浸炭検知方法
【課題】従来の浸炭検知方法では検知困難な微細な浸炭をも検知可能な浸炭検知方法を提供する。
【解決手段】本発明は、管内面に浸炭の生じていることが既知である浸炭材Ｐ０を励磁コイル１１及び検出コイル１２に内挿させ、励磁コイルに通電する励磁電流の電流値をＩ（Ａ）、励磁コイルの長さをＬ（ｍｍ）、励磁コイルの巻き数をＮ、励磁コイルに通電する励磁電流の周波数をＦ（ｋＨｚ）とした場合に、検出コイルからの出力信号に基づき浸炭材に生じている浸炭を検知できるように、下記の式（１）で表されるパラメータＫの値を決定した後、このパラメータＫの値が得られるように励磁コイルの条件を設定した後、被検査対象である管内面における浸炭の有無を検知することを特徴とする。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
【解決手段】本発明は、管内面に浸炭の生じていることが既知である浸炭材Ｐ０を励磁コイル１１及び検出コイル１２に内挿させ、励磁コイルに通電する励磁電流の電流値をＩ（Ａ）、励磁コイルの長さをＬ（ｍｍ）、励磁コイルの巻き数をＮ、励磁コイルに通電する励磁電流の周波数をＦ（ｋＨｚ）とした場合に、検出コイルからの出力信号に基づき浸炭材に生じている浸炭を検知できるように、下記の式（１）で表されるパラメータＫの値を決定した後、このパラメータＫの値が得られるように励磁コイルの条件を設定した後、被検査対象である管内面における浸炭の有無を検知することを特徴とする。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導検査法や漏洩磁束検査法などの電磁気検査法によって、管内面における浸炭の有無を検知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の鉄鋼材料のうち、オーステナイト系ステンレス鋼には浸炭が生じることが知られている。例えば、石油化学プラントのエチレン製造工程での熱分解反応に用いられるクラッキングチューブは、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、長時間使用されると内面に浸炭が生じる。また、クラッキングチューブの製造工程では、潤滑油脂の脱脂不良の状態で熱処理を行うことにより浸炭が生じる。斯かる浸炭の発生は、クラッキングチューブの寿命を大きく低減する要因となるため、浸炭の有無を精度良く検知することが望まれている。
【０００３】
このため、従来より、プラントに設置されたクラッキングチューブについては、プラントの定期修理の際に、クラッキングチューブの全長に亘る非破壊検査として、電磁誘導検査等の電磁気検査を行い、その出力値の大小により浸炭の有無を検知している。また、クラッキングチューブの製造工程においても、全長に亘る電磁気検査を行ったり、或いは、両端部を切断してミクロ組織観察を行うことにより、浸炭の有無を検知している。
【０００４】
一般に、継目無管の製造工程において抽伸加工を施した場合には、管の内面粗さが小さくなるため、内面に付着する潤滑油脂の量が少なくなる。その結果、脱脂不良の状態で熱処理を行うことで生じる浸炭は微細なものとなる。特に、高圧容器内で抽伸加工を施す場合には、管内面が鏡面に近いものとなるため、脱脂不良に起因する浸炭は極めて微細なものとなる。
【０００５】
浸炭の有無を検知する方法としては、実用化されていないものを含めて各種の方法（例えば、特許文献１〜７参照）が提案されているものの、何れの方法も上述したような微細な浸炭を検知できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２５３５５５号公報
【特許文献２】特開昭６２−６１５３号公報
【特許文献３】特開平４−１４５３５８号公報
【特許文献４】特開平６−８８８０７号公報
【特許文献５】特開２０００−２６６７２７号公報
【特許文献６】特開２００４−２７９０５４号公報
【特許文献７】特開２００４−２７９０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、従来の浸炭検知方法では検知困難な微細な浸炭をも検知可能な浸炭検知方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するに際し、まず本発明者らは、本発明者らが提案した特開２０１０−１９７２２２号公報に記載のように、内面に微細な浸炭が生じている管の外面にフェライトメータを対向配置し、このフェライトメータによって浸炭部位の磁性強度（フェライト量）を測定したが、有効な指示値が得られなかった。具体的には、内面に微細な浸炭が生じていることをミクロ組織観察で確認した管の１０箇所について測定したが、フェライトメータの指示値は、いずれも０．０１Ｆｅ％以下であった。このように磁性強度が小さいのは、浸炭によって生じる磁性酸化物の生成量が少ないためと推定される。
【０００９】
上記の結果を踏まえて、本発明者らは、微細な浸炭を管の外面から検知するのではなく、内面から検知することをまず最初に試みた。具体的には、一般的なきず検査用の内挿コイルを用い、下記の（１）〜（３）の条件で浸炭検知の可否を確認する試験を行った。評価に際しては、内挿コイルから出力された検出信号（絶対値信号）を増幅後に同期検波して、互いに位相が９０°異なる第１信号成分及び第２信号成分を分離・抽出した。そして、第１信号成分及び第２信号成分の位相を互いに同一の所定量だけ回転（移相）し、回転後の第１信号成分をＸ信号、回転後の第２信号成分をＹ信号とした。なお、上記の回転量（移相量）は、Ｘ信号及びＹ信号をＸ−Ｙベクトル平面上に表したときに、Ｘ−Ｙベクトル平面のＹ軸方向が管のリフトオフ変動に対応し、Ｘ軸方向が管の磁性変動に対応するように決定した。
（１）被検査対象：内面に微細な浸炭を有する外径１９ｍｍ、内径１７ｍｍの鋼管１３本
（２）内挿コイル：外径１６．５ｍｍ、長さ２ｍｍ、インピーダンス５０Ω／１００ｋＨｚ
（３）励磁周波数（検査周波数）：２５ｋＨｚ
【００１０】
また、上記の被検査対象と同種の鋼管であって浸炭していないものの内面に、巻き数がそれぞれ２．５ターン、６ターンの磁気テープを貼り付け、これら磁気テープから得られる検出信号も上記と同様に評価した。
【００１１】
図１は、上記試験の結果を示す図（Ｘ信号及びＹ信号をＸ−Ｙベクトル平面上に表した図）である。図１において白抜きの菱形でプロットしたデータは被検査対象の浸炭部位から得られたものを、黒の菱形でプロットしたデータは磁気テープから得られたものを示す。
上記試験のような内挿コイルを用いたきず検査は、きずによる電気抵抗変化を検知するものであり、一般的に高感度の検査が行われるため、磁性変動には敏感である。そして、磁性変動が生じている場合、Ｘ信号は磁性変動の大きさに応じた負の値になる（Ｘ軸の負の方向にデータがプロットされる）。しかしながら、図１に矢符Ａ、Ｂ、Ｃで示すデータを除き、被検査対象の浸炭部位から得られたデータは正の値となり、浸炭を検知できない結果となった。図１に矢符Ａ、Ｂ、Ｃで示すデータは負の値ではあるものの、最も絶対値の大きな負の値を示すデータ（矢符Ａで示すデータ）であっても、巻き数６ターンの磁気テープから得られるデータとＸ信号の大きさは同程度であり、極めて微弱な磁性変動でしかない。
