JP2000214286A - 支持格子溶接装置 - Google Patents
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Abstract
チャンバーの面の熱損傷を抑制する。 【解決手段】 チャンバー23内に収納した支持格子1
を外部のレーザーで溶接する。略正方形箱状のチャンバ
ー23内に、支持格子の上下面に対向する二面のガラス
面27a、27bで互いに直交する方向の両端角部にそ
れぞれ各一対の供給ノズル44,44を設ける。各供給
ノズル44の二つのスリーブ45、45から直交するガ
ラス面とガラス側面方向に直交するカーテン状のガス流
を吐出する。溶接部の多いガラス面27a,27bでは
二方向から、溶接部の少ないガラス側面27cでは一方
向から不活性ガス流を吐出する。溶接部で発生するヒュ
ームやプラズマがガラス面やガラス側面に達する前に不
活性ガス流で押し出す。
Description
る核燃料集合体の一部を構成する支持格子を製造する
際、組み立てられた支持格子の各ストラップのジョイン
ト部などの溶接部を溶接するための支持格子溶接装置に
関する。
る核燃料集合体は、上部ノズルと下部ノズルの間に複数
の支持格子が所定間隔で配設され、計装用管及び複数の
制御棒案内管が各支持格子と上部ノズル及び下部ノズル
にそれぞれ固定され、更に各支持格子の格子空間に燃料
棒が挿入されて保持されている。各支持格子は、薄板帯
状のストラップを格子状に交差させて構成されている。
例えば図10に示す支持格子1では各内ストラップ2…
が格子状に組み立てられて多数の格子空間3を形成した
状態で各内ストラップ2…の交差するジョイント部(溶
接部)P…がそれぞれレーザー溶接装置などでスポット
溶接されている。更に一部の格子空間3にはスリーブ4
が嵌挿されて内ストラップ2の上端及び下端に形成され
た切欠部5との当接部Q(溶接部)がレーザー光などで
シーム(連続)溶接されている。このスリーブ5内に制
御棒案内管6が嵌挿されて両者が一体に拡管されて固定
されている。また図11に示す内ストラップ2と外スト
ラップ8の交差部分では、各内ストラップ2の両端に形
成された溶接タブ7,7が支持格子1の四周に位置する
外ストラップ8…の溝8a…にそれぞれ嵌合して構成さ
れた嵌合部R(溶接部)が溶接されている。そのため支
持格子1は組み立てられた状態で、溶接部として多数の
ジョイント部P…及び当接部Q…を備えた略正方形をな
す上面1a及び下面1bと、溶接部として嵌合部R…を
備えた略長方形の側面1cとにおいて、多数のこれら溶
接部を溶接する必要がある。
を溶接する際にヒュームが発生するために、支持格子1
の溶接は図12に示すような支持格子溶接装置10を用
いて行われ、その際に支持格子1は気密に封止されたチ
ャンバー11内で行われ、しかもチャンバー11内を不
活性ガスに置換する必要があった。例えばチャンバー1
1内に支持された支持格子1は上方に配設されたレーザ
ー溶接器12からのレーザー光でジョイント部Pなどの
溶接部が溶接されるようになっている。支持格子1の下
方から導入管13を通してArやHeなどの不活性ガス
がチャンバー11内に供給され、ディフューザー板14
を通過してガス流が均等に分散された状態で支持格子1
を通過してガス排出口15から排出されるようになって
いる。そして、図示しない駆動手段で支持格子1を移動
させながらレーザー溶接器12で順次ジョイント部Pや
当接部Qや嵌合部Rなどの溶接部を溶接する。
接器12で溶接部を溶接する際に、これら溶接部からヒ
ュームが多量に発生してチャンバー11内に滞留するこ
とになる。ヒュームがチャンバー11のガラス面に付着
するとガラス面が汚れてこれを透過するレーザー光のエ
ネルギー効率が悪くなるという問題があった。また溶接
時に溶接部から立ち上がった金属蒸気がプラズマ化し
て、このプラズマがレーザー光の侵入を妨害したりガラ
ス面に衝突してガラス表面の熱損傷を生じるという問題
もあった。この支持格子溶接装置10ではチャンバー1
1内に不活性ガスを供給しているが、不活性ガスは単に
支持格子1の下面1b側から上面1a側に向けた流路を
形成している構成であるために、ヒュームやプラズマの
ガラス面への付着や衝突を十分に防止できなかった。そ
のためにレーザーのエネルギー効率が悪く、ガラス表面
の熱損傷も十分に防げなかった。
ームやプラズマなどの溶接時の飛散物を効率的な排出で
きるようにした支持格子溶接装置を提供することを目的
