(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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溶接部を検査対象とし、前記被検体の前記表面上に配置された送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を用い、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方法であって、
前記被検体の深さ方向に移動させる前記溶接境界面の走査点に対応して、前記溶接境界面の走査点及びその走査点上の前記溶接境界面の法線ベクトルを含む仮想平面と前記被検体の前記表面が交差する交差線上に前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点が位置するように、かつ、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角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、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を配置し、
前記仮想平面内の送信経路にて前記送信用斜角探触子が超音波を送信するとともに、前記仮想平面内の受信経路にて前記受信用斜角探触子が超音波を受信し、
前記溶接境界面の走査点を前記被検体の厚さ方向に投影した前記被検体の前記表面上の起点と前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点のそれぞれとを結ぶ二つの直線がなす開き角と、前記送信用斜角探触子の送信角と、前記受信用斜角探触子の受信角とを一定に保ちつつ、前記被検体の前記表面上の前記起点の位置と、前記送信用斜角探触子の送信点と前記受信用斜角探触子の受信点の間隔とを変更することにより、前記被検体の深さ方向に前記溶接境界面の走査点を移動させることを特徴とする超音波検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載の超音波検査方法において、
前記被検体の厚さ方向に対する前記溶接境界面の傾斜角は、１５度〜６０度の範囲内であることを特徴とする超音波検査方法。
【請求項３】
請求項１に記載の超音波検査方法において、
前記送信用斜角探触子から前記内部欠陥へ横波を送信するとともに、前記内部欠陥で反射した横波を前記受信用斜角探触子で受信する伝搬モードを用い、
前記内部欠陥に対する横波の入射角は、３５度以上かつ８０度以下であることを特徴とする超音波検査方法。
【請求項４】
請求項１に記載の超音波検査方法において、
前記送信用斜角探触子の送信角及び前記受信用斜角探触子の受信角は、４０度以上かつ９０度未満であることを特徴とする超音波検査方法。
【請求項５】
請求項１に記載の超音波検査方法において、
原子炉圧力容器の下鏡ペタル部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溶接部を検査対象とし、前記下鏡ペタル部の前記表面上に配置された送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を用い、前記溶接境界面に沿って生じる内部欠陥を検出することを特徴とする超音波検査方法。
【請求項６】
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溶接部を検査対象とし、前記被検体の前記表面上に配置された送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子と、前記被検体の前記表面に沿って前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を移動させる探触子移動機構とを用い、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装置であって、
前記探触子移動機構は、前記被検体の深さ方向に移動させる前記溶接境界面の走査点に対応して、前記溶接境界面の走査点及びその走査点からの法線ベクトルを含む仮想平面と前記被検体の前記表面が交差する交差線上に前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点が位置するように、かつ、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角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、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を配置し、
前記送信用斜角探触子は、前記仮想平面内の送信経路にて超音波を送信するように送信角が設定され、
前記受信用斜角探触子は、前記仮想平面内の受信経路にて超音波を受信するように受信角が設定されており、
