JPS59222761A - 超音波検査方法および装置 - Google Patents

超音波検査方法および装置

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JPS59222761A
JPS59222761A JP59102453A JP10245384A JPS59222761A JP S59222761 A JPS59222761 A JP S59222761A JP 59102453 A JP59102453 A JP 59102453A JP 10245384 A JP10245384 A JP 10245384A JP S59222761 A JPS59222761 A JP S59222761A
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ultrasonic
head
axial
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ハンスアヒム・イエストリツヒ
エワルト・ウエルントゲン
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、断面で見てハブ部から半径方向に内側から外
側へリムまで湾曲して先細りになった側桁を有する輪板
が軸上に焼ばめされている場合に焼ばめの範囲および焼
ばめの影響を受ける範囲、特に低圧タービンローフの輪
板におりるハブ内側表面および軸線ねしれ止めの範囲内
の欠陥を検査するだめの超音波検査方法および装置に関
する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような輪板の形状は近接可能でないハブ内側表面お
よび軸線ねしれ止め、特に軸線ねじれ止め穴の超音波検
査ヘッドによる超音波検査にとって特に複雑である。し
かし、焼ばめされた状態での輪板の超音波検査によるハ
ブ内側表面および軸線ねしれ止めにおける軸線−半径方
向の欠陥個所(応力腐食亀裂)の発見は極めて重要であ
る。再現可能な超音波検査の実施には、−1−記のよう
に輪板の形状が複雑であるという問題点のほかに、下記
のような問題点もある。すなわち超音波検査ヘッドの載
置面として輪板の側桁しか利用で゛きない。
たいていの場合、隣合う輪板のリムの間の間隔は非常に
狭く、たとえば低圧タービンローフの第」の輪板と第2
の輪板との間は最大5 (,1mm幅である。
この狭い間隙を通して超音波検査ヘットが差込まれ、輪
板の側桁上に載置されな(・ツればならない。
もう1つの問題点は、@ll線ねじれ市めへの超音波経
路と場合によっては存在し軸線ねしれ止めから出発ずろ
亀裂への超音波経路とが同一て・あることである。
本発明の目的は、冒頭に記載した種類の方法および装置
であって、上記の問題点が解決され、(1)軸に焼ばめ
された輪板においてハブ内側表miおよびl1qlI線
ねじれ止めの範UB内に存在するかもしれない応力腐食
亀裂(+Ilt線−半イー半径方向個所)の位置および
大きさが再現可能な仕方で超音波検査により検査され得
る (2)ハブ内側表1mおよび軸線ねしれ止め、特に軸線
ねしれ止め穴の3−00%が軸線−半径方向の欠陥個所
を検査され得る (3)  5rrrm以上の半径方向深さを有する軸線
−半径方向の亀裂が確実に認識され得る (4)超音波検査が輪板ロータ、特にタービンローフの
製作の際にも発電所自体においても実施され得る という要求条件が満足され得る方法および装置を提供す
ることである。
〔解決手段〕
このI」的は本発明によれば、特許請求の範囲第1項記
載の方法および第]、 ]−項記載の装置により達成さ
れる。本発明の有利な実施態様は第2項ないし第10項
および第12項以下にあげられている。
〔発明の効果〕
本発明により得られる利点は特に、軸に焼ばめされた非
常に複雑な形状の輪Di、ICおいてもずへての焼はめ
長さにわたり確実な超音波検査が可能にされていること
である。この新しい方法によれば、焼ばめされた状態で
の輪板の超音波検査の際にハフ内側表面および軸線ねし
れ止め穴におりる軸線−半径方向の欠陥個所が確実(C
発見されることが多数の供試輪板の検査結果から判明し
ている。
〔実施例〕
以下、図面により本発明を一層詳釧妊説明する。
第」図中に示されている測定装置により焼ばめ:うおよ
び隣接材料範囲内で軸1」二に焼ばめされた輪板2の超
音波検査をイ)なうための方法が実現される。特に低圧
タービンローフの輪板2にお(・Jるハブ内側表面3a
の範囲内の焼ばめ3と軸線ねしれ市め331)との超音
波検査が行なわれろが、輪板2は、第1図中に例示され
ているように、断面で見てそのハブ部22から半径方向
(央印rの方向)(で内側から外側へリム2Cまで湾曲
して先細りになった側桁2+)1..2+)2を有する
。この輪板形状は近接不可能なハブ内側表面3aおよび
軸線ねしれ止め31)の超音波検査にとって特に複雑で
あり、加えて、焼ばめされた輪板のリムの間に(第」5
同容([(1)非常にわずかな軸線方向間隙しか存在し
ない。
本発明による方法によれば、fil1桁2bl、2b2
に、全体としてtn号PKをイ」されている超音波検査
ヘッドが周縁方向(第4図中の矢印1」の方向)に延び
る検査軌道をたとるために取イ」けられ、これらの超音
波検査ヘッドは全反射の衝突角範囲内の横波のコーナー
反q・jの原理で作動し、またそれらの超1イ波束aま
たは1〕はハブ内側表面J aの検査範囲AI (第1
外側軸線検査範囲)およびB(中実軸線検査範囲)lL
向けられており、また第21jl+線イテ査範囲A2に
も向けられ得る。衝突角範囲:35°≦γ≦約55° 
内の横波の全反射の現象(アングルミラー効果)および
全反射の現象はそれ自体公知である。
これらの現象は本発明により、応力亀裂腐食に基づいて
生じ得るほぼ軸線−半径方向の欠陥個所C]−の発見、
位置標定および評価のために利用され得る。第2図を参
照すると、コつの超音波検査ヘッドPKから1つの超音
