(57)【要約】【課題】  被検体が水中かつ狭隘部に位置する場合や、溶接部などがある構造不連続体の場合でも、き裂の有無を評価可能とする。また、水中環境下における硬さ評価を可能とする。【解決手段】  水中環境下で原子炉炉内構造物に一定荷重を負荷して圧着させた振動棒を振動させ、固有振動数を測定することにより、被検体の欠陥有無や硬さを評価する。【効果】  被検体が原子炉圧力容器内に位置し、水中かつ狭隘部に位置する場合や、溶接部などがある構造不連続体の場合でも、き裂の有無を簡易に評価可能とした。また、水中環境下における硬さ評価を可能とした。【選択図】図１
2005308557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定器を原子炉炉内にある被検体位置まで誘導する誘導手段と、前記測定器と前記被検体との間隔を保持する固定手段と、前記被検体に圧着させる振動棒と、前記振動棒を前記被検体方向に移動させて前記振動棒から前記被検体に荷重を負荷する負荷手段と、前記振動棒を振動させる振動手段と、前記振動棒の固有振動数を測定する測定手段と、を備えたことを特徴とする原子炉炉内における固有振動数測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の固有振動数測定装置を用い、水中環境下で遠隔操作により前記被検体位置まで誘導した前記測定器を前記被検体との間隔を一定に保持した状態で固定し、前記振動棒を前記被検体方向に移動させて一定荷重で圧着し、前記振動棒を振動させて前記振動棒の固有振動数を測定することを特徴とする原子炉炉内における固有振動数の測定方法。
【請求項３】
構造及び材質の等しい構造物を同一の環境下で、請求項１記載の固有振動数測定装置を用い、遠隔操作により前記被検体位置まで誘導した前記測定器を前記被検体との間隔を一定に保持した状態で固定し、前記振動棒を前記被検体方向に移動させて一定荷重で圧着し、前記振動棒を振動させて前記振動棒の固有振動数を測定し、平均値及び標準偏差を求め、測定した固有振動数が平均値を標準偏差のｎ倍以上下回る場合を欠陥による固有振動数の低下と評価することを特徴とする原子炉炉内構造物の欠陥評価方法。
【請求項４】
前記振動棒の前記被検体圧着面に超合金球を取付けた請求項１記載の固有振動数測定装置を用い、遠隔操作により前記被検体位置まで誘導した前記測定器を前記被検体との間隔を一定に保持した状態で固定し、前記振動棒を前記被検体方向に移動させて一定荷重で圧着し、前記振動棒を振動させて前記振動棒の固有振動数を測定し、測定した固有振動数，前記被検体のヤング率，前記振動棒の押付け荷重、前記超合金球の直径，水温，水圧を評価パラメータとして前記被検体表面の硬さを評価することを特徴とする原子炉炉内構造物の表面硬さ測定及び評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉炉内のある被検体を評価する固有振動測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉炉内水中にて欠陥を検出する例として、超音波探傷方法を用いた例が特開平９−３３４９３号公報に開示されている。この公報では、部材の表面から超音波ビームを送信し、欠陥部からの反射を受信して欠陥を検出している。
【０００３】
また、原子炉炉内水中にて硬さを評価する例が、特開２００１−１９４４８２号公報に開示されている。この公報では、表面研磨装置と圧痕打刻機とマイクロスコープとを備えた硬さ測定器を用い、測定金属部材の酸化膜を除去した後、打刻機先端の圧子を原子炉炉内構造物の測定金属部材表面に押込み、形成された圧痕の大きさをマイクロスコープで観察して、対象となる測定金属部材の硬さを求め、測定金属部材の劣化度を評価している。
【０００４】
構造物表面の硬さを評価する際、圧痕の大きさを顕微鏡で測定する代わりに、大気中でダイヤモンド圧子付振動棒を定荷重で表面に押付け、超音波振動を与えて振動棒の共振周波数を測定し、硬さを評価する硬さ計も販売されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３３４９３号公報
