JP2017127887A - レーザピーニング加工ヘッド、レーザピーニング加工装置およびレーザピーニング加工方法 - Google Patents

レーザピーニング加工ヘッド、レーザピーニング加工装置およびレーザピーニング加工方法 Download PDF

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Abstract

【課題】配管内面のレーザピーニングを行う場合に、加工屑などをレーザ光路上に滞留させることなく排出する。
【解決手段】実施形態によれば、レーザピーニング加工ヘッド20は、筒状部材30と、施工対象配管11の内側で筒状部材30の外側に形成される環状空間に流入流路42および流出流路43などの流路を形成する仕切り板35と、流入流路42に開口する流路水供給ノズル36と、流出流路43に開口して水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓34と、レーザ伝送部材31と、集光部材32と、偏向部材33と、を有する。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、配管内レーザピーニング加工を行うのに適したレーザピーニング加工ヘッドおよびそれを備えたレーザピーニング加工装置、ならびに、それを用いた配管内レーザピーニング加工方法に関する。
金属材料の表面改質技術として、ショットピーニングやウォータジェットピーニングおよびレーザピーニングが一般的に知られている。レーザピーニングでは、ハイパワーのパルスレーザを材料表面に照射し、材料表面に生じたアブレーションで発生したプラズマを塗装や水膜等で材料表面に閉じ込めることにより、プラズマ圧力から発生する衝撃波を材料側へ伝達する。これにより、金属材料の表面改質を行うことができる。国内では、プラズマを閉じ込めるために水中や水膜を使用することが多く、海外では事前に塗装等の前処理を行うことで材料表面に発生したプラズマ圧力を閉じ込め、金属材料の表面改質処理を行うのが一般的である。
プラズマ圧力を封じ込めるために水中もしくは水膜を使用するレーザピーニング法を配管内面で行う場合に、配管内面中心に施工ヘッドを位置決め可能な位置決め機構を有した施工ヘッドを配管内に挿入する技術が知られている。その場合に、レーザ発振器から出射されたレーザ光を光ファイバーにて施工ヘッドまで伝送し、レーザ光を集光光学系にて集光するとともに、ミラーで回転することによりレーザ光を配管内面表面照射し、水流を施工部位に供給しながらレーザピーニングを行う。
特許第3695834号公報
上述のような従来技術によれば、配管内面での装置位置、すなわち照射レーザスポット径の管理を行うことができる。しかし、レーザ照射時に発生するキャビテーションおよび材料表面から発生する加工屑が配管内面に滞留し、連続的に施工を行う際にキャビテーションや加工屑がレーザ光伝送の阻害要因となり配管内表面に必要な出力、スポット径でレーザ光を伝送できない可能性がある。さらに、配管の一方が閉止されているような場合には、キャビテーションや加工屑の滞留がさらに顕著となり十分な表面改質処理を行えない問題もある。
配管内表面を対象とした従来のレーザピーニング加工装置では、レーザ照射時に発生するキャビテーションや加工屑が施工ヘッド周辺に滞留してレーザ光の伝送を阻害する。そのため、連続施工を行う際にレーザ光が減衰、拡散し、材料表面の施工に必要なレーザ出力、レーザスポット径で照射できず、十分なピーニング効果を得られないという課題がある。
本発明の実施形態は、配管内面のレーザピーニングを行う場合に、レーザ照射時に発生した加工屑などがレーザ光路上に滞留することなく排出され、その加工屑などが配管内でのレーザ照射に悪影響を及ぼさないなど、安定したレーザピーニングの施工ができるようにすることを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一つの実施形態に係るレーザピーニング加工ヘッドは、施工対象配管内に挿入されて前記施工対象配管の内面にレーザ光を照射して前記施工対象配管の内面にピーニング加工を行うレーザピーニング加工ヘッドであって、入口端部と閉塞された奧端部とを備えた筒状部材と、前記筒状部材の外側に取り付けられて、当該レーザピーニング加工ヘッドが前記施工対象配管内に挿入されたときに前記施工対象配管の内側で前記筒状部材の外側に形成される環状空間に流路を形成する仕切り板と、前