JP2738732B2 - 劣化度予測装置および方法 - Google Patents

劣化度予測装置および方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、機器の劣化度予測・検査方法とその装置に
係り、特に化学プラントや原子力,発電プラント等の高
温環境下で使用される含フエライト系ステンレス鋼の金
属材料の実機部の高温時効による脆化損傷の予測・検知
に好適な実機部材のサンプル採取装置,劣化検査方法,
脆化損傷予測システムに関するものである。
〔従来の技術〕
従来の脆化測定方法の例としては、特開昭54−61981
号公報に記載のような方法がある。この方法ではオース
テナイト系ステンレス溶接金属の脆化の有無を初期のδ
フエライト量が5%以上減少したことで判定するとして
ある。
一方、従来、高温部材の破壊余寿命予知における検査
試料は、特開昭57−175947号公報に記載のように、高温
雰囲気下に使用される実機部材と同一材質からなる被試
験体を非酸化性雰囲気に維持された容器内に封入し、こ
の容器内を前記実機部材と実質的に同じ高温条件に保つ
た状態で前記被試験体の電気抵抗を測定することによつ
て、前記実機部材と破壊余寿命を予知する方法におい
て、実機部材と同一材質からなる被測定体を別個に作製
していた。
従来タービンケーシングに使用される低合金鋳鋼品の
経年変化測定用の試料は、特開昭54−121192号公報に記
載のように、タービンケーシング内に、このケーシング
と同一材質の試験片を設け、高温下で所要時間使用した
後に取り出した試験片としていた。
従来保磁力測定による材料の疲労被害の検出として
は、特開昭48−28293号公報に記載のように、保磁力が
疲労被害度により敏感に変化する材料からなる試験片箔
を構造物にはりつけ、被検出材の検出部のごく表面のみ
に磁力線を発生させるように形成した電磁石を介して前
記試験片箔の保磁力変化を測定する方法をとつていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、実機部材と試験片との間の相違、例
えば応力分布や温度分布や内部組織、さらに放射線の有
無等については配慮されておらず、試験片の測定データ
から実機部材の経年劣化の程度を算出する場合に、その
劣化評価の精度と信頼性の低さに問題があつた。
また、機器の全体を検査しないと、その脆化状態を正
確に把握することができず、したがつて発電プラント機
器や化学プラント機器などのように検査装置がアクセス
しにくい部分があつたり検査面積が非常に大きい機器で
は実用的に全面検査をすることは不可能であつた。
本発明は、プラントに影響を与えることなく、プラン
トで使用される機器から試料を採取し、その試料の物理
的特性から機器の劣化度を予測する劣化度予測装置およ
び方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕 本発明は、上記の目的を達成するために、プラントで
使用される機器から試料を採取し、その試料の物理的特
性から機器の劣化度を予測する劣化度予測装置におい
て、機器の試料採取面を覆う試料採取用容器と、試料採
取用容器内の塵を外部へ排出するための塵排出手段と、
試料採取面から試料を切削するための切削手段と、試料
の切削部を研磨するための研磨手段と、試料のうち劣化
に関与するものだけを選択するための電磁石と、試料を
大きさごとに分類するためのフィルタと、試料を回収す
るために試料採取用容器内を真空にする真空ポンプと、
試料採取用容器内を真空にするための真空ポンプとを有
する試料採取装置を備えたものである。
〔作用〕
原子力プラントの原子炉の炉壁に試料採取用容器を近
づけ、まずウオータージエツトで炉壁の2相ステンレス
鋼表面に形成されているクラツド及び酸化膜を表面から
除去する。次に高圧窒素ガスにより容器内の炉水及び除
去したクラッド及び酸化膜を容器内から流出する。これ
によりクラツドや酸化膜の成分は回収されない。さらに
高圧窒素ガスをゲートバルブで隔てた真空ポンプ側の容
