JP2826017B2 - 水中におけるウオータージエツトピーニング方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉を構成する鋼材
の残留応力低減技術に係わり、水中においてキヤビテー
シヨンを伴うウオータージエツトを鋼材の表面に衝突さ
せることによつて、引張り方向に過大残留応力が残る鋼
材表面を、圧縮応力が作用するまで改質するためのウオ
ータージエツトピーニング方法に関するのである。

【０００２】

【従来の技術】応力腐食割れ（ＳＣＣ）を起こすポテン
シヤルのある熱影響部（ＨＡＺ）を有する既設構造物の
表面応力は、小さな鋼球を気流の勢いで吹き付けるシヨ
ツトブラスト、砂粒を用いるサンドブラスト、氷粒を用
いるクライオブラスト等によるピーニング処理を施し、
応力を引つ張り方向（亀裂を拡大させる方向）から圧縮
方向へと改善する。このようなピーニング技術は、残留
応力改善対策として各種機械構造物あるいは歯車等の部
品加工時に広く用いられている。

【０００３】しかし、このようなブラスト操作のできな
い環境にありながら是非ともピーニングしなければなら
ない構造物も多い。例えば、軽水炉のように水を張つた
状態の特殊な熱交換器や反応槽、あるいは海洋中・湖水
中構造物の溶接部は、いずれも水を除いての作業は物理
的あるいは経済的にも不可能に近い。またブラスト粒子
を水中から回収することは大変な難作業である。氷粒を
用いれば回収は不要であるが、経済的なメリツトは出に
くい。

【０００４】なお、ピーニング施工は、上記応力腐食割
れのみならず、疲労強度の向上に対しても効果的であ
る。

【０００５】図１２に示すような構造のノズルを用いる
ウオータージエツトの利用は、ユニークな加工、採鉱あ
るいは洗浄技術として知られるが、これを表面応力改善
に利用する試みが、ウエスチングハウスエレクトリツク
社により行われた（特開昭６２−６３６１４号公報）。
水噴流によるピーニングは、水冷効果もあつて局所的な
温度上昇を防げるというメリツトもある。しかしこれ
は、水噴流の軸動力を有効に利用できる大気中の作業に
限つての効果であり、この技術を、水中水噴流としてそ
のまま展開できる保証はない。水中では、噴流軸動圧力
の減衰がかなり速い。これは、周囲水の抵抗と同じ液相
であるがために拡散が速いことに起因する。水中におい
て、気相中水噴流なみの軸動力を得るためには、超高圧
装置が必要になり、コスト的にも大変不利な技術になつ
てしまう。

【０００６】なお、図１２において、９０１はノズル本
体、９０２は高圧水、９０３は中心軸、９０４は高圧水
供給流路、９０５は径収縮部（しぼり部）、９０６は噴
出孔である。

【０００７】一方、水中高速水噴流には、噴流の乱れ
と、それと周囲水との剪断作用との複合効果により、図
１３に示すように激しいキヤビテーシヨンが発生する。
このキヤビテーシヨンを促進し、多量に発生する気泡の
崩壊衝撃圧力を有効に利用できれば、従来から広く用い
られているシヨツトピーニングやシヨツトブラスト以上
のピーニング効果を、水中において発揮できる可能性が
ある。

【０００８】なお、図１３において、１００１はノズ
ル、１００２は高圧水、１００３は連続流としてのキヤ
ビテーシヨンクラウド、１００４は分裂したキヤビテー
シヨンクラウド、１００５は渦糸キヤビテーシヨン、１
００６は微細気泡、１００７は周囲水である。

【０００９】図１４と図１５に示したのは、キヤビテー
シヨン噴流を利用する先行技術の２例である。図１４に
示すノズルは、キヤビテーシヨンを活発にするために提
案されたものである。図１５の例は、キヤビテーシヨン
を付着物除去に利用しようという提案である。エンジン
部品等に付着するスラツジを、水槽内において、水噴流
に発生するキヤビテーシヨンを利用して除去することを
意図したものである。これらは、これまで流体機器に損
傷を与える有害現象とされてきたキヤビテーシヨンを高
速水噴流として積極的に利用しようとした数少ない例で
ある。