波ビームa 3. sか詳、1lllには図示されてい
たい載置面を介して輪板2内に入射し、ハフ内側表面3
aの範囲内にその境界面3 a ]の一部分および軸線
−半径方向の欠陥個所CIにより形成されているほぼ直
角のコーナー士に衝突する様子が示されている。図面か
られかるように、超音波ビームa ]、 sはコーナー
N]を形成する而:3 a ]、/C’J  における
二重反射の後に白からに対して平イー]−に反射され、
この場合に超音波送受兼用の検査ヘッドとして構成され
ている検査ヘットPI〈により横波の被反射ビームa]
eとしてパルス・エコー原理により再び受信され得る。
全体として超音波ビームは符号a]をイζJされている
第2図は、非常に簡単化されているけれども、輪板2を
矢印11 (第1図)の方向に見た図を示しており、ま
た第2図中には接線入射角αtも記入されている。la
は検査ヘッドPKの載置面の範囲内の超音波ビームa 
l sの入射点への法線であり、軸線力向(第2図、第
4図)に考察すると接線入射角αtが、また1lqI+
線に対して垂直方向(第1図、第3図)に考察するとi
li+lt 線入射角αaが生ずる。
超音波ビームa]、sおよび法線tθにより張られる入
射角αについては α”” arCtan’Jian2a a+ i5”c
l 1が成り立つ。使用されている超音波アングル検査
ヘッドI) Kにおいて検査面(2+)1.21)2)
土に投影された主ビームa]と検査面に対して平行傾位
置する検査ヘッドの軸線4との間の角度として重殺され
ている超音波送信器の斜向角δは入射角αと区別されな
ければならない。斜向角δについては が成り立つ。
斜向角δは平面図で検査ヘッドPJ<’ (第2図の+
側)上に示されており、それに対して検査−711月(
は側桁輪郭に相応して傾けられて示されている。たとえ
ば約45°であることが好ましい伽突角γは主ビームa
1と反射体の侑突個所における法線to2との間の角度
として定義されている。衝突角γ+45°はエコー振幅
に関してほぼ最適な35°と55°との間の範囲内にあ
る。類似のことがすれすれの入射の方法にもあてはまり
、この場合には衝突角γは約1)Ooであることが好ま
しい。
再び第1図伊参叩すると、各超音波束aまたは個々には
eIJ、 ]、 、  a]、 2 +  al 3な
と;b2]。
b22なとにより軸線か向検査範囲Δ1.A2およびB
の]つの特定の軸線方向部分範囲が掃過され得ることを
示すため、主ビームaが円錐状の超音波束として示され
ている。ハブ内側表1fii3aは本発明方法のもう]
つの特徴により少なくとも:3つの軸線方向検査範囲、
すなわち1つの中央検査範囲Bおよびそれに隣接する2
つの外側検査範囲Al、A2に分割される。軸線ねじれ
止め3bの符号A21〕をイ」されている範囲は、丸め
られた切削四部3 cにより焼はわ3から隔てられてい
る。
軸線ねじれ止めはたとえばハブの内周における半円形断
面の溝から成っていてよく、それに軸1の外周における
相応の半円形断面!7)溝が向かい合っており、こうし
て形成された円形の境界面溝のなかに、規則的間隔で軸
1の外周またはハブ2の内周にわたりたとえば5個所に
分布されている円形の+Thbピンが差込まれ得る。軸
線ねじれ止めのこのゾーンまたはこの部分範囲も超音波
検査されなければならない。なぜならば、軸線ねじれ止
めの範囲内にも表面応力が生ずるからである。
2つの外側の軸線方向検査範囲A]、、A2はパルス・
エコー原理により、第1図中に全体としてP K、 ]
によりまた第3図中に個々にP K :1. ]ないし
l) K ] 3により示されている超音波アングル検
査ヘッドで検査される。すなわち、第2図による1つの
欠陥C1に当る検査ヘッドP K ]の超音波ビームま
たは超音波束は直角のコーナーで2回全反射され、その
結果自からに対して平行に反射され、従って検査ヘッド
P ](]に再び戻され、そこで欠陥信号として受信さ
れ得る。このことは前記のように検査範囲A1に対して
も検査範囲A2に対してもあてはまり、後者は部分範囲
A2+)(軸線ねじれ止め帯域)および部分範囲A、2
a(焼はめ部分範囲)を含んている。
それに対して輪板2の中実軸線検査範囲Iうけ、全体と
して符号P K 2をまλた個々(Cは句号PK2 s
およびPl(+) 2 eを何されている少なくとも2
つの超音波アングル検査ヘッドでクンデム原f〃により
検査される。第1図の例ではPK2]は側桁f) bl
上に載置されている送信検査ヘッドであり、丁たPK2
2eは輪板2の向かい合う側桁2b2上に載置されてい
る受信検査ヘッドである。点々を施して強調されている
超音波束は、送信検査ヘッドPK、22sから送り出さ
れ、ハブ内側表面3aの範囲内の1つの欠陥個所に当り
、従って超音波束b22eとして受信検査ヘッドPK2
2eへ反射される超音波束b22sか−ら成っている。
その逆、すなわちPK22eを送信検査ヘッド、PK2
sを受信検査ヘッドとすることも可能である。検査範囲
Bのその他の超音波束すなわちI)21.5− b2]
、eおよびI)235−b23eにより、すべての中央
部分範囲B2が掃過かつ捕捉され得ること、またその際
に超音波束1) 22 s −1) 22 e に比較
して超音波束b21s−1)2コeおよび1)23s−
b23e の送信および受信のためには変更された入射
角αおよび斜向角δを有する他の検査ヘッドP K 2
が使用される(なぜならば、それらの位置は側桁輪郭2
b2上で図面かられかるようにずらされており(受信側
)また送信側(,11111桁21) ]、 )でもそ
れらの位置は場合によってはずらされているからである
)ことが示されている。
軸線部分範囲B1内に位置する欠陥を探索かつ標定した
い場合には、送信検査ヘッドを側桁2b2」二に、また
受信検査ヘッドを側桁2bl上に、すなわち第1図中の
検査ヘッド配置を反転して載置すると良い。それにより
中央検査範囲I3が少なくとも2つの互いに重さなる部
分範囲B]、、B2に分割され、そのうち一方の部分範
囲B2(またはB ]、 )はそれと反スづ側の側桁2
