JP2013066910A - Gas shield body and underwater repair welding apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水中構造物にレーザ光を照射して該水中構造物の補修を行うに際して、溶接部ないしその近傍を局部的にドライ環境とするのに用いられるガスシールド体及び水中補修溶接装置に関するものである。 The present invention relates to a gas shield body and an underwater repair welding apparatus that are used to locally make a welded part or its vicinity a dry environment when irradiating a laser beam to the underwater structure to repair the underwater structure. Is.
水中構造物、例えば、原子炉の炉内水中構造物や使用済燃料貯蔵プール内張りに溶接欠陥、応力腐食割れ等の欠陥部が発生した場合には、グラインダや放電加工によって欠陥部を完全に除去した後に、この欠陥部の除去加工で形成された窪みに肉盛溶接による補修を行うことが望ましい。 When a defect such as a weld defect or stress corrosion cracking occurs in an underwater structure, for example, an in-water structure of a nuclear reactor or a lining of a spent fuel storage pool, the defect is completely removed by a grinder or electric discharge machining. After that, it is desirable to repair the recess formed by removing the defective portion by overlay welding.
この欠陥部を除去する補修作業には、多くの手間隙がかかることから、これに代わる有効な補修方法として、例えば、炉内水中構造物に生じた欠陥部を養生板で覆い、不活性ガスを供給しながら養生板の周縁部をレーザ溶接により隅肉溶接することで、欠陥部を炉水やプール水から隔離する水中補修溶接方法が知られている。 Since the repair work for removing the defective part takes a lot of time, an effective repair method is to cover the defective part generated in the in-furnace underwater structure with a curing plate, for example. There is known an underwater repair welding method in which a defect portion is isolated from furnace water or pool water by performing fillet welding of the peripheral portion of the curing plate by laser welding while supplying it.
この際、溶接部の近傍を局所的にドライ環境とする必要があるが、従来において、溶接部近傍の局所的なドライ環境を確保する技術を有するものとしては、例えば、特許文献1に記載された水中補修溶接装置がある。
At this time, it is necessary to locally set the vicinity of the welded portion as a dry environment. Conventionally, as a technique having a technique for ensuring a local dry environment near the welded portion, for example,
この水中補修溶接装置は、レーザ発振器で発振されたレーザ光を適切なサイズに集光して水中構造物に照射する集光部を有するレーザ溶接ヘッドと、このレーザ溶接ヘッドの先端に位置して溶接部分にシールドガスをレーザ光と同軸に供給するノズルと、このノズルに設置されたシールドボックスを備えており、このシールドボックスは、溶接部分を囲み且つ溶接部分側で開口する箱体と、この箱体の開口周縁部に取り付けられた弾性体からなっている。 This underwater repair welding apparatus has a laser welding head having a condensing part for condensing laser light oscillated by a laser oscillator to an appropriate size and irradiating the underwater structure, and is located at the tip of the laser welding head. A nozzle for supplying a shielding gas coaxially with the laser beam to the welded portion, and a shield box installed on the nozzle are provided. The shield box surrounds the welded portion and opens on the welded portion side. It consists of the elastic body attached to the opening peripheral part of a box.
この水中補修溶接装置では、ノズルを介して供給されるシールドガスで充填されるシールドボックスの弾性体を被溶接面に接触させることで、レーザ溶接時において、溶接部分の水を排除してこの溶接部分ないしその近傍の局所的なドライ環境を確保するようにしている。 In this underwater repair welding device, the welded surface of the shield box filled with the shield gas supplied through the nozzle is brought into contact with the surface to be welded, so that water in the welded portion is eliminated during laser welding. A local dry environment in a part or its vicinity is secured.
