JP2005219125A - 球形壁に機械加工された環状仕上げ面に溶接材料を被着させる方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 短時間で且つ非常に良好な品質が得られる環状仕上げ面への溶接材料の被着方法及び装置が提供される。
【解決手段】 溶接材料（８）が環状仕上げ面（７）に自動的に被着される。溶接トーチ（２０）が、球形壁（４）に対して半径方向に延び、環状仕上げ面の凹状内面の一点を通る回転軸線（９）回りに回転するようにする。溶接トーチ（２０）が、回転軸線（９）回りに回転するようにするのと同時に、溶接トーチを回転軸線（９）に垂直な方向（Ｙ）に変位させ、回転軸線（９）に平行な方向（Ｚ）における溶接トーチの位置も又、溶接トーチの電極（２０′）が楕円形経路を描くように制御し、溶接材料が楕円形ビードの形態で環状仕上げ面に被着されるようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、溶接材料を球形壁の凹状内面に機械加工された環状仕上げ面に被着させる方法及び装置に関し、特に、球形壁を貫通した管、例えばアダプタを加圧水型原子炉の容器ヘッド内に固定する結合金属の層を最初に形成する方法に関する。

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管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。
したがって、アダプタを容器ヘッドの凹状球形壁に固定する前にバタリングを実施する目的で溶接材料を自動的に被着させるのに利用できる方法を提供することが非常に望ましい。

一般に、全体として円筒形の管を溶接により球形壁に固定する場合、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固定する場合、溶接材料を被着させる有効な自動化溶接方法を提供することが望ましい。

かくして、本発明の目的は、貫通管を受け入れる球形壁の領域の周囲で球形壁の凹状内面に機械加工された環状仕上げ面に溶接材料を被着させる方法を提供し、この方法を、短縮させた実施時間で実施すると共に非常に良好な品質をもたらすよう実施することが可能である。

この目的のため、溶接材料を、以下の作業、即ち、
溶融手段及び溶接材料を送る手段を有する溶接トーチを球状壁に対し半径方向であり、球状壁の内面が貫通管の軸線と交差する環状仕上げ面の中央点を通る方向に延びる回転軸線回りに回転させる作業、それと同時に、
溶接トーチが制御された仕方で回転軸線に垂直な方向に動くようにし、溶接トーチの位置を、一定の特性を持つ少なくとも１つの楕円形溶接ビードの形態で溶接材料を環状仕上げ面に被着させるような仕方で回転軸線に平行な方向において調節する作業を実施することにより自動的に被着させる。

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全体に沿って延びる楕円形の連続した溶接ビードを被着させるため、溶接ヘッドを２つの連続した溶接パス相互間で回転軸線に垂直な方向において所定の一定方向変位させることにより溶接材料を連続したパスで被着させ、溶接ビードは、回転軸線に垂直な方向において互いに重ね合わされて並置され、
・連続した溶接ビードを被着させる連続したパスは、溶接トーチが球形面に対し半径方向に延びる回転軸線回りに回転するようにすることにより行われ、上記回転軸線は、球面に対し半径方向の方向に垂直な方向において互いに対してずれており、
・回転軸線回りの溶接トーチの角回転速度が、環状仕上げ面に対する溶接トーチの電極について実質的に一定の変位線速度を得るよう不連続に変化するようにし、溶接トーチの電極は、環状仕上げ面に向いた状態で楕円形である経路を辿り、
・一定の大きさの第１の複数の角度セクタを溶接トーチの回転軸線回りに定め、角度セクタの各々について、溶接トーチが楕円形経路の一部に沿う角度セクタ内でのその変位中に受ける角回転速度を定め、
・回転軸線周りに一定の大きさの第２の複数の角度セクタを定め、回転軸線回りの回転中溶接トーチの辿る第２の複数の角度セクタのうちの角度セクタの各々について、角度セクタに導入されるそれぞれの初期値及び方向における溶接トーチの変位について角度セクタから出る際の最終値を定めることにより回転軸線回りの溶接トーチの回転と同時に回転軸線に垂直な方向における溶接トーチについての方向におけるプログラムされた変位を定め、方向における溶接トーチの変位は、上記初期値と上記最終値との間で、角度セクタ内における溶接トーチの変位中、連続的に変化し、
・連続したパスにより仕上げ面内で方向において重なり合わされると共に並置された少なくとも２つの溶接ビードを被着し、上記パスの各々の間、溶接トーチは、楕円形経路に沿って動き、第２の複数の角度セクタの角度セクタの各々内で楕円形経路の各々について溶接トーチに関する方向における互いに異なる変位値を決定する。

