JP2003001478A - 構造部材の亀裂補修方法及び亀裂補修装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造部材の欠陥部を除去することなく、しかも
低入熱で著しい熱影響部を発生することなく、構造部材
に発生した亀裂を肉盛溶接により被覆して補修すること
にある。 【解決手段】構造部材１５に存する亀裂部分の構造部材
表面に電極２６を回転させながら接触させ、且つ電極２
６にパルス電源２９から１０^-3〜１０^-6秒のパルス幅の
パルスを１０^-4秒より大きく１０^-1秒未満の間隔で通電
せしめて電極を溶融し、この溶融した電極を補修材とし
て構造部材１５の表面に移行させる肉盛溶接により、亀
裂と雰囲気とを遮断した状態で構造部材１５の亀裂など
の欠陥部を被覆して補修する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造部材に発生し
た亀裂溝表面に構造部材と同じ材料又は耐食性或いは耐
摩耗性に優れた材料を電極として溶融して移行させる肉
盛り溶接で前記亀裂溝を被覆する構造部材の亀裂補修方
法と亀裂補修装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、構造部材に発生した亀裂を補修す
るには、一般的に亀裂部分を含む構造部材の周辺領域の
欠陥部を削り取った後に開先整形し、この開先部をＴＩ
Ｇ溶接等による肉盛り溶接により補修することが行われ
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、欠陥部の大きさが大きくなると溶接熱により構
造部材が変形したり、その熱の影響により構造部材の強
度が低下したりする可能性が高い。また、構造部材の構
成する構造物の形状およびその構造物の存在する環境次
第では、欠陥部を削り取ることができない場合もあり、
現状では欠陥部の補修を行うことができなかったり、補
修ができたとしても非常に多くの手間、コスト、さらに
は時間を要するという問題がある。

【０００４】従って、欠陥部の補修が行えない場合に
は、構造物の部材の欠陥部が常に外部環境下にそのまま
晒されるため、腐食などによりさらに亀裂が進行するこ
とを妨げず、構造物の早期破壊につながる要因となる。

【０００５】本発明は上記のような問題を解消し、構造
部材の欠陥部を除去することなく、しかも低入熱で著し
い熱影響部を発生することなく、構造物の部材に発生し
た亀裂を肉盛溶接により被覆して補修することができる
構造部材の亀裂補修方法及び亀裂補修装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】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手段により構造部材の
亀裂を補修する。

【０００７】請求項１に対応する発明は、構造部材に発
生した亀裂部分に電極を回転させながら接触させ、且つ
前記電極にパルス電源から１０^-3〜１０^-6秒のパルス幅
のパルスを１０^-4秒より大きく１０^-1秒未満の間隔で通
電せしめて電極を溶融し、この溶融材料を補修材として
前記亀裂部分の表面に移行させる肉盛溶接により、前記
亀裂と雰囲気とを遮断した状態で前記構造部材の亀裂部
分を被覆して補修する。

【０００８】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の構造部材の亀裂補修方法において、前記電
極は補修材であり、前記構造部材と同一材料である。

【０００９】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の構造部材の亀裂補修方法において、前記電
極は補修材であり、耐食性或いは耐摩耗性に優れた材料
である。

【００１０】請求項４に対応する発明は、構造部材に発
生した亀裂部分をロー材により充填した後、この亀裂部
分の構造部材表面に電極を回転させながら接触させ、且
つ前記電極にパルス電源から１０^-3〜１０^-6秒のパルス
幅のパルスを１０^-4秒より大きく１０^-1秒未満の間隔で
通電せしめて電極を溶融し、この溶融材料を補修材とし
て前記亀裂部分の表面に移行させる肉盛溶接により、前
記亀裂と雰囲気とを遮断した状態で前記構造部材の亀裂
部分を被覆して補修する。

【００１１】請求項５に対応する発明は、請求項１又は
請求項４に対応する発明の構造部材の亀裂補修方法にお
いて、前記構造部材に存する亀裂部分の表面を亀裂幅よ
りも広い範囲を除去し、この除去部を補修材で覆うよう
にする。

【００１２】請求項６に対応する発明は、請求項１又は
請求項４に対応する発明の構造部材の亀裂補修方法にお
いて、前記構造部材とこの構造部材表面に移行した溶融
状態の補修材とが冶金的に接合されて拡散層を形成す
る。

【００１３】請求項７に対応する発明は、支持架台と、
この支持架台に直線移動機構を介して支持されたケーシ
ングと、このケーシングを前記直線移動機構を介して正
確に移動させる駆動源と、前記ケーシング内に回転可能
に支持された駆動棒と、この駆動棒の先端にチャックを
介して把持された電極と、この電極を回転させる電極回
転機構と、前記電極と亀裂を有する構造部材の表面との
接触を検知する接触検知装置と、前記電極に１０^-3〜１
０^-6のパルス幅のパルスを１０^-4秒より大きく１０^-1秒
未満の間隔で与えて前記電極と前記構造部材表面との間
で放電せしめて前記電極を溶融するパルス電源と、前記
電極と前記構造部材表面との間の電圧変動を検出する毎
に前記駆動源により前記電極を前記構造部材表面に接近
せしめる制御手段とを備え、前記溶融した材料を補修部
材として前記構造部材の亀裂部分の表面に移行させる肉
盛溶接により、前記亀裂部分と雰囲気とを遮断した状態
で前記構造部材の欠陥部を被覆する。

