JP2016087632A - 円筒構造物の溶接システム及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒構造物をより高い精度で効率よく溶接することができる円筒構造物の溶接システム及び溶接方法を提供することにある。
【解決手段】上側円筒構造物と下側円筒構造物との円筒の軸方向の端面であり対面する溶接端面を溶接する円筒構造物の溶接システムであって、上側円筒構造物と下側円筒構造物との溶接端面に対向し、かつ、円筒の周方向に等間隔で配置された２つ以上の溶接装置と、上側円筒構造物及び下側円筒構造物と、溶接装置と、を円筒の周方向に相対回転させる移動装置と、溶接装置と移動装置との動作を制御する制御装置と、を有し、溶接装置は、溶加材と、溶加材を溶融させる加熱源を有し、溶接端面に溶加材を溶融して融合させて、溶接端面を溶接し、制御装置は、溶接装置で溶接端面を溶接させつつ、移動装置で溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、複数の円筒構造物を円筒の軸方向に重ね、接触面を溶接する円筒構造物の溶接システム及び溶接方法に関する。

複数の同じ径の円筒構造物を円筒の軸方向に重ねて溶接することで、１つの円筒構造物を製造することがある。円筒構造物としては、例えば、原子力施設の炉心槽（特許文献１参照）のように、厚みが厚く径が大きい構造物がある。

また、溶接装置としては、溶接の状況を監視する装置（特許文献２参照）や、角度を検出しつつ、溶接の条件を設定する装置（特許文献３参照）がある。

特開２００１−１０８７７８号公報 特開平５−３３７６６３号公報 特公平３−２５８６号公報

ここで、特許文献１に記載の炉心槽のように、厚みが厚い構造物の周方向を溶接する場合、溶加材を用いた溶接で、溶接を行う。この場合、周方向を一度に溶接することができないため、溶接している箇所と溶接していない箇所との差で、溶接縮み等に差が生じ、結果として下側の円筒構造物に対する上側の円筒構造物の倒れ量や倒れの向きに変動が生じる。特に大型の厚板の場合、入熱量が多い為、溶接縮み等に差の影響が大きくなり、変動が大きくなる。このため、特許文献２や特許文献３のように、倒れ量や倒れの向きを検出し、その結果に基づいて、溶接の条件を調整することで、下側の円筒構造物に対する上側の円筒構造物の倒れ量を少なくしている。また、倒れ量を補正するために、所定の角度分を溶接したら、周方向で所定角度離した位置の溶接を行うことで、倒れ量を補正しやすくすることもできるが、作業に手間がかかるという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、円筒構造物をより高い精度で効率よく溶接することができる円筒構造物の溶接システム及び溶接方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明は、上側円筒構造物と下側円筒構造物との円筒の軸方向の端面であり対面する溶接端面を溶接する円筒構造物の溶接システムであって、前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物との溶接端面に対向し、かつ、前記円筒の周方向に等間隔で配置された２つ以上の溶接装置と、前記上側円筒構造物及び前記下側円筒構造物と、前記溶接装置と、を前記円筒の周方向に相対回転させる移動装置と、前記溶接装置と前記移動装置との動作を制御する制御装置と、を有し、前記溶接装置は、溶加材と、前記溶加材を溶融させる加熱源を有し、前記溶接端面に前記溶加材を溶融して融合させて、前記溶接端面を溶接し、前記制御装置は、前記溶接装置で前記溶接端面を溶接させつつ、前記移動装置で前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させることを特徴とする。

また、前記溶接装置は、アーク溶接又は高密度エネルギで前記溶接端面を溶接することが好ましい。

また、前記上側円筒構造物の側面の位置を計測する側面位置検出部と、前記上側円筒構造物の上面の位置を計測する上面位置検出部と、を有し、前記制御装置は、前記側面位置検出部で検出した位置と、前記上面位置検出部で検出した位置に基づいて、前記下側円筒構造物に対する前記上側円筒構造物の位置ずれを検出し、検出した位置ずれに基づいて、前記移動装置と前記溶接装置の動作を制御することが好ましい。

また、前記制御装置は、前記移動装置で前記上側円筒構造物及び前記下側円筒構造物と、前記溶接装置とを前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させている間に前記側面位置検出部及び前記上面位置検出部で位置を検出させ、検出した結果に基づいて、次に、前記溶接装置で前記溶接端面を溶接させつつ、前記移動装置で前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させる条件を決定することが好ましい。

