JP2011090005A - 原子炉圧力容器における溶接部の検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元的に形状変化する複雑かつ狭隘部にある溶接部に、容易にアクセスでき、的確に探傷検査することができる原子炉圧力容器における溶接部の検査装置及び検査方法を提供する。
【解決手段】原子炉圧力容器１の底部からその内部に配置される制御棒駆動機構ハウジング２の溶接部３及びその近傍を探傷する原子炉圧力容器１における溶接部の検査装置であって、超音波を発射する探触子６と、隣接する１本以上の制御棒駆動機構ハウジングに対して位置決めを行う手段２３，２４を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉圧力容器と原子炉内構造物の取付け溶接部等の検査装置及び検査方法に係り、例えば、沸騰水型原子炉底部に配置する制御棒駆動機構ハウジングと原子炉圧力容器との取付け溶接部のひびを検出可能とする原子炉圧力容器における溶接部の検査装置及び検査方法に関する。

原子炉の圧力容器においては、その健全性を確認する必要があるが、特に、原子炉内の溶接部等か検査対象箇所になっている。定期検査の際に目視点検が実施され、その目視点検の結果で検査が必要とされると、部材表面及び内部の状況検査(ひびの寸法測定)が行われる。この検査方法としては、よく知られている手法として超音波探傷試験や渦流探傷試験が用いられる。

また、検査対象箇所は、狭隘部に位置していることが多いので、その検査作業の効率を向上させるために、原子炉の圧力容器の下鏡部に吸着して走行する走査用台車で、下鏡部を探傷検査するものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特開平６−１１５９５号公報

原子炉圧力容器には、制御棒駆動機構ハウジングや中性子計測ハウジングおよびシュラウドサポート等が設置されている。原子炉内に配置される制御棒駆動機構ハウジングは、原子炉の出力制御を行うための制御棒を駆動する機構を収納している筒であり、原子炉圧力容器底部を貫通して溶接により原子炉圧力容器に取付けられている。

また、中性子計測ハウジングは、原子炉の核分裂により生成される中性子を監視するモニタを収納している筒であり、原子炉圧力容器底部を貫通して溶接により原子炉圧力容器内面の肉盛座に取付けられている。

更に、シュラウドサポートは、炉内構造物を支持する目的で取付けられており、原子炉圧力容器内面に溶接により取付けられている。当該溶接部は耐圧境界である原子炉圧力容器に取付けられているか、溶接部そのものが耐圧境界である。なお、原子炉圧力容器の底部内面は溶接によるクラッド処理が施されており、前記溶接部および肉盛座はこのクラッディング部に取付けられている。

前述した原子炉圧力容器の溶接部は、それぞれの機器が近接した箇所に存在しており、その間隔が狭く、形状も複雑であるため、原子炉圧力容器内面へのアクセス可能範囲が限られている。このため、目視点検で何らかの指示が確認された場合には、溶接部材表面及び内部の状況検査を行うため、センサを複雑・狭隘な部位に押付け、あるいは接近させて検査を行うようにしているのが現状である。

このため、当該検査対象箇所が、複雑形状で狭隘であることから、装置や探触子のアクセスが難しく取扱いに熟練が必要とされてきた。また、対象とする溶接部材は、３次元的に形状変化するため、特に、超音波探傷試験を適用する場合には、その曲率や表面状態等に注意して検査を実施する必要がある。さらに、該溶接部はその寸法が大きく、超音波の伝播特性が悪い材料で構成されているため、原子炉圧力容器内表面側からの深い領域の超音波探傷試験が難しい場合がある。

