JP2011143456A - 原子力施設で使用される溶接装置、先端工具案内装置および溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接電極に対し、溶接ワイヤを好適な供給位置へ変更することが可能な原子力施設で使用される溶接装置、先端工具案内装置および溶接方法を提供する。
【解決手段】溶接部分へ向けてアーク放電を生じさせる溶接電極５０と、溶接電極５０からのアーク放電によって溶融可能な溶接ワイヤＷと、溶接電極５０に対する溶接ワイヤＷの供給位置を変更可能なワイヤノズル反転機構４３と、を備え、ワイヤノズル反転機構４３は、溶接部分に沿って移動する溶接電極５０に対し、溶接ワイヤＷが先行するように、溶接ワイヤＷの供給位置を変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、原子力施設で使用される溶接装置、この溶接装置を取り付けた先端工具案内装置、および溶接装置または先端工具案内装置を用いた溶接方法に関するものである。

従来、このような溶接装置として、例えば、回転装置により、母管を円周方向に回転させることで、母管の上下を適宜反転させながら、母管と管台とを溶接する自動溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この自動溶接装置は、レール上を移動可能な台車と、台車上に搭載された旋回テーブルと、旋回テーブル上に立設されたアームと、アームの先端に取り付けられた溶接ワイヤおよび溶接トーチと、を備えている。なお、本発明の溶接装置に相当する部分が、アームの先端に取り付けられた溶接ワイヤおよび溶接トーチであり、本発明の先端工具案内装置に相当する部分が、自動溶接装置である。そして、自動溶接装置では、管台が母管の真横に位置する状態で、管台の上部外周の１／２周の部分を立向き上進溶接により、真横から真上へ１／４周ずつ左右交互に溶接している。この後、上部外周の１／２周の溶接が完了したら、回転装置により、母管の上下を反転させて、溶接されていない管台の１／２周の部分を立向き上進溶接により、真横から真上へ１／４周ずつ左右交互に溶接している。

特開平６−５５２６６号公報

ここで、自動溶接装置により、真横から真上に至る１／４周の部分の溶接を左右交互に行う場合は、台車によりアームを左右方向に移動させると共に、旋回テーブルを旋回させることにより、溶接ワイヤおよび溶接トーチを、管台を挟んで左右対称な位置とすることができる。しかしながら、例えば、自動溶接装置のアームが移動・旋回可能な空間を確保できない場合や、アームが固定されている場合、従来の自動溶接装置によれば、アームの移動や旋回が不能となるため、溶接ワイヤおよび溶接トーチを左右対称な位置とすることができない。これにより、従来の自動溶接装置では、母管と管台とを上進溶接することが困難となる。

そこで、本発明は、溶接電極に対し、溶加体を好適な供給位置へ変更することが可能な原子力施設で使用される溶接装置、先端工具案内装置および溶接方法を提供することを課題とする。

本発明の原子力施設で使用される溶接装置は、溶接部分へ向けてアーク放電を生じさせる溶接電極と、溶接電極からのアーク放電によって溶融可能な溶加体と、溶接電極に対する溶加体の供給位置を相対的に変更可能な供給位置変更手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、上進溶接や下進溶接等の各種溶接を行う際、供給位置変更手段により、溶接電極に対する溶加体の供給位置を適宜変更することができる。このため、供給位置変更手段は、溶接電極に対し、溶加体を適切な供給位置とすることができる。これにより、溶接部分に対して溶接を行う場合、溶加体は、溶接電極に対し適切な供給位置となっているため、溶融した溶加体は、溶接部分に好適に流れ込むことができ、溶接後の溶接部分を好適なものとすることができる。なお、溶加体としては、溶加棒や溶接ワイヤが用いられる。

この場合、供給位置変更手段は、溶接部分に沿って移動する溶接電極に対し、溶加体が先行するように、溶加体の供給位置を変更することが、好ましい。

この構成によれば、溶接電極に対して溶加体を先行させることができるため、例えば、上進溶接を行う場合、溶加体を最適な供給位置とすることができる。

この場合、供給位置変更手段は、溶接電極を中心として回転可能な溶加体回転軸と、溶加体と溶加体回転軸と連結する連結部材と、溶加体回転軸を回転させる駆動手段と、を有し、駆動手段により溶加体回転軸を、溶接電極を中心に回転させることで、溶加体の供給位置を変更させることが、好ましい。

この構成によれば、駆動手段により溶加体回転軸を回転させることで、溶接電極を中心に溶加体を回転させることができる。つまり、溶接電極の位置を変えることなく、溶加体の供給位置を変えることができ、また、溶加体の供給位置の変更前後において、溶接電極と溶加体との間の距離を一定とすることができる。これにより、溶加体の供給位置の変更前後において、溶接電極と溶加体との間の距離を調整する必要がなく、また、溶加体の供給位置の変更を簡易な構成とすることができる。

この場合、供給位置変更手段は、溶加体を中心として回転可能な溶接電極回転軸と、溶接電極と溶接電極回転軸と連結する連結部材と、溶接電極回転軸を回転させる駆動手段と、を有し、駆動手段により溶接電極回転軸を、溶加体を中心に回転させることで、溶接電極の溶接位置を変更させることを特徴とする請求項１または２に記載の原子力施設で使用されることが、好ましい。

