JP2014190792A

JP2014190792A - 欠陥検出方法、及びタービン翼の検査方法

Info

Publication number: JP2014190792A
Application number: JP2013065732A
Authority: JP
Inventors: Toshinobu Ohara; 利信大原; Takanori Karato; 孝典唐戸; Hideaki Kaneko; 秀明金子
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】タービン翼等の内部が複雑な形状を有する検査対象物の内部欠陥を検出することが可能な欠陥検出方法、及びこの欠陥検出方法を用いたタービン翼の検査方法を提供する。
【解決手段】検査対象物の検査部位に繰り返し荷重を付与する荷重付与工程と、該荷重付与工程の後に、前記検査対象物の内部欠陥に基づくき裂が前記検査対象物の表面に露出しているか否かを検査する検査工程と、を備えていることを特徴とする。前記検査部位の応力解析を行い、前記荷重付与工程における試験条件と試験治具とを選択することが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、検査対象物の欠陥検出方法、及びこの欠陥検出方法を用いたタービン翼の検査方法に関するものである。

ガスタービン翼、蒸気タービン翼、及びジェットエンジンタービン翼等のタービン翼（検査対象物）には、繰り返し熱応力が負荷されるため、き裂等の欠陥が発生する。
一般的に、金属材料からなる検査対象物の内部欠陥を検出するために放射線透過試験（ＲＴ）や超音波探傷試験（ＵＴ）等が使用されている。例えば、特許文献１には、検査対象物に超音波を入射し検査対象物の反射面から反射する超音波を検出することによって内部欠陥を検出する超音波探傷装置が開示されている。

特開昭６０−１９０８５５号公報

ところで、上述したタービン翼は、その内部に冷却媒体が流通するための冷却孔等が形成された複雑な形状をしているため、放射線透過試験や超音波探傷試験によって、内部欠陥を検出することは困難であった。タービン翼に欠陥が生じている場合、溶接による補修（補修溶接）を行うことが考えられるが、上記したように内部欠陥を検出することができず、適切に補修を行うことができない。

また、補修溶接を行った後においても、タービン翼の内部欠陥を検査することが困難であり、タービン翼の健全性を評価することが困難であった。
上述したように、タービン翼に対して適切に補修を行うことができない場合、タービン翼は廃却されることになり、コストが増加する問題があった。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、タービン翼等の内部が複雑な形状を有する検査対象物の内部欠陥を検出することが可能な欠陥検出方法、及びこの欠陥検出方法を用いたタービン翼の検査方法を提供することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の欠陥検出方法は、検査対象物の検査部位に繰り返し荷重を付与する荷重付与工程と、該荷重付与工程の後に、前記検査対象物の内部欠陥に基づくき裂が前記検査対象物の表面に露出しているか否かを検査する検査工程と、を備えていることを特徴としている。

本発明の欠陥検出方法によれば、検査対象物の検査部位に繰り返し荷重を付与することにより、検査対象物の検査部位に内部欠陥がある場合、内部欠陥に起因するき裂が表面に進展することによって、検査部位の表面にき裂を露出させることができる。この内部欠陥に基づいて生じるき裂が表面に露出しているか否かを検査することによって、検査対象物の検査部位に内部欠陥が存在するか否かを把握することが可能である。

さらに、前記検査部位の応力解析を行い、前記荷重付与工程における試験条件と試験治具とを選択することが好ましい。
この場合、検査部位の応力解析結果に基づいて、検査部位に繰り返し荷重を付与する荷重付与工程における試験条件と試験治具とを選択する構成とされているので、適切な繰り返し荷重の条件、荷重の付与方向を選択したり、評価対象となる検査部位に所定の荷重を与えるために適切な形状・大きさの試験治具を選択したりできる。

また、前記検査部位において過去に補修をしている場合に、過去の応力解析のデータベースに基づいて、前記荷重付与工程における試験条件と試験治具とを選択する構成とされても良い。
この場合、過去のデータベースに基づいて荷重付与工程における試験条件と試験治具とを選択する構成とされているので、新たに検査部位の応力解析を実施しなくても、荷重付与工程における適切な試験条件と試験治具とを選択することができる。

また、前記検査工程において、表面に露出しているき裂が許容き裂長さ以下か否かを判定することが好ましい。
この場合、内部欠陥に基づいて生じ、表面に露出しているき裂が許容き裂長さ以下か否かを判定する構成とされているので、許容き裂長さ以下の場合、内部欠陥の大きさは許容できると考えられ、検査対象物が使用可能と判断される。
ここで、許容き裂長さは、検査対象物の形状・大きさ等に応じて適宜設定することができる。

また、前記荷重付与工程の前に、前記検査部位の表面にき裂があるか否かを確認する確認工程と、この確認工程において許容き裂長さを超えるき裂がある場合に、補修溶接を行う補修工程と、を備えていることが好ましい。
この場合、補修溶接が行われた部位を検査部位として上述した欠陥検査方法が行われることになり、この補修溶接が行われた検査部位における内部欠陥を把握することが可能である。

