JPH04344458A - 障壁を介しての材料の超音波検査方式 - Google Patents
障壁を介しての材料の超音波検査方式Info
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- JPH04344458A JPH04344458A JP4051031A JP5103192A JPH04344458A JP H04344458 A JPH04344458 A JP H04344458A JP 4051031 A JP4051031 A JP 4051031A JP 5103192 A JP5103192 A JP 5103192A JP H04344458 A JPH04344458 A JP H04344458A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は材料の連続性と完全性を
害する恐れのある空隙、きず、き裂等についての、金属
等の材料の非破壊検査に関するものである。更に詳しく
は、密集した製造部品相互の間のギャップのようなギャ
ップを質問（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）超音波が橋
絡（ｂｒｉｄｇｅ）する非破壊検査方法および装置につ
いて述べる。本開示によれば、超音波は第一の材料に入
射し、ギャップを橋絡して第二の被試験材料に入射し、
第二の材料の中の欠陥で反射され、上記ギャップを横断
して戻った後、分析される。
害する恐れのある空隙、きず、き裂等についての、金属
等の材料の非破壊検査に関するものである。更に詳しく
は、密集した製造部品相互の間のギャップのようなギャ
ップを質問（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）超音波が橋
絡（ｂｒｉｄｇｅ）する非破壊検査方法および装置につ
いて述べる。本開示によれば、超音波は第一の材料に入
射し、ギャップを橋絡して第二の被試験材料に入射し、
第二の材料の中の欠陥で反射され、上記ギャップを横断
して戻った後、分析される。
【０００２】
【発明の背景】超音波は１９４０年代以後、種々様々の
材料について、きず、相構成、寸法測定値、結晶粒組織
、および完全性を調べるための非破壊検査に使用されて
きた。特に、近代的な非破壊検査（ＮＤＥ−ｎｏｎｄｅ
ｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ）法で
は通常、メガヘルツ範囲の音波エネルギーが金属体内に
入って金属体内部とその外表面のイメージングを行ない
、その音響的な性質を利用して音波を反射または散乱す
る不連続個所を突き止める。材料の連続性と完全性を害
する恐れのある空隙、きず、き裂等の反射の性質がＮＤ
Ｅ法の基礎である。使用周波数は用いる材料と技術によ
って決まる。鋼鉄の場合、使用周波数は１−１０メガヘ
ルツの範囲にある。種々の鋼鉄の伝搬減衰特性により設
定される好ましい範囲は２．２５から５メガヘルツであ
る。ジルコニウム合金、チタン、アルミニウム、および
複合材料の場合には、それらの特定の音響的な性質に応
じて他の周波数が使用される。
材料について、きず、相構成、寸法測定値、結晶粒組織
、および完全性を調べるための非破壊検査に使用されて
きた。特に、近代的な非破壊検査（ＮＤＥ−ｎｏｎｄｅ
ｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ）法で
は通常、メガヘルツ範囲の音波エネルギーが金属体内に
入って金属体内部とその外表面のイメージングを行ない
、その音響的な性質を利用して音波を反射または散乱す
る不連続個所を突き止める。材料の連続性と完全性を害
する恐れのある空隙、きず、き裂等の反射の性質がＮＤ
Ｅ法の基礎である。使用周波数は用いる材料と技術によ
って決まる。鋼鉄の場合、使用周波数は１−１０メガヘ
ルツの範囲にある。種々の鋼鉄の伝搬減衰特性により設
定される好ましい範囲は２．２５から５メガヘルツであ
る。ジルコニウム合金、チタン、アルミニウム、および
複合材料の場合には、それらの特定の音響的な性質に応
じて他の周波数が使用される。
【０００３】通常、当業者には一般的に知られている圧
電結晶変換器が発生する超音波が水または音響グリース
のような結合流体を介して被検査金属の表面から導入さ
れる。超音波が材料体内を伝搬するにつれて、超音波は
媒体の音響インピーダンスに影響を及ぼす種々の不連続
個所に突き当たることがある。音響科学では周知のこと
であるが、この突き当たりにより、きずの大きさと形状
、入射角、およびインピーダンス変化の大きさのような
種々の要因に応じて、互いに競合する反射と透過が生じ
る。ガス（普通は空気）のギャップがある場合には、イ
ンピーダンスの変化が急激で大きいので、入射音波の殆
どすべてが界面で反射される。このようなギャップを横
断する音波エネルギーはごく僅かであり、空気ギャップ
の先の材料の検査は従来のＮＤＥでは全く考えられてい
ない。したがって、原子炉構成要素の検査にとって重要
な多数の用途では、重要な継手および領域を検査できな
いようにさえぎるギャップの存在によってＮＤＥの有効
性が制限される。その一例はき裂が生じ易いことが知ら
れている、制御棒駆動ハウジングのスタブ管への取付け
溶接部と熱影響領域である。
電結晶変換器が発生する超音波が水または音響グリース
のような結合流体を介して被検査金属の表面から導入さ
れる。超音波が材料体内を伝搬するにつれて、超音波は
媒体の音響インピーダンスに影響を及ぼす種々の不連続
個所に突き当たることがある。音響科学では周知のこと
であるが、この突き当たりにより、きずの大きさと形状
、入射角、およびインピーダンス変化の大きさのような
種々の要因に応じて、互いに競合する反射と透過が生じ
る。ガス（普通は空気）のギャップがある場合には、イ
ンピーダンスの変化が急激で大きいので、入射音波の殆
どすべてが界面で反射される。このようなギャップを横
断する音波エネルギーはごく僅かであり、空気ギャップ
の先の材料の検査は従来のＮＤＥでは全く考えられてい
ない。したがって、原子炉構成要素の検査にとって重要
な多数の用途では、重要な継手および領域を検査できな
いようにさえぎるギャップの存在によってＮＤＥの有効
性が制限される。その一例はき裂が生じ易いことが知ら
れている、制御棒駆動ハウジングのスタブ管への取付け
溶接部と熱影響領域である。
【０００４】図１には原子炉容器Ｖが示されている。炉
心Ｃを示すため部分的な断面図になっている。炉心Ｃに
は制御棒が入っている。制御棒の駆動ハウジングＨはス
タブ管Ｔと原子炉容器の最下部を通って伸びる。核産業
の精通者には明らかなように、図１は１２００ポンドの
範囲の標準圧力のもとで動作する沸騰水原子炉である。 更に、原子炉容器は高さが１２０フィート、直径が３０
フィートの範囲にある。原子炉容器には、核反応の自然
の結果として燃料棒に含まれる放射性物質が入っている
。好ましい非破壊検査は原子炉容器の最下部ヘッドにあ
るスタブ管の周囲を対象としている。
心Ｃを示すため部分的な断面図になっている。炉心Ｃに
は制御棒が入っている。制御棒の駆動ハウジングＨはス
タブ管Ｔと原子炉容器の最下部を通って伸びる。核産業
の精通者には明らかなように、図１は１２００ポンドの
範囲の標準圧力のもとで動作する沸騰水原子炉である。 更に、原子炉容器は高さが１２０フィート、直径が３０
フィートの範囲にある。原子炉容器には、核反応の自然
の結果として燃料棒に含まれる放射性物質が入っている
。好ましい非破壊検査は原子炉容器の最下部ヘッドにあ
るスタブ管の周囲を対象としている。
【０００５】図２では、原子炉容器Ｖのくぼんだ孔１５
の中に配置されたスタブ管Ｔのところに、原子炉容器Ｖ
の最下部ヘッド１４が示されている。通常、原子炉容器
Ｖの内側はステンレス鋼１６で被覆することができる。 最下部ヘッド１４に於けるスタブ管Ｔとクラッディング
１６および原子炉容器Ｖとの接続が溶接部Ｌで行われる
。同様に、制御棒駆動ハウジングＨの接続はスタブ管Ｔ
の最上部で行われる。スタブ管Ｔの中での制御棒駆動ハ
ウジングＨの心合わせは精密に行わなければならない。 したがって、スタブ管Ｔと制御棒駆動ハウジングＨはそ
の間にギャップＧを形成する。このギャップＧにより、
溶接部Ｊの形成中、制御棒駆動ハウジングＨの垂直性を
維持することができる。
の中に配置されたスタブ管Ｔのところに、原子炉容器Ｖ
の最下部ヘッド１４が示されている。通常、原子炉容器
Ｖの内側はステンレス鋼１６で被覆することができる。 最下部ヘッド１４に於けるスタブ管Ｔとクラッディング
１６および原子炉容器Ｖとの接続が溶接部Ｌで行われる
。同様に、制御棒駆動ハウジングＨの接続はスタブ管Ｔ
の最上部で行われる。スタブ管Ｔの中での制御棒駆動ハ
ウジングＨの心合わせは精密に行わなければならない。 したがって、スタブ管Ｔと制御棒駆動ハウジングＨはそ
の間にギャップＧを形成する。このギャップＧにより、
溶接部Ｊの形成中、制御棒駆動ハウジングＨの垂直性を
維持することができる。
【０００６】溶接部ＪとＬ、および溶接部に隣接した熱
影響部には金属き裂が生じ易い。特に、これらの領域は
粒間応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ−ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕ
ｌａｒ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｃ
ｒａｃｋｉｎｇ）として知られている金属き裂欠陥の候
補領域であることがわかった。簡単に述べると、金属の
引張り、水流のよどみ、および酸素濃度の条件により、
金属の粒界に沿ったき裂の伝搬が生じる。この現象は溶
接部ＬおよびＪの中およびそれらに隣接して生じること
が知られている。
影響部には金属き裂が生じ易い。特に、これらの領域は
粒間応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ−ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕ
ｌａｒ ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｃ
ｒａｃｋｉｎｇ）として知られている金属き裂欠陥の候
補領域であることがわかった。簡単に述べると、金属の
引張り、水流のよどみ、および酸素濃度の条件により、
金属の粒界に沿ったき裂の伝搬が生じる。この現象は溶
接部ＬおよびＪの中およびそれらに隣接して生じること
