JP4037588B2 - 原子炉制御棒の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接またはＴＩＧ溶接により部品相互を接合するようにした原子炉の制御棒の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の圧力容器の内部構造として、その一例を模式的に示すと、図２４のような構造のものがある。以下その概略について説明する。
【０００３】
図２４において、冷却材である水は、炉心下部より燃料を含む燃料棒１の間隙を上昇しながら加熱されて沸騰する。原子炉の出力は制御棒２の引き抜きまたは挿入にともない変化する。この場合、制御棒２を引き抜くと反応度が増し、また制御棒２を挿入すると反応度が減少する。
【０００４】
ここで、上記制御棒２の構造の一例を図２５に模式的に示す斜視図により説明する。制御棒２は、図２５（ａ）に示すように大きく分けてブレード３と、このブレード３の上端に取付けられたハンドル４と、ブレード３の下端部に取付けられた下部ブレード５とからなり、特にブレード３は、図２５（ｂ）に示すように中性子吸収材６とこれを収納するシース７、このシース７内の中性子吸収材６間に水が流れる部分を確保するために挿入されたコマ８により構成されている。
【０００５】
また、ブレード３は４枚一組として各々の接合端をタイロッド９にセットし、全体が十字形となるように接合されている。
【０００６】
ところで、従来このような原子炉の制御棒２を製造するには、次のような方法により行っていた。図２６は制御棒の製造手順の一例を示すものである。
【０００７】
図２６に示すようにシース７の外周を切断し、水抜き穴を切断した後、シース７をコの字形に曲げ加工を実施する。そして、コの字形になったシース端面揃えを行った後、シース７の内側に中性子吸収材６である炭化硼素（Ｂ4Ｃ）を入れたチューブを挿入してブレード３を組み立てる。
【０００８】
上記方法で製作したフレームにブレードを固定して制御棒を組み立て、これにタイロッド及びハンドル、下部ブレードの溶接を実施し、最後にワイヤブラシなどを用いて仕上げを実施する。
【０００９】
なお、中性子吸収材にＢ4Ｃを用いるタイプではコマ８は採用されていない。
【００１０】
以上は中性子吸収材にＢ4Ｃを用いる場合であるが、次に中性子吸収材にハフニウム（Ｈｆ）を用いるタイプについて述べる。
【００１１】
図２６に示すようにシース７の外周を切断し、水抜き穴を切断した後、シース７をコの字形に曲げ加工を実施する。そして、コの字形になったシース７の端面を揃えた後シース７の内側に中性子吸収材６であるＨｆ板とコマ８を挿入した後、シース７とコマ８との溶接を実施して、ワイヤブラシにより仕上げをしてブレード３を完成させる。
【００１２】
上記方法で製作したブレード３にタイロッド９、ハンドル４、下部ブレード５を組み立てて溶接を実施し、最後にワイヤブラシを用いて仕上げを実施する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように原子炉の制御棒を製造する場合、シース７の切断、曲げ加工を行ってブレード３を組立て、またタイロッド９、ハンドル４、下部ブレード５の各フレームを組立てた後、これらブレード３、タイロッド９、ハンドル４、下部ブレード５の溶接及びシース７とコマ８との溶接を実施している。
【００１４】
従来、これら各部品の溶接には、手動によるＴＩＧ溶接が用いられている。このＴＩＧ溶接は不活性ガス雰囲気中で非消耗性のタングステン電極と母材との間にアークを発生させて溶融する方法である。
【００１５】
しかし、この手動によるＴＩＧ溶接は、入熱量が大きいため、加工後の変形が大きく、特に溶接変形は顕著であり、その変形を矯正しながら溶接することも多い。また、溶接の加工速度が遅いため、生産性が低いという問題もある。
【００１６】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、入熱量を少なくして加工後の変形を抑制することができ、且つ溶接速度を上げて生産性を向上させることができる原子炉の制御棒の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような方法及び装置により原子炉の制御棒を製造するものである。
【００１８】
（１）中性子吸収材、コマ、シースからなるブレードを有する原子炉の制御棒の製造方法において、シースに水抜き穴とコマ用穴を切断加工により設けると共に、外周を切断した後、シースを曲げ加工により形成された凹部間に中性子吸収材とコマを挟み、シースのコマ用穴とコマをレーザ光により溶接を行って一体のブレードを形成し、このブレードとハンドルとをレーザ光により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレードとをレーザ光を用いて溶接を行った後に各溶接部をワイヤブラシなどにより表面仕上げを行う。
【００１９】
（２）中性子吸収材、シースからなるブレードを有する原子炉の制御棒の製造方法において、シースに水抜き穴を設け、外周を切断した後、シースを曲げ加工により形成された凹部間に中性子吸収材を挟んで一体のブレードを形成し、このブレードとハンドルとをレーザ光により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレードとをレーザ光を用いて溶接を行った後に各溶接部をワイヤブラシなどにより表面仕上げを行う。
【００２０】
このような方法で制御棒を製造することにより、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができる。さらに、溶接の加工速度を早くすることで、生産性を上げることができる。
【００２１】
（３）上記溶接で、開先線を確実に溶融させ、且つシース裏面の裏波ビードを確保するため、開先位置直上または開先位置から平行に２mm以内でずらした位置にＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レーザ光を照射する。また、１パスまたは１パス目の狙い位置から２パス目以降の狙い位置を０．１〜２mmの範囲でずらし数パスラップさせ、またはレーザ光を直径２mm以内で円運動した状態で前進させた状態で照射する。さらに、レーザ光を円運動させるには、集光レンズの前にプリズムを入れ、このプリズムをレーザ光の軸を中心に回転させながら、回転状態のプリズムにレーザ光を照射することにより、集光レンズに対してレーザ光が回転しながら入射する。
【００２２】
このような方法とすることで、いずれも開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保できる。
【００２３】
（４）その他の方法として、ブレードとタイロッド、またはブレードとハンドル、またはブレードと下部ブレードとをレーザ光により溶接を実施するに際して、タイロッド、またはハンドル、または下部ブレードに２本スリットを設け、そのスリットにブレードの凸部を差込み、ブレードとタイロッドの境界、またはブレードとハンドルの境界、またはブレードと下部ブレードの境界を狙ってレーザ光を照射する。
【００２４】
このような方法とすることで、いずれも開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保できるだけでなく、ブレードの加工精度により開先線がずれることがなくなるため、開先線へのレーザ光の照射を確実なものにすることができる。
【００２５】
（５）加工ヘッドにＣＣＤカメラを取付け、このＣＣＤカメラを加工ヘッドごと設計上の開先位置まで移動し、ＣＣＤカメラにより溶接部付近の撮像し、その画像から画像処理装置により実際の開先位置を検出し、即ち、シースのコマ用穴とコマの溶接では開先位置からコマの中心座標を検出し、あるいはブレードとタイロッドの溶接、ブレードとハンドルの溶接、ブレードと下部ブレードの溶接では開先位置からそれぞれの溶接の始点から終点を検出し、演算処理装置により実際の開先位置と設計上の開先位置を比較してレーザ光の照射位置のずれを計算し、このレーザ光の照射位置のずれ量に加工ヘッドとＣＣＤカメラとのオフセット量を加えた距離だけ加工ヘッドを移動した後、レーザ光を照射する。
【００２６】
このような制御棒の製造装置とすれば、設計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードが確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。また、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができる。さらに、溶接の加工速度を早くすることで、生産性を上げることができる。
【００２７】
（５）一方、中性子吸収材、コマ、シースからなるブレード、または中性子吸収材、シースからなるブレードと、このブレードを固定するタイロッド、このタイロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレードからなる原子炉の制御棒の製造装置において、前記制御棒を構成する各被溶接物をセットし、溶接を実施するための加工テーブルと、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レーザ光を出力するレーザ発振器と、このレーザ発振器より発振するレーザ光を伝送すると共に、集光レンズにより前記被溶接物に収束させる光学系を有する加工ヘッドと、この加工ヘッドに取付けられ、前記被溶接物の開先近傍を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラにより撮像された画像から開先位置を検出する画像処理装置と、この画像処理装置から得られる開先位置と前記設計上の開先位置とを比較し、そのずれを計算する演算処理装置と、この演算処理装置により求められた開先位置のずれに前記ＣＣＤカメラと加工ヘッドの間のオフセット量を加えた分だけ前記加工ヘッドまたは加工テーブルを移動させるサーボモータと、このサーボモータを駆動制御する制御手段とを備え、前記加工ヘッドと加工テーブルを少なくとも２台ずつ設け、前記レーザ発振器と前記加工ヘッドとの間に可動式のミラーを設ける。
【００２８】
このような制御棒の製造装置とすれば、溶接工程の自動化が可能であり、また開先位置を調整することにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。また、入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができ、さらに溶接の加工速度を早くすることにより、生産性を上げることができる。
【００２９】
（６）原子炉の制御棒の製造方法において、シースに水抜き穴、コマ用穴を切断加工により設けると共に、外周を切断した後、シースを曲げ加工により形成された凹部間に吸収材とコマを挟み、シースのコマ用穴とコマをＴＩＧ溶接により溶接を行って一体のブレードを形成し、このブレードとハンドルとをＴＩＧ溶接により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレードとをＴＩＧ溶接方法を用いて溶接を行った後に各溶接部をワイヤブラシ等により表面仕上げを行う。
【００３０】
このような方法で制御棒を製造することにより、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができる。さらに、２つの溶接トーチを同時に使用することにより、生産性を上げることができる。
【００３１】
（７）上記溶接で、開先線を確実に溶融させ、且つシース裏面の裏波ビードを確保するため、開先位置直上または開先位置から平行に３mm以内でずらした位置に自動ＴＩＧ溶接を実施する。
【００３２】
このような方法とすることで、いずれも開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保できる。
【００３３】
（８）加工ヘッドにＣＣＤカメラを取付け、このＣＣＤカメラを加工ヘッドごと設計上の開先位置まで移動し、ＣＣＤカメラにより溶接部付近の撮像し、その画像から画像処理装置により実際の開先位置を検出し、即ち、シースのコマ用穴とコマの溶接では開先位置からコマの中心座標を検出し、あるいはブレードとタイロッドの溶接、ブレードとハンドルの溶接、ブレードと下部ブレードの溶接では開先位置からそれぞれの溶接の始点から終点を検出し、演算処理装置により実際の開先位置と設計上の開先位置を比較して溶接トーチのずれを計算し、この溶接トーチのずれ量に溶接トーチとＣＣＤカメラとのオフセット量を加えた距離だけ溶接トーチを移動した後、ＴＩＧ溶接を実施する。
【００３４】
このような制御棒の製造装置とすれば、設計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードが確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。また、溶接速度が安定することにより溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができると共に、２つの溶接トーチを同時に使用することで、生産性を上げることができる。
【００３５】
（９）吸収材、コマ、シースからなるブレードと、このブレードを固定するタイロッド、このタイロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレードからなる原子炉の制御棒の製造装置において、ブレードを２枚の金属板からなり、溶接開先部分のみＴＩＧ溶接トーチがアクセス出来るように開口している冷やし金で挟み込むことにより、溶接による熱を吸収し溶接変形を大幅に抑えることができる。
【００３６】
