JP3461948B2 - Underwater laser processing method - Google Patents

Underwater laser processing method

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JP3461948B2
JP3461948B2 JP01808795A JP1808795A JP3461948B2 JP 3461948 B2 JP3461948 B2 JP 3461948B2 JP 01808795 A JP01808795 A JP 01808795A JP 1808795 A JP1808795 A JP 1808795A JP 3461948 B2 JP3461948 B2 JP 3461948B2
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/1224Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in vacuum

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は例えば原子力発電プラン
ト等における予防保全および補修技術に係り、特に冷却
水中で金属構造物の表面の残留応力改善、亀裂除去、ク
ラッド除去等を行う場合に好適な水中レーザ加工方法に
関する
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to preventive maintenance and repair techniques in, for example, a nuclear power plant, and is particularly suitable for improving residual stress on the surface of metal structures, removing cracks, removing clad, etc. in cooling water. Underwater laser processing method
Concerned .

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば軽水炉の炉内構造物は、高温高圧
環境下において十分な耐食性と高温強度を有する材料、
例えばオーステナイトステンレス鋼あるいはニッケル基
合金等によって構成されている。
2. Description of the Related Art For example, the internal structure of a light water reactor is made of a material having sufficient corrosion resistance and high temperature strength under a high temperature and high pressure environment.
For example, it is made of austenitic stainless steel or nickel-based alloy.

【0003】しかしながら、炉内構造物の内、交換が困
難な部材については、これらの部材がプラントの長期に
わたる運転により長期間高温高圧環境下に晒され、しか
も炉心シュラウドなどの炉心材料は中性子照射を受ける
ため、それらが原因となって起こる材料劣化の問題が懸
念されている。
However, of the internal structures, which are difficult to replace, the members are exposed to a high temperature and high pressure environment for a long time due to long-term operation of the plant, and the core material such as the core shroud is irradiated with neutrons. Therefore, there is a concern about the problem of material deterioration caused by these problems.

【0004】特に炉内構造物の溶接部近傍は、溶接入熱
による材料の鋭敏化および引張応力の残留のため、潜在
的な応力腐食割れ発生の危険性を有している。
Particularly in the vicinity of the welded portion of the internal structure of the furnace, there is a risk of potential stress corrosion cracking due to sensitization of the material due to welding heat input and residual tensile stress.

【0005】最近、プラントの運転期間の長期化に対応
して、予防保全対策として種々の材料表面改良技術の開
発が行われている。その一環として、材料表面の応力を
積極的に引張から圧縮に変えることによって、応力腐食
割れを未然に防止するための対策が検討され、例えば、
ショットピーニングあるいはウォータージェットピーニ
ングなどの方法による表面材料応力改善技術が開発され
ている。
Recently, various material surface improvement techniques have been developed as preventive maintenance measures in response to the extended operation period of the plant. As part of that, measures to prevent stress corrosion cracking by studying the stress on the material surface from positive to positive are studied.
Techniques for improving surface material stress by methods such as shot peening or water jet peening have been developed.

【0006】ショットピーニングは0.3mm〜1.2mm
程度の径の鋼球を高圧空気あるいは遠心力を利用して加
速し、鋼球の運動エネルギーにより施工部表面を塑性変
形させることにより、表面に圧縮残留応力を形成する技
術である。
Shot peening is 0.3 mm to 1.2 mm
This is a technique of accelerating a steel ball having a diameter of about a degree using high-pressure air or centrifugal force, and plastically deforming the surface of the working part by the kinetic energy of the steel ball, thereby forming a compressive residual stress on the surface.

【0007】また、ウォータージェットピーニングは、
1000気圧程度の超高圧水をノズル先端から噴射し、
水撃作用およびキャビテーションが破壊する際の衝撃波
により、表面に圧縮応力を形成する技術である。これら
両技術とも、水中での施工により応力腐食割れに対する
有効性が実証され、一部は実用化されている。
Further, water jet peening is
Ultra high pressure water of about 1000 atm is jetted from the tip of the nozzle,
It is a technique of forming compressive stress on the surface by a shock wave when water hammer action and cavitation break. Both of these technologies have been proved to be effective against stress corrosion cracking by construction in water, and some have been put to practical use.

【0008】また、上記炉内構造物の溶接部近傍、ある
いは振動環境下にある構造物は、プラントの長期にわた
る運転中に応力腐食割れや疲労破壊による亀裂の発生や
進展、さらにそれらによる割れに対する感受性の鋭敏化
が懸念されており、対策が検討されている。
Further, the structure near the welded portion of the reactor internal structure or the structure in a vibrating environment is vulnerable to the generation and development of cracks due to stress corrosion cracking and fatigue fracture during long-term operation of the plant, and further to cracking due to them. There is a concern that the sensitivity will increase, and measures are being considered.

【0009】例えば、構造物の表面に亀裂が発生した場
合に亀裂部分を放電加工により除去し、構造物材料の応
力集中を緩和して亀裂の進展を抑止する対策工法が行わ
れている。放電加工は電極と被加工材料との間に電圧を
加えて放電を発生させ、被加工材料を溶融して吹き飛ば
す加工法であり、この対策工法も一部実用化されてい
る。
For example, when a crack is generated on the surface of a structure, a cracking portion is removed by electric discharge machining, and stress concentration of the structure material is relaxed to prevent the crack from developing. Electric discharge machining is a machining method in which a voltage is applied between an electrode and a material to be processed to generate electric discharge, and the material to be processed is melted and blown away, and this countermeasure method has also been partially put into practical use.

【0010】なお、炉内構造物の表面にはFe,Cu,
Ni等を含んだクラッドが付着することが知られてい
る。クラッドは放射性物質をトラップするので、補修や
予防保全を行う作業員の被曝増加原因となるおそれがあ
る。特に、燃料要素に付着したクラッドは冷却水による
燃料要素の冷却効果を阻害し、酸化の加速を招き、さら
には燃料破壊に至らしめる場合がある。
On the surface of the furnace internal structure, Fe, Cu,
It is known that a clad containing Ni or the like adheres. Since the clad traps radioactive materials, it may cause increased exposure of workers performing repairs and preventive maintenance. In particular, the clad adhering to the fuel element may hinder the cooling effect of the cooling water on the fuel element, accelerate oxidation, and even lead to fuel destruction.

【0011】このような炉内構造物の表面に付着したク
ラッドの除去に関しては、現在、ウォータジェットピー
ニング等の高圧水流を利用した除去方法が不定期的に実
施されている。また、放電加工あるいは超音波を照射し
てクラッドを剥ぎ取る方法や、ショットピーニングを応
用し鋼球による衝撃力を弱くしてクラッドを除去する方
法なども検討されている。
Regarding the removal of the clad adhering to the surface of the reactor internal structure, a removal method using high-pressure water flow such as water jet peening is currently carried out irregularly. Further, a method of stripping the clad by electric discharge machining or irradiation of ultrasonic waves, and a method of applying the shot peening to weaken the impact force of the steel ball to remove the clad are also being studied.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】ところで、ショットピ
ーニング等の鋼球を用いる方法では、炉心シュラウドと
原子炉圧力容器との間のアニュラス部などの狭隘部の構
造物に加工を施す場合には、鋼球を完全に回収すること
が困難である。また、鋼球を高圧水あるいは高圧空気で
搬送するための高圧配管が必要であり、簡便な加工方法
とは言い難い。また、大気中で施工する場合には粉塵の
発生を伴う問題が生じる。
By the way, in the method using a steel ball such as shot peening, when processing a structure of a narrow space such as an annulus between the core shroud and the reactor pressure vessel, It is difficult to recover steel balls completely. Further, a high-pressure pipe for transporting the steel balls with high-pressure water or high-pressure air is required, which is difficult to say as a simple processing method. Further, when the construction is performed in the atmosphere, there is a problem that dust is generated.

【0013】ウォータジェットピーニング等の高圧水を
用いる方法では、噴流水の反力のため周辺機器への負荷
が大きく、また狭隘部で遠隔操作により精密な加工を行
う自動機を開発することは困難である。
In the method using high-pressure water such as water jet peening, the reaction force of the jet water imposes a heavy load on the peripheral equipment, and it is difficult to develop an automatic machine for performing precision machining by remote control in a narrow space. Is.

【0014】放電加工には、被加工材料への熱影響が大
きいという問題があり、超音波法では、超音波が到達し
難い狭隘部には適用が困難である。
The electric discharge machining has a problem that the material to be machined is greatly affected by heat, and it is difficult to apply the ultrasonic method to a narrow portion where ultrasonic waves are hard to reach.

【0015】すなわち、上記した加工法はいずれも、簡
便性、狭隘部への適用性、周辺機器への影響、品質の点
等で問題があり、すべてが満足されているとは言い難
い。また、予防保全および補修に係る表面応力改善、亀
裂除去、クラッド除去の3種類の技術すべてに適用する
ことも極めて困難である。
That is, all of the above processing methods have problems in terms of simplicity, applicability to narrow spaces, influence on peripheral equipment, quality, etc., and it cannot be said that all of them are satisfied. Further, it is also extremely difficult to apply it to all three types of techniques of surface stress improvement, crack removal, and clad removal related to preventive maintenance and repair.

【0016】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、原子炉内部構造物の予防保全およ
び補修に係る表面応力改善、亀裂除去、クラッド除去等
の作業が簡便かつ高品質で、しかも周辺機器に悪影響を
及ぼすことなく行え、さらに狭隘部への適用性にも優れ
た水中レーザ加工方法を提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to perform work such as surface stress improvement, crack removal, and clad removal related to preventive maintenance and repair of nuclear reactor internal structure in a simple and high-performance manner. An object of the present invention is to provide an underwater laser processing method that is of high quality and can be performed without adversely affecting peripheral equipment, and that is also excellent in applicability to narrow spaces.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、冷却水に浸漬された構造物の
表面に、可視波長を持つ高出力,短パルスのレーザビー
ムを照射し、前記構造物表面の材料の残留応力改善、亀
裂除去またはクラッド除去を行う水中レーザ加工方法で
あって、冷却水で満たされた原子炉の内部構造物の材料
表面に発生した亀裂を検出し、この亀裂部に対してパル
ス幅が100nsec以下で可視波長を持つレーザビーム
を、1パルス当りのピーク出力0.1〜10GW/cm
の条件で、亀裂部がアブレーション除去される状況をモ
ニタしながら照射し、亀裂を除去することを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 provides a high-power, short-pulse laser beam having a visible wavelength on the surface of a structure immersed in cooling water. Irradiation with the underwater laser processing method to improve the residual stress of the material on the structure surface, remove cracks or remove clad
The material of the reactor internals filled with cooling water
Detects cracks on the surface,
Laser beam with a visible wavelength of less than 100 nsec
The peak output per pulse is 0.1 to 10 GW / cm 2
Under the conditions of
It is characterized by irradiating while nitrating and removing cracks
It

【0018】[0018]

【0019】[0019]

【0020】請求項2の発明は、原子炉の内部構造物表
面に発生した亀裂の除去を行った後、請求項1記載の処
理を施すことにより、亀裂除去後の材料表面の応力改善
を行うことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, after the cracks generated on the surface of the internal structure of the nuclear reactor are removed, the stress of the material surface after the cracks are removed is improved by applying the treatment of the first aspect. It is characterized by

【0021】請求項3の発明は、請求項1記載の水中レ
ーザビームの照射を行うことにより、冷却水で満たされ
た原子炉の内部構造物の表面に蓄積したクラッドの除去
を行いながら、材料表面の応力改善を行うことを特徴と
する。
The invention of claim 3 irradiates the underwater laser beam according to claim 1 to remove the clad accumulated on the surface of the internal structure of the nuclear reactor filled with the cooling water while removing the material. It is characterized in that surface stress is improved.

【0022】請求項4の発明は、冷却水で満たされた原
子炉の内部構造物の材料表面にレーザビームを照射し
て、請求項1から3までに記載の材料表面応力改善、亀
裂除去、またはクラッド除去を施す際、その施工全体範
囲、施工単位領域および施工条件を、予め実施した探傷
検査および表面状態検査と構造物図面とに基づいて作成
したマップに従って自動的に制御することを特徴とす
る。
[0022] The invention according to claim 4, by irradiating a laser beam on the material surface of the internal structure filled with the cooling water nuclear reactor, the material surface stress improvement according to claims 1 to 3, cracks removed, Alternatively, when performing clad removal, the entire construction range, construction unit area, and construction conditions are automatically controlled according to a map created based on the flaw detection inspection and surface condition inspection performed in advance and the structure drawing. To do.

【0023】[0023]

【0024】[0024]

【作用】可視波長を持つレーザビームは水中透過性が高
いため、水中で被加工材に直接照射することができる。
可視波長を持ち、高出力かつ短パルスのレーザビームを
炉水中で原子炉内部構造物の材料表面に照射すると、材
料表面の原子が瞬間的に溶融して蒸発し、プラズマが発
生する。
Since the laser beam having a visible wavelength has high permeability in water, it is possible to directly irradiate the work piece in water.
When the material surface of the reactor internals is irradiated with a laser beam having a visible wavelength and having a high power and a short pulse in the reactor water, the atoms on the material surface are instantaneously melted and evaporated to generate plasma.

【0025】発生したプラズマは水の慣性力により体積
膨張が抑制されるため極めて高圧になり、その結果、材
料表面は塑性変形して圧縮応力が残留する。材料表面に
おける圧縮応力の残留は応力腐食割れの防止につなが
り、原子炉内部構造物の表面残留応力を改善することが
できる。
The generated plasma has an extremely high pressure because volume expansion is suppressed by the inertial force of water, and as a result, the material surface is plastically deformed and compressive stress remains. The residual compressive stress on the material surface leads to the prevention of stress corrosion cracking and can improve the surface residual stress of the reactor internal structure.

【0026】原子炉内部構造物の表面に亀裂が生じた場
合、亀裂発生部分に可視波長を持ち、高出力かつ短パル
スのレーザビームを繰り返し照射して、この部分の材料
を徐々に蒸発させ、亀裂を除去することができる。この
ように亀裂除去を行うことにより、構造材の応力集中を
緩和し、亀裂の進展を抑止することができる。
When a crack occurs on the surface of the internal structure of the nuclear reactor, the cracked portion has a visible wavelength and is repeatedly irradiated with a high-power and short-pulse laser beam to gradually evaporate the material in this portion. The crack can be removed. By removing the cracks in this manner, stress concentration in the structural material can be relaxed and the development of cracks can be suppressed.

【0027】原子炉内部構造物の表面にクラッドが蓄積
している場合、このクラッドが蓄積している材料表面
に、可視波長を持ち、高出力かつ短パルスのレーザビー
ムを照射すると、上記のように材料表面に高圧のプラズ
マが発生するが、このときの衝撃力によりクラッドを材
料表面から引き剥し除去することができる。
When a clad is accumulated on the surface of the reactor internal structure, the material surface on which the clad is accumulated is irradiated with a laser beam having a visible wavelength, high power and short pulse, as described above. High-pressure plasma is generated on the material surface, and the clad can be peeled off from the material surface by the impact force at this time.

【0028】したがって、上述した方法を用いることに
より、原子炉内部構造物の、表面応力の改善、亀裂除
去、クラッド除去を行うことができる。
Therefore, by using the above-described method, it is possible to improve the surface stress, remove cracks, and remove cladding from the internal reactor structure.

【0029】また、上記のようなレーザビームを用いた
加工方法は、高エネルギーを光ファイバで伝送するの
で、ショットピーニングと異なり鋼球を高圧水あるいは
高圧空気で搬送するための高圧配管を使用する等の必要
がなく、取扱いが簡便である。
Further, in the processing method using the laser beam as described above, since high energy is transmitted through the optical fiber, unlike shot peening, a high-pressure pipe for conveying steel balls with high-pressure water or high-pressure air is used. It is easy to handle without the need for

【0030】また、上記したように、可視光であるレー
ザビームは水中を直接伝送できるため、冷却水中での直
接施工が可能である。このため、作業前に炉内の冷却水
を抜く必要がない。水は放射線の遮蔽効果が高いので、
作業員の被曝低減も期待できる。
Further, as described above, since the visible laser beam can be transmitted directly in water, it can be directly constructed in cooling water. Therefore, it is not necessary to drain the cooling water in the furnace before the work. Since water has a high radiation shielding effect,
It can be expected to reduce the radiation exposure of workers.

【0031】しかも、レーザビーム照射の場合には機械
的な反力がないため、装置の制御が容易であり、高精度
の加工が行える。また、レーザビームのパルス幅を短く
した場合、被加工材料への熱伝導による熱影響が小さい
加工ができる。
Moreover, in the case of laser beam irradiation, since there is no mechanical reaction force, the control of the device is easy, and highly accurate processing can be performed. Further, when the pulse width of the laser beam is shortened, it is possible to perform processing with a small thermal effect due to heat conduction to the material to be processed.

【0032】さらに、レーザ照射時に材料表面から放出
される表面構成材料の粉およびクラッドは、これを加工
ヘッド内部に吸い込んでトラップすることにより、水質
への悪影響を防ぐことができる。なお、この吸い込みに
よって生じる水流、あるいはレーザビームの光路上の気
泡除去を目的として発生させる水流は弱く、周辺機器へ
の影響は小さい。レーザビームを光ファイバで伝送すれ
ば、加工ヘッドを小型化でき、狭隘部へ適用が可能とな
る。
Further, the powder of the surface constituting material and the clad which are released from the material surface at the time of laser irradiation can be prevented from being adversely affected on the water quality by sucking the powder and the clad into the processing head and trapping them. The water flow generated by this suction or the water flow generated for the purpose of removing bubbles on the optical path of the laser beam is weak, and the influence on peripheral devices is small. If the laser beam is transmitted by an optical fiber, the processing head can be downsized and can be applied to narrow spaces.

