JP2005003453A

JP2005003453A - 原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法

Info

Publication number: JP2005003453A
Application number: JP2003165599A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Mashima; 務真島
Original assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Current assignee: Nuclear Fuel Industries Ltd
Priority date: 2003-06-10
Filing date: 2003-06-10
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】溶接工程でのストラップ組立体の歪み発生を有効し、品質の高い支持格子を効率良く得ることができる原子炉燃料集合体用支持格子の製造方法を提供する。
【解決手段】格子状に組み合わされた内ストラップ（３）の４周を４個の外ストラップ（４）で取り囲んでストラップ組立体（ｇ）を構成し、このストラップ組立体（ｇ）における前記内ストラップ（３）に形成されて外ストラップ（４）のスリット孔（４ａ）に挿入されている突部（３ａ）の接合箇所に対して、該ストラップ組立体（ｇ）の４側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）、もしくは対向する２側面（４Ａ）（４Ｃ）／（４Ｂ）（４Ｄ）同士を同時的にレーザ溶接で接合する。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は加圧水により冷却される原子炉燃料集合体（１）の一例を示し、原子炉燃料集合体（１）は、上部ノズル（１ａ）、下部ノズル（１ｂ）、これら両ノズル（１ａ）（１ｂ）を連結する複数の制御棒案内管（Ｎ）、前記制御棒案内管に長手方向に間隔をおいて設置固定された上部支持格子（Ｇ）、複数の中間支持格子（Ｇ）、下部支持格子（Ｇ）、これら各支持格子（Ｇ）の格子空間（Ｓ）内に挿通支持された複数の燃料棒（図示せず）、及び下部支持格子（Ｇ）と下部ノズル（１ｂ）との間に設けられた異物フィルタ（Ｆ）で構成されている。前記上部支持格子（Ｇ）、複数の中間支持格子（Ｇ）及び下部支持格子（Ｇ）の構成はほぼ同じであるので、中間支持格子（Ｇ）をその代表例として簡単に説明する。
【０００３】
前記支持格子（Ｇ）は、図４（本発明に共通している）に示すようにＺｒ基合金（ジルカロイ）或いはＮｉ基合金（インコネル）の薄帯板を一定間隔で直交するように組み合わせ、相互の間に多数の格子空間（Ｓ）が形成された内ストラップ（３）と、その４周にて内ストラップ（３）の外周を囲繞する４つの外ストラップ（４）とを備えており、その格子空間（Ｓ）のいくつかには前述の制御棒案内管（Ｎ）が挿通され、他の格子空間（Ｓ）には燃料棒が１本ずつ挿入されて支持されるようになっている。
【０００４】
上記のように構成されている支持格子（Ｇ）は、図５及び図６（図５及び図６は、本発明に関する図面であるが構造的に共通しているので、従来例の説明に用いている。）に示すように、内ストラップ（３）に外ストラップ（４）を組み付けてなるストラップ組立体（ｇ）において、内ストラップ（３）の金属帯板（２）の表面側及び裏面側交差点（Ｐ１）と、外ストラップ（４）のスリット孔（４ａ）から突出している内ストラップ（３）の突部（３ａ）と外ストラップ（３）との接続部分（Ｐ２）と、内ストラップ（３）の４箇所の角部の位置でそれぞれ接続される外ストラップ（４）における各被接合端部（４ｄ）（４ｅ）（図面では一個所のみを示している）を接合する部分（Ｐ３）と、外ストラップ（４）のガイド片（４ｂ）の先端部分に形成された保持溝（４ｃ）と前記保持溝（４ｃ）に嵌め込まれた内ストラップ（３）の保持片（３ｃ）との嵌合部分（Ｐ４）とがそれぞれ溶接によって接合されるようになっている。例えば前記接合部分（Ｐ１）がＣＯ２レーザ、接合部分（Ｐ２）がＴＩＧ溶接、接合部分（Ｐ３）が抵抗溶接、接合部分（Ｐ４）がＴＩＧ溶接されている。
【０００５】
