JPS6140561A

JPS6140561A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPS6140561A
Application number: JP16154084A
Authority: JP
Inventors: Masashi Takahashi; 雅士高橋; Ichiro Furumura; 古村　一朗; Satoshi Nagai; 敏長井; Taiji Hirasawa; 平沢　泰治
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-08-02
Filing date: 1984-08-02
Publication date: 1986-02-26

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】（発明の技術分野）この発明は超音波探傷装置に係り、例えばタービンディ
スクのキー溝部に発生した欠陥等を探傷するに好適な超
音波探傷装置に関する。

（発明の技術的背慎とその問題点）近年、タービンディスクと〇−タシャフＩ・との嵌合部
、特にキー溝部に発生した亀裂等の欠陥の検出およびそ
の欠陥の深さやプロフィールの測定は、タービンディス
クの保守・点検時において特に重要視されている。

従来、このタービンディスクのキー溝部の探傷には第８
図に示すような超音波探傷装置が用いられる。この探山
装２は、タービンディスク１のハブ面３上に斜角探触子
５を載置し、探傷冶具７を用いてこの斜角探触子５を機
械的に走査するものである。そして、欠陥９がＦ！３音
波ビーム１１に対応して存在して欠陥反射エコーが最大
となるときに、この欠陥９からの反射エコーを同一の探
触子５により検出し、欠陥を探１ｍするのである。

しかしながら、この超音波探傷装置を使用する場合には
、斜角探触子５の機械的走査の際に探触子５の接触状態
が変化し、これにＪこり、欠陥反射エコーのピーク振幅
Ｍ　／）＜８しく影響されることがある。その結果、欠
陥反射エコーが最大となる探触子位置を正確に求めるこ
とができず、探傷積電が低下Ｊる恐れがある。

また、従来の伯の超音波探傷装置として第９図に示４よ
うなものがある。この探（ｎ装置はタービンディスク１
３のハブ而１５上に重心探触子１７を配置し、この垂直
探触子１７から超音波ビーム１９を欠陥２１に向って入
射させつつ、探触子１７を機械的走査させるものである
。そして、この場合には、欠陥２１と超音波ビー１８１
９とが対応Ｊる場合における欠陥先端からの端部ピーク
エコー２２と、キー溝底面２３からの反射エコー２４と
を検出し、第１０図に示すように、それらのビーム路程
差Δρ１から欠陥２１の深ざを測定づるのである。

ところが、この探１れ装置を用いる場合にも探触子１７
の機械的走査が必要どなるため、欠陥※２：部ビークエ
］−２３の振幅埴が探触子の接触状態により影響され、
キー溝底面２３ａ３よび欠陥２１からの反０４エコーの
ビーム路程差△ｆＪ１が最大となるどきの探触子１７の
位置を正確に求めることができ４Ｔいことがある。した
がって、この場合にも、欠陥位置おＪ、び欠陥深さの測
定結電が低下覆る恐れがある。

さらに、他の超合波探１具装首どして、第１１図に示す
Ｊ：うなアレイ型探触子２５を用いるものがある。この
探（■Ｊのアレイ型探触子２５は多数の振動子２７を配
列したものであり、任意の一組の振動子群から超音波ビ
ーｌいを送受信させ、このビームを送受信する一組の振
動子ｎγを振動子の配列方向に電子的に移動さ１↓るも
のである。送信用おＪ：び受信用の一組の振動子群の選
択は、欠陥端部エコーが最大となるように設定される。

したがって、このようなアレイ型探触子２５を用いれば
、送信される超音波の主ビーム３２は、例えば第１１図
に示？Ｊ１Ｊ、うに、左側の振動子群から右側の振動子
群へと順次移動され、単一の振動子を備えた探触子を機
械的走査したと同様の機能が果される。ぞして、第１２
図に示すように、キー溝底面２９からの反射上］−３１
と欠陥３３先端からの端部ピークエコー３５どのビーム
路程差Δ４１２から欠陥深さを測定する。

このにつな超音波探傷装置によれば、タービンディスク
３９の軸に垂直な断面内においでアレイ型探触子２５を
機械的に走査する必要がないことから、上記任意の断面
に関し、欠陥端部位冒および欠陥深さを正確に測定覆る
ことができる。しかしながら、タービンディスク３９の
軸ＩＪ向に延在Ｊる欠陥３３を探傷して欠陥３３のプロ
フィールを求める場合には、アレイ型探触子２５を同方
向に移動さｔ！なｌｆればならない。そのためには、ア
レイ型探触子２５をタービンディスク３９の軸方向に機
械的に走査させな（プればならず、したがって、前述の
従来例の場合と同様に欠陥３３のプロフィールの測定精
度が低下し、さらに探傷に長時間を要するという問題点
がある。

