JP2011025332A - 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】ノズルを構成部材の溶接部の走査開始位置に移動し、高圧ポンプを駆動してノズルから水中のＷＪＰ施工対象物へ高圧の水流を噴射する。水流を噴射しながらノズルを溶接部に沿って移動させる（Ｓ８）。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、ＷＪＰ施工対象物に衝突して残留応力の改善が行われる。衝撃波はＡＥセンサによって検出される。ＡＥセンサの検出信号に基づいて衝撃波の発生位置を算出し、構成部材の表面に垂直な方向で設定されたそれぞれの位置ごとに、得られた各衝撃波の発生位置を用いて、衝撃波発生頻度を求める（Ｓ９）。この衝撃波発生頻度に基づいて残留応力の改善効果があると判定されたとき（Ｓ１１）、高圧ポンプが停止される（Ｓ１４）。
【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、残留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弾性波を検出する。すなわち、特開平６−４７６６８号公報に記載されたＷＪＰでは、検出された弾性波が、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（弾性波）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に含まれた気泡が潰れて発生する衝撃波を、水中に配置された複数の衝撃波検出装置によって検出し、ある衝撃波検出装置と他の衝撃波検出装置との、衝撃波の検出時間の差に基づいて、衝撃波の発生位置を求め、衝撃波の発生位置に基づいて、ウォータージェットピーニング施工対象物の表面から離れる方向に設定された複数の区間ごとに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対象物の表面から離れる方向に設定された複数の区間ごとに衝撃波の発生頻度を求めるので、ウォータージェットピーニング施工対象物の表面から離れる方向においてどの区間での衝撃波の発生頻度が多いかを把握することができる。このため、ウォータージェットピーニング施工対象物の残留応力の改善に貢献している衝撃波を把握することができ、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。

上記した目的は、ノズルから水中に噴射された水に含まれた気泡が潰れて発生する複数の衝撃波を、水中に配置された複数の衝撃波検出装置によって検出し、ある衝撃波検出装置と他の衝撃波検出装置との、衝撃波の検出時間の差に基づいて、衝撃波の発生位置を求め、複数の衝撃波検出装置で検出された衝撃波の検出信号に基づいて発生した複数の衝撃波のエネルギーを求め、得られた複数の衝撃波のエネルギー及び複数の衝撃波の発生位置に基づいて、ウォータージェットピーニング施工対象物が複数の衝撃波によって受けるエネルギーを求めることによっても、達成することができる。

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及び判定手順を示すフローチャートである。 図１に示す表示装置に表示された表示情報の一例を示す説明図である。 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。 ２個のＡＥセンサを用いた衝撃波の検出概念の説明図であり、（Ａ）は衝撃波を検出する２個のＡＥセンサの配置例を示す説明図、（Ｂ）２個のＡＥセンサを配置した場合における、衝撃波の伝播経路の１次元近似モデルの説明図である。 ３個のＡＥセンサを用いた衝撃波の検出概念の説明図であり、（Ａ）は衝撃波を検出する３個のＡＥセンサの配置例を示す説明図、（Ｂ）３個のＡＥセンサを配置した場合における、衝撃波の伝播経路の１次元近似モデルの説明図である。 構成部材の応力改善効果が得られている状態での、構成部材表面からのそれぞれの位置ごとの衝撃波の発生頻度を示した表示情報の一例を示す説明図である。 構成部材の応力改善効果が不足している状態での、構成部材表面からのそれぞれの位置ごとの衝撃波の発生頻度を示した表示情報の一例を示す説明図である。 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９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及び判定手順の一部を示すフローチャートである。 図９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及び判定手順の残りの部分を示すフローチャートである。 図９に示す３個のＡＥセンサで検出された衝撃波の波形を示す説明図である。 図１２に示す各衝撃波の波形の拡大図である。 図９に示す表示情報作成装置で作成された、応力改善効果が不足している状態での衝撃波の発生頻度分布を示した表示情報の一例を示す説明図である。 図９に示す表示情報作成装置で作成された、応力改善効果が得られている状態での衝撃波の発生頻度分布を示した表示情報の一例を示す説明図である。 実施例１のウォータージェットピーニング方法が行われている状態での、衝撃波発生頻度の変化を示す説明図である。 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１７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１７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。 図１７に示すウォータージェットピーニング装置のノズル付近の拡大図である。 本発明の他の実施例である実施例４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。 本発明の他の実施例である実施例５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信号処理装置の構成図である。 図２２に示す表示情報作成装置で作成された、応力改善効果が得られている状態での衝撃波の発生頻度分布を示した表示情報の一例を示す説明図である。 図２２に示す表示情報作成装置で作成された、応力改善効果が不足している状態での衝撃波の発生頻度分布を示した表示情報の一例を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例６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信号処理装置の構成図である。 図２５に示す表示情報作成装置で作成された、応力改善効果が得られている状態での衝撃波の発生頻度分布を示した表示情報の一例を示す説明図である。 図２５に示す表示情報作成装置で作成された、応力改善効果が不足している状態での衝撃波の発生頻度分布を示した表示情報の一例を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例７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信号処理装置の構成図である。 図２８に示す表示情報作成装置で作成された、応力改善効果が得られている状態での衝撃波の発生頻度分布を示した表示情報の一例を示す説明図である。 図２８に示す表示情報作成装置で作成された、応力改善効果が不足している状態での衝撃波の発生頻度分布を示した表示情報の一例を示す説明図である。 本発明の他の実施例である実施例８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信号処理装置の構成図である。

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だけ改善されるのではなく、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より大きく改善されるのである。

この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４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３８が供給される。高圧水３８がノズル６の噴射口３７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３９が発生する。発生した複数のキャビテーションクラウド３９内で、一つ、または、数個の気泡が潰れたとき、数個の衝撃波が放出される。これらの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４０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４１が観察される。図４において、４２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、単位時間当たりの潰れた気泡の数（気泡が潰れる頻度）、すなわち、単位時間当たりの衝撃波の発生数（衝撃波の発生頻度）によって確認できることを見出した。発明者らは、特に、構成部材の表面からの位置（距離）ごとの、単位時間当たりの衝撃波の発生数を求めることによって、構成部材の表面付近での残留応力の改善度合いを精度良く把握することができることも、見出した。本発明は、これらの知見に基づいて成されたのである。

これらの知見に基づいて成された本発明の概念を、図５に示す一つの具体例を用いて説明する。ノズル６及び支持部材１７が移動装置１９に取り付けられ、２個のＡＥセンサ（衝撃波検出装置）１６Ａ，１６Ｂがノズル６の軸方向に間隔を置いて設置される（図５（Ａ）参照）。ノズル６及びＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂが水中に配置され、ＷＪＰ施工対象物である構成部材２も水中に配置される。ノズル６が構成部材２の、ＷＪＰを施工する表面に対向している。ＡＥセンサ１６Ａが構成部材２の表面近くに配置され、ＡＥセンサ１６Ｂがノズル６の先端よりも構成部材２の表面から少し離れた位置に配置される。衝撃波変換板３３Ａ，３３Ｂが、支持部材１７に設けられ、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂのそれぞれの前面に接触して取り付けられる。衝撃波検出装置としては、ＡＥセンサ以外に圧力センサ、加速度センサ及び水中マイクロホンを用いてもよい。

ノズル６から噴射された高圧の水流３４に含まれた気泡３５が潰れたとき、衝撃波３６が発生する。この衝撃波３６は、伝播経路４３Ａを経て衝撃波変換板３３Ａ内で音波に変えられてＡＥセンサ１６Ａに伝えられる。また、衝撃波３６は、伝播経路４３Ｂを経て衝撃波変換板３３Ｂ内で音波に変えられてＡＥセンサ１６Ｂに伝えられる。このようにして、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂがそれぞれ衝撃波を検出して衝撃波検出信号を出力する。

衝撃波３６の水中での伝播速度をＶ（ｍ／ｓ）、音源の位置（気泡３５が潰れた位置、すなわち、衝撃波３６の発生位置）に近い位置に存在するセンサ（例えば、ＡＥセンサ１６Ａ）のＺ方向の座標値をｚ１（ｍ）（図５（Ｂ）参照）、音源の位置から遠い位置に存在するセンサ（例えば、ＡＥセンサ１６Ｂ）のＺ方向の座標値をｚ２（ｍ）、近い位置に存在するＡＥセンサへの衝撃波の伝播時間をｔ（ｓ）、遠い位置に存在するＡＥセンサにおける衝撃波の検出時間と近い位置に存在するＡＥセンサにおける衝撃波の検出時間の時間差をＴ１（ｓ）とする。Ｚ方向（ノズル６の軸方向）における衝撃波伝播経路の１次元近似モデルは、図５（Ｂ）のように表すことができ、音源から各衝撃波検出装置、例えば、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂまでの衝撃波の伝播時間は（１）式及び（２）式で表される。

Ｖ×ｔ＝（ｚ０−ｚ１） ……（１）
Ｖ×（ｔ＋Ｔ１）＝（ｚ２−ｚ０） ……（２）
ｔ（ｓ）は実際には測定することができず、測定できるのは時間差Ｔ１（ｓ）である。水中での衝撃波の伝播速度Ｖ（ｍ／ｓ）が既知である（例えば、水中音速１５００（ｍ／ｓ））場合には、音源のＺ方向の座標値（音源のＺ方向での位置）ｚ０（ｍ）は、衝撃波の発生位置であり、（３）式により算出できる。

ｚ０＝（ｚ１＋ｚ２）／２−Ｖ×Ｔ１／２ ……（３）
衝撃波の水中での伝播速度Ｖ（ｍ／ｓ）（水中での音速）が未知である場合には、３個の衝撃波検出装置、例えば、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ及び１６Ｃを設けることによって、衝撃波の発生位置を特定することができる。この場合における衝撃波の発生位置の特定を、図６を用いて説明する。ＡＥセンサ１６Ｃが支持部材１７に設けられる。衝撃波変換板３３Ｃが、支持部材１７に設けられ、ＡＥセンサ１６Ｃの前面に接触して取り付けられる（図６（Ａ）参照）。ＡＥセンサ１６Ｃは、水中に配置され、ＡＥセンサＢよりも構成部材２の表面から離れた位置に配置される。ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ及び１６Ｃは、実質的に一直線上に配置される。Ｚ方向における座標値ｚ０、ｚ１及びｚ２は、Ｚ方向、すなわち、構成部材２の表面に垂直な方向での、その表面からの距離を表わしている。

気泡３５が潰れて発生した衝撃波３６は、伝播経路４３Ｃ及び衝撃波変換板３３Ｃを経てＡＥセンサ１６Ｃで検出される。衝撃波を最初に検出するセンサ（例えば、ＡＥセンサ１６Ａ）のＺ方向の座標値をｚ１、衝撃波を２番目に検出するセンサ（例えば、ＡＥセンサ１６Ｂ）のＺ方向の座標値をｚ２、衝撃波を３番目に検出するセンサ（例えば、ＡＥセンサ１６Ｃ）のＺ方向の座標値をｚ３とする（図６（Ｂ）参照）。Ｚ方向における座標値ｚ３も、構成部材２の表面に垂直な方向での、その表面からの距離を表わしている。衝撃波の音速をＶｚ（ｍ／ｓ）、音源で発生した衝撃波が一番近いセンサで検出される時間をｔ（ｓ）、音源の位置から２番目に近いセンサにおける衝撃波の検出時間と一番近いセンサにおける衝撃波の検出時間の時間差をＴ１（ｓ）、音源の位置から最も遠いセンサにおける衝撃波の検出時間と一番近いセンサにおける衝撃波の検出時間の時間差をＴ２［ｓ］とする。このときの衝撃波伝播経路の１次元近似モデルは図６（Ｂ）のように表すことができ、音源から各衝撃波検出装置、すなわち、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ及び１６Ｃまでの衝撃波の伝播時間は（４）式、（５）式及び（６）式で表される。

