JP2013043201A - ノズルアダプタの取り付け方法及びノズルアダプタ - Google Patents

Abstract

【課題】作業性が良く、溶接による変形を防止して高い位置精度で取り付け可能なノズルアダプタの取り付け方法及びノズルアダプタの提供。
【解決手段】ノズル１０に管形状のノズルアダプタ２０を完全溶け込み溶接によって取り付けるノズルアダプタ２０の取り付け方法であって、上記完全溶け込み溶接の際に内周面側の裏当てとなり、且つ、ノズル１０の端部１０ａの内径ｄ２よりも大きい外径ｄ１を有する裏当て部２３が、上記管形状の端部２０ａに一体で形成されているノズルアダプタ２０を冷却し、裏当て部２３をノズル１０の端部１０ａに挿入して冷やしばめする冷やしばめ工程と、上記冷やしばめ工程の後、ノズル１０の端部１０ａとノズルアダプタ２０の端部２０ａとを外周面側から上記完全溶け込み溶接する溶接工程と、を有するという手法を採用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ノズルアダプタの取り付け方法及びノズルアダプタに関するものである。

通常、原子炉圧力容器は、胴部と称される円筒状の圧力容器本体と、蓋部と称されるドーム状の圧力容器蓋とをボルト等を用いて締結することで構成されている。この原子炉圧力容器の胴部あるいは蓋部には、制御棒駆動用の棒や測定器用の棒等を挿入するために、貫通孔としてのノズルが複数設けられている。

下記特許文献１には、原子炉圧力容器のクロージャーヘッド（蓋部）に設けられた制御棒駆動用のノズルが開示されている。このノズルの端部には、管形状のノズルアダプタが完全溶け込み溶接継手によって接続されており、当該ノズルアダプタを介して制御棒駆動用の棒が挿入可能な構成となっている。

特開２００４−１７０４１３号公報

ところで、ノズルアダプタは、高い精度で機械加工済みの部品（例えば測定器用の部品等）を設置するため、溶接される側の端部とは逆側の端部に、ねじ構造等を有する場合がある。この場合、ノズルアダプタの取り付けに際しては、部品の設置のために要求される公差を満足させるため、溶接による変形を防止する必要がある。しかしながら、ノズルアダプタを完全溶け込み溶接によって取り付ける場合、溶接の際にノズルアダプタの姿勢がノズルに対して不安定になり易く、当該溶接による変形を防止することが難しいという問題がある。

この対策として、例えばバランス溶接等の検討や溶接変形ジグ等の使用が考えられる。しかし、バランス溶接の場合は、全体の変形の度合いを観察しつつ、周方向の溶接位置を変えていき、全体として変形のバランスをとる必要があり、作業が煩雑となる。また、溶接変形ジグを使用する場合は、先ず専用の溶接変形ジグを製作しなければならず、さらに、溶接変形ジグによってノズルとノズルアダプタとを固定する固定作業及び固定確認作業が別途必要となり工数が増え、作業が煩雑となる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、作業性が良く、溶接による変形を防止して高い位置精度で取り付け可能なノズルアダプタの取り付け方法及びノズルアダプタの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、ノズルに管形状のノズルアダプタを完全溶け込み溶接によって取り付けるノズルアダプタの取り付け方法であって、上記完全溶け込み溶接の際に内周面側の裏当てとなり、且つ、上記ノズルの端部の内径よりも大きい外径を有する裏当て部が、上記管形状の端部に一体で形成されている上記ノズルアダプタを冷却し、上記裏当て部を上記ノズルの端部に挿入して冷やしばめする冷やしばめ工程と、上記冷やしばめ工程の後、上記ノズルの端部と上記ノズルアダプタの端部とを外周面側から上記完全溶け込み溶接する溶接工程と、を有するという手法を採用する。
この手法を採用することによって、本発明では、ノズルアダプタの溶接側の端部に一体で形成されている裏当て部を、冷やしばめによりノズルの端部に挿入する。ノズルアダプタの温度が常温に戻れば、もとの裏当て部の外径はノズルの端部の内径よりも大きいために、外側に突っ張る形となり、ノズルアダプタはノズルに対し強固に固定される。後の溶接工程において外周面側から片側溶接する際には、裏当て部によって内周面側に良好な裏ビードを形成させることができ、また、ノズルアダプタはノズルに対し強固に固定されているので、溶接による変形を防止して高い位置精度での取り付けが可能となる。