【特許文献２】特開２００１−１９４４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
欠陥検出に関する従来の技術は、欠陥部からの超音波ビーム反射を受信して欠陥を検出しているため、超音波ビームの入射位置及び角度を調整し、欠陥からの超音波ビーム反射を受信する位置に受信機を設置する必要がある。このため、探傷面が狭隘部の場合や超音波ビームの経路に溶接部がある場合などでは、探傷が困難な場合がある。
【０００７】
また、硬さ評価に関する従来の技術は、形成された圧痕の大きさをマイクロスコープで観察するため、高放射線環境である原子炉炉内では放射線の影響により映像が乱れ、ピント調整や圧痕の認識が困難な場合や、カメラ受光体の寿命が短くなる場合がある。
【０００８】
更に、振動棒の共振周波数から硬さを評価する硬さ計については大気中での測定に限定されたものであり、水中環境下では水の影響を考慮する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
欠陥検出を達成するための本発明の特徴は、水中環境下で遠隔操作により被検体の固有振動数を測定し、構造及び材質の等しい他の被検体の固有振動数と比較することにより、欠陥存在時に生じる固有振動数の低下を評価可能としたことにある。
【００１０】
この特徴において評価に用いる固有振動数は、水中環境下に存在する被検体に測定器を構成する振動棒を一定荷重で圧着させた状態で測定するものであるため、構造及び材質が等しい構造物が多数存在する場合、従来技術に比べて簡易に欠陥の有無を評価可能である。
【００１１】
また、被検体に振動棒を圧着させる位置は任意に設定できる（ただし、固有振動数を比較する被検体間では設定した任意の位置で統一する）ため、被検体が狭隘部に存在する場合でも、被検体の一部と振動棒を圧着させることができれば、被検体の欠陥有無を評価することが可能である。
【００１２】
そして、水中環境下で遠隔操作による測定が要求される原子炉炉内構造物であっても、測定器誘導用の棒などを用いて測定器を被検体位置まで誘導し、測定器を固定し、振動棒を一定荷重で被検体に押付けることで、簡易に測定，評価が可能である。
【００１３】
また、硬さ評価を達成するための本発明の特徴は、水中環境下で遠隔操作により被検体表面に被検体圧着面に超合金球を取付けた振動棒を一定荷重で押付けて測定した振動棒の固有振動数を、予め評価しておいた測定器振動棒の固有振動数と被検体硬さとの関係により評価可能としたことである。
【００１４】
この特徴において評価に用いる測定器振動棒の固有振動数と被検体硬さとの関係は、水中環境下で振動棒の押付け荷重，超合金球の直径，水温，水圧が等しい条件で、ヤング率が等しく硬さの異なる被検体を測定して、予め評価しておく必要がある。
【００１５】
超合金球の大きさと負荷荷重が等しい場合、硬さと圧痕の大きさの関係は、表面が硬い程、荷重負荷後に生じる圧痕は小さくなる。圧痕の大きさの違いは、振動棒の拘束条件の違いであるため、被検体と水温，水圧が等しい環境下で測定した測定器振動棒の固有振動数と被検体硬さの関係を評価線図とすることで、水中環境下で遠隔操作による測定が要求される原子炉炉内構造物であっても、測定器誘導用の棒などを用いて測定器を被検体位置まで誘導し、測定器を固定、振動棒を一定荷重で被検体に押付けることで、簡易に測定，評価が可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、水中環境下で遠隔操作による測定が要求される原子炉炉内構造物であっても、測定器誘導用の棒などを用いて測定器を被検体位置まで誘導し、測定器を固定，振動棒を一定荷重で被検体に押付けることで、被検体の欠陥有無又は被検体表面の硬さを測定，評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本形態で示す固有振動数測定装置は、測定器を原子炉炉内にある被検体位置まで誘導する誘導装置（手段）と、測定器と被検体との間隔を保持する固定装置（手段）と、被検体に圧着させる振動棒と、振動棒を被検体方向に移動させて振動棒から被検体に荷重を負荷する負荷装置（手段）と、振動棒を振動させる振動装置（手段）と、振動棒の固有振動数を測定する測定装置（手段）と、を備える。
