JPS63109367A - 導電性物体の傷検出センサ - 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】 本発明は、導電性物体内の傷もしくは欠陥の検出に関し
、特に、従来の検出器よりも精度良く傷の正確な場所を
識別する改良型渦電流傷検出器に関するものである。

光泗！と１遣− 物体に損傷を与えることなく該物体を傷について試験す
るのに非破壊試験が用いられている。本発明の場合、導
電性物体の非破壊試験は、該物体の強磁性及び導電率特
性を利用して不連続部を検査することにより行われる。

ここで、“導電性物体”とは、試験可能な物体の種類を
銅又はアルミニウムのような導電体として一般に用いら
れているようなものに限定する意図で用いられているの
ではない。寧ろ、グラファイトのような制限された導電
率を有する物体の試験にも本発明を使用できる意味で用
いられているものと理解されたい。

へ〇電流が流れるワイヤからなるコイルを良好な導電体
である物体又は高い透磁率を有する物体の近傍に配置し
た場合、コイルのインピーダンスが変化する。このコイ
ルを、物体から一定距離に維持し該物体の表面に隣接し
て移動した場合、物体が連続しているものであれば、コ
イルのインビーダンスはほぼ一定に留どまる。しかし、
コイルが、傷のような不連続部分の近傍を移動すると、
コイルのインピーダンスは、傷の近傍部に存在しない時
の値から変化する。本発明の作用はこのインピーダンス
変化を利用している。

導電性物体内の傷を試験するために数多くの装置が提案
されてきた。

米国特許第４，５０７，６１０号明細書に開示された、
金属物体内の傷の電磁的検出装置は、ワイヤからなるコ
イルと、該コイル内に配置され導電性材料から形成され
た割りリングとを含んでいる。割りリングの端部には、
ワイヤのコイルを試験中の金属物体に結合するのに用い
られる検知ヘッドが取り付けられている。使用に際して
、コイルは高周波電流で励起され、それにより割りリン
グ及び検知ヘッドによって形成される閉回路に電流が誘
起される。検知ヘッドが傷近傍を移動すると、コイルの
インピーダンスが変化し、傷の存在を指示する。しかし
、この装置には、検知ヘッドの寸法及び形状に起因し分
解能が低いと言う由々しい欠点がある。

上記装置の他に、原子カプラントの蒸気発生器の管にお
ける傷を検出するために一最に用いられている渦電流装
置は、２つのタンデム・コイルから構成されていて、２
つのコイル間に信号差を発生する。しかし、この渦電流
装置は、試験中の管の周囲における角度分解能を有して
いないため、金属物体内の傷を正確に探知する明確な分
解能をもたらすものではない、この渦電流装置の１つの
変形例として、交差巻きコイルが使用されているが、こ
の種のコイルは、センサの１つの半円筒体だけにおける
傷を探知するのに充分な分解能をもたらし得るに過ぎな
い。

更に、磁気コイルの巻心もしくはコアを傷検出のための
プローブ又はセンサとして使用する場合に、変化する分
解能パターンをもたらすようにコアの形状を作ることが
周知であった１例えば、−層正確な分解能をもたらすよ
うにコアに先鋭端部が形成されていた。また、磁束を所
望の点に焦点合わせするへ蹄形状のコアを有する他の例
も周知であった。

また、導電性物体内の傷を検出するために２個のコイル
、即ちソース・コイルと検出コイルとを使用することも
周知であった。この型の装置ではソース・コイルにより
検出コイルに電流が誘起されて、検出コイルの電流が監
視される。検出コイルが傷の近傍に位置すると、そのイ
ンピーダンスが変化し、それにより、傷の存在を表す信
号が得られる。成る種の用途においては、これ等のコイ
ルは物体の１つの側に配置され、他の用途においては、
これ等のコイルを物体の対向表面に配置することだけが
要求される。２つのコイルを使用する場合、唯一のコイ
ルを用いる検出器と比較して大きなスペースを必要とす
るばかりではなく、角度分解能が悪い、また、これ等の
コイルを被検物体の対向表面に配置することが必要とさ
れる用途においては、２つの表面に対するアクセシビリ
ティもしくは接近性が制限される場合があり、試験する
ことができる表面積の大きさが限定される。

従って、上述のような諸装置の存在にも拘わらず、導電
性物体内の傷もしくは欠陥の位置を精確に指示すること
ができる改良型電磁センサに対する現実的な必要性が存
在する。

