特表 2021-502559 非破壊材料検査システムを使用する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】特表2021-502559(P2021-502559A)

(43)【公表日】2021年1月28日

(54)【発明の名称】非破壊材料検査システムを使用する方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/72 20060101AFI20201225BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20201225BHJP

   G01N 29/12 20060101ALI20201225BHJP

   G01N 29/46 20060101ALI20201225BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/72

   G01N29/24

   G01N29/12

   G01N29/46

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

【全頁数】68

(21)【出願番号】特願2020-526104(P2020-526104)

(86)(22)【出願日】2018年10月19日

(85)【翻訳文提出日】2020年6月25日

(86)【国際出願番号】US2018056645

(87)【国際公開番号】WO2019094173

(87)【国際公開日】20190516

(31)【優先権主張番号】62/585,185

(32)【優先日】2017年11月13日

(33)【優先権主張国】US

(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＪＡＶＡ

２．ＳＭＡＬＬＴＡＬＫ

(71)【出願人】

【識別番号】390023630

【氏名又は名称】エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＥＸＸＯＮ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ

(74)【代理人】

【識別番号】100145403

【弁理士】

【氏名又は名称】山尾 憲人

(74)【代理人】

【識別番号】100156085

【弁理士】

【氏名又は名称】新免 勝利

(72)【発明者】

【氏名】ラン・フェン

(72)【発明者】

【氏名】チウジー・リィ

(72)【発明者】

【氏名】ハリー・ダブリュー・デックマン

(72)【発明者】

【氏名】ポール・エム・チェイキン

(72)【発明者】

【氏名】ニーラジ・エス・ティルマライ

(72)【発明者】

【氏名】シウン・リン

(72)【発明者】

【氏名】ジョセフ・ダブリュー・クリニツキ

(72)【発明者】

【氏名】ジェイミー・エイ・フェンスク

【テーマコード（参考）】

2G047

2G053

【Ｆターム（参考）】

2G047AA06

2G047AB01

2G047AB04

2G047AB07

2G047BC04

2G047BC07

2G047BC14

2G047CA01

2G047CA02

2G047GD02

2G047GG10

2G047GG32

2G047GG33

2G053AA11

2G053AA17

2G053AB01

2G053AB15

2G053BA03

2G053BA12

2G053BA15

2G053BA26

2G053BA30

2G053BC14

2G053BC20

2G053CA03

2G053CA05

2G053CA10

2G053CA18

2G053CB21

(57)【要約】

鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料及び／又は少なくとも１つの非ヒステリシス材料を含む鋼材を検査する非破壊評価方法を利用する方法は、ヒステリシス強磁性材料及び／又は非ヒステリシス材料を入力時変磁場により調査する工程と；鋼材を走査しヒステリシス強磁性材料及び／又は非ヒステリシス材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性とを相関付ける工程と、を含み得る。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料及び／又は少なくとも１つの非ヒステリシス材料を含む鋼材を検査する非破壊評価方法を利用する方法であって、前記方法は、
前記ヒステリシス強磁性材料及び／又は前記非ヒステリシス材料を入力時変磁場により調査する工程と；
前記鋼材を走査し前記ヒステリシス強磁性材料及び／又は前記非ヒステリシス材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；
前記受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；
前記受信された磁気応答及び／又は音響応答の前記時間依存非線形特性を鋼材内の前記１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性とを相関付ける工程と、
を含み、
鋼材内の前記１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性は、前記鋼材の硬度、前記鋼材のグレード又はタイプ、前記鋼材内の材料相の存在、前記鋼材内のハードスポットの存在、前記鋼材内の金属損失又は亀裂の存在、前記鋼材内の欠陥の存在、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される１つを含む、方法。

【請求項2】

前記鋼部品は、鋼鈑、ボルト、鍛造品、鋳造品、パイプ、ライザー、表面、溶接部、溶接ルート、溶接キャップ及び継手からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記鋼部品は鋼金属板であり、前記鋼金属板の前記走査工程は熱間圧延及び／又は加速冷却工程後に発生する、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記走査工程は台車又は携帯デバイスを使用して手動で行われる、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記走査工程は自動化走査システムを使用して自動的に行われる、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

鋼材内の前記１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性は前記鋼材内の前記材料相の存在であり、
前記材料相は前記鋼材内では望ましくなく、
前記方法はさらに、前記鋼材内に存在する前記望ましくない相の量が所定閾値レベルを超える場合にさらなる処理のために前記鋼材を改善する又は不合格とする工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

磁気送信機、磁気センサ、及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を移動するためのコンピュータ制御自動移動プラットフォームと、様々な空間位置における前記磁気応答及び／又は音響応答を検出するための任意選択的磁石とを提供する工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

磁気送信機、磁気センサ、及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を移動するための手動制御並進及び回転プラットフォームと、様々な空間位置における磁気応答及び／又は音響応答を検出するための任意選択的磁石とを提供する工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

少なくとも１つの磁気送信機と、磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つと、１つの任意選択的直流磁石とを含む携帯デバイスを提供する工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

調査及び走査する前記工程は、前記調査用時変磁場を出力するように構成された少なくとも１つの磁気送信機と前記磁気応答及び／又は音響応答を受信するように構成された少なくとも１つの磁気センサ及び／又は音響センサとを含むデバイスにより行われる、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

前記入力時変磁場は追加磁場を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項12】

前記入力時変磁場は消磁磁場を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記時間依存非線形特性を相関付ける工程は前記ヒステリシス強磁性材料内の１つの材料相を絶縁する工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

前記時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データを生成するために前記受信された磁気応答及び／又は音響応答のパワースペクトル密度解析を含む周波数領域解析を行う工程を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項15】

前記時間依存非線形特性を判断する工程は前記パワースペクトル密度データの１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程を含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程は前記スペクトル密度データの１つ又は複数の高調波係数を判断する工程を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

前記１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程は前記スペクトル密度データの奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程は前記スペクトル密度データの第３及び／又は第５高調波を判断する工程を含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記時間依存非線形特性を相関付ける工程は前記第３及び／又は第５高調波と前記１つ又は複数の材料状態とを比較し相関付ける工程を含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程は前記スペクトル密度データの偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む、請求項１６に記載の方法。

【請求項21】

前記偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程は前記スペクトル密度データの第２高調波を判断する工程を含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記時間依存非線形特性を相関付ける工程は、第２高調波と、前記材料の磁化状態及び前記材料の既存残留磁化を含む追加材料情報とを比較し相関付ける工程を含む、請求項２１に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、材料検査に関し、より具体的には非破壊材料検査に関する。本開示は、より具体的には非破壊材料検査システムを使用する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

パイプライン、配管、鋼板、溶接構造、及び限定しないが周溶接部、隅肉溶接部、重ね溶接部及び突き合せ溶接部を含み得る様々なタイプの溶接部の非破壊検査のためのハードスポット及び／又は他の好適な材料状態及び非均質性（例えばパイプライン鋼又は他の好適な材料内の）を評価するためのシステム及び方法は、材料及び溶接品質だけでなく材料完全性（例えばパイプライン完全性）も判断する際に価値がある。このようなシステム及び方法は、例えば溶接及びパイプライン材料に関する情報をこのような材料上で非破壊的に取得し得る。

【0003】

現在、パイプライン検査ゲージ（PIGs:pipeline inspection gauges）は、亀裂及びハードスポットなどのパイプ中の異常及び欠陥を検出するために非破壊パイプライン検査を行うツールとして使用されている。最も一般的に使用される技術は、漏洩磁束（MFL:magnetic flux leakage）、超音波亀裂検出ツール（UT:ultrasonic crack detection tool）、及び電磁エネルギーと機械的波とを結合する電磁超音波トランスデューサ（EMAT:electromagnetic acoustic transducer）を含む。同様に、溶接部は、磁粉探傷試験、超音波試験及び渦流試験を含む技術を使用して非破壊的に検査される。これらすべての検査技術は「異常及び欠陥が、バルク材料のものとは検知可能に異なるいくつかの材料特性（例えば、透磁率の差に起因する漏洩磁束、又は機械的振動振る舞いの差に起因する反射超音波）を保有する」という原理に基づく。

【0004】

パイプライン、配管、鋼板、溶接構造、及び限定しないが周溶接部、隅肉溶接部、重ね溶接部及び突き合せ溶接部を含み得る様々なタイプの溶接部内の異常及び欠陥を検出するために使用され得る有用であるが見過ごされてきた材料特性がある。これは強磁性材料内の磁気応答の非線形性質である。非線形磁気応答は、漏洩磁束又は線形応答関数を探査する現在の方法により到達可能でない情報及び精度を提供する。材料及び溶接品質だけでなく材料完全性の重要性の理由で、検査システム及び方法並びにこのようなシステム及び方法の使用を改善することにより非破壊材料検査の従来技術をさらに改善する継続的必要性がある。本開示はこの必要性のための解を提供する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の少なくとも１つの態様によると、鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料及び／又は少なくとも１つの非ヒステリシス材料を含む鋼材を検査する非破壊評価方法を利用する方法は、ヒステリシス強磁性材料及び／又は非ヒステリシス材料を入力時変磁場（または入力時間変化磁場、input time varying magnetic field）により調査する工程と；鋼材を走査し、ヒステリシス強磁性材料及び非ヒステリシス材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する（または決定する、determining）工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性とを相関付ける工程とを含み、鋼材内の前記１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性は、鋼材の硬度、鋼材のグレード又はタイプ、鋼材内の材料相の存在、鋼材内のハードスポットの存在、鋼材内の金属損失又は亀裂の存在、鋼材内の欠陥の存在、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される１つを含む。

【0006】

本開示の少なくとも１つの態様によると、少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる試料の１つ又は複数の材料状態を判断するための方法。方法は、試料を入力時変磁場により調査する工程と、ヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答又は音響応答を検出する工程とを含み得る。本方法はまた、受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と、受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性と材料の１つ又は複数の材料状態とを相関付ける工程とを含み得る。

【0007】

時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データを生成するために、受信された磁場応答又は音響応答のパワースペクトル密度解析などの周波数領域解析（frequency domain analysis）を行う工程を含み得る。いくつかの実施形態では、時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度（ＰＳＤ）データの１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程を含み得る。

【0008】

１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの１つ又は複数の高調波係数を判断する工程を含み得る。例えば、１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含み得る。

【0009】

いくつかの実施形態では、奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第３及び／又は第５高調波を判断する工程を含み得る。時間依存非線形特性を相関付ける工程は、第３及び／又は第５高調波と調査対象試料の１つ又は複数の材料状態とを比較し相関付ける工程を含み得る。

【0010】

調査対象試料（少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる）は、限定しないが、１つ又は複数の材料状態を有する少なくとも１つの材料相からなる試験材料を含み得る。１つ又は複数の材料状態は、限定しないが、ヒステリシス強磁性材料又は非ヒステリシス材料のうちの少なくとも１つの材料相の存在を含み得る。いくつかの実施形態では、ヒステリシス強磁性材料は、限定しないが、鋼、ニッケル、コバルト、及び多様な炭素鋼などのそれらの合金を含み得る。いくつかの実施形態では、非ヒステリシス材料は、限定しないが、大気、アルミニウム、オーステナイトステンレス鋼、二相ステンレス鋼及び高マンガン鋼を含み得る。材料相は、限定しないが、様々な化学成分及び／又は結晶配位を有するオーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ベイナイト、ラスベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトのうちの少なくとも１つを含み得る。試料の非均質性は、限定しないが、２つ以上の材料相からなる試験材料を含み得る。非均質性の非限定的例はハードスポット及び／又は亀裂／欠陥（例えば鋼管内の）である。

【0011】

本開示の少なくとも１つの態様によると、非一時的コンピュータ可読媒体は、本明細書に記載の任意の好適な方法及び／又はその任意の好適な部分を行うための命令を含み得る。例えば、本方法は、時変磁場を生成し、磁気センサ又は音響センサからの磁気応答又は音響応答信号を長期にわたって検出する工程と、受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と、受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性と材料の１つ又は複数の材料状態とを相関付ける工程とを含み得る。本明細書に記載の方法の任意の実施形態の任意の他の好適な部分が追加的に又は代替的に含まれ得る。

【0012】

本開示の少なくとも１つの態様によると、少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる調査対象試料の１つ又は複数の材料状態を検出するためのデバイスは、調査用磁場を出力するように構成された磁気送信機；磁気応答又は音響応答をそれぞれ受信するように構成された磁気センサ又は音響センサ；磁気応答又は音響応答を磁気信号又は音響応答信号へ変換すること及び本明細書に記載の任意の好適な方法及び／又はその任意の好適な部分を実行するように構成されたプロセッサを含み得る。いくつかの実施形態では、本デバイスは、材料の１つ又は複数の状態をユーザに示すように構成された指示器を含み得る。いくつかの実施形態では、出力デバイスは、適切な即時リアルタイム行為について１人又は複数のユーザに通知することを意味する指示器を含み得、ユーザは指示器を直接観測し得る。他のいくつかの実施態様では、出力デバイス２０７はまた、ユーザと通信するためのデバイスを含み得、これもまた、適切な即時リアルタイム行為についてユーザに通知することを意味するが、ユーザは離れた場所にいてもよく、通信は有線経路を介しても無線経路を介してもよい。他のいくつかの実施態様では、出力デバイス２０７はまた、即時リアルタイム行為のためのものではない後の検索及び後処理のためのデータ収集及び格納デバイスを含み得る。

【0013】

本開示の別の態様によると、鋼部品の材料相及び／又は材料品質を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる鋼部品（例えば鋼金属板、ボルト、鍛造材、鋳造品など）を検査する非破壊評価方法を利用する方法が提供される。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；鋼部品を走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼材の１つ又は複数の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。

【0014】

依然として本開示の別の態様によると、少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる鋼パイプラインシーム溶接部の材料相及び／又は材料品質を識別するために上記溶接部をスクリーニングする非破壊評価方法を利用する方法が提供される。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；鋼パイプラインを走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼パイプラインのシーム溶接部の１つ又は複数の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。

【0015】

本開示の依然としてさらに別の態様によると、周溶接部の材料相及び／又は材料品質を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなるシステム内の鋼ラインパイプ又はチューブの周溶接部をスクリーニングする非破壊評価方法を利用する方法が提供される。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；周溶接部のルート及び／又はキャップを走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼ラインパイプ又はチューブの１つ又は複数の周溶接部の１つ又は複数の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。

【0016】

本開示の依然としてさらに別の態様によると、溶接部の材料相及び／又は材料品質を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなるシステム内の周溶接部又は隅肉溶接部又は重ね溶接部又は突き合せ溶接部を含むがこれらに限定されない鋼配管又は鋼管又は溶接構造の溶接部をスクリーニングする非破壊評価方法を利用する方法が提供される。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；溶接部のルート及び／又はキャップを走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼配管又は鋼管又は溶接構造の１つ又は複数の溶接部の１つ又は複数の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。

【0017】

本開示のさらに別の態様によると、パイプライン又はチューブ又は配管又は溶接構造の鋼板及び溶接部内の材料相及び材料品質並びに少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなるパイプライン又はチューブ又は配管又は溶接構造の鋼板及び溶接部の溶接タイプ及び熱処理状態を識別する非破壊評価方法を利用する方法が提供される。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；鋼板又は鋼パイプライン又はチューブ又は配管又は溶接構造を走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性とパイプライン又はチューブ又は配管又は溶接構造の鋼鈑又は溶接部の１つ又は複数の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。

【0018】

主題開示のシステム及び方法のこれら及び他の特徴は添付図面と併せた以下の詳細な説明から当業者により簡単に明らかになる。

【0019】

したがって、主題開示が属する技術領域の習熟者は、どのように主題開示のデバイス及び方法を不必要な実験無しに作成し使用するかを容易に理解することになる。その実施形態は、以下のいくつかの図面を参照して本明細書において詳細に述べられることになる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本開示による方法の実施形態の流れ図である。

【図2A】材料の同じ側に送信コイル及びピックアップコイルを有して示された本開示によるデバイスの実施形態の概略図である。

【図2B-D】大気、マルテンサイト及びフェライト上でそれぞれ使用された図２Ａの実施形態のパワースペクトル密度グラフである。

【図3A】材料の対向側に送信コイル及びピックアップコイルを有して示された本開示によるデバイスの実施形態の概略図である。

【図3B-D】大気、マルテンサイト及びフェライト上でそれぞれ使用された図３Ａの実施形態のパワースペクトル密度グラフである。

【図4A-B】同じ側の構成（例えば図２Ａの）を有するモデル材料の非線形磁気検出に関するシミュレーション結果を示す。

【図5A-B】強い外部磁場下のモデル材料の非線形磁気応答を試験するためのセットアップの概略実施形態を示す。

【図6A-C】様々な周波数における第２高調波ＰＳＤ試験結果を示す。

【図7A-C】鋼管上の馬蹄形磁石の軸対称シミュレーションを示す。

【図8A】非線形磁気音響検出のためのセットアップの実施形態を示す。

【図8B】非線形磁気音響検出のＰＳＤ結果を示す。

【図9】各磁気送信機の周囲の様々な位置における及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製を含む例示的配置である。

【図10】各磁気送信機の周囲の様々な位置における及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製を含む例示的配置である。

【図11A-F】溶接部内に硬質相を有する実際のパイプ（図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｄ、１１Ｅ）及び溶接部内に硬質相を有しないパイプ部（図１１Ｃ、１Ｆ）上の非線形磁気検出のデータを示す。

【図12A-C】非ヒステリシス材料とヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料との間の検出及び差異の実施形態を示す。

【図13A-E】実際のパイプライン鋼内の異常を検出するための本開示のデバイスのアプリケーションを示す。図１３Ａ及び図１３Ｂは、試料に対するデバイスの２つの構成から生成されるデータマップであり、図１３Ｃは、任意の特定位置における図１３Ａと図１３Ｂとの両方からの合成データセットを有するデータマップである。図１３Ｃでは、図１３Ａと図１３Ｂとの間の正規化第３高調波のより低い値だけを使用する。図１３Ｅは、試料写真上のビッカース硬度（VHN:Vickers Hardness number）測定結果のオーバーレイである。図１３Ｄは、図１３Ｅからのデータの抜粋である。

【図14A-C】大気、マルテンサイト及びフェライト上でそれぞれ使用されたときのパワースペクトル密度グラフである。

【図15A-B】炭素鋼板内の異常を検出するための本開示のデバイスのアプリケーションを示す。

【図16A-B】炭素鋼板内の異常を検出するための本開示のデバイスのアプリケーションを示す。

【図17A-B】熱間圧延鋼板を形成する熱機械制御処理（TMCP:Thermo-Mechanical Controlled Processing）方法を示し、開示された磁気検出方法及びシステムは、ＴＭＣＰプロセスの加速冷却工程後にＴＭＣＰ板表面を走査することができる検査デバイス内に取り込まれる。

【図18A】パイプの内径（ＩＤ）を検査又は走査することができるパイプライン検査ゲージ（PIG:pipeline inspection gauge）上の１つ又は複数の検査デバイス内に取り込まれる開示された磁気検出方法及びシステムを示す。

【図18B】パイプライン検査中に望ましくない相の量を判断し、次にラインパイプの適切な行動方針（例えば、焼き戻し又はアニーリングなどの好適な処理により交換又は改善する）を判断することに関与する工程のフローチャートである。

【図19A】ＩＤを検査／走査することができる手動（例えば繋留又は牽引式システム）又は自動（例えばロボットクローラ）検査ツール（より具体的には周溶接部のルートを走査するためのＩＤ検査ツール）上の又はパイプの外径（ＯＤ）の検査のための手動又は自動システム上の１つ又は複数の検査デバイス内に取り込まれる開示された磁気検出方法及びシステムを示す。

【図19B】望ましくない相の量を判断することに関与する工程のフローチャートであり、望ましくない相の量が閾値を超える場合、周溶接部は、除去／切り出され新しい周溶接部と交換される、又は次の周溶接へ進む前に次の溶接パス（例えば、ＩＤにおけるルートパス又はルート及びホットパス後の）又はポスト溶接熱処理（例えば焼き戻し又は焼きならし）のための焼き戻しビーディング技術を適用するなどによる好適な処理により改善される。

【図20A】炭素鋼材を含む様々な金属を検査／走査することができる携帯型検査デバイス内へ取り込まれる開示された磁気検出方法及びシステムを示す。

【図20B】望ましくない相の量を判断することに関与する工程のフローチャートであり、望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合、当該位置における鋼材は交換される又は焼き戻しなどの好適な処理により改善される。