この構成によれば、駆動手段により溶接電極回転軸を回転させることで、溶加体を中心に溶接電極を回転させることができる。つまり、溶加体の位置を変えることなく、溶接電極の溶接位置を変えることができ、また、溶接電極の溶接位置の変更前後において、溶接電極と溶加体との間の距離を一定とすることができる。これにより、溶接電極の溶接位置の変更前後において、溶接電極と溶加体との間の距離を調整する必要がなく、また、溶接電極の溶接位置の変更を簡易な構成とすることができる。

この場合、溶接部分を照らす照明と、溶接部分を撮像する撮像手段と、溶接部分に沿って溶接電極を移動させる移動制御を行うために用いられる検出センサと、少なくとも照明、撮像手段および検出センサのいずれか１つの周囲に、冷却水を流通させて冷却する水冷手段と、を更に備えたことが、好ましい。

この構成によれば、水冷手段により、照明、撮像手段または検出センサを冷却することができるため、高温環境下においても、照明、撮像手段または検出センサを好適に作動させることができる。

この場合、溶接部分は、原子力施設に設けられた配管であることが、好ましい。

この構成によれば、原子力施設に用いられる配管を好適に溶接することができるため、溶接後の配管を、信頼性の高いものとすることができる。

この場合、配管は、蒸気発生器の水室に設けられた管台に接続される丸管であることが、好ましい。

この構成によれば、蒸気発生器の水室に設けられた管台に接続される丸管を好適に溶接することができるため、溶接後の管台と丸管との接続部分を、信頼性の高いものとすることができる。

本発明の先端工具案内装置は、上記の原子力施設で使用される溶接装置と、先端部に溶接装置を着脱自在に取り付け可能なマニピュレーターと、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、マニピュレーターにより溶接装置を溶接部分に沿って移動させながら、溶接装置により溶接部分を好適に溶接することができる。

本発明の溶接方法は、上記の原子力施設で使用される溶接装置または上記の先端工具案内装置を用いて、原子力施設に設けられた配管の内周を溶接する溶接方法であって、配管の軸方向に対して直交方向に切った断面において、配管の中心を通る鉛直方向に引いた中心線を挟んで、一方側の内周を第１半周とし、他方側の内周を第２半周とした場合、供給位置変更手段によって、第１半周の下方側から上方側へ向かって移動する溶接電極に対し、溶加体が先行する第１供給位置へ相対的に変更する第１供給位置変更工程と、第１供給位置変更工程後、第１半周の下方側から上方側へ向かって、溶接電極および溶加体を移動させながら上進溶接を行う第１上進溶接工程と、第１溶接工程後、供給位置変更手段によって、第２半周の下方側から上方側へ向かって移動する溶接電極に対し、溶加体が先行する第２供給位置へ相対的に変更する第２供給位置変更工程と、第２供給位置変更工程後、第２半周の下方側から上方側へ向かって、溶接電極および溶加体を移動させながら上進溶接を行う第２上進溶接工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、溶接電極に対する溶加体の相対的な供給位置を、第１半周に適した第１供給位置とすることができ、この状態で、第１半周の上進溶接を行うことができる。また、溶接電極に対する溶加体の相対的な供給位置を、第２半周に適した第２供給位置とすることができ、この状態で、第２半周の上進溶接を行うことができる。これにより、配管の内周を好適に溶接することができるため、溶接後の配管を、信頼性の高いものとすることができる。

本発明の他の溶接方法は、上記の原子力施設で使用される溶接装置または上記の先端工具案内装置を用いて、原子力施設に設けられた配管の内周を溶接する溶接方法であって、配管の軸方向に対して直交方向に切った断面において、配管の中心を通る鉛直方向に引いた中心線を挟んで、一方側の内周を第１半周とし、他方側の内周を第２半周とした場合、供給位置変更手段によって、第１半周の上方側から下方側へ向かって移動する溶接電極に対し、溶加体が先行する第１供給位置へ相対的に変更する第１供給位置変更工程と、第１供給位置変更工程後、第１半周の上方側から下方側へ向かって、溶接電極および溶加体を移動させながら下進溶接を行う第１下進溶接工程と、第１下進溶接工程後、供給位置変更手段によって、第２半周の上方側から下方側へ向かって移動する溶接電極に対し、溶加体が先行する第２供給位置へ相対的に変更する第２供給位置変更工程と、第２供給位置変更工程後、第２半周の上方側から下方側へ向かって、溶接電極および溶加体を移動させながら下進溶接を行う第２下進溶接工程と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、溶接電極に対する溶加体の相対的な供給位置を、第１半周に適した第１供給位置とすることができ、この状態で、第１半周の下進溶接を行うことができる。また、溶接電極に対する溶加体の相対的な供給位置を、第２半周に適した第２供給位置とすることができ、この状態で、第２半周の下進溶接を行うことができる。これにより、配管の内周を好適に溶接することができるため、溶接後の配管を、信頼性の高いものとすることができる。

本発明の原子力施設で使用される溶接装置、先端工具案内装置および溶接方法によれば、供給位置変更手段によって、溶接電極に対し溶加体を適切な供給位置へ移動させることができるため、溶接部分に対し、信頼性の高い溶接を行うことが可能となる。

