JP2005326417A - 沸騰水型原子炉における漏洩している細長い中空部材を補修する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 沸騰水型原子炉などの原子炉の原子炉圧力容器の制御棒駆動装置ハウジング及び炉心内監視装置ハウジングのような、漏洩している細長い中空部材の補修又は密封に関する。
【解決手段】 原子炉の原子炉圧力容器（１０）の底部ヘッドドーム部（４４）を通してスタブ管（４６）内に挿入され、スタブ管を介して底部ヘッドドーム部に固定的に取付けられた原子炉圧力容器内部の制御棒駆動ハウジング（５０）において、上部分（７６）と下部分（９２）とを備え、該下部分が制御棒駆動ハウジング（５０）を切断して前記スタブ管の下方で制御棒駆動ハウジングの一部分を除去することによって形成され、下部分（９２）が制御棒駆動ハウジング内の潜在的漏洩経路を密封するために現場で補修を受ける
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般的に、沸騰水型原子炉などの原子炉の原子炉圧力容器の制御棒駆動装置ハウジング及び炉心内監視装置ハウジングのような、漏洩している細長い中空部材の補修又は密封に関する。

沸騰水型原子炉は一般的に、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）内に設置された炉心を含む。公知のＲＰＶは、ほぼ円筒形のシェル体を含むことができる。このシェル体は、例えば、直径が約２０フィートで厚さが約７インチとなる場合もある。

この円筒形のシェル体は、その上端部で取外し可能な頂部ヘッドによって閉じることができる。頂部ヘッドは、ＲＰＶの内に設置された燃料集合体のような構成要素に接近できるように取外し可能である。ＲＰＶの円筒形シェル体は、その下端部で該シェル体に溶接されたドーム形の底部ヘッド組立体によって閉じることができる。

制御棒駆動装置組立体のような構成要素がＲＰＶ内に延びることができるように、複数の開口を底部ヘッドドーム部内に形成することができる。一般的に、貫通して延びるボアを有するほぼ円筒形のスタブ管を底部ヘッドドーム部に溶接することができ、スタブ管のボアが底部ヘッドドーム部の開口と整列するようになる。円筒形スタブ管は通常、ステンレス鋼又はＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅのような耐食材料で作ることができる。

実施例として制御棒駆動装置組立体の場合、例えば管体などの制御棒駆動装置ハウジングが底部ヘッドドーム部開口とスタブ管ボアとを通して挿入され、該ハウジングはＲＰＶ内へ延びることができる。制御棒駆動装置（ＣＲＤ）ハウジングは、該ハウジングを所望の位置に保持するためにスタブ管に溶接することができる。従って、スタブ管は、一般的に低合金鋼で作られた底部ヘッドドーム部と、一般的に高炭素含有の３０４ステンレス鋼のようなステンレス鋼で作られたＣＲＤハウジングとの間の移行部品としての役割を果たすことができる。

粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）は、底部ヘッドドーム部をスタブ管へ接合し、且つスタブ管をＣＲＤハウジングへ接合するスタブ管溶接部に近接して発生する公知の現象である。具体的には、スタブ管溶接部は、例えば熱膨張差、原子炉冷却水の格納に必要とされる運転圧力、並びに溶接、冷間加工及び他の不均一な金属処理による残留応力などの他の原因に関連した様々な応力を受ける可能性がある。このような応力は、時として、スタブ管溶接部に近接して亀裂を引き起こす場合がある。

スタブ管溶接部に近接した応力腐食割れが密封されない場合には、そのような亀裂は、スタブ管と底部ヘッドドーム部との間、及びスタブ管とＣＲＤハウジングとの間でそれぞれの潜在的漏洩経路の原因となり望ましくない。従って、何らかのそのような割れが検出された場合には、制御棒駆動装置ハウジングを、例えば底部ヘッドドーム部に対して再密封することが望ましい。

一部の発電プラントにおける３０４型ステンレス鋼のスタブ管は、容器の溶接後熱処理の結果として、炉を鋭敏化していた。このことは、スタブ管を粒界応力腐食割れ（ＩＧＳＣＣ）を受けやすい状態のままにし、漏洩亀裂を生じていた。スタブ管の熱影響域内では、この影響を受けやすい材料のＣＲＤハウジング取付け溶接部において亀裂が観察されてきた。これは結果として、容器下方領域への原子炉冷却液の漏洩経路を生じる。欠陥領域の修復は、スタブ管の位置及び現存の材料状態に起因して事実上不可能である。

底部ヘッドドーム部内でＣＲＤハウジングを補修又は再密封する１つの公知の方法は、スタブ管とＣＲＤハウジングとを完全に交換することを含む。しかしながら、この方法は、時間がかかり、面倒であり、且つ費用がかかる。具体的には、ハウジング及び関連するスタブ管は、部分的に切断され、底部ヘッド組立体内に残存する材料が検査されて、こうした材料が底部ヘッドに破損を与えることなく溶接することができることが確かめられる。次いで、溶接肉盛りが残存する材料を覆って形成され、機械加工されて、新しいスタブ管を該溶接肉盛りに溶接できるようにされる。ただ１つの挿入管の交換工程を行うのに数週間が必要とされる可能性がある。更に、交換作業の殆どはＲＰＶ内で行わなければならず、そのことはＲＰＶを完全に無負荷状態にすることを必要とするので望ましくない。

底部ヘッドドーム部内でＣＲＤハウジングを補修又は再密封する別の公知の方法は、ＣＲＤハウジングとスタブ管とに対してスリーブを溶接することを含む。しかしながら、この方法は、スタブ管とＣＲＤハウジングとの間の境界面に近接した応力腐食割れに対処するだけである。更に、このスリーブの取付けは、完全にＲＰＶ内で行わなければならず、このことは上記で説明したように望ましくない。

