(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導法により輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを測定する浸炭測定方法において、
それぞれが略円筒形状をした、窒化層検出用コイルと、窒化層検出用コイルの外側に配されたマグネットと、外径が輻射管の厚みの少なくとも４倍となっているマグネットの外側に配された浸炭層検出用コイルと、を備えた浸炭測定プローブを用いて行うと共に、
予め、輻射管の外表面に窒化層が有る場合と窒化層が無い場合とに分けて、浸炭層検出用コイルから測定したインピーダンスと非浸炭層の厚みとの相関関係を記憶させておき、
輻射管にほぼ垂直に隣接させた窒化層検出用コイルにて測定したインピーダンスから、輻射管の外表面に窒化層があるかどうかを検出し、
輻射管にほぼ垂直に隣接させた浸炭層検出用コイルによってインピーダンスを測定し、
窒化層検出用コイルにて検出した窒化層の有無、および、浸炭層検出用コイルにて測定したインピーダンスから、非浸炭層の厚みを求め、輻射管の厚みから非浸炭層の厚みを差し引きすることによって浸炭層の厚みを求めることを特徴とする浸炭測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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内面に生じた浸炭部を検出し、その厚さを測定するための浸炭測定方法およびそれを用いた浸炭測定装置に関し、特に、輻射管の外表面に強磁性体からなる層が形成された輻射管における浸炭部の厚さを測定するための浸炭測定方法およびそれを用いた浸炭測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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。
【０００３】
そこで、従来より、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。
【０００４】
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ようになっている。
【０００５】
また、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。この酸化層とは、以下のようなものである。すなわち、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。
【０００６】
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。従って、従来の電磁誘導法によっては、酸化層が発生した輻射管に対しては、浸炭層の厚さを測定することができなかった。
【０００７】
そこで、本願発明者は、この酸化層の影響を排除し、輻射管における浸炭層の厚さを測定するための方法および装置を開発し、特許公報第２６１６１０５号において開示している。
【０００８】
この公報における方法では、電磁誘導法によって浸炭層の厚さを計測するために、インピーダンス検出用のコイル内に配された永久磁石によって、上記した酸化層（上記公報では脱クロム層と表記）を磁化するようになっている。これにより、酸化層の比透磁率を、非磁性体の比透磁率に近づけることができるので、この層の影響を回避することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近、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発生していることが確認された。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発生する。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の領域である。このため、酸化層と同様に、窒化層も電磁誘導法による浸炭層の厚さ測定に大きな影響を及ぼしてしまう。
【００１０】
さらに、この窒化層の厚さは、上記した酸化層の数１０倍であるため、上記公報における方法によって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なかった。従って、従来の方法では、窒化層が発生した輻射管に対しては、浸炭層の厚さ測定を行うことはできなかった。
【００１１】
また、この窒化層自身も、浸炭層と同様に脆いため、この層が発生しているかどうかを検出することは、輻射管の検査における重要な課題となっている。
【００１２】
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、輻射管の外表面に、窒化層のような強磁性層が形成されていても、浸炭層の厚さを正確に求めることができる浸炭測定方法およびそれを用いた浸炭測定装置を供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の浸炭測定方法は、電磁誘導法により輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを測定する浸炭測定方法において、それぞれが略円筒形状をした、外径が輻射管の外表面に形成される窒化層の最大厚さの４倍を超えない大きさとなっている窒化層検出用コイルと、窒化層検出用コイルの外側に配されたマグネットと、外径が輻射管の厚みの少なくとも４倍となっているマグネットの外側に配された浸炭層検出用コイルと、を備えた浸炭測定プローブを用いて行うと共に、予め、輻射管の外表面に窒化層が有る場合と窒化層が無い場合とに分けて、浸炭層検出用コイルから測定したインピーダンスと非浸炭層の厚みとの相関関係を記憶させておき、輻射管にほぼ垂直に隣接させた窒化層検出用コイルにて測定したインピーダンスから、輻射管の外表面に窒化層があるかどうかを検出し、輻射管にほぼ垂直に隣接させた浸炭層検出用コイルによってインピーダンスを測定し、窒化層検出用コイルにて検出した窒化層の有無、および、浸炭層検出用コイルにて測定したインピーダンスから、非浸炭層の厚みを求め、輻射管の厚みから非浸炭層の厚みを差し引きすることによって浸炭層の厚みを求めることを特徴としている。 本発明の浸炭測定方法では、上記窒化層の比透磁率が、非磁性体の比透磁率に近づけられている。
【００１４】
また、本発明の浸炭測定方法は、電磁誘導法により輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを測定する浸炭測定方法において、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出する第１の工程と、輻射管の表面に隣接させた検出コイルに交流を流し、この検出コイルのインピーダンスを測定する第２の工程と、上記第１の工程における検出結果と上記第２の工程における測定結果とに基づいて、上記浸炭層の厚さを測定する第３の工程とを含んでいる。
【００１５】
上記の方法における輻射管とは、例えば、炭化水素等を加熱する炉等に使用されている配管等であり、非磁性体を材料として形成されているものである。そして、ある程度の長期間、このような輻射管を使用すると、その内表面には、機械的強度が弱い、強磁性体からなる浸炭層が形成されてしまう。そして、上記の方法では、この浸炭層の有無の検出・厚さ測定を、電磁誘導法によって行うようになっている。
【００１６】
すなわち、上記の方法では、輻射管の表面に隣接させた検出コイルに交流電流を流し、コイルのインピーダンスを測定するようになっている。このインピーダンスは、輻射管における外表面から浸炭層までの層（非浸炭層）の厚さに応じて変化する。すなわち、非浸炭層の厚さとインピーダンスとの間には、相関関係が存在する。従って、電磁誘導法では、コイルのインピーダンスを測定することで、非浸炭層の厚さを求めることができる。そして、非浸炭層の厚さを、輻射管本来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可能となる。
【００１７】
また、このような輻射管の外表面には、酸化や窒化により、酸化層や窒化層といった強磁性層が形成されることがある。そして、電磁誘導法によって非浸炭層の厚さを求める際に、輻射管の外表面に強磁性層が形成されていると、上記したインピーダンスと非浸炭層の厚さとの相関関係が崩れてしまう。このため、測定されたインピーダンスから、非浸炭層の厚さおよび浸炭層の厚さを正確に求めることができなくなる。
【００１８】
そこで、上記の方法では、輻射管の外表面に強磁性層が形成されている場合でも、非浸炭層および浸炭層の厚さを正確に求めることが可能となるように、上記した第１ないし第３の工程を含んでいる。
【００１９】
