JP2007191780A - Thermal spray apparatus and method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被溶射対象物表面に圧縮応力が残留する溶射皮膜を形成する溶射装置及びその方法に関する。 The present invention relates to a thermal spraying apparatus and method for forming a thermal spray coating in which compressive stress remains on the surface of an object to be sprayed.
一般に、経年使用された原子力プラントにおいては、酸素濃度の高い高温、高圧水に長期間曝された影響により、原子炉内構造物の溶接部に割れの発生が見られる場合がある。ほとんどの場合、この経年劣化により原子炉内構造物に発生するき裂は応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking:以下、SCCという。)である。このSCCは、プラント建設時の溶接に伴う熱影響部において、材料の劣化、引張残留応力、高酸素環境下という3つの要因が複合的に影響した場合に発生する。したがって、応力腐食割れの発生及び進展を抑制するためには上記3項目のうち1つを改善すればよいことが確認されている。 In general, in nuclear power plants that have been used for many years, cracks may be seen in welds of reactor internal structures due to the effects of long-term exposure to high-temperature, high-pressure water with a high oxygen concentration. In most cases, the crack generated in the reactor internal structure due to this aging is stress corrosion cracking (hereinafter referred to as SCC). This SCC occurs when three factors such as material degradation, tensile residual stress, and high oxygen environment are combined in the heat-affected zone accompanying welding during plant construction. Therefore, it has been confirmed that one of the above three items should be improved to suppress the occurrence and development of stress corrosion cracking.
上述の原子炉内の炉内構造物等に発生するSCCの対策として、予防保全措置や補修がなされていることが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
It is known that preventive maintenance measures and repairs have been taken as countermeasures against SCC generated in the above-described reactor internal structures and the like (see, for example,
この予防保全措置としては、原子炉の炉内構造物等に対して水中でプラズマ溶射法により被溶射対象物表面に皮膜を形成している。このプラズマやアーク等を熱源として溶射を行うと、プラズマフレーム中を溶射粒子が飛行する際に加熱され溶融された状態で基材に付着する。この付着した粒子は冷却過程において熱応力を発生させる。この熱応力は、最終的には構造物の皮膜に引張応力を発生させることになる。
上述したように、予防保全措置として、原子炉の炉内構造物等に対して水中でプラズマ溶射法により被溶射対象物表面に皮膜を形成している。 As described above, as a preventive maintenance measure, a coating is formed on the surface of an object to be sprayed by a plasma spraying method in water on a reactor internal structure or the like.
しかしながら、この水中プラズマ溶射法では、形成された皮膜が引張残留応力となるため、密着強度が低いので剥がれ易い皮膜しか形成できない、という課題があった。 However, in this underwater plasma spraying method, since the formed film becomes a tensile residual stress, there is a problem that only a film that is easily peeled off can be formed because of low adhesion strength.
また、0.3mmを超えるような厚膜形成は非常に困難であった。このために、皮膜を厚膜化しようとすると気孔を多く含むポーラスな構造に限定される、という課題があった。 Also, it was very difficult to form a thick film exceeding 0.3 mm. For this reason, when it tried to thicken a membrane | film | coat, there existed a subject that it was limited to the porous structure containing many pores.
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、被溶射対象物表面のき裂を封止して環境隔離することによりき裂の進展を防止又は抑制することができる溶射装置及びその方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and a thermal spraying apparatus and method for preventing or suppressing the progress of the crack by sealing the crack on the surface of the object to be sprayed and isolating the environment. The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本発明の溶射装置においては、溶射粒子を供給する溶射粒子供給機と、燃料を供給する燃料供給機と、酸素を供給する酸素供給機と、前記供給された燃料および酸素の反応熱を用いて前記溶射粒子を加熱し加速して被溶射対象物表面に衝突させることによりこの被溶射対象物表面に圧縮応力が残留する溶射皮膜を形成する溶射ガンと、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, in the thermal spraying apparatus of the present invention, a thermal spray particle supply machine that supplies thermal spray particles, a fuel supply machine that supplies fuel, an oxygen supply machine that supplies oxygen, the supplied fuel, and A thermal spray gun that forms a thermal spray coating in which compressive stress remains on the surface of the object to be sprayed by heating and accelerating the thermal spray particles using the reaction heat of oxygen to collide with the surface of the object to be sprayed. It is characterized by.