底部ヘッドドーム部内でＣＲＤハウジングを補修又は再密封する更に別の公知の方法は、ＣＲＤハウジングを底部ヘッドドーム部に回転させて押し込むことを含む。この方法は、スタブ管及びＣＲＤハウジングを交換するよりも迅速ではあるが、ＣＲＤハウジングを底部ヘッドドーム部に回転させて押し込むことは、ＣＲＤハウジングとドーム部との間に溶接部と同じような緊密な密封を形成しない。更に、回転されて押し込まれたＣＲＤハウジングは、ＲＰＶの継続運転後に底部ヘッドドーム部から分離されてしまう可能性があり、そのような場合には再び回転させて押し込まなければならない。しかしながら、ＣＲＤハウジングを再び回転させて押し込むことは、多くの場合望ましくなく実用的でもない。

底部ヘッドドーム部内でＣＲＤハウジングを補修又は再密封する更に別の公知の方法は、底部ヘッドドーム部内のＣＲＤハウジングの下部分を除去し交換することを含む。具体的には、ＣＲＤハウジングの下部分は、該ＣＲＤハウジングの上部分が底部ヘッドドーム部の開口内に挿入され、スタブ管に溶接されたままで残るように切断されて除去される。次に、底部ヘッドドーム部は清浄化され、残存するＣＲＤハウジングの上部分の下端部は機械加工されて、ＣＲＤハウジングの交換下部分が残存する上部分に対して溶接できるようにされる。

同様に、ＣＲＤハウジングの交換下部分は、残存する上部分に対して溶接できるように機械加工される。次に、ＣＲＤハウジングの交換下部分は、底部ヘッドドーム部の開口内に挿入され、残存する上部分に近接して位置決めされる。ＣＲＤハウジングの交換下部分及び残存する上部分は、互いに且つ底部ヘッドドーム部に対して焼き戻しビード溶接される。
特開２００２−５２７２４４号公報 特開平１０−２３７６１７号公報

残存する上部分を交換下部分及び底部ヘッドドーム部対して焼き戻して溶接することは、異なる材料で作られているＣＲＤハウジングと底部ヘッドドーム部との間の熱膨張の不整合に起因して、高い応力を発生させる望ましくない作用を生じさせる可能性がある。このような焼き戻しビード溶接はまた、漏洩経路内に水が溜まり、残存する上部分と底部ヘッドドーム部との間の溶接部に接触するといった望ましくない作用を生じさせる可能性がある。

本発明の例示的な実施形態は、原子炉の原子炉圧力容器内で中空の細長い部材を密封する方法に関する。本方法においては、細長い部材の一部分を除去して、細長い部材を上部分と下部分にこれらの間の開口によって分離することができる。下部分は、原子炉圧力容器の表面に現場で取付けて、細長い部材を貫通する潜在的漏洩経路を密封することができる。

本発明の別の例示的な実施形態は、原子炉の原子炉圧力容器内で中空の細長い部材を密封するための現場での修理方法に関する。本方法においては、細長い部材は、所与の位置で切断して細長い部材の一部分を除去し、上部分及び下部分を該上部分と該下部分との間に開口を備えて形成するようにすることができる。下部分を原子炉圧力容器に取付けるように溶接を施し、上部分と下部分との間の潜在的漏洩経路を密封することができる。

本発明の別の例示的な実施形態は、原子炉の原子炉圧力容器内で中空の細長い部材を現場で密封するための方法に関する。原子炉圧力容器は、底部ヘッドドーム部、スタブ管、及び細長い中空部材を含む。底部ヘッドドーム部は、内部に少なくとも１つの開口を有することができ、スタブ管は、第１端部および第２端部を有し、これらの間にボアを備えることができ、細長い部材は、スタブ管ボアを貫通して延びることができ、スタブ管上側取付け溶接部によってスタブ管の第１端部に近接してスタブ管に取付けることができる。細長い部材の一部分をスタブ管上側取付け溶接部の下方の位置で切り離して、細長い部材を上部分と下部分とに分離することができる。下部分は、細長い部材が切断された位置以外の底部ヘッドドーム部開口の別の位置に溶接により取付けることができる。溶接部は、下部分の上端部において底部ヘッドドーム部開口の内面上に、熱影響域を形成する溶接を施すことによって形成することができる。耐食材料は、熱影響域上に施工することができる。

本発明の別の例示的な実施形態は、原子炉の原子炉圧力容器内の制御棒駆動ハウジングに関する。制御棒駆動ハウジングは、原子炉圧力容器の底部ヘッドドーム部を通してスタブ管の内部に挿入され、制御棒駆動ハウジングの少なくとも一部分は、スタブ管を介して底部ヘッドドーム部に固定的に取付けることができる。制御棒駆動ハウジングは上部分と下部分とを含むことができる。下部分は、制御棒駆動ハウジングを切断して、スタブ管の下方で制御棒駆動ハウジングの一部分を除去することによって形成できる。下部分は、制御棒駆動ハウジング内の潜在的漏洩経路を密封するために現場で補修を受けることができる。

本発明の別の例示的な実施形態は、原子炉の原子炉圧力容器内の炉心内監視ハウジングに関する。炉心内監視ハウジングは、原子炉圧力容器の底部ヘッドドーム部を通してスタブ管溶接肉盛りの内部に挿入され、炉心内監視ハウジングの少なくとも一部分は、スタブ管溶接肉盛りを介して底部ヘッドドーム部に固定的に取付けることができる。炉心内監視ハウジングは上部分と下部分とを含むことができる。下部分は、炉心内監視ハウジングを切断してスタブ管溶接肉盛りの下方で炉心内監視ハウジングの一部分を除去することによって形成できる。下部分は、炉心内監視ハウジング内の潜在的漏洩経路を密封するために現場で補修を受けることができる。