すなわち、第１の工程では、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出するようになっている。この検出は、例えば、交流を流したコイルのインピーダンスを測定することによって行うことが好ましい。
【００２０】
そして、第２の工程では、輻射管に隣接させた検出コイルに交流を流し、このコイルのインピーダンスを測定する。
【００２１】
そして、第３の工程では、第１の工程における検出結果と、第２の工程における測定結果とに基づいて、浸炭層の厚さを求めるようになっている。すなわち、検出コイルにおけるインピーダンスと非浸炭層の厚さとの関係には、外表面に強磁性層がある場合の第１の関係と、強磁性層がない場合の第２の関係との２種類がある。
【００２２】
従って、第３の工程では、まず、第１の工程における強磁性層の有無の検出結果より、上記第１および第２の関係のいずれを用いるかを選択する。そして、選択された関係に基づいて、第２の工程において測定されたインピーダンスから、非浸炭層の厚さを求める。そして、この非浸炭層の厚さを、輻射管の本来の厚さから差し引くことで、浸炭層の厚さを求めるようになっている。
【００２３】
このように、上記の方法によれば、輻射管の外表面に強磁性層が形成されていても、輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを、正確に測定することが可能となる。従って、輻射管の損傷状況を正確に判断することが可能となるので、輻射管を利用した装置・施設の安全性を高めることが可能となる。
【００２４】
なお、インピーダンスと非浸炭層の厚さとの相関関係を求めるときには、特に、インピーダンスの位相角と非浸炭層の厚さとの相関関係を求めるようにすることが好ましい。インピーダンスの位相角とは、インピーダンスにおける直流抵値の大きさとリアクタンスの大きさとの比に応じたものであり、リアクタンスを直流抵抗値で割って得た値が、正接（tangent)値となるような角度のことである。インピーダンスの位相角と非浸炭層の厚さとには、非常に明確な相関関係があるので、上記に記載の方法を実現することが容易となる。なお、位相角は、例えば、ベクトル表示方式の探傷器によって測定することもできる。
【００２５】
また、本発明の浸炭測定方法では、上記強磁性層の比透磁率が、非磁性体の比透磁率に近づけられる第４の工程が含まれている。
【００２６】
通常、輻射管の外表面に形成される強磁性層の比透磁率は、非磁性体の比透磁率、すなわち、１よりも大きい。従って、この強磁性層における比透磁率は、上記第２の工程におけるインピーダンス測定に影響を及ぼしてしまう。
【００２７】
そこで、上記の方法では、第４の工程において、強磁性層における比透磁率を、非磁性体の値、すなわち、輻射管における健全層の値に近づけるようになっている。これにより、上記第２の工程における検出コイルからの磁界が、輻射管の内表面にまで確実に到達するようになる。従って、上記の方法によれば、非浸炭層および浸炭層の厚さを、より正確に求めることが可能となる。
【００２８】
なお、この第４の工程は、強磁性層に対して、所定以上の強さの磁界を印加することによって行われることが好ましい。強磁性層に、その磁気が飽和する程度以上の磁界を印加すると、この強磁性層の比透磁率は、非磁性体と同様、ほぼ１となる。このようにすれば、上記に記載の方法を実現することが容易となる。
【００２９】
また、本発明の浸炭測定装置は、電磁誘導法により輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを測定する浸炭測定装置において、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出する強磁性層検出部と、輻射管の外表面における強磁性層の有無と、輻射管の外表面から浸炭層までの距離とに応じて、インピーダンスが変化する検出コイルとを有している。
【００３０】
上記の構成において、輻射管とは、例えば、炭化水素等を加熱する炉等に使用されている配管等であり、非磁性体を材料として形成されているものである。そして、ある程度の長期間、このような輻射管を使用すると、その内表面には、機械的強度が弱い、強磁性体からなる浸炭層が形成されてしまう。そして、上記の構成では、この浸炭層の有無の検出・厚さ測定を、電磁誘導法によって行うようになっている。
【００３１】
すなわち、上記の構成では、輻射管の表面に隣接させた検出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ようになっている。このインピーダンスは、輻射管の外表面から浸炭層までの距離、すなわち、非浸炭層の厚さに応じて変化する。すなわち、このインピーダンスと非浸炭層の厚さとの間には、相関関係が存在する。従って、電磁誘導法では、コイルのインピーダンスを測定することで、非浸炭層の厚さを求めることができる。そして、非浸炭層の厚さを、輻射管本来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可能となる。
【００３２】
また、このような輻射管の外表面には、酸化や窒化により、酸化層や窒化層といった強磁性層が形成されることがある。そして、電磁誘導法によって非浸炭層の厚さを求める際に、輻射管の外表面に強磁性層が形成されていると、上記した、インピーダンスと非浸炭層の厚さとの相関関係が崩れてしまう。このため、測定されたインピーダンスから、非浸炭層の厚さ、および浸炭層の厚さを正確に求めることが困難になる。
【００３３】
そこで、上記の構成では、検出コイルにおけるインピーダンスと非浸炭層の厚さとの間には相関関係があること、および、この関係は、輻射管の外表面における強磁性層の有無によって変化することを利用したものとなっている。
【００３４】
すなわち、上記の構成では、輻射管の外表面に強磁性層がある場合とない場合とにおける、検出コイルのインピーダンスと非浸炭層の厚さとの関係を、あらかじめ求めておく。すなわち、外表面に強磁性層がある場合の第１の関係と、強磁性層がない場合の第２の関係との２種類をそれぞれ求めておく。
【００３５】
そして、実際の浸炭層の厚さ測定では、検出コイルのインピーダンスを測定するとともに、強磁性層検出部によって、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出するようになっている。
【００３６】
そして、強磁性層検出部による検出結果により、上記第１および第２の関係のいずれを用いるかを選択し、選択したほうの関係に基づいて、測定された検出コイルのインピーダンスから、非浸炭層の厚さを求める。そして、この非浸炭層の厚さを、輻射管の本来の厚さから差し引くことで、浸炭層の厚さを求めるようになっている。
【００３７】
このように、上記の構成によれば、輻射管の外表面に強磁性層が形成されていても、輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを、正確に測定することが可能となる。従って、輻射管の損傷状況を正確に判断することが可能となるので、輻射管を利用した装置・施設の安全性を高めることができる。
【００３８】
なお、インピーダンスと非浸炭層の厚さとの相関関係を求めるときには、特に、インピーダンスの位相角と非浸炭層の厚さとの相関関係を求めるようにすることが好ましい。
【００３９】
また、本発明の浸炭測定装置は、上記強磁性層検出部は、この検出コイルより外径が小さいコイルであることが好ましい。
【００４０】
上記の構成によれば、強磁性層検出部は、上記した検出コイルより外径が小さいコイルからなるようになっている。そして、このコイルに交流を流し、そのインピーダンスを測定することによって、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出するようになっている。このようなコイルによって強磁性層検出部を構成することで、上記に記載の浸炭測定装置を実現することが容易となる。
【００４１】
また、電磁誘導法に用いられるコイルの磁界は、コイルの外径が大きいほど有効な到達距離が長くなる。このため、上記検出コイルの外径は、輻射管の内表面まで測定に有効な磁界を到達させるために、十分な大きさであることが好ましい。
【００４２】
また、強磁性層検出部となるコイルは、輻射管の外表面にある強磁性層の有無を検出するものであるから、輻射管の内表面にある浸炭層まで到達する磁界を発生させるような、大きい外径のものは好ましくない。従って、強磁性層検出部となるコイルは、強磁性層を検出できる程度に、検出コイルより外径が小さいものが好ましい。
【００４３】
本発明の浸炭測定装置は、上記強磁性層の比透磁率を非磁性体の比透磁率に近づけるためのマグネットを備えている。
【００４４】
通常、輻射管の外表面に形成される強磁性層の比透磁率は、非磁性体の比透磁率、すなわち、１よりも大きい。従って、この強磁性層における比透磁率は、上記検出コイルにおけるインピーダンス測定に影響を及ぼしてしまう。
【００４５】