また、上記目的を達成するため、本発明の溶射装置においては、高圧ガスを供給する高圧ガス供給機と、この高圧ガス供給機から供給された高圧ガスで溶射粒子を圧入する溶射粒子供給機と、前記高圧ガス供給機から供給された高圧ガスを加熱する加熱ヒータと、前記加熱された高圧ガスを導入して前記溶射粒子を加熱し加速して被溶射対象物表面に衝突させることによりこの被溶射対象物表面に圧縮応力が残留する溶射皮膜を形成する溶射ガンと、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, in the thermal spraying apparatus of the present invention, a high-pressure gas supply machine that supplies high-pressure gas, and a thermal spray particle supply machine that press-injects thermal spray particles with the high-pressure gas supplied from the high-pressure gas supply machine, A heating heater for heating the high-pressure gas supplied from the high-pressure gas supply device, and heating and accelerating the sprayed particles by introducing the heated high-pressure gas to collide with the surface of the object to be sprayed. A thermal spray gun that forms a thermal spray coating on which the compressive stress remains on the surface of the thermal spray object.
また、上記目的を達成するため、本発明の溶射装置方法においては、熱源を用いて溶射粒子を加熱し加速させる溶射粒子加速ステップと、この加熱され加速された溶射粒子を被溶射対象物表面に衝突させる溶射粒子衝突ステップと、この衝突した溶射粒子によりこの被溶射対象物表面に圧縮応力が残留する溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成ステップと、を有することを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, in the thermal spraying apparatus method of the present invention, a thermal spray particle accelerating step for heating and accelerating the thermal spray particles using a heat source, and the heated and accelerated thermal spray particles on the surface of the object to be sprayed. The thermal spray particle colliding step for colliding and a thermal spray coating forming step for forming a thermal spray coating in which compressive stress remains on the surface of the object to be sprayed by the collided thermal spray particles are characterized.
本発明の溶射装置及びその方法によれば、溶射装置を用いて被溶射対象物表面に溶射粒子を溶射することにより、被溶射対象物表面に形成された溶射皮膜の応力を圧縮残留応力とすることができ、さらにこの被溶射対象物表面のき裂を封止して環境隔離することによりき裂の進展を防止又は抑制することができる。 According to the thermal spraying apparatus and the method of the present invention, the thermal spray coating is formed on the surface of the object to be sprayed by using the thermal spraying apparatus, and thereby the stress of the thermal spray coating formed on the surface of the object to be sprayed is set as the compressive residual stress. In addition, the crack can be prevented or suppressed by sealing the crack on the surface of the object to be sprayed and isolating the environment.
以下、本発明に係る溶射装置及びその方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。 Embodiments of a thermal spraying apparatus and method according to the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, the same or similar parts are denoted by common reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施の形態の溶射装置を原子炉内構造物に適用した例を示す縦断面図である。 FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an example in which the thermal spraying apparatus according to the first embodiment of the present invention is applied to a reactor internal structure.
