JPH0671564A

JPH0671564A - 水中構造物に対するウオータージエツトピーニング法

Info

Publication number: JPH0671564A
Application number: JP22425392A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Satou; 一教佐藤; Takenori Shindou; 丈典進藤
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1992-08-24
Filing date: 1992-08-24
Publication date: 1994-03-15
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JP2826016B2

Abstract

(57)【要約】【目的】炉内のクラツドを除去し、さらに高速水噴流
によるピーニングを的確にするためのノズル構造を有す
る水中構造物に対するウオータージエツトピーニング法
を提供する。【構成】高速水噴流噴射によるピーニング施工に先立
ち、加工対象面である水中構造物表面に堆積する酸化ス
ケール等の沈澱付着物を、ピーニングに使用する高速水
噴流よりも低速で噴射する噴流により水中に微小な粒子
群として分散・浮遊させ、さらに吸引水により水中に分
散・浮遊する粒子群を吸引して水中構造物の系外へ排出
することにより、ピーニング対象面である鋼材表面から
沈澱付着物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化スケール等の微小
固体粒子群が表面に堆積する水中構造物の残留応力を、
ピーニングやコーテイングを用いて改善する技術に係わ
り、構造物からの上記固体粒子群の除去手段と的確な位
置決めによる精密ピーニングあるいはコーテイング（プ
ラズマコーテイングも、溶けた粒子を表面に衝突させる
ので広義のピーニングに含まれる）法に関する。

【０００２】

【従来の技術】応力腐食割れ（ＳＣＣ）を起こすポテン
シヤルのある熱影響部（ＨＡＺ）を有する既設構造物の
表面応力は、小さな鋼球を気流の勢いで吹き付けるシヨ
ツトブラスト、砂粒を用いるサンドブラスト、氷粒を用
いるクライオブラスト等によるいわゆるピーニング処理
を施し、応力を引つ張り方向（亀裂を拡大させる方向）
から圧縮方向へと改善する。このようなピーニング技術
は、残留応力改善対策として各種機械構造物あるいは歯
車等の部品加工時に広く用いられている。

【０００３】しかし、このようなブラスト操作のできな
い環境にありながら是非ともピーニングしなければなら
ない構造物も多い。例えば、原子炉のように水を張つた
状態の特殊な熱交換器や反応槽、あるいは海洋中・湖水
中構造物の溶接部は、いずれも水を除いての作業は物理
的あるいは経済的にも不可能に近い。またブラスト粒子
を水中から回収することは大変な難作業である。氷粒を
用いれば回収は不要であるが、経済的なメリツトは出に
くい。

【０００４】高速ウオータージエツトの利用は、ユニー
クな加工、採鉱あるいは洗浄技術として知られるが、こ
れを表面応力改善に利用しようとする試みがある（特開
昭６２−６３６１４号公報）。水噴流を利用するピーニ
ングは、水冷効果もあつて、局所的な温度上昇を防げる
というメリツトもある。しかしこれは、水噴流の軸動圧
力を有効に利用できる大気中の作業に限つての効果であ
り、この技術を、水中ピーニング施工へ直接応力展開す
るのは難しい。水中では、噴流軸動圧力の減衰がかなり
速い。

【０００５】これは、周囲水の抵抗と同じ液相であるが
ために拡散が速いことに起因する。水中において、気相
中水噴流なみの軸動力を得るためには、超高圧ポンプが
必要になる。またポンプは、超高圧になるほど大容量化
が難しくなる。従つて、コスト的に大変不利な技術にな
つてしまう。

【０００６】一方、水中の高速水噴流には、急激な圧力
勾配と噴流の激しい乱れによりキヤビテーシヨンが発生
する。このキヤビテーシヨンを促進し、多量に発生する
気泡の崩壊衝撃圧力を有効に利用できれば、気相中水噴
流なみのピーニング効果を、さほど高くない噴射圧力で
達成できる可能性がある。

【０００７】図１２と図１３に先行技術の２例を示す。
図１２のノズルは、水中におけるキヤビテーシヨンを促
進するために提案されたノズルである。図において、１
２０１はノズル本体、１２０２はオリフイス部、１２０
３は円錐開口部、１２０４は円錐空洞部、１２０５は配
管部材、１２０６は高圧噴出装置、１２０７は噴射加工
対象物である。

