JP3752451B2 - 沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の出力を制御する沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、沸騰水型原子炉の圧力容器には、減速材を兼ねた冷却材が収容されるとともに、原子炉圧力容器の中央部には多くの燃料集合体が装荷された炉心が配置される。燃料集合体の間には制御棒が挿入・引抜自在に設置され、原子炉の起動・停止、反応度補償、負荷追従などの制御は、炉心への制御棒の挿入・引抜により行われる。
【０００３】
この制御棒は通常、横断面略十字形のタイロッドの軸方向上部にハンドルを取り付けるとともにタイロッドの軸方向下部に下部支持部材（または落下速度リミッタ、以下同様）を取り付け、さらにハフニウム（Ｈｆ）や炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）等の反応度制御材をそれぞれ内包させた４つのシースをハンドルの下端部、下部支持部材の上端部、及びタイロッドの略十字形端部にそれぞれ溶接により固定した構造となっている。このとき、上記のシースとハンドル、シースと下部支持部材、シースとタイロッドの略十字型端部との溶接においては、スポット溶接とした場合の非溶接箇所への炉水含有異物の侵入による腐食を防止するため、元来、ＴＩＧ溶接による完全溶け込み溶接が行われていた。
【０００４】
ところで、上述したように制御棒は燃料集合体間に挿入・引抜されることにより原子炉の起動・停止、反応度補償、負荷追従等を行うものであり、原子炉の運転中には燃料集合体間の狭い間隙を上下動する。このため、制御棒の製造時においては高い加工精度が要求されることになる。
【０００５】
しかし、元来行われていた上記ＴＩＧ溶接は入熱量が多く、溶接による変形が大きくなる傾向にあった。そこで、製造時の変形を極力防止するために、特開２０００−３２９８８５公報記載のようにＴＩＧ溶接に代わり入熱量の少ないレーザ溶接を用いる方法が既に提唱されている。
【０００６】
上記従来技術では、完全溶け込み溶接とするために、例えばタイロッドとシースとの溶接においてはタイロッドの各辺先端部に段差部を設け、その段差部にシースのＵ字形両先端部をはめ込んだ状態で、レーザ光をビーム中心軸位置がタイロッドの段差部端面位置よりタイロッド軸心と反対方向に０．１〜２．０ｍｍの範囲でずらすようにして、直接シース先端部に照射し、これにより裏波ビードを確保するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、タイロッドの各辺先端部に設ける上記段差部の幅は通常０．５ｍｍ程度であり、すなわちタイロッドの段差部とシース先端部との重なり代も０．５ｍｍ程度である。このため、万一レーザ光のビーム中心軸位置に誤差が生じこの微小な重なり代の幅から外れて照射された場合、レーザ光の照射による熱がタイロッドに熱伝達されにくいためシースが過熱され、シース先端部が溶け落ち溶接不良となる可能性がある。
【０００８】
また、レーザ光の照射位置が上記重なり代に収まっていても、レーザ光の照射による熱がタイロッドに良好に熱伝達されるためにはタイロッドの段差部とシース先端部との接触面積が大きくなければならず、そのためにはタイロッドの段差部の形状が精密に矩形状に加工されている必要がある。すなわち、例えば上記タイロッドの段差部の隅部にＲ形状等が残っていると、タイロッドとシースとの接触面積は小さくなり良好な熱伝達が行われず、これによってもシース先端部が溶け落ち溶接不良となる可能性がある。
【０００９】
これらを防ぐために、上記従来技術においてはレーザ光の照射位置が上記重なり代から外れないようにレーザ溶接において高精度の制御が必要となり、またタイロッドの段差部の精密な機械加工も必要となる。これらの結果、制御棒の製造の容易化が困難となり、さらには製造コストの増大を招いていた。
【００１０】
なお、以上はタイロッドとシースとの溶接を例にとって説明したが、前述したシースとハンドルとの溶接、シースと下部支持部材（又は落下速度リミッタ）との溶接についても同様の課題が存在する。
【００１１】
本発明の目的は、製造の容易化及び製造コストの低減を図ることのできる沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を備えた前記タイロッドを形成し、このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字形両先端部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりもタイロッド軸心側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がタイロッド表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記タイロッドに固定するものとする。
【００１３】
本発明においては、タイロッドとシースとのレーザ溶接の際、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置がタイロッド段差部の端面位置よりも少なくともタイロッド軸心側にずれるように設定して照射する。この場合、レーザ光は直接シースに照射されるのではなく、まずタイロッド表面に照射され、その後タイロッド表面→タイロッド段差部→段差部に接するシースという入熱経路で熱伝達されることとなる。このため、ビーム中心軸位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても熱は必ず段差部とシース等との接触部を通過してシース等に伝達されることとなり、ビーム中心軸位置をタイロッド段差部端面位置よりタイロッド軸心と反対側にずらして設定する従来方法のようにシース等へ直接レーザ照射されることでシース等が溶け落ち溶接不良を招く可能性はない。これにより、上記従来方法のようにシース等溶け落ち防止のためにビーム中心軸位置を高精度に制御しなくても、シース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００１６】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を備えた前記タイロッドを引き抜き加工により形成し、このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字形両先端部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりもタイロッド軸心側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がタイロッド表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記タイロッドに固定するものとする。
【００１７】
（３）上記目的を達成するために、また本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、少なくとも前記ハンドルの下端部に固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記ハンドルの下端部に、前記シース固定用の段差部を形成し、この段差部に、前記シースの上縁部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりも反シース側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がハンドル表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記シースの上縁部に沿って少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記ハンドルに固定するものとする。
【００１８】
本発明においては、シースとハンドルとのレーザ溶接の際、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置がハンドル下端部に設けた段差部の端面位置よりも少なくとも反シース側（組立後における上側）にずれるように設定して照射する。この場合も、上記（１）同様、レーザ光は直接シースに照射されるのではなく、まずハンドル表面に照射され、その後ハンドル表面→ハンドル段差部→段差部に接するシースという入熱経路で熱伝達されることとなる。したがって、ビーム中心軸位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても、シース等が溶け落ち溶接不良を招く可能性はないので、上記（１）同様、ビーム中心軸位置を高精度に制御しなくても、シース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００１９】
（４）上記目的を達成するために、また本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、少なくとも前記下部支持部材又は前記速度リミッタの上端部に固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記下部支持部材又は前記速度リミッタの上端部に、前記シース固定用の段差部を形成し、この段差部に、前記シースの下縁部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりも反シース側にずれるように設定し、レーザ光の入熱が下部支持部材又は速度リミッタ表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記シースの下縁部に沿って少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記下部支持部材又は前記速度リミッタに固定するものとする。
【００２０】
本発明においては、シースと下部支持部材又は落下速度リミッタとのレーザ溶接の際、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が下部支持部材又は落下速度リミッタ上端部に設けた段差部の端面位置よりも少なくとも反シース側（組立後における下側）にずれるように設定して照射する。この場合も、上記（１）同様、レーザ光は直接シースに照射されるのではなく、まず下部支持部材又は落下速度リミッタ表面に照射され、その後下部支持部材又は落下速度リミッタ表面→段差部→段差部に接するシースという入熱経路で熱伝達されることとなる。したがって、ビーム中心軸位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても、シース等が溶け落ち溶接不良を招く可能性はないので、上記（１）同様、ビーム中心軸位置を高精度に制御しなくても、シース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００２１】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記レーザ溶接の際、溶着促進のための溶接棒を用いて溶接を行う。
【００２２】
（６）上記（５）において、さらに好ましくは、前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態における前記シースの内周面と前記段差部の底面との間のギャップをＧ（ｍｍ）、前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態における前記シースの内周面と前記段差部の底面との重なり代をＬ（ｍｍ）、シース側へ向かう方向を正、その反対側へ向かう軸方向を負とした場合における、前記レーザ光のビーム中心軸位置から前記シースの端部までの距離をＡ（ｍｍ）、前記レーザ光のビームの集光径をＤ（ｍｍ）、前記レーザ溶接による入熱量をＨ（ｋＪ／ｃｍ）、溶接長１ｍ当たりの前記溶接棒の供給量をＷ（ｇ／ｍ）、としたとき、Ｐ=0.184+1.11×Ｇ+0.964×Ａ+1.07×Ｈ-1.17×Ｄ-0.11×Ｗ−0.807×Ｌで求められるパラメータＰの値が−０．５以上０．５以下になるように、前記レーザ溶接の施工条件を設定して溶接を行う。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の製造方法により製造された沸騰水型原子炉用制御棒の全体構造を表す一部破断斜視図であり、図２は、図１中II−II断面による横断面図である。なお、図２には燃料集合体Ｎも併せて図示している。
【００２９】
これら図１及び図２において、沸騰水型原子炉用制御棒１は、制御棒支持構造体２と、この制御棒支持構造体２の軸心２Ａ（または後述のタイロッド４の軸心４Ａ）より四方に延びるように配設された４つのブレード３とにより構成され、全体として横断面が十字型形状をしている。
【００３０】
上記制御棒支持構造体２は、横断面が十字型形状のタイロッド４と、このタイロッド４の上端に嵌合したハンドル５と、上記タイロッド４の下端に固定された落下速度リミッタ６とにより構成されている。
