JP4774682B2

JP4774682B2 - 容器の溶接方法及びその装置

Info

Publication number: JP4774682B2
Application number: JP2004150229A
Authority: JP
Inventors: 健吉富; 文雄長谷川
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: JP2005329435A

Description

本発明は、キャニスタ本体に一次蓋を溶接する容器の溶接方法及びその装置に関するものである。

近年、原子力発電所等で発生する使用済み燃料は、その崩壊熱が除去されるまでの間、図６に示すようなステンレス製のキャニスタ１を用いて乾式保管（風冷保管）することが検討されている。

このキャニスタ１は、使用済み燃料が収納される円筒状のキャニスタ本体２と、キャニスタ本体２の下端部に順に取り付けられる下部遮蔽プラグ３及び底蓋４と、キャニスタ本体２の上端部に順に取り付けられる上部遮蔽プラグ５、一次蓋６及び二次蓋７とで構成されている。

使用済み燃料を保管する際には、下部遮蔽プラグ３及び底蓋４を下端部に取り付けたキャニスタ本体２内に使用済み燃料を収納し、使用済み燃料を上方から覆うように上部遮蔽プラグ５をキャニスタ本体２に挿入した後、当該キャニスタ本体２に一次蓋６を嵌め込んで溶接し、更に二次蓋７を取り付けて溶接している。

ここで、キャニスタ本体２に一次蓋６を溶接する際には、溶接トーチを備えた溶接手段を一次蓋６の上部に配置し、溶接トーチを一次蓋６の周縁に沿って周回させることによってキャニスタ本体２の内面と一次蓋６の周縁とを溶接し、キャニスタ１を完全に密閉している（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
特開平１０−８２８９６号公報特開２００１−３４３４９０号公報

しかしながら、キャニスタ本体２の内面と一次蓋６の周縁を溶接すると、高温になった溶接部分の溶融金属が冷えて収縮し、図７の如く一次蓋６を嵌め込んだキャニスタ本体２が中心側へ引っ張られて図８に示す如く内方寄りに変形するため（図８では矢印Ａ）、二次蓋７を取り付ける際には、図９に示す如く、径方向の大きさの違いから二次蓋７をキャニスタ本体２に収めることができず、二次蓋７の外径を小さくする必要があると共に、キャニスタ本体２と二次蓋７のギャップｇ１が増加し、両者の溶接性（溶接強度、溶接精度）が低下するという問題がある。

又、同時に、キャニスタ本体２の内面と一次蓋６の周縁を溶接した際には、一次蓋６に周方向から中心への余勢モーメントが作用するため、中央が上方へ盛り上がるように一次蓋６が二次蓋７側へ湾曲して変形し（図８は矢印Ｂ）、二次蓋７を取り付ける際には、図９に示す如く、一次蓋６の盛り上がった中央部分によりキャニスタ本体２と二次蓋７に上下方向で食い違いｇ２を生じ、同様にキャニスタ本体２と二次蓋７の溶接性（溶接強度、溶接精度）が低下するという問題がある。

更に、中央が上方へ盛り上がるように一次蓋６が二次蓋７側へ変形した際には、キャニスタ本体２の端部を延長しなければ二次蓋７を挿入することができないため、キャニスタ本体２の全高を増やしてキャニスタ本体２の端部を延長することが考えられるが、キャニスタ本体２の全高を増やした際には、キャニスタ本体２の重量が増加すると共に、キャニスタ本体２を収納する外容器（コンクリートキャスク及びキャニスタ輸送キャスク）との取り合いが悪化するという問題がある。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、容器本体や一次蓋の変形を抑制する容器の溶接方法及びその装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１は、容器本体に一次蓋を取り付け、次に二次蓋を取り付ける際に、前記容器本体に一次蓋を嵌め込んで溶接装置により溶接する容器の溶接方法であって、
前記溶接装置は、容器本体に嵌め込んだ一次蓋を加熱する加熱手段と、前記容器本体に一次蓋を溶接するように一次蓋の上面に設置される溶接手段とを備え、
前記溶接手段は、一次蓋の上面に面接触で配置されるベース部と、該ベース部の上部に配置される軸部と、該軸部中心に旋回し得る旋回アームと、該旋回アームに配置される溶接トーチと、前記ベース部の裏面に位置して一次蓋に面接触する環状の加熱部と、該加熱部に囲まれるようにベース部の裏面中心に配置されて一次蓋の中心の温度を測定する温度計測手段とを備え、
前記加熱手段は、前記溶接手段の加熱部内に収納される高周波加熱コイルであり、
前記容器本体に一次蓋の周縁を溶接手段で溶接する際には、前記溶接手段のベース部を一次蓋の上面に配置し、該一次蓋の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段の周囲を加熱するように一次蓋を前記加熱手段により加熱し、溶接に伴う一次蓋の二次蓋側への変形を防止することを特徴とする容器の溶接方法、に係るものである。