（１０）吸収材、コマ、シースからなるブレードと、このブレードを固定するタイロッド、このタイロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレードからなる原子炉の制御棒の製造装置において、前記制御棒を構成する各被溶接物をセットし、溶接を実施するための加工テーブルと、ＴＩＧ溶接トーチとこのＴＩＧ溶接トーチに取付けられ、前記被溶接物の開先近傍を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラにより撮像された画像から開先位置を検出する画像処理装置と、この画像処理装置から得られる開先位置と前記設計上の開先位置とを比較し、そのずれを計算する演算処理装置と、この演算処理装置により求められた開先位置のずれに前記ＣＣＤカメラとと加工ヘッドの間のオフセット量を加えた分だけ前記加工ヘッドまたは加工テーブルを移動させるサーボモータと、このサーボモータを駆動制御する制御手段とを備え、前記ＴＩＧ溶接トーチと加工テーブルを少なくとも２台ずつ設ける。
【００３７】
このような制御棒の製造装置とすれば、溶接工程の自動化が可能であり、また開先位置を調整することにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。また、入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができ、さらに２つのＴＩＧ溶接トーチを同時に使用することにより、生産性を上げることができる。
【００３８】
（１１）さらに、シースの水抜き用穴、コマ用穴、外周の切断を、高圧窒素ガスを用いたレーザ切断により実施することにより、切断面は無酸化の状態となるので機械的加工による切断面と同等となり、加工精度も機械加工と同等であるが、加工速度は機械加工よりレーザ切断の方が大幅に早いため、生産性を上げることができる。
【００３９】
（１２）シースを曲げる工程において、タイロッドと接合する端面が不揃いになりやすいため、機械的加工より加工速度が早く、加工精度が機械加工と同等の高圧窒素ガスを用いたレーザ切断により不揃い部分を除去することにより、生産性を大幅に上げることができる。
【００４０】
（１３）前記と同様にシースを曲げる工程において、タイロッドと接合する端面が不揃いになりやすいため、機械加工より処理時間の早いシャー切断により不揃い部分を除去することにより、生産性を大幅に上げることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４２】
図１は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第１の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｈｆを用いる。
【００４３】
まず、レーザ光を用いて、シース７には中性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、中性子吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【００４４】
このようにシース外周の切断及び穴明け切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００４５】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成し、このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収材６を挿入した後、コマ８とシース７とをレーザ光により溶接する。
【００４６】
この場合、コマ８を用いているのは、中性子吸収材６の固定とシース７と中性子吸収材６との間隙を確保するためである。
【００４７】
ここで、コマ８とシース７のレーザ光による加工条件の一例を図２（ａ），（ｂ）に示す。
【００４８】
ここで、図２（ａ）はパルス振幅発振のときの条件であり、同図（ｂ）は連続発振のときの条件である。いずれもＹＡＧレーザのものであり、連続発振の方が溶接は安定する傾向にあるが、どちらを適用しても良い。
【００４９】
図３はレーザ照射位置を模式的に示すものである。レーザ照射位置は、図３（ａ）に示すようにコマ８に対応するシース７の開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、（ｂ）に示すように開先から０．１〜２．０mmの範囲内でずらしても良い。
【００５０】
また、ビード幅が狭い場合には、図３（ｃ）に示すように開先直上か、または開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方法もある。すなわち、１パスまたは１パス目の狙い位置から０．１〜２．０mmの範囲でずらして数パスラップさせる。
【００５１】
図４はレーザ光を円運動させながら照射するためのレーザ照射位置を模式的に示す。レーザ光を直径２mm以内で円運動させながら前進させながら照射する。
【００５２】
図３、図４で示す方法により、広幅で安定なビードが得られ、開先線を確実に溶融させ、裏面の裏波ビードを確保できる。
【００５３】
このレーザ光を円運動させる方法として、加工ヘッドまたは加工テーブルを機械的に回転させる方法もある。しかし、この機械的な方法を採用すると、加工速度を数ｍ／ｍｉｎ程度まで増加させた場合、円運動がいびつになる。
【００５４】
図５はプリズムを使ってレーザ光を回転させるための装置の概略構成を示すものである。図５において、２０は加工ヘッドで、この加工ヘッド２０のレーザ入射部にはレーザ発振器からレーザ光を導く光ファイバー１０が接続され、加工ヘッド内にはレーザ入射部側から出射部側に向かって長焦点レンズ１１、プリズム１２、集光レンズ１３が適宜の間隔を存して保持部材によりそれぞれ保持されている。この場合、プリズム１２を保持する保持部材は、周面に歯部を有する回転体に回転自在に支持され、加工ヘッド２０の外周に設けられたモータ１５によりギア１４を回転させ、この回転をギア１４と噛合する歯部を介して回転体に伝達可能になっている。また、２７はプリズム１２の回転速度を制御するコントローラである。
【００５５】
このようなレーザ光回転装置において、ＹＡＧレーザの場合、発振器からＹＡＧレーザ光を光ファイバー１０を通して加工ヘッド２０まで導く。このレーザ光は加工ヘッド２０内で、長焦点レンズ１１により平行光となってプリズム１２に導かれ、さらに集光レンズ１３を通して加工面に照射される。
【００５６】
このとき、プリズム１２をモータ１５によりギア１４を回転させることにより、数ｍ／ｍｉｎの高速で焦点位置を数mmの範囲で回転させることができる。
【００５７】
上記はＹＡＧレーザの場合の構成であるが、ＣＯ2レーザの場合にも同様のレーザ光回転装置によりレーザ光を円運動させることができる。
【００５８】
図６はＣＯ2レーザの場合の構成例を示すもので、ＹＡＧレーザの場合の構成と異なる部分は長焦点レンズ１１がない他は図５と同様である。
【００５９】
次に溶接に用いる治具について図７により説明する。
【００６０】
本治具は、図７（ａ），（ｂ）に示すように全体が銅で構成され、シース７を挟み込むようにその上下面に配置され、レーザ溶接時の冷し金１６として使用される。この冷し金１６の両面にはコマ８の位置に対応させて逆コーン状の穴１６ａが設けられ、コマ７の溶接時に図５又は図６の加工ヘッド２０がアクセスできるようにしてある。
【００６１】
なお、この冷し金１６は後述するタイロッドへの溶接にも使用される。
【００６２】
最後に溶接後のビード表面をワイヤブラシ仕上げにより滑らかにする。
【００６３】
上記の方法にて、中性子吸収材６、コマ８をシース７内に収納し、一体化したものをブレード３と呼ぶ。
【００６４】
次にタイロッド９に４枚のブレード３をセットし、ハンドル４並びに下部ブレード５も各々セットする。
【００６５】
図８はこれらを固定治具１７にセットした状態を示すものである。
【００６６】
図８に示すように、少なくとも３個以上の固定治具１７を用いて、ブレード３、ハンドル４並びに下部ブレード５をタイロッド９にセットする。この場合、固定治具１７は図９に示すように上下に２等分に分割され、その上半部１７ａと下半部１７ｂの間に４枚のブレード３とその中心部に十字形のタイロッド９をセットする。また、ハンドル４に近い方の固定治具１７の外周面に歯部が形成され、この歯部に噛合させたギア１８にモータ１９が接続され、このモータ１９により固定治具１７に回転力を伝達して加工位置が変更可能になっている。
【００６７】
また、タイロッド９とブレード３は全線が開先ではなく、図８（ａ）に拡大して示すように溶接開先長さは３〜８ｃｍ程度で、溶接しない個所は冷却材である水が通るようにシース７とタイロッド９が離れた状態になっている。
【００６８】
さらに、タイロッド９は同図（ｂ）に断面で示すように、シース７との位置合せが容易なようにインローが設けられ、図示矢印で示した位置を開先とする。
【００６９】
その他の方法として，同図（ｃ）に示すように，ブレード３とタイロッド９とをレーザ光により溶接を行なうとき、ブレード３とタイロッド９との固定を確実にし、かつブレードの加工精度により開先線がずれを防止し、且つ開先線へのレーザ光の照射を容易かつ確実なものとするため、タイロッド９に２本スリットを設け、そのスリットにブレード３の凸部を差込む。同図（ｄ）に断面で示すように、レーザ光をブレード３とタイロッド９の境界である図示矢印で示した位置をねらって照射する。
【００７０】
図１０はこのような状態にセットされた制御棒の各構成部品において、２台の溶接機によりタイロッド９に各ブレードを溶接する場合のシステム構成例を示す平面図である。図１０において、５１は加工ヘッド２０を径方向と長手方向に駆動するヘッド駆動機構、５２はこのヘッド駆動機構５１を通してタイロッド９にブレード３の端面を溶接する溶接機、５３はこれら溶接機５２及びヘッド駆動機構５１を制御する制御装置である。
【００７１】
次にタイロッド９を溶接するための溶接条件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じであり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲内でずらしても良い。
【００７２】
また、ビード幅が狭い場合には開先直上かまたは開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いずれの方法も図３、図４で示したコマ８の溶接と同様なので、ここではその説明を省略する。
【００７３】
また、溶接変形を低減する目的で冷し金１６を加工ヘッド２０と干渉しない場所、ここでは垂直方向の上下部に存するブレード３にセットしてある。
【００７４】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。そして、溶接後の表面はワイヤブラシ仕上げにより滑らかにする。
【００７５】
このように本発明の第１の実施の形態では、原子炉の制御棒の製造方法において、シース７に水抜き穴、コマ用穴、外周を切断してシース７を曲げ加工して曲げ、この曲げ加工を実施したシース７の間に中性子吸収材６とコマ８を挟み、シース７のコマ用穴とコマ８とをレーザ光により熔接を行って一体のブレード３を形成し、次にブレード３とタイロッド９とをレーザ光により溶接を行い、続いてブレード３とハンドル４もレーザ光により溶接を行い、さらにブレード３と下部ブレード５とをレーザ光により溶接を行った後、各溶接部をワイヤブラシにより仕上げている。
【００７６】
従って、原子炉制御棒の溶接にＹＡＧレーザ光を用いることにより溶接時の入熱量を低くできるので、加工後の変形を抑制することができる。さらに、ＴＩＧ溶接に比べ溶接の加工速度を早くすることができるため、生産性を向上させることができる。
【００７７】
図１１は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第２の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｈｆを用いる。
【００７８】
まず、レーザ光を用いて、シース７には中性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、中性子吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【００７９】
このようにシース外周の切断及び穴明け切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００８０】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成し、このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収材６を挿入し、ブレード３の組み立てを行うが、第２の実施の形態では第１の実施の形態とは異なり、コマ８のレーザ光による溶接を行わず、ＴＩＧ溶接による仮付けのみとしておく。
【００８１】
この状態で、タイロッド９に４枚のブレードをセットし、ハンドル４並びに下部プレート５をそれぞれセットする。このセットの状態は、前述した図８に示す通りである。少なくとも３個以上の固定治具１７を用いて、ブレード３、ハンドル４並びに下部ブレード５をタイロッド９にセットする。この場合、固定治具１７は図９に示すように２等分に上下に分割され、その上半部１７ａと下半部１７ｂとの間に各部品をセットする。
【００８２】
また、タイロッド９はシース７との位置合せが容易なようにインローが設けられ、タイロッド９とシース７の境を開先としている。
【００８３】
次にタイロッド９を熔接するための溶接条件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じであり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲内でずらしても良い。
【００８４】
また、ビード幅が狭い場合には開先直上かまたは開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いずれの方法も図２、図３で説明した通りなので、ここではその説明を省略する。
【００８５】
また、溶接変形を低減する目的で、冷し金１６を加工ヘッド２０と干渉しない場所に存するブレード３にセットしてある。
【００８６】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。続けて、レーザ光を用いてコマ８の溶接を実施した後、その表面をワイヤブラシ仕
上げにより滑らかにする。
【００８７】
このような本発明の第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様のの作用効果を得ることができる。