また、前記溶接装置は、前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物の前記溶接端面を前記円筒の径方向外側から溶接する外側溶接装置を含むことが好ましい。

また、前記溶接装置は、前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物の前記溶接端面を前記円筒の径方向内側から溶接する内側溶接装置を含むことが好ましい。

上記の目的を達成するために本発明は、円筒構造物の溶接方法であって、下側円筒構造物の上に、上側円筒構造物を載置し、前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物との端面であり対面する溶接端面を接触させるステップと、前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物との溶接端面に対向し、かつ、円筒の周方向に等間隔で配置された２つ以上の溶接装置で、前記溶接端面に溶加材を溶融して融合させて、前記溶接端面を溶接しつつ、前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させるステップと、を有することを特徴とする。

また、前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させるステップ、を複数回実行し、前記上側円筒構造物及び前記下側円筒構造物と、前記溶接装置とを前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させている間に前記上側円筒構造物の側面の位置と前記上側円筒構造物の上面の位置を計測するステップと、検出した結果に基づいて、次に、前記溶接装置で前記溶接端面を溶接させつつ、前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させる条件を決定するステップと、を有することが好ましい。

本発明によれば、円筒構造物をより高い精度で効率よく溶接することができるという効果を奏する。

図１は、加圧水型原子炉を表す部分断面斜視図である。 図２は、炉心槽を示す断面図である。 図３は、溶接部を含む領域を示す模式図である。 図４は、溶接システムの概略構成を示す模式図である。 図５は、溶接システムの溶接装置の配置の一例を示す模式図である。 図６は、溶接システムを用いた溶接方法の一例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、本実施形態では、原子炉の炉心槽を溶接する場合として説明するが、これに限定されない。本実施形態の円筒構造物の溶接システム及び溶接方法は、２つの円筒構造物が円筒の軸方向に繋がるように、円筒の円周形状の面を溶接する場合に用いることができる。ここで、本実施形態の円筒構造物は、円筒の板厚が厚い構造である。ここで、板厚が厚い構造物とは、例えば、厚みが３０ｍｍ以上の構造物である。なお、円筒構造物の厚みは、３０ｍｍ以上に限定されない。

まず、図１及び図２を用いて、溶接対象の一例である炉心槽を説明する。図１は、加圧水型原子炉を表す部分断面斜視図である。本実施形態の原子炉は、軽水を原子炉冷却材及び中性子減速材として使用し、炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水とし、この高温高圧水を蒸気発生器に送って熱交換により蒸気を発生させ、この蒸気をタービン発電機へ送って発電する加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）である。

図１に示すように、加圧水型原子炉４０は、原子炉容器４１を有する。原子炉容器４１は、その内部に炉内構造物が挿入できるように、原子炉容器本体４２とその上部に装着される原子炉容器蓋４３により構成されており、この原子炉容器本体４２に対して原子炉容器蓋４３が開閉可能となっている。原子炉容器本体４２は、上部が開口して下部が球面状に閉塞された円筒形状をなし、上部に一次冷却水としての軽水（冷却材）を給排する入口ノズル４４及び出口ノズル４５が形成されている。

原子炉容器本体４２内にて、入口ノズル４４及び出口ノズル４５より下方には、円筒形状をなす炉心槽４６が原子炉容器本体４２の内面と所定の隙間をもって配置されている。炉心槽４６の下部には、円板形状をなして図示しない多数の連通孔が形成された下部炉心板４８が連結されている。そして、原子炉容器本体４２内には、炉心槽４６の上方に位置して円板形状をなす上部炉心支持板４９が固定されており、この上部炉心支持板４９から複数の炉心支持柱５０を介して上部炉心板４７が吊下げ支持されている。原子炉容器本体４２内には、炉心槽４６の下方に位置して円板形状をなす下部炉心支持板５１が固定されている。下部炉心支持板５１、つまり、炉心槽４６の下側端部は、原子炉容器本体４２の内面に対して複数のラジアルキー５２により位置決め保持されている。

