JP2000061638A - 栓溶接方法およびtig溶接装置ならびにこの栓溶接方法を利用したキャスクのバスケット収納筒の取付け方法 - Google Patents

栓溶接方法およびtig溶接装置ならびにこの栓溶接方法を利用したキャスクのバスケット収納筒の取付け方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】下孔の加工も不要で十分な強度が得られるとと
もに、溶加材の供給も不要で、溶接コストを削減する。 【解決手段】桟部材4上に収納筒5を配置し、接合位置
に所定間隔をあけて配置したタングステン電極13aと
桟部材4および収納筒5に溶接電流を供給すると同時に
接合位置の周囲にシールドガスを供給し、溶加材を添加
することなく収納筒5の下面板5bの表面から桟部材4
に至る溶け込みmを形成するとともに、前記電極13a
を円周方向または渦巻き方向に旋回移動させて溶け込み
面積を増大させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、母材と母材表面に
配置された被覆材を接合する栓溶接方法およびTIG溶
接装置ならびにこの栓溶接方法を利用したキャスクのバ
スケット収納筒の取付け方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図9に示すように、使用済核燃料を収納
する円筒形キャスク1には、燃料棒をそれぞれ収納する
複数の収納室2がバスケット3の軸心方向に沿って形成
されている。このバスケット3は、図10に示すよう
に、上下方向に一定間隔ごとに配置された格子状の桟部
材4に、収容室2を形成する角筒形の収納筒5がそれぞ
れ固定されて配置され、外周部に外殻部材6が取付けら
れて円筒形に形成されている。7は桟部材4の間で収納
筒5同士の隙間に介在される遮蔽板である。
【0003】従来ではこの桟部材4に収納筒5を固定す
る接合方法としては、図11に示すように、収納筒5の
接合位置8に接合用下穴5aをそれぞれ貫通形成し、角
筒材4の内部からTIG溶接用トーチヘッド13により
溶加材(溶接ワイヤー)Wを添加して下穴5aを溶接
し、肉盛りして接合する方法が採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法で
は、複数の角筒材4の各面の桟部材3の対応位置毎にそ
れぞれ下穴5aを形成するため、製造コストが嵩むとい
う問題がある。また、一辺が150mm角の狭い空間内
での溶接作業であり、溶加材Wの添加量の制御が難しく
は、溶加材が少ないと接合強度が低くなりやすく、反対
に多いと肉盛り部の膨らみが許容値を越え、燃料が入ら
ないという問題があった。また下穴5aのコーナー全周
囲にわたって確実に溶け込ませるのが難しく、強度的な
信頼性に欠けるという問題もあった。
【0005】本発明は、上記問題点を解決して、下孔の
加工も不要で十分な強度が得られるとともに、溶加材の
供給制御も不要で、低コストですむ栓溶接方法およびT
IG溶接装置ならびにこの栓溶接方法を利用したキャス
クのバスケット収納筒の取付け方法を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の栓溶接方法は、金属母材上に接合金属板を配
置し、接合位置に所定間隔をあけて配置したタングステ
ン電極と金属母材および接合金属板に溶接電流を供給す
ると同時に溶接位置の周囲にシールドガスを供給し、溶
加材を添加することなく接合金属板の表面から金属母材
に至る溶け込みを形成し、さらに前記電極を円周方向ま
たは渦巻き方向に旋回移動させて溶け込み面積を増大さ
せるものである。
【0007】上記構成によれば、接合金属板の表面から
金属母材に至る溶け込みを形成するので、従来には接合
金属板に形成した下穴が不要となり、製造コストを削減
することができる。また溶加材を添加することがないの
で、その供給制御も不要となり、しかも溶け込みによる
金属の膨張による膨らみだけとなるので、従来のように
溶加材による肉盛り部の膨らみが大きくなり過ぎること
もない。さらに電極を円周方向または渦巻き方向に移動
するので、溶け込みによる接合面積も十分に確保できて
