JP2000329885A - 原子炉の制御棒の製造方法及び製造装置 - Google Patents

原子炉の制御棒の製造方法及び製造装置

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JP2000329885A JP2000051779A JP2000051779A JP2000329885A JP 2000329885 A JP2000329885 A JP 2000329885A JP 2000051779 A JP2000051779 A JP 2000051779A JP 2000051779 A JP2000051779 A JP 2000051779A JP 2000329885 A JP2000329885 A JP 2000329885A
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祐司 山田
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雅貴 田村
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Seishiro Araya
政志朗 荒谷
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Abstract

(57)【要約】 【課題】入熱量を少なくして加工後の変形を抑制するこ
とができ、さらに溶接速度を上げて生産性を向上させる
ことにある。 【解決手段】中性子中性子吸収材、シースからなるブレ
ードと、このブレードを固定するタイロッドと、このタ
イロッドとブレードとにそれぞれ固定するハンドル及び
下部ブレードからなる原子炉の制御棒の製造方法におい
て、シースに中性子吸収剤を冷却するための水抜き穴及
びシース外周を切断する第１の工程と、この第１の工程
で切断されたシースをコ字形状に曲げ加工する第２の工
程と、この第２の工程の曲げ加工により形成されたシー
スの凹部内に中性子中性子吸収材を挟み込む第３の工程
と、ブレードとタイロッド、ブレードとハンドル及びブ
レードと下部ブレードとを順次溶接を行う第４の工程
と、この第４の工程で溶接された各部を表面仕上げする
第５の工程とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ溶接または
ＴＩＧ溶接により部品相互を接合するようにした原子炉
の制御棒の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】沸騰水型原子炉の圧力容器の内部構造と
して、その一例を模式的に示すと、図２４のような構造
のものがある。以下その概略について説明する。
【０００３】図２４において、冷却材である水は、炉心
下部より燃料を含む燃料棒１の間隙を上昇しながら加熱
されて沸騰する。原子炉の出力は制御棒２の引き抜きま
たは挿入にともない変化する。この場合、制御棒２を引
き抜くと反応度が増し、また制御棒２を挿入すると反応
度が減少する。
【０００４】ここで、上記制御棒２の構造の一例を図２
５に模式的に示す斜視図により説明する。制御棒２は、
図２５（ａ）に示すように大きく分けてブレード３と、
このブレード３の上端に取付けられたハンドル４と、ブ
レード３の下端部に取付けられた下部ブレード５とから
なり、特にブレード３は、図２５（ｂ）に示すように中
性子吸収材６とこれを収納するシース７、このシース７
内の中性子吸収材６間に水が流れる部分を確保するため
に挿入されたコマ８により構成されている。
【０００５】また、ブレード３は４枚一組として各々の
接合端をタイロッド９にセットし、全体が十字形となる
ように接合されている。
【０００６】ところで、従来このような原子炉の制御棒
２を製造するには、次のような方法により行っていた。
図２６は制御棒の製造手順の一例を示すものである。
【０００７】図２６に示すようにシース７の外周を切断
し、水抜き穴を切断した後、シース７をコの字形に曲げ
加工を実施する。そして、コの字形になったシース端面
揃えを行った後、シース７の内側に中性子吸収材６であ
る炭化硼素（Ｂ4Ｃ）を入れたチューブを挿入してブレ
ード３を組み立てる。
【０００８】上記方法で製作したフレームにブレードを
固定して制御棒を組み立て、これにタイロッド及びハン
ドル、下部ブレードの溶接を実施し、最後にワイヤブラ
シなどを用いて仕上げを実施する。
【０００９】なお、中性子吸収材にＢ4Ｃを用いるタイ
プではコマ８は採用されていない。
【００１０】以上は中性子吸収材にＢ4Ｃを用いる場合
であるが、次に中性子吸収材にハフニウム（Ｈｆ）を用
いるタイプについて述べる。
【００１１】図２６に示すようにシース７の外周を切断
し、水抜き穴を切断した後、シース７をコの字形に曲げ
加工を実施する。そして、コの字形になったシース７の
端面を揃えた後シース７の内側に中性子吸収材６である
Ｈｆ板とコマ８を挿入した後、シース７とコマ８との溶
接を実施して、ワイヤブラシにより仕上げをしてブレー
ド３を完成させる。
【００１２】上記方法で製作したブレード３にタイロッ
ド９、ハンドル４、下部ブレード５を組み立てて溶接を
実施し、最後にワイヤブラシを用いて仕上げを実施す
る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】このように原子炉の制
御棒を製造する場合、シース７の切断、曲げ加工を行っ
てブレード３を組立て、またタイロッド９、ハンドル
４、下部ブレード５の各フレームを組立てた後、これら
ブレード３、タイロッド９、ハンドル４、下部ブレード
５の溶接及びシース７とコマ８との溶接を実施してい
る。
【００１４】従来、これら各部品の溶接には、手動によ
るＴＩＧ溶接が用いられている。このＴＩＧ溶接は不活
性ガス雰囲気中で非消耗性のタングステン電極と母材と
の間にアークを発生させて溶融する方法である。
【００１５】しかし、この手動によるＴＩＧ溶接は、入
熱量が大きいため、加工後の変形が大きく、特に溶接変
形は顕著であり、その変形を矯正しながら溶接すること
も多い。また、溶接の加工速度が遅いため、生産性が低
いという問題もある。
【００１６】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、入熱量を少なくして加工後の変形を抑制する
ことができ、且つ溶接速度を上げて生産性を向上させる
ことができる原子炉の制御棒の製造方法及び製造装置を
提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような方法及び装置により原子炉の制
御棒を製造するものである。
【００１８】（１）中性子吸収材、コマ、シースからな
るブレードを有する原子炉の制御棒の製造方法におい
て、シースに水抜き穴とコマ用穴を切断加工により設け
ると共に、外周を切断した後、シースを曲げ加工により
形成された凹部間に中性子吸収材とコマを挟み、シース
のコマ用穴とコマをレーザ光により溶接を行って一体の
ブレードを形成し、このブレードとハンドルとをレーザ
光により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレードと
をレーザ光を用いて溶接を行った後に各溶接部をワイヤ
ブラシなどにより表面仕上げを行う。
【００１９】（２）中性子吸収材、シースからなるブレ
ードを有する原子炉の制御棒の製造方法において、シー
スに水抜き穴を設け、外周を切断した後、シースを曲げ
加工により形成された凹部間に中性子吸収材を挟んで一
体のブレードを形成し、このブレードとハンドルとをレ
ーザ光により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレー
ドとをレーザ光を用いて溶接を行った後に各溶接部をワ
イヤブラシなどにより表面仕上げを行う。
【００２０】このような方法で制御棒を製造することに
より、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制す
ることができる。さらに、溶接の加工速度を早くするこ
とで、生産性を上げることができる。
【００２１】（３）上記溶接で、開先線を確実に溶融さ
せ、且つシース裏面の裏波ビードを確保するため、開先
位置直上または開先位置から平行に２mm以内でずらした
位置にＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レーザ光を照射す
る。また、１パスまたは１パス目の狙い位置から２パス
目以降の狙い位置を０．１〜２mmの範囲でずらし数パス
ラップさせ、またはレーザ光を直径２mm以内で円運動し
た状態で前進させた状態で照射する。さらに、レーザ光
を円運動させるには、集光レンズの前にプリズムを入
れ、このプリズムをレーザ光の軸を中心に回転させなが
ら、回転状態のプリズムにレーザ光を照射することによ
り、集光レンズに対してレーザ光が回転しながら入射す
る。
【００２２】このような方法とすることで、いずれも開
先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビード
を確保できる。
【００２３】（４）その他の方法として、ブレードとタ
イロッド、またはブレードとハンドル、またはブレード
と下部ブレードとをレーザ光により溶接を実施するに際
して、タイロッド、またはハンドル、または下部ブレー
ドに２本スリットを設け、そのスリットにブレードの凸
