JPS5954903A - 被覆管の肉厚を非破壊で測定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は被覆管や！厚を非破壊で測定する方法および
装置に係、す、・特に原子炉炉心部に使用される核燃料
要素としてジルコニウムライチ燃□料被覆管の肉厚の非
破壊測定方法およびその装置に関する。　　　　′□ 〔発明の技術的背景とその問題点〕 は核門ｉ誉収容した燃料被覆 管が設けられている。この□燃料被覆管は核燃料の核分
裂によ□り発生した核谷裂生成−を一四の冷却媒体中に
逸出させるのを防止することを主な機能としておシ、十
の素材べは、比較的高ｐｉ″ｔ７強靭でかつ極めて安定
性を有する、・クルカロイ−２゜ジルカロイ−４などの
ジルコニウム合金が広く用いられている。このジ〃コニ
、ラム合金は延展性も良好で冷却媒体に非反応性である
等の優れた性質を有するが、２ルコニウム合金から、な
る燃料被覆管は１５．原子炉の炉出力を急激５上昇させ
、た場合、核燃料との相互作用により破損が生ずる恐れ
があった。、この破損の摂因として、燃料被覆管と核燃
料との間の熱膨張率の羞などに基づく機械的相互作用と
、核分裂生成物に含まれる腐、角性、生成物顛よる腐食
作用との重畳作用による応力腐、食割れが考えられて諭
る。

燃料、被覆管の応力腐触割れを防止す、るために、第１
図に示すようなジルコニウムライナ燃料被覆管１が開発
されている。、この燃料被覆管１は、ジルコニウム合金
製の被覆管本体２の内周に純ジルコニウム被膜（ライナ
層）３を施こし、たものである。被覆管本体２に、・−
）ルコニウム合金より軟質の純ジルコニウム（ビッカー
ス硬度：ジルカ四イー２は約１７０ＤＰＴ（、純ジルコ
ニウムは約７０１）ＰＨである。）で内張すしてジルコ
ニウムライナ層３を設けることにより、このジルコニウ
ムライナｊ＠３で燃料被覆管１に、作用する応力を、緩
和し、かつ腐食性核分裂生成物の被覆管本体２への直接
接触を阻止して応力腐食割れによる燃料被覆管１の破損
を抑制している。

しかるに、燃料被覆管１の破損抑制機能を、保証す・る
ためには、燃料被覆管１の全周かつ全長にわたって所定
の被膜厚の純ジルコニウムが内張すされていることが要
求される・。ところが、現在採用されている燃料核・覆
管のジルコニウム合金被覆管本体とジルコ、ニウムライ
ナ層との肉厚を測定する方法は、燃料被覆管の両端を切
断し、切断面を光学的に測定して肉厚を測定する破壊測
定法である。

しかしながら、燃料被覆管を切断して、切断面を光学的
に測・定する破壊測定法は、測定作業が面倒であり、測
定に長時間を要するだけでなく、管端付近の測定が可能
だけで燃料被覆管の全長にわたる肉厚測定が不可能で、
燃料被覆管の品質管理上多くの問題があった。□　　・
　′：′〔発明の目的〕　　　　　　　　　・　　・こ
の発明は上述した点を考慮し、被覆管の全長に１わたり
・、′被覆管の肉厚外よびライナ層の肉厚を非破壊で簡
単に測定することができる被覆管の肉厚を非破壊で測定
する方法および装置を提供することを目的とする。　　
　　　　　　　□〔発明の概要〕　　　　　　　□ この目的を達成すゐため、との発明においては、被覆管
本体にライナ層を施した被覆管の肉厚を測定する方法に
おいてζ高いコイル周波数を作用させた渦電流式肉厚測
定系の検査コイルを被覆管のライナ層に接近または接触
させ、前記被覆管本体とライナ層の電気抵抗率の差に起
因・する交流の位相差からライナ層の厚さを測定すると
ともに′、上記高周波数より低い周波数を検査コイルに
作用させることによシ同様にして被覆管の肉厚を測定し
、前記渦電流式肉厚測定系に異なるコイル周波数を作用
させることによシ被覆管の肉厚を非破壊・で測定する方
法（第１番目の発明）を提供するものである。　　　　
　　　　　　　′　１　、■　　　　。