本図に示すように、図示しない原子炉圧力容器内には、原子炉炉内構造物61が設置されている。この原子炉炉内構造物61は、胴部等を形成するシュラウド2を有している。このシュラウド2の内部には、図示しない複数の燃料集合体を装荷してこの上部を支持する上部格子板3が設置されている。また、この燃料集合体の下部は、シュラウド2内の図示しない炉心支持板で支持されている。上記の、胴部等を形成するシュラウド2は複数の板を溶接して構成されるので、シュラウド2の表面には複数の縦横の溶接線4が存在する。
As shown in this figure, a reactor
一般に経年使用された原子力プラントにおいては、上記の原子炉内構造物61のシュラウド2の溶接線4は酸素濃度の高い高温、高圧水に曝された影響により、割れの発生が見られる場合がある。ほとんどの場合この割れは、この経年劣化により生じたSCCである。このSCCは、プラント建設時の溶接に伴う熱影響部において、材料の劣化、引張残留応力、高酸素環境下という3つの要因が複合的に影響した場合に発生する。したがって、SCCの発生及び進展を抑制するためには上記3項目のうち1つを改善すればよいことが知られている。
In a nuclear plant generally used for years, cracks may be seen in the
ここでは、被溶射対象物表面の上記き裂を溶射により封止して環境隔離することによりき裂の進展を抑制するために、原子炉炉内構造物61の予防保全又は補修を行うための溶射装置1が配置されている。この溶射法として、高速フレーム溶射法またはコールドスプレー法等がある。この手法は、形成された溶射皮膜の応力状態を圧縮応力とすることにより、き裂の進展を抑制するプロセスを用いるものである。
Here, in order to prevent the progress of the crack by sealing the crack on the surface of the object to be sprayed by thermal spraying and isolating the environment, the preventive maintenance or repair of the reactor
なお、上記の溶射装置1は、シュラウド2内の上部格子板3を通過して被溶射対象物である溶接線4の近傍までは図示しないアクセス装置により搬送される。
In addition, said
図2は、高速フレーム溶射法を用いた溶射装置の概略構造を示す構成図である。 FIG. 2 is a configuration diagram showing a schematic structure of a thermal spraying apparatus using a high-speed flame spraying method.
本図に示すように、高速フレーム溶射装置である高速フレーム溶射ガン11は、この内部に燃料および酸素ガスが導入され、燃焼反応を利用して溶射フレーム23を形成するものである。
As shown in this figure, a high-speed
上記の高速フレーム溶射ガン11の燃料・酸素混合室21の内部には、溶射粒子供給機12から配管を経由して溶射粒子や溶射粉末が導入される。燃料供給機13から燃料が配管を介して燃料・酸素混合室21の内部に供給される。また、酸素供給機14から配管を経由して酸素も導入される。
Spray particles and spray powder are introduced into the fuel /
ここで用いられる燃料としては、ケロシン(灯油)に代表される液体燃料やプロピレンや水素等の気体燃料であり、酸素と混合して点火することにより溶射フレーム23を形成できるものであればよい。この点火装置は高速フレーム溶射ガン11の内部に設けてもよいし、高速フレーム溶射ガン11の外部に別途設けてもかまわない。点火方法としては電気的に発生させる火花を用いるのが一般的であるが、直接火を近づけて点火してもかまわない。
The fuel used here is a liquid fuel typified by kerosene (kerosene) or a gaseous fuel such as propylene or hydrogen, as long as it can form the
この形成された溶射フレーム23は、速度が1400〜3000m/sとマッハ単位の高速フレームとなり、かつフレームの温度が3000℃以下とプラズマ溶射の10000℃に比較して低温である。この溶射フレーム23内に溶射粒子供給機12から被溶射対象物表面41に表面層である溶射皮膜45を形成したい材質の溶射粒子を粉末供給ガスと共に供給する。この際、溶射粒子の粒径は材質に応じて0.5〜200μmの範囲で選定して使用する。また、本図では高速フレーム溶射ガン11の内部から溶射粒子を供給する構造となっているが、この溶射粒子を高速フレーム溶射ガン11の外部から供給する方式でもかまわない。
The formed
上記の溶射粒子や溶射粉末は、図1に示すような原子炉炉内構造物61であるシュラウド2の内部の溶接線4近傍に溶射を行うときは、シュラウド2と同じ材料であるステンレス系の材料としてSUS304やSUS316Lの粉末が用いられ、粒径としては5〜100μmの範囲が好ましい。
The above-mentioned sprayed particles and sprayed powder are made of stainless steel, which is the same material as the
ここで、上記の高速フレーム溶射法により施工した溶射試験の結果について説明する。 Here, the result of the thermal spraying test constructed by the high-speed flame spraying method will be described.
