JPH0343562B2 - - Google Patents

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JPH0343562B2
JPH0343562B2 JP16509582A JP16509582A JPH0343562B2 JP H0343562 B2 JPH0343562 B2 JP H0343562B2 JP 16509582 A JP16509582 A JP 16509582A JP 16509582 A JP16509582 A JP 16509582A JP H0343562 B2 JPH0343562 B2 JP H0343562B2
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JP
Japan
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cladding tube
liner layer
wall thickness
thickness
measuring
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JP16509582A
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JPS5954902A (ja
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Hideaki Oogami
Masaru Ito
Norinobu Yokota
Akishi Sugimura
Shinichi Higuchi
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は被覆管の肉厚を非破壊で測定する方
法および装置に係り、特に原子炉炉心部に使用さ
れる核燃料要素としてのジルコニウムライナ被覆
管の肉厚の非破壊測定方法およびその装置に関す
る。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
原子炉の炉心部には核燃料を収容した燃料被覆
管が設けられている。この燃料被覆管は核燃料の
核分裂により発生した核分裂生成物を周囲の冷却
媒体中に逸出させるのを防止することを主な機能
としており、その素材には、比較的高温まで強靭
でかつ極めて安定性を有する、ジルカロイ−2、
ジルカロイ−4などのジルコニウム合金が広く用
いられている。このジルコニウム合金は延展性も
良好で冷却媒体に非反応性である等の優れた性質
を有するが、ジルコニウム合金からなる燃料被覆
管は、原子炉の炉出力を急激に上昇させた場合、
核燃料との相互作用により破損が生ずる恐れがあ
つた。この破損の原因として、燃料被覆管と核燃
料との間の熱膨脹率の差などに基づく機材的相互
作用と、核分裂生成物に含まれる腐食性生成物に
よる腐食作用との重畳作用による応力腐食割れが
考えられている。
燃料被覆管の応力腐蝕割れを防止するために、
第1図に示すようなジルコニウムライナ燃料被覆
管1が開発されている。この燃料被覆管1は、ジ
ルコニウム合金製の被覆管本体2の内周に純ジル
コニウム被膜3を施こしたものである。被覆管本
体2に、ジルコニウム合金より軟質の純ジルコニ
ウム(ビツカース硬度:ジルカロイ−2は約
170DPH、純ジルコニウムは約70DPHである。)
で内張りしてジルコニウムライナ層3を設けるこ
とにより、このジルコニウムライナ層3で燃料被
覆管1に作用する応力を緩和し、かつ腐食性核分
裂生成物の被覆管本体2への直接接触を阻止して
応力腐食割れによる燃料被覆管1の破損を抑制し
ている。
しかるに、燃料被覆管1の破損抑制機能を保証
するためには、燃料被覆管1の全周かつ全長にわ
たつて所定の被膜厚の純ジルコニウムが内張りさ
れていることが要求される。ところが、現在採用
されている燃料被覆管のジルコニウム合金被覆管
本体とジルコニウムライナ層との肉厚を測定する
方法は、燃料被覆管の両端を切断し、切断面を光
学的に測定して肉厚を決定する破壊測定法であ
る。
しかしながら、燃料被覆管を切断して、切断面
を光学的に測定する破壊測定法は、測定作業が面
倒であり、測定に長時間を要するだけでなく、燃
料被覆管の全長のわたる肉厚測定が不可能で、燃
料被覆管の品質管理上多くの問題があつた。
〔発明の目的〕
この発明は上述した点と考慮し、被覆管の全長
にわたり、被覆管本体の肉厚およびライナ層の肉
厚を非破壊で簡単に測定することができる被覆管
