JP7247076B2 - 超音波探傷装置および超音波探傷方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、超音波探傷装置および超音波探傷方法に関する。

超音波探傷試験は、非破壊で構造材の表面および内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術となっている。小型の超音波送受信用圧電素子を並べ、圧電素子ごとにタイミング（遅延時間）をずらして超音波を発信することにより任意の波形を形成できるフェーズドアレイ超音波探傷試験（ＰＡＵＴ：Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔ）は、工業用途でも広く用いられている。所定の角度しか超音波を発信できない単眼プローブに比べ、１回の探傷で広範囲を探傷したり、複数の角度で探傷したり、ビームの制御によっては複雑形状に対応したりと、様々な点で拡張性がある。

特許第４０９６０１４号公報

今般、原子力や火力等の大規模発電プラントや社会インフラ設備は高経年化が進み、検査対象となる部位や検出すべき欠陥の種類が、従来に比べて増えてきている。

これまで検査が求められていた部位は、そもそも検査を想定して作られていたり、加工性の限界（溶接等）により検査対象が露出していたりと、超音波探傷におけるアクセスが容易な対象が大部分であった。一方、経年変化によって検査を想定していなかった部位でのリスクが顕在化してきており、そのような対象は製造時にＵＴ対象となっていない、一体鍛造等で検査対象位置の形状が複雑である等、通常の手法ではＵＴが適用できないケースがある。例えば原子炉内のジェットポンプを保持するライザーブレースアームの原子炉圧力容器との接合部は、通常の全周溶接の部分ではあるが、アクセス性の限られた原子炉内から探傷するには多くの探傷姿勢が要求され装置にかかる負担が大きくなる。すなわち、探傷姿勢の要求が多い場合、装置が複雑化し原子炉内の狭隘部へ侵入できない場合が出たり、それを回避するために姿勢ごとに装置を取り替えたりする場合には検査には膨大なコストを要することになる。

沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器外から炉内溶接部を探傷する技術が知られているが、対象が容器貫通部（スタブチューブ）に限定されている。また、原子炉圧力容器の内側から探傷する範囲が明示されていない。

そこで本発明の実施形態は、原子炉内のジェットポンプを保持するライザーブレースアームの原子炉圧力容器との接合部のようなアクセス性の限られた部位を、確実に探傷することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本実施形態に係る超音波探傷装置は、容器の内部の検査対象の欠陥を探傷する超音波探傷装置であって、前記容器の外側から探傷する外側探傷機構と、前記容器の内側から探傷する内側探傷機構と、を備え、前記外側探傷機構は、前記容器の外側に配される外側プローブと、前記外側プローブを保持する外側プローブ保持駆動機構と、前記外側プローブによる超音波の受発信を駆動し前記検査対象からの反射波に基づいて信号処理を行う外側超音波探傷器と、を有し、前記内側探傷機構は、前記容器の内側に配される内側プローブと、前記内側プローブを保持する内側プローブ保持駆動機構と、前記内側プローブによる超音波の受発信を駆動し前記検査対象からの反射波に基づいて信号処理を行う内側超音波探傷器と、を有し、前記検査対象は、その内面に第１の溶接層が形成された原子炉圧力容器の内側において、前記第１の溶接層の上に形成された第２の溶接層の上に完全溶け込みの全周溶接による第３の溶接層で接合され長辺部と短辺部とを有する平板および前記第３の溶接層である、ことを特徴とする。

上述の目的を達成するため、本実施形態に係る超音波探傷方法は、容器の内部の検査対象の欠陥を探傷する超音波探傷方法であって、内側探傷機構を用いて前記容器の内側から探傷する内側探傷ステップと、外側探傷機構を用いて前記容器の外側から探傷する外側探傷ステップと、を有し、前記外側探傷機構は、前記容器の外側に配される外側プローブと、前記外側プローブを保持する外側プローブ保持駆動機構と、前記外側プローブによる超音波の受発信を駆動し前記検査対象からの反射波に基づいて信号処理を行う外側超音波探傷器と、を有し、前記内側探傷機構は、前記容器の内側に配される内側プローブと、前記内側プローブを保持する内側プローブ保持駆動機構と、前記内側プローブによる超音波の受発信を駆動し前記検査対象からの反射波に基づいて信号処理を行う内側超音波探傷器と、を有し、前記検査対象は、その内面に第１の溶接層が形成された原子炉圧力容器の内側において、前記第１の溶接層の上に形成された第２の溶接層の上に完全溶け込みの全周溶接による第３の溶接層で接合され長辺部と短辺部とを有する平板および前記第３の溶接層である、ことを特徴とする。

本発明の実施形態によれば、原子炉内のジェットポンプを保持するライザーブレースアームの原子炉圧力容器との接合部のようなアクセス性の限られた部位を、確実に探傷することができる。

