JP6826949B2 - Ultrasonography system - Google Patents
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Description
本発明は、円錐又は円錐台の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部を検査対象とし、溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出する超音波検査システムに関する。 The present invention targets a cylindrical weld having a weld interface that is inclined with respect to the thickness direction perpendicular to the surface of the subject, which has a side shape of a cone or a truncated cone, and the inside formed along the weld interface. It relates to an ultrasonic inspection system for detecting defects.
発電プラントにおける構成機器の保全は正常な運転を維持するために必要であり、非破壊検査技術の果たす役割は重要性が高い。特に原子力プラントでは、原子炉圧力容器(RPV)や再循環系配管などの原子炉一次系機器の健全性確保が重要であり、欠陥が生じやすい溶接部に対し、体積検査として超音波探傷試験(UT)が実施され、欠陥の検出や大きさの評価を行っている。 Maintenance of component equipment in a power plant is necessary to maintain normal operation, and the role played by non-destructive inspection technology is very important. Especially in nuclear power plants, it is important to ensure the soundness of primary reactor equipment such as reactor pressure vessels (RPV) and recirculation piping, and ultrasonic flaw detection tests (ultrasonic flaw detection tests) are used as volume inspections for welds where defects are likely to occur. UT) is carried out to detect defects and evaluate their size.
検査対象の一例として、原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部がある。原子炉圧力容器の下鏡部は、図1及び図2で示すように、球冠状のドーム部11と、円錐帯状(言い換えれば、円錐台の側面形状)の下鏡ペタル部12を有し、それらが円筒形状の溶接部13で接合されている。ドーム部11には、複数の制御棒駆動機構ハウジング(CRDハウジング)14が形成され、下鏡ペタル部12には、複数のインターナルポンプケーシング(RIPケーシング)15が形成されている。
One example of the inspection target is the welded part of the lower mirror part of the reactor pressure vessel. As shown in FIGS. 1 and 2, the lower mirror portion of the reactor pressure vessel has a spherical crown-
一般的に、供用前検査や供用期間中検査においては、下鏡部の内面側に開口した欠陥(き裂)を検出するため、一探触子法による超音波検査を実施する(例えば特許文献1参照)。具体的には、例えば図3で示すように、RIPケーシング15及びその周辺のR部15aからなる干渉部を回避するように、下鏡ペタル部12の外面側(図3中下側)に送受信用斜角探触子20を配置し、送受信用斜角探触子20から欠陥16(き裂)の開口近傍に向けて超音波を送信する。そして、欠陥16と下鏡ペタル部12の内面からなるコーナーで反射した超音波(コーナーエコー)を送受信用斜角探触子20で受信する。これにより、下鏡部の内面側(図3中上側)に開口した欠陥16を検出する。
Generally, in pre-service inspection and in-service inspection, ultrasonic inspection by a single probe method is performed in order to detect defects (cracks) opened on the inner surface side of the speculum (for example, Patent Documents). 1). Specifically, for example, as shown in FIG. 3, transmission / reception is performed to the outer surface side (lower side in FIG. 3) of the
一方、製造最終段階の検査などで、溶接部13の溶接境界面に沿って生じる面状の内部欠陥(詳細には、溶接部13に内在する割れや溶け込み不良など)を検出するため、下鏡部の深さ方向全体にわたって溶接部13を検査することが必要な場合がある。
On the other hand, in order to detect planar internal defects (specifically, cracks and poor penetration inherent in the welded portion 13) that occur along the weld boundary surface of the
ここで、図4で示す鉛直断面において、下鏡ペタル部12の表面に垂直な厚さ方向に対して溶接部13の外周側(図4中右側)の溶接境界面13aが傾斜していることから、溶接境界面13aに対して法線方向に(すなわち、溶接境界面13aに沿って生じた内部欠陥17に対して垂直方向に)超音波が入射するように、送受信用斜角探触子20の送受信屈折角を設定することが可能である。これにより、送受信用斜角探触子20から内部欠陥17へ超音波を送信するとともに、内部欠陥17で反射した超音波を送受信用斜角探触子20で受信することが可能である。また、内部欠陥17で反射した超音波の振幅、すなわち、送受信用斜角探触子20で受信する超音波の振幅を高め、内部欠陥17を高感度に検出することが可能である。
Here, in the vertical cross section shown in FIG. 4, the
しかしながら、溶接境界面13aの走査点(すなわち、内部欠陥17を検出する点)が下鏡部の内面に近づくほど、溶接境界面13aから送受信用斜角探触子20を遠ざけなければならず(図4中二点鎖線で示す仮想配置を参照)、送受信用斜角探触子20とRIPケーシング15等の干渉部が干渉する。そのため、送受信用斜角探触子20を用いる一探触子法では、例えば図4で示す深さ範囲Uにおける内部欠陥17を検出することが困難となる。
However, the closer the scanning point of the
本発明の目的は、斜角探触子と被検体の干渉部との干渉を回避しつつ、内部欠陥を高感度に検出することができる超音波検査システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection system capable of detecting internal defects with high sensitivity while avoiding interference between an oblique angle probe and an interfering portion of a subject.