炉心槽４６と上部炉心板４７と下部炉心板４８により炉心５３が形成されており、この炉心５３には、多数の燃料集合体５４が配置されている。この燃料集合体５４は、多数の燃料棒が支持格子により格子状に束ねられて構成され、上端部に上部ノズルが固定される一方、下端部に下部ノズルが固定されている。そして、複数の制御棒５５は、上端部がまとめられて制御棒クラスタ５６となり、燃料集合体５４内に挿入可能となっている。上部炉心支持板４９には、この上部炉心支持板４９を貫通して多数の制御棒クラスタ案内管５７が支持されており、下端部が燃料集合体５４の制御棒クラスタ５６まで延出されている。

原子炉容器４１を構成する原子炉容器蓋４３の上部には、磁気式ジャッキの制御棒駆動装置が設けられており、原子炉容器蓋４３と一体をなすハウジング内に収容されている。多数の制御棒クラスタ案内管の上端部は、制御棒駆動装置まで延出され、この制御棒駆動装置から延出されて制御棒クラスタ駆動軸６０が、制御棒クラスタ案内管５７内を通って燃料集合体５４まで延出され、制御棒クラスタ５６を把持可能となっている。また、下部炉心支持板５１には、この下部炉心支持板５１を貫通して多数の炉内計装案内管が支持されており、上端部が燃料集合体５４まで延出されており、中性子束を計測できるセンサを挿入可能となっている。

この制御棒駆動装置は、上下方向に延設されて制御棒クラスタ５６に連結されると共に、その表面に複数の周溝を長手方向に等ピッチで配設してなる制御棒クラスタ駆動軸（以下、駆動軸と称する。）６０を磁気式ジャッキで上下動させることで、原子炉の出力を制御している。

加圧水型原子炉４０は、以上のような構成であり、制御棒駆動装置により制御棒クラスタ駆動軸６０を移動して燃料集合体５４に制御棒５５を挿入することで、炉心５３内での核分裂を制御し、発生した熱エネルギにより原子炉容器４１内に充填された軽水が加熱され、高温の軽水が出口ノズル４５から排出され、上述したように、蒸気発生器１３に送られる。

次に、図２及び図３を用いて、炉心槽の形状について説明する。図２は、炉心槽を示す断面図である。図３は、溶接部を含む領域を示す模式図である。なお、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。図２に示すように炉心槽４６は、第１部材９１と、第２部材９２と、第３部材９３と、第４部材９４と、第５部材９５と、を有する。第１部材９１と、第２部材９２と、第３部材９３と、第４部材９４と、第５部材９５と、は、いずれも円筒状の部材であり、円筒の軸方向の一方から他方に向けてこの順で配置されている。軸方向の端部に配置されている第１部材９１と、第５部材９５とは、第２部材９２、第３部材９３及び第４部材９４よりも軸方向の長さが短い。

炉心槽４６は、第１部材９１と第２部材９２とが溶接部１０１で連結され、第２部材９２と第３部材９３とが溶接部１０２で連結され、第３部材９３と第４部材９４とが溶接部１０３で連結され、第４部材９４と第５部材９５とが溶接部１０４で連結されている。なお、溶接部１０１、１０２、１０３、１０４は、溶接で各部を連結している。

ここで、第２部材９２、第３部材９３、第４部材９４は、１枚の板状部材を丸めて円筒形状としても複数の板状部材を丸めて周方向（円周方向）に繋げることで円筒形状を形成しても鋳造等で円筒形状のものを製造してもよい。

次に、溶接部１０２を代表として、溶接部の形状について説明する。炉心槽４６に含まれる溶接部１０１、１０３、１０４も同様の形状としてもよい。また、溶接部１０１、１０２、１０３、１０４は、開先の形状や、大きさ等を異なる形状としてもよいし、同じ形状としてもよい。また、溶接部１０１、１０２、１０３、１０４は、開先の形状や、大きさ等を異なる形状としても、同様の工法、作業手順に形成することが好ましい。また、溶接部１０１、１０２、１０３、１０４は、それぞれ異なる形状とし、異なる工法で形成してもよい。溶接部１０１、１０２、１０３、１０４は、円周に沿って線状に形成されており、溶接線ともいえる。溶接部１０２は、図３に示すように、第２部材９２の溶接端面１２０と、第３部材９３の溶接端面１２２とを溶接している。溶接端面１２０と溶接端面１２２とは、第２部材９２と第３部材９３の向かい合う面であり、周方向に延在するリング（円環）状の面である。溶接端面１２０は、リング形状の周方向内側に内側開先１３２が形成され、リング形状の周方向外側に外側開先１３４が形成されている。溶接端面１２２は、リング形状の周方向内側に内側開先１３６が形成され、リング形状の周方向外側に外側開先１３８が形成されている。内側開先１３２、１３６は、径方向外側に窪んだ凹部である。外側開先１３４、１３８は、径方向内側に窪んだ凹部である。溶接部１０２は、内側溶接１４０と、外側溶接１４２とを有する。内側溶接１４０は、内側開先１３２、１３６で形成された窪みに形成され、内側開先１３２、１３６と接合されている。外側溶接１４２は、外側開先１３４、１３８で形成された窪みに形成され、外側開先１３４、１３８と接合されている。溶接部１０２の内側溶接１４０と外側溶接１４２は、後述する溶接システムを用い溶加材を溶融して形成される。具体的には、溶接部１０２の内側溶接１４０と外側溶接１４２は、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接等のアーク溶接で形成される。