溶接不良が生じることが無く、十分な接合強度を確保で
きる。
【0008】また本発明のTIG溶接装置は、金属母材
上に配置された接合金板上を走行自在な走行台車に、電
極の狙い位置を所定の半径で旋回移動または中心から所
定半径まで渦巻き方向に旋回移動可能なトーチ旋回機構
を介してトーチヘッドを設け、このトーチヘッドにより
接合金属板の表面から金属母材に至る溶け込みを形成す
ると同時に、トーチ旋回機構によりトーチヘッドを円周
方向または渦巻き方向に旋回移動させて溶け込み面積を
増大させるように構成したものである。
【0009】上記構成によれば、十分な溶け込み深さと
強度をもった栓溶接を、シンプルな装置構成で自動で行
うことができ、狭い通路における栓溶接作業であって
も、能率良く行うことができる。
【0010】さらに燃料容器用バスケットの製造方法
は、キャスク内で使用済み核燃料を収容するバスケット
の収納筒を取り付けるに際して、前記収納筒内に走行台
車を走行させて、収納筒とバスケットの桟部材との接合
位置ごとに走行停止させ、この走行台車に配設したタン
グステン電極を有するトーチヘッドを接合位置に所定間
隔をあけて配置し、この電極と前記桟部材および収納筒
に溶接電流を供給すると同時に接合部の周囲にシールド
ガスを供給し、溶加材を添加することなく収納筒の表面
から桟部材に至る溶け込みを形成するとともに、電極を
円周方向または渦巻き方向に旋回移動させて溶け込み面
積を増大させて収納筒と桟部材とを接合するものであ
る。
【0011】上記構成によれば、従来では収納筒に多数
形成する下穴の形成作業が不要となるため、溶接狙い位
置の要求精度が緩くなるとともに、一辺が約150mm
角前後の狭い収納筒内からの自動溶接を、溶加材の供給
制御がなしで行えるので、溶接が容易で、しかも溶け込
み部は、溶けた自己の材料が膨張するだけとなるので、
膨らみ量が大きくなることもなく、燃料の挿入に支障を
来たすことがない。さらに電極を円周方向または渦巻き
方向に移動して溶接するので、溶け込みによる接合面積
も十分に確保できて溶接不良が生じることが無く、十分
な接合強度を確保できる。
【0012】
【発明の実施の形態】ここで、本発明に係るキャスクの
バスケット収納筒の取付け方法とそれを実施するTIG
溶接装置の実施の形態を図1〜図6に基づいて説明す
る。なお、従来例と同一部材には同一符号を付して説明
を省略する。
【0013】このTIG溶接装置は、図2,図3に示す
ように、金属母材である枠部材4上に配置された接合金
属板である収納筒5の下面板5b上を走行自在な走行台
車11に、溶接狙い位置において所定の半径で旋回移動
または中心から所定半径の範囲で渦巻き方向に旋回移動
可能なトーチ旋回機構12を介してタングステン電極1
3aを有するトーチヘッド13が設けられている。
【0014】前記走行台車11は、四隅に走行車輪14
f,14rのうち後部車輪14rに減速機を介して走行
モータ14mが連結連動された自走式走行装置14が設
けられている。またこの走行台車11には倣い走行用手
段15が設けられており、この倣い走行手段15は、走
行台車11の左側部に配設されて左面板5c上を転動可
能な前後一対の倣いローラ15aと、走行台車11の右
側部に配設されて右面板5d側に突出付勢された拘束用
ローラー15bとで構成され、拘束用ローラー15bが
右面板5dに当接される反力を利用して走行台車11を
左方に付勢し倣いローラ15aを左面板5cに当接させ
る。さらにこの走行台車11には、図示しないが走行距
離検出装置やマーキングセンサーなどの検出信号に基づ
いて下面板5bの接合位置8を検知する溶接位置検出手
段が設けられている。
【0015】この前記トーチ旋回機構12は、図4,図
5に示すように、タイミングギヤ21a,21bおよび
タイミングベルト21cからなる同期回転機構21によ
り同期回転される前後一対のクランク板22A,22B
が垂直軸心周りに回転自在に配設され、これらクランク
板22A,22Bに先端部にトーチヘッド13を有する
駆動アーム23が偏心軸24A,24Bを介して偏心位
置に連結連動されている。これら偏心軸24A,24B
の偏心量は、同一でたとえば4mm程度に設定されて等
角度位置に取り付けられ、旋回モータ25により減速機
