JP2005219124A - 管を球形壁を貫通したボア内に固定する方法及び溶接材料を仕上げ面に被着させる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で且つ非常に良好な品質が得られる管固定方法及び装置を提供する。
【解決手段】 環状仕上げ面（７）は、球形壁（４）の内面に機械加工される。第１の溶接材料（８）が仕上げ面に被着され、ボア（５）は仕上げ面（７）によって包囲された球形壁の部分を穿孔することにより作られ、第２の溶接材料（１２）が管（３）を第１の溶接材料に溶接するために管の周囲のところで仕上げ面（７）に被着される。仕上げ面への第１及び第２の溶接材料の被着作業のうち少なくとも一方は、溶接トーチ（２０）をボア軸線（１０）に平行な方向（Ｚ）に動かしながらボア軸線（１０）回りに回転させ、しかも回転中、溶接トーチをボア軸線（１０）に垂直な軸線（２６）回りに回動させることにより自動的に実施される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、実質的に円筒形の形をした管を球形壁を貫通したボア内に固定する方法及び溶接材料を仕上げ面に被着させる装置に関する。特に本発明は、アダプタを加圧水型原子炉の容器ヘッド内に固定する方法に関する。

加圧水で冷却される原子炉は主要構成要素として、稼働中、軸線が鉛直の状態で配置される円筒形の容器を有し、この容器は、その円筒形壁の底端部に固定された丸い底部で構成される底端部及び全体として半球形であり、原子炉の運転中、容器内に収容された加圧水を通さないような仕方で容器に固定できるヘッドの支持フランジを構成する頂端部を有している。原子炉の一次回路を冷却して減圧した後、原子炉の炉心を収容した容器の内部に接近するためにヘッドを取り外すことができる。

一般に、原子炉炉心の反応度は、原子炉炉心内部で鉛直方向に動かされる吸収性材料の制御棒によって調節される。原子炉制御棒は、全体として円筒形であり、制御棒を鉛直方向に動かす機構が固定された管状アダプタの内部で容器ヘッドを貫通する駆動シャフトの底端部に固定されている。
原子炉の運転中、これまたアダプタ内部で容器ヘッドを貫通した熱電対コラムによってその炉心内部で温度測定が行われる。

かくして、容器ヘッドを貫通して複数の円筒形管状アダプタが設けられ、各管状アダプタは、鉛直軸線を持つ（ヘッドが、容器に取り付けられたその供用位置にあるとき）ボアの内部に固定され、種々のアダプタは、容器及びヘッドに共通であり、容器ヘッドの球形壁の中心が位置する鉛直軸線周りに環状に配置されたヘッドの複数の領域中に複数の列をなして分布している。アダプタを挿通させているボア（これらは全て容器ヘッドの軸線に平行である）は、容器ヘッドを通るこれらの位置に応じて、それ自体ボアの軸線上のそれぞれの箇所を通る半球形ヘッドのアールに対し種々の鋭角をなした軸線を有している。特に、容器ヘッドを貫通したボアの環状の列のうちの１つは、ボアの軸線が半球形容器ヘッドの対応の半径に対し約３８°の角度をなすような仕方で配置されている。一般に、ボアは、半球形ヘッドの中心（容器の鉛直軸線上に配置された１つのボアを除く）及び円筒形のボアとの交点を通らず、容器ヘッドの外壁と内壁は、複雑な形状を呈している。

容器ヘッドを貫通する各アダプタは、容器ヘッドの上方に突き出ていて、上記部分、特に制御棒を動かす機構が固定された頂部と容器ヘッドの下に突き出ていて、対応の頂部よりもヘッドの内面に対して短い底部の両方を備え、特に駆動シャフトに再係合するコーン（円錐体）を受け入れるのに役立つ。