の肉厚を非破壊で測定する方法および装置を提供
することを目的とする。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために、この発明において
は、被覆管本体にライナ層を施した被覆管の肉厚
を測定する方法において、交流電流したコイルを
ライナ層に接近または接触させ、被覆管本体とラ
イナ層の電気抵抗率の差に起因する交流の位相差
から、ライナ層の厚さを測定する一方、燃料被覆
管に超音波パルスを発振させ、上記燃料被覆管の
外表面と内表面とから反射される超音波の反射時
間の差を求め、この反射時間の差により求められ
る数値を、測定されたライナ層の層厚で較正し
て、被覆管の肉厚を求める被覆管の肉厚を非破壊
で測定する方法(第1番目の発明)を提供するも
のである。
また、この発明は上記の目的を達成するため
に、被覆管本体にライナ層を施した被覆管の肉厚
を測定する装置において、上記被覆管のライナ層
の厚さを測定する渦電流式肉厚測定系と、上記被
覆管の外表面および内表面から反射される超音波
の反射時間を求める超音波測定系と、上記両測定
系からの測定信号が入力される演算系とからな
り、上記演算系は超音波測定系で測定された超音
波の反射時間の差から得られた値を材料の物性値
や渦電流式肉厚測定系で求められたライナ層の厚
さで較正して被覆管のライナ層や被覆管本体の肉
厚を演算するように設定したことを特徴とする被
覆管の肉厚を非破壊で測定する装置(第2番目の
発明)を提供するものである。
〔発明の実施例〕
この発明の一実施例について添付図面を参照し
て説明する。
第2図はこの発明に係る被覆管肉厚の非破壊測
定装置の測定原理を示すブロツク図であり、この
発明は核燃料(バリヤ燃料)を充填した燃料被覆
管1のジルコニウム合金製被覆管本体2の肉厚と
純ジルコニウムを内張りしたライナ層3の層厚
(第1図参照)とを非破壊で測定するのに適用し
た例を示す。
第2図において、符号10は渦電流を利用した
渦電流式肉厚測定系を示し、この肉厚測定系10
は後述する測定原理により、燃料被覆管1のライ
ナ層3の層厚が測定されるようになつており、そ
の測定信号aは演算系11に入力される。
一方、演算系11には超音波測定系12からの
測定信号bが入力される。超音波測定系12は、
超音波を利用して材料の厚さを測定する公知の技
術を応用したものであり、その測定原理について
は後述する。しかして、両測定系10,12で測
定された測定信号a,bは演算系11に入力され
て演算され、この演算信号cは記録系13に出力
され、ここで記録される。
次に、渦電流式肉厚測定系10の測定原理につ
いて、第3図を参照して説明する。
第3図に示すように、コイル15に交流電源1
6から交流を流してこのコイル15を導電性材料
17に近づけると、電磁誘導作用により導電性材
料17に渦電流18が生ずる。この渦電流18の
大きさは、材料の抵抗率の変化、透磁率の変化、
材料形状の変化、コイル材料間の距離の変化等の
要因により変化するので予めこれを考慮してお
く。一方、導電性材料17に発生した渦電流18
は電磁誘導作用によりコイル15に影響を与え、
コイル15のインピダンスを変化させる。したが
つて、コイル15のインピダンスの変化を測定装
置(図示せず)で捕えれば導電性材料について
種々の情報が得られる。
ところで、燃料被覆管1の被覆管本体2にジル
カロイ−2のジルコニウム合金を用いた場合、被
覆管本体2と純ジルコニウムのライナ層3の電気
抵抗率はそれぞれ約70μΩcm、約50μΩcmであり、
両者間に約40%の抵抗率の差がある。そして、こ
の抵抗率の差は、コイル15から得られる交流電
流の位相の差となつて表われ、この位相差は純ジ
ルコニウムを内張りしたライナ層3の厚さにより
変化する。変化する範囲は、ジルコニウム合金の
みによる位相と、純ジルコニウムのみによる位相
との間であり、この範囲内で純ジルコニウムの膜
厚に応じて変動する。
したがつて、純ジルコニウムのライナ層3の厚
さが既知である燃料被覆管の試料を用いて、渦電
流式肉厚測定系10の位相変化信号を予め較正し
ておけば、未知のライナ層厚被測定試料(燃料被
覆管)に対して位相の変化から純ジルコニウムの
ライナ層の測定を行なうことができる。
その際、コイル15のインピダンス変化を与え
る外的因子、例えばコイルと試料間の距離の変
化、試料の形状変化を除くために、プローブ型コ
イルを用いるとよい。プローブ型試験コイルを制
作し、このコイルを純ジルコニウムのライナ層3
に接触させ、コイルに1MHzの高い(交流)周波
数をかけて試験したところ、第4図に示すよう