図１は、原子炉圧力容器（ＲＰＶ）１０の概略図である。ＲＰＶ１０は、頂部ヘッド１２と、４つのほぼ円筒形のシェル体横層１４，１６，１８及び２０と、底部ヘッド組立体２２とを含む。頂部ヘッド１２は、ヘッドフランジ２４を含む。第１シェル体横層１４は、容器フランジ（図示せず）を含む。頂部ヘッド１２は、ヘッドフランジ２４を通して延びるボルト２６によって第１シェル体横層１４にボルト止めされる。頂部ヘッド１２はまた、ヘッドスプレー及び通気ノズル２８と、頂部ヘッド１２を第１シェル体横層１４から持ち上げる際に使用されるリフト用フランジ３０とを含む。

第１シェル体横層１４は、主蒸気ノズル３２を含み、これを通って蒸気がＲＰＶ１０から流出する。またスタビライザブラケット３４が、第１シェル体横層１４上に形成される。第２シェル体横層１６は、その中に形成された幾つかのノズル３６、３８及び４０を有する。第４シェル体横層２０は、これに溶接された支持スカート４２を含む。支持スカート４２は、原子炉ハウジング（図示せず）内にＲＰＶ１０を支持するために利用される。

底部ヘッド組立体２２は、溶接された複数のスタブ管４６を有する底部ヘッドドーム部４４を含む。スタブ管４６は、ほぼ円筒形であり、各スタブ管４６は、これを貫通して延びるボア（図１には図示せず）を有する。各スタブ管４６のボアは、底部ヘッドドーム部４４内の開口（図１には図示せず）と整列される。制御棒駆動装置、炉心内機器、圧力機器ノズル、及び給水ノズルなどの構成要素が、こうした底部ヘッドドーム部開口及びスタブ管ボアを貫通して延びて、ＲＰＶ１０内へ挿入される。

図１は、一般的な底部ヘッド組立体２２を示すために主として説明の目的で示されている。本発明は、以下に例示的な実施形態において説明するように、ＲＰＶ１０以外の多くのＲＰＶ構成において使用することができる。

図２は、本発明の例示的な実施形態による、密封及び／又は補修されるべき潜在的漏洩経路を示すための、原子炉圧力容器の制御棒駆動ハウジング、スタブ管及び底部ヘッドの部分断面図である。

図２を参照すると、底部ヘッドドーム部４４は、低合金鋼で作られ、厚さＴＢＨ及びステンレス鋼クラッディング４８を有し、制御棒駆動（ＣＲＤ）ハウジング５０及びスタブ管４６を受け入れるために、その中に側壁５４によって形成されるほぼ円筒形の開口５２を含むことができる。ＣＲＤハウジング５０は、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅからなる３０４型ステンレス鋼などの相溶性耐食材料で作られ、スタブ管４６は、炉で鋭敏化され且つオーバーレイされた３０４型ステンレス鋼から作ることができる。スタブ管４６は、第１端部５６及び第２端部５８、並びに該第１端部５６と第２端部５８間に延びるスタブ管ボア６０とを含むことができる。スタブ管４６は、例えば、スタブ管ボア６０が底部ヘッドドーム部開口５２とほぼ整列するように、底部ヘッドドーム部開口５２と同心に位置付けることができる。

スタブ管４６は、スタブ管下側取付け溶接部６２によって底部ヘッドドーム部４４に取付けることができる。第２端部５８に近接するスタブ管側壁６６の外面６４は、スタブ管下側取付け溶接部６２によって底部ヘッドドーム部４４に溶接することができる。

ＣＲＤハウジング５０は、第１端部（図示せず）、第２端部（図示せず）、及び該第１端部と第２端部との間を延びるボア６８を含むことができる。制御棒駆動ハウジング５０は、側壁７０を含むほぼ中空の円筒形幾何学的形状を有することができ、該側壁７０は、外面７２とボア６８を形成する内面７４とを有する。

ＣＲＤハウジング５０は、該ＣＲＤハウジングが底部ヘッドドーム部開口５２とスタブ管ボア６０とを貫通して延びるように位置付けることができる。ＣＲＤハウジング５０の上部分７６は、該ＣＲＤハウジング５０がスタブ管４６内でほぼ同心に且つ固定的に取付けるように、スタブ管第１端部５６に近接するスタブ管上側取付け溶接部７８によってスタブ管４６に対して取付けることができる。ＣＲＤハウジング５０をスタブ管４６及び底部ヘッドドーム部４４内に位置付けて溶接することはよく知られている。

応力腐食割れは、時として、スタブ管上側取付け溶接部７８或いはスタブ管下側取付け溶接部６２に近接して発生する場合がある。このような亀裂が上側溶接部７８に近接して発生した場合には、図２に示すように、環形の漏洩経路８２がスタブ管側壁６６の内面８４とＣＲＤハウジング５０の外面７２との間に形成される可能性がある。同様に、そのような亀裂が下側溶接部６２に近接して発生した場合には、環形の漏洩経路８５がＣＲＤハウジング５０の外面７２と底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４との間に形成される可能性がある。

図３は、本発明の例示的な実施形態による、ＣＲＤハウジングの一部を除去する中間的段階を説明するために、図２の部分断面図を変更した図である。これらの漏洩経路を密封するために、ＣＲＤハウジング５０は補修を必要とすることができる。補修作業は、例えば、水密シール（一時的な）が容器内側からスタブ管を覆って配置された状態で、容器下方から行うことができる。原子炉容器は、放射線を遮蔽し、更に全体の停止時間を短縮するために満液のままにされる。

本発明の例示的な実施形態により環形の漏洩経路８２及び８５を密封するために、ＣＲＤハウジング５０は、スタブ管上側取付け溶接部７８の下方の位置８６において切断することができる。例えば、図３に示すように、ＣＲＤハウジング５０は、スタブ管第２端部５８の下方の望ましい地点の位置８６において切断してＣＲＤハウジング５０の一部を除去し、ＣＲＤハウジング５０の上部分７６をＣＲＤハウジング５０の下部分９２から分離して開口８０を形成するようにすることができる。下部分９２は除去されず、現場での補修のために所定位置に保持される。

