JPS6365362A - 超音波深傷装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、タービン発電機ロータのコイル端部
に焼ばめで設けられる保持環のような被探傷体の超音波
探傷装置に関する。

（従来の技術） 一般に、タービン発電機ロータのコイル端部に焼ばめさ
れた保持環は、ロータの軸方向の移動を位置規制するた
めのものであり、これは、非磁性体の材料で冷間拡管手
段で製造されるため、その材料組織は粗大化した金属結
晶粒を組成している。

又、上記ロータのコイル端部に焼ばめされる保持環は、
ロータの高速回転に什い、回転中に応力歪割れ（亀裂）
を生じて破損したり、脱落しないために、焼ばめ終了後
、非破壊検出Ｔ段として超音波探傷手段か採用されてい
る。

既に提案されているこの種の超音波探傷手段は、第９図
に示されるように、例えば、ロータのコイル端部に一体
的に設けられた凹凸部ａｌを形成した短絡環ａの外がわ
に焼ばめされた保持環としての被探傷体（試験体ともい
う）ｂの内周面ｂ１の近傍に生じた応力腐蝕割れによる
亀裂Ｃを非破壊試験による超音波探傷するとき、超音波
発振子とこれを受波する超音波受波子とを内蔵した超音
波探触子ｄをに記披探傷体Ｃに接触移動させると共に、
１ユ記超音波発振子から接触角に対して約３５°〜４５
°稈度（経験値）の傾斜角度αで超音波ビームｅを発振
し、この超音波ビームｅを上記超音波受波子で受波し、
これによって、第１０図のグラフに示されるように、被
探傷体すを組成する材料組織のノイズエコー（エコー波
）βヲ受波する。しかして、この受波されたエコー波β
は、図示されない超音波探傷分析装置で上記被探傷体す
の亀裂Ｃを探傷検出するようになっている。

即ち、第９図及び第１０図のグラフに示されるように、
上記超波ビームｅの探傷路上に亀裂部Ｃを探傷すると、
上記超音波受波子は、エコー波βのエコー高さを異にし
た異常波β１を受波し、これによって、経験的に亀裂部
Ｃと判断している。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した超音波探傷手段は、探傷時に生
じる雑音エコーに加え、焼ばめされた被探傷体すの内周
面ｂ１の接触圧の高い部位で音響インピーダンスの不連
続を生じる。特に、前記短絡環ａにおける凹凸部ａ　の
角隅部ａ。で反射しま た超音波ビームｅを受波した超音波受波子は、疑似エコ
ーを受波し、あたかも、亀裂部Ｃの異常波β１と混同誤
認するおそれがある。

特に、上述した超音波探傷手段は、超音波の減衰や材料
組織によるノイズエコーに妨げられて、上記被探傷体す
の内周面ｂ１に生じる数ミリ以下の亀裂Ｃを正確に検出
することは、熟練を要し、探傷検査の信頼性に問題があ
る。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、超音波の減衰をすくなくし、ｌ１組織によるノイズエ
コーを低減させると共に、疑似エコーを解消し、超音波
探傷精度及び信頼性の向りを図ることを目的とする超音
波探傷装置を提供するものである。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段とその作用）本発明は、
焼ばめして一体的に構成されたリング状の被探傷体を縦
波モードで非破壊探傷する超音波探傷装置において、上
記被探傷体の外周に複数の振動発振子を内蔵したアレイ
型超音波探触子を接触して設け、このアレイ型超音波探
触子からの超音波ビームを上記被探傷体の内周面の接線
方向へ発振し、この接線方向に位置する上記内周面の接
線部の直−にに位置する上記被探傷体の外がわに垂直探
触子を接触して配設し、上記アレイ型超音波探触子から
発振される超音波ビームを上記接線部の直上に位置する
垂直探触子で受波し、探傷時の疑似エコーを解消して超
音波探傷精度の向上を図るようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明を、タービン発電機ロータのコイル端部に
焼ばめして設けられる保持環のような被探傷体に適用し
た図示の一実施例について説明する。

第１図乃至第４図において、符号Ｗは、例えば、ロータ
のコイル端部に一体的に設けられた凹凸部ａ１を形成し
た短絡環ａの外がわに焼ばめされた保持環による被探傷
体であって、この被探傷体Ｗの内周面Ｗ　の近傍には、
応力腐蝕割れによる亀裂Ｗ　が生じたものと仮定する。

又、１−２彼探傷体Ｗの外周Ｗｂがわには、リング状を
なす案内部材１が一時的に図示されないブラケットで固
定されており、上記案内部材１には、一対の軸受２゜３
を備えた各ブラケット２ａ、３ａが嵌装されている。さ
らに、この一方のブラケット２ａにはアレイ型超音波探
触子４が腕杆５を介して上記被探傷体Ｗの外周Ｗｂに接
して設けられており、このアレイ型超音波探触子４は駒
形に形成されたアクリルシュー４ａの背面に複数の撮動
発振Ｆ４ｂを列設して構成したものであり、このアレイ
型超音波探触子４から発振される超音波ビームｂは、ｌ
、２被探傷体Ｗの内周面Ｗ　の接線方向へ発振し得るよ
うになっている（第２図参照）。

