JPH09269316A - 渦流探傷方法及び渦流探傷器 - Google Patents

渦流探傷方法及び渦流探傷器

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JPH09269316A
JPH09269316A JP9953896A JP9953896A JPH09269316A JP H09269316 A JPH09269316 A JP H09269316A JP 9953896 A JP9953896 A JP 9953896A JP 9953896 A JP9953896 A JP 9953896A JP H09269316 A JPH09269316 A JP H09269316A
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JP
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eddy current
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current flaw
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JP9953896A
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Kenji Kashiwatani
賢治 柏谷
Shigeru Kitagawa
茂 北川
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NIPPON HIHAKAI KEISOKU KENKYUSHO KK
Railway Technical Research Institute
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NIPPON HIHAKAI KEISOKU KENKYUSHO KK
Railway Technical Research Institute
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高マンガン鋳鋼のような、表面に部分的強磁
性相を含む非磁性材料の探傷をも行うことのできる渦流
探傷方法及び渦流探傷器を提供する。 【解決手段】 表面に部分的強磁性相を含む部材を探傷
する際に、高低二つの周波数で重複励磁し、部分的強磁
性相もしくは亀裂の存在による一次出力を元の高低二つ
の周波数の出力に分離する。両出力が共に大きいものを
部分的強磁性相の存在によるもの、高周波数の出力が大
きく低周波数の出力が小さいものを亀裂の存在によるも
のと識別する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、部材表面域の亀裂
を発見するのに適した非破壊試験方法である渦流探傷方
法及びそれに用いる渦流探傷器に関する。特には、高マ
ンガン鋳鋼のような、表面に部分的強磁性相を含む非磁
性材料の探傷をも行うことのできる渦流探傷方法及び渦
流探傷器に関する。
【0002】
【従来の技術】高速鉄道軌道の分岐器における亀裂検査
を例にとって従来技術を説明する。図5は、鉄道軌道の
分岐器の一例を示す図である。分岐器101は、鉄道レ
ールが分岐したり合流したりする部分に設けられる重要
部材である。大きいものでは(新幹線用#18分岐
器)、その長さ17m、重量3.3トンにもなる。この
分岐器は、高マンガン鋳鋼で作られているものが多い。
高マンガン鋳鋼は、亀裂の進展速度が遅くまた破壊靭性
が大であるため、強靭かつ高信頼性の求められる重要部
品用として好適だからである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、この高マン
ガン鋳鋼製の分岐器の検査(亀裂発見のための)におい
ては、他の材料で用いることのできる超音波探傷や渦流
探傷を用いることができなかった。前者は、高マンガン
鋳鋼中における超音波の減衰が著しいためである。後者
は、鋳肌に強磁性のフェライト相が残留しており、この
相は非磁性の本体と比べて透磁率が激変するため、残留
フェライト相で渦電流損失乱れが発生し、これが亀裂の
渦電流損失乱れ出力との判別が困難であったからであ
る。
【0004】そのため、分岐器の定期検査(周期半年〜
1年)においては、分岐器を解体・洗浄して浸透探傷に
よって亀裂の有無を調べている。そのため、分岐器の解
体に伴う路線の停止が生じる。また、分岐器が大型・大
重量品であるため、解体・洗浄にかかる工数も多大なも
のがある。
【0005】本発明は、高マンガン鋳鋼のような、表面
に部分的強磁性相を含む非磁性材料の探傷をも行うこと
のできる渦流探傷方法及び渦流探傷器を提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の渦流探傷方法は、 表面に部分的強磁性相
を含む非磁性材料を渦流探傷する方法であって; 低周
波励磁時及び高周波励磁時共に渦電流損失乱れの大なる
ものを強磁性相、 低周波励磁時には渦電流損失乱れが
小で、高周波励磁時には渦電流損失乱れが大なるものを
亀裂、 と判別することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の一態様の渦流探傷方法に
