(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭頂部が軸心に直角な平面になっているボルト頭部の平面に探触子を押し当てて探触子からの超音波ビームをボルト内に投入し、その反射ビームを受信して欠陥を検出するボルトの欠陥検査用超音波探傷器であって、前記ボルト頭部に嵌合する嵌合孔と連通する同心の円形孔とを有するガイドと、該ガイドの円形孔よりも小径の探触子を備え、前記ガイドをボルト頭部に嵌めこみ、前記探触子を前記円形孔の内面に当接させながら移動してボルト内に超音波ビームを投入し、前記超音波ビームの絞り位置から円錐状に広がる超音波ビームの周縁部がボルト歯底部の欠陥に到達するように、超音波の周波数を調節して前記超音波ビームの絞り位置を調節できるようになっていることを特徴とするボルトの欠陥検査用超音波探傷器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タービンノズル取付部のボルトの欠陥検査用超音波探傷器に係り、特に液体酸素ターボポンプのタービンノズル取付部に使用される１２ポイントボルトの欠陥検査用超音波探傷器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探傷器は、超音波ビームを探触子から被検査金属体に投入し、欠陥からの反射ビームを受信して欠陥を検出するものである。被検査金属体に投入されたビームは、質点の振動として被検査金属体内部に伝わり、被検査金属体内部に欠陥などがあると振動エネルギの減少反射などが探触子に受信される。この反射ビームから欠陥の大きさ、位置などを検出する。
【０００３】
図８は垂直超音波探傷の原理を示す図である。
図において、ａは超音波探傷器の探触子で、内部に振動子を有している。ｂは超音波ビーム発振器、ｃは受信器、ｄは指示器である。ｅは被検査金属体であり、ｆは被検査金属体内部の欠陥である。
【０００４】
超音波探傷器の探触子ａを被検査金属体ｅの表面に当てて超音波ビーム発振器ｂから発信した超音波ビームｇを被検査金属体ｅ内部に投入すると、投入された音波は質点の振動として被検査金属体ｅ内部に伝わり欠陥ｆから振動エネルギの減少反射などが探触子ａをへて受信器ｃに受信される。受信されたビームは増幅器で増幅されるが、この反射ビームから欠陥の大きさ、位置などを検出する。
【０００５】
超音波ビームは、被検査金属体の内部に投入すると探触子の表面より一定の位置（深さ）で最小に絞られた後、ほぼ等しい角度で広がって進行する性質を有する。
【０００６】
液体酸素ターボポンプのタービンノズル１０は、図２に示すように、タービンケーシング８にタービンノズル支持部材９を介して１２ポイントボルト３によって取り付けられている。この１２ポイントボルト頭部３ａは、タービンノズル支持部材９の外面よりも突出しないようにタービンノズル支持部材９の座ぐり穴９ｂ内に収納されている。ターボポンプの稼働中、このボルト３に欠陥（クラック）が発生することがあるが、このクラックは、通常、ネジ部３ｃの中間に発生する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボルトを取付部から取り外して単品にすればボルトに発生したクラックを検出することはできるが、ボルトの表面には、通常、銀メッキが施されているので、仮に単品にしてもボルトの表面から内部に発生したクラックを検出するのはむずかしい。特にボルトを締め付けたままの状態でクラックを検出することはできないなどの問題がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するために創案されたもので、ボルトをタービンノズルに締め付けたままの状態でボルトに発生したクラックを検出するようにしたボルトの欠陥検査用超音波探傷器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ボルト頭部に探触子を押し当てて探触子から超音波ビームをボルト内に投入し、その反射ビームを受信して欠陥を検出するボルトの欠陥検査用超音波探傷器であって、前記ボルト頭部に嵌合する嵌合孔と該嵌合孔と連通する同心の円形孔とを有するガイドと、前記ボルト頭部の外径よりも小径の探触子を備え、前記ガイドをボルト頭部に嵌め込み、前記探触子を前記円形孔の内面に当接させながらボルト内に超音波ビームを投入するようにしたボルトの欠陥検査用超音波探傷器が提供される。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記超音波ビームの周縁部をボルト歯底部に到達させて欠陥を検出する。
