漏洩磁束探傷装置

【課題】円柱状又は円筒状の磁性材の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置において、１台の探傷設備で、軸方向に伸びた傷と円周方向に伸びた傷との両者が良好に検出でき、磁性材と非接触で高速探傷が可能となる技術を提供する。
【解決手段】円環状コイル１ａ，１ｂを有し、円環状コイル１ａ，１ｂの内側を鋼材４が貫通可能な、鋼材４を中心軸方向に磁化する第１の磁化器と、円環状コイル１ａ，１ｂの間に複数のタンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈを有し、タンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈの間を鋼材４が貫通可能な、鋼材４を円周方向に磁化する第２の磁化器と、第２の磁化器と鋼材４との間に複数のセンサ３ａ〜３ｈを有し、鋼材４からの漏洩磁束を検出する探傷ヘッドと、を具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、漏洩磁束探傷装置に関し、特に、円柱状又は円筒状の磁性材（例えば、丸棒鋼・鋼管など）の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明者が検討した技術として、例えば、漏洩磁束探傷装置においては、以下の技術が考えられる。
【０００３】
丸棒鋼・鋼管などの鉄鋼製品は一般に圧延によって製造される。圧延時には素材であるビレットの表面に存在する傷や、圧延のために加熱された際生じるスケールなどが原因で棒鋼・鋼管の表面に傷が生じることがある。鉄鋼製品は機械構造用部位などに使用されるため、使用時の負荷による損傷を除去する目的で表面傷の検出と除去が製造工程では不可欠の工程となっている。
【０００４】
丸棒鋼・鋼管などの鉄鋼製品の傷検出工程では、漏洩磁束探傷法などが利用されている。以下、漏洩磁束探傷法による傷検出の一例を図１１及び図１２を用いて説明する。図１１及び図１２は、本発明の前提として検討した探傷ヘッドの概略構成を示す図である。
【０００５】
円柱状又は円筒状の鋼材４の表面に発生した軸方向（圧延方向）に伸びた傷８を検出する場合、図１１に示すように、鋼材４を円周方向に磁化し、鋼材４の圧延方向に伸びた傷８から漏洩する漏洩磁束をサーチコイルや半導体磁気検出子などのセンサ１８で検出する。通常は、円周方向に磁極間を持つ電磁石１７で磁化し、電磁石１７の極間中央部に配置したセンサ１８で傷を検出する。鋼材４は軸方向に直進し、電磁石１７とセンサ１８とからなる探傷ヘッドが、鋼材４の円周の周辺を回転するか、鋼材４が、軸を中心に回転しながら探傷ヘッドの下を軸方向へ進むことで、鋼材４全面のヘリカル走査を実現している。
【０００６】
円柱状又は円筒状の鋼材４の表面に発生した円周方向に伸びた傷７を検出する場合は、図１２に示すように、鋼材４を軸方向（圧延方向）に磁化し、鋼材４の円周方向に伸びた傷７から漏洩する漏洩磁束をサーチコイルや半導体磁気検出子などのセンサ２０ａ，２０ｂで検出する。通常は、鋼材４の周りを取り囲むように配置された２個一組の貫通コイル１９ａ，１９ｂを用いて圧延方向に鋼材４を磁化し、貫通コイル１９ａ，１９ｂ間の中央部に配置されたセンサ２０ａ，２０ｂで傷を検出する。鋼材４は軸方向へ直進し、センサ２０ａ，２０ｂを鋼材４の円周の周りで回転させるか、または、鋼材４が、軸を中心に回転しながらセンサ２０ａ，２０ｂの下を軸方向へ進むことで、鋼材４全面を走査するようになっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、前記のような漏洩磁束探傷装置の技術について、本発明者が検討した結果、以下のようなことが明らかとなった。
【０００８】
例えば、ＡＰＩ規格に従って鋼管の表面傷を検査するには、軸方向（圧延方向）に伸びた傷８が検出できる装置と、円周方向に伸びた傷７が検出できる装置と、二つの装置を用いなければならず、検査ラインに多くのスペースを要することや、莫大な設備投資が必要であった。
【０００９】
油井管などに用いられる高級継ぎ目なし鋼管は、通常、丸ビレットからマンネスマン穿孔により作られるので、断面形状が真円ではない。そのため、探傷ヘッドを回転させる方式の探傷装置では、鋼管の中心軸と探傷ヘッドの回転中心が一致せず、非接触探傷を実現することが困難である。現在実用化されている装置は、全て、センサヘッドが鋼管表面に接触した状態で探傷が行なわれる形式を採っている。そのため、センサの保護用コンタクトシューが鋼管表面への接触で磨耗するなど、ランニングコストがかかることも問題であった。
【００１０】
また、鋼材をヘリカル駆動する形式のものでは、探傷ヘッド回転式のものに比べ設備費用は少ないものの、高速でヘリカル駆動することが困難なため処理能力を上げることが困難であった。