とする。
接装置は、支持格子を収納するチャンバーとこのチャン
バー内の支持格子を溶接する溶接手段とが設けられ、チ
ャンバー内にこのチャンバーの面に沿って不活性ガスを
吹き出す吐出部が設けられてなることを特徴とする。チ
ャンバー内で溶接手段によって支持格子の溶接部を溶接
する際、熱のために溶接部からヒュームやプラズマなど
が発生するが、これらヒュームやプラズマなどが飛散し
てチャンバーの面に付着・衝突しようとした時に面に沿
って吹き出す不活性ガスでこれを阻止して押し出して排
出でき、チャンバーの面を保護して溶接効率を高めるこ
とができる。
に対向して設けられていてもよい。溶接部で発生するヒ
ュームやプラズマがチャンバーの面に向かう際に不活性
ガス流で効率的に押し出しできる。また、吐出部はチャ
ンバーの複数の面の交差部付近に設けられ、これら複数
の面に沿って複数方向に不活性ガスを吹き出すようにし
てもよい。1つの吐出部から複数方向に不活性ガスを吐
出することで、面に沿って効率的に不活性ガスを吐出で
きヒュームやプラズマを排除できる。特にチャンバーが
略四角形箱状の六面体で構成されている場合、支持格子
のジョイント部が並ぶ上下面に対向する二面の互いに直
交する方向の両端部にそれぞれ対向して各一対の吐出部
を設けてもよい。これによって、六面に不活性ガスをそ
れぞれ吹き出すことができ、特に溶接部の多い支持格子
の上下面に対向する二面には両側の吐出部から二つの不
活性ガス流が生じるからヒュームやプラズマの排出効率
が一層向上する。また、吐出部はチャンバーの面に沿っ
て不活性ガスを面状に吐出するようにしてもよい。面状
の不活性ガス流で確実にヒュームやプラズマを押し出す
ことができる。尚、吐出部は連続する部材または不連続
の複数部材で構成されていてもよい。
持格子を収納するチャンバーとこのチャンバー内の支持
格子を溶接する溶接手段とが設けられ、チャンバー内に
このチャンバーの面に沿って溶接時の飛散物を除去する
気体を吹き出す吐出部が設けられたことを特徴とする。
チャンバー内で支持格子の溶接部を溶接する際、熱のた
めに溶接部からヒュームやプラズマなどの飛散物が発生
するが、これら飛散物がチャンバーの面に付着したり衝
突しようとした時に面に沿って吹き出す気体で衝突など
を防いで押し出して排出でき、チャンバーの面を保護し
て溶接効率を高めることができる。
を図1乃至図5により説明するが、上述した従来技術と
同一または同様の部分には同一の符号を用いて説明す
る。図1は本発明の第一の実施の形態による支持格子溶
接装置の正面図、図2は支持格子溶接装置の側断面図、
図3はチャンバーの外観斜視図、図4はチャンバー内に
供給される不活性ガス流路の要部構成を示す図、図5は
チャンバー内に装着される不活性ガスの供給ノズルの斜
視図である。図1及び図2に示す支持格子溶接装置20
において、基台21aと起立部21bとを備えた断面視
略L字状をなす基部21が設けられ、基台21a上には
例えば平行な二条の線状のガイド22が設けられ、この
ガイド22上にチャンバー23を支持する支持台24が
ガイド22に沿って摺動可能に取り付けられている。支
持台24は基台21a上のガイド22と略平行に配設さ
れた棒状のガイド軸25の一端と螺合されており、ガイ
ド軸25はその全長にわたって雄ねじが切られていて他
端は起立部21bに装着された正逆回転可能な駆動モー
タ26の主軸と連結されている。そのため、駆動モータ
26を正逆回転させることで回転するガイド軸25を介
して支持台24が起立部21bに対して接近及び離間す
るように進退させられることになる。駆動モータ26,
ガイド軸25及びガイド22は駆動手段19を構成す
る。
略正方形箱体形状をなす六面体とされていて、内部に支
持格子1だけが収納されており、縦、横、厚みの寸法が
支持格子1より若干大きい程度に設定されている。チャ
ンバー23の各面はレーザー光を透過する透明な材質、
例えば石英ガラス等のガラス面で形成されており、支持
格子1の略正方形をなす対向する上面1a,下面1bに
対向する一対の略正方形のガラス面27a,27bと4
枚の略長方形のガラス側面27c,…とが金属などの枠
部23aで保持されて構成され、内部を気密に封止して
いる。チャンバー23は図1において隣接する二枚のガ
ラス側面27c,27cの交差する角部28A,28
B,28C,28Dのうち、最下部に位置する一の角部
28Aで交差する傾斜状態の二ガラス側面27c,27
