JP5706772B2

JP5706772B2 - 非破壊検査方法

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Publication number: JP5706772B2
Application number: JP2011149149A
Authority: JP
Inventors: ちひろ松岡; 弘文大内; 河野　尚幸; 尚幸河野; 健一大谷
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: JP2013015445A

Description

本発明は、非破壊検査方法に係り、特に、原子炉圧力容器の炉底部複雑形状部の検査に適当な非破壊検査方法に関する。

近年、原子炉内構造物の検査の必要性が高まっている。特に溶接部の検査に対しては、これまでに表面検査には目視検査（ＶＴ）や渦電流探傷検査（ＥＣＴ）、体積検査には超音波探傷検査（ＵＴ）といった検査方法が適用されている（例えば、特許文献１参照）。中でも原子炉圧力容器の底に位置する炉底部においてひびが発見された場合、各種構造物の間隔が狭く、検査対象付近が狭隘であるため、マニピュレータを適用した遠隔操作により発見されたひびの形状測定を行っている。

発見されたひびについては、非破壊検査方法により、長さや深さ等の評価結果を基に必要な処置を行う。そのため、より正確なひびの評価を行うことはその後の方針を決める上で重要な判断基準となり、評価結果が詳細であればあるほど、最適な処置の判断を行うことが可能となり、結果的には全体工程短縮へと繋がる。

特開平６−１０２２５８号公報

しかしながら、一般的に沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）の炉底部は、約２００本の、ＣＲＤハウジングやＩＣＭハウジングといった燃料や制御棒等が通過するための案内管が林立した構造である。そのため、炉底部の溶接部は３次元的に変化する複雑な溶接形状をしている。このような表面形状の検査表面に対して遠隔でセンサを走査することは難しく、単一の方法のみではひびの詳細な評価を行うのが困難である。

さらに、炉底部のような複雑な形状の溶接部では、設計寸法と実際の製造記録との間の差がある場合があり、実際の評価したひびの寸法にもその誤差が影響することが懸念される。

本発明の目的は、より詳細なひびの評価ができ、検査の信頼性を向上できる非破壊検査方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、複雑な形状をした構造物の表面で発見されたひびに対して、表面形状測定装置を用いて、ひび周辺の表面形状の３次元測定データを測定し、測定された３次元測定データを用いて、渦電流探傷検査装置並びに炉内及び炉外の超音波探傷検査装置を用いて、ひびの寸法を測定する非破壊検査方法であって、前記渦電流探傷検査装置は、渦電流センサを用いてひびの長さを測定し、前記炉内の超音波探傷検査装置は、超音波探傷センサを用いてひびの深さ寸法を測定し、前記炉外の超音波探傷検査装置は、超音波探傷センサを用いてひびの最深部の位置を測定するようにしたものである。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記渦電流探傷検査装置並びに前記炉内及び炉外の超音波探傷検査装置を用いてひびの寸法を測定した結果を、前記３次元測定データ上で組み合せて、ひびの寸法評価を行うようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、補修装置は、非破壊検査で用いた表面形状の３次元測定データを用いて、ひびの補修をするようにしたものである。

本発明によれば、より詳細なひびの評価ができ、検査の信頼性を向上できる。

本発明の一実施形態による非破壊検査方法により検査する原子炉圧力容器の構造を示す断面図である。本発明の一実施形態による非破壊検査方法により検査する原子炉圧力容器の構造を示す拡大断面図である。本発明の一実施形態による非破壊検査方法を実施するための検査装置を構成を示すブロック図である。比較例としての従来の非破壊検査方法の内容を示すフローチャートである。本発明の一実施形態による非破壊検査方法の内容を示すフローチャートである。

以下、図１〜図５を用いて、本発明の一実施形態による非破壊検査方法の内容について説明する。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による非破壊検査方法により検査する原子炉圧力容器の構造について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による非破壊検査方法により検査する原子炉圧力容器の構造を示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態による非破壊検査方法により検査する原子炉圧力容器の構造を示す拡大断面図である。

本実施形態検査対象は、原子炉圧力容器１の底部の、破線２で囲まれた炉底部と呼ばれる位置に設置された構造物であり、ＣＲＤスタブチューブ等の貫通溶接部３、シュラウドサポートの溶接部４の箇所である。