部分的切除の幅（又は高さ）は、以下に更に詳細に説明するように、下部分９２をＲＰＶ１０に取付ける溶接を施す溶接装置の助けとなる十分な間隔を得ることに基づくことができる。例えば、開口８０は、溶接ヘッドに対して十分なスペースを与えるように、溶接ヘッドによって施される結果として生じる溶接部厚さの約２倍から３倍の寸法とすることができる。

下部分９２を切断した後、底部ヘッドドーム部開口５２は清浄化することができる。例えば、グラインダ（図示せず）を底部ヘッドドーム部開口５２内へボア６８を通って開口８０内の下部分９２にまで延長し、これを用いて上部分７６の下端部８８と底部ヘッドドーム部４４の下端面９０との間の底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４を研磨して、該下端部８８と該下端面９０との間に溶接通路（例えば、これを覆って溶接を施すことができる領域）を形成することができる。或いは、底部ヘッドドーム部開口５２を、フラッパ・ホイールを使用して、或いはホーニングによって清浄化しても良い。底部ヘッドドーム部開口５２を清浄化する方法は公知であり、簡略化のため本明細書では説明しない。

図４は、本発明の例示的な実施形態による、ＣＲＤハウジングの下部分を原子炉圧力容器の表面に取付けるために焼き戻しビード溶接を施す中間的段階を説明するために、図３の部分断面図を変更したものである。補修のために所定場所に保持されている現存下部分９２はその後、下部分が上部分７６とほぼ整列され且つ上部分７６に近接することができるように、底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４のような原子炉圧力容器１０の表面に取付けることができる。現存下部分９２は、ほぼ円筒形の幾何学的形状を有するほぼ中空の部材とすることができる。現存下部分９２は、上端部９４、下端部（図示せず）、及び該上端部９４と該下部端との間を延びる貫通ボア９６を含む。

現存下部分９２の上端部９４は、該上端部９４を底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４に溶接するための溶接前処理部９８を含むことができる。現存下部分９２の上端部９４は、該上端部９４がほぼ切頭円錐形の幾何学的形状を有するように、公知の方法によって清浄化することができる。このことは、溶接前処理部９８を形成するために清浄な酸化物のない表面をもたらすことができる。例えばグラインダを用いて上端部９４を研磨することができる。或いは、フラッパ・ホイールを使用して、又はホーニングによって、上端部９４を清浄化しても良い。

現存下部分９２は、上端部９４が残存上部分７６の下端部８８の直近に位置するように、及び、制御棒ハウジングボア６８が貫通ボア９６とほぼ整列された状態に保持されるように、底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４に現場で取付けることができる。図４に示すように、現存下部分９２の上端部９４は、残存上部分７６の下端部８８からこれらの間の開口８０で間隔を置いて配置することができる。従って、圧力密封溶接は、スタブ管上側取付け溶接部７８から開口８０の溶接前処理部９８に移動される。換言すれば、開口８０の溶接前処理部９８及び最終取付け溶接部９７の溶接実施後は、スタブ管上側取付け溶接部７８はもはや圧力溶接部ではなく、スタブ管側壁６６の内面８４とＣＲＤハウジング５０の外面７２との間の環形の漏洩経路８２（或いは、これに代わる外面７２と側壁５４との間の環形の漏洩経路８５）は、これらの経路での圧力がボア６８内の圧力と等しいので、もはや漏洩経路ではない。

従って、底部ヘッドドーム部開口５２内で下部分９２は、残存部分７６の下端部８８には取付けられない状態で、底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４に取付けることができる。例えば、現存下部分９２は、該現存下部分が当初切断された位置とは異なる箇所又は位置、例えば該下部分９２がスタブ管第２端部５８よりも下方の位置８６で当初切断されてＣＲＤハウジング５０の上部分７６が該下部分９２から分離される位置よりも下に取付けることができる。下部分９２の上端部９４は、上端部９４（図４に示すように開口８０を部分的に塞いでいる）において溶接部９７を形成するために、例えば焼き戻しビード溶接技術のような公知の溶接方法を使用して底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４にビード溶接することができる。

溶接部９７は、ＣＲＤ５０における潜在的差動漏洩経路よりも下方にある位置で形成することができる。例えばこの位置は、スタブ管側壁６６の内面８４とＣＲＤ５０の外面７２との間の環形の漏洩経路８４よりも下側にある箇所、及び／又は図２に示すように、ＣＲＤハウジング５０の外面７２と底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４との間に形成される漏洩経路８５よりも下方にある位置に設けることができる。

溶接部９７を形成するために、自動溶接機を貫通ボア９６に通して、溶接ヘッドがほぼ溶接前処理部９８に近接するように挿入することができる。次に、自動溶接機を使用して、公知のように底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４に焼き戻しビード溶接部９７を施すことができる。次に、例えば、ＵＴ機械を貫通ボア９６に通して挿入し、このビード溶接部の品質を確認することができる。

図５は、本発明の例示的な実施形態による、制御棒駆動ハウジングの下部分上の熱影響域において耐食材料でオーバーレイを施す段階を説明するために図４の部分断面図を変更した図である。現存下部分を底部ヘッドドーム部開口５２で底部ヘッドドーム部４４に取付けるために該現存下部分９２を現場で溶接する段階は、通常ＩＧＳＳＣを受けやすい新しい熱影響域９９を溶接部９７における高炭素ステンレス鋼にもたらす。図５に示すように、熱影響域９９は、耐食材料で覆われ、この耐食材料は、溶接部９７の熱影響域９９を覆って施されるクラッディング８９とすることができる。クラッディング８９を施すと、例えば、新しい潜在的な破損メカニズムが持ち込まれる確率を低下させることができる。

