(57)【要約】【課題】表面欠陥分布状態の把握と欠陥深さ評価の双方に適した渦電流探傷プローブを提供すること。【解決手段】被検体に渦電流を発生させるとともに、被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、コイルは２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイル１，２である。また、コイルは、２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイル１，２であって、且つ異なるコイル巻き径の各コイル１，２がそれぞれ複数個備わったマルチコイル型コイルである構成とする。また、コイルは、２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイルであって、且つコイル巻き径の異なるコイルの１つが単一のコイルであるとともに他のコイルがそれぞれ複数個備わったマルチコイル型コイルである構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、
前記コイルは２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイルである
ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
【請求項２】
被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、
前記コイルは、２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイルであって、且つ前記異なるコイル巻き径の各コイルがそれぞれ複数個備わったマルチコイル型コイルである
ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
【請求項３】
被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、
前記コイルは、２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイルであって、且つ前記コイル巻き径の異なるコイルの１つが単一のコイルであるとともに他のコイルがそれぞれ複数個備わったマルチコイル型コイルである
ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
【請求項４】
被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、
前記コイルは、コイル巻き径の比較的小さい単一コイルと、コイル巻き径の比較的大きい励磁コイル及びコイル巻き径の比較的小さい検出コイルからなる深さ欠陥評価用コイルと、の組み合わせである
ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
【請求項５】
被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、
前記コイルは、コイル巻き径の比較的小さい第１のコイルと、コイル巻き径の比較的大きい第２のコイルとの組み合わせであり、
前記第１のコイルに印加する周波数は１００ｋＨｚ以上であり、前記第２のコイルに印加する周波数は２０ｋＨｚ以下である
ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つの請求項において、
前記コイル巻き径の異なるコイル毎にプローブ単位を形成し、各プローブ単位を組み合わせて一体的な渦電流探傷プローブとする
ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は渦電流探傷プローブの構造に関し、特に、渦電流を発生させるコイルを複数個用いて金属の欠陥を探傷するプローブ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
渦電流探傷（以下、ＥＣＴ（Ｅｄｄｙ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）と云う）は、プローブに取りつけたコイルにより被検体に渦電流を発生させて、被検体欠陥による渦電流の乱れから欠陥を検出する手法である。
【０００３】
近年、平面上にコイルを多数配置したマルチコイル型渦電流探傷プローブ（以下、マルチコイルＥＣＴプローブと云う）と呼ばれるプローブが開発された。このプローブは金属表面を一度に広範囲かつ迅速に欠陥探傷できるメリットがあるため、金属の表面欠陥に対する迅速検査手法として広く利用されつつある。