【００１１】
そこで、本発明の１つの目的は、円柱状又は円筒状の磁性材（例えば、丸棒鋼・鋼管など）の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置において、１台の探傷設備で、軸方向に伸びた傷と円周方向に伸びた傷との両者が良好に検出でき、磁性材と非接触で高速探傷が可能となる技術を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１４】
すなわち、本発明による漏洩磁束探傷装置は、円柱状又は円筒状の磁性材の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置であって、第１及び第２の円環状コイルを有し、前記第１及び第２の円環状コイルの内側を前記磁性材が貫通可能な、前記磁性材を中心軸方向に磁化する第１の磁化器と、前記第１及び第２の円環状コイルの間に複数のタンジェンシャル型コイルを有し、前記複数のタンジェンシャル型コイルの間を前記磁性材が貫通可能な、前記磁性材を円周方向に磁化する第２の磁化器と、前記第２の磁化器と前記磁性材との間に複数のセンサを有し、前記磁性材からの漏洩磁束を検出する探傷ヘッドと、を具備するものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、円柱状又は円筒状の磁性材（例えば、丸棒鋼・鋼管など）の表面に存在する円周方向に伸びた傷及び軸方向に伸びた傷を同時に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、第１の磁化器を構成する２個一組の円環状コイルの概略構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、第２の磁化器を構成する矩形状タンジェンシャル型コイルの概略構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、探傷ヘッドを構成する検出コイルの概略構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、第１及び第２の磁化器並びに探傷ヘッドの配置構成例を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、第１の磁化器（円環状コイル）の作用の概略を示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、第２の磁化器（タンジェンシャル型コイル）の作用の概略を示す図である。
【図８】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、励磁電源Ａの励磁電流Ａ、励磁電源Ｂの励磁電流Ｂの電流位相の概略を示す図である。
【図９】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、第１及び第２の磁化器の合成磁界の概略を示す図である。
【図１０】本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、円周方向に伸びた傷、及び軸方向に伸びた傷の検出信号の結果を示す図であり、（ａ）は傷の位置、（ｂ）は検出信号を示す。
【図１１】本発明の前提として検討した探傷ヘッドの概略構成を示す図である。
【図１２】本発明の前提として検討した探傷ヘッドの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
図１は本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。図２は、本発明の一実施の形態による漏洩磁束探傷装置において、第１の磁化器を構成する２個一組の円環状コイルの概略構成を示す斜視図、図３は、第２の磁化器を構成する矩形状タンジェンシャル型コイルの概略構成を示す斜視図、図４は、探傷ヘッドを構成する検出コイルの概略構成を示す斜視図、図５は、第１及び第２の磁化器並びに探傷ヘッドの配置構成例を示す斜視図である。
【００１９】