ところが、上記した従来の水中補修溶接装置おいて、弾性体を被溶接面に接触させたシールドボックスに、ノズルを介してシールドガスを連続して供給することで、溶接部分ないしその近傍のドライ環境をある程度確保することができるものの、弾性体が被溶接面上の凹凸を通過する場合などのように、弾性体及び被溶接面間に僅かながらでも隙間が生じる場合には、この隙間からシールドガスが一気に噴出して、溶接部分ないしその近傍のドライ環境が損なわれてしまう可能性があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。 However, in the conventional underwater repair welding apparatus described above, a shield gas is continuously supplied to a shield box in which an elastic body is in contact with a surface to be welded via a nozzle, so that a welded portion or a dry environment in the vicinity thereof is provided. If there is a slight gap between the elastic body and the surface to be welded, such as when the elastic body passes through the unevenness on the surface to be welded. Has a problem that there is a possibility that the welded part or the dry environment in the vicinity of the welded part may be damaged, and it has been a conventional problem to solve this problem.
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、水中補修溶接を行うに際して、被溶接面が滑らかである場合は勿論のこと、被溶接面上に凹凸があったとしても、溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つことができ、その結果、良好な補修溶接を行うことが可能になるガスシールド体及びこれを備えた水中補修溶接装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional problems, and when performing underwater repair welding, not only when the welded surface is smooth, even if there are irregularities on the welded surface, An object of the present invention is to provide a gas shield body capable of maintaining a welded portion or its vicinity in a dry atmosphere and, as a result, capable of performing excellent repair welding, and an underwater repair welding apparatus including the gas shield body.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る発明は、水中構造物をレーザ溶接により水中補修する際に、被溶接面上の溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つガスシールド体であって、ガス保持空間を多数有するシールド体本体を備え、このシールド体本体には、前記被溶接面に接触して該被溶接面上の凹凸を吸収可能に摺動する接触面と、前記溶接部に照射されるレーザ光と同軸にアルゴンガスやヘリウムガスや窒素ガスなどのシールドガスを供給するノズルの少なくとも先端が一端側に嵌合され且つ他端が前記接触面で開口する貫通孔が具備されている構成としており、この構成のガスシールド体を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
In order to achieve the above object, the invention according to
また、本発明の請求項2に係るガスシールド体は、前記シールド体本体の水中における浮遊を抑える浮遊抑止手段が備えられている構成としている。
Moreover, the gas shield body according to
一方、本発明の請求項3に係る発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器で発振されたレーザ光を集光して水中構造物の被溶接面に照射する集光部を有するレーザ溶接ヘッドと、前記レーザ溶接ヘッドの先端に位置して前記レーザ光と同軸にシールドガスを溶接部分に供給するノズルを具備して水中構造物をレーザ溶接により水中補修する水中補修溶接装置であって、請求項1又は2に記載のガスシールド体を前記ノズルに設置した構成としている。
On the other hand, an invention according to
本発明に係るガスシールド体において、ガス保持空間を多数有するシールド体本体には、ナイロン製のスポンジや目が細かいステンレス製の網を束ねて成るものや柔軟性のあるナイロン製の多孔質体を用いることができ、ガス(気泡)を保持する微小な空間を多数有していて、凹凸を吸収し且つ型崩れしないものであれば、材質はとくに限定しない。 In the gas shield body according to the present invention, the shield body body having a large number of gas holding spaces includes a nylon sponge, a bundle of fine stainless steel nets, or a flexible nylon porous body. The material is not particularly limited as long as it has a large number of minute spaces for holding gas (bubbles), absorbs irregularities and does not lose its shape.
また、本発明に係るガスシールド体において、シールド体本体の水中における浮遊を抑える浮遊抑止手段としては、例えば、シールド体本体を収容する(囲む)ケースや、シールド体本体内に設置可能な錘を採用することができるほか、シールド体本体自身の重量を重くするようにしてもよい。 Further, in the gas shield body according to the present invention, as a floating suppression means for suppressing floating of the shield body in water, for example, a case that houses (encloses) the shield body, or a weight that can be installed in the shield body. In addition to being able to be adopted, the weight of the shield body itself may be increased.