・また・Ｊこの発明は前記の目的を達成するために、被
覆管本体にライナ層を施した・被′覆管づ肉厚を測定す
る・装置・において、上記被覆管のライナ層：の厚さを
測定す佑第１渦電流式肉厚測定系と、上記被覆管の・肉
、犀を測定する第２渦電流式肉厚測定系と上記両測定系
からの渦電流の測定信号を人力して被覆管・の肉厚及び
ライナ層厚を演算する演算系とを有し、前記第１渦電流
式肉厚測・足糸に用いられる検査コイルには第２渦電流
式肉厚測定系の検査コイルより高いコイル周波数をかけ
るように設定した、被覆管の肉厚を非破壊で測定す不装
置（第、２番目の発明′）を□提供するものである。　
　　　。

〔発明の実施例〕　　　　　　　　□ この発明の一実施例について添付図面を参照して説明す
る。□ 第２図は、この発明に係る被覆管の肉厚を非破壊で測定
する装置の測定１原理を示すブロック図であり、この発
明は第１図に示す核燃料（バリヤ燃料）を充填した燃料
被覆管１の肉厚と１．クルコニウム合金製被覆管本体２
の内周面に内張シされる純ジルコニウムのライナ層３０
層厚とを非、破壊で測定するのに適した例を示す。　　
　　　・第２図において、符号１０は渦電流を利用した
第１渦電流式肉厚測定系を示し、・こ・の肉厚側・足糸
は後述する測定原理に・より、燃料被覆管・１の純ジル
コニウム製ライナ層３の厚さが渦電流法によυ測定され
るようになっており、□その出力信号ａは演算系１１に
入力される。　　　　・　　。

一方、演算系１１には、第２渦電流式肉厚測定系１２か
らの渦電流法、による測定信号すも入力される。

第２渦電流式肉厚測定系１２は、燃料被覆管１の管厚（
肉厚）を、第１渦電流式肉厚測定系１０と同様、渦電流
を利用して測定するものである。両測定系１０　、１２
から出力される測定・信号ａ、ｂは演算系１１に入力さ
れて、ここで予め内蔵されている燃料被覆管１およびそ
のライナ層・３．の、肉、厚の較正曲線と比較演、算さ
れ、燃料被覆管ｌ・の肉厚およびライナ層３の厚さが計
算される・。この計算結果は、記録系１３に出力され、
ここでアナ四グ寸た。はデジタ・左表示される。

次に、第１渦電流式肉厚測定系１０め測定原理について
、第３図を参照して説明す本。この説明に際し、簡単化
のために、燃料被覆管１のライナ層３に代えて平板状の
導電性材料１５の肉″厚測定を例にとって説明する。

第１渦電流式肉厚測定系１０は導電性材料１５に接近ま
たは接触せしめられるプローブ型検査コ□イル１６を有
し、この検査コイル１６は高周波発振器１７に接続され
ている。ゾローズ型稀査□コイル１６は導電性材料１７
の被測定面から垂直に延びる仮想棒に検査コイルを巻□
装したタイプのものである。′　□しかして、高周波発
振器Ｉ７がら高周波数帯域例えば２００あるいは３００
曲ｚから３ＭＨｚ程度の高周波を発振させ、この□高周
波を検査コイル１６にかける。検査コイル１６に高周波
を作用させた状態で、導電性材料１５に近づける古、導
電性材料１５に電磁誘導作用により渦電流１８が生ずる
。渦電流１８の大きさは、導電性材料１５の抵抗率の変
化、透□磁率の変化、導電性材料１５の形状変化、検査
コイル１６と導電性材料１５間の距離の変化等の要因に
より変化するので予めこれらを考慮する。一方、導電性
・材料１５に発生した渦電流１８は電磁誘導作用により
検査コイル１６に影響を与え、検査コイル１６のインピ
ーダンスを変化させる。したがって、検査コイル１６の
イノぎ一ダンスの変化を捕えれば、導電性・材料につい
て種々の情報が得られる。