第１の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の変形例の構成を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の検査対象の例としてのライザ管のライザーブレースアームとその取り付け部を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位としての平板の溶接部とその周辺を示す平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位としての平板の溶接部とその周辺を示す側面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位としての平板の溶接部とその周辺を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位としての平板の溶接部の溶接基準線長辺部を説明するための概念的な平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位としての平板の溶接部の溶接基準線短辺部を説明するための概念的な側面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位への超音波の主音線の第１の進行状態を説明するための概念的な図１０のＩＸ－ＩＸ線矢視断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位への超音波の主音線の第１の進行状態を説明するための概念的な平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位への超音波の主音線の第１の進行状態を説明するための概念的な図１０のＸＩ－ＸＩ線矢視断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位への超音波の主音線の第２の進行状態を説明するための概念的な図１３のＸＩＩ－ＸＩＩ線矢視断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位への超音波の主音線の第２の進行状態を説明するための概念的な平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位への超音波の主音線の第２の進行状態を説明するための概念的な図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線矢視断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第１の関係を示す概念的な斜視図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第１の関係を示す概念的な平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の溶接部の欠陥の第１の例を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の溶接部の欠陥の第１の例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の溶接部の欠陥の第１の例を示す側面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第２の関係を示す概念的な斜視図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第２の関係を示す概念的な平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の溶接部の欠陥の第２の例を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の溶接部の欠陥の第２の例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の溶接部の欠陥の第２の例を示す側面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の超音波の発信方向の第１の例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の超音波の発信方向の第１の例を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の超音波の発信方向の第１の例の変形例を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の超音波の発信方向の第２の例を示す平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の超音波の発信方向の第２の例を示す縦断面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第３の関係を示す概念的な斜視図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第３の関係を示す概念的な平面図である。 第１の実施形態に係る超音波探傷の手順を示すフロ―図である。 第２の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示す縦断面図である。 第２の実施形態に係る超音波探傷装置による超音波の進行を示す縦断面図である。 第２の実施形態に係る超音波探傷装置による超音波信号強度の時間変化を示すグラフである。 第２の実施形態に係る超音波探傷装置が所期の範囲から傾いている場合の超音波の進行を示す縦断面図である。 第２の実施形態に係る超音波探傷装置が所期の範囲から傾いている場合の超音波信号強度の時間変化を示すグラフである。 第２の実施形態に係る超音波探傷装置が所期の範囲より傾いている場合の超音波の入射方向の修正を説明する縦断面図である。 第２の実施形態に係る超音波探傷装置が所期の範囲より傾いている場合の超音波の入射方向の修正を行った結果を示す縦断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る超音波探傷装置および超音波探傷方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置１００の構成を示す縦断面図である。

図１は、本実施形態に係る超音波探傷装置１００を、原子炉圧力容器１の内側に設けられたライザーブレースアーム２（図３）の原子炉圧力容器１内側への取り付け部分の部材である平板３およびその溶接部である平板溶接層５を、検査対象１１とする探傷装置に適用した場合を示す。

超音波探傷装置１００は、外側探傷機構１１０および内側探傷機構１２０を有する。

外側探傷機構１１０は、外側プローブ１１１、外側プローブ保持駆動機構１１２、外側超音波探傷器１１３、外側監視操作部１１４、外側機構制御部１１５、および遠隔目視機構１１８を有する。

外側プローブ１１１は、原子炉圧力容器１の外側に配され、原子炉圧力容器１を介して、検査対象１０に超音波を送受信する。

外側プローブ保持駆動機構１１２は、外側プローブ１１１を保持するとともに、原子炉圧力容器１の外側において外側プローブ１１１を所期の位置に移動する。

外側超音波探傷器１１３は、外側プローブ１１１に電位差を印加するとともに、外側プローブ１１１からの受信波形を増幅の上、出力する。

遠隔目視機構１１８は、外側プローブ１１１の設置位置、角度等、外側プローブ１１１や外側プローブ保持駆動機構１１２のアクセス経路の状態等を、光学的に観察可能とする、たとえば、カメラや撮像器などの機構である。

外側監視操作部１１４は、外側超音波探傷器１１３から出力された検査対象１１からの受信波形や、外側プローブ保持駆動機構１１２の現在位置、あるいは遠隔目視機構１１８により得られるその映像を表示するとともに、外側超音波探傷器１１３の条件設定や外側プローブ保持駆動機構１１２の条件設定、適宜の指示を入力可能なユーザインタフェースである。ここで、外側超音波探傷器１１３の条件は、たとえば検査対象１０への超音波の入射角であり、外側プローブ保持駆動機構１１２の条件は、たとえば、探傷する想定欠陥との角度方向の指定などである。

外側機構制御部１１５は、以上の各部の動作の相互関係の調整、全体のプロセスの進行制御などを行う。

ここで、外側監視操作部１１４および外側機構制御部１１５は、計算機システムでもよいし、あるいは、ＰＣ、モニタ、制御盤等の複数の装置を組み合わせて構成してもよい。

内側探傷機構１２０は、内側プローブ１２１、内側プローブ保持駆動機構１２２、内側超音波探傷器１２３、内側監視操作部１２４、および内側機構制御部１２５を有する。

内側探傷機構１２０を構成する各部は、外側探傷機構１１０を構成する各部と同様であるが、内側プローブ１２１の移動範囲は、上述の原子炉圧力容器１の内側に設けられたライザーブレースアーム２の原子炉圧力容器１内側への取り付け部分の部材である平板３およびその平板溶接層５の周辺を移動する。内側プローブ保持駆動機構１２２は、このため、外側プローブ保持駆動機構１１２とは異なり、原子炉圧力容器１内で、内側プローブ１２１を移動駆動する。また、原子炉圧力容器１内での探傷は、基本的には水中の狭所であることから、外側探傷機構１１０のような遠隔目視機構１１８は設けていない。なお、部分的な確認をするために遠隔目視機構１１８と同様な装置を設けてもよい。