前記探触子移動機構は、前記溶接境界面の走査点を前記被検体の厚さ方向に投影した前記被検体の前記表面上の起点と前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点のそれぞれとを結ぶ二つの直線がなす開き角と、前記送信用斜角探触子の送信角と、前記受信用斜角探触子の受信角とを一定に保ちつつ、前記被検体の前記表面上の前記起点の位置と、前記送信用斜角探触子の送信点と前記受信用斜角探触子の受信点の間隔とを変更するように構成されたことを特徴とする超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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方法及び装置に関する。
【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、略球冠状のドーム部１１と略円錐帯状の下鏡ペタル部１２を有し、それらが溶接部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】
一方で、製造最終段階の検査として、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を検査することが求められる場合がある。
【０００７】
ここで、図４で示すように、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の送受信角（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、内部欠陥１７で反射した超音波の振幅、すなわち、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、溶接境界面１３ａの走査点（すなわち、内部欠陥１７を検出する点）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、斜角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方法及び装置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、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溶接部を検査対象とし、前記被検体の前記表面上に配置された送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子を用い、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方法であって、前記被検体の深さ方向に移動させる前記溶接境界面の走査点に対応して、前記溶接境界面の走査点及びその走査点上の前記溶接境界面の法線ベクトルを含む仮想平面と前記被検体の前記表面が交差する交差線上に前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点が位置するように、かつ、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角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、前記送信用斜角探触子及び前記受信用斜角探触子を配置し、前記仮想平面内の送信経路にて前記送信用斜角探触子が超音波を送信するとともに、前記仮想平面内の受信経路にて前記受信用斜角探触子が超音波を受信し、前記溶接境界面の走査点を前記被検体の厚さ方向に投影した前記被検体の前記表面上の起点と前記送信用斜角探触子の送信点及び前記受信用斜角探触子の受信点のそれぞれとを結ぶ二つの直線がなす開き角と、前記送信用斜角探触子の送信角と、前記受信用斜角探触子の受信角とを一定に保ちつつ、前記被検体の前記表面上の前記起点の位置と、前記送信用斜角探触子の送信点と前記受信用斜角探触子の受信点の間隔とを変更することにより、前記被検体の深さ方向に前記溶接境界面の走査点を移動させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、斜角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の超音波検査方法で用いる送信用斜角探触子と受信用斜角探触子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】図５中断面VI−VIによる下鏡部の鉛直断面に、送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、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】図６中矢印VII方向から見た図であり、下鏡ペタル部の外面上の送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子の配置を示す。
【図８】探傷条件を計算するための下鏡部モデルの下面図である。
【図９】図８中断面IX−IXによる下鏡部モデルの鉛直断面図であり、一探触子法の適用限界深さの一例を示す。
【図１０】図９中断面Ｘ−Ｘによる下鏡部モデルの水平断面図であり、一探触子法の適用限界深さが生じる範囲、すなわち本発明の一実施形態の超音波検査法を適用すべき範囲を示す。
【図１１】下鏡部モデルの水平断面図であって、本発明の一実施形態の超音波検査方法における欠陥に対する超音波の入射角及び反射角の設定方法を説明するための図である。
【図１２】下鏡部モデルの水平断面図であり、本発明の一実施形態の超音波検査方法における超音波の片道伝播距離の一例を示す。