【００１０】なお、図１４において、１１０１はノズル
本体、１１０２はオリフイス部、１１０３は円錐開口
部、１１０４は円錐空洞部、１１０５は配管部材、１１
０６は高圧噴出装置、１１０７は噴射加工対象物であ
る。

【００１１】また、図１５において、１２０１は水槽、
１２０２は被洗浄部品、１２０３はノズル、１２０３ａ
はノズル先端、１２０３ｂは噴出孔、１２０４は水、１
２０５は管路である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】水中において、ノズル
から高速で水噴流を噴射すると、ノズルの噴出孔から供
給されるキヤビテーシヨン核や噴出後における噴流と周
囲水との剪断渦の作用によつて、爆発的に激しいキヤビ
テーシヨンが発生する。従つて、水中における高速水噴
流は、発達したキヤビテーシヨンが支配的な構造とな
る。

【００１３】図１３に示すように、ここでは複数のタイ
プのキヤビテーシヨン（キヤビテーシヨンクラウドと渦
糸キヤビテーシヨン）が共存する。このキヤビテーシヨ
ン中にある無数の多くの気泡は、固体面に衝突する際、
固体面あるいは固体面のごく近傍において瞬時に崩壊
し、衝撃圧を発生する。この衝撃圧の発生が、夥しい数
の気泡の回数だけ繰り返され、材料の表面に力学的な影
響を与える。

【００１４】即ち、結晶粒を塑性変形させ、材料の表面
に生じていた引張り方向（亀裂があればそれを拡大させ
る方向）の残留応力を圧縮方向へと改善する。これがキ
ヤビテーシヨンを伴う水中高速水噴流におけるピーニン
グ効果である。

【００１５】さて、このピーニング効果は、発生するキ
ヤビテーシヨンの強さ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）によつて
大きく左右される。キヤビテーシヨン気泡の生成量が少
なく、それら気泡の成長速度が小さい場合には、衝撃圧
力が弱くピーニング効果が乏しくなる。このような場
合、ノズルにおける高圧水の噴射圧力や噴射水量を上昇
させたり、あるいは加工対象面への噴流衝突時間を長く
して対応しなければならず、ピーニングの施工効率は低
下してしまう。噴射圧力を高め、噴射水量を増やす場合
には、ポンプの大型化（大容量化）が必要になり、イニ
シヤルおよびランニングコストも上昇する。

【００１６】キヤビテーシヨンの強度を支配する因子は
多くあるが、使用する水、即ち噴射する水と加工対象物
のある周囲水（環境水）の水質については、水中にある
気泡核と水温の影響力が極めて大きい。気泡核（これが
通常溶解気体と言われる）に関しては、キヤビテーシヨ
ン気泡の発生頻度に関与する。一方、水温は、様々な作
用によりキヤビテーシヨン気泡の初生（気泡核が励起さ
れ急成長を開始すること）、成長、流動等に影響を及ぼ
す。まず、水の粘度が、気泡の成長や流動に対し力学的
に作用する。

【００１７】つまり、低水温で粘度が低く、また水の密
度が大きければ、気泡の初生は起きにくく成長もしにく
く、また噴流内を移動しにくくなる。さらに水温によつ
て、水や水蒸気あるいは水中に溶触する気体等の物性が
変化する。気泡の成長に関与する溶解気体の界面を通じ
ての気泡内への拡散や気泡内への水の蒸発速度、あるい
は気液界面の張力が、水の温度によつて支配される。

