルギーの変化を示したものである。時効時間の増加に伴
うシャルピー吸収エネルギーの変化は小さい。

そこで、時効と塑性ひずみ量の変化を非破壊的に測定す
るために、磁気特性の関係を調べた。その−例を第３８
図及び第３９図に示す。

第３８図は１時効時間の増加に伴う低合金鋼の保磁力の
変化を示したものである。処女材では、保磁力により塑
性ひずみを判別できる１時効がある場合、塑性ひずみε
ｐ＝１％以下は判定可能であるが、塑性ひずみｉ　ｐ＝
１％以上では保磁力は。

一定値となる。

第３９図は、時効時間の増加に伴う低合金鋼の残留磁束
密度の変化を示したものである。処女材では、残留磁束
密度により塑性ひずみを判別できる。時効がある場合、
塑性ひずみ１ｐ＝０．２％以下かあるいはεｐ＝０．５
％以上かの判定は可能である。

このように、２相ステンレス鋼及び低合金鋼において１
Ｍ性ひすみ及び時効と磁気特性の変化には、密接な相関
性が認められた。

次に１本発明のシステムの実施例を図面に用いて説明す
る。

第１図は１本発明による金属材料の劣化検査装置を実施
するためのシステム構成の一例を示したものである１図
において、１は原子カプラント等に用いられる機器ある
いは配管等の測定体である。

２１は前記測定体１を励磁するための励磁コイルで１，
２２は励磁コイル２１の磁化装置である。

３１は前記測定体ｌの磁気を検出するための磁気センサ
で、３２は、磁気センサ３１のコントローラである。４
１は励磁コイル２１や磁気センサ３１の駆動装置で、４
２は、駆動装置ｉ！４１のコントローラである。５１は
、励磁コントローラ２２゜磁気センサコントローラ３２
や駆動コントローラ４２からのデータを入力し、解析す
る磁気演算装置である。５２は、測定体１の磁気データ
ベースである。６１は、磁気演算装置５１で解析したデ
ータを基に測定体の劣化度を判定する劣化演算装置であ
る。６２は、測定体１の磁気と劣化度の関係を示すデー
タベースである。７１は、ｄ（り定結果を出力する表示
装置である。

本発明のシステムの動作は、先ず、前記８（り定休１を
励磁コイル２１で励磁し、このときの磁気変化を磁気セ
ンサ３１で検出する。このセンサ部の実施例の詳細を第
２図から第８図を用いて説明する。

第２図は、同軸構造のコア２１１内部に励磁コイル２１
０を配置し、測定体１を励磁する構造のものである。中
央のコアにはホール素子や検知コイル等の磁気センサ３
１０が配置してあり、前記測定体１の磁気変化を検出す
る。

第３図は、第２図の実施例においてホール素子や検知コ
イル等の磁気センサ３１０をル１す定休１に対して励磁
コイル２１０の反対側に配置したものである。前記冊定
体１の磁気変化を漏れ磁束で検出する。

第４図及び第５図は、３１’ｌ定体１の磁気異方性を検
出するためのセンサである。第４図では、馬蹄形のコア
２１２に励磁コイルを巻きつけ、ｉｉ＋１１定体１を動
体１る。この時の表面での漏れ磁束を磁気センサ３１０
で検出する。第５図では、第４図の実施例における磁気
センサ３１０を測定体１に対して励磁コイル２１０の反
対側に配置したものである。前記測定体１の磁気変化を
励磁コイル２１０の反対側の漏れ磁束から検出する。

又、測定効率を上げるために、励磁コイル２１と磁気セ
ンサ３１をアレー方式とした実施例を第６図及び第７図
に示す。

第６図は、−次元のアレー方式のセンサ部の実施例であ
る。磁気測定方向が互いに直交する励磁コイル２１３，
２１４と磁気センサ３１３，３１４が一次元に配列され
ており、最端部には磁気の拡散による乱れを補正するた
めのダミー励磁コイル２１５がある。このアレー方式の
センサを走査することにより測定体１の磁気特性を高速
に検出できる。