また、本発明においては、上記溶接工程の後、上記裏当て部を機械加工により除去する裏当て部除去工程を有するという手法を採用する。
この手法を採用することによって、本発明では、溶接工程の後、不要となった裏当て部を機械加工により除去する。

また、本発明においては、上記冷やしばめ工程は、上記冷却した上記ノズルアダプタを、上記ノズルの端部に向けて移送する移送工程を含み、上記移送工程では、上記冷却した上記ノズルアダプタを、冷媒と共に移送するという手法を採用する。
この手法を採用することによって、本発明では、冷却したノズルアダプタを冷媒と共にノズルの端部に向けて移送することにより、移送に時間がかかる場合であっても、外気等の影響による温度の上昇を抑制することができるため、裏当て部のノズルの端部への挿入を、時間的に余裕を持って落ち着いて行うことが可能となる。

また、本発明においては、上記ノズルアダプタは、上記冷媒を上記裏当て部に支持させる支持部を有するという手法を採用する。
この手法を採用することによって、本発明では、冷媒を裏当て部に支持させて、ノズルアダプタを冷媒と共にノズルの端部に向けて移送することができる。裏当て部は、溶接工程の後不要となり最終的には除去される部位であるので、支持部を追加して設けてもノズルアダプタに要求される公差への影響は少ない。

また、本発明においては、上記ノズルは、原子炉圧力容器の蓋部に突出して設けられているという手法を採用する。
この手法を採用することによって、本発明では、原子炉圧力容器の蓋部に突出して設けられたノズルに対し、作業性が良く、溶接による変形を防止して高い位置精度でノズルアダプタを取り付けることが可能となる。

また、本発明においては、ノズルに完全溶け込み溶接によって取り付けられる管形状のノズルアダプタであって、その管形状の端部に、上記完全溶け込み溶接の際に内周面側の裏当てとなり、且つ、上記ノズルの端部の内径よりも大きい外径を有する裏当て部が、一体で形成されているという構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、ノズルに対し、作業性が良く、溶接による変形を防止して高い位置精度での取り付けが可能となる。

本発明によれば、作業性が良く、溶接による変形を防止して高い位置精度で取り付け可能なノズルアダプタの取り付け方法及びノズルアダプタが得られる。

本発明の実施形態における原子炉圧力容器の蓋部の構成を示す図である。 本発明の実施形態における原子炉圧力容器の蓋部に設けられたノズルの継手構造の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態における完全溶け込み溶接する前のノズルアダプタの端部及びノズルの端部の構成を示す断面図である。 本発明の実施形態におけるノズルアダプタの取り付け方法を説明する図である。 本発明の一別実施形態における裏当て部の構成を示す断面図である。 本発明の一別実施形態における裏当て部の構成を示す断面図である。 本発明の一別実施形態における裏当て部の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態における原子炉圧力容器の蓋部１００の構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態における原子炉圧力容器の蓋部１００に設けられたノズル１０の継手構造の構成を示す断面図である。

図１に示すように、原子炉圧力容器の蓋部１００は、略半球屋根形状を有する。蓋部１００の下部には、フランジ１０１が全周に亘って設けられている。フランジ１０１には、蓋部１００が圧力容器本体（胴部）１０４の上に載置されたときに、当該胴部とボルト等によって締結固定可能な複数の貫通孔１０２が形成されている。

蓋部１００には、ノズル１０が鉛直方向に突出して設けられている。本実施形態のノズル１０は、原子炉圧力容器内の状態を測定する棒状の測定器を、蓋部１００を貫通して挿入するためのものであり、一つ以外は不図示であるが当該蓋部１００において複数設けられている。このノズル１０には、測定器を着脱できるノズルアダプタ２０が接続されている。なお、蓋部１００には、当該測定器用のノズル１０の他に、制御棒駆動用の棒を挿入するための制御棒駆動用のノズル１０５も複数設けられている。

図２に示すように、ノズル１０は、蓋部１００の外表面に溶接等によって一体的に設けられている。ノズル１０は、管形状を有し、蓋部１００に形成された貫通孔１０３に連通する貫通孔１１を有する。このノズル１０の上方に突出する端部１０ａには、完全溶け込み溶接継手３０を介し、ノズルアダプタ２０が取り付けられている。