次に、図４及び図５を用いて、溶接部を形成する溶接システム１５０について説明する。図４は、溶接システムの概略構成を示す模式図である。図５は、溶接システムの溶接装置の配置の一例を示す模式図である。溶接システム１５０は、第２部材９２と第３部材９３との間の溶接部１０２を形成し、第２部材９２と第３部材９３との円環の面同士を溶接するシステムである。ここで、本実施形態では、加工時に第３部材９３よりも鉛直方向上側に配置される円筒構造物である第２部材９２は上側円筒構造物となり、上側円筒構造物よりも鉛直方向下側に配置される円筒構造物である第３部材９３が下側円筒構造物となる。また、図４に示す例では、第２部材９２の鉛直方向上側の面（第３部材９３側とは反対側の面）に第１部材９１が溶接されている。つまり、上側円筒構造物は、第１部材９１と第２部材９２で構成され、鉛直方向上側の端面は、第１部材９１の鉛直方向上側の端面となる。

溶接システム１５０は、移動装置１５１と、溶接ユニット１５２と、上側位置計測装置１５４と、側面位置計測装置１５６と、幅計測装置１５８と、制御装置１６０と、を有する。

移動装置１５１は、第３部材９３が載置される回転テーブル１５１ａと回転テーブル１５１ａを回転させる駆動部１５１ｂとを有する。回転テーブル１５１ａは、水平面に第３部材９３が載置される。回転テーブル１５１ａは、水平面に直交する鉛直軸を軸として、回転される。移動装置１５１は、駆動部１５１ｂで回転テーブル１５１ａを回転させることで、第３部材９３と第３部材９３の上に載置された第２部材９２とを、円筒の周方向に回転させる。

溶接ユニット１５２は、アーク溶接装置１７０、１７２、１７４、１７６を有する。アーク溶接装置１７０は、第２部材９２の溶接端面１２０と第３部材９３の溶接端面１２２とが対面する位置、つまり、第２部材９２と第３部材９３とが接する位置に対面する位置で、かつ、第２部材９２及び第３部材９３の周方向外側の面に配置されている。

アーク溶接装置１７２は、周方向において、アーク溶接装置１７０と対向する位置、つまり、アーク溶接装置１７０が配置されている位置から周方向に１８０°移動した位置に配置されている。アーク溶接装置１７４は、周方向においてアーク溶接装置１７０と同じ位置で、かつ、第２部材９２の溶接端面１２０と第３部材９３の溶接端面１２２とが対面する位置で、かつ、第２部材９２及び第３部材９３の周方向内側の面に配置されている。アーク溶接装置１７６は、周方向においてアーク溶接装置１７２と同じ位置で、かつ、第２部材９２の溶接端面１２０と第３部材９３の溶接端面１２２とが対面する位置で、かつ、第２部材９２及び第３部材９３の周方向内側の面に配置されている。

つまり、溶接ユニット１５２は、第２部材９２と第３部材９３とが接する位置に対面する位置の径方向外側の面に、１８０°間隔でアーク溶接装置１７０とアーク溶接装置１７２とが配置されている。また、溶接ユニット１５２は、第２部材９２と第３部材９３とが接する位置に対面する位置の径方向内側の面に、１８０°間隔でアーク溶接装置１７２とアーク溶接装置１７６とが配置されている。また、アーク溶接装置１７０とアーク溶接装置１７４とは、周方向の位置が同じ位置となる。アーク溶接装置１７２とアーク溶接装置１７６とは、周方向の位置が同じ位置となる。