【００３１】
上記ブレード３は、それぞれが中性子吸収材としてのハフニウムフラットチューブ７と、このハフニウムフラットチューブ７を覆うシース８とを備えている。このハフニウムフラットチューブ７は、制御棒支持構造体２の軸心２Ａ方向に２本ずつ、制御棒支持構造体２の軸心２Ａより四方に拡がる方向に２本ずつ、すなわち１つのブレード３内に計４本ずつ配設されている。このとき、上部に配設されたハフニウムフラットチューブ７はその上端を上記ハンドル５にピン（図示せず）により固定され、下部に配設されたハフニウムフラットチューブ７はその下端を上記落下速度リミッタ６の基礎部材６ａにピン（図示せず）により固定され、さらにこれらを覆う上記シース８により周囲から押さえられることにより、これらのハフニウムフラットチューブ７は制御棒支持構造体２に対し固定されるようになっている。
【００３２】
上記シース８は、Ｕ字形に曲げ加工された例えばステンレス製のプレートであり、その両先端部（短手方向両先端部）には凸部８ａと凹部８ｂが設けられている。この凸部８ａとタイロッド４の各辺先端部４ａとが溶接され、またシース８の上縁部８ｃとハンドル５の下端部５ａとが溶接され、さらにシース８の下縁部８ｄと上記落下速度リミッタ基礎部材６ａの上端部６ａ１とが溶接されることにより、シース８は制御棒支持構造体２に対し固定されるようになっている。なお、このシース８には、冷却材が入出するための複数の冷却孔９が穿設されている。
【００３３】
このように構成される本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第１の実施の形態の製造工程を、図３を用いて以下に主要な部材ごとに説明する。
【００３４】
（１）シース８
図３において、ステップ１０で素材を圧延してプレート１０を形成し、次のステップ２０で、上記プレート１０の切出しを行い前記凸部８ａ及び凹部８ｂを設け、また穴開加工を行い前記冷却孔９等を設けてフラットシース１１に加工する。その後、ステップ３０でプレス機により上記フラットシース１１をＵ字形に曲げ加工し、シース８が出来上がる。
【００３５】
（２）タイロッド４
図３において、まずステップ４０で素材を引抜加工して引抜タイロッド１２を形成し、次にステップ５０で上記引抜タイロッド１２の切削加工を行い、タイロッド４（以下、上記引抜タイロッド１２と区別するために、適宜切削タイロッド４と記述する）が出来上がる。これら引抜タイロッド１２及び切削タイロッド４の詳細形状を図４を用いて説明する。
【００３６】
図４（ａ）は、上記引抜タイロッド１２の上（又は下）面図、図４（ｂ）は、切削タイロッド４の上（又は下）面図である。
これら図４（ａ）及び図４（ｂ）において、引抜タイロッド１２は、上記したようにステップ４０にて素材を引抜加工することにより形成されたタイロッドであり、各辺先端部１２ａの短手方向両側に段差部１２ｂを備えている。この段差部１２ｂの隅部１２ｂ１は、若干Ｒ形状となっている。
【００３７】
一方、切削タイロッド４も、上記引抜タイロッド１２と同様に前記各辺先端部４ａ両側に段差部４ｂを備えている。この段差部４ｂは、上記ステップ５０において引抜タイロッド１２の上記段差部１２ｂが切削加工され上記隅部１２ｂ１のＲ形状が除去されたことにより、精密な矩形形状となっている。なお、この段差部４ｂは、後述のステップ１１０においてシース８をタイロッド４に溶接する際にシース８の両先端部に設けた凸部８ａをこの段差部４ｂにはめ込むために設けられるものである。
【００３８】
（３）ハンドル５、落下速度リミッタ６、その他部品
図３に戻り、ステップ６０で、ハンドル５、落下速度リミッタ６、及び沸騰水型原子炉用制御棒１を構成するその他の部材を素材から機械加工、組立、溶接等を行い製造する。
【００３９】
（４）制御棒支持構造体２
図３において、ステップ７０で、上記ステップ５０で形成した切削タイロッド４の上端に上記ステップ６０で形成したハンドル５を組み付け溶接により固定し、切削タイロッド４の下端に上記ステップ６０で形成した落下速度リミッタ６を同様に溶接により固定し、その他の部品も適宜組立・溶接を行って制御棒支持構造体２が出来上がる。
【００４０】
（５）ハフニウムフラットチューブ７
図３において、ステップ８０で、素材を圧延加工することによりハフニウムプレート１３を形成し、次のステップ９０で、２枚の上記ハフニウムプレート１３，１３の両端に曲げ加工をし向かい合わせに組立て、継ぎ目を溶接してハフニウムフラットチューブ７が出来上がる。
【００４１】
（６）沸騰水型原子炉用制御棒１
図３において、ステップ１００で、まず上記（４）で説明したステップ７０により製造された制御棒支持構造体２に上記（５）で説明したステップ９０により製造されたハフニウムフラットチューブ７を組み付ける。このとき、前述したように上・下部に配設されるハフニウムフラットチューブ７のそれぞれの上・下端を、ハンドル５、落下速度リミッタ６の基礎部材６ａにピンにより固定する。
【００４２】
次に、上記のようにして制御棒支持構造体２の四方に配設されたハフニウムフラットチューブ７をＵ字状先端部側から取り込むようにしてそれらフラットチューブ７を覆うようにシース８を被せ、それぞれのシース８に設けられた前記の凸部８ａを、タイロッド４の各辺に設けた前記段差部４ｂにはめ込む。このとき、前記ハンドル下端部５ａ及び前記落下速度リミッタ基礎部材上端部６ａ１にも上記４ｂと同様に段差部５ｂ（後述の図９参照）及び段差部６ａｂ（後述の図１１参照）が設けられており、シース８に設けられた上縁部８ｃ、下縁部８ｄをこれら段差部５ｂ，６ａｂにそれぞれはめ込む。
【００４３】
ステップ１１０では、上記のシース８の凸部８ａ、上縁部８ｃ、下縁部８ｄとタイロッド４の段差部４ｂ、ハンドル下端部５ａの段差部５ｂ、落下速度リミッタ基礎部材上端部６ａ１の段差部６ａｂとのはめ込み箇所をそれぞれレーザ溶接する。これにより、シース８が制御棒支持構造体２に固定され、沸騰水型原子炉用制御棒１が完成する。
【００４４】
このような工程から構成される沸騰水型原子炉用制御棒１の製造方法において、本発明の最も大きな特徴は、上記ステップ１１０においてシース８の凸部８ａ、上縁部８ｃ、下縁部８ｄをタイロッド段差部４ｂ、ハンドル下端部５ａ、落下速度リミッタ基礎部材上端部６ａ１にそれぞれはめ込んだ状態でレーザ溶接を行うに際し、ビーム中心軸位置をいずれもシース８の端面位置よりもシースと反対側にずらして溶接を行うことである。以下、その詳細について、まずシース８とタイロッド４との溶接を例にとって説明する。
【００４５】
図５は、上記の溶接の際に使用したＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。
この図５において、ＹＡＧレーザ溶接機１４は、タイロッド４とシース８を載せる加工テーブル１５と、シース８を固定する固定金具１６と、レーザ加工装置１７と、後述のＹＡＧレーザ光２３を出力するレーザ発振器１８と、制御装置１９とを備えている。
【００４６】
上記レーザ加工装置１７は、レール１７ａと、このレール１７ａ上を矢印ア方向に移動可能な架台部１７ｂと、この架台部１７ｂ上に設けられた略Ｌ字形の支持部材１７ｃと、この支持部材１７ｃの水平部分を矢印イ方向に移動可能なスライダ１７ｄと、このスライダ１７ｄの下部に垂設された支持棒１７ｅと、この支持棒１７ｅに沿って矢印ウ方向に移動可能な加工ヘッド１７ｆとを備えている。このような構造により、上記加工ヘッド１７ｆは加工テーブル１５に対し矢印ア、イ、及びウ方向の３軸方向に移動可能なようになっている。
【００４７】
また、上記制御装置１９と上記レーザ加工装置１７の架台部１７ｂ、及び制御装置１９と上記レーザ発振器１８とは信号線２０，２１により接続されており、またレーザ発振器１８と加工ヘッド１７ｆとは光ファイバー２２によって接続されている。
【００４８】
また、上記制御装置１９には図示しない操作盤が接続されており、操作者がこの操作盤を操作することで、加工ヘッド１７ｆの位置やレーザの出力等を制御できるようになっている。
【００４９】
以上において、凸部８ａは、特許請求の範囲各項記載のシースのＵ字形両先端部を構成する。
【００５０】
次に、上記構成の切削タイロッド４を用いて行う本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の第１の実施の詳細を図６及び図７を用いて説明する。図６は、上記ＹＡＧレーザ溶接機１４によるシース８とタイロッド４との溶接箇所を一部拡大して表した斜視図であり、図７は、図６中VII−VII断面による横断面図である。
【００５１】
これら図６及び図７において、本実施の形態においては、操作者は前述の操作盤を操作し加工ヘッド１７ｆをタイロッド４の長手方向（図６中矢印エ方向）に移動させつつシース８の凸部８ａとタイロッド４の段差部４ｂとの連続的なレーザ溶接を行う。このレーザ溶接の際は、加工ヘッド１７ｆよりＹＡＧレーザ光２３が照射されると共に、シールドガス２４が流され溶接部の酸化を防ぐ。また、溶接直後の溶接ビード（図示せず）は酸化しやすい状態にあるので、トレーラノズル２５よりトレーラガス２６を溶接ビードに噴き付け酸化を防ぐ。そして特にこのとき、本実施の形態の最も大きな特徴としてＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ（図７参照）の位置をタイロッド段差部４ｂの端面４ｂ１よりもタイロッド４側（シース８と反対側）にずらし、タイロッド４の表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００５２】
ここで、ビーム中心軸２３Ａの位置を上記タイロッド段差部４ｂの端面４ｂ１よりもシース８側（タイロッド４と反対側）にずらしてレーザ溶接を行う従来技術においては、前述したように微小な重なり代Ｌ１（図７参照）内にＹＡＧレーザ光２３の照射位置を制御せねばならず、万一ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置に誤差が生じこの重なり代Ｌ１の幅からさらにシース８側に外れた位置に照射された場合、ＹＡＧレーザ光２３の照射による熱がタイロッド４に熱伝達されにくいためシース８が過熱され、シース８の凸部８ａが溶け落ち溶接不良となる可能性がある。
【００５３】
これに対し、上記本実施の形態においては、ＹＡＧレーザ光２３はまずタイロッド４の表面に照射され、その後この照射による熱はタイロッド４の表面→タイロッド段差部４ｂ→シース８という入熱経路によりシース８に熱伝達されることになる。このため、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても、熱は必ずタイロッド段差部４ｂとシース８との接触部を通過してシース８に伝達されるので、シース８の凸部８ａが溶け落ち溶接不良を招くことを防止することができる。これにより、上記従来技術と比較しＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ位置を高精度に制御しなくても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、沸騰水型原子炉用制御棒１の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００５４】
以上はシース８とタイロッド４との溶接を例にとって説明したが、次に、シース８とハンドル５との溶接について説明する。図８は、ＹＡＧレーザ溶接機１４によりシース８とハンドル５とを溶接する際の溶接箇所を一部拡大して表した斜視図であり、図９は、図８中IX−IX断面による横断面図である。これらの図８及び図９において、前述した図６及び図７と同様のものは同符号を付し、説明を省略する。
シース８とハンドル５との溶接の際には、図８及び図９に示すように、加工ヘッド１７ｆをシース８の前記上縁部８ｃに沿った方向（図８中矢印オ方向）に移動させつつ、シース８の上縁部８ｃとハンドル５の前記下端部５ａに設けた段差部５ｂ（図９参照）との連続的なレーザ溶接を行う。このとき、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置をハンドル段差部５ｂの端面５ｂ１（図９参照）よりもハンドル５側（シース８と反対側）にずらし、ハンドル５の表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００５５】
この場合においても、ＹＡＧレーザ光２３の照射による熱はハンドル５の表面→ハンドル段差部５ｂ→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることになり、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ位置を高精度に制御しなくても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、沸騰水型原子炉用制御棒１の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００５６】