上記目的を達成するために、本発明は、円錐又は円錐台の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部を検査対象とし、前記被検体の表面上に配置された送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を用い、前記溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出する超音波検査システムであって、前記被検体の深さ方向に移動させる前記溶接境界面の走査点に対応して、前記溶接境界面の走査点及びその走査点上の前記溶接境界面の法線ベクトルを含む仮想平面と前記被検体の表面とが交差する交差線上に前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点が位置するように、かつ、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子と前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を配置する探触子移動装置を備え、前記探触子移動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、その周方向の移動位置での前記被検体の表面の一母線方向に対する、前記被検体の表面の法線軸まわりの前記送信用斜角探触子の首振り角を固定しつつ、前記一母線方向に沿って前記送信用斜角探触子を移動させる第1の駆動装置と、前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、その周方向の移動位置での前記被検体の表面の他の母線方向に対する、前記被検体の表面の法線軸まわりの前記受信用斜角探触子の首振り角を固定しつつ、前記他の母線方向に沿って前記受信用斜角探触子を移動させる第2の駆動装置とを有し、前記送信用斜角探触子は、前記仮想平面内の送信経路にて超音波を送信するように、かつ、前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、送信屈折角及び前記首振り角が設定され、前記受信用斜角探触子は、前記仮想平面内の受信経路にて超音波を受信するように、かつ、前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、受信屈折角及び前記首振り角が設定される。 In order to achieve the above object, the present invention targets a cylindrical welded portion having a weld interface inclined in a thickness direction perpendicular to the surface of a subject having a side shape of a cone or a cone base. An ultrasonic inspection system that detects internal defects that occur along the welding interface by using a transmission oblique angle probe and a receiving oblique angle probe arranged on the surface of the subject. Corresponding to the scanning point of the welding interface to be moved in the depth direction of the subject, the virtual plane including the scanning point of the welding interface and the normal vector of the welding interface on the scanning point and the subject. The transmitting point of the transmitting oblique angle probe and the receiving point of the receiving oblique angle probe are located on the intersection line intersecting with the surface of the above, and the transmitting oblique angle probe and the said. A probe moving device for arranging the transmitting oblique probe and the receiving oblique probe so as to avoid interference between the receiving oblique probe and the interfering portion of the subject is provided. The probe moving device is movable along the circumferential direction of the welded portion, and is around the normal axis of the surface of the subject with respect to the bus direction of the surface of the subject at the moving position in the circumferential direction. In the circumferential direction of the welded portion with the first drive device that moves the transmission oblique angle probe along the one bus direction while fixing the swing angle of the transmitting oblique angle probe. The swing angle of the receiving oblique angle probe around the normal axis of the surface of the subject is fixed with respect to the other bus direction of the surface of the subject at the movement position in the circumferential direction. While having a second drive device for moving the receiving oblique probe along the other bus direction, the transmitting oblique probe is in the transmission path in the virtual plane. The transmission refraction angle and the swing angle are set so as to transmit ultrasonic waves and avoid interference with the interference portion of the subject, and the receiving oblique angle probe is the virtual one. The reception refraction angle and the swing angle are set so as to receive ultrasonic waves through a reception path in a plane and to avoid interference with the interference portion of the subject.
本発明によれば、斜角探触子と被検体の干渉部との干渉を回避しつつ、内部欠陥を高感度に検出することができる。 According to the present invention, internal defects can be detected with high sensitivity while avoiding interference between the oblique angle probe and the interference portion of the subject.
本発明の検査対象として、上述した原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部13を例にとり、溶接部13の外周側の溶接境界面13aに沿って生じる面状の内部欠陥17を検出する超音波検査方法について説明する。なお、図1〜図4を用いて説明した部分と同一の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
As an inspection target of the present invention, taking the
送受信用斜角探触子20を用いる一探触子法では、例えば図4で示す深さ範囲Uにおける内部欠陥17を検出することが困難である。そのため、本発明は、送信用斜角探触子と受信用斜角探触子を用いる二探触子法を実施する。
In the one-probe method using the transmission / reception
図5は、本発明の一実施形態における送信用斜角探触子と受信用斜角探触子の配置を表す下鏡部の下面図であり、図6中矢印V方向から見た図に相当する。図6は、図5中断面VI−VIによる下鏡部の鉛直断面に、送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、並びに超音波の送信経路及び受信経路を水平方向に投影して表す図である。 FIG. 5 is a bottom view of the lower mirror portion showing the arrangement of the transmission oblique angle probe and the receiving oblique angle probe according to the embodiment of the present invention, and is a view seen from the arrow V direction in FIG. Equivalent to. FIG. 6 shows the transmission oblique angle probe, the receiving oblique angle probe, and the ultrasonic transmission path and reception path projected horizontally on the vertical cross section of the lower mirror portion according to the middle cross section VI-VI of FIG. It is a figure which shows.
