上置コイルによるリモートフｲールド渦電流探傷法の改良
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カテゴリ: 第6回
1.はじめに
渦電流探傷試験(ECT)では、交流電流を流した励磁 コイルを試験対象である導体に近づけたとき、励磁コ イルが作る直接磁場により導体に渦電流が誘導され、 その渦電流がさらに間接磁場を生じる電磁現象を利用 する。導体内に欠陥が存在するときには渦電流の流れ が変化し、その結果、間接磁場も変化することから検 出コイルを通る磁場の変化により欠陥の検出を行う。 通常の ECT では、励磁コイル自身を検出コイルとする か、励磁コイルの近傍に検出コイルを設け、間接磁場 が直接磁場に与える影響を検出コイルによって計測す る。これに対し、リモートフィールド渦電流探傷試験 (RFECT)では、励磁コイルが作る直接磁場の影響が少 ない位置まで検出コイルを離して設置する。これによ り、検出コイルは渦電流が作る間接磁場からのみ強い 影響を受ける。図 1 に一般的な内挿コイルを使った RFECT のコイルと磁場の関係を示す。直接磁場は管内 で急激に減衰するが、間接磁場は励磁コイル周辺から 管外に出て、検出コイル周辺で管内に戻る。検出コイ ルは、管壁を2回通過する間接磁場を検出するため、 管の内外面の欠陥が共に検出信号に影響を与えることになる。また、RFECT では管外を伝わってきた間接磁 場を検出するため、表皮効果による制限を受けず、管 の材料が磁性体でも非磁性体でも、管の内外面の欠陥 を見つけることができる[1]。RFECT は一般に内挿コイルを使った配管の検査に 用いられているが、その一方で、Yushi Sun らにより、 上置コイルを使った RFECT による平板の探傷法が発 表され[2]、多層の金属板にも適用できる特長を生かし、 多層構造を持つ航空機の外壁の検査に用いる研究が行 われた[3,4]。上置コイルによる RFECT の原理につい て詳細な研究は発表されていないが、内挿コイルを使 った場合の原理との類似より、図1に対して図2の様 なコイルと磁場の関係が予想される。 - 著者らは、文献[5]において、このような上置コイル を使った RFECT を原子力発電設備の配管減肉の評価 に適用した場合の検査能力に関する基礎検討を行った。 基本特性を調べるために、プローブを励磁コイル1個 と検出コイル1個のみの単純な構造としたが、このよ うなプローブでも検出信号よりある程度の欠陥形状の 推定が可能であることを示し、また、リフトオフが太
Direct magnetic field from excitation coilExcitation coilPick-up coilEddy currentIndirect magnetic field due to eddy currentFig. 1 Magnetic fields with inner coils533Direct magnetic field from excitation coilIndirect magnetic field due to eddy currentExcitation coilPick-up coil KIXEddy currentFig. 2 Magnetic fields with pancake coilsきな場合や、二重の金属板の裏面にある欠陥でも検出 が可能であることを確認した。 1. 本研究は、この上置コイルを使った RFECT のプロ ーブ構造を改善し、欠陥の評価能力を向上させること を目標とする。2. プローブ構造の検討ここでは、プローブ構造について検討した結果を紹 介する。2.1 プローブ構造に起因する問題図3に、上置コイルを利用した RFECT の検査能力 を評価するために行った試験方法を示す。裏面に模擬 欠陥のある平板上において励磁コイルと検出コイルの 組を移動させ、このとき検出コイルから得られる検出 信号を調べた。文献[5]では、プローブの基本特性を調 べるために、プローブの構造は励磁コイル1個と検出 コイル1個のみを持つ単純なものとし、コイル寸法は 両者共に、外径 10 mm、内径5mm、高さ5mm、巻数 300回で、リフトオフが 0.2 mm とした。また、励磁コ イルと検出コイルのコイル中心間隔は 50 mm とした。 _ しかし、その後の調査により、このプローブの構成 では、基準の出力信号に対して欠陥検出時の信号変化 が小さく、この変化量として得られる欠陥信号を十分 に増幅する前に、計測装置内で元の信号自体が飽和し てしまうという問題が確認された。よって、本研究で は、プローブ構造を改善し、この問題を解決すること により、プローブの検出感度を上げることを試みた。300mm100mmExcitation100 mn/ExcitationeDirkPick-upPick-up)20 mmFig. 3Inspection procedure(a) One-stage(b) Two-stage Fig. 4 Pick-up coils of differential probes2.2 差動コイルの導入この研究では、基準信号に対して欠陥検出時の信号 変化を大きくするために、出力信号として2個の検出 コイルの差動信号を利用することを考えた。互いに近 傍に配置した2個の検出コイルから得られる信号の差 を取ることによって欠陥のない位置での信号値は0に 近くなり、基準信号に対して欠陥信号を相対的に大き くすることができ、安定した欠陥信号を得ることがで きる。