【図１３】本発明の一実施形態の超音波検査方法における溶接境界面の走査点と下鏡ペタル部の外面上の起点、送信点、及び受信点の位置関係を表す概念図である。
【図１４】本発明の一実施形態の超音波検査方法における様々な探傷条件を表す図である。
【図１５】本発明の一実施形態の超音波検査装置の構成を表すブロック図である。
【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の外周側の溶接境界面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、本発明の一実施形態の超音波検査方法では、送信用斜角探触子と受信用斜角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の超音波検査方法で用いる送信用斜角探触子と受信用斜角探触子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、送信用斜角探触子、受信用斜角探触子、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。図７は、図６中矢印VII方向（言い換えれば、下鏡ペタル部１２の厚さ方向）から見た図であり、下鏡ペタル部１２の外面上の送信用斜角探触子及び受信用斜角探触子の配置を示す。
【００１６】
送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２は、下鏡ペタル部１２の外面上に、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、干渉部を挟んで略Ｖ字状に配置する。詳しく説明すると、溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の深さ方向に移動させており、この溶接境界面１３ａの走査点Ｄに対応して、溶接境界面１３ａの走査点Ｄ及びその走査点Ｄ上の溶接境界面１３ａの法線ベクトルを含む仮想平面（本実施形態では、ほぼ水平面）と下鏡ペタル部１２の外面が交差する交差線Ｅ（本実施形態では、円）上に送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1及び受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2が位置するように、かつ、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子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、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２を配置する。
【００１７】
また、前述した仮想平面内の送信経路Ｓ1にて超音波を送信するように送信用斜角探触子２１の送信角θ1（屈折角）を設定し、仮想平面内の受信経路Ｓ2にて超音波を受信するように受信用斜角探触子２２の受信角θ2（屈折角）を設定している（詳細は後述）。これにより、溶接境界面１３ａに沿って生じた内部欠陥１７に対して垂直な仮想平面内を超音波が伝播することになり、内部欠陥１７で反射した超音波の振幅、すなわち、受信用斜角探触子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】
そして、溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の深さ方向に移動させる場合は、次のようにして行う。溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の厚さ方向に投影した下鏡ペタル部１２の外面上の起点をＦとし、この起点Ｆと送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1及び受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2のそれぞれとを結ぶ二つの直線Ｇ1，Ｇ2がなす開き角をγとする。この開き角γと送信用斜角探触子２１の送信角θ1と受信用斜角探触子２２の受信角θ2を一定に保ちつつ、下鏡ペタル部１２の外面上の起点Ｆの位置を変更する。また、起点Ｆと送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1の間隔と、起点Ｆと受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2の間隔を変更して、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1と受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2の間隔Ｌppを変更する。これにより、溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の深さ方向に移動させる。なお、本実施形態では、起点Ｆと送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1の間隔は、起点Ｆと受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2の間隔にほぼ等しくしている。
【００１９】
