(57)【要約】【課題】  簡便でありながら効率よく且つ高速に腐食の有無を精度よく検査することの可能な磁性伝熱管表面検査装置を提供すること。【解決手段】  外表面に付着物４が固着した伝熱管２において外表面に生じる腐食の有無を検査する。伝熱管２の表層部に渦電流を発生させるプローブ１１と、プローブ１１を保持すると共に伝熱管２の周面に沿うように湾曲させた湾曲面を有する治具４０と、治具４０を伝熱管２に吸着させる磁石５とを有する。治具４０を磁石５で伝熱管２に吸着させると共に伝熱管２に沿って付着物４上を移動させて渦電流に基づくプローブ１１の検出信号により腐食の有無を検査する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面に付着物が固着した伝熱管において前記外表面に生じる腐食の有無を検査する磁性伝熱管表面検査装置であって、
前記伝熱管の表層部に渦電流を発生させるプローブと、
前記プローブを保持すると共に前記伝熱管の周面に沿うように湾曲させた湾曲面を有する治具と、
前記治具を前記伝熱管に吸着させる磁石とを有し、
前記治具を前記磁石で前記伝熱管に吸着させると共に前記伝熱管に沿って前記付着物上を移動させて前記渦電流に基づく前記プローブの検出信号により前記腐食の有無を検査する磁性伝熱管表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性伝熱管表面検査装置に関する。さらに詳しくは、基材の外表面に付着物が固着した伝熱管において前記外表面に生じる腐食の有無を検査する磁性伝熱管表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、火力発電用のボイラ火炉の水管等の伝熱管では、燃料を燃焼させることで発生する熱を伝熱管内の水に伝播させ、それを水蒸気や温水に換える熱交換を行っている。そのなかで、伝熱管は著しい熱源環境の下で運転していることから、伝熱管の外面側を主体として著しい腐食環境が形成される。そして、ボイラの起動・停止等による伝熱管の伸縮することに伴う熱疲労や、それに伴い付着する表面酸化スケールに生じるき裂から腐食性成分が侵入することによって、伝熱管の外表面に溝状の腐食（エレファントスキン、ファイヤークラック）が生じる。この腐食は進展すると破孔し損壊しボイラに重大な影響を与えることから事前に腐食を検出する必要がある。
【０００３】
そのため、従来の検査方法は、伝熱管の基材の外表面の付着物をサンドブラスト等で取り除き、伝熱管表面を露出させた上で、磁粉探傷検査を行っていた。しかし、付着物を除去しなければならず、膨大な数の伝熱管に対し磁粉探傷を実施することは煩雑であるため、検査に膨大な時間、費用が必要となっていた。しかも、磁粉探傷検査では、検査員が目視で腐食検出を行うため、個人差が生じやすく、検出精度の向上が望まれている。
【０００４】
また、例えば、特許文献１に示す如き方法も知られている。この方法は、各種亀裂評価項目を画像処理により測定し、この亀裂評価項目と亀裂深さとの相関関係に基づいて測定した亀裂評価項目から亀裂深さを推定するものである。このような手法においても、画像撮影前に火炉壁管の表面に付着した酸化スケールを除去しなければならず、検査に膨大な時間、費用が必要となっていた。また、評価手法も煩雑となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１７５１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、簡便でありながら効率よく且つ高速に腐食の有無を精度よく検査することの可能な磁性伝熱管表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る磁性伝熱管表面検査装置の特徴は、外表面に付着物が固着した伝熱管において前記外表面に生じる腐食の有無を検査する構成において、前記伝熱管の表層部に渦電流を発生させるプローブと、前記プローブを保持すると共に前記伝熱管の周面に沿うように湾曲させた湾曲面を有する治具と、前記治具を前記伝熱管に吸着させる磁石とを有し、前記治具を前記磁石で前記伝熱管に吸着させると共に前記伝熱管に沿って前記付着物上を移動させて前記渦電流に基づく前記プローブの検出信号により前記腐食の有無を検査することにある。