【００１４】請求項８に対応する発明は、直線移動機
構、この直線移動機構に移動可能に支持されたケーシン
グ、このケーシングを前記直線移動機構を介して移動さ
せる駆動源、前記ケーシング内に回転可能に支持された
駆動棒、この駆動棒の先端にチャックを介して把持され
た電極、この電極を回転させる電極回転機構および前記
電極と亀裂を有する水中構造部材の表面との接触を検知
する接触検知装置から構成される電極駆動機構を容器内
に該容器に有する開口部に前記電極を臨ませて収納した
溶接ヘッドと、ワイヤブラシと炭素繊維または高分子か
らなるフィルターの二重積層構造を有し、且つ前記溶接
ヘッドの先端開口部に水中構造部材の表面に接触し得る
ように取付けられた固体隔壁と、水環境から離れた外部
の大気環境内に設置され、前記電極に１０^-3〜１０^-6の
パルス幅のパルスを１０^-4秒より大きく１０^-1秒未満の
間隔で与えて前記電極と前記水中構造部材表面との間で
放電せしめて前記電極を溶融するパルス電源と、水環境
から離れた外部の大気環境内に設置され、前記電極と前
記水中構造部材表面との間の電圧変動を検出する毎に前
記駆動源により前記電極を前記水中構造部材表面に接近
せしめる制御手段と、前記溶接ヘッドと前記パルス電源
および制御手段との間に接続され、前記パルス電源から
のパルスおよび前記制御手段からの制御用信号を伝送す
る伝送管または伝送ケーブルとを備え、前記溶融した材
料を補修部材として前記水中構造部材の亀裂部分の表面
に移行させる肉盛溶接により、前記水中構造部材の欠陥
部を被覆する。

【００１５】請求項９に対応する発明は、請求項８に対
応する発明の構造部材の亀裂補修装置において、前記固
体隔壁を前記溶接ヘッドの先端開口部に球面軸受を介し
て取付けて、起伏のある水中構造物の表面に対して前記
固体隔壁の先端がその起伏に倣う機能を持たせる。

【００１６】請求項１０に対応する発明は、請求項７又
は請求項８に対応する発明の構造部材の亀裂補修装置に
おいて、前記電極材の周囲に不活性ガスを流して前記電
極の放電部位を雰囲気と遮断せしめるガス噴出手段を設
ける。

【００１７】

【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。

【００１８】図１は本発明による構造部材の亀裂補修装
置の第１の実施の形態を示す全体構成図である。

【００１９】図１において、１１はコの字型の支持架台
で、この支持架台１１の水平に伸びる下アーム１１ａに
は移動テーブル１２がモータ１３によりＸ方向に、モー
タ１４によりＹ方向にそれぞれ移動可能に設けられ、こ
の移動テーブル１２上には構造部材１５が載置される。

【００２０】また、支持架台１１の水平に伸びる上アー
ム１１ｂには次のような構成の電極駆動機構１０が設け
られる。

【００２１】上アーム１１ｂにフレーム１６が取付けら
れ、このフレーム１６にケーシング１７が自動昇降位置
調整機構１８を介して垂直方向に昇降移動可能に支持さ
れている。

【００２２】上記フレーム１６の上部には、電極昇降用
サーボモータ１９がその出力軸２０を下向きにして取付
けられ、この出力軸２０に例えばボールネジに代表され
るネジ棒２１が連結されている。また、ネジ棒２１はケ
ーシング１７の上部に設けられた支持体１７ａに有する
ネジ孔に螺挿され、電極昇降用サーボモータ１９の駆動
により回転してケーシング１７を昇降移動させるもので
ある。

【００２３】さらに、上記ケーシング１７内には電極回
転用モータ２２がその出力軸２３を下向きにして垂直に
取付けられ、この出力軸２３に駆動軸２４が連結され
る。そして、駆動軸２４の先端には電極２６を垂直に把
持するチャック２５が支持されされている。この場合、
電極回転用モータ２２の出力軸２３は、前述した電極昇
降用サーボモータ１９の出力軸とそれぞれの中心線が概
ね同一線上になるように配置され、電極の昇降の時や、
回転する際に電極が振動したり、その中心位置がずれな
いような構造にしてある。

【００２４】また、駆動軸２６の軸方向のチャック２５
との中間部分外周部には、接触検知コイル２７が駆動軸
２４の回転を妨げないように、互いに微小な間隙を保ち
ながら巻いてある。そして、この接触検知コイル２７は
駆動軸２４の先端部に設けられた電極２４と構造部材１
５との接触状態を、接触検知コイル２７が形成する磁場
あるいは電流値の変化に変換して検知し、その信号を増
幅器２８を介して後述する数値制御装置（以下ＮＣ装置
と記す）３１に伝えている。

【００２５】一方、パルス電源２９は、電極駆動機構１
０の全てのモータおよびＮＣ装置３１に駆動用の定常電
源を供給するとともに、電極２６の先端部と構造部材１
５表面との間に放電を起させるべくパルス状の電圧を与
えるものである。そのため、回転する駆動軸２４にはブ
ラシ３０を介して電源ライン６０ａから電極２６にパル
ス電源２９からの電気が供給されるともに、構造部材１
５には電源ライン６０ｂの端子を直接接続することで電
気が供給される。

【００２６】ＮＣ装置３１は、電極２６と構造部材１５
との間に供給されるパルス数をカウントするとともに電
極２６と構造部材１５との間の電圧を検出するために、
パルス電源２９から電極２６および構造部材１５につな
がる電源ライン６０ａ，６０ｂから分岐した信号線６１
ａ，６１ｂが接続されている。また、電極２６の位置を
制御するために増幅器２８からの信号線６２と、ケーシ
ング位置検出器１８からの信号線６３とがＮＣ装置３１
にそれぞれ接続されている。さらに、それらの信号に基
づいて実際に電極２６を最適位置に移動させるために、
ＮＣ装置３１から信号線６４を介してサーボモータ１９
に電気が供給される。

【００２７】なお、移動テーブル１２の制御について
は、予め構造部材１５の表面に生じた亀裂の形状に従っ
て通常行われているＮＣプログラムと同様に、Ｘ方向、
Ｙ方向の移動量を予めＮＣ装置３１に格納することによ
り、ＮＣ装置３１からは、モータ１３，１４にその移動
量に基づいた電気パルスが出される。

【００２８】ガス噴出装置３２は、電極２６と構造部材
１５との間の放電時に溶融した電極、構造部材それぞれ
が周囲の雰囲気から守るために、Ａｒ等の不活性ガスを
その放電部分にノズル３２ａから噴出させるためのもの
である。