ここでは、2 種類の差動信号の取り方を考え、 上下のコイルから得られる信号の差を取る方式(a)と、 このような上下の差を取るコイルの組を2組前後に並 ベ、さらにそれらの信号の差を取る方式(b)について検 討する(図4)。 ・ まず、方式(a)を使った場合の欠陥信号の特性を調べ るために、図3で示した欠陥検出試験において、検出 コイルとして下の段または上の段のコイルのみを使用 した場合に得られる信号と、2 個のコイルから得られ る差動信号を数値計算により求め、これらを比較する。 このとき、試験体表面においてプローブの移動方向を 長さ、これに垂直な方向を幅、また板厚方向を深さと し、欠陥寸法を長さ 10 mm、幅 100 mm、深さ 10 mm とする。図5は、プローブ中心位置に対する信号の振幅と位 相の関係を表すグラフで、図6は、これらに対応する リサージュ波形である。また、図 5、図6 ともに、左 から、下側コイルの信号、上側コイルの信号、2 個の コイルの差動信号となっている。検出コイル以外のプ ローブ構造については、2.1 節に示す通りで、検出コイ ルについては、外径5mm、内径 2.5 mm、高さ5mm、 巻数 300回の2個のコイルを上下に重ねている。上側534DENHAamplitudephaseamplitude -phaseamplitudephase -amplitude (arb.)phase (degree) amplitude (arb.)phase (degree) amplitude (arb.)phase (degree)~22001-240 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80 - 60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Lower pick-up coil(b) Upper pick-up coil Fig. 5 Amplitude and phase of detection signals (one-stage-80 -60 -40 -20 0 20 4060 80 position of probe center (mm)(c) Both pick-up coils5115Vy (arb.)Vy (arb.)Vy (arb.)315-19-511-15-1077ma1954/01/01Vx (arb.) (c) Both pick-up coilsVx (arb.)Vx (arb.) (a) Lower pick-up coil(b) Upper pick-up coil き、最初に検出コイルが欠陥直上を通り、その後、励 磁コイルが欠陥直上を通る。図5に示される振幅値の 変化では、それぞれにおいて、左から検出側、プロー ブ中心、励磁側の順で反応があらわれている。下側コ イルの信号(a)に対して、上側コイルの信号(b)は、励磁」 側では大きな差がないのに対し、検出側と中央で信号 変化が小さくなっている。よって、これらの差である 差動信号(C)では、検出側と中央で相対的に大きな変化 があらわれ、励磁側の反応は小さい。図7は、このような2段のコイルを図4(b)のように 前後に2組並べ、さらにそれらの差動信号をとった方前後に2組並べ、さらにそれらの差動信号をとっ 式(b)を使った場合の図 3 に示した試験の結果であ このとき、それぞれの2段の検出コイルは前述の (a)の場合と同様にし、2組を隙間なく並べ、この の中心と励磁コイルの中心の距離が 50 mm にな うにする。励磁コイルと検出コイルの距離が大きさらに強調される信号が得られた。 * 図8と図9は、方式(a)について、図3に示した試験 で欠陥の長さと深さのうち一方をある値に固定し、残 った方を変化させ、欠陥の長さと深さに対する欠陥信」 号の依存性を数値計算により調べた結果である。また、 - 535 - 図 10 と図 11 は、方式(b)について同じ計算を行」 のである。方式(a)、方式(b)のどちらについても、 深さが大きくなると、振幅と位相の変化が大きく 欠陥長さが大きくなると、振幅が大きくなりつつ図 10 と図 11 は、方式(b)について同じ計算を行ったも 幅と位相の変化位置が外に広がることが確認できる。 のである。方式(a)、方式(b)のどちらについても、欠陥 よって、これらの欠陥形状と欠陥信号の相関関係より、 深さが大きくなると、振幅と位相の変化が大きくなり、欠陥形状の推定が可能であることが分かる。 