【０００８】
上記構成によれば、伝熱管の表層部に渦電流を発生させるプローブを用いるので、渦流探傷を適用することができ、表面の付着物を除去することなく検査することが可能となる。そして、このプローブは伝熱管の周面に沿うように湾曲させた湾曲面を有する治具に保持されるので、検査（走査）時においてプローブを伝熱管に対し安定させることができ、プローブと伝熱管との相対的な傾きが低減され、検出精度が低下することもない。しかも、治具は伝熱管に吸着させる磁石を有するので、プローブの伝熱管に対する姿勢を維持した状態で検査（走査）することができる。従って、治具を磁石で伝熱管に吸着させると共に伝熱管に沿って（軸方向又は周方向）付着物上を移動させることが可能となり、伝熱管表面の付着物を除去する必要がなく、効率よく高速に腐食の有無を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明に係る磁性伝熱管表面検査装置の特徴によれば、簡便でありながら効率よく且つ高速に腐食の有無を精度よく検査することが可能となった。
【００１０】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る磁性伝熱管表面検査装置及び検査対象の概略図である。
【図２】（ａ）検査対象となる伝熱管及びフィンの腐食形態概略図、（ｂ）は（ａ）における腐食部分の概略断面図である。
【図３】渦流探傷装置のブロック図である。
【図４】クロスポイントプローブの概略図である。
【図５】治具の概略図である。
【図６】治具の当接部を示す図である。
【図７】治具内における磁石配置の概略図であり、（ａ）は磁石の配置の一例を示す当接部の正面図、（ｂ）は（ａ）の底面図（湾曲面側）、（ｃ）は磁石の他の配置の一例を示す（ａ）相当図、（ｄ）は（ｃ）の底面図（湾曲面側）である。
【図８】複数本の伝熱管にプローブを配置した場合の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
[検査対象]
図１に示すように、本発明の適用対象となる検査対象１は、例えば火力発電用ボイラにおける水管等としての伝熱管２（以下、「ボイラ管」と称する。）及びフィン３より水冷管パネルである。同図に示すように、本実施形態における水冷管パネル１は、複数本のボイラ管２と一体形成されたフィン３により構成されている。複数の水冷管パネル１は、例えば溶接等により径方向に接合されることで、ボイラの水冷壁や火炉壁管等を構成する。以下、本実施形態においては、水冷管パネル１の１本のボイラ管２の検査を例に説明する。なお、ボイラ管２は、その軸方向がボイラの上下方向に沿うように設けられている。また、ボイラ管２及びフィン３は、例えば磁性材料よりなり、後述の磁石５が吸着可能である。
【００１３】
ボイラ管２は、燃料を燃焼させることで、発生する熱を内部を流通する水に伝播させ、それを水蒸気や温水に換える。そのなかで、ボイラ管２は著しい熱源環境の下で運転していることから、ボイラ管２の外面側を主体として著しい腐食環境が形成される。
【００１４】
[腐食の形態]
代表的なボイラ管２の腐食状況概念図（エレファントスキン、ファイヤークラック）を図２に示す。図２に示すように、腐食７の方向はボイラ管２の主に周方向であり、外表面２ａに溝状に連続的に発生している。このような腐食７の発生の要因は、ボイラの起動・停止等の要因によりボイラ管２が伸縮することに伴う熱疲労や、それに伴い付着する表面酸化スケール４ａにき裂が生じ、そのき裂の間に腐食性成分が侵入することと考えられている。腐食は進展すると破孔し損壊しボイラに重大な影響を与えることから、事前に腐食７を検出する必要がある。さらに、腐食７によるき裂がクリンカ４ｂ（燃焼灰等の付着）により覆わることもある。
【００１５】
[磁性伝熱管表面検査装置]
本発明に係る磁性伝熱管表面検査装置７０は、図２に示すように、大略、プローブ１１が取り付けられた治具４０と、検出した信号を処理し出力する渦流探傷装置５０と、表示器６０を備える。ボイラ管２に治具４０を介してプローブ１１を近づけ、ボイラ管２を励磁し、その表層部に渦電流を発生させる。そして、渦電流により生成される磁束の変化に伴うプローブ１１のインピーダンス変化を測定し、きずの有無を検出する。