【００１２】
一般的なきず検査用の内挿コイルを用いて微細な浸炭を検知することが困難であるのは、使用される励磁能力（磁場強度）が微弱なことが原因である。つまり、磁性材の磁化特性はＢ−Ｈ曲線で表され、磁場強度が小さい場合の初透磁率は極めて小さく、磁場強度の増加と共に透磁率が大きくなる特性を示す。このため、一般的なきず検査で用いられる内挿コイルでは、微弱な磁性変動しか生じない微細な浸炭を検知できないことが判明した。
微細な磁性変動を検知するには、励磁コイルと検出コイルとを別体に設ける相互誘導法を採用することが好ましいものの、内挿コイルを用いる場合には、管内に挿入するコイル寸法の制約から、大きな励磁コイルを用いる相互誘導法を採用することが困難である。また、磁場強度を高めるには、大きな励磁電流を通電するために、励磁コイルの巻線径と、励磁コイルに励磁電流を供給する数１０ｍ程度の長さを有する電気ケーブルの径とを大きくすることが必要になるが、管の内径の制約を受ける。また、電気ケーブルの径を大きくしても、励磁電流を増加させると、励磁コイル自体の発熱が大きくなるため、検出コイルに温度変動が生じ、安定した検出信号（絶対値信号）を得ることが困難になるおそれもある。
さらに、内挿コイルを管内で走行させることになるため、高速走行が困難であると共に、管内に挿入した内挿コイルの引き戻しが必要となるため、管の製造ラインでの自動検査を行うには不向きである。
【００１３】
本発明者らは、上記試験の結果を踏まえ、被検査対象である管の外面から当該管の内面における浸炭の有無を検知する方法を再び検討した。具体的には、まず最初に、本発明者らが提案した特開２０１０−１９７２２２号公報の図１に示す方法（以下、従来方法という）を用いて、下記の条件で、管の内面に貼り付けた磁気テープの検出可否を検討した。なお、実際に検知すべき微細な浸炭による磁性変動が微弱であることから、磁気テープとしては、巻き数が１ターン、３ターン、５ターンのものを用いた。また、管内面に貼り付けた磁気テープの磁性強度（フェライト量）をフェライトメータによって測定した。
（１）励磁周波数（検査周波数）：５００Ｈｚ
（２）励磁電流：０．０１Ａ
（３）励磁コイルの巻き数：２００ターン
（４）励磁コイルの長さ：７０ｍｍ
【００１４】
上記試験の結果を表１に示す。
【表１】
【００１５】
表１に示すように、従来法では、巻き数が３ターン以下の磁気テープを検出できなかった。換言すれば、前述した条件では微弱な磁性変動を検知できないため、微細な浸炭を検知できないと考えられる。
そこで、本発明者らは、管の外面から当該管の内面における浸炭の有無を検知する方法において、微細な浸炭（微弱な磁性変動）の検知能力に対する励磁能力（磁場強度）と励磁周波数の影響について、以下のように更に鋭意検討を行った。
【００１６】
（１）励磁能力（磁場強度）の影響
励磁コイルと検出コイルとを別体に設ける相互誘導法を採用する場合、磁場強度（励磁電流と単位長さ当たりの励磁コイルの巻き数との積）を大きくすると、これに応じて検出コイルに誘起される電圧も大きくなる。このため、検出コイルの出力信号を処理する信号処理部の感度（信号処理部が具備する増幅器のゲイン）を低くすることができ、電気的ノイズを抑制できる点で有利である。しかしながら、前述のように、磁性材の磁化特性はＢ−Ｈ曲線で表され、磁場強度が小さい場合の初透磁率は極めて小さく、磁場強度の増加に伴って透磁率が増加して最大値を示し、更に磁場強度を増加させると磁束密度が飽和して透磁率は小さくなる。このため、適正な磁場強度を与えなければ、微弱な磁性変動を検知することが困難となる。換言すれば、透磁率が小さい場合には、磁性変動に伴う検出コイルの出力信号（出力電圧）の変化が小さいため、微弱な磁性変動を検知できなくなる。これを信号処理部の感度を高めて補正する場合には、電気的ノイズが増加し、適正な検査ができなくなるおそれがある。
従って、微細な浸炭（微弱な磁性変動）の検知能力は、透磁率を最大化するという点で、励磁能力（磁場強度）に依存するといえる。
【００１７】
（２）励磁周波数の影響
管の内面の浸炭により生じる磁性変動を管の外面から検知する場合、表皮効果の影響を軽減して浸透深さを深くするには、励磁周波数を低周波に設定する必要がある。一方、相互誘導法を採用する場合、励磁周波数を過度に低周波にすると、検出コイルに誘起される電圧が小さくなるため、検出コイルの出力信号を処理する信号処理部の感度（信号処理部が具備する増幅器のゲイン）を高める必要がある。このため、電気的なノイズが増加し、適正な検査ができなくなるおそれがある。
従って、微細な浸炭の検知能力は、励磁周波数に依存する。具体的には、浸透深さが励磁周波数の−１／２乗と概ね正の相関を有することと、信号処理部の感度（電気ノイズ）が励磁周波数と負の相関を有する（換言すれば、励磁周波数の−１乗と正の相関を有する）と考えられることから、微細な浸炭の検知能力は、励磁周波数の−３／２乗に依存することを見出した。
【００１８】
本発明者らは、上記の検討の結果に基づき、励磁コイルに通電する励磁電流の電流値をＩ（Ａ）、励磁コイルの長さをＬ（ｍｍ）、励磁コイルの巻き数をＮ、励磁コイルに通電する励磁電流の周波数をＦ（ｋＨｚ）とした場合に、下記の式（１）で表されるパラメータＫが、浸炭検知能力の指標になり得ると考えた。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
【００１９】
図２は、相互誘導法を用いて浸炭が生じていない管の内面に貼り付けた磁気テープから得られた検出信号と、パラメータＫとの関係を調査した試験結果の一例を示す図である。図２の横軸はパラメータＫを、縦軸は検出信号を示す。具体的には、本試験では、後述する図３に記載の渦流検査装置１００を用いて、励磁コイル１１の条件（励磁電流等）を変えることによりパラメータＫの値を変更した。そして、各パラメータＫの値に対応する、巻き数１ターン及び３ターンの磁気テープから得られる検出信号（具体的には、検出コイル１２から出力された絶対値信号を信号処理することによる得られるＸ軸信号）の値を評価した。
図２に示すように、パラメータＫの値を増加させると、各磁気テープから得られる検出信号（Ｘ軸信号）の絶対値も増加し（換言すれば、浸炭検知能力が高まり）、両者は比較的良好な相関関係を有していることがわかる。この結果より、本発明者らは、パラメータＫが浸炭検知能力の指標になり得ることを確認した。そして、本発明者らは、パラメータＫの値を適切に調整することにより、微細な浸炭を検知できることを見出した。
【００２０】
本発明は、本発明者らの上記知見に基づき完成したものである。
すなわち、本発明は、以下の第１ステップ及び第２ステップを含むことを特徴とする。
（１）第１ステップ
管内面に浸炭の生じていることが既知である浸炭材を励磁コイル及び検出コイルに内挿させ、前記励磁コイルに通電する励磁電流の電流値をＩ（Ａ）、前記励磁コイルの長さをＬ（ｍｍ）、前記励磁コイルの巻き数をＮ、前記励磁コイルに通電する励磁電流の周波数をＦ（ｋＨｚ）とした場合に、前記検出コイルの出力信号に基づき前記浸炭材に生じている浸炭を検知できるように、下記の式（１）で表されるパラメータＫの値を決定する。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
