JP2000121786A - 原子炉圧力容器の内部構造部材のウォ―タ―ジェットピ―ニング方法及びウォ―タ―ジェットピ―ニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】狭隘部及び小口径の管状構造物の内面に適用で
きると共に高い崩壊圧力が得られるキャビテーション気
泡を生成し、所望の構造部材表面でそれを崩壊させるこ
とにより、構造部材表面の残留応力を改善して、応力腐
食割れ等の材料損傷を防止する。 【解決手段】原子炉圧力容器内に炉水を満たした状態
で、前記原子炉圧力容器の内部構造物材に対向して配置
されたノズルからキャビテーション気泡を包含する噴流
を噴射するステップと、前記ノズルから噴射された噴流
をバッフル体が有する平面状の衝突面に衝突させること
により、噴流の向きを変えるステップと、前記流れの向
きを変えた噴流を、前記内部構造物材表面に当てること
によって、前記内部構造物材表面部分の残留応力を改善
するステップとを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子炉圧力容器の
内部構造部材の表面に液体ジェットを噴射することによ
り、構造部材表面層に存在する引張り残留応力を軽減し
て応力腐食割れ（ＳＣ）を防止する方法に関わり、特に
狭隘部や接近困難部にある溶接部及び溶接熱影響部に存
在する引張り残留応力を軽減するのに好適な方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】水中に置いた金属材料に対向して設けた
ノズルから水中に噴射したキャビテーション気泡を含む
ジェットを金属材料に噴射して金属表面に衝突させ、衝
突軸動圧でキャビテーション気泡を崩壊させ、崩壊時の
水撃作用による衝撃圧力で金属表面を叩き、表面層に圧
縮残留応力を付与する方法は、ウォータージェットピー
ニング（ＷＪＰ）方法として知られている。

【０００３】ＷＪＰ方法の公知例としては、例えば特開
平4−362124 号公報がある。ＷＪＰ方法では、水中に置
いた金属材料に対向して設けたノズルを金属材料に沿っ
て移動させながら、噴射したキャビテーション気泡を含
むウォータージェットを金属表面に衝突させてピーニン
グが行われる。

【０００４】また、小口径管内面などに適用できる他の
ＷＪＰ方法として、特開平10−76467 号公報に記載され
た方法がある。この場合、ノズルを中空管の管軸方向に
向けてキャビテーションを伴う高速液噴流を噴出し、そ
の下流側に予め管内流路断面積が漸次縮小させる円錐抵
抗体と、これに続く円柱抵抗体をノズルの軸心に合致さ
せて延設しておく。円錐抵抗体が延設された部分におい
て、流路閉塞効果により周囲圧力を漸増させた噴流を中
空管内壁面近くに限定させてキャビテーション気泡を崩
壊させる。円錐抵抗体が設けられた部分において未崩壊
であった微細なキャビテーション気泡は、円柱抵抗体へ
の移行する角部での流れの剥離によって発生する局所的
低圧部において、再びキャビテーション気泡の核となっ
て二次キャビテーション気泡を生成させ、この二次キャ
ビテーション気泡を下流側で崩壊させる。

【０００５】これら２つの従来技術は、キャビテーショ
ン気泡の崩壊圧力を用いて金属表面にピーニングを行
い、表面層に最初に存在していた引張り残留応力を圧縮
残留応力に改善するものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平4−362124 号公
報に開示されたＷＪＰは、金属材料に対向して設けたノ
ズルを金属材料に沿って移動させながら噴射することに
より行われる。このWJP装置は、原子炉の炉心シュラウ
ド（以下、単にシュラウドという）外面の狭隘部や、炉
心モニタハウジング等の小口径の管状円筒構造物の内部
に適用することは困難である。

【０００７】また、特開平10−76467 号公報に開示され
た方法も、シュラウド外面の狭隘部のような部位に適用
できない。炉心モニタ（ＩＣＭ）ハウジングに適用する
場合は、円錐抵抗体とノズルとの軸心を一致させている
ために、円錐抵抗体が設けられた部分では、流路閉塞効
果は全周均一となるが、衝突による剥離流の生成効果が
ない。このため、個々でのキャビテーション気泡の成長
は少なく配管内壁に加わる局所的な衝撃圧力（崩壊圧
力）の大きさは制限的である。円錐抵抗体から円柱抵抗
体に移行する角部で剥離流は発生するが、角部が鈍角で
あるため、発生した剥離流の乱れの激しさはやはり制限
的である。

【０００８】本発明の目的は、狭隘部及び小口径の管状
構造物の内面に適用できると共に高い崩壊圧力が得られ
るキャビテーション気泡を生成し、所望の構造部材表面
でそれを崩壊させることにより、構造部材表面の残留応
力を改善して、応力腐食割れ等の材料損傷を防止できる
原子炉圧力容器の内部構造部材のウォータージェットピ
ーニング方法及びウォータージェットピーニング装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】壁面に垂直に近い角度で
当たって衝突の影響を受けた噴流は衝突噴流といわれ、
単なる形状不連続部等で生ずる剥離流よりも激しい剥離
流が、渦流と乱流によって生じる。そのため、衝突前の
噴流が持っているキャビテーション気泡の一部はここで
崩壊するが、微細なキャビテーション気泡はここで成長
し、更に新しいキャビテーション気泡が発生する。本発
明は衝突噴流の特徴に着目してなされたものである。

【００１０】本発明による原子炉圧力容器の内部構造部
材のウォータージェットピーニング方法は、原子炉圧力
容器内に炉水を満たした状態で、前記原子炉圧力容器の
内部構造物材に対向して配置されたノズルからキャビテ
ーション気泡を包含する噴流を噴射するステップと、前
記ノズルから噴射された噴流をバッフル体が有する平面
状の衝突面に衝突させることにより、噴流の向きを変え
るステップと、前記流れの向きを変えた噴流を、前記内
部構造物材表面に当てることによって、前記内部構造物
材表面部分の残留応力を改善するステップとを備える。

【００１１】この場合、ノズルから噴射された噴流をバ
ッフル体が有する衝突面に衝突させて流れの向きを変
え、この流れの向きを変えた噴流を内部構造部材のｙ方
面に当てるので、ノズルを施工対象面に向ける必要がな
い。このため、隙間間隔（又は管内径)がノズル外径よ
りも大きければ、狭隘部（又は小口径管)に対して本法
の適用が可能である。また、ノズルから噴射された噴流
は、バッフル体との衝突により渦流や剥離流の激しい衝
突噴流となるので、衝突噴流中のキャビテーション気泡
も大きく成長する。この作用と、施工対象面における激
しい水撃作用とが相俟って、キャビテイション気泡が崩
壊する際に施工対象面に高い崩壊圧力を及ぼすことにな
る。このため、施工対象面に大きな圧縮残留応力を付与
できる。従って、内部構造部材表面の残留応力改善し
て、応力腐食割れ等の材料損傷を防止できる。

【００１２】好ましくは、前記ノズルの噴射口の先端と
前記バッフル体の衝突面との距離を、前記ノズルの噴射
口径の１００倍以内、好ましくは５０倍以内に設定し
て、前記残留応力の改善を行う。この場合、噴流中のキ
ャビテーション気泡が微細で噴流速度が減速しないうち
に、噴流がバッフル体に衝突するので、バッフル体との
衝突で崩壊するキャビーテーション気泡を少なくして、
衝突効果により微細キャビテーション気泡を大きく成長
させることができる。従って、崩壊圧力の高いキャビテ
ーション気泡を施工対象面で崩壊させることができる。

【００１３】また、好ましくは、前記ノズルの噴射口の
中心軸と前記バッフル体の衝突面とのなす角度を、１０
〜９０度、好ましくは４０〜９０度、さらに好ましくは
６０〜９０度の範囲に設定して、前記残留応力の改善を
行う。この場合、激しい渦流と剥離流を伴った衝突噴流
を発生させることができるので、微細キャビテーション
気泡が大きく成長すると共に、新しいキャビテーション
気泡が発生する。従って、崩壊圧力の高いキャビテーシ
ョン気泡を施工対象面で崩壊させることができる。