送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22は、下鏡ペタル部12の外面(表面)12a上に、RIPケーシング15及びその周辺のR部15aからなる干渉部を回避するように、干渉部を挟んでハの字状に配置する。詳しく説明すると、溶接境界面13aの走査点Dを下鏡部の深さ方向に移動させており、この溶接境界面13aの走査点Dに対応して、溶接境界面13aの走査点D及びその走査点D上の溶接境界面13aの法線ベクトルを含む仮想平面C(本実施形態では、水平面。後述の図14参照)と下鏡ペタル部12の外面12aとが交差する交差線E(本実施形態では、円)上に送信用斜角探触子21の送信点P1及び受信用斜角探触子22の受信点P2が位置するように、かつ、送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22を配置する。
The transmission
また、仮想平面C内の送信経路S1にて超音波を送信するように、かつ、送信用斜角探触子21と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1等を設定している(詳細は後述)。また、仮想平面C内の受信経路S2にて超音波を受信するように、かつ、受信用斜角探触子22と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、受信用斜角探触子22の受信屈折角θ2等を設定している(詳細は後述)。
Also, to transmit ultrasound at the transmission path S 1 in the virtual plane C, and, to avoid interference with the interference portion of the
これにより、溶接境界面13aに沿って生じた内部欠陥17に対して垂直な仮想平面C内を超音波が伝播することになり、内部欠陥17で反射した超音波の振幅、すなわち、受信用斜角探触子22で受信する超音波の振幅を高めることができる。したがって、内部欠陥17を高感度に検出することができる。また、斜角探触子21,22と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避することができる。
As a result, the ultrasonic waves propagate in the virtual plane C perpendicular to the
ここで、仮想平面C内の送信経路S1と受信経路S2の間の角度を開き角γとする(図5参照)。また、送信用斜角探触子21の送信点P1における下鏡ペタル部12の外面12aの法線軸まわりで、下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向と送信用斜角探触子21の向きの間の角度を首振り角σ1とする(後述の図14参照)。同様に、受信用斜角探触子22の受信点P2における下鏡ペタル部12の外面12aの法線軸まわりで、下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向と受信用斜角探触子22の向きの間の角度を首振り角σ2とする。
Here, an angle of opening angle γ between the transmit path S 1 and the receiving path S 2 in the virtual plane C (see Fig. 5). Further, the transmission around the normal axis of the
また、送信用斜角探触子21の送信点P1に対応する下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向を仮想平面Cに投影し、この投影した母線方向と送信経路S1の間の角度を見かけの首振り角ρ1とする(後述の図10及び図16参照)。同様に、受信用斜角探触子22の受信点P2に対応する下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向を仮想平面Cに投影し、この投影した母線方向と受信経路S2の間の角度を見かけの首振り角ρ2とする(後述の図10参照)。下鏡ペタル部12の外面12aの傾斜角β等の条件が同じであれば、送信用斜角探触子21の首振り角σ1と見かけの首振り角ρ1は一対一の関係にあり、受信用斜角探触子22の首振り角σ2と見かけの首振り角ρ2は一対一の関係にある。
Further, by projecting the generatrix direction of the
上述した超音波検査方法を実施するための超音波検査システムについて説明する。図7は、本発明の一実施形態における超音波検査システムの構成を表すブロック図である。 An ultrasonic inspection system for carrying out the above-mentioned ultrasonic inspection method will be described. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of an ultrasonic inspection system according to an embodiment of the present invention.
本実施形態の超音波検査システムは、上述した送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22と、下鏡ペタル部12の外面12aに沿って送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22を移動させる探触子移動装置23と、送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22による超音波の送受信を制御する送受信装置24と、探触子移動装置23及び送受信装置24を制御する制御装置25と、各種の演算処理を実行する計算装置26と、各種のデータを記録する記憶装置27と、各種の情報を画面表示する表示装置28と、各種の条件を入力するとともに、各種の操作を実行するための入力装置29とを備えている。なお、計算装置26はコンピュータや電子部品を搭載した基板等で構成され、記憶装置27はハードディスクやランダムアクセスメモリ(RAM)等で構成されている。また、表示装置28はディスプレイ等で構成され、入力装置29はマウスやキーボード、タッチパネルやボタン等で構成されている。
The ultrasonic inspection system of the present embodiment includes the transmission
制御装置25は、走査点Dの周方向位置及び深さに係わる指令を、探触子移動装置23に出力する。探触子移動装置23は、制御装置25からの指令に応じて、溶接境界面13aの走査点D及びその走査点D上の溶接境界面13aの法線ベクトルを含む仮想平面Cと下鏡ペタル部12の外面12aとが交差する交差線E上に送信用斜角探触子21の送信点P1及び受信用斜角探触子22の受信点P2が位置するように、かつ、送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22を配置するようになっている。
The
送受信装置24は、送信用斜角探触子21で受信した超音波の波形データ等からなる探傷結果を取得する。記憶装置27は、送受信装置24で取得した探傷結果を、溶接境界面13aの走査点Dの周方向位置及び深さと関連付けて記憶する。表示装置28は、送受信装置24で取得した探傷結果又は記憶装置27で記憶した探傷結果を、溶接境界面13aの走査点Dの周方向位置及び深さと関連付けて表示するようになっている。
The transmission /
本実施形態の探触子移動装置23の構造及び作用効果を、比較例と比較しながら説明する。
The structure and action / effect of the
図8は、比較例における探触子移動装置の構造を表す下鏡部の下面図である。図9は、図8中断面IX−IXによる下鏡部の鉛直断面図である。 FIG. 8 is a bottom view of the lower mirror portion showing the structure of the probe moving device in the comparative example. FIG. 9 is a vertical cross-sectional view of the lower mirror portion according to the cross section IX-IX in FIG.