（２）第２ステップ
前記決定したパラメータＫの値が得られるように前記励磁コイルの条件を設定した後、被検査対象である管を前記励磁コイル及び前記検出コイルに内挿させ、前記検出コイルの出力信号に基づき前記管内面における浸炭の有無を検知する。
【００２１】
本発明によれば、第１ステップにおいて、浸炭材の浸炭を検知できるようにパラメータＫの値を決定することになる。このパラメータＫは、式（１）から明らかなように、磁場強度（Ｉ・Ｎ／Ｌ）に比例すると共に、励磁周波数Ｆの−３／２乗に比例する。前述のように、浸炭検知能力は、磁場強度と励磁周波数の−３／２乗とに依存すると考えられるため、式（１）で表されるパラメータＫは、浸炭検知能力を表す指標であるといえる。従って、微細な浸炭を検知するには、浸炭材として微細な浸炭の生じているものを用意し、この浸炭を検知できるようにパラメータＫの値を決定する、すなわち、浸炭検知能力を調整すればよい。
次に、本発明によれば、第２ステップにおいて、第１ステップで決定したパラメータＫの値が得られるように励磁コイルの条件を設定した後、被検査対象である管内面における浸炭の有無が検知される。前述のように、第１ステップにおいて浸炭材の浸炭を検知できるようにパラメータＫの値が決定されているため、このパラメータＫの値が得られるように励磁コイルの条件を設定した後に被検査対象である管を検査すれば、当該管についても、パラメータＫの値を決定するために用いた浸炭材に生じている浸炭と同等程度の浸炭を検知可能であることが期待できる。
【００２２】
本発明者らが微細な浸炭を検知するために検討したところ、具体的には、パラメータＫの値を４≦Ｋ≦８に設定することが好ましいことがわかった。
すなわち、前記第２ステップにおいて、前記パラメータＫの値が４≦Ｋ≦８を満足するように前記励磁コイルの条件を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る浸炭検知方法によれば、従来の浸炭検知方法では検知困難な微細な浸炭をも検知可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明らが内挿コイルを用いて行った試験の結果を示す図である。
【図２】図２は、相互誘導法を用いて浸炭が生じていない管の内面に貼り付けた磁気テープから得られた検出信号と、パラメータＫとの関係を調査した試験結果の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る浸炭検知方法に用いる渦流検査装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、図３に示す渦流検査装置が備える位相回転器から出力されるＸ信号及びＹ信号をＸ−Ｙベクトル平面上に表した模式図である。
【図５】図５は、図３に示す渦流検査装置を用いて複数の浸炭材から得られた検出信号と、パラメータＫとの関係を調査した試験結果の一例を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、図５に示すデータの中から４≦Ｋ≦８のデータを抜き出して、検出信号と浸炭深さとの関係を調査した結果を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すデータからＫ＝８のデータを除外して（除外後は４≦Ｋ≦６）プロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について、管が鋼管であり、電磁気検査として渦流検査を行う場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態に係る浸炭検知方法に用いる渦流検査装置の概略構成を示す模式図である。
図３に示すように、本実施形態の渦流検査装置１００は、検出センサ１と、信号処理部２とを備えている。図３において、検出センサ１は断面で図示されている。
【００２７】
検出センサ１は、鋼管Ｐに交流磁界を作用させて渦電流を誘起すると共に、鋼管Ｐに誘起された渦電流を検出するように構成されている。具体的には、本実施形態の検出センサ１は、内挿された鋼管Ｐに交流磁界を作用させる励磁コイル１１と、内挿された鋼管Ｐに誘起された渦電流を検出する単一の検出コイル１２とを備える。
【００２８】
信号処理部２は、検出センサ１に交流の励磁電流を通電すると共に、検出センサ１から出力された検出信号（絶対値信号）に基づいて、鋼管Ｐの内面における浸炭の有無を検知するように構成されている。具体的には、本実施形態の信号処理部２は、発振器２１、増幅器２２、同期検波器２３、位相回転器２４、Ａ／Ｄ変換器２６及び判定部２７を備える。
【００２９】
発振器２１は、検出センサ１（具体的には、検出センサ１の励磁コイル１１）に交流の励磁電流を供給する。これにより、前述のように、鋼管Ｐに交流磁界が作用し、鋼管Ｐに渦電流が誘起される。
【００３０】
検出センサ１（具体的には、検出センサ１の検出コイル１２）から出力された絶対値信号は、増幅器２２によって増幅された後、同期検波器２３に出力される。
【００３１】
同期検波器２３は、発振器２１から出力される参照信号に基づき、増幅器２２の出力信号を同期検波する。具体的に説明すれば、発振器２１から同期検波器２３に向けて、検出センサ１に供給する励磁電流と同一の周波数で同一の位相を有する第１参照信号と、該第１参照信号の位相を９０°だけ移相した第２参照信号とが出力される。そして、同期検波器２３は、増幅器２２の出力信号から、第１参照信号の位相と同位相の信号成分（第１信号成分）及び第２参照信号の位相と同位相の信号成分（第２信号成分）を分離・抽出する。分離・抽出された第１信号成分及び第２信号成分は、それぞれ位相回転器２４に出力される。
【００３２】
位相回転器２４は、同期検波器２３から出力された第１信号成分及び第２信号成分の位相を互いに同一の所定量だけ回転（移相）し、例えば、第１信号成分をＸ信号、第２信号成分をＹ信号として、Ａ／Ｄ変換器２６に出力する。なお、位相回転器２４から出力されるＸ信号及びＹ信号は、互いに直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）で表されるＸ−Ｙベクトル平面において、きず検査等で用いるいわゆるリサージュ波形と称される信号波形（すなわち、振幅をＺ、位相をθとして極座標（Ｚ、θ）で表した検出センサ１の絶対値信号波形（正確には、増幅器２２によって増幅した後の絶対値信号波形））を、Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ投影した成分に相当することになる。
【００３３】
図４は、位相回転器２４から出力されるＸ信号及びＹ信号をＸ−Ｙベクトル平面上に表した模式図である。
まず、内面に浸炭の生じていない鋼管（以下、基準材という）を検出センサ１に挿入しない状態で、Ｘ信号及びＹ信号が０となるように（Ｘ信号及びＹ信号をそれぞれＸ軸成分及びＹ軸成分とするベクトルの先端に相当するスポットが図４に示すバランス点（原点）に位置するように）、増幅器２２の前段に配置されたバランス回路（図示せず）のバランス量を調整して、同期検波器２３から出力される第１信号成分及び第２信号成分をそれぞれ０とする。
