JP2008215936A - Ultrasonic flaw detection method for blade of gas turbine - Google Patents

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晴一 浜田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To detect cracks in the inner surface of the cooling hole (formed in a blade) of the blade of a gas turbine with ample sensitivity. <P>SOLUTION: A two-vibrator type ultrasonic probe 12 is opposed to the moving blade 10 of the gas turbine and an ultrasonic wave is transmitted to the target inner surface of the cooling hole from the ultrasonic probe 12, by using a vertical flaw detection method to receive the reflected echo from the inner surface of the cooling hole. The ultrasonic probe 12 is scanned along the surface of the moving blade, while executing this flaw detection method to acquire the B scope display accompanied by the scanning of the ultrasonic probe 12. The presence of the crack of the inner surface of the cooling hole is determined on the basis the B scope display. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はガスタービンの翼の超音波探傷方法に関し、特に、冷却流体の通路を内部に形成した動翼について、その通路の内面に発生するき裂を検査する超音波探傷方法に関するものである。   The present invention relates to an ultrasonic flaw detection method for blades of a gas turbine, and more particularly to an ultrasonic flaw detection method for inspecting a crack generated on the inner surface of a passage having a cooling fluid passage formed therein.

火力発電などに使用されるガスタービンの動翼は、冷却空気を流すための通路（冷却孔）が内部に形成されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平１１−２２９８０８号公報 A moving blade of a gas turbine used for thermal power generation or the like has a passage (cooling hole) for flowing cooling air formed therein (see, for example, Patent Document 1).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-229808

そのような動翼の内部の冷却孔の内面にき裂が生じていないかどうかを検査する方法として、超音波探傷方法を利用することが試みられている。次の特許文献２は、ガスタービンの動翼の表面及び内部（冷却孔の内面）の欠陥を超音波探傷方法で検査することを開示している。この特許文献２では斜角探傷方法を用いている。
特開平１１−２９５２７８号公報 Attempts have been made to use an ultrasonic flaw detection method as a method for inspecting whether or not a crack has occurred on the inner surface of the cooling hole inside such a moving blade. The next patent document 2 discloses inspecting defects on the surface and inside of the moving blade of the gas turbine (inner surface of the cooling hole) by an ultrasonic flaw detection method. In Patent Document 2, the oblique flaw detection method is used.
JP 11-295278 A

本発明は垂直探傷法に関係しているが、タービンの部品を垂直探傷法で検査するものとして、次の特許文献３が知られている。この文献は、原子力高圧タービンロータのＴルート翼溝部を垂直探傷法で検査しており、垂直探傷法では底面エコーが現れるので、欠陥位置を直線的にとらえることができる、としている。
特開７−１４０１１８号公報 Although the present invention relates to the vertical flaw detection method, the following Patent Document 3 is known as a method for inspecting turbine components by the vertical flaw detection method. In this document, the T-root blade groove portion of the nuclear high-pressure turbine rotor is inspected by the vertical flaw detection method, and the bottom flaw echo appears in the vertical flaw detection method, so that the defect position can be captured linearly.
JP 7-140118 A

本発明は、その実施例において、超音波探傷検査の前処理としてタービンの動翼を局部的に冷却してき裂を顕在化させるような工夫をしているが、そのような熱処理に関しては、次の特許文献４と特許文献５が知られている。
特開２００４−２７１２８１公報 特開昭６２−７１８５５号公報 In the embodiment, the present invention has been devised to locally cool the turbine rotor blade as a pretreatment for the ultrasonic flaw detection inspection so as to reveal a crack. Patent Documents 4 and 5 are known.
JP-A-2004-271128 JP-A-62-71855

特許文献４は、配管のき裂を超音波探傷方法で検査するものであるが、その前処理として、配管を局部的に加熱または冷却することで、き裂を開口させて顕在化させることを開示している。特許文献５は、タービンロータの欠陥を音響放出（ＡＥ）法によって検査するものであるが、その前処理として、タービンロータの中心孔を冷却するとともにタービンロータの外周部を加熱することで、ロータの中心部に引張応力を発生させて、ロータに遠心力が作用しているのと同等の応力状態を作ることを開示している。   Patent document 4 inspects a crack of a pipe by an ultrasonic flaw detection method, and as its pretreatment, the pipe is locally heated or cooled to open the crack and reveal it. Disclosure. Patent Document 5 inspects a defect of a turbine rotor by an acoustic emission (AE) method. As a pretreatment, the rotor is cooled by cooling a central hole of the turbine rotor and heating an outer peripheral portion of the turbine rotor. It is disclosed that a tensile stress is generated in the central portion of the rotor to create a stress state equivalent to a centrifugal force acting on the rotor.

上述の特許文献２の超音波探傷方法によれば、ガスタービンの動翼の内部の冷却孔の欠陥を検査することが可能である。しかし、斜角探傷方法であるために、き裂の検出感度が不十分であり、小さなき裂はノイズに紛れてしまう。   According to the ultrasonic flaw detection method of Patent Document 2 described above, it is possible to inspect the cooling hole defect inside the moving blade of the gas turbine. However, because of the oblique angle flaw detection method, the crack detection sensitivity is insufficient, and a small crack is confused with noise.

