JP2007263906A

JP2007263906A - レーザピーニング装置及びその方法

Info

Publication number: JP2007263906A
Application number: JP2006092706A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Miyagawa; 信一宮川; Eiji Kondo; 栄治近藤; Tomomi Kubo; 智美久保; Kensuke Maruyama; 賢祐丸山; Minoru Funato; 稔船渡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】配管径毎に装置を引き上げて交換する必要がないレーザピーニング装置を提供する。
【解決手段】レーザピーニング装置は、原子炉格納容器内の配管２にレーザピーニングを行うレーザピーニング装置１において、レーザを照射する照射レンズ４を含む施工ヘッド３と、施工ヘッド３を昇降させる昇降部１０を介して搭載し直進させ旋回させる駆動部２０と、駆動部２０が着脱自在に取り付けられ収納される収納手段７とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、原子炉格納容器内にある配管にレーザピーニングして表面改質処理を行うレーザピーニング装置及びその方法に関する。

原子力発電所の原子炉格納容器内において、各種の機器が配置され多種類の配管が使用されている。このために、この多種類の口径を持つ配管を点検し補修する必要がある。このような配管が使用される装置設計においてスペース等の設計条件に関連して、この配管の内径や肉厚に係る寸法が許容値ぎりぎりの状態で使用せざるを得ないときがある。

この配管に係る寸法は、設計値や建設時に測定した数値が用いられるときが多い。しかし、この配管に係る寸法は、実際には、経年変化、クラッドや各種応力による微小変形がある場合がある。特に、何らかの異常を検出したときには、この配管に係る寸法が、想定された許容値の範囲内にある保障はない。

このために、上記配管内に施工装置を挿入可能のときは、検査対象の配管入口付近をテレビ（以下、ＴＶという。）カメラで観察したり、配管内にＴＶカメラを挿入し配管内に特異な異常がないかを検査している。また、実際にＴＶカメラを挿入するときは、作業者が配管内の異常に注意しながらＴＶカメラを操作している。

この種の配管の内面を点検し補修する施工方法として、再循環水入口ノズルの表面改質方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この再循環水入口ノズルの表面改質方法は、原子炉圧力容器の再循環水入口ノズル・セーフエンドとサーマルスリーブの溶接部の粒界腐食や応力腐食割れに対する予防保全を目的とするものである。ここでは、被処理面に遠隔操作でレーザ照射を施し被処理面の表面改質処理を行い、再循環水入口ノズルの表面改質を行っている。

上述のように、この種の配管の補修に関連して、検査対象の配管サイズ毎に点検し補修する施工装置を開発して、配管サイズ毎に点検し補修を施工している。
特開平７−１８１２８２号公報

上述のように、この種の配管の内面を補修する装置に関連して、検査対象の配管径毎に点検し補修する施工装置を開発して、配管径毎に点検し補修を施工している。

しかし、原子炉圧力容器内に挿入する補修装置については、複数の装置を異なる配管径毎に製作したときには、配管径毎に装置を引き上げて交換する必要が生じ、作業時間が長期化し、作業員は被爆を受ける恐れがある、という課題があった。

また、この配管を点検し補修する施工装置は、原子力発電所内にある放射化した部位を含む配管を施工対象とするため、施工装置自体も放射化し廃棄物となる、という課題があった。この結果、多くの廃棄物の処理が必要となり、高コスト化することに課題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、異なる配管径に適用できる補修装置を採用することにより、配管径毎に装置を引き上げて交換する必要がなくなり、補修作業時間の短縮化を図り、作業員の被爆低減を図れるレーザピーニング装置及びその方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、原子炉格納容器内の配管にレーザピーニングを施工するレーザピーニング装置において、レーザを照射する照射レンズを含む施工ヘッドと、この施工ヘッドを直進させ旋回させる駆動部と、この駆動部が着脱自在に取り付けられ収納される収納手段と、を有することを特徴とするものである。

また、上記目的を達成するため、本発明は、原子炉格納容器内の配管にレーザピーニングを施工するレーザピーニング方法において、施工ヘッドを搭載した駆動部が収納装置に着脱自在に取り付けられ収納される収納ステップと、この取り付けられた施工ヘッドが駆動部により施工対象部位へ位置決めされる位置決めステップと、前記位置決めされた施工ヘッドに着脱自在に取り付けられた照射レンズを介して施工対象部位へレーザを照射するレーザ照射ステップと、を有することを特徴とするものである。

本発明のレーザピーニング装置及びその方法によれば、施工ヘッドを駆動させる駆動部が着脱自在に取り付けられた収納装置を設けることにより、配管の口径に合わせてレーザピーニングを行うことができ、施工時間の短縮化を図ることができる。

