JP2774008B2 - 原子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置 - Google Patents
原子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置Info
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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- B05B15/62—Arrangements for supporting spraying apparatus, e.g. suction cups
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B17/00—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups
- B05B17/04—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods
- B05B17/06—Apparatus for spraying or atomising liquids or other fluent materials, not covered by the preceding groups operating with special methods using ultrasonic or other kinds of vibrations
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
- C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
- C21D7/04—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface
- C21D7/06—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the surface by shot-peening or the like
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、原子炉構造物の残留応
力改善方法及びその残留応力改善装置に係り、特に沸騰
水型原子炉に適用でき、原子炉圧力容器内の水中におい
てキャビティを内包する高速の噴水流を原子炉構造材の
表面に衝突させることによって、原子炉構造材表面層に
圧縮残留応力を形成して表面応力を改善するに好適な原
子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装
置に関する。
力改善方法及びその残留応力改善装置に係り、特に沸騰
水型原子炉に適用でき、原子炉圧力容器内の水中におい
てキャビティを内包する高速の噴水流を原子炉構造材の
表面に衝突させることによって、原子炉構造材表面層に
圧縮残留応力を形成して表面応力を改善するに好適な原
子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】オーステナイトステンレス鋼等の金属材
料は原子炉等の高温水中に置かれた場合、その溶接部近
傍において粒界割れ型の応力腐食割れ（以下、ＩＧＳＣ
Ｃと略す）が発生することは、一般的に知られている。
ＩＧＳＣＣは、材料の鋭敏化、引張り応力、腐食環境の
三因子が重畳した条件下で生ずるとされている。材料の
鋭敏化は、溶接熱などによって、結晶粒界にＣｒ炭化物
が析出するために粒界の極近傍部にＣｒ欠乏層が形成さ
れ、粒界近傍のＣｒ欠乏部が腐食に対して鋭敏になるこ
とによって起こる（鋭敏化という）。引張り応力は、外
力による応力に、溶接や加工によって発生する引張残留
応力が重畳することによって起こる。腐食は、溶存酸素
を含む高温水によって生じる。ＩＧＳＣＣはこれらの３
因子の中から１つの因子を取り除くことにより防止でき
る。
料は原子炉等の高温水中に置かれた場合、その溶接部近
傍において粒界割れ型の応力腐食割れ（以下、ＩＧＳＣ
Ｃと略す）が発生することは、一般的に知られている。
ＩＧＳＣＣは、材料の鋭敏化、引張り応力、腐食環境の
三因子が重畳した条件下で生ずるとされている。材料の
鋭敏化は、溶接熱などによって、結晶粒界にＣｒ炭化物
が析出するために粒界の極近傍部にＣｒ欠乏層が形成さ
れ、粒界近傍のＣｒ欠乏部が腐食に対して鋭敏になるこ
とによって起こる（鋭敏化という）。引張り応力は、外
力による応力に、溶接や加工によって発生する引張残留
応力が重畳することによって起こる。腐食は、溶存酸素
を含む高温水によって生じる。ＩＧＳＣＣはこれらの３
因子の中から１つの因子を取り除くことにより防止でき
る。
【０００３】残留応力改善手段として特開昭６２−６３
６１４号公報に記載されている従来の技術は、残留応力
改善対象物である熱交換器等の管の内部に高圧液体ジェ
ットを噴出する回転ノズル部を有する高圧水ジェット装
置を挿入し、ジェットそのものの衝突動圧エネルギー
（ジェット噴流の軸方向動圧エネルギー）で前記管内面
層に引張り塑性変形を与えて、前記管に元々存在してい
た引張り残留応力を軽減するものである。
６１４号公報に記載されている従来の技術は、残留応力
改善対象物である熱交換器等の管の内部に高圧液体ジェ
ットを噴出する回転ノズル部を有する高圧水ジェット装
置を挿入し、ジェットそのものの衝突動圧エネルギー
（ジェット噴流の軸方向動圧エネルギー）で前記管内面
層に引張り塑性変形を与えて、前記管に元々存在してい
た引張り残留応力を軽減するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、熱交
換器等の管内面の残留応力を改善する方法として有効な
方法であるが、この方法は大気中にてノズルから噴出す
る液体ジェットを金属部材の表面に当て、この衝突エネ
ルギーで前記金属部材をピーニングするものであり、こ
の技術は大気中でウオータージェットの衝突動圧を利用
したものであってウオータージェットの噴出力のみに頼