cが、支持台24の凹部24aに支持され固定されてい
る。チャンバー23内に収納された支持格子1はその四
つの側面1c…を支持する四角枠形状の溶接治具30で
保持されている。溶接治具30の三つの角部30A,3
0B,30Cから板状の支持治具34,35,36がそ
れぞれ延びており、そして基部21の起立部21bから
ガイド軸25と略平行に延びる3本の支柱31,32,
33はその自由端31a,32a,33aがチャンバー
23の3つの角部28A,28B,28Cでチャンバー
23内に嵌挿されていて、チャンバー23内で各自由端
31a,32a,33aはそれぞれ支持治具34,3
5,36と着脱可能に連結されている。尚、支柱31,
32,33によるチャンバー23のガラス面27bとの
嵌挿部にはガスケットgがそれぞれ装着されて気密にさ
れていてもよい。
3本の支柱31,32,33でチャンバー23とは連結
されることなく支持されていることになる。しかも支持
格子1の上下面1a,1b及び4つの側面1c…はチャ
ンバー23のガラス面27a,27b及びガラス側面2
7c…とそれぞれ略平行に位置している。チャンバー2
3の外側にはレーザー装置39として図示しないレーザ
ー発振器に光ファイバー41で接続されたレーザー発射
ヘッド40が配設され、チャンバー23を通して支持格
子1のジョイント部Pなどにレーザー光を照射して溶接
するようになっている。
流路について図4により説明する。図4に示す不活性ガ
ス流路43においてチャンバー23は破線で示されてお
り、チャンバー23の一方の略正方形のガラス面27a
の対向する両端(両辺)角部27a−1,27a−1即
ちガラス側面27cと交差する枠部23aの角部内側に
は、角部27a−1の長手方向に沿って供給ノズル4
4,44がそれぞれ設けられている。供給ノズル44は
例えば図5に示すように断面略四角形の棒状とされ、隣
接する二面44a,44aに線状をなす吹き出し口とし
てスリット45,45がそれぞれ形成され、ArやHe
などの不活性ガスが吐出される。同様に他方のガラス面
27bにおいても、一方のガラス面27aにおける供給
ノズル44,44の配置方向に略直交する方向の両側角
部27b−1,27b−1に同様にそれぞれ供給ノズル
44,44が設けられている。各供給ノズル44は二つ
のスリット45,45から吹き出す不活性ガスが図4に
示すように互いに直交する方向にカーテン状(面状)に
噴出し、しかも各不活性ガスの吐出方向は角部27a−
1(27b−1)を構成するガラス面27a(27b)
とガラス側面27cに沿う方向とされている。
は、例えばArガスの場合では供給タンク47から5〜
7kg/cm2g程度供給されて管路が二つに分岐され
て流量調節弁48,48で大流量と小流量とに制御され
てから流量の切換弁49a,49bで選択的に送り出す
流量が設定されて各供給ノズル44…の切換電磁弁50
a,50b,50c,50dに送られる。各切換電磁弁
50a…は各供給ノズル44…からのArガスの吐出と
停止を制御するものであり、各切換電磁弁50a…は各
管路を介してチャンバー23内の各供給ノズル44…に
それぞれ連結されている。この不活性ガス流路43を通
した供給ノズル44へのガス供給量や供給ノズル44の
吐出と停止の制御は図示しない溶接プログラムによって
制御される。またチャンバー23内には不活性ガスを排
出するための排出口52が設けられている。
は上述のように構成されており、次にこの支持格子溶接
装置20の作用について説明する。支持格子溶接装置2
0のチャンバー23内に支持格子1を収納して三本の支
柱31,32,33で支持した状態で不活性ガス流路4
3を通してチャンバー23内に不活性ガスを導入充填す
る。そして例えば支持格子1の上面1aの内ストラップ
2,2同士のジョイント部Pを溶接する場合、レーザー
発射ヘッド40を支持格子1の上面1aに対向させてジ
ョイント部Pと略直交する方向に配設する。また予め駆
動モータ26を駆動させてガイド軸25を回転させ、図
2に示すように支持台24を、支持格子1の上面1aか
らガラス面27aが離間する方向に移動させる。尚、下
面1bのジョイント部Pなどを溶接するにはチャンバー
23のガラス面27bを下面1bから離間する方向に移
動させる。嵌合部Rはそのままガラス側面27cを通し
てレーザーで溶接する。そして、レーザー発射ヘッド4
0とジョイント部Pとの焦点距離を調整すべくレーザー
発射ヘッド40を支持格子1の上面1aに直交する方向