次に、シース８と落下速度リミッタ６の基礎部材６ａとの溶接について説明する。図１０は、ＹＡＧレーザ溶接機１４によりシース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとを溶接する際の溶接箇所を一部拡大して表した斜視図であり、図１１は、図１０中XI−XI断面による横断面図である。これらの図１０及び図１１において、前述した図６及び図７と同様のものは同符号を付し、説明を省略する。
シース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとの溶接の際には、図１０及び図１１に示すように、加工ヘッド１７ｆをシース８の前記下縁部８ｄに沿った方向（図１０中矢印カ方向）に移動させつつ、シース８の下縁部８ｄと落下速度リミッタ基礎部材６ａの前記上端部６ａ１に設けた段差部６ａｂ（図１１参照）との連続的なレーザ溶接を行う。このとき、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置を落下速度リミッタ基礎部材６ａの上記段差部６ａｂの端面６ａｂ１（図１１参照）よりも落下速度リミッタ基礎部材６ａ側（シース８と反対側）にずらし、落下速度リミッタ基礎部材６ａの表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００５７】
この場合においても、ＹＡＧレーザ光２３の照射による熱は落下速度リミッタ基礎部材６ａの表面→落下速度リミッタ基礎部材段差部６ａｂ→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることとなり、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ位置を高精度に制御しなくても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、沸騰水型原子炉用制御棒１の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００５８】
なお、上記本発明の第１の実施の形態においては、レーザ溶接の際にＹＡＧレーザ光２３を直接被溶接材であるタイロッド４、ハンドル５、または落下速度リミッタ基礎部材６ａに照射したが、これに限らず溶着促進のために溶接棒を用いてもよい（後述の図２３も参照）。この場合、ＹＡＧレーザ光２３を溶接棒に照射することになるため、この照射による熱は溶接棒（正確には溶融した溶接棒）→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることとなり、これによってもシース８の溶け落ちを防止しさらに良好な溶接接合性を確保できる。
【００５９】
次に、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の第２の実施の形態を図１２乃至図１５を参照しつつ説明する。本実施の形態は、引抜加工により形成した前記引抜タイロッド１２を、切削加工を行わず引抜加工の状態のままで使用して沸騰水型原子炉用制御棒を製造したものである。
【００６０】
図１２は、上記本発明の第２の実施の形態の製造方法により製造された沸騰水型原子炉用制御棒の全体構造を表す一部破断斜視図である。この図１２において、前述の本発明の第１の実施の形態における図１と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。この図１２において、沸騰水型原子炉用制御棒１′は、前記引抜タイロッド１２と、この引抜タイロッド１２の上端に嵌合したハンドル５と、引抜タイロッド１２の下端に固定された落下速度リミッタ６とにより構成された制御棒支持構造体２′を備えている。
【００６１】
このように構成される本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第２の実施の形態の製造工程を、図１３を用いて以下に説明する。この図１３において、前述の本発明の第１の実施の形態における図３と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
シース８の製造工程であるステップ１０〜ステップ３０、引抜タイロッド１２の製造工程であるステップ４０、及びハンドル５、落下速度リミッタ６、その他の部品の製造工程であるステップ６０については、前述の本発明の第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
ここで、前述の第１の実施の形態では、図３においてステップ４０の後ステップ５０にて切削加工を行ったが、本実施の形態ではこれを行わずそのまま次のステップ７０で、引抜タイロッド１２の上端にハンドル５を組み付け溶接により固定し、引抜タイロッド１２の下端に落下速度リミッタ６を同様に溶接により固定し、その他の部品も適宜組立・溶接を行い、制御棒支持構造体２′が出来上がる。
【００６３】
次のハフニウムフラットチューブ７の製造工程であるステップ８０、ステップ９０、及びこれ以降の沸騰水型原子炉用制御棒１′の製造工程であるステップ１００及びステップ１１０については、前述の本発明の第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
以上において、引抜タイロッド１２は、特許請求の範囲各項記載の引き抜き加工により形成した十字型の各辺先端部にシース固定用の段差部を備えたタイロッドを構成する。
【００６５】
次に、本実施の形態の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の詳細を説明する。図１４及び図１５に示すように、本実施の形態においては、加工ヘッド１７ｆを引抜タイロッド１２の長手方向（図１４中矢印キ方向）に移動させつつシース８の凸部８ａと引抜タイロッド１２の段差部１２ｂとの連続的なレーザ溶接を行う。このとき、前述の本発明の第１の実施の形態と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ（図１５参照）の位置を引抜タイロッド段差部１２ｂの端面１２ｂ２よりも引抜タイロッド１２側（シース８と反対側）にずらし、引抜タイロッド１２の表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００６６】
ここで、前述したように引抜タイロッド１２の段差部１２ｂは切削加工を行っていないため隅部１２ｂ１（図１５参照）が若干Ｒ形状となっており、そのためシース８の凸部８ａは段差部１２ｂの上記端面１２ｂ２まではめ込むことができない。すなわち、本実施の形態における重なり代Ｌ２（図１５参照）は、前述の第１の実施の形態におけるシース８と切削タイロッド４との重なり代Ｌ１よりも小さくなる。
【００６７】
これにより、ビーム中心軸２３Ａの位置を引抜タイロッド段差部１２ｂの端面１２ｂ２よりもシース８側（引抜タイロッド１２と反対側）にずらしてレーザ溶接を行う従来技術においては、前述の第１の実施の形態における重なり代Ｌ１よりもさらに微小な重なり代Ｌ２内にＹＡＧレーザ光２３の照射位置を制御せねばならず、レーザ照射位置の制御誤差によるシース８の溶け落ちの可能性が大きくなる。またこのとき、重なり代Ｌ２が小さいことによりシース８から引抜タイロッド１２への熱伝達量も少なく、このため、シース８が溶け落ち溶接不良を招く可能性は一層大きくなる。
【００６８】
これに対し、上記本実施の形態においては、前述の第１の実施の形態と同様にＹＡＧレーザ光２３は引抜タイロッド１２の表面に照射されるため、その照射による熱は引抜タイロッド１２の表面→引抜タイロッド段差部１２ｂ→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることとなる。このため、ＹＡＧレーザ光２３の照射位置に多少誤差が生じても、シース８の凸部８ａが溶け落ち溶接不良を招くことを防止することができる。
【００６９】
すなわち、本実施の形態によれば、ＹＡＧレーザ光２３の照射位置を引抜タイロッド１２側（シース８と反対側）にずらすことにより、段差部１２ｂの形状を精密に矩形状に加工せず断面形状において隅部１２ｂ１にＲ形状が残ったままである引抜タイロッド１２を用いても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。これにより、素材→引抜加工にて引抜タイロッド１２形成→段差部１２ｂを矩形状に機械加工、といった工程で通常行うタイロッド製造行程において、機械加工の工程を省略し、引抜加工のみによる引抜タイロッド１２を用いて沸騰水型原子炉用制御棒１′の製造をすることが可能となる。したがって、機械加工工程がなくなった分、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００７０】
なお、上記本発明の第２の実施の形態においても、前述の第１の実施の形態において説明したように溶着促進のための溶接棒を用いてもよい（後述の図２３も参照）。この場合も、上記本発明の第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
次に、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の第３の実施の形態を図１６乃至図２３を参照しつつ説明する。本実施の形態は、シース８とタイロッド４との溶接、シース８とハンドル５との溶接、シース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとの溶接を自動化したものである。
【００７２】
本願発明者等は、レーザ溶接を自動化するにあたり、シース８の溶け落ちを防ぎさらに完全溶け込み溶接となる施工条件を把握するために、各種施工条件を種々変化させつつシース８とタイロッド４を用いた溶接試験を実施した。図１６は、このときの施工条件の範囲を示した図である。この溶接試験の結果、溶接後の状態は、裏波ビードがなく完全溶け込み溶接にならないもの、完全溶け込み溶接になったもの、シース８が溶け落ちたものの３種類に大別された。
【００７３】
次に、本願発明者等は、これら３種類の状態を入熱量の大きさに関係する入熱パラメータＰ０を用いて数値化した。すなわち、入熱量が少なく完全溶け込み溶接とならなかったものはＰ０＝−1、完全溶け込み溶接となったものはＰ０＝０、入熱量が多くシース８が溶け落ちたものをＰ０＝１とした。
【００７４】
また、上記３種類の状態に対応する施工条件を重回帰分析し、次式で与えられる分析パラメータＰを得た。
Ｐ=0.184+1.11×Ｇ+0.964×Ａ+1.07×Ｈ-1.17×Ｄ-0.11×Ｗ−0.807×Ｌ
上式において、Ｇはシース凸部８ａをタイロッド段差部４ｂにはめ込んだ状態におけるシース凸部８ａの内周面８ａ５とタイロッド段差部４ｂの底面４ｂ３間のギャップ（ｍｍ）（後述の図２１参照）、Ａは、シース８側へ向かう方向を正、その反対側のタイロッド４へ向かう方向を負とした場合におけるＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置からシース８の凸部８ａの端部８ａ１（後述の図２０参照）までの距離（ｍｍ）（以下、適宜レーザ照射位置Ａと記述する）、ＨはＹＡＧレーザ光２３による入熱量（ｋＪ／ｃｍ）、ＤはＹＡＧレーザ光２３のビーム集光径（ｍｍ）、Ｗは溶接長１ｍ当たりの溶接棒３０の供給量（ｇ／ｍ）、Ｌは、シース凸部８ａをタイロッド段差部４ｂにはめ込んだ状態におけるシース凸部８ａの内周面８ａ５とタイロッド段差部４ｂの底面４ｂ３との重なり代（ｍｍ）（後述の図２０参照）である。
【００７５】
図１７は、上記した入熱パラメータＰ０と分析パラメータＰの相関関係を示す図である。この図１７によれば、上記の式で表される分析パラメータＰが−０．５以上０．５以下であれば、入熱パラメータＰ０は０となり完全溶け込み溶接となることがわかる。すなわち、この図１７により、上記分析パラメータＰを構成する溶接条件であるギャップＧ、レーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗ、重なり代Ｌの値が与えられれば、分析パラメータＰの値に対して入熱パラメータＰ０の値が定まるため、この入熱パラメータＰ０によって溶接後の状態を把握することができる。なお、本願発明者等の検討によれば、各値の最も良好な条件として、以下の範囲であることがわかった。すなわち、ギャップＧが０〜０．３（ｍｍ）、レーザ照射位置Ａが０〜−０．５（ｍｍ）、入熱量Ｈが０．８９±０．２（ｋＪ／ｃｍ）、ビーム集光径Ｄが０．５７〜０．６（ｍｍ）、溶接棒供給量Ｗが３．１６〜４．０６（ｇ／ｍ）、重なり代Ｌが０．３〜０．６（ｍｍ）である。
【００７６】
図１８は、上記分析パラメータＰを用いて自動溶接を行う自動ＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。この図１８において、前述の本発明の第１の実施の形態における図５と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
