(57)【要約】【課題】複数プローブ法を用いて電位差法計測を行う方法において、構造物または試験体の表面に存在するき裂がＳＣＣ等により微小な形状変化を示すような場合に対して、少ない個数のプローブで精度よくき裂形状変化を検出することを可能とする。【解決手段】金属材料に直流電流を付与し、そのときに生じる金属材料の電位差を測定して、当該金属材料に生じるき裂の形状を予測する構造物の欠陥評価法であって、き裂幅を求める際に、き裂幅の中心を挟む二つの電位差比分布として設定し、それぞれの電位差比分布からき裂幅ｃ１，ｃ２を求め、両電位差比分布の対比に基づいて欠陥を評価する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料に直流電流を付与し、そのときに生じる前記金属材料の電位差を測定して、当該金属材料に生じるき裂の形状を予測する構造物の欠陥評価法であって、
き裂が生じている金属材料表面の電位差の分布および電位分布解析結果から求めたデータベースに基づいてき裂の形状を予測し、同一金属材料の組合せで予め測定したき裂が無い場合の電位差で無次元化した電位差比の分布と電位分布解析結果から求めたデータベースとから、前記き裂の形状を予測し、前記電位差比を、き裂幅の中心位置を挟む電位差比による電位差比分布の最大値として、０から１まで変化する値として求め、その値と電位分布解析結果から求めたデータベースに基づいてき裂の形状を予測するとともに、０から１まで変化をする分布を求め、その分布と前記電位分布解析結果から作成したデータベースからき裂幅を求め、さらに求めたき裂幅と電位差比の最大値からき裂深さを求める欠陥評価方法において、
前記き裂幅を求める際に、き裂幅の中心を挟む二つの電位差比分布として設定し、それぞれの電位差比分布からき裂幅を求め、前記両電位差比分布の対比に基づいて欠陥を評価することを特徴とする構造物の欠陥評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥評価方法において、き裂幅を求める際に、予め電位分布解析から求めた特定位置の電位差分布と、き裂幅との関係から当該き裂分布を求める構造物の欠陥評価方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の欠陥評価方法において、き裂形状の予測を時間の経過と共に求める際に、き裂幅またはき裂深さの予測結果が直前の時間の予測結果より小さく予測された場合に、直前の時間の予測結果と同じ値に前記金属材料のき裂形状を設定する構造物の欠陥評価方法。
【請求項４】
請求項３記載の欠陥評価方法において、予測したき裂深さが直前の時間の予測結果より小さい場合に、き裂深さを直前の時間と同じ値に置き換えて、そのき裂深さと電位差比の最大値からき裂幅を再度予測することを特徴とする構造物の欠陥評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は原子炉容器、例えば沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の炉内構造物等に発生するき裂等の欠陥を評価する構造物の欠陥評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
沸騰水型原子力プラント等の原子炉一次系水に接する原子炉圧力容器の炉内構造物や、原子炉一次系配管などの構造物においては、高温水という使用環境に晒されて応力腐食割れ（ＳＣＣ）を発生する可能性がある。
【０００３】
万一、原子炉圧力容器の炉内構造物や、原子炉一次系配管などの構造物にＳＣＣ等によるき裂が発生した場合には、その構造健全性を評価するために、き裂の進展寿命を精度良く計測し、寿命予測を行う必要がある。
【０００４】
そこで、従来では使用環境を模擬した環境条件下において、破壊力学型試験片や配管形状の試験体を用いてき裂進展特性評価試験を実施し、対象材料のＳＣＣによるき裂進展特性データを採取している。
【０００５】
上記構造物にき裂が発生、進展する場合には、構造物表面に表面き裂の状態で形成されるため、このような形状のき裂が進展する際の形状変化を精度良く計測する必要がある。
【０００６】
平板状試験体の表面き裂に対する電位差法によるき裂形状の簡易評価方法に関しては、電位差法による計測電位差から電位差比を求め、解析結果に基づいて別途作成したき裂長さと電位差比の関係を示すマスターカーブの関係からき裂深さ、き裂の表面長さを決定する方法（特許文献１参照）が提案されている。
【０００７】
また、電位差比の分布からき裂長さを求め、き裂深さを決定する方法（特許文献２参照）、さらに、解析結果から応答曲面を作成して、電位差の測定結果と解析結果との差が最も小さいき裂長さと、き裂深さとの組合せを求める方法（特許文献３参照）等も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３００６９８号公報
【特許文献２】特公平７−６９３６号公報