【００２９】なお、上記構成においては、電極回転用モ
ータ２２の出力軸２３と電極昇降用サーボモータ１９の
出力軸とをそれぞれの中心線が概ね同一線上になるよう
に配置したが、電極の昇降時に回転する際に電極が振動
したり、その中心位置がずれないような機構とすれば必
ずしもその中心線を一致させる必要はない。

【００３０】また、上記実施の形態では、構造部材１５
を移動テーブル１２に載置し、移動テーブル１２をＸ方
向及びＹ方向に移動させるようにしたが、電極２６側を
可動としてＸ方向及びＹ方向に移動させ、構造部材１５
側を固定としてもよい。

【００３１】次に上記のような構成された構造部材の亀
裂補修装置の作用を述べる。

【００３２】いま、オーステナイト系ステンレス鋼など
のＦｅ基合金あるいはインコネルなどのＮｉ基合金製の
構造部材に発生した亀裂を補修するに際して、この構造
部材１５を移動テーブル１２上に載置し、また電極２６
としてこの構造部材１５と同じ材料の電極を用いるもの
とする。

【００３３】最初に、ＮＣ装置３１からの信号に基づい
てサーボモータ１９が駆動され、それに連結されたネジ
棒２１が回転する。ネジ棒２１の回転に従ってこのネジ
棒２１に螺合された支持体１７ａのネジ穴により回転運
動が直線運動に変換されケーシング１７が下降する。そ
の下降量は、ケーシング位置検出器１８から信号線６３
を介してＮＣ装置３１にフィードバックされる。なお、
この時点で既に電極２６と構造部材１５の間には、電源
ライン６０ａ，６０ｂを介してパルスが印加されてい
る。

【００３４】ケーシング１７が下降を続けることによ
り、やがて電極２６は構造部材１５と接触するが、その
情報は接触検知コイル２７から信号線６２を介してＮＣ
装置３１に伝えられる。同時に、接触時には電極２６と
構造部材１５間の電圧が大きく変化するため、信号線６
１ａ，６１ｂを介してＮＣ装置３１にその情報も伝えら
れる。また、ＮＣ装置３１は、その接触時のケーシング
１７の位置情報としてケーシング位置検出器１８からの
信号を内部に格納することで、その後の電極位置制御の
基点とする。

【００３５】さらに、ＮＣ装置３１は、この接触を検知
した時点でサーボモータ１９の回転を停止させ、ケーシ
ング１７のさらなる降下を止めるとともに、その直後に
その回転を反転させ、電極２６と構造部材１５との間に
間隙ができる直前の接触圧になるようにケーシング１７
を極微小距離上昇させ、アークを発生させる。そして、
電極２６と構造部材１５との間に予め実験等により得ら
れ最適値とされた放電電圧が形成されるように、その接
触圧の制御が行われる。

【００３６】すなわち、ＮＣ装置３１には対象とする構
造部材１５に関する最適な電圧値が格納されており、信
号線６１ａ，６１ｂから得られたその時の電圧値と比較
される。その比較の結果に基づいて、ＮＣ装置３１から
サーボモータ１９に対してケーシング１７の昇降データ
が信号線６４を介して伝達され、間隙の制御が行われ
る。

【００３７】一方、電極２６は構造部材１５との放電に
よりその先端部が溶融するため、放電が進むにつれて短
くなり、そのままでは電極２６と構造部材１５との間に
間隙ができてしまう。しかし、電極２６と構造部材１５
との接触の状態は接触検知コイル２７で常に監視してお
り、接触がなくなるとＮＣ装置３１にその情報が伝えら
れる。また、間隙ができることにより、電極２６と構造
部材１５間の電圧値も変化するため、ＮＣ装置３１は、
両者の接触を維持しその電圧値を保つようにサーボモー
タ１９にデータを送り、ケーシング１７を降下させる制
御を行う。このようにＮＣ装置３１は、常に最適な電圧
値と接触を維持するように制御が行われる。

【００３８】ここで、パルス電源２９の内部に備えられ
たコンデンサに充電された充電電荷を１０^-3〜１０^-6秒
のパルス幅のパルスを１０^-4秒より大きく１０^-1秒未満
の周期で放電させ、電極２６と構造部材１５の表面との
間に電圧をかけてこれら両者の間にパルス状の放電を起
させる。

【００３９】すると、電極２６と構造部材１５の表面と
の接触部がその材料の融点以上に加熱され、電極２６が
溶融し一部はプラズマ化する。この溶融又はプラズマ化
した電極は構造部材１５の表面の亀裂部分に向って移行
すると同時に、構造部材表面と溶融移行した電極材との
間に拡散層を形成せしめて強固に密着し、溶融した電極
材により亀裂部分が覆れる。この場合、短時間のパルス
状の放電を起させることで急熱急冷の繰返しにより溶融
移行した電極材を構造部材表面の亀裂発生面に急冷凝固
スポットを重ねた層として形成される。

【００４０】また、補修作業が行われているときは、ガ
ス噴射装置３２よりノズル３２ａを通して電極２６の周
囲にＡｒガスなどの不活性ガスを噴出させて、電極２６
の放電部位を雰囲気と遮断することで、補修部の酸化を
防止している。

【００４１】ここで、母材が18-8ステンレス鋼で、肉盛
材料として同材を、母材がインコネルで、肉盛材料とし
て同材を、母材がコバルト基合金で、肉盛材料として同
材を用いてそれぞれ前述した被覆肉盛溶接を実施したと
きの放電間隔時間と断面溶融状態を示すと図２の通りで
ある。

【００４２】図２から明かなように、いずれの材料であ
っても放電間隔時間が１０^-1秒以上であれば溶融状態は
未溶融となり、また放電間隔時間が１０^-4秒以下であれ
ば溶融状態は過剰溶融となることが分る。そこで、本発
明における最適被覆肉盛溶接条件としては、１０^-4秒よ
り大きく１０^-1秒未満の周期としている。なお、実際に
電極に電圧を印加する時間は１０^-3から１０^-6秒であ
る。