ところで、燃料被覆管１の被覆管本体２に・クルカロイ
−２のジルコニウム合金を用いた場合、被覆管本体２と
純ジルコニウムのライナ層３の電気抵抗率はそれぞれ約
７０〃Ωａｍ　、約５０μΩｃｍであ択両者間に約４０
チの抵抗率の差がある。そして、この抵抗率の差は、検
査コイル１６から得られる交流電流の位相の差となって
表われ、との位、相差は純ジルコニウムを内張シしたラ
イナ層３の、厚さにより変化する。変化する範囲は、ジ
ルコニウム合金のみによる位相と、純ジルコニウムのみ
による位相との間であり、この範囲内で純ジルコニウム
の膜厚に応じて変動する。

したがって、・純ジルコニウムのライナ層３の厚さが既
知である燃料被覆管の試料を用・いて、第１渦電流式肉
厚測定系１０の位相変化信号を予め較正し、較正ｌｌ１
１．繕を作成しておけば、未知のライナ層厚被測定試料
（・燃料被覆管）に対して位相の変化から純ジルコニウ
ムのライナ層厚の測定を行なうことができる。　　、　
　　　　　　　　　　　。

その際、検査コイル１６のインピーダンス変化を与える
外的因子、例えば検査コイル１６と試料（燃料被覆管）
間の距離の変化、試料の形状変化による悪、影響を除去
するために１．試料にできるだけ小さな面積（ポイント
）で接触可能なプローブ型検査コイルを用いるとよい。

このプローブ型検査コイルを実際に製作し、この検査コ
イルを純ジルコニウムライナ、層、に内側からポイント
接触させ、上記検査コイルにＩ　ＭＨｚの高周波をかけ
て試験したところ、第４図に示すグラフが得られた。第
４図は、破壊測定である従来の、光学的測定により、ラ
イナ層厚が予め測定されている燃料被覆管１のライナ層
３の厚さと、第１渦電流式肉厚測定系１０により測定さ
れた渦電流法による出力との間に直線関係があることを
示しており、この図から、燃料被覆管１の内周面に内張
すされるライナ層３の厚さが第１渦雷、流式肉厚測定系
１０により測定可能であることを示している。したがっ
て、第１渦電流式肉厚測定系１９のプローブ型検査コイ
ル１６を燃料被覆管１の内面を軸方向あるいは螺旋状、
、に走査させることにより、燃料被覆管１の全長あるい
は全面にわた。るライナ層３の厚さを測定することがで
きる。

次に、第２渦電流式肉厚測定系１２について、説明する
。

第２渦電流式肉厚測定系１２は、渦電流法を利用し非破
壊で燃料被覆管１の管厚（肉厚）、を測定するものであ
り、その測定原理は第３図に示すものと同様であるので
説明を省略する。ただ、燃料被覆管１の肉厚は、標準管
の場合約１　ｍｍ弱でライナ層３の厚さの１０倍程度で
あるため、プローブ型検査コイルにかけるコイル周波数
は、１ＫＨｚ〜２００または３００ＫＨｚ程度の低周波
数帯域が望ましい。

このため、第３図に示す高周波発振器１７に代えて１０
ＫＨｚから２００乃至３００ＫＨｚ程度の周波数を発振
させる低周波発振器が用いられ、この低周波発振器から
低周波を検査コイルに作用させるようになっている。　
　・　□ 第２渦電流式肉厚測定系１２の検査コイルに数１ＯＫＨ
ｚの低周波を□実際にかけて前述したも□のと同様の試
験をしたところ、第５図に示すグラフが得られた。第５
図は、実際の燃料被覆管１の肉厚（光学的測定により得
られた肉厚）・と第２渦電流式肉厚測定系１２からの出
力（渦電流法による出力）との間に一定の相関性（直線
関係）があ□す、上記第２渦電流式肉厚測定系１２によ
り燃料被覆管１の管厚が求められることがわかる。

