JP2011208978A - Ultrasonic inspection method and device for turbine blade fitting section - Google Patents
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Description
本発明は、発電用タービンロータ翼植込み部の健全性を超音波で検査するタービン翼植込み部の超音波検査方法および装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an ultrasonic inspection method and apparatus for a turbine blade implantation portion that inspects the soundness of a turbine rotor blade implantation portion for power generation using ultrasonic waves.
発電用タービンロータの翼植込み部の健全性を確認するには、タービンホイールから動翼を抜き取り、翼植込み部を目視できる状態で、浸透探傷法(PT法)や磁分探傷法(MT法)で検査する方法が適用されてきた。ただし、翼抜き取り作業には時間を要するため、翼を抜き取る必要のない超音波探傷法(UT法)で、ロータ翼植込み部の健全性を確認する方法が提案されている(例えば、特許文献1,特許文献2参照)。 In order to confirm the soundness of the blade implantation part of the turbine rotor for power generation, the rotor blade is extracted from the turbine wheel, and the blade implantation part can be visually observed. The penetrant flaw detection method (PT method) and the magnetic component flaw detection method (MT method) Inspecting methods have been applied. However, since it takes time to extract the blade, there has been proposed a method for confirming the soundness of the rotor blade implantation portion by an ultrasonic flaw detection method (UT method) that does not require extraction of the blade (for example, Patent Document 1). , See Patent Document 2).
特許文献1は、欠陥エコーだけでなく遮蔽による形状エコー低下にも着目して、欠陥の検出またはサイジングを行うものである。ただし、超音波ビームの集束については言及していない。特許文献1の出願時点では、フェーズドアレイ探触子を用いたUT法は未だ一般的ではなく、ある程度の発散角を持って超音波ビームを送信する単一素子の探触子を想定しているものと推察する。
特許文献2は、フェーズドアレイ探触子を用いた翼植込み部の超音波検査で、欠陥エコー強度と形状エコー強度の両方に着目するものである。フェーズドアレイ探触子を用いる主目的は、電子走査で超音波ビームの屈折角を変化させるためと推察される。ビームの集束性については本文中では明言されていないが、図中には欠陥の発生起点にビームが点集束するように示されている。欠陥エコーの検出感度を向上させたいという観点を優先させているものと推察する。
ここで、タービンロータの翼植込み部の超音波検査に点集束ビームを適用した場合、欠陥検出性は向上するが、サイジングには不向きになるという課題があった。 Here, when a point-focused beam is applied to ultrasonic inspection of the blade implant portion of the turbine rotor, the defect detectability is improved, but there is a problem that it is not suitable for sizing.
本発明の目的は、単一素子の探触子を使用したときよりも欠陥検出性を向上させながら、欠陥サイジングも可能であるタービンロータの翼植込み部の超音波検査方法および装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to provide an ultrasonic inspection method and apparatus for a turbine rotor blade implantation part that is capable of defect sizing while improving defect detection performance compared to when a single element probe is used. It is in.
(1)上記目的を達成するために、本発明は、タービンホイールの側面から翼植込み部に向けて、軸方向には垂直の向きで、径方向には斜角の向きで超音波を送受信し、前記翼植込み部のフックコーナー部を起点とする周方向欠陥を探傷する超音波検査方法であって、フェーズドアレイ探触子を用いて、前記翼植込み部のフック肩部の曲率半径よりも、超音波ビームの集束径が大きくなるように超音波を緩く集束するビームパターンの超音波を送受信するようにしたものである。
かかる方法により、単一素子の探触子を使用したときよりも欠陥検出性を向上させながら、欠陥サイジングも可能となる。
(1) In order to achieve the above object, according to the present invention, ultrasonic waves are transmitted and received in a direction perpendicular to the axial direction and an oblique angle in the radial direction from the side surface of the turbine wheel toward the blade implantation portion. , An ultrasonic inspection method for detecting a circumferential defect starting from the hook corner portion of the wing implantation portion, using a phased array probe, than the radius of curvature of the hook shoulder portion of the wing implantation portion, The ultrasonic wave of the beam pattern that gently focuses the ultrasonic wave is transmitted and received so that the focused diameter of the ultrasonic beam becomes large.
By this method, defect sizing is also possible while improving defect detectability compared to when a single element probe is used.
(2)上記(1)において、好ましくは、超音波受信波形の伝播時間から、前記フックコーナー部を起点とした欠陥がある場合に発生する欠陥エコーと、前記フックコーナー部に割欠陥がある場合に、欠陥で超音波が遮蔽されてエコー強度が低下する前記フック肩部の形状エコーと、前記フックコーナー部の欠陥の有無とは無関係な前記フック立ち上がり部の形状エコーと、を抽出し、それぞれのエコー強度を独立して求めるようにしたものである。 (2) In the above (1), preferably, from the propagation time of the ultrasonic reception waveform, a defect echo generated when there is a defect starting from the hook corner portion and a crack defect at the hook corner portion In addition, the shape echo of the hook shoulder portion where the ultrasonic wave is shielded by a defect and the echo intensity is reduced, and the shape echo of the hook rising portion irrelevant to the presence or absence of the defect of the hook corner portion, respectively, The echo intensity is obtained independently.
(3)上記(2)において、好ましくは、前記フックコーナー部を起点とした欠陥からの欠陥エコー強度と、前記フック肩部の形状エコー強度で除算して両者の比を算出し、その除算結果から割れの有無を判定するようにしたものである。 (3) In the above (2), preferably, the ratio of both is calculated by dividing by the defect echo intensity from the defect starting from the hook corner part and the shape echo intensity of the hook shoulder part, and the division result From this, the presence or absence of cracks is determined.
(4)上記(3)において、好ましくは、前記除算結果と、予め作成しておいた除算結果と欠陥寸法の関連性と、を比較して欠陥寸法を求めるようにしたものである。 (4) In the above (3), it is preferable that the defect size is obtained by comparing the division result with the relationship between the division result prepared in advance and the defect size.
(5)上記(1)において、好ましくは、前記フック立ち上がり部の形状エコー強度が一定の値となるように探傷感度を調整して、超音波を送受信するようにしたものである。 (5) In the above (1), preferably, the flaw detection sensitivity is adjusted so that the shape echo intensity of the hook rising portion becomes a constant value, and ultrasonic waves are transmitted and received.
(6)上記(1)において、好ましくは、複数のフックを持つ翼植込み部を検査する場合に、少なくとも最下段のフック立ち上がり部から最上段のフック肩部までの範囲について、超音波ビームを径方向に電子的に走査しながら、前記フェーズドアレイ探触子を周方向に機械的に走査するようにしたものである。 (6) In the above (1), preferably, when inspecting the wing implantation portion having a plurality of hooks, the diameter of the ultrasonic beam is at least in the range from the lowermost hook rising portion to the uppermost hook shoulder. The phased array probe is mechanically scanned in the circumferential direction while electronically scanning in the direction.
(7)上記(1)において、好ましくは、複数のフックを持つ翼植込み部を検査する場合に、フック1段分の立ち上がり部から肩部までの範囲について、超音波ビームを径方向に電子的に走査しながら、前記フェーズドアレイ探触子を周方向に機械的に走査することを、前記フックの段数分だけ繰り返すようにしたものである。 (7) In the above (1), preferably, when inspecting a wing implantation portion having a plurality of hooks, an ultrasonic beam is electronically transmitted in a radial direction in a range from a rising portion to a shoulder portion for one step of the hook. The scanning of the phased array probe in the circumferential direction is repeated by the number of steps of the hook while scanning in the same manner.
(8)上記(7)において、好ましくは、被検査フックコーナー部への超音波ビームの屈折角が45°になるように、被検査フックによって超音波送受信位置を変更するようにしたものである。 (8) In the above (7), preferably, the ultrasonic transmission / reception position is changed by the inspected hook so that the refraction angle of the ultrasonic beam to the inspected hook corner is 45 °. .