った方法である。水中でこの技術を利用した場合には、
周囲水の抵抗があり、ウオータージェットが周囲水に拡
散するために、噴流の流速が、金属表面に到達するまで
に低下してしまい、衝突動圧が低くなり、ピーニング効
果を有効に得ることは難しくなる。そのため、大気中噴
流と同等の動圧を得るには、超高圧でのウオータージェ
ット噴射が必要となる。
換器等の管内面の残留応力を改善する方法として有効な
方法であるが、この方法は大気中にてノズルから噴出す
る液体ジェットを金属部材の表面に当て、この衝突エネ
ルギーで前記金属部材をピーニングするものであり、こ
の技術は大気中でウオータージェットの衝突動圧を利用
したものであってウオータージェットの噴出力のみに頼
った方法である。水中でこの技術を利用した場合には、
周囲水の抵抗があり、ウオータージェットが周囲水に拡
散するために、噴流の流速が、金属表面に到達するまで
に低下してしまい、衝突動圧が低くなり、ピーニング効
果を有効に得ることは難しくなる。そのため、大気中噴
流と同等の動圧を得るには、超高圧でのウオータージェ
ット噴射が必要となる。
【０００５】特開昭６２−６３６１４号公報には炉水が
充填された原子炉圧力容器内でウオータージェットを噴
出させることを記載していない。原子炉圧力容器内にノ
ズル部を挿入して外部からノズル部に水を供給し、ウオ
ータージェットを噴出させた場合は、炉水があふれ、そ
の分が放射性廃液となる。
充填された原子炉圧力容器内でウオータージェットを噴
出させることを記載していない。原子炉圧力容器内にノ
ズル部を挿入して外部からノズル部に水を供給し、ウオ
ータージェットを噴出させた場合は、炉水があふれ、そ
の分が放射性廃液となる。
【０００６】本発明の目的は、キャビティを含む高速水
流の原子炉構造物表面への噴射時に、キャビティが壊滅
する際に生ずる超高圧を利用して、原子炉構造物に圧縮
残留応力を付与できかつ放射性廃液の発生を抑制できる
原子炉構造物の残留応力改善方法及びその装置を提供す
ることにある。
流の原子炉構造物表面への噴射時に、キャビティが壊滅
する際に生ずる超高圧を利用して、原子炉構造物に圧縮
残留応力を付与できかつ放射性廃液の発生を抑制できる
原子炉構造物の残留応力改善方法及びその装置を提供す
ることにある。
【０００７】本発明の他の目的は、上部格子板より下方
で原子炉構造物に容易に圧縮残留応力を付与できる原子
炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置
を提供することにある。
で原子炉構造物に容易に圧縮残留応力を付与できる原子
炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置
を提供することにある。
【０００８】本発明の他の目的は、より大きな圧縮残留
応力を付与できる残留応力改善方法及びその残留応力改
善装置を提供することにある。
応力を付与できる残留応力改善方法及びその残留応力改
善装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する請
求項１の発明の特徴は、炉水が充填された原子炉容器内
に水噴出手段を挿入し、炉水をポンプにより加圧して水
噴出手段に導き、前記水噴出手段から噴射されかつキャ
ビティを同伴する炉水流を、炉水と接触する原子炉構造
物の表面に当てることにより、キャビティが壊滅する際
に生ずる高い圧力を利用して原子炉構造物の表面の残留
応力を改善することにある。前記水噴出手段は、好まし
くは、流速を速くするオリフィス部及びそれに続くホー
ン状噴出孔を備えたノズルから構成される。
求項１の発明の特徴は、炉水が充填された原子炉容器内
に水噴出手段を挿入し、炉水をポンプにより加圧して水
噴出手段に導き、前記水噴出手段から噴射されかつキャ
ビティを同伴する炉水流を、炉水と接触する原子炉構造
物の表面に当てることにより、キャビティが壊滅する際
に生ずる高い圧力を利用して原子炉構造物の表面の残留
応力を改善することにある。前記水噴出手段は、好まし
くは、流速を速くするオリフィス部及びそれに続くホー
ン状噴出孔を備えたノズルから構成される。
【００１０】上記の目的を達成する請求項２の発明の特
徴は、前記原子炉容器の軸方向に伸びる第１支持部材に
対して水平方向に伸縮自在に取り付けられた第２支持部
材に前記水噴出手段が保持され、前記第２支持部材を縮
めた状態で前記原子炉容器内に設けられた上部格子板内
を通過させ、前記第２支持部材を前記上部格子板より下
方で伸ばした状態にした後に、前記水噴出手段から炉水
流を噴射することにある。
徴は、前記原子炉容器の軸方向に伸びる第１支持部材に
対して水平方向に伸縮自在に取り付けられた第２支持部
材に前記水噴出手段が保持され、前記第２支持部材を縮
めた状態で前記原子炉容器内に設けられた上部格子板内
を通過させ、前記第２支持部材を前記上部格子板より下
方で伸ばした状態にした後に、前記水噴出手段から炉水
流を噴射することにある。
【００１１】上記の目的を達成する請求項３の発明の特
徴は、前記水噴出手段に振動を与えることにある。
徴は、前記水噴出手段に振動を与えることにある。
【００１２】
【作用】請求項１の発明は、水噴出手段から噴射されか
つキャビティを同伴する炉水流を、炉水と接触する原子
炉構造物の表面に当て、キャビティが壊滅する際に生ず
る高い圧力により、その原子炉構造物の残留応力を引張
応力から圧縮応力に変える。このため、原子炉構造物の
応力腐食割れの発生を抑制できる。また、本発明は、水
噴出手段に炉水を導いて水噴出手段から炉水を噴出する
ので、上記応力改善作業によって炉水の量は増加しな
い。このため、上記応力改善作業を行うに際して、水噴
出手段から噴射される水流による新たな放射性廃液の発
生を防止できる。請求項４の発明も、同様な作用を生じ
る。
つキャビティを同伴する炉水流を、炉水と接触する原子
炉構造物の表面に当て、キャビティが壊滅する際に生ず
る高い圧力により、その原子炉構造物の残留応力を引張
応力から圧縮応力に変える。このため、原子炉構造物の
応力腐食割れの発生を抑制できる。また、本発明は、水
噴出手段に炉水を導いて水噴出手段から炉水を噴出する