に移動して合焦させ、レーザー光をジョイント部Pに照
射してスポット溶接する。この時ジョイント部Pからヒ
ュームが発生してガラス面27a方向に飛散する。また
スポット溶接はレーザー出力が高く、溶接部(ジョイン
ト部P)の金属蒸気で発生するプラズマが大きい。この
プラズマはガラス面27a方向に飛散する。
各スリット45から不活性ガスがガラス面27a、27
b、ガラス側面27cに沿って吐出している。しかも一
方のガラス面27a両側角部27a−1の一対の供給ノ
ズル44から吐出される不活性ガスはそれぞれガラス面
27aに沿う方向とこれに直交するガラス側面27cに
沿う方向とに同時に吐出されるから、ガラス面27a方
向に飛散するヒュームとプラズマは対向する二方向から
の不活性ガス流でガラス面27aに沿って押し出され、
排出口52から排出される。特に支持格子1の上面1a
には多数のジョイント部Pからなる溶接部があり、発生
するヒュームが多くかつレーザー出力が大きいことから
大きなプラズマが発生する。ガラス面27a上には両側
から不活性ガス流が発生しているために強力にヒューム
を排出できると共にプラズマに対するガラス面の保護が
可能になる。またチャンバー23内で滞留する他のヒュ
ームやプラズマについてもガラス側面27c方向の不活
性ガス流や他方のガラス面27b側の供給ノズル44で
生じる不活性ガス流で押し出されることになる。
るための当接部Qの溶接の際には、レーザー発射ヘッド
40を支持格子1の上面1aに直交する方向に対して傾
斜させた状態で当接部Qを照射してシーム溶接する。こ
の場合には溶接点が一点に集中しないからプラズマやヒ
ュームの発生量は比較的少ない。また外ストラップ8の
嵌合部Rについてもレーザー発射ヘッド40を外ストラ
ップ8に直交する方向に配設してガラス側面27cを通
して嵌合部Rをシーム溶接する。この場合も溶接点が一
点に集中しないからプラズマやヒュームの発生量は比較
的少ない。これらの場合にも同様に各供給ノズル44…
から不活性ガスを吐出することで確実にヒュームやプラ
ズマがガラス面27a,27bやガラス側面27cに衝
突する前に押し出して排出口52から排出できる。
ンバー23内でのレーザー溶接時に発生するヒュームや
プラズマをガラス面27a,27b、ガラス側面27c
に衝突する前に略直交する方向の不活性ガス流でこれら
の面27a,27b、27cに沿って押し出し排出でき
るので、ヒュームやプラズマがガラス面27a,27
b,ガラス側面27cに衝突するのを抑制して、ガラス
面が汚れてレーザー光のエネルギー効率が低下するのを
防止できる上にガラス面にプラズマが衝突して熱損傷す
るのを防止できる。
8により説明するが、上述の実施の形態と同一部分には
同一の符号を用いてその説明を省略する。尚、これらの
実施の形態においてチャンバー23内の供給ノズルの構
成以外は第一の実施の形態と同一構成とする。まず第二
の実施の形態を図6により説明する。図6はチャンバー
内の供給ノズルの配置構成を示す斜視図である。本実施
の形態では、チャンバー23の一対のガラス面27a,
27bの各四辺の角部27a−1…、27b−1…にそ
れぞれ供給ノズル44…が装着されており、支持格子1
の上面1aに対向するガラス面27aに4個、下面1b
に対向するガラス面27bに4個設けられている。各供
給ノズル44は隣接する二面のスリット45,45から
それぞれガラス面27aまたは27bとガラス側面27
とに沿ってカーテン状の不活性ガスを吐出することにな
る。そのため、溶接部としてジョイント部Pと当接部Q
が並ぶ上下面1a,1bではガラス面27a,27bの
四つの角部27a−1…、27b−1…の方向から不活
性ガスが吐出され、側面1cでは上下の二つの角部の方
向から不活性ガスが吐出されることになる。従って本実
施の形態では第一の実施の形態と比較して2倍の8個の
供給ノズル44が配設され、不活性ガスの供給量が各面
で二倍になるためプラズマやヒュームの除去及び排出が
一層確実になる。
図7はチャンバー内の供給ノズルの配置構成を示す斜視
図である。本実施の形態では、チャンバー23の4面の
ガラス側面27c…で構成する四角枠のうち対向する二
つの角部27c−1、27c−1にそれぞれ供給ノズル
44,44が装着されており、更に一対のガラス面27
a、27b間の対角方向の角部27a−1と角部27b
−1とにそれぞれ供給ノズル44,44が配設されてい
る。そのために支持格子1の上面1aに対向するガラス