ところで、原子炉燃料集合体（１）の支持格子（Ｇ）は原子炉の炉心で使用されるという非常に過酷な状況下で使用されるものであり、しかも燃料棒を等間隔に支持するという非常に重要な役割を担っている部材である。従って、支持格子（Ｇ）は、適正な形状で、十分な強度が確保されている必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来では、図１５に示すように、前記ストラップ組立体（ｇ）の４側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）に位置して内ストラップ（３）の端部に形成されている突部（４ａ）と外ストラップ（４）とが接合される部分である複数の溶接箇所（Ｐ２）・・・に対して、溶接機（１００）により任意の順でＴＩＧ溶接を行っているので、ある側面（４Ａ）／（４Ｂ）／（４Ｃ）／（４Ｄ）の溶接箇所（Ｐ２）をＴＩＧ溶接している時の歪みが未溶接部分にしわ寄せされて蓄積する傾向にある。これによって最終溶接箇所に最大歪みが蓄積され、使用中にこの歪みによる支持格子（Ｇ）の変形が発生するという問題や、甚だしい場合には規格外れの支持格子（Ｇ）が作成されて製品歩留まりが低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、溶接工程でのストラップ組立体の歪み発生を有効に防止でき、品質の高い支持格子を効率良く得ることができる原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」に記載の原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法は「複数の金属帯板（２）が互いに平行な方向及び直交する方向に配置されるとともに、互いに一定間隔で格子状に組み合わされ、且つ各端部から溶接用突部（３ａ）が突設された内ストラップ（３）と、前記溶接用突部（３ａ）を挿入させて外部に突出させるスリット孔（４ａ）がそれぞれ穿設されて、組立時に該内ストラップ（３）の４周を取り囲む状態で配置される４つの金属帯板製外ストラップ（４）とでストラップ組立体（ｇ）を構成し、このストラップ組立体（ｇ）における前記溶接用突部（３ａ）を溶接して原子炉燃料集合体用支持格子（Ｇ）を製造する支持格子製造方法において、
前記ストラップ組立体（ｇ）の４側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）にそれぞれ位置して内ストラップ（３）の突部（３ａ）と外ストラップ（４）とが接合される箇所に対して、ストラップ組立体（ｇ）の４つの側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）、もしくは対向する２側面（４Ａ）（４Ｃ）／（４Ｂ）（４Ｄ）同士を同時的にレーザ溶接して接合する」ことを特徴とする。
【０００９】
「請求項１」に記載の発明によれば、内ストラップ（３）に外ストラップ（４）を組み付けてストラップ組立体（ｇ）を構成し、ストラップ組立体（ｇ）の所定の溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）（Ｐ４）を溶接で接合すれば、支持格子（Ｇ）が作成される。
【００１０】
この時、前記内ストラップ（３）に形成されている突部（３ａ）と外ストラップ（４）に接合される箇所（Ｐ２）に対して、該ストラップ組立体（ｇ）の４側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）、もしくは対向関係にある２つの側面（４Ａ）（４Ｃ）／（４Ｂ）（４Ｄ）同士については、同時的にレーザ溶接されるので、各側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）を順次ＴＩＧ溶接する時のような歪みが起きにくいうえ、例え歪みが発生しても未溶接箇所へのしわ寄せが少なくなる。特に４側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）を同時的にレーザ溶接する場合では、溶接箇所での歪みが分散されて前記歪みのしわ寄せがかなり抑制される。この結果、効率よく接合作業が行えるうえ、使用時に歪み変形の小さい最適形状の支持格子（Ｇ）を得ることができる。
【００１１】
また、前記内ストラップ（３）の突部（３ａ）と外ストラップ（４）に接合される箇所（Ｐ２）をレーザ溶接するから、ＴＩＧ溶接のように溶接中心がずれたり、溶接跡がいびつになることがなく、所定の重心位置を中心にした良好な溶接跡を得ることができ、結果的に支持格子（Ｇ）全体での適正な強度が保証される。
【００１２】
「請求項２」に記載の原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法は、「前記ストラップ組立体（ｇ）における４つの側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）における複数の突部（３ａ）の接合箇所（Ｐ２）について、互いに対向する側面（４Ａ）（４Ｃ）／（４Ｂ）（４Ｄ）の突部（３ａ）と点対称位置にあるもの同士を同時的にレーザで溶接する」ものである。
【００１３】