そこで、上記の構成では、マグネットによって、強磁性層に、その磁気が飽和する程度以上の磁界を印加するようになっている。このマグネットとしては、永久磁石を用いるようにしてもよいし、電磁石でもよい。マグネットからこのような磁界を印加された強磁性層は、比透磁率が、非磁性体の値、すなわち、輻射管における健全層の値に近づくようになる。
【００４６】
これにより、上記検出コイルからの磁界が、輻射管の内表面にまで確実に到達するようになる。従って、上記の構成によれば、非浸炭層および浸炭層の厚さを、より正確に求めることが可能となる。
【００４７】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について以下に説明する。
【００４８】
本実施の形態にかかる浸炭測定装置（以下、本浸炭測定装置とする）は、炭化水素等を加熱する炉等に使用されている輻射管（以下、単に輻射管とする）における浸炭層の厚さを、正確に検出するためのものである。
【００４９】
本浸炭測定装置の構成を説明する前に、まず、ある程度長期間に渡って使用された輻射管の状態を説明する。
【００５０】
図２は、このような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、浸炭層，健全層，窒化層および酸化層が形成されている。
【００５１】
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。
【００５２】
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発生する層であり、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。
【００５３】
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。
【００５４】
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発生する層であり、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程度である。
【００５５】
次に、本浸炭測定装置における強磁性層の検出方法である、電磁誘導法について説明する。図３は、本浸炭測定装置における電磁誘導法を示す説明図である。この図に示すように、この方法では、輻射管にほぼ垂直に隣接させた検出コイルＫに交流を流し、輻射管に渦電流を発生させるようになっている。
【００５６】
交流が流された検出コイルＫのインピーダンスは、この検出コイルＫから発生する磁力線Ｇが通過する領域（十分強い渦電流が形成される領域）に存在する物質の、透磁率や導電率等の電気磁気特性に依存する。また、輻射管に形成されている強磁性層（浸炭層，酸化層および窒化層等）は、健全層とは透磁率や導電率等が大きく異なるものである。
【００５７】
このため、検出コイルＫのインピーダンスは、輻射管の外表面から強磁性層までの距離、すなわち、非強磁性層の厚さに依存することになる。従って、検出コイルＫのインピーダンスと非強磁性層の厚さとの相関関係をあらかじめ取得しておけば、検出コイルＫのインピーダンスを測定することによって、輻射管における非強磁性層の厚さを求めることができる。そして、非強磁性層の厚さを輻射管の本来の厚さから差し引くことで、強磁性層の厚さを測定することが可能となる。
【００５８】
また、この電磁誘導法では、インピーダンスの測定に有効な密度の磁力線（以下、有効磁力線とする）が到達する距離δは、検出コイルＫの外径Ｄに比例する。すなわち、δとＤとは、下記の式（１）の関係となる。
【００５９】
δ＝Ｄ／４  …（１）
このように、距離δは、検出コイルＫにおける外径Ｄに比例するようになっている。
【００６０】
なお、検出コイルＫが発生する有効磁力線の到達距離に比べて強磁性層が十分薄い場合には、検出コイルＫのインピーダンスは、この強磁性層だけでなく、この層の内側に形成されている他の強磁性層の厚さにも依存する。
【００６１】
また、この式（１）に示したδは、輻射管に強磁性層が形成されていない場合の式である。強磁性層がδより遠い位置に形成されている場合、有効磁力線は、この強磁性層まで到達することがある。
【００６２】
また、輻射管にほぼ垂直に隣接させた検出コイルＫに交流を流し、輻射管に渦電流を発生させる際、標準浸透深さδ’（Standard Depth of Penetration)は、コイルＫに流される交流電流の周波数ｆ（Hz），輻射管における導電率σ（％｜ACS)および比透磁率μr により、以下の式（２）で表すこともできる。
【００６３】
δ’＝５０・（１７２．４１／σμr ｆ）1/2     …（２）
なお、このδ’は、輻射管の表面に発生する渦電流の３７％の強さの渦電流が発生する部分の、表面からの深さである。
【００６４】
次に、本浸炭測定装置の構成について説明する。
【００６５】
図４は、本浸炭測定装置の構成を示す説明図である。この図に示すように、本浸炭測定装置は、浸炭測定プローブ２１，発振器２２，増幅器２３，移相器２４，９０°固定移相器２５，第１同期検波器２６，第２同期検波器２７および表示装置２８を備えている。
【００６６】
浸炭測定プローブ２１は、輻射管における非浸炭層（輻射管における外表面から浸炭層までの部分）の厚さと窒化層の有無とに応じたインピーダンスを有する浸炭層検出用コイルと、窒化層の有無に応じたインピーダンスを有する窒化層検出用コイルとを備えているものである。そして、この浸炭測定プローブ２１は、浸炭層の厚さ測定の際には、輻射管に隣接して設置されるものである。なお、浸炭測定プローブ２１の詳細な構成については後述する。
【００６７】
発振器２２〜表示装置２８は、上記各コイルのインピーダンスを測定・表示するための、ベクトル表示方式の探傷器を構成するものである。すなわち、発振器２２は、浸炭測定プローブ２１に設けられたコイルに、所定周波数の交流を流すためのものである。また、増幅器２３は、浸炭測定プローブ２１から得られた、上記各コイルのインピーダンスに応じた信号（インピーダンス信号）を増幅するためのものである。
【００６８】
また、本浸炭測定装置では、π／２、すなわち、９０°の位相差をもつ２つの制御信号を用いて、入力信号との同期検波を行い、検波出力を表示装置２８上のＸ軸とＹ軸とに加えるようになっている。図４に示した移相器２４および９０°固定移相器２５は、これら９０°の位相差をもつ２つの制御信号を、発振器２２からの出力信号から生成するものである。上記した表示装置２８は、ＣＲＴ（Cathode-Ray-Tube）や液晶表示装置からなり、本浸炭測定装置における測定結果を表示するためのものである。
【００６９】
また、第１同期検波器２６および第２同期検波器２７は、増幅器２３から入力されたインピーダンス信号を、それぞれ，移相器２４および９０°固定移相器２５から入力された制御信号によって検波するものである。そして、これら同期検波器２６・２７は、得られた検波出力を増幅し、フィルタ処理，リジェクション処理等の必要な処理を施した後、出力信号Ｅｘ・Ｅｙとして表示装置２８上のＸ軸およびＹ軸に加える。
【００７０】
これにより、本浸炭測定装置では、浸炭測定プローブ２１における各コイルのインピーダンスを、表示装置２８上にベクトル波形として表示するようになっている。なお、表示装置２８には、浸炭測定プローブ２１における各コイルのインピーダンスにおけるベクトル波形，Ｘ振幅値，Ｙ振幅値および位相角が示されるようになっている。
【００７１】
次に、本浸炭測定装置の特徴的な構成である、複数の検出コイルを備えた浸炭測定プローブ２１の構成について説明する。図５は、浸炭測定プローブ２１の構成を示す説明図である。この図に示すように、浸炭測定プローブ２１は、浸炭層検出用バランスコイル１，浸炭層検出用コイル２，マグネット３・３，窒化層検出用バランスコイル４，窒化層検出用コイル５，強磁性体からなる継磁鉄１０、同じく強磁性体からなる磁気シールド１１および非磁性体からなるコイルケース１２を備えている。
【００７２】
また、図６は、浸炭測定プローブ２１を、図５に示した矢印Ａの示す方向から示した説明図である。図５および図６に示すように、浸炭測定プローブ２１は略円柱形であり、上記した各部材１〜５・１０〜１２は、全て略円筒形状となっている。また、浸炭測定プローブ２１は、この矢印Ａの方向から輻射管に隣接するように設置される。
【００７３】
浸炭測定プローブ２１におけるマグネット３・３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。
【００７４】
これらマグネット３・３は、浸炭層検出用バランスコイル１および浸炭層検出用コイル２の内側に、継磁鉄１０を挟んで配されている。そして、各マグネット３は、リング状の永久磁石２０が、複数枚積層されて形成されている。なお、この永久磁石２０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。