ので、上記応力改善作業によって炉水の量は増加しな
い。このため、上記応力改善作業を行うに際して、水噴
出手段から噴射される水流による新たな放射性廃液の発
生を防止できる。請求項４の発明も、同様な作用を生じ
る。
【００１３】請求項２の発明は、請求項１の発明の作用
を生じると共に、第２支持部材を縮めた状態で上部格子
板内を通過させ、第２支持部材を上部格子板より下方で
伸ばした状態にするので、第２支持部材を容易に上部格
子板を通過させて上部格子板より下方の領域に移動でき
る。このため、上部格子板より下方で原子炉構造物に容
易に圧縮残留応力を付与できる。請求項５の発明も、同
様な作用を生じる。
を生じると共に、第２支持部材を縮めた状態で上部格子
板内を通過させ、第２支持部材を上部格子板より下方で
伸ばした状態にするので、第２支持部材を容易に上部格
子板を通過させて上部格子板より下方の領域に移動でき
る。このため、上部格子板より下方で原子炉構造物に容
易に圧縮残留応力を付与できる。請求項５の発明も、同
様な作用を生じる。
【００１４】請求項３の発明は、請求項１または請求項
２の発明の作用を生じると共に、水噴出手段に振動( 例
えば、超音波振動) を与えることによって新たにキャビ
ティが発生するので、上記炉水流に同伴するキャビティ
の密度が増大する。このため、原子炉構造物の残留応力
が引っ張りから圧縮に改善する効果が増大し、付与され
る残留圧縮応力が大きくなる。請求項６の発明も、同様
な作用を生じる。
２の発明の作用を生じると共に、水噴出手段に振動( 例
えば、超音波振動) を与えることによって新たにキャビ
ティが発生するので、上記炉水流に同伴するキャビティ
の密度が増大する。このため、原子炉構造物の残留応力
が引っ張りから圧縮に改善する効果が増大し、付与され
る残留圧縮応力が大きくなる。請求項６の発明も、同様
な作用を生じる。
【００１５】
【実施例】図１乃至図５により、本発明の一実施例につ
いて説明する。図において、１はピーニングガンで、該
ピーニングガン１は、ガン本体１ａ、振動子保持部１
ｂ、ノズル保持部１ｃを有する。振動子保持部１ｂとノ
ズル保持部１ｃとの間に、圧電素子等の振動子２が介装
され、両保持部１ｂ、１ｃに例えば接着により固着され
ている。振動子２は、極小振幅で高周波の縦方向振動を
ノズル３に与える。振動子２の内部にスリーブ１８が設
けられ、スリーブ１８の両端は、両保持部１ｂ、１ｃに
パッキンを介して水密に保持されている。ノズル保持部
１ｃには、ノズル３が保持されている。ノズル３は、流
速を速くするオリフィス部及びそれに続くホーン状噴出
孔を備え（具体的な図示は省略する）、水中においてキ
ャビティを内包する高速の水流を噴射する。
いて説明する。図において、１はピーニングガンで、該
ピーニングガン１は、ガン本体１ａ、振動子保持部１
ｂ、ノズル保持部１ｃを有する。振動子保持部１ｂとノ
ズル保持部１ｃとの間に、圧電素子等の振動子２が介装
され、両保持部１ｂ、１ｃに例えば接着により固着され
ている。振動子２は、極小振幅で高周波の縦方向振動を
ノズル３に与える。振動子２の内部にスリーブ１８が設
けられ、スリーブ１８の両端は、両保持部１ｂ、１ｃに
パッキンを介して水密に保持されている。ノズル保持部
１ｃには、ノズル３が保持されている。ノズル３は、流
速を速くするオリフィス部及びそれに続くホーン状噴出
孔を備え（具体的な図示は省略する）、水中においてキ
ャビティを内包する高速の水流を噴射する。
【００１６】ベース９に立設したスタンド４には、３軸
駆動装置５が昇降旋回自在に設けられ、該駆動装置５
に、水平アーム６が進退自在に設けられている。ピーニ
ングガン１の３軸駆動は図示例に限らず、キャリジ６ａ
を走行自在としたり、公知の３軸移動装置を使用するこ
とができる。水平アーム６にはキャリジ６ａを介してマ
スト７が垂下され、マスト７の下端に屈曲アーム８を介
して前記ピーニングガン１が連結されている。したがっ
て、３軸駆動装置５によって、ガン１はＸ、Ｙ、Ｚ方向
に運動せしめられる。ウオータージェットピーニングを
施す金属材料又は金属試料１０は、水を満たした水槽１
２中の載置台１３に取付けられる。水槽１２内の水をホ
ース２７を介して吸引する高圧ポンプ１４から吐出され
る水は、高圧ホース１５及びマスト７、ホースカプラ１
９を介してピーニングガン１に導かれる。高圧ポンプ１
４の作動制御及び圧力制御は、ウオータージェット制御
盤２８で制御される。
駆動装置５が昇降旋回自在に設けられ、該駆動装置５
に、水平アーム６が進退自在に設けられている。ピーニ
ングガン１の３軸駆動は図示例に限らず、キャリジ６ａ
を走行自在としたり、公知の３軸移動装置を使用するこ
とができる。水平アーム６にはキャリジ６ａを介してマ
スト７が垂下され、マスト７の下端に屈曲アーム８を介
して前記ピーニングガン１が連結されている。したがっ
て、３軸駆動装置５によって、ガン１はＸ、Ｙ、Ｚ方向
に運動せしめられる。ウオータージェットピーニングを
施す金属材料又は金属試料１０は、水を満たした水槽１
２中の載置台１３に取付けられる。水槽１２内の水をホ
ース２７を介して吸引する高圧ポンプ１４から吐出され
る水は、高圧ホース１５及びマスト７、ホースカプラ１
９を介してピーニングガン１に導かれる。高圧ポンプ１
４の作動制御及び圧力制御は、ウオータージェット制御
盤２８で制御される。
【００１７】振動子２の振動波形、振動数、振幅等の振
動制御は、高周波発生器、周波数調整器、振幅増幅器等
を備えた振動子制御盤２９によって行われる。
動制御は、高周波発生器、周波数調整器、振幅増幅器等
を備えた振動子制御盤２９によって行われる。
【００１８】図３は、ピーニングガン１をマスト７に連
結するためのアームカプラ２０を備えた、屈曲アーム８
を示す。屈曲アーム８には、ピン２１ａ〜２１ｃを介し
て、ガンホルダ２２が設けられ、２１ｂと２１ｃの間に
はリンク２３が、２１ｃには、スライダ２４がそれぞれ
設けられている。スライダ２４には、矢印で示すような
上下移動できるエアまたは水圧シリンダが連結されてい
る。従って、スライダ２４の上下移動応じて、ガンホー
ルダ１７は傘のように開閉運動をする。図２の実施例で
は、水平に置かれた金属試料の下向き施工例を示した