部を差込み、ブレードとタイロッドの境界、またはブレ
ードとハンドルの境界、またはブレードと下部ブレード
の境界を狙ってレーザ光を照射する。
【００２４】このような方法とすることで、いずれも開
先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビード
を確保できるだけでなく、ブレードの加工精度により開
先線がずれることがなくなるため、開先線へのレーザ光
の照射を確実なものにすることができる。
【００２５】（５）加工ヘッドにＣＣＤカメラを取付
け、このＣＣＤカメラを加工ヘッドごと設計上の開先位
置まで移動し、ＣＣＤカメラにより溶接部付近の撮像
し、その画像から画像処理装置により実際の開先位置を
検出し、即ち、シースのコマ用穴とコマの溶接では開先
位置からコマの中心座標を検出し、あるいはブレードと
タイロッドの溶接、ブレードとハンドルの溶接、ブレー
ドと下部ブレードの溶接では開先位置からそれぞれの溶
接の始点から終点を検出し、演算処理装置により実際の
開先位置と設計上の開先位置を比較してレーザ光の照射
位置のずれを計算し、このレーザ光の照射位置のずれ量
に加工ヘッドとＣＣＤカメラとのオフセット量を加えた
距離だけ加工ヘッドを移動した後、レーザ光を照射す
る。
【００２６】このような制御棒の製造装置とすれば、設
計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合で
も、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波
ビードが確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることが
できる。また、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形
を抑制することができる。さらに、溶接の加工速度を早
くすることで、生産性を上げることができる。
【００２７】（５）一方、中性子吸収材、コマ、シース
からなるブレード、または中性子吸収材、シースからな
るブレードと、このブレードを固定するタイロッド、こ
のタイロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブ
レードからなる原子炉の制御棒の製造装置において、前
記制御棒を構成する各被溶接物をセットし、溶接を実施
するための加工テーブルと、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ
2レーザ光を出力するレーザ発振器と、このレーザ発振
器より発振するレーザ光を伝送すると共に、集光レンズ
により前記被溶接物に収束させる光学系を有する加工ヘ
ッドと、この加工ヘッドに取付けられ、前記被溶接物の
開先近傍を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラ
により撮像された画像から開先位置を検出する画像処理
装置と、この画像処理装置から得られる開先位置と前記
設計上の開先位置とを比較し、そのずれを計算する演算
処理装置と、この演算処理装置により求められた開先位
置のずれに前記ＣＣＤカメラと加工ヘッドの間のオフセ
ット量を加えた分だけ前記加工ヘッドまたは加工テーブ
ルを移動させるサーボモータと、このサーボモータを駆
動制御する制御手段とを備え、前記加工ヘッドと加工テ
ーブルを少なくとも２台ずつ設け、前記レーザ発振器と
前記加工ヘッドとの間に可動式のミラーを設ける。
【００２８】このような制御棒の製造装置とすれば、溶
接工程の自動化が可能であり、また開先位置を調整する
ことにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏
面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図
ることができる。また、入熱量を低くし、加工後の変形
を抑制することができ、さらに溶接の加工速度を早くす
ることにより、生産性を上げることができる。
【００２９】（６）原子炉の制御棒の製造方法におい
て、シースに水抜き穴、コマ用穴を切断加工により設け
ると共に、外周を切断した後、シースを曲げ加工により
形成された凹部間に吸収材とコマを挟み、シースのコマ
用穴とコマをＴＩＧ溶接により溶接を行って一体のブレ
ードを形成し、このブレードとハンドルとをＴＩＧ溶接
により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレードとを
ＴＩＧ溶接方法を用いて溶接を行った後に各溶接部をワ
イヤブラシ等により表面仕上げを行う。
【００３０】このような方法で制御棒を製造することに
より、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制す
ることができる。さらに、２つの溶接トーチを同時に使
用することにより、生産性を上げることができる。
【００３１】（７）上記溶接で、開先線を確実に溶融さ
せ、且つシース裏面の裏波ビードを確保するため、開先
位置直上または開先位置から平行に３mm以内でずらした
位置に自動ＴＩＧ溶接を実施する。
【００３２】このような方法とすることで、いずれも開
先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビード
を確保できる。
【００３３】（８）加工ヘッドにＣＣＤカメラを取付
け、このＣＣＤカメラを加工ヘッドごと設計上の開先位
置まで移動し、ＣＣＤカメラにより溶接部付近の撮像
し、その画像から画像処理装置により実際の開先位置を
検出し、即ち、シースのコマ用穴とコマの溶接では開先
位置からコマの中心座標を検出し、あるいはブレードと
タイロッドの溶接、ブレードとハンドルの溶接、ブレー
ドと下部ブレードの溶接では開先位置からそれぞれの溶
接の始点から終点を検出し、演算処理装置により実際の
開先位置と設計上の開先位置を比較して溶接トーチのず
れを計算し、この溶接トーチのずれ量に溶接トーチとＣ
ＣＤカメラとのオフセット量を加えた距離だけ溶接トー
チを移動した後、ＴＩＧ溶接を実施する。
【００３４】このような制御棒の製造装置とすれば、設
計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合で
も、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波
ビードが確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることが
できる。また、溶接速度が安定することにより溶接時の
入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができる
と共に、２つの溶接トーチを同時に使用することで、生
産性を上げることができる。
【００３５】（９）吸収材、コマ、シースからなるブレ
ードと、このブレードを固定するタイロッド、このタイ
ロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレード
からなる原子炉の制御棒の製造装置において、ブレード
を２枚の金属板からなり、溶接開先部分のみＴＩＧ溶接
トーチがアクセス出来るように開口している冷やし金で
挟み込むことにより、溶接による熱を吸収し溶接変形を
大幅に抑えることができる。
【００３６】（１０）吸収材、コマ、シースからなるブ
レードと、このブレードを固定するタイロッド、このタ
イロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレー
ドからなる原子炉の制御棒の製造装置において、前記制
御棒を構成する各被溶接物をセットし、溶接を実施する
ための加工テーブルと、ＴＩＧ溶接トーチとこのＴＩＧ
溶接トーチに取付けられ、前記被溶接物の開先近傍を撮
像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラにより撮像さ
れた画像から開先位置を検出する画像処理装置と、この
画像処理装置から得られる開先位置と前記設計上の開先
位置とを比較し、そのずれを計算する演算処理装置と、
この演算処理装置により求められた開先位置のずれに前
記ＣＣＤカメラとと加工ヘッドの間のオフセット量を加
えた分だけ前記加工ヘッドまたは加工テーブルを移動さ
せるサーボモータと、このサーボモータを駆動制御する
制御手段とを備え、前記ＴＩＧ溶接トーチと加工テーブ
ルを少なくとも２台ずつ設ける。
【００３７】このような制御棒の製造装置とすれば、溶
接工程の自動化が可能であり、また開先位置を調整する
ことにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏
面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図
ることができる。また、入熱量を低くし、加工後の変形
を抑制することができ、さらに２つのＴＩＧ溶接トーチ
を同時に使用することにより、生産性を上げることがで
きる。
【００３８】（１１）さらに、シースの水抜き用穴、コ
マ用穴、外周の切断を、高圧窒素ガスを用いたレーザ切
断により実施することにより、切断面は無酸化の状態と
なるので機械的加工による切断面と同等となり、加工精
度も機械加工と同等であるが、加工速度は機械加工より
レーザ切断の方が大幅に早いため、生産性を上げること
ができる。
【００３９】（１２）シースを曲げる工程において、タ