【００１９】
本形態は、原子炉炉内構造物を評価する方法であり、水中環境下における構造物の評価方法であって、欠陥検出方法と表面硬さ評価方法に関するものである。
【００２０】
本形態に係る水中環境下に存在する原子炉炉内構造物の固有振動数を測定する固有振動数測定装置及び固有振動数測定方法について、エルボ内に先端に平板が付いた丸棒が溶接された構造である、散水用ノズルを構成する丸棒の固有振動数を測定する方法を例にして、図１と図２とを用いて説明する。
【００２１】
固有振動数測定装置１は、主測定部２６を有する測定器を被検体位置まで誘導する測定器の誘導装置２，３とを有する。圧縮空気源４と、弁５，６と、空気管７とを含めてもよい。
【００２２】
更に、固有振動数測定装置１は、エアシリンダー１２と、Ｏリング１３と、軸方向位置決め板２１と、周方向位置決め板２２とを有する測定器と被検体との間隔を一定に保持する固定装置と、被検体２７に圧着させる振動棒２５とを有すると共に、歯車１４，１５と、ネジ溝付歯車１６と、リミットスイッチ１７と、スプリング１８と、ネジ穴１９と、リミットスイッチ用導線８とを有する振動棒を被検体方向に移動させて振動棒から被検体に一定荷重を負荷する負荷装置を有する。測定器制御及び計測装置１１を含めてもよい。
【００２３】
また、振動体２３と振動体電源供給用導線９とを有する振動棒を振動させる振動装置と、圧電素子２４と圧電素子用導線１０とを有する振動棒の固有振動数を測定する測定装置とを有する。
【００２４】
原子炉炉内において水中環境下に存在する被検体２７の固有振動数を測定するには、まず、測定器の誘導装置２，３により固有振動数測定装置１を被検体２７が溶接されたエルボ２９の位置まで誘導し、エルボ２９の外面と軸方向位置決め板２１及び周方向位置決め板２２が当たる状態にする。
【００２５】
その後、弁５を開状態とし、空気管７を通じて圧縮空気をエアシリンダー１２に供給することで、Ｏリング１３を潰し、Ｏリング１３の膨出により固有振動数測定装置１をエルボ２９に固定する。
【００２６】
測定器誘導装置３を回転させて歯車１４，１５を介してネジ溝付歯車１６を回転させる。ネジ溝付歯車１６の回転により主測定部２６に取付けられたネジ穴１９が移動するため、主測定部２６が被検体方向に移動する。
【００２７】
振動棒２５が被検体２７に接触し、スプリング１８が収縮して、被検体２７に荷重が負荷される。試験力の設定はリミットスイッチ１７の位置調整により行い、リミットスイッチ１７により検知した所で測定器誘導装置３の回転を止めることで、スプリング１８の収縮量を一定にし、一定の試験力を負荷する。
【００２８】
振動体２３に通電し、振動棒２５を振動させた後、振動体２３の通電を切り圧電素子
２４の信号を測定し、圧電素子２４の信号の周波数から振動棒２５の固有振動数を評価する。測定器誘導装置３を逆回転させて主測定部２６を測定器方向に移動させ、初期位置まで戻す。
【００２９】
弁５を閉状態とした後、弁６を開状態とすることで、エアシリンダー１２に供給された圧縮空気を抜き、Ｏリングの潰れを解除する。測定器の誘導装置２，３により固有振動数測定装置１を被検体２７が設置されているエルボ２９から取外し、固有振動数測定装置１を回収する。
【００３０】
以上の手順により、固有振動数測定装置１を用いて、水中環境下で遠隔操作により被検体２７の固有振動数を測定する。
【００３１】
つまり、本形態の固有振動数測定方法は、固有振動数測定装置１を用い、水中環境下で遠隔操作により被検体位置まで誘導した測定器を被検体との間隔を一定に保持した状態で固定し、振動棒を被検体方向に移動させて一定荷重で圧着し、振動棒を振動させて振動棒の固有振動数を測定するものである。このようにすることにより、き裂２８を検出することが可能となる。
【００３２】
なお、図１中の（ａ）は、初期状態を示すものであり、（ｂ）は測定時を示すものである。また、図２は、固有振動数の測定方法を説明する図である。
【実施例２】
【００３３】
本形態に係る水中環境下に存在する原子炉炉内構造物の固有振動数を測定する固有振動数測定装置及び固有振動数測定方法の他の実施例を説明する。
【００３４】
エルボ内に先端に平板が付いた丸棒が溶接された構造である散水用ノズルを構成する丸棒の固有振動数を原子炉圧力容器内で測定する例について図３を用いて説明する。