が、垂直に置かれた金属試料の横向き施工は、スライダ
２４を上方に移動して、ガンホールダ１７を真横に向け
ることによって行うことができる。
結するためのアームカプラ２０を備えた、屈曲アーム８
を示す。屈曲アーム８には、ピン２１ａ〜２１ｃを介し
て、ガンホルダ２２が設けられ、２１ｂと２１ｃの間に
はリンク２３が、２１ｃには、スライダ２４がそれぞれ
設けられている。スライダ２４には、矢印で示すような
上下移動できるエアまたは水圧シリンダが連結されてい
る。従って、スライダ２４の上下移動応じて、ガンホー
ルダ１７は傘のように開閉運動をする。図２の実施例で
は、水平に置かれた金属試料の下向き施工例を示した
が、垂直に置かれた金属試料の横向き施工は、スライダ
２４を上方に移動して、ガンホールダ１７を真横に向け
ることによって行うことができる。
【００１９】図４は、移動方向自在のガイドローラ２５
とＣＣＤカメラ２６付きのピーニングガン１を示す。ガ
イドローラ２５は、ノズル３と金属試料表面間の距離を
最適距離に保つために、ＣＣＤカメラ２６は、施工部位
にウオータージェットが噴射されていることを視覚で確
認できるように設けたものである。ＣＣＤカメラ２６の
映像は、ビディオテレビ３０に映されると共に、映像
は、施工指令条件と実績などと共に記録装置３１に収録
される。図４のピーニングガン１によれば、ノズル３と
金属試料表面間の距離が最適に保たれ、それを確認でき
るので施工の信頼性を高めることができる。
とＣＣＤカメラ２６付きのピーニングガン１を示す。ガ
イドローラ２５は、ノズル３と金属試料表面間の距離を
最適距離に保つために、ＣＣＤカメラ２６は、施工部位
にウオータージェットが噴射されていることを視覚で確
認できるように設けたものである。ＣＣＤカメラ２６の
映像は、ビディオテレビ３０に映されると共に、映像
は、施工指令条件と実績などと共に記録装置３１に収録
される。図４のピーニングガン１によれば、ノズル３と
金属試料表面間の距離が最適に保たれ、それを確認でき
るので施工の信頼性を高めることができる。
【００２０】以上の構成により、金属材料１０を載置台
１３上にセットし、施工位置にピーニングガン１をセッ
トした後、水槽１２から水１１をホース２７で高圧ポン
プ１４に吸い込み、昇圧して高圧ホース１５で導いた高
圧水をピーニングガン１から噴射水流として噴射する。
高圧ポンプ１４の作動制御及び圧力制御は、ウオーター
ジェット制御盤２８で制御される。
１３上にセットし、施工位置にピーニングガン１をセッ
トした後、水槽１２から水１１をホース２７で高圧ポン
プ１４に吸い込み、昇圧して高圧ホース１５で導いた高
圧水をピーニングガン１から噴射水流として噴射する。
高圧ポンプ１４の作動制御及び圧力制御は、ウオーター
ジェット制御盤２８で制御される。
【００２１】その後、ピーニングガン１の振動子２を適
正に振動させる。波形、振動数、振幅の制御は、高周波
発生器、周波数調整器、振幅増幅器等を備えた振動子制
御盤２９によって行われる。これで本発明のウオーター
ジェットピーニング開始状態が整ったことになる。ここ
で、総合制御装置３２を使って三軸駆動装置５でピーニ
ング１を所定の方向に指定の速度で走査することによ
り、ウオータージェットピーニングが連続的に行われ
る。
正に振動させる。波形、振動数、振幅の制御は、高周波
発生器、周波数調整器、振幅増幅器等を備えた振動子制
御盤２９によって行われる。これで本発明のウオーター
ジェットピーニング開始状態が整ったことになる。ここ
で、総合制御装置３２を使って三軸駆動装置５でピーニ
ング１を所定の方向に指定の速度で走査することによ
り、ウオータージェットピーニングが連続的に行われ
る。
【００２２】図５はキャビティの生成を示す。ノズル３
には、その壁面３ａ、３ｂにキャビティを生成するよう
に波形、周波数、振幅を制御しながら高周波の縦方向３
ｃの振動を与えて高圧水を流す。縦方向３ｃは、ノズル
３内を高圧水の流れる方向と同じである。ノズルが高周
波振動を与えられて振動すると、内壁面３ａでは水との
剪断により、振動方向３ｃと直交する壁面３ｂでは水と
の剥離により、それぞれキャビティ又はキャビティ核が
生成されるが、その生成量は壁面３ｂの方が少ない。噴
射水流１ｂは、噴流それ自身で生成するキャビティと各
壁表面で生成されるキャビティ又はキャビティ核を巻き
込んで金属材料に噴射される。これによれば、噴射水流
１６単独の場合に比して、内包されるキャビティの数が
多くなり、一定時間で得られる応力改善効果が高くな
る。円筒スリーブ１８により水流と振動子２の直接接触
が回避されるので、振動子２の損傷が防止される。
には、その壁面３ａ、３ｂにキャビティを生成するよう
に波形、周波数、振幅を制御しながら高周波の縦方向３
ｃの振動を与えて高圧水を流す。縦方向３ｃは、ノズル
３内を高圧水の流れる方向と同じである。ノズルが高周
波振動を与えられて振動すると、内壁面３ａでは水との
剪断により、振動方向３ｃと直交する壁面３ｂでは水と
の剥離により、それぞれキャビティ又はキャビティ核が
生成されるが、その生成量は壁面３ｂの方が少ない。噴
射水流１ｂは、噴流それ自身で生成するキャビティと各
壁表面で生成されるキャビティ又はキャビティ核を巻き
込んで金属材料に噴射される。これによれば、噴射水流
１６単独の場合に比して、内包されるキャビティの数が
多くなり、一定時間で得られる応力改善効果が高くな
る。円筒スリーブ１８により水流と振動子２の直接接触
が回避されるので、振動子２の損傷が防止される。
【００２３】ピーニングの施工状況は、カメラ２６で撮
映し、その映像は、テレビ３０に映されるとともに、記
録装置３１に収録される。そして、ウオータージェット
制御盤２８、振動子制御盤２９、ビディオテレビ３０、
記録装置３１等の各機器が単独にではなく、システム的
制御が総合制御盤３２によって行われる。そのために、
施工の信頼性を高めることができる。また、本実施例の
応力改善作業の実施に際し、材料表面に酸化層があって
も、前処理が不要であり、後処理も不要である。
映し、その映像は、テレビ３０に映されるとともに、記
録装置３１に収録される。そして、ウオータージェット
制御盤２８、振動子制御盤２９、ビディオテレビ３０、