この図１８において、自動ＹＡＧレーザ溶接機２７は、前記加工ヘッド１７ｆに取り付けられたレーザスキャン式二次元変位センサ（図示せず）と、同様に加工ヘッド１７ｆに取り付けられ後述の溶接棒３０の自動供給を行う溶接棒供給装置（図示せず）と、前記制御装置１９に信号線２８を介し接続された演算処理装置２９と、制御装置１９から指示される溶接開始位置及び溶接終了位置に加工ヘッド１７ｆを移動させるためのサーボモータ（図示せず）とを備えている。
【００７７】
上記演算処理装置２９は、上記レーザスキャン式二次元変位センサの検出値から、溶接開始位置及び溶接終了位置と、シース８とタイロッド４とのギャップＧ及び重なり代Ｌを算出し、さらにこのギャップＧ及び重なり代Ｌから上記分析パラメータＰを用いてレーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗを算出するようになっている。
【００７８】
次に、上記構成の自動ＹＡＧレーザ溶接機２７を用いて行う本実施の形態の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の詳細を以下に説明する。
図１９は、上記レーザスキャン式二次元変位センサのスキャン方法を示した図であり、図２０は図１９中XX−XX断面による横断面図、図２１は図１９中XXI−XXI断面による縦断面図である。
これらの図１９乃至図２１において、まず自動ＹＡＧレーザ溶接機２７は、そのレーザスキャン式二次元変位センサが図１９中矢印ク方向に自動スキャンすることで、シース８の凹部８ｂの端部８ｂ１（図２０参照）及びタイロッド４の段差部４ｂの先端側角部４ｂ２（図２０参照）の座標をそれぞれ検出する。また、図１９中矢印ケ方向にスキャンすることで、シース８の凸部８ａの両側端部８ａ２，８ａ３（図２１参照）の座標を検出すると共に、タイロッド４の段差部４ｂの底面４ｂ３（図２１参照）の高さとシース凸部８ａの外周面８ａ４（図２１参照）の高さを検出する。
【００７９】
前記演算処理装置２９は、レーザスキャン式二次元変位センサの上記２回のスキャンにより得られたデータと、例えば操作者により入力されたシース凸部８ａの奥行き（凸部８ａの端部８ａ１と凹部８ｂの端部８ｂ１との距離）及びシース８の厚さの値とから、シース８とタイロッド４のギャップＧ及び重なり代Ｌを計算する。なお、上記スキャンにより得られたシース８の凸部８ａの両側端部８ａ２，８ａ３の座標が、このまま溶接開始位置及び溶接終了位置となる。
【００８０】
また、演算処理装置２９は、このようにして得られたギャップＧ、及び重なり代Ｌにより、前記分析パラメータＰが−０．５以上０．５以下となるようにレーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗを計算する。なおこのとき、本実施の形態においても前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様にシース８の溶け落ち防止を考慮し、レーザ照射位置Ａは負（すなわち、タイロッド４方向）となるように、例えば操作者により事前に入力されている。
【００８１】
このようにして、演算処理装置２９から溶接開始・終了位置、ギャップＧ、レーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗ、重なり代Ｌを得た制御装置１９は前記レーザ加工装置１７及びレーザ発振装置１８を制御し、図２２及び図２３に示すように、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａをタイロッド段差部４ｂの端面４ｂ１よりもタイロッド４側（シース８と反対側）にずらした位置で溶接棒３０にＹＡＧレーザ光２３を照射して、自動で完全溶け込み溶接となるようにシース８とタイロッド４との自動レーザ溶接を行う。
【００８２】
以上説明した上記本実施の形態によれば、ＹＡＧレーザ光２３を溶接棒に照射するため、この照射による熱は溶接棒３０→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることとなる。このとき特に、前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様にＹＡＧレーザ光２３をタイロッド４側にずらした位置で溶接棒３０に対し照射するので、万一照射位置に誤差が生じ溶接棒３０から外れたとしても、ＹＡＧレーザ光２３はタイロッド４の表面に照射される。すなわち、この照射による熱はタイロッド４の表面→タイロッド段差部４ｂ→シース８という上記第１の実施の形態と同様の入熱経路により、シース８に伝達されることになる。したがって、シース８の溶け落ちを確実に防止し、良好な溶接接合性を確保することができる。
【００８３】
さらに本実施の形態によれば、自動ＹＡＧレーザ溶接機２７がレーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗを計算して自動で完全溶け込み溶接となるようにレーザ溶接を行うため、シース８の溶け落ちをさらに確実に防止し、良好な溶接接合性を確保することができる。また、自動でレーザ溶接が行えることで、溶接作業者の作業負荷の低減及び制御棒の生産性の向上の効果をも得ることができる。
【００８４】
なお、以上はシース８とタイロッド４との溶接を例にとって説明したが、シース８とハンドル５との溶接、シース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとの溶接についても同様の手順で自動溶接を行うことができ、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＹＡＧレーザ光をビーム中心軸位置がタイロッドの段差部の端面位置よりもタイロッド側にずれるように設定して照射する。これにより、ビーム中心軸位置を高精度に制御しなくてもシース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保することができ、また、タイロッドの段差部を精密に機械加工しなくても同様にシース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保することができる。したがって、制御棒製造工程におけるレーザ溶接の制御が容易になり、また機械加工工程が省略でき、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の製造方法により製造された沸騰水型原子炉用制御棒の全体構造を表す一部破断斜視図である。
【図２】 図１中II−II断面による横断面図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態の製造工程を表す工程図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態を構成するタイロッドの製造過程である引抜タイロッドの上（又は下）面図、及び完成後である切削タイロッドの上（又は下）面図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシース溶接の際に使用したＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。
【図６】 本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースとタイロッドとの溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図７】 図６中VII−VII断面による横断面図である。
【図８】 本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースとハンドルとの溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図９】 図８中IX−IX断面による横断面図である。
【図１０】 本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースと落下防止リミッタとの溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図１１】 図１０中XI−XI断面による横断面図である。
【図１２】 本発明の第２の実施の形態の製造方法により製造された沸騰水型原子炉用制御棒の全体構造を表す一部破断斜視図である。
【図１３】 本発明の第２の実施の形態の製造工程を表す工程図である。
【図１４】 本発明の第２の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースと引抜タイロッドとの溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図１５】 図１４中XV−XV断面による横断面図である。
【図１６】 溶接試験の施工条件を示した図である。
【図１７】 入熱パラメータＰ０と分析パラメータＰの相関関係を示す図である。
【図１８】 本発明の第２の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシース溶接の際に使用した自動ＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。
【図１９】 レーザスキャン式二次元変位センサのスキャン方法を示した図である。
【図２０】 図１９中XX−XX断面による横断面図である。
【図２１】 図１９中XXI−XXI断面による縦断面図である。
【図２２】 本発明の第３の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースとタイロッドとの自動溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図２３】 図２２中XXIII−XXIII断面による横断面図である。
【符号の説明】
１ 沸騰水型原子炉用制御棒
４ タイロッド
４Ａ タイロッド軸心
４ａ 各辺先端部
４ｂ 段差部
４ｂ１ 端面
５ ハンドル
５ａ 下端部
５ｂ 段差部
６ 落下速度リミッタ
６ａ１ 上端部
８ シース
８ａ 凸部（Ｕ字形両先端部）
８ｃ 上縁部
８ｄ 下縁部
１２ 引抜タイロッド（タイロッド）
２３ ＹＡＧレーザ光
２３Ａ ビーム中心軸
３０ 溶接棒
【発明の属する技術分野】
本発明は、沸騰水型原子炉の出力を制御する沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、沸騰水型原子炉の圧力容器には、減速材を兼ねた冷却材が収容されるとともに、原子炉圧力容器の中央部には多くの燃料集合体が装荷された炉心が配置される。燃料集合体の間には制御棒が挿入・引抜自在に設置され、原子炉の起動・停止、反応度補償、負荷追従などの制御は、炉心への制御棒の挿入・引抜により行われる。
【０００３】
この制御棒は通常、横断面略十字形のタイロッドの軸方向上部にハンドルを取り付けるとともにタイロッドの軸方向下部に下部支持部材（または落下速度リミッタ、以下同様）を取り付け、さらにハフニウム（Ｈｆ）や炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）等の反応度制御材をそれぞれ内包させた４つのシースをハンドルの下端部、下部支持部材の上端部、及びタイロッドの略十字形端部にそれぞれ溶接により固定した構造となっている。このとき、上記のシースとハンドル、シースと下部支持部材、シースとタイロッドの略十字型端部との溶接においては、スポット溶接とした場合の非溶接箇所への炉水含有異物の侵入による腐食を防止するため、元来、ＴＩＧ溶接による完全溶け込み溶接が行われていた。
【０００４】
ところで、上述したように制御棒は燃料集合体間に挿入・引抜されることにより原子炉の起動・停止、反応度補償、負荷追従等を行うものであり、原子炉の運転中には燃料集合体間の狭い間隙を上下動する。このため、制御棒の製造時においては高い加工精度が要求されることになる。
【０００５】
しかし、元来行われていた上記ＴＩＧ溶接は入熱量が多く、溶接による変形が大きくなる傾向にあった。そこで、製造時の変形を極力防止するために、特開２０００−３２９８８５公報記載のようにＴＩＧ溶接に代わり入熱量の少ないレーザ溶接を用いる方法が既に提唱されている。
【０００６】
上記従来技術では、完全溶け込み溶接とするために、例えばタイロッドとシースとの溶接においてはタイロッドの各辺先端部に段差部を設け、その段差部にシースのＵ字形両先端部をはめ込んだ状態で、レーザ光をビーム中心軸位置がタイロッドの段差部端面位置よりタイロッド軸心と反対方向に０．１〜２．０ｍｍの範囲でずらすようにして、直接シース先端部に照射し、これにより裏波ビードを確保するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には以下のような課題が存在する。
すなわち、タイロッドの各辺先端部に設ける上記段差部の幅は通常０．５ｍｍ程度であり、すなわちタイロッドの段差部とシース先端部との重なり代も０．５ｍｍ程度である。このため、万一レーザ光のビーム中心軸位置に誤差が生じこの微小な重なり代の幅から外れて照射された場合、レーザ光の照射による熱がタイロッドに熱伝達されにくいためシースが過熱され、シース先端部が溶け落ち溶接不良となる可能性がある。