【００１１】
次に本発明の作用について説明する。
ボルトの欠陥検査用超音波探傷器の探触子の先端をボルト頭部の外径よりも小さく形成する。検査をするときは、ボルト頭部にガイドを嵌め込む。探触子を締め付けた状態のボルト頭部に押し当て、探触子先端をガイドの円形孔の内面に当接させながら一周させる。探触子から超音波ビームをボルト内に投入し、ボルト内のクラックからの反射ビームを受信してクラックを検出する。超音波ビームは、探触子の表面より一定の位置（深さ）で最小に絞られた後、ほぼ等しい角度で広がって進行する性質を有するので、超音波ビームの絞り位置を調節して絞り位置から円錐状に広がる超音波ビームの周縁部が欠陥の発生しやすい箇所の歯底部に到達するようにすることができる。また、探触子先端をガイドに沿わせて一周させるので、探触子を安定して運行することができ、検査の安定化と効率化を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は本発明のボルトの欠陥検査用超音波探触器の側面図である。図２はボルト頭部にガイドを嵌め込んだ状態を示す図である。図３はボルトとガイドと探触子の組み合わせ状態を示す概略図である。図４は探触子からボルト内に超音波ビームを投入した状態を示す図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【００１３】
図において、１はボルトの欠陥検査用超音波探触器で、ボルト３のボルト頭部３ａに探触子２を押し当てて探触子２から超音波ビーム７をボルト３内に投入し、その反射ビームを受信して欠陥６を検出する。超音波探触器１は、ボルト頭部３ａに嵌合する嵌合孔５ｂとこの嵌合孔５ｂと連通する同心の円形孔５ａとを有するガイド５と、ボルト頭部３ａの外径より小径の探触子２を備え、ガイド５をボルト頭部３ａに嵌め込み、探触子２を円形孔５ａの内面に当接させながらボルト３内に超音波ビーム７を投入し、超音波ビーム７の周縁部をボルト歯底部に到達させて欠陥を検出するようにしている。
【００１４】
ボルトの欠陥検査用超音波探触器１は、その把手１ａの先端に探触子２を有し、探触子２内に振動子２ａを配設している。４は把手１ａの後端に設けられたケーブルで、他端は図示しない超音波探触装置の発振器および受信機に接続されている（図１，図３）。
【００１５】
ボルト３はインコネル製の１２ポイントボルトである。３ａはボルト３の頭部（１２ポイント）であり、３ｂはフランジ、３ｃはネジ部である（図２，図３，図４）。
【００１６】
５ｃはガイド５の把手である（図２，図３）。
【００１７】
タービンノズル１０は、前記のようにタービンケーシング８にタービンノズル支持部材９を介してボルト３によって取り付けられている。８ａはタービンケーシング８のネジ穴である。９ａはタービンノズル支持部材９のボルト孔であり、９ｂは座ぐり穴である。１１は動翼である。
【００１８】
６はボルト３のネジ部３ｃの中間（ボルト歯底部）に発生したクラックである（図４（Ａ），（Ｂ））。なお、図４（Ｂ）に示すｍはクラック６の長さであり、ｎはクラック６の深さである。
【００１９】
超音波ビーム７は、図示しない超音波ビーム発振器により加えられた電圧により振動子２ａが振動して発生する。図４に示すように、探触子２の振動子２ａの表面より一定の位置（深さ）７ａで最小に絞られた後、ほぼ等しい角度で広がって進行する。
【００２０】
次に実施形態に基づく作用について説明する。
ボルト３の欠陥検査用超音波探傷器１の探触子２の先端をボルト頭部３ａの外径よりも小さく形成する。検査をするときは、ボルト頭部３ａにガイド５を嵌め込む。探触子２を締め付けた状態のボルト頭部３ａに押し当て、探触子２先端をガイド５の円形孔５ａの内面に当接させながら一周させる。探触子２から超音波ビーム７をボルト３内に投入し、ボルト３内のクラック６からの反射ビームを受信してクラック６を検出する。超音波ビーム７は、探触子２の表面より一定の位置（深さ）で最小に絞られた後、ほぼ等しい角度で広がって進行する性質を有するので、超音波ビーム７の絞り位置７ａを調節して絞り位置７ａから円錐状に広がる超音波ビーム７の周縁部がクラック６の発生しやすい箇所の歯底部に到達するようにすることができる。また、探触子２先端をガイド５に沿わせて一周させるので、探触子２を安定して運行することができ、検査の安定化と効率化を図ることができる。