アダプタ管は一般に、ニッケル系合金、例えば６９０合金で作られ、容器ヘッドは、低合金フェライト鋼で作られていて、その内面はステンレス鋼の層で覆われている。アダプタ管は、原子炉の運転中（約３２０℃の温度及び約１５５バールの圧力状態で）、容器を満たしている加圧水に対して完全に耐えるような仕方でヘッドを貫通したこれらのボア内に固定されなければならず、しかも容器内の圧力に耐えることができなければならない。 アダプタ管は、容器ヘッドを貫通したボア内にぴったりと嵌まり込み、これらアダプタ管は、ステンレス鋼で被覆されている低合金鋼によって構成された容器ヘッドの内部に溶接されることにより固定される。アダプタ管の通路が設けられたヘッドの内部の領域の各々には、環状仕上げ面がアダプタ管を挿通させたボアを包囲するよう機械加工され、アダプタ管の材料と冶金学的に適合性のある溶接材料が溶接（一般に、ワイヤを溶融させることにより）仕上げ面中に被着される。しかる後、ヘッドを穿孔してアダプタを挿通させるボアを形成し、アダプタは、ボア内にしっかりと固定され、最後に、アダプタは溶接材料をアダプタの周りの仕上げ面の一部内に被着させることにより溶接される。その目的は、アダプタを先に被着された溶接材料層に固定することにある。
ボアを穿孔する前に溶接材料の層を環状仕上げ面に被着させる作業は、一般に「バタリング」という用語で呼ばれている。

今日に至るまで、ボアを穿孔する前に最初に第１の溶接材料を環状仕上げ面に被着させる作業及びボアを穿孔してアダプタ管をこの中に設けた後に第２の溶接材料を仕上げ面の残りの部分に被着させることによりアダプタ管を溶接する作業は、特にアダプタ管と容器ヘッドの内部との間の連結面の形状が複雑なので手作業で行われていた。

かかる作業は、時間がかかり且つ費用がかかり、しかも多くの点検を必要とする。というのは、溶接に欠陥が無いようにしなければならないからである。容器ヘッドに固定されるアダプタ管の本数は一般に多く（例えば、原子炉のタイプに応じて６５又は７７本のアダプタ管）、これによりこの作業が極めて時間がかかり且つ費用がかかるものになる。
かくして、先のバタリング及び（又は）容器ヘッドの凹状球形壁へのアダプタの溶接を行うのに利用できる自動化溶接方法を提供することが非常に望ましい。
一般に、特に全体として円筒形の管を特に、これらの軸線が球形壁の中心を通らないような仕方でこれら管を固定する場合に球形壁に溶接するのに利用できる自動化溶接方法を提供できれば望ましい。

かくして、本発明の目的は、軸方向に沿って球形壁を貫通したボア内に実質的に円筒形の管を固定する方法であって、管を固定するボアが貫通した球形壁の領域の周囲で球形壁の内面に環状仕上げ面を機械加工し、第１の溶接材料を仕上げ面に被着させ、第１の溶接材料を、機械加工し、仕上げ面によって包囲された球形壁の一部を穿孔することによりボアを形成し、管をボア内にぴったりと嵌合させ、第２の溶接材料を管の周囲で仕上げ面に被着させて管を仕上げ面に先に被着された第１の溶接材料に溶接する方法を提供することにあり、この方法を短縮させた実施時間で且つ非常に良好な品質が得られるよう実施することが可能である。

この目的のため、第１及び第２の溶接材料を仕上げ面に被着させる作業のうち少なくとも一方を、以下の作業、即ち
・溶接材料が連続的に供給される手段及び溶接材料を溶融させる手段を備えた自動化溶接トーチを用い、自動化溶接トーチが管を固定するボアの軸線回りに回転するようにする作業を実施し、それと同時に、
・自動化溶接トーチを、ボアの軸線に平行な方向に動かし、溶接トーチがその回転中、ボアの軸線と直交する軸線回りに回動するようにし、それにより一定の特性を持つ溶接ビードの形態で溶接材料を仕上げ面中に被着させる作業を実施することにより自動的に行う。

