(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体同士を突き合せ溶接で接合して原子力設備の管路を形成する管路の施工方法であって、
前記管路の使用条件によって決定される溶接部の探傷試験範囲、並びに、前記管体の肉厚、超音波入射角度、探傷子引きしろ、探傷子個体差及び走査余裕しろに基づいて設定した外面の平滑長さを、接合端から軸線方向に沿って有する管体を準備する管体準備工程と、
準備した管体同士を溶接する管体溶接工程と、
超音波探傷試験で溶接部を検査する溶接部検査工程とを備えることを特徴とする管路の施工方法。
【請求項２】
請求項１記載の管路の施工方法において、
前記管体準備工程では、前記外面の平滑長さを有するとともに、前記管路の使用条件によって決定される溶接部の探傷試験範囲、並びに前記管体の肉厚、超音波入射角度及び超音波広がり幅に基づいて設定した内面の平滑長さを、接合端から軸線方向に沿って有する管体を準備することを特徴とする管路の施工方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の管路の施工方法において、
前記超音波探傷試験で用いる探触子が曲面を備えたＲ形状で形成されていることを特徴とする管路の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管路の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用原子力設備では、その安全性や信頼性を確保するために定期的に検査が行われる。そして、原子力設備の構造物、系統、機器が安全機能の重要度に応じてクラス分けされ、このクラス分けした構造物、系統、機器に対する維持管理の運用等に、社団法人日本機械学会から発行された「発電用原子力設備規格  維持規格」が適用されている。
【０００３】
また、原子力設備の配管や圧力容器等の検査には非破壊検査が適用され、配管と配管、原子炉圧力容器１の管台２と配管３、弁と配管などの管体同士を突き合せ溶接で接合した溶接部Ｍは、「発電用原子力設備規格  維持規格」によって検査の方法と検査の範囲が定められている（図６参照）。
【０００４】
より具体的に、原子力設備の管体２、３同士の溶接部Ｍは、超音波探傷試験によってその検査を行うように定められている（例えば、特許文献１参照）。そして、安全機能の重要度が高いクラス１（原子炉冷却材圧力バウンダリを構成する機器（容器、配管、ポンプ、弁）など）では、図７（ａ）に示すように、溶接部Ｍの内面４から外面５までの板厚ｔ全体を探傷試験範囲Ｓとして検査を行うように規定されている。また、安全機能の重要度がクラス１よりも低いクラス２では、図７（ｂ）に示すように、溶接部Ｍの内面４から設計板厚ｔの１／３の板厚範囲を探傷試験範囲Ｓとして検査を行うように規定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２１２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、例えば、図６及び図７に示すように、原子炉圧力容器１に設けられた管台２と、この管台２に突き合せ溶接して管路Ｒを形成する配管３（管台２と配管３の管体同士）は、管路Ｒ内の流体抵抗を極力小さくするため、一方あるいは双方の管体２、３の接合端２ａ、３ａ側の内面４をシンニング加工して互いの内面４が面一になるように形成される。このため、管体２、３には、シンニング加工した接合端２ａ、３ａ側の内面４にテーパー面６が形成される。そして、このような管体２、３同士の溶接部Ｍを検査する際には、探触子７を管体２、３の外面５上で走査（移動）しながら、超音波を直接的にあるいは管体２、３の内面４（界面）で反射させて探傷試験範囲Ｓに到達させ、溶接部Ｍの探傷試験範囲Ｓの欠陥の有無を検知するようにしている。
【０００７】
しかしながら、従来、原子炉圧力容器１の管台２とこの管台２に突き合せ溶接する配管３等の原子力設備の管体は、必ずしも施工後に溶接部Ｍを超音波探傷試験で検査することを考慮して形成（製造、設計）されていない。このため、管体２、３の接合端２ａ、３ａから軸線Ｏ１方向に延びる外面５の平滑部分の長さ（直線部）Ｐ１が短く、探傷試験範囲Ｓ全体を網羅するように探触子７を管体２、３の外面５上で走査させることができない場合があった。また、シンニング加工によって接合端２ａ、３ａに近い部分にテーパー面６が存在し、管体２、３の接合端２ａ、３ａから軸線Ｏ１方向に延びる内面４の平滑部分の長さ（直線部）Ｐ２が短く、反射によって超音波の行路が複雑になって検査精度を確保することが難しくなったり、探傷試験範囲Ｓ全体に超音波を到達させることができなくなる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の管路の施工方法は、管体同士を突き合せ溶接で接合して原子力設備の管路を形成する管路の施工方法であって、
