渦流探傷試験（ECT）解説：信頼性の高い金属検査のための5つの重要ポイント

知っておくべきことと考慮すべき要因

特殊金属を多く扱うMetal Cutting Corporationでは、クラックやボイドなどの欠陥検査に渦流探傷試験（ECT）を頻繁に用いています。この手法は電磁誘導を利用し、導電性材料（金属を含む）の表面または表層下の欠陥を検出・特性評価します。欠陥検出に加え、ECTは厚さ測定や導電率測定にも使用できます。

以下に、ECTについて知っておくべき5つの興味深いポイントを紹介します。

ECTは非破壊検査（NDT）の一種

ECTは非破壊検査（NDT）の重要な手法の一つです。NDTは、科学および産業分野で検査や測定を行い、以下を確保するために用いられる技術群です。

• 構造部品やシステムが信頼性高く、安全かつコスト効率よく機能すること
• 検査自体が部品や材料を損傷せず、将来の使用や機能に影響を与えないこと

NDTには多様な技術があり、新手法も常に開発されています。最も基本的なのは目視検査で、単に部品を目で見て表面の欠陥を確認する場合から、コンピュータ制御の光学システムで部品の特徴を検出・測定する場合まであります。

NDTで用いられる技術の中には、医療分野でも使われているため馴染み深いものがあります。放射線透過試験（RT）はガンマ線やX線を用いて欠陥や内部構造を確認します。超音波探傷試験（UT）は高周波音波で欠陥や材料特性の変化を検出します。

磁粒探傷試験（MT）は強磁性材料に磁場をかけ、鉄粉を撒いて表面欠陥を可視化します。漏れ試験（LT）は加圧部品の漏れを、電子聴診器から圧力計、石鹸水テストまで多様な方法で検出します。

音響放射試験（AE）は音響エネルギーのバーストを検知して欠陥を見つけます。ヘリウムリークテスト（第2軽元素を用いて漏れ経路を特定、浸透探傷試験（PT）と併用可）もよく遭遇します。PTは可視または蛍光染料を用います。

Metal Cuttingで注力しているECTでは、導電性材料を膨張・収縮する磁場に曝すことで材料内に渦電流を発生させます。これらの渦電流の強さを測定し、欠陥や材料変化による電流の流れの乱れから、テスト対象の材料や部品の問題を検知します。

日常生活において極めて重要

ECTやNDTを耳にしたことがない人も多いかもしれませんが、これらの手法は私たちの生活のあらゆる場面で、おそらく毎日関わっています。コンポーネントの故障が甚大な被害をもたらす業界を含め、幅広い産業で使用されているためです。

たとえば、ECTは石油・ガスパイプライン、原子炉、化学プラント、上水道システムなどのチューブや構造物の検査に用いられます。携帯型ECT装置は現場での現地検査に使用され、橋梁のクラックや飛行機の翼から着陸装置までの部品検査に役立ちます。これにより、ECTをはじめとするNDTはパイプライン破損、橋梁崩落、航空機事故などの大惨事を防ぐ上で極めて重要な役割を果たし、公共の安全に貢献しています。

Metal Cuttingが製造するような小さな部品の世界でも、ECTは目に見えない形で安全性に影響を与えています。たとえば、夜間暗視ゴーグル用部品のガラス-金属シールをECTで検査しています。これらは製造から長期間経過し、遠く離れた場所で軍人が使用する可能性があります。

モード別に異なるプローブ

ECT装置にはテストプローブが含まれ、多様な形状、サイズ、構成があります。これらのプローブは、テストコイルの配線方法やテストサンプルとのインターフェースによって、異なる動作モードを持ちます。

たとえば、絶対測定プローブは単一コイルを用いて渦電流を発生させ、電流場の変化を検知し、テストサンプル上の単一点から測定値を得ます。差動プローブは2つのコイルを用いて比較基準を提供し、不均質な材料でも欠陥を検出します。一方のコイルが欠陥上に、もう一方が良好な材料上にあるとき、差動信号が生成されます。反射型やハイブリッド型のプローブモードもあります。

