JP4908250B2

JP4908250B2 - 超音波探傷装置および同探傷方法

Info

Publication number: JP4908250B2
Application number: JP2007024900A
Authority: JP
Inventors: 弘幸安達; 康弘湯口; 泰治平澤; 徹大坪; 健一上野; 敦史森; 年廣安田; 浩一相馬; 育子亀山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-02-02
Filing date: 2007-02-02
Publication date: 2012-04-04
Anticipated expiration: 2027-02-02
Also published as: JP2008190968A

Description

本発明は原子力プラントの点検・補修等の際に、原子炉内に設置されているシュラウドサポートシリンダおよびその近傍の構造部に存在する溶接部を気中雰囲気のもとで超音波探傷する超音波探傷装置および超音波探傷方法に関する。

原子力発電プラントでは、原子炉内の健全性を確認するための点検および点検後の補修等が行われる。沸騰水型原子炉における原子炉圧力容器内の点検・補修等の際には原子炉圧力容器内の除染後に炉内機器を取外し、炉心シュラウドを支持するシュラウドサポートシリンダおよびシュラウドサポートプレート（バッフルプレート）等の炉底部近傍に対する点検が含まれる。

図９を参照して、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内における超音波探傷部位となるシュラウドサポートおよびその近傍の構造部を簡単に説明する。図９に示すように、原子炉圧力容器１００の炉壁１０１の内方には炉心を構成する炉心シュラウド１０２が配置されている。この炉心シュラウド１０２は、炉壁１０１の底部から立上るシュラウドサポートレグ１０３およびその上に配置されるシュラウドサポートシリンダ１０４を介して、下方から順に溶接により支持されている。以下、炉壁１０１の底部とシュラウドサポートレグ１０３との溶接部を「Ｈ１１溶接部」と称し、図に符号「１１１」を付す。また、シュラウドサポートレグ１０３とシュラウドサポートシリンダ１０４との溶接部を「Ｈ１０溶接部」と称し、図に符号「１１０」を付す。

また、炉底部から立上る炉壁１０１と炉心シュラウド１０２との間にはシュラウドサポートプレート１０５が溶接により接合されている。シュラウドサポートプレート１０５には、原子炉再循環ポンプであるジェットポンプ（図示省略）のデフューザ部を支持するためのジェットポンプデフューザ孔１０６が形成されている。以下、炉壁１０１と炉心シュラウド１０２との溶接部を「Ｈ９溶接部」と称し、図に符号「Ｈ１０９」を付す。さらに炉心シュラウド１０２とシュラウドサポートプレート１０５との溶接部を「Ｈ８溶接部」と称し、図に符号「１０８」を付す。

このような溶接部の点検に関し、従来ではシュラウドサポートシリンダの溶接部とその近傍の健全性を確認するため超音波探傷が行われている。原子炉内の超音波探傷としては水中ビークルを使用した水中での探傷検査等が提案されている（例えば特許文献１等参照）。一方、シュラウドサポートシリンダおよびシュラウドサポートプレート等の溶接部とその近傍を超音波探傷する場合には、気中において単プローブを用いた直接接触方式による探傷も行われている。この気中空間におけるシュラウドサポートの溶接部とその近傍を超音波探傷する際には、単プローブを用いた直接接触方式の探傷が行われている。
特開２００５−３０７７３号公報

上述したように、気中空間において原子炉内に存在するシュラウドサポートシリンダの溶接部とその近傍を超音波探傷する際には、単プローブを用いた直接接触方式で探傷が行われているが、この手法では、対象物の表面形状の影響を受けて正確なひびの深さのサイジングが困難であることや、全ての溶接部に対して超音波探傷を行なうと検査時間が非常に長くなる等の課題がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、気中空間において、シュラウドサポートシリンダの溶接部およびその近傍を正確かつ迅速に超音波探傷することを目的としている。

前記の目的を達成するため、本発明では原子炉内に設置されているシュラウドサポート
シリンダおよびその近傍の構造部のコーナー部近傍にに存在する溶接部を気中雰囲気のも
とで超音波探傷する超音波探傷装置であって、被探傷部位の表面に接して閉じた空間を形
成するチャンバー機構と、このチャンバー機構内の空間に超音波伝播媒体を充填する伝播
媒体充填機構と、前記チャンバー機構の内部に設けられた円弧状のガイド部材に沿って移
動可能に設けられたフェーズドアレイ超音波探触子と、この探触子を前記チャンバー機構
内で移動させて超音波探傷を行う超音波探傷器と、前記チャンバー機構を支持して探傷方
向に移動させるチャンバー支持機構とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置を提供す
る。