記録装置３１等の各機器が単独にではなく、システム的
制御が総合制御盤３２によって行われる。そのために、
施工の信頼性を高めることができる。また、本実施例の
応力改善作業の実施に際し、材料表面に酸化層があって
も、前処理が不要であり、後処理も不要である。
【００２４】図６は、図１のウオータージェットピーニ
ング方法、すなわち構造材の応力改善方法に使用するピ
ーニングガンの別の実施例を示す。このピーニングガン
の例が、図２の例と異なるところは、ピーニングノズル
に横方向３ｄの高周波振動を与えるように振動子２を設
けたことである。そのために振動方向に垂直なノズル面
は、図２の例よりも広くなる。従って、高周波振動誘起
キャビティも図２の例よりも多くなり、応力改善効果が
高くなる。もう一つの利点は、図２の例では必要であっ
た円筒スリーブ１８が、この場合には不要となり、構造
の単純化が図れる。そして、振動子２は、保持部１ｄに
より外方から保持する。
ング方法、すなわち構造材の応力改善方法に使用するピ
ーニングガンの別の実施例を示す。このピーニングガン
の例が、図２の例と異なるところは、ピーニングノズル
に横方向３ｄの高周波振動を与えるように振動子２を設
けたことである。そのために振動方向に垂直なノズル面
は、図２の例よりも広くなる。従って、高周波振動誘起
キャビティも図２の例よりも多くなり、応力改善効果が
高くなる。もう一つの利点は、図２の例では必要であっ
た円筒スリーブ１８が、この場合には不要となり、構造
の単純化が図れる。そして、振動子２は、保持部１ｄに
より外方から保持する。
【００２５】本発明の他の実施例である原子炉構造材の
応力改善方法を図７を用いて以下に説明する。すなわ
ち、沸騰水型原子力発電プラントの原子炉炉心機器、シ
ュラウド３７の応力改善を行う実施例を示す。
応力改善方法を図７を用いて以下に説明する。すなわ
ち、沸騰水型原子力発電プラントの原子炉炉心機器、シ
ュラウド３７の応力改善を行う実施例を示す。
【００２６】初めに、ピーニングガン１、１’のセット
方法につき説明する。原子炉のシュラウド３７の応力改
善を実施する場合、原子炉圧力容器３３の上蓋を取外し
てから、炉内の蒸気乾燥器、気水分離器、燃料チャンネ
ルを順次取外し、さらに、制御棒、中性子束計測管を原
子炉圧力容器３３の下方から抜去して炉心部３９は炉水
のみで満たされた状態にする。その後、原子炉圧力容器
３３のフランジ３４の上面にベース４２を載せ、ベース
４２の上に原子炉圧力容器３３の中心を軸心に回転自在
な旋回台車３５と、該旋回台車３５の上面に、半径方向
に移動自在な移動台車３６をそれぞれ設ける。移動台車
３６に吊設され複数段に分割されて上下方向に伸縮する
マスト７と、該マスト７の最下段部にアームカプラ２０
を介して複数のガンホルダ２２、２２’（この例では対
向する位置に２本）を備えた屈曲アーム８とピーニング
ガン１、１’を取り付ける。該旋回台車３５と移動台車
３６を動かして、マスト７が上部格子板３８の中心格子
孔を通るように移動台車３６の位置を決める。屈曲アー
ム８を真っ直にした状態、すなわちアーム８の本体８ａ
とガンホルダ２２を真っ直にした状態で、上部格子板３
８の中心格子孔を通して下げる。屈曲アーム８がシュラ
ウド３７内の炉心部３９に達したところで、ピーニング
ガン１、１’シュラウド３７の内壁面に対向するように
屈曲アーム８を屈曲させる。
方法につき説明する。原子炉のシュラウド３７の応力改
善を実施する場合、原子炉圧力容器３３の上蓋を取外し
てから、炉内の蒸気乾燥器、気水分離器、燃料チャンネ
ルを順次取外し、さらに、制御棒、中性子束計測管を原
子炉圧力容器３３の下方から抜去して炉心部３９は炉水
のみで満たされた状態にする。その後、原子炉圧力容器
３３のフランジ３４の上面にベース４２を載せ、ベース
４２の上に原子炉圧力容器３３の中心を軸心に回転自在
な旋回台車３５と、該旋回台車３５の上面に、半径方向
に移動自在な移動台車３６をそれぞれ設ける。移動台車
３６に吊設され複数段に分割されて上下方向に伸縮する
マスト７と、該マスト７の最下段部にアームカプラ２０
を介して複数のガンホルダ２２、２２’（この例では対
向する位置に２本）を備えた屈曲アーム８とピーニング
ガン１、１’を取り付ける。該旋回台車３５と移動台車
３６を動かして、マスト７が上部格子板３８の中心格子
孔を通るように移動台車３６の位置を決める。屈曲アー
ム８を真っ直にした状態、すなわちアーム８の本体８ａ
とガンホルダ２２を真っ直にした状態で、上部格子板３
８の中心格子孔を通して下げる。屈曲アーム８がシュラ
ウド３７内の炉心部３９に達したところで、ピーニング
ガン１、１’シュラウド３７の内壁面に対向するように
屈曲アーム８を屈曲させる。
【００２７】このように位置決め後、ウオータージェッ
ト制御盤２８、総合制御装置３２により、格納容器４１
の外側に置いた高圧ポンプ１４に炉水４０を導き、昇圧
して高圧ホース１５でピーニングガン１に送り、ノズル
３、３’から噴射させる。噴射後又は噴射前に振動子制
御盤２９と総合制御装置３２によりピーニングガン１の
振動子２を働かせてノズル３に高周波振動を与えて、シ
ュラウド３７へのウオータージェットピーニングを開始
する。
ト制御盤２８、総合制御装置３２により、格納容器４１
の外側に置いた高圧ポンプ１４に炉水４０を導き、昇圧
して高圧ホース１５でピーニングガン１に送り、ノズル
３、３’から噴射させる。噴射後又は噴射前に振動子制
御盤２９と総合制御装置３２によりピーニングガン１の
振動子２を働かせてノズル３に高周波振動を与えて、シ
ュラウド３７へのウオータージェットピーニングを開始
する。
【００２８】シュラウド３７の円周方向のピーニング施
工は、マスト７を旋回することにより、軸方向のピーニ
ング施工は、マスト７を昇降することにより、ノズルを
走査しながら連続的に行うことができる。これによりシ
ュラウド３７の円周方向及び軸方向の溶接部のウオータ
ージェットピーニングを行うことができる。その結果、
シュラウド３７における溶接等による引張り残留応力を
圧縮残留応力に改善することができて、ＩＧＳＣＣが防
止される。また、炉水を用いているために、噴射した水
の回収が不要であり、新たな放射性廃液を生じない。
