CN101415517B - 焊接接头部的维护装置及维护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种焊接接头部的维护装置，用于在焊接接头部(7)、(8)的内面进行堆焊、维护焊接接头部(7)、(8)，该焊接接头部(7)、(8)接合支撑于水中的喷嘴(4)和配管(5)，其具备：密封构件(9)，在喷嘴(4)及配管(5)内，相对于应该进行堆焊的焊接接头部(7)、(8)前后配置，用于在喷嘴(4)及配管(5)内划分形成闭塞的作业区域(A)；排水单元(12)，用于在由密封构件(9)划分形成的作业区域(A)内进行排水形成气体环境；及焊接单元(13)，用于在气体环境的作业区域(A)内对焊接接头部(7)、(8)的内面进行堆焊。

Description

焊接接头部的维护装置及维护方法
技术领域
本发明涉及一种用于在焊接接头部的内面进行堆焊、维护上述焊接接头部的装置及其方法，该焊接接头部接合被支撑于水中的喷嘴和配管。
背景技术
在沸水反应堆(BWR：Boiling Water Reactor)、压水反应堆(PWR：Pressurized Water Reactor)等核反应堆的压力容器中，在设置于压力容器的对喷嘴和配管进行接合的焊接接头部内面残留有残留拉伸应力，有可能会发生应力腐蚀开裂(SCC：Stress Corrosion Cracking)。
在核反应堆的压力容器中，以防止在焊接接头部内面发生SCC为目的，通过高频感应加热残留应力改善(IHSI：Induction Heating StressImprovement)或喷丸硬化(喷丸强化)，降低残留在焊接接头部内面的拉伸应力，进一步优选进行在焊接接头部内面产生压缩应力的应力改善。
IHSI是如下进行的：在焊接接头部外周设置高频感应线圈，在焊接接头部(喷嘴及配管)内流入冷却水，同时在高频感应线圈上流入高频电流来加热焊接接头部及其附近，在产生了应力改善所需的内外面温度差后，通过使焊接接头部恢复至常温，降低残留在焊接接头部内面的拉伸应力，进而在焊接接头部内面产生压缩应力。
喷丸强化是如下进行的：通过向焊接接头部内面投射多个被称为钢丸的粒子，使焊接接头部内面塑性变形，降低残留在焊接接头部内面的拉伸应力，进而在焊接接头部内面产生压缩应力。
但是，尤其在压水反应堆的压力容器中，在焊接接头部(喷嘴及配管)外周和核反应堆容纳容器(遮挡壁等)之间没有足够的间隙，因此，很难将高频感应线圈安装于压力容器，很难进行IHSI。
尤其在压水反应堆的压力容器中，压力容器位于核反应堆容纳容器的最下部，而且，由于压力容器自身存在高剂量，所以需要在压力容器充满水的状态下进行喷丸强化，因此，很难将喷丸装置安装于压力容器，很难进行喷丸强化。
这里，替代IHSI、喷丸强化等应力改善，以防止在焊接接头部内面发生SCC为目的，可以考虑进行在焊接接头部内面形成具有耐腐蚀性的金属包层的金属包层焊接(CRC：Corrosion Resistant Cladding)(例如，参照专利文献1等)。
专利文献1：日本特开平10-197679号公报
作为进行金属包层焊接时的问题可列举出：(i)由于压力容器自身存在高剂量，所以在压力容器中充满水，并且尤其在压水反应堆的压力容器中，在喷嘴和蒸气发生器之间没有设置断流阀等，因此，需要维持在喷嘴上一直连接配管等的状态，不得不在水中进行焊接；(ii)在工作中的核反应堆的情况下，在压力容器的焊接接头部内面已经存在微少的SCC。
作为解决上述(i)的问题的工作方案，正在开发水中激光焊接。但是，在该水中激光焊接中，对于上述(ii)这样的在焊接接头部内面已经存在微少的SCC的情况，由于在SCC上进行焊接时SCC内的水分蒸发所产生的水蒸气，存在很难确保焊接品质的问题。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种在对接合被支撑于水中的喷嘴和配管的焊接接头部的内面进行堆焊时，能够充分确保焊接品质的装置及其方法。
