JP2017159308A - Laser cutting device and laser cutting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ切断装置及びレーザ切断方法に関する。 The present invention relates to a laser cutting device and a laser cutting method.
原子炉等の金属構造物をレーザ切断する方法が知られている。金属構造物のレーザ切断を行うとヒュームと呼ばれる微細な金属粒子の発生が問題となることがある。このような問題を抑制する手段として、例えば特許文献1には、金属構造物を水中に沈めた状態でレーザ切断を行うレーザ切断装置が開示されている。 A method of laser cutting a metal structure such as a nuclear reactor is known. When laser cutting of a metal structure is performed, generation of fine metal particles called fume may be a problem. As means for suppressing such a problem, for example, Patent Document 1 discloses a laser cutting device that performs laser cutting in a state where a metal structure is submerged in water.
ところで、水中でレーザ切断を行うには、金属構造物の切断箇所にガスを供給してガス空間を形成しながら切断作業を行う必要がある。その際、金属構造物をレーザが貫通すると、ガス空間のガスが貫通部を通ってヒュームを含んだ泡となる。このような泡が一気に水面に浮上すると、ヒュームが大気に放出されてしまう。
特許文献1のレーザ切断装置の場合、ヒュームを回収する回収装置を設けているが、金属構造物をレーザが貫通するときは、同じくヒュームを含んだ泡が発生し、ヒュームが大気に放出される。
By the way, in order to perform laser cutting in water, it is necessary to perform a cutting operation while supplying a gas to a cutting portion of the metal structure to form a gas space. At this time, when the laser penetrates the metal structure, the gas in the gas space passes through the penetrating portion and becomes a bubble containing fumes. When such bubbles rise to the water surface at once, fumes are released to the atmosphere.
In the case of the laser cutting device of Patent Document 1, a recovery device for recovering fumes is provided, but when the laser penetrates the metal structure, bubbles containing fumes are also generated and the fumes are released to the atmosphere. .
本発明は、水中レーザ切断時において、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制するレーザ切断装置及びレーザ切断方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a laser cutting device and a laser cutting method that suppress generation of bubbles containing fumes during underwater laser cutting.
第1の態様のレーザ切断装置は、気相空間を介して水中に浸漬された構造物の切断対象位置にレーザを照射可能なレーザ照射部と、前記切断対象位置と前記レーザ照射部との間に、前記気相空間を形成する気相空間形成部と、前記水中における前記切断対象位置よりも上方に配置されて、前記レーザにより前記構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部とを備える。 The laser cutting device according to the first aspect includes a laser irradiation unit capable of irradiating a laser on a cutting target position of a structure immersed in water through a gas phase space, and between the cutting target position and the laser irradiation unit. A gas phase space forming part for forming the gas phase space, and a bubble refinement that is arranged above the position to be cut in the water and divides the bubbles generated when the structure is cut by the laser A part.
本態様によれば、水中レーザ切断時に生成される泡が、泡微細化部によって、小さく分割される。泡を小さく分割することによって、泡に含まれるヒュームを水中に溶かすことができるので、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することができる。 According to this aspect, the bubbles generated during underwater laser cutting are divided into small portions by the bubble refining unit. By dividing the bubbles into small pieces, the fumes contained in the bubbles can be dissolved in water, so that the generation of bubbles containing fumes can be suppressed.
第2の態様のレーザ切断装置は、前記泡微細化部は多孔体を備え、前記多孔体は、水平面と交差する方向に貫通する複数の孔を備える第1の態様のレーザ切断装置である。 The laser cutting device according to the second aspect is the laser cutting device according to the first aspect, wherein the bubble refining unit includes a porous body, and the porous body includes a plurality of holes penetrating in a direction intersecting a horizontal plane.
本態様によれば、多孔体によって、泡を小さく分割できる。 According to this aspect, the foam can be divided into small pieces by the porous body.
第3の態様のレーザ切断装置は、前記多孔体が上下に並設されている第2の態様のレーザ切断装置である。 The laser cutting device according to the third aspect is the laser cutting device according to the second aspect in which the porous bodies are arranged vertically.
本態様によれば、多孔体を上下に並設することによって、泡を複数段階で分割できる。 According to this aspect, the foam can be divided into a plurality of stages by arranging the porous bodies vertically.
第4の態様のレーザ切断装置は、前記多孔体が、水平面に対して下面を互い違いに傾斜させた複数の多孔体である第3の態様のレーザ切断装置である。 The laser cutting device according to a fourth aspect is the laser cutting device according to the third aspect, wherein the porous body is a plurality of porous bodies whose lower surfaces are inclined alternately with respect to a horizontal plane.
本態様によれば、互い違いに傾斜させた複数の多孔体によって、泡を蛇行させながら複数段階で分割できる。 According to this aspect, the plurality of porous bodies inclined alternately can be divided into a plurality of stages while meandering the bubbles.
第5の態様のレーザ切断装置は、前記多孔体を振動させる振動部をさらに有する第2からの4のいずれかの態様のレーザ切断装置である。 The laser cutting device according to the fifth aspect is the laser cutting device according to any one of the second to fourth aspects, further including a vibrating portion that vibrates the porous body.
本態様によれば、前記多孔体を振動させることによって、多孔体における泡の分割作用を促進することができる。 According to this aspect, the bubble dividing action in the porous body can be promoted by vibrating the porous body.
第6の態様のレーザ切断装置は、前記泡微細化部が、前記泡の浮上方向と交差方向に延び、前記交差方向と交差する軸を中心に回転するフィンを備える第1から5のいずれかの態様のレーザ切断装置である。 The laser cutting device according to a sixth aspect is the laser cutting device according to any one of the first to fifth aspects, wherein the bubble refining unit includes a fin that extends in a direction intersecting with the rising direction of the bubble and rotates about an axis intersecting the intersecting direction. It is a laser cutting device of the aspect.