ノズルアダプタ２０は、管形状を有し、ノズル１０の貫通孔１１に連通する貫通孔２１を有する。ノズルアダプタ２０の溶接側の端部２０ａに対して逆側となる非溶接側の端部２０ｂには、高い精度で測定器に関する部品を設置可能なネジ部２２が設けられている。このノズルアダプタ２０は、ネジ部２２において測定器に関する部品の設置のために要求される公差を満足させるため、ノズル１０に対して高い位置精度で取り付けられている。

続いて、ノズル１０に対して高い位置精度で取り付けることが可能な本実施形態に係るノズルアダプタ２０の構成及びそのノズルアダプタ２０を用いた取り付け方法について説明する。

（ノズルアダプタの構成）
図３は、本発明の実施形態における完全溶け込み溶接する前のノズルアダプタ２０の端部２０ａ及びノズル１０の端部１０ａの構成を示す断面図である。

図３に示すように、ノズル１０の端部１０ａ及びノズルアダプタ２０の端部２０ａは、完全溶け込み溶接の際に突き合わせられ、Ｖ形の開先形状を形成する端面１０ａ１，２０ａ１を有する。なお、ノズル１０の端部１０ａの内径は、後述する裏当て部２３のための削り代を確保するべく、最終的な貫通孔１１の径よりも縮径している。

ノズルアダプタ２０の端部２０ａには、完全溶け込み溶接の際に内周面側（貫通孔１１，２１の内周面側）の裏当てとなる裏当て部２３が一体で形成されている。裏当て部２３は、ノズルアダプタ２０の端部２０ａから突出している。また、裏当て部２３は、ノズルアダプタ２０の端部２０ａの外径よりも縮径した外径ｄ１を有する円筒形状を有する。

裏当て部２３の外径ｄ１は、ノズル１０の端部１０ａの内径ｄ２よりも大きく形成されている。外径ｄ１と内径ｄ２の差は、当該裏当て部２３を一体で備えるノズルアダプタ２０の材質（熱膨張率）に応じて設計されている。本実施形態のノズルアダプタ２０は、所定の金属材、例えば、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼から形成されている。この場合に、ノズル１０の端部１０ａの内径ｄ２が、仮に１２０ｍｍであるとき、当該裏当て部２３の外径ｄ１は、それよりも例えば０．１ｍｍ程度大きく形成される。

（ノズルアダプタの取り付け方法）
図４は、本発明の実施形態におけるノズルアダプタ２０の取り付け方法を説明する図である。

先ず、図４（ａ）に示すように、裏当て部２３が溶接側の端部２０ａに一体で形成されているノズルアダプタ２０を冷却し、裏当て部２３をノズル１０の端部１０ａに挿入して冷やしばめする（冷やしばめ工程）。
当該工程では、先ず、ノズルアダプタ２０を、例えば液体窒素等の冷媒を貯溜する冷却槽内に浸漬させ、冷媒の沸点（−１９６℃）以下の温度まで冷却する。この冷却により、裏当て部２３の外径ｄ１をノズル１０の端部１０ａの内径ｄ２よりも小さく熱収縮させる。

次に、冷却したノズルアダプタ２０を冷却槽内から取り出し、ノズル１０の端部１０ａに向けて移送する。当該移送は、移動ジグ等を用いてトロリーやクレーン等で機械的に行なってもよいし、作業者が把持して人的に行なってもよい。当該移送の間に、ノズルアダプタ２０は、外気等から熱を受けるため、当該熱の影響を考慮して冷却しておくことが好ましい。なお、ノズルアダプタ２０の材質が熱収縮し難いニッケル基合金等の場合には、熱収縮量が小さく当該熱の影響でもとの大きさに戻りやすいが、本実施形態のようにノズルアダプタ２０の材質がステンレス鋼であれば熱収縮量が比較的大きいので、時間的な余裕をもって移送することができる。

次いで、冷却したノズルアダプタ２０を縦にし、ノズル１０の端部１０ａに対して裏当て部２３を鉛直方向に挿入する。裏当て部２３の挿入により、ノズルアダプタ２０の端部２０ａとノズル１０の端部１０ａとが突き合わされ、Ｖ形の開先形状が形成される。そして、外気等から熱を受けたノズルアダプタ２０が常温（例えば２０℃）に戻れば、もとの裏当て部２３の外径ｄ１は、ノズル１０の端部１０ａの内径ｄ２よりも大きいために、外側に突っ張る形となり、ノズルアダプタ２０はノズル１０に対し強固に固定される。

