TW201915485A - 渦電流探傷裝置 - Google Patents

Abstract

本發明是使磁場形成用磁石同時實現高磁力及耐熱性，所述磁場形成用磁石用於對成為渦電流探傷裝置的檢查的對象的檢查對象物施加磁場。對檢查對象物30施加磁場的磁場形成用磁石60包括第1磁石60a及第2磁石60b，第1磁石60a具有高磁力，在第1磁石60a的近端部62（檢查對象物30側的端部），安裝耐熱性高於第1磁石60a的第2磁石60b。

Description

渦電流探傷裝置

本發明是有關於一種渦電流探傷裝置，特別是有關於一種使用磁飽和法的渦電流探傷裝置。

先前，作為用以檢查在包含導電性材料的結構物（被測體、檢查對象物）的表面上是否產生有傷（缺陷）的探傷裝置，存在使用如專利文獻1所述的渦電流探傷裝置的情況。所述裝置可藉由使檢查對象物產生渦電流，並檢測所述渦電流的強度及渦電流的流動的形式的變化，來調查檢查對象物中是否產生有傷。又，所述裝置在檢查對象物中存在傷時，亦可調查所述傷的位置、形狀、深度。

發明者已考察在檢查對象物的表面上具有透磁率各不相同的多個區域的情況（透磁率不均勻的情況）。例如當檢查對象物是以非磁性體的材料為基底（base），且對其中一部分實施有焊接時，所述檢查對象物的表面雖然基本上為非磁性體，但實施有焊接的部位附近的部分則成為具有不規則的磁場的磁性體。當如上所述在表面上混合出現有磁性體的區域及非磁性體的區域時，若橫穿該些區域利用探傷裝置進行檢查，則會因區域間的透磁率的變化而使得檢查結果中出現雜訊。作為應對所述雜訊的問題的對策，有利用磁飽和的方法（磁飽和法）。在所述方法中，是藉由對檢查對象物施加強大的均勻磁場，來消除被檢查的區域內所產生的不規則的磁場，使檢查對象物呈磁飽和狀態，即呈在磁性體與非磁性體之間透磁率幾乎無差別的狀態。在所述磁飽和狀態下，因檢查對象物的表面的透磁率不均勻而產生的雜訊會大幅減少。因此，根據所述方法，即使在檢查對象物表面上存在包含具有不均勻的磁場的磁性體的區域，亦可進行檢查對象物的傷的檢測。

為了形成如上所述的磁飽和狀態，可使用磁石。然而，在磁石中具有如下的性質：當其溫度上升時，磁力下降（減磁），且在所述磁石中固有的居里溫度（Curie temperature）下完全被消磁。又，磁石顯示出如下的特性（非可逆性減磁特性）：當達到某種程度的高溫時，即使其後加以冷卻，已下降的磁力亦無法復原。為了形成先前所述的磁飽和狀態，需要強力的磁石，故可考慮使用具有強大磁力的釹磁石。然而，即使是所述釹磁石之中溫度耐受性高而可在150度的高溫下使用者，其居里溫度亦是攝氏300度左右。而且在標準的釹磁石中，一旦達到80度以上，即使其後加以冷卻，亦不會回復至原來的磁力。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利第4885068號公報

[發明所欲解決的問題] 此處，若檢查對象物是焚燒設備的排氣導管，或是封入有使用完畢的核燃料的防護筒（canister）（金屬製筒型容器），則檢查對象物的表面會達到非常高的溫度。例如若檢查對象物的表面達到攝氏200度，則所述釹磁石的磁力會隨著靠近檢查對象物而磁力下降，從而釹磁石無法使檢查對象物形成磁飽和。為了對檢查對象物確實地施加磁場，較佳為磁石盡可能地靠近檢查對象物，若有可能，則磁石應接觸至檢查對象物，但釹磁石無法靠近或接觸至高溫的檢查對象物。

另一方面，耐熱性高的磁石的磁力低。例如釤鈷磁石（samarium-cobalt magnet）的居里溫度為攝氏700度～800度左右，在實際應用上亦可在直至攝氏350度左右的程度的高溫下有效利用。然而所述釤鈷磁石的磁力弱於釹磁石，故而釤鈷磁石無法使檢查對象物充分形成磁飽和。

因此，本發明的目的在於提供一種包括同時實現高磁力及耐熱性的磁場形成用磁石的渦電流探傷裝置。 [解決問題的技術手段]