本発明は又、貫通管を受け入れる球形壁の領域の周囲で球形壁の凹状内面に機械加工された環状仕上げ面に溶接材料を被着させる装置において、シャフトを有し、上記シャフトは、環状仕上げ面の中央部分の球形壁の領域において球形壁の半径方向にシャフトを球形壁に固定する手段を有し、上記装置は、シャフトに回転自在に取り付けられていて半径方向に延びる回転軸線回りに回転するようになっており、回転を駆動するモータ駆動式駆動手段を有する溶接ヘッドと、溶接ヘッドの回転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と、第１のモータ駆動キャリジ上で回転軸線に平行な方向に動くよう設けられた第２のモータ駆動キャリジと、第２のモータ駆動キャリジに固定されていて、電極、電流を電極に流す手段及び溶接材料を溶接電極の付近に送る手段を有する溶接トーチとを有し、上記手段は、電極に溶接材料を送るモータ駆動手段を有し、上記装置は、第１及び第２のモータ駆動キャリジの溶接ヘッドのモータ駆動手段並びに電流及び溶接材料を溶接トーチの電極に送る手段を制御する制御ユニットを更に有していることを特徴とする装置を提供する。

特定の実施形態では、自動化溶接装置のシャフトは、仕上げ面内の金属リザーブの中央部分に球形壁に対して半径方向で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の壁４の領域を示している。
図３では、容器ヘッドの壁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。

環状仕上げ面７は、半球形エンベロープ４の半径方向９上に位置し、管を受け入れるボア５の軸線１０と壁４の内面の交点Ｏを通る軸線周りに形成され、仕上げ面は、半球形壁４の内面を機械加工することにより作られる。仕上げ面７は、図３で理解できるように明確で非対称の形状のプロフィールを得るようフライス加工により作られる。壁の金属リザーブ１１が、環状仕上げ面７の中央部分に保持され、バタリング材料の層を環状仕上げ面７に被着させた後、その後管を通すボア５がこの金属リザーブ１１を貫通して機械加工される。

本発明では、溶接材料を仕上げ面７に被着させる作業（これは、「バタリング」と呼ばれている）は、完全自動化態様で実施される。

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に示すように、容器ヘッドの壁４は、アダプタを固定する領域に位置した状態で示されており、この壁は、壁４の凹状内面が上方に差し向けられ、半球形壁の中心、更に壁の内面上の仕上げ面の中心Ｏを通る壁４の半径方向９が鉛直に配置されるようにボウル位置で示されている。

バタリングを手作業で行う従来方法と比較して、この作業を自動的に実施するため、図４に示すように、仕上げ面の周囲全体に沿って幅が減少すると共に正確に一定である仕上げ面７を機械加工し、この幅は、自動的に被着される溶接ビードの幅の倍数に等しい。これにより、バタリング層を形成するために部分溶接ビードを被着させる必要が無くなる。

仕上げ面７を機械加工した後、穴を軸線９の方向で金属リザーブ１１の中央部分に穿孔してボア１３を形成し、このボア１３内で、シャフト１５が壁４の半球形内面のところで半径方向軸線９上に固定される。