したがって、第２渦電流式肉厚測定系１２のプローブ型
検査コイルを燃料被覆管１の内面あるいは外表面沿いに
軸方向あるいは螺旋方向に走査することにより一燃料：
被覆管１の全長あるいは全面にわたり管の肉厚を非破壊
で測定することができる。

なお、この発明の一実施例の説明においては、第１およ
び第２渦電流式肉厚測定系にプローブ型検査コイルを使
用した場合について説明したが、内挿型検査コイルある
いは貫通型検査コイルを使用してもよい。内、、押型検
査、コイ、、ルは被覆ｑ６Ｑ、＠方向に配設された仮想
の棒にコイルを巻回したタイプのもので、コイルの巻回
径は被覆管め内ｍ？り小さく設定され、貫通型検査コイ
ルは被櫨管の外側にコイルを緩く巻回したタイプのもの
でイイルの巻回径は被覆管の外径より大きい□。　□内
挿型ある“は貫通型検査°イ′を用閂場合には・燃料被
覆管０円周μ向７平懸た燃料被覆管の管厚あるいはライ
ナ層厚を一度に測定することができる。したがって、検
査コイルの型式を種々組み合せることにより、効轡よく
燃料被覆管の肉厚およびライナ層厚を全長かつ全面にわ
たり、非破壊で測定するとどができる。