次に、基準材を検出センサ１に挿入し停止させて、Ｘ信号が０で、Ｙ信号が所定の電圧（例えば、４Ｖ）となるように（ベクトルの先端が図４に示す基準点に位置するように）、増幅器２２の増幅率及び位相回転器２４の位相回転量を調整する。
【００３４】
上記の調整を事前に行った後、被検査対象である鋼管Ｐを軸方向に移動させて検出センサ１に挿入することにより、Ｘ信号及びＹ信号が取得されることになる。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器２６は、位相回転器２４の出力信号をＡ／Ｄ変換し、判定部２７に出力する。
【００３６】
判定部２７は、Ａ／Ｄ変換器２６の出力データ（すなわち、Ｘ信号及びＹ信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータ。以下、Ｘ信号データ及びＹ信号データという）に基づいて、鋼管Ｐの内面における浸炭の有無を検知する。図３に示すように、鋼管Ｐの磁性変動に応じて、ベクトルの先端位置は変動するが、その変動量はＹ軸方向よりもＸ軸方向に大きい。このため、本実施形態の判定部２７は、入力されたＸ信号データ及びＹ信号データのうち、Ｘ信号データを用いて浸炭の有無を検知している。具体的には、本実施形態の判定部２７は、入力されたＸ信号データと、予め決定され記憶されたしきい値とを比較し、Ｘ信号データが前記しきい値を越えていれば、鋼管Ｐの内面に浸炭が生じていると判定し、Ｘ信号データがしきい値前記以内であれば、鋼管Ｐの内面に浸炭が生じていないと判定する。
【００３７】
以上に説明した構成を有する渦流検査装置１００を用いて鋼管Ｐ内面の浸炭を検知するに際しては、事前に、内面に微細な浸炭の生じていることが既知である浸炭材Ｐ０を励磁コイル１１及び検出コイル１２に内挿させる（図３参照）。そして、検出コイル１２からの出力信号（具体的には、Ｘ信号データ）に基づき浸炭材Ｐ０に生じている浸炭を検知できるように、下記の式（１）で表されるパラメータＫの値を決定しておく。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
上記式（１）において、Ｉは励磁コイル１１に通電する励磁電流の電流値（Ａ）を、Ｌは励磁コイル１１の長さ（ｍｍ）、Ｎは励磁コイル１１の巻き数、Ｆは励磁コイル１１に通電する励磁電流の周波数を（ｋＨｚ）を意味する。
【００３８】
そして、上記のようにして決定したパラメータＫの値が得られるように励磁コイル１１の条件（励磁電流の電流値、励磁コイルの長さ、励磁コイルの巻き数、励磁電流の周波数）を設定した後、被検査対象である鋼管Ｐを励磁コイル１１及び検出コイル１２に内挿させ、検出コイル１２からの出力信号（具体的には、Ｘ信号データ）に基づき鋼管Ｐ内面における浸炭の有無を検知する。
【００３９】
図５は、下記の試験条件の下、渦流検査装置１００を用いて複数の浸炭材Ｐ０から得られた検出信号と、パラメータＫとの関係を調査した試験結果の一例を示す図である。図５の横軸はパラメータＫを、縦軸は検出信号を示す。具体的には、本試験では、渦流検査装置１００の励磁コイル１１の条件を変えることによりパラメータＫの値を変更した。そして、各パラメータＫの値に対応する、複数の浸炭材Ｐ０から得られる検出信号（具体的には、検出コイル１２から出力された絶対値信号を信号処理することによる得られるＸ軸信号）の値を評価した。なお、図５において、同一の記号でプロットされたデータは、同一の浸炭材Ｐ０から得られたものである。なお、各浸炭材Ｐ０の浸炭部位の磁性強度（フェライト量）は、全て０．０１Ｆｅ％以下であった。
＜試験条件＞
（１）励磁電流の周波数Ｆ：０．３〜１ｋＨｚ
（２）励磁電流の電流値Ｉ：０．１〜１Ａ
（３）励磁コイルの長さＬ：７０ｍｍ
（４）励磁コイルの巻き数Ｎ：２００ターン
（５）浸炭材の材質：高Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼
（６）浸炭材の外径：φ１５〜２５ｍｍ
（７）浸炭材の肉厚：０．９〜１．２５ｍｍ
（８）浸炭材の浸炭深さ：２７〜４６μｍ
【００４０】
図５に示すように、４≦Ｋ≦８のときには、Ｘ信号が負の値となることから、浸炭材Ｐ０内面の浸炭部位によって生じる磁性変動を検知可能である。
なお、４＞Ｋのときには、励磁電流の電流値が小さいため、あるいは、励磁周波数が高く浸透深さが浅いため、浸炭材Ｐ０内面における磁場強度が小さくなる。その結果、浸炭材Ｐ０の透磁率が小さくなり、浸炭に伴う磁性変動を精度良く検知できない。一方、８＜Ｋのときには、励磁電流の周波数が低周波であるため、浸透深さは深くなるものの、検出コイル１２に誘起される電圧が低下して信号処理部２の感度（増幅器２２のゲイン）が高くなる。このため、磁性変動に比べて導電率変動の影響が大きくなる。この結果、Ｘ信号が正の値になるものと考えられる。
【００４１】
従って、４≦Ｋ≦８となるように励磁コイル１１の条件を設定し、判定部２７に記憶するしきい値を例えば０とした後、被検査対象である鋼管Ｐを検査すれば、鋼管Ｐ内面における浸炭の有無を検知可能であるといえる。
【００４２】
図６（ａ）は、図５に示すデータの中から４≦Ｋ≦８のデータを抜き出して、検出信号と浸炭深さとの関係を調査した結果を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すデータからＫ＝８のデータを除外して（除外後は４≦Ｋ≦６）プロットした図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）において、同一の記号でプロットされたデータは、同一のＫの値を有するデータである。
【００４３】
図６（ａ）に示すように、検出信号と浸炭深さとは比較的良好な相関を示している。従って、検出信号の大きさから浸炭深さをある程度予測可能である。ただし、Ｋ＝８の場合には、検出信号の絶対値が小さくなる場合がある（図６（ａ）中に点線で囲ったデータ）ため、図６（ｂ）に示すように、４≦Ｋ≦６とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・検出センサ
２・・・信号処理部
１１・・・励磁コイル
１２・・・励磁コイル
２１・・・発振器
２２・・・増幅器
２３・・・同期検波器
２４・・・位相回転器
２６・・・Ａ／Ｄ変換器
２７・・・判定部
１００・・・渦流検査装置
Ｐ・・・鋼管
Ｐ０・・・浸炭材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁誘導検査法や漏洩磁束検査法などの電磁気検査法によって、管内面における浸炭の有無を検知する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の鉄鋼材料のうち、オーステナイト系ステンレス鋼には浸炭が生じることが知られている。例えば、石油化学プラントのエチレン製造工程での熱分解反応に用いられるクラッキングチューブは、オーステナイト系ステンレス鋼からなり、長時間使用されると内面に浸炭が生じる。また、クラッキングチューブの製造工程では、潤滑油脂の脱脂不良の状態で熱処理を行うことにより浸炭が生じる。斯かる浸炭の発生は、クラッキングチューブの寿命を大きく低減する要因となるため、浸炭の有無を精度良く検知することが望まれている。