アーク溶接装置１７０、１７２、１７４、１７６は、加熱源となるトーチ１８０と、トーチ１８０によって加熱され、溶融するワイヤ（溶加材）１８２と、を有する。アーク溶接装置１７０、１７２、１７４、１７６は、トーチ１８０で溶加材１８２及び溶接端面１２０、１２２の周辺部を加熱し、溶加材１８２を溶解して、溶接端面１２０、１２２に接合させることで、溶接端面１２０と溶接端面１２２とを溶接する。アーク溶接装置１７０、１７２、１７４、１７６としては、溶加材１８２を溶解して、溶接を行う各種装置を用いることができ、上述したようにＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接、プラズマ溶接等の溶加材と加熱源が別の溶接方法の各種装置や、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、ミグ溶接、炭酸ガスアーク溶接、セルフシールドアーク溶接等の溶加材と加熱源が一体の溶接方法の各種装置を用いることができる。

上側位置計測装置１５４は、第１部材９１の鉛直方向上側の端面の高さ方向の位置を計測する。上側位置計測装置１５４は、移動装置１５１とは別の部分に固定されており、移動装置１５１が回転しても位置が移動しない。上側位置計測装置１５４は、計測端子と対面する位置の第１部材９１の鉛直方向上側の端面の高さを計測する。上側位置計測装置１５４は、ダイヤルケージ等の接触型の位置計測装置や、レーザ変位計等の非接触型の位置計測装置を用いることができる。上側位置計測装置１５４は、移動装置１５１で第１部材９１が回転することで、周方向において計測する位置が変化する。上側位置計測装置１５４は、回転時に第１部材９１の位置を計測することで、周方向の各位置の円筒構造物の鉛直方向の位置を計測する。なお、上側位置計測装置１５４は、設計値では、鉛直方向上側の位置が周方向で同じ高さとなる位置を計測する。

側面位置計測装置１５６は、第１部材９１の径方向外側の端面の円筒構造物の径方向における位置（回転軸からの距離）を計測する。側面位置計測装置１５６は、円筒構造物の周方向（回転方向）における位置が上側位置計測装置１５４と同じ位置となる。側面位置計測装置１５６は、移動装置１５１とは別の部分に固定されており、移動装置１５１が回転しても位置が移動しない。側面位置計測装置１５６は、計測端子と対面する位置の第１部材９１の径方向外側の端面の径方向位置を計測する。側面位置計測装置１５６は、ダイヤルケージ等の接触型の位置計測装置や、レーザ変位計等の非接触型の位置計測装置を用いることができる。側面位置計測装置１５６は、移動装置１５１で第１部材９１が回転することで、周方向において計測する位置が変化する。側面位置計測装置１５６は、回転時に第１部材９１の位置を計測することで、周方向の各位置の円筒構造物の径方向の位置を計測する。なお、側面位置計測装置１５６は、設計値では、径方向の距離が周方向で同じ距離となる位置を計測する。

幅計測装置１５８は、第２部材９２に形成されたポンチ穴１８６と、第３部材９３に形成されたポンチ穴１８８と、の距離Ｄを計測する。幅計測装置１５８は、ポンチ穴１８６、１８８と接触し、距離Ｄを計測しても、非接触で距離Ｄを計測してもよい。ポンチ穴１８６、１８８は、第２部材９２、第３部材９３のそれぞれに周方向に等間隔で配置されている。幅計測装置１５８は、各位置の距離Ｄを計測することで、溶接部１０２を含む領域に生じる溶接縮み等で生じる距離Ｄの変化を計測できる。なお、本実施形態では、ポンチ穴１８６、１８８を形成したが、ポンチ穴に限定されない。幅計測装置１５８は、第２部材９２と第３部材９３との変位を検出する目印（幅検出用目印）を検出すればよい。また、目印としては、ポンチ穴以外にもマーカや、第２部材９２、第３部材にもともとある特異な形状の部分や、突起等を用いることもできる。

制御装置１６０は、上側位置計測装置１５４、側面位置計測装置１５６及び幅計測装置１５８の計測結果や予め決められた条件、また作業者の操作に基づいて、移動装置１５１及び溶接ユニット１５２の動作を制御する。