【特許文献３】特開２００８−２０３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
構造物表面に発生するＳＣＣによるき裂は一般的に半楕円形状であり、また、ＳＣＣによる進展では疲労などと異なり、き裂の進展量が少ない場合が多い。
【００１０】
上述の従来技術では、試験体表面の半楕円形状のき裂が板厚方向に同様な形状で大きく変化していく状態に対する電位差法によるき裂形状検出方法が示されているものの、ＳＣＣ進展のような微小な形状変化を精度良く計測する手段および方法については知られていない。
【００１１】
また、電位差や電位差比の分布を得るためには、試験体に多数のプローブを取付けて測定を行う必要があった。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、複数プローブ法を用いる電位差法計測方法において、構造物または試験体の表面に存在するき裂がＳＣＣ等による微小な形状変化を示すような場合であっても、少ない個数のプローブの適用により、き裂形状変化を精度良く検出してき裂形状計測を行うことができる構造物の欠陥評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、金属材料に直流電流を付与し、そのときに生じる前記金属材料の電位差を測定して、当該金属材料に生じるき裂の形状を予測する構造物の欠陥評価方法であって、き裂が生じている金属材料表面の電位差の分布および電位分布解析結果から求めたデータベースに基づいてき裂の形状を予測し、同一金属材料の組合せで予め測定したき裂が無い場合の電位差で無次元化した電位差比の分布と電位分布解析結果から求めたデータベースとから、前記き裂の形状を予測し、前記電位差比を、き裂幅の中心位置を挟む電位差比による電位差比分布の最大値として、０から１まで変化する値として求め、その求める値と電位分布解析結果から求めたデータベースに基づいてき裂の形状を予測するとともに、０から１まで変化をする分布を求め、その分布と前記電位分布解析結果から作成したデータベースからき裂幅を求め、さらに求めたき裂幅と電位差比の最大値からき裂深さを求める構造物の欠陥評価方法において、前記き裂幅を求める際に、き裂幅の中心を挟む二つの電位差比分布として設定し、それぞれの電位差比分布からき裂幅を求め、前記両電位差比分布の対比に基づいて欠陥を評価することを特徴とする構造物の欠陥評価方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る構造物の欠陥評価方法によれば、複数プローブ法を用いて電位差法計測を行う方法において、構造物または試験体の表面に存在するき裂がＳＣＣ等により微小な形状変化を示すような場合に対して、少ない個数のプローブの適用により、き裂形状変化を精度良くかつ簡易に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態による構造物の欠陥評価方法のき裂形状予測時における手順を示すフローチャート。
【図２】図１に示したき裂形状予測時における電位差計測プローブ位置を説明するための模式図。
【図３】前記実施形態による欠陥評価時における電位差計測のための計測システムを示す構成図。
【図４】（ａ）は前記実施形態による欠陥評価方法の電位差計測時におけるき裂と同一表面での計測状態を示す模式図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図５】（ａ）は前記実施形態による欠陥評価方法の参照用電位差計測プローブを設置した場合の計測状態を示す模式図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図６】前記実施形態による欠陥評価方法の電位差計測における電位差分布を示す模式図。
【図７】前記実施形態による欠陥評価方法の電位差計測における電位差比分布を示す模式図。
【図８】前記実施形態による欠陥評価方法の電位差計測における中心から離れた位置の電位分布解析結果から求めたき裂幅ｃと、き裂中心からの距離が「ｃ´」の位置のき裂幅ｃと、式［（（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ−１）］との関係を電位解析により求めた結果を示す模式図。
【図９】前記実施形態による欠陥評価方法の説明図であり、電位差法計測におけるき裂中心Ａ０からの距離がｃ´の位置ｃのき裂幅と、式［（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ−１）］の関係を電位分布解析結果から求めた模式図。
【図１０】前記実施形態による欠陥評価方法の電位差法計測におけるき裂幅［ｃ１，ｃ２および２ｃ（＝ｃ１＋ｃ２）］の導出結果例を示す図。
【図１１】前記実施形態による欠陥評価方法の説明図であり、電位差法計測における電位分布解析結果から求めたき裂幅が式［ｃａとｃｂの場合のＶ／Ｖ０）ｍａｘ］とき裂深さ（ａ）との関係を示す模式図。