が知られている。
【０００７】従来では、ギャップＧにより、制御棒駆動
ハウジングＨの内部からスタブ管Ｔのき裂の超音波検査
を行うことができなかった。
ハウジングＨの内部からスタブ管Ｔのき裂の超音波検査
を行うことができなかった。
【０００８】
【従来の技術の概要】材料の超音波非破壊検査に於ける
ギャップの検出は知られている。このことは１９７５年
８月のビー・ジー・イー（Ｂ．Ｇ．Ｙｅｅ）他による「
材料評価」（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｖａｌｕａｔｉ
ｏｎ）所載の論文「超音波干渉分光の材料およびきずの
特性づけへの応用」（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏ
ｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎ
ｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｔｏＭａｔｅｒ
ｉａｌｓ ａｎｄ Ｆｌａｗ Ｃｈａｒａｃｔｅ
ｒｉｚａｔｉｏｎ）に述べられている。ギャップの検出
は主として材料の厚さの測定、鋼板内の欠陥の探索、ギ
ャップの寸法測定、またはすべてギャップ自体に関連す
る他の測定のために使用されてきた。従来技術ではギャ
ップに伝達されてギャップを橋絡する超音波を使ってギ
ャップの他方の側の材料を非破壊検査することは示唆さ
れたことはない。
ギャップの検出は知られている。このことは１９７５年
８月のビー・ジー・イー（Ｂ．Ｇ．Ｙｅｅ）他による「
材料評価」（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｖａｌｕａｔｉ
ｏｎ）所載の論文「超音波干渉分光の材料およびきずの
特性づけへの応用」（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏ
ｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎ
ｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｔｏＭａｔｅｒ
ｉａｌｓ ａｎｄ Ｆｌａｗ Ｃｈａｒａｃｔｅ
ｒｉｚａｔｉｏｎ）に述べられている。ギャップの検出
は主として材料の厚さの測定、鋼板内の欠陥の探索、ギ
ャップの寸法測定、またはすべてギャップ自体に関連す
る他の測定のために使用されてきた。従来技術ではギャ
ップに伝達されてギャップを橋絡する超音波を使ってギ
ャップの他方の側の材料を非破壊検査することは示唆さ
れたことはない。
【０００９】ギャップの音を透過させる性質および反射
する性質は理解されている。これについては、ニューヨ
ークのシュプリンガ・フェアラーグ発行のジェーおよび
エッチ・クラウトクレーマ著「材料の超音波検査」４版
の１８−２３頁（Ｊ．ａｎｄＨ．Ｋｒａｕｔｋｒａｍｅ
ｒ，”Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏ
ｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，” ４ｔｈ Ｅｄｉｔ
ｉｏｎ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｎｅｗ Ｙ
ｏｒｋ １９９０，ｐｐ．１８−２３）に述べられて
いる。この場合も、ギャップを介して試験を行ってギャ
ップ（図２のＧ）の他方の側の材料の検査を行うことは
述べられていない。
する性質は理解されている。これについては、ニューヨ
ークのシュプリンガ・フェアラーグ発行のジェーおよび
エッチ・クラウトクレーマ著「材料の超音波検査」４版
の１８−２３頁（Ｊ．ａｎｄＨ．Ｋｒａｕｔｋｒａｍｅ
ｒ，”Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｏ
ｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，” ４ｔｈ Ｅｄｉｔ
ｉｏｎ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ，Ｎｅｗ Ｙ
ｏｒｋ １９９０，ｐｐ．１８−２３）に述べられて
いる。この場合も、ギャップを介して試験を行ってギャ
ップ（図２のＧ）の他方の側の材料の検査を行うことは
述べられていない。
【００１０】
【発明の概要】製造部品内のギャップのような障壁を介
して材料の超音波検査を行うための改良された装置およ
び方法が開示される。通常の超音波検出と同様に、変換
器は伝達媒質流体を介して信号を送る。通常、き裂また
は他のきずのような不連続個所により反射エコーが生じ
る。変換器は反射されたエコーを受けて変換し、音響的
に反射された結果を電子的にディスプレイする。ディス
プレイ、したがって受信したエコーの時間および特性の
分析により、非破壊検査およびきずやき裂の分析が行わ
れる。本発明の改良は、本来、音波を送受するための第
一の構造が検査すべきもう一つの構造からギャップによ
って隔てられているような複合構造の中に故意に形成さ
れたギャップ等のギャップを超音波試験で橋絡できるよ
うにすることを目指している。第一および第二の構造の
材料に関して予測可能で最適な音速を有するガスをギャ
ップに注ぐことが好ましい。伝達媒質流体を介して伝導
される波束（ｗａｖｅ ｐａｃｋｅｔ ）で、音波が第
一の構造に伝搬される。橋絡すべきギャップの寸法の少
なくとも２倍の幅をそなえた波束で音波が作成される。 波束はギャップ内に建設的に干渉する定在波を作成する
（ギャップを満たすガスの音速に関係した）波長の抑制
周波数を有する。ガス入りギャップに伝搬される音波は
ギャップの寸法に対して半整数である定在波長を有する
。音波は第一の構造を透過し、ガス入りギャップで定在
波を作成し、第二の構造に入ってきずがないか音響的に
質問し、反射される。質問された第二の構造からの反射
された超音波は再び建設的に干渉する定在波としてギャ
ップを橋絡し、一次構造を透過した後、伝達媒質流体を
介して変換器に達し、そこで受信された超音波の検出と
分析が行われる。開示される装置およびプロセスに関連
する分析方法の開示により、ギャップの与えられた形状
、ギャップに注がれる任意のガス、任意の質問用波束の
分析が可能となる。これには、一次構造と質問すべき近
くの二次構造との間の与えられた範囲の寸法（通常２ミ
ルから１０ミル）のギャップを橋絡するためのスペクト
ル電力密度および帯域幅、ならびにこの方法を使用する
際に出て来ることがある他のパラメータも含まれる。原
子炉の中のスタブ管構造の質問のために制御棒駆動ハウ
ジングとの間のギャップを横断する好ましい検査の例が
開示される。
して材料の超音波検査を行うための改良された装置およ
び方法が開示される。通常の超音波検出と同様に、変換
器は伝達媒質流体を介して信号を送る。通常、き裂また
は他のきずのような不連続個所により反射エコーが生じ
る。変換器は反射されたエコーを受けて変換し、音響的
に反射された結果を電子的にディスプレイする。ディス
プレイ、したがって受信したエコーの時間および特性の
分析により、非破壊検査およびきずやき裂の分析が行わ
れる。本発明の改良は、本来、音波を送受するための第
一の構造が検査すべきもう一つの構造からギャップによ
って隔てられているような複合構造の中に故意に形成さ
れたギャップ等のギャップを超音波試験で橋絡できるよ
うにすることを目指している。第一および第二の構造の
材料に関して予測可能で最適な音速を有するガスをギャ
ップに注ぐことが好ましい。伝達媒質流体を介して伝導
される波束（ｗａｖｅ ｐａｃｋｅｔ ）で、音波が第
一の構造に伝搬される。橋絡すべきギャップの寸法の少
なくとも２倍の幅をそなえた波束で音波が作成される。 波束はギャップ内に建設的に干渉する定在波を作成する
（ギャップを満たすガスの音速に関係した）波長の抑制
周波数を有する。ガス入りギャップに伝搬される音波は
ギャップの寸法に対して半整数である定在波長を有する
。音波は第一の構造を透過し、ガス入りギャップで定在
波を作成し、第二の構造に入ってきずがないか音響的に
質問し、反射される。質問された第二の構造からの反射
された超音波は再び建設的に干渉する定在波としてギャ
ップを橋絡し、一次構造を透過した後、伝達媒質流体を
介して変換器に達し、そこで受信された超音波の検出と
分析が行われる。開示される装置およびプロセスに関連
する分析方法の開示により、ギャップの与えられた形状
、ギャップに注がれる任意のガス、任意の質問用波束の
分析が可能となる。これには、一次構造と質問すべき近
くの二次構造との間の与えられた範囲の寸法（通常２ミ
ルから１０ミル）のギャップを橋絡するためのスペクト
ル電力密度および帯域幅、ならびにこの方法を使用する
際に出て来ることがある他のパラメータも含まれる。原
子炉の中のスタブ管構造の質問のために制御棒駆動ハウ
ジングとの間のギャップを横断する好ましい検査の例が
開示される。
【００１１】本発明の他の目的、特徴および利点は以下
の説明と図面により更に明らかとなろう。
の説明と図面により更に明らかとなろう。
【００１２】
【実施例の記載】賢明に選択されたガスまたはガス混合
物の中で適切な周波数の定在波を励起できるような条件
を、両端間が通常２−１０ミルのかなり大きいギャップ
内に作り得ることを発明者は見出した。発明者はこの発
見を用いて、沸騰軽水原子炉の超音波による非破壊検査
を制御棒駆動ハウジングからガスギャップを介してスタ
ブ管に対して行なうことにより、制御棒駆動ハウジング
とスタブ管との溶接部および該溶接部に隣接した熱影響
領域の完全性を検査することを可能にした。
物の中で適切な周波数の定在波を励起できるような条件
を、両端間が通常２−１０ミルのかなり大きいギャップ
内に作り得ることを発明者は見出した。発明者はこの発
見を用いて、沸騰軽水原子炉の超音波による非破壊検査
を制御棒駆動ハウジングからガスギャップを介してスタ
ブ管に対して行なうことにより、制御棒駆動ハウジング
とスタブ管との溶接部および該溶接部に隣接した熱影響
領域の完全性を検査することを可能にした。
【００１３】図３に示すように、変換器４０からの縦波
（音波）は伝達媒質流体３１を介して制御棒駆動ハウジ
ングＨの側壁に入射する。その後、超音波はガス３２の
入っている狭いギャップＧを橋絡する。以後明らかにな
るように、ギャップＧの界面に入射するとき音波は一部
が透過し、一部が反射される。この部分的な透過と部分
的な反射はギャップＧの寸法、ギャップＧの中の媒質、