【図21A】水素化処理及び水酸化処理プロセスの容器、パイプ及び関連精製部品を検査／走査することができる携帯型検査デバイス内へ取り込まれる開示された磁気検出方法及びシステムを示す。

【図21B】望ましくない相の量を判断することに関与する工程のフローチャートであり、望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合、当該位置における鋼材は交換される又は焼き戻しなどの好適な処理により改善される。

【図22A】周溶接部を検査／走査することができるバグデバイス（bug device）内へ取り込まれたる開示された磁気検出方法及びシステムを示す。

【図22B】望ましくない相の量を判断することに関与する工程のフローチャートであり、望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合、当該位置における鋼材は交換される又は焼き戻しなどの好適な処理により改善される。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本明細書の詳細な説明及び特許請求の範囲内のすべての数値は、「約」又は「ほぼ」指示値により修飾され、当業者により予想されるであろう実験誤差及び変動を考慮する。本発明は、少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる試料の非線形磁気応答を検出する方法及び装置を使用する非破壊材料検査システムを使用する方法に関する。磁性材料の線形応答関数は次式により与えられる。
Ｂ（ｘ）＝μ_０（Ｈ（ｘ）＋Ｍ（ｘ））＝Ｆ（Ｈ（ｘ））
ここで、Ｈ（ｘ）は、空中の位置（ｘ）と共に変化し得る印加された磁場強度（アンペア／メートルの単位）であり、Ｍ（ｘ）は材料の当初磁化状態だけでなく位置（ｘ）にも依存する磁化（アンペア／メートルの単位）であり、μ_０は透磁率定数（ヘンリー／メートルの単位）であり、Ｂ（ｘ）は空中の位置（ｘ）と共に変化し得る磁束密度（テスラの単位）であり、Ｆ（Ｈ（ｘ））はＨ（ｘ）に線型に依存する関数である。以降、Ｂ（ｘ）、Ｈ（ｘ）、Ｍ（ｘ）、Ｆ（Ｈ（ｘ））はそれぞれＢ、Ｈ、Ｍ、Ｆ（Ｈ）と呼ばれる及び／又は対応パラメータが時間と共に変化すればＢ（ｔ）、Ｈ（ｔ）、Ｍ（ｔ）、Ｆ（Ｈ（ｔ））と呼ばれる。この線形従属性は静磁場において見られるタイプの応答である。漏洩磁束（ＭＦＬ）及び電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）ツールなどの現在の検査ツールは、Ｈに主として線型に依存する関数に応答するように構成される。強磁性材料に関しこの依存性は複雑となり得るということに注意すべきである。印加磁場が時変である場合、線形演算子はもはや印加磁場と磁化との間の関係を記述しない。印加時変磁場Ｈ（ｔ）による強磁性材料中の磁束密度Ｂ（ｔ）は、一連の非線形関数の時間積分と共に線形演算子により近似され得る：

【数1】

【0022】

関数Ｆ_２は二次非線形応答を生じ、関数Ｆ_３は三次非線形応答を生じ、関数Ｆ_ｎはｎ次非線形応答を生じる。時間積分：

【数2】

は、磁束密度Ｂ（ｔ）が関数Ｆ_ｎ（Ｈ^ｎ（ｔ））の履歴に依存するということを表す。

【0023】

本発明は、材料状態を特徴付けるとともに材料内の不均質性を特徴付けるより良いやり方を提供するためにこれらの非線形応答を利用する。材料内の材料状態及び不均質性の例は、限定しないが以下のものを含む：溶接部の硬度、パイプ又は類似構造を製造するために使用される材料又はパイプ又は類似構造内に使用される材料の硬度、パイプ又は類似構造を製造するために使用される材料又はパイプ又は類似構造内に使用される材料のグレード、溶接のタイプ、材料の硬度、材料内の材料相の存在（例えば炭素鋼内のマルテンサイト又はベイナイト、ヒステリシス強磁性材料中の非ヒステリシス材料相、及び非ヒステリシス材料内のヒステリシス磁性材料相などの硬質鋼相の存在）、材料内のハードスポットの存在、材料内の金属損失又は亀裂の存在（例えば応力腐食亀裂）、材料内の欠陥の存在、及びそれらの組み合わせ。印加磁場Ｈ（ｔ）が正弦波であり、周波数ωと共に正弦波的に変化すれば、二次応答は２ωとして変化し、三次応答は３ωとして変化し、ｎ次応答はｎωとして変化する。印加磁場が任意時間依存性を有すれば、非線形応答は、磁化及び磁束密度（式１中のＢ（ｔ））から発生し得る信号の時間依存性の解析から抽出され得る。いくつかのケースでは、これは、磁化及び磁束密度（式１中のＢ（ｔ））に起因する信号の時間依存性のフーリエ解析により行われ得る。いくつかの例では、非線形応答は、磁化及び磁束密度（式１中のＢ（ｔ））に起因する信号の時間依存性から直接特徴付けられ得る。

【0024】

添付図面が次に参照され、ここで同様な参照符号は主題開示の同様な構造的特徴部又は態様を識別する。制限ではなく説明及び例示の目的のために、本開示による方法の実施形態の例示的図が図１に示され、本方法は参照符号１００により概して指定される。本開示の他の実施形態及び／又は態様は図２Ａ〜図２２Ｂに示される。本明細書において説明されるシステム及び方法は材料の材料状態（例えば、金属パイプライン中の材料相及び／又は欠陥）を判断するために使用され得る。

【0025】

以下では、ヒステリシス強磁性材料中の非線形磁気応答の一般的理解が提供される。以下に説明される実施形態は、研究される試料の材料状態及び不均質性を検出するための高速、簡単、且つ一般的やり方を提供する。本明細書において説明されるいくつかの実施形態は内蔵強磁性コアを必要としなく、したがって、精密な背景信号を提供するために大気環境中で較正され得る。本方法はまた、大気以外の環境における較正を可能にする（例えば油中に浸された試料）。

【0026】

印加時変磁場内の磁束密度（式１中のＢ（ｔ））の非線形応答は検出され得る多くの応答を生じる。これらの応答は印加時変磁場から生成される磁束密度の時間依存性に追随し、非線形応答は磁化及び磁束密度（式１中のＢ（ｔ））のヒステリシスの応答に起因する。理論的と実験的との両方で、対称ヒステリシス応答は奇数高調波を生じる一方で非対称ヒステリシス応答は偶数高調波を生じるということが示される。対称ヒステリシス応答は通常、限定しないが強磁性材料に結び付き、非対称ヒステリシス応答は通常、限定しないがヒステリシス材料内の残留磁化状態に結び付く。いくつかの実施形態がまた、ヒステリシス材料の磁化状態を検出するために適用され得る。本発明の一実施形態は、磁気送信機からの時変磁場による試料の調査と、試料の近傍にある磁気センサによる磁束密度（式１中のＢ（ｔ））の検出とを含む。この実施形態の変形は、磁化にバイアスをかける直流磁場の取り込みを含む。別の変形形態は残留磁化による試料の測定を含む。さらに別の変形形態は消磁された試料の測定を含む。異なる実施形態は、磁気送信機からの時変磁場による試料の調査と、磁束密度（式１中のＢ（ｔ））及び非線形磁気音響応答（例えばＥＭＡＴと同様な）の検出とを含むが、音響信号の非線形スペクトルを考慮する。この実施形態の変形は磁化にバイアスをかける直流磁場の取り込みを含む。別の変形形態は残留磁化による試料の測定を含む。さらに別の変形形態は消磁された試料の測定を含む。

【0027】

非線形磁気応答の一般的原理は、時変磁場Ｈ（ｔ）を試料へ印加することと応答を検出することとに依存する。この原理は、時変磁場が空間的可変励磁磁場：

【数3】

及び角周波数ω＝２πｆによる交流磁気変調：

【数4】

であるケースから示されることになる。このような交流変調は時変電流：

【数5】

により実現され得る（アンペールの法則：

【数6】

を考慮し、第２項：

【数7】

は我々の周波数範囲：

【数8】

では無視可能である）。直流励磁磁場：

【数9】

もまた、直流電流又は永久磁石により印加され得、源：

【数10】

により生成される全磁場に至る。炭素鋼などの強磁性材料及び鋼内の他のフェライト相に関して、場ＢとＨとを結び付ける比透磁率μ_ｒはヒステリシス非線形演算子である。したがって、一次磁場：

【数11】

は、強磁性材料内部では非線形であろう、そして一次磁場はテイラー級数：

【数12】

として記述され得る。

【0028】

ファラデーの法則：

【数13】

により、鋼内に誘起された電界：

【数14】

及びその結果の渦電流：

【数15】

は、両方とも鋼の伝導率σが通常はスカラー線形演算子であるので非線形である。渦電流は、表皮厚さ：

【数16】

を有する導電材料の表面の周囲にだけ分散され、アンペールの法則∇×Ｈ_２＝Ｊ_ｅｄｄｙ＝σＥ_２から、二次磁場：

【数17】

を生成する。この結果、二次励磁磁場：

【数18】

は、一次磁場：

【数19】

と同様な非線形情報を含むであろう。

【0029】

様々な強磁性材料が様々なヒステリシス曲線及び磁気応答を有し、同じ磁気変調下で様々な非線形高調波係数：

【数20】

を生じるであろう。高調波係数の差は以下の２つの方法により測定され得る：

【0030】

１．非線形磁気検出：全励磁磁場は非線形であり、大気内の点Ａにおいて磁気センサにより測定され得る：

【数21】

。

【0031】

２．非線形磁気音響検出。大きな一定直流磁場：

【数22】

により、強いローレンツ体力：

【数23】

が発生し、時変機械的波を発射する。このような磁気音響応答もまた非線形である。

【0032】

最後に考慮するのは、正弦波変調：

【数24】

下の様々な非線形高調波の生成であり、この場合、すべての非線形効果は

【数25】

から生じる。局所ヒステリシスＢ−Ｈループがヒステリシス材料の内部で対称的な場合、

【数26】

は２分の１周期後にその方向を反転する：

【数27】

。これは通常、ほぼ零磁化において発生する。式１からのテイラー展開により、対称制約は

【数28】

及び

【数29】

を示唆する。したがって、ｎの偶数に関して、高調波係数：

【数30】

。換言すれば、対称Ｂ−Ｈ曲線は、偶数高調波の生成を禁止し、奇数高調波だけを許す。対照的に、Ｂ−Ｈループが非対称であれば、

【数31】

、展開された状態のすべてのテイラー係数：

【数32】

が存在する可能性がある。換言すれば、非対称Ｂ−Ｈ曲線は奇数高調波と偶数高調波との両方を許容する。

【0033】

次に図１を参照すると、少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる試料の１つ又は複数の材料状態を判断するための方法１００は、時変磁場を印加することによりヒステリシス強磁性材料を調査する工程（例えばブロック１０１における）を含み得る。任意選択的に、ブロック１０１では追加の直流磁場が印加され得る。任意選択的に、消磁磁場（degaussing magnetic fields）がブロック１０１において印加され得る。任意選択的に、ブロック１０１における試料は残留磁化を有し得る。直流磁場は時間と共に変化しない磁場であり、消磁磁場は材料の残留磁化を消去するために使用される時変磁場である。時変磁気応答又は音響応答がブロック１０３において検出される。方法１００はまた、受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程（例えばブロック１０５における）と、受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性と材料の１つ又は複数の材料状態とを相関付ける工程（例えばブロック１０７における）とを含み得る。

【0034】

入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程は、限定しないが、時変磁場を生成する少なくとも１つの磁気送信機を利用する工程と、磁気送信機を調査対象試料の近傍位置に置く工程とを含み得る。例えば、磁気送信機の例示的近接性（又は近傍位置）は調査対象試料の表面まで１ｃｍであり、磁気送信機のより好適な近傍位置は調査対象試料の表面まで０．２ｃｍ以下であり、磁気送信機のさらにより好適な近傍位置は調査対象試料の表面上に直接接触している。

【0035】

時変磁場は、限定しないが正弦波、方形波、三角波、並びに対称及び非対称パルスの組み合わせを含み得る。いくつかの実施形態では、好ましい時変磁場は、０．０１ミリテスラ〜１テスラの範囲のピーク振幅と１Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲の周波数とを有する正弦波を含み得る。より好適な時変磁場は０．１ミリテスラ〜１０ミリテスラのピーク振幅と１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲の周波数とを有する正弦波を含み得る。４１４０炭素鋼材と、Ｘ６０及び／又はＸ６５炭素鋼などの熱機械制御処理（ＴＭＣＰ）により作られた他の炭素鋼材とを検査するために、好ましい時変磁場は０．０１ミリテスラ〜１テスラの範囲のピーク振幅と１Ｈｚ〜１ＭＨｚの範囲の周波数とを有する正弦波を含み得、より好適な時変磁場は０．１ミリテスラ〜１０ミリテスラのピーク振幅と１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの範囲の周波数とを有する正弦波を含み得る。さらに好適な時変磁場は０．１ミリテスラ〜１０ミリテスラのピーク振幅と８ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の周波数とを有する正弦波を含み得る。さらに好適な時変磁場は０．５ミリテスラ〜５ミリテスラのピーク振幅と８ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの範囲の周波数とを有する正弦波を含み得る。

【0036】

他の非破壊検査ツールにおける慣習と同様に、当業者は非線形磁気応答及び／又は第３高調波の大きさを周波数範囲、振幅範囲及び材料相に対し較正することにより時変磁場を最適化し得る。

【0037】

磁気送信機は、限定しないが、送信コイルなどの時変磁場を生成するデバイス、ネオジム磁石、セラミック磁石、電磁石又は超伝導磁石などの並進／回転永久磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、好ましい磁気送信機は、２ｍｍ〜１０ｃｍの外径、１〜１００，０００の巻数及び０．００１ｍＨ〜１０００ｍＨのインダクタンスを有する送信コイルを含み得る。いくつかの実施形態では、より好適な磁気送信機は、５ｍｍ〜５ｃｍの外径、１０〜１０００の巻数及び０．０１ｍＨ〜１００ｍＨのインダクタンスを有する送信コイルを含み得る。いくつかの実施形態では、より好適な磁気送信機は、１インチ（２５．４ｍｍ）の外径、１００の巻数及びＬ≒０．２５ｍＨのインダクタンスを有する送信コイルを含み得る。いくつかの実施形態では、より小さな径の磁気送信機が、より高い横方向空間分解能を有する検査結果を生成するために使用され得る。いくつかの実施形態では、さらに好ましい磁気送信機が、検査結果の横方向空間分解能を改善するために１インチ未満の径を有する１つ又は複数のコイルを含み得る。

【0038】

磁気応答又は音響応答を検出する工程は、限定しないが、磁気応答又は音響応答をそれぞれ受信するとともに磁気応答又は音響応答を磁気応答信号又は音響応答信号に変換するように構成された少なくとも１つの磁気センサ又は音響センサを利用する工程を含み得る。好適には、磁気センサは磁気送信機近傍の領域内に位置する。一実施形態では、磁気センサと磁気送信機との間の距離は、５０メートル未満、好適には１０メートル未満、好適には１メートル未満、好適には１０センチメートル未満、好適には１センチメートル未満、好適には１ミリメートル未満であり、さらに好適には互いに直接接触する。

【0039】

磁気応答は、限定しないが、入力時変磁場及び任意の追加磁場（additional magnetic fields）の結果として調査対象材料により生成される空間的可変磁場を含み得る。磁気センサは、限定しないが、少なくとも１つの点からの磁気応答又は感知領域にわたって平均化された磁気応答を受信するとともに磁気応答をコンピュータ又は観察者により解釈され得るディジタル又はアナログ信号に変換するデバイス（ピックアップコイル、ホールセンサ、フラックスゲート磁力計、セシウム原子磁力計又は超伝導ＳＱＵＩＤ磁力計など）を含み得る。いくつかの実施形態では、好ましい磁気センサは２ｍｍ〜１０ｃｍの外径、１〜１００，０００の巻数及び０．００１ｍＨ〜１０００ｍＨのインダクタンスを有する探査コイルを含み得る。いくつかの実施形態では、より好適な磁気送信機は５ｍｍ〜５ｃｍの外径、１０〜１０００の巻数及び０．０１ｍＨ〜１００ｍＨのインダクタンスを有する送信コイルを含み得る。いくつかの実施形態では、さらに好ましい磁気センサは１インチの外径、１００の巻数及びＬ≒０．２５ｍＨのインダクタンスを有する探査コイルを含み得る。いくつかの実施形態では、より小さな径の磁気センサが、より高い横方向空間分解能を有する検査結果を生成するために使用され得る。いくつかの実施形態では、より好適な磁気センサは検査結果の横方向空間分解能を改善するために１インチ未満の径を有する１つ又は複数のコイルを含み得る。一実施形態では、磁気センサが、二次非線形効果に起因する信号を少なくとも記録するために十分に速く応答し得るように選択され、より好適な実施形態では、磁気センサは三次非線形効果に起因する信号を少なくとも記録するために十分に速く応答し得るように選択され、さらに好ましい実施形態では、磁気センサは５次非線形効果に起因する信号を少なくとも記録するために十分に速く応答し得るように選択される。

【0040】

音響応答は、限定しないが、入力時変磁場及び任意の追加磁場の結果として調査対象材料により生成される機械的運動を含み得る。音響センサは、限定しないが、少なくとも１つの点からの音響応答又は感知領域にわたって平均化された音響応答を受信するとともに音響応答を圧電音響トランスデューサ、マイクロホン、地震計又はジオフォンなどのコンピュータ又は観察者により解釈され得るディジタル又はアナログ信号に変換するデバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、好ましい音響センサは、１．２ｃｍの径及び５００ｋＨｚの共振周波数を有するセラミック圧電音響トランスデューサを含み得る。一実施形態では、音響センサは二次非線形効果に起因する信号を少なくとも記録するために十分に速く応答し得るように選択され、より好適な実施形態では、音響センサは三次非線形効果に起因する信号を少なくとも記録するために十分に速く応答し得るように選択され、さらに好ましい実施形態では、音響センサは５次非線形効果に起因する信号を少なくとも記録するために十分に速く応答し得るように選択される。

【0041】

時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データを生成するために、受信された磁気応答又は音響応答のパワースペクトル密度解析などの周波数領域解析を行う工程を含み得る。いくつかの実施形態では、時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データの１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程を含み得る。

【0042】

１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの１つ又は複数の高調波係数を判断する工程を含み得る。例えば、１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含み得る。

【0043】

いくつかの実施形態では、奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第３及び／又は第５高調波を判断する工程を含み得る。時間依存非線形特性を相関付ける工程は、第３及び／又は第５高調波と調査対象試料の１つ又は複数の材料状態とを比較し相関付ける工程を含み得る。いくつかの実施形態では、正規化後に１０^−６以上の範囲のスペクトル密度データの大きな第３高調波は、限定しないが調査対象試料内のフェライト又はパーライト炭素鋼相の存在を含む材料状態と相関があり、正規化後に１０^−８〜１０^−６の範囲のスペクトル密度データの小さな第３高調波は、限定しないがマルテンサイト又はラスベイナイト炭素鋼相などの硬質鋼相の存在又は調査対象試料内の空隙などの非ヒステリシス材料の存在を含む材料状態と相関がある。

【0044】

調査対象試料は、限定しないが、１つ又は複数の材料状態を有する少なくとも１つの材料相からなる試験材料を含み得る。材料内の材料状態及び不均質性の例は、限定しないが以下のものを含む：溶接部の硬度、パイプ又は類似構造を製造するために使用される材料又はパイプ又は類似構造内に使用される材料の硬度、パイプ又は類似構造を製造するために使用される材料又はパイプ又は類似構造内に使用される材料のグレード、溶接のタイプ、材料の硬度、材料内の材料相の存在、材料内のハードスポットの存在、材料内の金属損失又は亀裂の存在、材料内の欠陥の存在、及びそれらの組み合わせ。例えば、１つ又は複数の材料状態は、ヒステリシス強磁性材料又は非ヒステリシス材料のうちの少なくとも１つの材料相を含み得る。いくつかの実施形態では、ヒステリシス強磁性材料は、限定しないが、鋼、ニッケル、コバルト、及びそれらの合金（多様な炭素鋼などの）のうちのいくつかを含み得る。非ヒステリシス材料は、限定しないが大気、アルミニウム、オーステナイトステンレス鋼、二相ステンレス鋼及び高マンガン鋼を含み得る。材料相は、限定しないが、様々な化学成分及び／又は結晶配位を有するオーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ベイナイト、ラスベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトのうちのうちの少なくとも１つを含み得る。試料の非均質性は、限定しないが、２つ以上の材料相からなる試験材料を含み得る。非均質性の非限定的例はハードスポット及び／又は亀裂／欠陥（例えば鋼管内の）である。