上記冷やしばめ工程の後、図４（ｂ）に示すように、ノズル１０の端部１０ａとノズルアダプタ２０の端部２０ａとを外周面側から完全溶け込み溶接する（溶接工程）。
当該工程において外周面側から片側溶接する際には、裏当て部２３が内周面側に沿って配置されているため、内周面側に良好な裏ビードを有する完全溶け込み溶接継手３０が形成される。また、裏当て部２３によってノズルアダプタ２０はノズル１０に対し強固に固定されているので、開先形状に沿って周方向に溶接していっても、当該溶接の際にノズルアダプタ２０の姿勢がノズル１０に対して不安定になることはない。

したがって、溶接熱による収縮等の影響により、ノズルアダプタ２０の姿勢が傾くといったことを防止でき、ノズル１０に対してノズルアダプタ２０を高い位置精度で取り付けることができる。これにより、非溶接側の端部２０ｂに設けたネジ部２２において測定器に関する部品の設置のために要求される公差を満足させることができる。また、作業性の面においては、全体の変形の度合いを観察してバランスをとりつつ溶接する作業や、専用の溶接変形ジグを製作して固定作業及び固定確認作業を行う、といったことをする必要がなく、作業の煩わしさを解消することができる。

上記溶接工程の後、図４（ｃ）に示すように、裏当て部２３を機械加工により除去する（裏当て部除去工程）。
すなわち、溶接工程の後においては、裏当て部２３は不要となるので、当該裏当て部２３を機械加工により除去する。裏当て部２３の除去は、管内に機械工具を挿入して行うが、ノズルアダプタ２０の非溶接側の端部２０ｂには公差が要求されるネジ部２２があるため、原子炉圧力容器の蓋部１００の内側から貫通孔１０３を介してノズル１０側から挿入して行うことが好ましい（図２参照）。

本実施形態の裏当て部２３は、例えば切削により除去される。また、予め削り代を考慮して形成されているノズル１０の端部１０ａの内径側の一部も、裏当て部２３と共に除去される。その後、さらに切削や研磨等の機械加工を経て、貫通孔１１と貫通孔２１とを略同径で滑らかに連通させる。これにより、図２に示すように、ノズル１０に対してノズルアダプタ２０が高い位置精度で完全溶け込み溶接継手３０によって取り付けられた継手構造が得られる。

したがって、上述の本実施形態によれば、ノズル１０に管形状のノズルアダプタ２０を完全溶け込み溶接によって取り付けるノズルアダプタ２０の取り付け方法であって、上記完全溶け込み溶接の際に内周面側の裏当てとなり、且つ、ノズル１０の端部１０ａの内径ｄ２よりも大きい外径ｄ１を有する裏当て部２３が、上記管形状の端部２０ａに一体で形成されているノズルアダプタ２０を冷却し、裏当て部２３をノズル１０の端部１０ａに挿入して冷やしばめする冷やしばめ工程と、上記冷やしばめ工程の後、ノズル１０の端部１０ａとノズルアダプタ２０の端部２０ａとを外周面側から上記完全溶け込み溶接する溶接工程と、を有するという手法を採用することによって、ノズルアダプタ２０の溶接側の端部２０ａに一体で形成されている裏当て部２３を、冷やしばめによりノズル１０の端部１０ａに挿入することで、ノズルアダプタ２０の温度が常温に戻れば、もとの裏当て部２３の外径ｄ１はノズル１０の端部１０ａの内径ｄ２よりも大きいために、外側に突っ張る形となり、ノズルアダプタ２０はノズル１０に対し強固に固定される。後の溶接工程において外周面側から片側溶接する際には、裏当て部２３によって内周面側に良好な裏ビードを形成させることができ、また、ノズルアダプタ２０はノズル１０に対し強固に固定されているので、溶接による変形を防止して高い位置精度での取り付けが可能となる。
したがって、本実施形態によれば、作業性が良く、溶接による変形を防止して高い位置精度で取り付け可能なノズルアダプタ２０の取り付け方法及びノズルアダプタ２０が得られる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、図５に示すように、裏当て部２３の先端部の厚みｔ１を基端部の厚みｔ２より相対的に小さくする構成であっても良い。
この構成によれば、厚みの小さい裏当て部２３の先端部は、熱容量が小さく、時間的に速やかに所定の温度まで冷却することができ、厚みの大きい裏当て部２３の基端部は、熱容量が大きく、溶接の際の熱に耐え得ることができる。