および音波の周波数に応じて変わる。媒質３２の中の音
波の適切な周波数のもとで、ギャップＧの一方の表面で
の部分的な透過がギャップＧの反対側の表面での部分的
な反射と建設的に干渉し、ギャップＧを充たしている媒
質の中に定在波が作成される。この効果が生じるのは、
定在波の空間的広がりがギャップの寸法を超え、ギャッ
プの幅が波長の半整数倍であるときである。したがって
、ガスギャップの遮断効果すなわちその後ろにある媒質
についてのＮＤＥ検査に対する妨害は克服される。
（音波）は伝達媒質流体３１を介して制御棒駆動ハウジ
ングＨの側壁に入射する。その後、超音波はガス３２の
入っている狭いギャップＧを橋絡する。以後明らかにな
るように、ギャップＧの界面に入射するとき音波は一部
が透過し、一部が反射される。この部分的な透過と部分
的な反射はギャップＧの寸法、ギャップＧの中の媒質、
および音波の周波数に応じて変わる。媒質３２の中の音
波の適切な周波数のもとで、ギャップＧの一方の表面で
の部分的な透過がギャップＧの反対側の表面での部分的
な反射と建設的に干渉し、ギャップＧを充たしている媒
質の中に定在波が作成される。この効果が生じるのは、
定在波の空間的広がりがギャップの寸法を超え、ギャッ
プの幅が波長の半整数倍であるときである。したがって
、ガスギャップの遮断効果すなわちその後ろにある媒質
についてのＮＤＥ検査に対する妨害は克服される。
【００１４】更に図３には、質問すべき金属の中に４５
°の角度で音波が入射する様子が示されている。これに
より、図示する水平方向のきずが反射される音響信号を
「コーナトラップ」（ｃｏｒｎｅｒ ｔｒａｐ）する
ことができる。これは周知の標準の非破壊超音波検査の
やり方である。これは役に立つ可能な一つの入射角度で
あることが理解されよう。他の入射角度を使うこともで
きる。
°の角度で音波が入射する様子が示されている。これに
より、図示する水平方向のきずが反射される音響信号を
「コーナトラップ」（ｃｏｒｎｅｒ ｔｒａｐ）する
ことができる。これは周知の標準の非破壊超音波検査の
やり方である。これは役に立つ可能な一つの入射角度で
あることが理解されよう。他の入射角度を使うこともで
きる。
【００１５】有効にするため、ガスギャップより長いパ
ルス波列を励起しなければならない。使用する周波数に
応じて、垂直入射または斜めの入射を用いることができ
る。理論が最も簡単になるのは単色音波の垂直入射の場
合であり、ハウジングＨとスタブ管Ｔとの間の界面での
透過係数について次式が得られる。透過係数Ｋは次式で
表される。
ルス波列を励起しなければならない。使用する周波数に
応じて、垂直入射または斜めの入射を用いることができ
る。理論が最も簡単になるのは単色音波の垂直入射の場
合であり、ハウジングＨとスタブ管Ｔとの間の界面での
透過係数について次式が得られる。透過係数Ｋは次式で
表される。
【００１６】
Ｋ＝１／［１＋（１／４）＊（ｒ−１／ｒ）２ ｓ
ｉｎ２ ２πｄ／λ］ （１）但し、 λ＝音波の波長 ｄ＝ギャップ幅 ｒ＝インピーダンス比Ｚ１ ／Ｚ２ この式は（ｄ／λ）の任意の値に対して、ｒが１でない
とき透過係数Ｋは（ｒ−１／ｒ）２ の項によって支配
される。したがって、結果として得られるＫの値は非常
に小さくなり、これはギャップ界面でのエネルギーの大
きな反射を表す。これはガス入りギャップに一般に当て
はまることである。
ｉｎ２ ２πｄ／λ］ （１）但し、 λ＝音波の波長 ｄ＝ギャップ幅 ｒ＝インピーダンス比Ｚ１ ／Ｚ２ この式は（ｄ／λ）の任意の値に対して、ｒが１でない
とき透過係数Ｋは（ｒ−１／ｒ）２ の項によって支配
される。したがって、結果として得られるＫの値は非常
に小さくなり、これはギャップ界面でのエネルギーの大
きな反射を表す。これはガス入りギャップに一般に当て
はまることである。
【００１７】他方、
ｄ／λ＝ｎ／２； ｎ＝１，２，３，．．．
（２）
であるとき、式（１）からＫは１に等しくなり、これは
エネルギーがギャップを完全に透過し、全く反射がない
ことを示す。したがって、ギャップの寸法が式（２）を
満足する半波長の任意の整数倍であれば、透過が行われ
る。
（２）
であるとき、式（１）からＫは１に等しくなり、これは
エネルギーがギャップを完全に透過し、全く反射がない
ことを示す。したがって、ギャップの寸法が式（２）を
満足する半波長の任意の整数倍であれば、透過が行われ
る。
【００１８】この範囲までのギャップＧはフィルタとし
て動作することがわかり、反射波が同じ波長となる。し
たがって、帰還波も反射されないので、きずからの散乱
波を変換器４０で検出することができる。式（２）が成
立するときはインピーダンス比ｒが式（１）から無くな
り、伝搬はガスギャップのインピーダンスと無関係にな
る。
て動作することがわかり、反射波が同じ波長となる。し
たがって、帰還波も反射されないので、きずからの散乱
波を変換器４０で検出することができる。式（２）が成
立するときはインピーダンス比ｒが式（１）から無くな
り、伝搬はガスギャップのインピーダンスと無関係にな
る。
【００１９】鋼鉄やガスのような線形媒質の場合、超音
波周波数ｆは波長に対して次式で表される。 ｆ＝ｃ／λ
（３）有用であるためには、周
波数は金属（たとえば鋼鉄）内での効率的な伝搬のため
の範囲内に入らなければならない。
波周波数ｆは波長に対して次式で表される。 ｆ＝ｃ／λ
（３）有用であるためには、周
波数は金属（たとえば鋼鉄）内での効率的な伝搬のため
の範囲内に入らなければならない。
【００２０】式（２）と式（３）を組み合わせることに
より、次式が得られる。 ｆ＝ｎｃ／２ｄ； ｎ＝１，２，３．．．．
（４）
但し、ｃはガス内の音速である。さしあたりｎ＝１とす
れば、幅ｄのギャップ内のガスの賢明な選択により、２
−５メガヘルツの範囲内のｆを金属の中で効率的に伝搬
することができる。ｎがより大きな整数であるとき、別
のモードがギャップ内の定在波として伝搬され、この場
合も全透過とすることができる。これはより大きなギャ
ップの場合に使用される。種々のガスの中での定在波効
果を示すために、表１が用意された。ヘリウム、水素、
および乾き空気が例と考えられ、同様の結果が他のガス
および混合物に当てはまる。
表 １
種々の流体に対する垂直入射時のギャップ透過周波数
周波数
Ｋ＝１のときのギャップ幅
（ＭＨｚ） ギャップ内の流体
（ミル）
Ｎ＝１ Ｎ＝２
Ｎ＝３ ２．０１０
Ｈｅ ９．５ １
９．０ ２８．５ ２．２４
７ Ｈｅ
８．５ １７．０ ２５．５
２．５４７ Ｈｅ
７．５ １５．０
２２．５ ２．９３８
Ｈｅ ６．５
１３．０ １９．５
３．８２０ Ｈｅ
５．０ １０．０ １
５．０ ４．７７５
Ｈｅ ４．０
８．０ １２．０ ６．３６
７ Ｈｅ
３．０ ６．０ ９．０
６．９４５ Ｈｅ
２．７５ ５．５
８．２５ ２．０１６
Ｈ２ １２．
５ ２５．０ ３７．５
２．８００ Ｈ２
９．０ １８．０
２７．０ ３．１５０
Ｈ２ ８．０
１６．０ ２４．０
３．６００ Ｈ２
７．０ １４．０
２１．０ ４．２００
Ｈ２ ６．０
１２．０ １８．０ ５．
０４０ Ｈ２
５．０ １０．０ １５．
０ ６．３００
Ｈ２ ４．０ ８
．０ １２．０ ６．７２０
Ｈ２
３．７５ ７．５ １１．２５
２．０１４ 液体Ｈ２
Ｏ １４．５ ２９．０
４３．５ ２．３３６
液体Ｈ２ Ｏ １２．５
２５．０ ３７．５ ２
．９２０ 液体Ｈ２ Ｏ
１０．０ ２０．０ ３０．０
３．８９３ 液体Ｈ２ Ｏ
７．５ １５．０
２２．５ ４．８６７
液体Ｈ２ Ｏ ６．０
１２．０ １８．０ ５．
８４０ 液体Ｈ２ Ｏ
５．０ １０．０ １５．０
６．４８９ 液体Ｈ２ Ｏ
４．５ ９．０
１３．５ ６．８７１
液体Ｈ２ Ｏ ４．２５
８．５ １２．７５ ２
．１５０ 乾き空気
３．００ ６．０ ９．００
２．５８０ 乾き空気
２．５０ ５．０
７．５０ ３．２２５
乾き空気 ２．００
４．０ ６．００
４．３００ 乾き空気
１．５０ ３．０
４．５０ ５．１６０
乾き空気 １．２５
２．５ ３．７５ ６
．４５０ 乾き空気
１．００ ２．０ ３．００
６．９３５ 乾き空気
０．９３ １．８６
２．７９ 本発明の目的は、式（４）
を利用して、超音波では通常アクセスできない異常を検
出するために金属内での音の伝搬に好適なガスを入れる
適当な手段を設けて、特に原子力プラント内のＮＤＥを
行うことである。本発明の第二の目的は超音波検査の有
用性を向上し、また最新技術を従来はＮＤＥに不適当と
考えられていた応用に拡張することである。更に第三の
目的は後ろにあつて、反射する媒質すなわちギャップに
より遮られる媒質の中のきずを検出することにより、材
料構成要素の安全性および信頼度を向上するための方法
および装置を提供することである。
より、次式が得られる。 ｆ＝ｎｃ／２ｄ； ｎ＝１，２，３．．．．
（４）
但し、ｃはガス内の音速である。さしあたりｎ＝１とす
れば、幅ｄのギャップ内のガスの賢明な選択により、２
−５メガヘルツの範囲内のｆを金属の中で効率的に伝搬
することができる。ｎがより大きな整数であるとき、別
のモードがギャップ内の定在波として伝搬され、この場
合も全透過とすることができる。これはより大きなギャ
ップの場合に使用される。種々のガスの中での定在波効
果を示すために、表１が用意された。ヘリウム、水素、
および乾き空気が例と考えられ、同様の結果が他のガス
および混合物に当てはまる。
表 １
種々の流体に対する垂直入射時のギャップ透過周波数
周波数
Ｋ＝１のときのギャップ幅
（ＭＨｚ） ギャップ内の流体
（ミル）
Ｎ＝１ Ｎ＝２
Ｎ＝３ ２．０１０
Ｈｅ ９．５ １
９．０ ２８．５ ２．２４
７ Ｈｅ
８．５ １７．０ ２５．５
２．５４７ Ｈｅ
７．５ １５．０
２２．５ ２．９３８
Ｈｅ ６．５
１３．０ １９．５
３．８２０ Ｈｅ
５．０ １０．０ １
５．０ ４．７７５
Ｈｅ ４．０
８．０ １２．０ ６．３６
７ Ｈｅ
３．０ ６．０ ９．０
６．９４５ Ｈｅ
２．７５ ５．５
８．２５ ２．０１６
Ｈ２ １２．
５ ２５．０ ３７．５
２．８００ Ｈ２
９．０ １８．０
２７．０ ３．１５０
Ｈ２ ８．０
１６．０ ２４．０
３．６００ Ｈ２
７．０ １４．０
２１．０ ４．２００
Ｈ２ ６．０
１２．０ １８．０ ５．
０４０ Ｈ２
５．０ １０．０ １５．
０ ６．３００
Ｈ２ ４．０ ８
．０ １２．０ ６．７２０
Ｈ２
３．７５ ７．５ １１．２５
２．０１４ 液体Ｈ２
Ｏ １４．５ ２９．０
４３．５ ２．３３６
液体Ｈ２ Ｏ １２．５
２５．０ ３７．５ ２
．９２０ 液体Ｈ２ Ｏ
１０．０ ２０．０ ３０．０
３．８９３ 液体Ｈ２ Ｏ
７．５ １５．０