本態様によれば、フィンの回転によって、泡を小さく分割できる。 According to this aspect, the bubbles can be divided into small portions by the rotation of the fins.
第7の態様のレーザ切断装置は、前記構造物が、原子炉の構造物である第1から5のいずれかの態様のレーザ切断装置である。 A laser cutting apparatus according to a seventh aspect is the laser cutting apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein the structure is a structure of a nuclear reactor.
本態様によれば、放射能を有するヒュームの放出を抑制できる。 According to this aspect, the release of radioactive fumes can be suppressed.
第8の態様のレーザ切断方法は、水中に浸漬された構造物の切断対象位置にレーザを照射可能なレーザ照射部を設置するレーザ照射部設置工程と、前記切断対象位置と前記レーザ照射部との間に、気相空間を形成する気相空間形成工程と、前記水中における前記切断対象位置よりも上方に、前記レーザにより前記構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部を配置する泡微細化部配置工程とを含む。 A laser cutting method according to an eighth aspect includes a laser irradiation unit installation step of installing a laser irradiation unit capable of irradiating a laser at a cutting target position of a structure immersed in water, the cutting target position, the laser irradiation unit, A gas phase space forming step for forming a gas phase space, and a bubble refining unit that divides bubbles generated when the structure is cut by the laser above the position to be cut in the water. And a foam refinement portion placement step to be placed.
本態様によれば、水中レーザ切断時に生成される泡が、泡微細化部によって、小さく分割される。泡を小さく分割することによって、泡に含まれるヒュームを水中に溶かすことができるので、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することができる。 According to this aspect, the bubbles generated during underwater laser cutting are divided into small portions by the bubble refining unit. By dividing the bubbles into small pieces, the fumes contained in the bubbles can be dissolved in water, so that the generation of bubbles containing fumes can be suppressed.
本発明のレーザ切断装置及びレーザ切断方法によれば、水中レーザ切断時において、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することができる。 According to the laser cutting device and the laser cutting method of the present invention, generation of bubbles containing fumes can be suppressed during underwater laser cutting.
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, various embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
「第一実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第一実施形態について、図1〜図2を参照して説明する。
"First embodiment"
A first embodiment of a laser cutting device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本実施形態のレーザ切断装置10を、原子力発電プラントの原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断作業に適用した様子を示す。
FIG. 1 shows a state in which the
切断する構造物は、水Sa中に浸漬している。水Sa中に浸漬された構造物に対して、レーザ切断装置10が設置される。特に、本実施形態において切断する原子炉容器90内部の炉内構造物91は、放射能を帯びているため、原子炉容器90の上部に設けられたピットPとともに水Saで満たされた状態中に設置されている。したがって、水Sa中に設置された原子炉容器90内部の炉内構造物91をそのまま切断する。すなわち、水Sa中に浸漬して設置された原子炉容器90内部の炉内構造物91に対してそのままレーザ切断装置10が設置される。
The structure to be cut is immersed in water Sa. The
レーザ切断装置10は、レーザ照射ヘッド20、レーザ切断装置本体30及び泡微細化部50を備える。レーザ切断装置10は、さらに、ガス・高圧水供給路41、光ファイバ42aを含む配線42及び配線43を備える。
The
レーザ照射ヘッド20の設置状態について説明する。
図1に示すように、原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置にレーザ照射ヘッド20を設置する。レーザ照射ヘッド20は、支持部29下端に設けられる。支持部29上端は、切断対象位置の上方において、原子炉容器90内部の炉内構造物91の表面に対向してレーザ照射ヘッド20を支持できるように固定されている。レーザ照射ヘッド20は、支持部29に支持されることによって、水Sa中に浸漬された原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置に対向するように設置される。
The installation state of the
As shown in FIG. 1, the
レーザ照射ヘッド20の設置作業に関して、作業者によるレーザ照射ヘッド20の設置は、水中での作業であることや放射能を帯びた構造物での作業であることによって、困難な場合が多い。作業者によるレーザ照射ヘッド20の設置が困難な場合は、遠隔作業やロボット等によってレーザ照射ヘッド20の設置を行ってもよい。
Regarding the installation work of the
切断対象位置に対向するように設置されたレーザ照射ヘッド20は、原子炉容器90内部の炉内構造物91の表面から切断対象位置にレーザを照射し、原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断を行う。
The
泡微細化部50の設置状態について説明する。
図1に示すように、原子炉容器90内部の炉内構造物91に泡微細化部50を設置する。本実施形態の図2の場合、炉内構造物91に関して、レーザLbを照射する側と反対側に泡微細化部50を設置する。
泡微細化部50は、支持部59下端に設けられる。支持部59上端は、切断対象位置の上方において、泡微細化部50を支持できるように固定される。泡微細化部50は、支持部59に支持されることによって、水Saで満たされた原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置の上方に設置される。
The installation state of the bubble refinement |
As shown in FIG. 1, the
The
切断対象位置の上方に設置された泡微細化部50は、後で詳しく説明する原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置から切断部の裏面側へ向かって発生し、浮上する泡の微細化を行う。本実施形態の場合、原子炉容器90内部の炉内構造物91は水Sa中の深いところに設置されており、ある程度水面まで距離がある。泡微細化部50は、浮上する泡の微細化を行うことができるなら、どのような深さに設置してもよい。
The
レーザ照射ヘッド20と同様に、作業者による泡微細化部50の設置が困難な場合は、遠隔作業やロボット等によって泡微細化部50の設置を行ってもよい。