一方、１ユ記両軸受２，３にはボールねじ６が螺装され
ており、このボールねじ６の一端部には、パルスモータ
７が連結されている。又、上記ボールねじ６には、送り
ナツト８が螺装されており、この送りナツト８には、こ
れに直交して調整送り杆９か嵌装されている。さらに、
この調整送り杆９の基部には、スライド部材１０が」―
起案内部材１に緩く軸装されており、このスライド部材
１０には、垂直探触子１１が伸張性のコイルばね１２を
介して取付けられており、この垂直探触子１１は、前記
被探傷体Ｗの外周面Ｗｂに上記コイルばね１２の弾力で
接触するようになっている。

特に、上記垂直探触子１１は、上記超音波ビームＢが上
記被探傷体Ｗの内周面Ｗ　の接線方向へ発振したとき、
この接線方向に位置する上記内周面Ｗ　の接線部Ｗ、の
直上に位置する上記被探傷体Ｗの外周面ｗｂに接触し、
上記パルスモータ７を駆動することにより調整されてい
る。即ち、このパルスモータ７を駆動することにより、
これに連絡したボールねじ６が回転し、これに螺合した
送りナツト８を右方又は左方へ移動し、この送りナツト
８に軸装された調整送り杆９と一体のスライド部材１０
を介して上記垂直探触子１１を移動し、上記アレイ型超
音波探触子４からの超音波ビームＢを上記垂直探触子１
１で略直角に受波するようになっている。

他方、第４図に示されるように、上記アレイ型超音波探
触子４には、パルサー設定器１３がパルサー１４を介し
て接続されており、このパルサー設定器１３には、記録
表示器（記録表示部）１５を備えたコンピュータ（制御
装置又は中央処理装置）１６が接続されている。又、こ
のコンピュータ１６には、上記パルスモータ７を駆動制
御する駆動制御器１７、信号処理器１８及びデータメモ
リー１９がそれぞれ接続されており、この信号処理器１
８には、前記垂直探触子１１が受波した超音波ビームＢ
を増幅器２０を通して受波し、これを上記データメモリ
ー１９へ送信し得るようになっている。

以下、本発明の作用について説明する。

本発明に使用される超音波ビームは、超＆波減−’／　
　　− 衰や月料組織に伴う雑音エコーの少ない縦波モードを使
用し、横波モードは適当ではない（第５図（Ａ）、　　
（Ｂ）。又、本発明のアレイ型超音波探触子４のアクリ
ルシュー４ａは、アクリル材で形成することにより、鋼
材への屈折角αの値は、第５図（Ａ）、　　（Ｂ）の各
グラフに示されるように、超音波ビームの往路効率とそ
の復路効率の異なることに着目し、第２図に示されるよ
うに、縦波傾斜角入射時のアクリルシュー４８の屈折角
αを大きくし、他方、垂直探触子１１の縦波受波時の入
射角を小さくしている。

即ち、被探傷体Ｗの亀裂部Ｗ　に効率よく超音波ビーム
Ｂを入射するには、第３図に示されるように、超音波ビ
ームＢの入射角θは、略９０°に近いほど良好である。

又このとき、上記亀裂部Ｗ　からは、超音波散乱波Ｂ′
が生じ、上記垂直探触子１２によって受波される。又、
一方、上記超音波ビームＢは、短絡環ａの凹凸部ａ１の
角隅部に当っても、反射角φを取るため、上記垂直探触
子１２へ受波されず、疑似エコーを生じない。

従って、今、上記垂直探触子１２を、第１図に示される
位置へ移動して、被探傷体Ｗの亀裂部Ｗ　を探傷すると
き、予め、」−記コンピュータ１６からの信号に基づき
、パルサー選定器１３は駆動制御器１７を介してパルス
モータ７を駆動する。これにより、前記ボールねじ６が
同転し、これに螺装された送りナツト８、調整送り杆９
及びスライド部材１０を介して垂直探触子１１は、所定
の位置に設定される。

他方、−に記パルサー選定器１３は、こ＼で選定される
超音波振動子とこれを振動するタイミングを決定し、こ
れを上記パルサー１４を介して前記アレイ型超音波探傷
子４の各振動子４ｂへ出力する。すると、このアレイ型
超音波探傷子４から発振された超音波ビームＢは、上記
被探傷体Ｗの内周面Ｗ　の接線方向へ発振される。しか
して、この接線方向に位置する上記内周面Ｗ　の接線部
Ｗｄの直上に位置する上記垂直探触子１１は、亀裂部Ｗ
　からの超音波散乱波Ｂ′を受渡する。ずると、この垂
直探触子１１は、第４図に示されるように、増幅器２０
、信号処理器１８及びデータメモリー１９を通してコン
ピューター６へ入力し、これを記録表示器１５に表示す
る。