以上のようにして、本実施形態の超音波検査方法では、斜角探触子と下鏡ペタル部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。
【００２０】
次に、探傷条件について説明する。図８は、探傷条件を計算するための下鏡部モデルの下面図である。図９は、図８中断面IX−IXによる下鏡部モデルの鉛直断面図であり、一探触子法の適用限界深さの一例を示す。図１０は、図９中断面Ｘ−Ｘによる下鏡部モデルの水平断面図であり、一探触子法の適用限界深さが生じる範囲、すなわち本実施形態の超音波検査方法（二探触子法）を適用すべき範囲を示す。図１１は、下鏡部モデルの水平断面図であって、本実施形態の超音波検査方法における欠陥に対する超音波の入射角及び反射角の設定方法を説明するための図である。図１２は、下鏡部モデルの水平断面図であり、本実施形態の超音波検査方法における超音波の片道伝播距離の一例を示す。図１３は、本実施形態の超音波検査方法における溶接境界面の走査点と下鏡ペタル部の外面上の起点、送信点、及び受信点の位置関係を表す概念図である。
【００２１】
探傷条件を求めるために、原子炉圧力容器の下鏡部の代表的な寸法値に基づき、下鏡部をモデル化する。図９で示す下鏡部モデルにおいて、溶接境界面１３ａは、鉛直方向の中心軸Ｏを中心とした半径Ｒdの円筒形状とする。下鏡ペタル部１２は、中心軸Ｏを中心とした半頂角αの円錐帯形状とする。ＲＩＰケーシング１５の鉛直方向の中心軸をＯrとし、この中心軸Ｏrと溶接境界面１３ａの間の水平方向距離（最短距離）をＬrdとする。
【００２２】
図９で示すように、下鏡ペタル部１２の表面に対する溶接境界面１３ａの傾斜角はαとなり、下鏡ペタル部１２の表面に垂直な厚さ方向に対する溶接境界面１３ａの傾斜角βは、下記の式（１）で表される。
【００２３】
【数１】
0006552946.tif 000002
【００２４】
ＲＩＰケーシング１５及びその周辺のＲ部１５ａからなる干渉部に対する斜角探触子２０（又は２１，２２）の干渉の有無を、斜角探触子の送受信点Ｐ0（又は、送信点Ｐ1、受信点Ｐ2）の位置に基づいて判定するため、中心軸Ｏrを中心として下記の式（２）で定義された半径ＲIを有する円柱状の干渉領域３０を想定する。ここで、Ｒrは、ＲＩＰケーシング１５の半径、ΔＲrは、Ｒ部１５ａの最大幅である。Ｒpは、送受信点Ｐ0（又は、送信点Ｐ1、受信点Ｐ2）を中心として斜角探触子２０（又は２１，２２）に外接する仮想球面の半径である。
【００２５】
【数２】
0006552946.tif 000003
【００２６】
そして、干渉領域３０の内側に送受信点Ｐ0（又は、送信点Ｐ1、受信点Ｐ2）があれば、ＲＩＰケーシング１５及びその周辺のＲ部１５ａからなる干渉部と斜角探触子２０（又は２０，２１）が干渉すると判定する。そのため、干渉領域３０の外側に送受信点Ｐ0（又は、送信点Ｐ1、受信点Ｐ2）を設定する必要がある。
【００２７】
まず、一探触子法の適用範囲を検討する。一探触子法では、図９で示すように、溶接境界面１３ａの走査点Ｄに対して法線方向に（すなわち、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の送受信角θ0＝βに設定する。そして、溶接境界面１３ａの走査点Ｄ（すなわち、内部欠陥１７）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の送受信点Ｐ0を遠ざけなければならない。そのため、図１０に示す溶接境界面１３ａの周方向範囲Ｖ（詳細には、下鏡ペタル部１２の中心軸Ｏと干渉領域３０の外周上の接点Ｑ1，Ｑ2のそれぞれとを結ぶ二つの直線で挟まれる範囲）では、送受信用斜角探触子２０の送受信点Ｐ0が干渉領域３０に入る可能性がある。
【００２８】
例えば下鏡ペタル部１２の中心軸Ｏと干渉領域３０の中心軸Ｏrを結ぶ直線上に溶接境界面１３ａの走査点Ｄがある場合は、送受信用斜角探触子２０の送受信点Ｐ0が干渉領域３０に入らない条件として、下記の式（３）を満たす必要がある。ここで、Ｗは、溶接境界面１３ａの走査点Ｄと上述した交差線Ｅの間の水平方向距離（最短距離）であり、溶接境界面１３ａと送受信用斜角探触子２０の送受信点Ｐ0の間の水平方向距離に相当する。
【００２９】
【数３】
0006552946.tif 000004
【００３０】
水平方向距離Ｗは、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さｄに応じて変動するものであり、下記の式（４）で表される。したがって、この場合の適用限界深さｄlimは、下記の式（５）で求められる。
【００３１】
【数４】
0006552946.tif 000005
【００３２】
【数５】
0006552946.tif 000006
【００３３】
次に、本実施形態の超音波検査方法の探傷条件を検討する。上述したように、溶接境界面１３ａの周方向範囲Ｖでは、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さｄによって、一探触子法の適用が困難となり、本実施形態の超音波検査方法（二探触子法）を適用する。そのため、溶接境界面１３ａの周方向範囲Ｖにおいて、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1と受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2が干渉領域３０に入ることがないように、内部欠陥１７に対する超音波の水平方向（スキュー方向）の入射角ξＳ（＝反射角ξS）等を設定する。
