渦流探傷試験の測定原理
浸透深さ
渦電流は表面だけでなく、内部にもは発生します。
浸透深さの把握は内部のきずの検出に重要です。
渦流はコイルによって作られる磁場によって誘導された、金属内部に流れる電流です。この電流量は、金属表面から内部に行くに従い指数関数的に少なくなり、きずに対する測定感度も低下します。
表面から目視で見えない内部のきずを推定・認識するうえで、金属の内部の渦電流の量を把握することは、渦流探傷試験を行うにあたり大変重要です。渦電流の浸透深さを知るための目安として「浸透深さ」があります。このページでは、浸透深さについて説明します。
＊「浸透深さ」は、渦電流の量が表面の1/e (約36.8%)に低下する深さで、ここまでの深さの渦電流が信号解析に於いて多くの情報をもたらします。内部のきず検出や割れ（クラック）の深さ推定を行う時に、探傷器の設定を行う際の目安として「浸透深さ」を考慮します。
浸透深さの算出
浸透深さは、金属の抵抗率又は導電率、および試験周波数に影響を受けます。以下は、浸透深さの算出式と、主要な金属材料の浸透深さと周波数の関係を表したグラフです。
浸透深さの算出式
- δ(m)
- 浸透深さ 渦流が表面の1/eとなる深さ(約36.8%)
- π
- 3.14
- ｆ(Hz)
- 周波数
- μ(H/m)
- μ=μ0・μr μ0=4π×10-7(H/m) 真空の透磁率
μr 比透磁率 非磁性体の場合は≒1.0 - σ(×106 S/m)
- 導電率
- ρ(×10-8 Ω・m)
- 抵抗率
- %IACS
- 導電率(国際標準軟銅(ρc=1.7241)との比 =1.7241/ρ×100
各種金属材料の浸透深さ
浸透深さに影響を与える因子の内、試験周波数は探傷器の設定で調整ができます。例えば浸透深さを倍にしたい場合は周波数を1/4（例：1,000kHz → 250kHz）に設定します。逆に浸透深さを1/2と浅くしたい場合は周波数に4倍（例：250kHz → 1,000kHz）の値を設定します。
検出したいきずの深さを考慮し、次の式から適切な試験周波数を計算し、渦流探傷器に設定します。但し、プローブコイルの仕様を大きく外れる試験周波数は、信号の感度低下やノイズ増加を招くので注意が必要です。
＊各種金属材料の抵抗率・導電率を参考に、値を入力してください。
素材の抵抗率(ρ)と、必要な浸透深さ(δ)から、試験周波数(f)を求める
| f | = | ρ |
| πμδ2 |
- f
- 試験周波数(Hz)
- ρ
- 抵抗率×10-8(Ω・m)
- π
- 3.14
- δ
- 浸透深さ(m)
- μ
- 透磁率 4π×10-7
| 抵抗率 ρ×10-8(Ω・m) | ||
| 入力範囲：1.50～2000 | ||
| 浸透深さ δ(mm) | ||
| 入力範囲：0.01～10.0 | ||
| 試験周波数 f(kHz) |
素材の導電率(σ)と、必要な浸透深さ(δ)から、試験周波数(f)を求める
| f | = | 1 |
| πμσδ2 |
- f
- 試験周波数(Hz)
- σ
- 導電率×106(S/m)
- π
- 3.14
- δ
- 浸透深さ(m)
- μ
- 透磁率 4π×10-7
| 導電率 σ×106(S/m) | ||
| 入力範囲：0.01～65 | ||
| 浸透深さ δ(mm) | ||
| 入力範囲：0.01～10.0 | ||
| 試験周波数 f(kHz) |
素材の導電率(%IACS)と、必要な浸透深さ(δ)から、試験周波数(f)を求める
| f | = | (172.41/%IACS) |
| πμδ2 |
- f
- 試験周波数(Hz)
- %IACS
- 導電率
- π
- 3.14
- δ
- 浸透深さ(m)
- μ
- 透磁率 4π×10-7
| 導電率 %IACS | ||
| 入力範囲：0.1～110.0 | ||
| 浸透深さ δ(mm) | ||
| 入力範囲：0.01～10.0 | ||
| 試験周波数 f(kHz) |
各種金属材料の浸透深さ・試験周波数
各種金属材料の浸透深さと、それを実現するための試験周波数を一覧で表示させることができます。
左側の『試験周波数』に値を入力し「計算」をクリックすると、入力した周波数で試験した場合の浸透深さが各金属材料毎に表示されます。
右側の『浸透深さ』に値を入力し「計算」ボタンをクリックすると、入力した浸透深さを実現する試験周波数が、各金属材料毎に表示されます。
試験周波数[f]（kHz） |
||
| 入力範囲：0.01～20000 |
| 金属名 | 浸透深さ(mm) |
|---|---|
| 銀(47) | |
| 銅(29) | 〜 |
| 金(79) | |
| アルミ7075-T0 | 〜 |
| アルミ7075-T3 | 〜 |
| ジュラルミン | 〜 |
| 黄銅 | 〜 |
| マグネシウム(12) | |
| アルミ7075-T6 | 〜 |
| 亜鉛(30) | |
| コバルト(27) | |
| ニッケル(28) | |
| リン青銅 | 〜 |
| リチウム(3) | |
| 白金(78) | |
| パラジウム(46) | |
| スズ(50) | |
| クロム(24) | |
| 鉛(82) | |
| ハフニウム(72) | |
| ジルコニウム(40) | |
| ジルカロイ2 | 〜 |
| SUS304L | 〜 |
| インコネル | 〜 |
| 水銀(80) | |
| ビスマス(83) | |
| マンガン(25) | |
| チタン(22) | 〜 |
| グラファイト | 〜 |
浸透深さ[δ]（mm） |
||
| 入力範囲：0.01～10 |
| 金属名 | 試験周波数(kHz) |
|---|---|
| 銀(47) | |
| 銅(29) | 〜 |
| 金(79) | |
| アルミ7075-T0 | 〜 |
| アルミ7075-T3 | 〜 |
| ジュラルミン | 〜 |
| 黄銅 | 〜 |
| マグネシウム(12) | |
| アルミ7075-T6 | 〜 |
| 亜鉛(30) | |
| コバルト(27) | |
| ニッケル(28) | |
| リン青銅 | 〜 |
| リチウム(3) | |
| 白金(78) | |
| パラジウム(46) | |
| スズ(50) | |
| クロム(24) | |
| 鉛(82) | |
| ハフニウム(72) | |
| ジルコニウム(40) | |
| ジルカロイ2 | 〜 |
| SUS304L | 〜 |
| インコネル | 〜 |
| 水銀(80) | |
| ビスマス(83) | |
| マンガン(25) | |
| チタン(22) | 〜 |
| グラファイト | 〜 |
※浸透深さ/試験周波数は計算値であり、実機における保障値ではありません。
※プローブの形式や測定物の形状により、必ずしもこの結果通りになるとは限りません。