面27aに1個、下面1bに対向するガラス面27bに
1個の供給ノズル44が設けられ、側面1cに対向する
4面のガラス側面27c…に2個の供給ノズル44、4
4が設けられているといえる。そしてガラス面27a,
27bの各供給ノズル44は隣接する二面のスリット4
5,45からそれぞれガラス面27a及びガラス側面2
7c、そしてガラス面27b及びガラス側面27cに沿
って各直角の二方向にカーテン状の不活性ガスを吐出す
ることになる。
−1、27c−1と27b−1にそれぞれ供給ノズル4
4,44が装着された対向する一対のガラス側面27
c、27cについて二方向から不活性ガスが吐出され、
他のガラス側面27c,27cとガラス面27a、27
bについては一方向から不活性ガスが吐出される。本実
施の形態の場合、ジョイント部Pなどの溶接部の多い支
持格子1の上下面1a,1bには一方向からのみ不活性
ガスが吐出される点で上述の実施の形態と比較してヒュ
ームとプラズマの押し出し能力が劣るが、本実施の形態
でもチャンバー23のガラス面27a,27bやガラス
側面27cにヒュームやプラズマが付着したり衝突する
のを防止できる。
図9により説明する。図8に示すチャンバー23におい
て、支持格子1の上下面1a,1bに対向するガラス面
27a,27bの各四辺の角部のうち、各三辺の角部2
7a−1…、27b−1…に供給ノズル54がそれぞれ
設けられている。しかも各ガラス面27a、27bの供
給ノズル54の配置はチャンバー23内の中心点に対し
て回転対称をなすように対角方向に対向して配設されて
いる。これらの供給ノズル54…を便宜上符号54A〜
54Fによって図8上で区別する。供給ノズル54は図
9に示すように断面四角形の棒状をなしていて一の面5
4aに不活性ガス吐出用のスリット45が形成されてお
り、一方向からのみカーテン状(面状)の不活性ガスが
吐出されることになる。しかもチャンバー23内の各供
給ノズル54の配置構成を図8で説明すると、供給ノズ
ル54A、54B、54C、54Dはガラス面27a、
ガラス側面27c、ガラス面27b、ガラス側面27c
に沿って四角形の循環流をなすように不活性ガスを吐出
し、他の供給ノズル54E、54Fではそれぞれガラス
側面27c,27cに沿って互いに反対側から不活性ガ
スが吐出される。本実施の形態によればチャンバー23
の各ガラス面27a,27bと各ガラス側面27cにつ
いて一方向の不活性ガス流が吐出生成される。
ス面で構成されていてもよい。尚、上述の実施の形態で
はチャンバー23と供給ノズル44,54を別体とした
が、一体に形成してもよい。いずれの場合も各供給ノズ
ル44,54は吐出部を構成する。また供給ノズル4
4、54は棒状に一体形成されれているが、これに代え
て複数のノズルを配列して構成してカーテン状の不活性
ガスを吐出するようにしてもよい。またチャンバー23
のガラス面27a、27b、ガラス側面27cは面を構
成する。
格子溶接装置は、支持格子を収納するチャンバーとこの
チャンバー内の支持格子を溶接する溶接手段とが設けら
れ、チャンバー内にこのチャンバーの面に沿って不活性
ガスを吹き出す吐出部が設けられているから、支持格子
を溶接する際、熱のために溶接部からヒュームやプラズ
マなどが発生しても、これらヒュームやプラズマなどが
飛散してチャンバーの面に付着・衝突しようとした時に
面に沿って吹き出す不活性ガスで押し出して排出でき、
チャンバーの面を保護して溶接効率を高めることができ
る。
の要部構成を説明するための正面図である。
方の面である上面のジョイント部を溶接する状態を示す
側面図である。
概略斜視図である。
用のチャンバーを含む不活性ガスの概略の流路を示す説
明図である。
図である。
ー内に収納される供給ノズルの構成を示す斜視図であ
る。
ー内に収納される供給ノズルの構成を示す斜視図であ
る。
ー内に収納される供給ノズルの構成を示す斜視図であ
る。
ョイント部と当接部を示す要部斜視図である。
接部としての嵌合部を示す部分斜視図である。
す要部構成図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 支持格子を収納するチャンバーとこのチ
ャンバー内の支持格子を溶接する溶接手段とが設けら
れ、前記チャンバー内にこのチャンバーの面に沿って不
活性ガスを吹き出す吐出部が設けられてなる支持格子溶
接装置。
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