単独で又は組み合わせて実施される特定の形態では、
・環状仕上げ面の周囲に沿ってぐるりと延びると共に管を固定するボアの軸線に垂直な方向に並置された連続する溶接ビードを被着させるために溶接ヘッドの２つの連続した溶接パス相互間で管を固定するボアの軸線に垂直な方向に所定の一定距離動かすことにより第１及び第２の溶接材料のうち少なくとも一方を連続したパスで自動的に被着させ、
・機械加工により環状仕上げ面を形成して環状仕上げ面の内部に球形壁の金属リザーブを残す工程と、管を固定するボアの軸線に沿って仕上げ面内部の金属リザーブに開口部を穿孔する工程と、シャフトをボアの軸線上で開口部内に固定する工程と、自動化溶接装置の回転溶接ヘッドを軸線に取り付けて回転溶接ヘッドをボアの軸線回りに回転させる工程と、自動化溶接装置の溶接ヘッドをシャフト上でボアの軸線回りに回転させることにより第１の溶接材料を環状仕上げ面に自動的に被着させる工程を実施し、
・管を球形壁を貫通したボアにぴったりと嵌合させた後、シャフトに回転自在に取り付けられた溶接ヘッドを有する自動化溶接装置のシャフトを管の軸線上で管の内部に固定し、溶接ヘッドを管内に固定されたシャフト上で軸線回りに回転させることにより管を球形壁に自動的に溶接し、
・第１及び第２の溶接材料のうち少なくとも一方を仕上げ面に自動的に被着させるため、溶接装置に流される電流及び溶接トーチへの溶接材料の送り速度を、溶接トーチがボアの軸線回りに回転している間、制御する。

本発明は又、円筒形管を球形壁に固定するためにボアが球形壁を貫通した領域周りに溶接材料を球形壁に機械加工された環状仕上げ面内に被着させる装置であって、シャフトを有し、シャフトは、これを、管を固定するボアの軸線上で壁に固定する手段を有し、上記装置は、ボアの軸線回りに回転するようシャフトに取り付けられていて、回転駆動モータ手段を有する溶接ヘッドと、溶接ヘッドによって支持されていて、管を固定するボアの軸線に平行な方向に動くことができる第２のモータ駆動キャリジと、管を固定するボアの軸線と直交する軸線回りに回動自在に設けられた溶接装置と、溶接トーチを第２のキャリジ上で回動軸線回りに回動させることにより溶接トーチを傾斜させるモータ駆動装置と、第２のキャリジ及び傾斜装置の変位を制御して溶接トーチの位置を傾斜角及び球形壁の仕上げ面に対する距離において一定状態に保つようにする制御手段とを更に有していることを特徴とする装置を提供する。

単独で又は組み合わせて実施される特定の形態では、
・第２のモータ駆動キャリジがシャフトの軸線に平行な方向に動くよう取り付けられた溶接ヘッドのシャフトの軸線に垂直な方向に溶接ヘッド上で動くよう設けられた第１のモータ駆動キャリジを更に有し、
・自動化溶接装置のシャフトは、第１の溶接材料を仕上げ面内に自動的に被着させるため、管を固定するボアの軸線の方向に沿って仕上げ面の内部の金属リザーブの中央部分から球形壁を穿孔することにより機械加工された開口部内に固定できるような仕方で作られており、
・管を球形壁に自動的に溶接するため、自動化溶接装置のシャフトを管のボア内部で軸線上に固定する手段を有する。

本発明をよく理解させるようにするため、原子炉の容器ヘッド内にアダプタを固定する本発明の自動化方法についての説明が以下、添付の図面を参照して例示的に行われる。

図１は、全体が符号１で示された加圧水型原子炉容器ヘッドを示している。
容器ヘッドは、容器の頂部を構成するフランジに嵌着する厚さの非常に大きな環状フランジ１ａを有している。フランジ１ａには、容器ヘッドを容器フランジに固定するスタッドを通す開口部２が設けられている。

容器ヘッドの中央部分１ｂは、球形キャップの形態をしており、この中央部分には、軸線が容器ヘッドの対称軸線に平行に配置された複数のアダプタ３を固定する開口部が設けられている。図１では、容器ヘッド１は、「キャップ」位置に配置された状態で示されており、ヘッドは、そのフランジ１ａを介して水平地面に載っており、球形キャップは、上方に差し向けられた凸状丸形部分を備えた容器ヘッドの中央部分１ｂを構成している。この構成では、容器ヘッドの軸線とアダプタ３の軸線は全て鉛直である。組をなすアダプタ（図示のヘッドは、６５個のアダプタを有している）の周りには容器ヘッドに固定された円筒形コネクタ１ｃが設けられており、かかる円筒形コネクタにより、円筒形保護ケーシング（図示せず）を、アダプタの周りに配置することができる。