Ｖｚ×ｔ＝（ｚ０−ｚ１） ……（４）
Ｖｚ×（ｔ＋Ｔ１）＝（ｚ２−ｚ０） ……（５）
Ｖｚ×（ｔ＋Ｔ２）＝（ｚ３−ｚ０） ……（６）
ｔ（ｓ）は実際には測定できず、測定できるのは時間差Ｔ１（ｓ）、Ｔ２（ｓ）である。音源位置ｚ０（ｍ）及びＺ方向に投影した衝撃波の伝播速度Ｖｚ［ｍ／ｓ］は、（７）式及び（８）式に基づいて算出することができる。

ｚ０＝｛ｚ１＋ｚ２−Ｔ１×（ｚ３−ｚ２）／（Ｔ２−Ｔ１）｝／２ ……（７）
Ｖｚ＝（ｚ３−ｚ２）／（Ｔ２−Ｔ１） ……（８）
以上のようにして、ＷＪＰ施工対象物である構成部材の表面からの音源の位置、すなわち、衝撃波の発生位置を求めることによって、ＷＪＰ施工対象物である構成部材２の表面に垂直な方向における各位置での単位時間当たりの衝撃波の発生数（衝撃波の発生頻度）を求めることができる。例えば、構成部材２の表面に垂直な方向で、この表面とノズル６の先端までの間を所定幅で複数の区間に分割し、これらの区間ごとに衝撃波の発生頻度を求める。

図７及び図８は、いずれも、求められた衝撃波の発生位置に基づいて、構成部材２の表面に垂直な方向でその表面からの位置と衝撃波の発生頻度の関係を整理したものであり、構成部材２の表面に垂直な方向で、この表面とノズル６の先端までの間における衝撃波の発生頻度の分布を示している。図７及び図８では、構成部材２の表面に垂直な方向において構成部材２の表面とノズル６の間が、１５の位置（区間）に分割されている。

図７に示された衝撃波発生頻度の分布例では、ノズル６に近い位置での発生頻度ピーク４４、及び構成部材２の表面に近い位置での発生頻度ピーク４５の、２つのピークが観察される。発生頻度ピーク４５が生じる位置は構成部材２の表面に近く、この発生頻度ピーク４５では衝撃波の発生頻度も大きい。このため、この衝撃波発生頻度の分布例では、噴射された水流３４に含まれた気泡３５が潰れて発生した衝撃波３６が、構成部材２の表面に効率良く衝突しているので、構成部材２の表面付近に存在する残留応力が十分に改善されている。

図８に示された衝撃波発生頻度の分布例では、ノズル６に近い位置での発生頻度ピーク４６が観察されるが、構成部材２の表面に近い位置では発生頻度ピークが観察されない。この衝撃波発生頻度の分布例では、発生頻度ピーク４６の位置が構成部材２の表面から離れ過ぎているので、発生した各衝撃波のエネルギーが構成部材２の表面に衝突するまでの間に弱められ、構成部材２の表面付近に存在する残留応力の改善効果が期待できない。

図８に示すような、構成部材２の表面近くで衝撃波発生頻度が小さいという衝撃波発生頻度の分布が得られた場合には、（ａ）ノズル６を構成部材２の表面に近づけて、ノズル６と構成部材２との間の距離（スタンドオフという）を短くする、（ｂ）ノズル６に供給する水の圧力を高くする（ノズル６から噴射される水流の圧力を高くする）、及び（ｃ）ノズル６に供給する水の流量を増加させる（ノズル６から噴射される水流の流量を増加させる）の少なくともいずれかの操作を行い、ＷＪＰの施工条件を変更する必要がある。また、スタンドオフの変更、衝撃波の発生位置の算出、構成部材２の表面に垂直な方向における各位置での発生した衝撃波の計数、及び構成部材２の表面に垂直な方向での衝撃波発生頻度の分布の表示を繰り返すことによって、噴射された水流の圧力及び流量など噴射条件を一定にした場合でのスタンドオフの最適値を求めることができる。

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、ＡＥセンサ（衝撃波検出装置）１６Ａ，１６Ｂ、信号処理装置２０、ノズル走査制御装置２７及びポンプ制御装置２８を備えている。

ノズル走査装置１０は、支柱１１、移動装置１２，１４，１９、第１アーム１３及び第２アーム１５を有する。支柱１１が、基台３２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１５が移動装置１４に取り付けられている。移動装置１９が第２アーム１５に移動可能に設置され、ノズル６が移動装置１９に取り付けられる。基台３２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。

信号処理装置２０は、Ａ／Ｄ変換器２１、時間差算出装置２２、位置算出装置２３、衝撃波計数装置２４及び表示情報作成装置２５を有する。時間差算出装置２２がＡ／Ｄ変換器２１及び位置算出装置２３に接続される。位置算出装置２３に接続された衝撃波計数装置２４が表示情報作成装置２５に接続される。表示情報作成装置２５には、Ａ／Ｄ変換器２１及び表示装置２５が接続される。

衝撃波検出装置であるＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂが、移動装置１９に取り付けられて下方に向って伸びる支持部材１７に設置されている。ＡＥセンサ１６Ｂがノズル６の軸方向においてノズル６の先端付近に配置され、ＡＥセンサ１６Ａはその軸方向においてノズル６の先端から遠ざかる位置に配置される。衝撃波変換板３３Ａ，３３Ｂが、支持部材１７に設けられ、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂのそれぞれの前面に接触して取り付けられる。増幅器１８Ａ，１８Ｂが移動装置１９に取り付けられている。ＡＥセンサ１６Ａが増幅器１８Ａに接続され、ＡＥセンサ１６Ｂが増幅器１８Ｂに接続される。増幅器１８Ａ，１８ＢがＡ／Ｄ変換器２１に接続される。

操作盤２９がノズル走査制御装置２７及びポンプ制御装置２８に接続される。表示装置２６が操作盤２９に設けられる。ノズル走査制御装置２７が移動装置１２，１４及び１９に接続され、ポンプ制御装置２８が高圧ポンプ５に接続される。高圧ホース９に取り付けられた圧力計３１及び流量計３０がポンプ制御装置２８に接続される。信号処理装置２０及び表示装置２６が操作盤２９に設置される。

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処理が実施される。

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。あるいは、構成部材２は運転を経験した原子力プラントの構成部材であり、この構成部材に対し、原子力プラントの管理区域内に位置する、水が満たされたプール内で、ＷＪＰ装置１を用いてＷＪＰを施工してもよい。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２９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。ノズル走査制御装置２７が、入力したこの位置情報に基づいて移動装置１２，１４及び１９をそれぞれ駆動する。ノズル６の先端が、移動装置１２の移動によってＺ方向の座標値に、移動装置１４の移動によってＸ方向の座標値に、移動装置１９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。ＡＥセンサ１６Ａが、水中で、ＡＥセンサ１６Ｂよりも構成部材２の近くに配置されている。

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）。オペレータの操作により、ポンプ起動信号が操作盤２９からポンプ制御装置２８に入力される。このとき、ポンプ制御装置２８が高圧ポンプ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。ポンプ制御装置２８は、圧力計３１及び流量計３０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。

高圧ポンプ５から吐出された水３は、初期値の圧力及び流量で、高圧ホース９を通してノズル６に供給され、ノズル６から高圧の水流３４となって水槽４内の水中に噴射される。噴射された水流３４内の気泡３５が水中で潰れることにより衝撃波３６が発生する。この衝撃波３６は、構成部材２に衝突すると共に、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂによって検出される。

衝撃波３６を検出したＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂから出力された各衝撃波検出信号が、増幅器１８Ａ，１８Ｂで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２１に入力される。Ａ／Ｄ変換器２１は、アナログ信号である各衝撃波検出信号をデジタル信号に変換し、時間差算出装置２２及び表示情報作成装置２５に出力する。表示情報作成装置２５は、各衝撃波検出信号に基づいてＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂごとの衝撃波検出信号表示情報を作成する。これらの衝撃波検出信号表示情報が表示装置２６の表示部３８に表示される（図３参照）。図３において、「１６Ａ」がＡＥセンサ１６Ａから出力された衝撃波検出信号を、「１６Ｂ」がＡＥセンサ１６Ｂから出力された衝撃波検出信号を示している。これらの衝撃波検出信号において、不定期に発生している波高の大きい鋭い波形が、気泡３５が潰れた際に発生した衝撃波３６を表わしている。表示情報作成装置２５は、Ａ／Ｄ変換器２１から出力された各衝撃波検出信号を、信号処理装置２０の記憶装置（図示せず）に記憶させる。

衝撃波の発生位置が算出され、衝撃波がカウントされる（ステップＳ３）。時間差算出装置２２は、入力した各衝撃波検出信号に基づいて、ＡＥセンサ１６Ｂにおけるある衝撃波の検出時間とＡＥセンサ１６Ａにおけるこの衝撃波の検出時間との時間差Ｔ１を算出する。位置算出装置２３は、（３）式に、その時間差Ｔ１、ＡＥセンサ１６ＡのＺ方向の座標値ｚ１（ｍ）、ＡＥセンサ１６ＢのＺ方向の座標値ｚ２（ｍ）及び水中での衝撃波の伝播速度Ｖ（ｍ／ｓ）（例えば、水中音速１５００（ｍ／ｓ）を代入して、衝撃波の発生位置ｚ０を算出する。座標値ｚ１（ｍ）、座標値ｚ２（ｍ）及び水中での衝撃波の伝播速度Ｖ（ｍ／ｓ）は、既知の値である。座標値ｚ１（ｍ）及びｚ２（ｍ）は、オペレータがステップＳ１において操作盤２９から入力したノズル６の噴射口のＺ方向の座標値を基に特定できる。衝撃波の発生位置は、発生した全ての衝撃波に対して求められる。

衝撃波計数装置２４は、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向で、この表面からノズル６の先端までの間を所定幅で分割して設定されたそれぞれの位置（区間）ごとに、位置算出装置２３で算出された各衝撃波の発生位置の情報を用いて、衝撃波の発生数をそれぞれカウントする。上記の所定幅は、例えば、１０ｍｍであり、各位置は構成部材２のＷＪＰを施工する表面から１０ｍｍごとに設定される。それぞれの位置に対して得られた単位時間当たりの各衝撃波の発生数（各衝撃波の発生頻度）が衝撃波計数装置２４から表示情報作成装置２５に入力される。衝撃波の発生位置の測定幅を１０ｍｍとしているが、ＷＪＰの適正なスタンドオフの範囲の裕度が広いので、１０ｍｍ程度の調整幅があっても十分な応力改善効果を達成できる。

