JPH0296637A - 応力腐食割れ発生寿命モニタリングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、原子炉の炉水内部において、使用材料に対す
る応力腐食割れ発生寿命をモニタリングするシステムに
関する。

（従来の技術） 従来技術として〈防食技術、　ｖｏｌ、３１　、　ＮＯ
，４＞に掲載されているものは、第６図に示すパイプ応
力腐食割れ試験装置のように、試験体自体が腐食性循環
水を保有する構造であって、荷液循環水がリークしたと
き、または定期的に非破壊検査により腐食割れの検査を
実施するものである。また〈防食技術、　ｖｏｌ、３３
．　ＮＯ，１１）に掲載されているものは、第７図に示
す応力腐食割れ発生寿命装置であるが、試験片に引張荷
重を加える機構のピストンにＯリングを使用している。

また従来技術における応力腐食割れをモニタリングする
システムは、主として静的荷重下で応力腐食割れの成長
過程を検知する亀裂成長測定装置である。すなわち第８
図に示すような試験片２０を用い、切り欠き側端と反対
側の盃の変化を検知することによって、切欠き２１の根
元部に生ずる応力腐食割れ２３の亀裂進展の度合いを測
定するものであった。前記部分の歪量の変化を測定する
手段として、試験片２０から導いた棒の先端に配設した
フィルの相対位置により検知したり、また。

実開昭６１−８４５４３号に開示されている先行技術は
第９図に示すように、試験片２０の前記側端と反対面に
接触させたガラス板を介して側端部間の間隔の変化をレ
ーザ光線の干ｅ現象を利用して測定し、応力腐食割れ２
３の進展を調べるものである。

（発明が解決しようとする課題） 上記第６図の従来技術は、腐食割れセンサとしては簡便
性に欠けるため、原子炉の圧力容器内に収容して応力腐
食割れ発生寿命を検索するには不適であり、また第７図
の従来技術は、Ｏリングを使用しているために、３００
℃のような高温下で１年以上の長期間にわたって使用す
るには信頼性の点で問題があった。

また第８．９図の先行技術は、第１０図に示すように、
単数の試験片の時間の経過と亀裂深さの特性図を得るこ
とができるものの、バラツキの大きい試験データを統計
的に処理して事前に腐食割れの発生寿命を予甜するには
不向きであり、また応力負荷機構及び検出器が試験体と
一体化されいていないこと及び応力腐食割れ発生の検出
部は腐食性環境の外に存在し連続計測用モニタリングセ
ンサとしての機能を有していない等幾多の問題点があっ
た。本発明は上記の課題を解決するためのもので、原子
炉の炉水内において、応力腐食発生寿命センサとして試
験片と腐食割れ検、′１３器が一体のカセット形で装着
可能な応力腐食割れ発生寿命モニタリングシステムを提
供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 上記の目的は、以下の手段によって達成される。

すなわち、断面形状がＯ型、Ｃ型、若しくはＵ型で切欠
き加工のない複数の試験片を使用し、と記複数の試験片
を直列に配列して試験片群を構成し２、前記試験片群の
両端または一端から荷重を負荷し、ｕｊ、試験片の腐食
割れ発生の有無は、腐食割れ発生時の試験片の変位量を
レーザ反射光の光量の変化によって検出し、或いは荷重
機構に装着した圧？￥！素子による出力変化量、または
ガラス等絶縁性基村内に埋め込まれた電気抵抗体の抵抗
変化量を検出するセンサを試験体と一体にカセット状に
構成し、このセンサを腐食性環境内に設置する。

試験片の腐食割れ情報は腐食性環境外の演算処理装置に
伝達され、応力腐食割れ発生寿命の解析がなされるよう
に構成する。応力腐食割れ発生寿命の解析手法は、 （Ｒｅａｃｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌｅ　ａｎｄ　Ｌａｗ　
ｏｆ　ＩｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒＳｔｒｅｓｓ　　Ｃ
ｏｒｒｏｓｉｏｎ　　Ｃｒａｃｋｉｎｇ　　Ｌｉｆｅ　
　ＰｈｅｎｏｌＩｌｅｎａ；Ｔｈｅ１７２ｎｄ　Ｍｅｅ
ｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｔｈｅ　ＥｒｅｃｔｒｏｃｈＯｍｉｃ
ａｌ　５ｏｃｉｅｔｙ。