【００３４】
図１１で示すように、下鏡ペタル部１２の中心軸Ｏと干渉領域３０の外周上の接点Ｑ1（又ははＱ2）とを結ぶ直線上に、溶接境界面１３ａの走査点Ｄがある場合、干渉領域３０を避けるために必要な入射角ξSが最大となる。したがって、入射角ξSは、図１１で示す位置関係に基づいて導かれた下記の式（６）より求まる。
【００３５】
【数６】
0006552946.tif 000007
【００３６】
超音波の片道伝播距離ＬB（すなわち、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1から溶接境界面１３ａの走査点Ｄまでの距離、又は溶接境界面１３ａの走査点Ｄから受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2までの距離）は、図１２で示す位置関係に基づいて（詳細には、三角形ＯＤＰ1に関する余弦定理により）導かれた下記の式（７）より求まる。
【００３７】
【数７】
0006552946.tif 000008
【００３８】
上述した探触子配置の開き角γは、図１３で示す位置関係に基づき、下記の式（８）で表される。ここで、図１３中の点Ｍは、送信点Ｐ1と受信点Ｐ2を結ぶ線分の中点であり、式（８）中のｙは、起点Ｆと中点Ｍを結ぶ線分の長さである。
【００３９】
【数８】
0006552946.tif 000009
【００４０】
送信点Ｐ1と受信点Ｐ2の間隔Ｌppは、図１３で示す位置関係に基づき、下記の式（９）で表される。長さｙは、図１３で示す位置関係に基づき、下記の式（１０）で表される。したがって、式（８）〜（１０）によって下記の式（１１）が導かれ、この式（１１）より開き角γが求まる。
【００４１】
【数９】
0006552946.tif 000010
【００４２】
【数１０】
0006552946.tif 000011
【００４３】
【数１１】
0006552946.tif 000012
【００４４】
送信用斜角探触子２１の送信角θ1及び受信用斜角探触子２２の受信角θ2は、図１３で示す位置関係に基づいて導出された下記の式（１２）より求まる。
【００４５】
【数１２】
0006552946.tif 000013
【００４６】
上記の式（１２）中の超音波の片道伝播距離ＬBは、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さｄにほぼ比例する。そのため、送信角θ1及び受信角θ2を固定しても、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さｄを変更することが可能である。但し、超音波の片道伝播距離ＬBが最大となる場合に（言い換えれば、溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さｄが下鏡ペタル部１２の厚さｔとなる場合に）、送信角θ1及び受信角θ2の誤差による検出感度への影響が大きい。そのため、例えば溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さｄが下鏡ペタル部１２の厚さｔとなる条件で、上記の式（４）及び式（７）を用いて求められた超音波の片道伝播距離ＬBと溶接境界面１３ａの走査点Ｄの深さｄから、送信角θ1及び受信角θ2を求める。上記の式（１２）は、下鏡ペタル部１２の曲率変化による探触子の法線方向の変化を無視しているので、近似式である。しかし、下鏡ペタル部１２の曲率変化が緩やかであるため、式（１２）で求められた送信角θ1及び受信角θ2でも実用上十分である。
【００４７】
下鏡ペタル部１２の表面に垂直な厚さ方向に対する溶接境界面１３ａの傾斜角βが小さい場合は、溶接境界面１３ａの法線方向に超音波を送信させることが困難である。また、溶接境界面１３ａの傾斜角βが大きい場合は、上記の式（５）で求められる一探触子法の適用限界深さｄminが大きくなり、本実施形態の超音波検査方法（二探触子法）の優位性が失われる。そのため、一探触子法で一般的に用いる送受信角θ0＝３０度〜７５度（すなわち、α＝３０度〜７５度）と上記の式（１）から、溶接境界面１３ａの傾斜角βは、１５度〜６０度の範囲内であることが好ましい。
【００４８】
溶接境界面１３ａの傾斜角βが１５度、３５度、６０度である３パターンのそれぞれに対し、干渉領域３０の半径ＲIと溶接境界面１３ａの曲率半径Ｒdを変化させた場合に、上記の式（６）、式（１１）、及び式（１２）等を用いて、内部欠陥１７に対する超音波の入射角ξS、探触子配置の開き角γ、送信角θ1及び受信角θ2を算出した結果を図１４に示す。なお、図１４において、干渉領域３０の半径ＲIと溶接境界面１３ａの曲率半径Ｒdは、それぞれ、ＲＩＰケーシング１５の中心軸Ｏrと溶接境界面１３ａの間の水平方向距離Ｌrdを基準値とし、その基準値Ｌrdとの比として規格化して表している。下鏡ペタル部の厚さｔと基準値Ｌrdの比（ｔ／Ｌrd）は０．５に固定している。
【００４９】
実機の原子炉圧力容器の下鏡部における溶接境界面１３ａの傾斜角βは３５度前後、干渉領域３０の半径ＲIと基準値Ｌrdとの比（ＲI／Ｌrd）は０．５〜０．７程度、溶接境界面１３ａの曲率半径Ｒdと基準値Ｌrdとの比（Ｒd／Ｌrd）は５前後である。この条件において、超音波の入射角ξSは５５度〜７３度、開き角γは１２２度〜１５２度、送信角θ1及び受信角θ2は６８度〜７５度である。
【００５０】