表示情報作成装置２５は、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向でのそれぞれの位置ごとに衝撃波発生頻度を表わした表示情報を作成する。この表示情報は、構成部材２の表面に垂直な方向での衝撃波発生頻度の分布を示しており、表示装置２６の表示部３９に表示される。表示情報作成装置２５は、各衝撃波の発生位置の情報、それぞれの位置に対する衝撃波の発生頻度、及び衝撃波発生頻度の分布の情報を、上記の記憶装置に記憶させる。

ＷＪＰ施工対象物に対する残留応力の改善効果があるかを判定する（ステップＳ４）。オペレータは、表示装置２６の表示部３９に表示された情報（構成部材２の表面に垂直な方向での衝撃波発生頻度の分布）を見ることによって、構成部材２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ているかを判定することができる。表示部３９に表示された衝撃波発生頻度の分布が図７に示す分布を有するときには、ステップＳ４の判定が、「Ｙｅｓ」、すなわち、「残留応力の改善効果が充分にある」となる。図７に示す分布は、構成部材２の近くに衝撃波発生頻度のピーク４５が存在し、発生頻度ピーク４５における衝撃波発生頻度が大きくなっている。その衝撃波発生頻度の分布がノズル６に近い位置で衝撃波発生頻度のピーク４６が存在する図８に示す分布になっているときには、ステップＳ４の判定が、「Ｎｏ」、すなわち、「残留応力の改善効果が不充分である」となる。

スタンドオフの変更の確認が終了したかを判定する（ステップＳ５）。オペレータが、スタンドオフの変更の確認が終了したかを判定する。この判定が「Ｎｏ」であるとき、スタンドオフが変更される（ステップＳ６）。オペレータが、スタンドオフを変更する、例えば、スタンドオフを短くするために、操作盤２９から変更したＺ方向の座標値を入力する。ノズル走査制御装置２７が、このＺ方向の座標値に基づいて移動装置１２を下降させ、ノズル６の先端がＺ方向の所定位置に位置決めされる。

その後、ノズル６から水流３４が噴射され、信号処理装置２０でステップＳ３の処理が実行される。ステップＳ４の判定が「Ｎｏ」でステップＳ５の判定が「Ｙｅｓ」であるときは、オペレータが、スタンドオフの変更だけでは残留応力の改善効果が生じる条件が見つからないと判断したことになる。このときには、高圧ポンプの運転条件を変更する(ステップＳ７)。オペレータは、操作盤２９を操作して高圧ポンプ５の運転条件（高圧ポンプ５の吐出圧力の設定値（または吐出流量の設定値））を変更する。例えば、吐出圧力（または吐出流量）の設定値が増加される。ポンプ制御装置２８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で圧力等が増加された水がノズル６から噴射される。ステップＳ３の処理が実行され、ステップＳ４の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ＷＪＰ施工の準備が完了する。

ステップＳ４の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ノズルの走査を開始する（ステップＳ８）。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２９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。ノズル走査制御装置２７が、操作盤２９からこれらの情報を入力したとき、該当する移動装置（移動装置１４または移動装置１９）に対して走査開始信号を出力する。例えば、オペレータが操作盤２９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。

ノズル走査制御装置２７から出力された走査開始信号はポンプ制御装置２８にも入力される。ポンプ制御装置２８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の移動によりノズル６がＸ方向に移動している間、ノズル６から高圧の水流３４が構成部材２に向って噴射される。ノズル６がＸ方向に移動している間、噴出された水流３４内の気泡３５が潰れて発生する衝撃波３６が、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１つの溶接部に沿って行われるので、その衝撃波３６によって、溶接部及びこれの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。

ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂも、ノズル６と共にＸ方向に移動する。ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂは、移動しながら、衝撃波３６をそれぞれ検出して衝撃波検出信号を出力する。これらの衝撃波検出信号は、前述したように、増幅器１８Ａ，１８Ｂで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２１に入力される。表示情報作成装置２５は、Ａ／Ｄ変換器２１から出力された各衝撃波検出信号のデジタル信号に基づいてＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂごとの衝撃波検出信号表示情報を作成する。これらの衝撃波検出信号表示情報が表示装置２６の表示部３８に表示される（図３参照）。

さらに、水流３４を噴射しているノズル６が移動されている間、衝撃波の発生位置が算出され、衝撃波がカウントされる（ステップＳ９）。ステップＳ９の処理は、信号処理装置２０の時間差算出装置２２、位置算出装置２３、衝撃波計数装置２４及び表示情報作成装置２５で行われ、ステップＳ３の処理と同じである。表示情報作成装置２５は、構成部材２の表面に垂直な方向でのそれぞれの位置ごとに衝撃波発生頻度を表わした表示情報を作成する。この表示情報は、表示装置２６の表示部３９に表示される。

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Ｓ１０）。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、ノズル走査制御装置２７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。ノズル走査制御装置２７は、移動装置１４に設けられたエンコーダ（図示せず）の出力信号を入力し、この出力信号に基づいてノズル６がＸ方向での走査終了位置に到達したと判定する。

ＷＪＰ施工対象物に対する残留応力の改善効果があるかを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の判定は、ステップＳ４の判定と同様に行われる。オペレータが、表示装置２６の表示部３９に表示された情報（構成部材２の表面に垂直な方向での衝撃波発生頻度の分布）を見ることによって、構造部材２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ているかを判定する。ステップＳ１１の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、高圧ポンプ５が停止される（ステップＳ１４）。オペレータが操作盤２９から入力したポンプ停止指令に基づいて、ポンプ制御装置２８が高圧ポンプ５を停止させる。これにより、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Ｓ１１の判定が「Ｎｏ」であるとき、スタンドオフ（または高圧ポンプの運転条件）を変更する（ステップＳ１２）。オペレータは、操作盤２９を操作してノズル６のＺ方向の座標値（または高圧ポンプ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Ｓ１３）。オペレータは、操作盤２６を操作して、ステップＳ８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Ｓ８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Ｓ８の走査が行われる。ノズル走査制御装置２７が、ステップＳ１３で設定されたそれらの位置情報に基づいて、移動装置１４が前回と逆の方向に移動させる。高圧の水流を噴射しているノズル６が、ステップＳ１３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Ｓ１０）。オペレータは、表示装置２６の表示部３９に表示された衝撃波発生頻度の分布を見て、ステップＳ１１の判定を行う。この判定が「Ｙｅｓ」であるとき、ステップＳ１４の操作で、上記したように、高圧ポンプ５が停止される。

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Ｓ８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３４を噴射してこの水流３４内の気泡３５が潰れて発生する衝撃波３６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、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂが衝撃波３６を検出する。衝撃波３６は、潰れた気泡３５から発生し、潰れなかった気泡３５からは発生しない。したがって、本実施例において、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂは、衝撃波３６を発生した気泡３５、すなわち、ＷＪＰ施工に貢献した気泡３５を検出することになる。ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂは潰れなかった気泡３５を検出しない。ＷＪＰ施工に貢献した、潰れた気泡３５を検出することによって、構成部材２の残留応力の改善度合いをより精度良く把握することができる。

特に、本実施例は、ＡＥセンサ１６Ａ及び１６Ｂのそれぞれにおける衝撃波３６の検出時間の時間差Ｔ１に基づいて、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向における各衝撃波３６の発生位置を求め、さらに、その垂直な方向で、この表面からノズル６の先端までの間を分割して設定されたそれぞれの位置ごとに、各衝撃波の発生位置の情報を用いて、衝撃波の発生数をそれぞれカウントしている。このため、その垂直な方向に設定されたそれぞれの位置ごとに、衝撃波３６の発生頻度を得ることができ、その垂直な方向における衝撃波の発生頻度の分布を把握できる。したがって、衝撃波発生頻度のピークが生じる、その垂直な方向における位置、及びこのピークの位置での衝撃波の発生頻度に基づいて、構成部材２に存在する残留応力の改善効果をさらに精度良く把握することができる。衝撃波発生頻度のピークの位置が構成部材２の近くに存在し、このピークの位置での衝撃波発生頻度が発生頻度の設定値以上になっていれば、構成部材２において残留応力の改善効果があることになる。

本実施例は、構成部材２に存在する残留応力の改善効果をより精度良く把握することができるので、その改善効果が不十分であるときには、スタンドオフまたは高圧ポンプ５の運転条件を変更して、直ちにＷＪＰの再施工を行うことができる。

本実施例は、ノズル６を、水流３４を噴射しながら走査している間でも、構成部材２におけるＷＪＰの施工効果をより精度良く確認することができる。

本実施例では、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂが、ノズル６ではなく、移動装置１９に設けられた支持部材１７に取り付けられている。このため、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ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弾性波の検出が、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をさらに精度良く確認できることに貢献する。

特に、構成部材２の表面に垂直な方向での衝撃波発生頻度の分布の情報を表示装置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、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。

ノズル走査制御装置２７及びポンプ制御装置２８を１つの制御装置にしてもよい。ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂをそれぞれ圧力センサ、加速度センサ及び水中マイクロホンのいずれかに替えてもよい。

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９、図１０及び図１１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ＷＪＰ装置１Ａを、図９を用いて説明する。ＷＪＰ装置１Ａは、実施例１で用いられるＷＪＰ装置１において信号処理装置２０を信号処理装置２０Ａに替え、高圧ポンプ５及びノズル走査装置１０の制御を自動化している。本実施例では、実施例１で用いられたノズル走査制御装置２７及びポンプ制御装置２８を統合した１つの制御装置４７が設けられており、３つのＡＥセンサ及び３つの増幅器が設けられている。ＷＪＰ装置１Ａの他の構成は、ＷＪＰ装置１と同じである。

ＷＪＰ装置１Ａにおいて、ＷＪＰ装置１と異なる構成について説明する。信号処理装置２０Ａは、実施例１で用いられる信号処理装置２０にピーク位置算出装置４８を付加した構成を有する。ピーク位置算出装置４８が、衝撃波計数装置２４及び表示情報作成装置２５に接続される。信号処理装置２０Ａの記憶装置４９が、Ａ／Ｄ変換器２１、位置算出装置２３、衝撃波計数装置２４、ピーク位置算出装置４８及び表示情報作成装置２５に接続される。

支持部材１７には、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが取り付けられる。支持部材１７に設けられた衝撃波変換板３３Ｃが、ＡＥセンサ１６Ｃの前面に接触して取り付けられる。ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが移動装置１９に設けられた増幅器１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに別々に接続され、増幅器１８Ａ，１８Ｂ，１８ＣがＡ／Ｄ変換器２１に接続される。

制御装置４７は、操作盤２９及び記憶装置４９に接続される。この制御装置４７は、高圧ポンプ５、移動装置１２，１４及び１９、流量計３０及び圧力計３１にも接続されている。制御装置４７は、高圧ポンプ５の運転条件を変更するしきい値（以下、運転条件変更しきい値という）、残留応力の改善効果を判定するしきい値（以下、改善効果判定しきい値という）、及びスタンドオフの最大値、最小値及び変更ピッチを、予め、制御装置４７の記憶装置（図示せず）に記憶している。これらの値は、オペレータにより操作盤２９から制御装置４７に入力される。運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値は、制御装置４７から記憶装置４９にも記憶される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法では、制御装置４７が、図１０及び図１１に記載されたステップＳ１、Ｓ２、Ｓ６〜Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ１９及びＳ２１〜Ｓ２６の各ステップの制御または判定を実行する。ＷＪＰ装置１Ａ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、図１０及び図１１に記載された各ステップに基づいて説明する。