【図１２】前記実施形態による欠陥評価方法の説明図であり、電位差法計測におけるき裂幅（２ｃ）とき裂深さ（ａ）の導出結果の例を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る構造物の欠陥評価方法の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は、構造物の欠陥評価方法のき裂形状予測時における手順を概略的に示すフローチャートである。
【００１８】
この図１に示すように、本実施形態による欠陥評価方法では、欠陥評価の主要工程として、下記のステップＳ１〜Ｓ８により欠陥の評価を実施する。
【００１９】
まず、初期段階において、構造物または試験体の表面にき裂がない場合の電位差（Ｖ０）の分布を測定しておく（Ｓ１）。
【００２０】
次に、構造物または試験体の表面にき裂がある場合には、電位差（Ｖ）の分布を測定する（Ｓ２）。
【００２１】
そして、き裂がない場合の電位差（Ｖ０）と、き裂がある場合の電位差（Ｖ）である電位差比（Ｖ／Ｖ０）の分布を導出し、無次元化する（Ｓ３）。
【００２２】
点検時にき裂が発生しているか否かの判断について欠陥評価を実施する時点で金属材料に直流電流を付与し、そのときに生じる金属材料の電位差（Ｖ）を測定する。
【００２３】
次に、き裂が生じている金属材料表面の電位差（Ｖ）の分布および電位分布解析を行って、その結果から求めたデータベースに基づいてき裂形状を予測する。そして、このき裂形状予測を行う場合に、同一金属材料の組合せで予め測定したき裂が無い場合の電位差（Ｖ０）で無次元化した電位差比（Ｖ／Ｖ０）の分布と、電位分布解析結果から求めたデータベースとから、き裂の形状を予測する。
【００２４】
すなわち、き裂幅の中心位置Ａ０を挟む電位差比を電位差比分布の最大値（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ）とし、前記電位差比（Ｖ／Ｖ０）を、０から１まで変化をする（（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ）−１）（以下、０から１の間で変化する整理電位差比という）として求め、その分布と電位分布解析結果から求めたデータベースからき裂の形状を導出する（Ｓ４）。
【００２５】
そして、特定位置ｘのき裂幅ｃと（（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ）−１）の関係を解析で導出する近似式を作成しておく（Ｓ５）。
【００２６】
また、０から１まで変化をする（（（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ）−１）の分布を求め、その分布と電位分布解析結果から作成したデータベースから、き裂幅ｃを導出する（Ｓ６）。
【００２７】
さらに、き裂幅ｃ、き裂深さａと（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘの関係を解析で導出して、近似式を作成し（Ｓ７）、求めたき裂幅ｃと電位差比の最大値（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ）からき裂深さａを導出する（Ｓ８）。
【００２８】
すなわち、前記全き裂幅（２ｃ：ｃ１＋ｃ２）を求める際に、前記き裂幅の中心Ａ０を挟んで左右二つの電位差比分布として設定し、それぞれの電位差比分布から一方および他方の半き裂幅（ｃ１）と（ｃ２）を求める。
【００２９】
このように、本実施形態では、金属材料に直流電流を付与し、そのときに生じる金属材料の電位差を測定して、この金属材料に生じるき裂の形状を予測する欠陥評価法であって、き裂が生じている金属材料表面の電位差（Ｖ）の分布および電位分布解析結果から求めたデータベースに基づいてき裂の形状を予測し、同一金属材料の組合せで予め測定したき裂が無い場合の電位差（Ｖ０）で無次元化した電位差比（Ｖ／Ｖ０）の分布と電位分布解析結果から求めたデータベースとから、き裂の形状を予測し、電位差比（Ｖ／Ｖ０）を、き裂幅の中心位置を挟む電位差比を電位差比分布の最大値（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘとして、０から１まで変化をする（（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ）−１）として求め、その分布と電位分布解析結果から求めたデータベースからき裂の形状を予測するとともに、０から１まで変化をする（（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ）−１）の分布を求め、その分布と電位分布解析結果から作成したデータベースから全き裂幅（２ｃ）を求める。さらに求めた全き裂幅（２ｃ）と電位差比の最大値（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘからき裂深さ（ａ）を求める構造物の欠陥評価方法において、全き裂幅（２ｃ：ｃ１＋ｃ２）を求める際に、き裂幅の中心Ａ０を挟んで左右二つの電位差比分布を設定し、それぞれの電位差比分布から全き裂幅２ｃ（ｃ１＋ｃ２）を求めて欠陥を評価するものである。