イロッドと接合する端面が不揃いになりやすいため、機
械的加工より加工速度が早く、加工精度が機械加工と同
等の高圧窒素ガスを用いたレーザ切断により不揃い部分
を除去することにより、生産性を大幅に上げることがで
きる。
【００４０】（１３）前記と同様にシースを曲げる工程
において、タイロッドと接合する端面が不揃いになりや
すいため、機械加工より処理時間の早いシャー切断によ
り不揃い部分を除去することにより、生産性を大幅に上
げることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。
【００４２】図１は本発明による原子炉制御棒の製造方
法を説明するための第１の実施の形態を示す工程図であ
る。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照
して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｈｆ
を用いる。
【００４３】まず、レーザ光を用いて、シース７には中
性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、中性子
吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ
８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シー
ス外周の切断を行う。
【００４４】このようにシース外周の切断及び穴明け切
断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためで
ある。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あ
けを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するた
めのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００４５】次にシース７を曲げ加工によりコの字形に
形成し、このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収材６
を挿入した後、コマ８とシース７とをレーザ光により溶
接する。
【００４６】この場合、コマ８を用いているのは、中性
子吸収材６の固定とシース７と中性子吸収材６との間隙
を確保するためである。
【００４７】ここで、コマ８とシース７のレーザ光によ
る加工条件の一例を図２（ａ），（ｂ）に示す。
【００４８】ここで、図２（ａ）はパルス振幅発振のと
きの条件であり、同図（ｂ）は連続発振のときの条件で
ある。いずれもＹＡＧレーザのものであり、連続発振の
方が溶接は安定する傾向にあるが、どちらを適用しても
良い。
【００４９】図３はレーザ照射位置を模式的に示すもの
である。レーザ照射位置は、図３（ａ）に示すようにコ
マ８に対応するシース７の開先直上を基本とするが、裏
波ビードを確保するため、（ｂ）に示すように開先から
０．１〜２．０mmの範囲内でずらしても良い。
【００５０】また、ビード幅が狭い場合には、図３
（ｃ）に示すように開先直上か、または開先から２mmの
範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方
法もある。すなわち、１パスまたは１パス目の狙い位置
から０．１〜２．０mmの範囲でずらして数パスラップさ
せる。
【００５１】図４はレーザ光を円運動させながら照射す
るためのレーザ照射位置を模式的に示す。レーザ光を直
径２mm以内で円運動させながら前進させながら照射す
る。
【００５２】図３、図４で示す方法により、広幅で安定
なビードが得られ、開先線を確実に溶融させ、裏面の裏
波ビードを確保できる。
【００５３】このレーザ光を円運動させる方法として、
加工ヘッドまたは加工テーブルを機械的に回転させる方
法もある。しかし、この機械的な方法を採用すると、加
工速度を数ｍ／ｍｉｎ程度まで増加させた場合、円運動
がいびつになる。
【００５４】図５はプリズムを使ってレーザ光を回転さ
せるための装置の概略構成を示すものである。図５にお
いて、２０は加工ヘッドで、この加工ヘッド２０のレー
ザ入射部にはレーザ発振器からレーザ光を導く光ファイ
バー１０が接続され、加工ヘッド内にはレーザ入射部側
から出射部側に向かって長焦点レンズ１１、プリズム１
２、集光レンズ１３が適宜の間隔を存して保持部材によ
りそれぞれ保持されている。この場合、プリズム１２を
保持する保持部材は、周面に歯部を有する回転体に回転
自在に支持され、加工ヘッド２０の外周に設けられたモ
ータ１５によりギア１４を回転させ、この回転をギア１
４と噛合する歯部を介して回転体に伝達可能になってい
る。また、２７はプリズム１２の回転速度を制御するコ
ントローラである。
【００５５】このようなレーザ光回転装置において、Ｙ
ＡＧレーザの場合、発振器からＹＡＧレーザ光を光ファ
イバー１０を通して加工ヘッド２０まで導く。このレー
ザ光は加工ヘッド２０内で、長焦点レンズ１１により平
行光となってプリズム１２に導かれ、さらに集光レンズ
１３を通して加工面に照射される。
【００５６】このとき、プリズム１２をモータ１５によ
りギア１４を回転させることにより、数ｍ／ｍｉｎの高
速で焦点位置を数mmの範囲で回転させることができる。
【００５７】上記はＹＡＧレーザの場合の構成である
が、ＣＯ2レーザの場合にも同様のレーザ光回転装置に
よりレーザ光を円運動させることができる。
【００５８】図６はＣＯ2レーザの場合の構成例を示す
もので、ＹＡＧレーザの場合の構成と異なる部分は長焦
点レンズ１１がない他は図５と同様である。
【００５９】次に溶接に用いる治具について図７により
説明する。
【００６０】本治具は、図７（ａ），（ｂ）に示すよう
に全体が銅で構成され、シース７を挟み込むようにその
上下面に配置され、レーザ溶接時の冷し金１６として使
用される。この冷し金１６の両面にはコマ８の位置に対
応させて逆コーン状の穴１６ａが設けられ、コマ７の溶
接時に図５又は図６の加工ヘッド２０がアクセスできる
ようにしてある。
【００６１】なお、この冷し金１６は後述するタイロッ
ドへの溶接にも使用される。
【００６２】最後に溶接後のビード表面をワイヤブラシ
仕上げにより滑らかにする。
【００６３】上記の方法にて、中性子吸収材６、コマ８
をシース７内に収納し、一体化したものをブレード３と
呼ぶ。
【００６４】次にタイロッド９に４枚のブレード３をセ
ットし、ハンドル４並びに下部ブレード５も各々セット
する。
【００６５】図８はこれらを固定治具１７にセットした
状態を示すものである。
【００６６】図８に示すように、少なくとも３個以上の
固定治具１７を用いて、ブレード３、ハンドル４並びに
下部ブレード５をタイロッド９にセットする。この場
合、固定治具１７は図９に示すように上下に２等分に分
割され、その上半部１７ａと下半部１７ｂの間に４枚の
ブレード３とその中心部に十字形のタイロッド９をセッ
トする。また、ハンドル４に近い方の固定治具１７の外
周面に歯部が形成され、この歯部に噛合させたギア１８
にモータ１９が接続され、このモータ１９により固定治
具１７に回転力を伝達して加工位置が変更可能になって
いる。
【００６７】また、タイロッド９とブレード３は全線が
開先ではなく、図８（ａ）に拡大して示すように溶接開
先長さは３〜８ｃｍ程度で、溶接しない個所は冷却材で
ある水が通るようにシース７とタイロッド９が離れた状
態になっている。
【００６８】さらに、タイロッド９は同図（ｂ）に断面
で示すように、シース７との位置合せが容易なようにイ
ンローが設けられ、図示矢印で示した位置を開先とす
る。
【００６９】その他の方法として，同図（ｃ）に示すよ
うに，ブレード３とタイロッド９とをレーザ光により溶
接を行なうとき、ブレード３とタイロッド９との固定を
確実にし、かつブレードの加工精度により開先線がずれ
を防止し、且つ開先線へのレーザ光の照射を容易かつ確
実なものとするため、タイロッド９に２本スリットを設
け、そのスリットにブレード３の凸部を差込む。同図
（ｄ）に断面で示すように、レーザ光をブレード３とタ
イロッド９の境界である図示矢印で示した位置をねらっ
て照射する。
【００７０】図１０はこのような状態にセットされた制
御棒の各構成部品において、２台の溶接機によりタイロ
ッド９に各ブレードを溶接する場合のシステム構成例を
示す平面図である。図１０において、５１は加工ヘッド
２０を径方向と長手方向に駆動するヘッド駆動機構、５
２はこのヘッド駆動機構５１を通してタイロッド９にブ
レード３の端面を溶接する溶接機、５３はこれら溶接機
５２及びヘッド駆動機構５１を制御する制御装置であ
る。
【００７１】次にタイロッド９を溶接するための溶接条
件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じ
であり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とす
るが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲
内でずらしても良い。
【００７２】また、ビード幅が狭い場合には開先直上か
または開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップ
させながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広
くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いず
れの方法も図３、図４で示したコマ８の溶接と同様なの
で、ここではその説明を省略する。
【００７３】また、溶接変形を低減する目的で冷し金１
６を加工ヘッド２０と干渉しない場所、ここでは垂直方
向の上下部に存するブレード３にセットしてある。
【００７４】なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時
にレーザ光を用いて溶接する。そして、溶接後の表面は
ワイヤブラシ仕上げにより滑らかにする。
【００７５】このように本発明の第１の実施の形態で
は、原子炉の制御棒の製造方法において、シース７に水
抜き穴、コマ用穴、外周を切断してシース７を曲げ加工
して曲げ、この曲げ加工を実施したシース７の間に中性
子吸収材６とコマ８を挟み、シース７のコマ用穴とコマ
８とをレーザ光により熔接を行って一体のブレード３を
形成し、次にブレード３とタイロッド９とをレーザ光に
より溶接を行い、続いてブレード３とハンドル４もレー
ザ光により溶接を行い、さらにブレード３と下部ブレー
ド５とをレーザ光により溶接を行った後、各溶接部をワ
イヤブラシにより仕上げている。
【００７６】従って、原子炉制御棒の溶接にＹＡＧレー
ザ光を用いることにより溶接時の入熱量を低くできるの
で、加工後の変形を抑制することができる。さらに、Ｔ
ＩＧ溶接に比べ溶接の加工速度を早くすることができる
ため、生産性を向上させることができる。
【００７７】図１１は本発明による原子炉制御棒の製造
方法を説明するための第２の実施の形態を示す工程図で
ある。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参
照して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｈ
ｆを用いる。
【００７８】まず、レーザ光を用いて、シース７には中
性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、中性子
吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ
８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シー
ス外周の切断を行う。
【００７９】このようにシース外周の切断及び穴明け切
断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためで
ある。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あ
けを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するた
めのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００８０】次にシース７を曲げ加工によりコの字形に
形成し、このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収材６
を挿入し、ブレード３の組み立てを行うが、第２の実施
の形態では第１の実施の形態とは異なり、コマ８のレー
ザ光による溶接を行わず、ＴＩＧ溶接による仮付けのみ
としておく。
【００８１】この状態で、タイロッド９に４枚のブレー
ドをセットし、ハンドル４並びに下部プレート５をそれ
ぞれセットする。このセットの状態は、前述した図８に
示す通りである。少なくとも３個以上の固定治具１７を
用いて、ブレード３、ハンドル４並びに下部ブレード５
をタイロッド９にセットする。この場合、固定治具１７
は図９に示すように２等分に上下に分割され、その上半
部１７ａと下半部１７ｂとの間に各部品をセットする。
【００８２】また、タイロッド９はシース７との位置合
せが容易なようにインローが設けられ、タイロッド９と
シース７の境を開先としている。
【００８３】次にタイロッド９を熔接するための溶接条
件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じ
であり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とす
るが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲
内でずらしても良い。
【００８４】また、ビード幅が狭い場合には開先直上か
または開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップ
させながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広
くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いず
れの方法も図２、図３で説明した通りなので、ここでは
その説明を省略する。
【００８５】また、溶接変形を低減する目的で、冷し金
１６を加工ヘッド２０と干渉しない場所に存するブレー
ド３にセットしてある。
【００８６】なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時
にレーザ光を用いて溶接する。続けて、レーザ光を用い
てコマ８の溶接を実施した後、その表面をワイヤブラシ
仕上げにより滑らかにする。
【００８７】このような本発明の第２の実施の形態にお
いても、第１の実施の形態と同様のの作用効果を得るこ
とができる。
【００８８】図１２は本発明による原子炉制御棒の製造
方法を説明するための第３の実施の形態を示す工程図で
ある。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参
照して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｂ
４Ｃを用いる。Ｂ４Ｃを用いる制御棒はシース７の間隙
を一定に保つコマ８を用いない点が特徴である。
【００８９】まず、レーザ光を用いて、シース７には中
性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴あけ切断を
行い、その後、シース外周の切断を行う。
【００９０】このようにシース外周の切断及び穴あけ切
断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためで
ある。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あ
けを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するた
めのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００９１】次にシース７を曲げ加工によりコの字形に
形成し、このコの字形の内側に中性子吸収材６を挿入
し、ブレード３の組立てを行う。この状態で、タイロッ
ド９に４枚のブレードをセットし、ハンドル４並びに下
部プレート５をそれぞれセットする。このセットの状態
は、前述した図８に示す通りである。少なくとも３個以
上の固定治具１７を用いて、ブレード３、ハンドル４並
びに下部ブレード５をタイロッド９にセットする。この
場合、固定治具１７は図９に示すように上下２等分に分
割され、その上半部１７ａと下半部１７ｂとの間に各部
品をセットする。
【００９２】また、タイロッド９はシース７との位置合
せが容易なようにインローが設けられ、タイロッド９と
シース７の境を開先としている。
【００９３】次にタイロッド９を熔接するための溶接条
件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じ
であり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とす
るが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲
内でずらしても良い。
【００９４】また、ビード幅が狭い場合には開先直上か
または開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップ
させながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広
くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いず
れの方法も図３、図４で説明した通りなので、ここでは
その説明を省略する。
【００９５】また、溶接変形を低減する目的で、冷し金
１６を加工ヘッド２０と干渉しない場所に存するブレー
ド３にセットしてある。
【００９６】なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時
にレーザ光を用いて溶接する。
【００９７】このような本発明の第３の実施の形態にお
いても、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様
の作用効果を得ることができる。
【００９８】図１３は本発明の第４の実施の形態におけ
るコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。
【００９９】図１３に示すように、シース７の上部から