为了实现上述目的，本发明提供一种焊接接头部的维护装置，用于在焊接接头部的内面进行堆焊、维护上述焊接接头部，该焊接接头部接合被支撑于水中的喷嘴和配管，其具备：密封构件，在上述喷嘴及上述配管内，在应该堆焊的上述焊接接头部前后配置，用于在上述喷嘴及上述配管内划分形成闭塞的作业区域；排水单元，用于在由该密封构件划分形成的上述作业区域内进行排水形成气体环境；及焊接单元，用于在气体环境的上述作业区域内对上述焊接接头部的内面进行堆焊。
这里，上述密封构件也可以具有：在上述喷嘴及上述配管内隔着规定间隔插入的多个喷嘴插头；及扩缩自如地设置于各喷嘴插头的外周，用于密封该喷嘴插头和上述喷嘴及上述配管内面之间的密封管。
而且，上述焊接单元也可以具有：在上述多个喷嘴插头之间架设的导杆；及在该导杆上，在其轴向及半径方向上自由移动，且在周向上自由旋转地被支撑的焊矩。
而且，上述排水单元也可以具有：向上述作业区域内供给气体的供给管；及对应于由该供给管向上述作业区域内供给的气体对上述作业区域内进行排水的排出管。
而且，也可以具备用于在上述焊接接头部的内面堆焊之前，干燥上述焊接接头部的干燥单元。
而且，也可以具备用于研磨上述焊接接头部的研磨单元。
而且，也可以具备用于检查上述焊接接头部的检查单元。
而且，也可以具备用于在上述焊接接头部的内面堆焊之前，向上述作业区域内供给保护气体，使上述作业区域内成为保护气体环境的保护气体供给单元。
而且，本发明提供一种焊接接头部的维护方法，用于在焊接接头部的内面进行堆焊、维护上述焊接接头部，该焊接接头部接合被支撑于水中的喷嘴和配管，其为，在应该进行堆焊的上述焊接接头部前后，在上述喷嘴及上述配管内划分形成闭塞的作业区域，对划分形成的上述作业区域内进行排水形成气体环境，在气体环境的上述作业区域内对上述焊接接头部内面进行堆焊。
这里，也可以向上述作业区域内供给气体，对应于向上述作业区域内供给的气体对上述作业区域内进行排水。
而且，也可以在上述焊接接头部的内面堆焊之前，干燥上述焊接接头部。
而且，也可以在上述焊接接头部的内面堆焊之前，研磨上述焊接接头部。
而且，也可以在上述焊接接头部的内面堆焊之前，检查上述焊接接头部。
而且，也可以在上述焊接接头部的内面堆焊之前，向上述作业区域内供给保护气体，使上述作业区域内成为保护气体环境。
而且，也可以在上述焊接接头部内面进行堆焊之后，研磨上述焊接接头部。
而且，也可以在上述焊接接头部内面进行堆焊之后，检查上述焊接接头部。
发明的效果：
根据本发明，在对接合被支撑于水中的喷嘴和配管的焊接接头部的内面进行堆焊时，具有能够充分确保焊接品质的良好效果。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式所涉及的应用了维护装置的核反应堆压力容器的示意图。
图2是表示堆焊前的状态的压力容器的剖视图。
图3是表示堆焊后的状态的压力容器的剖视图。
符号说明
4：喷嘴；5：配管；7：焊接接头(焊接接头部)；8：焊接接头(焊接接头部)；9：密封构件；10：第一高压密封管(密封管)；11：第二高压密封管(密封管)；12：排水单元；13：焊接单元；14：第一喷嘴插头(喷嘴插头)；15：第二喷嘴插头(喷嘴插头)；16：导杆；17：供给管；18：排出管；23：焊矩；28：干燥单元；29：干燥单元；30：研磨单元；32：检查单元；35：保护气体供给单元；A：作业区域。
具体实施方式
以下，利用附图对适合本发明的实施方式进行详细说明。
图1是本发明的一个实施方式所涉及的使用了维护装置的核反应堆压力容器的示意图。图2是表示堆焊前状态的压力容器的剖视图。图3是表示堆焊后状态的压力容器的剖视图。
图1中，符号1是压力容器，2是反应堆井，3是操作面(Operation Floor)。容器1是压水反应堆的压力容器。
如图2所示，在压力容器1的本体上设置连通压力容器1的内部和外部的喷嘴4。在喷嘴4上接合向压力容器1内供给冷却水的供水管、用于将在压力容器1内加热的高温水导入蒸气发生器的导入管等配管5。
压力容器1由低合金钢(例如P-3等)构成。压力容器1的内壁面通过由不锈钢(例如SUS308等)构成的金属包层6形成。