また、本発明では、この超音波探傷装置を使用して、原子炉点検時に原子炉内に設置されているシュラウドサポートシリンダおよびその近傍の構造部に存在する溶接部を気中雰囲気のもとで超音波探傷する超音波探傷方法であって、前記シュラウドサポートシリンダおよびその近傍の構造部にチャンバー機構、伝播媒体充填機構、フェーズドアレイ超音波探触子、超音波探傷器およびチャンバー支持機構を搬入して設置する機器設置工程と、前記チャンバー機構を被探傷部位の表面に接触させて閉じた空間を形成し、このチャンバー機構の内部に超音波伝播媒体を充満させる探傷準備工程と、前記チャンバー機構を前記チャンバー支持機構により被探傷部位に沿って移動させ気中において前記フェーズドアレイ超音波探触子による超音波探傷を行う探傷工程とを備えることを特徴とする超音波探傷方法を提供する。

本発明によれば原子炉、特に沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内におけるシュラウドサポートシリンダの溶接部およびその近傍を、気中空間にて水浸フェーズドアレイ探傷により、正確かつ迅速に超音波探傷を行うことが可能となる。

以下、図面を参照して本発明に係る超音波探傷装置および超音波探傷方法の実施形態を沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に適用する場合について説明する。

［第１実施形態（図１，２，３）］
図１は本発明の第１実施形態による超音波探傷装置の設置状態を示す概略説明図である。この図１には、原子炉圧力容器１００内に設置されているシュラウドサポートシリンダ１０４の上側近傍の炉心シュラウド１０２とシュラウドサポートプレート１０５との溶接部（Ｈ８溶接部）１０８の検査、およびシュラウドサポートプレート１０５と炉壁１０１との溶接部（Ｈ９溶接部）１０９等の検査を下方から上向きに探傷する状態が示してある。

図１に示すように、超音波探傷装置１は被探傷部位であるＨ８溶接部１０８の下側表面に接して閉じた空間を形成するチャンバー機構２を備えている。このチャンバー機構２はシュラウドサポートシリンダ１０２とその近傍の構造部であるシュラウドサポートプレート１０５に存在する溶接部、すなわちＨ８溶接部１０８に対応して斜め上向きなる配置に設定されている。また、チャンバー機構２内の空間に超音波伝播媒体として水３を注入して充填し、あるいは排水するために伝播媒体充填機構としての注排水機構４が備えてある。チャンバー機構２の内部にはフェーズドアレイ超音波探触子（以下、「超音波探触子」と略称する。）５が移動可能に設けられている。

また、超音波探触子５をチャンバー機構２内で移動させる指令や超音波発信および受信等を行い探傷結果を得る超音波探傷を行うための超音波探傷器６と、チャンバー機構２を支持して探傷方向に移動させるチャンバー支持機構としての台車７を備えている。さらに、チャンバー機構２の内部の超音波探触子５を移動させるスキャナ８が備えられるとともに、このスキャナ８を制御部操作するためのスキャナ制御盤１４が設けられている。また、チャンバー機構２は台車７にばね機構９を介して支持されており、被探傷部の向きに押圧力が付与されるようになっている。以上の装置は原子炉圧力容器１００の炉底部に組立てられた作業架台１０に支持されている。

なお、作業架台１０は制御棒駆動機構ハウジング（ＣＲＤハウジング）１０７等を利用して設置され、上方に立上ってシュラウドサポートシリンダ１０４の開口部１０４ａ等を介して炉壁１０１側に伸びている。そして、作業架台１０はシュラウドサポートプレート１０５の下方位置に作業フロア１１を有するとともに、作業フロア１１の側方および上方に伸びた支持部１２，１３を有し、これらの支持部１２，１３が炉壁１０１およびシュラウドサポートプレート１０５に固定支持されている。

図２は図１に示した超音波探傷装置１を拡大して示している。この図２に示すように、チャンバー機構２は例えば直方体上の筐体１５の一部（図２の左上の二辺部分）を切除した開口部１６を有し、この開口部１６を柔軟素材からなる水密保持機構１７により閉塞する構成としたものである。この水密保持機構１７によりチャンバー機構２内には水３を充満させて保持することができる。また、チャンバー機構２には注排水機構４が注排水用チューブ１８を介して接続してあり、探傷に必要な水量を供給し、点検後には排水を行うことができる。