原子力プラントの構成部材２が、水３を充填した水槽４内に設置されて水中に配置されている。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。また、運転を経験した原子力プラントの構成部材２に対し、原子力プラントの管理区域内に位置する、水が満たされたプール内で、ＷＪＰ装置１を用いてＷＪＰを施工してもよい。ステップＳ１の制御が行われる前に、オペレータは、水槽４内に設置された構成部材２に形成された、Ｘ方向（またはＹ方向）に伸びる複数の溶接部について、走査開始位置及び走査終了位置を予め操作盤２９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４７の記憶装置に記憶される。

構成部材２に形成された、例えば、Ｘ方向に伸びるある溶接部に対してＷＪＰが施工されることを想定して、説明する。制御装置４７は、オペレータが操作盤２９に入力したＷＪＰ開始指令を入力したとき、ステップＳ１の制御を開始する。ステップＳ１の制御により、移動装置１２，１４及び１９が駆動され、ノズル６の噴射口が、Ｘ方向に伸びるその溶接部に対する、ＷＪＰ開始位置に位置決めされる。このとき、ノズル６の先端が、スタンドオフの最小値になるように、構成部材２のＷＪＰを施工する表面から離されている。

制御装置４７がステップＳ２の制御を実行する。高圧ポンプ５が駆動し、ノズル６から高圧の水流３４が噴射される。水流３４に含まれた各気泡３５が潰れて発生する各衝撃波３６が、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃによってそれぞれ検出される。

ノズル６から高圧の水流３４が噴射された後、信号処理装置２０Ａによって、監視指標の値を算出する（ステップＳ１５）。本実施例における監視指標は衝撃波発生頻度のピーク位置であり、本実施例における運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値はそれぞれ衝撃波発生頻度のピーク位置に対するしきい値である。ステップＳ１５の処理内容を、以下に具体的に説明する。

衝撃波３６を検出したＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃから出力された各衝撃波検出信号が、増幅器１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２１に入力される。Ａ／Ｄ変換器２１は、アナログ信号の各衝撃波検出信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換された各衝撃波検出信号を表示情報作成装置２５に出力する。表示情報作成装置２５は、各衝撃波検出信号に基づいてＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃごとの衝撃波検出信号表示情報を作成する。これらの衝撃波検出信号表示情報が表示装置２６に表示される（図１２参照）。図１２において、「１６Ａ」がＡＥセンサ１６Ａから出力された衝撃波検出信号であり、「１６Ｂ」がＡＥセンサ１６Ｂから出力された衝撃波検出信号であり、「１６Ｃ」がＡＥセンサ１６Ｃから出力された衝撃波検出信号である。これらの衝撃波検出信号において、不定期に発生している波高の大きい鋭い波形が、気泡３５が潰れた際に発生した衝撃波３６を表わしている。Ａ／Ｄ変換器２１から出力された、デジタル信号に変換された各衝撃波検出信号が記憶装置４９に記憶される。

図１３は、図１２に示された波高の大きい鋭い波形の部分を、横軸（時間軸）を拡大して表わしている。図１３に示された波形５０ａは、１つの衝撃波３６を検出した際にＡＥセンサ１６Ａから出力された衝撃波検出信号に含まれている。波形５０ｂは、同じ１つの衝撃波３６を検出した際にＡＥセンサ１６Ｂから出力された衝撃波検出信号に含まれている。波形５０ｃは、同じ１つの衝撃波３６を検出した際にＡＥセンサ１６Ｃから出力された衝撃波検出信号に含まれている。波形５０ａ，５０ｂ，５０ｃの検出時間に時間差が生じているので、後述するように、その１つの衝撃波３６の発生位置を特定できる。

時間差算出装置２２は、Ａ／Ｄ変換器２１から出力された各衝撃波検出信号に基づいて、ＡＥセンサ１６Ｂにおけるある衝撃波の検出時間とＡＥセンサ１６Ａにおけるこの衝撃波の検出時間との時間差Ｔ１（波形５０ｂと波形５０ａの間の時間差）、及びＡＥセンサ１６Ｃにおけるその衝撃波の検出時間とＡＥセンサ１６Ａにおけるその衝撃波の検出時間との時間差Ｔ２（波形５０ｃと波形５０ａの間の時間差）を算出する。位置算出装置２３は、（７）式に、これらの時間差Ｔ１，Ｔ２、ＡＥセンサ１６ＡのＺ方向の座標値ｚ１（ｍ）、ＡＥセンサ１６ＢのＺ方向の座標値ｚ２（ｍ）、及びＡＥセンサ１６ＣのＺ方向の座標値ｚ３（ｍ）を代入して、衝撃波の発生位置ｚ０を算出する。水中での衝撃波の伝播速度Ｖｚは、（８）式に時間差Ｔ１，Ｔ２及び座標値ｚ２，ｚ３を代入することによって求めることができる。

衝撃波計数装置２４は、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向において設定されたそれぞれの位置（区間）ごとに、位置算出装置２３で算出された各衝撃波の発生位置の情報を用いて、衝撃波の発生数をそれぞれカウントする。ピーク位置算出装置４８は、衝撃波計数装置２４で得られた、設定されたそれぞれの位置での単位時間当たりの各衝撃波の発生数（各衝撃波の発生頻度）に基づいて、衝撃波の発生頻度が極大になる位置（以下、ピーク位置という）を求める。位置算出装置２３で算出された衝撃波の発生位置、衝撃波計数装置２４で得られた、設定されたそれぞれの位置での衝撃波の発生頻度、及びピーク位置算出装置４８で得られた少なくとも１つの、衝撃波の発生頻度がピークになる位置の各情報が、記憶装置４９に記憶される。

表示情報作成装置２５は、記憶装置４９から取り込んだ、設定されたそれぞれの位置での衝撃波の発生頻度、運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値、及びピーク位置算出装置４８で得られたピーク位置の各情報に基づいて、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向における衝撃波発生頻度の分布の表示情報を作成する。この表示情報が、表示装置２６に表示されると共に記憶装置４９に記憶される。表示装置２６に表示された表示情報の例が、図１４及び図１５に示されている。これらの表示情報の例には、運転条件変更しきい値５１及び改善効果判定しきい値５２が含まれている。本実施例で用いられる運転条件変更しきい値５１及び改善効果判定しきい値５２は、監視指標である衝撃波発生頻度のピーク位置に対するものである。さらに、図１４及び図１５に示された各表示情報の例は、５３Ａ，５３Ｂ及び５３Ｃで示された衝撃波発生頻度のピーク位置の表示記号を含んでいる。オペレータは、表示装置２６に表示された情報を見ることによって、構成部材２における残留応力の改善効果を把握することができる。

ステップＳ２によるノズル６からの水流３４の噴射が、所定時間、継続された後、制御装置４７は、スタンドオフが最大であるかを判定する（ステップＳ１６）。この判定が「Ｎｏ」であるとき、スタンドオフが、１ピッチ分、増加される（ステップＳ６）。制御装置４７が、記憶しているスタンドオフの変更ピッチに基づいて、１ピッチ増加指令を移動装置１２に対して出力する。移動装置１２が１ピッチ増加指令に基づいて移動され、ノズル６の先端が、変更ピッチ１つ分だけ構成部材２の表面から離される。スタンドオフが最大値になるまで、ノズル６の先端が構成部材２の表面から間欠的に離される。ノズル６の先端が構成部材２の表面から離されるたびに、信号処理装置２０ＡでステップＳ１５の処理が行われる。Ａ／Ｄ変換器２１、位置算出装置２３、衝撃波計数装置２４及びピーク位置算出装置４８で得られた各情報が、スタンドオフの値と対応付けて記憶装置４９に記憶される。

ステップＳ１６の判定が「Ｙｅｓ」であるとき、監視指標の値が最も望ましい値になったときのスタンドオフを検索する（ステップＳ１７）。監視指標の最も望ましい値とは、本実施例では、構成部材２の表面に最も近くに存在する衝撃波発生頻度のピーク位置である。制御装置４７が、最も望ましい監視指標の値、すなわち、最も望ましい衝撃波発生頻度のピーク位置（構成部材２の表面に最も近くに存在する衝撃波発生頻度のピーク位置）に対応するスタンドオフ（最適なスタンドオフ）を記憶装置４９から検索する。最も望ましい監視指標の値が運転条件変更しきい値以下であるかを判定する（ステップＳ１８）。制御装置４７において、ピーク位置算出装置４８で得られた衝撃波発生頻度のピーク位置が、運転条件変更しきい値以下であるかが判定される。この判定結果が「Ｎｏ」であるときには、「応力改善効果は充分に上がっているが、このままの条件で噴射を継続すると応力改善効果が不充分な状態に推移する可能性がある」と判定され、高圧ポンプの運転条件が変更される（ステップＳ７）。制御装置４７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））の設定値を変更する。この設定値の変更は、例えば、記憶装置４９に記憶されている吐出圧力の１ピッチ上昇分に基づいて現在の吐出圧力の設定値に１ピッチ上昇分を加算することによって行われ、１ピッチ上昇分が加算された値が新しい設定値になる。その後、ステップＳ１５の処理が行われ、ステップＳ１６の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ステップＳ１７及びＳ１８が実行される。

ステップＳ１８の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、検索されたスタンドオフに基づいて、ノズルの位置決めを行う（ステップＳ１９）。制御装置４７が、検索されたスタンドオフに基づいて移動装置１２を制御し、検索されたスタンドオフだけ構成部材２の表面から離れるように、ノズル６先端の位置決めを行う。その後、ノズルの走査を開始する（ステップＳ８）。ノズル６先端の位置決めが終了した後、制御装置４７は、例えば、Ｘ方向に伸びる溶接部に対してＷＪＰを施工するために、走査開始信号を移動装置１４に出力する。移動装置１４が第１アーム１３に沿って移動し、ノズル６を走査開始位置から走査終了位置まで移動させる。制御装置４７は、その走査開始信号を高圧ポンプ５にも出力し、高圧ポンプ５を駆動する。このため、構成部材２に向って水流３４を噴射しながらノズル６がＸ方向に移動される。ノズル６がＸ方向に移動している間、噴出された水流３４内の気泡３５が潰れて発生する衝撃波３６が、順次、構成部材２の溶接部の表面に当てられる。その衝撃波３６によって、溶接部及びこれの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。

ノズル６と共に移動しているＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃは、水３の中を伝播するそれらの衝撃波２９をそれぞれ検出し、複数の衝撃波検出信号を出力する。具体的には、ＡＥセンサ１６Ａが、衝撃波３６の衝突により衝撃波変換板３３Ａ内で発生した音波を検出して衝撃波検出信号を出力する。ＡＥセンサ１６Ｂ，１６Ｃでも同様にして衝撃波検出信号が出力される。

