JP2011016178A - ウォータージェットピーニング方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＷＪＰ施工対象物における残留応力の改善効果をより精度良く確認することができるウォータージェットピーニング方法を提供する。
【解決手段】走査されているノズルから高圧の水流を噴射し、この水流に含まれた気泡が潰れて発生する衝撃波をＷＪＰ施工対象物に当てる（Ｓ５）。ＷＪＰ施工対象物の表面付近の引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。衝撃波が圧力センサによって検出され、衝撃波発生頻度を求める。得られた衝撃波発生頻度が設定値よりも大きいかが判定される（Ｓ７）。衝撃波発生頻度が設定値よりも大きいとき、高圧ポンプを停止し、ノズルからの水流の噴射を停止する（Ｓ１０）。衝撃波発生頻度が設定値以下であるとき、高圧ポンプの運転条件を変更する（Ｓ８）。ノズルから噴射される水流の圧力が増大され、衝撃波発生頻度が設定値以下である箇所に対するＷＪＰの施工が行われる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウォータージェットピーニング方法及びその装置に係り、特に、原子炉内の構造物の引張残留応力をウォータージェットピーニング（Ｗａｔｅｒ Ｊｅｔ Ｐｅｅｎｉｎｇ）により圧縮残留応力に改善するのに好適なウォータージェットピーニング方法及びその装置に関する。

原子炉の構成部材の溶接部及び熱影響部などの表面近傍に残留応力が存在する場合には、この溶接部及びこれの熱影響部などにウォータージェットピーニング（以下、ＷＪＰと称する）を施工して構成部材の表面付近に存在する引張残留応力を圧縮残留応力に改善することが行われている。ＷＪＰは、応力を改善する構成部材を水中に浸漬させた状態で、水中でノズルから高圧の水流を噴射して行われる。噴射された水流に含まれる気泡が潰れることによって衝撃波が生じる。この衝撃波が水中の構成部材の表面に衝突することによって、その構成部材の表面付近の引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。このため、構成部材における応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生が抑制される。ＷＪＰによる応力改善方法は、例えば、特許第２８４１９６３号公報、特許第３５３０００５号公報、特開平８−７１９１９号公報及び特開平６−４７６６８号公報に記載されている。

構成部材に対するＷＪＰの施工において、ＷＪＰの施工状態を確認する方法が、特開平８−７１９１９号公報及び特開平６−４７６６８号公報に提案されている。

特開平８−７１９１９号公報では、原子炉圧力容器の底部に取り付けられてこの底部を貫通している導管にＷＪＰを施工している。このＷＪＰの施工は、その導管の、原子炉圧力容器内の部分に対して行われる。その導管のＷＪＰ施工対象部付近で水中に存在するノズルから高圧の水流が噴射され、水流に含まれる気泡が潰れることによって発生する衝撃波が、原子炉圧力容器内で導管の表面に衝突する。原子炉圧力容器の外側でその導管の外面に取り付けられているＡＥセンサ（アコースティック・エミッション）が、ＷＪＰ施工時において、導管の、原子炉圧力容器内の部分に衝撃波が衝突したときに発生する音響信号を検出してＡＥ信号（音響パワー）を出力する。このＡＥ信号に基づいて、ＷＪＰを施した導管に対して残留応力が十分に改善されたか否かを確認する。残留応力が十分改善されていない場合には、噴射される水流の噴射条件（噴射圧力）の制御、及びノズル位置の調節を行う。

特開平６−４７６６８号公報は、ＷＪＰの施工時において高圧高速の水流を噴射するノズルの噴射口近傍でノズルに、圧電セラミック（ＰＺＴ）センサを設置することを記載している。ノズルから高圧の水流が噴射されているとき、ＰＺＴセンサはノズルに生じる衝撃パルス（キャビテーション発生イベント）を検知する。検知された衝撃パルスに基づいてＰＺＴセンサから出力された信号の周波数分布が、周波数解析装置で解析される。周波数分布の解析結果を入力する判定装置が、その周波数分布から得られた卓越周波数及びこの振幅とこれらの設定値との比較結果に基づいて、制御信号を出力する。卓越周波数に基づいてノズルとＷＪＰ施工対象物の表面との距離が調節され、卓越周波数の振幅に基づいてノズルに水を供給するポンプの吐出圧力が調節される。

特許第２８４１９６３号公報 特許第３５３０００５号公報 特開平８−７１９１９号公報 特開平６−４７６６８号公報

特開平８−７１９１９号公報に記載されたＷＪＰでは、ＷＪＰ施工時に、導管の、原子炉圧力容器内の部分に衝撃波が衝突したときに発生する音響信号（弾性波）を、原子炉圧力容器の外側で導管の外面に取り付けられたＡＥセンサで検出している。しかしながら、このＡＥセンサは、ノズルから噴射された水流に含まれた気泡が潰れて発生する衝撃波により導管に発生した弾性波だけでなく、噴射された水流が導管に直接衝突したときの衝撃力によって導管に発生する弾性波も検出してしまう。ところで、導管の表面付近に存在する引張残留応力を圧縮残留応力への改善には気泡が潰れて発生する衝撃波が大きく貢献する。このため、噴射された水流が導管に直接衝突したときの衝撃力によって発生する弾性波は、ＷＪＰによる導管の残留応力の改善が十分であるか否かの判定の結果に対する信頼性を低下させる。また、導管が複数本存在してこれらの導管に順番にＷＪＰを施工する場合には、ＷＪＰを施工する導管に合せてＡＥセンサを設置する導管も変える必要がある。すなわち、ＷＪＰ施工が終了した導管からＡＥセンサを取り外し、次にＷＪＰを施工する導管にＡＥセンサを取り付けるという手間が発生する。

特開平６−４７６６８号公報に記載されたＷＪＰでは、ＰＺＴセンサをＷＪＰの施工に用いるノズルに取り付けているので、特開平８−７１９１９号公報に記載されたＷＪＰで生じる上記の各問題が解消される。しかしながら、ＰＺＴセンサをノズルに取り付けているので、特開平６−４７６６８号公報に記載されたＷＪＰでは、以下に述べる新たな問題が生じる。ノズルにＰＺＴセンサを設けている関係上、このＰＺＴセンサは狭い噴射口を通過する気泡を含んだ高圧水の流動振動に基づいた衝撃パルスを検出する。すなわち、特開平６−４７６６８号公報に記載されたＷＪＰでは、検出された衝撃パルスが、噴射口を通過する高圧水流に含まれた気泡の数の影響を強く受ける。

後述するように、ＷＪＰ施工対象物の表面に向かってノズルから高圧の水流を噴射する場合には、多数の気泡を含む高圧の水流がノズルに形成された狭隘な噴射口を通過するので、気泡が潰れなくても大きな流動ノイズが発生する。ノズルに設けられたＰＺＴセンサは、その流動ノイズも検出してしまう。しかしながら、噴射口を通過する高圧水流に含まれた全ての気泡が、この水流がノズルから噴射された後で必ず潰れるとは限らない。特開平６−４７６６８号公報では、潰れない気泡（衝撃波を発生しない気泡）によってノズルで発生する流動ノイズも検出する。このため、特開平６−４７６６８号公報でも、ＷＪＰ施工対象物での残留応力の改善効果を精度良く確認することができない。

本発明の目的は、ウォータージェットピーニング施工対象物における残留応力の改善効果をより精度良く確認することができるウォータージェットピーニング方法及びその装置を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、ノズルから水中に噴射された水流に含まれた気泡が潰れて発生する衝撃波を、ウォータージェットピーニング施工対象物に当て、この水中で発生したその衝撃波を水中に配置された衝撃波検出装置によって検出し、検出された衝撃波の発生頻度を求めることにある。

ウォータージェットピーニング施工時に発生する衝撃波を衝撃波検出装置によって検出し、衝撃波の発生頻度を求めるので、ＷＪＰ施工対象物の残留応力の改善に直接貢献する衝撃波の発生頻度に基づいて、ＷＪＰ施工対象物の残留応力の改善効果をより精度良く確認することができる。