【０００８】
また、レーザ光の照射位置が上記重なり代に収まっていても、レーザ光の照射による熱がタイロッドに良好に熱伝達されるためにはタイロッドの段差部とシース先端部との接触面積が大きくなければならず、そのためにはタイロッドの段差部の形状が精密に矩形状に加工されている必要がある。すなわち、例えば上記タイロッドの段差部の隅部にＲ形状等が残っていると、タイロッドとシースとの接触面積は小さくなり良好な熱伝達が行われず、これによってもシース先端部が溶け落ち溶接不良となる可能性がある。
【０００９】
これらを防ぐために、上記従来技術においてはレーザ光の照射位置が上記重なり代から外れないようにレーザ溶接において高精度の制御が必要となり、またタイロッドの段差部の精密な機械加工も必要となる。これらの結果、制御棒の製造の容易化が困難となり、さらには製造コストの増大を招いていた。
【００１０】
なお、以上はタイロッドとシースとの溶接を例にとって説明したが、前述したシースとハンドルとの溶接、シースと下部支持部材（又は落下速度リミッタ）との溶接についても同様の課題が存在する。
【００１１】
本発明の目的は、製造の容易化及び製造コストの低減を図ることのできる沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を備えた前記タイロッドを形成し、このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字形両先端部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりもタイロッド軸心側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がタイロッド表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記タイロッドに固定するものとする。
【００１３】
本発明においては、タイロッドとシースとのレーザ溶接の際、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置がタイロッド段差部の端面位置よりも少なくともタイロッド軸心側にずれるように設定して照射する。この場合、レーザ光は直接シースに照射されるのではなく、まずタイロッド表面に照射され、その後タイロッド表面→タイロッド段差部→段差部に接するシースという入熱経路で熱伝達されることとなる。このため、ビーム中心軸位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても熱は必ず段差部とシース等との接触部を通過してシース等に伝達されることとなり、ビーム中心軸位置をタイロッド段差部端面位置よりタイロッド軸心と反対側にずらして設定する従来方法のようにシース等へ直接レーザ照射されることでシース等が溶け落ち溶接不良を招く可能性はない。これにより、上記従来方法のようにシース等溶け落ち防止のためにビーム中心軸位置を高精度に制御しなくても、シース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００１６】
（２）上記目的を達成するために、また本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を備えた前記タイロッドを引き抜き加工により形成し、このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字形両先端部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりもタイロッド軸心側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がタイロッド表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記タイロッドに固定するものとする。
【００１７】
（３）上記目的を達成するために、また本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、少なくとも前記ハンドルの下端部に固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記ハンドルの下端部に、前記シース固定用の段差部を形成し、この段差部に、前記シースの上縁部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりも反シース側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がハンドル表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記シースの上縁部に沿って少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記ハンドルに固定するものとする。
【００１８】
本発明においては、シースとハンドルとのレーザ溶接の際、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置がハンドル下端部に設けた段差部の端面位置よりも少なくとも反シース側（組立後における上側）にずれるように設定して照射する。この場合も、上記（１）同様、レーザ光は直接シースに照射されるのではなく、まずハンドル表面に照射され、その後ハンドル表面→ハンドル段差部→段差部に接するシースという入熱経路で熱伝達されることとなる。したがって、ビーム中心軸位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても、シース等が溶け落ち溶接不良を招く可能性はないので、上記（１）同様、ビーム中心軸位置を高精度に制御しなくても、シース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００１９】
（４）上記目的を達成するために、また本発明は、十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、少なくとも前記下部支持部材又は前記速度リミッタの上端部に固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記下部支持部材又は前記速度リミッタの上端部に、前記シース固定用の段差部を形成し、この段差部に、前記シースの下縁部をはめ込み、そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりも反シース側にずれるように設定し、レーザ光の入熱が下部支持部材又は速度リミッタ表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記シースの下縁部に沿って少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記下部支持部材又は前記速度リミッタに固定するものとする。
【００２０】
本発明においては、シースと下部支持部材又は落下速度リミッタとのレーザ溶接の際、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が下部支持部材又は落下速度リミッタ上端部に設けた段差部の端面位置よりも少なくとも反シース側（組立後における下側）にずれるように設定して照射する。この場合も、上記（１）同様、レーザ光は直接シースに照射されるのではなく、まず下部支持部材又は落下速度リミッタ表面に照射され、その後下部支持部材又は落下速度リミッタ表面→段差部→段差部に接するシースという入熱経路で熱伝達されることとなる。したがって、ビーム中心軸位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても、シース等が溶け落ち溶接不良を招く可能性はないので、上記（１）同様、ビーム中心軸位置を高精度に制御しなくても、シース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００２１】
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記レーザ溶接の際、溶着促進のための溶接棒を用いて溶接を行う。
【００２２】
（６）上記（５）において、さらに好ましくは、前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態における前記シースの内周面と前記段差部の底面との間のギャップをＧ（ｍｍ）、前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態における前記シースの内周面と前記段差部の底面との重なり代をＬ（ｍｍ）、シース側へ向かう方向を正、その反対側へ向かう軸方向を負とした場合における、前記レーザ光のビーム中心軸位置から前記シースの端部までの距離をＡ（ｍｍ）、前記レーザ光のビームの集光径をＤ（ｍｍ）、前記レーザ溶接による入熱量をＨ（ｋＪ／ｃｍ）、溶接長１ｍ当たりの前記溶接棒の供給量をＷ（ｇ／ｍ）、としたとき、Ｐ=0.184+1.11×Ｇ+0.964×Ａ+1.07×Ｈ-1.17×Ｄ-0.11×Ｗ−0.807×Ｌで求められるパラメータＰの値が−０．５以上０．５以下になるように、前記レーザ溶接の施工条件を設定して溶接を行う。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の製造方法により製造された沸騰水型原子炉用制御棒の全体構造を表す一部破断斜視図であり、図２は、図１中II−II断面による横断面図である。なお、図２には燃料集合体Ｎも併せて図示している。
【００２９】
これら図１及び図２において、沸騰水型原子炉用制御棒１は、制御棒支持構造体２と、この制御棒支持構造体２の軸心２Ａ（または後述のタイロッド４の軸心４Ａ）より四方に延びるように配設された４つのブレード３とにより構成され、全体として横断面が十字型形状をしている。
【００３０】
上記制御棒支持構造体２は、横断面が十字型形状のタイロッド４と、このタイロッド４の上端に嵌合したハンドル５と、上記タイロッド４の下端に固定された落下速度リミッタ６とにより構成されている。
【００３１】
上記ブレード３は、それぞれが中性子吸収材としてのハフニウムフラットチューブ７と、このハフニウムフラットチューブ７を覆うシース８とを備えている。このハフニウムフラットチューブ７は、制御棒支持構造体２の軸心２Ａ方向に２本ずつ、制御棒支持構造体２の軸心２Ａより四方に拡がる方向に２本ずつ、すなわち１つのブレード３内に計４本ずつ配設されている。このとき、上部に配設されたハフニウムフラットチューブ７はその上端を上記ハンドル５にピン（図示せず）により固定され、下部に配設されたハフニウムフラットチューブ７はその下端を上記落下速度リミッタ６の基礎部材６ａにピン（図示せず）により固定され、さらにこれらを覆う上記シース８により周囲から押さえられることにより、これらのハフニウムフラットチューブ７は制御棒支持構造体２に対し固定されるようになっている。
【００３２】
上記シース８は、Ｕ字形に曲げ加工された例えばステンレス製のプレートであり、その両先端部（短手方向両先端部）には凸部８ａと凹部８ｂが設けられている。この凸部８ａとタイロッド４の各辺先端部４ａとが溶接され、またシース８の上縁部８ｃとハンドル５の下端部５ａとが溶接され、さらにシース８の下縁部８ｄと上記落下速度リミッタ基礎部材６ａの上端部６ａ１とが溶接されることにより、シース８は制御棒支持構造体２に対し固定されるようになっている。なお、このシース８には、冷却材が入出するための複数の冷却孔９が穿設されている。
【００３３】
このように構成される本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第１の実施の形態の製造工程を、図３を用いて以下に主要な部材ごとに説明する。
【００３４】
（１）シース８
図３において、ステップ１０で素材を圧延してプレート１０を形成し、次のステップ２０で、上記プレート１０の切出しを行い前記凸部８ａ及び凹部８ｂを設け、また穴開加工を行い前記冷却孔９等を設けてフラットシース１１に加工する。その後、ステップ３０でプレス機により上記フラットシース１１をＵ字形に曲げ加工し、シース８が出来上がる。
【００３５】
（２）タイロッド４
図３において、まずステップ４０で素材を引抜加工して引抜タイロッド１２を形成し、次にステップ５０で上記引抜タイロッド１２の切削加工を行い、タイロッド４（以下、上記引抜タイロッド１２と区別するために、適宜切削タイロッド４と記述する）が出来上がる。これら引抜タイロッド１２及び切削タイロッド４の詳細形状を図４を用いて説明する。
【００３６】
図４（ａ）は、上記引抜タイロッド１２の上（又は下）面図、図４（ｂ）は、切削タイロッド４の上（又は下）面図である。
これら図４（ａ）及び図４（ｂ）において、引抜タイロッド１２は、上記したようにステップ４０にて素材を引抜加工することにより形成されたタイロッドであり、各辺先端部１２ａの短手方向両側に段差部１２ｂを備えている。この段差部１２ｂの隅部１２ｂ１は、若干Ｒ形状となっている。
