2019 Fiscal Year Research-status Report

Construction of quantitative electromagnetic non-destructive inspection technique in complex 3D shape portion with consideration of direction and strength of magnetic field and current

Research Project

Project/Area Number	18K03843
Research Institution	The University of Shiga Prefecture
Principal Investigator	福岡克弘滋賀県立大学, 工学部, 准教授 (40512778)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	非破壊検査 / 磁粉探傷試験 / 渦電流探傷試験 / 磁化 / 回転磁界 / 定量的評価 / 高感度化 / 鉄鋼材
Outline of Annual Research Achievements	プラント構造物や機械部品を安心・安全に使用するためには、検査対象の隅々まで漏れなく検査でき、微小な傷まで発見可能な非破壊検査手法が必須である。しかし、プラント構造物や機械部品は複雑な形状部を有しているのが一般的であり、それらの部位における検査の信頼性向上が喫緊の開発課題となっている。本研究では、立体的で複雑な形状をした部位における効率的で且つ信頼性の高い検査を実現するため、磁気と電流の強度とその方向を3次元的に制御した高速・高精度・高感度な電磁非破壊検査システムの検討を試みた。さらに、探傷結果から傷形状を定量的に評価するのに有利な探傷手法、およびその定量的評価手法を検討し、探傷と評価の両面における高度化を目的とした。以下の3項目の研究内容に取り組んだ。 1. 3次元回転磁界による複雑形状部の全面および全方向磁化…複雑形状部を有する立体形状試験体の磁化の最適化に関する研究に取り組んだ。3次元回転磁界発生磁化器を用いて、試験体の全試験面において、全方向に均一な磁化が可能な磁化システムの最適条件設計を検討した。 2. 磁粉探傷試験による極微小傷の探傷と傷形状の定量的評価…開発した磁化システムを、漏洩磁束探傷試験および磁粉探傷試験に適用し、複雑形状をした被検査体の全面において極微小傷を検出することを検討した。さらに、数値解析による傷からの漏洩磁束密度と磁粉探傷試験結果から、一般的には不可能とされている磁粉探傷試験における傷形状の定量的評価を検討した。 3. 渦電流探傷試験による極微小傷の探傷と傷形状の定量的評価…開発した磁化システムを渦電流探傷試験に適用することにより、鉄鋼材を対象とした渦電流探傷試験の高感度化を検討した。さらに、自然傷の定量的評価に有利な2方向に均一な渦電流を流すプローブを検討した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究実績の概要の「2. 磁粉探傷試験による極微小傷の探傷と傷形状の定量的評価」および「 3. 渦電流探傷試験による極微小傷の探傷と傷形状の定量的評価」に主眼を置いて、研究を実施した。「2. 磁粉探傷試験による極微小傷の探傷と傷形状の定量的評価」においては、令和元年度に実施した有限要素法解析による最適磁化条件設計で得られた試験条件に基づき、磁粉探傷試験の実証実験を実施した。さらに、実証実験による探傷結果と数値解析による試験体各所における磁化（磁束密度）分布との相関関係を明らかにした。数値解析で得られた磁束密度の方向と磁粉探傷試験で得られた付着磁粉模様の形状はおおむね一致したが、一部予想と異なる探傷結果となる部分が存在した。次年度においては、その原因に関して詳しく調査する予定である。「 3. 渦電流探傷試験による極微小傷の探傷と傷形状の定量的評価」においては、傷の方向、磁化（磁束密度）の方向、および渦電流の方向の3者の相対方向の違いに関して、渦電流探傷試験を実施し、各試験条件における探傷試験結果を評価した。各要素の相対方向の違いにより、異なる結果が得られることを確認した。次年度においては、有限要素法を用いた数値解析の実施も含めてその原因の現象解明に取り組み、本研究にて提案する渦電流探傷試験の高精度化を試みる。
Strategy for Future Research Activity	交付申請書に記載した「研究の目的」、「研究実施計画」に即して、次年度以降の研究を推進する。具体的な推進方策を以下に示す。 1. 3次元回転磁界による複雑形状部の全面および全方向磁化・・・十字形状試験体とH形状試験体に加えて、実際の自動車部品を対象とし、数値解析による試験体内部の磁化について検討する。 2. 磁粉探傷試験による極微小傷の探傷と傷形状の定量的評価・・・数値解析で得られた磁束密度の方向と、磁粉探傷試験で得られた付着磁粉模様の形状の相関関係を評価する。令和元年の研究成果で、両者の結果が一致しなかった箇所についてその原因を追究し、磁粉探傷試験の探傷精度の向上を目指す。 3. 渦電流探傷試験による複雑形状傷の探傷と傷形状の定量的評価・・・一般的な直流磁気飽和渦電流探傷試験に加えて、本研究でのオリジナルな交流磁気飽和渦電流探傷試験システムを構築する。さらに、傷の定量的評価に有利な2方向励磁相互誘導型一様渦電流プローブの開発を検討する。
Causes of Carryover	令和2年度より大学を移籍する予定があった。本課題研究を滞りなく継続実施するために、移籍先大学にて実験設備および数値解析設備を新たに構築する必要があるため、令和元年度に使用する予算を制限した。