図3は、図2の高速フレーム溶射法により溶射試験を行った際の溶射条件を示す表である。上記溶射粒子を用いて図3に示す条件にて高速フレーム溶射法により溶射を行った。被溶射対象物表面に衝突する際の溶射粒子の状態をモニタリング装置で測定した。溶射粒子の温度は1500〜2000℃、また溶射粒子の速度は500〜1000m/sであった。この条件の下で被溶射対象物に溶射施工を行った結果、形成された皮膜の応力は−400〜0MPaの間の値を示し、圧縮応力が残留した状態であった。 FIG. 3 is a table showing spraying conditions when the spraying test is performed by the high-speed flame spraying method of FIG. Spraying was performed by the high-speed flame spraying method using the above-mentioned sprayed particles under the conditions shown in FIG. The state of the sprayed particles when colliding with the surface of the object to be sprayed was measured with a monitoring device. The temperature of the spray particles was 1500 to 2000 ° C., and the speed of the spray particles was 500 to 1000 m / s. As a result of performing thermal spraying on the object to be sprayed under these conditions, the stress of the formed film showed a value between -400 to 0 MPa, and the compressive stress remained.
本実施の形態によれば、高速フレーム溶射法溶射装置を用いて被溶射対象物表面に溶射することにより、被溶射対象物表面に形成された溶射皮膜の応力を圧縮残留応力とすることができる。この圧縮残留応力を形成することにより、この被溶射対象物表面のき裂を封止して環境隔離することにより、き裂の進展を防止し又は抑制することができる。 According to the present embodiment, by applying thermal spraying on the surface of the object to be sprayed using the high-speed flame spraying method, the stress of the sprayed coating formed on the surface of the object to be sprayed can be made the compressive residual stress. . By forming this compressive residual stress, the crack on the surface of the object to be sprayed is sealed to isolate the environment, thereby preventing or suppressing the progress of the crack.
図4は、コールドスプレー法を用いた溶射装置の概略構造を示す構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic structure of a thermal spraying apparatus using a cold spray method.
本図に示すように、コールドスプレー装置であるコールドスプレーガン15は、この内部に不活性ガス等が導入され、加熱ヒータ18により加熱して溶射フレーム23を形成するものである。
As shown in this figure, a
上記のコールドスプレーガン15の内部には、高圧ガス供給機16から高圧ガスが加熱ヒータ18を介してコールドスプレーガン15の内部に供給される。また、この高圧ガス供給機16から高圧ガスが溶射粒子供給機17にも供給される。この高圧ガスにより、溶射粒子供給機17から配管を経由して溶射粒子や溶射粉末がコールドスプレーガン15の内部に導入される。
Inside the
本実施の形態において、圧縮空気、加圧したヘリウムや窒素等の不活性ガスが高圧ガス供給機16から供給される。この高圧ガスの一方は、加熱ヒータ18を通過するときに500℃程度まで加熱された状態でコールドスプレーガン15に供給される。また加圧されたガスの他方は、溶射粒子供給機17を経由して溶射粒子や溶射粉末をコールドスプレーガン15の内部に供給する。この供給された溶射粒子は、先記の高圧ガスにより加熱し加速される。この加熱し加速した溶射粒子が、被溶射対象物41に衝突して溶射皮膜45が形成される。
In the present embodiment, compressed air, pressurized inert gas such as helium or nitrogen is supplied from the high-
本実施の形態によれば、溶射粒子や溶射粉末は加速されるものの温度上昇は加圧ガス温度よりは上昇しないため、高速フレーム溶射法の場合と同様に、溶射粒子が皮膜形成後の冷却過程において発生する熱応力よりも被溶射対象物に衝突時に発生する圧縮応力の方が大きくなる。かくして、形成された溶射皮膜の応力は圧縮状態となるため、剥がれ難い皮膜が形成される。また、この溶射皮膜は圧縮状態となるために、プラズマ溶射では剥がれてしまうような0.3mmを超えるような厚膜化も容易に形成することができる。 According to the present embodiment, although the thermal spray particles and the thermal spray powder are accelerated, the temperature rise does not rise above the pressurized gas temperature. The compressive stress generated at the time of collision with the object to be sprayed is larger than the thermal stress generated in step. Thus, since the stress of the formed sprayed coating is in a compressed state, a coating that is difficult to peel off is formed. Further, since this thermal spray coating is in a compressed state, it is possible to easily form a thick film exceeding 0.3 mm that would be peeled off by plasma spraying.