器にも満たし、歯科用のドリルで2相ステンレス鋼の最
表面を切削する。引き続きゲートバルブを開いて容器全
体を真空に引くと、高圧ガスとともに切削粉は真空ポン
プ側に導かれ回収される。その後ゲートバルブを閉じて
切削部を砥石で研磨するのでクラツクは表面から除かれ
る。また容器内は真空に引かれているので切削粉が原子
炉の底に落下しない。回収した切削粉のうち強磁性を有
し劣化に関与するフエライト相を含有したものだけを電
磁マグネツトで選別するとともに、多段のフイルターで
寸法毎に分けられるので、例えば、回収した試料をその
ままアトムプローブで分析しTEMで観察できる。アトム
プローブで回収した試料を分析すると、フエライト相中
のα′相やG相等の微分析出物の組成や大きさが明らか
となる。
さらに、SQUID(超電導量子干渉素子。以下同じ)に
より、微少な物性変化を検出すれば、機械強度の変化を
求めることもできる。
金属材料の経年による相分解に伴う強磁性体相の磁気
特性、特に保持力やバルクハウゼン雑音出力の変化と劣
化度を示す衝撃強さの低下とは良い対応が見られる。
強磁性体相を含む金属材料は、高音環境中で長時間使
用すると強磁性体相が相分解を起こし、極微小な領域で
の合金濃度のゆらぎが大きくなり、やがては析出相が現
れる。また粒界に硫黄,りんなどの不純物が濃縮する。
この進行過程において、硬さの増加や衝撃強度の低下な
どの機械的性質の変化が起こる。
この相分解の過程は空間的にも時間的にもきわめてラ
ンダムな過程であり、事象自体が確率的性質を含んでい
る。したがつて相分解に伴い生じる磁気的特性の変化も
(確率的性格)を有することになる。このばらつきに統
計処理を加えることにより機器の劣化度を定量的に予測
することが可能である。機器の寿命は機器全体の平均的
な脆化よりも一部が極度に脆化することにより決まるこ
とが多いため、極値(最大値又は最小値)に注目した統
計処理、即ち極値統計理論による解析が有効である。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例につき図面に従つて説明する。
第1図は、本発明による金属材料の劣化検査方法を実
施するための装置構成の一例を示す図である。図におい
て、1は原子力プラント等に用いられる配管であり被測
定体である。2A,2Bはホール素子、3A,3Bはコイル、4A,4
Bはアコーステイツクエミツシヨン測定用トランスデユ
ーサ、5A,5Bは励磁コイル、6は交流電源、7はホール
素子磁界計、8は磁束計、9はアコーステイツクエミツ
シヨン計測装置、10は、コンピユータ、11は外部記憶装
置、12は外部記録装置、13は計測用センサ類の走査駆動
装置、14は走査駆動制御装置、15は基準試験片、16はプ
リアンプ、17はフイルター、18はパルスカウンターであ
る。
被測定体の表面には、磁界検出用ホール素子2Aと磁化
検出用コイル3Aとアコーステイツクエミツシヨン測定用
トランスデユーサ4Aと磁場印加用励磁コイル5とを配置
してある。一方、基準となる試験片15の表面には、ホー
ル素子2Bとコイル3Bとアコーステイツクエミツシヨン測
定用トランスデユーサ4Bと励磁コイル5Bとを配置してあ
る。走査駆動装置13のモータおよびその他駆動部と信号
系とは走査駆動装置14に接続されており、その制御を受
ける。
コイル5A,5Bは、周波数可変の交流電源6に接続され
ており、励磁磁界を所望周波数の正弦波で与えることが
できる。磁界Hの値は磁極間の近くに置いたホール素子
2A,2Bにより検出するホール素子2A,2Bは磁界計7に接続
されている。磁束密度は被測定体に密着して巻かれたコ
イル3A,3Bにより検出する。検出コイル3A,3Bは磁束計8
に接続されており、検出コイル3A,3Bに誘起された交流
電圧を検出する。バルクハウゼン効果は検出コイル3Aか
らの信号をプリアンプ16で増幅し、フイルタ17を介して
パルスカウンター18に入力される。ここで一定のしきい
値以上の信号のみが計装される。
このような構成で、磁気ヒステリシス曲線および磁壁
の移動により発生するバルクハウゼン効果に基づく微小
な磁化の不連続なとびが測定できる。
