JPS6332139B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波探傷装置に係り、特に原子力
発電所の原子炉圧力容器胴体部の超音波探傷に好
適な超音波探傷装置に関するものである。

沸騰水型原子力発電所の原子炉圧力容器の外観
を第１図に示す。原子炉圧力容器１は、胴体部１
Ａ、胴体部１Ａに溶接されたフランジ７および下
鏡部９、下鏡部９に溶接されたスカート部１０、
上鏡部２、上鏡部２に溶接されたフランジ８とか
ら構成される。フランジ７とフランジ８とはボル
トで締付けられる。さらに、胴体部１Ａは半円状
のブロツクから組立てられ、これらのブロツクは
溶接される。このため、周溶接線５が高さ方向に
数本ある。また、縦溶接線６および６Ａは、各シ
ートごとに軸対称に存在し、各段のブロツクごと
に円周方向で異なつた位置に存在する。縦溶接線
６および６Ａの円周方向でのずれ幅Ｌは約300mm
である。

沸騰水型原子力発電所が建設された場合の原子
炉圧力容器１の周囲は、円筒状の保温壁とガンマ
シールド壁が取付けられている。その状態の一部
分の断面を第２図に示す。原子炉圧力容器１の胴
体部１Ａの外側に保温壁１１があり、保温壁１１
の外側にはガンマシールド壁１２がある。胴体部
１Ａの外面と保温壁１１の内面の間は、約200mm
である。このため、探触子１３および駆動装置１
４からなる超音波探傷装置を用いて胴体部１を検
査しようとすると、軌道１５を含めてその高さを
200mm以下にしなければならない。また、保温壁
１１とガンマシールド壁１２は円筒状であり、中
間に駆動装置１４を搬入できる開口部がないた
め、胴体部１Ａの上下のいずれかから搬入、搬出
しなければならない。さらに、第１図で示したノ
ズル３および３Ａ、ブラケツト４等が原子炉圧力
容器１の軸方向、周方向に分散して配置してある
ため、駆動装置１４を搬入、搬出できるのは、円
周方向で縦溶接線６および６Ａの存在する位置の
２個所に限定される。このような状態のもとで、
従来は、縦溶接線６および６Ａに沿つてそれぞれ
軌道を設置しておき、この軌道に沿つて縦溶接線
近傍の検査だけが行なわれていたにすぎなかつ
た。

第３図に示すような被検査体１００の溶接部１
０１付近における探触子１３の走査範囲ｌは、次
式のように規定されている。

ｌ＝Ｗ＋２（Ｔ／２＋√３Ｔ＋α／２） ……(1) ただし、Ｗは溶接幅、Ｔは被検査体の厚さおよ
び αは探触子の大きさである。

一般に使用されている原子炉圧力容器の板厚
は、約170mmであるため、(1)式から探触子１３の
走査範囲は、約1000mmである。そこで、例えば、
駆動装置１４に取付けられた剛体型のアームに沿
つて探触子１３が動く方式とした場合のアームの
長さは、約1000mmになる。第１図の縦溶接線６Ａ
に沿つて超音波探傷装置を搬入しようとすると、
ノズル３Ａとノズル３Ｂとの間を通さなければな
らず、この点でもアームの長さが制限される。こ
れによる制限値も約1000mmである。アームが長く
なると、ノズル３Ａとノズル３Ｂとの間を超音波
探傷装置が通過することが困難になり、アームが
短かいと縦溶接線付近の走査範囲が狭くなる。ま
た、縦溶接線６，６Ａはシーム間ごとに約300mm
ずれているが、軌道の設置がノズル３Ａ，３Ｂの
間の空間に制限がある等のため、従来は、縦溶接
線６Ａについては超音波探傷装置を下から搬入す
る軌道を設け、縦溶接線６については超音波探傷
装置を上から搬入する別の軌道が設けられてい
る。このため、縦溶接線６近傍の検査が終了する
と超音波探傷装置を原子炉圧力容器の上部で軌道
から取外し、その後、下方に運搬し、原子炉圧力
容器の下部で縦溶接線６Ａに沿つた軌道に取付け
る必要がある。このような超音波探傷装置の移動
作業において、作業員が放射線被ばくする。

