(57)【要約】【課題】探触子と被検体の干渉部との干渉を回避しつつ、内部欠陥を高感度に検出することができる超音波検査システムを提供する。【解決手段】超音波検査システムは、溶接部１３の探傷位置Ｄを含み且つ溶接部１３の円筒軸方向に対して垂直な仮想平面Ｃと下鏡ペタル部１２の外面１２ａとが交差する交差線Ｅ上に送信点Ｐ１及び受信点Ｐ２が位置するように、且つ、ＲＩＰケーシング１５等の干渉部との干渉を回避するように、探触子２１，２２を配置する探触子移動装置２３を備える。送信用アレイ探触子２１の複数の振動子３５は、仮想平面Ｃに沿った複数の送信経路Ｓ１で超音波をそれぞれ送信可能なように、それらの傾斜角α１が互いに異なるように設定される。受信用アレイ探触子２２の複数の振動子３５は、仮想平面Ｃに沿った複数の受信経路Ｓ２で超音波をそれぞれ受信可能なように、それらの傾斜角α２が互いに異なるように設定される。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円錐又は円錐台の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部を検査対象とし、前記被検体の表面上に配置された送信用アレイ探触子及び受信用アレイ探触子を用い、前記溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出する超音波検査システムであって、
前記溶接部の探傷位置に応じて、前記溶接部の探傷位置を含み且つ前記溶接部の円筒軸方向に対して垂直な仮想平面と前記被検体の表面とが交差する交差線上に前記送信用アレイ探触子の送信点及び前記受信用アレイ探触子の受信点が位置するように、且つ、前記送信用アレイ探触子及び前記受信用アレイ探触子と前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、前記送信用アレイ探触子及び前記受信用アレイ探触子を配置する探触子移動装置と、
前記送信用アレイ探触子及び前記受信用アレイ探触子による超音波の送受信を制御する送受信装置とを備え、
前記探触子移動装置は、前記溶接部の探傷位置にかかわらず、前記送信用アレイ探触子の送信点の位置での前記被検体の表面の一母線方向に対する前記送信用アレイ探触子の姿勢を固定すると共に、前記受信用アレイ探触子の受信点の位置での前記被検体の表面の他の母線方向に対する前記受信用アレイ探触子の姿勢を固定し、
前記送信用アレイ探触子は、前記送信点を中心として前記被検体の表面の前記一母線方向に垂直な軸まわりに配置された複数の振動子を備え、前記複数の振動子が前記仮想平面に沿った複数の送信経路で超音波をそれぞれ送信可能なように前記複数の振動子の傾斜角が互いに異なるように設定され、
前記受信用アレイ探触子は、前記受信点を中心として前記被検体の表面の前記他の母線方向に垂直な軸まわりに配置された複数の振動子を備え、前記複数の振動子が前記仮想平面に沿った複数の受信経路で超音波をそれぞれ受信可能なように前記複数の振動子の傾斜角が互いに異なるように設定され、
前記送受信装置は、前記送信用アレイ探触子の前記複数の振動子のうちのいずれかを順次選択して超音波の送信方向を電子走査すると共に、前記受信用アレイ探触子の前記複数の振動子のうちのいずれかを順次選択して超音波の受信方向を電子走査することを特徴とする超音波検査システム。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
前記送信用アレイ探触子は、前記複数の振動子をそれらの傾斜角が互いに異なるようにそれぞれ支持する複数の傾斜面を有するウェッジを備え、
前記受信用アレイ探触子は、前記複数の振動子をそれらの傾斜角が互いに異なるようにそれぞれ支持する複数の傾斜面を有するウェッジを備えることを特徴とする超音波検査システム。
【請求項３】
請求項２に記載の超音波検査システムにおいて、
前記送信用アレイ探触子は、前記複数の振動子のそれぞれの中心と前記送信点の間の距離が互いに同じになるように前記複数の振動子が配置され、
前記受信用アレイ探触子は、前記複数の振動子のそれぞれの中心と前記受信点の間の距離が互いに同じになるように前記複数の振動子が配置されたことを特徴とする超音波検査システム。
【請求項４】
請求項２に記載の超音波検査システムにおいて、
前記送信用アレイ探触子の前記複数の振動子と前記受信用アレイ探触子の前記複数の振動子は、六角柱形状であることを特徴とする超音波検査システム。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波検査システムにおいて、
前記探触子移動装置は、
前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、前記送信用アレイ探触子の送信点の位置での前記被検体の表面の前記一母線方向に対する前記送信用アレイ探触子の姿勢を固定しつつ、前記一母線方向に沿って前記送信用アレイ探触子を移動させる第１の駆動装置と、
