JPS62291560A

JPS62291560A - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JPS62291560A
Application number: JP61135169A
Authority: JP
Inventors: Kuniharu Uchida; 内田　邦治; Hideshi Iwasa; 英志岩佐
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-06-11
Filing date: 1986-06-11
Publication date: 1987-12-18

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】３、発明の詳細な説明［発明の目的１〈産業上の利用分野）本発明は、たとえば回転電機としてタービン発電機のロ
ータのコイル飛出し防止に使用しているアルミ榛の肩コ
ーナ部に生じる疲労き裂を超音波探傷法で検出する装置
に関するものである。

〈従来の記述）タービン発電機ロータに挿入されるアルミ喫は、ロータ
回転中にロータコイルの飛出しを防止する役割りを有し
ているが、このため撲には高い荷重が作用する。また、
この壱は￥ＩｒｒＬの長さをもつローターに高度の寸法
精度を持って挿入されるが、アルミ材であるため模式図
が傷付きゃすく、これらの傷が超音波探傷時の反射源と
もなり１りる。

第４図は、従来実施されている超音波探１亀法の例を示
すものであり、アルミ喫１はロータティース部２の間に
挿入され、コイル部３がロータ回転中に飛出さないよう
押えている。ここで、一般に、アルミ模１がロータに挿
入された状態で横１の肩コーナ部４に疲労き裂が生じて
いるか否かの判定ならびに、疲労き裂の道展深さを測定
する必要がある。このため、従来は櫟の表面５に斜角探
触子６を配置し、屑コーナ部４からの反射エコーを検出
して、所定のエコーレベルより高いエコーが生じる場合
に、疲労き裂が発生している疑いが濃いと判定している
。

これらの検査によって、疲労き裂発生の疑いが濃い場合
には、ロータ端部に焼ばめされている、リングを分解除
去することにより、前記模を引扱きの後染色浸透探傷試
験によって、疲労き裂の発生を確認している。

以上の如く、検層コーナ部に、疲労き裂の発生の有無を
判断する方法として、所定のエコーレベルより高いエコ
ーが生じるか否かによって判定しているが、一般にエコ
ーレベルは、使用する探触子の性能ならびに、探触子と
接材の接触状況すなわち音響的結合状態によって大きく
左右される。

したがって、検査員による人為的なバラツキ、および探
傷条件などによって、判定が異なることも考えられ、誤
ってロータ端部のリングを分解除去する畏れもある。

また、前記したように、楔材が軟らかいため、襖挿入時
に肩コーナ部に引掻き傷を生じ、超音波ビームの疑似エ
コーとなり、誤った判定を下すことも考えられる。

（発明が解決しようとする問題点）このように、回転電機のロータティース間に挿入された
模の肩コーナ部を、従来の超音波探傷装置で探傷すると
、検査員の人的影響により探傷結果が大きく異なり、ま
た喫の材質等により探傷結果が大きく異なるものとなり
、信頼性の低い探（舞とならざるを得なかった。

そこで本発明の目的は、検査員のような人的影響が少な
く、楔材の表面状況ならびに探傷用は器の影響によって
誤った判断をしない超音波探傷装置を提供することにあ
る。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は上記問題点を解決し且つ目的を達成するために
次のような手段を講じたことを特徴としている。すなわ
ち、櫟の外表面における肩コーナ部の直上に対応した位
置に配置され縦波超音波を上記肩コーナ部近傍に送波す
る垂直縦波超音波探触子と、上記喫の外表面に配置され
上記送波縦波超音波に基づく反射超音波を受波する斜角
横波超音波探触子と、上記ロータティース又は上記模の
外表面に配置され上記垂直縦波超音波探触子を固定する
と共に上記斜角横波超音波探触子を同一直線上の異なる
位置に移動する走査機構と、上記垂直縦波超音波探触子
と上記斜角横波超音波探触子との相互の位置情報を検出
する位置検出手段と、上記垂直縦波超音波探触子に助成
信号を与えると共に上記斜角横波超音波探触子からの受
波信号の信号レベル及び伝搬時間と上記位置検出手段に
よる位置情報とに基づき上記肩コーナ部の探（見データ
を解析する装置本体とを具備したことを特徴とする。

（作　用）以上のように構成されたものにおいて、第２図（ａ　）
　　（ｂ　）に示すように、縦波の超音波ビーム３０は
襖の肩コーナ部１４に入射され、第２図（ａ）に示すよ
うに、疲労き裂状の鋭い先端を有する欠陥２０は散乱波
３１を生じやすく、このうちの横波成分が模表面１５で
検出される。一方、第２図（ｂ）に示すように、引掻き
傷のように先端が若干とも丸みを帯びた欠陥２１ではコ
ーナー反射波３２成分が多く先端部での散乱波が生じに
くい。したがって、き裂先端での横波の発生も生じ難く
なる。

この効果によって、楔表面に送波用の垂直探触子と受波
用斜角探触子を配置することにより、き裂状の欠陥の方
が、丸みを帯びた欠陥より高レベルの横波散乱波を生じ
、疲労き裂の検出に対する確実さが向上する。

