JP2637553B2

JP2637553B2 - 超音波探傷装置

Info

Publication number: JP2637553B2
Application number: JP1101543A
Authority: JP
Inventors: 愼吾平; 宣勝塩見
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Seiryo Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Seiryo Engineering Co Ltd
Priority date: 1989-04-24
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 1997-08-06
Anticipated expiration: 2012-08-06
Also published as: JPH02281141A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、円筒体と、その円筒体の側面に取り付けら
れた小円筒体との間に境界部内面を検査するための超音
波探傷装置に関するものである。

［従来の技術］円筒体の側面から小円筒体が突設されている場合、小
円筒体と円筒体との境界部には応力集中が発生する傾向
がある。この応力集中が繰り返し生ずると、そこに疲れ
による割れ目が生じて破断しやすくなる。従って、この
境界部内面に存在する不健全部分を検出することは重要
であり、従来、このような検査は、超音波探傷センサを
用いた超音波探傷法によるのが一般的であった。

しかしながら、例えば、原子炉圧力容器におけるノズ
ル取付部内面を被検面とする場合、被検面に作業員か接
近して直接検査することは不可能であるので、遠隔操作
可能な超音波探傷装置が用いられている。このような装
置としては、例えば第16図に示すものがある。

図示の如く、この超音波探傷装置１は、原子炉圧力容
器２内で垂直に延びる主柱３と、この主柱３に沿って上
下動可能に取り付けられ且つノズル４の中心線Ｎ上に水
平移動可能に取り付けられた水平移動軸５と、この水平
移動軸５の先端に取り付けられ中心線Ｎを軸として回転
する回転軸６と、この回転軸６に連続して取り付けられ
た傾動可能な３本の屈曲軸７、８、９と、先端側の屈曲
軸９に取り付けられた超音波探傷センサ10とから構成さ
れている。

超音波探傷法においては、超音波探傷センサ10の軸線
を被検面の検査対象位置における法線に一致させること
が必要であるが、この超音波探傷装置１は、検査対象位
置に応じて各軸５〜９の移動量を制御することにより、
超音波探傷センサ10の位置設定を可能としている。

［発明が解決しようとする課題］ところで、超音波探傷センサの探傷精度を向上させる
ためには、超音波探傷センサの軸線を被検面の法線に一
致させることの他に、傷に対して超音波の進行方向を直
角にすることが望まれる。しかしながら、上述した従来
の超音波探傷装置１は、第17図及び第18図にその動作を
概略的に示すように、超音波探傷センサ10の移動方向は
θ方向及びＫ方向のみであり、しかも超音波の進行方向
もノズルの中心線Ｎに向かって固定されているので、第
16図の如く超音波の進行方向に対して斜めに傷がある場
合には、その傷を検出できない恐れがある。

また、上述の超音波探傷装置は自由度数が５であり、
被検面での座標に対して５つの駆動系を連動して制御し
なくてはならず、駆動系の構成及びその制御が複雑とな
っている。

更に、回転軸をノズルの中心線上に配置する特別の手
段がなく、その位置決め操作に手間がかかっていた。

本発明の目的はかかる課題を解決することにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するために、本発明は、円筒体の側面
に突設された小円筒体の中心線を軸として回転するよう
に配置された回転軸と、該回転軸を前記小円筒体の中心
線と同軸に配置するための位置決め手段と、前記回転軸
に固定され放射方向外方に延びる少なくとも１つのレー
ル板と、該レール板に形成されたレールに沿って移動す
るセンサ保持装置と、該センサ保持装置により軸線方向
に弾性的に保持された超音波探傷センサと、該超音波探
傷センサをその軸線を軸として回転させるための、前記
センサ保持装置内に設けられたセンサ回転機構とを備
え、前記回転軸が所定の角度で固定されている場合に、
前記超音波探傷センサの軸線が被検面の法線と一致する
ように且つ前記超音波探傷センサの先端面が被検面に接
して移動できるように、前記レールを形成した超音波探
傷装置を特徴としている。

［作用］このような構成において、超音波探傷センサは、回転
軸及びセンサ保持装置の移動を制御することにより、被
検面の法線方向に保持された状態で第16図に示すθ方向
及びＫ方向に移動され、また、超音波探傷センサはセン
サ保持装置により弾性的に保持されているので、その先
端面が被検面に適当な押圧力で押し付けられる。更に、
超音波探傷センサをその軸線を軸として回転させること
により、任意の方向に超音波を発することができる。

