JP2012032291A - 管台の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部の補修作業を容易に自動化可能で作業者の負担軽減を図ることが可能な管台補修方法を提供する。
【解決手段】原子炉容器１を貫通し該原子炉容器１に肉盛部１３およびＪ溶接部１４を介して固定された既設の管台２の補修方法において、肉盛部１３およびＪ溶接部１４を複数のエリアに分割して該エリア毎に予め所定の開先形状を設定し、これら複数のエリアのうち、肉盛部１３およびＪ溶接部１４の損傷箇所を含むエリアを特定して、該エリアを予め設定された所定の開先形状で切削除去する工程と、該切削除去された開先を肉盛補修によって埋め戻す工程と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、原子炉容器の管台の補修方法に関するものであり、特に溶接部位の補修に係るものである。

炭素鋼や低合金鋼製の容器を備える原子炉容器にあっては、その底部の球形鏡にステンレス鋼やニッケル基合金製の管台が溶接により取り付けられている。具体的には、図２に示すように、溶接による管台の劣化を防止するために球形鏡５側にステンレス鋼やニッケル基合金材料で肉盛溶接して溶接後熱処理を実施した後に、Ｊ溶接により管台を球形鏡５に取り付けている。
上述した肉盛溶接およびＪ溶接による溶接部位１３，１４は、応力腐食割れ（ＳＣＣ）等の経年劣化により損傷する可能性がある。そのため、肉盛溶接およびＪ溶接による溶接部位に損傷が生じた場合および損傷の虞がある場合には、管台２の補修を行っている。
管台２の補修方法としては、従来、既設の管台２および溶接部位１３，１４を全て除去し、除去した開先を溶接により埋め直し、新規の管台を挿入して溶接により再度接合するという方法があり、例えば近年、既設管台２および溶接部位１３，１４を除去し、炭素鋼又は低合金鋼面に対して肉盛溶接し、継手溶接用加工を行った後に管台２を設置して継手溶接を行う方法が提案されている（例えば、引用文献１参照）。

特許第２５３００１１号公報

ところで、上述した原子炉容器の内部は、水中環境又は放射線線量の高い気中環境であることから、管台補修に係る溶接や加工作業等は自動装置で行うことが望ましく、従来の管台補修方法にあっては、既設の溶接部位１３，１４が３次元鞍型のような複雑な形状であり、管台２が球形鏡５に林立された狭隘環境にあるため、既設の溶接部位１３，１４と同様の構造に復旧しようとした場合、狭隘環境での３次元溶接が可能で小型な、非常に高性能な溶接装置が必要となるため、作業の自動化が容易でないという課題がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶接部の補修作業を容易に自動化可能で作業者の負担軽減を図ることが可能な管台補修方法を提供するものである。

本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の構成を採用する。
本発明に係る管台の補修方法は、原子炉容器を貫通し該原子炉容器に肉盛部および溶接部を介して固定された既設の管台の補修方法において、前記肉盛部および前記溶接部を複数のエリアに分割して該エリア毎に予め所定の開先形状を設定し、前記複数のエリアのうち、前記肉盛部および溶接部の損傷箇所を含むエリアを特定して、該エリアを予め設定された所定の開先形状で切削除去する工程と、該切削除去された開先を肉盛補修によって埋め戻す工程と、を備えることを特徴としている。
本発明に係る管台の補修方法によれば、損傷箇所を含む肉盛部および溶接部を、エリア毎に予め設定された開先形状により、切削除去して肉盛補修により埋め戻すことで、管台補修に係る溶接や加工作業を単純化することができるため、例えば、水中環境や放射線線量の高い気中環境などの原子炉容器の内部における溶接や加工作業等に熟練が必要なくなり、自動装置を用いた遠隔補修が可能になる。さらに、予め設定された開先形状に切削して肉盛補修を行うので、狭いエリアに管台が林立するような狭隘な環境であっても、複雑な切削作業や溶接作業が必要とならないため、小型で３次元溶接が可能な高性能な自動装置を用いずに作業の自動化を図ることができる。