以下、本発明に係るレーザピーニング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。

図１は、本発明の第１の実施の形態のレーザピーニング装置１及びその施工対象部の概略構成を示す斜視図である。

本図に示すように、レーザピーニング装置１は、施工ヘッド３と、この施工ヘッド３を搭載した駆動部２０と、これらの機器を収納する収納装置７とを有する。この駆動部２０は、収納装置７に着脱自在に取り付けられている。この施工ヘッド３は、この施工ヘッド３を昇降させる昇降部１０を介して駆動部２０に搭載されている。この駆動部２０は、上記施工ヘッド３を直進させる直進部８を有し、この施工ヘッド３を旋回させる回転部９を備えている。この駆動部２０については後述する。

この施工ヘッド３の先端には、レーザピーニング（ＦＬＰ）を施工するためにレーザを照射する照射レンズ４が搭載されている。なお、本図では、配管２は先端の要部のみを記載している。

このように構成された本実施の形態において、この施工ヘッド３を搭載した駆動部２０を収納した収納装置７は、配管２の配管入口５に挿入される。この挿入された施工ヘッド３は、図示しない直進部を駆動して矢印８方向に直進移動され、図示しない回転部を介して矢印９方向に旋回駆動される。さらに、昇降部１０を駆動して施工ヘッド３は昇降され、施工ヘッド３の照射レンズ４は、配管２の施工対象部６に位置決めされる。そして、照射レンズ４よりレーザを照射することにより、配管２の施工対象部６にレーザピーニングを施工する。

本実施の形態によれば、施工ヘッド３の位置決めをする駆動部２０を設けることにより、配管２の口径に合わせてレーザピーニングの施工を行うことができる。かくして、配管２の口径毎にレーザピーニング装置１を引き上げて交換する必要がなくなり、施工時間の短縮化を図ることができる。

また、配管２の口径毎にレーザピーニング装置１を引き上げて交換する必要がなくなり、作業員の被爆低減を図り、放射線汚染拡大を防止することができる。さらには、放射性廃棄物の削減を図ることができる。

図２は、図１のレーザピーニング装置１に口径計測器１１を搭載した構成を示す斜視図である。本図は、図１のレーザピーニング装置１を口径計測器１１を追加して設けたものであり、図１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。

本図に示すように、レーザピーニング装置１の昇降部１０の下部には、口径計測器１１が搭載されている。この口径計測器１１は、図示しないテレビ（ＴＶ）カメラ、超音波センサ、レーザ距離測定器等から構成される。

本実施の形態によれば、口径計測器１１を用いることにより、補修対象の配管２の管入口５の形状や寸法を測定することができる。この配管２の管入口５の形状や寸法を測定することにより、レーザピーニング装置１の収納装置７に係り、この管入口５の形状に合わせて収納装置７の装着の要否を選択することができる。

図３は、図２の収納装置７に突っ張り機構１４を設けた構成を示す斜視図である。本図は、図２のレーザピーニング装置１に位置決め機構の一種である突っ張り機構１４を追加して設けたものであり、図２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。

本図に示すように、レーザピーニング装置１は、施工ヘッド３と、この施工ヘッド３を搭載した駆動部２０と、これらの機器を収納する収納装置７とを有する。

この施工ヘッド３は、収納装置７内において収納固定器補助具１３により支持された収納固定器１２ａ、１２ｂを介して固定され収納される。この収納固定器補助具１３は、図示しないボルトにて締結してもよい。また、図示しない着脱容易なクラッチ機構等を用いて構成してもよい。

また、レーザピーニングを施工するためにレーザを照射する照射レンズ４の位置決めをするために、一例として、収納装置７の外周面の上部には突っ張り機構１４ａ〜１４ｄが備えられている。また、収納装置７の外周面の下部には突っ張り機構１４ｅ〜１４ｈ（１４ｇ、１４ｈは図示せず）が備えられている。この突っ張り機構１４ａ〜１４ｈは伸張機構を有し、上記配管２までの距離を調整することにより照射レンズ４の位置を調整することができる。

本実施の形態によれば、突っ張り機構１４ａ〜１４ｈを設けることにより、補修対象の配管２の管入口５の形状に合わせて照射レンズ４の位置決めをして、図２に示す施工対象部６にレーザピーニングを施工することができる。

図４は、図２の収納装置に張出機構１５を設けた構成を示す斜視図である。本図は、図２のレーザピーニング装置１に位置決め機構の一種である張出機構１５を追加して設けたものであり、図２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。