［実施例］以下、図面と共に本発明の好適な実施例について詳細
に説明する。

第１図は、本発明による超音波探傷装置11を、加圧水
型原子炉の円筒体である炉心槽12と、小円筒体である出
口ノズル13との境界部内面を探傷するために、出口ノズ
ル13の内側開口部（以下、「ノズル開口部」という）14
に取り付けた状態を示す概略説明図である。この超音波
探傷装置11は、マニュピレータクレーン15のクレーンフ
ック16からの２本のワイヤ17により吊り下げられて炉心
槽12内に降下されると共に、マニュピレータクレーン15
に支持された取付棒18によって案内される。取付棒18は
超音波探傷装置11の降下に従い、継手19により補充され
伸ばされていき、超音波探傷装置11は図示の位置で固定
される。

第２図に示すように、超音波探傷装置11は、出口ノズ
ル13の中心線Ｎと同軸に配置される回転可能な回転軸20
と、この回転軸20の一端側を回転可能に支承する支持ブ
ラケット21を有している取付台22と、回転軸20の他端に
取り付けられノズル開口部14の内面に固定される円形の
固定板23と、取付台22の下面から下方に延び下端がバッ
フル板24に固定される固定棒25と、回転軸20に固定され
放射方向外方に延びるレール板26、27（第４図参照）
と、レール板26、27のレール28に沿って移動すると共に
超音波探傷センサ29を保持するセンサ保持装置30とから
主に構成されている。また、第２図において、符号31、
32は、前述したワイヤ17の端部が取り付けられる吊り輪
であり、この超音波探傷装置11を吊り下げた際にその平
衡を維持するために、重錘33が取付台22に取り付けられ
ている。更に、符号34は、取付棒18の下端を脱着可能に
接続するための接続部である。この接続部34には、取付
棒18を貫通して延びるワイヤ35の先端が固定されている
ので、取付棒18を接続部34から外しても、容易に再取付
ができる。

第３図を参照すると、固定棒25はその下端が二叉状に
なっており、一方の脚部36には水圧式若しくは空気圧式
のシリンダ37が設けられている。シリンダ37内で往復動
するピストン38のピストンロッド39は、他方の脚部40に
向かって延びており、脚部36、40間にバッフル板24の上
縁部を配置し、シリンダ37を作動させてピストンロッド
39の先端によりバッフル板24を脚部40に押し付けること
により、固定棒25をバッフル板24に固定することができ
る。

また、固定板23は押付機構によりノズル開口部14の内
面に押し付けられるようになっている。押付機構は種々
の型式が考えられるが、本実施例では、ピストン41の両
側から相反する方向に延びるピストンロッド42、43を取
付台22の上面の支持板44により回転軸20と平行に固定
し、ピストン41を囲む空気圧シリンダ45を連結板46によ
り回転軸20に連結して構成されている。連結板46は回転
軸20を、回転可能であるがその軸方向に対しては不動と
なるように保持するものである。各ピストンロッド42、
43を貫通している導圧孔47、48によって、ピストン41に
より仕切られるシリンダ45内の各室に空気圧を導入でき
る。導圧孔48に空気圧を作用させると、シリンダ45が出
口ノズル13側に移動し、もって固定板23がノズル開口部
14の内面に押し付けられる。

第２図のＰ−Ｐ線に沿っての矢視図である第４図、及
び第４図のＱ−Ｑ線に沿っての矢視図である第５図から
諒解される通り、固定板23の周縁部には、２つの当て金
具49と１つの水圧シリンダ50とが120゜の角度をもって
固定されており、水圧シリンダ50を作動させてそのピス
トンロッド51をノズル開口部14の内面に押圧させること
で、固定板23をその位置で固定することができる。この
ようにして回転軸20は中心線Ｎと同軸に配置され、固定
棒25と固定板23、及びこれらに関連されるシリンダ37、
50、押付機構は回転軸20の位置決め手段として機能す
る。

また、第３図に示すように、固定板23の中心の開口に
はモータケース52がボルト等により取り付けられ、この
モータケース52内に設置された電気モータ53の駆動軸が
回転軸20の端部に連結されている。