図5は、シールドカバー22を備えた高速フレーム溶射法を用いた溶射装置の概略構造の説明図で、(a)はこの構成図で、(b)は下面図である。本図は、図2の実施の形態にシールドカバー22を追加して設けたものであり、図2の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 5 is an explanatory view of a schematic structure of a thermal spraying apparatus using a high-speed flame spraying method provided with a
本図に示すように、高速フレーム溶射ガン11の内部の燃料・酸素混合室21には、溶射粒子供給機12から配管を経由して溶射粒子や溶射粉末が導入される。燃料供給機13から燃料が配管を介して燃料・酸素混合室21に供給される。また、酸素供給機14から配管を経由して酸素も導入される。
As shown in this figure, spray particles and spray powder are introduced into the fuel /
上記の溶射施工を水中で行うときは、本図に示すように市販の高速フレーム溶射ガン11の周囲に筒状のシールドカバー22を簡易的に取り付けることにより溶射が可能となる。このシールドカバー22は必要に応じて水冷構造とし、筒先端から被溶射対象物までの距離については0〜50mmまでの範囲で溶射が可能となる。このシールドカバー22内の高速フレーム溶射ガン11の近傍には、点火装置24を設けている。この点火装置24から発生する火花により、上記の燃料と酸素の混合ガスを点火することで溶射フレーム23が形成される。
When performing the above-described thermal spraying in water, thermal spraying is possible by simply attaching a
また、シールドカバー22の先端には、溶射状況をモニタリングするモニタリング装置25が設けられている。このモニタリング装置25は、溶射粒子や溶射粉末が溶射フレーム23中を飛行している状況を観察できる装置であり、溶射粒子がシールドカバー22の先端を通過するときの温度と速度を測定することができる。
Further, a
本実施の形態によれば、モニタリング装置25で観察しながら溶射を行うことができる。例えば、溶射施工中に機器の故障または燃料や酸素の供給不良により溶射フレーム23に変化が生じたときは、溶射粒子に与えられる熱・運動エネルギーに変化が生じ、結果的に皮膜品質に悪影響を与えてしまう。このような状況の中でも、モニタリング装置25で観察しながら溶射を行うことができ、常に安定した溶射皮膜の形成が可能となる。
According to the present embodiment, thermal spraying can be performed while observing with the
図6は、局部チャンバー31を備えた溶射装置の概略構造を示す構成図である。本図は、図1の実施の形態に局部チャンバー31を追加して設けたものであり、図1の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a schematic structure of a thermal spraying apparatus provided with a
上述の溶射施工を水中で行うときは、溶射装置1の周囲に局部チャンバー31からなる隔離壁が設けられる。この隔離壁によって、被溶射対象物41の表面に圧縮状態の溶射皮膜を形成することができる。また、この手法により水中で溶射を行うときは、必要に応じて内部に圧縮空気や窒素などのガスを供給することにより、シールド性をさらに高めることができる。
When the above-described spraying operation is performed in water, an isolation wall composed of a
本実施の形態によれば、局部チャンバー31を備えた溶射装置を用いることにより、シュラウドの溶接線4の近傍に溶射皮膜を形成することができる。被溶射施工部位の近傍の一部に応力腐食割れが発生していても、上記の溶射方法により表面に溶射皮膜を形成することにより、炉内の酸素濃度の高い水から環境遮蔽することができ、き裂の進展を防止させることができる。また、き裂が発生していない部位については、応力腐食割れ発生に対する予防保全措置をとることができる。
According to the present embodiment, the thermal spray coating can be formed in the vicinity of the
ここで、溶射の前処理としてのブラスト処理について説明する。 Here, a blast process as a pre-process for thermal spraying will be described.
一般に、溶射の前処理としてブラスト処理が用いられている。これは、アルミナやスチール製の粒子や粉末を圧縮空気により噴出して被溶射対象物41に衝突させ、表面を清浄化し切削して凹凸面を形成するものである。 In general, blasting is used as a pretreatment for thermal spraying. In this method, particles and powder made of alumina or steel are ejected by compressed air and collide with the object to be sprayed 41, and the surface is cleaned and cut to form an uneven surface.