【００１８】一方、特に水温が高くなつた場合には、飽
和温度以外にもキヤビテーシヨン以外の気泡生成、即ち
サブクール沸騰が生じる。この現象が生じると、いわゆ
る「脱気」によつて、キヤビテーシヨン気泡になり得る
べき水中の気泡核が沸騰気泡へと変化してしまう。ま
た、沸騰気泡のクツシヨン作用により、キヤビテーシヨ
ンの発生する衝撃圧が緩和されてしまうという問題があ
る。

【００１９】本発明の目的とするところは、以上のよう
な水温に係わる問題を解決し、定期点検中原子炉内の冷
却水の水温条件を利用し、ピーニングに好適なキヤビテ
ーシヨンを発生させる最適水温を選定することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、水中におい
て、水をノズルから高速で噴射して水中にある加工対象
物に衝突させることにより、加工対象物の残留応力を軽
減するウオータージエツトピーニング方法において、前
記加工対象物が置かれている周囲の水ならびにノズルか
ら噴射する水のうち少なくともいずれか一方の水の温度
を、前記周囲水の水圧に対する飽和温度よりも３０℃以
上８５℃以下の範囲で低く保持することにより達成され
る。

【００２１】また上記目的は、運転停止中の原子炉内の
冷却水中において、当該原子炉圧力容器本体または炉内
部材に対して、前記冷却水をノズルから噴射衝突させる
ことにより原子炉圧力容器本体または炉内部材の残留応
力を軽減するウオータージエツトピーニング方法におい
て、 前記ノズルから噴射する水の温度を冷却水の水圧に
対する飽和温度よりも３０℃以上８５℃以下の範囲で低
く保持することにより達成される。

【００２２】

【作用】ここでは、大気圧に近い圧力下にある水中の条
件を例として取り上げる。水温が低すぎる場合には、水
の粘度が大きく気泡の発生・成長は抑制され、また水中
溶解ガスの気泡内への拡散や蒸発も活発ではない。従つ
て、水温が１５℃以下の場合は、キヤビテーシヨンは十
分に活性化していると言えず、従つてピーニング効果も
さほど高いとは言えない。

【００２３】逆に、水中の平均水温が７０℃以上になる
と、水中における局所的な高温場において、サブクール
沸騰（沸騰温度以下で生じる疑沸騰現象であり、いわゆ
る「脱気」現象に類似）が始まる。従つて、７０℃以上
の水温域の水中水噴流の現象は、キヤビテーシヨンとサ
ブクール沸騰が混在したものとなる。

【００２４】この沸騰において大きな気泡が発生する
と、この気泡のクツシヨン作用により、キヤビテーシヨ
ンによる衝撃は大幅に緩和されてしまう。また、沸騰に
よる蒸発気泡内へ水中の溶解ガスが拡散してしまい、キ
ヤビテーシヨンの生成・発達に寄与するべき水中溶解ガ
スは、沸騰現象の活性化へと偏つてしまうことになる。
従つて、結果的にピーニングの効果は低下する。

【００２５】以上に記したような問題のない水温領域、
１５℃以上７０℃以下の条件に、ピーニング効果を生み
出すための最適な水温の条件が存在することになる。こ
の水温域は、水の粘度も低下して気泡の運動も活発にな
り、キヤビテーシヨン気泡の生成・成長に好適である。
ここまでは、加工対象物の周囲にある、いわゆる「環
境」水の条件について述べたが、ノズルから噴射する噴
射水の温度についても、温度がキヤビテーシヨン現象に
及ぼす影響は同じである。高圧環境にある水中の場合に
は、その圧力相当の飽和温度（沸点）から３０℃〜８５
℃のサブクール度（沸点から低温側への温度差）に、水
温を設定することでピーニング効果を高め、必要な応力
改善効果を得ることができる。

