JP3828139B2 - Structure repair equipment - Google Patents

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Description

本発明は、原子炉圧力容器内に設置されている構造物の補修装置、および水中で構造物
に対してレーザー加工を行う加工装置に関する。
The present invention relates to a repair apparatus for a structure installed in a reactor pressure vessel, and a processing apparatus for performing laser processing on a structure in water.

軽水冷却型原子炉の炉内構造物はオーステナイト系ステンレス鋼あるいはニッケル基合
金などの高温高圧水環境下において十分な耐食性と高温強度を有する材料で構成されてい
る。
The in-core structure of the light water cooled nuclear reactor is made of a material having sufficient corrosion resistance and high temperature strength in a high temperature and high pressure water environment such as austenitic stainless steel or nickel base alloy.

しかしながら、交換不可能な部材に対してはプラントの長期に亘る運転により長期間高
温高圧環境中に曝され、しかも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。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り残留応力が形成されているため潜在的な応
力腐食割れ発生の危険性を有している。
However, non-replaceable parts are exposed to high-temperature and high-pressure environments for a long period of time due to long-term operation of the plant, and core materials such as shrouds are subjected to neutron irradiation. The problem is concerned. In particular, in the vicinity of the welded portion of the internal structure of the furnace, there is a risk of potential stress corrosion cracking because material sensitization and tensile residual stress are formed by welding heat input.

最近、プラントの運転期間の長期化に対応して予防保全技術対策として種々の材料表面
改質技術の開発が行われている。その一環として表面残留応力を積極的に引張りから圧縮
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工法の開発が行われてい
る。
Recently, various material surface modification technologies have been developed as preventive maintenance technology measures in response to the prolonged operation period of plants. As part of this effort, countermeasures have been developed to prevent stress corrosion cracking by actively changing the surface residual stress from tension to compression.

たとえば、ショットピーニングあるいはウォータジェットピーニングなどの方法による
表面残留応力改善技術の開発が行われている。ショットピーニングは 0.3〜 1.2mm程度の
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。
For example, surface residual stress improvement techniques have been developed by methods such as shot peening or water jet peening. Shot peening is a technology that accelerates a steel ball of about 0.3 to 1.2 mm using high-pressure air or centrifugal force, and plastically deforms the surface of the construction part by the kinetic energy of the steel ball to form a compressive residual stress on the surface. .

また、ウォータ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より噴射
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残留応力を形
成する技術である。いずれ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
一部実用化されている。
Water jet peening is a technique in which ultrahigh pressure water of about 1000 atm is injected from the tip of a nozzle to form a compressive residual stress on the surface by a shock wave when the water hammer action and cavitation break. In both cases, the effectiveness against stress corrosion cracking has been proved by construction in water, and some have been put into practical use.

一方、従来のレーザーを用いた金属材料の表面処理法としては、加熱による焼き入れ、
焼きなまし、表面溶融固化によるグレージング(非晶質化),アロイイング(合金層形成
),クラッディング(高融点材料のコーティング),瞬間的な蒸発による衝撃硬化がある
。これらはそれぞれ材料の表面硬度を制御する処理であったり、耐摩耗性,耐衝撃性,耐
腐食性等を向上させることが目的である。
On the other hand, as a surface treatment method of a metal material using a conventional laser, quenching by heating,
There are glazing (amorphization) by annealing, surface solidification, alloying (alloy layer formation), cladding (coating of high melting point material), and impact hardening by instantaneous evaporation. Each of these is a process for controlling the surface hardness of the material, and is intended to improve wear resistance, impact resistance, corrosion resistance, and the like.

軽水冷却原子炉の原子炉上部室に設置されるシュラウドと原子炉容器の間にある機器お
よび両者の表面の健全性を点検するためにマストまたは棒の先端に水中テレビカメラを取
付けた装置が、目視点検用として用いられるが、構造物の表面応力状態を変える作業は行
われていない。
In order to check the soundness of the equipment between the shroud and reactor vessel installed in the reactor upper chamber of the light water cooled reactor and the surface of both, an apparatus with an underwater TV camera attached to the tip of the mast or rod, Although it is used for visual inspection, no work is performed to change the surface stress state of the structure.

また、さらに自由度の高い目視点検用の水中遊泳式の点検ロボットが用いられている。
しかし、これも目視点検用であり、構造物の表面応力状態を変える作業は行われていない
Further, an underwater swimming type inspection robot for visual inspection with a higher degree of freedom is used.
However, this is also for visual inspection, and no work to change the surface stress state of the structure is performed.

ショットピーニングを用いてシュラウドと原子炉圧力容器の間のアニュラス部などの狭
隘部の構造物の表面残留応力を改善する際には、ショットの完全回収が困難である。また
、大気中で施工する場合には粉塵の発生等の問題が生じ、困難な作業となる課題がある。
When shot peening is used to improve the surface residual stress of a narrow structure such as an annulus between the shroud and the reactor pressure vessel, complete recovery of the shot is difficult. In addition, when construction is performed in the atmosphere, there are problems such as generation of dust and the like, which is a difficult task.

ウォータジェットピーニングを用いて、構造物の表面応力状態を変える作業を行う場合
、ジェット反力が発生するため、狭隘な場所で遠隔操作により精密な表面応力状態を変え
る作業を行う自動化機器を開発することは、きわめて難しい課題がある。
When working to change the surface stress state of a structure using water jet peening, a jet reaction force is generated. Therefore, an automated device is developed to change the precise surface stress state by remote control in a narrow place. That is a very difficult task.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ショットの回収
が不要で、ショットによる粉塵発生のための作業環境の悪化がなく、反力補償の必要がな
い金属表面の応力状態改善を行うことができる構造物の補修装置、およびパルスレーザー
光を走査しながら照射する加工装置を提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and the object thereof is a metal surface that does not require shot collection, does not deteriorate the working environment for dust generation due to shot, and does not require reaction force compensation. Another object of the present invention is to provide a structure repair apparatus capable of improving the stress state of the above and a processing apparatus for irradiating while scanning with a pulse laser beam.

上記目的を達成するために、本発明に係る構造物の補修装置は、原子炉圧力容器の上部から第1のワイヤで吊り下げて炉心上部の上部格子板の開孔部を通過させて炉心中部の炉心支持板に回転自在に設置される上部ケースと、前記上部ケースに上下動自在に付設され前記原子炉圧力容器の径方向に出し入れするアームを展開し折りたたむ折りたたみ式アームと、を含むリンク式アーム装置と、このアームの先端に取り付けられた補修作業装置取付け台と、前記原子炉圧力容器の上部から第2のワイヤで吊り下げ前記上部格子板の他の開孔部の上面に固定される補修作業ユニット搬送装置と、この補修作業ユニット搬送装置に取り付けられ前記補修作業装置取付け台に受け渡される、可視光のパルスレーザー光を一定範囲ずつ揺動走査しながら照射してシュラウドの内面の加工を行う補修作業装置と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a repair apparatus for a structure according to the present invention is suspended from the upper part of a reactor pressure vessel with a first wire and passes through the apertures of the upper lattice plate at the upper part of the reactor core. An upper case rotatably mounted on the core support plate of the core, and a foldable arm that expands and folds an arm that is attached to the upper case so as to move up and down in the radial direction of the reactor pressure vessel. An arm device, a repair work device mounting base attached to the tip of the arm, and a second wire suspended from the upper part of the reactor pressure vessel are fixed to the upper surface of the other opening portion of the upper lattice plate. A repair work unit transport device and a pulsed laser beam of visible light that is attached to the repair work unit transport device and delivered to the repair work device mounting base while swinging and scanning a certain range. Shines and having a, a repairing operation apparatus for machining the inner surface of the shroud.

さらに、本発明の好適な態様として、前記リンク式アーム装置は、炉心下部の制御棒駆動装置ハウジングの上部に設置される下部ケースをさらに有することを特徴とする。
Furthermore, as a preferred aspect of the present invention, the link type arm device further includes a lower case installed on an upper portion of a control rod drive device housing at a lower part of the core .

あるいは、本発明の好適な態様として、前記補修作業装置は、光ファイバーから送られてくる前記パルスレーザー光を反射させる反射鏡を長手方向および幅方向に掃引する長手方向掃引ユニットおよび幅方向掃引ユニットと、これらのユニットを駆動する駆動機構とを備えてなることを特徴とする。
Alternatively, as a preferred aspect of the present invention, the repair work device includes: a longitudinal sweep unit that sweeps a reflecting mirror that reflects the pulse laser beam transmitted from an optical fiber in the longitudinal direction and the width direction; and a width direction sweep unit; And a drive mechanism for driving these units .

あるいは、本発明の好適な態様として、前記レーザー照射装置から出力されるパルスレ
ーザー光のパルス幅を10psec以上1μsec以下に設定し、さらに前記レーザー照射装置は、
前記構造物の表面に到達するパルスレーザー光が、パルスあたりのエネルギーをE、パル
ス時間幅をt、前記構造物の表面でのレーザースポット面積をSとしたとき、106<E/
(t×S)<1012の条件を満足するように設定されてなることを特徴とする。
Alternatively, as a preferred embodiment of the present invention, the pulse width of the pulsed laser light output from the laser irradiation apparatus is set to 10 psec or more and 1 μsec or less, and the laser irradiation apparatus further includes:
When the pulsed laser light reaching the surface of the structure is E, the energy per pulse is E, the pulse time width is t, and the laser spot area on the surface of the structure is S, 10 6 <E /
It is set to satisfy the condition of (t × S) <10 12 .

ここで、本発明の基本原理を図19を用いて簡単に説明する、図19(a)は、透明液体1
中に設置した被加工物2にパルスレーザー光3を照射した瞬間を模式的に示したものであ
る。図19(b)は、パルスレーザー光3の照射が終わった後を示している。ここで使用す
る透明液体1は、レーザー光線の波長に対して透明であれば何でも良い。
Here, the basic principle of the present invention will be briefly described with reference to FIG. 19. FIG.
The moment when the workpiece 2 placed inside is irradiated with the pulse laser beam 3 is schematically shown. FIG. 19B shows the state after the irradiation with the pulse laser beam 3 is finished. The transparent liquid 1 used here may be anything as long as it is transparent to the wavelength of the laser beam.

照射されている瞬間に被加工物2の表面ではパルスレーザー光3が吸収され、瞬時に極
表面のみが加熱され、急激に蒸発し高温高圧のプラズマ4が発生する。この瞬間的な高圧
プラズマ4の噴出によりその反力として衝撃力5が被加工物2に加えられる。この衝撃力
5により被加工物2の表面は、圧縮され、塑性変形されることが基本的な現象である。
The pulse laser beam 3 is absorbed on the surface of the workpiece 2 at the moment of irradiation, and only the extreme surface is instantaneously heated and rapidly evaporated to generate a high-temperature and high-pressure plasma 4. Due to the instantaneous ejection of the high-pressure plasma 4, an impact force 5 is applied to the workpiece 2 as a reaction force. The basic phenomenon is that the surface of the workpiece 2 is compressed and plastically deformed by the impact force 5.

図19(b)は、レーザー3の照射が終わり、被加工物2の表面に塑性変形が起こってい
ることを示したものである。これにより圧縮残留応力6が、被加工物2の表面に与えられ
る。
FIG. 19B shows that the laser beam 3 has been irradiated and plastic deformation has occurred on the surface of the workpiece 2. Thereby, a compressive residual stress 6 is applied to the surface of the workpiece 2.

