JPH029684B2 - - Google Patents
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- JPH029684B2 JPH029684B2 JP24763583A JP24763583A JPH029684B2 JP H029684 B2 JPH029684 B2 JP H029684B2 JP 24763583 A JP24763583 A JP 24763583A JP 24763583 A JP24763583 A JP 24763583A JP H029684 B2 JPH029684 B2 JP H029684B2
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- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
- G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
- G01B17/025—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness for measuring thickness of coating
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Description
この発明は、原子炉の核燃料棒の燃料被覆管な
どに用いられるジルコニウム合金とジルコニウム
との複合材の肉厚測定方法に関する。 原子炉の燃料棒の燃料被覆管は、ジルカロイな
どのジルコニウム合金で形成されている。これ
は、ジルコニウム合金が中性子吸収断面積が小さ
く、炉内環境下において強度、耐食性が高く、か
つ非反応性であるためである。 ところで、燃料被覆管内部に収容された核燃料
が核反応を起すことにより、核分裂生成物が生成
するが、その核分裂生成物の存在下、燃料被覆管
と核燃料が高温であるため局部的に接合すること
がある。そして、燃料被覆管と核燃料との熱膨張
率の差により燃料被覆管に応力が働きこの結果燃
料被覆管が応力腐食割れを生じ、核分裂生成物の
漏洩を招く恐れがある。 このため、ジルコニウム合金製の被覆管の内面
に純ジルコニウム（ジルコニウム）を内張りした
二層構造の燃料被覆管が提案されている。この二
層構造の燃料被覆管は、ジルコニウムがジルコニ
ウム合金に比べて軟質であるため、上記応力の緩
和に有効に働き、応力腐食割れが確実に防止でき
るものである。 ところが、このような二層構造の被覆管を製造
するには、内側のジルコニウムの厚さを管全体に
わたつて測定し、その厚味を確認することが非常
に重要な課題となる。 一般にこのような複合材のそれぞれの材料の厚
みを測定するには、超音波技術が利用される。第
１図はこのような超音波を利用した二層構造の複
合材よりなる管材１の外層材１ａおよび内層材１
ｂの厚味を測定する方法を示すものである。水な
どの媒質２中に被検体の管体１をその両端開口部
を封じたうえ浸し、媒質２中に置かれた超音波探
触子３から超音波を発射する。すると、探触子３
に接続された超音波検査器４のブラウン管５に
は、まず送信エコーＴが表われる。ついで、超音
波が管体１外表面に達すると、媒質２と管体１の
外層材１ａとの音響インピーダンスが異るのでそ
の１部が反射し、これが外面エコーＳとして表わ
れる。そして、超音波が外層材１ａ中を進行して
外層材１ａと内層材１ｂとの界面に達すると、こ
こでも両者の音響インピーダンスが異るので同様
に進行してきた超音波の一部が反射し、界面エコ
ーＩを与える。さらに、内層材１ｂ中を進む超音
波は内層材１ｂを通過し、空気中に入る際に、同
一に一部が反射し、内面エコーＢが表われる。 そして、これら各エコーＳ、Ｉ、Ｂの時間間
隔、外面エコーＳから界面エコーＩまでの時間tA
および界面エコーＩから内面エコーＢまでの時間
tBを求め、外層材１ａおよび内層材１ｂのそれぞ
れの音速をCA、CBとすれば外層材１ａの厚みTA
および内層材１ｂの厚みTBは、 TA＝tA／2CA TB＝tB／2CB から求めることができる。 また、内層材１ｂの肉厚が薄く、界面エコーＩ
と外面エコーＢとが接近し、両者を識別しがたい
場合にでも、界面エコーＩが検出されれば、管材
１の合計厚みTTからTAを差し引けば、内層材１
ｂの厚さTBを知ることができる。 しかしながら、この超音波法で、ジルコニウム
合金とジルコニウムとからなる二層構造の燃料被
覆管のジルコニウム層の肉厚を測定しようとする
と、次のような問題点が生じる。 外層材のジルコニウム合金と内層材のジルコニ
ウムとは、その組成が第１表に示すように極めて
類似しており、そのため両者の音響インピーダン
スが近似し、超音波の反射率が小さく、界面エコ
ーＩが明瞭に得られない。