工は、マスト７を旋回することにより、軸方向のピーニ
ング施工は、マスト７を昇降することにより、ノズルを
走査しながら連続的に行うことができる。これによりシ
ュラウド３７の円周方向及び軸方向の溶接部のウオータ
ージェットピーニングを行うことができる。その結果、
シュラウド３７における溶接等による引張り残留応力を
圧縮残留応力に改善することができて、ＩＧＳＣＣが防
止される。また、炉水を用いているために、噴射した水
の回収が不要であり、新たな放射性廃液を生じない。
【００２９】ノズル３を有するピーニングガン１が取り
付けられるガンホルダ２２を垂直状態にして上部格子板
３８内を通過させ、ガンホルダ２２を上部格子板３８よ
り下方で水平状態に回転させるので、ガンホルダ２２を
容易に上部格子板３８を通過させて上部格子板３８より
下方の領域に移動できる。このため、上部格子板３８よ
り下方で原子炉構造物、例えばシュラウド３７に容易に
圧縮残留応力を付与できる。
付けられるガンホルダ２２を垂直状態にして上部格子板
３８内を通過させ、ガンホルダ２２を上部格子板３８よ
り下方で水平状態に回転させるので、ガンホルダ２２を
容易に上部格子板３８を通過させて上部格子板３８より
下方の領域に移動できる。このため、上部格子板３８よ
り下方で原子炉構造物、例えばシュラウド３７に容易に
圧縮残留応力を付与できる。
【００３０】ガイドローラ２５を設けることにより、シ
ュラウド３７表面とノズル３との間の距離を一定に保持
でき、かつ、ピーニングガン１の振れを防止することが
できる。このために、ピーニング位置決め精度が向上す
る。また、ＣＣＤカメラをノズル３に設けることにより
残留応力の改善を行う部位を目視確認できる。これら の
総合的作用により、残留応力改善効果と信頼性が向上す
る。
ュラウド３７表面とノズル３との間の距離を一定に保持
でき、かつ、ピーニングガン１の振れを防止することが
できる。このために、ピーニング位置決め精度が向上す
る。また、ＣＣＤカメラをノズル３に設けることにより
残留応力の改善を行う部位を目視確認できる。これら の
総合的作用により、残留応力改善効果と信頼性が向上す
る。
【００３１】上述の実施例は図２、図６のピーニングガ
ン１を用いた場合であるが、図４のガイドローラ２５付
きのピーニングガン１、１’を用いる場合は、ガイドロ
ーラ２５が、シュラウド３７の内壁面に、若干の押し付
け力を持って押し付けられるように屈曲アーム８を屈曲
させる。これによりノズルと施工表面間の距離が一定に
確保されると共にノズルの安定性も増す。その後、移動
台車３６の備えているマスト７の上下移動機能、回転機
能を用いて施工開始部位に正しく、ノズル３、３’の位
置決めを行う。ＣＣＤカメラを備えているため、上部格
子板３８の中心格子孔を通して屈曲アーム８の下げ降ろ
す時、ノズル３、３’の位置を決める時に目視で確認で
きるので確実な施工ができる。
ン１を用いた場合であるが、図４のガイドローラ２５付
きのピーニングガン１、１’を用いる場合は、ガイドロ
ーラ２５が、シュラウド３７の内壁面に、若干の押し付
け力を持って押し付けられるように屈曲アーム８を屈曲
させる。これによりノズルと施工表面間の距離が一定に
確保されると共にノズルの安定性も増す。その後、移動
台車３６の備えているマスト７の上下移動機能、回転機
能を用いて施工開始部位に正しく、ノズル３、３’の位
置決めを行う。ＣＣＤカメラを備えているため、上部格
子板３８の中心格子孔を通して屈曲アーム８の下げ降ろ
す時、ノズル３、３’の位置を決める時に目視で確認で
きるので確実な施工ができる。
【００３２】図８は、３本のノズル３、３’、３”をセ
ットしたガンホルダ２２、２２’、２２”を備えた屈曲
アーム８をシュラウド内壁にセットした状況を炉心上方
から見たものを示す。ノズル３、３’、３”は１２０°
ずつの等間隔に設けてある。ガンホルダ２２、２２’、
２２”は連繋具４３で総合に繋がれているために、位置
制御の安定性が高くなる。
ットしたガンホルダ２２、２２’、２２”を備えた屈曲
アーム８をシュラウド内壁にセットした状況を炉心上方
から見たものを示す。ノズル３、３’、３”は１２０°
ずつの等間隔に設けてある。ガンホルダ２２、２２’、
２２”は連繋具４３で総合に繋がれているために、位置
制御の安定性が高くなる。
【００３３】屈曲アーム８の屈曲角度は、必ずしも、シ
ュラウド３７の内壁面に直角に対向させる必要はなく、
対象部位に応じて、斜め上方または、斜め下方とするこ
ともできるので、シュラウド３７の上下の隅角部や付加
物溶接部にも容易に適用できる。この場合には、図９の
伸縮自在の伸縮具４４を備えたガンホルダ２２付きの屈
曲アーム８を用いて、ノズル３と施工部表面間距離を適
正に調節する。
ュラウド３７の内壁面に直角に対向させる必要はなく、
対象部位に応じて、斜め上方または、斜め下方とするこ
ともできるので、シュラウド３７の上下の隅角部や付加
物溶接部にも容易に適用できる。この場合には、図９の
伸縮自在の伸縮具４４を備えたガンホルダ２２付きの屈
曲アーム８を用いて、ノズル３と施工部表面間距離を適
正に調節する。
【００３４】上述の実施例はシュラウドに適用する場合
についてであるが、上部格子板の任意の格子穴にマスト
７を挿入することにより、格子板下面部、炉心支持板に
も施工でき、また、格子穴からマスト７を引き抜いて実
施すれば格子板上面部へも施工できる。
についてであるが、上部格子板の任意の格子穴にマスト
７を挿入することにより、格子板下面部、炉心支持板に
も施工でき、また、格子穴からマスト７を引き抜いて実
施すれば格子板上面部へも施工できる。
【００３５】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、キャビティを
同伴する炉水流を原子炉構造物に当て、キャビティが壊
滅する際に生ずる高い圧力により、原子炉構造物表面層
の残留応力を引張応力から圧縮応力に変えることがで
き、原子炉構造物の応力腐食割れの発生を抑制できる。
また、本発明は、水噴出手段から炉水を噴出するので、
上記応力改善作業を行うに際して、水噴出手段から噴出
される水流による新たな放射性廃液の発生を防止でき
る。請求項４の発明も、同様な効果を生じる。