本發明的一形態的渦電流探傷裝置是藉由使檢查對象物產生渦電流，並檢測所述渦電流的變化，來檢查所述檢查對象物的表面的狀態的渦電流探傷裝置，其特徵在於包括：檢測部，用以檢測所述渦電流的變化；以及磁場形成用磁石，配置在所述檢測部的外側，對所述檢查對象物施加磁場；且所述磁場形成用磁石包含第1磁石、及安裝在所述第1磁石的所述檢查對象物側的端部的第2磁石，所述第2磁石的居里溫度高於所述第1磁石。

又，較佳為：所述第1磁石包含釹磁石，所述第2磁石包含釤鈷磁石。

又，較佳為：在所述第1磁石的遠離所述檢查對象物的端部，安裝有包含強磁性體的端部包覆板。

又，較佳為：所述第2磁石是朝向達到攝氏200度以上的溫度的所述檢查對象物的表面。 更佳為：所述檢查對象物是封入使用完畢的核燃料的金屬製的防護筒，所述防護筒是以沃斯田鐵系不鏽鋼為材料而製造，在所述防護筒中包含進行有沃斯田鐵系不鏽鋼彼此的焊接的焊接部，渦電流探傷裝置是藉由使所述焊接部產生渦電流，並檢測所述渦電流的變化，來檢查所述防護筒的外表面上的傷的有無。 [發明的效果]

根據本發明的渦電流探傷裝置，可提供一種包括同時實現高磁力及耐熱性的磁場形成用磁石的渦電流探傷裝置。

圖1是表示在本發明的實施形態的一例中成為藉由渦電流探傷裝置來進行傷的檢查（探傷）的對象（檢查對象物）的防護筒20。所述防護筒20是金屬製的筒型容器，在其內部封入有使用完畢的核燃料。如圖1所示，防護筒20是以裝入至混凝土製的大型容器（混凝土護箱（concrete cask）10）內的狀態，在遠離城市部的地域被保管，典型的是在沿海部被保管。

在混凝土護箱10的下方設有沿徑向貫通的空氣導入路徑14，在上方設有沿徑向貫通的空氣排出路徑15。防護筒20是藉由封入於其內部的使用完畢的核燃料的衰變熱（decay heat）來加熱。另一方面，藉由在自空氣導入路徑14擷取外部空氣，並自空氣排出路徑15排出外部空氣的過程中，外部空氣與防護筒20的側面接觸，來使得防護筒20冷卻。

此處，當混凝土護箱10在沿海部被保管時，由於沿海部的空氣中含有海鹽，故而在與外部空氣接觸的防護筒20的表面上有可能因氯化物而生鏽或產生腐蝕。並且，若在生鏽或產生有腐蝕的部位上施加有拉伸應力，則存在會在所述部位上產生應力腐蝕龜裂（Stress Corrosion Cracking，SCC）的情況。因此，防護筒20會被定期地自混凝土護箱10抽出，而在其表面上進行是否產生有SCC的檢查（探傷）。

防護筒20如圖1所示，包括有底的圓筒形狀的本體、以及封閉所述本體上部的開口的蓋22。防護筒20的本體及蓋22是藉由焊接而固著，如圖1所示，所述焊接的痕跡作為蓋焊接部26而殘留。又，防護筒20的本體側面是藉由將長方形形狀的金屬板彎曲成圓筒狀，且將所述金屬板的兩端彼此加以焊接而形成。所述焊接的痕跡亦如圖1所示，作為側面焊接部24而殘留。在此種側面焊接部24或蓋焊接部26上容易施加拉伸應力，故而在該些部位上產生SCC的可能性高。因此，在所述側面焊接部24或蓋焊接部26上進行探傷尤為重要。

在圖2中，概略性地表示使用渦電流探傷裝置40進行探傷的狀況。渦電流探傷裝置40包括檢測探針50。自所述檢測探針50會產生交變磁場（alternating magnetic field）。當交變磁場與檢查對象物30（此處為防護筒20的側壁、蓋、底面等）的表面接近時，在構成檢查對象物30的外表面的金屬（在防護筒20的情況，通常為沃斯田鐵系不鏽鋼）中會產生渦電流。自所述渦電流產生的磁通（magnetic flux）是藉由檢測探針50來檢測，且基於檢測到的磁通密度的大小及波形，來判定檢查對象物30表面的狀態。

圖2示意性地表示渦電流探傷裝置40的結構的一例。渦電流探傷裝置40包括檢查探針50及控制器42。檢查探針50包括用以檢測在檢查對象物30的表面上產生的渦電流的變化的檢測部54。又，控制器42具備對自檢查探針50接收到的檢測訊號進行處理的功能。

