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JP2966515B2 - 超音波検査方法及び超音波検査装置 - Google Patents

超音波検査方法及び超音波検査装置

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Publication number
JP2966515B2
JP2966515B2 JP2322831A JP32283190A JP2966515B2 JP 2966515 B2 JP2966515 B2 JP 2966515B2 JP 2322831 A JP2322831 A JP 2322831A JP 32283190 A JP32283190 A JP 32283190A JP 2966515 B2 JP2966515 B2 JP 2966515B2
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JP
Japan
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probe
ultrasonic
fluid inlet
outlet side
inlet side
Prior art date
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JP2322831A
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JPH04194745A (ja
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正浩 小池
弘明 千葉
修司 神本
茂 梶山
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04194745A publication Critical patent/JPH04194745A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/07Analysing solids by measuring propagation velocity or propagation time of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26Scanned objects
    • G01N2291/269Various geometry objects
    • G01N2291/2693Rotor or turbine parts

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  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼材等でできた構造物を超音波を用いて、
破壊せずに検査する方法及び装置に係り、特に、複雑形
状のタービンのダブテール部(ブレードの根元部及びデ
イスクのブレード植込部)を検査するのに最適な方法に
関する。
〔従来の技術〕
従来の検査方法は、第7図に示すように、ダブテール
部の平面部分(流体入口側又は出口側)に探触子を設置
し、欠陥からの反射波を受信することにより、欠陥の有
無を判定するものである。この方法は、円周方向(θ)
一軸方向(z)に進展する欠陥3を検出するのに適して
いる。しかし、軸方向(z)一半径方向(r)に進展す
る径方向欠陥4を検出しようとした場合には、超音波が
当たる欠陥の面積が小さいために受信強度が小さく、検
出が困難である。一方、この径方向欠陥を検出するため
の方法が、マテリアルズ、エバリユエーシヨン 41−13
(1983年)第1511頁から第1516頁(Materials Evaluati
on,vol.41,No.13(1983)PP1511−1516)に論じられて
いる。この文献で取り上げているデイスクは、第8図に
示す形状であり、ダブテール部下部のくびれ部分に探触
子が設置できる。この場合には、超音波が当たる径方向
欠陥4の面積が大きいため、超音波の受信強度が大きく
欠陥の検出が可能である。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記の従来技術では、ダブテール部の下部にくびれ部
分(傾斜部分)がないデイスクダブテール部の検査には
適用できない問題があつた。
本発明の目的は、デイスク面と垂直な方向にタブテー
ル溝が加工してあるアキシャルエントリ型タービンのタ
