JP6155691B2 - 超音波探傷試験装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波探傷試験装置に関するものである。

原子炉の圧力容器等は、運転開始後には内部からの検査は容易でない。このため、供用期間中検査においては、超音波探傷試験によって傷の有無が検出される。例えば、原子炉においては、圧力容器とこの圧力容器に繋がれる配管とを接続するノズルに対して超音波探傷試験が行われている。

この超音波探傷試験を行う超音波探傷試験装置は、例えば特許文献１に示すように、超音波を発信すると共に超音波の反射波を受信するプローブと、プローブの受信結果に基づいて反射源（すなわち傷）の有無及びその形状を検出する演算処理装置とを備えている。このような超音波探傷試験装置を用いてノズルに対する超音波探傷試験を行う場合には、プローブをノズルの外側に配置し、ノズルに対して発信した超音波の反射波に基づいて、ノズル内部に形成された傷を検出する。

特開平５−１７２７９０号公報

ところで、供用期間中検査におけるノズルに対する上述の超音波探傷試験の検出性とサイジング性とについて検証が行われている。検出性とは、傷の存在を確認できるか否の程度を意味し、サイジング性とは、検出された傷の大きさ等の形状データの精度の高さを意味している。この結果、傷の検出率については１００％であり、検出性が極めて高いことが確認された。しかしながら、サイジング精度については、ばらつきが大きくサイジング性が高くないことも確認された。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、超音波探傷試験のサイジング性を向上させることを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

第１の発明は、試験対象に対して超音波を発信すると共に上記超音波の反射波を受信する超音波式フェーズドアレイプローブと、上記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果から超音波を反射する反射源を検出する演算処理装置とを備える超音波探傷試験装置であって、上記試験対象に対する上記超音波式フェーズドアレイプローブの位置を把握する位置把握機構を備え、上記演算処理装置が、１つの上記反射源の形状を、上記位置把握機構から得られる上記超音波式フェーズドアレイプローブの位置情報と、第１の位置に配置されたときの上記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果と、上記第１の位置と異なる位置に配置されたときの上記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果とに基づいて求めるという構成を採用する。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記位置把握機構が、上記超音波式フェーズドアレイプローブを上記試験対象の表面に対して移動可能に固定する固定手段と、上記超音波式フェーズドアレイプローブの位置を調節する位置調節手段と、上記超音波式フェーズドアレイプローブの上記試験対象に対する移動量を検出して出力する移動量検出手段と、上記超音波式フェーズドアレイプローブを上記試験対象の表面に向けて押し付ける押圧手段とを備えるという構成を採用する。

第３の発明は、上記第２の発明において、原子炉の圧力容器と当該圧力容器に半径方向から繋がれる配管とを接続すると共に、上記圧力容器の外面と上記配管の外面とを繋ぐ外側曲面を有するノズルが上記試験対象であり、上記超音波式フェーズドアレイプローブを支持すると共に、上記外側曲面に沿った湾曲部を有するベースフレームと、上記ベースフレームに設けられて上記外側曲面と磁力によって固定されると共に上記ベースフレームを上記配管の周方向に移動可能とし、上記固定手段及び上記位置調節手段として機能する磁石車輪と、上記ベースフレームに設けられると共に上記超音波式フェーズドアレイプローブを上記外側曲面に沿って上記配管の軸方向に移動可能とし、上記位置調節手段として機能する回転機構と、上記磁石車輪に取り付けられ、上記移動量検出手段として機能する第１ロータリエンコーダと、上記回転機構に取り付けられ、上記移動量検出手段として機能する第２ロータリエンコーダとを備えるという構成を採用する。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記演算処理装置が、１つの上記反射源の形状を、第１の位置に配置されたときの上記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果と、上記第１の位置から上記回転機構を用いて移動されたときの上記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果とに基づいて求めるという構成を採用する。

本発明によれば、超音波式フェーズドアレイプローブが２つの異なる位置（第１の位置及びこの第１の位置と異なる位置）に配置され、これらの位置で取得された超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果に基づいて、１つの反射源の形状が求められる。超音波式フェーズドアレイプローブの配置位置が異なると、同じ反射源であっても、受信結果から得られる形状が異なる場合がある。これは、超音波式フェーズドアレイプローブの配置位置によって、受信可能な反射波の角度が異なるためと考えられる。このため、本発明のように異なる位置に配置された超音波式フェーズドアレイプローブから得られた受信結果に基づいて反射源の形状を求めることによって、より正確な反射源の形状を求めることが可能となる。したがって、本発明によれば、超音波探傷試験のサイジング性を向上させることが可能となる。

