鋼におけるエディー電流試験:品質の確保と欠陥の検出
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定義と基本概念
渦電流試験(ECT)は、表面および内部の欠陥を検出し、材料特性を測定し、特に鉄鋼業界における金属部品の完全性を評価するために使用される非破壊評価(NDE)技術です。これは、試験標本の近くに配置されたコイルに交流が誘導され、導電性材料内に局所的な渦電流を生成する電磁誘導の原理に基づいています。
これらの誘導された渦電流は、材料の電気伝導率、磁気透過率の変動、および亀裂、腐食、または不純物などの不連続性の存在に敏感です。渦電流の流れの変化はコイルのインピーダンスを変化させ、これを測定および分析することで欠陥を特定したり、材料特性を特徴付けたりすることができます。
渦電流試験は、迅速で正確な非接触検査能力を提供するため、鉄鋼の品質保証に不可欠です。これは、製造、熱処理、およびメンテナンスプロセス中に広く使用され、鉄鋼製品が指定された基準および性能基準を満たすことを保証します。多様なNDE手法として、ECTは超音波試験や磁気粒子試験などの他の試験技術を補完し、鉄鋼の完全性評価に対する包括的なアプローチを形成します。
物理的性質と冶金学的基盤
物理的現れ
マクロレベルでは、渦電流試験の結果は通常、欠陥の存在や材料特性の変化に応じて変化する電気信号またはインピーダンス測定値として表示されます。亀裂や腐食などの欠陥が存在する場合、渦電流が乱され、コイルのインピーダンスに測定可能な変化が生じ、しばしば振幅や位相の変化としてグラフィカルに表現されます。
顕微鏡レベルでは、現象は鋼内の電磁場の局所的な変化を伴います。たとえば、亀裂は渦電流の流れを中断し、電流密度が低下する領域を作り出します。腐食や不純物は、局所的に電気伝導率や磁気透過率を変更し、渦電流の分布に影響を与え、したがって試験信号にも影響を与えます。
この現象を特定する特徴的な特徴には、特定の周波数での信号振幅の減少、位相の変化、またはインピーダンスの異常が含まれます。これらの特徴は、異なる欠陥タイプを区別し、その深刻度を評価するのに役立ちます。欠陥の深さとサイズはインピーダンス変化の大きさに影響を与え、定量的評価を可能にします。
冶金学的メカニズム
渦電流試験の基本的な冶金学的基盤は、主に電気伝導率と磁気透過率に関する鋼の電磁特性に依存しています。コイルを介して交流磁場が適用されると、鋼の微細構造内に循環する渦電流が誘導されます。
粒界、不純物、相境界などの微細構造的特徴は、局所的な電磁応答に影響を与えます。たとえば、酸化物や硫化物などの不純物は局所的な導電率を変更し、異なる磁気特性を持つ微細構造の相は透過率に影響を与えます。これらの変動は、渦電流の流れに検出可能な変化を引き起こします。
亀裂や腐食ピットなどの欠陥は、渦電流の経路を中断または歪める不連続性を導入します。亀裂は非導電性または導電性が低いため、欠陥を横切る電流の流れを減少させることによってインピーダンスの異常を引き起こします。腐食は局所的な導電率を低下させ、同様に渦電流の分布に影響を与えます。熱処理などの加工条件は微細構造や残留応力に影響を与え、これが電磁応答に影響を与えます。
分類システム
渦電流試験の結果は、通常、深刻度、欠陥の種類、または信号特性に基づいて分類されます。一般的な分類スキームには以下が含まれます:
- 深刻度レベル:インピーダンス変化の大きさに基づいて、軽度、中程度、または重度。
- 欠陥の種類:表面亀裂、内部亀裂、腐食ピット、不純物、または多孔性。
- 信号ベースの評価:閾値インピーダンスまたは位相変化値によって確立された合格/不合格基準。
標準化された分類基準は、さまざまな業界標準に概説されており、異なるアプリケーション間での一貫した解釈を可能にします。たとえば、小さなインピーダンス変化は軽度の表面欠陥として分類されるかもしれませんが、より大きな異常は修理または拒否を必要とする重大な欠陥を示します。
実際のアプリケーションでは、これらの分類は、鋼部品を受け入れるか、再加工するか、拒否するかの意思決定を導くのに役立ちます。また、品質管理プロセスにおける文書化とトレーサビリティを促進します。
検出および測定方法
主要な検出技術
コア検出方法は、交流で励起されたコイルを鋼の表面近くに配置することです。コイルの磁場が材料内に渦電流を誘導します。欠陥や特性の変化によって引き起こされる材料の電磁特性の変動は、コイルのインピーダンスを変化させます。
機器のセットアップには、インピーダンスアナライザーまたは特殊な渦電流機器に接続されたプローブコイルが含まれます。プローブは、検査の深さや欠陥の位置に応じて、表面プローブまたは内部プローブとして構成できます。コイルの周波数は、特定の欠陥の種類や深さに対する感度を最適化するために調整可能です。
物理的原理は電磁誘導に依存しています:交流磁場が渦電流を誘導し、これが元の磁場に対抗する自らの磁場を生成します。不連続性はこのバランスを乱し、測定可能なインピーダンスの変動を引き起こします。検出システムは、分析のために処理および表示できる信号としてこれらの変化を記録します。
試験基準および手順
ASTM E1004、ISO 15549、EN 17739などの国際基準は、鋼および他の金属の渦電流試験手順を規定しています。これらの基準は、試験方法、キャリブレーション手順、および受け入れ基準を指定しています。
典型的な試験手順には以下が含まれます:
- 既知の