JP6168682B2

JP6168682B2 - 渦電流探傷プローブ及び検査方法

Info

Publication number: JP6168682B2
Application number: JP2013009027A
Authority: JP
Inventors: 河野　雄一; 雄一河野; 川浪　精一; 精一川浪; 黒川　政秋; 政秋黒川
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2017-07-26
Anticipated expiration: 2033-01-22
Also published as: JP2014142187A

Description

本発明は、渦電流探傷プローブ及び検査方法に関する。

まず、図１０にガスタービン翼の概略図を、図１１に図１０のＢ‐Ｂ断面図をそれぞれ示す。図１０，１１のように、ガスタービン翼４１は、内部に冷却通路２４を有し、ガスタービン運転中の温度上昇を低減する構造となっている。

さらに、冷却通路２４には、冷却通路２４とガスタービン翼４１外部とを連通する微小な孔である冷却孔４２が設けられている。

ガスタービン翼４１は、ガスタービン運転中の熱疲労により、冷却孔４２の端部にき裂が発生しやすいことが確認されている。冷却孔４２は、ガスタービン翼４１内部の冷却通路２４に通じているため、冷却孔４２のガスタービン翼４１表面側端部と、冷却孔４２の冷却通路２４側端部とに、き裂が発生する可能性がある。さらには、当該き裂が増大し、翼破断などにつながる可能性もあり、これを防止するため、当該き裂が微小のうちに検知する必要がある。

しかしながら、冷却孔４２は直径１ｍｍ程度と非常に小さいため、一般的な検査装置は冷却孔４２の中に入らない。

特開２０００−３１４７２７号公報

小径の円筒空間の内側からき裂を検査する方法の１つに、渦電流探傷プローブを用いる方法がある。図１３は従来の渦電流探傷プローブの概略図を示している。当該図に示すように、従来の渦電流探傷プローブ１４は、先端付近にコイル４３が設けられており、検査対象物表面及び内部に存在する欠陥の形成状態に応じて生じる渦電流の変化に伴う磁場の変化を出力信号として取得することで、欠陥の有無を検知するものである。

図１２は従来の渦電流探傷プローブによる冷却孔の冷却通路側端部の検査を表した概略図を示している。当該図に示すように、遮熱コーティング２５で覆われた翼母材２３にある冷却孔４２に、ガスタービン翼４１表面側端部のき裂（外側端部き裂２２）が発生した場合、冷却通路２４側端部のき裂（内側端部き裂２１）も発生している可能性がある。

従来の渦電流探傷プローブ１４は、冷却孔４２内部に挿入され、図１２中の破線矢印のように冷却孔４２の軸方向に動かすことで検査を行う。

図１４は、上記検査を行った際の信号強度の変化を表したグラフである。当該グラフの縦軸は信号強度を、横軸は軸方向位置をそれぞれ示し、ｘ₁は内側端部き裂中心の軸方向における位置を、ｘ₂は冷却孔４２の冷却通路２４側端部の軸方向における位置をそれぞれ示している。当該グラフに示すように、従来の渦電流探傷プローブ１４による冷却孔４２の軸方向の走査では、内側端部き裂２２が微小であるとき、位置ｘ₂において冷却孔４２と冷却通路２４との境界で発生する信号強度の変化量が、位置ｘ₁における内側端部き裂２１による信号強度の変化量よりも非常に大きくなる。そのため、位置ｘ₂における信号強度の変化量の影響が、その近傍にある位置ｘ₁にも及んでしまい、位置ｘ₁における内側端部き裂２２による信号強度の変化を正確に検知することが困難である。

上記特許文献１には、円筒形のセラミック磁芯材の外周面に銅の薄膜を堆積させ、当該薄膜を螺旋状にエッチングすることでコイルを形成した渦電流探傷プローブを用いて、冷却孔内のき裂検査する技術が開示されているが、当該技術では、上述のような端部の微小なき裂の検知は困難である。