本発明の請求項２は、一次蓋の加熱から一次蓋の溶接への切替えを、測定した温度により制御する請求項１記載の容器の溶接方法、に係るものである。

本発明の請求項３は、容器本体に嵌め込んだ一次蓋を加熱する加熱手段と、容器本体に一次蓋を溶接する溶接手段とを備え、
前記溶接手段は、一次蓋の上面に面接触で配置されるベース部と、該ベース部の上部に配置される軸部と、該軸部中心に旋回し得る旋回アームと、該旋回アームに配置される溶接トーチと、前記ベース部の裏面に位置して一次蓋に面接触する環状の加熱部と、該加熱部に囲まれるようにベース部の裏面中心に配置されて一次蓋の中心の温度を測定する温度計測手段とを備え、
前記加熱手段は、前記溶接手段の加熱部内に収納される高周波加熱コイルであり、
前記容器本体に一次蓋の周縁を溶接手段で溶接する際には、前記溶接手段のベース部を一次蓋の上面に配置し、該一次蓋の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段の周囲を加熱するように一次蓋を前記加熱手段により加熱し、溶接に伴う一次蓋の二次蓋側への変形を防止するように構成されたことを特徴とする容器の溶接装置、に係るものである。

このように、本発明によれば、予め一次蓋を加熱した際には一次蓋及び容器本体が変形し、容器本体に一次蓋を溶接する際には、先の加熱による変形力と、溶接による変形力とを相殺するので、一次蓋及び容器本体の変形を抑制することができる。

又、予め、一次蓋の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段の周囲を加熱するように一次蓋を加熱手段により加熱した際には一次蓋が外側へ伸長し、容器本体に一次蓋の周縁を溶接する際には一次蓋が反二次蓋側へ湾曲して変形し、先の加熱による変形力と、溶接による変形力とを相殺するので、一次蓋の二次蓋側への変形を防止することができる。

更に、一次蓋及び容器本体の変形を抑制することにより、二次蓋を取り付ける際には、二次蓋の外径を小さくする必要がなく、容器本体と二次蓋のギャップを無くして両者の溶接性を向上させることができる。又、同時に、一次蓋の二次蓋側への変形を防止するので、二次蓋を取り付ける際には、容器本体と二次蓋に上下方向で食い違いを生じることがなく、キャニスタ本体と二次蓋の溶接性を一層向上させることができる。更に又、一次蓋の二次蓋側への変形を防止して容器本体に二次蓋を挿入し得るので、容器本体の全高を増やすことなく、容器本体の重量の増加を抑制すると共に、容器本体を収納する外容器（コンクリートキャスク及びキャニスタ輸送キャスク）との取り合いを好適にすることができる。

一次蓋の加熱から一次蓋の溶接への切替えを、測定した温度により制御すると、もしくは、溶接手段が、一次蓋の温度を測定する温度計測手段を備えると、加熱による変形力と溶接による変形力との相殺を、温度調整により好適に為し得るので、一次蓋及び容器本体の変形を一層抑制することができる。

溶接手段に加熱手段を備えて一体化すると、加熱手段及び溶接手段の設置を容易に為し得ると共に一次蓋の加熱から一次蓋の溶接への切替えを迅速に為し得るので、一次蓋及び容器本体の変形を一層抑制することができる。

溶接手段は、加熱手段を収納して一次蓋に対面させる加熱部を備えると、加熱手段及び溶接手段の設置を容易に為し得ると共に一次蓋の加熱から一次蓋の溶接への切替えを迅速に且つ適切に為し得るので、一次蓋及び容器本体の変形を一層好適に抑制することができる。

以上、述べたように本発明の容器の溶接方法及びその装置によれば、容器本体に一次蓋を溶接する際に、溶接手段のベース部を一次蓋の上面に配置し、一次蓋の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段の周囲を加熱するように一次蓋を加熱手段により加熱するので、加熱による変形力と、溶接による変形力とを相殺し、一次蓋及び容器本体の変形を抑制することができるという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態例を図面を参照しつつ説明する。

図１は本発明の容器の溶接方法及びその装置を示す概略図、図２は本発明の容器の溶接装置の底面を示す概略図、図３は一次蓋の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段の周囲を加熱するように一次蓋を加熱手段により加熱した際のキャニスタ本体及び一次蓋の端部の状態を示す拡大状態図、図４は溶接装置によりキャニスタ本体に一次蓋を溶接した際のキャニスタ本体及び一次蓋の端部の状態を示す拡大概略図、図５は溶接装置によりキャニスタ本体に一次蓋を溶接した際のキャニスタ本体、一次蓋、二次蓋の状態を示す全体概略図である。