図１は、本実施例に係る溶接装置を装着した先端工具案内装置の外観斜視図である。 図２は、本実施例に係る溶接装置の外観斜視図である。 図３は、溶接ワイヤが第１供給位置に移動した場合における溶接装置の要部の破断図である。 図４は、溶接ワイヤが第２供給位置に移動した場合における溶接装置の要部の破断図である。 図５は、本実施例に係る溶接方法の第１上進溶接工程の説明図である。 図６は、本実施例に係る溶接方法の第２上進溶接工程の説明図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る原子力施設で使用される溶接装置、先端工具案内装置および溶接方法について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

先ず、図１を参照して、本実施例に係る溶接装置１７ａを先端工具１７として装着した先端工具案内装置１０について説明する。先端工具案内装置１０は、加圧水型軽水炉原子力発電設備に設けられた蒸気発生器の水室１内に設置されるものである。そして、先端工具案内装置１０は、水室１の下部に設けられた管台２と管台２に接続した円筒管（丸管）３との接続部分の内周面４に、検査、切削や溶接等の各種処理を施すものである。

先端工具案内装置１０は、水室１の底面から天面にかけて立設する旋回支持部１４と、スライド機構を有すると共に旋回支持部１４に着脱自在に連結されたスライドテーブル１５と、スライドテーブル１５に着脱自在に装着されるマニピュレーター１６と、マニピュレーター１６の先端に着脱自在に装着される先端工具１７とを備えている。そして、先端工具案内装置１０は、旋回支持部１４、スライドテーブル１５、マニピュレーター１６および先端工具１７に、それぞれ解体可能に構成されると共に、組立可能に構成されている。また、先端工具案内装置１０には制御装置１８が接続されており、制御装置１８により先端工具案内装置１０の各種動作が制御されている。

旋回支持部１４は、水室１の底面に設置される下部ベース２０と、下部ベース２０の上部に設けられ、下部ベース２０に対して旋回移動可能な柱状の旋回部２１と、旋回部２１の上部に設けられ、旋回部２１に設けた昇降機構により下部ベース２０に対して昇降移動可能な上部支持部２２とを有している。

旋回支持部１４を設置する場合は、先ず、下部ベース２０を水室１の底面に設置し、この後、昇降機構により上部支持部２２を鉛直方向に上昇させて水室１の天面に押し付ける。これにより、旋回支持部１４は、水室１の底面および天面に対し、鉛直方向に突っ張った状態で固定される。

スライドテーブル１５は、基端部を旋回部２１の上部に連結するテーブル部３０と、テーブル部３０上をスライド移動するスライド部３１と、テーブル部３０の先端部に回動軸２４を介して回動自在に連結された支持部２３とを有しており、スライド部３１は、図示しない駆動部によって、スライド移動可能となっている。スライド部３１には、マニピュレーター１６を着脱自在に装着可能な第１ツールチェンジャー３２が設けられている。また、支持部２３は、その基端部が回動軸２４を中心に、収容位置と支持位置との間で移動可能となっており、支持部２３の基端部は、旋回部２１の下部に連結される。

スライドテーブル１５を旋回支持部１４に設置する場合は、テーブル部３０の基端部を旋回部２１の上部に連結した後、支持部２３の基端部を、収容位置から支持位置に回動させ、支持部２３の基端部を旋回部２１の下部に連結する。

マニピュレーター１６は、いわゆる７軸マニピュレーターであり、その基端部は、スライド部３１の第１ツールチェンジャー３２に着脱自在に連結されている。マニピュレーター１６の先端部には、先端工具１７を着脱自在に装着する第２ツールチェンジャー３５が設けられている。なお、マニピュレーター１６は、上記の制御装置１８により、その動作が制御されている。

従って、蒸気発生器の水室１内で組み立てられた先端工具案内装置１０は、管台２と管台２に接続した円筒管３との接続部分の内周面４に対し、装着した先端工具１７によって各種処理を行うことができる。また、先端工具案内装置１０は、制御装置１８によりマニピュレーター１６を制御することにより、先端工具１７を内周面４に倣って案内することができ、内周面４の全周に亘って各種処理を行うことができる。

ここで、先端工具１７は、例えば、上記の内周面４にショットピーニング処理を行う先端工具１７、上記の内周面４を検査する先端工具１７や、上記の内周面４に溶接処理を行う先端工具１７等が用意されている。なお、以下の説明では、溶接処理を行うことが可能な先端工具１７を用いた場合について説明する。

図２ないし図４に示すように、この先端工具１７は、いわゆる管台２と円筒管３との接続部分における内周面４に溶接を行うことが可能な溶接装置１７ａであり、マニピュレーター１６は、この溶接装置１７ａを内周面４に倣って周方向に移動させている。溶接装置１７ａは、装置フレーム７０と、装置フレーム７０の先端側に取り付けられた溶接を行うトーチヘッド部７１と、装置フレーム７０の後端側に取り付けられた溶接ワイヤ（溶加体）Ｗを供給するワイヤリール部７２と、を備えている。なお、本実施例では、溶加体として溶接ワイヤＷを用いたが、溶加棒を適用してもよい。

装置フレーム７０には、トーチヘッド部７１とワイヤリール部７２との間に配置されたジョイントプレート７５が設けられており、このジョイントプレート７５は、第２ツールチェンジャー３５に着脱自在に構成されている。また装置フレーム７０は、ジョイントプレート７５を挟んで、その先端側に設けられた先端側装置フレーム７６と、その後端側に設けられた後端側装置フレーム７７とを有している。そして、先端側装置フレーム７６には、トーチヘッド部７１が取り付けられ、後端側装置フレーム７７には、ワイヤリール部７２が取り付けられる。このとき、後端側装置フレーム７７は、第２ツールチェンジャー３５と干渉しないように、第２ツールチェンジャー３５の側方に延在して設けられる。