回転軸20には、レール板26及びレール板27が互いに対
して90度の角度をもって固定されている。ここで、第４
図において、回転軸20の中心から垂直上方に延びる方向
を０゜方向とし、水平方向右方を90゜方向、垂直下方を
180゜方向、水平方向左方を270゜方向とすると、本実施
例では、レール板26は０゜方向に延び、レール板27は90
゜方向に延びている。レール板27の反対側には、平衡を
保つために、重錘54が設けられている。各レール板26、
27には、超音波探傷センサ29を保持するセンサ保持装置
30が取り付けられ、レール板26、27に形成されたレール
28、55に沿って移動するようになっている。

レール28、55の形状は以下の原理に基づいて定められ
ている。

第６図は、出口ノズルの中心線に沿ってのノズル開口
部14の０゜方向の断面（以下、「０゜方向断面」とい
う）と、通常考えられるガイドローラの軌跡との関係を
示している。超音波探傷を行う場合、探傷精度を向上さ
せるためには、センサ保持装置30と被検面との間の距離
を一定に保ち、且つセンサ保持装置30に保持された超音
波探傷センサ29の軸線を被検面の法線方向に一致させる
必要がある。本実施例に示す超音波探傷装置11では、セ
ンサ保持装置30に取り付けられたピニオン（第11図参
照）と、レール板26、27に取り付けられたラック（第
８、９図参照）とによって、センサ保持装置30は０゜方
向断面に沿った移動が可能となっているが、ラック基準
線は被検面に対する法線方向距離Ｈを保つように形成さ
れる。

一方、このラックを用いて、センサ保持装置30と被検
面との距離を一定に保つためには、第６図に示すよう
に、ピニオンの中心と、レールに案内されるガイドロー
ラの中心とを被検面の法線と同一線上に配し、ガイドロ
ーラの中心が被検面に対して法線方向距離Ｈ′を保つよ
うなレールをレール板に設ければ良い。しかし、ピニオ
ン駆動機構をピニオンの中心付近に配置する必要がある
ので、この方法では、ピニオンとガイドローラとの中心
間距離（Ｈ′−Ｈ）が大となり、センサ保持装置及びレ
ール板が被検面の法線方向に大型化することになる。

そこで、本実施例では、ピニオン駆動機構の取付スペ
ースを考慮してピニオンの前後にガイドローラを設け、
これによって被検面の法線方向でセンサ保持装置の小型
化を図った。この時のラック基準線とピニオン、ガイド
ローラ及び０゜方向断面との関係を第７図に示す。尚、
図において、下側のガイドローラを第１ガイドローラ、
上側のガイドローラを第２ガイドローラと称する。い
ま、被検面からガイドローラの中心までの距離をＨ″と
すれば、ガイドローラの中心の軌跡は被検面Ａ−Ｂ間で
Ａ′−Ｂ′の直線を描き、Ｂ−Ｃ間では第１と第２のガ
イドローラの中心間距離をＤとすると、Ｒ中心Ｏ点を中
心とした距離の円弧状軌跡Ｂ′−Ｃ′を描き、Ｃ−Ｄ間で再び直線軌
跡Ｃ′−Ｄ′を描く。しかし、第１と第２のガイドロー
ラの中心の軌跡は被検面Ｂ−Ｃ間では僅かにずれてい
る。即ち、第１ガイドローラの中心の軌跡は、第２ガイ
ドローラの中心の軌跡より、２・θ_Ｄ（θ_Ｄ＝tan
^-1｛（D/2）／（Ｒ＋Ｈ″）｝だけ進んでいる。従っ
て、第１と第２のガイドローラを同一のレールで案内す
ることはできない。そこで、本実施例では、第１と第２
のガイドローラの中心軌跡に対応するレールをそれぞ
れ、レール板の表裏各面に形成することとした。第８図
及び第９図はこの原理に従ってレール板26の各面に形成
されたレール28a、28bを示しており、第８図のレール28
aは第１ガイドローラ用であり、第９図のレール28bは第
２ガイドローラ用である。また、これに対応して、第10
図と第11図に示すように、センサ保持装置30には第１と
第２のガイドローラ58、59が千鳥状に取り付けられる。

尚、図面で明示しないが、レール板27におけるレール
55も上記原理に従ってその両面に形成されている。

第10図〜第13図は、超音波探傷センサ29を保持するセ
ンサ保持装置30についての説明図である。センサ保持装
置30は、本体部60と、外筒61とを備え、第11図に示すよ
うに、本体部60には電気モータ62、及び該電気モータ62
により駆動される駆動軸63が設けられている。駆動軸63
の先端には、ローラ64とピニオン65があり、ピニオン65
はレール板26、27のラック66と噛み合っている。また、
レール板26、27のレール28a、28b、55と係合する第１及
び第２のガイドローラ58、59は、ガイドローラ58、59の
支持シャフト67を本体部60の支持体68に嵌挿され、ばね
69を介してナット70で固定されている。このように、セ
ンサ保持装置30は、レール板26、27に対して、ピニオン
65と２つのガイドローラ58、59との３点で支持されてい
るので、安定した移動が保証される。