b1(または2L)2)上に配置される送信検査ヘッド
P K 25 Kより照射される。その際、超音波ビー
ムまたは超音波束は欠陥個所で、部分範囲B2(または
l31)に隣接する側桁21) 2 (または2b])
上に配置される受信検査ヘッド円ぐ22eへ反射される
(またはその逆)。
超音波束a11ないしa 1.6により示されているよ
うに、外側検査範囲A]も、超音波束の符号に対応して
符号AJ 1.A12などを(=Jされている複数の軸
線方向部分範囲に分割される。同様に他の外側範囲A2
も部分範囲A 2 a、八2bよりも細かく、すなわち
部分範囲A21.A22.・・・A20に分割され得る
。これらの部分子@囲A〕]。
A、 1.2など;A21.A、22などの各々は少な
くとも3つの超音波アングル検査ヘッドにより検査され
る。しかし可能なかぎり、複数の部分範囲を検査し得る
多重検査ヘッド保持部を用いることが右利である。
外側検査範囲A、1.A、2の細分に加えて、第1図中
に示されているように中央検査範囲B2も部分範囲B2
1.B22およびB23の形態に細分されていると有利
である。同様のことが中央部分範囲B1についてもあて
はまる。
個々の部分範囲A]、1など、B21など、A、21な
どは軸線方向に音場の発散と側桁2blまたは2b2に
おける検査ヘッドPKの載置位置とハブ内側表面3aに
おける(場合によっては存在する)欠陥個所との間の超
音波経路の長さとから生ずる幅、たとえば約25ないし
50mmを有する。
このような部分範囲の検査のためには、この部分範囲の
形状関係により定められるそれぞれ1つの超音波アング
ル検査ヘッドを側桁2bl、2b2の1つの完全に特定
の位置に載置することが必要である。輪板の回転により
個々の部分範囲は周縁方向Uに360°にわたって延び
る。
第1図にまた一層明白に第3図、第4図に示されている
ように、輪板2のハブ内側表面の100%を検査するた
めには、側桁2b1..2b2の多数の位置に検査ヘッ
ドを載置する必要がある。これらの位置は個々にxl、
、x2などで示されているX方向の1IqII線座標お
よびr方向の半径座標により定められている。半径座標
では、検査ヘッド1)1(が配置されている検査直径D
I、D2と輪板自体の形状により予め与えられている直
径d ]、 (ハブ内側表面)およびd2(端面の切削
凹み)、すなわち半径座標とが区別されている。検査ヘ
ッドPJ(の特性値、すなわち入射角αおよび斜向角δ
はそれぞれの検査ヘッド位置における形状関係に関係し
ている。第3図中には、個々の検査ヘッド位置に関係す
る種々の軸線入射角α(−膜化)およびαal、αa2
など(軸線方向の位置に特有)が示されている。入射角
αおよび斜向角δは半径座標馬dの関数すなわちα、δ
=f(D。
d)である。このことが、約1(3oの検査範囲を有す
る1つの低圧タービンロータのたとえば1゜の輪板の超
音波検査にあたり最適化のために約/IOの超−n波特
殊アングル検査ヘッドおよび約50の種々の検査ヘッド
保持部が必要である理由である。第3図中でパルス・エ
コー原理により作動する検査ヘッド(1つの検査ヘッド
が」っの超音波ビームの送信および被反射超音波ビーム
の受信に兼用される)が全体として符号P K 1を、
また個々に(側桁上の位置に関係して)符号PKI]、
■利く]2およびP K 13を伺されている。タンデ
ム検査により作動する検査ヘッドは全体として符号PK
2を、また個々に符号PK2s(送信検査ヘッド)およ
びPK22e(受信検査ヘッド)を付されている。個々
の超音波ビームまたは超音波束にイqされている符号a
ll、a12など、l) 21 +1)22などの数字
は、付属の軸線検査部分範囲とこれらの超音波ビームの
送信用または検査ヘッドPK22eの場合にはこれらの
超音波ビームの受13用の検査ヘッドP K 1との符
号の数字と一致している。タンデム検査の実施用の送信
検査ヘッドは、3つの超音波ビームb 2 ]、 、 
b 22 、 l:+ 23およびそれらの部分範囲B
2]、 B22,1321に対して共通に示されている
ので、参IQ l→号PJ(2sを付されている。第3
図中に示されている軸線入射角αa1ないしαa4は3
0°と500 との間の範囲内にあり、また受信検査ヘ
ッド1月(22cのrlllt線入射角αa5は約20
°である。
第4図中に示されている検査ヘッド1) K ]、 1
の接線入射角dtlおよび検査ヘッドPK、2s の接
線入射角αt4は約20°または15°である。これら
の角度は、軸中点mからの検査ヘッドの間隔が大きいほ
ど小さい。付属の衝突角γ]またはγ2は第2図による
図示に相応してそれぞれ約45°である。検査ヘッドP
KIIがら出発した超音波ビームa ]、 1 sはハ
ブ内側表面(境界面)で全反射され、もし欠陥が存在し
なければ、検査ヘッドPJ(]、1へ戻らずに、輪板内
の無意味な被反射ビームa勺]としての経路を進行して
完全に減衰するに至る。同様のことが、検査ヘッドPK
2sから出発した超音波ビームl) 22 sについて
もあてはまる。
このビームは、1つの欠陥が存在する場合には、第二3
図中に示されているように、検査ヘッドI何〈22eに
より2回全反射ビームとして受信されるであろう。第1
1図中では、ハブ内周に欠陥が存在しないと仮定されて
いるのて゛、このビームb22sは1回全反射されるが
2回目の全反射はされず、従って輪板内の無意味な被反
射ビームb’22としての経路を進行して完全に消滅す
るに至る。
理解を容易にするため、第5図には、合成樹脂製の透明
モテルにより、第2図により説明したようにコーナー範
囲内の2回全反射を生しさせる欠陥個所がハブ内周3a
に存在する場合の反射状況が示されている。パルス・エ
コー原理により作動する超74波検査ヘッドは第3図中
と同じく符号1月ぐi、1.PKl、2およびPKl3
 をイ」されており、またf」属の超t(f波ビームは
符号a ]、 1.. a 、1− ’2゜21]3を
(=Jされている。これらの超(jf波ビームの各々は