比較例の探触子移動装置50は、溶接境界面13aの走査点Dを下鏡部の深さ方向に移動させる場合に、上述した開き角γ(図5参照)を一定に保つという観点から、送信経路S1に沿って送信用斜角探触子21を移動させ、受信経路S2に沿って受信用斜角探触子22を移動させるように構成されている。
The
具体的に説明すると、探触子移動装置50は、溶接部13の周方向に沿って延在する円環状の軌道レール51と、軌道レール51上を走行可能な移動体52と、移動体52から送信経路S1に沿って延在する固定アーム53Aと、固定アーム53Aに沿って移動可能とし、送信用斜角探触子21を支持する探触子支持装置54Aと、移動体52から受信経路S2に沿って延在する固定アーム53Bと、固定アーム53Bに沿って移動可能とし、受信用斜角探触子22を支持する探触子支持装置54Bとを有している。そして、走査点Dの周方向位置に係わる指令に応じて、軌道レール51の延在方向における移動体52の位置を制御する。また、走査点Dの深さに係わる指令に応じて、固定アーム53Aの延在方向における探触子支持装置54Aの位置(ひいては、送信用斜角探触子21の位置)を制御するとともに、固定アーム53Bの延在方向における探触子支持装置54Bの位置(ひいては、受信用斜角探触子22の位置)を制御するようになっている。
Specifically, the
図9で示すように、走査点Dを鉛直方向に投影した下鏡ペタル部12の外面12a上の起点をFとすれば、固定アーム53Aは、下鏡ペタル部12の外面12aの起点Fにおける接平面Gに対して平行となるように延在する。そして、固定アーム53Aの延在方向における下鏡ペタル部12の外面12aの輪郭が曲線となるから、固定アーム53Aの延在方向における送信用斜角探触子21の位置に応じて、固定アーム53Aと下鏡ペタル部12の外面12aの間隔が変化する。そのため、探触子支持装置54Aは、送信用斜角探触子21を下鏡ペタル部12の外面12aに押付ける押付け機構55が必要となる。また、固定アーム53Aの延在方向における送信用斜角探触子21の位置に応じて、下鏡ペタル部12の外面12aの法線方向が変化する(例えば図9中の法線方向Ha,Hb参照)。すなわち、固定アーム53Aの延在方向に垂直な方向Iと下鏡ペタル部12の外面12aの法線方向との間の角度が変化する(例えば図9中の角度Ja,Jb参照)。そのため、送信用斜角探触子21と下鏡ペタル部12の外面12aとの接触性の観点から、送信用斜角探触子21の姿勢を下鏡ペタル部12の外面12aに追従させるジンバル機構56が必要となる。
As shown in FIG. 9, if the starting point on the
同様の理由から、探触子支持装置54Bは、受信用斜角探触子22を下鏡ペタル部12の外面12aに押付ける押付け機構55や、受信用斜角探触子22の姿勢を下鏡ペタル部12の外面12aに追従させるジンバル機構56が必要となる。したがって、比較例の探触子移動装置50は、複雑化及び大型化する。
For the same reason, the
さらに、ジンバル機構56の存在により、送信用斜角探触子21の姿勢及び受信用斜角探触子22の姿勢が変化するため、送信用斜角探触子21の送信方向及び受信用斜角探触子22の受信方向が変化して、検出感度が低下する可能性がある。そこで、送信用斜角探触子21及び受信用斜角探触子22として、複数の超音波振動子を有するアレイ探触子を採用し、固定アーム53Aの延在方向における送信用斜角探触子21の位置に応じて送信用斜角探触子21の送信屈折角(図9中θ1a,θ1bで示す。但し、θ1a≠θ1b)を可変制御するとともに、固定アーム53Bの延在方向における受信用斜角探触子22の位置に応じて受信用斜角探触子22の受信屈折角を可変制御することが考えられる(公知のフェーズドアレイ法)。しかし、この場合、システム全体(特に、探触子及び送受信装置)が高コスト化及び大型化する。また、アレイ探触子を採用しても、押付け機構55やジンバル機構56の存在により、探触子の位置や姿勢に複雑な影響を与えるため、設計上の留意事項が多い。
Further, due to the presence of the
図10は、本実施形態における探触子移動装置23の構造を表す下鏡部の下面図であり、図11は、図10中断面XI−XIによる下鏡部の鉛直断面図である。これら図10及び図11は、溶接境界面13aの走査点Dが比較的深い場合を示す。図12は、本実施形態における探触子移動装置23の構造を表す下鏡部の下面図であり、図13は、図12中断面XIII−XIIIによる下鏡部の鉛直断面図である。これら図12及び図13は、溶接境界面13aの走査点Dが比較的浅い場合を示す。なお、図11及び図13においては、断面XI−XI又は断面XIII−XIIIに送信経路S1を投影した場合の見かけの送信屈折角θ1’を示す。
FIG. 10 is a bottom view of the lower mirror portion showing the structure of the
本実施形態の探触子移動装置23は、溶接境界面13aの走査点Dを下鏡部の深さ方向に移動させる場合に、送信用斜角探触子21の首振り角σ1及び受信用斜角探触子22の首振り角σ2を一定に保つという観点から、溶接部13の周方向に沿って延在する円環状の軌道レール30と、この軌道レール30に沿って移動する駆動装置31A,31Bを有している。駆動装置31Aは、その周方向の移動位置での下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K1に対する送信用斜角探触子21の首振り角σ1(ひいては、見かけの首振り角ρ1)を固定しつつ、母線方向K1に沿って送信用斜角探触子21を移動させるように構成されている。駆動装置31Bは、その周方向の移動位置での下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K2に対する受信用斜角探触子22の首振り角σ2(ひいては、見かけの首振り角ρ2)を固定しつつ、母線方向K2に沿って受信用斜角探触子22を移動させるように構成されている。
The
具体的に説明すると、駆動装置31Aは、軌道レール30上を走行可能な移動体32Aと、移動体32Aの周方向位置での下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K1にスライド可能なように移動体32Aに設けられたアーム33Aとを有している。アーム33Aは、軌道レール30とは反対側の端部に設けられた首振り角調整機構34Aを有し、この首振り角調整機構34Aを介し送信用斜角探触子21を支持している。駆動装置31Bは、軌道レール30上を走行可能な移動体32Bと、移動体32Bの周方向位置での下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K2にスライド可能なように移動体32Bに設けられたアーム33Bとを有している。アーム33Bは、軌道レール30とは反対側の端部に設けられた首振り角調整機構34Bを有し、この首振り角調整機構34Bを介し受信用斜角探触子22を支持している。首振り角調整機構34A,34Bは、例えば被検体の構造寸法に応じて送信用斜角探触子21の首振り角σ1及び受信用斜角探触子22の首振り角σ2をそれぞれ設定変更するためのものであり、手動調整の回転ステージ等で構成されている。
Specifically, the driving