【００４３】すなわち、図２における被覆肉盛溶接条件
が１０^-1秒以上にすると、図３（ａ）に示すように電極
４１の先端部のみが若干溶融し、母材４２は加熱不足と
なって溶融しないため、同図（ｂ）に示すように溶融部
が母材に密着せず脱落する。図中、４１ａは溶融した電
極部であり、４３は電極先端部より母材表面に向けて発
生するアーク部である。

【００４４】また、図２における被覆肉盛溶接条件が１
０^-4秒以下にすると、図４（ａ）に示すように電極４１
の先端部が過剰に溶融されて同図（ｂ）に示すように母
材４２の表面に団子状に形成された被覆肉盛溶接部４４
に溶着不良部４５（いわば空間部）が存在している。

【００４５】これに対して、本発明における最適被覆肉
盛溶接条件として、１０^-4秒より大きく１０^-1秒未満の
間隔の場合には図５（ａ）に示すように電極４１の先端
部及び母材４２が加熱され、図５（ｂ）に示すように溶
着不良部または未溶融部（未溶着）部等のない被覆肉盛
溶接部４４が形成される。

【００４６】図６は本発明における最適被覆肉盛溶接条
件に基づき実際に被覆肉盛溶接した状態を示している。
すなわち、（ａ）は亀裂５１が存する構造部材１５を示
し、同図（ｂ）はこの構造部材の表面に亀裂５１を覆う
ように溶接材により被覆肉盛溶接部５２を形成した状態
を示している。

【００４７】このように本実施の形態では、構造部材に
存する亀裂部分の構造部材表面に補修材となる電極２６
を予め決められた回転数で回転させながら予め決められ
た接触圧で接触させ、且つ電極２６にパルス電源２９か
ら１０^-3〜１０^-6秒のパルス幅のパルスを１０^-4秒より
大きく１０^-1秒未満の間隔で通電せしめて電極２６を溶
融し、この溶融した電極を補修材として構造部材１５の
亀裂部分表面に移行させることにより、構造部材の欠陥
部を除去することなく、しかも低入熱で著しい熱影響部
を発生することなく、構造部材１５に発生した亀裂を肉
盛溶接により被覆して補修することができる。

【００４８】ところで、構造部材に発生する亀裂などの
欠陥を補修するにあたっては、できるだけ溶接時の入熱
を少なくして構造部材の熱変形をなくし、且つ欠陥部を
削り取る場合には必要最小限にする必要がある。

【００４９】一方、構造部材中の亀裂などの欠陥には、
発生原因によって複数種類があり、中には構造部材が設
置されている環境雰囲気との接触を遮断することによっ
て、その成長を阻止できる欠陥もある。

【００５０】本実施の形態においては、構造部材が設置
されている環境雰囲気との接触を遮断するだけでその目
的が達せられる場合には、上記のような欠陥の補修に対
する条件を満たすことで、効果的な補修を行うことがで
きる。もちろん、上記のような欠陥に対しても完全に除
去できることが最良の補修方法であるが、作業上の制約
によってそれが困難な場合には効果的な補修方法と言え
る。

【００５１】上記実施の形態では、電極材として構造部
材と同じ材料を用いる場合について述べたが、構造部材
よりも耐食性あるいは耐摩耗性に優れた材料を電極材と
して使用してもよい。例えば構造部材が炭素鋼の場合、
電極材としてコバルト系合金（例えばステライト）を用
いる。

【００５２】このような材料を電極材として用いて構造
部材表面の欠陥発生面の亀裂部分を前述したような方法
で溶融した電極を補修材料として肉盛溶接して被覆する
ことにより、補修部の長期健全性を補修前と比較して向
上させることができる。

【００５３】また、上記実施の形態では、構造部材の表
面を電極材により、亀裂の溝を覆うように肉盛溶接した
が、補修後も残留する亀裂の深さを低減するために、図
７（ａ）に示すように構造部材１５の表面に発生した亀
裂の溝５１よりも広い範囲で構造部材表面を除去して表
面近傍の亀裂を取除いた後、同図（ｂ）に示すようにこ
の亀裂除去部５３に前述したような方法で溶融した補修
材により構造部材の表面を覆うように肉盛溶接部５２を
形成するようにしてもよい。

【００５４】このような補修方法によれば、亀裂発生部
表面の補修範囲を広くとっているので、肉盛溶接部５２
と構造部材１５との接合強度を向上させることができ
る。

【００５５】さらに、上記実施の形態では、構造部材の
表面に溶融した補修材を移行させ、亀裂の溝を覆うよう
に肉盛溶接したが、図８（ａ）に示すように構造部材１
５に存在する亀裂の溝５１に予めロー付けなどの手段に
よりロー材５４を充填し、その後このロー材５４が充填
された構造部材１５の表面を覆うように前述したような
方法で溶融した補修材により溶接して被覆肉盛溶接部５
２を形成するようにしてもよい。

【００５６】このような補修方法によれば、構造部材１
５に存する亀裂溝にロー材５４が充填されて溝内部を密
封し、さらにその上を覆うように補修材により肉盛溶接
されるので、長期にわたって健全性を保つことができ
る。

【００５７】また、上記実施の形態では、構造部材の表
面を補修材により、亀裂の溝を覆うように肉盛溶接した
が、残留する亀裂の深さを低減するために、図９（ａ）
に示すように構造部材１５の表面に発生した亀裂の溝５
１よりも広い範囲で構造部材表面を除去して表面近傍の
亀裂を取除いた後、亀裂の溝５１に予めロー付けなどの
手段によりロー材５４を充填し、さらに同図（ｂ）に示
すようにこの亀裂除去部５３に前述したような方法で溶
融した補修材により構造部材の表面を覆うように肉盛溶
接して被覆肉盛溶接部５２を形成するようにしてもよ
い。

【００５８】このような補修方法によれば、亀裂溝にロ
ー材５４が充填されて亀裂溝内部を密封した上で、亀裂
除去部５３に被覆肉盛溶接部５２を形成しているので、
構造部材１５との接合強度を向上させることができると
共に、長期にわたって健全性を保つことができる。

