JP2016105061A - 渦電流探傷プローブ - Google Patents

Abstract

【課題】周方向に沿って形状が変化するコーナ部の欠陥の検出精度の向上を図ることができる渦電流探傷プローブを提供すること。【解決手段】周方向に沿って形状が変化するコーナ部に対向し、コーナ部の角Ｒ部に当接させた状態で、該コーナ部を周方向に沿って走査される走査面４２を有するプローブ本体４１と、渦電流を発生させるクロスコイル４９を保持し、プローブ本体４１の走査面４２からそれぞれ進退自在に設けられる複数のセンサ４５Ａ，４５Ｂと、センサ４５Ａ，４５Ｂをコーナ部に向けて付勢する圧縮ばねとを備えた。【選択図】図７−１

Description

本発明は、渦電流探傷法に用いられる渦電流探傷プローブに関する。

一般に、金属の非破壊検査方法として、渦電流探傷法（ＥＣＴ; Eddy Current Testing）が知られている。これは、励磁電流を供給したＥＣＴコイルが発生する磁束により、被測定部材に渦電流を発生させ、さらにこの渦電流により発生する磁束を表す検出信号をＥＣＴコイルの出力信号として得て、この時の検出信号が被検体の欠陥（傷）の位置、形状、深さ等を反映したものとなることから、検出信号に基づき被検体の欠陥の検出（探傷）を行うものである。

従来、被検体の探傷を行う渦電流探傷プローブとして、所定の向きの磁場を生じさせる永久磁石と、永久磁石から生じた磁場中に配置されるクロスコイルとを備えたプローブが提案されている（特許文献１参照）。この渦電流探傷プローブでは、透磁率に起因するノイズを低減できるため、検出精度の向上を実現できる。

特開２０１３−７２６６７号公報

ところで、近年、円筒容器（例えば原子炉容器）の胴部に取り付けられ、流体（例えば一次冷却水）を流通させる配管が接続されるノズル（管台）に関し、円筒容器の内側に位置するノズルの開口部の周囲に形成されるコーナ部の欠陥の検出が要望されている。この種のノズルのコーナ部は、周方向に沿って形状が変化する複雑な３次元形状とされているため、従来の渦電流探傷プローブでは、渦電流探傷プローブのコイルとコーナ部の表面との間の間隔（リフトオフ）が変動する。このため、この間隔に起因するリフトオフノイズが発生し、コーナ部における欠陥の検出精度が低下する問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、周方向に沿って形状が変化するコーナ部の欠陥の検出精度の向上を図ることができる渦電流探傷プローブを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円筒容器の胴部に取り付けられた管台の内側開口部の周囲に形成され、周方向に沿って形状が変化するコーナ部の欠陥を渦電流の変化から検出する渦電流探傷プローブであって、コーナ部に対向し、コーナ部の角Ｒ部に当接させた状態で、該コーナ部を周方向に沿って走査される走査面を有する本体部と、渦電流を発生させるコイルを保持し、本体部の走査面からそれぞれ進退自在に設けられる複数のセンサと、これらセンサをコーナ部に向けて付勢する付勢部材とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、コーナ部を周方向に沿って走査する際に、本体部の走査面から進出した複数のセンサがコーナ部の表面に向けて付勢されるため、センサのコイルとコーナ部の表面との間隔を一定に保つことができ、コーナ部の欠陥の検出精度の向上を図ることができる。

この構成において、走査面は、コーナ部の角Ｒ部に相当する曲率半径で形成された角Ｒ面部と、角Ｒ面部の両側に形成される一対の壁面部とを備え、複数のセンサを角Ｒ面部と少なくとも一方の壁面部とに設けても良い。この構成によれば、本体部の走査方向への大型化を抑制することができ、コーナ部に対する本体部の倣い性、並びに、コーナ部の欠陥の検出精度の向上を図ることができる。この構成では、一回の走査でコーナ部の半面のみ欠陥の検出がなされるため、コーナ部に対して、本体部を反転させて残りの半面についても欠陥の検査を行えばよい。

また、複数のセンサは、各センサの検出領域の一部を走査方向に直交する幅方向にオーバーラップさせつつ、走査方向に並べて配置されてもよい。この構成によれば、本体部に配置されるセンサの数を低減することができ、渦電流探傷プローブの装置構成を簡素化できる。

また、センサは、走査方向に直交する幅方向に複数並べて配置されてもよい。また、センサのうち、角Ｒ面部から最も離れた位置のセンサは、コーナ部の角Ｒ部を挟んだ一対の壁部がなす最大角度と最小角度の中間角度に直交してコイルが配置されてもよい。この構成によれば、コーナ部の形状がどのように変化しても、欠陥の検出精度の大きな低下を抑えることができる。

また、走査面は、他方の壁面部に、該壁面部と対向するコーナ部に向けて突出して、センサの傾斜を防止する傾斜防止部材を備えてもよい。この構成によれば、周方向に形状が変化するコーナ部を検査する場合であっても、コーナ部の表面にセンサが適正にあたるため、欠陥の検出精度を向上できる。

また、センサは、コイルの両側に一対の磁石を備え、コイルを挟んで、一の磁石の正極と他の磁石の負極とを対向して配置してもよい。この構成によれば、永久磁石の磁束密度を高めることで磁気ノイズを低減することができ、欠陥の検出精度を一層高めることができる。

本発明によれば、コーナ部を周方向に沿って走査する際に、本体部の走査面から進出した複数のセンサがコーナ部の表面に向けて付勢されるため、センサのコイルとコーナ部の表面との間隔を一定に保つことができ、コーナ部の欠陥の検出精度の向上を図ることができる。