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口する流路水供給ノズルと、前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口し、水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓と、前記入口端部を貫通して前記筒状部材内にレーザ光を伝送するレーザ伝送部材と、前記筒状部材内に配置されて前記レーザ伝送部材から出たレーザ光を集光する集光部材と、前記筒状部材内に配置されて、前記集光部材を出たレーザ光を前記レーザ照射窓に向ける偏向部材と、を有する、ことを特徴とする。
また、本発明の一つの実施形態に係るレーザピーニング加工装置は、前記レーザピーニング加工ヘッドと、レーザ光源と、水源から供給された給水を前記入口端部に送る給水配管と、前記水源から前記給水配管に水を送る給水ポンプと、を有することを特徴とする。
また、本発明の一つの実施形態に係るレーザピーニング加工方法は、施工対象配管内にレーザピーニング加工ヘッドを挿入して前記施工対象配管の内面にレーザピーニング加工を行う方法であって、前記レーザピーニング加工ヘッドは、入口端部と閉塞された奧端部とを備えた筒状部材と、前記筒状部材の外側に取り付けられた仕切り板と、前記筒状部材に取り付けられた流路水供給ノズルと、前記筒状部材に取り付けられて、水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓と、前記入口端部を貫通して前記筒状部材内にレーザ光を伝送するレーザ伝送部材と、前記筒状部材内に配置されて前記レーザ伝送部材から出たレーザ光を集光する集光部材と、前記筒状部材内に配置されて、前記集光部材を出たレーザ光を前記レーザ照射窓に向ける偏向部材と、を有し、当該方法は、前記筒状部材を、前記奧端部を先頭にして前記施工対象配管内に挿入し、前記施工対象配管の内側で前記筒状部材の外側に環状空間を形成し、前記仕切り板によって前記環状空間に流路を形成し、前記流路水供給ノズルから前記流路に水を流出させ、前記レーザ照射窓から前記流路に水を流出させるとともに前記流路に流出する水の中をレーザ光が透過するように前記レーザ照射窓からレーザ光を前記施工対象配管の内面に照射する、ことを特徴とする。
本発明の実施形態によれば、レーザピーニングを安定に施工することができる。
本発明の第1の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。 図1のレーザピーニング加工装置のII−II線矢視横断面図。 図1のレーザピーニング加工装置のIII−III線矢視横断面図。 本発明の第2の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。 図4のレーザピーニング加工装置のV−V線矢視横断面図。 本発明の第3の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。 図6のレーザピーニング加工装置のVII部拡大図。 図6のレーザピーニング加工装置のVIII−VIII線矢視横断面図。 図6のVII部拡大図である図7に対応し、フィルタを折りたたんだ状態を示す図。 図6のVIII−VIII線矢視横断面図である図8に対応し、フィルタを折りたたんだ状態を示す図。 本発明の第4の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。 本発明の第5の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図。
以下、本発明に係るレーザピーニング加工装置の実施形態について、図面を参照して説明する。ここで、互いに同一または類似の部分については共通の符号を付して、重複説明は省略する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。図2は図1のレーザピーニング加工装置のII−II線矢視横断面図である。図3は図1のレーザピーニング加工装置のIII−III線矢視横断面図である。
この実施形態のレーザピーニング加工装置は、たとえば、運転休止中の原子炉において、原子炉圧力容器10に接続された施工対象配管11を補修するためにその施工対象配管11の内側にレーザピーニング加工を行うための装置である。施工対象配管11は、横断面がたとえば円形である。原子炉圧力容器10の開口部12に施工対象配管11が接続され、施工対象配管11の先端(奥側)13は弁(図示せず)などにより閉止されているものとする。このとき、原子炉圧力容器10および施工対象配管11の内部には炉水が溜まっている。