図１で理解できるように、アダプタは、容器ヘッドの中央部分を構成する球形キャップ１ｂの表面上に直線の列をなすと共に容器の軸線周りに環状の列をなして分布して配置されている。その結果、中央アダプタは別として、アダプタは、キャップ１ｂの球面の中心を通る容器の軸線と交差しない鉛直軸線を有する。

図２は、球形キャップの形態をした容器ヘッドの部分１ｂの厚い壁４の領域を示す縦断面図である。壁４の図示の部分は、アダプタ３を固定する領域に相当している。アダプタ３を固定する領域では、球形キャップの形態をした容器ヘッド（キャップ位置で示されている）の壁４には、開口部５が設けられており、アダプタ管３はこの開口部と嵌合してこの中に固定される。低合金フェライト鋼容器ヘッドの壁４は、内部がステンレス鋼の被覆層６で被覆されている。

ヘッドの壁４を鍛造して機械加工した後、ステンレス鋼（２４％クロム及び１２％ニッケルを含む又は２０％クロム及び１０％ニッケルを含む）の層が、ステンレス鋼ストリップが供給される機械を利用するサブマージアーク溶接法を用いて容器の凹状内面に被着されている。

ステンレス鋼層を容器ヘッドの壁４の内面全体上に被着した後、アダプタ３をヘッドの内面に固定する領域の各々に環状仕上げ面７が施され、仕上げ面の断面は、図２に示すように非対称である。しかる後、ニッケル合金（例えば、ニッケル６９０合金で作られたアダプタ３を固定する場合、１５２合金）のバタリング層８を環状仕上げ面７の各々の内部に被着させる。

図３は、後でアダプタ管３を通すためのボア５が形成される領域周りで環状仕上げ面７が機械加工された容器ヘッド壁４の領域を示している。図３では、容器ヘッド壁４は、ボウル位置で、即ち、容器ヘッドの凹状部分が上方に差し向けられる位置で示されている。従前通り、図３では、壁４は、アダプタの通過する領域では形状が事実上平面であるものとして示され、この領域は、壁４の内面の円周方向に僅かな距離にわたって延びている。加うるに、図３は、ボア５が穿孔される基準としての軸線１０及びアダプタを通す領域の中央箇所のＯところでボア５の軸線１０と交差する壁４の半径方向線９を示している。従前通り、又図面を分かりやすくするため、壁４の半径方向線９は、鉛直状態で示されている。
図３に示されているようにアダプタを通すボア５は、ボア５の軸線１０と半径方向線９とのなす角度が３８°よりも僅かに大きい角度であるように球形壁４の領域に位置している。

非対称の環状仕上げ面７を半径方向線９周りの機械加工により図３に示す輪郭で形成された後、例えばインコネル（Inconel）１５０合金から成る第１の溶接材料を被着させることによりバタリング層８を形成し、次にこの第１の溶接材料を再びフライス加工により機械加工する。その目的は、仕上がり状態のバタリング層８の内面８′を得ることにある。 しかる後、軸方向１０に沿って穿孔することにより、壁４にボア５を形成する。

図２で理解できるように、アダプタ３は、ボア５とぴったりと嵌合してこの中に固定される。このようにするため、ボア５は、アダプタ３の外径よりも僅かに小さな直径を有する状態で設けられ、アダプタ３は、液体窒素を用いて、即ち、アダプタ３の底部を液体窒素の温度に冷却させた後、図示のようなその取り付け位置で図２に示すようにボア５内部に嵌めることにより取り付けられる。アダプタ３が壁４の温度（一般に、温度２０℃）に戻ると、アダプタ管の膨張により、アダプタ管がボア５の内部の良好に決定された位置にしっかりと取り付けられるようになる。次に、制御棒係合コーンを取り付けるためのねじ山３ｂを備えたアダプタ３の底部３ａは、容器ヘッド（図２においてはキャップ位置で示されている）の底面の僅か下に突き出る。アダプタの頂部３ｃは、壁４の凸状頂面を越えて突き出ており、一部だけが図示されている。