前記管路の使用条件によって決定される溶接部の探傷試験範囲、並びに、前記管体の肉厚、超音波入射角度、探傷子引きしろ、探傷子個体差及び走査余裕しろに基づいて設定した外面の平滑長さを、接合端から軸線方向に沿って有する管体を準備する管体準備工程と、準備した管体同士を溶接する管体溶接工程と、超音波探傷試験で溶接部を検査する溶接部検査工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これらの発明においては、例えば、原子力設備の安全機能の重要度に応じて区分されたクラス１、クラス２の管路の使用条件によって決定される溶接部の超音波探傷試験の条件に基づいて外面の平滑長さを設定した管体を、管体準備工程で準備して施工に使用する。すなわち、超音波を発信する探触子を管体の外面上で走査して溶接部の超音波探傷試験を行う際に、クラス１では、溶接部の内面から外面までの板厚全体の探傷試験範囲を検査できるように、クラス２では、溶接部の内面から設計板厚の１／３の板厚範囲の探傷試験範囲を検査できるように、予め、外面の平滑長さを設定して管体が形成（設計）されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の管路の施工方法においては、管路の使用条件によって決定される溶接部の超音波探傷試験の条件を確実に満足するように、管体溶接工程で管体同士を溶接することができる。また、溶接部検査工程で溶接部に対して超音波探傷試験を実施する際に、管体の外面の平滑長さ（直線部）が十分に確保されているため、探傷試験範囲全体を網羅するように探触子を管体の外面上で走査させることができ、探傷不可範囲を無くし、確実且つ好適に溶接部の検査を行うことが可能になる。よって、信頼性の高い溶接部を形成して管体同士を接合することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る原子力設備の管体（溶接部）を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る原子力設備の管体（溶接部）を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る原子力設備の管体の外面平滑長さを設計する手法を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る原子力設備の管体の内面平滑長さを設計する手法を示す図である。
【図５】Ｒ形状の探触子で超音波探傷試験を行っている状態を示す図である。
【図６】原子炉圧力容器（原子力設備）を示す図である。
【図７】従来の原子力設備の管体（溶接部）を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１から図４、図６を参照し、本発明の一実施形態に係る管路の施工方法及び管体並びに原子力設備について説明する。ここで、本実施形態では、管体が、突き合せ溶接で接合して原子力設備１の管路Ｒを形成するための管体であるものとして説明を行う。
【００１５】
本実施形態の突き合せ溶接で接合する管体１０、１１は、図１及び図２に示すように、管路Ｒ内の流体抵抗を極力小さくするため、接合端１０ａ、１１ａ側の内面４をシンニング加工し、接合する管体１０、１１同士の内面４が面一になるように形成されている。これにより、管体１０、１１は、接合端１０ａ、１１ａ側の内面４をシンニング加工することで、接合端１０ａ、１１ａから軸線Ｏ１方向に沿って延びる内面４の平滑部分と、この平滑部分とシンニング加工していない内側の内面４を繋ぐテーパー面６とを備えて形成されている。
【００１６】
また、この管体１０、１１は、テーパー面６の内面シンニング角度θ１を、内面反射時の音波のモード変化が発生しにくいように一定角度以下にして形成されている。
【００１７】
さらに、本実施形態では、接合端１０ａ、１１ａから軸線Ｏ１方向に沿って延びる外面５の平滑部分の長さ（外面の平滑長さ、直線部の長さ）と、接合端１０ａ、１１ａから軸線Ｏ１方向に沿って延びる内面４の平滑部分の長さ（内面の平滑長さ、直線部の長さ）とをそれぞれ、管路Ｒの使用条件によって決定される溶接部Ｍの超音波探傷試験の条件に基づいて設定するようにして、管体１０、１１が形成（設計）されている。
【００１８】
より具体的に、本実施形態において、管路Ｒの使用条件は、原子力設備１の構造物、系統、機器が安全機能の重要度に応じてクラス分けしたクラス１とクラス２（クラス１機器とクラス２機器）によって設定される。クラス１は、原子炉冷却材圧力バウンダリを構成する機器（容器、管、ポンプ、弁）などであり、このクラス１の突き合せ溶接して接合する一対の管体１０、１１は、例えば、原子炉圧力容器１に設けられた管台とこの管台に接合される配管である。また、クラス２は、安全機能の重要度がクラス１よりも低い機器（容器、管、ポンプ、弁）などである。