レーザピーニング加工装置は、レーザピーニング加工ヘッド20と、レーザ光源21と、水源22と、給水ポンプ23と、給水配管24とを有する。
レーザピーニング加工ヘッド20は、筒状部材30と、レーザ伝送部材31と、集光部材32と、偏向部材33と、レーザ照射窓34と、複数の仕切り板35と、流入流路水供給ノズル(流路水供給ノズル)36と、流出流路水供給ノズル(流路水供給ノズル)37と、フィルタ38、39と、回転駆動装置40とを備えている。
筒状部材30は、直線的に延びる円筒状であって、入口端部30aと奧端部30bとを備え、奧端部30bは閉じている。原子炉圧力容器10内の開口部12を通して施工対象配管11内に、奧端部30bを先頭として筒状部材30の途中まで挿入して、施工対象配管11内面のレーザピーニング加工を行う。
集光部材32および偏向部材33は筒状部材30内に設置され、レーザ伝送部材31は入口端部30aを通して筒状部材30内に挿入されている。レーザ照射窓34は筒状部材30の側面に設けられている。レーザ伝送部材31は、原子炉圧力容器10の外に配置されたレーザ光源21から伝送されたレーザ光を集光部材32に伝送するものであって、たとえば光ファイバーである。集光部材32は、レーザ光を集光するものであって、図1に示す例では2個の凸レンズからなり、図2に示すように、レンズ支持具41を介して筒状部材30に支持されている。偏向部材33は、集光部材32を通ったレーザ光の向きをレーザ照射窓34に向けるものであって、たとえば反射鏡である。
筒状部材30の入口端部30aには給水配管24が接続され、水源22から給水配管24を経由して、給水ポンプ23により、筒状部材30内部に水が供給されるようになっている。
筒状部材30の外側面に沿って2枚の仕切り板35が、筒状部材30をはさんで反対側に取り付けられている。仕切り板35は筒状部材30の軸方向および半径方向に広がる長方形の平板状である。筒状部材30を施工対象配管11に挿入したときに、施工対象配管11の内面と筒状部材30の外側面とにはさまれた環状空間ができる。仕切り板35は、この施工対象配管11の内面と筒状部材30の外側面とにはさまれた環状空間に流路を形成するための構成であり、本実施形態においては環状空間は、2枚の仕切り板35によって周方向に分割され、流入流路42と流出流路43とに仕切られる。
仕切り板35は、施工対象配管11の内面に衝突したときに施工対象配管11の内面に損傷を与えないように、施工対象配管11の内面よりも柔らかい材質であるのが好ましい。たとえば、施工対象配管11や筒状部材30は炭素鋼やステンレス鋼などの金属でできており、仕切り板35はプラスチック製である。
レーザ照射窓34は流出流路43に向かって開口している。レーザ照射窓34はレーザ光が透過するだけでなく、入口端部30aから筒状部材30内に供給された水が流出できるようになっている。レーザ照射窓34から流出流路43に流出する水は、筒状部材30の入口端部30a側すなわち施工対象配管11の開口部12に向かうように、レーザ照射窓34の向きが調整されている。レーザ伝送部材31内を伝送された後のレーザ光は、筒状部材30内の水中を通り、レーザ照射窓34を透過し、施工対象配管11の内面に向かうが、その際に、レーザ照射窓34を通って流出する水中を通る。
筒状部材30の側面に、流入流路水供給ノズル36および流出流路水供給ノズル37が取り付けられている。流入流路水供給ノズル36は、流入流路42に向かって開口し、筒状部材30内の水が流入流路42に向かって、かつ、筒状部材30の奧端部30b側すなわち施工対象配管11の先端13に向かって流出するように構成されている。これと同様に、流出流路水供給ノズル37は、流出流路43に向かって開口し、筒状部材30内の水が流出流路43に向かって、かつ、筒状部材30の入口端部30a側すなわち施工対象配管11の開口部12に向かって流出するように構成されている。図1に示す例では、2個の流入流路水供給ノズル36と1個の流出流路水供給ノズル37が示されているが、これらの個数はいくつであってもよい。
