JPH08159742A - 外面ライニング管のライナー厚測定方法 - Google Patents

外面ライニング管のライナー厚測定方法

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JPH08159742A
JPH08159742A JP6329655A JP32965594A JPH08159742A JP H08159742 A JPH08159742 A JP H08159742A JP 6329655 A JP6329655 A JP 6329655A JP 32965594 A JP32965594 A JP 32965594A JP H08159742 A JPH08159742 A JP H08159742A
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JP
Japan
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liner
pipe
tube
thickness
reflected wave
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Pending
Application number
JP6329655A
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English (en)
Inventor
Shigetoshi Hyodo
繁俊 兵藤
Giichi Takimoto
義一 滝本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 母管と外面ライナーの物性が類似した外面ラ
イニング管のライナー厚を非破壊測定する。 【構成】 外面ライニング管の管内面側からその内面に
超音波を入射する。入射した超音波の反射波に基づいて
ライナー厚を測定する。表面反射波Sおよび裏面反射波
Bに影響されることなく、境界面反射波Iが検出され
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、母管の外面を母管と異
なる材質の材料により被覆した外面ライニング管の外面
ライナー厚さを超音波法により測定する外面ライニング
管のライナー厚測定方法に関し、更に詳しくは、PWR
(加圧水型原子炉)の核燃料被覆管に使用される外面ラ
イニング管のように構成材料の物性が類似する外面ライ
ニング管のライナー厚測定に適したライナー厚測定方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】原子力発電に使用される軽水型原子炉
は、BWR(沸騰水型原子炉)と上述したPWRに大別
される。これらの核燃料被覆管としては、Zr基合金管
が使用されている。具体的には、BWRではジルカロイ
−2(商品名)からなる管や、発電負荷変動要因である
原子燃料ペレットの熱膨張を吸収するためにジルカロイ
−2管の内面に純Zrをライニングした内面ライニング
管が用いられる。一方、PWRではジルカロイ−4(商
品名)からなる管が用いられている。
【0003】BWR核燃料被覆管に使用される内面ライ
ニング管では、内面ライナーの厚さが厳しく管理されて
おり、そのために全ての管に対してそのライナー厚の非
破壊測定が行われている。以下にその方法を説明する。
【0004】外径が22〜63mmである素管の段階で
は、内面ライナーの厚さが0.3〜1.2mmと比較的厚い
ために、特開昭63−305207号公報に示されてい
るような超音波法が用いられる。その原理を図1に示
す。従来の超音波法では、内面ライニング管の外面側か
ら管外面へ直角に超音波を入射する。そうすると、発信
波に続いて表面反射波S、境界面反射波I、底面反射波
Bが順番に検出される。境界面反射波Iが検出されてか
ら底面反射波Bが検出されるまでの時間を測定すること
により、内面ライナー厚が検出される。
【0005】最終製品では、外径が12.27mm、ライ
ナー厚が0.09mmとなり、超音波法の場合は分解能が
不足し測定が困難になる。そのため、特公平5−637
22号公報に示されるような電磁誘導法が用いられる。
素管の段階でもこの電磁誘導法を用いることができる
が、超音波法より測定精度が劣り、品質管理には適用で
きないので、実際には超音波法が用いられているわけで
ある。
【0006】一方、PWR核燃料被覆管では、前述した
ように、これまではライニングなしのジルカロイ−4管
が用いられていたので、ライナー厚の測定は行われてい
ない。ところが、最近になって圧力水による腐食対策の
ために外面ライニング管の導入が検討され始めた。この
外面ライニング管としては、ジルカロイ−4(1.5%S
n−Zr)からなる管の外面に、耐食性に優れた低Sn
(約0.5%)のZr基合金をライニングしたものが用い
られる予定である。そして、この外面ライニング管が用
いられるようになると、これに対してもライナー厚の非
破壊測定が必要になる。しかしながら、現状の測定技術
では、そのライナー厚を非破壊測定するのが不可能なこ
とが、本発明者による調査から判明した。以下にその理
由を説明する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】既に使用されているB
WR核燃料被覆管用の内面ライニング管は、ジルカロイ
−2(Sn1.5%)からなる管の内面に純Zrをライニ