【００２６】

【実施例】図１は、本発明の具体化したウオータージエ
ツトピーニング方法を模式的に示したものである。

【００２７】１５℃〜７０℃に温度設定された周囲水
（環境水）４内にある水中構造物５の施工対象物〔熱影
響部（ＨＡＺ）〕６に対し、ノズル１から１５℃〜７０
℃に温度設定された高圧水２を高速で噴射し衝突させ
る。ノズル１から噴射された高圧水２は、激しいキヤビ
テーシヨンを伴う高速水噴流３となつて、施工対象物
〔熱影響部（ＨＡＺ）〕６に衝突する。激しいキヤビテ
ーシヨンを伴う高速水噴流３内には莫大な数のキヤビテ
ーシヨン気泡があり、これが施工対象物６の表面あるい
は表面のごく近傍において崩壊し、夥しい回数の衝撃圧
パルスを発生する。

【００２８】この衝撃圧の発生により、施工対象物６の
表面における結晶粒は潰れるように塑性変形し、施工対
象物６の残留応力状態は、引張り方向から圧縮方向へと
改善される。このような作用で残留応力が改善されるこ
とになり、応力腐食割れ（ＳＣＣ）発生に不可欠な３要
因（材料の鋭敏化、腐食環境および応力）のうち一つが
除去されることになる。

【００２９】また、応力の改善効果や施工対象物６の表
面の加工硬化作用により、水中構造物５の疲労強度も向
上する。水温を１５℃〜７０℃、より好ましくは４０℃
〜６０℃に設定することは、前述するようにキヤビテー
シヨンの発生を促進することにつながり、結果的にピー
ニング施工の効率が著しく改善される。

【００３０】この実施例では、周囲水（環境水）４とノ
ズル１から噴射する高圧水２の水温を共に最適範囲１５
℃〜７０℃に設定した。しかし、このような水温の最適
設定は、何れか一方の水に対して行つても効果が生じ
る。これは、キヤビテーシヨンの気泡核が、周囲水（環
境水）４からは「周囲核（ａｍｂｉｅｎｔ ｎｕｃｌｅ
ｉ）」として、また高圧水２からは「流入核（ｉｎｆｌ
ｏｗ ｎｕｃｌｅｉ）」として高速水噴流３中に供給さ
れ、いずれも高速水噴流３中のキヤビテーシヨン現象に
強く関与するからである。より望ましくは、周囲水（環
境水）４の水温を最適条件にすべきである。

【００３１】これは、「流入核」はプランジヤポンプ等
において高圧水２に加圧される時に圧縮消滅するのに対
し、周囲水（環境水）４中の「周囲核」は、高速水噴流
３の乱れによつてその発生頻度が増幅（この増幅状態も
水温の影響を強く受ける）されるからである。

【００３２】図２は、停止中の原子炉において上鏡を取
り外した状態において、本発明になるウオータージエツ
トピーニング方法を実施工する場合の系統を模式的に描
いたものである。

【００３３】容器２０１内の水２１５は、ヒータあるい
はクーラ２１０により所定の最適水温に加熱あるいは冷
却される。この実施例では、水２１５の表面が大気に開
放されており、水深もさほど大きくないので、ピーニン
グ施工部と大気圧との圧力差は小さい。

【００３４】従つて、大気圧における水の飽和温度（１
００℃）に対する３０℃〜８５℃のサブクール度、即ち
水温１５℃〜７０℃が最適水温となる。この水２１５の
水温は、温度センサ２１６により検知され、コントロー
ラ２１７により制御される。容器２０１が大きい（特に
高さ方向）場合、容器２０１内の水２１５に対流が生
じ、高さ方向に温度勾配が生じやすくなる。そのため、
攪拌機２１８により水２１５を攪拌し、容器２０１内の
水２１５に温度の偏在が生じないようにしてある。一
方、ノズル２０２から噴射するための水２２１は、貯水
槽２０６に貯えられ、ヒータあるいはクーラ２０８によ
り所定の最適水温に制御される。

【００３５】このようにして最適水温に設定された水
は、高圧噴射ポンプ２０５により加圧され、ノズル２０
２から激しいキヤビテーシヨンを伴う噴流２０３として
噴射され、加工対象物２０４に衝突する。容器２０１内
の水は、底部から排出され、フイルタ２１３でピーニン
グに伴い発生する細かな金属破片（酸化被膜等が剥離し
た破片等）やゴミを除去され、リザーバ２１４に貯えら
れた後、循環ポンプ２１１で汲み上げられ、貯水槽２０
６へと戻されて再利用される。

