渦流探傷の仕組み・原理

渦流探傷とは、電磁誘導の現象を利用して導電性材料の表面および表面直下に存在するきずを検出する非破壊検査手法です。本ページでは、コイルに流れる交流電流がどのように渦電流を生み出し、その変動を捉えてきずを判定するのか、物理的な仕組みと検査原理を解説します。

また、検査深さを制御する周波数の重要性や、対象物に応じたプローブの選定基準についても整理しました。

渦電流が発生する仕組み

引用元：ACTUNI公式HP
https://www.actuni.co.jp/ndi/eddy_crnt/index.html

渦電流うずでんりゅうとは、導電体内部に発生する渦状の誘導電流のことです。渦流探傷は、コイルに交流電流を流すことでこの渦電流を意図的に作り出し、その変化を読み取ることで検査を行います。

コイルに交流電流が流れると、その周囲に時間的に変化する磁界が発生。この磁界の中に導電性のある金属材料を置くと、電磁誘導の法則により、材料表面には磁界の変化を打ち消す方向の誘導起電力が生じ、円を描くような閉じた電流経路（渦電流）が生まれます。

この渦電流は、元のコイルの磁界とは反対向きの二次磁界を作り出します。探傷器はこの「渦電流による二次磁界」と「コイルの磁界」の相互作用を観測しており、材料の材質や形状、きずの有無によって電流の状態が変化するため、その変化を捉えることで検査が成立します。

きずを検出する仕組み

欠陥があると渦電流は
どう変化するか

引用元：ACTUNI公式HP
https://www.actuni.co.jp/ndi/eddy_crnt/index.html

金属材料の表面や表面直下にきずが存在すると、その部分で電流の流れは遮られたり、迂回したりする状態です。これにより、正常な状態に比べて渦電流の経路や密度が乱れます。渦電流の変化は、コイルに対する電気的な抵抗や磁束のバランスの変化として現れるのが特徴です。

探傷器はこの微細な電気的変化を拾い上げ、信号として画面上に表示する仕組みです。この仕組みにより、肉眼では確認できない微細な表面のクラックや欠陥を捉えることが可能になります。

ブリッジ回路・
インピーダンス変化とは

渦電流の状態変化は、コイルの「インピーダンス変化」として捉えられます。探傷器内部では、基準となるコイルと検査対象に触れるコイルをブリッジ回路に組み込み、バランスを監視しています。

きずによって検査コイルのインピーダンスが変化すると、このブリッジの平衡が崩れ、電圧差として信号が出力されます。このインピーダンス変化を複素平面上のベクトルとして解析することで、きずの深さや大きさの傾向を評価・判別します。

この仕組みを知っておくと、検査中に画面へ表示される波形が何を意味しているのかを理解しやすくなり、判定基準の設定や誤検知の切り分けにも役立ちます。

検査深さと周波数の関係

表皮効果とは

表皮効果とは、導体中を流れる交流電流が中心部よりも表面付近に集中して流れる物理現象です。渦流探傷は、この性質を利用して検査対象のきずが存在する深さに合わせた検査を行います。

検出したい深さに応じた
周波数の選び方

周波数を高く設定すると、表皮効果によって渦電流は材料の表面側に強く集中するため、表面付近の極めて微細なきずを高い感度で検出できます。一方、周波数を低く設定すると、電流は材料内部まで深く浸透するため、表面直下や少し深い位置にある欠陥の検査が可能になります。

そのため機種を選ぶ際は、自社が検出したいきずの深さに対応した周波数範囲を持つ製品かどうかを、仕様表であらかじめ確認しておくことが重要です。

プローブの種類

検査対象の形状や材質に合わせ、適したプローブを選択することが精度の高い検査を実現するポイントです。

貫通型（棒材・管材向け）

引用元：原電子測器公式HP
https://www.eddio.co.jp/product/karyu_kantuu/

貫通型プローブは、コイルの中に棒材や管材を通して、製品の全長全周を検査する際に使用されます。材料がコイルを通過することで、全周を効率的に検査可能です。

製造ラインでの連続的な全数検査に適しており、表面のきずを素早く検知する用途で広く活用されています。

内挿型
（熱交換器チューブ向け）

引用元：ACTUNI公式HP
https://www.actuni.co.jp/ndi/sensor/index.html

内挿型プローブは、管の内部に挿入して使用するタイプです。主に熱交換器やボイラーのチューブ内側から壁面の減肉や腐食、亀裂を検査する際に適しています。

プローブを管内に送り込みながら走査することで、外側からは見えない管の健全性を診断できます。

表面型（平板・回転体向け）

引用元：ACTUNI公式HP
https://www.actuni.co.jp/ndi/sensor/index.html

表面型プローブは、材料の表面にプローブを当てる、あるいは近接させて走査するタイプです。平板のきず検査や、機械部品の溶接部検査、特定の回転体の表面検査に使用されます。

対象物の形状に柔軟に対応できるため、局所的な欠陥検出に優れています。

渦流探傷に関する
よくある質問（FAQ）

渦流探傷に関する技術的な疑問や、検査適用上の注意点について整理しました。

渦流探傷で
検出できない欠陥は？

渦流探傷は導電性材料が前提であり、プラスチック等の非導電体は検査できません。また、材料の表面と平行（層状）に広がるきずは、渦電流の流れを遮りにくいため、信号として現れにくい場合があります。

磁性材料には使えるか？

使用可能ですが、磁気特性の影響を受けるため注意が必要です。磁気飽和装置を使用して磁性を取り除くことで、安定した検査が可能になります。

渦流探傷のメリットや他の検査手法との違いについては、以下のページでも解説しています。