この現象が発生する場において、透明液体1は、それの持つ慣性力により、発生したプ
ラズマを閉じ込める効果がある。透明液体1中では、気中や真空中で照射する場合に比較
して数10倍以上の衝撃力が得られる。また、透明液体1の冷却作用によりレーザー照射に
よる熱影響を最小限にすることが可能である。本発明はこのようにして原子炉内構造物の
被加工物表面に圧縮応力を残留させることにある。
In a place where this phenomenon occurs, the transparent liquid 1 has an effect of confining the generated plasma due to its inertial force. In the transparent liquid 1, an impact force that is several tens of times greater than that in the case of irradiation in the air or vacuum is obtained. In addition, the cooling effect of the transparent liquid 1 can minimize the thermal effect due to laser irradiation. The present invention is to leave compressive stress on the workpiece surface of the reactor internal structure in this way.

パルスレーザー光3を照射する際に施工部表面にはプラズマ4の発生効率を高める目的
および施工部材への熱影響を低減する目的でレーザー光を透過しない被覆層を形成するこ
とが施工上有効である。
It is effective for construction to form a coating layer that does not transmit laser light for the purpose of increasing the generation efficiency of plasma 4 and reducing the thermal effect on the construction member when irradiating the pulse laser beam 3. is there.

材料に対してレーザー照射による入熱量が大きい場合、施工部表面が溶融あるいは金属
組織に変化が発生し、それにより表面に圧縮ではなく引張り残留応力が形成される恐れが
ある。また施工部表面に十分な大きさの圧縮残留応力を形成するにはプラズマの単位時間
および単位面積当りの密度を確保する必要がある。
When the amount of heat input by laser irradiation is large with respect to the material, the surface of the construction part melts or changes in the metal structure, which may cause a tensile residual stress rather than compression on the surface. Further, in order to form a sufficiently large compressive residual stress on the surface of the construction part, it is necessary to secure the density per unit time and unit area of the plasma.

したがって、施工部に対して直接レーザーを照射する場合は施工部材料により照射条件
が限定され、しかも厳しい施工条件制御が要求される。それに対して適当な厚さのレーザ
ー光を透過しない被覆層を形成すれば、被覆層材がプラズマの供給源になるばかりでなく
施工部材料への入熱量を極力低減する作用を兼ねることになり、施工裕度が広がるため実
機施工上有利である。
Therefore, when directly irradiating a construction part with a laser, irradiation conditions are limited by the construction part material, and strict construction condition control is required. On the other hand, if a coating layer with an appropriate thickness that does not transmit laser light is formed, the coating layer material not only serves as a plasma supply source, but also serves to reduce the heat input to the construction material as much as possible. Since the construction margin is widened, it is advantageous in terms of actual machine construction.

被覆層の材料はレーザー光を吸収する材料であれば、絶縁体,半導体,金属いずれの種
類でも良いが、非常に薄い被覆層を施工部表面に形成する必要から金属が有利である。形
成方法としては金属薄膜を接着剤で張り付ける,物理蒸着,塗布等いずれの方法でも良い
The material of the coating layer may be any kind of insulator, semiconductor, and metal as long as it absorbs laser light, but metal is advantageous because it is necessary to form a very thin coating layer on the surface of the construction part. As a forming method, any method such as attaching a metal thin film with an adhesive, physical vapor deposition, or coating may be used.

実際に、予防保全工法としてレーザーピーニングを適用する際にはプラントの長期運転
により原子炉炉内構造物表面は、酸化被膜で覆われている。均一な膜厚で表面被覆層を形
成するためには膜の密着性等を考慮し、研削等の手段で酸化被膜を除去する必要がある。
Actually, when laser peening is applied as a preventive maintenance method, the reactor internal structure surface is covered with an oxide film due to long-term operation of the plant. In order to form the surface coating layer with a uniform film thickness, it is necessary to remove the oxide film by means such as grinding in consideration of the adhesion of the film.

金属薄膜がAl,Sn,Inなどの低融点金属である場合には0.05から0.2mmでかつレ
ーザー光照射面の近傍に対向した電極を設置し、これと被加工物間に直流またはレーザー
パルスに同期させた数10から数100 ボルトの電圧を印加する。この条件で照射することに
より、材料に対する熱影響を極力小さく抑え、さらに、被覆層材料がプラズマ化するため
レーザー照射後施工部表面には、被覆層材料が残存せず施工後被覆材料除去工程がはぶけ
るため工程の簡略化が計れる。
When the metal thin film is a low melting point metal such as Al, Sn, In, etc., an electrode of 0.05 to 0.2 mm and facing the vicinity of the laser light irradiation surface is installed, and direct current or laser pulse is applied between this and the workpiece. A synchronized voltage of several tens to several hundreds volts is applied. By irradiating under these conditions, the thermal effect on the material is suppressed as much as possible, and furthermore, since the coating layer material is turned into plasma, the coating layer material does not remain on the surface after the laser irradiation, and the coating material removal step after construction is performed. The process can be simplified because it blows away.

同様に被覆層材料がW,Mo,Ta,Nb,Ti,Zr,Hfなどの高融点あるいはス
テンレス、インコネルなどの炉内構造物と同一材料でも良い。その場合は、0.03以上0.15
mm以下でかつ上記と同様の条件で照射することにより同様な効果が得られることが実験的
に確認されている。
Similarly, the coating layer material may be the same material as the high melting point such as W, Mo, Ta, Nb, Ti, Zr, and Hf, or the in-furnace structure such as stainless steel and Inconel. In that case, 0.03 or more 0.15
It has been experimentally confirmed that the same effect can be obtained by irradiating under the same conditions as described above.

白金,金,パラジウム,亜鉛が被覆層材料である場合には積極的にそれらの被覆層材料
を残存させることにより、レーザーピーニングによる残留応力改善効果ばかりでなく被覆
層による耐食性改善効果が期待できるため、応力腐食割れ対策として非常に有効である。
When platinum, gold, palladium, and zinc are coating layer materials, it is expected that not only the residual stress improvement effect by laser peening but also the corrosion resistance improvement effect by the coating layer can be expected by leaving these coating layer materials positively. It is very effective as a measure against stress corrosion cracking.

その際の被覆層厚さとしては0.03mm以上が必要であるが0.25mm以上の場合には施工部表
面に十分な圧縮残留応力が形成されないため膜厚の上限値は0.25mmである。
In this case, the thickness of the coating layer is required to be 0.03 mm or more. However, when the thickness is 0.25 mm or more, sufficient compressive residual stress is not formed on the surface of the construction part, so the upper limit value of the film thickness is 0.25 mm.

原子炉炉内構造物表面に形成されている酸化被膜を上記被覆膜として利用することによ
り同様な効果が得られることが実験的に明らかになった。その場合には被覆層を形成する
必要がなく工程を簡略化できるばかりでなく、直接レーザー照射することによって表面残
留応力改善を行うと共に酸化膜を除去する効果が期待できる。
It has been experimentally clarified that the same effect can be obtained by using the oxide film formed on the surface of the reactor internal structure as the coating film. In that case, it is not necessary to form a coating layer and not only the process can be simplified, but also the effect of improving the surface residual stress and removing the oxide film by direct laser irradiation can be expected.

また、施工は通常大気中で行われるが水などのレーザーを透過する媒体中で行う方が残
留応力改善上有利である。大気中施工の場合はレーザー照射によって発生した高温高圧の
プラズマが発散する傾向があるが、水中で行った場合はプラズマの閉じ込め効果がある。
Further, although the construction is usually performed in the atmosphere, it is more advantageous in improving residual stress to be performed in a medium such as water that transmits laser. In the case of construction in the atmosphere, high-temperature and high-pressure plasma generated by laser irradiation tends to diverge, but when it is performed in water, it has a plasma confinement effect.

したがって、その反作用により材料中に効果的に残留応力を形成することができる。原
子炉炉内構造物に適用する場合には炉水中で施工することによって、残留応力改善効果が
促進され施工の信頼性を確保する意味で有効である。
Therefore, the residual stress can be effectively formed in the material by the reaction. When applied to the reactor internal structure, it is effective in the sense that the residual stress improvement effect is promoted by constructing in the reactor water and the reliability of the construction is ensured.

本発明は金属材料の表面残留応力を変化させる目的を達成するために、パルスレーザー
装置とレーザー光を被加工物表面まで伝送し、照射できる光学装置で構成されるレーザー
加工において、被加工物を透明液体中に設置し、被加工物表面上での照射位置を変えつつ
照射し、被加工物表面に圧縮応力を残留させる。また、レーザー透過性の良い液体として
放射線遮蔽効果があり、安定性の高い水を用いることにある。
In order to achieve the object of changing the surface residual stress of a metal material, the present invention is a laser processing comprising a pulse laser device and an optical device capable of transmitting and irradiating a laser beam to the surface of the workpiece. It is placed in a transparent liquid and irradiated while changing the irradiation position on the surface of the workpiece, leaving a compressive stress on the surface of the workpiece. Further, the liquid having a good laser transmittance has a radiation shielding effect and is to use highly stable water.

さらに、パルスレーザー光のパルス幅を10psec以上、1μsec 以下とし、パルスレーザー光のパルスあたりのエネルギーE、パルス時間幅t、被加工物上でのレーザースポット面積Sとしたとき、106 <E/(t×S)<1012[w/cm2 ]の条件を満足させることにある。
Furthermore, more than 10psec the pulse width of the pulse laser beam, and less 1 .mu.sec, when the energy per pulse of the pulsed laser beam E, the pulse time width t, the laser spot area on the work piece and the S, 10 6 <E / (t × S) <10 12 [w / cm 2 ] is to be satisfied.

この限定は材料表面の残留応力を圧縮するために必要な条件であり、この条件を満たせ
ない場合、表面残留応力として十分な圧縮が得られなかったり、熱影響による引っ張り応
力のみの残留となることがある。詳細な照射条件は対象とする材料や必要な残留応力強度
、応力変化を生じさせる深さ、許容できる熱影響部の厚さ等によって決められる。
This limitation is a necessary condition for compressing the residual stress on the material surface. If this condition is not met, sufficient compression cannot be obtained as the residual stress on the surface, or only tensile stress due to thermal effects may remain. There is. Detailed irradiation conditions are determined by the target material, the required residual stress intensity, the depth causing the stress change, the allowable thickness of the heat affected zone, and the like.

以上の必要な照射条件を得るために、被加工物でのレーザースポット面積Sを変える目
的でレーザー光を集光できる光学装置を備えたことを特徴とするものである。
In order to obtain the above necessary irradiation conditions, an optical device capable of condensing laser light is provided for the purpose of changing the laser spot area S on the workpiece.

レーザー光照射面の近傍に対向した電極を設置し、これと被加工物間に直流もしくはレ
ーザーパルスに同期させた数10から数100 Vの電圧を印加することにある。
A counter electrode is provided in the vicinity of the laser light irradiation surface, and a voltage of several tens to several hundreds volts synchronized with a direct current or a laser pulse is applied between the electrode and the workpiece.

これは、パルス幅が、十分短くない等のレーザー照射の条件によっては、材料極表層部
に熱影響による引っ張り応力が残留する場合がある。この極表層部の厚さが許容できない
場合には、被加工物レーザー光照射面とその近傍に対向して設置した電極間でレーザーで
制御した放電により熱影響部の除去を行う。
This is because, depending on the laser irradiation conditions such as the pulse width not being sufficiently short, tensile stress due to thermal effects may remain in the surface layer portion of the material. When the thickness of the extreme surface layer portion is not acceptable, the heat affected zone is removed by laser-controlled discharge between the workpiece laser light irradiation surface and the electrodes disposed in the vicinity thereof.