【００１４】また、好ましくは、前記平面状の衝突面を
有するバッフル体に代えて、前記ノズルの噴出口の中心
軸に対して軸対称な凹面を衝突面として有するバッフル
体を用い、前記凹面の縦断面における頂角を９０度以
上、好ましくは１２０度以上に設定し、前記残留応力の
改善を行う。この場合、衝突噴流の向きは衝突前の噴流
と逆向きになり水撃作用は更に強くなるので、衝突噴流
中の渦流と剥離流が激しく生ずる。従って、崩壊圧力の
高いキャビテーション気泡を施工対象面で崩壊させるこ
とができる。

【００１５】本発明による原子炉圧力容器の内部構造部
材のウォータージェットピーニング装置は、原子炉圧力
容器内に炉水中にキャビテーション気泡を包含する噴流
を噴射するためのノズルと、炉水中に配置された前記ノ
ズルに水を供給する水供給装置と、前記ノズルから噴射
された噴流を衝突させてその流れの向きを変えるための
平面状の衝突面を有するバッフル体と、前記ノズルと前
記バッフル体の衝突面との間隔を設定した距離に保持す
るサポートとを備える。バッフル体の衝突面への衝突に
より流れの向きを変えた噴流が、内部構造部材表面に当
るので、内部構造部材表面部分の残留応力が圧縮残留応
力に改善される。また、ノズルとバッフル体の衝突面と
の間隔を設定した距離に保持するサポートとを備えるの
で、サポートで保持されたノズルとバッフル体は狭隘部
（又は小口径管内）への接近が容易になる。サポートに
よって、適正な衝突距離及び衝突角度を確実に保つこと
ができる。

【００１６】好ましくは、前記サポートが、前記ノズル
の噴射口の先端と前記バッフル体の衝突面との距離を、
前記ノズルの噴射口系の１００倍以内、好ましくは５０
倍以内に保持する。この場合、サポートによって保持さ
れたノズルとバッフル体は、狭隘部（または小口径管
内)への接近が容易になる。また、ノズルとバッフル体
との適正距離をサポートによって確実に保つことができ
る。

【００１７】また、好ましくは、前記サポートが、前記
ノズルの噴射口の中心軸と前記バッフル体の衝突面との
なす角度を、１０〜９０度、好ましくは４０〜９０度、
さらに好ましくは６０〜９０度の範囲に保持する。この
場合、適正な衝突角度をサポートによって確実に保つこ
とができる。

【００１８】また、好ましくは、前記サポートが、前記
バッフル体のの衝突面に対向して、流れの向きを変えた
前記噴流が流出するための１つの開口部を有する。この
場合、衝突面に衝突して開口部の内方向に流れた衝突噴
流は、サポートの内壁で２回目の衝突を起こして開口部
の方向に向きを変え、開口部から噴射されて施工対象面
に衝突する。この２回目の衝突によりキャビテーション
気泡はより大きく成長する。従って、崩壊圧力の高いキ
ャビテーション気泡を施工対象面で崩壊させることがで
きる。

【００１９】また、好ましくは、前記平面状の衝突面を
有するバッフル体に代えて、前記ノズルの噴出口の中心
軸に対して軸対称な凹面を衝突面として有するバッフル
体を備え、前記凹面の縦断面における頂角を９０度以
上、好ましくは１２０度以上に設定されている。

【００２０】更に、好ましくは、前記サポートが、前記
バッフル体の衝突面に対向して、流れの向きを変えた前
記噴流が流出するための複数の開口部を有し、前記複数
の開口部が前記ノズルの噴出口の中心軸に対する周方向
に並べて設けられている。この場合、複数の開口部に対
する複数の施工対象物に、同時にＷＪＰを施工すること
ができる。

【００２１】更に、好ましくは、前記バッフル体の衝突
面が、流れの向きを変えた前記噴流に前記ノズルの噴射
口の中心軸に対する旋回流を優期するための複数の曲線
状の溝又は突起を有する。この場合、複数の開口部から
噴射される衝突噴流に周方向の速度成分が与えられるの
で、周方向に均一な衝突噴流を得ることができる。すな
わち、環状の施工対象物内面へのＷＪＰの施工に適して
いる。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の好適な一実施例であるＷ
ＪＰ法であって、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）内のシュラ
ウドの縦溶接部に適用した第１実施例を、図１を用いて
以下に説明する。本実施例は、狭隘な隙間部にあるシュ
ラウド外面の縦溶接部を、ＷＪＰ法の施工対象部位とし
ている。原子炉圧力容器（以下、単に圧力容器という）
１３から、上鏡、蒸気乾燥器及びシュラウドヘッドが取
り外される（図１(ａ)の状態）。この状態では、圧力容
器１３内は炉水２２で満たされている。シュラウド２３
と圧力容器１３の間のアニュラス部（狭隘部）には、ラ
イザー管２４，ジェットポンプ２５，炉心冷却管２７等
が取り付けられている。シュラウド２３の縦溶接部１７
はライザー管２４の近傍にある場合があり、その縦溶接
部１７では隙間間隔（距離）は数十mm程度と狭い。この
ように隙間間隔が狭い場合には、隙間間隔が広い場合の
ように、ノズル４を縦溶接部１７に対向させて噴流３を
噴射できない。尚、図１（ａ）では、圧力容器１３の下
鏡２６に設置されているＩＣＭハウジング１も表示され
ている。

【００２３】本実施例のＷＪＰ法を、図１（ｂ）及び図
１（ｃ）により具体的に説明する。図１（ｂ）は、簡単
のためライザー管２４を省略している。燃料交換機の補
助ホイスト（図示せず）を用いて、昇降軸６に設けられ
たノズル４を上記アニュラス部内にシュラウド２３の外
面にほぼ平行に挿入する。ノズル４からキャビテーショ
ン気泡２ａを包含する噴流３を下向きに噴射して、縦溶
接部１７近傍に設けたバッフル体５ａの平面（衝突面）
に衝突させる。噴流３は、バッフル体５ａに衝突するこ
とにより流れの方向と速度を変え、衝突噴流９ａとして
縦溶接部１７に衝突する。図１（ｂ）では省略している
が、実際には、ノズル４とバッフル体５ａとの位置関係
は、サポートによって保持されている。

【００２４】図１（ｃ）に示すように、ノズル４の噴射
口の中心軸３ａ上における、ノズル４の先端とバッフル
体５ａの衝突面５との距離Ｌは、衝突距離として定義さ
れる。本実施例では、衝突距離Ｌは、ノズル４の噴射口
径の１００倍以内（好ましくは５０倍以内）に設定す
る。噴射口径とは、ノズル４から噴流３が噴射される噴
射口の実質的な直径をいう。このような位置にバッフル
体５ａを配置することによって、噴流３はキャビテーシ
ョン気泡２ａが微細なうちにバッフル体５ａに衝突す
る。このため、バッフル体５ａの衝突面での崩壊により
消滅するキャビテーション気泡の割合が少なくなり、噴
流３の速度が減速する前にバッフル体５ａに衝突するた
め、激しい渦流と剥離流を有する衝突噴流９ａが生じ
る。

【００２５】従って、バッフル体５ａとの衝突で崩壊し
なかった微細なキャビテーション気泡は、衝突噴流９ａ
の中で成長し、施工対象面である縦溶接部１７において
高い圧力で崩壊し、縦溶接部１７の引張り残留応力を効
果的に低減することができる。尚、衝突距離Ｌを噴射口
径の１００倍よりも長くすると、バッフル体５ａの衝突
面での崩壊により消滅するキャビテーション気泡の割合
が多くなり、噴流３の速度も低下する。このため、衝突
噴流９ａに含まれるキャビテーション気泡２ａが少なく
なり、残留応力の改善効果は低減する。

【００２６】また、図１（ｃ）に示すように、ノズル４
の噴射口の中心軸３ａとバッフル体５ａの衝突面５０と
のなす角度αは、衝突角度として定義される。より厳密
には、衝突角度αは、中心軸３ａとの交点を通る衝突面
５０の法線５０ａと中心軸３ａとを含む平面５１上にお
いて、中心軸３ａと衝突面５０とが形成する２つの角度
のうち小さいほうの角度をいう。すなわち、中心軸３ａ
が衝突面５０と垂直に交わる場合以外には、衝突角度α
は鋭角となる。