【００８８】
図１２は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第３の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｂ４Ｃを用いる。Ｂ４Ｃを用いる制御棒はシース７の間隙を一定に保つコマ８を用いない点が特徴である。
【００８９】
まず、レーザ光を用いて、シース７には中性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【００９０】
このようにシース外周の切断及び穴あけ切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００９１】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成し、このコの字形の内側に中性子吸収材６を挿入し、ブレード３の組立てを行う。
この状態で、タイロッド９に４枚のブレードをセットし、ハンドル４並びに下部プレート５をそれぞれセットする。このセットの状態は、前述した図８に示す通りである。少なくとも３個以上の固定治具１７を用いて、ブレード３、ハンドル４並びに下部ブレード５をタイロッド９にセットする。この場合、固定治具１７は図９に示すように上下２等分に分割され、その上半部１７ａと下半部１７ｂとの間に各部品をセットする。
【００９２】
また、タイロッド９はシース７との位置合せが容易なようにインローが設けられ、タイロッド９とシース７の境を開先としている。
【００９３】
次にタイロッド９を熔接するための溶接条件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じであり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲内でずらしても良い。
【００９４】
また、ビード幅が狭い場合には開先直上かまたは開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いずれの方法も図３、図４で説明した通りなので、ここではその説明を省略する。
【００９５】
また、溶接変形を低減する目的で、冷し金１６を加工ヘッド２０と干渉しない場所に存するブレード３にセットしてある。
【００９６】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。
【００９７】
このような本発明の第３の実施の形態においても、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９８】
図１３は本発明の第４の実施の形態におけるコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。
【００９９】
図１３に示すように、シース７の上部からコマ溶接用の穴を通してコマ８が見える。そこで、加工ヘッド２０に取付けたＣＣＤカメラ２１を通して穴を確認する。
【０１００】
図１４は自動コマ溶接装置のブロック図を示すものである。図１４に示すように、ＣＣＤカメラ２１にて認識した穴の画像情報は、まず画像処理装置２２により形状情報に変換され、円の中心座標を認識し、この座標情報を演算処理装置２３に入力する。演算処理装置２３では、この座標と予め加工データとして蓄えられた穴の中心座標とを比較し、穴のずれ量を検出する。この情報はオペコン２４を通して数値制御装置２５にフィードバックされ、ＮＣサーボモータ２６を駆動する。
【０１０１】
図１５は自動コマ溶接のシーケンスを示すものである。
【０１０２】
図１５において、まず加工ヘッド２０を移動し、加工原点を決定する。これにはＣＣＤカメラ２１の加工原点も含む。あるコマの中心位置まで加工ヘッド２０を移動し、図１４に示したようにＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により位置ずれを検出する。この位置のずれ量に加工ヘッド２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ加工ヘッド２０を移動させる。
【０１０３】
このような状態で加工ヘッド２０の移動を開始し、ビーム照射を開始すると溶接が始まる。そして、溶接が終了するとビーム照射を停止し、加工ヘッド２０の移動も停止する。
【０１０４】
このようにしてブレードの片面のコマ溶接を終了すると、これとは反対側の片面のコマ溶接を実施する。
【０１０５】
以上はコマ溶接の場合であるが、タイロッド溶接の場合にも前述した図１３及び図１４に示した装置を用いて同様に実施できる。
【０１０６】
図１６は自動タイロッド溶接のシーケンスを示すものである。
【０１０７】
図１６において、まず加工ヘッド２０を移動し、加工原点を決定する。次に図８（ｄ），（ｅ）に拡大図として示すように、タイロッド９とシース７の溶接個所では、シース７側に凸部が、タイロッド９側にインローが設けられている。そのシース７の凸部の片側の端部、即ち加工の原点まで加工ヘッド２０を移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の始点の位置ずれを検出する。同様にシース７の凸部のもう片側の端部、即ち加工の終点まで加工ヘッド２０を移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の終点の位置ずれを検出する。そして、加工ヘッド２０を加工の始点のずれ量に加工ヘッド２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ移動する。
【０１０８】
このような状態で加工ヘッド２０の移動を開始し、ビーム照射を開始すると溶接が始まる。そして、溶接が終了するとビーム照射を停止し、加工ヘッド２０の移動も停止する。
【０１０９】
このようにしてブレードの片面のタイロッド溶接が終了すると、残り７面のタイロッド溶接を順次実施する。
【０１１０】
ただし、前述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、比較的溶接ビード幅が０．１〜２．０mmと狭い溶接では開先位置とレーザ照射位置とのずれが大きいと、レーザ光を用いた溶接そのものが困難になる。
【０１１１】
第４の実施の形態では、かかる問題を解消するため、加工ヘッド２０に取付けられたＣＣＤカメラ２１と画像処理装置２２により開先位置を検出し、レーザ光の照射位置を補正することで、精度良くコマ溶接及びタイロッド溶接が可能となり、溶接を自動化することができる。
【０１１２】
このように本発明の第４の実施の形態では、加工ヘッド２０にＣＣＤカメラ２１を取付け、数値制御（ＮＣ）によりＣＣＤカメラ２１ごと設計上の開先位置まで移動し、ＣＣＤカメラ２１により溶接部付近の画像をとり、その画像情報を画像処理装置２２に送り、この画像処理装置２２により画像から実際の開先位置を検出し、即ちシース７のコマ用穴とコマ８の溶接では開先位置からコマ８の中心座標を検出し、あるいはブレード３とタイロッド９の溶接、ブレード３とハンドル４の溶接、ブレード３と下部ブレード５の溶接では、開先位置からそれぞれの溶接の始点と終点を検出し、演算処理装置２３により実際の開先位置と設計上の開先位置を比較することにより、レーザ光の照射位置のずれを計算し、このレーザ光の照射位置のずれ量に加工ヘッド２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ加工ヘッド２０を移動した後で、レーザ光を照射するようにしたものである。
【０１１３】
従って、設計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。これにより、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑えることができる。さらに、溶接の加工速度を早くすることで、生産性を向上させることができる。
【０１１４】
図１７は本発明の第５の実施の形態におけるコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。なお、加工ヘッド部分の構成については図１３と同一なので、同一部品には同一符号を付して示す。
【０１１５】
図１７に示すように、少なくとも２台の加工テーブル２８上に載置されたシース７に対して、コマ溶接を実施する際、各々のシース７上に加工ヘッド２０がセッティングされる。
【０１１６】
一方、溶接機として設けられたレーザ発振器２９より出力されるレーザ光をその光路に配置された可変ミラー３０により反射させ、光ファイバー３１を通して一方の加工ヘッド２０に導き、この加工ヘッド２０より溶接個所にレーザ光を照射する。また、他方の加工ヘッド２０にレーザ光を導く場合には、可変ミラー３０をレーザ光と干渉しない位置に移動させた後、レーザ光路に配置された固定ミラー３２に反射させ、光ファイバー３１を通して他方の加工ヘッド２０に導き、この加工ヘッド２０より溶接個所にレーザ光を照射する。
【０１１７】
この場合、１台のレーザ発振器２９のレーザ光を少なくとも２台の加工ヘッドに対して別々の時間帯で使用する、いわゆる時間分光を実施可能にしてレーザ発振器を有効に活用できるようにしている。
【０１１８】
さらに、各加工ヘッド２０に取付けたＣＣＤカメラ２１にて認識した穴の画像情報に基いて自動制御でコマ溶接を行うための構成は、図１４及び図１５で述べた第３の実施の形態と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１１９】
従って、このような装置を用いることで、溶接工程の自動化が可能であり、且つ開先位置を調整することにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。
【０１２０】
図１８は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第６の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは吸収材として、Ｈｆを用いる。
【０１２１】
まず、レーザ光を用いて、シース７には吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【０１２２】
このようにシース外周の切断及び穴明け切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【０１２３】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成する。
【０１２４】
このとき、シース７のタイロッドと接合する端面側は不揃いになりやすいため、レーザ光を用いて不揃い部分を切断除去する。レーザ光の代わりにシェアで実施しても良い。
【０１２５】
このコの字形の内側にコマ８と吸収材６を挿入した後、コマ８とシース７とを自動ＴＩＧ溶接機により溶接する。
【０１２６】
この場合、コマ８を用いているのは、吸収材６の固定とシース７と中性子吸収材６の間隙を確保するためである。
【０１２７】
ここで、コマ８とシース７の自動ＴＩＧ溶接機による溶接条件の一例を図１９に示す。
【０１２８】
ＴＩＧ溶接機のトーチ位置は、第１の実施の形態で述べた図３（ａ）と同様にコマ８に対応するシース７の開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、（ｂ）に示すように開先から０．１〜３．０mmの範囲内でずらしても良い。
【０１２９】
図３で示す方法により、安定なビードが得られ、開先線を確実に溶融させ、裏面の裏波ビードを確保できる。
【０１３０】
次にＴＩＧ溶接に用いる治具は、図７と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１３１】
最後に溶接後のビード表面のグラインダ仕上げにより滑らかにする。
【０１３２】
上記の方法にて、吸収材６、コマ８をシース７内に収納し、一体化してブレード３とし、次にタイロッド９に４枚のブレード３をセットし、ハンドル４並びに下部ブレード５も各々セットする。
【０１３３】
これらを固定治具１７にセットした状態は図８（ａ）及び図９と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１３４】
また、タイロッド９とブレード３は全線が開先ではなく、図８（ｂ）に拡大して示すように溶接開先長さは３〜８ｃｍ程度で、溶接しない個所は冷却材である水が通るようにシース７とタイロッド９が離れた状態になっている。
【０１３５】
さらに、タイロッド９は同図（ｃ）に断面で示すように、シース７との位置合せが容易なようにインローが設けられ、図示矢印で示した位置を開先とする。
【０１３６】
このような状態にセットされた制御棒の各構成部品において、２台のＴＩＧ溶接機によりタイロッド９に各ブレードを溶接する場合のシステム構成は図１０と同様である。
【０１３７】
次にタイロッド９を溶接するための溶接条件は、前述した図１９で示した条件と同じであり、またＴＩＧ溶接トーチ２０の位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から３mmの範囲内でずらしても良い。
【０１３８】
また、溶接変形を低減する目的で冷し金１６を溶接トーチ２０と干渉しない場所、ここでは垂直方向の上下部に存するブレード３にセットしてある。
【０１３９】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。そして、溶接後の表面は表面仕上げにより滑らかにする。
【０１４０】
このように本発明の第６の実施の形態では、原子炉の制御棒の製造方法において、シース７に水抜き穴、コマ用穴、外周を切断してシース７を曲げ加工して曲げ、この曲げ加工を実施したシース７の間に吸収材６とコマ８を挟み、シース７のコマ用穴とコマ８とをＴＩＧ溶接機により溶接を行って一体のブレード３を形成し、次にブレード３とタイロッド９とをＴＩＧ溶接機により溶接を行い、続いてブレード３とハンドル４もＴＩＧ溶接機により溶接を行い、さらにブレード３と下部ブレード５とをレーザ光により溶接を行った後、各溶接部をワイヤブラシ等により仕上げている。
【０１４１】