【０００８】図１３に示す例は、水中において、部品に
固着したスラツジ等の汚物を、キヤビテーシヨンを利用
して除去しようというアイデイアを具体化したものであ
る。この図１３の技術においては、ノズル１３０３と被
洗浄部品１３０２の距離（スタンドオフ距離）、あるい
は噴射圧力あるいはノズルの仕様を適切に定めなけれれ
ば、付着物を上手く除去できないばかりか、被洗浄部品
に損傷を与える問題が生じる可能性がある。図におい
て、１３０１は水槽、１３０３ａはノズル先端、１３０
３ｂは噴出孔、１３０４は水、１３０５は管路である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ここでは、軽水炉型原
子炉を取り上げ、これまでの技術における問題を概説す
る。

【００１０】原子炉圧力容器の底部あるいは炉内構造物
には、クラツド（ｃｌａｄ）と呼ばれる酸化スケールに
類する物質が薄片（フレーク）状に付着し堆積してい
る。このクラツドは、Ｆｅ₂Ｏ₃等鉄系酸化物を主成分
とする微粒子からなり、放射能が濃縮している。ちなみ
に定期検査時に受ける線量の９０％がＣｏ−６０の放射
能によるものであるが、Ｃｏ−６０の殆どは鉄系クラツ
ドに随伴すると言われている〔乙葉ほか５名；「ＢＷＲ
プラント水質管理改善による線量ならびに廃棄物量低
減」火力原子力発電、Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．１２，（１
９９１−１２），１７３４〕。

【００１１】従つて、このクラツドが炉内および水循環
系で増加すれば、結果的に原子炉の放射線量が増えるこ
とになる。このクラツドを除去することにより放射線量
を低減できれば、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）の場合には
蒸気タービン、復水器および循環ポンプに対して、また
加圧水型原子炉（ＰＷＲ）の場合には蒸気発生器（スチ
ームジエネレータ）の保守点検や部品交換等の作業が簡
便になる。

【００１２】一方、クラツドが付着堆積すると、炉壁や
炉内構造物表面とクラツドの間の微小な隙間に水が滞留
し、電気化学的な効果いわゆるガルバニツク作用により
応力腐食割れが起きやすくなる。このクラツドを除去
し、鋼材表面、特に溶接施工部等の熱影響部（ＨＡＺ）
を流れのある水に接触させれば、応力腐食割れを予防で
きることになる。このように、炉内からクラツドを除去
することで、原子炉の安全性や信頼性を大幅に向上させ
ることが可能になる。

【００１３】また、クラツドが付着堆積していると、高
速水噴流を衝突させるピーニング施工の「的」を絞れな
くなる。ピーニングを要する個所が、内視鏡ＴＶカメラ
によつても見つけ難くなり、この結果、不必要個所にピ
ーニング施工するようになれば、施工コストが向上して
しまい、施工効率が低下する。また、クラツドが厚く付
着堆積していると、ピーニング施工にとつて極めて重要
なスタンドオフ距離（ノズルと加工対象面間の距離）を
適切に設定できなくなる。

【００１４】スタンドオフ距離には、ピーニング施工に
とつて最適条件（応力改善量が大きく損傷を起こさな
い）が存在する。スタンドオフ距離が短すぎると、キヤ
ビテーシヨンを伴う噴流内において、キヤビテーシヨン
のエネルギーが集中する部分でピーニングすることにな
り、加工対象面にキヤビテーシヨン・エロージヨン等の
損傷を引き起こすおそれが生じる。これに対し、スタン
ドオフ距離が長すぎると、噴流の衝突時間を長くして
も、応力改善が中々進まないという問題も生じる。本発
明の目的は、このような問題点を踏まえた上で、炉内の
クラツドを除去し、さらに高速水噴流によるピーニング
を的確にするためのノズル構造を有する水中構造物に対
するウオータージエツトピーニング法を提供することに
ある。