図２は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の変形例の構成を示す縦断面図である。

図２では、図１で示す外側機構制御部１１５および内側機構制御部１２５に代えて、全体制御部１０５を有する。その他の点では、図１で示す超音波探傷装置１００と同様である。

このように、外側機構制御部１１５および内側機構制御部１２５に代えて、全体を統合制御する全体制御部１０５を設けてもよい。この場合は、外側探傷機構１１０と内側探傷機構１２０とが、互いに連携して探傷を行う場合には、外側探傷機構１１０と内側探傷機構１２０とが相互に条件成立の確認信号の授受を行わなくともよくなり、探傷を効率的に進める上で有効である。

図３は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の検査対象の例としてのライザ管のライザーブレースアームとその取り付け部を示す斜視図である。図４は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位としての平板の溶接部とその周辺を示す平面図、図５は、側面図である。

原子炉圧力容器１は、原子炉圧力容器母材１ａと、原子炉圧力容器内面ライナ（第１の溶接層）１ｂすなわち原子炉圧力容器母材１ａの内面に施された肉盛溶接部とを有する。

原子炉圧力容器母材１ａは、主に低合金鋼であるが、一般的な炭素鋼やオーステナイト系ステンレス鋼やニッケル基合金等、あるいはその他の金属であってもよい。

原子炉圧力容器内面ライナ１ｂは、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、被覆アーク溶接、レーザ溶接、サブマージアーク溶接、エレクトロスラグ溶接等が考えられ、材料もオーステナイト系ステンレス鋼、ニッケル基合金に加え、一般的な炭素鋼や低合金鋼等であってもよい。また、肉盛りを複数層で行う場合、例えば初層等、所望の層において異なる材料や工法を用いたものでもよい。

また、第１の溶接層である原子炉圧力容器内面ライナ１ｂの表面に形成される第２の溶接層４についても、施工法および材料は、原子炉圧力容器内面ライナ１ｂと同様である。

沸騰水型原子炉においては、図示しないジェットポンプへの原子炉冷却材の供給側の配管であるライザ管２ａがライザーブレースアーム２によって、原子炉圧力容器１の内壁に取り付けられている。ライザーブレースアーム２のうち、直接、原子炉圧力容器１の内壁に取り付けられるのは、平板３である。

平板３は、溶接により取り付けられる。また、平板３の取付け部分には、原子炉圧力容器内面ライナ１ｂの表面（原子炉圧力容器１の内表面）に、さらに、平板状の第２の溶接層４が形成されている。したがって、平板３の取付け部分には、第１の溶接層である原子炉圧力容器内面ライナ１ｂ、第２の溶接層４、および第３の溶接層である平板溶接層５が形成されている。

ここで、第３の溶接層である平板溶接層５は、フルペネトレーションの開先による完全溶け込み溶接部である。溶接金属終端部から所定の範囲は、平板３の全長以下であれば任意に定める範囲でよく、例えば１インチ、２５ｍｍ、２インチや５０ｍｍ等を超音波探傷に求められる範囲としてよい。

図６は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位としての平板の溶接部とその周辺を示す斜視図である。また、図７は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位としての平板の溶接部の溶接基準線長辺部を説明するための概念的な平面図、図８は、概念的な側面図である。図６ないし図８では、第１の溶接層１ｂの図示は省略している。

平板３は、断面が長方形の板であり、幅の広い２つの長辺側面３ａと、幅の狭い２つの短辺側面３ｂとを有する。ここで、溶接基準線長辺部８ａおよび溶接基準線短辺部８ｂの２種類の溶接基準線を定義する。

具体的には、溶接基準線長辺部８ａおよび溶接基準線短辺部８ｂを、平板３の２つの長辺側面３ａと２つの短辺側面３ｂのそれぞれの延長面と仮想平面Ｓとの交線のそれぞれ、長辺部を溶接基準線長辺部８ａとし、短辺部を溶接基準線短辺部８ｂとして、導かれたものとして定義する。

ここで、仮想平面Ｓは、図７に示すように、第３の溶接層である平板溶接層５の互いに反対側の部分、たとえば、平板３の２つの長辺側面３ａ側の部分、あるいは平板３の２つの短辺側面３ｂ側の部分の、それぞれの表面ビード幅中点どうしを含む面である。あるいは、仮想平面Ｓとして、当該平板３の取り付け部における原子炉圧力容器１の内面の接平面に平行な面であって、第２の溶接層４から、平板３の長手方向に沿った平板溶接層５の脚長の半分の高さだけ離れた面としてもよい。

以下、上記のように構成した本実施形態による超音波探傷装置１００の作用について説明する。

まず、外側探傷機構１１０の作用を説明する。

図９は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位への超音波の主音線の第１の進行状態を説明するための概念的な図１０のＩＸ－ＩＸ線矢視断面図、図１０は、平面図、図１１は、図１０のＸＩ－ＸＩ線矢視断面図である。

プローブ１０から、検査対象１１に超音波を出射した状態を示している。実線矢印は、主音線１２を示す。ここで、主音線１２は、ベクトルＵである。また、プローブ１０は、本実施形態においては、図１に示すように、外側プローブ１１１または内側プローブ１２１であり、図１０に示すようにｘ軸およびｙ軸方向に沿って配置されている。また、検査対象１１は、平板３および平板溶接層５である。また、以下、説明の便宜上、図９における上下方向を鉛直方向、左右方向を水平方向と呼ぶこととする。後述する図１２ないし図１４についても同様である。