従って、原子炉制御棒の溶接に自動ＴＩＧ溶接機を用いることにより溶接時の入熱量を低くできるので、加工後の変形を抑制することができる。さらに、２つの加工ヘッドに代わるＴＩＧ溶接トーチ２０を同時に使用することにより、生産性を向上させることができる。
【０１４２】
図２０は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第７の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは吸収材として、Ｈｆを用いる。
【０１４３】
まず、レーザ光を用いて、シース７には吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【０１４４】
このようにシース外周の切断及び穴明け切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【０１４５】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成する。
【０１４６】
さらに、このときにシース７のタイロッドと接合する端面側は不揃いになりやすいため、レーザ光を用いて不揃い部分を切断除去する。レーザ光の代わりにシェアで実施しても良い。
【０１４７】
このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収材６を挿入し、ブレード３の組立てを行うが、第７の実施の形態では第６の実施の形態とは異なり、コマ８のレーザ光による溶接を行わず、ＴＩＧ溶接による仮付けのみとしておく。
【０１４８】
この状態で、タイロッド９に４枚のブレードをセットし、ハンドル４並びに下部プレート５をそれぞれセットする。
【０１４９】
これらを固定治具１７にセットした状態は図８（ａ）及び図９と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１５０】
次にタイロッド９を溶接するための溶接条件は、前述した図１９で示した条件と同じであり、またＴＩＧ溶接トーチ２０の位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から３mmの範囲内でずらしても良い。
【０１５１】
また、溶接変形を低減する目的で、冷し金１６を溶接トーチ２０と干渉しない場所に存するブレード３にセットしてある。
【０１５２】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。続けて、レーザ光を用いてコマ８の溶接を実施した後、その表面を表面仕上げにより滑らかにする。
【０１５３】
このように本発明の第７の実施の形態においても、第６の実施の形態と同様のの作用効果を得ることができる。
【０１５４】
図２１は本発明の第８の実施の形態として自動ＴＩＧ溶接機によるコマ溶接を実施する場合のシーケンスを示すものである。
【０１５５】
なお、自動コマ溶接装置の構成及びその制御装置は図１３及び図１４と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１５６】
図２１において、まず加工ヘッドに代わる溶接トーチ２０を移動し、加工原点を決定する。これにはＣＣＤカメラ２１の加工原点も含む。あるコマの中心位置まで溶接トーチ２０を移動し、図１４に示したようにＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により位置ずれを検出する。この位置のずれ量に溶接トーチ２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ溶接トーチ２０を移動させる。
【０１５７】
このような状態で溶接トーチ２０の移動を開始し、ＴＩＧ溶接を開始すると溶接が始まる。そして、溶接が終了すると溶接アークが停止し、溶接トーチの移動も停止する。
【０１５８】
このようにしてブレードの片面のコマ溶接を終了すると、これとは反対側の片面のコマ溶接を実施する。
【０１５９】
以上はコマ溶接の場合であるが、タイロッド溶接の場合にも前述同様に実施できる。
【０１６０】
図２２は自動ＴＩＧ溶接機によるタイロッド溶接を実施する場合のシーケンスを示すものである。
【０１６１】
図２２において、まず加工ヘッドに代わる溶接トーチ２０を移動し、加工原点を決定する。次に図８（ｄ），（ｅ）に拡大図として示すように、タイロッド９とシース７の溶接個所では、シース７側に凸部が、タイロッド９側にインローが設けられている。そのシース７の凸部の片側の端部、即ち加工の原点まで図１４に示す溶接トーチ２０を移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の始点の位置ずれを検出する。同様にシース７の凸部のもう片側の端部、即ち加工の終点まで溶接トーチを移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の終点の位置ずれを検出する。そして、溶接トーチを加工の始点のずれ量に溶接トーチとＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ移動する。
【０１６２】
このような状態で溶接トーチ２０の移動を開始し、ＴＩＧ溶接を開始すると溶接が始まる。そして、溶接が終了すると溶接アークは停止し、溶接トーチの移動も停止する。
【０１６３】
このようにしてブレードの片面のタイロッド溶接が終了すると、残り７面のタイロッド溶接を順次実施する。
【０１６４】
ただし、前述した第６の実施の形態及び第７の実施の形態において、開先位置と溶接トーチ位置とのずれが大きいと、溶接そのものが困難になる。
【０１６５】
第８の実施の形態では、かかる問題を解消するため、溶接トーチ２０に取付けられたＣＣＤカメラ２１と画像処理装置２２により開先位置を検出し、溶接トーチの位置を補正することで、精度良くコマ溶接及びタイロッド溶接が可能となり、溶接を自動化することができる。
【０１６６】
このように本発明の第８の実施の形態では、溶接トーチ２０にＣＣＤカメラ２１を取付け、数値制御（ＮＣ）によりＣＣＤカメラ２１ごと設計上の開先位置まで移動し、ＣＣＤカメラ２１により溶接部付近の画像をとり、その画像情報を画像処理装置２２に送り、この画像処理装置２２により画像から実際の開先位置を検出し、即ちシース７のコマ用穴とコマ８の溶接では開先位置からコマ８の中心座標を検出し、あるいはブレード３とタイロッド９の溶接、ブレード３とハンドル４の溶接、ブレード３と下部ブレード５の溶接では、開先位置からそれぞれの溶接の始点と終点を検出し、演算処理装置２３により実際の開先位置と設計上の開先位置を比較することにより、ＴＩＧ溶接トーチの位置のずれを計算し、この溶接トーチ位置のずれ量に溶接トーチとＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ溶接トーチを移動した後で、ＴＩＧ溶接を実施するようにしたものである。
【０１６７】
従って、設計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。これにより、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑えることができる。さらに、２つの溶接トーチを同時に使用することで、生産性を向上させることができる。
【０１６８】
図２３は本発明の第９の実施の形態におけるコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。なお、加工ヘッド部分の構成については図２５と同一なので、同一部品には同一符号を付して示す。
【０１６９】
図２３に示すように、少なくとも２台の加工テーブル２８上に載置されたシース７に対して、コマ溶接を実施する際、各々のシース７上にＴＩＧ溶接機２９の溶接トーチ２０がセッティングされる。
【０１７０】
さらに、各溶接トーチに取付けたＣＣＤカメラ２１にて認識した穴の画像情報に基いて自動制御でコマ溶接を行うための構成は、図１４及び図２１で述べた第８の実施の形態と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１７１】
従って、このような装置を用いることで、溶接工程の自動化が可能であり、且つ開先位置を調整することにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。
【０１７２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、レーザ光による溶接を実施することにより、入熱量を少なくして加工後の変形を抑制することができ、且つ溶接速度を上げて生産性を向上させることができる原子炉の制御棒とその製造方法及び製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第１の実施の形態を示す工程図。
【図２】（ａ）はパルス振幅発振のときの条件、（ｂ）は連続発振のときの条件を説明するための図。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は同実施の形態において、レーザ照射位置又はＴＩＧ溶接津トーチ位置を示す模式図。
【図４】同実施の形態において、レーザ光を回転させたときのレーザ照射位置を示す模式図。
【図５】同実施の形態において、プリズムを使ってＹＡＧレーザ光を回転させるための装置の概略構成を示す断面図。
【図６】同実施の形態において、プリズムを使ってＣＯ2レーザ光を回転させるための装置の概略構成を示す断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は同実施の形態で、溶接に用いる固定治具を示す平面図及び断面図。
【図８】（ａ）は同じく固定治具全体のセット状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のブレードとタイロッドとの結合部Ａの拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｄ）は他の方法によるブレードとタイロッドとの結合部Ａの拡大図、（ｅ）は（ｄ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図９】ブレード及びタイロッドを固定した状態を示す固定治具の正面図。
【図１０】２台の溶接機によりタイロッドに各ブレードを溶接する場合のシステム構成例を示す平面図。
【図１１】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第２の実施の形態を示す工程図。
【図１２】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第３の実施の形態を示す工程図。
【図１３】本発明による原子炉制御棒の製造装置の第４の実施の形態におけるコマ溶接時に用いられる装置の概略構成図。
【図１４】同実施の形態における駆動制御系を示すブロック図。
【図１５】同実施の形態における自動コマ溶接時のシーケンスを示す図。
【図１６】同じく自動タイロッド溶接時のシーケンスを示す図。
【図１７】本発明の第５の実施の形態におけるコマ溶接時に用いられる装置の概略構成図。
【図１８】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第６の実施の形態を示す工程図。
【図１９】同実施の形態において、自動ＴＩＧ溶接機によるコマとシースの溶接条件の一例を示す図。
【図２０】本発明による原子炉の制御棒の製造方法を説明するための第７の実施の形態を示す工程図。
【図２１】本発明の第８の実施の形態として自動ＴＩＧ溶接機によるコマ溶接を実施する場合のシーケンスを示す図。
【図２２】同じく自動ＴＩＧ溶接機によるタイロッド溶接を実施する場合のシーケンスを示す図。
【図２３】本発明の第９の実施の形態におけるコマ溶接に用いた装置を示す概略構成図。
【図２４】沸騰水型原子炉の圧力容器の内部構造の一例を示す鳥瞰図。
【図２５】（ａ）は同じく制御棒の構造を説明するための斜視図、（ｂ）はブレードの断面図。
【図２６】従来の原子炉の制御棒の製造手順の一例を説明するための工程図。
【符号の説明】
１：燃料棒
２：制御棒
３：ブレード
４：ハンドル
５：下部ブレード
６：中性子吸収材
７：シース
８：コマ
９：タイロッド
１０：光ファイバ
１１：長焦点レンズ
１２：プリズム
１３：集光レンズ
１４：ギヤ
１５：モータ
１６：冷し金
１７：固定治具
１８：ギア
１９：モータ
２０：加工ヘッド又は溶接トーチ
２１：ＣＣＤカメラ
２２：画像処理装置
２３：演算処理装置
２４：オペコン
２５：数値制御装置
２６：サーボモータ
２７：コントローラ
２８：加工テーブル
２９：溶接機
３０：可変ミラー
３１：光ファイバー
３２：固定ミラー
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接またはＴＩＧ溶接により部品相互を接合するようにした原子炉の制御棒の製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
沸騰水型原子炉の圧力容器の内部構造として、その一例を模式的に示すと、図２４のような構造のものがある。以下その概略について説明する。
【０００３】
図２４において、冷却材である水は、炉心下部より燃料を含む燃料棒１の間隙を上昇しながら加熱されて沸騰する。原子炉の出力は制御棒２の引き抜きまたは挿入にともない変化する。この場合、制御棒２を引き抜くと反応度が増し、また制御棒２を挿入すると反応度が減少する。
【０００４】
ここで、上記制御棒２の構造の一例を図２５に模式的に示す斜視図により説明する。制御棒２は、図２５（ａ）に示すように大きく分けてブレード３と、このブレード３の上端に取付けられたハンドル４と、ブレード３の下端部に取付けられた下部ブレード５とからなり、特にブレード３は、図２５（ｂ）に示すように中性子吸収材６とこれを収納するシース７、このシース７内の中性子吸収材６間に水が流れる部分を確保するために挿入されたコマ８により構成されている。
【０００５】
また、ブレード３は４枚一組として各々の接合端をタイロッド９にセットし、全体が十字形となるように接合されている。
【０００６】
ところで、従来このような原子炉の制御棒２を製造するには、次のような方法により行っていた。図２６は制御棒の製造手順の一例を示すものである。