【００１５】なお、本発明のような物理的手段ではない
が、薬品による炉内汚染物低減手段は既に提案されてい
る（特公平３−８０２７９号公報）。さらに炉内では、
放射化した汚染物が金属組織内に深く浸透（表層から数
十ミクロンに達するいわゆるハードスケール）する場合
もあることが知られている〔例えば、河原ほか５名；石
川島播磨技報、第３２巻、第２号、（平成４年３月）、
Ｐ．１０６〕。本発明においては、このような金属組織
内部まで深く浸透した放射汚染物剥離は対象としない。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記したような問題を解
決するため、本発明においては、次のような方法を採用
する。

【００１７】まず、直径１ｍｍ程度の鋼球や砂粒等の固
体粒子や、キヤビテーシヨンに伴い発生する気泡を用い
るピーニング（残留応力改善）あるいはコーテイングに
先立ち、構造物表面に付着するクラツドを除去する。除
去する手段としては、これから詳述するようなウオータ
ージエツトを用いる方法の他に、スクレーパ、熊手、シ
ヤベル等の機械的手段や、薬品による方法も可能であ
る。

【００１８】また、構造物表面に付着するクラツドを、
ノズルから噴き出す低流速噴流（ピーニングに使用する
３００ｍ／秒を超える高速水噴流よりは流速を低くす
る。このため、以下便宜的に「低速」という表現を用い
る。流速の規定については実施例の項において詳述す
る）により表面から遊離させる。次に、低流速噴流を噴
出させたノズルの開口部を、低流速で水を吸い込む開口
部としてポンプを切り替え、水中に浮遊するクラツドを
水と共に系外へ吸い出して排出する。クラツドの除去さ
れた鋼材表面を内視鏡により確認し、最適なスタンドオ
フ距離（ノズルと加工面間の距離）にノズルの位置決め
を行い、所定の噴射圧力で高速水噴流を加工面に衝突さ
せてピーニング（応力改善）を実施する。

【００１９】このような操作を行うために、ノズルの構
造と水の噴射・吸引系をそれぞれ以下のようにする。ま
ずノズルには、高速水噴流を噴射する主噴出孔（後述す
るが、ここからは低速でも噴射できるようように、高圧
ポンプからの吐出ラインにバイパスを設ける）およびク
ラツドを吹き飛ばす低速水噴流を噴射し、さらにクラツ
ドを水と共に吸引するための低速流噴出孔を設ける。主
噴出孔は、高圧水を高速で噴射するために孔径は小さ
い。これに対し、低速流噴出孔は、開口部の流路面積を
大きく構成する。低速流噴出孔は、吹き出しと吸い込み
を兼ねる。

【００２０】吹き出し部と吸い込み部は、別構成とする
ことも可能であるが、ノズルが大型となり、狭い部分の
マニユピレーシヨン（移動操作）が難しくなるという問
題がある。主噴出孔へは、高圧ポンプから高圧水を供給
する。低速流噴出孔へのラインには、切り替えバルブを
介して、低吐出圧ポンプと同じく低圧吸引ポンプが連結
している。吸引ポンプの出口にはフイルタが設けられて
おり、クラツドが除去できるようになつている（省略す
るが、このクラツド除去操作では当然のことながらクラ
ツドの放射線対策を施す）。

【００２１】

【作用】原子炉圧力容器の底部あるいは炉内構造物にク
ラツドと呼ばれる酸化スケールが、ノズルの外周に設け
た噴出部より低速で噴射される低圧水噴流によつて剥離
され、さらに洗浄除去されれば、炉壁や構造物表面とク
ラツドの隙間における水の滞留がなくなる。

【００２２】従つて、ガルバニツク作用も消滅するた
め、応力腐食割れを防止できる。このクラツドには、放
射線が濃縮しているため、洗浄により炉内水中に浮遊す
るクラツドを、ノズルの外周に開口する吸引部より吸引
し、炉外へ除去すれば、炉内の放射線量を低減できるこ
とになる。炉壁や構造物表面からクラツドが取り除かれ
たことにより、熱影響部（ＨＡＺ）すなわち溶接部をは
つきりと内視鏡型ＴＶカメラでとらえることができる。

【００２３】これによつて、ウオータージエツトを衝突
させる個所を的確に定めることができるようになる。つ
まり、ウオータージエツトによるピーニング施工をより
高効率で行うことが可能になる。また不必要な個所をピ
ーニングしたり、スタンドオフ距離（ノズルと加工対象
面間の距離）を誤つて損傷（エロージヨン）を起こすと
言つた問題がなくなる。