交流（AC）をコイルに流して、コイル内外に膨張・収縮する磁場を作ります。プローブを導電性材料（テストサンプル）に近づけると、この変化する磁場がサンプル内に渦電流を生成します。コイルの磁場と渦電流の相互作用を通じて、周波数、振幅、感度、インピーダンスなどの特性変化を観測・測定し、テストサンプル内のクラック、ボイド、その他の欠陥の存在を知ることができます。

ECTに影響を与える多くの要因

周波数、振幅、感度などの設定（ECTの「レシピ」を構成）に加え、テスト対象の材料や部品の特性など、渦電流の流れに影響を与える他の要因も考慮する必要があります。中には有益なものもあれば、設定調整や他技術での補正が必要なものもあります。

テスト対象材料の電気伝導度（電子が材料内を流れやすさ）は渦電流の流れに影響し、磁気透磁率も同様です。透磁率測定は材料選別には有用ですが、問題を引き起こすこともあります。たとえば、強磁性材料のテスト時に透磁率変化が生じる「ノイズ」により、炭素鋼溶接部へのECT適用が困難になります。しかし、磁気飽和、多周波検査、差動コイル配置などで克服可能です。

ノイズと言えば、実際の室内騒音もECTに影響を与える物理的・環境的要因です。ただし、多くの場合フィルタリングで除去し、クリアな信号を得られます。テストサンプルがエッジや急激な幾何形状変化を持つ部品の場合、「エッジ効果」が渦電流に生じます。プローブをエッジ近くに配置・バランス調整し、その距離でスキャンすることで回避できます。同様に、複雑な形状のサンプルは、材料自体の欠陥ではなく形状変化による偽信号を生む可能性があります。

もう一つ重要な考慮事項はコイル充填率で、検査コイル内で検査対象のチューブやロッドがどの程度のスペースを占めるべきかを決定します。コイルとテストサンプルの適切な隙間を決めることで、サンプルがスキャン中に自由に動け、かつコイルがサンプルに十分近接して渦電流を発生させ、正しく検査できるようにします。

ECTコイルを通過する交流の周波数は、テスト材料内の渦電流場の浸透深度に影響します。材料深部に進むにつれ、渦電流の流れの強度は減衰します。ECTではクラックの深さを正確に測定できず、渦電流の流れに平行に走る剥離などの欠陥も検出できません。しかし、渦電流の流れに垂直なクラック、溶接不融着、その他の平面的不連続は検出可能です。

Metal CuttingのECT熟練技術

Metal Cuttingでは、タングステンやモリブデンのロッドやその他の金属部品を、クラック、ピット、破損などの潜在的問題についてECTで頻繁に検査しています。また、ガラス-金属シールに使用される丸棒、フラットリボン、キャピラリーチューブの表面欠陥検査にもECTを活用しています（詳細はブログ「電子機器におけるガラス-金属シールの問題」を参照）。

お客様のために材料を購入する場合も、お客様から材料を支給いただく場合も、ベンダーやお客様が自社のECT装置で使用している設定をヒアリングします。これにより、双方で共有できる成功のためのECTレシピを作成し、必要に応じて設定を調整し、絶対測定または差動測定を選択し、多様なコイルサイズと工具オプションから選択できます。ロッドをECTコイルに通す際は、充填率に細心の注意を払い、ブッシュを用いてロッドがコイルの中心に位置し、コイルに接触しないよう位置決めしています。

さらに、比較基準として参照サンプルをしばしば入手します。特に目視できない内部欠陥を検査する際に重要です。参照サンプルを用いることで、確立したECT設定で検出対象の欠陥を見つけられる可能性があるかを確認できます。既知の欠陥を持つサンプルを使って、その特定の検証済み欠陥を検出できるよう装置設定を調整します。

良い参照サンプルを見つけるのは困難です。内部欠陥を検証するためにサンプルを切断すれば、将来のECT用サンプルとして破壊してしまうためです。しかし、ベンダーやお客様が自社のテストと過去のECT不合格結果に基づき、表面下欠陥があると判断したサンプルを使用できます。表面欠陥の場合は、ベンダーやお客様と協力して特定の表面欠陥を部品に意図的に作成し、双方が参照サンプルとして使用できます。