【０００３】
このため、従来より、プラントに設置されたクラッキングチューブについては、プラントの定期修理の際に、クラッキングチューブの全長に亘る非破壊検査として、電磁誘導検査等の電磁気検査を行い、その出力値の大小により浸炭の有無を検知している。また、クラッキングチューブの製造工程においても、全長に亘る電磁気検査を行ったり、或いは、両端部を切断してミクロ組織観察を行うことにより、浸炭の有無を検知している。
【０００４】
一般に、継目無管の製造工程において抽伸加工を施した場合には、管の内面粗さが小さくなるため、内面に付着する潤滑油脂の量が少なくなる。その結果、脱脂不良の状態で熱処理を行うことで生じる浸炭は微細なものとなる。特に、高圧容器内で抽伸加工を施す場合には、管内面が鏡面に近いものとなるため、脱脂不良に起因する浸炭は極めて微細なものとなる。
【０００５】
浸炭の有無を検知する方法としては、実用化されていないものを含めて各種の方法（例えば、特許文献１〜７参照）が提案されているものの、何れの方法も上述したような微細な浸炭を検知できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−２５３５５５号公報
【特許文献２】特開昭６２−６１５３号公報
【特許文献３】特開平４−１４５３５８号公報
【特許文献４】特開平６−８８８０７号公報
【特許文献５】特開２０００−２６６７２７号公報
【特許文献６】特開２００４−２７９０５４号公報
【特許文献７】特開２００４−２７９０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、従来の浸炭検知方法では検知困難な微細な浸炭をも検知可能な浸炭検知方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するに際し、まず本発明者らは、本発明者らが提案した特開２０１０−１９７２２２号公報に記載のように、内面に微細な浸炭が生じている管の外面にフェライトメータを対向配置し、このフェライトメータによって浸炭部位の磁性強度（フェライト量）を測定したが、有効な指示値が得られなかった。具体的には、内面に微細な浸炭が生じていることをミクロ組織観察で確認した管の１０箇所について測定したが、フェライトメータの指示値は、いずれも０．０１Ｆｅ％以下であった。このように磁性強度が小さいのは、浸炭によって生じる磁性酸化物の生成量が少ないためと推定される。
【０００９】
上記の結果を踏まえて、本発明者らは、微細な浸炭を管の外面から検知するのではなく、内面から検知することをまず最初に試みた。具体的には、一般的なきず検査用の内挿コイルを用い、下記の（１）〜（３）の条件で浸炭検知の可否を確認する試験を行った。評価に際しては、内挿コイルから出力された検出信号（絶対値信号）を増幅後に同期検波して、互いに位相が９０°異なる第１信号成分及び第２信号成分を分離・抽出した。そして、第１信号成分及び第２信号成分の位相を互いに同一の所定量だけ回転（移相）し、回転後の第１信号成分をＸ信号、回転後の第２信号成分をＹ信号とした。なお、上記の回転量（移相量）は、Ｘ信号及びＹ信号をＸ−Ｙベクトル平面上に表したときに、Ｘ−Ｙベクトル平面のＹ軸方向が管のリフトオフ変動に対応し、Ｘ軸方向が管の磁性変動に対応するように決定した。
（１）被検査対象：内面に微細な浸炭を有する外径１９ｍｍ、内径１７ｍｍの鋼管１３本
（２）内挿コイル：外径１６．５ｍｍ、長さ２ｍｍ、インピーダンス５０Ω／１００ｋＨｚ
（３）励磁周波数（検査周波数）：２５ｋＨｚ
【００１０】
また、上記の被検査対象と同種の鋼管であって浸炭していないものの内面に、巻き数がそれぞれ２．５ターン、６ターンの磁気テープを貼り付け、これら磁気テープから得られる検出信号も上記と同様に評価した。
【００１１】
図１は、上記試験の結果を示す図（Ｘ信号及びＹ信号をＸ−Ｙベクトル平面上に表した図）である。図１において白抜きの菱形でプロットしたデータは被検査対象の浸炭部位から得られたものを、黒の菱形でプロットしたデータは磁気テープから得られたものを示す。
上記試験のような内挿コイルを用いたきず検査は、きずによる電気抵抗変化を検知するものであり、一般的に高感度の検査が行われるため、磁性変動には敏感である。そして、磁性変動が生じている場合、Ｘ信号は磁性変動の大きさに応じた負の値になる（Ｘ軸の負の方向にデータがプロットされる）。しかしながら、図１に矢符Ａ、Ｂ、Ｃで示すデータを除き、被検査対象の浸炭部位から得られたデータは正の値となり、浸炭を検知できない結果となった。図１に矢符Ａ、Ｂ、Ｃで示すデータは負の値ではあるものの、最も絶対値の大きな負の値を示すデータ（矢符Ａで示すデータ）であっても、巻き数６ターンの磁気テープから得られるデータとＸ信号の大きさは同程度であり、極めて微弱な磁性変動でしかない。
【００１２】
一般的なきず検査用の内挿コイルを用いて微細な浸炭を検知することが困難であるのは、使用される励磁能力（磁場強度）が微弱なことが原因である。つまり、磁性材の磁化特性はＢ−Ｈ曲線で表され、磁場強度が小さい場合の初透磁率は極めて小さく、磁場強度の増加と共に透磁率が大きくなる特性を示す。このため、一般的なきず検査で用いられる内挿コイルでは、微弱な磁性変動しか生じない微細な浸炭を検知できないことが判明した。
微細な磁性変動を検知するには、励磁コイルと検出コイルとを別体に設ける相互誘導法を採用することが好ましいものの、内挿コイルを用いる場合には、管内に挿入するコイル寸法の制約から、大きな励磁コイルを用いる相互誘導法を採用することが困難である。また、磁場強度を高めるには、大きな励磁電流を通電するために、励磁コイルの巻線径と、励磁コイルに励磁電流を供給する数１０ｍ程度の長さを有する電気ケーブルの径とを大きくすることが必要になるが、管の内径の制約を受ける。また、電気ケーブルの径を大きくしても、励磁電流を増加させると、励磁コイル自体の発熱が大きくなるため、検出コイルに温度変動が生じ、安定した検出信号（絶対値信号）を得ることが困難になるおそれもある。
さらに、内挿コイルを管内で走行させることになるため、高速走行が困難であると共に、管内に挿入した内挿コイルの引き戻しが必要となるため、管の製造ラインでの自動検査を行うには不向きである。
【００１３】
本発明者らは、上記試験の結果を踏まえ、被検査対象である管の外面から当該管の内面における浸炭の有無を検知する方法を再び検討した。具体的には、まず最初に、本発明者らが提案した特開２０１０−１９７２２２号公報の図１に示す方法（以下、従来方法という）を用いて、下記の条件で、管の内面に貼り付けた磁気テープの検出可否を検討した。なお、実際に検知すべき微細な浸炭による磁性変動が微弱であることから、磁気テープとしては、巻き数が１ターン、３ターン、５ターンのものを用いた。また、管内面に貼り付けた磁気テープの磁性強度（フェライト量）をフェライトメータによって測定した。