本発明は、上述の事柄に基づいてなされたもので、３次元的に形状変化する複雑かつ狭隘部にある溶接部に、容易にアクセスでき、的確に探傷検査することができる原子炉圧力容器における溶接部の検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、原子炉圧力容器の底部からその内部に配置される制御棒駆動機構ハウジングの溶接部及びその近傍を探傷する原子炉圧力容器における溶接部の検査装置であって、超音波を発射する探触子と、隣接する１本以上の制御棒駆動機構ハウジングに対して位置決めを行う手段を備えたものである。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記位置決めを行う手段は、前記検査装置の本体に接続するアームであることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第１の発明において、前記位置決めを行う手段は、超音波あるいはレーザ距離計で距離を測定することで、前記検査装置の現在位置を算出するものであることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、前記探触子の超音波発信面を前記原子炉圧力容器外表面に対して直接接触あるいは一定距離で保持するための探触子保持部と、前記制御棒駆動機構ハウジングの中心軸と平行に前記探触子保持部を前記容器側に押し付ける押付機構部と、前記探触子保持部及び前記押付機構部を前記制御棒駆動機構ハウジングの中心軸回りに旋回させる旋回駆動部とを有することを特徴とする。

更に、第５の発明は、原子炉圧力容器の底部からその内部に配置される制御棒駆動機構ハウジングの溶接部及びその近傍を探傷する原子炉内圧力容器における溶接部の検査方法であって、検査装置本体から隣接する制御棒駆動機構ハウジングに対して位置決めを行い、超音波を発射することを特徴とする。

本発明によれば、３次元的に形状変化する複雑かつ狭隘部にある溶接部に、容易にアクセスでき、的確に探傷検査することができる。

本発明の検査装置の一実施の形態を原子炉圧力容器に取付けた制御棒駆動機構スタブチューブの溶接部の検査に適用した例を示す正面図である。 図１のII−II矢視から見た平面図である。 本発明の検査装置の一実施の形態に用いる探傷子の大きさと超音波の適切な焦点領域との関係を示す特性図である。 本発明の検査装置の一実施の形態を原子炉圧力容器に取付けた制御棒駆動機構スタブチューブの溶接部の検査動作説明図である。 本発明の検査装置の一実施の形態を原子炉圧力容器に取付けた制御棒駆動機構スタブチューブの溶接部の検査動作説明図である。 本発明の検査装置の一実施の形態の検査動作を説明するフローチャート図である。 本発明の検査装置の一実施の形態が適用可能な原子炉圧力容器の他の溶接部の構成例を示す正面図である。

以下、本発明の原子炉圧力容器における溶接部の検査装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
図１及び図２は、本発明の原子炉圧力容器における溶接部の検査装置の一実施の形態を示すもので、図１は、原子炉圧力容器に取付けた制御棒駆動機構スタブチューブの溶接部の検査に適用した例を示す正面図、図２は図１のII−II矢視から見た平面図である。図１において、まず、本発明の原子炉圧力容器における溶接部の検査装置の一実施の形態を適用する原子炉圧力容器に取付けた制御棒駆動機構スタブチューブ、及びその溶接部の構成を説明する。

圧力容器１内側には、制御棒駆動機構スタブチューブ２が溶接部３によって固定されている。この制御棒駆動機構スタブチューブ２には、制御棒駆動機構ハウジング８が挿入され固定されている。原子炉圧力容器１に取付けた制御棒駆動機構スタブチューブ２の溶接部３を検査するため、原子炉圧力容器１の外面側に超音波探触子６を設置し、超音波探触子６から超音波を原子炉圧力容器１の内面側に入射する。

入射した超音波は、制御棒駆動機構スタブチューブ２の溶接部３の内部あるいは内面クラッディング部２００に到達し、ひびが存在する場合には、その位置からの超音波の反射が観測される。超音波の反射源位置を特定することで、溶接部３内のひび深さを評価することができる。

超音波探触子６は、狭隘部へのアクセス性、及び原子炉圧力容器１の厚さ等を考慮して以下のような寸法に設定可能である。この点について、詳述すると、原子炉圧力容器１は１５０ｍｍ程度またはそれ以上の厚さを有しており、溶接部３の端面までを含めると２００ｍｍ程度の厚さとなる。溶接部３内のひびを超音波で検出するためには、前記範囲である１５０ｍｍから２００ｍｍ程度の領域に超音波を入射する必要があるとともに、ひび等傷の反射源から十分な強度を有する信号を得るために、当該領域に対して、超音波を適切に集束させて探傷を実施する必要がある。

