JPH06341823A - 円筒形金属部品中の亀裂の寸法測定方法 - Google Patents
円筒形金属部品中の亀裂の寸法測定方法Info
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- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 沸騰水炉内の修理済みスタブ管のような円筒
形金属部品の超音波検査方法を提供する。 【構成】 円筒形金属部品（１４，１６）の中のほぼ半
径方向の亀裂（２６）の寸法測定のため、円筒形金属部
品の一端に超音波エネルギーを反射する界面（３０）を
形成し、円筒形金属部品の内側に超音波変換手段（２
４）を配置し、超音波変換手段からパルス状超音波エネ
ルギーを上記界面に対して所定の角度で上記界面に向か
って送出して、上記界面から、ほぼ軸方向に円筒形金属
部品の本体を通るようにパルス状超音波エネルギーを反
射させ、上記亀裂によって反射されて、超音波変換手段
に戻って来たパルス状超音波エネルギーを検出するステ
ップを含むことを特徴とする。上記界面を利用すること
により、超音波変換手段の垂直方向の変位で亀裂を半径
方向に走査することができる。
形金属部品の超音波検査方法を提供する。 【構成】 円筒形金属部品（１４，１６）の中のほぼ半
径方向の亀裂（２６）の寸法測定のため、円筒形金属部
品の一端に超音波エネルギーを反射する界面（３０）を
形成し、円筒形金属部品の内側に超音波変換手段（２
４）を配置し、超音波変換手段からパルス状超音波エネ
ルギーを上記界面に対して所定の角度で上記界面に向か
って送出して、上記界面から、ほぼ軸方向に円筒形金属
部品の本体を通るようにパルス状超音波エネルギーを反
射させ、上記亀裂によって反射されて、超音波変換手段
に戻って来たパルス状超音波エネルギーを検出するステ
ップを含むことを特徴とする。上記界面を利用すること
により、超音波変換手段の垂直方向の変位で亀裂を半径
方向に走査することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般に、材料の完全性を
害する恐れのある空隙、きず、亀裂等の欠陥について
の、金属等の材料の非破壊検査に関するものである。詳
しく述べると、本発明は沸騰水形の原子炉内でのスタブ
管構成要素の修理に続くスタブ管の部品の超音波検査に
関するものである。
害する恐れのある空隙、きず、亀裂等の欠陥について
の、金属等の材料の非破壊検査に関するものである。詳
しく述べると、本発明は沸騰水形の原子炉内でのスタブ
管構成要素の修理に続くスタブ管の部品の超音波検査に
関するものである。
【０００２】
【発明の背景】沸騰水形の水冷原子炉または水減速原子
炉の構造は周知である（たとえば、米国特許第４，５４
８，７８５号および第５，１１８，４６４号参照）。沸
騰水炉には、軽水のような減速冷却材の中に沈められた
炉心の入っている圧力容器が含まれている。環状シュラ
ウドによって取り囲まれた炉心には、上側炉心グリッド
と下側炉心板との間に間隔を置いて配置された複数の置
換可能な燃料集合体が含まれている。
炉の構造は周知である（たとえば、米国特許第４，５４
８，７８５号および第５，１１８，４６４号参照）。沸
騰水炉には、軽水のような減速冷却材の中に沈められた
炉心の入っている圧力容器が含まれている。環状シュラ
ウドによって取り囲まれた炉心には、上側炉心グリッド
と下側炉心板との間に間隔を置いて配置された複数の置
換可能な燃料集合体が含まれている。
【０００３】複数の制御棒駆動ハウジングが圧力容器に
入り込み、制御棒駆動装置を収容する。制御棒駆動装置
により、燃料集合体の間に複数の制御棒を選択的に挿入
して、炉心の反応度を制御することができる。制御棒駆
動ハウジングは制御棒案内管を支持する。制御棒案内管
は、制御棒が炉心から引き抜かれたとき制御棒を受け入
れ、収容する。案内管はまた、燃料集合体支持部材を支
持する。各燃料集合体支持部材には、４個の隣接した燃
料集合体のノーズピースを受け入れるためのソケットが
形成されている。
入り込み、制御棒駆動装置を収容する。制御棒駆動装置
により、燃料集合体の間に複数の制御棒を選択的に挿入
して、炉心の反応度を制御することができる。制御棒駆
動ハウジングは制御棒案内管を支持する。制御棒案内管
は、制御棒が炉心から引き抜かれたとき制御棒を受け入
れ、収容する。案内管はまた、燃料集合体支持部材を支
持する。各燃料集合体支持部材には、４個の隣接した燃
料集合体のノーズピースを受け入れるためのソケットが
形成されている。
【０００４】各制御棒および４個の燃料集合体が炉心の
燃料セルを構成する。４個の燃料集合体の上端は、交差
し、組み合うはりによって形成される上側炉心グリッド
の開口に横方向に支持される。４個の燃料集合体の下端
は、制御棒案内管の上端にはめこまれた燃料集合体支持
部材の上に垂直方向に支持される。横方向の支持は、下
側炉心板の開口または孔を案内管が通ることによって与
えられる。
燃料セルを構成する。４個の燃料集合体の上端は、交差
し、組み合うはりによって形成される上側炉心グリッド
の開口に横方向に支持される。４個の燃料集合体の下端
は、制御棒案内管の上端にはめこまれた燃料集合体支持
部材の上に垂直方向に支持される。横方向の支持は、下
側炉心板の開口または孔を案内管が通ることによって与
えられる。
【０００５】原子炉圧力容器の下部ヘッドを通して制御
棒駆動ハウジングを入り込ませることは、スタブ管を使
って行われる。その特定の位置で下部ヘッドのわん曲に
合うように下端が適当に成形された各スタブ管は、円周
方向の溶接部によって下部ヘッドの対応する開口または
孔に固定される。制御棒駆動ハウジングを受け入れるよ
うに、定められた場所に溶接した後、内径の仕上げ穴あ
けを行うことにより、スタブ管の精密な位置決めの必要
性は避けられる。制御棒駆動ハウジングのすべての上端
が同じ水平平面内に揃うように制御棒駆動ハウジングを
正しく垂直方向に位置決めした後、制御棒駆動ハウジン
グはスタブ管の上端に溶接される。これは、下部ヘッド
のわん曲のため、制御棒駆動ハウジングが原子炉圧力容