【0033】したがって、簡便、高品質で、しかも周辺
機器に悪影響を及ぼさず、狭隘部へ無の適用性がよい水
中加工方法を提供することができる。
Therefore, it is possible to provide an underwater processing method which is simple and of high quality, does not adversely affect peripheral equipment, and has good applicability to narrow spaces.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0035】実施例1(図1〜図6) 本実施例は、冷却水で満たされた原子炉内部構造物の材
料表面にパルス幅が100nsec以下で、可視波長を持つ
レーザビームを、1パルス当りのピーク出力0.1〜1
0GW/cm2 、照射ビームの重畳率が100%以上とな
る条件で照射して、構造物表面の残留応力を圧縮応力に
改善する水中レーザ加工方法についてのものである。
Embodiment 1 (FIGS. 1 to 6) In this embodiment, one pulse of a laser beam having a visible wavelength and a pulse width of 100 nsec or less is applied to the material surface of the reactor internal structure filled with cooling water. Peak output per hit 0.1 to 1
The present invention relates to an underwater laser processing method for improving the residual stress on the surface of a structure to a compressive stress by irradiating the structure with 0 GW / cm 2 and the irradiation beam superposition rate of 100% or more.

【0036】図1に示すように、原子炉圧力容器1が冷
却水2で満たされている。この原子力発電プラントの内
部にレーザビーム3を光ファイバ4で導き、原子炉内部
構造物5の表面の残留応力改善を行うようにしている。
As shown in FIG. 1, the reactor pressure vessel 1 is filled with cooling water 2. A laser beam 3 is guided to the inside of this nuclear power plant by an optical fiber 4 to improve the residual stress on the surface of the reactor internal structure 5.

【0037】即ち、原子炉圧力容器1の外部にはパルス
レーザ装置6が設置され、このパルスレーザ装置6は銅
蒸気レーザあるいはYAGレーザ(第2高調波発生用)
等の可視波長パルスレーザ装置で、発振するレーザビー
ムのパルス幅は100nsec以下である。
That is, a pulse laser device 6 is installed outside the reactor pressure vessel 1, and the pulse laser device 6 is a copper vapor laser or a YAG laser (for second harmonic generation).
In such a visible wavelength pulse laser device, the pulse width of the oscillating laser beam is 100 nsec or less.

【0038】レーザビーム3は入射レンズ7、光ファイ
バ4を通じて、冷却水2で満たされた原子炉圧力容器1
の内部に導かれ、集光レンズ8により1パルス当りのピ
ーク出力が0.1〜10GW/cm2 の光に集光され(直
径d)、冷却水2中の雰囲気で原子炉内部構造物5の材
料表面(特に溶接線部分など)に照射される。
The laser beam 3 passes through an incident lens 7 and an optical fiber 4 and is filled with cooling water 2 in a reactor pressure vessel 1
Is guided to the inside of the reactor and condensed by the condenser lens 8 into light having a peak output per pulse of 0.1 to 10 GW / cm 2 (diameter d). Is irradiated to the material surface (especially the welding line part).

【0039】図2は、本実施例におけるレーザビーム3
の照射方法を示す図である。即ち、本実施例では同図に
示すように、レーザビーム3を原子炉内部構造物5の表
面で走査させることにより連続的に照射し、レーザビー
ム3の照射スポット10が重なり合うように施工する。
このとき、被加工面にレーザビーム3の未照射領域を作
らないようにし、照射スポット10の直径を変えて照射
するなどして、レーザビーム3の照射スポット10の平
均重畳率を100%以上にする。
FIG. 2 shows the laser beam 3 in this embodiment.
It is a figure which shows the irradiation method of. That is, in the present embodiment, as shown in the figure, the laser beam 3 is continuously irradiated by scanning the surface of the reactor internal structure 5 so that the irradiation spots 10 of the laser beam 3 overlap each other.
At this time, the average superimposition ratio of the irradiation spot 10 of the laser beam 3 is set to 100% or more by not forming an unirradiated region of the laser beam 3 on the surface to be processed and changing the diameter of the irradiation spot 10 to perform irradiation. To do.

【0040】このような実施例1の方法によると、以下
の作用および効果が得られる。
According to the method of the first embodiment, the following actions and effects can be obtained.

【0041】即ち、可視波長を持ち、パルス幅100ns
ec以下で、ピーク出力0.1〜10GW/cm2 のレーザ
ビーム3を原子炉内部構造物5の材料表面に照射する
と、材料の極表層の原子が瞬間的に溶融して蒸発し、プ
ラズマが発生する。発生するプラズマは、冷却水2中の
雰囲気では水の慣性力により体積膨張が抑制されて極め
て高圧になり、数百MPa〜数十GPaに達する。この
衝撃的な高圧力によって材料表面が塑性変形し、圧縮応
力が残留する。
That is, it has a visible wavelength and a pulse width of 100 ns.
When the surface of the material of the reactor internal structure 5 is irradiated with the laser beam 3 having a peak output of 0.1 to 10 GW / cm 2 at ec or less, atoms in the outermost layer of the material are instantaneously melted and evaporated, and plasma is generated. Occur. In the atmosphere of the cooling water 2, the generated plasma has volume expansion suppressed by the inertial force of the water and becomes extremely high pressure, reaching several hundred MPa to several tens GPa. The shocking high pressure plastically deforms the surface of the material, and compressive stress remains.

【0042】可視波長のレーザビーム3を使用する理由
は、水中透過性が良く、水中加工に適しているからであ
る。パルス幅を100nsec以下とする理由は、100ns
ec超では材料に熱影響を与え、材料の耐食性を低下させ
るおそれがあるからである。ピーク出力を0.1〜10
GW/cm2 とする理由は、0.1GW/cm2 未満では材
料表層の原子を溶融して蒸発させ、プラズマを発生させ
ることが十分にできないおそれがあり、10GW/cm2
超では強い電界により水が電離し、レーザビーム3の集
光が難しくなるおそれがあるためである。
The reason for using the laser beam 3 having a visible wavelength is that it has good underwater permeability and is suitable for underwater processing. The reason for setting the pulse width to 100 nsec or less is 100 ns
This is because if it exceeds ec, the material may be affected by heat and the corrosion resistance of the material may be reduced. Peak output 0.1 to 10
The reason for the GW / cm 2, in less than 0.1GW / cm 2 was evaporated to melt the material surface layer of atoms, there is may not be enough to generate a plasma, 10 GW / cm 2
This is because in a super-high electric field, water is ionized due to a strong electric field, which may make it difficult to collect the laser beam 3.

【0043】上記のレーザビーム3を走査により連続的
に照射し、レーザビーム3の照射スポット10が重なり
合うように施工することによって、被加工面全体に効率
よく均質に圧縮応力を残留させることができる。なお、
本実施例では被照射部分の急冷を防ぐ効果もあるため、
従来のような急冷による被加工材料の割れも生じ難い。
By continuously irradiating the laser beam 3 by scanning and applying the laser beam 3 so that the irradiation spots 10 of the laser beam 3 overlap with each other, the compressive stress can efficiently and uniformly remain on the entire surface to be processed. . In addition,
In this embodiment, because it also has the effect of preventing rapid cooling of the irradiated part,
Cracking of the material to be processed due to rapid cooling is unlikely to occur.

【0044】また、上記のようなレーザを用いた加工に
おいては、高エネルギを光ファイバ4で伝送するので、
ショットピーニングと異なり鋼球を高圧水あるいは高圧
空気で搬送するための高圧配管を使用する等の必要がな
く、取扱いが簡便である。また、可視光レーザは水中を
直接伝送できるため、冷却水2中で直接施工ができる。
このため、作業前に炉内の冷却水2を抜く必要がない。
水は放射線の遮蔽効果が高いので、作業員の被曝低減も
期待できる。
In the processing using the laser as described above, since high energy is transmitted through the optical fiber 4,
Unlike shot peening, there is no need to use high-pressure piping for transporting steel balls with high-pressure water or high-pressure air, and handling is simple. Further, since the visible light laser can directly transmit in water, it can be directly installed in the cooling water 2.
Therefore, it is not necessary to drain the cooling water 2 in the furnace before the work.
Since water has a high radiation shielding effect, it can be expected to reduce the exposure of workers.

【0045】しかも、レーザ照射の場合には機械的な反
力がないため、装置の制御が容易で高精度の加工が行
え、またレーザのパルス幅が短かいため、被加工材料へ
の熱伝導による熱影響が小さい加工が行える。また、レ
ーザビーム3を光ファイバ4によって伝送するので加工
ヘッドを小型化でき、狭隘部への施工が可能となる。
Moreover, in the case of laser irradiation, since there is no mechanical reaction force, the control of the device is easy and highly accurate processing is possible, and since the pulse width of the laser is short, heat conduction to the material to be processed is achieved. Processing that is less affected by heat can be performed. Further, since the laser beam 3 is transmitted by the optical fiber 4, the processing head can be downsized, and the work can be performed on the narrow space.

【0046】したがって、以上の実施例1の方法によれ
ば、原子炉内の構造物の予防保全および補修等の加工が
簡便かつ高品質で、しかも狭隘部への優れた適用性をも
って行える等の効果が奏される。
Therefore, according to the method of the first embodiment, processing such as preventive maintenance and repair of the structure in the nuclear reactor can be performed easily and with high quality, and with excellent applicability to narrow spaces. The effect is played.

【0047】次に、実施例1における第1変形例につい
て説明する。この変形例は、照射スポット10の直径d
と、照射ビームの重畳率の条件とを調節することによ
り、材料表面の残留応力値と材料内部の残留圧縮応力が
及ぶ深さとを任意に制御する水中レーザ加工方法につい
てのものである。
Next, a first modification of the first embodiment will be described. In this modification, the diameter d of the irradiation spot 10 is
And a condition of the superimposition rate of the irradiation beam to arbitrarily control the residual stress value on the surface of the material and the depth of the residual compressive stress inside the material.

【0048】この第1変形例では、材料表面の残留応力
値と材料内部の残留圧縮応力が及ぶ深さを任意に制御す
ることを目的として、照射スポット10の直径dと照射
ビームの重畳率とを調節する。
In the first modification, the diameter d of the irradiation spot 10 and the superimposition ratio of the irradiation beam are set for the purpose of arbitrarily controlling the depth of the residual stress value on the material surface and the residual compressive stress inside the material. Adjust.

【0049】レーザビーム3を集光して材料表面に照射
するとき、照射スポット10の直径dを変えると、1パ
ルス当りのパワーの面積密度(単位:GW/cm2 )を変
化させることができる。そして、材料表面の残留応力値
と材料内部の残留圧縮応力が及ぶ深さは、この1パルス
当りのパワーの面積密度に強く依存している。一方、こ
れらの2つの物理量は照射ビームの重畳率にも強く依存
している。
When the laser beam 3 is focused and irradiated on the surface of the material, the area density of power per pulse (unit: GW / cm 2 ) can be changed by changing the diameter d of the irradiation spot 10. . The residual stress value on the surface of the material and the depth of the residual compressive stress inside the material strongly depend on the areal density of the power per pulse. On the other hand, these two physical quantities also strongly depend on the superimposition ratio of the irradiation beam.

【0050】したがって、照射スポット10の直径と照
射ビームの重畳率の2つの条件を調節することにより、
材料表面の残留応力値と材料内部の残留圧縮応力が及ぶ
深さの2つの量を任意に制御することができる。
Therefore, by adjusting the two conditions of the diameter of the irradiation spot 10 and the superimposition ratio of the irradiation beam,
It is possible to arbitrarily control two values, that is, the residual stress value on the surface of the material and the depth to which the residual compressive stress inside the material reaches.

【0051】次に、実施例1における第2変形例につい
て図3および図4を参照して説明する。この変形例は、
レーザビーム3を照射する施工単位領域11において、
所定パルス数のレーザビームを1列照射した後、次の列
に移行する際、レーザ照射パルス間に移行が終了するよ
うに、ビームの走査速度を大きくすることにより、一方
向にのみビーム照射を行う水中レーザ加工方法について
のものである。
Next, a second modification of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4. This variation is
In the construction unit area 11 for irradiating the laser beam 3,
After irradiating a laser beam of a predetermined number of pulses in one row, when moving to the next row, by increasing the scanning speed of the beam so that the transition is completed between laser irradiation pulses, the beam irradiation is performed in only one direction. It relates to an underwater laser processing method.

【0052】図3は、これまで知られている典型的なレ
ーザビーム3の照射方法を示したものである。まず、走
査速度vでパルスレーザビームを1列照射した後、同じ
走査速度vでパルスレーザビームを照射しつつ次の列に
移行し、再び走査速度vでパルスレーザビームを1列照
射していく。通常、レーザパルスは一定の周期で発振す
るため、このように次列に移行する間もパルスレーザビ
ームは照射される。
FIG. 3 shows a typical irradiation method of the laser beam 3 known so far. First, after irradiating one row of the pulse laser beam at the scanning speed v, the irradiation proceeds to the next row while irradiating the pulse laser beam at the same scanning speed v, and again irradiates the pulse laser beam at one row at the scanning speed v. . Normally, since the laser pulse oscillates at a constant cycle, the pulsed laser beam is emitted during the transition to the next row.

【0053】これに対し、図4は、この第2変形例によ
る方法を示したもので、次列に移行する間の走査速度
v′を、レーザ照射パルス間に移行が終了するように、
極めて高速とするものである。
On the other hand, FIG. 4 shows a method according to the second modification, in which the scanning speed v'during transition to the next row is set so that the transition is completed between laser irradiation pulses.
It is extremely fast.

【0054】このような第2変形例によると、図3に示
した典型的なレーザビーム3の照射方法では照射スポッ
ト10位置の走査の折り返し部分で照射ビーム重畳率の
分布が片寄るおそれがあるのに対し、図4に示す如く、
次列に移行する間の走査速度v′をレーザ照射パルス間
に移行が終了するように極めて高速にし、次列に移行す
る間の照射回数を0回とすることにより、折り返し部分
での照射ビーム重畳率の分布の片寄りをなくし、照射ビ
ーム重畳率の不均一性を小さくすることができる。
According to the second modification as described above, in the typical laser beam 3 irradiation method shown in FIG. 3, there is a possibility that the distribution of the irradiation beam superimposition ratio may deviate at the turn-back portion of the scanning at the irradiation spot 10 position. On the other hand, as shown in FIG.
The scanning speed v ′ during the transition to the next row is made extremely high so that the transition is completed between the laser irradiation pulses, and the number of irradiations during the transition to the next row is set to 0, whereby the irradiation beam at the folded portion is changed. The uneven distribution of the superimposition ratio can be eliminated, and the nonuniformity of the irradiation beam superimposition ratio can be reduced.

【0055】このように、この変形例では照射ビームの
重畳率不均一性を小さくできるので、被加工面に対し
て、均質に圧縮応力を残留させることができる。
As described above, in this modification, the nonuniformity of the superimposition ratio of the irradiation beam can be reduced, so that the compressive stress can be uniformly left on the surface to be processed.

【0056】次に、実施例における第3変形例につい
て、図5および図6を参照して説明する。この変形例
は、レーザビーム3の照射スポット10の形状を楕円形
(図5)または長方形(図6)に整形する水中レーザ加
工方法についてのものである。
Next, a third modification of the embodiment will be described with reference to FIGS. This modification relates to the underwater laser processing method for shaping the irradiation spot 10 of the laser beam 3 into an elliptical shape (FIG. 5) or a rectangular shape (FIG. 6).

【0057】即ち、原子炉内部構造物5の表面に、例え
ば図のy方向に強い引張応力が残留しているものとす
る。この場合、照射スポット10の形状をy方向に長軸
を持つ楕円形、あるいはy方向に長辺を持つ長方形状に
整形し、照射位置を走査して連続的に照射することで、
アブレーションにより発生する衝撃波をy方向について
均質とし、x方向よりもy方向に強い圧縮応力を加える
ことができ、y方向の残留応力を引張から圧縮に変える
ことができる。したがって、この第3変形例によれば、
特定の方向について残留応力を改善することができる。
That is, it is assumed that a strong tensile stress remains in the surface of the reactor internal structure 5, for example, in the y direction in the figure. In this case, the irradiation spot 10 is shaped into an ellipse having a long axis in the y direction or a rectangular shape having long sides in the y direction, and the irradiation position is scanned to continuously irradiate,
The shock wave generated by ablation can be made uniform in the y direction, a stronger compressive stress can be applied in the y direction than in the x direction, and the residual stress in the y direction can be changed from tensile to compressive. Therefore, according to this third modification,
Residual stress can be improved for certain directions.

【0058】実施例2(図7) 本実施例は、冷却水中にある原子炉内部構造物の表面に
発生した亀裂を検出し、この亀裂部に対して、パルス幅
が100nsec以下で可視波長を持つレーザビームを、1
パルス当りのピーク出力0.1〜10GW/cm2 の条件
で、その鋭角あるいは亀裂部がアブレーション除去され
る状況をモニタしながら照射し、亀裂を完全に除去する
水中レーザ加工方法についてのものである。
Example 2 (FIG. 7) In this example, a crack generated on the surface of the internal structure of the reactor in the cooling water was detected, and a visible wavelength with a pulse width of 100 nsec or less was detected for this crack. Have 1 laser beam
The present invention relates to an underwater laser processing method for completely removing cracks by irradiating under conditions of peak output per pulse of 0.1 to 10 GW / cm 2 while monitoring the acute angle or the state where cracks are ablated and removed. .

【0059】即ち、図7に示すように、加工ヘッド12
に取り付けられたCCDカメラ13により原子炉内部構
造物5表面を調査し、亀裂14の発生がモニタTV15
で認められた場合に亀裂部にレーザビーム3を照射す
る。なお、CCDカメラ13とモニタTV15とは信号
ケーブル16で接続されている。レーザビーム3として
は、原子炉圧力容器1の外部に設置された銅蒸気レーザ
あるいはYAGレーザ(第2高調波発生用)等のパルス
レーザ装置6から発振されたパルス幅が100nsec以下
で可視波長を持つレーザビームを用い、入射レンズ7と
光ファイバ4とを通じて冷却水2で満たされた原子炉圧
力容器1の内部に導き、集光レンズ8により集光し1パ
ルス当りのピーク出力を0.1〜10GW/cm2 とする。
このレーザビーム3の照射を、加工ヘッド12に取り付
けたCCDカメラ13により亀裂14のアブレーション
除去状況をモニタしながら、亀裂14が完全に除去され
るまで繰り返し続ける。
That is, as shown in FIG.
The surface of the reactor internal structure 5 is examined by the CCD camera 13 attached to the
If the crack is observed, the laser beam 3 is applied to the crack. The CCD camera 13 and the monitor TV 15 are connected by a signal cable 16. As the laser beam 3, a pulse width oscillated from a pulse laser device 6 such as a copper vapor laser or a YAG laser (for second harmonic generation) installed outside the reactor pressure vessel 1 is 100 nsec or less and a visible wavelength is emitted. Using the laser beam, the laser beam is guided to the inside of the reactor pressure vessel 1 filled with the cooling water 2 through the incident lens 7 and the optical fiber 4, and is condensed by the condenser lens 8 so that the peak output per pulse is 0.1. 10 GW / cm 2
The irradiation of the laser beam 3 is repeated while the CCD camera 13 attached to the processing head 12 monitors the ablation removal state of the crack 14 until the crack 14 is completely removed.

