JP4752065B2 - 誘導型交流電位を用いた非破壊検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属の欠陥に対する非破壊検査に関するものであり、特に誘導型交流電位を用いた非破壊検査に関する。

非破壊評価は、材料、機器、構造物が充分に安全性・信頼性を維持して使用可能であることを保証するために行われる。非破壊の文字通り、試験対象物を傷つけたり破壊したりすることなしに、材料の内部及び表面に存在する欠陥の有無の評価、あるいは試験対象物の性質、状態、内部構造などを知るために行う評価全体を指す。この非破壊評価の試験法として、放射線透過試験、音響試験、超音波探傷試験、磁気探傷試験など各種の方法がある。非破壊検査の利用目的は大きく２つに分けられる。すなわち、
（１）施工中の品質管理のため設計上許容できる限界寸法欠陥の存在の有無の確認。
（２）稼動中の機器・構造物の安全性の評価または寿命予測のための欠陥を検出し、破壊力学に基づき評価を行う。
というものである。

近年、試験片に近接した位置で電流を検査対象に誘導する電磁誘導現象を利用した集中誘導型交流電位差（Induced Current Focusing Potential Drop;ICFPD）法に対し、電流を検査対象に非接触で誘導する新しい電位差法、すなわち誘導型電位差法が開発されている。この誘導型電位差法では、板厚の薄い平板試験片の表面に存在する放電加工き裂及び疲労き裂に対して検出が可能であり、その有用性が示されている。
さて、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）上蓋管台内面に生じる応力腐食割れ（ＳＣＣ）は、従来から、超音波探傷法や渦流探傷法が適用されている。しかし、国内外のプラントにおいて冷却水漏れが後を絶たない。
このＣＲＤＭ内面のき裂に対して、上述の誘導型電位差法により検出をするためには、施工方法に起因して管軸方向及び周方向の２種類のき裂発生・進展方向が考えられ、これらの両方向に対するき裂を検出する必要がある。

本発明の目的は、応力腐食割れを高感度で検出可能な非破壊検査手法である誘導型電位差法を、ＣＲＤＭ配管内面のき裂検出と評価へと適用することである。

上記目的を達成するために、本発明は、測定対象の管状試験体の軸方向に対して斜めに巻き線されたコイルと、互いに９０度になるように設置され、前記試験体内面の該軸方向及び周方向に誘起されたそれぞれの電位差を測定するための２組の２本の端子と、前記コイルに交流電流を印加するための交流電源と、前記コイルに印加された交流により誘起された、前記２組の２本の端子間の電位差を、軸方向及び周方向に計測するための計測器とを備え、前記試験体の内面を走査して電位差を計測することで、き裂を検出することを特徴とする非破壊検査装置である。
前記２組の２本の端子は、計測時に、前記試験体の内面に接触するよう半径方向に移動するとよい。そのとき、前記２組の２本の端子は、バネを内蔵していることが望ましい。

上述の測定対象の管状試験体の軸方向に対して斜めに巻き線されたコイルと、互いに９０度になるように設置され、軸方向及び周方向に誘起されたそれぞれの電位差を測定するための２組の２本の端子により、軸方向と周方向とに誘起される電位差を同時に計測でき、試験体の内面にある、軸方向や周方向いずれのき裂も検出できる。

発明を実施するための形態

図面を参照して、本発明の実施形態を詳しく説明する。
応力腐食割れを高感度で検出可能な非破壊検査手法である誘導型電位差法を、加圧水型原子炉（ＰＷＲ）制御棒駆動機構（ＣＲＤＭ）の配管内面等のき裂検出と評価へと適用するため、軸方向/周方向いずれの方向のき裂でも検出できるようにした。そのために、１つの誘導コイルで電流を誘導し、軸方向／周方向の９０°向きが異なるき裂に対して、それぞれ用意された電位差測定端子を用いて電位差を測定することで、ＣＲＤＭ内面の軸方向/周方向いずれのき裂に対しても検出と評価が可能なセンサを作製した。

＜センサ部分＞
図１〜図３に、実施形態の１例として、作製したセンサ部分の構造を示す。図１（ａ）はセンサ部分１００の正面図であり、図１（ｂ）はセンサ部分内部のコイルを示す図であり、図２（ａ），（ｂ）はセンサ部分の側面図である。図３（ａ），（ｂ）は、センサ部分１００の写真である。

図１（ａ）において、端子ホルダ（周方向欠陥用）１２２に周方向欠陥用電位差測定端子１１２を設置しており，端子ホルダ（軸方向欠陥用）１２４に軸方向欠陥用電位差測定端子１１４を設置している。周方向欠陥用電位差測定端子１１２と軸方向欠陥用電位差測定端子１１４は、２本の端子の向きが互いに９０°となるように設置されている。端子ホルダ１２２，１２４は、両側を２つの端子ホルダ押さえ板１３４の間で、端子ホルダ駆動カム１３２で、上下（半径方向）に可動されるように押さえられている。端子ホルダ駆動カム１３２は、端子ホルダ駆動カム軸１３８で回転することで、端子ホルダ１２２，１２４を上下（半径方向）に動かしている。端子ホルダ押さえ板１３４は、センサ軸１４０に、２つの端子ホルダ押さえ板固定リング１３６で固定されている。また、センサ軸１４０は、コイル芯としても使用され、図１（ｂ）に示すように、斜め方向に誘導コイル１４２が巻かれている。