【００２７】衝突角度αは、１０°以上にする必要があ
る。噴流３がバッフル体５ａに衝突すると、縦溶接部１
７に向かう衝突噴流９ａ以外にも、例えば反対方向に向
かう衝突噴流９ｂが生じる。衝突角度を１０°近傍に設
定すると衝突面の縦溶接部１７に対する傾斜が急勾配と
なり、α＜１０°の場合に比べて、縦溶接部１７に向か
う衝突噴流９ａの割合を多くすることができ、その他の
方向に向かう衝突噴流９ｂの割合を少なくできる。

【００２８】しかし、衝突角度αが約１０°の場合、衝
突面での水撃作用が弱くなるため、衝突噴流９ａ内の渦
流と剥離流はあまり激しくならない。このため、所望の
残留応力改善効果を得るためには長時間の噴射が必要に
なる。従って、本実施例では、衝突角度を４０°以上、
より好ましくは６０°以上に設定する。これにより、衝
突面での水撃作用を強くすることができ、衝突噴流９ａ
内の渦流と剥離流は激しく生じる。従って、崩壊圧力の
高いキャビテーション気泡を含む衝突噴流９ａを縦溶接
部１７に当てて、引張り残留応力を圧縮残留応力に変え
る。このため、残留応力改善効果をより効果的に達成す
ることができる。

【００２９】本実施例によれば、ノズル４の向きを縦溶
接部１７の方向に向けることなしに、噴流３を縦溶接部
１７に間接的に当てることが容易にできる。噴流３に含
まれるキャビテーション気泡２ａの一部は、バッフル体
５ａへの衝突時の水撃作用による流体圧力上昇のため、
衝突面で崩壊してしまう。しかし、衝突面で崩壊しなか
った（未崩壊）キャビテーション気泡は、激しい渦流と
剥離流を含む衝突噴流９ａの中で、崩壊圧力の高いキャ
ビテーション気泡に成長する。衝突噴流９ａ中では、未
崩壊キャビテーション気泡の成長のみならず、新たなキ
ャビテーション気泡が発生して成長する。このため、衝
突噴流９ａが縦溶接部１７に当ったときの崩壊圧力は高
く、顕著な残留応力改善効果を得ることができる。

【００３０】図１（ｄ）は、図１（ｂ）で噴流の流れ方
向を変えるために用いられるバッフル体の他の例を示し
ている。本バッフル体は、噴流３と衝突面５ｄを曲面と
し、その側面に噴流ガイド５ｄ′を設けた曲面状のバッ
フル体である。本バッフル体を用いても、衝突噴流９ａ
内で渦流と剥離流は激しく生じ、崩壊圧力の高いキャビ
テーション気泡を含む衝突噴流９ａを縦溶接部１７に当
てることができる。しかも、縦溶接部１７に向かう衝突
噴流９ａ以外の方向への衝突噴流９ｂを少なくできる。

【００３１】次に、ノズル４の先端部にノズルヘッドを
取り付けてＷＪＰ法を実施することが可能である。この
ノズルヘッドの一例を、図２を用いて説明する。本例の
ノズルヘッドは、一方のみに開口部を有するフローバッ
フル（一方開口型のフローバッフル）５を備えた一方噴
射型のノズルヘッド１５ａである。フローバッフル５
は、円筒の一端部近くに、周方向の一部を切欠いた方形
状の開口部５ｂを有している。開口部５ｂを通った衝突
噴流９ａが施工対象面に当たるように、バッフル体５ａ
が開口部５ｂに隣接してフローバッフル５の一端部に着
脱自在に係合されている。このフローバッフル５の他端
部にノズル４を着脱自在にすることにより、ノズルヘッ
ド１５ａが構成される。この場合も、衝突距離Ｌ及び衝
突角度αは、上記した範囲内に設定する。バッフル体５
ａがフローバッフル５に着脱自在に係合されているた
め、バッフル体５ａが損耗した場合には新品と交換で
き、施工の信頼性も確保できる。

【００３２】図２において、噴流３はバッフル体５ａの
衝突面５０に衝突し、そこで開口部５ｂの方向に向きを
変えた衝突噴流９ａは、そのまま施工対象面に衝突す
る。開口部５ｂのない方向に向かった衝突噴流９ｂは、
円筒の内壁で２回目の衝突を起こして開口部５ｂの方向
に向きを変え、開口部５ｂから噴射されて施工対象面で
３回目の衝突を行う。この場合、２回目の衝突によりキ
ャビテーション気泡はより大きく成長し、衝突噴流は施
工対象面に集中して当てられる。

【００３３】また、バッフル体５ａの衝突面は微細な凹
凸を付与することにより、ここでの衝突によってキャビ
テーション気泡が大きく成長するので、上記した繰返し
衝突と重畳してより強いピーニング効果（残留応力改善
効果）を得ることができる。尚、図２で、円筒形のフロ
ーバッフル５に代えて角筒を用いることもできる。ま
た、バッフル体５ａの衝突面を、図１（ｄ）に示したよ
うな曲面にすることもできる。

【００３４】図３は、図２の一方噴射型のノズルヘッド
１５ａを用いた残留応力改善効果の例を示す。ノズル
は、外径３０mm，噴射口径２mmのものを用いた。バッフ
ル体５ａは、衝突距離Ｌが８０mm，衝突角度αが７０°
となるように設けられている。一方開口型のフローバッ
フル５ａは、全周の１／２を開口部５ｂが占めている。
このようなノズルヘッド１５ａを用いて帯板（平板状）
試験片にＷＪＰを施した後で、帯板試験片の表面で測定
した残留応力測定結果を示す（図３）。ＷＪＰは試験片
表面からノズルヘッドを５mm離した状態で、帯板試験片
の長手方向（Ｙ方向）にノズルヘッドを走行させながら
行った。

【００３５】図３において、縦軸は残留応力の測定値、
横軸は試験片の施工中心からの幅方向（Ｘ方向）の距離
を示す。同図で、正の残留応力は引張り残留応力を、負
の残留応力は圧縮残留応力をそれぞれ意味する。初期条
件として、帯板試験片の表面には、ＷＪＰ施工前に平面
研削を行って、予め４００ＭＰａ程度の引張り残留応力
を初期残留応力として与えてある。図３に示すように、
衝突噴流が試験片に当たった範囲では、初期の引張り残
留応力が圧縮残留応力に改善されていることが分かる。

【００３６】運転を経験したＢＷＲプラントのシュラウ
ド外面の縦溶接部に適用された第１実施例のＷＪＰ法
を、図４及び図５を用いて、より詳細に説明する。ＷＪ
Ｐ装置は、円筒形のフローバッフル５を有する一方噴射
型のノズルヘッド１５ａを備えたものを用いる。衝突距
離及び衝突角度は、前述の範囲に設定されている。図４
は、ＷＪＰをＩＣＭハウジングの周溶接部に施工した本
発明の第３実施例も示している。第１実施例のＷＪＰの
施工手順を図５のフローチャートに従って、説明する。

【００３７】（１）解列：圧力容器の上鏡，蒸気乾燥器
及びシュラウドヘッド取り外す。この状態では、圧力容
器１３内及び原子炉ウエル内は炉水２２で満たされてい
る。 （２）溶接線の検出：燃料交換機の補助ホイスト２１を
用いて、溶接部検出装置（図示せず）をアニュラス部内
に吊り降ろし、シュラウド２３の外面近傍にセットし、
シュラウド２３の縦溶接部（溶接線）１７を検出する。

【００３８】（３）接近ルート及び隙間の確認：補助ホ
イスト２１を用いて、監視カメラ３０を吊り降ろしなが
ら、縦溶接部１７への接近ルート，ＷＪＰ装置本体２９
をセットする際の干渉物の有無、及び縦溶接部１７を監
視ビデオ３１で確認する。ライザー管２４とシュラウド
２３の隙間間隔を測定して、ノズルヘッドが挿入可能な
ことを確認する。

