JP3350737B2 - ワイヤピーニングガンおよびワイヤピーニング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般の金属材料表面お
よび原子炉炉内機器の表面層に存在する引っ張り残留応
力を改善する技術に係り、特に、水中でワイヤ束を材料
表面に衝突させ、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ワイヤピーニングガンおよびワ
イヤピーニング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】オーステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３
０４鋼製の原子炉の炉内構造機器や一次系機器は、使用
中に、その溶接部近傍において粒界割れ型の応力腐食割
れ（ＩＧＳＣＣ）が発生する場合があることが、知られ
ている。ＩＧＳＣＣは、溶接部の鋭敏化，引っ張り応
力，腐食環境の３因子が重畳した条件下でのみ生ずる。

【０００３】材料の鋭敏化は、溶接熱によって起こる。
溶接熱によって、結晶粒界にＣｒ炭化物が析出するため
に、粒界のごく近傍にＣｒ欠乏部が形成され、このＣｒ
欠乏部が、腐食し易くなる現象である。引っ張り応力
は、外力により発生し、これに溶接や加工によって発生
する引っ張り残留応力が重畳して、高い引っ張り応力状
態となる。通常、応力因子に占める引っ張り残留応力の
寄与は、極めて大きい。腐食環境は、原子炉水そのもの
であり、溶存酸素を含むと、腐食環境は、より一層厳し
くなる。

【０００４】ＩＧＳＣＣは、これらの３因子からどれか
１つを取り除けば防止できる。引っ張り残留応力を圧縮
応力に改善することは、ＩＧＳＣＣ防止のための有効な
予防保全策となる。

【０００５】原子力機器の残留応力改善手段としてのピ
ーニング(peening）は、例えば、特開昭６２−６３６１
４号公報に記載されている。この技術は、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、ジェットの衝突動圧エネルギーすなわちジェッ
ト噴流の軸方向動圧エネルギーで、前記管内面層に引っ
張り塑性変形を与え、前記管に元々存在していた引っ張
り残留応力を軽減するものである。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。

【０００６】しかし、この方法は、大気中でノズルから
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
る。すなわち、大気中でウォータージェットの衝突動圧
を利用する技術であり、ウォータージェットの噴出圧力
のみに頼った方法である。水没している原子炉の炉内機
器にこの技術を適用しようとすると、次のような問題が
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】水中でこの技術を利用
する場合、周囲水の抵抗のためにウォータージェットの
流速が低下するので、ウォータージェットの金属表面で
の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、超高圧でのウォータージェット噴射が要求さ
れ、超高圧ポンプ・配管が必要となり、コストアップに
つがなる。

【０００８】産業界で古くから使われているもう一つの
公知技術として、ハンマーピーニングがある。ハンマー
ピーニングによれば、残留応力を改善できる。

【０００９】しかし、対象機器がＳＵＳ３０４ステンレ
ス鋼の場合を考慮すると、原子炉の炉内機器には適用で
きない。ＳＵＳ３０４ステンレス鋼においては、ハンマ
ーピーニングのような過度に強い冷間加工を加えると、
加工誘起マルテンサイト変態を生じて、耐食性低下を招
くことになるからである。

【００１０】本発明の目的は、すでに運転を開始し、水
没状態にある原子炉の炉内機器や一般の金属材料の部材
表面の引っ張り残留応力を圧縮残留応力に改善するに好
適なワイヤピーニングガンおよびワイヤピーニング装置
を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、複数の細線ワイヤを植立状態で保持する
ワイヤヘッドと当該ワイヤヘッドをワイヤの植立方向に
振動させる振動手段とを備えたワイヤピーニングガンに
おいて、細線ワイヤ側を開放する状態で振動手段および
ワイヤヘッドを囲む吸引パイプを設け、吸引パイプを吸
引ホースに接続したワイヤピーニングガンを提案する。

【００１２】本発明は、また、軸方向に移動可能なマス
トと、マストの下端部に取り付けられ傘状に開閉する屈
曲アームと、当該屈曲アーム先端に取り付けられた上記
ワイヤピーニングガンとを備えたワイヤピーニング装置
を提案する。

【００１３】本発明は、さらに、上記ワイヤピーニング
装置において、原子炉圧力容器のフランジ面上に載置さ
れ原子炉圧力容器の周方向に移動自在な旋回台と、当該
旋回台上に載置され原子炉圧力容器の径方向に移動可能
でマストの基端部を支持する三次元駆動装置とを備えた
ワイヤピーニング装置を提案する。