本発明の主たる目的は、導電性物体内の傷を正確に且つ
非破壊的に探知することができる装置を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、原子力蒸気供給系における蒸気発
生器の管の長手方向に沿い該管内で適宜移動することが
できるセンサを提供することにある。

本発明の更に他の目的は、製造が経済的で作動が単純で
あるセンサを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、作動に外部磁界の使用を必要
としないセンサを提供することにある。

光月し１１贋− 上に述べた目的及びその他の目的は、導電性のワイヤか
らなるコイルと関連の磁束収束もしくは集中手段とを含
む装置により達成される。磁束収束手段は、コイルと接
触又は近接関係で配置されて、コイルの外側表面から半
径方向外向きに突出するか或はコイルの内側表面から半
径方向内向きに突出することができる。磁束収束手段は
、コイルの一部分を導電性物体の局所化された一部分と
磁気的に結合しており、また、例えばフェライト或は銅
のような電磁的に活性の材料から形成されている。ここ
で、“電磁的に活性”とは、当該材料が良好な電気導体
であり、且つ（又は）高い透磁率を有することを意味す
る。本発明の好適な実施例においては、磁束収束手段は
、コイルと被検物体との開の間隔を固定し両者間の直接
結合を低減すると共に磁束収束手段の支持体としてのΩ
きをする電磁的に活性でないスペーサ内に配置される。

本発明の好適な実施例においては、スペーサは、磁束収
束手段をコイルに対して固定の関係に保持する。しかし
、スペーサをコイルの周囲で回転するように設計し、そ
れにより磁束収束手段をコイルの周辺に沿い移動するこ
とも考えられる。更に、スペーサをコイルに対して固定
関係で位置付けすると共に、磁束収束手段がコイル及び
スペーサの双方に対して移動できるように設計すること
も考えられる。このような構成によれば、磁束収束手段
が物体の全周に沿い移動することが可能となるので管状
部材即ち管の試験が容易になるであろう。

コイルのワイヤ端部は、電気ブリッジ回路に接続される
。このブリッジ回路は、関連の交流電源と可視表示手段
とを含んでいる。また、管が被検物体である場合に導電
性の管を通してセンサを移動するために、細長い可撓性
の棒の形層を取ることができる移送手段も設けられる。

ゝｔ　　　の：日 第１図及び第２図は、内側から管（導電性物体）２０を
検査するようになっている本発明のセンサ２を示す。こ
のセンサ２は、支持手段４と、コイル６と、スペーサ手
段８と、磁束収束手段もしくは集中体１０とを備えてい
る。支持手段４は、該支持手段４上におけるコイル６の
位置を画定する凹部１４と、コイル６のワイヤ端部が通
る通路１２とを備えている。

センサ２は、ワイヤを支持手段の回りで凹部１４内に巻
装してコイル６を形成することにより構成される。ワイ
ヤの巻数は、コイル６の所望のインダクタンスの大きさ
に依存して変えることができ、図示の実施例の場合、６
０巻きのコイルが使用しである。

次いで、支持手段４にスペーサ手段８を取り付ける。こ
れ等の２つの手段もしくは部材を一緒に固定する適宜な
手段として螺合するねじ部１６が用いられている。また
、螺合するねじ部１６を使用せずに、支持手段４にスペ
ーサ手段８を固定するために適当な接着剤を使用するこ
とも考えられる。

スペーサ手段８及び支持手段４は、本出願人の登録商標
であるミカルタ（ＭＩＣＡＲＴ＾）のような電磁的に非
活性の材料から構成するのが好ましい、スペーサ手段８
は、被検導電性物体がちコイル６を適切に離間するのを
容易にする。コイル６と被検導電性物体との間の直接電
磁結合を低減するためには、コイル６を被検導電性物体
から離間することが重要である。このような磁気結合は
、適切な分解能を得るためには、主に磁束集中体１０を
介して生ずるべきである。スペーサ手段８は、概略的に
述べて中空の円筒体であって、磁束集中体１０を受は入
れる開口１８を備えている。

磁束集中体１０は、開口１８内でコイル６に隣接するか
又はコイル６と接触して配置されて、コイル６を管２０
と結合もしくは組み合わせる。一般には、コイル６と金
属物体との間に成る程度の直接結合が存在するが、上述
の構成はこのような直接結合を最小限度に抑止するとい
う効果を有・する。コイル６を、磁束集中体１０を介し
て導電性物体と結合することにより、任意の特定の時点
において、磁束集中体１０の近傍の物体の小領域だけが
試験され、その結果、傷が存在する比較的に小領域の個
所が解像される。この頭載は、コイル全体の面積よりも
小さい面積である。

