(57)【要約】【課題】  輻射管の外表面に形成された窒化層を容易に、確実に検出する方法を提供する。【解決手段】  電磁誘導法により輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法であって、リング状永久磁石、この永久磁石の外側に設けた第１コイルおよびこの永久磁石の内側に設けた第２コイルを備えた測定プローブを輻射管の表面に隣接させて測定し、（１）第１コイルのインピーダンスの位相角と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を求めた時、または（２）第２コイルのインピーダンスの振幅と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を求めた時に、健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す場合は、窒化層を有すると判定することを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導法により輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法であって、リング状永久磁石、該永久磁石の外側に設けたコイルを備えた測定プローブを輻射管の表面に隣接させて測定し、コイルのインピーダンスの位相角と振幅との関係を求めた時、健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す場合は、窒化層を有すると判定することを特徴とする輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法。
【請求項２】
電磁誘導法により輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法であって、リング状永久磁石、該永久磁石の外側に設けた第１コイルおよび該永久磁石の内側に設けた第２コイルを備えた測定プローブを輻射管の表面に隣接させて測定し、（１）第１コイルのインピーダンスの位相角と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を求めた時、または（２）第２コイルのインピーダンスの振幅と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を求めた時に、健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す場合は、窒化層を有すると判定することを特徴とする輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素等を加熱する炉等に使用されている輻射管等の外表面に生じた窒化層を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化水素等を加熱する炉等に使用されている輻射管には、管内を移送されるガス中の炭素の吸着および金属中への拡散により、浸炭と呼ばれる損傷が発生する。
浸炭された部分（浸炭層）は、浸炭されていない部分（健全層）に比して、機械的強度が著しく劣る部分である。従って、輻射管における浸炭層の有無および浸炭層の厚さを把握することは重要である。
そこで、従来から、浸炭層の厚さを測定する方法として、電磁誘導法と呼ばれる方法が知られている。この方法は、健全層が非磁性体である一方、浸炭層が磁性体であることを利用したものであり、輻射管の外表面に設置したコイルに交流を流し、コイルのインピーダンスを測定する方法である。
すなわち、強磁性体の浸炭層と非磁性体の健全層とでは、比透磁率等の磁気的性質が異なるため、コイルのインピーダンスは、コイルから浸炭層までの距離に応じて変化する。従って、インピーダンスを測定することによって、輻射管の外表面から浸炭層までの距離が測定でき、この距離を輻射管の厚さから差し引くことで、浸炭層の厚さを求めることができる。
【０００３】
輻射管の外面側には、数１００μｍ程度までの厚さを有する、酸化層と呼ばれる強磁性層が発生することが知られている。輻射管の外面側が酸化されてクロム酸化物が生成されると、輻射管中のクロムが管の外表面に拡散されてしまい、管内にクロム量の少ない領域が発生する。このクロム量の少ない領域が、酸化層（脱クロム層）である。
酸化層は強磁性体であるから、電磁誘導法による浸炭層の検出・厚さ測定に大きな影響を及ぼしてしまう。電磁誘導法によって浸炭層の厚さを計測するために、測定プローブのコイルの内側に永久磁石を配置することによって、上記した酸化層（脱クロム層）を磁化して、酸化層の比透磁率を、非磁性体の比透磁率に近づけて、この層の影響を回避して輻射管における浸炭層の厚さを測定する方法が知られている（特許文献１参照。）。
【０００４】
また、輻射管の外表面に、最大厚さ２ｍｍ程度の、強磁性体の窒化層が形成していることもある。この窒化層は、輻射管のクロムが燃焼ガス中の窒素と化合することにより形成する。この窒化層は、上記した酸化層と同様に、クロム量の少ない強磁性層である。