【００５９】次に本発明の第２の実施の形態における構
造部材の補修方法について図１０により説明する。

【００６０】上記実施の形態において、電極２６として
構造部材１５よりも耐食性あるいは耐摩耗性に優れた材
料を使用し、電極２６と構造部材１５との間にパルス電
源２９より１０^-5〜１０^-6秒のパルス幅のパルスを１０
^-4秒より大きく１０^-1秒未満の周期で放電させ、電極２
６と構造部材１５の表面との間に電圧をかけてこれら両
者の間にパルス状の放電を起させる。

【００６１】すると、電極２６と構造部材１５の表面と
の接触部がその材料の融点以上に加熱され、電極２６が
溶融し一部プラズマ化する。この溶融し一部プラズマ化
した電極は構造部材１５の表面の亀裂部分の先端に向っ
て移行して溶融した電極材により亀裂状の欠陥部が覆れ
ると同時に、プラズマアークの温度により構造部材表面
下に強固な拡散層４６が形成される。

【００６２】この拡散層４６が形成されると、構造部材
１５と補修材である電極材が冶金的に接合（密着）され
る。これは、従来から拡散部を形成するため行われてい
た、外部から加熱し接合部をかなり高温としたり、接合
部に電流を流すことにより高温を作り出したり、その高
温部に物理的な圧力を与え接合していたものとは大きく
異なり、極短時間の放電により耐剥離性の高い補修が行
えるため、亀裂などの微小な欠陥部以外の周囲には影響
を及ぼすことがない。

【００６３】このような補修方法によれば、肉盛溶接と
構造部材との間に拡散層４６を形成することにより、著
しい硬さの変化を抑制させ、肉盛溶接部の剥離を防止す
ることができる。

【００６４】なお、前述した構造部材の亀裂補修装置に
おいては、移動テーブルに構造部材を載せて亀裂部分の
補修を行う場合について述べたが、移動テーブルを用い
ずに建屋などの亀裂の存している構造物の所定の部位に
亀裂補修装置本体（パルス電源およびＮＣ装置を除く）
を直接支持させ、地上側に設置されたパルス電源および
ＮＣ装置により亀裂補修装置本体を動作させて補修作業
を行うようにしてもよい。この場合、亀裂補修装置本体
の電極側を可動としてＸ方向及びＹ方向に移動可能な構
成とすることにより実現できる。

【００６５】図１１は本発明による構造部材の亀裂補修
方法及び装置を例えば原子力発電プラントの圧力容器内
部を構成する構造物に対して適用可能にした実施の形態
を示す全体構成図である。

【００６６】図１１において、１００は補修装置本体
で、この補修装置本体１００は装置フレーム１０１、コ
ントロールボックス１０２、溶接ヘッド１０３、支持機
構１０４および駆動装置１０５から構成されている。

【００６７】上記装置フレーム１０１上には、ベースプ
レート１０６が設けられ、このベースプレート１０６の
上面にはコントロールボックス１０２が配置されると共
に、吊金具１０７が取付けられ、またベースプレート１
０６の下面には補修装置本体１００を固定する固定機構
１０４が取付けられ、その下方にケーブルベア（登録商
標）１０８が取付けられている。固定機構１０４は水圧
シリンダ１０９とその可動ロッド１０９ａの先端部に設
けられた固定パッド１１０とから構成されている。

【００６８】さらに、ベースプレート１０６の下面には
駆動装置１０５およびこの駆動装置１０５により駆動さ
れる溶接ヘッド１０３が取付けられている。

【００６９】上記駆動装置１０５は、旋回駆動機構１１
１、前後駆動機構１１２および上下駆動機構１１３から
構成されている。

【００７０】旋回駆動機構１１１は、装置フレーム１０
１の水平面に取付けられたガイドレール１１４と、この
ガイドレール１１４に沿ってスライド移動するスライド
テーブル１１５が取付けられたスライドフレーム１１６
と、このスライドフレーム１１６の中央部に取付けられ
たドライブユニット１１７と、このドライブユニット１
１７の出力軸に取付けられ、ガイドレール１１４の下方
の装置フレーム１０１に取付けられたラック１１８に噛
合させた平歯車１１９とから構成されている。

【００７１】この場合、ガイドレール１１４およびラッ
ク１１８は、円弧状に形成されている。従って、ドライ
ブユニット１１７の駆動により平歯車１１９がラック１
１８に噛合した状態で回転することで、スライドフレー
ム１１６はスライドテーブル１１５を介してガイドレー
ル１１４上を旋回移動する。

【００７２】また、前後駆動機構１１２は、スライドフ
レーム１１６の最下部に可動ロッド１２０ａが水平に駆
動されるように取付けられた空気圧シリンダ１２０によ
り構成され、可動ロッド１２０ａの先端部には支持フレ
ーム１２１が取付けられている。

【００７３】さらに、上下駆動機構１１３は、支持フレ
ーム１２１に取付けられた上下用電動機１２２と、この
上下用電動機１２２の出力軸の回転により昇降移動する
ボールネジに代表されるネジ棒１２３とから構成され、
このネジ棒１２３には溶接ヘッド１０３が上下方向に螺
進移動可能に結合されている。この場合、溶接ヘッド１
０３と支持フレーム１２１との間には、ボールネジ１２
３および後述する各種接続線などを包囲するようにベロ
ーズ１２４が設けられている。

【００７４】なお、溶接ヘッド本体１０３の上下動は、
図示しないリニアガイドを案内として直進動作するよう
にしてある。

【００７５】上記溶接ヘッド１０３は、図１２に示すよ
うに円筒状の容器１０３ａ内に第１の実施の形態で述べ
た構成と同様の電極駆動機構１０が設けられ、さらに水
中で使用可能にするため、次のような構成が採用されて
いる。なお、図１２において、図１と同様の電極駆動機
構１０の各構成部品には同一符号を付して示し、その説
明を省略する。