欠陥長さが大きくなると、振幅が大きくなりつつ、振depth 3mm --- depth 6mm depth 10mm depth 15mm -depth 3mm depth 6mm -* depth 10mm -- depth 15mm --amplitude (arb.)phase (degree)-100-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 8 Detection signals when the defect length is 20 mm (one-stage)-150営amplitude (arb.)width 10mmwidth 10mm -- width 20mmwidth 20mm width 30mm --width 30mm width 40mm --width 40mm -- -350 -400 -450-500 - 80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80 -60 -40-20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 9 Detection signals when the defect depth is 3 mm (one-stage)phase (degree)depth 3mm depth 6mm -* depth 10mm - depth 15mmdepth 3mm - depth 6mm -*depth 10mm depth 15mm今3amplitude (arb.) e0e0055phase (degree)-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 10 Detection signals when the defect width is 20 mm (two-stage)-amplitude (arb.)width 10mm - width 20mm -* width 30mm width 40mmwidth 10mm width 20mm - width 30mm -- width 40mmphase (degree)-100 -80-60 -40-20 0 20 40 60 80-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 11 Detection signals when the defect depth is 3 mm (two-stage) 幅と位相の変化位置が外に広がることが確認できる よって、これらの欠陥形状と欠陥信号の相関関係よ 欠陥形状の推定が可能であることが分かる。 - 536 -ブの性能を実際の3.実験による検証ここでは、2.2 節で提案したプローブの性能を実際の 装置を使って検証する。3.1 プローブ構造 - 測定では、探傷装置にアスワン電子(株)製の ASSORT-RFT を使用し、プローブ構造をこれに合わせ て調整する。励磁コイルは外径 10.0 mm、内径6.0 mm、 高さ 10.0 mm、1548 回巻とし、検出コイルは検出コイ ル同士の間隔を狭めるために矩形コイルとし、内周に ついては長さ 2.6 mm、幅6.0 mm、外周については長 さ6.0 mm、幅 10.0 mm とし、高さ5mm、1836回巻と する。このような4個の検出コイルを間隔 1.0 mm で2 個ずつ重ね、2組を長さ方向に隙間なく並べる。 1 2 段の検出コイルは、巻き方向を逆にして繋げるこ とにより2つのコイルに誘導される電圧の差を取って おり、また、2つのコイルの接続点で接地している(図 12)。そして、2組のこのような2段コイルの出力の差 を差動アンプにより得る。励磁コイルの中心と検出コイル群の中心の距離を 50 mm としており、検出信号は、励磁コイルに近い方 の2段コイルのみの信号と2組の2段コイルの差動信 号の2種類を計測する。3.2 検出能力の評価 13.1 節に記したプローブを用いて図 3 と同様の試験 を行った。このとき、欠陥寸法を長さ 10 mm、深さ 10 mm とした。単体の2段コイルからは、図 13 (a)に示す ように図6(c)とよく似たリサージュ波形が得られたが、 2組の2段コイルの差動信号は、図 13 (b)のようになり 図 7 (b)とは少し異なりプローブ中心での反応が強調 された波形となった。これは、検出コイルを矩形コイ ルにした影響と考えられる。また、長さ 10 mm×深さ5mm、長さ 10 mm×深さ 10 mm、長さ 20 mm×深さ 10 mm の3種類の異なる大 きさの模擬欠陥に対する検出信号を比較した。図 14 は単体の2段コイルの出力で、図 15 は2組の2段コイ ルの差動信号である。これにより、2.2 節の計算結果と 同様な欠陥の大きさに対する信号変化が確認できる。 ただし、検出信号の振幅が小さい領域において、位相 の値が不安定である。 図3に示した試験において、全幅の矩形欠陥の代わFig. 12Structure of differential coilsVy (V)Vy (V)Vx(V)Vx (V) (a) One-stage(b) Two-stage Fig. 13 Detection signals from experimentsりに、試験体の裏面中央に円錐欠陥を入れた場合の検 出信号についても測定を行った。円錐欠陥は、直径 20.0 mm、高さ 7.2 mm のものと直径 10.0 mm、高さ 3.6 mm のものの2種類を使用した。図16は、これらのうち、 直径 20.0 mm の円錐欠陥から得られた検出信号である。 どちらの信号でも振幅と位相で欠陥に対する反応が出 ていることが確認できる。また、振幅が小さい領域で は、2 組の2段コイルの差動信号の方が、信号が安定 している。これに対して、直径 10.0 mm の円錐欠陥に 対しては、どちらの信号でも有意な欠陥指示が得られ なかった。5. まとめ1. 