さらに、本発明に係るガスシールド体において、シールド体本体の形状は、製造のし易さを考慮して、直方体形状とすることが望ましいが、例えば、円筒形状や円錐台形状とすることも可能である。 Furthermore, in the gas shield body according to the present invention, the shape of the shield body main body is preferably a rectangular parallelepiped shape in consideration of ease of manufacturing, but may be a cylindrical shape or a truncated cone shape, for example. It is.
一方、本発明に係る水中補修溶接装置において、レーザ溶接には、YAGレーザやファイバーレーザを用いることができるほか、半導体レーザやディスクレーザを用いることができる。
この際、レーザ出力を0.8〜4.0kWとした場合、レーザ光のビーム径は、入熱過多や入熱不足を防ぐうえで、0.6〜1.0mmとすることが望ましい。
On the other hand, in the underwater repair welding apparatus according to the present invention, a YAG laser or a fiber laser can be used for laser welding, and a semiconductor laser or a disk laser can be used.
At this time, when the laser output is 0.8 to 4.0 kW, the beam diameter of the laser light is preferably 0.6 to 1.0 mm in order to prevent excessive heat input and insufficient heat input.
また、本発明に係る水中補修溶接装置は、下向姿勢及び横向姿勢のいずれの姿勢にも適用できる、すなわち、被溶接面が水中構造物の底面である場合の補修及び被溶接面が水中構造物の壁面である場合の補修のいずれの補修にも適用することができる。 In addition, the underwater repair welding apparatus according to the present invention can be applied to any posture of a downward posture and a lateral posture, that is, the repaired and welded surface is an underwater structure when the welded surface is a bottom surface of an underwater structure. It can be applied to any repair in the case of a wall surface of an object.
本発明に係るガスシールド体及び水中補修溶接装置では、水中構造物の補修を行うに際して、ノズルを介してガスシールド体にシールドガスを供給しつつシールド体本体の接触面を被溶接面に接触させて摺動させると、シールド体本体の貫通孔に供給されるシールドガスにより溶接部分の水が排除されて、この溶接部分ないしその近傍の局所的なドライ環境が確保されることとなる。 In the gas shield body and the underwater repair welding apparatus according to the present invention, when repairing the underwater structure, the contact surface of the shield body is brought into contact with the welded surface while supplying the shield gas to the gas shield body through the nozzle. When sliding, the shield gas supplied to the through hole of the shield body main body eliminates water in the welded portion, and a local dry environment in the welded portion or in the vicinity thereof is secured.
この際、ノズルを介してガスシールド体におけるシールド体本体の貫通孔に供給されるシールドガスの一部が、細かい気泡となってシールド体本体の多数のガス保持空間に保持されているうえ、シールド体本体の接触面が被溶接面上の凹凸を吸収するようになっているので、被溶接面上に凹凸があったとしても、シールド体本体の接触面と被溶接面との間からシールドガスが一気に噴出するようなことがなく、その結果、溶接部ないしその近傍はドライ雰囲気に保たれることとなって、良好な水中補修溶接を行い得ることとなる。 At this time, a part of the shield gas supplied to the through hole of the shield body in the gas shield body through the nozzle is formed as fine bubbles and held in a large number of gas holding spaces of the shield body, and the shield Since the contact surface of the body main body absorbs unevenness on the surface to be welded, even if there is unevenness on the surface to be welded, the shielding gas from between the contact surface of the shield body main body and the surface to be welded without but as you ejected once, as a result, the welding portion or the vicinity thereof so that the become be kept in a dry atmosphere, may perform better underwater repair welding.