【０００４】
また、特許文献１によれば、センサ本体に複数の渦電流センサが探傷移動方向に千鳥状となるように配列して取り付けることによって、一方向の走査で全方位の探傷を行い、短時間に探傷することが開示されている。
【特許文献１】特開平８−３３４４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的に云って、構造物の点検では、損傷した構造物の補修及び予防保全を考慮した点検が重要になってくる。特に、渦電流探傷法では、表面欠陥の分布状態の把握、及び表面から浅い欠陥の深さ評価が重要な課題となる。とりわけ、欠陥深さ評価においては、表面からおおよそ５ｍｍ程度以下の欠陥がその評価対象となる。
【０００６】
渦電流探傷法による被検体表面からの深さ４ｍｍ程度の欠陥深さ評価のためには、プローブから被検体に送り込む磁束を被検体表面から４ｍｍ以上浸透させる必要があるため、低周波数帯域のプローブを適用することになる。しかし、低周波数帯域の磁束は広範囲に広がる特性があるため、磁束が被検体表面に集中する高周波数帯域の磁束に比べて、表面欠陥の分布状態の測定には適していない（低周波数帯域磁束による欠陥深さ評価との比較において）。
【０００７】
そして、上述の特許文献１においても一方向走査で全方位の探傷ができることに留まり、被検体における表面と深さの双方の欠陥評価についての配慮はされていない。
【０００８】
本発明の目的は、上述した課題に鑑みて、表面欠陥分布状態の把握と欠陥深さ評価の双方に適した渦電流探傷プローブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、前記コイルは２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイルである構成とする。
【００１０】
また、被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、前記コイルは、２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイルであって、且つ前記異なるコイル巻き径の各コイルがそれぞれ複数個備わったマルチコイル型コイルである構成とする。
【００１１】
また、被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出するコイルを備えた渦電流探傷プローブにおいて、前記コイルは、２つ以上の異なるコイル巻き径をもつコイルであって、且つ前記コイル巻き径の異なるコイルの１つが単一のコイルであるとともに他のコイルがそれぞれ複数個備わったマルチコイル型コイルである構成とする。
【発明の効果】
【００１２】
径の異なる複数のコイルを用いることで適用周波数範囲の広いマルチプローブを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブについて、図１〜図６を参照しながら以下詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係るプローブ一体型の渦電流探傷プローブの種々構成例を示す図であり、図２は本発明の実施形態に係るプローブ分割型の渦電流探傷プローブの種々構成例を示す図である。図３はコイル径の異なるプローブで測定した検出振幅と試験周波数の関係を示す図であり、図４は被検体であるＳＵＳ３０４に対する磁束の浸透深さと試験周波数の関係を示す図である。図５は同一被検体（ＥＤＭスリット）に対して周波数１０ｋＨｚと１００ｋＨｚで測定した際の表面欠陥分布状態の結果を示す図であり、図６は本実施形態に係る渦電流探傷プローブを実際の構造物の点検（例えば原子炉点検）にに適用する場合のフローを示す図である。
【００１４】
図面において、１は細径のコイル、２は太径のコイル、３はコイルを保持した樹脂、４は配線、５はコイル径２．５ｍｍのプローブの周波数−振幅特性、６はコイル径２．０ｍｍのプローブの周波数−振幅特性、７はコイル径５．０ｍｍのプローブの周波数−振幅特性、８は太径コイルのプローブの周波数−磁束浸透深さ特性、９は細径コイルのプローブの周波数−磁束浸透深さ特性、１０は周波数１０ｋＨｚで探傷したときの表面形状測定例、１１は周波数１００ｋＨｚで探傷したときの表面形状測定例、をそれぞれ表す。
【００１５】