次に、図６を用いて、溶接システム１５０を用いた溶接方法の一例を説明する。図６は、溶接システムを用いた溶接方法の一例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、制御装置１６０が各部の動作を制御することで実行することができる。また、装置の設置等は、作業者が搬送機器等を用いて実行しても、制御装置１６０の制御に基づいて自動で実行してもよい。以下では、溶接する円筒構造物を上側円筒構造物、下側円筒構造物として説明する。

溶接システム１５０は、下側円筒構造物を移動装置１５１に載置し（ステップＳ１２）、上側円筒構造物を下側円筒構造物の上に載置する（ステップＳ１４）。上側円筒構造物は、下側円筒構造物と同軸上、つまり、上側円筒構造物と下側円筒構造物の溶接端面同士が接触し、かつ、円筒の中心軸が一致する位置に配置する。上側円筒構造物と下側円筒構造物とは、溶接端面に開先を形成した状態でステップＳ１４の処理を行っても、ステップＳ１４の処理を行ってから開先を形成する加工を行ってもよい。

溶接システム１５０は、上側円筒構造物を下側円筒構造物の上に載置したら、上側円筒構造物と下側円筒構造物とを仮止め溶接する（ステップＳ１６）。仮止め溶接の方法は特に限定されない。仮止め溶接は行わなくてもよい。溶接システム１５０は、仮止め溶接を行ったら、溶接装置及び各計測装置を設置する（ステップＳ１８）。具体的には、溶接システム１５０は、上側円筒構造物及び下側円筒構造物の溶接端面と対面する位置に溶接ユニット１５２の各アーク溶接装置１７０、１７２、１７４、１７６を配置する。また、溶接システム１５０は、上側位置計測装置１５４を上側円筒構造物の鉛直方向上側の面と対面する位置に設置し、側面位置計測装置１５６を上側円筒構造物の径方向外側の面と対面する位置に設置する。また、必要に応じて、幅計測装置１５８も設置する。

溶接システム１５０は、溶接装置及び各計測装置を設置したら、移動装置１５１による移動及び計測装置による計測を開始し（ステップＳ２０）、溶接を実行する（ステップＳ２２）。つまり、移動装置１５１により、上側円筒構造物及び下側円筒構造物と溶接ユニット１５２とを相対的に回転させつつ、溶接ユニット１５２の各アーク溶接装置１７０、１７２、１７４、１７６により上側円筒構造物の溶接端面と下側円筒構造物の溶接端面とを溶接する。つまり、溶接端面の間に溶加材を溶融させ溶接を行う。また、溶接システム１５０は、周方向（回転方向）において、１８０°離れた位置の２か所で、周方向外側、周方向内側の両方向から溶接を行う。

溶接システム１５０は、溶接を実行したら、上側円筒構造物及び下側円筒構造物と溶接ユニット１５２とが相対的に規定角度回転したかを判定する（ステップＳ２４）。ここで、本実施形態の溶接システム１５０は、アーク溶接装置１７０、１７２、１７４、１７６が１８０°間隔で配置されているので、規定角度は、例えば１８０°となる。なお、規定角度は、１８０°に限定されない。溶接システム１５０は、規定角度回転していない（ステップＳ２４でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ２２に戻り、移動装置１５１により相対回転を行いつつ、溶接を実行する。つまり、溶接システム１５０は、規定角度回転するまで、上側円筒構造物及び下側円筒構造物と溶接ユニット１５２とを相対的に回転させつつ、溶接を行う。

溶接システム１５０は、規定角度回転した（ステップＳ２４でＹｅｓ）と判定した場合、移動を停止する（ステップＳ２６）。つまり、移動装置１５１による上側円筒構造物及び下側円筒構造物の回転を停止し、溶接も停止し、１つの溶接パスでの溶接を終了する。

溶接システム１５０は、移動を停止したら、溶接終了かを判定する（ステップＳ２８）。つまり、上側円筒構造物と下側円筒構造物との間の溶接が完了し、溶接部が完成したかを判定する。

溶接システム１５０は、溶接終了ではない（ステップＳ２８でＮｏ）と判定した場合、測定結果に基づいて、次のパスの溶接条件を決定し（ステップＳ３０）、ステップＳ２０に戻り、次の溶接パスの溶接を行う。具体的には、溶接システム１５０は、上側位置計測装置１５４で計測した上側円筒構造物の鉛直方向上側の面と対面する位置の変動や、側面位置計測装置１５６で計測した上側円筒構造物の径方向外側の面の変動に基づいて、下側円筒構造物に対する上側円筒構造物の倒れ（傾き）等の発生を検出し、検出結果に基づいて、移動装置１５１による移動速度や、各アーク溶接装置１７０、１７２、１７４、１７６の位置や出力を決定する。溶接システム１５０は、このように溶接条件を調整することで、倒れ等を抑制しつつ、溶接を行う。溶接システム１５０は、溶接終了である（ステップＳ２８でＹｅｓ）と判定した場合、本処理を終了する。また、溶接システム１５０は、溶接終了であると判定した後、溶接部の仕上げ処理を行い、溶接部の表面を滑らかな形状としてもよい。