図１は、本実施形態に係る渦電流探傷プローブを用いて、欠陥の検出が行われる原子炉容器の概略断面図である。 図２は、原子炉容器に設けられた管台を示す部分斜視図である。 図３−１は、図２のＡ−Ａ断面図である。 図３−２は、図３−１のＡ部拡大図である。 図４−１は、図２のＢ−Ｂ断面図である。 図４−２は、図４−１のＡ部拡大図である。 図５は、第１実施形態に係る渦電流探傷プローブの側面図である。 図６−１は、渦電流探傷プローブのセンサの配置構成を示す側断面図である。 図６−２は、渦電流探傷プローブの突出片の配置構成を示す側断面図である。 図７−１は、図５のＡ−Ａ断面図である。 図７−２は、図５のＢ−Ｂ断面図である。 図７−３は、図５のＣ−Ｃ断面図である。 図７−４は、図５のＤ−Ｄ断面図である。 図７−５は、図５のＥ−Ｅ断面図である。 図７−６は、図５のＦ−Ｆ断面図である。 図８は、走査面に設けられたセンサと突出片の配置状態を示す概略展開図である。 図９は、実施例１に係るセンサを示す側断面図である。 図１０は、本実施例のセンサと従来の構成のセンサについて、検知位置と磁束密度との関係を示すグラフである。 図１１は、第２実施形態に係る渦電流探傷プローブの側面図である。 図１２−１は渦電流探傷プローブのセンサの配置構成を示す側断面図である。 図１２−２は、渦電流探傷プローブの傾斜防止部材の配置構成を示す側断面図である。 図１３−１は、図１１のＡ−Ａ断面図である。 図１３−２は、図１１のＢ−Ｂ断面図である。 図１３−３は、図１１のＣ−Ｃ断面図である。 図１３−４は、図１１のＤ−Ｄ断面図である。 図１３−５は、図１１のＥ−Ｅ断面図である。 図１３−６は、図１１のＦ−Ｆ断面図である。 図１３−７は、図１１のＧ−Ｇ断面図である。 図１３−８は、図１１のＨ−Ｈ断面図である。 図１４は、渦電流探傷プローブを備えた探傷装置の一例を示す概略図である。 図１５は、磁気飽和式の渦電流探傷プローブと通常型の渦電流探傷プローブとの信号波形の出力値を比較したグラフの一部である。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る渦電流探傷プローブを用いて、欠陥の検出が行われる原子炉容器の概略断面図である。図２は、原子炉容器に設けられた管台を示す部分斜視図である。図３−１は、図２のＡ−Ａ断面図であり、図３−２は、図３−１のＡ部拡大図である。図４−１は、図２のＢ−Ｂ断面図であり、図４−２は、図４−１のＡ部拡大図である。

原子炉容器（円筒容器）１０は、原子力発電プラントの加圧水型原子炉で用いられ、原子炉容器１０は、図１に示すように、原子炉容器本体１１と、その上部に装着される原子炉容器蓋１２とを備えて構成される。原子炉容器蓋１２は、半球状に形成されて原子炉容器本体１１に対し、複数のスタッドボルト及びナットにより開閉可能に固定されている。原子炉容器本体１１は、上部が開放した円筒形状の胴部１３と、この胴部１３の下部を閉塞する半球形状の鏡板１４とを備え、原子炉容器本体１１の内部には、円筒形状をなす炉心槽１５が胴部１３の内壁面と所定の隙間をもって配置される。さらに、炉心槽１５の内側には多数の燃料集合体１６と多数の制御棒１７とが収容される。

制御棒１７にはそれぞれ制御棒駆動軸１８が連結され、この制御棒駆動軸１８は原子炉容器蓋１２を貫通し、原子炉容器蓋１２の上方に配置される制御棒駆動装置１９に連結される。この制御棒駆動装置１９は、制御棒駆動軸１８を介して、制御棒１７を上下動させることで、加圧水型原子炉の出力を制御する。

原子炉容器本体１１は、図１及び図２に示すように、胴部１３の外周面の上部に、原子炉容器本体１１内に一次冷却水としての軽水を供給する入口ノズル（管台）２０と、軽水を排出する出口ノズル（管台）２１とが取り付けられている。入口ノズル２０及び出口ノズル２１の数は、原子炉容器１０の大きさ等によって変更が可能であり、本実施形態では、図２に示されていない入口ノズルを含め、原子炉容器１０の胴部１３に入口ノズル２０及び出口ノズル２１が２つずつ取り付けられている。

次に、出口ノズル２１について説明する。出口ノズル２１は、図３−１に示すように、胴部１３に形成された孔部１３Ａに嵌入されて溶接によって取り付けられている。出口ノズル２１は、原子炉容器１０の内側に位置する流入開口部（内側開口部）２２と原子炉容器１０の外側に位置する流出開口部２３とを有する円筒形状を呈し、流入開口部２２と流出開口部２３との間に孔部１３Ａに嵌入される陥入部２４が設けられている。流入開口部２２は、陥入部２４の外径よりも縮径した段付きの開口端２５を備え、この開口端２５が原子炉容器１０の内側に突出している。また、開口端２５と陥入部２４とを連結する段部端面２６は、原子炉容器１０の胴部１３の内壁面１３Ｂに連なるように形成されている。

開口端２５は、図３−２に示すように、端面２７と外周面２８との間に形成された第１コーナ部２９と、端面２７と内周面３０との間に形成された第２コーナ部３１と、外周面２８と段部端面２６との間に形成された第３コーナ部３２とを備える。これら第１コーナ部２９、第２コーナ部３１及び第３コーナ部３２は、本実施形態における検査対象面となる。

出口ノズル２１は、図３−１及び図４−１に示すように、開口端２５の形状が周方向に沿って変化する。具体的には、開口端２５の端面２７は、胴部１３の内壁面１３Ｂと同様に円弧を描くように形成されており、これに伴い、流入開口部２２の周囲に形成される上記した第１コーナ部２９、第２コーナ部３１及び第３コーナ部３２についても、周方向に沿って形状が変化する。すなわち、図３−２及び図４−２に示すように、第１コーナ部２９は、突状に丸み処理された角Ｒ部２９Ａの曲率半径（例えば１３ｍｍ）は一定のまま、角Ｒ部２９Ａに連なる端面（壁部）２７と外周面（壁部）２８とがなす角度が変更となる。同様に、第２コーナ部３１も、突状に丸み処理された角Ｒ部３１Ａの曲率半径（例えば１３ｍｍ）は一定のまま、角Ｒ部３１Ａに連なる端面２７と内周面（壁部）３０とがなす角度が変更となる。また、第３コーナ部３２は、窪み状に丸み処理された角Ｒ部３２Ａの曲率半径（例えば２５ｍｍ）は一定のまま、角Ｒ部３２Ａに連なる外周面２８と段部端面（壁部）２６とがなす角度が変更となる。

