JP2000121609A - ボルトの欠陥検査用超音波探傷器 - Google Patents

ボルトの欠陥検査用超音波探傷器

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JP2000121609A
JP2000121609A JP10295058A JP29505898A JP2000121609A JP 2000121609 A JP2000121609 A JP 2000121609A JP 10295058 A JP10295058 A JP 10295058A JP 29505898 A JP29505898 A JP 29505898A JP 2000121609 A JP2000121609 A JP 2000121609A
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誠治 野田
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボルトをタービンノズルに締め付けたままの
状態でボルトに発生した欠陥を検出し、検査の安定化と
効率化を図る。 【解決手段】 ボルト頭部3aに探触子2を押し当てて
探触子2から超音波ビーム7をボルト3内に投入し、そ
の反射ビームを受信して欠陥6を検出するボルトの欠陥
検査用超音波探傷器1であって、前記ボルト頭部3aに
嵌合する嵌合孔5bと該嵌合孔5bと連通する同心の円
形孔5aとを有するガイド5と、前記ボルト頭部3aの
外径よりも小径の探触子2を備え、前記ガイド5をボル
ト頭部3aに嵌め込み、前記探触子2を前記円形孔5a
の内面に当接させながらボルト3内に超音波ビーム7を
投入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、タービンノズル取
付部のボルトの欠陥検査用超音波探傷器に係り、特に液
体酸素ターボポンプのタービンノズル取付部に使用され
る12ポイントボルトの欠陥検査用超音波探傷器に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】超音波探傷器は、超音波ビームを探触子
から被検査金属体に投入し、欠陥からの反射ビームを受
信して欠陥を検出するものである。被検査金属体に投入
されたビームは、質点の振動として被検査金属体内部に
伝わり、被検査金属体内部に欠陥などがあると振動エネ
ルギの減少反射などが探触子に受信される。この反射ビ
ームから欠陥の大きさ、位置などを検出する。
【0003】図8は垂直超音波探傷の原理を示す図であ
る。図において、aは超音波探傷器の探触子で、内部に
振動子を有している。bは超音波ビーム発振器、cは受
信器、dは指示器である。eは被検査金属体であり、f
は被検査金属体内部の欠陥である。
【0004】超音波探傷器の探触子aを被検査金属体e
の表面に当てて超音波ビーム発振器bから発信した超音
波ビームgを被検査金属体e内部に投入すると、投入さ
れた音波は質点の振動として被検査金属体e内部に伝わ
り欠陥fから振動エネルギの減少反射などが探触子aを
へて受信器cに受信される。受信されたビームは増幅器
で増幅されるが、この反射ビームから欠陥の大きさ、位
置などを検出する。
【0005】超音波ビームは、被検査金属体の内部に投
入すると探触子の表面より一定の位置(深さ)で最小に
絞られた後、ほぼ等しい角度で広がって進行する性質を
有する。
【0006】液体酸素ターボポンプのタービンノズル1
0は、図2に示すように、タービンケーシング8にター
ビンノズル支持部材9を介して12ポイントボルト3に
よって取り付けられている。この12ポイントボルト頭
部3aは、タービンノズル支持部材9の外面よりも突出
しないようにタービンノズル支持部材9の座ぐり穴9b
内に収納されている。ターボポンプの稼働中、このボル
ト3に欠陥(クラック)が発生することがあるが、この
クラックは、通常、ネジ部3cの中間に発生する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボルト
を取付部から取り外して単品にすればボルトに発生した
クラックを検出することはできるが、ボルトの表面に
は、通常、銀メッキが施されているので、仮に単品にし
てもボルトの表面から内部に発生したクラックを検出す
るのはむずかしい。特にボルトを締め付けたままの状態
でクラックを検出することはできないなどの問題があ
る。
【0008】本発明は、上記のような問題点を解決する
ために創案されたもので、ボルトをタービンノズルに締
め付けたままの状態でボルトに発生したクラックを検出
するようにしたボルトの欠陥検査用超音波探傷器を提供
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ボルト
頭部に探触子を押し当てて探触子から超音波ビームをボ
ルト内に投入し、その反射ビームを受信して欠陥を検出
するボルトの欠陥検査用超音波探傷器であって、前記ボ
ルト頭部に嵌合する嵌合孔と該嵌合孔と連通する同心の
円形孔とを有するガイドと、前記ボルト頭部の外径より
も小径の探触子を備え、前記ガイドをボルト頭部に嵌め
込み、前記探触子を前記円形孔の内面に当接させながら
ボルト内に超音波ビームを投入するようにしたボルトの
欠陥検査用超音波探傷器が提供される。
【0010】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
超音波ビームの周縁部をボルト歯底部に到達させて欠陥
を検出する。
【0011】次に本発明の作用について説明する。ボル
トの欠陥検査用超音波探傷器の探触子の先端をボルト頭