一方、バルクハウゼン効果により発生した音響は、ア
コーステイツクエミツシヨン測定用トランスデユーサ4
A,4Bで測定する。トランズデユーサ4A,4Bは周波数分析
装置を備えたアコーステイツクエミツシヨン計測装置9
に接続されている。
磁束計8として超電導量子干渉素子を用いるとより精
度の高い測定ができる。
第2図〜第3図を参照して、本実施例の動作原理を説
明する。
強磁性体相を含む金属材料は、高温環境中で長時間使
用すると強磁性体相が相分解を起こし、第2図に示すよ
うに、極微小な領域での合金濃度のゆらぎが大きくな
り、やがては析出相が現れる。また粒界に硫黄,りんな
どの不純物が濃縮する。この進行過程において、硬さの
増加や衝撃強度の低下などの機械的性質の変化が起こ
る。
発明者らは、特に含フエライト系ステンレス鋼の高温
加熱による脆化について種々検討した結果この機械的性
質の変化はフエライト相(α)の分解による高Cr濃度の
α′(アルフアプライム)相の析出に起因することを見
出した。さらに強磁性体相(α)と非強磁性体相
(α′)の分離により、ステンレス鋼の磁気的性質が著
しく変化する。
この相分解の過程は空間的にも時間的にもきわめてラ
ンダムな過程であり、事象自体が確率的性質を含んでい
る。したがつて相分解に伴い生じる磁気的性質の変化も
(確率的性格)を有することになる。このばらつきに統
計処理を加えることにより機器の劣化度を定量的に予測
することが可能である。機器の寿命は機器全体の平均的
な脆化よりも一部が極度に脆化することにより決まるこ
とが多いため、極値(最大値又は最小値)に注目した統
計処理、即ち極値統計理論による解析が有効である。
第3図は極値統計分布の考え方を説明する図である。
図において111は機器における一部分での測定値の大き
さのばらつきを表わし、112はその基本分布を表わし、1
13は極値(最大値)の分布を表わす。ここでX1,X2,X3
X10は各部分での測定値の最大値である。極値統計理論
では基本分布の裾野が指数型の分布で表わされるとき、
各部分における極値、即ち最大値又は最小値の集合は2
重指数分布なる極値分布で近似することができる。
最大値の2重指数分布を例にとると、各最大値は次式
の分布関数で表される。
ここでαとλは統計学で云う尺度パラメータと位置パ
ラメータである。
各部分における測定値の最大値から、機器全体での最
大値Xmaxを推定する場合に用いられるのが再帰期間Tで
あり、機器における予測対象部分又は全体の面積(A)
と測定部分一ケ所の面積(A1)の比で与えられる。
T=A/A1 …(2) そして最大値Xmaxは極値統計理論によりTとλ,αの
関数で与えられる。
Xmax=λ+αlnT …(3) コンピユータ10の詳細を第4図に示す。コンピユータ
10は、走査駆動制御装置14および交流電源6を制御する
ためのペリフエラルインターフエースアダプタ106と、
磁界計7,磁束計8,アコーステイツクエミツシヨン計測装
置9パルスカウンター18とデータをやりとりするための
インターフエース101と、外部記憶装置および外部記録
装置を接続するためのパラレルインターフエース102と
を備えている。また、材料の劣化度を評価するためのデ
ータベースを格納する内部記憶装置103と、測定データ
を統計的に処理するプログラムとデータベースおよび統
計的に処理した測定データから材料の劣化度を演算する
ためのプログラムとを格納した内部記憶装置104と、こ
れらのプログラムおよびデータを演算する演算処理装置
105とからなる。尚、他の例としてペリフエラルインタ
ーフエースアダプタ106を測定データをやりとりするイ
ンターフエース101に置き換えてもよい。
さて、上記のように構成した装置を用いて、290℃の
高温に晒された含フエライト系ステンレス鋼の劣化の程
度を検出する手順について説明する。
まず、走査駆動装置13を配管溶接部等の被測定体1の
表面に配置し、走査駆動装置13を測定系の原点にセツト
する。そこで、コンピユータ10から走査範囲を入力す
る。走査駆動装置13は測定開始点に移動し、交流電源6
