異材溶接ロータ用超音波探傷装置
【課題】超音波探触子の水平方向への走査を必要とすることなく超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐこと。
【解決手段】第１の超音波探触子１１（送信探触子）と第２の超音波探触子１２（受信探触子）との組合せによりTOFD法の処理に基づき探傷領域内に含まれる欠陥Ｆの深さ位置を求めると共に、第１の超音波探触子１１（送信探触子）と第３の超音波探触子１３L，１３R（受信探触子）との組合せにより欠陥Ｆの水平方向位置つまり欠陥Ｆの種類を求めるようにしているので、従来構成のように超音波探触子を水平方向に走査する必要がなくなり、充分な走査スペースを確保できない状況においても超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことが可能になる。
【解決手段】第１の超音波探触子１１（送信探触子）と第２の超音波探触子１２（受信探触子）との組合せによりTOFD法の処理に基づき探傷領域内に含まれる欠陥Ｆの深さ位置を求めると共に、第１の超音波探触子１１（送信探触子）と第３の超音波探触子１３L，１３R（受信探触子）との組合せにより欠陥Ｆの水平方向位置つまり欠陥Ｆの種類を求めるようにしているので、従来構成のように超音波探触子を水平方向に走査する必要がなくなり、充分な走査スペースを確保できない状況においても超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことが可能になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる材質の２つの部材を溶接することにより形成された異材溶接ロータの溶接個所を探傷領域とする異材溶接ロータ用超音波探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン発電プラントのタービンロータには、従来から、同一材質で一体成形された大型鍛造品を用いるのが通常であった。このタービンロータの高温部には高温強度が要求されると共に、低温部には靭性が要求されるという条件を同時に満たさなければならないため、特殊材料を用いる必要があった。そして、特殊材料であるが故に、タービンロータの出力容量を一定以上大きくすることはできず、コスト的にも不利なものであった。また、大型鍛造品であるが故に長期の製造期間が必要であった。
【０００３】
ところで近年は、タービンロータに対して出力の大容量化、低コスト化、短納期化等のニーズが高まってきており、このニーズに応えるため、高温部材用及び低温部材用の異なる材質の２つの部材を溶接して形成される異材溶接ロータが次第に用いられつつある。
【０００４】
しかし、異材溶接ロータの溶接個所には、溶接作業の際の不具合等に起因して欠陥が発生することがあり、この欠陥の存在により強度不足などの問題が発生する。そのため、異材溶接ロータに対しては、溶接施工後及び定期的なメンテナンスの際に、超音波探傷等の手法による溶接個所の品質検査を行い、欠陥が発生していないことを確認することが重要になる。
【０００５】
ここで、異材溶接ロータの溶接個所に生じる主な欠陥の種類としては、「ブローホール」や「融合不良」などがある。ブローホールとは、溶接ビード内に発生する球状の空洞で、開先面付近ではなく溶接金属の中央部付近に生じる。一方、融合不良とは、溶接金属と部材との間の境界面同士が充分に溶け合っていないことに起因して発生するもので、開先面付近に生じる。融合不良の発生は、ブローホールの発生よりも溶接強度を低下させてしまうために、溶接個所の欠陥の種類がブローホールであるのか融合不良であるのかは、タービンロータの強度を評価する上で重要な情報となる。したがって、超音波探傷においては、溶接個所の欠陥について、その大きさ（長さ）及び深さ位置の他に、その水平方向位置の情報（開先面付近又は中央部付近のどちらに生じた欠陥か）を得ることが要求される。
【０００６】
図７は、異材溶接ロータの構成、及び超音波探傷における走査方向を示す説明図である。異材溶接ロータＲは、互いに異なる材質の第１のロータ部材Ｒ1と第２のロータ部材Ｒ2とを溶接することにより形成されている。第１のロータ部材Ｒ1と第２のロータ部材Ｒ2との間には超音波探傷領域となる溶接個所Ｚが存在している。
【０００７】
この溶接個所Ｚ内部に存在する可能性のある欠陥を検出するために、超音波探触子を周方向走査（矢印Ｙ1）していくが、検出された欠陥の種類を特定するために、水平方向走査（矢印Ｙ2）も行う必要がある。例えば、検出された欠陥Ｆ1が溶接個所Ｚの中央部付近のものであれば、この欠陥Ｆ1の種類はブローホールであり、また、検出された欠陥Ｆ2が溶接個所Ｚの開先面付近（端部付近）のものであれば、この欠陥Ｆ2の種類は融合不良であることが分かる。
【０００８】
超音波探傷の手法としては、例えば特許文献１に紹介されているように、端部エコー法、TOFD法、SPOD法などがある。
【０００９】
図８は、異材溶接ロータの溶接個所に対して端部エコー法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【００１０】
図８（ａ）において、溶接個所Ｚの右方に送受信兼用の超音波探触子１が斜角シュー２を介して第２のロータ部材Ｒ2の表面上に配置されている。斜角シュー２は、探傷領域である溶接個所Ｚに対して超音波探触子１の所定の探傷角θを確保するためのものである。
【００１１】
超音波探触子１は、水平方向の位置Ｐ1において周方向走査（図７の矢印Ｙ1参照）を行うが、いま或る回転角において欠陥Ｆ1の上端部からのエコー信号Ｗ1を受信したとする。次いで、超音波探触子１は、水平方向の位置Ｐ2に移動して、同様の周方向走査を行うと、同一回転角において欠陥Ｆ1の下端部からエコー信号Ｗ2を受信する。
【００１２】
このときのエコー信号Ｗ1，Ｗ2のエコーレベルは図８（ｂ）に示すようにピーク状となっているので、これから溶接個所Ｚ内にはＰ1，Ｐ2間の距離に比例する大きさの欠陥Ｆ1が存在しているのを検出することができる。なお、欠陥Ｆ1の水平方向位置（溶接個所Ｚの略中央部の位置であること）及び深さ位置（垂直方向位置）は、探傷角θ及び位置Ｐ1等のデータから求めることができる。
【００１３】
図９は、異材溶接ロータの溶接個所に対してTOFD法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における受信用超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【００１４】
図９（ａ）において、探傷領域である溶接個所Ｚの左方に、送信用超音波探触子３が斜角シュー２を介して第１のロータ部材Ｒ1の表面上に配置されている。一方、溶接個所Ｚの右方の位置であって送信用超音波探触子３と対称となる位置には、受信用超音波探触子４が斜角シュー２を介して第２のロータ部材Ｒ2の表面上に配置されている。これら送信用超音波探触子３及び受信用超音波探触子４は対となって、端部エコー法の場合と同様に、周方向走査及び水平方向走査を行い、ある位置において受信用超音波探触子４はラテラル波α、回折波β1，β2、底面反射波γを受信する。
【００１５】
これらラテラル波α、回折波β1，β2、底面反射波γの受信タイミングは図９（ｂ）に示される通りであり、欠陥Ｆ1の大きさは回折波β1，β2の到着時間差及び音速から求めることができ、また、欠陥Ｆ1の水平方向位置（溶接個所Ｚの略中央部の位置であること）等は、送信用超音波探触子３及び受信用超音波探触子４の水平方向位置から求めることができる。