部の外径よりも小さく形成する。検査をするときは、ボ
ルト頭部にガイドを嵌め込む。探触子を締め付けた状態
のボルト頭部に押し当て、探触子先端をガイドの円形孔
の内面に当接させながら一周させる。探触子から超音波
ビームをボルト内に投入し、ボルト内のクラックからの
反射ビームを受信してクラックを検出する。超音波ビー
ムは、探触子の表面より一定の位置(深さ)で最小に絞
られた後、ほぼ等しい角度で広がって進行する性質を有
するので、超音波ビームの絞り位置を調節して絞り位置
から円錐状に広がる超音波ビームの周縁部が欠陥の発生
しやすい箇所の歯底部に到達するようにすることができ
る。また、探触子先端をガイドに沿わせて一周させるの
で、探触子を安定して運行することができ、検査の安定
化と効率化を図ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について、図面に基づいて説明する。図1は本発明のボ
ルトの欠陥検査用超音波探触器の側面図である。図2は
ボルト頭部にガイドを嵌め込んだ状態を示す図である。
図3はボルトとガイドと探触子の組み合わせ状態を示す
概略図である。図4は探触子からボルト内に超音波ビー
ムを投入した状態を示す図、(B)は(A)のA−A矢
視図である。
【0013】図において、1はボルトの欠陥検査用超音
波探触器で、ボルト3のボルト頭部3aに探触子2を押
し当てて探触子2から超音波ビーム7をボルト3内に投
入し、その反射ビームを受信して欠陥6を検出する。超
音波探触器1は、ボルト頭部3aに嵌合する嵌合孔5b
とこの嵌合孔5bと連通する同心の円形孔5aとを有す
るガイド5と、ボルト頭部3aの外径より小径の探触子
2を備え、ガイド5をボルト頭部3aに嵌め込み、探触
子2を円形孔5aの内面に当接させながらボルト3内に
超音波ビーム7を投入し、超音波ビーム7の周縁部をボ
ルト歯底部に到達させて欠陥を検出するようにしてい
る。
【0014】ボルトの欠陥検査用超音波探触器1は、そ
の把手1aの先端に探触子2を有し、探触子2内に振動
子2aを配設している。4は把手1aの後端に設けられ
たケーブルで、他端は図示しない超音波探触装置の発振
器および受信機に接続されている(図1,図3)。
【0015】ボルト3はインコネル製の12ポイントボ
ルトである。3aはボルト3の頭部(12ポイント)で
あり、3bはフランジ、3cはネジ部である(図2,図
3,図4)。
【0016】5cはガイド5の把手である(図2,図
3)。
【0017】タービンノズル10は、前記のようにター
ビンケーシング8にタービンノズル支持部材9を介して
ボルト3によって取り付けられている。8aはタービン
ケーシング8のネジ穴である。9aはタービンノズル支
持部材9のボルト孔であり、9bは座ぐり穴である。1
1は動翼である。
【0018】6はボルト3のネジ部3cの中間(ボルト
歯底部)に発生したクラックである(図4(A),
(B))。なお、図4(B)に示すmはクラック6の長
さであり、nはクラック6の深さである。
【0019】超音波ビーム7は、図示しない超音波ビー
ム発振器により加えられた電圧により振動子2aが振動
して発生する。図4に示すように、探触子2の振動子2
aの表面より一定の位置(深さ)7aで最小に絞られた
後、ほぼ等しい角度で広がって進行する。
【0020】次に実施形態に基づく作用について説明す
る。ボルト3の欠陥検査用超音波探傷器1の探触子2の
先端をボルト頭部3aの外径よりも小さく形成する。検
査をするときは、ボルト頭部3aにガイド5を嵌め込
む。探触子2を締め付けた状態のボルト頭部3aに押し
当て、探触子2先端をガイド5の円形孔5aの内面に当
接させながら一周させる。探触子2から超音波ビーム7
をボルト3内に投入し、ボルト3内のクラック6からの
反射ビームを受信してクラック6を検出する。超音波ビ
ーム7は、探触子2の表面より一定の位置(深さ)で最
小に絞られた後、ほぼ等しい角度で広がって進行する性
質を有するので、超音波ビーム7の絞り位置7aを調節
して絞り位置7aから円錐状に広がる超音波ビーム7の
周縁部がクラック6の発生しやすい箇所の歯底部に到達
するようにすることができる。また、探触子2先端をガ
イド5に沿わせて一周させるので、探触子2を安定して
運行することができ、検査の安定化と効率化を図ること
ができる。
【0021】
【実施例】次に本発明の試験結果について説明する。図
5は反射ビームを受信器で受信したエコーを示す図で、
ボルト頭部3aにガイド5を嵌め込み、振動子2aの径
を3.0mmとし、探触子の径を4.5mmとした探触
子2をボルト頭部3aに押し当て、周波数15.0MH
zの超音波ビーム7をボルト3内に投入し、ボルト3内
のクラック6からの反射ビームを受信してクラック6を
検出したものである。
【0022】図において、L1およびL2は、図4に示
すボルト3の長さL1およびL2に対応する寸法であ
る。L1の波形はボルト頭部3aおよびフランジ3bの
部分の波形であり、L2の波形はネジ部3cの部分の波
形である。このL2の波形中、上方に突出した部分の波
形がクラック6の発生した個所である。
【0023】本発明者らは、超音波ビームの絞り位置を
調節して絞り位置から円錐状に広がる超音波ビームの周
縁部がクラックの発生しやすい個所の歯底部に到達する
ようにするため、次の条件で制御するようにした。超音
波ビームの絞り位置は、近距離音場限界距離(No)と
呼んでいるが、Noは次の式で与えられる。
【0024】No=D2 f/4C D:探触子振動子の直径,f:周波数,C:音速 これに実際の数値をあてはめると、 No=3.1752 ×15×106 /4×6×106 =6.
