(57)【要約】  単一のハウジング内に、複数のフェイズドアレイ振動子サブアセンブリが当該ハウジングの先導面に対して斜めの角度に、また、互いに斜めの角度に取り付けられ、各振動子が当該ハウジング内の複合ウェッジ上に異なる向きに取り付けられている、フェイズドアレイ超音波振動子組立体。
2017506742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の超音波プローブハウジング（１２）内に、複数のフェイズドアレイ振動子（２２、２４、２６）が、そのうち少なくとも２つ（２２、２６）がそれぞれ当該プローブハウジングの先導面（１８）に対して斜めの角度に、また、そのすべてが互いに斜めの角度に取り付けられ、当該フェイズドアレイ振動子の各々が当該ハウジング内の複合ウェッジ（３８）上に取り付けられている、フェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項２】
前記プローブハウジング（１２）が、検査対象の配管（３６）の表面に実質的にマッチする起伏面（１８）を有する、請求項１のフェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項３】
前記配管（３６）が沸騰水型原子炉のジェットポンプライザー管である、請求項２のフェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項４】
前記フェイズドアレイ振動子（２２、２４、２６）の各々の導体を結束した単一のケーブルアセンブリ（１６）が単一のポート（１４）を介して前記プローブハウジングの外に延びる、請求項１のフェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項５】
ジンバル用の１つ以上の取付け穴または取付け部（２０）を具備する、請求項１のフェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項６】
前記複数のフェイズドアレイ振動子アセンブリ（２２、２４、２６）が３つ以上のフェイズドアレイ振動子アセンブリから成る、請求項１のフェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項７】
前記先導面（１８）に対して斜めの角度に配置された前記少なくとも２つのフェイズドアレイ振動子アセンブリ（２２、２６）が実質的に互いに補角の関係で取り付けられている、請求項６のフェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項８】
前記第３のフェイズドアレイ振動子（２４）が溶接部表面（３４）に対して垂直になるように取り付けられている、請求項７のフェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項９】
前記第３のフェイズドアレイ振動子（２４）が、前記先導面（１８）に対して前記斜めの角度に取り付けられた前記少なくとも２つのフェイズドアレイ振動子（２２、２６）の間に取り付けられている、請求項８のフェイズドアレイ超音波振動子組立体（１０）。
【請求項１０】
沸騰水型原子炉のジェットポンプライザー管を検査する方法であって、当該原子炉は各々がライザーブレース等の１つ以上の溶接された固定具を有する１つ以上のジェットポンプライザー管（３６）を具備し、当該方法は、
１つ以上の超音波フェイズドアレイプローブ組立体（１０）を、当該プローブ組立体の先導面（１８）が検査対象の溶接部（３４）に隣接するように当該ライザー管（３６）の表面に隣接して位置決めし、
当該１つ以上の超音波フェイズドアレイプローブ（１０）によって当該ジェットポンプライザー管（３６）を走査することから成り、当該超音波フェイズドアレイプローブから射出される超音波ビームの走査範囲は、溶接止端部から配管に沿って延びる領域から成り、走査表面から少なくとも部分的に当該配管の反対側表面に向かって延び、
当該超音波フェイズドアレイプローブ組立体（１０）は、複合ウェッジ（３８）に取り付けられた少なくとも２つの独立したフェイズドアレイサブアセンブリ（２２、２４、２６）を含み、当該サブアセンブリは互いに斜めの角度に、また、当該プローブ組立体の当該先導面（１８）に対して斜めの角度に取り付けられることを特徴とする方法。
【請求項１１】