【００７５】
なお、本浸炭測定装置では、このマグネット３・３によって、浸炭層検出用コイル２および窒化層検出用コイル５のインピーダンスに対する酸化層および窒化層における透磁率の影響を完全に回避することが可能となっている。さらに、酸化層は、上記したように窒化層等に比して非常に薄いので、上記検出用コイル２・５には、酸化層の導電率による影響は現れない。従って、本浸炭測定装置では、マグネット３・３によって、酸化層の影響を完全に回避することが可能となっている。
【００７６】
浸炭層検出用コイル（検出コイル）２は、上記した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検出コイルである。そして、浸炭層検出用コイル２の外径は、浸炭測定プローブ２１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、浸炭層検出用コイル２の外径は約２８ｍｍに設定される。
【００７７】
浸炭層検出用コイル２の外径をこのように設定することによって、浸炭層検出用コイル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。
【００７８】
また、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスは、輻射管の外表面に存在する、強磁性の窒化層の有無にも依存する。すなわち、浸炭層検出用コイル２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。
【００７９】
また、浸炭層検出用バランスコイル１は、浸炭層検出用コイル２と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１・２は、それぞれマグネット３・３の外側に配されており、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。
【００８０】
窒化層検出用コイル（強磁性層検出部）５は、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、窒化層検出用コイル５の外径は、浸炭測定プローブ２１が輻射管に設置されたとき、輻射管の外表面から浸炭層検出用コイル２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、浸炭層検出用コイル２の不感帯域の厚さが２．５ｍｍであれば、窒化層検出用コイル５の外径は約１０ｍｍに設定される。
【００８１】
窒化層検出用コイル５の外径をこのように設定することによって、窒化層検出用コイル５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、窒化層検出用コイル５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。
【００８２】
また、窒化層検出用バランスコイル４は、窒化層検出用コイル５と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４・５は、それぞれマグネット３・３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。
【００８３】
また、浸炭層検出用バランスコイル１と浸炭層検出用コイル２と、および、窒化層検出用バランスコイル４と窒化層検出用コイル５とは、それぞれ独立した回路を形成している。図７は、これらの回路の等価回路となるブリッジ回路の構成を示す説明図である。
【００８４】
この図に示すように、このブリッジ回路は、可変抵抗Ｒ１・Ｒ２，コイルＬ１・Ｌ２，発振器Ｅおよび検出器Ｄを備えた、自己比較方式・自己誘導形コイルブリッジである。
【００８５】
この回路における発振器Ｅは、本浸炭測定装置における発振器２２に相当する。また、同じく検出器Ｄは、本浸炭測定装置における増幅器２３〜表示装置２８までの構成に相当する。また、この回路におけるコイルＬ１は、本浸炭測定装置における浸炭層検出用バランスコイル１あるいは窒化層検出用バランスコイル４に相当する。また、コイルＬ２は、浸炭層検出用コイル２あるいは窒化層検出用コイル５に相当する。また、可変抵抗Ｒ１・Ｒ２は、本浸炭測定装置における図示しない可変抵抗に相当するものである。
【００８６】
このブリッジ回路では、コイルＬ１のインピーダンスは、図示しない接地回路等により変化しないようになっている。一方、コイルＬ２のインピーダンスは、コイルＬ２のおかれた環境によって変化する。そして、この回路では、コイルＬ２のインピーダンスを、検出器Ｄによって測定するようになっている。
【００８７】
従って、本浸炭測定装置では、浸炭層検出用バランスコイル１および窒化層検出用バランスコイル４のインピーダンスは変化しないようになっている。一方、浸炭層検出用コイル２および窒化層検出用コイル５のインピーダンスは、増幅器２３〜表示装置２８によって測定・表示されるようになっている。
【００８８】
次に、本浸炭測定装置における浸炭層の厚さ測定について説明する。図１は、本浸炭測定装置における浸炭層の厚さ測定を示すフローチャートである。この図に示すように、本浸炭測定装置における浸炭層の厚さ測定では、まず、ユーザが、浸炭測定プローブ２１における図５に矢印Ａで示した方向に輻射管が隣接されるように、浸炭測定プローブ２１を輻射管に設置する（Ｓ１）。
【００８９】
そして、浸炭測定プローブ２１を設置した後、ユーザは、増幅器２３〜第２同期検波器２７によって窒化層検出用コイル５のインピーダンスを測定させ、表示装置２８に表示させる。そして、ユーザは、このインピーダンスを、あらかじめ求めておいた後述する２つの基準のインピーダンスと比較して、輻射管の外表面における窒化層の有無を判定する（Ｓ２）。
【００９０】
これら２つの基準のインピーダンスとは、輻射管の外表面に窒化層がある場合における窒化層検出用コイル５のインピーダンスと、輻射管の外表面に窒化層がない場合における窒化層検出用コイル５のインピーダンスとのことである。
【００９１】
その後、ユーザは、同様に浸炭層検出用コイル２のインピーダンスを測定させる。そして、Ｓ２において輻射管に窒化層が形成されていると判断した場合には、ユーザは、あらかじめ求めておいた後述する第１の関係と、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスとから、非浸炭層の厚さを求める（Ｓ３）。また、Ｓ２において、輻射管に窒化層が形成されていないと判断した場合には、ユーザは、あらかじめ求めておいた後述する第２の関係と、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスとから、非浸炭層の厚さを求める（Ｓ４）。
【００９２】
これら第１および第２の関係とは、以下のようなものである。すなわち、第１の関係とは、輻射管の外表面に窒化層がある場合における浸炭層検出用コイル２のインピーダンスと非浸炭層の厚さとの相関関係のことである。また、第２の関係とは、輻射管の外表面に窒化層がない場合における浸炭層検出用コイル２のインピーダンスと非浸炭層の厚さとの相関関係のことである。
【００９３】
そして、ユーザは、Ｓ３あるいはＳ４で求めた非浸炭層の厚さを、輻射管の本来の厚さから差し引き、浸炭層の厚さを求める（Ｓ５）。
【００９４】
以上のように、本浸炭測定装置では、輻射管の外表面に窒化層がある場合とない場合とにおける、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスと非浸炭層の厚さとの関係、すなわち、上記した第１および第２の関係を、あらかじめ求めておくようになっている。
【００９５】
そして、実際の浸炭層の厚さ測定では、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスを測定するとともに、窒化層検出用コイル５のインピーダンスを測定し、このインピーダンスから、輻射管の外表面における窒化層の有無を検出するようになっている。
【００９６】
そして、ユーザは、窒化層の有無に応じて、上記第１および第２の関係のいずれを用いるかを選択し、選択したほうの関係に基づいて、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスから、非浸炭層の厚さを求めるようになっている。そして、この非浸炭層の厚さを輻射管の本来の厚さから差し引くことで、浸炭層の厚さを求めるようになっている。
【００９７】
このように、本浸炭測定装置の構成によれば、輻射管の外表面に窒化層が形成されていても、輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを、正確に測定することが可能となる。従って、輻射管の損傷状況を正確に判断することが可能となるので、輻射管を利用した装置・施設の安全性を高めることができる。