コマ溶接用の穴を通してコマ８が見える。そこで、加工
ヘッド２０に取付けたＣＣＤカメラ２１を通して穴を確
認する。
【０１００】図１４は自動コマ溶接装置のブロック図を
示すものである。図１４に示すように、ＣＣＤカメラ２
１にて認識した穴の画像情報は、まず画像処理装置２２
により形状情報に変換され、円の中心座標を認識し、こ
の座標情報を演算処理装置２３に入力する。演算処理装
置２３では、この座標と予め加工データとして蓄えられ
た穴の中心座標とを比較し、穴のずれ量を検出する。こ
の情報はオペコン２４を通して数値制御装置２５にフィ
ードバックされ、ＮＣサーボモータ２６を駆動する。
【０１０１】図１５は自動コマ溶接のシーケンスを示す
ものである。
【０１０２】図１５において、まず加工ヘッド２０を移
動し、加工原点を決定する。これにはＣＣＤカメラ２１
の加工原点も含む。あるコマの中心位置まで加工ヘッド
２０を移動し、図１４に示したようにＣＣＤカメラ２１
及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により位置ず
れを検出する。この位置のずれ量に加工ヘッド２０とＣ
ＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ加工
ヘッド２０を移動させる。
【０１０３】このような状態で加工ヘッド２０の移動を
開始し、ビーム照射を開始すると溶接が始まる。そし
て、溶接が終了するとビーム照射を停止し、加工ヘッド
２０の移動も停止する。
【０１０４】このようにしてブレードの片面のコマ溶接
を終了すると、これとは反対側の片面のコマ溶接を実施
する。
【０１０５】以上はコマ溶接の場合であるが、タイロッ
ド溶接の場合にも前述した図１３及び図１４に示した装
置を用いて同様に実施できる。
【０１０６】図１６は自動タイロッド溶接のシーケンス
を示すものである。
【０１０７】図１６において、まず加工ヘッド２０を移
動し、加工原点を決定する。次に図８（ｄ），（ｅ）に
拡大図として示すように、タイロッド９とシース７の溶
接個所では、シース７側に凸部が、タイロッド９側にイ
ンローが設けられている。そのシース７の凸部の片側の
端部、即ち加工の原点まで加工ヘッド２０を移動し、Ｃ
ＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２
３により加工の始点の位置ずれを検出する。同様にシー
ス７の凸部のもう片側の端部、即ち加工の終点まで加工
ヘッド２０を移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装
置２２、演算処理装置２３により加工の終点の位置ずれ
を検出する。そして、加工ヘッド２０を加工の始点のず
れ量に加工ヘッド２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセッ
ト量を加えた距離だけ移動する。
【０１０８】このような状態で加工ヘッド２０の移動を
開始し、ビーム照射を開始すると溶接が始まる。そし
て、溶接が終了するとビーム照射を停止し、加工ヘッド
２０の移動も停止する。
【０１０９】このようにしてブレードの片面のタイロッ
ド溶接が終了すると、残り７面のタイロッド溶接を順次
実施する。
【０１１０】ただし、前述した第１の実施の形態及び第
２の実施の形態において、比較的溶接ビード幅が０．１
〜２．０mmと狭い溶接では開先位置とレーザ照射位置と
のずれが大きいと、レーザ光を用いた溶接そのものが困
難になる。
【０１１１】第４の実施の形態では、かかる問題を解消
するため、加工ヘッド２０に取付けられたＣＣＤカメラ
２１と画像処理装置２２により開先位置を検出し、レー
ザ光の照射位置を補正することで、精度良くコマ溶接及
びタイロッド溶接が可能となり、溶接を自動化すること
ができる。
【０１１２】このように本発明の第４の実施の形態で
は、加工ヘッド２０にＣＣＤカメラ２１を取付け、数値
制御（ＮＣ）によりＣＣＤカメラ２１ごと設計上の開先
位置まで移動し、ＣＣＤカメラ２１により溶接部付近の
画像をとり、その画像情報を画像処理装置２２に送り、
この画像処理装置２２により画像から実際の開先位置を
検出し、即ちシース７のコマ用穴とコマ８の溶接では開
先位置からコマ８の中心座標を検出し、あるいはブレー
ド３とタイロッド９の溶接、ブレード３とハンドル４の
溶接、ブレード３と下部ブレード５の溶接では、開先位
置からそれぞれの溶接の始点と終点を検出し、演算処理
装置２３により実際の開先位置と設計上の開先位置を比
較することにより、レーザ光の照射位置のずれを計算
し、このレーザ光の照射位置のずれ量に加工ヘッド２０
とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ
加工ヘッド２０を移動した後で、レーザ光を照射するよ
うにしたものである。
【０１１３】従って、設計上の開先位置と実際の開先位
置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さ
らにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程
の自動化を図ることができる。これにより、溶接時の入
熱量を低くし、加工後の変形を抑えることができる。さ
らに、溶接の加工速度を早くすることで、生産性を向上
させることができる。
【０１１４】図１７は本発明の第５の実施の形態におけ
るコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。な
お、加工ヘッド部分の構成については図１３と同一なの
で、同一部品には同一符号を付して示す。
【０１１５】図１７に示すように、少なくとも２台の加
工テーブル２８上に載置されたシース７に対して、コマ
溶接を実施する際、各々のシース７上に加工ヘッド２０
がセッティングされる。
【０１１６】一方、溶接機として設けられたレーザ発振
器２９より出力されるレーザ光をその光路に配置された
可変ミラー３０により反射させ、光ファイバー３１を通
して一方の加工ヘッド２０に導き、この加工ヘッド２０
より溶接個所にレーザ光を照射する。また、他方の加工
ヘッド２０にレーザ光を導く場合には、可変ミラー３０
をレーザ光と干渉しない位置に移動させた後、レーザ光
路に配置された固定ミラー３２に反射させ、光ファイバ
ー３１を通して他方の加工ヘッド２０に導き、この加工
ヘッド２０より溶接個所にレーザ光を照射する。
【０１１７】この場合、１台のレーザ発振器２９のレー
ザ光を少なくとも２台の加工ヘッドに対して別々の時間
帯で使用する、いわゆる時間分光を実施可能にしてレー
ザ発振器を有効に活用できるようにしている。
【０１１８】さらに、各加工ヘッド２０に取付けたＣＣ
Ｄカメラ２１にて認識した穴の画像情報に基いて自動制
御でコマ溶接を行うための構成は、図１４及び図１５で
述べた第３の実施の形態と同様なので、ここではその説
明を省略する。
【０１１９】従って、このような装置を用いることで、
溶接工程の自動化が可能であり、且つ開先位置を調整す
ることにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース
裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を
図ることができる。
【０１２０】図１８は本発明による原子炉制御棒の製造
方法を説明するための第６の実施の形態を示す工程図で
ある。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参
照して述べる。また、ここでは吸収材として、Ｈｆを用
いる。
【０１２１】まず、レーザ光を用いて、シース７には吸
収材６を冷却するための水抜き用の穴と、吸収材６とシ
ース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットす
るための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断
を行う。
【０１２２】このようにシース外周の切断及び穴明け切
断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためで
ある。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あ
けを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するた
めのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【０１２３】次にシース７を曲げ加工によりコの字形に
形成する。
【０１２４】このとき、シース７のタイロッドと接合す
る端面側は不揃いになりやすいため、レーザ光を用いて
不揃い部分を切断除去する。レーザ光の代わりにシェア
で実施しても良い。
【０１２５】このコの字形の内側にコマ８と吸収材６を
挿入した後、コマ８とシース７とを自動ＴＩＧ溶接機に
より溶接する。
【０１２６】この場合、コマ８を用いているのは、吸収
材６の固定とシース７と中性子吸収材６の間隙を確保す
るためである。
【０１２７】ここで、コマ８とシース７の自動ＴＩＧ溶
接機による溶接条件の一例を図１９に示す。
【０１２８】ＴＩＧ溶接機のトーチ位置は、第１の実施
の形態で述べた図３（ａ）と同様にコマ８に対応するシ
ース７の開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保す