配管5由不锈钢(例如P-8等)构成。配管5隔着由镍基合金(例如Inconel82(注册商标)或Inconel182等)构成的焊接接头(焊接接头部)7、8接合于喷嘴4的前端部。
本实施方式的维护装置具备：密封构件9，在喷嘴4及配管5内，在应该堆焊的焊接接头7、8前后配置，用于在喷嘴4及配管5内划分形成闭塞的作业区域A；排水单元12，用于在由密封构件9划分形成的作业区域A内进行排水形成气体环境；及焊接单元13，用于在气体环境的作业区域内对焊接接头7、8内面进行堆焊。
密封构件9主要具备：在喷嘴4及配管5内隔着规定间隔插入的多个(本实施方式为两个)喷嘴插头14、15；为了使多个喷嘴插头14、15相互连接，在多个喷嘴插头14、15之间架设的导杆16；及扩缩自如(伸缩自如)地设置于各喷嘴插头14、15的外周，用于密封各喷嘴插头14、15和喷嘴4及配管5内面之间的密封管(第一高压密封管10及第二高压密封管11)。
多个喷嘴插头14、15具备：配置在喷嘴4侧(图2中的右侧)的第一喷嘴插头14；及相对于喷嘴插头14隔着规定间隔配置在喷嘴4的长度方向上，配置在配管5侧(图2中的左侧)的第二喷嘴插头15。第一喷嘴插头14及第二喷嘴插头15的外径设定为可插入喷嘴4及配管5。第一喷嘴插头14及第二喷嘴插头15从压力容器1的内部侧插入喷嘴4及配管5。
第一喷嘴插头14形成为大致圆筒状，一端(图2中的右侧)闭塞。第二喷嘴插头15形成为大致圆筒状，两端闭塞。
在第一喷嘴插头14上设置向作业区域A内开口的供给管17及排出管18。在第一喷嘴插头14上连接用于向密封构件9供给电源、空气及保护气体等实物的电缆、软管19等。
在第一喷嘴插头14的外周上设置与喷嘴4的角部4a对置的凸缘14a，及用于密封凸缘14a和喷嘴4的角部4a之间的耐水密封用O形密封圈20。
在第二喷嘴插头15的外周上设置在周向上隔着规定间隔配置的多个小车轮21。
当将密封构件9(第一喷嘴插头14及第二喷嘴插头15)插入喷嘴4时，密封构件9被设置在第二喷嘴插头15上的小车轮21导向并向喷嘴4及配管5内前进，在设置于第一喷嘴插头14的O形密封圈20抵接喷嘴4的角部4a时停止。
第一高压密封管10与设置在第一喷嘴插头14外周的密封用槽14b嵌合。第二高压密封管11与设置在第二喷嘴插头15外周的密封用槽15a嵌合。
在将密封构件9(第一喷嘴插头14及第二喷嘴插头15)插入喷嘴4及配管5内的状态下，向第一高压密封管10及第二高压密封管11内供给高压气体(本实施方式为空气)后，第一高压密封管10膨胀贴紧于喷嘴4的内面，第二高压密封管11膨胀贴紧于配管5的内面。
排水单元12清除(排出)作业区域A内的残留水。
排水单元12通过供给管17向作业区域A供给高压气体(本实施方式为空气)，对应于由供给管17向作业区域A供给的高压气体，通过排出管18清除作业区域A内的水，在作业区域A形成气体环境(气体中)。导入排出管18的水通过软管19向配置在操作面3的贮留槽(未图示)排出。
焊接单元13为了防止在焊接接头7、8的内面发生SCC，形成覆盖焊接接头7、8的内面、其附近的喷嘴4的内面及配管5的内面的新的金属包层(堆焊层)22(参照图3)。
焊接单元13具有：在第一喷嘴插头14及第二喷嘴插头15之间架设的导杆16上，在导杆16(喷嘴4)的轴向及半径方向上自由移动，且在周向上自由旋转地被支撑的焊矩23(本实施方式为TIG焊矩)；及将具有耐SCC性及耐腐蚀性的填充焊丝(焊丝)供给至焊矩23前端部的填充焊丝供给装置24。
在第一喷嘴插头14上设置驱动装置26，用于使焊矩23及后述的研磨机25在导杆16(喷嘴4)的轴向及半径方向上移动，同时在周向上旋转。
焊矩23及填充焊丝供给装置24安装在设置于驱动装置26的支撑杆27上。
焊接单元13控制热量输入条件，通过填充焊丝供给装置24供给填充焊丝，在焊矩23的电极和被焊接面(焊接接头7、8的内面、其附近的喷嘴4的内面及配管5的内面)之间进行电弧放电，在该状态下，通过由驱动装置26使焊矩23在喷嘴4的周向上旋转，在焊接接头7、8的内面、其附近的喷嘴4的内面及配管5的内面上形成金属包层22。