また、本発明の管台の補修方法は、上記本発明の管台の補修方法において、前記複数のエリアを前記管台の周方向に分割して設けても良い。
このように構成することで、管台の周囲の原子炉容器の壁面が傾斜している場合であっても、例えば、山側用の開先形状や、谷側の開先形状など、壁面の傾斜に対応した最適な形状で切削除去した後に、この切削除去した部分を肉盛補修により埋め戻すことができる。

さらに、本発明の管台の補修方法は、上記本発明の管台の補修方法において、損傷又は損傷可能性のある箇所が前記肉盛部および前記溶接部の全域に亘る場合に、前記管台上部を切断除去する工程と、予め設定された所定の開先形状で、前記肉盛部および前記溶接部の全域を切削除去する工程と、該切削除去された開先を肉盛補修によって埋め戻す工程と、該肉盛補修により埋め戻された埋め戻し部に新たな管台上部を接合する工程とを備えるようにしもよい。
このように構成することで、損傷箇所が明らかな場合に加えて、非破壊検査が困難な場合など、肉盛部および溶接部に明らかな損傷箇所が認められない場合であっても、切削除去の際に邪魔になる管台上部を切断除去し、損傷可能性がある肉盛部および溶接部の全域を、予め設定された開先形状で全て切削除去して、前記開先に肉盛補修した後、新たな管台上部を接合することで、損傷可能性のある肉盛部および溶接部の全域を切削除去することができるとともに、肉盛部および溶接部の全域を切削除去する際の溶接や加工作業を単純化して自動装置を用いた遠隔補修を行うことができる。

そして、本発明の管台の補修方法は、上記本発明の管台の補修方法において、前記開先の埋め戻し量を、前記切削除去される前よりも少ない埋め戻し量としてもよい。
このように構成することで、補修前の肉盛部および補修前の溶接部と同じだけ溶接する場合と比較して、溶接量を低減することができ、例えば、肉盛補修時の溶接量を必要最小限にすることができる。

さらに、本発明の管台の補修方法は、上記本発明の管台の補修方法において、前記肉盛補修をテンパービード法による溶接としてもよい。
このように構成することで、肉盛補修時に、例えば、肉盛部を形成した後に溶接部を形成する場合と比較して、肉盛部を形成した後に行う溶接後熱処理を行う必要がなくなるため、作業工程が減少し、より容易に作業の自動化を図ることができる。

本発明に係る管台の補修方法によれば、管台補修に係る溶接や加工作業を単純化して、例えば、水中環境や放射線線量の高い気中環境などの原子炉容器の内部における溶接や加工作業等に熟練が必要なくなり、自動装置を用いた遠隔補修が可能になるため、作業時間が短縮されて補修作業者の負担を軽減することができる効果がある。
また、複雑な切削作業や溶接作業を必要としないことで、小型で３次元溶接が可能な高性能な自動装置を用いずに作業の自動化を図ることができるため、コスト増加を抑制しつつ作業者の負担を軽減することができる効果がある。

本発明の第１実施形態における原子炉容器下部の部分断面図である。 管台の取り付け構造を示す横断面図である。 管台周りに設定される各エリアを説明する図である。 管台の谷側を切削除去して開先を形成する工程を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図４の開先に補修肉盛部および補修Ｊ溶接部を形成する工程を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 管台の谷側のエリアに対応付けされた開先形状を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は上面図である。 管台の山側のエリアに対応付けされた開先形状を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は上面図である。 管台の右側のエリアに対応付けされた開先形状を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は上面図である。 本発明の第２実施形態における管台周りの全域を切削除去して開先を形成する工程を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図９の開先に補修肉盛部および補修Ｊ溶接部を形成する工程を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図１０の補修Ｊ溶接部にネジ孔部および貫通孔を形成する工程を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 図１１のネジ孔部に管台上部を固定する工程を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 本発明の第３実施形態における、開先形状のコーナー部の曲率半径が１０ｍｍの場合を示す断面図である。 開先のコーナー部の曲率半径が２０ｍｍの場合の図１４に相当する図である。 テンパービード法を用いた場合のコーナー部の曲率半径が１０ｍｍの場合と２０ｍｍの場合における周囲の球形鏡の強度を示すグラフである。