本発明によれば、ウォータージェットピーニング施工対象物における残留応力の改善効果をより精度良く確認することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１のウォータージェットピーニング方法に用いられるウォータージェットピーニング装置の構成図である。 図１に示すウォータージェットピーニング装置を用いた場合の制御手順を示すフローチャートである。 実施例１において残留応力の改善が良好に行われた状態での、圧力センサの出力信号及び衝撃波発生頻度の表示例の説明図である。 実施例１において残留応力の改善が不足している状態での、圧力センサの出力信号及び衝撃波発生頻度の表示例の説明図である。 ノズルから噴射された水流内での気泡の形態を模式的に示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例２のウォータージェットピーニング方法に用いられるウォータージェットピーニング装置の構成図である。 図６に示すウォータージェットピーニング装置のターンテーブル付近の斜視図である。 図６に示すウォータージェットピーニング装置のノズルが設けられる移動装置の拡大図である。 本発明の他の実施例である実施例３のウォータージェットピーニング方法に用いられるウォータージェットピーニング装置の構成図である。 図９に示すノズル付近の拡大図である。 図９に示すウォータージェットピーニング装置での制御手順を示すフローチャートである。 実施例３においてウォータージェットピーニング施工中での２つのＡＥセンサの出力信号の一例を示す説明図である。 実施例３において残留応力の改善が良好に行われた状態での、圧力センサの出力信号及び衝撃波発生頻度の表示例の説明図である。 実施例３において残留応力の改善が不足している状態での、ＡＥセンサの出力信号及び衝撃波発生頻度の表示例の説明図である。

ＷＪＰによる構成部材の残留応力は、ノズルから噴射された高圧の水流が構成部材の表面に直接衝突したときの衝撃力によって改善されるのではなく、実質的には、噴射された水流に含まれた気泡が潰れて生じる衝撃波が構成部材に衝突することによって改善されるのである。

ノズルから噴射された高圧の水流に含まれた気泡が潰れて発生する衝撃波による構成部材の残留応力改善について、さらに詳細に説明する。水中に配置されたノズルから噴射される高圧の水流が、多数の気泡を含んでいる。気泡は、ノズルから噴射される高圧の水流に含まれているだけでなく、ノズルから水中に噴射された水流内でも発生する。水中に配置されたノズルから高圧の水流を噴射したとき、ノズルの周囲に存在する静止水とノズルから噴射された水流の境界に生じるせん断力によって多数の渦が発生し、これらの渦の近傍で局所的な圧力変動が起こる。このとき、局所的に負圧になった領域では気泡が発生する。

ノズルから噴射される時点で高圧の水流に含まれていた気泡、及び噴射後の水流内で発生した気泡は、負圧下で成長し、陽圧下で収縮する。陽圧がさらに増大したとき、発生した気泡が潰れる。気泡が潰れる際に、極めて大きな衝撃波を放出する。このような気泡の発生、成長・収縮、圧壊の過程をキャビテーションと呼んでいる。キャビテーションが発生すると大きな衝撃波が放出され、この衝撃波が構成部材に衝突することによって、構成部材の表面付近の引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。

噴射された水流内で気泡が発生してから潰れるまでの状態を、図５に模式的に示している。水３内に配置されたノズル６にポンプ（図示せず）から高圧水３１が供給される。高圧水３１がノズル６の噴射口３０から水中に噴射されたとき、水中に微小な気泡が多数発生して塊状となったキャビテーションクラウド３２が発生する。発生した複数のキャビテーションクラウド３２内で、一つ、または、数個の気泡が潰れたとき、衝撃波が放出される。気泡が潰れて発生する衝撃波が構成部材の表面に繰り返し当たることによって、構成部材の表面付近に存在する残留応力が改善される。噴射された水流内で一つ、または、数個の気泡が潰れて衝撃波が発生するとき、その気泡の周囲に存在する多数の気泡が衝撃波によって押し流される。このため、押し流される気泡群が連なっている渦糸キャビテーション３３が形成される。さらには、気泡が押し流されてしまったために気泡が消滅したかのように見えるスポット３４が観察される。図５において、３５は粗い気泡である。

構成部材の応力改善効果をもたらすのは、気泡が潰れて生じる衝撃波である。発明者らは、その応力改善効果が、ノズルから噴射される水流に含まれた気泡の数、及びその水流が噴射された水中に存在する気泡の数によってではなく、潰れた気泡の数（気泡が潰れる頻度）、すなわち、衝撃波の発生頻度によって確認できることを見出した。本発明は、この知見に基づいて成されたのである。

ノズルから噴射する水流の圧力及び流量、及びノズルとＷＪＰ施工対象物の表面との間の距離（スタンドオフ）などのＷＪＰ施工条件をそれぞれの設定値に保持した場合には、噴射された水流が構成部材の表面に直接衝突するときの衝撃力がほぼ一定になる。しかしながら、ノズルから噴射された水流内でのキャビテーションの発生メカニズムは複雑であるので、衝撃波が必ずしも想定通りの頻度で発生しない。そこで、衝撃波の発生頻度を監視することによって、ＷＪＰ施工中において構成部材の応力改善効果を確認することができる。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１のウォータージェットピーニング方法を、図１及び図２を用いて説明する。

本実施例のウォータージェットピーニング方法を説明する前に、本実施例に用いるウォータージェットピーニング装置（以下、ＷＪＰ装置という）１を、図１を用いて説明する。ＷＪＰ装置１は、ノズル６、水供給装置７、ノズル走査装置１０、圧力センサ（衝撃波検出装置）１６、信号処理装置３９及び制御装置２２，２３を備えている。信号処理装置３９は、ディスクリ１９及びカウンタ（衝撃波計数装置）２０を有する。制御装置（第２制御装置）２２はノズル走査装置１０の走査を制御する制御装置であり、制御装置（第１制御装置）２３はポンプ５を制御する制御装置である。

ノズル走査装置１０は、支柱１１、移動装置１２，１４，３８、第１アーム１３及び第２アーム３７を有する。支柱１１が、基台１５に取り付けられ、上下方向に伸びている。上下方向に移動する移動装置１２が支柱１１に移動可能に設けられる。水平方向でＸ方向に伸びる第１アーム１３が移動装置１２に設置されている。第１アーム１３に沿ってＸ方向に移動する移動装置１４が、第１アーム１３に移動可能に設置されている。水平方向でＸ方向に直交するＹ方向に伸びる第２アーム３７が移動装置１４に取り付けられている。移動装置３８が、第２アーム３７に移動可能に設置される。上下方向に伸びる支持部材３６が移動装置３８に取り付けられる。ノズル６が支持部材３６の先端部（下端部）に取り付けられる。基台１５は、水槽（容器）４が設置された床に設置される。

水供給装置７が、高圧ポンプ５、給水ホース８及び高圧ホース９を有する。給水ホース８が、水槽４の底部付近に取り付けられ、高圧ポンプ５に接続される。高圧ホース９が、高圧ポンプ５及びノズル６に接続される。高圧ホース５のノズル６側は、支持部材３６に取り付けられる。

圧力センサ１６が、移動装置３８に取り付けられた支持部材１７に設置されている。圧力センサ１６は移動装置３８に取り付けられた増幅器１８に接続される。増幅器１８が、ディスクリ１９及び表示装置２１に接続される。表示装置２１が操作盤２６に設けられる。カウンタ２０が、ディスクリ１９及び表示装置２１に接続される。制御装置２２が移動装置１２，１４及び３８に接続され、操作盤２６が制御装置２２，２３に接続される。制御装置２３がポンプ５に接続され、高圧ホース９に取り付けられた圧力計２４及び流量計２５が制御装置２３に接続される。

ＷＪＰ装置１を用いて行う本実施例のウォータージェットピーニング方法を、説明する。本実施例のウォータージェットピーニング方法では、図２に示す各ステップの操作または判定が実施される。

水槽４内に水３が充填され、ＷＪＰ施工対象物である構成部材２が、水槽４内の水３の中に設置される。この構成部材２は、プラント、例えば、建設される原子力プラントに設置される構成部材である。構成部材２は、運転を経験した原子力プラントから、原子力プラントの停止中に取り外された構成部材であってもよい。図１では、構成部材２は模式的に簡略化した形状で示されている。

ノズルをＷＪＰの開始位置に移動させる（ステップＳ１）。オペレータが、ＷＪＰを開始する位置情報、すなわち、ノズル６の噴射口の位置情報を操作盤２６に入力する。ノズル６の位置情報は、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向（上下方向）の各座標値で示される。制御装置２２が、その位置情報を入力し、入力したこの位置情報に基づいて移動装置１２，１４及び３８を駆動する。ノズル６の先端が、移動装置１２の移動によって入力したＺ方向の座標値に、移動装置１４の移動によって入力したＸ方向の座標値に、移動装置３８の移動によってＹ方向の座標値に位置決めされる。Ｚ方向の座標値によって、ノズル６と構成部材２との間の距離、すなわち、スタンドオフが、設定された距離に保持される。圧力センサ１６は、構成部材２よりもノズル６側で水３の中に配置される。