【００３６】なお、図において、２０７は熱源、２１２
はバルブ、２１９は温度センサ、２２０はコントローラ
である。

【００３７】図３に示した実施例は、容器２２１が密閉
状態で加圧下にある（密閉状態ではなくとも、水深の大
きい個所の場合は実質的に加圧環境下の条件となる）加
工対象物２２５をピーニングする例であり、基本的な系
統は図２と同様である。ヒータあるいはクーラの系統は
省略してある。容器２２１内の水２２２の飽和温度は、
加圧下のために１００℃よりも高くなる。従つて、水２
２２の圧力に相当する飽和温度から３０℃〜８５℃のサ
ブクール度に、容器２２１内の周囲（環境）水である水
２２２およびノズル２２３から噴射する水の温度を設定
する。

【００３８】例えば、加圧対象物２２５のある位置の水
圧が２気圧（約０．２ＭＰａ）の場合、その圧力に相当
する水の飽和温度が約１２０℃である。従つて、１２０
℃から３０℃〜８５℃のサブクール度、即ち３５℃〜９
０℃をピーニング効果促進用の水温として選定すればよ
いことになる。

【００３９】但し、このような温度範囲の設定基準は、
範囲上限におけるサブクール沸騰とキヤビテーシヨンの
関係に基づくものであり、粘度とキヤビテーシヨンの関
係は概ね温度のみで決まつてくるため温度範囲下限は大
気圧下の水のそれとほぼ等しくても十分である。従つ
て、設定する水温の範囲は、２気圧の条件の場合、３５
℃〜９０℃とすればよい。

【００４０】なお、図において、２２３はノズル、２２
４はキヤビテーシヨンを伴う噴流、２２６は高圧噴射ポ
ンプ、２２７は圧力センサ、２２８はコントロールユニ
ツト、２２９はドレインバルブ、２３０はリザーバ、２
３１はフイルタである。

【００４１】本発明においては、停止中において約５０
℃に温度制御されている炉内冷却水中においてほぼ同じ
温度の冷却水を用いる。ノズルから噴射する水について
は、外部（原子炉冷却水ループ以外）から供給して用い
ることも不可能ではないが、 ．大量の噴射水を常温から約５０℃まで昇温するため
のエネルギーコストが高い。

【００４２】．と同じく大量の水を、炉内冷却水と
同様に、ｐＨ、電気伝導度あるいは溶存Ｏ₂ 濃度を調整
し、プリコートフイルタを用いて微小浮遊固形物を除去
する準備に多大な労力を要する。

【００４３】．外部から注入した大量の水の分だけ、
これまで用いてきた冷却水（放射能に汚染された物質を
含む水）が増大することになる。

【００４４】等の理由から、実現性に乏しい。従つて、
本発明を具体化することは、炉内冷却水を合理的に循環
利用することと、キヤビテーシヨンの活性化に対して丁
度良い温度に制御されている炉内冷却水の温度環境を巧
みに利用することが組み合わさるため、大変有利なもの
と言える。

【００４５】なお、炉内冷却水は、一般に清浄でキヤビ
テーシヨン気泡核となる含有気体の量も少なく、キヤビ
テーシヨンの活性化に対しては不利である。従つて、炉
内冷却水を直接利用することの最大のメリツトは、ここ
まで述べてきたように、冷却水の水温条件がキヤビテー
シヨンの活性化にとつて最適である、と言う点にある。