（ａ）が本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置による試験対象であるノズルを含む斜視図であり、（ｂ）が本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置による試験対象であるノズルを含む断面斜視図である。 本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置を模式的に示す概略構成図である。 （ａ）が本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置が備えるプローブ移動治具を含む斜視図であり、（ｂ）が本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置が備えるプローブ移動治具を含む平面図である。 本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置が備えるプローブの説明するための模式図であり、（ａ）がプローブとノズルとの位置関係を示す斜視図であり、（ｂ）がプローブの斜視図である。 本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置が備えるプローブの移動を説明するための模式図であり、（ａ）が平面図であり、（ｂ）が縦断面図である。 本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置による反射源の位置を求める算出方法の一例を説明するための概略図であり、（ａ）がノズルを含む断面図であり、（ｂ）がノズルの正面図であり、（ｃ）がプローブを側面から見た模式図である。 本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置による反射源の位置を求める算出方法の一例を説明するための概略図であり、（ａ）がノズルの一部を示した概略図であり、（ｂ）がノズルの全体を示した概略図である。 本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置を用いた試験の試験対象であるノズルを含む模式図である。 （ａ）が従来例による結果と本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置を用いた試験の結果とを示す図であり、（ｂ）が従来法によるプローブの移動の様子を示す模式図である。 従来法においてサイジング結果が短くなる原因について検討するための模式図である。 （ａ）がノズル内面コーナ部を模擬した底面の傾きが、探傷角度に対してどのように変化するかを示すグラフである。（ｂ）がノズル内面コーナ部を模擬した底面の傾きが、探傷角度に対してどのように変化するかを示す模式図である。 本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置のように超音波ビームのスキュー角を変更した場合において、ノズル内面コーナ部を模擬した底面の傾きが、探傷角度に対してどのように変化するかを示すグラフである。 本発明の一実施形態における超音波探傷試験装置を用いた試験によるサイジング精度を説明するためのグラフである。

以下、図面を参照して、本発明に係る超音波探傷試験装置の一実施形態について説明する。なお、以下の説明において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

最初に、本実施形態の超音波探傷試験装置１による試験対象であるノズル１００について説明する。図１は、（ａ）がノズル１００を含む斜視図であり、（ｂ）がノズル１００を含む断面斜視図である。ノズル１００は、原子炉の圧力容器２００と、この圧力容器２００に繋がれる配管３００とを接続する部位である。圧力容器２００は、燃料棒等を収容する鋼鉄製の円筒形状の容器であり、内部に冷却水が供給される。配管３００は、圧力容器２００の半径方向からノズル１００を介して圧力容器２００に対して繋がれており、例えば上記冷却水を案内する。

ノズル１００は、圧力容器２００の内部と配管３００の内部流路とを繋げる貫通孔１０１が形成された円筒状の部位であり、圧力容器２００及び配管３００と同様に鋼鉄製である。このノズル１００は、図１（ｂ）に示すように、貫通孔１０１の圧力容器２００側の縁部であるノズル内面コーナ部１０２と、このノズル内面コーナ部１０２に対向する外面であるノズル外面湾曲部１０３とを有している。ノズル内面コーナ部１０２は、圧力容器２００の内壁面と貫通孔１０１を形成する内壁面とを滑らかに繋ぐ表面を有する部位である。ノズル外面湾曲部１０３は、ノズル内面コーナ部１０２の表面と同じ方向に湾曲する表面を有する部位である。この表面は、図１（ｂ）に示すように、テーパー面１０４を介して、圧力容器２００の外面と配管３００の外面とを繋ぐ面である。以下、この面を外側曲面１０５と称する。

このようなノズル１００は、経年劣化によって、応力集中部であるノズル内面コーナ部１０２に小さなき裂（傷）が生じることがある。このき裂は、補修等の対策を施さない場合には、時間の経過に伴って成長し、重大な損傷を招くことになる。本実施形態の超音波探傷試験装置１は、ノズル１００を試験対象とし、ノズル内面コーナ部１０２に生じるき裂を素早く発見するためのものである。