(9)上記(8)において、好ましくは、タービンロータの構造上の制約で、前記被検査フックコーナー部への超音波ビームの屈折角が45°の直線経路がとれない場合には、直線経路がとれる範囲で屈折角が45°に近くなるような超音波送受信位置とするようにしたものである。 (9) In the above (8), preferably, when a straight path with a 45 ° refraction angle of the ultrasonic beam to the inspected hook corner portion cannot be taken due to structural restrictions of the turbine rotor, a straight path The ultrasonic transmission / reception position is such that the refraction angle is close to 45 ° within the range where the light can be removed.
(10)上記(8)において、好ましくは、フック段数分の回数だけ分割して収録した検査結果を、同一の画面上に同時に表示するようにしたものである。 (10) In the above (8), preferably, the inspection results divided and recorded by the number of times of the hook step are simultaneously displayed on the same screen.
(11)上記(1)において、好ましくは、前記フェーズドアレイ探触子から送受信する超音波ビームのパターンが探触子の中心軸に対して対称的となるように、前記フェーズドアレイ探触子とシューを組み合わせて斜角超音波を送受信するようにしたものである。 (11) In the above (1), preferably, the phased array probe and the phased array probe are arranged so that an ultrasonic beam pattern transmitted and received from the phased array probe is symmetric with respect to a center axis of the probe. A pair of shoes is used to transmit and receive oblique ultrasonic waves.
(12)また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波の送受信および超音波ビームを電子走査するフェーズドアレイ探触子および制御信号処理部と送受信部とを有する超音波探傷器と、前記フェーズドアレイ探触子を把持し周方向に走査する走査手段、前記超音波探傷器による検査結果を表示する手段とを備え、タービンホイールの側面から翼植込み部に向けて、軸方向には垂直の向きで、径方向には斜角の向きで超音波を送受信し、前記翼植込み部のフックコーナー部を起点とする周方向欠陥を探傷するとともに、前記フェーズドアレイ探触子を用いて、前記翼植込み部のフック肩部の曲率半径よりも、超音波ビームの集束径が大きくなるように超音波を緩く集束するビームパターンの超音波を送受信するようにしたものである。
かかる構成により、単一素子の探触子を使用したときよりも欠陥検出性を向上させながら、欠陥サイジングも可能となる。
(12) In order to achieve the above object, the present invention provides an ultrasonic flaw detector having a phased array probe for electronically transmitting / receiving ultrasonic waves and an ultrasonic beam, a control signal processing unit, and a transmission / reception unit. Scanning means for gripping the phased array probe and scanning in the circumferential direction; means for displaying the inspection result by the ultrasonic flaw detector; and from the side surface of the turbine wheel toward the blade implantation portion, in the axial direction Transmitting and receiving ultrasonic waves in the vertical direction and the oblique direction in the radial direction, flaw detection in the circumferential direction starting from the hook corner portion of the wing implantation portion, and using the phased array probe, Ultrasound of a beam pattern that gently focuses the ultrasonic wave is transmitted and received so that the focal diameter of the ultrasonic beam becomes larger than the radius of curvature of the hook shoulder of the wing implantation part.
With such a configuration, defect sizing can be performed while improving defect detectability compared to when a single-element probe is used.
(13)上記(12)において、好ましくは、前記フック肩部の曲率半径と超音波ビームの集束径を比較するために、超音波の周波数・フェーズドアレイ探触子の素子数・素子ピッチ・焦点距離の値から、音場計算で超音波ビーム径を算出する算出手段と、該算出手段により算出したビーム径を表示する表示手段とを備えるようにしたものである。 (13) In the above (12), preferably, in order to compare the curvature radius of the hook shoulder and the focused diameter of the ultrasonic beam, the frequency of the ultrasonic wave, the number of elements of the phased array probe, the element pitch, and the focal point Calculation means for calculating the ultrasonic beam diameter by sound field calculation from the distance value and display means for displaying the beam diameter calculated by the calculation means are provided.
(14)上記(12)において、好ましくは、前記フック立ち上がり部からのエコーと、前記フックコーナー部からのエコーと、前記フック肩部からのエコーを独立して抽出する3つ以上の時間ゲートと、それぞれのゲート内のエコー強度を求める強度算出手段を備えるようにしたものである。 (14) In the above (12), preferably, an echo from the hook rising portion, an echo from the hook corner portion, and three or more time gates for independently extracting the echo from the hook shoulder portion; , Intensity calculating means for obtaining the echo intensity in each gate is provided.
(15)上記(12)において、好ましくは、前記フックコーナー部のエコー強度と、前記フック肩部のエコー強度を除算して両者の比を求める比算出手段と、予め作成しておいた除算結果と欠陥寸法の関連性を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された除算結果と欠陥寸法の関連性と、前記比算出手段により算出された除算結果とを用いて、欠陥寸法を求めて表示する算出表示手段とを備えるようにしたものである。 (15) In the above (12), preferably, the ratio calculation means for dividing the echo intensity of the hook corner part and the echo intensity of the hook shoulder part to obtain the ratio between them, and the division result prepared in advance The storage means for storing the relationship between the defect size, the division result stored in the storage means, the relationship between the defect size, and the division result calculated by the ratio calculation means to obtain the defect size And a calculation display means for displaying.
(16)上記(12)において、好ましくは、前記フェーズドアレイ探触子の周方向の走査位置を正確に測定記録するための測定記録手段と、フック段数分の回数だけ分割して収録した検査結果を重ね合わせる重ね合わせ手段と、該重ね合わせ手段により重ね合わせた結果を表示する表示手段とを備えるようにしたものである。 (16) In the above (12), preferably, the measurement recording means for accurately measuring and recording the scanning position in the circumferential direction of the phased array probe, and the inspection result divided and recorded by the number of times of the hook stage And a display means for displaying the result of superposition by the superposition means.
(17)上記(12)において、好ましくは、検査するタービンホイールの形状に合わせてシューを交換できる方式で、フェーズドアレイ探触子とシューを組合せることができる手段を備えるようにしたものである。 (17) In the above (12), preferably, means capable of exchanging the shoe in accordance with the shape of the turbine wheel to be inspected is provided with means capable of combining the phased array probe and the shoe. .
本発明によれば、タービンロータの翼植込み部の超音波検査において、単一素子の探触子を使用したときよりも欠陥検出性を向上させながら、欠陥サイジングも可能となる。
According to the present invention, in ultrasonic inspection of a blade rotor embedded portion, defect sizing can be performed while improving defect detectability compared to when a single element probe is used.
以下、図1〜図15を用いて、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図1を用いて、本実施形態による超音波検査装置の検査対象であるタービンロータの概略形状について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置の検査対象であるタービンロータの概略形状を示す斜視図である。
Hereinafter, the configuration and operation of the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, the schematic shape of the turbine rotor that is the inspection target of the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic shape of a turbine rotor which is an inspection target of the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
タービンロータ1は、ロータシャフト2とロータホイール3を組合せた構造をしている。ロータホイール3の外周の翼植込み部5には、動翼4が植え込まれている。本実施形態では、動翼4を抜き取らずに、ロータホイール3側の翼植込み部5の健全性を検査するために超音波検査を適用する。
The
次に、図2を用いて、本実施形態による超音波検査装置で用いるスキャナの構成について説明する。
図2は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置で用いるスキャナの構成図である。図2(A)は、ロターシャフトの軸方向から見た図であり、図2(B)はロータシャフトの軸に沿った断面方向から見た図である。
Next, the configuration of the scanner used in the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is a configuration diagram of a scanner used in the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. 2A is a view as seen from the axial direction of the rotor shaft, and FIG. 2B is a view as seen from a cross-sectional direction along the axis of the rotor shaft.
