バイアス磁界を併用した渦電流試験による鋼板厚さ測定の基礎的検討
日大生産工(院) ○石塚 卓也 日大生産工 小井戸 純司 １ まえがき
オフィス等のビルには、上下水道、排水等 に多くの鋼管が存在している。鋼管には腐食 が発生するため、保守検査において内面腐食 を点検する必要がある。そのため、鋼板の裏 面腐食検出や厚さ測定の検査の需要がある。
渦電流試験は、非接触で高速な試験が実施 可能なため、全数検査的に粗探傷が可能であ る。しかし、鋼管は透磁率が高いため、表皮 効果が強いので内面腐食を外面から検出する のは困難である。さらに、材料に磁気特性の ばらつきがあるので、その影響を受け、測定 精度が低くなる。そのため、試験体を直流磁 化することでこれらの影響を抑制している。
市販の渦電流式の試験装置では、走査時の リフトオフ効果などの雑音を抑制するため、
センサに差動方式コイルが用いられる。その ために、絶対値的な厚さは測定できない。
そこで、本研究では直流磁化を併用した渦 電流試験において、単一方式コイルを用いる ことにより、鋼板の絶対値的な厚さ測定法を 提案してきた。本報告では、リフトオフ効果 の抑制について検討した結果を述べる。
２ 原理
本研究で用いたプローブは、図1に示すよ うにコの字型の磁気コアを有し、これに巻い た励磁コイルに直流電流を流して強いバイア ス磁界を発生させる。これを鋼板表面に設置 し、コア中央に渦電流試験の検出コイルを配 置する。鋼板の厚さが変化すると鋼板中の磁 束密度、渦電流や透磁率などが変化する。こ れが検出コイルのインピーダンス変化となり 腐食や厚さが信号として検出される。
次に、鋼板中の磁気特性のばらつきは直流 磁化を適用後も完全に除去されない。そこ で、バイアス磁界により鋼板が直流磁化され た状態とバイアス磁界を取り去った後の残留 磁化状態の２つの状態における検出コイルの インピーダンスの変化分を検出し、厚さ測定 を行う。これを残留磁化基準方式1)と呼ぶ。
この方式では試験前の鋼板の磁化状態が影響 しないため実用化に向け適用性が高い。
3 実験方法および実験結果
試験体は、厚さ1~4,6mmの200 200mmの 平板(SS400)を用意した。プローブの磁気コ アはケイ素鋼板を40枚積層し、これに直流励 磁コイルを巻いた。励磁電流は、PCより出力 した任意波形を大電力高速増幅器によって増 幅することによって得た。検出コイルは外径 10mm、巻き数100回の単一方式コイルである。
インピーダンス変化に対応する信号は、渦電 流探傷器により試験周波数10kHzで測定し、
出力信号の実数部Vxは抵抗成分、虚数部Vyは リアクタンス成分に対応するよう位相を調整 した。さらに、電流プローブによりバイアス 磁界の励磁電流も測定した。得られた信号は オシロスコープにより同期的に取り込んだ。
また、リフトオフLは、0,0.7,1.4[mm]として 試験を行った。
図2は、バイアス磁界を時間的に変化させ たときの渦電流信号の虚数部Vyの変化であ る。各鋼板の消磁状態において渦電流探傷器 のバランスをとったので、0から約1秒間は0V となっている。次に約1から2.5秒の間は励磁 電流（最大16A）を流し、鋼板が磁化される と、Vyも変化する。そして、再び励磁電流を 0AとしてもVyは0Vとはならない。これは鋼板 が一度、磁化されているので残留磁化状態に 対応するVy信号であると考えられる。鋼板が
Fundamental Study on Steel Plate Thickness Measurement using ECT with Bias Magnetization
Takuya ISHIZUKA and Junji KOIDO
図1 測定装置及びシステム
厚いほど渦電流信号の変化量は少なくなる。
これは実数部Vxにおいても同様であった。図 3は板厚t=1mmの同じ鋼板に対し、リフトオフ Lを変化させ、同様の実験を行った結果であ る。Lが大きくなると、渦電流信号は小さく なることが分かる。
次に、残留磁化基準方式で複素電圧平面上 に信号の軌跡を描いた。用いた渦電流信号 Vx・Vyは、図２,３において、磁気飽和状態 は1900~2500ms、残留磁化状態は4000~
4600msのそれぞれ平均値とした。ただし、鋼 板厚さ6mmの渦電流信号を基準としている。
図４(a)はリフトオフL=0mmにおける鋼板厚さ 毎の渦電流信号である。板厚が薄い程、信号
の変化は大きく、軌跡は直線的である。図４ においてリフトオフLが0mmから0.7,1.4mmと 増加すると厚さによる信号変化の軌跡は短く なる。しかし、軌跡の大きさは変化するが、
相似形である。そこで、3つの信号軌跡の形 状を比較するため、L=0.7,1.4mmの信号を拡 大して補正し、L=0mmに一致させたものが図 ５である。図５よりリフトオフが1.4mmのと きも軌跡の形状は良く似ている。
そこで、この補正した信号を用いて板厚に対 する信号振幅を描くと図６のようになる。図 ６のようにリフトオフの量に応じて信号を増 幅すれば鋼板の厚さ測定における精度を向上 できることが分かった。
４まとめ
リフトオフが発生した場合もリフトオフ量 を検出して信号処理することにより、鋼板厚 さの測定が可能であることが分かった。
今後は、リフトオフ量を検出する方法を検 討する。
「参考文献」
1) 小井戸、石塚、磁気飽和型低周波渦電流試験によ る鋼板の厚さ測定、非破壊検査協会、平成19年度秋 季大会講演概要集、pp.313-314(2007)
図2 板厚t=1,3,6mm,リフトオフL=0mm
(a)L=0mm (b)L=0.7mm 図４ 複素電圧平面
図５ 複素電圧平面（リフトオフ補正後）
図６ 板厚-信号振幅(リフトオフ補正後)
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0 2 4 6 8
鋼板厚さ[mm]
渦電流信号振幅¦V¦[V]
L=0mm L=0.7mm L=1.4mm -1.5
-1 -0.5 0 0.5
0 1000 2000 3000 4000 5000
時間[ms]
虚数部信号電圧Vy[V]
-5 15 35 55 75 95 115 135
励磁電流[A]
t=1mm t=6mm t=3mm
励磁電流 消磁状態
残留磁化状態
磁気飽和状態
-1.5 -1 -0.5 0 0.5
0 1000 2000時間[ms]3000 4000 5000
虚数部信号電圧Vy[V]
-5 15 35 55 75 95 115 135
励磁電流[A]
L=1.4mm
L=0mm L=0.7mm
励磁電流 消磁状態
残留磁化状態
磁気飽和状態
(c)L=1.4mm
-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0
-0.05 0.05 0.15
実数部[V]
虚数部[V]
t=1mm t=2mm t=3mm t=4mm
t=6mm
-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0
-0.05 0.05 0.15
実数部[V]
虚数部[V]
t=1mm t=2mm t=3mm t=4mm t=6mm
-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0
-0.05 0.05 0.15
実数部[V]
虚数部[V]
t=1mm t=2mm t=3mm t=4mm t=6mm
-0.6 -0.5 -0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0
-0.1 0.1 0.3 0.5
実数部[V]
虚数部[V]
L=0mm L=0.7mm L=1.4mm
t=1mm t=2mm t=3mm t=4mm t=6mm
図3 板厚t=1mm, リフトオフL=0,0.7,1.4mm