本発明は上述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ガスタービンの翼の冷却孔の内面のき裂を十分な感度で検出できる超音波探傷方法を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection method capable of detecting a crack on the inner surface of a cooling hole of a blade of a gas turbine with sufficient sensitivity. is there.

本発明の超音波探傷方法は、冷却流体の通路を内部に形成したガスタービンの翼の超音波探傷方法であって、次の（ア）乃至（ウ）の段階を実施するものである。（ア）前記翼の表面に二振動子型の超音波探触子を対面させて、垂直探傷法を用いて、前記通路の内面を目標にして前記超音波探触子から超音波を送信して、その反射エコーを受信する検出段階。（イ）前記検出段階を実行しながら前記超音波探触子を前記翼の表面に沿って走査して、超音波探触子の走査に伴うＢスコープ表示を得る表示段階。（ウ）前記Ｂスコープ表示に基づいて前記通路の内面のき裂の有無を判定する判定段階。   The ultrasonic flaw detection method of the present invention is an ultrasonic flaw detection method for blades of a gas turbine in which a cooling fluid passage is formed, and performs the following steps (a) to (c). (A) A two-element ultrasonic probe is made to face the surface of the wing, and ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe using the vertical flaw detection method to target the inner surface of the passage. And detecting the reflected echo. (A) A display step of scanning the ultrasonic probe along the surface of the wing while executing the detection step to obtain a B scope display accompanying the scanning of the ultrasonic probe. (C) A determination step of determining the presence or absence of a crack on the inner surface of the passage based on the B scope display.

上述の翼は、ガスタービンの静翼または動翼であり得るが、特に、ガスタービンの動翼に対して本発明は効果的である。動翼の場合、上述の表示段階では、動翼に遠心力がかかる方向に対して平行に前記超音波探触子を走査する。そして、上述の判定段階では、き裂の有無を判定するとともにき裂の深さを求める。さらに、次の第２の表示段階と計測段階を実行することが好ましい。第２の表示段階は、き裂が存在する位置において、遠心力がかかる方向に対して垂直方向に超音波探触子を翼の表面に沿って走査して、その走査に伴うＡスコープ表示の連続波形を得る段階である。計測段階は、追加のＡスコープ表示の連続波形に基づいてき裂の指示長さと最大深さを求める段階である。   The blades described above can be gas turbine stationary blades or blades, but the present invention is particularly effective for gas turbine blades. In the case of a moving blade, in the above-described display stage, the ultrasonic probe is scanned in parallel to the direction in which the centrifugal force is applied to the moving blade. In the above-described determination stage, the presence or absence of a crack is determined and the crack depth is obtained. Furthermore, it is preferable to execute the following second display stage and measurement stage. In the second display stage, at the position where the crack exists, the ultrasonic probe is scanned along the surface of the wing in the direction perpendicular to the direction in which the centrifugal force is applied, and the A scope display accompanying the scanning is performed. This is the stage of obtaining a continuous waveform. The measurement step is a step of obtaining the crack indication length and maximum depth based on the additional A scope display continuous waveform.

本発明は、二振動子型の超音波探触子による垂直探傷法を用いているので、ガスタービンの翼の冷却孔の内面のき裂を十分な感度で検出できる。   Since the present invention uses a vertical flaw detection method using a two-vibrator type ultrasonic probe, it is possible to detect cracks on the inner surface of the cooling hole of the blade of the gas turbine with sufficient sensitivity.

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。図１はガスタービンの動翼の概略の斜視図である。動翼１０の表面に二振動子型の超音波探触子１２を対面させて、この探触子１２を例えば矢印１４の方向に走査することで、Ｂスコープ表示を取得する。図１では動翼１０の腹側に超音波探触子１２を対面させる状況示しているが、動翼１０の背側（腹側の反対側）についも同様に超音波探触子を走査する。この動翼はニッケル基合金の鋳造品であり、この材質は、鉄系の材質と比較すると、超音波が減衰しやすい。ゆえに、本発明の方法が特に効果的である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic perspective view of a moving blade of a gas turbine. A two-scope type ultrasonic probe 12 is made to face the surface of the moving blade 10, and the probe 12 is scanned in the direction of an arrow 14, for example, thereby obtaining a B scope display. Although FIG. 1 shows a situation in which the ultrasonic probe 12 faces the ventral side of the moving blade 10, the ultrasonic probe is similarly scanned on the back side (opposite side of the ventral side) of the moving blade 10. . This rotor blade is a nickel-base alloy casting, and this material is more susceptible to attenuation of ultrasonic waves than iron-based materials. Therefore, the method of the present invention is particularly effective.