【００１４】

【作用】本発明によれば、直径２ｍｍ以下，望ましくは
１ｍｍ以下の金属ブラシ状に植え込まれた細線ワイヤの
束で処理対象をピーニングするので、細線であることか
ら、ピーニングの衝撃が、強過ぎず、弱過ぎず、最適強
度のピーニングが可能となる。また、ワイヤ束であるこ
とから、広い面積に対して、加工マルテンサイトを生成
させずに、圧縮残留応力だけを生成できる。

【００１５】細線ワイヤ束を備えた複数のピーニングロ
ッドをピーニングガンに設けることにより、曲面形状部
に対するピーニング効果を高めることができる。

【００１６】振動手段であるバイブレータの長手方向と
直交する方向に出されたピーニングロッドは、ピーニン
グロッドの往復動の方向の必要空間距離を狭くできる。
そのため、狭隘部のピーニングが可能となる。

【００１７】本発明のワイヤピーニング装置によれば、
遠隔三次元駆動部の三次元的移動作用とその先端の屈曲
アームの屈曲作用とピーニングガンの首振り作用とによ
り、原子炉の上蓋，蒸気乾燥器，気水分離器，燃料チャ
ンネルを取り外しただけの状態で、シュラウド，上部格
子板等のピーニング対象機器は取り外さず、水没状態で
ピーニングできる。

【００１８】また、異物吸引回収器により、ピーニング
処理実施中に不可避的に発生する施工表面から離脱した
表面滞積物やスケールなどの異物を炉水とともに吸引
し、炉外に異物を回収でき、異物と炉水とを分離し、分
離した炉水を浄化再利用する機能を有する。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明によるワイヤピーニング装置
の一実施例の構成を示す断面図である。すなわち、原子
炉炉内構造物の残留応力を改善するための本発明による
ワイヤピーニング装置の全体構成および炉心シュラウド
への適用状況を示す図である。

【００２０】ピーニングガン１ａ，１ｂは、屈曲アーム
２ａ，２ｂに取り付けられ、屈曲アーム２ａ，２ｂは、
マスト３に取り付けられている。マスト３は、旋回台５
に載置された三次元駆動装置４により支持されている。

【００２１】屈曲アーム２は、関節機構により傘のよう
な開閉機能を備えており、開閉角は０度から３６０度で
ある。

【００２２】マスト３は、圧力容器６の軸方向に昇降可
能で、しかも、マスト３自身の回転が可能なように三次
元駆動装置４により支持されている。

【００２３】三次元駆動装置４は、圧力容器６の半径方
向に走行可能に旋回台５上に載置されている。三次元駆
動装置４は、旋回台５の上で半径方向に走行し、マスト
３に昇降と回転を与え、遠隔四次元駆動ができるように
なっている。

【００２４】旋回台５は、旋回運動できるように、フラ
ンジベース７上に載置されている。フランジベース７
は、圧力容器６のフランジ６−１上に載置されている。

【００２５】ピーニングガン１には、空気チューブ８を
介して、コンプレッサ９から、作動用空気が送られる。
ピーニングガン１には、炉水と混合した異物を吸引する
ための吸引ホース１１がつながれ、吸引ポンプ１２に連
結されている。

【００２６】吸引ポンプ１２で吸い上げられた異物混入
炉水は、分離浄化装置１３に導かれる。分離浄化装置１
３は、フィルタとイオン交換樹脂とからなり、異物と炉
水とを分離する。炉水は、さらに浄化され、圧力容器６
内に戻される。

【００２７】図１に示した原子炉炉内構造物のワイヤピ
ーニング装置においては、原子炉圧力容器の上蓋，蒸気
乾燥器，気水分離器，燃料チャンネル，制御棒を順に取
り外す。次に、圧力容器６のフランジ６−１面上にフラ
ンジベース７，旋回台５，三次元駆動装置４を順に取り
付ける。屈曲アーム２を閉じた状態で、マスト３を上部
格子板１４の桝目１４−１を通して、炉心部１５に下降
させ、この位置で、屈曲アーム２ａ，２ｂを開き、ピー
ニングガン１ａ，１ｂをシュラウド１６の壁面に垂直に
押し当てて、ワイヤピーニングをする。

【００２８】この状態で、マスト３を昇降させると、シ
ュラウド１６の内周面軸方向の移動ピーニングができ、
マスト３を回転させると、シュラウド１６の内周面円周
方向の移動ピーニングができる。

【００２９】屈曲アーム２ａ，２ｂの開き角度を鈍角に
すれば、上部格子板１４とシュラウド１６との境界の隅
角部のピーニングが可能となり、屈曲アーム２ａ，２ｂ
の開き角度を鋭角にすれば、シュラウド１６と炉心支持
板１７との境界の隅角部のピーニングが可能となる。屈
曲アーム２ａ，２ｂは、開閉角度に応じて、アーム長さ
を自在に調節できるようにしてある。