ここで、主音線１２を含めて、体系の基準となる面を基準面１１ａと定義する。図９ないし図１１では、基準面１１ａとして検査対象１１の水平表面をとった場合を例にとって示している。これは、具体的には、たとえば、外側プローブ１１１から超音波を入射する面、すなわち、原子炉圧力容器母材１ａの外側表面である。例えば半径が１ｍを超えるような緩やかな曲面は平面で近似してもよい。また、外側プローブ１１１の最下面等、管理したい座標系に応じて他の面を基準面としてもよい。

図９ないし図１１に示す第１の進行状態においては、プローブ１０からの主音線１２は、ｘ軸に沿って、基準面１１ａすなわち検査対象１１の表面に、基準面１１ａに垂直な方向（鉛直方向）に対して角度αの方向で入射し、検査対象１１内を、基準面１１ａに垂直な方向（鉛直方向）に対して角度βの方向に進んでいる。

ベクトルＵで表示する主音線１２は、主音線水平成分Ｕｈと主音線鉛直成分Ｕｖとに分解できる。すなわち、主音線１２を基準面１１ａに投影した主音線水平成分Ｕｈと、これに垂直な方向の主音線鉛直成分Ｕｖとに分解できる。

図１２は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位への超音波の主音線の第２の進行状態を説明するための概念的な図１３のＸＩＩ－ＸＩＩ線矢視断面図、図１３は、平面図、図１４は、図１３のＸＩＶ－ＸＩＶ線矢視断面図である。

図１２ないし図１４に示す第２の進行状態においては、プローブ１０からの主音線は、ｘ軸に対して平面的に角度γだけずれた方向で、基準面１１ａすなわち検査対象１１の表面に、基準面１１ａに垂直な方向（鉛直方向）に対して角度αの方向で入射し、検査対象１１内を、基準面１１ａに垂直な方向（鉛直方向）に対して角度βの方向に進んでいる。

ベクトルＵで表示する主音線１２は、主音線水平成分Ｕｈと主音線鉛直成分Ｕｖとに分解できる。すなわち、主音線１２を基準面１１ａに投影した主音線水平成分Ｕｈと、これに垂直な方向の主音線鉛直成分Ｕｖとに分解できる。また、主音線水平成分Ｕｈは、ｘ方向成分Ｕｈｘとｙ方向成分Ｕｈｙとに分解できる。

図１５は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第１の関係を示す概念的な斜視図であり、図１６は、平面図である。

図１５に示す場合は、検査対象１１における溶接線１３の方向は、主音線１２の方向と、ほぼ直交している。

以下、溶接線１３の位置および方向は、それぞれ図７および図８を用いて説明した溶接基準線長辺部８ａおよび溶接基準線短辺部８ｂの定義に基づいて設定されるものである。以下、図２１、２２、図３０、３１等においても同様である。

主音線１２および溶接線１３を、基準面１１ａに投影すると、図１６の平面図と同様の関係となる。このように、基準面１１ａに投影された溶接線１３と、基準面１１ａに投影された主音線１２のベクトルの水平成分Ｕｈとは、同様にほぼ直交している。

ここで、溶接線１３と主音線１２との直交方向の探傷条件を、溶接線１３と主音線１２とがほぼ直交する状態が確保されることと定義する。ここで、ほぼ直交するとは、基準面１１ａに投影された溶接線１３と主音線１２の水平成分Ｕｈのなす交差角度Θが、９０°を含む所定の範囲内にある場合をいう。所定の範囲としては、たとえば、９０°±２０°の範囲としてもよい。

図１７は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の溶接部の欠陥の第１の例を示す斜視図、図１８は、平面図、図１９は、側面図である。

外側探傷機構１１０による探傷において、溶接線と直交方向の探傷条件を用いた場合、融合不良、ブローホール、スラグ巻き込み等といった種々の溶接欠陥や、溶接線と平行方向に進展する割れ、応力腐食割れ等の経年的に発生する割れを検出することができる。また、水素フレーキングのような原子炉特有の欠陥検出にも有効である。

ここで、欠陥は、図１７および図１８に示す平板溶接層５に生じた横割れ欠陥３ｄ、図１７および図１９に示す平板３に生じた横割れ欠陥３ｅである。横割れ欠陥３ｄおよび横割れ欠陥３ｅのいずれも、平板３の長手方向に垂直な方向、すなわち、原子炉圧力容器１の拡がる方向に平行に延びている。

図２０は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第２の関係を示す概念的な斜視図であり、図２１は、平面図である。

図２０に示す場合は、検査対象１１における溶接線１３の方向は、主音線１２の方向と、ほぼ同じ方向である。主音線１２および溶接線１３を、基準面１１ａに投影すると、図２１の平面図と同様の関係となる。このように、基準面１１ａに投影された溶接線１３と、基準面１１ａに投影された主音線１２のベクトルの水平成分Ｕｈとは、同様にほぼ同じ方向を向いている。

ここで、溶接線１３と主音線１２との平行方向の探傷条件を、溶接線１３の方向と主音線１２の方向がほぼ一致する、すなわちほぼ平行となる状態が確保されることと定義する。ここで、ほぼ平行となるとは、基準面１１ａに投影された溶接線１３と主音線１２の水平成分Ｕｈのなす交差角度Θが、０°を含む所定の範囲内にある場合をいう。所定の範囲としては、たとえば、０°±２０°の範囲としてもよい。