また同様の目的で、透明液体を電解液とし、その電解液中に被加工物を設置し、レーザ
ー光照射面に対向して負電極を設け、これと被加工物に直流もしくはレーザーパルスに同
期させた数Vから数10Vの電圧を印加し電解研磨を行うことで、確実に圧縮応力の残留し
た表面を得ることができる。
For the same purpose, a transparent liquid is used as the electrolyte, a workpiece is placed in the electrolyte, a negative electrode is provided opposite the laser light irradiation surface, and this and the workpiece are synchronized with direct current or a laser pulse. By applying the applied voltage of several volts to several tens of volts and performing the electropolishing, it is possible to reliably obtain a surface having a compressive stress remaining.

本発明は、原子炉上部室のシュラウドと原子炉容器の間にあるジェットポンプライザー
ブレースアームの加工部,同アームの表面,ジェットポンプライザー管,ジェットポンプ
ディフューザ等の表面改質,シュラウド内面の表面改質,CRDハウジングの加工部の表
面改質,シュラウドと原子炉容器の間のアニュラス部底面の隔壁表面の除染,ジェットポ
ンプディフューザの溶断による分解と溶接による組立てを含むジェットポンプディフュー
ザの交換作業機器および両者の表面の補修を遠隔で行うことができ、原子炉内機器の長寿
命化をはかることができる。
The present invention relates to a processing part of a jet pump riser brace arm between a shroud of a reactor upper chamber and a reactor vessel, a surface of the arm, a surface modification of a jet pump riser pipe, a jet pump diffuser, etc., a surface of an inner surface of the shroud Replacement of the jet pump diffuser, including modification, surface modification of the CRD housing processing part, decontamination of the partition wall surface at the bottom of the annulus between the shroud and the reactor vessel, disassembly by welding of the jet pump diffuser and assembly by welding Equipment and both surfaces can be repaired remotely, and the life of the equipment in the reactor can be extended.

施工面に被覆層を形成して材料に対する熱影響を極力抑え、かつ効果的にプラズマの発
生をさせることおよび水中におけるプラズマ閉じ込め効果により被加工物表面の残留応力
改善施工を効率良くしかも高い信頼性で実施できる。
Forming a coating layer on the work surface to suppress the heat effect on the material as much as possible, effectively generate plasma, and improve the residual stress on the workpiece surface by plasma confinement effect in water efficiently and with high reliability Can be implemented.

しかして、レーザー光照射により発生した衝撃力で被加工物表面に圧縮残留応力を与え
ることができ、レーザー光による作業のため、施工部を詳細に加工することが可能となる
。また、作業時に反力が発生しないため、操作装置に余計な負荷をかけることもなく、装
置の強度を高める必要もなく、取扱いの容易な装置が得られ、作業効率を高めることがで
きる。
Thus, a compressive residual stress can be applied to the surface of the workpiece by the impact force generated by the laser light irradiation, and the construction portion can be processed in detail because of the work by the laser light. In addition, since no reaction force is generated during the operation, an extra load is not applied to the operating device, and it is not necessary to increase the strength of the device, and an easy-to-handle device can be obtained and the working efficiency can be improved.

さらに、透明液体を熱的,化学的に安定な水とすることで、より確実に被加工物表面に
圧縮残留応力を与えることが可能になり、かつ、水の放射線遮蔽効果により放射性物質を
被加工物にした場合にも安全な施工が可能になる。
Furthermore, by making the transparent liquid thermally and chemically stable water, it is possible to more reliably apply compressive residual stress to the surface of the workpiece, and to cover the radioactive material by the radiation shielding effect of water. Safe construction is also possible when using workpieces.

レーザー照射条件を限定することで被加工物に対し確実に圧縮応力を残留させることが
可能になる。レンズまたは集光鏡により照射面積を小さくすることで、パルス当たりのレ
ーザー出力が十分でない場合にも、圧縮応力を残留させることができる条件で照射するこ
とができる。
By limiting the laser irradiation conditions, it is possible to reliably leave compressive stress on the workpiece. By reducing the irradiation area with a lens or a condenser mirror, it is possible to irradiate under conditions that allow compressive stress to remain even when the laser output per pulse is insufficient.

本発明によれば、原子炉圧力容器内の炉水中の構造物表面の応力状態を改善することが
できるから、構造材の応力腐食損傷を抑制し、もって機器の寿命を長寿命化することがで
きる表面改質装置としての補修装置を提供することができる。
According to the present invention, since the stress state of the structure surface in the reactor water in the reactor pressure vessel can be improved, it is possible to suppress the stress corrosion damage of the structural material, thereby prolonging the life of the equipment. It is possible to provide a repair device as a possible surface modification device.

すなわち、本発明によれば、リンク式アーム装置のアームの先端に取り付けられた補修作業装置取付け台に、補修作業ユニット搬送装置に搭載された補修作業装置を、上部格子板の下方にて受け渡す構成となっており、こうした補修作業装置によりパルスレーザー光を照射することで、例えば、軽水冷却原子炉の原子炉上部室に設置されているシュラウドと原子炉容器の間にあるジェットポンプライザーブレースアーム,ライザー管,ジェットポンプディフューザの表面,シュラウドの内外表面,シュラウドサポートの内外表面,原子炉容器内表面,CRDハウジング外表面等の応力状態を圧縮応力状態にすることを容易に行える原子炉内構造物の補修装置を実現することができる。
That is, according to the present invention, the repair work device mounted on the repair work unit transport device is delivered below the upper grid plate to the repair work device mounting base attached to the tip of the arm of the link type arm device. By irradiating pulse laser light with such a repair work device, for example, a jet pump riser brace arm between a shroud installed in the reactor upper chamber of a light water cooled reactor and a reactor vessel , Riser pipe, jet pump diffuser surface, inner and outer surfaces of shroud, inner and outer surfaces of shroud support, inner surface of reactor vessel, outer surface of CRD housing, etc. An object repairing device can be realized.

以下、図1から図7を参照しながら本発明に係る原子炉内構造物の補修装置の第1の実
施例を説明する。
Hereinafter, a first embodiment of a repair apparatus for a reactor internal structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7.

第1の実施例は図1に示したように、リンク式アーム装置13aを原子炉圧力容器7の上部からワイヤ8で吊り下げ、上部ケース16および下部ケース17を炉心9の中心部の上部格子板10の開孔部11を通過させ、炉心支持板12に上部ケース16を設置する。リンク式アーム装置13aの上部ケース16には折りたたみ式アーム13が付設されており、この折りたたみ式アーム13の先端に取付けた補修作業装置14(レーザー照射装置)で可視光のパルスレーザー光を一定範囲ずつ揺動走査しながら照射して、例えばシュラウド15の内面の加工を行う装置に関するものである。 In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the link-type arm device 13 a is suspended from the upper part of the reactor pressure vessel 7 by the wire 8, and the upper case 16 and the lower case 17 are connected to the upper lattice in the center of the reactor core 9. The upper case 16 is installed on the core support plate 12 through the opening 11 of the plate 10. The upper case 16 of the link type arm device 13a and folding arm 13 is attached, a range of pulse laser light in the visible light in the folding repair work device 14 attached to the end of the arm 13 (laser irradiation device) The present invention relates to an apparatus for processing the inner surface of the shroud 15, for example, while performing irradiation while swinging and scanning each time.

図1は、本発明の第1実施例を示すシュラウド15の内面を補修する様子を示す概念図で
ある。折りたたみ式アーム13を内蔵する上部ケース16と下部ケース17からなるリンク式ア
ーム装置13aが、天井クレーン(図示せず)よりワイヤ8で吊られ上部格子板10の開孔部
11と炉心支持板12の開孔部18に挿入され、炉心9内の制御棒駆動装置ハウジング19に設置
される。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing how the inner surface of the shroud 15 according to the first embodiment of the present invention is repaired. A link-type arm device 13a composed of an upper case 16 and a lower case 17 containing a folding arm 13 is hung by a wire 8 from an overhead crane (not shown).
11 and the opening 18 in the core support plate 12 and installed in the control rod drive device housing 19 in the core 9.

折りたたみ式アーム13には、図2に拡大して示したようにアーム30の先端部に補修作業
装置取付け台20が取付けられている。上部ケース16の上部には上部格子板10上に位置して
上部ケース案内装置21と下部ケース案内装置22が取り付けられている。下部ケース案内装
置22は、固定用脚23で上部格子板10に固定される。
As shown in the enlarged view of FIG. 2, the folding arm 13 has a repair device mounting base 20 attached to the tip of the arm 30. An upper case guide device 21 and a lower case guide device 22 are mounted on the upper lattice plate 10 on the upper portion of the upper case 16. The lower case guide device 22 is fixed to the upper lattice plate 10 by fixing legs 23.

補修作業ユニット搬送装置24は、天井クレーン(図示せず)からワイヤ8で吊られ上部
格子板10の上面に固定用脚23で固定される、補修作業ユニット搬送装置24には、補修作業
装置14が搭載されていて折りたたみ式アーム13の先端の補修作業装置取付け台20に受け渡
される構造になっている。なお、図1中符号25は据付け案内装置,26は隔壁,27は原子炉
ピット,28は上部格子板下方室を示している。
The repair work unit transport device 24 is suspended from an overhead crane (not shown) by a wire 8 and fixed to the upper surface of the upper lattice plate 10 by fixing legs 23. The repair work unit transport device 24 includes a repair work device 14 Is mounted and delivered to the repair work device mounting base 20 at the tip of the folding arm 13. In FIG. 1, reference numeral 25 denotes an installation guide device, 26 denotes a partition, 27 denotes a reactor pit, and 28 denotes a lower chamber of the upper lattice plate.

図2に示すように、折りたたみ式アーム13は、エアシリンダ29でアーム30を伸縮する構
成になっている。また、折りたたみ式アーム13は、ワイヤ31で滑車32を介してバランサ33
と結合されている。
As shown in FIG. 2, the folding arm 13 is configured to extend and contract the arm 30 with an air cylinder 29. The folding arm 13 is also connected to a balancer 33 via a pulley 32 by a wire 31.
Combined with.

上部ケース案内装置21と下部ケース案内装置22にはそれぞれエアシリンダ34,35が設け
られ、両装置21と22間には結合棒36が設けられている。図2中符号37は上部ベアリング,
38は組歯車,39はモータ,40は下部ベアリングを示している。
The upper case guide device 21 and the lower case guide device 22 are provided with air cylinders 34 and 35, respectively, and a connecting rod 36 is provided between the devices 21 and 22. Reference numeral 37 in FIG.
Reference numeral 38 denotes a combined gear, 39 denotes a motor, and 40 denotes a lower bearing.

つぎに図3から図5によりレーザースポット揺動走査型レーザーピーニング作業ユニッ
ト4について説明する。図3は、シュラウド15の内面を補修するレーザー照射装置として
のレーザーピーニング作業ユニット41の縦断面図である。この作業ユニット41は、長手方
向掃引ユニット42,幅方向掃引ユニット43,取付け構造44および図4に示す光ファイバー
接続構造45等で構成されている。
Next, the laser spot oscillation scanning type laser peening operation unit 4 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a laser peening operation unit 41 as a laser irradiation apparatus for repairing the inner surface of the shroud 15. The work unit 41 includes a longitudinal direction sweep unit 42, a width direction sweep unit 43, an attachment structure 44, an optical fiber connection structure 45 shown in FIG.

長手方向掃引ユニット42は、2枚の上部側板構造46を接続棒47とスクリューネジ48で接
続し、組歯車49を介してスクリューネジ48を第1の駆動装置50で駆動する構成である。左
右一対の第2の側板構造51,53に取付けられたボールネジ構造52とスクリューネジ48を嵌
合し、幅方向掃引ユニット43を掃引する。
The longitudinal sweep unit 42 has a configuration in which two upper side plate structures 46 are connected to a connecting rod 47 and a screw screw 48, and the screw screw 48 is driven by a first driving device 50 via a combination gear 49. The ball screw structure 52 attached to the pair of left and right second side plate structures 51 and 53 and the screw screw 48 are fitted, and the width direction sweep unit 43 is swept.