本図に示すように、レーザピーニング装置１は、施工ヘッド３と、この施工ヘッド３を搭載した駆動部２０と、これらの機器を収納する収納装置７とを有する。この施工ヘッド３は、収納装置７内において収納固定器補助具１３により支持された収納固定器１２ａ、１２ｂを介して固定され収納される。

また、上記収納装置７の姿勢を修正させるために、この収納装置７の外周面の上部には張出機構１５ａ、１５ｂが備えられている。また、この収納装置７の外周面の下部には張出機構１５ｃ、１５ｄが備えられている。この張出機構１５ａ〜１５ｄは伸張機能を有し、伸張量を調整することができる。なお、図３の突っ張り機構１４と本図の張出機構１５を位置決め機構として共用してもよい。

本実施の形態によれば、張出機構１５ａ〜１５ｄを設けることにより、収納装置７の姿勢を修正することができる。かくして、施工ヘッド３の形態が変わったときでも、施工ヘッド３の機能に合わせて位置決めすることができる。

図５は、図１の収納装置の選定の手順を示す説明図で、（ａ）はその口径値選定手順を示すフロー図、（ｂ）はその収納装置選定手順を示すフロー図である。本図において、レーザピーニング装置１の収納装置７の装着の有無を選定する手順について説明する。

本図（ａ）において、まず、配管２の口径値を選定する口径値選定手順Ｓ１０１が実行される。この口径値を選定した結果により、収納装置７を装着するか否かの選定を行う収納装置選定手順Ｓ１０２が実行される。この口径値選定手順Ｓ１０１は、作業者が選定してもよいし、選定条件を組んだ結果を反映するソフトウエアを使用してもよい。

次に、本図（ｂ）において、収納装置７を装着するか否かの選定が行われる。任意のステップＳ１０３において、収納装置７の装着の要否判定を行うと仮定する。次に、ステップＳ１０４において、収納装置４の必要性の有無の選定が行われる。この収納装置７を必要とする場合は、ステップＳ１０５に進みレーザピーニング装置１に収納装置７が装着される。一方、上記収納装置７を不要とする場合は、ステップＳ１０６に進み、上記レーザピーニング装置１には収納装置７は装着されないでレーザピーニング装置単体として使用される。

本実施の形態によれば、配管２の口径値を選定する口径値選定手順Ｓ１０１を設けることにより、レーザピーニング装置１に収納装置７を着脱するか否かの選定が円滑に実行される。かくして、配管の口径により収納装置７の装着の選定が行われ、配管の口径に応じてレーザピーニング等の補修作業を円滑に施工でき、補修作業時間の短縮化を図ることができる。

図６は、図１の配管口径を計測して収納装置を選定する手順を示すフロー図である。

本図において、図１に示す配管２の口径を計測して、レーザピーニング装置１の収納装置７の装着の要否の選定を行う。すなわち、口径計測手順Ｓ１０７において、図２に示す口径計測器１１により配管２の口径の計測が行われる。この口径計測結果に基づいて、ステップＳ１０８にてレーザピーニング装置１の収納装置７の装着の必要性の判断が行われる。なお、このステップＳ１０８の詳細手順は、図５（ｂ）に示す手順と同一である。

本実施の形態によれば、配管２の口径値を計測する口径計測手順Ｓ１０７を設けることにより、レーザピーニング装置１の収納装置７を装着するか否かの選定が円滑に実行される。かくして、配管の口径に応じて収納装置７の装着の選定が行われ、配管の口径に応じた適切な補修方法が選択され、補修作業時間の短縮化を図ることができる。

図７は、細い配管に施工ヘッドを挿入して施工する補修方法を説明する斜視図である。

本図において、レーザピーニング装置１は、図１に示す配管２の代わりに上記収納装置７より小さい細い配管１８に適用される場合を示す。この細い配管１８は、上記配管２の口径に比べ十分狭い口径である。この狭い配管１８の口径に合わせて、レーザピーニング装置単体、すなわちレーザピーニング装置１の施工ヘッド３を挿入して、施工対象部位６に対してレーザピーニングの施工を行う。

また、レーザピーニング装置１の先端の駆動部２０には、配管固定機構１６ａ、１６ｂが設けられている。この、配管固定機構１６ａ、１６ｂを介して、レーザピーニング装置１の施工ヘッド３は細い配管１８内に固定される。なお、細い配管１８と配管２との口径差は適宜設定すればよく、差の数量を厳密に規定するものではない。ここでは、細い配管全長は記載していない。