【００２１】
【実施例】
次に本発明の試験結果について説明する。
図５は反射ビームを受信器で受信したエコーを示す図で、ボルト頭部３ａにガイド５を嵌め込み、振動子２ａの径を３．０ｍｍとし、探触子の径を４．５ｍｍとした探触子２をボルト頭部３ａに押し当て、周波数１５．０ＭＨｚの超音波ビーム７をボルト３内に投入し、ボルト３内のクラック６からの反射ビームを受信してクラック６を検出したものである。
【００２２】
図において、Ｌ１およびＬ２は、図４に示すボルト３の長さＬ１およびＬ２に対応する寸法である。Ｌ１の波形はボルト頭部３ａおよびフランジ３ｂの部分の波形であり、Ｌ２の波形はネジ部３ｃの部分の波形である。このＬ２の波形中、上方に突出した部分の波形がクラック６の発生した個所である。
【００２３】
本発明者らは、超音波ビームの絞り位置を調節して絞り位置から円錐状に広がる超音波ビームの周縁部がクラックの発生しやすい個所の歯底部に到達するようにするため、次の条件で制御するようにした。
超音波ビームの絞り位置は、近距離音場限界距離（Ｎｏ）と呼んでいるが、Ｎｏは次の式で与えられる。
【００２４】
Ｎｏ＝Ｄ2 ｆ／４Ｃ
Ｄ：探触子振動子の直径，ｆ：周波数，Ｃ：音速
これに実際の数値をあてはめると、
Ｎｏ＝３．１７５2 ×１５×106 ／４×６×106 ＝６．３ｍｍ
したがって、探触子２から絞り部７ａまでの距離は６．３ｍｍであり、絞り部７ａからクラック６の発生した個所までの距離は１０ｍｍである。
【００２５】
図６および図７は、次の（１），（２）の条件で行った試験の人工欠陥よりのエコーを示す図である。
図６は（１）の径９．７ｍｍの検査用感度試験片（ボルト）フランジのネジ側面から約１１ｍｍの歯底部に、放電加工により長さ１．５０ｍｍ，深さ０．５ｍｍ，幅０．０７ｍｍのスリット（人工欠陥）を設け、探触子の先端の径が４．５ｍｍで、径が３．０ｍｍの振動子を有する超音波探触子を用い、超音波ビームの周波数１５ＭＨｚにより人工欠陥よりのエコーを確認したもので、ａは人工欠陥よりのエコーである。
【００２６】
図７は（２）の径９．７ｍｍの検査用感度試験片（ボルト）フランジのネジ側面から約１１ｍｍの歯底部に、放電加工により長さ０．７５ｍｍ，深さ０．３ｍｍ，幅０．０７ｍｍのスリット（人工欠陥）を設け、探触子の先端の径が４．５ｍｍで、径が３．０ｍｍの振動子を有する超音波探触子を用い、超音波ビームの周波数１５ＭＨｚにより人工欠陥よりのエコーを確認したもので、ａは人工欠陥よりのエコーである。
【００２７】
この試験結果から、ボルト頭部からボルト内に超音波ビームを投入することによってボルトネジ部の中間に発生した欠陥を検知できることが確認できた。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２９】
【発明の効果】
上述した本発明のボルトの欠陥検査用超音波探傷器によれば、ボルトをタービンノズルに締め付けたままの状態でボルトに発生したクラックを検出することができ、かつ、探触子をガイドにより運行するので、検査の安定化と効率化を図ることができるなどの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のボルトの欠陥検査用超音波探傷器の側面図である。
【図２】ボルト頭部にガイドを嵌め込んだ状態を示す図である。
【図３】ボルトとガイドと探触子の組み合わせ状態を示す概略図である。
【図４】（Ａ）は探触子からボルト内に超音波ビームを投入した状態を示す図で、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図５】反射ビームを受信器で受信したエコーを示す図である。
【図６】人工欠陥よりのエコーを示す図である。
【図７】人工欠陥よりのエコーを示す図である。
【図８】垂直超音波探傷の原理を示す図である。
【符号の説明】
１  超音波探傷器
１ａ  把手
２  探触子
２ａ  振動子
３  ボルト
４  ケーブル
５  ガイド
５ａ  円形孔
５ｂ  嵌合孔
６  欠陥（クラック）
７  超音波ビーム
８  タービンケーシング
９  タービンノズル支持部材
１０  タービンノズル
１１  動翼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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