しかる後、バタリング層８を被着させて機械加工した後に残っている仕上げ面７の残りの部分に溶接材料１２を被着させてニッケル合金のアダプタ３とこれまたニッケル合金のバタリング層８との間に冶金学的結合をもたらすことによりアダプタ３を容器ヘッドに溶接する。第２の溶接材料１２は一般に、バタリング層８と同一のニッケル合金で構成される。

本発明では、第１の溶接材料の層８を被着させることによるバタリング作業及び第２の溶接材料を被着させることによるアダプタ３の溶接作業のうち少なくとも一方を完全に自動的な仕方で実施するのがよい。

図４は、溶接材料を自動的に被着させる本発明の方法を実施するために使用可能な自動化溶接装置を示している。

図３の場合と同様、容器ヘッドの壁４は、アダプタ固定領域内でボウル位置で示されており、壁４の半径方向は、鉛直に延びている。
容器ヘッドの壁４の内部をステンレス鋼の層で被覆した後、環状仕上げ面７をアダプタが通過する領域周りで機械加工する。
環状仕上げ面７を、仕上げ面７の中央部分に金属リザーブ１１を保存するような仕方で機械加工する。バタリングが手作業で行われる従来方法と比較すると、図４に示すようにこの作業を自動的に行うため、厚みが薄く且つ正確に一定の仕上げ面を仕上げ面の周囲全体にわたって機械加工し、この厚さは、自動的に被着された溶接ビードの幅の倍数に等しい。
これにより、バタリング層を構成するために部分溶接ビードを被着させることは必要ではない。

しかる後、金属リザーブ１１の中央部分を、バタリング層８を作り、ヘッドの壁４を穿孔した後、アダプタが収納固定されるボアの理論的な幾何学的軸線の方向１０に穿孔する。例えば、図２に示すようなアダプタの場合、軸線１０は、壁４に対し垂直又は半径方向である方向９に対し、３８°よりも僅かに大きな角度をなしている。バタリング層８を形成するために用いられる全体が符号１４で示された自動化溶接装置は、シャフト１５を有し、このシャフト１５は、環状仕上げ面７の中央部分の金属リザーブ１１を穿孔することによりあらかじめ準備された軸方向１０の開口部１３の内部に嵌まって固定される。回転ヘッド１６が、シャフト１５に取り付けられており、この回転ヘッドは、これを曲線で示した矢印１６′で示すようにシャフト１５の軸線１０回りに回転駆動するための手段２８を有している。回転ヘッド１６は、第１に、半径方向に変位可能な第１のモータ駆動キャリジ１７、軸方向に変位可能な第２のモータ駆動キャリジ１８及びモータ駆動トーチ傾斜装置１９を介して自動化溶接トーチ２０を支持すると共に第２に、ワイヤ案内２２を溶接トーチ２０の電極２０′に向かって送る溶接ワイヤのリール２１を支持している。溶接トーチ２０の電極２０′は、アークが電極２０′の端部と仕上げ面７の底部との間に生じるよう溶接可能に給電される。モータ駆動巻き出し装置２７が取り付けられたコイルによりワイヤ案内２２に送られる溶接ワイヤ２３は、アークによって溶けて仕上げ面７の底部に溶接ビードを被着させる。

溶接ワイヤ２３は好ましくは、被覆ワイヤであり、その金属部分は、ニッケル合金、例えば合金１５２で作られる。

溶接を自動的に行うため、溶接ヘッド１６をそれ自体の駆動手段２８により矢印１６′で示すように回転させる。溶接ビードを仕上げ面７の一部に形成するため、溶接トーチ２０の位置を先ず最初に、キャリジ１７によりヘッド１６の回転軸線に垂直なＹ方向に沿って調節する。しかる後、キャリジ１７は、静止状態のままであり、ヘッド１６が回転している間、溶接トーチ２０を軸方向変位キャリジ１８により軸線１０に平行な軸線方向Ｚに制御された仕方で動かすことにより楕円形溶接ビードを仕上げ面の底部に被着させる。