幅方向掃引ユニット43は、左右一対の第2の側板構造51,53を接続棒54とスクリューネ
ジ55で接続し、組歯車49を介してスクリューネジ55を第2の駆動装置56で駆動し、枠構造
57に取り付けられたボールネジ構造58とスクリューネジ55を嵌合し、枠構造57を掃引する
構成である。
The width direction sweep unit 43 connects a pair of left and right second side plate structures 51 and 53 with a connecting rod 54 and a screw screw 55, and drives the screw screw 55 with a second driving device 56 via a combination gear 49. Frame structure
The ball screw structure 58 attached to 57 and the screw screw 55 are fitted together, and the frame structure 57 is swept.

枠構造59には、集光反射鏡60,第1反射鏡61,第2反射鏡62,第3反射鏡63等で構成さ
れている。光ファイバー接続構造45は、端部構造64に組レンズ65が押えリング66を介して
スペーサ67,押え板68で取り付けられた構造である。
The frame structure 59 includes a condensing reflecting mirror 60, a first reflecting mirror 61, a second reflecting mirror 62, a third reflecting mirror 63, and the like. The optical fiber connection structure 45 is a structure in which a group lens 65 is attached to an end structure 64 with a spacer 67 and a pressing plate 68 via a pressing ring 66.

光ファイバー接続構造45は、脱着可能な状態で長手方向掃引ユニット42の第1の側板構
造46に取り付けられている。光ファイバー69から射出されたレーザー光70は、組レンズ71
で平行光線とされ、3個の反射鏡と1個の集光反射鏡60で壁72の上に焦点が結ばれる長手
方向掃引ユニット42に取り付けられた脚73で壁72との距離を一定に保持する。
The optical fiber connection structure 45 is attached to the first side plate structure 46 of the longitudinal sweep unit 42 in a detachable state. The laser beam 70 emitted from the optical fiber 69 is converted into a group lens 71.
The parallel beam is made into a parallel beam, and the distance from the wall 72 is made constant by the legs 73 attached to the longitudinal sweep unit 42 which is focused on the wall 72 by the three reflecting mirrors and the one condensing reflecting mirror 60. Hold.

取付け構造74は、長手方向掃引ユニット42の2枚の側板構造46に固定され、折りたたみ
式アーム13のアーム30先端の補修作業ユニット取付け台20と嵌合する構造である。
The attachment structure 74 is a structure that is fixed to the two side plate structures 46 of the longitudinal sweep unit 42 and fits with the repair unit mounting base 20 at the tip of the arm 30 of the folding arm 13.

つぎに上記第1の実施例において、XYスライド機構利用のレーザースポット揺動走査
および鋸歯状走査する例を図6および図7により説明する。
Next, in the first embodiment, an example of laser spot swing scanning and sawtooth scanning using an XY slide mechanism will be described with reference to FIGS.

図6はレーザースポット揺動走査概念図である。集光反射鏡60を移動して幅方向掃引75
をし、長手方向に掃引する方法の概念を示したものである。壁72の上のレーザー光スポッ
ト78をサークル形状で図示しているが、スポットの重なりを発生させない場合は、矩形ス
ポット形状を用いる。
FIG. 6 is a conceptual diagram of laser spot swing scanning. Moving the condenser reflector 60 and sweeping in the width direction 75
The concept of the method of sweeping in the longitudinal direction is shown. Although the laser beam spot 78 on the wall 72 is illustrated in a circle shape, a rectangular spot shape is used when spot overlap does not occur.

光ファイバー接続構造45の押え板68の開孔を矩形とし、アパーチャとして用いる。図中
、符号79は矩形状掃引軌跡である。図7はレーザースポットを鋸歯波状に走査した場合の
例を示している。図中符号80は鋸歯波状掃引軌跡である。
The opening of the presser plate 68 of the optical fiber connection structure 45 is rectangular and used as an aperture. In the figure, reference numeral 79 denotes a rectangular sweep locus. FIG. 7 shows an example in which the laser spot is scanned in a sawtooth waveform. Reference numeral 80 in the figure denotes a sawtooth wave sweep locus.

つぎに、図1から図5により本発明に係る第1の実施例の作用を説明する。軽水冷却原
子炉の原子炉圧力容器7の蓋を取外し、原子炉ピット27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・補修装置吊込みクレーン(図示せず)で原子炉圧力容
器7の上部に折りたたみ式アーム13を収納した上部ケース16およびその下端に接続される
下部ケース17を吊込み、上部格子板10の開孔部11および炉心支持板12の開孔部18を順次通
過させ、下部ケース17の下端を炉心9の制御棒駆動装置ハウジング19に嵌合させ据付を終
了する。
Next, the operation of the first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. Remove the lid of the reactor pressure vessel 7 of the light water cooled reactor, install a remote reactor work device handling device (not shown) on the floor of the reactor pit 27, and inspect and repair equipment suspended crane (not shown) The upper case 16 containing the folding arm 13 and the lower case 17 connected to the lower end of the upper arm 16 are suspended from the upper part of the reactor pressure vessel 7, and the openings 11 of the upper lattice plate 10 and the core support plate 12 are opened. The holes 18 are sequentially passed, and the lower end of the lower case 17 is fitted into the control rod drive device housing 19 of the core 9 to complete the installation.

上部ケース16および下部ケース17が上部格子板10の開孔部11を容易に通過できるように
上部ケース案内装置21および下部ケース案内装置22が上部ケース16および下部ケース17を
軸方向に移動できる状態に取付けられ、上部ケース16および下部ケース17が上部格子板10
の開孔部11を通過するに従い平面内の回転の位置合せを行う。
The upper case guide device 21 and the lower case guide device 22 can move the upper case 16 and the lower case 17 in the axial direction so that the upper case 16 and the lower case 17 can easily pass through the apertures 11 of the upper lattice plate 10. The upper case 16 and the lower case 17 are attached to the upper lattice plate 10
Rotational alignment within the plane is performed as it passes through the aperture 11.

吊り降ろしを続け、下部ケース案内装置22を固定用脚23で上部格子板10を固定し、下部
ケース17の下端を制御棒駆動装置ハウジング19に嵌合し、据付を終了する。
The lower case guide device 22 is fixed to the upper lattice plate 10 with the fixing legs 23, the lower case 17 is fitted to the control rod drive device housing 19, and the installation is finished.

折りたたみ式アーム13を上部ケース16から上部格子板下方室28に展開し、上部ケース16
内に取り付けられているモータ39と組歯車38を介して折りたたみ式アーム13が取り付けら
れている上部ケース16を回転し、折りたたみ式アーム13を所定の方向に向ける。
The folding arm 13 is deployed from the upper case 16 to the upper lattice plate lower chamber 28, and the upper case 16
The upper case 16 to which the foldable arm 13 is attached is rotated via the motor 39 and the assembled gear 38 attached to the inside, and the foldable arm 13 is directed in a predetermined direction.

折りたたみ式アーム13のエアシリンダ29(図2参照)を駆動し、アーム30を径方向に出
し入れし、アーム30の先端に取付けられた補修作業装置取付け台20を径方向の所定の位置
に設定する。
The air cylinder 29 (see FIG. 2) of the folding arm 13 is driven, the arm 30 is taken in and out in the radial direction, and the repair work device mounting base 20 attached to the tip of the arm 30 is set to a predetermined position in the radial direction. .

モータ39で組歯車38を駆動し、アーム30を上部格子板10の近くまで上昇させ、上部ケー
ス16を回転しながらエアシリンダ29を駆動してアーム30を径方向に出し入れしてアーム30
の先端に取付けられた補修作業装置取付け台20を所定の上部格子板10の開孔部11の下方に
持ってゆく。
The assembled gear 38 is driven by the motor 39, the arm 30 is raised to the vicinity of the upper lattice plate 10, the air cylinder 29 is driven while the upper case 16 is rotated, and the arm 30 is moved in and out in the radial direction.
A repair work device mounting base 20 attached to the tip of the upper grid plate 10 is brought below the opening 11 of the predetermined upper grid plate 10.

据付け案内装置25が取付けられた補修作業ユニット搬送装置24に補修作業装置14を収納
した状態で、点検・補修装置吊込みクレーン(図示せず)で原子炉圧力容器7に吊り込み
、上部格子板10の開孔部11に据付ける。据付け案内装置25に取付けられた固定用脚23で上
部格子板10に固定する。
The repair work unit 14 is housed in the repair work unit transport device 24 to which the installation guide device 25 is mounted, and is suspended in the reactor pressure vessel 7 by an inspection / repair device suspension crane (not shown), and the upper grid plate Install in 10 apertures 11. The upper grid plate 10 is fixed by fixing legs 23 attached to the installation guide device 25.

補修作業装置14を補修作業ユニット搬送装置24の下方に押し出し、補修作業装置14の接
続構造53(図4参照)と、折りたたみ式アーム13のアーム30の先端の補修作業ユニット取
付け台20を結合する。
The repair work device 14 is pushed out below the repair work unit transport device 24, and the connection structure 53 (see FIG. 4) of the repair work device 14 and the repair work unit mounting base 20 at the tip of the arm 30 of the folding arm 13 are coupled. .

結合が終了すると、補修作業ユニット搬送装置24の補修作業装置14の把持状態を解除す
る。この解除が終了すると、折りたたみ式アーム13を上部格子板下方室28内で三次元的に
動かし、補修作業装置14をシュラウド15の所定の位置に持って行き、補修作業を行う。
When the connection is completed, the gripping state of the repair work device 14 of the repair work unit transport device 24 is released. When this release is completed, the folding arm 13 is moved three-dimensionally in the upper lattice plate lower chamber 28, the repair work device 14 is brought to a predetermined position of the shroud 15, and repair work is performed.

補修作業装置14として点検・検査作業ユニット,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,レーザーピーニング作業ユニット41等を用いる。
As the repair work device 14, an inspection / inspection work unit, a welding work unit, an EDM work unit, a grinder work unit, a laser peening work unit 41, or the like is used.

補修作業装置14としてレーザーピーニング作業ユニット等を用い、シュラウド15の溶接
部の表面を引っ張り応力より圧縮応力状態に表面改質作業を行う。レーザースポット揺動
型レーザーピーニング作業ユニット41を用いての表面改質作業法を以下で説明する(図3
,図4,図5,図6参照)。
A laser peening work unit or the like is used as the repair work device 14, and the surface modification work is performed so that the surface of the welded portion of the shroud 15 is compressed to a compressive stress state. The surface modification work method using the laser spot oscillating type laser peening work unit 41 will be described below (FIG. 3).
FIG. 4, FIG. 5 and FIG. 6).

折りたたみ式アーム13のアーム30の先端部に設けた補修作業ユニット取付け台20にレー
ザースポット揺動型レーザーピーニング作業ユニット41の取付け構造44の嵌合部を結合し
、アーム30を伸ばしシュラウド15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
ーザースポット揺動型レーザーピーニング作業ユニット41を移行し、そのユニット41の脚
73をシュラウド15の表面に押し当てた状態で所定の位置に設定する。
The fitting portion of the mounting structure 44 of the laser spot swinging type laser peening unit 41 is coupled to the repair unit mounting base 20 provided at the tip of the arm 30 of the folding arm 13, and the arm 30 is extended to weld the shroud 15. The laser spot oscillating laser peening work unit 41 is moved to a place where tensile stress is generated on the surface with wires, etc.
73 is set at a predetermined position while being pressed against the surface of the shroud 15.