ノズル６がＷＪＰの開始位置に設定された後、高圧ポンプを起動する（ステップＳ２）。オペレータが操作盤２６から高圧ポンプ５の起動操作を行うことによって、ポンプ起動信号が操作盤２６から制御装置２３に入力される。このとき、制御装置２３は高圧ポンプ５を起動する。高圧ポンプ５は、初期値の運転条件で運転される。高圧ポンプ５の起動によって水槽４内の水３が給水ホース８を通して高圧ポンプ５に導かれる。制御装置２３は、圧力計２４及び流量計２５のそれぞれの計測値に基づいて、高圧ポンプ５から吐出される水の圧力及び流量を制御する。水３は、高圧ポンプ５により初期値の設定圧まで昇圧され、初期値の流量で、高圧ホース９を通してノズル６に供給される。高圧ポンプ５からの高圧水の供給によって、気泡を含む高圧の水流２７がノズル６から水槽４内に噴射される。噴射された水流２７内の気泡２８が水中で潰れて衝撃波２９が発生する。この衝撃波２９は、構成部材２に衝突すると共に、圧力センサ１６によって検出される。衝撃波２９を検出した圧力センサ１６の衝撃波検出信号４０が、増幅器１８で増幅された後、表示装置２１に入力されて表示される（図３及び図４参照）。表示装置２１には、増幅器１８から出力された衝撃波検出信号４０を用いた後述の処理によって得られた衝撃波発生頻度４２の情報が併せて表示される（図３及び図４参照）。

衝撃波発生頻度が衝撃波発生頻度の第１設定値より大きいかを判定する（ステップＳ３）。表示装置２１には、一点鎖線で示される、衝撃波発生頻度の第１設定値４３が表示される。オペレータは、表示装置２１に表示された画像情報を見ることによって、衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３よりも大きいかを容易に判定することができる。

衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３以下である場合には、高圧ポンプの運転条件を変更する(ステップＳ４)。オペレータは、操作盤２６を操作して高圧ポンプ５の運転条件（高圧ポンプ５の吐出圧力（または吐出流量の設定値））の設定値を変更する。すなわち、吐出圧力（または吐出流量）の設定値が増加される。制御装置２３は、高圧ポンプ５の変更された運転条件に基づいて高圧ポンプ５を制御する。高圧ポンプ５から増加された圧力等で水流が噴射され、後述するように、衝撃波発生頻度４２が得られる。

ステップＳ３で衝撃波発生頻度が衝撃波発生頻度の第１設定値よりも大きいと判定されたとき、ノズルの走査を開始する（ステップＳ５）。ノズル６を設定された方向に走査する。この走査は、オペレータが操作盤２６にノズル走査開始位置（以下、走査開始位置という）、走査方向（Ｘ方向またはＹ方向）及びノズル走査終了位置（以下、走査終了位置という）を入力することによって行われる。制御装置２２が、操作盤２６から走査開始信号、及び走査方向及び走査終了位置の各情報を入力し、該当する移動装置（移動装置１４または移動装置３８）に走査開始信号を出力する。オペレータが操作盤２６に入力した走査方向がＸ方向であるとき、移動装置１４が第１アーム１３に沿って移動し、ノズル６をＸ方向における走査開始位置から走査終了位置まで移動させる。

操作盤２６から出力された走査開始信号は制御装置２３にも入力される。制御装置２３は、走査開始信号に基づいて高圧ポンプ５を駆動する。このため、移動装置１４が移動してノズル６がＸ方向に移動している間、ノズル６から高圧の水流が噴射される。噴出された水流内の気泡が潰れて発生する衝撃波２９が、ノズル６の走査方向で、順次、構成部材２の表面に当てられる。ノズル６の移動が構成部材２に存在してＸ方向に伸びている溶接部及びこれの熱影響部に沿って行われるので、その衝撃波２９の作用によって、溶接部及び熱影響部の表面付近に存在している引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。

移動装置３８に取り付けられた圧力センサ１６も、ノズル６と共に移動装置１４の移動方向であるＸ方向に移動する。圧力センサ１６は、移動しながら、衝撃波２９を検出して衝撃波検出信号４０を出力する。この衝撃波検出信号４０は、増幅器１８で増幅された後、ディスクリ１９に入力される。ディスクリ１９は、衝撃波検出信号４０のうち衝撃波検出信号４０の設定値４１（図３及ぶ図４参照）よりも大きな衝撃波検出信号だけを通過させる。ディスクリ１９から出力された衝撃波検出信号４０が、カウンタ２０に入力されてカウンタ２０で計数される。ディスクリ１９は、設定値４１よりも大きな衝撃波検出信号４０を入力したとき、気泡２８が潰れて衝撃波２９が発生したと自動的に判定してこの衝撃波検出信号４０を通過させている。ディスクリ１９から出力された衝撃波検出信号４０の、カウンタ２０での計数値が表示装置２１に入力される。カウンタ２０で計数された単位時間当たりのその計数値が、衝撃波発生頻度４２であり、表示装置２１に表示される（図３及び図４参照）。

ノズルが走査終了位置に到達したとき、ノズルの走査を停止する（ステップＳ６）。前述したＸ方向における走査終了位置にノズル６が到達したとき、制御装置２２が移動装置１４に停止信号を出力する。この停止信号の出力によって移動装置１４が停止し、ノズル６のＸ方向における走査が終了する。Ｘ方向におけるノズル６の位置を検出するエンコーダ（図示せず）が移動装置１４に設けられており、このエンコーダから出力された、Ｘ方向におけるノズル６の位置信号が、制御装置２２に入力される。制御装置２２は、この位置信号がＸ方向での走査終了位置になったとき、停止信号により移動装置１４の移動を停止する。

ノズル走査中で衝撃波発生頻度が第１設定値よりも常に大きいかを判定する（ステップＳ７）。オペレータは、表示装置２１に表示された画像情報を見て、ノズル６の走査中で衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３（二点鎖線）よりも常に大きいかを判定する。

ステップＳ５により構成部材２の表面に対してＷＪＰ施工を行い、ステップＳ６でＷＪＰ施工を停止したときにおいて、表示装置２１に表示された圧力センサ１６の衝撃波検出信号４０、及び衝撃波発生頻度４２の一例を図３に示す。衝撃波検出信号４０は増幅器１８で増幅された信号である。図３に示した表示例では、時間Ｔ０から時間Ｔ１の間で高圧ポンプ５が停止しており、時間Ｔ１から時間Ｔ２の間で高圧ポンプ５の起動操作を行っている。衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３よりも十分に大きくなったことを確認した後に、ノズル６の走査を開始した。図３に示された衝撃波発生頻度４２は、ノズル６の走査中において、第１設定値４３よりも常に大きくなっている。このため、ステップＳ７の判定が「Ｙｅｓ」になり、高圧ポンプ５が停止される（ステップＳ１０）。オペレータが操作盤２６から入力したポンプ停止指令に基づいて、制御装置２３が高圧ポンプ５を停止させる。構成部材２に形成された１つの溶接部に沿ったＷＪＰの施工が終了する。

ステップＳ８及びＳ９の操作の後でステップＳ５におけるノズル６の操作を行うことによって、増幅された圧力センサ１６の衝撃波検出信号４０、及び衝撃波発生頻度４２が、図４に示すように、表示装置２１に表示されたとする。この表示例では、ノズル６の走査中にキャビテーションの勢いが弱まり、時間Ｔ３以降では衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３を下回ってしまった。このような図４に示す状態では、ステップＳ７の判定は「Ｎｏ」になる。

この後、高圧ポンプの運転条件を変更する（ステップＳ８）。オペレータは、操作盤２６を操作して高圧ポンプ５の運転条件（高圧ポンプ５の吐出圧力または吐出流量の設定値）を変更する。そして、ノズルの走査方向を逆方向に変更する（ステップＳ９）。オペレータは、操作盤２６を操作して、ステップＳ５で設定した、ある方向（例えば、Ｘ方向）における走査終了位置を走査開始位置に、そして、ステップＳ５で設定した走査開始位置を走査終了位置に設定する。

その後、ステップＳ５の走査が行われる。制御装置２２がステップＳ９で設定されたそれらの位置情報を入力するので、移動装置１４が前回と逆の方向に移動する。高圧の水流を噴射しているノズル６が、ステップＳ９で設定した走査開始位置から走査終了位置まで移動される。ノズル６が走査終了位置に到達したとき、ノズル６の走査を停止する（ステップＳ６）。ステップＳ７の判定が行われる。