【００１６】
図１０は、異材溶接ロータの溶接個所に対してSPOD法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における受信用超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【００１７】
図１０（ａ）において、探傷領域である溶接個所Ｚの左方に、送信用超音波探触子３が斜角シュー２を介して第１のロータ部材Ｒ1の表面上に配置されている。一方、溶接個所Ｚの表面上には受信用超音波探触子４が斜角シュー２を介さずに直接配置されている。これら送信用超音波探触子３及び受信用超音波探触子４は対となって、端部エコー法及びTOFD法の場合と同様に、周方向走査及び水平方向走査を行い、ある位置において受信用超音波探触子４はラテラル波α、回折波β、底面反射波γを受信する。
【００１８】
これらラテラル波α、回折波β、底面反射波γの受信タイミングは図１０（ｂ）に示される通りであり、欠陥Ｆ1の大きさは回折波βのエコーレベルから求めることができる（模擬欠陥を付与した同一材の校正試験体で予めエコーレベルと欠陥長さとの関係を取得しておく）。また、欠陥Ｆ1の水平方向位置（溶接個所Ｚの略中央部の位置であること等）は、送信用超音波探触子３及び受信用超音波探触子４の水平方向位置から求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００７−３１５８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述したように、異材溶接ロータの溶接個所に生じる欠陥がブローホール又は融合不良のいずれであるかを特定するためには、その欠陥の水平方向の発生位置が溶接個所の開先面付近又は中央部付近のいずれであるのかを検出しなければならない。しかし、従来から行われてきた端部エコー法、TOFD法、SPOD法等の各超音波探傷法は、いずれも超音波探触子の水平方向への走査を必要とする。
【００２１】
異材溶接ロータは、溶接施工直後においては溶接個所付近における走査スペースが充分に確保されているものの、タービンロータであるが故に最終的には動翼が取り付けられるため、その走査スペースも狭隘なものとなる。したがって、定期的なメンテナンスの際には、充分な走査スペースが確保できなくなり、超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことができなかった。
【００２２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波探触子の水平方向への走査を必要とすることなく超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことが可能な異材溶接ロータ用超音波探傷装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の実施形態は、上記課題を解決するための手段として、互いに異なる材質の第１のロータ部材と第２のロータ部材とを溶接することにより形成された異材溶接ロータの溶接個所を探傷領域とする異材溶接ロータ用超音波探傷装置において、前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材の各表面上の位置に、前記溶接個所を中央に挟んだ状態で互いに対向して配設され、前記探傷領域に対して斜め方向の超音波の送信を一方が行うと共に他方がその受信を行う第１の超音波探触子及び第２の超音波探触子と、前記第１の超音波探触子と前記第２の超音波探触子とを結ぶ直線上の位置であって前記溶接個所又はその付近の個所の表面上の位置に配設され、前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の一方から送信された超音波の受信を行う第３の超音波探触子と、前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の他方の超音波受信データをTOFD法を用いて処理することにより前記探傷領域内に含まれる欠陥の深さ位置を求めると共に、前記第３の超音波探触子の超音波受信データに基づき前記探傷領域内に含まれる欠陥の水平方向位置を求める溶接欠陥位置演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、超音波探触子の水平方向への走査を必要とすることなく超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す説明図。
【図２】図１における探触子ホルダ１４が、異材溶接ロータＲの周方向（矢印Ｙ1）表面に沿って一体的に回転する際の、ある回転角における各探触子の超音波送信径路及び受信径路を示す部分拡大断面図。
【図３】図２における各受信用探触子の超音波受信タイミングを示すタイムチャートであり、（ａ）は第２の超音波探触子１２の受信タイミング、（ｂ）は左側探触子１３Ｌの受信タイミング、（ｃ）は右側探触子１３Ｒの受信タイミングを示す。
【図４】図２における欠陥Ｆが左側開先面付近（破線部）に存在するときの第３の超音波探触子１３の超音波受信タイミングを示すタイムチャートであり、（ａ）は左側探触子１３Ｌの受信タイミング、（ｂ）は右側探触子１３Ｒの受信タイミングを示す。
【図５】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】従来技術及び本発明の適用対象となる異材溶接ロータの構成、及び超音波探傷における走査方向を示す説明図。
【図８】異材溶接ロータの溶接個所に対して端部エコー法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【図９】異材溶接ロータの溶接個所に対してTOFD法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における受信用超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【図１０】異材溶接ロータの溶接個所に対してSPOD法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における受信用超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示す説明図である。なお、図７と同様の部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２７】
異材溶接ロータＲを構成する第１のロータ部材Ｒ1及び第２のロータ部材Ｒ2の各表面上に、斜角シュー２を介して第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２が溶接個所Ｚを中央に挟んだ状態で互いに対向して配設されている。
【００２８】
そして、第１の超音波探触子１１と第２の超音波探触子１２とを結ぶ直線上の位置であって溶接個所Ｚに隣接する第１のロータ部材Ｒ1及び第２のロータ部材Ｒ2の各表面上の位置に、第１の超音波探触子１１から送信される超音波を受信する左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒが配設されている。これら左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒにより第３の超音波探触子１３が構成されている。