Similarly to the
レーザ切断装置本体30の設置状態について説明する。
レーザ切断装置本体30は、レーザ発振器30a及びガス・高圧水供給装置30bを備える。本実施形態では、レーザ切断装置本体30をピットPの縁に設置している。レーザ切断装置本体30に、ガス・高圧水供給路41、配線42及び配線43のそれぞれ一端が接続されている。
ガス・高圧水供給路41は、雰囲気ガス供給路41a、及び高圧水供給路41b、アシストガス供給路41cを備える。
ガス・高圧水供給装置30bは、後で説明する雰囲気ガスAaを雰囲気ガス供給路41aへ供給する。また、ガス・高圧水供給装置30bは、後で説明する高圧水Wwを高圧水供給路41bへ供給する。さらに、ガス・高圧水供給装置30bは、後で説明するアシストガスAtをアシストガス供給路41cへ供給する。
The installation state of the laser cutting device
The laser cutting device
The gas / high pressure
The gas / high pressure
ガス・高圧水供給路41及び配線42の他端は、レーザ照射ヘッド20に接続されている。
配線42によって、レーザ切断装置本体30とレーザ照射ヘッド20との間で必要に応じて制御信号や応答信号のやり取りを行う。さらに光ファイバ42aを介して、レーザ切断装置本体30のレーザ発振器30aで発振したレーザLbが、レーザ照射ヘッド20に伝送される。
The other ends of the gas / high pressure
A control signal and a response signal are exchanged between the laser cutting device
配線43の他端は、泡微細化部50に接続されている。配線43を介して、レーザ切断装置本体30と泡微細化部50との間で必要に応じて制御信号や応答信号のやり取りを行う。レーザ切断装置本体30と泡微細化部50との間で制御信号や応答信号のやり取りの必要がないときは、配線43を設けなくても構わない。
The other end of the
図2は、レーザ切断装置10のレーザ照射ヘッド20の要部断面及び泡微細化部50の詳細を示す。
FIG. 2 shows the cross section of the main part of the
レーザ照射ヘッド20の構造について説明する。
レーザ照射ヘッド20は、ヘッド先端20aが水Sa中に浸漬された原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置に対向するように、支持部29によって支持される。
レーザ照射ヘッド20に伝送されたレーザLbは、レーザ照射ヘッド20のヘッド先端20a(レーザ照射部)へ導かれ、水Sa中に浸漬された原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置に照射される。
アシストガスAtは、アシストガス供給路41cを介して、ガス・高圧水供給装置30bからレーザ照射ヘッド20に供給される。レーザ照射ヘッド20に供給されたアシストガスAtは、ヘッド先端20aから、炉内構造物91の切断対象位置に噴射される。噴射されたアシストガスAtは、レーザLbで溶解した炉内構造物91を吹き飛ばしたり、溶解した炉内構造物91と反応したりすることによって、レーザLbによる炉内構造物91の切断を促進する。アシストガスAtとして使われるガスは、アルゴン、ヘリウム、窒素、酸素等が挙げられる。
したがって、炉内構造物91は、レーザLbの照射とアシストガスAtの噴射によって、切断対象位置において、切断される。
The structure of the
The
The laser Lb transmitted to the
The assist gas At is supplied from the gas / high pressure
Therefore, the in-
レーザ照射ヘッド20は、外周に筒状の気相空間形成部21を備える。
気相空間形成部21は、筒状の一端から切断対象に向かって、供給された高圧水Wwを噴射することによって、筒状の水壁Wabを形成する。
したがって、気相空間Sbは、水壁Wabの内周面、レーザ照射ヘッド20の外周面及び切断対象によって画定される。
さらに、気相空間Sbには、図2に示すように、気相空間形成部21を介して、雰囲気ガスAaが供給されている。
すなわち、気相空間形成部21を備えるレーザ照射ヘッド20からは、気相空間Sbを維持するために、高圧水Wwによる壁Wabとその内部に気相形成するためのガスAaが供給されている。
よって、レーザ照射ヘッド20を切断対象位置に設置した時、ヘッド先端20aと切断対象位置との間には、気相空間Sbの雰囲気ガスAaが保持される。
The
The gas phase
Therefore, the gas phase space Sb is defined by the inner peripheral surface of the water wall Wab, the outer peripheral surface of the
Further, as shown in FIG. 2, the atmospheric gas Aa is supplied to the gas phase space Sb via the gas phase
That is, from the
Therefore, when the
通常レーザは水で散乱するため、切断対象位置とレーザヘッドの間が水で満たされていると、レーザは切断対象位置に到達するまでに散乱されてしまうので、構造物を切断することができない。したがって、気相空間形成部21は、少なくともレーザ照射ヘッド20と原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置との間に、空気で満たされた気相空間Sbを形成する。
気相空間Sbを満たす雰囲気ガスAaは、雰囲気ガス供給路41aを介して、ガス・高圧水供給装置30bからレーザ照射ヘッド20に供給される。
気相空間Sbを保持する高圧水Wwは、高圧水供給路41bを介して、ガス・高圧水供給装置30bからレーザ照射ヘッド20に供給される。ただし、高圧水Wwの供給は、水Sa中にポンプなどを設けることによって、水Saを加圧して供給するものとしても構わない。
Since the laser is usually scattered by water, if the space between the cutting target position and the laser head is filled with water, the laser will be scattered before reaching the cutting target position, so that the structure cannot be cut. . Therefore, the gas phase
The atmospheric gas Aa filling the gas phase space Sb is supplied from the gas / high pressure
The high-pressure water Ww that holds the gas phase space Sb is supplied from the gas / high-pressure
泡微細化部50の構造について説明する。
泡微細化部50は、対向する面の間で貫通する複数の孔を備える多孔体である。特に本実施形態においては、当該多孔体として水平面に配置された網板を用いている。網板は、対向する面の間で貫通する複数の孔として網目を有する。
The structure of the bubble refinement |
The bubble miniaturization
複数の孔の径は、後で詳しく説明する分割する泡のサイズに対応して形成される。具体的には、複数の孔の径が、分割する泡のサイズ(浮上時の泡の水平面の径)と同等又はそれ以上だと泡を分割できないし、小さすぎると泡が通過できないので、複数の孔の径は、浮上する泡が分割されつつ通過できる程度に形成される。 The diameters of the plurality of holes are formed corresponding to the sizes of the bubbles to be divided, which will be described in detail later. Specifically, if the diameter of the plurality of holes is equal to or larger than the size of the bubbles to be divided (the diameter of the horizontal surface of the bubbles when rising), the bubbles cannot be divided, and if the diameter is too small, the bubbles cannot pass. The diameter of the hole is formed to such an extent that the rising bubbles can be divided and passed.