【００１６】
図４に示すように、渦流探傷装置５０は、大略、発振器５１、ブリッジ５２、移相器５３、自動平衡器５４、増幅器５５、同期検波器５６を備える。本実施形態において、例えばプローブ１１としては試験コイル１２と比較コイル１３よりなる自己誘導自己比較型のプローブが用いられる。ブリッジ５２は、これらコイル１２，１３と図示しない可変抵抗器により構成されるブリッジ回路である。
【００１７】
発振器５１からの交流出力は、試験コイル１２に加えられてボイラ管２を励磁し、渦電流に伴う磁束を検出する。自動平衡器５４はブリッジ５４出力を零とするものである。試験コイル１２及び比較コイル１３間の不平衡出力が増幅器５５で増幅され、同期検波器５６に送られて、移相器５３の出力とあいまって検波される。そして、検出信号をフィルタ５７を介してパーソナルコンピューター５８に取り込み、測定結果等を表示器６０に表示する。
【００１８】
[プローブ]
本実施形態においてプローブ１１には、クロスポイントプローブが用いられる。クロスポイントプローブとは、２つのコイルを９０°に交差させた構成の上置プローブである。これらのコイルにより誘導される渦電流はコイルの巻き線方向に誘導され、それぞれの渦電流の流れる方向は互いに直交する。また、２つのコイルは励磁・検出を兼ねており、互いの出力信号の差を出力していることからリフトオフ雑音が発生しにくい。また、クロスポイントプローブは指向性を有しており、きず（腐食）を最もよく検出する方向はコイルの巻き線方向に直交する方向である。そのことから、主にボイラ管２の周方向に生じる腐食形態の熱疲労を検出することを目的とした場合、図４に示すように、コイルの巻き線がきずの方向に直交するように配置することで、かつ治具により操作性を安定することで腐食による信号のみを出力することができる。このクロスポイントプローブの特性として、前述のプローブの配置で周方向、軸方向のきずを同時に検出可能である。
【００１９】
[信号成分]
ここで、プローブ１１での検出信号として、リフトオフ（コイルと被検査体との相対的な距離）に起因するＸ成分（抵抗成分）と、電気的な物性（電気伝導度）に起因するＹ成分（リアクタンス成分）とが得られる。腐食７はボイラ管２の母材と比べてリフトオフや電気伝導度が大きくことなることからこれら信号変化を検出することで腐食の検出が可能となる。
【００２０】
[治具]
図１，５に示すように、治具４０は、ボイラ管２の外面の曲率に沿う湾曲面４１を有する当接部４２を有し、プローブ１１の端部を貫通させる貫通孔４３が設けられている。当接部４２は把持部４５と螺合し、把持部４５の内部にはプローブ１１を収容する筒状体４４が収納されている。把持部４５の外面には例えばゴム製のカバー４５ａに覆われ、外気温度等によるインピーダンスの変化を抑制している。また治具先端部には、ボイラ管２の母材に吸着させることを目的として磁石５が取り付けられている。これにより、作業者が把持部４５を把持し当接部４２をボイラ管２に押し当てた際に、プローブ１１は湾曲面４１によってボイラ管２の表面２ａに略垂直に配置され、且つ磁石５により吸着される。
【００２１】
図６に示すように、磁石収納部分８に永久磁石５を設置することで、永久磁石５が治具４０の当接部４２内に固定され、安定した吸着力が保持される。また、治具４０の当接部４２内でプローブ１１を固定するため、貫通孔９にプローブ１１を挿入する。これにより、プローブ１１をボイラ管２に対して安定した姿勢で保持でき、治具４０を移動（走査）させても検出精度が低下することなく、検査効率も向上する。
【００２２】
この磁石５の吸着力は、ボイラ管２の母材の材質に従って、図７に示すように配列を変えることにより吸着力を調整することが可能となっている。例えば、同図（ａ）（ｂ）に示すように、長手方向で磁極の異なる一対の磁石５，５を用い、これら磁石５，５を走査方向と同じボイラ管２の軸方向（長手方向）に配置することで安定した操作が可能である。従って、プローブ１１の被検査体に対する傾きを抑制し、腐食を検出することができる。また、例えば、同図（ｃ）（ｄ）に示すように、ボイラ管２の表面に対向する面で磁極を一致させた一対の磁石５，５を用いてもよい。なお、プローブ１１は、治具４０内部を貫通するケーブル４９を介して渦流探傷装置５０に接続されている。