前記溶接部の周方向に沿って移動可能とし、前記受信用アレイ探触子の受信点の位置での前記被検体の表面の前記他の母線方向に対する前記受信用アレイ探触子の姿勢を固定しつつ、前記他の母線方向に沿って前記受信用アレイ探触子を移動させる第２の駆動装置とを備えることを特徴とする超音波検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円錐又は円錐台の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部を検査対象とし、溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出する超音波検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントにおける構成機器の保全は正常な運転を維持するために必要であり、非破壊検査技術の果たす役割は重要性が高い。特に原子力プラントでは、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）や再循環系配管などの原子炉一次系機器の健全性確保が重要であり、欠陥が生じやすい溶接部に対し、体積検査として超音波探傷試験（ＵＴ）が実施され、欠陥の検出や大きさの評価を行っている。
【０００３】
検査対象の一例として、原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部がある。原子炉圧力容器の下鏡部は、図１及び図２で示すように、球冠状のドーム部１１と、円錐帯状（言い換えれば、円錐台の側面形状）の下鏡ペタル部１２を有し、それらが円筒形状の溶接部１３で接合されている。ドーム部１１には、複数の制御棒駆動機構ハウジング（ＣＲＤハウジング）１４が形成され、下鏡ペタル部１２には、複数のインターナルポンプケーシング（ＲＩＰケーシング）１５が形成されている。
【０００４】
一般的に、供用前検査や供用期間中検査においては、下鏡部の内面側に開口した欠陥（き裂）を検出するため、一探触子法による超音波検査を実施する（例えば特許文献１参照）。具体的には、例えば図３で示すように、ＲＩＰケーシング１５及びその周辺のＲ部１５ａからなる干渉部を回避するように、下鏡ペタル部１２の外面側（図３中下側）に送受信用斜角探触子２０を配置し、送受信用斜角探触子２０から欠陥１６（き裂）の開口近傍に向けて超音波を送信する。そして、欠陥１６と下鏡ペタル部１２の内面からなるコーナーで反射した超音波（コーナーエコー）を送受信用斜角探触子２０で受信する。これにより、下鏡部の内面側（図３中上側）に開口した欠陥１６を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１１５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、製造最終段階の検査などで、溶接部１３の溶接境界面に沿って生じる面状の内部欠陥（詳細には、溶接部１３に内在する割れや溶け込み不良など）を検出するため、下鏡部の深さ方向全体にわたって溶接部１３を検査することが必要な場合がある。
【０００７】
ここで、図４で示す鉛直断面において、下鏡ペタル部１２の表面に垂直な厚さ方向に対して溶接部１３の外周側（図４中右側）の溶接境界面１３ａが傾斜していることから、溶接境界面１３ａに対して法線方向に（すなわち、溶接境界面１３ａに沿って生じた内部欠陥１７に対して垂直方向に）超音波が入射するように、送受信用斜角探触子２０の送受信屈折角を設定することが可能である。これにより、送受信用斜角探触子２０から内部欠陥１７へ超音波を送信するとともに、内部欠陥１７で反射した超音波を送受信用斜角探触子２０で受信することが可能である。また、送受信用斜角探触子２０で受信する超音波の振幅を高め、内部欠陥１７を高感度に検出することが可能である。
【０００８】
しかしながら、溶接部１３の探傷位置（すなわち、内部欠陥１７を検出する位置）が下鏡部の内面に近づくほど、溶接境界面１３ａから送受信用斜角探触子２０を遠ざけなければならず（図４中二点鎖線で示す仮想配置を参照）、送受信用斜角探触子２０とＲＩＰケーシング１５等の干渉部が干渉する。そのため、送受信用斜角探触子２０を用いる一探触子法では、例えば図４で示す深さ範囲Ｕにおける内部欠陥１７を検出することが困難となる。
【０００９】