窒化層の厚さは、上記した酸化層の数１０倍になることがあるため、永久磁石で窒化層の比透磁率を非磁性体と同様の値に近づけるだけでは、この窒化層の影響を排除することはできず、浸炭層の厚さの計測に影響する。そこで、リング状永久磁石、この永久磁石の外側に設けた第１コイルおよびこの永久磁石の内側に設けた第２コイルを備えた測定プローブを用い、窒化層を検出し、その有無によって異なる関係式を用いて浸炭層の厚さを求める方法も知られている（特許文献２参照。）。
この方法においては、第２コイルのインピーダンスの位相角に基づいて判断しているが、他の検出方法についても開発が期待されている。
【特許文献１】特許第２６１６１０５号公報
【特許文献２】特開２０００−４６８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、輻射管の浸炭層の厚さ、健全層の厚さを求める際に必要な輻射管の外表面に形成された窒化層の有無を容易に、確実に検出する方法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】
【０００６】
すなわち本発明は、電磁誘導法により輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法であって、リング状永久磁石、該永久磁石の外側に設けたコイルを備えた測定プローブを輻射管の表面に隣接させて測定し、コイルのインピーダンスの位相角と振幅との関係を求めた時、健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す場合は、窒化層を有すると判定することを特徴とする輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法である。
【０００７】
また、電磁誘導法により輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法であって、リング状永久磁石、該永久磁石の外側に設けた第１コイルおよび該永久磁石の内側に設けた第２コイルを備えた測定プローブを輻射管の表面に隣接させて測定し、（１）第１コイルのインピーダンスの位相角と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を求めた時、または（２）第２コイルのインピーダンスの振幅と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を求めた時に、健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す場合は、窒化層を有すると判定することを特徴とする輻射管の外表面に形成された窒化層を検出する方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の方法によって、輻射管の外表面に形成された窒化層を容易に、確実に検出することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、ある程度長期間に渡って使用された輻射管における断面の一部の例を示す説明図である。この図に示すように、ある程度長期間に渡って使用された輻射管には、健全層の上下に浸炭層、窒化層および酸化層が形成されている。
【００１０】
健全層とは、輻射管の本来の材料からなる層であり、非磁性の層である。
この健全層の内表面に形成される浸炭層は、輻射管内を移送されるガス中の炭素の吸着および金属中への拡散により形成する層であり、強磁性を有する層である。そして、この浸炭層は、健全層に比して機械的な強度に劣った、輻射管の損傷部分である。従って、浸炭層が厚くなりすぎた輻射管は、危険であるため、取り替える必要がある。
【００１１】
また、健全層の外側に形成される酸化層（脱クロム層）は、健全層中のクロムが酸化によって失われることにより形成される層である。この酸化層は、強磁性を有する層であり、数１００μｍ程度までの厚さとなる。
【００１２】
また、酸化層と同じく、健全層の外側に形成される窒化層は、健全層のクロムが窒素と化合することにより形成する層であり、浸炭層と同様に、健全層に比して機械的な強度が劣る部分である。また、この窒化層は、強磁性を有する層であり、最大厚さは２ｍｍ程度になる。
【００１３】
本発明において使用する測定プローブとしては、特許文献１または特許文献２に開示されているものを使用する。
すなわち、リング状永久磁石、この永久磁石の外側に設けたコイルを備えた測定プローブ、またはリング状永久磁石、この永久磁石の外側に設けた第１コイル（特許文献２では浸炭層検出用コイルと表記）およびこの永久磁石の内側に設けた第２コイル（特許文献２では窒化層検出用コイルと表記）を備えた測定プローブを使用する。
【００１４】
図２は、リング状永久磁石、この永久磁石の外側に設けたコイルを備えた測定プローブの構成を示す縦断面図である。
測定プローブ１は、バランスコイル３および検出用コイル４からなるコイル２、中空円板状永久磁石が複数枚積層されたリング状永久磁石５、強磁性体からなる継磁鉄６、同じく強磁性体からなる磁気シールド７および非磁性体からなるコイルケース８を備えている。
【００１５】
測定プローブにおけるリング状永久磁石５は、輻射管における強磁性の酸化層および窒化層の比透磁率を、非磁性体の比透磁率、すなわち、１に近づけるためのものである。
酸化層は薄いので、このことによって非浸炭層の測定への酸化層の影響を回避することが可能である。窒化層も数１００μｍ程度の厚さであれば、その影響を回避することが可能である。