器の中に伸びる量が変化するということを意味する。
棒駆動ハウジングを入り込ませることは、スタブ管を使
って行われる。その特定の位置で下部ヘッドのわん曲に
合うように下端が適当に成形された各スタブ管は、円周
方向の溶接部によって下部ヘッドの対応する開口または
孔に固定される。制御棒駆動ハウジングを受け入れるよ
うに、定められた場所に溶接した後、内径の仕上げ穴あ
けを行うことにより、スタブ管の精密な位置決めの必要
性は避けられる。制御棒駆動ハウジングのすべての上端
が同じ水平平面内に揃うように制御棒駆動ハウジングを
正しく垂直方向に位置決めした後、制御棒駆動ハウジン
グはスタブ管の上端に溶接される。これは、下部ヘッド
のわん曲のため、制御棒駆動ハウジングが原子炉圧力容
器の中に伸びる量が変化するということを意味する。
【０００６】上記の説明から明らかなように、スタブ管
は圧力容器境界の一部となり、その中のどんな欠陥（た
とえば、亀裂）によっても圧力系の完全性が危うくなる
ことがある。条件によっては、スタブ管は、制御棒駆動
ハウジングとスタブ管とを接合する上側溶接部に隣接し
た熱影響部で応力腐食割れを生じやすいことがわかって
いる。この応力腐食割れにより、制御棒駆動ハウジング
とスタブ管との間の狭いギャップを通って容器から水が
漏れるという、修理を要する望ましくない事象が生じる
ことがある。
は圧力容器境界の一部となり、その中のどんな欠陥（た
とえば、亀裂）によっても圧力系の完全性が危うくなる
ことがある。条件によっては、スタブ管は、制御棒駆動
ハウジングとスタブ管とを接合する上側溶接部に隣接し
た熱影響部で応力腐食割れを生じやすいことがわかって
いる。この応力腐食割れにより、制御棒駆動ハウジング
とスタブ管との間の狭いギャップを通って容器から水が
漏れるという、修理を要する望ましくない事象が生じる
ことがある。
【０００７】損傷したスタブ管を修理する従来の手段
は、漏れを防ぐようなやり方でスタブ管を「キャップ
（ｃａｐ）」することである。修理後、既知の亀裂がそ
の後の原子炉運転で成長していく様子を監視する必要が
ある。一般に、外側の表面から、すなわち容器の内側に
面する表面からの修理済みの管の検査は、アクセスが限
られるため実際的でない。米国特許第５，１１８，４６
４号には、制御棒駆動ハウジングとスタブ管との間の狭
い円周方向のギャップを通って伝送され、それらを橋絡
する超音波を使用して、制御棒駆動ハウジングの内側表
面からスタブ管を検査するための方法が開示されてい
る。この方法では、ギャップ内の超音波媒質を制御する
ために容器下側取付け具が必要とされる。実際上の理由
から、これは必ずしも可能ではない。
は、漏れを防ぐようなやり方でスタブ管を「キャップ
（ｃａｐ）」することである。修理後、既知の亀裂がそ
の後の原子炉運転で成長していく様子を監視する必要が
ある。一般に、外側の表面から、すなわち容器の内側に
面する表面からの修理済みの管の検査は、アクセスが限
られるため実際的でない。米国特許第５，１１８，４６
４号には、制御棒駆動ハウジングとスタブ管との間の狭
い円周方向のギャップを通って伝送され、それらを橋絡
する超音波を使用して、制御棒駆動ハウジングの内側表
面からスタブ管を検査するための方法が開示されてい
る。この方法では、ギャップ内の超音波媒質を制御する
ために容器下側取付け具が必要とされる。実際上の理由
から、これは必ずしも可能ではない。
【０００８】
【発明の概要】超音波はきずや構造の完全さについて材
料を非破壊的に検査する普通の手段である。鋼の場合、
きずの検査と大きさ測定に使用される好ましい周波数は
１ＭＨｚから１０ＭＨｚの範囲にあり、２．２５ＭＨｚ
から５ＭＨｚが好ましい。超音波変換器および付随する
電子回路は、非破壊検査技術では従来使用されているも
のである。
料を非破壊的に検査する普通の手段である。鋼の場合、
きずの検査と大きさ測定に使用される好ましい周波数は
１ＭＨｚから１０ＭＨｚの範囲にあり、２．２５ＭＨｚ
から５ＭＨｚが好ましい。超音波変換器および付随する
電子回路は、非破壊検査技術では従来使用されているも
のである。
【０００９】従来のやり方によれば、変換器が発生する
パルス状超音波は、金属の表面に接触している水のよう
な結合流体を介して被検査金属の中に伝搬する。金属内
の不連続（たとえば、亀裂）によって、超音波パルスの
反射が生じる。これは、きずのサイズおよび形状、入射
角、および金属内伝播経路長のような要因によって左右
されるが、音響インピーダンスの突然の変化によるもの
である。これらの反射は、受信モードで動作する超音波
変換器によって検出される。
パルス状超音波は、金属の表面に接触している水のよう
な結合流体を介して被検査金属の中に伝搬する。金属内
の不連続（たとえば、亀裂）によって、超音波パルスの
反射が生じる。これは、きずのサイズおよび形状、入射
角、および金属内伝播経路長のような要因によって左右
されるが、音響インピーダンスの突然の変化によるもの
である。これらの反射は、受信モードで動作する超音波
変換器によって検出される。
【００１０】音響インピーダンスの急な変化をもたらす
滑らかな表面と超音波エネルギーとの相互作用の重要な
特性は、光学でスネルの法則として知られている正反射
（鏡面反射）法則に従うということである。本発明で
は、修理済みのスタブ管の、他の方法ではアクセスでき
ない亀裂の特性の効率的な遠隔検出および測定を行うた
めに、超音波パルスの伝搬および反射の特性を使用す
る。詳しく述べると、本発明では正反射を使用すること
により、修理済みのスタブ管の「キャップ」の下にある
亀裂領域にパルス状超音波を向ける。この技術により、
制御棒駆動ハウジングの内側からの亀裂の広がり（すな
わち、亀裂の成長）の状態の検査と監視、および修理済
み部材の構造の完全性の予測が可能となる。
滑らかな表面と超音波エネルギーとの相互作用の重要な
特性は、光学でスネルの法則として知られている正反射
（鏡面反射）法則に従うということである。本発明で
は、修理済みのスタブ管の、他の方法ではアクセスでき
ない亀裂の特性の効率的な遠隔検出および測定を行うた