第７図は、第６図の一次元のアレー方式のセンサを二次
元に拡張した実施例である。磁気）ｌ（１定方向が互い
に直交する励磁コイル２１３，２１４と磁気センサ３１
３，３１４が二次元に配列されており、外周部に磁気の
拡散による乱れを補正するためのダミー励磁コイル２１
５がある。この二次元アレー方式のセンサを走査するこ
とにより測定体１の磁気特性をさらに高速に検出できる
。

第８図は、磁気センサに超電導量子干渉素子（Ｓ　ＱＵ
　Ｉ　Ｄ）センサを利用した実施例である。

一般に生体検査等に用いられている５ＱＵＴＤセンサ応
用し、外部磁界を測定できるクライオスット３３３の中
に液体Ｈｅを注入し、５ＱｔＪ４Ｄセンサ３３０が動作
する鮎度に保持する。５ＱＵＩＤセンサ３３０部は、ノ
イズを遮断する磁気シールド３３４の中にある。磁気信
号は、ピックアップコイル３３１で検出する。ピックア
ップコイル３３１は、磁気異方性を検出するため楕円コ
イルが直交するように配置したもので、磁気異方性の差
分を検出するようになっている。また、第９図及び第１
０図は、他のピックアップコイルの゛実施例である。第
９図は、同軸−ヒに二次微分コイルを形成したものであ
る。磁気分布を高精度に検出できる。第１０図は、微分
型コイルを２個以上平行に配列したものであり、磁気分
布を高精度に検出できる。

第１図における励磁コイル２１及び磁気センサ３１を走
査するためのｗＡ勅装置４１の詳細を沸騰水形原子炉に
適用した実施例について第１１図から第１６図を用いて
説明する。

第１１図は、沸騰水形原子炉の断面図である。

６１０は原子炉圧力容器、６１１は制御棒、６１２は制
御棒案内管、６１３は上部クリッド、６１４は炉心サポ
ート、６１５は炉水である。原子炉圧力容器６１０の一
ヒ部にはクレーン６１７がある。

このクレーン６１７にケーブル９００で駆動装置４１ａ
が釣下げられてあり、原子炉圧力容器６１０の炉水中６
１５の内壁に駆動装置４１ａが配置されている。駆動装
置４Ｌａはケーブルで原子炉圧力容器６１０の外に配置
されたモニター６１８等に接続され、遠隔操作で動作す
る。

また、原子炉圧力容器６１０の外壁に駆動装置４１ｂが
配置されて、駆動装置４１ｂは、ケーブル９００の代り
にレール６２０があり、軌道上を移動する。駆動装置４
１ａと４１ｂは遠隔操作により連動して原子炉圧力容器
６１０の検査をすることができる。

第１２図は、原子炉圧力容器点検Ｘ−Ｙ走査型駆動装置
の一例である。駆動装置４１は、４本の支柱を持つフレ
ーム８９１．原子炉圧力容器６１０の壁に固定するため
の吸盤８９２及び真空ポンプ８９３とフレーム８９１を
Ｘ軸上に移動するためのモータ８９５、ギアボックス８
９６及び駆動シャフト８９８並びにＹ軸上に移動するた
めのモータ８９７、ギアボックスを備えたエアシリンダ
８９９及び駆動シャフト８９４からなり、エアシリンダ
８９９の先端には励磁コイル２１及び磁気センサ３１が
装備しである。

他の実施例として沸騰水形原子炉の配管系に適用した例
について第１３図、及び第１４図を用いて説明する。

第１３図は、原子炉配管系外部点検用駆動装置の一例で
ある。駆動装置Ｒ４１は、２分割可能な固定リング８１
０と配管６３０の周方向に回転可能な回転リング８１１
からなる。固定リング８１０には、駆動モータ８２０、
ギヤボックス８２１及　′び位置検出用エンコーダ８２
７からなる３組の軸方向移動機構がある。軸方向の移動
量は、ローラ８２４及びエンコーダ８２６で検出し、軸
方向移動機構にフィードバックされる０回転リング８１
１は、複数のプーリー８２５により固定リング８１０に
保持され、周方向の位置検出機能を備えた回転モータ８
２３で駆動する。回転リング８１１の一部に励磁システ
ム２及び磁気センサシステム３が装備したヘッド部８５
０がある。なお、駆動モータ８２０，８２３、エンコー
ダ８２６，８２７゜及びヘッド部８５０には磁気測定に
磁気ノイズが影響しないように磁気シールドが施されで
ある。