電極２０′が溶接材料が被着されている表面に対して正確に一定の位置のままであるようにするため、ボアの理論的な軸線と直交すると共に軸線Ｙ，Ｚを含む平面に垂直な軸線周りのトーチ２０の傾斜をトーチ傾斜装置１９によって調節する。これにより、電極２０′の端部と被着面との間の距離及びボアの理論的な軸線方向に対するトーチの電極２０′の傾斜角が正確に一定のままである値に調節されるようになる。かくして、溶融電極２０′により生じるアーク中へ調節された仕方で送り込まれる溶接ワイヤ２３は、特性が一定した溶接ビードを被着させるのに役立つ。

溶接ヘッド１６の回転全体を通じ、軸方向Ｚにおけるキャリジの変位及びトーチ２０の傾斜角、更に溶接電流及び溶接ワイヤ２３の直線送り速度を自動化溶接装置１４の制御ユニット３０によってプログラムされた仕方で制御して特性が正確に一定である溶接ビードを生じさせる。特に、規則的なバタリングを得るために、溶接電流と溶接ワイヤの送り速度を適合させる。

上述したように、バタリング層８を環状仕上げ面７中に被着させた後、被着させたバタリング層をフライス加工により機械加工し、それにより仕上げ状態を呈した層８を形成し、その後、ボア５を仕上げ面７の形成後、定位置のままである壁４の中央部分の金属リザーブ８に先に特定した軸方向１０において穿孔形成する。次に、アダプタ管３を図５に示すようにぴったりと嵌合させて固定する（ボウル位置にある容器ヘッド）。

図５で理解できるように、バタリング層８は、フェライト鋼壁４に機械加工された仕上げ面７の底部及びステンレス鋼の層６を覆う。アダプタの溶接は、アダプタ３のニッケル合金壁とバタリング層８との間に形成された溶接準備面取り部２４をアダプタ３を構成する合金と適合性のあるニッケル合金で埋めることにより２つのニッケル合金相互間で一様な仕方で行われる。面取り部２４を、例えばバタリング層８のニッケル合金に似たニッケル１５２合金により構成された溶接材料で満たすのがよい。本発明では、溶接は、バタリングを上述したような仕方で自動的に実施した後、手作業で実施するのがよい。それにもかかわらず、図６に示すように、図４を参照して説明した自動化溶接装置１４を用いることにより又はこれに類似した装置を用いることによりアダプタ３を容器ヘッドの壁４に溶接するのが好ましい。アダプタ３を溶接するために用いられる図６に示す自動化溶接装置１４は、上述した構成要素に加えて、シャフト１３をアダプタの軸線上でアダプタ３のボア内部に心出しして固定する手段２５を有し、シャフト１３は次に、ボア５及びアダプタ３の軸線１０上に保持される。

溶接ビードを面取り部２４内に形成する自動化溶接装置１４の動作原理は、上述したようにバタリング層を上述したように形成する溶接装置の動作原理と類似している。面取り部２４を、特性が正確に一定である互いに並んで配置された溶接ビードにより構成される溶接材料１２で満たす。２つの溶接パス相互間で、２つの連続したビードを面取り部２４の円周に沿ってぐるりと被着させる目的で、溶接トーチをモータ駆動キャリジ１７により溶接ビードの幅に一致した規定された量だけ軸線１０に垂直なＹ方向に変位させる。従前通り、軸方向変位キャリジ１８及びトーチの傾斜角を調節する装置１９は、溶接が行われている時間を全体を通じてプログラムされると共に調節される。同じことが、自動化溶接機の溶接電流及びワイヤ送り速度に当てはまる。制御ユニット３０により、溶接トーチの変位をモータ駆動キャリジ１７１８及び傾斜装置１９によって制御することができると共に溶接条件をプログラムされた仕方で調節することができる。
これにより、アダプタを固定するバタリング及び溶接を、正確に一定の品質で且つ実施速度を増大させた状態で自動的に実施できる。

アダプタを固定する本発明の方法を実施するのに、仕上げ面の予備バタリングとアダプタの溶接の両方を上述したような仕方で自動的に行うか、又は上述したように２つのバタリング及び溶接作業のうち一方だけを自動的に行うのがよい。

上述した方法以外の方法を用いてバタリングを手作業で行ってもよく、又は自動的に行ってもよいが、いずれにするかは任意である。特に、本願と同日に出願された特許出願において記載されているような自動化方法によりバタリングを行うのがよく、この場合、溶接材料を、溶接トーチを容器ヘッドの球面に対し半径方向に延びる軸線回りに回転させることにより被着させる。