【００１９】
また、本実施形態において、このような管路Ｒの使用条件によって決定される溶接部Ｍの超音波探傷試験の条件は、前述の「発電用原子力設備規格  維持規格」によって規定された検査の範囲である。すなわち、クラス１の条件では、図１に示すように、溶接部Ｍの内面４から外面５までの板厚ｔ全体を探傷試験範囲Ｓとし、クラス２の条件では、図２に示すように、溶接部Ｍの内面４から設計板厚ｔの１／３の板厚範囲を探傷試験範囲Ｓとする。
【００２０】
そして、このような溶接部Ｍの超音波探傷試験の条件に基づいて、外面５の平滑長さを設定する際には（外面５の平滑長さの設計手法では）、図３に示すように、クラス１とクラス２の選定を行い、選定したクラスにおいて設計に使用する検査メニューの選択を行う。
【００２１】
このとき、クラス１を選定した場合には、超音波探傷試験における１スキップ探傷時の２ｔａｎθ、０．５スキップ探傷時のｔａｎθが最大となる検査メニューを選択する。一方、クラス２を選定した場合には、超音波探傷試験における１スキップ探傷時の（４／３）ｔａｎθ、０．５スキップ探傷時のｔａｎθが最大となる検査メニューを選択する。
【００２２】
ここで、θは超音波入射角度である。また、超音波探傷試験における１スキップとは、管体１０、１１の外面５（端面）から入射して内面４で１回反射させて検査部位の探傷試験範囲Ｓ（溶接部Ｍ）に超音波を到達させることを意味し、０．５スキップとは、管体１０、１１の外面５から入射して検査部位の探傷試験範囲Ｓ（溶接部Ｍ）に超音波を直接到達させることを意味する。
【００２３】
次に、スキップの選定を行う。そして、クラス１を選定し、１スキップを選択した場合には外面の平滑長さＬ１（ｍｍ）を式（１）で求め、クラス１を選定し、０．５スキップを選択した場合には外面の平滑長さＬ２（ｍｍ）を式（２）で求める。また、クラス２を選定し、１スキップを選択した場合には外面の平滑長さＬ３（ｍｍ）を式（３）で求め、クラス２を選定し、０．５スキップを選択した場合には外面の平滑長さＬ４（ｍｍ）を式（４）で求める。なお、ｔ（ｍｍ）は管体の肉厚（設計板厚）である。
【００２４】
【数１】
0005737957.tif 000002
【００２５】
【数２】
0005737957.tif 000003
【００２６】
【数３】
0005737957.tif 000004
【００２７】
【数４】
0005737957.tif 000005
【００２８】
そして、このようにすることで、様々な板厚ｔや超音波入射角度θの組み合わせに対して、外面の平滑長さＬ１〜Ｌ４を規定する手法を提供することができる。
【００２９】
また、このとき、探触子７の軸長さＨを、（探触子引きしろ）、（探触子個体差）、（走査余裕しろ）の計算に使うことが望ましい。例えば、探触子軸長さをＨ（ｍｍ）とし、（探触子引きしろ）＝Ｈ／２、（探触子個体差）＝Ｈ／２、（走査余裕しろ）＝Ｈ／２とする。これにより、（探触子引きしろ）、（探触子個体差）、（走査余裕しろ）の簡易且つ妥当な規定手法を提供することができる。
【００３０】
一方、上記の溶接部の超音波探傷試験の条件に基づいて、内面の平滑長さ（内面シンニング長さ）を設定する際には（内面の平滑長さの設計手法では）、図４に示すように、クラス１とクラス２の選定を行い、選定したクラスにおいて設計に使用する検査メニューの選択を行う。
【００３１】
このとき、クラス１、クラス２のどちらを選定した場合であっても、検査メニューに１スキップがあれば、超音波入射角度θが最大となる検査メニューを選択する。
【００３２】
次に、スキップの選定を行う。そして、クラス１を選定し、１スキップを選択した場合には内面の平滑長さＬ５（ｍｍ）を式（５）で求め、クラス１を選定し、０．５スキップを選択した場合には内面の平滑長さＬ６（ｍｍ）を式（６）で求める。また、クラス２を選定し、１スキップを選択した場合には内面の平滑長さＬ７（ｍｍ）を式（７）で求め、クラス２を選定し、０．５スキップを選択した場合には内面の平滑長さＬ８（ｍｍ）を式（８）で求める。
【００３３】
【数５】
0005737957.tif 000006
【００３４】
【数６】
0005737957.tif 000007
【００３５】
【数７】
0005737957.tif 000008
【００３６】
【数８】
0005737957.tif 000009
【００３７】
そして、このようにすることで、様々な板厚ｔや超音波入射角度θの組み合わせに対して、内面の平滑長さＬ５〜Ｌ８を規定する手法を提供することができる。
【００３８】