本発明の目的は、探触子と被検体の干渉部との干渉を回避しつつ、内部欠陥を高感度に検出することができる超音波検査システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、円錐又は円錐台の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部を検査対象とし、前記被検体の表面上に配置された送信用アレイ探触子及び受信用アレイ探触子を用い、前記溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出する超音波検査システムであって、前記溶接部の探傷位置に応じて、前記溶接部の探傷位置を含み且つ前記溶接部の円筒軸方向に対して垂直な仮想平面と前記被検体の表面とが交差する交差線上に前記送信用アレイ探触子の送信点及び前記受信用アレイ探触子の受信点が位置するように、且つ、前記送信用アレイ探触子及び前記受信用アレイ探触子と前記被検体の干渉部との干渉を回避するように、前記送信用アレイ探触子及び前記受信用アレイ探触子を配置する探触子移動装置と、前記送信用アレイ探触子及び前記受信用アレイ探触子による超音波の送受信を制御する送受信装置とを備え、前記探触子移動装置は、前記溶接部の探傷位置にかかわらず、前記送信用アレイ探触子の送信点の位置での前記被検体の表面の一母線方向に対する前記送信用アレイ探触子の姿勢を固定すると共に、前記受信用アレイ探触子の受信点の位置での前記被検体の表面の他の母線方向に対する前記受信用アレイ探触子の姿勢を固定し、前記送信用アレイ探触子は、前記送信点を中心として前記被検体の表面の前記一母線方向に垂直な軸まわりに配置された複数の振動子を備え、前記複数の振動子が前記仮想平面に沿った複数の送信経路で超音波をそれぞれ送信可能なように前記複数の振動子の傾斜角が互いに異なるように設定され、前記受信用アレイ探触子は、前記受信点を中心として前記被検体の表面の前記他の母線方向に垂直な軸まわりに配置された複数の振動子を備え、前記複数の振動子が前記仮想平面に沿った複数の受信経路で超音波をそれぞれ受信可能なように前記複数の振動子の傾斜角が互いに異なるように設定され、前記送受信装置は、前記送信用アレイ探触子の前記複数の振動子のうちのいずれかを順次選択して超音波の送信方向を電子走査すると共に、前記受信用アレイ探触子の前記複数の振動子のうちのいずれかを順次選択して超音波の受信方向を電子走査する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、探触子と被検体の干渉部との干渉を回避しつつ、内部欠陥を高感度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】被検体の一例である原子炉圧力容器の下鏡部の下面図である。
【図２】図１中断面II−IIによる下鏡部の鉛直断面図である。
【図３】原子炉圧力容器の下鏡部の内面側に開口した欠陥を検出する一探触子法を説明するための下鏡部の鉛直断面図である。
【図４】原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部に生じた内部欠陥を検出する一探触子法を説明するための下鏡部の鉛直断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における送信用アレイ探触子及び受信用アレイ探触子の配置を表す下鏡部の下面図である。
【図６】図５中断面VI−VIによる下鏡部の鉛直断面に、送信用アレイ探触子、受信用アレイ探触子、並びに超音波の送信経路及び受信経路を投影して表す図である。
【図７】本発明の一実施形態における超音波検査システムの構成を表すブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態における探触子移動装置の構造を表す下鏡部の下面図である。
【図９】図８中断面IX−IXによる下鏡部の鉛直断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態における送信用アレイ探触子の概略構造を表す平面図である。
【図１１】図１０中断面XI−XIによる断面図である。
【図１２】図１０中断面XII−XIIよる断面図である。
【図１３】本実施形態における送信用アレイ探触子の振動子の方位角に対応する超音波の送信方向ベクトルを説明するための図である。
【図１４】本発明の一実施形態における送信用アレイ探触子の振動子の方位角と送信屈折角と傾斜角との関係の具体例を表す図である。
【図１５】本発明の一実施形態における送信用アレイ探触子の構造を表す平面図である。
【図１６】本発明の一実施形態における送信用アレイ探触子の構造を表す斜視図である。
【図１７】本発明の一実施形態における溶接部の幅方向走査を説明するための下鏡部の下面図である。
【図１８】本発明の一実施形態における溶接部の周方向走査を説明するための下鏡部の下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の検査対象として、上述した原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部１３を例にとり、溶接部１３の溶接境界面１３ａに沿って生じる面状の内部欠陥１７を検出する超音波検査方法について説明する。なお、図１〜図４を用いて説明した部分と同一の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。
【００１４】