２２．５ ４．８６７
液体Ｈ２ Ｏ ６．０
１２．０ １８．０ ５．
８４０ 液体Ｈ２ Ｏ
５．０ １０．０ １５．０
６．４８９ 液体Ｈ２ Ｏ
４．５ ９．０
１３．５ ６．８７１
液体Ｈ２ Ｏ ４．２５
８．５ １２．７５ ２
．１５０ 乾き空気
３．００ ６．０ ９．００
２．５８０ 乾き空気
２．５０ ５．０
７．５０ ３．２２５
乾き空気 ２．００
４．０ ６．００
４．３００ 乾き空気
１．５０ ３．０
４．５０ ５．１６０
乾き空気 １．２５
２．５ ３．７５ ６
．４５０ 乾き空気
１．００ ２．０ ３．００
６．９３５ 乾き空気
０．９３ １．８６
２．７９ 本発明の目的は、式（４）
を利用して、超音波では通常アクセスできない異常を検
出するために金属内での音の伝搬に好適なガスを入れる
適当な手段を設けて、特に原子力プラント内のＮＤＥを
行うことである。本発明の第二の目的は超音波検査の有
用性を向上し、また最新技術を従来はＮＤＥに不適当と
考えられていた応用に拡張することである。更に第三の
目的は後ろにあつて、反射する媒質すなわちギャップに
より遮られる媒質の中のきずを検出することにより、材
料構成要素の安全性および信頼度を向上するための方法
および装置を提供することである。
【００２１】図４の図式的表現を参照して更に本発明を
説明する。この音波路は質問しようとする表面に垂直に
入射する。受信される情報は軸方向に揃った欠陥に関す
るものである。初期アクセスは制御棒駆動ハウジングＨ
の内側から行われることが理解されよう。制御棒駆動ハ
ウジングＨとスタブ管Ｔは溶接部Ｊ（図示しない）によ
って接合される。スタブ管Ｔの熱影響領域には、軸方向
のきず３５がある。軸方向のきず３５は内側または外側
の管表面から直接に検査技術を利用できない。スタブ管
Ｔの機能は相異なる金属および形状の容器Ｖと制御棒駆
動ハウジングＨとの間を結合することである。
説明する。この音波路は質問しようとする表面に垂直に
入射する。受信される情報は軸方向に揃った欠陥に関す
るものである。初期アクセスは制御棒駆動ハウジングＨ
の内側から行われることが理解されよう。制御棒駆動ハ
ウジングＨとスタブ管Ｔは溶接部Ｊ（図示しない）によ
って接合される。スタブ管Ｔの熱影響領域には、軸方向
のきず３５がある。軸方向のきず３５は内側または外側
の管表面から直接に検査技術を利用できない。スタブ管
Ｔの機能は相異なる金属および形状の容器Ｖと制御棒駆
動ハウジングＨとの間を結合することである。
【００２２】変換器４０を励起することにより、波超音
波（Ｌ波）は伝達媒質４１（ここでは原子炉内の普通の
水である）により内側表面に結合される。Ｌ波は制御棒
駆動ハウジングＨ内で発生される。正しい周波数で、音
波はギャップＧを橋絡する。そこでＬ波はスタブ管Ｔに
導入されて外側管表面で反射され、またきず３５に突き
当たり、そこで反射される。反射波の帰還路もギャップ
を橋絡し、音波が変換器４０に突き当たり、そこで「パ
ルスエコー」信号として検出される。
波（Ｌ波）は伝達媒質４１（ここでは原子炉内の普通の
水である）により内側表面に結合される。Ｌ波は制御棒
駆動ハウジングＨ内で発生される。正しい周波数で、音
波はギャップＧを橋絡する。そこでＬ波はスタブ管Ｔに
導入されて外側管表面で反射され、またきず３５に突き
当たり、そこで反射される。反射波の帰還路もギャップ
を橋絡し、音波が変換器４０に突き当たり、そこで「パ
ルスエコー」信号として検出される。
【００２３】物理的過程の完全な理解により、上記のよ
うに質問波と反射波の寸法が重要であることがわかる。 詳しく述べると、正しい周波数の第一の入射波がギャッ
プＧを横断するために短時間が必要とされる。ギャップ
Ｇの遠い方の境界で、この音波の一部分は反射され、こ
の音波の一部分は透過する。ギャップＧの遠い方の境界
で反射された音波は正しい周波数のもう一つの入射音波
と建設的に干渉する。これにより、ギャップＧを「橋絡
する」のに使用される透過のために必要な定在波が設定
される。この状態の作成は本質的に「実時間」で行われ
るが、この定在波を作成するためには波束が適切な空間
寸法をそなえなければならないということを理解するこ
とが重要である。これはギャップの中に入っている媒質
に対してギャップの寸法の少なくとも２倍でなければな
らない。
うに質問波と反射波の寸法が重要であることがわかる。 詳しく述べると、正しい周波数の第一の入射波がギャッ
プＧを横断するために短時間が必要とされる。ギャップ
Ｇの遠い方の境界で、この音波の一部分は反射され、こ
の音波の一部分は透過する。ギャップＧの遠い方の境界
で反射された音波は正しい周波数のもう一つの入射音波
と建設的に干渉する。これにより、ギャップＧを「橋絡
する」のに使用される透過のために必要な定在波が設定
される。この状態の作成は本質的に「実時間」で行われ
るが、この定在波を作成するためには波束が適切な空間
寸法をそなえなければならないということを理解するこ
とが重要である。これはギャップの中に入っている媒質
に対してギャップの寸法の少なくとも２倍でなければな
らない。
【００２４】変換器を軸方向に適当に位置ぎめすること
により、縦方向の先端回折信号が作成され、これに減少
したパルスエコー信号が伴う。この信号も別の時間にパ
ルスエコー信号に対してある振幅関係で変換器により検
出される。きずが今まで「不透明な」障壁であったもの
（すなわちガスギャップ）の後ろにあっても、これらの
信号を分析することによってきずを検出し、その大きさ
を知ることができる。
により、縦方向の先端回折信号が作成され、これに減少
したパルスエコー信号が伴う。この信号も別の時間にパ
ルスエコー信号に対してある振幅関係で変換器により検
出される。きずが今まで「不透明な」障壁であったもの
（すなわちガスギャップ）の後ろにあっても、これらの
信号を分析することによってきずを検出し、その大きさ
を知ることができる。
【００２５】このようなギャップでの超音波の反射と透
過についての殆どの分析は単色波に対して理論的に決定
されてきたが、本開示では単色音波を使わないことがわ
かるであろう。実際、最も有益な信号を受けるように変
換器４０を「同調させる」ことが必要な場合もある。こ
のような同調は図４に示すような垂直入射波の周波数で
最も良く行われる。
過についての殆どの分析は単色波に対して理論的に決定
されてきたが、本開示では単色音波を使わないことがわ
かるであろう。実際、最も有益な信号を受けるように変
換器４０を「同調させる」ことが必要な場合もある。こ
のような同調は図４に示すような垂直入射波の周波数で
最も良く行われる。
【００２６】図３に示すように、比較的小さなギャップ
での超音波の伝搬を容易にするため、圧力下でヘリウム
ガスが供給源３６からギャップＧの環内に注入され、そ
の流れが調整器３７、ガス管路３８、およびノズル３９
によって制御される。ギャップの中にもともとあった空
気は余分のヘリウムの圧力によって押し出される。そし
て短い初期の過渡状態の後、より軽いガスが重力により
ギャップＧ内に維持される。空気の逆拡散は遅く、ギャ
ップの中に継続して注入されるヘリウムガスにより最小
となる。カラー５０を使って、ギャップＧを含む、上側
が閉じた環の開放した最下部をふさぐことが好ましい。 このカラーは図３に図式的に示されている。
での超音波の伝搬を容易にするため、圧力下でヘリウム
ガスが供給源３６からギャップＧの環内に注入され、そ
の流れが調整器３７、ガス管路３８、およびノズル３９
によって制御される。ギャップの中にもともとあった空
気は余分のヘリウムの圧力によって押し出される。そし
て短い初期の過渡状態の後、より軽いガスが重力により
ギャップＧ内に維持される。空気の逆拡散は遅く、ギャ
ップの中に継続して注入されるヘリウムガスにより最小
となる。カラー５０を使って、ギャップＧを含む、上側
が閉じた環の開放した最下部をふさぐことが好ましい。 このカラーは図３に図式的に示されている。
【００２７】沸騰軽水炉の用途では、スタブ管Ｔと制御
棒駆動ハウジングＨとの間のギャップＧは環状の空隙を
形成することがわかる。この環状空隙の上端は溶接部Ｊ
で閉じられている。長期間の原子炉動作の後、この環は
湿り空気で充たされる。この湿り空気は通常、未知の水
成分（すなわち湿気）を有する。このため、既知の透過
特性をそなえたガスで置換することが望ましい。
棒駆動ハウジングＨとの間のギャップＧは環状の空隙を
形成することがわかる。この環状空隙の上端は溶接部Ｊ
で閉じられている。長期間の原子炉動作の後、この環は
湿り空気で充たされる。この湿り空気は通常、未知の水
成分（すなわち湿気）を有する。このため、既知の透過
特性をそなえたガスで置換することが望ましい。
【００２８】圧力をかけられて導入されたヘリウムがこ
の湿り空気を押しのけることは理解される筈である。詳
しく述べると、軽いヘリウムは環の最上部に動き、空気
は環の最下部に押しのけられる。更に、残っている湿り
空気は殆ど影響を及ぼさないことがわかった。更に、一
旦押しのけが行われれば、ギャップＧの狭い範囲内で拡
散がゆっくり行われる。
の湿り空気を押しのけることは理解される筈である。詳
しく述べると、軽いヘリウムは環の最上部に動き、空気
は環の最下部に押しのけられる。更に、残っている湿り
空気は殆ど影響を及ぼさないことがわかった。更に、一
旦押しのけが行われれば、ギャップＧの狭い範囲内で拡
散がゆっくり行われる。
【００２９】１気圧のヘリウム内での音速は約０．３８
２×１０５インチ／秒であるのに対して、１気圧の空気
では０％の相対湿度で音速が０．１２９×１０５ イン
チ／秒である。多くの用途で相対湿度は強い変数であり
、これもガスの押しのけの際にヘリウムを導入すること
によって消去される。ｎ＝１で０．００７インチの公称
ギャップ幅の斜め入射の場合、好ましい周波数窓の中に
充分入っている２．７メガヘルツに非常に近い周波数で
良好な透過が行われる。他方、乾き空気は約１．３メガ
ヘルツを必要とするが、これは好ましい範囲の外側にあ
り、水蒸気含有量が制御されないために著しく変化し得
る。
２×１０５インチ／秒であるのに対して、１気圧の空気
では０％の相対湿度で音速が０．１２９×１０５ イン
チ／秒である。多くの用途で相対湿度は強い変数であり
、これもガスの押しのけの際にヘリウムを導入すること
によって消去される。ｎ＝１で０．００７インチの公称
ギャップ幅の斜め入射の場合、好ましい周波数窓の中に
充分入っている２．７メガヘルツに非常に近い周波数で
良好な透過が行われる。他方、乾き空気は約１．３メガ
ヘルツを必要とするが、これは好ましい範囲の外側にあ
り、水蒸気含有量が制御されないために著しく変化し得
る。