図２は、本実施形態の超音波探傷試験装置１を模式的に示す概略構成図である。この図に示すように、本実施形態の超音波探傷試験装置１は、プローブ移動治具２（位置把握機構）と、プローブ３（超音波式フェーズドアレイプローブ）と、アクリルシュー４と、通信ケーブル５と、探傷装置本体６と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）７（演算処理装置）とから構成されている。

プローブ移動治具２は、プローブ３のノズル１００に対する位置を調節するための治具であり、作業者によって持ち運びが可能な大きさとされている。図３は、このプローブ移動治具２は、ベースフレーム２１と、磁石車輪２２（位置調節手段）と、第１ロータリエンコーダ２３（移動量検出手段）と、回転機構２４（位置調節手段）と、第２ロータリエンコーダ２５（移動量検出手段）と、台座２６と、ガイドローラ２７と、押圧機構２８（押圧手段）とを備えている。

ベースフレーム２１は、磁石車輪２２と、第１ロータリエンコーダ２３と、回転機構２４と、第２ロータリエンコーダ２５と、台座２６と、ガイドローラ２７と、押圧機構２８プローブ３と、アクリルシュー４とを支持する剛性部材である。このベースフレーム２１は、図３（ａ）に示すように、対向配置される２つの扇状のフレーム２１ａ及びフレーム２１ｂと、これらのフレーム２１ａ及びフレーム２１ｂとを繋ぐ連結棒２１ｃとから構成されている。なお、２つのフレーム２１ａ及びフレーム２１ｂは、同様に湾曲する湾曲部２１ａ１及び湾曲部２１ｂ１を有している。これらの湾曲部２１ａ１及び湾曲部２１ｂ１の形状は、ノズル１００の外側曲面１０５に合わされている。このため、ベースフレーム２１は、湾曲部２１ａ１及び湾曲部２１ｂ１を外側曲面１０５に当接させることによってノズル外面湾曲部１０３に嵌まる形状とされている。

磁石車輪２２は、ベースフレーム２１のフレーム２１ａとフレーム２１ｂとの各々に回転可能に設けられており、ノズル１００に磁力によって固着するように永久磁石によって形成されている。この磁石車輪２２は、回転による進行方向がノズル１００の周方向となるように、フレーム２１ａの湾曲部２１ａ１の端部に配置されている。これらの磁石車輪２２は、プローブ３をノズル１００に対して移動可能に固定する固定手段、及び、プローブ３の位置を調節する位置調節手段として機能するものである。

第１ロータリエンコーダ２３は、磁石車輪２２に取り付けられており、磁石車輪２２の回転量を検出してその回転量をプローブ３のノズル周方向への移動量を示す信号として出力するセンサである。すなわち、第１ロータリエンコーダ２３は、プローブ３のノズル１００に対する移動量を検出する移動量検出手段として機能するものである。

回転機構２４は、ベースフレーム２１のフレーム２１ｂに固定されたターンテーブル機構であり、プローブ３が載置される台座２６を回転可能に支持している。この回転機構２４は、作業者によって回転されるが、作業者が手を離した場合であっても、その回転位置を固定するためのロック機構を備えている。この回転機構２４は、図３（ｂ）に矢印にて示すように、フレーム２１ａとフレーム２１ｂとの間において、ノズル１００のノズル外面湾曲部１０３の湾曲方向に沿ってプローブ３を回動させる。このような回転機構２４によって、プローブ３は、フレーム２１ａの湾曲部２１ａ１と、フレーム２１ｂの湾曲部２１ｂ１とに沿って移動される。なお、以下の説明において、回転機構２４を用いたプローブ３の移動を走査と称し、回転機構２４によって規定されるプローブ３の角度を走査角度と称する。

第２ロータリエンコーダ２５は、回転機構２４に取り付けられており、回転機構２４の回転量を検出してその回転量をプローブ３の走査角度を示す信号として出力するセンサである。すなわち、第２ロータリエンコーダ２５は、プローブ３のノズル１００に対する移動量を検出する移動量検出手段として機能するものである。

台座２６は、回転機構２４上に摺動可能に取り付けられており、プローブ３を支持する。ガイドローラ２７は、台座２６と連結されており、ベースフレーム２１の表面を走行して台座２６を案内するものである。押圧機構２８は、回転機構２４上に載置されており、台座２６を押すことによって、台座２６上に載置されたプローブ３を、アクリルシュー４を介してノズル１００の外側曲面１０５に対して押し付けるものである。

