銅管の渦電流試験戦略

固定型センサー（スルーコイル型、左）と走査型センサー（回転型、上）では動作モードや検出する傷が異なります。 スルーコイルセンサーは、小さくて深い欠陥の発見に適しています。 回転センサーは長くて浅い傷を見つけるように設計されています。

非鉄管はさまざまな用途に合わせて製造されるため、適切な規格や要件を満たす必要があります。 これらの要件には、漏れのテストに関連するものと、品質の検証に関連するものがあります。 非破壊検査技術である渦電流検査は、このような用途に適しています。

銅管のほとんどは空調および冷凍 (ACR) 用途や熱交換器などに使用されているため、銅管のテストは特に重要です。 たとえば、ACR チューブに穴があると、冷媒の損失、システム効率の低下、トラブルシューティングの頭痛など、いくつかの問題が発生します。

製造規格には最低要件が規定されており、その多くは貫通型コイルを備えた渦電流装置を使用することで満たすことができます。 ただし、一部のメーカーは公表されている基準を超える必要があります。 原材料のコストが上昇するにつれて、メーカーはコストを削減するために肉厚を薄くするため、ますます厳格なテスト要件を適用する必要があります。 多くの場合、回転式走査プローブが使用され、貫通型コイルよりも高い欠陥分解能が得られます。

最も一般的な銅管の製造方法は、押出、棒材からのクロス圧延、および連続中空鋳造です。 チューブは、冷間ピルジャー圧延、遊星圧延、および引抜きによってさらに加工されます。 最終的なサイズを達成するためのステップには、通常、絞り加工が含まれます。 最終製品は、所定の長さにカットされるか、コイル状に巻かれた状態で提供されます。

一方、管製造業者は管に成形する前に平らなストリップにさまざまな表面構造を形成できるため、溶接銅管の生産量は増加しています。

チューブがシームレスであるか溶接されているかにかかわらず、一般的に使用される 2 つの試験方法は、スルーコイルと回転走査プローブです。 これら 2 つの方法は、動作方法と検出する欠陥が異なります。

スルーコイル。 スルーコイルセットアップは、チューブが移動する固定誘導コイルです（「図1 ）。 これは最も頻繁に使用される渦電流試験方法です。 直径 0.3 mm ～ 240 mm (0.12 インチ～9.47 インチ) の製品に適しています。

回転走査プローブ。 回転走査プローブは、回転走査ヘッドに 2 つまたは 4 つのプローブが取り付けられたデバイスです。 チューブがリングを通過します。 走査プローブは、チューブの周囲の螺旋パターンを追跡します (「図2 ）。 これらのユニットは長くて浅い傷に敏感です。

毎分最大 18,000 回転のモーターで駆動される回転プローブは、チューブミルの速度で移動するチューブ上の 30 μm ほどの浅い傷の検出に適しています。 一般的なスキャン機能は次のとおりです。

テストヘッドと試験対象のチューブの間の隙間は、数十分の 1 ミリメートルから約 2 mm の範囲です。 物理的な理由により、探傷感度を上げるには、より小型の回転プローブを使用し、プローブと材料表面の間のエアギャップを小さくする必要があります。 エアギャップのわずかな変動は、一定のテスト感度を維持する自動補償回路を使用して電子的に処理できます。

図 1 欠陥のあるチューブがスルーコイル センサーを通過する

検出ユニットは、テスト信号とバックグラウンド ノイズ (管製造装置によって引き起こされる振動によって生成される) の 2 種類の情報を取得します。 有効なテスト結果は、バックグラウンド ノイズによってかき消されない強力なテスト信号に依存します。 これら 2 種類の情報の差は、信号対雑音比として表されます。 渦電流センサーの理想的な設置場所は、ノイズが最小限から中程度の場所です。

チューブ製造業者は、母材から最終製品に至るまで、どの段階でも材料をテストできます。 母材をテストすることでコストが削減され、欠陥のある材料の加工が防止されます。 さらに、ISO 9000 に基づく管理された生産の要件を満たすには、この段階で実行されるテストが必要になる場合があります。一方、完成品のテストは一般に銅管の場合必須です (「図3）。

製造プロセスの最初と最後に少なくとも 2 回材料をテストすることで、完成品以上のものを管理できるようになります。 この構成により、製造業者は製造プロセス自体を監視および制御できるようになります。 たとえば、原材料の品質が一定であるにもかかわらず、完成品に欠陥が増えている (品質が低下している) 場合、これは、調整、メンテナンス、または修理が必要な機器など、問題が増大していることを示しています。 同様に、バックグラウンドノイズの変化はメンテナンスの必要性を示している可能性があります。 その観点から、テスト装置を戦略的に配置すれば、管メーカーが必要なときにメンテナンスや修理をスケジュールできるようになり、装置の故障やダウンタイムを回避できるため、元が取れます。

渦電流測定を成功させるための主な条件の 1 つは、正確な材料ガイドです。 材料は、測定コイル領域の水平方向と垂直方向の両方で中央に誘導される必要があります。 これには、ロールが正しく調整されている限り、水平矯正装置と垂直矯正装置の間に送信システムを配置する必要があります。 振動制御と同心性のための正確なガイドを確保するために、研磨された超硬金属ガイド インサートを備えたガイド デバイスが、銅管、特に外径 35 mm (1.378 インチ) までの薄肉銅管の試験用に特別に開発されました。

チューブ製造業者は、さまざまな機関によって規定された試験基準が最低要件であることを念頭に置く必要があります。 平均以上の品質のチューブやパイプを製造するには、より厳格な製造手順と試験仕様を使用する必要があります。 たとえば、熱交換器の熱伝達を改善するために、多くのメーカーは壁の厚さを薄くしています。 壁の厚さが減少すると、表面の傷を検出するために必要な感度が増加し、多くの場合、公表されている規格で指定されている最小値を超えます。

現代の製造要件を満たすだけでは十分ではありません。 テスト結果の文書化とアーカイブも、品質管理と責任の両方のために必要です（「図4）。

化学処理、加熱、冷却などの多くの用途では、複雑で高品質の非鉄管製品が必要です。 これらの用途の多くは、加工中に大幅に変形するチューブを必要とするため、製造要件は厳しく、テスト要件は高度です。

テストが不十分な場合、最終製品でのみ欠陥や故障が検出され、多額の損失が発生します。 設置中または最終製品の使用開始時に欠陥が検出されると、巨額の損害賠償請求につながる可能性があります。