【００９８】
また、窒化層は、浸炭層と同様に機械的強度に劣る部分であるが、本浸炭測定装置を用いれば、窒化層検出用コイル５によって確実に窒化層を検出することができる。従って、輻射管の損傷状況を、さらに正確に判断することが可能となっている。
【００９９】
また、本浸炭測定装置では、マグネット３・３によって、窒化層および酸化層の比透磁率を１に近づけるようになっている。これにより、浸炭層検出用コイル２から発生する磁力線は、これら２層に遮られることがないので、浸炭層まで確実に到達することができるようになっている。なお、本浸炭測定装置では、このマグネット３・３によって、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスに対する酸化層の影響を完全に回避することが可能となっている。
【０１００】
なお、本実施の形態では、浸炭層検出用コイル２あるいは窒化層検出用コイル５のインピーダンスから、非浸炭層の厚さあるいは窒化層の有無を判断するようにしているが、特に、上記コイル２・５におけるインピーダンスの位相角から、非浸炭層の厚さあるいは窒化層の有無を判断することが好ましい。
【０１０１】
図８（ａ）（ｂ）は、浸炭層検出用コイル２あるいは窒化層検出用コイル５のインピーダンスを示す説明図である。図８（ａ）に示すように、コイルのインピーダンスは、コイルの巻線間の容量（キャパシタンス）を無視すると、インダクタンスＬ（誘導）と抵抗Ｒとの直列接続によって等価的に表現することができる。
【０１０２】
従って、コイルのインピーダンスＺは、下記の式（３）によって表され、図８（ｂ）のようにベクトル波形で示すことができる。また、このインピーダンスＺの絶対値ｚおよび位相角θは、下記の式（４）および（５）によって表される。なお、ωは、コイルに流される交流の周波数をｆとして、２πｆなる角周波数である。
【０１０３】
Ｚ＝Ｒ＋ｉωＬ    …（３）
ｚ＝（Ｒ2 ＋ω2 Ｌ2 ）1/2   …（４）
θ＝ｔａｎ-1（ωＬ／Ｒ）    …（５）
式（５）および図８（ｂ）に示すように、インピーダンスＺの位相角θとは、直流抵抗値Ｒの大きさとリアクタンスωＬの大きさとの比に応じたものである。具体的には、直流抵抗値ＲをリアクタンスωＬで割って得た値が、正接（tangent)値となるような角度のことである。
【０１０４】
この位相角は、輻射管に強磁性層が存在する場合に、強磁性層の有無、あるいは、強磁性層までの距離に応じて変化するようになっている。すなわち、コイルのインピーダンスにおける位相角と、輻射管の外表面から強磁性層までの距離との間には、一定の相関関係がある。従って、この相関関係をあらかじめ保持しておけば、コイルの位相角を測定することにより、強磁性層の有無、あるいは、外表面から強磁性層までの距離を求めることができる。
【０１０５】
また、非浸炭層の厚さあるいは窒化層の有無の判断には、浸炭層検出用コイル２あるいは窒化層検出用コイル５のインピーダンスにおけるリアクタンスの大きさ、あるいは、直流抵抗値を用いるようにしてもよい。また、位相角，リアクタンスおよび直流抵抗値のいずれか２つあるいは３つを併用するようにしてもよい。
【０１０６】
なお、本浸炭測定装置における表示装置２８に表示されるＸ振幅値およびＹ振幅値は、インピーダンスの直流抵抗値およびリアクタンスの大きさに応じたものである。
【０１０７】
また、本実施の形態では、浸炭測定プローブ２１におけるマグネット３は、複数のリング状の永久磁石２０が積層されてなるとしているが、マグネット３の構成はこれに限るものではない。例えば、マグネット３として、ソレノイドコイルを用いるようにしてもよい。すなわち、ソレノイドコイルに、直流電流、あるいは、十分に低い周波数の交流を流すことによって、酸化層および窒化層の比透磁率を１に近づけるようにしてもよい。
【０１０８】
また、本実施の形態では、浸炭測定プローブ２１におけるマグネット３・３によって、酸化層および窒化層の比透磁率を１に近づけるとしているが、マグネット３・３は必ずしも必要ない。すなわち、マグネット３・３がない場合でも、浸炭層検出用コイル２からの有効磁力線が、酸化層および窒化層より内部に入る場合には、酸化層および窒化層の比透磁率を１に近づける必要はない。
【０１０９】
また、本実施の形態では、窒化層検出用コイル５によって窒化層の有無を判断するようにしているが、これに限らず、浸炭層検出用コイル２によって窒化層の厚さを測定するようにしてもよい。この場合には、窒化層の厚さ毎に、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスと非浸炭層の厚さとの関係を求めておくことが好ましい。このようにすれば、より正確に浸炭層の厚さ測定を行うことが可能となる。
【０１１０】
また、本実施の形態では、浸炭測定プローブ２１における窒化層検出用コイル５のインピーダンスから、窒化層の有無を判断するようにしているが、本浸炭測定装置の構成はこれに限らない。窒化層の有無の判断は、人間が目視によって行ってもよいし、放射線や超音波を用いて行うようにしてもよい。
【０１１１】
また、本実施の形態では、ユーザが、発振器２２から表示装置２８を制御して、浸炭層検出用コイル２および窒化層検出用コイル５のインピーダンスを測定し、窒化層の有無を判断して、第１および第２の関係のいずれかを選択するようになっている。
【０１１２】
しかしながら、本浸炭測定装置の構成はこれに限らない。すなわち、本浸炭測定装置を、増幅器２３〜表示装置２８を制御するための制御部と、第１および第２のインピーダンスと第１および第２の関係とを記憶しておくための記憶部とを有する構成とし、図１に示した各ステップを、制御部の制御によって行うようにしてもよい。
【０１１３】
また、本実施の形態では、増幅器２３〜表示装置２８により、浸炭層検出用コイル２および窒化層検出用コイル５のインピーダンスを測定するようにしているが、本発明の浸炭測定装置の構成はこれに限らない。本発明の浸炭測定装置は、浸炭測定プローブ２１に、従来のベクトル表示方式の探傷器を備えた構成であってもよい。そして、この構成により、浸炭層検出用コイル２および窒化層検出用コイル５のインピーダンスにおけるＹ振幅値，Ｘ振幅値および位相角を測定するようにしてもよい。
【０１１４】
次に、本浸炭測定装置による浸炭層の検出・厚さ測定を示す実施例を、実施例１および実施例２として以下に説明する。
【０１１５】
なお、これら実施例に示した各測定を行うために、以下に示すようなサンプル♯１〜♯６，サンプル♯１１・♯１２，サンプル♯２１〜♯２５およびサンプル♯４１〜♯５０を作成した。
【０１１６】
図９は、これらサンプル♯１〜♯６の構成を示す説明図である。この図に示すように、サンプル♯１〜♯６は、使用済の輻射管（ＫＨＲ−３５Ｈ；外径９０ｍｍ，肉厚９．５ｍｍ）の一部（健全層および酸化層）と、強磁性体の炭素鋼（炭素鋼層）とが、積層されてなるサンプルである。すなわち、これらのサンプルは、浸炭層，健全層および酸化層からなる輻射管に応じたサンプルである。この『ＫＨＲ−３５Ｈ』という輻射管は、ＨＰ合金（２５Ｃｒ−３５Ｎｉ−１Ｍｏ）からなる、耐熱遠心鋳造管（（株）クボタ製）である。
【０１１７】
なお、サンプル♯１〜♯６の厚さは全て９．５ｍｍである一方、炭素鋼層の厚さは互いに異なっている。各サンプルの健全層および炭素鋼層の厚さを、表１に示す。また、この表には、他のサンプルとの比較のために、サンプルの厚さ（全厚）、および、これらのサンプルにはない窒化層の厚さに関しても記載している。
【０１１８】
また、サンプル♯１〜♯６における酸化層の厚さは、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍである。また、サンプル♯１〜♯６における、図９に垂直な方向の長さは、７０ｍｍである。
【０１１９】
【表１】
0003765188.tif 000002
【０１２０】
また、図１０は、サンプル♯１１・♯１２の構成を示す説明図である。この図に示すように、サンプル♯１１・♯１２は、酸化層および窒化層が形成された、使用済みの輻射管（ＫＨＲ−３５Ｈ；外径９０ｍｍ，肉厚９．５ｍｍ）を材料としたサンプルである。なお、サンプル♯１１・♯１２における、図１０に垂直な方向の長さは、７０ｍｍである。
【０１２１】
表２に、これらサンプル♯１１・♯１２における窒化層および健全層の厚さを示す。なお、サンプル♯１１・♯１２の材料となった輻射管には、浸炭層は形成されていなかった。また、サンプル♯１１・♯１２における酸化層の厚さは、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍである。
【０１２２】
【表２】
0003765188.tif 000003
【０１２３】
なお、これらサンプル♯１１・♯１２における窒化層の厚さは、各サンプルの断面観察により、輻射管の切断面における、エッチング後の変色部分（球状の析出物組織が多く存在する部分）の厚さを測定することにより求められた。また、サンプル♯１１・♯１２に対してＥＰＭＡ（electro probe microanalysis ）のライン分析を行って、窒化層の厚さを測定した結果、断面観察による測定結果と一致していることが確認された。