【００２４】

【実施例】図１は、本発明の具体化例であり、容器内の
水（周囲水）１９内にある構造物の加工対象個所（熱影
響部）１５に、高速水噴流を衝突させて応力を改善する
加工方法の概略と、使用ノズルの構造を断面図として示
したものである。また図２は、このノズルを正面から見
た図である。

【００２５】ノズルには、中央に高圧水３が供給される
高圧水噴出部２が設置され、その外側に低圧水９が供給
され、低速流の流路を構成するノズル本体（低速流流
路）１がノズルのケーシングとして設けられている。高
圧水噴出部２では、高圧水供給ライン４を通じて高圧水
３が導かれ、高圧水供給流路５を経て高圧水流噴出孔６
から、高速水噴流７が高速で水１９中へ噴射される。高
速水噴流７は、水１９中において激しいキヤビテーシヨ
ンを伴つて、本実施例における加工対象個所（熱影響
部）１５へ衝突する。衝突によつてキヤビテーシヨン気
泡は崩壊し、爆発的に衝撃圧力を発生する。この衝撃圧
力によつて、加工対象個所（熱影響部）１５の引張り方
向残留応力は、圧縮方向へと改善される。

【００２６】高圧水噴出部２の外側に低速水流の水路を
構成するノズル本体（低速流流路）１は、加工対象個所
（熱影響部）１５や加工対象個所（母材）１４上に付着
堆積しているクラツド（酸化スケール）３０を吹き飛ば
して分散・浮遊させる低圧水９や、水中に分散・浮遊し
たクラツド（酸化スケール）を吸い込む吸引水１１の流
路となつている。ノズル本体（低速流路）１における先
端開口部の低速水流噴出部８は、少し末広がりな形状に
なつており、クラツド（酸化スケール）３０を広い面積
にわたり分散・浮遊させたり、あるいは分散・浮遊した
クラツド（酸化スケール）を吸い込みやすくなつてい
る。

【００２７】堆積しているクラツド（酸化スケール）３
０を吹き飛ばすための低圧水９と、クラツドを吸い込む
吸引水１１は、共通の管路である低圧水供給ライン１０
を通じて手段に応じて切り替わる。ノズル本体（低速流
流路）１の側部には、照明を内蔵する内視鏡ＴＶカメラ
１６が設けられている。この内視鏡ＴＶカメラ１６から
の情報は、遠隔操作室において、画面として映し出さ
れ、オペレータ（運転員）が監視できるようになつてい
る。

【００２８】本発明の実施例になる操作においては、ま
ずこの内視鏡ＴＶカメラ１６からの映像を基に、加工対
象個所（母材）１４上に付着堆積するクラツド（酸化ス
ケール）３０の表層部を確認し、そこにノズル本体（低
速流流路）１を所定の位置まで近づける。なお、ノズル
本体（低速流流路）１は、ノズルサポート１８を介して
マニユピレータ（図では省略）により移動させる。次い
で、低速水噴流１２を噴射し、加工対象個所１４および
１５上に柔らかく堆積しているクラツド（酸化スケー
ル）３０を吹き飛ばし、水１９中に分散・浮遊させる。
この分散・浮遊の程度は、内視鏡ＴＶカメラ１６からの
映像が濁つて見えることによつて確認される。さらに、
吸引水流１３によつて水１９中に分散・浮遊しているク
ラツド（酸化スケール）３０をノズルから吸引する。こ
のような吸引により、水中や加工対象個所１４および１
５からクラツド（酸化スケール）が除去されたか否か
も、内視鏡ＴＶカメラ１６からの映像を基に判断され
る。

【００２９】加工対象個所（熱影響部）１５を正確に定
めた後は、ノズル本体１を、最適なスタンドオフ距離
（高速水流の噴出孔出口と加工対象面間の距離）〔ノズ
ルの形状や流速によつても幾分異なるが、無次元距離と
してｘ／Ｄ＝６０〜１５０（ｘ；距離、Ｄ；噴出孔径）
の条件が、応力改善に対する最適スタンドオフ距離であ
る。ｘ／Ｄ＝１０〜３０では、キヤビテーシヨンの破壊
力が大きいが、加工面に対し影響の及ぶ面積が小さく、
エネルギーが集束するため、加工面が損傷を起こす場合
もある〕に位置決めし、所定の噴射圧力で予め定めた時
間だけ、高速水噴流７を加工対象個所へ衝突させる。１
７はフアイバプローブである。

