JPH05288723A - ピッチキャッチ式超音波探傷方法 - Google Patents

ピッチキャッチ式超音波探傷方法

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JPH05288723A
JPH05288723A JP4116825A JP11682592A JPH05288723A JP H05288723 A JPH05288723 A JP H05288723A JP 4116825 A JP4116825 A JP 4116825A JP 11682592 A JP11682592 A JP 11682592A JP H05288723 A JPH05288723 A JP H05288723A
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JP
Japan
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defect
wave
wall surface
blade groove
reflected
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Withdrawn
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JP4116825A
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English (en)
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Shinya Inoue
慎也 井上
Naohito Yagi
尚人 八木
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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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
    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0428Mode conversion
    • GPHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波ビームの伝搬方向に平行な欠陥の探傷
にあたり直接伝搬波と欠陥反射波が明確に識別する。 【構成】 長さ方向に平行な欠陥10を有する翼溝歯部
1の両翼溝端面2の一方に屈折角10〜40°の発信側
縦波斜角探触子4a、他方に同様な受信側縦波斜角探触
子4bをそれぞれ配置し、翼溝壁面3で1回反射した後
縦波のまま伝搬する壁面反射波8の伝搬時間と、翼溝壁
面3で1回反射した後横波に変換した壁面欠陥反射波9
が欠陥10で反射し翼溝壁面3まで伝搬した後再び縦波
にモード変換して受信されるまでの伝搬時間との、時間
差により欠陥を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、タービンローターの翼
溝歯部の非破壊検査に好適なピッチキャッチ式超音波探
傷方法に関する。
【0002】
【従来の技術】タービンローターの運転中、セレーショ
ン型翼溝歯部に発生する欠陥は翼溝のほぼ中央部で翼溝
に平行に発生しているが、それを超音波探傷方法で探傷
するにあたっては、超音波探触子が唯一接近できる翼溝
端面に探触子を配して超音波探傷を行っており、例えば
図5説明図に示すように、翼溝歯部1の両翼溝端面2に
発信側,受信側探触子4a′,4b′をそれぞれ配設
し、いわゆるピッチキャッチ式で欠陥10に対して発信
側探触子4a′から超音波ビームを入射して、その反射
波を受信側探触子4b′で受信して探傷している。しか
しこの場合、欠陥反射波11と発信側探触子4a′から
直接受信側探触子4b′に伝搬する直接伝搬波7とのビ
ーム路程差がほとんど同じため、欠陥識別は困難であ
る。また欠陥10で横波にモード変換した反射波12が
翼溝壁面3で再反射して受信されたり、又は欠陥10が
小さいためそのまま通過した超音波が欠陥側の翼溝壁面
3で反射して受信される等種々の反射波が発生して、欠
陥反射波11を特定することができない。そこで別の探
傷方法として、欠陥10が翼溝端面2まで進展した後磁
粉探傷法で翼溝端面2を検査するか、又は動翼を抜き取
った後翼溝部に磁粉探傷法を適用して検査しているが、
この方法では検査期間,コストが莫大で、かつ定検期間
中に全数検査を実施することは困難である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて提案されたもので、超音波ビームの伝搬方