【００３０】図２は、本発明によるワイヤピーニング装
置の他の実施例の構成を示す断面図である。すなわち、
原子炉炉内構造物の残留応力を改善するための本発明に
よる反力受け付きワイヤピーニング装置の全体構成およ
び炉心シュラウドへの適用状況を示す図である。

【００３１】本実施例においては、ピーニングガン１
ａ，１ｂのピーニング反力を受けるために、屈曲アーム
２ａ，２ｂのそれぞれの先端を分岐し、分岐の一方にピ
ーニングガン１ａ，１ｂを設置し、分岐の他方に反力受
け１８ａ，１８ｂを設置してある。反力受け１８ａと１
８ｂが、転がり圧子１９ａ，１９ｂを介して、シュラウ
ド１６を押せば、マスト３の半径方向の振動に対して安
定し、ピーニング作業の信頼性が確保される。

【００３２】また、ＣＣＤカメラ２０ａ，２０ｂがピー
ニング施工部に向けてマスト３に取り付けられており、
炉外上部に設置した監視モニタ１０により、ピーニング
施工状況を監視できる。本実施例では、ＣＣＤカメラ２
０ａ，２０ｂをマスト３に取り付けてあるが、屈曲アー
ム２ａ，２ｂに取り付けてもよい。

【００３３】図３は、本発明による吸引パイプ付きピー
ニングガンの構造を示す図であり、図４は、図３の吸引
パイプを外したピーニングガンの構造を示す図である。

【００３４】ピーニングガン１は、バイブレータ２１，
ピーニングロッド２２，吸引パイプ２３，首振り機構２
４，カプラ２５で構成され、カプラ２５で屈曲アーム２
に結合されている。

【００３５】ピーニングロッド２２は、ピーニングガン
１の長手方向と同一方向に振動するので、ピーニングロ
ッド２２先端に連結された細線ワイヤヘッド２６が、図
１または図２のシュラウド１６の内周表面をピーニング
する。

【００３６】ピーニングに伴い、表面のスケールや滞積
物等が剥離し、炉水を汚すので、混濁水となる。この混
濁水を吸引パイプ２３で吸引し、吸引ホース１１により
圧力容器６外に設置された分離浄化装置１３に導き、異
物を分離する。炉水は、浄化して圧力容器６に戻し、炉
水として再利用する。その結果、廃棄物は固形物のみと
なり、排水を生じない。

【００３７】ピーニングロッド２２の先端に着脱自在に
結合されたワイヤヘッド２６には、図４に拡大して示し
たように、直径１ｍｍの細線ワイヤ２７が、金属ブラシ
状に植え込まれている。

【００３８】図５は、本発明による複数のピーニングロ
ッドを備えたピーニングガンの構造を示す図である。本
実施例では、複数のピーニングロッド２２−１，２２−
２，２２−３，…がバイブレータ２１に結合され、各々
のピーニングロッド２２の先端には、細線ワイヤ２７−
１，２７−２，２７−３，…が、直接金属ブラシ状に植
え込まれている。

【００３９】本実施例によれば、複数のピーニングロッ
ド２２−１，２２−２，２２−３，…が、お互いに独立
してピーニングするので、曲面形状の施工面に対して、
均一かつ確実にピーニングできる。

【００４０】図５の実施例の変形例として、ピーニング
ロッド２２−１，２２−２，２２−３，…の本数を１０
〜１００本と増やし、そのかわり、ピーニングロッドの
直径をもっと細くし針金状にした細線ワイヤをバイブレ
ータ２１に直接結合したピーニングガンを構成すること
もできる。

【００４１】本実施例によれば、細線ワイヤがそれぞれ
独立して動作するので、複雑な曲面形状の施工面に対し
て、叩き残しなく、均一かつ確実にピーニングできる。

【００４２】図６は、本発明による反力ロッドを備えた
ピーニングガンの構造を示す図である。本実施例では、
複数の細線ワイヤ２７−１，２７−２，……が金属ブラ
シ状に植え込まれたワイヤヘッド２６−１，２６−２…
…がピーニングロッド２２−１，２２−２……に設けら
れ、さらに、このピーニングロッド２２−１，２２−２
……が、首振り機構２４および間隔調節するスペーサで
ある間隔ピース２８を介してバイブレータ２１の長手方
向と直交するように、バイブレータ２１に結合されてい
る。

【００４３】これと対向する方向には、ピーニングの反
力を受ける反力ロッド２９を設けてある。反力ロッド２
９は、先端に回転自在な回転子２９−１を備え、間隔調
節用の間隔ピース２９−２を介して、バイブレータ２１
に結合されている。