請求項２の発明によれば、外ストラップ（４）における相手の側面（４Ａ）（４Ｃ）／（４Ｂ）（４Ｄ）の溶接箇所（Ｐ２）に対して互いに点対称位置にあるものを同時的に溶接するので、各側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）における複数の突部（３ａ）の配列位置にかかわらず、その箇所の溶接時の歪みが互いに打ち消し合って、歪みのしわ寄せが未溶接箇所にしわ寄せするのが一層確実に防止される。
【００１４】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を実施例形態を図面に従って説明する。図１は、本発明の一実施形態にかかる原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法が運用される製造装置を示すブロック図である。本製造装置は、主としてレーザ発生装置（Ａ）、溶接用チャンバ（２１）、レーザ発生装置（Ａ）に接続され、前記溶接用チャンバ（２１）を取り囲むように４方向に配設されているレーザ出射装置（１０）［なお、レーザ出射装置を個別に表現する場合には（１０ａ）と言うようにアルファベット小文字の枝番を付する。］、レーザ出射装置（１０）を溶接対象に対して３次元的に移動させる相対移動装置（６１）、溶接箇所の形状を確認するパターン認識装置（Ｂ）、及び必要に応じてレーザ出射装置（１０）にセットされるレーザ出力測定装置（Ｄ）などから構成されている。
【００１５】
レーザ発生装置（Ａ）は、例えばヤグロッド（ＹＡＧロッド）（１１）に光を投入する励起ランプ（１４）と、励起ランプ（１４）に電圧を印加する電源（９）と、励起ランプ（１４）とヤグロッド（１１）とを収納するハウジング（１５）と、ハウジング（１５）の収納物を冷却するクーラ（１６）と、光軸合わせ用のＨｅ−Ｎｅレーザ（１７）と、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（１７）から照射された光の進行方向を変える反射用ミラー部材（１８）と、反射用ミラー部材（１８）と図中左側のシャッタ（１２）との間に設置された全反射ミラー部材（１９）と、ヤグロッド（１１）の出光側のシャッタ（１３）の前方に配置された出力ミラー部材（２０）とで構成されている。勿論、内部構造は前記の構造に限定されない。レーザ光線（Ｌ）は、例えば連続発振、パルス発振、Ｑスイッチパルス発振、シングルモードなどの手法により出力されており、用途により最適のものが使用される。
【００１６】
レーザ出射装置（１０ａ）〜（１０ｄ）は、シングルレンズ、ダブルレットレンズ、トリプルレットレンズ、平突レンズ、シリンドリカルレンズなど適宜なものが組み合わされて最適の光学系（８）が出射筒（７）に内蔵されている。この４基のレーザ出射装置（１０）とレーザ発生装置（Ａ）とは、レーザトランスファ部材（２２ａ）〜（２２ｄ）《例えば光ファイバのような部材で構成されている。》で分岐接続され、分岐されたレーザ光線（Ｌ）が各レーザ出射装置（１０ａ）〜（１０ｄ）に入力するようになっている。
【００１７】
また、レーザ出射装置（１０ａ）〜（１０ｄ）の対物側には、図２に示すようにアパーチャ（２３）が取り付けられており、アパーチャ（２３）には、光学系（８）の対物レンズを保護する保護ガラス（２４）が交換可能に嵌め込まれている。なお、アパーチャ（２３）は絞りのようなもので、必要に応じて保護ガラス（２４）に半透光性フィルムを貼着し、保護ガラス（２４）を通過するレーザ光線（Ｌ）の通過量を一定の割合に規制している。
【００１８】
また、必要に応じて用いられるレーザ出力測定装置（Ｄ）（図２ではレーザ出力測定装置（Ｄ）が装着された状態が示されている。）の測定リング（３１）は、図３に示すように、リング状のケーシング内に光ファイバ（３５）群を収納したもので、レーザ出射装置（１０）の対物面に向かって開口する小孔（３２）が測定リング（３１）に同一円上にて所定間隔毎で複数箇所に穿設されており、小孔（３２）から出射されたレーザ光線（Ｌ）の周縁部、つまり、レーザ光線（Ｌ）の非収束部（６ｂ）のごく一部を取り込むようになっており、光ファイバ（３５）の入光端には光ファイバ（３５）群への光の入光量を制限するリングフィルタ（３０）が必要に応じて配設されている。前記リングフィルタ（３０）も前述の保護ガラス（２４）と同様半透光性フィルム貼着され、レーザ光線（Ｌ）の通過量を一定の割合に規制している。そして、測定リング（３１）の中央にはレーザ光線（Ｌ）が通る段付通孔（３３）が穿設されており、この段付通孔（３３）が出射筒（７）に固定されるようになっている。
【００１９】
レーザ光線（Ｌ）を採取するための光ファイバ（３５）は、入光面の直径が例えば５０μｍ程度の極く微細なもので、その出光側は、リング状収納空間に取り付けられた可撓性チューブ（３６）を通って測定リング（３１）外に引き出されており、その出光端は変換装置（３７）に装着され、変換装置（３７）内に内蔵されて、光を電気信号に変換するピンフォトダイオードのような変換素子（３８）に面している。