スキャナ11は、タービンロータ3の形状に倣って、超音波探触子15を保持・走査するものである。スキャナ11は、ロータシャフト2の円筒面に吸着して走行するための磁気車輪12と、ロータホイール3に吸着してホイール側面に倣うための磁気車輪13を備えている。スキャナ11に取付けたフェーズドアレイ探触子15は、ホイール3の片側面から超音波を斜角で送信し、対面側の翼植込み部5を検査する。フェーズドアレイ探触子15を取付けた台座は、ボールネジ14で径方向位置(シャフト面からの高さ)の設定が変更できる。一旦、設定した径方向位置は、スキャナ11を周方向に走行走査させても同じ位置(シャフト面からの高さ)を保持できる。また、スキャナ11は、シャフト面上の走行距離を計測し、超音波検査している周方向角度θを算出するためのエンコーダ17を備えている。
The
次に、図3を用いて、本実施形態による超音波検査装置の検査対象であるタービンロータの3段フックからなる翼植込み部の形状について説明する。
図3は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置の検査対象であるタービンロータの3段フックからなる翼植込み部の形状を示す断面図である。
Next, with reference to FIG. 3, the shape of the blade implantation portion formed of the three-stage hook of the turbine rotor that is the inspection target of the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the shape of a blade implantation portion including a three-stage hook of a turbine rotor that is an inspection target of the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
翼植込み部5は、1段フック,2段フック,3段フックの3段からなるフックを備えている。フックをさらに分割したときの各部は様々な名称で呼ばれることがあるが、ここでは、それぞれ、立ち上がり部51、コーナー部52、肩部53と称する。
The
フェーズドアレイ探触子15とシュー19を組合せて対面側の2段フックへ向けて超音波を送信すると、一点鎖線55に示すフック立ち上がり部51からの形状エコーと、点線57に示すフック肩部53からの形状エコーを受信することができる。また、フックコーナー部52に欠陥54がある場合には、実線56に示す欠陥エコーも受信できる。
When the phased
ここで、翼植込みの2段フックを超音波で検査する場合について説明する。まず、翼植込み部が健全で、欠陥54が存在しないときには、一点鎖線55に示す経路のフック立ち上がり部の形状エコー、および、点線57に示す経路のフック肩部の形状エコーを受信できる。これに対し、フックコーナー部に欠陥54が存在する場合には、実線56で示すような経路の欠陥エコーを受信すると同時に、欠陥54によって点線57で示す伝播経路の一部が遮蔽されるため、フック肩部の形状エコー強度が低下する。
Here, the case of inspecting the two-stage hook embedded with the wing with ultrasonic waves will be described. First, when the wing implantation portion is healthy and the
次に、図4を用いて、本実施形態による超音波検査装置における超音波ビームの集束性とエコー強度の関連性について説明する。
図4は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置における超音波ビームの集束性とエコー強度の関連性の説明図である。
Next, the relationship between the convergence of the ultrasonic beam and the echo intensity in the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the relationship between the focusability of the ultrasonic beam and the echo intensity in the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図4において、図の左半分は、比較例として試験体101の底面で点集束するようなビーム102を用いた場合の説明図であり、右半分は、本実施形態により試験体101の底面で緩く集束するようなビーム103を用いた場合の説明図である。
In FIG. 4, the left half of the figure is an explanatory diagram when a
試験体101の底面で点集束するようなビーム102を考えた場合、欠陥の大きさが異なっても、ビームのほぼ全体が欠陥で反射するので、欠陥寸法が欠陥105aのように小さくても、欠陥105dのように大きくても、欠陥105a,105b,105c,105dの大きさに関わらず、ほぼ同じ大きさのエコー106a,106b,106c,106dを受信できる。すなわち、タービンロータの翼植込み部の超音波検査に点集束ビームを適用した場合、欠陥検出性は向上する。しかし、エコー106a,106b,106c,106dの大きさは、結果の大きさに関わらず同じであるため、サイジングには不向きである。
Considering the
それに対して、本実施形態におけるように、試験体101の底面で緩く集束するようなビーム103を使用した場合について説明する。緩くとはいえ、超音波ビームを集束させているので、欠陥の検出性は向上する。また、ビームの欠陥の大きさに応じた部分(104a,104b,104c,104d)が反射するので、欠陥寸法がビームより小さい場合にはエコー(107a,107b,107c)の強度は欠陥の大きさに対応する。(ただし、欠陥の大きさがビーム径以上の場合(105c,105d)では、エコー強度は飽和する。)すなわち、緩く集束したビームの場合、欠陥の検出性は単一素子センサより向上し、サイジングも可能となる。
On the other hand, as in the present embodiment, a case will be described in which a
図3に示したような翼植込み部形状を考えた場合、欠陥54の発生位置はフックコーナー部52となり、欠陥で遮蔽される形状エコーの反射位置とはフック肩部53の曲率のついた部分となる。実線56と点線57で示すように、フック肩部53までの路程の方がフックコーナー部52までの路程より長いので、フックコーナー部52でのビーム径がフック肩部53より小さくなることはない。また、フック肩部53からの形状エコーが得られるのは肩の曲率のついた部分である。フック肩部53でのビーム径を肩の曲率Rより大きくすれば、反射エコー強度は飽和しない。同時に、欠陥が発生するフックコーナー部でのビーム径も十分に大きくなるので、単一素子の探触子を使用したときよりも欠陥検出性を向上させながら、欠陥サイジングも可能となる。
When considering the shape of the wing implantation part as shown in FIG. 3, the occurrence position of the
なお、単一素子の探触子より超音波ビームの集束性を悪くすると欠陥の検出性が悪くなる。本実施形態において、超音波ビームを緩く集束するとは、フックコーナー部でのビーム径が肩部の曲率Rより大きく、単一素子よりはビームが集束している範囲を意味する。また、欠陥検出性を重視した場合には、肩部の曲率Rと同じビーム径が最適となる。サイジングを重視する場合には、サイジング上限値と同じビーム径が最適となる、検査時間短縮を重視する場合には、電子走査無しでフック立ち上がり部とフックコーナー部とフック肩部の3つのエコーが受信できる大きさのビーム径が最適となる。 It should be noted that if the convergence of the ultrasonic beam is made worse than that of a single-element probe, the detectability of defects becomes worse. In this embodiment, to gently focus an ultrasonic beam means a range in which the beam diameter at the hook corner is larger than the curvature R of the shoulder and the beam is focused rather than a single element. Further, when importance is attached to defect detectability, the same beam diameter as the curvature R of the shoulder is optimum. When emphasizing sizing, the same beam diameter as the sizing upper limit value is optimal. When emphasizing shortening of inspection time, three echoes of the hook rising part, hook corner part, and hook shoulder part are provided without electronic scanning. The beam diameter that can be received is optimal.
また、図4の模式図で超音波ビームの集束性とエコー強度の関連性を考察する前提として、超音波ビーム内に著しい強度の不均一は無い、ということがある。 Further, in the schematic diagram of FIG. 4, as a premise for considering the relationship between the convergence of the ultrasonic beam and the echo intensity, there is no significant intensity nonuniformity in the ultrasonic beam.
ここで、図5を用いて、超音波検査装置においてシューを用いない場合と用いた場合のビーム内の強度不均一性について説明する。
図5は、超音波検査装置においてシューを用いない場合と用いた場合のビーム内の強度不均一性の説明図である。
Here, the intensity non-uniformity in the beam when the shoe is not used and when the shoe is used in the ultrasonic inspection apparatus will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram of intensity non-uniformity in the beam when a shoe is not used and when it is used in an ultrasonic inspection apparatus.
図5(A)は超音波検査装置においてシューを用いない場合であり、図5(B)はシューを用いた場合である。 FIG. 5A shows a case where a shoe is not used in the ultrasonic inspection apparatus, and FIG. 5B shows a case where a shoe is used.