まず、被検体の欠陥深さ評価に関する一般的手法について述べる。欠陥深さの推定法の一つとして、逆問題解析と呼ばれる公知の手法がある。この手法は、ある欠陥に対するＥＣＴ信号と同じになるまで欠陥パラメータを変化させ解析を繰り返す手法であり、深さ評価手法の一つとして注目されつつある。ここで、深さ評価には、磁束が深くまで浸透し、深さに応じたＥＣＴ信号の変化が得られやすい低周波数帯域のＥＣＴ信号を用いることが望ましいが、同一構造のコイルでは周波数帯域が狭いため、欠陥深さ評価に適したプローブとしては、表面欠陥の分布評価は困難となる場合が多い（欠陥深さ評価に比べて）。そこで、端的に云えば、本発明の実施形態では、探傷プローブの構造に工夫を施すことによって周波数帯域を広くすることができ、表面欠陥分布評価と欠陥深さ評価の双方を実行しようとするものである。
【００１６】
本発明の実施形態に係るプローブ一体型の渦電流探傷プローブの種々構成例を示す図１において、（ａ）はプローブを正面から見た図であり、（ｂ）はプローブを側面から見た図であり、（ｃ）はプローブを裏面から見た図である。
【００１７】
コイル配置例１は、径の小さい単一コイル１と径の大きな単一コイル２から構成されており、径の大きなコイルは低周波数（例えば、２０ｋＨｚ  以下）において探傷感度の高いコイル（後述するが、欠陥深さ評価に有効）、径の小さなコイルは高周波数（例えば、１００ｋＨｚ以上）において探傷感度の高いコイル（後述するが、表面欠陥分布評価に有効）を表し、深さが約４ｍｍまでの欠陥深さ評価と表面欠陥の分布状態把握に有効なプローブである。
【００１８】
ここで、本実施形態において、径の大きい又は太いコイルというのは、コイル巻き径の内径が比較的大きいことを意味し、径の小さい又は細いコイルというのは、コイル巻き径の内径が比較的小さいことを意味する。また、図１に示すコイル配置例１のコイル１，２は、被検体に渦電流を発生させるとともに、前記被検体の欠陥による渦電流の乱れを検出する機能を兼用するものである。なお、検出用のコイルを別個に設けても構わない。
【００１９】
コイル配置例２は、径の小さい単一コイル１（後述するが、表面欠陥分布評価に有効）と、径の大きな２つの励磁コイル（磁場を被検体に送り込むためのコイル）２及び径の小さな検出コイル２’（２つの励磁コイル２によって被検体に流れる渦電流に基づいて発生する磁界の強さの変動を検出するコイル）からなる厚肉対応型探傷プローブ（以下、厚肉対応センサと云う）と、から構成されており、深さが約１０ｍｍまでの深さ評価と表面欠陥の分布状態把握に有効なプローブである。
【００２０】
コイル配置例３は、径の小さな複数のコイル１と、径の大きな複数のコイル２とを規則的に配置したマルチコイルＥＣＴプローブであり、深さ約５ｍｍまでの深さ評価と表面欠陥の分布状態把握に有効、かつ広範囲の高速検査（コイルが多数配置されているので走査数が少なくて済む）に適したプローブである。
【００２１】
コイル配置例４は、径の小さな複数のコイル１からなるマルチコイルＥＣＴプローブと、厚肉対応センサ型マルチコイルＥＣＴプローブを組み合わせたマルチコイルＥＣＴプローブであり、深さが略約１０ｍｍまでの深さ評価と表面欠陥の分布状態把握に有効、かつ高速検査に適したプローブである。図１に示した各種のプローブは、コイル１とコイル２を規則的に配置した状態でこれらのコイルを樹脂３等で固定して使用する一体型構造である。
【００２２】
図１ではコイル配置例１〜４までを図示したが、これ以外にも、複数の細い径のコイルと単一の太い径のコイルとを組み合わせたプローブでも良いし、又は単一の細い径のコイルと複数の太い径のコイルとを組み合わせたプローブであっても良い。このような組み合わせは欠陥深さ評価と表面欠陥の分布状態把握について、それぞれどれだけの価値や有効性を持たせるかによって決められる。さらに、図１では異なる径を２つ有するコイルを例示しているが、これに限らず、異なる径が２つ以上であっても良い（後述するが、図３では３つの異なる径のコイルについて説明している）。
【００２３】
次に、分割型渦電流探傷プローブを示す図２においては、２つのプローブを組み合わせた例を示している。分割型探傷プローブは、用途や目的に応じた種々の組み合わせが容易にできるメリットがある。図２には、プローブの組み合わせ例として例１から例４を示している。
【００２４】
次に、径の小さなコイル１と径の大きなコイル２の組み合わせにより、表面欠陥分布状態把握及び深さ評価が可能となる理由について以下説明する。渦電流探傷検査として径の異なるプローブの周波数と振幅との関係の測定結果を示した図３において、渦電流探傷検査で広く使用されているコイル５（コイル径が２．５ｍｍ）は、周波数３００ｋＨｚ付近の高い周波数帯域で探傷感度が高く、１００ｋＨｚ以下では感度が著しく低下する特徴がある。また、コイル５より径の小さなコイル６（コイル径が２．０ｍｍ）では、探傷感度ピークがコイル５より右側にシフトし、コイル５より径の大きなコイル７（コイル径が５．０ｍｍ）では、探傷感度ピークがコイル５より左側にシフトする特徴がある。このように、コイル径が小さいほど、高感度（図３の縦軸である規格化振幅が、予め決められた設定値例えば略０．７以上）の適用周波数帯域が高周波数側に移行する。