第１４図は、原子炉配管系内部点検用駆動装置の一例で
ある。駆動装置４１は、配管内を移動するための駆動系
とセンサ部を走査する走査系とからなる。

駆動系では、ステッピングモータ等９１０によりタイミ
ングベルト９２２を介して各々の１動輪に伝達される。

装置の配管内移動を可能とする。

走査系では、ステッピングモータ等９２５によ・　　リ
プーリ−９２４，９２８とタイミングベルト９２６を介
して、シャフト９２３に伝達される。

シャフト９２３の先端にある磁気センサ部を走査する。

磁気センサ部は、励磁コイル２１と磁気センサ３１から
なり、測定に際は、エアシリンダ９３１等で測定体に押
しつけられる。

尚、第１２図から第１４図の駆動装置を組合せることに
より第３図及び第５図の測定方法が可能となる。

上記のように、励磁コイル２１．磁気センサ３１、及び
駆動装置４１により、原子力発電プラント等の測定体１
の磁気特性を検出できる。

次に、測定方法について２つの実施例について述べる。

第１の方法は、測定体１の厚さ方向の磁気特性を検出す
るものである。励磁コイルの出力を段階的に上昇させ、
磁束の深さの方向への侵入度を変えて磁気特性の変化を
測定する。深さ方向の情報は、２つの磁気特性データの
差分から求まる。また、励磁コイルの周波数を変化させ
、磁場に浸透深さを変えることのより、同様に求めるこ
とができる。

第２の方法は、測定体１の磁気異方性を検出するもので
ある。第４図あるいは第５図の励磁コイルを用いて、測
定体の全角度の磁気特性を測定し、最大感度と最小感度
の方向や、磁気の角度分布から磁気の異方性が判定でき
る。

第１図において励磁コイル２１．磁気センサ３１、及び
駆動装置４１の測定データは、各々のコントローラ２２
，３２．４２を介して磁気演算装置５１に入力される。

第１５図に磁気演算装置５１の詳細を示す。

測定体１を？１ｌ１１定した励磁コイル２１．磁気セン
サ３１．及び駆動装置４１のデータは、磁気演算装置５
１の入力メモリ５１１に取り込まれる。入力メモリ５１
１の測定データは、磁気データ表示装置５１２に出力さ
れ、測定状態のチエツクを行う。又、各材料の基本磁気
データは、磁気データベース５２から取り込まれる。

ｄ１１１定状態及び測定データのチエツク後、磁界解析
演算装置５１３によりＭ場が解析される。解析手法は磁
界解析コード５１４から選択される。

磁界の解析の結果から、磁気特性の異方性のデータを分
離する異方性データ処理５１７と、磁気特性の深さ方向
のデータを分離する深さ方向のデータ処理５１６により
、上記で述へたようにデータ処理される。

これらのデータは、劣化演算装置に入力される。

第１６図に劣化演算装置６１の詳細を示す。

磁界解析より求めた磁気特性の異方性と深さ方向のデー
タは、それぞれメモリ５６１，５６２に取り込まれる。

磁気特性の異方性のデータは、磁気異方性データ前処理
５６３により劣化判定の前処理が行われ。

最も相関性の高い順にパラメータが選択される。

同様に磁気の深さ方向のデータについても磁気深さデー
タ前処理５６４により劣化判定の前処理が行われ、最も
相関性の高い順にパラメータが選択される。これらの劣
化パラメータは、劣化判定演算処理５６５に取り込まれ
、測定体１の劣化度が判定される。