このように、出口ノズル２１の流入開口部２２の周囲に形成される第１コーナ部２９、第２コーナ部３１及び第３コーナ部３２は、それぞれ周方向に沿って形状が変化する複雑な３次元形状とされている。このため、これら各コーナ部の欠陥を検査する場合には、渦電流探傷プローブのコイルとコーナ部の表面との間に間隔（リフトオフ）が生じないようにすることが要求される。特に、原子炉容器１０の内部は、水中環境または放射線線量の高い気中環境であるため、原子炉容器１０内に設置したロボットアーム等の遠隔自動装置に渦電流探傷プローブを取り付け、欠陥の検査作業を行うことが好ましい。この場合、複雑な形状に合わせて、上記した間隔（リフトオフ）が生じないように渦電流探傷プローブを遠隔操作することは大変困難であり、欠陥の検出精度の向上が求められていた。

［第１実施形態］
次に、第１実施形態に係る渦電流探傷プローブ４０について説明する。図５は、第１実施形態に係る渦電流探傷プローブの側面図である。図６−１は、渦電流探傷プローブのセンサの配置構成を示す側断面図である。図６−２は、渦電流探傷プローブの傾斜防止部材の配置構成を示す側断面図である。図７−１は、図５のＡ−Ａ断面図である。図７−２は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図７−３は、図５のＣ−Ｃ断面図である。図７−４は、図５のＤ−Ｄ断面図である。図７−５は、図５のＥ−Ｅ断面図である。図７−６は、図５のＦ−Ｆ断面図である。図８は、走査面に設けられたセンサと突出片の配置状態を示す概略展開図である。

渦電流探傷プローブ４０は、上記した流入開口部２２の外周側に突状に形成された第１コーナ部２９の検査に適合したプローブである。渦電流探傷プローブ４０は、図５に示すように、横長に形成された樹脂製（例えばジュラコン）のプローブ本体（本体部）４１を備え、このプローブ本体４１は第１コーナ部２９に対して長手方向（矢印Ｘ方向；走査方向）に移動される。プローブ本体４１の底面４１Ａは、長手方向の中央部が両側部よりも窪んだ円弧形状に形成され、この円弧は流入開口部２２の外周（すらわち第１コーナ部２９）の曲率半径に相当する。

プローブ本体４１の底面４１Ａには、この底面４１Ａよりも天面４１Ｂ側に窪んだ走査面４２が形成される。この走査面４２は、第１コーナ部２９の形状に合わせて形成されており、図７−１に示すように、プローブ本体４１の幅方向（矢印Ｙ方向）の中央部が両側部よりも窪んだ山型形状に形成されている。具体的には、走査面４２は、第１コーナ部２９の角Ｒ部２９Ａと同一の曲率半径（例えば１３ｍｍ）で形成された角Ｒ面部６１と、この角Ｒ面部６１の両側に形成される一対の壁面部６２，６３とを備えて形成される。本実施形態では、走査面４２は、プローブ本体４１の幅方向の中心線Ｃに対して線対称に形成され、一対の壁面部６２，６３がなす角度は、第１コーナ部２９の角Ｒ部２９Ａに連なる端面（壁部）２７と外周面（壁部）２８とがなす最大角度と同等、もしくは、それよりも大きく設定されている。これにより、第１コーナ部２９の角Ｒ部２９Ａに走査面４２の角Ｒ面部６１を当接させた状態で、プローブ本体４１を第１コーナ部２９の周方向に沿ってスムーズに走査させることができる。また、走査面４２は、中心線Ｃと交差する頂部４２Ａが、図５に示すように、プローブ本体４１の底面４１Ａと同様に長手方向の中央部が両側部よりも窪んだ円弧形状に形成されている。

プローブ本体４１の天面４１Ｂ側には、制御部収容空間４３が形成され、この制御部収容空間４３には、後述する複数のセンサに接続される制御基板（不図示）等が収容される。なお、制御部収容空間４３は蓋部４３Ａで閉塞されて水密性が確保される。

渦電流探傷プローブ４０は、図６−１に示すように、プローブ本体４１に収容される複数（１２個）のセンサ４５Ａ〜４５Ｌを備える。本実施形態では、プローブ本体４１の走査方向に直交する幅方向（紙面奥行方向）に２つのセンサ４５Ａ，４５Ｂが並べて配置され、この２つのセンサを１組として、プローブ本体４１の走査方向に６組並べて配置されている。これらセンサ４５Ａ〜４５Ｌは、それぞれ走査面４２に対して独立して進退自在に設けられている。

センサ４５Ａは、いわゆる磁気飽和式のセンサであり、図６−１に示すように、プローブ本体４１に形成された収容孔部４６に進退自在に収容されたホルダ４７を備え、このホルダ４７は、間隔を隔てて配置される一対の永久磁石４８，４８と、永久磁石４８，４８の間に設けられるクロスコイル４９とを備える。ホルダ４７は、クロスコイル４９の中心線５２の延長線上に第１コーナ部２９の表面が位置するように形成されている。中心線５２は、プローブ本体４１の底面４１Ａに対して垂直に配置されている。

センサ４５Ａは、収容孔部４６に配置されてホルダ４７を進出する方向に付勢する圧縮ばね（付勢部材）５０を備えている。クロスコイル４９は、自己誘導形自己比較方式のクロスコイルであり、第１コイルと第２コイル（それぞれ不図示）を互いに直交するように巻き回されて形成される。クロスコイル４９は、第１コイルと第２コイルが励磁と検出を同じコイルで兼ねるものであり、各検出コイルでの検出信号の差（各検出コイル間の差動信号）を出力するように構成されている。クロスコイル４９には、励磁用の電力や検出信号の伝送用に用いられる電気配線が結線され、この電気配線は収容孔部４６から延びる導線孔５１を通じて、制御部収容空間４３内の制御基板に接続されている。本実施形態では、他のセンサ４５Ｂ〜４５Ｌは、センサ４５Ａと同一の構成を備えている。