【００３０】使用される計算は制御棒駆動ハウジングＨ
およびスタブ管Ｔの材料としてのステンレス鋼に関する
ものである。同様の計算によって他の金属に対する好ま
しい結果が得られる。モデルのギャップＧを横切って管
壁ＨおよびＴを通る垂直入射で透過を測定することによ
って、式（４）の妥当性が実験的にチェックされた。ギ
ャップＧの中に空気だけがある場合、２．２５メガヘル
ツおよび５メガヘルツのピークスペクトル周波数を使う
と透過が非常に少ないことが観測された。ヘリウム注入
の場合、公称０．００７インチのギャップに対して両方
の周波数で良好な透過が達成された。ギャップが少し非
一様であったので、予測通り、この比は丁度２ではなか
った。式（４）は斜めの入射に対しては正確でないので
、適正な周波数は経験的に決定された。
およびスタブ管Ｔの材料としてのステンレス鋼に関する
ものである。同様の計算によって他の金属に対する好ま
しい結果が得られる。モデルのギャップＧを横切って管
壁ＨおよびＴを通る垂直入射で透過を測定することによ
って、式（４）の妥当性が実験的にチェックされた。ギ
ャップＧの中に空気だけがある場合、２．２５メガヘル
ツおよび５メガヘルツのピークスペクトル周波数を使う
と透過が非常に少ないことが観測された。ヘリウム注入
の場合、公称０．００７インチのギャップに対して両方
の周波数で良好な透過が達成された。ギャップが少し非
一様であったので、予測通り、この比は丁度２ではなか
った。式（４）は斜めの入射に対しては正確でないので
、適正な周波数は経験的に決定された。
【００３１】横（せん断）波を使うこともできるが、変
換器と見付けようとするきずとの間の伝搬路は異なる。 ギャップの透過に関連して適当な周波数のせん断波を使
うことにより、直接アクセスすることが難しい位置にあ
るきずの観測能力を向上することができる。せん断波自
体はガスギャップの中に存在することができないが、金
属表面での縦波の斜め入射からモード変換され、縦波よ
り低速で金属内を伝搬する。場合によっては、伝搬速度
がより遅いため、せん断波を使用する検出は感度がより
高くなる。
換器と見付けようとするきずとの間の伝搬路は異なる。 ギャップの透過に関連して適当な周波数のせん断波を使
うことにより、直接アクセスすることが難しい位置にあ
るきずの観測能力を向上することができる。せん断波自
体はガスギャップの中に存在することができないが、金
属表面での縦波の斜め入射からモード変換され、縦波よ
り低速で金属内を伝搬する。場合によっては、伝搬速度
がより遅いため、せん断波を使用する検出は感度がより
高くなる。
【００３２】固定周波数の場合、式（３）により、波長
は音速に比例する。せん断波の速度が遅くなると波長が
短くなるので、金属内で効率よく伝搬されれば分解能が
向上する。種々のギャップの大きさに対して、他のガス
および液体が有用である。たとえば、水素ガスの中の縦
波速度は０．５０４×１０５ インチ／秒であり、水の
中の縦波速度は０．５８４×１０５ インチ／秒である
。明らかに、式（４）はギャップ内の種々の流体に対し
てｎ、ｄおよびｃの多数の組み合わせにより満足させる
ことができる。対応するモード変換を伴うこれらの組み
合わせも新しい概念の多様な実施例としてこの開示に組
み込まれる。これは純粋な流体の場合の垂直入射波につ
いては表１に、０．８部のヘリウムと０．１６部の空気
と０．０４部の水との混合物の場合については表２に示
されている。
表 ２ Ｈｅ／空
気／水混合物に対する垂直入射時のギャップ透過周波数
周波数 （ＭＨｚ） Ｋ
＝１のときのギャップ幅（ミル）
Ｎ＝１ Ｎ＝２
Ｎ＝３ Ｎ＝４
２．０４８ ８．５ １７．０
２５．５ ３４．０
２．１７６６ ８．５
１６．０ ２４．０ ３２．０
２．４８７ ７．
０ １４．０ ２１．０
２８．０ ２．９０２
６．０ １２．０ １８
．０ ２４．０ ３
．４８２ ５．０ １０．０
１５．０ ２０．０
４．３５２ ４．０
８．０ １２．０ １６．０
５．８０３ ３．０
６．０ ９．０
１２．０ ６．９６４
２．２５ ５．０ ７．
５ １０．０注：１２ミルのギャップの場合
にはｆ＝２．９０２または４．３５２または５．８０３
を等しく用いることができることがわかる。この場合、
金属内の減衰を最小にするように、または既存の変換器
に合わせるように選択する。同様の考慮が他の周波数に
も当てはまる。 水素は火災または爆発の原因となり得る。したがって、
ヘリウムを使用することが好ましい。ここに述べている
環境ではギャップＧの正確な寸法を精密に知り得ないこ
とがわかる。詳しく述べると、ここに示す環境でのギャ
ップＧの公差は金属間接触から約１５ミルまで変わり得
る。したがって、検査すべき領域に対して適当な特性を
そなえた音響信号が得られるまで波束の搬送波周波数（
すなわち中心周波数）の同調変化が必要となる。幸いな
ことに、このような同調は素早く行うことができる。
は音速に比例する。せん断波の速度が遅くなると波長が
短くなるので、金属内で効率よく伝搬されれば分解能が
向上する。種々のギャップの大きさに対して、他のガス
および液体が有用である。たとえば、水素ガスの中の縦
波速度は０．５０４×１０５ インチ／秒であり、水の
中の縦波速度は０．５８４×１０５ インチ／秒である
。明らかに、式（４）はギャップ内の種々の流体に対し
てｎ、ｄおよびｃの多数の組み合わせにより満足させる
ことができる。対応するモード変換を伴うこれらの組み
合わせも新しい概念の多様な実施例としてこの開示に組
み込まれる。これは純粋な流体の場合の垂直入射波につ
いては表１に、０．８部のヘリウムと０．１６部の空気
と０．０４部の水との混合物の場合については表２に示
されている。
表 ２ Ｈｅ／空
気／水混合物に対する垂直入射時のギャップ透過周波数
周波数 （ＭＨｚ） Ｋ
＝１のときのギャップ幅（ミル）
Ｎ＝１ Ｎ＝２
Ｎ＝３ Ｎ＝４
２．０４８ ８．５ １７．０
２５．５ ３４．０
２．１７６６ ８．５
１６．０ ２４．０ ３２．０
２．４８７ ７．
０ １４．０ ２１．０
２８．０ ２．９０２
６．０ １２．０ １８
．０ ２４．０ ３
．４８２ ５．０ １０．０
１５．０ ２０．０
４．３５２ ４．０
８．０ １２．０ １６．０
５．８０３ ３．０
６．０ ９．０
１２．０ ６．９６４
２．２５ ５．０ ７．
５ １０．０注：１２ミルのギャップの場合
にはｆ＝２．９０２または４．３５２または５．８０３
を等しく用いることができることがわかる。この場合、
金属内の減衰を最小にするように、または既存の変換器
に合わせるように選択する。同様の考慮が他の周波数に
も当てはまる。 水素は火災または爆発の原因となり得る。したがって、
ヘリウムを使用することが好ましい。ここに述べている
環境ではギャップＧの正確な寸法を精密に知り得ないこ
とがわかる。詳しく述べると、ここに示す環境でのギャ
ップＧの公差は金属間接触から約１５ミルまで変わり得
る。したがって、検査すべき領域に対して適当な特性を
そなえた音響信号が得られるまで波束の搬送波周波数（
すなわち中心周波数）の同調変化が必要となる。幸いな
ことに、このような同調は素早く行うことができる。
【００３３】半径方向のき裂が例示されていることが理
解されよう。き裂は多数の向きを有する。したがって、
図５および図６に示す変換器は入射角の変わる音波を発
生できる。これによりどのような角度のき裂の検査も可
能となる。図５では、本発明の技術を使用する音響検査
が行われている。円形の変換器４０は制御棒駆動ハウジ
ングＨの最上部にあるセンタリングピースＰを介してシ
ャフト８０により操作される。通常、このような操作は
原子炉の運転停止時に燃料補給ブリッジ（図示しない）
の最上部から行われる。代案として、シール８５および
シャフト８１を使って下から検査を行うことができる。 この後者の場合、入力は原子炉容器Ｖ（図１）の下から
行われる。
解されよう。き裂は多数の向きを有する。したがって、
図５および図６に示す変換器は入射角の変わる音波を発
生できる。これによりどのような角度のき裂の検査も可
能となる。図５では、本発明の技術を使用する音響検査
が行われている。円形の変換器４０は制御棒駆動ハウジ
ングＨの最上部にあるセンタリングピースＰを介してシ
ャフト８０により操作される。通常、このような操作は
原子炉の運転停止時に燃料補給ブリッジ（図示しない）
の最上部から行われる。代案として、シール８５および
シャフト８１を使って下から検査を行うことができる。 この後者の場合、入力は原子炉容器Ｖ（図１）の下から
行われる。
【００３４】周知のように、伝達媒質流体として原子炉
を取り囲む水減速材を使って、制御棒駆動ハウジングＨ
の完全性を質問するための音響信号が発生される。図６
には、制御棒駆動ハウジングＨおよびスタブ管Ｔの中で
の質問の方向が示されている。音響質問の方向は鋼鉄の
みの質問を図式的に表したものであることが理解されよ
う。スネルの法則に従って水の伝達媒質流体から鋼鉄に
対して生じる屈折は図６には示されていない。
を取り囲む水減速材を使って、制御棒駆動ハウジングＨ
の完全性を質問するための音響信号が発生される。図６
には、制御棒駆動ハウジングＨおよびスタブ管Ｔの中で
の質問の方向が示されている。音響質問の方向は鋼鉄の
みの質問を図式的に表したものであることが理解されよ
う。スネルの法則に従って水の伝達媒質流体から鋼鉄に
対して生じる屈折は図６には示されていない。
【００３５】図６に示すように、第一の変換器素子６３
は制御棒駆動ハウジングＨおよびスタブ管Ｔの側壁に対
して垂直に質問を行う。この質問は図式的に６４として
示してある。第二の変換器素子６５はシャフト８０の軸
と変換器素子６５を通る変換器４０の半径とを含む平面
内で二つの４５°の角度で質問を行う。変換器４０の平
面から見ると、この音響質問はベクトル６７として４５
°上向きに、またベクトル６６として４５°下向きに行
われる。最後に、第三の変換器素子６８は上向きの反時
計方向ベクトル６９および下向きの時計方向ベクトル７
０として特性を表し得るもので質問を行う。ベクトル６
７の音響検査を使って、４５°反時計方向に回転したも
のがベクトル６９であることがわかる。またベクトル６
６の音響検査を使って、４５°時計方向に回転したもの
がベクトル７０であることがわかる。
は制御棒駆動ハウジングＨおよびスタブ管Ｔの側壁に対
して垂直に質問を行う。この質問は図式的に６４として
示してある。第二の変換器素子６５はシャフト８０の軸
と変換器素子６５を通る変換器４０の半径とを含む平面
内で二つの４５°の角度で質問を行う。変換器４０の平
面から見ると、この音響質問はベクトル６７として４５