本実施の形態においては、前処理として点火する前の燃料と酸素の混合ガス内に溶射粒子や溶射粉末を供給し、溶射ガンの先端から噴出されるガス圧だけを利用して溶射粒子や溶射粉末を噴射させることにより、被溶射対象物表面を溶射粒子により前処理することが可能である。 In this embodiment, spray particles and spray powder are supplied into the mixed gas of fuel and oxygen before ignition as pretreatment, and only the gas pressure ejected from the tip of the spray gun is used to spray particles and spray. By spraying the powder, the surface of the object to be sprayed can be pretreated with the sprayed particles.
また、混合ガスに点火して溶射フレームを形成した後でも、使用する溶射粒子の粒径を大きくすることにより、溶射フレーム内を飛行する際に加速はされるが加熱は抑えられるために、溶射粒子は被溶射対象物表面41には付着せずに衝突して跳ね返ってくる。この衝突の効果により、被溶射対象物41の表面は清浄化され、被溶射対象物表面41に凹凸面が形成される。
Even after the gas mixture is ignited to form a thermal spray frame, by increasing the particle size of the thermal spray particles to be used, acceleration is performed while flying in the thermal spray frame, but heating is suppressed. The particles do not adhere to the
上記の溶射前処理としてのブラスト処理試験した結果について説明する。ステンレス系の粒子や粉末を溶射するときには、一般に15〜50μm程度の溶射粒子や溶射粉末が用いられる。このブラスト処理試験のときは、100〜1000μmの溶射粒子が投入された。このブラスト処理試験の結果、被溶射対象物表面には溶射皮膜は形成されずに、表面の酸化物や不純物は除去された。また、ブラスト処理の対象面の表面粗さは中心線平均粗さRa:0.2μm〜70μm、十点平均粗さRz:1μm〜300μmまでコントロールすることができ、被溶射対象物表面41に凹凸面が形成されていることを確認することができた。 The result of the blast treatment test as the thermal spraying pretreatment will be described. When spraying stainless-based particles and powder, generally sprayed particles and sprayed powder of about 15 to 50 μm are used. In this blast treatment test, 100 to 1000 μm spray particles were introduced. As a result of the blast treatment test, the sprayed coating was not formed on the surface of the object to be sprayed, and the surface oxides and impurities were removed. Further, the surface roughness of the target surface of the blast treatment can be controlled from the center line average roughness Ra: 0.2 μm to 70 μm and the ten-point average roughness Rz: 1 μm to 300 μm. It was confirmed that a surface was formed.
本実施の形態によれば、溶射ガンの先端から噴出されるガス圧だけを利用して溶射粒子や溶射粉末を噴射させ、被溶射対象物表面に溶射粒子を衝突させることにより、表面の酸化物や不純物が除去される。また、表面を浄化し切削して凹凸面を形成することにより、溶射前処理としてのブラスト処理を行うことができる。 According to the present embodiment, by spraying spray particles and spray powder using only the gas pressure ejected from the tip of the spray gun, and colliding the spray particles with the surface of the object to be sprayed, the surface oxide And impurities are removed. Moreover, the blast process as a thermal spraying pretreatment can be performed by purifying and cutting the surface to form an uneven surface.
ここで、被溶射対象物表面に発生したき裂の補修方法について説明する。 Here, a method for repairing a crack generated on the surface of the object to be sprayed will be described.