シャフト１５には溶接装置の回転ヘッド１６が取り付けられており、この回転ヘッドは、これをぐるりと曲がった矢印１６′で表されているように半径方向軸線９回りに回転駆動する駆動手段２８を備えている。回転溶接ヘッド１６は、第１に、半径方向に、即ち軸線９に垂直なＹ方向に沿って変位可能な第１のモータ駆動キャリジ１７及び軸方向に、即ち軸線９に平行なＺ方向に沿って変位可能な第２のモータ駆動キャリジ１８を介して自動化溶接トーチ２０及び第２に、トーチ２０の電極２０′の方へ向いたワイヤ案内２２を送る溶接ワイヤ２１のリールを支持している。溶接トーチ２０の電極２０′には溶接電流が流され、したがって電極２０′の端部と仕上げ面７の底部との間にはアークが生じるようになる。モータ駆動巻き出し装置２７を備えたリールによりワイヤ案内２２に送られる溶接ワイヤ２３は、アークで溶融され、それにより溶接ビードが仕上げ面７の底部に被着される。

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で作られている。

自動化溶接を行うため、溶接ヘッド１６をそのモータ手段２８からの駆動力を受けて矢印１６′で表されるように回転させる。仕上げ面の一部に溶接ビードを形成するため、先ず最初に、溶接トーチ２０の位置を第１のモータ駆動キャリジ１７を用いてヘッド１６の回転軸線９に垂直なＹ方向に沿って調節する。
溶接ヘッド１６が軸線９回りに回転している間、溶接トーチ２０を第１のモータ駆動キャリジ１７によってＹ方向に沿って制御された仕方で動かして全体的な形状が楕円形である環状仕上げ面７全体にわたり楕円形の経路を描く。

電極２０′が溶接材料を被着させた仕上げ面７の表面に対し正確に位置決めされたままであるようにするため、トーチ２０の位置を第２のモータ駆動キャリジ１８によって半径方向軸線９に平行なＺ方向に沿って調節する。これにより、溶接トーチ２０の電極２０′の端部と仕上げ面７の底部の表面との間の距離を正確に一定の値に調節することができる。かくして、仕上げ面と楕円形経路に沿って動く電極の端部２０′との間の電気アークを正確に調節し、それにより溶接ワイヤ２３が溶融する条件を調節する。
加うるに、軸線９回りの溶接ヘッド１６の回転速度を制御して仕上げ面の底部に対する溶接トーチ２０の電極２０′について正確に一定の線速度が得られるようにする。

以下に説明するように、溶接ヘッド１６の回転速度を不連続に調節すると、溶接トーチ２０の電極２０′が辿る楕円形経路の部分に応じて異なる値を得ることができる。
溶接ヘッド１６の回転速度、キャリジ１７からの駆動力下におけるＹ方向の溶接ヘッドの変位及び第２のキャリジ１８からの駆動力下における鉛直Ｚ方向におけるトーチ２０の位置の調節は、溶接ヘッド１６に接続された制御ユニット３０によって制御される。制御ユニット３０は、溶接ヘッド１６が回転している間、溶接ヘッド１６及びキャリジ１７，１８の駆動モータ２８を制御するのに役立つ。加うるに、制御ユニット３０は、溶接トーチ２０に送られる溶融電流及び駆動手段２７による溶接ワイヤ２３の送り速度を調節して、仕上げ面７に被着される溶接材料が正確に一定の、即ち、特に幅、断面及び単位長さ当たりの体積が正確に一定である特性を示すようになる。

図５は、軸線９に垂直な平面内に位置していて、半球形面に対し半径方向に延びる仕上げ面７を示しており、仕上げ面７は、楕円形の輪郭を持つ外縁部７ａ及び内縁部７ｂを備え、楕円形環状の仕上げ面７は、これら縁部相互間に延びている。仕上げ面７の内部に連続したバタリング層を設けるため、仕上げ面の幅を横切って並置された３つの重ね合わされた溶接ビードが形成され、溶接ビードは各々、溶接トーチが軸線９回りに丸一回転するパス中に被着され、溶接トーチ２０の電極２０′は、仕上げ面の底部に対し楕円形の経路を辿る。
図５は、環状仕上げ面７の底部を覆う３つの溶接ビードを形成する３つの連続した工程の実施中、溶接トーチ２０の電極２０′の辿る楕円形経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３を示している。