本発明の目的は、上記した事項を考慮し、作業
員の放射線被ばくを大幅に低減し、被検査面に存
在する障害物によつて移動が阻止されることなく
適切な検査が行なえる超音波探傷装置を提供する
ことにある。

上記目的を達成する本発明の手段は、被検査体
表面に沿つて移動する移動体と、該移動体の移動
方向とは直交する方向に長手方向が向いており該
直交する方向へ移動自在に該移動体に備わるアー
ムと、該アームに取付けた超音波探触子とを備え
た超音波探傷装置において、該直交する方向へ案
内方向を向けて該移動体に取付けた案内手段と、
該案内手段に案内移動自在に設置され該案内手段
を支持する移動手段と、該移動手段と該移動体と
の間に取付けられて該アームを該直交する方向へ
シフトするシフト手段と、該アームに対して該ア
ームの長手方向へ移動自在に該アームへ取付けた
該探触子とを備えたことを特徴とした超音波探傷
装置である。

本発明の好適な一実施例を第４図、第５図およ
び第６図に基づいて説明する。

超音波探傷装置２０は、ガイドレール２１、移
動台車３４、移動台車駆動装置３８、アーム５８
および探触子７２から構成される。

ガイドレール２１の詳細を、第６図に基づいて
説明する。第６図は、原子炉圧力容器１の外表面
から保温壁１１のほうに向つて見た状態図であ
る。ガイドレール２１は、原子炉圧力容器１の軸
方向に設置される軌道（固定軌道）２２、原子炉
圧力容器１の周方向に設置される軌道（固定軌
道）２４および切換装置（旋回軌道）２６からな
つている。軌道２２は、第１図の縦溶接線６Ａの
近傍で縦溶接線６Ａに沿つて原子炉圧力容器１の
軸方向に配置される。軌道２２は、縦溶接線６の
近傍には設置されない。軌道２４は、周溶接線５
に沿つて配置される。切換装置２６は、縦溶接線
６Ａと周溶接線５との交点に配置される。縦溶接
線６および６Ａは周方向に２箇所存在するので軌
道２２も周方向に２箇所設置される。ラツク２
３，２５および２７が、軌道２２および２４およ
び切換装置２６の上部に設けられる。切換装置２
６は、軌道２２と軌道２４との交点に配置され
る。軌道２２および２４および切換装置２６は、
第７図に示すように、原子炉圧力容器１の外表面
と保温壁１１との間に配置される。切換装置２６
は、支持板３１に回転可能に取付けられる。支持
板３１は、支持部材３２によつてガンマシールド
壁１２に固定される。軌道２２および２４も、支
持部材３３によつてガンマシールド壁１２に固定
される。切換装置２６には、それを回転させるた
めのチエーン３０が取付けられる。２８および２
９は、切換装置２６の回転範囲を制限するための
ストツパである。原子炉圧力容器１と保温壁１１
との間の領域の温度は、原子炉の運転停止中では
常温であるが原子炉の運転中には300℃近くまで
上昇する。このため、原子炉圧力容器１の周囲に
取付けられたガイドレール２１は、著しく熱膨張
する。ガイドレール２１の熱膨張を吸収する目的
で、軌道２２と切換装置２６の間および軌道２４
と切換装置２６との間に、間隙７５および７６が
形成される。

移動台車３４は、支持部材３５、支持部材３５
に取付けられるガイドローラ３６によつてガイド
レール２１に移動可能に取付けられる。支持部材
３５は、移動台車３４の上部に４つ取付けられ、
２個のガイドローラ３６がそれぞれの支持部材３
５に取付けられる。ガイドローラ３６は、軌道２
２および２４および切換装置２４の側面に設けら
れる案内溝３７に係合する。