【０００７】
図２６に示すようにシース７の外周を切断し、水抜き穴を切断した後、シース７をコの字形に曲げ加工を実施する。そして、コの字形になったシース端面揃えを行った後、シース７の内側に中性子吸収材６である炭化硼素（Ｂ4Ｃ）を入れたチューブを挿入してブレード３を組み立てる。
【０００８】
上記方法で製作したフレームにブレードを固定して制御棒を組み立て、これにタイロッド及びハンドル、下部ブレードの溶接を実施し、最後にワイヤブラシなどを用いて仕上げを実施する。
【０００９】
なお、中性子吸収材にＢ4Ｃを用いるタイプではコマ８は採用されていない。
【００１０】
以上は中性子吸収材にＢ4Ｃを用いる場合であるが、次に中性子吸収材にハフニウム（Ｈｆ）を用いるタイプについて述べる。
【００１１】
図２６に示すようにシース７の外周を切断し、水抜き穴を切断した後、シース７をコの字形に曲げ加工を実施する。そして、コの字形になったシース７の端面を揃えた後シース７の内側に中性子吸収材６であるＨｆ板とコマ８を挿入した後、シース７とコマ８との溶接を実施して、ワイヤブラシにより仕上げをしてブレード３を完成させる。
【００１２】
上記方法で製作したブレード３にタイロッド９、ハンドル４、下部ブレード５を組み立てて溶接を実施し、最後にワイヤブラシを用いて仕上げを実施する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように原子炉の制御棒を製造する場合、シース７の切断、曲げ加工を行ってブレード３を組立て、またタイロッド９、ハンドル４、下部ブレード５の各フレームを組立てた後、これらブレード３、タイロッド９、ハンドル４、下部ブレード５の溶接及びシース７とコマ８との溶接を実施している。
【００１４】
従来、これら各部品の溶接には、手動によるＴＩＧ溶接が用いられている。このＴＩＧ溶接は不活性ガス雰囲気中で非消耗性のタングステン電極と母材との間にアークを発生させて溶融する方法である。
【００１５】
しかし、この手動によるＴＩＧ溶接は、入熱量が大きいため、加工後の変形が大きく、特に溶接変形は顕著であり、その変形を矯正しながら溶接することも多い。また、溶接の加工速度が遅いため、生産性が低いという問題もある。
【００１６】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、入熱量を少なくして加工後の変形を抑制することができ、且つ溶接速度を上げて生産性を向上させることができる原子炉の制御棒の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような方法及び装置により原子炉の制御棒を製造するものである。
【００１８】
（１）中性子吸収材、コマ、シースからなるブレードを有する原子炉の制御棒の製造方法において、シースに水抜き穴とコマ用穴を切断加工により設けると共に、外周を切断した後、シースを曲げ加工により形成された凹部間に中性子吸収材とコマを挟み、シースのコマ用穴とコマをレーザ光により溶接を行って一体のブレードを形成し、このブレードとハンドルとをレーザ光により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレードとをレーザ光を用いて溶接を行った後に各溶接部をワイヤブラシなどにより表面仕上げを行う。
【００１９】
（２）中性子吸収材、シースからなるブレードを有する原子炉の制御棒の製造方法において、シースに水抜き穴を設け、外周を切断した後、シースを曲げ加工により形成された凹部間に中性子吸収材を挟んで一体のブレードを形成し、このブレードとハンドルとをレーザ光により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレードとをレーザ光を用いて溶接を行った後に各溶接部をワイヤブラシなどにより表面仕上げを行う。
【００２０】
このような方法で制御棒を製造することにより、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができる。さらに、溶接の加工速度を早くすることで、生産性を上げることができる。
【００２１】
（３）上記溶接で、開先線を確実に溶融させ、且つシース裏面の裏波ビードを確保するため、開先位置直上または開先位置から平行に２mm以内でずらした位置にＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レーザ光を照射する。また、１パスまたは１パス目の狙い位置から２パス目以降の狙い位置を０．１〜２mmの範囲でずらし数パスラップさせ、またはレーザ光を直径２mm以内で円運動した状態で前進させた状態で照射する。さらに、レーザ光を円運動させるには、集光レンズの前にプリズムを入れ、このプリズムをレーザ光の軸を中心に回転させながら、回転状態のプリズムにレーザ光を照射することにより、集光レンズに対してレーザ光が回転しながら入射する。
【００２２】
このような方法とすることで、いずれも開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保できる。
【００２３】
（４）その他の方法として、ブレードとタイロッド、またはブレードとハンドル、またはブレードと下部ブレードとをレーザ光により溶接を実施するに際して、タイロッド、またはハンドル、または下部ブレードに２本スリットを設け、そのスリットにブレードの凸部を差込み、ブレードとタイロッドの境界、またはブレードとハンドルの境界、またはブレードと下部ブレードの境界を狙ってレーザ光を照射する。
【００２４】
このような方法とすることで、いずれも開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保できるだけでなく、ブレードの加工精度により開先線がずれることがなくなるため、開先線へのレーザ光の照射を確実なものにすることができる。
【００２５】
（５）加工ヘッドにＣＣＤカメラを取付け、このＣＣＤカメラを加工ヘッドごと設計上の開先位置まで移動し、ＣＣＤカメラにより溶接部付近の撮像し、その画像から画像処理装置により実際の開先位置を検出し、即ち、シースのコマ用穴とコマの溶接では開先位置からコマの中心座標を検出し、あるいはブレードとタイロッドの溶接、ブレードとハンドルの溶接、ブレードと下部ブレードの溶接では開先位置からそれぞれの溶接の始点から終点を検出し、演算処理装置により実際の開先位置と設計上の開先位置を比較してレーザ光の照射位置のずれを計算し、このレーザ光の照射位置のずれ量に加工ヘッドとＣＣＤカメラとのオフセット量を加えた距離だけ加工ヘッドを移動した後、レーザ光を照射する。
【００２６】
このような制御棒の製造装置とすれば、設計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードが確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。また、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができる。さらに、溶接の加工速度を早くすることで、生産性を上げることができる。
【００２７】
（５）一方、中性子吸収材、コマ、シースからなるブレード、または中性子吸収材、シースからなるブレードと、このブレードを固定するタイロッド、このタイロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレードからなる原子炉の制御棒の製造装置において、前記制御棒を構成する各被溶接物をセットし、溶接を実施するための加工テーブルと、ＹＡＧレーザ光またはＣＯ2レーザ光を出力するレーザ発振器と、このレーザ発振器より発振するレーザ光を伝送すると共に、集光レンズにより前記被溶接物に収束させる光学系を有する加工ヘッドと、この加工ヘッドに取付けられ、前記被溶接物の開先近傍を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラにより撮像された画像から開先位置を検出する画像処理装置と、この画像処理装置から得られる開先位置と前記設計上の開先位置とを比較し、そのずれを計算する演算処理装置と、この演算処理装置により求められた開先位置のずれに前記ＣＣＤカメラと加工ヘッドの間のオフセット量を加えた分だけ前記加工ヘッドまたは加工テーブルを移動させるサーボモータと、このサーボモータを駆動制御する制御手段とを備え、前記加工ヘッドと加工テーブルを少なくとも２台ずつ設け、前記レーザ発振器と前記加工ヘッドとの間に可動式のミラーを設ける。
【００２８】
このような制御棒の製造装置とすれば、溶接工程の自動化が可能であり、また開先位置を調整することにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。また、入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができ、さらに溶接の加工速度を早くすることにより、生産性を上げることができる。
【００２９】
（６）原子炉の制御棒の製造方法において、シースに水抜き穴、コマ用穴を切断加工により設けると共に、外周を切断した後、シースを曲げ加工により形成された凹部間に吸収材とコマを挟み、シースのコマ用穴とコマをＴＩＧ溶接により溶接を行って一体のブレードを形成し、このブレードとハンドルとをＴＩＧ溶接により溶接を行い、次いでブレードと下部ブレードとをＴＩＧ溶接方法を用いて溶接を行った後に各溶接部をワイヤブラシ等により表面仕上げを行う。
【００３０】
このような方法で制御棒を製造することにより、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができる。さらに、２つの溶接トーチを同時に使用することにより、生産性を上げることができる。
【００３１】
（７）上記溶接で、開先線を確実に溶融させ、且つシース裏面の裏波ビードを確保するため、開先位置直上または開先位置から平行に３mm以内でずらした位置に自動ＴＩＧ溶接を実施する。
【００３２】
このような方法とすることで、いずれも開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保できる。
【００３３】
（８）加工ヘッドにＣＣＤカメラを取付け、このＣＣＤカメラを加工ヘッドごと設計上の開先位置まで移動し、ＣＣＤカメラにより溶接部付近の撮像し、その画像から画像処理装置により実際の開先位置を検出し、即ち、シースのコマ用穴とコマの溶接では開先位置からコマの中心座標を検出し、あるいはブレードとタイロッドの溶接、ブレードとハンドルの溶接、ブレードと下部ブレードの溶接では開先位置からそれぞれの溶接の始点から終点を検出し、演算処理装置により実際の開先位置と設計上の開先位置を比較して溶接トーチのずれを計算し、この溶接トーチのずれ量に溶接トーチとＣＣＤカメラとのオフセット量を加えた距離だけ溶接トーチを移動した後、ＴＩＧ溶接を実施する。
【００３４】
このような制御棒の製造装置とすれば、設計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードが確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。また、溶接速度が安定することにより溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができると共に、２つの溶接トーチを同時に使用することで、生産性を上げることができる。
【００３５】
（９）吸収材、コマ、シースからなるブレードと、このブレードを固定するタイロッド、このタイロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレードからなる原子炉の制御棒の製造装置において、ブレードを２枚の金属板からなり、溶接開先部分のみＴＩＧ溶接トーチがアクセス出来るように開口している冷やし金で挟み込むことにより、溶接による熱を吸収し溶接変形を大幅に抑えることができる。
【００３６】
（１０）吸収材、コマ、シースからなるブレードと、このブレードを固定するタイロッド、このタイロッドとブレードに固定するハンドル及び下部ブレードからなる原子炉の制御棒の製造装置において、前記制御棒を構成する各被溶接物をセットし、溶接を実施するための加工テーブルと、ＴＩＧ溶接トーチとこのＴＩＧ溶接トーチに取付けられ、前記被溶接物の開先近傍を撮像するＣＣＤカメラと、このＣＣＤカメラにより撮像された画像から開先位置を検出する画像処理装置と、この画像処理装置から得られる開先位置と前記設計上の開先位置とを比較し、そのずれを計算する演算処理装置と、この演算処理装置により求められた開先位置のずれに前記ＣＣＤカメラとと加工ヘッドの間のオフセット量を加えた分だけ前記加工ヘッドまたは加工テーブルを移動させるサーボモータと、このサーボモータを駆動制御する制御手段とを備え、前記ＴＩＧ溶接トーチと加工テーブルを少なくとも２台ずつ設ける。
【００３７】
このような制御棒の製造装置とすれば、溶接工程の自動化が可能であり、また開先位置を調整することにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。また、入熱量を低くし、加工後の変形を抑制することができ、さらに２つのＴＩＧ溶接トーチを同時に使用することにより、生産性を上げることができる。
【００３８】
（１１）さらに、シースの水抜き用穴、コマ用穴、外周の切断を、高圧窒素ガスを用いたレーザ切断により実施することにより、切断面は無酸化の状態となるので機械的加工による切断面と同等となり、加工精度も機械加工と同等であるが、加工速度は機械加工よりレーザ切断の方が大幅に早いため、生産性を上げることができる。
【００３９】
（１２）シースを曲げる工程において、タイロッドと接合する端面が不揃いになりやすいため、機械的加工より加工速度が早く、加工精度が機械加工と同等の高圧窒素ガスを用いたレーザ切断により不揃い部分を除去することにより、生産性を大幅に上げることができる。
【００４０】
（１３）前記と同様にシースを曲げる工程において、タイロッドと接合する端面が不揃いになりやすいため、機械加工より処理時間の早いシャー切断により不揃い部分を除去することにより、生産性を大幅に上げることができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００４２】