（１）励磁周波数（検査周波数）：５００Ｈｚ
（２）励磁電流：０．０１Ａ
（３）励磁コイルの巻き数：２００ターン
（４）励磁コイルの長さ：７０ｍｍ
【００１４】
上記試験の結果を表１に示す。
【表１】
【００１５】
表１に示すように、従来法では、巻き数が３ターン以下の磁気テープを検出できなかった。換言すれば、前述した条件では微弱な磁性変動を検知できないため、微細な浸炭を検知できないと考えられる。
そこで、本発明者らは、管の外面から当該管の内面における浸炭の有無を検知する方法において、微細な浸炭（微弱な磁性変動）の検知能力に対する励磁能力（磁場強度）と励磁周波数の影響について、以下のように更に鋭意検討を行った。
【００１６】
（１）励磁能力（磁場強度）の影響
励磁コイルと検出コイルとを別体に設ける相互誘導法を採用する場合、磁場強度（励磁電流と単位長さ当たりの励磁コイルの巻き数との積）を大きくすると、これに応じて検出コイルに誘起される電圧も大きくなる。このため、検出コイルの出力信号を処理する信号処理部の感度（信号処理部が具備する増幅器のゲイン）を低くすることができ、電気的ノイズを抑制できる点で有利である。しかしながら、前述のように、磁性材の磁化特性はＢ−Ｈ曲線で表され、磁場強度が小さい場合の初透磁率は極めて小さく、磁場強度の増加に伴って透磁率が増加して最大値を示し、更に磁場強度を増加させると磁束密度が飽和して透磁率は小さくなる。このため、適正な磁場強度を与えなければ、微弱な磁性変動を検知することが困難となる。換言すれば、透磁率が小さい場合には、磁性変動に伴う検出コイルの出力信号（出力電圧）の変化が小さいため、微弱な磁性変動を検知できなくなる。これを信号処理部の感度を高めて補正する場合には、電気的ノイズが増加し、適正な検査ができなくなるおそれがある。
従って、微細な浸炭（微弱な磁性変動）の検知能力は、透磁率を最大化するという点で、励磁能力（磁場強度）に依存するといえる。
【００１７】
（２）励磁周波数の影響
管の内面の浸炭により生じる磁性変動を管の外面から検知する場合、表皮効果の影響を軽減して浸透深さを深くするには、励磁周波数を低周波に設定する必要がある。一方、相互誘導法を採用する場合、励磁周波数を過度に低周波にすると、検出コイルに誘起される電圧が小さくなるため、検出コイルの出力信号を処理する信号処理部の感度（信号処理部が具備する増幅器のゲイン）を高める必要がある。このため、電気的なノイズが増加し、適正な検査ができなくなるおそれがある。
従って、微細な浸炭の検知能力は、励磁周波数に依存する。具体的には、浸透深さが励磁周波数の−１／２乗と概ね正の相関を有することと、信号処理部の感度（電気ノイズ）が励磁周波数と負の相関を有する（換言すれば、励磁周波数の−１乗と正の相関を有する）と考えられることから、微細な浸炭の検知能力は、励磁周波数の−３／２乗に依存することを見出した。
【００１８】
本発明者らは、上記の検討の結果に基づき、励磁コイルに通電する励磁電流の電流値をＩ（Ａ）、励磁コイルの長さをＬ（ｍｍ）、励磁コイルの巻き数をＮ、励磁コイルに通電する励磁電流の周波数をＦ（ｋＨｚ）とした場合に、下記の式（１）で表されるパラメータＫが、浸炭検知能力の指標になり得ると考えた。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
【００１９】
図２は、相互誘導法を用いて浸炭が生じていない管の内面に貼り付けた磁気テープから得られた検出信号と、パラメータＫとの関係を調査した試験結果の一例を示す図である。図２の横軸はパラメータＫを、縦軸は検出信号を示す。具体的には、本試験では、後述する図３に記載の渦流検査装置１００を用いて、励磁コイル１１の条件（励磁電流等）を変えることによりパラメータＫの値を変更した。そして、各パラメータＫの値に対応する、巻き数１ターン及び３ターンの磁気テープから得られる検出信号（具体的には、検出コイル１２から出力された絶対値信号を信号処理することによる得られるＸ軸信号）の値を評価した。
図２に示すように、パラメータＫの値を増加させると、各磁気テープから得られる検出信号（Ｘ軸信号）の絶対値も増加し（換言すれば、浸炭検知能力が高まり）、両者は比較的良好な相関関係を有していることがわかる。この結果より、本発明者らは、パラメータＫが浸炭検知能力の指標になり得ることを確認した。そして、本発明者らは、パラメータＫの値を適切に調整することにより、微細な浸炭を検知できることを見出した。
【００２０】
本発明は、本発明者らの上記知見に基づき完成したものである。
すなわち、本発明は、以下の第１ステップ及び第２ステップを含むことを特徴とする。
（１）第１ステップ
管内面に浸炭の生じていることが既知である浸炭材を励磁コイル及び検出コイルに内挿させ、前記励磁コイルに通電する励磁電流の電流値をＩ（Ａ）、前記励磁コイルの長さをＬ（ｍｍ）、前記励磁コイルの巻き数をＮ、前記励磁コイルに通電する励磁電流の周波数をＦ（ｋＨｚ）とした場合に、前記検出コイルの出力信号に基づき前記浸炭材に生じている浸炭を検知できるように、下記の式（１）で表されるパラメータＫの値を決定する。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
（２）第２ステップ
前記決定したパラメータＫの値が得られるように前記励磁コイルの条件を設定した後、被検査対象である管を前記励磁コイル及び前記検出コイルに内挿させ、前記検出コイルの出力信号に基づき前記管内面における浸炭の有無を検知する。
【００２１】
本発明によれば、第１ステップにおいて、浸炭材の浸炭を検知できるようにパラメータＫの値を決定することになる。このパラメータＫは、式（１）から明らかなように、磁場強度（Ｉ・Ｎ／Ｌ）に比例すると共に、励磁周波数Ｆの−３／２乗に比例する。前述のように、浸炭検知能力は、磁場強度と励磁周波数の−３／２乗とに依存すると考えられるため、式（１）で表されるパラメータＫは、浸炭検知能力を表す指標であるといえる。従って、微細な浸炭を検知するには、浸炭材として微細な浸炭の生じているものを用意し、この浸炭を検知できるようにパラメータＫの値を決定する、すなわち、浸炭検知能力を調整すればよい。
次に、本発明によれば、第２ステップにおいて、第１ステップで決定したパラメータＫの値が得られるように励磁コイルの条件を設定した後、被検査対象である管内面における浸炭の有無が検知される。前述のように、第１ステップにおいて浸炭材の浸炭を検知できるようにパラメータＫの値が決定されているため、このパラメータＫの値が得られるように励磁コイルの条件を設定した後に被検査対象である管を検査すれば、当該管についても、パラメータＫの値を決定するために用いた浸炭材に生じている浸炭と同等程度の浸炭を検知可能であることが期待できる。
【００２２】
本発明者らが微細な浸炭を検知するために検討したところ、具体的には、パラメータＫの値を４≦Ｋ≦８に設定することが好ましいことがわかった。