【0045】

本開示の少なくとも１つの態様によると、非一時的コンピュータ可読媒体は、本明細書に記載の任意の好適な方法及び／又はその任意の好適な部分を行うための命令を含み得る。例えば、本方法は、時変磁場を生成し、ピックアップコイルからの磁気応答又は音響応答信号を長期にわたって検出する工程と、受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と、受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性と材料の１つ又は複数の材料状態とを相関付ける工程とを含み得る。本明細書に記載の方法の任意の実施形態の任意の他の好適な部分が追加的に又は代替的に含まれ得る。

【0046】

図２Ａを加えて参照すると、本開示の少なくとも１つの態様によると、ヒステリシス強磁性材料（例えばヒステリシス強磁性材料を含む試料２２１）の１つ又は複数の材料状態を検出するためのデバイス２００は、調査磁場を出力するように構成された送信コイル２０１と、磁気応答又は音響応答をそれぞれ受信し、磁気応答又は音響応答を磁気信号又は音響応答信号へ変換するように構成されたピックアップコイル２０３又は音響トランスデューサ（例えば以下にさらに詳細に説明されるような）とを含み得る。デバイス２００は、任意の好適な方法（例えば上に説明された）及び／又はその任意の好適な部分を実行するように構成されたプロセッサ２０５を含み得る。

【0047】

いくつかの実施形態では、デバイス２００は、ユーザに材料の１つ又は複数の状態を示すように構成された出力デバイス２０７を含み得る。システム２００は当業者により認識されることになる任意の他の好適な信号処理部品（例えば１つ又は複数のディジタイザ、電流計、信号発生器、１つ又は複数の帯域フィルタ、１つ又は複数の前置増幅器又は増幅器など）を含み得る。出力デバイス２０７は、限定しないが、適切な即時リアルタイム行為について１人又は複数のユーザに通知することを意味する指示器を含み得、ユーザは指示器を直接観測し得る。出力デバイス２０７はまた、限定しないが、ユーザと通信するためのデバイスを含み得、これもまた、適切な即時リアルタイム行為についてユーザに通知することを意味するが、ユーザは離れた場所にいてもよく、通信は有線経路を介しても無線経路を介してもよい。出力デバイス２０７はまた、後の検索及び後処理及び解析のためのデータ収集及び格納デバイスを含み得る。

【0048】

炭素鋼はパイプライン及び石油及びガス産業における主要資材である。一般的に、すべての炭素鋼は複数の材料相からなる。フェライト（炭素鋼の軟質層）は炭素鋼内の主要材料相である。マルテンサイト又はラスベイナイトなどの硬質相は、高温（例えば９００℃）から室温まで急速に焼き入れされると鋼内に形成される可能性があり、これは製鋼所板製造中又は電気抵抗シーム溶接プロセス中に発生する可能性がある。マルテンサイト又はラスベイナイトの相などの硬質鋼相の存在は、軟質フェライト相と比較して破損及び亀裂を被りやすいので特に不安定になり得る。この結果、フェライト及びマルテンサイトからなる炭素鋼試料が本明細書において試験されるが、パイプラインへの適用はこのようなデバイスが使用され得る良い例であるからである。任意の他の好適な材料及びアプリケーションが本明細書では企図される。

【0049】

示された実施形態では、電圧又は電流信号（例えば周波数ｆの正弦波）が信号発生器２０９を介し生成され得る。電流がその中を通ることにより、送信コイル２０１は変調磁場を生成する磁気送信機として使用される。以下のデータを生成するために使用される送信コイル２０１は、約１インチの外径、１００の巻線、及びＬ≒０．２５ｍＨの１インダクタンスを含む。送信コイルの電気インピーダンスはＺ_ｃｏｉｌ＝Ｒ_{ｉｎｔｅｒｎａｌ}＋ｉωＬである。通常、コイルの内部抵抗Ｒ_{ｉｎｔｅｒｎａｌ}は比較的小さい（我々が試験したコイルでは＜１Ω）が一方、虚数誘導性項は周波数に比例して増加する。任意の好適な特性を有する任意の他の好適なコイルが使用され得る。

【0050】

インダクタのインピーダンス効果を最小化し出力電流を最大化するために、キャパシタＣ２１１が全インピーダンスを

【数33】

へ変更するために使用される一方で虚数項は

【数34】

又は

【数35】

の場合に相殺され得る。１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数は以下のデータを生成する際に使用された。同送信コイル２０１に関して

【数36】

を保証するために、様々なキャパシタンスが様々な周波数において使用され得る。送信コイル２０１を通る電流は電流計２１３により測定され、第１のディジタイザ２１５により記録され得る。

【0051】

近傍の材料からの磁気応答を検出するため、ピックアップコイル２０３などの磁気センサが時変磁気信号を測定するために使用され得る。ピックアップコイル２０３を介し生成される電圧は、

【数37】

であり、これはピックアップコイル２０３の巻数Ｎ、局所磁場の時間微分：

【数38】

及びループの断面積Ａに関係する。この電圧は例えば第２のディジタイザ２１７を介し測定され得る。任意選択的前置増幅器及び／又は帯域フィルタ２１９が、必要に応じ例えば弱い信号を増強する又は測定信号中の特定周波数成分を検出するために、ピックアップコイル２０３と第２のディジタイザ２１７との間で利用され得る。両方のディジタイザから送信電流及びピックアップ電圧の波形を受信した後、ＰＳＤ解析が、試験材料の非線形係数及び／又はピーク値を抽出するためにプロセッサ２０５によりリアルタイムで行われ得る。

【0052】

送信コイル２０１、ピックアップコイル２０３及び調査対象材料は任意の好適な構成で配置され得る。２つの具体例が図２Ａ、３Ａに示される。図２Ａでは、送信コイル２０１及びピックアップコイル２０３は調査対象材料（例えば強磁性板）の同じ側に置かれる。この構成は非破壊パイプライン検査のための従来のＰＩＧへ容易に適用される可能性がある。図３Ａでは、代替構成が、調査対象材料の両側に置かれた送信コイル２０１とピックアップコイル２０３とにより示される。

【0053】

したがって、図２Ａに示すように、システム２００は調査対象材料の片側での使用のために構成され得る。上に提示されたように、いくつかの実施形態では、判断されるべき材料の１つ又は複数の状態は例えば材料相を含み得る。試料２２１の代りの大気（基準として）の、マルテンサイト（第１の相として）の、及びフェライト（第２の相として）の材料相を判断するための例示的結果が以下の表１及び図２Ｂ〜２Ｄに示される。

【0054】

対照実験として、デバイス２００は、２分の１メートル内に導電／磁性材料の無い大気中で１０ｋＨｚの周波数において試験された。送信電流及びピックアップ電圧のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が実線及び破線曲線として示される。高次高調波（第２、第３、第４及び第５）のピークは、１０ｋＨｚの主周波数より少なくとも７桁の大きさだけ低い。高調波のこれらの小さな値は、電子的処理及びシステム雑音に起因しており、材料試験のための基準として較正されるべきである。

【0055】

【表1】

【0056】

図３Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、システム２００は調査対象材料の両側での使用のために構成され得る。大気（基準として）の、マルテンサイト（第１の相として）の、及びフェライト（第２の相として）の材料相を判断するための例示的結果が以下の表２及び図３Ｂ〜３Ｄに示される。

【0057】

【表2】

【0058】

両方の例に見られるように、奇数高調波は、様々な材料タイプ間の強度差の程度を示し、例えば様々な材料の区別を可能にする。非線形応答は、マルテンサイト又はフェライト（例えば、３８．１ｍｍの（Ｌ）×２５．４ｍｍ（Ｗ）×４．７ｍｍ（Ｈ））のクーポン（試料２２１）がコイルの端に置かれると劇的に変化する。偶数高調波は著しい変化を受けないが一方、奇数高調波のピークは劇的に増加し、最も著しい増加は３０ｋＨｚ及び５０ｋＨｚにおける第３及び第５高調波から来る（例えば図２Ｃと図２Ｄ）。特に、第３高調波のピークは、マルテンサイトクーポン（図２Ｃ）では１桁超増加し、フェライトクーポンでは３桁超増加する（図２Ｄ）。示されたデータでは、主高調波ピークが標準較正として使用され、すべての高次高調波係数は主高調波ピークに対し正規化された。

【0059】

再び、最も際立った痕跡は第３及び第５高調波であるということが分かった。同じ現象は、同じ側構成（例えば図２Ａ）又は両側構成（例えば図３Ａ）のいずれでも観測される。両方の構成において、大気（約１×１０^−８）、マルテンサイト（約１×１０^−７〜５×１０^−７）及びフェライト（約１×１０^−５〜５×１^−５）にわたる第３高調波の著しいコントラストが、例えばパイプライン鋼中のハードスポットを構成するマルテンサイト相などの硬質相を検出するために直接利用され得る独特な非線形磁痕跡を与える。

【0060】

原理的に、送信コイルの自己インダクタンスは近傍の強磁性材料により変更され、この変化は当然、ヒステリシス応答に起因して非線形のはずである。我々は、大気、マルテンサイト及びフェライト試料全体にわたり送信電流のＰＳＤの比較的小さい増加（図２Ｂ〜３Ｄの実線曲線）を観測した。単一送信コイルからの電圧及び電流を解析するだけで強磁性材料同士を区別することが可能であるが、様々な材料の痕跡は、ピックアップコイルからの測定された応答と比較してそれほど区別可能ではない。この点に関し、送信コイルと二次コイルはいくつかの実施形態では同一コイルであり得る。

【0061】

表３を参照すると、いくつかの実施形態では、システム２００は調査対象材料の片側における使用のために構成され得、送信及びピックアップコイルは調査対象試料の表面までの制限距離を有する好適な近傍位置に置かれ得る。調査対象試料と２つのコイルとの間の距離及び／又は間隔はリフトオフ距離と呼ばれる。表１及び図２Ｃ〜２Ｄは２つのコイルが調査対象試料の表面と直接接触している場合の独特な非線形磁気痕跡を実証したが、表３は、０．８ｍｍ又は２．０ｍｍのリフトオフ距離がある場合ですら同様な独特な非線形磁気痕跡が観測されるということを示す。フェライト又はマルテンサイトのいずれかに関し、正規化された第３高調波はリフトオフ距離の量の増加と共に若干低下するが、フェライトの場合の全般的な第３高調波のピークは０、０．８ｍｍ又は２．０ｍｍのリフトオフ距離にかかわらずマルテンサイトのケースと比較して約２桁だけ大きい。第３高調波、マルテンサイト（約１×１０^−７〜５×１０^−７）及びフェライト（約１×１０^−５〜５×１０^−５）のこの強く且つ著しいコントラストは、印加中に一定又は時変リフトオフ距離が存在する場合ですらマルテンサイト相などの特殊材料相を検出するために直接利用され得る独特な非線形磁気痕跡を提供する。

【0062】

【表3】

【0063】

図４Ａ及び４Ｂを参照すると、コンピュータシミュレーションが、磁気ヒステリシス応答を取り込むとともにフェライト相及びマルテンサイト相の実験的に観測された第３高調波を理解するために行われた。ここで使用されたヒステリシスモデルは元々Ｊｉｌｅｓ及びＡｔｈｅｒｔｏｎにより開発されており、Ｊ−Ａモデルとして知られる。特殊材料のヒステリシス応答を記述するためにＪ−Ａモデルには５つのパラメータが存在し、シミュレーションにおいて、文献ではこれらの５つのパラメータはＪ−Ａヒステリシス曲線と実験的測定結果とを最良に整合させることにより得られる。フェライト相及びマルテンサイト相に関して、２つの異なる組のパラメータが得られ、完全なヒステリシス曲線（フェライト相に関しては実線曲線、及びマルテンサイト相に関しては破線曲線）が図４Ａに示される。次に、COMSOL multiphysicsコンピュータソフトウェアパッケージが、図２Ａ〜３Ｄと同じ実験条件及びパラメータ下で磁気応答をシミュレートするために使用される。

【0064】

シミュレーションは、非線形ヒステリシス透磁率を考慮するために５つのＪ−Ａパラメータを有する完全マクスウェル方程式ソルバーを取り込む。シミュレーションが零残留磁化で開始すると、結果（図４Ｂ）は、フェライトとマルテンサイトとの両方のケースだけにおける奇数高調波の存在を示し、これは対称Ｂ−Ｈ曲線の理論的説明と整合する。さらに、シミュレーション結果では、フェライトの第３及び第５高調波はマルテンサイトのものより約１．５桁（約４０倍）大きく、これもまた上記実験的観察に一致する。信頼できるシミュレーションツールにより、高調波の生成とヒステリシス曲線との間の定量的リンケージが解明され、加えて、特別なアプリケーションにおける硬質相の検出を最適化するために特別な振幅及び周波数の交流磁気変調を設計することが可能である。

【0065】

図４Ａはフェライト（実線）及びマルテンサイト（点線）の完全なヒステリシス曲線を示す。文献では５つのＪ−Ａパラメータはヒステリシス曲線と実験的測定結果とを整合させることにより得られる。図４Ｂは、図２Ａの構成のマルテンサイト（点線）及びフェライト（実線）の非線形磁気検出のシミュレーションパワースペクトル密度（ＰＳＤ）結果を示す。見て分かるように、奇数高調波だけが対称磁化のおかげで現われる。第３及び第５高調波に関し、観測されたフェライトとマルテンサイトとの間の約１．５桁の強度差は上記実験的観察と整合する。

【0066】

次の例では、追加実験的試験が、測定された非線形痕跡をより良く理解するために行われる。強磁性材料のヒステリシスループは非常に非線形であり且つ履歴依存であるので、我々は、これらの材料の非線形磁気応答がそれらの磁化状態に依存するということを予測するであろう。したがって、非線形磁気応答の測定結果は原理的に試験材料の磁化状態の指標であり、磁気異常の検出において追加情報を提供する可能性がある。

【0067】

理論的説明に基づき、局所的対称ヒステリシスループは奇数高調波だけを生じ、これは次の２つのシナリオにおいて発生するであろう：１）材料はその飽和磁化と比較して小さな残留磁化を有し、これは図２Ａ〜３Ｄのケースに当てはまる、又は２）材料は小さな交流磁気変調に対し垂直な方向に外部から磁化される。

【0068】

後者のシナリオは図５Ａにおいて試験される。同じクーポン２２１（フェライト又はマルテンサイト、３８．１ｍｍ（Ｌ）×２５．４ｍｍ（Ｗ）×４．７ｍｍ（Ｈ））は、クーポン２２１の両端に置かれた２つのネオジム永久磁石２２３ａ、２２３ｂによりその長手側縁全体にわたり磁化される。磁石のうちの一方２２３ａは上向きＮ極を有し、他方２２３ｂは反対配向にある。大きな炭素鋼板２２５が、磁束ループを完成するために下端部に取り付けられる。一束の送信コイル及びピックアップコイル２０１、２０３は１インチ×２インチの断面を有し、我々は、図５Ａと同様に、両端近傍のフリンジ磁場との干渉を回避するためにコイル束の短手側（１インチ）とクーポン２２１の長手側（１．５インチ）とをアライメントする。このシナリオでは、クーポン２２１の中心における磁化は水平方向であり、一方コイルからの小さな交流磁気変調は垂直方向である。実験結果が表４に示され、フェライトのケースとマルテンサイトのケースとの両方に関し、高調波のすべてのピークはこの垂直磁化前後に微少変化を受ける。加えて、偶数高調波は、非常に小さく、基準の大気ケース（表の第１の行）の雑音レベルと似ており、これは我々の理論的説明と整合する。

【0069】

ヒステリシスループのこの対称性は磁化の方向が交流変調の方向に対し垂直でなければ破られ得る。図５Ｂのように、コイル束を９０度だけ水平方向に回転し、その長手側（約２インチ）と鋼クーポンの長手側とをアライメントさせれば、送信コイル２０１から生成される交流磁気変調は、鋼クーポンの端においてフリンジ磁場と強く干渉し、したがって、ヒステリシスループの対称性を破り、偶数高調波を許容するであろう。同じ構成における磁化の無い鋼クーポンと比較して、表５では我々は実に、我々の理論と整合する第２高調波の増加を実験的に観測した。加えて、奇数高調波のピークは少なくとも１桁の大きさだけ低減される。

【0070】

図５Ａ及び５Ｂは、強い外部磁場下のモデル材料の非線形磁気応答を試験するためのセットアップの実施形態を示す。図５Ａの実施形態において、コイル束の短手側が鋼クーポンの長手側とアライメントすると、磁気変調は鋼クーポンの外部磁化に対し概ね垂直である。したがって、外部磁化は非線形応答を変更しなく、実験結果は以下の表４に要約される。

【0071】

【表4】

【0072】

図５Ｂの実施形態において、コイル束の長手側が鋼クーポンの長手側にアライメントすると、磁気変調は鋼中のフリンジ磁場と強く干渉し、これらはかろうじて互いに垂直である。対称性破れ（symmetry breaking）は、以下の表５に要約されるように第２高調波の上昇及び奇数高調波の驚くべき低下に至る。

【0073】

【表5】

【0074】

より顕著な対称性破れ効果を見るために、強磁性材料は強く磁化され得、外部磁化はその後除去され得る。試験は、飽和磁化の２分の１の値を越える残留磁気又は残留磁化を有する低炭素鋼の試料（モデル材料である）を使用して行われた。図６Ａ〜６Ｃでは、この炭素鋼試料に対する一連の試験が磁化前後に行われた。低炭素鋼板が強く磁化される前、奇数高調波の著しい上昇が、表１、２内の前述のデータと同様な図６Ｂに示すように検出される。次に、大きな炭素鋼板が、１．２７ｃｍ立方の０．８テスラネオジム永久磁石により特定点「Ｂ」の周囲に局所的に磁化される。永久磁石を炭素鋼板から除去した後、点「Ｂ」近くの残留磁化は炭素鋼板上の０．４テスラを越えるはずである。磁化前の炭素鋼のＰＳＤ（図６Ｂ）と比較して、磁化された領域「Ｂ」近くの非線形磁気検出は、図６Ｃにおける偶数高調波の強烈な増加を示す。奇数高調波による鋼相検出に加えて偶数高調波の検出は材料の既存残留磁化を含む（材料の磁化状態などの）追加材料情報を提供する可能性があるということが今や明らかである。

【0075】

図６Ａ〜６Ｃは、図２Ａ構成において測定された大気（図６Ａ）、低炭素鋼板（図６Ｂ）及び磁化後の低炭素鋼板（図６Ｃ）の非線形磁気検出のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）結果を示す。破線曲線と実線曲線はそれぞれピックアップ電圧のＰＳＤと送信電流のＰＳＤである。表６は、ここではすべての試料にわたるピックアップ電圧の正規化高調波係数を要約する。

【0076】

【表6】

【0077】

図６Ａ〜６Ｃにおいて、ピックアップ回路は第３高調波周囲の信号対雑音比を強化する（３０ｋＨｚに共振周波数を有するＲＬＣ帯域フィルタを使用して）ために若干修正され、その結果、大気環境における基準較正は電子雑音からより強い高調波を受ける一方で、試料間の高次高調波の比は変更されない。

【0078】

鋼の磁化の操作に加えて、試料は１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚまでの様々な周波数において試験された。１ｋＨｚ及び１０ｋＨｚにおける低炭素鋼によるいくつかの例が表７に示され、１００ｋＨｚによる例が後で図９Ｄ〜Ｆに示される。表７は、１ｋＨｚ及び１０ｋＨｚにおける大気及び炭素鋼の非線形磁気検出の正規化高調波係数を示す。

【0079】

【表7】

【0080】

導電材料の周波数依存表皮厚さ

【数39】

及び磁壁の複雑な動力学により、非線形磁気応答の周波数依存性を予測するのは難しい。しかし、我々の実験は、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの周波数帯域にわたる強磁性材料における著しい非線形磁気応答を測定することが可能であるということを実証した。この周波数依存応答は、様々な深さからの材料情報を提供するために使用され得る。