どに用いられるジルコニウム合金とジルコニウム
との複合材の肉厚測定方法に関する。 原子炉の燃料棒の燃料被覆管は、ジルカロイな
どのジルコニウム合金で形成されている。これ
は、ジルコニウム合金が中性子吸収断面積が小さ
く、炉内環境下において強度、耐食性が高く、か
つ非反応性であるためである。 ところで、燃料被覆管内部に収容された核燃料
が核反応を起すことにより、核分裂生成物が生成
するが、その核分裂生成物の存在下、燃料被覆管
と核燃料が高温であるため局部的に接合すること
がある。そして、燃料被覆管と核燃料との熱膨張
率の差により燃料被覆管に応力が働きこの結果燃
料被覆管が応力腐食割れを生じ、核分裂生成物の
漏洩を招く恐れがある。 このため、ジルコニウム合金製の被覆管の内面
に純ジルコニウム（ジルコニウム）を内張りした
二層構造の燃料被覆管が提案されている。この二
層構造の燃料被覆管は、ジルコニウムがジルコニ
ウム合金に比べて軟質であるため、上記応力の緩
和に有効に働き、応力腐食割れが確実に防止でき
るものである。 ところが、このような二層構造の被覆管を製造
するには、内側のジルコニウムの厚さを管全体に
わたつて測定し、その厚味を確認することが非常
に重要な課題となる。 一般にこのような複合材のそれぞれの材料の厚
みを測定するには、超音波技術が利用される。第
１図はこのような超音波を利用した二層構造の複
合材よりなる管材１の外層材１ａおよび内層材１
ｂの厚味を測定する方法を示すものである。水な
どの媒質２中に被検体の管体１をその両端開口部
を封じたうえ浸し、媒質２中に置かれた超音波探
触子３から超音波を発射する。すると、探触子３
に接続された超音波検査器４のブラウン管５に
は、まず送信エコーＴが表われる。ついで、超音
波が管体１外表面に達すると、媒質２と管体１の
外層材１ａとの音響インピーダンスが異るのでそ
の１部が反射し、これが外面エコーＳとして表わ
れる。そして、超音波が外層材１ａ中を進行して
外層材１ａと内層材１ｂとの界面に達すると、こ
こでも両者の音響インピーダンスが異るので同様
に進行してきた超音波の一部が反射し、界面エコ
ーＩを与える。さらに、内層材１ｂ中を進む超音
波は内層材１ｂを通過し、空気中に入る際に、同
一に一部が反射し、内面エコーＢが表われる。 そして、これら各エコーＳ、Ｉ、Ｂの時間間
隔、外面エコーＳから界面エコーＩまでの時間tA
および界面エコーＩから内面エコーＢまでの時間
tBを求め、外層材１ａおよび内層材１ｂのそれぞ
れの音速をCA、CBとすれば外層材１ａの厚みTA
および内層材１ｂの厚みTBは、 TA＝tA／2CA TB＝tB／2CB から求めることができる。 また、内層材１ｂの肉厚が薄く、界面エコーＩ
と外面エコーＢとが接近し、両者を識別しがたい
場合にでも、界面エコーＩが検出されれば、管材
１の合計厚みTTからTAを差し引けば、内層材１
ｂの厚さTBを知ることができる。 しかしながら、この超音波法で、ジルコニウム
合金とジルコニウムとからなる二層構造の燃料被
覆管のジルコニウム層の肉厚を測定しようとする
と、次のような問題点が生じる。 外層材のジルコニウム合金と内層材のジルコニ
ウムとは、その組成が第１表に示すように極めて
類似しており、そのため両者の音響インピーダン
スが近似し、超音波の反射率が小さく、界面エコ
ーＩが明瞭に得られない。
【表】
また、一般に界面エコーＩを検出しやすくする
には、使用超音波周波数を高くすればよいことが
知られている。しかし、周波数を高くすれば媒体
中での超音波の減衰が大きくなるため、むやみに
周波数を高くすることはできない。 この発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、ジルコニウム合金とジルコニウムとからなる
複合材のジルコニウムの厚みを正確かつ確実に超
音波を用いて測定できる肉厚測定方法を提供する
ことを目的とするものである。 以下、この発明を詳しく説明する。 この発明の肉厚測定方法は、超音波周波数に
20MHz〜100MHzを選び、かつ探触子にラインフ
オーカス型探触子を用いることを特徴とするもの
である。 この発明においては超音波探触子にラインフオ
ーカス型探触子を用いる。一般に超音波による厚
さ測定には、超音波ビームが点状に絞られるポイ
ントフオーカス型探触子が用いられているが、本
発明者は界面エコーを明確に検出するべく、種々
実験を重ねたところ、意外にもラインフオーカス
型探触子を用いると、ジルコニウム合金とジルコ
ニウムとの組成の似た二層構造の複合体の界面エ
コーでも明瞭に検出できることを知見した。 第２図は、厚み0.6mmのジルコニウム合金管の
内周面に厚み0.07mmの純ジルコニウムを内張りし
た二層構造の管体についての超音波反射エコーを
示す図形であつて、ｂは一般のポイントフオーカ
ス型探触子を用い、周波数25MHzでの反射エコー
を示し、ｂはラインフオーカス型探触子を用い、