ノズル６が水流３４を噴射しながら移動している間、信号処理装置２０Ａによって、監視指標の値を算出する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の処理は、ステップＳ１５の処理と同じであるため、詳細な説明を省略する。ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃから出力された各衝撃波検出信号が、増幅器１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃで増幅された後、Ａ／Ｄ変換器２１に入力される。ここで、デジタル信号に変換された各衝撃波検出信号に基づいて、時間差算出装置２２は、時間差Ｔ１、Ｔ２を算出する。位置算出装置２３は、時間差Ｔ１、Ｔ２を用いてステップＳ１５と同様に衝撃波の発生位置を算出する。衝撃波計数装置２４は、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向において設定されたそれぞれの位置（区間）ごとに、算出された各衝撃波の発生位置の情報を用いて、衝撃波の発生数をそれぞれカウントする。ピーク位置算出装置４８は、設定されたそれぞれの位置での各衝撃波の発生頻度に基づいて、衝撃波の発生頻度のピーク位置を求める。表示情報作成装置２５は、ステップＳ１５と同様に、衝撃波発生頻度の分布の表示情報を作成し、表示装置２６に出力する。

監視指標の値が運転条件変更しきい値以下かを判定する（ステップＳ２１）。ノズル６を、水流３４を噴射しながら走査終了位置に向って移動している間、制御装置４７が、記憶装置４９から最新のピーク位置の値を読み取り、このピーク位置の値が運転条件変更しきい値以下であるかを判定する。例えば、記憶装置４９から、図１４に示すピーク位置５３Ａを取り込んだとき、ピーク位置５３Ａが運転条件変更しきい値よりも大きいので、ステップＳ２１の判定が「Ｎｏ」となる。この場合には、監視指標の値が改善効果判定しきい値以下かを判定する（ステップＳ２２）。制御装置４７が行うステップＳ２２の判定は、ピーク位置５３Ａが改善効果判定しきい値よりも大きいので、「Ｎｏ」になる。ノズルを走査開始位置に移動する（ステップＳ２４）。ステップＳ２２の判定が「Ｎｏ」になったときは、ノズル６の走査の過程で、構成部材２に残留応力の改善効果が不足している箇所がある、すなわち、引張残留応力が圧縮残留応力に充分に改善されていない箇所があることを示している。このため、ノズル６を、ＷＪＰを施工している溶接部に対する走査開始位置に戻す必要がある。制御装置４７は、ステップＳ２２の判定が「Ｎｏ」になったとき、移動装置１４に戻し指令を出力する。この指令を入力した移動装置１４が逆方向に移動し、ノズル６を該当する溶接部に対する走査開始位置まで戻す。ノズル６が走査開始位置に戻された後、ノズルの走査速度（または高圧ポンプの運転条件）を変更する（ステップＳ２３）。制御装置４７は移動装置１４に減速指令を出力する。移動装置１４は、減速指令に基づいてノズル６の走査速度が遅くなるように、移動する。このため、構成部材２に衝突する衝撃波の数が増大し、構成部材２に存在する残留応力の改善効果が増大する。制御装置４７は、ノズル６の走査速度を減速させる替りに、高圧ポンプ５からの水の吐出圧力（または水の吐出流量）を増加させてもよい。これによっても、構成部材２の残留応力の改善効果が増大する。

ステップ２４において、ノズル６を走査開始位置ではなく、ステップ２２の判定が「Ｎｏ」になった時点の位置（衝撃波発生頻度のピーク位置が改善効果判定しきい値よりも大きくなった位置）よりも若干前の位置に、ノズル６を戻し、この位置からノズル６の走査速度を遅くしてＷＪＰを再開してもよい。

ステップＳ２２の判定が「Ｙｅｓ」の場合には、ステップ２３の制御が制御装置４７によって実行される。

ノズル６の走査速度が遅くなった状態で、信号処理装置２０Ａは、ステップＳ２０の処理を実行する。制御装置４７が、ステップＳ２１の判定を行う際に、例えば、記憶装置４９から、図１５に示すピーク位置５３Ｂ及び５３Ｃを取り込んだとする。これらのピーク位置は、衝撃波の発生頻度が極大になっている位置である。ピーク位置が複数存在する場合には、構成部材２に最も近いピーク位置、すなわち、ピーク位置５３Ｂが運転条件変更しきい値以下になっているとき、ステップＳ２１の判定は「Ｙｅｓ」になる。このため、制御装置４７でのステップＳ２１の判定が「Ｙｅｓ」になる。運転条件変更しきい値以下の衝撃波のピーク位置が存在することは、構成部材２の表面近くで発生する衝撃波が多いことを意味し、構成部材２の残留応力の改善効果が大きいことを意味している。

ステップＳ２１の判定が「Ｙｅｓ」であるとき、衝撃波の発生頻度が設定値以上であるかを判定する（ステップＳ２５）。制御装置４７において、記憶装置４９に記憶されている、衝撃波発生頻度のピーク位置での衝撃波発生頻度が、設定値以上であるかを判定する。この設定値は、残留応力の改善効果を判定する衝撃波発生頻度の設定値（以下、衝撃波発生頻度の第２設定値という）よりも大きい、高圧ポンプ５の運転条件を変更する、衝撃波発生頻度の設定値（以下、衝撃波発生頻度の第１設定値という）である。衝撃波発生頻度のピーク位置での衝撃波発生頻度は、衝撃波計数装置２４で、構成部材２の表面に垂直な方向において設定されたそれぞれの位置での衝撃波の発生数をカウントすることによって求められる。

ステップＳ２５において、衝撃波発生頻度のピーク位置での衝撃波発生頻度の替りに、改善効果判定しきい値５２の位置と構成部材２の表面との間で発生した衝撃波の発生頻度を用い、この衝撃波発生頻度を、これに対応する衝撃波発生頻度の第１設定値と比較してもよい。改善効果判定しきい値５２の位置と構成部材２の表面との間で発生した衝撃波の発生頻度は、衝撃波計数装置２４で、改善効果判定しきい値５２の位置と構成部材２の表面との間で発生した衝撃波の発生数をカウントすることによって求められる。

図１６に示すように、衝撃波発生頻度のピーク位置での衝撃波発生頻度５５が衝撃波発生頻度の第１設定値５６よりも小さくなったとき、ステップＳ２５の判定が「Ｎｏ」になる。ステップＳ２５の判定は、ノズル６が走査終了位置に向って移動している間、行われる。図１６に示された５７は、衝撃波発生頻度の第２設定値である。ステップＳ２５の判定が「Ｎｏ」になったとき、「応力改善効果は充分に上がっているが、このままの条件で噴射を継続すると応力改善効果が不充分な状態に推移する可能性がある」と判定され、ステップＳ２３の制御が行われ、移動装置１４の移動速度を遅くする。この移動速度を遅くする替りに、高圧ポンプ５の吐出圧力（または吐出流量）を増加させてもよい。移動装置１４の移動速度、すなわち、ノズル６の走査速度を遅くすることによって、ノズル６の単位移動距離当たりにおける衝撃波の発生数が増加し、実質的に、衝撃波の発生頻度が増大したことに相当する。

ステップＳ２５の判定結果が「Ｙｅｓ」であるとき、制御装置４７が、ノズルが走査終了位置に到達したかを判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の判定が「Ｎｏ」であるときにはノズル走査は継続中と判定され、制御装置４７において、ステップＳ２１以降の判定または制御が実行される。ノズルが走査終了位置に到達してステップＳ２６の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ステップＳ１０の制御が実行される。

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Ｓ１０）。制御装置４７は、移動装置１４を移動させるモータ（図示せず）に設けられたエンコーダ（図示せず）からの出力信号に基づいて、ノズル６がＸ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移動装置１４の移動を停止し、ノズル６の走査を停止させる。

高圧ポンプが停止される（ステップＳ１４）。制御装置４７から出力された駆動停止信号が高圧ポンプ５に入力され、高圧ポンプ５が停止する。これによって、構成部材２のＸ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。

構成部材２に他の溶接部が存在する場合には、以上に述べたように、その溶接部に対してＷＪＰが施工される。

本実施例では、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、オペレータではなく制御装置４７によって自動的にＷＪＰ装置１Ａの各移動装置、及び高圧ポンプ５を制御できるので、ＷＪＰ施工時におけるオペレータの負担が軽減される。さらに、本実施例では、構成部材２に存在する残留応力の改善効果をさらに精度良く把握することができるので、スタンドオフを少しずつ変化させて残留応力の改善効果をできる。このため、スタンドオフを最適なスタンドオフに設定してＷＪＰを施工することができる。

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１７、図１８、図１９及び図２０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１７を用いて説明する。沸騰水型原子力プラントの原子炉７５は、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）７６、炉心シュラウド７７、炉心支持板７９、上部格子板８０及びジェットポンプ８１を備えている。炉心シュラウド７７、炉心支持板７９、上部格子板８０及びジェットポンプ８１は、ＲＰＶ７６内に設置される。炉心を取り囲む炉心シュラウド７７内には、炉心の下端に位置する炉心支持板７９が設置され、炉心の上端に位置する上部格子板８０が設置される。複数のジェットポンプ８１が、ＲＰＶ７６と炉心シュラウド７７の間に形成される環状のダウンカマ８２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１Ｂ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をノズル走査装置１０Ａ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１７、図１８及び図１９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５２７７の上部フランジ７８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１９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７２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７２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７２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７２がＲＰＶ７６の半径方向に移動する。ＲＰＶ７６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、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ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７７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７７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、ＲＰＶ７６の上蓋が取り外され、ＲＰＶ７６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ＲＰＶ７６の外に搬出される。これらの搬出は、ＲＰＶ７６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、ＲＰＶ７６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７８上まで移送され、上部フランジ７８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。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８２内に配置される。

高圧ポンプ５及び操作盤２９が原子炉建屋内の運転床６９の上に置かれ、信号処理装置２０、ノズル走査制御装置２７，ポンプ制御装置２８及び表示装置２６が操作盤２９に設けられる。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において、防水対策が施された増幅器１８Ａ，１８Ｂが昇降体６３に設置されている（図２０参照）。移動装置５８Ａの昇降体６３に設けられたＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂが、増幅器１８Ａ，１８Ｂに別々に接続される。増幅器１８Ａ，１８Ｂに別々に接続された２本の信号線７０が、１つの信号処理装置２０のＡ／Ｄ変換器２１に接続される。この信号処理装置２０の表示情報作成装置２５が表示装置２６に接続される。

移動装置５８Ｂにおいても、防水対策が施された増幅器１８Ａ，１８Ｂが昇降体６３に設置されている。移動装置５８Ｂの昇降体６３に設けられたＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂが、増幅器１８Ａ，１８Ｂに別々に接続される。増幅器１８Ａ，１８Ｂに別々に接続された２本の信号線７０が、他の信号処理装置２０のＡ／Ｄ変換器２１に接続される。この信号処理装置２０の表示情報作成装置２５が他の表示装置２６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処理等が実行される。炉心シュラウド７７では、軸方向に伸びる溶接部が炉心シュラウド７７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７７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７７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２９から、炉心シュラウド７７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７２が回転し、各ポスト部材６２が炉心シュラウド７７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７７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７７の軸方向に移動し、ノズル６が炉心シュラウド７７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。初期値の圧力及び流量で各ノズル６から高圧水が、上部格子板８０付近で炉心シュラウド７７の溶接部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３５が潰れて発生した衝撃波３６がＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂで検出される。この衝撃波の検出によってＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂからそれぞれ出力された衝撃波検出信号が、Ａ／Ｄ変換器２１に入力される。各信号処理装置２０内で、実施例と同様に、ステップＳ３の処理が行われる。表示情報作成装置２５で作成された、構成部材２の表面に垂直な方向でのそれぞれの位置ごとに衝撃波発生頻度を表わした表示情報が、表示装置２６に表示される。