ングした二層管である。一方、PWR核燃料被覆管に使
用される予定の外面ライニング管は、ジルカロイ−4
(Sn1.5%)管の外面に低Sn(約0.5%)のZr基
合金をライニングしたものである。各ライニング管にお
ける母管とライナーの材料物性値の比較を図2に示す。
【0008】BWR核燃料被覆管用の内面ライニング管
の場合、母管を構成するジルカロイ−2での超音波伝播
速度は4770m/min であり、内面ライナーを構成す
る純Zrでの超音波伝播速度は4950m/min であ
る。その差は約200m/minであり、この速度差のた
めに母管と内面ライナーとの境界で微少ではあるが反射
波が生じる。従って、ライナー厚が極端に薄くない限
り、図1に示す超音波法の適用が可能となる。
【0009】また、電気抵抗はジルカロイ−2では75
μΩcm、純Zrで45μΩcmであり、その差も30
μΩcmと大きい。この差のために、電磁誘導法の適用
も可能である。
【0010】ところが、PWR核燃料被覆管用の外面ラ
イニング管の場合は、母管を構成するジルカロイ−4で
の超音波伝播速度も、外面ライナーを構成する低Sn−
Zr基合金での超音波伝播速度も、共に4770m/mi
n であり、各速度に差がない。そのため、外面ライナー
と母管との境界で生じる反射波が極めて小さいものとな
り、ライナー厚が比較的厚い素管の段階でも、図1に示
す超音波法による測定が不可能である。図1に示す超音
波法は垂直法であるが、斜角法でも状況は変わらない。
【0011】また、電気抵抗はジルカロイ−4では60
μΩcm、低Sn−Zr基合金では70μΩcmであ
り、その差は僅かに10μΩcmである。そのため、電
磁誘導法による測定も不可能である。
【0012】このように、PWR用核燃料被覆管として
導入が検討されている外面ライニング管に対しては、構
成材料の物性値が近似するために、外面ライナー厚を非
破壊測定することができないのが現状である。そして、
このことが、その外面ライニング管の導入が始まったと
きに大きな問題となることは言うまでもない。
【0013】本発明の目的は、通常のZr基合金管の外
面に低Sn−Zr基合金をライニングした外面ライニン
グ管のように、構成材料の物性が類似する外面ライニン
グ管についても、その外面ライナー厚を非破壊測定する
ことができるライナー厚測定方法を提供することにあ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】PWR用核燃料被覆管と
して導入が検討されている外面ライニング管、すなわち
ジルカロイ−4管に低Sn−Zr基合金を外面ライニン
グした管の外面ライナー厚を測定する方法を開発するべ
く、本発明者は様々な角度から検討を行った。その結
果、次のような知見を得ることができた。
【0015】ジルカロイ−4と低Sn−Zr基合金との
境界でも、僅かではあるが反射波が生じる。しかし、低
Sn−Zr基合金層、すなわち外面ライナーの厚さは薄
い。そのため管外面側からその外面に超音波を入射する
従来の超音波法では、図3(A)に示すように、大きな
表面反射波Sに続けて微小な境界面反射波Iが生じる。
その結果、表面反射波Sが後の境界面反射波Iに被さ
り、境界面反射波Iの検出が不可能となる。
【0016】これに対し、図3(B)に示すように、管
内面側からその内面に超音波を入射する。そうすると、
外面ライナーの厚さがそのままでも、入射波が母管を通
ってライナーに達するので、表面反射波Sの検出から境
界面反射波Iの検出までの時間が長くなり、表面反射波
Sによる影響が少なくなって境界面反射波Iの検出が可
能になる。境界面反射波Iに続けて大きな裏面反射波B
が生じるが、その裏面反射波Bは境界面反射波Iには影
響を及ぼさない。
【0017】かくして、管内面側からその内面に超音波
を入射することにより、ジルカロイ−4管の外面に低S
n−Zr基合金をライニングしたPWR核燃料被覆管用
の外面ライニング管についても、外面ライナー厚の測定
が可能となる。
【0018】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
で、母管の外面を母管と異なる材質の材料によりライニ
ングした外面ライニング管の管内面側からその内面へ超
音波を入射し、入射した超音波の反射波に基づいて外面
ライナーの厚さを測定することを特徴とする外面ライニ
ング管のライナー厚測定方法を要旨とする。
【0019】本発明のライナー厚測定方法は、従来の超
音波法および電磁誘導法による測定が不可能な、ライナ
ー厚が3mm以下で、且つ母管とライナーの超音波伝播
速度差が100m/min 以下、電気抵抗差が20μΩc
m以下の外面ライニング管に特に有効である。PWR核
燃料被覆管に用いられる予定の外面ライニング管がこの
中に含まれることは言うまでもない。
【0020】なお、PWR核燃料被覆管の母管を構成す
るZr基合金のSn量は1.3〜1.6wt%、外面ライナ
ーを構成する低Sn−Zr合金のSn量は0.4〜0.6w
t%である。
【0021】
【作用】外面ライニング管の管内面側からその内面へ超
音波を入射することにより、外面ライナーの厚さが薄
く、且つ母管とライナーの超音波伝播速度差および電気
抵抗差が小さい場合も、図3に示した理由により境界面
反射波が検出され、ライナー厚の測定が可能となる。
【0022】なお、境界面反射波が著しく小さい場合
は、本発明の方法でも測定が不可能であるが、その測定
限界は母管を構成する材料の結晶粒によるノイズによっ