トーチヘッド部７１は、溶接電極５０を有する溶接トーチ４０と、ＡＶＣ軸４１と、ワイヤノズル４２と、ワイヤノズル反転機構（供給位置変更手段）４３と、溶接監視カメラ（撮像手段）４４と、第１照明４５および第２照明４６と、倣い用センサ（検出センサ）４７と、を備えており、これらは先端側装置フレーム７６に取り付けられている。また、トーチヘッド部７１には、第１照明４５、第２照明４６、溶接監視カメラ４４および倣い用センサ４７を冷却する冷却装置４８が設けられている。

溶接トーチ４０は、アーク溶接として、例えば、ＴＩＧ溶接を実行可能に構成され、タングステン等で構成された溶接電極５０と、溶接電極５０を覆う溶接ノズル５１とを備えている。溶接電極５０は、その軸方向が内周面に対し垂直となっており、溶接ノズル５１の内部はシールドガスで満たされている。なお、本実施例の溶接トーチ４０では、ＴＩＧ溶接を実行可能に構成したが、これに限らず、ＭＩＧ溶接等の他の溶接を実行可能に構成してもよい。

ＡＶＣ（Arc Voltage Control）軸４１は、溶接トーチ４０を溶接電極５０の軸方向に移動させるものであり、制御装置１８によって軸方向への移動が制御されている。ＡＶＣ軸４１は、溶接電極５０と内周面４との間における電圧が一定となるように、内周面４に対する溶接電極５０の高さを制御することで、内周面４に対する溶接電極５０の高さを一定としている。

ワイヤノズル４２は、ワイヤリール部７２から供給された溶接ワイヤＷを、溶接電極５０に対し、所定の供給位置となるように位置決めしている。そして、このワイヤノズル４２の後端部には、ワイヤリール部７２から供給される溶接ワイヤＷの供給経路となるワイヤ管５３の一端が接続されており、ワイヤ管５３を介して供給された溶接ワイヤＷが、ワイヤノズル４２の先端部から溶接電極５０へ向けて適宜供給される。

ワイヤノズル反転機構４３は、ワイヤノズル４２を、第１供給位置Ｔ１（図３参照）と第２供給位置Ｔ２（図４参照）との間で、溶接電極５０を中心に、１８０°反転させるものである。なお、第１供給位置Ｔ１および第２供給位置Ｔ２は、溶接装置１７ａにより内周面４を溶接するときの溶接方向に応じて異ならせたときに設定される供給位置であり、詳細は、後述する溶接方法において説明する。そして、ワイヤノズル反転機構４３は、溶接トーチ４０の上方に設けられたワイヤノズル反転軸（溶加体回転軸）５５と、ワイヤノズル反転軸５５と上記のワイヤ管５３とを連結する連結部材５６（図３および図４参照）と、ワイヤノズル反転軸５５を反転させる駆動源となる駆動部５７と、を備えている。

ワイヤノズル反転軸５５は、その軸方向が溶接電極５０の軸方向と同軸となるように、溶接トーチ４０の直上に配設されている。このため、ワイヤノズル反転軸５５は、連結部材５６を介してワイヤノズル４２を反転させた場合、溶接電極５０を中心として、ワイヤノズル４２が円弧を描くように移動する。これにより、ワイヤノズル４２の反転前後において、ワイヤノズル４２から供給される溶接ワイヤＷの供給位置と溶接電極５０との間の距離は、一定とすることができる。

図３および図４に示すように、連結部材５６は、その一方の端部がワイヤ管５３に接続され、その他方の端部がワイヤノズル反転軸５５に接続されている。つまり、ワイヤノズル４２は、連結部材５６とワイヤ管５３の一部とによって、ワイヤノズル反転軸５５に連結され、換言すれば、連結部材５６は、ワイヤノズル４２とワイヤノズル反転軸５５とを間接的に連結している。このとき、ワイヤノズル反転軸５５の下方端部と溶接トーチ４０の上方端部との間は離間しており、連結部材５６の他方の端部は、ワイヤノズル反転軸５５の下方端部に連結されている。また、連結部材５６には、溶接監視カメラ４４を取り付けるためのカメラ固定フレーム６０が連結されており、カメラ固定フレーム６０は、ワイヤノズル反転軸５５により連結部材５６と一体となって反転する。

駆動部５７は、例えば、モータ等のアクチュエータにより構成されており、ワイヤノズル反転軸５５の直上側に配設され、ワイヤノズル反転軸５５を１８０°反転移動させている。そして、駆動部５７は、制御装置に接続され、制御装置１８によってその駆動を制御されている。

従って、駆動部５７により、ワイヤノズル反転軸５５を駆動させると、ワイヤノズル４２は、第１供給位置Ｔ１から、溶接電極５０を挟んで反対側に位置する第２供給位置Ｔ２へ１８０°反転する。すなわち、ワイヤノズル反転軸５５は、溶接電極５０を中心にして、ワイヤノズル４２を１８０°左回りに反転させることで、ワイヤノズル４２を第１供給位置Ｔ１から第２供給位置Ｔ２へ移動させることができる。また、ワイヤノズル反転軸５５は、溶接電極５０を中心にして、ワイヤノズル４２を１８０°右回りに反転させることで、ワイヤノズル４２を第２供給位置Ｔ２から第１供給位置Ｔ１へ移動させることができる。