本研究では、上置コイルを利用した RFECT におい て、検出コイルに差動式コイルを利用することにより、 その欠陥評価能力を向上させることを考え、ここで発 案した差動式の検出コイルにより、欠陥形状の差に対 する検出信号の変化の特徴を以前のものから大きく変 えずに、より信号を安定させることができた。ここで は、紙数の関係上、省略したが、この RFECT では、 10 mm 程度のリフトオフがある場合や多重の金属板に 対しても同様の欠陥検出が可能であることが確認され ている。しかしながら、今回の結果からも、欠陥検出 の解像度に関しては、今後、改善する必要があり、実 際の応用に適用するには、解像度向上のためのプロー ブ構造の改良が必要である。537|10x5 10x10-*20x10 リー10x5 10x10 20x10一amplitude (V)phase (degree)100-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80-60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 14 Comparison of detection signals from experiments (one-stage)10x50 10x10 - 20x10-10x5 10x10 - 20x10 -)-amplitude (V)phase (degree)-150 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80-60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 15 Comparison of detection signals from experiments (two-stage)参考文献amplitudephaseamplitude (V)phase (degree)-80-60-40-200 20406080 position of probe center (mm)(a) One-stagexanpolitudephaseamplitude (V)phase (degree)[1] 日本非破壊検査協会, 非破壊検査技術シリーズ 渦 流探傷試験III, 日本非破壊検査協会, 2003 [2] Y.S. Sun, S. Udpa, W. Lord and D. Cooley, A remote field eddy current NDT probe for the inspection of metallic plates, Materials Evaluation, Vol. 54, No. 4, pp. 510-512, 1996 [3] Y.S. Sun, W. Lord, L. Udpa, S. Udpa, S.K. Lua and K.H. Ng, Expanding the remote field eddy current techniques to thick-walled aluminum plate inspection, T. Takagi et al. (Eds.), Electromagnetic Nondestructive Evaluation, pp. 145-152, IOS Press, 1997 [4] Y.S. Sun, T. Ouang and S. Udpa, Remote field eddy current testing: one of the potential solutions for detecting deeply embedded discontinuities in thick and multiplayer metallic structures, Materials Evaluation, Vol. 59, No. 5, pp. 632-637, 2000 [5] 山本敏弘, 高木敏行、内一哲哉, 平板用リモートフ ィールド渦電流探傷法による局部減肉の評価,日本機 械学会論文集 B 編, Vol. 75, No. 751, pp. 431-433, 2009-100 -80 -60 -40-200 20 40 60 80 position of probe center (mm)wo-stageFig. 16Detection signals for a cone-shaped defect謝辞* 本研究は、原子力安全・保安院の高経年化対策強化 基盤整備事業において「経年劣化事象の解明等」の一 部として行われた。 * 本研究は、原子力安全・保安院の高経年化対策強化 基盤整備事業において「経年劣化事象の解明等」の一 部として行われた。 [1] 日本非破壊検査協会, 非破壊検査技術シリーズ 流探傷試験III, 日本非破壊検査協会, 2003 [2] Y.S. Sun, S. Udpa, W. Lord and D. Cooley, A remd field eddy current NDT probe for the inspection of metal 632-637, 2000 [5] 山本敏弘, 高木敏行、内一哲哉, 平板用リモ ィールド渦電流探傷法による局部減肉の評価, 械学会論文集 B編, Vol. 75, No. 751, pp. 431-433| - 538 -“ “?上置コイルによるリモートフィールド渦電流探傷法の改良“ “山本 敏弘,Toshihiro YAMAMOTO,高木 敏行,Toshiyuki TAKAGI,内一 哲哉,Tetsuya UCHIMOTO