移動台車３４に、移動台車駆動装置３８が設置
される。移動台車駆動装置３８は、モータ３９お
よびピニオン切換機構４５からなつている。モー
タ３９は、移動台車３４内に取付けられる。モー
タ３９の回転軸にウオームギヤ４０が固定され
る。ウオームギヤ４０は、移動台車３４に取付け
られる回転軸４２に設置されるウオームホイル４
１と係合している。回転軸４２に取付けられる歯
車４３は、エンコーダ４４に取付けられる歯車と
噛合つている。ピニオン切換機構４５の歯車４６
が回転軸４２に取付けられる。ピニオン切換機構
４５の詳細は、第８図に示す。ピニオン切換機構
４５は、１対のピニオン４７および４８、シリン
ダ４９およびピストン５０からなつている。一対
のバー５１が、回転軸４２に回転可能に取付けら
れる。ピニオン（第１駆動車）４７は、バー５１
に取付けられる回転軸５２に取付けられる。ピニ
オン（第２駆動車）４８は、バー５１に取付けら
れる回転軸５３に取付けられる。歯車４６および
ピニオン４７および４８は２本のバー５１の間に
配置される。ピニオン４７および４８は歯車４６
の前後に配置されて、ピニオン４７および４８は
歯車４６と噛合つている。ピストン５０は、シリ
ンダ４９内に挿入される。シリンダ４９は、移動
台車３４に取付けられる。ピストン５０に取付け
られるピストンロツド５４は、ボールジヨイント
５５を介して１対のバー５１に結合される。接続
管５６および５７が、シリンダ４９内の空間に連
絡される。

アーム５８は、１対のロツド５９、送りネジ６
０を有している。アーム５８は、軌道と直交する
方向に伸びて、後述するように移動可能に移動台
車３４に設置される。ロツド５９および送りネジ
６０の両端は、結合板６１に取付けられる。台車
６２が、第４図に示すように、各々のロツド５９
に取付けられる。各々１対のガイドローラ６３Ａ
および６３Ｂが、台車６２の各側面に設けられ
る。ガイドローラ６３Ａおよび６３Ｂは、移動台
車３４に設けられるガイドレール６４Ａおよび６
４Ｂの案内溝と係合している。ガイドレール６４
Ａおよび６４Ｂは、原子炉圧力容器１の外表面の
曲率と同じ曲率を有し、ガイドレール２１と直交
する方向に配置されている。

アーム５８を軌道と直角な方向にシフトさせる
シフト機構６５について説明する。シフト機構６
５は、移動台車３４に移動可能に取付けられる。
シフト機構６５は、ロツド６６および送りねじ６
７を有している。ロツド６６および送りねじ６７
の両端は、ケース６８に固定される。ケース６８
は、アーム５８の台車６２に取付けられる。モー
タ６９およびポテンシヨメータ７０が、移動台車
３４に設置される。モータ６９の回転軸に取付け
られる歯車７１は、送りねじ６７と噛合うナツト
（図示せず）の外面に形成された歯車部と噛合つ
ている。ポテンシヨメータ７０の歯車は、歯車７
１と噛合つている。

探触子７２は、探触子ホルダ７３および探触子
ヘツド７４からなる。探触子ホルダ７３の１対の
案内溝内に、ロツド５９がそれぞれ挿入される。
探触子ホルダ７３に設けられたねじ穴と、送りね
じ６０が係合される。