°上向きに、またベクトル６６として４５°下向きに行
われる。最後に、第三の変換器素子６８は上向きの反時
計方向ベクトル６９および下向きの時計方向ベクトル７
０として特性を表し得るもので質問を行う。ベクトル６
７の音響検査を使って、４５°反時計方向に回転したも
のがベクトル６９であることがわかる。またベクトル６
６の音響検査を使って、４５°時計方向に回転したもの
がベクトル７０であることがわかる。
【００３６】図７には、本発明と一緒に使用するのに適
した音響試験装置の概略図が示されている。電源１００
はパルサ回路１０１に出力し、パルサ回路１０１は変換
器４０の中の変換器素子６３、６５、または６８（図示
しない）にパルスを送出する。戻ってきた音波は受信増
幅回路１１０で受信され、オシロスコープ０にディスプ
レイされる。従来通り、クロック１１４は掃引回路１１
２に出力する。マーカ回路１１６がディスプレイされる
パルスの精密な測定のために使用される。
した音響試験装置の概略図が示されている。電源１００
はパルサ回路１０１に出力し、パルサ回路１０１は変換
器４０の中の変換器素子６３、６５、または６８（図示
しない）にパルスを送出する。戻ってきた音波は受信増
幅回路１１０で受信され、オシロスコープ０にディスプ
レイされる。従来通り、クロック１１４は掃引回路１１
２に出力する。マーカ回路１１６がディスプレイされる
パルスの精密な測定のために使用される。
【００３７】図８には時間ｔに対する代表的な音響信号
のプロットが示されている。パルス幅ＰＷが示されてい
る。ギャップＧ内の音速に対してこのパルス幅ＰＷの寸
法がギャップＧの幅の少なくとも２倍であることを理解
されたい。これにより、必要な定在波が生じることがで
きる。図９には、ガウス波形のいわゆるパワースペクト
ル密度が図示されている。詳しく述べると、この波形は
「鐘形の」曲線を有しており、任意に定めた周波数ｆに
中心がある（表２）。様々なパワースペクトルで種々の
変換器の特性を示す他の波形を使うことができる。図示
した波束の周波数は中央値周波数ｆの両側に存在する。 ５０％パワーレンジでのパケット幅を帯域幅ＢＷと名付
けている。
のプロットが示されている。パルス幅ＰＷが示されてい
る。ギャップＧ内の音速に対してこのパルス幅ＰＷの寸
法がギャップＧの幅の少なくとも２倍であることを理解
されたい。これにより、必要な定在波が生じることがで
きる。図９には、ガウス波形のいわゆるパワースペクト
ル密度が図示されている。詳しく述べると、この波形は
「鐘形の」曲線を有しており、任意に定めた周波数ｆに
中心がある（表２）。様々なパワースペクトルで種々の
変換器の特性を示す他の波形を使うことができる。図示
した波束の周波数は中央値周波数ｆの両側に存在する。 ５０％パワーレンジでのパケット幅を帯域幅ＢＷと名付
けている。
【００３８】図９には更に、周波数の小部分１４０が示
されている。これらの周波数は与えられた寸法のギャッ
プＧを透過する部分の周波数を例示するものである。こ
の部分的な透過が生じるのは、ギャップＧの寸法の半整
数倍であるその部分の周波数だけがギャップＧを透過す
るからである。したがって、ギャップＧはフィルタとし
て動作する。このフィルタは本来は透過する波の小部分
だけを質問として透過させる。
されている。これらの周波数は与えられた寸法のギャッ
プＧを透過する部分の周波数を例示するものである。こ
の部分的な透過が生じるのは、ギャップＧの寸法の半整
数倍であるその部分の周波数だけがギャップＧを透過す
るからである。したがって、ギャップＧはフィルタとし
て動作する。このフィルタは本来は透過する波の小部分
だけを質問として透過させる。
【００３９】この効果について説明する。図１０にオシ
ロスコープのプロットをグラフ的に表したものが示され
ている。図１０のプロットは制御棒駆動ハウジングＨお
よびスタブ管Ｔに垂直になされた音響質問である。０ｄ
Ｂ（デシベル）の利得が使用された。質問は０°の入射
で行われた。２．５ＭＨｚ（メガヘルツ）と５ＭＨｚの
波長が使用された。
ロスコープのプロットをグラフ的に表したものが示され
ている。図１０のプロットは制御棒駆動ハウジングＨお
よびスタブ管Ｔに垂直になされた音響質問である。０ｄ
Ｂ（デシベル）の利得が使用された。質問は０°の入射
で行われた。２．５ＭＨｚ（メガヘルツ）と５ＭＨｚの
波長が使用された。
【００４０】質問は制御棒駆動ハウジングＨから位置１
９１（図２参照）で行われる。制御棒駆動ハウジングＨ
だけが質問される。スタブ管Ｔのどの部分も検査されな
い。プロットには、初期パルスの後に後ろの壁からの多
重反射２０１、２０２が示されている。透過した全スペ
クトルが事実上、戻されることがわかる。従来通り、壁
の厚さの測定値は図１０に示されているプロットのピー
クの時間差に比例する。
９１（図２参照）で行われる。制御棒駆動ハウジングＨ
だけが質問される。スタブ管Ｔのどの部分も検査されな
い。プロットには、初期パルスの後に後ろの壁からの多
重反射２０１、２０２が示されている。透過した全スペ
クトルが事実上、戻されることがわかる。従来通り、壁
の厚さの測定値は図１０に示されているプロットのピー
クの時間差に比例する。
【００４１】図１１には、溶接部Ｊに対して位置１９２
（図２参照）で行う質問が示されている。このような質
問は制御棒駆動ハウジングＨ、溶接部Ｊおよびスタブ管
を介して行われる。８ｄＢの受信器利得が使用された。 この場合、制御棒駆動ハウジングＨからの後壁反射は見
られない。制御棒駆動ハウジング、スタブ管、および相
互に侵入する溶接部Ｊを通る厚さが増加したので、変位
がより大きくなっている。図示されているピーク２０６
はスタブ管Ｔの境界から生じる。
（図２参照）で行う質問が示されている。このような質
問は制御棒駆動ハウジングＨ、溶接部Ｊおよびスタブ管
を介して行われる。８ｄＢの受信器利得が使用された。 この場合、制御棒駆動ハウジングＨからの後壁反射は見
られない。制御棒駆動ハウジング、スタブ管、および相
互に侵入する溶接部Ｊを通る厚さが増加したので、変位
がより大きくなっている。図示されているピーク２０６
はスタブ管Ｔの境界から生じる。
【００４２】位置１９３での質問は本発明を例示するも
のである。この透過のプロットは図１１と同様であるが
、ギャップを透過する点が相違している。図１２のプロ
ツトに示すように、波束がかなり減衰した。その結果と
して、受信器の利得は４４ｄＢである。ギャップＧを横
切る透過波によりエネルギーの小部分だけがギャップＧ
を通過できるという事実により、かなりの損失が生じる
（３６ｄＢの損失）。
のである。この透過のプロットは図１１と同様であるが
、ギャップを透過する点が相違している。図１２のプロ
ツトに示すように、波束がかなり減衰した。その結果と
して、受信器の利得は４４ｄＢである。ギャップＧを横
切る透過波によりエネルギーの小部分だけがギャップＧ
を通過できるという事実により、かなりの損失が生じる
（３６ｄＢの損失）。
【００４３】図１１のパルスの時間シーケンスは図１２
と同一であることがわかる。ギャップＧ内のヘリウムは
透明であり、利得だけが異なる。この利得の差は共振し
ていないギャップＧでのエネルギーの反映である。図１
３に示す実験データでは、位置１９４で質問が行われた
。ギャップＧのこの部分にはヘリウムが入っていないと
考えられた。実際に、エネルギーはギャップＧを透過し
なかった。このプロットは７０ｄＢの利得で示されてい
る。
と同一であることがわかる。ギャップＧ内のヘリウムは
透明であり、利得だけが異なる。この利得の差は共振し
ていないギャップＧでのエネルギーの反映である。図１
３に示す実験データでは、位置１９４で質問が行われた
。ギャップＧのこの部分にはヘリウムが入っていないと
考えられた。実際に、エネルギーはギャップＧを透過し
なかった。このプロットは７０ｄＢの利得で示されてい
る。
【００４４】この技術を使って実際の欠陥を見出した。
これは図６に示す４５°の入射で行われた。見出された
欠陥は従来技術の超音波質問ではアクセスできなかった
領域であるスタブ管Ｔの外側の機械溝を構成した。注目
すべきことはこのような溝が実際のき裂伝搬に類似して
いるということである。き裂は通常、スタブ管の外側か
ら溶接部に隣接した領域の中の制御棒駆動ハウジングに
向かって伝搬する。
欠陥は従来技術の超音波質問ではアクセスできなかった
領域であるスタブ管Ｔの外側の機械溝を構成した。注目
すべきことはこのような溝が実際のき裂伝搬に類似して
いるということである。き裂は通常、スタブ管の外側か
ら溶接部に隣接した領域の中の制御棒駆動ハウジングに
向かって伝搬する。
【００４５】検出されたき裂の大きさ測定も可能である
ことを発明者は見出した。詳しく述べると、音響的に励
起されたとき、き裂の先端は回折された音響信号を放射
する。これらの回折信号には、き裂の寸法を決定できる
情報が含まれている。回折波もその周波数が回折過程に
よって変わらないので、ガスギャップを透過する。特別
な場合を考慮しておく。詳しく述べると、き裂がギャッ
プＧに入り込むことがあり得る。このように入り込むと
、き裂にヘリウムが注がれる。このようなき裂がたまた
ま適当な幅になっていれば、音波を反射しないで透過す
ることがある。このような滅多に起こらない状況では、
き裂が非破壊試験に対して透明となることもある。
ことを発明者は見出した。詳しく述べると、音響的に励
起されたとき、き裂の先端は回折された音響信号を放射
する。これらの回折信号には、き裂の寸法を決定できる
情報が含まれている。回折波もその周波数が回折過程に
よって変わらないので、ガスギャップを透過する。特別
な場合を考慮しておく。詳しく述べると、き裂がギャッ
プＧに入り込むことがあり得る。このように入り込むと
、き裂にヘリウムが注がれる。このようなき裂がたまた
ま適当な幅になっていれば、音波を反射しないで透過す
ることがある。このような滅多に起こらない状況では、
き裂が非破壊試験に対して透明となることもある。
【００４６】実際には、このような状態は統計的に意味
のある程度まで起こらないと考えられる。粒間応力腐食
割れによるき裂は不規則であり、ギャップＧ（これは常
に製造されたギャップである）と比べて幅が極めて小さ
い。このような寸法の小さい不規則なき裂はここに開示
される波長に対して非常に高い反射率を持つことになる
。
のある程度まで起こらないと考えられる。粒間応力腐食
割れによるき裂は不規則であり、ギャップＧ（これは常
に製造されたギャップである）と比べて幅が極めて小さ
い。このような寸法の小さい不規則なき裂はここに開示
される波長に対して非常に高い反射率を持つことになる
。
【００４７】ここに図示したスタブ管Ｔと制御棒駆動ハ
