JP5846847B2 - タービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法 - Google Patents
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Description
前記フォーク形状を前記制御装置に入力するフォーク形状データ入力ステップと、前記フォーク上の前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置測定ステップと、前記フォークを3次元探傷する超音波探傷ステップとを有し、前記センサ位置測定ステップはさらに、前記フォーク上において次式で記述される角度φ以下の角度ピッチでセクタ走査面を回転走査するセクタ走査回転角ピッチ決定ステップと、
φ=cos−1[(a2+b2−2r2)÷(2・a・b)]
a=√[(Δy−r)2+Δx2]
b= √[ Δy2+(Δx−r)2]
Δx:フォーク幅[m]
Δy:フォーク上端とピン穴中心との距離[m]
r:ピン穴半径[m]
角度ピッチφで前記セクタ走査面を回転走査する超音波送受信ステップと、
前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置解析ステップを有することを特徴とする。
フォーク穴部の応力範囲を所定値以下の角度ピッチで探傷できるので、3次元超音波探傷の確実性が向上する。また、フォークの超音波探傷走査を電気的制御により実行するため、機械的にUTセンサを移動させる従来の超音波探傷方法よりも検査時間を低減し、正確な走査範囲の設定によりデータ処理量を削減して検査時間を短縮することができる。
〔数1〕
Lij=((xij−xf)2+(yij−yf)2)1/2[m] ・・・(1)
〔数2〕
dt=(max(L)−Lij)/V[s] ・・・(2)
図4は、横軸にUTセンサ1の素子位置、縦軸に遅延時間dt[s]を示したグラフである。図4の例では、8個の素子から構成される素子列を3列設置しており、2列目、5番の位置の素子に最も近い位置に焦点を置くときの時間差を表しており、具体的には超音波素子31の総数が24個、V=5780[m/s]、xi=(0.5i−0.25)×10−3[mm]、yi=0[m]、xf=0[m]、yf=3×10−2[m]のときの遅延時間dt[s]を示している。
(1)ピン穴エコー検出ステップS101
最初にピン穴検出ステップS101について説明する。まず、S101aにおいて、オペレータがUTセンサ1の正面方向がほぼピン穴6と対向するよう、UTセンサ1をセンサ設置面101に設置する。ここでいうUTセンサ1の正面方向とは、センサ設置面101上における図2に示す超音波素子の短尺方向の垂線方向である。
(2)超音波探傷ステップS102
ステップS102においては、超音波探傷装置10を利用したUTを実行する。まずS102aで、各セクタ走査面の回転走査の1走査当り回転角(回転角ピッチ)を決定する。回転角を大きくすると走査点が減るため探傷が高速化されるが、各セクタ走査面間に超音波が到達しない箇所が生じる場合がある。このため、セクタ走査面の回転角ピッチは超音波が到達しない箇所が生じない範囲で決定しなければならない。
(3)段差エコー検出ステップS103
最後に、ステップS103で、検査終了信号となる段差エコーの検出を確認する。まず、S103aにおいて、S102cの超音波探傷ステップで得られたエコー強度を屈折角と距離に対して色諧調表示する。
(1)フォーク形状データ入力ステップS201
ステップS201において、パソコン9の記録メディア27からフォーク形状データを入力し、パソコン9のI/Oポート25a、CPU21を介して、HDD22、RAM23のうち少なくとも1つの記憶装置に記憶させる。記録メディア27としてはブルーレイディスク、DVD等を用いる。また、形状データはパソコン内のHDD等に予め蓄積しておくこともできる。
(2)センサ位置測定ステップS202
S202aで、オペレータが図2のキーボード28から測定開始信号を入力し、パソコン9のI/Oポート25aを介してCPU21に伝達し、CPU21がこれを認識してフォーク5上のセンサ位置の測定を開始する。
〔数3〕
φ=cos−1[(a2+b2−2r2)÷(2・a・b)] ・・・(3)
〔数4〕
a=√[(Δy−r)2+Δx2] ・・・(4)
〔数5〕
b= √[ Δy2+(Δx−r)2] ・・・(5)
ここで、
Δx:フォーク幅[m]
Δy:フォーク上端とピン穴中心との距離[m]
r:ピン穴半径[m]
を表す。
(3)超音波探傷ステップS203
ステップS203では、ステップS202で求めたUTセンサ位置に基づき、セクタ走査面の回転走査条件を決定し、超音波探傷を実施する。
(4)探傷結果確認ステップS204
最後に、ステップS204で超音波探傷範囲の妥当性を確認する。まず、S204aにおいて、演算処理を行い、探傷結果をモニタ28に表示する。表示方法はS103aと同様である。表示された探傷像から、オペレータがセクタ走査面の回転走査の開始点となるピン穴6の信号と、回転走査の終了点となる段差8の信号の有無を確認する。
2:動翼
3:ディスク
4:回転軸
5:フォーク
6:ピン穴
7:ピン
9:パソコン
10:超音波探傷装置
21:CPU
22:HDD
23:RAM
24:ROM
25a、25b:I/Oポート
26:キーボード
27:記録メディア
28:モニタ
31:超音波素子
100:応力部
101:センサ設置面
102:センサ設置面の端の点
103:ピン穴6の上端
104:ピン穴6の上端103からピン穴の軸を中心に90°回転したピン穴上の点
S101:ピン穴エコー検出ステップ
S101a:UTセンサ設置ステップ
S101b:測定開始信号入力ステップ
S101c:ピン穴エコー検出確認ステップ
S101d:探傷開始点決定ステップ
S102:超音波探傷ステップ
S102a:セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップ
S102b:遅延時間決定ステップ
S102c:超音波探傷ステップ
S103:段差エコー検出ステップ
S103a:超音波探傷結果処理・表示ステップ
S103b:段差エコー検出確認ステップ
S201:フォーク形状データ入力ステップ
S202:センサ位置測定ステップ
S202a:測定開始信号入力ステップ
S202b:セクタ走査角度ピッチ決定ステップ
S202c:超音波送受信ステップ
S202d:センサ位置解析ステップ
S203:超音波探傷ステップ
S203a:セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップ
S203b:遅延時間決定ステップ
S203c:超音波探傷ステップ
S204:探傷範囲確認ステップ
S204a:超音波探傷結果処理・表示ステップ
S204b:探傷範囲妥当性確認ステップ
Claims (10)
- タービン本体にピン接合するためのピン穴と段差を有するタービン動翼のフォークに対し、超音波素子を複数備えた超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により円弧状に屈折角を走査する超音波のセクタ走査面を回転走査して探傷するタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、
前記フォークのピン穴を検出するピン穴検出ステップと、前記フォークの3次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップと、前記フォークの段差を検出する段差検出ステップを有し、
前記ピン穴検出ステップは、前記フォークの前記ピン穴エコーを検出するピン穴エコー検出確認ステップを有し、
前記超音波探傷ステップは、前記フォークに対し前記セクタ走査面の回転走査角ピッチを2.7°未満に決定する回転走査角ピッチ決定ステップを有し、
前記段差検出ステップは、前記フォークの段差エコーを検出する段差エコー検出確認ステップを有する
ことを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。 - 請求項1に記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで、前記ピン穴エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。
- 請求項1に記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、前記段差エコー検出確認ステップで、前記段差エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。
- 請求項1に記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで前記ピン穴を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、前記段差エコー検出確認ステップで前記段差を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。
- 請求項1に記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、
前記ピン穴検出ステップは、UTセンサ設置ステップと、測定開始信号入力ステップと、ピン穴エコー検出確認ステップと、探傷開始点決定ステップを有し、
前記超音波探傷ステップは、セクタ走査面の回転走査角ピッチ決定ステップと、遅延時間決定ステップと、超音波探傷ステップを有し、
前記段差検出ステップは、超音波探傷結果処理・表示ステップと、段差エコー検出確認ステップを有することを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。 - 請求項1乃至5のいずれかに記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、
前記フォーク形状を前記制御装置に入力するステップと、
前記フォーク上の前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置測定ステップと、
前記フォークを3次元探傷する超音波探傷ステップとを有し、
前記センサ位置測定ステップはさらに、
前記フォーク上において次式で記述される角度φ以下の角度ピッチでセクタ走査面を回転走査する回転走査角ピッチ決定ステップと、
φ=cos−1[(a2+b2−2r2)÷(2・a・b)]
a=√[(Δy−r)2+Δx2]
b= √[ Δy2+(Δx−r)2]
Δx:フォーク幅[m]
Δy:フォーク上端とピン穴中心との距離[m]
r:ピン穴半径[m]
角度ピッチφで前記セクタ走査面を回転走査する超音波送受信ステップと、
前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置解析ステップを有することを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。 - 請求項6に記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、前記フォークを3次元探傷する超音波探傷ステップは、
セクタ走査面の回転角範囲を決定し、セクタ走査面の回転角ピッチを2.7°未満の範囲で決定するセクタ走査面の回転走査角ピッチ決定ステップと、
超音波の遅延時間決定ステップと
前記フォークの3次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する
ことを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。 - 請求項6または7に記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴のうち二つのピン穴と前記超音波センサとの距離を測定して前記超音波センサが存在しうるエリアを決定することを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。
- 請求項8に記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記フォークの前記段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記エリア内で前記超音波センサの存在しうる第1の曲線を決定することを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。
- 請求項9に記載のタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記段差と異なる位置の段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記超音波センサの存在する第2の曲線を決定し、請求項9の第1の曲線と第2の曲線の交点を前記超音波センサ位置とすることを特徴とするタービン動翼フォークの3次元超音波探傷方法。
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