また、第３図（ａ　）に示すように送波用の垂直探触子
位置Ｔ点と受波用の斜角探触子位置８点の相互の位置関
係と、垂直探触子から超音波ビームが送波されてから斜
角探触子で受波されるまでの超音波ビーム路程時間とを
少なくとも２個所以上の受波用探触子位置で測定するこ
とにより、第３図（ｂ　）　　（Ｃ）に示す特性に基づ
いて櫟林の縦波音速ＯＬおよび横波音速ＣＴを知って容
易にき裂先端位置を推定することができる。

したがって、推定されたき裂先端位置から、欠陥が櫟の
肩コーナ部から生じたものか、又は、櫟挿入時の傷によ
るものかの判定が容易に実施できる。

また、以上の作用において、走査曙構によれば、送波用
探触子は櫟の表面上に固定されたまま、受波用探触子を
送波用探触子に向って前後走査されるため、第３図に示
した幾何学的関係を十分満足しつつデータを収集するこ
とができる。

なお、送波探触子と受波探触子の間隔ａと、受波探触子
で受波された超音波ビームのエコーレベルとビーム路程
、すなわちビーム伝播時間Ｔとは装置本体内に入力され
、内蔵されたプログラムに従い幾何学的関係から欠陥位
置を演算推定するものである。

（実施例）以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例における超音波探傷装置の構
成図である。第１図において、アルミ襖１１の表面１５
に垂直縦波探触子１６を送波用探触子として、アルミ櫟
１１の肩コーナ部１４の疲労き裂発生を探傷する部分の
直上に配置する。また、受波用探触子１７として横波斜
角探触子を受波の主ビーム方向が、肩コーナ部１４と直
交し、かつ、送波用探触子１６からのビームと交差する
ように、アルミ横１１の表面１５上に配置している。こ
こで、送波用探触子１６および受波用探触子１７はバネ
機構で構成された探触子保持具２２により保持されるも
のであるが、送波用探触子１６は所定の位置に固定して
配置され、受波用探触子１７は送波用探触子位置方向へ
前後走査されるよう、マグネット２３を両端に有してい
る。

ここで、受波用探触子１７の前後走査はガイド２４に沿
って実施されるが、受波用探触子１７の動きに伴い、受
波用探触子１７と送波用探触子１６の間隔を計測するポ
テンショメータ２５が走査ガイド２４に付けられている
。

また、前記したマグネット２３は、強磁性体であるロー
タの表面に取付けられるものである。

一方、第３図は、本発明の実施例として、受波用探触子
１７で受波された信号の処理法を説明するものである。

すなわち、受渡用探触子１７を少くとも２個所以上の点
に配置し、その時の送波用探触子との距離をａｌとし、
超音波ビーム伝播時間をｔ↓とすれば、Ｌ＝１とｔ＝２
の２点での測定値から下式によって、欠陥先端Ａの位［
Ａ１２を求めることができる。

すなわち、超音波送波点Ｔから欠陥先端までの距離をＸ
とし、また、受波用探触子が１の点の時の欠陥先端から
超音波受波点Ｒ１までの距離をｙｌ、送受波探触子間距
離をａｌ、ビーム伝播時間をＴ１とすれば下式が成立す
る。

Ｘ／　ＯＬ　　＋　Ｖｉ　　／　ＣＴ　　−ＴｔＶｔ　
　２−ａｓ　　”　　＋Ｘ２−２ａＩ　　Ｘ　　Ｃ０５
（Ｚただし、ＣＬおよび０丁は縦波および横波音速同様
に受波用探触子位置を２の点におけばＸ　／　ＣＬ　＋
　Ｖ　２　／　ＣＴ　−Ｔ　２”１／２２−ａ２２＋Ｘ
２−２ａ２Ｘ　ＣＯ８αが成立し、未知数がｘ、ｙｔ、
ｙ２．αであることから容易にＸ、Ｖｔ　、Ｖ２を求め
ることができ、欠陥先端部１２Ａ１２を知ることができ
る。

また、欠陥先端Ａの（ｉ２置をより高精度に求めるため
には、さらにデータ測定点を増すとともに、欠陥エコー
の高さを計測することにより、第４図に示すように探触
子位置ｚ＝ｊと、−ｋから得られる欠陥先端部Ａの推定
位＠　Ａ　ｊｋの各々について得られる平均的エコーレ
ベル（Ｐｊ　＋Ｐｋ　）　／２の最大となる位置を高信
頼度の欠陥先端位置Ａを推定できる。

したがって、第１図に示した信号処理器１８は以上の演
算を実施するものであるが、もちろん通常超音波受信号
の処理方法でよく知られているように、所定のビーム路
程範囲にゲートを設定したり、不必要な低エコーレベル
の信号を除去するためのディスクリレベルの設定により
、処理すべき信号の情報量を低減し、信号処理スピード
を向上させることもできる。

以上の本実施例の作用効果をまとめると次のように列挙
される。

■　疲労き裂の生じやすい模の肩コーナ部に縦波超音波
を入射しているため、疲労き裂状の欠陥先端部では超音
波散乱を生じやすく、引掻き傷状の滑らかな欠陥先端部
では超音波散乱を生じにくいことから、き裂状欠陥の生
じている場合にだけ、横波斜角探触子による高レベルの
エコーが検出されるため、疲労き裂発生の有無を容易に
識別できる。