この構成によれば、第１コーナ部２９のように、周方向に形状が変化する部位を検査する場合であっても、プローブ本体４１が第１コーナ部２９上を走査する際に、走査面４２から進出したセンサ４５Ａ〜４５Ｌが第１コーナ部２９の表面に向けて付勢される。これにより、各センサ４５Ａ〜４５Ｌのクロスコイル４９は、第１コーナ部２９の表面との間隔を一定に保つことができ、第１コーナ部２９の欠陥の検出精度の向上を図ることができる。

また、渦電流探傷プローブ４０は、図６−２に示すように、プローブ本体４１に収容される複数（５個）の突出片（傾斜防止部材）５５Ａ〜５５Ｅを備える。この突出片５５Ａ〜５５Ｅは、それぞれ走査面４２に対して独立して進退自在に設けられる。

突出片５５Ａは、プローブ本体４１に形成された収容孔部５６に進退自在に収容されたホルダ５７と、ホルダ５７を進出する方向に付勢する圧縮ばね（付勢部材）５８とを備えている。本実施形態では、突出片５５Ａは、ホルダ５７の中心線５９が、隣接するセンサ４５Ａ，４５Ｃが有するそれぞれ有するクロスコイル４９，４９の中心線５２，５２の中間に位置するよう配置される。また、ホルダ５７の中心線５９は、プローブ本体４１の底面４１Ａに垂直に配置されている。本実施形態では、他の突出片５５Ｂ〜５５Ｅは、突出片５５Ａと同一の構成を備えている。

次に、走査面４２におけるセンサ４５Ａ〜４５Ｌと突出片５５Ａ〜５５Ｅの配置構成について説明する。走査面４２は、上述したように、第１コーナ部２９の角Ｒ部２９Ａと同一の曲率半径（例えば１３ｍｍ）で形成された角Ｒ面部６１と、この角Ｒ面部６１の両側に形成される一対の壁面部６２，６３とを備えて形成され、この走査面４２がプローブ本体４１の走査方向（図７−１〜図７−６における紙面奥行方向）に延びている。この図において、符号Ｐ，Ｑは、角Ｒ面部６１と壁面部６２，６３との境界を示す線である。

本実施形態では、図７−１に示すように、渦電流探傷プローブ４０は、プローブ本体４１の幅方向（矢印Ｙ方向）に２つのセンサ４５Ａ，４５Ｂが並べて配置され、図７−２〜図７−６に示すように、２つのセンサを１組として、プローブ本体４１の走査方向に６組並べて配置されている。ここで、すべてのセンサ４５Ａ〜４５Ｌは、走査面４２を形成する角Ｒ面部６１と一方の壁面部６２とに設けられ、他方の壁面部６３には、突出片５５Ａ〜５５Ｅが配置される。

具体的には、図７−１〜図７−６に示すように、１組のセンサ（例えばセンサ４５Ａ，４５Ｂ）は、センサ間の距離を保ったまま、角Ｒ面部６１または一方の壁面部６２に設けられ、走査方向に進むにつれて、プローブ本体４１の底面４１Ａに対するクロスコイル４９，４９の中心線５２，５２の傾斜角度が徐々に大きくなる。一方、突出片５５Ａ〜５５Ｅは、他方の壁面部６３に設けられ、突出片５５Ａ〜５５Ｅの傾斜角度は同一である。センサは、クロスコイル４９の中心軸上が最も検出信号の出力が高く、中心軸から離れるほど出力が低下する。このため、センサ間の距離は、クロスコイル４９，４９の検出信号の出力が所定値以上（例えば最高値の８０％以上）となる距離に設定される。

この構成によれば、図８に示すように、６組のセンサを走査方向に並べて配置した場合に、各組のセンサ（例えばセンサ４５Ａ，４５Ｂ）の検出領域Ｒをオーバーラップさせつつ、走査方向に直交する幅方向に変位させることができる。このため、少ない数のセンサ４５Ａ〜４５Ｌで角Ｒ面部６１と一方の壁面部６２に対向する第１コーナ部２９の表面の欠陥の検査を行うことができる。ここで、第１コーナ部２９の表面全体を一様に検査するために、上記したセンサを一方の壁面部６２から角Ｒ面部６１を通過して他方の壁面部６３まで、検出領域Ｒをオーバーラップさせつつ変位させる構成が考えられる。しかし、この場合には、センサが配置されるプローブ本体が長手方向に大型化してしまうため、第１コーナ部２９を走査する際の倣い性が低下することで、検出精度が低下する。本実施形態では、センサ４５Ａ〜４５Ｌを角Ｒ面部６１と一方の壁面部６２とに配置することで、プローブ本体が長手方向の大型化を抑制し、倣い性並びに検出精度の向上を図っている。

この構成では、センサ４５Ａ〜４５Ｌは、角Ｒ面部６１と一方の壁面部６２に設けられているため、第１コーナ部２９の全面の欠陥を検査することはできない。ここで、走査面４２は、プローブ本体４１の幅方向の中心線Ｃに対して線対称に形成されているため、第１コーナ部２９に対して、プローブ本体４１を反転させて配置することにより、残りの領域についても欠陥の検査を行うことができる。

また、本実施形態では、他方の壁面部６３に、突出片５５Ａ〜５５Ｅが配置されているため、この突出片５５Ａ〜５５Ｅがセンサ４５Ａ〜４５Ｌと協働して、プローブ本体４１（すなわちセンサ４５Ａ〜４５Ｌ）の傾斜を防止する。このため、周方向に形状が変化する部位を検査する場合であっても、欠陥の検出精度を向上できる。