此處，檢測部54的下端面是配置成與檢查對象物30的表面相向，所述下端面成為接收磁通的檢查探針50的檢測面55，所述磁通是由產生於檢查對象物30中的渦電流所生成。

此處，檢查對象物30的表面如何對交變磁場作出反應，會根據檢查對象物30的材料自身所具有的性質而不同。只要在檢查範圍內材料的性質均勻，渦電流探傷裝置40即可藉由尋找與其他部分相比對交變磁場的反應不同的部分來進行探傷。但是，若材料的性質、特別是透磁率因位置而不同，則即使無傷32，對交變磁場的反應亦會因位置而不同，從而產生對檢查造成影響的雜訊，故而探傷變得困難。因此，理想的是盡可能地去除此種雜訊。

圖2中，在檢查對象物30的一部分表面上，出現有包含具有與周圍不同的透磁率的異種材料的異種材料部35。例如當檢查對象物30是圖1所示的防護筒20時，有在側面焊接部24或蓋焊接部26（焊接部）出現異種材料的情況。具體而言，當防護筒20包含沃斯田鐵系不鏽鋼時，在焊接部中有可能出現鐵氧體（ferrite）系的合金。即，在焊接的過程中沃斯田鐵系不鏽鋼產生有熔解時，作為其成分的鐵（Fe）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鉬（Mo）、及碳（C）等的原子排列被打亂，因而焊接完成後，在表面上會出現具有與沃斯田鐵系不鏽鋼不同的原子排列的合金，有的情況下還存在出現鐵氧體系合金的現象。圖3中表示有在如上所述檢查對象物30表面的透磁率為不均勻的情況下，檢測訊號中出現雜訊的狀況、以及藉由使用磁場形成用磁石60而去除雜訊的狀況。

在鐵氧體系合金所存在的位置上，在磁場的方向上會出現打亂，因此即使表面無傷32，亦會在鐵氧體系合金所存在的位置上，在檢查探針50所檢測的檢測訊號中出現變化。因此，在表面上出現鐵氧體系合金的焊接部中，難以辨別檢測訊號的變化是因傷32而引起，還是因鐵氧體系合金而引起。具體而言，如圖2所示，當在檢查對象物30的表面上出現鐵氧體系合金而形成有異種材料部35時，自檢查探針50發出的交變磁場的磁通會在異種材料部35的位置上被打亂。當檢查探針50通過所述位置的上方時，會在檢測訊號中產生雜訊（圖3的曲線圖Z1）。因此，即使在異種材料部35內存在傷32，亦難以發現因所述傷32而引起的檢測訊號的變化。

此處，如圖2以虛擬線所示，只要在檢查探針50的外側配置有磁場形成用磁石60，接收到自所述磁場形成用磁石60發出的磁場的檢查對象物30及異種材料部35的透磁率即會發生變化。只要適當地設定磁場形成用磁石60的磁場的強度，檢查對象物30與異種材料部35的透磁率即大致相等。因此，對自檢查探針50發出的交變磁場的反應在異種材料部35及其以外的構件中大致相等，故而檢測訊號變強的位置僅為傷32的位置（圖3的曲線圖Z2）。

如上所述，藉由利用磁場形成用磁石60將強大的磁場施加至檢查對象物30，而如圖3的曲線圖Z2所示，可顯著地去除因鐵氧體系合金而引起的檢測訊號的變化（雜訊）。然而，當檢查對象物30是如圖1所示的封入使用完畢的核燃料的防護筒20時，由於防護筒20表面會達到非常高的溫度（典型的是攝氏200度以上），故而磁場形成用磁石60必須耐受所述高溫。但是如上所述，通常磁力強的磁石的耐熱性低，耐熱性高的磁石則磁力低。

因此，在本實施形態中，如圖4所示，磁場形成用磁石60包含第1磁石60a及第2磁石60b。第1磁石60a是磁力強於第2磁石60b的磁石，第2磁石60b是耐熱性高於第1磁石60a的磁石。作為具體例，第1磁石60a為釹磁石，第2磁石60b為釤鈷磁石。

此處，所謂耐熱性，是指即使對經加熱的磁石其後加以冷卻，磁力亦會不可逆地下降的加熱時的溫度上限的高度，通常居里溫度越高的物質，所述耐熱性亦越高。

第2磁石60b是安裝在第1磁石60a的磁極出現的端部。安裝所述第2磁石60b的端部如圖4所示，是第1磁石60a的朝向檢查對象物30的近端部62（檢查對象物30側的端部）。第2磁石60b是安裝在第1磁石60a的磁極，故而第1磁石60a與第2磁石60b藉由磁力而相互固定。