、1つの送信ビームa1.1s、 al、2s、 al
3sと欠陥コーナー範囲内で反射されて検査ヘッドへ戻
るビームalle、a1.2e、a1.3eとから成っ
ているものと考えることができる(第2図参照)。往復
する両ビームは、図面を簡単にするため、検査ヘッドP
KIIないしI) K、 ]、 3ては示されていない
。しかし、タンデム原理により作動する検査ヘッドPJ
<、2s(送信検査ヘッド)および]〕K、 21 c
ないしPK2:3C(受信検査ヘット)ては両ビームが
示されている。検査ヘッドPK 2 sから出発する3
つの超音波ビームb21s、b22sおよびb23s 
が示されており、これらのビームは部分検査範囲!32
を掃過し得るようにy−7いに異なる入射角αおよび斜
向角δを有しており、相応の欠陥個所コーナーで二重反
射される超音波ビームまたは超音波束の受信のために受
信検査ヘッドPK2 ]、eないしI)K23eの位置
は図示のように変えられており、それらに対応づけられ
ておりそれらにより受信される超音波ビームまたは超音
波束は符号b2]−e、 b22eおよびb23eを付
されている。検査ヘッドPKIIないしPKl3により
掃過されろ軸線方向部分検査範囲は再び符号A1を伺さ
れている。
第(1図および第7図には、第2図に相応して4id+
線ねじれ止め穴3131の範囲内の超音波反射状況が示
されている。第6図には、欠陥のない穴の場合が示され
ており、第7図には、半円形状の穴3 h ]の内周か
らハブ部内に約5ないし]、01njnにわたって延び
るITol+線−半径方向の欠陥個所C2が存在する場
合が示されている。この断面で見て半円形状の穴31〕
]は第1図による1Iql+線方向範囲3b内に位置し
ているものとする。先ず第6図を説明すると、図示され
ていない適当な超音波検査ヘッドから]つの超音波束が
、コーナーN2の範囲内にγ+45°の衝突角で衝突す
るような入射角αおよび斜向角δのもとに送り出される
ものとされている。コーナーN2はノ1ブ内周の部分3
 a 、’Lおよびねじれd−め穴3blの半円形状境
界面の弧部分31) ]−1により画定されている。超
音波束a3は2つの部分束a31およびa32に分割し
て考えることができる。第1の部分束a3]は穴周縁で
約90°の衝突角のもとに自ら反射される部分束であり
、第2の部分束a32はコーナー範囲内で全反射または
アングルミラー的反耶1を受ける波束である。物理的状
況を説明するため、部分束a 32はさらに2つの部分
ビームa 32 s (送信ビーム)およびa ニー3
2 e (受信ビームすなわちコーナー[)づて゛22
回全射されたビーム)に分割されて(・ろ。音す分束a
31については方向矢印により、穴周縁へ進む部分ビー
ムa31sおよび境界面で反射さtして戻る部分ビーム
s 3 ]、 eが示されて(・ろ。ΔSは部分束a3
 ]およびa32の片道の経路長さの差て・あり、部分
束a32は往復で約2×Δ5た番す長い経路を進まなけ
ればならない。
第7図中には、可能なかぎり第6図中と同一の符号が用
いられている。両図の比較かられかるように、軸線−半
径方向の欠陥C2に基づいて1つの超音波ビームa33
s (欠陥がなければγ十45°の衝突角のもとでコー
ナー範囲内での]回の全反射の後に消滅するであろうビ
ーム)が欠陥境界面で2回目の全反射を受け、従って被
反射ビームa33eとして検査ヘッドにより欠陥信号と
して受信され得る。全体としてa33で示されている超
音波ビームのうち穴3blに対して接線力向に延びる部
分はa33zで示されている。
第9図15よび第10図には、簡単化された線図として
像スクリーン上の超音波指示が示されており、縦軸には
振幅yが、また横軸には時間tがとられている。第9A
図は欠陥のないハブ内側表面の超音波検査の際のスクリ
ーン像である(無欠陥信号、たとえば第4図参照)。第
9B図はハブ内側表面3aにおける軸線−半径方向の欠
陥個所(たとえば第2図中の欠陥個所C]、 、)の超
音波信号を有するスクリーン像である。欠陥エコーFB
]が非常に大きなピークにより示されている。
第10A図は第6図に相当する無欠陥の軸線ねじれ止め
穴の2つの超音波信号R131およびIL32を有する
スクリーン像であり、信号R13]は超音波ビームa3
]に、また信号1’j32は超音波ビームa;32に対
応している。ΔSの約2倍の超音波経路長さの差に相応
して信号1t32は信号R;3jにくらべて若干遅らさ
れている。
第1OB図は第7図に相当する欠陥のある軸線ねしれ止
め穴の超音波信号R3J 、 R32およびF E 2
を有するスクリーン像である。第10A図と比較して、
衝突角9 (Fのビームa3]にくらへてΔS2の超音
波経路長さの差を有する被反射超)イ波ビームa 33
 eに対応する欠陥信号FE2が追加されている。超音
波信号R,32は・超音波ビーム2:う2に相応して超
音波ビームa3Jに対して約2×ΔS]の超音波経路長
さの差を有する。超音波経路長さの差ΔS1およびΔS
2は第7図中に示されている。
第6図、第7図および第10図によるアングルミラー法
に加えて、またはその代わりに、軸線ねしれ止め、特に
第8図によるねじれ止め穴の範囲内の軸線−半径方向の
欠陥の捕捉のため、すれすれ入射の方法も用いられ得る
。第8図中で超音波束は全体として初号a4を付されて
いる。波束a/Iはハブ内側表面3aに対して゛すれす
れ″に外部から、360°にわたって延びる全ねしれ止
め穴31) :1. (その上半円筒は輪板2内に、ま
た下仝((円筒はil#l+ ]内に位置する)の]つ
の四分円弧上に入射する。無欠陥の場合には第]、 I
 A図のように1つの穴エコー1tイ1のみが生し、そ
のタイムマークは符号BEを伺されている。この穴エコ
ーは第8図中の被反射超音波部分ビームa4 l eに
対応する。穴開縁」二への部分ビームa 4.1の衝突
角は約[)0°である。さらに第8図かられかるように
、5欠陥C2が存在する場合には、部分ビームa42が
同しく90°の衝突角のもとに欠陥境界面で反射される