〔発明の目的〕

この発明は上記事実を考慮してなされたものであり、構
造物の内部に生じた欠陥の端部位置、深さおにびプロフ
ィールを高精瓜に測定りることができる超音波探傷装置
を提供づ゛ることを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、この発明に係る超音波探傷
装置は、構造物外部に探触子を当接させ、この探触子か
ら構造物内部へ超音波を送受信させて、構造物内部に発
生した欠陥を探傷する超音波探信装置において、」二記
探触子内に超音波を送受信可能どする振動子が格子状に
多数配列され、これら多数の振動子の中から所定方向に
超音波主ビームを発生する振動子！ｉＹを前記探触子の
行方向および列方向に順次選択しうるように構成したも
のであり、超音波を発生する振動子群を探触子の列方向
に順次選択して作動させ、ぞの後１行ずらして同様に振
動子群を作動させ、これらの操作を繰り返づことにより
超音波探傷を行なうものである１〔発明の実施例〕第１図はこの発明に係る超音波探傷装置の一実施例を示
すブロック線図、第２図はこの実施例の超音波探触子を
示す図である。

超音波探傷装置１Ｕ４１のアレイ型探触子４３には多数
の振動子４５が格子状に配列され、この振動子４５によ
り超音波の送受信が行なわれる。また、振動子４５はタ
ービンディスク４６のハブ４７面と同一曲率に形成され
て、このハブ４７十に載置可能に構成される。ざらに、
アレイ型探触子４３の大きさはハブ４７の軸方向長さと
略等しく、ハブの周方向に対（）てはキー溝部４９を覆
い、このキー溝部４９に発（トした欠陥に対し超音波ビ
ームを斜めに送受信するに十分な大きさに設定される。

一方、多数の振動子４５には、多チャンネルのパルサ群
５１およびレシーバ群５３がそれぞれ接続される。パル
サ群５１は、振動子４５に超音波を発、生さぜるために
この振動子４５に高圧パルスを印加するものであり、ま
たレシーバ群５３は超音波の反射エネルギーを電気エネ
ルギーに変換し、増幅するものである。パルサ群５１、
レシーバ群５３のそれぞれには送信用ディレィタイムコ
ントローラ５５、受信用ディレィタイムコン１−ローラ
５７が接続され、これらの送受信用ディレィタイムコン
１−ローラ５５．５７はどもに制御用マイクロコンビ１
−ター５９に接続される。

送信用ディ１ノイタイムフンｊ〜１−１−ラ５５は制御
用マイクロコンビコーター５９からの指令により、多数
の振動子４５のうちから任意の振動子／１５を選択して
、この選択した振動子群６０に高圧パルスを印加するも
のである。この高圧パルスの印加は、振動子群６０を垂
直探傷用に使用する場合と斜角探（１用に使用−りる場
合どで安イする。つＪ：す、垂直探傷用に使用する場合
は、振動子群６０の各振動子に同特に高圧パルスを印加
させ、各振動子から発生する超音波の干渉作用により、
振動子群６０から超音波主ビームを垂直に送信させる。

一方、斜角深傷用に使用する場合は、振動子群６０の各
振動子に時間差を与えて高圧パルスを印加させ、超音波
の干渉信用により、欠陥端部へ入射角　　　　：１約／
１５°で入射しうるＪ、う超高波主ビームを傾斜して送
信させる。

一方、受信用ディレィタイムコントローラ５７は、ＩＩ
ＪＩＩＩ用マイク「１コンピユーター５９の指令により
、送信用に使用した振動子群６０と同一の振動子群を選
択し、かつこれらの振動子群６ｏがら、レシーバ群５３
を介して増幅された電気信号（超音波波形）をピーク振
幅Ｒ１側回路６１おＪ：びビーム路程１測回路６３へ送
信１−るものである。