図２は動翼１０の概略の縦断面図である。動翼１０の内部には、断面積が比較的大きな空洞１６と、断面積が比較的小さなマルチホール１８が形成されている。どちらも、冷却空気が通過するための通路、すなわち空気孔、である。空洞１６とマルチホール１８は連通している。空洞１６はリブ２０で仕切られている。冷却空気２２は、動翼１０の根元の部分から空洞１６内に流入し、空洞１６を通過してからマルチホール１８に入り、動翼１０の先端２４から出て行く。動翼１０は高温のガスにさらされるものであり、かつ、タービンの回転により矢印２６の方向に遠心力がかかる。この動翼の空洞１６の内面には、例えばクリープによってき裂が発生するおそれがあるが、その場合、遠心力の方向２６に対して垂直な方向に延びるようなき裂２８が想定される。   FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of the moving blade 10. Inside the rotor blade 10, a cavity 16 having a relatively large cross-sectional area and a multi-hole 18 having a relatively small cross-sectional area are formed. Both are passages through which cooling air passes, that is, air holes. The cavity 16 and the multihole 18 communicate with each other. The cavity 16 is partitioned by ribs 20. The cooling air 22 flows into the cavity 16 from the root portion of the rotor blade 10, passes through the cavity 16, enters the multihole 18, and exits from the tip 24 of the rotor blade 10. The moving blade 10 is exposed to high-temperature gas, and centrifugal force is applied in the direction of the arrow 26 by the rotation of the turbine. A crack may occur on the inner surface of the rotor blade cavity 16 due to creep, for example. In this case, a crack 28 that extends in a direction perpendicular to the direction 26 of the centrifugal force is assumed.

図３（Ａ）は図２の３Ａ−３Ａ線断面図である。比較的断面積の大きな空洞１６はリブ２０で仕切られている。   3A is a cross-sectional view taken along line 3A-3A in FIG. The cavity 16 having a relatively large cross-sectional area is partitioned by ribs 20.

図３（Ｂ）は図２の３Ｂ−３Ｂ線断面図である。比較的断面積の小さなマルチホール１８が存在する。空洞１６の内面と比較すると、このマルチホール１８の内面にはき裂は生じにくい。空気孔の内面にき裂が発生するとすれば、空洞１６の内面である。   3B is a cross-sectional view taken along line 3B-3B in FIG. There is a multihole 18 having a relatively small cross-sectional area. Compared to the inner surface of the cavity 16, the inner surface of the multihole 18 is less likely to crack. If a crack occurs on the inner surface of the air hole, it is the inner surface of the cavity 16.

図４は超音波探触子の走査経路を示す正面図である。空洞が存在する箇所において、動翼の表面に超音波探触子を対面させる。そして、ひとつの空洞１６ａの長手方向に沿って、探触子１２を図面の上から下に向かって矢印３０に示すように走査する。ほかの空洞１６ｂ，１６ｃについても、同様に、探触子１２を図面の上から下に向かって走査する。このように、遠心力方向２６に対して平行に探触子１２を走査することで、図２に示したようなき裂２８の有無を検査することができる。このような走査を、動翼の腹側と背側のそれぞれで実施する。これにより、空洞の腹側の内面のき裂と、背側の内面のき裂を検査することができる。この例では、３本の空洞１６ａ〜１６ｃが遠心力方向２６に延びていることを想定していて、そのために３本の走査経路になっているが、空洞の数が増加すれば、走査経路の数もそれに応じて増加する。   FIG. 4 is a front view showing the scanning path of the ultrasonic probe. The ultrasonic probe is made to face the surface of the moving blade at the location where the cavity exists. Then, the probe 12 is scanned from the top to the bottom of the drawing as indicated by an arrow 30 along the longitudinal direction of one cavity 16a. Similarly, for the other cavities 16b and 16c, the probe 12 is scanned from the top to the bottom of the drawing. Thus, by scanning the probe 12 parallel to the centrifugal force direction 26, the presence or absence of the crack 28 as shown in FIG. 2 can be inspected. Such scanning is performed on each of the ventral side and the back side of the moving blade. Thereby, the crack of the inner surface of the cavity on the ventral side and the crack of the inner surface on the back side can be inspected. In this example, it is assumed that the three cavities 16a to 16c extend in the centrifugal force direction 26, and therefore there are three scanning paths. However, if the number of cavities increases, the scanning path The number of increases accordingly.

図５は超音波探触子の別の走査経路を示す正面図である。例えば、図４に示すような走査によって空洞１６ａの腹側の内面にき裂が見つかった場合には、空洞１６ａに関して、き裂が見つかった位置において、図５の矢印３２に示すように、探触子１２を遠心力方向２６に対して垂直方向に走査する。この走査は、き裂が延びる方向に探触子１２を走査することを想定している。この走査によりき裂の指示長さを測定することができる。   FIG. 5 is a front view showing another scanning path of the ultrasonic probe. For example, when a crack is found on the ventral inner surface of the cavity 16a by scanning as shown in FIG. 4, as shown by an arrow 32 in FIG. The contact 12 is scanned in a direction perpendicular to the centrifugal force direction 26. This scanning assumes that the probe 12 is scanned in the direction in which the crack extends. By this scanning, the indicated length of the crack can be measured.