【００２９】
上記の第１の超音波探触子１１、第２の超音波探触子１２、及び第３の超音波探触子１３を構成する左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒは、探触子ホルダ１４内に一括して収納され、異材溶接ロータＲの周方向（矢印Ｙ1）表面に沿って一体的に移動するようになっている。
【００３０】
第１の超音波探触子１１は、超音波送信制御器１５に接続されており、この超音波送信制御器１５からの制御信号により超音波送信動作を行うようになっている。また、第２の超音波探触子１２、左側探触子１３Ｌ、及び右側探触子１３Ｒは、それぞれ超音波受信制御器１６〜１８に接続されており、受信したエコー信号をこれら超音波受信制御器１６〜１８に送出するようになっている。
【００３１】
これら超音波受信制御器１６〜１８に送出されたエコーを溶接欠陥位置演算手段１９が解析して溶接欠陥位置を演算するようになっている。そして、溶接欠陥位置演算手段１９は、第２の超音波探触子１２からの超音波受信データをTOFD法を用いて処理することにより溶接個所Ｚの探傷領域内に含まれる欠陥の深さ（異材溶接ロータＲの径方向）位置を求めると共に、左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒからの超音波受信データに基づき溶接個所Ｚの探傷領域内に含まれる欠陥の水平方向位置の情報（前述した開先面付近又は中央部付近のどちらに生じた欠陥かについての情報）を求めるようになっている。
【００３２】
ここで、図１に示された各探触子の配置構成は、左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒを１個の第３の超音波探触子１３として見れば、TOFD法及びSPOD法の配置構成を同時に採用したものと考えることができる。つまり、第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２がTOFD法の処理を行うための配置構成であり、第１の超音波探触子１１及び第３の超音波探触子１３（左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒ）がSPOD法の処理を行うための配置構成である。
【００３３】
但し、TOFD法及びSPOD法は双方共に、本来は欠陥の深さ位置を求めるための処理であるが、図１の構成の場合、SPOD法の配置構成に対応する第１の超音波探触子１１及び第３の超音波探触子１３は、欠陥の深さ位置ではなく、欠陥の水平方向位置（開先面付近又は中央部付近のいずれかの位置）を求めるための手段として機能するようになっている。
【００３４】
次に、第１の実施形態の作用につき説明する。図２は、探触子ホルダ１４が異材溶接ロータＲの周方向（矢印Ｙ1）表面に沿って一体的に回転する際のある回転角における各探触子の超音波送信径路及び受信径路を示す部分拡大断面図である。
【００３５】
第１の超音波探触子１１から送信される超音波（縦波）のうち部材表面に沿って伝播する超音波は、ラテラル波αL，αR，αとなってそれぞれ左側探触子１３Ｌ、右側探触子１３Ｒ、及び第２の超音波探触子１２に受信される。また、溶接個所Ｚ内に欠陥Ｆが存在する場合、この欠陥Ｆに向かって送信された超音波はその上端部及び下端部で反射し、回折波β1，β2となって第２の超音波探触子１２に受信される。そして、溶接個所Ｚの底面で反射した超音波は、底面反射波γとなって第２の超音波探触子１２に受信されると共に、底面反射波γL，γRとなって左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒに受信される。
【００３６】
図３は、図２における各受信用探触子の超音波受信タイミングを示すタイムチャートであり、（ａ）は第２の超音波探触子１２の受信タイミング、（ｂ）は左側探触子１３Ｌの受信タイミング、（ｃ）は右側探触子１３Ｒの受信タイミングを示す。
【００３７】
溶接欠陥位置演算手段１９は、（ａ）におけるラテラル波αと回折波β1との到着時間差から欠陥Ｆの深さ位置Ｈを求めると共に、回折波β1，β2の到着時間差から欠陥Ｆの長さＬを求める。また、（ｂ）における回折波β1Lと、（ｃ）における回折波β1Rとの受信タイミングがほぼ同時であることから、溶接欠陥位置演算手段１９は、欠陥Ｆの水平方向位置が溶接個所Ｚの中央部付近であると判別する。この判別結果から欠陥Ｆの種類はブローホールであることが分かる。
【００３８】
一方、欠陥Ｆの水平方向位置が溶接個所Ｚの左側開先面付近であったとすると（破線で示した位置）、回折波β1L，β1Rの各受信タイミングは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、回折波β1Lの方がやや早くなる。これにより、溶接欠陥位置演算手段１９は、欠陥Ｆの水平方向位置が溶接個所Ｚの左側開先面付近であるのを判別することができ、この判別結果から欠陥Ｆの種類は融合不良であることが分かる。なお、欠陥Ｆの水平方向位置が溶接個所Ｚの右側開先面付近であれば、回折波β1L，β1Rの各受信タイミングは上記の場合と逆の順序になるので、これにより、右側開先面付近に欠陥Ｆが存在しているのを判別することができる。
【００３９】
このように、図１の構成では、第１の超音波探触子１１（送信探触子）と第２の超音波探触子１２（受信探触子）との組合せによりTOFD法の処理に基づき探傷領域内に含まれる欠陥Ｆの深さ位置を求めると共に、第１の超音波探触子１１（送信探触子）と第３の超音波探触子１３L，１３R（受信探触子）との組合せにより欠陥Ｆの水平方向位置つまり欠陥Ｆの種類を求めるようにしているので、従来構成のように超音波探触子を水平方向に走査する必要がなくなり、充分な走査スペースを確保できない状況においても超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことが可能になる。
【００４０】
なお、図１の構成では、第３の超音波探触子１３として左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒの２つの探触子を用いているが、１個の探触子だけを用いる構成とすることも可能である。この場合は、この１個の探触子を溶接個所Ｚの表面上中央部に配置し、予め欠陥Ｆの水平方向位置が中央部に存在する場合の受信タイミングを基準タイミングとしてメモリに記憶させておく。そして、実際の受信タイミングがこの基準タイミングとほぼ一致すれば、その欠陥は中央部付近に存在するものと判別する。一方、実際の受信タイミングがこの基準タイミングよりも早い場合には、その欠陥は左側開先面付近に存在すると判別し、また、実際の受信タイミングがこの基準タイミングよりも遅い場合には、その欠陥は右側開先面付近に存在すると判別する。このようにして、第３の超音波探触子１３として１個の探触子だけを用いる構成としても、図１の構成と同様の効果を得ることが可能である。
【００４１】