本形態例の容器の溶接方法及びその装置は、容器本体のキャニスタ本体２に嵌め込んだ一次蓋６を加熱する加熱手段８と、容器本体のキャニスタ本体２に一次蓋６を溶接する溶接手段９とを設け、加熱手段８を溶接手段９に収納して一体化している。

溶接手段９は、一次蓋６の上面に面接触で配置されてγ線を遮蔽し得る円柱状のベース部１０を備え、ベース部１０の上部には、回転力伝達機構及びモータ（図示せず）を備えた軸部１１を設け、軸部１１には、ベース部１０の径方向に延在して軸部１１中心に旋回し得る旋回アーム１２を備え、旋回アーム１２には、径方向及び上下方向に移動し得る溶接トーチ（ＴＩＧ溶接トーチ）１３を配している。又、溶接手段９のベース部１０の裏面中央には、一次蓋６に対面させる環状の加熱部１４を備え、溶接手段９のベース部１０の裏面中心には、加熱部１４に囲まれるように配置されて一次蓋６の温度を測定する温度計測手段１５を備えている。

加熱手段８は、環状の加熱部１４内に収納される高周波加熱コイルであり、溶接トーチ１３と別系統の電源により発熱するようになっている。

ここで、加熱手段８、溶接手段９、温度計測手段１５は制御部（図示せず）を介して接続されており、制御部は、温度計測手段１５の設定温度によって加熱手段８の動作を溶接手段９の動作へ切替えるように設定されており、更に、加熱手段８の加熱温度、加熱時間、加熱動作の開始及び終了、溶接手段９の溶接温度、溶接時間、溶接動作の開始及び終了を制御するようにしている。

以下、本発明を実施する形態例の作用を説明する。

容器本体のキャニスタ本体２に一次蓋６を嵌め込んで溶接する際には、初めに、加熱手段８を備えた溶接手段９を一次蓋６の上面に設置し、加熱部１４を一次蓋６に面接触させる。次に、一次蓋６の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段１５の周囲を加熱するように一次蓋６を加熱手段８により加熱すると共に、温度計測手段１５により一次蓋６の中心の加熱温度を測定し、温度が所定の温度範囲になった際には、一次蓋６の加熱動作を一次蓋６の溶接動作へ切替え、溶接手段９の溶接トーチ１３により一次蓋６の溶接を開始する。溶接動作では溶接トーチ１３を周回させることにより一次蓋６の溶接を完全に行い、溶接を完了した後には、キャニスタ本体２に二次蓋７を嵌め込んで溶接し、キャニスタ１の密閉を完了する。

ここで、一次蓋６の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段１５の周囲を加熱するように一次蓋６を加熱手段８により局所的に加熱した際には、一次蓋６が外側へ伸長して変形する（図３では矢印Ｃ）と共にキャニスタ本体２が外方寄りに広がって変形し（図３では矢印Ｄ）、弾性変形の応力を生じる。次に、この状態で、溶接手段９によりキャニスタ本体２の内面に一次蓋６の周縁を溶接した際には、一次蓋６が下方（反二次蓋７側）へ湾曲して変形する（図４では矢印Ｅ）と共に、キャニスタ本体２が内方寄りに僅かに変形し（図４では矢印Ｆ）、先の加熱による変形力と、溶接による変形力とを相殺する。なお、一次蓋６は、炭素鋼に比べて熱伝導が低いステンレス鋼であると共に薄板構造であるため、一次蓋６の中央を局所的に加熱することができ、溶接部分に対する温度上昇等の溶接条件への悪影響を防止することができる。

このように、本形態例によれば、予め一次蓋６を加熱した際には一次蓋６及びキャニスタ本体２が変形し、キャニスタ本体２に一次蓋６を溶接する際には、先の加熱による変形力と、溶接による変形力とを相殺するので、一次蓋６及びキャニスタ本体２の変形を抑制することができる。

又、予め、一次蓋６の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段１５の周囲を加熱するように一次蓋６を加熱手段８により加熱した際には一次蓋６が側方へ伸長すると共にキャニスタ本体２が外方寄りに変形し、キャニスタ本体２に一次蓋６の周縁を溶接する際には、一次蓋６が反二次蓋７側へ湾曲して変形し、先の加熱による変形力と、溶接による変形力とを相殺するので、一次蓋６の二次蓋７側への変形を防止すると共にキャニスタ本体２の内方への変形を抑制することができる。更に、一次蓋６及びキャニスタ本体２の変形を抑制するので、二次蓋７の設置性を向上させることができる。