【００３０】図３に、本発明を具体化した水の噴射、供
給および循環系統の例を示す。高圧水３は、リザーバ内
の使用水２１が、高圧ポンプ２０への水供給ライン２２
を通じて高圧ポンプ２０により汲み上げられてさらに昇
圧され、切り替えバルブ２３と高圧水供給ライン４を通
りノズル本体１へ導かれる。この高圧水３は、前述の通
り、ノズル本体１内に設置した高圧水噴出部２から、激
しいキヤビテーシヨンを伴うキヤビテーシヨン噴流３６
として周囲水１９内へ噴射され、加工対象個所１４へ衝
突する。なお、高圧水噴出部２からは、後述（図６）す
るように、クラツド吸引時にそのアシスト用として低速
水噴流も噴射するため、切り替えバルブ２３からはリザ
ーバへの戻りラインも設けられている。

【００３１】クラツドを浮遊・分散させるための低速水
噴流１２は、低圧噴射ポンプ２５により低圧ポンプへの
水供給ライン２２を通じて汲み上げられ、切り替えバル
ブ２６と低圧水供給ライン１０を経て、ノズル本体１へ
導かれる。この低速水流は、ノズル本体１における低速
水流噴出部８から、クラツドの堆積する加工対象個所１
４へ向けて噴射される。クラツドと共に水を吸引する際
には、ノズル本体１における低速水流噴出部８から、ク
ラツドの堆積する加工対象個所１４へ向けて噴射され
る。クラツドと共に水を吸引する際には、ノズル本体１
から切り替えバルブ２６までは、低速水流の供給系統を
共通して使用する。

【００３２】切り替えバルブ２６を経て吸引した水とク
ラツドは、吸引ポンプ２７により汲み上げられ、フイル
タ２８によりクラツドが除去された後、水のみが水循環
ライン２９を通じて戻る。この水は、リザーバ内の使用
水２１として再利用される。この系統において、高圧ポ
ンプとして高圧吐出で小容量のプランジヤー式ポンプ
が、また低圧噴射の吸引ポンプとしては低圧・大容量の
遠心ポンプが用いられる。２４は低圧ポンプへの水供給
ラインである。

【００３３】図８と図９に、使用するノズルの２例を示
す。図８に構造を示したのは、ストレート型の噴出孔８
０６と径収縮部（しぼり部）８０５の連接部にキヤビテ
ータ（戸溝状スロツト）８０７を設けたノズルである。
高圧水８０２は、高圧水供給流路８０４を通じて導か
れ、径収縮部（しぼり部）８０５において減圧・加速さ
れ、噴出孔８０６から高速水噴流として噴射される。８
０１はノズル本体、８０３は中心軸である。

【００３４】図９に構造を示すノズルは、ストレート型
の噴出孔９０６の中央部に、キヤビテータ（戸溝状スロ
ツト）９０７を設けたものである。このノズルにおいて
も、高圧水９０２は、高圧水供給流路９０４を通じて供
給され、径収縮部（しぼり部）９０５で急激に加速さ
れ、噴出孔９０６から激しいキヤビテーシヨンを伴う高
速水噴流（噴出流速は３００ｍ／秒を超える）として噴
射される。９０１はノズル本体、９０３は中心軸であ
る。

【００３５】いずれのノズルにおいても、キヤビテータ
（戸溝状スロツト）からは、サブキヤビテーシヨン（細
管列状キヤビテーシヨンの形態をとる）が発生し、これ
が流入核として、高速水噴流内へと供給される。このよ
うな流入核としてのサブキヤビテーシヨンの供給は、高
速水噴流のキヤビテーシヨンを著しく促進する。従つ
て、ここに構造を示すノズルを用いれば、ピーニング
（応力改善）の効果を著しく向上させることが可能にな
る。

【００３６】図４は、本発明の実施例において、低速水
流により加工対象個所の表面に堆積するクラツド（酸化
スケール）を吹き飛ばし、周囲水中に分散・浮遊させた
時の状況を模式的に示したものである。