溶接監視カメラ４４は、溶接トーチ４０により溶接される内周面４を撮像するものであり、溶接トーチ４０が内周面４に沿って適切に溶接を行っているか否かを監視するために用いられる。この溶接監視カメラ４４は、その撮像方向が、溶接トーチ４０により溶接される溶接部分の内周面４へ向かうように、連結部材５６に接続したカメラ固定フレーム６０に取り付けられている。つまり、カメラ固定フレーム６０は、連結部材５６を介してワイヤノズル反転軸５５に接続されているため、ワイヤノズル反転軸５５を反転させると、溶接監視カメラ４４は、ワイヤノズル４２と共に、第１撮像位置Ｓ１（図３参照）から、溶接電極５０を挟んで反対側に位置する第２撮像位置Ｓ２（図４参照）へ１８０°反転する。すなわち、ワイヤノズル反転軸５５は、溶接電極５０を中心にして、溶接監視カメラ４４を１８０°左回りに反転させることで、溶接監視カメラ４４を第１撮像位置Ｓ１から第２撮像位置Ｓ２へ移動させることができる。また、ワイヤノズル反転軸５５は、溶接電極５０を中心にして、溶接監視カメラ４４を１８０°右回りに反転させることで、溶接監視カメラ４４を第２撮像位置Ｓ２から第１撮像位置Ｓ１へ移動させることができる。これにより、反転前後において、溶接監視カメラ４４は、溶接電極５０との間の距離を一定とすることができる。

第１照明４５および第２照明４６は、溶接トーチ４０により溶接される内周面４を照らすものであり、これにより、溶接監視カメラ４４による撮像を適切に行うことができる。第１照明４５および第２照明４６は、それぞれの照射方向が、溶接トーチ４０により溶接される溶接部分の内周面４へ向かうように、先端側装置フレーム７６に取り付けられている。ここで、第１照明４５は、ワイヤノズル４２が第１供給位置Ｔ１にあり、また、溶接監視カメラ４４が第１撮像位置Ｓ１にある場合に点灯される。このため、第１照明４５は、溶接電極５０を挟んで、第１供給位置Ｔ１にあるワイヤノズル４２の反対側に配設されている。また、第２照明４６は、ワイヤノズル４２が第２供給位置Ｔ２にあり、また、溶接監視カメラ４４が第２撮像位置Ｓ２にある場合に点灯される。このため、第２照明４６は、溶接電極５０を挟んで、第２供給位置Ｔ２にあるワイヤノズル４２の反対側に配設されている。

倣い用センサ４７は、制御装置１８に接続されており、マニピュレーター１６により溶接装置１７ａを内周面４に倣って案内する際に、溶接装置１７ａの姿勢制御を行うために用いられている。倣い用センサ４７は、例えば、内周面４との間の距離を測定する複数の距離測定センサを有しており、各距離測定センサにより測定した内周面との距離を、制御装置１８に出力する。そして、制御装置１８は、取得した内周面４と各距離測定センサとの間の距離から、溶接装置１７ａが所定の姿勢となるように、マニピュレーター１６を制御している。

冷却装置４８は、第１照明４５、第２照明４６、溶接監視カメラ４４および倣い用センサ４７の周囲に、冷却水を流通させることで、これらを冷却している。具体的に、冷却装置４８は、第１照明４５の筐体内部に形成された冷却水が流通する冷却水流通経路に、冷却水を循環させることで、第１照明４５に与えられる熱を取り去っている。同様に、冷却装置４８は、第２照明４６、溶接監視カメラ４４および倣い用センサ４７の筐体内部に形成された冷却水が流通する冷却水流通経路に、冷却水を循環させることで、第２照明４６、溶接監視カメラ４４および倣い用センサ４７に与えられる熱を取り去っている。これにより、溶接装置１７ａは、高温環境下においても、冷却装置４８により熱耐性の低い機器を冷却することができるため、熱による不具合を生じさせることなく、溶接装置１７ａを好適に作動させることができる。

続いて、図２を参照して、ワイヤリール部７２について説明する。ワイヤリール部７２は、溶接ワイヤＷが巻回された巻取りドラム６５と、巻取りドラム６５から繰り出される溶接ワイヤＷをワイヤノズル４２へ向けて供給するワイヤ供給機構６６と、を備えており、後端側装置フレーム７７に取り付けられている。

巻取りドラム６５は、ワイヤ供給機構６６に対し、後端側に配設されており、ワイヤ供給機構６６によって巻回された溶接ワイヤＷが引き出されることで、回転するように構成されている。巻取りドラム６５は、その回転軸が後端側装置フレーム７７に立設しており、片持ちで軸支されている。