図６は、半径方向軸線９を含む平面上の断面図であり、溶接材料を被着させる第１、第２及び第３のパス中にそれぞれ被着された３つの溶接ビード８ａ，８ｂ，８ｃを示し、電極は、図５に示すそれぞれの経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に沿って動く。

図５は又、環状仕上げ面７の楕円形輪郭の長軸及び短軸にそれぞれ対応した方向０°〜１８０°及び９０°〜２７０°に沿う軸線を示している。回転中におけるトーチ及び溶接電極の角度位置は、これらの軸線に基づいて特定される。

ヘッド及び溶接トーチの角回転速度を変化させて仕上げ面の底部に対し溶接電極について実質的に一定の線速度を得るため、楕円形経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は、辿る経路が半径方向軸線９上に中心を持つ円から連続して離れない角度セクタに細分されている。かくして、各々が４５°の大きさを持つ８つの角度セクタが定められている。対称性のため、中心が長軸０°〜１８０°に一致した２つの楕円形セクタは、形状が同一であり、中心が短軸９０°〜２７０°に一致した２つのセクタは同様に、形状が同一であり、他方、楕円形輪郭の長軸上に位置する２つのセクタとその短軸上に位置する２つのセクタとの間の他の４つのセクタは、同様に相互に同一である。

ヘッド及び溶接トーチの回転変位速度Ｖ１は、短軸９０°〜２７０°上に中心を持つ２つのセクタについて選択され、角速度Ｖ３は、楕円形の長軸０°〜１８０°上に中心を持つ２つのセクタについて選択され、中間の速度Ｖ２は、それぞれ楕円形の長軸及び短軸上に中心を持つセクタ相互間の残りの４つのセクタについて選択される。

角速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３のように選択される。速度Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は、角度セクタの各々の経路の平均半径が異なるものと仮定すると、仕上げ面の底部に対する溶接トーチ及び電極の線速度は経路の全ての部分において実質的に一定であるように定められる。

加うるに、溶接ヘッド１６が軸線９回りに回転している間、電極が楕円形経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に沿って移動するようにするためには、溶接トーチがその回転と同時に方向Ｙに動くようにすることが必要である。溶接トーチのこれら変位は、第１のモータ駆動キャリジ１７によって得られる。

図５に示すように、軸線９回りに回転中（ぐるりと曲がった矢印１９で表されている）方向Ｙ（両方向を指し示す矢印２４によって表されている）における変位は、連続した角度セクタ内の特定範囲を占めるよう連続的に調節される。

回転組立体の初期角度位置として選択された位置は、楕円形経路の短軸（９０°〜２７０°）に相当している。この元の位置から始まって、Ｙ変位キャリジ１７は、その元の位置にある（経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３についてＹ方向においてゼロ変位）。Ｙ方向におけるキャリジ１７の変位は、楕円形経路の短軸に相当する位置と長軸（０°〜１８０°）に相当する位置との間で回転軸線９から離れるにつれて保証される。９０°方向と０°方向との間に画定された四分円は、４つの角度セクタに細分され、各角度セクタは、速度調整について上述した角度ハーフセクタに対応している。９０°方向から始まる第１の角度セクタでは、Ｙ方向変位は、経路Ｔ１に関し値０から値ａまで次第に増加するようプログラムされている。Ｙ変位は、経路Ｔ２については値０から値ｂまで連続して変化し、経路Ｔ３については値０から値ｃまで連続して変化している。