【0060】この実施例2の方法では、可視波長を持
ち、かつパルス幅100nsec以下で、ピーク出力0.1
〜10GW/cm2 のレーザビーム3を、冷却水2中の雰
囲気で原子炉内部構造物5の材料表面に照射すること
で、材料の極表層の原子が瞬間的に溶融して蒸発する。
この現象はアブレーションと呼ばれている。このレーザ
ビーム3を亀裂部に繰り返し照射することにより、亀裂
部の材料をアブレーションにより徐々に除去し、最終的
に亀裂14を完全に除去することができる。
In the method of the second embodiment, the peak output is 0.1 with a visible wavelength and a pulse width of 100 nsec or less.
By irradiating the surface of the material of the reactor internal structure 5 with the laser beam 3 of 10 GW / cm 2 in the atmosphere of the cooling water 2, the atoms of the extreme surface layer of the material are instantaneously melted and evaporated.
This phenomenon is called ablation. By repeatedly irradiating the crack portion with the laser beam 3, the material of the crack portion can be gradually removed by ablation, and finally the crack 14 can be completely removed.

【0061】可視波長のレーザビーム3を使用する理由
は、水中透過性が良く水中加工に適しているからであ
る。上記パルス幅とする理由は、100nsec超では材料
に熱影響を与え、材料の耐食性を低下させるおそれがあ
るからである。
The reason for using the laser beam 3 having a visible wavelength is that it has good permeability in water and is suitable for underwater processing. The reason for setting the above pulse width is that if it exceeds 100 nsec, the material may be thermally affected and the corrosion resistance of the material may be reduced.

【0062】ピーク出力を0.1〜10GW/cm2 とす
る理由は、0.1GW/cm2 未満では材料表層の原子を
瞬間的に溶融して蒸発させることが不十分となるおそれ
があり、10GW/cm2 超では、強い電界によって水が
電離し、レーザビーム3の集光が難しくなるおそれがあ
るためである。
The reason for setting the peak output to 0.1 to 10 GW / cm 2 is that if it is less than 0.1 GW / cm 2 , it may be insufficient to instantaneously melt and evaporate the atoms in the surface layer of the material. This is because if it exceeds 10 GW / cm 2 , water may be ionized by a strong electric field and it may be difficult to collect the laser beam 3.

【0063】また、上記のようなレーザ照射による加工
の場合には機械的な反力がないため、装置の制御が容易
で高精度の加工が行える。また、可視レーザは水中を直
接伝送できるため冷却水中での直接加工が行え、作業前
に炉内の冷却水2を抜く必要がない。水は放射線の遮蔽
効果が高いので、作業員の被曝低減も期待できる。
In the case of processing by laser irradiation as described above, since there is no mechanical reaction force, the control of the device is easy and highly accurate processing can be performed. Further, since the visible laser can directly transmit in water, it can be directly processed in cooling water, and it is not necessary to drain the cooling water 2 in the furnace before the work. Since water has a high radiation shielding effect, it can be expected to reduce the exposure of workers.

【0064】しかも、レーザのパルス幅が短かいため、
被加工材料への熱伝導による熱影響が小さい。また、レ
ーザビーム3を光ファイバ4を用いて伝送するので、加
工ヘッド12を小型化でき狭隘部への施工が可能とな
る。
Moreover, since the pulse width of the laser is short,
The thermal effect of heat conduction on the material to be processed is small. Further, since the laser beam 3 is transmitted by using the optical fiber 4, the processing head 12 can be downsized and can be installed in a narrow space.

【0065】したがって、実施例2の方法によれば、高
品質および狭隘部への適用性の向上等が図れる。
Therefore, according to the method of the second embodiment, high quality and applicability to a narrow space can be improved.

【0066】実施例3 本実施例は、原子炉内部構造物の表面に発生した亀裂除
去を行った後、亀裂除去後の材料表面に残留応力改善処
理を施す水中レーザ加工方法についてのものである。
Example 3 This example relates to an underwater laser processing method in which a crack generated on the surface of a reactor internal structure is removed and then a residual stress improving process is performed on the material surface after the crack removal. .

【0067】即ち、実施例2の方法を用いて、原子炉内
部構造物5表面に発生した亀裂14を完全に除去した
後、実施例1の方法を用いて、亀裂除去後の材料表面の
残留応力を改善するものである。
That is, after the cracks 14 generated on the surface of the reactor internal structure 5 are completely removed by using the method of Example 2, the surface of the material after the cracks are removed by the method of Example 1 is removed. It improves the stress.

【0068】このような実施例3の方法によれば、亀裂
発生部分に実施例2の方法を施した後、実施例1の方法
を施すことにより、亀裂14を除去し、構造材の応力集
中を緩和して亀裂14の進展を抑止することができ、さ
らに亀裂除去後の材料表面に応力腐食割れを防止するた
めに十分な圧縮応力を残留させることができる。
According to the method of Example 3, the cracks 14 are removed by applying the method of Example 1 to the cracked portion and then applying the method of Example 1, so that the stress concentration of the structural material is eliminated. Can be relaxed to suppress the development of cracks 14, and sufficient compressive stress can be left on the surface of the material after the cracks are removed to prevent stress corrosion cracking.

【0069】実施例4(図8) 本実施例は、図8に示すように、冷却水2で満たされク
ラッド17が蓄積した原子炉内部構造物5の表面に、パ
ルス幅100nsec以下で可視波長を持つレーザビーム3
を1パルス当りのピーク出力0.1〜10GW/cm2
照射ビームの重量畳率が100%以上となる条件で照射
して、材料表面に蓄積したクラッド17を除去すると同
時に、材料表面の残留応力の改善を行う水中レーザ加工
方法についてのものである。
Example 4 (FIG. 8) In this example, as shown in FIG. 8, a visible wavelength of 100 nsec or less was applied to the surface of the reactor internal structure 5 filled with the cooling water 2 and accumulated in the cladding 17. Laser beam with
The peak output per pulse is 0.1 to 10 GW / cm 2 ,
The present invention relates to an underwater laser processing method in which irradiation is performed under the condition that the weight ratio of the irradiation beam is 100% or more to remove the clad 17 accumulated on the material surface and at the same time improve residual stress on the material surface.

【0070】レーザビーム3は光ファイバ4で原子炉圧
力容器1内部に導き、モニタしながら原子炉内部構造物
5表面のクラッド除去と残留応力改善とを行う。
The laser beam 3 is guided to the inside of the reactor pressure vessel 1 by the optical fiber 4, and while monitoring, clad removal and residual stress improvement on the surface of the reactor internal structure 5 are performed.

【0071】この場合、加工ヘッド12に取り付けられ
たCCDカメラ13により、原子炉内部構造物5表面の
調査を行い、クラッド17の蓄積が認められたら、クラ
ッド蓄積部分にレーザビーム3を照射する。レーザビー
ム3は原子炉圧力容器1の外部に設置された銅蒸気レー
ザあるいはYAGレーザ(第2高調波用)等のパルスレ
ーザ装置6から発振されたパルス幅が100nsec以下で
可視波長を有するレーザパルスを入射レンズ7と光ファ
イバ4とを通じて冷却水2で満された原子炉圧力容器1
内部に導き、集光レンズ8により集光して1パルス当り
のピーク出力を0.1〜10GW/cm2 にしたものを用
いる。
In this case, the surface of the reactor internal structure 5 is inspected by the CCD camera 13 attached to the processing head 12, and if accumulation of the clad 17 is recognized, the clad accumulated portion is irradiated with the laser beam 3. The laser beam 3 is a laser pulse having a pulse width of 100 nsec or less and a visible wavelength oscillated from a pulse laser device 6 such as a copper vapor laser or a YAG laser (for second harmonic) installed outside the reactor pressure vessel 1. A reactor pressure vessel 1 filled with cooling water 2 through an incident lens 7 and an optical fiber 4.
It is guided to the inside and condensed by the condenser lens 8 to have a peak output per pulse of 0.1 to 10 GW / cm 2 .

【0072】この実施例4においても、前記実施例1と
同様に、レーザビーム3の照射を走査により連続的に実
施し、レーザビーム3の照射スポット10が重なり合う
ように施工する。このとき、被加工面にレーザビーム3
の未照射領域を作らないようにし、照射スポット10直
径の大きさを変化させるなどして、照射ビームの平均重
畳率を100%以上とする。ビーム照射の間、CCDカ
メラ13によりクラッド17の除去状況をモニタする。
単位照射領域の照射を終了した後、CCDカメラ13に
よる検査を行い、その結果、クラッド17の付着が認め
られた場合には、クラッド17が完全に除去されるま
で、この単位照射領域に上記照射を繰り返す。
Also in the fourth embodiment, as in the first embodiment, the irradiation of the laser beam 3 is continuously performed by scanning, and the irradiation spots 10 of the laser beam 3 are overlapped. At this time, the laser beam 3 is applied to the surface to be processed.
The non-irradiated area is not formed and the diameter of the irradiation spot 10 is changed to make the average superimposition ratio of the irradiation beam 100% or more. During the beam irradiation, the removal status of the cladding 17 is monitored by the CCD camera 13.
After the irradiation of the unit irradiation area is completed, an inspection by the CCD camera 13 is performed. As a result, when the adhesion of the clad 17 is recognized, the irradiation of the unit irradiation area is performed until the clad 17 is completely removed. repeat.

【0073】このような実施例4の方法によると、可視
波長を持ち、かつパルス幅100nsec以下でピーク出力
0.1〜10GW/cm2 のレーザビーム3を、クラッド
17が蓄積した原子炉内部構造物5の表面に照射するこ
とで、クラッド17および構造物材料表層の原子が瞬間
的に溶融して蒸発しプラズマが発生する。発生するプラ
ズマは冷却水2中の雰囲気では水の慣性力により体積膨
張が抑制されて極めて高圧になり、数百MPa〜数十G
Paに達する。この衝撃力によりクラッド17が材料表
面から引き剥されて除去されるとともに、材料表面が塑
性変形して圧縮応力が残留する。
According to the method of Example 4, the internal structure of the reactor in which the cladding 17 has accumulated the laser beam 3 having the visible wavelength and the pulse width of 100 nsec or less and the peak output of 0.1 to 10 GW / cm 2. By irradiating the surface of the object 5, the atoms in the cladding 17 and the surface layer of the structure material are instantaneously melted and evaporated to generate plasma. In the atmosphere of the cooling water 2, the generated plasma is suppressed to a very high pressure by volume expansion due to the inertial force of the water, and becomes several hundred MPa to several tens G.
Reach Pa. Due to this impact force, the clad 17 is peeled off from the material surface and removed, and at the same time, the material surface is plastically deformed and compressive stress remains.

【0074】可視波長のレーザビーム3を使用する理由
は、水中透過性が良く水中加工に適しているからであ
る。上記パルス幅とする理由は、100nsec超では材料
に熱影響を与え、材料の耐食性を低下させるおそれがあ
るからである。上記ピーク出力とする理由は、0.1G
W/cm2 未満では材料表層の原子を溶融して蒸発させプ
ラズマを発生させることが不十分となるおそれがあり、
10GW/cm2 超では強い電界によって水が電離し、レ
ーザビーム3の集光が難しくなるおそれがあるためであ
る。
The reason why the visible wavelength laser beam 3 is used is that it is suitable for underwater processing because it has good underwater permeability. The reason for setting the above pulse width is that if it exceeds 100 nsec, the material may be thermally affected and the corrosion resistance of the material may be reduced. The reason for setting the peak output is 0.1 G
If it is less than W / cm 2 , it may be insufficient to melt and evaporate the atoms on the surface layer of the material to generate plasma,
This is because if it exceeds 10 GW / cm 2 , water may be ionized due to a strong electric field and it may be difficult to collect the laser beam 3.

【0075】上記のレーザビーム3の照射を走査により
連続的に実施し、レーザビーム3の照射スポット10が
重なり合うように施工することによって、被加工面全体
のクラッド除去と残留応力改善を効率よく均質に行うこ
とができる。なお、本実施例においても被照射部分の急
冷を防ぐ効果もあるため、急冷による被加工材料の割れ
も防止することができる。
Irradiation of the laser beam 3 is continuously performed by scanning, and the irradiation spots 10 of the laser beam 3 are applied so as to overlap each other, so that the removal of the clad from the entire surface to be processed and the improvement of the residual stress can be carried out efficiently and uniformly. Can be done. Note that, in this embodiment as well, there is an effect of preventing rapid cooling of the irradiated portion, so cracking of the material to be processed due to rapid cooling can also be prevented.

【0076】また、上記のようなレーザビームを用いた
加工は高エネルギを光ファイバ4で伝送し、ショットピ
ーニングのように鋼球を高圧水あるいは高圧空気で搬送
するための高圧配管を使用する必要がないので取扱いが
簡便である。また、可視光レーザは水中を直接伝送でき
るため、冷却水2中で直接施工ができる。このため作業
前に炉内の冷却水2を抜く必要がない。水は放射線の遮
蔽効果が高いので作業員の被曝低減も期待できる。
Further, in the processing using the laser beam as described above, it is necessary to use high pressure piping for transmitting high energy through the optical fiber 4 and carrying steel balls with high pressure water or high pressure air like shot peening. Easy to handle as there is no Further, since the visible light laser can directly transmit in water, it can be directly installed in the cooling water 2. Therefore, it is not necessary to drain the cooling water 2 in the furnace before the work. Since water has a high radiation shielding effect, it can be expected to reduce the exposure of workers.

【0077】しかも、レーザ照射の場合には機械的な反
力がないため装置の制御が容易で高精度の加工ができ
る。また、レーザのパルス幅が短いため被加工材料への
熱伝導による熱影響が小さい加工ができる。また、レー
ザビーム3を光ファイバ4を用いて伝送するので加工ヘ
ッド12を小型化でき、狭隘部への施工が可能となる。
Moreover, in the case of laser irradiation, since there is no mechanical reaction force, the control of the device is easy and highly accurate processing can be performed. Further, since the pulse width of the laser is short, it is possible to perform processing with a small thermal influence due to heat conduction to the material to be processed. Further, since the laser beam 3 is transmitted by using the optical fiber 4, the processing head 12 can be downsized, and the work can be performed on a narrow space.

【0078】したがって、上記方法によっても、簡便、
高品質で、狭隘部への適用性がよい加工方法を提供する
ことができる。
Therefore, even by the above method,
It is possible to provide a processing method having high quality and good applicability to narrow spaces.

【0079】実施例5(図9〜図11) 本実施例は、冷却水2で満たされた原子炉内部構造物5
表面にレーザビーム3を照射して、材料表面の応力改
善、亀裂除去、またはクラッド除去を施す際、その施工
全体範囲、施工単位領域11、施工条件等を、予め実施
した探傷検査、表面状態検査と炉内構造物図面とに基づ
いたマップを作成し、これに従って施工するようプログ
ラムされた計算機を用いて自動的に施工制御を行う水中
レーザ加工方法についてのものである。
Example 5 (FIGS. 9 to 11) In this example, a reactor internal structure 5 filled with cooling water 2 was used.
When irradiating the surface with the laser beam 3 to improve the stress on the material surface, remove cracks, or remove clad, the entire range of construction, construction unit area 11, construction conditions, etc. are preliminarily tested for flaw detection and surface condition inspection. The present invention relates to an underwater laser processing method in which a map is created based on an internal structure drawing and a map, and a construction computer is programmed to carry out the construction automatically to perform construction control.

【0080】図9は本実施例による作業手順を示すフロ
ーチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing the work procedure according to this embodiment.

【0081】まず、炉内構造図面をインプットし(ステ
ップS101)、この図面に基づいて原子炉内部構造物
5の表面の探傷検査と表面状態検査を実施する(ステッ
プS102)。検査結果の判定を行い(ステップS10
3)その結果が良好の場合は終了する。検査の結果、材
料表面の残留応力改善、亀裂除去、あるいはクラッド除
去が必要であると判断された場合(不良の場合)は、こ
れらの加工を施す際の施工全体範囲、施工単位領域1
1、および施工条件を計画し施工マップを作成する(ス
テップ104)。
First, a reactor internal structure drawing is input (step S101), and a flaw detection inspection and a surface condition inspection of the surface of the reactor internal structure 5 are carried out based on this drawing (step S102). The inspection result is determined (step S10).
3) If the result is good, the process ends. If it is judged as a result of the inspection that residual stress on the material surface needs to be improved, cracks removed, or clad removed (in the case of failure), the entire construction range and construction unit area 1 when performing these processings
1 and construction conditions are planned and a construction map is created (step 104).

【0082】そして、施工マップに従って施工するよう
プログラムされた計算機により自動的に制御しながら
(ステップS105)、原子炉内部構造物5表面の残留
応力改善、亀裂除去、またはクラッド除去を施す(ステ
ップS106)。その後、再び原子炉内部構造物5表面
の探傷検査と表面状態検査とを行い(ステップ10
2)、検査結果が良好になるまでこの作業ルーチンを繰
り返す。
Then, while automatically controlling by a computer programmed to execute the construction according to the construction map (step S105), the residual stress on the surface of the reactor internal structure 5 is improved, cracks are removed, or clad is removed (step S106). ). After that, a flaw detection inspection and a surface state inspection of the surface of the reactor internal structure 5 are performed again (step 10
2) Repeat this work routine until the inspection result is good.

【0083】このような実施例5の方法によると、実施
例1、実施例2、および実施例4と同様に、可視波長を
有する高出力および短パルスのレーザビーム3を炉水中
の雰囲気で原子炉内部構造物5表面に照射することによ
って、原子炉内部構造物5の表面応力改善、亀裂除去、
およびクラッド除去を行うことができる。
According to the method of the fifth embodiment, as in the first, second and fourth embodiments, the high power and short pulse laser beam 3 having the visible wavelength is atomized in the atmosphere of the reactor water. By irradiating the surface of the reactor internal structure 5, the surface stress of the reactor internal structure 5 is improved, cracks are removed,
And clad removal can be performed.