溶接線部を表面改質する場合、長手方向掃引ユニット42を溶接線の方向に、幅方向掃引
ユニット43を溶接線に垂直方向で掃引可能範囲内に溶接部がはまるように設定する。レー
ザー光70として繰り返し数が5KHzの銅蒸気レーザーを用いる。口径が 0.3φmm程度の
光ファイバー69を用いる場合、光学系を用いることによりレーザー光70を 0.3φmm程度の
スポット径77を絞ることができる。
When surface-modifying the weld line portion, the longitudinal direction sweep unit 42 is set in the direction of the weld line, and the width direction sweep unit 43 is set so that the weld portion fits within the sweepable range in the direction perpendicular to the weld line. A copper vapor laser having a repetition rate of 5 KHz is used as the laser light 70. When the optical fiber 69 having a diameter of about 0.3 mm is used, the spot diameter 77 of the laser beam 70 can be reduced to about 0.3 mm by using an optical system.

図6は図3におけるレーザーピーニング作業ユニット41のXYスライド機器利用のレー
ザースポット揺動走査概念図で、Xは例えば長手方向掃引ユニット42を、Yは例えば幅方
向掃引ユニット43を示す。
FIG. 6 is a conceptual diagram of laser spot swing scanning using the XY slide device of the laser peening operation unit 41 in FIG. 3, where X indicates a longitudinal direction sweep unit 42 and Y indicates a width direction sweep unit 43, for example.

銅蒸気レーザーのパルス幅は、40nsec程度であり、レーザー光70の照射間隔200μsec
に比べ、照射されている時間は、無視できる長さである。幅方向の掃引75をレーザー光ス
ポット78の重なりが無い状態程度(図6参照)で行う場合、幅方向の掃引速度を1.5m/s程
度にする必要がある。
The pulse width of the copper vapor laser is about 40nsec, and the irradiation interval of laser light 70 is 200μsec.
Compared with, the irradiation time is negligible. When the sweep 75 in the width direction is performed with the laser beam spot 78 not overlapping (see FIG. 6), the sweep speed in the width direction needs to be about 1.5 m / s.

長手方向の掃引76をレーザー光スポット78の重なりが無い状態(図6参照)で行う場合
、幅方向の掃引75時の照射数に 200μsec を乗じた時間毎に1.5m/s程度の掃引速度で 0.3
mm掃引する。
When the sweep 76 in the longitudinal direction is performed with the laser light spot 78 not overlapping (see FIG. 6), the number of irradiations in the widthwise sweep 75 is multiplied by 200 μsec at a sweep speed of about 1.5 m / s. 0.3
Sweep mm.

レーザー光スポット78を円形とした場合、1.5m/s程度の速度で掃引すると、図6に示す
ようにレーザー光70の照射されない範囲が生じる。この範囲が発生するのを防ぐ必要があ
る場合は、掃引速度を1.5m/s以下にしてレーザー光スポット78が一部重なるようにする。
When the laser beam spot 78 is circular, when it is swept at a speed of about 1.5 m / s, a range where the laser beam 70 is not irradiated is generated as shown in FIG. When it is necessary to prevent this range from occurring, the sweep speed is set to 1.5 m / s or less so that the laser light spots 78 partially overlap.

または、光ファイバー接続構造45部にレーザー光70のビーム断面形状を矩形にする光学
系を入れて1辺が 0.3mmになるレーザー光スポット78にすると、1.5m/sの長手および幅方
向の掃引を行うことにより一定幅と長さの範囲にパルスレーザー光70を1度照射すること
ができる。
Alternatively, if an optical system that makes the beam cross-sectional shape of the laser beam 70 rectangular in the 45 parts of the optical fiber connection structure is used as a laser beam spot 78 with one side of 0.3 mm, a sweep of 1.5 m / s in the longitudinal and width directions is performed. By doing so, it is possible to irradiate the pulse laser beam 70 once in a range of a certain width and length.

これにより現在入手可能な出力が 500W程度の鋼蒸気レーザーを用いて水中で表面改質
補修(引っ張り応力状態より圧縮応力状態に変える補修)を行うことができる。
This makes it possible to perform surface modification repairs (repairs that change from a tensile stress state to a compressive stress state) in water using a steel vapor laser with a currently available output of about 500 W.

一定範囲の表面改質作業が終了すると、アーム30を多少縮め、溶接線に沿ってアーム30
を移動し、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ースポ
ット揺動型レーザーピーニング作業ユニット41を設置し、上記の作業を繰り返す。
When the surface modification work within a certain range is completed, the arm 30 is slightly shrunk, and the arm 30 is
The laser spot oscillating laser peening unit 41 is installed at a position where the surface modification operation can be continued in the range where the surface modification is completed, and the above operation is repeated.

幅方向の掃引75は、駆動装置56を一定方向に回転させ、所定の幅の掃引が終了すると駆
動装置56を反対方向に回転させ所定の幅を掃引する運動を繰り返す。長手方向の掃引76は
、間欠的に行うが、上記のような一定速度運動をする必要はない。
The sweep 75 in the width direction repeats the motion of rotating the driving device 56 in a certain direction and rotating the driving device 56 in the opposite direction when the sweep of the predetermined width is completed. Although the longitudinal sweep 76 is performed intermittently, it is not necessary to make a constant speed motion as described above.

つぎに上記第1実施例の効果を説明する。現在入手可能な出力が 500W程度の可視光レ
ーザーである銅蒸気レーザーを用いて水中で表面改質補修(引っ張り応力状態より圧縮応
力状態に変える補修)作業を行うことができるため、シュラウド15の溶接線および表面の
引っ張り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、作業者の被曝を
低減することができる。
Next, the effect of the first embodiment will be described. Since it is possible to perform surface modification repair (repair from tensile stress state to compressive stress state) in water using a copper vapor laser that is a visible light laser with a current output of about 500 W, welding of the shroud 15 The operation | work which changes the tensile stress state of a line | wire and the surface into a compressive stress state can be performed in water, and an operator's exposure can be reduced.

レーザー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り、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。ショットブラス
トピーニングとは異なり、ウォータジェットピーニングと同様に回収が必要なごみの発生
はない。
Unlike water jet peening, the use of a laser can neglect the occurrence of reaction force during surface modification work, so the structure of the remote handling device can be simple. Unlike shot blast peening, there is no waste that needs to be collected as in water jet peening.

レーザー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、監視および計測のために別途装
置を用意する必要がなく、作業の効率を上げることができる。
During laser shot peening, since ultrasonic sound is generated, it is possible to monitor the work status and evaluate the work results simultaneously with the surface modification work, and there is no need to prepare a separate device for monitoring and measurement. Efficiency can be increased.

なお、上記第1の実施例において、原子炉圧力容器7の上部からワイヤ8で吊り下げ、
炉心9の中心部の上部格子板開孔部11を通過させ、炉心支持板12にリンク式アーム装置13
aを設置し、このリンク式アーム装置13aの折りたたみ式アーム13の先端に取付けた補修
作業装置14(レーザー照射装置)で可視光のパルスレーザー光を一定範囲ずつ鋸歯走査し
ながら照射してシュラウド15の内表面の加工を行うことができる(図7参照)。
In addition, in the said 1st Example, it suspended with the wire 8 from the upper part of the reactor pressure vessel 7,
The upper lattice plate opening 11 at the center of the core 9 is passed through, and a link type arm device 13 is connected to the core support plate 12.
The shroud 15 is irradiated with a laser beam of visible light while scanning with a certain range with a repair work device 14 (laser irradiation device) attached to the tip of the folding arm 13 of the link type arm device 13a. Can be processed (see FIG. 7).

このようにすれば、上記第1の実施例の作用と本質的に変わらないが、図3,図4に示
すように組歯車49とスクリューネジ55の間に電磁クラッチ等の切り離し機構と、スクリュ
ーネジ55をバネ等の駆動源力により逆回転させ、 200μsec 程度の間に幅方向掃引ユニッ
ト43を元の位置に帰し、その間に長手方向に 0.3mm間欠的に移動させる。以下第1の実施
例と同様な掃引動作を繰り返す。
In this way, the operation of the first embodiment is essentially the same, but as shown in FIGS. 3 and 4, a separating mechanism such as an electromagnetic clutch between the assembled gear 49 and the screw screw 55, and a screw The screw 55 is reversely rotated by a driving source force such as a spring, and the width direction sweep unit 43 is returned to the original position for about 200 μsec, and is moved intermittently by 0.3 mm in the longitudinal direction during that time. Thereafter, the same sweeping operation as in the first embodiment is repeated.

つぎに図8から図11を参照しながら本発明の第2の実施例を説明する。図8はガルバノ
ミラー機構使用のレーザースポット揺動走査型レーザーピーニング作業ユニット81の縦断
面図である。このユニット81は、長手方向掃引ユニット82,幅方向掃引ユニット83,取付
け構造84および光ファイバー接続構造45等で構成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a laser spot oscillating scanning type laser peening operation unit 81 using a galvanometer mirror mechanism. The unit 81 includes a longitudinal direction sweep unit 82, a width direction sweep unit 83, an attachment structure 84, an optical fiber connection structure 45, and the like.

長手方向掃引ユニット82は、2枚の側板構造85を接続棒86とスクリューネジ87で接続し
、組歯車88を介してスクリューネジ87を駆動装置89で駆動する構成である。枠構造90に取
付けられたボールネジ構造91とスクリューネジ87を嵌合し、幅方向掃引ユニット83を掃引
する構成である。
The longitudinal sweep unit 82 has a configuration in which two side plate structures 85 are connected by a connecting rod 86 and a screw screw 87, and the screw screw 87 is driven by a driving device 89 via a combination gear 88. The ball screw structure 91 attached to the frame structure 90 and the screw screw 87 are fitted, and the width direction sweep unit 83 is swept.

幅方向掃引ユニット83は、枠構造92に集光反射鏡93,ガルバノミラー94,第1反射鏡95
,駆動装置96,組歯車97等で構成されている。光ファイバー接続構造45は、端部構造64に
組レンズ71が押えリング66を介してスペーサ67,押え板68で取り付けられた構造である。
The width direction sweeping unit 83 includes a condensing reflecting mirror 93, a galvano mirror 94, and a first reflecting mirror 95 in a frame structure 92.
, A driving device 96, a combined gear 97, and the like. The optical fiber connection structure 45 is a structure in which a group lens 71 is attached to an end structure 64 with a spacer 67 and a pressing plate 68 via a pressing ring 66.

光ファイバー接続構造45は脱着可能な状態で長手方向掃引ユニット82の側板構造85に取
り付けられている。光ファイバー69から射出されたレーザー光70は、組レンズ71で平行光
線とされ、第1反射鏡95からガルバノミラー94に照射され、ガルバノミラー94で幅方向に
振り、集光反射鏡93に照射し、集光反射鏡93で壁72の上に幅方向に振りながら焦点を結ぶ
The optical fiber connection structure 45 is attached to the side plate structure 85 of the longitudinal sweep unit 82 in a detachable state. The laser beam 70 emitted from the optical fiber 69 is converted into parallel rays by the combined lens 71, irradiated from the first reflecting mirror 95 to the galvano mirror 94, swung in the width direction by the galvano mirror 94, and irradiated to the condensing reflecting mirror 93. Then, the condenser reflector 93 focuses on the wall 72 while swinging in the width direction.