クラッディングを施すために、ＣＲＤハウジング５０は、上部分７６近くのその頂部において密封され、その内部に乾燥環境を形成することができる。ＣＲＤハウジング５０の外側は濡れたままである。一般に、溶接ヘッドのような装置又は工具は、ＣＲＤハウジング５０の下端部（図示せず）から挿入することができる。この溶接ヘッドは、長さが１３フィート又はそれ以上とすることができる。以下に更に詳細に説明するように、この溶接ヘッドは、該溶接ヘッドの頂部近くにティグ溶接ヘッドを含むことができる。このティグ溶接ヘッドは、トーチ及び溶接ワイヤ送給装置を含むことができ、薄いクラッディング層を施すためにゆっくりと回転及び上下に移動する。

クラッディング８９は、その微細フェライト構造により耐食性がある。クラッディング材料は一般的に、合金８２、３０８Ｌ型ステンレス鋼又は３１６Ｌ型ステンレス鋼のような金属合金からなるものとすることができるが、しかしながら、本発明の例示的な実施形態に適用可能なクラッディングは、これらの合金に限定されるものではない。

更に、クラッディング８９は、応力腐食割れに対する軽減を付加するために貴金属と合金化することができる。合金化された貴金属でクラッディングを施すために使用される溶接装置及び技術は、「耐蝕クラッディングのための装置及び方法」という名称の同一出願人による特開２００２−５２７２４４号公報に記載されており、この特許の開示内容は全体が引用により本明細書に組み込まれる。簡単に説明すると、この溶接技術は、応力腐食割れを受けやすい領域である熱影響領域９９にクラッディング８９を接合する。このクラッディング８９は、低入熱の条件下で施すことができ、新規にクラッディングされた領域の縁部において、低い熱鋭敏性又は熱鋭敏性が全くない状態を達成する。

溶接装置は、ニッケル基合金、或いは前述のインコネル８２、ステンレス３０８Ｌ又はステンレス３１６Ｌのような鉄基ステンレス鋼からなる溶加材料を含むクラッディングを施し、例えば、これらは、低濃度の貴金属元素（例えば、パラジウム、プラチナ、ロジウム又はその組合せ）と合金化することができ、低い水素添加レベルで水素との酸素の再結合速度を向上させる触媒として作用する。溶加材料中の貴金属濃度は、母材によって希釈後に約０．２５から０．７５重量パーセントのような、約１重量パーセント又はそれ以下の範囲とすることができる。ＩＧＳＣＣに対する感受性を低下させるために、酸素及び過酸化水素の水素との再結合によって実効電気化学ポテンシャルを減少させることができる。

上記のように、この溶接装置は、該装置の端部から有意な距離で遠隔的にクラッディング８９を施すことができる。溶接装置は、トーチが溶接ヘッド駆動機構から離れて位置付けられている場合であっても、十分に安定したアーク電圧（及び対応するアーク長制御）を提供する能力を有することができる。溶接装置は、ワイヤ送給装置の遠位端からかなり離れた下流側にワイヤプールを設けることができる回転式ワイヤ送給装置を含むことができる。従って、極めて低いが尚も安定しているワイヤ供給速度（例えば、約６０〜８０ｃｍ／分）下での溶接性を改善することができ、これにより、クラッディング厚さが約０．３〜０．６ｍｍ厚、より好ましくは約０．３６から０．４５ｍｍの範囲の厚みで十分に薄いクラッディングを高い信頼度で溶着することが可能になる。

溶接装置の溶接トーチは、十分に低い入熱（例えば、約０．６〜１．０ＫＪ／ｃｍの範囲にある）を使用することができるので、離れた壁面への液体冷却を行わなくても、離れた壁面の応力改善に必要な壁貫通温度勾配を得ることができる。

クラッディング８９を施すための低い入熱は、約１０インチ／分を超える、例えば１５〜４０インチ／分、より一般的には１５〜３０インチ／分の移動速度（トーチ速度）によって部分的に生じさせることができるが、その結果、施されたクラッディング８９を冷却する間の鋭敏化温度範囲における時間は、炭化物が結晶粒界上に析出できるようにするには不十分である。

鋭敏化制御は、溶接パラメータ、すなわち、（１）入熱（ビード単位長さ当たりの入熱の関数として制御される）と、（２）熱影響域の冷却速度（前進方向における溶接線速度の関数として制御される）とに関して二重制御を利用して行うことができる。好ましくないクロス・ビード方向のアーク振動は、必要な低入熱と高移動速度との両方を維持することに関して逆効果であることから、回避することができる。従って、たとえ熱鋭敏化に対する耐性が極めて低くても、鋭敏化の高い危険性もなく、熱影響域９９に対して電気アークベースのクラッディング工程を適用することができる。

他の例示的な実施形態においては、ＣＲＤハウジング／スタブ管のような細長い中空部材を恒久的に補修又は密封する方法はまた、炉心内監視ハウジング（ＩＣＭＨ）に適用することができる。ＩＣＭＨは、原子炉圧力容器の底部ヘッド領域内に位置されたＣＲＤハウジング／スタブ管よりも小さな直径の容器挿入体である。一般的に原子炉圧力容器の大きさに応じて、約２９〜７０個の間のＩＣＭＨがある。別の実施形態においては、この方法は、スタブ管を含まないが、スタブ管の機能及び構造に近いスタブ管溶接肉盛りを含むＩＣＭＨに適用できる。また、ＣＲＤハウジング５０に関する例示的な実施形態において熱影響域９９を覆ってクラッディング８９を施すための上記に説明した溶接装置は、更に下記で説明するように、ＩＣＭＨの望ましい表面を覆う溶接及びクラッディングを施すためにも用いることができる。この溶接部は、例えば、ＩＧＳＣＣに対する感受性を低下させるために、貴金属との合金化が可能な金属とすることができる。

図６は、本発明の別の例示的な実施形態による、密封及び／又は補修されるべき潜在的漏洩経路を説明するための、炉心内監視ハウジング、スタブ管溶接肉盛り及び原子炉圧力容器の底部ヘッドの部分断面図である。