超音波探傷装置２０に基づく沸騰水型原子炉の
原子炉圧力容器１の超音波探傷を以下に説明す
る。この超音波探傷は、沸騰水型原子炉の運転停
止中に行なわれる。超音波探傷装置２０は、軌道
２２上にある。ピニオン切換機構４５のシリンダ
４９内に接続管５６から加圧空気が供給される。
このため、ピストン５０は原子炉圧力容器１側
（矢印８２の方向）に移動し、ピストンロツド５
４によつてバー５１が回転軸４２を中心に回転
し、ピニオン４７がラツク２３と噛合う。ピニオ
ン４８は、ラツク２３と噛合つていない。この状
態でモータ３９が駆動される。モータ３９の回転
力は、ウオームギヤ４０、ウオームホイル４１、
回転軸４２、歯車４６およびピニオン４７へと伝
達される。ピニオン４７とラツク２３が噛合つて
いるので、移動台車３４は、軌道２２に沿つて原
子炉圧力容器１の軸方向で上方に移動する。図示
されていないが結合板６１に取付けられるモータ
を駆動すると、送りねじ６０が回転し、探触子７
２がアーム５８のロツド５９に沿つて軌道２２と
直交する方向に移動する。第９図に示すように、
移動台車３４の移動P_Xおよび探触子６９のアー
ム５８上の移動P_Yを繰返す。これによつて、探
触子ヘツド７４は原子炉圧力容器１の表面に接触
しながら軌跡７７のように移動し、縦溶接線６Ａ
付近の超音波探傷を行なう。縦溶接線６付近の超
音波探傷を行なう場合は、シフト機構６５のモー
タ６９を駆動して歯車１７と噛合うナツト（図示
せず）を回転させる。ナツトは、送りねじ６７の
軸方向に移動することが阻止されているので、ナ
ツトの回転によつて、送りねじ６７、すなわち、
ケース６８が軌道２２と直交する方向に移動す
る。ケース６８が移動すると、台車６２は、ガイ
ドレール６４Ａおよび６４Ｂに沿つて移動する。
このため、台車６２に取付けられるアーム５８も
同時に軌道２２と直交する方向に移動する。ガイ
ドレール６４Ａおよび６４Ｂは、台車６２の案内
をすると同時に、台車６２の重量を支える働きを
有している。アーム５８の中心が縦溶接線６上に
到達した時、モータ６９の駆動が停止される。前
述したように移動P_XおよびP_Yを繰返しながら縦
溶接線６付近の超音波探傷が行なわれる。縦溶接
線６付近の超音波探傷が終ると、モータ６９が逆
回転され、ケース６８が元の位置に戻され、アー
ム５８の中心が軌道２２上にあわせられる。再
び、縦溶接線６Ａ付近の超音波探傷が行なわれ
る。探触子ヘツド７４の位置は、エンコーダ４４
および送りねじ６０の駆動用のモータ（図示せ
ず）に連結されるエンコーダ（図示せず）によつ
て測定される。超音波探傷装置２０は、縦溶接線
６，６Ａ付近の超音波探傷を交互に繰返しながら
原子炉圧力容器１の軸方向に移動する。

探触子７２が移動するアーム５８をシフト機構
６５によつて軌道２２に直交する方向に移動させ
ることができるので、超音波探傷装置２０を原子
炉圧力容器１の軸方向に１回移動させるだけで、
位置のずれている縦溶接線６および６Ａ近傍の超
音波探傷を行なうことができる。したがつて、縦
溶接線６Ａ付近の超音波探傷終了後に縦溶接線６
付近の超音波探傷を行なうために、超音波探傷装
置を別の軌道に移す作業が不要となり、作業員の
被ばくの危険性が解消される。また、原子炉圧力
容器１の軸方向の超音波探傷に要する時間も著し
く短縮される。さらに、アーム５８の中心をノズ
ル３Ａとノズル３Ｂとの間の中央に移動させるこ
とができるので、超音波探傷装置２０をノズル３
Ａおよび３Ｂ間を容易に通過させることができ、
しかもそられのノズル間の縦溶接線付近も、適切
に超音波探傷を行なうことができる。