図5(A)に示すように、試験体101にフェーズドアレイ探触子15を直接接触させた場合、垂直ビーム111よりも、斜角ビーム112のほうが、ビーム内の強度不均一性が大きくなる。
As shown in FIG. 5A, when the phased
一方、図5(B)に示すように、探触子15とシュー19を組合せると、ビーム内の強度不均一性が小さい斜角ビームを入射することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the
したがって、本実施形態においては、フェーズドアレイ探触子をロータホイール側面に直接接触させるのではなく、探触子とシューを組合せた状態でホイール側面から超音波を斜角入射するようにしている。 Therefore, in the present embodiment, the phased array probe is not brought into direct contact with the rotor wheel side surface, but an ultrasonic wave is incident obliquely from the wheel side surface in a state where the probe and the shoe are combined.
次に、図6〜図15を用いて、本実施形態による超音波検査装置の構成及び動作について説明する。
図6は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置の構成を示すブロック図である。図7は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置を用いて翼植込み部のフック1段分を検査する際の判定・操作手順を示すフローチャートである。
Next, the configuration and operation of the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 is a flowchart showing a determination / operation procedure when inspecting one hook of the wing implantation portion using the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
なお、本実施形態では、3段フックの翼植込み部を検査する場合に、フック1段分ずつを検査する。これにより、超音波波形の収録・信号処理に時間を要する装置でも検査ができるという特徴がある。 In this embodiment, when inspecting the wing implantation portion of the three-stage hook, the one hook is inspected. As a result, there is a feature that even an apparatus that requires time for recording and signal processing of an ultrasonic waveform can be inspected.
本実施形態の超音波検査装置は、パソコン等で構成する制御信号処理部20と、電子部品を搭載した基板等で電子回路を構成する送受信部40と、図2にて説明したスキャナ11とを備えている。
The ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment includes a control
操作者は、キーボードやマウスからなる設定手段21を用いて探傷条件を設定し、設定条件記憶部22に記憶させる。探傷条件設定作業では、まず、ロータ材の音速、フックコーナー部の曲率Rを入力する(図7の手順F11)。次に、超音波の周波数、フェーズドアレイ探触子の素子数、素子ピッチ等の探触子の条件を入力する(図7の手順F12)。さらに、シュー材の音速、角度等、シューの条件を入力する(図7の手順F13)。これらの入力データは、設定条件記憶部22から遅延パターン作成記憶部23に自動伝達され、シミュレータ24の計算に利用される。操作者は、ここからシミュレータ24の表示画面をみながら超音波ビームの入射位置を決める(図7の手順F14)。
The operator sets the flaw detection conditions using the setting means 21 including a keyboard and a mouse and stores them in the setting
ここで、図8及び図9を用いて、本実施形態による超音波検査装置により、2段フックを検査するときの超音波ビームの入射位置を決める際に参照する画面表示の例について説明する。
図8及び図9は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置により、2段フックを検査するときの超音波ビームの入射位置を決める際に参照する画面表示の例の説明図である。
Here, with reference to FIGS. 8 and 9, an example of a screen display to be referred to when determining the incident position of the ultrasonic beam when the two-stage hook is inspected by the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described.
FIG. 8 and FIG. 9 are explanatory diagrams of examples of screen display to be referred to when determining the incident position of the ultrasonic beam when inspecting the two-stage hook by the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. is there.
図8に示す表示画面において、操作者が、2段フックの欠陥発生候補としてフックコーナー部をマウスでクリックすると、マーカー61が画面上に表示されると同時に、欠陥の検出感度が最良となる屈折角45°の伝播経路も点線62として表示される。操作者は、点線62で示される経路に障害が無いことを確認し(図7の手順F15)、点線62とホイール側面の交点をクリックする。
In the display screen shown in FIG. 8, when the operator clicks the hook corner portion with a mouse as a defect occurrence candidate for the two-stage hook, the
その結果、表示画面は図9のように変化し、超音波の入射位置を示すマーカー63が表示されると同時に、フック立ち上がり部への伝播経路65、コーナー部への伝播経路66、肩部への伝播経路67も画面上に表示される。操作者は、まず幾何的な焦点位置を肩部にしたケースを検討するため、伝播経路67とフック肩部の交点をマウスでクリックすると(図7の手順F16)、幾何焦点のマーカー64aが表示される。シミュレータ24は音場計算を行い、肩部でのビーム径の算出結果を表示箇所76に表示する。操作者は、肩部でのビーム径76と肩部の曲率Rの値75を比較し(図7の手順F17)、ビーム径の方が大きい場合には探傷条件の設定を完了する(図7の手順F18)。ビーム径76のほうが小さい場合には、幾何焦点の位置を、位置64bや位置64cに変更し、肩部でのビーム径76が肩部での曲率Rより大きくなるまで探索を行う。また、画面上には超音波ビーム入射の径方向位置71、肩部までの路程72、肩部への屈折角74、幾何焦点の距離74も表示しているので、操作者はこれらの値を確認しながら探傷条件を探索することができる。
As a result, the display screen changes as shown in FIG. 9, and the
探傷条件の設定を完了したら、スキャナ11のボールネジ14を操作してフェーズドアレイ探触子15の高さを調整し、超音波ビーム入射の径方向位置が設定条件と同一にする。
When the setting of the flaw detection conditions is completed, the
図6の遅延パターン制御部25は、作成・記録した設定条件の遅延パターンで送信回路41を制御する。送信回路41で発信した信号は、アンプ42で増幅し、コネクタ43、探傷ケーブル16を経由してフェードアレイ探触子15を駆動する。径方向に超音波ビームを電子走査し、翼植込み部5からの反射波をフェードアレイ探触子15で受信し、探傷ケーブル16とコネクタ43を経由してアンプ44で増幅する。増幅した信号は遅延メモリ45で時間差つけて記憶し、加算回路26で受信波形を合成し、探傷結果記憶部28に記憶する(図7の手順F21、図7の手順F22)。
The delay
ここで、図10を用いて、本実施形態による超音波検査装置により、翼植込み部に欠陥が無い場合の探傷結果の例について説明する。
図10は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置により、翼植込み部に欠陥が無い場合の探傷結果の例の説明図である。
Here, an example of a flaw detection result in the case where there is no defect in the blade implantation portion by the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of an example of a flaw detection result when there is no defect in the blade implantation portion by the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図10(A)に示すように、探触子15とシュー19から緩く集束した超音波ビームを送信し、2段フックが探傷できるようにビームをセクタスキャンする。ビームが82の位置にあるときには、受信波形は、図10(B)に示す画面例83aのような特徴を示す。なお、画面例83aの中には、フック立ち上がり部の形状エコーに対応する時間ゲート34、フックコーナー部の欠陥エコーに対応する時間ゲート35、フック肩部からの形状エコーに対応する時間ゲート36が表示されている。これらのゲート36は、シミュレータ24の路程評価結果に基づいて、ゲート発生回路31で算出したものである。ビームが図10(A)の位置82にあると、肩部からの形状エコー39aの強度は大きく、立ち上がり部からの形状エコー37aは小さい。コーナー部には欠陥が無いのでコーナー部のエコー38aは小さい。
As shown in FIG. 10A, an ultrasonic beam loosely focused from the