流入流路水供給ノズル36を通じて流入流路42内に流出する水の流れにより、流入流路42内の水が施工対象配管11の先端13側(奧側)に駆動され、流出流路水供給ノズル37およびレーザ照射窓34を通じて流出流路43に流出する水の流れにより、流出流路43内の水が開口部12に向けて駆動される。その結果、原子炉圧力容器10内の水が開口部12から流入流路42内に吸い込まれ、この開口部12から流入流路42内に吸い込まれた水と、水源22から給水ポンプ23、給水配管24、筒状部材30内を経由して、レーザ照射窓34、流入流路42および流出流路43に流出した水は施工対象配管11内で混合して、流出流路43の開口部12から原子炉圧力容器10内に流出する。
筒状部材30の側面に、フィルタ38,39が取り付けられている。フィルタ38,39は、軸方向に垂直な面に広がっていて、一つのフィルタ38は、レーザ照射窓34の奥側(上流側)で流出流路43全体を覆うように配置されている。このフィルタ38により、施工対象配管11の先端13側から固形異物がレーザ照射窓34付近を通るのが阻止される。
もう一つのフィルタ39は、施工対象配管11の開口部12に近い位置で流入流路42全体を覆うように配置されている。このフィルタ39は、原子炉圧力容器10内の固形異物が施工対象配管11内に流入するのを阻止する。
回転駆動装置40は、筒状部材30をその回転軸の周りに回転させるものであって、電動機46と、この電動機46によって回転する駆動歯車47とを有する。ここで、回転軸は、筒状部材30の軸方向、すなわち入口端部30aと奧端部30bとを結ぶ直線の方向であって筒状部材30の中央を通る軸である。筒状部材30の外周に沿って被駆動歯車48が形成され、駆動歯車47と被駆動歯車48とがかみ合うことにより、電動機46の回転駆動力が筒状部材30に伝達されて筒状部材30が回転する。筒状部材30は軸受49によって回転支持されている。
以上説明したレーザピーニング加工装置を用いて施工対象配管11の内部にレーザピーニング加工を施すに当たっては、あらかじめ原子炉圧力容器10内および施工対象配管11内に炉水を溜めておき、図1〜図3に示すように、このレーザピーニング加工装置のレーザピーニング加工ヘッド20の筒状部材30の一部を施工対象配管11内に挿入する。そして、給水ポンプ23により、水源22から給水配管24を経て筒状部材30内に水を供給する。筒状部材30内の水は、流入流路水供給ノズル36、流出流路水供給ノズル37およびレーザ照射窓34を通じて筒状部材30の外側に流出し、原子炉圧力容器10内から開口部12を通じて施工対象配管11内に流入した水とともに、開口部12の流出流路43から原子炉圧力容器10内に排出される。
原子炉圧力容器10内の炉水内の固形異物は、流入流路42に設けられたフィルタ39で捕獲され、また、施工対象配管11内の固形異物は、流出流路43において、レーザ照射窓34の上流側のフィルタ38で捕獲される。それにより、レーザ照射窓34付近には比較的きれいな水が供給される。
さらに、流入流路水供給ノズル36、流出流路水供給ノズル37およびレーザ照射窓34を通じて流出する水の流れにより、施工対象配管11内の水の流れが促進され、レーザピーニング加工によって生じるキャビテーションや加工屑が効率よく流出流路43を通じて筒状部材30の外側に排出される。それにより、レーザ光路上でレーザ伝送阻害要因となりうるクラッドなどの屑が速やかに除去され、安定したピーニング加工を行うことができる。
また、回転駆動装置40により、筒状部材30を、それに取り付けられた偏向部材33、レーザ照射窓34、仕切り板35などとともに回転させることができる。また、レーザピーニング加工ヘッド20を施工対象配管11の軸方向に動かして挿入・引き抜きを繰り返すことにより、施工対象配管11内面全体にレーザピーニング加工を施すことができる。
[第2の実施形態]
図4は、本発明の第2の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。図5は、図4のレーザピーニング加工装置のV−V線矢視横断面図である。
この第2の実施形態では、レーザピーニング加工ヘッド20aが、キャビテーションノズル55、56と、高圧水管57とを備えている。キャビテーションノズル55、56は筒状部材30の側面に取り付けられている。高圧水管57は、キャビテーションノズル55、56に、筒状部材30内よりも高圧の高圧水を供給するものであって、筒状部材30の内部を軸方向に延びて配置され、入口端部30aを貫通している。
第1の実施形態と同様に、筒状部材30内に水を供給する給水配管24や給水ポンプ23が設置されている。この実施形態では、さらに、高圧給水配管58および高圧給水ポンプ59が設けられている。高圧給水配管58は高圧水管57に接続されている。