まず、図１〜図５により、本実施の形態による漏洩磁束探傷装置の構成の一例を説明する。本実施の形態の漏洩磁束探傷装置は、例えば、円柱状又は円筒状の磁性材（例えば、丸棒鋼・鋼管など）の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置とされ、第１の磁化器と、第２の磁化器と、探傷ヘッドと、励磁電源Ａ（２１）と、励磁電源Ｂ（２２）と、探傷制御盤２３などから構成される。第１の磁化器は、２個一組の円環状（貫通）コイル１ａ，１ｂを有し、円環状コイル１ａ，１ｂの内側を鋼材４が貫通可能な、鋼材４を中心軸方向に磁化するものである。第２の磁化器は、円環状コイル１ａ，１ｂの間に複数の矩形状のタンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈを有し、複数のタンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｅの間を鋼材４が貫通可能な、鋼材４を円周方向に磁化するものである。探傷ヘッドは、第２の磁化器と鋼材４との間に複数のセンサ３ａ〜３ｈを有し、鋼材４からの漏洩磁束を検出するものである。励磁電源Ａ（２１）は、円環状コイル１ａ，１ｂに接続され、円環状コイル１ａ，１ｂに電力を供給するものである。励磁電源Ｂ（２２）は、タンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈに接続され、タンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈに電力を供給するものである。探傷制御盤２３は、センサ３ａ〜３ｈに接続され、センサ３ａ〜３ｈで検出される信号を制御するものである。また、第１の磁化器は、鋼材４の表面に存在する円周方向に伸びた傷７を主に検出するためのものである。第２の磁化器は、鋼材４の表面に存在する軸方向に伸びた傷８を主に検出するためのものである。
【００２０】
図６は、第１の磁化器（円環状コイル１ａ，１ｂ）の作用の概略を示す図である。図６に示すように、２個一組の円環状（貫通）コイル１ａ，１ｂは、被試験体である棒鋼・鋼管（鋼材４）を軸方向に磁化するために用いるもので、試験体表面付近の磁束５は棒鋼・鋼管（鋼材４）の軸方向（長手方向、圧延方向）に向いており、円周方向に伸びた傷７を検出するのに用いられる。鋼材４の表面に円周方向に伸びた傷７が存在すると、その部分で、センサ３ａ〜３ｈで検出される漏洩磁束が変化する。
【００２１】
図７は、第２の磁化器（タンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈ）の作用の概略を示す図である。図７に示すように、複数のタンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈは、試験体（鋼材４）表面の磁束６が円周方向（圧延方向に直交）に向くように試験体表面の円周方向に配置され、軸方向に延びた傷８の検出に使用される。鋼材４の表面に軸方向に延びた傷８が存在すると、その部分で、センサ３ａ〜３ｈで検出される漏洩磁束が変化する。
【００２２】
円環状コイル１ａ，１ｂ及びタンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈの二種類のコイルには、励磁電源Ａ（２１）及び励磁電源Ｂ（２２）から、ＤＣ電流や数十ｋＨｚまでの交流電流を供給して試験体（鋼材４）の磁化を行なう。
【００２３】
図８は、励磁電源Ａ（２１）の励磁電流Ａ（９）、励磁電源Ｂ（２２）の励磁電流Ｂ（１０）の電流位相の概略を示す図である。図９は、第１及び第２の磁化器の合成磁界の概略を示す図である。図８に示すように、円環状コイル１ａ，１ｂ及びタンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈの二種類のコイルに、位相が互いに９０度異なる交流電流（励磁電流Ａ（９）、励磁電流Ｂ（１０））を流して、図９に示すように、二種類のコイルによる合成磁界１１が回転するようにすると、圧延方向に４５度、１３５度傾斜したような傷１２，１３も良好に検出できる。
【００２４】
センサ３ａ〜３ｈとしては、一般的な漏洩磁束探傷法に用いられているサーチコイル（空芯、鉄心入り）、ホール素子、ＧＭＲ素子、半導体磁気検出子などが使用される。本実施の形態では、センサ３ａ〜３ｈが試験体（鋼材４）周囲に多数配列されている。鋼材４を軸方向に機械的手段で移動させて、鋼材４（試験体）表面を探傷する。また、試験体（鋼材４）の円周方向に多数配置されたセンサ３ａ〜３ｈを円周方向に差動的に駆動させ、センサ駆動方向と直交する方向（軸方向）に鋼材４を機械的に移動させて探傷する。そして、鋼材４の円周方向に多数配置されたセンサ３ａ〜３ｈを円周方向に電子的に走査することにより、センサ３ａ〜３ｈが鋼材４の円周方向に高速で走査している状況を実現する。これにより、鋼材４やセンサ３ａ〜３ｈを回転させなくても、鋼材４全面の探傷が可能となる。
【００２５】
また、第２の磁化器は、タンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈの長手方向の巻き線方向が鋼材４の軸方向と同じになるように配置され、タンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈの幅と、鋼材４の径（円周）、肉厚などによって決められるタンジェンシャル型コイル１個のカバー範囲が、鋼材４の１／３２円周以下になるように、タンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈが配列される。これにより、鋼材４全面の探傷が可能となる。
