特表 2024-535569 １５０℃超の温度での部品検査用超音波プローブおよび関連する検査方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-30

(54)【発明の名称】１５０℃超の温度での部品検査用超音波プローブおよび関連する検査方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/24 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

G01N29/24

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024521741

(86)(22)【出願日】2022-10-10

(85)【翻訳文提出日】2024-05-28

(86)【国際出願番号】 EP2022078143

(87)【国際公開番号】W WO2023061957

(87)【国際公開日】2023-04-20

(31)【優先権主張番号】2110736

(32)【優先日】2021-10-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】593128105

【氏名又は名称】フラマトム

【氏名又は名称原語表記】ＦＲＡＭＡＴＯＭＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100080447

【弁理士】

【氏名又は名称】太田 恵一

(72)【発明者】

【氏名】サイヤン，ジャン－フランソワ

【テーマコード（参考）】

2G047

【Ｆターム（参考）】

2G047AA06

2G047BC07

2G047GB27

(57)【要約】

本発明は、１５０℃超の温度で部品を検査するための超音波プローブ（１０）に関する。該プローブ（１０）は、部品と接触するシュー（１４）と超音波トランスデューサ（１６）とを含む。
該超音波トランスデューサは、
－ 本体長さ（ＬＣ）を有する内部体積（３０）を画定し、さらにアパーチャ（３２）を画定しているプローブ本体（２４）；
－ アパーチャ内に設置された圧電材料のディスク（２６）であって、シューと接触する正面（３８）を有し、７ＭＲａｙｌ～２５ＭＲａｙｌの音響インピーダンスおよび２５０℃超のキュリー温度を有するディスク；
－ ディスクの裏面（４０）に締結され、本体長さ（ＬＣ）よりも短いダンパ長さ（ＬＡ）にわたり裏面から内部体積内へ延在しているダンパ（２８）；
を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１５０℃超の温度で部品（１２）を検査するための超音波プローブ（１０）において、主軸（Ｘ－Ｘ’）に沿って延在し、
－ 検査すべき部品（１２）と接触させるのに適したシュー（１４）と、
－ シュー（１４）に取付けられ、超音波ビームをシュー（１４）に向かって発出するように構成された超音波トランスデューサ（１６）であって、
＋ 主軸（Ｘ－Ｘ’）に沿って本体長さ（ＬＣ）を有する内部体積（３０）を画定し、さらに内部体積（３０）に向かってアパーチャ（３２）を画定しているプローブ本体（２４）、
＋ アパーチャ（３２）内に配設された圧電材料のディスク（２６）であって、正面（３８）と裏面（４０）を有し、正面（３８）がシュー（１４）と接触するように構成されている、７ＭＲａｙｌ～２５ＭＲａｙｌの音響インピーダンスおよび２５０℃超のキュリー温度を有するディスク（２６）、
＋ ディスク（２６）の裏面（４０）に取り付けられ、主軸（Ｘ－Ｘ’）に沿って本体長さ（ＬＣ）よりも短いダンパ長さ（ＬＡ）にわたり裏面（４０）から内部体積（３０）内へ延在しているダンパ（２８）、
を含む超音波トランスデューサ（１６）と、
を含むプローブ（１０）。

【請求項2】

ダンパ（２８）が、シリコーン（４２）およびシリコーン（４２）内に分散した粒子（４４）を含む、請求項１に記載のプローブ（１０）。

【請求項3】

各々の粒子（４４）が、１０μｍ～２５０μｍの横断方向寸法を有する、請求項２に記載のプローブ（１０）。

【請求項4】

プローブ本体（２４）が、アパーチャ（３２）内に配設されたリング（３４）を含み、リング（３４）がディスク（２６）およびダンパ（２８）に対してシール（３６）を介して封止されており、シール（３６）が、主軸（Ｘ－Ｘ’）に沿って１ｍｍ～３ｍｍの高さにわたり延在し、ダンパ（２８）の一部が、リング（３４）から内部体積（３０）内へ突出している、請求項１から３のいずれか一つに記載のプローブ（１０）。

【請求項5】

シュー（１４）が、ポリベンゾイミダゾールでできている、請求項１から４のいずれか一つに記載のプローブ（１０）。

【請求項6】

シュー（１４）が、超音波トランスデューサ（１６）のディスク（２６）と接触する入口表面（２０）および検査すべき部品（１２）と直接接触させるのに適した出口表面（２２）を含み、入口表面（２０）および出口表面（２２）が互いに１０°超の角度を成している、請求項１から５のいずれか一つに記載のプローブ（１０）。