図６（Ａ）は超音波探触子１２の走査状況を示す断面図である。この走査は、図４の矢印３０の方向の走査に対応している。動翼の腹側の表面３４に超音波探触子１２を対面させて、空洞１６ａの長手方向に探触子１２を走査して、空洞１６ａの腹側の内面３６のき裂４４を検査している。探触子１２は図６の矢印３０の方向に走査する。この実施例の場合、動翼の肉厚（表面３４から内面３６までの距離）は５〜１０ｍｍである。   FIG. 6A is a cross-sectional view showing a scanning state of the ultrasonic probe 12. This scanning corresponds to the scanning in the direction of the arrow 30 in FIG. The ultrasonic probe 12 is opposed to the surface 34 on the ventral side of the moving blade, and the probe 12 is scanned in the longitudinal direction of the cavity 16a to inspect the crack 44 on the inner surface 36 on the ventral side of the cavity 16a. ing. The probe 12 scans in the direction of the arrow 30 in FIG. In the case of this embodiment, the thickness of the moving blade (the distance from the surface 34 to the inner surface 36) is 5 to 10 mm.

利用する探触子１２の仕様を説明する。本発明は二振動子型の探触子を使うものであり、実施例の探触子１２は、ひとつの円筒状のケースの中に送信用振動子３８と受信用振動子４０を収納した分割型のものである。この探触子を用いて垂直探傷法を実施する。送信用振動子３８と受信用振動子４０の間には音響仕切板４２が配置されている。送信用振動子３８と受信用振動子４０は、その送信方向と受信方向が互いに面対称になるように傾斜していて、所定の焦点範囲の中にある音響反射体からの反射エコーを受信できるようになっている。この探触子１２は、ケースの直径が１０ｍｍで、周波数が５ＭＨｚである。振動子３８，４０はコンポジット型と呼ばれるもので、ジルコン酸鉛を主体とした圧電素子と樹脂を格子状に配列したものである。探触子１２と動翼の表面３４の間にはグリセリンなどの接触媒質を介在させる。接触媒質は縦波用のものを用いている。   The specification of the probe 12 to be used will be described. The present invention uses a two-element type probe, and the probe 12 of the embodiment is a divided type in which a transmitting oscillator 38 and a receiving oscillator 40 are housed in one cylindrical case. Of the type. A vertical flaw detection method is carried out using this probe. An acoustic partition plate 42 is disposed between the transmitting transducer 38 and the receiving transducer 40. The transmitting transducer 38 and the receiving transducer 40 are inclined so that the transmitting direction and the receiving direction are plane-symmetric with each other, and can receive a reflected echo from an acoustic reflector within a predetermined focal range. It is like that. The probe 12 has a case diameter of 10 mm and a frequency of 5 MHz. The vibrators 38 and 40 are called composite types, and are formed by arranging piezoelectric elements mainly made of lead zirconate and a resin in a lattice shape. A contact medium such as glycerin is interposed between the probe 12 and the blade surface 34. A contact medium for longitudinal waves is used.

この探触子１２は垂直探傷法で使用することができ、空洞１６ａの内面３６の反射エコーを明瞭に検出することができる。したがって、内面３６に生じたき裂４４からの反射エコーと内面３６からの反射エコーを明瞭に区別できる。   This probe 12 can be used in the vertical flaw detection method, and the reflected echo on the inner surface 36 of the cavity 16a can be detected clearly. Therefore, the reflected echo from the crack 44 generated on the inner surface 36 and the reflected echo from the inner surface 36 can be clearly distinguished.

図６（Ｂ）は超音波探触子を図６（Ａ）の矢印３０の方向に走査したときのＢスコープ表示である。横軸は探触子の移動距離であり、縦軸は検出した反射エコーの表面からの深さである。空洞の内面からの反射エコー４６の強度が１００％になるように感度調整を行っている。本発明は垂直探傷法を用いているので、空洞の内面からの反射エコー４６を明瞭に検出できる。そして、き裂の反射エコー４８は内面からの反射エコー４６と区別して検出できる。また、き裂の反射エコー４８の反射位置（深さ）と内面からの反射エコー４６の反射位置（深さ）の差を求めることで、き裂の深さｄを求めることができる。実験に使った動翼はニッケル基合金であり、超音波が減衰しやすくて超音波の散乱によるノイズが発生しやすいものであるが、本発明の超音波探傷方法によれば、超音波の散乱によるノイズの影響がほとんどなく、Ｓ／Ｎ比の良好な結果が得られた。   FIG. 6B is a B scope display when the ultrasonic probe is scanned in the direction of the arrow 30 in FIG. The horizontal axis is the distance traveled by the probe, and the vertical axis is the depth of the detected reflected echo from the surface. Sensitivity adjustment is performed so that the intensity of the reflected echo 46 from the inner surface of the cavity becomes 100%. Since the present invention uses the vertical flaw detection method, the reflected echo 46 from the inner surface of the cavity can be detected clearly. The crack reflection echo 48 can be detected separately from the reflection echo 46 from the inner surface. Further, by obtaining the difference between the reflection position (depth) of the reflection echo 48 of the crack and the reflection position (depth) of the reflection echo 46 from the inner surface, the crack depth d can be obtained. The moving blade used in the experiment is a nickel-based alloy, and the ultrasonic wave is easily attenuated and noise is likely to be generated due to the scattering of the ultrasonic wave. According to the ultrasonic flaw detection method of the present invention, the scattering of the ultrasonic wave is performed. There was almost no influence of noise due to, and a good result of the S / N ratio was obtained.