また、このとき、超音波広がり幅は探触子７の振動子の大きさとすることが望ましい。このようにすると、超音波広がり幅の妥当且つ簡易な指標値を提供することができる。
【００３９】
そして、本実施形態では、上記のように、管路Ｒの使用条件によって決定される溶接部Ｍの超音波探傷試験の条件に基づいて外面の平滑長さＬ１〜Ｌ４、内面の平滑長さＬ５〜Ｌ８を設定した管体１０、１１を、管体準備工程で準備し、準備した管体１０、１１同士を管体溶接工程で溶接し、溶接部検査工程で超音波探傷試験を実施して溶接部Ｍを検査する。
【００４０】
このとき、超音波を発信する探触子７を管体１０、１１の外面５上で走査して溶接部Ｍの超音波探傷試験を行うにあたり、クラス１では、図１に示すように、溶接部Ｍの内面４から外面５までの板厚ｔ全体の探傷試験範囲Ｓを検査できるように、クラス２では、図２に示すように、溶接部Ｍの内面４から設計板厚ｔの１／３の板厚範囲の探傷試験範囲Ｓを検査できるように、予め、外面の平滑長さＬ１〜Ｌ４、内面の平滑長さＬ５〜Ｌ８、内面シンニング角度θ１を設定して管体１０、１１が形成（設計）されている。
【００４１】
これにより、本実施形態の管路Ｒの施工方法及び管体１０、１１並びに原子力設備においては、管路Ｒの使用条件によって決定される溶接部Ｍの超音波探傷試験の条件を確実に満足するように、管体溶接工程で管体１０、１１同士を溶接することができる。
【００４２】
また、溶接部検査工程で溶接部Ｍに対して超音波探傷試験を実施する際に、管体１０、１１の外面の平滑長さＬ１〜Ｌ４が十分に確保されているため、探傷試験範囲Ｓ全体を網羅するように探触子７を管体１０、１１の外面５上で走査させることができ、探傷不可範囲を無くし、確実且つ好適に溶接部Ｍの検査を行うことが可能になる。
【００４３】
さらに、溶接部Ｍに対して超音波探傷試験を実施する際に、管体１０、１１の外面の平滑長さＬ１〜Ｌ４に加えて、内面の平滑長さＬ５〜Ｌ８も十分に確保されている。また、内面シンニング角度θ１が内面反射時の音波のモード変化が発生しにくいように一定角度以下にして形成されている。これにより、反射によって超音波の行路が複雑になったり、探傷試験範囲Ｓ全体に超音波を到達させることができなくなることもない。
【００４４】
よって、本実施形態の管路Ｒの施工方法及び管体１０、１１並びに原子力設備によれば、信頼性の高い溶接部Ｍを形成して管体１０、１１同士を接合することが可能になる。
【００４５】
以上、本発明に係る管路の施工方法及び管体並びに原子力設備の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４６】
例えば、図５に示すように、曲面を備えたＲ形状の探触子を用い、外面の平滑長さＬ１〜Ｌ４の計算時の（探触子引きしろ）をＨ／２より小さくするようにしてもよい。この場合には、必要となる外面の平滑長さＬ１〜Ｌ４の低減を図ることが可能になる。
【００４７】
また、超音波入射角度θｉ及びスキップが異なる複数の手法を組み合わせて検査を行う対象の場合には、次の式（９）から式（１２）で最も大きな値となる組み合わせを、外面の平滑長さＬ１〜Ｌ４の設計に使用すればよい。ここで、クラス１の場合には、１スキップ検査で式（９）とし、０．５スキップ検査で式（１０）とする。また、クラス２の場合には、１スキップ検査で式（１１）とし、０．５スキップ検査で式（１２）とする。そして、このようにすると、複数の手法を組み合わせる場合でも、最も制約となる条件を簡便に決定することが可能になる。
【００４８】
【数９】
0005737957.tif 000010
【００４９】
【数１０】
0005737957.tif 000011
【００５０】
【数１１】
0005737957.tif 000012
【００５１】
【数１２】
0005737957.tif 000013
【符号の説明】
【００５２】
１      原子炉圧力容器
２      管台
２ａ    接合端
３      配管
３ａ    接合端
４      内面
５      外面
６      テーパー面
７      探触子
１０    管体
１０ａ  接合端
１１    管体
１１ａ  接合端
Ｈ      探触子の軸長さ
Ｌ１〜Ｌ４    外面の平滑長さ
Ｌ５〜Ｌ８    内面の平滑長さ
Ｍ      溶接部
Ｒ      管路
Ｏ１    管体の軸線
Ｓ      探傷試験範囲
ｔ      板厚
θ１    内面シンニング角度
【図１】
0005737957.tif 000014
【図２】
0005737957.tif 000015
【図３】
0005737957.tif 000016
【図４】
0005737957.tif 000017
【図５】
0005737957.tif 000018
【図６】
0005737957.tif 000019
【図７】
0005737957.tif 000020