おいては、高低二つの周波数で重複励磁し、渦電流損失
乱れ出力(一次出力)を上記高低二つの周波数の出力
(二次出力)に分離し、分離された高低二次出力を比較
することにより上記判別を行う。
【0008】すなわち、高低二つの周波数で重複励磁
し、部分的強磁性相(残留フェライト相)もしくは亀裂
の存在による一次出力を元の高低二つの周波数の出力に
分離し、両出力が共に大きいものを残留フェライト相の
存在によるもの、高周波数の出力が大きく低周波数の出
力が小さいものを亀裂の存在によるものと識別するので
ある。そして、亀裂の存在によるものだけを表示させ
る。
【0009】従来の渦流探傷法では、数kHz以上の比較
的高い周波数の交流磁場を金属表面に印加した際に該金
属表面に生じる渦電流が、割れなどの傷により乱される
ことを、電磁誘導の原理により検出するものである。と
ころがその乱れは、フェライト相などの強磁性体の混入
による透磁率のばらつきによっても生じる。そのため、
本件のようにそのばらつき(ノイズ)の大きい場合に
は、傷信号との区別が困難か、あるいはノイズの方が大
きくて探傷が不可能となる場合も多い。
【0010】一方、数百Hz以下の低い周波数の交流磁場
では、金属表面に生じる渦電流は極めて弱く、探傷信号
はほとんど得られない。しかしフェライト相の影響は高
い周波数の場合と同程度又はそれ以上に生じるので、こ
の両周波数の交流電流を同時に同一コイルに流して、そ
の磁場を生じさせる。そして、両者の周波数による誘導
渦電流を他の二次コイルで検出し、分離して、電気的に
引算すると、上述のように、高周波による傷信号は残る
が、フェライト相の影響は打ち消しあって軽減できる
か、うまく調整すると消滅することになる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は、
本発明の一実施例に係る渦流探傷器の全体構成を示す回
路図である。図2は、図1の渦流探傷器の渦流探傷セン
サ(検出コイル)の具体的構成を示す斜視図である。図
3は、図2の渦流探傷センサを用いて亀裂を検査する作
業の様子を示す図である。図4は、図1、2に示されて
いる本実施例の渦流探傷器を用いて分岐器の亀裂検査を
行っている様子を示す図である。
【0012】この図の実施例の渦流探傷器は、以下の構
成要素を有する。 検出コイル13A、13Bの巻かれた磁芯を2本近
接させて並べ、その上に励磁コイル11を巻くことによ
り構成された渦流探傷センサ。 この渦流探傷センサの2個の検出コイル13A、1
3Bを差動接続した、渦電流損失乱れ一次出力を検出す
る自己比較回路12。 高周波発振器3及び低周波発振器5を含み、上記励
磁コイル11に高周波・低周波重畳電流を流す励磁電流
用発振回路2。 上記渦電流損失乱れ一次出力を高周波成分と低周波
成分とに分離した後に比較加算して渦電流損失乱れ二次
出力を出力する判別回路19。
【0013】まず、図2を参照しつつ渦流探傷センサの
構造を説明する。わかり易くするため、渦流探傷センサ
の製造工程として説明する。最初に、フェライトコア製
の2本の磁芯41A、B(径2mm、長さ10mm)を準備
する。この磁芯41A、Bのそれぞれの外周に検出コイ
ル13A、B(線径0.07mm、ホルマル線、巻数20
0)を巻く。次に、検出コイル13A、Bを巻いた2本
の磁芯41A、Bを横にたばねて(間に隙間3〜5m
m)、その外側に励磁コイル11(線径0.12mm、ホ
ルマル線、巻数150)を巻く。最後に、保護ケース4
3に納める。ケース43には、棒状のホルダ45がつい
ており、図4に示されているように、この棒を検査員が
手に持って検査作業を行う。
【0014】実際に亀裂の存在するものを検査する際に
は、図3に示されているように、亀裂51あるいは残留
フェライト相の存在する近くにある検出コイル13Bの
方では、被検査体(分岐器50)中の渦電流が乱れ、検
出コイル13Bの渦電流損失が小さくなって、両検出コ
イル13A、13Bに生じる電圧バランスに乱れを生ず
る。これを渦流探傷センサ40で検出する。
【0015】次に、渦流探傷器全体の構成を図1を参照
しつつ説明する。励磁電流用発振回路2は、高周波発振
器3と低周波発振器5とを含む。高周波発振器3と低周
波発振器5の出力を、両発振器に接続されたポテンシオ
メータ7上で重畳させる。この重畳信号を、増幅器9で
増幅し、励磁コイル11に印加する。
【0016】自己比較回路12中においては、検出コイ
ル13Aと13Bとが差動接続されて、ポテンシオメー
ターによる出力がほぼ0になるように調整している。し
たがって、検出コイル13Aと13Bの渦電流損失出力
にアンバランスが生じたときに、両コイル13A、13
Bの差分の出力が、検出コイル13A、13Bの両端間
に接続されたポテンシオメーター15上に表われる。こ
の出力は増幅器17で増幅されて判別回路19へ送られ
る。
【0017】判別回路19は、並列接続されたハイパス
フィルター21とローパスフィルター23とを有する。
渦電流損失乱れ一次出力は、このフィルターを通り高周
波成分と低周波成分とに分離される。フィルター21、
23の先に直列接続されている検波器25、27は、そ
れぞれの振幅を検出するためのものであり、正及び負半
波整流している。検波器25、27を出た出力は、ポテ
ンシオメーター29上にその差分が出力(二次出力)さ
れる。
【0018】ポテンシオメーター29では、強磁性相に