【００４６】キヤビテーシヨンを伴う高速水噴流の加工
対象材料への影響力が、水温Ｔｗによつてどのように異
なるかを調べるために２種類の実験を行つた。

【００４７】図４は、そのうちの一つであり、周囲水３
０７中において、ノズル３０１から噴出するキヤビテー
シヨンを伴う高速噴流３０４を、試験片３０６に対して
所定の時間だけ衝突させて、キヤビテーシヨン壊食（エ
ロージヨン）によつて生じる質量損失（いわゆる減肉
量）Δｍを測定する実験を示したものである。実験は、
ノズル３０１の出口から試験片３０６までのスタンドオ
フ距離Ｚを変化させた。なお、図において、３０２は高
圧水、３０３は中心軸、３０５は跳ね返り噴流、３０８
はエロージヨン痕である。

【００４８】一般に、衝突時間が短い場合、スタンドオ
フ距離Ｚに対して、質量損失Δｍは図５のような曲線と
なる。ここでは、Δｍがピークを示すスタンドオフ距離
におけるΔｍを以て、代表質量損失として評価すること
とする。

【００４９】一方、図６に示す実験は、キヤビテーシヨ
ンを伴う噴流４０４の発生する空間衝撃圧Ｐｓｈを、噴
流４０４の軸方向に対して求めようとするものである。
キヤビテーシヨンを伴う噴流４０４の中心軸４０３から
半径方向約５ｍｍの位置において、中心軸４０３に平行
に感圧フイルム４０５を設置し、キヤビテーシヨンを伴
う噴流４０４から発生する衝撃圧を求める。

【００５０】なお、図において、４０１はノズル、４０
２は高圧水、４０６は周囲水である。

【００５１】スタンドオフ距離Ｚに対する空間衝撃圧Ｐ
ｓｈの分布は、図７のような２つのピークを有するカー
ブとなるが、ここではよりピークの高い２番目のピーク
における衝撃圧Ｐｓｈの値を以て衝撃圧を代表させるこ
ととする。この他に、図７に示された第２ピークの位置
に相当するスタンドオフ距離Ｚにおいて、残留応力の改
善量Δσを測定し、ピーニングによる効果を実証する。

【００５２】いずれの実験も、水温Ｔｗを１０℃〜９５
℃で変化させた水中（実験で用いた水槽の深さは約０．
５ｍであり、噴流に周囲から加わる水圧は、大気圧にほ
ぼ等しいと考えてよい）において行う。水温Ｔｗは、水
槽内の水およびノズルから噴射する水の温度を一致させ
る。以上のような方法により、ピーニング効果に及ぼす
水温Ｔｗの影響を明らかにする。

【００５３】図８において、水温Ｔｗに対するエロージ
ヨンによる質量損失Δｍは、常温Ｔｗ＝２０℃において
Ｐ₁ ＝７０ＭＰａとした場合における基準質量損失Δｍ
^* で割り、無次元表記した。両噴射圧力の条件におい
て、５０℃近傍でΔｍ／Δｍ^*が最大となる特性が認め
られる。従つて、激しいキヤビテーシヨンを伴う水中高
速水噴流の場合、水温Ｔｗ＝５０℃の場合が材料に対す
る破壊力が最も大きいということが分かる。

【００５４】図９は、感圧フイルムにより測定した噴流
の空間衝撃圧力Ｐｓｈと水温Ｔｗの関係を、図８と同様
に、噴射圧力Ｐ₁ をパラメータとしてまとめたものであ
る。噴流から発生する衝撃圧力Ｐｓｈは、常温Ｔｗ＝２
０℃において噴射圧力Ｐ₁ ＝７０ＭＰａとした条件の衝
撃圧力Ｐｓｈ^* を基準として無次元化して表した。この
場合も、基本的には図８に示したＴｗ〜Δｍ／Δｍ^* の
特性と同様に、Ｔｗ≦５０℃においてピークを有する特
性が得られることが分かる。水温Ｔｗ≦５０℃の条件に
おいて、キヤビテーシヨンが最も活発になることが、以
上図８および図９の結果から伺われる。