渦電流探傷試験(ECT)では、交流電流を流した励磁 コイルを試験対象である導体に近づけたとき、励磁コ イルが作る直接磁場により導体に渦電流が誘導され、 その渦電流がさらに間接磁場を生じる電磁現象を利用 する。導体内に欠陥が存在するときには渦電流の流れ が変化し、その結果、間接磁場も変化することから検 出コイルを通る磁場の変化により欠陥の検出を行う。 通常の ECT では、励磁コイル自身を検出コイルとする か、励磁コイルの近傍に検出コイルを設け、間接磁場 が直接磁場に与える影響を検出コイルによって計測す る。これに対し、リモートフィールド渦電流探傷試験 (RFECT)では、励磁コイルが作る直接磁場の影響が少 ない位置まで検出コイルを離して設置する。これによ り、検出コイルは渦電流が作る間接磁場からのみ強い 影響を受ける。図 1 に一般的な内挿コイルを使った RFECT のコイルと磁場の関係を示す。直接磁場は管内 で急激に減衰するが、間接磁場は励磁コイル周辺から 管外に出て、検出コイル周辺で管内に戻る。検出コイ ルは、管壁を2回通過する間接磁場を検出するため、 管の内外面の欠陥が共に検出信号に影響を与えることになる。また、RFECT では管外を伝わってきた間接磁 場を検出するため、表皮効果による制限を受けず、管 の材料が磁性体でも非磁性体でも、管の内外面の欠陥 を見つけることができる[1]。RFECT は一般に内挿コイルを使った配管の検査に 用いられているが、その一方で、Yushi Sun らにより、 上置コイルを使った RFECT による平板の探傷法が発 表され[2]、多層の金属板にも適用できる特長を生かし、 多層構造を持つ航空機の外壁の検査に用いる研究が行 われた[3,4]。上置コイルによる RFECT の原理につい て詳細な研究は発表されていないが、内挿コイルを使 った場合の原理との類似より、図1に対して図2の様 なコイルと磁場の関係が予想される。 - 著者らは、文献[5]において、このような上置コイル を使った RFECT を原子力発電設備の配管減肉の評価 に適用した場合の検査能力に関する基礎検討を行った。 基本特性を調べるために、プローブを励磁コイル1個 と検出コイル1個のみの単純な構造としたが、このよ うなプローブでも検出信号よりある程度の欠陥形状の 推定が可能であることを示し、また、リフトオフが太
Direct magnetic field from excitation coilExcitation coilPick-up coilEddy currentIndirect magnetic field due to eddy currentFig. 1 Magnetic fields with inner coils533Direct magnetic field from excitation coilIndirect magnetic field due to eddy currentExcitation coilPick-up coil KIXEddy currentFig. 2 Magnetic fields with pancake coilsきな場合や、二重の金属板の裏面にある欠陥でも検出 が可能であることを確認した。 1. 本研究は、この上置コイルを使った RFECT のプロ ーブ構造を改善し、欠陥の評価能力を向上させること を目標とする。2. プローブ構造の検討ここでは、プローブ構造について検討した結果を紹 介する。2.1 プローブ構造に起因する問題図3に、上置コイルを利用した RFECT の検査能力 を評価するために行った試験方法を示す。裏面に模擬 欠陥のある平板上において励磁コイルと検出コイルの 組を移動させ、このとき検出コイルから得られる検出 信号を調べた。文献[5]では、プローブの基本特性を調 べるために、プローブの構造は励磁コイル1個と検出 コイル1個のみを持つ単純なものとし、コイル寸法は 両者共に、外径 10 mm、内径5mm、高さ5mm、巻数 300回で、リフトオフが 0.2 mm とした。また、励磁コ イルと検出コイルのコイル中心間隔は 50 mm とした。 _ しかし、その後の調査により、このプローブの構成 では、基準の出力信号に対して欠陥検出時の信号変化 が小さく、この変化量として得られる欠陥信号を十分 に増幅する前に、計測装置内で元の信号自体が飽和し てしまうという問題が確認された。よって、本研究で は、プローブ構造を改善し、この問題を解決すること により、プローブの検出感度を上げることを試みた。300mm100mmExcitation100 mn/ExcitationeDirkPick-upPick-up)20 mmFig. 3Inspection procedure(a) One-stage(b) Two-stage Fig. 4 Pick-up coils of differential probes2.2 差動コイルの導入この研究では、基準信号に対して欠陥検出時の信号 変化を大きくするために、出力信号として2個の検出 コイルの差動信号を利用することを考えた。互いに近 傍に配置した2個の検出コイルから得られる信号の差 を取ることによって欠陥のない位置での信号値は0に 近くなり、基準信号に対して欠陥信号を相対的に大き くすることができ、安定した欠陥信号を得ることがで きる。