ブテール部に発生した径方向欠陥がデイスクにくびれ部
分が存在するか否かを問わず超音波検査で確実に検出で
きる超音波検査方法及び超音波検査装置を提供すること
にある。
〔課題を解決するため手段〕 上記目的を達成するため、本発明はデイスク面と垂直
な方向にタブテール溝が加工してあるアキシャルエント
リ型タービンのタブテール部の検査領域を軸方向に三領
域に分け、それぞれ次の方法で検査する。
三領域に分けた場合の軸方向中央部は、送信用及び受
信用として二個の探触子を用意し、それぞれデイスクの
流体入口側と出口側の面に設置する。仮に流体入口側の
面に設置した探触子から超音波を送信し、出口側に設置
した探触子で欠陥からの反射波を受信する。また両端部
の検査のためには、流体入口側または流体出口側の面
に、探触子を二個または一個設置する。探触子から送信
された超音波は、欠陥と探触子を設置していない面とで
反射して受信される。
この欠陥からの反射波が受信できるかどうかで、欠陥
の有無を判定する。
〔作用〕
三領域に分けた軸方向中央部の検査では、探触子から
送信された超音波が、欠陥に斜め方向から入射され、入
射と反対方向に反射される。この反射波を送信用探触子
と反対面に設置された別の探触子(受信用探触子)で受
信する。受信用探触子では、欠陥からの反射波以外にダ
ブテール部の内部形状からの反射波が得られる。そのた
め、欠陥からの反射波が得られる時間軸上にあらかじめ
時間ゲートを設定し、欠陥からの反射波のみを抽出す
る。従つて、欠陥が存在しない場合にはゲート内に信号
が得られず、ゲート内の信号の有無により欠陥の有無を
判定する。両端部の検査では、まず欠陥で反射し、つい
で送信用探触子を設置した面と反対面で反射した超音波
(又はその逆の伝播径路の超音波)を、送信と別の探触
子または同じ探触子で受信する。この場合も軸方向中央
部と同様にゲート内に信号が存在するかどうかにより、
欠陥の有無を判定する。
〔実施例〕
まず、探触子の設置面を中心に検査方法について述べ
る。第9図に、第一段フツクに発生した欠陥4を検出す
る方法について示す。流体入口側と出口側に探触子を設
置する。どちらが送信用探触子,受信用探触子でもよい
が、ここでは、流体入口側の探触子5を送信,出口側の
探触子6を受信として用いる。実際に被検査体(ダブテ
ール部)1内に送信した超音波は、振動子の大きさ,周
波数等に依存してある範囲に拡がる。しかしここでは、
拡がりのなかで最も強度が高い部分(以下音軸と呼ぶ)
について考え、音軸が検査点8と一致する位置に探触子
5,6を設置する。もし、検査点8に欠陥4が存在する
と、被検検体(ダブテール部)1内に斜めに入射した超
音波7は、欠陥4で反射し、流体出口側に設置した受信
用探触子6の位置に達する(探触子は第9図中の実線で
示す)。検査点8を軸(z)方向のa方向に移動する場
合には、送信用及び受信用探触子5,6をa方向に走査す
る。一方、検査点8をb方向に移動する場合には、送信
用及び受信用探触子5,6をb方向に走査する。この方法
でダブテール部の両端部を検査しようとした場合には、
有限な大きさを持つ探触子が設置できないため、超音波
が入射できず、検査が不可能な領域が存在する(第9図
中A,C)。そこで、流体入口側の領域Aの検査では、第1
0図に示すように送信用及び受信用探触子5,6を流体出口
側に設置する。探触子5から斜め方向に送信された超音
波7は、欠陥4で反射され次に流体入口側の面で反射
し、受信用探触子6で受信される。探触子5,6の位置を
逆にし、逆の伝播経路の場合でも同じである。さらに、
流体出口側の領域Cの検査では、第11図に示すように送
信用及び受信用探触子5,6を流体入口側に設置する。探
触子5から斜め方向に送信された超音波7は、欠陥4で
反射され、次に、流体出口側の面で反射し、受信用探触
子6で受信される。この場合も、探触子5,6の位置を逆
にし、逆の伝播経路の場合でも同じ結果である。領域A
及びCを検査する場合には、探触子が有限の大きさを持
つため、送信用及び受信用探触子5,6を同一平面上で、
かつ、同一線上に設置できない場合がある。その場合に
は、第12図に示すように、送信用及び受信用探触子を左
右にずらして、すなわち、千鳥状に配置して検査する。
本方法を具体化するための超音波検査装置を第1図に
示す。第1図において、5は送信用探触子、6は受信用
探触子、7は超音波、9は送信器、10は受信器、11は受
信波の有無判定回路、12はしきい値設定回路、13はゲー
ト設定器、14は伝播距離測定器、15はピーク値検出器、
16は表示器である。
第2図は信号波形の説明図である。