多数の角度で走査を行い、走査角度は、前記配管溶接部（３４）に対して軸方向および周方向の欠陥を検出できるものである、請求項１０の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年２月１７日に出願された「Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ＮＤＥ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｊｅｔ Ｐｕｍｐ Ｒｉｓｅｒ Ｗｅｌｄｓ ａｎｄ Ｗｅｌｄｅｄ Ａｔｔａｃｈｍｅｎｔｓ」と題する米国仮特許出願第６１／９４０，５８１号に基づく優先権を主張する。
【０００２】
本発明は概して非破壊検査用振動子に関し、具体的には、狭い空間内で構成機器を検査するためのフェイズドアレイ超音波振動子に関する。
【背景技術】
【０００３】
沸騰水型原子炉（ＢＷＲ）は、原子燃料の炉心を収容する原子炉圧力容器内で水を加熱して発生させた蒸気により蒸気タービンを駆動し、電力を発生させる。原子炉内の様々な構成機器および構造物は、構造健全性を評価し補修の必要性を判断するために定期的に検査される。超音波検査は、原子炉構成機器のひび割れを検知するための周知の技術である。ＢＷＲ等の原子炉内の多数の検査領域は、アクセス上の制約のため検査ツールによる評価が困難である。ＢＷＲのジェットポンプは、そのような構成機器の１つである。
【０００４】
ジェットポンプライザー管の溶接部は、ひび割れがないか定期的に検査される。ひび割れがあると、ジェットポンプのライザー管とエルボ管の構造健全性が低下する。しかし、ジェットポンプライザー管の溶接部にアクセスするのは容易なことではない。ジェットポンプライザー管の溶接部にアクセスできるのは、シュラウドの外側と原子炉圧力容器の内側との間の環状空間内の、互いに隣接するジェットポンプの間に限られる。管溶接部を走査できるのは、ジェットポンプのライザー管と、容器、シュラウドまたは溶接された固定具（ライザーブレースやリストレーナブラケットなど）との間の狭い空間内にさらに限られる。ジェットポンプライザー管組立体は、ライザー管に固定具を溶接する隅肉溶接部、またはエルボ管と管を溶接により一体化させる突合せ溶接部から成る。
【０００５】
溶接部および溶接部に隣接する熱影響部を含む溶接物（「溶接領域」とも称される）が超音波検査の対象である。ひび割れの方向は、周方向（溶接部に平行）と軸方向（溶接部に垂直）の２つに分類することができる。周方向および軸方向のひび割れを検出するための溶接領域の検査は、一般的に、振動子の回転を伴う走査を組み合わせて行うか、あるいは、溶接物の熱影響部を複数の方向（時計回り、反時計回り、および溶接部に垂直）について超音波ビームで調べるように配置された振動子の組み合わせにより行う。
【０００６】
超音波検査は、高周波数の音波を用いて被検査体の内部構造を探る方法である。超音波検査に使用する周波数は、人の可聴限度より数倍も高く、最も一般的に使用されている範囲は５００ｋＨｚ〜２０ＭＨｚである。高周波数の音波には指向性があり、鋼材媒体中を進む音波ビームは、別の媒体との境界（ひび割れや空隙など）に到達すると反射するため内部構造が分かる。
【０００７】
従来の溶接物超音波検査法は、一般的に、特定のウェッジ上に所定の角度の単一のビームを発生させて、媒体中を進ませる単一または２素子の圧電結晶振動子を使用する。溶接領域を様々な方向、角度で検査するには、複数のプローブ、あるいは、個々の振動子を回転させるための複雑な遠隔ツールが必要である。溶接部の検査に使用されるフェイズドアレイプローブは、必要とされる振動子の数が少なく、さらに重要な点として、行う必要のある振動子の操作が少ないという利点がある。フェイズドアレイ振動子には、１列または複数列のセンサ素子の各素子が個別に励振されて、第１の方向で掃引する、単一のビームまたは様々な角度（アレイ）の複数のビームが形成される単一の振動子組立体により多数の超音波ビームを発生できるという利点がある。一部のフェイズドアレイ方式では、フェイズドアレイ振動子を回転させずにビームを第２の方向で操作することができる。フェイズドアレイのビーム掃引・操作能力は、超音波操作システム、圧電素子の数、およびハウジング内の素子の配置によって決定される。
【０００８】
検査対象物の形状が複雑なために、あるいはその対象物へのアクセスに制限があるために、超音波検査法の使い勝手が悪いことがある。そのような場合、振動子に起伏面を設けることによって、振動子と検査対象機器との間の接触面の結合を高めることができる。振動子の操作に使用する自動化ツールに問題が生じることもある。具体的には、振動子と検査対象機器との間の接触を維持する問題である。振動子の平坦面と配管の凹面または凸面との間の接触を維持するのは容易でないことがある。結合が弱いと、欠陥の検出漏れや、検査要件を満たすデータ品質が得られない可能性がある。
【０００９】