泡微細化部50は、複数の孔が水平面と交差する方向に貫通するように配置される。
The bubble miniaturization
本実施形態のレーザ切断装置10の作用について説明する。
レーザ照射ヘッド20を原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置に設置する。レーザ照射ヘッド20によってレーザLbを照射し、原子炉容器90内部の炉内構造物91を切断する。レーザ切断によって、気相空間Sbが炉内構造物91の切断対象位置のレーザ照射面の裏面と連通すると、気相空間Sbに満たされた雰囲気ガスAa及びアシストガスAtが、連通部を介して、炉内構造物91に関してレーザLbを照射する側と反対側に放出される。放出された雰囲気ガスAa及びアシストガスAtは、炉内構造物91に関して、レーザLbを照射する側と反対側において複数の泡Baとなって浮上する。当該切断時に生成される泡Baは、レーザ切断時に発生したヒュームを含んでいる。
The operation of the
The
レーザは高エネルギーであるため、レーザを用いて構造物を切断すると、たくさん微細な金属粒子を含むヒュームがでやすい。さらに、本実施形態で切断する原子炉容器90内部の炉内構造物91は放射能を帯びているため、放射能を帯びたヒュームが発生する。
Since a laser is high energy, when a structure is cut using the laser, a fume containing many fine metal particles is likely to be generated. Furthermore, since the reactor
図2のDfは、泡Baの浮上方向を示す。ヒュームを含む泡Baは、浮上過程においてそれぞれ近隣の泡Baと合体し、よりサイズの大きな泡Baに成長しながら浮上する。 Df in FIG. 2 indicates the rising direction of the bubble Ba. Foam-containing bubbles Ba coalesce with neighboring bubbles Ba in the ascent process, and rise while growing into larger-sized bubbles Ba.
泡微細化部50は、泡発生箇所と水Saの水面との間に設置されており、浮上する泡Baと、浮上方向Dfにおける浮上過程の途中において接触する。泡微細化部50と接触した泡Baのうち、泡微細化部50の複数の孔よりも大きなサイズを有する泡Baは、複数の孔を通過する際に、二以上の泡Bbに分割される。したがって、泡Baは、泡微細化部50を通過することによって、泡Baより小さなサイズの泡Bbに分割される。また、浮上する泡Baを分割することによって、全体として浮上中の泡の成長を抑制することができる。分割された泡Bbは、水Saの水面へ浮上し、大気中へと放出される。
The
泡Baや泡Bbに含まれるヒュームは、浮上時に水Saに溶ける。ヒュームの溶ける量は、浮上する時間が掛かればかかるほど、たくさん溶ける。また、ヒュームの溶ける量は、泡の表面積が大きいほどたくさん溶ける。 The fumes contained in the bubbles Ba and the bubbles Bb are dissolved in the water Sa when ascending. The more fume melts, the more time it takes to float, the more it melts. Also, the amount of fumes that melt increases as the surface area of the bubbles increases.
他方、二以上に分割された泡Bbは、泡Baよりサイズが小さいため、水Sa中で受ける浮力が小さく浮上速さが遅い。また、泡Bbは、泡Baよりサイズが小さいため、体積に対する表面積の割合が大きい。 On the other hand, since the bubble Bb divided into two or more is smaller in size than the bubble Ba, the buoyancy received in the water Sa is small and the rising speed is slow. Moreover, since the bubble Bb is smaller in size than the bubble Ba, the ratio of the surface area to the volume is large.
すなわち、泡Baのまま浮上させる場合に比べて、泡Baに分割させて浮上させる場合の方が、泡の浮上速さの低下によって水面に到達するまでの時間が長く、また泡の小サイズ化によって泡の体積に対する泡の表面積の比を大きくできる。 That is, it takes longer to reach the water surface due to a decrease in the rising speed of the bubbles, compared to the case where the bubbles Ba are left floating, and the bubbles are reduced in size. Can increase the ratio of the surface area of the foam to the volume of the foam.
したがって、泡が水面に到達するまでの時間を長く、泡の体積に対する表面積の比を大きくすることで、多くのヒュームを水Sa中に溶かすことができる。泡に含まれるヒュームを多く水Sa中に溶かすことができれば、水中レーザ切断時において、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することでき、ヒュームの大気放出を抑制できる。 Therefore, it is possible to dissolve a lot of fumes in the water Sa by increasing the time until the bubbles reach the water surface and increasing the ratio of the surface area to the volume of the bubbles. If a large amount of fumes contained in the bubbles can be dissolved in the water Sa, generation of bubbles containing fumes can be suppressed during underwater laser cutting, and the release of fumes into the atmosphere can be suppressed.
特に本実施形態の場合、放射能を帯びたヒュームが発生するので、本実施形態によって、放射能を有するヒュームの放出を抑制でき、大気への放射漏洩を抑制することができる。 In particular, in the case of the present embodiment, radioactive fumes are generated. Therefore, according to the present embodiment, release of fumes having radioactivity can be suppressed, and radiation leakage to the atmosphere can be suppressed.
「第二実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第二実施形態について、図3を参照して説明する。
"Second embodiment"
A second embodiment of the laser cutting device according to the present invention will be described with reference to FIG.