チャンバー機構２の内部に設けられた超音波探触子５はスキャナ８に連結具１９を介して移動可能に支持されている。スキャナ８は例えば円弧状のガイド部材２０を有しており、このガイド部材２０に移動コマ２１を介して超音波探触子５の連結具１９が支持されている。これにより、図２に矢印ａで示すように、超音波探触子５は被探傷部であるＨ８溶接部１０８を探傷することができる。

チャンバー機構２を台車７に支持するばね機構９は、チャンバー機構２の筐体１５の外側面を例えば金属ばね２２により筐体１５の開口部１６側に向って三次元方向に弾性力をもって押圧することができる。なお、金属ばね２２に代えてシリンダ機構による流体ばね機構を設けてもよい。このようなばね機構９により、チャンバー機構２は首振り可能な状態でＨ８溶接部１０８に水密保持機構１７を介して密接することができる。超音波探触子
５超音波探傷器６とはコード２３により接続され、スキャナ８とスキャナ制御盤１４とはコード２４により接続されている。

図３はチャンバ機構２におけるエア溜り除去機構２５を示している。フェーズドアレイ超音波探触子による超音波探傷を行う場合、超音波探触子５から発信される超音波の伝播空間である水３中に空気（エア）溜りが生じると、超音波が伝播しないために支障が生じる。この解決案として本実施形態ではエア溜り除去機構２５を設けてある。例えば、図４に示すように、チャンバー機構２の上部に空気孔２６を設け、この空気孔２６よりエアを外部に除去する手段が設けてある。なお、エアを空気孔２６の方向へ誘導するために、超音波探触子５の近傍に水噴射ノズル（図示せず）等を設け、注排水機構４から空気孔２６に水中のエアが誘導される構成とすることが望ましい。

以上の実施形態においては、原子炉点検時に原子炉圧力容器１００内に設置されているシュラウドサポートシリンダ１０４およびその近傍の構造部に存在するＨ８溶接部１０８およびＨ９溶接部１０９を気中雰囲気のもとで超音波探傷することができる。この場合の手順としては、下記の工程を行う。

すなわち、シュラウドサポートシリンダ１０４およびその近傍の構造部であるＨ８溶接部１０８およびＨ９溶接部１０９にチャンバー機構２、伝播媒体充填機構注排水機構４、超音波探触子５、超音波探傷器６およびチャンバー支持機構としての台車７を搬入して設置する機器設置工程を行う。次に、チャンバー機構２を被探傷部位の表面に接触させて閉じた空間を形成し、このチャンバー機構２の内部に超音波伝播媒体である水３を充満させる探傷準備工程を行う。そして、チャンバー機構２をチャンバー支持機構である台車７により被探傷部位であるＨ８溶接部１０８およびＨ９溶接部１０９に沿って移動させ、気中において超音波探触子５による超音波探傷を行う。具体的には下記の（１）〜（４）の工程を実施する。

（１）探傷部位に到達後、チャンバー押し付け機構であるバネ機構９により、チャンバー機構２を対象部位に押し付ける。

（２）その後、注排水機構４を用いて、チャンバー機構２の内部に水３を充填する。このとき、チャンバー機構２と対象構造物との間隙には水密保持機構１７があるため、チャンバー機構２の内部は常時、水３で充填させることが可能である。

（３）水３をチャンバー機構２の内部に充填後、スキャナ制御盤１４により探触子５を駆動させて、探傷を行う。この際、スキャナ８は、スキャナ制御盤１４により駆動方向や駆動速度等を制御することが可能である。

（４）探傷が終了後、注排水機構４を用いて、チャンバー内部の水３を排水する。排水後、装置を次の対象部位まで移動させ、次の対象部位に到達後、上記の手順を繰り返すことで探傷を行う。

以上の本実施形態によれば、超音波探傷器６、スキャナ制御盤１４、注排水機構４を作業架台１０の作業フロア１１に置くことが可能になり、作業員が装置の監視等を行いながら、超音波探傷器６に映し出される探傷画像やスキャナ８の制御を行うことが可能になる。

［第２実施形態（図４）］
本実施形態では、Ｈ１０溶接部１１０やＨ１１溶接部１１１を探傷する場合に好適な超音波探傷装置について説明する。図４にはＨ１０溶接部１１０を点検する構成の要部を拡大して示している。