外筒61は、そこに摺動可能に挿入された円筒体71に対
して空気圧シリンダとして機能し、外筒61に設けられた
導圧孔72に空気圧を作用させることにより、円筒体71を
外筒61に対して出入させることができる。また、外筒61
及び円筒体71の中にはホルダケース73が配置されてい
る。このホルダケース73は、外筒61と円筒体71とのそれ
ぞれの弾性体74によって連結されている。第10図のＳ−
Ｓ線矢視図である第12図に示すように、弾性体74はＶ字
形をしており、例えばシリコンゴムなどで作られてい
る。超音波探傷センサ29を保持するホルダ75はばね76を
介してホルダケース73に収容され、ばね76のばね力によ
って超音波探傷センサ29の先端面はノズル開口部14の内
面に適切な押圧力で押し付けられる。円筒体71のストロ
ーク、弾性体74の可撓性及びホルダ75のストローク及び
ばね76を適切に設計することにより、各センサ保持装置
30は、ノズル開口部14の０゜方向及び90゜方向を中心と
した±45゜の範囲の曲面変化に対応できる。

更に、ホルダケース73にはボール脚77が設けられ、超
音波探傷センサ29が安定にノズル開口部14の内面に接触
し、移動できるようにしている。

第13図は第10図のＴ−Ｔ線に沿っての断面図であり、
超音波探傷センサ29をその軸線を軸として回転させるセ
ンサ回転機構を示している。第13図から諒解される通
り、複動式の水圧シリンダ78が外筒61内にあり、そのピ
ストンロッド79の両端がホルダケース73に固定されてい
る。シリンダ78の外面にはラック80が形成されており、
ホルダ75から本体部60側に延びる延長部81を囲んでいる
ピニオン82と噛み合っている。ホルダ75の延長部82はピ
ニオン82に対して軸方向に摺動可能に嵌挿されている
が、ピニオン82内のローラ83によってピニオン82の回転
力がホルダ75に伝達されるようになっている。このよう
な構成において、ポート84に水圧を作用させると、シリ
ンダ78が左右に移動し、ラック80及びピニオン82を介し
てホルダ85、即ち超音波探傷センサ29が回転する。

前述したような構成において、本発明による超音波探
傷装置の作動について説明する。

超音波探傷装置が、固定板23及び固定棒25により、ノ
ズル開口部14に配置され固定されたならば（第１図及び
第２図参照）、電気モータ53を制御して回転軸20を回転
させ、レール板26、27を０゜方向及び90゜方向にそれぞ
れ整列させる。次いで、センサ保持装置30の電気モータ
62を駆動し、ラック66とピニオン65との噛合により、セ
ンサ保持装置30を移動させる。この時、センサ保持装置
30はレール板26、27のレール28、55により案内され、超
音波探傷センサ29の軸線は常にノズル開口部14の内面の
法線と一致する。また、超音波探傷センサ29はセンサ保
持装置30内で弾性体74とばね76とにより弾性的に保持さ
れているので、安定した押圧力でノズル開口部内面に接
触する。このようにして、センサ保持装置30をノズル開
口部14の外方から内方に移動させ、０゜方向と90゜方向
の探傷検査を行う。第14図及び第15図は本発明による超
音波探傷の動作を概略的に示すものであるが、超音波探
傷センサ29はθ方向及びＫ方向の移動の他に、シリンダ
78に水圧を作用させることによりφ方向にも回転でき
る。従って、超音波を任意の方向に向けて発することが
できるので、第14図に示すような傾斜した傷も検出する
ことができる。

０゜方向及び90゜方向の検査が終了した後、検査終了
部分に隣接する部分の検査を行うべく、回動軸20を所定
の角度だけθ方向に回転させる。この後、前述と同様に
して、センサ保持装置30をＫ方向に移動させてその部分
の検査を行う。尚、この場合、円筒体17の突出量を調整
し、ノズル開口部14の曲面変化に対応させるのが好適で
ある。