ここでは、2 種類の差動信号の取り方を考え、 上下のコイルから得られる信号の差を取る方式(a)と、 このような上下の差を取るコイルの組を2組前後に並 ベ、さらにそれらの信号の差を取る方式(b)について検 討する(図4)。 ・ まず、方式(a)を使った場合の欠陥信号の特性を調べ るために、図3で示した欠陥検出試験において、検出 コイルとして下の段または上の段のコイルのみを使用 した場合に得られる信号と、2 個のコイルから得られ る差動信号を数値計算により求め、これらを比較する。 このとき、試験体表面においてプローブの移動方向を 長さ、これに垂直な方向を幅、また板厚方向を深さと し、欠陥寸法を長さ 10 mm、幅 100 mm、深さ 10 mm とする。図5は、プローブ中心位置に対する信号の振幅と位 相の関係を表すグラフで、図6は、これらに対応する リサージュ波形である。また、図 5、図6 ともに、左 から、下側コイルの信号、上側コイルの信号、2 個の コイルの差動信号となっている。検出コイル以外のプ ローブ構造については、2.1 節に示す通りで、検出コイ ルについては、外径5mm、内径 2.5 mm、高さ5mm、 巻数 300回の2個のコイルを上下に重ねている。上側534DENHAamplitudephaseamplitude -phaseamplitudephase -amplitude (arb.)phase (degree) amplitude (arb.)phase (degree) amplitude (arb.)phase (degree)~22001-240 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80 - 60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Lower pick-up coil(b) Upper pick-up coil Fig. 5 Amplitude and phase of detection signals (one-stage-80 -60 -40 -20 0 20 4060 80 position of probe center (mm)(c) Both pick-up coils5115Vy (arb.)Vy (arb.)Vy (arb.)315-19-511-15-1077ma1954/01/01Vx (arb.) (c) Both pick-up coilsVx (arb.)Vx (arb.) (a) Lower pick-up coil(b) Upper pick-up coil き、最初に検出コイルが欠陥直上を通り、その後、励 磁コイルが欠陥直上を通る。図5に示される振幅値の 変化では、それぞれにおいて、左から検出側、プロー ブ中心、励磁側の順で反応があらわれている。下側コ イルの信号(a)に対して、上側コイルの信号(b)は、励磁」 側では大きな差がないのに対し、検出側と中央で信号 変化が小さくなっている。よって、これらの差である 差動信号(C)では、検出側と中央で相対的に大きな変化 があらわれ、励磁側の反応は小さい。図7は、このような2段のコイルを図4(b)のように 前後に2組並べ、さらにそれらの差動信号をとった方前後に2組並べ、さらにそれらの差動信号をとっ 式(b)を使った場合の図 3 に示した試験の結果であ このとき、それぞれの2段の検出コイルは前述の (a)の場合と同様にし、2組を隙間なく並べ、この の中心と励磁コイルの中心の距離が 50 mm にな うにする。励磁コイルと検出コイルの距離が大きさらに強調される信号が得られた。 * 図8と図9は、方式(a)について、図3に示した試験 で欠陥の長さと深さのうち一方をある値に固定し、残 った方を変化させ、欠陥の長さと深さに対する欠陥信」 号の依存性を数値計算により調べた結果である。また、 - 535 - 図 10 と図 11 は、方式(b)について同じ計算を行」 のである。方式(a)、方式(b)のどちらについても、 深さが大きくなると、振幅と位相の変化が大きく 欠陥長さが大きくなると、振幅が大きくなりつつ図 10 と図 11 は、方式(b)について同じ計算を行ったも 幅と位相の変化位置が外に広がることが確認できる。 のである。方式(a)、方式(b)のどちらについても、欠陥 よって、これらの欠陥形状と欠陥信号の相関関係より、 深さが大きくなると、振幅と位相の変化が大きくなり、欠陥形状の推定が可能であることが分かる。 欠陥長さが大きくなると、振幅が大きくなりつつ、振depth 3mm --- depth 6mm depth 10mm depth 15mm -depth 3mm depth 6mm -* depth 10mm -- depth 15mm --amplitude (arb.)phase (degree)-100-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 8 Detection signals when the defect length is 20 mm (one-stage)-150営amplitude (arb.)width 10mmwidth 10mm -- width 20mmwidth 20mm width 30mm --width 30mm width 40mm --width 40mm -- -350 -400 -450-500 - 