浅いき裂をどこまで検出できるかを検証するために、き裂を想定した加工溝を故意に形成した動翼について超音波探傷の実験をした。加工溝は、図２に示す想定き裂２８と同じ方向（すなわち、遠心力方向２６に対して垂直に延びる方向）に形成した。この加工溝は、深さが３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍの４種類を準備した。これらの加工溝について超音波探傷検査の実験をしたところ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍの深さのき裂については明瞭に検出できた。そして、その深さの値についても、±０．５ｍｍの精度で求めることができた。一方、深さ０．５ｍｍのき裂については、周波数が５ＭＨｚの探触子を用いた実験ではうまく検出できなかった。周波数をもっと高くすれば、深さ０．５ｍｍのき裂も検出できる可能性があるが、このような浅いき裂は、動翼の材質によっては結晶粒界からの反射エコー（ノイズになる）に紛れるおそれがある。本発明の方法によれば、少なくとも１ｍｍ程度の深さのき裂を明瞭に検出できることが確認できた。   In order to verify the extent to which shallow cracks can be detected, an ultrasonic flaw detection experiment was conducted on a rotor blade that was intentionally formed with a processed groove that assumed a crack. The processed groove was formed in the same direction as the assumed crack 28 shown in FIG. 2 (that is, a direction extending perpendicularly to the centrifugal force direction 26). Four types of processing grooves having a depth of 3 mm, 2 mm, 1 mm, and 0.5 mm were prepared. When an ultrasonic flaw detection test was conducted on these processed grooves, cracks having a depth of 3 mm, 2 mm, and 1 mm were clearly detected. The depth value could be obtained with an accuracy of ± 0.5 mm. On the other hand, a crack with a depth of 0.5 mm could not be detected well in an experiment using a probe with a frequency of 5 MHz. If the frequency is made higher, cracks with a depth of 0.5 mm may be detected, but such shallow cracks are reflected echoes (becoming noise) from the grain boundaries depending on the blade material. There is a risk of being confused. According to the method of the present invention, it was confirmed that a crack having a depth of at least about 1 mm can be detected clearly.

図７（Ａ）は超音波探触子１２の別の走査状況を示す断面図である。この走査は、図５の矢印３２の方向の走査に対応しており、この走査により、き裂の指示長さを求めることができる。超音波探触子１２は矢印３２の方向に走査する。き裂４４の指示長さの方向はこの走査方向３２に平行である。   FIG. 7A is a cross-sectional view showing another scanning state of the ultrasonic probe 12. This scan corresponds to the scan in the direction of the arrow 32 in FIG. 5, and the indicated length of the crack can be obtained by this scan. The ultrasonic probe 12 scans in the direction of the arrow 32. The direction of the indicated length of the crack 44 is parallel to the scanning direction 32.

図７（Ｂ）は超音波探触子を図７（Ａ）の矢印３２の方向に走査したときのＡスコープ表示の連続波形（重ね合わせ波形）である。この連続波形の求め方を図８を参照して説明する。図８の（Ａ）〜（Ｄ）は、図７（Ａ）の矢印３２の走査方向に沿った４箇所の探触子位置でのＡスコープ表示である。図８（Ａ）は探触子がき裂の領域に入り始めたときのＡスコープ表示である。空洞の内面からの反射エコー４６が大きく現れていて、それよりも少し浅い位置に、き裂からの反射エコー６０が現れる。反射エコー６０の高さはＡ１である。図８（Ｂ）は探触子がもう少し移動したときのＡスコープ表示である。き裂からの反射エコー６２の出現位置は浅い方にシフトし、反射エコーの高さＡ２はＡ１よりも大きくなる。図８（Ｃ）と（Ｄ）は探触子がさらに移動していったときのＡスコープ表示であり、反射エコー６４，６６は、より浅い位置に出現し、そのエコー高さはより大きくなる。このようなＡスコープ表示を探触子の移動に伴って連続的に重ね合わせたものが図７（Ｂ）の連続波形（重ね合わせ波形）である。探触子が移動するにつれて、反射エコー高さはＡ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４というように矢印６８に示すように大きくなっていき、その出現位置は浅くなっていく。き裂の最大深さＤのところで反射エコー高さが最大になる。探触子がさらに移動すると、今度は矢印７０に示すように、反射エコー高さが減少していき、その出現位置は深くなっていく。このような連続波形を表示することで、き裂の最大深さＤを求めることができる。   FIG. 7B shows a continuous waveform (overlapping waveform) of A scope display when the ultrasonic probe is scanned in the direction of the arrow 32 in FIG. A method for obtaining this continuous waveform will be described with reference to FIG. 8A to 8D are A scope displays at four probe positions along the scanning direction of the arrow 32 in FIG. 7A. FIG. 8A is an A scope display when the probe starts to enter the crack region. The reflected echo 46 from the inner surface of the cavity appears greatly, and the reflected echo 60 from the crack appears at a position slightly shallower than that. The height of the reflected echo 60 is A1. FIG. 8B is an A scope display when the probe has moved a little more. The appearance position of the reflected echo 62 from the crack is shifted to a shallower side, and the height A2 of the reflected echo is larger than A1. 8C and 8D are A scope displays when the probe further moves, and the reflected echoes 64 and 66 appear at shallower positions, and the echo height becomes larger. . A continuous waveform (superposed waveform) in FIG. 7B is obtained by continuously superimposing such A scope displays as the probe moves. As the probe moves, the reflected echo height increases as indicated by arrow 68 in the order of A1, A2, A3, and A4, and its appearance position becomes shallower. The reflection echo height is maximized at the maximum crack depth D. When the probe further moves, the height of the reflected echo decreases as shown by an arrow 70, and the appearance position becomes deeper. By displaying such a continuous waveform, the maximum crack depth D can be obtained.