ので、第118図の欠陥エコー12E3の形の超音波欠
陥信号が得られる。この欠陥エコーの振幅は比較的大き
いので、指示装置の増幅率が第11A図に比較して減ぜ
られなければならず、従って穴エコー1λう]はごく低
いピークとして示されている。すれずれ入射の方法は、
このように欠陥エコーと穴エコーとの間に明白な差異が
得られるので、たいていの場合にねじれ[にめの範囲内
の軸線−半径方向の欠陥の捕捉のために第6図、第7図
および第10図によるアングルミラー法よりも適してい
る。しかし、欠陥捕捉が困難な場合に、両方法を用い得
ることは有利である。もちろん、第8図によるすれすれ
入射の場合の超音波検査ヘッドの入射角αおよび斜向角
δは第6図および第7図によるアンクルミラー法の場合
とは異なる値に選定されなければならない。
次に第1図ないし第4図により、1つの外側検査範囲A
]またはA2から1つの中央検査範囲I3またはB]、
、B2への移行、従ってまたパルス・エコー技術からタ
ンテム技術への移行(およびその逆)のための選択規範
を簡単に説明する。
この規範として、当該の載置個所における入射角αがた
かだか75°と等しくまたはそれよりも小さく、好まし
くは70°以下であるべきことが用いられる。この規範
の理由は、上記の限界を越えると、イ」属の入射角αを
有する相応の検査ヘッドの実現が困難に突き当ることで
ある。
既に第1図ないし第4図により説明したように、側桁輪
郭2blまたは21〕2上の検査ヘッドP Kの軸線お
よび半径座標X、rにより与えられるそれぞれの送信お
よび(または)受信位置に関係して、適合された入射角
αおよび斜向角δを有する特殊アングル検査ヘッドが用
いられる。第12図に一層詳細に示されているように、
これらの特殊アングル検査ヘッドPKは測定プローブ5
と一緒に、それぞれの側桁セクションに適合されており
型板6aを有する検査ヘッド保持部6」二に配置されか
つこの検査ヘッド保持部6と共に、第13図中に一層詳
細に示されているように、マニピュレータ腕7の出入可
能な自由端7aに取イqけられて当該の側桁2b2(2
bl)の載置すべきセクションの輪郭に近接せしめられ
得る。その際、型板(10の輪板の検査の際には約50
の種々の型板が必要どされる)の各々は検査範囲A]、
、B。
Bi、B2.A、2の1つの特定の軸線方向部分範囲A
i、Biに対応づけられており、またその軸線および半
径方向の正しい位置決めが測定プローブ5により指示さ
れる。換言すれば、各型板上に、アングル検査ヘッドの
位置決めの監視用として特、に誘導式測定プローブとし
て構成されている測定プローブと検査ヘッド自体とがそ
れぞれ完全に所定の位置および相互関係で配置されてい
るので、]つの輪板側桁の1つの特定の位置への載置の
際の当該の検査ヘッドの入射角および斜向角を特定の検
査範囲に対して必要な入射方向に置き換えることが課証
される。
検査方法の簡単化のため、すなわち特に必要な4LiE
マニピユレーシヨンの減少のため、第12図および第1
3図に示されているように、外側軸線検査範囲A、1.
A2が少なくとも部分的に、少なくとも一対をなして相
応の検査ヘッド保持部6に固定されておりまたそれと共
に輪板2の伺属の側桁部において位置決めされ得る特殊
アングル検査ヘッドP Kにより検査されることは有利
である。
第13図および第14図かられかるように、検査ヘッド
保持部6はそれらの検査ヘッドPKと共に当該の輪板2
0半径方向、特に半径−水平方向にその側桁2b2,2
blの輪郭に近接せしめられる。
第15図から明らかなように、隣合う輪板2の間の軸線
方向間隙8が狭い場合、検査ヘッド保持部6はそのマニ
ピュレータ腕7において最初に輪板のi)I+線方向の
幅が最小の個所に回転され、この回転位置で狭い間隙を
通して差込まれる(第15図参照)。その後に初めて検
査ヘッド保持部6が、たとえば第13図に示されている
ように、載置位置に回転される。第15図中には、狭い
軸線方向間隙をおいて隣合う両輪板2.2のパケットリ
ングが符号9を付されている。これらのバケツ) IJ
ング9は輪板リム2C(第1図、第3図参照)の相応の
周縁溝内に入れられている。周縁溝は第1図、第3図中
には図面を簡単にするため示されていないが、第15図
による例では一層軸線方向に突出するであろう軸線方向
突出リムは第1図および第3図中の図示に相当するもの
として認められる。
本発明の方法を実施するための装置は全体として最もよ
く第1/1図に示されている。マニピュレータ10は少
なくとも1つのマニピュレータ腕7を有する。このマニ
ピュレータ腕7は保持腕70の内にyまたはr方向に出
入可能に支えられている。すなわち腕7は望遠鏡筒状の
腕であり、さらに前記のようにその固有の長手方向軸線
のまわりに回転可能である。座標yは一般に出入に対し
てあてはまり、座標rはマニピュレータ腕7が輪板2の
1つの直径−Lで出入3引る場合にあてはまる。
第」4図に示されているように、2つのマニピュレータ
腕7はそれらの保持腕70と一緒に、記入されている直
交座標軸のyまたはr方向だけでなくX方向(長手方向
)および2方向(高さ方向)にもそれぞれプラスおよび
マイナス方向に移動可能である。検査ヘッド保持部6が
その検査ヘッドPKと共に正確な載置位置で、側桁2に
載置されれば、この調節位置がマニピュレータ10にお
いて固定され、また当該の輪板2が周縁方向Uに延びる
検査軌道をたとるためにゆっくり回転され得る。輪板の
外周への近接可能性が得られるように、出入可能な腕が
輪板2の軸線n】のまわりの周縁方向U(第:う同容照
)にも周縁の全部または少なくとも一部分にわたり移動
可能であるマニピュレータ]−〇が設けられていてよい
第12図および第13図により既に説明したように、マ
ニピュレータ腕7の自由端に種々の検査ヘッド保持部6
がそれらの型板6aにより交換可能に取イ」可能であり
、また型板6aはその上に取付けられた特殊アングル検
査ヘッド1月〈および測定プローブ5と共に検査範囲A