また、劣化判定のデータベースは、第２０図から第４２
図に示すデータを有している。

劣化判定演算処置５６５のひずみ時効劣化判定の詳細の
一例を第４０図及び第４１図を用いて説明する。

ある塑性ひずみと時効を受けた材料は、第４０図及び第
４１図の結果を用いて、塑性ひずみと時効時間を定量的
に分離することができる。例えば。

測定された残留磁束密度Ｂｒが４５００　ａであつたと
すると、第４８図より塑性ひずみ４％で時効時間１００
ｈｒ、塑性ひずみ０．５％で時効時間２００ｈｒあるい
は塑性ひずみ０．２％で時効時間４００ｈ　ｒの種々な
ケースがありうる。ここで、塑性ひずみ４％で時効時間
１００ｈｒの場合、保磁力Ｈｃは第４９図より３７０ｅ
となる。同様に、塑性ひずみ０．５％で時効時間２００
ｈ　ｒの場合。

保磁力Ｈｅは４３０ｅ、塑性ひずみ０．２％で時効時間
４００ｈｒの場合、保磁力Ｈｃは５４０ｅとなる。した
がって、残留磁束密度Ｂｒと保磁力Ｈｅの大きさによっ
て塑性ひずみと時効時間が分離されることになる。残留
磁束密度と保磁力から２相ステンレス鋼の塑性ひずみ量
と時効時間を判定できる。

他の判定法の実施例として第１７図と第１８図の例を示
す。

第１７図は、磁気ヒステリシスループの形状からひずみ
時効の劣化度を判定するものである。

初期ひずみ敏を仮定して、そのひずみ量における時効の
程度の中から最も近い磁気ヒステリシスループを見つけ
、時効時間を判定する。

次に、この時効時間におけるひずみ量の中から最も近い
磁気ヒステリシスループを見つけ、ひずみ量を判定する
。

更に、このひずみ量を仮定して、同様の判定を行い、収
束したひずみ量と時効時間を判定する。

第１８図は、バルクハウゼンノイズスペクトルについて
第１７図と同様の判定方法をするものである。

更に、求めたデータから現在の劣化の状態を判定すると
共に、機器のデータベースから使用条件考慮して１例え
ば、第２６図、第２９図、第３０図、第３３図あるいは
第３７図等をグラフを内挿や外挿することにより、将来
の劣化の進行を予測演算する。

このような方法によりひずみ時効を判定と今後の劣化の
進行を推定できる。

第１９図に表示装置７１の詳細を示す。

表示装置７１の画面は４分割され、磁気検査測定状態１
機器のデータ、劣化度判定状態及び今後の劣化度進行子
側を表示し、画面の上のマウス７２により各々の条件を
選択、修正等ができる。