そして、制御装置25からの走査点Dの周方向位置に係わる指令に応じて、軌道レール30の延在方向における移動体32Aの位置及び移動体32Bの位置を制御する。また、制御装置25からの走査点Dの深さに係わる指令に応じて、移動体32Aの位置と、移動体32Aに対するアーム33Aのスライド位置(ひいては、アーム33Aの延在方向における送信用斜角探触子21の位置)を制御するとともに、移動体32Bの位置と、移動体32Bに対するアーム33Bのスライド位置(ひいては、アーム33Bの延在方向における受信用斜角探触子22の位置)を制御するようになっている。
Then, in response to a command from the
このように構成された本実施形態の探触子移動装置23では、アーム33Aの延在方向における下鏡ペタル部12の外面12aの輪郭が直線となるから、アーム33Aの延在方向における送信用斜角探触子21の位置にかかわらず、アーム33Aと下鏡ペタル部12の外面12aの間隔が同じである。そのため、比較例とは異なり、送信用斜角探触子21を下鏡ペタル部12の外面12aに押付ける押付け機構55が不要である。また、アーム33Aの延在方向における送信用斜角探触子21の位置にかかわらず、下鏡ペタル部12の外面12aの法線方向Hとアーム33Aの延在方向に垂直な方向Iが同じである。そのため、比較例とは異なり、ジンバル機構56を設けなくとも、送信用斜角探触子21と下鏡ペタル部12の外面12aとの接触性を確保することができる。
In the
同様の理由から、受信用斜角探触子22を下鏡ペタル部12の外面12aに押付ける押付け機構55や、受信用斜角探触子22の姿勢を下鏡ペタル部12の外面12aに追従させるジンバル機構56が不要である。したがって、探触子移動装置23の簡素化及び小型化を図ることができる。また、ジンバル機構56が存在しないので、アレイ探触子を採用しなくとも、検出感度を高めることができる。
For the same reason, the
また、本実施形態の探触子移動装置23では、アーム33A,33Bが下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K1,K2にスライド可能な構造であるから、アーム33A,33BとRIPケーシング15等の干渉部との干渉を回避しつつ、干渉部より溶接部13側に斜角探触子21,22を配置することができる。これにより、検査可能範囲を広げることができる。さらに、本実施形態の探触子移動装置23では、首振り角調整機構34A,34Bを有していることから、例えば図4で示す範囲U以外の浅い範囲に対して、一探触子法を実施することも可能である。そのため、装置を交換することなく、一探触子法を実施することができ、検査時間の短縮を図ることができる。
Further, the
次に、本実施形態の探傷条件について説明する。本実施形態では、上述した仮想平面C(水平面)内の送信経路S1にて超音波を送信するように、かつ、送信用斜角探触子21と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1及び首振り角σ1が設定(固定)されている。また、仮想平面C内の受信経路S2にて超音波を受信するように、かつ、受信用斜角探触子22と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、受信用斜角探触子22の受信屈折角θ2及び首振り角σ2が設定(固定)されている。
Next, the flaw detection conditions of the present embodiment will be described. In the present embodiment, in the transmission path S 1 in the virtual plane C (horizontal plane) as described above so as to transmit ultrasonic waves, and the interference of the
まず、仮想平面C内の送信経路S1にて超音波を送信するように、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1及び首振り角σ1を設定している点を説明する。図14は、送信用斜角探触子21の送信点P1の位置に対応する下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K1における鉛直断面図であって、送信用斜角探触子21の首振り角σ1と見かけの送信屈折角θ1’の関係を説明するための図である。
First, the point that sets the transmission at paths S 1 to transmit ultrasound transmission refraction angle theta 1 and swing angle sigma 1 of transmitting the
図14で示すように、仮に、送信用斜角探触子21の首振り角σ1を0度に設定した場合、見かけの送信屈折角θ1’と実際の送信屈折角θ1は同じになる。このとき、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1(本実施形態では、60度〜80度の範囲内で、例えば70度)が下鏡ペタル部12の外面12aの傾斜角β(例えば57度)より大きければ、仮想平面Cに対して送信方向ベクトルu0が図14中下側に逸れてしまう。そして、送信用斜角探触子21の首振り角σ1を0度より大きくしていけば、見かけの送信屈折角θ1’が小さくなり、仮想平面Cに対する送信方向ベクトルuのずれ角ε1を0度とすることができる。
As shown in Figure 14, Assuming that the swing angle sigma 1 of transmitting the
送信用斜角探触子21の向きを表すベクトルaは、送信用斜角探触子21の首振り角σ1及び下鏡ペタル部12の外面12aの傾斜角βを変数として、下記の式(1)で表される。式(1)中のTはベクトルの転置記号である。
The vector a representing the direction of the transmission
送信方向ベクトルuは、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1を変数として、下鏡ペタル部12の外面12aの法線ベクトルnとベクトルaから、下記の式(2)で表される。
The transmission direction vector u is represented by the following equation (2) from the normal vector n and the vector a of the
送信方向ベクトルuの鉛直成分uzがゼロとなれば、仮想平面Cに対する送信方向ベクトルuのずれ角ε1が0度となるから、下記の式(3)で示す理想的な首振り角σ1の演算式を導き出すことができる。すなわち、ずれ角ε1=0度としたときの理想的な首振り角σ1は、下鏡ペタル部12の外面12aの傾斜角βと送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1から算出して設定することができる。
If vertical component u z direction of transmission vector u is zero, since the transmission direction vector deviation angle epsilon 1 of u with respect to the virtual plane C becomes 0 degrees, the ideal swing angle indicated by the following formula (3) sigma The arithmetic expression of 1 can be derived. That is, the ideal swing angle σ 1 when the deviation angle ε 1 = 0 degree is the inclination angle β of the