を介して後部のクランク板22Bを所定速度で回転させ
ることにより、クランク作用で駆動アーム23が平行旋
回移動されてトーチヘッド13を偏心軸24A,24B
と同じ直径の円弧を描くように旋回移動させることがで
きる。
【0016】またトーチ旋回機構12の変形例を図7,
図8に示す。このトーチ旋回機構31は、幅方向のガイ
ドレール32とX軸リニアモータ33により幅方向に移
動されるX軸移動体34と、X軸移動体34上で走行方
向のガイドレール35とZ軸リニアモータ36により走
行方向に移動されるZ軸移動体37と、このZ軸移動体
37から前方に突出されて先端部にトーチヘッド13が
取付けられた駆動アーム23とで構成される。したがっ
て、X軸リニアモータ33とZ軸リニアモータ36とを
組み合わせて駆動することにより、トーチヘッド13を
任意な半径で円弧方向に任意速度で旋回移動させること
ができ、また中心から外周または外周から中心に至る渦
巻き方向にトーチヘッド13を任意速度で旋回移動させ
ることができる。
【0017】次にこのTIG溶接装置による溶接方法を
説明する。桟部材4を組み立てて遮蔽板および下穴を形
成していない収納筒5を仮止めする。そして収納筒5に
走行台車11を挿入配置して倣い走行させ、溶接位置検
出手段により接合位置8で停止させる。そして、図1に
示すように、この走行台車11の溶接トーチ13を接近
させてタングステン電極13aを所定間隔をあけて配置
し、この電極13aと桟部材4および収納筒5に溶接電
流を供給すると同時に電極13a周囲のガス供給筒13
bからシールドガス、たとえばアルゴンガスと水素ガス
の混合ガスGを供給してシールする。溶接電流の種類は
溶接材質により異なり、桟部材4と収納筒5がそれぞれ
ステンレスとステンレスの場合には、直流が使用され、
その極性は、電極にマイナス側が、桟部材4および収納
筒5にプラス側が接続される直流正極性である。
【0018】またここでは、溶加材(溶接ワイヤ)を添
加することはなく、図1に示すように、アークにより収
納筒5の下面板5bの表面から桟部材4に至る溶け込み
mを形成する。さらにトーチ旋回機構12により電極1
3aを所定速度でたとえば直径8mmの円周方向に旋回
移動させて溶け込みmの直径Diaを増大させ、下面板5
bと桟部材4との接合強度を向上させる。したがって、
溶け込みmにおける余盛り高さR.F(Rein Forcement)
は、溶けた自己の材料が膨張するだけとなるので過度に
大きくなることもなく、つねにほぼ一定にすることがで
き、燃料の挿入に支障を来たすことがない。また溶け込
みmの深さDepthも十分なものが得られる。
【0019】この接合位置8での溶接が終了すると、次
の溶接位置まで走行台車を走行させて溶接を行う。さら
に各収納筒5の下面板5bの溶接作業が終了すると、バ
スケット3を90度または180度回転させて、下方に
くる新たな面板を下向き溶接より接合する。なお、ここ
で横向きや上向き溶接を行わないのは溶け込んだ溶融金
属が下方に垂れるのを防止するためである。
【0020】上記実施の形態では、収納筒5に下穴を形
成しないので、大幅なコストダウンをはかることができ
るとともに、溶接狙い位置の位置精度を緩くすることが
できる。また、溶加材を使用しないので、溶加材の供給
制御が不要となり、溶接装置を簡易化・小型化をはかる
ことができ、狭い収納筒5内での自動溶接が可能とな
る。また溶加材がないので、溶け込みmの余盛り高さR.
Fが0〜最大1mmと殆ど無く、燃料の挿入の障害とな
ることがなく、また仕上がりが均一で美しくなる。さら
に、自動溶接が可能となることで、溶接品質の向上と溶
け込み深さや幅の均一化を図ることができる。
【0021】次に、試料1〜3により実験を行った結果
を示す。
【0022】
【表1】
【0023】表1において、試料No1〜3は、金属母
材(4)と接合金属板(5b)で、金属母材(4)の厚
みは7.0mm、接合金属板(5b)の厚みは4.5m
mである。図6に示すように、試料No1では、トーチ
ヘッド13を固定して同一の入熱量を負荷することで、
溶け込みmの深さDepthが金属母材(4)の裏面に達し
て金属が垂れ落ち凝固したため、プラグの余盛り高さR.