また、この発明においては核燃料を′収容する燃料被覆
管の肉厚を測定する例について説明したが、必ずしも燃
料被覆管に限廃されす、導電性材料で形成される二層管
などの被覆管の肉厚＋　ｍ＋＋定するととができる。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、この発明においては、渦電流式肉
厚測定系の検査コイルに、異なる周波数をかけることに
より生ずる渦電流を利用して被覆管の肉厚（管厚）およ
びライナ層の厚さを、非破壊で測定できるようにしたの
で、従来の破壊検査法による光学的肉厚測定に較べ、検
亨作業が、著しく簡素化され、検査時間を大幅に短縮す
ることができるとともに、被複箸メ牟長些厄うは全面に
わたシ信頼性の高い肉厚測定が可能となり、特に核燃料
を収容した燃料被覆管の肉厚測定に適する。被覆管の全
長あるいは全面にわたり管厚およびライナ層厚を非破壊
で測定できるので信頼性の高い被覆管の管理を行なうこ
とができる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、核燃料を収容する燃料被覆管の断面図、第２
図はこの発明に係る被覆！の肉厚を非破壊で測定する装
置の測定原理を示すブロック図、第３図は、上記非破壊
測定装置に組み込まれる渦電流式肉厚測定系の測定原理
を説明する図、第４図は、第１渦電流式肉厚測定系から
出力される渦電流法による出力と光学的測定によるライ
ナ層の厚さとの相関関係を示すグラフ、第５図は第２渦
電流式肉厚測定系から出力される渦電流法による出力と
光学的測定による被覆管の肉厚（管厚）との相関関係を
示すグラフである。 １・・・燃料被覆管、２・・・被覆管本体、３・・・ラ
イナ層、１０・・・第１渦電流式肉厚測定系、１１・・
・演算系、１２・・・第２渦電流式肉厚測定系、１３・
・・記録系、１５・・・導電性材料、１６・・・ゾロー
プ型検査コイル、１７・・・高周波発振器、１８・・・
渦電流。 出願人代理人　　波　多　野　　　次 第　ｌ　図 第　２　園 弗４　扇　　　　。 第　５　区 光掌的須Ｉレド１こよる席料１〜！管の虜厚手続補正書
（自発） 昭和５８年１月３／日□ 特許庁長官　若杉和夫□殿 １、事件の表示 昭和５７年特許願第１６５０９６号 ２、発明の名称 被覆管の肉厚を非破壊で測定する方法 および装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （３０７）東京芝浦電気株式会社 （はが１名） ４、代　理　人（郵便番号１０５） 東京都港区新橋五丁目１４番２号 ６、補正により、増加する発明の数　　　　。 ７、補正の対象 明＃ｉｌｌ書の「発明の詳細な説明」の欅（１） ８、補正の内容 （１）明細書第１０頁第１Ｏ行〜第１１行記載の「導電
性材料１７Ｊを「導電性材料１５」に訂正する。 （２）同書第１４頁第１１行記載の「間に一定の」を「
間に肉厚の許容範囲内では一定の」に訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被覆管本体にライナ層を施した：被覆管め肉厚を測
   定する方法にお□いて、□高い□コイル周波数を作用さ
   せた渦電流式肉厚測定系の検査コイルを被覆管のライナ
   層に接近または接触さ・せ□・、前記被覆管本体とライ
   ナ層の電□気抵抗、率の□差に・起因する交流の位相差
   からう・不す層の：厚さを測定するとともに、上記・、
   高岡□波数よシ低い周波数を検査コイルに作用させるで
   どにより同様にして被覆管□の肉厚を測定し、□前記渦
   電流式肉：厚測定系に異なる周□波数を作用させるしと
   １により′、被覆管およびそのライナ層の肉厚を測：定
   する・ことを特徴とする被覆管の肉厚を・非破壊□で測
   定する方法。　　　　　　　：　　・′　 ２、被覆管は核燃料を収容する燃料被覆管で・あ□す、
   被覆管本体はジルコニウム合金からなり、被赫管本体の
   内周部に施されるライ１す層’Ｉｄ’Ｘｔ−＞ルコニウ
   ムからなる特許請求の範囲第：１項に記載の被覆□管の
   肉厚を非破壊で測定すゝる方法。 ３、燃料被覆管の肉厚□測楚用としゼ検□査コイルに、
   １０　ＫＨｍ′〜薮百ＫＨｚ程度の低周波数帯域□のコ
   イル周波数を作用させ、燃料被覆管めライナ：層の層厚
   測定用と□して検査コイルに、数百ＫＨ’ｚ〜３’ＭＩ
   （ｚ程度の高周波数帯域の□コイル周波数を□作用さｉ
   □る特許請求の範囲第２項に記載の被覆管の肉厚を非破
   壊で測定する方法。　　″　　□４、検査ライナは局部
   の厚さ測定用としてゾロープ型検査コイルを使用し、被
   覆管の円周方向の平均肉厚測定用として丙挿１あるいは
   □貫通□型コイルを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たｉ第３項に記載□の被覆管の肉厚を非破壊で測定する
   方法。　　□ ５、被覆管本体にライナ層を施した被ｉ管の肉厚番測定
   する装置において、上記被検管の□ライチ□層の厚さを
   測定する第１渦電流弐両厚測定系と、測定系と、−側条
   系からの渦電流の測定信号を□入力し１覆管０肉門１び
   そのライ・すＱ、を、−厚測定系にｍｌいら些為検、声
   コイルには第２渦電　　間流式肉厚測定系の検査コイル
   より高いコイル周被覆書の肉厚□を非鍼□壊′□で測定
   する装置。　　　　　　□６、被覆管は核燃−を収、容
   する燃料被覆管であり、この−料被一管の被檜管本体悴
   ジルコ＝ウム合金からな？１．上記被覆管本疹ア内周面
   に純ジルコニウムの≧イナ層が施さ些た特許請求の範囲
   第５項に記載の被覆管の肉厚を非破壊で測定する装置。 ７、第１渦軍流式肉厚測定系には、被覆管のライナ層に
   接近あるいは、□接触せしめられるプローズ型検査コイ
   ニルが、第２渦電流式肉厚測定系には、被覆管お外周面
   □あるいは内周面に接界ある　□いは接触せしめられる
   プローズ型検査コイルが設けらｆ、、６％□請オ。□・
   範囲一５ｆｉＫ記載玩被覆□管の肉厚を非破壊で測定す
   る装置。 ヒ”’ｅ、、　輯’　１あるいは第２渦電流式肉厚測定
   系には、■・被！管の、外周面あるいは内周面の円周方
   向にわたり接近あるいは接触可能な内挿、型あるいは貫
   −通型検査コイルが□必要に広口て設けらｉる特許請求
   の範囲第５項に記載の被覆管の肉厚を非破壊で測定する
   装置。 □