【００３５】
被検体２７の固有振動数を原子炉圧力容器内で測定する場合、測定器を被検体２７位置まで誘導する誘導装置及び誘導方法を除き、実施例１と同様の測定手順となる。
【００３６】
以下に、原子炉圧力容器内で被検体２７の固有振動数を測定する場合の固有振動数測定装置の誘導装置及び誘導方法の具体例を示す。
【００３７】
測定作業は、被検体２７位置の直上が開口部であるため、作業台車３０の上で行う。固有振動数測定装置１は、他端を作業台車３０に縛り付けたロープ３２に吊るされたＣＣＤカメラ３３により撮影した周辺状況をテレビモニター３６で確認し、障害物を回避しながら被検体２７位置まで誘導される。
【００３８】
このとき、空気管７，リミットスイッチ用導線８，振動体電源供給用導線９，圧電素子用導線１０は束ねられ、ケーブル処理装置３１により送り出す。
【００３９】
また、測定器誘導装置２，３には、組立て式延長ポール３５を用い、固有振動数測定装置１の移動と共に組立て式延長ポール３５の追加延長を行い、被検体２７位置まで誘導する。
【００４０】
その後、実施例１に示した手順で被検体２７が設置されているエルボに取付け、被検体２７の固有振動数を測定し、測定後に被検体２７が設置されているエルボから取外す。
【００４１】
固有振動数測定装置１の回収は、誘導時と同様にＣＣＤカメラ３３により撮影した周辺状況をテレビモニター３６で確認し、障害物を回避しながら回収する。このとき、空気管７，リミットスイッチ用導線８，振動体電源供給用導線９，圧電素子用導線１０は束ねられ、ケーブル処理装置３１により適時回収され、組立て式延長ポール３５も適時分解回収される。
【００４２】
なお、４は圧縮空気源、５，６は弁、１１は測定器制御及び計測装置である。また、
３４はＣＣＤカメラ用信号ケーブル、３７は水、３８は原子炉圧力容器、３９はシュラウドである。
【実施例３】
【００４３】
本形態に係る水中環境下に存在する原子炉炉内構造物の固有振動数の測定結果から構造物の欠陥有無を評価する例について図４を用いて説明する。
【００４４】
同一プラント内で被検体２７と構造及び材質が等しい類似箇所の測定結果に基づき評価する例について説明する。
【００４５】
まず、類似箇所の固有振動数を試験力，水温，水圧が等しい環境下で測定する。
【００４６】
次に固有振動数測定結果の平均値と標準偏差σを求め、固有振動数の判定基準を設定する。判定基準は、被検体２７にき裂２８が存在すると同じ構造でも固有振動数が低下することから、類似箇所の固有振動数測定結果の平均値から測定結果の標準偏差σのｎ倍（ｎは定数）を減じた固有振動数を判定基準とする。
【００４７】
更に、被検体２７と構造及び材質が等しいモックアップ試験体の測定結果に基づき評価する例について説明する。
【００４８】
まず、被検体２７と構造及び材質が等しいモックアップ試験体を作成し、これらに寸法の異なるき裂状欠陥を付与する。作成したモックアップ試験体の固有振動数を被検体２７と等しい環境下で測定し、き裂２８の寸法と固有振動数の関係を評価する。許容欠陥寸法における試験体の固有振動数から固有振動数の判定基準を設定する。
【００４９】
いずれの評価手法においても、判定基準未満の固有振動数が測定された場合、き裂ありとして不合格となり、補修取替えなどの処置がなされることになる。
【００５０】
特に、本形態の原子炉炉内構造物の欠陥評価方法は、構造及び材質の等しい構造物を同一の環境下で、固有振動数測定装置１を用い、遠隔操作により被検体位置まで誘導した測定器を被検体との間隔を一定に保持した状態で固定し、振動棒を被検体方向に移動させて一定荷重で圧着し、振動棒を振動させて振動棒の固有振動数を測定し、平均値及び標準偏差を求め、測定した固有振動数が平均値を標準偏差のｎ倍以上下回る場合を欠陥による固有振動数の低下と評価する。
【００５１】
図５は、この場合の固有振動数と度数との関係を示したものであり、平均値−ｎσ以下の領域を不合格と判定する。
【実施例４】
【００５２】
本形態に係る水中環境下に存在する原子炉炉内構造物の固有振動数の測定結果から構造物の硬さを評価する例について説明する。
【００５３】