【００２６】
図１０は、円周方向に伸びた傷７及び軸方向に伸びた傷８の検出信号の結果を示す図であり、（ａ）は傷の位置、（ｂ）は検出信号を示す。図１０（ａ）に示すように、直径５０ｍｍ−長さ１０００ｍｍの鋼管１６の表面に、それぞれ幅２ｍｍ−深さ２ｍｍの円周方向に伸びた傷７と軸方向に伸びた傷８とを人工的に加工した。図１０（ｂ）は、それらの傷を、センサ３ａ〜３ｈを用いて探傷した際の傷の検出信号を測定した結果であり、検出信号１４は軸方向に伸びた傷８、検出信号１５は円周方向に伸びた傷７の測定結果を示す。図１０（ｂ）の検出信号１４，１５は、２個一組の円環状コイル１ａ，１ｂ（第１の磁化器）と、２個一組の円環状コイル１ａ，１ｂの中間部分に置かれた複数個の矩形状タンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈ（第２の磁化器）とで鋼管１６を磁化させ、鋼管１６を軸方向に移動した際に、センサ（サーチコイル）３ａ〜３ｈにより検出された軸方向に伸びた傷８の検出信号１４及び円周方向に伸びた傷７の検出信号１５を示す。これにより、鋼材４全面の探傷が可能となる。
【００２７】
したがって、図１０（ｂ）の検出信号１４，１５で示されるように、２個一組の円環状（貫通）コイル１ａ，１ｂ（第１の磁化器）と、２個の円環状コイル１ａ，１ｂの中間部分に置かれた複数個のタンジェンシャル型コイル２ａ〜２ｈ（第２の磁化器）とで棒鋼・鋼管を磁化する事により、２種類のコイルによる合成磁界１１（図９参照）が回転するようにすると、棒鋼・鋼管などの表面に存在する円周方向に伸びた傷７及び棒鋼・鋼管の表面に存在する軸方向に伸びた傷８を同時に検出することができる。
【００２８】
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００２９】
例えば、前記実施の形態においては、試験体として棒鋼・鋼管など鋼材について説明したが、これに限定されるものではなく、他の材質の磁性材、他の形状の磁性材等についても適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１ａ，１ｂ円環状コイル
２ａ〜２ｈタンジェンシャル型コイル
３ａ〜３ｈセンサ
４鋼材
５，６磁束
７円周方向に伸びた傷
８軸方向に伸びた傷
９励磁電流Ａ
１０励磁電流Ｂ
１１合成磁界
１２，１３傷
１４，１５検出信号
１６鋼管
１７電磁石
１８センサ
１９ａ，１９ｂ貫通コイル
２０ａ，２０ｂセンサ
２１励磁電源Ａ
２２励磁電源Ｂ
２３探傷制御盤

【特許請求の範囲】
【請求項１】
円柱状又は円筒状の磁性材の表面傷を探傷する漏洩磁束探傷装置であって、
第１及び第２の円環状コイルを有し、前記第１及び第２の円環状コイルの内側を前記磁性材が貫通可能な、前記磁性材を中心軸方向に磁化する第１の磁化器と、
前記第１及び第２の円環状コイルの間に複数のタンジェンシャル型コイルを有し、前記複数のタンジェンシャル型コイルの間を前記磁性材が貫通可能な、前記磁性材を円周方向に磁化する第２の磁化器と、
前記第２の磁化器と前記磁性材との間に複数のセンサを有し、前記磁性材からの漏洩磁束を検出する探傷ヘッドと、を具備することを特徴とする漏洩磁束探傷装置。
【請求項２】
前記第１の磁化器は、前記磁性材の表面に存在する円周方向に伸びた傷を検出するためのものであることを特徴とする請求項１記載の漏洩磁束探傷装置。
【請求項３】
前記第２の磁化器は、前記磁性材の表面に存在する軸方向に伸びた傷を検出するためのものであることを特徴とする請求項１又は２記載の漏洩磁束探傷装置。
【請求項４】
前記タンジェンシャル型コイルは、矩形状のコイルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の漏洩磁束探傷装置。
【請求項５】
前記探傷ヘッドは、前記複数のセンサが、前記磁性材の円周方向に電子的に走査されるものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の漏洩磁束探傷装置。
【請求項６】
前記第２の磁化器は、前記タンジェンシャル型コイルの長手方向の巻き線方向が前記磁性材の軸方向と同じになるように配置され、前記タンジェンシャル型コイル１個のカバー範囲が前記磁性材の１／３２円周以下になるように、前記複数のタンジェンシャル型コイルが配列されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の漏洩磁束探傷装置。

【図１】