【００３９】（４）ＷＪＰ装置のセット：制御盤２０及
び加圧ポンプ１８を、図４（ａ）のように作業床上に配
置し、給水ホース１９で加圧ポンプ１８と源水タンク
（図示せず）とを連結し、高圧ホース７で加圧ポンプ１
８とＷＪＰ装置本体２９を連結する。また、これらの機
器間に配線を敷設し、調整する。

【００４０】（５）ＷＪＰ装置本体のセット：本手順は
以下のａ〜ｅの手順からなる。

【００４１】ａ）ＷＪＰ装置本体２９を補助ホイスト２
１で吊り上げ、アニュラス部内の所定の高さまで吊り降
ろす。この際、監視カメラ３０及び監視ビデオ３１を用
いて、ＷＪＰ装置本体２９が目標位置にあることを確認
する。この状態を図４（ａ）に示す。

【００４２】ｂ）サポート２９ａ及び２９ｂを用いて、
ＷＪＰ装置本体２９の上部と下部をそれぞれシュラウド
２３と圧力容器１３との間に固定する。

【００４３】ｃ）ノズルアーム３３を伸ばすことによ
り、ノズルアーム３３の先端に取り付けられたノズルヘ
ッド１５ａを、シュラウド２３とライザー管２４の間に
挿入する。

【００４４】ｄ）施工対象である縦溶接部１７とノズル
ヘッド１５ａの距離及び噴射方向を、監視カメラ３０及
び監視ビデオ３１で確認する。

【００４５】ｅ）ノズルヘッド１５ａから衝突噴流９ａ
を試射し、衝突噴流９ａが施工対象位置に当たること
を、監視カメラ３０及び監視ビデオ３１で確認して、Ｗ
ＪＰ装置本体２９のセットを終了する。

【００４６】（６）ＷＪＰの施工：本手順は以下のａ〜
ｃの手順からなる。

【００４７】ａ）噴流の噴射圧力及び噴射流量、ノズル
ヘッド１５ａの走行速度及び走行範囲を設定する。

【００４８】ｂ）衝突噴流９を噴射し、ノズルヘッド１
５ａを縦溶接部１７に沿って縦方向に走行させて、ＷＪ
Ｐを施工する。この施工状況を監視カメラ３０及び監視
ビデオ３１で確認する。この時点における原子炉周辺の
状態を図４（ａ）に、ＷＪＰ装置本体２９の周辺を上方
から見た状態を図４（ｂ）にそれぞれ示す。

【００４９】ｃ）ＷＪＰの施工後の確認を監視カメラ３
０及び監視ビデオ３１で確認して、ＷＪＰ施工を終了す
る。

【００５０】（７）ＷＪＰ装置本体の撤収：本手順は以
下のａ〜ｄの手順からなる。

【００５１】ａ）ノズルアーム３３を縮めてＷＪＰ装置
本体２９に畳んで収納する。

【００５２】ｂ）シュラウド２３と圧力容器１３の間に
固定したＷＪＰ装置本体２９を解放する。

【００５３】ｃ）ＷＪＰ装置本体２９の吊り上げ準備の
終了を、監視カメラ３０及び監視ビデオ３１で確認す
る。

【００５４】ｄ）補助ホイスト２１を用いて、ＷＪＰ装
置本体２９を吊り上げる。

【００５５】（８）ＷＪＰ装置の撤収：給水ホース１９
による加圧ポンプ１８と源水タンク（図示せず）の連
結、及び高圧ホース７による加圧ポンプ１８とＷＪＰ装
置本体２９との連結を解除し、各機器間の配線を取り外
す。ＷＪＰ装置本体２９，制御盤２０，加圧ポンプ１
８，高圧ホース７及び給水ホース１９等の持込み品を撤
収する。

【００５６】（９）監視カメラ及び溶接部検出装置の撤
収：監視カメラ３０及び溶接部検出装置（図示せず）を
撤収し、ＷＪＰの施工を終了する。

【００５７】（１０）併入：シュラウドヘッド，蒸気乾
燥器，上鏡を吊り込んで組み立て、復旧する。

【００５８】以上の手順で、炉水が満たされた原子炉内
のシュラウド外面の縦溶接部にWJPを施工することによ
り、高い崩壊圧力を有するキャビテーション気泡を縦溶
接部１７の表面で崩壊させることができる。従って、縦
溶接部１７の表面部分の残留応力を圧縮残留応力に改善
して、応力腐食割れ等の材料損傷を防止できる。

【００５９】上記方法をＢＷＲプラントの定期検査中に
おいて実施する場合は、上鏡，蒸気乾燥器及びシュラウ
ドヘッドは取り外されているので、ＷＪＰ施工は（２）
から始まり、（９）で完了する。また、ノズルヘッド１
５ａは、軸方向に溶接線を有する溶接管の内面及び外面
にも用いることができる。勿論、溶接線がない場合にも
使用できる。

【００６０】次に、図６を用いて、本発明による四方噴
射型のノズルヘッドの他の一例を説明する。本ノズルヘ
ッド１５ｂは、円筒状のフローバッフル５に、４個の方
形状の開口部５ｂを周方向に対称に備えている。開口部
５ｂを形成するサポート５の断面形状は、四角形であ
る。噴流３の衝突面が平坦なバッフル体５ａが、これら
の開口部に隣接してフローバッフル５の一端部に着脱自
在に係合している。フローバッフル５の他端部には、ノ
ズル４が着脱自在かつ回転自在に係合している。衝突角
度は約９０°であり、衝突距離は前述の範囲内に設定す
る。バッフル体５ａがフローバッフル５に着脱自在に係
合しているため、バッフル体５ａが損耗した場合には容
易に新品と交換でき、施工の信頼性も確保できる。

【００６１】本ノズルヘッドにおいて、開口部の間口
（幅）を広くすることによって衝突噴流をほぼ放射状に
噴射できる。この場合、円筒の内面にＷＪＰを施工する
のに好適な全方噴射に近い四方噴射型のノズルヘッド１
５ｂを提供できる。従って、例えば、小口径管内面の溶
接部にノズルヘッド１５ｂを挿入して噴流を噴射するこ
とにより、ノズルヘッド１５ｂを外部から回転すること
なしに、周溶接部を全周に亘り同時にＷＪＰ施工するこ
とができる。開口部の数を増加しても、同様に衝突噴流
をほぼ放射状に噴射できる。衝突噴流９ａの軸方向の速
度が０となるので強い水撃作用と乱流を生じ、噴流中に
生ずる渦流と剥離流も強くなる。

【００６２】更に、ノズルヘッド１５ｂでは、開口部を
軸方向に長く形成しているために、噴流３は周囲の水を
巻き込むことができる。このため、噴流３内のキャビテ
ーション気泡は、バッフル体５ａに衝突するまでに大き
なキャビテーション気泡に成長するので、衝突噴流によ
る残留応力改善効果も高くなる。

【００６３】図６（ｃ）を用いて、本発明による四方噴
射型のノズルヘッドの構成を説明する。本ノズルヘッド
では、４個の方形状の開口部５ｂを形成するサポート５
ｘは、その側面に図６（ｃ）に示すような曲面を有して
いる。開口部５ｂは巴形状に設けられている。この結
果、サポート５の断面は平行四辺形に近い形状をしてい
る。衝突噴流９ａは、このような開口部５ｂを通過する
ことによって、半径方向分速度と周方向分速度を持つよ
うになる。すなわち、衝突噴流９ａは旋回流となる。

【００６４】本ノズルヘッドの場合、衝突噴流９ａが旋
回流となるため、開口部が対向していない部分にも衝突
噴流が回り込むことができる。また、ノズル４は回転し
ないが、フローバッフル５が上記旋回流の反力により自
転する。このため、本例のノズルヘッドは、図６（ｂ）
のノズルヘッドよりも、円筒内面を全面的にＷＪＰ施工
するのに適している。すなわち、全方噴射に近い四方噴
射ノズルヘッド１５ｂを提供できる。