ステップＳ８及びＳ９の操作の後でステップＳ５におけるノズル６の走査を行うことによって、図３に示すような、増幅された圧力センサ１６の衝撃波検出信号４０、及び衝撃波発生頻度４２が、表示装置２１に表示されたとする。図３に示された衝撃波発生頻度４２は、ノズル６の走査中において、第１設定値４３よりも常に大きくなっている。このため、ステップＳ７の判定が「Ｙｅｓ」になり、ステップＳ１０の操作で、上記したように、高圧ポンプ５が停止される（ステップＳ１０）。構成部材２に形成された１つの溶接部に沿ったＷＪＰの施工が終了する。

衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３を下回っているときには、ＷＪＰ施工対象の溶接部において、衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３を上回っている箇所を除き、衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３を下回っている箇所に対して主にＷＪＰを施工すればよい。このため、ステップＳ９において、ステップＳ５で設定した走査開始位置及び走査終了位置の替りに、衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３を下回っている箇所を重点に走査開始位置及び走査終了位置をそれぞれ新たに設定し、ＷＪＰの再施工区間を設定しても良い。ＷＪＰの再施工区間の両端部では、若干、衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３を上回っている箇所を含んでいる。新たに設定した再施工区間に対してＷＪＰを再施工することによって、これらの間における衝撃波発生頻度４２が第１設定値４３を上回り、ＷＪＰの再施工に要する時間を短縮できる。

構成部材２において、Ｘ方向に他の溶接部が存在する場合、及びＹ方向にも溶接部が存在する場合には、ステップＳ５でそれぞれの溶接部及び熱影響部に対して、順番に走査開始位置及び走査終了位置を設定し、ＷＪＰを順次施工する。構成部材２に存在する全ての溶接部等に対するＷＪＰの施工が終了したとき、構成部材２に対するＷＪＰの施工が終了する。

本実施例は、ノズル６から高圧の水流を噴射してこの水流内の気泡２８が潰れて発生する衝撃波２９を構成部材２の表面に当てて構成部材２にＷＪＰを施工している間、圧力センサ１６が衝撃波２９を検出する。衝撃波２９は、潰れた気泡２８から発生し、潰れなかった気泡２８からは発生しない。したがって、本実施例において、圧力センサ１６で衝撃波２９を検出することは、衝撃波２９を発生した気泡２８、すなわち、ＷＪＰ施工に貢献した気泡２８を検出することになる。本実施例は潰れなかった気泡２８を検出しない。本実施例は、圧力センサ１６から出力された衝撃波２９の検出信号を計数することによって衝撃波発生頻度４２を求める。本実施例は、気泡が潰れたときに発生して残留応力の改善に貢献する衝撃波２９を検出して衝撃波発生頻度４２を求めるので、この衝撃波発生頻度４２に基づいてＷＪＰ施工対象物の残留応力の改善効果をより精度良く確認できる。

本実施例では、圧力センサ１６が、ノズル６ではなく、移動装置３８に設けられた支持部材３６に取り付けられている。このため、圧力センサ１６による、ノズル６の噴射口を通過する気泡を含んだ高圧水の流動振動に基づいた衝撃パルスの検出が、著しく抑制される。これも、ＷＪＰ施工対象物における残留応力の改善効果の確認精度の向上に貢献する。

特に、衝撃波発生頻度を表示装置２１に表示するので、オペレータがＷＪＰ施工対象物における残留応力の改善効果を容易に把握することができる。

本実施例は、残留応力の改善効果の確認を衝撃波発生頻度に基づいて行っているので、ＷＪＰ施工対象物において残留応力の改善効果が不十分な箇所を精度良く確認することができる。また、残留応力の改善効果が不十分な箇所が存在する場合には、ＷＪＰ装置１を用いて、その箇所を対象にＷＪＰをより短時間に再施工することができる。

本実施例は、衝撃波発生頻度に基づいてＷＪＰ施工対象物における残留応力の改善効果を精度良く確認することができるので、残留応力の改善効果を確認するための評価のマージンを小さくすることができる。このため、そのマージンを小さくできる分、ノズル６に高圧水を供給する高圧ポンプ５の容量を小さくすることができる。

高圧ポンプ５の容量を小さくしない場合には、そのマージンを小さくできる分、ノズル６の移動速度を速くすることができる。このため、ＷＪＰの施工時間をさらに短縮することができる。

本発明の他の実施例である実施例２のウォータージェットピーニング方法を、図６を用いて説明する。本実施例のウォータージェットピーニング方法は、例えば、沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器内に設置された炉内構造物を対象に実施される。この炉内構造物は、例えば、炉心シュラウドである。

沸騰水型原子力プラントの原子炉付近の構造を、図６を用いて説明する。沸騰水型原子力プラントの原子炉５０は、原子炉圧力容器５１、炉心シュラウド５２、炉心支持板５４、上部格子板５５及びジェットポンプ５６を備えている。炉心シュラウド５２、炉心支持板５４、上部格子板５５及びジェットポンプ５６は、原子炉圧力容器５１内に設置される。炉心を取り囲む炉心シュラウド５２内には、炉心の下端に位置する炉心支持板５４が設置され、炉心の上端に位置する上部格子板５５が設置される。複数のジェットポンプ５６が、原子炉圧力容器５１と炉心シュラウド５２の間に形成される環状のダウンカマ５７内に配置される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法に用いられるＷＪＰ装置１Ａは、実施例１で用いられるＷＪＰ装置１においてノズル走査装置１０及び信号処理装置３９をノズル走査装置１０Ａ及び信号処理装置３９Ａに替えた構成を有する。ＷＪＰ装置１Ａの他の構成はＷＪＰ装置１と同じである。

ノズル走査装置１０Ａについて説明する。ノズル走査装置１０Ａは、図６、図７及び図８に示すように、移動装置５８Ａ，５８Ｂ、ポスト部材６２、昇降体６３及びターンテーブル６５を有する。ターンテーブル６５が、炉心シュラウド５２の上部フランジ５３の上面に設置された環状のガイドレール６６に旋回可能に設置される。図示されていないが、ターンテーブル６５には、ガイドレール６６の上面に接触する複数の車輪が設けられる。少なくとも１つの車輪（図示せず）を回転させるモータ（図示せず）がターンテーブル６５に設けられる。移動装置５８Ａ，５８Ｂがターンテーブル６５上に設置される。

同じ構成を有する移動装置５８Ａ，５８Ｂを、移動装置５８Ａを例にとって説明する。移動装置５８Ａは、図８に示すように、装置本体５９、２本のアーム６０及びボールネジ８０を有する。２本のアーム６０が、装置本体５９のケーシングを貫通しており、スライド可能にそのケーシングに取り付けられる。２本のアーム６０の両端部が連結部材６１Ａ，６１Ｂによって連結されている。装置本体５９のケーシングを貫通するボールネジ８０が、回転可能に連結部材６１Ａ，６１Ｂに取り付けられる。装置本体５９のケーシング内には、図示されていないが、モータが設置され、このモータの回転軸に取り付けられた歯車（図示せず）が、ボールネジ８０に噛み合う歯車（図示せず）と噛み合っている。このモータの駆動によってそれらの歯車が回転し、ボールネジ８０が原子炉圧力容器５１の半径方向に移動する。原子炉圧力容器５１の軸方向に伸びるポスト部材６２が、連結部材６１Ｂに取り付けられる。昇降体６３が、ポスト部材６２に沿って移動できるように、ポスト部材６２に取り付けられる。昇降体６３を上下動させるモータ６４がポスト部材６２の上端部に設けられる。

ノズル６、圧力センサ１６及び監視カメラ６７が昇降体６３に設置される。

本実施例では、炉心シュラウド５２の上端部の外面に対してＷＪＰが施工される。本実施例では、炉心シュラウド５２がＷＪＰ施工対象物である。沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後、原子炉圧力容器５１の上蓋が取り外され、原子炉圧力容器５１内に設置されている蒸気乾燥器及び気水分離器が取り外されて原子炉圧力容器５１の外に搬出される。これらの搬出は、原子炉圧力容器５１が設置されている原子炉建屋内の天井クレーン（図示せず）を用いて行われる。これらの取り外し及び搬出作業を行うとき、原子炉圧力容器５１の真上に位置する原子炉ウエル６８内に、水３が充填されている。