さらに、沸騰水型原子炉等の原子炉の検査および補修では、一般的に、検査を完全なものにするための、複雑なツールによるフェイズドアレイ振動子の位置決めまたは移動が必要になることがある。発電所事業者は、放射線被ばくを減らし、費用とプラント運転停止の影響を軽減するために、マニピュレータの設置と取外しの回数を減らすことを望んでいる。一般的に、簡素なツールの方が信頼性が高いという利点があり、またツールを小型化すると、接近しにくい領域へのアクセスが可能になる。
【００１０】
したがって、比較的小型で簡素な新型のフェイズドアレイ超音波振動子組立体が望まれる。
【００１１】
さらに、少ない動きによりジェットポンプ溶接部を完全に検査できる振動子が望まれる。
【発明の概要】
【００１２】
上記およびその他の目的は、単一のハウジング内に、複数のフェイズドアレイ振動子サブアセンブリが当該ハウジングの先導面に対して斜めの角度に、また、互いに斜めの角度に取り付けられ、各振動子が当該ハウジング内の複合ウェッジ上に取り付けられている、フェイズドアレイ超音波振動子組立体によって達成される。当該ハウジングは、検査対象の配管の表面に実質的にマッチする起伏面を有するのが好ましい。当該フェイズドアレイ振動子の各々から延びる導体を結束した単一のケーブルアセンブリは、単一のポートを介して当該ハウジングの外に延びるのが望ましい。一実施態様において、当該ハウジングは、ジンバル固定具の１つ以上の取付け穴または肩部を有する。
【００１３】
本発明はさらに、各々がライザーブレース等の１つ以上の溶接された固定具を有する沸騰水型原子炉のジェットポンプライザー管を検査する方法を企図している。当該方法では、１つ以上の超音波フェイズドアレイプローブ組立体を、その先導面が検査対象の溶接部または溶接領域に隣接するように配管の表面に隣接して位置決めする。当該方法は次に、１つ以上の超音波フェイズドアレイプローブによって当該ジェットポンプライザー管を走査するが、その際、超音波ビームの走査領域は、溶接部から配管に沿って延びる領域から成り、走査表面から少なくとも部分的に当該配管の反対側表面に向かって延びている。当該超音波フェイズドアレイプローブ組立体は、複合ウェッジに取り付けられた少なくとも２つの独立したフェイズドアレイ振動子を含み、当該振動子は互いに斜めの角度に、また、当該プローブ組立体の先導面に対して斜めの角度に取り付けられている。走査角度は、当該プローブ組立体を回転させずに当該配管溶接部に対して軸方向および周方向の欠陥を検出できるものであるのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の詳細を、好ましい実施態様を例にとり、添付の図面を参照して以下に説明する。
【００１５】
【図１】本発明の一実施態様であるフェイズドアレイ超音波振動子組立体の概略図であり、素子の配置を示す。
【００１６】
【図２】図１の振動子組立体のハウジングを示す上部斜視図である。
【００１７】
【図３】図１の振動子組立体のハウジングの斜視図である。
【００１８】
【図４】検査対象の溶接部に隣接して配管上に配置された図１、２、３の振動子組立体の概略図である。
【００１９】
【図５】図４の振動子組立体の背面図であり、配管の曲率にマッチする振動子ハウジングの曲面を示している。
【００２０】
【図６】溶接部の上に配置された図１の振動子を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜６から分かるように、本発明のフェイズドアレイ振動子組立体１０は、沸騰水型原子炉のジェットポンプライザー管および関連のライザー管固定具の溶接部の超音波検査に使用する少なくとも２つの独立したフェイズドアレイ振動子を単一のハウジング１２内に収容する設計である。出力は協調させるがそれぞれ独立に制御される複数のフェイズドアレイ振動子サブアセンブリを、単一のハウジング内に位置および角度を違えて取り付ける利点は、複数のプローブを使用しなくても、向きが異なる様々な欠陥を検出できるようにしたことである。本発明によると、検査に必要なツール再構成の回数と、ツールおよび／またはプローブの数を最小限に抑えることができる。さらに、配管３６のように起伏のある表面を走査する場合、各サブアセンブリ内の振動子素子から検査対象領域までの音響経路を一定の距離に保つために、フェイズドアレイ振動子組立体１０に起伏のある表面１８を設ける必要がある。この必要性があるため、溶接部の検査に必要とされる特製の振動子ハウジングの数を最小限に抑えることが望まれる。さらに、フェイズドアレイサブアセンブリ２２、２４、２６には独特な配置と配向があるため、周辺領域の隣接する障害物を躱して溶接部への最大のアクセスを許容する、全体としてコンパクトなハウジング１２を作製することが可能である。ハウジング１２は、側壁と、それに対向する第２の側壁、端壁と、それに対向する面３８から成る。これらの側壁、端壁および対向面は、フェイズドアレイ振動子が取り付けられるハウジングキャビティ２８を画定する。