i、 、 B、 B ]、 、 B2、A2の当該の軸
線方向部分範囲Ai、J3iの側桁輪郭に適合されてい
る。第12図、第13図によれば、少なくとも2つの測
定プローブ5、一方は半径方向位置コントロール用、他
方は軸線方向位置コントロール用が検査ヘッド保持部6
に取(qけられている。第12図、第13図中でそれぞ
れ右側の測定プローブは半径方向位置コントロール、ま
た左側の測定プローブは軸線方向位置コントロールの役
割をし、このことは括弧内に記入された文字rまたばa
により示されている。両測定プローブは、検査ヘッドP
 Kがその正しい載置位置を占めた時に相応の位置確認
信号を発するように較正されている。基本的に、コント
ロール信号の取得の役割をするもう]っの測定プローブ
が設けられていてよく(図示せず)、または第12図中
の両測定プローブ5の各々にもう]っのコントロール測
定プローブがそれぞれ対応づけられてぃてもよい(同じ
く図示せず)。これらの測定プローブは、ll1liI
#3I方向にばねの作用下にあるプローブ・ビン51を
有し、プローブ・ヘッド52と反対側の端に変位に関係
して誘導コイル装置(図示せず)の脱調の役割をするそ
れぞれ1つの(管スリーブ53の内に配置された)磁心
を有する誘導式測定プローブであることは好ましい。符
号5.4を何されているのは変位発信器5の電気接続ケ
ーブルである。
特殊アングル検査ヘッドはカルダン方式で支えられてい
る。第12図中には、そのための二叉リンク1]が、ま
た第13図中には、検査ヘッド二叉リンク1]の軸と交
差するリンク個所12が示されており、リンク個所12
は空気圧式抑圧装置1:3のピストンロンドに支えられ
ている。空気圧式抑圧装置13(そのピストンが符号1
32をイ」して示されている)の空気圧シリング13」
は小さいコンソール14に、空気圧シリンダ13.1の
加圧時に検査ヘッドI) Kがその載置面に押圧され得
るように、固定または7ランジ結合されている。
小さいコンソール14は型板63にねし止めされている
。符号15を((されているのは、シリンダ131に通
ずる空気圧導管である。さらに第12図および第13図
に示されているように、検査ヘッド載置面に液体を与え
るためのチューブ1Gが設けられており、これらのチュ
ーブは圧密な継手J−6aを介して供給チューブ]、 
(i bと接続されている。供給チューブ161〕は中
空のマニピュレータ腕7にケーブル5.4と一緒に通さ
れている。空気圧導儀15は空気圧継手15aを介して
同様にマニピュレータ腕7の内に配管されている。マニ
ピュレータ腕の自由端への取付のため検査ベッド保持部
6の型板6aは1つの孔61〕を有する。
第13図中に符号17を付されているのは超音波検査ヘ
ッド1月くの電気信号導線である(第14図中には示さ
れていない)。
【図面の簡単な説明】
第]−図は低圧タービンローフの輪板の上半部の軸線断
面図(断面を示すハツチングは省略)で・あり、jつの
外側検査範囲Al内に]−っの超音波アングル検査ヘッ
ドおよび6つの超音波束が示されており、また1つの中
央検査範囲Bの゛′照射″のためにクンデム技術の原理
で作動する2つの超音波アングル検査ヘッドが輪板の両
側桁」二に載置されており、また例として3つの超音波
束が示されている。 第2図は全反射の衝突角範囲内の横波のコーナー反射の
原理を示す図であり、この原理はハブ内側表面の範囲内
に軸線−半径方向の欠陥が存在する場合に本発明により
利用される。 第3図は第」図に相当する輪板の図であり、ただしjつ
の外側検査範囲の″照射″のために一方の側桁上に載置
されておりパルス・エコー原理で作動する3つの超音波
アングル検査ヘッドと1つの中央検査範囲の゛照射″の
ために各1つの側桁」―に載置されておりタンデム原理
で作動する2つの超音波アングル検査ヘッドとにおける
軸線入射角を示すこと([特に重点をおいた図である。 第4図は第:3図に対する側面図で゛あり、第3図中(
iC示されている2つの検査ヘッドにおいて必要な衝突
角γ1.γ2を得るための接線入射角αt」。 αt2が示されている。 第5図は透明な輪板セグメント・モテルにより第:(図
および第4図による基本的検査装置に対して(H応の欠
陥における反射状況を示す斜視図であり、追加的にタン
デム原理で作動する検査ヘットにおいて唯一の受信検査
ヘッドてはなく送信検査ヘッドの各1つの特別な入射角
および斜視角に対応する3つの種々の受信検査ヘッドが
示されている。 第6図(d第2図中に示されており1つの輪板のハブ内
周における軸線ねしれ止め穴の範囲内の欠陥の認識のた
めに利用される物理的原理を示す図であり、第6図中に
は欠陥のないねしれ止め穴が存在している。 第7図は第(5図に相当する図であり、ただし第6図と
の相違点として、欠陥のあるねじれ止め穴が存在してお
り、従って第3のエコー(欠陥エコー)が生じている場
合を示している。 第8図は超音波束の″すれすれの入射″にょるll1l
il線ねじれ止めの範囲内の欠陥個所の認識のための他
の検査原理を示す図である(第2図、第6図および第7
図中に示されている検査原理はそれと区別してアングル
ミラー法とも呼ばれる。 第DA図は欠陥のないハブ内側表面の超音波検査の際に
得られたスクリーン像を示す図、第9B図はハブ内側表
面における]つのl1illl線−半径方向欠陥個所(
第2図参照)に起因する1つの超音波指示を有するスク
リーン像を示す図である。 第]OA図は第6図に相当する欠陥のない軸線ねじれ止
め穴の2つの超音波信号を有するスクリーン像を示す図
、第10B図は第7図に相当する欠陥のある軸線ねじれ
止め穴の:3つの超音波信号を有するスクリーン像を示
す図である。 第1.1. A図は第8図によるすれすれの入射の方法
において欠陥のないねじれ止め穴の1つの穴−]〕コー
をイj゛するスクリーン像を示す図、第1113図は第
]、 1. A図に相当し、ただし穴エコーよりもはる
かに大きい」つの欠陥エコーを有し、従って信号増幅が
減ぜられなければならない場合を示す図である。 第12図は2つの超音波アングル検査ヘッドとイ4属の