送受信用斜角探触子２０を用いる一探触子法では、例えば図４で示す深さ範囲Ｕにおける内部欠陥１７を検出することが困難である。そのため、本発明は、送信用アレイ探触子と受信用アレイ探触子を用いる二探触子法を実施する。
【００１５】
図５は、本発明の一実施形態における送信用アレイ探触子と受信用アレイ探触子の配置を表す下鏡部の下面図であり、図６中矢印Ｖ方向から見た図に相当する。図６は、図５中断面VI−VIによる下鏡部の鉛直断面に、送信用アレイ探触子、受信用アレイ探触子、並びに超音波の送信経路及び受信経路を水平方向に投影して表す図である。
【００１６】
送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２は、下鏡ペタル部１２の外面（表面）１２ａ上に、ＲＩＰケーシング１５及びその周辺のＲ部１５ａからなる干渉部を回避するように、干渉部を挟んでハの字状に配置する。詳しく説明すると、溶接部１３の探傷位置Ｄに応じて、溶接部１３の探傷位置Ｄを含み且つ溶接部１３の円筒軸方向（本実施形態では、鉛直方向）に対して垂直な仮想平面Ｃ（本実施形態では、水平面）と下鏡ペタル部１２の外面１２ａとが交差する交差線Ｅ（本実施形態では、円）上に送信用アレイ探触子２１の送信点Ｐ１及び受信用アレイ探触子２２の受信点Ｐ２が位置するように、かつ、送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２を配置する。
【００１７】
そして、送信用アレイ探触子２１は、仮想平面Ｃに沿った送信経路Ｓ１（図５、図６、並びに後述の図１７及び図１８参照）にて超音波を送信し、受信用アレイ探触子２２は、仮想平面Ｃに沿った受信経路Ｓ２（図５、図６、並びに後述の図１７及び図１８参照）にて超音波を受信する。これにより、仮想平面Ｃに沿って超音波が伝播することになり、受信用アレイ探触子２２で受信する超音波の振幅を高めることができる。したがって、内部欠陥１７を高感度に検出することができる。
【００１８】
次に、上述した超音波検査方法を実施するための超音波検査システムについて説明する。図７は、本発明の一実施形態における超音波検査システムの構成を表すブロック図である。
【００１９】
本実施形態の超音波検査システムは、上述した送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２と、下鏡ペタル部１２の外面１２ａに沿って送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２を配置する探触子移動装置２３と、送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２による超音波の送受信を制御する送受信装置２４と、探触子移動装置２３及び送受信装置２４を制御する制御装置２５と、各種の演算処理を実行する計算装置２６と、各種のデータを記録する記憶装置２７と、各種の情報を画面表示する表示装置２８と、各種の条件を入力するとともに、各種の操作を実行するための入力装置２９とを備えている。
【００２０】
なお、制御装置２５は、プログラムに基づいて演算処理や制御処理を実行する演算制御部（例えばＣＰＵ）と、プログラムや演算処理の結果を記憶する記憶部（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）等を有するものである。計算装置２６はコンピュータ等で構成され、記憶装置２７はハードディスク等で構成されている。表示装置２８はディスプレイ等で構成され、入力装置２９はキーボードやマウス等で構成されている。
【００２１】
制御装置２５は、溶接部１３の探傷位置Ｄに係わる指令を、探触子移動装置２３及び送受信装置２４に出力する。探触子移動装置２３は、溶接部１３の探傷位置Ｄに応じて、溶接部１３の探傷位置Ｄを含み且つ溶接部１３の円筒軸方向に対して垂直な仮想平面Ｃと下鏡ペタル部１２の外面１２ａとが交差する交差線Ｅ上に送信用アレイ探触子２１の送信点Ｐ１及び受信用アレイ探触子２２の受信点Ｐ２が位置するように、かつ、送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２と下鏡ペタル部１２の干渉部との干渉を回避するように、送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２を配置する。
【００２２】
送受信装置２４は、図示しないものの、パルサ、レシーバ、及び信号処理部を有している。送信用アレイ探触子２１は、後述する複数の振動子を備え、この振動子は、送受信装置２４のパルサからの駆動信号によって超音波を送信する。受信用アレイ探触子２２は、後述する複数の振動子を備え、この振動子は、受信した超音波を波形信号に変換して送受信装置２４のレシーバへ出力する。
【００２３】