80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80 -60 -40-20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 9 Detection signals when the defect depth is 3 mm (one-stage)phase (degree)depth 3mm depth 6mm -* depth 10mm - depth 15mmdepth 3mm - depth 6mm -*depth 10mm depth 15mm今3amplitude (arb.) e0e0055phase (degree)-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 10 Detection signals when the defect width is 20 mm (two-stage)-amplitude (arb.)width 10mm - width 20mm -* width 30mm width 40mmwidth 10mm width 20mm - width 30mm -- width 40mmphase (degree)-100 -80-60 -40-20 0 20 40 60 80-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 11 Detection signals when the defect depth is 3 mm (two-stage) 幅と位相の変化位置が外に広がることが確認できる よって、これらの欠陥形状と欠陥信号の相関関係よ 欠陥形状の推定が可能であることが分かる。 - 536 -ブの性能を実際の3.実験による検証ここでは、2.2 節で提案したプローブの性能を実際の 装置を使って検証する。3.1 プローブ構造 - 測定では、探傷装置にアスワン電子(株)製の ASSORT-RFT を使用し、プローブ構造をこれに合わせ て調整する。励磁コイルは外径 10.0 mm、内径6.0 mm、 高さ 10.0 mm、1548 回巻とし、検出コイルは検出コイ ル同士の間隔を狭めるために矩形コイルとし、内周に ついては長さ 2.6 mm、幅6.0 mm、外周については長 さ6.0 mm、幅 10.0 mm とし、高さ5mm、1836回巻と する。このような4個の検出コイルを間隔 1.0 mm で2 個ずつ重ね、2組を長さ方向に隙間なく並べる。 1 2 段の検出コイルは、巻き方向を逆にして繋げるこ とにより2つのコイルに誘導される電圧の差を取って おり、また、2つのコイルの接続点で接地している(図 12)。そして、2組のこのような2段コイルの出力の差 を差動アンプにより得る。励磁コイルの中心と検出コイル群の中心の距離を 50 mm としており、検出信号は、励磁コイルに近い方 の2段コイルのみの信号と2組の2段コイルの差動信 号の2種類を計測する。3.2 検出能力の評価 13.1 節に記したプローブを用いて図 3 と同様の試験 を行った。このとき、欠陥寸法を長さ 10 mm、深さ 10 mm とした。単体の2段コイルからは、図 13 (a)に示す ように図6(c)とよく似たリサージュ波形が得られたが、 2組の2段コイルの差動信号は、図 13 (b)のようになり 図 7 (b)とは少し異なりプローブ中心での反応が強調 された波形となった。これは、検出コイルを矩形コイ ルにした影響と考えられる。また、長さ 10 mm×深さ5mm、長さ 10 mm×深さ 10 mm、長さ 20 mm×深さ 10 mm の3種類の異なる大 きさの模擬欠陥に対する検出信号を比較した。図 14 は単体の2段コイルの出力で、図 15 は2組の2段コイ ルの差動信号である。これにより、2.2 節の計算結果と 同様な欠陥の大きさに対する信号変化が確認できる。 ただし、検出信号の振幅が小さい領域において、位相 の値が不安定である。 図3に示した試験において、全幅の矩形欠陥の代わFig. 12Structure of differential coilsVy (V)Vy (V)Vx(V)Vx (V) (a) One-stage(b) Two-stage Fig. 13 Detection signals from experimentsりに、試験体の裏面中央に円錐欠陥を入れた場合の検 出信号についても測定を行った。円錐欠陥は、直径 20.0 mm、高さ 7.2 mm のものと直径 10.0 mm、高さ 3.6 mm のものの2種類を使用した。図16は、これらのうち、 直径 20.0 mm の円錐欠陥から得られた検出信号である。 どちらの信号でも振幅と位相で欠陥に対する反応が出 ていることが確認できる。また、振幅が小さい領域で は、2 組の2段コイルの差動信号の方が、信号が安定 している。これに対して、直径 10.0 mm の円錐欠陥に 対しては、どちらの信号でも有意な欠陥指示が得られ なかった。5. まとめ1. 本研究では、上置コイルを利用した RFECT におい て、検出コイルに差動式コイルを利用することにより、 その欠陥評価能力を向上させることを考え、ここで発 案した差動式の検出コイルにより、欠陥形状の差に対 する検出信号の変化の特徴を以前のものから大きく変 えずに、より信号を安定させることができた。