维护装置具备用于在堆焊焊接接头7、8的内面之前，干燥被焊接面的干燥单元28、29。
干燥单元28通过供给管17向作业区域A供给温度较高的高压气体(本实施方式为干燥空气)来干燥被焊接面。
而且，干燥单元29控制热量输入条件，在未供给填充焊丝的情况下，在焊矩23的电极和被焊接面之间进行电弧放电，通过将电弧作为热源加热被焊接面来干燥被焊接面。
维护装置具备用于在堆焊焊接接头7、8的内面之前，研磨被焊接面，同时在焊接接头7、8的内面堆焊后，研磨形成的金属包层22的研磨(研削)单元30。
研磨单元30具有研磨被焊接面或形成的金属包层22的研磨机25。
研磨机25安装在设置于驱动装置26的支撑杆31上。
研磨单元30在使研磨机25抵接被焊接面或形成的金属包层22的状态下，通过由驱动装置26使研磨机25在喷嘴4的周向上旋转来研磨被焊接面或形成的金属包层22。
维护装置具备用于在堆焊焊接接头7、8的内面之前，检查被焊接面，同时在焊接接头7、8的内面堆焊后，检查形成的金属包层22的检查单元32。
检查单元32具有分别安装在安装有焊矩23的支撑杆27及安装有研磨机25的支撑杆31上的摄像机(CCD摄像机)33、34。
检查单元32通过摄像机33、34拍摄被焊接面或形成的金属包层22并显示于监视器(未图示)。通过监视器进行观察被焊接面或形成的金属包层22的外观检查。
维护装置具备用于在堆焊焊接接头7、8的内面之前，向作业区域A供给保护气体，在作业区域A内形成保护气体环境的保护气体供给单元35。
保护气体供给单元35通过供给管17向作业区域A供给作为保护气体的惰性气体(例如氩气(Ar)等)，在作业区域A形成保护气体环境。
对本实施方式的维护方法进行说明。
[步骤1]
使反应堆井2充满水(参照图1)。
[步骤2]
将密封构件9(第一喷嘴插头14及第二喷嘴插头15)、汽缸36、密封构件(喷嘴插头)操作机构37、汽缸操作机构38、软管或电缆等机材搬入操作面3(参照图1)。
[步骤3]
在搬入横梁39上设置密封构件9及汽缸36，通过设置在操作面3上的起重机(桥式起重机)40吊挂该搬入横梁39并向压力容器1内移动(参照图1)。在将搬入横梁39吊挂至压力容器1内的规定高度的状态下，通过汽缸36将密封构件9插入喷嘴4及配管5内。
[步骤4]
在通过第一高压密封管10及第二高压密封管11对喷嘴4及配管5和密封构件9(第一喷嘴插头14及第二喷嘴插头15)之间进行密封的状态下，向作业区域A供给空气，排出作业区域A内的残留水，在作业区域A形成气体环境。
接下来，切换至供给干燥空气，在规定时间(例如三个小时左右)内向作业区域A供给干燥空气，使被焊接面干燥。
使被焊接面干燥后切换至供给保护气体，向作业区域A供给保护气体，在作业区域A形成保护气体环境。通过计测从排出管18(软管19)排出的保护气体中的氧气浓度，确认作业区域A的清除状况。
[步骤5]
根据需要，由研磨机25研磨被焊接面，去除附着于被焊接面的尘埃、金属包层等异物。
[步骤6]
控制热量输入条件，在未供给填充焊丝的情况下，在焊矩23的电极和被焊接面之间进行电弧放电，通过将电弧作为热源将被焊接面加热至规定温度(100℃左右)来干燥被焊接面，使存在于焊接接头7、8的SCC中的水分蒸发。
接下来，通过摄像机33、34拍摄被焊接面的状态并显示于监视器，确认被焊接面的状态是否异常。
[步骤7]
确认了全部被焊接面的状态之后，控制热量输入条件，供给填充焊丝，在焊矩23的电极和被焊接面之间进行电弧放电，熔融填充焊丝，在焊接接头7、8的内面、其附近的喷嘴4的内面及配管5的内面上形成覆盖焊接接头7、8的规定层(本实施方式为三层)的金属包层22(参照图3)。
[步骤8]
通过摄像机33、34拍摄所形成的金属包层22的状态并显示于监视器，确认形成的金属包层22的状态是否异常。
[步骤9]
根据需要，由研磨机25研磨形成的金属包层22。
[步骤10]
通过排出管18(软管19)对作业区域A内的异物进行真空回收。
[步骤11]
从喷嘴4拆下密封构件9(第一喷嘴插头14及第二喷嘴插头15)。