ところで、送受信用ディレィタイムコンｌ−［１−ラ５
５．５７における振動子群６０の選択は、例えば第２図
に示すように、−塊の合ｉｔ　９個の振動子４５を一組
の振動子群６０とし、この振動子群を同図の行および列
方向（行方向とは、探触子４３をタービンディスクのハ
ブ４７上に載置さぜた場合のタービンディスクの軸方向
をいい、列方向とは同様な場合のタービンディスクの円
周方向をいう。）に電気的に切り換えることにより行な
われる。つまり、−組の振動子群６０を第２図の（１，
１）の位置から探触子４３０列方向へ（２゜１）、（３
，１）・・・（ｐ、１）の各位置まで切り″換えて選択
し、次に行方向に一列ずらして（１゜−〇　　− ２）の位置り目らｔ１１４Ｊｉに（２，２＞、（３，２
）・・・ρ、２）と切り換え、このように１ノで（ｐ、
Ｑ）の位置＝Ｌで切り１１Ｊ！えることに」、す、振動
子群６０の選択が行なわれる。

さて、第１図に承りように、ピーク振幅ｔ］測回路６１
１３　Ｊ、（ｆ　コｂ　ＰＨ稈ｉｔ　ａｌｉ　回Ｖ！Ｉ
６３　ＣＬ　制ｉｌｌ　用？イクロ：：ンピ］−ター５
９に接続される。この制御用マ、イクロ」ンピ］−ター
５９からの指示にＪ、す、ピーク振幅Ｒ１側回路６１は
、第３図にａ３　ｔＪる欠陥６２からの仝２；部ピーク
ーＴＴ′ｌ−１欠陥コーノ−Ｔ］−およびキー溝部７１
９をも含めたハブ４７の底面６４からの反ＯＪニー１−
の４れぞれのピーク振幅値をＲ１測１ノ、ビーム路程ｎ
１測回路６３は、各反口１エフ−のビーム路程を４測す
る。

ピーク振幅１１測回路６１およびビーム路程Ｒ１側回路
６３はデータ処即用マイクロ］ンピ７−ター６５に接続
され、ピーク振幅（ｆｉおよびビーム路程がデジタル値
としてデータ処理用マイクロコンビ１−ターの入力デー
タ用メモリ６７に入力される。

また、この入力データ用メ［す６７は、制御用マイクロ
コンビコーター５９を介して送受信用デイレイタイムニ
］ン］・ローラ５５，５７に接続される。

送受信用ｆイレイタイムーＪントローラ５５，５７から
は、送受信に使用１ノだ振動子群６０の位置が判明され
るが、この位置がパノノデータ用メモリ６７に入力され
る。したがって、入ツノデータ用メモリ６７内には振動
子の各位置ごとに、欠陥６２の端部ピーク］二］−１欠
陥コーナ：［］−および底面６４の反用工」−のイれぞ
れピーク振幅値およびビーム路程が記憶される。

データ処理用マイクロ−１ンビ］−ター６５の演算処Ｊ
！！部６９は制御用マイクロコンとコーターの指令によ
り作動され、入力データ用メモリ６７内に記憶されたピ
ーク振幅値およびビーム路程に基づき、欠陥６２の先端
位置および欠陥コーナ位置が算出される。演算結果は、
制御用マイクロコンビコーター５９の指示に基づき表示
器７１にて表示される。

次に、この超音波探傷装置４１を用いてタービンディス
クのウェブ部の欠陥探傷を行なう場合の作用について説
明リ−る。

まず、キー溝部４９−１一方のハブ４７面上にアレイ型
探触子４３を載訪する。次に、送信用ディレィタイムコ
ントロ〜う５５を作動さ１ｔで、多数の振動子４５のう
ｔうから第２図の位置（１，１）にお【ノる振動子群６
０を選択覆る。ぞして、この振動子群６０から第３３図
に示すように鉛直超音波ビームおＪ：び傾斜超音波ビー
ムを順次送信させる。

次に、ハブ４７の底面６４からの反射エコー、欠陥６２
からの端部工］−および欠陥］−ナエ］−を、焚イｎ用
ディレィタイム」ン］へ［１−ラの作用に、Ｊ：す、送
信用に使用１）だと同一の振動子群６０を介して、１ノ
シ一バ群５３で受信する。その後、ピーク振幅８１測回
路６１およびビーム路程ｖ１測回路６３が、各エコーの
ピーク振幅値おＪ：びビーム路程を露１測し、イの値を
データ処理用マイクロ］ンピコーター６５の人力データ
用メ七り６７に入力する。　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　１次に、送受信用ディレィタイム
コン］・′ローラ５５．５７を作動させで、送受信用の
振動子群を第２図において列方向に位置（ｐ、１）まＣ
順次切り換え、さらに列を順次移動させて位置（ｐ。