溶接システム１５０は、以上のように、アーク溶接装置を周方向に均等に配置し、上側円筒構造物及び下側円筒構造物と、アーク溶接装置とを、配置間隔分回転移動させつつ連続して溶接を行うことで、上側円筒構造物及び下側円筒構造物を周方向に均等に加熱しつつ溶接を行うことができる。これにより、上側円筒構造物及び下側円筒構造物に対して、溶接で加わる熱を周方向で均等にすることができ、溶接時の加工で生じる傾きの発生を低減することができる。また、配置間隔分回転移動させつつ連続して溶接を行うことで、１回の加工で多くの領域を溶接することができる。これにより溶接にかかる時間を短くすることができる。

また、溶接システム１５０は、計測結果に基づいて、溶接の条件を調整することで、下側円筒構造物に対する上側円筒構造物の倒れ（傾き）をより低減することができる。また、本実施形態の、溶接システム１５０は、上側位置計測装置１５４と側面位置計測装置１５６に基づいて、溶接の条件を調整したが、幅計測装置１５８の結果に基づいて、溶接の条件を調整してもよい。また、溶接システム１５０は、本実施形態のように、１回のパス時の計測結果に基づいて、次のパスの溶接の条件を調整することで、下側円筒構造物に対する上側円筒構造物の倒れ（傾き）が生じた場合、すぐに補正することができ、倒れをより低減することができる。

本実施形態の溶接システム１５０は、アーク溶接装置を円筒構造物の周方向に２か所、つまり、１８０度間隔で配置したが、これに限定されない。本実施形態の溶接システム１０は、アーク溶接装置を円筒構造物の周方向に等間隔（等角度間隔）で配置すればよく、周方向に３か所配置しても、４か所配置しても、５か所以上配置してもよい。溶接システム１５０は、アーク溶接装置を３か所に配置する場合、１２０度間隔で配置する。また、溶接システム１５０は、アーク溶接装置を４か所に配置する場合、９０度間隔で配置する。また、溶接システム１５０は、少なくとも周方向に配置されているアーク溶接装置の間隔分の角度範囲を規定角度として連続して回転させればよい。また、溶接システム１５０は、周方向に配置されているアーク溶接装置の間隔分の角度以上の角度範囲、例えば、３６０度を規定角度とし、連続して回転させてもよい。

本実施形態の溶接システム１５０は、アーク溶接装置を円筒構造物の内側と外側の両方に設けたが、いずれか一方のみでもよい。また、溶接システム１５０は、アーク溶接装置の設置位置を円筒構造物の内側と外側とで移動可能とし、円筒構造物の内側を溶接した後、円筒構造物の外側を溶接しても、その逆の順序で溶接してもよい。なお、いずれの場合も、円筒構造物の内側と外側のいずれかに複数のアーク溶接装置を周方向に等間隔（等角度間隔）で配置する。

また、本実施形態の溶接システム１５０は、アーク溶接装置を用いて、アーク溶接で溶加材を用いた溶接を行ったが、アーク溶接装置に代えて、高密度エネルギ溶接装置を用いて、高密度エネルギ溶接で溶加材を用いた溶接を行ってもよい。高密度エネルギ溶接装置は、電子ビーム溶接、レーザ溶接等の高密度エネルギを照射して、溶加材を溶解させ、接を行う。高密度エネルギ溶接でも、複数台を等間隔に配置して溶接を行うことで、バランス良く熱収縮させることができ、上記効果を得ることができる。

本実施形態の溶接システム１５０は、内側開先と外側開先の深さ（大きさ）を同じ形状とし、内側溶接と外側溶接を同じ深さ（大きさ）としてもよいが、異なる大きさとしてもよい。

なお、上述した実施形態では、上述した加圧水型原子炉（ＰＷＲの炉内構造物）に限定されず、上述したように円筒構造物のリング状の面同士を溶接する種々の部材の溶接に用いることができる。