【００５５】次に、繰り返すことになるが、このような
水温Ｔｗに対する変化が生じる理由について説明する。

【００５６】図１０は、水温Ｔｗに対するキヤビテーシ
ヨン・インテンシテイの変化を模式的にまとめたもので
ある。ここで、キヤビテーシヨン・インテンシテイと
は、図８で用いたエロージヨンによる質量損失Δｍ、図
９における衝撃圧力Ｐｓｈ、発生する気泡の数、あるい
は噴流が発するノズルの音圧レベル等のことを指してい
る。

【００５７】まず、水温Ｔｗ＜１５℃より厳しく評価す
れば水温Ｔｗ＜４０℃の領域においては、水の粘度が
高くそのため渦の発生状態も弱く、結果的にキヤビテー
シヨンの発生は不活発になる。１５℃＜Ｔｗ＜７０℃、
より望ましくは４０℃＜Ｔｗ＜６０℃の領域では、水
の粘度や表面張力等物性値の変化によりキヤビテーシヨ
ンが著しく活発になる。気泡核生成の頻度が増し、気泡
の成長速度も増大する。また気泡の崩壊（収縮）速度も
大きくなるため、結果的にキヤビテーシヨンは、より高
い衝撃圧力を発生することになる。

【００５８】従つて、水中の高速水噴流をピーニングに
利用する場合、この水温の条件が、最も効率よくピーニ
ングできることになる。６０℃＜Ｔｗ＜１００℃の領域
においては、サブクール沸騰が開始し、水中での脱気
と気泡同士の合体現象が次第に支配的になり、キヤビテ
ーシヨンの寄与は次第に縮小してしまう。水温Ｔｗが１
００℃を超えると〔通常の水において圧力一定（大気
圧）の場合、平均水温が１００℃以上になることはない
が、局所的に１００℃を超える過熱状態になることがあ
る〕、水は完全に沸騰状態となり、キヤビテーシヨン・
インテンシテイは更に低下する。以上のようなメカニズ
ムにより、ピーニングに好適な水温が、１５℃＜Ｔｗ＜
７０℃、より好ましくは図に示すように、４０℃＜Ｔｗ
＜６０℃の条件にあることが分かる。

【００５９】なお、は水の粘度が高いため渦発生が弱
く、キヤビテーシヨンが不活発な部分、はキヤビテー
シヨン強度最大の条件部分、はサブクール沸騰気泡に
よるクツシヨン効果により衝撃圧が抑制される部分、
は沸騰によりキヤビテーシヨンが抑制される部分であ
る。

【００６０】図１１は、実際に残留応力σの改善量Δσ
を測定し、水温Ｔｗを選択することにより応力改善効果
を高めるという本発明の効果を実証したものである。応
力改善量Δσは、ピーニング施工後の圧縮残留応力σ₂
から、ピーニング前の引張り残留応力−σ₁ を引いて求
めたものである。このΔσは、常温Ｔｗ＝２０℃におい
て噴射圧力Ｐ₁ ＝７０ＭＰａとした場合における応力改
善量Δσ^* を基準として、無次元表記した。応力改善量
Δσ／Δσ^* は、図１０に示した傾向と同様に、Ｔｗ≦
５０℃において最大となる。以上より、Ｔｗの選定が鋼
材の残留応力の改善効果を高めることが確認された。

【００６１】本発明の対象となる水中ピーニングは、軽
水炉型原子炉内機器の残留応力改善（応力腐食割れの防
止と疲労強度の向上）へ適用されるが、施工を行う定期
検査中の炉内水温はおよそ５０℃であり、本発明の利用
は極めて好都合なものである。

【００６２】水中水噴流を利用する本発明の応用範囲は
大変に広い。一般に表面応力改善にあたつては、熱を加
えない、つまり金属組織の変態を伴わない低温処理の方
が格段に好ましい。この点からも本発明は有利であり、
ボイラの耐圧部材の表面応力改善へも応用することがで
きる。