図10(A)に示すビームが位置81にあるときの受信波形は、図10(C)に示す画面例83bに示すように、立ち上がり部からの形状エコー37bは大きく、コーナー部からのエコー38bや肩部からのエコー39bは小さい。
The received waveform when the beam shown in FIG. 10 (A) is at
超音波ビームをセクタスキャンした結果を、各路程でのエコー強度の最大値を表示するように合成すると、図10(D)に示す画面例83cのように立ち上がり部の形状エコー37cと肩部の形状エコー39cは大きく、コーナー部の欠陥エコー38cは小さい。また、セクタスキャンの結果をBスコープで表示すると、図10(E)に示す画面例83dのように、着目する検査範囲86の中でフック立ち上がり部でのインジケーション87aとフック肩部のインジケーション89aが表示される。
When the result of sector scanning of the ultrasonic beam is combined so as to display the maximum value of the echo intensity in each path, the shape echo 37c at the rising portion and the shoulder portion are echoed as in the screen example 83c shown in FIG. The
次に、図11を用いて、本実施形態による超音波検査装置により、翼植込み部に欠陥が有る場合の探傷結果の例について説明する。
図11は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置により、翼植込み部に欠陥が有る場合の探傷結果の例の説明図である。
Next, an example of a flaw detection result in the case where there is a defect in the blade implantation part by the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is an explanatory diagram of an example of a flaw detection result in the case where there is a defect in the blade implantation portion by the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図11(A)に示すように、ビームが位置82にあるときには、受信波形は、図11(B)に示す画面例83dのような特徴を示す。コーナー部に欠陥54があるのでコーナー部のエコー38dの強度は大きくなり、肩部からの形状エコー39dは欠陥54の遮蔽の影響を受けるので強度が低下する。立ち上がり部からの形状エコー37aは小さいままである。
As shown in FIG. 11A, when the beam is at the
図11(A)に示すように、ビームが81の位置にあるときの受信波形は、図11(C)に示す画面例83eに示すように、立ち上がり部からの形状エコー37eは大きく、コーナー部からのエコー38eや肩部からのエコー39bは小さい、という特徴は欠陥の有無に関わらず同じである。
As shown in FIG. 11A, the received waveform when the beam is at the
超音波ビームをセクタスキャンした結果を、各路程でのエコー強度の最大値を表示するように合成すると、図11(D)に示す画面例83fのようにコーナー部のエコー38fの強度は大きくなり、肩部からの形状エコー39fの強度は低下する。立ち上がり部からの形状エコー37fの強度は欠陥の有無には影響されない。また、セクタスキャンの結果をBスコープで表示すると、図11(E)に示す画面例84dのように、フック立ち上がり部でのインジケーション87dとフック肩部のインジケーション89dに加えて、フックコーナー部のインジケーション88dも表示される。
When the result of sector scanning of the ultrasonic beam is combined so as to display the maximum value of the echo intensity in each path, the intensity of the
このような収録波形から、図6に示したエコー強度算出部32は、ゲート発生回路31が発生する、図10(B)や図11(B)に示したゲート34,35,36内のエコー強度を自動算出する。さらに、エコー強度比算出部33は、ゲート35内のエコー強度をゲート36内のエコー強度で除算し、コーナー部の欠陥エコーと肩部の形状エコーの強度比を算出する。これらの探傷結果を、表示部34に表示し、記録部35に記録する(図7の手順F22)。
From such a recorded waveform, the echo
上述したように、径方向への超音波ビームの電子走査を繰り返している状態で、スキャナ11を周方向へ機械走査する(図7の手順F23)。エンコーダケーブル18を経由して信号変換部27が受信したエンコーダ信号からスキャナ11の走行距離を算出し、収録ピッチに相当する距離を周方向走査する度に、波形収録、信号処理、結果表示を行う(図7の手順F24,F25)。
As described above, the
次に、図12を用いて、本実施形態による超音波検査装置により、周方向への機械走査中の、エコー強度とエコー強度比の変化の例について説明する。
図12は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置により、周方向への機械走査中の、エコー強度とエコー強度比の変化の例の説明図である。
Next, an example of a change in echo intensity and echo intensity ratio during mechanical scanning in the circumferential direction by the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram of an example of changes in echo intensity and echo intensity ratio during mechanical scanning in the circumferential direction by the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention.
画面90には、周方向への機械走査中の、エコー強度とエコー強度比の変化が示される。表示例の上段には、フック立ち上がり部からの形状エコーの強度変化91、フックコーナー部からの欠陥エコーの強度変化92、フック肩部からの形状エコーの強度変化93の変化を示している。立ち上がり部の形状エコーは欠陥の有無に関わらず一定のはずであり、フック立ち上がり部形状エコー91のエコー高さに大きな変動があるときには検査装置の不具合を疑わなければならない。このため表示画面上には、立ち上がり部形状エコー91の正常範囲の上限94aと下限94bが表示してあり、操作者が検査装置の不具合にすぐに気がつくようにしている。表示画面の後半で、コーナー部欠陥エコー92の強度が増大し、肩部形状エコー93の強度が低下していることから、2段フックのコーナー部に欠陥が存在していると判断できる。コーナー部欠陥エコー92と肩部形状エコー93の強度比95の変化をみれば、欠陥の存在はいっそう判断しやすくなる。しきい値96を予め定めておけば、欠陥検出の自動判断も可能になる。また、エコー強度比算出部33には、欠陥サイズとエコー強度比の関連性を予め求めて記憶されており、エコー強度比から欠陥の寸法を評価することもできる。
The
また、エコー強度比算出部33は、探傷感度を調整することができる。すなわち、図3に一点鎖線55に示した経路のフック立ち上がり部51の形状エコーの強度に着目して、これが一定の値となるよう、超音波を送受信するように制御する。
The echo intensity
探触子15の機械走査を継続し、スキャナ11がシャフト面上を1周走行して、探傷開始位置に戻ったら(図7の手順F24)、翼植込み部片側の2段フックの検査が完了する。また、翼植込み部3段フックを検査する場合には、2段フックの検査の場合と同様な手順で、図7に記載した判定・操作手順を示すフローチャートを繰り返す。
When the scanning of the
次に、図13及び図14を用いて、本実施形態による超音波検査装置により、1段フックを検査する場合に超音波ビームの屈折角を45°とする直線経路がとれない場合の探傷条件設定方法について説明する。
図13及び図14は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置により、1段フックを検査する場合に超音波ビームの屈折角を45°とする直線経路がとれない場合の探傷条件設定方法の説明図である。
Next, with reference to FIGS. 13 and 14, flaw detection conditions when a straight path with a refraction angle of the ultrasonic beam of 45 ° cannot be taken when the one-stage hook is inspected by the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment. A setting method will be described.
FIGS. 13 and 14 show flaw detection conditions when a straight path with an angle of refraction of an ultrasonic beam of 45 ° cannot be taken when inspecting a one-stage hook by the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing of the setting method.
図7の手順F15の分岐がNoとなった場合、すなわち、1段フックを検査する場合に超音波ビームの屈折角を45°とする直線経路がとれない場合の、探傷条件設定方法について説明する。 A flaw detection condition setting method in the case where the branch of the procedure F15 in FIG. 7 is No, that is, when a straight path with an ultrasonic beam refraction angle of 45 ° cannot be taken when a one-step hook is inspected will be described. .