図１は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第１の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｈｆを用いる。
【００４３】
まず、レーザ光を用いて、シース７には中性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、中性子吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【００４４】
このようにシース外周の切断及び穴明け切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００４５】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成し、このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収材６を挿入した後、コマ８とシース７とをレーザ光により溶接する。
【００４６】
この場合、コマ８を用いているのは、中性子吸収材６の固定とシース７と中性子吸収材６との間隙を確保するためである。
【００４７】
ここで、コマ８とシース７のレーザ光による加工条件の一例を図２（ａ），（ｂ）に示す。
【００４８】
ここで、図２（ａ）はパルス振幅発振のときの条件であり、同図（ｂ）は連続発振のときの条件である。いずれもＹＡＧレーザのものであり、連続発振の方が溶接は安定する傾向にあるが、どちらを適用しても良い。
【００４９】
図３はレーザ照射位置を模式的に示すものである。レーザ照射位置は、図３（ａ）に示すようにコマ８に対応するシース７の開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、（ｂ）に示すように開先から０．１〜２．０mmの範囲内でずらしても良い。
【００５０】
また、ビード幅が狭い場合には、図３（ｃ）に示すように開先直上か、または開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方法もある。すなわち、１パスまたは１パス目の狙い位置から０．１〜２．０mmの範囲でずらして数パスラップさせる。
【００５１】
図４はレーザ光を円運動させながら照射するためのレーザ照射位置を模式的に示す。レーザ光を直径２mm以内で円運動させながら前進させながら照射する。
【００５２】
図３、図４で示す方法により、広幅で安定なビードが得られ、開先線を確実に溶融させ、裏面の裏波ビードを確保できる。
【００５３】
このレーザ光を円運動させる方法として、加工ヘッドまたは加工テーブルを機械的に回転させる方法もある。しかし、この機械的な方法を採用すると、加工速度を数ｍ／ｍｉｎ程度まで増加させた場合、円運動がいびつになる。
【００５４】
図５はプリズムを使ってレーザ光を回転させるための装置の概略構成を示すものである。図５において、２０は加工ヘッドで、この加工ヘッド２０のレーザ入射部にはレーザ発振器からレーザ光を導く光ファイバー１０が接続され、加工ヘッド内にはレーザ入射部側から出射部側に向かって長焦点レンズ１１、プリズム１２、集光レンズ１３が適宜の間隔を存して保持部材によりそれぞれ保持されている。この場合、プリズム１２を保持する保持部材は、周面に歯部を有する回転体に回転自在に支持され、加工ヘッド２０の外周に設けられたモータ１５によりギア１４を回転させ、この回転をギア１４と噛合する歯部を介して回転体に伝達可能になっている。また、２７はプリズム１２の回転速度を制御するコントローラである。
【００５５】
このようなレーザ光回転装置において、ＹＡＧレーザの場合、発振器からＹＡＧレーザ光を光ファイバー１０を通して加工ヘッド２０まで導く。このレーザ光は加工ヘッド２０内で、長焦点レンズ１１により平行光となってプリズム１２に導かれ、さらに集光レンズ１３を通して加工面に照射される。
【００５６】
このとき、プリズム１２をモータ１５によりギア１４を回転させることにより、数ｍ／ｍｉｎの高速で焦点位置を数mmの範囲で回転させることができる。
【００５７】
上記はＹＡＧレーザの場合の構成であるが、ＣＯ2レーザの場合にも同様のレーザ光回転装置によりレーザ光を円運動させることができる。
【００５８】
図６はＣＯ2レーザの場合の構成例を示すもので、ＹＡＧレーザの場合の構成と異なる部分は長焦点レンズ１１がない他は図５と同様である。
【００５９】
次に溶接に用いる治具について図７により説明する。
【００６０】
本治具は、図７（ａ），（ｂ）に示すように全体が銅で構成され、シース７を挟み込むようにその上下面に配置され、レーザ溶接時の冷し金１６として使用される。この冷し金１６の両面にはコマ８の位置に対応させて逆コーン状の穴１６ａが設けられ、コマ７の溶接時に図５又は図６の加工ヘッド２０がアクセスできるようにしてある。
【００６１】
なお、この冷し金１６は後述するタイロッドへの溶接にも使用される。
【００６２】
最後に溶接後のビード表面をワイヤブラシ仕上げにより滑らかにする。
【００６３】
上記の方法にて、中性子吸収材６、コマ８をシース７内に収納し、一体化したものをブレード３と呼ぶ。
【００６４】
次にタイロッド９に４枚のブレード３をセットし、ハンドル４並びに下部ブレード５も各々セットする。
【００６５】
図８はこれらを固定治具１７にセットした状態を示すものである。
【００６６】
図８に示すように、少なくとも３個以上の固定治具１７を用いて、ブレード３、ハンドル４並びに下部ブレード５をタイロッド９にセットする。この場合、固定治具１７は図９に示すように上下に２等分に分割され、その上半部１７ａと下半部１７ｂの間に４枚のブレード３とその中心部に十字形のタイロッド９をセットする。また、ハンドル４に近い方の固定治具１７の外周面に歯部が形成され、この歯部に噛合させたギア１８にモータ１９が接続され、このモータ１９により固定治具１７に回転力を伝達して加工位置が変更可能になっている。
【００６７】
また、タイロッド９とブレード３は全線が開先ではなく、図８（ａ）に拡大して示すように溶接開先長さは３〜８ｃｍ程度で、溶接しない個所は冷却材である水が通るようにシース７とタイロッド９が離れた状態になっている。
【００６８】
さらに、タイロッド９は同図（ｂ）に断面で示すように、シース７との位置合せが容易なようにインローが設けられ、図示矢印で示した位置を開先とする。
【００６９】
その他の方法として，同図（ｃ）に示すように，ブレード３とタイロッド９とをレーザ光により溶接を行なうとき、ブレード３とタイロッド９との固定を確実にし、かつブレードの加工精度により開先線がずれを防止し、且つ開先線へのレーザ光の照射を容易かつ確実なものとするため、タイロッド９に２本スリットを設け、そのスリットにブレード３の凸部を差込む。同図（ｄ）に断面で示すように、レーザ光をブレード３とタイロッド９の境界である図示矢印で示した位置をねらって照射する。
【００７０】
図１０はこのような状態にセットされた制御棒の各構成部品において、２台の溶接機によりタイロッド９に各ブレードを溶接する場合のシステム構成例を示す平面図である。図１０において、５１は加工ヘッド２０を径方向と長手方向に駆動するヘッド駆動機構、５２はこのヘッド駆動機構５１を通してタイロッド９にブレード３の端面を溶接する溶接機、５３はこれら溶接機５２及びヘッド駆動機構５１を制御する制御装置である。
【００７１】
次にタイロッド９を溶接するための溶接条件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じであり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲内でずらしても良い。
【００７２】
また、ビード幅が狭い場合には開先直上かまたは開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いずれの方法も図３、図４で示したコマ８の溶接と同様なので、ここではその説明を省略する。
【００７３】
また、溶接変形を低減する目的で冷し金１６を加工ヘッド２０と干渉しない場所、ここでは垂直方向の上下部に存するブレード３にセットしてある。
【００７４】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。そして、溶接後の表面はワイヤブラシ仕上げにより滑らかにする。
【００７５】
このように本発明の第１の実施の形態では、原子炉の制御棒の製造方法において、シース７に水抜き穴、コマ用穴、外周を切断してシース７を曲げ加工して曲げ、この曲げ加工を実施したシース７の間に中性子吸収材６とコマ８を挟み、シース７のコマ用穴とコマ８とをレーザ光により熔接を行って一体のブレード３を形成し、次にブレード３とタイロッド９とをレーザ光により溶接を行い、続いてブレード３とハンドル４もレーザ光により溶接を行い、さらにブレード３と下部ブレード５とをレーザ光により溶接を行った後、各溶接部をワイヤブラシにより仕上げている。
【００７６】
従って、原子炉制御棒の溶接にＹＡＧレーザ光を用いることにより溶接時の入熱量を低くできるので、加工後の変形を抑制することができる。さらに、ＴＩＧ溶接に比べ溶接の加工速度を早くすることができるため、生産性を向上させることができる。
【００７７】
図１１は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第２の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｈｆを用いる。
【００７８】
まず、レーザ光を用いて、シース７には中性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、中性子吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【００７９】
このようにシース外周の切断及び穴明け切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００８０】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成し、このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収材６を挿入し、ブレード３の組み立てを行うが、第２の実施の形態では第１の実施の形態とは異なり、コマ８のレーザ光による溶接を行わず、ＴＩＧ溶接による仮付けのみとしておく。
【００８１】
この状態で、タイロッド９に４枚のブレードをセットし、ハンドル４並びに下部プレート５をそれぞれセットする。このセットの状態は、前述した図８に示す通りである。少なくとも３個以上の固定治具１７を用いて、ブレード３、ハンドル４並びに下部ブレード５をタイロッド９にセットする。この場合、固定治具１７は図９に示すように２等分に上下に分割され、その上半部１７ａと下半部１７ｂとの間に各部品をセットする。
【００８２】
また、タイロッド９はシース７との位置合せが容易なようにインローが設けられ、タイロッド９とシース７の境を開先としている。
【００８３】
次にタイロッド９を熔接するための溶接条件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じであり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲内でずらしても良い。
【００８４】
また、ビード幅が狭い場合には開先直上かまたは開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いずれの方法も図２、図３で説明した通りなので、ここではその説明を省略する。
【００８５】
また、溶接変形を低減する目的で、冷し金１６を加工ヘッド２０と干渉しない場所に存するブレード３にセットしてある。
【００８６】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。続けて、レーザ光を用いてコマ８の溶接を実施した後、その表面をワイヤブラシ仕
上げにより滑らかにする。
【００８７】
このような本発明の第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様のの作用効果を得ることができる。
【００８８】
図１２は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第３の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは中性子吸収材として、Ｂ４Ｃを用いる。Ｂ４Ｃを用いる制御棒はシース７の間隙を一定に保つコマ８を用いない点が特徴である。
【００８９】
まず、レーザ光を用いて、シース７には中性子吸収材６を冷却するための水抜き用の穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【００９０】
このようにシース外周の切断及び穴あけ切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【００９１】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成し、このコの字形の内側に中性子吸収材６を挿入し、ブレード３の組立てを行う。
この状態で、タイロッド９に４枚のブレードをセットし、ハンドル４並びに下部プレート５をそれぞれセットする。このセットの状態は、前述した図８に示す通りである。少なくとも３個以上の固定治具１７を用いて、ブレード３、ハンドル４並びに下部ブレード５をタイロッド９にセットする。この場合、固定治具１７は図９に示すように上下２等分に分割され、その上半部１７ａと下半部１７ｂとの間に各部品をセットする。
【００９２】
また、タイロッド９はシース７との位置合せが容易なようにインローが設けられ、タイロッド９とシース７の境を開先としている。
【００９３】
次にタイロッド９を熔接するための溶接条件は、前述した図２（ａ），（ｂ）で示した条件と同じであり、またレーザ光の照射位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から２mmの範囲内でずらしても良い。