Ｐａｐｅ　Ｎｏ、２４５．ｐｐ、３５２−３５３（１９
８７））を適用する。

（作用） 上記の構成により、加工切欠きのない試験片は。

実際の使用における機器の揚造材料の表面と同じ状態で
あるから機器の寿命を推定の実態と良く適合する。４本
発明の試験片の形状は、上下方向から圧縮応力を負荷す
ると変形し、試験片の外側側面に引張応力が発生し、応
力腐食割れの発生条件となるためである。複数の試験片
を直列に配置するのは、単一の応力負荷機構によって複
数の試験片に同一応力が発生するように配慮したもので
ある。

複数の試験片を配列したのは、応力腐食割れによる材料
寿命のバラツキを考慮し、データを統計量として定量的
に処理するためである。腐食割れの検出としてガラス板
に、位置によって異なる密度となる目盛線をマークする
のは、レーザ光を照射し反射強度によりガラス板の位置
変化すなわち試験片の割れ発生の有無を検知するためで
ある。試験片群と検出器を一体としカセット状とするの
は操作を簡便化するためでり１例えば放射化した環境水
中で本発明のシステムを適用するには、作業は遠隔操作
で実施する必要上簡便性が特に必要である。

応力腐食割れ発生寿命の解析の手法は以下のような基本
的構成になっている。

Ｑｎ（Ｎ０／Ｎ）　＝　ｆ　（ｔ）・−−−−−−−・
−（１）Ｑ　ｎ（Ｎｏ　／　Ｎ　）　＝ｋ　（ｔ−ｔｏ
　）　・”　”’　（２）ただし Ｎｏ：初期全試験片数 Ｎ：時刻ｔにおける応力腐食割れ未発生の試験片数 に：パラメータα ｔ：モニタリング経過時間 ｔｏ：パラメータβ ｔ　：　１／に＋ｔ、、平均寿命 ｋｔ、：パラメータγ ｋｔ：パラメータη とする。

試験片に応力腐食割れが発生するごとに、式（１）を適
用してデータ値に最適な曲線を当てはめる。

このとき近似的に直線で示すには式（２）を適用する。

そしてパラメータγ、ηを決定し、実験的に得られてい
るデータと比較して当該モニタリング系の応力腐食割れ
発生寿命の挙動を解析する。これにより、実機自体の構
造材料の応力腐食割れ発生寿命を事前に予知するもので
ある。

（実施例） 本発明の一実施例を図面と共に説明する。第１図は、容
器１若しくは容器１とは別に設けた容器９内の腐食性環
境水２内に、切欠き加工を施さない試験片ブロック３と
各構成試験片の応力腐食割れ発生の有無を検索するセン
サ４を一体としだものをカセット状にして装着し、セン
サ信号変換器６を介して応力Ｂ食割れ発生寿命の解析用
演算処理装置７に接続した状態を示す図である。５はリ
ード線、８は循環用配管である。

第２図は、第１図における試験片ブロック３と応力負荷
機構及びレーザによる試験片の腐食割れ発生の有無の検
出器の構造を示す図である。断面形状がＣ型の複数の試
験片１２は試験片ブロック３を構成し、カセット枠１４
内に直列に配列され。

ボルト軸１１が試験片１２を貫通し、ボルトヘッド１０
と固定端１３との間に固定されている。ボルト軸１１の
固定端１３の下方には試験片１２に荷重を負荷する重錘
１５を垂下している。試験片１２のサイズは外径１５ｍ
、厚さ１ｍ、幅１０ｍで、幅方向側面に７圃のスリット
を備えている。

重錘１５は設定すべき応力仕様によって０．３〜２．０
ｋｇの範囲で選定される１重錘１５の側面には第３図に
示すように目盛１１１８．１９を印したガラス板１６を
村上しておく、目盛線の密度は例えば上方１８は疎、下
方１９は密にし５重錘１５が試験片１２の腐食割れの発
生に伴って鉛直方向に移動する際、ガラス板１６上の目
盛線の疎密の変化をレーザ光の反射量に置き換えること
よってガラス板１６の変位量を検知することができる。

試験片１２の断面形状は、０型であってもよい。

第４図は本発明の他の実施例を示す図で、試験片２９の
応力腐食割れの検出に圧電素子３０を使用したもので、
Ｕベンド形の試験片２９にボルト軸２４、ボルトヘッド
２５．ナツト２６を使用して所定の圧縮力を負荷した後
、各試験片２９ごとに各ストッパ２７を止めねじ２８で
固定し、各試験片２９に一様に圧縮荷重が負荷されるよ
うにする。上記の構成において、試験片２９に応力腐食
割れが発生するとき、ばね３１に生ずる応力変化を圧電
素子３０が検知するものである。上記実施例については
、下部端末に圧電素子３０及びばね３１を共通に集約し
て設けることもできる。