このように構成されたプローブ移動治具２は、磁石車輪２２がノズル１００の外側曲面１０５の配管３００寄りの領域に固着されることで、全体がノズル１００の外側曲面１０５に対して固着される。この状態で、例えば作業者がノズル１００の周方向にベースフレームを押すことによって、磁石車輪２２が回転され、プローブ移動治具２はノズル１００に固着したままノズル１００の周方向（図２の矢印Ａ方向）に移動される。これによって、プローブ移動治具２に支持されたプローブ３もノズル１００の周方向に移動される。つまり、作業者は、プローブ移動治具２をノズル１００の周方向に移動させることによって、プローブ３のノズル１００の周方向の位置を調節することができる。また、回転機構２４を回転させた場合には、台座２６が回動され、プローブ３が走査方向（図２の矢印Ｂ方向）に移動される。つまり、作業者は、プローブ移動治具２のガイドローラ２７を摘み、回転機構２４を回転させることによって、外側曲面１０５の湾曲方向（図２の矢印Ｂ方向）の位置（すなわち走査角度）を調節することができる。

また、プローブ移動治具２は、上述のようにして作業が行った操作によってプローブ３が移動された量を示す信号を出力する。具体的には、第１ロータリエンコーダ２３はプローブ３のノズル周方向への移動量を示す信号を出力し、第２ロータリエンコーダ２５はプローブ３の走査角度を示す信号（すなわち走査方向の移動量を示す信号）を出力する。本実施形態の超音波探傷試験装置１では、このプローブ移動治具２を用いてプローブ３のノズル１００に対する位置の把握が行われる。

プローブ３は、超音波式フェーズドアレイプローブであり、台座２６上に配置され、アクリルシュー４を介してノズル１００の外側曲面１０５に当接されている。図４は、プローブ３の説明するための模式図であり、（ａ）がプローブ３とノズル１００との位置関係を示す斜視図であり、（ｂ）がプローブ３の斜視図である。なお、図４（ａ）では、プローブ移動治具２は省略して図示している。図４（ａ）に示すように、プローブ３は、作業者の走査の下、プローブ移動治具２によって、ノズル１００の周方向（矢印Ａ方向）と外側曲面１０５の湾曲方向（矢印Ｂ方向）に移動される。このようなプローブ３は、ノズル外面湾曲部１０３からノズル内面コーナ部１０２に向けて超音波を発信し、その反射波を受信し、その受信結果を出力する。

プローブ３は、上述のように超音波式フェーズドアレイプローブであり、図４（ｂ）に示すように、超音波の発信方向をノズル１００の周方向及び外側曲面１０５の湾曲方向に振ることが可能とされている。なお、図４（ｂ）に示すように、超音波の発信方向と鉛直線とが成す角度を屈折角、超音波の発信方向とプローブ３のノズル１００の周方向への進行方向とが成す角度をスキュー角と称する。

アクリルシュー４は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、プローブ３に取り付けられており、プローブ３から発信される超音波の発信方向を調節すると共にプローブ３を保護する。通信ケーブル５は、図２に示すように、プローブ移動治具２及びプローブ３と、探傷装置本体６とを電気的に繋ぐケーブルである。この通信ケーブル５によって、探傷装置本体６からプローブ３に制御信号が送信され、プローブ３から探傷装置本体６に受信結果が送信される。また、通信ケーブル５によって、第１ロータリエンコーダ２３及び第２ロータリエンコーダ２５から探傷装置本体６にプローブ３の位置を示す信号が送信される。

探傷装置本体６は、図２に示すように、プローブ３と通信ケーブル５を介して接続されており、プローブ３の制御を行うと共に、作業者の要求に応じてプローブ３の受信結果に対する後処理を行う。例えば、この探傷装置本体６は、プローブ３の受信結果から反射源（すなわち傷）の有無を判定する。また、探傷装置本体６は、プローブ３の受信結果を、第１ロータリエンコーダ２３の出力結果及び第２ロータリエンコーダ２５の出力結果（すなわち）プローブ３の位置情報と関連付けて、ＰＣ７に向けて出力する。