【００２０】
変換素子（３８）の出力電気信号は検出回路にて出射エネルギとして演算され、予め校正用の基準測定器で測定・記憶させておいたレーザ光線（Ｌ）の出射エネルギの測定基準値と比較校正し、校正データに基づいて実測出射エネルギの算出値を補正するようになっている。（３９）は校正回路である。更にこれに表示装置（４０）が接続されている。
【００２１】
パターン認識装置（Ｂ）は、例えばＣＣＤカメラのような撮像装置（４３）を具備し、支持格子（Ｇ）の表面の画像をデジタル電気信号として取り込むと共にこれを２値化し、このデジタルデータを目的に応じて加工したり演算したりする内蔵ＣＰＵ（４２）、前記溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）に対応させて前記デジタルデータを記憶する記憶装置（４４）などにて構成されている。また、前記ＣＰＵ（４２）は外部モニタ（２８）や外部出力装置（２９）に接続されており、撮像装置（４３）を介して内蔵ＣＰＵ（４２）に送られた画像を画面に出力したり、ハードコピーにプリントアウトすることができるようになっているし、また、生の映像をそのまま録画装置（ビデオ）に接続し、溶接状態を記録することもできるし、これを装置動作異常のチェック、溶接忘れなどのチェックにも使用することができる。
【００２２】
レーザ発生装置（Ａ）はレーザ出射装置（１０）の数に合わせて設置してもよいが、出力側にレーザ分岐装置（Ｅ）を設置し、必要な数だけ分岐してもよい。本実施例では４分岐されており、分岐出力はそれぞれ可変となっている。前記レーザ分岐装置（Ｅ）内には３つの半透過ミラーが設置されており、出力ミラー部（２０）から出力したレーザ光線（Ｌ）をそれぞれ第１〜第４トランスファー部材（２２ａ）〜（２２ｄ）にそれぞれ入力させるようになっている。レーザ光線（Ｌ）の分岐は公知の半透過ミラー（半透過ミラーに入射したレーザ光線（Ｌ）の一部を反射し、残部を透過させるミラー）にて行う。なお、透過率の異なる半透過ミラー（２５）を多数用意しておき、これを次々と切り替えることでレーザ光線（Ｌ）の反射・透過量を調整するようにしてもよい。
【００２３】
溶接用チャンバ（２１）は内部にアルゴンガスや窒素ガスのような不活性ガスが充填された気密容器で構成されており、溶接前のストラップ組立体（ｇ）が収納され、予め決められた酸素濃度や水分濃度の雰囲気内を有する溶接用チャンバ（２１）内でレ−ザ溶接が行われるようになっている。周囲（この場合が４方向）には窓が設けられており、当該窓には窓ガラス（６０ａ）が気密的に嵌め込まれ、窒素やアルゴンガスのような不活性化ガスを充填することができるようになっている。
【００２４】
そして、この窓ガラス（６０ａ）越しに前記レーザ出射装置（１０）が配置され、前記ワークであるストラップ組立体（ｇ）は、図１０に示すように溶接用チャンバ（２１）内に配設されて、溶接用チャンバ（２１）の窓ガラス（６０ａ）を介してレーザーショットされるようになっている。なお、溶接用チャンバ（２１）内の雰囲気はポンプなどにより強制循環され、溶接時に発生したヒュームなどをフィルタにて濾過し、チャンバ（２１）内の清浄度を保つ装置が設置されている。
【００２５】
このレーザ出射装置（１０ａ）〜（１０ｄ）は公知手段、例えば３軸のネジ機構とステッピングモータとを使用し、ガイドレールに沿って３次元の相対移動が可能な相対移動装置（図示せず）に搭載されている。
【００２６】
ワークであるストラップ組立体（溶接前の支持格子）（ｇ）は、図５に示すように、複数の薄い金属帯板（２）が互いに平行な方向及び直交する方向に配置され且つ互いに格子状に組み合わされた内ストラップ（３）と、該内ストラップ（３）の４周を取り囲むように配置され、ストラップ組立体（ｇ）の４辺に対応する４つの薄い金属帯板製外ストラップ（４）とで構成されている。このストラップ組立体（ｇ）の所定箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）を溶接することにより、図４及び図７に示すような支持格子（Ｇ）が作成される。この支持格子（Ｇ）は既述のように原子炉燃料集合体（１）内に組み込まれて使用される。
【００２７】
内ストラップ（３）には図５に示すように、長手方向へ定間隔毎に上向きの嵌め込み溝（５ａ）と下向きの嵌め込み溝（５ｂ）がそれぞれ形成されており、これらを上下に嵌め込むことで複数の金属帯板（２）が縦横、つまり格子状に組み立てられる。そして内ストラップ（３）に、４つの金属帯板からなる外ストラップ（４）を組み付けることにより、図６に示すように、溶接前の支持格子であるストラップ組立体（ｇ）が構成される。外ストラップ（４）の形状としては、内ストラップ（３）の各一辺を覆い、そのコーナー部分で溶接されるものと、内ストラップ（３）のコーナー部分から隣接する二辺の中央までを覆い、内ストラップ（３）の中央部で溶接されるＬ形のものなどがある。ここでは、前者のものを代表例として説明する。