【００９４】
また、ビード幅が狭い場合には開先直上かまたは開先から２mmの範囲内でレーザ光を数パスラップさせながら照射する方法もある。さらに、ビード幅を広くするため、レーザ光を円運動させる方法もある。いずれの方法も図３、図４で説明した通りなので、ここではその説明を省略する。
【００９５】
また、溶接変形を低減する目的で、冷し金１６を加工ヘッド２０と干渉しない場所に存するブレード３にセットしてある。
【００９６】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。
【００９７】
このような本発明の第３の実施の形態においても、第１の実施の形態及び第２の実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９８】
図１３は本発明の第４の実施の形態におけるコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。
【００９９】
図１３に示すように、シース７の上部からコマ溶接用の穴を通してコマ８が見える。そこで、加工ヘッド２０に取付けたＣＣＤカメラ２１を通して穴を確認する。
【０１００】
図１４は自動コマ溶接装置のブロック図を示すものである。図１４に示すように、ＣＣＤカメラ２１にて認識した穴の画像情報は、まず画像処理装置２２により形状情報に変換され、円の中心座標を認識し、この座標情報を演算処理装置２３に入力する。演算処理装置２３では、この座標と予め加工データとして蓄えられた穴の中心座標とを比較し、穴のずれ量を検出する。この情報はオペコン２４を通して数値制御装置２５にフィードバックされ、ＮＣサーボモータ２６を駆動する。
【０１０１】
図１５は自動コマ溶接のシーケンスを示すものである。
【０１０２】
図１５において、まず加工ヘッド２０を移動し、加工原点を決定する。これにはＣＣＤカメラ２１の加工原点も含む。あるコマの中心位置まで加工ヘッド２０を移動し、図１４に示したようにＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により位置ずれを検出する。この位置のずれ量に加工ヘッド２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ加工ヘッド２０を移動させる。
【０１０３】
このような状態で加工ヘッド２０の移動を開始し、ビーム照射を開始すると溶接が始まる。そして、溶接が終了するとビーム照射を停止し、加工ヘッド２０の移動も停止する。
【０１０４】
このようにしてブレードの片面のコマ溶接を終了すると、これとは反対側の片面のコマ溶接を実施する。
【０１０５】
以上はコマ溶接の場合であるが、タイロッド溶接の場合にも前述した図１３及び図１４に示した装置を用いて同様に実施できる。
【０１０６】
図１６は自動タイロッド溶接のシーケンスを示すものである。
【０１０７】
図１６において、まず加工ヘッド２０を移動し、加工原点を決定する。次に図８（ｄ），（ｅ）に拡大図として示すように、タイロッド９とシース７の溶接個所では、シース７側に凸部が、タイロッド９側にインローが設けられている。そのシース７の凸部の片側の端部、即ち加工の原点まで加工ヘッド２０を移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の始点の位置ずれを検出する。同様にシース７の凸部のもう片側の端部、即ち加工の終点まで加工ヘッド２０を移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の終点の位置ずれを検出する。そして、加工ヘッド２０を加工の始点のずれ量に加工ヘッド２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ移動する。
【０１０８】
このような状態で加工ヘッド２０の移動を開始し、ビーム照射を開始すると溶接が始まる。そして、溶接が終了するとビーム照射を停止し、加工ヘッド２０の移動も停止する。
【０１０９】
このようにしてブレードの片面のタイロッド溶接が終了すると、残り７面のタイロッド溶接を順次実施する。
【０１１０】
ただし、前述した第１の実施の形態及び第２の実施の形態において、比較的溶接ビード幅が０．１〜２．０mmと狭い溶接では開先位置とレーザ照射位置とのずれが大きいと、レーザ光を用いた溶接そのものが困難になる。
【０１１１】
第４の実施の形態では、かかる問題を解消するため、加工ヘッド２０に取付けられたＣＣＤカメラ２１と画像処理装置２２により開先位置を検出し、レーザ光の照射位置を補正することで、精度良くコマ溶接及びタイロッド溶接が可能となり、溶接を自動化することができる。
【０１１２】
このように本発明の第４の実施の形態では、加工ヘッド２０にＣＣＤカメラ２１を取付け、数値制御（ＮＣ）によりＣＣＤカメラ２１ごと設計上の開先位置まで移動し、ＣＣＤカメラ２１により溶接部付近の画像をとり、その画像情報を画像処理装置２２に送り、この画像処理装置２２により画像から実際の開先位置を検出し、即ちシース７のコマ用穴とコマ８の溶接では開先位置からコマ８の中心座標を検出し、あるいはブレード３とタイロッド９の溶接、ブレード３とハンドル４の溶接、ブレード３と下部ブレード５の溶接では、開先位置からそれぞれの溶接の始点と終点を検出し、演算処理装置２３により実際の開先位置と設計上の開先位置を比較することにより、レーザ光の照射位置のずれを計算し、このレーザ光の照射位置のずれ量に加工ヘッド２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ加工ヘッド２０を移動した後で、レーザ光を照射するようにしたものである。
【０１１３】
従って、設計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。これにより、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑えることができる。さらに、溶接の加工速度を早くすることで、生産性を向上させることができる。
【０１１４】
図１７は本発明の第５の実施の形態におけるコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。なお、加工ヘッド部分の構成については図１３と同一なので、同一部品には同一符号を付して示す。
【０１１５】
図１７に示すように、少なくとも２台の加工テーブル２８上に載置されたシース７に対して、コマ溶接を実施する際、各々のシース７上に加工ヘッド２０がセッティングされる。
【０１１６】
一方、溶接機として設けられたレーザ発振器２９より出力されるレーザ光をその光路に配置された可変ミラー３０により反射させ、光ファイバー３１を通して一方の加工ヘッド２０に導き、この加工ヘッド２０より溶接個所にレーザ光を照射する。また、他方の加工ヘッド２０にレーザ光を導く場合には、可変ミラー３０をレーザ光と干渉しない位置に移動させた後、レーザ光路に配置された固定ミラー３２に反射させ、光ファイバー３１を通して他方の加工ヘッド２０に導き、この加工ヘッド２０より溶接個所にレーザ光を照射する。
【０１１７】
この場合、１台のレーザ発振器２９のレーザ光を少なくとも２台の加工ヘッドに対して別々の時間帯で使用する、いわゆる時間分光を実施可能にしてレーザ発振器を有効に活用できるようにしている。
【０１１８】
さらに、各加工ヘッド２０に取付けたＣＣＤカメラ２１にて認識した穴の画像情報に基いて自動制御でコマ溶接を行うための構成は、図１４及び図１５で述べた第３の実施の形態と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１１９】
従って、このような装置を用いることで、溶接工程の自動化が可能であり、且つ開先位置を調整することにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。
【０１２０】
図１８は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第６の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは吸収材として、Ｈｆを用いる。
【０１２１】
まず、レーザ光を用いて、シース７には吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【０１２２】
このようにシース外周の切断及び穴明け切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【０１２３】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成する。
【０１２４】
このとき、シース７のタイロッドと接合する端面側は不揃いになりやすいため、レーザ光を用いて不揃い部分を切断除去する。レーザ光の代わりにシェアで実施しても良い。
【０１２５】
このコの字形の内側にコマ８と吸収材６を挿入した後、コマ８とシース７とを自動ＴＩＧ溶接機により溶接する。
【０１２６】
この場合、コマ８を用いているのは、吸収材６の固定とシース７と中性子吸収材６の間隙を確保するためである。
【０１２７】
ここで、コマ８とシース７の自動ＴＩＧ溶接機による溶接条件の一例を図１９に示す。
【０１２８】
ＴＩＧ溶接機のトーチ位置は、第１の実施の形態で述べた図３（ａ）と同様にコマ８に対応するシース７の開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、（ｂ）に示すように開先から０．１〜３．０mmの範囲内でずらしても良い。
【０１２９】
図３で示す方法により、安定なビードが得られ、開先線を確実に溶融させ、裏面の裏波ビードを確保できる。
【０１３０】
次にＴＩＧ溶接に用いる治具は、図７と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１３１】
最後に溶接後のビード表面のグラインダ仕上げにより滑らかにする。
【０１３２】
上記の方法にて、吸収材６、コマ８をシース７内に収納し、一体化してブレード３とし、次にタイロッド９に４枚のブレード３をセットし、ハンドル４並びに下部ブレード５も各々セットする。
【０１３３】
これらを固定治具１７にセットした状態は図８（ａ）及び図９と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１３４】
また、タイロッド９とブレード３は全線が開先ではなく、図８（ｂ）に拡大して示すように溶接開先長さは３〜８ｃｍ程度で、溶接しない個所は冷却材である水が通るようにシース７とタイロッド９が離れた状態になっている。
【０１３５】
さらに、タイロッド９は同図（ｃ）に断面で示すように、シース７との位置合せが容易なようにインローが設けられ、図示矢印で示した位置を開先とする。
【０１３６】
このような状態にセットされた制御棒の各構成部品において、２台のＴＩＧ溶接機によりタイロッド９に各ブレードを溶接する場合のシステム構成は図１０と同様である。
【０１３７】
次にタイロッド９を溶接するための溶接条件は、前述した図１９で示した条件と同じであり、またＴＩＧ溶接トーチ２０の位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から３mmの範囲内でずらしても良い。
【０１３８】
また、溶接変形を低減する目的で冷し金１６を溶接トーチ２０と干渉しない場所、ここでは垂直方向の上下部に存するブレード３にセットしてある。
【０１３９】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。そして、溶接後の表面は表面仕上げにより滑らかにする。
【０１４０】
このように本発明の第６の実施の形態では、原子炉の制御棒の製造方法において、シース７に水抜き穴、コマ用穴、外周を切断してシース７を曲げ加工して曲げ、この曲げ加工を実施したシース７の間に吸収材６とコマ８を挟み、シース７のコマ用穴とコマ８とをＴＩＧ溶接機により溶接を行って一体のブレード３を形成し、次にブレード３とタイロッド９とをＴＩＧ溶接機により溶接を行い、続いてブレード３とハンドル４もＴＩＧ溶接機により溶接を行い、さらにブレード３と下部ブレード５とをレーザ光により溶接を行った後、各溶接部をワイヤブラシ等により仕上げている。
【０１４１】
従って、原子炉制御棒の溶接に自動ＴＩＧ溶接機を用いることにより溶接時の入熱量を低くできるので、加工後の変形を抑制することができる。さらに、２つの加工ヘッドに代わるＴＩＧ溶接トーチ２０を同時に使用することにより、生産性を向上させることができる。
【０１４２】
図２０は本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第７の実施の形態を示す工程図である。なお、制御棒の構成部品については、図２５を参照して述べる。また、ここでは吸収材として、Ｈｆを用いる。
【０１４３】
まず、レーザ光を用いて、シース７には吸収材６を冷却するための水抜き用の穴と、吸収材６とシース７との間の間隙を確保するためのコマ８をセットするための穴あけ切断を行い、その後、シース外周の切断を行う。
【０１４４】
このようにシース外周の切断及び穴明け切断にレーザ光を用いているのは、精度を高く保つためである。なお、レーザ光の代わりに型抜きやシェアで穴あけを実施しても良い。切断後は曲げる位置を確認するためのけがきをレーザ光を用いて実施する方が良い。
【０１４５】
次にシース７を曲げ加工によりコの字形に形成する。
【０１４６】
さらに、このときにシース７のタイロッドと接合する端面側は不揃いになりやすいため、レーザ光を用いて不揃い部分を切断除去する。レーザ光の代わりにシェアで実施しても良い。
【０１４７】
このコの字形の内側にコマ８と中性子吸収材６を挿入し、ブレード３の組立てを行うが、第７の実施の形態では第６の実施の形態とは異なり、コマ８のレーザ光による溶接を行わず、ＴＩＧ溶接による仮付けのみとしておく。
【０１４８】
この状態で、タイロッド９に４枚のブレードをセットし、ハンドル４並びに下部プレート５をそれぞれセットする。
【０１４９】
これらを固定治具１７にセットした状態は図８（ａ）及び図９と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１５０】