【0081】

本開示の少なくとも１つの態様によると、実施形態は、限定しないが、非線形磁気音響検出を規制するために外部磁場を使用する工程を含む。コンピュータシミュレーションがこのような実施形態の作用を実証するために行われた。対称性破れ効果は、鋼の残留磁化を探査するのに有用である可能性がある偶数高調波の生成に至るが、奇数高調波に対する影響は比較的複雑になり得る。図６Ｂ、６Ｄのような第３高調波の増強と図５Ｂのような第３高調波の低下との両方が観測された。図７Ａ〜７Ｃを参照し、これらの図は測定の一貫性を実現するとともにこのような潜在的複雑性を回避するために鋼管中の磁化を規制する方法の実施形態を限定することなく示す。本方法の実施形態は、１０^５Ａ／ｍの磁化と図７Ａの凡例内に規定された寸法とを有する馬蹄形磁石により印加される外部磁場に関与する。COMSOL multiphysicsコンピュータソフトウェアパッケージは、馬蹄形磁石が例えば０．５ｍ／ｓの速度で管壁に沿って垂直方向に移動している場合の磁場強度をシミュレートするために使用され得る。図７Ｂ及び７Ｃは空間的に変化する誘起された磁場を示す。

【0082】

図７Ａは、鋼管７０１上を移動する馬蹄形磁石７００の実施形態を示す。領域７０３及び７０５は幅３ｃｍを有する矩形である。領域７０７は４ｃｍの垂直方向長さを有する。領域７０９は２ｃｍの内径及び５ｃｍの外径を有する。パイプは１５ｃｍの半径及び８ｍｍの厚さを有し軸対称である。パイプは半径３ｍｍの円形領域７１１以外はフェライト相からなる。磁石７００は０．５ｍ／ｓの速度で垂直方向に上昇する。図７Ｂは馬蹄形磁石及び管壁内の磁束密度の垂直方向ｚ成分を示す。図７Ｃは、馬蹄形磁石及び管壁内の磁束密度の水平方向ｒ成分の実施形態を示す。

【0083】

馬蹄の脚同士間の鋼管中の磁場は、材料の小さな硬質相欠陥及びヒステリシス性質のおかげで水平方向の｜Ｂ_ｒ｜≒０．８×１０^−２Ｔのわずかな摂動を有するほぼ垂直ｚ方向にほぼ沿ったもの（｜Ｂ_ｚ｜≒−０．２〜０．４Ｔ）である。この結果、この外部磁気規制は、図７Ａの円形領域７１１近くの垂直軸に沿った鋼管中の磁化を効果的に修正及びアライメントする可能性があり、この構成に基づく小さな垂直方向交流磁気変調は、図５Ａにおいて実証されたような独特且つ認識可能な第３高調波痕跡を生じるのでパイプライン応用における好ましい実装の１つになるであろう。

【0084】

図８Ａ及び８Ｂを次に参照すると、非線形磁気検出と共に、本明細書における実施形態は同じ原理に基づく非線形磁気音響検出を含む。図８Ａは非線形磁気音響検出のためのセットアップ８００の実施形態を示す。大きな炭素鋼板８０１（６インチ×２インチ×０．５インチ）が例えば２つのネオジム永久磁石８０３ａ、８０３ｂにより磁化され得る。炭素鋼ロッド８０５（又は任意の他の好適な材料ロッド）が、磁束ループを完成するために永久磁石８０３ａ、８０３ｂの両側へ取り付けられ得る。音響トランスデューサ８０７が炭素鋼板８０１の６インチ×２インチ表面の前方中心へ取り付けら（例えば、接着され）得、電流送信コイル（不図示）が炭素鋼板の対向表面の後方中心へ取り付けられ得る。

【0085】

大きな炭素鋼板が図８Ａのように取り付けられた２つのネオジム永久磁石により磁化されると、炭素鋼板内部に強い直流磁場

【数40】

が存在する。小さな交流磁気変調が送信コイルにより印加されると、時変磁場が、強い直流磁場と相互作用する振動渦電流

【数41】

を生成し、振動するローレンツ体力

【数42】

及び機械的運動を生じる。この結合された応答は一般的には磁気音響応答と呼ばれ、機械的運動は圧電音響トランスデューサなどの音響センサを介し測定される。

【0086】

図８Ｂは非線形磁気音響検出の実験的ＰＳＤ結果を示す。破線曲線と実線曲線はそれぞれ受信された音響信号と送信電流のＰＳＤである。シミュレーションに使用されたトランスデューサは５００ｋＨｚの共振周波数を有するので、機械的運動は１０ｋＨｚ磁気変調に関しかろうじて測定可能だった。１００ｋＨｚ磁気変調がその代りに使用され、音響信号（図８Ｂ中の破線曲線）のＰＳＤ内の強い第３高調波生成が観測された。上に論述したように、より弱い第３高調波もまた、自己インダクタンスの変化のおかげで送信電流（図８Ｂ内の実線曲線）のＰＳＤ内に現われる。

【0087】

本明細書において説明される非破壊材料検査システムの実施形態又は設計は、限定しないが、磁気送信機、磁気センサ、音響センサ、及び調査対象材料の好適な近傍位置に置かれた馬蹄形磁石の複数の複製を含み得る。いくつかの実施形態では、このような実施形態は、限定しないが、１つの磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を含む。いくつかの実施形態では、好ましい配置は、各磁気送信機９０１の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機９０１と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサ９００の４つの複製を含む（図９に示す）。より好ましい配置は、各磁気送信機１００１の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機１００１と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサ１０００の８つの複製を含み得る（図１０に示す）。さらに好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす様々な大きさの磁気センサ及び／又は音響センサの最大数の複製を含み得る。いくつかの実施形態では、このような実施形態は、限定しないが、その２本の脚が調査対象材料の表面と接触する少なくとも１つの馬蹄形磁石を含む。いくつかの実施形態では、このような実施形態は、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つとを含む。いくつかの実施形態では、このような実施形態は、限定しないが、調査対象材料中の磁化を規制するために任意選択的磁石又は電磁石を含む。いくつかの実施形態では、このような実施形態は、限定しないが、直流磁場を提供するために任意選択的磁石又は電磁石を含む。

【0088】

本開示の少なくとも１つの態様によると、実施形態は、限定しないが、溶接部内に硬質相を有する実際のパイプ上での検出のために使用され得る。図１１Ａ〜１１Ｆを参照すると、実施形態は、例えば実際のパイプライン鋼内の異常を検出するために適用され得る。７０年代以前の年代物パイプラインから取られた２１ｃｍの半径と０．５ｃｍの厚さを有する約１０ｃｍ長の円筒状パイプ部が試験された。パイプの大部分はフェライト／パーライト相を有する一方で、パイプ中のシーム溶接部は、熱処理のない電気抵抗溶接により接合され、したがってベイナイト又はマルテンサイト硬質鋼相を含む。測定中、コイル束の長手側は円周方向にアライメントされる。様々な角度位置における非線形磁気応答は１０ｋＨｚ磁気変調においてパイプ部の内側と外側との両方から測定された。正規化第３高調波係数が図１１Ａ及び１１Ｂに示される。

【0089】

図１１Ａは、１０ｋＨｚ磁気変調による円筒状パイプ部周囲の正規化第３高調波係数のデータを示す。破線曲線はパイプの外側からの測定結果を表し、実線曲線はパイプの内側からの測定結果を表す。図１１Ｂは、シーム溶接部からの円周方向距離に対してプロットされた図１１Ａの同じデータを示す。図１１Ｃは、そのシーム溶接部内に硬質鋼相を有しないパイプライン材料の円弧状部全体にわたる別個の実験において測定された１０ｋＨｚ磁気変調による正規化第３高調波係数のデータを示す。破線曲線はパイプの外側からの測定結果を表し、実線曲線はパイプの内側からの測定結果を表す。

【0090】

図１１Ａでは、パイプの外側からの測定（破線曲線）は、フェライト／フェライトパーライト領域内の約１×１０^−５の変動する第３高調波と、ベイナイト又はマルテンサイト硬質鋼相を含むシーム溶接部近傍のほぼ１×１０^−７までの劇的な低下とを示す。ハードスポットの角度位置は、２９４．５度における破線曲線中の最小点として識別され、これは実際の硬質微細構造スポットの１度以内にある。

【0091】

コイルがパイプの内部に位置するいくつかの実施形態では、円柱内部の磁束線は全く異なり得、強く圧縮され得、非線形測定結果を変えさせ得る。パイプの内側からの実験的測定結果は実に、異なるパターンの第３高調波応答（図１１Ａの実線曲線）と溶接部近傍の二重極小とを示す。対称性考察から、二重極小の中間点（２９３．２度）は、実際の硬質マルテンサイトスポットの１度以内にも存在する測定された異常の位置を最も良く説明し得る。実線曲線中の四重パターンは材料の残留磁化に由来することがあり、一方、二重極小特徴と著しく低い高調波応答は完全な円筒状パイプ内部の特別なＥＭ共鳴モードから生じることがある。

【0092】

比較して、図１１Ｃでは、我々は、そのシーム溶接部内にマルテンサイト又はベイナイト相などの硬質相が無いパイプライン材料の円弧状部を試験した。パイプ部の外側及び内側からの測定結果が図１１Ｃでは破線曲線及び実線曲線としてそれぞれ示される。この切断部は円弧状であり完全な円筒形状でないので、外側及び内側からの測定結果は似ている。両方のデータは実際の溶接バリ（４９ｍｍ〜６３ｍｍ）周囲の第３高調波の低下のある程度の低下を示すが、これらの異常（係数約１×１０^−６）はマルテンサイト又はベイナイトなどの硬質相の存在（１×１０^−７に近い際立った痕跡を有する）を示すのに十分なほどには著しくない。その代りに、溶接バリの外側表面における深さ約１ｍｍの小さな亀裂が観測された。その結果、図１１Ｃ中の第３高調波の変化は溶接部周囲の空隙、亀裂又は様々な応力状態の存在を示すために使用され得る。

【0093】

これらの同じパイプ部はまた１００ｋＨｚの交流磁気変調により試験され、このデータは円筒状パイプ部の図１１Ｄ、１１Ｅと円弧状パイプ部の図１１Ｆとに示される。図１１Ｄ〜１１Ｆは、図１１Ａ〜１１Ｃと同様な測定結果を示すが、１００ｋＨｚ磁気変調により管材の外側から測定された。円筒状パイプ部に関し、溶接部の外側からの測定結果は、マルテンサイト又はベイナイト相（図１１Ｄ及び１１Ｅ）などの硬質相を含む溶接部周囲の際立った特徴を示す。相対的に、円弧状パイプ部に関し、非線形磁気応答の測定された曲線は、溶接部が小さな亀裂を有するフェライト又はフェライトパーライト相だけを含むのでむしろ平坦である。

【0094】

図１２Ａ〜１２Ｃは、非ヒステリシス材料とヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料との間の検出及び差異の実施形態を示す。図１２Ａ〜１２Ｃの試験では、システム２００は、図１２Ｂに示す調査対象材料の片側での使用のために構成され得る。上に提示されたように、いくつかの実施形態では、判断されるべき材料の１つ又は複数の状態は例えば１つ又は複数の特殊材料相を含み得る。非ヒステリシス材料とヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料との間の材料相を判断するための例示的結果が図１２Ａ〜１２Ｃに示される。

【0095】

図１２Ａにおける対照実験として、デバイス２００は、２分の１メートル内に導電／磁性材料の無い大気中で１０ｋＨｚの周波数において試験された。ここで使用される電流は、電子雑音フロアを低減するために、図２Ｂ〜２Ｄ及び図３Ｂ〜Ｄにおいて使用されるものより低い。ピックアップ電圧のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が示される。高次高調波（第２、第３及び第４など）のピークは１０ｋＨｚの主周波数より少なくとも９桁低い。これらの小さな値の高調波は電子的処理及びシステム雑音に起因しており、特殊材料試験のための基準として較正されるべきである。

【0096】

図１２Ａ〜１２Ｃからのこれらの例において見られ得るように、偶数高調波と奇数高調波は両方とも、非ヒステリシス材料（図１２Ｂ）とヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料（図１２Ｃ）との間の強度差の程度を示し、例えば様々な材料の区別を可能にする。非ヒステリシス材料の非限定的例はオーステナイトステンレス鋼、二相ステンレス鋼及び高マンガン鋼を含む。ヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料の非限定的例は、イプシロンマルテンサイト介在物を有する高マンガン鋼を含む。図１２Ａ〜１２Ｂは、非線形磁気応答はコイルの端が非ヒステリシス材料の板（例えば２００ｍｍ（Ｌ）×２００ｍｍ（Ｗ）×２０ｍｍ（Ｈ））上に置かれると劇的に変化しない、ということを示す。これは、非ヒステリシス材料が一定透磁率を有する線形磁性材料であるということと整合し、その結果、非線形磁気応答を生成しない。図１２Ａ及び１２Ｃは、非線形応答はコイルの端がヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料の板（例えば、材料重量分率において重量で５％を越える非均質性を有する２００ｍｍ（Ｌ）×２００ｍｍ（Ｗ）×２０ｍｍ（Ｈ）の大きさの）上に置かれると劇的に変化する、ということを示す。奇数高調波と偶数高調波との両方のピークが劇的に増加する。特に、図１２Ｂの非ヒステリシス材料と比較して、図１２Ｃの第３高調波のピークは、ヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料により２桁増加し、ヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料を検出するために直接利用され得る独特な非線形磁気痕跡を提供する。

【0097】

他の非破壊検査ツールにおける慣習と同様に、当業者は、非線形磁気応答及び／又は第３高調波のピーク値を、非ヒステリシス材料中のヒステリシス強磁性材料の様々な分率の非均質性に対し較正し得る。したがって、適切な較正により、本開示の方法及びシステムは２つ以上の材料相を有する試料（ヒステリシス強磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料など）の材料相分率を測定するために使用され得る。

【0098】

本開示の少なくとも１つの態様によると、実施形態は、限定しないが、実際のＴＭＣＰ鋼鈑及び／又はパイプの表面上の及び／又はバルク内の望ましくない相の検出のために使用され得る。図１３Ａ〜１３Ｅを参照すると、実施形態は、例えば実際のパイプライン鋼内の異常を検出するために適用され得る。湾曲パイプ部は、ＴＭＣＰパイプ（２８インチ内径（ＩＤ）及び約３／４インチ厚）から切断され、パイプ部の約４インチ×４インチ領域が試験された。パイプの大部分はフェライト／パーライト及び／又は軟質粒状ベイナイトを有し、一方、ＩＤ面の一部分は、製鋼所においてＴＭＣＰ製造プロセス中に自然に形成されたラスベイナイト又はマルテンサイト硬質鋼相を含む。

【0099】

磁気センサ／音響センサ１３００及び磁気送信機１３０１を含むコイル束の長手側が図１３Ａに示すように水平方向（またパイプの円周方向）にアライメントされた場合の正規化第３高調波のデータマップが図１３Ａに示される。同じコイル束の長手側が図１３Ｂに示すように垂直方向（またパイプの縦方向）にアライメントされた場合の正規化第３高調波のデータマップが図１３Ｂに示される。図１３Ｃは、図１３Ａと図１３Ｂとの両方からの及び任意の特定位置における合成データセットを有するデータマップである。図１３Ｃは、図１３Ａと図１３Ｂ間の正規化第３高調波のより低い値だけを使用する。

【0100】

同じパイプ部上では、２つの異なる送信機センサ配向と図１３Ａの左上周囲の白色から薄灰色と図１３Ｂの右下周囲の白色から薄灰色とを有する２つの異なる異常区域が現われる。様々な送信機センサ配向からの両方の区域が実際の材料硬度特性と整合するということを検証するために、ＴＭＣＰパイプ部は切断され、１０個の輪切り材料試料がパイプ部の様々な部分で作られた。次に、それらの試料は金属組織学的に研磨され、ビッカース硬度数（ＶＨＮ）測定が圧入により表面下１００μｍにおいて１００グラム負荷により断面内で行われた。例えば、輪切り試料のうちの１つが図１３Ｅのボックス１３Ｄの位置から切断され、特定試料の対応するビッカース硬度数（ＶＨＮ）測定結果が、簡単なデータプロットだけでなく１次元測定バーで図１３Ｄに示される。図１３Ｅは１０個のＶＨＮ結果のグループを実証する。輪切り試料が切り出された位置に硬度測定バーが置かれる。

【0101】

ビッカース硬度測定結果と整合して、特に正規化第３高調波データマップ（図１３Ａ〜図１３Ｃ）内の非線形磁気応答は図１３Ｅにおいて検証されるように左上硬質区域と右下硬質区域との両方を捕捉することができる。具体的には、図１３Ａと図１３Ｂにおける送信機センサ配向を有するデータは、図１３Ｅの左上硬質区域と右下硬質区域とをそれぞれ捕捉することができる。データ異方性は熱間圧延プロセスなどの製造プロセスから生成される炭素鋼内の固有組織異方性に由来する。より良い且つより完全な検査結果を実現するために、好ましい送信機センサ配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対になるセンサの多くの複製を含み得る。

【0102】

示された実施形態では、以下のデータを生成するために使用される送信コイル２０１及びピックアップコイル２０３は約３／４インチ（１９．１ｍｍ）の最大外径とＬ≒７ｍＨのインダクタンスとを有するコイルを含む。図１４Ａ〜１４Ｃに示されるデータでは、送信コイル２０１及びピックアップコイル２０３は調査対象材料（例えば強磁性板）の同じ側に置かれた。

【0103】

より小さな径を有するコイルは、図２Ｂ〜Ｄ及び図３Ｂ〜Ｄに示すような前に開示された１インチコイルと同様なやり方で働く。対照実験として、デバイス２００は、２分の１メートル内に導電／磁性材料の無い大気中で１０ｋＨｚの周波数において試験された。ピックアップ電圧のパワースペクトル密度（ＰＳＤ）が図１４Ａ〜１４Ｃに示される。高次高調波（第２、第３、第４、第５など）のピークは、大気の場合１０ｋＨｚの主周波数より少なくとも８桁低い（図１４Ａ）。これらの小さな値の高調波は、電子的処理及びシステム雑音に起因しており、材料試験のための基準として較正されるべきである。

【0104】

図２Ｂ〜Ｄから図３Ｂ〜Ｄの本開示と同様に、奇数高調波は、様々な材料タイプ間の強度差の程度を示し、例えば様々な材料の区別を可能にする。非線形応答は、マルテンサイト又はフェライトのクーポン（例えば、３８．１ｍｍの（Ｌ）×２５．４ｍｍ（Ｗ）×４．７ｍｍ（Ｈ））がより小さなコイルの端に置かれると劇的に変化する。偶数高調波は著しい変化を受けないが、一方、奇数高調波のピークは劇的に増加し、最も著しい増加は３０ｋＨｚ及び５０ｋＨｚにおける第３及び第５高調波から来る（例えば図１４Ｂ及び１４Ｃ）。特に、第３高調波のピークは、マルテンサイトクーポン（図１４Ｂ）では３桁超増加し、フェライトクーポン（図１４Ｃ）では５桁超増加し、例えばパイプライン鋼中のハードスポットを構成するマルテンサイト相などの硬質相を検出するために直接利用され得る独特な非線形磁気痕跡を提供する。

【0105】

本開示の少なくとも１つの態様によると、より小さな径の磁気送信機及びセンサが、より高い横方向空間分解能を有する検査結果を生成するために使用され得る。示された実施形態では、以下のデータを生成するために使用される送信コイル２０１及びピックアップコイル２０３は図１５Ａ〜１５Ｂにおいて使用されるような３／４インチ径のコイルを含む。送信コイルとピックアップコイルとの両方は２次元自動化スキャナのキャリッジ上に取り付けられる。２次元自動スキャナは、いずれの次元においても０．１ｍｍ未満の最小ステップサイズでもって平坦な水平面内でキャリッジを移動することができ、キャリッジ及び／又はコイルの２次元空間的運動及び位置は制御され、コンピュータプログラムコードを介し監視され得る。

【0106】

本開示の少なくとも１つの態様によると、実施形態は、限定しないが、表面上の及び／又はバルク内の空間的に変化する硬質相を有する実際のパイプ及び板上の検出のために使用され得る。図１５Ａ〜１５Ｂを参照すると、実施形態は例えば炭素鋼板内の異常を検出するために適用され得る。平坦な４１４０炭素鋼板（例えば、１２インチ（Ｌ）×６インチ（Ｗ）×１・１／４インチ（Ｈ））が、図１５Ａ右側パネル内に示すように試験された。同板の大部分はフェライト／パーライト及び／又は軟質粒状ベイナイト相を有し、一方、７つの水平方向連続の硬質相領域又は硬質区域が存在する。これらのシミュレートされた硬質区域は、真空環境において電子ビームを使用した局所的表面加熱とそれに続いてヒートシンクとしての鋼製ボディによる自己温度消光とにより作られる。ＨＺ１〜ＨＺ７において使用される加熱パラメータは異なり、したがって、これらの７つの硬質区域は、様々な局所硬度及び幅を有し、様々な体積分率のラスベイナイト又はマルテンサイト硬質鋼相を含む。