向に平行な欠陥の探傷にあたり、直接伝搬波と欠陥反射
波が明確に識別できるとともに、タービンローター翼溝
歯部の欠陥探傷にあたっては動翼を抜き取ることなしに
翼溝端面より超音波探傷方法を用いることができ、検査
期間の短縮,コストの低減を図ることができるピッチキ
ャッチ式超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】そのために本発明は、超
音波ビームの伝搬方向に平行な欠陥を有する試験体の両
走査面に屈折角10〜40°の縦波斜角探触子をそれぞ
れ配置し、試験体の壁面で1回反射した後縦波のまま伝
搬する超音波ビームの伝搬時間と、試験体の壁面で1回
反射した後横波に変換した超音波ビームが欠陥で反射し
試験体の壁面まで伝搬した後再び縦波にモード変換して
受信されるまでの伝搬時間との、時間差により上記欠陥
を検出することを特徴とする。
【0005】
【作用】本発明ピッチキャッチ式超音波探傷方法におい
ては、超音波ビームの伝搬方向に平行な欠陥を有する試
験体の両走査面に屈折角10〜40°の縦波斜角探触子
をそれぞれ配置したうえ、発信側探触子から超音波を発
信して、試験体内を伝搬した超音波を受信側探触子で受
信し、発信側探触子から直接受信側探触子に伝搬する超
音波及び試験体壁面で縦波のまま1回反射する反射波の
伝搬時間を基準にして、欠陥と試験体壁面間での反射波
の横波へのモード変換による遅れ時間を計測する。
【0006】
【実施例】本発明ピッチキャッチ式超音波探傷方法をタ
ービンローター翼溝歯部の欠陥探傷に適用した一実施例
を図面について説明すると、図1は超音波伝搬経路の説
明図、図2は具体例における探傷状況の斜視図、図3は
同上における健全部探傷結果の説明図、図4は欠陥部探
傷結果の説明図である。
【0007】まず図1において本探傷方法を原理的に説
明する。一般に縦波が境界面に0°以外の角度で入射す
るときは横波へのモード変換を含む反射波となり、特に
縦波入射角50〜80°の間で縦波が非常に少なくなる
ことはよく知られている。すなわち図1において、翼溝
歯部1の翼溝端面2に当てた発信側縦波斜角探触子4a
より屈折角θで入射した壁面欠陥反射波9は、翼溝壁面
3に対して入射角90°−θで入射することになる。こ
の入射角が50〜80°になるように屈折角θを選ぶこ
とにより、翼溝壁面3と欠陥10間の壁面欠陥反射波9
に含まれる横波が多くなる。鋼中縦波音速5900m/s
に対し鋼中横波音速は3230m/s と伝搬時間が遅いた
め、欠陥10と翼溝壁面3間で横波にモード変換した超
音波を含む壁面欠陥反射波9は、受信側縦波斜角探触子
4bで受信されて、超音波探傷器のCRT画面上で、翼
溝端面2間を直接伝搬する直接伝搬波7や翼溝壁面3で
1回反射した後縦波のまま受信される壁面反射波8に対
して遅れエコーとして出現するため、欠陥の有無が判別
できる。
【0008】この現象を更に詳細に説明すると、検査対
象の翼溝歯部1の断面積は小さいので超音波ビームの伝
搬経路を2次元平面として取扱える。翼溝歯部1の長さ
をL(m) ,幅をW(m) ,鋼中縦波音速をCL (m/s) ,鋼
中横波音波をCs (m/s) , 横波反射角をφ(度),屈折
角をθ(度)とすると、直接伝搬波7の伝搬時間t1(s)
は、t1 =L/CL となる。壁面反射波8の伝搬時間
2 (s) は、t2 =L/CL ・1/cosθとなり、L及
びθが小さいとt2 ≒t1 となり、CRT画面の時間軸
上では直接伝搬波7と壁面反射波8はほぼ同じ位置に出
現する。一方欠陥10がある場合の壁面欠陥反射波9は
翼溝壁面3で1回反射した後横波(図中点線)にモード
変換した成分が欠陥10で反射し、翼溝壁面3まで横波
で伝搬した後再び縦波にモード変換して受信される。縦
波での伝搬時間は壁面反射波8とほとんど変わらないと
すると、壁面欠陥反射波9と壁面反射波8との伝搬時間
差Δt(s) は、Δt=2・W・cos φ/Cs である。こ
こにφ=sin-1{Cs/CL sin(90−θ)}で、欠陥1
0が存在すれば、壁面反射波8よりΔtだけ遅れた位置
に壁面欠陥反射波9が欠陥エコーとして出現する。
【0009】次に本発明方法の具体例を図2〜4につい
て説明する。図2において、試験体10 としては、ター
ビンローターのセレーション型翼溝歯部1を模似した低
炭素鋼で作られたモックアップを用いた。試験体10
長さLは33.4 mm、翼溝歯部1の幅Wは2mmである。両
側翼溝端面2に発信側縦波斜角探触子4a,受信側縦波
斜角探触子4bをそれぞれ配置し、超音波探傷器5とケ
ーブルで接続する。探触子4a,4bは5Z5×5LA
20(縦波斜角,屈折角20°,周波数5MHz,振動
子の大きさ5×5mm)を使用した。試験体10 には放電