図13は、1段フックを検査するときの超音波ビームの入射位置を決める際に参照する画面表示の例である。操作者が、1段フックの欠陥発生候補としてフックコーナー部をマウスでクリックすると、マーカー61が画面上に表示されると同時に、欠陥の検出感度が最良となる屈折角45°伝播経路も点線62として表示される。操作者は、図13の画面を見て、点線62で示される経路には翼植込み溝の障害があるので直線経路がとれないと判断し(図7の手順F15:No)、点線62とホイール側面の交点より下側の部分をクリックする。
FIG. 13 is an example of a screen display that is referred to when determining the incident position of the ultrasonic beam when inspecting the first-stage hook. When the operator clicks the hook corner portion with a mouse as a defect occurrence candidate for the first-stage hook, the
その結果、表示画面は図14のように変化し、クリックした点に超音波の入射位置を示すマーカー63が表示されると同時に、フック立ち上がり部への伝播経路65、コーナー部への伝播経路66、肩部への伝播経路67も画面上に表示され、今度の経路には障害がないことを確認できる(図7の手順F15:Yes)。
As a result, the display screen changes as shown in FIG. 14, and a
次に、幾何的な焦点位置を肩部にしたケースを検討するため、伝播経路67とフック肩部の交点をマウスでクリックすると(図7の手順F16)、幾何焦点のマーカー64aが表示される。シミュレータ24は音場計算を行い、肩部でのビーム径の算出結果を76に表示する。操作者は、肩部でのビーム径76の肩部の曲率Rの値75を比較し(図7の手順F17)、ビーム径の方が大きい場合には探傷条件の設定を完了する(図7の手順F18)。76のほうが小さい場合には、幾何焦点の位置を64bなどに変更し、肩部でのビーム径76が肩部での曲率Rより大きくなるまで探索を行う。このようにして探傷条件の設定を完了したあとは(図7の手順F18)、2段フックの検査の場合と同様な手順で(図7の手順F21〜図7の手順F25)、1段フックの健全性を検査する。
Next, in order to consider a case where the geometric focus position is the shoulder, when the intersection of the
以上のように、超音波ビームの送受信先を各段フックに設定し、スキャナ11を周方向に回転走行させるフック段数の数に応じて(3段フックの場合は3回転)行うと、翼植込み部片側の検査が完了する。
As described above, when the transmission / reception destination of the ultrasonic beam is set to each step hook and the number of hook steps for rotating the
次に、図15を用いて、本実施形態による超音波検査装置により、3回の走査で検査した結果のうち、ある周方向角度θの検査結果のBスコープ像を同時に表示した画面例の例について説明する。
図15は、本発明の第1の実施形態による超音波検査装置により、3回の走査で検査した結果のうち、ある周方向角度θの検査結果のBスコープ像を同時に表示した画面例の例の説明図である。
Next, an example of a screen example that simultaneously displays a B scope image of an inspection result at a certain circumferential angle θ among the results of inspection performed three times by the ultrasonic inspection apparatus according to the present embodiment with reference to FIG. Will be described.
FIG. 15 is an example of a screen example that simultaneously displays a B-scope image of an inspection result at a certain circumferential angle θ among the results of inspection performed by the ultrasonic inspection apparatus according to the first embodiment of the present invention in three scans. It is explanatory drawing of.
図15(A)に示すように1段フックの走査を行い、図15(B)に示すように2段フックの走査を行い、図15(C)に示すように3段フックの走査を行う。そして、図15(D)は、3回の走査で検査した結果のうち、ある周方向角度θの検査結果のBスコープ像を同時に表示した画面例97を示す。スキャナ11の周方向位置θはエンコーダ17の信号から正確に評価できるので、別々に走査した各段フックの検査結果からでも、同じθの検査結果を選定して同一画面に表示することができる。
A first-stage hook is scanned as shown in FIG. 15 (A), a two-stage hook is scanned as shown in FIG. 15 (B), and a three-stage hook is scanned as shown in FIG. 15 (C). . FIG. 15D shows a screen example 97 that simultaneously displays the B scope image of the inspection result at a certain circumferential angle θ among the results of the inspection performed three times. Since the circumferential position θ of the
片側の翼植込み部の検査が完了したら、スキャナ11をタービンホイール3の反対側に移動させて、今までと逆側に設置する。超音波ビームの送受信先を各段フックに設定し、スキャナ11を周方向に回転走行させる操作を3回行うと、翼植込み部の逆側溝が検査でき、タービンホイールの翼植え込み溝の検査が完了する。
When the inspection of the wing implantation part on one side is completed, the
以上説明したように、本実施形態により、単一素子の探触子を使用したときよりも欠陥検出性を向上させながら、欠陥サイジングも可能となる。 As described above, according to the present embodiment, defect sizing can be performed while improving the defect detectability as compared with the case of using a single element probe.
次に、図16を用いて、本発明の第2の実施形態による超音波検査装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波検査装置の構成は、図6に示したものと同様である。
図16は、本発明の第2の実施形態による超音波検査装置による検査方法の例の説明図である。
Next, the configuration and operation of an ultrasonic inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the ultrasonic inspection apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 16 is an explanatory diagram of an example of an inspection method by the ultrasonic inspection apparatus according to the second embodiment of the present invention.
本実施形態では、3段フックの翼植込み部を検査する場合に、フック3段分を一気に検査する。超音波波形の収録・信号処理が短時間で行える検査装置を使用できる場合に翼植込み部検査の全体時間を短縮できる特徴がある。 In this embodiment, when inspecting the wing implantation part of the three-stage hook, the three hooks are inspected at a stretch. When an inspection device that can record and process ultrasonic waveforms in a short time can be used, it has the feature of reducing the overall time required for inspection of the wing implant.
図16は、本実施形態における超音波ビームの電子走査の概要と検査結果のBスコープ表示例98を示している。図16(A)に示すような断面形状の翼植込み部を検査する場合、1段フックの肩部への超音波ビームの伝播経路が最も翼植込み溝による障害を受けやすい。したがって、図13に示したような画面表示を参照しながら、1段フック肩部への直線経路がとれるように超音波入射位置を決定する。また、1段フックの肩部への路程がもっとも長くなるので、図14に示したような画面表示を参照しながら、1段フック肩部でのビーム径が肩部の曲率Rより大きくなるように設定すれば、2〜3段フック肩部でのビーム径は肩部の曲率Rより自ずと大きくなる。 FIG. 16 shows an outline of electronic scanning of an ultrasonic beam and a B-scope display example 98 of inspection results in this embodiment. When inspecting a wing implantation portion having a cross-sectional shape as shown in FIG. 16A, the propagation path of the ultrasonic beam to the shoulder portion of the first-stage hook is most easily damaged by the wing implantation groove. Therefore, referring to the screen display as shown in FIG. 13, the ultrasonic wave incident position is determined so that a straight path to the shoulder of the first-stage hook can be taken. Further, since the path to the shoulder of the first hook is the longest, the beam diameter at the shoulder of the first hook is larger than the curvature R of the shoulder while referring to the screen display as shown in FIG. Is set, the beam diameter at the shoulder portion of the 2-3 step hook is naturally larger than the curvature R of the shoulder portion.
図16(A)に示すように、探触子15とシュー19から緩く集束した超音波ビームを送信し、3段フック立ち上がり部から1段フック肩部までの範囲をセクタスキャンすると、1〜3段フックの立ち上がり部・コーナー部・肩部のエコーを全て受信し得る。
As shown in FIG. 16 (A), when a narrowly focused ultrasonic beam is transmitted from the
このときのBスコープ像は、図16(B)の表示例98に示すようになる。このように径方向への超音波ビームの電子走査を繰り返している状態で、第1の実施形態と同様にスキャナ11を周方向へ機械走査する。スキャナ11が周方向へ1回転走行すると翼植込み部片側の検査が完了する。スキャナ11をタービンホイール3の反対側に移動させて、スキャナ11を周方向に1回転走行させるとタービンホイールの翼植え込み溝の検査が完了する。
The B scope image at this time is as shown in a display example 98 in FIG. In the state where the electronic scanning of the ultrasonic beam in the radial direction is repeated in this way, the
以上説明したように、本実施形態により、単一素子の探触子を使用したときよりも欠陥検出性を向上させながら、欠陥サイジングも可能となる。 As described above, according to the present embodiment, defect sizing can be performed while improving the defect detectability as compared with the case of using a single element probe.
また、超音波波形の収録・信号処理が短時間で行える検査装置を使用できる場合には、翼植込み部検査の全体時間を短縮できる。 In addition, when an inspection apparatus that can record and process an ultrasonic waveform in a short time can be used, the entire time required for the wing implantation part inspection can be shortened.