すなわち、前記第２ステップにおいて、前記パラメータＫの値が４≦Ｋ≦８を満足するように前記励磁コイルの条件を設定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る浸炭検知方法によれば、従来の浸炭検知方法では検知困難な微細な浸炭をも検知可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明らが内挿コイルを用いて行った試験の結果を示す図である。
【図２】図２は、相互誘導法を用いて浸炭が生じていない管の内面に貼り付けた磁気テープから得られた検出信号と、パラメータＫとの関係を調査した試験結果の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る浸炭検知方法に用いる渦流検査装置の概略構成を示す模式図である。
【図４】図４は、図３に示す渦流検査装置が備える位相回転器から出力されるＸ信号及びＹ信号をＸ−Ｙベクトル平面上に表した模式図である。
【図５】図５は、図３に示す渦流検査装置を用いて複数の浸炭材から得られた検出信号と、パラメータＫとの関係を調査した試験結果の一例を示す図である。
【図６】図６（ａ）は、図５に示すデータの中から４≦Ｋ≦８のデータを抜き出して、検出信号と浸炭深さとの関係を調査した結果を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すデータからＫ＝８のデータを除外して（除外後は４≦Ｋ≦６）プロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について、管が鋼管であり、電磁気検査として渦流検査を行う場合を例に挙げて説明する。
【００２６】
図３は、本発明の一実施形態に係る浸炭検知方法に用いる渦流検査装置の概略構成を示す模式図である。
図３に示すように、本実施形態の渦流検査装置１００は、検出センサ１と、信号処理部２とを備えている。図３において、検出センサ１は断面で図示されている。
【００２７】
検出センサ１は、鋼管Ｐに交流磁界を作用させて渦電流を誘起すると共に、鋼管Ｐに誘起された渦電流を検出するように構成されている。具体的には、本実施形態の検出センサ１は、内挿された鋼管Ｐに交流磁界を作用させる励磁コイル１１と、内挿された鋼管Ｐに誘起された渦電流を検出する単一の検出コイル１２とを備える。
【００２８】
信号処理部２は、検出センサ１に交流の励磁電流を通電すると共に、検出センサ１から出力された検出信号（絶対値信号）に基づいて、鋼管Ｐの内面における浸炭の有無を検知するように構成されている。具体的には、本実施形態の信号処理部２は、発振器２１、増幅器２２、同期検波器２３、位相回転器２４、Ａ／Ｄ変換器２６及び判定部２７を備える。
【００２９】
発振器２１は、検出センサ１（具体的には、検出センサ１の励磁コイル１１）に交流の励磁電流を供給する。これにより、前述のように、鋼管Ｐに交流磁界が作用し、鋼管Ｐに渦電流が誘起される。
【００３０】
検出センサ１（具体的には、検出センサ１の検出コイル１２）から出力された絶対値信号は、増幅器２２によって増幅された後、同期検波器２３に出力される。
【００３１】
同期検波器２３は、発振器２１から出力される参照信号に基づき、増幅器２２の出力信号を同期検波する。具体的に説明すれば、発振器２１から同期検波器２３に向けて、検出センサ１に供給する励磁電流と同一の周波数で同一の位相を有する第１参照信号と、該第１参照信号の位相を９０°だけ移相した第２参照信号とが出力される。そして、同期検波器２３は、増幅器２２の出力信号から、第１参照信号の位相と同位相の信号成分（第１信号成分）及び第２参照信号の位相と同位相の信号成分（第２信号成分）を分離・抽出する。分離・抽出された第１信号成分及び第２信号成分は、それぞれ位相回転器２４に出力される。
【００３２】
位相回転器２４は、同期検波器２３から出力された第１信号成分及び第２信号成分の位相を互いに同一の所定量だけ回転（移相）し、例えば、第１信号成分をＸ信号、第２信号成分をＹ信号として、Ａ／Ｄ変換器２６に出力する。なお、位相回転器２４から出力されるＸ信号及びＹ信号は、互いに直交する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）で表されるＸ−Ｙベクトル平面において、きず検査等で用いるいわゆるリサージュ波形と称される信号波形（すなわち、振幅をＺ、位相をθとして極座標（Ｚ、θ）で表した検出センサ１の絶対値信号波形（正確には、増幅器２２によって増幅した後の絶対値信号波形））を、Ｘ軸及びＹ軸にそれぞれ投影した成分に相当することになる。
【００３３】
図４は、位相回転器２４から出力されるＸ信号及びＹ信号をＸ−Ｙベクトル平面上に表した模式図である。
まず、内面に浸炭の生じていない鋼管（以下、基準材という）を検出センサ１に挿入しない状態で、Ｘ信号及びＹ信号が０となるように（Ｘ信号及びＹ信号をそれぞれＸ軸成分及びＹ軸成分とするベクトルの先端に相当するスポットが図４に示すバランス点（原点）に位置するように）、増幅器２２の前段に配置されたバランス回路（図示せず）のバランス量を調整して、同期検波器２３から出力される第１信号成分及び第２信号成分をそれぞれ０とする。
次に、基準材を検出センサ１に挿入し停止させて、Ｘ信号が０で、Ｙ信号が所定の電圧（例えば、４Ｖ）となるように（ベクトルの先端が図４に示す基準点に位置するように）、増幅器２２の増幅率及び位相回転器２４の位相回転量を調整する。
【００３４】
上記の調整を事前に行った後、被検査対象である鋼管Ｐを軸方向に移動させて検出センサ１に挿入することにより、Ｘ信号及びＹ信号が取得されることになる。
【００３５】
Ａ／Ｄ変換器２６は、位相回転器２４の出力信号をＡ／Ｄ変換し、判定部２７に出力する。
【００３６】
判定部２７は、Ａ／Ｄ変換器２６の出力データ（すなわち、Ｘ信号及びＹ信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータ。以下、Ｘ信号データ及びＹ信号データという）に基づいて、鋼管Ｐの内面における浸炭の有無を検知する。図３に示すように、鋼管Ｐの磁性変動に応じて、ベクトルの先端位置は変動するが、その変動量はＹ軸方向よりもＸ軸方向に大きい。このため、本実施形態の判定部２７は、入力されたＸ信号データ及びＹ信号データのうち、Ｘ信号データを用いて浸炭の有無を検知している。具体的には、本実施形態の判定部２７は、入力されたＸ信号データと、予め決定され記憶されたしきい値とを比較し、Ｘ信号データが前記しきい値を越えていれば、鋼管Ｐの内面に浸炭が生じていると判定し、Ｘ信号データがしきい値前記以内であれば、鋼管Ｐの内面に浸炭が生じていないと判定する。
【００３７】
以上に説明した構成を有する渦流検査装置１００を用いて鋼管Ｐ内面の浸炭を検知するに際しては、事前に、内面に微細な浸炭の生じていることが既知である浸炭材Ｐ０を励磁コイル１１及び検出コイル１２に内挿させる（図３参照）。そして、検出コイル１２からの出力信号（具体的には、Ｘ信号データ）に基づき浸炭材Ｐ０に生じている浸炭を検知できるように、下記の式（１）で表されるパラメータＫの値を決定しておく。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