【請求項7】

ディスク（２６）およびシュー（１４）が、直接接触しており、ディスク（２６）とシュー（１４）の間に音響整合層が全く配設されていない、請求項１から６のいずれか一つに記載のプローブ（１０）。

【請求項8】

超音波プローブ（１０）が、超音波トランスデューサ（１６）内に配設されかつディスク（２６）に電気を供給するように構成されている電気コネクタ（４８）を含む、請求項１から７のいずれか一つに記載のプローブ（１０）。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一つに記載のプローブ（１０）を少なくとも１つ使用して１５０℃超の温度で部品（１２）を検査する方法において、少なくとも、
－ シュー（１４）を、検査すべき部品（１２）と接触させるステップと、
－ シュー（１２）に向かって超音波ビームを超音波トランスデューサ（１６）により発出するステップであって、ビームが部品（１２）に対してシュー（１４）によって少なくとも部分的に送信される、ステップと、
を含む検査方法。

【請求項10】

部品（１２）に作製中の溶接ビード（５０）が含まれている、請求項１から８のいずれか一つに記載のプローブ（１０）を２つ提供するステップおよび、作製中の溶接ビード（５０）の両側に超音波プローブ（１０）の各々を配設するステップをさらに含む、請求項９に記載の検査方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１５０℃超の温度で部品を検査するための超音波プローブに関する。

【0002】

本発明はさらに、このようなプローブを用いて部品を検査するための方法にも関する。

【背景技術】

【0003】

本発明は、特に部品の非破壊試験、詳細にはこのような部品上の溶接ビードの検査に適用される。

【0004】

このような部品は例えば、蒸気発生器、容器または一次導管などの原子炉部品である。

【0005】

このような原子炉部品を交換する場合、現場で溶接を実施することが必要である。溶接の作製には、１５０℃超の温度までの部品の予熱または局所的窒素不活性化などの限定的手段の実行が伴う。

【0006】

慣習的には、ひとたび溶接が行なわれると、構造は冷却され、その後、超音波非破壊検査方法によって検査される。溶接中に欠陥が存在する場合には、溶接を修復する前に部品を暖める必要がある。これには、溶接が適合していると明らかにされるまで、現場に作業チームを動員することが必要とされる。

【0007】

したがって、交換作業中の時間を節約するためにより迅速に溶接を検査でき、こうして原子炉をより急速に再始動できることが必要となる。

【0008】

しかしながら、高温に耐えることのできる公知のプローブは、溶接を正しく検査するのに十分な音響性能を有していない。

【0009】

一方で、優れた音響特性を有する公知のプローブは、１５０℃超の温度に長時間耐えることができない。実際、シューを形成する材料は、このような温度で劣化するか、または超音波ビームに関するその挙動は、温度が上昇した場合に著しく変更される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

このような状況において、本発明は、１５０℃超の温度で連続的に優れた性能を有し、かつそれによってメンテナンス作業中の大幅な時間の節約につながる部品の検査用の超音波プローブを提案することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この目的を達成するために、本発明は、１５０℃超の温度で部品を検査するための超音波プローブにおいて、主軸に沿って延在し：
－ 検査すべき部品と接触させるのに好適なシューと、
－ シューに取付けられ、超音波ビームをシューに向かって発出するように構成された超音波トランスデューサであって、
＋ 主軸に沿って本体長さを有する内部体積を画定し、さらに内部体積に向かってアパーチャを画定しているプローブ本体；
＋ アパーチャ内に配設された圧電材料のディスクであって、正面と裏面を有し、正面がシューと接触するように構成されている、７ＭＲａｙｌ～２５ＭＲａｙｌの音響インピーダンスおよび２５０℃超のキュリー温度を有するディスク；
＋ ディスクの裏面に取り付けられ、主軸に沿って本体長さよりも短いダンパ長さにわたり裏面から内部体積内へ延在しているダンパ；
を含むトランスデューサと、
を含むプローブに関する。

【0012】

したがって、本発明に係るプローブは、音響インピーダンスが低く、上のキュリー温度が高い圧電材料のディスクを用いて１５０℃超の温度で機器の検査を行なうのに好適である。このようなプローブは、窒素雰囲気中において、構造がなおも予熱されている一方で、溶接ビードが充填されるにつれて漸進的に溶接ビードの超音波検査を実施するのに役立つ。これにより、できるだけ早く溶接欠陥を修復し、こうして交換現場において大幅に時間を節約しかつ不確実性を大きく削減することが可能である。