【００６５】図７を用いて、本発明による四方噴射型の
ノズルヘッドの他の一例を説明する。本ノズルヘッド
は、バッフル体５ａの噴流衝突面に対称な４個の曲線状
（巴形状）の溝５ｃを有している。溝５ｃは、図７
（ｃ）に示すように、Ｖ字状の断面を有する。本ノズル
ヘッドの他の構成は、図６（ａ）と同じである。本ノズ
ルヘッドでは、溝５ｃによって、開口部から噴射される
衝突噴流９ａに周方向の速度成分が付与される。すなわ
ち、衝突噴流９ａは旋回流となる。このため、開口部が
対向していない部分にも衝突噴流が回り込むことができ
る。従って、本ノズルヘッドも、円筒の内面を全面的に
ＷＪＰ施工するのに適している。尚、溝５ｃに代えて突
起を設けても同様な効果を得ることができる。

【００６６】図７（ａ）の溝５ｃは軸心から離れた位置
を起点としているが、軸心を起点とすることにより衝突
噴流９ａ中の渦流や剥離流がより激しくなるので、崩壊
圧力の高いキャビテーション気泡を含む衝突噴流にでき
る。従って、より大きな残留応力改善効果が得られる。
また、図６（ｃ）のサポート組み合わせることにより、
衝突噴流９ａの周方向の速度成分はより一層速くなり、
且つフローバッフル５の時点もより速くなるので、残留
応力改善をより効果的に行うことができる。

【００６７】本発明による四方噴射型のノズルヘッドの
他の一例を、図７（ｄ）を用いて説明する。本ノズルヘ
ッドは、衝突面が凹面の軸対称状をした凹面型のバッフ
ル体５ａを備えている。凹面の縦断面における頂角β
は、９０°以上、好ましくは１２０°以上に設定されて
いる。噴流３は衝突面で衝突方向（図中の下方）の速度
が０となり、その後、噴流と対向する方向（図中の上方
向）の速度成分を有する衝突噴流９ａとして噴射され
る。

【００６８】頂角βを上記範囲に設定することにより、
噴流３から衝突噴流９への速度変化が大きくなるため、
衝突面での水撃作用が激しく生じる。従って、衝突面で
のキャビテーション気泡の崩壊が激しく起こる。衝突面
で崩壊しなかったキャビテーション気泡は、衝突噴流９
ａ中の激しい渦流と剥離流によって成長しながら噴射さ
れる。

【００６９】本ノズルヘッドにおいても、衝突面に図７
（ａ）と同じ巴形状の溝(又は突起)を設けることによ
り、衝突噴流９ａに旋回流成分を与えて、渦流と剥離流
をより激しく生じさせることができる。この結果、周方
向に均一で、しかも高い残留応力改善効果が得られる。
図７（ｄ）の変形例として、衝突面を凸面の軸対称形状
にすることもできる。この場合、凸面の頂部が噴流３の
中心部の流れを粉砕してキャビテーション気泡を生成す
る。また、図７（ａ）と同じ溝（又は突起）を設けるた
めの、加工が容易である。

【００７０】次に、ＢＷＲの水位計測ノズルの溶接部に
適用した本発明の第２実施例であるＷＪＰを、図８を用
いて説明する。図８は、ノズルヘッド１５ｂを水位計測
ノズル３５内にセットした状態を示している。本実施例
におけるＷＪＰの施工対象は、圧力容器１３に取り付け
られている水位計測ノズル３５内のノズル３６とセーフ
エンド３７との溶接部３８である。本実施例では、図７
（ｄ）のノズルヘッド１５ｂを用いている。

【００７１】噴流３の中心部（中心軸周辺）の流れは、
凹面（衝突面）の中心部に当って向きを変え、凹面に沿
って流れることにより、噴流３の外周部の流れと干渉し
て激しい乱流となる。このようにして生じた衝突噴流
は、水位計測ノズル３５の先がバルブ３７ａで阻止され
ているために、水位計測ノズル３５内を圧力容器側（図
８の右側）に流れ、最終的には圧力容器内に放出され
る。

【００７２】水位計測ノズル３５の溶接部３８にＷＪＰ
を施工する場合の装置構成を、図９を用いて説明する。
本装置は、ノズルヘッド１５ｂを施工対象部まで移動さ
せるノズルヘッド駆動装置３９，ノズルヘッド駆動装置
３９を水位計測ノズル３５の位置までサポ−トするため
のフレ−ム４０，ノズル４に加圧水を供給する高圧ホー
ス４２及び加圧ポンプ４３，加圧ポンプ４３に水を供給
する供給ホース４４、及びノズルヘッド駆動装置３９及
び加圧ポンプ４３を制御する制御盤４５などで構成され
る。

【００７３】以下に、第２実施例におけるＷＪＰの施工
手順を詳細に説明する。

【００７４】（１）解列：圧力容器の上鏡，蒸気乾燥
器，シュラウドヘッド及び燃料集合体を取り外す。この
状態では、圧力容器１３内及び原子炉ウエル内は炉水２
２で満たされている。

【００７５】（２）ノズルヘッド駆動装置のセット：フ
レ−ム４０にノズルヘッド駆動装置３９を取り付ける。
補助ホイスト２１を用いて、ノズルヘッド駆動装置３９
をフレーム４０内で下降させ、水位計測ノズル３５の位
置（高さ）にセットする。

【００７６】（３）ＷＪＰの施工準備：本手順は以下の
ａ〜ｃの手順からなる。

【００７７】ａ）ＷＪＰ装置のセット：ノズルヘッド駆
動装置３９の先端に搭載したノズルヘッド１５ｂを水位
計測ノズル３５内に挿入する。制御盤４５及び加圧ポン
プ４３を図９のように作業床上に配置し、給水ホース４
４で加圧ポンプ４３と源水タンク４６とを連結し、高圧
ホース４２で加圧ポンプ４３とＷＪＰ装置本体とを連結
する。また、これらの機器間に配線を敷設し、調整す
る。

【００７８】ｂ）条件の設定：噴流の噴射流量及び噴射
時間，ノズルの軸方向の走行速度及び走行範囲，ノズル
ヘッドの周方向の旋回速度及び旋回範囲などを設定す
る。

【００７９】ｃ）装置の動作確認：噴流を噴射させない
状態で、設定条件に従ってノズルヘッド１５ｂを動かし
て、正しい施工範囲，円滑な動作などを確認する。

【００８０】（４）ＷＪＰの施工：噴流を噴射して、溶
接部３８にＷＪＰを施工する。

【００８１】（５）ＷＪＰの施工確認：本手順は以下の
ａ及びｂの手順からなる。

【００８２】ａ）ノズルヘッドの取り出し：ノズルヘッ
ド１５ｂを水位計測ノズル３５から取り出す。

【００８３】ｂ）ＷＪＰの施工確認：監視カメラ４７を
水位計測ノズル３５内に挿入し、ＷＪＰが適正に行われ
たことを監視テレビ４８で確認し、監視ビデオ４９に記
録する。

【００８４】（６）ＷＪＰ装置の撤収：本手順は以下の
ａ及びｂの手順からなる。

【００８５】ａ）監視カメラの撤収：監視カメラ４７を
水位計測ノズル３５から取り出して撤収する。

【００８６】ｂ）ＷＪＰ装置の撤収：前述した機器間の
配管及び配線を取り外し、全ての機器，配管及び配線を
撤収する。

【００８７】（７）併入：燃料集合体，シュラウドヘッ
ド，蒸気乾燥器及び圧力容器の上鏡を吊り込んで組み立
て、復旧する。

【００８８】以上の手順で、炉水が満たされた原子炉内
の水位計測ノズルの溶接部にＷＪＰを施工することによ
り、高い崩壊圧力を有するキャビテーション気泡を溶接
部の表面で崩壊させることができる。従って、水位計測
ノズルの溶接部表面の残留応力を圧縮残留応力に改善し
て、応力腐食割れ等の材料損傷を防止できる。

【００８９】本発明による四方噴射型のノズルヘッドの
他の一例を図１０を用いて説明する。本ノズルヘッド
は、図６（ａ）のノズルヘッドにおいて、バッフル体５
ａの反ノズル側に旋回羽根５ｄをバッフル体５ａと同軸
に設けたものである。すなわち、本ノズルヘッドは、旋
回羽根付きフローバッフル５を有している。この場合、
施工対象部に衝突した衝突噴流によって旋回羽根５ｄが
回され、この旋回羽根５ｄの回転によってバッフル体５
ａの自転が助長される。