図15は、送信用斜角探触子21の首振り角σ1と仮想平面C(水平面)に対する送信方向ベクトルuのずれ角ε1との関係の具体例を示す図である。この具体例は、傾斜角β=57度、送信屈折角θ1=70度の場合であり、ずれ角ε1=0度としたときの理想的な首振り角σ1=55.9度となる。この首振り角σ1は、溶接境界面13aの走査点Dの深さに依存せず、固定することができる。
FIG. 15 is a diagram showing a specific example of the relationship between the swing angle σ 1 of the transmission
上記と同様の方法により、仮想平面C内の受信経路S2にて超音波を受信するように、受信用斜角探触子22の送信屈折角θ2及び首振り角σ2を設定することができる。なお、本実施形態では、受信用斜角探触子22の受信屈折角θ2は、60度〜80度の範囲内であって、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1と同じ値に設定されている。また、受信用斜角探触子22の首振り角σ2は、仮想平面Cに対する受信方向ベクトルのずれ角ε2=0度としたときの理想的な首振り角であって、送信用斜角探触子21の首振り角σ1と同じ値に設定されている。
By the same method as above, the transmission refraction angle θ 2 and the swing angle σ 2 of the receiving
次に、送信用斜角探触子21と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1及び首振り角σ1を設定している点を捕捉説明する。図16は、仮想平面C(水平面)における送信用斜角探触子21の送信点P1、受信用斜角探触子22の受信点P2、RIPケーシング15の中心軸Or、及び下鏡部の中心軸Oの位置関係を表す図である。
Next, the transmission refraction angle θ 1 and the swing angle σ 1 of the transmission
RIPケーシング15及びその周辺のR部15aからなる干渉部に対する送信用斜角探触子21の干渉の有無を判定するため、図16で示すように、RIPケーシング15の中心軸Orを中心として干渉半径RIを有する円形状の干渉領域40を想定する。干渉半径Rは、RIPケーシング15の半径と、R部15aの最大幅と、送信点P1を中心として送信用斜角探触子21に外接する仮想円の半径との総和である。
For determining the presence or absence of interference of the
図16で示す溶接境界面13aの周方向範囲V(詳細には、下鏡部の中心軸Oを通って円形状の干渉領域40に外接する二つの直線で挟まれる範囲)では、溶接境界面13aの走査点Dの深さによって、一探触子法の適用が困難となり、二探触子法を適用する。そして、溶接境界面13aの周方向範囲Vにおいて、送信用斜角探触子21と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するためには、送信用斜角探触子21の送信点P1とRIPケーシング15の中心軸Orの間の距離が干渉半径RIを上回る必要がある。溶接境界面13aの周方向範囲Vの中央に走査点Dが位置する場合より、溶接境界面13aの周方向範囲Vの端部に走査点Dが位置する場合のほうが、送信用斜角探触子21の送信点P1とRIPケーシング15の中心軸Orの間の距離が短くなる。そのため、後者の場合に、送信用斜角探触子21の送信点P1とRIPケーシング15の中心軸Orの間の距離が干渉半径RIを上回るどうかを確認する必要がある。
In the circumferential range V of the
送信用斜角探触子21と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するためには、送信用斜角探触子21の首振り角σ1を大きくして、図16で示す見かけの首振り角ρ1を大きくすればよい。見かけの首振り角ρ1は、下記の式(4)で表されるものであり、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1が比較的大きければ(本実施形態では、上述したように60度から80度の範囲内であり)、見かけの首振り角ρ1も大きくなる。
In order to avoid interference between the transmission
そして、この見かけの首振り角ρ1に基づき、余弦定理や正弦定理による幾何学的な解析を実施すれば、溶接境界面13aの走査点Dの深さに対応する送信用斜角探触子21の送信点P1の位置を演算することができ、さらに、送信用斜角探触子21の送信点P1とRIPケーシング15の中心軸Orの間の距離を演算することができる。
Then, based on this apparent swing angle ρ 1 , if geometric analysis is performed by the cosine theorem or the sine theorem, the transmission oblique angle probe corresponding to the depth of the scanning point D of the
図17は、溶接境界面13aの周方向範囲Vの端部に走査点Dが位置する場合で、走査点Dの深さに応じて変化する、送信用斜角探触子21の送信点P1とRIPケーシング15の中心軸Orの間の距離の具体例を示す図である。この具体例は、傾斜角β=57度、送信屈折角θ1=70度、首振り角σ1=55.9度、下鏡部の中心軸Oと溶接境界面13aの間の距離Rd=2500mm、下鏡部の中心軸OとRIPケーシング15の中心軸Orの間の距離Rr=3000mm、干渉半径RI=250mmの場合である。溶接境界面13aの走査点Dの深さが135mm程度であるときに、送信用斜角探触子21の送信点P1とRIPケーシング15の中心軸Orの間の距離が最小値となるものの、干渉半径RIを上回っている。したがって、送信用斜角探触子21と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、送信用斜角探触子21の送信屈折角θ1及び首振り角σ1を設定している点を確認することができる。
FIG. 17 shows a transmission point P of the transmission
上記と同様の方法により、受信用斜角探触子22と下鏡ペタル部12の干渉部との干渉を回避するように、受信用斜角探触子22の受信屈折角θ2及び首振り角σ2を設定している点を確認することができる。
By the same method as above, the reception refraction angle θ 2 and the swing of the receiving