【0107】

２次元自動化スキャナによる測定中、送信及びピックアップコイルは調査対象試料の表面に対し０．１ｃｍ内に置かれ、コイル束の長手側は板方向の長手方向（１２インチ（３０４．８ｍｍ））にアライメントされる。鋼鈑全体にわたる様々な２次元位置における非線形磁気応答は１０ｋＨｚ磁気変調において測定された。この測定結果から、正規化第３高調波係数のデータマップが図１５Ａ左パネルに示される。図１５Ａ左パネルにおいて詳述されるように、より暗い灰色はより高い値の正規化第３高調波（より軟い材料特性）を示し、白色はより低い値の正規化第３高調波（より硬い材料特性）を示す。すべての７つの硬質相領域（ＨＺ１〜ＨＺ７）は、中でも、様々なレベルの第３高調波を有する非線形磁気応答測定により検出される。

【0108】

非線形磁気応答測定及びその結果のデータマップが材料硬度特性と整合するということを検証するために、４１４０炭素鋼板は図１５Ａ右側のパネルと同様に破線１５Ｂに沿って切断された。破線１５Ｂに沿って、７つの輪切り材料試料が作られ金属組織学的に研磨された。ビッカース硬度数（ＶＨＮ）測定は圧入により表面下１００μｍにおいて１００グラム負荷により断面内で行われた。破線１５Ｂに沿ったＨＺ１〜ＨＺ５全体にわたる硬度測定結果が図１５Ｂ右側パネルに示される。ＨＺ６及びＨＺ７に関して、硬度測定は、表面下１００μｍにおいて測定される場合はいかなる高い硬度も捕捉せず、ＨＺ６とＨＺ７との両方が１００μｍの深さにおいて高硬度の区域を有しないということを実証する。ビッカース硬度測定（特に非線形磁気応答）に従って、正規化第３高調波が同じ破線１５Ｂに沿ってプロットされ、その結果は図１５Ｂ左パネル内に示され、正規化第３高調波のデータは、結果の高さと幅との一貫した相関を有するすべてのＨＺ１〜ＨＺ７を捕捉することができる。具体的には、ＦＷＨＭ（半値全幅：Full width at half maximum）幅が、第３高調波応答と硬度測定との両方のためのすべての測定された硬質区域に関して標識付けされる。第３高調波応答から測定された幅は、実際の情報として概して考えられる硬度測定から測定された幅から１ｍｍ〜２ｍｍ以内の変動である。示された実施形態では、非線形磁気応答は２ｍｍ以上の横方向空間分解能をもって表面硬質区域を検出することができる。

【0109】

図１６Ａ〜１６Ｂを参照すると、実施形態は例えば炭素鋼板内の異常を検出するために適用され得る。図１６Ａ左側パネルを参照すると、平坦なＴＭＣＰ炭素鋼板（例えば、９インチ（Ｌ）×５インチ（Ｗ）×１インチ（Ｈ））が試験された。この板の大部分がフェライト／パーライト相及び／又は軟質粒状ベイナイト相を有する一方で、４つの垂直方向連続の硬質相領域又は硬質区域（その中心は板上に十字マーカ印により標識付けされる）が存在する。これらのシミュレートされた硬質区域は、真空環境において電子ビームを使用した局所的表面加熱とそれに続いてヒートシンクとしての鋼製ボディによる自己温度消光とにより作られる。ここで使用された加熱パラメータは、前述の板（図Ａ１４）においてＨＺ２〜ＨＺ５に使用されたものと同じパラメータであり、したがって、これらの４つの硬質区域は様々な局所硬度及び幅を有し、様々な体積分率のラスベイナイト又はマルテンサイト硬質鋼相を含む。同じ加熱パラメータにより、４１４０炭素鋼とＴＭＣＰ炭素鋼間のＨＺ２〜ＨＺ５の硬度もまた、ベース鋼板の化学的性質が異なるため、異なる。

【0110】

同じ２次元自動化スキャナにより、非線形磁気応答測定結果から、正規化第３高調波係数のデータマップが図１６Ａ右側パネルに示される。図１６Ａ右側パネルにおいて詳述されるように、黒色〜濃い灰色はより高い値の正規化第３高調波（より軟質い材料特性）を示し、白色〜薄い灰色はより低い値の正規化第３高調波（より硬い材料特性）を示す。すべての４つの硬質相領域（ＨＺ２〜ＨＺ５）は、中でも、様々なレベルの第３高調波を有する非線形磁気応答測定により検出される。

【0111】

材料硬度特性と整合する非線形磁気応答測定結果の感度を検証及び試験するために、ＴＭＣＰ炭素鋼板は図１６Ａ左パネルと同様に破線１６Ｂに沿って切断された。破線１６Ｂに沿って、１つの輪切り材料試料が作られ金属組織学的に研磨され、ビッカース硬度数測定は圧入により表面下１００μｍにおいて１００グラム負荷により断面内で行われた。一例として、ＨＺ３全体にわたる断面硬度マップが１６Ｂ上側パネルに示される。断面において、高硬質区域は約８．０ｍｍの幅と１．１ｍｍの深さとを有する半楕円形状を有し、同硬質区域内のビッカース硬度数（２５０より大きなＶＨＮ）の平均増分は４０である。バルク領域（２５０未満のＶＨＮ）内の材料微細構造は、走査電子顕微鏡画像（図１６Ｂ左下）に示すように粒状ベイナイトと針状フェライトとの混合物であり、高硬質区域（２５０より大きなＶＨＮ）内の材料微細構造は図１６Ｂ右下に示すように粒状ベイナイトとラスベイナイトとの混合物である。ビッカース硬度数測定結果に従って、第３高調波応答からのＨＺ３のＦＷＨＭ幅は、同じ破線１６Ｂ全体にわたる約１０．０ｍｍであると判断され、２ｍｍ空間分解能を有する硬度測定結果と整合する。

【0112】

他の非破壊検査ツールにおける慣習と同様に、当業者は、非線形磁気応答及び／又は第３高調波のピーク値を、様々なレベルのビッカース硬度数（ＶＨＮ）、表面領域サイズ、及び試料内の硬質冶金学的相の深さに対して較正し得る。したがって、適切な較正により、本開示の方法及びシステムは、硬質冶金学的相の非均質性を有するヒステリシス材料などの２つ以上の材料相を有する試料の材料相部分だけでなくビッカース硬度数も測定するために使用され得る。

【0113】

前述の方法は、限定しないが、ボルト、鍛造品、鋳造品などを含む他の鋼部品の検査まで拡張され得る。

【0114】

本開示の少なくとも１つの態様によると、実施形態は、限定しないが非ヒステリシス材料内のヒステリシス磁性材料相の検出のために使用され得る。非ヒステリシス材料は、限定しないがアルミニウム、オーステナイトステンレス鋼、二相ステンレス鋼及び高マンガン鋼を含み得る。ヒステリシス磁性材料相の例は、限定しないがマルテンサイト、イプシロンマルテンサイト、フェライト、パーライト、ベイナイト、ラスベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトのうちのうちの少なくとも１つを含む。非ヒステリシス材料内のヒステリシス磁性材料相の検出の第１の例示的アプリケーションは、二相ステンレス鋼（ＤＳＳ）をグレード付けするために又は品質管理測度として使用され得るＤＳＳ中の磁性フェライト含有の量を判断することを含む。さらに具体的には、フェライトオーステナイトＤＳＳ中のデルタフェライトの量は、確定され、フェライトオーステナイトＤＳＳをグレード付けするために使用され得る、又はデルタフェライトの量が所望範囲に入るかどうかを判断するために品質管理として使用され得る。

【0115】

さらに別の例では、非ヒステリシス材料内のヒステリシス磁性材料相の検出は、オーステナイトステンレス鋼（例えばグレード３０４、３０８、３１６など）溶接部及びオーステナイトステンレス鋼溶接部が高温に晒される場合に（例えば配管、容器、反応器及び溶接オーバーレイなどの精製所運転装置が水素化処理状態に晒される場合に）品質管理のために使用され得る。このような状態下では、シグマ相（例えばフェライトの）（ヒステリシス磁性材料相）が形成し得、材料を壊れ易くする。本明細書において説明される方法及びデバイスは、精製所運転装置のすべて又は一部分内の脆化シグマ相の量を測定する又は脆化シグマ相の有無を検出するために使用され得る。水素化処理中、通常、精製所運転装置及びその溶接部はオーステナイトステンレス鋼を含む。水酸化処理中、通常、反応器の下流の精製所運転装置はオーステナイトステンレス鋼を含み、反応器の上流の、反応器内の、及び反応器の下流の精製所運転装置内の溶接部はオーステナイトステンレス鋼を含む。水酸化処理における反応器は通常、オーステナイト鋼溶接オーバーレイを有するＣｒ−Ｍｏ材料からなる。いくつかの実施形態では、本明細書において説明される方法及びデバイスはまた、Ｄ／Ｓ内の水酸化反応器内の厚肉Ｃｒ−Ｍｏ反応器のオーステナイトステンレス鋼配管、容器、及び溶接オーバーレイの製作のために使用される周溶接部及びシーム溶接部中のフェライト含有の量を測定する又はその有無を検出するために使用され得る。フェライト含有の量は、ステンレス鋼溶接部内の溶接凝固亀裂を防止するための望しい量を満足する必要がある。

【0116】

非ヒステリシス材料内のヒステリシス磁性材料相を検出する前述の例のそれぞれでは、非線形磁気応答信号とヒステリシス磁性材料相の含有量とを相関付けるために、非ヒステリシス材料内に様々な量のヒステリシス磁性材料相を有する較正試料が用意され得る。

【0117】

本開示の少なくとも１つの態様によると、実施形態は、限定しないが、溶接部の硬度を特徴付けるために使用され得る。図１３Ａ〜Ｅに関する開示と同様に、様々な溶接材料のＶＨＮ又はブリネル硬度数（BHN:Brinell Hardness number）は、本明細書において説明される非線形磁気応答信号と相関付けられ得る。溶接部の硬度の特徴付けを適用する第１の例では、携帯デバイス（a handheld device）が、溶接部（新しい、古い、又は修理された）に対する又はその一部分に対する非線形磁気応答信号を測定するために使用され得、次に、非線形磁気応答信号はＶＨＮ及び／又はＢＨＮと相関付けられ得る。

【0118】

溶接部の硬度の特徴付けを適用する別の例は、電気抵抗溶接（ERW:electric resistance weld）のタイプ（例えば低周波数熱処理型ＥＲＷ、低周波数非熱処理型ＥＲＷ、高周波数熱処理型ＥＲＷ及び高周波数非熱処理型ＥＲＷ）を識別することである。この例では、ＥＲＷの非線形磁気応答信号と比較された非線形磁気応答信号ベースパイプはＥＲＷのタイプと相関があり得る。このような相関は標準較正測定を介し判断され得る。このような方法の実施形態は、インラインパイプライン検査ゲージ、自動又は手動牽引式パイプライン検査ツール、製鋼所検査ツール、溝内検査ツール、携帯検査デバイスなどを含み得る。特徴付けを適用するさらに別の例では、溶接部の硬度は、溝内検査を使用してベースパイプの硬度及びパイプグレードを識別することである。この例では、非線形磁気応答信号は、較正され、ベースパイプの材料の硬度、引張り及び／又は降伏強度と相関付けられ得る。このような相関は溝内検査を使用してパイプグレードを判断するために使用され得る。

【0119】

溶接部の硬度の特徴付けを適用するさらに別の例では、修理後の溶接部（例えばシーム溶接部及び／又は周溶接部）の硬度。一例では、修理された溶接部は、水素化処理反応器内で使用される圧力容器（例えばＣｒ−Ｍｏ １／２Ｃｒ鋼からなる）と関連付けられ得る。修理プロセスは、溶接部と溶接部周囲の金属の一部分とを除去することと、その領域を交換／補修することとを含み得る。新たに形成された溶接部は任意選択的に熱処理され得る。検査プロセスは、修理後の溶接部（ポスト溶接熱処理の有無にかかわらず）が、溶接部の硬度の工業規格及び／又は社内仕様を満たす及び／又は溶接部内のハードスポットを識別するかどうかを判断する工程を含み得る。

【0120】

別の同様な例は２１／４ Ｃｒ−Ｖ鋼容器に関連する溶接部の硬度を測定する工程を含む。検査プロセスは、製作溶接部及び／又は修理（ポスト溶接熱処理の有無にかかわらず）後の溶接部が、溶接部の硬度の工業規格及び／又は社内仕様を満たす及び／又は溶接部内のハードスポットを識別するかどうかを判断する工程を含み得る。

【0121】

さらに別の同様な例は、経時的な溶接部硬度の管理を含む。すなわち、容器、パイプなどは、ハードスポットの硬度及び／又は位置及びサイズを経時的に監視することにより検査され得る。検査は、携帯デバイス及び自動クローラを含み得る任意の好適なデバイスにより行われ得る。検査プロセスは製作溶接部及び／又は修理溶接部（ポスト溶接熱処理の有無にかかわらず）に対し行われ得る。

【0122】

溶接硬度及び／又は溶接部内のハードスポットと相関付けられた非線形磁気応答信号を使用する別の実施形態では、特に溶接ルート及び／又は溶接キャップが検査及び分析され得る。好ましい例では、このアプリケーションは、ライザーの現場溶接とサワーサービス（sour service）パイプラインとへ適用され得る。任意選択的に、本明細書において説明される非線形磁気応答信号方法／デバイスによるルート溶接部の検査はレーザルートプロファイリングと組み合わせて行われ得る。ルート溶接（例えば周溶接ルート）内の硬度の増加は、不適切な溶接手順（例えば、溶接ルートに近いＣｕ冷却シューズ（Cu cooled shoes）を使用する）における高冷却速度及び／又はＣｕ冷却シューズなどの機器からの溶接金属中への溶解されたＣｕ汚染から生じ得る。

【0123】

溶接部内の溶接硬度及び／又はハードスポットと相関付けられた非線形磁気応答信号を使用するさらに別の例では、裏溶接の品質が評価され得る。裏溶接は手動でなされる周溶接に対する内部修理である。裏溶接部内のハードスポットの硬度及び／又は位置並びにサイズを判断する工程は、裏溶接部が硬度の工業規格及び／又は社内仕様を満たすかどうかを検証し得る、又はさらなる修理が必要かどうかを判断し得る。このような方法の実施形態は、インラインパイプライン検査ゲージ、自動又は手動牽引式パイプライン検査ツール、携帯検査デバイスなどを含み得る。

【0124】

溶接部内の溶接硬度及び／又はハードスポットと相関付けられた非線形磁気応答信号を使用する別の例では、本明細書において説明される方法及びデバイスは、周溶接部を生成ために使用される溶接バグ及び／又は周溶接部を検査するために使用される超音波試験バグと併せて使用され得る。バグは、周溶接部を生成する及び／又は周溶接部を検査するためにパイプの外周を回る自動機械である。本明細書において説明されるデバイスは、形成された（すなわち溶接バグにより）後に又は周溶接部の超音波応答を測定する（すなわち超音波試験バグにより）際に周溶接部の非線形磁気応答信号を測定するためにバグと一体化され得る。

【0125】

本開示の少なくとも１つの態様によると、実施形態は、限定しないが、パイプ又は類似構造を製造するために使用される材料又はパイプ又は類似構造内に使用される材料の硬度、引張り強度、及び／又は降伏強度を特徴付けるために使用され得る。図１３Ａ〜Ｅに関する開示と同様に、パイプ又は類似構造を製造するために使用される材料又はパイプ又は類似構造内に使用される材料の硬度（例えばＶＨＮ又はＢＨＮ）、引張り強度、及び／又は降伏強度は本明細書において説明される非線形磁気応答信号と相関付けられ得る。硬度、引張り強度、及び／又は降伏強度が判断されると、パイプグレードが導出され得る。このような方法の実施形態は、インラインパイプライン検査ゲージ、自動又は手動牽引式パイプライン検査ツール、製鋼所検査ツール、溝内検査ツール、携帯検査デバイスなどを含み得る。

【0126】

本開示の少なくとも１つの態様によると、実施形態は、限定しないが、パイプライン及び類似構造の完全性を低下させる応力腐食亀裂を引き起こし得る硬質区域（例えば、冷間加工領域又は凹部）を検出及び定位するために使用され得る。応力腐食亀裂は腐食環境における亀裂の形成又は成長である。オーステナイトステンレス鋼及びアルミ合金では、塩化物（例えばＮａＣｌ、ＫＣｌ及びＭｇＣｌ_２）が応力腐食亀裂の源であり得る。応力腐食亀裂は通常、故障が発生してはならないということを破壊力学が予測する条件下で伝播する表面内の小さな傷により開始する。応力腐食亀裂を引き起こし得る応力腐食亀裂及び／又は局所硬質加工区域（硬質区域）の領域を非破壊材料検査方法又はツールにより検出することができることで、パイプライン又は他の構造の故障を軽減する可能性がある。このような方法の実施形態は、インラインパイプライン検査ゲージ、自動又は手動牽引式パイプライン検査ツール、携帯検査デバイスなどを含み得る。

【0127】

当業者には明らかなように、本開示の態様は、システム、方法又はコンピュータプログラム製品として具現化され得る。したがって、本開示の態様は、完全にハードウェア実施形態、完全にソフトウェア実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又は本明細書ではすべて「回路」、「モジュール」又は「システム」と一般的に呼ばれ得るソフトウェア態様とハードウェア態様とを組み合わせる実施形態の形式を取り得る。さらに、本開示の態様は、その上に具現化されたコンピュータ可読プログラムコードを有する１つ又は複数のコンピュータ可読媒体内に具現化されたコンピュータプログラム製品の形式を取り得る。

【0128】

１つ又は複数のコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用され得る。コンピュータ可読媒体はコンピュータ可読信号媒体であってもよいしコンピュータ可読ストレージ媒体であってもよい。コンピュータ可読ストレージ媒体は例えば、限定するものではないが、電子、磁気、光、電磁気、赤外線、又は半導体システム、装置、デバイス又はこれらの任意の組み合わせであり得る。コンピュータ可読ストレージ媒体のより具体的な例（非網羅的リスト）は、１つ又は複数のワイヤを有する電子的接続、携帯型コンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学的ストレージデバイス、磁気的ストレージデバイス、又はこれらの任意の好適な組み合わせを含むであろう。本文書の文脈では、コンピュータ可読ストレージ媒体は命令実行システム、装置又はデバイスにより又はそれに関連して使用するためのプログラムを含む又は格納し得る任意の有形な媒体であり得る。

【0129】

コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読プログラムがその上に具現化された伝搬データ信号であって例えばベースバンド内の又は搬送波の一部としての伝搬データ信号を含む。このような伝播信号は、限定しないが、電磁気、光、又はそれらの任意の好適な組み合わせを含む多様な形式のうちの任意の形式を取り得る。コンピュータ可読信号媒体は、コンピュータ可読ストレージ媒体でない任意のコンピュータ可読媒体であって、命令実行システム、装置又はデバイスによる使用のための又はそれに関連する使用のためのプログラムを伝達、伝搬、又は輸送し得る任意のコンピュータ可読媒体であり得る。

【0130】

コンピュータ可読媒体上に具現化されるプログラムコードは、限定しないが、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなど又は上述したものの任意の好適な組み合わせを含む任意の適切な媒体を使用して送信され得る。

【0131】

本開示の態様の操作を行うためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、「Ｃ」プログラミング言語又は同様なプログラミング言語などの従来手順プログラミング言語、及びＬａｂＶｉｅｗ又は同様なプログラミング言語などのビジュアルプログラミング言語を含む１つ又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書かれ得る。プログラムコードは、ユーザのコンピュータ上で完全に、スタンドアロンソフトウェアパッケージとしてのユーザのコンピュータ上で部分的に、ユーザのコンピュータ上で部分的に、リモートコンピュータ上で部分的に、又はリモートコンピュータ又はサーバ上で完全に実行し得る。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又は広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介しユーザのコンピュータへ接続され得る、又は、接続は外部コンピュータに対しなされ得る（例えばインターネットサービスプロバイダを使用してインターネットを介し）。いくつかの実施形態では、例えば現在のパイプライン検査ゲージ（ＰＩＧ）技術では、ＰＩＧ上のオンボードコンピュータ及びプロセッサはパイプラインで送られ、その間に、コンピュータは、オンボード送信機及びセンサを制御するために、予めロードされた命令及びプログラムコードを使用し、初期解析を行い、測定結果を格納する。パイプライン出口において、ユーザは、ＰＩＧを取り出し、格納済みデータをダウンロードし、このデータはさらに、様々なプログラムコードにより別のコンピュータ上で解析され、後処理され得る。