るため、（ｂ）に示すように開先から０．１〜３．０mm
の範囲内でずらしても良い。
【０１２９】図３で示す方法により、安定なビードが得
られ、開先線を確実に溶融させ、裏面の裏波ビードを確
保できる。
【０１３０】次にＴＩＧ溶接に用いる治具は、図７と同
様なので、ここではその説明を省略する。
【０１３１】最後に溶接後のビード表面のグラインダ仕
上げにより滑らかにする。
【０１３２】上記の方法にて、吸収材６、コマ８をシー
ス７内に収納し、一体化してブレード３とし、次にタイ
ロッド９に４枚のブレード３をセットし、ハンドル４並
びに下部ブレード５も各々セットする。
【０１３３】これらを固定治具１７にセットした状態は
図８（ａ）及び図９と同様なので、ここではその説明を
省略する。
【０１３４】また、タイロッド９とブレード３は全線が
開先ではなく、図８（ｂ）に拡大して示すように溶接開
先長さは３〜８ｃｍ程度で、溶接しない個所は冷却材で
ある水が通るようにシース７とタイロッド９が離れた状
態になっている。
【０１３５】さらに、タイロッド９は同図（ｃ）に断面
で示すように、シース７との位置合せが容易なようにイ
ンローが設けられ、図示矢印で示した位置を開先とす
る。
【０１３６】このような状態にセットされた制御棒の各
構成部品において、２台のＴＩＧ溶接機によりタイロッ
ド９に各ブレードを溶接する場合のシステム構成は図１
０と同様である。
【０１３７】次にタイロッド９を溶接するための溶接条
件は、前述した図１９で示した条件と同じであり、また
ＴＩＧ溶接トーチ２０の位置は開先直上を基本とする
が、裏波ビードを確保するため、開先から３mmの範囲内
でずらしても良い。
【０１３８】また、溶接変形を低減する目的で冷し金１
６を溶接トーチ２０と干渉しない場所、ここでは垂直方
向の上下部に存するブレード３にセットしてある。
【０１３９】なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時
にレーザ光を用いて溶接する。そして、溶接後の表面は
表面仕上げにより滑らかにする。
【０１４０】このように本発明の第６の実施の形態で
は、原子炉の制御棒の製造方法において、シース７に水
抜き穴、コマ用穴、外周を切断してシース７を曲げ加工
して曲げ、この曲げ加工を実施したシース７の間に吸収
材６とコマ８を挟み、シース７のコマ用穴とコマ８とを
ＴＩＧ溶接機により溶接を行って一体のブレード３を形
成し、次にブレード３とタイロッド９とをＴＩＧ溶接機
により溶接を行い、続いてブレード３とハンドル４もＴ
ＩＧ溶接機により溶接を行い、さらにブレード３と下部
ブレード５とをレーザ光により溶接を行った後、各溶接
部をワイヤブラシ等により仕上げている。
【０１４１】従って、原子炉制御棒の溶接に自動ＴＩＧ
溶接機を用いることにより溶接時の入熱量を低くできる
ので、加工後の変形を抑制することができる。さらに、
２つの加工ヘッドに代わるＴＩＧ溶接トーチ２０を同時
に使用することにより、生産性を向上させることができ
る。
【０１４２】図２０は本発明による原子炉制御棒の製造
方法を説明するための第７の実施の形態を示す工程図で
ある。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参
照して述べる。また、ここでは吸収材として、Ｈｆを用
いる。
【０１４３】まず、レーザ光を用いて、シース７には吸
収材６を冷却するための水抜き用の穴と、吸収材６とシ
ース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットす
るための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断
を行う。
【０１４４】このようにシース外周の切断及び穴明け切
断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためで
ある。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あ
けを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するた
めのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【０１４５】次にシース７を曲げ加工によりコの字形に
形成する。
【０１４６】さらに、このときにシース７のタイロッド
と接合する端面側は不揃いになりやすいため、レーザ光
を用いて不揃い部分を切断除去する。レーザ光の代わり
にシェアで実施しても良い。
【０１４７】このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収
材６を挿入し、ブレード３の組立てを行うが、第７の実
施の形態では第６の実施の形態とは異なり、コマ８のレ
ーザ光による溶接を行わず、ＴＩＧ溶接による仮付けの
みとしておく。
【０１４８】この状態で、タイロッド９に４枚のブレー
ドをセットし、ハンドル４並びに下部プレート５をそれ
ぞれセットする。
【０１４９】これらを固定治具１７にセットした状態は
図８（ａ）及び図９と同様なので、ここではその説明を
省略する。
【０１５０】次にタイロッド９を溶接するための溶接条
件は、前述した図１９で示した条件と同じであり、また
ＴＩＧ溶接トーチ２０の位置は開先直上を基本とする
が、裏波ビードを確保するため、開先から３mmの範囲内
でずらしても良い。
【０１５１】また、溶接変形を低減する目的で、冷し金
１６を溶接トーチ２０と干渉しない場所に存するブレー
ド３にセットしてある。
【０１５２】なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時
にレーザ光を用いて溶接する。続けて、レーザ光を用い
てコマ８の溶接を実施した後、その表面を表面仕上げに
より滑らかにする。
【０１５３】このように本発明の第７の実施の形態にお
いても、第６の実施の形態と同様のの作用効果を得るこ
とができる。
【０１５４】図２１は本発明の第８の実施の形態として
自動ＴＩＧ溶接機によるコマ溶接を実施する場合のシー
ケンスを示すものである。
【０１５５】なお、自動コマ溶接装置の構成及びその制
御装置は図１３及び図１４と同様なので、ここではその
説明を省略する。
【０１５６】図２１において、まず加工ヘッドに代わる
溶接トーチ２０を移動し、加工原点を決定する。これに
はＣＣＤカメラ２１の加工原点も含む。あるコマの中心
位置まで溶接トーチ２０を移動し、図１４に示したよう
にＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装
置２３により位置ずれを検出する。この位置のずれ量に
溶接トーチ２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を
加えた距離だけ溶接トーチ２０を移動させる。
【０１５７】このような状態で溶接トーチ２０の移動を
開始し、ＴＩＧ溶接を開始すると溶接が始まる。そし
て、溶接が終了すると溶接アークが停止し、溶接トーチ
の移動も停止する。
【０１５８】このようにしてブレードの片面のコマ溶接
を終了すると、これとは反対側の片面のコマ溶接を実施
する。
【０１５９】以上はコマ溶接の場合であるが、タイロッ
ド溶接の場合にも前述同様に実施できる。
【０１６０】図２２は自動ＴＩＧ溶接機によるタイロッ
ド溶接を実施する場合のシーケンスを示すものである。
【０１６１】図２２において、まず加工ヘッドに代わる
溶接トーチ２０を移動し、加工原点を決定する。次に図
８（ｄ），（ｅ）に拡大図として示すように、タイロッ
ド９とシース７の溶接個所では、シース７側に凸部が、
タイロッド９側にインローが設けられている。そのシー
ス７の凸部の片側の端部、即ち加工の原点まで図１４に
示す溶接トーチ２０を移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画
像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の始点の
位置ずれを検出する。同様にシース７の凸部のもう片側
の端部、即ち加工の終点まで溶接トーチを移動し、ＣＣ
Ｄカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３
により加工の終点の位置ずれを検出する。そして、溶接
トーチを加工の始点のずれ量に溶接トーチとＣＣＤカメ
ラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ移動する。
【０１６２】このような状態で溶接トーチ２０の移動を
開始し、ＴＩＧ溶接を開始すると溶接が始まる。そし
て、溶接が終了すると溶接アークは停止し、溶接トーチ
の移動も停止する。
【０１６３】このようにしてブレードの片面のタイロッ
ド溶接が終了すると、残り７面のタイロッド溶接を順次
実施する。
【０１６４】ただし、前述した第６の実施の形態及び第
７の実施の形態において、開先位置と溶接トーチ位置と
のずれが大きいと、溶接そのものが困難になる。
【０１６５】第８の実施の形態では、かかる問題を解消
するため、溶接トーチ２０に取付けられたＣＣＤカメラ
２１と画像処理装置２２により開先位置を検出し、溶接
トーチの位置を補正することで、精度良くコマ溶接及び
タイロッド溶接が可能となり、溶接を自動化することが
できる。
【０１６６】このように本発明の第８の実施の形態で