測定を行わないときやセンサを円筒状試験体に挿入する際には、二組の電位差測定端子１１２，１１４が円筒状試験体内面にぶつからないように、端子先端が端子ホルダ押さえ板１３４の外径（円筒状試験体内径とほぼ同じ径）よりもわずか引っ込んだ位置に来るよう、端子ホルダ１２２，１２４がセンサ軸１４０側に配置されている（図２（ａ），図３（ａ）参照）。
測定の際には、端子ホルダ駆動カム軸１３８を回転させることにより、端子ホルダ駆動カム１３２を回転させ、図２（ｂ），図３（ｂ）に示すように、端子ホルダ１２２，１２４を、電位差測定端子１１２，１１４が円筒状試験体内面に接触する方向（例えば、図１では端子ホルダ（周方向欠陥用）１２２は下方に、端子ホルダ（軸方向欠陥用）１２４は上方に）に駆動される。
電位差測定端子１１２，１１４の先端を円筒状試験体内表面に一定圧力で押しつけることが可能なように、電位差測定端子１１２、１１４はスプリングを内蔵している（図示せず）。

＜測定＞
計測は、図４（ａ）に示すように、計測器１５０から交流電流を斜めに設置された誘導コイル１４２に印加して、それにより、試験体１６０に誘起される電圧を、周方向欠陥用電位差測定端子１１２と軸方向欠陥用電位差測定端子１１４で、それぞれの方向ごとに、計測器１５０で電位差を計測することで行う。
実際の計測は、２８ｍｍの径のセンサ軸１４０に誘導コイル１４２を１０ｍｍの幅に２５回巻き、５ｍｍ間隔の電位差測定端子１１２，１１４を備えたセンサで、試験体１６０の内面に誘起された電位差を計測した。誘導コイル１４２には、３ｋＨｚ，２Ａの交流電流を印加した。計測は、軸方向に２ｍｍ間隔で計測後、周方向に回転（内周上で２ｍｍ相当）して行った。

計測に用いた４つの試験体は、図４（ｂ）に示すように、円筒形で、軸方向をｘ，周方向をθとして計測する。実際の試験体は、内径６９．９ｍｍ，外径１０１．７，長さ３００ｍｍの円筒に、熱応力による繰り返し負荷で、以下の表に示す熱疲労のき裂を予め作製したものである。

＜計測結果＞
計測結果を図５〜図１０に示す。
図５〜図８は、試験体ごとの計測結果である。ｘは軸方向，θは周方向である。測定された電位差は、各測定開始の点の値で規格化されている。また、き裂近辺のグラフのみを示している。
図５は表１の試験体番号１の試験体の計測結果であり、以下、図６は試験体番号２、図７は試験体番号３、図８は試験体番号４の計測結果である。
これらの計測結果を示す図から、図５〜図７は明らかに軸方向のき裂の位置が分かり、図８は周方向のき裂の位置が分かる。これらから、同一の斜め方向のコイルによる誘導電位差を計測することで、軸方向及び周方向のき裂が計測できることが分かった。

図９は、内面欠陥深さに対する規格化電位差（欠陥位置と端子中心とが一致する位置における規格化電位差）の関係を示す。図９から分かるように、欠陥深さと規格化電位差には線形の関係があり、規格化電位差から深さの評価もできる。
図１０（ａ）は、欠陥長手方向の規格化電位差分布において、欠陥部電位差データを２次曲線で近似していることを示している。図１０（ｂ）は、軸方向欠陥に対する軸方向の端子の配置を示している。

図５〜図８に示した測定結果を、このように近似して、近似曲線が規格化電位差＝１を与えるｘ方向位置やθ方向位置から欠陥長さを求めた。
求められた欠陥の表面長さを表２に示す。
表２から分かるように、深いき裂は長く、浅いき裂は短く評価されており、表面長さの評価も可能と考えられる。
以上述べたように、電流を円筒形状試験体軸方向に対して斜めに誘導するセンサにより、円筒形の試験体内面に導入されている、周方向・軸方向いずれの欠陥についてもすべて検出可能である。
また、異なる深さの内面欠陥に対して、深さに応じた規格化電位差が測定されており、内面欠陥の深さ評価も可能であると考えられる。
さらに、表面長さについても、深さの深いき裂は長く、浅いき裂は短く評価されており、表面長さの評価もできる。

誘導型交流電位を用いた非破壊検査装置のセンサ部分の全体構成を示す図（ａ）、コイル部分を示す図（ｂ）である。 端子ホルダ駆動カムで端子ホルダを下げた場合（ａ），端子ホルダを上げた場合（ｂ）を示す図である。 端子ホルダ駆動カムで端子ホルダを下げた場合（ａ），端子ホルダを上げた場合（ｂ）を示す写真である。 円筒形の試験体（ｂ）と、それを計測している様子（ａ）を示す図である。 軸方向にき裂を有する試験体１の計測結果を示す図である。 軸方向にき裂を有する試験体２の計測結果を示す図である。 軸方向にき裂を有する試験体３の計測結果を示す図である。 周方向にき裂を有する試験体４の計測結果を示す図である。 き裂の深さと規格化電位差との関係を示す図である。 き裂の深さと表面における長さとの関係を示す図である。

Claims (3)

1. 測定対象の管状試験体の軸方向に対して斜めに巻き線されたコイルと、
   互いに９０度になるように設置され、前記試験体内面の該軸方向及び周方向に誘起されたそれぞれの電位差を測定するための２組の２本の端子と、
   前記コイルに交流電流を印加するための交流電源と、
   前記コイルに印加された交流により誘起された、前記２組の２本の端子間の電位差を、軸方向及び周方向に計測するための計測器と
   を備え、前記試験体の内面を走査して電位差を計測することで、き裂を検出することを特徴とする非破壊検査装置。
2. 前記２組の２本の端子は、計測時に、前記試験体の内面に接触するよう半径方向に移動することを特徴とする請求項１に記載の非破壊検査装置。
3. 前記２組の２本の端子は、バネを内蔵していることを特徴とする請求項２に記載の非破壊検査装置。