めに、超音波パルスの伝搬および反射の特性を使用す
る。詳しく述べると、本発明では正反射を使用すること
により、修理済みのスタブ管の「キャップ」の下にある
亀裂領域にパルス状超音波を向ける。この技術により、
制御棒駆動ハウジングの内側からの亀裂の広がり（すな
わち、亀裂の成長）の状態の検査と監視、および修理済
み部材の構造の完全性の予測が可能となる。
【００１１】本発明の方法によれば、シールを取り付け
る前に、放電加工によって所定の表面領域を４５°「鏡
面仕上げ」する。「鏡面仕上げ」加工された表面とメカ
ニカルシールの対向表面との間にエアギャップが形成さ
れるように、スタブ管をキャップするために使用される
メカニカルシールが取り付けられる。たとえば、ギャッ
プ内に定在超音波を形成するための条件が満足されない
ようにすることにより、超音波の効率的な反射鏡として
作用するようにこのエアギャップを設計することができ
る。ガスギャップ内に定在波を形成するための条件は米
国特許第５，１１８，４６４号に説明されている。
る前に、放電加工によって所定の表面領域を４５°「鏡
面仕上げ」する。「鏡面仕上げ」加工された表面とメカ
ニカルシールの対向表面との間にエアギャップが形成さ
れるように、スタブ管をキャップするために使用される
メカニカルシールが取り付けられる。たとえば、ギャッ
プ内に定在超音波を形成するための条件が満足されない
ようにすることにより、超音波の効率的な反射鏡として
作用するようにこのエアギャップを設計することができ
る。ガスギャップ内に定在波を形成するための条件は米
国特許第５，１１８，４６４号に説明されている。
【００１２】変換器アレーを有する超音波プローブが制
御棒駆動ハウジングの内側に配置される。変換器は、制
御棒駆動ハウジングを通って上記加工された表面に入射
する経路に沿ってパルス状超音波を送出するように配列
される。加工された表面とエアギャップとの間の界面
で、超音波が反射される。これらの反射されたパルスは
スタブ管を通って軸方向に伝搬する。超音波伝搬経路中
にある半径方向のどんな亀裂も超音波パルスを反射し
て、加工された表面とエアギャップとの間の界面に戻
す。次に、界面は入射する超音波パルスを反射してプロ
ーブに戻す。超音波変換器はエコー到来の予想時間の
間、受信モードで動作する。エコーの検出に応答して、
後続の処理のための適当な電気信号が出力される。
御棒駆動ハウジングの内側に配置される。変換器は、制
御棒駆動ハウジングを通って上記加工された表面に入射
する経路に沿ってパルス状超音波を送出するように配列
される。加工された表面とエアギャップとの間の界面
で、超音波が反射される。これらの反射されたパルスは
スタブ管を通って軸方向に伝搬する。超音波伝搬経路中
にある半径方向のどんな亀裂も超音波パルスを反射し
て、加工された表面とエアギャップとの間の界面に戻
す。次に、界面は入射する超音波パルスを反射してプロ
ーブに戻す。超音波変換器はエコー到来の予想時間の
間、受信モードで動作する。エコーの検出に応答して、
後続の処理のための適当な電気信号が出力される。
【００１３】本発明の方法によれば、プローブを制御棒
駆動ハウジングの内側に配置することにより、制御棒駆
動ハウジングとスタブ管との間のギャップを横断する必
要無しにスタブ管にアクセスすることができる。プロー
ブには、スタブ管の横断面を走査するように変換器の線
形アレーを用いることが好ましい。実施例では、変換器
は垂直線に沿って等間隔で分布し、順次、作動されて、
任意の形状および方向の亀裂の半径方向の寸法を測定す
るための手段として作用する。方位角方向のスタブ管の
走査を可能とするため、プローブは従来の工具回転駆動
機構によってステップ状に駆動されて回転する。
駆動ハウジングの内側に配置することにより、制御棒駆
動ハウジングとスタブ管との間のギャップを横断する必
要無しにスタブ管にアクセスすることができる。プロー
ブには、スタブ管の横断面を走査するように変換器の線
形アレーを用いることが好ましい。実施例では、変換器
は垂直線に沿って等間隔で分布し、順次、作動されて、
任意の形状および方向の亀裂の半径方向の寸法を測定す
るための手段として作用する。方位角方向のスタブ管の
走査を可能とするため、プローブは従来の工具回転駆動
機構によってステップ状に駆動されて回転する。
【００１４】更に、本発明では、多重経路と多重反射の
原理を使用することにより、非平面状または分岐した亀
裂、もしくは亀裂面がスタブ管の表面に垂直でない亀裂
を監視できる。本発明では、更に多重モードおよびモー
ド変換手段を使用することにより、一様でないかまたは
急角度の方向を向いた亀裂の検出と測定を行える。本発
明の方法は、原子炉圧力容器の内側からのアクセスが限
られているか難しいような、キャップでシールされたス
タブ管の亀裂の検出と測定に特に有用である。したがっ
て、本発明の方法により、原子炉運転中に応力腐食割れ
が生じることがあるスタブ管の領域の検査が可能とな
る。
原理を使用することにより、非平面状または分岐した亀
裂、もしくは亀裂面がスタブ管の表面に垂直でない亀裂
を監視できる。本発明では、更に多重モードおよびモー
ド変換手段を使用することにより、一様でないかまたは
急角度の方向を向いた亀裂の検出と測定を行える。本発
明の方法は、原子炉圧力容器の内側からのアクセスが限
られているか難しいような、キャップでシールされたス
タブ管の亀裂の検出と測定に特に有用である。したがっ
て、本発明の方法により、原子炉運転中に応力腐食割れ
が生じることがあるスタブ管の領域の検査が可能とな
る。
【００１５】
【実施例の説明】以下の説明では、原子炉内の修理済み
のスタブ管の検査に適用されるものとして、本発明の説
明を行う。しかし、非破壊検査の分野の通常程度の技術
者には容易にわかるように本発明の方法は、内側が容易
にアクセスできる任意の円筒形の部品の亀裂の検出に適
用できる。
のスタブ管の検査に適用されるものとして、本発明の説
明を行う。しかし、非破壊検査の分野の通常程度の技術
者には容易にわかるように本発明の方法は、内側が容易
にアクセスできる任意の円筒形の部品の亀裂の検出に適
用できる。
【００１６】図１に示すように、各制御棒駆動ハウジン
