JP2006061976A

JP2006061976A - 水中溶接装置

Info

Publication number: JP2006061976A
Application number: JP2004250409A
Authority: JP
Inventors: Ryusuke Tsuboi; 竜介坪井; Satoru Asai; 知浅井; Toshihiro Yasuda; 年廣安田; Haruhiko Hatake; 晴彦畠
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】水深の深い狭隘領域に構造物の対象溶接施工部があっても容易にアクセスできるようにするとともに、溶接施工前の段取準備を少なくさせ、しかも溶接施工中の電圧降下を大幅に低減させて精度の高い溶接部を施工する水中溶接装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る水中溶接装置は、水深深く、かつ狭隘領域に設置、収容された構造物を溶接施工する際、前記構造物の対象溶接位置にセットする溶接トーチヘッド部１４をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれに進退自在に移動させるとともに、回転自在に駆動する駆動力伝達部１５と、前記溶接トーチヘッド部１４に組み込んだ溶接機本体と、この溶接機本体に近接する位置に配置したアース部とを備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、水中深く構造物や構造物の突出し部が数多く設置、収容され、狭隘領域部分になっていても、構造物の溶接施工を容易に行い得る水中溶接装置に関する。

従来、例えば、原子炉圧力容器では、水中深く設置された構造物、例えばジェットポンプ等を溶接施工する場合、水を抜いた状態にし、遠隔操作あるいは溶接施工個所まで作業者がアクセスし、溶接施工を行っていた。

しかし、放射線量の高い領域では、水を抜くことができないので、例えば、特開平１１−１３８２５９号公報（特許文献１）や特開平１１−２０７４６５号公報（特許文献２）に見られるように、水中内の深い位置に設置、収容されている構造物や構造物の突出し部に対する溶接施工個所をチャンバで覆い、チャンバ内の水を抜き、チャンバ内をシールドガスで囲い、チャンバ内に設けたＴＩＧ溶接機等の溶接装置で構造物の溶接施工を行っていた。
特開平１１−１３８２５９号公報特開平１１−２０７４６５号公報

ところで、水中深く、数多くの構造物を収容する原子炉では、図５に示すように、原子炉圧力容器１と炉心シュラウド２との間の環状空間部ＡＮに構造物であるジェットポンプ３がその周方向に沿って、例えば２０台以上に亘って数多く設置されている。

これらジェットポンプ３は、原子炉圧力容器１内の冷却水を強制循環させるためのものであり、原子炉圧力容器１の壁面に溶接施工されたジェットポンプライザブレース４を有するとともに、炉内外に搬入、搬出される際に用いられる付属物としての吊り耳５が設けられている。

また、これらジェットポンプ３に隣接する炉心シュラウド２には、緊急時、原子炉圧力容器内に冷却水を補給する低圧注水系（ＬＰＣＩ）の接続口６が設けられている。この低圧注水系の接続口６は、ジェットポンプ３との間の環状空間ＡＮを塞ぐように配置されている。さらに炉心シュラウド２は、頭部７を外側に向ってオーバハングさせ、ジェットポンプ３の頭部側空間を塞ぐように構成している。

このように、原子炉圧力容器１は、形状、構造が比較的複雑な炉心シュラウド２や数多くのジェットポンプ３を水中深く設置、収容させるとともに、数多くの構造物や構造物の突出し部に被われて狭隘領域を形成しているために、特許文献１や特許文献２に見られるような水中溶接装置に多関節ロボットを用いて遠隔操作を行っていても、対象溶接施工部分にアクセスするまでに作業者に多くの時間や労力を費やしていた。

また、例えばＴＩＧ溶接機を組み込んだ水中溶接装置は、シールドガス経路の確保、ワイヤ挿入位置の確保、溶接電流の確保等からトーチの構造が比較的大きくなっているため、上述のような狭隘領域が多い場合、溶接施工を難しくする場合もあった。

また、上述のように、構造物が、例えば２０ｍ以上の位置に構造物が設置、収容されている場合、トーチのアースを原子炉圧力容器の頭部側を開口させた位置まで延ばしているが、電力降下が大き過ぎて動力を無用に消費するばかりでなく、構造物の溶接施工前に溶接条件や溶接試験片を設定するなど、より多くの段取準備を必要とし、この段取準備の簡易化が求められていた。