磁束集中体１０とコイル６との間の相対的位置付けも重
要である。磁束集中体１０をコイル６から過度に大きい
距離で離間して配置した場合には、コイル６と磁束集中
体１０との間の密な結合は生じない、別法として、磁束
集中体１０をコイル６上に直接取り付けて、磁束集中体
１０とコイルとの間に最良の結合を実現することができ
る。

図示の実施例においては、磁束集中体１０は円柱状部材
である。しかし、磁束集中体１０は、特定の情況に依存
し種々の形状のうちの任意の形状をとることができる０
例えば、磁束集中体１０は、傷の軸方向位置のみを測定
したい場合にはリング形状とすることができよう、尤も
、選択した形状に関係なく、磁束集中体１０の物理的大
きさを小さくすればする程、達成される傷検出分解能は
応分に改良される。

コイル６のワイヤの端部は、通路１２から取り出された
後に、ブリッジ回路２４に接続される。このブリッジ回
路２４は、可視表示部２６に電気的に接続されている。

可撓性の棒の形態にある移送手段２２がセンサ２に取り
付けられていて、管２０を通しセンサ２を移動する。典
型的な試験情況下においては、移送手段２２は回転と同
時に管２０の長手方向に沿って移動し、それにより、螺
旋形状の探索パターンが発生される。尚、図には、移送
手段２２は細長い可視性の棒として示しであるが、他の
構造でも同等の機能を得ることができよう。

第３図及び第４図はセンサの別の実施例を示す。

センサ２８は、スペーサ手段３６にコイル４０を形成す
ることにより構成されている。この実施例においては、
磁束集中体（磁束収束手段）３０はコイル４０から半径
方向内向きに配置され、スペーサ手段３６に形成された
開口３２を貫通している。この、実施例において重要な
ことは、磁束集中体３０が典型的な細長い磁心として形
成されてはおらず、コイル４０の長手方向の長さと比較
して寸法的に小さいことである。磁束集中体３０は被検
中の導電性物体にコーイル４０を結合し、物体内に傷が
存在するか不存在であるかに関連してコイル４０のイン
ピーダンスを変えるのを助成する。コイル４０のワイヤ
端部はブリッジ回路２４に接続されており、一方該ブリ
ッジ回路２４は可視表示部２６に電気的に接続されてい
る。

この実施例においては、被検導電性物体く管）はセンサ
２８の内部４２に配置される。この構成は管の外側を試
験する場合に特に有用である。管は、内部４２に配置さ
れて、その全被検表面積が磁束集中体３０の近傍を通る
ように移動される。スペーサ手段３６は、コイル４０及
び磁束集中体３０を管の表面から離間すると共に磁束集
中体３０に対して支持を与える機能を果たす。

使用に際しては、センサ２を、第１図に示しであるよう
に管２０の内部に配置して、ブリッジ回路２４及び表示
手段２６に接続する０次いでブリッジ回路２４を電源に
接続する。電源は、好ましくは、約１０ＫＨｚ〜約８０
０ＫＨｚの周波数範囲で交流を発生する。

ブリッジ回路が平衡である場合には、表示手段２６の読
み取り量は一般に零である。しかし、一般に、ブリッジ
回路２４を完全に平衡にすることは不可能であり、従っ
て表示手段２６には常に何等かの信号、が存在すること
になる。この信号もしくは電流は雑音もしくはノイズと
称する。また、センサ２が−ｍに傷の無い導電性物体に
沿って移動する際には、磁束集中体１０を被検導電性物
体の表面から正確に一定距離に維持するのが困難である
ところから可変量のノイズが存在する。

センサ２を最初に管２０内に配置する時に、センサ２を
管２０の近傍に配置することによりコイル６のインピ−
ダスが変わるので、そのことを利用してブリッジ回路２
４を平衡化する必要がある。コイル６のインピーダンス
変化量は、管２０の組成、比抵抗、透磁率、厚さ及びそ
の他の諸性質に依存して変わる。従って、ブリッジ回路
２４は各使用前毎に繰り返し平衡化する必要がある。