ＰＣ７は、図２に示すように探傷装置本体６と接続され、探傷装置本体６と接続するための探傷装置用ソフトウェアや反射源の形状を求めるための反射源形状算出ソフトウェアを有している。このＰＣ７は、探傷装置本体６から入力されるプローブ３の位置情報と関連付けられたプローブ３の受信結果に基づいて、反射源の形状を求める。より詳細には、ＰＣ７は、探傷装置本体６によって発見された１つの反射源に対して、走査角度が異なる状態で取得されたプローブ３の受信結果を用いて反射源の形状を求める。すなわち、ＰＣ７は、１つの反射源の形状を、プローブ移動治具２から得られるプローブ３の位置情報と、第１の位置に配置されたときのプローブ３の受信結果と、第１の位置と異なる位置に配置されたときのプローブ３の受信結果とに基づいて求める。なお、例えばＰＣ７は、予めプローブ３の基準位置を記憶しており、第１ロータリエンコーダ２３及び第２ロータリエンコーダ２５の検出結果からプローブ３の位置を特定する。

このような構成を有する本実施形態の超音波探傷試験装置１を用いて探傷試験を行う場合には、例えば図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、鉛直方向を０°とした場合のプローブ３の走査角度を５０°に設定した状態で、超音波を屈折角及びスキュー角を変更しながらプローブ３をノズル１００の周方向に１周させる。続いて、プローブ３の走査角度を５５°に設定した状態で同様にプローブ３をノズル１００の周方向に１周させる。さらに、プローブ３の走査角度を６０°に設定した状態で同様にプローブ３をノズル１００の周方向に１周させる。

このように、プローブ３の走査角度を変更し、その都度プローブ３をノズル１００周りに１周させることによって、図５（ｂ）に示すように、１つの反射源Ｈに対して異なる方向から超音波が当てられる。

ＰＣ７は、探傷装置本体６を介して入力される第１ロータリエンコーダ２３及び第２ロータリエンコーダ２５の検出結果に基づいてプローブ３の位置を求める。このようなＰＣ７は、走査角度が５０°のときのプローブ３の受信結果と、走査角度が５５°でノズル１００の周方向の位置が同じときのプローブ３の受信結果と、走査角度が６０°でノズル１００の周方向の位置が同じときのプローブ３の受信結果とをピックアップする。ＰＣ７は、このようにピックアップした３つの受信結果から、反射源Ｈの形状を求める。具体的には、ＰＣ７は、走査角度が５０°のときのプローブ３の受信結果から求められる反射源Ｈの形状と、走査角度が５５°のときのプローブ３の受信結果から求められる反射源Ｈの形状と、走査角度が６０°のときのプローブ３の受信結果から求められる反射源Ｈの形状とを重ね合わせ、この結果得られた形状を、最終的に求めた反射源Ｈの形状とする。

なお、プローブ３の走査角度がある１つの値であるときのＰＣ７による反射源Ｈの形状の求め方の一例について図６及び図７を参照して説明する。なお、図６（ａ）は、ノズル１００を含む断面図であり、図６（ｂ）は、ノズル１００の正面図であり、（ｃ）はプローブ３を側面から見た模式図である。また、図７（ａ）はノズル１００の一部を概略的に示した概略図であり、図７（ｂ）はノズル１００の全体を概略的に示した概略図である。

図６に示すように、以下の計算式において、ノズル１００の半径をＲａ、圧力容器２００の外面の曲率をＲｂ、ノズル１００の外側曲面１０５の曲率をＲｓ、探傷角度θｘ、入射点の座標をＰｉ、反射源の座標をＰｅ、入射点Ｐｉから反射源位置Ｐｅまでの路程をＷ、屈折角をθｙ、スキュー角をθｓとする。また、ノズル１００の周方向におけるプローブ３の位置（入射点）をθｚとする。座標の原点は、Ｚ座標は圧力容器２００の中心、ＸＹ座標はノズル１００の貫通孔１０１の中心とする。また、ここでの探傷角度とは、超音波ビーム（超音波の発信方向）と鉛直線とが成す角度であり、上記実施形態の走査角度と同一である。

まず入射点Ｐｉ（ｘ，ｙ，ｚ）座標を算出する。なお、ノズル１００の周方向におけるプローブ３の位置（入射点）をθｚは直接測定することが困難であるため、図６（ｂ）に示すように、第１ロータリエンコーダ２３の検出結果から得られる距離Ｌに基づいて下式（１）から求める。