【００７６】図１２に示すように容器１０３ａの開口端
部に受具１２５が取付けられ、この受具１２５に球面軸
受１２６を介してスカート状に広がる固体隔壁１２７が
取付けられ、この固体隔壁１２７の先端が起伏のある水
中構造部材の表面に対して密着させる倣い機能を持たせ
てある。

【００７７】また、電極駆動機構１０の構成部品である
ケーシング１７に有するフランジと容器１０３ａの開口
端側に有するフランジとの間にベローズ１２８が設けら
れている。

【００７８】一方、遠隔操作装置として設けられるパル
ス電源２９、ＮＣ装置３１、ガス噴出装置（ガスボン
ベ）３２は、燃料交換装置のプラットホーム、あるいは
オペフロ上に設置され、運転操作される。

【００７９】そして、水中構造部材２００に接続された
電源ライン１３０、電極回転用モータ２２に接続された
電源ライン１３１、ブラシ３０に接続された電源ライン
１３２、自動昇降位置調整機構１８に接続された信号線
１３３、電極昇降用サーボモータ１９に接続された信号
線１３４および増幅器２８に接続された信号線１３５
は、ケーブル１３６にまとめられて装置中央部に配置さ
れたケーブルベア１０８を通り、コントロールボックス
１０２を経由して制御操作装置のパルス電源２９および
ＮＣ装置３１に接続される。

【００８０】また、ガス噴出部３２ａに不活性ガスを供
給するガス噴出ホース１３７は、同様にケーブルベア１
０８およびコントロールボックス１０２を経由して制御
操作装置のガス噴出装置３２に接続される。

【００８１】なお、溶接ヘッド本体１０３の上下方向お
よび前後方向の駆動は、電動機を使用しているため、収
納部は防水構造としてある。また、ベローズ１２４およ
び１２８としては、それぞれの動作方向に対する低抵抗
力と防水機能の目的から低バネ定数の溶接式へローズが
使用される。

【００８２】本補修装置は、遠隔操作であるため、補修
部分の視覚情報が必要となる場合がある。つまり、補修
部分の補修前後状態確認および補修中の肉盛溶接の状態
確認のための監視が必要となる。

【００８３】そこで、常に肉盛溶接部分の視覚情報が必
要となる場合は、肉盛溶接部の溶接位置の確認、肉盛溶
接中の視覚情報を得るため、溶接ヘッド１０３の内部に
図示しないカメラを設置する。このカメラとしては、小
型（ＣＣＤ）カメラを用い、防水ケースの中に収納して
使用し、またカメラ用照明として、図示しない光ファイ
バ式の照明を設置している。

【００８４】なお、この照明は、必要な照度が得られる
ものであれば、基本的にはどのような形式のものを用い
てもよいが、本実施の形態では使用場所が水中であり、
スペース制限上から光ファイバー式を採用している。

【００８５】次に上記のような構成された水中構造部材
の亀裂補修装置の作用について述べるに、水中構造物の
亀裂に対する補修時の作用は第１の実施の形態で述べた
のと同様なので、その説明を省略し、ここではまず圧力
容器内部を構成する構造物を炉水を満たした状態で補修
を行なうにあたっての準備作業の作用について説明す
る。

【００８６】図１３に示すように圧力容器２０１内が水
張りされた状態で炉内構造物の上部格子板付近のシュラ
ウド２００の溶接線部を補修する場合を例に挙げると、
まずシュラウド２００の補修の準備作業として、原子炉
内機器である蒸気乾燥器、気水分離器などは予め搬出撤
去しておく。

【００８７】このような状態で補修装置本体１００を圧
力容器２０１内に搬入するには、吊金具１０７を建屋の
天井クレーンで吊下げて行われるが、吊下し下降ととも
に、補修装置本体１００を圧力容器２０１の内壁側に近
づけてシュラウド２００と圧力容器２０１との隙間に挿
入する。

【００８８】この場合、補修装置本体１００と炉内構造
物との衝突を回避するため、複数台の水中ＴＶカメラで
監視しながら作業を行なう。

【００８９】そして、図１４に示すように補修装置本体
１００をシュラウド２００と圧力容器２０１との隙間に
挿入した後、さらに下降させてシュラウド２００のラグ
２０２に補修装置本体１００を着座させる。その後固定
機構１０４を動作させて固定する。すなわち、補修装置
本体１００を固定するには、水圧シリンダ１０９を押出
し方向に動作させ、可動ロッド１０９ａの先端部に取付
けられた固定パッド１１０を圧力容器２０１の内壁に押
付けてその反力を装置フレーム１０１とシュラウド２０
０の外面間で受けて装置本体を固定する。

【００９０】次に前後駆動機構１１２の空気圧シリンダ
１２０を動作させ溶接ヘッド１０３全体をシュラウド２
００側に寄せて、溶接ヘッド１０３の先端部に設けた固
定隔壁１２７をシュラウド２００の面に押付ける。この
とき、図示しないカメラにより補修位置を確認し、上下
駆動機構１１３の上下用電動機１２２を駆動して溶接ヘ
ッド１０３の先端部を肉盛溶接位置のレベルに調整す
る。

【００９１】以上は水中構造物の亀裂補修を行なうため
の準備作業時の作用であるが、次に補修時の独自の作用
について説明する。

【００９２】まず、炉内構造物の上部格子板付近のシュ
ラウド２００の亀裂部分を補修する場合、この亀裂部分
を除去する必要がある。

【００９３】そこで、この亀裂部分を除去するには、補
修装置本体１００を圧力容器２０１内に搬入する前に溶
接ヘッド１０３のチャック２５に支持されている電極２
５をドリルなどの切削工具に代えて前述したような作業
手順を経て溶接ヘッド１０３の先端部に設けた固定隔壁
１２７をシュラウド２００の面に押付ける。

【００９４】また、制御操作装置のガス噴出装置３２に
代えて設けられた吸引ポンプにガス噴出ホース１３７を
接続する。

【００９５】このような状態で制御操作装置により補修
装置本体１００の旋回駆動機構１１１および溶接ヘッド
１０３の電極駆動機構１０を動作させることにより、シ
ュラウド２００の亀裂部分を切削工具により除去するこ
とができる。この場合、固定隔壁１２７とシュラウド２
００の面との間に存する空間部に飛散した切屑は吸引ポ
ンプによりガス噴出ホース１３７を通して外部に吸出さ
れるので、炉水中に混入することはない。