【００３７】
一方、切削タイロッド４も、上記引抜タイロッド１２と同様に前記各辺先端部４ａ両側に段差部４ｂを備えている。この段差部４ｂは、上記ステップ５０において引抜タイロッド１２の上記段差部１２ｂが切削加工され上記隅部１２ｂ１のＲ形状が除去されたことにより、精密な矩形形状となっている。なお、この段差部４ｂは、後述のステップ１１０においてシース８をタイロッド４に溶接する際にシース８の両先端部に設けた凸部８ａをこの段差部４ｂにはめ込むために設けられるものである。
【００３８】
（３）ハンドル５、落下速度リミッタ６、その他部品
図３に戻り、ステップ６０で、ハンドル５、落下速度リミッタ６、及び沸騰水型原子炉用制御棒１を構成するその他の部材を素材から機械加工、組立、溶接等を行い製造する。
【００３９】
（４）制御棒支持構造体２
図３において、ステップ７０で、上記ステップ５０で形成した切削タイロッド４の上端に上記ステップ６０で形成したハンドル５を組み付け溶接により固定し、切削タイロッド４の下端に上記ステップ６０で形成した落下速度リミッタ６を同様に溶接により固定し、その他の部品も適宜組立・溶接を行って制御棒支持構造体２が出来上がる。
【００４０】
（５）ハフニウムフラットチューブ７
図３において、ステップ８０で、素材を圧延加工することによりハフニウムプレート１３を形成し、次のステップ９０で、２枚の上記ハフニウムプレート１３，１３の両端に曲げ加工をし向かい合わせに組立て、継ぎ目を溶接してハフニウムフラットチューブ７が出来上がる。
【００４１】
（６）沸騰水型原子炉用制御棒１
図３において、ステップ１００で、まず上記（４）で説明したステップ７０により製造された制御棒支持構造体２に上記（５）で説明したステップ９０により製造されたハフニウムフラットチューブ７を組み付ける。このとき、前述したように上・下部に配設されるハフニウムフラットチューブ７のそれぞれの上・下端を、ハンドル５、落下速度リミッタ６の基礎部材６ａにピンにより固定する。
【００４２】
次に、上記のようにして制御棒支持構造体２の四方に配設されたハフニウムフラットチューブ７をＵ字状先端部側から取り込むようにしてそれらフラットチューブ７を覆うようにシース８を被せ、それぞれのシース８に設けられた前記の凸部８ａを、タイロッド４の各辺に設けた前記段差部４ｂにはめ込む。このとき、前記ハンドル下端部５ａ及び前記落下速度リミッタ基礎部材上端部６ａ１にも上記４ｂと同様に段差部５ｂ（後述の図９参照）及び段差部６ａｂ（後述の図１１参照）が設けられており、シース８に設けられた上縁部８ｃ、下縁部８ｄをこれら段差部５ｂ，６ａｂにそれぞれはめ込む。
【００４３】
ステップ１１０では、上記のシース８の凸部８ａ、上縁部８ｃ、下縁部８ｄとタイロッド４の段差部４ｂ、ハンドル下端部５ａの段差部５ｂ、落下速度リミッタ基礎部材上端部６ａ１の段差部６ａｂとのはめ込み箇所をそれぞれレーザ溶接する。これにより、シース８が制御棒支持構造体２に固定され、沸騰水型原子炉用制御棒１が完成する。
【００４４】
このような工程から構成される沸騰水型原子炉用制御棒１の製造方法において、本発明の最も大きな特徴は、上記ステップ１１０においてシース８の凸部８ａ、上縁部８ｃ、下縁部８ｄをタイロッド段差部４ｂ、ハンドル下端部５ａ、落下速度リミッタ基礎部材上端部６ａ１にそれぞれはめ込んだ状態でレーザ溶接を行うに際し、ビーム中心軸位置をいずれもシース８の端面位置よりもシースと反対側にずらして溶接を行うことである。以下、その詳細について、まずシース８とタイロッド４との溶接を例にとって説明する。
【００４５】
図５は、上記の溶接の際に使用したＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。
この図５において、ＹＡＧレーザ溶接機１４は、タイロッド４とシース８を載せる加工テーブル１５と、シース８を固定する固定金具１６と、レーザ加工装置１７と、後述のＹＡＧレーザ光２３を出力するレーザ発振器１８と、制御装置１９とを備えている。
【００４６】
上記レーザ加工装置１７は、レール１７ａと、このレール１７ａ上を矢印ア方向に移動可能な架台部１７ｂと、この架台部１７ｂ上に設けられた略Ｌ字形の支持部材１７ｃと、この支持部材１７ｃの水平部分を矢印イ方向に移動可能なスライダ１７ｄと、このスライダ１７ｄの下部に垂設された支持棒１７ｅと、この支持棒１７ｅに沿って矢印ウ方向に移動可能な加工ヘッド１７ｆとを備えている。このような構造により、上記加工ヘッド１７ｆは加工テーブル１５に対し矢印ア、イ、及びウ方向の３軸方向に移動可能なようになっている。
【００４７】
また、上記制御装置１９と上記レーザ加工装置１７の架台部１７ｂ、及び制御装置１９と上記レーザ発振器１８とは信号線２０，２１により接続されており、またレーザ発振器１８と加工ヘッド１７ｆとは光ファイバー２２によって接続されている。
【００４８】
また、上記制御装置１９には図示しない操作盤が接続されており、操作者がこの操作盤を操作することで、加工ヘッド１７ｆの位置やレーザの出力等を制御できるようになっている。
【００４９】
以上において、凸部８ａは、特許請求の範囲各項記載のシースのＵ字形両先端部を構成する。
【００５０】
次に、上記構成の切削タイロッド４を用いて行う本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の第１の実施の詳細を図６及び図７を用いて説明する。図６は、上記ＹＡＧレーザ溶接機１４によるシース８とタイロッド４との溶接箇所を一部拡大して表した斜視図であり、図７は、図６中VII−VII断面による横断面図である。
【００５１】
これら図６及び図７において、本実施の形態においては、操作者は前述の操作盤を操作し加工ヘッド１７ｆをタイロッド４の長手方向（図６中矢印エ方向）に移動させつつシース８の凸部８ａとタイロッド４の段差部４ｂとの連続的なレーザ溶接を行う。このレーザ溶接の際は、加工ヘッド１７ｆよりＹＡＧレーザ光２３が照射されると共に、シールドガス２４が流され溶接部の酸化を防ぐ。また、溶接直後の溶接ビード（図示せず）は酸化しやすい状態にあるので、トレーラノズル２５よりトレーラガス２６を溶接ビードに噴き付け酸化を防ぐ。そして特にこのとき、本実施の形態の最も大きな特徴としてＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ（図７参照）の位置をタイロッド段差部４ｂの端面４ｂ１よりもタイロッド４側（シース８と反対側）にずらし、タイロッド４の表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００５２】
ここで、ビーム中心軸２３Ａの位置を上記タイロッド段差部４ｂの端面４ｂ１よりもシース８側（タイロッド４と反対側）にずらしてレーザ溶接を行う従来技術においては、前述したように微小な重なり代Ｌ１（図７参照）内にＹＡＧレーザ光２３の照射位置を制御せねばならず、万一ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置に誤差が生じこの重なり代Ｌ１の幅からさらにシース８側に外れた位置に照射された場合、ＹＡＧレーザ光２３の照射による熱がタイロッド４に熱伝達されにくいためシース８が過熱され、シース８の凸部８ａが溶け落ち溶接不良となる可能性がある。
【００５３】
これに対し、上記本実施の形態においては、ＹＡＧレーザ光２３はまずタイロッド４の表面に照射され、その後この照射による熱はタイロッド４の表面→タイロッド段差部４ｂ→シース８という入熱経路によりシース８に熱伝達されることになる。このため、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置に誤差が生じ目標設定位置から多少偏差が生じたとしても、熱は必ずタイロッド段差部４ｂとシース８との接触部を通過してシース８に伝達されるので、シース８の凸部８ａが溶け落ち溶接不良を招くことを防止することができる。これにより、上記従来技術と比較しＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ位置を高精度に制御しなくても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、沸騰水型原子炉用制御棒１の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００５４】
以上はシース８とタイロッド４との溶接を例にとって説明したが、次に、シース８とハンドル５との溶接について説明する。図８は、ＹＡＧレーザ溶接機１４によりシース８とハンドル５とを溶接する際の溶接箇所を一部拡大して表した斜視図であり、図９は、図８中IX−IX断面による横断面図である。これらの図８及び図９において、前述した図６及び図７と同様のものは同符号を付し、説明を省略する。
シース８とハンドル５との溶接の際には、図８及び図９に示すように、加工ヘッド１７ｆをシース８の前記上縁部８ｃに沿った方向（図８中矢印オ方向）に移動させつつ、シース８の上縁部８ｃとハンドル５の前記下端部５ａに設けた段差部５ｂ（図９参照）との連続的なレーザ溶接を行う。このとき、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置をハンドル段差部５ｂの端面５ｂ１（図９参照）よりもハンドル５側（シース８と反対側）にずらし、ハンドル５の表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００５５】
この場合においても、ＹＡＧレーザ光２３の照射による熱はハンドル５の表面→ハンドル段差部５ｂ→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることになり、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ位置を高精度に制御しなくても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、沸騰水型原子炉用制御棒１の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００５６】
次に、シース８と落下速度リミッタ６の基礎部材６ａとの溶接について説明する。図１０は、ＹＡＧレーザ溶接機１４によりシース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとを溶接する際の溶接箇所を一部拡大して表した斜視図であり、図１１は、図１０中XI−XI断面による横断面図である。これらの図１０及び図１１において、前述した図６及び図７と同様のものは同符号を付し、説明を省略する。
シース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとの溶接の際には、図１０及び図１１に示すように、加工ヘッド１７ｆをシース８の前記下縁部８ｄに沿った方向（図１０中矢印カ方向）に移動させつつ、シース８の下縁部８ｄと落下速度リミッタ基礎部材６ａの前記上端部６ａ１に設けた段差部６ａｂ（図１１参照）との連続的なレーザ溶接を行う。このとき、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置を落下速度リミッタ基礎部材６ａの上記段差部６ａｂの端面６ａｂ１（図１１参照）よりも落下速度リミッタ基礎部材６ａ側（シース８と反対側）にずらし、落下速度リミッタ基礎部材６ａの表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００５７】
この場合においても、ＹＡＧレーザ光２３の照射による熱は落下速度リミッタ基礎部材６ａの表面→落下速度リミッタ基礎部材段差部６ａｂ→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることとなり、上記したシース８とタイロッド４との溶接の場合と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ位置を高精度に制御しなくても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。したがって、レーザ溶接の制御が容易となり、沸騰水型原子炉用制御棒１の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００５８】
なお、上記本発明の第１の実施の形態においては、レーザ溶接の際にＹＡＧレーザ光２３を直接被溶接材であるタイロッド４、ハンドル５、または落下速度リミッタ基礎部材６ａに照射したが、これに限らず溶着促進のために溶接棒を用いてもよい（後述の図２３も参照）。この場合、ＹＡＧレーザ光２３を溶接棒に照射することになるため、この照射による熱は溶接棒（正確には溶融した溶接棒）→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることとなり、これによってもシース８の溶け落ちを防止しさらに良好な溶接接合性を確保できる。
【００５９】