【0084】これらの加工を、予め実施し原子炉内部構
造物5の検査と炉内構造物図面に基づいて作成したマッ
プに従って施工することにより、原子炉内部全体に対し
て構造物表面の応力改善、亀裂除去、およびクラッド除
去を総合的に、効率よく実施することができる。
By performing these processes in advance and inspecting the reactor internal structure 5 and constructing according to the map created based on the reactor internal structure drawing, the stress on the structure surface is improved with respect to the entire interior of the reactor. , Crack removal, and clad removal can be comprehensively and efficiently performed.

【0085】また、マップに従った施工を行う際、計算
機を用いて自動的に施工制御を行うことにより、さらに
効率的に施工できる。また、施工と検査を繰り返すこと
により信頼性の高い補修あるいは予防保全を行うことが
できる。
Further, when performing the construction according to the map, the construction can be controlled more efficiently by automatically controlling the construction using a computer. Also, by repeating the construction and inspection, highly reliable repair or preventive maintenance can be performed.

【0086】図10および図11は、この実施例5の変
形例を示したものである。この変形例は、2つの施工単
位領域11a,11bの境界部11c付近での照射ビー
ムの重畳率を緩かに小さくし、この境界部を重ねるよう
に施工することにより、施工部全体にわたり均一な照射
ビームの重畳率の分布を得る水中レーザ加工方法につい
てのものである。
10 and 11 show a modification of the fifth embodiment. In this modification, the superimposition ratio of the irradiation beam in the vicinity of the boundary 11c between the two construction unit regions 11a and 11b is gradually reduced, and the construction is performed so that the boundary is overlapped, so that the entire construction part is made uniform. The present invention relates to an underwater laser processing method for obtaining a distribution of superposition ratios of irradiation beams.

【0087】このような変形例の方法によると、照射ビ
ームの重畳率の分布が施工単位領域11a,11bの境
界部11c付近を含む施工部全体にわたって均一にな
り、したがって、施工部全体にわたり均一に圧縮応力を
残留させることができる。
According to the method of such a modification, the distribution of the superimposition ratio of the irradiation beam is uniform over the entire construction portion including the boundary portion 11c between the construction unit regions 11a and 11b, and therefore over the entire construction portion. Compressive stress can remain.

【0088】実施例6(図12〜図25) 本実施例は、原子炉圧力容器の炉心シュラウド内表面に
水中レーザ加工を施す場合についてのものである。
Embodiment 6 (FIGS. 12 to 25) This embodiment relates to the case where underwater laser processing is performed on the inner surface of the core shroud of the reactor pressure vessel.

【0089】即ち、本実施例では、リンク式アームの先
端にレーザ照射装置を有する遠隔補修装置を備え、この
遠隔補修装置を原子炉圧力容器内に上方からワイヤーで
吊下げる。そして、遠隔補修装置を、炉心中心部の上部
格子板開孔部を通過させて炉心支持板に据付け、パルス
レーザ装置で発生した可視光のレーザビームを、レーザ
照射位置によって炉心シュラウドに照射する。
That is, in this embodiment, a remote repair device having a laser irradiation device is provided at the tip of the link type arm, and this remote repair device is suspended from above in the reactor pressure vessel by a wire. Then, the remote repair device is installed on the core support plate by passing through the upper lattice plate opening in the center of the core, and the visible laser beam generated by the pulse laser device is applied to the core shroud at the laser irradiation position.

【0090】本実施例では1パルス当りの出力を調整す
る機構を有し、レーザビームは動力ケーブル、信号ケー
ブルおよび光ファイバを組合せた複合ケーブルの光ファ
イバを通してリンク式アーム先端のレーザ照射装置に導
く。そして、レーザ照射装置の加工ヘッドによって照射
レーザのスポット径を調整するとともに、照射レーザビ
ームの重畳率を調整し、一定範囲ずつ揺動走査を行いな
がらレーザビームを照射して、炉心シュラウド内表面の
加工を行うものである。
In this embodiment, a mechanism for adjusting the output per pulse is provided, and the laser beam is guided to the laser irradiation device at the tip of the link type arm through the optical fiber of the composite cable in which the power cable, the signal cable and the optical fiber are combined. . Then, the spot diameter of the irradiation laser is adjusted by the processing head of the laser irradiation device, the superimposition ratio of the irradiation laser beam is adjusted, and the laser beam is irradiated while performing oscillating scanning in a fixed range, and the inner surface of the core shroud is adjusted. It is for processing.

【0091】図12は、この実施例6の構成および作業
の様子を概略的に示している。
FIG. 12 schematically shows the structure and working state of the sixth embodiment.

【0092】即ち、図12に示すように、原子炉圧力容
器21の炉心部に設置された上部格子板22と炉心支持
板22との間に折畳み式アーム24が設置され、このア
ーム24の先端の補修作業ユニット取付け台25に、加
工ヘッドとしてのレーザピーニング作業ユニット26が
取付けられている。
That is, as shown in FIG. 12, a folding arm 24 is installed between the upper lattice plate 22 and the core support plate 22 installed in the core of the reactor pressure vessel 21, and the tip of this arm 24 is installed. A laser peening work unit 26 as a processing head is attached to the repair work unit attachment base 25.

【0093】また、折畳み式アーム24およびレーザピ
ーニング作業ユニット26を駆動および制御するための
動力ケーブル、信号ケーブルならびにレーザピーング作
業を行うためのレーザビーム伝送用の光アァイバを束ね
た複合ケーブル28が、制御室29から折畳み式アーム
24の上端に導かれ、一部はレーザピーニング作業ユニ
ット26まで延長され、結合されている。
In addition, a power cable for driving and controlling the folding arm 24 and the laser peening operation unit 26, a signal cable, and a composite cable 28 in which an optical fiber for transmitting a laser beam for performing a laser peening operation are bundled are controlled. It is guided from the chamber 29 to the upper end of the folding arm 24, and a part of it is extended to the laser peening working unit 26 and connected.

【0094】制御室29には、操作盤30、パルスレー
ザ装置31およびビーム強度調整装置32が設置されて
いる。操作盤30では、パルスレーザ装置31の制御、
レーザピーニング作業ユニット26の制御および折畳み
式アーム24の制御を行う。
An operation panel 30, a pulse laser device 31, and a beam intensity adjusting device 32 are installed in the control room 29. In the operation panel 30, control of the pulse laser device 31,
It controls the laser peening operation unit 26 and the folding arm 24.

【0095】図12中、33はジェットポンプ、34は
炉心シュラウド、35はアニュラス部、36は炉容器下
部室を示している。
In FIG. 12, 33 is a jet pump, 34 is a core shroud, 35 is an annulus, and 36 is a lower chamber of the reactor vessel.

【0096】図13および図14は、折畳み式アーム2
4の構成、据付け状態および付随する治工具の取付け構
成等を示している。折畳み式アーム24は、縦長な一体
型の上部ケース37および下部ケース38内に展開可能
に収納したもので、この収納状態において両ケース3
7,38が天井クレーン(図示せず)にワイヤー39を
介して吊下げられ、上部格子板22の開孔部40と炉心
支持板23の開孔部41とを貫通して、制御棒駆動装置
ハウジング42に設置され、その後展開されている。上
部ケース37の上部に、上部ケース案内装置43と下部
ケース案内装置44とが取付けられている。下部ケース
案内装置44は、固定用脚45で上部格子板22に固定
される。折畳み式アーム24は、エアシリンダ46によ
ってロッド69を伸縮する構成とされている。また、折
畳み式アーム28は、ワイヤー48により滑車78aを
介してバランサー49と結合されている。なお、図中、
符号51は結合棒、66,71はエアシリンダ、74,
75はベアリングである。
FIG. 13 and FIG. 14 show the folding arm 2
4 shows the configuration of No. 4, the installation state, and the attachment configuration of the associated jigs and tools. The foldable arm 24 is housed in a vertically integrated upper case 37 and a lower case 38 so as to be expandable.
7, 38 are suspended by an overhead crane (not shown) via a wire 39, penetrate through the opening 40 of the upper lattice plate 22 and the opening 41 of the core support plate 23, and a control rod drive device. It is installed in the housing 42 and then unfolded. An upper case guide device 43 and a lower case guide device 44 are attached to the upper part of the upper case 37. The lower case guide device 44 is fixed to the upper lattice plate 22 with fixing legs 45. The foldable arm 24 is configured to expand and contract the rod 69 by the air cylinder 46. Further, the folding arm 28 is connected to the balancer 49 by the wire 48 via the pulley 78a. In the figure,
Reference numeral 51 is a connecting rod, 66 and 71 are air cylinders, 74,
75 is a bearing.

【0097】折畳み式アーム24の先端には、補修作業
ユニット取付け台25が取付けられている。また、補修
作業ユニット搬送装置50が、天井クレーン(図示せ
ず)にワイヤー39によって吊下げられ、上部格子板2
2の上面に固定用脚45aで固定されるようになってい
る。補修作業ユニット搬送装置50には、補修作業ユニ
ット52が搭載されており、この補修作業ユニット52
が折畳み式アーム24の先端の補修作業ユニット取付け
台25に受け渡される。
A repair work unit mount 25 is attached to the tip of the folding arm 24. In addition, the repair work unit transfer device 50 is suspended by an overhead crane (not shown) by a wire 39, and the upper grid plate 2
It is adapted to be fixed to the upper surface of 2 by a fixing leg 45a. The repair work unit transport device 50 is equipped with a repair work unit 52.
Is transferred to the repair work unit mount 25 at the tip of the folding arm 24.

【0098】図15は、レーザピーニング作業ユニット
26を示し、炉心シュラウド34の壁53を補修してい
る状態を表している。レーザピーニング作業ユニット2
6は、取付装置54で折畳み式アーム24の先端の補修
作業ユニット取付け台70に嵌合して取付けられてい
る。
FIG. 15 shows the laser peening operation unit 26 and shows a state in which the wall 53 of the core shroud 34 is being repaired. Laser peening work unit 2
6 is fitted and mounted by a mounting device 54 to a repair work unit mounting base 70 at the tip of the folding arm 24.

【0099】レーザピーニング作業ユニット26には、
複合ケーブル28が導かれるとともに、内部にガルバノ
ミラー55を揺動させる揺動装置56と、照射レーザス
ポット径を調整するためのスポット径調整機構57と、
レーザ照射面監視用のCCDカメラ58と、レーザピー
ニング作業ユニット26を長手方向に駆動するモータ5
9と、超音波検出器60とが設けられている。CCDカ
メラ58の前方には、シャッタ84が取付けられてい
る。
The laser peening operation unit 26 includes:
An oscillating device 56 for guiding the composite cable 28 and oscillating the galvano mirror 55 inside, a spot diameter adjusting mechanism 57 for adjusting the irradiation laser spot diameter,
A CCD camera 58 for monitoring the laser irradiation surface and a motor 5 for driving the laser peening operation unit 26 in the longitudinal direction.
9 and an ultrasonic detector 60 are provided. A shutter 84 is attached in front of the CCD camera 58.

【0100】また、レーザピーニング作業ユニット26
には壁53に向って突出する脚61が取付けられ、この
脚61の先端が壁53に接触している。脚61内には、
超音波検出器60が取付けられている。図中、符号79
は信号ケーブルである。
Further, the laser peening operation unit 26
A leg 61 protruding toward the wall 53 is attached to the, and the tip end of the leg 61 is in contact with the wall 53. In the leg 61,
An ultrasonic detector 60 is attached. In the figure, reference numeral 79
Is a signal cable.

【0101】このような構成の実施例6の水中レーザ加
工装置において、軽水冷却原子炉の点検、補修等の下降
を行う場合には、まず、原子炉圧力容器21の蓋を取外
し、原子炉ピット62の床面に遠隔炉内作業装置取扱い
装置(図示せず)を設置し、点検および補修装置吊込み
クレーン(図示せず)によって原子炉圧力容器21の上
部に折畳み式アーム24を収納した上部ケース37、お
よびその下端に接続される下部ケース38を吊込む。
In the underwater laser processing apparatus of the sixth embodiment having the above-described structure, when the light water cooled reactor is to be inspected or repaired, the lid of the reactor pressure vessel 21 is first removed and the reactor pit is removed. A remote reactor working device handling device (not shown) is installed on the floor surface of 62, and an upper part of the reactor pressure vessel 21 in which the folding arm 24 is housed is installed by a crane for checking and repairing devices (not shown). The case 37 and the lower case 38 connected to the lower end thereof are suspended.

【0102】そして、上部格子板22の開孔部40およ
び炉心支持板23の開孔部41を順次通過させ、下部ケ
ース38の下端を制御棒駆動装置ハウジング42に嵌合
させ据付を終了する。
Then, the openings 40 of the upper grid plate 22 and the openings 41 of the core support plate 23 are successively passed through, and the lower end of the lower case 38 is fitted into the control rod drive device housing 42, and the installation is completed.

【0103】上部ケース37および下部ケース38が上
部格子板22の開孔部40を容易に通過できるように、
上部ケース案内装置43および下部ケース案内据付装置
44が上部ース37および下部ケース38の軸方向(上
下方向)に移動できる状態に取付けられ、上部ケース3
7および下部ケース38が上部格子板22の開孔部40
を通過するに従い、平面内の回転の位置合せを行う。吊
降しを続け、下部ケース案内据付装置44を固定用脚4
5で上部格子板22に固定し、下部ケース38の下端を
制御棒駆動機構ハウジング42に嵌合し、据付けを終了
する。
In order for the upper case 37 and the lower case 38 to easily pass through the openings 40 of the upper lattice plate 22,
The upper case guide device 43 and the lower case guide installation device 44 are attached so as to be movable in the axial direction (vertical direction) of the upper case 37 and the lower case 38.
7 and the lower case 38 are the openings 40 of the upper lattice plate 22.
The rotation is aligned in the plane as it passes through. Continue to hang the lower case guide installation device 44 to the fixing leg 4
The lower case 38 is fixed to the upper grid plate 22 at 5, and the lower end of the lower case 38 is fitted into the control rod drive mechanism housing 42, and the installation is completed.

【0104】折畳み式アーム24を上部ケース37から
上部格子板下方室68内で横方向に展開し、上部ケース
37内に設けられているモータ63と組歯車64とを介
して、折畳み式アーム24が取付けられている上部ケー
ス24のエアシリンダ46を駆動し、ロッド69を上部
格子板22の近くまで上昇させ、上部ケース37を垂直
軸心周りで回転しながらエアシリンダ46を駆動して、
ロッド47を炉心シュラウド34の径方向(横方向)に
出し入れして、ロッド47の先端に取付けられた補修作
業ユニット取付け台25を所定の上部格子板22の開孔
部40の下方に移動させる。
The foldable arm 24 is laterally developed from the upper case 37 in the lower lattice plate lower chamber 68, and the foldable arm 24 is inserted through the motor 63 and the gear assembly 64 provided in the upper case 37. The air cylinder 46 of the upper case 24 to which is attached is driven, the rod 69 is lifted to the vicinity of the upper lattice plate 22, and the air cylinder 46 is driven while rotating the upper case 37 around the vertical axis.
The rod 47 is moved in and out in the radial direction (lateral direction) of the core shroud 34, and the repair work unit mounting base 25 attached to the tip of the rod 47 is moved below a predetermined opening 40 of the upper lattice plate 22.

【0105】据付け案内装置65が取付けられた補修作
業ユニット搬送装置50に補修作業ユニット52を収納
した状態で、点検および補修装置吊込みクレーン(図示
せず)で原子炉圧力容器21に吊り込み、上部格子板2
2の所定の開孔部40に据付ける。そして、据付け案内
装置65に下向きに取付けられた固定用脚45で上部格
子板22に固定する。
In a state where the repair work unit 52 is housed in the repair work unit transport device 50 to which the installation guide device 65 is attached, the repair work unit 52 is hoisted into the reactor pressure vessel 21 by an inspection and repair device hoisting crane (not shown), Upper lattice plate 2
It installs in the 2 predetermined opening part 40. Then, it is fixed to the upper grid plate 22 by the fixing legs 45 attached downward to the installation guide device 65.

【0106】補修作業ユニット52を補修作業ユニット
搬送装置50の下方に押し出し、補修作業ユニット52
の接続部材67と、折畳み式アーム24のロッド47の
先端の補修作業ユニット取付け台25とを結合する。
The repair work unit 52 is pushed out below the repair work unit transport device 50 to remove the repair work unit 52.
The connecting member 67 and the repair work unit mount 25 at the tip of the rod 47 of the folding arm 24 are connected.

【0107】結合が終了したら、補修作業ユニット搬送
装置50による補修作業ユニット52の把持状態を解除
する。この解除が終了したら、折畳み式アーム24を上
部格子板下方室68内で三次元的に移動し、補修作業ユ
ニット52を炉心シュラウド34の所定の位置に移動さ
せ、捕集作業を行う。
When the coupling is completed, the grip state of the repair work unit 52 by the repair work unit transfer device 50 is released. After this release is completed, the folding arm 24 is three-dimensionally moved within the lower lattice plate lower chamber 68, and the repair work unit 52 is moved to a predetermined position of the core shroud 34 to perform a collecting work.

【0108】補修作業ユニット52としては、点検およ
び検査作業ユニット、アーク溶接作業ユニット、EDM
作業ユニット、グラインダー作業ユニット、レーザ切断
作業ユニット、レーザ溶接作業ユニットおよびレーザピ
ーニング作業ユニット等を用いる。
The repair work unit 52 includes an inspection and inspection work unit, an arc welding work unit, an EDM.
A working unit, a grinder working unit, a laser cutting working unit, a laser welding working unit, a laser peening working unit, etc. are used.

【0109】この実施例6では、補修作業ユニット52
としてレーザピーニング作業ユニット26等を用い、炉
心シュラウド34の溶接部の表面を引張り応力状態から
圧縮応力状態に表面改質する。
In the sixth embodiment, the repair work unit 52
The surface of the welded portion of the core shroud 34 is modified from a tensile stress state to a compressive stress state by using the laser peening operation unit 26 or the like.