送受信装置２４のパルサは、溶接部１３の探傷位置Ｄに係わる指令（詳細には、走査パターン）に基づき、送信用アレイ探触子２１の複数の振動子のうちのいずれかを順次選択し、選択した振動子へ駆動信号を出力する。これにより、超音波の送信方向を電子走査する（詳細は後述）。送受信装置２４のレシーバは、溶接部１３の探傷位置Ｄに係わる指令（詳細には、走査パターン）に基づき、受信用アレイ探触子２２の複数の振動子のうちのいずれかを順次選択し、選択した振動子から波形信号を入力する。これにより、超音波の受信方向を電子走査する（詳細は後述）。送受信装置２４の信号処理部は、レシーバで受信した波形信号に対して所定の処理を行い、波形データ等からなる探傷結果を取得する。
【００２４】
記憶装置２７は、送受信装置２４で取得した探傷結果を、溶接部１３の探傷位置Ｄの位置情報と関連付けて記憶する。表示装置２８は、送受信装置２４で取得した探傷結果又は記憶装置２７で記憶した探傷結果を、溶接部１３の探傷位置Ｄの位置情報と関連付けて表示する。
【００２５】
次に、本実施形態の探触子移動装置２３の構造を説明する。
【００２６】
図８は、本実施形態における探触子移動装置２３の構造を表す下鏡部の下面図であり、図９は、図８中断面IX−IXによる下鏡部の鉛直断面図である。なお、図８においては、送信用アレイ探触子２１の送信点Ｐ１の位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１を仮想平面Ｃに投影し、この投影した母線方向と送信経路Ｓ１の間の角度を送信振れ角ρ１として示す。また、受信用アレイ探触子２２の受信点Ｐ２の位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２を仮想平面Ｃに投影し、この投影した母線方向と受信経路Ｓ２の間の角度を受信振れ角ρ２として示す。
【００２７】
本実施形態の探触子移動装置２３は、溶接部１３の周方向に沿って延在する円環状の軌道レール３０と、この軌道レール３０に沿って移動する駆動装置３１Ａ，３１Ｂを備えている。駆動装置３１Ａは、その周方向の移動位置（言い換えれば、送信用アレイ探触子２１の送信点Ｐ１の位置）での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１に対する送信用アレイ探触子２１の姿勢を固定しつつ、母線方向Ｋ１に沿って送信用アレイ探触子２１を移動させるように構成されている。駆動装置３１Ｂは、その周方向の移動位置（言い換えれば、受信用アレイ探触子２２の受信点Ｐ２の位置）での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２に対する受信用アレイ探触子２２の姿勢を固定しつつ、母線方向Ｋ２に沿って受信用アレイ探触子２２を移動させるように構成されている。
【００２８】
具体的に説明すると、駆動装置３１Ａは、軌道レール３０上を走行可能な移動体３２Ａと、移動体３２Ａの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１にスライド可能なように移動体３２Ａに設けられたアーム３３Ａと、アーム３３Ａの先端側に設けられ、送信用アレイ探触子２１を保持する探触子ホルダ３４Ａとを備えている。駆動装置３１Ｂは、軌道レール３０上を走行可能な移動体３２Ｂと、移動体３２Ｂの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２にスライド可能なように移動体３２Ｂに設けられたアーム３３Ｂと、アーム３３Ｂの先端側に設けられ、受信用アレイ探触子２２を保持する探触子ホルダ３４Ｂとを備えている。
【００２９】
そして、溶接部１３の探傷位置Ｄに応じて、軌道レール３０における移動体３２Ａの位置と、移動体３２Ａに対するアーム３３Ａのスライド位置を制御して、送信用アレイ探触子２１の位置を制御する。同様に、軌道レール３０における移動体３２Ｂの位置と、移動体３２Ｂに対するアーム３３Ｂのスライド位置を制御して、受信用アレイ探触子２２の位置を制御する。
【００３０】
このように構成された本実施形態の探触子移動装置２３では、アーム３３Ａの延在方向における下鏡ペタル部１２の外面１２ａの輪郭が直線となるから、送信用アレイ探触子２１の位置にかかわらず、アーム３３Ａと下鏡ペタル部１２の外面１２ａの間隔が同じである。そのため、送信用アレイ探触子２１を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに押付ける押付け機構が不要となる。また、送信用アレイ探触子２１の姿勢を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに追従させるジンバル機構を設けなくとも、送信用アレイ探触子２１と下鏡ペタル部１２の外面１２ａとの接触性を確保することができる。
【００３１】