一般的に炉底部２に対して原子炉圧力容器１の内部からアクセスして行う検査を炉内検査、外部からアクセスして行う検査を炉外検査と称する。炉内検査では、主として、目視検査（ＶＴ）、渦電流探傷検査（ＥＣＴ）、超音波探傷検査（ＵＴ）といった検査方法が適用される。炉外検査では、超音波探傷検査（ＵＴ）が適用される。

次に、図２を用いて、それぞれの検査方法の一般的な目的について説明する。

図２は、炉底部の原子炉圧力容器とＣＲＤスタブチューブの貫通溶接部の拡大断面を示しており、斜線で示す範囲がひびのモデルである。

渦電流探傷検査（ＥＣＴ）は表面検査であり、ひびの長さ寸法（ａ）を求めるために用いる。超音波探傷検査（ＵＴ）は体積検査であり、炉内超音波探傷検査（ＵＴ）ではひびの深さ寸法（ｂ）を求め、炉外超音波探傷検査（ＵＴ）ではひびの最深部の位置（ｃ）を求める。

次に、図３〜図５を用いて、本実施形態による非破壊検査方法の内容について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による非破壊検査方法を実施するための検査装置を構成を示すブロック図である。図４は、比較例としての従来の非破壊検査方法の内容を示すフローチャートである。図５は、本発明の一実施形態による非破壊検査方法の内容を示すフローチャートである。

図３に示すように、本実施形態による検査装置は、表面形状測定装置１０と、渦電流探傷検査（ＥＣＴ）装置２０と、超音波探傷検査（ＵＴ）装置３０と、補修装置４０とを備えている。

表面形状測定装置１０は、ひびの見つかった炉底部の表面形状を測定する装置である。炉底部といった複雑な形状部の表面は、３次元的に変化する複雑な形状である。そこで、表面形状測定装置１０は、表面形状の３Ｄモデル化を行い、その表面形状の詳細な位置情報（３次元表面形状データ）を求める。

渦電流探傷検査（ＥＣＴ）装置２０は、表面形状測定装置１０により求められた３Ｄモデル化した表面形状データを用いて、ひびの表面検査を行い、ひびの長さを測定する。渦電流探傷検査（ＥＣＴ）装置２０は、事前に得た表面形状データを用いて、渦電流センサのアクセス方向（押付方向）や走査ルートを求めることで、複雑な形状をした当該部に対してセンサの密着性を一定に保った検査の実施が可能となる。

超音波探傷検査（ＵＴ）装置３０は、表面形状測定装置１０により求められた３Ｄモデル化した表面形状データを用いて、ひびの体積検査を行い、ひびの深さを測定する。炉内検査の場合、水ギャップ法では超音波の信号をセンサにて送受信するため、検査面に対してセンサが正対するような角度を保った状態に設置し、走査する必要がある。ここで、超音波探傷検査（ＵＴ）装置３０は、事前に得た表面形状データを用いて、検査面に対して一定の角度を保持した超音波センサの位置や向きを求め、求めた条件に合った状態にセンサを設置することで、正確かつ効率よく炉内超音波探傷検査を行える。

補修装置４０は、表面形状測定装置１０により求められた３Ｄモデル化した表面形状データを用いて、ひびの補修（切削加工や溶接）を行う。

次に、図４を用いて、従来の、ひび発見後の作業内容を説明する。

炉底部では通常人がアクセスすることができないため、ステップＳ１０において、ひびの検出には遠隔カメラを用いた目視検査（ＶＴ）によってひびの大まかな位置が判明する。

次に、ステップＳ２０において、検査方法の選定をし、目的に応じた方法を選定する。そして、ステップＳ３０において、選定した方法により非破壊検査（ＥＣＴやＵＴ）を実施する。

検査によりひびの長さ（幅）や深さといったひびの形状が判明されれば、ステップＳ４０において、ひびの健全性評価および進展評価を行う。

その結果から、ステップＳ５０において、補修有無の判定を行い、補修が必要となれば、ステップＳ６０において、補修を実施する。また、健全性に問題がなく、補修が必要ないと判断されれば、ステップＳ７０において、継続監視を行う。

炉底部で見つかったひびの補修が必要となる専用の装置の準備やその影響評価など多くの時間が必要となり、その後の工程に非常に大きなインパクトを与えることとなる。そのため、ひびの健全性評価および進展評価はその後の工程である補修の有無を決める上で非常に重要であり、その判断材料となる非破壊検査も重要な工程の一つである。