ｑ）まで切り換え、各位ｎにおいて位置（１，１）の場
合と同様の探傷を行なう。そして、各位置で検出された
底面反射工］−１欠陥端部エコーおＪ、び欠陥］−すｌ
−１−のピーク振幅値どじ一１１路程、さらに振動子群
６０の位置から底面形状、欠陥先端位両および欠陥］−
す位置を算出する。

この締出はＡ　１０　Ｋ法に早づぎ、各ニー１−ども・
　　　同様の手順で行なう。したがって、その−例どし
て、以下欠陥端部エコーを用いて欠陥端部位置を算出す
る方法を述べる。

第３図に示すタービンディスク４６の軸方向における任
意の断面位置において、ハブ４７面上のｔ−溝部４９中
央を座標原点Ｏとし、この座標原点ＯからＸの正領域に
ある振動子群６０の位置をＰｌ（×１．Ｚｌ）、Ｐ　（
×　　７　）・・・Ｐｍ２　　υ　２（ｘｚ）、ざらに欠陥端部位置Ｆ（ｘ、ｚ）ｍｌ　　　
　ｍとする。また、Ｐｌ、Ｐ２・・・Ｐｍの各位置にお（ノ
るビーム路程を第４図に示すＪ−うにそれぞれρ１゜（
ｘ　　−ｘ）　　＋（ｚ　　−ｚ）”　−＝Ｊ　ｍ２ｍ
　　　　　　　　　　　　　　　ｍしたがって、上記各式のう１５任意の２式を選び、それ
らを解・ノば、ｍ（ｍ−１＞／２個の欠陥端部位置「が
求Ｊ：る。これをブロク１〜すれば、第５図（Ａ）に示
ずような曲１ｉ＋Ｆｍが得られる。

次に、座標原点０からＸの負領域にある振動子群６０の
位ｎおＪζびイれら各位置にお（Ｊるビーム路程にすづ
いて、前述と同様にして欠陥座標を求めると、第５図（
ｒ３）に示すように曲線「、が得られる。したがって、
真の欠陥端部位置「。は上記曲線Ｆｍ、ににの交点と１
ノで求められる。このＪ：うにして、欠陥端部エコーか
ら、タービンディスク４６の軸に垂直な各断面について
真の欠陥端部位置を詐出する。同様にして欠陥コーナエ
コー、タービンディスク４６の軸に垂直な各断面につい
−１／Ｉ　　− て、それぞれ真の欠陥コーナ部、真の底面形状が算出さ
れる。

タービンディスクの軸に垂直な任意の断面における爽の
先端端部位置、欠陥コーナ位置およびハブ底面形状は、
第６図（Ａ）に示す表示器７１のＢスコープ像として表
示される。そして、タービンディスクの軸方向に沿った
真の欠陥端部位置、欠陥コーナー位置おＪ：びハブ底面
形状は同図（Ｂ）に示す表示器７１の８スコープ透視像
として表示される。さらに、ハブ４７上方から見た真の
欠陥端部位ｄ、欠陥コーナ位置およびハブ底面形状はＣ
スコープ透視像どして表示される。

以上のように、この発明に係る超音波深山装置４１によ
れば、アレイ型探触了内に多数の振動子を格子状に配列
し、超音波の送受信を行なう振動子群を探触子４３の行
および列方向に電子的に選択可能に構成し、各行におい
て振動子群を列方向に順次選択して超音波を送受信さｌ
るようにしたことから、探触子の機械的走査を行なう必
要がない。したがって、探触子の接触不良が防止され、
深山の測定精度を向上させることができる。

さらに、振動子群の電子的選択は探触子４３の行方向に
おいても列方向と同様に行なわれることから、欠陥プロ
フィールの測定に際しても機械的走査を行なう必要がな
く、深山精度を向上させることができる。