ステップＳ４の判定が、実施例１と同様に、オペレータによって行われる。ステップＳ４の判定が「Ｎｏ」であるとき、「残留応力の改善効果が不充分である」と判定し、ステップＳ５の判定が行われる。この判定が「Ｎｏ」であるとき、ステップＳ６のスタンドオフの変更が行われる。オペレータが、スタンドオフを変更する、すなわち、スタンドオフを短くするために、操作盤２９から変更したＲＰＶ７６の半径方向の座標値を入力する。ノズル走査制御装置２７が、この半径方向の座標値に基づいて、装置本体５９に設けられたモータを駆動させてボールネジ７２を回転させる。これによって、ノズル６がＲＰＶ７６の半径方向に移動され、ノズル６のその半径方向における位置決めが行われる。

ステップＳ５の判定が「Ｙｅｓ」であるとき、ステップＳ７において、高圧ポンプ５の吐出圧力（または吐出流量）が増加される。

ステップＳ３において、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向で設定されたそれぞれの位置（区間）ごとに、算出された各衝撃波の発生位置の情報を用いて、衝撃波の発生数をそれぞれカウントし、構成部材２の表面に垂直な方向での、衝撃波発生頻度の分布の表示情報を作成する。この表示情報が表示装置２６に表示される。ステップＳ４の判定が「Ｙｅｓ」になったとき、ノズルの走査が開始される（ステップＳ８）。

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７７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、ノズル操作制御装置２７による制御によって、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Ｓ１０の操作が行われ、ノズル６の走査が停止される。ノズル６が炉心シュラウド７７の周方向に走査されている間、ステップＳ９の処理が、各信号処理装置２０で行われる。

ステップＳ９の処理で得られて表示装置２６に表示された衝撃波発生頻度の分布の表示情報に基づいて、ステップＳ１１の判定が行われる。ステップＳ１１の判定が「Ｎｏ」であるとき、「残留応力の改善効果が不充分である」と判定され、ステップＳ１２の制御が、オペレータによって操作盤２９から変更されたスタンドオフ（または高圧ポンプ５の運転条件）に基づいて、ノズル走査制御装置２７によって行われる。そして、ノズルの走査方向を逆方向に変更する（ステップＳ１３）。オペレータが、操作盤２９を操作して、ステップＳ８で設定した、ある方向（例えば、周方向）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Ｓ８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Ｓ８の走査が逆方向に向って行われる。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Ｓ１０）。

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４のウォータージェットピーニング方法を、図２１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ＲＰＶ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。

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１Ｃは、実施例３で用いられるＷＪＰ装置１Ｂにおいて信号処理装置２０、ノズル走査制御装置２７及びポンプ制御装置２８を実施例２で用いられる信号処理装置２０Ａ及び制御装置４７に替えた構成を有する。ＷＪＰ装置１Ｃの他の構成はＷＪＰ装置１Ｂと同じである。制御装置４７は、実施例２と同様に、図１０及び図１１に記載されたステップＳ１、Ｓ２、Ｓ６〜Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ１９及びＳ２１〜Ｓ２６の各ステップの制御または判定を実行する。

制御装置４７は、実施例２と同様に、運転条件変更しきい値、改善効果判定しきい値、及びスタンドオフの最大値、最小値及び変更ピッチを、予め、制御装置４７の記憶装置に記憶している。

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２と同様に、図１０及び図１１に示された各制御または処理等が実行される。本実施例では、ＷＪＰが炉心シュラウド７７に形成された複数の溶接部に沿って施工される。例えば、炉心シュラウド７７の周方向に伸びるある溶接部に沿ってＷＪＰを施工する。

ステップＳ１において、制御装置４７が、実施例３と同様に、移動装置５８Ａ，５８Ｂをそれぞれ制御し、両移動装置に設けられた各ノズル６を所定の位置に位置決めする。ステップＳ２で、高圧ポンプ５が駆動され、それぞれのノズル６から高圧の水流３４が噴射される。ステップＳ１５において、実施例２と同様に、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃがそれぞれ衝撃波３６を検出し、各信号処理装置２０Ａで衝撃波の発生頻度のピーク位置等が求められる。ステップＳ１６の判定、ステップＳ１７の検索、ステップＳ１８の判定、及びステップＳ６，Ｓ１９の制御が、実施例２と同様に、制御装置４７によって行われる。ステップＳ６及びＳ１９の制御は、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を駆動してボールネジ７２を回転することによって行われる。

ステップＳ１９の制御が実行された後、ノズルの走査を開始する（ステップＳ８）。周方向に伸びる１つの溶接部に対してＷＪＰを施工するために、制御装置４７が、走査開始信号をノズル走査装置１０Ａに出力する。この走査開始信号に基づいて、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。２つのノズル６が、水流３４を噴射しながら、周方向に伸びる１つの溶接部に沿って移動する。ノズル６が移動している間で、ステップＳ２０において、ステップＳ１５と同様に、信号処理装置２０Ａで衝撃波の発生頻度のピーク位置等が求められる。

制御装置４７が、実施例２と同様に、ステップＳ２１の判定を行い、ステップＳ２１の判定が「Ｎｏ」であるとき、は、「応力改善効果は充分に上がっているが、このままの条件で噴射を継続すると応力改善効果が不充分な状態に推移する可能性がある」と判定し、ステップＳ２２の判定を行う。本実施例での監視指標はピーク位置である。ステップＳ２２の判定が「Ｎｏ」のとき、ノズル６の走査の過程で、構成部材に残留応力の改善効果が不足している箇所がある、すなわち、引張残留応力が充分に圧縮残留応力に改善されていない箇所があることを示している。このため、制御装置４７により、実施例２と同様に、ターンテーブル６５の駆動が制御され、ステップＳ２４，Ｓ２３の制御が行われる。ステップＳ２１の判定が「Ｙｅｓ」のとき、ステップＳ２５，Ｓ２６の判定が行われる。ステップＳ２６の判定が「Ｙｅｓ」のとき、ステップＳ１０，Ｓ１４の制御が実行され、１つの溶接部に対するＷＪＰの施工が終了する。

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３で生じた各効果を得ることができる。本実施例は、実施例２と同様に、最適なスタンドオフを選択してＷＪＰを施工することができる。

実施例３及び４は、沸騰水型原子力プラントのＲＰＶ７６内の他の炉内構造物に対するＷＪＰの施工に適用することができる。

本発明の他の実施例である実施例５のウォータージェットピーニング方法を、図２２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に用いるＷＪＰ装置１Ｄは、実施例２に用いられるＷＪＰ装置１Ａにおいて信号処理装置２０Ａを図２２に示す信号処理装置２０Ｂに替えた構成を有する。ＷＪＰ装置１Ｄの他の構成はＷＪＰ装置１Ａの構成と同じである。信号処理装置２０Ｂは、信号処理装置２０Ａのピーク位置算出装置４８を平均値算出装置８５に替えた構成を有する。信号処理装置２０Ｂの他の構成は信号処理装置２０Ａの構成と同じである。平均値算出装置８５は、衝撃波計数装置２４、表示情報作成装置２５及び記憶装置４９に接続される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法においても、図１０及び図１１に記載されたステップＳ１、Ｓ２、Ｓ６〜Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ１９及びＳ２１〜Ｓ２６の各ステップの制御または判定が制御装置４７で実行され、ステップＳ１５，Ｓ２０の処理が信号処理装置２０Ｂで実行される。制御装置４７の制御により、実施例２と同様に、構成部材２に対してＷＪＰが施工される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法で、実施例２と異なる部分について説明する。平均値算出装置８５は、衝撃波計数装置２４で得られた、設定されたそれぞれの位置での単位時間当たりの各衝撃波の発生数（各衝撃波の発生頻度）に基づいて、衝撃波発生頻度の平均値を求める。この衝撃波発生頻度の平均値は、設定された全ての位置を対象とした平均値である。この平均値が記憶装置４９に記憶される。

表示情報作成装置２５は、記憶装置４９から取り込んだ設定されたそれぞれの位置での衝撃波の発生頻度、運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値、及び平均値算出装置８５で得られた衝撃波発生頻度の平均値の各情報に基づいて、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向における衝撃波発生頻度の分布の表示情報を作成する。この表示情報が、表示装置２６に表示されると共に記憶装置４９に記憶される。表示装置２６に表示された表示情報の例が、図２３及び図２４に示されている。これらの表示情報の例には、運転条件変更しきい値９０及び改善効果判定しきい値９１が含まれている。本実施例で用いられる運転条件変更しきい値９０及び改善効果判定しきい値９１は、衝撃波発生頻度の平均値に対するものである。さらに、図２３及び図２４に示された各表示情報の例は、９２Ａ及び９２Ｂで示された衝撃波発生頻度の平均値の表示記号を含んでいる。

本実施例における監視指標は衝撃波発生頻度の平均値である。本実施例のステップＳ１８，Ｓ２１及びＳ２２のそれぞれの判定は、記憶装置４９から取り込んだ衝撃波発生頻度の平均値を用いて行われる。

本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。

ＷＪＰ装置１Ｃにおいて信号処理装置２０Ａを本実施例で用いた信号処理装置２０Ｂに変えることも可能である。信号処理装置２０Ａが信号処理装置２０Ｂに交換されたＷＪＰ装置１Ｃを用いて、実施例４のウォータージェットピーニング方法を実行してもよい。この場合には、実施例４で生じる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６のウォータージェットピーニング方法を、図２５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に用いるＷＪＰ装置１Ｅは、実施例２に用いられるＷＪＰ装置１Ａにおいて信号処理装置２０Ａを図２５に示す信号処理装置２０Ｃに替えた構成を有する。ＷＪＰ装置１Ｅの他の構成はＷＪＰ装置１Ａの構成と同じである。信号処理装置２０Ｃは、信号処理装置２０Ａの衝撃波計数装置２４を衝撃波計数装置２４Ａに替え、さらに、走査距離変換装置８６を追加した構成を有する。信号処理装置２０Ｃの他の構成は信号処理装置２０Ａの構成と同じである。衝撃波計数装置２４Ａは、走査距離変換装置８６及び記憶装置４９に接続される。走査距離変換装置８６は、表示情報作成装置２５及び記憶装置４９に接続される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法においても、図１０及び図１１に記載されたステップＳ１、Ｓ２、Ｓ６〜Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ１９及びＳ２１〜Ｓ２６の各ステップの制御または判定が制御装置４７で実行され、ステップＳ１５，Ｓ２０の処理が信号処理装置２０Ｃで実行される。制御装置４７の制御により、実施例２と同様に、構成部材２に対してＷＪＰが施工される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法で、実施例２と異なる部分について説明する。衝撃波計数装置２４Ａは、実施例２と同様に、構成部材２の表面に垂直な方向において設定されたそれぞれの位置（区間）ごとに、各衝撃波の発生位置の情報を用いて、衝撃波の発生頻度を求める。さらに、衝撃波計数装置２４Ａは、設定されたそれぞれの位置（区間）ごとの衝撃波の発生頻度を用いて、しきい値９３の位置と構成部材２の表面との間で発生する単位時間当たりの有効な衝撃波の発生頻度（以下、第１有効な衝撃波発生頻度という）を求める。第１有効な衝撃波の発生頻度が、記憶装置４９に記憶され、走査距離変換装置８６に入力される。走査距離変換装置８６は、衝撃波計数装置２４Ａから出力された第１有効な衝撃波発生頻度をノズル６の単位走査距離当たりの有効な衝撃波発生頻度（以下、第２有効な衝撃波発生頻度という）に変換する。