グ１０は原子炉圧力容器の下部ヘッド１２を通過する管
である。制御棒駆動ハウジング１０はスタブ管１４によ
って支持される。その上端で、スタブ管１４は上側取付
け溶接部１６によって制御棒駆動ハウジング１０に接合
される。その下端で、スタブ管１４は下側取付け溶接部
１８によって制御棒駆動ハウジング１０に接合される。
スタブ管１４と制御棒駆動ハウジング１０は円周方向の
ギャップ２２によって隔てられている。任意の与えられ
た位置に於けるギャップ２２の正確な寸法は知ることは
できないが、一般に金属相互間の接触状態（すなわち、
ギャップが零）から約１５ミルまで変わる。
グ１０は原子炉圧力容器の下部ヘッド１２を通過する管
である。制御棒駆動ハウジング１０はスタブ管１４によ
って支持される。その上端で、スタブ管１４は上側取付
け溶接部１６によって制御棒駆動ハウジング１０に接合
される。その下端で、スタブ管１４は下側取付け溶接部
１８によって制御棒駆動ハウジング１０に接合される。
スタブ管１４と制御棒駆動ハウジング１０は円周方向の
ギャップ２２によって隔てられている。任意の与えられ
た位置に於けるギャップ２２の正確な寸法は知ることは
できないが、一般に金属相互間の接触状態（すなわち、
ギャップが零）から約１５ミルまで変わる。
【００１７】経験の示すところによれば、上側溶接部１
６に隣接したスタブ管の熱影響部には応力腐食割れが生
じ得る。破線３８で示した亀裂成長の前面を有するる、
この型の半径方向内側に広がる亀裂２６が図３に最も良
く示されている。金属引張り、水流のよどみ、および酸
素濃度の条件により、亀裂の前面３８が金属の粒状境界
に沿って成長する。最終的に、亀裂２６がスタブ管の内
表面まで成長し得る。そのとき、亀裂はギャップ２２と
流れが通じるので、水が原子炉圧力容器から漏れ出る流
路が形成される。
６に隣接したスタブ管の熱影響部には応力腐食割れが生
じ得る。破線３８で示した亀裂成長の前面を有するる、
この型の半径方向内側に広がる亀裂２６が図３に最も良
く示されている。金属引張り、水流のよどみ、および酸
素濃度の条件により、亀裂の前面３８が金属の粒状境界
に沿って成長する。最終的に、亀裂２６がスタブ管の内
表面まで成長し得る。そのとき、亀裂はギャップ２２と
流れが通じるので、水が原子炉圧力容器から漏れ出る流
路が形成される。
【００１８】上側溶接部に隣接した熱影響部に亀裂のあ
るスタブ管は、メカニカルシール２０を取り付けること
により、従来通り修理される。図２に最も良く示される
ように、メカニカルシール２０は、制御棒駆動ハウジン
グ１０の直径より少し大きい直径の第１の内周面を有す
る。この第１の内周面は炭素シール３４を介して制御棒
駆動ハウジング１０にシールされる。メカニカルシール
２０は、スタブ管１４の直径より少し大きい直径の第２
の内周面を有する。この第２の内周面は炭素シール３６
を介してスタブ管１４にシールされる。
るスタブ管は、メカニカルシール２０を取り付けること
により、従来通り修理される。図２に最も良く示される
ように、メカニカルシール２０は、制御棒駆動ハウジン
グ１０の直径より少し大きい直径の第１の内周面を有す
る。この第１の内周面は炭素シール３４を介して制御棒
駆動ハウジング１０にシールされる。メカニカルシール
２０は、スタブ管１４の直径より少し大きい直径の第２
の内周面を有する。この第２の内周面は炭素シール３６
を介してスタブ管１４にシールされる。
【００１９】メカニカルシールを取り付ける前に、スタ
ブ管と上側溶接部の上に複数の監視領域（３０）が形成
される（図２参照）。各監視領域は、放電加工によって
４５°の「鏡面仕上げ」された平坦な表面である。「鏡
面仕上げ」加工された表面とメカニカルシールの対向面
との間に小さなエアギャップ３２が形成されるように、
メカニカルシール２０が取り付けられる。このエアギャ
ップは、超音波の有効な反射鏡として作用するように設
計することができる。
ブ管と上側溶接部の上に複数の監視領域（３０）が形成
される（図２参照）。各監視領域は、放電加工によって
４５°の「鏡面仕上げ」された平坦な表面である。「鏡
面仕上げ」加工された表面とメカニカルシールの対向面
との間に小さなエアギャップ３２が形成されるように、
メカニカルシール２０が取り付けられる。このエアギャ
ップは、超音波の有効な反射鏡として作用するように設
計することができる。
【００２０】スタブ管の亀裂の半径方向の広がりを監視
する目的で配列された多数の変換器２８を有するプロー
ブヘッド２４（図１参照）を使用して、本発明の方法が
実行される。一実施例によればプローブには、半径方向
の平面内でスタブ管の横断面を走査するために順次作動
される変換器２８ａ、２８ｂ、２８ｃ（図２参照）の垂
直方向線形アレーが用いられる。変換器は平行伝搬経路
に沿ってパルス状超音波を送出するように整列されてい
る。
する目的で配列された多数の変換器２８を有するプロー
ブヘッド２４（図１参照）を使用して、本発明の方法が
実行される。一実施例によればプローブには、半径方向
の平面内でスタブ管の横断面を走査するために順次作動
される変換器２８ａ、２８ｂ、２８ｃ（図２参照）の垂
直方向線形アレーが用いられる。変換器は平行伝搬経路
に沿ってパルス状超音波を送出するように整列されてい
る。
【００２１】加工された表面とエアギャップとの間の各
界面３０は、スタブ管１４と共通の軸を持つ円錐形の面
であることが好ましい。反射の法則により、変換器によ
って送出され、界面３０によって反射される超音波のそ
れぞれのパルス列は、垂直方向線形アレーの変換器が上
から下に順に作動されるにつれて、順次増大する各半径
の所でスタブ管を軸方向に伝搬する。
界面３０は、スタブ管１４と共通の軸を持つ円錐形の面
であることが好ましい。反射の法則により、変換器によ
って送出され、界面３０によって反射される超音波のそ
れぞれのパルス列は、垂直方向線形アレーの変換器が上
から下に順に作動されるにつれて、順次増大する各半径
の所でスタブ管を軸方向に伝搬する。
【００２２】図２に示されている半径方向の亀裂２６で
は、変換器２８ｂおよび２８ｃによって送出されて加工