また、本実施形態では、走査面４２の壁面部６２，６３がなす角度は、第１コーナ部２９の角Ｒ部２９Ａに連なる端面（壁部）２７と外周面（壁部）２８とがなす最大角度と同等、もしくは、それよりも大きく設定されている。この場合、走査面４２における一対の壁面部６２，６３がなす角度は変化しないのに対し、第１コーナ部２９の端面（壁部）２７と外周面（壁部）２８とのなす角度は大きく変動するため、センサのクロスコイル４９の中心線５２が検査対象面（端面２７や外周面２８）に対して大きく傾き、結果として検出精度が低下する恐れがある。このため、走査面４２の角Ｒ面部６１から離れた位置の設けられたセンサ（例えばセンサ４５Ａ）は、図７−１に示すように、端面（壁部）と外周面（壁部）とがなす最大角度となるケースαと、最小角度となるケースβとの中間角度（壁面を符号γで示す）に、クロスコイル４９の中心線５２が直交するように設けられている。この構成によれば、第１コーナ部２９の角度（形状）がどのように変化しても、検出精度の大きな低下を抑えることができる。

ところで、本実施形態の原子炉容器１０では、出口ノズル２１は母材となる低合金鋼７０の内面にステンレス鋼７１が溶接されて構成されている。この構成では、透磁率のバラつきに伴う磁気ノイズが発生するため、検査対象物の欠陥の検出の阻害要因となりうる。このため、本実施形態のセンサ４５Ａ〜４５Ｌは、上記したように、クロスコイル４９の両側に永久磁石４８，４８を配置することで、検査対象面に磁場を印加して透磁率に起因する磁気ノイズの低減を図っている。

出願人は、磁気ノイズは、磁束密度が高いほど低減される現象に着目し、永久磁石の配置構成を検討した。以下に、センサにおける永久磁石の配置構成について説明する。
［実施例１］
図９は、実施例１に係るセンサを示す側断面図である。センサ４５Ａは、上述したように、プローブ本体４１に形成された収容孔部４６に進退自在に収容されたホルダ４７を備え、このホルダ４７は、間隔を隔てて配置される一対の永久磁石４８，４８と、永久磁石４８，４８の間に設けられるクロスコイル４９とを備える。また、センサ４５Ａは、収容孔部４６に配置されてホルダ４７を進出する方向に付勢する圧縮ばね（付勢部材）５０を備えている。

実施例１では、永久磁石として、Ｎ３２（幅４ｍｍ高さ５ｍｍ奥行３ｍｍ）のものを用い、図９に示すように、クロスコイル４９を挟んで配置された一方の永久磁石４８の正極（Ｎ極）と他方の永久磁石４８の負極（Ｓ極）とを対向して配置した。すなわち、磁束の向きを検査対象面７１Ａと平行となるように配置した。
［実施例２］
実施例２では、センサの構成は同一であり、使用される永久磁石として磁力の強いＮ５０（幅４ｍｍ高さ５ｍｍ奥行３ｍｍ）を使用した。永久磁石の磁束の向きは実施例１と同一である。

［従来例］
従来例では、センサの構成は同一である。使用される永久磁石も実施例１と同一のものである。ただし、永久磁石の磁束は、クロスコイルの軸と平行となるように配置され、一方の永久磁石は、検査対象面側に正極（Ｎ極）を配置し、他方の永久磁石は、検査対象面側に負極（Ｓ極）を配置した。

図１０は、本実施例のセンサと従来の構成のセンサについて、検知位置と磁束密度との関係を示すグラフである。この図１０に示すように、渦電流が流れる範囲では、従来例に比べて、実施例１，２の方が、磁束密度が高くなることが判明した。また、使用する永久磁石の磁力が大きい方が磁束密度が高くなることも判明した。

一般に、磁気ノイズは、磁束密度が高いほど低減されるため、クロスコイル４９を挟んで配置された一方の永久磁石４８の正極（Ｎ極）と他方の永久磁石４８の負極（Ｓ極）とを対向させることにより、同じ磁力の永久磁石を使用しても磁気ノイズを低減することができ、欠陥の検出精度を一層高めることができる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る渦電流探傷プローブ８０について説明する。図１１は、第２実施形態に係る渦電流探傷プローブの側面図である。図１２−１は、渦電流探傷プローブのセンサの配置構成を示す側断面図である。図１２−２は、渦電流探傷プローブの傾斜防止部材の配置構成を示す側断面図である。図１３−１は、図１１のＡ−Ａ断面図である。図１３−２は、図１１のＢ−Ｂ断面図である。図１３−３は、図１１のＣ−Ｃ断面図である。図１３−４は、図１１のＤ−Ｄ断面図である。図１３−５は、図１１のＥ−Ｅ断面図である。図１３−６は、図１１のＦ−Ｆ断面図である。図１３−７は、図１１のＧ−Ｇ断面図である。図１３−８は、図１１のＨ−Ｈ断面図である。

渦電流探傷プローブ８０は、上記した流入開口部２２の外周側に窪み状に形成された第３コーナ部３２の検査に適合したプローブである。渦電流探傷プローブ８０は、図１１に示すように、横長に形成された樹脂製（例えばジュラコン）のプローブ本体（本体部）８１を備え、このプローブ本体８１は第３コーナ部３２に対して長手方向（矢印Ｘ方向；走査方向）に移動される。プローブ本体８１の底面８１Ａは、長手方向の中央部が両側部よりも窪んだ円弧形状に形成され、この円弧は流入開口部２２の外周（すなわち第３コーナ部３２）の曲率半径に相当する。

プローブ本体８１の底面８１Ａには、第３コーナ部３２の形状に合わせた走査面８２が形成される。この走査面８２は、図１３−１に示すように、プローブ本体８１の幅方向（矢印Ｙ方向）の中央部が両側部よりも突出した円弧形状に形成されている。具体的には、走査面８２は、第３コーナ部３２の角Ｒ部３２Ａと同一の曲率半径（例えば２５ｍｍ）で形成された角Ｒ面部９１と、この角Ｒ面部９１の両側に形成される一対の壁面部９２，９３とを備えて形成される。本実施形態では、走査面８２は、プローブ本体８１の幅方向の中心線Ｃに対して線対称に形成され、一対の壁面部９２，９３がなす角度は、第３コーナ部３２の角Ｒ部３２Ａに連なる外周面（壁部）２８と段部端面（壁部）２６とがなす最大角度と同等、もしくは、それよりも小さく設定されている。これにより、第３コーナ部３２の角Ｒ部３２Ａに走査面８２の角Ｒ面部９１を当接させた状態で、プローブ本体８１を第３コーナ部３２の周方向に沿ってスムーズに走査させることができる。