オペレータは、ＷＪＰの施工前に、操作盤２９に表示情報選択指令を入力する。この表示情報選択指令は操作盤２９から表示情報作成装置２５に入力される。表示情報作成指令は、（ａ）第１有効な衝撃波発生頻度を用いた表示情報の作成、及び（ｂ）第２有効な衝撃波発生頻度を用いた表示情報の作成のいずれかである。

表示情報作成指令により、例えば、（ａ）の表示情報の作成が選択されたと仮定する。表示情報作成装置２５は、記憶装置４９から取り込んだ設定されたそれぞれの位置での単位時間当たりの衝撃波の発生頻度、しきい値９３及び第１有効な衝撃波発生頻度の各情報に基づいて、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向における衝撃波発生頻度の分布の表示情報を作成する。この表示情報が、表示装置２６に表示されると共に記憶装置４９に記憶される。表示装置２６に表示された表示情報の例が、図２６及び図２７に示されている。これらの表示情報の例には、しきい値９３が含まれている。さらに、図２６及び図２７に示された各表示情報の例は、第１有効な衝撃波発生頻度の値を含んでいる。

図２６及び図２７において、しきい値９３の位置より構造部材２の表面側の位置で発生した衝撃波は、構造部材２の残留応力の改善に貢献する有効な衝撃波である。また、しきい値９３の位置よりノズル６側の位置で発生した衝撃波は、構造部材２の残留応力の改善にあまり貢献しない無効な衝撃波である。第１及び第２有効な衝撃波発生頻度は、残留応力の改善に貢献する有効な衝撃波の発生頻度である。しきい値９３は、有効な衝撃波が生じる領域と無効な衝撃波が生じる領域の境界を実験等で確認することによって定める。

（ｂ）の表示情報の作成が選択された場合には、図２６及び図２７の各表示情報の例において、横軸が単位走査距離当たりの衝撃波発生頻度になり、第２有効な衝撃波発生頻度の値が含まれる。

本実施例における監視指標は、（ａ）の表示情報の作成が選択されたとき、及び（ｂ）の表示情報の作成が選択されたときで異なる。（ａ）が選択されたとき、監視指標は第１有効な衝撃波発生頻度であり、運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値はそれぞれ第１有効な衝撃波発生頻度に対するものとなる。（ｂ）が選択されたとき、監視指標は第２有効な衝撃波発生頻度であり、運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値はそれぞれ第２有効な衝撃波発生頻度に対するものとなる。

（ａ）が選択されているので、本実施例のステップＳ１８，Ｓ２１及びＳ２２のそれぞれの判定は、記憶装置４９から取り込んだ第１有効な衝撃波発生頻度を用いて行われる。（ｂ）が選択されたときには、本実施例のステップＳ１８，Ｓ２１及びＳ２２のそれぞれの判定は、記憶装置４９から取り込んだ第２有効な衝撃波発生頻度を用いて行われる。

本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。単位走査距離当たりの有効な衝撃波発生頻度を用いた場合は、単位時間当たりの有効な衝撃波の発生頻度を用いた場合に比べて、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。

ＷＪＰ装置１Ｃにおいて信号処理装置２０Ａを本実施例で用いた信号処理装置２０Ｃに変えることも可能である。信号処理装置２０Ａが信号処理装置２０Ｃに交換されたＷＪＰ装置１Ｃを用いて、実施例４のウォータージェットピーニング方法を実行してもよい。この場合には、実施例４で生じる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７のウォータージェットピーニング方法を、図２８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に用いるＷＪＰ装置１Ｆは、実施例２に用いられるＷＪＰ装置１Ａにおいて信号処理装置２０Ａを図２８に示す信号処理装置２０Ｄに替えた構成を有する。ＷＪＰ装置１Ｆの他の構成はＷＪＰ装置１Ａの構成と同じである。信号処理装置２０Ｄは、信号処理装置２０Ａの衝撃波計数装置２４を衝撃波計数装置２４Ｂに替え、さらに、走査距離変換装置８６を追加した構成を有する。信号処理装置２０Ｃの他の構成は信号処理装置２０Ａの構成と同じである。衝撃波計数装置２４Ｂは、走査距離変換装置８６及び記憶装置４９に接続される。走査距離変換装置８６は、表示情報作成装置２５及び記憶装置４９に接続される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法においても、図１０及び図１１に記載されたステップＳ１、Ｓ２、Ｓ６〜Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ１９及びＳ２１〜Ｓ２６の各ステップの制御または判定が制御装置４７で実行され、ステップＳ１５，Ｓ２０の処理が信号処理装置２０Ｄで実行される。制御装置４７の制御により、実施例２と同様に、構成部材２に対してＷＪＰが施工される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法で、実施例２と異なる部分について説明する。衝撃波計数装置２４Ｂは、実施例２と同様に、構成部材２の表面に垂直な方向において設定されたそれぞれの位置（区間）ごとに、各衝撃波の発生位置の情報を用いて、単位時間当たりの衝撃波の発生頻度を求める。さらに、衝撃波計数装置２４Ａは、設定されたそれぞれの位置ごとの、単位時間当たりの衝撃波の発生頻度を、構成部材２の表面からの距離に基づいて補正する。構成部材２の表面と設定された位置との間の距離をＬ、その設定された位置で発生した衝撃波の数をｎとしたとき、その設定された位置における、単位時間当たりの補正衝撃波発生頻度（以下、第１補正衝撃波発生頻度という）ＳＦは、ｎ／Ｌ^２で求められる。第１補正衝撃波発生頻度が、記憶装置４９に記憶され、走査距離変換装置８６に入力される。走査距離変換装置８６は、衝撃波計数装置２４Ｂから出力された第１補正衝撃波発生頻度をノズル６の単位走査距離当たりの補正衝撃波発生頻度（以下、第２補正衝撃波発生頻度という）に変換する。

本実施例でも、実施例６と同様に、表示情報選択指令は操作盤２９から表示情報作成装置２５に入力される。表示情報作成指令は、（ｃ）第１補正衝撃波発生頻度を用いた表示情報の作成、及び（ｄ）第２補正衝撃波発生頻度を用いた表示情報の作成のいずれかである。

表示情報作成指令により、例えば、（ｃ）の表示情報の作成が選択されたと仮定する。表示情報作成装置２５は、記憶装置４９から取り込んだ設定されたそれぞれの位置での単位時間当たりの衝撃波の発生頻度、及び第１補正衝撃波発生頻度の各情報に基づいて、構成部材２のＷＪＰを施工する表面に垂直な方向における衝撃波発生頻度の分布の表示情報を作成する。この表示情報が、表示装置２６に表示されると共に記憶装置４９に記憶される。表示装置２６に表示された表示情報の例が、図２９及び図３０に示されている。図２９及び図３０に記載された表示情報の例では、横軸が単位時間当たりの補正衝撃波発生頻度になっている。図２９では、９４Ａに構成部材表面からの距離Ｌ毎の補正衝撃波発生頻度が、９５Ａには全てのＬを積算した場合の補正衝撃波発生頻度９８Ａが示されている。図３０では、９４Ｂに構成部材表面からの距離Ｌ毎の補正衝撃波発生頻度が、９５Ｂには全てのＬを積算した場合の補正衝撃波発生頻度９８Ｂが示されている。また、９５Ａ，９５Ｂの表示情報の例には、運転条件変更しきい値９７及び改善効果判定しきい値９８がそれぞれ含まれている。

本実施例における監視指標は、（ｃ）の表示情報の作成が選択されたとき、及び（ｄ）の表示情報の作成が選択されてときで異なる。（ｃ）が選択されたとき、監視指標は第１補正衝撃波発生頻度であり、運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値はそれぞれ第１補正衝撃波発生頻度に対するものとなる。（ｄ）が選択されたとき、監視指標は第２補正衝撃波発生頻度であり、運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値はそれぞれ第２補正な衝撃波発生頻度に対するものとなる。

（ｃ）が選択されているので、本実施例のステップＳ１８，Ｓ２１及びＳ２２のそれぞれの判定は、記憶装置４９から取り込んだ第１補正衝撃波発生頻度を用いて行われる。（ｄ）が選択されたときには、本実施例のステップＳ１８，Ｓ２１及びＳ２２のそれぞれの判定は、記憶装置４９から取り込んだ第２補正衝撃波発生頻度を用いて行われる。

本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。単位走査距離当たりの補正衝撃波発生頻度を用いた場合は、単位時間当たりの補正衝撃波の発生頻度を用いた場合に比べて、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。

ＷＪＰ装置１Ｃにおいて信号処理装置２０Ａを本実施例で用いた信号処理装置２０Ｄに変えることも可能である。信号処理装置２０Ａが信号処理装置２０Ｄに交換されたＷＪＰ装置１Ｃを用いて、実施例４のウォータージェットピーニング方法を実行してもよい。この場合には、実施例４で生じる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８のウォータージェットピーニング方法を、図３１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に用いるＷＪＰ装置１Ｇは、実施例２に用いられるＷＪＰ装置１Ａにおいて信号処理装置２０Ａを図３１に示す信号処理装置２０Ｅに替えた構成を有する。ＷＪＰ装置１Ｇの他の構成はＷＪＰ装置１Ａの構成と同じである。信号処理装置２０Ｅは、信号処理装置２０Ａにおいて、衝撃波計数装置２４及びピーク位置算出装置４８を除去し、第１エネルギー算出装置８７、第２エネルギー算出装置８８及び走査距離変換装置８６を追加した構成を有する。信号処理装置２０Ｅの他の構成は信号処理装置２０Ａの構成と同じである。第１エネルギー算出装置８７は、Ａ／Ｄ変換器２１及び第２エネルギー算出装置８８に接続される。第２エネルギー算出装置８８は、位置算出装置２３、走査距離変換装置８６及び記憶装置４９に接続される。走査距離変換装置８６は、表示情報作成装置２５及び記憶装置４９に接続される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法においても、図１０及び図１１に記載されたステップＳ１、Ｓ２、Ｓ６〜Ｓ８，Ｓ１０，Ｓ１４，Ｓ１６〜Ｓ１９及びＳ２１〜Ｓ２６の各ステップの制御または判定が制御装置４７で実行され、ステップＳ１５，Ｓ２０の処理が信号処理装置２０Ｅで実行される。制御装置４７の制御により、実施例２と同様に、構成部材２に対してＷＪＰが施工される。