【０１２４】
また、図１１は、サンプル♯２１・♯２２の構成を示す説明図である。また、図１２は、サンプル♯２３〜♯２５の構成を示す説明図である。これらの図に示すように、サンプル♯２１〜♯２５は、外表面に酸化層および窒化層が形成されている輻射管の内部を加工し、内表面に炭素鋼層を形成したものである。
【０１２５】
また、サンプル♯２１・♯２２を作成するために用いた輻射管は、サンプル♯１１・♯１２の材料と同一のものである。表３に、これらサンプル♯２１〜♯２５における各層の厚さを示す。なお、サンプル♯２１〜♯２５における、図１１あるいは図１２に垂直な方向の長さは、７０ｍｍである。また、サンプル♯２１〜♯２５における酸化層の厚さは、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍである。
【０１２６】
【表３】
0003765188.tif 000004
【０１２７】
また、図１３は、サンプル♯４１〜♯５０の構成を示す説明図である。これらサンプル♯４１〜♯５０は、外表面近傍まで浸炭が進展した輻射管を切断して得たものである。表４に、これらサンプル♯４１〜♯５０における各層の厚さを示す。なお、サンプル♯４１〜♯５０における酸化層の厚さは、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍである。
【０１２８】
【表４】
0003765188.tif 000005
【０１２９】
また、実施例１および実施例２に示す測定に用いた浸炭測定プローブ２１では、浸炭層検出用バランスコイル１および浸炭層検出用コイル２の外径を２８ｍｍとし、窒化層検出用バランスコイル４および窒化層検出用コイル５の外径を１０ｍｍとした。従って、上記（１）式より、有効磁力線が到達する距離は、浸炭層検出用コイル２で約７ｍｍ、窒化層検出用コイル５で約２．５ｍｍとなる。
【０１３０】
また、マグネット３・３を構成する永久磁石２０としては、外径１８ｍｍ，内径１０ｍｍ，厚さ１．８ｍｍの、ＮＥＯＭＡＸ−３２Ｈを用いた。
【０１３１】
〔実施例１〕
本実施例では、浸炭測定プローブ２１における永久磁石２０の適切な数量を求
めるための測定を行った結果を示す。
【０１３２】
図１４は、浸炭測定プローブ２１に何も接触させていない状態で、マグネット３・３における永久磁石２０の枚数を変化させながら、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスの大きさ（図８（ｂ）におけるＺの大きさ）と位相角（図８（ｂ）におけるθ）とを測定した結果を示すグラフである。なお、この測定における永久磁石２０の枚数とは、２つのマグネット３・３を構成する永久磁石２０の合計枚数である。また、この測定において、発振器２２が浸炭層検出用コイル２に流した交流の試験周波数は、３ｋＨｚであった。
【０１３３】
このグラフに示すように、永久磁石２０の枚数が増すにつれて、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスが小さくなる一方、位相角は変化しない。従って、永久磁石２０の枚数が増えると、浸炭層検出用コイル２の直流抵抗値が大きくなることがわかった。また、永久磁石２０の枚数を８枚以上とした場合には、インピーダンスはほとんど変化しないことも確認された。
【０１３４】
このように、永久磁石２０の枚数を８枚とすれば、輻射管に形成されている酸化層および窒化層を磁気飽和させ、これらの比透磁率を、十分に１に近づけることが可能であると考えられる。
【０１３５】
従って、浸炭測定プローブ２１における永久磁石２０の数は、８枚以上であることが好ましいといえる。また、製作コストを考慮すれば、永久磁石２０の数は、８枚であることがさらに好ましいといえる。
【０１３６】
上記の結果より、後述する実施例２では、浸炭測定プローブ２１における永久磁石２０の数を８枚として各測定を行っている。
【０１３７】
また、実施例２における各測定では、浸炭測定プローブ２１の感度の設定は、上記したサンプル♯１を使用した。すなわち、サンプル♯１を測定した際に得られるインピーダンスの位相角が９０度となり、そのベクトル電圧値が表示装置２８によって観察しやすい値となるように、増幅器２３〜第２同期検波器２７（図４参照）の感度を設定した。
【０１３８】
〔実施例２〕
本実施例では、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスと非浸炭層の厚さとの関係、および、窒化層検出用コイル５のインピーダンスと窒化層の有無との関係について測定を行った結果を示す。
【０１３９】
図１５は、図９に示したサンプル♯１〜♯５と、図１０に示したサンプル♯１１・♯１２とに対して浸炭層の厚さ測定を行うことによって得られた、浸炭層検出用コイル２と窒化層検出用コイル５とのインピーダンスに応じたベクトル波形（リサージュ波形）を示す説明図である。この図に示すように、浸炭層検出用コイル２および窒化層検出用コイル５の位相角は、窒化層の厚さが異なるサンプル♯１１・♯１２に対する測定では、ほぼ同一となることがわかる。
【０１４０】
また、この図に示すように、窒化層のあるサンプル♯１１・１２から得られた窒化層検出用コイル５の位相角は、ともに９５°であった。また、サンプル♯２１・♯２２に対して、浸炭層の厚さ測定を行ったところ、窒化層検出用コイル５の位相角は、それぞれ９５°，８９°となった。このように、輻射管の外表面に窒化層がある場合には、窒化層および浸炭層の厚さに依らず、窒化層検出用コイル５の位相角は常に８９°以上となることがわかる。
【０１４１】
また、この図に示すように、窒化層検出用コイル５の位相角は、サンプル♯１・♯２においても約８９°となっている。これらサンプル♯１およびサンプル♯２に対する測定結果より、非浸炭層の厚さが２．４ｍｍ以内であれば、窒化層の有無に依らず、窒化層検出用コイル５の位相角は８９°以上となることがわかる。
【０１４２】
また、図１６は、サンプル♯１〜♯５に対する浸炭層の厚さ測定によって得られた、窒化層検出用コイル５のＹ振幅値と非浸炭層の厚さとの関係を示すグラフである。さらに、図１７は、サンプル♯２１〜２５およびサンプル♯３１に対する浸炭層の厚さ測定によって得られた、窒化層検出用コイル５のＹ振幅値と窒化層の厚さおよび炭素鋼層の厚さとの関係を示すグラフである。なお、サンプル♯３１とは、サンプル♯２２の構成において、健全層の厚さを７．５ｍｍ、窒化層の厚さを２．０ｍｍとし、炭素鋼層をなくした構成のサンプルである。このため、図１７には、サンプル♯３１の炭素鋼層に応じたプロット点はない。
【０１４３】
図１６および図１７に示すように、輻射管の外表面に窒化層がある場合には、非浸炭層の厚さに依らず、窒化層検出用コイル５のＹ振幅値は、サンプル♯３から得られた値（約１Ｖ）程度となることがわかる。
【０１４４】
また、図１８は、管外表面に窒化層がなく、管外表面近傍まで浸炭が進展しているサンプル♯４１〜♯５０に対する浸炭層の厚さ測定によって得られた、窒化層検出用コイル５のＹ振幅値と非浸炭層の厚さとの関係を示すグラフである。このグラフに示すように、非浸炭層の厚さが２．４ｍｍ以内であれば、窒化層検出用コイル５のＹ振幅値は、サンプル♯１から得られる値より小さく、サンプル♯２から得られる値（約２．４Ｖ）以上となることがわかる。
【０１４５】
従って、窒化層検出用コイル５における位相角が、８９°以上であり、かつ、Ｙ振幅値がサンプル♯３から得られる値（約１Ｖ）程度であれば、輻射管には、窒化層があるということがわかる。
【０１４６】
一方、窒化層検出用コイル５における位相角が８９°未満であるか、あるいは、窒化層検出用コイル５における位相角が８９°以上であり、かつ、Ｙ振幅値がサンプル♯１から得られる値より小さく、サンプル♯２から得られる値以上であれば、輻射管には、窒化層がないということがわかる。
【０１４７】
また、図１９は、サンプル♯２〜♯５、サンプル♯２２〜♯２５、および、サンプル♯３１に対して、本浸炭測定装置による浸炭層の厚さ測定によって得られた浸炭層検出用コイル２の位相角と、これらのサンプルの実際の非浸炭層（健全層，酸化層および窒化層の積層）の厚さとの関係を示すグラフである。また、これらの測定では、発振器２２が浸炭層検出用コイル２に流した交流の試験周波数は、１．３ｋＨｚであった。
【０１４８】
すなわち、この図における破線は、窒化層のないサンプル♯２〜♯５と浸炭層検出用コイル２の位相角との関係を示すグラフである一方、実線は、厚さ２ｍｍの窒化層のあるサンプル♯２２〜♯２５およびサンプル♯３１と浸炭層検出用コイル２の位相角との関係を示すグラフである。
【０１４９】