同伴する炉水流を原子炉構造物に当て、キャビティが壊
滅する際に生ずる高い圧力により、原子炉構造物表面層
の残留応力を引張応力から圧縮応力に変えることがで
き、原子炉構造物の応力腐食割れの発生を抑制できる。
また、本発明は、水噴出手段から炉水を噴出するので、
上記応力改善作業を行うに際して、水噴出手段から噴出
される水流による新たな放射性廃液の発生を防止でき
る。請求項４の発明も、同様な効果を生じる。
【００３６】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
の効果を生じると共に、第２支持部材を容易に上部格子
板を通過させて上部格子板より下方の領域に移動でき、
上部格子板より下方で原子炉構造物に容易に圧縮残留応
力を付与できる。請求項５の発明も、同様な効果を生じ
る。
の効果を生じると共に、第２支持部材を容易に上部格子
板を通過させて上部格子板より下方の領域に移動でき、
上部格子板より下方で原子炉構造物に容易に圧縮残留応
力を付与できる。請求項５の発明も、同様な効果を生じ
る。
【００３７】請求項３の発明によれば、請求項１または
請求項２の発明の効果を生じると共に、上記炉水流に同
伴するキャビティの密度を増大できる。このため、原子
炉構造物の残留応力が引っ張りから圧縮に改善する効果
が増大し、付与される残留圧縮応力が大きくなる。請求
項６の発明も、同様な効果を生じる。
請求項２の発明の効果を生じると共に、上記炉水流に同
伴するキャビティの密度を増大できる。このため、原子
炉構造物の残留応力が引っ張りから圧縮に改善する効果
が増大し、付与される残留圧縮応力が大きくなる。請求
項６の発明も、同様な効果を生じる。
【図１】本発明のウオータージェットピーニング装置の
一実施例を示す概略正面図。
一実施例を示す概略正面図。
【図２】図１のウオータージェットピーニング装置のピ
ーニングガンの一部破断詳細図。
ーニングガンの一部破断詳細図。
【図３】図１のウオータージェットピーニング装置の屈
曲アームの詳細図。
曲アームの詳細図。
【図４】本発明のピーニングガンの他の実施例を示す
図。
図。
【図５】本発明によるキャビティの生成を説明するため
の図。
の図。
【図６】本発明のピーニングガンの更に他の実施例を示
す図。
す図。
【図７】本発明のウオータージェットピーニング装置の
応用例を示す図。
応用例を示す図。
【図８】図７のウオータージェットピーニング装置の屈
曲アームの配置状況を示す図。
曲アームの配置状況を示す図。
【図９】図７のウオータージェットピーニング装置の屈
曲アームの詳細図。
曲アームの詳細図。
１…ピーニングガン ２…振動子 ３…ノズル ４…昇降スタンド ５…三軸駆動装置 ６…水平アーム ７…マスト ８…屈曲アーム ９…円環ベース １０…金属材料 １１…水 １２…水槽 １３…載置台 １４…高圧ポンプ １５…高圧ホース １６…噴射水流 １７…ガンカプラ １８…スリーブ １９…ホースカプラ ２０…アームカプラ ２１ａ〜２１ｃ…ピン ２２…ガンホルダ ２３…リンク ２４…スライダ ２５…ガイドローラ ２６…ＣＣＤカメラ ２７…ホース ２８…ウオータージェ
ット制御盤 ２９…振動子制御盤 ３０…ビディオテレビ ３１…記録装置 ３２…総合制御装置 ３３…圧力容器 ３４…フランジ ３５…旋回台車 ３６…移動台車 ３７…シュラウド ３８…上部格子板 ３９…炉心部 ４０…炉水 ４１…格納容器 ４２…環状ベース４３
…連繋具
ット制御盤 ２９…振動子制御盤 ３０…ビディオテレビ ３１…記録装置 ３２…総合制御装置 ３３…圧力容器 ３４…フランジ ３５…旋回台車 ３６…移動台車 ３７…シュラウド ３８…上部格子板 ３９…炉心部 ４０…炉水 ４１…格納容器 ４２…環状ベース４３
…連繋具
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤英世 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 辻村 浩 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 玉井康方 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 浦城慶一 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 望月正人 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−63614（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−77391（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−284099（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−66562（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−204397（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−78738（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C21D 7/04 B24C 1/10 G21D 1/00
Claims (6)
- 【請求項１】炉水が充填された原子炉容器内に水噴出手
段を挿入し、炉水をポンプにより加圧して水噴出手段に
導き、前記水噴出手段から噴射されかつキャビティを同
伴する炉水流を、炉水と接触する原子炉構造物の表面に
当てることにより、キャビティが壊滅する際に生ずる高
い圧力を利用して原子炉構造物の表面の残留応力を改善
することを特徴とする原子炉構造物の残留応力改善方
法。 - 【請求項２】前記原子炉容器の軸方向に伸びる第１支持
部材に対して水平方向に伸縮自在に取り付けられた第２
支持部材に前記水噴出手段が保持され、前記第２支持部
材を縮めた状態で前記原子炉容器内に設けられた上部格
子板内を通過させ、前記第２支持部材を前記上部格子板