プローブ本体８１の天面８１Ｂ側には、制御部収容空間８３が形成され、この制御部収容空間８３には、後述する複数のセンサに接続される制御基板（不図示）等が収容される。なお、制御部収容空間８３は蓋部８３Ａで閉塞されて水密性が確保される。

渦電流探傷プローブ８０は、図１２−１に示すように、プローブ本体８１に収容される複数（１６個）のセンサ８５Ａ〜８５Ｐを備える。本実施形態では、プローブ本体８１の走査方向に直交する幅方向（紙面奥行方向）に２つのセンサ８５Ａ，８５Ｂが並べて配置され、この２つのセンサを１組として、プローブ本体８１の走査方向に８組並べて配置されている。これらセンサ８５Ａ〜８５Ｐは、それぞれ走査面８２に対して独立して進退自在に設けられている。

センサ８５Ａは、いわゆる磁気飽和式のセンサであり、図１２−１に示すように、プローブ本体８１に形成された収容孔部４６に進退自在に収容されたホルダ４７を備え、このホルダ４７は、間隔を隔てて配置される一対の永久磁石４８，４８と、永久磁石４８，４８の間に設けられるクロスコイル４９とを備える。ホルダ４７は、クロスコイル４９の中心線５２の延長線上に第３コーナ部３２の表面が位置するように形成されている。中心線５２は、プローブ本体８１の底面８１Ａに対して垂直に配置されている。

センサ８５Ａは、収容孔部４６に配置されてホルダ４７を進出する方向に付勢する圧縮ばね（付勢部材）５０を備えている。クロスコイル４９は、自己誘導形自己比較方式のクロスコイルであり、第１コイルと第２コイル（それぞれ不図示）を互いに直交するように巻き回されて形成される。クロスコイル４９は、第１コイルと第２コイルが励磁と検出を同じコイルで兼ねるものであり、各検出コイルでの検出信号の差（各検出コイル間の差動信号）を出力するように構成されている。クロスコイル４９には、励磁用の電力や検出信号の伝送用に用いられる電気配線が結線され、この電気配線は収容孔部４６から延びる導線孔５１を通じて、制御部収容空間８３内の制御基板に接続されている。本実施形態では、他のセンサ８５Ｂ〜８５Ｐは、センサ８５Ａと同一の構成を備えている。また、本実施形態のセンサ８５Ａ〜８５Ｐについても、クロスコイル４９を挟んで配置された一方の永久磁石４８の正極（Ｎ極）と他方の永久磁石４８の負極（Ｓ極）とを対向して配置している。

この構成によれば、第３コーナ部３２のように、周方向に形状が変化する部位を検査する場合であっても、プローブ本体８１が第３コーナ部３２上を走査する際に、走査面８２から進出したセンサ８５Ａ〜８５Ｐが第３コーナ部３２の表面に向けて付勢される。これにより、各センサ８５Ａ〜８５Ｐのクロスコイル４９は、第３コーナ部３２の表面との間隔を一定に保つことができ、第３コーナ部３２の欠陥の検出精度の向上を図ることができる。

また、渦電流探傷プローブ８０は、図１２−２に示すように、プローブ本体８１に収容される複数（７個）の突出片（傾斜防止部材）８６Ａ〜８６Ｇを備える。この突出片８６Ａ〜８６Ｇは、それぞれ走査面８２に対して独立して進退自在に設けられる。

突出片８６Ａは、プローブ本体８１に形成された収容孔部５６に進退自在に収容されたホルダ５７と、ホルダ５７を進出する方向に付勢する圧縮ばね（付勢部材）５８とを備えている。本実施形態では、突出片８６Ａは、ホルダ５７の中心線５９が、隣接するセンサ８５Ａ，８５Ｃが有するそれぞれ有するクロスコイル４９，４９の中心線５２，５２の中間に位置するよう配置される。また、ホルダ５７の中心線５９は、プローブ本体８１の底面８１Ａに垂直に配置されている。本実施形態では、他の突出片８６Ｂ〜８６Ｇは、突出片８６Ａと同一の構成を備えている。

次に、走査面８２におけるセンサ８５Ａ〜８５Ｐと突出片８６Ａ〜８６Ｇの配置構成について説明する。走査面８２は、上述したように、第３コーナ部３２の角Ｒ部３２Ａと同一の曲率半径（例えば２５ｍｍ）で形成された角Ｒ面部９１と、この角Ｒ面部９１の両側に形成される一対の壁面部９２，９３とを備えて形成され、この走査面８２がプローブ本体８１の走査方向（図１３−１〜図１３−８における紙面奥行方向）に延びている。この図において、符号Ｐ，Ｑは、角Ｒ面部９１と壁面部９２，９３との境界を示す線である。

本実施形態では、図１３−１に示すように、渦電流探傷プローブ８０は、プローブ本体８１の幅方向（矢印Ｙ方向）に２つのセンサ８５Ａ，８５Ｂが並べて配置され、図１３−２〜図１３−８に示すように、２つのセンサを１組として、プローブ本体８１の走査方向に８組並べて配置されている。ここで、すべてのセンサ８５Ａ〜８５Ｐは、走査面８２を形成する角Ｒ面部９１と一方の壁面部９２とに設けられ、他方の壁面部９３には、突出片８６Ａ〜８６Ｇが配置される。

具体的には、図１３−１〜図１３−８に示すように、１組のセンサ（例えばセンサ８５Ａ，８５Ｂ）は、センサ間の距離を保ったまま、角Ｒ面部９１または一方の壁面部９２に設けられ、走査方向に進むにつれて、プローブ本体８１の天面８１Ｂに対するクロスコイル４９，４９の中心線５２，５２の傾斜角度が徐々に大きくなる。一方、突出片８６Ａ〜８６Ｇは、他方の壁面部９３に設けられ、突出片８６Ａ〜８６Ｇの傾斜角度は同一である。センサは、クロスコイル４９の中心軸上が最も検出信号の出力が高く、中心軸から離れるほど出力が低下する。このため、センサ間の距離は、クロスコイル４９，４９の検出信号の出力が所定値以上（例えば最高値の８０％以上）となる距離に設定される。