周波数25MHzでの反射エコーを示す。第２図ａで
はノイズが大きく、界面エコーは認められない
が第２図ｂでは界面エコーが明瞭に認められ、
かつノイズが少なく全体にはつきりしたエコーが
得られている。 ラインフオーカス型探触子とは、探触子より放
射される超音波ビームの焦点面の断面形状が楕円
もしくは長方形のものであつて、かつ、ここでは
楕円もしくは長方形の縦寸法と横寸法との比が
１：３〜１：20の範囲のものが用いられ、より好
しくは１：５〜１：10のものが選ばれる。この比
が１：３未満であれば縦横の比が小さく、ポイン
トフオーカス型のそれに近くなり明瞭な界面エコ
ーが得られず、一方１：20を越える探触子は製造
が困難であり、実用し得ない。第２図ｂに示した
反射エコーは、上記比が１：５のラインフオーカ
ス型探触子を用いたものであり、同様の結果が比
１：10の探触子についても得られた。 そして、被検体が上記燃料被覆管のような管体
である場合は、集束された超音波ビームの断面の
長手方向が管体の軸方向と平行となるように超音
波ビームの方向を定めて管体に照射することが必
要である。超音波ビームの断面の長手方向が管体
の軸方向と直交したり、あるいは斜交したりした
場合には、超音波ビームの焦点が被検体にうまく
合わず明瞭な界面ビームを得ることができない。 また、この発明では超音波周波数を20MHz〜
100MHzとする。超音波周波数を20MHz〜100MHz
とすることにより、媒体中での超音波の減衰が小
さくかつ界面エコーが明瞭に得られることが、本
発明者の実験の結果明らかになつた。 ジルコニウム合金0.6mmの外層材１ａと純ジル
コニウム0.20mm、0.07mmの内層材１ｂとからなる
二層構造の管材１についての上記のラインフオー
カス型探触子３を用い、超音波周波数を5MHz〜
120MHzに変化させて界面エコーの検知につい
て検討したところ、第２表に示す結果が得られ
た。
には、使用超音波周波数を高くすればよいことが
知られている。しかし、周波数を高くすれば媒体
中での超音波の減衰が大きくなるため、むやみに
周波数を高くすることはできない。 この発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、ジルコニウム合金とジルコニウムとからなる
複合材のジルコニウムの厚みを正確かつ確実に超
音波を用いて測定できる肉厚測定方法を提供する
ことを目的とするものである。 以下、この発明を詳しく説明する。 この発明の肉厚測定方法は、超音波周波数に
20MHz〜100MHzを選び、かつ探触子にラインフ
オーカス型探触子を用いることを特徴とするもの
である。 この発明においては超音波探触子にラインフオ
ーカス型探触子を用いる。一般に超音波による厚
さ測定には、超音波ビームが点状に絞られるポイ
ントフオーカス型探触子が用いられているが、本
発明者は界面エコーを明確に検出するべく、種々
実験を重ねたところ、意外にもラインフオーカス
型探触子を用いると、ジルコニウム合金とジルコ
ニウムとの組成の似た二層構造の複合体の界面エ
コーでも明瞭に検出できることを知見した。 第２図は、厚み0.6mmのジルコニウム合金管の
内周面に厚み0.07mmの純ジルコニウムを内張りし
た二層構造の管体についての超音波反射エコーを
示す図形であつて、ｂは一般のポイントフオーカ
ス型探触子を用い、周波数25MHzでの反射エコー
を示し、ｂはラインフオーカス型探触子を用い、
周波数25MHzでの反射エコーを示す。第２図ａで
はノイズが大きく、界面エコーは認められない
が第２図ｂでは界面エコーが明瞭に認められ、
かつノイズが少なく全体にはつきりしたエコーが
得られている。 ラインフオーカス型探触子とは、探触子より放
射される超音波ビームの焦点面の断面形状が楕円
もしくは長方形のものであつて、かつ、ここでは
楕円もしくは長方形の縦寸法と横寸法との比が
１：３〜１：20の範囲のものが用いられ、より好
しくは１：５〜１：10のものが選ばれる。この比
が１：３未満であれば縦横の比が小さく、ポイン
トフオーカス型のそれに近くなり明瞭な界面エコ
ーが得られず、一方１：20を越える探触子は製造
が困難であり、実用し得ない。第２図ｂに示した
反射エコーは、上記比が１：５のラインフオーカ
ス型探触子を用いたものであり、同様の結果が比
１：10の探触子についても得られた。 そして、被検体が上記燃料被覆管のような管体
である場合は、集束された超音波ビームの断面の
長手方向が管体の軸方向と平行となるように超音
波ビームの方向を定めて管体に照射することが必
要である。超音波ビームの断面の長手方向が管体
の軸方向と直交したり、あるいは斜交したりした
場合には、超音波ビームの焦点が被検体にうまく
合わず明瞭な界面ビームを得ることができない。 また、この発明では超音波周波数を20MHz〜