入射点Ｐｉは、θｚ，θｘを用いて、下式（２）、（３）及び（４）に基づいて求められる。

続いて、θｘ，θｙ，θｚを用いて超音波ビーム（超音波の発信方向）を回転させる。路程ｗ及び屈折角θｙを読取る。反射源のみの座標系をＰｓ’とすると、下式（５）及び下式（６）となる。

下式（７）、（８）及び（９）によって、スキュー角θｓを用いて座標Ｐｓ’を回転しＰｓ’’とする。

次に、下式（１０）によってオフセット値Ｐｏを加える。

続いて、下式（１１）、（１２）及び（１３）によって、探傷角度θｘを用いて座標Ｐｓ’’を回転しＰｓ’’’とする。

ノズル１００の周方向におけるプローブ３の位置（入射点）をθｚを用い、下式（１４）、（１５）及び（１６）によって座標Ｐｓ’’を回転する。

続いて、入射点Ｐｉに回転させた座標Ｐｓを移動し、下式（１７）により、反射源位置Ｐｅを求めることができる。

以上の算出方法によって、超音波ビームが当てられている座標が求められるため、ＰＣ７は、ＸＹＺ画像メモリのＰｅ座標に反射波の強さであるエコー高さＥｈを入力する。ＰＣ７は、プローブ３からの超音波の発信方向が変更される都度、上記算出方法で超音波ビームが当てられている座標が求め、ＸＹＺ画像メモリの該当する座標にエコー高さを入力する。この結果、超音波ビームが当てられた領域の全てにおけるエコー高さがＸＹＺ画像メモリに入力される。エコー高さは、反射源の有無を示すことから、これに基づいて反射源の形状が求められる。なお、ＰＣ７は、上記算出方法を用いて反射源Ｈの形状を算出する場合には、上記反射源形状算出ソフトウェアとして、上記算出方法が実行可能なプログラムを有している。

以上のような本実施形態の超音波探傷試験装置１によれば、プローブ３が２つの異なる位置に配置され、これらの位置で取得されたプローブ３の受信結果に基づいて、１つの反射源Ｈの形状が求められる。プローブ３の配置位置が異なると、同じ反射源Ｈであっても、受信結果から得られる形状が異なる場合があるが、本実施形態の超音波探傷試験装置１によれば、異なる位置に配置されたプローブ３から得られた受信結果に基づいて反射源Ｈの形状を求めることによって、より正確な反射源Ｈの形状を求めることが可能となる。したがって、本実施形態の超音波探傷試験装置１によれば、超音波探傷試験のサイジング性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態の超音波探傷試験装置１においてプローブ移動治具２は、プローブ３を支持すると共に、外側曲面１０５に沿った湾曲部２１ａ１及び湾曲部２１ｂ１を有するベースフレーム２１を備えている。また、ベースフレーム２１に設けられて外側曲面１０５と磁力によって固定されると共にベースフレーム２１を配管３００（ノズル１００）の周方向に移動可能とし、固定手段及び上記位置調節手段として機能する磁石車輪２２を備えている。また、ベースフレーム２１に設けられると共にプローブ３を外側曲面１０５に沿って配管３００（ノズル１００）の軸方向に移動可能とし、位置調節手段として機能する回転機構２４を備えている。また、磁石車輪２２に取り付けられ、移動量検出手段として機能する第１ロータリエンコーダ２３と、回転機構２４に取り付けられ、移動量検出手段として機能する第２ロータリエンコーダ２５とを備えている。このような本実施形態の超音波探傷試験装置１によれば、プローブ３の位置をノズル１００に固着させたまま容易に移動させることができ、また移動後のプローブ３の位置を正確に把握することができる。

続いて、本実施形態の超音波探傷試験装置１によって得られた結果と、従来例の超音波探傷試験によって得られた結果との比較を行う。

本実施形態の超音波探傷試験装置１を用いた試験では、図８に示すように、３つの反射源Ｈ１、反射源Ｈ２及び反射源Ｈ３をノズル内面コーナ部１０２に貼り付けて行った。なお、反射源Ｈ１の長さは４２ｍｍであり、反射源Ｈ２の長さも４２ｍｍであり、反射源Ｈ３の長さは４０ｍｍとした。この試験で得られた結果をと、従来例の超音波探傷試験によって得られた結果とを示したもの図９（ａ）に示す。これから、従来例の超音波探傷試験（以下、従来法と称する）では、疲労亀裂及びＥＤＭスリットが過小評価（非保守的評価）されているのに対して、本実施形態の超音波探傷試験装置１では、試験体は異なるものの反射源の保守的評価できていることが確認できる。