【0013】

該プローブは、個別にまたはいずれかの技術的に可能な組合せにしたがって、以下の特徴のうちの単数または複数のものを含むことができる：
－ ダンパは、シリコーンおよびシリコーン内に分散した粒子を含む；
－ 各々の粒子は、１０μｍ～２５０μｍの横断方向寸法を有する；
－ プローブ本体は、アパーチャ内に配設されたリングを含み、このリングはディスクおよびダンパに対して封止されており、このリングは、主軸に沿って１ｍｍ～３ｍｍの高さにわたり延在し、ダンパの一部はリングから内部体積内へ突出している；
－ シューは、ポリベンゾイミダゾールでできている；
－ シューは、トランスデューサのディスクと接触する入口表面および検査すべき部品と直接接触させるのに好適である出口表面を含み、入口表面および出口表面は互いに１０°超の角度を成している；
－ ディスクおよびシューは直接接触しており、プローブには、ディスクとシューの間に音響整合層が全く配設されていない；
－ プローブは、トランスデューサ内に配設されかつディスクに電気を供給するように構成されている電気コネクタを含む。

【0014】

本発明はさらに、以上で定義した少なくとも１つのプローブを用いて１５０℃超の温度で部品を検査する方法において、少なくとも、
－ シューを、検査すべき部品と接触させるステップと、
－ シューに向かって超音波ビームをトランスデューサにより発出するステップであって、ビームが部品に向かってシューによって少なくとも部分的に送信されるステップと、
を含む方法にも関する。

【0015】

有利には、作製中の溶接ビードが部品に含まれており、該方法は、先行するいずれか一つに記載の２つのプローブを提供するステップおよび、作製中の溶接ビードの両側にプローブの各々を配設するステップをさらに含む。

【0016】

本発明は、単に一例として示され、添付図面を参照する以下の説明を読んだ時点でより良く理解されるものである。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】検査すべき部品上に配設され超音波トランスデューサおよびシューを含む、本発明に係る超音波プローブの概略的側面図である。

【図2】図１に示された超音波トランスデューサの断面図である。

【図3】検査すべき溶接ビードの両側の本発明に係る２つのプローブの概略的側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

超音波プローブ１０が、図１に示されている。

【0019】

プローブ１０は、部品１２、詳細には金属部品、例えば原子炉部品などの超音波検査用に意図されている。プローブ１０は、部品内、詳細には溶接ビード内の欠陥を検出するのに役立つ。欠陥は、例えば空洞、亀裂、または濡れ欠陥である。検査対象の部品は、例えばステンレス鋼、フェライト鋼、インコネルなどである。

【0020】

図を見れば分かるように、プローブ１０は、主軸Ｘ－Ｘ’に沿って延在している。

【0021】

プローブ１０は、シュー１４および超音波トランスデューサ１６を含む。

【0022】

シュー１４とトランスデューサ１６は有利には、共にねじ留めされている。

【0023】

シュー１４とトランスデューサ１６は、高温に対する耐性を有する液体またはゲルの薄層を用いて互いに音響的に結合されている。

【0024】

一変形形態において、シュー１４とトランスデューサ１６は、高温エポキシ樹脂の薄層を用いて共に固着されている。

【0025】

シュー１４は、検査すべき部品１２と接触させるのに好適である。

【0026】

シュー１４は、有利にはポリベンゾイミダゾールで作られている。

【0027】

このようなクラスのポリマは、シュー１４を製造するために特に好適である。実際、このような材料は、最高１５０℃、さらには最高４２７℃の高温に対する耐性が著しく高い。これは、１５０℃において、さらには最高４２７℃でさえ劣化しない。その上、前記クラスの材料では、超音波ビームの減衰は温度と共にわずかしか増大しない。

【0028】

図１を見れば分かるように、シュー１４は、入口表面２０および出口表面２２を含む。

【0029】

出口表面２２は、部品１２と直接接触するのに好適である。

【0030】

シューの出口表面２２および部品１２は、高温に対する耐性を有する結合用の液体またはゲルの薄層２３を用いて互いに接触させられる。

【0031】

各入口表面２０は、超音波トランスデューサ１６と接触している。

【0032】

図１を見れば分かるように、入口表面２０および出口表面２２は、互いに１０°超、有利には２０°超の角度を成している。

【0033】

入口表面２０および出口表面２２は、超音波トランスデューサ１６によって発出される超音波ビームが、入口表面２０を介してシュー１４に進入し、出口表面２２を介してシュー１４から出るような形で配設されている。