次に、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の第２の実施の形態を図１２乃至図１５を参照しつつ説明する。本実施の形態は、引抜加工により形成した前記引抜タイロッド１２を、切削加工を行わず引抜加工の状態のままで使用して沸騰水型原子炉用制御棒を製造したものである。
【００６０】
図１２は、上記本発明の第２の実施の形態の製造方法により製造された沸騰水型原子炉用制御棒の全体構造を表す一部破断斜視図である。この図１２において、前述の本発明の第１の実施の形態における図１と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。この図１２において、沸騰水型原子炉用制御棒１′は、前記引抜タイロッド１２と、この引抜タイロッド１２の上端に嵌合したハンドル５と、引抜タイロッド１２の下端に固定された落下速度リミッタ６とにより構成された制御棒支持構造体２′を備えている。
【００６１】
このように構成される本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の第２の実施の形態の製造工程を、図１３を用いて以下に説明する。この図１３において、前述の本発明の第１の実施の形態における図３と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
シース８の製造工程であるステップ１０〜ステップ３０、引抜タイロッド１２の製造工程であるステップ４０、及びハンドル５、落下速度リミッタ６、その他の部品の製造工程であるステップ６０については、前述の本発明の第１の実施の形態と同様である。
【００６２】
ここで、前述の第１の実施の形態では、図３においてステップ４０の後ステップ５０にて切削加工を行ったが、本実施の形態ではこれを行わずそのまま次のステップ７０で、引抜タイロッド１２の上端にハンドル５を組み付け溶接により固定し、引抜タイロッド１２の下端に落下速度リミッタ６を同様に溶接により固定し、その他の部品も適宜組立・溶接を行い、制御棒支持構造体２′が出来上がる。
【００６３】
次のハフニウムフラットチューブ７の製造工程であるステップ８０、ステップ９０、及びこれ以降の沸騰水型原子炉用制御棒１′の製造工程であるステップ１００及びステップ１１０については、前述の本発明の第１の実施の形態と同様である。
【００６４】
以上において、引抜タイロッド１２は、特許請求の範囲各項記載の引き抜き加工により形成した十字型の各辺先端部にシース固定用の段差部を備えたタイロッドを構成する。
【００６５】
次に、本実施の形態の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の詳細を説明する。図１４及び図１５に示すように、本実施の形態においては、加工ヘッド１７ｆを引抜タイロッド１２の長手方向（図１４中矢印キ方向）に移動させつつシース８の凸部８ａと引抜タイロッド１２の段差部１２ｂとの連続的なレーザ溶接を行う。このとき、前述の本発明の第１の実施の形態と同様に、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａ（図１５参照）の位置を引抜タイロッド段差部１２ｂの端面１２ｂ２よりも引抜タイロッド１２側（シース８と反対側）にずらし、引抜タイロッド１２の表面に直接ＹＡＧレーザ光２３を照射してレーザ溶接を行う。
【００６６】
ここで、前述したように引抜タイロッド１２の段差部１２ｂは切削加工を行っていないため隅部１２ｂ１（図１５参照）が若干Ｒ形状となっており、そのためシース８の凸部８ａは段差部１２ｂの上記端面１２ｂ２まではめ込むことができない。すなわち、本実施の形態における重なり代Ｌ２（図１５参照）は、前述の第１の実施の形態におけるシース８と切削タイロッド４との重なり代Ｌ１よりも小さくなる。
【００６７】
これにより、ビーム中心軸２３Ａの位置を引抜タイロッド段差部１２ｂの端面１２ｂ２よりもシース８側（引抜タイロッド１２と反対側）にずらしてレーザ溶接を行う従来技術においては、前述の第１の実施の形態における重なり代Ｌ１よりもさらに微小な重なり代Ｌ２内にＹＡＧレーザ光２３の照射位置を制御せねばならず、レーザ照射位置の制御誤差によるシース８の溶け落ちの可能性が大きくなる。またこのとき、重なり代Ｌ２が小さいことによりシース８から引抜タイロッド１２への熱伝達量も少なく、このため、シース８が溶け落ち溶接不良を招く可能性は一層大きくなる。
【００６８】
これに対し、上記本実施の形態においては、前述の第１の実施の形態と同様にＹＡＧレーザ光２３は引抜タイロッド１２の表面に照射されるため、その照射による熱は引抜タイロッド１２の表面→引抜タイロッド段差部１２ｂ→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることとなる。このため、ＹＡＧレーザ光２３の照射位置に多少誤差が生じても、シース８の凸部８ａが溶け落ち溶接不良を招くことを防止することができる。
【００６９】
すなわち、本実施の形態によれば、ＹＡＧレーザ光２３の照射位置を引抜タイロッド１２側（シース８と反対側）にずらすことにより、段差部１２ｂの形状を精密に矩形状に加工せず断面形状において隅部１２ｂ１にＲ形状が残ったままである引抜タイロッド１２を用いても、シース８の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保できる。これにより、素材→引抜加工にて引抜タイロッド１２形成→段差部１２ｂを矩形状に機械加工、といった工程で通常行うタイロッド製造行程において、機械加工の工程を省略し、引抜加工のみによる引抜タイロッド１２を用いて沸騰水型原子炉用制御棒１′の製造をすることが可能となる。したがって、機械加工工程がなくなった分、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【００７０】
なお、上記本発明の第２の実施の形態においても、前述の第１の実施の形態において説明したように溶着促進のための溶接棒を用いてもよい（後述の図２３も参照）。この場合も、上記本発明の第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
次に、本発明の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の第３の実施の形態を図１６乃至図２３を参照しつつ説明する。本実施の形態は、シース８とタイロッド４との溶接、シース８とハンドル５との溶接、シース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとの溶接を自動化したものである。
【００７２】
本願発明者等は、レーザ溶接を自動化するにあたり、シース８の溶け落ちを防ぎさらに完全溶け込み溶接となる施工条件を把握するために、各種施工条件を種々変化させつつシース８とタイロッド４を用いた溶接試験を実施した。図１６は、このときの施工条件の範囲を示した図である。この溶接試験の結果、溶接後の状態は、裏波ビードがなく完全溶け込み溶接にならないもの、完全溶け込み溶接になったもの、シース８が溶け落ちたものの３種類に大別された。
【００７３】
次に、本願発明者等は、これら３種類の状態を入熱量の大きさに関係する入熱パラメータＰ０を用いて数値化した。すなわち、入熱量が少なく完全溶け込み溶接とならなかったものはＰ０＝−1、完全溶け込み溶接となったものはＰ０＝０、入熱量が多くシース８が溶け落ちたものをＰ０＝１とした。
【００７４】
また、上記３種類の状態に対応する施工条件を重回帰分析し、次式で与えられる分析パラメータＰを得た。
Ｐ=0.184+1.11×Ｇ+0.964×Ａ+1.07×Ｈ-1.17×Ｄ-0.11×Ｗ−0.807×Ｌ
上式において、Ｇはシース凸部８ａをタイロッド段差部４ｂにはめ込んだ状態におけるシース凸部８ａの内周面８ａ５とタイロッド段差部４ｂの底面４ｂ３間のギャップ（ｍｍ）（後述の図２１参照）、Ａは、シース８側へ向かう方向を正、その反対側のタイロッド４へ向かう方向を負とした場合におけるＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａの位置からシース８の凸部８ａの端部８ａ１（後述の図２０参照）までの距離（ｍｍ）（以下、適宜レーザ照射位置Ａと記述する）、ＨはＹＡＧレーザ光２３による入熱量（ｋＪ／ｃｍ）、ＤはＹＡＧレーザ光２３のビーム集光径（ｍｍ）、Ｗは溶接長１ｍ当たりの溶接棒３０の供給量（ｇ／ｍ）、Ｌは、シース凸部８ａをタイロッド段差部４ｂにはめ込んだ状態におけるシース凸部８ａの内周面８ａ５とタイロッド段差部４ｂの底面４ｂ３との重なり代（ｍｍ）（後述の図２０参照）である。
【００７５】
図１７は、上記した入熱パラメータＰ０と分析パラメータＰの相関関係を示す図である。この図１７によれば、上記の式で表される分析パラメータＰが−０．５以上０．５以下であれば、入熱パラメータＰ０は０となり完全溶け込み溶接となることがわかる。すなわち、この図１７により、上記分析パラメータＰを構成する溶接条件であるギャップＧ、レーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗ、重なり代Ｌの値が与えられれば、分析パラメータＰの値に対して入熱パラメータＰ０の値が定まるため、この入熱パラメータＰ０によって溶接後の状態を把握することができる。なお、本願発明者等の検討によれば、各値の最も良好な条件として、以下の範囲であることがわかった。すなわち、ギャップＧが０〜０．３（ｍｍ）、レーザ照射位置Ａが０〜−０．５（ｍｍ）、入熱量Ｈが０．８９±０．２（ｋＪ／ｃｍ）、ビーム集光径Ｄが０．５７〜０．６（ｍｍ）、溶接棒供給量Ｗが３．１６〜４．０６（ｇ／ｍ）、重なり代Ｌが０．３〜０．６（ｍｍ）である。
【００７６】
図１８は、上記分析パラメータＰを用いて自動溶接を行う自動ＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。この図１８において、前述の本発明の第１の実施の形態における図５と同様の部分には同符号を付し、説明を省略する。
この図１８において、自動ＹＡＧレーザ溶接機２７は、前記加工ヘッド１７ｆに取り付けられたレーザスキャン式二次元変位センサ（図示せず）と、同様に加工ヘッド１７ｆに取り付けられ後述の溶接棒３０の自動供給を行う溶接棒供給装置（図示せず）と、前記制御装置１９に信号線２８を介し接続された演算処理装置２９と、制御装置１９から指示される溶接開始位置及び溶接終了位置に加工ヘッド１７ｆを移動させるためのサーボモータ（図示せず）とを備えている。
【００７７】
上記演算処理装置２９は、上記レーザスキャン式二次元変位センサの検出値から、溶接開始位置及び溶接終了位置と、シース８とタイロッド４とのギャップＧ及び重なり代Ｌを算出し、さらにこのギャップＧ及び重なり代Ｌから上記分析パラメータＰを用いてレーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗを算出するようになっている。
【００７８】
次に、上記構成の自動ＹＡＧレーザ溶接機２７を用いて行う本実施の形態の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法の詳細を以下に説明する。
図１９は、上記レーザスキャン式二次元変位センサのスキャン方法を示した図であり、図２０は図１９中XX−XX断面による横断面図、図２１は図１９中XXI−XXI断面による縦断面図である。
これらの図１９乃至図２１において、まず自動ＹＡＧレーザ溶接機２７は、そのレーザスキャン式二次元変位センサが図１９中矢印ク方向に自動スキャンすることで、シース８の凹部８ｂの端部８ｂ１（図２０参照）及びタイロッド４の段差部４ｂの先端側角部４ｂ２（図２０参照）の座標をそれぞれ検出する。また、図１９中矢印ケ方向にスキャンすることで、シース８の凸部８ａの両側端部８ａ２，８ａ３（図２１参照）の座標を検出すると共に、タイロッド４の段差部４ｂの底面４ｂ３（図２１参照）の高さとシース凸部８ａの外周面８ａ４（図２１参照）の高さを検出する。
【００７９】
前記演算処理装置２９は、レーザスキャン式二次元変位センサの上記２回のスキャンにより得られたデータと、例えば操作者により入力されたシース凸部８ａの奥行き（凸部８ａの端部８ａ１と凹部８ｂの端部８ｂ１との距離）及びシース８の厚さの値とから、シース８とタイロッド４のギャップＧ及び重なり代Ｌを計算する。なお、上記スキャンにより得られたシース８の凸部８ａの両側端部８ａ２，８ａ３の座標が、このまま溶接開始位置及び溶接終了位置となる。
【００８０】
また、演算処理装置２９は、このようにして得られたギャップＧ、及び重なり代Ｌにより、前記分析パラメータＰが−０．５以上０．５以下となるようにレーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗを計算する。なおこのとき、本実施の形態においても前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様にシース８の溶け落ち防止を考慮し、レーザ照射位置Ａは負（すなわち、タイロッド４方向）となるように、例えば操作者により事前に入力されている。