ここで は、紙数の関係上、省略したが、この RFECT では、 10 mm 程度のリフトオフがある場合や多重の金属板に 対しても同様の欠陥検出が可能であることが確認され ている。しかしながら、今回の結果からも、欠陥検出 の解像度に関しては、今後、改善する必要があり、実 際の応用に適用するには、解像度向上のためのプロー ブ構造の改良が必要である。537|10x5 10x10-*20x10 リー10x5 10x10 20x10一amplitude (V)phase (degree)100-80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80-60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 14 Comparison of detection signals from experiments (one-stage)10x50 10x10 - 20x10-10x5 10x10 - 20x10 -)-amplitude (V)phase (degree)-150 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80-80-60 -40 -20 0 20 40 60 80 position of probe center (mm)position of probe center (mm) (a) Amplitude(b) Phase Fig. 15 Comparison of detection signals from experiments (two-stage)参考文献amplitudephaseamplitude (V)phase (degree)-80-60-40-200 20406080 position of probe center (mm)(a) One-stagexanpolitudephaseamplitude (V)phase (degree)[1] 日本非破壊検査協会, 非破壊検査技術シリーズ 渦 流探傷試験III, 日本非破壊検査協会, 2003 [2] Y.S. Sun, S. Udpa, W. Lord and D. Cooley, A remote field eddy current NDT probe for the inspection of metallic plates, Materials Evaluation, Vol. 54, No. 4, pp. 510-512, 1996 [3] Y.S. Sun, W. Lord, L. Udpa, S. Udpa, S.K. Lua and K.H. Ng, Expanding the remote field eddy current techniques to thick-walled aluminum plate inspection, T. Takagi et al. (Eds.), Electromagnetic Nondestructive Evaluation, pp. 145-152, IOS Press, 1997 [4] Y.S. Sun, T. Ouang and S. Udpa, Remote field eddy current testing: one of the potential solutions for detecting deeply embedded discontinuities in thick and multiplayer metallic structures, Materials Evaluation, Vol. 59, No. 5, pp. 632-637, 2000 [5] 山本敏弘, 高木敏行、内一哲哉, 平板用リモートフ ィールド渦電流探傷法による局部減肉の評価,日本機 械学会論文集 B 編, Vol. 75, No. 751, pp. 431-433, 2009-100 -80 -60 -40-200 20 40 60 80 position of probe center (mm)wo-stageFig. 16Detection signals for a cone-shaped defect謝辞* 本研究は、原子力安全・保安院の高経年化対策強化 基盤整備事業において「経年劣化事象の解明等」の一 部として行われた。 * 本研究は、原子力安全・保安院の高経年化対策強化 基盤整備事業において「経年劣化事象の解明等」の一 部として行われた。 [1] 日本非破壊検査協会, 非破壊検査技術シリーズ 流探傷試験III, 日本非破壊検査協会, 2003 [2] Y.S. Sun, S. Udpa, W. Lord and D. Cooley, A remd field eddy current NDT probe for the inspection of metal 632-637, 2000 [5] 山本敏弘, 高木敏行、内一哲哉, 平板用リモ ィールド渦電流探傷法による局部減肉の評価, 械学会論文集 B編, Vol. 75, No. 751, pp. 431-433| - 538 -“ “?上置コイルによるリモートフィールド渦電流探傷法の改良“ “山本 敏弘,Toshihiro YAMAMOTO,高木 敏行,Toshiyuki TAKAGI,内一 哲哉,Tetsuya UCHIMOTO