からはコンピユータ10で与えられた周波数と振幅の正弦
波形の励磁電流が供給される。
磁気ヒステリシス曲線はホール素子2Aおよび検出コイ
ル3Aの出力で測定され、コンピユータ10に表示され保磁
力HC,残留磁束密度BR,初透磁率μが求められる。また、
バルクハウゼン効果は、磁化は検出コイル3Aの出力、音
響はトランジューサ4Aの出力で測定され、計数速度dN/d
t、全パルス数∫N(H)dH,パルスハイトスペクトルN
(E)が求められる。配管の溶接部を検出コイルの大き
さ(2×2mm)毎に測定し溶接部全周の測定が終了する
と、走査駆動装置13は次の溶接部に移動する。予め予定
された最終溶接部での測定が終了すると、測定データを
外部記憶装置11からコンピユータ10に再び入力し、測定
データを統計的に処理し、予め作成してあるデータベー
スと比較し、材料の脆化度を判定する。
次にこれら測定値を用いて配管溶接部における劣化の
最大値を予測する手順について説明する。
第5図は予測対象全溶接部51とその最大値52および各
溶接部53とその最大値54との関係を示す図である。X1,X
2…X10は10ケ所におけるそれぞれの測定値の最大値であ
る。各測定個所2の磁場の印加による磁化の変化の曲
線、即ち磁気ヒステリシス曲線から求めた保磁力の値の
最大値X1,X2…X10を極値統計解析の方法に従い、極値確
率紙にプロツトした結果が第6図である。各最大値54の
プロツト点に目分または最小、2乗法で引いた直線61を
確率紙の右側縦軸の目盛T,即ち全溶接部の数のこの例で
はT=100まで外挿し、そのときの最大保磁力の値62を
読取る。これが配管溶接部全体で予測される保磁力の最
大値である。さらに実機の劣化設計寿命が保磁力の設計
許容値として与えられている場合にはこの値と縦軸左端
の目盛yがゼロとの交点63を読取り、63を原点としてか
ら直線61に平行に一点鎖線64を引き、この設計許容値65
(X65)と一点鎖線64の交点66から実機が寿命となる確
率Pが次式で求められる。
P=1−F(x65)… (4) またこの最大保磁力の予測値62に安定率を与えるには
極値統計論解析を適用した腐食寿命予測法における手順
が有効である。さらに最大保磁力の予測値62を求めるの
には確率紙や最小2乗法による求め方の他に最大法や最
小分数不偏推定子法を用いるのも有効である。
含フエライトステンレス鋼の保磁力と衝撃強度の低下
度、即ち脆化度の間には第7図のような関係があり、上
の手順で求めた保持力の最大値から機器の脆化度を予測
することができる。保持力の代わりにバルクハウゼン雑
音の磁気出力や音響出力の最大値を求め、上記手順で脆
化度を予測することもできる。さらに残留磁化,透磁
率,磁気異方性や磁歪などを測定しても有効である。
さらに他の実施例を第8図に示す。検出コイル3Aを円
周状に複数個配列し、配管溶接部84全周を走査すること
なしに複数個のコイルからの出力の最大値を測定する。
磁束の測定には超電導量子干渉素子82を用い、半割れの
冷却容器85中に検出コイル3A,磁気シールド83が設置さ
れている。この場合配管全溶接部における最大値は(溶
接部面積/検出コイル面積)×配管溶接部の数で与えら
れる再帰期間Tで決定される。
第9図は原子力プラントにおける原子炉圧力容器内部
の構成と本発明の試料採取装置の配置を示す図である。
第9図において、91は原子炉圧力容器、92は制御棒、93
は制御棒案内管、94は上部グリツド、95は炉心サポー
ト、96は炉水である。原子力プラントの実機部材に用い
られる2相ステンレス鋼は高温環境下で長時間使用され
るため、高温時効により2相ステンレス鋼のフエライト
相中に微小析出物が発生し部材の強度が大きく低下す
る。この材料強度の低下が原子力プラントの寿命を制限
することになる。
この材料の材料強度の特性値や内部組織の特性値を測
定するためには、実機の構造強度に影響を与えずに実機
部材の一部をサンプリング採取する必要がある。第9図
の試料採取装置97は原子炉圧力容器91の炉壁の材料表面
から極微少量のサンプリング試料を採取する装置であ
る。また試料採取装置97はクレーン98によつて吊り下げ