そこで、原子炉圧力容器１の外面から探傷を行う際における超音波の適切な焦点領域の選定根拠を、図３を用いて説明する。
図３において、横軸は超音波探触子の振動子部分の寸法を、縦軸はセンサからの距離、即ち探傷を行う厚さ方向の距離を示している。センサ寸法については、センサが作り出す超音波の焦点設定可能領域は、センサが正方形を含む矩形の場合は長辺の寸法、円を含む楕円であれば長軸の寸法に依存することが知られているため、長辺または長軸の寸法で記載している。図３中の実線は、最大音圧特性を、点線は最大音圧より前方に−６ｄＢ移行したときの音圧特性を、１点鎖線は、最大音圧より後方に−６ｄＢ移行したときの音圧特性を示している。

原子炉圧力容器１の外面に探触子６を設置し、１５０ｍｍから２００ｍｍの検査対象領域まで有効な焦点領域(最大音圧高さから−６ｄＢ以内)を到達させるためには、図３より、センサ寸法は、３５ｍｍから１２０ｍｍの範囲内に設定することができ、特に、狭隘部を検査対象とする場合には、最小３５ｍｍに設定すれば良いことが分かる。好ましくは、４５ｍｍの寸法が良い。

次に、上述のように寸法設定した探触子６を用いた検査装置の一実施の形態を、図１及び図２に戻り説明する。
本発明の検査装置の一実施の形態は、溶接部３が、制御棒駆動機構スタブチューブ２の廻り３６０°に存在するため、全領域にわたる検査を行うために、装置も３６０°アクセスする機能を有している。また、探触子６の位置あるいは超音波探傷位置を明らかにするために、装置本体の取付け位置を確定し得る機能を有している。さらに、原子炉圧力容器１の下面は球面形状であり、超音波探触子６のアクセス面については原子炉中心から外側に向かうにつれて傾斜が大きくなることから超音波探触子６の姿勢を形状に合わせて追従できる機能を有している。

上記の機能を実現するために、本発明の検査装置の一実施の形態は、アクセス装置本体を制御棒駆動機構ハウジング８の周囲に取付け固定する形態になっており、装置全体を制御棒駆動機構ハウジング８に沿って上下させる昇降駆動部３０と、探触子６を制御棒駆動機構ハウジング８回りに３６０°回転させる旋回駆動部４０と、原子炉圧力容器１と装置全体の高さ方向の距離を調整する高さ調整部（押し付け機構部）５０と、超音波探触子６を原子炉圧力容器１に倣わせる倣い機構部２１を有する探触子保持部６０とから構成されている。

なお、装置取付けについては、本実施例に示すように制御棒駆動機構ハウジング８の周囲に固定する方法の他、基準となる制御棒駆動機構ハウジング８との距離を超音波またはレーザ距離計等で測定しながら一定に保って装置の位置を確定する方法でもよい。

探触子保持部６０の機能として、探触子６を原子炉圧力容器１の壁面に押し付けると、ジンバルのような倣い機構２１に取付けられたピン２２を中心に超音波探触子６が回転し、原子炉圧力容器１の傾斜に合わせて任意に角度を変化させることが可能となり、安定な探触子追従性を確保できる。

なお、探傷を行う際に、探触子６は、直接原子炉圧力容器１の外表面に接触させる方法の他、原子炉圧力容器距離を一定に保つよう探触子６の音波発信面側にスペーサ等を設けてもよい。

探触子保持部６０は、高さ調整部５０に取付けられている。高さ調整部５０は、旋回駆動部４０上に取付けられている。高さ調整部５０は、旋回駆動部４０に固定した固定枠１８と、この固定枠１８に案内され、上端が探触子保持部６０に連結したガイド２０と、固定枠１８と探触子保持部６０との間に設けたバネ１９とで構成されており、探触子６を原子炉圧力容器１に接触させた後、装置全体をさらに上昇させた場合にも、バネ１９の縮みにより、探触子６を原子炉圧力容器１に接触させることができるようになっている。