図５は、本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。この実施形態は、第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２の送受信機能を切換可能にしたものである。
【００４２】
図５において、第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２と超音波送信制御器１５及び超音波受信制御器１６との間に切換スイッチ２０が設けられている。この切換スイッチ２０は、端子ａ，ｂ間を切換可能な可動接点２１，２２を有している。なお、本実施形態では、第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２は送受信兼用タイプのものとする。
【００４３】
次に、第２の実施形態の動作につき説明する。図示されているように、可動接点２１が端子ａ側に接し、可動接点２２が端子ｂ側に接している状態では、第１の超音波探触子１１が超音波送信制御器１５に接続されると共に、第２の超音波探触子１２が超音波受信制御器１６に接続されている。したがって、第１の超音波探触子１１は送信用探触子として機能すると共に、第２の超音波探触子１２は受信用探触子として機能する。
【００４４】
また、可動接点２１が端子ｂ側に接し、可動接点２２が端子ａ側に接するように（破線で図示された状態）切換スイッチ２０の切換操作又は切換制御を行うと、第２の超音波探触子１２が超音波送信制御器１５に接続されると共に、第１の超音波探触子１１が超音波受信制御器１６に接続された状態となる。したがって、第２の超音波探触子１２は送信用探触子として機能すると共に、第１の超音波探触子１１は受信用探触子として機能する。
【００４５】
そして、可動接点２１が端子ａ側に接し、可動接点２２が端子ｂ側に接した状態で超音波探傷を行った後に、接点切換を行い、今度は可動接点２１が端子ｂ側に接し、可動接点２２が端子ａ側に接した状態で再度超音波探傷を行う。
【００４６】
溶接欠陥位置演算手段１９は、上記の２回の超音波探傷により得られる受信データの加算平均を用いて溶接欠陥位置の演算を行う。したがって、超音波探触子自体が有する誤差、あるいは探触子取付位置に起因する誤差等が大きくなるのを防ぐことができ、超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことができる。また、切換スイッチ２０の切換により、得られるデータに大きな変動があった場合には何らかの異常が発生しているのを推測できるという副次的効果も得ることができる。
【００４７】
図６は、本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。この実施形態は、３つの受信用超音波探触子の受信制御を１台の超音波受信制御器で行えるようにしたものである。
【００４８】
図６において、第２の超音波探触子１２及び第３の超音波探触子１３L，１３Rと超音波受信制御器１６との間に選択スイッチ２３が設けられている。この選択スイッチ２３は、端子ａ，ｂ，ｃ間を切換可能な可動接点２４を有している。なお、本実施形態では、第１の超音波探触子１１は送信専用タイプ、第２の超音波探触子１２は受信専用タイプのものを想定しているが、両者共に送受信兼用タイプのものであってもよい（この場合には、探触子１１，１２の配置を入れ換えることも可能である）。
【００４９】
そして、本実施形態では、超音波探触子１１〜１３が異材溶接ロータＲの周方向（図１の矢印Ｙ1）表面に沿って一体的に回転する際に、所定角度毎の回転位置において、可動接点２４が接する端子が順次ａ→ｂ→ｃに切り換わる。すなわち、第２の超音波探触子１２、左側探触子１３Ｌ、及び右側探触子１３Ｒのうちのいずれか１つが超音波受信制御器１６の制御に基づいてサイクリックに順次受信動作を行う。
【００５０】
したがって、本実施形態の構成によれば、１台の超音波受信制御器により３個の超音波探触子に対する受信制御を行うことができ、コストダウンを図ることが可能になる。
【００５１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｒ：異材溶接ロータ
Ｒ1：第１のロータ部材
Ｒ2：第２のロータ部材
Ｚ：溶接個所
Ｆ，Ｆ1，Ｆ2：欠陥
α，αL，αR：ラテラル波
β1，β1L，β1R，β2：回折波
γ，γL，γR：底面反射波
１：超音波探触子（送受信兼用）
２：斜角シュー
３：送信用超音波探触子
４：受信用超音波探触子
１１：第１の超音波探触子
１２：第２の超音波探触子
１３：第３の超音波探触子
１３L：左側探触子
１３R：右側探触子
１４：探触子ホルダ
１５：超音波送信制御器
１６〜１８：超音波受信制御器
１９：溶接欠陥位置演算手段
２０：切換スイッチ
２１，２２：可動接点
２３：選択スイッチ
２４：可動接点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに異なる材質の２つの部材を溶接することにより形成された異材溶接ロータの溶接個所を探傷領域とする異材溶接ロータ用超音波探傷装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービン発電プラントのタービンロータには、従来から、同一材質で一体成形された大型鍛造品を用いるのが通常であった。このタービンロータの高温部には高温強度が要求されると共に、低温部には靭性が要求されるという条件を同時に満たさなければならないため、特殊材料を用いる必要があった。そして、特殊材料であるが故に、タービンロータの出力容量を一定以上大きくすることはできず、コスト的にも不利なものであった。また、大型鍛造品であるが故に長期の製造期間が必要であった。
【０００３】
ところで近年は、タービンロータに対して出力の大容量化、低コスト化、短納期化等のニーズが高まってきており、このニーズに応えるため、高温部材用及び低温部材用の異なる材質の２つの部材を溶接して形成される異材溶接ロータが次第に用いられつつある。
【０００４】
しかし、異材溶接ロータの溶接個所には、溶接作業の際の不具合等に起因して欠陥が発生することがあり、この欠陥の存在により強度不足などの問題が発生する。そのため、異材溶接ロータに対しては、溶接施工後及び定期的なメンテナンスの際に、超音波探傷等の手法による溶接個所の品質検査を行い、欠陥が発生していないことを確認することが重要になる。
【０００５】
ここで、異材溶接ロータの溶接個所に生じる主な欠陥の種類としては、「ブローホール」や「融合不良」などがある。ブローホールとは、溶接ビード内に発生する球状の空洞で、開先面付近ではなく溶接金属の中央部付近に生じる。一方、融合不良とは、溶接金属と部材との間の境界面同士が充分に溶け合っていないことに起因して発生するもので、開先面付近に生じる。融合不良の発生は、ブローホールの発生よりも溶接強度を低下させてしまうために、溶接個所の欠陥の種類がブローホールであるのか融合不良であるのかは、タービンロータの強度を評価する上で重要な情報となる。したがって、超音波探傷においては、溶接個所の欠陥について、その大きさ（長さ）及び深さ位置の他に、その水平方向位置の情報（開先面付近又は中央部付近のどちらに生じた欠陥か）を得ることが要求される。
【０００６】
図７は、異材溶接ロータの構成、及び超音波探傷における走査方向を示す説明図である。異材溶接ロータＲは、互いに異なる材質の第１のロータ部材Ｒ1と第２のロータ部材Ｒ2とを溶接することにより形成されている。第１のロータ部材Ｒ1と第２のロータ部材Ｒ2との間には超音波探傷領域となる溶接個所Ｚが存在している。