４０ 加圧水型原子炉
４１ 原子炉容器
４６ 炉心槽
５３ 炉心
５４ 燃料集合体
５５ 制御棒
５７ 制御棒クラスタ案内管
６０ 制御棒クラスタ駆動軸
９１ 第１部材
９２ 第２部材
９３ 第３部材
９４ 第４部材
９５ 第５部材
１０１、１０２、１０３、１０４、１１０、１１２、１１４ 溶接部
１２０、１２２ 溶接端面
１３２、１３６ 内側開先
１３４、１３８ 外側開先
１４０ 内側溶接
１４２ 外側溶接
１５０ 溶接システム
１５１ 移動装置
１５２ 溶接ユニット
１５４ 上側位置計測装置
１５６ 側面位置計測装置
１５８ 幅計測装置
１６０ 制御装置
１７０、１７２、１７４、１７６ アーク溶接装置
１８０ トーチ
１８２ ワイヤ（溶加材）
１８６、１８８ ポンチ穴

Claims (8)

1. 上側円筒構造物と下側円筒構造物との円筒の軸方向の端面であり対面する溶接端面を溶接する円筒構造物の溶接システムであって、
   前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物との溶接端面に対向し、かつ、前記円筒の周方向に等間隔で配置された２つ以上の溶接装置と、
   前記上側円筒構造物及び前記下側円筒構造物と、前記溶接装置と、を前記円筒の周方向に相対回転させる移動装置と、
   前記溶接装置と前記移動装置との動作を制御する制御装置と、を有し、
   前記溶接装置は、溶加材と、前記溶加材を溶融させる加熱源を有し、前記溶接端面に前記溶加材を溶融して融合させて、前記溶接端面を溶接し、
   前記制御装置は、前記溶接装置で前記溶接端面を溶接させつつ、前記移動装置で前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させることを特徴とする円筒構造物の溶接システム。
2. 前記溶接装置は、アーク溶接又は高密度エネルギで前記溶接端面を溶接することを特徴とする請求項１に記載の円筒構造物の溶接システム。
3. 前記上側円筒構造物の側面の位置を計測する側面位置検出部と、
   前記上側円筒構造物の上面の位置を計測する上面位置検出部と、を有し、
   前記制御装置は、前記側面位置検出部で検出した位置と、前記上面位置検出部で検出した位置に基づいて、前記下側円筒構造物に対する前記上側円筒構造物の位置ずれを検出し、検出した位置ずれに基づいて、前記移動装置と前記溶接装置の動作を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の円筒構造物の溶接システム。
4. 前記制御装置は、前記移動装置で前記上側円筒構造物及び前記下側円筒構造物と、前記溶接装置とを前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させている間に前記側面位置検出部及び前記上面位置検出部で位置を検出させ、
   検出した結果に基づいて、次に、前記溶接装置で前記溶接端面を溶接させつつ、前記移動装置で前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させる条件を決定することを特徴とする請求項３に記載の円筒構造物の溶接システム。
5. 前記溶接装置は、前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物の前記溶接端面を前記円筒の径方向外側から溶接する外側溶接装置を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の円筒構造物の溶接システム。
6. 前記溶接装置は、前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物の前記溶接端面を前記円筒の径方向内側から溶接する内側溶接装置を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の円筒構造物の溶接システム。
7. 下側円筒構造物の上に、上側円筒構造物を載置し、前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物との端面であり対面する溶接端面を接触させるステップと、
   前記上側円筒構造物と前記下側円筒構造物との溶接端面に対向し、かつ、円筒の周方向に等間隔で配置された２つ以上の溶接装置で、前記溶接端面に溶加材を溶融して融合させて、前記溶接端面を溶接しつつ、前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させるステップと、を有することを特徴とする円筒構造物の溶接方法。
8. 前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させるステップ、を複数回実行し、
   前記上側円筒構造物及び前記下側円筒構造物と、前記溶接装置とを前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させている間に前記上側円筒構造物の側面の位置と前記上側円筒構造物の上面の位置を計測するステップと、
   検出した結果に基づいて、次に、前記溶接装置で前記溶接端面を溶接させつつ、前記溶接装置の配置間隔の角度分、連続して回転させる条件を決定するステップと、を有する請求項７に記載の円筒構造物の溶接方法。

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