【００３７】低速水噴流１２は、低速水流噴出部８か
ら、初速度およそ４０〜１６０ｍ／秒の条件で噴射され
る。この流速は、必ずしも「低速」ではないが、ピーニ
ングに使用する高速水噴流は、初速が３００ｍ／秒を超
えるために、これと比較のために「低速」と表現する。
初速が４０ｍ／秒を超えると噴流には激しくはないもの
のキヤビテーシヨンが発生し始め、スケールを剥離させ
る効果が急増する。一方、初速が１６０ｍ／秒以上にな
ると、キヤビテーシヨンがかなり激しくなり、スケール
除去のみではなく母材にまで影響を及ぼすようになる。

【００３８】この低速水噴流１２は、付着堆積している
クラツド（酸化スケール）３０に衝突する。衝突時にお
ける乱れやキヤビテーシヨンの作用によりクラツド３０
は吹き飛ばされ、水１９中に分散・浮遊する。このよう
なクラツド除去のための低速水噴流の噴射は、連続噴射
を行う必要はなく、３〜４秒程度の間欠噴射を、必要に
応じて単発で、あるいは数回繰り返す程度で十分であ
る。３１は水噴流によつて浮遊するクラツドを示す。

【００３９】図５は、水１９中に分散・浮遊するクラツ
ド３４を、低速水流噴出部８から吸引する状況を描いた
ものである。この場合、前述したように、使用する低圧
ポンプを、吐出から吸引へと切り替える。図４に示した
ような吹き飛ばし操作により水中に分散・浮遊するクラ
ツド３４は、吸引水流３３によりノズル本体（低速流流
路）１内へ吸い込まれ、吸引水３２として低圧水供給ラ
イン１０から排出される。吸引の場合、低速水流噴出部
８を通過する時の流速は、図４に示したような噴射の場
合とほぼ同等に設定する。

【００４０】以上のようなクラツドの分散・浮遊および
吸引操作時においては、内視鏡に映る像は濁つたものと
なるが、粒子や粒子の塊であるフロツクが激しく流動す
る様相が観察され、これによりクラツド除去の効果が確
認される。

【００４１】図６は、クラツドの吸引を支援するため、
本来はピーニング用に高速水噴流を噴射するべき高速水
流噴出孔６から、低速水噴流３５を噴射（この切り替え
は、図３に示したような切り替えバルブ２３により行
う）した状況を模式的に描いたものである。

【００４２】噴射流速を５〜２００ｍ／秒、さらに望ま
しくは４０〜１６０ｍ／秒とする大容量の低速水噴流３
５は、加工対象個所１５上に衝突し、吸引水流３３の流
れとの干渉部（剪断渦部３５ａ）において、クラツドを
強制的に分散・浮遊させた状態に保つ役割を果たす。こ
の流速が小さすぎるとクラツドを鋼材表面から剥離させ
ることができないし、流速が大きすぎるとクラツドが遠
くへ吹き飛んでしまい、吸引不能になつてしまう。この
ようにノズル本体１の近傍に分散・浮遊するクラツド
は、吸引水流３３としてノズル本体（低速流流路）１内
へ効率よく吸引される。

【００４３】以上のような作用によりクラツドが除去さ
れれば、加工対象個所（熱影響部）１５の位置が明瞭に
なる。次に、前述したような最適スタンドオフ距離ｘ
に、ノズル本体１を位置決めし、所定の噴射圧力Ｐ₁で
高速水噴流７を高速水噴流噴出孔６から噴射する。噴射
圧力Ｐ₁は、加工対象部の種類や必要加工条件によつて
異なるが、３０〜１５０ＭＰａの範囲内に選定する。高
速水噴流には、図１０にその現象を示したように激しい
キヤビテーシヨンを伴う。応力改善に対して最適なスタ
ンドオフ距離ｘｏｐｔでは、キヤビテーシヨンクラウド
が分裂し（１００４）、渦糸キヤビテーシヨン１００５
が活発に生成する。この渦糸キヤビテーシヨン１００５
が、加工対象面上あるいはその近傍において爆発的に崩
壊し、夥しい数の衝撃パルスを発生する。このようにし
て発生した衝撃パルスにより鋼材表層の結晶粒が潰れる
ように圧縮塑性変形し、引張り方向残留応力が圧縮方向
へと改善される。１００１は高圧水、１００２はノズ
ル、１００３はキヤビテーシヨンクラウドの連続流、１
００６は微細気泡、１００７は周囲水である。