本実施例のウォータージェットピーニング方法で、実施例２と異なる部分について説明する。第１エネルギー算出装置８７は、Ａ／Ｄ変換器２１から入力された、ＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂのそれぞれの衝撃波検出信号に基づいて、各衝撃波が持っているエネルギーを算出する。衝撃波のエネルギーの算出を図１３に示す衝撃波検出信号を用いて具体的に説明する。ＡＥセンサ１６Ａの出力である波形５０ａ、及びＡＥセンサ１６Ｂの出力である波形５０ｂのそれぞれの高さが、衝撃波のエネルギーに比例する。波形５０ａ，５０ｂは１つの衝撃波の検出によって発生したものである。第１エネルギー算出装置８７は、波形５０ａの高さに基づいてエネルギーＥａ_１を算出し、波形５０ｂの高さに基づいてエネルギーＥａ_２を算出する。

算出されたエネルギーＥａ_１，Ｅａ_２等、及び位置算出装置２３で求めた衝撃波の発生位置が、第２エネルギー算出装置８８に入力される。衝撃波の発生位置とＡＥセンサ１６Ａ，１６Ｂのそれぞれとの間の距離をＬａ_１、Ｌａ_２としたとき、その発生位置で発生した衝撃波のエネルギーＥは、{（Ｅａ_１／Ｌａ_１ ^２）＋（Ｅａ_２／Ｌａ_２ ^２）}／２で算出される。さらに、第２エネルギー算出装置８８は、構成部材２が各衝撃波によって受ける全エネルギーΣＥを算出する。衝撃波の発生位置と構成部材２の表面との間の距離をＬとしたとき、構成部材２が受ける全エネルギーΣＥは、（９）式で算出される。

ΣＥ＝Σ（Ｅ_ｉ／Ｌ_ｉ ^２） …（９）
ここで、ｉは単位時間当たりに発生する衝撃波の個数である。

算出されたΣＥが記憶装置４９に記憶され、走査距離変換装置８６に入力される。第２エネルギー算出装置８８で算出された、単位時間当たりに構成部材２が受けるエネルギーΣＥを、便宜的に、第１エネルギーと称する。走査距離変換装置８６は、入力した第１エネルギーを、ノズル６の単位走査距離当たりのエネルギー（以下、第２エネルギーという）に変換する。

本実施例でも、実施例６と同様に、表示情報選択指令は操作盤２９から表示情報作成装置２５に入力される。表示情報作成指令は、（ｅ）第１エネルギーを用いた表示情報の作成、及び（ｆ）第２エネルギーを用いた表示情報の作成のいずれかである。

表示情報作成指令により、例えば、（ｅ）の表示情報の作成が選択されたと仮定する。表示情報作成装置２５は、記憶装置４９から取り込んだ第１エネルギーの情報に基づいて、構成部材２が受けたエネルギーの表示情報を作成する。この表示情報が、表示装置２６に表示されると共に記憶装置４９に記憶される。

（ｆ）の表示情報の作成が選択された場合には、表示情報作成装置２５は第２エネルギーに基づいて表示情報を作成する。

本実施例における監視指標は、（ｅ）の表示情報の作成が選択されたとき、及び（ｆ）の表示情報の作成が選択されてときで異なる。（ｅ）が選択されたとき、監視指標は第１エネルギーであり、運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値はそれぞれ第１エネルギーに対するものとなる。（ｆ）が選択されたとき、監視指標は第２エネルギーであり、運転条件変更しきい値及び改善効果判定しきい値はそれぞれ第２エネルギーに対するものとなる。

（ｅ）が選択されているので、本実施例のステップＳ１８，Ｓ２１及びＳ２２のそれぞれの判定は、記憶装置４９から取り込んだ第１エネルギーを用いて行われる。（ｆ）が選択されたときには、本実施例のステップＳ１８，Ｓ２１及びＳ２２のそれぞれの判定は、記憶装置４９から取り込んだ第２エネルギーを用いて行われる。

本実施例は、実施例２で生じる各効果を得ることができる。単位走査距離当たりに構成部材２が受けるエネルギーを用いた場合は、単位時間当たりに構成部材２が受けるエネルギーを用いた場合に比べて、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。

ＷＪＰ装置１Ｃにおいて信号処理装置２０Ａを本実施例で用いた信号処理装置２０Ｅに変えることも可能である。信号処理装置２０Ａが信号処理装置２０Ｅに交換されたＷＪＰ装置１Ｃを用いて、実施例４のウォータージェットピーニング方法を実行してもよい。この場合には、実施例４で生じる効果を得ることができる。

実施例２、及び実施例５〜８の効果を比較すると以下のことが言える。ＷＪＰ施工対象物における残留応力の改善効果を確認できる精度は、衝撃波発生頻度のピーク位置（例えば、実施例２）、衝撃波発生頻度の平均値（例えば、実施例５）、有効な衝撃波発生頻度（例えば、実施例６）、距離に基づいて補正した衝撃波発生頻度（例えば、実施例７）及び構成部材２が受けるエネルギー（例えば、実施例８）の順に、後者になるほど増大する。信号処理装置における処理時間は、構成部材２が受けるエネルギー（例えば、実施例８）、距離に基づいて補正した衝撃波発生頻度（例えば、実施例７）、有効な衝撃波発生頻度（例えば、実施例６）、衝撃波発生頻度の平均値（例えば、実施例５）及び衝撃波発生頻度のピーク位置（例えば、実施例２）の順に、後者になるほど短くなる。

前述した実施例１ないし８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５〜８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。１，２及び５〜８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。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ…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、１２，１４，１９，５８Ａ，５８Ｂ…移動装置、１３…第１アーム、１５…第２アーム、１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…ＡＥセンサ、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…信号処理装置、２２…時間差算出装置、２３…位置算出装置、２４，２４Ａ，２４Ｂ…衝撃波計数装置、２５…表示情報作成装置、２７…ノズル走査制御装置、２８…ポンプ制御装置、３５…気泡、３６…衝撃波、４７…制御装置、４８…ピーク位置算出装置、６０…アーム、６２…ポスト部材、６３…昇降体、６５…ターンテーブル、７６…原子炉圧力容器、７７…炉心シュラウド、８５…平均値算出装置、８６…走査距離変換装置、８７…第１エネルギー算出装置、８８…第２エネルギー算出装置。

Claims (18)

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噴射し、前記水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走査し、前記ノズルから前記水中に噴射された前記水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、前記衝撃波を前記水中に配置された複数の衝撃波検出装置によって検出し、ある前記衝撃波検出装置と他の前記衝撃波検出装置との、前記衝撃波の検出時間の差に基づいて、前記衝撃波の発生位置を求め、前記発生位置に基づいて、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離れる方向に設定された複数の区間ごとに前記衝撃波の発生頻度を求めることを特徴ウォータージェットピーニング方法。
2. 前記複数の区間ごとの前記衝撃波の前記発生頻度に基づいて監視指標の値を求める請求項１に記載のウォータージェットピーニング方法。
3. 前記監視指標の値が、単位時間当たりの値及び前記ノズルの単位走査距離当たりの値のいずれかである請求項２に記載のウォータージェットピーニング方法。
4. 前記監視指標の値が、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た状態で前記ノズルを走査し、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の、前記監視指標の値が少なくとも第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２または３に記載のウォータージェットピーニング方法。
5. 前記監視指標の値が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記監視指標の値が前記第１設定値以上であるとき、前記ノズルの走査速度を低下させた状態で前記ノズルを走査する請求項２または３に記載のウォータージェットピーニング方法。
6. 前記監視指標の値が、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た状態で前記ノズルを走査し、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の、前記監視指標の値が少なくとも前記第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２または３に記載のウォータージェットピーニング方法。
7. 前記監視指標の値が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記監視指標の値が前記第１設定値以上であるとき、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た状態で前記ノズルを走査する請求項２または３に記載のウォータージェットピーニング方法。
8. 前記監視指標が、衝撃波の発生頻度が極大となる位置、衝撃波の発生頻度の平均値、前記ウォータージェットピーニング施工対象物に存在する残留応力の改善に貢献する衝撃波の発生頻度、及び前記ウォータージェットピーニング施工対象物の表面と前記衝撃波の発生位置との間の距離を考慮して前記衝撃波の発生頻度を補正して得られた補正発生頻度のいずれかである請求項２ないし７のいずれか１項に記載のウォータージェットピーニング方法。
9. 前記複数の区間ごとの衝撃波の発生頻度の情報を含む表示情報を作成し、この表示情報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。
10. 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噴射し、前記水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走査し、前記ノズルから前記水中に噴射された前記水に含まれた気泡が潰れて発生する複数の衝撃波を、前記ウォータージェットピーニング施工対象物に当て、前記複数の衝撃波を前記水中に配置された複数の衝撃波検出装置によって検出し、ある前記衝撃波検出装置と他の前記衝撃波検出装置との、前記衝撃波の検出時間の差に基づいて、それぞれの前記衝撃波の発生位置を求め、前記複数の衝撃波検出装置で検出された前記衝撃波の検出信号に基づいて前記複数の衝撃波のそれぞれのエネルギーを求め、前記複数の衝撃波のエネルギー及び前記複数の衝撃波の発生位置に基づいて、前記ウォータージェットピーニング施工対象物が前記複数の衝撃波によって受けるエネルギー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。
11. 水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複数の衝撃波検出装置と、ある前記衝撃波検出装置と他の前記衝撃波検出装置との、衝撃波の検出時間の差に基づいて、前記衝撃波の発生位置を求め、前記衝撃波の発生位置に基づいて、ウォータージェットピーニング施工対象物の表面から離れる方向に設定された複数の区間ごとに前記衝撃波の発生頻度を求める信号処理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. 前記複数の区間ごとの前記衝撃波の前記発生頻度の情報を含む表示情報を作成する表示情報作成装置と、前記表示情報を表示する表示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。
13. 前記複数の区間ごとの前記衝撃波の前記発生頻度に基づいて監視指標の値を求める前記信号処理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。
14. 前記監視指標の値が、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、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の、前記監視指標の値が少なくとも第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有する請求項１３に記載のウォータージェットピーニング装置。
15. 前記監視指標の値が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記監視指標の値が第１設定値以上であるとき、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た状態で前記ノズルを走査する制御装置を有する請求項１３に記載のウォータージェットピーニング装置。
16. 前記監視指標の値が、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、前記圧力及び前記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、前記ウォータージェットピーニング施工対象物の、前記監視指標の値が少なくとも第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有する請求項１３に記載のウォータージェットピーニング装置。
17. 前記監視指標の値が第１設定値よりも大きな第２設定値以下になり前記監視指標の値が第１設定値以上であるとき、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、前記圧力及び前記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前記ノズルを走査する制御装置を有する請求項１３に記載のウォータージェットピーニング装置。
18. 水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複数の衝撃波検出装置と、ある前記衝撃波検出装置と他の前記衝撃波検出装置との、衝撃波の検出時間の差に基づいて、前記衝撃波の発生位置を求め、前記複数の衝撃波検出装置で検出された前記衝撃波の検出信号に基づいて前記複数の衝撃波のそれぞれのエネルギーを求め、前記複数の衝撃波のエネルギー及び前記複数の衝撃波の発生位置に基づいて、ウォータージェットピーニング施工対象物が前記複数の衝撃波によって受けるエネルギーを求める信号処理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。

Images