センサ２を管２０内に配置してブリッジ回路２４を平衡
化した後に、移送手段２２がセンサ２を管２０の内部で
移動させる。典型例においては、センサ２は、螺旋状探
索パターンが生ずるように、管２０の長手方向に沿って
移動する際に回転される。しかし、継目のようなパイプ
の長手方向部分だけを試験したい場合には、センサ２を
回転する必要はない。

第３の実施例として、センサ２を管２０の長手方向軸線
に沿って段階的に移動し管２０の断面に沿い回転するこ
とができる。この方法を、管２０の表面全体が検査され
るまで何度も繰り返すことができよう。

磁束集中体１０が管２０内の不連続部に出会わない限り
、ブリッジ回路は実質的に平衡化した状態に留どまり、
ノイズを除けば表示手段の出力は零となる。しかし、磁
束集中体１０が管２０内の傷に隣接すると、コイル６の
インピーダンスが変化する。

このインピーダンス変化でブリッジ回路２４は不平衡と
なり、表示手段２６に周知のりサージュ図形を発生させ
る。

Ｋ１邑 本発明の特定の実験例として、直径が０．４７５ｉｎ（
約１．２０７ｃｍ）で長さが０．３７５ｉｎ（約０．９
５３ｃｍ）の２６ゲージのワイヤからなる５９巻きのコ
イルを、ミカルタ製支持手段の周囲に形成し、そして外
径が０．７５ｉｎ（約１．９１ｃｍ＞、内径が０．５０
ｉｎ（約１．２７ｃｍ）及び肉厚が０．１２５ｉｎ（約
０．３１８ａｍ）のミカルタ製円筒体をコイル及び支持
手段の回りに配置してスペーサ手段として用いた。磁束
集中体を取り付けるために、ミカルタ製円筒体の表面に
０．１１ｉｎ（約０．２８ｃｍ）径の穴を形成し、同円
筒体の一端に支持手段と係合するためにねじを切った。

磁束集中体として、直径約０．１ｉｎ（０，２５４ｃｍ
）、長さ約０．１２５ｉｎ（約０．３１８ｃ鴻）の長さ
の中実の銅からなる小円筒体を使用し、ミカルタ製スリ
ーブの上記の穴内に配置した。これ等の実験例で用いた
センサは第１図に示したセンサに対応する。コイルは、
ノルチック（Ｎｏｒｔｅａ）社の２５−Ｌ型渦電流傷検
出器に接続した。電源は５００ＫＨｚに設定し、水平軸
及び垂直軸方向に９０倍の等しい倍率を有する記憶型オ
シログラフを上記２５−Ｌ車検出器に接続して表示手段
として用いた。

０．０５５ｉｎ（約０．１４ｃｍ）の公称厚さを有する
７／８ｉｎ（約２．２２ｃ輪）長のインコネル製蒸気発
生器管部分を被検金属物体として使用した。管の長手方
向軸線の一端から約１．２５ｉｎ（約３．１７５ｃｍ　
）の個所の管壁に約０．１８７５ｉｎ（約０．４７６３
ｃｍ）の穴を貫通して穿孔することにより傷をシミュレ
ートした。センサを管内部に配置して、ブリッジ回路を
平衡化した。次いで管をセンサの回りで回転しオシログ
ラフ表示を観察した。はぼ第５図に示したようなりサー
ジュ図形が発生した。管の当該部分は全体的に連続であ
り傷が無かったので、表示されたりサージュ図形はノイ
ズを表す。

次いで、センサを、磁束集中体が前記穴を通過するよう
に移動した。第６図は、磁束集中体が穴を通過する際に
記憶型オシログラフ上に表示された一般的すサージ二図
形を示す、オシログラフ上に示される図形は、ブリッジ
回路を横切って発生する電圧の振幅及び位相角を基に描
かれたものである０図形は、条体的に較正点の左に向か
う方向に延びていた。

次に、銅製磁束集中体を約０．１２５ｉｎ（０，３１８
ｃｍ）の外径と、約０．０３１ｉｎ（０，０７９ｃｍ）
の内径と、約０．１２５ｉｎ（約０．３１７５ｃｍ）の
長さとを有するフェライト製の円筒体と交換した。この
フェライト製円筒体は中空であったが、中実のフェライ
トを使用することもできるであろう、再びブリッジ回路
を平衡化して、センサを回転し存在するノイズレベルを
測定した。このノイズは第７図に概略的に示しである。