【００９０】ＢＷＲの炉心モニタ（ＩＣＭ）ハウジング
の周溶接部の内面に適用する本発明の第３実施例である
ＷＪＰを、図１１を用いて説明する。図１１は、衝突噴
流の逆流阻止板１０を有するノズルヘッド１５ｃをＩＣ
Ｍハウジング１の周溶接部１７ａの内面にセットした状
態を示す。ＩＣＭハウジング１は、図４（ａ）に示した
ように、圧力容器１３の下鏡２６を貫通して設けられ
る。

【００９１】ノズルヘッド１５は、図８で説明したノズ
ルヘッド１５ｂのノズル４側に逆流阻止板１０を設けた
ものである。ノズルヘッド１５ｃが逆流阻止板１０を備
えることによって、ＩＣＭハウジング１の下端にある封
止部の水密性が保護される。本ノズルヘッドでは、バッ
フル体５ａに当って衝突前と逆方向に流れの向きを変え
た衝突噴流を逆流阻止板１０に当てることによって、そ
の流れの向きを元の方向に戻すことができる。この逆流
阻止板１０から戻される衝突噴流と初めの衝突噴流との
干渉によって乱流が生じ、この乱流によりピーニング効
果を高めることができる。

【００９２】ＩＣＭハウジング１の周溶接部１７ａにＷ
ＪＰを施工するための主な装置は、図１１に示すよう
に、ノズルヘッド１５ｃを備えた昇降ガイド１４付きの
昇降軸６ａ，昇降軸６ａの下端に設けたノズル回転機１
６ａ及びノズル昇降機１６ａを備えたノズルヘッド駆動
装置１６，ノズル４に加圧水を供給する高圧ホース７及
び加圧ポンプ１８，加圧ポンプ１８に水を供給する給水
ホース１９、及びノズルヘッド駆動装置１６及び加圧ポ
ンプ１８を制御する制御盤２０などで構成される。

【００９３】以下に、本実施例におけるＷＪＰの施工手
順を詳細に説明する。

【００９４】（１）解列：圧力容器の上鏡，蒸気乾燥
器，シュラウドヘッド，燃料集合体及び制御棒を取り外
す。この状態では、圧力容器１３内及び原子炉ウエル内
は炉水２２で満たされている。

【００９５】（２）ＩＣＭ案内管上端部の密封：図１
（ａ）に示したＩＣＭハウジング１の上方のＩＣＭ案内
管の上端部が水密となるように、栓をして密封する。

【００９６】（３）ＩＣＭ検出器の取り出し：ＩＣＭ案
内管の内部に収納されているＩＣＭ検出器（図示省略）
を、ＩＣＭハウジング１の下端から取り出す。

【００９７】（４）溶接位置の確認：超音波応用センサ
等をＩＣＭハウジング１の下端から挿入し、周溶接部１
７ａの位置とＷＪＰの施工範囲を確認する。

【００９８】（５）ＷＪＰの施工準備：本手順は以下の
ａ〜ｅの手順からなる。

【００９９】ａ）ＷＪＰ装置のセット：先端にノズルヘ
ッド１５ｃを搭載したノズル駆動軸１６ｃをＩＣＭハウ
ジング１内部に挿入する。ノズルヘッド駆動装置１６，
制御盤２０及び加圧ポンプ１８を図４（ａ）のように配
置し、給水ホース１９で加圧ポンプ１８と源水タンク
（図示せず）とを連結し、高圧ホース７で加圧ポンプ１
８とＷＪＰ装置本体とを連結する。また、これらの機器
間に配線を敷設し、調整する。

【０１００】ｂ）施工条件の設定：噴流の噴射流量及び
噴射時間，ノズルヘッドの軸方向の走行速度及び走行範
囲，ノズルヘッドの周方向の旋回速度及び旋回範囲など
を設定する。

【０１０１】ｃ）装置の動作確認：噴流を噴射しない状
態で、設定条件に従ってノズルヘッド１５ｃを動かし
て、正しい施工範囲，円滑な動作などを確認する。

【０１０２】ｄ）ＩＣＭ案内管上端部の密封解除：ＩＣ
Ｍ案内管上端部の栓を取り外して、密封を解除する。

【０１０３】ｅ）噴流の試射：噴流３を試射して配管の
緩みや振動等を確認し、セットを終了する。

【０１０４】（６）ＷＪＰの施工：噴流３を噴射し、周
溶接部１７ａにＷＪＰを施工する。 （７）ＷＪＰの施工確認：本手順は以下のａ〜ｄの手順
からなる。

【０１０５】ａ）ＩＣＭ案内管上端部の密封：ＩＣＭ案
内管の上端部が水密となるように栓をして密封する。

【０１０６】ｂ）ノズル駆動軸の取り外し：ノズル駆動
軸１６ｃをＩＣＭハウジング１から取り出す。

【０１０７】ｃ）監視カメラのセット：監視カメラ（図
示せず）をＩＣＭハウジング１内に挿入し、監視ビデオ
３１と合わせてセットする。

【０１０８】ｄ）ＷＪＰの施工確認：監視カメラを用い
て、ＷＪＰが適正に施工されたことを確認する。

【０１０９】（８）ＷＪＰ装置の撤収：本手順は以下の
ａ及びｂの手順からなる。

【０１１０】ａ）監視カメラの撤収：監視カメラをＩＣ
Ｍハウジング１から取り出し、撤収する。

【０１１１】ｂ）ＷＪＰ装置の撤収：前述した機器間の
配管及び配線を取り外し、全ての機器，配管及び配線を
撤収する。

【０１１２】（９）ＩＣＭ検出器の取り付け：ＩＣＭハ
ウジング１の下端からＩＣＭ検出器を挿入して、取り付
ける。

【０１１３】（１０）ＩＣＭ案内管上端部の密封解除：
ＩＣＭ案内管上端部の栓を取り外して密封を解除し、Ｗ
ＪＰの施工を終了する。

【０１１４】（１１）併入：燃料集合体，制御棒，シュ
ラウドヘッド，蒸気乾燥器、及び圧力容器の上鏡を吊り
込んで組み立て、復旧する。

【０１１５】以上の手順で、炉水が満たされた圧力容器
内のＩＣＭハウジング１の周溶接部にＷＪＰを施工する
ことにより、高い崩壊圧力を有するキャビテーション気
泡を溶接部の表面で崩壊させることができる。従って、
ＩＣＭハウジング１の周溶接部の表面部分の残留応力を
改善して圧縮残留応力を付与することができ、応力腐食
割れ等の材料損傷を防止できる。

【０１１６】尚、本実施例では、逆流阻止板１０を有す
るノズルヘッド１５ｃを用いた例を説明したが、図２及
び図６に示したノズルヘッド１５ａ及び１５ｂを用いた
場合にも、上記の施工手順は適用できる。

【０１１７】ＢＷＲのＩＣＭハウジングの周溶接部の内
面に適用する本発明の第４実施例であるＷＪＰを、図１
２を用いて説明する。第３実施例ではＩＣＭハウジング
１の下端から挿入したノズルヘッドによってＷＪＰを施
工したが、本実施例では、ＩＣＭハウジングの上端から
挿入したノズルヘッドによってＷＪＰを施工する。本実
施例は、図８に示したノズルヘッド１５ｂを用いる。図
１２は、ノズルヘッド１５ｂをＩＣＭハウジングの周溶
接部１７ａの内面にセットした状態を示す。以下に、本
実施例におけるＷＪＰの施工手順を詳細に説明する。

【０１１８】（１）解列：圧力容器の上鏡，蒸気乾燥
器，シュラウドヘッド，燃料集合体及び制御棒を取り外
す。この状態では、圧力容器１３内及び原子炉ウエル内
は炉水２２で満たされている。