より下方で伸ばした状態にした後に、前記水噴出手段か
ら炉水流を噴射する請求項１の原子炉構造物の残留応力
改善方法。 - 【請求項３】前記水噴出手段に振動を与える請求項１ま
たは請求項２の原子炉構造物の残留応力改善方法。 - 【請求項４】炉水が充填された原子炉容器内に挿入され
る水噴出手段と、炉水をポンプにより加圧して前記水噴
出手段に導く炉水供給手段とを備え、前記水噴出手段
は、炉水を用いてキャビティを同伴する水流を発生さ
せ、該水流を炉水と接触する原子炉構造物の表面に当て
ることにより、キャビティが壊滅する際に生ずる高い圧
力を利用して原子炉構造物の表面の残留応力を改善する
ことを特徴とする原子炉構造物の残留応力改善装置。 - 【請求項５】前記原子炉容器の軸方向に伸びる第１支持
部材と、前記第１支持部材に対して水平方向に伸縮自在
に取り付けられて前記水噴出手段を保持する第２支持部
材と、前記第１支持部材に取り付けられ、前記第２支持
部材を水平方向に伸縮させる手段とを備えた請求項４の
原子炉構造物の残留応力改善装置。 - 【請求項６】前記水噴出手段に振動発生手段を設けた請
求項４または請求項５の原子炉構造物の残留応力改善装
置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4010856A JP2774008B2 (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 原子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置 |
| US08/008,718 US5305361A (en) | 1992-01-24 | 1993-01-25 | Method of and apparatus for water-jet peening |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4010856A JP2774008B2 (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 原子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33202995A Division JP2774088B2 (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 原子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05195052A JPH05195052A (ja) | 1993-08-03 |
| JP2774008B2 true JP2774008B2 (ja) | 1998-07-09 |
Family
ID=11762001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4010856A Expired - Lifetime JP2774008B2 (ja) | 1992-01-24 | 1992-01-24 | 原子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5305361A (ja) |
| JP (1) | JP2774008B2 (ja) |
Families Citing this family (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP3127081B2 (ja) * | 1994-06-22 | 2001-01-22 | 株式会社日立製作所 | 中性子照射を受けた材料の溶接方法 |
| JP2774088B2 (ja) * | 1995-12-20 | 1998-07-09 | 株式会社日立製作所 | 原子炉構造物の残留応力改善方法及びその残留応力改善装置 |
| TW373183B (en) * | 1997-02-24 | 1999-11-01 | Hitachi Ltd | Preventive maintenance apparatus for structural members in a nuclear pressure vessel |
| US5778713A (en) * | 1997-05-13 | 1998-07-14 | Waterjet Technology, Inc. | Method and apparatus for ultra high pressure water jet peening |
| US6135857A (en) * | 1998-03-02 | 2000-10-24 | General Electric Company | Method for surface enhancement by fluid jet impact |
| EP1323836A1 (en) * | 1998-05-27 | 2003-07-02 | Waterjet Technology, Inc. | Method and apparatus for ultrahigh pressure water jet peening |
| US6639962B2 (en) * | 1998-08-12 | 2003-10-28 | Hitachi, Ltd. | Preventive maintenance method and apparatus of a structural member in a reactor pressure vessel |
| JP3583031B2 (ja) * | 1998-08-12 | 2004-10-27 | 株式会社日立製作所 | 原子炉圧力容器の内部構造部材のウォータージェットピーニング方法及びウォータージェットピーニング装置 |
| JP2000263337A (ja) * | 1999-01-13 | 2000-09-26 | Japan Science & Technology Corp | 金属部品等の表面改質および洗浄方法およびその装置 |
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