このスポットの軌跡は図11に示すように円弧状を形成する。長手方向掃引ユニット82に
取り付けられた脚73で壁72との距離を一定に保持する。取付け構造84は、長手方向掃引ユ
ニット82の2枚の側板構造85に固定され、図2に示す折りたたみ式アーム13のアーム30先
端の補修作業ユニット取付け台20と嵌合する構造である。
The locus of this spot forms an arc shape as shown in FIG. A leg 73 attached to the longitudinal sweep unit 82 keeps the distance from the wall 72 constant. The mounting structure 84 is fixed to the two side plate structures 85 of the longitudinal sweep unit 82 and is fitted to the repair work unit mounting base 20 at the tip of the arm 30 of the folding arm 13 shown in FIG.

図11はガルバノミラー機構利用のレーザー光スポットの揺動走査概念図で、符号78はレ
ーザー光スポット78,98は掃引軌跡、99が揺動を示している。
FIG. 11 is a conceptual diagram of the laser beam spot swing scanning using the galvanometer mirror mechanism. Reference numeral 78 indicates the laser beam spots 78 and 98 for the sweep locus, and 99 indicates the swing.

つぎに第2の実施例の作用を図8から図11につき説明する。第2の実施例は、原子炉圧
力容器7の上部からワイヤ8で吊り下げ、炉心中央部の上部格子板開孔部11を通過させ、
炉心支持板12にリンク式アーム装置13aを設置し、折りたたみ式アーム13の先端に取付け
た補修作業装置14(レーザー照射装置)で可視光のパルスレーザー光を一定範囲ずつガル
バノミラー94を使用してレーザースポットを揺動走査しながら照射してシュラウド15の内
表面の加工を行う。
Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIGS. The second embodiment is suspended from the upper part of the reactor pressure vessel 7 by the wire 8 and passes through the upper lattice plate opening 11 in the center of the core,
A link-type arm device 13a is installed on the core support plate 12, and a galvano mirror 94 is used for each pulse of visible laser light in a fixed range by a repair device 14 (laser irradiation device) attached to the tip of the folding arm 13. The inner surface of the shroud 15 is processed by irradiating the laser spot while swinging scanning.

この第2の実施例の作用は第1の実施例と本質的に同様であるが、図6,図7に示した
幅方向掃引75をガルバノミラー94を正逆転する駆動装置96と組歯車97でその軸周りに揺動
させシュラウド15表面にレーザー光スポット78の掃引軌跡79を円弧状に描かせ、その間に
長手方向に 0.3mm間欠的に移動させる。以下第1の実施例と同様な掃引動作を繰り返す(
図11参照)。本実施例の効果は第1の実施例と同様なのでその説明は省略する。
The operation of the second embodiment is essentially the same as that of the first embodiment, except that the widthwise sweep 75 shown in FIG. 6 and FIG. Then, the sweep locus 79 of the laser beam spot 78 is drawn in an arc shape on the surface of the shroud 15 and is moved intermittently by 0.3 mm in the longitudinal direction. Thereafter, the same sweeping operation as in the first embodiment is repeated (
(See Figure 11). Since the effect of this embodiment is the same as that of the first embodiment, the description thereof is omitted.

つぎに図12から図16を参照しながら本発明の第3の実施例を説明する。図12はポリゴン
ミラー機構使用のレーザースポット走査型レーザーピーニング作業ユニット100 の正面図
である(図13のB−B矢視)。レーザーピーニング作業ユニット100 は、取付構造101 部
で図2に示す折りたたみ式アーム13のアーム30の先端の補修作業ユニット取付20と結合さ
れる。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 12 is a front view of a laser spot scanning type laser peening operation unit 100 using a polygon mirror mechanism (indicated by arrows BB in FIG. 13). The laser peening work unit 100 is coupled to the repair work unit attachment 20 at the tip of the arm 30 of the folding arm 13 shown in FIG.

2枚の端板構造102 間には、取付構造101 ,スクリューネジ103 ,スライド棒104 が結
合されている。スライド棒104 は、移動板105 を貫通し、この移動板105 の図13に示すボ
ールネジ106 でスクリューネジ103 が結合している。
A mounting structure 101, a screw screw 103, and a slide bar 104 are coupled between the two end plate structures 102. The slide bar 104 passes through the moving plate 105, and a screw screw 103 is coupled by a ball screw 106 of the moving plate 105 shown in FIG.

駆動装置107 を働かせてスクリューネジ103 を回転させ、スライド棒104 をガイドとし
て移動板105 をスライドさせる。移動板105 を取付台108 が大径スプリング109 を介して
結合されている。取付台108 に取り付けられた車輪形式の脚73を壁面72に押し付けレーザ
ーピーニング作業ユニット100 を設定する。
The drive device 107 is operated to rotate the screw screw 103, and the moving plate 105 is slid using the slide bar 104 as a guide. A mounting base 108 is coupled to the moving plate 105 via a large-diameter spring 109. The wheel type leg 73 attached to the mounting base 108 is pressed against the wall surface 72 to set the laser peening unit 100.

光ファイバー69で導かれたレーザー光70は、組レンズ110 で平行光線とし、偏光ミラー
111 ,ミラー112 を介してポリゴンミラー113 を導き、反射させて壁面72に像を結ぶ。
The laser beam 70 guided by the optical fiber 69 is converted into a parallel beam by the group lens 110 and is converted into a polarization mirror.
A polygon mirror 113 is guided through the mirror 111 and the mirror 112 and reflected to form an image on the wall 72.

ポリゴンミラー113 と爪114 をアクチュエータ115 で回転し、シリンダ116 の爪117 と
爪114 を接触させ、小径スプリング118 の弾性力に抗して爪117 と爪114 の接触が外れる
までシリンダ116 (a)を移動させ、壁面72へのレーザー光70の照射を幅方向に掃引させ
る。
The polygon mirror 113 and the claw 114 are rotated by the actuator 115 to bring the claw 117 and the claw 114 of the cylinder 116 into contact with each other until the contact between the claw 117 and the claw 114 is released against the elastic force of the small-diameter spring 118. And the irradiation of the laser beam 70 onto the wall surface 72 is swept in the width direction.

長手方向の掃引は、駆動装置107 でスクリューネジ103 を回転し、移動板105を移送さ
せることにより、車輪付き脚73を壁面72に密接して回転移動させて行う。なお、図中符号
119 はビームダンパ、120 はアクチュエータ取付構造を示している。
The sweep in the longitudinal direction is performed by rotating the screw screw 103 by the driving device 107 and moving the moving plate 105 so that the wheeled leg 73 is in close contact with the wall surface 72 and rotated. In the figure
Reference numeral 119 denotes a beam damper, and 120 denotes an actuator mounting structure.

図13はポリゴンミラー機構使用のレーザースポット走査型レーザーピーニング作業ユニ
ット100 の側面図である(図12のA−A矢視図)。
FIG. 13 is a side view of a laser spot scanning type laser peening operation unit 100 using a polygon mirror mechanism (a view taken along the line AA in FIG. 12).

図14(a),(b)はポリゴンミラー113 を使用したレーザースポット走査機構部詳細
概念図である。ポリゴンミラー113 と爪114( 114a〜 111k)はアクチュエータ115 によ
り回転し、この回転に伴いシリンダ116 は爪114 と爪117 が接触している間は引き上げら
れ、爪114 と爪117 が離れると、スプリング118 により、もとの位置に戻る構造になって
いる。
14 (a) and 14 (b) are detailed conceptual views of a laser spot scanning mechanism using a polygon mirror 113. FIG. The polygon mirror 113 and the claw 114 (114a to 111k) are rotated by the actuator 115. With this rotation, the cylinder 116 is pulled up while the claw 114 and the claw 117 are in contact with each other. 118, the structure returns to the original position.

一方レーザー光70は図示はしないが、光源側でファラデーローテータ、シャッター等で
照射のON・OFFの切替が可能な構造となっており、レーザー光70は偏光ミラー111 ,
ミラー112 ,ポリゴンミラー113 で反射され、壁面72に照射する構造となっている。
On the other hand, the laser beam 70 is not shown, but has a structure in which irradiation can be switched on and off with a Faraday rotator, a shutter, etc. on the light source side.
The light is reflected by the mirror 112 and the polygon mirror 113 and is applied to the wall surface 72.

また、偏光ミラー111 で反射しなかったレーザー光70はビームダンパ119 により吸収さ
れる。なお、図示はしないがビームダンパ119 は冷却機により常時冷却されている。
Further, the laser beam 70 that has not been reflected by the polarizing mirror 111 is absorbed by the beam damper 119. Although not shown, the beam damper 119 is constantly cooled by a cooler.

図15は、ポリゴンミラー113 使用のレーザー光スポット78の走査概念図で、符合121 は
掃引軌路を示している。図16は、ポリゴンミラー113 使用のレーザー光スポット78の走査
概念図で、符合122 は第1のミラー、123 は第2のミラー、124 は第3のミラーを示して
いる。
FIG. 15 is a conceptual diagram of scanning of the laser beam spot 78 using the polygon mirror 113, and reference numeral 121 indicates a sweep path. FIG. 16 is a conceptual diagram of scanning of the laser beam spot 78 using the polygon mirror 113. Reference numeral 122 denotes a first mirror, 123 denotes a second mirror, and 124 denotes a third mirror.

つぎに第3の実施例の作用効果を説明する。すなわち、第3の実施例は原子炉圧力容器
7の上部からワイヤ8で吊り下げ、炉心9の中心部の上部格子板開孔部11を通過させ、炉
心支持板12にリンク式アーム装置13aを設置し、このリンク式アーム装置13aの折りたた
み式アーム13の先端に取付けた補修作業装置14(レーザー照射装置)で可視光のパルスレ
ーザー光を一定範囲ずつポリゴンミラー113 を使用してレーザー光スポット78を走査しな
がら照射してシュラウド15内表面の加工を行う。
Next, the function and effect of the third embodiment will be described. That is, in the third embodiment, the reactor pressure vessel 7 is hung by the wire 8 and passed through the upper lattice plate opening 11 at the center of the core 9, and the link type arm device 13 a is attached to the core support plate 12. The laser beam spot 78 is set by using a polygon mirror 113 for each pulse of visible pulsed laser light by a repair work device 14 (laser irradiation device) installed and attached to the tip of the folding arm 13 of the link type arm device 13a. The inner surface of the shroud 15 is processed by irradiation while scanning.

第3の実施例の作用効果は、本質的には第1の実施例と同様であるが、多面鏡のポリゴ
ンミラー113 を一定角速度で回転させて鋸歯掃引を行い、同期させてミラー112 の高速の
原点復帰動作を行うようにしたものである。
The operational effect of the third embodiment is essentially the same as that of the first embodiment, but the polygon mirror 113 of the polygon mirror is rotated at a constant angular velocity to perform sawtooth sweep, and is synchronized with the high speed of the mirror 112. The origin return operation is performed.

つぎに図17および図18を参照しながら本発明に係る第4の実施例を説明する。図17は多
関節腕利用のレーザー光スポット旋回走査型レーザーピーニング作業ユニット125 の概念
図である。レーザーピーニング作業ユニット125 は、旋回構造126 ,スライド構造127 ,
光ファイバー接続構造128 ,取付構造129 等で構成され、取付構造129 部で図2に示した
たたみ式アーム13のアーム30の先端の補修ユニット取付20と結合される。
Next, a fourth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a conceptual diagram of a laser beam spot swivel scanning type laser peening operation unit 125 using an articulated arm. The laser peening unit 125 includes a swivel structure 126, a slide structure 127,
An optical fiber connection structure 128, an attachment structure 129, and the like are formed, and the attachment structure 129 is coupled to the repair unit attachment 20 at the tip of the arm 30 of the folding arm 13 shown in FIG.