【００２８】
そして、図７に示すように、内ストラップ（３）の表面側及び裏面側交差点である溶接箇所（Ｐ１）が溶接されるようになっている。また、内ストラップ（３）の長手方向の端面に形成されている突部（３ａ）が外ストラップ（４）に形成されているスリット孔（４ａ）に貫通して外部に露出しており、この露出した部分も溶接箇所（Ｐ２）であり、この突部（３ａ）が内ストラップ（３）の接合用端部として外ストラップ（４）の外面に溶接されるようになっている。
【００２９】
一方、４つの外ストラップ（４）は、図４及び図６に示すように、内ストラップ（３）の外周を巻くように配設されており、これら外ストラップ（４）の各両端部である被接合端部（４ｄ）（４ｅ）（以下の説明では、一個所のみについて説明する）における各面（４ｆ）（４ｇ）が突き合わせ状態に保たれており、この突き合わせ部分も溶接箇所（Ｐ３）としてレーザ溶接されることになる。なお、前記外ストラップ（４）は、平面形状がＬ形に折曲された金属帯板を使用することも可能であり、その場合、４つの外ストラップ（４）は、外ストラップ組立体（ｇ）の側面の中央位置にあたる部位で隣接するものと接合されることになる。
【００３０】
また、外ストラップ（４）の幅方向の上端面には、例えば３角形状のガイド片（４ｂ）が一体に立設されており、このガイド片（４ｂ）の先端内端面には、内ストラップ（３）の幅方向一端面（上端面）に形成された保持片（３ｃ）に対応して保持溝（４ｃ）が形成されている。内ストラップ（３）に外ストラップ（４）とを組み付ける際に、前記ガイド片（４ｂ）側の保持溝（４ｃ）に内ストラップ（３）側の保持片（３ｃ）の角部を挿入させることにより、内ストラップ（３）が外ストラップ（４）に一体化されてストラップ組立体（ｇ）が組み立てられる。
【００３１】
次に、本発明の製造方法を本装置の動作で説明する。まず、複数の内ストラップ（３）同士を格子状上に組み上げ、図６に示すように、内ストラップ（３）の突部（３ａ）を、内ストラップ（３）の周囲を取り囲む４つ外ストラップ（４）の各スリット孔（４ａ）に挿入し、さらに内ストラップ（３）の保持片（３ｃ）の角部を外ストラップ（４）におけるガイド片（４ｂ）に形成されている保持溝（４ｃ）に挿入させることにより、溶接前の組み立て状態の支持格子、具体的には、ストラップ組立体（ｇ）が組み立てられる。この溶接前の組み立て状態のストラップ組立体（ｇ）を溶接用チャンバ（２１）内に挿入し、図示しないワーク回転保持装置に取り付ける。
【００３２】
この状態で、溶接用チャンバ（２１）内を真空状態にした後、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを充填してストラップ組立体（ｇ）の周囲雰囲気を不活性ガス雰囲気とする。そして、ストラップ組立体（ｇ）の所定箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）をレーザ光線（Ｌ）で照射する溶接工程に入る。
【００３３】
次に、ストラップ組立体（ｇ）のレーザ溶接手順を簡単に説明する。
この例では、まず、外ストラップ（４）の溶接箇所（Ｐ３）である外ストラップ（４）の被接合端部（４ｄ）（４ｅ）の突き合わせ端面（４ｆ）（４ｇ）の溶接を行う。この場合、図１１の鎖線で示すように立てた状態のストラップ組立体（ｇ）を矢印方向へ任意角度回転変移させ、同図の実線で示す位置にセットする一方、１基の３次元の相対移動装置（６１）を操作して外ストラップ（４）の溶接箇所（Ｐ３）にレーザ出射装置（１０）の焦点を合わせた状態でレーザ出射装置（１０）を移動させ、レーザ光線（Ｌ）により外ストラップ（４）の幅方向の一端から他端にわたって溶接箇所（Ｐ３）を溶接する。
【００３４】
外ストラップ（４）の被接合端部（４ｄ）（４ｅ）同士を互いに重ね合わせた状態で溶接してもよいが、この例のように外ストラップ（４）の被接合端部（４ｄ）（４ｅ）同士を端面突き合わせ状態とし、この端面（４ｆ）（４ｇ）にレーザ光線（Ｌ）を照射する。非接触のレーザ溶接では、抵抗溶接のように表面洗浄の度合いないしは電極チップの先端形状の変化などで溶接状態が影響を受けるということがなく、また、抵抗溶接した時のように高い入熱量で外ストラップ（４）が変形することもなくなる。
【００３５】
更に、外ストラップ（４）の幅方向一端から他端にかけてシーム溶接されることから、溶接箇所（Ｐ３）での接合強度が高く、このことは支持格子（Ｇ）の機械的強度の強化につながる。また、不活性ガス雰囲気中で溶接作業が行われるので、ストラップ組立体（ｇ）が酸化するおそれも解消され、耐腐食性の問題が解決される。
【００３６】