は、溶接トーチ２０にＣＣＤカメラ２１を取付け、数値
制御（ＮＣ）によりＣＣＤカメラ２１ごと設計上の開先
位置まで移動し、ＣＣＤカメラ２１により溶接部付近の
画像をとり、その画像情報を画像処理装置２２に送り、
この画像処理装置２２により画像から実際の開先位置を
検出し、即ちシース７のコマ用穴とコマ８の溶接では開
先位置からコマ８の中心座標を検出し、あるいはブレー
ド３とタイロッド９の溶接、ブレード３とハンドル４の
溶接、ブレード３と下部ブレード５の溶接では、開先位
置からそれぞれの溶接の始点と終点を検出し、演算処理
装置２３により実際の開先位置と設計上の開先位置を比
較することにより、ＴＩＧ溶接トーチの位置のずれを計
算し、この溶接トーチ位置のずれ量に溶接トーチとＣＣ
Ｄカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ溶接ト
ーチを移動した後で、ＴＩＧ溶接を実施するようにした
ものである。
【０１６７】従って、設計上の開先位置と実際の開先位
置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さ
らにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程
の自動化を図ることができる。これにより、溶接時の入
熱量を低くし、加工後の変形を抑えることができる。さ
らに、２つの溶接トーチを同時に使用することで、生産
性を向上させることができる。
【０１６８】図２３は本発明の第９の実施の形態におけ
るコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。な
お、加工ヘッド部分の構成については図２５と同一なの
で、同一部品には同一符号を付して示す。
【０１６９】図２３に示すように、少なくとも２台の加
工テーブル２８上に載置されたシース７に対して、コマ
溶接を実施する際、各々のシース７上にＴＩＧ溶接機２
９の溶接トーチ２０がセッティングされる。
【０１７０】さらに、各溶接トーチに取付けたＣＣＤカ
メラ２１にて認識した穴の画像情報に基いて自動制御で
コマ溶接を行うための構成は、図１４及び図２１で述べ
た第８の実施の形態と同様なので、ここではその説明を
省略する。
【０１７１】従って、このような装置を用いることで、
溶接工程の自動化が可能であり、且つ開先位置を調整す
ることにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース
裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を
図ることができる。
【０１７２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、レー
ザ光による溶接を実施することにより、入熱量を少なく
して加工後の変形を抑制することができ、且つ溶接速度
を上げて生産性を向上させることができる原子炉の制御
棒とその製造方法及び製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明す
るための第１の実施の形態を示す工程図。
【図２】（ａ）はパルス振幅発振のときの条件、（ｂ）
は連続発振のときの条件を説明するための図。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は同実施の形態において、レ
ーザ照射位置又はＴＩＧ溶接津トーチ位置を示す模式
図。
【図４】同実施の形態において、レーザ光を回転させた
ときのレーザ照射位置を示す模式図。
【図５】同実施の形態において、プリズムを使ってＹＡ
Ｇレーザ光を回転させるための装置の概略構成を示す断
面図。
【図６】同実施の形態において、プリズムを使ってＣＯ
2レーザ光を回転させるための装置の概略構成を示す断
面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は同実施の形態で、溶接に用い
る固定治具を示す平面図及び断面図。
【図８】（ａ）は同じく固定治具全体のセット状態を示
す斜視図、（ｂ）は（ａ）のブレードとタイロッドとの
結合部Ａの拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断
面図、（ｄ）は他の方法によるブレードとタイロッドと
の結合部Ａの拡大図、（ｅ）は（ｄ）のＣ−Ｃ線に沿う
断面図。
【図９】ブレード及びタイロッドを固定した状態を示す
固定治具の正面図。
【図１０】２台の溶接機によりタイロッドに各ブレード
を溶接する場合のシステム構成例を示す平面図。
【図１１】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明
するための第２の実施の形態を示す工程図。
【図１２】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明
するための第３の実施の形態を示す工程図。
【図１３】本発明による原子炉制御棒の製造装置の第４
の実施の形態におけるコマ溶接時に用いられる装置の概
略構成図。
【図１４】同実施の形態における駆動制御系を示すブロ
ック図。
【図１５】同実施の形態における自動コマ溶接時のシー
ケンスを示す図。
【図１６】同じく自動タイロッド溶接時のシーケンスを
示す図。
【図１７】本発明の第５の実施の形態におけるコマ溶接
時に用いられる装置の概略構成図。
【図１８】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明
するための第６の実施の形態を示す工程図。
【図１９】同実施の形態において、自動ＴＩＧ溶接機に
よるコマとシースの溶接条件の一例を示す図。
【図２０】本発明による原子炉の制御棒の製造方法を説
明するための第７の実施の形態を示す工程図。
【図２１】本発明の第８の実施の形態として自動ＴＩＧ
溶接機によるコマ溶接を実施する場合のシーケンスを示
す図。
【図２２】同じく自動ＴＩＧ溶接機によるタイロッド溶
接を実施する場合のシーケンスを示す図。
【図２３】本発明の第９の実施の形態におけるコマ溶接
に用いた装置を示す概略構成図。
【図２４】沸騰水型原子炉の圧力容器の内部構造の一例
を示す鳥瞰図。
【図２５】（ａ）は同じく制御棒の構造を説明するため
の斜視図、（ｂ）はブレードの断面図。
【図２６】従来の原子炉の制御棒の製造手順の一例を説
明するための工程図。
【符号の説明】
１：燃料棒 ２：制御棒 ３：ブレード ４：ハンドル ５：下部ブレード ６：中性子吸収材 ７：シース ８：コマ ９：タイロッド １０：光ファイバ １１：長焦点レンズ １２：プリズム １３：集光レンズ １４：ギヤ １５：モータ １６：冷し金 １７：固定治具 １８：ギア １９：モータ ２０：加工ヘッド又は溶接トーチ ２１：ＣＣＤカメラ ２２：画像処理装置 ２３：演算処理装置 ２４：オペコン ２５：数値制御装置 ２６：サーボモータ ２７：コントローラ ２８：加工テーブル ２９：溶接機 ３０：可変ミラー ３１：光ファイバー ３２：固定ミラー
───────────────────────────────────────────────────── 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 21/00 ＧＤＢ Ｇ２１Ｃ 21/00 ＧＤＢＰ // Ｂ２３Ｋ 101:04 (72)発明者 木村 盛一郎 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 末永 敏博 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 荒谷 政志朗 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 頓宮 雄一 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 中性子吸収材、シースからなるブレード
    と、このブレードを固定するタイロッドと、このタイロ
    ッドと前記ブレードとにそれぞれ固定するハンドル及び
    下部ブレードからなる原子炉の制御棒の製造方法におい
    て、 前記シースに前記中性子吸収材を冷却するための水抜き
    穴及びシース外周を切断する第１の工程と、 この第１の工程で切断された前記シースをコ字形状に曲
    げ加工する第２の工程と、 この第２の工程の曲げ加工により形成された前記シース
    の凹部内に前記中性子吸収材を挟み込む第３の工程と、 前記ブレードと前記タイロッド、前記ブレードと前記ハ
    ンドル及び前記ブレードと前記下部ブレードとを順次溶
    接する第４の工程と、 この第４の工程で溶接された各部を表面仕上げする第５
    の工程とからなる原子炉の制御棒の製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の原子炉の制御棒の製造方
    法において、前記第４の工程で前記ブレードとタイロッ
    ド、ブレードとハンドル及びブレードと下部ブレードと
    を順次溶接するに際して、 開先位置直上または開先位置から平行に２mm以内でずら
    した位置にＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レーザ光を光学
    系を通して照射して溶接することを特徴とする原子炉の