【００２２】
フェイズドアレイ振動子は、超音波ビームの操作または掃引能力のパラメータを規定するフェイズドアレイサブアセンブリと呼ばれる１列または複数列の素子を含む。フェイズドアレイ振動子のハウジングは、一般的に、個別のウェッジに取り付けられたフェイズドアレイサブアセンブリを収容し、それらは、典型的には互いに結束して機能することにより所望のビームを発生させる。フェイズドアレイ超音波振動子の動作に関しては、米国特許第４，１４９，４２０号および第５，５６３，３４６号により詳細な説明がある。本発明の新規なプローブ組立体１０は、ハウジング内で異なる向きに配置された個別のウェッジ３８上に取り付けられて、それぞれ独立した振動子として機能するフェイズドアレイサブアセンブリ２２、２４、２６を使用し、複数ウェッジの組み合わせに依存することなく所望の超音波ビームを発生させる。別の方法として、個々のウェッジ面がフェイズドアレイサブアセンブリを適切な位置で配向するように機械加工された単片の材料に取り付けることができる。
【００２３】
振動子のそれぞれ独立した導体を結束した共同ケーブル１６は、ハウジング１２の単一のポート１４を貫通する。ポート１４は、振動子のフェイスまたは正面を溶接止端部またはその付近に位置決めする上で妨げにならない場所に設けられる。振動子１０のフェイスまたは正面１８を溶接止端部またはその付近に位置決めできるように、ハウジング１２の各側面にジンバル装置用のショルダーマウント２０を設けてもよい。ジェットポンプ配管３６の表面に接触するハウジングのフェイス１８は、図５から分かるように、配管との結合が最大になるように起伏が設けられている。
【００２４】
ハウジングキャビティ２８内の各振動子２２、２４、２６は、１つ以上の超音波ビームを発生するように１つ以上の複合ウェッジ３８上に固定されている。ウェッジ３８は、アレイの素子がそれぞれ検査表面に対して異なる高さに固定されるように振動子アレイの検査表面に対する角度を設定する手段を提供する。
【００２５】
本発明の振動子は、少なくとも２つのフェイズドアレイアセンブリが振動子ハウジング１２の先導面１８に対して斜めの角度に、また、互いに斜めの角度に取り付けられたものである。好ましい一実施態様では、単一のハウジング１２に３つのフェイズドアレイ振動子２２、２４、２６が含まれている。中央の振動子２４およびそれに対応するウェッジは、主要なまたは中央の超音波ビームの方向がハウジング１２の先導面１８に垂直な面内になるよう取り付けられる。中央の振動子２４の時計回り側と反時計回り側に取り付けられた２つの振動子２２、２６は、その主要なまたは中央の超音波ビームがハウジング１２の先導面１８に垂直な面に対して斜めで、約９０度（ほぼ補角）離れた角度で互いに遠ざかる方向に進むようにハウジング内に配置される。単一のハウジング１２内に、例えば２つ、４つまたはそれを超える数のそれぞれ独立した振動子を設けた別の構成を用いることができるが、これは本発明の概念から逸脱しないと考えられる。さらに、中央アレイ以外のアレイが先導面に垂直になるように、各アレイを別の配置にしてもよい。
【００２６】
図４は、溶接領域（すなわち溶接物３４と熱影響部３０）に隣接して配置されたフェイズドアレイ振動子組立体１０を示す。溶接領域の両側には配管３６の母材３２が示されている。図５は、前述のように、振動子組立体１０の正面１８が配管３６の曲率にマッチしていることを示す。図６は、図１に示す振動子組立体１０が配管３６に隣接した状態を示す。
【００２７】
本発明の特定の実施態様について詳しく説明してきたが、当業者は、本開示書全体の教示するところに照らして、これら詳述した実施態様に対する種々の変更および代替への展開が可能である。したがって、ここに開示した特定の実施態様は説明目的だけのものであり、本発明の範囲を何らも制約せず、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲に記載の全範囲およびその全ての均等物である。
【図１】
2017506742.tif 000003
【図２】
2017506742.tif 000004
【図３】
2017506742.tif 000005
【図４】
2017506742.tif 000006
【図５】
2017506742.tif 000007
【図６】
2017506742.tif 000008
【国際調査報告】
2017506742.tif 000009
2017506742.tif 000010