ワイヤ供給機構６６には、ワイヤ管５３の他端が接続されており、ワイヤ供給機構６６は、巻取りドラム６５に対し、先端側に配設されている。そして、ワイヤ供給機構６６は、巻取りドラム６５から引き出した溶接ワイヤＷを、ワイヤ管５３を介してワイヤノズル４２に供給している。つまり、巻取りドラム６５に巻回された溶接ワイヤＷは、ワイヤ供給機構６６によって引き出され、ワイヤ管５３を通過して、ワイヤノズル４２の後端部に供給される。これにより、溶接により溶接ワイヤＷが消費されたとしても、溶接ワイヤＷは、ワイヤ供給機構６６によりワイヤノズル４２へ向けて適宜供給される。

従って、溶接装置１７ａにより内周面４に対して溶接を行う場合、ワイヤノズル４２から溶接ワイヤＷを供給し、溶接トーチ４０からアーク放電を発生させて、溶接ワイヤＷを溶融しながら、内周面４に溶接を行う。そして、溶接時において、溶接装置１７ａは、第１照明４５または第２照明４６により内周面４を照らすと共に、溶接監視カメラ４４を介して内周面４を監視しながら溶接トーチ４０よる溶接を行う。

ここで、上記のように構成した溶接装置１７ａを装着した先端工具案内装置１０により、管台２と管台２に接続した円筒管３との接続部分の内周面４を溶接する場合、溶接後の内周面の信頼性を確保すべく、上進溶接により溶接を行っている。なお、上進溶接は、溶接面に沿って、鉛直方向の下方側から上方側へ向けて溶接を行う溶接方法である。以下、先端工具案内装置１０による円筒管３の接続部分の内周面４を溶接する溶接方法について、具体的に説明する。

先ず、図５および図６に示すように、内周の中心を通る鉛直方向に引いた中心線Ｉを挟んで、一方側（図示右側）を第１半周４ａとし、他方側（図示左側）を第２半周４ｂとする。このとき、第１半周４ａを上進溶接する場合と、第２半周４ｂを上進溶接する場合とでは、溶接装置１７ａの溶接方向が、正逆反対方向となる。つまり、第１半周４ａを上進溶接する場合、溶接装置１７ａは、周方向の正方向が溶接方向となり、第２半周４ｂを上進溶接する場合、溶接装置１７ａは、周方向の逆方向が溶接方向となる。

このため、先端工具案内装置１０は、第１半周４ａの溶接に先立ち、溶接電極５０に対する溶接ワイヤＷの供給位置を適切なものとする第１供給位置変更工程を行う。第１供給位置変更工程を行った後、先端工具案内装置１０は、第１半周４ａを上進溶接する第１上進溶接工程を行う。続いて、先端工具案内装置１０は、第２半周４ｂの溶接に先立ち、溶接電極５０に対する溶接ワイヤＷの供給位置を適切なものとする第２供給位置変更工程を行う。そして、第２供給位置変更工程を行った後、先端工具案内装置１０は、第２半周４ｂを上進溶接する第２上進溶接工程を行う。以下、先端工具案内装置１０による溶接方法の各工程について具体的に説明する。

第１供給位置変更工程では、第１半周４ａの内周面４に沿って下方側から上方側へ向かって移動する溶接電極５０に対して、溶接ワイヤＷが先行するように、ワイヤノズル反転機構４３により、ワイヤノズル４２を第１供給位置Ｔ１に移動させる（図５参照）。また、ワイヤノズル４２を第１供給位置Ｔ１に移動させると、この移動に伴って、溶接監視カメラ４４も第１撮像位置Ｓ１に移動する。

第１上進溶接工程では、第１照明４５を点灯させると共に溶接監視カメラ４４を作動させた状態で、マニピュレーター１６により溶接装置１７ａを第１半周４ａの内周面４に沿って下方側から上方側へ向けて移動させる。すると、溶接装置１７ａは、先行する位置にある溶接ワイヤＷを溶融しながら、円筒管３の接続部分に上進溶接を行う。

第２供給位置変更工程では、第２半周４ｂの内周面４に沿って下方側から上方側へ向かって移動する溶接トーチ４０に対し、溶接ワイヤＷが先行するように、ワイヤノズル反転機構４３によりワイヤノズル４２を第２供給位置Ｔ２に移動させる（図６参照）。また、ワイヤノズル４２を第２供給位置Ｔ２に移動させると、この移動に伴って、溶接監視カメラ４４も第２撮像位置Ｓ２に移動する。

第２上進溶接工程では、第２照明４６を点灯させると共に溶接監視カメラ４４を作動させた状態で、マニピュレーター１６により溶接装置１７ａを第２半周４ｂの内周面４に沿って下方側から上方側へ向けて移動させる。すると、溶接装置１７ａは、先行する位置にある溶接ワイヤＷを溶融しながら、円筒管３の接続部分に上進溶接を行う。

これにより、溶接装置１７ａを装着した先端工具案内装置１０は、第１上進溶接工程において第１半周４ａを上進溶接し、第２上進溶接工程において第２半周４ｂを上進溶接することにより、円筒管３の接続部分における内周面４の全周に亘って上進溶接を行うことができる。

以上の構成によれば、ワイヤノズル反転機構４３により、溶接電極５０に対する溶接ワイヤＷの供給位置を、第１供給位置Ｔ１と第２供給位置Ｔ２との間で変更することができる。このため、例えば、円筒管３の内周面４の第１半周４ａおよび第２半周４ｂに対し、上進溶接を行う場合、溶接電極５０に対し、溶接ワイヤＷが先行するように、溶接ワイヤＷの供給位置を変更することができる。このため、溶接装置１７ａは、溶融した溶接ワイヤＷを、溶接部分である内周面４に対し、好適に流し込むことができるため、上進溶接後の内周面４を信頼性の高い溶接とすることができる。