第一実施形態のレーザ切断装置10に対して、本実施形態のレーザ切断装置100は、泡微細化部として、多孔体を複数枚備える泡微細化部150を備える点で異なっている。その他は第一実施形態のレーザ切断装置10と同様である。
The
泡微細化部150の構造について説明する。
泡微細化部150は、第一多孔体151、第二多孔体152及び第三多孔体153を備える。第一多孔体151、第二多孔体152及び第三多孔体153は、対向する面の間で貫通する複数の孔を備える多孔体である。本実施形態においても、第一多孔体151、第二多孔体152及び第三多孔体153として水平面に配置された網板を用いている。網板は、対向する面の間で貫通する複数の孔として網目を有する。
The structure of the
The
第一多孔体151、第二多孔体152及び第三多孔体153は、下から上に向かって順に並設されている。すなわち、第一多孔体151の浮上方向Dfに第二多孔体152が設けられ、第二多孔体152の浮上方向Dfに第三多孔体153が設けられている。
The first
第一多孔体151、第二多孔体152及び第三多孔体153は、いずれも、複数の孔が、水平面と交差する方向に貫通するように設置される。
本実施形態では、第二多孔体152の複数の孔は、第一多孔体151の複数の孔より小さい径を有する孔であり、第三多孔体153の複数の孔は、第二多孔体152の複数の孔よりさらに小さい径を有する孔である。
The first
In the present embodiment, the plurality of holes of the second
本実施形態の作用について説明する。
泡微細化部150は、泡発生箇所と水Saの水面との間に設置されており、浮上する泡Baと、浮上方向Dfにおける浮上過程の途中において接触する。まず泡Baは、第一多孔体151と接触する。接触した泡Baのうち、第一多孔体151の複数の孔よりも大きなサイズを有する泡Baは、複数の孔を通過する際に、二以上の泡Bbに分割される。したがって、泡Baは、第一多孔体151の複数の孔を通過することによって、泡Baより小さなサイズの泡Bbに分割される。分割された泡Bbは、浮上方向Dfへさらに浮上し、第二多孔体152、第三多孔体153を順に通過する度に、より小さなサイズに分割され、水Saの水面へ浮上し、大気中へと放出される。
The operation of this embodiment will be described.
The
したがって、泡Baは、複数段階で分割されることによって、単段階で分割する場合に比べて、より小さなサイズに分割される。 Therefore, the bubbles Ba are divided into a smaller size by being divided in a plurality of stages as compared with the case of being divided in a single stage.
より小さなサイズの泡を分割すれば、より多くのヒュームを水Sa中に溶かすことができるので、水中レーザ切断時のヒュームの放出を一層抑制することできる。 If the bubbles of smaller size are divided, more fumes can be dissolved in the water Sa, so that the release of fumes during underwater laser cutting can be further suppressed.
上記のとおり本実施形態では、第二多孔体152の複数の孔は、第一多孔体151の複数の孔より小さい径を有し、第三多孔体153の複数の孔は、第二多孔体152の複数の孔よりさらに小さい径を有している。変形例として、第一多孔体151の複数の孔、第二多孔体152の複数の孔及び第三多孔体153の複数の孔を同じ径としても構わない。同じ径であっても、多孔体と多孔体の間で泡が大きく成長する場合は、複数段階で泡を分割することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the plurality of holes of the second
本実施形態において、第一多孔体151、第二多孔体152及び第三多孔体153は、互いの間隔をあけて設置されており、泡発生箇所から水面までの空間を有効利用している。すなわち、互いに空間を開けて設置されることにより、浮上による泡の成長を待って泡を分割できるので、泡発生箇所から水面までの空間にわたって、より微細な泡に分割することが可能となる。
In this embodiment, the 1st
「第三実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第三実施形態について、図4を参照して説明する。
"Third embodiment"
A third embodiment of the laser cutting device according to the present invention will be described with reference to FIG.
第二実施形態のレーザ切断装置100に対して、本実施形態のレーザ切断装置200は、泡微細化部として、複数の多孔体の下面を、水平面に対して、互い違いに傾斜させた泡微細化部250を備える点で異なっている。その他は第二実施形態のレーザ切断装置100と同様である。
Compared with the
泡微細化部250の構造について説明する。
泡微細化部250は、第一傾斜多孔体251、第二傾斜多孔体252及び第三傾斜多孔体253を備える。第一傾斜多孔体251、第二傾斜多孔体252及び第三傾斜多孔体253は、対向する面の間で貫通する複数の孔を備える多孔体である。本実施形態においても、第一傾斜多孔体251、第二傾斜多孔体252及び第三傾斜多孔体253として網板を用いている。
The structure of the
The
第一傾斜多孔体251、第二傾斜多孔体252及び第三傾斜多孔体253は、浮上方向Dfに向かって、順に並設されている。すなわち、第一傾斜多孔体251の浮上方向Dfに第二傾斜多孔体252が設けられ、第二傾斜多孔体252の浮上方向Dfに第三傾斜多孔体253が設けられている。
The first inclined
第一傾斜多孔体251は、レーザLbの延びる方向に平行な鉛直面内において、水平方向に対して角度θ傾斜させて配置している。第二傾斜多孔体252は、レーザLbの延びる方向に平行な鉛直面内において、第二傾斜多孔体252と逆方向に、水平方向に対して角度θ(角度−θ)傾斜させて配置している。第三傾斜多孔体253は、レーザLbの延びる方向に平行な鉛直面内において、第一傾斜多孔体251と同じ方向(第二傾斜多孔体252と逆方向)に水平方向に対して角度θ傾斜させて配置している。
The first inclined
したがって、第一傾斜多孔体251、第二傾斜多孔体252及び第三傾斜多孔体253は、浮上方向Dfに向かって互い違いに傾斜させて配置されている。このとき、第一傾斜多孔体251、第二傾斜多孔体252及び第三傾斜多孔体253の複数の孔は、傾斜配置したときに、水平面と交差する方向に貫通するように形成される。
Therefore, the first inclined
本実施形態の作用について説明する。
泡微細化部250は、泡発生箇所と水Saの水面との間に設置されており、浮上する泡Baと、浮上方向Dfにおける浮上過程の途中において接触する。まず泡Baは、第一傾斜多孔体251と接触する。接触した泡Baは、傾斜した第一傾斜多孔体251の下面に沿って斜め方向に浮上する。泡Baは、斜め方向に浮上しながら、第一傾斜多孔体251の複数の孔を通過する。第一傾斜多孔体251の複数の孔よりも大きなサイズを有する泡Baは、複数の孔を通過する際に、二以上の泡Bbに分割される。分割された泡Bbは、同様に、互い違いに傾斜する第二傾斜多孔体252、第三多孔体153を順に通過しながら、さらに分割される。互い違いに傾斜する第二傾斜多孔体252、第三多孔体153を順に通過する泡Bbは、蛇行ながらより小さなサイズに分割され、水Saの水面へ浮上し、大気中へと放出される。
The operation of this embodiment will be described.