水源22の水が、高圧給水ポンプ59で昇圧され、高圧給水配管58および高圧水管57を経てキャビテーションノズル55、56に送られる。
キャビテーションノズル55、56は、水中で高圧水の噴射を行うことによりキャビテーションを起こさせるものである。キャビテーションノズル55、56を施工対象配管11の内面に向けて水中で高圧水の噴射を行うことにより、施工対象配管11の内面の洗浄を行うことができる。また、キャビテーションノズル55、56を流出流路43で施工対象配管11の開口部12側に向けることにより、第1の実施形態における流出流路水供給ノズル37(図1)と同様に、流出流路43における開口部12側への水の流れを促進する効果もある。
[第3の実施形態]
図6は、本発明の第3の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。図7は、図6のレーザピーニング加工装置のVII部拡大図である。図8は、図6のレーザピーニング加工装置のVIII−VIII線矢視横断面図である。図9は、図6のVII部拡大図である図7に対応し、フィルタを折りたたんだ状態を示す図である。図10は、図6のVIII−VIII線矢視横断面図である図8に対応し、フィルタを折りたたんだ状態を示す図である。
この第3の実施形態は第2の実施形態の変形であって、レーザピーニング加工ヘッド20bにおけるフィルタ38a、39aが、折りたたみ可能に構成されている。フィルタ38aは、第2の実施形態におけるフィルタ38(図4)に対応するものであって、流出流路43に設けられている。同様に、フィルタ39aは、第2の実施形態におけるフィルタ39に対応するものであって、流入流路42に設けられている。フィルタ38aとフィルタ39aの構造は同様であるから、ここではフィルタ38aについて説明する。
フィルタ38aでは、筒状部材30の周りで周方向に複数に分割された平板状のフィルタ片65が互いに隣接して配列されている。各フィルタ片65は、筒状部材30に固定された蝶番66によって取り付けられている。通常時は、図7および図8に示すように、各フィルタ片65の広がる面が筒状部材30の軸方向に垂直になるように配置され、複数のフィルタ片65全体で流出流路43を覆うように配置される。フィルタ38aを折りたたむときは、図9および図10に示すように、各フィルタ片65の広がる面が筒状部材30の側面に沿うように配置され、流出流路43内の水がフィルタ38aを通らずに流通できるようになる。
各フィルタ片65の駆動は、レーザピーニング加工ヘッド20bを施工対象配管11に挿入した状態で、図示しない駆動装置により、遠隔で行うことができるものとする。
この第3の実施形態で、たとえば、レーザピーニング加工を行う前に、キャビテーションノズル55、56から高圧水を噴射させるキャビテーション洗浄を行う。これにより、施工対象配管11内面に付着したクラッドなどを除去する。これと同時に、レーザ照射窓34および流入流路水供給ノズル36から水を流出させる。このときフィルタ38a、39aを、図9および図10に示すように折りたたんでおく。このときフィルタ38a、39aを折りたたんでおくことにより、クラッドなどの固体異物がフィルタ38a、39aへ付着するのを防ぐことができ、流入流路42、流出流路43内の水の流れが促進される。
キャビテーション洗浄の後に、フィルタ38a、39aを、図7および図8に示すように展開し、レーザピーニング加工を行う。
[第4の実施形態]
図11は、本発明の第4の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。
この第4の実施形態は第1の実施形態の変形である。
この実施形態では、レーザピーニング加工ヘッド20cが、フィルタ洗浄ノズル70、71と、洗浄用水管72とを備えている。フィルタ洗浄ノズル70、71は、それぞれ、流出流路43、流入流路42内に取り付けられたフィルタ38、39の近傍に配置され、しかも、フィルタ38、39に対して、通常時の流れの向きの逆の向きに水を送るように向けられている。洗浄用水管72は、フィルタ洗浄ノズル70、71に水を供給するものであって、筒状部材30の内部を軸方向に延びて配置され、入口端部30aを貫通している。