この図に示すように、窒化層の有無により、グラフの傾きが異なっていることがわかる。また、非浸炭層の厚さが７ｍｍ以上となると位相角の変化がなくなることが、サンプル♯３１の測定によってわかる。
【０１５０】
これらのグラフより求められた、浸炭層検出用コイル２の位相角と非浸炭層の厚さとの関係を以下に示す。すなわち、図１９に破線で示したグラフより、窒化層がない場合には、
非浸炭層の厚さ＝−０．０５５０２４×θ＋７．２８６４１７９  …（６）
となる。また、実線で示したグラフより、窒化層がある場合には、
非浸炭層の厚さ＝−０．１１２６５×θ＋１０．１０５１６      …（７）
となる。
【０１５１】
また、図２０は、サンプル♯２〜♯５に対する測定によって得られた、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスにおける位相角と、これらサンプルの実際の非浸炭層（健全層）の厚さとの関係を示す説明図である。さらに、図２１は、サンプル♯２〜♯５に対する測定によって得られた、窒化層検出用コイル５のインピーダンスにおける位相角と、これらサンプルの実際の非浸炭層の厚さとの関係を示す説明図である。
【０１５２】
なお、これらの測定では、発振器２２が浸炭層検出用コイル２に流した交流の試験周波数は、１．３ｋＨｚであった。また、発振器２２が窒化層検出用コイル５に流した交流の試験周波数は、５．０ｋＨｚであった。
【０１５３】
図２０・図２１に示すように、浸炭層検出用コイル２および窒化層検出用コイル５の位相角は、窒化層のないサンプル♯２〜♯５に対する測定では、各サンプルの非浸炭層の厚さが大きくなるにつれて小さくなっている。
【０１５４】
以上の測定により得られた結論を、(i)〜(iii)として以下に示す。
【０１５５】
(i)窒化層検出用コイル５における位相角が８９°以上で、Ｙ振幅値がサンプル♯３から得られた値（約１Ｖ）程度である場合、輻射管の外表面には、窒化層があると判断できる。そして、非浸炭層の厚さは、浸炭層検出用コイル２の位相角と上記（７）式とを用いて求めることができる。
【０１５６】
(ii)窒化層検出用コイル５における位相角が８９°以上で、Ｙ振幅値がサンプル♯１から得られた値より小さく、サンプル♯２から得られた値（約２．４Ｖ）以上である場合、輻射管の外表面には窒化層がないと判断できる。そして、浸炭層は、輻射管の外表面から２．４ｍｍ以内に達していると判断できる。
【０１５７】
(iii)窒化層検出用コイル５における位相角が８９°未満の場合、輻射管の外表面には窒化層はないと判断できる。そして、非浸炭層の厚さは、浸炭層検出用コイル２の位相角と上記（６）式とを用いて求めることができる。
【０１５８】
このように、本浸炭測定装置によれば、輻射管の外表面に窒化層が形成されている場合でも、非浸炭層の厚さを測定することが可能である。従って、この厚さを輻射管本来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可能となっている。
【０１５９】
また、本浸炭測定装置によれば、輻射管の表面近く（上記では外表面から２．４ｍｍ以内）まで浸炭層が形成されていても、この浸炭層を検出することができる。
【０１６０】
すなわち、従来の浸炭測定装置では、輻射管の浸炭が進み、非浸炭層の厚さが所定の厚さ以下となってしまった輻射管に対しては、浸炭層と非浸炭層とを区別して検知することができなかった。すなわち、従来の浸炭測定装置では、検知できない非浸炭層の厚さの範囲（不感帯域）が十分に小さくないので、まだ使用可能な輻射管であっても、完全に浸炭してしまったものと区別できないという問題があった。
【０１６１】
しかしながら、本浸炭測定装置では、窒化層検出用コイル５のインピーダンスを測定することで、外表面近くまで浸炭層が形成されていても、非浸炭層の厚さを測定することが可能となっている。従って、輻射管の不感帯域を、非常に小さくすることが可能となっている。
【０１６２】
なお、浸炭層の検出のためのコイル１・２に流す交流の試験周波数は、１．３ｋＨｚであることが好ましい。この試験周波数の交流を用いれば、窒化層がない輻射管に対して、非常に正確な測定を行うことができる。
【０１６３】
また、窒化層の検出のためのコイル４・５に流す交流の試験周波数は、５ｋＨｚとすることが好ましい。この試験周波数の交流を用いれば、輻射管の外表面から、２．５ｍｍ以内に達した浸炭層を検出することが可能となる。
【０１６４】
なお、コイル１・２および４・５が実施例１・２に示したサイズの場合、窒化層検出用コイル５の不感帯域は、０．８ｍｍ以下、浸炭層検出用コイル２の不感帯域は２．５ｍｍ以下となる。すなわち、輻射管の外表面から２．５ｍｍ以内に浸炭層が進展しても、浸炭層検出用コイル２による計測値は、２．５ｍｍとなる。
【０１６５】
また、本浸炭測定装置による測定では、非浸炭層の厚さが２．４ｍｍ以内であって、窒化層が形成されている場合、窒化層検出用コイル５のＹ振幅値は、サンプル♯２から得られた値（約２．４Ｖ）以上になると考えられる。
【０１６６】
また、窒化層検出用コイル５の位相角が８９°以上で、Ｙ振幅値が１〜２．４Ｖの場合、輻射管は、以下の(iv)あるいは(v)に示した状態にあると考えられる。
【０１６７】
(iv)非浸炭層の厚さが２．４ｍｍ〜４ｍｍ程度であり、窒化層がない。
【０１６８】
(v)非浸炭層の厚さが（２．４＋α１）ｍｍ〜（４＋α２）ｍｍ程度であり、窒化層がある。
【０１６９】
なお、これらα１およびα２は、窒化層によるＹ振幅値への影響である。
【０１７０】
また、窒化層検出用バランスコイル４および窒化層検出用コイル５の外径は、輻射管の外表面から窒化層の最大厚さと考えられる距離まで有効磁力線が到達するように、設定されるようにしてもよい。例えば、窒化層の最大厚さが２．５ｍｍであれば、窒化層検出用コイル５の外径は１０ｍｍに設定される。
【０１７１】
また、実施例１では、浸炭測定プローブ２１に備える永久磁石２０の枚数を８枚であることが好ましいとしているが、浸炭測定プローブ２１の構成はこれに限るものではない。すなわち、永久磁石２０の枚数および大きさは、輻射管に形成された酸化層および窒化層の比透磁率が十分１に近づくように設定されることが好ましい。
【０１７２】
また、この永久磁石２０は、浸炭層検出用バランスコイル１と浸炭層検出用コイル２との直流抵抗値に明確な差異が発生するとともに、浸炭層検出用コイル２のインピーダンスが十分小さくなるように数および大きさが設定されるようにしてもよい。
【０１７３】
【発明の効果】
以上のように、本発明の浸炭測定方法は、電磁誘導法により輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを測定する浸炭測定方法において、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出する第１の工程と、輻射管の表面に隣接させた検出コイルに交流を流し、この検出コイルのインピーダンスを測定する第２の工程と、上記第１の工程における検出結果と上記第２の工程における測定結果とに基づいて、上記浸炭層の厚さを測定する第３の工程とを含む方法である。
【０１７４】
上記の方法によれば、第１の工程において、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出するようになっている。そして、第３の工程において、第１の工程における強磁性層の有無の検出結果より、輻射管の外表面に強磁性層がある場合の検出コイルのインピーダンスと非浸炭層の厚さとの第１の関係と、強磁性層がない場合の上記インピーダンスと非浸炭層の厚さとの第２の関係とのいずれかを選択する。
【０１７５】
そして、選択した関係に基づいて、第２の工程において測定されたインピーダンスから、非浸炭層の厚さを求め、この非浸炭層の厚さを、輻射管の本来の厚さから差し引くことで、浸炭層の厚さを求めるようになっている。
【０１７６】
従って、上記の方法によれば、輻射管の外表面に強磁性層が形成されていても、輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを、正確に測定することが可能となる。これにより、輻射管の損傷状況を正確に判断することが可能となるので、輻射管を利用した装置・施設の安全性を高めることが可能となるという効果を奏する。
【０１７７】
なお、インピーダンスと非浸炭層の厚さとの相関関係を求めるときには、特に、インピーダンスの位相角と非浸炭層の厚さとの相関関係を求めるようにすることが好ましい。このようにすれば、インピーダンスの位相角と非浸炭層の厚さとには、非常に明確な相関関係があるので、上記に記載の方法を実現することが容易となる。
【０１７８】
本発明の浸炭測定方法は、上記強磁性層の比透磁率が、非磁性体の比透磁率に近づけられる第４の工程が含まれる方法である。
【０１７９】
上記の方法によれば、第４の工程において、強磁性層における比透磁率を、非磁性体の値、すなわち、輻射管における健全層の値に近づけるようになっている。これにより、上記第２の工程における検出コイルからの磁界が、輻射管の内表面にまで確実に到達するようになる。