【００４４】本実施例によれば、回転子２９−１と細線
ワイヤ２７との距離を短くできるので、シュラウド１６
と圧力容器６との間のような狭隘部内のピーニングがで
きる。隙間に応じて、間隔ピース２８と２９−２とを調
節しておけばよい。

【００４５】図７は、本発明によるピーニングロッドを
左右対称に形成したピーニングガンの構造を示す図であ
る。本実施例においては、図６の反力ロッド２９に替え
て、もう一本のピーニングロッドを設け、左右対称形と
している。

【００４６】本実施例によれば、ピーニングの反力は自
己平衡し、さらに対向部位を同時にピーニングでき、高
効率である。すなわち、シュラウド１６と圧力容器６と
の間のような狭隘部内の双方の表面のピーニングに好適
である。

【００４７】上記実施例は、いずれも、シュラウドに適
用する場合であるが、上部格子板の任意の格子孔にマス
ト３を挿入すると、格子板下面部，炉心支持板にも施工
でき、また、格子孔からマスト３を引き抜いて実施すれ
ば、格子板上面部にも施工できる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、既設の原子炉圧力容器
内部構造物の残留応力を引っ張り応力から圧縮応力に容
易に改善でき、原子炉圧力容器内部構造物の応力腐食割
れを未然に防止できる。また、三次元的にピーニングガ
ンを移動させることにより炉水を満たしたまま、遠隔操
作で施工できるので、ピーニング施工時の作業員の被爆
線量を低減できる。施工表面のスケールを剥離できるの
で、炉水が浄化される。本発明は、スペース空間の大き
い筒状機器，狭隘部，隅角部凸曲面，凹曲面のいずれに
も適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるワイヤピーニング装置の一実施例
の構成を示す断面図である。

【図２】本発明によるワイヤピーニング装置の他の実施
例の構成を示す断面図である。

【図３】本発明による吸引パイプ付きピーニングガンの
構造を示す図である。

【図４】図３の吸引パイプを外したピーニングガンの構
造を示す図である。

【図５】本発明による複数のピーニングロッドを備えた
ピーニングガンの構造を示す図である。

【図６】本発明による反力ロッドを備えたピーニングガ
ンの構造を示す図である。

【図７】本発明によるピーニングロッドを左右対称に形
成したピーニングガンの構造を示す図である。

【符号の説明】

１ ピーニングガン ２ 屈曲アーム ３ マスト ４ 三次元駆動装置 ５ 旋回台 ６ 圧力容器７ フランジベース ８ 空気チューブ ９ コンプレッサ １０ 監視モニタ １１ 吸引ホース １２ 吸引ポンプ １３ 分離浄化装置１４ 上部格子板 １５ 炉心部 １６ シュラウド １７ 炉心支持板 １８ 反力受け１９ 転がり圧子 ２０ 監視カメラ(ＣＣＤカメラ) ２１ 振動手段（バイブレータ） ２２ ピーニングロッド ２３ 吸引パイプ ２４ 首振り機構２５ カプラ ２６ ワイヤヘッド ２７ 細線ワイヤ２８ 間隔ピース ２９ 反力ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 孝一 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (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 (72)発明者 大高 正廣 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 (72)発明者 坂田 信二 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 (72)発明者 林 眞琴 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 (72)発明者 林 英策 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (72)発明者 吉久保 富士夫 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 日立 ニュークリアエンジニアリング株式会社 内 (56)参考文献 特開 昭60−127928（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−142688（ＪＰ，Ａ) 特公 昭38−1445（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23P 9/04 C21D 7/08

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の細線ワイヤを植立状態で保持する
   ワイヤヘッドと当該ワイヤヘッドを前記ワイヤの植立方
   向に振動させる振動手段とを備えたワイヤピーニングガ
   ンにおいて、前記 細線ワイヤ側を開放する状態で前記振動手段および
   ワイヤヘッドを囲む吸引パイプを設け、 前記吸引パイプを吸引ホースに接続した ことを特徴とす
   るワイヤピーニングガン。
2. 【請求項２】 軸方向に移動可能なマストと、前記マス
   トの下端部に取り付けられ傘状に開閉する屈曲アーム
   と、当該屈曲アーム先端に取り付けられた請求項１に記
   載のワイヤピーニングガンとを備えたワイヤピーニング
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のワイヤピーニング装置
   において、原子炉 圧力容器のフランジ面上に載置され前記原子炉圧
   力容器の周方向に移動自在な旋回台と、当該旋回台上に
   載置され前記原子炉圧力容器の径方向に移動可能で前記
   マストの基端部を支持する三次元駆動装置とを備えたこ
   とを特徴とするワイヤピーニング装置。