本発明は、このような事情に基づいてなされたもので、水深の深い狭隘領域に構造物の対象溶接施工部があっても容易にアクセスできるようにするとともに、溶接施工前の段取準備を少なくさせ、しかも溶接施工中の電圧降下を大幅に低減させて精度の高い溶接部を施工する水中溶接装置を提供することを目的とする。

本発明に係る水中溶接装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、水深深く、かつ狭隘領域に収容、設置された構造物を溶接施工する際、前記構造物の対象溶接位置にセットする溶接トーチヘッド部をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれに進退自在に移動させるとともに、回転自在に駆動する駆動力伝達部と、前記溶接トーチヘッド部に組み込んだ溶接機本体と、この溶接機本体に近接する位置に配置したアース部とを備えたものである。

また、本発明に係る水中溶接装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、駆動力伝達部は、溶接トーチヘッド部を支持する第１関節駆動力伝達部と、この第１関節駆動力伝達部に接続される駆動力伝達第１中間部とを回転駆動させる第２関節駆動力伝達部と、この第２関節駆動力伝達部をＺ軸方向への進退に協働させて前記溶接トーチヘッド部をＺ軸方向へ進退させる駆動力伝達第２中間部と、この駆動力伝達第２中間部をＺ軸方向に進退させる第３関節駆動力伝達部をＸ軸方向への進退に協働させて前記溶接トーチヘッド部をＸ軸方向へ進退させるかあるいは回転駆動させる駆動力伝達機構部を備えたものである。

また、本発明に係る水中溶接装置は、上述の目的を達成するために、請求項３に記載したように、駆動力伝達第１中間部、第２関節駆動力伝達部、第３関節駆動力伝達部および駆動力伝達機構部のそれぞれは、モータを備えたものである。

また、本発明に係る水中溶接装置は、上述の目的を達成するために、請求項４に記載したように、溶接機本体を組み込んだ溶接トーチヘッド部は、レールを備えたＹ軸方向フレームとレールを備えたＸ軸方向フレームとを組み合わせて門型に構成するとともに、前記溶接機本体を前記Ｘ軸方向フレームのレール上を走行させる第１モータと、前記Ｘ軸方向フレームを前記Ｙ軸方向フレームのレール上を走行させる第２モータとを備えたものである。

また、本発明に係る水中溶接装置は、上述の目的を達成するために、請求項５に記載したように、溶接機本体に近接する位置に配置したアース部は、レールを備えたＹ軸方向フレームとレールを備えたＸ軸方向フレームとを組み合わせて門型に構成した溶接トーチヘッド部の前記Ｙ軸方向フレームのレール上を走行させる第３モータを備えたものである。

また、本発明に係る水中溶接装置は、上述の目的を達成するために、請求項６に記載したように、溶接機本体は、電極の挙動を監視するカメラを備えたものである。

また、本発明に係る水中溶接装置は、上述の目的を達成するために、請求項７に記載したように、溶接機本体は、構造物の対象溶接位置に電極を駆動する第４モータを備えたものである。

また、本発明に係る水中溶接装置は、上述の目的を達成するために、請求項８に記載したように、請求項１記載の溶接トーチヘッド部を駆動する駆動力伝達部と、前記溶接トーチヘッド部に組み込んだ溶接機本体およびアース部とを原子炉圧力容器の狭隘領域の溶接施工に適用するものである。

本発明に係る水中溶接装置は、溶接機本体を備える溶接トーチヘッド部を、水深の深い位置に設置、収容されている構造物にアクセスさせる際、上下、前後、左右に自在に移動させ、かつ自在に回転駆動させる駆動力伝達部を備えたので、溶接トーチヘッド部および溶接機本体を構造物の対象溶接施工位置に正確、かつ短時間のうちにセットすることができる。