【0132】

本開示の態様は、本発明の実施形態による方法、装置（システム）及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して上に説明された。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック並びにフローチャート図及び／又はブロック図内のブロックの組み合わせはコンピュータプログラム命令により実施され得るということが理解されることになる。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサを介し実行する命令がフローチャート及び／又はブロック図ブロック又はブロック群において規定された機能／行為を実施する手段を生成するように、マシンを製造するために汎用コンピュータ、特殊用途コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサへ提供され得る。

【0133】

これらのコンピュータプログラム命令はまた、フローチャート及び／又はブロック図ブロック又はブロック群内に規定された機能／行為を実施する命令を含むコンピュータ可読媒体内に格納された命令が製品を生成するようにコンピュータ、他のプログラマブルデータ処理装置、又は他のデバイスに特定のやり方で機能するように指示し得るコンピュータ可読媒体内に格納され得る。

【0134】

コンピュータプログラム命令はまた、コンピュータ又は他のプログラム可能装置上で実行する命令が、本明細書において規定された機能／行為を実施するためのプロセスを提供するように、コンピュータ、他のプログラム可能データ処理装置上、又は一連の操作工程がコンピュータ上で行われるようにする他のデバイス上、コンピュータ実施工程を生成するための他のプログラム可能装置又は他のデバイス上にロードされ得る。

【0135】

実験室実験及びコンピュータシミュレーションを介し、様々なヒステリシス曲線を有する強磁性材料を検出及び区別する（例えば硬質マルテンサイトスポットと軟質フェライト相とを区別する）ための非線形磁気及び磁気音響システム並びに方法が開示された。ヒステリシス材料の例は、強磁性材料（例えば鋼、ニッケル、コバルトなど）と多様な炭素鋼などのそれらの合金のうちのいくつかとを含む。非線形磁気応答が材料の初期／残留磁化に依存するということも観察された。このような複雑性を回避するために、実施形態は、材料の内部の磁化を規制するための効果的な手法を含む。このような効果的な手法の例は、限定しないが、材料が小さな交流磁気変調に対して垂直な方向に外部から磁化される図７Ａ、７Ｂ、７Ｃのように上の論述において提供された。

【0136】

加えて、基本的電磁気力に基づき、非線形磁気応答の自然派生物は非線形電気的渦流生成である。大きな永久磁場と結合されると、この渦電流は非線形機械的波を生成し、評価されたヒステリシス材料により磁気音響応答を生成する。磁気異常の検出（例えばパイプライン検査における）を改善するために、非線形磁気実施形態は、従来のＰＩＧシステム内のＭＦＬセットアップへ取り込まれ得、非線形磁気音響検出実施形態は当業者により認識されるように既存ＥＭＡＴセンサに対し適用され得る。

【0137】

実施形態は、例えばパイプ中の欠陥及びハードスポット／領域を識別するためのかつてない非線形磁気及び磁気音響検出を提供する。実施形態は、非線形磁気応答の深い理解により可能にされる様々なヒステリシス材料（例えば軟質フェライト鋼／領域と硬質マルテンサイト鋼／領域）を区別するための非常に際立った特徴を提供する。特に、偶数高調波応答と奇数高調波応答との両方が調査され、材料の磁気特性及び状態に対するそれらの関係が発見された。加えて、実施形態は、本方法が高速検査及び深さ走査に非常に好都合であり得る広周波数帯域（例えば１００Ｈｚ〜１ＭＨｚ）全体にわたり使用され得るので現場用途に非常に好都合であり、実施形態は、金属コア無しに低電流及び低磁場において働き、したがって、比較的エネルギー効率が良い。

【0138】

非破壊パイプライン検査の改善はパイプ破損及び漏洩のリスクを著しく低減する。実施形態はパイプライン検査の方法を保有する新しいツールを提供する。

【0139】

非破壊材料検査システムを使用するアプリケーション及び方法
上に説明されるとともに添付図面に示される本開示の方法及びシステムは、優れた特性を有する非破壊材料検査を提供する。１つのアプリケーションでは、本方法及びシステムは、検査される鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性を識別するためにインライン検査の非破壊評価ツールとして使用され得る。検査される鋼材の例は、限定しないが、鋼板、ボルト、鍛造品、鋳造品、パイプ、ライザー、表面、溶接、溶接ルート、溶接キャップ、継手などを含む。材料内の材料状態及び不均質性の例は、限定しないが鋼材の硬度、鋼材のグレード又はタイプ、鋼材内の材料相の存在、鋼材内のハードスポットの存在、鋼材内の金属損失又はクラックの存在、鋼材内の欠陥の存在、及びそれらの任意の組み合わせを含む。

【0140】

上述のアプリケーションでは、材料相は、限定しないが、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ベイナイト、ラスベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトのうちのうちの少なくとも１つを含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、入力時変磁場により材料を調査するとともに受信された磁気応答又は音響応答の時間依存非線形特性と材料の１つ又は複数の材料状態とを相関付ける非破壊評価ツール上に取り込まれ得る。非破壊評価試験ツールの非限定的例は、インラインパイプライン検査ゲージ、自動又は手動牽引式パイプライン検査ツール、製鋼所検査ツール、及び携帯検査デバイスを含む。

【0141】

いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、磁気送信機、磁気センサ、音響センサ、及び調査対象材料の好適な近傍位置に置かれた馬蹄形磁石の複数の複製を含み得る。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、１つの磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を含む。いくつかの実施形態では、好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製を含む（図９に示す）。より好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製を含む（図１０に示す）。さらに好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす様々な大きさの磁気センサ及び／又は音響センサの最大数の複製を含み得る。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、その２本の脚が調査対象材料の表面と接触する少なくとも１つの馬蹄形磁石を含む。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つとを含む。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、調査対象材料中の磁化を規制するために任意選択的磁石又は電磁石を含む。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、直流磁場を提供するために任意選択的磁石又は電磁石を含む。

【0142】

いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、様々な空間位置における磁気応答又は音響応答を検出するために磁気送信機、磁気センサ及び音響センサを移動するためのコンピュータ制御自動プラットフォームを含み得る。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、様々な空間位置における磁気応答又は音響応答を検出するために磁気送信機、磁気センサ及び音響センサを移動するための手動制御並進及び回転プラットフォームを含み得る。いくつかの実施形態では、アプリケーションは、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機及び１つの磁気センサを含む携帯デバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、アプリケーションにおける調査対象試料は、限定しないが、低周波数熱処理型電気抵抗溶接（ＥＲＷ）パイプ、低周波数非熱処理型ＥＲＷパイプ、高周波加熱処理型ＥＲＷパイプ及び高周波非熱処理型ＥＲＷパイプを含み得る。

【0143】

非破壊材料検査システムを使用する４つの特定アプリケーション及び方法のさらなる詳細は以下のとおりである：

【0144】

１．鋼部品検査
サービス中のパイプライン又はチューブの性能を劣化させ寿命を低減する硬質冶金学的相（例えば：マルテンサイト又はラスベイナイト）などの望ましくない相のパイプライン又はダウンホール用途のラインパイプへ作製される鋼板のような鋼部品を非破壊的に調査する必要性がある。大口径ラインパイプは通常、熱機械制御処理（ＴＭＣＰ）方法１７１１（図１７Ａ）を使用して熱間圧延鋼板から製造され、その後、「Ｕ」形状へ冷間成形され、続いて金型内で「Ｏ」形状へ成形され、ロングシーム溶接後にパイプへ展開され（ＵＯＥ）、又は「Ｊ」、「Ｃ」及び「Ｏ」形状（ＪＣＯ）へ順次押し曲げられ、その後、ロングシーム溶接され、最終形状及び寸法へ展開される。ロングシーム溶接は通常、サブマージアーク溶接（SAW:submerged arc welding）、ダブルサブマージアーク溶接（DSAW:double submerged arc welding）又は電気抵抗溶接プロセス（ERW:electric resistance welding process）により作られる。ＴＭＣＰ板の製造中、インゴット又は連続鋳造プロセス１７０１、熱間圧延１７０３、及び加速冷却（ACC:accelerated cooling）１７０５などの以下の鋼処理工程１７００（図１７Ａに示す）のうちの任意のものにおいて、ＴＭＣＰ鋼鈑１７０７の表面上（又はバルク内）の望ましくない相の形成に至るプロセス乱れがあり得る。ＴＭＣＰ板１７０７製造のプロセス制御及び品質管理が望ましくない相を検査又はスクリーニングすることを可能にし得る非破壊検査技術の必要性がある。一実施形態では、上に開示された非線形磁気及び磁気音響検出方法及びシステムは、図１７Ａ及び図１７Ｂに示すように加速冷却工程１７０５後にＴＭＣＰ板表面を走査する（１７１３）ことができる検査デバイス１７０９内に取り込まれる。この検査デバイス１７０９は、台車（a trolley）を手動で使用することにより又は自動化走査システム上で板１７０７を走査し（１７１３）得る。走査からのデータは、望ましくない相が鋼鈑１７０７内に存在するかどうかと、望ましくない相（例えば板表面上の硬質微構造区域の形成）の量が所定閾値を越えるかどうかとを判断するために、オンラインで解析される（１７１５）か、又は格納され、オフラインで解析される（１７１５）。望ましくない相の量が閾値を超える場合（１７１７）、板１７０７は、ラインパイプへのさらなる処理から排除される（１７１９ａ）、又はラインパイプへさらに処理される前に好適な処理（例えば焼き戻し）により改善（remediated）される（１７１９ｂ）。望ましくない相の量が閾値未満であれば（１７２１）、板１７０７はラインパイプへさらに処理される（１７２３）。ＡＣＣ工程１７０５後の板１７０７のこのような検査は、望ましくない相の形成を最小化するプロセスを最適化するために鋼及び板処理工程へフィードバックを提供するであろう。

【0145】

上述のアプリケーションでは、望ましくない相の例は、限定しないが、マルテンサイト、ベイナイト、ラスベイナイト及び任意の非ヒステリシス材料のうちのうちの少なくとも１つを含み得る。鋼鈑内の材料相は、限定しないが、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ベイナイト、ラスベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトのうちのうちの少なくとも１つを含み得る。上述のアプリケーションの検査デバイス１７０９は、限定しないが、デバイス２００の複数の複製（図２Ａ、３Ａなど）並びに鋼鈑の好適な近傍位置に置かれた磁気送信機、磁気センサ、音響センサ及び馬蹄形磁石の複数の複製を含み得る。各磁気送信機は磁気センサ及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製と対をなし得る。いくつかの実施形態では、好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製を含む（図９に示す）。より好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製を含む（図１０に示す）。さらに好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす様々な大きさの磁気センサ及び／又は音響センサの最大数の複製を含み得る。加えて、検査デバイス１７０９は、限定しないが、様々な空間位置において磁気応答又は音響応答を検出するために磁気送信機、磁気センサ及び音響センサを移動するためのコンピュータ制御型自動化移動プラットフォーム又は台車などの手動制御型移動プラットフォームを含み得る。

【0146】

いくつかの実施形態では、検査デバイス１７０９は、限定しないが、その２本の脚が鋼鈑の表面と接触する少なくとも１つ又は複数の任意選択的馬蹄形磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１７０９は、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つとを含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１７０９は、限定しないが、鋼鈑中の磁化を規制するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１７０９は、限定しないが、磁気音響応答のための直流磁場を提供するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。

【0147】

前述の方法は、限定しないが、ボルト、鍛造品、鋳造品などを含む他の鋼部品の検査まで拡張され得る。

【0148】

２．鋼パイプラインシーム溶接検査
サービス中のパイプライン又はチューブの性能を劣化させ寿命を低減する硬質冶金学的相（例えば：マルテンサイト又はラスベイナイト）などの望ましくない相のパイプライン完全性を評価するための鋼パイプラインを非破壊的に調査する必要性もある。大口径ラインパイプは通常、ＴＭＣＰ方法を使用して熱間圧延鋼板から製造され、その後、ＪＣＯ又はＵＯＥプロセスを使用して最終形状及び寸法へ冷間成形される。ロングシーム溶接は通常、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）、ダブルサブマージアーク溶接（ＤＳＡＷ）又は電気抵抗溶接プロセス（ＥＲＷ）により作られる。大口径ラインパイプと小口径ラインパイプとの両方はまた、熱間圧延ストリップから製造され、ラインパイプを作るために好適なロングシーム溶接プロセスを使用して連続的に低温曲げされ溶接され得る。採用されるロングシーム溶接は、現代ラインパイプの高周波ＥＲＷ（ＨＦ−ＥＲＷ）であってもよいし、１９７０年以前に製造された年代物ラインパイプの低周波ＥＲＷ（ＬＦ−ＥＲＷ）又はＨＦ−ＥＲＷ、又はフラッシュバット溶接又は同様なプロセスのうちのいずれかであってよい。製鋼所におけるラインパイプの製造中、ロングシーム溶接プロセス又はロングシーム溶接のポスト溶接熱処理（PWHT:post-welding heat treatment）中にプロセス乱れがあり得る。例えば、ＥＲＷにより作られた１９７０年以前の年代物パイプにおけるロングシーム溶接は、通常は内径（ＩＤ）から外径（ＯＤ）にわたる２〜１０ｍｍ幅である熱変質区域（HAZ:heat affected zone）を含む。硬質冶金学的相などの望ましくない相は、接合ラインにおいて及び／又はＨＡＺ内においての両方で形成される可能性がある。溶接部が熱処理されなければパイプ製造中の不適切なポスト溶接熱処理プロセスは、ラインパイプシーム溶接部内の硬質冶金学的相などの望ましくない相を残し得、これらはその後、サービス中に導入され得る。したがって、現在サービス中であるパイプラインに関し、パイプ内の製品（例えば原油、天然ガス、ガソリンなど）の流れへの最小妨害により望ましくない相に関し検査又はスクリーニングすることによりパイプラインの完全性の脅威を評価し得る非破壊検査技術の必要性がある。一実施形態では、上記開示された非線形磁気及び磁気音響検出方法及びシステムは、図１８Ａに示すようにパイプ１８０３のＩＤを検査又は走査する（１８０７）ことができるパイプライン検査ゲージ（ＰＩＧ）１８０１上の１つ又は複数の検査デバイス１８００内に取り込まれる。検査１８０７中、ＰＩＧ１８０１はパイプライン１８０３を介し送られ、オンボード検査デバイス１８００は、データ取得及び収集（及び／又は初期解析）を行い（１８０７）、測定結果を格納する。パイプライン出口又はＰＩＧ受信機位置において、ユーザは、ＰＩＧを取り出し、格納済みデータをダウンロードする。このデータは、パイプライン内に望ましくない相が存在するかどうかと、望ましくない相の位置と、望ましくない相の量が所定閾値値を越えるかどうかとを判断する（１８１１）ためにさらに解析され、後処理され得る（例えば別のコンピュータにおいて）（１８０９）。望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合（１８１３）、当該位置におけるパイプラインセグメントは、図１８Ｂのフローチャートのように好適な処理（例えば焼き戻し又はアニーリング）により交換され得る（１８１５ａ）又は改善され得る（１８１５ｂ）。望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合（１８１７）、当該位置におけるパイプラインセグメントはサービス中のままであり得る。

【0149】

上記アプリケーションでは、望ましくない相の例は、限定しないが、マルテンサイト、ベイナイト、ラスベイナイト及び任意の非ヒステリシス材料のうちのうちの少なくとも１つを含み得る。パイプライン１８０３中の材料相は、限定しないが、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ベイナイト、ラスベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトのうちの少なくとも１つを含み得る。上記アプリケーションの検査デバイス１８００は、限定しないが、デバイス２００の複数の複製（図２Ａ、３Ａなど）、及び管壁のＩＤの好適な近傍位置に置かれた磁気送信機、磁気センサ、音響センサ及び馬蹄形磁石の複数の複製を含み得る。各磁気送信機は磁気センサ及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製と対をなし得る。いくつかの実施形態では、好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製を含む（図９に示す）。より好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製を含む（図１０に示す）。さらに好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす様々な大きさの磁気センサ及び／又は音響センサの最大数の複製を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１８００の複数の複製は、１つ又は複数の長手方向位置（図１８Ａ上に示されるように２つの位置）においてＰＩＧ１８０１の外周をカバーするような配置で置かれる。好ましい配置は、１つの長手方向位置当たり外周周囲に検査デバイス１８００の少なくとも２０個の複製を含み得る。より好ましい配置は、１つの長手方向位置当たり外周周囲に検査デバイス１８００の少なくとも１００個の複製を含み得る。さらに好ましい配置は、１つの長手方向位置当たり外周の周囲に密に詰め込まれる可能性がある最大数の検査デバイス１８００を含み得る。

【0150】

いくつかの実施形態では、検査デバイス１８００は、限定しないが、その２本の脚が管壁のＩＤに接触する少なくとも１つ又は複数の任意選択的馬蹄形磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１８００は、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つとを含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１８００は、限定しないが、パイプ１８０３内の磁化を規制するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１８００は、限定しないが、磁気音響応答のための直流磁場を提供するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。

【0151】

３．パイプライン、ライザー、配管及び溶接構造内の溶接部の検査
ライザー、パイプライン及び他の配管システム内の周溶接部などの溶接部、又は硬質冶金学的相（例えば：マルテンサイト又はラスベイナイト）などの望ましくない相（サービス中のライザー、パイプライン又はチューブの性能を劣化させ寿命を低減し得る）の配管及び溶接構造内の隅肉溶接部又は重ね溶接部又は突き合せ溶接部を非破壊的に検査する必要性もある。ライザー、パイプライン及び他の配管システムの建設段階中、配管又はラインパイプの部分は通常、配管又はパイプライン又はライザーの連続的な又は長い部分を作り上げるために外周に沿って互いに接合／溶接される。これは周溶接と呼ばれる。同様に、溶接継手を有する配管システム又は構造の構築中、一般的に使用される溶接タイプは、限定しないが、周溶接、隅肉溶接、重ね溶接又は突き合せ溶接を含む。様々なタイプの溶接は通常、限定しないがガスメタルアーク溶接（GMAW:Gas Metal Arc Welding）、シールド金属アーク溶接（SMAW:Shielded Metal Arc Welding）、ガスタングステンアーク溶接（GTAW:Gas Tungsten Arc Welding）又はフラックス入りアーク溶接（FCAW:Flux-Cored Arc Welding）を含む溶接プロセスによりなされる。溶接中にプロセス乱れがあり得、硬質冶金学的相などの望ましくない／有害な相が、溶接部内に（例えば、ＩＤ中の周溶接部のルートにおいて、ＯＤ上の周溶接部の溶接キャップにおいて）形成し、パイプライン、ライザー又は配管システム又は溶接構造の構築中に改善を必要とする可能性がある。この結果、望ましくない相を検査するために溶接のプロセス制御及び品質管理を可能にし得る非破壊検査技術の必要性がある。一実施形態では、上記開示された非線形磁気及び磁気音響検出方法及びシステムはＩＤを検査／走査することができる手動（例えば繋留又は牽引式システム）又は自動（例えばロボットクローラ）検査ツール上の、又はパイプのＯＤ又は構造又は配管溶接のキャップの検査の手動又は自動システム上の１つ又は複数の検査デバイス内に取り込まれる。周溶接部１９０５のルートを走査するためのＩＤ検査ツール１９００の例が図１９Ａに示される。周溶接部１９０５の溶接キャップを走査するためのＯＤ検査ツール１９０９の例が図１９Ａに示される。２つのラインパイプ部分１９０７ａと１９０７ｂとの間の１つの周溶接部１９０５の構築１９１３の後、ルートパス若しくはルート及びホットパス、又はホット、ルート及びいくつかのフィルパスの堆積後に、並びに次の周溶接へ進む前に又は部分的に完成された周溶接後の検査の場合に現在の溶接を完成する前に、ＩＤ検査ツール１９００又はＯＤ検査ツール１９０９は、オンボード検査デバイス１９０３がパイプＩＤ又はＯＤからの周溶接部１９０５の好適な近傍位置に到達し、次に、データ取得及び解析を行うようにパイプ１９０７ａ、１９０７ｂに沿って押され得る（１９１５）。次に、ユーザはＩＤ検査ツールを（例えば繋留器１９０１により）取り出し（１９１７）、データは、周溶接部１９０５のルートに望ましくない相が存在するかどうかと、望ましくない相の位置と、望ましくない相の量が所定閾値値を越えるかどうかとを判断する（１９１９）ためにオンボードコンピュータによりオンラインで解析される。望ましくない相の量が閾値を超える場合（１９２１）、フローチャート図１９Ｂのように、周溶接部１９０５は除去／切り出され、次の周溶接へ進む前に次の溶接パス（例えば、ＩＤにおけるルートパス又はルート及びホットパス後の）又はポスト溶接熱処理（例えば焼き戻し又は焼きならし）のための焼き戻しビーディング技術を適用するなどにより、新しい周溶接部と交換される（１９２３ａ）又は好適な処理により改善される（１９２３ｂ）。望ましくない相の量が閾値未満であれば（１９２５）、ＩＤ検査ツール１９００又はＯＤ検査ツール１９０９は次の周溶接部へ移動される。