【０００７】
この溶接個所Ｚ内部に存在する可能性のある欠陥を検出するために、超音波探触子を周方向走査（矢印Ｙ1）していくが、検出された欠陥の種類を特定するために、水平方向走査（矢印Ｙ2）も行う必要がある。例えば、検出された欠陥Ｆ1が溶接個所Ｚの中央部付近のものであれば、この欠陥Ｆ1の種類はブローホールであり、また、検出された欠陥Ｆ2が溶接個所Ｚの開先面付近（端部付近）のものであれば、この欠陥Ｆ2の種類は融合不良であることが分かる。
【０００８】
超音波探傷の手法としては、例えば特許文献１に紹介されているように、端部エコー法、TOFD法、SPOD法などがある。
【０００９】
図８は、異材溶接ロータの溶接個所に対して端部エコー法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【００１０】
図８（ａ）において、溶接個所Ｚの右方に送受信兼用の超音波探触子１が斜角シュー２を介して第２のロータ部材Ｒ2の表面上に配置されている。斜角シュー２は、探傷領域である溶接個所Ｚに対して超音波探触子１の所定の探傷角θを確保するためのものである。
【００１１】
超音波探触子１は、水平方向の位置Ｐ1において周方向走査（図７の矢印Ｙ1参照）を行うが、いま或る回転角において欠陥Ｆ1の上端部からのエコー信号Ｗ1を受信したとする。次いで、超音波探触子１は、水平方向の位置Ｐ2に移動して、同様の周方向走査を行うと、同一回転角において欠陥Ｆ1の下端部からエコー信号Ｗ2を受信する。
【００１２】
このときのエコー信号Ｗ1，Ｗ2のエコーレベルは図８（ｂ）に示すようにピーク状となっているので、これから溶接個所Ｚ内にはＰ1，Ｐ2間の距離に比例する大きさの欠陥Ｆ1が存在しているのを検出することができる。なお、欠陥Ｆ1の水平方向位置（溶接個所Ｚの略中央部の位置であること）及び深さ位置（垂直方向位置）は、探傷角θ及び位置Ｐ1等のデータから求めることができる。
【００１３】
図９は、異材溶接ロータの溶接個所に対してTOFD法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における受信用超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【００１４】
図９（ａ）において、探傷領域である溶接個所Ｚの左方に、送信用超音波探触子３が斜角シュー２を介して第１のロータ部材Ｒ1の表面上に配置されている。一方、溶接個所Ｚの右方の位置であって送信用超音波探触子３と対称となる位置には、受信用超音波探触子４が斜角シュー２を介して第２のロータ部材Ｒ2の表面上に配置されている。これら送信用超音波探触子３及び受信用超音波探触子４は対となって、端部エコー法の場合と同様に、周方向走査及び水平方向走査を行い、ある位置において受信用超音波探触子４はラテラル波α、回折波β1，β2、底面反射波γを受信する。
【００１５】
これらラテラル波α、回折波β1，β2、底面反射波γの受信タイミングは図９（ｂ）に示される通りであり、欠陥Ｆ1の大きさは回折波β1，β2の到着時間差及び音速から求めることができ、また、欠陥Ｆ1の水平方向位置（溶接個所Ｚの略中央部の位置であること）等は、送信用超音波探触子３及び受信用超音波探触子４の水平方向位置から求めることができる。
【００１６】
図１０は、異材溶接ロータの溶接個所に対してSPOD法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における受信用超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【００１７】
図１０（ａ）において、探傷領域である溶接個所Ｚの左方に、送信用超音波探触子３が斜角シュー２を介して第１のロータ部材Ｒ1の表面上に配置されている。一方、溶接個所Ｚの表面上には受信用超音波探触子４が斜角シュー２を介さずに直接配置されている。これら送信用超音波探触子３及び受信用超音波探触子４は対となって、端部エコー法及びTOFD法の場合と同様に、周方向走査及び水平方向走査を行い、ある位置において受信用超音波探触子４はラテラル波α、回折波β、底面反射波γを受信する。
【００１８】
これらラテラル波α、回折波β、底面反射波γの受信タイミングは図１０（ｂ）に示される通りであり、欠陥Ｆ1の大きさは回折波βのエコーレベルから求めることができる（模擬欠陥を付与した同一材の校正試験体で予めエコーレベルと欠陥長さとの関係を取得しておく）。また、欠陥Ｆ1の水平方向位置（溶接個所Ｚの略中央部の位置であること等）は、送信用超音波探触子３及び受信用超音波探触子４の水平方向位置から求めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００７−３１５８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述したように、異材溶接ロータの溶接個所に生じる欠陥がブローホール又は融合不良のいずれであるかを特定するためには、その欠陥の水平方向の発生位置が溶接個所の開先面付近又は中央部付近のいずれであるのかを検出しなければならない。しかし、従来から行われてきた端部エコー法、TOFD法、SPOD法等の各超音波探傷法は、いずれも超音波探触子の水平方向への走査を必要とする。
【００２１】
異材溶接ロータは、溶接施工直後においては溶接個所付近における走査スペースが充分に確保されているものの、タービンロータであるが故に最終的には動翼が取り付けられるため、その走査スペースも狭隘なものとなる。したがって、定期的なメンテナンスの際には、充分な走査スペースが確保できなくなり、超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことができなかった。
【００２２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、超音波探触子の水平方向への走査を必要とすることなく超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことが可能な異材溶接ロータ用超音波探傷装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の実施形態は、上記課題を解決するための手段として、互いに異なる材質の第１のロータ部材と第２のロータ部材とを溶接することにより形成された異材溶接ロータの溶接個所を探傷領域とする異材溶接ロータ用超音波探傷装置において、前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材の各表面上の位置に、前記溶接個所を中央に挟んだ状態で互いに対向して配設され、前記探傷領域に対して斜め方向の超音波の送信を一方が行うと共に他方がその受信を行う第１の超音波探触子及び第２の超音波探触子と、前記第１の超音波探触子と前記第２の超音波探触子とを結ぶ直線上の位置であって前記溶接個所又はその付近の個所の表面上の位置に配設され、前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の一方から送信された超音波の受信を行う第３の超音波探触子と、前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の他方の超音波受信データをTOFD法を用いて処理することにより前記探傷領域内に含まれる欠陥の深さ位置を求めると共に、前記第３の超音波探触子の超音波受信データに基づき前記探傷領域内に含まれる欠陥の水平方向位置を求める溶接欠陥位置演算手段と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、超音波探触子の水平方向への走査を必要とすることなく超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示す説明図。