て決定され、そのノイズと境界面反射信号の大きさとの
比がS/N比で2以上あれば測定は可能である。
【0023】本発明の方法に用いる超音波法は、動的な
測定を可能とするために、プローブを材料から離して水
中で測定を行う水浸法が望ましい。また、垂直法、斜角
法のいずれも用いることができるが、垂直法の方がプロ
ーブが1個ですむ点と入射角の調整が容易である点から
望ましい。
【0024】超音波の振動数としては、分解能を高める
ために、10MHz以上が望ましい。
【0025】
【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。
【0026】図4において、1は外面ライニング管であ
る。外面ライニング管1は母管1aの外面側にライナー
1bを設けた二層構造であり、測定の際には水中に浸漬
される。そして、外面ライニング管1の内側にプローブ
2を非接触配置し、発信部3で発生させる電気パルス信
号に基づいてプローブ2から管内面へ超音波を垂直に入
射する。
【0027】入射された超音波は、表面(管内面)、母
管とライナーの境界面、裏面(管外面)で順に反射す
る。各反射波はプローブ2に検出され、電気信号に変換
される。この電気信号は、アンプ部4で増幅され波形整
形されてTG発生部5に送られる。TG発生部5は、あ
るレベル以上の境界面反射波Iを抽出するためのゲート
信号TGを形成する。そして、境界面反射信号Iを受信
してから裏面反射波Bを受信するまでの時間を演算し、
その時間をT/A変換部6でライナー厚に相当する電気
信号に変換して出力する。
【0028】外面ライニング管1の全周にわたってライ
ナー厚を測定するために、外面ライニング管1および/
またはプローブ2は図示しない回転装置により回転駆動
される。また、外面ライニング管1の全長にわたってラ
イナー厚を測定するために、外面ライニング管1および
/またはプローブ2は管軸方向に駆動される。
【0029】ジルカロイ−4管の外面に0.5%SnのZ
r基合金をライニングしたPWR核燃料被覆管用の外面
ライニング管に対し、その素管の段階で図4に示す方法
を適用した。適用素管の外径は63mm、母管肉厚は1
0mm、外面ライナーの公称厚さは2mmである。ま
た、周波数は10MHzとした。図4に示す方法によ
り、その外面ライニング管のライナー厚を全周全長にわ
たって測定することができた。このときに検出された反
射波の波形を、ライナーなしの場合に検出された反射波
と比較して図5に示す。また、従来の超音波法、すなわ
ち管外面側からその外面に超音波を入射した場合の反射
波も同図に示す。図5から分かるように、本発明の測定
方法を適用することにより、従来法では検出不能な境界
面反射波Iが明瞭に検出される。
【0030】
【発明の効果】以上に説明した通り、本発明の外面ライ
ニング管のライナー厚測定方法は、構成材料の物性が類
似するために従来法では外面ライナー厚を非破壊測定す
ることができなかったPWR核燃料被覆管の如き外面ラ
イニング管についても、その外面ライナー厚を非破壊測
定することができ、工業上多大の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の超音波法を示す模式図である。
【図2】核燃料被覆管用ライニング管の物性差を示す模
式図である。
【図3】従来法と本発明法の相違を示す模式図である。
【図4】本発明法の実施に適した測定装置の概略構成図
である。
【図5】従来法により検出した反射波と本発明法により
検出した反射波とを比較して示す波形図である。
【符号の説明】
1 外面ライニング管 1a 母管 1b 外面ライナー 2 プローブ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母管の外面を母管と異なる材質の材料に
    よりライニングした外面ライニング管の管内面側からそ
    の内面へ超音波を入射し、入射した超音波の反射波に基
    づいて外面ライナーの厚さを測定することを特徴とする
    外面ライニング管のライナー厚測定方法。
  2. 【請求項2】 外面ライニング管のライナー厚が3mm
    以下であり、且つ、母管とライナーの超音波伝播速度差
    が100m/min 以下、電気抵抗差が20μΩcm以下
    であることを特徴とする請求項1に記載のライナー厚測
    定方法。
  3. 【請求項3】 外面ライニング管が、重量比でSnを1.
    3〜1.6%含む通常のZr基合金からなる管の外面に、
    重量比でSnを0.4〜0.6%含む低SnのZr基合金を
    ライニングしたPWR核燃料被覆管用の外面ライニング
    管であることを特徴とする請求項2に記載のライナー厚
    測定方法。
JP6329655A 1994-12-01 1994-12-01 外面ライニング管のライナー厚測定方法 Pending JPH08159742A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008232985A (ja) * 2007-03-23 2008-10-02 Nuclear Fuel Ind Ltd 燃料棒被覆管材料の判別装置および判別方法
CN108645358A (zh) * 2018-04-26 2018-10-12 大连理工大学 一种超声在机测厚接触状态控制方法

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