旋回構造126 は、スライド構造127 に取り付けられた駆動装置130 で組歯車131 を介し
て旋回させられる。旋回構造126 とスライド構造127 は、ベアリング132 構造を介して結
合されている。取付構造129 とスライド構造127 が結合され、スライド構造127 は、水圧
駆動の水圧シリンダ構造133 となっている。
The swivel structure 126 is swung via a combination gear 131 by a driving device 130 attached to the slide structure 127. The swivel structure 126 and the slide structure 127 are coupled via a bearing 132 structure. The mounting structure 129 and the slide structure 127 are combined, and the slide structure 127 is a hydraulic cylinder structure 133 that is hydraulically driven.

スライド構造127 には、光ファイバー接続構造128 が結合され、光ファイバー69からの
レーザー光70を平行光線にする組レンズ134 が取付けられている。平行光線は、第3反射
鏡135 ,第2反射鏡136 ,第1反射鏡137 で向きを変え、集光反射鏡138 で壁72の表面に
集光される。
An optical fiber connection structure 128 is coupled to the slide structure 127, and a combined lens 134 that converts the laser light 70 from the optical fiber 69 into parallel rays is attached. The parallel light beams are redirected by the third reflecting mirror 135, the second reflecting mirror 136, and the first reflecting mirror 137, and are collected on the surface of the wall 72 by the condensing reflecting mirror 138.

旋回構造126 を旋回させることにより、図18に示すように小口径のレーザー光スポット
78の掃引軌跡139 を描き、スライド構造127 を水圧で駆動して長手方向の掃引を行う。図
18は図17における装置のレーザースポット旋回走査概念図である。
By turning the turning structure 126, a laser beam spot with a small aperture as shown in FIG.
78 sweep traces 139 are drawn, and the slide structure 127 is driven by water pressure to perform the sweep in the longitudinal direction. Figure
18 is a conceptual diagram of laser spot swirl scanning of the apparatus in FIG.

つぎに第4の実施例の作用効果を説明する。すなわち、第4の実施例は図1に示したよ
うに原子炉圧力容器7の上部からワイヤ8で吊り下げ、炉心9の中心部の上部格子板開孔
部11を通過させ、炉心支持板12にリンク式アーム装置13aを設置し、このリンク式アーム
装置13aの折りたたみ式アーム13の先端に取付けたレーザー照射装置で可視光のパルスレ
ーザー光スポット78を微少直径の円状に旋回照射しながら長手方向に円状照射を移動させ
て一定範囲を走査することを繰り返してレーザーを照射してシュラウド15の表面の加工を
行う(図1,図12参照)。
Next, the function and effect of the fourth embodiment will be described. That is, in the fourth embodiment, as shown in FIG. 1, it is suspended from the upper part of the reactor pressure vessel 7 by the wire 8 and passed through the upper lattice plate opening 11 at the center of the reactor core 9. A link-type arm device 13a is installed on the top of the folding-type arm 13a of the link-type arm device 13a. The surface of the shroud 15 is processed by irradiating the laser repeatedly by moving the circular irradiation in the direction and scanning a certain range (see FIGS. 1 and 12).

第4の実施例の作用効果は、本質的には第1の実施例と同様である。しかし、以下の点
が異なる。集光反射鏡138 を高速回転させてパルスレーザー光スポット78を微少直径の円
状に掃引してシュラウド内表面に照射しながら、水圧駆動シリンダ構造133 を用いて長手
方向に円状照射を移動させてシュラウド内表面に照射して一定範囲を走査することを繰り
返してレーザーを照射してシュラウド内表面の加工を行う点である。
The operational effects of the fourth embodiment are essentially the same as those of the first embodiment. However, the following points are different. The condensing reflector 138 is rotated at a high speed to sweep the pulsed laser light spot 78 in a circular shape with a small diameter and irradiate the inner surface of the shroud, while moving the circular irradiation in the longitudinal direction using the hydraulic drive cylinder structure 133. Then, the inner surface of the shroud is irradiated and laser is irradiated repeatedly to scan a certain range, and the inner surface of the shroud is processed.

第4の実施例によれば、レーザー光スポット78を微少直径の円状に掃引するための掃引
時の衝撃等の影響がない。また、先端の構造が円筒形状になっているため水中における回
転の流動抵抗を小さくする構造になっている。また、円筒の軸対称に加重のバランスをと
る構造にできるため、高速回転に対して構造上問題の発生がない。
According to the fourth embodiment, there is no influence of an impact or the like at the time of sweeping for sweeping the laser light spot 78 into a circular shape having a minute diameter. Moreover, since the tip structure is cylindrical, the flow resistance of rotation in water is reduced. In addition, since it is possible to make a structure in which the weight is balanced in the axial symmetry of the cylinder, there is no structural problem with respect to high-speed rotation.

さらに、水圧駆動シリンダを用いて長手方向に円状照射を移動させるため、水中での長
手方向の移動機構に水密構造を設ける必要がない。したがって、構造を簡単にすることが
でき、補修作業装置の先端に取付ける機器を小形化でき、補修作業装置の構造を簡素化で
きる。
Furthermore, since the circular irradiation is moved in the longitudinal direction using a hydraulic drive cylinder, it is not necessary to provide a watertight structure in the longitudinal movement mechanism in water. Therefore, the structure can be simplified, the equipment attached to the tip of the repair work device can be miniaturized, and the structure of the repair work device can be simplified.

つぎに本発明の第5の実施例を説明する。この第5の実施例は、図1に示すごとく原子
炉圧力容器7の上部からワイヤ8で吊り下げ、炉心9の中心部の上部格子板開孔部11を通
過させ、炉心支持板12にリンク式アーム装置13aを設置し、このリンク式アーム装置13a
の折りたたみ式アーム13の先端に取付けた補修作業装置(レーザー照射装置)で、可視光
のパルスレーザー光スポットを第1の実施例で示したXYスライド機構,第2の実施例で
示したガルバノミラー94,第3の実施例で示したポリゴンミラー113 ,第4の実施例で示
した微少直径の円状に旋回機構付き伸縮腕等の走査を用いて、シュラウド内表面の切り欠
き形状の切り欠き先端部の同一軌跡上に繰り返してレーザー光を照射して水中でストップ
ホールを形成する装置に関するものである。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. In the fifth embodiment, as shown in FIG. 1, a reactor 8 is suspended from the upper part of the reactor pressure vessel 7 by wires 8, passed through the upper lattice plate opening 11 at the center of the core 9, and linked to the core support plate 12. Type arm device 13a is installed, and this link type arm device 13a
The XY slide mechanism shown in the first embodiment and the galvanometer mirror shown in the second embodiment, with a repairing device (laser irradiation device) attached to the tip of the folding arm 13 94, the polygon mirror 113 shown in the third embodiment, the notch of the notch shape of the inner surface of the shroud using the scanning of a telescopic arm with a turning mechanism in a small diameter circular shape shown in the fourth embodiment The present invention relates to an apparatus for forming a stop hole in water by repeatedly irradiating a laser beam on the same locus of a tip portion.

第5の実施例の作用は、本質的には第1から第4の実施例と同様である。しかし、以下
の点が異なる。シュラウド内表面の切り欠き形状の切り欠きの先端部に円形状の軌跡上に
繰り返してレーザーを照射して水中でストップホールを形成する点である。
The operation of the fifth embodiment is essentially the same as that of the first to fourth embodiments. However, the following points are different. This is the point that a stop hole is formed in water by repeatedly irradiating a laser on a circular locus at the tip of the notch in the inner surface of the shroud.

本第5の実施例によれば水中で直接作業ができるため、水排除機構を備えたレーザー照
射トーチを用いる必要がなく、容易に亀裂の先端にストップホールを形成でき、応力集中
が緩和され亀裂進展が抑止され原子力プラントを長寿命化させるのに効果がある。
According to the fifth embodiment, since it is possible to work directly in water, there is no need to use a laser irradiation torch equipped with a water removal mechanism, a stop hole can be easily formed at the tip of the crack, stress concentration is reduced, and the crack is reduced. Progress is restrained and effective in extending the life of nuclear power plants.

本発明に係る原子炉内構造物の補修装置の第1の実施例を示す縦断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The longitudinal cross-sectional view which shows the 1st Example of the repair apparatus of the reactor internal structure which concerns on this invention. 図1において、リンク式アーム装置の詳細を示す縦断面図。In FIG. 1, the longitudinal cross-sectional view which shows the detail of a link-type arm apparatus. 図1において使用するXYスライド機構利用レーザースポット揺動走査型レーザーピーニング作業ユニットを示す縦断面図で、図4のC−C矢視方向を示す。1. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the laser spot rocking | fluctuation scanning type laser peening working unit using XY slide mechanism used in FIG. 1, and shows the CC arrow direction of FIG. 図3においてA−A矢視方向から見た平面図。The top view seen from the AA arrow direction in FIG. 図3においてB−B矢視方向に沿って切断して示す横断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view cut along the direction of arrows BB in FIG. 3. 図3におけるXYスライド機器利用のレーザースポット揺動走査概念図。The laser spot rocking | fluctuation scanning conceptual diagram of XY slide apparatus utilization in FIG. 図3におけるXYスライド機器利用のレーザースポット鋸歯走査概念図。The laser spot sawtooth scanning conceptual diagram of XY slide apparatus utilization in FIG. 本発明に係る第2の実施例におけるガルバノミラー機構使用のレーザー光スポット揺動走査型レーザーピーニング作業ユニットを示す縦断面図で、図10のC−C矢視方向を示す。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the laser beam spot rocking | fluctuation scanning type laser peening work unit using a galvano mirror mechanism in 2nd Example based on this invention, and shows the CC arrow direction of FIG. 図8においてA−A矢視方向から見た平面図。The top view seen from the AA arrow direction in FIG. 図8においてB−B矢視方向から切断した横断面図。The cross-sectional view cut | disconnected from the BB arrow direction in FIG. 図8における装置でのガルバノミラー機構利用のレーザー光スポット揺動走査概念図。The laser beam spot rocking | fluctuation scanning conceptual diagram using a galvanometer mirror mechanism with the apparatus in FIG. 本発明に係る第3の実施例におけるポリゴンミラー機構使用のレーザー光スポット走査型レーザーピーニング作業ユニットを示す正面図で、図13のB−B矢視方向を示す。13 is a front view showing a laser beam spot scanning laser peening operation unit using a polygon mirror mechanism in a third embodiment according to the present invention, and shows a direction of arrows BB in FIG. 図12におけるA−A矢視方向から見た側面図。The side view seen from the AA arrow direction in FIG. (a)は図13におけるB−B矢視方向を拡大して示す側面図で(b)のD−D矢視方向を示し、(b)は(a)のC−C矢視方向を切断して示す横断面図。(A) is the side view which expands and shows the BB arrow direction in FIG. 13, shows the DD arrow direction of (b), (b) cuts the CC arrow direction of (a). FIG. 図12におけるポリゴンミラー機構利用のレーザー光スポット鋸歯状走査の第1の例を示す概念図。FIG. 13 is a conceptual diagram showing a first example of laser beam spot sawtooth scanning using the polygon mirror mechanism in FIG. 図12におけるポリゴンミラー機構利用のレーザー光スポット鋸歯状走査の第2の例を示す概念図。FIG. 13 is a conceptual diagram showing a second example of laser beam spot sawtooth scanning using the polygon mirror mechanism in FIG. 本発明に係る第4の実施例における多関節腕利用のレーザー光スポット旋回走査型レーザーピーニング作業ユニットを示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows the laser beam spot turning scanning type | mold laser peening operation | work unit using the articulated arm in 4th Example based on this invention. 図17における多関節腕利用のレーザー光スポット旋回走査を示す概念図。FIG. 18 is a conceptual diagram showing laser beam spot turning scanning using the articulated arm in FIG. (a)はレーザーピーニング法による原理を説明するための模式図、(b)は加工の状態を示す模式図。(A) is a schematic diagram for demonstrating the principle by a laser peening method, (b) is a schematic diagram which shows the state of a process.