られ炉壁表面近傍に配置され、試料採取状況は試料採取
装置97内に具備されたフアイバースコープによりモニタ
ー99上で観察することができる。
原子炉圧力容器91内壁に内張りとして使用されている
ステンレス鋼の劣化を予測するため磁気特性測定装置97
をクレーン98で吊下げ容器内の任意の複数個所で上記と
同様な測定を行う。この場合には複数個の検出コイルを
マトリツクス状に平面に配置したアレー方式のセンサー
を用いることにより測定個所での最大値を求めるのが便
利である。
第10図は磁気センサーを一定領域内で走査して得られ
た保磁力の値の分布状態を鳥瞰図として示す。保磁力が
大きくなり劣化の兆候がみられる部分がよく分かる。ア
レー方式のセンサーを用いる場合は各センサーにおける
値を濃淡の違いで表示する濃淡図を用いることが有効で
ある。
第11図は走査方式又はアレー方式で得られた各測定値
をヒストグラムを表示したもので、度数分布Aと密度関
数f(x)の比較により極値統計解析適用の妥当性の検
討ができる。またX4におけるような他のX1〜X3と分布形
状が異なる場合はデータの分布に異常があることを示唆
しており、X4の周囲の領域での測定を行う。
第12図は極値統計討論による劣化度の最大値を予測す
るフローを示すものである。
ところで第13図は、本発明の基本構成図である。本発
明は、プラント機器から微小サンプルを採取する微小粉
採取システムと、微小サンプルの物性変化を検出する高
感度,高精度物性測定システムと測定した結果を極値統
計処理によつて機器の劣化を診断する極値統計劣化診断
システムの3つのシステムからなる。
第14図は本発明の一実施例の真空粗引き型の試料採取
装置の概略図であり、第15図は第14図の試料採取装置を
使用する場合の作業手順を示す流れ図である。以下、第
15図の流れ図に従つて説明する。まず試料採取用容器19
を被採取面である炉壁20上に固定し、ガス注入口(1)
31より高圧窒素ガス32を導入する。試料採取用容器19と
炉壁20の間にはゴム製の材料から成るスカート33を設け
たために、試料採取用容器19内の炉水21を高圧窒素ガス
32によつてスカート33から排出され、試料採取用容器19
内は窒素ガスで満たされる。試料採取用容器19のうち粗
引きポンプ34が備わつた側にもガス注入口(2)33−a
から高圧窒素ガス32を導入する。次にドリルを切削し、
ゲートバルブ35を開きポンプを作動させると切削粉22−
aを高圧窒素ガス32とともに排気され、フイルター23に
回収される。また採取容器内19から炉水を排除した後に
ポンプ後にもガスを充たし、かつ高圧窒素ガス注入用ノ
ズル32−aでドリル切削を行おうとする位置に高圧窒素
ガス32を流入し、かつ粗引きポンプ34を作動してガスの
流れを作つた状態でドリル切削すると、切削粉22−aは
効率良くフイルター23へ回収されることになる。最後に
ゲートバルブ35を閉じ、切削部を研削用砥石28で研削す
る。またさらに採取を継続する場合には、他採取面へ試
料採取容器19を移動する。以上のごとく、本発明によれ
ば、試料採取容器19内を真空引き又はガスを満たした状
態にすることができるので、炉水中の浮遊物の混入を防
ぐことができるという効果がある。
以上のごとく、本発明によれば原子力プラントの実機
部材からクラツク等の表面損傷を与えることなくかつ原
子炉の底へ切削粉を落下させることなく試料を採取する
ことができるとともに、本選別法により試料採取の信頼
性を高めるという効果がある。
次に、採取した微小サンプルの物性測定方法としての
高感度,高精度物性測定システムの実施例を示す。
第16図は回収した切削粉のアトムプローブ分析する場
合の切削粉の装着状態を示す図である。回収したサンプ
ルのうち実際に、アトムプローブ分析で必要とされる量
は極微量であるが、放射能をもつているために、試料の
装着及び分析はすべて遠隔操作で行う。回収した切削粉
22−aをφ0.25mmのMoワイヤを切り出して中央で曲げた
Moループ39をの中央にMoの下地金属40を点溶接し、その
下地金属40の先端に電導性接着剤41を介して切削粉22−