【００３０】
図２は、き裂形状および電位差計測プローブ位置を模式図として示す断面図である。
【００３１】
この図２においては、き裂幅２ｃｎ、き裂深さａｎの半楕円形状をしている表面き裂１を有する板厚ｔの試験体２の板厚方向断面を示している。
【００３２】
図２に示すように、試験体２には、この試験体２に発生している全き裂幅２ｃｎの方向に沿って、電位差計測プローブＡ０〜Ａ３およびＡ１´〜Ａ３´を所定の間隔をあけて取付け、電位差Ｅ０〜Ｅ３およびＥ１´〜Ｅ３´を側定する。
【００３３】
図３は、電位差を計測するために適用する計測システム３の一例を示す構成図である。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態の計測システム３は電位差計４、直流電源５、電流交番用スイッチ６およびデータ収集・制御装置７からなり、データ収集・制御装置７によって制御を行い、直流電源５からの直流電流を電流交番用スイッチ６で電流のプラスとマイナスとを入れ替え、電流印加線１１により試験体２に直流電流を付与する。
【００３５】
そして、直流電流を付与したときの電位差を、試験体２に存在する表面き裂１を挟むように配置した電位差計測用プローブ８と電位差計４とによって測定し、この測定した電位差データをデータ収集・制御装置７によりデータ収集する。
【００３６】
データ収集・制御装置７には、電位差データからき裂の大きさを求めるプログラムが入力してある場合と入力していない場合とがある。プログラムが入力してある場合には、図３に示したデータ収集・制御装置７により、全き裂幅２ｃｎおよびき裂深さａｎを求め、またプログラムの入力がない場合には、収集したデータを他の計算機等で処理し、全き裂幅２ｃｎと、き裂深さａｎを求める。
【００３７】
図４（ａ），（ｂ）は本実施形態の電位差計測における、表面き裂１と同一表面での計測状態を示す説明図であり、図４（ａ）は試験体２を配置した状態を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【００３８】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、き裂面に配置した１対の電位差計測用プローブ８，８は表面き裂１を挟む配置としてあり、これらプローブ８，８の両側に配置したき裂面から同一の距離になるように複数個を設置する。
【００３９】
また、電流印加プローブ１０はき裂面からの距離が電位差計測用プローブ８よりも離れた位置に配置し、電流印加線１１により試験体２に電流を付与する。
【００４０】
図５（ａ），（ｂ）は、本実施形態の電位差計測における、き裂がない場合の参照用電位差計測プローブ１２を設置した場合の計測状態を示す模式図である。
【００４１】
図５に示すように、き裂がない場所に参照用電位差計測プローブ１２と電位差計測線９と参照用電流印加プローブ１３と電流印加線１１とを設置する。そして、き裂がない場合の参照用の電位差分布Ｖ０を求める。なお、測定環境の温度に関しては、少なくともき裂の電位差を測定する温度と同一とする。
【００４２】
また、参照用電位差計測プローブ１２と参照用電流印加プローブ１３の距離と間隔は、電位差計測用プローブ８と電流印加プローブ１０の距離、間隔と同じになるように配置する。
【００４３】
次に電位差データの処理方法について説明する。
【００４４】
図６は、欠陥評価方法の電位差計測における電位差分布を示す模式図である。
【００４５】
この図６には、上述した計測システムとプローブとによる電位差の測定結果を示しており、き裂中心からの距離に対する電位差分布の模式図として示している。
【００４６】
図６において、符号Ｖ０は参照用電位差計測プローブ１２で測定したき裂がない場合の電位差分布曲線であり、符号Ｖ１，Ｖ２およびＶ３は、電位差計測プローブ８で計測したき裂がある場合の電位差分布曲線である。
【００４７】
この図６に示すように、試験体２にき裂がない場合の電位差分布（曲線）Ｖ０については、試験体への通電に対して特に障害等が生じることがなく、通電される通電範囲（面積）が広い状態となっており、通電電流に対する抵抗値は小さい値に留まるため、通電時に供給される電流の電位差Ｖは低い。
【００４８】
一方、試験体２にき裂がある場合の電位差分布（曲線）Ｖ１、Ｖ２およびＶ３については、試験体２への通電時に、き裂部分において通電範囲（面積）がき裂の形状や深さに伴って狭くなるため狭い通電（面積）範囲での通電となり、通電時における電気抵抗等が拡大することによって電位差Ｖが高くなる。
【００４９】
図７は、き裂がない場合の電位差分布（曲線）Ｖ０とき裂がある場合の電位差分布（曲線）Ｖ（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）の電位差比Ｖ／Ｖ０の分布を無次元化して示す図である。この図７に示すように、電位差を測定した時期の順番はＶ１、Ｖ２およびＶ３であり、き裂の大きさはＶ１が最も小さく、Ｖ３が最も大きい。