符号の説明Explanation of symbols

1…透明液体、2…被加工物、3…パルスレーザー光、4…プラズマ、5…衝撃力、6…
圧縮残留応力、7…原子炉圧力容器、8…ワイヤ、9…炉心、10…上部格子板、11…上部
格子板開口部、12…炉心支持板、13…折りたたみ式アーム、13a…リンク式アーム装置、
14…補修作業装置、15…シュラウド、16…上部ケース、17…下部ケース、18…炉心支持板
開口部、19…制御棒駆動装置ハウジング、20…補修作業ユニット取付け台、21…上部ケー
ス案内装置、22…下部ケース案内装置、23…固定用脚、24…補修作業ユニット搬送装置、
25…据付け案内装置、26…隔壁、27…原子炉ピット、28…上部格子板下方室、29…エアシ
リンダ、30…アーム、31…ワイヤ、32…滑車、33…バランサ、34,35…エアシリンダ、36
…結合棒、37…上部ベアリング、38…組歯車、39…モータ、40…下部ベアリング、41…レ
ーザーピーニング作業ユニット、42…長手方向掃引ユニット、43…幅方向掃引ユニット、
44…取付け構造、45…光ファイバー接続構造、46…第1の側板構造、47…接続棒、48…ス
クリューネジ、49…組歯車、50…第1の駆動装置、51…第2の側板構造、52…ボールネジ
構造、53…接続構造、54…接続棒、55…スクリューネジ、56…第2の駆動装置、57…枠構
造、58…ボールネジ構造、59…枠構造、60…集光反射鏡、61…第1反射鏡、62…第2反射
鏡、63…第3反射鏡、64…端部構造、65…組レンズ、66…押えリング、67…スペーサ、68
…押え板、69…光ファイバー、70…レーザー光、71…組レンズ、72…壁、73…脚、74…取
付け構造、75…幅方向掃引、76…長手方向掃引、77…スポット径、78…レーザー光スポッ
ト、79…矩形波状掃引軌跡、80…鋸歯状軌跡、81…レーザーピーニング作業ユニット(ガ
ルバノミラー使用)、82…長手方向掃引ユニット、83…幅方向掃引ユニット、84…取付け
構造、85…2枚の側板、86…接続棒、87…スクリューネジ、88…組歯車、89…駆動装置、
90…枠構造、91…ボールネジ構造、92…枠構造、93…集光反射鏡、94…ガルバノミラー、
95…第1反射鏡、96…駆動装置、97…組歯車、98…掃引軌跡、99…揺動、100 …レーザー
ピーニング作業ユニット(ポリゴンミラー使用)、101 …取付構造、102…2枚の端板構
造、103 …スクリューネジ、104 …スライド棒、105 …移動板、106 …ボールネジ、107
…駆動装置、108 …取付台、109 …大径スプリング、110 …組レンズ、111 …偏光ミラー
、112 …ミラー、113 …ポリゴンミラー、114…爪、115 …アクチュエータ、116 …シリ
ンダ、117 …シリンダの爪、118 …小径スプリング、119 …ビームダンパ、120 …アクチ
ュエータ取付構造、121 …掃引軌跡、122 …第1のミラー、123 …第2のミラー、124 …
第3のミラー、125…レーザーピーニング作業ユニット(多関節腕利用)、126 …旋回構
造、127 …スライド構造、128 …光ファイバー接続構造、129 …取付構造、130 …駆動装
置、131 …組歯車、132 …ベアリング、133 …水圧シリンダ構造、134 …組レンズ、135
…第3反射鏡、136 …第2反射鏡、137 …第1反射鏡、138 …集光反射鏡、139 …掃引軌
跡。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transparent liquid, 2 ... Workpiece, 3 ... Pulse laser beam, 4 ... Plasma, 5 ... Impact force, 6 ...
Compressive residual stress, 7 ... Reactor pressure vessel, 8 ... Wire, 9 ... Core, 10 ... Upper lattice plate, 11 ... Upper lattice plate opening, 12 ... Core support plate, 13 ... Foldable arm, 13a ... Link arm apparatus,
14 ... Repair work device, 15 ... Shroud, 16 ... Upper case, 17 ... Lower case, 18 ... Core support plate opening, 19 ... Control rod drive housing, 20 ... Repair work unit mounting base, 21 ... Upper case guide device 22 ... Lower case guide device, 23 ... Fixing leg, 24 ... Repair unit transport device,
25 ... Installation guide device, 26 ... Bulkhead, 27 ... Reactor pit, 28 ... Upper lattice plate lower chamber, 29 ... Air cylinder, 30 ... Arm, 31 ... Wire, 32 ... Pulley, 33 ... Balancer, 34, 35 ... Air Cylinder, 36
... Connecting rod, 37 ... Upper bearing, 38 ... Built gear, 39 ... Motor, 40 ... Lower bearing, 41 ... Laser peening unit, 42 ... Longitudinal sweep unit, 43 ... Width sweep unit,
44 ... Mounting structure, 45 ... Optical fiber connection structure, 46 ... First side plate structure, 47 ... Connection rod, 48 ... Screw screw, 49 ... Assembly gear, 50 ... First drive unit, 51 ... Second side plate structure, 52 ... Ball screw structure, 53 ... Connection structure, 54 ... Connection rod, 55 ... Screw screw, 56 ... Second drive device, 57 ... Frame structure, 58 ... Ball screw structure, 59 ... Frame structure, 60 ... Condensing reflector, 61 ... 1st reflecting mirror, 62 ... 2nd reflecting mirror, 63 ... 3rd reflecting mirror, 64 ... End structure, 65 ... Assembly lens, 66 ... Holding ring, 67 ... Spacer, 68
... presser plate, 69 ... optical fiber, 70 ... laser light, 71 ... pair lens, 72 ... wall, 73 ... leg, 74 ... mounting structure, 75 ... sweep in width direction, 76 ... sweep in longitudinal direction, 77 ... spot diameter, 78 ... Laser spot, 79 ... Square wave sweep locus, 80 ... Sawtooth locus, 81 ... Laser peening unit (using galvano mirror), 82 ... Longitudinal sweep unit, 83 ... Width direction sweep unit, 84 ... Mounting structure, 85 ... 2 side plates, 86 ... connecting rod, 87 ... screw screw, 88 ... assembled gear, 89 ... driving device,
90 ... Frame structure, 91 ... Ball screw structure, 92 ... Frame structure, 93 ... Condensing reflector, 94 ... Galvano mirror,
95 ... First reflecting mirror, 96 ... Drive device, 97 ... Built gear, 98 ... Sweep trajectory, 99 ... Oscillation, 100 ... Laser peening unit (using polygon mirror), 101 ... Mounting structure, 102 ... Two edges Plate structure, 103 ... Screw screw, 104 ... Slide rod, 105 ... Moving plate, 106 ... Ball screw, 107
... Drive device, 108 ... Mounting base, 109 ... Large spring, 110 ... Complement lens, 111 ... Polarizing mirror, 112 ... Mirror, 113 ... Polygon mirror, 114 ... Nail, 115 ... Actuator, 116 ... Cylinder, 117 ... Claw, 118 ... Small diameter spring, 119 ... Beam damper, 120 ... Actuator mounting structure, 121 ... Sweep trajectory, 122 ... First mirror, 123 ... Second mirror, 124 ...
Third mirror 125 ... Laser peening unit (using multi-joint arm), 126 ... Swivel structure, 127 ... Slide structure, 128 ... Optical fiber connection structure, 129 ... Mounting structure, 130 ... Drive device, 131 ... Built gear, 132 ... Bearing, 133 ... Hydraulic cylinder structure, 134 ... Assembly lens, 135
... 3rd reflecting mirror, 136 ... 2nd reflecting mirror, 137 ... 1st reflecting mirror, 138 ... Condensing reflecting mirror, 139 ... Sweep locus.

Claims (5)

原子炉圧力容器の上部から第1のワイヤで吊り下げて炉心上部の上部格子板の開孔部を通過させて炉心中部の炉心支持板に回転自在に設置される上部ケースと、前記上部ケースに上下動自在に付設され前記原子炉圧力容器の径方向に出し入れするアームを展開し折りたたむ折りたたみ式アームと、を含むリンク式アーム装置と、
このアームの先端に取り付けられた補修作業装置取付け台と、
前記原子炉圧力容器の上部から第2のワイヤで吊り下げて前記上部格子板の他の開孔部の上面に固定される補修作業ユニット搬送装置と、
この補修作業ユニット搬送装置に取り付けられ前記補修作業装置取付け台に受け渡される、可視光のパルスレーザー光を一定範囲ずつ揺動走査しながら照射して原子炉シュラウドの内面の加工を行う補修作業装置と、
を有することを特徴とする構造物の補修装置。
An upper case that is suspended from the upper part of the reactor pressure vessel with a first wire and passes through the apertures of the upper lattice plate at the upper part of the core and is rotatably installed on the core support plate in the middle part of the core. A link-type arm device including a foldable arm that is attached to be movable up and down and expands and folds an arm that moves in and out in a radial direction of the reactor pressure vessel;
Repair work equipment mounting base attached to the tip of this arm;
A repair work unit transporting device that is suspended from the top of the reactor pressure vessel with a second wire and fixed to the upper surface of the other aperture of the upper lattice plate;
A repair work device for processing the inner surface of the reactor shroud by irradiating a pulse laser beam of visible light while oscillating and scanning a fixed range at a time, which is attached to the repair work unit transfer device and delivered to the repair work device mounting base. When,
Repair device of a structure, characterized in that it comprises a.
前記リンク式アーム装置は、炉心下部の制御棒駆動装置ハウジングの上部に設置される下部ケースをさらに有することを特徴とする請求項1記載の構造物の補修装置。 2. The repair apparatus for a structure according to claim 1, wherein the link type arm device further includes a lower case installed on an upper portion of a control rod drive device housing below the core . 前記補修作業装置は、光ファイバーから送られてくる前記パルスレーザー光を反射させる反射鏡を長手方向および幅方向に掃引する長手方向掃引ユニットおよび幅方向掃引ユニットと、これらのユニットを駆動する駆動機構とを備えてなることを特徴とする請求項1記載の構造物の補修装置。 The repair work device includes a longitudinal direction sweep unit and a width direction sweep unit that sweep a reflecting mirror that reflects the pulse laser beam sent from an optical fiber in the longitudinal direction and the width direction, and a drive mechanism that drives these units. The apparatus for repairing a structure according to claim 1, comprising: 前記補修作業装置で用いられるパルスレーザー光のパルス幅が、10psec以上1μsec以下に設定されてなること、を特徴とする請求項1記載の構造物の補修装置。 2. The repair apparatus for a structure according to claim 1 , wherein a pulse width of the pulse laser beam used in the repair work apparatus is set to 10 psec or more and 1 [mu] sec or less . 前記補修作業装置で用いられるパルスレーザー光が、パルスあたりのエネルギーをE、パルス時間幅をt、前記構造物の表面でのレーザースポット面積をSとしたとき、10When the pulse laser beam used in the repair work apparatus has an energy per pulse as E, a pulse time width as t, and a laser spot area on the surface of the structure as S, 10 6 <E/(t×S)<10<E / (t × S) <10 1212 の条件を満足するように設定されてなること、を特徴とする請求項1又は2記載の構造物の補修装置。The structure repairing device according to claim 1, wherein the repairing device is configured to satisfy the following condition.
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