第２の角度セクタでは、Ｙ変位は、経路Ｔ１についてはａからａ′に至り、経路Ｔ２についてはｂからｂ′に至り、経路Ｔ３についてはｃからｃ′に至っている。

角度セクタの限度に対する経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の各々について述べたＹ方向変位は、角度セクタの各々を出る際に起こる。上述したように、変位は、第１の角度セクタを出た際の変位は、ａ，ｂ，ｃであり、第２の角度セクタを出た際には、ａ′，ｂ′，ｃ′であり、第３の角度セクタを出た際には、ａ″，ｂ″，ｃ″であり、第４の角度セクタを出た際には、ａ″′，ｂ″′，ｃ″′である。０°位置から始まって、楕円形経路を辿るためには、Ｙ方向変位は、上述したのと逆の方向に、即ち４つの角度セクタについて図５に示すように２７０°位置に達するまで軸線９に向かって行われる。しかる後、１８０°位置に達するまで、セクタ１つ当たりの変位は、軸線９から次第に遠ざかって起こり、最後には１８０°から９０°に至り、変位は、軸線９に向かって起こる。連続した角度セクタの各々において、Ｙ変位は対称であり、セクタの変位は、０°〜１８０°軸線に対し対称である位置に位置する。
その結果、溶接トーチ２０及び電極２０′は、角度セクタの各々のＹ方向変位を定めるためのパラメータを先に計算することにより良好に制御される楕円形経路に沿って変位するようになる。

溶接トーチの角回転速度を上述したように角度セクタ１つ当たり同一の値に調節すると、３つの楕円形経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３に関し、仕上げ面に対する電極の線速度は、経路Ｔ１の場合よりも経路Ｔ２の方が僅かに大きく、これと同様に経路Ｔ２の場合よりもＴ３の方が僅かに大きい。これら線速度の差は小さく、楕円形経路に沿う電極の変位中に電極で溶接ワイヤを溶接することにより仕上げ面の底部に被着された溶接ビードの特性の品質及び一定の性質に対して影響は無い。パス中、溶接ビードを被着させるため、電極の線速度は事実上一定である。

それにもかかわらず、経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の各々について互いに異なる値を持つようセクタの各々の角速度を制御することも可能である。

経路Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３の各々に沿う電極の変位中、図６に示すように、それぞれの溶接ビード８ａ，８ｂ，８ｃを仕上げ面の底部に被着させる。溶接電極が経路Ｔ１に沿って動く第１の被着パスは、金属リザーブ１１周りで仕上げ面の底部にビード８ａを作るのに役立ち、経路Ｔ２に沿う変位により、第２の溶接ビード８ｂをビード８ａ上に部分的に重なり合うよう作ることができ、経路Ｔ３を辿ると、第３の溶接ビード８ｃを第２の溶接ビード８ｂ上に被着させ、この第３の溶接ビードは、壁４上のステンレス鋼被膜６を含む仕上げ面の外側部分を覆う。

仕上げ面７の形状が非対称であることを考慮するため、溶接ヘッドの回転軸線を一溶接パスから次の溶接パスまでずらすことが必要であり、軸線のこのずれは、場合によっては、シャフト１５への溶接ヘッド１６の取り付けを変えることにより又はＹ変位を調節してずれを導入することにより得られる。

第１の溶接ビード８ａを生じさせる第１の溶接パスは，軸線９に対する仕上げ面の底部の形状が非対称であることを考慮に入れるため、球形壁４の軸線９からずれた半径方向軸線９ａ周りに行われる。溶接ビード８ａを生じさせる第２の溶接パスは、軸線９の近くに位置する半径方向軸線９ｂ周りに行われ、第３の溶接パスは、半球形壁４の軸線９と一致した軸線９ｃ周りに行われる。

楕円形経路に沿う溶接トーチの変位中、溶接電流を溶接材料（被覆ワイヤの形態をしている）の送り速度の場合と同様制御して正確に一定の特性を持つ溶接ビードを得る。

仕上げ面に対して一定である線速度に合わせて溶接トーチの変位条件を調節すると共に溶接トーチを調節することにより、仕上げ面の周囲全体にわたり正確に一定である断面の速度及び冶金学的性質を得ることができる。

