JPH07167839A - 電磁誘導探傷用検査コイルおよび探傷方法 - Google Patents

電磁誘導探傷用検査コイルおよび探傷方法

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JPH07167839A
JPH07167839A JP5343519A JP34351993A JPH07167839A JP H07167839 A JPH07167839 A JP H07167839A JP 5343519 A JP5343519 A JP 5343519A JP 34351993 A JP34351993 A JP 34351993A JP H07167839 A JPH07167839 A JP H07167839A
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flaw detection
inspection coil
induced current
coil
electromagnetic induction
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JP5343519A
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Tsugio Ishida
次雄 石田
Kenji Kubomura
健二 久保村
Yasuhiro Aikawa
康浩 相川
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 試験体表面の特定方向に選択的に誘導電流を
流すための矩形状検査コイルを用いて、異方性導電材料
(例えば、炭素繊維強化プラスチックス)などの電磁誘
導探傷方法を提供する。 【構成】 炭素繊維強化プラスチックス4の表面上に置
かれた矩形状検査コイル1は誘導電流検出器5に接続さ
れており、該検出器5は検査コイル1に交流電流を流す
とともに同コイルのインピーダンス変化を電圧に変換し
て出力し、レコーダー6は前記電圧変化を記録する。図
は検査コイル1の長手方向を炭素繊維強化プラスチック
ス4の0゜の繊維方向(X方向)に一致させた場合を示
しており、繊維方向(高導電率方向)に誘導電流を選択
的に流すことによって繊維破断を高感度で探傷できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電磁誘導試験用の検査
コイルおよび電磁誘導を利用した異方性導電材料(例え
ば炭素繊維強化プラスチックス、以下CFRPと記述す
る)や長尺等方性導電材料(例えば各種金属製パイプや
線材)の欠陥検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電磁誘導探傷は非破壊且つ敏速に検査で
きるため、走行中の金属材料の探傷方法として広く実用
されており、また近年、炭素繊維強化プラスチックスの
探傷方法としても適用が試みられている。
【0003】例えば、既刊行物である「第4回新素材及
びその製品の非破壊評価シンポジウム講演論文集(平成
5年1月)」のp47-52 には、人工の繊維破断傷を入れ
た一方向強化CFRP積層板および0゜と90゜の二方
向強化CFRP積層板について電磁誘導探傷法(渦電流
法とも称す)によって検査した例が報告されている。し
かし、一方向強化板では繊維破断の検出は困難であり、
その理由として繊維と垂直方向の電気抵抗が繊維方向の
それと比較して3〜4桁程度高いために誘導電流が流れ
難いせいであると記述している。また、二方向強化板で
は上記の導電率の異方性が緩和されるため検出できたと
しているが、繊維破断傷は0゜層と90゜層の両方に入
れてあり、どちらかの層のみに入れた場合は検出感度が
無いことが一方向強化板の結果から予想できる。この報
告の問題点は、プローブ形検査コイルを用い板面内に渦
状の誘導電流を流しているため、電気抵抗の異方性の影
響を強く受けることにあり、実用的な技術としては改善
すべきものである。
【0004】なお、電磁誘導探傷用検査コイルの形につ
いては、既刊行物である「非破壊検査便覧(日本非破壊
検査協会編、昭和53年4月初版発行)」のp670-672
に記載されており、板状物体の表面の探傷には導線を円
形状に巻いたプローブ形コイルが、また長い棒や管など
の探傷には検査コイルの中を棒や管が通過できる貫通形
コイルが通常使用されている。
【0005】プローブ形検査コイルを、等方性導電材料
の板状物体の探傷に用いた場合は板面内を円形状に誘導
電流が流れるため、欠陥の向きに関係無く同じ感度で探
傷できる利点がある。しかし、CFRP積層板のような
異方性導電材料に用いた場合、誘導電流の大きさは電流
が流れる経路について積分した抵抗値によって決まるた
め、上述したように誘導電流が流れ難くなり探傷感度が
低下する問題が生じる。一方、管や棒のような長尺等方
性導電材料に円筒状の貫通形コイルを用いた場合は、材
料の円周方向に誘導電流が流れるため以下のような問題
があった。つまり、長さ方向に延びた線状傷は誘導電流
に直交するのに対して、円周方向の線状傷は平行となる
ため、前者に比べて後者の欠陥による誘導電流の変化が
小さく検出感度がかなり低下するという問題である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記従来技術
の問題点に鑑みてなされたもので、異方性導電材料であ
るCFRPの繊維破断を積層構成に関係なく高感度で検
出できる欠陥検出方法、および長尺等方性導電材料の線
状傷をその向きに関係なく同一感度で検出できる方法の
提供を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の電磁誘導探傷用検査コイルおよび探傷方法
は、電磁誘導探傷において試験体表面の特定方向に選択
的に誘導電流を流すため矩形状に巻回したことを特徴と