また、ワイヤノズル反転機構４３は、溶接電極５０を中心にして、ワイヤノズル４２を反転させることができるため、溶接電極５０と溶接ワイヤＷの供給位置との距離を一定とすることができる。このため、ワイヤノズル反転機構４３は、ワイヤノズル４２の反転前後において、溶接電極５０と溶接ワイヤＷの供給位置との距離を調整する必要がないため、ワイヤノズル反転機構４３の構成を簡易なものとすることができる。

さらに、以上のような溶接方法を行えば、円筒管３の内周面４の全周に対し、上進溶接を好適に行うことができるため、上進溶接後の円筒管３の接続部分を、信頼性の高い溶接とすることができる。

なお、本実施例の溶接方法では、円筒管３の内周面４の溶接を行う場合について説明したが、これに限らず、例えば、円筒管３の外周面の溶接を行う場合に適用してもよい。すなわち、中心線Ｉを挟んで図示右側の外周を第１半周とし、図示左側の外周を第２半周とし、先端工具案内装置１０は、ワイヤノズル反転機構４３により溶接電極５０に対して溶接ワイヤＷの供給位置を適宜変更し、溶接トーチ４０により第１半周および第２半周に上進溶接を行ってもよい。

また、本実施例の溶接方法では、円筒管３の内周面４に対し、上進溶接を行ったが、これに限らず、下進溶接を行ってもよい。なお、下進溶接は、溶接面に沿って、鉛直方向の上方側から下方側へ向けて溶接を行う溶接方法である。簡単に説明すると、この溶接方法では、第１供給位置変更工程と、第１下進溶接工程と、第２供給位置変更工程と、第２下進溶接工程とを行っている。

第１供給位置変更工程では、第１半周４ａの内周面４に沿って上方側から下方側へ向かって移動する溶接電極５０に対して、溶接ワイヤＷが先行する位置（溶接電極を挟んで、第１供給位置Ｔ１とは、逆側の位置）に、ワイヤノズル４２を移動させる。第１下進溶接工程では、マニピュレーター１６により溶接電極５０を第１半周４ａの内周面４に沿って上方側から下方側へ向けて移動させる。

第２供給位置変更工程では、第２半周４ｂの内周面４に沿って上方側から下方側へ向かって移動する溶接電極５０に対して、溶接ワイヤＷが先行する位置（溶接電極を挟んで、第２供給位置Ｔ２とは、逆側の位置）に、ワイヤノズル４２を移動させる。第２下進溶接工程では、マニピュレーター１６により溶接電極５０を第２半周４ｂの内周面４に沿って上方側から下方側へ向けて移動させる。

以上のような溶接方法においても、円筒管３の内周面４の全周に対し、下進溶接を好適に行うことができるため、下進溶接後の円筒管３の接続部分を、信頼性の高い溶接とすることができる。

また、本実施例の溶接装置１７ａでは、ワイヤノズル４２を、第１供給位置Ｔ１と第２供給位置Ｔ２との間で、溶接電極５０を中心に、１８０°反転させるワイヤノズル反転機構４３を適用した。しかしながら、ワイヤノズル反転機構４３に代えて、溶接電極５０を、第１溶接位置と第２溶接位置との間で、ワイヤノズル４２を中心に、１８０°反転させる溶接電極反転機構を溶接装置１７ａに適用しても良い。つまり、溶接装置１７ａに溶接電極反転機構を適用する場合、溶接装置１７ａには、ワイヤノズル４２に代えて溶接電極５０が配設され、溶接電極５０に代えてワイヤノズル４２が配設される。そして、溶接電極反転機構は、ワイヤノズル４２を中心として回転可能な溶接電極回転軸と、溶接電極回転軸と溶接電極とを連結する連結部材と、溶接電極回転軸を反転させる駆動源となる駆動部とで構成される。これにより、溶接電極反転機構は、溶接電極５０に対する溶接ワイヤＷの供給位置を、相対的に変更することができる。この構成に合わせて、上進溶接または下進溶接における上記の溶接方法において、第１供給位置変更工程および第２供給位置変更工程では、ワイヤノズル４２を中心に、溶接電極５０を移動させることが好ましい。

以上のように、本発明に係る原子力施設で使用される溶接装置、先端工具案内装置および溶接方法は、水室の管台と管台に接続した配管との接続部分の内周面を溶接する場合において有用であり、特に、先端工具案内装置の先端部に溶接装置を装着する場合に適している。

１ 水室
２ 管台
３ 円筒管
４ 内周面
４ａ 第１半周
４ｂ 第２半周
１０ 先端工具案内装置
１４ 旋回支持部
１５ スライドテーブル
１６ マニピュレーター
１７ 先端工具
１７ａ 溶接装置
１８ 制御装置
３２ 第１ツールチェンジャー
３５ 第２ツールチェンジャー
４０ 溶接トーチ
４１ ＡＶＣ軸
４２ ワイヤノズル
４３ ワイヤノズル反転機構
４４ 溶接監視カメラ
４５ 第１照明
４６ 第２照明
４７ 倣い用センサ
４８ 冷却装置
５０ 溶接電極
５１ 溶接ノズル
５３ ワイヤ管
５５ ワイヤノズル反転軸
５６ 連結部材
５７ 駆動部
６０ カメラ固定フレーム
６５ 巻取りドラム
６６ ワイヤ供給機構
７０ 装置フレーム
７１ トーチヘッド部
７２ ワイヤリール部
７５ ジョイントプレート
Ｗ 溶接ワイヤ
Ｔ１ 第１供給位置
Ｔ２ 第２供給位置
Ｉ 中心線