図２２は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の溶接部の欠陥の第２の例を示す斜視図であり、図２３は、平面図、図２４は、側面図である。

外側探傷機構１１０による探傷において、溶接線と平行方向の探傷条件を用いた場合にも、融合不良、ブローホール、スラグ巻き込み等といった種々の溶接欠陥や、溶接線と直交する方向に進展する割れ、応力腐食割れ等の経年的に発生する割れを検出することができる。また、水素フレーキングのような原子炉特有の欠陥検出にも有効である。

ここで、欠陥は、図２２および図２３に示す平板溶接層５から平板３に亘って生じた縦割れ欠陥３ｆ、図２２および図２４に示す平板溶接層５に生じた縦割れ欠陥３ｇである。縦割れ欠陥３ｆおよび縦割れ欠陥３ｇのいずれも、平板３の長手方向に平行な方向、すなわち、原子炉圧力容器１の拡がる方向に垂直な方向に延びている。

次に、内側探傷機構１２０の作用を説明する。

図２５は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の超音波の発信方向の第１の例を示す平面図であり、図２６は、縦断面図、図２７は、第１の例の変形例を示す縦断面図である。

内側プローブ１２１は、原子炉圧力容器１の内側の平板３の長辺側面３ａの表面あるいは第３の溶接層である平板溶接層５上に設置される。

内側プローブ１２１から発せられ平板３の内部に入射した超音波は、平板３内を伝搬した後に、平板溶接層５に到達する。平板３への入射角度によっては、図２７に示すように、内側プローブ１２１が設置されている入射側の長辺側面３ａとは反対側の長辺側面３ａで反射した後に、平板溶接層５に到達する。

内側プローブ１２１については、基準面は平板３の長辺側面３ａもしくは平板溶接層５の平板溶接長辺部５ａをとることができる。あるいは、内側プローブ１２１の最下面等、管理したい座標系に応じてその他の面をとってもよい。

外側プローブ１１１と同様に、内側プローブ１２１においても、主音線Ｕは主音線水平成分Ｕｈと主音線鉛直成分Ｕｖとに分解できる。このとき、内側プローブ１２１は、スキップ、すなわち、例えば平板３の対面（図２７で下側の長辺側面３ａ）や設置表面（図２７で上側の長辺側面３ａ）で１回以上超音波を反射させて伝搬させることもできる。このときでも、主音線水平成分Ｕｈは主音線Ｕを基準面に投影した２次元の成分となることは同様である。

内側プローブ１２１から得られる主音線Ｕと溶接線１３の幾何関係に基づく平行方向の探傷条件、直交方向の探傷条件については、外側プローブ１１１の場合と同様に定義できる。しかしながら、内側プローブ１２１の場合は、外側プローブ１１１の場合に対して制約がある。

図２８は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の超音波の発信方向の第２の例を示す平面図、図２９は、縦断面図である。

図２８および図２９に示すように、内側プローブ１２１は、平板３の長辺側面３ａの表面あるいは第３の溶接層である平板溶接層５上に設置されるものである。

平板溶接層５の溶接線のうち、平板溶接長辺部５ａについては、基準面とほぼ平行な方向に形成されている。一方、平板溶接短辺部５ｂについては、平行方向の探傷条件および直交方向の探傷条件のいずれも成立することが困難である。これを、図を用いて説明する。

図３０は、第１の実施形態に係る超音波探傷装置の対象部位がライザ管のライザーブレースアームの場合の説明のための超音波の進行方向と欠陥の方向との第３の関係を示す概念的な斜視図であり、図３１は、平面図である。

図３０および図３１において、プローブ１０は、検査対象１１の上面に設置されており、この上面が基準面１１ａとなる。プローブ１０から発せられ検査対象１１内に入射した超音波の主音線１２のベクトルＵを基準面１１ａへ投影した成分は水平成分Ｕｈとなる。

いま、溶接線１３が、検査対象１１において、図３０の上下方向に形成されている場合、この溶接線１３の基準面１１ａへの投影は、図３１に示すように、点状となる。

したがって、このような溶接線１３の場合には、基準面１１ａへ投影された主音線１２と溶接線１３との関係から明らかなように、直交方向の探傷条件および平行方向の探傷条件のいずれの条件も、満たすことができない。

このような主音線１２と溶接線１３との関係は、図２８に示す平板溶接層５の平板溶接長辺部５ａの上に設置され内側プローブ１２１と、平板溶接層５の平板溶接短辺部５ｂとの関係と同じである。

したがって、内側プローブ１２１を用いた場合、平板溶接層５の平板溶接短辺部５ｂについては、内側プローブ１２１から発せられる主音線１２の水平成分Ｕｈと直交および平行方向の探傷条件を形成することはできない。そのため、本実施形態においては、平板溶接層５の平板溶接短辺部５ｂについて直交方向の探傷条件もしくは平行方向の探傷条件を形成可能なのは、外側プローブ１１１に限られることとなる。