【図２】図１における探触子ホルダ１４が、異材溶接ロータＲの周方向（矢印Ｙ1）表面に沿って一体的に回転する際の、ある回転角における各探触子の超音波送信径路及び受信径路を示す部分拡大断面図。
【図３】図２における各受信用探触子の超音波受信タイミングを示すタイムチャートであり、（ａ）は第２の超音波探触子１２の受信タイミング、（ｂ）は左側探触子１３Ｌの受信タイミング、（ｃ）は右側探触子１３Ｒの受信タイミングを示す。
【図４】図２における欠陥Ｆが左側開先面付近（破線部）に存在するときの第３の超音波探触子１３の超音波受信タイミングを示すタイムチャートであり、（ａ）は左側探触子１３Ｌの受信タイミング、（ｂ）は右側探触子１３Ｒの受信タイミングを示す。
【図５】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図６】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図７】従来技術及び本発明の適用対象となる異材溶接ロータの構成、及び超音波探傷における走査方向を示す説明図。
【図８】異材溶接ロータの溶接個所に対して端部エコー法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【図９】異材溶接ロータの溶接個所に対してTOFD法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における受信用超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【図１０】異材溶接ロータの溶接個所に対してSPOD法による超音波探傷を実施するための従来装置の説明図であり、（ａ）は部分拡大断面図、（ｂ）は（ａ）における受信用超音波探触子が受信するエコーの波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示す説明図である。なお、図７と同様の部材には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２７】
異材溶接ロータＲを構成する第１のロータ部材Ｒ1及び第２のロータ部材Ｒ2の各表面上に、斜角シュー２を介して第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２が溶接個所Ｚを中央に挟んだ状態で互いに対向して配設されている。
【００２８】
そして、第１の超音波探触子１１と第２の超音波探触子１２とを結ぶ直線上の位置であって溶接個所Ｚに隣接する第１のロータ部材Ｒ1及び第２のロータ部材Ｒ2の各表面上の位置に、第１の超音波探触子１１から送信される超音波を受信する左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒが配設されている。これら左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒにより第３の超音波探触子１３が構成されている。
【００２９】
上記の第１の超音波探触子１１、第２の超音波探触子１２、及び第３の超音波探触子１３を構成する左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒは、探触子ホルダ１４内に一括して収納され、異材溶接ロータＲの周方向（矢印Ｙ1）表面に沿って一体的に移動するようになっている。
【００３０】
第１の超音波探触子１１は、超音波送信制御器１５に接続されており、この超音波送信制御器１５からの制御信号により超音波送信動作を行うようになっている。また、第２の超音波探触子１２、左側探触子１３Ｌ、及び右側探触子１３Ｒは、それぞれ超音波受信制御器１６〜１８に接続されており、受信したエコー信号をこれら超音波受信制御器１６〜１８に送出するようになっている。
【００３１】
これら超音波受信制御器１６〜１８に送出されたエコーを溶接欠陥位置演算手段１９が解析して溶接欠陥位置を演算するようになっている。そして、溶接欠陥位置演算手段１９は、第２の超音波探触子１２からの超音波受信データをTOFD法を用いて処理することにより溶接個所Ｚの探傷領域内に含まれる欠陥の深さ（異材溶接ロータＲの径方向）位置を求めると共に、左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒからの超音波受信データに基づき溶接個所Ｚの探傷領域内に含まれる欠陥の水平方向位置の情報（前述した開先面付近又は中央部付近のどちらに生じた欠陥かについての情報）を求めるようになっている。
【００３２】
ここで、図１に示された各探触子の配置構成は、左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒを１個の第３の超音波探触子１３として見れば、TOFD法及びSPOD法の配置構成を同時に採用したものと考えることができる。つまり、第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２がTOFD法の処理を行うための配置構成であり、第１の超音波探触子１１及び第３の超音波探触子１３（左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒ）がSPOD法の処理を行うための配置構成である。
【００３３】
但し、TOFD法及びSPOD法は双方共に、本来は欠陥の深さ位置を求めるための処理であるが、図１の構成の場合、SPOD法の配置構成に対応する第１の超音波探触子１１及び第３の超音波探触子１３は、欠陥の深さ位置ではなく、欠陥の水平方向位置（開先面付近又は中央部付近のいずれかの位置）を求めるための手段として機能するようになっている。
【００３４】
次に、第１の実施形態の作用につき説明する。図２は、探触子ホルダ１４が異材溶接ロータＲの周方向（矢印Ｙ1）表面に沿って一体的に回転する際のある回転角における各探触子の超音波送信径路及び受信径路を示す部分拡大断面図である。
【００３５】
第１の超音波探触子１１から送信される超音波（縦波）のうち部材表面に沿って伝播する超音波は、ラテラル波αL，αR，αとなってそれぞれ左側探触子１３Ｌ、右側探触子１３Ｒ、及び第２の超音波探触子１２に受信される。また、溶接個所Ｚ内に欠陥Ｆが存在する場合、この欠陥Ｆに向かって送信された超音波はその上端部及び下端部で反射し、回折波β1，β2となって第２の超音波探触子１２に受信される。そして、溶接個所Ｚの底面で反射した超音波は、底面反射波γとなって第２の超音波探触子１２に受信されると共に、底面反射波γL，γRとなって左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒに受信される。
【００３６】