【００４４】図７には実際のピーニング施行状態を示
す。３６はキヤビテーシヨン噴流、３７は跳ね返り噴
流、Ｐ₁は噴射圧力、ｘｏｐｔは最適スタンドオフ距離
である。図１１は、以上のようなウオータージエツトピ
ーニング（ＷＪＰ）施工による応力改善効果を実証した
結果である。残留応力は、ピーニング施工前の引張り方
向残留応力の絶対値σ^*を基準として無次元表記してい
る。ピーニング施工前にσ／σ^*＝−１のレベルであつ
た引張り残留応力が、本発明を具体化したウオータージ
エツトピーニング（ＷＪＰ）施工により、σ／σ^*≦＋
１．１４まで圧縮側へ改善されたことが分かる。鋼材表
面の応力を圧縮側へ改善することで、応力腐食割れ（Ｓ
ＣＣ）の発生や、これに伴う亀裂の進展等が大幅に抑制
されることになる。このようなウオータージエツトピー
ニング（ＷＪＰ）加工は、微小な亀裂が既に存在する鋼
材表面に施しても、亀裂が拡大するという問題はない
し、同様な応力改善効果が生じる。

【００４５】本発明になる技術は、スケール等の付着が
著しい海洋等の水中構造物に対する施工へも応用するこ
とが可能である。海水や湖水中における構造物のスケー
ルは、酸化物はもとより、小さな水中生物が付着した物
である場合が多い。このような付着物を除去（クリーニ
ング）する技術を、ピーニング（応力改善）あるいは解
体のための切断に組み合わせる本技術は有用である。

【００４６】但し、水中における切断には、材料に対す
るキヤビテーシヨンの破壊力を集中させるために、水中
水噴流のスタンドオフ距離（ノズルから加工対象物まで
の距離）を、ピーニングにおけるスタンドオフ距離の１
／３〜１／５に設定すればよい。すなわち、ピーニング
施工よりも、ノズルを加工対象物にかなり近づける訳で
ある。

【００４７】

【発明の効果】本発明による効果は、特に経年原子炉内
のピーニング（応力改善）と洗浄に適用した場合に特に
大きい。具体的効果をまとめると以下のようになる。

【００４８】（１）原子炉圧力容器を構成する部材ある
いは炉内構造物の溶接残留応力を、精度よく改善するこ
とができる。これは、スケールを除去することで内視鏡
による視野がはつきりとし、ピーニングすべき個所すな
わち、的を確定できるからである。これにより、応力腐
食割れ（ＳＣＣ）を予防できると同時に疲労強度も向上
する。このようにして原子炉の寿命も延びる。

【００４９】（２）上記効果（１）と関連するが、高速
水噴流を衝突させる位置に誤りがなくなることで、ピー
ニングを要しない機器・部材への悪影響（キヤビテーシ
ヨンによる損傷等）がなくなる。これによりピーニング
施工の信頼性が向上する。

【００５０】（３）原子炉内のクラツドと呼ばれるスケ
ール（微小粒子群で構成される）に放射能が濃縮してい
ることから、このスケールを吸引し炉外へ除去する本技
術によつて、原子炉内の放射線量を低減することができ
る。これによつて、放射能を含む水や蒸気が直接通過す
る蒸気タービン〔沸騰水型炉（ＢＷＲ）〕、蒸気発生器
〔加圧水型炉（ＰＷＲ）〕、強制循環ポンプや復水器等
の保守点検作業が容易になる。

【００５１】（４）原子炉内の部材にスケールが溜まつ
ていると、スケールと鋼材間の狭隙部において水の流れ
が淀み、ガルバニツク効果により応力腐食割れ（ＳＣ
Ｃ）が発生しやすくなる。本発明によつてスケールを吸
引・除去すれば、応力腐食割れの要因を取り除くことが
できるため、炉内部材の健全性を保てるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るウオータージエツトピー
ニング装置の構造図である。