された表面とエアギャップとの間の界面３０によって反
射された超音波のパルス列は反射されるが、変換器２８
ａによって送出されて界面３０によって反射された超音
波のパルス列は反射されない。どのパルス列が反射され
るかを検出することにより、第１の方位角角度に於ける
亀裂２６の半径方向の広がりすなわち深さを測ることが
できる。
は、変換器２８ｂおよび２８ｃによって送出されて加工
された表面とエアギャップとの間の界面３０によって反
射された超音波のパルス列は反射されるが、変換器２８
ａによって送出されて界面３０によって反射された超音
波のパルス列は反射されない。どのパルス列が反射され
るかを検出することにより、第１の方位角角度に於ける
亀裂２６の半径方向の広がりすなわち深さを測ることが
できる。
【００２３】その後、プローブヘッドを次の監視領域の
角度位置に対応する第２の方位角角度に回転することが
できる。もう一度、変換器の線形アレーを順に作動す
る。エコーにより、第２の方位角角度に於ける亀裂２６
の半径方向の広がりすなわち深さを測ることができる。
プローブは従来の工具回転駆動機構（図示しない）によ
って回転するように駆動される。
角度位置に対応する第２の方位角角度に回転することが
できる。もう一度、変換器の線形アレーを順に作動す
る。エコーにより、第２の方位角角度に於ける亀裂２６
の半径方向の広がりすなわち深さを測ることができる。
プローブは従来の工具回転駆動機構（図示しない）によ
って回転するように駆動される。
【００２４】したがって、変換器が半径方向の平面でス
タブ管の横断面を走査するとき、平面状の平らな亀裂２
６（図３に最も良く示されている）が超音波エネルギー
を反射してプローブに戻す。これにより、その半径方向
の平面内のきずの広がりが示される。亀裂の前面３８が
（図３に示すように）スタブ管１４の内壁に達しない場
合には、金属内への亀裂の深さ、すなわち広がりを示す
非反射領域がある。
タブ管の横断面を走査するとき、平面状の平らな亀裂２
６（図３に最も良く示されている）が超音波エネルギー
を反射してプローブに戻す。これにより、その半径方向
の平面内のきずの広がりが示される。亀裂の前面３８が
（図３に示すように）スタブ管１４の内壁に達しない場
合には、金属内への亀裂の深さ、すなわち広がりを示す
非反射領域がある。
【００２５】実際上、亀裂全体を監視する必要は無く、
亀裂のある領域だけを監視すればよい。適例となる監視
領域の方位角位置が図３の破線で示される。監視領域３
０ａ、３０ｂ、３０ｃが放電加工により加工されて、上
側溶接部−スタブ管の上表面となる。加工された表面
は、スタブ管の軸に対して４５°の角度で配置された円
錐形の表面として形成することが好ましい。しかし、変
換器の送出方向を適当に調整して、加工された表面とエ
アギャップとの間の界面によって反射される超音波のパ
ルス列がスタブ管を通って軸方向に伝搬して亀裂の両端
すなわち先端にアクセスできるようにすれば、４５゜以
外の角度を使用することもできる。これにより、修理済
みスタブ管を動作させる際に主要な関心事である方位角
方向の亀裂の成長を監視することができる。監視領域の
数は任意である。ただし、最小値としては３が好まし
い。実際上、上側溶接部全体を加工することはできる
が、これは高価で、時間がかかる。
亀裂のある領域だけを監視すればよい。適例となる監視
領域の方位角位置が図３の破線で示される。監視領域３
０ａ、３０ｂ、３０ｃが放電加工により加工されて、上
側溶接部−スタブ管の上表面となる。加工された表面
は、スタブ管の軸に対して４５°の角度で配置された円
錐形の表面として形成することが好ましい。しかし、変
換器の送出方向を適当に調整して、加工された表面とエ
アギャップとの間の界面によって反射される超音波のパ
ルス列がスタブ管を通って軸方向に伝搬して亀裂の両端
すなわち先端にアクセスできるようにすれば、４５゜以
外の角度を使用することもできる。これにより、修理済
みスタブ管を動作させる際に主要な関心事である方位角
方向の亀裂の成長を監視することができる。監視領域の
数は任意である。ただし、最小値としては３が好まし
い。実際上、上側溶接部全体を加工することはできる
が、これは高価で、時間がかかる。
【００２６】実際上は、亀裂は規則的または平面状でな
い。このような場合には、入射エネルギーの一部だけが
反射されて、変換器に戻る。しかし、制御棒駆動ハウジ
ング１０とスタブ管１４との間のギャップ２２も反射鏡
としての役目を果たす。したがって、ギャップ２２は図
２に示される亀裂に対して下向きに反っている亀裂表面
からの超音波エネルギーの方向を変えることができる。
同様に、亀裂の上方に延在する、スタブ管とメカニカル
シール２０との間の界面部分を機械加工して、該界面部
分が上向きに反っている亀裂表面から反射される超音波
エネルギーに対する良好な反射鏡としての役目を果たす
ようにすることができる。したがって適当に設計すれ
ば、本発明の方法は亀裂のサイズ、形状、または方位角
を特別に考慮することなく有効である。
い。このような場合には、入射エネルギーの一部だけが
反射されて、変換器に戻る。しかし、制御棒駆動ハウジ
ング１０とスタブ管１４との間のギャップ２２も反射鏡
としての役目を果たす。したがって、ギャップ２２は図
２に示される亀裂に対して下向きに反っている亀裂表面
からの超音波エネルギーの方向を変えることができる。
同様に、亀裂の上方に延在する、スタブ管とメカニカル
シール２０との間の界面部分を機械加工して、該界面部
分が上向きに反っている亀裂表面から反射される超音波
エネルギーに対する良好な反射鏡としての役目を果たす
ようにすることができる。したがって適当に設計すれ
ば、本発明の方法は亀裂のサイズ、形状、または方位角
を特別に考慮することなく有効である。
【００２７】パルス伝搬の好ましいモードは縦モードで
ある。これにより、反射表面でのせん断波への望ましく
ないモード変換に対して弁別を行うことができる。後者
はより低い速度で進行し、データから時間ゲートで区別
することができるからである。しかし亀裂の配置方向に
よっては、やはり鏡面表面によって反射されるモード変