aをセツトする。ここで切削粉22−aの表面原子をアト
ムプローブの一つの機能である電界イオン顕微鏡(FI
M)で観察する場合には、切削粉22−aを装着した下地
金属40の先端をイオンミリング等の処理を施して半球状
にする必要がある。また切削粉22−aの表面から深さ方
向に組成分析する場合には、超高真空中において試料に
正の高電圧を印加するとともに、下地金属40の軸に対し
て垂直の方向からパルスレーザ光42を切削粉22−aの先
端に照射するパルスレーザ光42に励起して切削粉22−a
の表面から原子が蒸発イオン43となつて脱離する。
第17図はアトムプローブの動作原理を示す図である。
前述したごとく、切削粉22−aを装着したアトムプロー
ブ用試料44にDC電源43−aより数kVの正の高電圧を印加
し、さらにその先端に窒素レーザ44−aからパルスレー
ザ光42を照射すると、先端の最も高い電界領域に存在す
る表面原子が蒸着イオン43となつてスクリーン45の中央
部の穴を通過して検出器46に到着する。この飛行した蒸
着イオン43の飛行時間を真空チャンバー47の外部に設け
たタイマー48で測定し、コンピユーター49で蒸着イオン
43の同定を行なう。
以上のような原理にもとづいて、切削粉の表面原子を
1個毎分析すると、一原子層あたりの検出イオン数は材
料の種類と電圧や試料とスクリーンの距離によつて推定
されるので、最表面から深さ方向への濃度プロフアイル
を求めることができる。
第18図は2相ステンレス鋼の未処理材におけるフエラ
イト相中のCr濃度プロフアイルであり、第19図は2相ス
テンレス鋼の475℃×1000hr時効材におけるフエライト
相中のCr濃度プロフアイルである。未処理材のCr濃度は
約28%の近傍にあり、濃度のゆらぎはほとんど認められ
ない。これに対して、時効材のCr濃度プロフアイルは
α′相やG相の発生にともなうCr濃度のゆらぎとそのゆ
らぎ内の高Cr濃度領域が存在している。以上のごとく、
本発明によれば原子炉の実機部材の材料強度の低下の原
因となる極微小析出物の大きさや濃度を原子層オーダー
で評価できるという効果がある。
次に、本発明の高感度,高精度物性測定システムにSQ
UIDセンサを応用した実施例を図面に基づいて説明す
る。
第20図は、SQUIDセンサを応用した金属材料の物性測
定システムの一例を示したものである。図において、20
0は原子力プラント等に用いられる機器あるいは配管等
のから採取した微小サンプルのカプセルである。201は
前記測定体の磁気特性を検出するピツクアツプコイル
で、202はSQUID(超電導量子干渉素子)センサである。
203は励磁するための超電導励磁コイルで、204は、各測
定機器を極低温に保持するためのクライオスタツトであ
る。205は超電導励磁コイル203を永久電流モードにする
ためのスイツチングヒータである。206は、クライオス
タツト204の中央に設けた測定用の孔である。207は、液
体He等の冷媒である。208は、スイツチングヒータ205の
コントローラである。209は、微小サンプルのカプセル2
00を上下に移動させる駆動装置である。210は、SQUIDセ
ンサ202のヘツドアンプである。211は、超電導励磁コイ
ル203のコントローラである。212は、駆動装置209のコ
ントローラである。213は、SQUIDセンサのヘツドアンプ
210の出力を積分する積分器である。これらのデータ
は、コンピユータ10に取り込まれる。214は、コンピユ
ータ10の表示装置である。
SQUIDセンサを応用した実施例の動作を図面に用いて
説明する。
第21図は機器材料の処女材と劣化材の測定の一例であ
る。測定サンプル200を駆動装置209で上下されるとSQUI
Dセンサの出力として第21図のような結果が得られる。
また、測定サンプル200の位置を固定しておき、超電
導励磁コイル203に流す電流をSIN波の用に変えて測定サ
ンプル200のB−H特性を採取する。この結果の一例が
第22図である。
このように、測定サンプル200の時効の程度により、
微小な磁性特性の変化があるため、第7図に示すような