第1の実施形態と同様に、筒状部材30内に水を供給する給水配管24や給水ポンプ23が設置されている。この第4の実施形態では、給水ポンプ23の下流側の分岐部73で、給水配管24から洗浄用水配管74が分岐していて、洗浄用水配管74の下流側が洗浄用水管72に接続されている。分岐部73の下流側の給水配管24には給水弁75が接続され、分岐部73の下流側の洗浄用水配管74には洗浄用水弁76が接続されている。
この第4の実施形態に係るレーザピーニング加工装置の通常運転時には、給水弁75が開いていて、洗浄用水弁76が閉じている。この状態ではフィルタ洗浄ノズル70、71に水が供給されず、第1の実施形態と同様に、レーザピーニング加工が行われる。
この第4の実施形態において、フィルタ38、39の洗浄を行うときは、レーザ光源21の運転を停止した状態で、給水弁75を閉じ、洗浄用水弁76を開き、給水ポンプ23を作動する。これにより、施工対象配管11内の水の流れが通常運転時と逆になり、フィルタ38、39の逆洗を行うことができる。このように逆洗を定期的に行うことにより、フィルタ38、39の性能を回復させることができる。
なお、このフィルタ38、39の洗浄は、レーザピーニング加工ヘッド20cを施工対象配管11から抜き出した状態で行ってもよい。これにより、フィルタ38、39に付着したクラッドなどの異物が施工対象配管11内を汚染する事態を回避できる。
[第5の実施形態]
図12は、本発明の第5の実施形態に係るレーザピーニング加工装置を示す模式的縦断面図であって、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管に挿入した状態を示す図である。
この第5の実施形態は第1の実施形態の変形である。
この第5の実施形態では、レーザピーニング加工ヘッド20dが、平板状の仕切り板35に代えて螺旋状の仕切り板35aを備えている。この仕切り板35aは、筒状部材30の外側に固定され、筒状部材30の外側面に沿って螺旋状に形成されている。レーザピーニング加工ヘッド20dが施工対象配管11内に挿入されたときに、施工対象配管11内面と筒状部材30の外側面との間に形成される環状空間が、仕切り板35aによって螺旋状の空間80に仕切られる。螺旋状の仕切り板35aは1枚でも複数枚でもよい。すなわち、本実施形態においても仕切り板35aが施工対象配管11の内面と筒状部材30の外側面とにはさまれた環状空間に流路を形成するものである点は第1の実施形態と同様であるが、本実施形態において環状空間に仕切り板35aにより形成される流路は螺旋状流路となる。
第1の実施形態では筒状部材の外側に仕切り板35により形成される流路は流入流路と流出流路から構成されたが、この実施形態では、筒状部材30の外側に流入流路は形成されず、螺旋状流路として形成される螺旋状の空間80は流出流路となる。筒状部材30の側壁に複数の流出流路水供給ノズル37が配置されている。流入流路水供給ノズル36は、螺旋状の空間80よりも奧端部30b側に配置されている。
また、この実施形態では、第1の実施形態と同様に、レーザ照射窓34の上流側すなわち奧端部30b側にフィルタ38が配置されている。しかし、この実施形態では、第1の実施形態における流入流路42に設けるフィルタ39(図1)に相当するものはない。
この実施形態では、回転駆動装置40により筒状部材30が回転すると、それに伴って螺旋状の仕切り板35aが回転し、それによって、螺旋状の空間80内の水が施工対象配管11の開口部12に向かって駆動される。
また、第1の実施形態と同様に、水源22から供給される水は、給水ポンプ23で昇圧され、給水配管24を通して筒状部材30内に送られる。筒状部材30内の水は、流入流路水供給ノズル36、流出流路水供給ノズル37およびレーザ照射窓34を通じて筒状部材30の外側に流出し、開口部12から原子炉圧力容器10内に排出される。
この実施形態によれば、螺旋状の仕切り板35aの回転によって螺旋状の空間80内の水が施工対象配管11の開口部12に向かって駆動されるので、レーザピーニング加工による加工屑が停滞することなく施工対象配管11の外に排出される。
さらに、この実施形態では、原子炉圧力容器10内の炉水が開口部12から施工対象配管11内に流入することはなく、水源22から供給される水だけが施工対象配管11内に流入する。そのため、原子炉圧力容器10内の炉水に固形異物が混ざっている場合にも、その炉水を使用せずにレーザピーニング加工を行うことができ、炉水の汚れに対する配慮が不要となる。
[他の実施形態]
上記実施形態の説明では、集光部材32として2個の凸レンズを用いる例を示したが、集光部材32としてはこれに限定するものではなく、たとえば凹面鏡を用いたものでもよい。