【0152】

上述のアプリケーションでは、望ましくない相の例は、限定しないが、マルテンサイト、ベイナイト、ラスベイナイト及び任意の非ヒステリシス材料のうちのうちの少なくとも１つを含み得る。パイプライン中の材料相は、限定しないが、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ベイナイト、ラスベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトのうちのうちの少なくとも１つを含み得る。上述のアプリケーションの検査デバイス１９０３は、限定しないが、デバイス２００の複数の複製（図２Ａ、３Ａなど）、並びに配管又は溶接構造内の管壁又は溶接部のＩＤ又はＯＤの好適な近傍位置に置かれた磁気送信機、磁気センサ、音響センサ及び馬蹄形磁石の複数の複製を含み得る。各磁気送信機は磁気センサ及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製と対をなし得る。いくつかの実施形態では、好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製を含む（図９に示す）。より好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製を含む（図１０に示す）。さらに好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす様々な大きさの磁気センサ及び／又は音響センサの最大数の複製を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１９０３の複数の複製は、１つ又は複数の長手方向位置（図１９Ａ上に示される２つの位置）において牽引式検査ツール１９００、１９０９の外周をカバーするような配置で置かれる。好ましい配置は、１つの長手方向位置当たり外周周囲に検査デバイス１９０３の少なくとも２０個の複製を含む。より好ましい配置は、１つの長手方向位置当たり外周周囲に検査デバイス１９０３の少なくとも１００個の複製を含む。さらに好ましい配置は、１つの長手方向位置当たり外周の周囲に密に詰め込まれる可能性がある最大数の検査デバイス１９０３を含む。

【0153】

いくつかの実施形態では、検査デバイス１９０３は、限定しないが、その２本の脚が管壁のＩＤ又はＯＤに接触する少なくとも１つ又は複数の任意選択的馬蹄形磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１９０３は、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つとを含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１９０３は、限定しないが、パイプ中の磁化を規制するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス１９０３は、限定しないが、磁気音響応答のための直流磁場を提供するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。

【0154】

４．鋼部品、パイプラインシーム及び周溶接部、配管内の溶接部、及び溶接構造の携帯検査
加えて、鋼部品（例えば鋼鈑、ボルト、鍛造品、鋳造品など）、シーム溶部接、周溶接部、隅肉溶接部、突き合せ溶接部及び重ね溶接部などの材料及び溶接部を、サービス中のパイプライン又はチューブ、配管、又は溶接構造の性能を劣化させ寿命を低減する硬質冶金学的相（例えば：マルテンサイト又はラスベイナイト）などの望ましくない相の携帯検査ツールにより非破壊的に調査する必要性がある。既にサービス中であるパイプラインの非破壊検査によりシームタイプ及び熱処理状態を識別する必要性もある。大口径ラインパイプは通常、ＴＭＣＰ方法を使用して熱間圧延鋼板から製造され、その後、ＪＣＯ又はＵＯＥプロセスを使用して最終形状及び寸法へ冷間成形される。ＴＭＣＰ板の製造中、インゴット又は連続鋳造プロセス、熱間圧延、及び加速冷却（ＡＣＣ）などの以下の鋼処理工程（図１０Ａに示す）のうちの任意のものにおいて、ＴＭＣＰ鋼鈑の表面上（又はバルク内）の望ましくない相の形成に至るプロセス乱れがあり得る。ＥＲＷ、ＳＡＷ又はＤＳＡＷなどのロングシーム溶接プロセス中に又はポスト溶接熱処理（ＰＷＨＴ）中にプロセス乱れもあり得る。大口径ラインパイプと小口径ラインパイプとの両方はまた、熱間圧延ストリップから製造され、ラインパイプを作るために好適なロングシーム溶接プロセスを使用して連続的に低温曲げ及び溶接される。採用されるロングシーム溶接は、現代ラインパイプの高周波ＥＲＷ（ＨＦ−ＥＲＷ）であってもよいし、１９７０年以前に製造された年代物ラインパイプの低周波ＥＲＷ（ＬＦ−ＥＲＷ）又はＨＦ−ＥＲＷ、又はフラッシュバット溶接又は同様なプロセスのうちのいずれかであってよい。製鋼所におけるラインパイプの製造中、ロングシーム溶接プロセス又はロングシーム溶接のポスト溶接熱処理（ＰＷＨＴ）中にプロセス乱れがあり得る。例えば、ＥＲＷにより作られた１９７０年以前の年代物パイプにおけるロングシーム溶接は、内径（ＩＤ）から外径（ＯＤ）にわたる通常は２〜１０ｍｍ幅である熱変質区域（ＨＡＺ）を含む。硬質冶金学的相などの望ましくない相は、接合ラインにおいて及び／又はＨＡＺ内においての両方で形成される可能性がある。溶接部が熱処理されない又は不適切なポスト溶接を受ければ、パイプ製造中の熱処理プロセスは、ラインパイプシーム溶接部内に硬質冶金学的相などの望ましくない相を残し得、これらの望ましくない相はその後、サービス中に導入される。ライザーの建設段階中、パイプライン及び他の配管システム、配管又はラインパイプの部分は通常、配管又はパイプライン又はライザーの連続的な又は長い部分を作り上げるために、外周に沿って互いに接合／溶接される。これは周溶接と呼ばれる。同様に、溶接継手を有する配管システム又は構造の構築中、一般的に使用される様々な溶接タイプは、限定しないが、周溶接、隅肉溶接、重ね溶接又は突き合せ溶接を含む。様々なタイプの溶接は通常、限定しないがガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）、シールド金属アーク溶接（ＳＭＡＷ）、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）又はフラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）を含む溶接プロセスによりなされる。

【0155】

すべての上述のプロセス中、硬質冶金学的相などの相は、鋼鈑内、シーム溶接部内、又は周溶接部内に形成し得、いくつかのサービス（例えば湿潤Ｈ_２Ｓサービス又はサワーサービス）状況下では、有害であり得る。非破壊検査技術が、硬質微細構造又は溶接タイプなどの微構造相（例えばラインパイプシーム溶接がＬＦ−ＥＲＷ又はＨＦ−ＥＲＷ溶接か、溶接が熱処理されたか否か）を検査する必要性がある。一実施形態では、上記開示された非線形磁気及び磁気音響検出方法及びシステムは、図２０Ａに示すように炭素鋼材を含む様々な金属を検査／走査することができる携帯検査デバイス２０００内に取り込まれる。一実施形態では、ユーザは、加速冷却工程後に又はその後の任意の段階においてＴＭＣＰ板表面２００１を走査するために携帯ツール２０００を使用し得る。別の実施形態では、ユーザは、パイプライン、ライザー又は配管構築中、又はその完了後、又は長年のサービス後のいずれかに、パイプライン２００７のＯＤから周溶接部２００９を走査するために携帯ツール２０００を使用し得る。別の実施形態では、ユーザは、構築中に、又はその完了後に、又は長年のサービス後に、パイプライン２０１１又は溶接構造の周溶接部、隅肉溶接部２０１３、重ね継ぎ部、突き合せ溶接部を走査するために携帯２０００ツールを使用し得る。さらに別の実施形態では、ユーザは、パイプライン２００３及びそのシーム溶接部２００５を走査するために、及び限定しないがＬＦ−ＥＲＷ熱処理パイプ、ＬＦ−ＥＲＷ非熱処理パイプ、ＨＦ−ＥＲＷ熱処理パイプ及びＨＦ−ＥＲＷ非熱処理パイプを含むＥＲＷ溶接タイプを識別するために携帯ツール２０００を使用し得る。すべての検査プロセス２０１５中、走査からのデータは、望ましくない相が対応鋼材内に存在するかどうかと、望ましくない相の位置と、望ましくない相の量が所定閾値値レベルを越えるかどうかとを判断する（２０１９）ために、オンライン又はオフラインで解析される（２０１７）。望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合（２０２１）、当該位置における鋼材は、フローチャート図２０Ｂに示すように、好適な処理（例えば焼き戻し）による交換（２０２３ａ）又は改善（２０２３ｂ）を必要とする。望ましくない相の量が特定位置において閾値未満であれば（２０２５）、当該位置は品質管理に合格する、又はサービス中のままである。別の実施形態では、走査からのデータは、シームタイプと、年代物パイプラインの溶接部がポスト溶接熱処理されたか否かと、を判断する（２０２９）ためにオンライン又はオフラインのいずれかで解析される。

【0156】

上述のアプリケーションでは、望ましくない相の例は、限定しないが、マルテンサイト、ベイナイト、ラスベイナイト及び任意の非ヒステリシス材料のうちのうちの少なくとも１つを含み得る。鋼材内の材料相は、限定しないが、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ベイナイト、ラスベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトのうちのうちの少なくとも１つを含み得る。上述のアプリケーションの携帯検査デバイス２０００は、限定しないが、デバイス２００の複数の複製（図２Ａ、３Ａなど）並びに磁気送信機、磁気センサ、音響センサ及び馬蹄形磁石の複数の複製を含み得、走査中、送信機及びセンサは鋼材の好適な近傍位置に置かれる。各磁気送信機は磁気センサ及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製と対をなし得る。いくつかの実施形態では、好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製を含む（図９に示す）。より好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製を含む（図１０に示す）。さらに好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす様々な大きさの磁気センサ及び／又は音響センサの最大数の複製を含み得る。

【0157】

いくつかの実施形態では、検査デバイス２０００は、限定しないが、その２本の脚が鋼材の表面と接触する少なくとも１つ又は複数の任意選択的馬蹄形磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２０００は、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つとを含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２０００は、限定しないが、鋼中の磁化を規制するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２０００は、限定しないが、磁気音響応答のための直流磁場を提供するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。

【0158】

５．非ヒステリシス材料内のヒステリシス磁性材料相を検出すること
高温条件（例えば、約４５０℃、約６５０℃）に晒される精製所運転装置内の溶接部を非破壊的に検査する必要性もある。例示的精製プロセスは、限定しないが水素化処理及び水酸化処理を含む。このような状態下では、シグマ相（ヒステリシス磁性材料相）がオーステナイトステンレス鋼内に形成し得、材料を壊れ易くする。したがって、精製所運転装置に関し、精製所運転装置の完全性に対する脅威を評価し得る非破壊検査技術の必要性、又は精製所運転に対する最小妨害でもって望ましくない相をスクリーニングする必要性がある。本明細書において説明される方法及びデバイスは、配管及び容器なとの精製所運転装置のすべて又は一部分内のシグマ相の量を測定する又はシグマ相の有無を検出するために使用され得る。水素化処理中、通常、精製所運転装置のバルクとその溶接部はオーステナイトステンレス鋼を含む。水酸化処理中、通常、反応器の下流の精製所運転装置のバルクはオーステナイトステンレス鋼を含み、反応器の上流の、反応器内の、及び反応器の下流の精製所運転装置内の溶接部のバルクはオーステナイトステンレス鋼を含む。水酸化処理における反応器は通常、Ｃｒ−Ｍｏ材料からなる。いくつかの実施形態では、本明細書において説明される方法及びデバイスはまた、Ｄ／Ｓ内の水酸化反応器内の厚肉Ｃｒ−Ｍｏ反応器のオーステナイトステンレス鋼配管、容器、及び溶接オーバーレイの製作のために使用される周溶接部及びシーム溶接部中のフェライト含有の量を測定する又はその有無を検出するために使用され得る。フェライト含有の量は、ステンレス鋼溶接部内の溶接凝固亀裂を防止するための所望量を満足する必要がある。

【0159】

一実施形態では、上記開示された非線形磁気及び磁気音響検出方法及びシステムは、携帯型（図示のように）の又は自動化された１つ又は複数の検査デバイス２１００内に取り込まれる。デバイス２１００（図２１Ａ参照）は、例えば反応器２１０１、入口配管２１０３、出口配管２１０５、又は配管２１０３、２１０５と反応器２１０１との間の継手２１０７（例えば隅肉溶接部、反応器２１０１、入口配管２１０３又は出口配管２１０５の任意の溶接部を含む）を検査する（２１０９）ために使用され得る。検査中、デバイス２１０１は、データ取得及び収集２１０９（及び／又は初期解析）を行い、測定結果を格納する。このデータは、望ましくない相が精製所運転装置内に存在するかどうかと、望ましくない相の位置と、望ましくない相の量が所定閾値値を越えるかどうかとを判断する（２１１３）ためにさらに解析され、後処理され得る（例えば別のコンピュータにおいて）（２１１１）。望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合（２１１５）、当該位置における精製所運転装置又は精製所運転装置全体は、図２１Ｂのフローチャートのように好適な処理（例えば焼き戻し又はアニーリング）により交換され得る（２１１７ａ）又は改善され得る（２１１７ｂ）。望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合（２１１９）、精製所運転装置はサービス中のまま（２１２０ａ）であり得、任意選択的に、精製所運転装置の予測残存寿命が推定され得る（２１２０ｂ）。

【0160】

上述のアプリケーションの検査デバイス２１００は、限定しないが、デバイス２００の複数の複製（図２Ａ、３Ａなど）、並びに配管又は溶接構造内の管壁又は溶接部のＩＤ又はＯＤの好適な近傍位置に置かれた磁気送信機、磁気センサ、音響センサ及び馬蹄形磁石の複数の複製を含み得る。各磁気送信機は磁気センサ及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製と対をなし得る。いくつかの実施形態では、好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製を含む（図９に示す）。より好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製を含む（図１０に示す）。さらに好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす様々な大きさの磁気センサ及び／又は音響センサの最大数の複製を含み得る。

【0161】

いくつかの実施形態では、検査デバイス２１００は、限定しないが、その２本の脚が管壁のＩＤ又はＯＤに接触する少なくとも１つ又は複数の任意選択的馬蹄形磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２１００は、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つとを含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２１００は、限定しないが、パイプ中の磁化を規制するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２１００は、限定しないが、磁気音響応答のための直流磁場を提供するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。

【0162】

他の非破壊検査ツールにおける慣習と同様に、当業者は、非線形磁気応答及び／又は第３高調波のピーク値を、非ヒステリシス材料内のヒステリシス磁性材料相の様々な分率に対し較正し得る。したがって、適切な較正により、本開示の方法及びシステムは、２つ以上の材料相を有する試料（ヒステリシス磁性材料の非均質性を有する非ヒステリシス材料など）のヒステリシス磁性材料相分率を測定するために使用され得る。

【0163】

６．感知硬度及び／又は溶接部内のハードスポット
周溶接部中の硬度を非破壊的に検査する及び／又はハードスポットを識別する必要性もある。一実施形態では、上記開示された非線形磁気及び磁気音響検出方法及びシステムは、バグ２２０１に関連付けられた１つ又は複数の検査デバイス２２００内に取り込まれる（図２２Ａ参照）。バグは、周溶接部２２０５を生成する及び／又は周溶接部２２０５を検査するためにパイプ２２０３の外周を回る自動機械である。本明細書において説明されるデバイス２２００は、形成された（すなわち溶接バグにより）後に又は周溶接部２２０５の超音波応答を測定する（すなわち超音波試験バグにより）際にも周溶接部２２０５の非線形磁気応答信号を測定するためにバグ２２０１と共に取り込まれ得る。１つ又は複数のデバイス２２００が周溶接部２２０５を検査する（２２０７）ために使用され得る。検査中、デバイス２２００は、データ取得及び収集（２２０７）（及び／又は初期解析）を行い、測定結果を格納する。このデータは、周溶接部２２０５内に望ましくない相が存在するかどうかと、望ましくない相の位置と、望ましくない相の量が所定閾値値を越えるかどうかとを判断する（２２１１）ために、さらに解析され、後処理され得る（例えば別のコンピュータにおいて）（２２０９）。望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合（２２１３）、当該位置における周溶接部２２０５又は周溶接部２２０５全体は図２１Ｂのフローチャートのように好適な処理理（例えば焼き戻し又はアニーリング）により修理され得る（２２１５）。望ましくない相の量が特定位置において閾値を超える場合（２２１７）、パイプ２２０３は使用のために洗浄されないままであり得る。

【0164】

上述のアプリケーションの検査デバイス２２００は、限定しないが、デバイス２００の複数の複製（図２Ａ、３Ａなど）、並びに配管又は溶接構造内の管壁又は溶接部のＩＤ又はＯＤの好適な近傍位置に置かれた磁気送信機、磁気センサ、音響センサ及び馬蹄形磁石の複数の複製を含み得る。各磁気送信機は磁気センサ及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製と対をなし得る。いくつかの実施形態では、好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製を含む（図９に示す）。より好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製を含む（図１０に示す）。さらに好ましい配置は、各磁気送信機の周囲の様々な位置の及び／又は各磁気送信機と対をなす様々な大きさの磁気センサ及び／又は音響センサの最大数の複製を含み得る。

【0165】

いくつかの実施形態では、検査デバイス２２００は、限定しないが、その２本の脚が管壁のＩＤ又はＯＤに接触する少なくとも１つ又は複数の任意選択的馬蹄形磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２２００は、限定しないが、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つとを含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２２００は、限定しないが、パイプ中の磁化を規制するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。いくつかの実施形態では、検査デバイス２２００は、限定しないが、磁気音響応答のための直流磁場を提供するために１つ又は複数の任意選択的磁石又は電磁石を含み得る。

【0166】

他の非破壊検査ツールにおける慣習と同様に、当業者は非線形磁気応答及び／又は第３高調波のピーク値を周溶接部の硬度及び／又は周溶接部内のハードスポットの存在に対し較正し得る。したがって、適切な較正により、本開示の方法及びシステムは溶接試料の硬度を測定するために使用され得る。