本発明の方法を実施するため、溶接ヘッドを容器ヘッドの球面の半径方向に対し傾斜した軸線回りに回転させることによりバタリングを上述したように自動的に実施し、自動化溶接を異なるやり方で行い又は溶接を手作業で行うことも可能である。

全ての状況下において、バタリング及び溶接作業のうち少なくとも一方を自動的に実施することにより、アダプタを固定する作業及び非常に良好な冶金学的品質の結合部を得るのに必要な時間を著しく減少させることができる。

本発明は、容器ヘッドを通過するアダプタの固定には限定されず、球形壁を通過する任意の円筒形管状要素の固定にも利用できる。
本発明は、原子炉を建造し又は補修する分野以外の分野において利用可能である。

キャップ位置にある加圧水型原子炉の容器ヘッドの斜視図である。 アダプタを容器ヘッドに固定する底部を示す断面図である。 第１の溶接材料を被着させた後であって球形壁を満たす前のアダプタ管を固定する領域中のボウル位置における容器壁の一部の断面図である。 本発明の自動化方法によりアダプタ管を固定する仕上げ面中への第１の溶接材料の先の被着を行うための溶接装置の略図である。 アダプタ管を球形壁を貫通したボア内の定位置に配置した後の半球形ヘッドの壁の一部の断面図である。 アダプタを溶接しながら本発明の方法を実施する自動化溶接装置の略図である。

符号の説明

１ 加圧水型原子炉容器ヘッド
２ 開口部
３ アダプタ
４ 厚い壁
５ 開口部
６ 被覆層
７ 環状仕上げ面
８ バタリング層
１２ 溶接材料
１４ 自動化溶接装置
１６ 回転ヘッド
１７，１８ キャリジ
１９ トーチ傾斜装置
２０ 自動化溶接トーチ
２０′ 電極
２１ 溶接ワイヤのリール
２２ ワイヤ案内
２３ 溶接ワイヤ

Claims (9)