Claims (10)

1. 溶接部分へ向けてアーク放電を生じさせる溶接電極と、
   前記溶接電極からのアーク放電によって溶融可能な溶加体と、
   前記溶接電極に対する前記溶加体の供給位置を相対的に変更可能な供給位置変更手段と、を備えたことを特徴とする原子力施設で使用される溶接装置。
2. 前記供給位置変更手段は、前記溶接部分に沿って移動する前記溶接電極に対し、前記溶加体が先行するように、前記溶加体の供給位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の原子力施設で使用される溶接装置。
3. 前記供給位置変更手段は、
   前記溶接電極を中心として回転可能な溶加体回転軸と、
   前記溶加体と前記溶加体回転軸と連結する連結部材と、
   前記溶加体回転軸を回転させる駆動手段と、を有し、
   前記駆動手段により前記溶加体回転軸を、前記溶接電極を中心に回転させることで、前記溶加体の供給位置を変更させることを特徴とする請求項１または２に記載の原子力施設で使用される溶接装置。
4. 前記供給位置変更手段は、
   前記溶加体を中心として回転可能な溶接電極回転軸と、
   前記溶接電極と前記溶接電極回転軸と連結する連結部材と、
   前記溶接電極回転軸を回転させる駆動手段と、を有し、
   前記駆動手段により前記溶接電極回転軸を、前記溶加体を中心に回転させることで、前記溶接電極の溶接位置を変更させることを特徴とする請求項１または２に記載の原子力施設で使用される溶接装置。
5. 前記溶接部分を照らす照明と、
   前記溶接部分を撮像する撮像手段と、
   前記溶接部分に沿って前記溶接電極を移動させる移動制御を行うために用いられる検出センサと、
   少なくとも前記照明、前記撮像手段および前記検出センサのいずれか１つの周囲に、冷却水を流通させて冷却する水冷手段と、を更に備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の原子力施設で使用される溶接装置。
6. 前記溶接部分は、前記原子力施設に設けられた配管であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の原子力施設で使用される溶接装置。
7. 前記配管は、蒸気発生器の水室に設けられた管台に接続される丸管であることを特徴とする請求項６に記載の原子力施設で使用される溶接装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子力施設で使用される溶接装置と、
   先端部に前記溶接装置を着脱自在に取り付け可能なマニピュレーターと、を備えたことを特徴とする先端工具案内装置。
9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子力施設で使用される溶接装置または請求項８に記載の先端工具案内装置を用いて、前記原子力施設に設けられた配管の内周を溶接する溶接方法であって、
   前記配管の軸方向に対して直交方向に切った断面において、前記配管の中心を通る鉛直方向に引いた中心線を挟んで、一方側の内周を第１半周とし、他方側の内周を第２半周とした場合、
   前記供給位置変更手段によって、前記第１半周の下方側から上方側へ向かって移動する前記溶接電極に対し、前記溶加体が先行する第１供給位置へ相対的に変更する第１供給位置変更工程と、
   前記第１供給位置変更工程後、前記第１半周の下方側から上方側へ向かって、前記溶接電極および前記溶加体を移動させながら上進溶接を行う第１上進溶接工程と、
   前記第１溶接工程後、前記供給位置変更手段によって、前記第２半周の下方側から上方側へ向かって移動する前記溶接電極に対し、前記溶加体が先行する第２供給位置へ相対的に変更する第２供給位置変更工程と、
   前記第２供給位置変更工程後、前記第２半周の下方側から上方側へ向かって、前記溶接電極および前記溶加体を移動させながら上進溶接を行う第２上進溶接工程と、を備えたことを特徴とする溶接方法。
10. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の原子力施設で使用される溶接装置または請求項８に記載の先端工具案内装置を用いて、前記原子力施設に設けられた配管の内周を溶接する溶接方法であって、
    前記配管の軸方向に対して直交方向に切った断面において、前記配管の中心を通る鉛直方向に引いた中心線を挟んで、一方側の内周を第１半周とし、他方側の内周を第２半周とした場合、
    前記供給位置変更手段によって、前記第１半周の上方側から下方側へ向かって移動する前記溶接電極に対し、前記溶加体が先行する第１供給位置へ相対的に変更する第１供給位置変更工程と、
    前記第１供給位置変更工程後、前記第１半周の上方側から下方側へ向かって、前記溶接電極および前記溶加体を移動させながら下進溶接を行う第１下進溶接工程と、
    前記第１下進溶接工程後、前記供給位置変更手段によって、前記第２半周の上方側から下方側へ向かって移動する前記溶接電極に対し、前記溶加体が先行する第２供給位置へ相対的に変更する第２供給位置変更工程と、
    前記第２供給位置変更工程後、前記第２半周の上方側から下方側へ向かって、前記溶接電極および前記溶加体を移動させながら下進溶接を行う第２下進溶接工程と、を備えたことを特徴とする溶接方法。

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