以下、本発明に係る水中溶接装置の実施形態を図面および図面に付した符号を引用して説明する。

図１は、例えば、原子炉圧力容器の構造物の溶接施工に適用する本発明に係る水中溶接装置を示す概念図である。

全体を符号１１で示す水中溶接装置は、原子炉圧力容器１０と炉心シュラウド１２との間の環状空間領域ＡＮ内の、例えば最小５０ｍｍ間隔の狭隘領域で、例えば、水深２０ｍ以上の水中に設置、収容されるジェットポンプ１３やその付属物等の構造物を溶接施工するときに使用されている。

この水中溶接装置１１は、図２に示すように、溶接トーチヘッド部１４と、この溶接トーチヘッド部１４を上下、前後、左右に自在に移動させるとともに、回転自在に駆動して構造物にアクセスさせる駆動力伝達部１５を備えた構成になっている。

溶接トーチヘッド部１４を水中構造物にアクセスさせる駆動力伝達部１５は、溶接トーチヘッド部１４を支持する柱状の第１関節駆動力伝達部１６と、一端を第１関節駆動力伝達部１６に接続させ、他端を柱状の第２関節駆動力伝達部１８に接続させる板状の駆動力伝達第１中間部１７と、第２間切駆動力伝達部１８に接続させ、第３関節駆動力伝達部２０に沿い、Ｚ軸方向に進退移動させる駆動力伝達第２中間部１９と、第３関節駆動力伝達部２０をＸ軸方向に進退移動させる駆動力伝達機構部２１，２１を備えている。

そして、溶接トーチヘッド部１４を支持する第１関節駆動力伝達部１６は、第２関節駆動力伝達部１８から駆動力伝達第１中間部１７を介して与えられる回転力と協働して回転し、駆動力伝達第２中間部１９から第２関節駆動力伝達部１８および駆動力伝達第１中間部１７を介して与えられるＺ軸方向の進退駆動力と協働して進退し、第３関節駆動力伝達部２０から駆動力第２中間部１９、第２関節駆動力伝達部１８および駆動力伝達第１中間部１７を介して与えられるＸ軸方向の進退駆動力と協働して進退する構成にしている。

なお、駆動力伝達機構部２１，２１は、二つに分割され、分割された両方を支点２２に接続させ、この支点２２を基点に矢印ＡＲ_３の方向に回転する構成になっている。

一方、溶接トーチヘッド部１４は、図３および図４に示すように、第１関節駆動力伝達部１６に接続され、柱状のＹ軸方向フレーム２２，２２と柱状のＸ軸方向フレーム２３とを組み合わせた門型構造になっている。

この門型構造の溶接トーチヘッド部１４は、Ｙ軸方向フレーム２２，２２にＹ軸方向用レール２４を設けるとともに、Ｘ軸方向フレーム２３にＸ軸方向用レール２５を設け、第１モータ２６の駆動力により駆動される溶接機本体２７をＸ軸方向用レール２５上に走行させる一方、第２モータ２８の駆動力により駆動されるＸ軸方向フレーム２３、および第３モータ２９の駆動力により駆動されるアース部３０のそれぞれをＹ軸方向用レール２４上に走行させる構成にしている。

また、Ｘ軸方向フレーム２３のＸ軸方向用レール２５に第１モータ２６の駆動力により走行させる溶接機本体２７は、図３および図４に示すように、水中内の構造物３１に対して溶加材を供給する溶接ワイヤ供給ノズル３２と、シールドガスノズル３３にシールドガスを供給するシールドガス供給口３４と、電極３５に電流を与えるパワーケーブル３６と、水中内の構造物３１に対して電極３５を進退駆動する第４モータ３７と、電極３５の構造物３１への挙動を観察、監視するカメラ３８を備えている。

次に、上述の構成を備える本発明に係る水中溶接装置１１の作用を説明する。

溶接トーチヘッド部１４を、水中の構造物３１の溶接施工位置にアクセスさせるにあたり、構造物３１に突出し部分があり、狭隘領域がより一層狭隘になっている場合、水中溶接装置１１は、図２に示すように、駆動力伝達第１中間部１７に設けた第５モータ３９を駆動させ、その駆動力によって第１関節駆動力伝達部１６および駆動力伝達第１中間部１７を矢印ＡＲ_１の方向に回転駆動させる。