The
したがって、本実施形態では、蛇行しながら泡が浮上するので、蛇行せず浮上する場合に比べて、水面に到達するまでの時間をより稼ぐことができる。水面に到達するまでの時間をより稼ぐことができれば、より多くのヒュームを水Sa中に溶かすことができるので、水中レーザ切断時のヒュームの放出を一層抑制することできる。 Therefore, in this embodiment, since the bubbles rise while meandering, it is possible to earn more time to reach the water surface than when the bubbles rise without meandering. If it is possible to earn more time to reach the water surface, more fumes can be dissolved in the water Sa, so that the release of fumes during underwater laser cutting can be further suppressed.
「第四実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第四実施形態について、図5を参照して説明する。
"Fourth embodiment"
A fourth embodiment of the laser cutting device according to the present invention will be described with reference to FIG.
第一実施形態のレーザ切断装置10に対して、本実施形態のレーザ切断装置300は、泡微細化部350を振動させる振動部360を備える点で異なっている。その他は第一実施形態のレーザ切断装置10と同様である。
The
泡微細化部350及び振動部360の構造及び作用について説明する。
振動部360は、泡微細化部350に接続され、泡微細化部350を振動させる。本実施形態においては、振動部360は、泡微細化部350を振動方向Dbに振動させる。振動方向Dbは、レーザLbの延びる方向である。
The structure and operation of the
The
泡Baが複数の孔を通過する際に、泡微細化部350が振動方向Dbに振動すると、泡微細化部350は、複数の孔を通過する泡Baに対して振動方向Dbに刺激を与える。したがって、振動部360は、泡微細化部350における泡の分割作用を促進する。
When the bubble Ba passes through the plurality of holes and the
振動部360による振動方向は、振動方向Dbに限られず、泡に刺激を与える方向であればどのような方向でもよく、例えば、浮上方向Dfの振動、水平面内におけるDb以外の任意の方向の振動でも構わない。
The vibration direction by the
振動の周波数及び振幅は、泡に刺激を与えることができる周波数及び振幅であれば、どのような周波数及び振幅であっても構わない。 The frequency and the amplitude of the vibration may be any frequency and amplitude as long as the frequency and the amplitude can be given to the bubbles.
さらに、本実施形態の振動部を第二実施形態又は第三実施形態のような複数の多孔体に適用してもよい。その場合、複数の多孔体にそれぞれ振動方向、振動の周波数又は振幅の異なる振動部を設けて、複数の多孔体に対して、それぞれ異なる振動方向、振動の周波数又は振幅で振動させてもよい。 Furthermore, you may apply the vibration part of this embodiment to a some porous body like 2nd embodiment or 3rd embodiment. In that case, a plurality of porous bodies may be provided with vibration portions having different vibration directions, vibration frequencies or amplitudes, and the plurality of porous bodies may be vibrated with different vibration directions, vibration frequencies or amplitudes.
「第五実施形態」
本発明に係るレーザ切断装置の第五実施形態について、図6を参照して説明する。
"Fifth embodiment"
A fifth embodiment of the laser cutting device according to the present invention will be described with reference to FIG.
第一実施形態のレーザ切断装置10に対して、本実施形態のレーザ切断装置400は、泡微細化部として、回転するフィン450を備える点で異なっている。その他は第一実施形態のレーザ切断装置10と同様である。
The
フィン450の構造及び作用について説明する。
フィン450は、浮上方向Dfの交差方向に延び、当該交差方向と交差する軸を中心に回転する。特に本実施形態においては、図6に示すように、フィン450は、水平方向に延び、浮上方向Dfと平行な回転軸を中心に回転する。本実施形態においては、フィン450の中心を回転軸として回転させているが、フィン450の片側寄りを回転軸として、偏心回転させてもよい。
The structure and operation of the
The
フィン450の回転領域を泡Baが通過する際に、回転するフィン450と衝突する泡Baは、フィン450によって裁断され、二以上の泡Bbに分割される。したがって、泡Baは、フィン450によって裁断されることよって、泡Baより小さなサイズの泡Bbに分割される。また、浮上する泡Baを分割することによって、全体として浮上中の泡の成長を抑制することができる。
When the bubble Ba passes through the rotation region of the
「レーザ切断方法」
本発明に係るレーザ切断方法について、図7を参照して説明する。
"Laser cutting method"
The laser cutting method according to the present invention will be described with reference to FIG.