【0110】以下、実施例6によるレーザスポット揺動
型のレーザピーニング作業ユニット26を用いた表面改
質法について説明する。
The surface modification method using the laser spot swing type laser peening operation unit 26 according to the sixth embodiment will be described below.

【0111】折畳み式アーム122のロッド47先端の
補修作業ユニット取付け台70の嵌合構造部と、レーザ
スポット揺動型のレーザピーニング作業ユニット26の
取付け装置54の嵌合構造部である接続部材67とを、
互いに結合する。
A connecting member 67 which is a fitting structure portion of the repair work unit mounting base 70 at the end of the rod 47 of the folding arm 122 and a fitting structure portion of the mounting device 54 of the laser spot rocking type laser peening work unit 26. And
Bind to each other.

【0112】ロッド69を伸ばし、炉心シュラウド34
の溶接線等で表面に引張り応力が発生している場所に、
レーザスポット揺動型のレーザピーニング作業ユニット
26を移動させ、脚155が炉心シュラウド34の壁7
2表面に圧接した状態位置で、伸長動作を止める。これ
により、レーザスポット揺動型のレーザピーニング作業
ユニット26の設置が終了する。
The rod 69 is extended to the core shroud 34.
In places where tensile stress is generated on the surface due to the welding line of
The laser spot swing type laser peening operation unit 26 is moved so that the legs 155 move the wall 7 of the core shroud 34.
2 Stop the extension operation at the position where it is pressed against the surface. This completes the installation of the laser spot rocking type laser peening operation unit 26.

【0113】次に、図15等によって、炉心シュラウド
34の縦方向の溶接線部を表面改質する場合について説
明する。
Next, referring to FIG. 15 and the like, a case where the surface of the weld line portion in the longitudinal direction of the core shroud 34 is modified will be described.

【0114】揺動装置56を駆動すると、ガルバミラー
55が揺動し、レーザビーム72のスポット点73は図
15の紙面垂直方向に一定幅走査する(以下、これを幅
方向の掃引という)。
When the oscillating device 56 is driven, the galvanic mirror 55 oscillates, and the spot point 73 of the laser beam 72 scans for a certain width in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 15 (hereinafter, this is referred to as sweeping in the width direction).

【0115】この走査範囲内に当接溶接部が位置するよ
うに、上部ケース37内に取付けられているモータ63
と組歯車64とによって、折畳み式アーム24を回転さ
せる。
The motor 63 mounted in the upper case 37 so that the contact welding portion is located within this scanning range.
The foldable arm 24 is rotated by the combined gear 64.

【0116】レーザビーム72として、繰返し数が5K
Hzの銅蒸気レーザを用いる。口径が0.3φmm程度の
光ファイバーを用いる場合、集光組レンズ76を用いる
ことにより、レーザビーム72を0.3φmm程度のスポ
ット径に絞ることができる。銅蒸気レーザのパルス幅は
40nsec程度であり、レーザビーム72の照射間隔の2
00μsec に比べて、照射されている時間は無視できる
長さである。
As the laser beam 72, the number of repetitions is 5K.
A Hz copper vapor laser is used. If the diameter is used an optical fiber of about 0.3 phi mm, by using a Atsumarihikarigumi lens 76, it is possible to narrow the laser beam 72 to a spot size of about 0.3 phi mm. The pulse width of the copper vapor laser is about 40 nsec, and the irradiation interval of the laser beam 72 is 2
The irradiation time is negligible compared to 00 μsec.

【0117】幅方向の掃引をレーザビームスポットの重
なりが無い状態で行う場合、その幅方向の掃引速度を
1.5m/s 程度にする必要がある。
When sweeping in the width direction is performed without overlapping laser beam spots, it is necessary to set the sweep speed in the width direction to about 1.5 m / s.

【0118】レーザビーム72の同一点への照射回数n
を複数とするため、幅方向の掃引速度を1.5m/s 程度
にするか、200n(μsec )毎に1.5m/s の速度で
0.3mm移動させるように、揺動装置56を制御する。
Irradiation number n of the same point of the laser beam 72
In order to make the number of plural swings, the swinging device 56 is controlled so that the sweep speed in the width direction is set to about 1.5 m / s or moved by 0.3 mm at a speed of 1.5 m / s every 200 n (μsec). To do.

【0119】図15の上下方向の走査(長手方向の掃
引)をレーザビームスポットの重なりが無い状態で行う
場合、幅方向の掃引時の照射数Nに200μsec を乗じ
た時間毎に、1.5m/s 程度の掃引速度で0.3mmの長
手方向の掃引を行う。
When the vertical scanning (longitudinal sweep) shown in FIG. 15 is performed in a state where the laser beam spots do not overlap each other, the number of irradiations N during the sweep in the width direction is multiplied by 200 μsec, and then 1.5 m is obtained. A sweep of 0.3 mm in the longitudinal direction is performed at a sweep speed of about / s.

【0120】レーザビームスポットを円形とした場合、
1.5m/s 程度の速度で長手方向に0.3mm掃引する
と、レーザビーム72の照射される回数毎に大きな不均
一が長手方向で生じる。この不均一の発生を防ぐために
掃引速度を1.5m/s 以下にしてレーザビームスポット
77が、長手方向で一部重なるようにする。
When the laser beam spot is circular,
When 0.3 mm is swept in the longitudinal direction at a speed of about 1.5 m / s, a large non-uniformity occurs in the longitudinal direction every time the laser beam 72 is irradiated. In order to prevent the occurrence of this nonuniformity, the sweep speed is set to 1.5 m / s or less so that the laser beam spots 77 partially overlap each other in the longitudinal direction.

【0121】理想的には、光ファイバの出口部にレーザ
ビーム72のビーム断面形状を矩形にする光学系を入
れ、1辺が0.3mmになるレーザビームスポットにする
と、1.5m/s の長手方向および幅方向の掃引を行うこ
とにより、一定の幅および長さの範囲にレーザビーム7
2を複数回照射することができる。
Ideally, if an optical system for making the beam cross-sectional shape of the laser beam 72 rectangular is placed at the exit of the optical fiber, and a laser beam spot with one side of 0.3 mm is formed, the laser beam spot of 1.5 m / s will be obtained. By sweeping in the longitudinal direction and the width direction, the laser beam 7 is swept in a certain width and length range.
2 can be irradiated multiple times.

【0122】このようなレーザビーム72の照射装置を
用いることにより、現在入手可能な出力500W程度の
銅蒸気レーザを用いて、水中で表面改質補修(引張り応
力状態から圧縮応力状態に変える補修)を行うことがで
きる。
By using such a laser beam 72 irradiating device, surface reforming and repairing in water (repairing from a tensile stress state to a compressive stress state) using a copper vapor laser with an output of about 500 W that is currently available. It can be performed.

【0123】一定範囲の表面改質作業が終了したら、ロ
ッド69をエアシリンダ46の作用によって多少縮め、
駆動装置78を働かせてワイヤー48を操作し、溶接線
に沿ってアームロッドを上下方向に移動して、表面改質
が終了した範囲に引き続き表面改質作業ができる位置に
レーザスポット揺動型のレーザピーニング作業ユニット
26を設置する。
When the surface modification work within a certain range is completed, the rod 69 is slightly contracted by the action of the air cylinder 46.
The driving device 78 is operated to operate the wire 48, and the arm rod is moved in the vertical direction along the welding line to move the laser spot swing type to a position where the surface modification work can be continued within the range where the surface modification is completed. A laser peening operation unit 26 is installed.

【0124】この移動の間に長手方向駆動モータ145
を働かせ、レーザピーニング作業ユニット26の筐体8
0を作業ユニット接続部材67の一端に移動させる。
During this movement, the longitudinal drive motor 145
The laser peening work unit 26 housing 8
0 is moved to one end of the working unit connecting member 67.

【0125】以後、上記の作業を繰り返し、炉心シュラ
ウド22の縦方向の溶接線部の表面改質を行う。作業が
終了したら、上部ケース37内に取付けられているモー
タ63と組歯車64とを介して、折畳み式アーム24を
水平支点24aの周りで回動し、次に表面改質を行う縦
方向の溶接線部にレーザスポット揺動型のレーザピーニ
ング作業ユニット26を移動させる。
Thereafter, the above work is repeated to perform surface modification of the weld line portion in the longitudinal direction of the core shroud 22. When the work is completed, the folding arm 24 is rotated around the horizontal fulcrum 24a via the motor 63 and the assembled gear 64 mounted in the upper case 37, and then the surface is modified in the vertical direction. The laser spot swing type laser peening operation unit 26 is moved to the welding line portion.

【0126】その時、上部ケース37内に取付けられて
いる駆動装置78を働かせ、ワイヤー47を操作して、
ロッド69を上下させる。レーザピーニング作業ユニッ
ト26が作業を行う縦方向の溶接線部に設定されたら、
上記と同様に溶接部の表面改質作業を行う。
At that time, the drive device 78 mounted in the upper case 37 is operated to operate the wire 47,
The rod 69 is moved up and down. When the laser peening work unit 26 is set to the welding line portion in the vertical direction for performing work,
The surface modification work of the welded portion is performed in the same manner as above.

【0127】レーザビーム72の照射とシャッタ84の
開閉とを連動するように制御し、パルス状のレーザビー
ム照射が終了した直後にシャッタ84を開き、スポット
点73周辺の映像を第1反射鏡86および第2反射鏡8
7を順次に経てCCDカメラ58により撮影し、表面改
質作業状況を監視する。
The irradiation of the laser beam 72 and the opening / closing of the shutter 84 are controlled so as to interlock with each other, and the shutter 84 is opened immediately after the irradiation of the pulsed laser beam is completed, and the image around the spot point 73 is displayed on the first reflecting mirror 86. And the second reflecting mirror 8
The images are sequentially taken through 7 and photographed by the CCD camera 58, and the surface modification work status is monitored.

【0128】レーザビーム72が照射された時に、スポ
ット点73で発生した超音波がシュラウド34を介して
脚61に伝達されるので、これを超音波検出器60で計
測する。超音波の発生量が所定の範囲から外れたら、C
CDカメラ58による観察結果も参考にして、スポット
径の調整を行う必要があるか否かを判定する。
When the laser beam 72 is irradiated, the ultrasonic wave generated at the spot point 73 is transmitted to the leg 61 via the shroud 34, and this is measured by the ultrasonic detector 60. If the amount of ultrasonic waves is out of the specified range, C
It is determined whether or not the spot diameter needs to be adjusted with reference to the observation result of the CD camera 58.

【0129】次に、炉心シュラウド34の周方向の溶接
部線を表面改質する場合について説明する。この場合に
は、レーザピーニング作業ユニット26を示す図15に
おける取付け部54の長手方向が紙面に垂直な向きとな
るようにして、補修作業ユニット取付け台70と紙面に
垂直な方向で嵌合させる。
Next, the case where the surface of the weld line in the circumferential direction of the core shroud 34 is modified will be described. In this case, the laser peening operation unit 26 is fitted in the repair work unit attachment base 70 in a direction perpendicular to the paper surface such that the longitudinal direction of the attachment portion 54 in FIG. 15 is perpendicular to the paper surface.

【0130】この状態で揺動装置56を駆動すると、ガ
ルバノミラー55が揺動し、パルス状のレーザビーム7
2のスポット点73が図15の紙面に垂直な方向に一定
幅走査する(幅方向の掃引となる)。この走査範囲内に
溶接部がくるように、上部ケース37内に取付けられて
いる駆動装置78を働かせ、ワイヤー48を操作してロ
ッド69を上下動して設定する。
When the oscillating device 56 is driven in this state, the galvanometer mirror 55 oscillates and the pulsed laser beam 7 is emitted.
The second spot point 73 scans for a certain width in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 15 (sweep in the width direction). The driving device 78 mounted in the upper case 37 is operated and the wire 48 is operated to move the rod 69 up and down so that the welded portion is within the scanning range.

【0131】縦方向の溶接線部を表面改質する場合と同
様に、一定範囲内の表面加工が終了したら、上部ケース
37内に取付けられているモータ63と組歯車64とを
介して、折畳み式アーム24を回転して移動させ、表面
改質が終了した範囲に引き続き表面改質作業ができる位
置に、レーザスポット揺動型のレーザピーニング作業ユ
ニット26を設置する。
Similar to the case of surface-modifying the weld line portion in the vertical direction, when the surface processing within a certain range is completed, the folding is performed via the motor 63 and the assembly gear 64 mounted in the upper case 37. The laser arm rocking type laser peening operation unit 26 is installed at a position where the surface modification work can be continued within the range where the surface modification is completed by rotating and moving the formula arm 24.

【0132】この移動の間に長手方向駆動モータ59を
働かせ、筐体80をスクリューねじ94に沿い作業ユニ
ット接続部材67の一端側に移動させる。以後、上記の
作業を繰り返し、炉心シュラウド34の周方向の溶接線
部の表面改質を行う。
During this movement, the longitudinal drive motor 59 is operated to move the housing 80 along the screw screw 94 to the one end side of the working unit connecting member 67. After that, the above work is repeated to perform surface modification of the weld line portion in the circumferential direction of the core shroud 34.

【0133】作業が終了したら、上部ケース37内に取
付けられている駆動装置78を働かせ、ワイヤー48を
操作してアーム47を上下移動させ、次に表面改質を行
なう周方向の溶接線部に、レーザスポット揺動型のレー
ザピーニング作業ユニット26を移動させる。レーザピ
ーニング作業ユニット26が作業を行う横方向の溶接線
部に設定されたら、上記と同様に溶接部の表面改質作業
を行う。
When the work is completed, the drive device 78 mounted in the upper case 37 is operated, the wire 48 is operated to move the arm 47 up and down, and then the welding line portion in the circumferential direction for surface modification is formed. The laser spot swing type laser peening operation unit 26 is moved. When the laser peening operation unit 26 is set to the horizontal welding line portion where the work is performed, the surface modification work of the weld portion is performed in the same manner as described above.

【0134】以上の実施例6によれば、下記の効果が奏
される。
According to the sixth embodiment described above, the following effects can be obtained.

【0135】即ち、現在入手可能な出力が500W程度
の可視光レーザである銅蒸気レーザを用いて水中で表面
改質補修(引張応力状態から圧縮応力状態に変える補
修)を行うことができるため、炉心シュラウド34の溶
接線および表面の引張応力状態を圧縮応力状態に変える
作業を水中で行うことができ、また水が遮蔽材となって
作業者の被曝を低減することができる。
That is, since the surface reforming repair (the repair changing from the tensile stress state to the compressive stress state) can be performed in water by using the copper vapor laser which is the visible light laser whose output is about 500 W, which is currently available, The work of changing the tensile stress state of the welding line and the surface of the core shroud 34 to the compressive stress state can be performed in water, and the water serves as a shielding material to reduce the exposure of the worker.

【0136】特にレーザビームを用いることにより、ウ
ォータジェットピーニングと異なって表面改質作業時の
反力の発生は無視できるため、遠隔取扱い装置の構造が
簡単なもので良い。
In particular, by using a laser beam, unlike the water jet peening, the reaction force generated during the surface modification work can be ignored, so that the remote handling device may have a simple structure.

【0137】また、ショットブラストピーニングと異な
り、回収を要するゴミの発生は無い。レーザショットピ
ーニング時には、超音波音響が発生するため、表面改質
作業と同時に作業状況の監視および作業結果の評価を行
うことができ、したがって監視および計測のために別途
装置を用意する必要なく作業効率を向上することができ
る。
Also, unlike shot blast peening, there is no generation of dust that needs to be collected. Since ultrasonic sound is generated during laser shot peening, it is possible to monitor the work status and evaluate the work results at the same time as the surface modification work. Therefore, it is not necessary to prepare a separate device for monitoring and measuring work efficiency. Can be improved.

【0138】次に、この実施例6の第1変形例について
図16を参照して説明する。
Next, a first modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIG.

【0139】この変形例は、前述したレーザスポット揺
動型のレーザピーニング作業ユニット26のパルスレー
ザビーム72が出射される出射開口部99に、パルスレ
ーザビーム72の出射方向に平行な水流100を形成す
るためのノズル101を取付け、水流100中を通して
レーザ光を照射してシュラウド内表面の加工を行うもの
である。
In this modified example, a water flow 100 parallel to the emitting direction of the pulse laser beam 72 is formed in the emitting opening 99 from which the pulse laser beam 72 of the laser spot oscillation type laser peening working unit 26 is emitted. A nozzle 101 for doing so is attached and laser light is irradiated through the water flow 100 to process the inner surface of the shroud.

【0140】図16は、パルスレーザビーム72の出射
方向に平行な水流100を形成するためのノズル101
の構造と、水流系の概念とを示す図である。
FIG. 16 shows a nozzle 101 for forming a water stream 100 parallel to the emission direction of the pulsed laser beam 72.
It is a figure which shows the structure of and the concept of a water flow system.

【0141】ノズル101構造の長手方向が、図15の
紙面に垂直な方向で、出射開口部99に取付けられてい
る。制御室29等に設置されたポンプ103にノズル1
01をホース105で結合し、その中で水流104を生
じさせる。
The longitudinal direction of the structure of the nozzle 101 is attached to the emission opening 99 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The nozzle 1 is attached to the pump 103 installed in the control room 29 or the like.
01 is connected by a hose 105 in which a water stream 104 is created.

【0142】ホース105は、複合ケーブル28に含め
る場合もある。また、ホース105は、ノズル101に
取付ける場合においても、その先端が内部にまで差し込
まれ、集光組レンズ76の方向に開口部が向くようにす
る。ホース105の取付け位置を集光組レンズ76の前
面部に最も接近した位置にする方法も可能である。
The hose 105 may be included in the composite cable 28. In addition, even when the hose 105 is attached to the nozzle 101, the tip of the hose 105 is inserted to the inside so that the opening portion faces the condenser lens 76. A method of setting the mounting position of the hose 105 to a position closest to the front surface of the condenser lens 76 is also possible.

【0143】この第1変形例の作用は、本質的に実施例
6と同様であるが、以下の点で異なる。
The operation of the first modification is essentially the same as that of the sixth embodiment, except for the following points.