それに対して、本実施形態では、図５に示すようなひび検出後の非破壊検査の作業フローを複数の非破壊検査方法を組み合わせた作業フローとしている。また、本実施形態では、非破壊検査前に実施した表面形状の測定結果をその後の複数の非破壊検査方法に適用することで、効率的に各方法を実施する。

まず、ステップＳ１００において、検査者は、遠隔カメラを用いた目視検査（ＶＴ）によって、ひびを検出し、これにより、ひびの大まかな位置が判明する。

次に、ステップＳ１１０において、表面形状測定装置１１０は、炉底部のひびの表面形状を測定する。表面形状測定装置としては、例えば、レーザ計測により外面形状を計測するものが用いられる。レーザ計測による外面形状の計測は、例えば、特開平６−１０２２５８号公報に記載されている。また、別の方法として、レプリカ法により、固形化する液体を当該部に密着させて型をとる。表面形状測定装置は、とられた型から表面形状を計測する。レプリカ法は、例えば、特開平７−３２５１８４号公報に記載されている。炉底部といった複雑な形状部の表面は３次元的に変化する複雑な形状であるため、表面形状測定装置１１０は、ステップＳ１２０において、表面形状の３Ｄモデル化を行うことで、その表面形状の詳細な位置情報を求める。

次に、この３Ｄモデル化した表面形状データを用いて３つの非破壊検査の方法を行う。まずは、ステップＳ１３０において、渦電流探傷検査（ＥＣＴ）装置２０は、ひびの表面検査を行い、ひびの長さを測定する。渦電流探傷検査（ＥＣＴ）装置２０は、見つかったひびの表面に密着するように渦電流探傷検査（ＥＣＴ）センサを走査し、ひびの端部の信号を検出することでひびの長さを測定する。そのため、センサの密着性を一定に保つことが、ひびからの信号を安定的に得るために、非常に重要である。渦電流探傷検査（ＥＣＴ）装置２０は、ステップＳ１１０やＳ１２０で求められた表面形状データを用いて、渦電流センサのアクセス方向（押付方向）や走査ルートを求めることで、複雑な形状をした当該部に対してセンサの密着性を一定に保った検査の実施が可能となる。検出されたひびは、その寸法がわかるので、３次元の表面形状に重ねて表示される。

次に、ステップＳ１４０において、超音波探傷検査（ＵＴ）装置３０は、ひびの体積検査を行い、ひびの深さを測定する。超音波探傷検査（ＵＴ）は、炉内側からアクセスする炉内超音波探傷検査（ＵＴ）と、炉外からアクセスする炉外超音波探傷検査（ＵＴ）がある。炉内超音波探傷検査（ＵＴ）には、水ギャップ法と直接接触法の２つの方法が一般的に用いられている。水ギャップ法では、超音波の信号を超音波センサにて送受信するため、検査面に対してセンサが検査面に対して一定の角度を保持するような角度に設置し、走査する必要がある。炉底部のような複雑に変化する表面形状に対しては、センサが検査面に対して一定の角度を保持する向きや検査面からの距離を実際に超音波を送信して調整する。超音波探傷検査（ＵＴ）装置３０は、ステップＳ１１０やＳ１２０で求められた表面形状データを用いて、検査面に対して一定の角度を保持する超音波センサの位置や向きを求め、求めた条件に合った状態にセンサを設置することで、正確かつ効率よく炉内超音波探傷検査（ＵＴ）を行うことが可能となる。検出されたひびは、その寸法がわかるので、３次元の表面形状に重ねて表示される。

また、炉内超音波探傷検査（ＵＴ）のもう一つの方法である直接接触法では、渦電流探傷検査（ＥＣＴ）同様に検査面にセンサを密着させ、被検査部の内部のひびからの超音波の信号を送受信する必要がある。直接接触法では超音波の送信角度を調整するためのシューをセンサの先に取り付け、シューを検査面と密着させて走査する必要がある。そのため、シューは検査面に表面形状に倣った形状であることが理想である。ここで、ステップＳ１１０やＳ１２０で求められた表面形状データを用いて、実際の表面形状と同じ形状のシューの製作が可能となるため、良好な密着状態での超音波探傷検査（ＵＴ）が可能となる。