當如上所述串聯連接著兩個磁石時，作為整個磁場形成用磁石60的磁力並非兩個磁石的單純的合計。在如本實施形態所述第1磁石60a與第2磁石60b的磁力不同的情況下，整體上是達到第1磁石60a與第2磁石60b的中間程度的磁力。作為具體例，假設第1磁石60a為釹磁石，在其單體中磁極的表面磁通密度為500 mT。並且，假設第2磁石60b為釤鈷磁石，在其單體中表面磁通密度為300m T。此時，作為整個磁場形成用磁石60的磁極（圖4中為第2磁石60b的下端）的表面磁通密度大致為450 mT。如上所述，作為整個磁場形成用磁石60的磁力強於第2磁石60b單體的磁力。

而且，由於將第2磁石60b安裝在第1磁石60a的近端部62，故即使檢查對象物30為高溫，直接承受該高溫的熱亦是耐熱性高的第2磁石60b。因此，即使第1磁石60a的耐熱性低，作為整個磁場形成用磁石60的磁場產生能力亦不會下降。具體而言，即使檢查對象物30是圖1所示的防護筒20，其表面溫度達到攝氏200度左右，只要第2磁石60b是在實際應用上可耐受直至攝氏350度的程度的釤鈷磁石，第2磁石60b的磁力亦不會因防護筒20的熱而下降。而且，只要防護筒20表面的熱不傳遞至第1磁石60a（例如釹磁石），整個磁場形成用磁石60的磁力即不會下降。

再者，當第1磁石60a是如圖5所示的棒狀的磁石時，亦可在第1磁石60a的端部安裝端部包覆板70。端部包覆板70是以覆蓋第1磁石60a的與近端部62不同的端部、即遠離檢查對象物30的位置的遠端部64（遠離檢查對象物的端部）的方式而安裝。藉由如上所述的方式，而使得自遠端部64之側出來的磁通減少，近端部62表面上的磁通密度增大。

利用圖6、圖7說明藉由使用如圖4所示的使第1磁石60a與第2磁石60b加以組合的磁場形成用磁石60來充分去除雜訊的情況。圖6、圖7的曲線圖表示渦電流探傷裝置40在圖1所示的防護筒20的焊接部（側面焊接部24或蓋焊接部26）進行探傷時的檢測訊號。具體而言，發明者檢查對被用作防護筒20的材質的沃斯田鐵系不鏽鋼實施有焊接的測試片的表面，而調查獲得何種檢測訊號。更具體而言，將SUS 316的測試片彼此加以鎢極惰性氣體保護焊（Tungsten Inert Gas Welding，TIG）焊接，而對所述焊接部進行檢查。再者，此處表示有在表面上無傷時所獲得的檢測訊號。

圖6、圖7中，檢查對象物的條件均相同。圖6的曲線圖Z3表示磁場形成用磁石60僅包括釤鈷磁石時所獲得的檢測訊號。在曲線圖Z3中，儘管在測試片表面上無傷，但在曲線圖Z3中可見到大量起伏，從而可知因出現於焊接部的異種金屬（鐵氧體系合金等）的影響，而在檢測訊號中混入有雜訊。並且，藉由釤鈷磁石單體，無法充分去除所述雜訊。

圖7的曲線圖Z4表示使用如圖4所示的使第1磁石60a（釹磁石）與第2磁石60b（釤鈷磁石）組合而成的磁場形成用磁石60時所獲得的檢測訊號。圖7的曲線圖Z4與圖6的曲線圖Z3相比起伏明顯消失，從而可知雜訊藉由釹磁石與釤鈷磁石的組合而被充分去除。

如上所述，在本實施形態中，即使磁場形成用磁石60靠近高溫的檢查對象物30，磁場形成用磁石60亦不會因熱而發生損傷，而且可充分去除雜訊。藉此，可良好地進行以沃斯田鐵系不鏽鋼為材料的使用完畢的核燃料用防護筒的焊接部外表面上的傷的有無的檢查。

再者，在本實施形態中，檢查對象物30是特別為圖1所示的防護筒20、特別為以沃斯田鐵系不鏽鋼為材料而製造的物體，但檢查對象物30並不限於此，渦電流探傷裝置40可用於在表面上產生渦電流的所有物質的探傷。