この構成によれば、８組のセンサを走査方向に並べて配置した場合に、各組のセンサ（例えばセンサ８５Ａ，８５Ｂ）の検出領域をオーバーラップさせつつ、走査方向に直交する幅方向に変位させることができる。このため、少ない数のセンサ８５Ａ〜８５Ｐで角Ｒ面部９１と一方の壁面部９２とに対向する第３コーナ部３２の表面の欠陥の検査を行うことができる。ここで、第３コーナ部３２の表面全体を一様に検査するために、上記したセンサを一方の壁面部９２から角Ｒ面部９１を通過して他方の壁面部９３まで、検出領域をオーバーラップさせつつ変位させる構成が考えられる。しかし、この場合には、センサが配置されるプローブ本体が長手方向に大型化してしまうため、第３コーナ部３２を走査する際の倣い性が低下することで、検出精度が低下する。本実施形態では、センサ８５Ａ〜８５Ｐを角Ｒ面部９１と一方の壁面部９２とに配置することで、プローブ本体が長手方向の大型化を抑制し、倣い性並びに検出精度の向上を図っている。

この構成では、センサ８５Ａ〜８５Ｐは、角Ｒ面部９１と一方の壁面部９２とに設けられているため、第３コーナ部３２の全面の欠陥を検査することはできない。ここで、走査面８２は、プローブ本体８１の幅方向の中心線Ｃに対して線対称に形成されているため、第３コーナ部３２に対して、プローブ本体８１を反転させて配置することにより、残りの領域についても欠陥の検査を行うことができる。

また、本実施形態では、他方の壁面部９３に、突出片８６Ａ〜８６Ｇが配置されているため、この突出片８６Ａ〜８６Ｇがセンサ８５Ａ〜８５Ｐと協働して、プローブ本体８１（すなわちセンサ８５Ａ〜８５Ｐ）の傾斜を防止する。このため、周方向に形状が変化する部位を検査する場合であっても、欠陥の検出精度を向上できる。

また、本実施形態では、走査面８２の壁面部９２，９３がなす角度は、第３コーナ部３２の角Ｒ部３２Ａに連なる外周面（壁部）２８と段部端面（壁部）２６がなす最大角度と同等、もしくは、それよりも小さく設定されている。この場合、走査面８２における一対の壁面部９２，９３がなす角度は変化しないのに対し、第３コーナ部３２の外周面（壁部）２８と段部端面（壁部）２６とのなす角度は大きく変動するため、センサのクロスコイル４９の中心線５２が検査対象面（外周面２８や段部端面２６）に対して大きく傾き、結果として検出精度が低下する恐れがある。このため、走査面８２の角Ｒ面部９１から離れた位置の設けられたセンサ（例えばセンサ８５Ａ）は、図１３−１に示すように、外周面（壁部）と段部端面（壁部）とがなす最大角度となるケースαと、最小角度となるケースβとの中間角度（壁面を符号γで示す）に、クロスコイル４９の中心線５２が直交するように設けられている。この構成によれば、第３コーナ部３２の角度（形状）がどのように変化しても、検出精度の大きな低下を抑えることができる。

上記した第１実施形態及び第２実施形態では、出口ノズル２１の流入開口部２２の周囲に形成される第１コーナ部２９及び第３コーナ部３２の欠陥の検査に適合した渦電流探傷プローブ４０，８０について説明した。これに限らず、プローブ本体の底面及び走査面の形状を第２コーナ部３１の形状に合わせることにより、第２コーナ部３１についても、欠陥の検査を精度良く行うことができることは勿論である。

次に、渦電流探傷プローブを用いてコーナ部の欠陥の検査を行う探傷装置について説明する。図１４は、渦電流探傷プローブを備えた探傷装置の一例を示す概略図である。本実施形態では、上記した第１コーナ部２９の欠陥を検出するものとして、渦電流探傷プローブ４０を備えた構成として説明する。

探傷装置１００は、原子炉容器（不図示）内に配置されるロボットアーム１０１と、このロボットアームに取り付けられるベースプレート１０２と、このベースプレート１０２の両端にそれぞれ固定されるシリンダ１０３と、シリンダ１０３の各ロッド先端部１０３Ａ，１０３Ａに架け渡される支持プレート１０４と、この支持プレート１０４に角度調整プレート１０５を介して、取り付けられる渦電流探傷プローブ４０，１４０とを備える。

ロボットアーム１０１は、出口ノズルの流入開口部の周囲に形成された第１コーナ部２９の周方向に沿って駆動される。シリンダ１０３は、ロッドを伸張させることで、第１コーナ部２９に対して渦電流探傷プローブ４０，１４０上を走査するように制御される。角度調整プレート１０５は、渦電流探傷プローブ４０，１４０が第１コーナ部２９に対して、垂直な姿勢となるように渦電流探傷プローブ４０，１４０の角度（姿勢）を調整する。

渦電流探傷プローブ４０は、上記したように、各センサが永久磁石を備える磁気飽和式の渦電流探傷プローブである。これに対して、渦電流探傷プローブ１４０は、永久磁石を有しない非磁気飽和式（単に通常型という）の渦電流探傷プローブである。磁気飽和式の渦電流探傷プローブでは、永久磁石が検査対象（第１コーナ部２９）の透磁率変化の影響を低減し、クロスコイルの検出信号に生じるノイズを抑制できる。

一方で、検査対象物（第１コーナ部２９）には、透磁率変化によるノイズの他に、例えば、第１コーナ部２９の形状変化に伴う形状ノイズがあり、この形状ノイズは表面欠陥と似た信号波形を示すことが多い。このため、検出信号波形が検査対象物の表面欠陥に起因するものか、形状ノイズに起因するものかを判別することが難しいという事情があった。

そこで、本構成では、磁気飽和式の渦電流探傷プローブ４０と通常型の渦電流探傷プローブ１４０とを備え、これら渦電流探傷プローブ４０，１４０を第１コーナ部２９の同一箇所の走査で得られる信号波形を比較する。この信号波形を比較することで、該信号波形が第１コーナ部２９の傷に起因するものか、形状に基づくノイズに起因するものかを判別する。