換されたせん断波を使用すると一層アクセスしやすくな
る。したがって、本発明の方法によれば、縦波またはせ
ん断波を使用することができる。
ある。これにより、反射表面でのせん断波への望ましく
ないモード変換に対して弁別を行うことができる。後者
はより低い速度で進行し、データから時間ゲートで区別
することができるからである。しかし亀裂の配置方向に
よっては、やはり鏡面表面によって反射されるモード変
換されたせん断波を使用すると一層アクセスしやすくな
る。したがって、本発明の方法によれば、縦波またはせ
ん断波を使用することができる。
【００２８】ステップ状に回転する変換器の垂直方向線
形アレーについて本発明の方法を開示してきたが、他の
構成も容易に使用することができる。たとえば、スタブ
管を通る半径方向の平面を走査するようにステップ状に
垂直方向に変位可能な単一の変換器を有するプローブを
使用して、本発明の方法を実行することができる。この
ような変更および変形をすべて包含するように、特許請
求の範囲を記述してある。
形アレーについて本発明の方法を開示してきたが、他の
構成も容易に使用することができる。たとえば、スタブ
管を通る半径方向の平面を走査するようにステップ状に
垂直方向に変位可能な単一の変換器を有するプローブを
使用して、本発明の方法を実行することができる。この
ような変更および変形をすべて包含するように、特許請
求の範囲を記述してある。
【図１】本発明の方法に従って、亀裂のあるスタブ管の
シールされた領域内にパルス状超音波エネルギーを送
り、亀裂によって反射されるエネルギーを検出するため
の超音波プローブヘッド集合体の入っている検査工具を
示すの概略断面図である。
シールされた領域内にパルス状超音波エネルギーを送
り、亀裂によって反射されるエネルギーを検出するため
の超音波プローブヘッド集合体の入っている検査工具を
示すの概略断面図である。
【図２】メカニカルシールを所定の場所に配置した修理
済みのスタブ管の概略断面図であり、本発明の方法に従
って亀裂の検出および監視を行う動作の原理を矢印で表
してある。
済みのスタブ管の概略断面図であり、本発明の方法に従
って亀裂の検出および監視を行う動作の原理を矢印で表
してある。
【図３】図２の線３−３に沿って見た横断面図である。
１０ 制御棒駆動ハウジング １４ スタブ管 １６ 上側取付け溶接部 ２０ メカニカルシール ２４ プローブヘッド ２６ 亀裂 ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ 変換器 ３０ 界面 ３２ エアギャップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームズ・チャン・シェ・タン アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ホゼ、ホワイトホール・アヴェニュー、 1244番 (72)発明者 ジェームズ・ハワード・ターハン アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ホゼ、フィデゥルタウン・プレイス、5938 番 (72)発明者 ジェラルド・アラン・ディーバー アメリカ合衆国、カリフォルニア州、サン ホゼ、カークモント・ドライブ、1871番
Claims (10)
- 【請求項１】 第１のほぼ円筒形の金属部品（１４，１
６）の中のほぼ半径方向に生じた亀裂（２６）の寸法測
定方法に於いて、 上記第１のほぼ円筒形の金属部品の一端に超音波エネル
ギーを反射する第１の界面（３０）を形成するステッ
プ、 上記第１のほぼ円筒形の金属部品の内側に超音波変換手
段（２４）を配置するステップ、 上記超音波変換手段からパルス状超音波エネルギーを上
記第１の界面に対して所定の角度で上記第１の界面に向
かって送出し、上記第１の界面から、ほぼ軸方向に上記
第１のほぼ円筒形の金属部品の本体を通るように上記パ
ルス状超音波エネルギーを反射させるステップ、および
上記亀裂によって反射されて、上記超音波変換手段に当
たるパルス状超音波エネルギーを検出するステップを含
むことを特徴とする亀裂の寸法測定方法。 - 【請求項２】 上記超音波変換手段が、線形アレーとし
て配列され、かつ平行経路に沿ってパルス状超音波エネ
ルギーを送出するように方向決めされた複数の変換器
（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ）を含み、各変換器は異なる
高さに配置されており、上記変換器を所定の順序で作動
することにより、上記第１のほぼ円筒形の金属部品の横
断面をほぼ半径方向に走査する請求項１記載の亀裂の寸
法測定方法。 - 【請求項３】 上記第１の界面が、上記第１のほぼ円筒
形の金属部品の上記一端に加工された滑らかな表面（３
０）と空気（３２）との間の境界である請求項１記載の
亀裂の寸法測定方法。 - 【請求項４】 上記第１のほぼ円筒形の金属部品が、超
音波エネルギーを反射しない第２の界面で第２のほぼ円
筒形の金属部品（１０）に接合され、上記第２のほぼ円
筒形の金属部品は上記超音波変換手段と上記第１のほぼ
円筒形の金属部品との間に配置されており、上記超音波
エネルギーが上記第１の界面に当たる前に上記第２の界
面を通って伝搬する請求項４記載の亀裂の寸法測定方
法。 - 【請求項５】 上記第２のほぼ円筒形の金属部品が原子
炉の制御棒駆動ハウジング（１０）であり、上記第１の
ほぼ円筒形の金属部品が原子炉のスタブ管（１４）と上
記スタブ管および上記制御棒駆動ハウジングに接合され
た円周方向の溶接部（１６）とで構成され、上記第２の
界面が上記制御棒駆動ハウジングと上記円周方向の溶接
部との間の境界である請求項４記載の亀裂の寸法測定方
法。 - 【請求項６】 上記第１の界面の少なくとも一部が、上
記円周方向の溶接部（１６）に加工された滑らかな表面
と空気（３２）との間の境界によって形成されている請
求項５記載の亀裂の寸法測定方法。 - 【請求項７】 上記第１の界面の少なくとも一部が、上
記スタブ管（１４）に加工された滑らかな表面と空気
（３２）との間の境界によって形成されている請求項５