かくして、非常に良好な品質を備え、完全に自動化されてプログラムされた仕方で作ることができる並置すると共に互いに重なり合った溶接ビード、例えば８ａ，８ｂ，８ｃ（図６に示されている）によりバタリング層８が得られ、それによりバタリング層を作るのに必要な時間が著しく短くなる。バタリング層８を被着させた後、バタリング層の表面を機械加工し、次に貫通管を取り付けるボア５を穿孔し、図６で理解できるようにここで上記穿孔が仕上げ面の中央部分の金属リザーブ１１とバタリング層の一部との間で行われる。

しかる後、貫通管をボア５内にぴったりと（例えば、液体窒素を用いて）取り付け、バタリング材料及び貫通管の金属と冶金学的に適合性のある溶接材料を貫通管とバタリング層との間で仕上げ面の残りの部分に形成された面取り部に被着させることにより貫通管を溶接する。

貫通管を自動的に又は本願と同日に出願された親出願に記載された形式の方法によって溶接するのがよく、自動化溶接ヘッドは、上記軸線上で貫通管の内部に設けられたシャフトに取り付けられている貫通管の軸線回りに回転する。

当然のことながら、本発明の方法を実施することによりバタリングを行った後、管を任意他の自動化溶接方法又は手作業による溶接で溶接するのがよい。
全ての場合において、バタリング作業を自動化された仕方で行うことにより、アダプタを固定する作業及び結合部について非常に良好な冶金学的品質を得る作業を実行するのに必要な時間が著しく減少する。

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。 アダプタが容器ヘッドに固定された底部の断面図である。 環状仕上げ面を機械加工した後、アダプタ管を固定するための領域中でボウル位置にある容器壁の一部を示す断面図である。 本発明の方法を用いて溶接材料を環状仕上げ面に先に被着させる溶接装置の略図である。 環状仕上げ面及び連続した溶接ビードを被着させる溶接装置のトーチの辿る楕円形経路の平面図である。 溶接ビードを環状仕上げ面に被着させた後の図３と類似した断面図である。