偏向部材33として、反射鏡を用いる例を示したが、反射鏡に代えてプリズムを用いることもできる。また、偏向部材33として凹面鏡を用いることにより、集光部材32と偏向部材33を兼用させることもできる。
上記各実施形態において、流入流路水供給ノズル36および流出流路水供給ノズル37の数は任意である。特に、流出流路水供給ノズル37は全くなくてもレーザピーニング加工ヘッドとして機能させることはできる。
上記各実施形態において、流入流路水供給ノズル36は、流入流路42内の水を奧端部30b側に駆動するように奧端部30b側を向いていることが好ましい。しかし、レーザ照射窓34や流出流路水供給ノズル37からの水流などによって、流入流路42、流出流路43内の水流が十分に確保できるのであれば、流入流路水供給ノズル36の向きが、たとえば流入流路42の軸方向成分を持たなくてもよい。
上記各実施形態において、回転駆動装置40はレーザピーニング加工ヘッドの一部であることは必須ではなく、レーザピーニング加工ヘッドとは別に回転駆動装置を設けてもよい。また、レーザピーニング加工ヘッドを施工対象配管11の軸方向に駆動する装置(図示せず)についても、同様に、レーザピーニング加工ヘッドの一部としてもよいし、レーザピーニング加工ヘッドとは別の装置としてもよい。
第1ないし第4の実施形態で、流入流路42のフィルタ39や流出流路43のフィルタ38などの設置は省略してもよい。
上記複数の実施形態の特徴を適宜組み合わせてもよい。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
10…原子炉圧力容器、 11…施工対象配管、 12…開口部、 13…先端、 20,20a,20b,20c,20d…レーザピーニング加工ヘッド、 21…レーザ光源、 22…水源、 23…給水ポンプ、 24…給水配管、 30…筒状部材、 30a…入口端部、 30b…奧端部、 31…レーザ伝送部材、 32…集光部材、 33…偏向部材、 34…レーザ照射窓、 35,35a…仕切り板、 36…流入流路水供給ノズル(流路水供給ノズル)、 37…流出流路水供給ノズル(流路水供給ノズル)、 38、38a、39、39a…フィルタ、 40…回転駆動装置、 41…レンズ支持具、 42…流入流路、 43…流出流路、 46…電動機、 47…駆動歯車、 48…被駆動歯車、 49…軸受、 55、56…キャビテーションノズル、 57…高圧水管、 58…高圧給水配管、 59…高圧給水ポンプ、 65…フィルタ片、 66…蝶番、 70、71…フィルタ洗浄ノズル、 72…洗浄用水管、 73…分岐部、 74…洗浄用水配管、 75…給水弁、 76…洗浄用水弁、 80…螺旋状の空間(流出流路)

Claims (13)

  1. 施工対象配管内に挿入されて前記施工対象配管の内面にレーザ光を照射して前記施工対象配管の内面にピーニング加工を行うレーザピーニング加工ヘッドであって、
    入口端部と閉塞された奧端部とを備えた筒状部材と、
    前記筒状部材の外側に取り付けられて、当該レーザピーニング加工ヘッドが前記施工対象配管内に挿入されたときに前記施工対象配管の内側で前記筒状部材の外側に形成される環状空間に流路を形成する仕切り板と、
    前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口する流路水供給ノズルと、
    前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口し、水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓と、
    前記入口端部を貫通して前記筒状部材内にレーザ光を伝送するレーザ伝送部材と、
    前記筒状部材内に配置されて前記レーザ伝送部材から出たレーザ光を集光する集光部材と、
    前記筒状部材内に配置されて、前記集光部材を出たレーザ光を前記レーザ照射窓に向ける偏向部材と、
    を有する、
    ことを特徴とするレーザピーニング加工ヘッド。