図３は、図２における各受信用探触子の超音波受信タイミングを示すタイムチャートであり、（ａ）は第２の超音波探触子１２の受信タイミング、（ｂ）は左側探触子１３Ｌの受信タイミング、（ｃ）は右側探触子１３Ｒの受信タイミングを示す。
【００３７】
溶接欠陥位置演算手段１９は、（ａ）におけるラテラル波αと回折波β1との到着時間差から欠陥Ｆの深さ位置Ｈを求めると共に、回折波β1，β2の到着時間差から欠陥Ｆの長さＬを求める。また、（ｂ）における回折波β1Lと、（ｃ）における回折波β1Rとの受信タイミングがほぼ同時であることから、溶接欠陥位置演算手段１９は、欠陥Ｆの水平方向位置が溶接個所Ｚの中央部付近であると判別する。この判別結果から欠陥Ｆの種類はブローホールであることが分かる。
【００３８】
一方、欠陥Ｆの水平方向位置が溶接個所Ｚの左側開先面付近であったとすると（破線で示した位置）、回折波β1L，β1Rの各受信タイミングは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、回折波β1Lの方がやや早くなる。これにより、溶接欠陥位置演算手段１９は、欠陥Ｆの水平方向位置が溶接個所Ｚの左側開先面付近であるのを判別することができ、この判別結果から欠陥Ｆの種類は融合不良であることが分かる。なお、欠陥Ｆの水平方向位置が溶接個所Ｚの右側開先面付近であれば、回折波β1L，β1Rの各受信タイミングは上記の場合と逆の順序になるので、これにより、右側開先面付近に欠陥Ｆが存在しているのを判別することができる。
【００３９】
このように、図１の構成では、第１の超音波探触子１１（送信探触子）と第２の超音波探触子１２（受信探触子）との組合せによりTOFD法の処理に基づき探傷領域内に含まれる欠陥Ｆの深さ位置を求めると共に、第１の超音波探触子１１（送信探触子）と第３の超音波探触子１３L，１３R（受信探触子）との組合せにより欠陥Ｆの水平方向位置つまり欠陥Ｆの種類を求めるようにしているので、従来構成のように超音波探触子を水平方向に走査する必要がなくなり、充分な走査スペースを確保できない状況においても超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことが可能になる。
【００４０】
なお、図１の構成では、第３の超音波探触子１３として左側探触子１３Ｌ及び右側探触子１３Ｒの２つの探触子を用いているが、１個の探触子だけを用いる構成とすることも可能である。この場合は、この１個の探触子を溶接個所Ｚの表面上中央部に配置し、予め欠陥Ｆの水平方向位置が中央部に存在する場合の受信タイミングを基準タイミングとしてメモリに記憶させておく。そして、実際の受信タイミングがこの基準タイミングとほぼ一致すれば、その欠陥は中央部付近に存在するものと判別する。一方、実際の受信タイミングがこの基準タイミングよりも早い場合には、その欠陥は左側開先面付近に存在すると判別し、また、実際の受信タイミングがこの基準タイミングよりも遅い場合には、その欠陥は右側開先面付近に存在すると判別する。このようにして、第３の超音波探触子１３として１個の探触子だけを用いる構成としても、図１の構成と同様の効果を得ることが可能である。
【００４１】
図５は、本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。この実施形態は、第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２の送受信機能を切換可能にしたものである。
【００４２】
図５において、第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２と超音波送信制御器１５及び超音波受信制御器１６との間に切換スイッチ２０が設けられている。この切換スイッチ２０は、端子ａ，ｂ間を切換可能な可動接点２１，２２を有している。なお、本実施形態では、第１の超音波探触子１１及び第２の超音波探触子１２は送受信兼用タイプのものとする。
【００４３】
次に、第２の実施形態の動作につき説明する。図示されているように、可動接点２１が端子ａ側に接し、可動接点２２が端子ｂ側に接している状態では、第１の超音波探触子１１が超音波送信制御器１５に接続されると共に、第２の超音波探触子１２が超音波受信制御器１６に接続されている。したがって、第１の超音波探触子１１は送信用探触子として機能すると共に、第２の超音波探触子１２は受信用探触子として機能する。
【００４４】
また、可動接点２１が端子ｂ側に接し、可動接点２２が端子ａ側に接するように（破線で図示された状態）切換スイッチ２０の切換操作又は切換制御を行うと、第２の超音波探触子１２が超音波送信制御器１５に接続されると共に、第１の超音波探触子１１が超音波受信制御器１６に接続された状態となる。したがって、第２の超音波探触子１２は送信用探触子として機能すると共に、第１の超音波探触子１１は受信用探触子として機能する。
【００４５】
そして、可動接点２１が端子ａ側に接し、可動接点２２が端子ｂ側に接した状態で超音波探傷を行った後に、接点切換を行い、今度は可動接点２１が端子ｂ側に接し、可動接点２２が端子ａ側に接した状態で再度超音波探傷を行う。
【００４６】
溶接欠陥位置演算手段１９は、上記の２回の超音波探傷により得られる受信データの加算平均を用いて溶接欠陥位置の演算を行う。したがって、超音波探触子自体が有する誤差、あるいは探触子取付位置に起因する誤差等が大きくなるのを防ぐことができ、超音波探傷の精度及び信頼性が低下するのを防ぐことができる。また、切換スイッチ２０の切換により、得られるデータに大きな変動があった場合には何らかの異常が発生しているのを推測できるという副次的効果も得ることができる。
【００４７】
図６は、本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。この実施形態は、３つの受信用超音波探触子の受信制御を１台の超音波受信制御器で行えるようにしたものである。
【００４８】
図６において、第２の超音波探触子１２及び第３の超音波探触子１３L，１３Rと超音波受信制御器１６との間に選択スイッチ２３が設けられている。この選択スイッチ２３は、端子ａ，ｂ，ｃ間を切換可能な可動接点２４を有している。なお、本実施形態では、第１の超音波探触子１１は送信専用タイプ、第２の超音波探触子１２は受信専用タイプのものを想定しているが、両者共に送受信兼用タイプのものであってもよい（この場合には、探触子１１，１２の配置を入れ換えることも可能である）。
【００４９】
そして、本実施形態では、超音波探触子１１〜１３が異材溶接ロータＲの周方向（図１の矢印Ｙ1）表面に沿って一体的に回転する際に、所定角度毎の回転位置において、可動接点２４が接する端子が順次ａ→ｂ→ｃに切り換わる。すなわち、第２の超音波探触子１２、左側探触子１３Ｌ、及び右側探触子１３Ｒのうちのいずれか１つが超音波受信制御器１６の制御に基づいてサイクリックに順次受信動作を行う。
【００５０】
したがって、本実施形態の構成によれば、１台の超音波受信制御器により３個の超音波探触子に対する受信制御を行うことができ、コストダウンを図ることが可能になる。
【００５１】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
Ｒ：異材溶接ロータ
Ｒ1：第１のロータ部材
Ｒ2：第２のロータ部材
Ｚ：溶接個所
Ｆ，Ｆ1，Ｆ2：欠陥
α，αL，αR：ラテラル波