磁気特性のデータやSQUIDの出力と脆化度の関係のマス
ターカーブを予め求めておけば、測定サンプル200の脆
化度が高精度に求まる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、原子力プラントの実機部材に材料強
度の低下の原因となる切削による角部や微小クラツクの
発生を防止することができるので、プラントの構造強度
を損なわずに試料を採取できるという効果がある。
また、原子力プラントの高温時効による材料強度の低
下の内部組織的原因である2相ステンレス鋼中に発生す
る極微小析出物の寸法や濃度を、同一の試験片ではなく
直接実機部材から採取できるので、原子力プラントの劣
化診断における精度と信頼性が向上す4るという効果が
ある。
また、本発明の試料採取装置を用いると試料採取時に
切削粉をほぼ完全に回収することができるので、試料採
取時に生ずる残存物が与えるプラントへの影響を皆無に
することができるという効果がある。
さらに、機器の経年による劣化を一部分での測定によ
り予測できるので、実機の脆化損傷を短時間の測定で未
然に防ぐことが可能でありその安全性を大幅に高めるこ
とが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法を実施するための装置推定の一例を
示す構成図、第2図はフエライト相,極微細な相分解を
合金濃度のゆらぎとして示す特性図、第3図は極値の統
計的分布の考え方を説明する特性図、第4図は第1図装
置のコンピユータの構成の一例を示すブロツク図、第5
図は本発明方法による溶接部の最大値と全配管溶接部に
おける最大値の関係を示す模式図、第6図は最大値の2
重指数分布による溶接部の最大値を予測する方法を示す
特性図、第7図は保磁力と脆化度との関係の校正曲線を
示す特性図、第8図は本発明の他の方法を実施するため
の装置構成の例を示す被測定体近傍の断面模式図、第9
図は同じく他の例を示す原子炉圧力容器近傍の断面模式
図、第10図は測定値の表示例として示した鳥瞰図、第11
図は同じく表示例の度数分布図、第12図は本発明の実施
例に係るフロー図、第13図は本発明の基本構成を示すシ
ステムの原理的なフロー図、第14図は本発明の一実施例
の真空粗引き型の試料採取装置の概略を示す断面図、第
15図は第14図の試料採取装置を使用する場合の作業手順
を示すフロー図、第16図は回収した切削粉のアトムプロ
ーブ分析する場合の切削粉の装着状態を示す側面図、第
17図はアトムプローブの動作原理を示すシステム構成
図、第18図は2相ステンレス鋼の未処理材におけるフエ
ライト相中のCr濃度プロフアイル特性図、第19図は2相
ステンレス鋼の475℃×1000hr時効材におけるフエライ
ト相中のCr濃度プロフアイル特性図、第20図はSQUIDセ
ンサを応用した物性測定装置の構成図、第21図はSQUID
の出力例を示す特性図、第22図は材料の劣化に伴うB−
Hカーブの変化を示す特性図である。 1……被測定体、2A,2B……ホール素子、3A,3B……検出
コイル、4A,4B……アコーステイツクエミツシヨン測定
用トランスデユーサ、5A,5B……励磁コイル、6……交
流電源、7……ホール素子磁界計、8……ロツクインア
ンプ、9……アコーステイスツクエミツシヨン計測装
置、10……コンピユータ、11……外部記憶装置、12……
外部記録装置、13……走査駆動装置、14……走査駆動制
御装置、15……基準試験片、16……プリアンプ、17……
フイルター、18……パルスカウンター、19……試料採取
用容器、20……炉壁、21……炉水、22……駆動装置、23
……フイルター、24……ドリル、25……フアイバスコー
プ、26……電磁マグネツト、27……採取用プレート、28
……研削用砥石、31……ガス注入口、32……高圧窒素ガ
ス、32−a……高圧窒素ガス注入用ノズル、33……スカ
ート、33−a……ガス注入口(2)、34……粗引きポン
プ、35……ゲトバルブ、36……排気口、39……Moルー
プ、40……下地金属、41……電導性接着剤、42……パル
スレーザ、43……蒸発イオン、43−a……PC電源、44…