また、例えば、冷やしばめ工程では、冷却したノズルアダプタ２０を、ノズル１０の端部１０ａに向けて移送する移送工程を含み、上記移送工程では、上記冷却したノズルアダプタ２０を、冷媒と共に移送するという手法を採用しても良い。
この手法によれば、通常、原子炉圧力容器の蓋部１００に設けられたノズル１０は地上数ｍ上方に位置しているため、移送に時間がかかる場合であっても、冷却したノズルアダプタ２０を冷媒と共にノズル１０の端部１０ａに向けて移送することにより、外気等の影響による温度の上昇を抑制することができ、裏当て部２３のノズル１０の端部１０ａへの挿入を、時間的に余裕を持って落ち着いて行うことが可能となる。

具体的には、図６及び図７に示すように、ノズルアダプタ２０の裏当て部２３に冷媒Ｃを支持させる支持部２４を形成することにより行うことが好ましい。支持部２４は、図６及び図７に示すように、裏当て部２３の先端部において内径側に突出している。図６において支持部２４は、落し蓋２５を介して冷媒Ｃを支持する手法を採用している。また、図７において支持部２４は、缶等の容器に入れた冷媒Ｃを支持する手法を採用している。
これらの手法によれば、冷媒Ｃを裏当て部２３に支持させて、ノズルアダプタ２０を冷媒Ｃと共にノズル１０の端部１０ａに向けて移送することができる。裏当て部２３は、溶接工程の後不要となり最終的には除去される部位であるので、支持部２４を追加して設けてもノズルアダプタ２０に要求される公差への影響は少ないという利点がある。なお、当然に、冷やしばめする前までには、当該冷媒Ｃをノズルアダプタ２０から除去する。

１０…ノズル、１０ａ…端部、２０…ノズルアダプタ、２０ａ…端部、２３…裏当て部、２４…支持部、３０…完全溶け込み溶接継手、１００…蓋部、ｄ１…外径、ｄ２…内径、Ｃ…冷媒

Claims (6)

1. ノズルに管形状のノズルアダプタを完全溶け込み溶接によって取り付けるノズルアダプタの取り付け方法であって、
   前記完全溶け込み溶接の際に内周面側の裏当てとなり、且つ、前記ノズルの端部の内径よりも大きい外径を有する裏当て部が、前記管形状の端部に一体で形成されている前記ノズルアダプタを冷却し、前記裏当て部を前記ノズルの端部に挿入して冷やしばめする冷やしばめ工程と、
   前記冷やしばめ工程の後、前記ノズルの端部と前記ノズルアダプタの端部とを外周面側から前記完全溶け込み溶接する溶接工程と、を有することを特徴とするノズルアダプタの取り付け方法。
2. 前記溶接工程の後、前記裏当て部を機械加工により除去する裏当て部除去工程を有することを特徴とする請求項１に記載のノズルアダプタの取り付け方法。
3. 前記冷やしばめ工程は、前記冷却した前記ノズルアダプタを、前記ノズルの端部に向けて移送する移送工程を含み、
   前記移送工程では、前記冷却した前記ノズルアダプタを、冷媒と共に移送することを特徴とする請求項１または２に記載のノズルアダプタの取り付け方法。
4. 前記ノズルアダプタは、前記冷媒を前記裏当て部に支持させる支持部を有することを特徴とする請求項３に記載のノズルアダプタの取り付け方法。
5. 前記ノズルは、原子炉圧力容器の蓋部に突出して設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のノズルアダプタの取り付け方法。
6. ノズルに完全溶け込み溶接によって取り付けられる管形状のノズルアダプタであって、
   その管形状の端部に、前記完全溶け込み溶接の際に内周面側の裏当てとなり、且つ、前記ノズルの端部の内径よりも大きい外径を有する裏当て部が、一体で形成されていることを特徴とするノズルアダプタ。

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