【0034】

トランスデューサ１６は、シュー１４に向かって超音波ビームを発出するように構成されている。

【0035】

図２を参照すると、トランスデューサ１６は、プローブ本体２４、ディスク２６およびダンパ２８を含む。

【0036】

プローブ本体２４は、外部壁、詳細には金属壁を含む。プローブ本体２４は、実質的に平行六面体の形状を有する。変形形態において、プローブ本体２４は、例えば円筒形といった形状を有する。

【0037】

プローブ本体２４は、主軸Ｘ－Ｘ’に沿って本体長さＬＣを有する内部体積３０を画定している。プローブ本体２４は、内部体積３０に向かってアパーチャ３２を画定する。

【0038】

プローブ本体２４は、有利には、アパーチャ３２内に配設されシュー１４と接触するようになっているリング３４を含む。

【0039】

リング３４は、シール３６を介してディスク２６およびダンパ２８に封止されている。シール３６は有利には、３ｍｍ～３０ｍｍのディスク２６の直径について、主軸Ｘ－Ｘ’に沿って１ｍｍ～３ｍｍの高さにわたって延在している。

【0040】

ディスク２６は、アパーチャ３２内に配設されている。

【0041】

ディスク２６は、圧電材料でできている。ディスク２６は、超音波エミッタとして作用し、シュー１４に向かって超音波を送信するように構成されている。ディスク２６は、超音波を発生させピックアップすることのできるトランスデューサである。こうして、これを超音波の送信機または受信機として使用することが可能である。

【0042】

ディスク２６は、７ＭＲａｙｌ～２５ＭＲａｙｌ、優先的には１０ＭＲａｙｌ～２５ＭＲａｙｌの音響インピーダンスを有する。

【0043】

ディスク２６の音響インピーダンスは、ディスクを形成する圧電材料の密度にその音響伝播速度を乗じることによって得られる。圧電セラミックのインピーダンスは、温度によってわずかに変動する。しかしながら、インピーダンスは１５０℃で低くとどまり、詳細には２５ＭＲａｙｌ未満である。

【0044】

音響波に対する媒質の音響インピーダンスは、波の通過に対する媒質の抵抗を特徴付ける。１Ｒａｙｌが１Ｐａ×ｓ／ｍに等しいことに留意されたい。

【0045】

ディスク２６は、２５０℃超のキュリー温度を有する。

【0046】

強誘電体材料のキュリー温度は、材料がその残留分極を喪失する温度である。

【0047】

ディスク２６は、例えば、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）と空気の複合材料で構成されている。

【0048】

ディスク２６は、正面３８と裏面４０を有する。

【0049】

正面３８は、シュー１４と接触するように構成されている。より詳細には、ディスク２６およびシュー１４は直接接触している。

【0050】

したがって、従来のトランスデューサとは異なり、プローブ１０には、ディスク２６とシュー１４の間に音響整合層が全く配設されていない。整合層によって発生させられる応力は、それが圧電ディスク２６を膨らませ、正面３８におけるシュー１４との平面接触を妨げることになるようなものである。本発明においては、低い音響インピーダンスを有する圧電材料でできたディスク２６は、正面３８におけるこのような音響整合を防止するのに役立つ。

【0051】

図２を見れば分かるように、ディスク２６の裏面４０にダンパ２８が取付けられている。

【0052】

ダンパ２８は、裏面４０から、本体長さＬＣよりも短いダンパ長さＬＡにわたり主軸Ｘ－Ｘ’に沿って内部体積３０内へと延在している。

【0053】

ダンパ２８は、リング３４を介して部分的に封止されている。したがって、ダンパ２８の一部がリング３４から内部体積３０内へと自由に突出する。ダンパ２８は大幅に膨張することから、プローブ本体２４とのダンパ２８の部分的封止によって、ダンパ２８の膨れが圧電ディスク２６の破裂を導くリスクが防止される。

【0054】

ダンパ２８は、シリコーン４２およびシリコーン４２内に分散した粒子４４を含む。粒子４４は、ディスク２６によりプローブ１０の後方に向かって送られる波を拡散させるのに役立つ。