に、従来の光学的測定により得られた燃料被覆管
の純ジルコニウムのライナ層厚と渦電流法による
出力との間に、直線関係が得られた。この第4図
は、渦電流法により燃料被覆管1の被覆管本体2
に内張りされるライナ層3の厚さが測定可能であ
ることを示している。
次に、超音波測定系12の測定原理について説
明する。
超音波を利用した材料19の肉厚測定原理は、
例えば第5図に示す通りであり、超音波探傷機
(超音波発振器)20のA点から発振される超音
波パルスが材料12の表面B点およびC点でそれ
ぞれ反射し、A点まで戻るまでの時間のずれと、
材料19中を走る超音波の速度から材料(燃料被
覆管)の肉厚を求めるものである。
今、A点から発振された超音波パルスがB点お
よびC点で反射してA点まで戻る時間をt1、t2
し、材料19内を走る超音波の速度をυとする
と、材料19の肉厚dは、 d=t2−t1/2・υ ……(1) で表わされる。ここで、材料19内を走る超音波
速度υは材料の物性値に一義的に依存し、例えば
次式で表わされる。
υ=√・(1−)(1+)(1−2)
……(2) ただし、E:ヤング率 σ:ポアソン比 ρ:材料の密度、である。
しかして、超音波による測定方法を燃料被覆管
1に適用した場合、純ジルコニウムのライナ層3
と被覆管本体2の界面からの反射はほとんど期待
できず、仮に界面からの反射が生じたとしてもラ
イナ層3が厚さ100μm以下と非常に薄いため、
超音波パルスの分離がほとんど不可能である。し
たがつて、この超音波測定原理を利用したもの
は、一様管(材料)12の場合と同様、燃料被覆
管1の外表面および内表面からの超音波の反射時
間t1、t2は、検出装置(図示せず)により求めら
れるが、実際の燃料被覆管1は2層管であり、各
層の超音波速度は第2式に示すように材料の物性
値により異なるため、この超音波法からでは直接
燃料被覆管1の肉厚を求めることができず、第1
式を補正した式として第3式が得られる。
d1/υ1+d2/υ2=t2−t1/2 ……(3) ただし、d1:被覆管本体の肉厚(未知数) d2:ライナ層の厚さ(未知数) d1+d2:燃料被覆管の肉厚 υ1:被覆管本体中の超音波速度 υ2:ライナ層中の超音波速度、である。
一方、燃料被覆管1のライナ層3の厚さd2は渦
電流法により求められているので、この厚さd2
第3式に挿入すると、被覆管本体2の肉厚を求め
ることができ、これから燃料被覆管1の肉厚応D
は次式で求めることができる。
D=d1+d2 ={(t2-t1)/2−d2/υ2}・υ1+d2 ……(4) 第4式の演算は、演算系11で行なわれ、これ
により燃料被覆管1の肉厚およびライナ層3の厚
さを求めることができる。求められた燃料被覆管
1の肉厚およびライナ層3の厚さ、被覆管本体2
の肉厚は記録系13に出力され、ここで記録され
る。
なお、この発明においては、超音波法と渦電流
法を組み合せることにより、燃料被覆管1および
ライナ層3の肉厚を非破壊で測定する方法につい
て述べたが、被測定物は燃料被覆管に限らず、一
般的な金属材料の2層管からなる被覆管の各層厚
を測定することができる。
〔発明の効果〕
以上に述べたように、この発明に係る被覆管の
肉厚を非破壊で測定する方法および装置において
は、被覆管のライナ層の厚さを測定する渦電流式
肉厚測定系と、被覆管の外表面および内表面で反
射される超音波の反射時間を求める超音波測定系
と、これら両測定系から測定される信号が入力さ
れる演算系とからなり、演算系は、超音波測定系
で測定された被覆管の外表面および内表面からの
超音波の反射時間の差から求められた値を、材料
と物性値や渦電流式肉厚測定系で測定されたライ
ナ層の厚さで較正して被覆管の肉厚を演算するよ
うに設定したもので、二層管からなる被覆管の肉
厚およびライナ層の層厚、被覆管本体の層厚を、
渦電流法の超音波法を組み合せることで、非破壊
で被覆管全長にわたり測定することができ、かつ
この測定も非破壊測定であるから簡単かつ短時間
に行なうことができ、この結果として被覆管の品
質を充分に保証することができる等の効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は核燃料を収容する燃料被覆管の断面
図、第2図はこの発明に係る被覆管の肉厚を非破
壊で測定する装置の測定原理を示す図、第3図は
上記非破壊測定装置に組み込まれる渦電流式肉厚
測定系の測定原理を説明する図、第4図は渦電流
式肉厚測定系の測定により得られた出力(交流の
位相差)と従来の破壊測定法である光学的測定に
よる被覆管のライナ層厚との関係を示すグラフ、