■　受渡用探触子を走査させ、複数点で受波することに
より、欠陥先端部を演算推定できるため、欠陥先端位置
から疲労き袋端であるか挿入時の傷であるか否かを判定
する精度がさらに向上する。

■　送波用探触子を固定し、受波用探触子を走査する探
触子保持具が、容易にロータ表面に取付け、取はずしで
きるため探傷時間が短縮されろものである。

■　アルミ梗の肩コーナ部に疲労き裂が生じているか否
かを高精度に判定、評価し得るものであるから、ロータ
端部の焼ばめリングを取りはずして櫟を引き扱いて確認
する作業を除去できる。

以上、説明した実施例においては、縦波を送波し横波で
受波しているが、もちろん縦波送波を縦波斜角探触子で
受波しても類似の効果が得られる。

また、本実施例では、受波用探触子は手動で走査する場
合について示したが、もちろんモーター駆動等による自
動走査によっても、本発明の効果が得られる。

さらに、アルミ模の両側の肩コーナ部を同時に探信する
ために、二対もしくはそれ以上の送波用探触子と受波用
探触子の組を配置して探傷する場合も本発明に含まれる
ものである。

なお、本実施例では、受波用の斜角探触子の屈折角を特
に定めなかったが、探触子の走査範囲があれば、特に特
定する必要はない。これは、欠陥端の散乱エコーを検出
しているためであり、あらゆる受波角度について本発明
の範囲に含まれるものである。

［発明の効果］以上詳述したように本発明は、櫟の外表面にあける肩コ
ーナ部の直上に対応した位置に配置され縦波超音波を上
記肩コーナ部近傍に送波する垂直縦波超音波探触子と、
上記撲の外表面に配置され上記送波縦波超音波に基づく
反射超音波を受波する斜角横波超音波探触子と、上記ロ
ータティース又は上記撲の外表面に配置され上記垂直縦
波超音波探触子を固定すると共に上記斜角横波超音波探
触子を同一直線上の異なる位置に移動する走査機構と、
上記垂直縦波超音波探触子と上記斜角横波超音波探触子
との相互の位置情報を検出する位置検出手段と、上記垂
直縦波超音波探触子に励振信号を与えると共に上記斜角
横波超音波探触子からの受波信号の信号レベル及び伝搬
時間と上記位置検出手段による位置情報とに基づき上記
肩口−ナ部の探傷データを解析する装置本体とを具備し
た構成である。

従って、上記垂直縦波超音波探触子を固定したまま上記
斜角横波超音波探触子を同一直線上の異なる位置に移動
することにより、異なる位置での受波信号が得られ、こ
の受信信号それぞれのレベル及び伝搬時間と位置情報と
が得られることから、これらを解析することにより上記
肩コーナ部を高ｎ度に探傷し得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる超音波探傷装置の一実施例の構
成を示す図、第２図は本発明の探傷方法の特徴を示す図
、第３図は本発明の探１法において欠陥先端部位置の推
定法を示す図、第４図は従来例を示す図である。１・・・アルミ模、２・・・ロータティース部、３・・
・コイル部、４・・・肩コーナ部、５・・・櫟表面、６
・・・斜角探触子、１１・・・アルミ楔、１４・・・肩
コーナ部、１５・・・楔表面、１６・・・送波用探触子
、１７・・・受渡用探触子、１８・・・超音波探傷器、
１９・・・信号処理器、２０・・・き裂性の欠陥、２１
・・・引掻き偏性の欠陥、２２・・・探触子保持具、２
３・・・マグネット、２４・・・ガイド棒、２５・・・
ポテンショメータ、３０・・・縦波送波ビーム、３１・
・・散乱波、３２・・・コーナー反射波。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図（ａ）　　　　　　（ｂ）第２図受波探触子位置　　　　　　演算探触子位置組合せ（ｂ
）　　　　　　　　　（Ｃ）第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

回転電機のロータティース間に挿入された楔の肩コーナ
部を超音波を用いて探傷する超音波探傷装置において、
上記楔の外表面における肩コーナ部の直上に対応した位
置に配置され縦波超音波を上記肩コーナ部近傍に送波す
る垂直縦波超音波探触子と、上記楔の外表面に配置され
上記送波縦波超音波に基づく反射超音波を受波する斜角
横波超音波探触子と、上記ロータティース又は上記楔の
外表面に配置され上記垂直縦波超音波探触子を固定する
と共に上記斜角横波超音波探触子を同一直線上の異なる
位置に移動する走査機構と、上記垂直縦波超音波探触子
と上記斜角横波超音波探触子との相互の位置情報を検出
する位置検出手段と、上記垂直縦波超音波探触子に励振
信号を与えると共に上記斜角横波超音波探触子からの受
波信号の信号レベル及び伝搬時間と上記位置検出手段に
よる位置情報とに基づき上記肩コーナ部の探傷データを
解析する装置本体とを具備したことを特徴とする超音波
探傷装置。