図３２は、第１の実施形態に係る超音波探傷方法の手順を示すフロ―図である。

超音波探傷方法は、内側探傷機構１２０による探傷（ステップＳ１０）、外側探傷機構１１０による探傷（ステップＳ２０）、および照合・確認（ステップＳ３０）を有する。

ここで、図３２では、内側探傷機構１２０による探傷（ステップＳ１０）の後に外側探傷機構１１０による探傷（ステップＳ２０）を実施する場合を例にとって示しているが、外側探傷機構１１０による探傷（ステップＳ２０）の後に内側探傷機構１２０による探傷（ステップＳ１０）を実施することでもよい。

内側探傷機構１２０による探傷（ステップＳ１０）においては、まず、内側プローブ１２１を平板３の長手方向に沿って設置する（ステップＳ１１）。次に、この状態で、内側プローブ１２１を用いた探傷を実施する（ステップＳ１２）。次に、内側プローブ１２１を平板溶接長辺部５ａに沿って設置する（ステップＳ１３）。次に、この状態で、内側プローブ１２１を用いた探傷を実施する（ステップＳ１４）。なお、ステップＳ１１およびステップＳ１２と、ステップＳ１３およびステップＳ１４とは、順序を逆にして、ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１１、ステップＳ１２の順に実施してもよい。

外側探傷機構１１０による探傷（ステップＳ２０）においては、まず、外側プローブ１１１を原子炉圧力容器１の長手方向に沿って設置する（ステップＳ２１）。次に、この状態で、外側プローブ１１１を用いた探傷を行う（ステップＳ２２）。

照合・確認（ステップＳ３０）は、ステップＳ１０およびステップＳ２０の両者が終了した後に実施する。照合・確認（ステップＳ３０）は、平板３および平板溶接長辺部５ａについて、内側探傷機構１２０による探傷（ステップＳ１０）の結果と、外側探傷機構１１０による探傷（ステップＳ２０）の結果を、照合し、確認するステップＳ３１を有する。

以上のことから、平板３および平板溶接層５を検査対象１１として超音波探傷を実施する場合は、外側プローブ１１１および内側プローブ１２１の両者を用いて行う必要があるため、外側探傷機構１１０および内側探傷機構１２０を用いる本実施形態における超音波探傷装置１００および超音波探傷方法が有効であり、アクセス性の限られた部位を、確実に探傷することができる。

［第２の実施形態］
図３３は、第２の実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示す縦断面図である。

本実施形態は、第１の実施形態の変形であり、設置角度補正機構１３０をさらに備える。その他の点では、第１の実施形態と同様である。

設置角度補正機構１３０は、外側設置角度判定部１３１ａ、外側補正演算部１３２ａ、外側補正動作部１３３ａ、および、内側設置角度判定部１３１ｂ、内側補正演算部１３２ｂ、および内側補正動作部１３３ｂを有する。

外側設置角度判定部１３１ａは、外側プローブ１１１と超音波入射面のなす角度を設置角度φ１とし、設置角度φ１が所定の角度Φ１０の誤差範囲に収まっているか否かを判定する。外側補正演算部１３２ａは、外側設置角度判定部１３１ａにより得られた設置角度Φ１を、所定の角度Φ１０の誤差範囲内に納めるための補正計算を行う。外側補正演算部１３２ａは、補正計算結果に基づく補正動作指令を外側補正動作部１３３ａに出力し、外側補正動作部１３３ａは補正動作を行う。

内側設置角度判定部１３１ｂは、内側プローブ１２１と超音波入射面のなす角度を設置角度φ２とし、設置角度φ２が所定の角度Φ２０の誤差範囲に収まっているか否かを判定する。内側補正演算部１３２ｂは、内側設置角度判定部１３１ｂにより得られた設置角度Φ２を、所定の角度Φ２０の誤差範囲内に納めるための補正計算を行う。内側補正演算部１３２ｂは、補正計算結果に基づく補正動作指令を内側補正動作部１３３ｂに出力し、内側補正動作部１３３ｂは補正動作を行う。

ここで、外側設置角度判定部１３１ａおよび内側設置角度判定部１３１ｂによる判定方法については、たとえば、プローブそのものから発せられる超音波を用いる第１の方式と、それ以外の機構を備える第２の方式がある。

まず、設置角度Φが、所期の範囲内にあるか否かを判定する第１の方式について説明する。

図３４は、第２の実施形態に係る超音波探傷装置による超音波の進行を示す縦断面図であり、図３５は、超音波信号強度の時間変化を示すグラフである。図３４および図３５は、設置角度Φが、所期の範囲内にある場合を示す。

図３５における超音波信号強度の時間的強度の最初のピークは、検査対象１１の表面である基準面１１１ａでの反射波に対応する。この場合、最初のピークの値は、強度レベルＡ１より高く強度レベルＡ２より小さい、すなわち、強度レベルＡ１と強度レベルＡ２の間にある。

図３６は、第２の実施形態に係る超音波探傷装置が所期の範囲から傾いている場合の超音波の進行を示す縦断面図であり、図３７は、超音波信号強度の時間変化を示すグラフである。設置角度Φが所期の角度範囲内になく、その範囲から逸脱して傾いているこのケースの場合、基準面１１１ａからの反射波のプローブ１０への戻り量が減少する。この場合、図３７に示すように、超音波信号強度の時間変化の最初のピークの値が低下する。この結果、最初のピーク値が、強度レベルＡ１よりも低くなる。

このように、設置角度Φが所期の角度範囲内にある場合と所期の範囲内にない場合とで、最初のピーク値が、それぞれ、強度レベルＡ１よりも高くなり、低くなるように、強度レベルＡ１の値を設定することにより、設置角度Φが所期の角度範囲内にあるか否かを判定することができる。