図４に示すように、本実施形態の構成は基本的に第１実施形態とほぼ同様であるが、装置の向きおよび設置位置が第１実施形態と異なっている。すなわち、本実施形態では超音波探傷装置１が被探傷部位であるＨ１０溶接部１１０の上側表面に接して閉じた空間を形成するチャンバー機構２を備えている。このチャンバー機構２はシュラウドサポートシリンダ１０２に吊下機構３１を装着し、この吊下機構３１にばね機構９を介してチャンバー機構２を吊下げた構成となっている。その他の構成は向きが異なるだけで構成は第１実施形態と略同様であるから、図４に第１実施形態と同様の符号を付して説明を省略する。

本実施形態によれば、斜め下方に下向く傾斜状態に向きを設定して、Ｈ１０溶接部１１０やＨ１１溶接部１１１を探傷することができる。

［第３実施形態（図５，６，７）］
図５は本実施形態の全体構成および炉内配置構成を示す全体図である。図６は図５に示した作業架台１０を示す拡大図であり、図７は図５に示したレール部分を示す拡大図である。

図５に示すように、本実施形態が前記実施形態と異なる点は、チャンバー支持機構が原子炉圧力容器１００内に設置された作業架台上で走行する台車ではなく、シュラウドサポートシリンダ１０４もしくはその近傍の構造部にレール吊下機構４１により吊下げられたレール４２を適用した構成にある。すなわち、本実施形態では、シュラウドサポートシリンダ１０４の近傍の構造部であるシュラウドサポートプレート１０５に設けられたレール４２に沿って移動する軌道車両構造が適用されている。他の構成については前記実施形態と略同様である。

図６には、作業架台の構成が示されている。この図６に示すように、作業架台１０はシュラウドサポートプレート１０５の下方位置に作業フロア１１を有するとともに、作業フロア１１の側方および上方に伸びた支持部１２，１３を有し、これらの支持部１２，１３が炉壁１０１およびシュラウドサポートプレート１０５に固定支持されている。

図７にはレール４２の構成が拡大して示してある。レール４２はシュラウドサポートプレート１０５のジェットポンプデフューザ孔１０６に支持され、Ｈ８溶接部１０８に沿って図５に示したチャンバー機構２を移動させることができる。すなわち、図５に示したように、原子炉圧力容器１００の円周方向に設置される。

本実施形態によれば、探傷する範囲が広大の場合には、レール４２を設置することにより、探傷時間を短縮することが可能である。本実施形態の超音波探傷装置１は、レール４２を通すための取り合い部（図示せず）を超音波探傷ヘッドであるチャンバ機構２に別途設置することにより、レール４２を通して原子炉圧力容器１００の円周方向に超音波探触子５を容易に駆動させることが可能になる。レール４２による駆動は、電動または手動の方法が考えられる。本実施形態により、超音波探傷作業を迅速に行うことが可能になる。

なお、本実施形態による超音波探傷装置１を用いる際には、ジェットポンプデフューザ孔１０６およびアクセスホールカバー孔（図示せず）を閉止蓋等で閉止する。本閉止蓋を設置することにより、ジェットポンプデフューザ孔１０６およびアクセスホールカバー孔近傍でも、チャンバー機構２の内部を水密に保つことが可能になる。なお、ジェットポンプデフューザ孔１０６を閉止する際には、レール４２の取り合い部と干渉しないように配慮した閉止蓋にする必要がある。検査時には、事前に、レール４２、作業架台１０またはジェットポンプデフューザ（図示せず）やアクセスホールカバーへの閉止蓋の設置を行い、第１実施形態と同様の操作を行う。

本架台を用いることにより、超音波探傷器６、スキャナ制御盤１４、注排水機構４を架台に置くことが可能になり、作業員が装置の監視等を行いながら、探傷器に映し出される探傷画像やスキャナの制御を行うことが可能になる。

［第４実施形態（図８）］
図８は本発明の第４実施形態を示している。本実施形態においては、台車等により移動することを前提としているが、代替法案として超音波探傷ヘッドに自走機構を具備する方策も考えられる。超音波探傷ヘッドを２本のアーム５０，５１と駆動機構５３により、原子炉圧力容器１００の円周方向に駆動させる手段である。アーム５１の先端には図示しないモータ等により駆動する駆動車輪５２が具備されている。駆動機構５３の内部には駆動車輪の動源となるモータやアーム５０，５１を伸縮させるための図示しないシリンダ機構等が具備されている。なお、本装置を用いる場合には図示省略の探傷器、装置の制御盤、注排水機構等については、炉底部またはオペレーションフロアに設置する。

