JPS6020683B2 - 超音波寸法測定装置の較正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は超音波寸法測定装置の鮫正万法に関する。

近時、各種管の全長にわたる内外径および肉厚の自動測
定は、超音波寸法測定装置を用いることによって便利に
行われるようになってきた。

超音波寸法測定装置は、たとえば次のように構成されて
いる。すなわち、第１図および第２図に示すように、水
の入った糟２の前後壁３ａ，３ｂには被測定管（以下、
単に「管」という）１送り込み、送り出し用の入口４ａ
と出口４ｂとが設けられ、これら出入口４ａ，４ｂ‘ま
管１の移動を妨げないようにして水の漏出を防止し得る
適宜の封止機構５ａ，５ｂによって閉封されている。管
１は糟２の前後に設けられたスパイラル送りローフ６・
・・によって鮫心廻りに回転しつつ鞠心方向に送られる
ようになっている。糟２は水温測定用温度検出子７や水
循環ノズル８等、槽内の水温を均一かつ一定に保つため
の器具を備えるほか、管１の移動路両側に測定用探触子
９ａ，９ｂ、その上方両側にスラグ１０ａと水温保償用
探触子１０ｂとを備えている。そして、測定用探触子９
ａ，ｇｂの発する超音波が管１の表面に垂直に入射する
と、表面エコーＳ，，Ｓ２と底面エコーＢ，，Ｂ，２，
Ｂ，３…およびＢ幻，＆２，＆３・・・が生じる。

表面エコーＳ，，Ｓ２は入射波が管１の表面で反射され
て生じるものであり、底面エコーＢ，．，Ｂ２，Ｂ３・
・・および＆，，Ｂ２２，Ｂ２３・・・は、管１の肉内
に入った入射波が管１の内周面で反射されて生じるもの
である。測定用探触子ｇａの側の発振パルス○，と表面
エコーＳ，との間の時間間隔によって探触子９ａと管１
との間の距離Ｗ．が求まり、第１の底面エコーＢ．，と
と第２の底面エコーＢ，２との間の時間間隔によって管
１のこの側の肉厚Ｔ，が求まる。測定用探触子９ｂの側
からも、同様にして、探触子９ｂと管１との間の距離Ｗ
２と管１のこの側の肉厚Ｔ２が求まる。探触子間隔に相
当する定数Ｃとすると、管１の外径○Ｄ、肉厚ＷＴ、内
蚤ＩＤはそれぞれ、ＯＤ−（Ｗ，十Ｗ２）ＷＴ＝Ｔ， ＩＤ＝ＯＤ−（Ｔ，十Ｔ２） として求められる。

本装置は上記原理に基づいて寸法測定をするので水温変
化に極めて鋭敏である。

そのため、水温が水槽内全体にわたって均一に保たれる
ように、水循環ノズル則こよって水を循環させるととも
に、水温が変化しても定数Ｃが一定になるように水温保
横用探触子軍ｏｂによって、自動的に補正するようにし
ている。ところで、原子炉用ジルカロィ燃料管のように
極めて厳しい寸法精度が要求されるような管の寸法測定
を行なうためには「測定装置鮫正用テストピースの寸法
精度も高くなければならないが「単に鮫正用テストピー
スの寸法精度を高めるということだけでなく、テストピ
ースの材料の選定および加工条件の設定にも十分配慮す
ることが極めて重要である。

すなわち「テストピースの組成、加工度、Ｑ値、熱処理
条件等が被測定物と異なることにより、超音波の音速が
異なり測定結果に誤差を生じることになる。このため、
現在超音波の寸法測定装置の鮫正方法は「少なくともテ
ストピースは管等被測定物と組成を同じくする材料を用
い、前記被測定物の加工条件のうち少なくとも加工度、
Ｑ値と熱処理条件とを同じくするようにして加工したも
のという限定条件でのテストピースによって鮫正を行な
っている。

しかしながら、実際の寸法測定作業においてテストピー
スと被測定物とが全く同じ組成、粒度、加工度のものを
得ることは、非常に困難である。

たとえば、一般に超音波寸法測定を行なう鮫正用テスト
ピースは、規格に定まった公差の上限用と下限用の標準
部がある。この上限用、下限用の標準部を製作するため
には「テストピースの原管となる素材は、前記上限用の
標準部寸法より大きな寸法をもつものでなければならな
い。故に前記鮫正用テストピースの標準部と規格上限、
下限公差内に納まっているべき被測定物との間には、当
然加工条件が異なり加工度が異なる。従来この加工度の
差異が寸法指示値に与える程度を定量的に求めることが
できなかった。

そして従来は、テストピースと被測定物の集合組織を×
線による正反射極点図法により定性的に判定していた。
本発明は、上述のごとくテストピースと被測定物の加工
度の差異による寸法指示値差が生ずると考えられる場合
に、テストピースと被測定物の定量的差異を判定し「そ
の結果補正して鮫正を行なう鮫正法に関するものである
。