第5図は上記非破壊測定装置に組み込まれる超音
波測定系の測定原理を説明する図である。 1……燃料被覆管、2……被覆管本体、3……
ライナ層、10……渦電流式肉厚測定系、11…
…演算系、12……超音波測定系、13……記録
系、15……コイル、16……導電性材料、18
……渦電流、19……材料、20……超音波発振
器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被覆管本体にライナ層を施した被覆管の肉厚
    を測定する方法において、交流電流を流したコイ
    ルをライナ層に接近または接触させ、被覆管本体
    とライナ層の電気抵抗率の差に起因する交流の位
    相差から、ライナ層の厚さを測定する一方、被覆
    管に超音波パルスを発振させ、上記被覆管の外表
    面と内表面とから反射される超音波の反射時間の
    差を求め、この反射時間の差により求められる数
    値を、測定されたライナ層の層厚で較正して、被
    覆管の肉厚を求めることを特徴とする、被覆管の
    肉厚を非破壊で測定する方法。 2 コイルにはプローブ型コイルが使用される特
    許請求の範囲第1項に記載の被覆管の肉厚を非破
    壊で測定する方法。 3 被覆管は、核燃料を収容する燃料被覆管であ
    り、被覆管本体はジルコニウム合金からなり、こ
    の被覆管本体の内周面に施されるライナ層は純ジ
    ルコニウムからなる特許請求の範囲第1項に記載
    の被覆管の肉厚を非破壊で測定する方法。 4 被覆管本体にライナ層を施した被覆管の肉厚
    を測定する装置において、上記被覆管のライナ層
    の厚さを測定する渦電流式肉厚測定系と、上記被
    覆管の外表面および内表面から反射される超音波
    の反射時間を求める超音波測定系と、上記両測定
    系からの測定信号が入力される演算系とからな
    り、上記演算系は、超音波測定系で測定された上
    記超音波の反射時間の差から得られた値を、材料
    の物性値や渦電流式肉厚測定系で求められたライ
    ナ層の厚さで較正して被覆管の肉厚を演算するよ
    うに設定したことを特徴とする被覆管の肉厚を非
    破壊で測定する装置。 5 被覆管は核燃料を収容する燃料被覆管であ
    り、この燃料被覆管の被覆管本体はジルコニウム
    合金からなり、上記被覆管本体の内周面に純ジル
    コニウム製のライナ層が施された特許請求の範囲
    第1項に記載の被覆管の肉厚を非破壊で測定する
    装置。 6 渦電流式肉厚測定系は、被覆管のライナ層に
    接近あるいは接触せしめられるプローブ型コイル
    と、このコイルに交流電流を流す交流電源と、上
    記コイルのインピーダンスの変化を測定する測定
    装置とからなり、交流電流を流したコイルを被覆
    管ライナ層に接近あるいは接触させることによ
    り、被覆管本体とライナ層との電気抵抗率の差に
    起因する交流の位相差からライナ層の厚さを検出
    するように構成した特許請求の範囲第4項に記載
    の被覆管の肉厚を非破壊で測定する装置。 7 超音波測定系は被覆管の表面に超音波を発振
    させる超音波発振器と、発振された超音波の被覆
    管外表面と内表面とからの反射時間をそれぞれ検
    出する検出装置とからなり、検出装置からの検出
    信号を演算系に出力するように設定された特許請
    求の範囲第4項に記載の被覆管の肉厚を非破壊で
    測定する装置。
JP16509582A 1982-09-24 1982-09-24 被覆管の肉厚を非破壊で測定する方法および装置 Granted JPS5954902A (ja)

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JPS62143205U (ja) * 1986-03-04 1987-09-09
US5418823A (en) * 1994-01-04 1995-05-23 General Electric Company Combined ultrasonic and eddy-current method and apparatus for non-destructive testing of tubular objects to determine thickness of metallic linings or coatings

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