図7は、被溶射対象物表面に発生した応力腐食割れを示す断面図である。本図に示すように、被溶射対象物41の表面にき裂42が発生した場合の補修方法として、き裂42を環境遮蔽するための表面層を形成する方法、き裂42を機械加工や放電加工により除去する方法等がある。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing stress corrosion cracks generated on the surface of the object to be sprayed. As shown in the figure, as a repair method when a
図8は、被溶射対象物表面に発生した応力腐食割れ部分に形成された溶射皮膜を示す断面図である。図7に示すように、上記のき裂42を環境遮蔽する方法として本実施形態の溶射方法を採用したときは、き裂42の表面に溶射皮膜45を形成することにより環境遮蔽が可能となる。本実施形態の溶射方法では、形成された溶射皮膜には圧縮応力が残留する。この圧縮残留応力のために剥がれ難い構造であることに加えて、溶射層45にき裂42が発生することも防止又は抑制できる。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a sprayed coating formed on a stress corrosion cracked portion generated on the surface of the object to be sprayed. As shown in FIG. 7, when the thermal spraying method of the present embodiment is adopted as a method for shielding the
図9は、被溶射対象物表面に発生した応力腐食割れを加工により取り去った部位43を示す断面図である。本図に示すように、上記図7に示すき裂42を機械加工や放電加工により除去したときには、この加工によりき裂を取除いた部位43には加工に伴う引張残留応力が発生し、このままでは応力腐食割れが発生する可能性がある。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a
図10は、図9の加工部位に溶射により形成された溶射皮膜44を示す断面図である。図9のき裂42を機械加工や放電加工により除去したときには、本図に示すように、加工によりき裂42を取除いた部位43に溶射して溶射皮膜44を形成する。この溶射皮膜44を形成することにより、被溶射対象物41を溶射層44で包囲して元の状態に戻すことが可能となる。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a
本実施の形態によれば、上述のように形成された溶射皮膜44は圧縮残留応力を有するために剥がれ難い構造であることに加えて、この溶射層44にき裂が発生することを防止又は抑制することができる。
According to the present embodiment, the
図11は、圧縮応力を付与された溶射皮膜46を示す側面図である。本図に示すように、被溶射対象物41と接触する少なくとも1層に圧縮応力の状態の溶射皮膜46が形成される。この圧縮応力の状態の溶射皮膜46より上部には、引張応力の状態の溶射皮膜47が形成される。
FIG. 11 is a side view showing the thermal spray coating 46 to which compressive stress is applied. As shown in this figure, a thermal spray coating 46 in a state of compressive stress is formed on at least one layer in contact with the object to be sprayed 41. A
本実施の形態によれば、被溶射対象物41と接触する少なくとも1層を圧縮応力となる状態とすることにより、密着強度が確保できるだけでなく、被溶射対象物41の表面の応力改善効果も期待できる。また、2層目以降については材質や溶射条件を変えることで引張応力となったとしても、同じ溶射プロセスで溶射皮膜を形成しているために溶射層間の密着強度は低下しない、という長所がある。 According to the present embodiment, by setting at least one layer in contact with the object to be sprayed 41 to be in a state of compressive stress, not only the adhesion strength can be ensured, but also the effect of improving the stress on the surface of the object to be sprayed 41 is achieved. I can expect. In addition, the second and subsequent layers have the advantage that even if the tensile stress is changed by changing the material and spraying conditions, the adhesion strength between the sprayed layers does not decrease because the sprayed coating is formed by the same spraying process. .
図12は、粉末回収装置の概略構造を示す構成図である。 FIG. 12 is a configuration diagram showing a schematic structure of the powder recovery apparatus.
本図は、図5の実施の形態に吸引装置51を追加して設けたものであり、図5の実施の形態と同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
This figure is provided by adding a
一般に、例えば、図5の溶射法で被溶射対象物41の表面に溶射皮膜45を形成するときに、熱源に粉末又はワイヤを供給して溶射皮膜が形成される。しかし、溶射粒子等の付着効率はどの溶射方法を用いても5割以下である。すなわち、溶射粒子等の残りの5割以上は付着せずに空中あるいは水中に浮遊することとなる。
In general, for example, when the
本図に示すように、高速フレーム溶射ガン11の内部の燃料・酸素混合室21には、溶射粒子供給機12から配管を経由して溶射粒子や溶射粉末が導入される。燃料供給機13から燃料が配管を介して燃料・酸素混合室21に供給される。また、酸素供給機14から配管を経由して酸素も導入される。
As shown in this figure, spray particles and spray powder are introduced into the fuel /
上述のように、水中で高速フレーム溶射を行うために高速フレーム溶射ガン11の周囲には筒状のシールドカバー22が取り付けられている。このシールドカバー22の先端にさらに被溶射対象物41と接触する漏洩防止カバー53が設けられている。また、高速フレーム溶射ガン11上部には吸引配管52を介して吸引装置51が設けられている。
As described above, the
本実施の形態によれば、皮膜として付着しなかった溶射粒子や溶射粉末は、シールドカバー22内を浮遊しており、これらは吸引配管52を介して吸引装置51によりシールドカバー22の外部に排出される。この吸引された溶射粒子については、図示しないフィルタリング機構を介して回収される。これにより、溶射粒子が水中に漏洩することはなくなる。
According to the present embodiment, the thermal spray particles and the thermal spray powder that did not adhere as a coating are floating in the
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、被溶射対象物表面の形状や溶射層の厚さによっては高速フレーム溶射法とコールドスプレー法との組み合わせに変更してもよく、本発明の各実施例を組み合わせて実施することができる。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be a combination of the high-speed flame spraying method and the cold spray method depending on the shape of the surface of the object to be sprayed and the thickness of the sprayed layer. Modifications may be made and the embodiments of the present invention may be implemented in combination.