本発明の請求項1に係るガスシールド体では、上記した構成としているので、水中補修溶接を行うに際して、被溶接面が滑らかであるか否かに関係なく、溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
Since the gas shield body according to
また、本発明の請求項2に係るガスシールド体では、上記した構成としているので、シールド体本体が水中において浮遊するのを防ぐことができる。
Moreover, since the gas shield body according to
一方、本発明の請求項3に係る水中補修溶接装置では、上記した構成としているので、溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つことができ、その結果、良好な水中補修溶接を行うことが可能になる。
On the other hand, since the underwater repair welding apparatus according to
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る水中補修溶接装置を示しており、図1に示すように、この水中補修溶接装置1は、YAGレーザ発振器2と、このYAGレーザ発振器2で発振されたレーザ光Lの光路である光ファイバ3と、この光ファイバ3を通して伝送されるレーザ光Lを適切なサイズに集光して水中構造物Sに照射する集光レンズ4を内蔵した集光部5と、レーザ光Lと同軸に配置されて溶接部分に酸化防止用のアルゴンガスやヘリウムガスや窒素ガスなど不活性シールドガスGを供給するノズル6を備えており、集光部5とノズル6とでレーザ溶接ヘッド7を構成している。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an underwater repair welding apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this underwater
また、この水中補修溶接装置1は、レーザ溶接ヘッド7のノズル6の先端部位に設置されるガスシールド体10を備えている。
このガスシールド体10は、浮遊抑止手段としてのケース11に囲まれて保持された直方体形状のシールド体本体12を具備している。このシールド体本体12は、図2にも示すように、ガス保持空間13を多数有していて、被溶接面(この実施例では後述する被覆板20)に接触してこの被溶接面の凹凸を吸収可能に摺動する接触面14と、ノズル6の先端が一端側に嵌合され且つ他端が接触面14で開口する貫通孔15が備えられている。
The underwater
The
このような構成を有する水中補修溶接装置1を用いて、水中構造物Sの補修を行うに際しては、例えば、水中構造物Sと同じ材料(例えばSUS材)で且つ板厚0.5〜4mmの薄板からなる矩形状の被覆板20で水中構造物Sに生じた欠陥部Xを含む底面Saを覆う。
When repairing the underwater structure S using the underwater
次いで、被覆板20の周縁部から中心側に入り込んだ位置において、レーザ溶接ヘッド7のノズル6からシールドガスGを流量15〜30(l/min)で供給しながら、底面Saの欠陥部Xを井桁状に囲むようにして、レーザ光Lを照射する。
Next, while supplying the shielding gas G from the nozzle 6 of the
具体的には、ビーム径0.6〜1.0(mm)、レーザ出力0.8〜4.0(kW)のレーザ光Lを溶接速度1〜2(m/min)で照射しつつ貫通溶接を行うと、溶加材でもある薄板の被覆板10はフィラーワイヤを用いることなく水中構造物Sの底面Saに固定されることとなり、多層盛りをしなくても溶接部の必要な肉厚を確保し得ることとなる。
Specifically, the laser beam L having a beam diameter of 0.6 to 1.0 (mm) and a laser output of 0.8 to 4.0 (kW) is irradiated while being irradiated at a welding speed of 1 to 2 (m / min). When welding is performed, the
上記したレーザ溶接の間において、ノズル6を介してガスシールド体10にシールドガスGを供給しつつシールド体本体12の接触面14を被覆板20に接触させて摺動させると、シールド体本体12の貫通孔15に供給されるシールドガスGにより溶接部分の水が排除されて、この溶接部分ないしその近傍の局所的なドライ環境が確保されることとなる。
During the laser welding described above, when the shield gas G is supplied to the
この際、ノズル6を介してガスシールド体10におけるシールド体本体12の貫通孔15に供給されるシールドガスGの一部が、細かい気泡となってシールド体本体12の多数のガス保持空間13に保持されているうえ、シールド体本体12の接触面14が被覆板20上の凹凸を吸収するようになっているので、被覆板20上に凹凸があったとしても、シールド体本体12の接触面14と被覆板20との間からシールドガスGが一気に噴出すようなことがなく、その結果、溶接部ないしその近傍はドライ雰囲気に保たれることとなって、良好な水中補修溶接を行い得ることとなる。
At this time, a part of the shield gas G supplied to the through
上記した実施例による水中補修溶接方法では、レーザ溶接にYAGレーザを用いた場合を示したが、これに限定されるものではなく、ファイバーレーザや半導体レーザを用いることができるほか、ディスクレーザを用いることができる。 In the underwater repair welding method according to the above-described embodiment, the case where a YAG laser is used for laser welding has been shown. However, the present invention is not limited to this, and a fiber laser or a semiconductor laser can be used, and a disk laser is used. be able to.