よる高低二つの渦電流損失乱れ二次出力を、互いに打ち
消すように出力合成し、この際、無亀裂の標準サンプル
を用いて両高低出力のゲインを調節する。
【0019】判別回路19の二次出力は、増幅器31で
増幅された後、表示部33(ブザー、メーター等)に表
示されるとともに、レコーダ35に記録される。
【0020】本実施例の渦流探傷器の構造及び作用をま
とめて述べる。すなわち、この渦流探傷器は、10kHz
以上の高周波を生じる発振器と、数百Hz以下の低周波を
生じる発振器とを有し、両周波を適当な振幅比で合成し
て励磁コイルに与える。そして、2個の検出コイルで渦
電流信号を検出し、両検出波を逆位相で合成する。この
とき、もし両検出コイルに生じる電圧が等しければ合成
した電圧は零であるが、もし両者いずれかの下に欠陥
(傷及びフェライト相のばらつき)があれば両コイルに
生じる誘導電圧の間に差を生じる。それを増幅した後、
高周波成分と低周波成分とに分離して、それぞれの変化
成分のみを増幅して減算する。フェライトの影響(ノイ
ズ)の低周波成分と高周波成分のそれとがちょうど打ち
消しされるように調整しても、高周波成分の傷信号成分
が残るので、傷信号のみを得ることができる。このよう
にして、フェライト相の影響のない又は少ない欠陥信号
を得ることができる。しかもこの方法によるとセンサの
走査速度には関係ないので、センサをゆっくり又は停止
して探傷することができるので、傷の位置を特定するこ
とができる。
【0021】ここで高周波と低周波の周波数の決定であ
るが、誘導される電圧は周波数に比例するので、試行錯
誤の末、低周波の電流を高周波の2倍以上に大きくし、
低周波数も誘導性を考えるとあまり下げない方がよいの
で約200Hzとした。他方、高周波の周波数はある程度
傷検出感度をよくするため、約10kHzとした。
【0022】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、高マンガン鋳鋼のような表面に部分的強磁性相を含
む非磁性材料の探傷をも行うことのできる渦流探傷方法
及び渦流探傷器を提供できる。特に、本発明を鉄道の高
マンガン鋳鋼製分岐器に適用した場合、従来の分解・浸
透探傷法による場合と比べ、定期検査の工数が大幅に低
減できるのみならず、軌道の停止時間を短時間にできる
という大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る渦流探傷器の全体構成
を示す回路図である。
【図2】図1の渦流探傷器の渦流探傷センサ(検出コイ
ル)の具体的構成を示す斜視図である。
【図3】図2の渦流探傷センサを用いて亀裂を検査する
作業の様子を示す図である。
【図4】図1、2に示されている本実施例の渦流探傷器
を用いて分岐器の亀裂検査を行っている様子を示す図で
ある。
【図5】鉄道軌道の分岐器の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 渦流探傷器 2 発振回路 3 高周波発振器 5 低周波発
振器 7、15、29 ポテンシオメーター 9、17、3
1 増幅器 11 励磁コイル 12 自己比
較回路 13 検出コイル 19 判別回
路 21 ハイパスフィルター 23 ローパ
スフィルター 25 正検波器 27 負検波器 33 表示部 35 レコーダ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に部分的強磁性相を含む非磁性材料
    を渦流探傷する方法であって;低周波励磁時及び高周波
    励磁時共に渦電流損失乱れの大なるものを強磁性相、 低周波励磁時には渦電流損失乱れが小で、高周波励磁時
    には渦電流損失乱れが大なるものを亀裂、 と判別することを特徴とする渦流探傷方法。
  2. 【請求項2】 高低二つの周波数で重複励磁し、渦電流
    損失乱れ出力(一次出力)を上記高低二つの周波数の出
    力(二次出力)に分離し、分離された高低二次出力を比
    較することにより上記判別を行う請求項1記載の渦流探
    傷方法。
  3. 【請求項3】 上記強磁性相による高低二つの渦電流損
    失乱れ二次出力を、互いに打ち消すように出力合成し、
    この際、無亀裂の標準サンプルを用いて両高低出力のゲ
    インを調節する請求項2記載の渦流探傷方法。
  4. 【請求項4】 検出コイルの巻かれた磁芯を2本近接さ
    せて並べ、その上に励磁コイルを巻くことにより構成さ
    れた渦流探傷センサと、 この渦流探傷センサの2個の検出コイルを差動接続し
    た、渦電流損失乱れ一次出力を検出する自己比較回路
    と、 高周波及び低周波発振器を含み、上記励磁コイルに高周
    波・低周波重畳電流を流す励磁電流用発振回路と、 上記渦電流損失乱れ一次出力を高周波成分と低周波成分
    とに分離した後に比較加算して渦電流損失乱れ二次出力
    を消去して残余乱れを亀裂と判別する回路と、 を含むことを特徴とする渦流探傷器。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108627570A (zh) * 2018-05-24 2018-10-09 北京工业大学 数字式谐波激励源及实现方法

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