加工により深さ1mm,長さ5mmのスリット状の欠陥10
を人工的に作ってある。
【0010】このような装置において、まず超音波探傷
器5のCRT画面6の時間軸を透過パルスで鋼中縦波1
00mmに設定したのち、探触子4a,4bを試験体10
の健全部の翼溝端面2に配置して、透過エコーを検出
し、探触子4a,4bを走査して壁面反射波8のエコー
高さが最大になる位置で固定する。次にこのエコー高さ
をCRT画面6上100%に調整する。すると図3の探
傷結果に示すように、健全な翼溝歯部1では壁面反射波
8の直後には遅れエコーは認められない。一方欠陥10
を有する翼溝歯部1では、図4の探傷結果に示すよう
に、壁面反射波8の直後に壁面欠陥反射波9の遅れエコ
ーが出現し、欠陥10が有ると判断できる。各反射波
7,8,9のビーム路程の計算結果は、直接伝搬波7の
ビーム路程t1・CL ×10-3=33.4 mm、壁面反射波
8のビーム路程t2・CL ×10-3=35.5 mm、壁面欠
陥反射波9のビーム路程(t2 ・CL +Δt・Cs )×
10-3=41.8 mmである。計算結果と探傷結果の各反射
波7,8,9の出現位置はよく符合しており、本発明方
法で正しく探傷できることを示している。
【0011】かくしてこのような実施例方法によれば、
従来動翼を抜き取って磁粉探傷法で検査していた翼溝歯
部の欠陥の有無を、動翼を抜き取ることなしに翼溝端面
より超音波探傷法により検査することが可能となり、動
翼取外し,新製動翼再取付等の検査付帯工事費の大幅低
減化が図られるとともに、検査期間の短縮化ができ、更
に全数検査の実施化が図られ、最終的には信頼性の高い
プラントを提供できる。また翼溝歯部と同様の形状を有
する動翼翼根部も検査できる。
【0012】
【発明の効果】要するに本発明によれば、超音波ビーム
の伝搬方向に平行な欠陥を有する試験体の両走査面に屈
折角10〜40°の縦波斜角探触子をそれぞれ配置し、
試験体の壁面で1回反射した後縦波のまま伝搬する超音
波ビームの伝搬時間と、試験体の壁面で1回反射した後
横波に変換した超音波ビームが欠陥で反射し試験体の壁
面まで伝搬した後再び縦波にモード変換して受信される
までの伝搬時間との、時間差により上記欠陥を検出する
ことにより、超音波ビームの伝搬方向に平行な欠陥の探
傷にあたり、直接伝搬波と欠陥反射波が明確に識別でき
るとともに、タービンローター翼溝歯部の欠陥探傷にあ
たっては動翼を抜き取ることなしに翼溝端面より超音波
探傷方法を用いることができ、検査期間の短縮,コスト
の低減を図ることができるピッチキャッチ式超音波探傷
方法を得るから、本発明は産業上極めて有益なものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明ピッチキャッチ式超音波探傷方法をター
ビンローター翼溝歯部の欠陥探傷に適用した一実施例に
おける超音波伝搬経路の説明図である。
【図2】具体例における探傷状況の斜視図である。
【図3】同上における健全部探傷結果の説明図である。
【図4】欠陥部探傷結果の説明図である。
【図5】従来のピッチキャッチ式超音波探傷方法の説明
図である。
【符号の説明】
0 試験体 1 翼溝歯部 2 翼溝端面 3 翼溝壁面 4a 発信側縦波斜角探触子 4b 受信側縦波斜角探触子 5 超音波探傷器 6 CRT画面 7 直接伝搬波 8 壁面反射波 9 壁面欠陥反射波 10 欠陥

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波ビームの伝搬方向に平行な欠陥を
    有する試験体の両走査面に屈折角10〜40°の縦波斜
    角探触子をそれぞれ配置し、試験体の壁面で1回反射し
    た後縦波のまま伝搬する超音波ビームの伝搬時間と、試
    験体の壁面で1回反射した後横波に変換した超音波ビー
    ムが欠陥で反射し試験体の壁面まで伝搬した後再び縦波
    にモード変換して受信されるまでの伝搬時間との、時間
    差により上記欠陥を検出することを特徴とするピッチキ
    ャッチ式超音波探傷方法。
  2. 【請求項2】 長さ方向に平行な欠陥を有するタービン
    ローター翼溝歯部の両翼溝端面に屈折角10〜40°の
    縦波斜角探触子をそれぞれ配置し、請求項1記載の方法
    により上記欠陥を検出することを特徴とするピッチキャ
    ッチ式超音波探傷方法。
JP4116825A 1992-04-09 1992-04-09 ピッチキャッチ式超音波探傷方法 Withdrawn JPH05288723A (ja)

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Effective date: 19990706