【００５０】
なお、き裂がない場合の電圧Ｖ０を測定することにより、図７に示すように、き裂が発生した場合におけるそれぞれの電位差Ｖ１、Ｖ２およびＶ３をき裂のない場合の電圧Ｖ０で除して、無時限化することで、材料の電気抵抗が不明な場合にも測定が可能になる。
【００５１】
図８は、図７に示した無次元化した電位差比Ｖ／Ｖ０の分布（無次元化電位差比分布）を、電位差比が最大値を示しているき裂幅中心Ａ０の値を１として、「０」と「１」との間で分布するように整理した（整理電位差比）分布である。
【００５２】
図７に示すように、無次元化した電位差比分布の場合には、無次元化電位差比［Ｖ１／Ｖ０，Ｖ２／Ｖ０，Ｖ３／Ｖ０］として示したように、分布形状および値が、き裂形状の大きさであるき裂幅とき裂深さとの違いの影響を受けることが分る。これに対し、図８に示したように「０」と「１」の間で分布するＶ１〜Ｖ３について整理すると、整理電位差比分布に対するき裂深さの影響が小さくなり、き裂幅に依存する分布となる。
【００５３】
すなわち、種々の形状の電位解析をして、図８に示したようにデータを整理した結果、き裂深さが異なっても、き裂の幅が同じであれば、同じ電位差比分布になるという解析結果が得られた。この結果から、図８のように整理すれば、整理電位差比分布はき裂の幅だけで変わってくるので、図８に基いてき裂の幅を求めることができる。
【００５４】
さらに、図９は、電位計測におけるき裂中心位置Ａ０から左方にｃ´離れた位置ｃの電位差分布結果から求めた左方のき裂幅ｃｎと、（（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ−１）分布を示す模式図である。
【００５５】
この図９には、き裂中心Ａ０からの距離が「ｃ´」の位置ｃのき裂幅ｃｎと、下記の式（１）の関係を電位解析から求めた結果を示している。  
（（Ｖ／Ｖ０）−１）／（（Ｖ／Ｖ０）ｍａｘ−１）    ……（１）
【００５６】
なお、図８に示した分布形状については、き裂中心Ａ０に対して左右対称ではないため、き裂中心Ａ０からの距離が「ｃ´」であるき裂中心Ａ０から例えば左側３つ目のｃの値と、図９に示した分布形状から、き裂幅ｃｎを求めた。
【００５７】
図１０は、欠陥評価方法の電位差法計測における全き裂幅２ｃ（ｃ１＋ｃ２）の導出結果例を示している。
【００５８】
この図１０には、図８左部に示した分布から求めた単き裂幅ｃ１と、図８の右部に示した分布から求めた単き裂幅ｃ２と、これら２つの和である全き裂幅２ｃ（ｃ１＋ｃ２）の時間変化を示している。
【００５９】
次に、このような単き裂幅ｃ１，ｃ２に基づいて、全き裂幅２ｃの半分ｃａ，ｃｂと下記の式（２）からき裂深さａを求める。  
Ｖ／Ｖ０ｍａｘ          ……（２）
【００６０】
図１１は、全き裂幅の半分がｃａおよびｃｂである場合における、Ｖ／Ｖ０ｍａｘと、き裂深さａとの関係を示す図であり、電位解析結果から求めた図である。
【００６１】
この図１１に示したように、図１０に対応する上記の式（２）で求めた全き裂幅２ｃの半分がｃａとｃｂとの間の値である場合には、上記の式「Ｖ／Ｖ０ｍａｘ」の値から、全き裂幅の半分ｃａおよびｃｂに値するき裂深さａを求めて、「ｃａ」、「ｃｂ」に対するき裂深さの値と、全き裂幅２ｃの半分ｃａ，ｃｂの値から内挿によりき裂深さを求める。
【００６２】
図１２は、上述した予測方法で測定時期に対するき裂寸法（全き裂幅２ｃとき裂深さａ）の変化を示している。
【００６３】
この図１２に示すように、本実施形態では今回求めた試験体の実際のき裂寸法（き裂のの大きさ）を試験体の断面観察結果から求めており、実際のき裂の大きさで補正を行った。
【００６４】
以上のように、本実施形態の欠陥評価方法によれば、複数プローブ法を用いて電位差法計測を行う方法において、構造物または試験体の表面に存在するき裂がＳＣＣ等により微小な形状変化を示すような場合に対して、少ない個数のプローブで精度良く、かつ簡易にき裂形状変化を検出することが可能となる。
【００６５】
なお、本発明は沸騰水型原子炉以外の型式の原子炉容器内の構造物等に発生するき裂等の欠陥を評価する欠陥評価方法についても適用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１…表面き裂、２…試験体、２ｃ…き裂幅、３…計測システム、４…電位差計、５…直流電源、６…電流交番用スイッチ、７…データ収集・制御装置、８…電位差計測用プローブ、９…電位差計測線、１０…電流印加プローブ、１１…電流印加線、１２…参照用電位差計測プローブ、１３…参照用電流印加プローブ。
【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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