ウジングの例は例示のためのものであることが理解され
よう。ここに開示された技術はこの例示された環境以外
にも適用できる。分析の結果、ギャップを充たすために
使用される物質は事実上どんな材料であってもよいこと
がわかる。例えば、この物質はガスである必要はない。 水、液体ナトリウム、またはプラスチックさえ使用する
ことができる。更に、普通試験されるすべての固体をあ
る形式で使用することができる。
ウジングの例は例示のためのものであることが理解され
よう。ここに開示された技術はこの例示された環境以外
にも適用できる。分析の結果、ギャップを充たすために
使用される物質は事実上どんな材料であってもよいこと
がわかる。例えば、この物質はガスである必要はない。 水、液体ナトリウム、またはプラスチックさえ使用する
ことができる。更に、普通試験されるすべての固体をあ
る形式で使用することができる。
【００４８】通常のパルス変換器からの信号は種々のパ
ワースペクトル密度および帯域幅を持ち、これらが最適
の結果を生じるように選択されることがわかる。通常、
検査作業に着手する前に、音波が通過する異なる媒体内
の超音波速度に対するパワースペクトル密度および帯域
幅の分析を行わなければならない。この問題の解答を求
めるために使用する式を以下に示す。
ワースペクトル密度および帯域幅を持ち、これらが最適
の結果を生じるように選択されることがわかる。通常、
検査作業に着手する前に、音波が通過する異なる媒体内
の超音波速度に対するパワースペクトル密度および帯域
幅の分析を行わなければならない。この問題の解答を求
めるために使用する式を以下に示す。
【００４９】
パルス幅、パワースペクトル密度およびフーリエ変換（
数値例） ｃ＝０．９７ 但し、ｃはＨｅガスギャップの中での音速（ｍｍ／μｓ
ｅｃ） ｎ＝０．２５ 但し、ｎ＜１はガス内の縦波の場合の鋼鉄に対する屈折
率 θ＝π／４ 但し、θは鋼鉄内の鋼鉄−ガス界面での入射角（ｒａｄ
） ｄ＝０．００２・２５．４ 但し、ｄはガスギャップ幅（ｍｍ） ｍ＝１ 但し、ｍは干渉次数（１，２，３，４……）Ｖ１＝０．
８ Ｖ２＝０．２ 但し、Ｖ１，Ｖ２はそれぞれギャップ内のＨｅおよび空
気の体積の割合 ｃ′＝ｍ・ｃ・（Ｖ１＋０．１１７７５・Ｖ２）１／２
但し、ｃ′は混合物に対する実効音速 ｄ′＝ｄ／［１−（ｎ・ｓｉｎ（θ））２ ］１／２但
し、ｄ′は斜め波に対するギャップの実効幅ａ＝ｃ′／
ｄ′・（π）１／２ ／８ 但しａはパルス減衰係数 ｂ＝ｃ′／ｄ′・π 但し、ｂは実効ラジアン周波数 ＢＷ＝ａ／（π）１／２ 但し、ＢＷはパルス帯域幅（ＭＨｚ） ＰＷ＝１／ＢＷ 但し、ＰＷは実効パルス幅（μｓｅｃ）−（ａ・ｔ）２
ｈｉ ＝（ａ・ｔ）２ ・ｅ ｃｏ
ｓ（ｂ・ｔ）但し、ｈはパルス波形（正規化されたもの
）ｆ＝ｂ／２・π 但し、ｆは公称波周波数（ＭＨｚ） ｆ１＝［ｆ＋ＢＷ／２］ 但し、ｆ１は上方遮断周波数（ＭＨｚ）ｆ２＝［ｆ−Ｂ
Ｗ／２］ 但し、ｆ２は下方遮断周波数（ＭＨｚ）Ｇ＝ＦＦＴ［ｈ
（ｔ）］ 但し、Ｇはｈの正規化高速フーリエ変換ＰＳＤ＝｜Ｇ｜
２ 但し、ＰＳＤはパルスに対する正規化パワースペクトル
ここに開示した超音波技術から適当な波束を選択するた
めに開示された式を使った分析を当業者には行うことが
できよう。
数値例） ｃ＝０．９７ 但し、ｃはＨｅガスギャップの中での音速（ｍｍ／μｓ
ｅｃ） ｎ＝０．２５ 但し、ｎ＜１はガス内の縦波の場合の鋼鉄に対する屈折
率 θ＝π／４ 但し、θは鋼鉄内の鋼鉄−ガス界面での入射角（ｒａｄ
） ｄ＝０．００２・２５．４ 但し、ｄはガスギャップ幅（ｍｍ） ｍ＝１ 但し、ｍは干渉次数（１，２，３，４……）Ｖ１＝０．
８ Ｖ２＝０．２ 但し、Ｖ１，Ｖ２はそれぞれギャップ内のＨｅおよび空
気の体積の割合 ｃ′＝ｍ・ｃ・（Ｖ１＋０．１１７７５・Ｖ２）１／２
但し、ｃ′は混合物に対する実効音速 ｄ′＝ｄ／［１−（ｎ・ｓｉｎ（θ））２ ］１／２但
し、ｄ′は斜め波に対するギャップの実効幅ａ＝ｃ′／
ｄ′・（π）１／２ ／８ 但しａはパルス減衰係数 ｂ＝ｃ′／ｄ′・π 但し、ｂは実効ラジアン周波数 ＢＷ＝ａ／（π）１／２ 但し、ＢＷはパルス帯域幅（ＭＨｚ） ＰＷ＝１／ＢＷ 但し、ＰＷは実効パルス幅（μｓｅｃ）−（ａ・ｔ）２
ｈｉ ＝（ａ・ｔ）２ ・ｅ ｃｏ
ｓ（ｂ・ｔ）但し、ｈはパルス波形（正規化されたもの
）ｆ＝ｂ／２・π 但し、ｆは公称波周波数（ＭＨｚ） ｆ１＝［ｆ＋ＢＷ／２］ 但し、ｆ１は上方遮断周波数（ＭＨｚ）ｆ２＝［ｆ−Ｂ
Ｗ／２］ 但し、ｆ２は下方遮断周波数（ＭＨｚ）Ｇ＝ＦＦＴ［ｈ
（ｔ）］ 但し、Ｇはｈの正規化高速フーリエ変換ＰＳＤ＝｜Ｇ｜
２ 但し、ＰＳＤはパルスに対する正規化パワースペクトル
ここに開示した超音波技術から適当な波束を選択するた
めに開示された式を使った分析を当業者には行うことが
できよう。
【図１】本発明の実施例の非破壊試験の現場の配置を示
す沸騰軽水原子炉の概略図である。
す沸騰軽水原子炉の概略図である。
【図２】図１の沸騰軽水炉の一部の詳細図であり、代表
的なスタブ管での原子炉容器の最下部ヘッドの構成を制
御棒駆動ハウジングおよびスタブ管の上にある炉心セグ
メントの支持物とともに示す。
的なスタブ管での原子炉容器の最下部ヘッドの構成を制
御棒駆動ハウジングおよびスタブ管の上にある炉心セグ
メントの支持物とともに示す。
【図３】制御棒駆動ハウジングとスタブ管との間のギャ
ップを示す図２の詳細拡大図であり、本発明による制御
棒駆動ハウジングからの超音波検査、スタブ管へのギャ
ップの橋絡、ならびに最終的にスタブ管上の溶接部およ
び溶接部に隣接したスタブ管の熱影響領域でのスタブ管
の超音波非破壊検査の例を示す。
ップを示す図２の詳細拡大図であり、本発明による制御
棒駆動ハウジングからの超音波検査、スタブ管へのギャ
ップの橋絡、ならびに最終的にスタブ管上の溶接部およ
び溶接部に隣接したスタブ管の熱影響領域でのスタブ管
の超音波非破壊検査の例を示す。
【図４】製造ギャップによって隔てられた二つの媒体（
ここではステンレス鋼）の通常の超音波質問を行う例を
示す概略図であり、一つの媒体に入射した音波を使って
第二の媒体の超音波検査を行い、検査の入射と帰還の両
方でギャップを音波が橋絡することを示す。
ここではステンレス鋼）の通常の超音波質問を行う例を
示す概略図であり、一つの媒体に入射した音波を使って
第二の媒体の超音波検査を行い、検査の入射と帰還の両
方でギャップを音波が橋絡することを示す。
【図５】スタブ管の検査のためのあつらえの代表的な超
音波プローブを挿入した制御棒駆動ハウジングの側面図
であり、原子炉容器の最上部からの操作を実線で示し、
原子炉の下からの代替操作を破線で示してある。
音波プローブを挿入した制御棒駆動ハウジングの側面図
であり、原子炉容器の最上部からの操作を実線で示し、
原子炉の下からの代替操作を破線で示してある。
【図６】図５のプローブの斜視図であり、隣接した制御
棒駆動ハウジングおよびスタブ管に於ける音波の質問の
方向を適当な矢印で示す図面である。
棒駆動ハウジングおよびスタブ管に於ける音波の質問の
方向を適当な矢印で示す図面である。
【図７】標準音響波非破壊試験装置の概略ブロック図で
ある。
ある。
【図８】時間に対してパワーをプロットした波形図であ
り、図６の一つの音響変換器から放射される波束のパル
ス幅を示す。
り、図６の一つの音響変換器から放射される波束のパル
ス幅を示す。
【図９】図８に示すようなパルスのパワースペクトル密
度を示すグラフであり、代表的なギャップに当てるため
に利用できる周波数領域が理解できるように帯域幅を示
してある。
度を示すグラフであり、代表的なギャップに当てるため
に利用できる周波数領域が理解できるように帯域幅を示
してある。
【図１０】オシロスコープ上に描かれた掃引線を示す波
形図であり、図２に示す種々の位置で行われる本発明の
非破壊音響検査を例示する。
形図であり、図２に示す種々の位置で行われる本発明の
非破壊音響検査を例示する。
【図１１】オシロスコープ上に描かれた掃引線を示す波
形図であり、図２に示す種々の位置で行われる本発明の
非破壊音響検査を例示する。
形図であり、図２に示す種々の位置で行われる本発明の
非破壊音響検査を例示する。
【図１２】オシロスコープ上に描かれた掃引線を示す波
形図であり、図２に示す種々の位置で行われる本発明の
非破壊音響検査を例示する。
形図であり、図２に示す種々の位置で行われる本発明の
非破壊音響検査を例示する。
【図１３】オシロスコープ上に描かれた掃引線を示す波
形図であり、図２に示す種々の位置で行われる本発明の
非破壊音響検査を例示する。
形図であり、図２に示す種々の位置で行われる本発明の
非破壊音響検査を例示する。
３１、４１ 伝達媒質流体
３６ ヘリウムガス供給源
４０ 変換器
１０１ パルサ回路
Ｇ ギャップ
Ｈ 制御棒駆動ハウジング
Ｔ スタブ管
Claims (15)
- 【請求項１】 検査すべき固体材料の非破壊的質問を
行うために、検査すべき固体材料の中に超音波信号を送
出すること、検査すべき材料の中にある不連続個所から
超音波を反射させること、反射されたエコーを受信して
変換すること、および反射されたエコーを分析すること
を含む非破壊音響検査方法で、音波が製造部品の中のギ
ャップを横切って第一の材料を通過して第二の材料にき
ずが無いか質問する、上記ギャップのような障壁を介し
て材料の超音波検査を行う改良された非破壊音響検査方
法であって、上記の質問超音波を最初に受信する第一の
構造を定めるステップ、ギャップにより上記第一の構造
から隔てられた第二の構造を定めるステップ、上記第一
の構造および第二の構造の材料の間の上記ギャップの寸
法に対して予測可能な音速を持つ媒体を上記ギャップに
注ぐステップ、波束の音波が橋絡すべき上記ギャップの
寸法の少なくとも２倍である幅を含み、かつ上記ギャッ
プに注がれる上記媒体の中での音速に関して、上記ギャ
ップの中に少なくとも一つの建設的に干渉する定在波を
作成する波長を持つ周波数を含む当該波束を上記第一の
構造に送出することにより、音波が上記ギャップを減衰
しないで通過するようにするステップ、上記第二の構造
の中に上記音波を通過させることにより、上記第二の構
造にきずが無いか音響的に質問するステップ、受信変換
器を設けるステップ、建設的に干渉する定在波で上記ギ
ャップを横切って上記第二の構造から反射された超音波
を上記第一の構造を介して上記変換器で受けることによ
り、超音波の受信と分析を行うステップを含むことを特
徴とする非破壊音響検査方法。 - 【請求項２】 上記ギャップに注がれる上記媒体がガ
スである請求項１記載の非破壊音響検査方法。 - 【請求項３】 上記ガスが不活性ガスである請求項２