次に、図17を用いて、本発明の第3の実施形態による超音波検査装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波検査装置の構成は、図6に示したものと同様である。
図17は、本発明の第3の実施形態による超音波検査装置による検査方法の例の説明図である。
Next, the configuration and operation of an ultrasonic inspection apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the ultrasonic inspection apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 17 is an explanatory diagram of an example of the inspection method by the ultrasonic inspection apparatus according to the third embodiment of the present invention.
本実施形態では、フック1段分が一気に検査できる程度に超音波ビームを極めて緩く絞り、径方向の電子走査(セクタスキャン)無しで翼植込み部を検査する方法である。開口の大きな超音波探触子が必要となるが、第1の実施形態や第2の実施形態と比較して、検査時間を著しく短縮できる特徴がある。 In the present embodiment, the ultrasonic beam is narrowed down so gently that one step of the hook can be inspected at once, and the blade implant portion is inspected without radial electronic scanning (sector scanning). Although an ultrasonic probe having a large opening is required, it has a feature that the inspection time can be remarkably shortened as compared with the first and second embodiments.
図17は、第3の実施例によって翼植込み部の2段フックを検査するときの超音波ビーム送受信の概要と検査結果のBスコープ表示例84gを示す。 FIG. 17 shows an outline of ultrasonic beam transmission / reception when inspecting the two-stage hook of the wing implantation portion according to the third embodiment and a B scope display example 84g of the inspection result.
図17(A)に示すように、開口の大きな探触子15gとそれに適合したシュー19gから、2段フックの立ち上がり部・コーナー部・肩部からのエコーを受信し得るようなビーム径の超音波を送受信する。このときのBスコープ像は、図17(B)に示す表示例84gのようになる。径方向への電子走査(セクタスキャン)を不要にできるので、収録波形の数を減らすことができる。この状態で、第1の実施形態と同様にスキャナ11を周方向へ機械走査する。超音波ビームの送受信先を各段フックに設定し、スキャナ11を周方向に1回転走行とさせる操作を3回行うと、翼植込み部片側の検査が完了する。片側の翼植込み部の検査が完了したら、スキャナ11をタービンホイール3の反対側に移動させて、今までと逆側に設置する。超音波ビームの送受信先を各段フックに設定し、スキャナ11を周方向に回転走行させる操作を3回行うと、翼植込み部の逆側溝が検査でき、タービンホイールの翼植え込み溝の検査が完了する。
As shown in FIG. 17 (A), the beam diameter is so large that an echo from the rising portion, corner portion, and shoulder portion of the two-stage hook can be received from the probe 15g having a large opening and the shoe 19g adapted thereto. Send and receive sound waves. The B scope image at this time is like a display example 84g shown in FIG. Since the electronic scanning (sector scanning) in the radial direction can be eliminated, the number of recorded waveforms can be reduced. In this state, similarly to the first embodiment, the
以上説明したように、本実施形態により、単一素子の探触子を使用したときよりも欠陥検出性を向上させながら、欠陥サイジングも可能となる。 As described above, according to the present embodiment, defect sizing can be performed while improving the defect detectability as compared with the case of using a single element probe.
また、翼植込み部検査の全体時間をさらに短縮できる。 In addition, the overall time for inspecting the wing implant can be further reduced.
次に、図18を用いて、本発明の第4の実施形態による超音波検査装置の構成及び動作について説明する。なお、本実施形態による超音波検査装置の構成は、図6に示したものと同様である。
図18は、本発明の第4の実施形態による超音波検査装置による検査方法の例の説明図である。
Next, the configuration and operation of an ultrasonic inspection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The configuration of the ultrasonic inspection apparatus according to this embodiment is the same as that shown in FIG.
FIG. 18 is an explanatory diagram of an example of an inspection method using an ultrasonic inspection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
第1〜第3の実施形態の検査対象は、図17(A)に示すようなテーパーの無いホイールであったが、本実施形態では、図17(B)に示すようなテーパーの有るホイールを検査対象としている。検査装置のハード構成上は、第1〜第3の実施形態で用いたテーパー無しホイール3用のシュー19を、テーパー有りホイール3b用のシュー19bに変更だけでも対応できる。テーパーの有無により、ビームの屈折角や検査対象フックまでの路程が変化するが、図6に示す検査装置の遅延パターン作成記憶部23に記憶する遅延パターンなどの書き換え操作により、第1〜第3の実施形態と同等の方法でテーパー有りホイールの検査が可能となる。
The inspection object of the first to third embodiments is a wheel without a taper as shown in FIG. 17A, but in this embodiment, a wheel with a taper as shown in FIG. Inspected. In terms of the hardware configuration of the inspection apparatus, the
1…タービンロータ
2…シャフト
3…ホイール
4…動翼
5…翼植込み部
11…スキャナ
12,13…磁気車輪
14…ボールねじ
15…フェーズドアレイ探触子
17…エンコーダ
19…シュー
20…制御・信号処理部
21…設定手段
22…設定条件記憶部
23…遅延パターン作成・記憶部
24…シミュレータ
25…遅延パターン制御部
26…加算回路
27…信号変換部
28…探傷結果記憶部
31…ゲート発生回路
32…エコー強度算出部
33…エコー強度比算出部
34…表示部
35…記憶部
40…送受信部
41…送信回路
45…遅延メモリ
51…フック立ち上がり部
52…フックコーナー部
53…フック肩部
DESCRIPTION OF
Claims (17)
フェーズドアレイ探触子を用いて、前記翼植込み部のフック肩部の曲率半径よりも、超音波ビームの集束径が大きくなるように超音波を緩く集束するビームパターンの超音波を送受信することを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 From the side of the turbine wheel toward the blade implantation part, an ultrasonic wave is transmitted and received in a vertical direction in the axial direction and in an oblique direction in the radial direction, and the circumferential direction starting from the hook corner part of the blade implantation part An ultrasonic inspection method for flaw detection,
Using a phased array probe, transmitting and receiving ultrasonic waves of a beam pattern that gently focuses ultrasonic waves so that the focal diameter of the ultrasonic beam becomes larger than the radius of curvature of the hook shoulder of the wing implantation part. The ultrasonic inspection method of the turbine blade implantation part characterized.
超音波受信波形の伝播時間から、前記フックコーナー部を起点とした欠陥がある場合に発生する欠陥エコーと、前記フックコーナー部に割欠陥がある場合に、欠陥で超音波が遮蔽されてエコー強度が低下する前記フック肩部の形状エコーと、前記フックコーナー部の欠陥の有無とは無関係な前記フック立ち上がり部の形状エコーと、を抽出し、それぞれのエコー強度を独立して求めることを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 1,
From the propagation time of the ultrasonic reception waveform, the defect echo generated when there is a defect starting from the hook corner part, and the echo intensity when the hook corner part has a split defect, the ultrasonic wave is shielded by the defect. The shape echo of the hook shoulder portion where the drop is reduced and the shape echo of the hook rising portion irrelevant to the presence or absence of defects in the hook corner portion are extracted, and the respective echo intensities are obtained independently. Ultrasonic inspection method for turbine blade implantation part.
前記フックコーナー部を起点とした欠陥からの欠陥エコー強度と、前記フック肩部の形状エコー強度で除算して両者の比を算出し、その除算結果から割れの有無を判定することを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 2,
Dividing by the defect echo intensity from the defect starting from the hook corner portion and the shape echo intensity of the hook shoulder portion to calculate the ratio between the two, and determining the presence or absence of cracks from the division result Ultrasonic inspection method for turbine blade implantation part.
前記除算結果と、予め作成しておいた除算結果と欠陥寸法の関連性と、を比較して欠陥寸法を求めることを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 3,
An ultrasonic inspection method for a turbine blade implantation portion, wherein the defect size is obtained by comparing the division result with a relationship between the division result prepared in advance and the defect size.