このようにして、±45度の角度の範囲で回転軸20を徐
々に回転させることで、−45゜方向（315゜方向）から1
35゜方向までの範囲の探傷検査が可能となる。

この後、レール板26が180゜方向、レール板27が270゜
方向となるように回転軸20を回転させて、残り半分の検
査を前述と同様にして行う。

上記実施例は、０゜方向、90゜方向にレール板を設け
た構成となっているが、レール板を更に180゜方向及び2
70゜方向に追加すれば、ノズル開口部14の全面の探傷を
短時間で行うことができる。

また、上記実施例は、本発明の超音波探傷装置を原子
炉に適用した場合であるが、その他の円筒体と小円筒体
との境界部の探傷検査にも適用できることはいうまでも
ない。

［発明の効果］以上のように、本発明によれば、レール板のレールに
沿ってセンサ保持装置を移動させ、且つ、超音波探傷セ
ンサがセンサ保持装置により弾性的に保持されているの
で、被検面の検査対象位置での法線に超音波探傷センサ
の軸線を一致させることができる。しかも、超音波探傷
センサはその軸線を中心として回転でき超音波を任意の
方向に発することができるので、探傷精度が著しく向上
する。

また、超音波探傷センサを被検面にならわせるのに際
しては、回転軸を回転させ、センサ保持装置をレール板
に沿って移動させるだけで良く、また、それぞれを連動
して制御する必要がないので、制御系及び駆動系が従来
に比して大幅に簡略化される。

更に、この超音波探傷装置は、固定板や固定棒等から
成る位置決め手段により、回転軸を小円筒体の中心線上
に容易に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超音波探傷装置を加圧水型原子炉の炉
心槽内に取り付ける方法を示す概略説明図、第２図は第
１図のＡ部の拡大図であり、本発明の超音波探傷装置を
より詳細に示す図、第３図は超音波探傷装置における位
置決め手段を示す説明図、第４図は第２図のＰ−Ｐ線に
沿っての矢視図、第５図は第４図のＱ−Ｑ線に沿っての
矢視図、第６図はノズル開口部の０゜方向断面と通常考
えられるガイドローラの中心軌跡との関係を示す図、第
７図はノズル開口部の０゜方向断面と本実施例のガイド
ローラの中心軌跡との関係を示す図、第８図及び第９図
はそれぞれレール板の表裏各面に形成されたレールの形
状を示す側面図、第10図はセンサ保持装置の一部断面側
面図、第11図は第10図のＲ−Ｒ線に沿っての断面図、第
12図は第10図のＳ−Ｓ線に沿っての矢視図、第13図は第
10図のＴ−Ｔ線に沿っての断面図、第14図は本発明の超
音波探傷装置の動作を概略的に示すノズル中心線方向か
ら見た場合の図、第15図は第14図のＸ−Ｘ線に沿っての
断面図、第16図は従来の超音波探傷装置を示す側面図、
第17図は従来の超音波探傷装置の動作を概略的に示す第
14図と同様な図、第18図は第17図のＹ−Ｙ線に沿っての
断面図である。図中、 11……超音波探傷装置、12……炉心槽（円筒体） 13……出口ノズル（小円筒体） 14……ノズル開口部、20……回転軸 23……固定板（位置決め手段） 25……固定棒、26,27……レール板 28a,28b,55……レール、29……超音波探傷センサ 30……センサ保持装置、45……空気圧シリンダ 53……電気モータ、58,59……ガイドローラ 74……弾性体、76……ばね 78……シリンダ（センサ回転機構）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭58−38855（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−245154（ＪＰ，Ａ) 実開昭49−69374（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒体と、該円筒体の側面から突設された
小円筒体との境界部の内面を被検面とし、該被検面上の
傷を検出するための超音波探傷装置であって、前記小円筒体の中心線を軸として回転するように配置さ
れた回転軸と、該回転軸を前記小円筒体の中心線と同軸に配置するため
の位置決め手段と、前記回転軸に固定され放射方向外方に延びる少なくとも
１つのレール板と、該レール板に形成されたレールに沿って移動するセンサ
保持装置と、該センサ保持装置により軸線方向に弾性的に保持された
超音波探傷センサと、該超音波探傷センサをその軸線を軸として回転させるた
めの、前記センサ保持装置内に設けられたセンサ回転機
構とを備え、前記回転軸が所定の角度で固定されている場合に、前記
超音波探傷センサの軸線が前記被検面の法線と一致する
ように且つ前記超音波探傷センサの先端面が前記被検面
に接して移動できるように、前記レールを形成した超音
波探傷装置。