【0144】即ち、制御室29等に設置されたポンプ1
03で加圧された水が、ホース105中を水流104と
して流れ、ノズル101内に流入し、集光組レンズ76
の前面を通って向きを変える。そして、水はノズル10
1の長方形の開孔部106から整流されて流出し、炉心
シュラウド116(壁176)に水流100として吹付
けられる。この水流100中を、レーザビーム72が集
光と揺動を行ないながら、炉心シュラウド34に照射さ
れる。以下、実施例6と同様の掃引動作を行い溶接部の
表面改質作業を行う。
That is, the pump 1 installed in the control room 29 or the like.
The water pressurized by 03 flows through the hose 105 as a water stream 104, flows into the nozzle 101, and the condenser lens 76
Turn through the front of the. And water is the nozzle 10
1 is rectified and discharged from the rectangular opening 106 of No. 1, and is sprayed as a water stream 100 on the core shroud 116 (wall 176). The core shroud 34 is irradiated with the laser beam 72 while converging and swinging in the water stream 100. Hereinafter, the same sweeping operation as in Example 6 is performed to perform the surface modification work on the welded portion.

【0145】このような第1変形例によれば、基本的に
は実施例6と同様の効果が奏されるが、さらに炉心シュ
ラウド34(壁53)の表面にレーザビーム72が照射
された時に発生する気泡や除去金属微粒子を、水流10
0でレーザビーム72の光路から除去することにより、
レーザビーム72がこれ等に吸収あるいは散乱され、炉
心シュラウド34(壁53)の表面に到達する光量を削
減したり変動することを防止でき、安定した表面改質作
業を行えるとともに、必要なレーザ設備能力を削減する
ことができる。
According to the first modified example as described above, basically the same effect as that of the sixth example is obtained, but when the surface of the core shroud 34 (wall 53) is further irradiated with the laser beam 72. Generate bubbles and fine particles of removed metal in water stream 10
By removing from the optical path of the laser beam 72 at 0,
It is possible to prevent the laser beam 72 from being absorbed or scattered by these and reducing or fluctuating the amount of light reaching the surface of the core shroud 34 (wall 53), which enables stable surface modification work and necessary laser equipment. Ability can be reduced.

【0146】また、集光組レンズ76に新しい水流を吹
き付けることにより、レーザビーム72により集光組レ
ンズ76が熱変形を起こすのを防止することもでき、長
時間にわたって安定した表面改質作業を行えるようにな
る。
Further, by blowing a new water stream onto the condenser lens assembly 76, it is possible to prevent the condenser lens assembly 76 from being thermally deformed by the laser beam 72, so that stable surface modification work can be performed for a long time. You will be able to do it.

【0147】次に、実施例6の第2変形例について、図
17を参照して説明する。この変形例は、実施例6のレ
ーザビーム72の出射方向に平行な水流100を形成す
るためのノズル101に、レーザビーム72の出射方向
に垂直な水流112を形成するための別のノズル111
を取付け、これらによりシュラウド内表面の加工を行う
ようにしたものである。
Next, a second modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, another nozzle 111 for forming a water flow 112 perpendicular to the emission direction of the laser beam 72 is formed on a nozzle 101 for forming a water flow 100 parallel to the emission direction of the laser beam 72 of the sixth embodiment.
Is attached, and the inner surface of the shroud is processed by these.

【0148】図17は、レーザビーム72の出射方向に
平行な水流100を形成するためのノズル101に対し
て、レーザビーム72の出射方向に垂直な水流112を
形成するための別のノズル111と水流系の概念を示す
図である。
FIG. 17 shows a nozzle 101 for forming a water flow 100 parallel to the emission direction of the laser beam 72 and another nozzle 111 for forming a water flow 112 perpendicular to the emission direction of the laser beam 72. It is a figure which shows the concept of a water flow system.

【0149】ノズル101は、その長手方向が図15の
紙面に垂直な方向となるようにして、出射開口部99に
取付けられている。制御室29等に設置されたポンプ1
03とノズル101とをホース105によって結合し、
その中を水流104が流れるようにする。各ノズル10
1,111の開孔部106,109は、互いに垂直に交
差する状態で開孔している。各ホース105,108
は、複合ケーブル28に含める場合もある。ホース10
5は、ノズル101に取付ける場合においても、その先
端が内部にまで差し込まれ、集光組レンズ76の方向に
開口部が向くようにする。このホース105の取付け位
置は、集光組レンズ76の前面部にも最も接近した位置
とする方法もある。
The nozzle 101 is attached to the emission opening 99 so that its longitudinal direction is perpendicular to the paper surface of FIG. Pump 1 installed in control room 29, etc.
03 and the nozzle 101 are connected by a hose 105,
The water stream 104 is made to flow in it. Each nozzle 10
The hole portions 106 and 109 of the holes 111 and 111 are opened so as to intersect each other vertically. Each hose 105, 108
May be included in the composite cable 28. Hose 10
Even when it is attached to the nozzle 101, the tip 5 is inserted into the inside so that the opening faces the direction of the collective lens 76. There is also a method in which the mounting position of the hose 105 is the position closest to the front surface of the condenser lens 76.

【0150】このような第2変形例の作用は、本質的に
は実施例6と同様であるが、以下の点が異なる。
The operation of the second modification is essentially the same as that of the sixth embodiment, except for the following points.

【0151】即ち、制御室29等に設置されたポンプ1
03で加圧された水が分岐されてホース108中を水流
110となって流れ、ノズル111内に流入し、このノ
ズル111の長方形の開孔部109で整流され、他方の
ノズル101の開孔部106から流出する水流100と
垂直な水流110として流出する。
That is, the pump 1 installed in the control room 29 or the like.
The water pressurized in 03 is branched and flows as a water flow 110 in the hose 108, flows into the nozzle 111, is rectified by the rectangular opening portion 109 of the nozzle 111, and the opening of the other nozzle 101 is performed. It flows out as a water flow 110 perpendicular to the water flow 100 flowing out of the section 106.

【0152】レーザビーム72が照射される炉心シュラ
ウド34の表面に他方の水流100の噴流のコアが到達
する程度に、一方の水流170の流速を設定する。水流
100中をレーザビーム72が集光および揺動されなが
ら、炉心シュラウド34に照射される。以下、実施例6
と同様な掃引動作を行い、溶接部の表面改質作業が行わ
れる。
The flow velocity of one water flow 170 is set so that the core of the jet of the other water flow 100 reaches the surface of the core shroud 34 irradiated with the laser beam 72. The core beam is irradiated onto the core shroud 34 while the laser beam 72 is focused and swung in the water flow 100. Hereinafter, Example 6
The same sweeping operation as above is performed, and the surface modification work of the welded portion is performed.

【0153】以上の第2変形例によると、実施例6と同
様の効果が得られる上に、炉心シュラウド34(壁5
3)の表面にレーザビーム72が照射された時に発生す
る気泡や、削除された金属微粒子を、水流112でレー
ザビーム72の光路から除去することを、より確実にす
ることにより、レーザビーム72が気泡や削除された金
属微粒子に吸収あるいは散乱された炉心シュラウド34
(壁53)表面に到達する光量を削減したり変動させる
のを防止し、安定した表面改質作業を行えるとともに、
必要なレーザ設備能力を削減することを、より確実に行
うことができる。
According to the second modification described above, the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained, and the core shroud 34 (wall 5) can be obtained.
By more reliably removing the bubbles and the removed metal fine particles generated when the surface of 3) is irradiated with the laser beam 72 from the optical path of the laser beam 72 by the water flow 112, the laser beam 72 is Core shroud 34 absorbed or scattered by air bubbles and removed metal particles
(Wall 53) Preventing reduction or fluctuation of the amount of light reaching the surface, stable surface modification work can be performed, and
The required laser equipment capacity can be reduced more reliably.

【0154】次に、実施例6の第3変形例について、図
18を参照して説明する。この変形例は、第2変形例で
示したレーザビーム72の出射方向に平行な水流100
を形成するためのノズル101に対し、レーザビーム7
2の出射方向に垂直な水流112を形成するための別の
ノズル111を取付け、吸い込みの水流系を構成するよ
うにしたものである。
Next, a third modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, the water flow 100 parallel to the emission direction of the laser beam 72 shown in the second modification is used.
Laser beam 7 to the nozzle 101 for forming
Another nozzle 111 for forming a water flow 112 perpendicular to the emission direction of 2 is attached to form a suction water flow system.

【0155】図18は、レーザビーム72の出射方向に
平行な水流100を形成するためのノズル101にレー
ザビーム72の出射方向に垂直な水流120を形成する
ためのノズル114と水流系の概念を示す図である。
FIG. 18 shows the concept of a water flow system and a nozzle 114 for forming a water flow 120 perpendicular to the emission direction of the laser beam 72 on a nozzle 101 for forming a water flow 100 parallel to the emission direction of the laser beam 72. FIG.

【0156】ノズル101の長手方向が、図15の紙面
に垂直な方向で出射開口部99に取付けられている。制
御室29等に設置されたポンプ103とノズル101と
をホース105で結合し、その中を水流104が流れる
ようにする。制御室29等に設置された吸引装置113
とノズル114とをホース115で結合し、その中を水
流116が流れる。ホース115にはフィルタ装置11
7が取付けられる。このフィルタ装置117は、吸引装
置113からの流出配管部に取付けられることがある。
The longitudinal direction of the nozzle 101 is attached to the emission opening 99 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. The hose 105 connects the pump 103 installed in the control room 29 and the nozzle 101 with each other, and the water stream 104 flows through the hose 105. Suction device 113 installed in the control room 29 or the like
The nozzle 114 and the nozzle 114 are connected by a hose 115, and a water stream 116 flows through the hose 115. The hose 115 has a filter device 11
7 is attached. The filter device 117 may be attached to the outflow pipe portion from the suction device 113.

【0157】各ノズル101,114の開孔部106,
119は、それぞれが垂直に開孔している。各ホース1
05,108は、複合ケーブル28に含める場合もあ
る。ホース105は、ノズル101に取付ける場合にお
いても、その先端が内部にまで差し込まれ、集光組レン
ズ76の方向に開口部が向くようにする。ホース105
の取付け位置は、集光組レンズ76の前面部に最も接近
した位置としてもよい。
The opening portions 106 of the nozzles 101 and 114,
Each of 119 has a vertical hole. Each hose 1
05 and 108 may be included in the composite cable 28. Even when the hose 105 is attached to the nozzle 101, the tip of the hose 105 is inserted into the inside of the hose 105 so that the opening portion faces the condenser lens 76. Hose 105
The mounting position may be the position closest to the front surface of the condenser lens 76.

【0158】このような第3変形例の作用は、本質的に
は第2変形例と略同様であるが、以下の点で異なる。
The operation of the third modification is essentially the same as that of the second modification, but is different in the following points.

【0159】即ち、ノズル101の開孔部106から流
出する水流100に垂直に水流119が発生するよう
に、ノズル114の長方形の開孔部119から、制御室
29等に設置された吸引装置113と結合されたホース
115を介して吸引水流116を発生させる。この水流
116中の微粒子は、ホース115の途中に設置される
フィルタ装置117で除去される。水流100中をレー
ザビーム72が集光および揺動されながら、炉心シュラ
ウド34に照射される。以下、実施例6と同様な掃引動
作を行い、溶接部の表面改質作業を行う。
That is, the suction device 113 installed in the control chamber 29 or the like is installed from the rectangular opening 119 of the nozzle 114 so that the water flow 119 is generated perpendicularly to the water flow 100 flowing out of the opening 106 of the nozzle 101. A suction water stream 116 is generated via a hose 115 coupled to the. The fine particles in the water stream 116 are removed by the filter device 117 installed in the middle of the hose 115. The core beam is irradiated onto the core shroud 34 while the laser beam 72 is focused and swung in the water flow 100. Thereafter, the same sweeping operation as in Example 6 is performed to perform the surface modification work on the welded portion.

【0160】このような第2変形例によれは、第1変形
例と同様な効果が得られる上に、炉心シュラウド34
(壁53)の表面にレーザビーム72が照射された時に
発生する気泡や、削除された金属微粒子を、水流100
でレーザビーム72の光路から除去し、レーザビーム7
2が、気泡や削除された金属微粒子に吸収あるいは散乱
され、炉心シュラウド34(壁53)表面に到達する光
量を削減したり変動させるのを防止し、安定した表面改
質作業を行えるとともに、必要なレーザ設備能力を削減
することをより確実に行うことができる。また、削除さ
れた金属微粒子が原子炉圧力容器内に拡散しないように
回収することにより、金属微粒子による炉内構造物が汚
染するのを防止することもできる。
According to the second modified example as described above, the same effect as that of the first modified example can be obtained, and in addition, the core shroud 34 can be obtained.
Bubbles generated when the surface of the (wall 53) is irradiated with the laser beam 72 and the removed metal fine particles are removed by the water stream 100.
Is removed from the optical path of the laser beam 72 with
2 is prevented from reducing or fluctuating the amount of light reaching the surface of the core shroud 34 (wall 53) by being absorbed or scattered by bubbles or removed metal fine particles, and stable surface modification work can be performed. It is possible to more reliably reduce the required laser equipment capacity. Further, by collecting the removed metal fine particles so as not to diffuse into the reactor pressure vessel, it is possible to prevent the reactor internal structure from being contaminated by the metal fine particles.

【0161】次に、実施例6の第4変形例について、図
19を参照して説明する。この変形例は、実施例6で示
したビーム強度調整装置32の出射口に光分配器121
を設置し、レーザビーム72を複数のレーザビーム12
2に分割し、それぞれを光ファイバ123に導き、複数
本の光ファイバ123を束ねて光ファイバ束124とし
てレーザピーニング作業ユニット26に接続するもので
ある。
Next, a fourth modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, the light distributor 121 is provided at the exit of the beam intensity adjusting device 32 shown in the sixth embodiment.
The laser beam 72 and the plurality of laser beams 12
The optical fiber 123 is divided into two parts, each is guided to the optical fiber 123, and a plurality of optical fibers 123 are bundled and connected to the laser peening work unit 26 as an optical fiber bundle 124.

【0162】レーザピーニング作業ユニット26では、
集光ボックス125に光ファイバ123を一列に並べて
接続し、光ファイバ123の出口のレンズ系で壁53に
レーザビーム122を集光して、スポット列を形成す
る。集光ボックス125をX,Y軸方向に掃引すること
により、一定の範囲を重畳してレーザ光を照射する。
In the laser peening work unit 26,
The optical fibers 123 are arranged in a line and connected to the condensing box 125, and the laser beam 122 is condensed on the wall 53 by the lens system at the exit of the optical fiber 123 to form a spot line. By sweeping the focusing box 125 in the X- and Y-axis directions, a certain range is overlapped and laser light is emitted.

【0163】図19は、この変形例のシステムの概念図
である。ビーム強度調整装置32の出射口に光分配器1
21を設置し、レーザビーム72を複数のレーザビーム
122に分割し、それぞれを光ファイバ123に導き、
複数本の光ファイバ123を束ねて光ファイバ束124
としてレーザピーニング作業ユニット26の集光ボック
ス125に接続し、壁53にレーザ光122を集光して
スポット列を形成してシュラウド内表面の水中レーザ補
修を行う。
FIG. 19 is a conceptual diagram of the system of this modification. The light distributor 1 is provided at the exit of the beam intensity adjusting device 32.
21, the laser beam 72 is divided into a plurality of laser beams 122, each of which is guided to an optical fiber 123,
Optical fiber bundle 124 is formed by bundling a plurality of optical fibers 123.
The laser beam 122 is connected to the condensing box 125 of the laser peening work unit 26 to condense the laser beam 122 on the wall 53 to form a spot array to perform underwater laser repair of the inner surface of the shroud.

【0164】ビーム強度調整装置32から出たレーザ光
72は、光分割光学系で分割されて複数のレーザ光12
2となり、それぞれが光ファイバ123に光学系を介し
て入射する。
The laser beam 72 emitted from the beam intensity adjusting device 32 is split by the light splitting optical system to obtain a plurality of laser beams 12.
2 and each enters the optical fiber 123 via the optical system.

【0165】光ファイバ123は、光ファイバ束124
となってレーザピーニング作業ユニット26の集光ボッ
クス125の所まで移動する。集光ボックス125に光
ファイバ123を一列に並べて接続し、それぞれの光フ
ァイバ123の出口に集光光学系を設置し、レーザ光1
22が、壁53面に集光してレーザスポット189の列
を形成する。
The optical fiber 123 is the optical fiber bundle 124.
Then, the laser peening operation unit 26 is moved to the light collecting box 125. The optical fibers 123 are arranged in a line and connected to the condensing box 125, and a condensing optical system is installed at the exit of each optical fiber 123.
22 focuses on the surface of wall 53 to form a row of laser spots 189.

【0166】レーザスポット123の列方向を溶接線の
方向とし、実施例における長手方向の移動量をレーザス
ポット127間隔とし、集光ボックス125をスクリュ
ーネジとモータ等を利用して長手方向に掃引する。この
場合の幅方向の掃引は、揺動ではなく、集光ボックス1
25をスクリューネジとモータ等を利用した幅方向の掃
引とする。
The row direction of the laser spots 123 is the direction of the welding line, the amount of movement in the longitudinal direction in the embodiment is the laser spot 127 interval, and the focusing box 125 is swept in the longitudinal direction by using a screw screw and a motor. . In this case, the sweep in the width direction is not rocking, but the focusing box 1
25 is a sweep in the width direction using a screw screw and a motor.

【0167】このような第4実施例の作用は、本質的に
は実施例6と同様であるが、以下の点で異なる。
The operation of the fourth embodiment is essentially the same as that of the sixth embodiment, but is different in the following points.

【0168】即ち、レーザスポット127の列が、溶接
線の方向(長手方向)に形成されているため、長手方向
の掃引範囲はレーザスポット127間距離であり、溶接
線の幅方向の掃引はガルバノミラーを用いるのではな
く、集光ボックス125をスクリューネジとモータ等を
利用して幅方向に掃引する点が異なっている。以下、実
施例6と同様の掃引作業を行い、溶接部の表面改質作業
を行う。
That is, since the row of laser spots 127 is formed in the direction of the welding line (longitudinal direction), the sweep range in the longitudinal direction is the distance between the laser spots 127, and the sweep in the width direction of the welding line is galvano. The difference is that instead of using a mirror, the light collecting box 125 is swept in the width direction using a screw screw, a motor, or the like. Hereinafter, the same sweeping operation as in Example 6 is performed, and the surface modification work of the welded portion is performed.

