(57)【要約】【課題】  本発明は、電磁気的手法により被検査物の裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を高感度に非破壊検査する方法と、そのための装置を提供するものに関する。【解決手段】  導電性のある被検査物に電流を流し、被検査物の裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を評価する電磁気的手法を用いた非破壊検査方法において、被検査物表面を局所的に加熱することで被検査物内部の電気抵抗率分布を変化させて、被検査物表面の電気抵抗率を裏面の電気抵抗率と比べて大きくすることによって、表面を加熱しない場合と比べて電流を裏面側に多く誘導し、裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性に対する検出感度を向上させることを特徴とする非破壊検査方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁気的手法により裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を評価する非破壊検査方法において、被検査物を加熱、冷却、若しくはこれらを組み合わせることによって、被検査物内部の電気抵抗率分布を変化させた状態で電磁気的物理量を測定することを特徴とする非破壊検査方法。
【請求項２】
直流電位差法により裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を評価する非破壊検査方法において、被検査物表面を局所的に加熱することにより被検査物内部の電気抵抗率分布を変化させて、被検査物表面の電気抵抗率を裏面の電気抵抗率と比べて大きくすることによって、表面を加熱しない場合と比べて電流を裏面側に多く誘導し、裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性に対する検出感度を向上させることを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査方法。
【請求項３】
定電流源に接続された電流入出力端子および電位差測定端子を被検査物表面に均一に接触させる機構を有するセンサと、被検査物表面を局所的に加熱し、被検査物内部の電気抵抗率分布を変化させる加熱源とから構成され、測定された電位差に基づき、被検査物の裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を検査することを特徴とする非破壊検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁気的手法により裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を評価する非破壊検査方法において、被検査物表面を局所的に加熱することによって被検査物裏面側に電流を多く誘導し、裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性に対する検出感度を向上させる方法とそのための装置を提供するものに関する。本発明は特に被検査物が厚肉部材である場合に、裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を高感度に非破壊検査するのに好適な技術である。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントなどの構造物は、欠陥許容基準、あるいは損傷許容設計に基づき運用されているという背景があり、高い欠陥検出能力と欠陥の形状評価が行える非破壊検査方法が必要とされる。他方、これら構造物は厚肉部材で構成されている部分が多く、こうした厚肉部材の裏面あるいは埋没欠陥は、一般的に普及している電磁気的手法による非破壊検査方法では検出が困難である。
【０００３】
従来より、電磁気的手法による非破壊検査方法の一つとして、導電性のある被検査物に電流を流し、被検査物表面上の電位差を測定することにより、欠陥または材料特性を非破壊検査する電位差法が知られている。当該電位差法には、電流源として交流を用いるものと、直流を用いるものがあり、それぞれ交流電位差法、直流電位差法とよばれている。周波数の高い交流では、電流の多くが表面にそって流れる（表皮効果）ため、交流電位差法では被検査物の裏面側を探傷するには不向きであった。一方、直流電位差法では、直流電流が被検査物の表面だけでなく、板厚内部にも流れ、表面欠陥はもとより、埋没欠陥、裏面欠陥によっても電流場が乱されるので、この変化を被検査物表面での電位差の変化として測定することで、上述の欠陥に対する非破壊検査が可能である。しかしながら、被検査物が厚肉部材の場合、被検査物裏面側に誘導される直流電流が微弱であることから、裏面欠陥の検出感度が著しく低下するという問題があった。
【０００４】
一方、電磁気的手法による非破壊検査方法として、渦電流探傷法が知られている。渦電流探傷法では、導電性のある被検査物の上部に交流を通じたコイルを接触あるいは微小間隔あけて配置し、電磁誘導現象によって被検査物に渦電流を発生させる。被検査物に欠陥が存在する場合、欠陥によって生じた渦電流の変化はコイルのインピーダンス変化として検出される。渦電流探傷法は、その原理上、表面欠陥に対する検出感度は良いものの、表皮効果により板厚方向に渦電流が減衰するため、被検査物の裏面側を探傷するには不向きであり、従来は表面探傷もしくは薄板探傷にその利用が限定されていた。
【０００５】