1. 軸方向（１０）に沿って球形壁（４）を貫通したボア（５）内に実質的に円筒形の管（３）を固定する方法であって、管（３）を固定するボア（５）が貫通した球形壁（４）の領域の周囲で球形壁（４）の内面に環状仕上げ面（７）を機械加工し、第１の溶接材料（８）を仕上げ面（７）に被着させ、第１の溶接材料（８）を、機械加工し、仕上げ面（７）によって包囲された球形壁（４）の一部を穿孔することによりボア（５）を形成し、管（３）をボア（５）内にぴったりと嵌合させ、第２の溶接材料（１２）を管（３）の周囲で仕上げ面（７）に被着させて管（３）を仕上げ面（７）に先に被着された第１の溶接材料（８）に溶接する方法において、第１及び第２の溶接材料（８，１２）を仕上げ面（７）に被着させる作業のうち少なくとも一方を、以下の作業、即ち
   溶接材料（２３）が連続的に供給される手段（２０）及び溶接材料を溶融させる手段（２０′）を備えた自動化溶接トーチ（２０）を用い、自動化溶接トーチが管（３）を固定するボア（５）の軸線（１０）回りに回転するようにする作業を実施し、それと同時に、
   自動化溶接トーチ（２０）を、ボア（５）の軸線（１０）に平行な方向（Ｚ）に動かし、溶接トーチ（２０）がその回転中、ボア（５）の軸線（１０）と直交する軸線回りに回動するようにし、それにより一定の特性を持つ溶接ビードの形態で溶接材料（８，１２）を仕上げ面（７）中に被着させる作業を実施することにより自動的に行うことを特徴とする方法。
2. 環状仕上げ面（７）の周囲に沿ってぐるりと延びると共に管（３）を固定するボア（５）の軸線（１０）に垂直な方向（Ｙ）に並置された連続する溶接ビードを被着させるために溶接ヘッド（２０）の２つの連続した溶接パス相互間で管（３）を固定するボア（５）の軸線（１０）に垂直な方向（Ｙ）に所定の一定距離動かすことにより第１及び第２の溶接材料（８，１２）のうち少なくとも一方を連続したパスで自動的に被着させることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 機械加工により環状仕上げ面（７）を形成して環状仕上げ面（７）の内部に球形壁（４）の金属リザーブ（１１）を残す工程と、管（３）を固定するボア（５）の軸線（１０）に沿って仕上げ面（７）内部の金属リザーブ（１１）に開口部（１３）を穿孔する工程と、シャフト（１５）をボア（５）の軸線（１０）上で開口部（１３）内に固定する工程と、自動化溶接装置（１４）の回転溶接ヘッド（１６）を軸線（１５）に取り付けて回転溶接ヘッドをボア（５）の軸線（１０）回りに回転させる工程と、自動化溶接装置（１４）の溶接ヘッド（１６）をシャフト（１５）上でボア（５）の軸線（１０）回りに回転させることにより第１の溶接材料（８）を環状仕上げ面（７）に自動的に被着させる工程を実施することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 管（３）を球形壁（４）を貫通したボア（５）にぴったりと嵌合させた後、シャフト（１５）に回転自在に取り付けられた溶接ヘッド（１６）を有する自動化溶接装置（１４）のシャフト（１５）を管（３）の軸線上で管（３）の内部に固定し、溶接ヘッド（１６）を管（３）内に固定されたシャフト（１５）上で軸線（１０）回りに回転させることにより管（３）を球形壁（４）に自動的に溶接することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一に記載の方法。
5. 第１及び第２の溶接材料（８，１２）のうち少なくとも一方を仕上げ面（７）に自動的に被着させるため、溶接装置に流される電流及び溶接トーチへの溶接材料の送り速度を、溶接トーチがボアの軸線回りに回転している間、制御することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか一に記載の方法。
6. 円筒形管（３）を球形壁（４）に固定するためにボア（５）が球形壁（４）を貫通した領域周りに溶接材料（８，１２）を球形壁（４）に機械加工された環状仕上げ面（７）内に被着させる装置であって、シャフト（１５）を有し、前記シャフト（１５）は、これを、管（３）を固定するボア（５）の軸線（１０）上で壁（４）に固定する手段（２５）を有し、前記装置は、ボア（５）の軸線（１０）回りに回転するようシャフト（１５）に取り付けられていて、回転駆動モータ手段（２８）を有する溶接ヘッド（１６）と、溶接ヘッド（１６）によって支持されていて、管（３）を固定するボア（５）の軸線（１０）に平行な方向（Ｚ）に動くことができる第２のモータ駆動キャリジ（１８）と、管（３）を固定するボア（５）の軸線（１０）と直交する軸線回りに回動自在に設けられた溶接装置（２０）と、溶接トーチ（２０）を第２のキャリジ（１８）上で回動軸線（２６）回りに回動させることにより溶接トーチ（２０）を傾斜させるモータ駆動装置（１９）と、第２のキャリジ（１８）及び傾斜装置（１９）の変位を制御して溶接トーチ（２０）の位置を傾斜角及び球形壁（４）の仕上げ面（７）に対する距離において一定状態に保つようにする制御手段（３０）とを更に有していることを特徴とする装置。
7. 第２のモータ駆動キャリジ（１８）がシャフト（１５）の軸線（１０）に平行な方向（Ｚ）に動くよう取り付けられた溶接ヘッド（１６）のシャフト（１５）の軸線（１０）に垂直な方向（Ｙ）に溶接ヘッド（１６）上で動くよう設けられた第１のモータ駆動キャリジ（１７）を更に有していることを特徴とする請求項６記載の装置。
8. 自動化溶接装置（１４）のシャフト（１５）は、第１の溶接材料（８）を仕上げ面（７）内に自動的に被着させるため、管（３）を固定するボア（５）の軸線（１０）の方向に沿って仕上げ面（７）の内部の金属リザーブ（１１）の中央部分から球形壁（４）を穿孔することにより機械加工された開口部（１３）内に固定できるような仕方で作られていることを特徴とする請求項６又は７記載の装置。
9. 管（３）を球形壁（４）に自動的に溶接するため、自動化溶接装置のシャフト（１５）を管（３）のボア（５）内部で軸線上に固定する手段（２５）を有していることを特徴とする請求項６又は７記載の装置。

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