する検査コイルと、該検査コイルを用いて、異方性導電
材料(例えばCFRP)の高導電率方向に選択的に誘導
電流を流して探傷(例えば繊維破断)すること、および
長尺等方性導電材料において線状傷と直交する方向に誘
導電流を選択的に流して探傷することを特徴とする電磁
誘導探傷方法から成る。
【0008】
【作用】本発明を図面に基づき詳細に説明する。図1
は、本発明の検査コイルにより材料中に誘導電流が流れ
る状況を示した模式図で、矩形状に巻回した検査コイル
1に電源2から交流電流を流すと、試験体3にはコイル
が作る変動磁界Hを打ち消す方向に誘導電流Iが流れ
る。該誘導電流が流れる径路の形は検査コイル1の形と
ほぼ類似したものとなり、試験体にはコイル1の長手方
向と一致する方向に誘導電流を選択的に流すことが可能
となる。また、誘導電流は上記磁界Hと反抗する磁界H
rを作るので、検査コイル1のインピーダンスが変化
し、このインピーダンス変化から誘導電流の変化を検出
できる。
【0009】上記矩形状検査コイルを異方性導電材料に
適用する場合は、コイルの縦(長辺)方向を材料の高導
電率方向に一致させることによって、誘導電流を選択的
に同方向に流して探傷することができる。また、管や棒
のような長尺の等方性導電材料に矩形状検査コイルを適
用する場合は、コイルの縦方向を材料長手方向に一致さ
せることにより誘導電流を選択的に同方向に流して、誘
導電流と直交する方向の線状傷を探傷することができ
る。
【0010】次に、矩形状検査コイルの要件について説
明する。一般に検査コイルの大きさは大きいほどリフト
オフ(検査コイルと試験体との距離)が大きくとれ、ま
たリフトオフの変化の影響を受けにくい利点があるが、
欠陥の検出感度や位置の分解能が低下する欠点がある。
矩形状検査コイルの形は縦長になるほどより選択的に誘
導電流を流すことができるが、コイルの横(短辺)方向
の寸法はリフトオフの大きさによって制限され、リフト
オフと同程度かそれ以上が要求される。一方、縦方向の
寸法は欠陥検出感度や位置分解能に影響するが、選択的
に誘導電流を流すという観点から横方向の2倍以上とる
ことが望ましい。
【0011】
【実施例】図2は本発明の一実施態様図で、上記矩形状
検査コイルを用いてCFRP積層板の繊維破断を探傷す
る例を示している。CFRP積層板4の表面上に置かれ
た検査コイル1は誘導電流検出器5に接続されており、
該検出器5は検査コイル1に交流電流を流すとともに同
コイルのインピーダンス変化を電圧に変換して出力し、
レコーダー6は前記電圧変化を記録する。図は検査コイ
ル1の長手方向をCFRP積層板4の0゜の繊維方向
(X方向)に一致させた場合を示しており、繊維方向
(高導電率方向)に誘導電流Iを選択的に流すことによ
って繊維破断を感度良く探傷できる。具体的には検査コ
イル1かCFRP積層板4のどちらかを相対的にx方向
に走査し、この走査をy方向に任意の間隔で繰り返すこ
とによって全面探傷が行える。また、異なる方向の繊維
の破断を探傷する場合は検査コイル1かCFRP積層板
4のどちらかを回転させ、検査コイルの長手方向を繊維
方向に一致させた上で上記操作を行えばよい。
【0012】図2の装置構成により、積層構成が(0/
90/±45)s で板厚1.2mm、長さ300mm、
幅200mmのCFRP積層板を試験片として探傷し
た。試験片には表側の0゜層、90゜層、+45゜層の
プリプレグに繊維方向と直角に長さ3mmの繊維破断傷
をカッターで人工的に入れた。これらの傷は重ならない
ように平面上の位置をずらしてある。使用した検査コイ
ルは寸法が縦30mm、横10mmで、直径0.2mm
の導線を30回巻回したもので、同コイルに周波数10
0KHz、0.1Aの電流を流した。図3に探傷結果を
示す。同図(a),(b),(c)は本発明法による探
傷結果で、矩形状検査コイル1の長手方向を人工欠陥を
入れた上記各プリプレグの繊維方向に一致させて、試験
片の方を走査して得られたものである。一方、同図
(d),(e),(f)は直径10mmの従来のパンケ
ーキ型検査コイルに上記と同じ電流を流して探傷した結
果である。図3から従来法ではほとんど探傷困難であっ
たものが、本発明によって繊維方向に関係なくほぼ同一
感度で検出できることがわかる。
【0013】図4は本発明の別の一実施態様を示す説明
図で、鋼管の探傷をする例を示している。鋼管7の外周
面上にコイルの長手方向が該鋼管7の軸方向と一致する
ように配置した矩形状検査コイル1と、貫通形検査コイ
ル8が2チャンネルの誘導電流検出器5に接続されてお
り、上記各コイルのインピーダンス変化に比例した電圧
出力がレコーダー6で記録されるように構成してある。
このような構成によって、図示したような鋼管の円周方
向の線状欠陥9と軸方向の線状欠陥10を探傷した場合
を例にとって説明する。鋼管7が走行し欠陥9が矩形状
検査コイル1の下に来ると、管の軸方向に流れている誘
導電流は、それと直交する円周方向の線状欠陥9により
遮られ誘導電流が減少するため、コイル1のインピーダ
ンスが変化し欠陥を検出できる。しかし、誘導電流の方
向と平行な線状欠陥10による誘導電流の減少はわずか
なため、欠陥の検出感度は大きく低下する。一方、従来
の貫通形検査コイル8の下に欠陥9および10が到来し
た場合は、誘導電流と欠陥の方向の関係が上述と逆にな
るので、欠陥10は検出できるが、欠陥9は検出困難と
なる。
【0014】実際の探傷例として、直径30mm、肉厚
2mmの鋼管の表面に長さ5mm、開口幅0.1mm、
深さ0.3mmの線状傷を軸方向と円周方向に人工的に
入れたものを試験片として探傷した結果について説明す
る。図5(a)は矩形状コイルと貫通形コイルを組み合
わせて使用する本発明法の探傷結果で、同図(b)は従
来法の貫通形コイルのみを用いた場合の探傷結果であ
る。なお、矩形状検査コイルには前述と同じものを、貫
通形検査コイルには直径40mm、長さ10mmで0.