さらに、水中溶接装置１１は、第５モータ３９の駆動力により第２間切駆動力伝達部１８を矢印ＡＲ_２の方向に回転させるとともに、駆動力伝達第２中間部１９に設けた第６モータ４０を駆動させ、駆動力伝達第２中間部１９を第３関節駆動力伝達部２０に対し、Ｚ軸方向に摺動させ、これに伴って溶接トーチヘッド部１４も進退させる。

また、水中溶接装置１１は、第３関節駆動力伝達部２０に設けた第７モータ４１を駆動させ、第３関節駆動力伝達部２０および駆動力伝達第２中間部１９を駆動力伝達機構部２１に対し、Ｘ軸方向に進退移動させて溶接トーチヘッド部１４をＸ軸方向に進退移動させるか、あるいは、駆動力伝達機構部２１に設けた第８モータ４２を駆動させ、駆動力伝達機構部２１を支点２２に対し、矢印ＡＲ_３の方向に回転駆動させ、溶接トーチヘッド部１４を回転駆動させ、溶接トーチヘッド部１４を構造物３１の対象溶接施工位置にアクセスさせる。

このように、溶接トーチヘッド部１４を構造物３１の対象溶接施工位置に概略的に設定した水中溶接装置１１は、図３および図４に示すように、溶接機本体２７の微調整に入る。

まず、水中溶接装置１１は、Ｘ軸方向フレーム２３に設けた第２モータ２８を駆動させ、Ｘ軸方向フレーム２３をＹ軸方向フレーム２２に設けたＹ軸方向用レール２４上を進退移動させるとともに、溶接機本体２７に設けた第１モータ２６を駆動させ、溶接機本体２７をＸ軸方向フレーム２３に設けたＸ軸方向用レール２５上を走行させる。

このとき、アース部３０も第３モータ２９の駆動力によりＹ軸方向フレーム２２に設けたＹ軸方向用レール２４上を走行させ、図４に示すように、構造物３１に当接させる。

溶接機本体２７の微調整が終ると、水中溶接装置は、シールドガス供給口３４からシールドガスを供給し、水をシールドガスノズル３３から外部に排出させ、シールドガスノズル３３に囲われた領域を水のない領域に形成した後、第４モータ３７を駆動させ、電源３５を構造物３１にアクセスさせ、溶接施工を開始させる。

このように、本実施形態は、構造物３１の対象溶接施工位置に対し、溶接トーチヘッド部１４を、上下、前後、左右に自在に移動させるとともに、回転自在に駆動してアクセスさせる駆動力伝達部１５を備えるとともに、溶接機本体２７の微調整修正に際し、溶接機本体２７をＸ軸方向、Ｙ軸方向に自在に進退移動させるフレームを備えたので、例えば水深の深さが２０ｍ以上で、かつ突出し部や付属物が多く、例えば５０ｍｍ間隔に著しく狭隘領域になっていても溶接トーチへッド部１４および溶接機本体２７を構造物３１の対象溶接施工位置に正確、かつ短時間のうちにセットすることができる。

また、本実施形態は、駆動力伝達部１５を、第１関節駆動力伝達部１６に駆動力伝達第１中間部１７、第２間切駆動力伝達部１８、駆動力伝達第２中間部１９、第３関節駆動力伝達部２０、駆動力伝達機構部２１を順次接続させ、溶接トーチヘッド部１４を上下、前後、左右に進退させ、かつ回転自在にさせる構成にしたので、駆動力伝達部１５の全体をコンパクト化して溶接トーチヘッド部１４を容易に操作することができる。

また、本実施形態は、アース部３０を、溶接機本体２７の移動とともに移動させることができる構成にし、常に溶接機本体２７の電極３５に近い位置に接近させたので、溶接施工中の電圧降下をより一層抑制することができ、溶接条件選定テストを短時間のうちに行うことができる。