また、上述の電磁気的手法により測定される被検査物表面上の電位差やコイルのインピーダンスがこれら材料の導電率、透磁率、膜厚等の材料物性と相関することから、電流が流れる範囲内におけるこれら材料物性変化を、電磁気的手法により非破壊検査することができる。しかしながら、被検査物が厚肉部材の場合、裏面側に誘導される電流が微弱であることから、裏面における材料変化をとらえることは極めて困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述のように、従来の電磁気的手法では、被検査物裏面側に誘導される電流が微弱であることから、厚肉部材の裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性の検出が困難であった。
【０００７】
本発明は、電磁気的手法における厚肉部材裏面側の欠陥または材料特性の検出感度を向上させるべく、鋭意研究した。その結果、導電性被検査物の電気抵抗率が温度によって変化する物理現象をうまく利用し、直流電位差法において、被検査物表面を局所的に加熱し、被検査物表面の電気抵抗率が裏面の電気抵抗率に比べて大きくなるような電気抵抗率分布を被検査物内部に形成することで、直流電流が表面を加熱しない場合と比べて裏面側に多く誘導されるとの技術的知見を得た。また、表皮効果が問題となる交流電位差法および渦電流探傷法においても、被検査物への交流電流の浸透深さδは、下記の数式１（ｆ[Hz]：交流周波数、μ[H/m]：被検査物の透磁率、σ[S/m]：被検査物の導電率）で与えられることが一般に知られていることから、表面を加熱し、電気抵抗率を大きくすることによって、導電率σ（電気抵抗率の逆数）は減少し、従って浸透深さδが深くなるとの知見を得た。本発明者らは、これらの技術的知見に基づき、被検査物が厚肉部材である場合に、裏面側の欠陥または材料特性を高感度に検出できる非破壊検査方法を実現したものである。
【０００８】
【数１】
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【課題を解決するための手段】
【０００９】
特許を受けようとする第１発明は、電磁気的手法により裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を評価する非破壊検査方法において、被検査物を加熱、冷却、若しくはこれらを組み合わせることによって、被検査物内部の電気抵抗率分布を変化させた状態で電磁気的物理量を測定することを特徴とする非破壊検査方法である。
【００１０】
当該第１発明は、電磁気的手法により裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を評価する非破壊検査方法であるが、その主要な特徴は、被検査物の電気抵抗率が温度によって変化する物理現象を利用し、被検査物内部に意図した温度分布を与えることで電気抵抗率分布を変化させ、被検査物内部での電流密度分布を制御できるようにした点である。
【００１１】
特許を受けようとする第２発明は、直流電位差法により裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を評価する非破壊検査方法において、被検査物表面を局所的に加熱することにより被検査物内部の電気抵抗率分布を変化させて、被検査物表面の電気抵抗率を裏面の電気抵抗率と比べて大きくすることによって、表面を加熱しない場合と比べて電流を裏面側に多く誘導し、裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性に対する検出感度を向上させることを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査方法である。
【００１２】
当該第２発明は、電磁気的手法として直流電位差法を用い、被検査物内部の電気抵抗率分布を被検査物表面の局所的な加熱により変化させる場合の発明である。被検査物表面の電気抵抗率が裏面の電気抵抗率に比べて大きくなるような電気抵抗率分布を被検査物内部に形成することで、表面を加熱しない場合と比べて裏面側に直流電流を多く誘導し、裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性に対する検出感度を向上させるようにしたものである。
【００１３】
特許を受けようとする第３発明は、定電流源に接続された電流入出力端子および電位差測定端子を被検査物表面に均一に接触させる機構を有するセンサと、被検査物表面を局所的に加熱し、被検査物内部の電気抵抗率分布を変化させる加熱源とから構成され、測定された電位差に基づき、被検査物の裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を検査することを特徴とする非破壊検査装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の方法により、電磁気的手法において被検査物裏面に誘導される電流が増大し、より高感度に裏面あるいは埋没欠陥、または材料特性を非破壊検査できるようになった。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明にかかる電磁気的手法による裏面欠陥および材料特性の非破壊検査方法の実施例について電磁気的手法として直流電位差法を用いて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。図１は、電磁気的手法による裏面欠陥および材料特性の非破壊検査方法の構成例を示す説明図である。