…アトムプローブ用試料、44−a……窒素レーザ、45…
…スクリーン、46……検出器、47……真空チヤンバー、
48……タイマー、49……コンピユータ、51……配管全溶
接部、52……全溶接部における最大値、53……測定溶接
部、54……測定溶接部における最大値、61……回帰直
線、62……予測値、63……原点、64……平行直線、65…
…設計許容値、80……冷却装置、91……原子炉圧力容
器、92……制御棒、93……制御棒案内管、94……上部グ
リツド、95……炉心サポート、96……炉水、97……磁気
測定装置、98……クレーン、99……モニター、101……
インターフエイス、102……パラレルインターフエイ
ス、103,104……内部記憶装置、105……演算処理装置、
106……ペリフエラルインターフエースアダプタ、111…
…測定値のばらつき、112……基本分布、113……極値分
布、200……原子力プラント等に用いられる機器あるい
は配管等のから採取した微小サンプルのカプセル、201
……ピツクアツプコイル、202……SQUID(超電導量子干
渉素子)センサ、203……超電導励磁コイル、204……ク
ライオスタツト、205……スイツチングヒータ、206……
クライオスタツト204の中央に設けた測定用の孔、207…
…液体He等の冷媒、208……スイツングヒータ205のコン
トローラ、209……微小サンプルのカプセル200の駆動装
置、210……SQUIDセンサ202のヘツドアンプ、211……超
電導励磁コイル203のコントローラ、212……駆動装置20
9のコントローラ、213……積分器、214……コンピユー
タ100の表示装置、SQUID……超電導量子干渉素子、i…
…電流、B……磁束密度、H……起磁力。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉村 敏彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 清水 翼 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−90163(JP,A) 実開 昭60−79136(JP,U) 特公 昭36−7084(JP,B1) 特公 平7−104229(JP,B2) 配管技術,29,10,PP.91−96 (1987) 配管技術,29,10,PP.97−102 (1987)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラントで使用される機器から試料を採取
    し、その試料の物理的特性から機器の劣化度を予測する
    劣化度予測装置において、 前記機器の試料採取面を覆う試料採取用容器と、 前記試料採取用容器内の塵を外部へ排出するための塵排
    出手段と、 前記試料採取面から試料を切削するための切削手段と、 前記機器の切削部を研磨するための研磨手段と、 前記試料を回収するために前記試料採取用容器内を真空
    にする真空ポンプと、 前記試料のうち劣化に関与するものだけを選別するため
    の電磁石と、 前記試料を大きさごとに分類するためのフィルタと を有する試料採取装置を備えたことを特徴とする劣化度
    予測装置。
  2. 【請求項2】プラントで使用される機器から試料を採取
    し、その試料の物理的特性から機器の劣化度を予測する
    劣化度予測方法において、次の手順を有することを特徴
    とする劣化度予測方法。 (1)前記機器の試料採取面を覆うように試料採取用容
    器を配設する手順。 (2)前記試料採取用容器内の塵を外部へ排出する手
    順。 (3)前記試料採取面から試料を切削する手順。 (4)前記機器の切削部を研磨する手順。 (5)前記試料採取用容器内を真空にして前記試料を回
    収するとともに、前記試料から劣化に関与するものだけ
    を選別し、しかも前記試料を大きさごとに分類する手
    順。
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