【0169】以上の第4変形例によっても、実施例6と
同様の効果が奏される。
The effect similar to that of the sixth embodiment is also obtained by the fourth modification described above.

【0170】次に、実施例6の第5変形例について、図
20を参照して説明する。この変形例は、実施例6で示
した集光ボックス125に集光レンズ128を設置し、
光ファイバ123から出射される複数のレーザビーム1
22を壁53の表面に1点のレーザスポット188とし
て形成するものである。集光ボックス130をX,Y軸
方向に掃引することにより、一定の範囲を重量してレー
ザ光を照射する。
Next, a fifth modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, a condenser lens 128 is installed in the condenser box 125 shown in the sixth embodiment,
Multiple laser beams 1 emitted from the optical fiber 123
22 is formed on the surface of the wall 53 as one laser spot 188. By sweeping the light collecting box 130 in the X and Y axis directions, a certain range is weighted and the laser light is irradiated.

【0171】図20は、この変形例のシステムの概念図
であり、ビーム強調調整装置109の出射口に光分配器
121を設置し、レーザビーム72を複数のレーザビー
ム122に分割し、それぞれを光ファイバ123に導
く。この場合、複数本の光ファイバ123を束ねて光フ
ァイバ束124としてレーザピーニング作業ユニット2
6の集光ボックス130に接続する。そして、集光ボッ
クス130に設置される集光レンズ128により、光フ
ァイバ123から出射される複数のレーザビーム122
を壁53の表面に1点のレーザスポット129として形
成し、炉心シュラウド内表面の水中レーザ補修を行う。
FIG. 20 is a conceptual diagram of the system of this modification, in which an optical distributor 121 is installed at the exit of the beam emphasis adjusting device 109, the laser beam 72 is divided into a plurality of laser beams 122, and each of them is divided into a plurality of laser beams 122. It leads to the optical fiber 123. In this case, a plurality of optical fibers 123 are bundled into an optical fiber bundle 124 to form the laser peening operation unit 2
6 to the light collecting box 130. Then, the plurality of laser beams 122 emitted from the optical fiber 123 are collected by the condenser lens 128 installed in the condenser box 130.
Is formed as one laser spot 129 on the surface of the wall 53, and underwater laser repair of the inner surface of the core shroud is performed.

【0172】ビーム強調調整装置32から出たレーザビ
ーム72は、光分割光学系で分割して複数のレーザ光1
22とし、それぞれを光ファイバ123に光学系を介し
て入射する。光ファイバ123は、束ねられて光ファイ
バ束124としてレーザピーニング作業ユニット26の
集光ボックス130の所まで移動させる。集光ボックス
130に光ファイバ123を一列に並べて接続し、それ
ぞれの光ファイバ123の出口に集光光学系を設置し、
光ファイバ123から出射される複数のレーザ光122
を集光レンズ128で壁53面に一点に集光してレーザ
スポット127を形成する。レーザスポット127は溶
接線の方向に掃引し、幅方向に集光ボックス130をス
クリューネジとモータ等を利用して掃引する。
The laser beam 72 emitted from the beam emphasis adjusting device 32 is split by the light splitting optical system into a plurality of laser beams 1.
22 and respectively enter the optical fiber 123 through the optical system. The optical fibers 123 are bundled and moved as an optical fiber bundle 124 to a light collecting box 130 of the laser peening operation unit 26. The optical fibers 123 are arranged in a line in the condensing box 130 and connected, and a condensing optical system is installed at the exit of each optical fiber 123.
A plurality of laser beams 122 emitted from the optical fiber 123
Is condensed at one point on the surface of the wall 53 by the condenser lens 128 to form a laser spot 127. The laser spot 127 is swept in the direction of the welding line, and the focusing box 130 is swept in the width direction using a screw and a motor.

【0173】このような第6変形例の作用は、本質的に
は実施例6と同様であるが、以下の点で異なる。
The operation of the sixth modification is basically the same as that of the sixth embodiment, but is different in the following points.

【0174】即ち、レーザスポット129に複数回の照
射しを行い、パルス間隔の間にレーザスポット径(0.
3φmm)だけ溶接線の幅方向に掃引する。複数回の照射
間に時間遅れを設けるため、光ファイバの長さを変えた
ものを用意する。幅方向への掃引時間(200μsec )
に比較してレーザ照射時間(40nsec)は無視できる
め、幅方向への掃引は、一定の速度で行い、照射のタイ
ミングを考慮する必要はない。
That is, the laser spot 129 is irradiated a plurality of times, and the laser spot diameter (0.
3φmm) sweep across the width of the weld line. To provide a time delay between multiple irradiations, prepare optical fibers with different lengths. Sweep time in the width direction (200 μsec)
Since the laser irradiation time (40 nsec) can be neglected as compared with, the sweeping in the width direction is performed at a constant speed, and it is not necessary to consider the irradiation timing.

【0175】溶接線の方向(長手方向)への掃引は、溶
接線の幅方向の掃引時間インターバル毎に、レーザスポ
ット径(0.3φmm)以下の距離を1.5m/sec 以下の
速度で行う。これ等の掃引は、集光ボックス186をス
クリューネジとモータ等を利用して行う。以下、実施例
6と同様の掃引動作を行い、溶接部の表面改質作業を行
う。
The sweeping in the direction of the welding line (longitudinal direction) is performed at a speed of 1.5 m / sec or less at a laser spot diameter (0.3 mm) or less for each sweep time interval in the width direction of the welding line. . These sweeps are performed by using a screw box, a motor, and the like for the light collecting box 186. Thereafter, the same sweeping operation as in Example 6 is performed to perform the surface modification work on the welded portion.

【0176】以上の変形例6によっても、実施例6と同
様の効果が奏される。
The same effects as those of the sixth embodiment are also obtained by the sixth modification described above.

【0177】次に、実施例6の第7変形例について説明
する。この変形例は、実施例6で示した光ファイバ12
3から出射される複数のレーザビーム122を、集光レ
ンズ128により壁53の表面に全てのレーザスポット
が直線状(溶接線の幅方向)に接するように形成する。
この変形例7では、実施例6と異なり、光ファイバ12
3の長さは揃っている。そして、1点におけるレーザ照
射回数を複数にするため、パルス間隔の間にレーザスポ
ット径(0.3φmm)だけ溶接線の幅方向に掃引する。
溶接線の方向の掃引を第6変形例と同様に行うことによ
り、一定の範囲を重畳してレーザ光を照射する。
Next, a seventh modified example of the sixth embodiment will be described. This modification is the same as the optical fiber 12 shown in the sixth embodiment.
A plurality of laser beams 122 emitted from the laser beam No. 3 are formed by the condenser lens 128 on the surface of the wall 53 so that all the laser spots are in linear contact (in the width direction of the welding line).
In this modification 7, unlike the sixth embodiment, the optical fiber 12
Three lengths are available. Then, in order to make the number of times of laser irradiation at one point plural, sweeping is performed in the width direction of the welding line by the laser spot diameter (0.3 mm) during the pulse interval.
By performing the sweeping in the direction of the welding line in the same manner as in the sixth modified example, a certain range is superimposed and the laser light is emitted.

【0178】このような第7変形例の作用は、本質的に
は実施例6と同様である。
The operation of the seventh modification is essentially the same as that of the sixth embodiment.

【0179】この第7変形例によっても、実施例6と同
様の効果が奏される。
The same effects as those of the sixth embodiment are also obtained by this seventh modification.

【0180】次に、実施例6の第8変形例について、図
21を参照して説明する。この変形例は、実施例6で示
したパルスレーザ装置31の出射口にダイクロイックミ
ラー131を設置し、2種類のレーザビーム132,7
7を光分配器121で複数の光ファイバ133に導き、
光ファイバ束にしてレーザピーニング作業ユニット14
4の集光ボックス135に接続し、集光レンズ134を
介して壁53の表面に1点のレーザスポット138とし
て形成するものである。集光ボックス135をX,Y軸
方向に掃引することにより一定の範囲を重畳してレーザ
光を照射する。
Next, an eighth modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIG. In this modification, a dichroic mirror 131 is installed at the exit of the pulse laser device 31 shown in the sixth embodiment, and two types of laser beams 132, 7 are used.
7 to the plurality of optical fibers 133 by the optical distributor 121,
Laser peening work unit 14 with optical fiber bundle
It is connected to the condenser box 135 of No. 4 and is formed as a single laser spot 138 on the surface of the wall 53 through the condenser lens 134. By sweeping the condensing box 135 in the X and Y axis directions, a certain range is overlapped and laser light is emitted.

【0181】図46は、この変形例8のシステム概念図
である。パルスレーザ装置31の出射口にダイクロイッ
クミラー131を設置し、レーザビーム139を複数の
レーザビーム132,77に分割し、それぞれを光分配
器121に導き、さらにビームを分割して複数の光ファ
イバ133に導く。この場合、複数本の光ファイバ13
3を束ねて光ファイバ束136,137とし、また波長
の長いレーザビームを導く光ファイバ束を長くして、レ
ーザピーニング作業ユニット26の集光ボックス135
に接続する。そして、集光ボックス130に設置される
集光レンズ134で、光ファイバ133から出射される
複数のレーザビーム140,141を壁53の表面に1
点のレーザスポット138として形成し、炉心シュラウ
ド内表面の水中レーザ補修を行なう。
FIG. 46 is a system conceptual diagram of the modified example 8. The dichroic mirror 131 is installed at the emission port of the pulse laser device 31, the laser beam 139 is divided into a plurality of laser beams 132 and 77, each of which is guided to the light distributor 121, and the beam is further divided into a plurality of optical fibers 133. Lead to. In this case, a plurality of optical fibers 13
3 are bundled into optical fiber bundles 136 and 137, and an optical fiber bundle for guiding a laser beam having a long wavelength is lengthened to collect the light in the focusing box 135 of the laser peening operation unit 26.
Connect to. Then, a plurality of laser beams 140 and 141 emitted from the optical fiber 133 are placed on the surface of the wall 53 by a condenser lens 134 installed in the condenser box 130.
A laser spot 138 of a point is formed, and underwater laser repair of the inner surface of the core shroud is performed.

【0182】パルスレーザ装置31から出たレーザビー
ム139は、ダイクロイックミラー131で分割されて
レーザビーム132,77となり、各ビームは光分配器
121に導かれる。さらに、各ビームは分割されて複数
の光ファイバ133に光学系を介して入射される。
The laser beam 139 emitted from the pulse laser device 31 is divided by the dichroic mirror 131 into laser beams 132 and 77, and the respective beams are guided to the light distributor 121. Further, each beam is divided and is incident on a plurality of optical fibers 133 via an optical system.

【0183】光ファイバ133は、束ねて光ファイバ束
136,137とし、また波長の長いレーザ光を導く光
ファイバ束を長くしてレーザピーニング作業ユニット2
6の集光ボックス135の所まで移動する。
The optical fibers 133 are bundled into the optical fiber bundles 136 and 137, and the optical fiber bundle for guiding the laser light having a long wavelength is lengthened to make the laser peening operation unit 2
6 to the light collecting box 135.

【0184】集光ボックス135に光ファイバ133を
一列に並べて接続し、それぞれの光ファイバ133の出
口に集光光学系を設置し、光ファイバ133から出射さ
れる複数のレーザビーム140,141を集光レンズ1
34で壁53面に一点に集光してレーザスポット138
を形成する。レーザスポット138は溶接線の方向に掃
引し、幅方向に集光ボックス135をスクリューネジと
モータ等を利用して掃引する。
The optical fibers 133 are arranged in a line in the condensing box 135 and connected, and a condensing optical system is installed at the exit of each optical fiber 133 to collect a plurality of laser beams 140 and 141 emitted from the optical fiber 133. Light lens 1
At 34, the laser spot 138 is focused on the surface of the wall 53 at one point.
To form. The laser spot 138 is swept in the direction of the welding line, and the focusing box 135 is swept in the width direction by using a screw screw, a motor and the like.

【0185】このような第8変形例の作用は、本質的に
実施例6と同様であるが、以下の点で異なる。
The operation of the eighth modification is essentially the same as that of the sixth embodiment, but is different in the following points.

【0186】即ち、レーザスポット138に複数回の照
射を行ない、パルス間隔の間にレーザスポット径(0.
3φmm)だけ溶接線の幅方向に掃引する。複数回の照射
で波長の短いレーザビームを先に照射し、一定時間後に
波長の長いレーザビームを照射する等の時間遅れを設け
る。
That is, the laser spot 138 is irradiated a plurality of times, and the laser spot diameter (0.
3φmm) sweep across the width of the weld line. A laser beam having a short wavelength is first irradiated by a plurality of irradiations, and a laser beam having a long wavelength is irradiated after a predetermined time, so that a time delay is provided.

【0187】このため、波長の長いレーザビームには長
さの大きい光ファイバを用いる。つまり、同じ波長でも
照射時間を遅らせるものには光ファイバの長いものを用
いる。
Therefore, an optical fiber having a long length is used for a laser beam having a long wavelength. In other words, a long optical fiber is used for delaying the irradiation time even with the same wavelength.

【0188】幅方向への掃引時間(200μsec )に比
較してレーザ照射時間(40nsec)は無視出来るため、
幅方向への掃引は、一定の速度で行ない、照射のタイミ
ングを考慮する必要はない。溶接線の方向(長手方向)
には、溶接線の幅方向の掃引時間インターバル毎にレー
ザスポット径(0.3φmm)以下の距離を1.5m/sec
以下の速度で掃引する。
Since the laser irradiation time (40 nsec) can be ignored compared to the sweep time (200 μsec) in the width direction,
The sweep in the width direction is performed at a constant speed, and it is not necessary to consider the timing of irradiation. Direction of welding line (longitudinal direction)
Is the distance less than the laser spot diameter (0.3φmm) at 1.5m / sec for each sweep time interval in the width direction of the welding line.
Sweep at the following speeds.

【0189】これ等の掃引は、集光ボックス130をス
クリューネジとモータ等を利用して行なう。以下、実施
例6と同様の掃引動作を行ない、溶接部の表面改質作業
を行なう。
These sweeps are carried out by using the condenser box 130 with a screw and a motor. Thereafter, the same sweeping operation as in Example 6 is performed to perform the surface modification work on the welded portion.

【0190】以上の第8変形例によれば、実施例6と同
様の効果に加え、レーザビーム利用率の向上が図れる。
即ち、波長の短いレーザは、長いものに比べて光の吸収
率が高く、温度が上昇すると光の吸収率が上昇するた
め、波長の短いレーザを先に照射して表面温度を上昇さ
せ、それから波長の長いレーザを照射することにより、
レーザ光の利用効果を向上することが出来、レーザ設備
能力を削減することができる。
According to the eighth modified example described above, in addition to the same effects as in the sixth example, the laser beam utilization rate can be improved.
That is, a laser with a short wavelength has a higher light absorptivity than a laser with a longer wavelength, and the absorptivity of light increases as the temperature rises.Therefore, a laser with a short wavelength is irradiated first to raise the surface temperature, and then By irradiating a laser with a long wavelength,
The utilization effect of laser light can be improved, and the laser equipment capacity can be reduced.

【0191】次に、実施例6の第9変形例を、図22〜
図25を参照して説明する。この変形例はリンク式アー
ムを有する遠隔補修装置を原子炉圧力容器内に上方から
ワイヤで吊り下げ、炉心中心部の上部格子板開孔部を通
過させ、炉心支持板に設置する。そして、リンク式アー
ムの先端に取付けたレーザ射照装置で可視光のパルスレ
ーザ光を、一定範囲ずつポリゴンミラーを使用してレー
ザスポットを走査しながら射照して、炉心シュラウド内
表面の加工を行う。
Next, a ninth modification of the sixth embodiment will be described with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIG. In this modification, a remote repair device having a link-type arm is suspended from above in a reactor pressure vessel with a wire, passed through an upper lattice plate opening in the center of the core, and installed on a core support plate. Then, the laser irradiation device attached to the tip of the link-type arm irradiates visible pulsed laser light while scanning the laser spot by using a polygon mirror in a fixed range to process the inner surface of the core shroud. To do.

【0192】図22は、ポリゴンミラー使用のレーザス
ポット走査型レーザピーニング作業ユニット142の正
面図である。レーザピーニング作業ユニット143は、
取付構造部144で、折畳み式アーム24のロッド69
先端の補修作業ユニット取付部70と結合される。
FIG. 22 is a front view of a laser spot scanning type laser peening operation unit 142 using a polygon mirror. The laser peening work unit 143 is
The mounting structure 144 includes a rod 69 of the folding arm 24.
It is connected to the repair work unit mounting portion 70 at the tip.

【0193】間隔的に配置した2枚の端板構造部145
間には、取付構造部144、スクリューネジ146およ
びスライド棒147が結合されている。スライド棒14
7は移動板148を貫通し、これにスクリューネジ14
6が移動板148のボールネド149で結合している。
駆動装置150を働かせてスクリューネジ146を回転
させ、スライド棒147をガイドとして移動板148を
スライドさせる。移動板148に取付台151がスプリ
ング151aを介して結合されている。
Two end plate structures 145 arranged at intervals.
A mounting structure 144, a screw screw 146, and a slide rod 147 are coupled between the two. Slide bar 14
7 penetrates the moving plate 148, and the screw screw 14
6 are connected by a ball neck 149 of the moving plate 148.
The driving device 150 is operated to rotate the screw screw 146, and the moving plate 148 is slid using the slide rod 147 as a guide. The mount 151 is coupled to the moving plate 148 via a spring 151a.

【0194】取付台151に取り付けられた車輪形式の
脚152を壁面153に押し付け、レーザピーニング作
業ユニット142を設置する。光ファイバ154で導か
れたレーザ光は、組レンズ155で平行光線となり、偏
光ミラー156、ミラー157を介してポリゴンミラー
158に導かれ、反射して壁面153に像を結ぶ。
The wheel type legs 152 attached to the attachment base 151 are pressed against the wall surface 153, and the laser peening operation unit 142 is installed. The laser light guided by the optical fiber 154 is converted into parallel rays by the combination lens 155, is guided to the polygon mirror 158 via the polarization mirrors 156 and 157, is reflected, and forms an image on the wall surface 153.