図１５は、磁気飽和式の渦電流探傷プローブと通常型の渦電流探傷プローブとの信号波形の出力値を比較したグラフの一部である。この図１５において、実線１１０で示すグラフが、磁気飽和式の渦電流探傷プローブ４０の信号波形の出力値変化を示し、破線１２０で示すグラフが、通常型の渦電流探傷プローブ１４０の信号波形の出力値変化を示す。センサの出力が、透磁率変化によるノイズに起因している場合には、磁気飽和式のセンサの出力値は磁気飽和により低減されるので、この判断により透磁率変化によるノイズに起因する信号波形であるか否かを判定できる。すなわち、グラフの点１１０Ａ及び点１２０Ａで示すように、「通常型のセンサ出力値＞＞磁気飽和式のセンサ出力値」であるときは、透磁率変化によるノイズに起因する信号と判断され、「通常型のセンサ出力値＞＞磁気飽和式のセンサ出力値」でないときは、欠陥に起因する信号の可能性があると判断することができる。このように、磁気飽和式の渦電流探傷プローブ４０と通常型の渦電流探傷プローブ１４０とを備え、これら渦電流探傷プローブ４０，１４０を第１コーナ部２９の同一箇所の走査で得られる信号波形を比較することで、信号波形が第１コーナ部２９の傷に起因するものか、形状に基づくノイズに起因するものかを容易に判別することができ、欠陥の検出精度をより向上させることができる。

上記した構成では、磁気飽和式の渦電流探傷プローブ４０と通常型の渦電流探傷プローブ１４０とを支持プレート１０４に固定して同時に走査する構成としたが、各プローブが同一箇所を走査できるものであれば、各プローブによる走査を順番に行っても良い。また、上記した構成では、第１コーナ部２９の欠陥を検出するものを例示したが、これに限らず、第２コーナ部３１、第３コーナ部３２に適用可能であることは勿論である。

１０ 原子炉容器（円筒容器）
１１ 原子炉容器本体
１２ 原子炉容器蓋
１３ 胴部
１３Ａ 孔部
１３Ｂ 内壁面
１４ 鏡板
１５ 炉心槽
１６ 燃料集合体
１７ 制御棒
１８ 制御棒駆動軸
１９ 制御棒駆動装置
２０ 入口ノズル
２１ 出口ノズル（管台）
２２ 流入開口部（内側開口部）
２３ 流出開口部
２４ 陥入部
２５ 開口端
２６ 段部端面（壁部）
２７ 端面（壁部）
２８ 外周面（壁部）
２９ 第１コーナ部（コーナ部）
２９Ａ，３１Ａ，３２Ａ 角Ｒ部
３０ 内周面（壁部）
３１ 第２コーナ部（コーナ部）
３２ 第３コーナ部（コーナ部）
４０，８０，１４０ 渦電流探傷プローブ
４１，８１ プローブ本体
４１Ａ，８１Ａ 底面
４１Ｂ，８１Ｂ 天面
４２，８２ 走査面
４２Ａ 頂部
４３，８３ 制御部収容空間
４３Ａ，８３Ａ 蓋部
４５Ａ〜４５Ｌ，８５Ａ〜８５Ｐ センサ
４６ 収容孔部
４７ ホルダ
４８ 永久磁石
４９ クロスコイル
５１ 導線孔
５２ 中心線
５５Ａ〜５５Ｅ，８６Ａ〜８６Ｇ 突出片
５６ 収容孔部
５７ ホルダ
５９ 中心線
６１，９１ 角Ｒ面部
６２，９２ 壁面部
６３，９３ 壁面部
７０ 低合金鋼
７１ ステンレス鋼
７１Ａ 検査対象面
１００ 探傷装置
１０１ ロボットアーム
１０２ ベースプレート
１０３ シリンダ
１０３Ａ ロッド先端部
１０４ 支持プレート
１０５ 角度調整プレート
１１０ 実線
１１０Ａ 点
１２０ 破線
１２０Ａ 点
Ｒ 検出領域

Claims (7)

1. 円筒容器の胴部に取り付けられた管台の内側開口部の周囲に形成され、周方向に沿って形状が変化するコーナ部の欠陥を渦電流の変化から検出する渦電流探傷プローブであって、
   前記コーナ部に対向し、前記コーナ部の角Ｒ部に当接させた状態で、該コーナ部を前記周方向に沿って走査される走査面を有する本体部と、前記渦電流を発生させるコイルを保持し、前記本体部の前記走査面からそれぞれ進退自在に設けられる複数のセンサと、前記センサを前記コーナ部に向けて付勢する付勢部材とを備えたことを特徴とする渦電流探傷プローブ。
2. 前記走査面は、前記コーナ部の角Ｒ部に相当する曲率半径で形成された角Ｒ面部と、前記角Ｒ面部の両側に形成される一対の壁面部とを備え、
   前記複数のセンサは、前記角Ｒ面部と少なくとも一方の前記壁面部とに設けられることを特徴とする請求項１に記載の渦電流探傷プローブ。
3. 前記複数のセンサは、各センサの検出領域の一部を走査方向に直交する幅方向にオーバーラップさせつつ、前記走査方向に並べて配置されたことを特徴とする請求項２に記載の渦電流探傷プローブ。
4. 前記センサは、前記走査方向に直交する幅方向に複数並べて配置されることを特徴とする請求項２から３のいずれか一項に記載の渦電流探傷プローブ。
5. 前記センサのうち、前記角Ｒ面部から最も離れた位置のセンサは、前記コーナ部の角Ｒ部を挟んだ一対の壁部がなす最大角度と最小角度の中間角度に直交して前記コイルが配置されることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の渦電流探傷プローブ。
6. 前記走査面は、他方の前記壁面部に、該壁面部と対向する前記コーナ部に向けて突出して、前記センサの傾斜を防止する傾斜防止部材を備えることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の渦電流探傷プローブ。
7. 前記センサは、前記コイルの両側に一対の磁石を備え、前記コイルを挟んで、一の磁石の正極と他の磁石の負極とを対向して配置したことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の渦電流探傷プローブ。

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