同様の理由から、受信用アレイ探触子２２を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに押付ける押付け機構が不要となる。また、受信用アレイ探触子２２の姿勢を下鏡ペタル部１２の外面１２ａに追従させるジンバル機構を設けなくとも、受信用アレイ探触子２２と下鏡ペタル部１２の外面１２ａとの接触性を確保することができる。したがって、探触子移動装置２３の簡素化及び小型化を図ることができる。また、送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２の位置にかかわらず、それらの姿勢が安定するので、内部欠陥１７の検出感度を維持することができる。
【００３２】
また、本実施形態の探触子移動装置２３では、アーム３３Ａ，３３Ｂが下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１，Ｋ２にスライド可能な構造であるから、アーム３３Ａ，３３ＢとＲＩＰケーシング１５等の干渉部との干渉を回避しつつ、干渉部より溶接部１３側に探触子２１，２２を配置することができる。これにより、検査可能範囲を広げることができる。
【００３３】
次に、本実施形態の送信用アレイ探触子２１の構造を、図１０〜図１６を用いて説明する。
【００３４】
図１０は、本実施形態における送信用アレイ探触子２１の概略構造を表す平面図である。図１１は、図１０中断面XI−XIによる断面図であり、図１２は、図１０中断面XII−XIIによる断面図である。図１３は、本実施形態における送信用アレイ探触子２１の振動子の方位角に対応する超音波の送信方向ベクトルを説明するための図である。図１４は、本実施形態における送信用アレイ探触子２１の振動子の方位角と送信屈折角と傾斜角の関係を表す図である。図１５は、本実施形態における送信用アレイ探触子２１の構造を表す平面図であり、図１６は、斜視図である。なお、図１０においては、便宜上、図１５及び図１６で示すウェッジの傾斜面の境界線などを省略している。
【００３５】
本実施形態の送信用アレイ探触子２１は、送信点Ｐ１を中心として下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１に垂直な軸まわりに配置された複数の振動子３５と、複数の振動子３５をそれらの傾斜角α１が互いに異なるようにそれぞれ支持する複数の傾斜面３６を有する樹脂製のウェッジ３７（遅延材）と、ノイズを抑制するためのゴム製の吸音材３８とを備えている。複数の振動子３５は、仮想平面Ｃに沿った複数の送信経路Ｓ１にて超音波をそれぞれ送信可能なように、それらの傾斜角α１が互いに異なるように設定されている。すなわち、各振動子３５の方位角σ１（詳細には、図１０で示すように送信点Ｐ１を中心とする各振動子３５の配置角度であって、母線方向Ｋ１を基準として図中時計回りに大きくなるもの）に応じて下鏡ペタル部１２の外面１２ａでの送信屈折角θ１が設定され、これに対応する各振動子３５の傾斜角α１が設定される。
【００３６】
詳しく説明すると、図１１で示すように、振動子３５の方位角σ１が０°である場合は、送信屈折角θ１が下鏡ペタル部１２の外面１２ａの傾斜角β（本実施形態では５７°）と同じに設定される。これにより、図１３で示すように、この振動子３５からの送信方向ベクトルｕ０（言い換えれば、下鏡ペタル部１２内を伝播する超音波の方向ベクトル）を仮想平面Ｃに沿わせることができる。しかし、例えば振動子３５の方位角σ１が０°より大きい場合は、仮に、送信屈折角θ１が下鏡ペタル部１２の外面１２ａの傾斜角βと同じに設定されれば、図１３で示すように、送信方向ベクトルｕが仮想平面Ｃに対して図中上側に逸れてしまう。
【００３７】
各振動子３５からの送信方向ベクトルｕは、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの傾斜角βと各振動子３５の方位角σ１及び送信屈折角θ１を変数として、下記の式（１）で表される。式（１）中のＴはベクトルの転置記号である。
【００３８】
【数１】
2019158367.tif 000003
【００３９】
送信方向ベクトルｕの鉛直成分ｕｚがゼロとなれば、仮想平面Ｃに対する送信方向ベクトルｕのずれ角ε１が０°となるから、下記の式（２）で示す理想的な送信屈折角θ１の演算式を導き出すことができる。すなわち、各振動子３５の送信屈折角θ１は、下鏡ペタル部１２の外面１２ａの傾斜角βと各振動子３５の方位角σ１から算出して設定することができる。具体的には、図１４で示すように、振動子３５の方位角σ１が大きくなるほど、送信屈折角θ１が大きくなるように設定される。また、図１２で示すように、振動子３５の方位角σ１が５６°である場合は、送信屈折角θ１が７０°に設定される。
【００４０】
【数２】
2019158367.tif 000004
【００４１】
そして、上述した各振動子３５の送信屈折角θ１に対応する各振動子３５の傾斜角α１が設定される。各振動子３５の傾斜角α１は、下記の式（３）を用いて算出して設定することができる。具体的には、図１４で示すように、振動子３５の方位角σ１が大きくなるほど、傾斜角α１が大きくなるように設定される。また、図１１で示すように、振動子３５の方位角σ１が０°である場合は、傾斜角α１が３７．４°に設定される。また、図１２で示すように、振動子３５の方位角σ１が５６°である場合は、傾斜角α１が４２．９°に設定される。なお、式（３）中のｖｗはウェッジ３７内の音速（本実施形態では２．３４km/s）、ｖｍは下鏡ペタル部１２内の音速（本実施形態では３．２３km/s）である。