そこで本発明では、ガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔などの管の内壁の傷を正確に検知することが可能となる渦電流探傷プローブを提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る渦電流探傷検査方法は、
ガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔の内壁表面及び内部に存在する欠陥の形成状態に応じて生じる渦電流の変化に伴う磁場の変化を出力信号として取得する渦電流探傷検査方法であって、
コイルの中心が前記冷却孔の軸方向の長さに達しない範囲で、後端から軸方向に最長距離離れた位置に前記コイルが固定され、前記冷却孔の内壁に接しない範囲で最大径を有し、前記冷却孔に挿入される小径円筒と、前記小径円筒の前記後端に前記小径円筒と同軸上に連結され、前記冷却孔よりも大径であり、前記小径円筒を軸方向に固定する大径円筒とを有するプローブを、
前記冷却孔に挿入した状態で前記軸方向には固定しつつ回転することで、前記冷却孔の軸方向端部で、前記冷却孔の周方向に、前記内壁に局所的に磁場を当てながらコイルを走査し、前記信号が一定以上変化する部分を傷として検知することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る渦電流探傷プローブは、
ガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔の内壁表面及び内部に存在する欠陥の形成状態に応じて生じる渦電流の変化に伴う磁場の変化を出力信号として取得する渦電流探傷プローブであって、
コイルの中心が前記冷却孔の軸方向の長さに達しない範囲で、後端から軸方向に最長距離離れた位置に前記コイルが固定され、前記冷却孔の内壁に接しない範囲で最大径を有し、前記冷却孔に挿入される小径円筒と、
前記小径円筒の前記後端に前記小径円筒と同軸上に連結され、前記冷却孔よりも大径であり、前記小径円筒を軸方向に固定する大径円筒とを有し、
前記冷却孔に挿入した状態で前記軸方向には固定されつつ回転することで、前記冷却孔の軸方向端部で、前記冷却孔の周方向に、前記内壁に局所的に磁場を当てながら走査する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る渦電流探傷プローブは、
上記第２の発明に係る渦電流探傷プローブにおいて、
前記コイルは、偏心位置に固定されることを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る渦電流探傷プローブは、
上記第２の発明に係る渦電流探傷プローブにおいて、
前記コイルを覆い、当該コイルの磁場を局所的に開放する開口部を有する電磁シールド部材を備えることを特徴とする。

上記第１の発明に係る渦電流探傷検査方法によれば、コイルの中心がガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔の軸方向の長さに達しない範囲で、後端から軸方向に最長距離離れた位置に前記コイルが固定され、前記冷却孔の内壁に接しない範囲で最大径を有し、前記冷却孔に挿入される小径円筒と、前記小径円筒の前記後端に前記小径円筒と同軸上に連結され、前記冷却孔よりも大径であり、前記小径円筒を軸方向に固定する大径円筒とを有するプローブを、前記冷却孔に挿入した状態で前記軸方向には固定しつつ回転することで、前記冷却孔の軸方向端部で、前記冷却孔の周方向に、前記内壁に局所的に磁場を当てながらコイルを走査するので、該冷却孔の内壁の傷を正確に検知することが可能となる。

上記第２の発明に係る渦電流探傷プローブによれば、コイルの中心がガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔の軸方向の長さに達しない範囲で、後端から軸方向に最長距離離れた位置に前記コイルが固定され、前記冷却孔の内壁に接しない範囲で最大径を有し、前記冷却孔に挿入される小径円筒と、前記小径円筒の前記後端に前記小径円筒と同軸上に連結され、前記冷却孔よりも大径であり、前記小径円筒を軸方向に固定する大径円筒とを有し、前記冷却孔に挿入した状態で前記軸方向には固定されつつ回転することで、前記冷却孔の軸方向端部で、前記冷却孔の周方向に、前記内壁に局所的に磁場を当てながら走査するので、該冷却孔の内壁の傷を正確に検知することが可能となる。

上記第３の発明に係る渦電流探傷プローブによれば、前記コイルは、偏心位置に固定されるので、該冷却孔の内壁の傷を正確に検知することが可能となる。

上記第４の発明に係る渦電流探傷プローブによれば、前記コイルを覆い、当該コイルの磁場を局所的に開放する開口部を有する電磁シールド部材を備えるので、大きなサイズのコイルを用いることが可能となり、検出能力を向上させることができる。