【図２】図１に示すノズルの正面図である。

【図３】本発明の実施例に係る水の噴射、供給、循環系
統図である。

【図４】ピーニング施工前のクラツド除去操作法におけ
る状況を示す模式図である。

【図５】ピーニング施工前のクラツド除去操作法におけ
る状況を示す模式図である。

【図６】ピーニング施工前のクラツド除去操作法におけ
る状況を示す模式図である。

【図７】実際のピーニング施工状態を示す構造図であ
る。

【図８】ノズルの構造図である。

【図９】ノズルの構造図である。

【図１０】キヤビテーシヨンを伴う水中水噴流の現象を
示す模式図である。

【図１１】ウオータージエツトピーニング施工による応
力改善効果を示す説明図である。

【図１２】先行技術を示す構造図である。

【図１３】他の先行技術を示す構造図である。

【符号の説明】

１ノズル本体（低速流流路）２高圧水噴出部３高圧水４高圧水供給ライン５高圧水供給流路６高速水流噴出孔７高速水噴流８低速水流噴出部９低圧水１０低圧水供給ライン１１吸引水１２低速水噴流１３吸引噴流１４加工対象個所（母材）１５加工対象個所（熱影響部）１６内視鏡ＴＶカメラ１７フアイバプローブ１８ノズルサポート１９周囲水（環境水）２０高圧ポンプ２３切り替えバルブ２５低圧噴射ポンプ２７吸引ポンプ２８フイルタ２９水循環ライン３０クラツド（酸化スケール）３６キヤビテーシヨン噴流

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水中において、加圧状態で供給する水を
ノズルから高速で噴射し、キヤビテーシヨンを伴う高速
水噴流を鋼材表面に衝突させて残留応力を改善する水中
構造物に対するウオータージエツトピーニング法におい
て、上記高速水噴流噴射によるピーニング施工に先立ち、加
工対象面である水中構造物表面に堆積する酸化スケール
等の沈澱付着物を、ピーニングに使用する高速水噴流よ
りも低速で噴射する噴流により水中に微小な粒子群とし
て分散・浮遊させ、さらに吸引水により水中に分散・浮
遊する粒子群を吸引して水中構造物の系外へ排出するこ
とにより、ピーニング対象面である鋼材表面から沈澱付
着物を除去することを特徴とする水中構造物に対するウ
オータージエツトピーニング法。
【請求項２】請求項１記載において、沈澱付着物を除
去する噴流の噴出流速を、５ｍ／秒以上２００ｍ／秒未
満、さらに望ましくは４０ｍ／秒以上１６０ｍ／秒未満
の噴出速度とすることを特徴とする水中構造物に対する
ウオータージエツトピーニング法。
【請求項３】請求項１および２記載において、使用ノ
ズルを、ピーニング用の高速水噴流を噴射する部材と、
沈澱付着物を除去するための噴流を噴射あるいは吸引す
るための部材と、加工対象物と噴流を視野範囲内に納め
る内視鏡からなる構造とすることを特徴とする水中構造
物に対するウオータージエツトピーニング法。
【請求項４】請求項３記載において、ノズルの中央に
高速水噴流を噴射する部材を設置し、高速水噴流噴射部
材の外囲に沈澱付着物を除去するための噴射あるいは吸
引するための環状開口部を設置することを特徴とする水
中構造物に対するウオータージエツトピーニング法。
【請求項５】請求項１ないし４記載において、上記環
状開口部からの吸引水流により沈澱付着物が分散・浮遊
した粒子群を吸引するに際し、中央に開口する噴出孔か
ら、バイパスラインと切り替えバルブにより流量制御さ
れて、ピーニング使用する高速水噴流よりも低速の水流
を噴射することを特徴とする水中構造物に対するウオー
タージエツトピーニング法。
【請求項６】原子炉圧力容器および容器内構成機器に
おける残留応力を、容器底部あるいは機器に堆積する酸
化スケール等の沈澱付着物をスクレーパ、シヤベル等の
機械的手段、あるいは薬品注入により除去した上で、鋼
球や砂粒等の固体粒子あるいは気泡等を衝突させるピー
ニングもしくはプラズマ等を用いる溶射によるコーテイ
ングにより改善することを特徴とする水中構造物に対す
るウオータージエツトピーニング法。