また第５図実施例は、試験片３５の腐食割れの有無の検
出用として、ガラス等の絶縁物内に埋設した導電性抵抗
網ｔｉＡ３８を、ストッパ３３とばね３６の間に試験片
３５と共に配置し、試験片３５に腐食割れが発生すると
ガラス材３７の両端に力が加わり、きず３９を起点とし
て抵抗＠＠３５が屈折し断線に至る。従って、抵抗細線
３５の抵抗値を測定することにより、断線時は抵抗値は
無限大と考えられるから応力腐食割れの発生状態を検知
することができる。なお、導電性抵抗細線の代りにスト
レインゲージを適用してもよい。

第１１図は本発明の応力腐食割れ発生寿命データ図を示
し、経過時間と腐食割れ発生の有無との関係をＮ個の試
験片について個々にプロットしたものである。これを経
過時間と割れ発生率の関係を求めて自動解析した図が第
１２図である。

要するに本発明の応力腐食割れ発生モニタリングシステ
ムは、第９図に示す腐食による亀裂進展測定装置とは、
試験片に切欠き加工を施すことなく、多数の試験片を同
時に共試する点で本質的に異なり、この結果として腐食
割れ発生の有無と経過時間の関係を単一の試験装置によ
って統計的に自動解析し、使用材料の応力腐食割れが未
発生の状態から腐食割れ寿命を予謂することが可能であ
る点に特徴がある。

（発明の効果） 本発明の実施により、応力腐食割れの要因のうち、材料
と環境を実機と同一条件とし、応力のみを高水準に設定
することにより、実機の構造材料の応力腐食割れ発生寿
命を完全に予知することができ、また環境条件の変化に
対するモニタリング効果によりプラントの安全に対する
信頼性が向上し、これにより高い稼動率が維持されると
いう効果があり、また試験片群と応力負荷部と腐食割れ
検出器を一体のカセット状に構成することにより、放射
性腐食環境のような過酷な条件下で優れた操作性を発揮
する等の顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の応力腐食割れ発生寿命モニタリングシ
ステムの配置を示す図、第２図は本発明の一実施例の構
成図、第３図は本発明のガラス板を示す図、第４．５図
は本発明の他の実施例を示す図、第６，７図は従来技術
の応力腐食割れ発生装置を示す断面図、第８図は従来の
切欠き型試験片の斜視図、第９図は第８図の試験片を使
用した先行技術の計測装置の斜視図、第１０図は従来の
切欠き型試験片の亀裂進展挙動データ図、第１１図は本
発明の応力腐食割れ発生寿命データ図、第１２図は本発
明による自動解析データ図である。 １・・・容器　　　　　　　２・・・腐食性環境水３・
・・試験片ブロック　　４・・・センサ５・・・リード
線　　　　　６・・・センサ信号変換器７・・・演算処
理装置　　　８・・・＠環用配管９・・・容！　　　　
　　　１．０．２５・・・ボルトヘッド１．２４・・・
ボルト軸 ２．２９，３５・・・試験片 ３・・・固定端　　　　　１４・・・カセット枠５・・
・重錘　　　　　　１６・・・ガラス板７・・・レーザ
光用ファイバ ８．１９・・・目盛Ｍ　　　２６・・・ナツト７．３３
・・・ストッパ　２８．３４・・・止めねじ０・・・圧
電素子　　　　３１．３６・・・ばね７・・・ガラス材
　　　　３８・・・導電性抵抗細線３９・・・きず ４０・・・シースリード線

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、縦断面がＣ型で前記Ｃ型両端末を貫通する溝孔を有
   する複数の試験片と、前記試験片を前記溝孔を介して直
   列に連結する手段と、前記連結手段に付設され前記試験
   片を一様に加圧する手段と、前記加圧手段に付設された
   反射板と、前記反射板の直近に設けたレーザ光入出力フ
   ァイバセンサとを腐食環境水と共に封入するカセット枠
   と、 前記試験片の腐食割れ発生に伴う位置変位を前記レーザ
   光の反射信号として検出し、遠隔操作により解析演算す
   る手段と、 を備えることを特徴とする応力腐食割れ発生寿命モニタ
   リングシステム。 ２、前記試験片の腐食割れ発生に伴う位置変位を検出す
   る手段は、圧電素子若しくは通電性抵抗体の出力信号に
   よることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の応力
   腐食割れ発生寿命モニタリングシステム。 ３、前記試験片を加圧する手段は、前記試験片の連結手
   段の一端に連結した重錘によることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の応力腐食割れ発生寿命モニタリン
   グシステム。 ４、前記試験片を加圧する手段は、前記試験片の連結手
   段の一端若しくは試験片ごとに設けた弾性部材によるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の応力腐食割
   れ発生寿命モニタリングシステム。