空気圧、油圧および電気導管を含めて2つの伺属の測定
プローブとが取イ」けられている型板の検査ヘット保持
部の斜視図である。 第13図は]つのマニピュレータ腕の端に組立てられ1
つの輪板の側桁上に載せられている第12図の検査ヘッ
ド保持部を示す図である。 第14図はタンデム原理による検査法の実施のための端
部にそれぞれ第12図および第1;3図の種類の1つの
検査ヘッド保持部を設けられており」つの検査輪板の各
]つの側桁に位置決めかつ4&置されている2つのマニ
ピュレータ腕を示す斜視図である。 第]5図U1つの軸上に焼ばめされ軸線方向に並べられ
た複数個の輪板の一部分の斜視図であり、2つの並び合
う輪板のリムの間のMm方向間隙内で検査ヘッド保持部
を有するマニピュレータ腕がその端において輪板の軸線
方向の幅が最小の個所内に回転されている(差込み位置
)。 ]・・・軸、2・・・輪板、2a−=ハブ部、2 +)
 ]、 、 2 b 2・・・側桁 2 c・・・リム
、3・・・焼ばめ、32・・・ハブ内側表面、31)・
・・ねじれ市め、5・・・測定プローブ(位fa発信器
)、6・・・検査ヘッド保持部、6a・・・型板、7・
・・マニピュレータ腕、]、 (]・・・マニピュレー
タ、PK・・・超%f波検査ヘッド。 351−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)断面で見てハブ部から半径方向に内側から外側へリ
    ムまで湾曲して先細りになった側桁な有する輪板が軸上
    に焼ばめされている場合に焼ばめの範囲および焼ばめの
    影響を受ける範囲、特に低圧タービンロータの輪板にお
    けるハブ内側表面および軸線ねじれ止めの範囲内の欠陥
    を検査するための超音波検査方法において、 側桁(21)1..2b2)に超音波検査ヘッド(PK
     ; PK ]、 、 PK、2 )が周縁方向に延び
    る検査軌道(n)をたどるために載置され、これらの超
    音波検査ヘッドは全反射の衝突角範囲内の横波のコーナ
    ー反射の原理、いわゆるアングルミラー法、で作動しか
    つそれらの超音波束(a、b)はハブ内側表面(3a)
    の検査範囲に向けられており、 ハブ内周(:32 )にその軸線方向外側範囲(A2b
    )内に軸線ねじれ止め(:3 b )が存在する場合に
    は軸線−半径方向の欠陥(C2)の検出のために前記ア
    ングルミラー法および(または)すれすれ入射の方法が
    応用され、すれずれ入射の方法ては軸線ねし7れ止め、
    特にねしれ止め穴(31) :l )の境界面が、欠陥
    不存在の場合には唯一の穴エコー(HE 。 1(、4]、 )が90°衝突角に基づいて生ずるよう
    に、それに対して欠陥存在の場合にははるかに大きい振
    幅の第2の欠陥エコー(FE、 3 )が欠陥境界面へ
    の同じく約90°の衝突角(γ)に基づいて追加的に生
    ずるように、ずれすれに照射され、 ハブ内側表面が少なくとも:3つの軸線検査範囲、すな
    わち]つの中央検査範囲(B)およびそれに隣接する2
    つの外側検査範囲(Δ]。 A、 2 ) K分;すIJされ、 外側検査範囲(A]、、A2)がパルスー工コー原理に
    より超音波アングル検査ヘッドで検査され、 中央検査範囲(B)がタンデム原理により少なくとも2
    つの超音波アングル検査ヘッド(PIぐ2)で検査され
    、そのうち一方の送信(受信)検査ヘッド(PK2s)
    は輪板(2)の一方の側桁(2bl)上に、また他方の
    受信(送信)検査ヘッド(PK22e)は他方の側桁(
    2+) 2 )上に配置されることを特徴とする超音波
    検査方法。 2)中央検査範囲(I3 )が少なくとも2つの互いに
    爪なる部分範囲(131,B2)に分割され、そのうち
    一方の部分範囲(B2またはI3])はそれと反対側の
    側桁(2b]または2b2)上に配置される送信検査ヘ
    ッド(PK2s)により照射され、その超音波ビーム(
    1) )が欠陥存今時には、前記部分範囲(B2または
    Bl)と同一の側の側桁(21) 2または2 +) 
    ]、 )上に配置される受信検査ヘッド(PK22e)
    へ反射される(またはその逆)ことを特徴とする特許請
    求の範囲第]項記1敗の方法。 3)外側検査範囲(AI、A2)も複数の軸線方向部分
    範囲(All、AJ 2.Al 3・・・;A21.A
    22.A23・・・;−膜化してAi)に分割され、軸
    線方向部分範囲(Ai)の各々が少なくとも1つの超音
    波アングル検査ヘッド(PI<、1.PK]、]、、P
    K1.2・・・)で検査されることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項または第2項記1成の方法。 1)側桁輪郭」二の検査ヘッドの軸線および半径座標(
    x;r)により与えられるそれぞれの送信および(また
    は)受信位置に関係して適合された入射角(α)および
    斜向角(δ)を有する特殊アングル検査ヘッド(T) 
    K )が用いられ、特殊アングル検査ヘッドは測定プロ
    ーブ(5)と−緒に、それぞれの側桁セクションに適合
    されており型板(6a)を有する検査ヘッド保持部((
    i)上に配置されかつこの検査ヘッド保持部(6)と共
    にマニピュレータ腕(7)の出入可能な自由端(7a)
    に取付けられて、載置すべき側桁セクションの輪郭に近
    接せしめられ、型板(6a)の各々は検査範囲(Al、
    B、Bl、B2.A、2)の]つの特定の部分範囲(A
    i)に対応づけられており、またその軸線および半径方
    向の正しい位置決めが測定プローブ(5)により指示さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第2項または第3