如上所述，根据本实施方式，在应堆焊的焊接接头7、8前后，在喷嘴4及配管5内划分形成闭塞的作业区域A，在划分形成的作业区域A内进行排水形成气体环境，在气体环境的作业区域A内对焊接接头7、8内面进行堆焊，因此，能够在气体环境下进行堆焊，能够充分确保焊接品质。
以上，虽然对本发明合适的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述实施方式，可以采用其它各种各样的实施方式。
例如，检查单元也可以具有浸透探伤装置。

Claims (16)

1.一种焊接接头部的维护装置，用于在焊接接头部的内面进行堆焊、维护上述焊接接头部，该焊接接头部接合被支撑于水中的喷嘴和配管，其特征在于，具备：
密封构件，在上述喷嘴及上述配管内，在应该进行堆焊的上述焊接接头部前后配置，用于在上述喷嘴及上述配管内划分形成闭塞的作业区域；排水单元，用于在由该密封构件划分形成的上述作业区域内进行排水形成气体环境；及焊接单元，用于在气体环境的上述作业区域内对上述焊接接头部的内面进行堆焊。
2.根据权利要求1所述的焊接接头部的维护装置，其为，上述密封构件具有：在上述喷嘴及上述配管内隔着规定间隔插入的多个喷嘴插头；及扩缩自如地设置于各喷嘴插头的外周，用于密封该喷嘴插头和上述喷嘴及上述配管内面之间的密封管。
3.根据权利要求2所述的焊接接头部的维护装置，其为，上述焊接单元具有：在上述多个喷嘴插头之间架设的导杆；及在该导杆上，在其轴向及半径方向上自由移动，且在周向上自由旋转地被支撑的焊矩。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的焊接接头部的维护装置，其为，上述排水单元具有：向上述作业区域内供给气体的供给管；及对应于由该供给管向上述作业区域内供给的气体对上述作业区域内进行排水的排出管。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的焊接接头部的维护装置，其为，具备用于在上述焊接接头部的内面堆焊之前，干燥上述焊接接头部的干燥单元。
6.根据权利要求1至3中任意一项所述的焊接接头部的维护装置，其为，具备用于研磨上述焊接接头部的研磨单元。
7.根据权利要求1至3中任意一项所述的焊接接头部的维护装置，其为，具备用于检查上述焊接接头部的检查单元。
8.根据权利要求1至3中任意一项所述的焊接接头部的维护装置，其为，具备用于在上述焊接接头部的内面堆焊之前，向上述作业区域内供给保护气体，使上述作业区域内成为保护气体环境的保护气体供给单元。
9.一种焊接接头部的维护方法，用于在焊接接头部的内面进行堆焊、维护上述焊接接头部，该焊接接头部接合被支撑于水中的喷嘴和配管，其特征在于，
在应该进行堆焊的上述焊接接头部前后，在上述喷嘴及上述配管内划分形成闭塞的作业区域，对划分形成的上述作业区域内进行排水形成气体环境，在气体环境的上述作业区域内对上述焊接接头部内面进行堆焊。
10.根据权利要求9所述的焊接接头部的维护方法，其为，向上述作业区域内供给气体，对应于向上述作业区域内供给的气体对上述作业区域内进行排水。
11.根据权利要求9或10所述的焊接接头部的维护方法，其为，在上述焊接接头部的内面堆焊之前，干燥上述焊接接头部。
12.根据权利要求9或10所述的焊接接头部的维护方法，其为，在上述焊接接头部的内面堆焊之前，研磨上述焊接接头部。
13.根据权利要求9或10所述的焊接接头部的维护方法，其为，在上述焊接接头部的内面堆焊之前，检查上述焊接接头部。
14.根据权利要求9或10所述的焊接接头部的维护方法，其为，在上述焊接接头部的内面堆焊之前，向上述作业区域内供给保护气体，使上述作业区域内成为保护气体环境。
15.根据权利要求9或10所述的焊接接头部的维护方法，其为，在上述焊接接头部内面进行堆焊之后，研磨上述焊接接头部。
16.根据权利要求9或10所述的焊接接头部的维护方法，其为，在上述焊接接头部内面进行堆焊之后，检查上述焊接接头部。
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