その具体的方法としては、少なくとも鮫正用テストピー
スの標準部は、被測定物と同一〆値である材料を用いる
かまたは、同一〆値でない場合でも鮫正用テストピース
と被測定物のナ値の偏差に相当した寸法測定指示値差を
補正して鮫正を行なう方法である。発明者らの研究した
ところによれば、集合組織の定量的な解析法としてト近
時導入されるようになってきた〆値と超音波音速すなわ
ち寸法指示値差との間に密接な関係があることがわかっ
た。ｆ値とは、第３図に示すように被測定物１１の結晶
方位があると考えている方向本発明に関してはｒ方向に
平行に配列している全給晶に対する結晶の割合を表わし
たものであり、その程度は下式に示す。〆＝」客上多Ｋ
凶？）Ｓｉｎｏｃｏｓ２ ぬｄび少ノ多′毒九１（Ｑ，
〇畑ｎ◇ｄＱｄ〇．・−‐‐。

｛１）｛１｝式中１（Ｑ，？）：額斜角Ｑ，ＣＩこおけ
るＸ線強度ここで｛１’式で求めたナ値と超音波音速（
寸法測定指示値）の関係を述べる。

たとえばジルコニュームを主成分とするジルカロィ原子
燃料被覆管篭２のように鋼密六方晶１３から構成されて
いるものは、第４図に示すごとく（０００２）面垂直方
向（ｃ軸方向）の懐斜角８で音速が最も遠くｃ軸方向か
ら傾斜が倒れるにつれてしだいに音速は遅くなる。従っ
て超音波音速（寸法測定指示値）はｃ軸方向への集合度
つまり単結晶の集積濃度を表わす集合組織によって変動
することになる。例えば第７図に示す極点図で判断する
とジルカロィ被覆管の（０００２）面の集積濃度は、８
＝３０ｏ付近で最大となり、この付近を通過する音速は
最も速くなる。次に第５図は、厚さ１仇奴のジルカロィ
についてのナ値と超音波音速（寸法測定指示値）の関係
を示したものである。

第５図において横軸のナ値は、超音波の照射方向に（０
００２）の結晶面がどの程度の割合で向いているかを定
量的に表わしたものであり、たて軸は超音波寸法測定指
示値を示す。たとえば「値が０．５５の場合寸法測定指
示値は、１０．０物帆となり〆値が０．４５の場合寸法
測定指示値はト１０．１０肋となる。すなわち、この付
近のナ値が０．１変化すれば寸法指示値は１％変化する
。一般にジルカロィ原子燃料被覆管の場合管表面の（０
００２）に関する〆値は、０．６±０．０５程度である
。次に前記ジルカロィ組成の被覆鋼管において、結晶の
集合組織に大きな影響を及ぼすＱ値について述べる。

Ｑ値は、加工条件を示すパラメータでその程度を下式に
示す。（２｝式中 の：加工前の肉厚，ｔ：加工後の肉
厚ｄｏ：加工前の内蓬，ｄ：加工後の内径 第６図は、ジルコニュームが９８％のジルカ。

ィについての〆値とＱ値との関係を示したものである。
第６図に示すようにＱ値が大きくなるにつれてナ値は大
きくなる。すなわち、Ｑ値が大きくなるにつれて結晶の
ｃ軸が管の半径方向（第３図に示すｒ方向）に集積した
集合組織となる。以上述べたごとくＱ値つまり加工条件
と〆値との関係、ナ値と超音波音速（寸法測定指示値）
とは、互いに相関関係があることを見出した。

その結果、超音波寸法測定に際し鮫正用テストピースと
被測定物のナ値を同一にすればよく、また同一でなくと
もｆ値差に相当した寸法指示値差を補正すればよい。こ
のことによって鮫正精度が著しく向上し、その効果は大
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は管寸法測定中の超音波寸法測定装置とこれから
得られるパルス波形とを示す正面断面図、第２図は同上
装置の側断面図、第３図は被測定物の結晶方位を示すス
テレオ投影図、第４図はジルカロィ原子燃料被覆管の結
晶方位を示す図、第５図はジルカロィのｆ値と寸法測定
指示値の関係の１例を表わした図、第６図はジルカロィ
についてのｆ値とＱ値の関係の１例を表わした図、第７
図は極点図法によるジルカロィ原子燃料被覆管の集合組
織を示した図である。 １２・・…・ジルカロィ原子燃料被覆管、１３・・・・
・・鋼密六方晶。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第Ｔ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波による寸法測定に際し、被測定物と同材質の
   材料よりなる較正用テストピースを用い、前記被測定物
   と較正用テストピース相互間のｆ値が同一の場合は補正
   することなく、前記相互間のｆ値に差異のある場合は、
   該差異の程度に相当する寸法測定指示値を補正すること
   によつて行なうことを特徴とする超音波寸法測定装置の
   較正方法。