これらの実施例によれば材料の磁気特性の変化からひず
み時効の程度を高精度に判定できるため材料の劣化評価
を向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高温で使用される金属材料の脆化の程
度及び塑性ひずみ量を非破壊的にかつ迅速に検知できる
ので、機器の損傷を未然に防ぐことが可能となり、実機
の安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の実施例のシステム構成図。 第２図、第３図、第４図、第５図は、夫々磁気センサ部
の詳細を示す側面図、第６図、第７図は、夫々アレー式
磁気センサの詳細を示す斜視図、第８図は、磁気センサ
に５ＱＵＩＤセンサを領した例を示す断面図、第９図、
第１０図は、夫々５ＱＵＩＤセンサのピックアップコイ
ルの例を示す斜視図、第１１図は、本発明を原子炉点検
装置に応用した場合の断面模式図、第１２図は、第１１
図の例に用いるＸ−Ｙ走査駆動装置の斜視図。 第１３図は、同じく配管系外部検査装置の部分斜視図、
第１４図は、同じく配管系内部検査装置の側面図、第１
５図は、磁気演算装置の動作例を示すフロー図、第１６
図は、劣化演算装置の動作例を示すフロー図、第１７図
は、損傷の判定に用いる測定データの関係図、第１８図
は劣化の判定に用いる測定データの関係図、第１９図は
、表示装置の一例を示す平面図、第２０図、第２１図、
第２２図、第２３図、第２４図、第２５図は、夫々２相
ステンレス鋼の塑性ひずみによる磁気特性の変化を示す
特性図、第２６図、第２７図、第２８図、第２９図、第
３０図、第３１図、第３２図。 第３３図は、夫々２相ステンレス鋼のひずみ時効に関す
る機械的性質と磁気特性の変Ａヒを示す特性図、第３４
図、第３５図、第３６図、第３７図。 第３８図、第３９図は、夫々低合金鋼のひずみ時効に関
する機械的性質と磁気特性の変化を示す特性図、第４０
図、第４１図、第４２図は、夫々ひずみ特性推定法を説
明する時効時間に対する特性図である。 １・・・原子カプラント等に用いられる機器あるいは配
管等の１１１１１定体、２１・・・励磁コイル、２２・
・・励磁コントローラ、′３１・・・磁気センサ、３２
・・・磁気ゼンサコントローラ、４１・・・駆動装置、
４２・・・駆動装置コントローラ、５１・・・磁気演算
装置、５２・・・磁気特性データベース、６１・・・劣
化演算装置、６２・・・測定体１の磁気と劣化度の関係
を示すデータベー°ス、７１・・・表示装置、７２・・
・マウス、２１０・・・励磁コイル、２１１・・・同ｌ
１ＩＩｋ構造のコア、２１２・・・馬蹄形のコア、２１
，３’、　２１４・・・磁気測定方向が互いに直交する
励磁′コイル、２１５・・・ダミー励磁コイル、３１０
・・・ホール素子や検知コイル等の磁気センサ、３１３
，３１４・・・磁気測定方向が互いに直交する磁気セン
サ、３３０・・・５ＱＵＩＤセンサ、３３１・・・ピッ
クアップコイル、３３２・・・液体ヘリウム等の冷媒、
３３３・・・外部磁界を測定できるクライオスット、３
３４・・・磁気シールド、５１１・・・入力メモリ、５
１２・・・磁気データ表示装置、５１３・・・磁界解析
演算装置、５１４・・・磁界解析コード、５１６・・・
深さ方向のデータ処理、５１７・・・異方性データ処理
、、５６１・・・異方性のデータメモリ、５６２・・・
深さ、方向のデータメモリ、５６３・・・磁気異方性デ
ータ前処理、５６４・・・磁気深さデータ前処理、５６
５・・・劣化判定演算処置、６１０・・・原子炉圧力容
器、６１１・・・制御棒、６１２・・・制御棒案内管、
６１３・・・上部グリッド、６１４・・・炉心サポート
、６１５・・・炉水、６１７・・・クレーン、６１８・
・・モニター、６２０・・・レール、６３０・・・配管
、８１０・・・２分割可能な固定リング、８１０・・・
２分割可能な固定リング、８１１・・・回転リング、８
２０・・・駆動モータ、８２１川ギヤボツクス６１．８
２３・・・位置検出機能を備えた回転モータ、８２４・
・・ローラ、８２５・・・プーリー、８２６・・・エン
コーダ、８２７・・・位置検出用エンコーダ、８５０・
・・ヘッド部、８９１・・・４本の支柱を持つフレーム
、８９２・・・吸盤、８９３・・・真空ポンプ、８９４
・・・駆動シャフト、８９５・・・Ｘ軸モータ、８９６