記載の亀裂の寸法測定方法。 - 【請求項８】 上記第１の界面（３０）が、上記スタブ
管（１４）に加工された滑らかな表面とエアギャップ
（３２）との間の境界、および上記円周方向の溶接部
（１６）に加工された滑らかな表面と上記エアギャップ
との間の境界によって形成され、上記エアギャップは上
記の両方の滑らかな表面と、上記スタブ管および上記制
御棒駆動ハウジングの両方に封止されたメカニカルシー
ル（２０）の対向表面との間に配置されている請求項５
記載の亀裂の寸法測定方法。 - 【請求項９】 上記超音波変換手段が、上記第１の界面
と交差する互いに平行な第１および第２の伝搬経路に沿
ってパルス状超音波エネルギーの第１および第２の列を
順に送出し、上記第１の界面が、上記第１のほぼ円筒形
の金属部品の中をほぼ軸方向の互いに平行な第３および
第４の伝搬経路に沿って通るように上記パルス状超音波
エネルギーの第１および第２の列を反射し、上記第３お
よび第４の伝搬経路が上記のほぼ半径方向の平面内にあ
る請求項１記載の亀裂の寸法測定方法。 - 【請求項１０】 上記滑らかな表面が上記第１のほぼ円
筒形の金属部品の軸とほぼ同軸の円錐形の表面の一部で
ある請求項３記載の亀裂の寸法測定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US043053 | 1993-04-05 | ||
| US08/043,053 US5377237A (en) | 1993-04-05 | 1993-04-05 | Method of inspecting repaired stub tubes in boiling water nuclear reactors |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06341823A true JPH06341823A (ja) | 1994-12-13 |
Family
ID=21925208
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6065844A Withdrawn JPH06341823A (ja) | 1993-04-05 | 1994-04-04 | 円筒形金属部品中の亀裂の寸法測定方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5377237A (ja) |
| EP (1) | EP0619489A1 (ja) |
| JP (1) | JPH06341823A (ja) |
| TW (1) | TW253967B (ja) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE505475C2 (sv) * | 1993-06-16 | 1997-09-01 | Abb Tekniska Roentgencent | Provningsanordning, sondsvärd och förfarande för materialprovning av en genomföring vid en kärnreaktor |
| US5586155A (en) * | 1995-02-14 | 1996-12-17 | General Electric Company | Narrow access scanning positioner for inspecting core shroud in boiling water reactor |
| JP3299655B2 (ja) * | 1995-03-17 | 2002-07-08 | 株式会社日立製作所 | 多層構造体の検査のための超音波探傷装置及びその超音波探傷方法 |
| JP4548943B2 (ja) * | 1999-04-08 | 2010-09-22 | エレクトリック パワー リサーチ インスチテュート インコーポレイテッド | 照射済核燃料集合体の超音波洗浄装置および方法 |
| US6892926B2 (en) * | 2002-10-11 | 2005-05-17 | Exxonmobil Upstream Research Company | Toughness-optimized weld joints and methods for producing said weld joints |
| US20040091076A1 (en) * | 2002-11-08 | 2004-05-13 | Pacific Gas & Electric Company | Method and system for nondestructive inspection of components |
| US7412890B1 (en) | 2003-12-31 | 2008-08-19 | General Electric Company | Methods and apparatus for detecting cracks in welds |
| US7694569B2 (en) * | 2004-08-24 | 2010-04-13 | General Electric Company | Phased array ultrasonic water wedge apparatus |
| DE102006020352A1 (de) | 2006-04-28 | 2007-10-31 | Intelligendt Systems & Services Gmbh & Co Kg | Verfahren und Einrichtung zum Prüfen einer an der Innenoberfläche eines Reaktordruckbehälters befindlichen Schweißnaht |
| EP2616192B1 (en) * | 2008-01-14 | 2018-07-11 | Dominion Engineering, Inc. | High power density fuel cleaning with planar transducers |