ガイドレール６６が、その天井クレーンを用いて上部フランジ５３上まで移送され、上部フランジ５３に設置される。移動装置５８Ａ，５８Ｂが設置されたターンテーブル６５が、天井クレーンによって搬送され、ガイドレール６６上に設置される。ノズル６、圧力センサ１６及び監視カメラ６７を有する昇降体６３が取り付けられたポスト部材６２が、ターンテーブル６５の搬送前に、移動装置５８Ａ，５８Ｂのそれぞれに設置されている。ターンテーブル６５がガイドレール６６に設置されたとき、移動装置５８Ａ，５８Ｂのそれぞれに設けられたポスト部材６２が、ダウンカマ５７内に配置される。

高圧ポンプ５及び操作盤２６が原子炉建屋内の運転床６９の上に置かれ、信号処理装置３９Ａ、制御装置２２，２３及び表示装置２１が操作盤２６に設けられる。信号処理装置３９Ａは、増幅器１８、ディスクリ１９及びカウンタ２０を有する。運転床６９は原子炉ウエル６８を取り囲んでいる。高圧ポンプ５に接続された２本の高圧ホース９が、移動装置５８Ａ，５８Ｂにそれぞれ取り付けられ、移動装置５８Ａに設けられたノズル６及び移動装置５８Ｂに設けられたノズル６に別々に接続されている。移動装置５８Ａに設けられた圧力センサ１６に接続された信号線７０が増幅器１８に接続される。増幅器１８がディスクリ１９及び表示装置２１に接続される。移動装置５８Ｂに設けられた圧力センサ１６に接続された信号線７０も、別の増幅器１８を介して表示装置２１及び別の信号処理装置３９Ａのディスクリ１９に接続される。２つの信号処理装置３９Ａのそれぞれのカウンタ２０が表示装置２１に接続される。制御装置２２に接続される制御信号線７１が、移動装置５８Ａ，５８Ｂのそれぞれに設けられたモータ６４、装置本体５９のケーシング内に設けられたモータ、及びターンテーブル６５に設けられてターンテーブル６５の車輪を回転させるモータにそれぞれ接続される。それぞれのモータにはエンコーダ（図示せず）が設けられ、各エンコーダは、モータによって移動される部材の移動距離、すなわち、その部材の移動後の位置を検出する。

本実施例のウォータージェットピーニング方法においても、実施例１と同様に、図２に示す各操作または判定が実行される。炉心シュラウド５２では、軸方向に伸びる溶接部が炉心シュラウド５２の周方向に複数箇所存在し、周方向に伸びる溶接部が炉心シュラウド５２の軸方向に複数箇所存在する。本実施例において、ＷＪＰはこれらの溶接部に沿って施工される。

例えば、炉心シュラウド５２の周方向に伸びるある溶接部に沿ってＷＪＰを施工するとする。ステップＳ１で、移動装置５８Ａ，５８Ｂに設けられた各ノズル６をＷＪＰの開始位置に移動させる。オペレータが、操作盤２６から、炉心シュラウド５２の周方向、軸方向及び半径方向のそれぞれの位置情報を入力する。制御装置２２が、これらの位置情報に基づいてＷＪＰ装置１Ａに設けられた３つのモータを駆動し、ノズル６を上記した１つの溶接部に対向するように指定された走査開始位置に位置決めする。移動装置５８Ａ，５８Ｂの各装置本体５９にそれぞれ設けられたモータの駆動によってボールネジ８０が回転し、各ポスト部材６２が炉心シュラウド５２の半径方向に移動する。ポスト部材６２のこの移動によって、ノズル６と炉心シュラウド５２のＷＪＰ施工面である外面との間の距離、すなわち、スタンドオフが設定値にセットされる。モータ６４の駆動によって昇降体６３がポスト部材６２沿って炉心シュラウド５２の軸方向に移動し、ノズル６が炉心シュラウド５２の軸方向の所定位置に位置決めされる。

その後、ステップＳ２の操作が実行される。高圧ポンプ５が駆動され、昇圧された高圧水が高圧ホース９を通して移動装置５８Ａ，５８Ｂに設けられた各ノズル６に供給される。初期値の圧力及び初期値の流量で各ノズル６から高圧水が、設置された上部格子板５４付近で炉心シュラウド５２の外面に向って噴射される。噴射された水流に含まれた気泡が潰れて発生した衝撃波が圧力センサ１６で検出される。この衝撃波の検出によって圧力センサ１６から出力された検出信号に基づいてカウンタ２０により衝撃波発生頻度が求められる。この衝撃波発生頻度に基づいて、ステップＳ３の判定が行われる。この判定が「Ｎｏ」である場合には、ステップＳ４において高圧ポンプの運転条件を変更し、再度、ステップＳ３の判定を行う。ステップＳ４の判定が「Ｙｅｓ」のとき、ステップＳ５のノズル６の走査を開始する。移動装置５８Ａ，５８Ｂに設けられた各ノズル６が、高圧の水流を噴射しながら、炉心シュラウド５２の周方向に伸びるある溶接部に沿って移動する。この移動は、ターンテーブル６５をガイドレール６６に沿って旋回させることによって行われる。この溶接部及び熱影響部に対するＷＪＰが施工される。本実施例では、２つのノズル６が１８０°反対方向に位置しているので、各ノズル６が周方向に、例えば、１９０°移動したとき、ステップＳ６の操作が行われ、ノズル６の走査が停止される。

表示装置２１に表示された衝撃波発生頻度に基づいてステップＳ７の判定が行われる。この判定が「Ｙｅｓ」のとき、高圧ポンプ５の運転が停止される（ステップＳ１０）。炉心シュラウド５２の周方向に伸びる１つの溶接部に対するＷＪＰの施工が停止される。ステップＳ１０の判定が「Ｎｏ」のとき、ステップＳ８及びＳ９の操作が行われ、該当する溶接部において設定されたＷＪＰの再施工区間に対してＷＪＰが再施工される。再施工後のステップＳ１０の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、高圧ポンプ５の運転が停止される。

炉心シュラウド５２に周方向に形成された別の溶接部、炉心シュラウド５２に軸方向に形成された溶接部に対しても、同様にＷＪＰが施工される。

本実施例も、実施例１で生じた各効果を得ることができる。

本発明の他の実施例である実施例３のウォータージェットピーニング方法を、図９、図１０及び図１１を用いて説明する。

本実施例に用いるＷＪＰ装置１Ｂを、図９を用いて説明する。ＷＪＰ装置１Ｂは、実施例２で用いたＷＪＰ装置１Ａにおいて信号処理装置３９を信号処理装置３９Ｂに替え、圧力センサ１６の替りにＡＥセンサ（衝撃波検出装置）７２，７２Ａを用いた構成を有する。ＷＪＰ装置１Ｂの他の構成は、ＷＪＰ装置１Ａと同じである。ＷＪＰ装置１Ｂの構成は、ＷＪＰ装置１Ａと異なる部分について説明する。

支持部材３６Ａが、昇降体６３に設置されたノズル６の軸方向に伸びて昇降体６３に取り付けられる。衝撃波変換板７３，７３Ａが、ノズル６の軸方向において異なる位置で支持部材３６Ａに設置されている（図１０参照）。衝撃波変換板７３が衝撃波変換板７３Ａよりもノズル６の先端側に位置しており、衝撃波変換板７３Ａが衝撃波変換板７３から距離Ｌ_ＡＥだけ離れている。ＡＥセンサ７２が衝撃波変換板７３に設置され、ＡＥセンサ７２Ａが衝撃波変換板７３Ａに設置される。衝撃波変換板７３，７３Ａが、設置されたそれぞれのＡＥセンサよりもノズル６の先端側に位置している。

信号処理装置３９Ｂは、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）７４、検出時間決定装置７５、時間差判定装置（衝撃波決定装置）７６、衝撃波計数装置７７及び記憶装置７８を有する（図９参照）。Ａ／Ｄ変換器７４が検出時間決定装置７５に接続され、検出時間決定装置７５が時間差判定装置７６に接続される。時間差判定装置７６が衝撃波計数装置７７に接続される。記憶装置７８が、検出時間決定装置７５、時間差判定装置７６、衝撃波計数装置７７及び制御装置２２，２３に接続される。信号処理装置３９Ｂは、図９においてハードイメージで表されているが、パーソナルコンピュータ内でプログラム化されている。信号処理装置３９Ｂは原子炉ウエルを取り囲む運転床上に設置された操作盤２６に取り付けられている。高圧ポンプ５は運転床上に設置される。