【００９６】このようにしてシュラウド２００の亀裂部
分の除去が終了すると、補修装置本体１００を圧力容器
２０１から搬出し、溶接ヘッド１０３のチャック２５に
支持されている切削工具から電極２５に交換すると共
に、吸引ポンプに代えてガス噴出装置３２にガス噴出ホ
ース１３７を接続した後、再度前述したような作業手順
を経て溶接ヘッド１０３の先端部に設けた固定隔壁１２
７をシュラウド２００の面に押付ける。

【００９７】そして、制御操作装置により補修装置本体
１００の旋回駆動機構１１１および溶接ヘッド１０３の
電極駆動機構１０を動作させて、シュラウド２００の亀
裂部分を第１の実施の形態で述べたと同様の補修方法で
亀裂除去部の放電肉盛溶接により被覆して補修が行なわ
れる。

【００９８】このような構成の亀裂補修装置とすれば、
水中構造部材の亀裂部に対して、予め亀裂部を除去した
部分に、新たな構成材料を電極として用い、この電極を
補修材として亀裂除去部分の表面に移行させる肉盛溶接
を行うことにより、亀裂部分を新たな構成材料によって
健全化でき、しかも低入熱で著しい熱影響部を発生する
ことなく、水中構造物に発生した亀裂部分を補修するこ
とができる。

【００９９】また、溶接ヘッド１０３の先端部に球面軸
受１２６を介して取付けられる固体隔壁１２７として、
図１５に示すようにワイヤブラシ１２７ａと炭素繊維ま
たは高分子からなるフィルター１２７ｂの二重積層構造
とすることにより、図１６（ａ）に示すように水中構造
部材２０３の表面に密着させることができ、また同図
（ｂ）に示すように起伏のある水中構造部材２０３の表
面に対しても固体隔壁１２７の先端が倣う機能を有し、
常に固体隔壁１２７で囲まれた領域の不活性ガスシール
ド雰囲気を確保することができる。

【０１００】なお、上記実施の形態では、原子力発電プ
ラントの炉水を満たした状態の圧力容器内部を構成する
構造物に対して本発明による構造部材の亀裂補修方法及
び装置を適用する場合について述べたが、発電プラント
に限らず他の水中構造物に対しても前述同様に適用実施
することができるものである。

【０１０１】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、構造
部材の欠陥部を除去することなく、しかも低入熱で著し
い熱影響部を発生することなく、構造部材に発生した亀
裂を肉盛溶接により被覆して補修することができる構造
部材の亀裂補修方法及び亀裂補修装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による構造部材の亀裂補修装置の第１の
実施の形態を示す全体構成図。

【図２】同実施の形態において、被覆肉盛溶接溶接を実
施したときの放電間隔時間と断面溶融状態の説明図。

【図３】同実施の形態において、被覆肉盛溶接条件が１
０^-1秒以上のときの被覆肉盛溶接状態を示す図。

【図４】同じく被覆肉盛溶接条件が１０^-4秒以下のとき
の被覆肉盛溶接状態を示す図。

【図５】同じく最適被覆肉盛溶接条件として、１０^-3秒
以下のときの被覆肉盛溶接状態を示す図。

【図６】同実施の形態において、最適被覆肉盛溶接条件
に基づき亀裂部分を覆うように肉盛溶接した状態を示す
図。

【図７】同実施の形態において、亀裂の幅よりも広い範
囲で構造部材表面を除去して最適被覆肉盛溶接条件に基
づき被覆肉盛溶接した状態を示す図。

【図８】同実施の形態において、亀裂の溝にロー材を充
填して最適被覆肉盛溶接条件に基づき被覆肉盛溶接した
状態を示す図。

【図９】同実施の形態において、亀裂の溝よりも広い範
囲で構造部材表面を除去し、且つ溝にロー材を充填して
最適被覆肉盛溶接条件に基づき被覆肉盛溶接した状態を
示す図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態として、肉盛溶接
部と構造部材との間に拡散層を形成する場合を説明する
ための断面模式図。

【図１１】本発明による構造部材の亀裂補修装置を炉水
を満たした状態の圧力容器内部を構成する構造物に対し
て適用可能にした実施の形態を示す全体構成図。

【図１２】同実施の形態における溶接ヘッドを示す断面
図。

【図１３】同実施の形態における補修装置本体を圧力容
器内に搬入させた状態を示す構成図。

【図１４】同じく補修装置本体を圧力容器内に搬入さ
せ、溶接ヘッドを補修部位に移行させた状態を示す構成
図。

【図１５】同実施の形態における溶接ヘッドの先端部に
設けられる固体隔壁の構成図。

【図１６】同じく補修部位に対する固体隔壁の密着性と
固体隔壁で囲まれた領域に不活性ガスシールド雰囲気が
確保される状態を示す説明図。

【符号の説明】

１０…電極駆動機構 １１…支持架台 １２…移動テーブル １３，１４…モータ １５…構造部材（構造部材） １６…フレーム １７…ケーシング １８…ケーシング位置検出器 １９…電極昇降用サーボモータ ２１…ネジ棒 ２２…電極回転用モータ ２４…駆動軸 ２５…チャック ２６…電極 ２７…接触検知コイル ２８…駆動電源 ２９…パルス電源 ３０…ブラシ ３１…数値制御装置（ＮＣ） ３２…ガス噴出装置 ３２ａ…ノズル ４１…電極 ４２…母材 ４３…アーク部 ４４…被覆肉盛溶接部 ４５…溶着不良部 ４６…拡散層 ５１…亀裂 ５２…被覆肉盛溶接部 ５３…欠陥除去部 ５４…ロー材 １００…補修装置本体 １０３…溶接ヘッド １０３ａ…容器 １２５…受具 １２６…球面軸受 １２７…固体隔壁 １２７ａ…ワイヤブラシ １２７ｂ…フィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多紀 圭史 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 坪井 竜介 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 安田 祐司 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 徳永 隆志 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 4E001 BB06 DD01 DE04 DF08 DF09 EA10