また、上記した実施例では、本発明に係る水中補修溶接方法を下向姿勢での補修、すなわち、被溶接面が水中構造物S上の被覆板20である場合の補修に適用した状況を示したが、これに限定されるものではなく、横向姿勢、すなわち、被溶接面が水中構造物の壁面である場合の補修にも適用することができる。
Moreover, in the above-mentioned Example, the condition which applied the underwater repair welding method concerning this invention to the repair in a downward attitude | position, ie, the repair in case the to-be-welded surface is the coating | coated
さらに、上記した実施例では、レーザ光Lのビーム径を0.6〜1.0(mm)、レーザ出力を0.8〜4.0(kW)、レーザ光Lの照射による溶接速度を1〜2(m/min)、不活性シールドガスGの流量を15〜30(l/min)と規定しているが、これに限定されるものではない。 Furthermore, in the above-described embodiment, the beam diameter of the laser beam L is 0.6 to 1.0 (mm), the laser output is 0.8 to 4.0 (kW), and the welding speed by irradiation with the laser beam L is 1. Although the flow rate of the inert shielding gas G is defined as 15 to 30 (l / min), it is not limited thereto.
本発明に係るガスシールド体及び水中補修溶接装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。 The configurations of the gas shield body and the underwater repair welding apparatus according to the present invention are not limited to the configurations of the above-described embodiments.
1 水中補修溶接装置
2 レーザ発振器
5 集光部
6 ノズル
7 レーザ溶接ヘッド
10 ガスシールド体
11 ケース(浮遊抑止手段)
12 シールド体本体
13 ガス保持空間
14 接触面
15 貫通孔
20 被覆板(被溶接面)
G 不活性シールドガス
L レーザ光
S 水中構造物
DESCRIPTION OF
12
G Inert shielding gas L Laser light S Underwater structure
Claims (3)
ガス保持空間を多数有するシールド体本体を備え、
このシールド体本体には、前記被溶接面に接触して該被溶接面上の凹凸を吸収可能に摺動する接触面と、前記溶接部に照射されるレーザ光と同軸にシールドガスを供給するノズルの少なくとも先端が一端側に嵌合され且つ他端が前記接触面で開口する貫通孔が具備されている
ことを特徴とするガスシールド体。 A gas shield body that keeps the welded part on the surface to be welded or its vicinity in a dry atmosphere when repairing the underwater structure by laser welding,
A shield body having a large number of gas holding spaces is provided.
The shield body is supplied with a shielding gas coaxially with a contact surface that contacts the welded surface and slides so as to absorb unevenness on the welded surface, and a laser beam irradiated to the welded portion. A gas shield body comprising: a through-hole having at least a tip of a nozzle fitted on one end side and having the other end opened on the contact surface.
請求項1又は2に記載のガスシールド体を前記ノズルに設置した
ことを特徴とする水中補修溶接装置。 A laser welding head having a laser oscillator, a laser welding head for condensing the laser light oscillated by the laser oscillator and irradiating the surface to be welded of the underwater structure, and the laser positioned at the tip of the laser welding head An underwater repair welding apparatus for repairing an underwater structure underwater by laser welding, including a nozzle for supplying a shielding gas coaxially with the light to a welding portion,
An underwater repair welding apparatus, wherein the gas shield body according to claim 1 or 2 is installed in the nozzle.
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