・・・ギアボックス、８９７・・・Ｙ軸モータ、８９８
・・・ｔ％ＩｕＪｌｔシヤフト、８９９　・ギアボック
スを備えたエアシリンダ、９００・・・ケーブル、９１
０・・・ステッピングモータ等、９２２・・・タイミン
グベルト、９２３・・・シャフト、９２４・・・プーリ
ー、９２５・・・ステッピングモータ等、９２６・・・
タイミングベルト、９２８、・・・プーリー、９３１・
・・エアシリンダ。 代理人　弁理士　小川勝馬　　。 第　　／　　７ ２１０−＝励８区コイル ２１１−−−コア ６／５−−−メ之戸−フトミ ６／７・−７し−シ ６１δ９１．Ｅニター ６２０・・−し−ル ９００−−−プーブル 舅　、１２　　口 ８９８・−シｖ７Ｌ ３９９・−工了ンソン１ 第　１３　０ ．５１０−、−　円ミリング ８７１−、−　回転リンク ８２４・・・ローラ ８．５０．、、へンド 第　７４　　口 ９１０．９２５−−−ステ・ノビン７−そ一グ’？２２
９２６−、、タイミー／り−Ｎルト第　７５　日 早　／６　口 第　１７　　口 第　７８　図 第　／？　　ｆｆｉ 栗　２０Ｉ７１ 第　２１　　口 哩づ゛生ｏｆ″と！　εｒ（５す 第　２２　１Ｄ ソ性たＴ’４量 第　２４　　口 磁束虐麦 第　２５　　口 第　２６　　口 ４７５°ＣＩ＝ＩＩ−Ｉ＋プる　Ｂ１１時間　　ｔ　　
　（Ｋｌ）第　２７　口 時効材 第　２８　　日 ｃ Ｏ／２３４ とｒ　（％ジ 第　２９　口 Ｈｃ ４７３°Ｃ詩苅吟藺　　　ｔ　（む） 第　３０　　口 ｖ Ｏ／２３４ 酔　（ジ 第　３１　　　口 ４７！；”ｃ　Ｅ峯効Ｈ！ｔｌ’ｒ　　ｔ　（す第　３
２　　圀 ０／２３４ ε　（％、） 第　３３　　コ ＢＰ（１肘ｆｆ１） 第　３４　　　ＴＺ］ 第　３！；　　ｆｆｉ 第　３６　　日 型性６ず７？！　　εｒ（系） 第　３７　日 ａｐ ４７５″Ｃｔ＝あ・プう縛効蒔間　ｔ（む〕第　３８　
　口 奉　３９２ ４７．５’ＣＢＦｒ＃Ｆ１％ｖｌ　　　ｔ　　　（６，
）不　４０　０ ４７．５°Ｃ昭効′ＰｒＭｔ値つ 第　４７　口 ４７５°Ｃ時妨吊口（）ＬＴ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、測定体に励磁コイル等により磁場を印加し、それに
   よつて前記測定体に生じた磁気の変化から劣化や損傷を
   検出する金属材料の検査装置において、前記測定体の飽
   和磁気、残留磁気、保持力、バルクハウゼンノイズ等の
   磁気特性を検出する磁気測定装置と数値解析手法により
   測定領域の磁界の状態を求める演算装置を備え、予め求
   めておいた飽和磁気、残留磁気、保持力、バルクハウゼ
   ンノイズ等の磁気特性の変化と金属材料の損傷や劣化と
   の関係のデータベースから材料のひずみ損傷や劣化の程
   度を判定する演算装置及び出力する表示装置とを備えて
   なることを特徴とする金属材料の劣化損傷検査装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記測定体を励磁
   する励磁コイルと前記測定体の磁気特性を検出する磁気
   センサを一体化したことを特徴とする金属材料の劣化損
   傷検出装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記測定体を励磁
   する励磁コイルと前記測定体の磁気特性を検出する磁気
   センサを測定体を挾んで配置し、測定体の漏れ磁束を測
   定し、材料のひずみ損傷や劣化を判定することを特徴と
   する金属材料の劣化損傷検出装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、励磁コイルを馬蹄
   形として測定体の磁気異方性を検出し、材料のひずみ損
   傷や劣化を判定することを特徴とする金属材料の劣化損
   傷検出装置。 ５、特許請求の範囲第１項において、励磁コイルと磁気
   センサをアレー方式とし、最外周部に磁界の均一性を確
   保するため、最外周部にダミー励磁コイルを設けたこと
   を特徴とする金属材料の劣化損傷検出装置。 ６、特許請求の範囲第５項において、励磁コイルと磁気
   センサの指向性を直交方向に交互に配置したことを特徴
   とする金属材料の劣化損傷検出装置。 ７、特許請求の範囲第１項において、励磁センサとして