【０１１９】（２）ＩＣＭ案内管上端部の密封、及びＩ
ＣＭ検出器の取り出し：本手順は以下のａ及びｂの手順
からなる。

【０１２０】ａ）図１（ａ）に示したＩＣＭハウジング
１の上方のＩＣＭ案内管１ａの上端部が水密となるよう
に、栓をして密封する。尚、３４は炉心支持板である。

【０１２１】ｂ）ＩＣＭ案内管の内部に収納されている
ＩＣＭ検出器(図示せず)を、ＩＣＭハウジング１の下端
から取り出す。

【０１２２】（３）ＩＣＭハウジング下端部の密封、及
びＩＣＭ案内管上端部の密封解除：本手順は以下のａ及
びｂの手順からなる。

【０１２３】ａ）ＩＣＭハウジング１の下端部に閉止フ
ランジ３２を取り付けて、水密に密封する。

【０１２４】ｂ）ＩＣＭ案内管上端部の栓を取り外し
て、密封を解除する。

【０１２５】（４）溶接位置の確認：超音波センサ等を
ＩＣＭ案内管１ａの上端から挿入し、周溶接部１７ａの
位置とＷＪＰの施工範囲を確認する。

【０１２６】（５）ＷＪＰの施工準備：本手順は以下の
ａ〜ｄの手順からなる。

【０１２７】ａ）ＷＪＰ装置のセット：先端にノズルヘ
ッド１５ｂを搭載した昇降軸６ａを、上方からＩＣＭハ
ウジング１内部に挿入する。ノズルヘッド駆動装置１
６，制御盤２０及び加圧ポンプ１８を配置し、給水ホー
ス１９で加圧ポンプ１８と源水タンク（図示せず）とを
連結し、高圧ホース７で加圧ポンプ１８とＷＪＰ装置本
体とを連結する。これらの機器間に配線を敷設し、調整
する。これらの機器配置は図４（ａ）とほぼ同じである
のでここでは説明を省略する。

【０１２８】ｂ）施工条件の設定：噴流の噴射流量及び
噴射時間，ノズルヘッドの軸方向の走行速度及び走行範
囲，ノズルヘッドの周方向の旋回速度及び旋回範囲など
を設定する。

【０１２９】ｃ）装置の動作確認：噴流を噴射しない状
態で、設定条件に従ってノズルヘッド１５ｂを動かし
て、正しい施工範囲，円滑な動作等を確認する。

【０１３０】ｄ）噴流の試射：噴流３を試射して配管の
緩みや振動等を確認し、セットを終了する。

【０１３１】（６）ＷＪＰの施工：噴流３を噴射し、周
溶接部１７ａにＷＪＰを施工する。 （７）ＷＪＰの施工確認：本手順は以下のａ〜ｃの手順
からなる。

【０１３２】ａ）ノズル駆動軸の取り外し：ノズル駆動
軸（図示せず）をＩＣＭハウジング１から取り外す。

【０１３３】ｂ）監視カメラのセット：監視カメラをＩ
ＣＭハウジング１内に挿入し、監視ビデオと合わせてセ
ットする。

【０１３４】ｃ）ＷＪＰの施工確認：監視カメラにより
ＷＪＰが適正に施工されたことを確認する。

【０１３５】（８）ＷＪＰ装置の撤収：本手順は以下の
ａ及びｂの手順からなる。

【０１３６】ａ）監視カメラの撤収：監視カメラをＩＣ
Ｍハウジング１から取り出して、撤収する。

【０１３７】ｂ）ＷＪＰ装置の撤収：前述の機器間の配
管と配線を取り外し、機器，配管及び配線を撤収する。

【０１３８】（９）ＩＣＭ案内管上端部の密封，ＩＣＭ
検出器の取り付け、及びＩＣＭ案内管の上端部の密封解
除：本手順は以下のａ〜ｃの手順からなる。

【０１３９】ａ）ＩＣＭ案内管１ａの上端部に栓をし
て、水密に密封する。

【０１４０】ｂ）ＩＣＭハウジング１の下端の閉止フラ
ンジ３２を取り外し、ＩＣＭ検出器を挿入して取り付け
る。

【０１４１】ｃ）ＩＣＭ案内管１ａの上端部を密封して
いる栓を取り外し、ＷＪＰの施工を終了する。

【０１４２】（１０）併入：燃料集合体，制御棒，シュ
ラウドヘッド，蒸気乾燥器、及び圧力容器の上鏡を吊り
込んで組み立て、復旧する。

【０１４３】本実施例では、凹面を有するバッフル体５
ａを有するノズルヘッド１５ｂを用いているため、噴流
３の中心部（中心軸周辺）の流れは、凹面の中心部に当
たって向きを変え、凹面に沿って流れることにより、噴
流３の外周部の流れと干渉して激しい乱流となる。この
ように生じた衝突噴流は、ＩＣＭハウジング１の下端部
に閉止フランジ３２が取り付けてあるために、ＩＣＭハ
ウジング１内を上昇して、最終的には圧力容器内に放出
される。凹面部付近で生じる激しい乱流によってキャビ
テーション気泡の崩壊圧力も高くなるので、大きな残留
応力改善効果が得られる。従って、本実施例でも、第３
実施例と同様に、ＩＣＭハウジングの周溶接部の表面部
分の残留応力を改善して圧縮残留応力を付与でき、応力
腐食割れ等の材料損傷を防止できる。

【０１４４】次に、図１３を用いて、図６（ａ）の四方
噴射型のノズルヘッド１５ｂによる残留応力改善効果の
一例を説明する。ノズル４は、外径３０mm，噴射口径２
mmのものを用いた。バッフル体５ａは衝突距離が８０m
m，衝突角度が９０°となるように設けられている。こ
のようなノズルヘッド１５ｂを用いて内径３８mmの管内
面にＷＪＰを施した後で、管の内表面で測定した残留応
力の測定結果を図１３に示す。ＷＪＰは、ノズルヘッド
を管の軸方向に走行させながら行った。

【０１４５】図１３で、縦軸は残留応力の測定値、横軸
は管の施工中心からの軸方向距離を示す。同図で、正の
残留応力は引張り残留応力を、負の残留応力は圧縮残留
応力をそれぞれ意味する。管は周方向に３分割し、ＷＪ
Ｐ施工前に内表面に平面研削を行って、予め４００ＭＰ
ａ程度の引張り残留応力を初期条件として与えてある。
図１３に示すように、ＷＪＰの施工により初期の引張り
残留応力が圧縮残留応力に改善されていることが分か
る。このような圧縮残留応力の下では応力腐食割れや疲
労破壊は起らないことが知られており、ＷＪＰ施工によ
り応力腐食割れや疲労破壊を防止することができる。

【０１４６】前述した各実施例は原子炉の内部構造材を
対象にＷＪＰを施工しているが、本発明はこれに限定さ
れない。本方法は、原子力プラントの杯間内面，一般産
業機械，船舶などにも適用することができる。

【０１４７】

【発明の効果】本発明によれば、ノズルを施工対象面に
向ける必要がないので、狭隘部（又は小口径管）に対し
て本法の適用が可能である。また、衝突噴流中のキャビ
テーション気泡が大きく成長することと、施工対象面に
おける激しい水撃作用とが相俟って、施工対象面に高い
崩壊圧力を及ぼすことができる。このため、施工対象面
に大きな圧縮残留応力を付与でき、内部構造部材表面の
残留応力改善して、応力腐食割れ等の材料損傷を防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は原子炉圧力容器の上鏡，蒸気乾燥器及
びシュラウドヘッドを取り外した状態における原子炉圧
力容器の概略縦断面図、（ｂ）はシュラウド外面の縦溶
接部に本発明の一実施例であるＷＪＰ法を適用した状態
を示す概略構成図、(ｃ)は衝突角度と衝突距離の説明
図、（ｄ）は図１（ｂ）において噴流の流れ方向をかえ
るために使われるバッフル体の他の例を示す図。

【図２】衝突噴流が一方向から噴射される一方噴射ノズ
ルヘッドの概略構成を示す斜視図。

【図３】図２の一方噴射方のノズルヘッドを用いた残留
応力改善効果の一例を示す図。

【図４】（ａ）は本発明の実施例であるＷＪＰを、シュ
ラウド外面の縦溶接部（第１実施例）及びＩＣＭハウジ
ングの周溶接部（第３実施例）に施工した状態を示す原
子炉圧力容器周辺の概略縦断面図、（ｂ）は図４（ａ）
でノズルヘッドをシュラウドとライザー管の間に挿入し
た際に、ＷＪＰ装置本体の周辺を上方から見た状態を示
す図。