ここで、従来法においてサイジング結果が短くなる原因について検討する。本検討のため、本来は行っていないものの、従来法において、図９（ｂ）に示すように、外側曲面１０５に沿って探傷角度を変化させながら探傷試験を行った。この結果、ノズル１００の貫通孔１０１が検出されない結果となった。これは、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、超音波の発信方向を斜方とする斜角法の場合には、反射源Ｈがない場合に反射波が得られず、反射源Ｈがある場合にのみプローブに戻る反射波が得られることと同じ理由であると考えられる。つまり、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示すように、反射源Ｈが形成される面（底面）がプローブからの垂直方向に対して傾斜している場合には、反射源Ｈがない場合には、底面が検出されない。このため、プローブ３の垂直方向に対して、傾斜した面となるノズル内面コーナ部１０２は検出されてないものと考えられる。なお、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）を側方から見た図であり、図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）を側方から見た図である。これらの現象を考察すると、図１０（ｄ）に示すように、反射源Ｈが傾斜する底面に設けられている場合には、反射源Ｈの一部が検出されない領域に達し、この結果サイジング結果が短くなるものと考えられる。

図１１（ａ）は、ノズル内面コーナ部１０２を模擬した底面の傾きが、探傷角度に対してどのように変化するかを示すグラフである。また、図１１（ｂ）は、ノズル内面コーナ部１０２を模擬した底面の傾きが、探傷角度に対してどのように変化するかを示す模式図である。なお、図１１（ｂ）で示す数字は、探傷角度を示している。これらの図に示すように、ノズル内面コーナ部１０２のように湾曲した底面であると、探傷角度によっては、プローブ３の垂直方向に対して底面の傾きが大きくなり、底面の検出ができない場合が考えられる。

一方、図１２は、本実施形態の超音波探傷試験装置１のように超音波ビームのスキュー角を変更した場合において、ノズル内面コーナ部１０２を模擬した底面の傾きが、探傷角度に対してどのように変化するかを示すグラフである。この図に示すように、超音波ビームのスキュー角を変更した場合には、スキュー角によって探傷角度に対する底面の角度が変化し、結果として底面の検出範囲が広がる。すなわち、スキュー角を変更することによって、変更前においては検出されなかった底面を検出することができるようになる。よって、本実施形態の超音波探傷試験装置１のように、スキュー角を変更可能とすることで、より広い範囲のノズル内面コーナ部１０２を検出できるようになり、サイジング精度を向上させることができる。

図１３は、本実施形態の超音波探傷試験装置１において、回転機構２４によってプローブ３を移動することで探傷角度を変更し、反射源Ｈ１、反射源Ｈ２及び反射源Ｈ３の形状（長さ）を求めた結果である。なお、本実施形態の超音波探傷試験装置１では、探傷角度を変化させて求められた結果を全て重ね合わせ、最大値と最小値との差分を長さとして求めた。この結果、（ａ）に示すように、反射源Ｈ１に対しては、実際の長さが４２ｍｍに対して５１．８ｍｍとの結果が得られた。また、（ｂ）に示すように、反射源Ｈ２に対しては、実際の長さが４２ｍｍに対して５７．２ｍｍとの結果が得られた。また、反射源Ｈ３に対しては、（ｃ）に示すように、実際の長さが４０ｍｍであるのに対して５５．１ｍｍとの結果が得られた。このように、本実施形態の超音波探傷試験装置１によれば、実際の長さに近い結果が得られ、なおかつ結果は実際の長さよりも長いものとなる。よって、本実施形態の超音波探傷試験装置１によれば、サイジング精度を向上させることができると共に、保守的評価を行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態においては、試験対象がノズル１００である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも現在、超音波探傷試験が行われている部材全般を試験対象とすることができる。

また、上記実施形態においては、磁石車輪２２によってプローブ移動治具２を移動可能に固着する構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の吸着パッドを用いて、吸着と乖離とを繰り返しながら、プローブ移動治具２をノズル１００に対して移動可能に固着する構成を採用しても良い。また、ノズル１００の周囲にレールを敷設し、このレールに沿ってプローブ移動治具２を移動させるようにしても良い。すなわち、本発明における固着手段及び位置調節手段は、磁石車輪２２に限られるものではない。