周溶接線５付近の超音波探傷は、以下のように
して行なう。周溶接線５付近の超音波探傷を行な
うためには、超音波探傷装置２０を切換装置２６
を用いて軌道２２上から軌道２４上にうつさなけ
ればならない。第５図、第８図および第１０図に
基づいて超音波探傷装置２０を、軌道２２から切
換装置２６に移す操作について説明する。移動台
車３４が移動して間隙７５付近にさしかかると、
まず、移動台車３４に設けられているガイドロー
ラ３６Ａが、軌道２２の案内溝３７から離れて切
換装置２６の側面に設けられた案内溝３７と係合
される。ガイドローラ３６Ａが間隙７５を移動し
ている間、ガイドローラ３６Ｂが移動台車３４を
軌道２２に保持している。軌道２２の端部で間隙
７５に近接する部分に突起部７８が取付けられて
いる。突起部７８は、切換装置２６の端部と対向
する軌道２２および２４の端部にそれぞれ設けら
れる。また、切換装置２６の両端部にも、突起部
７８が設けられる。リミツトスイツチ８０および
８１が、移動台車３４に設けられる。リミツトス
イツチ８０および８１の取付位置は、回転軸４２
と回転軸５２との中間点に位置している。移動台
車３４が移動してリミツトスイツチ８０は、突起
部７８にあたることによつて信号ａを出す。この
時、モータ３９が正回転移動台車３４を原子炉圧
力容器１の上方に向つて移動させるようなモータ
３９の回転方向しているならば、リミツトスイツ
チ８０からの信号ａによつて、ピニオン切換機構
４５の接続管５６からの加圧空気の供給を停止
し、接続管５７からシリンダ４９内に加圧空気を
供給する。ピストン５０は保温壁１１側矢印８２
の反対方向に移動し、ピストンロツド５４の作用
によりバー５１が第８図で時計方向に回転する。
ピニオン４７がラツク２３から離れて二点鎖線４
７Ａの位置に移動し、ピニオン４８が二点鎖線４
８Ａの位置に移動してピニオン４８がラツク２７
と噛合う。その後、移動台車３４は、ピニオン４
８とラツク２７との噛合いによつて移動する。ガ
イドローラ３６Ｂが軌道２２の案内溝３７から離
れて切換装置２６の案内溝３７内に移つた時、超
音波探傷装置２０は完全に切換装置２６上に移つ
たことになる。簡単な構造のピニオン切換機構４
５を用いて、円滑に超音波探傷装置２０を軌道２
２から切換装置２６に移すことができる。したが
つて、超音波探傷に要する時間が短縮され、超音
波探傷装置の信頼性も向上する。移動台車３４が
切換装置２６に移される間および切換装置２６上
を移動している間においても、探触子ヘツド７４
は、第９図の軌道７７を描いて超音波探傷を行な
つている。突起部７９が、ラツク２７に対して突
起部７８が取付けられる部分とは反対側の部分で
切換装置２６に取付けられる。切換装置２６上を
移動台車３４が移動し、リミツトスイツチ８１が
突起部７９に接触すると、リミツトスイツチ８１
から信号ｂが発せられる。信号ｂによつてモータ
３９が停止し、移動台車３４の移動が切換装置２
６上で停止される。同時に、モータ３９が停止す
るまで正回転をしていたならば、接続管５６から
加圧空気をシリンダ４９内に供給し、ピニオン５
０を矢印８２方向に移動させて、ピニオン４７を
ラツク２７に噛合せる。モータ３９を再び正回転
すれば、前述した動作で移動台車３４は、切換装
置２６からその上方に存在する軌道２２上に移つ
ていく。移動台車３４が切換装置２６上に止つて
いる時、シフト機構６５を移動させ、前述したよ
うに縦溶接線６の探傷作業から縦溶接線６Ａ付近
の探傷作業への移行またはその逆の移行を行な
う。

周溶接線５付近の超音波探傷を行なう場合は、
切換装置２６上に移動台車３４が停止している間
に、第７図に示す原子炉圧力容器１の下方まで延
びたチエーン移動装置２６のスプロケツトに取付
けられている３０を操作し、切換装置２６を第６
図で時計方向に施回させる。切換装置２６は、や
がてストツパ２８および２９に当つて旋回が停止
される。この動作によつてアーム５８が軌道２４
と直交する方向に向く。モータ３９を正回転させ
ると移動台車３４は、第６図で切換装置２６の右
側に存在する軌道２４に向つて移動する。切換装
置２６の端部に設けられた突起部７８にリミツト
スイツチ８０が接触することによつて前述したよ
うな動作が行なわれ、移動台車３４が切換装置２
６から軌道２４に移る。その移動が完了した後、
軌道２４に設けられた突起部７９のために信号ｂ
が発せられ、ピニオン４８がラツク２５から離れ
てピニオン４７が噛合う。ラツク２５と噛合うピ
ニオン４７の回転によつて移動台車３４が軌道２
４に沿つて移動され、周溶接線５付近の超音波探
傷が行なわれる。この超音波探傷は、縦溶接線付
近の超音波探傷と同様に移動台車の移動と探触子
７２のアーム５８上の移動を交互に繰返しながら
行なわれる。切換装置２６が設けられるので、超
音波探傷装置２０の軸方向の軌道２２から周方向
の軌道２４への移動が簡単に行なえる。したがつ
て、一台の超音波探傷装置２０によつて原子炉圧
力容器１の周方向の超音波探傷が容易に行なえ
る。周方向の超音波探傷が行なえるようになつた
のは、前述したように軌道２２および２４と切換
装置２６との間での移動台車３４の受渡しが円滑
にできるように改善されたことにも起因してい
る。