| JP2009229355A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Toshiba Corp | 原子炉振動監視装置及びその方法 |
| DE102013218001B4 (de) * | 2013-09-09 | 2015-04-02 | Continental Automotive Gmbh | Ultraschallsensor mit Umlenkelement |
| CN103604866B (zh) * | 2013-10-14 | 2016-05-18 | 广西南南铝加工有限公司 | 水浸式超声波设备板材缺陷标记装置及打标方法 |
| US9726641B2 (en) * | 2014-09-05 | 2017-08-08 | Olympus Scientific Solutions Americas Inc. | System and method of correcting a non-concentric ultrasonic iris inspection result |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US4548785A (en) * | 1982-12-14 | 1985-10-22 | General Electric Company | Stub tube inspection device |
| GB8402098D0 (en) * | 1984-01-26 | 1984-02-29 | Atomic Energy Authority Uk | Ultrasonic inspection of tube |
| EP0158929B1 (de) * | 1984-04-16 | 1990-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur Ultraschall-Prüfung von Bolzen mit einem Wanddickensprung |
| JPH07108659B2 (ja) * | 1985-08-07 | 1995-11-22 | 東京瓦斯株式会社 | 管内走行装置、及び管内点検走行装置 |
| US4955235A (en) * | 1987-07-30 | 1990-09-11 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus and method for providing a combined ultrasonic and eddy current inspection of a metallic body |
| US4856337A (en) * | 1987-07-30 | 1989-08-15 | Westinghouse Electric Corp. | Apparatus and method for providing a combined ultrasonic and eddy current inspection of a tube |
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| JP2511583B2 (ja) * | 1990-05-24 | 1996-06-26 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 原子炉の保守方法 |
| FR2662501B1 (fr) * | 1990-05-28 | 1994-11-18 | Valtubes | Procede de detection de defauts sur des tubes metalliques a nervures helicouidales internes. |
| US5118464A (en) * | 1991-03-15 | 1992-06-02 | General Electric Company | Method of ultrasonic inspection of materials through opaque barriers |
| US5267481A (en) * | 1991-10-24 | 1993-12-07 | General Electric Company | Ultra sound probe for cylindrical body having reduced vertical clearance |
| US5272734A (en) * | 1992-04-09 | 1993-12-21 | General Electric Company | Repair of incore housings using ultrasonic examinations |
-
1993
- 1993-04-05 US US08/043,053 patent/US5377237A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-12-01 TW TW082110142A patent/TW253967B/zh active
-
1994
- 1994-03-29 EP EP94302248A patent/EP0619489A1/en not_active Withdrawn
- 1994-04-04 JP JP6065844A patent/JPH06341823A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
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|---|---|
| US5377237A (en) | 1994-12-27 |
| EP0619489A1 (en) | 1994-10-12 |
| TW253967B (ja) | 1995-08-11 |
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| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010605 |