    制御棒の製造方法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の原子炉の制御棒の製造方
    法において、開先位置直上または開先位置から平行に２
    mm以内でずらした位置にＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レ
    ーザ光を光学系を通して照射するとき、 １パスまたは１パス目の狙い位置から２パス目以降の狙
    い位置を0.1〜2.0mmの範囲でずらして数パスラップさせ
    るようにしたことを特徴とする原子炉の制御棒の製造方
    法。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の原子炉の制御棒の製造方
    法において、開先位置直上または開先位置から平行に２
    mm以内でずらした位置にＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レ
    ーザ光を光学系を通して照射するとき、 前記レーザ光を２mm以内で円運動した状態で前進させな
    がら照射するようにしたことを特徴とする原子炉の制御
    棒の製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項２記載の原子炉の制御棒の製造方
    法において、開先位置直上または開先位置から平行に２
    mm以内でずらした位置にＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レ
    ーザ光を光学系を通して照射するとき、 前記光学系に有する集光レンズの手前にプリズムを入
    れ、このプリズムをレーザ光の軸を中心に回転させなが
    ら前記プリズムにレーザ光を照射することにより、前記
    集光レンズに対して前記レーザ光の焦点位置を回転させ
    るようにしたことを特徴とする原子炉の制御棒の製造方
    法。
  6. 【請求項６】 請求項１記載の原子炉の制御棒の製造方
    法において、前記第４の工程で前記ブレードとタイロッ
    ド、ブレードとハンドル及びブレードと下部ブレードと
    を順次溶接するに際して、 開先位置直上または開先位置から平行に３mm以内でずら
    した位置にＴＩＧ溶接することを特徴とする原子炉の制
    御棒の製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項１記載の原子炉の制御棒の製造方
    法において、第１の工程で水抜き穴及びシース外周の加
    工を高圧窒素ガスを用いたレーザ切断により実施するこ
    とを特徴とする原子炉の制御棒の製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項１記載の原子炉の制御棒の製造方
    法において、第３の工程でシースのタイロッドと接合す
    る端面の不揃いを揃えるために、高圧窒素を用いたレー
    ザ切断により実施することを特徴とする原子炉の制御棒
    の製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項１記載の原子炉の制御棒の製造方
    法において、第３の工程でシースのタイロッドと接合す
    る端面の不揃いを揃えるために、シャー切断により実施
    することを特徴とする原子炉の制御棒の製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１の原子炉の制御棒の製造方法
    において、第４の工程でブレードとタイロッド、または
    ブレードとハンドル、またはブレードと下部ブレードと
    の溶接を実施するに際して、 前記タイロッド、または前記ハンドル、または前記下部
    ブレードに２本スリットを設け、このスリットに前記ブ
    レードの凸部を差込み、前記ブレードと前記タイロッド
    の境界、または前記ブレードと前記下部ブレードの境界
    を狙って前記レーザ光を照射することを特徴とする原子
    炉の制御棒の製造方法。
  11. 【請求項１１】 曲げ加工により形成されたシースの凹
    部内に中性子吸収材を挿入したブレードと、このブレー
    ドを固定するタイロッドと、このタイロッドと前記ブレ
    ードの上端部に固定されるハンドル及びタイロッド及び
    ブレードの下端部に固定される下部ブレードからなる原
    子炉の制御棒の製造装置において、 前記ブレードと前記タイロッド、前記ブレードと前記ハ
    ンドル及び前記ブレードと前記下部ブレードとをそれぞ
    れ溶接する溶接装置を設け、 この溶接装置は、撮像手段が取付けられた加工ヘッド
    と、この加工ヘッドを前記各溶接部の設計上の開先位置
    まで移動させる移動手段と、前記撮像手段により撮像さ
    れた画像信号を処理する画像処理手段と、この画像処理
    手段により処理された画像データから実際の開先位置を
    検出する検出手段と、この検出手段により検出された実
    際の開先位置と前記設計上の開先位置とを比較して前記
    加工ヘッドと開先位置のずれを計算する演算処理手段
    と、この演算処理手段により求められた前記加工ヘッド
    のずれ量に前記加工ヘッドと前記撮像手段とのオフセッ
    ト量を加えた距離だけ前記加工ヘッドを移動させるべく
    制御指令を前記移動手段に与える制御手段と、前記加工
    ヘッドの移動が終了した後に溶接を開始する手段とを備
    えたことを特徴とする原子炉の制御棒の製造装置。
  12. 【請求項１２】 曲げ加工により形成されたシースの凹
    部内に中性子吸収材を挿入したブレードと、このブレー
    ドを固定するタイロッドと、このタイロッドと前記ブレ
    ードの上端部に固定されるハンドル及びタイロッド及び
    ブレードの下端部に固定される下部ブレードからなる原
    子炉の制御棒の製造装置において、 前記ブレードと前記タイロッド、前記ブレードと前記ハ
    ンドル及び前記ブレードと前記下部ブレードとをそれぞ
    れ溶接する溶接装置を設け、 この溶接装置は、バルクまたは内部に冷却機構を有する
    ２枚の金属板からなり、前記金属板の間に中性子吸収
    材、シースからなるブレードが入る隙間を有し、且つ溶
    接開先のみ外からアクセス可能に加工された冷し金によ
    り前記ブレードを拘束する固定治具を備えたことを特徴
    とする原子炉の制御棒の製造装置。
  13. 【請求項１３】 中性子吸収材、シースからなるブレー
    ドと、このブレードを固定するタイロッド、このタイロ
    ッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレードか
    らなる原子炉の制御棒の製造装置において、 前記制御棒を構成する各被溶接物をセットし、溶接を実
    施するための加工テーブルと、ＹＡＧレーザ光またはＣ
    Ｏ2レーザ光を出力するレーザ発振器と、このレーザ発
    振器より発振するレーザ光を伝送すると共に、集光レン
    ズにより前記被溶接物に収束させる光学系を有する加工
    ヘッドと、この加工ヘッドに取付けられ、前記被溶接物
    の開先近傍を撮像する撮像手段と、この撮像手段により
    撮像された画像から開先位置を検出する画像処理装置
    と、この画像処理装置から得られる開先位置と前記設計
    上の開先位置とを比較し、そのずれを計算する演算処理
    装置と、この演算処理装置により求められた開先位置の
    ずれに前記撮像手段と前記加工ヘッドとの間のオフセッ
    ト量を加えた分だけ前記加工ヘッドまたは加工テーブル
    を移動させるサーボモータと、このサーボモータを駆動
    制御する制御手段とを備え、 前記加工ヘッドと加工テーブルを少なくとも２台ずつ設
    け、前記レーザ発振器と前記加工ヘッドとの間に可動式
    のミラーを設けたことを特徴とする原子炉の制御棒の製
    造装置。
  14. 【請求項１４】 中性子吸収材、シースからなるブレー
    ドと、このブレードを固定するタイロッド、このタイロ
    ッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレードか
    らなる原子炉の制御棒の製造装置において、 前記制御棒を構成する各被溶接物をセットし、溶接を実
    施するための加工テーブルと、ＴＩＧ溶接トーチと、こ
    のＴＩＧ溶接トーチに取付けられ、前記被溶接物の開先
    近傍を撮像する撮像手段と、この撮像手段により撮像さ
    れた画像から開先位置を検出する画像処理装置と、この
    画像処理装置から得られる開先位置と前記設計上の開先
    位置とを比較し、そのずれを計算する演算処理装置と、
    この演算処理装置により求められた開先位置のずれに前
    記撮像手段とＴＩＧ溶接トーチとの間のオフセット量を
    加えた分だけＴＩＧ溶接トーチまたは加工テーブルを移
    動させるサーボモータと、このサーボモータを駆動制御
    する制御手段とを備え、 前記ＴＩＧ溶接トーチと加工テーブルを少なくとも２台
    ずつ設け、これらを同時にもしくは交互に溶接すること
    を特徴とする原子炉の制御棒の製造装置。
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