【００４２】
【数３】
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【００４３】
本実施形態の受信用アレイ探触子２２は、上述した送信用アレイ探触子２１と対称的な構造を有している。すなわち、図示しないものの、受信点Ｐ２を中心として下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２に垂直な軸まわりに配置された複数の振動子３５と、複数の振動子３５をそれらの傾斜角α２が互いに異なるようにそれぞれ支持する複数の傾斜面３６を有する樹脂製のウェッジ３７（遅延材）と、ノイズを抑制するためのゴム製の吸音材３８とを備えている。複数の振動子３５は、仮想平面Ｃに沿った複数の受信経路Ｓ２にて超音波をそれぞれ受信可能なように、複数の振動子３５の傾斜角α２が互いに異なるように設定されている。すなわち、各振動子３５の方位角σ２（詳細には、受信点Ｐ２を中心とする各振動子３５の配置角度であって、母線方向Ｋ２を基準として反時計回りに大きくなるもの）に応じて、下鏡ペタル部１２の外面１２ａでの受信屈折角θ２が設定され、これに対応する各振動子３５の傾斜角α２が設定される。なお、受信屈折角θ２及び傾斜角α２の設定方法は、送信屈折角θ１及び傾斜角α１の設定方法と同様であるため、説明を省略する。
【００４４】
上述した送受信装置２４は、送信用アレイ探触子２１の複数の振動子３５のうちのいずれか（詳細には、例えば１つ、若しくはそれを中心とした３つ）を順次選択して超音波の送信方向を電子走査すると共に、受信用アレイ探触子２２の複数の振動子３５のうちのいずれか（詳細には、例えば１つ、若しくはそれを中心とした３つ）を順次選択して超音波の受信方向を電子走査する。
【００４５】
具体的には、例えば図１７で示すように、送信用アレイ探触子２１の振動子３５と受信用アレイ探触子２２の振動子３５をそれらの方位角σ１，σ２が互いに同じとなるように順次選択することで、送信振れ角ρ１と受信振れ角ρ２が同じとなるように送信経路Ｓ１及び受信経路Ｓ２を変更する。これにより、溶接境界面１３ａの接線方向に対して平行な内部欠陥１７から鏡面反射波を受信することができるため、内部欠陥１７の検出感度を高めることができる。また、送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２を移動させることなく、溶接部１３の幅方向走査を実施できるため、検査時間の短縮を図ることができる。
【００４６】
あるいは、例えば図１８で示すように、送信用アレイ探触子２１の振動子３５と受信用アレイ探触子２２の振動子３５をそれらの方位角σ１,σ２が正負の反対方向に同じ値だけずれるように順次選択することで、送信振れ角ρ１と受信振れ角ρ２が正負の反対方向に同じ値だけずれるように送信経路Ｓ１及び受信経路Ｓ２を変更する。これにより、溶接境界面１３ａの接線方向に対して傾斜した内部欠陥１７aまたは１７ｂからの鏡面反射波を受信することができるため、内部欠陥１７ａまたは１７ｂの検出感度を高めることができる。また、送信用アレイ探触子２１及び受信用アレイ探触子２２を移動させることなく、溶接部１３の周方向走査を実施できるため、検査時間の短縮を図ることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、送信用アレイ探触子２１の複数の振動子３５は、各振動子３５の中心と送信点Ｐ１の間の距離Ｌが互いに同じになるように配置されている（図１１及び図１２参照）。言い換えれば、図１０で示すように、複数の振動子３５は、送信点Ｐ１を中心とした楕円軌跡Ｑに沿って配置されている。同様に、受信用アレイ探触子２２の複数の振動子３５は、各振動子３５の中心と受信点Ｐ２の間の距離が互いに同じになるように配置されている。言い換えれば、複数の振動子３５は、受信点Ｐ２を中心とした楕円軌跡に沿って配置されている。これにより、送信用アレイ探触子２１の振動子３５の選択や受信用アレイ探触子２２の振動子３５の選択に応じて検出感度のバラツキが生じるのを抑えることができる。
【００４８】
また、送信用アレイ探触子２１の複数の振動子３５は、例えば図１５及び図１６で示すように縦長の六角形状とすることで、隣り合う振動子３５同士の干渉を避けつつ、隣り合う振動子３５の間隔を小さくすることができ、かつ、振動子３５の面積を大きくすることができる。同様に、受信用アレイ探触子２２の複数の振動子３５は、例えば縦長の六角形状とすることで、隣り合う振動子３５同士の干渉を避けつつ、隣り合う振動子３５の間隔を小さくすることができ、かつ、振動子３５の面積を大きくすることができる。したがって、検出感度を高めることができる。