図7に示すように、まずレーザ照射ヘッド20を、水中に浸漬された原子炉容器90内部の炉内構造物91の切断対象位置に設置する(S1:レーザ照射部設置工程)。次に、ガス・高圧水供給装置30bから、気相空間Sbを満たす雰囲気ガスAa、及び気相空間Sbを維持するために高圧水Wwを供給し、レーザ照射ヘッド20と切断対象位置との間に、気相空間Sbを形成する(S2:気相空間形成工程)。続いて、炉内構造物91に関して、レーザLbを照射する側と反対側であって、切断対象位置の上方に、泡微細化部を設置する(S3:泡微細化部配置工程)。設置する泡微細化部は、上記実施形態のいずれの泡微細化部でも構わない。そして、切断対象位置にレーザ照射ヘッド20からレーザLbを照射する(S4:レーザ切断工程)。レーザ切断工程S4によってレーザ切断が進むと、気相空間Sbが炉内構造物91の切断対象位置のレーザ照射面の裏面と連通し、気相空間Sbに満たされた雰囲気ガスAaが、連通部を介して、炉内構造物91に関してレーザLbを照射する側と反対側に放出される。放出された雰囲気ガスAa及びアシストガスAtは、ヒュームを包含した泡Baとなるが、泡Baの発生箇所の上方に設置された泡微細化部によって、泡Baは微細化される。
したがって、泡を小さく分割することによって、泡に含まれるヒュームを水Sa中に溶かすことができるので、ヒュームを含んだ泡の発生を抑制することができる。泡を分割すれば、より多くのヒュームを水Sa中に溶かすことができるので、水中レーザ切断時のヒュームの放出を一層抑制することできる。
As shown in FIG. 7, first, the
Therefore, since the fumes contained in the bubbles can be dissolved in the water Sa by dividing the bubbles into small pieces, the generation of bubbles containing fumes can be suppressed. If the bubbles are divided, more fumes can be dissolved in the water Sa, so that the release of fumes during underwater laser cutting can be further suppressed.
本レーザ切断方法は、原子炉容器90内部の水中に沈んでいる炉内構造物91をそのまま切断している。
水中にない構造物を水中で切断する場合は、レーザ照射部設置工程の前に、構造物を水中に浸漬する浸漬工程(S0)を設ければ、本レーザ切断方法を実施できる。
構造物を水中に浸漬する工程としては、構造物を水中に沈めて浸漬する工程であってもよいし、構造物が内部に設置された容器に水を埋めて、構造物を水中に浸漬する工程であってもよい。
また、水中に沈んでいる原子炉容器90内部の炉内構造物91をそのまま切断する方法は、図1の炉内構造物91´の切断方法を含む。すなわち、水中レーザ切断された構造物を炉内構造物91´のように、原子炉容器90の上部に設けられたピットPに移動させた後、切断された構造物をさらに細かく切断する方法を含むものである。
In this laser cutting method, the in-
When a structure that is not in water is cut in water, the laser cutting method can be implemented by providing an immersion step (S0) in which the structure is immersed in water before the laser irradiation unit installation step.
The step of immersing the structure in water may be a step of immersing the structure in water, or immersing the structure in water by filling water in a container in which the structure is installed. It may be a process.
Further, the method of cutting the in-
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail with reference to drawings, the specific structure is not restricted to the said embodiment, The design change etc. of the range which does not deviate from the summary of this invention are included.
本実施形態の場合、切断する構造物に関して、レーザLbを照射する側と反対側へ放出される泡の微細化を行っている。
本実施形態の泡の微細化は、レーザLbを照射する側と反対側へ放出される泡の微細化に限らず、レーザLbを照射する側へ放出される泡の微細化に適用しても構わない。その場合、泡微細化部は、レーザLbを照射する側へ設置することとなる。
さらにレーザLbを照射する側、及びレーザLbを照射する側と反対側の両側において泡の微細化を行うこととし、レーザLbを照射する側、及びレーザLbを照射する側と反対側の両側に泡微細化部を設置してもよい。また、構造物の上部において、レーザLbを照射する側、及びレーザLbを照射する側と反対側の両側にまたがるように泡微細化部を設置してもよい。
In the case of this embodiment, with respect to the structure to be cut, the bubbles released to the side opposite to the side irradiated with the laser Lb are miniaturized.
The refinement of bubbles in the present embodiment is not limited to the refinement of bubbles released to the side opposite to the side irradiated with the laser Lb, but also applied to the refinement of bubbles released to the side irradiated with the laser Lb. I do not care. In that case, a bubble refinement | miniaturization part will be installed in the side irradiated with laser Lb.
Further, bubble miniaturization is performed on both the side irradiated with the laser Lb and the side opposite to the side irradiated with the laser Lb, and on both the side irradiated with the laser Lb and the side opposite to the side irradiated with the laser Lb. A bubble refining unit may be installed. Moreover, you may install a bubble refinement | miniaturization part so that it may straddle on the opposite side to the side which irradiates the laser Lb, and the side which irradiates the laser Lb in the upper part of a structure.
本実施形態では、レーザ切断装置本体30がレーザを発振しているが、レーザ照射ヘッド20で発振してもよい。その場合、光ファイバ42aを設ける必要がなくなる。さらに、レーザ切断装置本体30とレーザ照射ヘッド20との間で制御信号や応答信号のやり取りの必要もないときは、配線42を設けなくても構わない。その場合、レーザ切断装置本体30をガス・高圧水供給装置30bだけで構成することが可能となる。
In the present embodiment, the laser cutting device
本実施形態では、レーザ照射ヘッド20は支持部29によって、泡微細化部50は支持部59によって支持されているが、原子炉容器90上方に支持梁を設けて、同じ支持梁でレーザ照射ヘッド20及び泡微細化部50を支持してもよい。同じ支持梁でレーザ照射ヘッド20及び泡微細化部50を支持する場合、構造物の切断対象位置の走査が必要であれば、当該支持梁を走査することで、レーザ照射ヘッド20及び泡微細化部50を共に走査することが可能である。
In this embodiment, the
本実施形態において、支持部29は、ピットP上方に固定されているが、吸盤、磁石、ネジ、フック等によって、原子炉容器90の壁面に固定されてもよい。さらに支持部29にレール及びレール走行部を設け、レーザ照射ヘッド20が、原子炉容器90の壁面を縦横に走査するように構成してもよい。
本実施形態において、支持部59も同様に、ピット上方に固定されているが、吸盤、磁石、ネジ、フック等によって、原子炉容器90の壁面に固定されてもよい。さらに支持部59にレール及びレール走行部を設け、泡微細化部50が、原子炉容器90の壁面を走査するように構成してもよい。
その場合、レーザ照射ヘッド20及び泡微細化部50が、連動して原子炉容器90の壁面を走査するように構成してもよい。
In the present embodiment, the
In the present embodiment, the
In that case, you may comprise so that the
本実施例のように水壁Wabで壁を構成しているが、切断する構造物表面に凹凸が少ない場合は、水壁Wabに代えて、機構部材の壁を設けて、気相空間Sbを形成してもよい。 Although the wall is constituted by the water wall Wab as in the present embodiment, when the surface of the structure to be cut has few irregularities, the wall of the mechanism member is provided instead of the water wall Wab, and the gas phase space Sb is formed. It may be formed.