また、プローブ１０から発せられて基準面１１１ａで反射した反射波のプローブ１０戻るまでの伝搬時間は、設置角度Φが所期の範囲内にない場合には、設置角度Φが所期の角度範囲内にある場合に比べて、長くなる。したがって、図３５に示す設置角度Φが所期の角度範囲内にある場合における最初のピークのゼロクロス時刻Ｔ１に対して、図３７に示すように有意な遅れがある場合には、設置角度Φが所期の角度範囲内にないと判定することができる。なお、最初のピークの立ち上がり時刻Ｔ１に代えて立ち上がり時刻を用いてもよい。

このように、反射波の最初のピークの強度に加えて、その時刻を併せて用いることにより、設置角度Φが所期の角度範囲内にあるか否かについて、さらに確実な判定をすることができる。

また、例えばアレイプローブであれば、複数素子から発せられた超音波の伝搬時間を測定することで、定量的な傾き量や表面の凹凸も測定することができる。

さらに、表示部に表示された超音波信号の波形をみて、設置角度Φが所期の角度範囲内にあるか否かの判定を行ってもよい。

次に、設置角度Φが所期の範囲内にあるか否かを判定する第２の方式については、例えばレーザ距離計、超音波距離計、カメラ等のような非接触距離測定手段でもよいし、リミットスイッチやスペーサ等のような機械的に接触する手段でもよい。

外側設置角度判定部１３１ａおよび内側設置角度判定部１３１ｂに関するこのような手段は、外側探傷機構１１０であれば外側プローブ１１１または外側プローブ保持駆動機構１１２に、内側探傷機構１２０であれば内側プローブ１２１または内側プローブ保持駆動機構１２２に、あるいは検査対象１１そのものに取り付けてもよい。

外側設置角度判定部１３１ａおよび内側設置角度判定部１３１ｂは、上述の第１の方式と第２の方式を組み合わせてもよい。あるいは、外側プローブ１１１および内側プローブ１２１の複数の設置場所での結果を組み合わせて用いてもよい。

次に、設置角度補正機構１３０の外側補正演算部１３２ａおよび内側補正演算部１３２ｂの内容を説明する。

図３８は、第２の実施形態に係る超音波探傷装置が所期の範囲より傾いている場合の超音波の入射方向の修正を説明する縦断面図である。また、図３９は、第２の実施形態に係る超音波探傷装置が所期の範囲より傾いている場合の超音波の入射方向の修正を行った結果を示す縦断面図である。

外側補正演算部１３２ａおよび内側補正演算部１３２ｂについても、大きく２つのパターンが考えられる。

第１のパターンは、プローブ１０そのものから発せられる超音波を用いる方式である。プローブ１０から発せられる超音波を用いる場合は、特にアレイプローブを用いる場合に相性がよい。図３９に示すように、設置角度φを加味して入射角αを調節することで最終的な屈折角βを所望の角度とすることができる。外側補正演算部１３２ａおよび内側補正演算部１３２ｂは、所望する屈折角βと設置角度Φに基づいて、入射角αを導出する。

第２のパターンは、外側補正演算部１３２ａおよび内側補正演算部１３２ｂは、入射角αを順次変更する演算を行い、外側機構制御部１１５および内側機構制御部１２５にそれぞれ出力し、実際に入射角αを順次変化させる方式である。

外側補正動作部１３３ａおよび内側補正動作部１３３ｂは、外側補正演算部１３２ａおよび内側補正演算部１３２ｂが算出した補正量に基づいて、それぞれ、補正動作を行う。

外側補正動作部１３３ａおよび内側補正動作部１３３ｂは、図３３に示すように、それぞれ、外側プローブ１１１および内側プローブ１２１のそれぞれに直接結合して、それぞれからの超音波の入射角αを変化させる。

なお、外側補正動作部１３３ａおよび内側補正動作部１３３ｂは、例えば回転ステージ、ゴニオステージのような回転機構を有するものとして、それぞれ、外側プローブ保持駆動機構１１２および内側プローブ保持駆動機構１２２を駆動することによって最終的な屈折角βを所望の角度とする方式としてもよい。

以上のように、本第２の実施形態においては、設置角度を補正することにより、所期の角度範囲内で主音線を伝搬させることができ、さらに超音波探傷を確実に実施することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。

また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。また、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。

実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…原子炉圧力容器、１ａ…原子炉圧力容器母材、１ｂ…原子炉圧力容器内面ライナ（第１の溶接層）、２…ライザーブレースアーム、２ａ…ライザ管、３…平板、３ａ…長辺側面、３ｂ…短辺側面、３ｄ、３ｅ…横割れ欠陥、３ｆ、３ｇ…縦割れ欠陥、４…第２の溶接層、５…平板溶接層（第３の溶接層）、５ａ…平板溶接長辺部、５ｂ…平板溶接短辺部、８…溶接基準線、８ａ…溶接基準線長辺部、８ｂ…溶接基準線短辺部、１０…プローブ、１１…検査対象、１２…主音線、１３…溶接線、１００…超音波探傷装置、１０５…全体制御部、１１０…外側探傷機構、１１１…外側プローブ、１１２…外側プローブ保持駆動機構、１１３…外側超音波探傷器、１１４…外側監視操作部、１１５…外側機構制御部、１１８…遠隔目視機構、１２０…内側探傷機構、１２１…内側プローブ、１２２…内側プローブ保持駆動機構、１２３…内側超音波探傷器、１２４…内側監視操作部、１２５…内側機構制御部、１３０…設置角度補正機構、１３１ａ…外側設置角度判定部、１３１ｂ…内側設置角度判定部、１３２ａ…外側補正演算部、１３２ｂ…内側補正演算部、１３３ａ…外側補正動作部、１３３ｂ…内側補正動作部