本発明の実施例１に係る渦電流探傷プローブによる冷却孔の冷却通路側端部の検査を表した概略図である。軸心が小径円筒軸方向となるようにコイルが偏心位置に固定された実施例１に係る渦電流探傷プローブを説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。軸心が小径円筒径方向となるようにコイルが偏心位置に固定された実施例１に係る渦電流探傷プローブを説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。実施例１に係る渦電流探傷プローブによる冷却孔の冷却通路側端部での周方向の走査による信号強度の変化を表したグラフである。軸心が小径円筒軸と一致するようにコイルが固定された実施例２に係る渦電流探傷プローブを説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。実施例２の電磁シールドとコイルの位置関係を示した斜視図である。軸心が小径円筒径方向かつ中心が小径円筒軸上となるようにコイルが固定された実施例２に係る渦電流探傷プローブを説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。実施例２の電磁シールドとコイルの位置関係を示した斜視図である。軸心が小径円筒軸と一致するようにコイルが固定された実施例２に係る渦電流探傷プローブの変形例を説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。ガスタービン翼の概略図である。図１０のＢ‐Ｂ断面図である。従来の渦電流探傷プローブによる冷却孔の冷却通路側端部の走査を表した概略図である。従来の渦電流探傷プローブの概略図である。従来の渦電流探傷プローブの走査による信号強度の変化を表したグラフである。

以下、本発明に係る渦電流探傷プローブ及び検査方法を実施例にて図面を用いて説明する。

本発明の実施例１に係る渦電流探傷プローブについて図面を用いて説明する。図１は実施例１に係る渦電流探傷プローブによる冷却孔の冷却通路側端部の検査を表した概略図である。当該図に示すように、渦電流探傷プローブ１４は、小径円筒１１、大径円筒１２及びコイル１３を備える。当該図中の破線矢印は、渦電流探傷プローブ１４による周方向の走査方向を示している。

上述の小径円筒１１は、コイル１３の中心が冷却孔４２の軸方向の長さに達しない範囲で、後端から軸方向に最長距離離れた位置に、コイル１３が固定され、冷却孔４２の内壁に接しない範囲での最大径を有し、冷却孔４２に挿入されるものである。

上述の大径円筒１２は、小径円筒１１と同軸上に連結され、冷却孔４２よりも大径であり、小径円筒１１を軸方向に固定するものである。

図２は、軸心が小径円筒軸方向となるようにコイルが偏心位置に固定された渦電流探傷プローブを説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。当該図中の破線矢印は、渦電流探傷プローブ１４の回転方向を示している（反対方向でもよい）。当該図に示すように、コイル１３は、小径円筒１１よりも小さい径を有し、軸心が小径円筒１１の軸方向となるように、小径円筒１１内部に偏心位置に固定される。

図３は、軸心が小径円筒径方向となるようにコイルが偏心位置に固定された渦電流探傷プローブを説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。当該図中の破線矢印は、渦電流探傷プローブ１４の回転走査方向を示している（反対方向でもよい）。当該図に示すように、コイル１３は、小径円筒１１よりも小さい径を有し、軸心が小径円筒１１の径方向となるように、小径円筒１１内部に偏心位置に固定される。

本実施例では、上記図２，３に示すように、渦電流探傷プローブ１４を回転させることで、コイル１３を、冷却孔４２の軸方向ではなく、冷却孔４２の冷却通路２４側端部で周方向に走査させることが可能となり、内側端部き裂２１（図１参照）を検知するものである。

図４は、上述のような渦電流探傷プローブ１４による冷却孔４２の冷却通路２４側端部での周方向の走査による信号強度の変化を表したグラフである。当該グラフの縦軸は信号強度を、横軸は軸方向位置をそれぞれ示し、ｙ₁は内側端部き裂の周方向位置を示している。本実施例では、冷却孔４２と冷却通路２４との境界で発生する信号強度の変化量を排除することができるため、当該グラフに示すように、内側端部き裂２１が位置ｙ₁にある場合、正確に検知することができる。

上述では、渦電流探傷プローブ１４について、小径円筒１１と大径円筒１２とを備えることで、周方向のみの回転走査を可能とする旨を説明したが、これは人手によって渦電流探傷プローブ１４を扱うことを前提としているためであり、例えば、人手ではなく、制御装置により冷却孔４２の軸方向には固定しつつ回転させる制御を行うようにすれば、大径円筒１２を備えなくともよい。

また、本発明の実施例１に係る渦電流探傷プローブの検査対象はガスタービンの冷却孔に限定されるものではない。

以上、本発明の実施例１に係る渦電流探傷プローブについて説明したが、換言すれば、本発明の実施例１に係る渦電流探傷プローブは、検査対象となる管の内壁表面及び内部に存在する欠陥の形成状態に応じて生じる渦電流の変化に伴う磁場の変化を出力信号として取得する渦電流探傷プローブであって、管の軸方向の磁場変化が大きい端部で、プローブを軸方向には固定されつつ回転することで、管の周方向に、内壁に局所的に磁場を当てながら走査することが可能な磁場発生源を備えるものであり、磁場発生源は、偏心位置に固定されたコイルからなるものとしてもよく、検査対象をガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔としてもよい。

このようにして、本発明の実施例１に係る渦電流探傷プローブは、管の内壁の傷を正確に検知することが可能となるものである。

本発明の実施例２に係る渦電流探傷プローブについて図面を用いて説明する。図５は、軸心が小径円筒軸と一致するようにコイルが固定された渦電流探傷プローブを説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。当該図中の破線矢印は、渦電流探傷プローブ１４の回転方向を示している（反対方向でもよい）。本実施例では、渦電流探傷プローブ１４（図１参照）は小径円筒１１、大径円筒１２（図１参照）、コイル３１および電磁シールド３２を備える。なお、小径円筒１１及び大径円筒１２については、実施例１と同様のため説明は省略する。

上述のコイル３１は、小径円筒１１よりも小さい径を有し、軸心が小径円筒１１の軸と一致するように、小径円筒１１内部に固定される。

上述の電磁シールド３２は、コイル３１の軸方向長さより長い円筒状の電磁シールドであり、小径円筒１１の軸と一致するように、コイル３１と小径円筒１１との間に固定され、図６の斜視図にも示すように、一部に軸方向全長にわたる開口部３２ａを有する。

また、電磁シールド３２には、パーマロイなどの高透磁率材料を用いるのが好ましい。

図７は、軸心が小径円筒径方向かつ中心が小径円筒軸上となるようにコイルが固定された実施例２に係る渦電流探傷プローブを説明するための、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である。この場合、コイル３１と電磁シールド３２の形状又は角度が変更される。

このような場合、コイル３１は、小径円筒１１よりも小さい径を有し、軸心が小径円筒１１径方向かつ中心が小径円筒１１軸上となるように、小径円筒１１内部に固定される。

また、電磁シールド３２は、コイル３１の軸方向長さ以上の長さを有する円筒状の電磁シールドであり、小径円筒１１の軸と一致するように、コイル３１と小径円筒１１との間に固定され、図８の斜視図にも示すように、コイル３１の軸心延長線上に、軸方向全長にわたる開口部３２ａ及び開口部３２ａと相対向する開口部３２ｂを有する。

本実施例では、上記図５，７に示すように、渦電流探傷プローブ１４を回転させ、開口部３２ａ（又は開口部３２ａと開口部３２ｂ）で走査することで、冷却孔４２の軸方向の走査ではなく、冷却孔４２の冷却通路２４側端部での周方向の走査を可能とし、内側端部き裂２１（図１参照）を検知するものである。

上述では、コイル３１と電磁シールド３２とが小径円筒１１に対して固定されるものと説明したが、軸心が小径円筒軸と一致するようにコイルが固定された渦電流探傷プローブ（図５，６参照）においては、電磁シールド３２を小径円筒１１に対して回転自在とすることで、冷却孔４２に挿入された小径円筒１１を停止した状態で、電磁シールド３２のみを回転させて周方向の走査を行うようにしてもよい。

同じく、軸心が小径円筒軸と一致するようにコイルが固定された渦電流探傷プローブ（図５，６参照）においては、変形例として、図１のＡ‐Ａ断面図に相当する図である図９に示すように、電磁シールド３２に、同一材料による両端面部分（図中では片側の端面４１のみ図示）を設け、端面４１の開口部３２ａとの隣接位置に、端面開口部４１ａを有するものとすることにより、電磁シールド３２とコイル３１の軸方向の長さを一致させてもよい。

また、上述において、コイル３１は、軸心が小径円筒軸と一致するように固定されるか、又は、軸心が小径円筒径方向かつ中心が小径円筒軸上となるように固定されるものとしたが、コイル３１の配置はこれらに限定されるものではない。ただし、これらの配置であれば、実施例１のコイル１３と比べ大きなサイズのものを用いることができる。