【0167】

例示的実施形態
第１の例示的実施形態は、鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料及び／又は少なくとも１つの非ヒステリシス材料を含む鋼材を検査する非破壊評価方法を利用する方法を含む。本方法は、ヒステリシス強磁性材料及び／又は非ヒステリシス材料を入力時変磁場により調査する工程と；鋼材を走査しヒステリシス強磁性材料及び／又は非ヒステリシス材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性とを相関付ける工程とを含み、鋼材内の前記１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性は、鋼材の硬度、鋼材のグレード又はタイプ、鋼材内の材料相の存在、鋼材内のハードスポットの存在、鋼材内の金属損失又は亀裂の存在、鋼材内の欠陥の存在、及びそれらの任意の組み合わせからなる群から選択される１つを含む。この例示的実施形態は、以下の要素のうちの１つ又は複数を任意選択的に含み得る：
要素１：鋼部品は、鋼鈑、ボルト、鍛造品、鋳造品、パイプ、ライザー、表面、溶接部、溶接ルート、溶接キャップ及び継手からなる群から選択される；
要素２：鋼部品は鋼金属板であり、鋼金属板の走査工程は熱間圧延及び／又は加速冷却工程後に発生する；
要素３：走査工程は台車又は携帯デバイスを使用して手動で行われる；
要素４：走査工程は自動化走査システムを使用して自動的に行われる；
要素５：受信された磁気応答及び／又は音響応答はオンラインで解析される又はオフラインで格納され解析される；
要素６：鋼材内の１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性は鋼材内の材料相の存在であり、材料相は鋼材内には望ましくなく、前記方法はさらに、鋼材内に存在する望ましくない相の量が所定閾値レベルを超える場合にさらなる処理のために鋼材を改善する（または修正する、remediating）又は不合格とする（または除去する、rejecting）工程を含む；
要素７：改善工程が焼き戻し処理工程及び／又は焼なまし及び／又は焼きならし及び／又はポスト溶接熱処理工程に関わる要素６；
要素８：１つ又は複数の材料状態及び／又は１つ又は複数の非均質性に基づきフィードバックを鋼材処理工程へ提供する工程をさらに含む；
要素９：材料相はオーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ラスベイナイト、ベイナイト、針状フェライト及び準多角形状フェライトからなる群から選択される少なくとも１つを含む；
要素１０：本方法はさらに、磁気送信機、磁気センサ、及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を移動するためのコンピュータ制御自動移動プラットフォーム（a computer-controlled automatic moving platform）と、様々な空間位置における磁気応答及び／又は音響応答を検出するための任意選択的磁石とを提供する工程を含む；
要素１１：本方法は、磁気送信機、磁気センサ、及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を移動するための手動制御並進（manually controlled translating）及び回転プラットフォームと、様々な空間位置における磁気応答及び／又は音響応答を検出するための任意選択的磁石とを提供する工程を含む；
要素１２：本方法は、少なくとも１つの磁気送信機と、磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つと、１つの任意選択的直流磁石とを含む携帯デバイスを提供する工程を含む；
要素１３：調査及び走査する工程は、調査用時変磁場を出力するように構成された少なくとも１つの磁気送信機と、磁気応答及び／又は音響応答を受信するように構成された少なくとも１つの磁気センサ及び／又は音響センサとを含むデバイスにより行われる；
要素１４：少なくとも１つの磁気センサ及び／又は音響センサは周囲の様々な位置における及び／又は少なくとも１つの磁気送信機のそれぞれと対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの４つの複製である要素１３；
要素１５：少なくとも１つの磁気センサ及び／又は音響センサは周囲の様々な位置における及び／又は少なくとも１つの磁気送信機のそれぞれと対をなす磁気センサ及び／又は音響センサの８つの複製である要素１３；
要素１６：入力時変磁場は追加磁場を含む；
要素１７：追加磁場が一定直流磁場を含む要素１６；
要素１８：入力時変磁場は消磁磁場を含む；
要素１９：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の１つの材料相を絶縁する工程を含む；
要素２０：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の非ヒステリシス材料の存在を絶縁する工程を含む；
要素２１：時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データを生成するために、受信された磁気応答及び／又は音響応答のパワースペクトル密度解析を含む周波数領域解析を行う工程を含む；
要素２２：時間依存非線形特性を判断する工程はパワースペクトル密度データの１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程を含む要素２１；
要素２３：１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの１つ又は複数の高調波係数を判断する工程を含む要素２２；
要素２４：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素２３；
要素２５：奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第３及び／又は第５高調波を判断する工程を含む要素２４；
要素２６：時間依存非線形特性を相関付ける工程は第３及び／又は第５高調波と１つ又は複数の材料状態とを比較し相関付ける工程を含む要素２５；
要素２７：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素２３；
要素２８：偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第２高調波を判断する工程を含む要素２７；
要素２９：時間依存非線形特性を相関付ける工程は、第２高調波と、材料の磁化状態及び材料の既存残留磁化を含む追加材料情報とを比較し相関付ける工程を含む要素２８。例示的組み合わせは、限定しないが、要素１３及び任意選択的に任意の他の要素と組み合わせられた要素１４又は１５；任意の他の要素と組み合わせられた要素１；組み合わせられた及び任意選択的に任意の他の要素とさらに組み合わせられた要素２１、２２、２３、２４（任意選択的に要素２５〜２６の一方又は両方を有する）及び２７（任意選択的に要素２８〜２９の一方又は両方を有する）；要素３及び／又は１１と組み合わせられた及び任意選択的に要素６〜８のうちの１つ又は複数の要素とさらに組み合わせられた要素２；要素４及び／又は１０と組み合わせられた及び任意選択的に要素６〜８のうちの１つ又は複数の要素とさらに組み合わせられた要素２；要素１２と組み合わせられた及び任意選択的に要素６〜８のうちの１つ又は複数の要素とさらに組み合わせられた要素２；任意の他の要素と組み合わせられた要素１７を任意選択的に有する要素１６；任意の他の要素と組み合わせた要素１８；及び上記の組み合わせの組み合わせを含む。

【0168】

別の例示的実施形態は、鋼部品の材料相及び／又は材料品質を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる鋼部品を検査する非破壊評価方法を利用する方法を含む。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；鋼部品を走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼材の１つ又は複数の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。任意選択的に、この例示的実施形態は、以下の要素のうちの１つ又は複数を含み得る：
要素３０：鋼部品は鋼金属板、ボルト、鍛造品及び鋳造品からなる群から選択される；
要素３１：鋼部品は鋼金属板であり、鋼金属板の走査工程は熱間圧延及び／又は加速冷却工程後に発生する；
要素３２：走査工程は台車又は携帯デバイスを使用して手動で又は自動化走査システムを使用して自動的に行われる；
要素３３：受信された磁気応答及び／又は音響応答はオンラインで解析される又はオフラインで格納され解析される；
要素３４：鋼部品内に存在する望ましくない相の量が所定閾値レベルを超える場合、鋼部品はさらなる処理から排除される又は処理により改善される；
要素３５：この処理が焼き戻し処理工程である要素３４；
要素３６：望ましくない相の量の形成を最小化するためにフィードバックを鋼部品処理工程へ提供する工程をさらに含む；
要素３７：材料相は、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ラスベイナイト、ベイナイト、針状フェライト又は準多角形状フェライトのうちの少なくとも１つを含む；
要素３８：鋼部品は、平板又は湾曲版である鋼金属板である；
要素３９：本方法は、磁気送信機、磁気センサ、及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を移動するためのコンピュータ制御自動移動プラットフォームと、様々な空間位置における磁気応答及び／又は音響応答を検出するための任意選択的磁石とを提供する工程を含む；
要素４０：本方法は、磁気送信機、磁気センサ、及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を移動するための手動制御並進及び回転プラットフォームと、様々な空間位置における磁気応答及び／又は音響応答を検出するための任意選択的磁石とを提供する工程を含む；
要素４１：本方法は、少なくとも１つの磁気送信機と、磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つと、１つの任意選択的直流磁石とを含む携帯デバイスを提供する工程を含む；
要素４２：入力時変磁場は追加磁場を含む；
要素４３：追加磁場が一定直流磁場を含む要素４２；
要素４４：入力時変磁場は消磁磁場を含む；
要素４５：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の１つの材料相を絶縁する工程を含む；
要素４６：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の非ヒステリシス材料の存在を絶縁する工程を含む；
要素４７：時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データを生成するために、受信された磁気応答及び／又は音響応答のパワースペクトル密度解析を含む周波数領域解析を行う工程を含む；
要素４８：時間依存非線形特性を判断する工程はパワースペクトル密度データの１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程を含む要素４７；
要素４９：１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの１つ又は複数の高調波係数を判断する工程を含む要素４８；
要素５０：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素４９；
要素５１：奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第３及び／又は第５高調波を判断する工程を含む要素５０；
要素５２：時間依存非線形特性を相関付ける工程は第３及び／又は第５高調波と１つ又は複数の材料状態とを比較し相関付ける工程を含む要素５１；
要素５３：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素４９；
要素５４：偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第２高調波を判断する工程を含む要素５３；
要素５５：時間依存非線形特性を相関付ける工程は、第２高調波と、材料の磁化状態及び材料の既存残留磁化を含む追加材料情報とを比較し相関付ける工程を含む要素５４。

【0169】

さらに別の例示的実施形態は、少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる鋼パイプラインシーム溶接部の材料相及び／又は材料品質を識別するために上記溶接部をスクリーニングする非破壊評価方法を利用する方法を含む。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；鋼パイプラインを走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼パイプラインのシーム溶接部の１つ又は複数の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。任意選択的に、この例示的実施形態は以下の要素のうちの１つ又は複数を含み得る：
要素５６：非破壊評価方法は、鋼パイプラインのシーム溶接部の１つ又は複数の材料品質を検出するためのパイプライン検査ゲージ（ＰＩＧ）上に取り込まれる；
要素５７：パイプライン検査ゲージ（ＰＩＧ）が鋼パイプラインの内径を検査する要素５６；
要素５８：受信された磁気応答及び／又は音響応答は、パイプライン検査中にオンラインで格納され解析される又はパイプライン検査からオフラインで格納され解析される要素５７；
要素５９：シーム溶接のある位置における鋼パイプライン内に存在する望ましくない相の量が所定閾値レベルを超える場合、パイプラインの変質部分は、シーム溶接部の当該位置において交換される、又はシーム溶接部の当該位置において冶金学的処理により又はシーム溶接部の当該位置において又は修理溶接することにより改善される要素５８；
要素６０：冶金学的処理は焼き戻し又は焼なまし処理工程である要素５９；
要素６１：材料相は、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ラスベイナイト、ベイナイト、針状フェライト又は準多角形状フェライトのうちの少なくとも１つを含む；
要素６２：非破壊評価方法はパイプライン検査ゲージ（ＰＩＧ）（パイプラインの内側に置かれた）の外周周囲の位置に置かれた磁気送信機、磁気センサ及び／又は音響センサ、並びに任意選択的磁石の複数の複製を含む；
要素６３：非破壊評価方法は１つ又は複数の磁気センサ及び／又は音響センサと対をなす少なくとも１つの磁気送信機と、鋼パイプラインの内側の好適な近傍位置に置かれた任意選択的直流磁石とを含む要素６２；
要素６４：磁気送信機、磁気センサ及び／又は音響センサ及び任意選択的磁石の１つ又は複数の複製は１つ又は複数の長手方向位置において検査ツールの外周をカバーする配置で置かれ得る要素６２；
要素６５：非破壊評価方法は、その２本の脚がパイプラインの内壁と接触する少なくとも１つの馬蹄形磁石を含む要素６２；
要素６６：非破壊評価方法は、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサのいずれか１つとを含む；
要素６７：本方法は、少なくとも１つの磁気送信機と、磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つと、１つの任意選択的直流磁石とを含む鋼パイプラインを走査する携帯デバイスを提供する工程を含む；
要素６８：入力時変磁場は追加磁場を含む；
要素６９：追加磁場は一定直流磁場を含む要素６８；
要素７０：入力時変磁場は消磁磁場を含む；
要素７１：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の１つの材料相を絶縁する工程を含む；
要素７２：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の非ヒステリシス材料の存在を絶縁する工程を含む；
要素７３：時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データを生成するために、受信された磁気応答及び／又は音響応答のパワースペクトル密度解析を含む周波数領域解析を行う工程を含む；
要素７４：時間依存非線形特性を判断する工程はパワースペクトル密度データの１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程を含む要素７３；
要素７５：１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの１つ又は複数の高調波係数を判断する工程を含む要素７４；
要素７６：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素７５；
要素７７：奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第３及び／又は第５高調波を判断する工程を含む要素７６；
要素７８：時間依存非線形特性を相関付ける工程は第３及び／又は第５高調波と１つ又は複数の材料状態とを比較し相関付ける工程を含む要素７７；
要素７９：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素７５；
要素８０：偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第２高調波を判断する工程を含む要素７９；
要素８１：時間依存非線形特性を相関付ける工程は、第２高調波と、材料の磁化状態及び材料の既存残留磁化を含む追加材料情報とを比較し相関付ける工程を含む要素８０。

【0170】

別の例示的実施形態は、溶接部の材料相及び／又は材料品質を識別するために少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなるシステム内の、限定しないが周溶接部又は隅肉溶接部又は重ね溶接部又は突き合せ溶接部を含む鋼配管又は鋼管又は溶接構造の溶接部をスクリーニングする非破壊評価方法を利用する方法を含む。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；溶接部を走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼管又は鋼配管又は溶接構造の１つ又は複数の溶接部の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。任意選択的に、この例示的実施形態は、以下の要素のうちの１つ又は複数を含み得る：
要素８２：システムはライザー、パイプライン又は他の配管システムを含む；
要素８３：非破壊評価方法は、システムの１つ又は複数の溶接部の１つ又は複数の材料品質を検出するためのシステムの内径又は外径を走査及び検査することができる手動ツール又は自動検査ツール上に取り込まれる；
要素８４：鋼パイプライン又は配管の内径及び／又は外径の手動検査ツールは繋留又は牽引式システムである要素８３；
要素８５：鋼パイプライン又は配管の内径及び／又は外径の自動検査ツールはロボットクローラシステムである要素８３；
要素８６：受信された磁気応答及び／又は音響応答はパイプライン又は配管又は溶接構造検査中にオンラインで格納され解析される又はパイプライン又は配管又は溶接構造からオフラインで格納され解析される要素８３；
要素８７：溶接部内に存在する望ましくない相の量が所定閾値レベルを超える場合溶接部は交換される又は冶金学的処理により改善される；
要素８８：冶金学的処理は、走査へ進み次の溶接部を検査する前の溶接の次の溶接パスの焼き戻しビーディング工程又はポスト溶接熱処理工程である要素８７；
要素８９：材料相は、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ラスベイナイト、ベイナイト、針状フェライト又は準多角形状フェライトのうちの少なくとも１つを含む；
要素９０：ツールは磁気送信機、磁気センサ及び／又は音響センサ並びに任意選択的磁石の１つ又は複数の複製を含む要素８３；
要素９１：磁気送信機、磁気センサ、音響センサ及び任意選択的磁石は、パイプラインの内側及び／又は外側に位置する牽引式パイプライン検査ツールの外周周囲の位置に置かれた要素９０；
要素９２：磁気送信機、磁気センサ及び／又は音響センサ及び任意選択的磁石の１つ又は複数の複製は１つ又は複数の長手方向位置において検査ツールの外周をカバーする配置で置かれ得る；
要素９３：非破壊評価方法は、１つ又は複数の磁気センサ及び／又は音響センサと対をなす少なくとも１つの磁気送信機と、システムの好適な近傍位置に置かれた任意選択的磁石とを含む；
要素９４：非破壊評価方法はその２本の脚がパイプラインの内壁と接触する少なくとも１つの馬蹄形磁石を含む；
要素９５：非破壊評価方法は、少なくとも１つの磁気送信機と、馬蹄形磁石の中心に位置する磁気センサ又は音響センサのいずれか１つとを含む；
要素９６：本方法は、少なくとも１つの磁気送信機と、磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つと、１つの任意選択的直流磁石とを含む鋼パイプ、配管、及び溶接構造を走査する携帯デバイスを提供する工程を含む；
要素９７：入力時変磁場は追加磁場を含む；
要素９８：追加磁場は一定直流磁場を含む要素９７；
要素９９：入力時変磁場は消磁磁場を含む；
要素１００：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の１つの材料相を絶縁する工程を含む；
要素１０１：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の非ヒステリシス材料の存在を絶縁する工程を含む；
要素１０２：時間依存非線形特性を判断する工程はパワースペクトル密度データを生成するために、受信された磁気応答及び／又は音響応答のパワースペクトル密度解析を含む周波数領域解析を行う工程を含む；
要素１０３：時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データの１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程を含む要素１０２；
要素１０４：１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの１つ又は複数の高調波係数を判断する工程を含む要素１０３；
要素１０５：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素１０４；
要素１０６：奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第３及び／又は第５高調波を判断する工程を含む要素１０５；
要素１０７：時間依存非線形特性を相関付ける工程は第３及び／又は第５高調波と１つ又は複数の材料状態とを比較し相関付ける工程を含む要素１０６；
要素１０８：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素１０２；
要素１０９：偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第２高調波を判断する工程を含む要素１０８；
要素１１０：時間依存非線形特性を相関付ける工程は、第２高調波と、材料の磁化状態及び材料の既存残留磁化を含む追加材料情報とを比較し相関付ける工程を含む要素１０９。

【0171】

さらに別の例示的実施形態は、鋼板及びパイプライン溶接部内の材料相及び材料品質、並びに少なくとも１つのヒステリシス強磁性材料からなる鋼板及び鋼パイプラインシーム溶接の溶接タイプ及び熱処理状態を識別する非破壊評価方法を利用する方法を含む。本方法は、入力時変磁場によりヒステリシス強磁性材料を調査する工程と；鋼板又は鋼パイプラインを走査しヒステリシス強磁性材料からの経時的な磁気応答及び／又は音響応答を検出する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性を判断する工程と；受信された磁気応答及び／又は音響応答の時間依存非線形特性と鋼板又は鋼パイプラインの１つ又は複数の材料品質及び／又は材料相とを相関付ける工程とを含み、前記１つ又は複数の材料品質は、高硬度の領域、金属損失の領域、表面亀裂の領域、望ましくない相の量及びそれらの組み合わせを含む。任意選択的に、この例示的実施形態は、以下の要素のうちの１つ又は複数を含み得る：
要素１１１：鋼パイプラインシーム溶接部は、ポスト溶接熱処理式低周波ＥＲＷパイプ、非熱処理低周波ＥＲＷパイプ、ポスト溶接熱処理式高周波ＥＲＷパイプ及び非熱処理高周波ＥＲＷパイプを含む；
要素１１２：非破壊評価方法は磁気送信機、磁気センサ及び／又は音響センサ及び任意選択的磁石の１つ又は複数の複製を含む；
要素１１３：非破壊評価方法は、磁気送信機、磁気センサ、及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を移動するためのコンピュータ制御自動移動プラットフォームと、様々な空間位置における磁気応答及び／又は音響応答を検出するための任意選択的磁石とを含む。
要素１１４：非破壊評価方法は、磁気送信機、磁気センサ、及び／又は音響センサの１つ又は複数の複製を移動するための手動制御並進及び回転プラットフォームと、様々な空間位置における磁気応答及び／又は音響応答を検出するための任意選択的磁石とを含む。
要素１１５：非破壊評価方法は、少なくとも１つの磁気送信機と、磁気センサ又は音響センサの少なくともいずれか１つと、１つの任意選択的直流磁石とを含む携帯デバイスを含む。
要素１１６：受信された磁気応答及び／又は音響応答は、鋼板若しくはパイプライン検査中にオンラインで格納され解析される、又は鋼板若しくはパイプライン検査からオフラインで格納され解析される；
要素１１７：鋼鈑又はパイプライン内に存在する望ましくない相の量が所定閾値レベルを超える場合当該位置における鋼材は冶金学的処理により交換又は改善される；
要素１１８：冶金学的処理は焼入れ工程又はポスト溶接熱処理工程である要素１１７；
要素１１９：材料相は、オーステナイト、マルテンサイト、フェライト、パーライト、ラスベイナイト、ベイナイト、針状フェライト又は準多角形状フェライトのうちの少なくとも１つを含む；
要素１２０：非破壊評価方法は、シーム溶接タイプ、周溶接タイプ、及びシーム溶接又は周溶接のポスト溶接熱処理状態を判断するために使用される；
要素１２１：シーム溶接タイプはＬＦ−ＥＲＷ又はＨＦ−ＥＲＷである要素１２０；
要素１２２：入力時変磁場は追加磁場を含む；
要素１２３：追加磁場は一定直流磁場を含む要素１２２；
要素１２４：入力時変磁場は消磁磁場を含む；
要素１２５：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の１つの材料相を絶縁する工程を含む；
要素１２６：時間依存非線形特性を相関付ける工程はヒステリシス強磁性材料内の非ヒステリシス材料の存在を絶縁する工程を含む；
要素１２７：時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データを生成するために、受信された磁気応答及び／又は音響応答のパワースペクトル密度解析を含む周波数領域解析を行う工程を含む；
要素１２８：時間依存非線形特性を判断する工程は、パワースペクトル密度データの１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程を含む要素１２７；
要素１２９：１つ又は複数の高調波ピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの１つ又は複数の高調波係数を判断する工程を含む要素１２８；
要素１３０：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素１２９；
要素１３１：奇数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第３及び／又は第５高調波を判断する工程を含む要素１３０；
要素１３２：時間依存非線形特性を相関付ける工程は第３及び／又は第５高調波と１つ又は複数の材料状態とを比較し相関付ける工程を含む要素１３１；
要素１３３：１つ又は複数の高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程を含む要素１２９；
要素１３４：偶数高調波係数及び／又はピーク値を判断する工程はスペクトル密度データの第２高調波を判断する工程を含む要素１３３；
要素１３５：時間依存非線形特性を相関付ける工程は、第２高調波と、材料の磁化状態及び材料の既存残留磁化を含む追加材料情報とを比較し相関付ける工程を含む要素１３４。

【0172】

主題開示の非破壊材料検査を使用するデバイス及び方法が実施形態を参照して示され説明されたが、当業者は、変更及び／又は修正が主題開示の精神及び範囲から逸脱すること無くなされ得るということを容易に理解することになる。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A-B】

【図5A-B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A-B】

【図7C】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B-C】

【図11D】

【図11E-F】

【図12A-B】

【図12C】

【図13A】

【図13B】

【図13C-D】

【図13E】

【図14A-B】

【図14C】

【図15A】

【図15B】

【図16A】

【図16B】

【図17A】

【図17B】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20A】

【図20B】

【図21A】

【図21B】

【図22A】

【図22B】

【国際調査報告】