3mm太さの導線を30回巻回したものを使用した。図
で出力電圧のピーク11は円周方向の線状傷9に対応
し、ピーク12は軸方向の線状傷10に対応した出力で
ある。これらの結果から従来法では軸方向の欠陥のみし
か検出できないのに比べて、本発明法では軸方向および
円周方向の欠陥ともほぼ同一感度で検出できることがわ
かる。以上説明したように、本発明によれば矩形状検査
コイルと貫通コイルの両方を組み合わせて探傷すること
によって、鋼管の軸方向および円周方向に延びた線状欠
陥を高感度で検出できる。なお、矩形状検査コイルを鋼
管の外周面上に所定の角度で複数個配置することによっ
て管外面の全面探傷が可能である。
【0015】以上の実施例では、励磁用のコイルと誘導
電流の変化を検出するためのコイルを同じにした、いわ
ゆる自己誘導型の検査コイルを用いた場合を示したが、
両コイルを別にした相互誘導型の検査コイルを用いても
よく、また検査コイルを走査方向に分割した差動型の検
査コイルとすることも可能である。
【0016】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば矩形状
検査コイルを用い、異方性導電材料では高導電率方向に
選択的に誘導電流を流して探傷するように構成したので
炭素繊維強化プラスチックス製品の繊維破断が高感度で
検出可能となり、また長尺等方性導電材料では線状傷と
直交する方向に誘導電流を流して探傷するように構成し
たので傷の方向に関係無く線状傷が検出できる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の矩形状検査コイルの働きを示す模式図
である。
【図2】本発明の一実施態様図で、CFRP積層板の繊
維破断を探傷する場合の説明図である。
【図3】本発明によるCFRP積層板の繊維破断の探傷
結果の一例を従来法によるものと比較して示した図であ
る。
【図4】本発明の別の一実施態様を示し、鋼管の線状傷
を探傷する場合の説明図である。
【図5】本発明による鋼管の線状傷の探傷結果の一例を
従来法によるものと比較して示した図である。
【符号の説明】
1 矩形状検査コイル 2 電源 3 試験体 4 CFRP積層板 5 誘導電流検出器 6 レコーダー 7 鋼管 8 貫通形検査コイル 9 円周方向の線状傷 10 軸方向の線状傷 11 円周方向の線状傷に対応する出力ピーク 12 軸方向の線状傷に対応する出力ピーク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相川 康浩 神奈川県相模原市淵野辺5丁目10番1号 新日本製鐵株式会社エレクトロニクス研究 所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電磁誘導探傷用検査コイルにおいて、試
    験体表面の特定方向に選択的に誘導電流を流すため矩形
    状に巻回したことを特徴とする、電磁誘導探傷用検査コ
    イル。
  2. 【請求項2】 異方性導電材料の電磁誘導探傷におい
    て、請求項1記載の矩形に巻回した検査コイルを用い、
    高導電率方向に誘導電流を選択的に流して探傷すること
    を特徴とする、異方性導電材料の探傷方法。
  3. 【請求項3】 長尺等方性導電材料の電磁誘導探傷にお
    いて、請求項1記載の矩形に巻回した検査コイルを用
    い、材料の長手方向に誘導電流を選択的に流して、長手
    方向と直角方向の線状傷を探傷することを特徴とする、
    長尺等方性導電材料の探傷方法。
JP5343519A 1993-12-14 1993-12-14 電磁誘導探傷用検査コイルおよび探傷方法 Withdrawn JPH07167839A (ja)

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