図７（Ｂ）の連続波形に基づいて、き裂の指示長さも求めることができる。連続波形において、反射エコーの最大高さ（これを１００％とする）の半分（５０％）の反射エコー高さを示したときの探触子位置を、き裂の端部と定義することができる。探触子がき裂の最大深さに向かう途中（すなわち、矢印６８の途中）で５０％の反射エコー高さを示す探触子位置が存在する。この探触子位置がき裂の一方の端部の位置である。さらに、探触子がき裂の最大深さから離れていく途中（すなわち、矢印７０の途中）でも５０％の反射エコー高さを示す探触子位置が存在する。この探触子位置が、き裂の他方の端部の位置である。これらの二つの端部の間の距離が、き裂の指示長さＬである。この指示長さＬを図７（Ａ）に示す。   Based on the continuous waveform in FIG. 7B, the indicated length of the crack can also be obtained. In the continuous waveform, the probe position when the height of the reflected echo is 50% of the maximum height of the reflected echo (this is assumed to be 100%) is defined as the end of the crack. it can. There is a probe position showing a reflected echo height of 50% in the middle of the probe toward the maximum depth of the crack (that is, in the middle of the arrow 68). This probe position is the position of one end of the crack. Furthermore, there is a probe position showing a reflected echo height of 50% even while the probe is moving away from the maximum crack depth (that is, in the middle of the arrow 70). This probe position is the position of the other end of the crack. The distance between these two ends is the indicated length L of the crack. This instruction length L is shown in FIG.

次に、動翼を局部的に冷却することでき裂を顕在化させることについて説明する。板材を局部的に冷却したときに板材にどのような応力が作用するかを非定常解析により理論的に計算した。図９は想定した板材の斜視図である。一辺の長さａが２００ｍｍで、厚さｂが２０ｍｍの板材である。この板材の中央に、一辺の長さが４０ｍｍの冷却領域５２を設定した。板材の周囲は拘束されていない自由状態であるとした。板材の材質は鉄を想定した。室温が２０℃で、板材の温度が２０℃になっているときに、上述の冷却領域５２に０℃の氷を接触させることを想定する。その接触開始時点からの、板材の温度変化の計算値を図１０に示す。板材の温度は、冷却領域５２の中央において、板材の深さ方向の各位置で計算した。図１０のグラフの横軸は接触開始からの経過時間であり、縦軸は当初の板材の温度（室温２０℃に等しい）からの温度変化である。図１０のグラフでは、板材の表面と、深さ４ｍｍ、８ｍｍ、１２ｍｍ、２０ｍｍでの各位置での温度を示している。深さ２０ｍｍは板材の裏面の位置である。接触開始から４０秒程度が経過すると、板材の裏面の位置でも、温度がほぼ定常値に近いところまで達する。   Next, it will be described that the blade can be locally cooled and the crack is made obvious. The stress acting on the plate when the plate is locally cooled was calculated theoretically by unsteady analysis. FIG. 9 is a perspective view of an assumed plate material. It is a plate material having a side length a of 200 mm and a thickness b of 20 mm. In the center of the plate material, a cooling region 52 having a side length of 40 mm was set. The periphery of the plate material is assumed to be in an unconstrained free state. The plate material was assumed to be iron. It is assumed that when the room temperature is 20 ° C. and the temperature of the plate is 20 ° C., 0 ° C. ice is brought into contact with the cooling region 52 described above. The calculated value of the temperature change of the plate material from the contact start time is shown in FIG. The temperature of the plate material was calculated at each position in the depth direction of the plate material in the center of the cooling region 52. The horizontal axis of the graph of FIG. 10 is the elapsed time from the start of contact, and the vertical axis is the temperature change from the original plate material temperature (equal to room temperature of 20 ° C.). The graph of FIG. 10 shows the surface of the plate and the temperature at each position at depths of 4 mm, 8 mm, 12 mm, and 20 mm. The depth of 20 mm is the position of the back surface of the plate material. When about 40 seconds elapse from the start of contact, the temperature reaches a position close to a steady value even at the position of the back surface of the plate.