   超電導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）センサを用いて、磁
   気異方性を検出できるＳＱＵＩＤセンサのピックアップ
   コイル構造としたことを特徴とする金属材料の劣化損傷
   検出装置。 ８、特許請求の範囲第１項において、励磁コイルの出力
   を段階的に変えていき、その変化量から測定体の深さ方
   向の磁気特性を求め、測定体の深さ方向のひずみ損傷や
   劣化を判定することを特徴とする金属材料の劣化損傷検
   出装置。 ９、特許請求の範囲第４項において、磁気異方性を測定
   するため、馬蹄形励磁コイルを回転させ、最大磁気と最
   小磁気の方向と値からひずみ損傷や劣化を判定すること
   を特徴とする金属材料の劣化損傷検出装置。 １０、磁気特性からひずみ損傷や劣化を判定する方法と
   して、測定されたＢ−Ｈ特性に対して、あるひずみ量を
   仮定し、そのひずみ量における時効のデータベースから
   測定されたＢ−Ｈ特性に最も近いＢ−Ｈ特性を選択し、
   時効時間を決定し、次いでこの時効時間を基準に、この
   時効時間におけるひずみ量のデータベースから測定され
   たＢ−Ｈ特性に最も近いＢ−Ｈ特性を選択し、新たにひ
   ずみ量を再決定し、ひずみ量を基準に、同様に上記の方
   法を繰返し、最終的に収束したひずみ量と時効時間を測
   定体のひずみ損傷や劣化を判定することを特徴とする金
   属材料の劣化損傷検出方法。 １１、磁気特性からひずみ損傷や劣化を判定する方法と
   して、測定されたバルクハウゼンノイズスペクトルに対
   して、あるひずみ量を仮定し、そのひずみ量における時
   効のデータベースから測定されたバルクハウゼンノイズ
   スペクトルに最も近いバルクハウゼンノイズスペクトル
   を選択し、時効時間を決定し、次に、この時効時間を基
   準に、この時効時間におけるひずみ量のデータベースか
   ら測定されたバルクハウゼンノイズスペクトルに最も近
   いバルクハウゼンノイズスペクトルを選択し、新たにひ
   ずみ量を再決定し、ひずみ量を基準に、同様に上記の方
   法を繰返し、最終的に収束したひずみ量と時効時間を測
   定体のひずみ損傷や劣化を判定することを特徴とする金
   属材料の劣化損傷検出方法。 １２、磁気特性からひずみ損傷や劣化を判定する方法と
   して、測定されたＢ−Ｈ特性の保磁力、残留磁気、及び
   磁気ヒステリシスループ面積等のデータから、予め統計
   処理によりもとめておいた磁気と損傷や劣化のデータベ
   ースを用いて、測定体のひずみ損傷や劣化を判定するこ
   とを特徴とする金属材料の劣化損傷検出方法。 １３、特許請求の範囲第３項において、原子炉圧力容器
   等の壁の磁気特性を測定する場合に内壁と外壁にそれぞ
   れ励磁コイルと磁気センサ走査する駆動装置を配置し、
   内壁に励磁コイル、外壁に磁気センサあるいは、内壁に
   磁気センサ、外壁に励磁コイルを配置することを特徴と
   する金属材料の劣化損傷検出装置。 １４、特許請求の範囲第３項において、配管の磁気特性
   を測定する場合に配管内部と配管外部にそれぞれ励磁コ
   イルと磁気センサ走査する駆動装置を配置し、配管内部
   に励磁コイル、配管外部に磁気センサあるいは、配管内
   部に磁気センサ、配管外部に励磁コイルを配置すること
   を特徴とする金属材料の劣化損傷検出装置。 １５、特許請求の範囲第１項の劣化損傷検出装置を用い
   て検出するに際し、測定された測定体の損傷と劣化のデ
   ータ及び測定体の機器のデータベースより、将来におけ
   る測定体の損傷や劣化の進行を劣化のデータベースから
   予測する機能を持つことを特徴とする金属材料の劣化損
   傷検出方法。 １６、特許請求の範囲第１項において、測定体の損傷や
   劣化の状態を表示する表示装置の画面を複数に分割し、
   測定条件や測定した磁気特性の表示、測定体の機器の使
   用環境や材質データ、判定した損傷や劣化のデータ、及
   び将来の機器の損傷劣化の進行予測等を表示し、必要に
   応じてマウスやキーボード等でデータの入力、修正でき
   、判定や演算を再修正できる機能部を具備させることを
   特徴とする金属材料の劣化損傷検出装置。