β1，β1L，β1R，β2：回折波
γ，γL，γR：底面反射波
１：超音波探触子（送受信兼用）
２：斜角シュー
３：送信用超音波探触子
４：受信用超音波探触子
１１：第１の超音波探触子
１２：第２の超音波探触子
１３：第３の超音波探触子
１３L：左側探触子
１３R：右側探触子
１４：探触子ホルダ
１５：超音波送信制御器
１６〜１８：超音波受信制御器
１９：溶接欠陥位置演算手段
２０：切換スイッチ
２１，２２：可動接点
２３：選択スイッチ
２４：可動接点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる材質の第１のロータ部材と第２のロータ部材とを溶接することにより形成された異材溶接ロータの溶接個所を探傷領域とする異材溶接ロータ用超音波探傷装置において、
前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材の各表面上の位置に、前記溶接個所を中央に挟んだ状態で互いに対向して配設され、前記探傷領域に対して斜め方向の超音波の送信を一方が行うと共に他方がその受信を行う第１の超音波探触子及び第２の超音波探触子と、
前記第１の超音波探触子と前記第２の超音波探触子とを結ぶ直線上の位置であって前記溶接個所又はその付近の個所の表面上の位置に配設され、前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の一方から送信された超音波の受信を行う第３の超音波探触子と、
前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の他方の超音波受信データをTOFD法を用いて処理することにより前記探傷領域内に含まれる欠陥の深さ位置を求めると共に、前記第３の超音波探触子の超音波受信データに基づき前記探傷領域内に含まれる欠陥の水平方向位置を求める溶接欠陥位置演算手段と、
を備えたことを特徴とする異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項２】
前記第３の超音波探触子は、前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材の各表面上の溶接個所隣接位置にそれぞれ配設された２つの探触子により構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項３】
前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子は、送信機能及び受信機能が切り換えられるように、切換スイッチを介して超音波送信制御器及び超音波受信制御器に接続されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項４】
前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の一方が超音波送信制御器に接続されると共に、前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の他方、及び前記第３の超音波探触子は、いずれか一つの受信機能がサイクリックに発揮されるように、選択スイッチを介して超音波受信制御器に接続されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項５】
前記第１乃至第３の超音波探触子は探触子ホルダ内に一括して収納され、異材溶接ロータの周方向表面に沿って一体的に移動するものである、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項１】
互いに異なる材質の第１のロータ部材と第２のロータ部材とを溶接することにより形成された異材溶接ロータの溶接個所を探傷領域とする異材溶接ロータ用超音波探傷装置において、
前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材の各表面上の位置に、前記溶接個所を中央に挟んだ状態で互いに対向して配設され、前記探傷領域に対して斜め方向の超音波の送信を一方が行うと共に他方がその受信を行う第１の超音波探触子及び第２の超音波探触子と、
前記第１の超音波探触子と前記第２の超音波探触子とを結ぶ直線上の位置であって前記溶接個所又はその付近の個所の表面上の位置に配設され、前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の一方から送信された超音波の受信を行う第３の超音波探触子と、
前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の他方の超音波受信データをTOFD法を用いて処理することにより前記探傷領域内に含まれる欠陥の深さ位置を求めると共に、前記第３の超音波探触子の超音波受信データに基づき前記探傷領域内に含まれる欠陥の水平方向位置を求める溶接欠陥位置演算手段と、
を備えたことを特徴とする異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項２】
前記第３の超音波探触子は、前記第１のロータ部材及び前記第２のロータ部材の各表面上の溶接個所隣接位置にそれぞれ配設された２つの探触子により構成されている、
ことを特徴とする請求項１記載の異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項３】
前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子は、送信機能及び受信機能が切り換えられるように、切換スイッチを介して超音波送信制御器及び超音波受信制御器に接続されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項４】
前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の一方が超音波送信制御器に接続されると共に、前記第１の超音波探触子又は前記第２の超音波探触子の他方、及び前記第３の超音波探触子は、いずれか一つの受信機能がサイクリックに発揮されるように、選択スイッチを介して超音波受信制御器に接続されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【請求項５】
前記第１乃至第３の超音波探触子は探触子ホルダ内に一括して収納され、異材溶接ロータの周方向表面に沿って一体的に移動するものである、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の異材溶接ロータ用超音波探傷装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−４２２９８（Ｐ２０１２−４２２９８Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８２８３５（Ｐ２０１０−１８２８３５）
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１８日（２０１０．８．１８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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