原子炉圧力容器底部溶接部の硬さを測定する例について図６を用いて説明する。
【００５４】
原子炉圧力容器３８とスタブチューブ４１の溶接部４０の硬さを測定する場合、硬さ測定器４２を溶接部４０まで誘導する手段及び誘導する方法は、実施例２と同様の測定手順となる。
【００５５】
以下に、硬さ測定器４２を用いた溶接部４０の硬さ測定方法の具体例を示す。
【００５６】
溶接部４０に測定器４２が接触した後、測定器誘導装置３を回転させて歯車１４，１５を介してネジ溝付歯車１６を回転させる。ネジ溝付歯車１６の回転により主測定部２６に取付けられたネジ穴１９が移動するため、主測定部２６が溶接部４０方向に移動する。
【００５７】
振動棒２５の先端に取付けられた超合金球４３が溶接部４０に接触し、スプリング１８が収縮して、溶接部４０に荷重が負荷される。試験力の設定は、リミットスイッチ１７の位置調整により行い、リミットスイッチ１７により検知した所で測定器誘導装置３の回転を止めることで、スプリング１８の収縮量を一定にし、一定の試験力を負荷する。
【００５８】
このとき、試験力の負荷により溶接部４０の超合金球４３との接触面は塑性変形を生じる。振動体２３に通電し、振動棒２５を振動させた後、振動体２３の通電を切り圧電素子２４の信号を測定し、圧電素子２４の信号の周波数から振動棒２５の固有振動数を評価する。測定器誘導装置３を逆回転させて主測定部２６を測定器方向に移動させ、初期位置まで戻す。
【００５９】
試験力の負荷時の塑性変形により増加する超合金球４３との接触面積は、軟らかい材料ほど大きい。また、接触面積が大きい程、拘束が強くなり、固有振動数が大きくなる。このため、軟らかい材料ほど固有振動数が大きくなる。この特性は水中環境下でも成立するため、同一環境下で予め測定した硬さと固有振動数の関係から溶接部４０の硬さを評価できる。
【００６０】
原子炉炉内構造物の表面硬さ測定及び評価方法として、振動棒の被検体圧着面に超合金球を取付けた固有振動数測定装置１を用い、遠隔操作により被検体位置まで誘導した測定器を被検体との間隔を一定に保持した状態で固定し、振動棒を被検体方向に移動させて一定荷重で圧着し、振動棒を振動させて振動棒の固有振動数を測定し、測定した固有振動数，被検体のヤング率，振動棒の押付け荷重，超合金球の直径，水温，水圧を評価パラメータとして被検体表面の硬さを評価する。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
原子炉炉内構造物の健全性確認などに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】固有振動数測定器を説明する図。
【図２】固有振動数の測定方法を説明する図。
【図３】原子炉炉内構造物の固有振動数の測定方法を説明する図。
【図４】被検体の固有振動数から欠陥の有無を評価する方法を説明する図。
【図５】固有振動数と度数との関係を示す図。
【図６】原子炉炉内構造物の硬さの測定方法を説明する図。
【符号の説明】
【００６３】
１…固有振動数測定装置、２，３…測定器誘導装置、４…圧縮空気源、５，６…弁、７…空気管、８…リミットスイッチ用導線、９…振動体電源供給用導線、１０…圧電素子用導線、１１…測定器制御及び計測装置、１２…エアシリンダー、１３…Ｏリング、１４，１５…歯車、１６…ネジ溝付歯車、１７…リミットスイッチ、１８…スプリング、１９…ネジ穴、２０…一定荷重負荷手段、２１…軸方向位置決め板、２２…周方向位置決め板、２３…振動体、２４…圧電素子、２５…振動棒、２６…主測定部、２７…被検体、２８…き裂、２９…エルボ、３０…作業台車、３１…ケーブル処理装置、３２…ロープ、３３…ＣＣＤカメラ、３４…ＣＣＤカメラ用信号ケーブル、３５…組立て式延長ポール、３６…テレビモニター、３７…水、３８…原子炉圧力容器、３９…シュラウド、４０…溶接部、４１…スタブチューブ、４２…硬さ測定器、４３…超合金球。
【図１】
2005308557.tif 000003
【図２】
2005308557.tif 000004
【図３】
2005308557.tif 000005
【図４】
2005308557.tif 000006
【図５】
2005308557.tif 000007
【図６】
2005308557.tif 000008