なお、上記一実施形態においては、ずれ角ε1=0度としたときの理想的な首振り角σ1と、ずれ角ε2=0度としたときの理想的な首振り角σ2を設定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、超音波ビームの広がりの範囲内であれば、ずれ角ε1又はε2の条件を変更してもよい。超音波ビームの半角は、探触子の大きさや屈折角によって異なるものの、一般的に10度未満である。そのため、仮想平面Cに対する送信用斜角探触子21の送信ビーム軸のずれ角ε1や、仮想平面Cに対する受信用斜角探触子22の受信ビーム軸のずれ角ε2は、−10度から10度までの範囲内であれば許容してもよい。したがって、例えば上述の図14で示すように傾斜角β=57度、送信屈折角θ1=70度である場合、送信用斜角探触子21の首振り角σ1は、26度から77度までの範囲内であれば許容してもよい。同様に、例えば傾斜角β=57度、受信屈折角θ2=70度である場合、受信用斜角探触子22の首振り角σ2は、26度から77度までの範囲内であれば許容してもよい。
In the above embodiment, the ideal swing angle sigma 1 when the
また、上記一実施形態において、探触子移動装置23のアーム33Aは、移動体32Aの周方向位置での下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K1にスライド可能なように移動体32Aに設けられ、アーム33Bは、移動体32Bの周方向位置での下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K2にスライド可能なように移動体32Bに設けられた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。アーム33Aは、例えばエアシリンダ等であって、移動体32Aの周方向位置での下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K1に伸縮可能なように移動体32Aに設けられてもよい。また、アーム33Bは、例えばエアシリンダ等であって、移動体32Bの周方向位置での下鏡ペタル部12の外面12aの母線方向K2に伸縮可能なように移動体32Bに設けられてもよい。このような変形例では、ドーム部11側に干渉物が存在する場合(具体的には、例えば供用期間中検査等で、CRDハウジング14に挿入された制御棒駆動機構が存在する場合)でも、その干渉物とアーム33A,33Bとの干渉を回避することができる。
Further, in the above embodiment, the
また、上記一実施形態において、探触子移動装置23の移動体32A,32Bは、溶接部13の周方向に沿って延在する軌道レール30上を走行可能なように構成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、移動体32A,32Bは、溶接部13の周方向に沿って移動可能なように構成されていればよく、例えば、下鏡部の外面に吸着して走行するための磁気車輪を有していてもよい。このような変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。
Further, in the above embodiment, the case where the moving
また、上記一実施形態において、送信用斜角探触子21の首振り角σ1を設定変更可能な首振り角調整機構34Aと、受信用斜角探触子22の首振り角σ2を設定変更可能な首振り角調整機構34Bを有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、構造寸法が異なる複数の被検体に適用できるという効果が得られないものの、首振り角調整機構34A,34Bを有しなくともよい。
Further, in the above embodiment, the swing
なお、以上においては、本発明の検査対象として、原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部13を例にとって説明したが、これに限られず、円錐台(又は円錐)の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部であればよい。
In the above, the welded
12 下鏡ペタル部
12a 外面(表面)
13 溶接部
13a 溶接境界面
15 RIPケーシング
15a R部
17 内部欠陥
21 送信用斜角探触子
22 受信用斜角探触子
23 探触子移動装置
30 軌道レール
31A,31B 駆動装置
32A,32B 移動体
33A,33B アーム
34A,34B 首振り角調整機構
12
13 Welded
Claims (7)
前記被検体の深さ方向に移動させる前記溶接境界面の走査点に対応して、前記溶接境界面の走査点及びその走査点上の前記溶接境界面の法線ベクトルを含む仮想平面と前記被検体の表面とが交差する交差線上に前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点が位置するように、かつ、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子と前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を配置する探触子移動装置を備え、
前記探触子移動装置は、
前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、その周方向の移動位置での前記被検体の表面の一母線方向に対する、前記被検体の表面の法線軸まわりの前記送信用斜角探触子の首振り角を固定しつつ、前記一母線方向に沿って前記送信用斜角探触子を移動させる第1の駆動装置と、
前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、その周方向の移動位置での前記被検体の表面の他の母線方向に対する、前記被検体の表面の法線軸まわりの前記受信用斜角探触子の首振り角を固定しつつ、前記他の母線方向に沿って前記受信用斜角探触子を移動させる第2の駆動装置とを有し、
前記送信用斜角探触子は、前記仮想平面内の送信経路にて超音波を送信するように、かつ、前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、送信屈折角及び前記首振り角が設定され、
前記受信用斜角探触子は、前記仮想平面内の受信経路にて超音波を受信するように、かつ、前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、受信屈折角及び前記首振り角が設定されたことを特徴とする超音波検査システム。 A cylindrical weld having a weld interface inclined in the thickness direction perpendicular to the surface of the subject, which has a side shape of a cone or a truncated cone, is to be inspected, and is arranged on the surface of the subject for transmission. An ultrasonic inspection system that uses an oblique probe and a receiving oblique probe to detect internal defects that occur along the weld interface.