Fがマイナスの値で凹んだ不良溶接状態となっている。
試料No2および試料No3を見ると、溶接時間と入熱
量は同じであるが、溶接速度と旋回半径が異なってお
り、旋回半径を拡大することで、溶け込み幅Wと接合界
面における母材4への溶け込み範囲Diaを拡大すること
ができ、反対に溶け込みmの深さDepthを減少させるこ
とができることが明瞭となった。またこの時のプラグの
余盛り高さR.Fはほとんど変化することが無く、外観が
大きく変化することはないことがわかった。
【0024】したがって、入熱量および旋回半径の調整
により、所望の接合界面における溶け込み直径Diaと深
さDepthで母材(4)と接合金属板(5b)とを溶接す
ることが可能となり、またプラグの余盛り高さR.Fの制
御も容易で、ほぼ均一な精度で溶接できる。
【0025】
【発明の効果】以上に述べたごとく本発明の請求項1記
載の発明によれば、接合金属板の表面から金属母材に至
る溶け込みを形成するので、従来には接合金属板に形成
した下穴が不要となり、製造コストを削減することがで
きる。また溶加材を添加することがないので、その供給
制御も不要となり、しかも余盛り高さも溶け込みによる
金属の膨張による膨らみだけとなるので、従来のように
溶加材による肉盛り部の余盛り高さが大きくなり過ぎる
こともない。さらに電極を円周方向または渦巻き方向に
移動するので、溶け込みによる接合面積も十分に確保で
きて溶接不良が生じることが無く、十分な接合強度を確
保できる。
【0026】また本発明のTIG溶接装置によれば、十
分な溶け込み深さと強度をもった栓溶接を、シンプルな
装置構成で自動で行うことができ、狭い通路における栓
溶接作業であっても、能率良く行うことができる。
【0027】さらに燃料容器用バスケットの製造方法に
よれば、従来では収納筒に多数形成する下穴の形成作業
が不要となるとともに、一辺が約150mm角前後の狭
い収納筒内からの自動溶接を、溶加材の供給制御がなし
で行えるので、溶接が容易で、しかも溶け込み部は、溶
けた自己の材料が膨張するだけとなるので、膨らみ量が
大きくなることもなく、燃料の挿入に支障を来たすこと
がない。さらに電極を円周方向または渦巻き方向に移動
して溶接するので、溶け込みによる接合面積も十分に確
保できて溶接不良が生じることが無く、十分な接合強度
を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る栓溶接方法の実施の形態を示す説
明図である。
【図2】同TIG溶接装置を示す正面図である。
【図3】同TIG溶接装置を示す平面図である。
【図4】同TIG溶接装置のトーチ旋回機構を示す側面
図である。
【図5】同TIG溶接装置のトーチ旋回機構を示す平面
図である。
【図6】同TIG溶接装置による溶接状態を示す断面図
である。
【図7】同TIG溶接装置のトーチ旋回機構の変形例を
示す側面図である。
【図8】同TIG溶接装置のトーチ旋回機構の変形例を
示す平面図である。
【図9】従来のキャスクバスケットを示す1/4断面図
である。
【図10】従来のキャスクバスケットの組立て状態を示
す部分斜視図である。
【図11】従来の栓溶接方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 キャスク 2 収容室 3 バスケット 4 桟部材(金属母材) 5 収納筒 5b 下面板(接合金属板) 8 接合位置 11 走行台車 12,31 トーチ旋回機構 13 トーチヘッド 13a 電極 14 自走式走行手段 15 走行用倣い手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G21C 19/32 G21C 19/32 P (72)発明者 小野瀬 研二 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 三方 正樹 大阪府大阪市住之江区南港北1丁目7番89 号 日立造船株式会社内 Fターム(参考) 4E001 AA03 BB07 DD01 DF04 QA02 4E081 AA12 AA14 CA11 DA06 DA26 DA35 DA47 DA62 DA78 YS02 YX01 YX07 YX11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属母材上に接合金属板を配置し、 接合位置に所定間隔をあけて配置したタングステン電極
    と金属母材および接合金属板に溶接電流を供給すると同
    時に溶接位置の周囲にシールドガスを供給し、 溶加材を添加することなく接合金属板の表面から金属母
    材に至る溶け込みを形成し、 さらに前記電極を円周方向または渦巻き方向に旋回移動
    させて接合界面の溶け込み面積を増大させるとともに、
    膨張により突出する余盛り高さを低減することを特徴と
    する栓溶接方法。
  2. 【請求項2】金属母材上に配置された接合金板上を走行
    自在な走行台車に、電極の狙い位置を所定の半径で旋回
    移動または中心から所定半径まで渦巻き方向に旋回移動
    可能なトーチ旋回機構を介してトーチヘッドを設け、 このトーチヘッドにより接合金属板の表面から金属母材
    に至る溶け込みを形成すると同時に、トーチ旋回機構に
    よりトーチヘッドを円周方向または渦巻き方向に旋回移
    動させて接合界面の溶け込み面積を増大させるように構
    成したことを特徴とするTIG溶接装置。
  3. 【請求項3】キャスク内で使用済み核燃料を収容するバ
    スケットの収納筒を取り付けるに際して、 前記収納筒内に走行台車を走行させて、収納筒とバスケ
    ットの桟部材との接合位置ごとに走行停止させ、 この走行台車に配設したトーチヘッドのタングステン電
    極を接合位置に所定間隔をあけて配置し、 この電極と前記桟部材および収納筒に溶接電流を供給す
    ると同時に接合位置の周囲にシールドガスを供給し、 溶加材を添加することなく収納筒の表面から桟部材に至
    る溶け込みを形成するとともに、電極を円周方向または
    渦巻き方向に旋回移動させて溶け込み面積を増大させて
    収納筒と桟部材とを接合することを特徴とするキャスク
    のバスケット収納筒の取付け方法
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