【０１８０】
従って、上記の方法によれば、上記の効果に加えて、非浸炭層および浸炭層の厚さを、より正確に求めることが可能となるという効果を奏する。
【０１８１】
なお、この第４の工程は、強磁性層に対して、所定以上の強さの磁界を印加することによって行われることが好ましい。強磁性層に、その磁気が飽和する程度以上の磁界を印加すると、この強磁性層の比透磁率は、非磁性体と同様、ほぼ１となる。従って、このようにすれば、上記に記載の方法を実現することが容易となる。
【０１８２】
また、本発明の浸炭測定装置は、電磁誘導法により輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを測定する浸炭測定装置において、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出する強磁性層検出部と、輻射管の外表面における強磁性層の有無と、輻射管の外表面から浸炭層までの距離とに応じて、インピーダンスが変化する検出コイルとを有する構成である。
【０１８３】
上記の構成によれば、検出コイルのインピーダンスを測定するとともに、強磁性層検出部によって、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出するようになっている。
【０１８４】
そして、強磁性層検出部による検出結果により、輻射管の外表面に強磁性層がある場合の検出コイルのインピーダンスと非浸炭層の厚さとの第１の関係と、強磁性層がない場合の上記インピーダンスと非浸炭層の厚さとの第２の関係とのいずれかを選択する。そして、選択したほうの関係に基づいて、測定された検出コイルのインピーダンスから、非浸炭層の厚さを求める。そして、この非浸炭層の厚さを、輻射管の本来の厚さから差し引くことで、浸炭層の厚さを求めるようになっている。
【０１８５】
このように、上記の構成によれば、輻射管の外表面に強磁性層が形成されていても、輻射管の内表面に形成された浸炭層の厚さを、正確に測定することが可能となっている。従って、輻射管の損傷状況を正確に判断することが可能となるので、輻射管を利用した装置・施設の安全性を高めることができるという効果を奏する。
【０１８６】
なお、インピーダンスと非浸炭層の厚さとの相関関係を求めるときには、特に、インピーダンスの位相角と非浸炭層の厚さとの相関関係を求めるようにすることが好ましい。
【０１８７】
また、本発明の浸炭測定装置は、上記強磁性層検出部が、この検出コイルより外径が小さいコイルである構成である。
【０１８８】
上記の構成によれば、上記した検出コイルより外径が小さいコイルに交流を流し、そのインピーダンスを測定することによって、輻射管の外表面における強磁性層の有無を検出するようになっている。これにより、上記の構成によれば、上記の効果に加えて、上記に記載の浸炭測定装置を実現することが容易となるという効果を奏する。
【０１８９】
また、本発明の浸炭測定装置は、上記強磁性層の比透磁率を非磁性体の比透磁率に近づけるためのマグネットを備えている構成である。
【０１９０】
上記の構成では、マグネットによって、強磁性層に、その磁気が飽和する程度以上の磁界を印加し、強磁性層の比透磁率を、輻射管における健全層の比透磁率に近づけるようになっている。これにより、上記検出コイルからの磁界が、輻射管の内表面にまで確実に到達するようになる。
【０１９１】
従って、上記の構成によれば、上記の効果に加えて、非浸炭層および浸炭層の厚さを、より正確に求めることが可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態にかかる浸炭測定装置による、浸炭層の厚さ測定における動作の流れを示すフローチャートである。
【図２】  上記浸炭測定装置によって測定可能な、輻射管の例を示す説明図である。
【図３】  上記浸炭測定装置における電磁誘導法を示す説明図である。
【図４】  上記浸炭測定装置の構成を示す説明図である。
【図５】  図４に示した浸炭測定装置における浸炭測定プローブの構成を示す説明図である。
【図６】  図５に示した浸炭測定プローブを、図５における矢印Ａの方向から示す説明図である。
【図７】  図５に示した浸炭測定プローブにおける浸炭層検出用バランスコイルおよび浸炭層検出用コイル、あるいは、窒化層検出用バランスコイルおよび窒化層検出用コイルが形成する回路の等価回路であるブリッジ回路の構成を示す説明図である。
【図８】  図５に示した浸炭測定プローブにおける浸炭層検出用コイルあるいは窒化層検出用コイルのインピーダンスを示す説明図であって、図８（ａ）は、コイルのインピーダンスをインダクタンスと抵抗との直列接続によって等価的に表現した回路を示す説明図であり、図８（ｂ）は、コイルのインピーダンスをベクトル波形で示す説明図である。
【図９】  窒化層のない輻射管におけるサンプルの構成を示す説明図である。
【図１０】  窒化層のある輻射管におけるサンプルの構成を示す説明図である。
【図１１】  窒化層のある輻射管におけるサンプルの、他の構成を示す説明図である。
【図１２】  窒化層のある輻射管におけるサンプルの、さらに他の構成を示す説明図である。
【図１３】  外表面の近傍まで浸炭が進展した輻射管におけるサンプルの構成を示す説明図である。
【図１４】  図５に示した浸炭測定プローブに何も接触させていない状態で、マグネットを構成する永久磁石の枚数を変化させながら、浸炭層検出用コイルのインピーダンスの大きさと位相角とを測定した結果を示すグラフである。
【図１５】  図４に示した浸炭測定装置によって、図９および図１０に示したサンプルに対して、浸炭層の厚さ測定を行うことによって得られた、浸炭層検出用コイルと窒化層検出用コイルとのインピーダンスにおけるベクトル波形を示す説明図である。
【図１６】  図９に示したサンプルに対する浸炭層の厚さ測定によって得られた、窒化層検出用コイルのＹ振幅値と非浸炭層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図１７】  図１１および図１２に示したサンプル等に対する浸炭層の厚さ測定によって得られた、窒化層検出用コイルのＹ振幅値と炭素鋼層および窒化層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図１８】  図１３に示したサンプルに対する浸炭層の厚さ測定によって得られた、窒化層検出用コイルのＹ振幅値と非浸炭層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図１９】  図９，図１１および図１２に示したサンプル等に対する浸炭層の厚さ測定を行うことによって得られた、浸炭層検出用コイルの位相角と、これらのサンプルの非浸炭層の厚さとの関係を示すグラフである。
【図２０】  図９に示したサンプルに対する浸炭層の厚さ測定を行うことによって得られた、浸炭層検出用コイルのインピーダンスにおける位相角と、これらサンプルの非浸炭層の厚さとの関係を示す説明図である。
【図２１】  図９に示したサンプルに対する浸炭層の厚さ測定を行うことによって得られた、窒化層検出用コイルのインピーダンスにおける位相角と、これらサンプルの非浸炭層の厚さとの関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１    浸炭層検出用バランスコイル
２    浸炭層検出用コイル（検出コイル）
３    マグネット
４    窒化層検出用バランスコイル
５    窒化層検出用コイル（強磁性層検出部）
２１    浸炭測定プローブ
２２    発振器
２３    増幅器
２４    移相器
２５    ９０°固定移相器
２６    第１同期検波器
２７    第２同期検波器
２８    表示装置
【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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【図９】
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【図１０】
0003765188.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0003765188.tif 000021
【図１７】
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【図１８】
0003765188.tif 000023
【図１９】
0003765188.tif 000024
【図２０】
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【図２１】
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