又，渦電流探傷裝置40的檢測部54只要可檢測檢查對象物30表面上所產生的渦電流的變化即可，具體的形態可使用各種各樣的形態。例如亦可為如下的構件：利用大的勵磁線圈產生同樣的渦電流，利用配置在其下方且中心軸與勵磁線圈正交的小的檢測線圈來檢測渦電流的變化。又，亦可為如下的形態：以夾著一個勵磁線圈的方式配置有兩個檢測線圈，測定流入至兩個檢測線圈的電流的差作為檢測訊號；或者，可藉由測定阻抗（impedance）的變化來使一個線圈中兼具勵磁線圈及檢測線圈的作用。

再者，在本實施形態中，第2磁石60b是藉由磁力而相對於第1磁石60a固定，故無需使用其他構件來對第1磁石60a與第2磁石60b進行固定。但是，若在磁場形成用磁石60受到來自外部的衝擊時亦必須使第1磁石60a與第2磁石60b不發生偏移，則亦可在第1磁石60a與第2磁石60b之間塗佈有適合於金屬的黏接的黏接劑（雙液型環氧系黏接劑等）。又，亦可自第2磁石60b至第1磁石60a為止設有螺孔，藉由在所述螺孔內擰入螺栓而將第1磁石60a與第2磁石60b加以牢固地連結。又，為使第1磁石60a與第2磁石60b不發生偏移，亦可使覆蓋第1磁石60a及第2磁石60b兩者的包覆層（cover）包覆於整個磁場形成用磁石60。

10‧‧‧混凝土護箱

14‧‧‧空氣導入路徑

15‧‧‧空氣排出路徑

20‧‧‧防護筒

22‧‧‧蓋

24‧‧‧側面焊接部

26‧‧‧蓋焊接部

30‧‧‧檢查對象物

32‧‧‧傷

35‧‧‧異種材料部

40‧‧‧渦電流探傷裝置

42‧‧‧控制器

50‧‧‧檢查探針/檢測探針

54‧‧‧檢測部

55‧‧‧檢測面

60‧‧‧磁場形成用磁石

60a‧‧‧第1磁石

60b‧‧‧第2磁石

62‧‧‧近端部

64‧‧‧遠端部

70‧‧‧端部包覆板

Z1、Z2、Z3、Z4‧‧‧曲線圖

圖1是表示在本發明的實施形態的一例中成為渦電流探傷裝置的檢查的對象的防護筒的圖。 圖2是示意性地表示檢查探針的結構的一例的圖。 圖3是表示包含雜訊的檢測訊號與已去除雜訊的檢測訊號的圖。 圖4是表示磁場形成用磁石的結構的圖。 圖5是表示在磁場形成用磁石上安裝有端部包覆板的狀況的圖。 圖6是表示檢測訊號中包含雜訊的情況的曲線圖。 圖7是表示自檢測訊號中已去除雜訊的情況的曲線圖。

Claims (5)

1. 一種渦電流探傷裝置，其特徵在於，藉由使檢查對象物產生渦電流，並檢測所述渦電流的變化，來檢查所述檢查對象物的表面的狀態，所述渦電流探傷裝置包括： 檢測部，用以檢測所述渦電流的變化；以及 磁場形成用磁石，配置在所述檢測部的外側，對所述檢查對象物施加磁場；且 所述磁場形成用磁石包括： 第1磁石、及安裝在所述第1磁石的所述檢查對象物側的端部的第2磁石， 所述第2磁石的居里溫度高於所述第1磁石。
2. 如申請專利範圍第1項所述的渦電流探傷裝置，其中 所述第1磁石包含釹磁石， 所述第2磁石包含釤鈷磁石。
3. 如申請專利範圍第1項所述的渦電流探傷裝置，其中 在所述第1磁石的遠離所述檢查對象物的端部，安裝有包含強磁性體的端部包覆板。
4. 如申請專利範圍第1項所述的渦電流探傷裝置，其中 所述第2磁石是朝向達到攝氏200度以上的溫度的所述檢查對象物的表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的渦電流探傷裝置，其中 所述檢查對象物是封入使用完畢的核燃料的金屬製的防護筒， 所述防護筒是以沃斯田鐵系不鏽鋼為材料而製造， 在所述防護筒中包含進行有沃斯田鐵系不鏽鋼彼此的焊接的焊接部， 渦電流探傷裝置是藉由使所述焊接部產生渦電流，並檢測所述渦電流的變化，來檢查所述防護筒的外表面上的傷的有無。