旋回駆動部４０は、ベース１４の上面側に、昇降駆動部３０は、ベース１４の下面側に配設されている。昇降駆動部３０は、ベース１４の下面側に設けた固定台１３と、この固定台１３に設けた昇降用車輪１２と、固定台１３に設けた昇降用モータ１０と、この昇降用モータ１０の回転力を昇降用車輪１２に伝達するギア１１とを備え、昇降用モータ１０の駆動により、昇降用車輪１２が回転し、装置全体を制御棒駆動機構ハウジング８に沿って上下動させることができる。

旋回駆動部４０は、ベース１４の上面側に設けた旋回テーブル１７と、ベース１４の上面側に取付けた旋回用モータ１５と、旋回用モータ１５の回転力を旋回テーブル１７に伝達するギア１６とを備え、旋回用モータ１５の回転により、旋回テーブル１７が制御棒駆動機構ハウジング８周りに旋回する。旋回テーブル１７の回転により、超音波探触子６を制御棒駆動機構ハウジング８の軸線回りに３６０°回転させることができる。センサによる旋回テーブル１７の回転角度検出または回転角度から換算した制御棒駆動機構ハウジング回りの装置駆動距離検出によって、探触子６の位置あるいは超音波探傷位置を特定することができる。

旋回駆動部４０のベース１４には、アーム２３を介して位置決めパッド２４が、設置されている。位置決めパッド２４は、図２に示すように装置本体が取付けられている制御棒駆動機構ハウジング８と隣接した制御棒駆動機構ハウジング９の側面にあわせることで、装置全体の回転方向の位置決めを行うことができる。

なお、前記アーム２３と位置決めパッド２４を用いた機械的な位置決め方法に替えて、超音波あるいはレーザ距離計などを用いて隣接する１本以上の制御棒駆動機構ハウジング８との距離を測定することで、装置の現在位置を算出し、探触子あるいは超音波探傷位置を特定する方法としても良い。

次に、上述した本発明の検査装置の一実施の形態による制御棒駆動機構スタブチューブの溶接部の検査に適用した場合の動作を、図４、図５、図６を用いて説明する。
図４は、本発明の検査装置の一実施の形態のアクセスの初期状態として、制御棒駆動機構ハウジング８の原子炉圧力容器１の谷側に設置した状況を示している。まず、探触子６を装置に取り付け（図６のステップ６００）、探触子６の焦点位置設定を行った後（図６のステップ６０１）、検査装置を制御棒駆動機構ハウジング８に取り付ける（図６のステップ６０２）。

次に、昇降駆動部３０により、探触子６を原子炉圧力容器１に押付け（図６のステップ６０３）、高さ調整部５０のバネ１９が最も縮んだ状態にする（図６のステップ６０４）。探触子６の適切な押付の確認は、超音波による原子炉圧力容器１の内表面からの底面反射波の取得可否により判断する。

次に、探傷が必要な位置へ旋回駆動部４０を用いて探触子６を制御棒駆動機構ハウジング８の周囲を旋回させ（図６のステップ６０５）、探傷を行う（図６のステップ６０６）。図５は検査装置を最も山側にアクセスした状況を示している。この際、バネ１９が伸びることにより、常に探触子６を原子炉圧力容器１の方向へ押付し、倣い機構２１による探触子６の姿勢変化により、探触子６の原子炉圧力容器外面への追従性を確保することが可能である。

探傷終了（図６のステップ６０７）後は、昇降駆動部３０により、探触子６を原子炉圧力容器１の下方に移動させ（図６のステップ６０８）、装置を制御棒駆動機構ハウジング８から取り外し（図６のステップ６０９）、作業が終了する（図６のステップ６１０）。