次に、この発明の第１実施形態における管台２について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、炭素鋼や低合金鋼で形成された原子炉容器１下部の球形鏡５には、管台２が複数林立して取り付けられる。管台２は、それぞれステンレス鋼やＮｉ基合金からなるパイプ状に形成され、球形鏡５に鉛直方向に貫通して設けられる。これら管台２は、球形鏡５の貫通孔７の容器内側（図１中、上面側）周縁に形成された開先６に溶接されて原子炉容器１に固定される。貫通孔７の容器外側周縁には、開先加工を伴わない肉盛溶接部３が形成される。なお、図１中、符号９は炉内計装筒のセーフエンド、符号１０は、コンジットチューブ、符号１１は、セーフエンド９をコンジットチューブ１０に固定するためのステンレス溶接部である。

図２に示すように、球形鏡５に形成された貫通孔７を通じて、管台２の管台上部２ａが原子炉容器１の内部に配置され、管台２下部が原子炉容器１の外部に配置される。原子炉容器１は、その内面に鏡面仕上げされたステンレス層８を備えており、管台２は、貫通孔７の球形鏡５の内面側の周縁に形成された開先６に溶接で固定されて球形鏡５に取り付けられる。開先６への溶接は、まず開先加工として切削した開先６の内面にステンレス鋼またはＮｉ基合金材料による肉盛溶接を行うことで肉盛部１３を形成し、次いで、球形鏡５の強度を確保するべく溶接後熱処理を行い、その後、肉盛部１３上にステンレス鋼またはＮｉ基合金材料による溶接でＪ溶接部１４を形成して、このＪ溶接部１４により管台２と球形鏡５とを接続固定している。ここで、肉盛部１３およびＪ溶接部１４は経年劣化により応力腐食割れ（ＳＣＣ）等の損傷が生じる虞があり、損傷が生じた場合には補修を行うこととなる。なお、図示都合上、図２では、貫通孔７の容器外側周縁の肉盛溶接部３を省略している。

この実施形態における管台２は、上述した取り付け構造を有しており、次にこのように球形鏡５に取り付けられた管台２の補修方法について図面を参照しながら説明する。
まず、管台２周りの既存の溶接部位（肉盛部１３およびＪ溶接部１４）を上面視で分割した複数のエリアを設定し、これらエリアのうち損傷のあるエリアを特定する。ここで、複数のエリアは、図３に示すように、例えば、管台２周辺の球形鏡５の傾きにおける最も高い地点と最も低い地点とを結ぶ線に沿った方向を高低方向と仮定した場合に、管台２よりも低い側（図３中、０度側）のエリア、管台２よりも高い側（図３中、１８０度側）のエリア、管台２の左側（図３中、９０度側）のエリア、および、管台２の右側（図３中、２７０度側）のエリアの４つが設定される。なお、以下、管台２よりも低い側を「谷側」、管台２よりも高い側を「山側」と称する。

次いで、例えば、上述した管台２よりも谷側の溶接部位に損傷が存在する場合を一例に説明すると、図４（ａ），（ｂ）に示すように、谷側用に予め設定されている所定の開先形状で、肉盛部１３およびＪ溶接部１４の切削除去をエンドミル等により行う。この切削除去の作業は、切削位置および開先形状の情報を切削加工機（不図示）に設定入力することで自動的に行われる。なお、切削後に開先６の内面をゴム砥石等により成形するようにしてもよい。