本実施の形態によれば、レーザピーニング装置単体、すなわち、収納装置７を挿入せずに施工ヘッド３のみを挿入して施工することにより、この細い配管１８の口径に合わせて、施工対象部位６に対してレーザピーニングの施工を円滑に行うことができる。

図８は、図７の細い配管１８に施工ヘッド３を挿入して施工する手順を示すフロー図である。本図において、レーザピーニング装置１の収納装置７を装着するか否かの選定を説明する。

本図に示すように、ステップＳ１０９にてレーザピーニングの施工を開始し、ステップＳ１１０において小口径か否かの判断をする。ステップＳ１１１において、小口径すなわち所定の径以下の上記細い配管１８と認定したときにはレーザピーニング装置単体、すなわち、収納装置７を挿入しないで施工ヘッド３を細い配管１８に挿入する。次に、ステップＳ１１４に進みレーザピーニングの施工が行われる。

ステップＳ１１０において小口径ではなく大口径と判断されたときは、ステップＳ１１２において、施工ヘッド３は上記収納装置７に装着される。ステップＳ１１３において、図１に示す配管２内に、施工ヘッド３は収納装置４に装着された状態で挿入される。この施工ヘッド３が配管２内に挿入された後で、ステップＳ１１４に進み、収納装置７の装着有無に拘らずレーザピーニングの施工が行われ、施工は終了する。

本実施の形態によれば、施工対象の配管が小口径か否かの判断をするステップを設ける。この配管の口径が収納装置７より小さいときには、この細い配管１８にレーザピーニング装置単体、すなわち、施工ヘッド３を挿入して施工することにより、この細い配管１８の施工対象部位６に対してレーザピーニングの施工を円滑に行うことができる。

図９は、図１の施工ヘッドを別ヘッドに置き換えた形態を示す斜視図である。

本図に示すように、レーザピーニング装置１は、切断ヘッド１７と、この切断ヘッド１７を搭載した駆動部２０とを有する。この切断ヘッド１７は、図１に示す施工ヘッド３を置き換えて設けたものである。

本実施の形態において、図１に示す照射レンズ４を備えた施工ヘッド３の代わりに、上記の切断ヘッド１７だけでなく、この他、図示しない溶接ヘッド、ＴＶカメラ、溶接ヘッド、計測ヘッド、研磨ヘッド等から選択された少なくとも１種を装着してヘッド機能に合わせて施工装置として使用することができる。

本実施の形態によれば、照射レンズ４を備えた施工ヘッド３の代わりに各種の施工ヘッドを設置することにより、上記配管２の施工対象部位６に対してレーザピーニングだけでなく各種の補修に係る施工を円滑に行うことができる。

図１０は、図１の駆動部２０の概略構成を示す構成図である。

本図に示すように、レーザピーニング装置１は、施工ヘッド３と、この施工ヘッド３を搭載した駆動部２０とを有する。この駆動部２０は、上記施工ヘッド３を昇降させる昇降部１０を備えている。また、この駆動部２０は、この施工ヘッド３を旋回させる回転部９ａを備え、上記施工ヘッド３を直動させる直動部８ａを有している。

本実施の形態によれば、施工ヘッド３を上下、直進（直動）及び旋回する機構を設けることにより、上記配管２の施工対象部位６に対して施工ヘッド３の位置決めを容易に行うことができる。かくして、施工ヘッド３の位置決めが容易に行われ、レーザピーニング等の補修作業時間の短縮化を図ることができる。

図１１は、図２のレーザピーニング装置の制御装置を示す構成図である。

本図に示すように、レーザピーニング装置１の施工ヘッド３や駆動部２０に係る機能は、制御装置１８を介して制御される。また、制御装置１８を介して、図１に示す収納装置７の駆動部が制御される。また、この制御装置１８は口径計測器１１に接続されている。

本実施の形態によれば、制御装置１８にはレーザピーニング装置１の施工ヘッド３や駆動部２０、収納装置７及び口径計測器１１が接続される。この接続ケーブルを介して伝達される各信号を処理することにより、所定の判定が行われシステム全体として制御される。

図１２は、図３の位置決め機構の一種である突っ張り機構１４を使用して行う位置修正を説明する側面図である。

本図に示すように、収納装置７の外周面の上部には突っ張り機構１４ｂ、１４ｄ（１４ａ、１４ｃは図示せず）が備えられている。また、収納装置７の外周面の下部には突っ張り機構１４ｆ、１４ｇ（１４ｅ、１４ｈは図示せず）が備えられている。この突っ張り機構１４ａ〜１４ｈは伸張機構を有し、上記配管２までの距離を調整することにより、図３に示す施工ヘッド３の照射レンズ４の位置を調整することができる。