続いて図１０に示すように、ストラップ組立体（ｇ）を立てた状態に保ち、その深さ方向の両側からストラップ組立体（ｇ）の上面と底面の内ストラップ（３）の交差点である溶接箇所（Ｐ１）について実線で示す２基のレーザ出射装置（１０ａ）…により、レーザ溶接を実施する。
【００３７】
その後、外ストラップ（４）における突部（３ａ）に対する溶接箇所（Ｐ２）については、図１０の点線、及び図１２に示すように、４基のレーザ出射装置（１０ａ）〜（１０ｄ）を配置した後、前記突部（３ａ）の溶接箇所（Ｐ２）について、ストラップ組立体（ｇ）の４つの側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）で同時的にレーザ溶接する。前記突部（３ａ）は、図４に示すように、前記４側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）毎に複数列で複数個存在しているので、図１３に示すように、互いに対向する側面（４Ａ）と側面（４Ｃ）／側面（４Ｂ）と側面（４Ｄ）とで点対称の位置関係にある突部（３ａ）同士を、外ストラップ（４）の中央部位に位置するものから一個ずつ順番にレーザ溶接して接合するのがよい。
【００３８】
これにより、溶接時にストラップ組立体（ｇ）の４つの側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）、もしくは対向側面（４Ａ）（４Ｃ）／（４Ｂ）（４Ｄ）に発生しようとする歪みが均等・分散化されるとともに、未溶接箇所に歪みがしわ寄せすることも抑制され、全体として歪みの少ない最適形状の支持格子（Ｇ）を得ることができる。
【００３９】
しかも、レーザ溶接では、従来のＴＩＧ溶接のような溶接跡の修正作業等が不要となるうえ、溶接箇所の重心位置を中心にその周囲を均等的に溶接できるので、溶接仕上がりもよく、その箇所（Ｐ２）の機械的接合強度も十分確保される。
【００４０】
また、前記突部（３ａ）について、４つの側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）を同時的でなくても、外ストラップ（４）の互いに対向する２つの側面（４Ａ）（４Ｃ）／（４Ｂ）（４Ｄ）のいずれか一方の組、例えば側面（４Ａ）（４Ｃ）についてを同時的にレーザ溶接し、その次に他方の組である側面（４Ｂ）（４Ｄ）についてを同時的にレーザ溶接してもよく、その場合も上記と同様の効果が発揮される。
【００４１】
なお、前記溶接箇所（Ｐ２）について、４つの側面（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）で同時的にレーザ溶接を行うと、生産性の向上の貢献に寄与できることになる。
【００４２】
また、溶接箇所（Ｐ４）の溶接も表面側交差点（Ｐ１）の溶接に続いて行われる。このとき、溶接箇所（Ｐ４）の位置は表面側交差点（Ｐ１）と異なるので、３次元の相対移動装置（６１）を操作してレーザ出射装置（１０）の焦点を図１０の鎖線で示すように、溶接箇所（Ｐ４）の位置に合わせ、レーザ光線（Ｌ）を出射する。これにより溶接箇所（Ｐ４）である前記保持片（３ｃ）とガイド片（４ｂ）とが溶着一体化する。
【００４３】
この間の溶接状況は外部モニタ（２８）にすべて映し出される。また、ビデオに接続してそのすべてを記録しておくこともできるし、リアルタイムでその映像をモニタ画面に映し出すこともできる。図１（イ）の場合には、レーザ溶接前の溶接箇所（Ｐ１）である交差点の映像（イ’）が写っている。
【００４４】
次に、レーザ溶接の詳細について説明する。レーザ出射装置（１０）の焦点が交差点（Ｐ１）［あるいは溶接箇所（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）］の中心に不一致の場合、あるいは焦点ボケの場合、前記３次元の相対移動装置（６１）を操作して、レーザ出射装置（１０）の焦点が溶接箇所（Ｐ１）［溶接箇所（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）］の中心に一致するように移動させる。この操作は撮像装置（４３）を通じて得られた画像デジタルデータと予めＣＰＵ（４２）に取り込んでおいた標準画像データとを比較して、標準画像に画像デジタルデータが一致するまで相対移動装置（６１）を自動操作する。
【００４５】
焦点が目標とする溶接箇所（Ｐ１）［溶接箇所（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）］の中心に正確に一致したところで、前記溶接箇所（Ｐ１）［溶接箇所（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）］にレーザ光線（Ｌ）を照射してレーザ溶接する。レーザ溶接が終了すると、レーザ溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）のチェックがその都度パターン認識装置（Ｂ）によって確認される。