100MHzとする。超音波周波数を20MHz〜100MHz
とすることにより、媒体中での超音波の減衰が小
さくかつ界面エコーが明瞭に得られることが、本
発明者の実験の結果明らかになつた。 ジルコニウム合金0.6mmの外層材１ａと純ジル
コニウム0.20mm、0.07mmの内層材１ｂとからなる
二層構造の管材１についての上記のラインフオー
カス型探触子３を用い、超音波周波数を5MHz〜
120MHzに変化させて界面エコーの検知につい
て検討したところ、第２表に示す結果が得られ
た。
【表】
△；測定結果が不安定
○；測定良好
第２表から明らかなように内層材１ｂの厚味が
厚ければ低い周波数でも界面エコーを検知できる
ことがわかるが、燃料被覆管などの実用面では純
ジルコニウムの厚味が0.07mm程度であることか
ら、20MHz〜100MHzを好適範囲とした。同様の
実験をフラツト型およびポイントフオーカス型探
触子を用いて行つたところ、いずれもＳ／Ｎ比が
良好でなく、界面エコーは検知できなかつた。 このように、ジルコニウム合金とジルコニウム
とからなる二層構造の管材であつて、ジルコニウ
ムの肉厚が0.1mm以下の薄いものの肉厚の測定を
超音波法を利用して行うには、超音波周波数を
20MHz〜100MHzとし、ラインフオーカス型探触
子を用いることにより、界面エコーを明瞭に検出
することができ、その肉厚を正確かつ確実に知る
ことができる。 なお、以上の説明においては、燃料被覆管など
の管材についての例を示したが、これに限らず、
ジルコニウム合金板とジルコニウム板とを積層し
たクラツド材などについても全く同様に適用する
ことができる。 以上説明したように、本発明はジルコニウム合
金とジルコニウムとからなる複合材のジルコニウ
ムの肉厚を超音波によつて測定するに際し、超音
波周波数を20MHz〜100MHzとし、ラインフオー
カス型探触子を用いるものであるので、ジルコニ
ウム合金とジルコニウムとの界面からの界面エコ
ーを鋭敏かつ正確に検出することができ、肉薄の
ジルコニウムの厚みを正確かつ確実に超音波法に
よつて測定することができる。
○；測定良好
第２表から明らかなように内層材１ｂの厚味が
厚ければ低い周波数でも界面エコーを検知できる
ことがわかるが、燃料被覆管などの実用面では純
ジルコニウムの厚味が0.07mm程度であることか
ら、20MHz〜100MHzを好適範囲とした。同様の
実験をフラツト型およびポイントフオーカス型探
触子を用いて行つたところ、いずれもＳ／Ｎ比が
良好でなく、界面エコーは検知できなかつた。 このように、ジルコニウム合金とジルコニウム
とからなる二層構造の管材であつて、ジルコニウ
ムの肉厚が0.1mm以下の薄いものの肉厚の測定を
超音波法を利用して行うには、超音波周波数を
20MHz〜100MHzとし、ラインフオーカス型探触
子を用いることにより、界面エコーを明瞭に検出
することができ、その肉厚を正確かつ確実に知る
ことができる。 なお、以上の説明においては、燃料被覆管など
の管材についての例を示したが、これに限らず、
ジルコニウム合金板とジルコニウム板とを積層し
たクラツド材などについても全く同様に適用する
ことができる。 以上説明したように、本発明はジルコニウム合
金とジルコニウムとからなる複合材のジルコニウ
ムの肉厚を超音波によつて測定するに際し、超音
波周波数を20MHz〜100MHzとし、ラインフオー
カス型探触子を用いるものであるので、ジルコニ
ウム合金とジルコニウムとの界面からの界面エコ
ーを鋭敏かつ正確に検出することができ、肉薄の
ジルコニウムの厚みを正確かつ確実に超音波法に
よつて測定することができる。
第１図は、異種材料よりなる二層構造の管材の
各層の肉厚を超音波法によつて測定する方法の原
理を示す説明図、第２図はジルコニウム合金管
（肉厚0.6mm）の内面に厚み0.07mmの純ジルコニウ
ムを内張した二層構造の管体を被検体としたとき
の超音波反射エコーを表わす図形であつて、ａは
ポイントフオーカス型探触子を用い、周波数25M
Hzの時のエコーを示し、ｂはラインフオーカス型
探触子を用い周波数25MHzの時のエコーを示す。 １……管材、１ａ……外層材、１ｂ……内層
材、３……探触子、４……超音波検査器。
各層の肉厚を超音波法によつて測定する方法の原
理を示す説明図、第２図はジルコニウム合金管
（肉厚0.6mm）の内面に厚み0.07mmの純ジルコニウ
ムを内張した二層構造の管体を被検体としたとき
の超音波反射エコーを表わす図形であつて、ａは
ポイントフオーカス型探触子を用い、周波数25M
Hzの時のエコーを示し、ｂはラインフオーカス型
探触子を用い周波数25MHzの時のエコーを示す。 １……管材、１ａ……外層材、１ｂ……内層
材、３……探触子、４……超音波検査器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ジルコニウム合金とジルコニウムとからなる