さらに、本発明の実施例２に係る渦電流探傷プローブの検査対象はガスタービンの冷却孔に限定されるものではない。

以上、本発明の実施例２に係る渦電流探傷プローブについて説明したが、換言すれば、本発明の実施例２に係る渦電流探傷プローブは、検査対象となる管の内壁表面及び内部に存在する欠陥の形成状態に応じて生じる渦電流の変化に伴う磁場の変化を出力信号として取得する渦電流探傷プローブであって、管の軸方向の磁場変化が大きい端部で、プローブを軸方向には固定されつつ回転することで、管の周方向に、内壁に局所的に磁場を当てながら走査することが可能な磁場発生源を備えるものであり、磁場発生源は、固定されたコイルと、コイルを覆い、コイルの磁場を局所的に開放する開口部を有する電磁シールド部材とからなるものとしてもよく、検査対象をガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔としてもよい。

このようにして、本発明の実施例２に係る渦電流探傷プローブは、実施例１に係る渦電流探傷プローブに比べ、大きなサイズのコイルを用いることが可能となり、検出能力を向上させることができる。

以上、上述の実施例１，２にて、本発明に係る渦電流探傷プローブ及び検査方法を説明したが、換言すれば、本発明に係る渦電流探傷検査方法は、検査対象となる管の内壁表面及び内部に存在する欠陥の形成状態に応じて生じる渦電流の変化に伴う磁場の変化を出力信号として取得する渦電流探傷検査方法であって、管の軸方向の磁場変化が大きい端部で、プローブを軸方向には固定しつつ回転することで、管の周方向に、内壁に局所的に磁場を当てながらコイルを走査し、出力信号が一定以上変化する部分を傷として検知するものであり、検査対象をガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔としてもよい。

このようにして、本発明に係る渦電流探傷プローブ及び検査方法では、管の内壁の傷を正確に検知することが可能となるものである。

本発明は渦電流探傷プローブ及び検査方法として好適である。

１１小径円筒
１２大径円筒
１３，３１コイル
１４（実施例１，２の）渦電流探傷プローブ
２１内側端部き裂
２２外側端部き裂
２３翼母材
２４冷却通路
２５遮熱コーティング
３２電磁シールド
３２ａ，３２ｂ開口部
４１端面
４１ａ端面開口部
４２冷却孔
４２ａ冷却孔内壁
４３コイル
４４従来の渦電流探傷プローブ
５１ガスタービン翼

Claims

ガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔の内壁表面及び内部に存在する欠陥の形成状態に応じて生じる渦電流の変化に伴う磁場の変化を出力信号として取得する渦電流探傷検査方法であって、
コイルの中心が前記冷却孔の軸方向の長さに達しない範囲で、後端から軸方向に最長距離離れた位置に前記コイルが固定され、前記冷却孔の内壁に接しない範囲で最大径を有し、前記冷却孔に挿入される小径円筒と、前記小径円筒の前記後端に前記小径円筒と同軸上に連結され、前記冷却孔よりも大径であり、前記小径円筒を軸方向に固定する大径円筒とを有するプローブを、
前記冷却孔に挿入した状態で前記軸方向には固定しつつ回転することで、前記冷却孔の軸方向端部で、前記冷却孔の周方向に、前記内壁に局所的に磁場を当てながらコイルを走査し、前記信号が一定以上変化する部分を傷として検知することを特徴とする渦電流探傷検査方法。
ガスタービン翼の冷却通路と外部とを連通する冷却孔の内壁表面及び内部に存在する欠陥の形成状態に応じて生じる渦電流の変化に伴う磁場の変化を出力信号として取得する渦電流探傷プローブであって、
コイルの中心が前記冷却孔の軸方向の長さに達しない範囲で、後端から軸方向に最長距離離れた位置に前記コイルが固定され、前記冷却孔の内壁に接しない範囲で最大径を有し、前記冷却孔に挿入される小径円筒と、
前記小径円筒の前記後端に前記小径円筒と同軸上に連結され、前記冷却孔よりも大径であり、前記小径円筒を軸方向に固定する大径円筒とを有し、
前記冷却孔に挿入した状態で前記軸方向には固定されつつ回転することで、前記冷却孔の軸方向端部で、前記冷却孔の周方向に、前記内壁に局所的に磁場を当てながら走査する
ことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
前記コイルは、偏心位置に固定されることを特徴とする請求項２に記載の渦電流探傷プローブ。
前記コイルを覆い、当該コイルの磁場を局所的に開放する開口部を有する電磁シールド部材を備えることを特徴とする請求項２に記載の渦電流探傷プローブ。