【００１６】
このリング状永久磁石は、中空円板状の永久磁石が、複数枚積層されて形成されている。通常、上下に各４枚、合計８枚積層することによって酸化層の影響を完全に回避することができる。
なお、この永久磁石の材料としては、例えば、希土類鉄磁石からなるＮＥＯＭＡＸ−３２Ｈ（住友特殊金属（株）製）等を用いることができる。
【００１７】
コイル２は、元来、電磁誘導法によって輻射管における非浸炭層の厚さを測定するためのコイルである。そして、これらコイルの外径は、測定プローブが輻射管に設置されたとき、浸炭層がない輻射管における内表面まで有効磁力線が到達するように設定されている。例えば、輻射管の厚さが７ｍｍであれば、コイル２の外径は約２８ｍｍに設定される。
このコイルの外径をこのように設定することによって、コイル２のインピーダンスは、輻射管における非浸炭層の厚さに依存するようになる。
【００１８】
また、コイル２のインピーダンスは、輻射管の外表面に存在する強磁性の窒化層が厚くなると、窒化層に影響される。すなわち、これらのコイルのインピーダンスは、この窒化層の有無に応じて変化する。窒化層を有無によってインピーダンスと非浸炭層の厚さの関係は異なる。
【００１９】
バランスコイル３と検出用コイル４は同一のサイズおよび形状を有するコイルである。また、これらコイルは、リング状永久磁石５の外側に配置されており、例えば、ホルマリン銅線をソレノイドコイル状に巻線することで形成される。
【００２０】
図３は、リング状永久磁石、この永久磁石の外側に設けた第１コイルおよびこの永久磁石の内側に設けた第２コイルを備えた測定プローブの構成を示す縦断面図である。
測定プローブ１１は、第１バランスコイル１３および第１検出用コイル１４からなる第１コイル１２、第２バランスコイル１６および第２検出用コイル１７からなる第２コイル１５、中空円板状永久磁石が複数枚積層されたリング状永久磁石１８が、強磁性体からなる継磁鉄１９、同じく強磁性体からなる磁気シールド２０および非磁性体からなるコイルケース２１を備えている。
【００２１】
この測定プローブ１１は前記の測定プローブ１と、リング状永久磁石の内側に第２バランスコイル１６および第２検出用コイル１７からなる第２コイル１５が設けられている点において異なる。
測定プローブ１１における第１コイル１２およびリング状永久磁石１８の構成、機能は、測定プローブ１におけるコイル２およびリング状永久磁石５の構成、機能と同じである。
【００２２】
第２コイル１５は、元来、輻射管の外表面における窒化層の有無を検出するための検出コイルである。また、第２コイル１５の外径は、測定プローブ１１が輻射管に設置されたとき、輻射管の外表面から第１コイル１２の不感帯域を越えるまで有効磁力線が到達するように設定されている。例えば、第１コイル１２の不感帯域の厚さが２．５ｍｍであれば、第２コイル１５の外径は約１０ｍｍに設定される。
第２コイル１５の外径をこのように設定することによって、第２コイル１５のインピーダンスは、輻射管の外表面における窒化層の有無に依存するようになる。すなわち、第２コイル１５のインピーダンスは、この窒化層の有無に応じて変化するようになっている。
【００２３】
また、第２バランスコイル１６と第２検出用コイル１７は同一のサイズおよび形状を有するコイルである。これらコイルは、それぞれリング状永久磁石１８の内側に配されており、例えば、ホルマリン銅線をソレノイドコイル状に巻線することで形成される。
【００２４】
また、第１バランスコイル１３と第１検出用コイル１４とからなる第１コイル、および第２バランスコイル１６と第２検出用コイル１７からなる第２コイル１５は、それぞれ独立した回路を形成している。
【００２５】
本発明では、これらの測定プローブを用いて、常法に従ってコイルのインピーダンスを求める。
測定プローブ１の場合、通常、バランスコイル３および検出用コイル４の外径は約２８ｍｍのものが使用される。リング状永久磁石５としては、外径約１８ｍｍ、内径約１０ｍｍ、厚さ約１．８ｍｍの中空円板状の永久磁石が上下、それぞれ約４枚積層したものが使用される。コイル２に流す交流の試験周波数は約１．３ｋＨｚで行われる。
測定プローブ１１の場合、通常、第１バランスコイル１３および第１検出用コイル１４の外径は約２８ｍｍ、第２バランスコイル１６および第２検出用コイル１７の外径は約１０ｍｍのものが使用される。リング状永久磁石１８としては、外径約１８ｍｍ、内径約１０ｍｍ、厚さ約１．８ｍｍの中空円板状の永久磁石が上下、それぞれ約４枚積層したものが使用される。
第１コイル２に流す交流の試験周波数は約１．３ｋＨｚ、第２コイル１５に流す交流の試験周波数は約５ｋＨｚで行われる。
【００２６】
本発明において、測定プローブ１を使用して測定し、コイル２のインピーダンスの位相角とコイル２のインピーダンスの振幅との関係を求める。健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す場合は、窒化層を有すると判定する。
すなわち、コイル２のインピーダンスの位相角を横軸に、コイル２のインピーダンスの振幅を縦軸にプロットした場合に、窒化層を有する輻射管の振幅値は、健全層のみの輻射管の振幅値以上で窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す。