上記式（１）において、Ｉは励磁コイル１１に通電する励磁電流の電流値（Ａ）を、Ｌは励磁コイル１１の長さ（ｍｍ）、Ｎは励磁コイル１１の巻き数、Ｆは励磁コイル１１に通電する励磁電流の周波数を（ｋＨｚ）を意味する。
【００３８】
そして、上記のようにして決定したパラメータＫの値が得られるように励磁コイル１１の条件（励磁電流の電流値、励磁コイルの長さ、励磁コイルの巻き数、励磁電流の周波数）を設定した後、被検査対象である鋼管Ｐを励磁コイル１１及び検出コイル１２に内挿させ、検出コイル１２からの出力信号（具体的には、Ｘ信号データ）に基づき鋼管Ｐ内面における浸炭の有無を検知する。
【００３９】
図５は、下記の試験条件の下、渦流検査装置１００を用いて複数の浸炭材Ｐ０から得られた検出信号と、パラメータＫとの関係を調査した試験結果の一例を示す図である。図５の横軸はパラメータＫを、縦軸は検出信号を示す。具体的には、本試験では、渦流検査装置１００の励磁コイル１１の条件を変えることによりパラメータＫの値を変更した。そして、各パラメータＫの値に対応する、複数の浸炭材Ｐ０から得られる検出信号（具体的には、検出コイル１２から出力された絶対値信号を信号処理することによる得られるＸ軸信号）の値を評価した。なお、図５において、同一の記号でプロットされたデータは、同一の浸炭材Ｐ０から得られたものである。なお、各浸炭材Ｐ０の浸炭部位の磁性強度（フェライト量）は、全て０．０１Ｆｅ％以下であった。
＜試験条件＞
（１）励磁電流の周波数Ｆ：０．３〜１ｋＨｚ
（２）励磁電流の電流値Ｉ：０．１〜１Ａ
（３）励磁コイルの長さＬ：７０ｍｍ
（４）励磁コイルの巻き数Ｎ：２００ターン
（５）浸炭材の材質：高Ｎｉオーステナイト系ステンレス鋼
（６）浸炭材の外径：φ１５〜２５ｍｍ
（７）浸炭材の肉厚：０．９〜１．２５ｍｍ
（８）浸炭材の浸炭深さ：２７〜４６μｍ
【００４０】
図５に示すように、４≦Ｋ≦８のときには、Ｘ信号が負の値となることから、浸炭材Ｐ０内面の浸炭部位によって生じる磁性変動を検知可能である。
なお、４＞Ｋのときには、励磁電流の電流値が小さいため、あるいは、励磁周波数が高く浸透深さが浅いため、浸炭材Ｐ０内面における磁場強度が小さくなる。その結果、浸炭材Ｐ０の透磁率が小さくなり、浸炭に伴う磁性変動を精度良く検知できない。一方、８＜Ｋのときには、励磁電流の周波数が低周波であるため、浸透深さは深くなるものの、検出コイル１２に誘起される電圧が低下して信号処理部２の感度（増幅器２２のゲイン）が高くなる。このため、磁性変動に比べて導電率変動の影響が大きくなる。この結果、Ｘ信号が正の値になるものと考えられる。
【００４１】
従って、４≦Ｋ≦８となるように励磁コイル１１の条件を設定し、判定部２７に記憶するしきい値を例えば０とした後、被検査対象である鋼管Ｐを検査すれば、鋼管Ｐ内面における浸炭の有無を検知可能であるといえる。
【００４２】
図６（ａ）は、図５に示すデータの中から４≦Ｋ≦８のデータを抜き出して、検出信号と浸炭深さとの関係を調査した結果を示す図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）に示すデータからＫ＝８のデータを除外して（除外後は４≦Ｋ≦６）プロットした図である。なお、図６（ａ）、（ｂ）において、同一の記号でプロットされたデータは、同一のＫの値を有するデータである。
【００４３】
図６（ａ）に示すように、検出信号と浸炭深さとは比較的良好な相関を示している。従って、検出信号の大きさから浸炭深さをある程度予測可能である。ただし、Ｋ＝８の場合には、検出信号の絶対値が小さくなる場合がある（図６（ａ）中に点線で囲ったデータ）ため、図６（ｂ）に示すように、４≦Ｋ≦６とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００４４】
１・・・検出センサ
２・・・信号処理部
１１・・・励磁コイル
１２・・・励磁コイル
２１・・・発振器
２２・・・増幅器
２３・・・同期検波器
２４・・・位相回転器
２６・・・Ａ／Ｄ変換器
２７・・・判定部
１００・・・渦流検査装置
Ｐ・・・鋼管
Ｐ０・・・浸炭材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁気検査によって管内面における浸炭の有無を検知する方法であって、
管内面に浸炭の生じていることが既知である浸炭材を励磁コイル及び検出コイルに内挿させ、前記励磁コイルに通電する励磁電流の電流値をＩ（Ａ）、前記励磁コイルの長さをＬ（ｍｍ）、前記励磁コイルの巻き数をＮ、前記励磁コイルに通電する励磁電流の周波数をＦ（ｋＨｚ）とした場合に、前記検出コイルからの出力信号に基づき前記浸炭材に生じている浸炭を検知できるように、下記の式（１）で表されるパラメータＫの値を決定する第１ステップと、
前記決定したパラメータＫの値が得られるように前記励磁コイルの条件を設定した後、被検査対象である管を前記励磁コイル及び前記検出コイルに内挿させ、前記検出コイルからの出力信号に基づき前記管内面における浸炭の有無を検知する第２ステップと、
を含むことを特徴とする管内面の浸炭検知方法。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
【請求項２】
前記第２ステップにおいて、前記パラメータＫの値が４≦Ｋ≦８を満足するように前記励磁コイルの条件を設定することを特徴とする請求項１に記載の管内面の浸炭検知方法。
【請求項１】
電磁気検査によって管内面における浸炭の有無を検知する方法であって、
管内面に浸炭の生じていることが既知である浸炭材を励磁コイル及び検出コイルに内挿させ、前記励磁コイルに通電する励磁電流の電流値をＩ（Ａ）、前記励磁コイルの長さをＬ（ｍｍ）、前記励磁コイルの巻き数をＮ、前記励磁コイルに通電する励磁電流の周波数をＦ（ｋＨｚ）とした場合に、前記検出コイルからの出力信号に基づき前記浸炭材に生じている浸炭を検知できるように、下記の式（１）で表されるパラメータＫの値を決定する第１ステップと、
前記決定したパラメータＫの値が得られるように前記励磁コイルの条件を設定した後、被検査対象である管を前記励磁コイル及び前記検出コイルに内挿させ、前記検出コイルからの出力信号に基づき前記管内面における浸炭の有無を検知する第２ステップと、
を含むことを特徴とする管内面の浸炭検知方法。
Ｋ＝（Ｉ・Ｎ／Ｌ）・Ｆ−３／２ ・・・（１）
【請求項２】
前記第２ステップにおいて、前記パラメータＫの値が４≦Ｋ≦８を満足するように前記励磁コイルの条件を設定することを特徴とする請求項１に記載の管内面の浸炭検知方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９２４１８（Ｐ２０１３−９２４１８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３８８１（Ｐ２０１１−２３３８８１）
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２５日（２０１１．１０．２５）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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