A virtual plane including a scanning point of the welding boundary surface and a normal vector of the welding boundary surface on the scanning point corresponding to the scanning point of the welding boundary surface to be moved in the depth direction of the subject and the subject. The transmission point of the transmission oblique angle probe and the receiving point of the receiving oblique angle probe are located on the intersection line where the surface of the sample intersects, and the transmission oblique angle probe and the A probe moving device for arranging the transmitting oblique probe and the receiving oblique probe so as to avoid interference between the receiving oblique probe and the interfering portion of the subject. Prepare,
The probe moving device is
The transmission oblique angle probe around the normal axis of the surface of the subject with respect to the generatrix direction of the surface of the subject at the moving position in the circumferential direction so as to be movable along the circumferential direction of the welded portion. A first drive device that moves the transmission oblique angle probe along the generatrix direction while fixing the swing angle of the
The receiving oblique angle probe around the normal axis of the surface of the subject with respect to the other generatrix direction of the surface of the subject at the movement position in the circumferential direction so as to be movable along the circumferential direction of the welded portion. It has a second drive device that moves the receiving oblique angle probe along the other bus direction while fixing the swing angle of the child.
The transmission oblique angle probe has a transmission refraction angle and the neck so as to transmit ultrasonic waves through a transmission path in the virtual plane and to avoid interference with the interference portion of the subject. The swing angle is set,
The receiving oblique angle probe has a receiving refraction angle and the neck so as to receive ultrasonic waves in the receiving path in the virtual plane and to avoid interference with the interference portion of the subject. An ultrasonic inspection system characterized by a set swing angle.
前記第1の駆動装置は、前記送信用斜角探触子の首振り角を設定変更可能なように構成され、
前記第2の駆動装置は、前記受信用斜角探触子の首振り角を設定変更可能なように構成されたことを特徴とする超音波検査システム。 In the ultrasonic inspection system according to claim 1,
The first drive device is configured so that the swing angle of the transmission oblique angle probe can be changed.
The second driving device is an ultrasonic inspection system characterized in that the swing angle of the receiving oblique angle probe can be set and changed.
前記第1の駆動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能な第1の移動体と、前記第1の移動体に前記被検体の前記表面の母線方向にスライド可能なように設けられ、前記送信用斜角探触子を支持する第1のアームとを有し、
前記第2の駆動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能な第2の移動体と、前記第2の移動体に前記被検体の前記表面の母線方向にスライド可能なように設けられ、前記受信用斜角探触子を支持する第2のアームとを有することを特徴とする超音波検査システム。 In the ultrasonic inspection system according to claim 1,
The first driving device is provided on the first moving body that can move along the circumferential direction of the welded portion and on the first moving body so as to be slidable in the generatrix direction of the surface of the subject. And has a first arm that supports the transmission oblique probe.
The second driving device is provided on the second moving body so as to be slidable in the bus direction of the surface of the subject on the second moving body and the second moving body that can move along the circumferential direction of the welded portion. An ultrasonic inspection system comprising a second arm that supports the receiving oblique probe.
前記第1の駆動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能な第1の移動体と、前記第1の移動体に前記被検体の前記表面の母線方向に伸縮可能なように設けられ、前記送信用斜角探触子を支持する第1のアームとを有し、
前記第2の駆動装置は、前記溶接部の周方向に沿って移動可能な第2の移動体と、前記第2の移動体に前記被検体の前記表面の母線方向に伸縮可能なように設けられ、前記受信用斜角探触子を支持する第2のアームとを有することを特徴とする超音波検査システム。 In the ultrasonic inspection system according to claim 1,
The first driving device is provided with a first moving body that can move along the circumferential direction of the welded portion and the first moving body that can expand and contract in the generatrix direction of the surface of the subject. And has a first arm that supports the transmission oblique probe.
The second driving device is provided with a second moving body that can move along the circumferential direction of the welded portion and the second moving body that can expand and contract in the bus direction of the surface of the subject. An ultrasonic inspection system comprising a second arm that supports the receiving oblique probe.
前記第1及び第2の移動体は、前記溶接部の周方向に沿って延在する軌道レール上を走行可能なように構成されたことを特徴とする超音波検査システム。 In the ultrasonic inspection system according to claim 3,
An ultrasonic inspection system characterized in that the first and second moving bodies are configured to be able to travel on track rails extending along the circumferential direction of the welded portion.
前記仮想平面に対する前記送信用斜角探触子の送信ビーム軸のずれ角が−10度から10度までの範囲内に収まるように、前記送信用斜角探触子の前記送信屈折角及び前記首振り角が設定され、
前記仮想平面に対する前記受信用斜角探触子の受信ビーム軸のずれ角が−10度から10度までの範囲内に収まるように、前記受信用斜角探触子の前記受信屈折角及び前記首振り角が設定されたことを特徴とする超音波検査システム。 In the ultrasonic inspection system according to claim 1,
The transmission refraction angle of the transmission oblique angle probe and the transmission refraction angle of the transmission oblique angle probe so that the deviation angle of the transmission beam axis of the transmission oblique angle probe with respect to the virtual plane falls within a range of -10 degrees to 10 degrees. Swing angle is set,
The receiving refraction angle of the receiving oblique probe and the receiving refraction angle of the receiving oblique probe so that the deviation angle of the receiving beam axis of the receiving oblique probe with respect to the virtual plane falls within a range of -10 degrees to 10 degrees. An ultrasonic inspection system characterized by a set swing angle.
前記送信用斜角探触子の前記送信屈折角と前記受信用斜角探触子の前記受信屈折角は、60度から80度までの範囲内で設定されたことを特徴とする超音波検査システム。 In the ultrasonic inspection system according to claim 6,
Ultrasonography characterized in that the transmission refraction angle of the transmission oblique angle probe and the reception refraction angle of the reception oblique angle probe were set within a range of 60 degrees to 80 degrees. system.
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