また、前記検査工程において、許容き裂長さを超えるき裂があると判断された場合に、補修溶接を行う補修工程を備えることが好ましい。
このような補修工程を備えることによって、表面に露出するき裂が許容き裂長さを超える場合であっても、検査対象物の検査部位に補修溶接を行うことで、検査対象物を補修できる。

本発明のタービン翼の検査方法は、上述の欠陥検出方法をタービン翼に適用し、タービン翼を検査することを特徴としている。
本発明のタービン翼の検査方法によれば、上述の欠陥検出方法を適用することによって、複雑な内部構造を有するタービン翼においても、内部欠陥を検出することができるようになる。そして、この検出した結果に基づいて、タービン翼を補修したり、廃棄したりする判断を行うことができ、タービン翼の信頼性を高めるとともに、コストの低減も図ることが可能となる。

本発明によれば、タービン翼等の内部が複雑な形状を有する検査対象物の内部欠陥を検出することが可能な欠陥検出方法、及びこの欠陥検出方法を用いたタービン翼の検査方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る欠陥検出方法のフロー図である。図１の検査部位の試験のフロー図である。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態は、検査対象物の内部欠陥を検出するための欠陥検出方法である。この欠陥検出方法が対象とする検査対象物とは、例えばタービン翼や配管などをはじめとする内部構造が複雑な形状を有し、放射線透過試験（ＲＴ）や超音波探傷試験（ＵＴ）等によって内部欠陥の検出が困難な構造物等のことである。

以下に、本実施形態である欠陥検出方法について、図１及び図２のフロー図を参照して説明する。なお、長期間に渡って使用されたタービン翼を検査対象物とする場合について欠陥検出方法を説明する。すなわち、この欠陥検出方法は、タービン翼に適用されるタービン翼の検査方法である。

まず、タービン翼の検査部位の表面におけるき裂の確認を行う（Ｓ１１）。このき裂の確認は、例えば目視確認（ＶｉｓｕａｌＴｅｓｔ、以下ＶＴ検査と称する）や蛍光浸透探傷試験（ＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＰｅｎｅｔｒａｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＴｅｓｔ、以下ＦＰＴ検査と称する）によって行われる。

また、タービン翼の検査部位は、予め任意の場所を設定することができるが、タービン翼では、翼の形状や材質によって欠陥が生じ易い場所が予め把握できるため、このような欠陥が生じ易い部位を検査部位に設定すると良い。

そして、検査部位の表面におけるき裂の長さが、許容き裂長さ以下か否かを判定する（Ｓ１２）。検査部位の表面におけるき裂の長さが、許容き裂長さ以下の場合、検査部位の試験を行う（Ｓ２０）。
なお、この許容き裂長さは、タービン翼の種類、形状等に応じて、適宜設定することができる。
一方、検査部位の表面におけるき裂の長さが、許容き裂長さを超える場合、検査部位の補修溶接を行う（Ｓ１３）。なお、この補修溶接した部位を検査部位としても良い。

次いで、検査部位において、ＶＴ検査及びＦＰＴ検査を行う（Ｓ１４）。
そして、再度、検査部位の表面におけるき裂の長さが許容き裂長さ以下か否かを判定する（Ｓ１５）。検査部位の表面におけるき裂の長さが許容き裂長さ以下の場合、検査部位の試験を実施する（Ｓ２０）。
一方、検査部位の表面におけるき裂の長さが許容き裂長さを超える場合、再度、補修溶接（Ｓ１３）へ戻る。

検査部位の試験Ｓ２０は、タービン翼の内部欠陥を検出するための試験であり、具体的には、検査部位に対して繰り返しの荷重を付与することによって、内部欠陥に起因して生じる表面のき裂を評価することによって行われる。
以下に、検査部位の試験Ｓ２０について、図２のフロー図を参照して詳細に説明する。

まず、検査部位における応力解析を実施する（Ｓ２１）。この応力解析は、例えば有限要素解析（ＦＥＭ解析）を用いることができ、例えば、検査部位に所定の応力（荷重）を付与するために、検査部位の表面側からどの方向にどの程度の荷重を付与すれば良いかを把握する。

この応力解析のデータは、データベースとして保存しておき、例えば、検査対象である検査部位が過去に、応力解析が行われたことがある場合には、過去のデータベースからデータを呼び出す（Ｓ２２）構成とされても良い。
なお、実際に使用されるタービン翼が運転中に付与される荷重、及び荷重が付与される回数を模擬して、試験条件を決定することもできる。この試験条件は、データベースとして保存しておき、必要に応じてデータを呼び出せるように、タービン翼の種類、大きさごとにデータを蓄積しておくと良い。

このようにして行われた応力解析の結果に基づいて、試験条件及び試験に用いる治具（試験治具）を決定する（Ｓ２３）。試験条件は、例えば検査部位に付与する荷重や荷重の付与する方向である。タービン翼は、表面形状が曲面とされているため、例えば試験治具は、曲面を有し、検査部位の大きさや位置に応じた形状とする必要がある。
また、タービン翼は、内部に冷却用の流体が流れる流路等の孔が形成されており、このような孔において応力集中が生じないように、試験条件及び試験治具を選択する必要がある。