鋼材（縦波音速５．９km/s、横波音速３．２３km/sと仮定）の内部欠陥１７に対する超音波の反射に関し、横波の入射角が約３５度以上で横波の反射率が１００％であることを考慮すれば、送信用斜角探触子２１から内部欠陥１７へ横波を送信するとともに、内部欠陥１７で反射した横波を受信用斜角探触子２２で受信する伝搬モードを用いることが好ましい。また、内部欠陥１７に対する横波の入射角ξSが８０度を超えると、内部欠陥１７が存在しない場合でも、送信用斜角探触子２１からの横波が受信用斜角探触子２２に直接到達する可能性がある。そのため、内部欠陥１７に対する横波の入射角ξSは、３５度以上かつ８０度以下であることが好ましい。
【００５１】
図１４で示す算出結果から、３５≦ξS≦８０を満たす条件として、干渉領域３０の半径ＲIと基準値Ｌrdとの比（ＲI／Ｌrd）は、０．３〜０．７である。また、図１４で示す算出結果から、送信用斜角探触子２１の送信角θ1及び受信用斜角探触子２２の受信角θ2は、４０度以上かつ９０度未満である。
【００５２】
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装置について、図１５を用いて説明する。図１５は、本実施形態の超音波検査装置の構成を表すブロック図である。
【００５３】
本実施形態の超音波検査装置は、上述した送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２と、下鏡ペタル部１２の外面に沿って送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２を移動させる探触子移動機構４０と、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２による超音波の送受信を制御する送受信装置４１と、探触子移動機構４０及び送受信装置４１を制御する制御装置４２と、各種の演算処理を実行する計算装置４３と、各種のデータを記録する記憶装置４４と、各種の情報を画面表示する表示装置４５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４６とを備えている。なお、計算装置４３はコンピュータや電子部品を搭載した基板等で構成され、記憶装置４４はハードディスクやランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等で構成されている。また、表示装置４５はディスプレイ等で構成され、入力装置４６はマウスやキーボード、タッチパネルやボタン等で構成されている。
【００５４】
探触子移動機構４０は、詳細を図示しないが、探触子ユニットと、この探触子ユニットを下鏡ペタル部１２の外面に沿って周方向に移動させる周方向移動機構と、探触子ユニットを下鏡ペタル部１２の外面に沿って軸方向に移動させる軸方向移動機構とを備えている。探触子ユニットは、上述した直線Ｇ1に対応する第１レールと、この第１レールに沿って送信用斜角探触子２１を移動させる第１スライダ機構と、上述した直線Ｇ2に対応する第２レールと、この第２レールに沿って受信用斜角探触子２２を移動させる第２スライダ機構とを有している。なお、第１レールと第２レールの開き角γは、固定されている。
【００５５】
そして、探触子移動機構４０は、溶接境界面１３ａの走査点Ｄに対応して、溶接境界面１３ａの走査点Ｄ及びその走査点Ｄ上の溶接境界面１３ａの法線ベクトルを含む仮想平面と下鏡ペタル部１２の外面が交差する交差線Ｅ上に送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1及び受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2が位置するように、かつ、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子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、送信用斜角探触子２１及び受信用斜角探触子２２を配置する。なお、前述した仮想平面内の送信経路Ｓ1にて超音波を送信するように送信用斜角探触子２１の送信角θ1が設定され、仮想平面内の受信経路Ｓ2にて超音波を受信するように受信用斜角探触子２２の受信角θ2が設定されている。
【００５６】
また、溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の深さ方向に移動させる場合は、探触子ユニット（すなわち、起点Ｆ）を下鏡ペタル部１２の外面に沿って軸方向に移動させる。また、第１レールに沿って送信用斜角探触子２１を移動させるとともに、第２レールに沿って受信用斜角探触子２２を移動させて、送信用斜角探触子２１の送信点Ｐ1と受信用斜角探触子２２の受信点Ｐ2の間隔Ｌppを変更する。これにより、溶接境界面１３ａの走査点Ｄを下鏡部の深さ方向に移動させる。
【符号の説明】
【００５７】
１２      下鏡ペタル部
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      送信用斜角探触子
２２      受信用斜角探触子
４０      探触子移動機構
【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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