記載の非破壊音響検査方法。 - 【請求項４】 上記ガスがヘリウムである請求項２記
載の非破壊音響検査方法。 - 【請求項５】 上記質問超音波が上記第一の構造に垂
直に入射する請求項１記載の非破壊音響検査方法。 - 【請求項６】 上記第一および第二の構造がともに鋼
鉄である請求項１記載の非破壊音響検査方法。 - 【請求項７】 検査すべき固体材料の非破壊的質問を
行うために、検査すべき固体材料の中に超音波信号を送
出すること、検査すべき材料の中にある不連続個所から
超音波を反射させること、反射されたエコーを受信して
変換すること、および反射されたエコーを分析すること
を含む非破壊音響検査方法で、音波が製造部品の中のギ
ャップを横切って第一の材料を通過して第二の材料にき
ずが無いか質問する、上記ギャップのような障壁を介し
て材料の超音波検査を行う改良された非破壊音響検査方
法であって、上記の質問超音波を最初に受信する第一の
構造を定めるステップ、ギャップにより上記第一の構造
から隔てられた第二の構造を定めるステップ、上記ギャ
ップの中にガスを入れるステップ、波束の音波が橋絡す
べき上記ギャップの寸法の少なくとも２倍である空間的
幅を含み、かつ上記ギャップに注がれる媒体の中の音速
に関して、上記ギャップの中に少なくとも一つの建設的
に干渉する定在波節点を作成する波長を持つ周波数を含
む当該波束を上記第一の構造に送出することにより、音
波が上記ギャップを減衰しないで通過するようにするス
テップ、上記第二の構造の中に上記音波を通過させるこ
とにより、第二の構造にきずが無いか音響的に質問する
ステップ、受信変換器を設けるステップ、建設的に干渉
する定在波で上記ギャップを横切って上記第二の構造か
ら反射された超音波を上記第一の構造を介して上記変換
器で受けることにより、超音波の受信と分析を行うステ
ップを含むことを特徴とする非破壊音響検査方法。 - 【請求項８】 異なる周波数を送出することにより上
記ギャップの中に最適な定在波を生じるような周波数を
突き止めるステップが上記送出ステップに含まれる請求
項７記載の非破壊音響検査方法。 - 【請求項９】 上記ギャップの中にガスを入れる上記
ステップに、上記の入れられたガスで上記ギャップの中
の周囲ガスを押しのけるステップが含まれる請求項７記
載の非破壊音響検査方法。 - 【請求項１０】 上記の入れられたガスがヘリウムで
ある請求項９記載の非破壊音響検査方法。 - 【請求項１１】 音波が製造部品の中のギャップを横
切って第一の材料を通過して第二の材料にきずが無いか
質問する、上記ギャップのような障壁を介して材料の超
音波検査を行う改良された非破壊音響検査方法に於いて
、上記の質問超音波を最初に受信する第一の構造を定め
るステップ、ギャップにより上記第一の構造から隔てら
れた第二の構造を定めるステップ、上記ギャップの中に
ガスを入れるステップ、波束の音波が橋絡すべき上記ギ
ャップの寸法の少なくとも２倍である空間的幅を有して
いる複数の当該波束を上記第一の構造に送出するステッ
プ、上記波束の周波数を走査することにより、上記ギャ
ップに注がれるガスの音速に関して、音波が上記ギャッ
プを通過するために上記ギャップの中に少なくとも一つ
の建設的に干渉する定在波節点を作成する波長の周波数
を上記波束を含むときを決定するステップ、上記第二の
構造の中に上記の決定された周波数の上記音波を通過さ
せることにより、上記第二の構造にきずが無いか音響的
に質問するステップ、受信変換器を設けるステップ、建
設的に干渉する定在波で上記ギャップを横切って上記第
二の構造から反射された超音波を上記第一の構造を介し
て上記変換器で受けることにより、超音波の受信と分析
を行うステップを含むことを特徴とする非破壊音響検査
方法。 - 【請求項１２】 音波が製造部品の中のギャップを横
切って第一の材料を通過して第二の材料にきずが無いか
質問する、上記ギャップのような障壁を介して材料の超
音波検査を行う非破壊音響検査装置に於いて、上記の質
問超音波を最初に受信する第一の構造、寸法範囲および
向きがわかっている製造ギャップにより上記第一の構造
から隔てられた第二の構造、上記ギャップの中に速度が
予測可能な媒体を入れる手段、波束の音波が橋絡すべき
上記ギャップの寸法の少なくとも２倍である空間的な幅
を含み、かつ上記ギャップに入れた媒体の音速に関して
、上記ギャップの中に少なくとも一つの建設的に干渉す
る定在波節点を作成する波長を持つ周波数を含む当該波
束を上記第一の構造に送出することにより、音波が上記
ギャップを通過するようにする手段、受信変換器、およ
び上記変換器からの反射された超音波を受けることによ
り、建設的に干渉する定在波で上記ギャップを横切った
上記第二の構造からの音響信号を第一の構造を介して上
記変換器で受けて、受信超音波の受信と分析を行なって
上記第二の材料にきずが無いか調べるための手段を含む
ことを特徴とする非破壊音響検査装置。 - 【請求項１３】 上記ギャップの中に媒体を入れる上
記手段に、上記ギャップの中の周囲ガスを押しのけるよ
うにガスを入れる手段が含まれる請求項１２記載の非破
壊音響検査装置。 - 【請求項１４】 上記の入れられるガスがヘリウムで
ある請求項１３記載の非破壊音響検査装置。 - 【請求項１５】 上記送出手段が電気的に作動される
超音波変換器を含み、該変換器と上記第一の材料との間
に伝達媒質流体が設けられる請求項１２記載の非破壊音
響検査装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/669,450 US5118464A (en) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | Method of ultrasonic inspection of materials through opaque barriers |
| US669450 | 1991-03-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04344458A true JPH04344458A (ja) | 1992-12-01 |
Family
ID=24686363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4051031A Withdrawn JPH04344458A (ja) | 1991-03-15 | 1992-03-10 | 障壁を介しての材料の超音波検査方式 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5118464A (ja) |
| EP (1) | EP0503977A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04344458A (ja) |
| MX (1) | MX9201119A (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5272734A (en) * | 1992-04-09 | 1993-12-21 | General Electric Company | Repair of incore housings using ultrasonic examinations |
| US5351546A (en) * | 1992-10-22 | 1994-10-04 | General Electric Company | Monochromatic ultrasonic transducer |
| US5492012A (en) * | 1992-10-26 | 1996-02-20 | General Electric Company | Time-of-flight method for sizing cracks through fluid-filled gaps in structures |
| US5377237A (en) * | 1993-04-05 | 1994-12-27 | General Electric Company | Method of inspecting repaired stub tubes in boiling water nuclear reactors |
| SE505475C2 (sv) * | 1993-06-16 | 1997-09-01 | Abb Tekniska Roentgencent | Provningsanordning, sondsvärd och förfarande för materialprovning av en genomföring vid en kärnreaktor |
| US5426678A (en) * | 1993-07-16 | 1995-06-20 | General Electric Company | Method for ultrasonic inspection of a closely packed array of fuel rods surrounded by a thin-walled metallic channel |
| US5408881A (en) * | 1993-09-15 | 1995-04-25 | National Research Council Of Canada | High resolution ultrasonic interferometry for quantitative mondestructive characterization of interfacial adhesion in multilayer composites |
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| US10283857B2 (en) | 2016-02-12 | 2019-05-07 | Mueller International, Llc | Nozzle cap multi-band antenna assembly |
| US10305178B2 (en) | 2016-02-12 | 2019-05-28 | Mueller International, Llc | Nozzle cap multi-band antenna assembly |
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| EP0503977A2 (en) | 1992-09-16 |
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