前記フック立ち上がり部の形状エコー強度が一定の値となるように探傷感度を調整して、超音波を送受信することを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 1,
An ultrasonic inspection method for a turbine blade implantation part, wherein ultrasonic detection is performed by adjusting flaw detection sensitivity so that the shape echo intensity of the hook rising part has a constant value.
複数のフックを持つ翼植込み部を検査する場合に、
少なくとも最下段のフック立ち上がり部から最上段のフック肩部までの範囲について、超音波ビームを径方向に電子的に走査しながら、前記フェーズドアレイ探触子を周方向に機械的に走査することを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 1,
When inspecting wing implants with multiple hooks,
The phased array probe is mechanically scanned in the circumferential direction while electronically scanning the ultrasonic beam in the radial direction at least in the range from the lowermost hook rising portion to the uppermost hook shoulder. The ultrasonic inspection method of the turbine blade implantation part characterized.
複数のフックを持つ翼植込み部を検査する場合に、
フック1段分の立ち上がり部から肩部までの範囲について、超音波ビームを径方向に電子的に走査しながら、前記フェーズドアレイ探触子を周方向に機械的に走査することを、前記フックの段数分だけ繰り返すことを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 1,
When inspecting wing implants with multiple hooks,
The phased array probe is mechanically scanned in the circumferential direction while electronically scanning the ultrasonic beam in the radial direction in the range from the rising portion to the shoulder portion of one step of the hook. An ultrasonic inspection method for a turbine blade implantation part, characterized in that it is repeated by the number of stages.
被検査フックコーナー部への超音波ビームの屈折角が45°になるように、被検査フックによって超音波送受信位置を変更することを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 7,
An ultrasonic inspection method for a turbine blade implantation portion, characterized in that an ultrasonic transmission / reception position is changed by a hook to be inspected so that a refraction angle of an ultrasonic beam to a corner to be inspected becomes 45 °.
タービンロータの構造上の制約で、前記被検査フックコーナー部への超音波ビームの屈折角が45°の直線経路がとれない場合には、直線経路がとれる範囲で屈折角が45°に近くなるような超音波送受信位置とすることを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 8,
When a straight path with a 45 ° refraction angle of the ultrasonic beam to the inspected hook corner portion cannot be taken due to structural restrictions of the turbine rotor, the refraction angle is close to 45 ° within the range where the straight path can be taken. An ultrasonic inspection method for a turbine blade implantation part, characterized in that the ultrasonic transmission / reception position is set as described above.
フック段数分の回数だけ分割して収録した検査結果を、同一の画面上に同時に表示することを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 8,
An ultrasonic inspection method for a turbine blade implantation part, wherein the inspection results divided and recorded as many times as the number of hook steps are simultaneously displayed on the same screen.
前記フェーズドアレイ探触子から送受信する超音波ビームのパターンが探触子の中心軸に対して対称的となるように、前記フェーズドアレイ探触子とシューを組み合わせて斜角超音波を送受信することを特徴とするタービン翼植込み部の超音波検査方法。 The ultrasonic inspection method according to claim 1,
The oblique angle ultrasonic wave is transmitted / received by combining the phased array probe and the shoe so that the pattern of the ultrasonic beam transmitted / received from the phased array probe is symmetrical with respect to the central axis of the probe. An ultrasonic inspection method for a turbine blade implantation part.
タービンホイールの側面から翼植込み部に向けて、軸方向には垂直の向きで、径方向には斜角の向きで超音波を送受信し、前記翼植込み部のフックコーナー部を起点とする周方向欠陥を探傷するとともに、
前記フェーズドアレイ探触子を用いて、前記翼植込み部のフック肩部の曲率半径よりも、超音波ビームの集束径が大きくなるように超音波を緩く集束するビームパターンの超音波を送受信することを特徴とするタービン翼植込み部用の超音波検査装置。 A phased array probe for electronically transmitting / receiving ultrasonic waves and an ultrasonic beam, an ultrasonic flaw detector having a control signal processing unit and a transmission / reception unit, and scanning means for holding the phased array probe and scanning in the circumferential direction And means for displaying an inspection result by the ultrasonic flaw detector,
From the side of the turbine wheel toward the blade implantation part, an ultrasonic wave is transmitted and received in a vertical direction in the axial direction and in an oblique direction in the radial direction, and the circumferential direction starting from the hook corner part of the blade implantation part Detect flaws,
Using the phased array probe, transmitting and receiving ultrasonic waves of a beam pattern that gently focuses the ultrasonic wave so that the focal diameter of the ultrasonic beam becomes larger than the radius of curvature of the hook shoulder of the wing implantation part. Ultrasonic inspection device for turbine blade implantation part.
前記フック肩部の曲率半径と超音波ビームの集束径を比較するために、超音波の周波数・フェーズドアレイ探触子の素子数・素子ピッチ・焦点距離の値から、音場計算で超音波ビーム径を算出する算出手段と、
該算出手段により算出したビーム径を表示する表示手段とを備えることを特徴とするタービン翼植込み部用の超音波検査装置。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 12,
In order to compare the curvature radius of the hook shoulder and the focused diameter of the ultrasonic beam, the ultrasonic beam is calculated by calculating the sound field from the values of the ultrasonic frequency, the number of elements of the phased array probe, the element pitch, and the focal length. A calculating means for calculating a diameter;
An ultrasonic inspection apparatus for a turbine blade implantation section, comprising: display means for displaying a beam diameter calculated by the calculation means.
前記フック立ち上がり部からのエコーと、前記フックコーナー部からのエコーと、前記フック肩部からのエコーを独立して抽出する3つ以上の時間ゲートと、それぞれのゲート内のエコー強度を求める強度算出手段を備えることを特徴とするタービン翼植込み部用の超音波検査装置。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 12,
Echo from the hook rising part, echo from the hook corner part, three or more time gates for independently extracting the echo from the hook shoulder part, and intensity calculation for obtaining echo intensity in each gate Means for Ultrasonic Inspection for Turbine Blade Implantation Part
前記フックコーナー部のエコー強度と、前記フック肩部のエコー強度を除算して両者の比を求める比算出手段と、
予め作成しておいた除算結果と欠陥寸法の関連性を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶された除算結果と欠陥寸法の関連性と、前記比算出手段により算出された除算結果とを用いて、欠陥寸法を求めて表示する算出表示手段とを備えることを特徴とするタービン翼植込み部用の超音波検査装置。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 12,
Ratio calculating means for dividing the echo intensity of the hook corner part and the echo intensity of the hook shoulder part to obtain a ratio between the two,
Storage means for storing the relationship between the division result prepared in advance and the defect size;
And a calculation display means for obtaining and displaying the defect size using the relationship between the division result stored in the storage means and the defect size and the division result calculated by the ratio calculation means. Ultrasonic inspection equipment for turbine blade implantation part.
前記フェーズドアレイ探触子の周方向の走査位置を正確に測定記録するための測定記録手段と、
フック段数分の回数だけ分割して収録した検査結果を重ね合わせる重ね合わせ手段と、
該重ね合わせ手段により重ね合わせた結果を表示する表示手段とを備えることを特徴とするタービン翼植込み部用の超音波検査装置。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 12,
Measurement recording means for accurately measuring and recording the circumferential scanning position of the phased array probe;
Superimposing means for superimposing inspection results divided and recorded as many times as the number of hook steps;
An ultrasonic inspection apparatus for a turbine blade implantation portion, comprising: display means for displaying a result of superposition by the superposition means.
検査するタービンホイールの形状に合わせてシューを交換できる方式で、フェーズドアレイ探触子とシューを組合せることができる手段を備えることを特徴とするタービン翼植込み部用の超音波検査装置。 The ultrasonic inspection apparatus according to claim 12,
An ultrasonic inspection apparatus for a turbine blade implantation section, comprising means capable of combining a phased array probe and a shoe in a manner in which a shoe can be exchanged according to the shape of a turbine wheel to be inspected.
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