増幅器１８，１８Ａが昇降体６３に取り付けられる。増幅器１８が、ＡＥセンサ７２及びＡ／Ｄ変換器７４に接続される。増幅器１８Ａが、ＡＥセンサ７２Ａ及びＡ／Ｄ変換器７４に接続される。増幅器１８，１８Ａには、防水対策が施されている。

記憶装置２８は、ＷＪＰ施工対象物に形成された溶接部に対するＷＪＰの走査開始位置及び走査終了位置、衝撃波検出信号の設定値、衝撃波発生頻度の第１設定値４３及び第２設定値７９（図１３参照）、及びＡＥセンサ７２とＡＥセンサ７２Ａの衝撃波検出の時間差の正常範囲（下限値及び上限値）の情報を記憶している。第２設定値７９は第１設定値４３よりも大きくなっている。

本実施例のウォータージェットピーニング方法を、図９及び図１１を用いて具体的に説明する。本実施例におけるＷＪＰ施工対象物は、炉心シュラウド５２である。沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後、ノズル走査装置１０Ａが、実施例２で述べたように、水３が充填された原子炉圧力容器５１内で炉心シュラウド５２の上部フランジ６６上に設置される。このとき、移動装置５８Ａ，５８Ｂの、ノズル６を設置した昇降体６３が移動するそれぞれのポスト部材６２が、原子炉圧力容器５１と炉心シュラウド５２の間に配置される。

本実施例では、ステップＳ１，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６及びＳ１１〜Ｓ１４が制御装置２２で実行され、ステップＳ２，Ｓ４，Ｓ１４及びＳ１０が制御装置２３で実行される。

ステップＳ１の制御が行われる前に、オペレータは、炉心シュラウド５２に形成された、軸方向に伸びる複数の溶接部及び周方向に伸びる複数の溶接部について、それぞれの走査開始位置及び走査終了位置を予め操作盤２６に入力する。入力されたこれらの走査開始位置及び走査終了位置の各情報は、制御装置２２を経て記憶装置７８に記憶される。

例えば、炉心シュラウド５２の周方向に伸びるある溶接部に沿ってＷＪＰを施工するものとする。本実施例は、炉心シュラウド５２に形成された実施例２と同様に、ステップＳ１の制御が制御装置２２によって、ステップＳ２の制御が制御装置２３によって行われる。ステップＳ１の制御では、制御装置２２が、記憶装置７８に記憶されている、周方向に伸びる１つの溶接部に関する走査開始位置の情報を入力する。

ステップＳ１及びＳ２の制御が終わった後、衝撃波発生頻度が衝撃波発生頻度の第１設定値より大きいかを判定する（ステップＳ３）。本実施例では、衝撃波発生頻度が、後述するように、衝撃波計数装置７７で求められる。制御装置２２が、衝撃波計数装置７７から入力した衝撃波発生頻度が、記憶装置７８から入力した衝撃波発生頻度の第２設定値７９（図１３参照）よりも大きいかを判定する。この判定結果が「Ｎｏ」であるとき、制御装置２２が運転条件変更信号を制御装置２３に出力する。その後、高圧ポンプの運転条件が変更される(ステップＳ４)。運転条件変更信号を入力したとき、制御装置２３が、高圧ポンプ５の運転条件（高圧ポンプ５の吐出圧力または吐出流量の設定値）を変更する。制御装置２３は、変更された運転条件に基づいて高圧ポンプ５を制御する。高圧ポンプ５が圧力を増大した水を吐出する。高圧ポンプ５から増加された圧力等で水流２７が噴射され、後述するように、衝撃波発生頻度４２が求められる。

制御装置２２が、ステップＳ３の判定で入力した衝撃波発生頻度に基づいて「Ｙｅｓ」と判定したとき、ステップＳ５の制御を実行する。ステップＳ５の制御を実行する際、制御装置２２が、炉心シュラウド５２に形成された１つの溶接部に関する走査終了位置の情報を、記憶装置７８から入力する。ノズル６が既に走査開始位置に位置決めされており、制御装置２２は、ＷＪＰ装置１Ａに設けられた、ターンテーブル６５の車輪を回転させるモータに走査開始信号を出力する。このモータが駆動されてターンテーブル６５が旋回し、高圧の水流２７が噴射しているノズル６が周方向に伸びる溶接部に沿って走査終了位置まで移動する。

水流２７は、炉心シュラウド５２の外面に向ってノズル６から噴射される。噴射された水流に含まれている複数の気泡２８の一部が潰れて衝撃波２９が発生する。これらの衝撃波２９は、炉心シュラウド５２に形成された該当する溶接部及びこの熱影響部に衝突する。このため、溶接部及びこの熱影響部の表面付近に存在する引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。ノズル６と共に周方向に移動しているＡＥセンサ７２，７２Ａは、水３の中を伝播するそれらの衝撃波２９を検出し、複数の衝撃波検出信号を出力する。具体的には、ＡＥセンサ７２が衝撃波２９の衝突により衝撃波変換板７３内で発生した音波を検出し、ＡＥセンサ７２Ａが衝撃波２９の衝突により衝撃波変換板７３Ａ内で発生した音波を検出する。ＡＥセンサ７２，７２Ａから出力された各衝撃波検出信号が、増幅器１８，１８Ａによって増幅され、Ａ／Ｄ変換器７４に入力される。Ａ／Ｄ変換器７４は、各衝撃波検出信号をデジタル信号に変換し、表示装置２１及び検出時間決定装置７５に出力する。

１つの気泡が潰れて発生した衝撃波をＡＥセンサ７２，７２Ａで受信したとき、これらのＡＥセンサにおいてこの衝撃波の検出に時間差が生じる。この理由を、図１０を用いて説明する。気泡２８ａが潰れて衝撃波が発生したとき、ＡＥセンサ７２への衝撃波の伝播経路は８４ａであり、ＡＥセンサ７２Ａへの衝撃波の伝播経路は８５ａで示される。衝撃波は水３中を音速（≒１５００ｍ／ｓ）で伝播するので、ＡＥセンサ７２とＡＥセンサ７２Ａとの間で生じる、衝撃波の検出時間の差は、伝播経路８４ａと伝播経路８５ａの長さの差に基づいて発生する。

ここで、気泡が潰れる範囲が一点鎖線８３で示す範囲であると想定する（図１０参照）。ＡＥセンサ７２とＡＥセンサ７２Ａが距離Ｌ_ＡＥだけ離れているので、一点鎖線８３よりも内側の範囲内において異なる位置で、複数の気泡、例えば、気泡２８ａ，２８ｂ，２８ｃが潰れて衝撃波がそれぞれ発生したとしても、ＡＥセンサ７２とＡＥセンサ７２Ａにおける各衝撃波の検出時間に差が生じる。気泡２８ｂ，２８ｃが潰れて発生した各衝撃波のＡＥセンサ７２への伝播経路は８４ｂ、８４ｃであり、これらの衝撃波のＡＥセンサ７２Ａへの伝播経路は８５ｂ、８５ｃである。各衝撃波が水中を音速で伝播するので、それらの検出時間の差は所定の範囲内に収まる。一方、電磁ノイズは光速に近い速度で伝播する。このため、ＡＥセンサ７２，７２Ａが電磁ノイズを検出した場合には、これらのＡＥセンサが、検出した電磁ノイズに対する出力信号を同時に出力する。したがって、ＡＥセンサ７２，７２Ａの両者の検出時間に差が無いときには、電磁ノイズによる出力信号であると判定する。ＡＥセンサ７２，７２Ａでの検出時間の差が、衝撃波がこれらのＡＥセンサ間の距離Ｌ_ＡＥを伝播するのに要する時間と概ね等しく、予め設定された正常な時間差の範囲内にあるときには衝撃波を受信したと判定する。

ＷＪＰ施工中でのＡＥセンサ７２（第１衝撃波検出装置）及びＡＥセンサ７２Ａ（第２衝撃波検出装置）から出力された各衝撃波検出信号の一例を図１２に示す。図１２において、縦軸が衝撃波検出信号の強度を表し、横軸が時間を表している。図１２は、後述の図１３及び図１４に比べて横軸の時間を拡大している。図１２は、Ａ／Ｄ変換器７４から表示装置２１に出力された各衝撃波検出信号が、表示装置２１に表示された状態を示している。