【００２７】
あるいは、測定プローブ１１を使用して測定し、第１コイル１２のインピーダンスの位相角と第１コイル１２のインピーダンスの振幅との関係、または第２コイル１５のインピーダンスの振幅と第１コイル１２のインピーダンスの振幅との関係を求める。健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す場合は、窒化層を有すると判定する。
すなわち、第１コイル１２のインピーダンスの位相角を横軸に、第１コイル１２のインピーダンスの振幅を縦軸にプロットした場合、または第２コイル１５のインピーダンスの位相角を横軸に、第１コイル１２のインピーダンスの振幅を縦軸にプロットした場合に、窒化層を有する輻射管の振幅値は、健全層のみの輻射管の振幅値以上で窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示す。
本発明において、窒化層の有無を容易に、正確に検出することが可能である。
このことによって、予め求めておいた窒化層の有る場合と無い場合で異なるコイル２またはコイル１２のインピーダンスと非浸炭層の厚さの関係を用いて、非浸炭層の厚さ、浸炭層の厚さを容易に、確実に求めることが可能になる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例で本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
測定プローブとして、図３に示す、第１バランスコイル１３および第１検出用コイル１４の外径が２８ｍｍ、第２バランスコイル１６および第２検出用コイル１７の外径が１０ｍｍ、リング状永久磁石１８としては、外径１８ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ１．８ｍｍの中空円板状永久磁石を上下に各４枚を備えたものを用い、第１コイル１２には試験周波数は１．３ｋＨｚ、第２コイル１５には試験周波数は５ｋＨｚを流し、使用済みの輻射管について、そのインピーダンスを測定した。測定した使用済み輻射管とその層構成を表１に示す。各輻射管について層厚みが異なる数種について測定した。
なお、輻射管の浸炭層の有無は断面観察によって、窒化層の有無は断面観察、および一部の輻射管については窒素分析によって行った。
【００２９】
【表１】
2005257286.tif 000002
Ｎｏ．２および３の輻射管には浸炭層がなく、Ｎｏ．４および５の輻射管には窒化層がない。
なお、いずれの輻射管にも厚さ０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの酸化層を有している。
【００３０】
測定結果をもとに、第１コイルのインピーダンスの位相角と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を図４に示す。
窒化層を有する輻射管は、健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示している。
また、第２コイルのインピーダンスの振幅と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を図５に示す。
窒化層を有する輻射管は、健全層のみの輻射管の振幅値以上で、窒化層がなく浸炭層を有する輻射管の振幅値以下の振幅値を示している。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】使用された輻射管における断面の一部の例を示す説明図である。
【図２】リング状永久磁石、この永久磁石の外側に設けたコイルを備えた測定プローブの構成を示す縦断面図である。
【図３】リング状永久磁石、この磁石の外側に設けた第１コイルおよびこの永久磁石の内側に設けた第２コイルを備えた測定プローブの構成を示す縦断面図である。
【図４】実施例における第１コイルのインピーダンスの位相角と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を示す図である。
【図５】実施例における第２コイルのインピーダンスの振幅と第１コイルのインピーダンスの振幅との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  測定プローブ
２  コイル
３  バランスコイル
４  検出用コイル
５  リング状永久磁石
６  継磁鉄
７  磁気シールド
８  コイルケース
１１  測定プローブ
１２  第１コイル
１３  第１バランスコイル
１４  第１検出用コイル
１５  第２コイル
１６  第２バランスコイル
１７  第２検出用コイル
１８  リング状永久磁石
１９  継磁鉄
２０  磁気シールド
２１  コイルケース
【図１】
2005257286.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005257286.tif 000005
【図４】
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【図５】
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