    項記載の方法。 5)外側検査範囲(Δ1..A2)の少なくとも一部分
    が、少なくとも一対をなして相応の検査ヘッド保持部(
    6a)に固定されておりまたそれと共に輪板(2)の付
    属の側桁部において位置決めされる特殊アングル検査ヘ
    ッド(P K、 )により検査されることを特徴とする
    特許請求の範囲第4項記載の方法。 6)1つの外側検査範囲(A、i、A2)がら1つの中
    央検査範囲(B)への移行、従ってまたパルス・エコー
    技術からクンテム技術への移行(およびその逆)のため
    の規範として当該位置における入射角(α)がたかだか
    75゜と等しくまたはそれよりも小さく、好ましくは7
    00 以下であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項ないし第5項のいずれかに記載の方法。 7)検査ヘッド保持部(6a)がそれらの検査ヘッド(
    1月()と共に輪板(2)の半径方向、特に半径−水平
    方向(y、r)にその側桁(2bl、2b2)輪郭に近
    接せしめられることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    ないし第6項のいずれかに記載の方法。 8)隣合う輪板(2)のリムの間の軸線方向間隙が狭い
    場合妊、検査ヘッド保持部(G)がマニピュレータ腕(
    7)において最初に輪板の軸線方向の幅が最小の個所に
    回転され、間隙を通して差込まれ、その後に載置位置に
    回転されることを特徴とする特許請求の範囲第4項また
    は第7項記載の方法。 9)輪板(2)と1liII+ (1)との境界範囲に
    軸線ねじれ止めのための手段(3b)、特にll1lI
    I線ねじれ止めボルトが差込まれる軸線ねじれ止め穴(
    31) ]−)が設けられている場合に、アングルミラ
    ー法の枠内で超音波束(a3)がねじれ止め穴(:3 
    b ] )の半円形状の境界面おにびハブ内周(3a)
    のそれぞれ]っの隣接コーナー(N2)に向けて、欠陥
    のないねしれ止め穴(3bJ )においては2つの超音
    波信写(R3] 、 R,32)、その一方(rta]
    −)は穴開縁で9000箭突角のもとに自から反射され
    た第]の部分波束(a3] )によるもの、また他方(
    It、 :32 )はコーナー範囲(N2)内て全反射
    された第2の部分波束(a32)によるもの、が生ずる
    ように、また欠陥のあるねしれ止め穴(3b ]、 )
    においては第3の超音波信号(11E 2 ) 、ハブ
    内側表面および欠陥境界面で全反射された第3の部分波
    束(a373 )によるもの、が生ずるようにする全反
    射の街突角(γ)のもとに入射されろことを特徴とする
    特許請求の範囲第コ項ないし第8項のいずれかに記載の
    方法。 1())超音波束の入射角(α)および斜向角(δ)が
    、コーナー(N2 )の衝突範囲内のハブ内周(3;I
    )の法線(to2)に対して欠陥個所における衝突角が
    ほぼ45°であるように選定されろことを特徴とする特
    許請求の範囲第1)項記載の方法。 11)断u11で見てハブ部から半径方向に内側から外
    側へリムまで湾曲して先細りになった側桁な有する輪板
    が軸上に焼ばめされている場合に焼ばめの範囲および焼
    ばめの影響を受ける範囲、特に低圧タービンロータの輪
    仮におけるハブ内側表面および軸線ねじれ止めの範囲内
    の欠陥を検査するための超音波検査装置において、少7
    ”、c くとも1つのマニピュレータ腕(70) ヲf
    iするマニピュレータ(10)が設けられており、その
    出入可能な腕部(7)が少なくとも軸線方向(X)、軸
    線に対して横方向(y)およびその際特に半径方向(r
    )および高さ方向(z)に移動可能かつ調節可能であり
    、マニピュレータ腕(7)の自由端に種々の検査ヘッド
    保持部(8)がそれらの型板(6a)に、より交換可能
    に取イ」可能であり、また型板(G a )がその」二
    に取付けられた特殊アングル検査ヘッド(1) K )
    および測定プローブ(5)と共に検査範囲(A1.、 
    B。 13] 、132.A2 )の当該の部分範囲(Ai)
    の側桁輪郭(2bl、2b2)に適合されていることを
    特徴とする超音波検査装置。 12)  マニピュレータ(]、 0 )の出入可能す
    腕(7)が輪板(2)の軸線(m)のまわりの周縁方向
    (n)Kも周縁の全部または少なくとも一部分にわたり
    移動可能であることな特]3)少なくとも2つの測定プ
    ローブ(5)、一方は半径方向位置コントロール用、他
    方は軸線方向位置コントロール用、が検査ヘッド保持部
    (6)に取(−(けられていることを特徴とする特許請
    求の範囲第11項または第12項記載の装置。 1・1)  コントロール信号の取得の役割をする少な
    くとももう]つの測定プローブが設けられていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1ニー3項記載の装置。 ”5)  ’Iqh 線方向にばねの作用下にあるプロ
    ーブ・ビン(5,]、 )を有し、プローブ・ヘッド(
    5,2)を反対側のプローブ・ピンの端に変位に関係し
    て誘導コイル装置の脱調の役割をするそれぞれ1つの磁
    心な有する誘導式測定プローブが設けられていることを
    特徴とする特許請求の範囲第]−1項、第13項または
    第14項記載の装置。 ヘッドが設けられていることを特徴とする特許請求の範
    囲第1]項記載の装置。
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