また、上記実施形態においては、第１ロータリエンコーダ２３及び第２ロータリエンコーダ２５の出力に基づいてプローブ３の位置を求める構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他のセンサを設置し、その出力に基づいてプローブ３の位置を求めるようにしても良い。すなわち、本発明における移動量検出手段は、第１ロータリエンコーダ２３及び第２ロータリエンコーダ２５に限られるものではない。

また、上記実施形態においては、ＰＣ７において、採取的な反射源Ｈの形状を求める構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ＰＣ７の機能を探傷装置本体６に付与しても良い。この場合は、探傷装置本体６が本発明の演算処理装置として機能することになる。

１……超音波探傷試験装置、２……プローブ移動治具、３……プローブ、４……アクリルシュー、５……通信ケーブル、６……探傷装置本体、７……ＰＣ（演算処理装置）、２１……ベースフレーム、２１ａ……フレーム、２１ａ１……湾曲部、２１ｂ……フレーム、２１ｂ１……湾曲部、２１ｃ……連結棒、２２……磁石車輪、２３……第１ロータリエンコーダ、２４……回転機構、２５……第２ロータリエンコーダ、２６……台座、２７……ガイドローラ、２８……押圧機構、１００……ノズル（試験対象）、１０１……貫通孔、１０２……ノズル内面コーナ部、１０３……ノズル外面湾曲部、１０４……テーパー面、１０５……外側曲面、２００……圧力容器、３００……配管、Ｈ……反射源、Ｈ１……反射源、Ｈ２……反射源、Ｈ３……反射源

Claims (4)

1. 試験対象に対して超音波を発信すると共に前記超音波の反射波を受信する超音波式フェーズドアレイプローブと、前記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果から超音波を反射する反射源を検出する演算処理装置とを備える超音波探傷試験装置であって、
   前記試験対象に対する前記超音波式フェーズドアレイプローブの位置を把握する位置把握機構を備え、
   前記位置把握機構は、前記超音波式フェーズドアレイプローブを支持すると共に、前記試験対象の外側曲面に当接可能な湾曲部を有するベースフレームを備え、
   前記演算処理装置は、１つの前記反射源の形状を、前記位置把握機構から得られる前記超音波式フェーズドアレイプローブの位置情報と、第１の位置に配置されたときの前記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果と、前記第１の位置と異なる位置に配置されたときの前記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果とに基づいて求める
   ことを特徴とする超音波探傷試験装置。
2. 前記位置把握機構は、
   前記超音波式フェーズドアレイプローブを前記試験対象の表面に対して移動可能に固定する固定手段と、
   前記超音波式フェーズドアレイプローブの位置を調節する位置調節手段と、
   前記超音波式フェーズドアレイプローブの前記試験対象に対する移動量を検出して出力する移動量検出手段と、
   前記超音波式フェーズドアレイプローブを前記試験対象の表面に向けて押し付ける押圧手段と
   を備えることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷試験装置。
3. 原子炉の圧力容器と当該圧力容器に半径方向から繋がれる配管とを接続すると共に、前記圧力容器の外面と前記配管の外面とを繋ぐ外側曲面を有するノズルが前記試験対象であり、
   前記ベースフレームに設けられて前記外側曲面と磁力によって固定されると共に前記ベースフレームを前記配管の周方向に移動可能とし、前記固定手段及び前記位置調節手段として機能する磁石車輪と、
   前記ベースフレームに設けられると共に前記超音波式フェーズドアレイプローブを前記外側曲面に沿って前記配管の軸方向に移動可能とし、前記位置調節手段として機能する回転機構と、
   前記磁石車輪に取り付けられ、前記移動量検出手段として機能する第１ロータリエンコーダと、
   前記回転機構に取り付けられ、前記移動量検出手段として機能する第２ロータリエンコーダと
   を備えることを特徴とする請求項２記載の超音波探傷試験装置。
4. 前記演算処理装置は、１つの前記反射源の形状を、第１の位置に配置されたときの前記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果と、前記第１の位置から前記回転機構を用いて移動されたときの前記超音波式フェーズドアレイプローブの受信結果とに基づいて求めることを特徴とする請求項３記載の超音波探傷試験装置。

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