  2. 前記仕切り板は前記環状空間を周方向に分割し、前記流路が当該仕切り板により流入流路と流出流路に仕切られることを特徴とする請求項1に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  3. 前記仕切り板は前記環状空間を螺旋状に仕切り、前記流路が当該仕切り板により螺旋状流路として形成されることを特徴とする請求項1に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  4. 前記入口端部と前記奧端部とを結ぶ線を軸として前記筒状部材を回転させる回転駆動装置をさらに有することを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  5. 前記流路水供給ノズルは、前記筒状部材の内側から外側に前記奧端部方向に向けて水を流出するように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  6. 前記筒状部材に取り付けられて前記流路に開口し、前記筒状部材の内側から外側に前記入口端部方向に向けて水を流出する流出流路水供給ノズル、
    をさらに有することを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  7. 前記レーザ照射窓は、当該レーザ照射窓から流出する水が前記環状空間内で前記入口端部の方向に流れるように構成されている、
    ことを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  8. 前記筒状部材に取り付けられて、前記筒状部材の内側から外側に向けて水を噴出して前記筒状部材の外側でキャビテーションを起こさせるキャビテーションノズルと、
    前記施工対象配管の外の高圧水源から、前記入口端部を通じて前記筒状部材内を通り、前記キャビテーションノズルに、前記レーザ照射窓から流出する水よりも高圧の高圧水を供給する高圧水管と、
    を有することを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  9. 前記流路内で前記レーザ照射窓と前記奥端部との間に配置されたフィルタをさらに備え、
    前記フィルタは、前記筒状部材の外壁に沿って延びる折りたたみ姿勢を取れるように構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  10. 前記筒状部材に取り付けられて、通常運転時の水の流れとは逆向きの洗浄水を前記フィルタに吹き付付けるフィルタ洗浄ノズルをさらに有することを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  11. 前記仕切り板は、前記施工対象配管よりも柔らかい材料からできていることを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッド。
  12. 請求項1ないし請求項11のいずれか一項に記載のレーザピーニング加工ヘッドと、
    レーザ光源と、
    水源から供給された給水を前記入口端部に送る給水配管と、
    前記水源から前記給水配管に水を送る給水ポンプと、
    を有することを特徴とするレーザピーニング加工装置。
  13. 施工対象配管内にレーザピーニング加工ヘッドを挿入して前記施工対象配管の内面にレーザピーニング加工を行う方法であって、
    前記レーザピーニング加工ヘッドは、
    入口端部と閉塞された奧端部とを備えた筒状部材と、
    前記筒状部材の外側に取り付けられた仕切り板と、
    前記筒状部材に取り付けられた流路水供給ノズルと、
    前記筒状部材に取り付けられて、水が流通可能でかつレーザ光が透過可能なレーザ照射窓と、
    前記入口端部を貫通して前記筒状部材内にレーザ光を伝送するレーザ伝送部材と、
    前記筒状部材内に配置されて前記レーザ伝送部材から出たレーザ光を集光する集光部材と、
    前記筒状部材内に配置されて、前記集光部材を出たレーザ光を前記レーザ照射窓に向ける偏向部材と、
    を有し、
    当該方法は、
    前記筒状部材を、前記奧端部を先頭にして前記施工対象配管内に挿入し、
    前記施工対象配管の内側で前記筒状部材の外側に環状空間を形成し、
    前記仕切り板によって前記環状空間に流路を形成し、
    前記流路水供給ノズルから前記流路に水を流出させ、
    前記レーザ照射窓から前記流路に水を流出させるとともに前記流路に流出する水の中をレーザ光が透過するように前記レーザ照射窓からレーザ光を前記施工対象配管の内面に照射する、
    ことを特徴とするレーザピーニング加工方法。
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