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. 貫通管（３）を受け入れる球形壁（４）の領域の周囲で球形壁（４）の凹状内面に機械加工された環状仕上げ面（７）に溶接材料（８）を被着させる方法であって、溶接材料（８）を、以下の作業、即ち、
   溶融手段（２０′）及び溶接材料を送る手段（２１）を有する溶接トーチ（２０）を球状壁（４）に対し半径方向であり、球状壁（４）の内面が貫通管（３）の軸線（１０）と交差する環状仕上げ面（７）の中央点（Ｏ）を通る方向に延びる回転軸線（９）回りに回転させる作業、それと同時に、
   溶接トーチ（２０）が制御された仕方で回転軸線（９）に垂直な方向（Ｙ）に動くようにし、溶接トーチ（２０）の位置を、一定の特性を持つ少なくとも１つの楕円形溶接ビード（８ａ，８ｂ，８ｃ）の形態で溶接材料（８）を環状仕上げ面（７）に被着させるような仕方で回転軸線（９）に平行な方向（Ｚ）において調節する作業を実施することにより自動的に被着させることを特徴とする方法。
2. 環状仕上げ面（７）の周囲全体に沿って延びる楕円形の連続した溶接ビードを被着させるため、溶接ヘッド（２０）を２つの連続した溶接パス相互間で回転軸線（９）に垂直な方向（Ｙ）において所定の一定方向変位させることにより溶接材料（８）を連続したパスで被着させ、溶接ビードは、回転軸線（９）に垂直な方向（Ｙ）において互いに重ね合わされて並置されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 連続した溶接ビード（８ａ，８ｂ，８ｃ）を被着させる連続したパスは、溶接トーチ（２０）が球形面に対し半径方向に延びる回転軸線回りに回転するようにすることにより行われ、前記回転軸線は、球面に対し半径方向の方向に垂直な方向（Ｙ）において互いに対してずれていることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 回転軸線回りの溶接トーチの角回転速度が、環状仕上げ面（７）に対する溶接トーチの電極（２０′）について実質的に一定の変位線速度を得るよう不連続に変化するようにし、溶接トーチ（２０）の電極（２０′）は、環状仕上げ面（７）に向いた状態で楕円形である経路（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）を辿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. 一定の大きさの第１の複数の角度セクタを溶接トーチ（２０）の回転軸線（９）回りに定め、角度セクタの各々について、溶接トーチ（２０）が楕円形経路（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）の一部に沿う角度セクタ内でのその変位中に受ける角回転速度（Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３）を定めることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 回転軸線（９）周りに一定の大きさの第２の複数の角度セクタを定め、回転軸線（９）回りの回転中溶接トーチ（２０）の辿る第２の複数の角度セクタのうちの角度セクタの各々について、角度セクタに導入されるそれぞれの初期値及び方向（Ｙ）における溶接トーチ（２０）の変位について角度セクタから出る際の最終値を定めることにより回転軸線（９）回りの溶接トーチの回転と同時に回転軸線（９）に垂直な方向（Ｙ）における溶接トーチ（２０）についての方向（Ｙ）におけるプログラムされた変位を定め、方向（Ｙ）における溶接トーチ（２０）の変位は、前記初期値と前記最終値との間で、角度セクタ内における溶接トーチの変位中、連続的に変化することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか一に記載の方法。
7. 連続したパスにより仕上げ面（７）内で方向（Ｙ）において重なり合わされると共に並置された少なくとも２つの溶接ビード（８ａ，８ｂ，８ｃ）を被着し、前記パスの各々の間、溶接トーチ（２０）は、楕円形経路（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）に沿って動き、第２の複数の角度セクタの角度セクタの各々内で楕円形経路（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）の各々について溶接トーチに関する方向（Ｙ）における互いに異なる変位値を決定することを特徴とする請求項６記載の方法。
8. 貫通管（３）を受け入れる球形壁（４）の領域の周囲で球形壁（４）の凹状内面に機械加工された環状仕上げ面（７）に溶接材料（８）を被着させる装置において、シャフト（１５）を有し、前記シャフトは、環状仕上げ面（７）の中央部分の球形壁（４）の領域において球形壁（４）の半径方向（９）にシャフトを球形壁（４）に固定する手段を有し、前記装置は、シャフト（１５）に回転自在に取り付けられていて半径方向（９）に延びる回転軸線（９）回りに回転するようになっており、回転を駆動するモータ駆動式駆動手段（２８）を有する溶接ヘッド（１６）と、溶接ヘッド（１６）の回転軸線（９）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）と、第１のモータ駆動キャリジ（１７）上で回転軸線（９）に平行な方向（Ｚ）に動くよう設けられた第２のモータ駆動キャリジ（１８）と、第２のモータ駆動キャリジ（１８）に固定されていて、電極（２０′）、電流を電極（２０′）に流す手段及び溶接材料を溶接電極の付近に送る手段（２１，２２）を有する溶接トーチ（２０）とを有し、前記手段（２１，２２）は、電極（２０′）に溶接材料を送るモータ駆動手段（２７）を有し、前記装置は、第１及び第２のモータ駆動キャリジ（１７，１８）の溶接ヘッドのモータ駆動手段並びに電流及び溶接材料を溶接トーチ（２０）の電極（２０′）に送る手段（２７）を制御する制御ユニット（３０）を更に有していることを特徴とする装置。
9. 自動化溶接装置（１４）のシャフト（１５）は、仕上げ面（７）内の金属リザーブ（１１）の中央部分に球形壁（４）に対して半径方向で球形壁（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８記載の装置。

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