本実施形態の各実施形態の泡微細化部を一つのレーザ切断装置に組み合わせて設けても構わない。例えば、深さ方向にフィン450を複数並べて設けたり、第一傾斜多孔体251、第二傾斜多孔体252及び第三傾斜多孔体253のそれぞれに振動部を設けたりしても構わない。また、深さ方向に、フィンと多孔体とを並べて設けても構わない。
You may provide the bubble refinement | miniaturization part of each embodiment of this embodiment combining in one laser cutting device. For example, a plurality of
本実施形態の多孔体は、網板以外に多孔板、メッシュ板等、複数の孔を有するものであれば、どのようなものでもよい。 The porous body of the present embodiment may be anything as long as it has a plurality of holes such as a porous plate and a mesh plate in addition to the mesh plate.
本実施形態においては、気相空間Sbに空気を供給しているが、レーザを散乱しないガスであればどのようなガスでも構わない。 In the present embodiment, air is supplied to the gas phase space Sb, but any gas may be used as long as it does not scatter the laser.
10:レーザ切断装置
20:レーザ照射ヘッド
20a:ヘッド先端
21:気相空間形成部
29:支持部
30:レーザ切断装置本体
30a:レーザ発振器
30b:ガス・高圧水供給装置
41:ガス・高圧水供給路
41a:雰囲気ガス供給路
41b:高圧水供給路
41c:アシストガス供給路
42:配線
42a:光ファイバ
43:配線
50:泡微細化部
59:支持部
90:原子炉容器
91:炉内構造物
91´:炉内構造物
100:レーザ切断装置
150:泡微細化部
151:第一多孔体
152:第二多孔体
153:第三多孔体
200:レーザ切断装置
250:泡微細化部
251:第一傾斜多孔体
252:第二傾斜多孔体
253:第三傾斜多孔体
300:レーザ切断装置
350:泡微細化部
360:振動部
400:レーザ切断装置
450:フィン
Aa:雰囲気ガス
At:アシストガス
Ba:泡
Bb:泡
Db:振動方向
Df:浮上方向
Lb:レーザ
P:ピット
Sa:水
Sb:気相空間
Wab:水壁
Ww:高圧水
θ:角度
10: Laser cutting device 20:
Claims (8)
前記切断対象位置と前記レーザ照射部との間に、前記気相空間を形成する気相空間形成部と、
前記水中における前記切断対象位置よりも上方に配置されて、前記レーザにより前記構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部と
を備えるレーザ切断装置。 A laser irradiation unit capable of irradiating a laser to a cutting target position of a structure immersed in water through a gas phase space;
A gas phase space forming unit that forms the gas phase space between the cutting target position and the laser irradiation unit;
A laser cutting device comprising: a bubble refining unit that is disposed above the cutting target position in the water and divides bubbles generated when the structure is cut by the laser.
前記多孔体は、水平面と交差する方向に貫通する複数の孔を備える
請求項1に記載のレーザ切断装置。 The bubble refinement section includes a porous body,
The laser cutting device according to claim 1, wherein the porous body includes a plurality of holes penetrating in a direction intersecting a horizontal plane.
請求項2に記載のレーザ切断装置。 The laser cutting device according to claim 2, wherein the porous bodies are arranged vertically.
請求項3に記載のレーザ切断装置。 The laser cutting device according to claim 3, wherein the porous body is a plurality of porous bodies whose lower surfaces are alternately inclined with respect to a horizontal plane.
請求項2から4のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。 The laser cutting device according to any one of claims 2 to 4, wherein the bubble refining unit further includes a vibrating unit that vibrates the porous body.
請求項1から5のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。 The laser cutting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the bubble refining unit includes a fin that extends in a direction intersecting with the rising direction of the bubble and that rotates about an axis that intersects the intersecting direction.
請求項1から6のいずれか一項に記載のレーザ切断装置。 The laser cutting device according to any one of claims 1 to 6, wherein the structure is a structure of a nuclear reactor.
前記切断対象位置と前記レーザ照射部との間に、気相空間を形成する気相空間形成工程と、
前記水中における前記切断対象位置よりも上方に、前記レーザにより前記構造物の切断時に生成される泡を分割する泡微細化部を配置する泡微細化部配置工程と
を含むレーザ切断方法。 A laser irradiation unit installation step of installing a laser irradiation unit capable of irradiating a laser at a position to be cut of a structure immersed in water;
A gas phase space forming step for forming a gas phase space between the cutting target position and the laser irradiation unit;
A bubble refining portion disposing step of disposing a bubble refining portion that divides bubbles generated when the structure is cut by the laser above the position to be cut in the water.
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CN107914085A (en) * | 2017-12-01 | 2018-04-17 | 哈尔滨工业大学(威海) | A kind of underwater laser welder and its application method for simulating shallow-water environment |
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