【００２３】
[測定手順]
まず検査対象となるボイラ管２と同一材質の平板試験片に作成した標準欠陥上でプローブ１１を走査した欠陥信号を基準とする所定の探傷条件に検査装置を調整する。次に、治具４０を磁石５でボイラ管２に取り付けた（吸着させた）のち、測定部位（ボイラ管２及びフィン３）をボイラ管２の軸方向に付着物４上を走査してボイラ管２の表層部に生じた渦電流に基づくプローブ１１の検出信号により腐食の有無を検査する。また、腐食７の有無は、信号振幅の閾値を設定することで判定を行う。また、腐食７の体積変化は出力信号の振幅に依存するため、体積の大きい腐食７は、それに応じて出力される振幅値は大きくなる。そのことから、各腐食７の検出信号の振幅を比較することで、凡その腐食体積の変化の推定が可能となる。
【００２４】
最後に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。なお、上述の実施形態と同様の部材には同一の符号を附してある。
上記実施形態において、本手法を用いた腐食等の検出は、磁石５が吸着可能な材料であれば、特に検査対象の材質は限定されるものではない。
【００２５】
上記実施形態において、プローブ１１には自己誘導自己比較方式のコイル１２，１３を用いたが、コイルの態様は自己誘導自己比較方式に限らず、種々の方式のコイルを適用しても構わない。また、上記実施形態では、プローブ１１にクロスポイントプローブを用いたが、これに限られるものでもない。
【００２６】
上記実施形態において、検査対象となる水冷管パネル１の１本のボイラ管２を検査した。しかし、１本のボイラ管２に限らず、例えば図７に示すように、治具４０を複数配置することで水冷管パネル１全体をまとめて検査することも可能である。この場合、各プローブ１１を検査対象面に対して均一に接触することが求められるため、プローブ１１の上方にスプリング６３を装着し、且つ治具４０の両端に、ボイラ管２の曲率に沿った形状のマグネットタイヤ６２を装着することで、前述の要求は満たされる。また、ボイラ管２のみならず、フィン３についても検査する必要がある場合もあるため、前述の内容と同様にスプリング６３を搭載したフィン検査用治具６４を配置する。さらに、複数のプローブ１１を同時に走査する場合、腐食７の見落とし等が生じると想定されるため、出力信号が閾値を超える場合、例えばアラームを設定することで、前述した腐食の見落としの防止が可能となる。
【００２７】
上記実施形態において、磁石５として板状のものを用いたがこれに限られるものではなく、例えば磁石を内蔵したタイヤであってもよい。例えばタイヤがフィン３上を移動するように治具４０に配置することも可能である。また、磁石５の形状、大きさ、個数、位置等は検査対象１に対する吸着力や走査性が低下しない範囲内において、適宜変更可能である。例えば治具４０の当接部４２の側面や他の部材を介して取り付けることも可能である。なお、上記実施形態では、ボイラ管２の軸方向に走査したが、周方向でもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１：検査対象（水冷管パネル）、２：伝熱管（ボイラ管）、２ａ：外表面、２ｂ：内面、３：フィン、４：付着物、４ａ：スケール、４ｂ：クリンカ、５：磁石、７：腐食、８、磁石収納部分、９：貫通孔、１１：プローブ、１２：試験コイル、１３：比較コイル、４０：治具、４１：湾曲面、４２：当接部、４３：貫通孔、４４：筒状体、４５：把持部、４５ａ：カバー、４７：端部、４９：ケーブル、５０：渦流探傷装置、５１：発振器、５２：ブリッジ、５３：移相器、５４：自動平衡器、５５：増幅器、５６：同期検波器、５７：フィルタ、５８：パーソナルコンピューター、６０：表示器、６１：支持棒、６２：マグネットタイヤ、６３：スプリング、６４：フィン検査用治具、７０：磁性伝熱管表面検査装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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