上述した切削除去の作業が終了すると、次に補修溶接を行う。具体的には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、専用の溶接装置（不図示）により開先６の内面全体に層状の補修肉盛部１５を形成して、その後、この補修肉盛部１５周辺の球形鏡５を加熱する溶接後熱処理を行い、さらに、上記溶接装置により補修肉盛部１５の内側に補修Ｊ溶接部１６を形成する。この補修Ｊ溶接部１６により、切削除去前の溶接量と同等になるまで埋め戻される。この補修肉盛部１５および補修Ｊ溶接部１６を形成する肉盛補修の作業は、予めエリア毎に開先形状が設定されているため、開先形状や切削位置の情報を上記溶接装置に設定入力することで自動的に行われる。

図６〜図８は、上述したエリア毎に設定された開先形状で切削除去する部分を示している。
図６（ａ），（ｂ）は、予めエリア毎に設定された開先形状のうち、管台２の谷側のエリアに対応する開先形状で切削して埋め戻した場合を示しており、図７（ａ），（ｂ）は、予めエリア毎に設定された開先形状のうち、管台２の山側のエリアに対応する開先形状で切削して埋め戻した場合を示している。また図８（ａ），（ｂ）は、管台２の右側方のエリアに対応する開先形状で切削して埋め戻した場合を示している。図７（ａ），（ｂ）の場合、山側の開先形状が、切削時に球形鏡５の山側の内面が作業の邪魔となるため、谷側よりも上面視（図参照）の面積が大きい略台形に設定されている。また、図８（ａ），（ｂ）の場合、右側方の開先形状が、上面視で、山側の開先形状の略台形よりも、上辺および下辺が短い略台形をなし、その中心がやや山側にずれるように設定される。なお、左側方の開先形状は、上述した右側方の開先形状と管台２を基準とした対称形状であるため省略する。

上述した何れのエリアの開先形状も、損傷部を完全に除去するべく切削前の元の肉盛部１３およびＪ溶接部１４の深さに応じた切削深さに設定される。また、溶接装置のトーチを揺動させながら肉盛補修を行う場合が多いため、各開先形状の底部は、上面視の長手方向の断面形状が比較的曲率半径の大きい曲線となるように形成される。なお、この実施形態では、上述した４つのエリアのうち、何れか一つに損傷が存在する場合について説明したが、複数のエリアに個別に損傷がある場合には、それぞれの損傷箇所に対して上述した補修を個別に行う。また、２つのエリアが重なる部分に損傷箇所が存在する場合には、開先形状は、損傷部を除去・補修するのに適した方を選定する。

したがって、上述した実施形態における管台２の補修方法によれば、損傷箇所を含む肉盛部１３およびＪ溶接部１４を、予めエリア毎に設定された開先形状により、切削除去して埋め戻す肉盛補修を行うことで、管台２の補修に係る溶接や加工作業を単純化することができるため、水中環境や放射線線量の高い気中環境などの原子炉容器１の内部における溶接や加工作業等の熟練が不要となり、自動装置を用いた遠隔補修が可能になる。この結果、作業時間が短縮されて補修作業者の負担を軽減することができる。

さらに、予めエリア毎に設定された開先形状となるように切削して肉盛補修を行うので、狭いエリアに管台２が林立するような狭隘な環境であっても、複雑な切削作業や溶接作業が必要とならないため、小型で３次元溶接が可能な高性能な自動装置を用いずに作業の自動化を図ることができる。この結果、コスト増加を抑制しつつ作業者の負担を軽減することができる。