図１１は、図１０に示すような温度変化があったときに、板材に発生する応力がどのように変化するかを示すグラフである。横軸は経過時間であり、縦軸は板材の各深さの位置に発生する応力である。接触開始から約４０秒後には、それぞれの深さにおいて、応力がほぼ定常値に近いところまで達している。そして、その応力の値は１０〜２０ＭＰａ程度の引張応力である。この程度の引張応力が作用すれば、き裂が閉じていてもそれが開口してき裂が顕在化し、き裂を超音波探傷方法で見つけやすくなる、ことが予想される。このような理論的考察から、板材を局所的に冷却してから４０秒程度が経過した後に超音波探傷方法を実施すれば、開口したき裂を検出しやすくなることが分かる。   FIG. 11 is a graph showing how the stress generated in the plate changes when there is a temperature change as shown in FIG. The horizontal axis is the elapsed time, and the vertical axis is the stress generated at each depth position of the plate material. About 40 seconds after the start of contact, the stress reaches almost a steady value at each depth. The value of the stress is a tensile stress of about 10 to 20 MPa. If a tensile stress of this level acts, it is expected that even if the crack is closed, it opens and the crack becomes obvious, making it easier to find the crack by the ultrasonic flaw detection method. From such theoretical considerations, it can be seen that if an ultrasonic flaw detection method is carried out after about 40 seconds have passed since the plate material was locally cooled, it becomes easier to detect an open crack.

図４に示す超音波探傷方法に局部冷却の前処理を適用することを考えると、空洞１６ａ〜１６ｃが存在する領域において動翼の腹側または背側（検査する側）の表面を局部的に冷却して、冷却開始から４０秒程度が経過した後に、超音波探触子１２の走査をスタートすることが好ましい。   Considering that local cooling pretreatment is applied to the ultrasonic flaw detection method shown in FIG. 4, the surface on the ventral side or dorsal side (inspected side) of the moving blade is locally localized in the region where the cavities 16 a to 16 c exist. It is preferable to start scanning the ultrasonic probe 12 after about 40 seconds from the start of cooling.

本発明は上述の実施例に限定されずに、次のような変更が可能である。
（１）上述の実施例では、翼の材質としてニッケル基合金を例示したが、ほかの材質にも適用できる。本発明は、超音波が減衰しやすい材質（すなわち、反射エコーを検出しにくい材質）について特に効果があり、そのような材質としては、上述のニッケル基合金のほかに、コバルト基合金がある。
（２）上述の実施例では、動翼の肉厚が５〜１０ｍｍであるが、本発明の方法は、翼の肉厚が３〜２０ｍｍ程度のものに適用可能である。なお、翼の肉厚に応じて、使用する探触子の焦点深さをそれに合わせることが必要である。
（３）上述の実施例では、二振動子型の探触子の例として、ひとつのケースの中に送信用振動子と受信用振動子を収納した分割型のものを用いているが、送信用振動子と受信用振動子を別個のケースに収納したものを用いてもよい。また、ひとつのケースに収納する場合でも、円筒状のケースに限らずに、四角柱の形をしたケースであってもよい。上述の円筒状のケースの直径も、上述の１０ｍｍに限定せずに、例えば、５〜２０ｍｍの範囲内のものを使用できる。
（４）探触子を構成する振動子としては、上述のコンポジット型でなくても、圧電素子の単体のものでもよく、その材質も、ジルコン酸鉛を主体としたものに限らずに、ニオブ酸鉛を主体にしたものなど、各種の公知の振動子を用いることができる。
（５）上述の実施例では、探触子が送信する超音波の振動数は５ＭＨｚであるが、その他の振動数、例えば、２〜１０ＭＨｚの範囲内の振動数、を用いることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications are possible.
(1) In the above-described embodiment, the nickel base alloy is exemplified as the material of the blade, but it can be applied to other materials. The present invention is particularly effective for materials in which ultrasonic waves are easily attenuated (that is, materials in which reflected echoes are difficult to detect). Examples of such materials include cobalt-based alloys in addition to the above-described nickel-based alloys.
(2) In the above-described embodiment, the thickness of the moving blade is 5 to 10 mm, but the method of the present invention can be applied to a blade having a thickness of about 3 to 20 mm. It is necessary to adjust the focal depth of the probe to be used according to the thickness of the wing.
(3) In the above-described embodiment, as a two-vibrator type probe, a split type in which a transmission transducer and a reception transducer are housed in one case is used. You may use what put the trust oscillator and the vibrator for reception in a separate case. Moreover, even when it accommodates in one case, not only a cylindrical case but the case of the shape of a square pole may be sufficient. The diameter of the cylindrical case described above is not limited to the above-mentioned 10 mm, and for example, a diameter in the range of 5 to 20 mm can be used.
(4) The transducer constituting the probe may not be the above-described composite type, but may be a single piezoelectric element, and the material is not limited to that mainly composed of lead zirconate. Various known vibrators such as those mainly composed of lead acid can be used.
(5) In the above-described embodiment, the frequency of the ultrasonic wave transmitted by the probe is 5 MHz, but other frequencies, for example, a frequency in the range of 2 to 10 MHz can be used.