このように構成された本実施の形態において、突っ張り機構１４ｂに対して突っ張り機構１４ｆを十分短くするように制御することによって、上記施工ヘッド３の位置を３ｂに変更することができる。

また、張出機構１５ａ〜１５ｄの伸張により上記施工ヘッド３の位置を制御することができる。

本実施の形態によれば、突っ張り機構１４を全く均等に突っ張ったときの施工ヘッド３は位置３のように配置されるが、突っ張り機構１４を使用することにより施工ヘッド３は位置３ｂのように配置される。なお、施工ヘッド３の位置合わせや姿勢調整のアルゴリズムは、上記の機構に限定されるものではない。

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、本発明の各実施例を組み合わせて、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の実施の形態のレーザピーニング装置及びその施工対象部の概略構成を示す斜視図。図１のレーザピーニング装置に口径計測器を搭載した構成を示す斜視図。図２の収納装置に突っ張り機構を設けた構成を示す斜視図。図２の収納装置に張出機構を設けた構成を示す斜視図。図１の収納装置の選定の手順を示す説明図で、（ａ）はその口径値選定手順を示すフロー図、（ｂ）はその収納装置選定手順を示すフロー図。図１の配管口径を計測して収納装置を選定する手順を示すフロー図。細い配管に施工ヘッドを挿入して施工する補修方法を説明する斜視図。図７の細い配管に施工ヘッドを挿入して施工する手順を示すフロー図。図１の施工ヘッドを別ヘッドに置き換えた形態を示す斜視図。図１の駆動部の概略構成を示す構成図。図２のレーザピーニング装置の制御装置を示す構成図。図３の突っ張り機構を使用して行う位置修正を説明する側面図。

符号の説明

１…レーザピーニング装置、２…配管、３…施工ヘッド、４…照射レンズ、５…管入口、６…施工対象部位、７…収納装置、８…矢印（直動方向）、８ａ…直動部、９…矢印（回転方向）、９ａ…回転部、１０…昇降部、１１…口径計測器、１２ａ，ｂ…収納固定器、１３…収納固定器補助具、１４，１４ａ〜１４ｈ…突っ張り機構、１５，１５ａ〜１５ｄ…張出機構、１６ａ，１６ｂ…配管固定機構、１７…切断用ヘッド、１８…細い配管、１９…制御装置、２０…駆動部。

Claims

原子炉格納容器内の配管にレーザピーニングを施工するレーザピーニング装置において、
レーザを照射する照射レンズを含む施工ヘッドと、
この施工ヘッドを直進させ旋回させる駆動部と、
この駆動部が着脱自在に取り付けられ収納される収納手段と、
を有することを特徴とするレーザピーニング装置。
前記駆動部は、前記施工ヘッドを昇降させる昇降部と、前記施工ヘッドを直進させさせる直進部と、前記施工ヘッドを旋回させる回転部と、を具備することを特徴とする請求項１記載のレーザピーニング装置。
前記収納手段は、収納装置の外周面に設けられ前記施工ヘッドを施工対象部位へ位置決めする位置決め機構を具備すること、を特徴とする請求項１記載のレーザピーニング装置。
前記配管の口径値を選定して指示する口径値選定手段と、この選定された口径に合わせて前記収納装置の装着の要否を選定する収納装置選定手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のレーザピーニング装置。
前記配管の口径を計測する口径計測手段と、この計測された口径に合わせて前記収納装置の装着の要否を選定する収納装置選定手段と、をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のレーザピーニング装置。
前記駆動部は、この駆動部の先端に前記施工ヘッド、溶接ヘッド、計測ヘッド、切断ヘッド、研磨ヘッドから選択された少なくとも１種を着脱自在に取り付けられる取付手段を具備することを、を特徴とする請求項１記載のレーザピーニング装置。
原子炉格納容器内の配管にレーザピーニングを施工するレーザピーニング方法において、
施工ヘッドを搭載した駆動部が収納装置に着脱自在に取り付けられ収納される収納ステップと、
この取り付けられた施工ヘッドが駆動部により施工対象部位へ位置決めされる位置決めステップと、
前記位置決めされた施工ヘッドに着脱自在に取り付けられた照射レンズを介して施工対象部位へレーザを照射するレーザ照射ステップと、
を有することを特徴とするレーザピーニング方法。
前記レーザ照射ステップおいて、前記配管の口径が前記収納装置より小さいときは、前記施工ヘッドを搭載した駆動部の少なくとも一部を前記配管内に挿入してレーザを照射すること、を特徴とする請求項７記載のレーザピーニング方法。