ＩＣＭＨ１５０は、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅからなる３０４型ステンレス鋼のような相溶性耐食材料から作ることができ、底部ヘッドドーム部４４の底部ヘッドドーム部開口５２を通じて、一方端部で容器クラッディング４８（又は、底部ヘッドドーム４４に直接）に取付け、他端部でＪ−溶接部１７８に取付けられるスタブ管溶接肉盛り１４６により固定することができる。スタブ管溶接肉盛り１４６は、例えば、炉で鋭敏化され且つオーバーレイされた３０４型ステンレス鋼のような耐食材料とすることができる。

ＩＣＭＨ１５０は、第１端部（図示せず）、第２端部（図示せず）、及び第１端部と第２端部との間を延びるボア１６８を含むことができる。ＩＣＭＨ１５０は、外面１７２及びボア１６８を形成する内面１７４を有する側壁１７０を含む、ほぼ中空の円筒形幾何学的形状を有することができる。

ＩＣＭＨ１５０は、該ＩＣＭＨが底部ヘッドドーム部開口５２を通って延びるように配置することができる。ＩＣＭＨ１５０の上部分１７６は、Ｊ−溶接部１７８によりスタブ管溶接肉盛り１４６に取付けることができ、その結果、該ＩＣＭＨ１５０を、ほぼ同心で且つスタブ管溶接肉盛り１４６内に固定的に取付けることができる。

上記に説明したように、応力腐食割れは、時として、Ｊ−溶接部１７８に近接して起こる場合がある。Ｊ−溶接部１７８に溶接を施すプロセスは、ＩＧＳＣＣを受けやすく、Ｊ−溶接部１７８の上方或いは下方に亀裂を生じる可能性がある熱影響域（図示せず）を生成する場合がある。そのような亀裂がＪ−溶接部１７８に近接して起こる場合には、環形の漏洩経路１８２が、図６に示すように、スタブ管溶接肉盛り１４６の内面１８４とＩＣＭＨ１５０の外面１７２との間に形成される可能性がある。簡略化のために、１つの漏洩経路１８２だけが示されているが、漏洩経路は、ＩＣＭＨ１５０の外面１７２と底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４との間に形成される可能性がある点を理解されたい。

図７は、本発明の例示的な実施形態による、炉心内監視ハウジングの一部分を除去する中間的段階を説明するために、図６の部分断面図を変更した図である。これらの漏洩経路を密封するために、ＩＣＭＨ１５０は、ＣＲＤハウジング５０に関して上記に説明したのと同様の補修を必要とする場合がある。補修作業は、水密シール（一時的な）を有する状態で容器下部から実施することができ、原子炉容器は、放射線を遮蔽し、更に全体の停止時間を短縮するために満液のままにされる。

本発明の別の例示的な実施形態により環形の漏洩経路１８２を密封するために、ＩＣＭＨ１５０は、図７に示すようにＪ−溶接部１７８及び／又はスタブ管溶接肉盛り１４６の下方の位置１８６において切断することができ、一部分はＩＣＭＨ１５０から除去し、ＩＣＭＨ１５０の上部分１７６をＩＣＭＨ１５０の下部分１９２から分離して開口１８０を形成するようにすることができる。例えば、ＩＣＭＨ１５０は、図７に示すように、開口１８０を包含する領域が底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４に近接して存在するように、溶接肉盛り１４６の高さが最も低い下方で切断することができる。下部分１９２は除去されず、現場での補修のため所定場所に保持される。下部分１９２を切断した後、底部ヘッドドーム部開口５２は、上記に説明したように清浄化することができ、よって簡潔にするためにここでは繰り返し説明しない。

図８は、本発明の例示的な実施形態による、炉心内監視ハウジングの下部分を原子炉圧力容器の表面に取付けるための焼き戻しビード溶接を施す中間的段階を説明するために、図７の部分断面図を変更したものである。補修のために所定場所に保持されている現存下部分１９２はその後、下部分が上部分１７６とほぼ整列され且つ上部分１７６に近接することができるように、底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４のようなＲＰＶ１０の表面に取付けることができる。現存下部分１９２は、ほぼ円筒形の幾何学的形状を有するほぼ中空の部材とすることができる。現存下部分１９２は、上端部１９４、下端部（図示せず）、及び該上端部１９４と該下部端との間を延びる貫通ボア１９６を含む。

現存下部分１９２の上端部１９４は、該上端部１９４を底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４に溶接するための溶接前処理部１９８を含むことができる。現存下部分１９２の上端部１９４は、上記に説明したように、該上端部１９４がほぼ切頭円錐形の幾何学的形状を有するように、公知の方法によって清浄化することができる。このことは、溶接前処理部１９８を形成するために清浄な酸化物のない表面をもたらすことができる。

現存下部分１９２は、上端部１９４が残存上部分１７６の下端部１８８の直近に位置するように、及び、ＩＣＭＨボア１６８が貫通ボア１９６とほぼ整列された状態に保持されるように、底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４に現場で取付けることができる。図８に示すように、現存下部分１９２の上端部１９４は、残存上部分１７６の下端部１８８からこれらの間に開口１８０で間隔を置いて配置することができる。開口１８０での溶接前処理部１９８及び最終取付け溶接部１９７の溶接実施後は、Ｊ−溶接部１７８はもはや圧力溶接部ではなく、スタブ管溶接肉盛り１４６の内面１８４とＩＣＭＨ１５０の外面１７２との間の環形の漏洩経路１８２（或いは、これに代わる外面１７２と側壁５４との間の環形の漏洩経路１８５）は、これらの経路での圧力がボア１６８内の圧力と等しいので、もはや漏洩経路ではない。