3mm したがって、探触子2から絞り部7aまでの距離は6.
3mmであり、絞り部7aからクラック6の発生した個
所までの距離は10mmである。
【0025】図6および図7は、次の(1),(2)の
条件で行った試験の人工欠陥よりのエコーを示す図であ
る。図6は(1)の径9.7mmの検査用感度試験片
(ボルト)フランジのネジ側面から約11mmの歯底部
に、放電加工により長さ1.50mm,深さ0.5m
m,幅0.07mmのスリット(人工欠陥)を設け、探
触子の先端の径が4.5mmで、径が3.0mmの振動
子を有する超音波探触子を用い、超音波ビームの周波数
15MHzにより人工欠陥よりのエコーを確認したもの
で、aは人工欠陥よりのエコーである。
【0026】図7は(2)の径9.7mmの検査用感度
試験片(ボルト)フランジのネジ側面から約11mmの
歯底部に、放電加工により長さ0.75mm,深さ0.
3mm,幅0.07mmのスリット(人工欠陥)を設
け、探触子の先端の径が4.5mmで、径が3.0mm
の振動子を有する超音波探触子を用い、超音波ビームの
周波数15MHzにより人工欠陥よりのエコーを確認し
たもので、aは人工欠陥よりのエコーである。
【0027】この試験結果から、ボルト頭部からボルト
内に超音波ビームを投入することによってボルトネジ部
の中間に発生した欠陥を検知できることが確認できた。
【0028】なお、本発明は上述した実施形態および実
施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更できることは勿論である。
【0029】
【発明の効果】上述した本発明のボルトの欠陥検査用超
音波探傷器によれば、ボルトをタービンノズルに締め付
けたままの状態でボルトに発生したクラックを検出する
ことができ、かつ、探触子をガイドにより運行するの
で、検査の安定化と効率化を図ることができるなどの効
果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のボルトの欠陥検査用超音波探傷器の側
面図である。
【図2】ボルト頭部にガイドを嵌め込んだ状態を示す図
である。
【図3】ボルトとガイドと探触子の組み合わせ状態を示
す概略図である。
【図4】(A)は探触子からボルト内に超音波ビームを
投入した状態を示す図で、(B)は(A)のA−A矢視
図である。
【図5】反射ビームを受信器で受信したエコーを示す図
である。
【図6】人工欠陥よりのエコーを示す図である。
【図7】人工欠陥よりのエコーを示す図である。
【図8】垂直超音波探傷の原理を示す図である。
【符号の説明】
1 超音波探傷器 1a 把手 2 探触子 2a 振動子 3 ボルト 4 ケーブル 5 ガイド 5a 円形孔 5b 嵌合孔 6 欠陥(クラック) 7 超音波ビーム 8 タービンケーシング 9 タービンノズル支持部材 10 タービンノズル 11 動翼

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ボルト頭部に探触子を押し当てて探触子
    から超音波ビームをボルト内に投入し、その反射ビーム
    を受信して欠陥を検出するボルトの欠陥検査用超音波探
    傷器であって、前記ボルト頭部に嵌合する嵌合孔と該嵌
    合孔と連通する同心の円形孔とを有するガイドと、前記
    ボルト頭部の外径よりも小径の探触子を備え、前記ガイ
    ドをボルト頭部に嵌め込み、前記探触子を前記円形孔の
    内面に当接させながらボルト内に超音波ビームを投入す
    ることを特徴とするボルトの欠陥検査用超音波探傷器。
  2. 【請求項2】 前記超音波ビームの周縁部をボルト歯底
    部に到達させて欠陥を検出する請求項1記載のボルトの
    欠陥検査用超音波探傷器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471352B1 (ko) * 2001-07-10 2005-03-07 기아자동차주식회사 비접촉 진동측정에 의한 볼트체결 확인방법
JP2014206518A (ja) * 2013-04-16 2014-10-30 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 超音波検査方法および超音波検査装置
JP2016175113A (ja) * 2015-03-20 2016-10-06 Jfeエンジニアリング株式会社 鋼管の補修方法

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KR100471352B1 (ko) * 2001-07-10 2005-03-07 기아자동차주식회사 비접촉 진동측정에 의한 볼트체결 확인방법
JP2014206518A (ja) * 2013-04-16 2014-10-30 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 超音波検査方法および超音波検査装置
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