検出時間決定装置７５は、Ａ／Ｄ変換器７４から入力した各衝撃波検出信号のうち、記憶装置７８から入力した衝撃波検出信号の設定値４１よりも強度が大きな衝撃波検出信号を選択する。検出時間決定装置７５は、選択された衝撃波検出信号の検出時間を決定する。図１２において、８１ａ〜８１ｊの各衝撃波検出信号がＡＥセンサ７２から出力された衝撃波検出信号から選択されたものであり、８２ａ〜８２ｊの各衝撃波検出信号がＡＥセンサ７２Ａから出力された衝撃波検出信号から選択されたものである。選択された各衝撃波検出信号は、決定された時間情報と共に、検出時間決定装置７５から時間差判定装置７６に出力される。

時間差判定装置７６は、１つの気泡が潰れて発生した衝撃波を検出した、ＡＥセンサ７２からの衝撃波検出信号の検出時間とＡＥセンサ７２Ａからの衝撃波検出信号の検出時間の差を算出する。時間差判定装置７６は、算出した時間差が記憶装置７８から入力した時間差の正常範囲（下限値及び上限値）内に存在するかを判定し、算出した時間差がその正常範囲内に存在するとき、衝撃波を検出したと判定する。例えば、図１２において、衝撃波検出信号８１ａと衝撃波検出信号８２ａ、及び衝撃波検出信号８１ｂと衝撃波検出信号８２ｂは、時間差の正常範囲内に存在するので、それぞれ同じ衝撃波から発生したと判定する。しかしながら、衝撃波検出信号８１ｅと衝撃波検出信号８２ｅ、及び衝撃波検出信号８１ｇと衝撃波検出信号８２ｇは、ほぼ同時に検出しているので、衝撃波の検出で生じたのではなく、ノイズであると判定する。時間差判定装置７６は、衝撃波を検出したと判定したとき、衝撃波決定信号を出力する。

衝撃波計数装置７７は、入力した衝撃波決定信号を計数する。衝撃波決定信号の計数は衝撃波の計数に相当する。単位時間当たりの衝撃波決定信号の計数値が、衝撃波発生頻度である。得られた衝撃波発生頻度は、記憶装置７８に記憶されると共に、制御装置２２に入力される。記憶装置７８に記憶された衝撃波発生頻度は、順次、表示装置２１に表示される。表示装置２１には、ＡＥセンサ７２からの衝撃波検出信号４０、ＡＥセンサ７２Ａからの衝撃波検出信号４０Ａ、衝撃波検出信号の設定値４１、衝撃波発生頻度４２、及び衝撃波発生頻度の第１設定値４３及び第２設定値７９が表示される（図１３及び図１４参照）。

衝撃波発生頻度が衝撃波発生頻度の第２設定値よりも大きいかが判定される（ステップ１１）。制御装置２２は、入力した衝撃波発生頻度が、記憶装置７８から入力した第２設定値７９よりも大きいかを判定する。この判定は、炉心シュラウド５２に形成された周方向の１つの溶接部に沿ってノズル６が走査開始位置から走査終了位置に向って移動している間、行われる。制御装置２２で行われた、ステップＳ１１の判定が常に「Ｙｅｓ」であるとき、ノズルが走査終了位置に到達した時点で、ノズルの走査が終了する（ステップＳ６）。制御装置２２は、ターンテーブル６５を旋回するモータに設けられたエンコーダからの出力信号に基づいて、ノズル６が周方向に伸びる１つの溶接部の走査終了位置に到達したと判定したとき、そのモータに駆動停止信号を出力してターンテーブル６５の旋回を停止させる。

高圧ポンプが停止される（ステップＳ１０）。制御装置２２から出力された駆動停止信号は、制御装置２３に入力される。制御装置２３は、その駆動停止信号を入力したとき、高圧ポンプ５を停止させる。これによって、炉心シュラウド５２の周方向に伸びる１つの溶接部に沿ったＷＪＰ施工が終了する。このＷＪＰ施工によって、その溶接部及びそれの熱影響部の表面付近に存在した引張残留応力が圧縮残留応力に改善されている。これは、その溶接部の周方向の全長において、衝撃波発生頻度が、第１設定値４３よりも大きい第２設定値７９よりも大きくなっていることで確認することができる。衝撃波発生頻度が第１設定値４３よりも低い箇所が存在する場合は、その箇所で、引張残留応力の改善効果が不足していることを意味する。

制御装置２２でのステップＳ１１の判定結果が「Ｎｏ」であるとき、衝撃波発生頻度が衝撃波発生頻度の第１設定値よりも小さいかが判定される（ステップＳ１２）。制御装置２２は、入力した衝撃波発生頻度が、記憶装置７８から入力した第１設定値４３よりも小さいかを判定する。この判定が「Ｎｏ」であるとき、高圧ポンプの運転条件を変更する（ステップＳ１４）。制御装置２２は、ステップＳ１２の判定結果が「Ｎｏ」であるとき、制御装置２３に対して高圧ポンプ５の運転条件変更信号を出力する。制御装置２３は、運転条件変更信号を入力したとき、高圧ポンプ５の運転条件（高圧ポンプ５の吐出圧力の設定値または吐出流量の設定値）を変更する。すなわち、制御装置２３は、吐出圧力の設定値（または吐出流量の設定値）を、設定された所定幅だけ増加する。制御装置２３は、変更された運転条件に基づいて高圧ポンプ５を制御する。この制御によって、高圧ポンプ５によって昇圧されてノズル６から噴射される水流の圧力が増大し、衝撃波により溶接部の表面付近における引張残留応力の改善効果が増大する（図１３参照）。高圧ポンプ５の運転条件の変更及び変更された運転条件に基づいた高圧ポンプ５の制御は、ノズル６を走査しながら行う。衝撃波発生頻度が第２設定値７９よりも小さくて第１設定値４３よりも大きい状態は、キャビテーションの勢いが弱まりつつあることを示している。しかしながら、衝撃波発生頻度が第１設定値よりも小さくならない限りは、炉心シュラウド５２の残留応力の所定の改善効果が生じている。

ステップＳ１２の判定が「Ｙｅｓ」のとき、ノズルを走査開始位置に移動する（ステップＳ１３）。ステップＳ１２の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、衝撃波発生頻度は、図１４に示すように、第１設定値４３よりも低下する。制御装置２２は、ステップＳ１２の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ノズル６を走査開始位置に移動させる。この移動に際し、制御装置２２は、ノズル６を戻す走査開始位置を、衝撃波発生頻度が第１設定値４３になったときのノズル６の位置よりも若干前の時点での位置に設定する。そのノズル６の移動は、制御装置２２がノズル走査装置１０Ａの移動装置の１つであるターンテーブル６５を旋回させる駆動装置（例えば、モータ）に駆動指令を出力することによって、行われ、ノズル６が設定された走査開始位置まで戻される。制御装置２２から出力された駆動指令が制御装置２３に入力される。このとき、制御装置２３が、前述したステップＳ１４のように、高圧ポンプ５の運転条件を変更し、この変更された運転条件に基づいて高圧ポンプ５を制御する。

制御装置２３は、変更された運転条件に基づいて高圧ポンプ５を制御した後、制御装置２２に対してノズル走査開始信号を出力する。制御装置２２は、ノズル走査開始信号の入力によって、ノズル走査装置１０Ａの該当する移動装置、例えば、ターンテーブル６５を移動させる。高圧の水流を噴射しているノズル６が走査開始位置から移動し始め、炉心シュラウド５２の溶接部へのＷＪＰの施工が再開される。制御装置２２が、ステップＳ１１で「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ６の制御を行い、制御装置２３がステップＳ１０の制御を行ったとき、ＷＪＰの施工が終了する。

本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、２つのＡＥセンサを有し、これらのＡＥセンサから出力された衝撃波検出信号の検出時間の差を求めているので、高ノイズ環境下でＷＪＰの施工を行う場合に、ノイズの影響を受けることなく、残留応力の改善効果を監視できる。

本実施例は、ステップＳ１１の判定が「Ｎｏ」であるとき、すなわち、衝撃波発生頻度が第１設定値４３よりも大きな第２設定値７９以下のとき、ステップＳ１２の判定、すなわち、衝撃波発生頻度が第１設定値４３よりも小さいかの判定を行っているので、衝撃波発生頻度が第１設定値４３よりも小さくなる確率が減少する。このため、炉心シュラウド（ＷＪＰ施工対象物）５２の引張残留応力の改善効果が不足する状態になることが、低減される。

制御装置２２及び制御装置２３を統合して１つの制御装置にしてもよい。

実施例１及び２において、ステップＳ７の判定及びステップＳ８の制御を、本実施例で実施されるステップＳ１１及びＳ１２の各判定及びステップＳ１４の制御に変更してもよい。