次にタイロッド９を溶接するための溶接条件は、前述した図１９で示した条件と同じであり、またＴＩＧ溶接トーチ２０の位置は開先直上を基本とするが、裏波ビードを確保するため、開先から３mmの範囲内でずらしても良い。
【０１５１】
また、溶接変形を低減する目的で、冷し金１６を溶接トーチ２０と干渉しない場所に存するブレード３にセットしてある。
【０１５２】
なお、ハンドル並びに下部ブレードも同時にレーザ光を用いて溶接する。続けて、レーザ光を用いてコマ８の溶接を実施した後、その表面を表面仕上げにより滑らかにする。
【０１５３】
このように本発明の第７の実施の形態においても、第６の実施の形態と同様のの作用効果を得ることができる。
【０１５４】
図２１は本発明の第８の実施の形態として自動ＴＩＧ溶接機によるコマ溶接を実施する場合のシーケンスを示すものである。
【０１５５】
なお、自動コマ溶接装置の構成及びその制御装置は図１３及び図１４と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１５６】
図２１において、まず加工ヘッドに代わる溶接トーチ２０を移動し、加工原点を決定する。これにはＣＣＤカメラ２１の加工原点も含む。あるコマの中心位置まで溶接トーチ２０を移動し、図１４に示したようにＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により位置ずれを検出する。この位置のずれ量に溶接トーチ２０とＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ溶接トーチ２０を移動させる。
【０１５７】
このような状態で溶接トーチ２０の移動を開始し、ＴＩＧ溶接を開始すると溶接が始まる。そして、溶接が終了すると溶接アークが停止し、溶接トーチの移動も停止する。
【０１５８】
このようにしてブレードの片面のコマ溶接を終了すると、これとは反対側の片面のコマ溶接を実施する。
【０１５９】
以上はコマ溶接の場合であるが、タイロッド溶接の場合にも前述同様に実施できる。
【０１６０】
図２２は自動ＴＩＧ溶接機によるタイロッド溶接を実施する場合のシーケンスを示すものである。
【０１６１】
図２２において、まず加工ヘッドに代わる溶接トーチ２０を移動し、加工原点を決定する。次に図８（ｄ），（ｅ）に拡大図として示すように、タイロッド９とシース７の溶接個所では、シース７側に凸部が、タイロッド９側にインローが設けられている。そのシース７の凸部の片側の端部、即ち加工の原点まで図１４に示す溶接トーチ２０を移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の始点の位置ずれを検出する。同様にシース７の凸部のもう片側の端部、即ち加工の終点まで溶接トーチを移動し、ＣＣＤカメラ２１及び画像処理装置２２、演算処理装置２３により加工の終点の位置ずれを検出する。そして、溶接トーチを加工の始点のずれ量に溶接トーチとＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ移動する。
【０１６２】
このような状態で溶接トーチ２０の移動を開始し、ＴＩＧ溶接を開始すると溶接が始まる。そして、溶接が終了すると溶接アークは停止し、溶接トーチの移動も停止する。
【０１６３】
このようにしてブレードの片面のタイロッド溶接が終了すると、残り７面のタイロッド溶接を順次実施する。
【０１６４】
ただし、前述した第６の実施の形態及び第７の実施の形態において、開先位置と溶接トーチ位置とのずれが大きいと、溶接そのものが困難になる。
【０１６５】
第８の実施の形態では、かかる問題を解消するため、溶接トーチ２０に取付けられたＣＣＤカメラ２１と画像処理装置２２により開先位置を検出し、溶接トーチの位置を補正することで、精度良くコマ溶接及びタイロッド溶接が可能となり、溶接を自動化することができる。
【０１６６】
このように本発明の第８の実施の形態では、溶接トーチ２０にＣＣＤカメラ２１を取付け、数値制御（ＮＣ）によりＣＣＤカメラ２１ごと設計上の開先位置まで移動し、ＣＣＤカメラ２１により溶接部付近の画像をとり、その画像情報を画像処理装置２２に送り、この画像処理装置２２により画像から実際の開先位置を検出し、即ちシース７のコマ用穴とコマ８の溶接では開先位置からコマ８の中心座標を検出し、あるいはブレード３とタイロッド９の溶接、ブレード３とハンドル４の溶接、ブレード３と下部ブレード５の溶接では、開先位置からそれぞれの溶接の始点と終点を検出し、演算処理装置２３により実際の開先位置と設計上の開先位置を比較することにより、ＴＩＧ溶接トーチの位置のずれを計算し、この溶接トーチ位置のずれ量に溶接トーチとＣＣＤカメラ２１とのオフセット量を加えた距離だけ溶接トーチを移動した後で、ＴＩＧ溶接を実施するようにしたものである。
【０１６７】
従って、設計上の開先位置と実際の開先位置がずれている場合でも、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。これにより、溶接時の入熱量を低くし、加工後の変形を抑えることができる。さらに、２つの溶接トーチを同時に使用することで、生産性を向上させることができる。
【０１６８】
図２３は本発明の第９の実施の形態におけるコマ溶接に用いた装置を模式的に示すものである。なお、加工ヘッド部分の構成については図２５と同一なので、同一部品には同一符号を付して示す。
【０１６９】
図２３に示すように、少なくとも２台の加工テーブル２８上に載置されたシース７に対して、コマ溶接を実施する際、各々のシース７上にＴＩＧ溶接機２９の溶接トーチ２０がセッティングされる。
【０１７０】
さらに、各溶接トーチに取付けたＣＣＤカメラ２１にて認識した穴の画像情報に基いて自動制御でコマ溶接を行うための構成は、図１４及び図２１で述べた第８の実施の形態と同様なので、ここではその説明を省略する。
【０１７１】
従って、このような装置を用いることで、溶接工程の自動化が可能であり、且つ開先位置を調整することにより、開先線を確実に溶融させ、さらにシース裏面の裏波ビードを確保でき、且つ溶接工程の自動化を図ることができる。
【０１７２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、レーザ光による溶接を実施することにより、入熱量を少なくして加工後の変形を抑制することができ、且つ溶接速度を上げて生産性を向上させることができる原子炉の制御棒とその製造方法及び製造装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第１の実施の形態を示す工程図。
【図２】（ａ）はパルス振幅発振のときの条件、（ｂ）は連続発振のときの条件を説明するための図。
【図３】（ａ）乃至（ｃ）は同実施の形態において、レーザ照射位置又はＴＩＧ溶接津トーチ位置を示す模式図。
【図４】同実施の形態において、レーザ光を回転させたときのレーザ照射位置を示す模式図。
【図５】同実施の形態において、プリズムを使ってＹＡＧレーザ光を回転させるための装置の概略構成を示す断面図。
【図６】同実施の形態において、プリズムを使ってＣＯ2レーザ光を回転させるための装置の概略構成を示す断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は同実施の形態で、溶接に用いる固定治具を示す平面図及び断面図。
【図８】（ａ）は同じく固定治具全体のセット状態を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のブレードとタイロッドとの結合部Ａの拡大図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図、（ｄ）は他の方法によるブレードとタイロッドとの結合部Ａの拡大図、（ｅ）は（ｄ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図。
【図９】ブレード及びタイロッドを固定した状態を示す固定治具の正面図。
【図１０】２台の溶接機によりタイロッドに各ブレードを溶接する場合のシステム構成例を示す平面図。
【図１１】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第２の実施の形態を示す工程図。
【図１２】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第３の実施の形態を示す工程図。
【図１３】本発明による原子炉制御棒の製造装置の第４の実施の形態におけるコマ溶接時に用いられる装置の概略構成図。
【図１４】同実施の形態における駆動制御系を示すブロック図。
【図１５】同実施の形態における自動コマ溶接時のシーケンスを示す図。
【図１６】同じく自動タイロッド溶接時のシーケンスを示す図。
【図１７】本発明の第５の実施の形態におけるコマ溶接時に用いられる装置の概略構成図。
【図１８】本発明による原子炉制御棒の製造方法を説明するための第６の実施の形態を示す工程図。
【図１９】同実施の形態において、自動ＴＩＧ溶接機によるコマとシースの溶接条件の一例を示す図。
【図２０】本発明による原子炉の制御棒の製造方法を説明するための第７の実施の形態を示す工程図。
【図２１】本発明の第８の実施の形態として自動ＴＩＧ溶接機によるコマ溶接を実施する場合のシーケンスを示す図。
【図２２】同じく自動ＴＩＧ溶接機によるタイロッド溶接を実施する場合のシーケンスを示す図。
【図２３】本発明の第９の実施の形態におけるコマ溶接に用いた装置を示す概略構成図。
【図２４】沸騰水型原子炉の圧力容器の内部構造の一例を示す鳥瞰図。
【図２５】（ａ）は同じく制御棒の構造を説明するための斜視図、（ｂ）はブレードの断面図。
【図２６】従来の原子炉の制御棒の製造手順の一例を説明するための工程図。
【符号の説明】
１：燃料棒
２：制御棒
３：ブレード
４：ハンドル
５：下部ブレード
６：中性子吸収材
７：シース
８：コマ
９：タイロッド
１０：光ファイバ
１１：長焦点レンズ
１２：プリズム
１３：集光レンズ
１４：ギヤ
１５：モータ
１６：冷し金
１７：固定治具
１８：ギア
１９：モータ
２０：加工ヘッド又は溶接トーチ
２１：ＣＣＤカメラ
２２：画像処理装置
２３：演算処理装置
２４：オペコン
２５：数値制御装置
２６：サーボモータ
２７：コントローラ
２８：加工テーブル
２９：溶接機
３０：可変ミラー
３１：光ファイバー
３２：固定ミラー
Claims (9)
- 中性子吸収材、シースからなるブレードと、このブレードを固定するタイロッドと、このタイロッドと前記ブレードとにそれぞれ固定するハンドル及び下部ブレードからなる原子炉制御棒の製造方法において、
前記シースに前記中性子吸収材を冷却するための水抜き穴及びシース外周を切断する第１の工程と、
この第１の工程で切断された前記シースをコ字形状に曲げ加工する第２の工程と、
この第２の工程の曲げ加工により形成された前記シースの凹部内に前記中性子吸収材を挟み込む第３の工程と、
前記ブレードと前記タイロッド、前記ブレードと前記ハンドル及び前記ブレードと前記下部ブレードとを順次溶接する第４の工程とを有し、
この溶接を開先位置からずらした位置で行うことによって開先線の溶接部の裏側に裏波ビードを確保することを特徴とする原子炉制御棒の製造方法。 - 請求項１記載の原子炉制御棒の製造方法における溶接は、レーザ溶接とし、開先位置から平行に２ｍｍ以内のずらした位置にレーザ光を照射することを特徴とする原子炉制御棒の製造方法。
- 請求項２記載の原子炉制御棒の製造方法において、
１パス目又は１パス目の狙い位置から２パス目以降の狙い位置を０．１〜２．０ｍｍの範囲でずらして数パスラップさせることを特徴とする原子炉制御棒の製造方法。 - 請求項２記載の原子炉制御棒の製造方法において、
レーザ光を２ｍｍ以内で円運動させつつ前進させて照射することを特徴とする原子炉制御棒の製造方法。 - 請求項２記載の原子炉制御棒の製造方法において、
レーザ光を溶接部に照射する光学系の集光レンズに対して、溶接部とは反対側にプリズムを配置し、このプリズムをレーザ光の軸を中心に回転させながらレーザ光を照射することによりレーザ光の焦点を回転させることを特徴とする原子炉制御棒の製造方法。 - 請求項１記載の原子炉制御棒の製造方法における溶接は、ＴＩＧ溶接とし、開先位置から平行に３ｍｍ以内のずらした位置をＴＩＧ溶接することを特徴とする原子炉制御棒の製造方法。
- 請求項１の原子炉制御棒の製造方法において、
第４の工程でブレードとタイロッド、またはブレードとハンドル、またはブレードと下部ブレードとの溶接を実施するに際して、
前記タイロッド、または前記ハンドル、または前記下部ブレードに２本スリットを設け、このスリットに前記ブレードの凸部を差込み、前記ブレードと前記タイロッドの境界、または前記ブレードと前記下部ブレードの境界を狙って前記レーザ光を照射することを特徴とする原子炉制御棒の製造方法。 - 請求項１の原子炉制御棒の製造方法において、
第４の工程でブレードとタイロッド、またはブレードとハンドル、またはブレードと下部ブレードとの溶接を実施した後、シース相互間の間隔を保つコマをシースに溶接することを特徴とする原子炉制御棒の製造方法。 - 中性子吸収材、シースからなるブレードと、このブレードを固定するタイロッドと、このタイロッドと前記ブレードとにそれぞれ固定するハンドル及び下部ブレードからなる原子炉制御棒の製造装置において、
前記ブレードと前記タイロッド、前記ブレードと前記ハンドル及び前記ブレードと前記下部ブレードとをそれぞれ溶接する溶接装置を備え、
この溶接装置は、撮像手段が取付けられた加工ヘッドと、この加工ヘッドを各溶接部の開先位置へ移動させる移動手段と、前記撮像手段で撮像された画像信号を処理する画像処理手段と、この画像処理手段で処理された画像データから開先位置を検出する検出手段と、この検出手段で検出された開先位置と設計上の開先位置とを比較して開先位置のずれ量を計算する演算処理手段と、この演算処理手段で得られた加工ヘッドのずれを無くすように前記移動手段に制御指令を出す制御手段とを備え、
この溶接を開先位置からずらした位置で行うことによって開先線の溶接部の裏側に裏波ビードを確保することを特徴とする原子炉制御棒の製造装置。
Priority Applications (4)
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