マイクロプローブを用いたステンレス鋳鋼の劣化診断

• Project/Area Number: 11878086
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Nuclear engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 西川 雅弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029287)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大塚 裕介 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70294048)
• Project Period (FY): 1999 – 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2000: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000); Fiscal Year 1999: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: マイクロプローブ / 測定分解能 / 鋳造鋼 / EMAT / 圧電素子 / 超音波 / SH波 / 表面波 / 鍛造鋼

Research Abstract

オーステナイト系ステンレス鋳鋼における超音波の伝播を調べるため、測定空間分解能の高いマイクロセンサーを開発した。センサーは、コアの形状から自己励磁タイプのM型とと呼んでいる。電磁場解析により、このセンサーで超音波を検出できることが確かめられたが、実験による受信強度は計算結果より大きかった。その原因として、コア材料にフェライトを使用したことから、電磁的効果による超音波の検出に加え、センサーと試験片の接触していることで振動がセンサーに伝わり、磁歪効果によっても超音波を検出していたためであった。電磁的効果のみで超音波の検出を試みたところ、送信器に圧電素子を使用した時は超音波を検出することができたが受信強度は弱く、電磁的に超音波を発生するEMATを使用したときは受信することができなかった。そこで、受信強度を高めるため、定常磁場を形成するための方法を自己励磁方式から外部励磁方式に変更し、コア形状もC型とした。そして、渦電流によって生じる磁束の分布を計算によって求めた。その結果、試験片に近いコア部分には磁束が集中することがわかった。その一方で、フェライトで磁気回路を構成しても、試験片から離れると磁束は密度は大きく減少し検出コイルと磁束が鎖交しないため、受信強度を大きくできない一因になっていた。それまでの計算結果をもとに、フェライト形状をC型から立方形状にモデルを変更したところ、C型よりも受信強度の増加を見込めることがわかった。実際の強度については、今後実験的に確かめる必要がある。