このように、炉底部のような複雑な形状の検査部に対して複数の方法を用いた検査を行った場合においても事前に検査面の表面形状を測定することで、正確な走査条件下で効率よく作業を行うことが可能となる。なお、渦電流探傷検査（ＥＣＴ）や超音波探傷検査（ＵＴ）以外の検査方法としては、浸透探傷検査（ＰＴ）を用いることもできる。

さらに、ステップＳ１５０において、非破壊検査の結果を用いて、ひびの健全性評価および進展評価を行う。この評価は、渦電流探傷検査（ＥＣＴ）、炉内超音波探傷検査（ＵＴ）、炉外超音波探傷検査（ＵＴ）で検査したひびの寸法測定結果を、３次元測定データ上ですべて組み合わせた総合的な評価である。

従来は、渦電流探傷検査（ＥＣＴ）ではひびの長さ、超音波探傷検査（ＵＴ）ではひびの深さの測定結果が求められるが、これらの結果を組み合わせたひびのモデル化やひびの進展評価は実施していない。しかし、本実施形態では、非破壊検査実施前に表面形状を測定し、その共通のデータをそれぞれの方法に適用することで、結果的に座標系の共通化を図ることができる。その結果、ひびの形状をより詳細に求めることができ、実際のひびの形状に基づいた進展評価を行うことができる。また、その後の工程で補修が必要と判断された場合でも、ひびの詳細な形状に基づいた補修範囲を選定することができ、作業内容の短縮に繋がる。

次に、ステップＳ１６０において、補修有無の判定を行い、補修が必要となれば、ステップＳ１７０において、補修装置４０が、補修を実施する。補修装置４０は、補修を行う際には、補修前と補修後の表面状態を比較し、その変化量を管理して施工する場合がある。ここで、本実施形態では、事前に測定した表面形状データを用いることで、補修前の形状測定を省くことができ、補修の工程短縮にも有効である。補修装置４０は、切削ツールと、溶接ツールとを備えている。両ツールの組み合わせで、ひびの補修を行う。ひびの寸法が小さい場合には、切削ツールでひびの部分を切削するのみで補修できる場合がある。また、ひびの寸法が小さい場合には、溶接ツールでひびの部分の上に溶接を肉盛りすることで補修できる場合がある。ひびの寸法が大きい場合には、切削ツールでひびの部分を切削した後、溶接ツールで肉盛りすることで補修する。

以上説明したように、本実施形態によれば、複雑な３次元形状部で発見されたひびの非破壊検査において、複数の方法を適用した非破壊検査を実施し、各方法による評価結果を組み合わせたひびの形状評価が可能となることで、より詳細なひびの進展評価ができ、検査の信頼性向上へ繋がる。

さらに、詳細なひびの評価結果をもとに最適な処置方針を判断することで、その後の工程を短縮できる。

１…原子炉圧力容器
２…原子炉圧力容器底部（炉底部）
３…ＣＲＤスタブチューブ等の貫通溶接部
４…シュラウドサポート
１０…表面形状測定装置
２０…渦電流探傷検査（ＥＣＴ）装置
３０…超音波探傷検査（ＵＴ）装置
４０…補修装置

Claims

複雑な形状をした構造物の表面で発見されたひびに対して、表面形状測定装置を用いて、ひび周辺の表面形状の３次元測定データを測定し、
測定された３次元測定データを用いて、渦電流探傷検査装置並びに炉内及び炉外の超音波探傷検査装置を用いて、ひびの寸法を測定する非破壊検査方法であって、
前記渦電流探傷検査装置は、渦電流センサを用いてひびの長さを測定し、
前記炉内の超音波探傷検査装置は、超音波探傷センサを用いてひびの深さ寸法を測定し、
前記炉外の超音波探傷検査装置は、超音波探傷センサを用いてひびの最深部の位置を測定することを特徴とする非破壊検査方法。
請求項１記載の非破壊検査方法において、
前記渦電流探傷検査装置並びに前記炉内及び炉外の超音波探傷検査装置を用いてひびの寸法を測定した結果を、前記３次元測定データ上で組み合せて、ひびの寸法評価を行うことを特徴とする非破壊検査方法。
請求項１記載の非破壊検査方法において、さらに、
補修装置は、非破壊検査で用いた表面形状の３次元測定データを用いて、ひびの補修をすることを特徴とする非破壊検査方法。