複合材のジルコニウムの肉厚を超音波によつて測
定するに際し、 周波数20MHz〜100MHzの超音波を用いるとと
もに超音波探触子としてラインフオーカス型探触
子を用いることを特徴とするジルコニウム合金と
ジルコニウムとからなる複合材の肉厚測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24763583A JPS60142210A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | ジルコニウム合金とジルコニウムとからなる複合材の肉厚測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24763583A JPS60142210A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | ジルコニウム合金とジルコニウムとからなる複合材の肉厚測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60142210A JPS60142210A (ja) | 1985-07-27 |
| JPH029684B2 true JPH029684B2 (ja) | 1990-03-05 |
Family
ID=17166433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24763583A Granted JPS60142210A (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | ジルコニウム合金とジルコニウムとからなる複合材の肉厚測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60142210A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2617914B2 (ja) * | 1986-03-04 | 1997-06-11 | 神鋼特殊鋼管株式会社 | ２重管のライナー厚み測定方法及び超音波探触子の二軸追従装置 |
| US4669310A (en) * | 1986-03-26 | 1987-06-02 | The Babcock & Wilcox Company | High frequency ultrasonic technique for measuring oxide scale on the inner surface of boiler tubes |
| JPS62297710A (ja) * | 1986-06-16 | 1987-12-24 | Nippon Steel Corp | 衝撃弾性波による複層耐火壁の厚み検出方法 |
| FR2629586B1 (fr) * | 1988-03-30 | 1992-01-03 | Cezus Co Europ Zirconium | Procede de controle ultrasonore de l'epaisseur de placage d'un tube metallique, dispositif correspondant et application a des tubes en alliage de zr plaque |
| US4991440A (en) * | 1990-02-05 | 1991-02-12 | Westinghouse Electric Corp. | Method of ultrasonically measuring thickness and characteristics of zirconium liner coextruded with zirconium tube |
| US5661241A (en) * | 1995-09-11 | 1997-08-26 | The Babcock & Wilcox Company | Ultrasonic technique for measuring the thickness of cladding on the inside surface of vessels from the outside diameter surface |
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-
1983
- 1983-12-29 JP JP24763583A patent/JPS60142210A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60142210A (ja) | 1985-07-27 |
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