また、機械的走査の頂に、探触子の接触状態を自好に保
持する必要がないことから、そのための作業時間が削減
され、深山の作業時間を短縮させることができる。

なお、十記実論例ぐは送信用振動子群ど受信用振動子群
とが同一の場合につき述べたが、両者を巽ならしめる一
ｂのであっｌもＪ、い。

次に、この発明に係る超音波深山装置の他の実施例をｍ
７図に１づいても；２明覆る。

この超音波深山装置ｄで１，１一対の送受信用アレイ）
り探触７８３．Ｂ５ｈＣ使川すれ、各探触子８３゜８５
は前記実施例と同様に構成される。ただし、　　　　　
　・１この実施例の場合には、送信用探触子８３の振動
子群８２と受信用探触子８５の振動子群８４どが、探触
子８３．８５の行および列方向に対応して電子的に選択
されるように構成される。探傷に際しては、探触子８３
．８５をタービンディスク８６のウェッブ８７を挟んだ
ハブ８θ０両簡にそれぞれ載置し、送信用探触子８３の
振動子群８２から送信される超音波ビームをウェッブ８
７下の欠陥９１に入射させ、この欠陥９１からの反射エ
コーを受信用探触子８５の振動子群８４で受信する（ピ
ッチキャッチ法）。受信された信号は前記実施例と同様
の処理を施され、表示器にて８スコープ像、Ｂスコープ
透？ｆ１ｍおよびＣスコープ透視像として表示される。

したがって、この実施例においても、探触子８３．８５
の振動子群８２．８４を探触子の行および列方向に電子
的に選択することにより深山を行なうことから機械的走
査を行なう必要がない。

したがって、前記実施例と同様に探傷精度を向上させる
ことができる。

また、この実施例では一対の探触子をウェッブ８７を挟
んだハブ８９面一トに載置し、ピッチ４ヤツナ法を適用
して探傷を行なうことから、ハブ８９面下の欠陥のみな
らず１ウエツブ８７下の欠陥をも深山することができる
。

（発明の効果）以上のように、この発明に係る超音波探傷装置によれば
、探触子内に超音波を送受信可能とする振動子が格子状
に多数配列され、これら多数の振動子の中から所定方向
に超音波主ビームを発生する振動子群を探触子の行およ
び列方向に順次選択しうるよう構成しＩこことから、探
触子の機械的走査を伴うことなく構造物の内部に発生し
た欠陥の端部位置、深ざおにびプロフィールを＾精度に
測定することができるという効果を奏−りる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る超音波探傷装置の一実施例を示
すブロック線図、第２図はこの実施例の探触子を承り図
、第３図はタービンディスクの軸に垂直な任意の断面に
おいて振動子群から送信される超音波ビームを示す図、
第４図は振動子群の＝　１８− 各位置におりる欠陥端部工］−の波形を示す図、第５図
（Ａ）、（Ｂ）は欠陥端部およびコーナ１ｉ′！置を定
めるための説明図、第６図（Ａ）、（Ｆ３）、（Ｃ）　
＃Ｊ表示器に表示されるそれぞれＢスコープ像、Ｂスコ
ープ透視像、Ｃス」−プ像を示寸図、第７図はこの発明
に係る超音波深山装置の他の実施例の探触子を示１図、
第８図、第９図および第１１図はイれぞれ従来の超音波
探傷装置を示寸図、第１０図は第９図のＴコー波形を示
すグラフ、第１２図は第１１図の従来例のＪコー波形を
示すグラフである。４１・・・超音波探（セ装間、４３・・・アレイ型探触
子、４５・・・振勅子、４７・・・タービンディスクの
ハブ、５１・・・バルサ群、５３・・・レシーバ群、５
５・・・送信用ディレィタイムコン１−ローラ、５７・
・・受信用ディレィタイムコントローラ、５９・・・制
御用マイクロコンビコーター、６１・・・ピーク振幅も
１測回路、６２・・・欠陥、６３・・・ビーム路程ｈ１
測回路、６４・・・底面、６５・・・データ処理用マイ
クロコンピコーター、７１・・・色π器。第２図（ｐ＠ｑ）イｔＭＩＪ第３図第４図第７図第８図第９図第１０図ヒ”−ムｘ８４呈第１１図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】１、構造物外部に探触子を当接させ、この探触子から構
造物内部へ超音波を送受信させて、構造物内部に発生し
た欠陥を探傷する超音波探傷装置において、上記探触子
内に超音波を送受信可能とする振動子が格子状に多数配
列され、これら多数の振動子の中から所定方向に超音波
主ビームを発生する振動子群を前記探触子の行方向およ
び列方向に順次選択しうるように構成したことを特徴と
する超音波探傷装置。２、探触子は一対設置され、各探触子内の対応する振動
子群を用いて超音波の送受信が行なわれる特許請求の範
囲第１項記載の超音波探傷装置。