JPS63145908A

JPS63145908A - 厚さ測定方法

Info

Publication number: JPS63145908A
Application number: JP29161186A
Authority: JP
Inventors: Teruaki Matsumoto; 曜明松本
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1986-12-09
Filing date: 1986-12-09
Publication date: 1988-06-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は厚さ測定方法に係り、特に表面にスケールの付
着した金属材の厚さを無接触で測定するに好適な厚さ測
定方法に関する。

〔従来の技術〕

例えば、ボイラにおいては、多数の金属２（イブを用い
て熱交換器を構成し、これを熱ガス流路中に設置してい
る。

第５図はボイラの構成を示す断面図、第６図はボイラ水
壁の詳細を示す斜視図、第７図はスケールの付着したボ
イラ水壁の断面図である。

ボイラはバーナ５を備え微粉炭を燃焼させる火炉６の後
流に対流伝熱部７が配設されている。微粉炭と空気の混
合気はバーナ５に供給され、着火燃焼により炉内に高温
ガスが発生する。この高温ガスによって対流伝熱部７が
熱せられ、熱交換が行なわれる。

微粉炭の燃焼によって発生する灰や未燃分は、ボイラ水
壁１ａの表面に付着し、これが管外スケール１ｃとなる
。このスケールは、バーナ回りでは強磁性体の四三酸化
鉄であり、その他の部分では非磁性体であるα−Ｆｅ、
　０．の酸化物である。

ボイラ水壁は、第６図に示すように、水が通流する金属
管を多数配設して壁面を形成して構成されている。第７
図はボイラ水壁の肉厚部１０の詳細を示す断面図であり
、管部の内側には管内缶水流１１が流れる。水壁１ａの
表面には、熱負荷の高さに起因する壁面の鉄の酸化によ
る酸化鉄を主体とする管外スケールＩＣが付着し、その
表面に非酸化鉄による管外スケール１ｄが付着している
。

一方、ボイラ等においては、腐食等によって熱交換器の
パイプやコイルが許容できる厚み以下になると、これが
事故誘発の原因となるため、定期的に管の厚みを測定し
、不良品の検出を行なっている。

この肉厚測定には、非接触で測定が行なえるところから
、電磁超音波等を用いた厚み測定装置が用いられる。こ
のような装置を用いて、スケール（黒皮）の付着した管
の肉厚を測定しようとする場合、電磁超音波探触子内の
受発信コイルに高周波コイルに高周波パルス電流を流す
と、スケール内に渦電流が発生し、探触子からの靜磁界
とによりスケール内で超音波を発生させ、スケールの厚
みを含んだ管肉厚を測定してしまうことになる。

すなわち、α−Ｆｅ＝　０□の酸化物は非磁性体であり
、かつ、粒径分布が極めて粗いため、電磁超音波による
肉厚測定を行なっても、このスケール内にて渦電流の発
生は無く、測定された肉厚もスケールを含んだ値を示さ
ない。

これに対し、四三酸化物は強磁性体であり、粒径分布が
α−Ｆｅｅ’ｓに比べ極めて密であるため、このスケー
ル内にて渦電流が発生し、測定された肉厚にスケール厚
みを含んだ値を示すことになる。

一方、α−ＦｅｓＯ−に比べ極めて密である四三酸化鉄
においても、母材である管（鋼）と比較した場合は、粒
径分布は極めて粗い状態である。このため、電磁超音波
発信コイルにパルス電流を流しても、四三酸化鉄のスケ
ール内は粒径分布のため電気抵抗が大きく渦電流の強さ
は低く押えられ、発生する超音波の音圧も低くなってし
まう。又、一端発生した超音波も粒径の粗い部分を通過
するため、超音波散乱が生じ、さらに超音波の音圧の低
下を引き起している。

以上のような事情から、管肉厚を正確に測定するには、
スケールを除去せざるを得なかった。

このため、非接触肉厚測定装置と称しながら、固着して
いるスケールをスケールノ・ンマ等で除去する等の前処
理を必要とすると共に、酸化に対する保護膜であるスケ
ールを除去することによる管の酸化を促進させるという
問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、スケールを付着した状態で肉厚を測定
する点について配慮されておらず、スケールの除去を前
提とし、手数がかかると共に、スケールが保護膜として
作用しているために除去部分の酸化を促進させるという
問題があった。