従って、底部ヘッドドーム部開口５２内で下部分１９２は、残存上部分１７６の下端部１８８には取付けられない状態で、底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４に取付けることができる。例えば、現存下部分１９２は、該現存下部分が当初切断された位置とは異なる箇所又は位置、例えば該下部分１９２が位置１８６で切断されてＩＣＭＨ１５０の上部分１７６が該下部分１９２から分離された位置よりも下に取付けることができる。下部分１９２の上端部１９４は、溶接部１９７を形成するために、上記に説明したような公知の溶接方法を使用して、底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４にビード溶接することができる。

溶接部１９７は、スタブ管溶接肉盛り１４６の内面１８４とＩＣＭＨ１５０の外面１７２との間の環形の漏洩経路１８２よりも下方にある箇所、及び／又は外面１７２と底部ヘッドドーム部開口５２の側壁５４との間に形成される漏洩経路よりも下方にある箇所のような、ＩＣＭＨ１５０における潜在的差動漏洩経路よりも下方にある位置に設けることができる。この溶接部は、上記に説明した技術によって形成することができ、よって詳細な説明は簡略化のために省略する。

図９は、本発明の例示的な実施形態による、炉心内監視ハウジングの下部分上の熱影響域において耐食材料でオーバーレイを施す段階を説明するために図８の部分断面図を変更した図である。現存下部分を底部ヘッドドーム部開口５２で底部ヘッドドーム部４４に取付けるために該現存下部分１９２を現場で溶接する段階は、通常ＩＧＳＳＣを受けやすい上述の熱影響域１９９を溶接部１９７における高炭素ステンレス鋼にもたらす可能性がある。図９に示すように、熱影響域１９９は耐食材料で覆われ、この耐食材料１８９は、溶接部１９７の熱影響域１９９を覆って施されるクラッディング１８９とすることができる。クラッディング１８９を施すと、例えば、新しい潜在的な破損メカニズムが持ち込まれる確率を低下させることができる。

クラッディングは、図５に関して上記に説明したように施すことができ、従って詳細な説明は簡略化のためここでは省略する。クラッディング１８９は、その微細フェライト構造により耐食性があり、合金８２、３０８Ｌ型ステンレス鋼又は３１６Ｌ型ステンレス鋼のような金属合金からなるものとすることができるが、しかしながら、この例示的な実施形態に適用可能なクラッディングは、これらの合金に限定されるものではない。更に、上記で説明したように、クラッディング１８９は、特開２００２−５２７２４４号公報で記載されているような、応力腐食割れに対する軽減を付加するために貴金属と合金化することができる。

図６から図９で説明した方法論はまた、ＩＧＳＣＣに起因する「低−プロフィールスタブ管溶接肉盛り」として知られるものにおいて潜在的壁貫通割れを有す可能性があるＩＣＭＨにも適用することができ、このＩＧＳＣＣは、図６に示したのと同様に、低−プロフィールスタブ管溶接肉盛りの内面とＩＣＭＨの外面との間の漏洩経路を底部ヘッドドーム部開口５２を通って下方に生じる可能性がある。低−プロフィールスタブ管溶接肉盛りは、例えば図６に示す溶接肉盛り１７８と比較すると十分小さな溶接高さを有する。

従って、例示的な実施形態による上記に説明した方法は、ＣＲＤハウジングのスタブ管上側取付け溶接部及びスタブ管下側取付け溶接部に近接した応力腐食割れ及び／又はＩＣＭＨのＪ−溶接部及びスタブ管溶接肉盛りに近接した応力腐食割れの恒久補修を公知の方法に比べてより迅速且つより容易に促進することができる。この補修は、ＣＲＤハウジング５０或いはＩＣＭＨ１５０及び関連油圧ラインなどの細長い部材の大きな部分を除去する必要がなく現場で実施することができる。加えて、このような補修は、底部ヘッドドームの下方から現場でほぼ完了させることができ、更にＣＲＤ及び／又はＩＣＭＨ及び底部ヘッドドーム間の熱膨張差によって通常引き起こされる応力を有意に低減することができる。

取付け溶接部は現存スタブ管及び上部ハウジング部に影響を及ぼさないので、現場での補修のため所定位置にある現存下部分９２／１９２を側壁５４で底部ヘッドドーム部開口５２に取付けるプロセスによってＣＲＤ５０に対して誘導される付加的な応力は存在しない。この例示的な方法論は、ＣＲＤスタブ管或いはＩＣＭＨスタブ管溶接肉盛りの漏洩に起因する潜在的損傷を、原因に関係なく、更に残存ＣＲＤ／ＩＣＭＨに悪影響を与えることなく恒久的に軽減することができる。加えて、現存下部分は、現場補修のため所定場所に保持されるので、整列問題が最小限になり、且つ、現存油圧ラインは影響を受けない。更に、総実施時間は、現行の恒久補修オプションよりも短くすることができ、クリティカルパスの休止時間を短縮し、補修中にメンテナンス要員が受ける線量を減少させることができる。

このように、本発明の例示的な実施形態を説明してきたが、同一のものを多くの方法で変更することができる点は明らかとすることができる。例えば、クラッディング技術は、ＣＲＤハウジング又はＩＣＭＨの交換下部分などの下部分部材が欠陥のある下部分の代わりに挿入されて、ＣＲＤハウジング／ＩＣＭＨの上部分及び／又は原子炉圧力容器の底部ヘッドドーム部開口の側壁に溶接される場合の補修において取付け溶接部に適用することができる。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