【００４６】
即ち、レーザ出射装置（１０）の光軸（ＣＬ）と一致してセットされている撮像装置（４３）がレーザ溶接後、光学系（８）を通してレーザ溶接箇所の溶接パターンを２値化されたデジタル画像として録取し、ＣＰＵ（４２）に送り、記憶装置（４４）に記憶させると共にＣＰＵ（４２）で２値化された前記溶接パターンデータからレーザ溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）又は／及び（Ｐ４）の寸法を演算する。この寸法については、基準範囲（この部分を安定領域とする）を予め設定しておき、その範囲に寸法が入れば良品とし、その範囲を越えれば不良品と判定するのであるが、その境界部分においてはある程度の幅を持たしておき、図２に示すように上限値に近い上限危険範囲に入るとレーザ出射装置（１０）の出力を若干絞り、逆に下限値に近い下限危険範囲に入ると前記出力を若干あげて基準範囲（安定領域）に入るように出力調整を行う。
【００４７】
具体的にはレーザ溶接箇所（Ｐ１）である交差点にあっては図１（ロ）または（ロ’）に示すように溶接跡は平面形状が正方形に形成され、２値化された溶接パターンデータから演算された対角線の長さ（Ｘ）（Ｙ）が算出される。
【００４８】
又、レーザ溶接箇所（Ｐ２）の場合は、突出部分（３ａ）にレーザ光線を照射し突部（３ａ）と外ストラップ（４）のこの近傍部分とを溶接する。突部（３ａ）が図５及び図６に示すように短い点状のものであれば溶接跡（Ｐ２）は、図７及び図８に示すように半球状になるが、長い線状の場合は線状ビード跡となる。溶接跡（Ｐ２）は半球状の場合、その直径（Ｒ）及び重心位置を測定することになる。また、線状ビード跡（図示せず）の場合は、その線幅と長さが測定されることになる。
【００４９】
溶接箇所（Ｐ３）は外ストラップ（４）の被接合端部（４ｄ）（４ｅ）の端面突き合わせ部分であり、外ストラップ（４）の幅方向の一端から他端に向かってレーザ光線（Ｌ）を照射するこにより前記突き合わせ端面（４ｇ）（４ｆ）の部分を全長にわたって溶接する。この部分（Ｐ３）の溶接跡は図７に示すように線状ビード跡となるので、その線状ビード幅（Ｗ１）と長さ（Ｌ１）が測定されることになる。
【００５０】
最後の溶接箇所（Ｐ４）は外ストラップ（４）のガイド片（４ｂ）と内ストラップ（３）の保持片（３ｂ）の先端部分であるが、前述同様、ガイド片（４ｂ）の保持溝（４ｃ）に嵌め込まれた保持片（３ｂ）の先端角部にレーザ光線（Ｌ）を照射してその部分を溶接する。この部分の接合強度に対する要求は他の溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ３）と比べて小さいので、必ずしも画像処理による判定を必要としないものであるが、画像処理を行う場合、図７及び図８に示すように、その幅（Ｗ３）と長さ（Ｌ３）とを計測することによりその良否判定を行う。
【００５１】
以上のようにすべての溶接点（Ｐ１）〜（Ｐ４）の溶接において、溶接が終了するとその都度、溶接箇所（Ｐ１）（Ｐ２）（Ｐ３）及び（Ｐ４）［ただし、溶接箇所（Ｐ４）は任意］の良否判定が行われることになるが、実行したスポット溶接２値化パターンからの測定寸法が許容範囲であれば次のスポット溶接位置に移動する。逆に、実行したスポット溶接パターンが小さければ、レーザ出力を高めて再度当該部分を溶接する。
【００５２】
すべての溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）のレーザ溶接が完了すると、支持格子（Ｇ）が製作されることになり、この支持格子（Ｇ）を溶接用チャンバ（２１）から引き出し、新しい未加工の支持格子であるストラップ組立体（ｇ）と交換する。
【００５３】
また、レーザ出力測定装置（Ｄ）をレーザ出射装置（１０ａ）〜（１０ｄ）の出射部分にセットしておけば、レーザ溶接の実行の都度、前記レーザ出力測定装置（Ｄ）にて実際に出射されているレーザ光線（Ｌ）の出力を測定し、レーザ光線（Ｌ）の出力管理も行っている。なお、ここでレーザ出力測定装置（Ｄ）の作用を簡単に説明する。
【００５４】
レーザ光線（Ｌ）はレーザ出射装置（１０）の光学系（８）にて加工面に集光され、前述のようなスポット溶接が実行される。その際、レーザ光線（Ｌ）のエネルギ状態は図６に示すよう光軸から周縁部に向かって次第にある割合で低下して行き、収束部分（６ａ）の外縁部分の外側には極く僅かであるがレーザ光線（Ｌ）の収束部分（６ａ）に収束しない非収束部分（６ｂ）が発生する。
【００５５】