【００６３】この他、本発明は、表面洗浄、付着物除去
（デスケーリング）、表面仕上げ加工（ポリシング）あ
るいは水中削孔（サブマージド・ドリリング）等へも応
用することが可能である。

【００６４】

【発明の効果】本発明を具体化したことによる効果をま
とめると次のようになる。

【００６５】（１）炉内冷却水を循環利用するため、放
射能廃棄物を増やすことがない。

【００６６】（２）キヤビテーシヨンが活発になり、ピ
ーニング効率が大幅に向上する。

【００６７】（３）上記（２）の効果により、施工時間
が短縮する。従つて、ランニングコストを低減できる。

【００６８】（４）上記（２）の効果により、ノズルか
らの噴射流量や噴射圧力を低減することが可能になる。
従つて、ポンプや配管、ジヨイント類の小型軽量化が達
成できる。これは、イニシヤルコストを低減できるとい
うことである。

【００６９】（５）例えば、水深の大きくない水中にお
ける施工の場合、本発明による設定水温１５〜７０℃
は、加工対象物やピーニング関連機器類にトラブルをも
たらさない。熱膨張による部材の変形や割れ、あるいは
ジヨイントの緩み等は発生せず、施工の信頼性を高く保
つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る水中ピーニング方法の概
念図である。

【図２】本発明の実施例に係る水中ピーニング方法にお
ける施工系統図である。

【図３】本発明の他の実施例に係る水中ピーニング方法
における施工系統図である。

【図４】本発明の基本となる実験方法の一例を示す概念
図である。

【図５】図４の実験方法による実験結果を示す説明図で
ある。

【図６】本発明の基本となる実験方法の他の例を示す概
念図である。

【図７】図６の実験方法による実験結果を示す説明図で
ある。

【図８】水温と無次元化した質量損失との関係を示す特
性図である。

【図９】水温と無次元化した衝撃圧力との関係を示す特
性図である。

【図１０】水温に対するキヤビテーシヨン・インテンシ
テイの変化を模式的に示す説明図である。

【図１１】本発明の効果を実証して示す説明図である。

【図１２】従来のノズルの断面図である。

【図１３】キヤビテーシヨンを伴う高速水噴流の現象を
示す模式図である。

【図１４】先行技術の構造図である。

【図１５】他の先行技術の構造図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ 高圧水 ３ 激しいキヤビテーシヨンを伴う高速水噴流 ４ 周囲水 ５ 水中構造物 ６ 施工対象物 ２０１ 容器 ２０４ 加工対象物 ２０５ 高圧噴射ポンプ ２０６ 貯水槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 進藤 丈典 広島県呉市宝町６番９号 バブコツク日 立株式会社 呉工場内 (72)発明者 黒沢 孝一 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平４−240073（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−33615（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−362124（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−63614（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−129800（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24C 1/10

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中において、水をノズルから高速で噴
   射して水中にある加工対象物に衝突させることにより、
   加工対象物の残留応力を軽減するウオータージエツトピ
   ーニング方法において、 前記加工対象物が置かれている周囲の水ならびにノズル
   から噴射する水のうち少なくともいずれか一方の水の温
   度を、前記周囲水の水圧に対する飽和温度よりも３０℃
   以上８５℃以下の範囲で低く保持することを特徴とする
   水中におけるウオータージエツトピーニング方法。
2. 【請求項２】 運転停止中の原子炉内の冷却水中におい
   て、当該原子炉圧力容器本体または炉内部材に対して、
   前記冷却水をノズルから噴射衝突させることにより、原
   子炉圧力容器本体または炉内部材の残留応力を軽減する
   ウオータージエツトピーニング方法において、 前記ノズルから噴射する水の温度を、冷却水の水圧に対
   する飽和温度よりも３０℃以上８５℃以下の範囲で低く
   保持する ことを特徴とする水中におけるウオータージエ
   ツトピーニング方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載において、前記水
   温が４０℃から６０℃の範囲に規制されていることを特
   徴とする水中におけるウオータージエツトピーニング方
   法。