【００８１】
このようにして、演算処理装置２９から溶接開始・終了位置、ギャップＧ、レーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗ、重なり代Ｌを得た制御装置１９は前記レーザ加工装置１７及びレーザ発振装置１８を制御し、図２２及び図２３に示すように、ＹＡＧレーザ光２３のビーム中心軸２３Ａをタイロッド段差部４ｂの端面４ｂ１よりもタイロッド４側（シース８と反対側）にずらした位置で溶接棒３０にＹＡＧレーザ光２３を照射して、自動で完全溶け込み溶接となるようにシース８とタイロッド４との自動レーザ溶接を行う。
【００８２】
以上説明した上記本実施の形態によれば、ＹＡＧレーザ光２３を溶接棒に照射するため、この照射による熱は溶接棒３０→シース８という入熱経路によりシース８に伝達されることとなる。このとき特に、前述の第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様にＹＡＧレーザ光２３をタイロッド４側にずらした位置で溶接棒３０に対し照射するので、万一照射位置に誤差が生じ溶接棒３０から外れたとしても、ＹＡＧレーザ光２３はタイロッド４の表面に照射される。すなわち、この照射による熱はタイロッド４の表面→タイロッド段差部４ｂ→シース８という上記第１の実施の形態と同様の入熱経路により、シース８に伝達されることになる。したがって、シース８の溶け落ちを確実に防止し、良好な溶接接合性を確保することができる。
【００８３】
さらに本実施の形態によれば、自動ＹＡＧレーザ溶接機２７がレーザ照射位置Ａ、入熱量Ｈ、ビーム集光径Ｄ、溶接棒供給量Ｗを計算して自動で完全溶け込み溶接となるようにレーザ溶接を行うため、シース８の溶け落ちをさらに確実に防止し、良好な溶接接合性を確保することができる。また、自動でレーザ溶接が行えることで、溶接作業者の作業負荷の低減及び制御棒の生産性の向上の効果をも得ることができる。
【００８４】
なお、以上はシース８とタイロッド４との溶接を例にとって説明したが、シース８とハンドル５との溶接、シース８と落下速度リミッタ基礎部材６ａとの溶接についても同様の手順で自動溶接を行うことができ、同様の効果を得ることができる。
【００８５】
【発明の効果】
本発明によれば、ＹＡＧレーザ光をビーム中心軸位置がタイロッドの段差部の端面位置よりもタイロッド側にずれるように設定して照射する。これにより、ビーム中心軸位置を高精度に制御しなくてもシース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保することができ、また、タイロッドの段差部を精密に機械加工しなくても同様にシース等の溶け落ちを防止し良好な溶接接合性を確保することができる。したがって、制御棒製造工程におけるレーザ溶接の制御が容易になり、また機械加工工程が省略でき、制御棒の製造の容易化、さらには製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態の製造方法により製造された沸騰水型原子炉用制御棒の全体構造を表す一部破断斜視図である。
【図２】 図１中II−II断面による横断面図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態の製造工程を表す工程図である。
【図４】 本発明の第１の実施の形態を構成するタイロッドの製造過程である引抜タイロッドの上（又は下）面図、及び完成後である切削タイロッドの上（又は下）面図である。
【図５】 本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシース溶接の際に使用したＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。
【図６】 本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースとタイロッドとの溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図７】 図６中VII−VII断面による横断面図である。
【図８】 本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースとハンドルとの溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図９】 図８中IX−IX断面による横断面図である。
【図１０】 本発明の第１の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースと落下防止リミッタとの溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図１１】 図１０中XI−XI断面による横断面図である。
【図１２】 本発明の第２の実施の形態の製造方法により製造された沸騰水型原子炉用制御棒の全体構造を表す一部破断斜視図である。
【図１３】 本発明の第２の実施の形態の製造工程を表す工程図である。
【図１４】 本発明の第２の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースと引抜タイロッドとの溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図１５】 図１４中XV−XV断面による横断面図である。
【図１６】 溶接試験の施工条件を示した図である。
【図１７】 入熱パラメータＰ０と分析パラメータＰの相関関係を示す図である。
【図１８】 本発明の第２の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシース溶接の際に使用した自動ＹＡＧレーザ溶接機の全体構成を表す概念構成図である。
【図１９】 レーザスキャン式二次元変位センサのスキャン方法を示した図である。
【図２０】 図１９中XX−XX断面による横断面図である。
【図２１】 図１９中XXI−XXI断面による縦断面図である。
【図２２】 本発明の第３の実施の形態による沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法におけるシースとタイロッドとの自動溶接箇所を一部拡大して表した斜視図である。
【図２３】 図２２中XXIII−XXIII断面による横断面図である。
【符号の説明】
１ 沸騰水型原子炉用制御棒
４ タイロッド
４Ａ タイロッド軸心
４ａ 各辺先端部
４ｂ 段差部
４ｂ１ 端面
５ ハンドル
５ａ 下端部
５ｂ 段差部
６ 落下速度リミッタ
６ａ１ 上端部
８ シース
８ａ 凸部（Ｕ字形両先端部）
８ｃ 上縁部
８ｄ 下縁部
１２ 引抜タイロッド（タイロッド）
２３ ＹＡＧレーザ光
２３Ａ ビーム中心軸
３０ 溶接棒
Claims (6)
- 十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、
前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を備えた前記タイロッドを形成し、
このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字形両先端部をはめ込み、
そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりもタイロッド軸心側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がタイロッド表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記タイロッドに固定することを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。 - 十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、前記タイロッドの前記十字形横断面形状の各辺先端部に取り付けたＵ字形横断面形状のシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、
前記十字形の各辺先端部に前記シース固定用の段差部を備えた前記タイロッドを引き抜き加工により形成し、
このタイロッドの前記段差部に、前記シースの前記Ｕ字形両先端部をはめ込み、
そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりもタイロッド軸心側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がタイロッド表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記タイロッドの長手方向において少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記タイロッドに固定することを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。 - 十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、少なくとも前記ハンドルの下端部に固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、
前記ハンドルの下端部に、前記シース固定用の段差部を形成し、
この段差部に、前記シースの上縁部をはめ込み、
そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりも反シース側にずれるように設定し、レーザ光の入熱がハンドル表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記シースの上縁部に沿って少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記ハンドルに固定することを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。 - 十字形横断面形状のタイロッドと、このタイロッドの軸方向上部に取り付けたハンドルと、前記タイロッドの軸方向下部に取り付けた下部支持部材または落下速度リミッタと、少なくとも前記下部支持部材又は前記速度リミッタの上端部に固定されるシースとを備える沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、
前記下部支持部材又は前記速度リミッタの上端部に、前記シース固定用の段差部を形成し、
この段差部に、前記シースの下縁部をはめ込み、
そのはめ込んだ状態で、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ２レーザ光を、ビーム中心軸位置が前記段差部の端面位置よりも反シース側にずれるように設定し、レーザ光の入熱が下部支持部材又は速度リミッタ表面からタイロッド段差部を経由して当該段差部に接するシースへと熱伝達するように照射することにより、前記シースの下縁部に沿って少なくとも一部が連続的な溶接となるようなレーザ溶接を行い、前記シースを前記下部支持部材又は前記速度リミッタに固定することを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。 - 請求項１〜４のいずれか１項記載の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、前記レーザ溶接の際、溶着促進のための溶接棒を用いて溶接を行うことを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。
- 請求項５記載の沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法において、
前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態における前記シースの内周面と前記段差部の底面との間のギャップをＧ（ｍｍ）、
前記シースを前記段差部にはめ込んだ状態における前記シースの内周面と前記段差部の底面との重なり代をＬ（ｍｍ）、
シース側へ向かう方向を正、その反対側へ向かう軸方向を負とした場合における、前記レーザ光のビーム中心軸位置から前記シースの端部までの距離をＡ（ｍｍ）、
前記レーザ光のビームの集光径をＤ（ｍｍ）、
前記レーザ溶接による入熱量をＨ（ｋＪ／ｃｍ）、
溶接長１ｍ当たりの前記溶接棒の供給量をＷ（ｇ／ｍ）、
としたとき、
Ｐ=0.184+1.11×Ｇ+0.964×Ａ+1.07×Ｈ-1.17×Ｄ-0.11×Ｗ−0.807×Ｌ
で求められるパラメータＰの値が−０．５以上０．５以下になるように、前記レーザ溶接の施工条件を設定して溶接を行うことを特徴とする沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法。
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