【００２５】
次に、ＳＵＳ３０４に対する磁束の浸透深さと周波数の関係を示した図４において、浸透深さとは、磁場の強度が表面の１／ｅに減衰する距離を表しており（ｅは自然対数の底）、深さ評価可能範囲の目安となる。周波数２０ｋＨｚでは、浸透深さは約３ｍｍであり、それより若干大きい深さ約４ｍｍまでの欠陥深さ評価に適用可能なＥＣＴ信号が得られることから、太径コイルとして、周波数２０ｋＨｚ以下の適用周波数をもつプローブを採用すると良いことが解った。
【００２６】
次に、周波数１０ｋＨｚと１００ｋＨｚで探傷したときの表面形状測定例（Ｃスコープ像）を示した図５は、同一ＥＤＭ（放電加工）スリットに対する測定結果であるが、周波数の高い方が、欠陥幅が狭く、実欠陥に近い形状を示している。さらに、低周波数ほど、浅い欠陥の検出性が低下する傾向があることから、細径のプローブとして、周波数１００ｋＨｚ以上の適用周波数をもつプローブを採用すると良いことが解った。
【００２７】
以上説明したように、周波数２０ｋＨｚ以下の適用周波数をもつ太径コイルのプローブと、周波数１００ｋＨｚ以上の適用周波数をもつ細径コイルのプローブ等を組み合わせて、渦電流探傷検査を行えば、欠陥深さ評価及び表面欠陥の分布状態の把握が可能となる。また、表面欠陥分布状態評価に高い測定精度を要求する場合は、適用周波数の更に高い細径プローブを採用し、周波数２０ｋＨｚ以下の適用周波数をもつ太径プローブと組み合わせて使用すればよい。このように、径の異なる２種類以上のコイルを用いることで適用周波数帯域の広いＥＣＴプローブが提供でき、探傷目的に応じた原子炉内検査が可能となる。
【００２８】
次に、本発明の実施形態に係る渦電流探傷プローブを実際の構造物の点検に適用した場合のフローを示す図６において、まず、検査対象部位に対して、ＥＣＴプローブを搭載した治具を設置する。次に、周波数１００ｋＨｚ以上で十分な探傷感度を有するプローブを用いてＥＣＴ信号を採取し、ＥＣＴ信号のマッピングを作成し、表面欠陥の分布を把握する。さらに、周波数２０ｋＨｚ以下で十分な探傷感度を有するプローブを用いてＥＣＴ信号を採取し、従来技術の逆問題解析により欠陥深さを計算する。ＥＣＴにより得られた表面欠陥の形状分布及び深さ解析値に基づいて、欠陥の三次元的な形状を推定し、研削等による補修範囲を定める。
【００２９】
さらに繰り返して説明すると、Ｓ２において高周波数用マルチコイルＥＣＴプローブを用いてＥＣＴデータを採取し、Ｓ３において、図３と図４からも解るように表面形状分布の把握をすることができる。続いて、Ｓ４において、例えば図１のコイル配置例３を用い、低周波数用マルチコイルＥＣＴプローブを採用してＥＣＴデータを採取し、ＥＣＴ出力値に基づいて深さ解析を行い、欠陥深さの把握をすることができる。Ｓ６で、ＥＣＴ出力値による表面欠陥分布及び深さ評価の結果を基にして被検体の補修範囲を決定して、Ｓ７で損傷部を補修する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施形態に係るプローブ一体型の渦電流探傷プローブの種々構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプローブ分割型の渦電流探傷プローブの種々構成例を示す図である。
【図３】コイル径の異なるプローブで測定した検出振幅と試験周波数の関係を示す図である。
【図４】被検体であるＳＵＳ３０４に対する磁束の浸透深さと試験周波数の関係を示す図である。
【図５】同一被検体（ＥＤＭスリット）に対して周波数１０ｋＨｚと１００ｋＨｚで測定した際の表面欠陥分布状態の結果を示す図である。
【図６】本実施形態に係る渦電流探傷プローブを実際の構造物の点検（例えば原子炉点検）にに適用する場合のフローを示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  細径のコイル
２  太径のコイル
３  コイルを保持した樹脂
４  配線
５  コイル径２．５ｍｍのプローブの周波数−振幅特性
６  コイル径２．０ｍｍのプローブの周波数−振幅特性
７  コイル径５．０ｍｍのプローブの周波数−振幅特性
８  太径コイルのプローブの周波数−磁束浸透深さ特性
９  細径コイルのプローブの周波数−磁束浸透深さ特性
１０  周波数１０ｋＨｚで探傷したときの表面形状測定例
１１  周波数１００ｋＨｚで探傷したときの表面形状測定例
【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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