本発明の目的は、スケールを除去することなく金属材の
肉厚を正確に測定できるようにした厚さ測定方法を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため、本発明は、被測定物に非接
触状態で対向配設され、送信パルスが印加されると共に
超音波反射信号を受信する受発信コイル、及び前記被測
定物の測定部に静電磁界を発生させる静電磁界発生手段
とを備えた電磁超音波厚さ測定装置において、前記被検
材の浸透深さを変化させて該被検材に付着するスケール
の厚みを測定し、このスケール厚を含む被検材全体の厚
みから前記スケール厚測定値を差し引いて被検材の厚み
を算出するようにしである。

〔作　用〕

電磁超音波探触子の周波数または靜磁界の強さく或いは
両者）を可変可能にし、被検材内の渦電流の浸透深さが
変化できるため、スケールの厚みのみを測定できるため
、スケールを除去することなく被検材の肉厚を測定可能
な厚さ測定方法を提供し得る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明方法を実現する厚さ測定装置の構成図、
第２図は透磁率の変化特性を示す特性図、第３図（ａ）
、（ｂ）は渦電流の浸透深さの変化を示す従来と本発明
の説明図、第４図は渦電流浸透深さに対する音圧特性図
である。

肉厚測定面には受発信コイル４が配設され、該コイル４
の上部に永久磁石２が配設されている。

該永久磁石２の外周には励磁コイル３が巻回されている
。受発信コイル４には並列に切替スイッチ１３ｂを介し
て複数の発信用コンデンサ１３ａが接続可能にされてい
る。励磁コイル３には励磁用電源１５が接続され、受発
信コイル４には制御器１４が接続されている。

制御器１４は、受発信コイル４に高周波パルス信号を印
加すると共に、これによって生じる渦電流による超音波
信号を受発信コイル４を介して受信する。

永久磁石２、励磁コイル３、受発信コイル４及びこれら
を固定するヨーク５は電磁超音波探触子を構成し、永久
磁石２は静磁界の強さを制御する機能を有している。受
発信コイル４に接続されるコンデンサ１３ａは、受発信
コイル４からの発信パルス電流の周波数を変化させる機
能を有している。また、制御器１４は、反射エコーの間
隔と音圧を制御する。

以上゛の構成において、測定に際しては、励磁用電源１
５によって励磁コイル３を励磁し、静磁場を形成する。

ついで制御器１４によって受発信コイル４にパルス電流
を流し、炭素鋼等の被検材内に渦電流を生じさせる。こ
の渦電流と静磁場によってローレンツの力を発生させ、
被検材内に弾性振動を生じさせる。この弾性振動によっ
て超音波が生じ、この超音波を受発信コイル４で受信す
る。

被検材の材質に応じた超音波の音速は予め把握すること
ができ、したがって前記手順によって得た測定結果とを
比較することにより、スケールの付着した管の肉厚（ス
ケール厚＋管肉厚）を知ることができる。この全体の肉
厚からスケールの厚みを差引くことにより、管肉厚を知
ることができる。

つぎに、スケールの厚みは被検内に発生する渦電流の浸
透深さを音圧レベルが最小になるように調整することに
よって知ることができる。

被検材内に発生する渦電流の浸透深さδは以下の式で示
されるように、周波数（＝ｆ）、透磁率（＝μ）、導電
率（＝α）の平方根に反比例する。

δ　＝　１／Ｆ百７７ここで、周波数と透磁率は、以下の方法で制御でき、こ
れによって渦電流の浸透深さは２方法で。

制御できる。

（１）　　周波数制御方法コイルとコンデンサをもつ電気回路においては、コイル
に流れるパルス電流の周波数は以下の周知の式で求めら
れる。

ｆ　　＝　　１／（２π×ｆ［７τ）ここで、Ｌ：コイルの自己インダクタンス（Ｔ（）Ｃ：
コンデンサ静電容ｔ　（Ｆ）コイルの自己インダクタンスは探触子内の発信コイルが
固定であるので、一定値となる。このため、第１図に示
すように、複数のコンデンサ０１３ａを並列に切替スイ
ッチ１３ｂを介して接続し、切替スイッチ１３ｂのＯＮ
　、ＯＦＦにより回路の静電容量を変化させ、周波数を
制御する。

（２）透磁率制御方法強磁性体における磁場と磁束密度の特性カーブに示した
のが第２図である。図に示すように、電源１５により強
磁性体に対する磁場を強めていくと、初磁化曲線１６に
従って磁化されていく。透磁率はこのときの磁場と磁束
密度とその傾きを表わすもので、ある磁場を越えた場合
、透磁率は低下する傾向をもつ（特性１８）。このため
磁場を永久磁石２と励磁コイル３を制御することにより
必要な値に制御し、透磁率を制御する。尚、特性１７は
初透磁率である。