次に、この発明の第２実施形態の管台の補修方法について図面を参照しながら説明する。この第２実施形態の管台２の補修方法は、補修前の肉盛部１３およびＪ溶接部１４の損傷箇所が特定できない場合や、全体に損傷の虞が有る場合に行う補修方法であるため、上述した第１実施形態と同一部分に同一符号を付して説明する。
まず、図９に示すように、溶接装置との干渉を防止するべく管台上部２ａを切断すると共に、上述した第１実施形態の複数のエリアとは異なる、予め管台２周りの全体のエリアに対応して設定された所定の開先形状によって、肉盛部１３およびＪ溶接部１４からなる全ての溶接部位を切削除去する。この切削により形成された開先２１は、切削前の肉盛部１３およびＪ溶接部１４よりも若干大きく設定される。そして、開先２１は、その底壁２２から上方に向かって側壁２３が拡径して形成される。この開先２１の底壁２２と側壁２３とのなす角度は、切削装置および溶接装置が有する自動切削および自動溶接可能な条件に適合すべく、例えば６０度程度に設定される。

次いで、溶接によって切削除去した開先２１の内面全体に肉盛部（不図示）を形成して、溶接後熱処理を行った後に、図１０に示すように、切削前の溶接部位の溶接量よりも少ない溶接量の補修Ｊ溶接部２５を形成して埋め戻す肉盛補修を行う。この溶接量は管台上部２ａを取り付ける際の強度が十分に得られる程度の溶接量とされる。また、補修Ｊ溶接部２５の上面２６は、管台２の径方向に沿って略水平に形成される。

さらに、図１１に示すように、管台下部２ｂの軸線の延長上の補修Ｊ溶接部２５に、貫通孔２７と管台上部２ａを螺設するためのネジ孔部２８とをそれぞれ切削して形成する。そして最後に、図１２に示すように、新たな管台上部２ａの底部に形成された上記ネジ孔部２８に対応する雄ネジ部３１を、上記ネジ孔部２８に螺合して、管台上部２ａを補修Ｊ溶接部２５に固定する。これにより、管台上部２ａと管台下部２ｂとが貫通孔２７を介して連通されることとなる。

したがって、上述した第２実施形態の管台２の補修方法によれば、損傷箇所が明らかな場合に加えて、非破壊検査が困難な場合など、肉盛部１３およびＪ溶接部１４に明らかな損傷が認められない場合であっても、切削除去の際に邪魔になる管台上部２ａを切断除去し、損傷可能性がある肉盛部１３およびＪ溶接部１４の全域を、予め設定された開先形状で全て切削除去して、その開先２１に肉盛補修した後、新たな管台上部２ａを接合することで、損傷可能性のある肉盛部１３およびＪ溶接部１４の全域を切削除去することができるとともに、肉盛部１３およびＪ溶接部１４の全域を切削除去する際の溶接や加工作業を単純化して自動装置を用いた遠隔補修を行うことができるため、補修作業者の更なる負担軽減を図ることが可能になる。

また、補修により全ての肉盛部１３およびＪ溶接部１４をより耐ＳＣＣ性に優れた材料（例えば、６９０系Ｎｉ基合金など）に置き換えた場合には、補修後の損傷再発のリスクを軽減することができる。
さらに、肉盛補修による溶接量を、切削除去される前の肉盛部１３およびＪ溶接部１４よりも少ない溶接量、例えば必要最小限の溶接量に設定することで、補修前の肉盛部１３および補修前のＪ溶接部１４と同じ溶接量とした場合と比較して、強度を確保しつつ作業時間を短縮できるため、補修作業者の更なる負担軽減を図ることが可能になる。

次に、この発明の第３実施形態の管台の補修方法について図面を参照しながら説明する。なお第１実施形態および第２実施形態と同一部分には同一符号を付して説明する。
この第３実施形態の管台の補修方法は、上述した第１実施形態および第２実施形態の管台の補修方法で行っている肉盛補修を、テンパービード法で行う点でのみ異なっている。具体的には、上述した第１実施形態および第２実施形態の同様に肉盛部１３およびＪ溶接部１４を切削除去する作業を行った後に、テンパービード法により肉盛補修を行っている。