例示としての原子炉圧力容器に収容されるジェットポンプの狭隘領域に適用する本発明に係る水中溶接装置を示す概念図。本発明に係る水中溶接装置に適用する駆動力伝達部を示す斜視図。本発明に係る水中溶接装置に適用する溶接トーチヘッド部を示す概念図。図３のＡ−Ａ矢視方向から見た図。原子炉圧力容器内に収容、設置される炉心シュラウドおよびジェットポンプを示す一部切欠斜視図。

符号の説明

１原子炉圧力容器
２炉心シュラウド
３ジェットポンプ
４ジェットポンプライザブレース
５吊り耳
６接続口
７頭部
１０原子炉圧力容器
１１水中溶接装置
１２炉心シュラウド
１３ジェットポンプ
１４溶接トーチヘッド部
１５駆動力伝達部
１６第１関節駆動力伝達部
１７駆動力伝達第１中間部
１８第２関節駆動力伝達部
１９駆動力伝達第２中間部
２０第３関節駆動力伝達部
２１駆動力伝達機構部
２２Ｙ軸方向フレーム
２３Ｘ軸方向フレーム
２４Ｙ軸方向用レール
２５Ｘ軸方向用レール
２６第１モータ
２７溶接機本体
２８第２モータ
２９第３モータ
３０アース部
３１構造物
３２溶接ワイヤ供給ノズル
３３シールドガスノズル
３４シールドガス供給口
３５電極
３６パワーケーブル
３７第４モータ
３８カメラ
３９第５モータ
４０第６モータ
４１第７モータ
４２第８モータ

Claims

水深深く、かつ狭隘領域に設置、収容された構造物を溶接施工する際、前記構造物の対象溶接位置にセットする溶接トーチヘッド部をＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれに進退自在に移動させるとともに、回転自在に駆動する駆動力伝達部と、前記溶接トーチヘッド部に組み込んだ溶接機本体と、この溶接機本体に近接する位置に配置したアース部とを備えたことを特徴とする水中溶接装置。
駆動力伝達部は、溶接トーチヘッド部を支持する第１関節駆動力伝達部と、この第１関節駆動力伝達部に接続される駆動力伝達第１中間部とを回転駆動させる第２関節駆動力伝達部と、この第２関節駆動力伝達部をＺ軸方向への進退に協働させて前記溶接トーチヘッド部をＺ軸方向へ進退させる駆動力伝達第２中間部と、この駆動力伝達第２中間部をＺ軸方向に進退させる第３関節駆動力伝達部をＸ軸方向への進退に協働させて前記溶接トーチヘッド部をＸ軸方向へ進退させるかあるいは回転駆動させる駆動力伝達機構部を備えたことを特徴とする請求項１記載の水中溶接装置。
駆動力伝達第１中間部、第２関節駆動力伝達部、第３関節駆動力伝達部および駆動力伝達機構部のそれぞれは、モータを備えたことを特徴とする請求項２記載の水中溶接装置。
溶接機本体を組み込んだ溶接トーチヘッド部は、レールを備えたＹ軸方向フレームとレールを備えたＸ軸方向フレームとを組み合わせて門型に構成するとともに、前記溶接機本体を前記Ｘ軸方向フレームのレール上を走行させる第１モータと、前記Ｘ軸方向フレームを前記Ｙ軸方向フレームのレール上を走行させる第２モータとを備えたことを特徴とする請求項１記載の水中溶接装置。
溶接機本体に近接する位置に配置したアース部は、レールを備えたＹ軸方向フレームとレールを備えたＸ軸方向フレームとを組み合わせて門型に構成した溶接トーチヘッド部の前記Ｙ軸方向フレームのレール上を走行させる第３モータを備えたことを特徴とする請求項１記載の水中溶接装置。
溶接機本体は、電極の挙動を監視するカメラを備えたことを特徴とする請求項１記載の水中溶接装置。
溶接機本体は、構造物の対象溶接位置に電極を駆動する第４モータを備えたことを特徴とする請求項１記載の水中溶接装置。
請求項１記載の溶接トーチヘッド部を駆動する駆動力伝達部と、前記溶接トーチヘッド部に組み込んだ溶接機本体およびアース部とを原子炉圧力容器の狭隘領域の溶接施工に適用することを特徴とする水中溶接装置。