第６図に示されるグラフは、上記垂直探触子１１からの
超音波散乱波Ｂ′の受信号のビーム路稈にゲート範囲を
付加し、ゲート範囲内の最大エコーを検出表示して亀裂
部Ｗ　を表示するようにしたものである。

又、第７図に示されるグラフは、上記垂直探触子１１か
らの超音波散乱波Ｂ′と被探傷体Ｗの内周面Ｗ　の形状
波（形状エコー）Ａを示したものであり、これによって
超音波散乱波Ｂ′による亀裂部Ｗ　の深さ寸法（大きさ
）を検出表示するようにしたものである。

因に、前記アレイ型超音波探傷子４の各振動発振子４ｂ
を励振するタイミングΔＴ、は、下記の数式で与えられ
る（第２図参照）。

ΔＴ　　−（Ωｌｉ　’　ｌ　）／Ｃ１＋（”２ｉ−ρ
２　）　／　Ｃ２ 但し、Ｃ１は、アクリルシュー中の音速を示し、Ｃ２は
、被探傷体中の音速を示す。

こ＼で、 ｇ・−Ｈ−マ〒π【；丁 ｂ−ｃ、、　Ｄ　、、　ａ、　ｃｏｓ（β−βｏ）／〔
（Ｃ１ｆｂなお、ｇ　は１．ｌ？ｌｏ（振動発振子中央
からアク■ リルシューまでの垂直距離）を用い、通常の幾ｒｉｉｌ
学的な関係位置から、βを用いて決定できる。又、ｇ２
及びαは、任意に与えられることから、上記数値は、容
易に演算できる。

又、上記演算では、被探傷体Ｗの径が充分に大きいこと
から、アクリルシュー４ａと被探傷体Ｗの外周面Ｗｂと
は面接触するものとしている。

このようにして、上記タイミング八Ｔ１か決定されるこ
とにより、超音波ビームＢの入射位置が決定されること
から、前記パルサー選定器１３及びコンピュータ１６の
信号を受けて、駆動制御器１７は、パルスモータ７を駆
動し、前述したように、垂直探触子１１を所定の位置へ
移動する。

なお、」二連した実施例は、垂直探触子１１をパルスモ
ーク７で移動するものについて説明したけれども、本発
明の要旨を変更しない範囲内で、例えば、アレイ型超音
波探触子４を可動し得るようにしてもよいこと勿論であ
る。

次に、第８図に示される本発明の他の実施例は、被探傷
体Ｗの外周面Ｗｂに複数の垂直探触子１１ａ、ｌｌｂ、
ｌｌｃ、−１ｉｅを一定のピッ千間隔を存して配設した
ものであって、これによ−）で順に、被探傷体Ｗの内周
面Ｗ　の亀裂（応力腐蝕割れ）を探傷し得るようにした
ものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、焼ばめして一体的に
構成されたリング状の被探傷体を縦波モードで非破壊探
傷する超音波探傷装置において、に記彼探傷体の外周に
複数の振動発振子を内蔵したアレイ型超音波探触子を接
触して設け、このアレイ型超音波探触子からの超音波ビ
ームを１−２彼探傷体の内周面の接線方向へ発振し、こ
の接線方向に位置する上記内周面の接線部の直上に位置
する上記被探傷体の外がわに垂直探触子を接触して配設
しであるので、疑似エコーの発生を解消できると共に、
超音波探傷精度を向上することができるばかりでなく、
取扱い操作も簡単である、９の優れた効果を有するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による超音波探傷装置の斜面図、第２
図は、本発明に組込まれるアレイ型用ｒ１波探触子の作
用を説明するための図、第′う図は、本発明に組込まれ
る垂直探触子の受波作用を説明するための図、第４図は
、本発明の超音波探傷装置を制御する制御装置のブロッ
ク線図、第５図（Ａ）、　　（Ｂ）は、超音波ビームの
屈折角及び往路効率と復路効率との関係を示すグラフ、
第６図は、本発明による超音波ビームとエコー高さとの
関係を示すグラフ、第７図は、本発明によって探傷され
る亀裂等を屈折角とエコー高さとの関係を示すグラフ、
第８図は、本発明の他の実施例を示す図、第９図は、既
に提案されている超音波探傷装置の線図、第１０図は、
超音波ビームによるエコー曲線を示すグラフである。 １・・案内部材、２，３・・・軸受、４・・・アレイ型
超音波探触子、５・・・腕杆、６・・・ボールねじ、７
・・・パルスモータ、８・・・送りナツト、９・・・調
整送り杆、１０・・・スライド部材、１１・・・垂直探
触子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 焼ばめして一体的に構成されたリング状の被探傷体を縦
   波モードで非破壊探傷する超音波探傷装置において、上
   記被探傷体の外周に複数の振動発振子を内蔵したアレイ
   型超音波探触子を接触して設け、このアレイ型超音波探
   触子からの超音波ビームを上記被探傷体の内周面の接線
   方向へ発振し、この接線方向に位置する上記内周面の接
   線部の直上に位置する上記被探傷体の外がわに垂直探触
   子を接触して配設したことを特徴とする超音波探傷装置
   。