次いでセンサを、磁束集中体が穴を通るように移動じた
。その際のオシログラフ表示が第８図に示しである。こ
こで重要なのは、フェライト製の磁束集中体を使用した
時には、オシログラフ上の図形は、較正点から全体的に
右方で下向きに延びるが、銅製の磁束集中体を使用した
場合には、上述のように、リサージュ図形は、全体的に
、較正点からほぼ水平方向に左方に延びており、このよ
うに、磁束集中体として銅の代りにフェライトを使用し
た場合には、ブリッジ回路に発生する電圧の位相角に差
異が生ずることで、ある。

電源電流の周波数を変えて実験を繰り返した。

第９図及び第１０図はそれぞれ、５０ＫＨｚの電源電流
で、銅製の磁束集中体を用すな場合のノイズ及び磁束集
中体が穴を通過した際のりサージュ図形を示す図である
。第９図の図形は全体的に下向きに左方に延びている。

第１１図及び第１２図はそれぞれ、５０ＫＨｚの電源電
流とフェライト製の磁束集中体とを用いた場合のノイズ
及びリサージュ図形を示している。第１１図に示したり
サージュ図形は全体的に上方に且つ若干右方に延びてい
る。

第１３図及び第１４図はそれぞれ、２００ＫＨｚの電源
で銅製の磁束集中体を用いた場合に発生するノイズ及び
リサージュ図形を示す。第１３図のりサージュ図形は全
体的に左向き下方に延びている。

第１５図及び第１６図はフェライト製の磁束集中体を用
い２００Ｋ）Ｉｚの電源電流で測定したノイズ及びリサ
ージュ図形をそれぞれ示す、第１６図のりサージュ図形
は全体的に右方上向きに延びている。

上述の実験例から明らかなように、本発明による方法及
び装置は、導電性物体における傷の位置を精確に識別す
るのに効果的である。

本発明は、第１７図に示しであるように、加圧水膨原子
炉の原子力蒸気供給系の蒸気発生器４４内の管の検査に
適している。このような蒸気発生器４４は、多数のＵ字
形状の管（導電性物体）４６を有しており、これ等の管
（図示を明瞭にするために１つの管だけを示すに留どめ
な）の各々の一端にセンサ２を挿入して、センサが管の
中を通る際、センサ・コイルのインピーダンスの変化を
分析することにより検査することができる。

以上、説明の目的から本発明の特定の具体例に関して説
明したが、当業者にとって明らかなように、特許請求の
範囲に記載された本発明から逸脱することなく、細部に
関し数多くの変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、管内部に配置された本発明の教示によるセン
サの長手方向断面と関連のブリッジ回路及び表示手段と
を示す図、第２図は、第１図の線２−２線に沿ったセン
サの横断面図、第３図は、本発明によるセンサの第２の
実施例の長手方向断面図、第４図は、第３図の４−４線
に沿ったセンサの横断面図、第５図、第６図、第７図、
第８図、第９図、第１０図、第１１図、第１２図、第１
３図、第１４図、第、１５図及び第１６図の各図は、導
電性物体及び該物体内の傷に対する第１図のセンサの反
応を示すため、表示手段上に表れたりサージュ図形を黒
く描いて示す図、第１７図は原子力蒸気供給系の管を検
査するのに使用されている状態で本発明によるセンサを
暗示する図である。 ２．２８・・・センナ ６．４０・・・導電性のワイヤからなるコイル１０．３
０・・・磁束収束手段（磁束集中体）２０．４６・・・
導電性物体く管） 出願人　ウェスチングハウス・エレク ＦＩＧ、　　５．　　　　　　　　ＦＩＧ、　　６゜Ｆ
ＩＧ、　　ブ、　　　　　　　　　　ＦＩＧ、　　８゜
ＦＩＧ、　　９．　　　　　　　ＦＩＧ、　　１０゜Ｆ
ＩＧ、　　１１゜ ＦＩＧ、　　１３゜ ＦＩＧ、　　１５゜ ＦＩＧ、　　１２゜ ＦＩＧ、　　１４゜ ＦＩＧ、　　１６゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 導電性物体における傷を検出するためのセンサであって
   、 導電性のワイヤからなるコイルと、 該コイルから半径方向に配置されて、前記コイルの一部
   分と前記導電性物体との間に密な結合を与える、電磁的
   に活性の材料の部材からなる磁束収束手段とを備え、該
   磁束収束手段は、所望の傷検出分解能をもたらす寸法及
   び形状に形成されている、 導電性物体の傷検出センサ。