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造部材に発生した亀裂部分に電極を回
   転させながら接触させ、且つ前記電極にパルス電源から
   １０^-3〜１０^-6秒のパルス幅のパルスを１０ ^-4秒より大
   きく１０^-1秒未満の間隔で通電せしめて電極を溶融し、
   この溶融材料を補修材として前記亀裂部分の表面に移行
   させる肉盛溶接により、前記亀裂と雰囲気とを遮断した
   状態で前記構造部材の亀裂部分を被覆して補修すること
   を特徴とする構造部材の亀裂補修方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の構造部材の亀裂補修方法
   において、前記電極は補修材であり、前記構造部材と同
   一材料であることを特徴とする構造部材の亀裂補修方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の構造部材の亀裂補修方法
   において、前記電極は補修材であり、耐食性或いは耐摩
   耗性に優れた材料であることを特徴とする構造部材の亀
   裂補修方法。
4. 【請求項４】 構造部材に発生した亀裂部分をロー材に
   より充填した後、この亀裂部分の構造部材表面に電極を
   回転させながら接触させ、且つ前記電極にパルス電源か
   ら１０^-3〜１０^-6秒のパルス幅のパルスを１０^-4秒より
   大きく１０^-1秒未満の間隔で通電せしめて電極を溶融
   し、この溶融材料を補修材として前記亀裂部分の表面に
   移行させる肉盛溶接により、前記亀裂と雰囲気とを遮断
   した状態で前記構造部材の亀裂部分を被覆して補修する
   ことを特徴とする構造部材の亀裂補修方法。
5. 【請求項５】 請求項１又は請求項４記載の構造部材の
   亀裂補修方法において、前記構造部材に存する亀裂部分
   の表面を亀裂幅よりも広い範囲を除去し、この除去部を
   補修材で覆うようにしたことを特徴とする構造部材の亀
   裂補修方法。
6. 【請求項６】 請求項１又は請求項４記載の構造部材の
   亀裂補修方法において、前記構造部材とこの構造部材表
   面に移行した溶融状態の補修材とが冶金的に接合されて
   拡散層を形成することを特徴とする構造部材の亀裂補修
   方法。
7. 【請求項７】 支持架台と、この支持架台に直線移動機
   構を介して支持されたケーシングと、このケーシングを
   前記直線移動機構を介して移動させる駆動源と、前記ケ
   ーシング内に回転可能に支持された駆動棒と、この駆動
   棒の先端にチャックを介して把持された電極と、この電
   極を回転させる電極回転機構と、前記電極と亀裂を有す
   る構造部材の表面との接触を検知する接触検知装置と、
   前記電極に１０^-3〜１０^-6のパルス幅のパルスを１０^-4
   秒より大きく１０^-1秒未満の間隔で与えて前記電極と前
   記構造部材表面との間で放電せしめて前記電極を溶融す
   るパルス電源と、前記電極と前記構造部材表面との間の
   電圧変動を検出する毎に前記駆動源により前記電極を前
   記構造部材表面に接近せしめる制御手段とを備え、前記
   溶融した材料を補修部材として前記構造部材の亀裂部分
   の表面に移行させる肉盛溶接により、前記亀裂部分と雰
   囲気とを遮断した状態で前記構造部材の欠陥部を被覆す
   るようにしたことを特徴とする構造部材の亀裂補修装
   置。
8. 【請求項８】 直線移動機構、この直線移動機構に移動
   可能に支持されたケーシング、このケーシングを前記直
   線移動機構を介して移動させる駆動源、前記ケーシング
   内に回転可能に支持された駆動棒、この駆動棒の先端に
   チャックを介して把持された電極、この電極を回転させ
   る電極回転機構および前記電極と亀裂を有する水中構造
   部材の表面との接触を検知する接触検知装置から構成さ
   れる電極駆動機構を容器内に該容器に有する開口部に前
   記電極を臨ませて収納した溶接ヘッドと、ワイヤブラシ
   と炭素繊維または高分子からなるフィルターの二重積層
   構造を有し、且つ前記溶接ヘッドの先端開口部に水中構
   造部材の表面に接触し得るように取付けられた固体隔壁
   と、水環境から離れた外部の大気環境内に設置され、前
   記電極に１０^-3〜１０^-6のパルス幅のパルスを１０^-4秒
   より大きく１０^-1秒未満の間隔で与えて前記電極と前記
   水中構造部材表面との間で放電せしめて前記電極を溶融
   するパルス電源と、水環境から離れた外部の大気環境内
   に設置され、前記電極と前記水中構造部材表面との間の
   電圧変動を検出する毎に前記駆動源により前記電極を前
   記水中構造部材表面に接近せしめる制御手段と、前記溶
   接ヘッドと前記パルス電源および制御手段との間に接続
   され、前記パルス電源からのパルスおよび前記制御手段
   からの制御用信号を伝送する伝送管または伝送ケーブル
   とを備え、前記溶融した材料を補修部材として前記水中
   構造部材の亀裂部分の表面に移行させる肉盛溶接によ
   り、前記水中構造部材の欠陥部を被覆するようにしたこ
   とを特徴とする構造部材の亀裂補修装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の構造部材の亀裂補修装置
   において、前記固体隔壁を前記溶接ヘッドの先端開口部
   に球面軸受を介して取付けて、起伏のある水中構造物の
   表面に対して前記固体隔壁の先端がその起伏に倣う機能
   を持たせたことを特徴とする構造部材の亀裂補修装置。
10. 【請求項１０】 請求項７又は請求項８に記載の構造部
    材の亀裂補修装置において、前記電極材の周囲に不活性
    ガスを流して前記電極の放電部位を雰囲気と遮断せしめ
    るガス噴出手段を設けたことを特徴とする構造部材の亀
    裂補修装置。