【0055】

各粒子４４は、詳細にはタングステンまたはアルミナで構成されている。

【0056】

各粒子４４は、１０μｍ～２５０μｍの横断方向寸法を有する。

【0057】

ダンパ２８は、ディスク２６の膨張係数よりもおおよそ１００倍高い膨張係数を有する。

【0058】

図２を参照すると、トランスデューサ１６はさらに、リヤカバー４６および電気コネクタ４８を含む。

【0059】

リヤカバー４６は、アパーチャ３２の反対側のプローブ本体２４の面に取付けられている。

【0060】

電気コネクタ４８は、リヤカバー４６内に配設されている。電気コネクタ４８は、超音波非破壊試験（ＮＤＴ）用の電子制御ステーション（図示せず）に対して電気ケーブル４９を介して接続され、したがって、送信ライン５１を介してディスク２６において送信され受信される電気信号を送信するように構成されている。送信ラインは、２５０℃超の温度に耐えることのできる同軸ケーブルである。

【0061】

ディスク２６は、各面３８、４０上に１つの電極５３を含む。電極５３の一方はアースに接続され、他方は同軸ケーブルのコアに接続される。正面３８の側の電極５３は、電極５３の戻りおよびディスク２６の裏面４０からのワイヤのろう付けを可能にするため、ディスク２６の側方縁部上に立ち上がっている。

【0062】

ディスク２６および同軸ケーブルの２つの電極５３間の電気接続は、２５０℃よりも高い融点を有する単数または複数の点におけるろう付けによって行なわれる。このような反復は、１つの接続における破断が発生した場合にプローブの信頼性を高めるのに役立つ。

【0063】

このようなプローブ１０を用いた本発明に係る部品１２の検査方法について、図３を参照しながら以下で説明する。

【0064】

部品１２は、例えば原子炉部品である。

【0065】

溶接を行なう前に、部品１２は、１５０℃超の温度まで加熱される。

【0066】

本明細書中に示されている実施例においては、作製中の溶接ビード５０の無欠性をチェックするために、２つのプローブ１０が使用される。溶接ビード５０は、検査すべき部品１２の２つの部分１２Ａ、１２Ｂを堅固に付着させるのに役立つ。溶接ビード５０は、２つの部分１２Ａ、１２Ｂの間に設けられた溝を充填する。溶接ビードは、複数のパスで作製され、溶加材の層５２が各パスにおいて溝の中に被着される。層５２は、重ねて配設される。

【0067】

図３を見れば分かるように、２つのプローブ１０は、溶接ビード５０の両側に配設されている。したがって、第１のプローブ１０は、部品１２の第１の部分１２Ａ上に配設され、第２のプローブ１０は、部品１２の第２の部分１２Ｂ上に配設される。

【0068】

溶接ビード５０の検査を実施するためには、検査すべき溶接ビード５０から一定の距離のところで、部品１２の外部表面に接して各プローブ１０のシュー１４を設置する。この距離は、送信される超音波ビームが、検査すべきゾーンに向かって誘導されるような形で選択される。送信される超音波ビームと表面に対する法線の間の角度は比較的恒常であり、試験時における部品１２の温度とは無関係であるため、送信されたビームの検査対象の溶接ビード５０上への誘導を可能にする距離を決定するのは容易である。

【0069】

その後、トランスデューサ１６を起動して、シュー１４に向かって超音波ビームを発出する。入射超音波ビームは、入口表面２０を介してシュー１４に進入し、シュー１４の内部を伝搬し、出口表面２２を介して退出する。ビームはその後、送信ビームと反射ビームに分割される。送信ビームは部品１２内に進入する。

【0070】

溶接ビード５０に衝突した後、図３に例示されているように、超音波ビームは反射され、そのエコーはプローブ１０に戻る。エコーは記録され、解釈される。

【0071】

したがって、本発明に係るプローブ１０は、好適な材料の選択ならびに異なる界面における熱機械的応力の削減を導くアーキテクチャに基づくその設計により、１５０℃超の温度での部品の検査に役立つ。

【0072】

このとき、窒素雰囲気中で、部品１２が予熱されている一方で、溶接ビード５０が充填されるにつれて漸進的に溶接ビード５０の超音波検査を実施することが可能である。

【0073】

したがって、できるかぎり早急に溶接欠陥を修復し、こうして交換現場において大幅に時間を節約することならびに不確実性を大きく減することが可能である。

【符号の説明】

【0074】

１０ プローブ
１２ 部品
１４ シュー
１６ トランスデューサ
２０ 入口表面
２２ 出口表面
２４ プローブ本体
２６ ディスク
２８ ダンパ
３０ 内部体積
３２ アパーチャ
３４ リング
３６ シール
３８ 正面
４０ 裏面
４２ シリコーン
４４ 粒子
４８ 電気コネクタ
５０ 溶接ビード

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】