原子炉圧力容器の概略図。 本発明の例示的な実施形態による、密封及び／又は補修されるべき潜在的漏洩経路を示すための、原子炉圧力容器の制御棒駆動ハウジング、スタブ管、及び底部ヘッドの部分断面図。 本発明の例示的な実施形態による、ＣＲＤハウジングの一部分を除去する中間的段階を説明するために図２の部分断面図を変更した図。 本発明の例示的な実施形態による、ＣＲＤハウジングの下部分を原子炉圧力容器の表面に取付けるために焼き戻しビード溶接を施す中間的段階を説明する図３の部分断面図を変更した図。 本発明の例示的な実施形態による、制御棒駆動ハウジングの下部分上の熱影響域において耐食材料でオーバーレイを施す段階を説明するために図４の部分断面図を変更した図。 本発明の別の例示的な実施形態による、密封及び／又は補修されるべき潜在的漏洩経路を説明するための、原子炉圧力容器の炉心内監視ハウジング、スタブ管溶接肉盛り、及び底部ヘッドの部分断面図。 本発明の例示的な実施形態による、炉心内監視ハウジングの一部分を除去する中間的段階を説明するために図６の部分断面図を変更した図。 本発明の例示的な実施形態による、炉心内監視ハウジングの下部分を原子炉圧力容器の表面に取付けるために焼き戻しビード溶接を施す中間的段階を説明する図７の部分断面図を変更したもの。 本発明の例示的な実施形態により、炉心内監視ハウジングの下部分上の熱影響域において耐食材料でオーバーレイを施す段階を説明するために、図８の部分断面図を変更した図。

符号の説明

１０ 原子炉圧力容器
４４ 底部ヘッドドーム部
４６ スタブ管
５０ 制御棒駆動ハウジング、炉心内監視ハウジング
７６ 制御棒駆動ハウジングの上部分
９２ 制御棒駆動ハウジングの下部分
１４６ スタブ管溶接肉盛り
１７６ 炉心内監視ハウジングの上部分
１９２ 炉心内監視ハウジングの下部分

Claims (12)

1. 原子炉の原子炉圧力容器内で中空の細長い部材を密封する方法であって、
   前記細長い部材の一部分を除去して、該細長い部材を上部分と下部分とにこれらの間の開口により分離する段階と、
   前記下部分を前記原子炉圧力容器の表面に現場で取付けて、前記細長い部材を貫通する潜在的漏洩経路を密封するようにする段階と、
   を含む方法。
2. 原子炉の原子炉圧力容器内で中空の細長い中空部材を密封するための現場補修方法であって、
   前記細長い部材を所定位置で切断して該細長い部材の一部分を除去し、上部分と下部分とを該上部分と該下部分との間の開口によって形成する段階と、
   前記下部分を前記原子炉圧力容器に取付けるように溶接を施して、前記上部分と前記下部分との間の潜在的漏洩経路を密封する段階と、
   を含む方法。
3. 内部に少なくとも１つの開口を有する底部ヘッドドーム部と、第１端部と第２端部とを有しこれらの間にボアを備えたスタブ管と、前記スタブ管のボアを貫通して延びて、前記スタブ管の上側取付け溶接部によって前記スタブ管の第１端部に近接して前記スタブ管に取付けられる細長い中空部材とを備えた原子炉の原子炉圧力容器において、前記細長い中空部材を密封する方法であって、
   前記スタブ管上側取付け溶接部の下方の位置で前記細長い部材の一部分を切り離して、前記細長い部材を上部分と下部分に分離する段階と、
   前記下部分の上端部において前記底部ヘッドドーム部開口の内面上に形成され且つ溶接を施すことにより熱影響域を形成する溶接部によって、前記細長い部材が切断された位置とは異なる底部ヘッドドーム部開口の別の位置に前記下部分を取付ける段階と、
   耐食材料を前記熱影響域上に施工する段階と、
   を含む方法。
4. 前記除去する段階が、前記一部分を除去するために前記細長い部材を所与の位置において切断する段階を含む請求項１に記載の方法。
5. 前記取付ける段階が前記細長い部材を切断した位置以外の別の位置に前記下部分を取付ける段階を含み、前記別の位置が前記細長い部材の潜在的差分漏洩経路より下方の箇所に存在することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の方法。
6. 前記下部分が上端部を含み、前記取付ける段階が、前記上端部において前記原子炉圧力容器の内面上に溶接部を形成して、該溶接の施工により熱影響域が形成される段階を更に含む請求項１から３のいずれかに記載の方法。
7. 前記熱影響域を実質上覆うように耐食材料を施工する段階を更に含む請求項６に記載の方法。
8. 前記施工する段階が、前記熱影響域を実質上覆うように貴金属と合金化された耐食クラッディングを施す段階を更に含む請求項７に記載の方法。
9. 前記施工される耐食材料が、少なくとも約０．３から０．６ｍｍの範囲の厚さである請求項７に記載の方法。
10. 前記施工される耐食材料が、約０．３６から０．４５ｍｍの範囲の厚さである
    請求項９に記載の方法。
11. 原子炉の原子炉圧力容器（１０）の底部ヘッドドーム部（４４）を通してスタブ管（４６）内に挿入され、少なくとも一部が前記スタブ管を介して前記底部ヘッドドーム部に固定的に取付けられた前記原子炉圧力容器内部の制御棒駆動ハウジング（５０）であって、
    上部分（７６）と下部分（９２）とを備え、該下部分が前記制御棒駆動ハウジングを切断して前記スタブ管の下方で前記制御棒駆動ハウジングの一部分を除去することによって形成され、前記下部分が前記制御棒駆動ハウジング内の潜在的漏洩経路を密封するために現場で補修を受けることを特徴とする制御棒駆動ハウジング。
12. 原子炉の原子炉圧力容器（１０）の底部ヘッドドーム部（４４）を通してスタブ管溶接肉盛り（１４６）の内に挿入され、少なくとも一部分が前記スタブ管溶接肉盛りを介して前記底部ヘッドドーム部に固定的に取付けられた前記原子炉圧力容器内部の炉心内監視ハウジング（５０）であって、
    上部分（１７６）と下部分（１９２）とを備え、前記下部分が前記炉心内監視ハウジングを切断して前記スタブ管溶接肉盛りの下方で前記炉心内監視ハウジングの一部分を除去することによって形成され、前記下部分が、前記炉心内監視ハウジング内の潜在的漏洩経路を密封するために現場で補修を受けることを特徴とする炉心内監視ハウジング。

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