【００４９】
なお、上記一実施形態においては、仮想平面Ｃに対する送信方向のずれ角を０°としたときの理想的な送信屈折角θ１とこれに対応する傾斜角α１を送信用アレイ探触子２１の各振動子３５に対して設定すると共に、仮想平面Ｃに対する受信方向のずれ角を０°としたときの理想的な受信屈折角σ２とこれに対応する傾斜角α２を受信用アレイ探触子２２の各振動子３５に対して設定する場合を例にとって説明したが、これに限られず、超音波ビームの広がりの範囲内であれば、ずれ角の条件を変更してもよい。超音波ビームの半角は、探触子の大きさや屈折角によって異なるものの、一般的に１０度未満である。そのため、ずれ角は−１０°から１０°までの範囲内であれば許容してもよく、これに応じて送信屈折角θ１及び受信屈折角θ２を設定し、対応する振動子３５の傾斜角α１，α２を設定してもよい。
【００５０】
また、上記一実施形態において、探触子移動装置２３のアーム３３Ａは、移動体３２Ａの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１にスライド可能なように移動体３２Ａに設けられ、アーム３３Ｂは、移動体３２Ｂの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２にスライド可能なように移動体３２Ｂに設けられた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲内で変形が可能である。アーム３３Ａは、例えばエアシリンダ等であって、移動体３２Ａの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１に伸縮可能なように移動体３２Ａに設けられてもよい。また、アーム３３Ｂは、例えばエアシリンダ等であって、移動体３２Ｂの周方向位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２に伸縮可能なように移動体３２Ｂに設けられてもよい。このような変形例では、ドーム部１１側に干渉物が存在する場合（具体的には、例えば供用期間中検査等で、ＣＲＤハウジング１４に挿入された制御棒駆動機構が存在する場合）でも、その干渉物とアーム３３Ａ，３３Ｂとの干渉を回避することができる。
【００５１】
また、上記一実施形態において、探触子移動装置２３の移動体３２Ａ，３２Ｂは、溶接部１３の周方向に沿って延在する軌道レール３０上を走行可能なように構成された場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、移動体３２Ａ，３２Ｂは、溶接部１３の周方向に沿って移動可能なように構成されていればよく、例えば、下鏡部の外面に吸着して走行するための磁気車輪を有していてもよい。このような変形例においても、上記一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５２】
また、上記一実施形態において、探触子移動装置２３は、軌道レール３０及び駆動装置３１Ａ，３１Ｂを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、探触子移動装置２３は、溶接部１３の探傷位置にかかわらず、送信用アレイ探触子２１の送信点Ｐ１の位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ１に対する送信用アレイ探触子２１の姿勢を固定すると共に、受信用アレイ探触子２２の受信点Ｐ２の位置での下鏡ペタル部１２の外面１２ａの母線方向Ｋ２に対する受信用アレイ探触子２２の姿勢を固定するように構成されていればよい。
【００５３】
なお、以上においては、本発明の検査対象として、原子炉圧力容器の下鏡部の溶接部１３を例にとって説明したが、これに限られず、円錐台（又は円錐）の側面形状の被検体の表面に垂直な厚さ方向に対して傾斜した溶接境界面を有する円筒形状の溶接部であればよい。
【符号の説明】
【００５４】
１２              下鏡ペタル部
１２ａ            外面（表面）
１３              溶接部
１３ａ            溶接境界面
１５              ＲＩＰケーシング
１５ａ            Ｒ部
１７              内部欠陥
２１              送信用アレイ探触子
２２              受信用アレイ探触子
２３              探触子移動装置
２４              送受信装置
３１Ａ，３１Ｂ    駆動装置
３５              振動子
３６              傾斜面
３７              ウェッジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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