本実施形態により、作業員等により装置を駆動させることなく、超音波探傷を行うことが可能になる。

本発明の第１実施形態による超音波探傷装置を示す概略構成図。図１の要部を拡大して示す説明図。図２をさらに拡大して示す拡大断面図。本発明の第２実施形態による超音波探傷装置を示す概略構成図。本発明の第３実施形態による超音波探傷装置を示す概略構成図。図５に示した架台を拡大して示す説明図。図５に示したレールを拡大して示す説明図。本発明の第４実施形態による超音波探傷装置を示す構成図。ＡＢＷＲの原子炉圧力容器内構成を示す横断面図。

符号の説明

１‥チャンバー機構、２‥チャンバー機構、３‥水、４‥注排水機構、５‥超音探触子、６‥超音波探傷器、７‥台車、８‥スキャナ、９‥ばね機構、１０‥作業架台、１１‥作業フロア、１２‥支持部、１３‥支持部、１４‥スキャナ制御盤、１２‥筐体、１６‥開口部、１７‥水密保持機構、１６‥開口部、１８‥注水用チューブ、１９‥連結具、２０‥ガイド部材、２１‥移動コマ、２２‥金属ばね、２３‥コード、２４‥コード、２５‥コード、２５‥エア溜り除去機構、２６‥空気孔、１００‥原子炉圧力容器、１０２‥炉壁、１０２‥炉心シュラウド、１０３‥シュラウドサポートレグ、１０４‥シュラウドサポートシリンダ、１０５‥シュラウドサポートプレート。

Claims

原子炉内に設置されているシュラウドサポートシリンダおよびその近傍の構造部のコー
ナー部近傍に存在する溶接部を気中雰囲気のもとで超音波探傷する超音波探傷装置であっ
て、被探傷部位の表面に接して閉じた空間を形成するチャンバー機構と、このチャンバー
機構内の空間に超音波伝播媒体を充填する伝播媒体充填機構と、前記チャンバー機構の内
部に設けられた円弧状のガイド部材に沿って移動可能に設けられたフェーズドアレイ超音
波探触子と、この探触子を前記チャンバー機構内で移動させて超音波探傷を行う超音波探
傷器と、前記チャンバー機構を支持して探傷方向に移動させるチャンバー支持機構とを備
えたことを特徴とする超音波探傷装置。
原子炉内に設置されているシュラウドサポートシリンダおよびその近傍の構造部に存在
する溶接部を気中雰囲気のもとで超音波探傷する超音波探傷装置であって、被探傷部位の
表面に接して閉じた空間を形成するチャンバー機構と、このチャンバー機構内の空間に超
音波伝播媒体を充填する伝播媒体充填機構と、前記チャンバー機構の内部に設けられ、被
探傷部位の存在する探傷面に略並行なガイド部材に沿って移動可能に設けられたフェーズ
ドアレイ超音波探触子と、この探触子を前記チャンバー機構内で移動させて超音波探傷を
行う超音波探傷器と、前記チャンバー機構を支持して探傷方向に移動させるチャンバー支
持機構とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
前記チャンバー支持機構は、原子炉内に設置された作業架台上で走行する台車、前記シ
ュラウドサポートシリンダもしくはその近傍の構造部に設けられたレールに支持されて移
動する軌道車両、または前記シュラウドサポートもしくはその近傍の構造部表面に沿って
移動する無軌道車両である請求項１または２記載の超音波探傷装置。
前記チャンバー機構は前記シュラウドサポートシリンダおよびその近傍の構造部に存在
する溶接部に対応して、前記被探傷部位に接する開口面が上向き、下向き、横向きもしく
は傾斜状態に向きを設定されている請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の超音
波探傷装置。
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の超音波探傷装置を使用して、原子炉点
検時に原子炉内に設置されているシュラウドサポートシリンダおよびその近傍の構造部に
存在する溶接部を気中雰囲気のもとで超音波探傷する超音波探傷方法であって、前記シュ
ラウドサポートシリンダおよびその近傍の構造部にチャンバー機構、伝播媒体充填機構、
フェーズドアレイ超音波探触子、超音波探傷器およびチャンバー支持機構を搬入して設置
する機器設置工程と、前記チャンバー機構を被探傷部位の表面に接触させて閉じた空間を
形成し、このチャンバー機構の内部に超音波伝播媒体を充満させる探傷準備工程と、前記
チャンバー機構を前記チャンバー支持機構により被探傷部位に沿って移動させ気中におい
て前記フェーズドアレイ超音波探触子による超音波探傷を行う探傷工程とを備えることを
特徴とする超音波探傷方法。