即ち、レーザ出射装置（１０ａ）〜（１０ｄ）から出射されたレーザ光線（Ｌ）の１００％が単一波長のビームとなって光学系（８）にて一点に集光されるわけでなく、その極く一部は非収束状態（この部分を非収束部分（６ｂ）とする。）となって収束部分（６ａ）の周囲に存在する。レーザ出力測定装置（Ｄ）は溶接に寄与しないこの非収束部分（６ｂ）の一部を全周から均等に複数箇所から採取することで、レーザ光線（Ｌ）の加工性能を減ずることなくレーザ出射装置（１０）から出射されたリアルタイムで、出射エネルギーを測定することができる。
【００５６】
そして、取り出したレーザ光線（Ｌ）を電気信号に変換し、予め分かっている倍率（即ち、基準測定器にて検出した測定基準値に対する校正倍率）を掛ける事或いは校正データに即して補正する事でレーザ出射装置（１０）から出射され、加工に使用される収束部分（６ａ）の出射エネルギを出射の度にリアルタイムで算出することができ、正確な実測値をリアルタイムで表示することができる。出射エネルギの相対的な値を知るだけであれば、校正データによる補正をすることなく表示させればよい。
【００５７】
なお、溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）の検査は、抜き取ったサンプルに対して引張試験などの破壊試験や金属組成の顕微鏡観察などの試験を行い、溶接箇所（Ｐ１）〜（Ｐ４）の全数非破壊外観検査を実行し且つレーザ出力のリアルタイム監視を行なうことでレーザ溶接の品質並びに信頼性の向上を図っている。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、格子状に組み合わされた内ストラップと、該内ストラップの４周を取り囲む外ストラップとからなるストラップ組立体の４側面にそれぞれ位置して、内ストラップに形成されて外ストラップのスリット孔に挿入されている突部の接合箇所に対して、該ストラップ組立体の４側面、もしくは対向する２側面同士を同時的にレーザ溶接して接合する構成であるから、溶接による歪みが発生してもその歪みがストラップ組立体全体に分散され、歪みの局部的な蓄積がなくんり、結果、最適形状の支持格子を効率的に提供することができる。また、請求項２の発明によれば、ストラップ組立体における対向側面にある突部について、相手側面のものと点対称位置にあるもの同士を同時的に溶接する構成であるから、各側面に存在する複数の突部の位置などにかかわらず、溶接時の入熱などによる歪み発生やそのしわ寄せを一層確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法が運用される製造装置を示すブロック図
【図２】同じく製造装置におけるレーザ出射装置の部分の断面図
【図３】レーザ出力測定装置の拡大平面図
【図４】本発明の溶接対象となる原子炉燃料集合体の支持格子を示す概略斜視図
【図５】溶接前支持格子であるストラップ組立体の一部の分解斜視図
【図６】ストラップ組立体の一部の斜視図
【図７】溶接されてなる支持格子の一部の斜視図
【図８】図７のＶ−Ｖ線に沿った断面図
【図９】図７のＱ−Ｑ線に沿った断面図
【図１０】ストラップ組立体に対する溶接状況の説明図
【図１１】外ストラップの被接合端部に対する溶接状況の説明図
【図１２】内ストラップの突部に対する溶接状況の説明図
【図１３】内ストラップの突部の点対称にあるものに対する溶接状況の説明図
【図１４】支持格子が装着された原子炉燃料集合体を示す側面図
【図１５】従来の溶接状況の説明図
【符号の簡単な説明】
（２）金属帯板
（３）内ストラップ
（３ａ）内ストラップ端部の突部
（４）外ストラップ
（４ａ）外ストラップにおけるスリット
（４Ａ）（４Ｂ）（４Ｃ）（４Ｄ）ストラップ組立体の側面
（１０）溶接手段
（Ｇ）支持格子
（ｇ）ストラップ組立体
（Ｌ）レーザ光線
（Ｐ２）レーザ溶接箇所

Claims

複数の金属帯板が互いに平行な方向及び直交する方向に配置されるとともに、互いに一定間隔で格子状に組み合わされ、且つ各端部から溶接用突部が突設された内ストラップと、前記溶接用突部を挿入させて外部に突出させるスリット孔がそれぞれ穿設されて、組立時に該内ストラップの４周を取り囲む状態で配置される４つの金属帯板製外ストラップとでストラップ組立体を構成し、このストラップ組立体における前記溶接用突部を溶接して原子炉燃料集合体用支持格子を製造する支持格子製造方法において、
前記ストラップ組立体の４側面にそれぞれ位置して内ストラップの突部と外ストラップとが接合される箇所に対して、該ストラップ組立体における４つの側面、もしくは対向する２側面同士を同時的にレーザ溶接して接合することを特徴とする原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法。
前記ストラップ組立体における４つの側面における複数の突部の接合箇所について、互いに対向する側面の突部と点対称位置にあるもの同士を同時的にレーザで溶接する請求項１に記載の原子炉燃料集合体の支持格子の製造方法。