次いで、検査部位に対して所定の繰り返し荷重を所定の方向へ付与する（Ｓ２４）。この繰り返し荷重の付与は、例えば、検査部位に上述のようにして選択した試験治具を取り付け、ロードセル（疲労試験機）によって繰り返し荷重を付与することで行われる。ここで、検査部位に内部欠陥がある場合には、検査部位の表面に内部欠陥に起因するき裂が発生することになる。

次に、検査部位において、ＶＴ検査及びＦＰＴ検査を行う（Ｓ２５）。
そして、再度、検査部位の表面におけるき裂の長さが許容き裂長さ以下か否かを判定する（Ｓ２６）。検査部位の表面におけるき裂の長さが許容き裂長さ以下の場合、タービン翼はさらに使用することができ、検査は終了する。また、ここで検査部位の表面におけるき裂が確認されない場合は、検査部位において内部欠陥がないと判断することができる。
一方、検査部位の表面におけるき裂の長さが許容き裂長さを超える場合、再度、補修溶接（Ｓ１３）へ戻る。なお、き裂が大きすぎる場合には、タービン翼を廃棄する構成とされても良い。

本発明の実施形態に係る欠陥検出方法によれば、タービン翼の検査部位に繰り返し荷重を付与することにより、内部欠陥に起因するき裂が表面に進展することによって、き裂を検査部位の表面に現出（露出）させることができる。この内部欠陥に基づいて生じるき裂が表面に露出しているか否かを検査することによって、タービン翼の検査部位に内部欠陥が存在するか否かを把握することが可能である。

さらに、検査部位の試験Ｓ２０において、検査部位の応力解析Ｓ２１を行い、この応力解析の結果に基づいて、繰り返し荷重を付与する際の条件と試験治具を選択する構成とされているので、適切な繰り返し荷重の条件、荷重の付与方向を選択したり、評価対象となる検査部位に所定の荷重を与えるために適切な試験治具を選択したりできる。すなわち、検査部位の試験Ｓ２０の精度を向上させることができる。

また、検査部位において過去に補修をしている場合に、過去の応力解析のデータベースに基づいて、繰り返し荷重を付与する際の試験条件と試験治具とを選択する構成とされているので、新たに検査部位の応力解析を実施しなくても、繰り返し荷重を付与する際の適切な試験条件と試験治具とを選択することができる。

また、ＶＴ検査及びＦＰＴ検査（Ｓ２５）において、表面に露出しているき裂が許容き裂長さ以下か否かを判定するので、内部欠陥に基づいて生じ、表面に露出しているき裂が許容き裂長さ以下か否かを判定でき、許容き裂長さ以下の場合、内部欠陥の大きさは許容できると考えられ、タービン翼を使用可能と判断できる。また、許容き裂長さを超えている場合、補修溶接Ｓ１３を行う構成とされているので、タービン翼を適切に補修することができる。

また、検査部位の試験Ｓ２０の前に、タービン翼の検査部位の表面にき裂があるか否かを確認する（Ｓ１１）構成とされているので、この補修溶接が行われた検査部位における内部欠陥を把握することが可能である。

また、本発明の実施形態に係るタービン翼の検査方法は、上述の欠陥検出方法を適用することによって、複雑な内部構造を有するタービン翼においても、内部欠陥を検出することができるようになる。そして、この検出した結果に基づいて、タービン翼を補修したり、廃棄したりする判断を行うことができ、タービン翼の信頼性を高めるとともに、コストの低減も図ることが可能となる。

以上、本発明の実施形態に係る欠陥検出方法、及びタービン翼の検査方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、この発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

Claims

検査対象物の検査部位に繰り返し荷重を付与する荷重付与工程と、
該荷重付与工程の後に、前記検査対象物の内部欠陥に基づくき裂が前記検査対象物の表面に露出しているか否かを検査する検査工程と、
を備えていることを特徴とする欠陥検出方法。
前記検査部位の応力解析を行い、前記荷重付与工程における試験条件と試験治具とを選択することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出方法。
前記検査部位において過去に補修をしている場合に、過去の応力解析のデータベースに基づいて、前記荷重付与工程における試験条件と試験治具とを選択することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出方法。
前記検査工程において、表面に露出しているき裂が許容き裂長さ以下か否かを判定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の欠陥検出方法。
前記荷重付与工程の前に、前記検査部位の表面にき裂があるか否かを確認する確認工程と、
この確認工程において許容き裂長さを超えるき裂がある場合に、補修溶接を行う補修工程と、
を備えていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の欠陥検出方法。
前記検査工程において、許容き裂長さを超えるき裂があると判断された場合に、補修溶接を行う補修工程を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の欠陥検出方法。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の欠陥検出方法をタービン翼に適用し、タービン翼を検査することを特徴とするタービン翼の検査方法。