上記テンパービード法による埋め戻し溶接を実施する場合、球形鏡５の炭素鋼や低合金鋼の靭性確保の観点から、テンパービード溶接後の球形鏡５の硬度が、例えば３５０ＨＶよりも低くなるのが好ましく、そのために溶接パス間のピッチを等しくする必要がある。そして、溶接パス間のピッチを等しくするには、開先形状を適正化する必要がある。例えば第２実施形態における開先形状の場合、開先２１のコーナー部Ｃの角度を６０度一定で、図１３に示すように、底壁２２と側壁２３とからなるコーナー部Ｃの曲率半径を１０［ｍｍ］に設定すると、図１５のグラフに示すように、コーナー部Ｃの中心から３ｍｍ程度離間した位置で、硬度が３５０ＨＶを超えてしまう。一方、図１４に示すように、コーナー部Ｃの曲率半径を２０［ｍｍ］に設定すると、図１５のグラフに示すように、コーナー部Ｃの中心から３［ｍｍ］程度離れても硬度が３５０ＨＶを超えることが無い。図示は省略するが、曲率半径が２０［ｍｍ］よりも大きくなるほど硬度の上昇は抑制される傾向にある。

したがって、上述した第３実施形態の管台２の補修方法によれば、テンパービード法を用いることで、肉盛補修の際に、肉盛部１３を形成した後に溶接後熱処理を行ってから補修Ｊ溶接部１６，２５を形成する場合と比較して、補修肉盛部１５等を形成した後に行う溶接後熱処理を行う必要がなくなるため、作業工程が減少し、より容易に作業の自動化を図ることができる。

なお、この発明は上述した実施形態の管台２の補修方法に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
例えば、上述した第３実施形態では、肉盛部１３およびＪ溶接部１４の全てを切削除去した開先２１にテンパービード法による補修溶接を行う場合を一例に説明したが、第１実施形態のように、エリア毎の開先形状で切削して管台上部２ａを切断除去しない場合にも適用できる。この場合、開先形状として曲率半径２０［ｍｍ］以上の曲面や平面によって構成するのが好ましい。

さらに、第１実施形態では、管台２を中心にして球形鏡５に傾斜があり山側と谷側とが存在し、傾斜を基準に各エリアが設定される場合を一例にして説明したが、球形鏡５の最下部近傍のように山側と谷側とが存在しない場合には、最下部近傍の切削除去用の開先形状を予め設定しておき、損傷箇所を中心にして開先６を形成すればよい。

１ 原子炉容器
２ 管台
２ａ 管台上部
６ 開先（切削部）
１３ 肉盛部
１４ Ｊ溶接部（溶接部）
１５ 補修肉盛部
１６ 補修Ｊ溶接部
２１ 開先（全域切削部）

Claims (5)

1. 原子炉容器を貫通し該原子炉容器に肉盛部および溶接部を介して固定された既設の管台の補修方法において、
   前記肉盛部および前記溶接部を複数のエリアに分割して該エリア毎に予め所定の開先形状を設定し、前記複数のエリアのうち、前記肉盛部および溶接部の損傷箇所を含むエリアを特定して、該エリアを予め設定された所定の開先形状で切削除去する工程と、
   該切削除去された切削部を肉盛補修によって埋め戻す工程と、を備えることを特徴とする管台の補修方法。
2. 前記複数のエリアは、前記管台の周方向に分割してなることを特徴とする請求項１に記載の管台の補修方法。
3. 損傷又は損傷可能性のある箇所が、前記肉盛部および前記溶接部の全域に亘る場合に、
   前記管台上部を切断除去する工程と、
   予め設定された所定の開先形状で、前記肉盛部および前記溶接部の全域を切削除去する工程と、
   該切削除去された全域切削部を肉盛補修によって埋め戻す工程と、
   該肉盛補修により埋め戻された埋め戻し部に新たな管台上部を接合する工程とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の管台の補修方法。
4. 前記全域切削部の埋め戻し量は、前記切削除去される前よりも少ない埋め戻し量であることを特徴とする請求項３に記載の管台の補修方法。
5. 前記肉盛補修は、テンパービード法による溶接であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の管台の補修方法。

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