図１において、加熱、冷却、若しくはこれらを組み合わせるための熱源８は被検査物表面に接触して置かれているが、熱源の配置、接触・非接触等の形態は問わない。本実施例の被検査物１として、図２に示す外見寸法２５０ｍｍ×３０ｍｍ、肉厚４０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の裏面に深さ５ｍｍ、幅０．２ｍｍの人工スリット２ａを放電加工により導入し、裏面欠陥２とした。電流入出力端子４、４’（間隔１２０ｍｍ）、電位差測定端子間隔５、５’（間隔４０ｍｍ）はいずれも欠陥と対称に配置し、プローブ３内部のばね機構により被検査物表面１ａに均一な状態で垂直に接触させた。また、加熱、冷却、若しくはこれらを組み合わせるための熱源８として、外形寸法１０ｍｍ×３０ｍｍのニクロムヒータを用い、被検査物表面１ａを加熱しながら、直流定電流源６より１０Ａの直流電流を被検査物１に通電し、被検査物表面の電位差を電位差測定部７により測定した。また被検査物１と同じ材質および形状で欠陥の導入されていない被検査物に対して、同様に被検査物表面１ａを加熱しながら被検査物表面の電位差を測定し、裏面欠陥２がある位置とない位置での電位差の差（Δ電位差＝｜欠陥がある位置の電位差−欠陥がない位置の電位差｜）を求めた。
【００１６】
図３は、実施例１のΔ電位差の被検査物表面温度に対する変化を黒塗り点および実線で示し、被検査物表面１ａを加熱しない場合（室温２９５Ｋ）のΔ電位差を白抜き点（比較例１）で示す。図３において被検査物表面１ａを加熱しない場合のΔ電位差は２μＶと微弱であったのに対し、３３５Ｋ（加熱開始から約１０分で到達）においてΔ電位差は１２μＶと著しく増大しており、本発明にかかる電磁気的手法による裏面欠陥および材料特性の非破壊検査方法により、裏面欠陥の検出感度が向上したことがわかる。
【実施例２】
【００１７】
実施例２の被検査物１は、図４に示す外形寸法３００×３００ｍｍ、肉厚４０ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の裏面に長さ７０ｍｍ、深さ１０ｍｍ、幅１ｍｍの人工スリット２ａを切削加工により導入し、裏面欠陥２とした。電流入出力端子４、４’間隔を９０ｍｍ、電位差測定端子５，５’間隔を７０ｍｍとし、加熱、冷却、若しくはこれらを組み合わせるための熱源８として外形寸法２０ｍｍ×２０ｍｍのセラミックヒータを用いた。直流電流を１５Ａとし、実施例１と同様にして欠陥がある位置とない位置での電位差を測定し、両者の電位差の差（Δ電位差＝｜欠陥がある位置の電位差−欠陥がない位置の電位差｜）を求めた。
【００１８】
図５は、実施例２のΔ電位差の加熱時間に対する変化を黒塗り点および実線で示し、被検査物表面１ａを加熱しない場合（室温２９５Ｋ）のΔ電位差を白抜き点（比較例２）で示す。図５において被検査物表面を加熱しない場合のΔ電位差は約１μＶであるのに対し、本発明にかかる電磁気的手法による裏面欠陥および材料特性の非破壊検査方法では加熱開始１分後に約３μＶと増加し、裏面欠陥の検出感度が向上したことがわかる。
【実施例３】
【００１９】
実施例３の被検査物１は、図６に示す直径６００ｍｍ、肉厚４０ｍｍ、長さ４００ｍｍのステンレス鋼配管である。配管の内壁には、深さ９ｍｍおよび４．５ｍｍ、いずれも長さ４０ｍｍの２種類の人工ノッチ２ｂが放電加工により導入されていた。電流入出力端子４、４’間隔を９０ｍｍ、電位差測定端子５，５’間隔を５０ｍｍとし、実施例２と同様にして欠陥がある位置とない位置での電位差を測定し、両者の電位差の差（Δ電位差＝｜欠陥がある位置の電位差−欠陥がない位置の電位差｜）を求めた。
【００２０】
図７に実施例３の被検査物表面温度３７３Ｋ（いずれの箇所も加熱開始から約５分で到達）における欠陥深さに対するΔ電位差の変化を黒塗り点および実線で示し、被検査物表面１ａを加熱せずに測定したΔ電位差の変化（比較例３）を白抜き点および点線で示す。図７より、欠陥深さ４．５、９ｍｍに対するΔ電位差は、被検査物表面１ａを加熱しない場合それぞれ約０、１μＶであるのに対し、本発明にかかる電磁気的手法による裏面欠陥および材料特性の非破壊検査方法では約１、６μＶと増加し、裏面欠陥の検出感度が向上したことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の電磁気的手法による裏面欠陥および材料特性の非破壊検査方法を示す概念図である。
【図２】実施例１および比較例１で用いた被検査物の形状および寸法を示す説明図である。
【図３】実施例１および比較例１の裏面欠陥がある位置とない位置での電位差の差である。
【図４】実施例２および比較例２で用いた被検査物の形状および寸法を示す説明図である。
【図５】実施例２および比較例２での裏面欠陥がある位置とない位置での電位差の差である。
【図６】実施例３および比較例３で用いた被検査物の形状および寸法を示す説明図である。
【図７】実施例３および比較例３での裏面欠陥がある位置とない位置での電位差の差である。
【符号の説明】
【００２２】
１：  被検査物
１ａ：  被検査物表面
２：  裏面欠陥
２ａ：  人工スリット
２ｂ：  人工ノッチ 
３：  プローブ
４，４’：  電流入出力端子
５，５’：  電位差測定端子
６：  直流定電流源
７：  電位差測定部
８：  加熱、冷却、若しくはこれらを組み合わせるための熱源
【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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