1…溶射装置、2…シュラウド、3…上部格子板、4…溶接線、11…高速フレーム溶射ガン、12…溶射粒子供給機、13…燃料供給機、14…酸素供給機、15…コールドスプレーガン、16…高圧ガス供給機、17…溶射粒子供給機、18…加熱ヒータ、21…燃料・酸素混合室、22…シールドカバー、23…溶射フレーム、24…点火装置、25…モニタリング装置、31…局部チャンバ、41…被溶射対象物、42…き裂、43…加工によりき裂を取り除いた部位、44…溶射皮膜、45…溶射皮膜、46…圧縮応力皮膜、47…引張応力皮膜、51…吸引装置、52…吸引配管、53…漏洩防止カバー、61…原子炉炉内構造物。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
燃料を供給する燃料供給機と、
酸素を供給する酸素供給機と、
前記供給された燃料および酸素の反応熱を用いて前記溶射粒子を加熱し加速して被溶射対象物表面に衝突させることによりこの被溶射対象物表面に圧縮応力が残留する溶射皮膜を形成する溶射ガンと、
を有することを特徴とする溶射装置。 A thermal spray particle feeder for supplying thermal spray particles;
A fuel supply machine for supplying fuel;
An oxygen supply machine for supplying oxygen;
The thermal spraying is performed by heating and accelerating the thermal spray particles using the reaction heat of the supplied fuel and oxygen and causing the thermal spray particles to collide with the surface of the thermal spray target, thereby forming a thermal spray coating on which the compressive stress remains on the surface With cancer,
A thermal spraying apparatus characterized by comprising:
この高圧ガス供給機から供給された高圧ガスで溶射粒子を圧入する溶射粒子供給機と、
前記高圧ガス供給機から供給された高圧ガスを加熱する加熱ヒータと、
前記加熱された高圧ガスを導入して前記溶射粒子を加熱し加速して被溶射対象物表面に衝突させることによりこの被溶射対象物表面に圧縮応力が残留する溶射皮膜を形成する溶射ガンと、
を有することを特徴とする溶射装置。 A high-pressure gas supply machine for supplying high-pressure gas;
A thermal spray particle feeder that press-fits thermal spray particles with the high-pressure gas supplied from the high-pressure gas feeder;
A heater for heating the high-pressure gas supplied from the high-pressure gas supply machine;
A thermal spray gun that forms a thermal spray coating in which compressive stress remains on the surface of the object to be sprayed by introducing the heated high-pressure gas to heat and accelerate the spray particles to collide with the surface of the object to be sprayed;
A thermal spraying apparatus characterized by comprising:
この加熱され加速された溶射粒子を被溶射対象物表面に衝突させる溶射粒子衝突ステップと、
この衝突した溶射粒子によりこの被溶射対象物表面に圧縮応力が残留する溶射皮膜を形成する溶射皮膜形成ステップと、
を有することを特徴とする溶射方法。 A thermal spray particle acceleration step of heating and accelerating the thermal spray particles using a heat source;
A sprayed particle collision step for causing the heated and accelerated sprayed particles to collide with the surface of the object to be sprayed;
A thermal spray coating forming step for forming a thermal spray coating in which compressive stress remains on the surface of the object to be sprayed by the sprayed particles that have collided;
The thermal spraying method characterized by having.
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