【0195】ポリゴンミラー158と爪159とをアク
チュエータ160で回転させ、シリンダ161の各爪1
62、159を互いに接触させ、スプリング163の弾
性力に抗して各爪162、159の接触が外れるまでシ
リンダ161を移動させ、壁面153へのレーザビーム
164の射照を幅方向に掃引させる。長手方向の掃引
は、駆動装置150でスクリューネジ146を回転さ
せ、移動板148を移動させることにより、車輪付き脚
152を壁面153上で回転移動させて行なう。
The polygon mirror 158 and the claws 159 are rotated by the actuator 160 so that each claw 1 of the cylinder 161 is rotated.
62, 159 are brought into contact with each other, and the cylinder 161 is moved against the elastic force of the spring 163 until the contact between the claws 162, 159 is released, and the irradiation of the laser beam 164 on the wall surface 153 is swept in the width direction. The sweeping in the longitudinal direction is performed by rotating the screw screw 146 with the driving device 150 and moving the moving plate 148 to rotate the leg 152 with wheels on the wall surface 153.

【0196】図23は、ポリゴンミラー使用のレーザス
ポット走査型レーザピーニング作業ユニット142の側
面図であり、図24および図25は、ポリゴンミラー使
用レーザスポット走査機構部の詳細概念図である。
FIG. 23 is a side view of a laser spot scanning type laser peening operation unit 142 using a polygon mirror, and FIGS. 24 and 25 are detailed conceptual diagrams of a laser spot scanning mechanism section using a polygon mirror.

【0197】ポリゴンミラー158と爪159とはアク
チュエータ160により回転する。この回転に伴い、シ
リンダ161は爪159、162が接触している間は引
き上げられ、爪159、爪162が離れると、スプリン
グ163により、もとの位置に戻る構造になっている。
The polygon mirror 158 and the claw 159 are rotated by the actuator 160. With this rotation, the cylinder 161 is pulled up while the claws 159 and 162 are in contact with each other, and when the claws 159 and 162 are separated from each other, the cylinder 161 is returned to the original position by the spring 163.

【0198】一方レーザビーム164は、図示はしない
光源側でファラデーローテータおよびシャッター等で照
射のON・OFF切替が可能な構造となっており、レー
ザビーム164は偏光ミラー156、ミラー157およ
びポリゴンミラー158で反射され、壁面153に照射
する構造となっている。
On the other hand, the laser beam 164 has a structure in which irradiation can be switched ON / OFF by a Faraday rotator, a shutter or the like on the side of a light source (not shown), and the laser beam 164 has a polarization mirror 156, a mirror 157 and a polygon mirror 158. It is reflected by and is irradiated on the wall surface 153.

【0199】また、偏光ミラー156で反射しなかった
レーザビーム164は、ビームダンパ165により吸収
される。なお、図示しないが、ビームダンパ165は冷
却機により常時冷却される。
The laser beam 164 not reflected by the polarization mirror 156 is absorbed by the beam damper 165. Although not shown, the beam damper 165 is constantly cooled by a cooler.

【0200】このような第9変形例の作用は、本質的に
は実施例6と同様であるが、多面鏡のポリゴンミラーを
一定角速度で回転させて鋸歯掃引を行ない、同期させて
ミラー157の高速の原点復帰動作を行なうようにした
点が異なる。
The operation of the ninth modification is essentially the same as that of the sixth embodiment, but the polygon mirror of the polygon mirror is rotated at a constant angular velocity to perform saw-tooth sweeping, and the mirror 157 is synchronized. The difference is that a high-speed homing operation is performed.

【0201】以上の第9変形例によれば、実施例6と同
様の効果が奏されることに加え、ポリゴンミラーを用い
たことにより、溶接線の幅方向の掃引速度(ポリゴンミ
ラーの回転角速度)を一定にし、また溶接線に沿っての
掃引速度(長手方向の掃引速度)で掃引して一定範囲を
複数回レーザ照射を行なうことで表面改質を行なうこと
ができるため、制御系が簡単になり、機器に対しても大
きなモーメント変化を起こす必要が無く、機器の強度上
でも有利である。上記の掃引方法では、レーザ照射ポイ
ントの列が溶接線に対して斜めになるが、作業上、何等
問題はない。
According to the ninth modification described above, in addition to the same effect as that of the sixth embodiment, the sweep speed in the width direction of the welding line (the rotational angular speed of the polygon mirror is obtained by using the polygon mirror. ) Is constant, and surface modification can be performed by sweeping at a sweep speed along the weld line (sweep speed in the longitudinal direction) and irradiating the laser within a fixed range multiple times, so the control system is simple. Therefore, it is not necessary to cause a large moment change in the equipment, which is advantageous in terms of the strength of the equipment. In the above sweeping method, the row of laser irradiation points is inclined with respect to the welding line, but there is no problem in operation.

【0202】[0202]

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、原子炉内部構造物の予防保全および補修に関わる、
構造物材料表面の残留応力改善、亀裂除去、クラッド除
去を行うことができ、さらに、簡便、高品質で、周辺機
器に影響を及ぼさず、狭隘部への適用性がよい加工方法
を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention, the preventive maintenance and repair of the internal structure of the reactor can be achieved.
A processing method that can improve residual stress on the surface of structural materials, remove cracks, and remove clads, and is simple, high-quality, does not affect peripheral equipment, and has good applicability to narrow spaces.
Can be provided .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1を示すもので、レーザビーム
を照射して残留応力改善を行う場合の図。
FIG. 1 shows Example 1 of the present invention, and is a diagram in the case of irradiating a laser beam to improve residual stress.

【図2】同実施例におけるレーザビームの照射方法の概
念を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a concept of a laser beam irradiation method in the embodiment.

【図3】典型的なレーザビームの照射方法を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a typical laser beam irradiation method.

【図4】改良されたレーザビームの照射方法を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an improved laser beam irradiation method.

【図5】照射スポット形状を変えた場合の照射方法を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing an irradiation method when an irradiation spot shape is changed.

【図6】照射スポット形状を変えた場合の照射方法を示
す図。
FIG. 6 is a diagram showing an irradiation method when an irradiation spot shape is changed.

【図7】本発明の実施例2を示し、レーザを照射して亀
裂除去を行う場合の図。
FIG. 7 is a diagram showing Example 2 of the present invention, in which a laser is irradiated to remove cracks.

【図8】本発明の実施例4を示し、レーザを照射してク
ラッド除去を行う場合の図。
FIG. 8 is a diagram showing Example 4 of the present invention, in which a laser is irradiated to remove the clad.

【図9】本発明の実施例5における作業手順を示すフロ
ーチャート。
FIG. 9 is a flowchart showing a work procedure in the fifth embodiment of the present invention.

【図10】同実施例における照射ビームの重畳率の分布
を示す図。
FIG. 10 is a diagram showing a distribution of irradiation beam superimposition rates in the example.

【図11】本発明の実施例6を示すもので、レーザを照
射してシュラウド内面の補修状態の図。
FIG. 11 shows Example 6 of the present invention, and is a diagram showing a state where a shroud inner surface is repaired by laser irradiation.

【図12】本発明の実施例6を示すもので、レーザを照
射してシュラウド内面の補修状態の図。
FIG. 12 shows Example 6 of the present invention, and is a diagram showing a state of repairing the inner surface of the shroud by irradiating a laser.

【図13】同実施例よるシュラウド内面補修ロボットに
治工具を取付けている様子を示す図。
FIG. 13 is a view showing a state in which jigs and tools are attached to the shroud inner surface repair robot according to the embodiment.

【図14】同実施例によるシュラウド内面補修ロボット
を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a shroud inner surface repair robot according to the embodiment.

【図15】同実施例よるレーザピーニング作業ユニット
の構成を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a laser peening operation unit according to the same embodiment.

【図16】同実施例によるレーザ光出射方向の水流発生
の様子を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing how a water stream is generated in the laser light emitting direction according to the embodiment.

【図17】同実施例によるレーザ光出射方向および垂直
方向の水流発生の様子を示す図。
FIG. 17 is a diagram showing a state of water flow generation in the laser light emission direction and the vertical direction according to the example.

【図18】同実施例によるレーザ光出射方向の水流出射
および垂直方向の水流吸い込み方法を示す図。
FIG. 18 is a view showing a method of water flow emission in the laser light emission direction and a water flow suction direction in the vertical direction according to the embodiment.

【図19】同実施例による複数レーザスポットの同時照
射方法を示す図。
FIG. 19 is a view showing a simultaneous irradiation method of a plurality of laser spots according to the same embodiment.

【図20】同実施例による複数レーザ光の1点への同時
照射方法を示す図。
FIG. 20 is a diagram showing a method of simultaneously irradiating a single point with a plurality of laser beams according to the same embodiment.

【図21】同実施例による波長の異なる複数レーザ光の
1点への同時照射方法を示す図。
FIG. 21 is a diagram showing a method of simultaneously irradiating one point with a plurality of laser beams having different wavelengths according to the example.

【図22】同実施例によるポリゴンミラー使用のレーザ
ピーニング作業ユニットを示す正面図。
FIG. 22 is a front view showing a laser peening operation unit using a polygon mirror according to the embodiment.

【図23】図22のA−A線断面図。23 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

【図24】同実施例によるポリゴンミラー使用のレーザ
スポット走査機構部の詳細を示す図。
FIG. 24 is a diagram showing details of a laser spot scanning mechanism unit using a polygon mirror according to the same embodiment.

【図25】図24のB−B線断面図。25 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 原子炉圧力容器 2 冷却水 3 レーザビーム 4 光ファイバ 5 原子炉内部構造物 6 パルスレーザ装置 7 入射レンズ 8 集光レンズ 9 原子炉ピット 10 照射スポット 11 施工単位領域 12 加工ヘッド 13 CCDカメラ 14 亀裂 15 モニタ 16 信号ケーブル 17 クラッド 21 原子炉圧力容器 22 上部格子板 23 炉心支持板 24 折りたたみ式アーム 26 レーザピーニング作業ユニット 28 複合ケーブル 29 制御室 30 操作盤 31 パルスレーザ装置 32 ビーム強度調整装置 33 ジェットポンプ 34 シュラウド 35 アニュラス部 36 炉容器下部室 37 上部ケース 38 下部ケース 39 ワイヤー 40 開孔部 41 開孔部 42 制御棒駆動装置ハウジング 43 上部ケース案内装置 44 下部ケース案内装置 45 固定用脚 46 エアシリンダー 48 ワイヤー 49 バランサー 50 補修作業ユニット搬送装置 52 補修作業ユニット 53 壁 54 取付け部 55 ガルバノミラー 56 揺動装置 57 スポット径調整機構 58 CCDカメラ 59 長手方向駆動モータ 60 超音波検出器 61 脚 62 原子炉ピット 63 モータ 64 組歯車 65 据付案内装置 67 接続部材 68 上部格子板下方室 69 アーム 70 補修作業ユニット取付け台 72 レーザ光 73 スポット点 76 集光組レンズ 77 レーザ光 78 滑車 79 信号ケーブル 80 筐体 84 シャッタ 86 第1反射鏡 87 第2反射鏡 94 スクリューネジ 99 出射開口部 100 水流 101 ノズル 103 ポンプ 104 水流 105 ホース 106 開孔部 108 ホース 109 開孔部 110 水流 111 ノズル 112 水流 114 ノズル 115 ホース 116 水流 117 フィルター装置 119 開孔部 120 水流 121 光分配器 122 レーザ光 123 光ファイバ 124 光ファイバ束 125 集光ボックス 127 レーザスポット 128 集光レンズ 129 レーザスポット 130 集光ボックス 131 ダイクロイックミラー 132 レーザ光 133 光ファイバ 135 集光ボックス 134 集光レンズ 136 光ファイバ束 137 光ファイバ束 138 レーザスポット 139 レーザ光 140 レーザ光 141 レーザ光 153 壁面 156 偏光ミラー 157 ミラー 158 ポリゴンミラー 159 爪 160 アクチュエータ 161 シリンダー 162 爪 163 スプリング 164 レーザ光 165 ビームダンパー 1 Reactor pressure vessel 2 cooling water 3 laser beam 4 optical fiber 5 Reactor internals 6 pulse laser device 7 Incident lens 8 Condensing lens 9 reactor pit 10 irradiation spots 11 Construction unit area 12 Processing head 13 CCD camera 14 cracks 15 monitors 16 signal cable 17 Clad 21 Reactor pressure vessel 22 Upper lattice plate 23 Core Support Plate 24 foldable arm 26 Laser peening work unit 28 composite cable 29 Control room 30 control panel 31 pulse laser device 32 Beam intensity adjuster 33 Jet pump 34 Shroud 35 Annulus 36 Lower furnace chamber 37 Upper case 38 Lower case 39 wire 40 Opening 41 Hole 42 Control rod drive housing 43 Upper case guide device 44 Lower case guide device 45 fixing legs 46 air cylinder 48 wires 49 Balancer 50 Repair work unit transfer device 52 Repair work unit 53 walls 54 Attachment 55 galvano mirror 56 Rocking device 57 Spot diameter adjustment mechanism 58 CCD camera 59 Longitudinal drive motor 60 ultrasonic detector 61 legs 62 reactor pit 63 motor 64 sets of gears 65 Installation guide device 67 Connection member 68 Upper lattice plate lower chamber 69 arm 70 Repair work unit mount 72 laser light 73 spot points 76 Focusing lens 77 laser light 78 Pulley 79 signal cable 80 housing 84 shutter 86 1st reflector 87 Second reflector 94 screw screw 99 exit opening 100 water streams 101 nozzles 103 pump 104 water current 105 hose 106 hole 108 hose 109 hole 110 water flow 111 nozzles 112 water current 114 nozzles 115 hose 116 water flow 117 Filter device 119 hole 120 water flow 121 Optical distributor 122 laser light 123 optical fiber 124 Optical fiber bundle 125 light collection box 127 laser spot 128 condensing lens 129 laser spot 130 Focusing box 131 dichroic mirror 132 laser light 133 optical fiber 135 Focusing box 134 Condensing lens 136 optical fiber bundle 137 Optical fiber bundle 138 laser spot 139 laser light 140 laser light 141 laser light 153 wall 156 Polarizing mirror 157 mirror 158 polygon mirror 159 claws 160 actuator 161 cylinder 162 nails 163 spring 164 laser light 165 beam damper

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 雄二 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 向井 成彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 青木 延忠 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 小長井 主税 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 菊永 宗芳 神奈川県川崎市幸区堀川町66番2 東芝 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−80187(JP,A) 特開 平7−246483(JP,A) 特開 平7−248397(JP,A) 特公 平1−45039(JP,B2) 特表 平5−503738(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 26/00 - 26/42 G21C 19/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Yuji Sano 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Yokohama office (72) Inventor Naruhiko Mukai 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Corporation Inside the Yokohama Works (72) Inventor Nobutada Aoki 8 Shinsitata-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Corporation Inside the Yokohama Works (72) Inventor Main Tax 8 Shinsita-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Toshiba Corporation Inside the Yokohama Works (72) Inventor Muneyoshi Kikunaga 66-2 Horikawa-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Toshiba Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A-5-80187 (JP, A) JP-A-7-246483 (JP, A ) JP-A-7-248397 (JP, A) JP-B-1-45039 (JP, B2) JP-A-5-503738 (JP, A) (58)査the field (Int.Cl. 7, DB name) B23K 26/00 - 26/42 G21C 19/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 冷却水に浸漬された構造物の表面に、可
視波長を持つ高出力,短パルスのレーザビームを照射
し、前記構造物表面の材料の残留応力改善、亀裂除去ま
たはクラッド除去を行う水中レーザ加工方法であって、
冷却水で満たされた原子炉の内部構造物の材料表面に発
生した亀裂を検出し、この亀裂部に対してパルス幅が1
00nsec以下で可視波長を持つレーザビームを、1パル
ス当りのピーク出力0.1〜10GW/cmの条件で、
亀裂部がアブレーション除去される状況をモニタしなが
ら照射し、亀裂を除去することを特徴とする水中レーザ
加工方法。
1. A surface of a structure immersed in cooling water
Irradiates a high-power, short-pulse laser beam with a visible wavelength
To improve the residual stress of the material on the surface of the structure and to remove cracks.
Or an underwater laser processing method for removing the clad,
Detects cracks on the material surface of the internal structure of the reactor filled with cooling water, and the pulse width is 1 for this crack.
With a laser beam having a visible wavelength of less than 00 nsec, with a peak output per pulse of 0.1 to 10 GW / cm 2 ,
An underwater laser processing method characterized by irradiating while observing a situation where a crack is removed by ablation to remove the crack.
【請求項2】 原子炉の内部構造物表面に発生した亀裂
の除去を行った後、請求項1記載の処理を施すことによ
り、亀裂除去後の材料表面の応力改善を行うことを特徴
とする水中レーザ加工方法。
2. The method according to claim 1, wherein after the cracks generated on the surface of the internal structure of the nuclear reactor are removed, the stress on the surface of the material after the cracks are removed is improved by performing the treatment according to claim 1. Underwater laser processing method.
【請求項3】 請求項1記載の水中レーザビームの照射
を行うことにより、冷却水で満たされた原子炉の内部構
造物の表面に蓄積したクラッドの除去を行いながら、材
料表面の応力改善を行うことを特徴とする水中レーザ加
工方法。
3. The irradiation of the underwater laser beam according to claim 1 improves the stress on the material surface while removing the clad accumulated on the surface of the internal structure of the reactor filled with cooling water. An underwater laser processing method characterized by performing.
【請求項4】 冷却水で満たされた原子炉の内部構造物
の材料表面にレーザビームを照射して、請求項1から
までに記載の材料表面応力改善、亀裂除去、またはクラ
ッド除去を施す際、その施工全体範囲、施工単位領域お
よび施工条件を、予め実施した探傷検査および表面状態
検査と構造物図面とに基づいて作成したマップに従って
自動的に制御することを特徴とする水中レーザ加工方
法。
4. A laser beam irradiation on the surface of the material of the inner structure of the furnace was filled with coolant atoms, claims 1 to 3
When the material surface stress improvement, crack removal, or clad removal described above is performed, the overall construction range, construction unit area, and construction conditions are created based on the flaw detection inspection and surface condition inspection that were performed in advance, and the structural drawing. Underwater laser processing method characterized by automatically controlling according to the map.
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