はじめに、送信器9からの送信信号(第2図ア)によ
り送信用探触子5から超音波7(第2図イ)を送信す
る。ダブテール部分を伝播した超音波7を受信用探触子
6で受信し、受信器10に送られる(第2図ウ)。受信し
た超音波7は、受信波の有無判定器11で、あらかじめ設
定したゲート(第2図エ)内に信号があり、かつノイズ
除去のために設定したしきい値(第2図オ)以上の信号
があるか判定される。もし欠陥が存在する場合には、ゲ
ート内にしきい値以上の反射波が得られ、受信波の有無
判定器11で信号があると判定される。受信波の有無判定
器11で得られた信号は、伝播距離測定器14とピーク値検
出器15に送られる。伝播距離測定器14では、送信からそ
の信号が受信されるまでの時間を測定し、この時間
(T)に被検査体の音速(v)を掛けることで伝播距離
(L)を求める。
L=T×v …(1) ピーク値検出器15では、受信波のピーク値を求め、表
示器16へ出力する。第1図では、軸方向中央部を検査す
る探触子の配置で記しているが、両端部の検査の際に
は、第10図及び第11図に記したように、同一面に探触子
を設置し、同様な流れで検査する。ここでは、検査結果
の確認,欠陥の位置の算出のために伝播距離測定器14,
ピーク値検出器15を設けたが、これらがなくても良い。
つぎに、第二の実施例を第3図を用いて説明する。第
3図の構成は、四個の探触子(5a,5b,6a,6b)、17は送
信用探触子切換器、18は送信用探触子切換器であり、1
〜11は第1図と同一の表示なので省略する。流体入口側
の領域Aの検査は、送信用探触子切換器17で送信器9と
探触子5bとを接続し、受信用探触子切換器18で探触子6b
と受信器10とを接続する。送信器9からの送信信号によ
り探触子5bから超音波7を送信する。ダブテール部内を
伝播した超音波を探触子6bで受信し、受信器10に送られ
る。その後の信号の流れは、第一の実施例と同一であ
る。但し、欠陥が存在する場合に得られる受信波は、超
音波7が欠陥で反射し、次に流体入口側の面で反射し、
探触子6bで受信された超音波である。次に、軸方向中央
部(領域B)の検査は、送信用探触子切換器17で送信器
9と探触子5aとを接続し、受信用探触子切換器18で探触
子6bと受信器10とを接続する。この後の信号の流れは、
第一の実施例と同一である。最後に流体出口側の領域C
の検査は、送信用探触子切換器17で送信器9と探触子5a
とを接続し、受信用探触子切換器18で探触子6aと受信器
10とを接続する。この後の信号の流れは、領域Aの検査
の場合と同じである。
第3図に示した第二の実施例では、探触子を流体入口
側の面と出口側の面との間で移動する必要はなく、切換
器17,18の操作だけで良いため、探触子の走査が容易に
なる利点がある。
二つの実施例は、全ての領域を二個の探触子を用いて
検査している。つぎに示す第三の実施例では、両端部の
領域A,Cを一個の探触子で検査するようにした。前述の
ように、探触子から送信される超音波はある範囲に拡が
り、超音波の強度は、第4図に示すように音軸から離れ
るにしたがつて小さくなる。探触子で超音波を受信する
際も、探触子への入射角度により受信感度が異なり、第
4図と同じ分布である。このことは、欠陥や受信用探触
子が音軸上になくても、受信強度が小さくなるものの欠
陥からの反射波が受信できることを示す。そこで第三の
実施例では、第5図,第6図に示すように両端部の領域
A,Cを一個の探触子で検査する。軸方向中央部の検査
は、第一及び第二の実施例と同じである。また装置構成
は、設置している探触子の数が異なる(第二の実施例で
は四個,第三の実施例では二個)だけで第三の実施例と
同じである。領域Cの検査では、流体入口側に設置した
探触子5を、送信用探触子切換器17で送信器9と、そし
て受信用探触子切換器18で受信器10とを接続する。探触
子5から送信された超音波7は、ダブテール部内を伝播
し、送信と同じ探触子5で受信される。また、領域Aの
検査は流体出口側に設置した探触子を用いる点が異なる
だけで、領域Cの検査と同じである。
第5図,第6図の第三の実施例では、探触子が二個で
良く、しかも探触子を設置面間で移動する必要もないた
め、探触子の走査がさらに容易になる。
このように、本発明の各実施例によれば、デイスク面
と垂直な方向にタブテール溝が加工してあるアキシャル
エントリ型タービンのタブテール部に発生した径方向欠
陥を各検査領域A,B,C毎に最適な探触子の配置条件を与
えてその径方向欠陥の有無を確実に検査してそのタブテ
ール部の健全性を確認出来る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、デイスク面と垂直な方向にタブテー