ステップＳ１４の制御装置２３による制御を、制御装置２２によるノズル６の走査速度の制御に変更してもよい。すなわち、ノズル６の走査速度を低下するように、制御装置２２が、ノズル６を走査する、ノズル走査装置の該当する移動装置を制御する。

前述した実施例１，２及び３は、加圧水型原子力プラントの構成部材における残留応力の改善に適用することができる。さらに、前述した実施例１，２及び３は、海から陸に引き上げることが難しい船舶の、海水に漬かっている鋼鈑の応力改善、及びその鋼板に付着しているふじつぼ落としに適用することができる。また、実施例１及び実施例１において信号処理装置３９を信号処理装置３９Ｂに替えた実施例は、自動車部品の表面改質に適用してもよい。

本発明は、構成部材の残留応力の改善に適用することができる。

１…ウォータージェットピーニング装置、４…水槽、５…高圧ポンプ、６…ノズル、９…高圧ホース、１０，１０Ａ…ノズル走査装置、１２，１４，３８，５８Ａ，５８Ｂ…移動装置、１３…第１アーム、１６…圧力センサ、２０…カウンタ、２２，２３…制御装置、２８…気泡、２９…衝撃波、３９，３９Ａ，３９Ｂ…信号処理装置、５１…原子炉圧力容器、５２…炉心シュラウド、６０…アーム、６２…ポスト部材、６３…昇降体、６５…ターンテーブル、７２，７２Ａ…ＡＥセンサ、７５…検出時間決定部、７６…時間差判定装置、７７…衝撃波計数装置。

Claims (17)

1. ノズルが存在する水中に、ポンプから供給された水を前記ノズルから水流として噴射させ、前記水流を噴射している前記ノズルを、前記水中に存在するウォータージェットピーニング施工対象物に沿って移動し、前記ノズルから前記水中に噴射された水流に含まれた気泡が潰れて発生する衝撃波を、前記ウォータージェットピーニング施工対象物に当て、発生した前記衝撃波を前記水中に配置された衝撃波検出装置によって検出し、検出された前記衝撃波の発生頻度を求めることを特徴とするウォータージェットピーニング方法。
2. 前記発生頻度が第１設定値以下になったとき、前記ポンプから吐出されて前記ノズルに供給される前記水の圧力及び流量のいずれかを増大させ、前記水の圧力及び流量のいずれかを増大させた後、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の、少なくとも前記発生頻度が第１設定値以下になっている箇所に、前記衝撃波を当てる請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
3. 前記発生頻度が第１設定値以下になったとき、前記ノズルの走査速度を低下させ、前記ノズルの走査速度が低下した後、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の、少なくとも前記発生頻度が第１設定値以下になっている箇所に、前記衝撃波を当てる請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
4. 前記発生頻度が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記発生頻度が前記第１設定値よりも大きいとき、前記水流を噴射している前記ノズルを走査しながら、前記ポンプから吐出されて前記ノズルに供給される前記水の圧力及び流量のいずれかを増大させ、前記水の圧力及び流量のいずれかを増大させた状態で、前記水流を噴射している前記ノズルを走査する請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
5. 前記発生頻度が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記発生頻度が前記第１設定値よりも大きいとき、前記水流を噴射している前記ノズルを走査しながら、前記ノズルの走査速度を低下させ、前記走査速度が低下された状態で前記水流を噴射している前記ノズルを走査する請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
6. 前記発生頻度が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記発生頻度が第１設定値以下になったとき、前記ポンプから吐出されて前記ノズルに供給される前記水の圧力及び流量のいずれかを増大させ、前記水の圧力及び流量のいずれかを増大させた後、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の、少なくとも前記発生頻度が第１設定値以下になっている箇所に対して、前記衝撃波を当てる請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
7. 前記発生頻度が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記発生頻度が第１設定値以下になったとき、前記ノズルの走査速度を低下させ、前記ノズルの走査速度が低下した後、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の、少なくとも前記発生頻度が第１設定値以下になっている箇所に対して、前記衝撃波を当てる請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
8. 少なくとも２つの衝撃波検出装置を、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の表面からの距離が異なる位置で前記水中にそれぞれ配置し、それぞれの前記衝撃波検出装置が前記衝撃波の検出によって出力した各衝撃波検出信号に基づいて、それぞれの前記衝撃波検出装置の相互間における前記衝撃波の検出時間の差を求め、得られた時間差が設定範囲内に存在するとき、前記衝撃波を検出したと決定し、前記発生頻度を、決定された前記衝撃波に基づいて求める請求項１ないし７に記載のウォータージェットピーニング方法。
9. 前記ウォータージェットピーニング施工対象物が、原子炉容器内の構成部材である請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
10. 前記衝撃波の発生頻度を表示装置に表示する請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
11. 水流を噴射するノズルと、前記ノズルに水を供給するポンプと、前記ノズルが取り付けられて前記ノズルを走査するノズル走査装置と、前記ノズル走査装置に取り付けられた衝撃波検出装置と、前記衝撃波検出装置によって検出された衝撃波を計数して前記衝撃波の発生頻度を求める衝撃波計数装置とを備えたことを特徴とするウォータージェットピーニング装置。
12. 前記発生頻度の情報を表示する表示装置を備えた請求項１１に記載のウォータージェットピーニング装置。
13. 前記発生頻度が第１設定値以下になったとき、前記ポンプを制御して前記ポンプから吐出されて前記ノズルに供給される前記水の圧力及び流量のいずれかを増大させる第１制御装置と、前記水の圧力及び流量のいずれかが増大されたとき、前記ノズル走査装置を制御して、ウォータージェットピーニング施工対象物の、少なくとも前記発生頻度が第１設定値以下になっている箇所で前記ノズルを走査させる第２制御装置とを備えた請求項１１に記載のウォータージェットピーニング装置。
14. 前記発生頻度が第１設定値以下になったとき、前記ノズル走査装置を制御して前記ノズルの走査速度を低下させ、前記走査速度が低下されたとき、前記ノズル走査装置を制御して、ウォータージェットピーニング施工対象物の、少なくとも前記発生頻度が第１設定値以下になっている箇所で前記ノズルを走査させる制御装置を備えた請求項１１に記載のウォータージェットピーニング装置。
15. 前記発生頻度が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記発生頻度が前記第１設定値よりも大きいとき、及び前記発生頻度が前記第２設定値以下になり、前記発生頻度が前記第１設定値以下になったとき、前記ポンプを制御して、前記ポンプから吐出されて前記ノズルに供給される前記水の圧力及び流量のいずれかを増大させる第１制御装置と、
    前記発生頻度が前記第２設定値以下になり前記発生頻度が前記第１設定値よりも大きいとき、前記ノズル走査装置を制御して前記ノズルを走査し、前記発生頻度が前記第２設定値以下になり前記発生頻度が前記第１設定値以下になったとき、前記ノズル走査装置を制御して、ウォータージェットピーニング施工対象物の、少なくとも前記発生頻度が第１設定値以下になっている箇所で前記ノズルを走査させる第２制御装置とを備えた請求項１１に記載のウォータージェットピーニング装置。
16. 前記発生頻度が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記発生頻度が前記第１設定値よりも大きいとき、前記ノズル走査装置を制御して、前記ノズルを走査している状態で前記ノズルの走査速度を低下させ、及び前記発生頻度が前記第２設定値以下になり前記発生頻度が前記第１設定値以下になったとき、前記ノズル走査装置を制御して、前記ノズルの走査速度を低下させ、前記ノズルの走査速度が低下したとき、前記ノズル走査装置を制御して、ウォータージェットピーニング施工対象物の、少なくとも前記発生頻度が第１設定値以下になっている箇所で前記ノズルを走査する制御装置を備えた請求項１１に記載のウォータージェットピーニング装置。
17. 前記ノズルの軸方向における異なる位置に配置された少なくとも２つの前記衝撃波検出装置と、それぞれの前記衝撃波検出装置が前記衝撃波の検出によって出力した各衝撃波検出信号に基づいて、それぞれの前記衝撃波検出装置の相互間における前記衝撃波の検出時間の差を求め、得られた時間差が設定範囲内に存在するとき、前記衝撃波の検出であると決定する衝撃波決定装置と、前記発生頻度を、前記衝撃波決定装置で決定した前記衝撃波を計数する前記衝撃波計数装置とを備えた請求項１１に記載のウォータージェットピーニング装置。

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