モータ３９が逆回転移動台車３４を原子炉圧力
容器１の下方に向つて移動させるようなモータ３
９の回転方向する場合には、移動台車３４の進行
方向に対してピニオン４７がピニオン４８よりも
前になる状態で移動台車３４が移動される。した
がつて、軌道２２または２４から切換装置２６へ
の移動のし易すさを考慮すると、モータ３９が逆
回転する場合は、ピニオン４８をラツクと噛合
せ、ピニオン４７をラツクから離して移動するこ
とが望ましい。軌道２２から切換装置２６に移る
場合を例にとると、この場合は、信号ａによつて
ピニオン４８が軌道２２のラツク２３から離れ、
ピニオン４７が切換装置２６のラツク２７と噛合
う。さらに信号ｂによつてピニオン４７のラツク
２７からの離脱とピニオン４８のラツク２７への
装着を行なう。

移動台車３４が、軌道２２および２４のいずれ
の軌道上に位置しているかを確認することも重要
なことである。これは、第１１図に示す水銀スイ
ツチ８４の角度によつて知ることができる。

移動台車３４に２組の光電管８５および８６を
設け、さらに軌道２２および２４に突起部８４を
一定間隔毎に配置することによつてエンコーダに
よつて検出された相対的な距離を点検、修正する
ことができる。すなわち、光電管８５および８６
から光量が突起部８７によつてさえぎられ、受光
される光量が最も少なく、かつ両光量が少なくな
つた状態で等しくなつた位置を定点にしてエンコ
ーダによつて検出された相対的な距離の点検、修
正を行なう。

本実施例のように周方向の軌道２４を用いて超
音波探傷装置を周方向に移動させることにより、
原子炉圧力容器１の軸心に対して対称に存在する
縦溶接線６および６Ａの超音波探傷を行なうに際
して、作業員が超音波探傷装置を運搬する必要が
ない。

実施例では軌道２２，２４に沿つて移動台車３
４が移動する例について記したがこれに限定され
るものでなく、特開昭51―95888に記されている
磁気車輪で自走する走行体にも本発明を容易に適
用できる。

本発明によれば、ずれている溶接線を連続して
超音波探傷できるので、ずれている溶接線を超音
波探傷するために超音波探傷装置を作業員が移動
させる必要がなく、被ばくが少ない。また、障害
物を避けて移動でき、しかも、障害物付近の超音
波探傷を適切に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器の概
要図、第２図は原子炉圧力容器の超音波探傷作業
を示す説明図、第３図は超音波探傷の範囲を示す
説明図、第４図は本発明の好適な一実施例である
超音波探傷装置の側面図、第５図は第４図の―
矢視図、第６図は第４図に示すガイドレールの
構造図、第７図は第６図の―断面図、第８図
は第４図に示す移動台車に取付けられるピニオン
切換機構の構造図、第９図は原子炉圧力容器の超
音波探傷作業における移動される探触子の軌跡を
示す説明図、第１０図は第８図の―断面図、
第１１図は第１０図のXI―XI矢視図である。 １…原子炉圧力容器、２０…超音波探傷装置、
２１…ガイドレール、２２，２４…軌道、２３，
２５，２７…ラツク、２６…切換装置、３４…移
動台車、３８…移動台車駆動装置、５８…アー
ム、６２…台車、６１Ａ，６４Ｂ…ガイドレー
ル、６５…シフト機構、７２…探触子。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被検査体表面に沿つて移動する移動体と、該
   移動体の移動方向とは直交する方向に長手方向が
   向いており該直交する方向へ移動自在に該移動体
   に備わるアームと、該アームに取付けた超音波探
   触子とを備えた超音波探傷装置において、該直交
   する方向へ案内方向を向けて該移動体に取付けた
   案内手段と、該案内手段に案内移動自在に設置さ
   れ該案内手段を支持する移動手段と、該移動手段
   と該移動体との間に取付けられて該アームを該直
   交する方向へシフトするシフト手段と、該アーム
   に対して該アームの長手方向へ移動自在に該アー
   ムへ取付けた該探触子とを備えたことを特徴とし
   た超音波探傷装置。