Claims (9)

1. 容器の内部の検査対象の欠陥を探傷する超音波探傷装置であって、
   前記容器の外側から探傷する外側探傷機構と、
   前記容器の内側から探傷する内側探傷機構と、
   を備え、
   前記外側探傷機構は、
   前記容器の外側に配される外側プローブと、
   前記外側プローブを保持する外側プローブ保持駆動機構と、
   前記外側プローブによる超音波の受発信を駆動し前記検査対象からの反射波に基づいて信号処理を行う外側超音波探傷器と、
   を有し、
   前記内側探傷機構は、
   前記容器の内側に配される内側プローブと、
   前記内側プローブを保持する内側プローブ保持駆動機構と、
   前記内側プローブによる超音波の受発信を駆動し前記検査対象からの反射波に基づいて信号処理を行う内側超音波探傷器と、
   を有し、
   前記検査対象は、その内面に第１の溶接層が形成された原子炉圧力容器の内側において、前記第１の溶接層の上に形成された第２の溶接層の上に完全溶け込みの全周溶接による第３の溶接層で接合され長辺部と短辺部とを有する平板および前記第３の溶接層である、
   ことを特徴とする超音波探傷装置。
2. 前記外側プローブ保持駆動機構および前記内側プローブ保持駆動機構の少なくとも一方は、前記外側プローブまたは前記内側プローブが前記検査対象の短辺部の溶接線に対して直交方向の探傷条件を形成可能に構成されていることを特長とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
3. 前記外側プローブ保持駆動機構および前記内側プローブ保持駆動機構の少なくとも一方は、前記外側プローブまたは前記内側プローブが前記検査対象の長辺部の溶接線に対して直交方向の探傷条件を形成可能に構成されていることを特長とする請求項１または請求項２に記載の超音波探傷装置。
4. 前記外側プローブと当該外側プローブからの超音波の入射面のなす外側設置角度、および前記内側プローブと当該内側プローブからの超音波の入射面のなす内側設置角度の少なくとも一方について、所定の誤差範囲に収まっているか否かを判定する設置角度判定部をさらに備えることを特長とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の超音波探傷装置。
5. 前記設置角度判定部を含み、前記設置角度判定部が、前記所定の誤差範囲に収まっていないと判断した場合に、所期の誤差範囲にプローブが設置されている場合と同様の超音波を入射可能な状態に移行させる設置角度補正機構を備えることを特長とする請求項４に記載の超音波探傷装置。
6. 容器の内部の検査対象の欠陥を探傷する超音波探傷方法であって、
   内側探傷機構を用いて前記容器の内側から探傷する内側探傷ステップと、
   外側探傷機構を用いて前記容器の外側から探傷する外側探傷ステップと、
   を有し、
   前記外側探傷機構は、
   前記容器の外側に配される外側プローブと、
   前記外側プローブを保持する外側プローブ保持駆動機構と、
   前記外側プローブによる超音波の受発信を駆動し前記検査対象からの反射波に基づいて信号処理を行う外側超音波探傷器と、
   を有し、
   前記内側探傷機構は、
   前記容器の内側に配される内側プローブと、
   前記内側プローブを保持する内側プローブ保持駆動機構と、
   前記内側プローブによる超音波の受発信を駆動し前記検査対象からの反射波に基づいて信号処理を行う内側超音波探傷器と、
   を有し、
   前記検査対象は、その内面に第１の溶接層が形成された原子炉圧力容器の内側において、前記第１の溶接層の上に形成された第２の溶接層の上に完全溶け込みの全周溶接による第３の溶接層で接合され長辺部と短辺部とを有する平板および前記第３の溶接層である、
   ことを特徴とする超音波探傷方法。
7. 前記内側探傷ステップは、
   前記内側プローブを前記検査対象としての平板の長手方向に沿って設置する内側プローブ第１設置ステップと、
   前記内側プローブ第１設置ステップの後に前記内側プローブを用いて探傷する内側プローブ第１探傷ステップと、
   前記内側プローブを前記平板の溶接長辺部に沿って設置する内側プローブ第２設置ステップと、
   前記内側プローブ第２設置ステップの後に前記内側プローブを用いて探傷する内側プローブ第２探傷ステップと、
   を有することを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷方法。
8. 前記外側探傷ステップは、
   前記外側プローブを原子炉圧力容器の長手方向に沿って設置する外側プローブ設置ステップと、
   前記外側プローブ設置ステップの後に前記外側プローブを用いて探傷する外側プローブ探傷ステップと、
   を有することを特徴とする請求項６または請求項７に記載の超音波探傷方法。
9. 前記内側探傷ステップおよび前記外側探傷ステップの後に、前記平板および平板溶接長辺部について、前記外側探傷機構による探傷結果と前記内側探傷機構による探傷結果の照合、確認を実施する照合、確認ステップをさらに有することを特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の超音波探傷方法。

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