ル溝が加工してあるアキシャルエントリ型タービンのタ
ブテール部に発生した径方向欠陥を確実に検出できるた
め、くびれていない構造のダブテール部においても、そ
の健全性を確認できる効果がある。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の第一実施例のブロツク図、第2図は第
1図の波形説明図、第3図は本発明の第二の実施例のブ
ロツク図、第4図は超音波の強度分布図、第5図は本発
明の第三の実施例の説明図、第6図は第5図の右側面
図、第7図,第8図は従来例の説明図、第9図ないし第
12図は本発明における探触子の配置の説明図である。 1……被検査体、2……ブレード、3……周方向欠陥、
4……径方向欠陥、5……送信用探触子、6……受信用
探触子,7……超音波、8……検査点、9……送信器、10
……受信器、11……受信波の有無判定器、12……しきい
値設定器、13……ゲート設定器、14……伝播距離測定
器、15……ピーク値検出器、16……表示器、17……送信
用探触子切換器、18……受信用探触子切換器。
フロントページの続き (72)発明者 梶山 茂 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 平1−161145(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アキシャルエントリ型タービンデイスクの
    デイスク側面へ設置した探触子からアキシャルエントリ
    型タービンデイスクのダブテール部へ超音波を送信し、
    ダブテール部からの反射された超音波を受信してダブテ
    ール部の欠陥を検出する超音波検査方法において、 検査部位を流体入口側・中央部・流体出口側の3領域に
    分けて、流体入口側領域を検査する場合には送信用探触
    子と受信用探触子の双方を流体出口側デイスク面に設置
    して超音波を送受信し、中央部領域を検査する場合には
    送信用探触子と受信用探触子の一方を流体入口側デイス
    ク面に、他方を流体出口側デイスク面に設置して超音波
    を送受信し、流体出口側領域を検査する場合には送信用
    探触子と受信用探触子の双方を流体入口側デイスク面に
    設置して超音波を送受信することを特徴とする超音波検
    査方法。
  2. 【請求項2】アキシャルエントリ型タービンデイスクの
    デイスク側面へ設置した探触子からアキシャルエントリ
    型タービンデイスクのダブテール部へ超音波を送信する
    超音波探触子と、超音波探触子に高電圧を印加する送信
    器と、ダブテール部からの反射波を受信する超音波探触
    子と、受信した反射波信号を増幅する受信器と、予め設
    定しておいた時間ゲート内で受信した反射波信号の振幅
    としきい値を比較して受信波の有無を判定する手段を備
    えた超音波検査装置において、 流体入口側デイスク面と流体出口側デイスク面の双方に
    2つずつの超音波探触子を配置し、流体入口側領域を検
    査する場合には送信器と受信器の双方を流体出口側デイ
    スク面の探触子と接続し、中央部領域を検査する場合に
    は送信器と受信器の一方を流体出口側デイスク面の探触
    子に、他方を流体入口側デイスク面の探触子に接続し、
    流体出口側領域を検査する場合には送信器と受信器の双
    方を流体入口側デイスク面の探触子と接続する受信探触
    子切換器と送信探触子切換器を備えたことを特徴とする
    超音波検査装置。
  3. 【請求項3】請求項1において、流体入口側領域および
    流体出口側領域を検査する場合には超音波の送信,受信
    を同一の探触子で実施する方法とし、中央部領域を検査
    する場合には超音波の送信,受信を別々の探触子で実施
    する方法とする超音波検査方法。
  4. 【請求項4】請求項1において、流体入口側領域および
    流体出口側領域を検査する場合に、デイスク面上に送信
    用探触子と受信用探触子とを千鳥状に配置することを特
    徴とする超音波検査方法。
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JP6004934B2 (ja) * 2012-12-28 2016-10-12 三菱日立パワーシステムズ株式会社 タービンロータ
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