【図５】第１実施例のＷＪＰの施工手順を示す概略フロ
ーチャート。

【図６】（ａ）はノズルヘッドの他の実施例である四方
噴射型のノズルヘッドの概略構成図、（ｂ）は図６
（ａ）のＡ−Ａ矢視図、（ｃ）は四方噴射型のノズルヘ
ッドの他の一例を示す横断面図。

【図７】（ａ）は四方噴射型のノズルヘッドの他の一例
を示す横断面図、（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図、
（ｃ）は図７（ａ）のＣ−Ｃ断面図。

【図８】ＷＪＰを水位計測ノズルの溶接部に施工した第
２実施例を示す概略構成図。

【図９】第２実施例に用いるＷＪＰ装置の主な構成を示
す図。

【図１０】四方噴射型のノズルヘッドの他の一例を示す
概略構成図。

【図１１】ＩＣＭハウジングの周溶接部に施工したＷＪ
Ｐの第３実施例の概略構成図。

【図１２】ＩＣＭハウジングの周溶接部に施工したＷＪ
Ｐの第４実施例の概略構成図。

【図１３】図６（ａ）の四方噴射型のノズルヘッドを用
いた残留応力改善効果の一例を示す図。

【符号の説明】

１…ＩＣＭハウジング、２ａ…キャビテーション気泡、
３…噴流、４，３６…ノズル、５…フローバッフル、５
ａ…バッフル体、５ｂ…開口部、５ｃ…溝、５ｄ…旋回
羽根、、５ｄ′…噴流ガイド、５ｘ…サポート、６…昇
降軸、７…高圧ホース、９ａ，９ｂ…衝突噴流、１３…
圧力容器、１４…昇降ガイド、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ
…ノズルヘッド、１６，３９…ノズルヘッド駆動装置、
１６ａ…ノズル回転機、１６ｂ…ノズル昇降機、１６ｃ
…ノズル駆動軸、１７…縦溶接部、１７ａ…周溶接部、
１８，４３…加圧ポンプ、２０，４５…制御盤、２３…
シュラウド、２６…下鏡、２７…炉心冷却管、２９…Ｗ
ＪＰ装置本体、３０，４７…監視カメラ、３２…閉止フ
ランジ、３３…ノズルアーム、３３ａ…ＩＣＭ案内管、
３７…セーフエンド、４６…源水タンク、５０…衝突
面。

フロントページの続き (72)発明者 榎本 邦夫 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 日立エンジニアリングコンサルティング株 式会社内 (72)発明者 平野 克彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 林 英策 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 日立ニ ュークリアエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 守中 廉 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立事業所内 (72)発明者 清水 禎人 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立事業所内 (72)発明者 菅野 智 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 田中 茂 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立茨城ビジネスエンジニアリング内 (72)発明者 石川 哲也 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 日立ニ ュークリアエンジニアリング株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子炉圧力容器内に炉水を満たした状態
   で、前記原子炉圧力容器の内部構造物材に対向して配置
   されたノズルからキャビテーション気泡を包含する噴流
   を噴射するステップと、 前記ノズルから噴射された噴流をバッフル体が有する平
   面状の衝突面に衝突させることにより、噴流の向きを変
   えるステップと、 前記流れの向きを変えた噴流を、前記内部構造物材表面
   に当てることによって、前記内部構造物材表面部分の残
   留応力を改善するステップとを備えた原子炉圧力容器の
   内部構造部材のウォータージェットピーニング方法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ノズルの噴射口の
   先端と前記バッフル体の衝突面との距離を、前記ノズル
   の噴射口径の１００倍以内、好ましくは５０倍以内に設
   定して、前記残留応力の改善を行う原子炉圧力容器の内
   部構造部材のウォータージェットピーニング方法。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記ノズルの噴
   射口の中心軸と前記バッフル体の衝突面とのなす角度
   を、１０〜９０度、好ましくは４０〜９０度、さらに好
   ましくは６０〜９０度の範囲に設定して、前記残留応力
   の改善を行う原子炉圧力容器の内部構造部材のウォータ
   ージェットピーニング方法。
4. 【請求項４】請求項１において、前記平面状の衝突面を
   有するバッフル体に代えて、前記ノズルの噴出口の中心
   軸に対して軸対称な凹面を衝突面として有するバッフル
   体を用い、前記凹面の縦断面における頂角を９０度以
   上、好ましくは１２０度以上に設定し、前記残留応力の
   改善を行う原子炉圧力容器の内部構造部材のウォーター
   ジェットピーニング方法。
5. 【請求項５】請求項１乃至請求項４のいずれかにおい
   て、前記内部構造部材は、炉心シュラウド，炉心モニタ
   ハウジング，水位計測ノズルのいずれかである前記残留
   応力の改善を行う原子炉圧力容器の内部構造部材のウォ
   ータージェットピーニング方法。
6. 【請求項６】原子炉圧力容器内に炉水中にキャビテーシ
   ョン気泡を包含する噴流を噴射するためのノズルと、炉
   水中に配置された前記ノズルに水を供給する水供給装置
   と、前記ノズルから噴射された噴流を衝突させてその流
   れの向きを変えるための平面状の衝突面を有するバッフ
   ル体と、前記ノズルと前記バッフル体の衝突面との間隔
   を設定した距離に保持するサポートとを備えたことを特
   徴とする原子炉圧力容器の内部構造部材のウォータージ
   ェットピーニング装置。
7. 【請求項７】請求項６において、前記サポートが、前記
   ノズルの噴射口の先端と前記バッフル体の衝突面との距
   離を、前記ノズルの噴射口径の１００倍以内、好ましく
   は５０倍以内に保持している原子炉圧力容器の内部構造
   部材のウォータージェットピーニング装置。
8. 【請求項８】請求項６又は５において、前記サポート
   が、前記ノズルの噴射口の中心軸と前記バッフル体の衝
   突面とのなす角度を、１０〜９０度、好ましくは４０〜
   ９０度、さらに好ましくは６０〜９０度の範囲に保持し
   ている原子炉圧力容器の内部構造部材のウォータージェ
   ットピーニング装置。
9. 【請求項９】請求項６乃至請求項８のいずれかにおい
   て、前記サポートが、前記バッフル体の衝突面に対向し
   て、流れの向きを変えた前記噴流が流出するための１つ
   の開口部を有する原子炉圧力容器の内部構造部材のウォ
   ータージェットピーニング装置。
10. 【請求項１０】請求項６乃至請求項８のいずれかにおい
    て、前記サポートが、前記バッフル体の衝突面に対向し
    て、流れの向きを変えた前記噴流が流出するための複数
    の開口部を有し、前記複数の開口部が前記ノズルの噴出
    口の中心軸に対する周方向に並べて設けられている原子
    炉圧力容器の内部構造部材のウォータージェットピーニ
    ング装置。
11. 【請求項１１】請求項６において、前記平面状の衝突面
    を有するバッフル体に代えて、前記ノズルの噴出口の中
    心軸に対して軸対称な凹面を衝突面として有するバッフ
    ル体を備え、前記凹面の縦断面における頂角を９０度以
    上、好ましくは１２０度以上に設定されている原子炉圧
    力容器の内部構造部材のウォータージェットピーニング
    装置。
12. 【請求項１２】請求項１において、前記サポートが、前
    記バッフル体の衝突面に対向して、流れの向きを変えた
    前記噴流が流出するための複数の開口部を有し、前記複
    数の開口部が前記ノズルの噴出口の中心軸に対する周方
    向に並べて設けられている原子炉圧力容器の内部構造部
    材のウォータージェットピーニング装置。
13. 【請求項１３】請求項１０又は１２において、前記バッ
    フル体の衝突面が、流れの向きを変えた前記噴流に前記
    ノズルの噴射口の中心軸に対する旋回流を誘起するため
    の複数の曲線状の溝又は突起を有する原子炉容器の内部
    構造部材のウォータージェットピーニング装置。