上述した動作制御により、探触子６を制御棒駆動機構ハウジング８回りの任意の部位にアクセスが可能となり、さらに、探触子６を安定に追従させる探触子保持部６０と装置の位置決め機構２４により、精度の高い検査を行うことが可能である。

なお、上述の実施の形態においては、本発明の検査装置を、制御棒駆動機構スタブチューブ２の溶接部３の検査に適用した例について説明したが、図７に示す中性子計測ハウジング４の溶接部５やシュラウドサポート１００の溶接部１０１や内面クラッディング部２００を原子炉圧力容器１の外面から超音波探傷試験により検査する場合においても、対応可能である。

また、上述の実施の形態においては、探触子６を原子炉圧力容器１の壁面形状に安定に追従させるために、バネ１９を用いたが、この代わりにシリンダ機構を用いることも可能である。

上述した本発明の実施の形態によれば、装置の正確な位置決めを行った上で、超音波探触子６を原子炉圧力容器１の壁面形状に安定に追従させた状態で検査を実施できるので、３次元的に形状変化する複雑かつ狭隘部にある溶接部に、容易にアクセスでき、的確に探傷検査することができる。また、原子炉内構造物溶接部内のひび寸法測定を水中遠隔操作で複雑・狭隘な部位ヘアクセスすることなく、簡便に実施することが可能となる。また、超音波の特性上、材料による減衰および形状の面で検査が難しかった溶接部の深い領域についても、従来とは逆に原子炉圧力容器外面からアクセスすることにより、簡易に超音波探傷を実施することが可能となる。

１ 原子炉圧力容器
２ 制御棒駆動機構スタブチューブ
３ 溶接部
４ 中性子計測ハウジング
５ 溶接部
６ 超音波探触子
８ 制御棒駆動機構ハウジング
９ 制御棒駆動機構ハウジング
２１ 倣い機構
２３ アーム
２４ 位置決めパッド
３０ 昇降駆動部
４０ 旋回駆動部
５０ 高さ調整部（押し付け機構部）
６０ 探触子保持部
１００ シュラウドサポート
２００ 内面クラッディング部

Claims (5)

1. 原子炉圧力容器の底部からその内部に配置される制御棒駆動機構ハウジングの溶接部及びその近傍を探傷する原子炉圧力容器における溶接部の検査装置であって、
   超音波を発射する探触子と、隣接する１本以上の制御棒駆動機構ハウジングに対して位置決めを行う手段を備えた
   ことを特徴とする原子炉圧力容器における溶接部の検査装置。
2. 請求項１記載の原子炉圧力容器における溶接部の検査装置において、前記位置決めを行う手段は、前記検査装置の本体に接続するアームである
   ことを特徴とする原子炉圧力容器における溶接部の検査装置。
3. 請求項１記載の原子炉圧力容器における溶接部の検査装置において、前記位置決めを行う手段は、超音波あるいはレーザ距離計で距離を測定することで、前記検査装置の現在位置を算出するものである
   ことを特徴とする原子炉圧力容器における溶接部の検査装置。
4. 請求項１記載の原子炉圧力容器における溶接部の検査装置において、前記探触子の超音波発信面を前記原子炉圧力容器外表面に対して直接接触あるいは一定距離で保持するための探触子保持部と、前記制御棒駆動機構ハウジングの中心軸と平行に前記探触子保持部を前記容器側に押し付ける押付機構部と、前記探触子保持部及び前記押付機構部を前記制御棒駆動機構ハウジングの中心軸回りに旋回させる旋回駆動部とを有する
   ことを特徴とする原子炉圧力容器における溶接部の検査装置。
5. 原子炉圧力容器の底部からその内部に配置される制御棒駆動機構ハウジングの溶接部及びその近傍を探傷する原子炉内圧力容器における溶接部の検査方法であって、
   検査装置本体から隣接する制御棒駆動機構ハウジングに対して位置決めを行い、超音波を発射する
   ことを特徴とする原子炉圧力容器における溶接部の検査方法。

Images