以上の方法によって渦電流の浸透深を自在に制御するこ
とができる。

第３図（ａ）　、　（ｂ）は、従来と本発明の渦電流の
浸透深さｋよるスケール及び管内の渦電流分布を示す説
明図である。

第３図（ａ）は、従来の電磁超音波探触子使用例を示し
、Ｗｃ３図（ｂ）は本発明によって渦電流の浸透深さ２
２を管まで制御した例を示す。

（ａ）図の場合、渦電流は全てスケール内で発生するた
め、粗い粒径分布となり（渦電流強度分布２０）発生渦
電流強度は弱く、又、発生した超音波２３も粒径により
散乱され反射波は音圧か弱く、しかもスケールの厚みを
含んだ肉厚を表示している。

（ｂ）図の場合、渦電流浸透深さを制御した特性を示す
。一旦母材内に渦電流が浸透した場合、導電率が小さい
ため、渦電流の強さは増加し、発生する超音波の音圧は
増加する。

スケール（Ｆｅ＝０−）と被検材に対する本発明の作用
を比較すれば第１表の如くとなる。

第１表すなわち、電磁超音波測定においては、次のような特性
がある。

（り粒径の集合体のため見かけ（平均）電導率が悪く、
渦電流の強さは弱い。

（２）粒径の集合体のため、発生した超音波が散乱し、
超音波の強度が低下する。

以上により、黒皮が付着している場合電磁超音波反射波
形の減衰は１．５〜２倍大きなものとなる。

そこで、渦電流の浸透深さを以上の２方法により段階的
に深くしていくと、渦電流は黒皮をつらぬき被検材内に
発生する。被検材の電導率は黒皮よりはるかに高いため
発生渦電流の強さは大きく、このため、超音波の強さが
増大する。

第４図は本発明における渦電＃、浸透深さと音圧の関係
を示す特性図である。第４図より明らかなように、音圧
が最小となる点を求めることにより管外スケールの厚゛
さを求めることができる。

管１０の肉厚は、前記したように超音波の反射エコーよ
り求めた全体の肉厚（スケール厚＋管肉ｆＪＸ）から上
記方法によって求めた管外スケール厚を差し引くことに
より管肉厚を知ることができる。

なお、以上の説明においては、スケールの付着した管の
肉厚測定を例に説明したが、管のほか板材等であって虻
よい。

〔発明の効果〕

以上説明した通り、本発明によれば、熱負荷の高いボイ
ラ水壁において付着している管外被検材表面のスケール
（黒皮）を除去せずに黒皮の厚み及び被検材のみの肉厚
を同時測定できるため、固着した黒皮をスケールハンマ
等で除去するといった前処理が不要にして被検材の厚み
を測定することができる。現地工数の低減化が図れると
共に、現地における作業員の前処理が不要になる結果、
計測の自動化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、柘図は透磁率
の変化特性を示す特性図、第３図（ａ）。（ｂ）は従来と本発明の渦電流の浸透深さによるスケー
ル及び管内の渦電流分布を示す説明図、第４図は本発明
における渦電流浸透深さと音圧の関係を示す特性図、第
５図はボイラの構成を示す断面図、第６図はボイラ水壁
の詳細を示す斜視図、第７図はスケールの付着したボイ
ラ水壁の断面図である。１ａ・・・・・・ボイラ水壁、１ｃ・・・・・・管外付
着スケール、２・・・・・・永久磁石、３・・・・・・
励磁コイル、４・・・・・・受発信コイル、５・・・・
・・ヨーク、１０・・・・・・水壁管壁、１３ａ・・・
・・・切替スイッチ、１３ｂ・・・・・・コンデンサ、
１４・・・・・・制御器、１５・・・・・・励磁用電源
。第１図第２図風埼Ｈ第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被測定物に非接触状態で対向配設され、送信パル
スが印加されると共に超音波反射信号を受信する受発信
コイル、及び前記被測定物の測定部に静電磁界を発生さ
せる静電磁界発生手段とを備えた電磁超音波厚さ測定装
置において、前記被検材の浸透深さを変化させて該被検
材に付着するスケールの厚みを測定し、このスケール厚
を含む被検材全体の厚みから前記スケール厚測定値を差
し引いて被検材の厚みを算出することを特徴とする厚さ
測定方法。
（２）前記浸透深さの変化は、前記受発信コイルに印加
するパルスの周波数を変化させて行なうことを特徴とす
る特許請求の範囲第（１）項に記載の厚さ測定方法。
（３）前記浸透深さの変化は、静電磁界の強さを変化さ
せて行なうことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
に記載の厚さ測定方法。