ガスタービンの動翼の概略の斜視図である。It is a schematic perspective view of the moving blade of a gas turbine. 動翼の概略の縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view of a moving blade. （Ａ）は図２の３Ａ−３Ａ線断面図であり、（Ｂ）は図２の３Ｂ−３Ｂ線断面図である。(A) is the sectional view on the 3A-3A line of FIG. 2, (B) is the sectional view on the 3B-3B line of FIG. 超音波探触子の走査経路を示す正面図である。It is a front view which shows the scanning path | route of an ultrasonic probe. 超音波探触子の別の走査経路を示す正面図である。It is a front view which shows another scanning path | route of an ultrasonic probe. （Ａ）は超音波探触子の走査状況を示す断面図であり、（Ｂ）はそのＢスコープ表示である。(A) is sectional drawing which shows the scanning condition of an ultrasonic probe, (B) is the B scope display. （Ａ）は超音波探触子の別の走査状況を示す断面図であり、（Ｂ）はそのＡスコープ表示の連続波形である。(A) is sectional drawing which shows another scanning condition of an ultrasound probe, (B) is the continuous waveform of the A scope display. 超音波探触子の走査途中の４箇所の位置でのＡスコープ表示の例である。It is an example of A scope display in four positions in the middle of scanning of an ultrasonic probe. 応力計算に用いた板材の斜視図である。It is a perspective view of the board | plate material used for stress calculation. 板材の温度変化の計算値を示すグラフである。It is a graph which shows the calculated value of the temperature change of a board | plate material. 板材の応力変化の計算値を示すグラフである。It is a graph which shows the calculated value of the stress change of a board | plate material.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 動翼
１２ 超音波探触子
１６ 空洞
１８ マルチホール
２０ リブ
２２ 冷却空気
２６ 遠心力の方向
２８ き裂
３４ 動翼の表面
３６ 空洞の内面
３８ 送信用振動子
４０ 受信用振動子
４２ 音響仕切板
４４ き裂
４６ 内面の反射エコー
４８ き裂の反射エコー DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Moving blade 12 Ultrasonic probe 16 Cavity 18 Multi hole 20 Rib 22 Cooling air 26 Direction of centrifugal force 28 Crack 34 Surface of moving blade 36 Inner surface of cavity 38 Transmitting transducer 40 Receiving transducer 42 Acoustic partition plate 44 Crack 46 Reflected echo on the inner surface 48 Reflected echo on the crack

Claims (2)

冷却流体の通路を内部に形成したガスタービンの翼の超音波探傷方法であって、次の（ア）乃至（ウ）の段階を実施する超音波探傷方法。
（ア）前記翼の表面に二振動子型の超音波探触子を対面させて、垂直探傷法を用いて、前記通路の内面を目標にして前記超音波探触子から超音波を送信して、その反射エコーを受信する検出段階。
（イ）前記検出段階を実行しながら前記超音波探触子を前記翼の表面に沿って走査して、超音波探触子の走査に伴うＢスコープ表示を得る表示段階。
（ウ）前記Ｂスコープ表示に基づいて前記通路の内面のき裂の有無を判定する判定段階。 An ultrasonic flaw detection method for blades of a gas turbine having a cooling fluid passage formed therein, wherein the following steps (a) to (c) are performed.
(A) A two-element ultrasonic probe is made to face the surface of the wing, and ultrasonic waves are transmitted from the ultrasonic probe using the vertical flaw detection method to target the inner surface of the passage. And detecting the reflected echo.
(A) A display step of scanning the ultrasonic probe along the surface of the wing while executing the detection step to obtain a B scope display accompanying the scanning of the ultrasonic probe.
(C) A determination step of determining the presence or absence of a crack on the inner surface of the passage based on the B scope display. 請求項１に記載の超音波探傷方法において、次の（エ）乃至（カ）の特徴を備えていて、さらに、次の（キ）及び（ク）の段階を実施することを特徴とする超音波探傷方法。
（エ）前記翼はガスタービンの動翼である。
（オ）前記表示段階では、前記動翼に遠心力がかかる方向に対して平行に前記超音波探触子を走査する。
（カ）前記判定段階では、前記き裂の有無を判定するとともに前記き裂の深さを求める。
（キ）前記き裂が存在する位置において、前記遠心力がかかる方向に対して垂直方向に前記超音波探触子を前記翼の表面に沿って走査して、その走査に伴うＡスコープ表示の連続波形を得る第２の表示段階。
（ク）前記Ａスコープ表示の連続波形に基づいて前記き裂の指示長さと最大深さを求める計測段階。 The ultrasonic flaw detection method according to claim 1, comprising the following features (d) to (f), and further performing the following steps (ki) and (ku). Sonic flaw detection method.
(D) The blade is a moving blade of a gas turbine.
(E) In the display step, the ultrasonic probe is scanned in parallel to the direction in which the moving force is applied to the moving blade.
(F) In the determination step, the presence or absence of the crack is determined and the depth of the crack is determined.
(G) At the position where the crack exists, the ultrasonic probe is scanned along the surface of the wing in a direction perpendicular to the direction in which the centrifugal force is applied, and an A scope display associated with the scanning is displayed. Second display stage to obtain a continuous waveform.
(H) A measurement step of obtaining the indicated length and maximum depth of the crack based on the continuous waveform displayed on the A scope.
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