ここで効果を更に具体的に説明すると、本形態例によれば、一次蓋６及びキャニスタ本体２の変形を抑制することにより、二次蓋７を取り付ける際には、二次蓋７の外径を小さくする必要がなく、キャニスタ本体２と二次蓋７のギャップｇ１を無くして両者の溶接性（溶接強度、溶接精度）を向上させることができる。又、同時に、一次蓋６の二次蓋７側への変形を防止するので、二次蓋７を取り付ける際には、キャニスタ本体２と二次蓋７に上下方向で食い違いｇ２を生じることがなく、キャニスタ本体２と二次蓋７の溶接性（溶接強度、溶接精度）を一層向上させることができる。更に又、一次蓋６の二次蓋７側への変形を防止してキャニスタ本体２に二次蓋７を挿入し得るので、キャニスタ本体２の全高を増やすことなく、キャニスタ本体２の重量の増加を抑制すると共に、キャニスタ本体２を収納する外容器（コンクリートキャスク及びキャニスタ輸送キャスク）との取り合いを好適にすることができる。

一次蓋６の加熱から一次蓋６の溶接への切替えを、測定した温度により制御すると、もしくは、溶接手段９が、一次蓋６の温度を測定する温度計測手段１５を備えると、加熱による変形力と溶接による変形力との相殺を、温度調整により好適に為し得るので、一次蓋６及びキャニスタ本体２の変形を一層抑制することができる。

溶接手段９に加熱手段８を備えて一体化すると、加熱手段８及び溶接手段９の設置を容易に為し得ると共に一次蓋６の加熱から一次蓋６の溶接への切替えを迅速に為し得るので、一次蓋６及びキャニスタ本体２の変形を一層抑制することができる。又、加熱手段８を高周波加熱コイルにするので、一次蓋６を簡易に加熱することができる。

溶接手段９は、加熱手段８を収納して一次蓋６に対面させる加熱部１４を備えると、加熱手段８及び溶接手段９の設置を容易に為し得ると共に一次蓋６の加熱から一次蓋６の溶接への切替えを迅速に且つ適切に為し得るので、一次蓋６及びキャニスタ本体２の変形を一層好適に抑制することができる。

尚、本発明の容器の溶接方法及びその装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、溶接手段はキャニスタ本体に一次蓋を溶接し得るならば他の構造にしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の容器の溶接方法及びその装置を示す概略図である。本発明の容器の溶接装置の底面を示す概略図である。一次蓋の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段の周囲を加熱するように一次蓋を加熱手段により加熱した際のキャニスタ本体及び一次蓋の端部の状態を示す拡大状態図である。溶接装置によりキャニスタ本体に一次蓋を溶接した際のキャニスタ本体及び一次蓋の端部の状態を示す拡大概略図である。溶接装置によりキャニスタ本体に一次蓋を溶接した際のキャニスタ本体、一次蓋、二次蓋の状態を示す全体概略図である。キャニスタ本体、一次蓋、二次蓋を示す概略図である。キャニスタ本体に一次蓋を嵌め込んで溶接する前のキャニスタ本体及び一次蓋の端部の状態を示す拡大状態図である。キャニスタ本体に一次蓋を溶接した際のキャニスタ本体及び一次蓋の端部の状態を示す拡大概略図である。従来の溶接装置によりキャニスタ本体に一次蓋を溶接した際のキャニスタ本体、一次蓋、二次蓋の状態を示す全体概略図である。

符号の説明

２キャニスタ本体（容器本体）
６一次蓋
７二次蓋
８加熱手段
９溶接手段
１０ベース部
１１軸部
１２旋回アーム
１３加熱部
１４加熱部
１５温度計測手段

Claims

容器本体に一次蓋を取り付け、次に二次蓋を取り付ける際に、前記容器本体に一次蓋を嵌め込んで溶接装置により溶接する容器の溶接方法であって、
前記溶接装置は、容器本体に嵌め込んだ一次蓋を加熱する加熱手段と、前記容器本体に一次蓋を溶接するように一次蓋の上面に設置される溶接手段とを備え、
前記溶接手段は、一次蓋の上面に面接触で配置されるベース部と、該ベース部の上部に配置される軸部と、該軸部中心に旋回し得る旋回アームと、該旋回アームに配置される溶接トーチと、前記ベース部の裏面に位置して一次蓋に面接触する環状の加熱部と、該加熱部に囲まれるようにベース部の裏面中心に配置されて一次蓋の中心の温度を測定する温度計測手段とを備え、
前記加熱手段は、前記溶接手段の加熱部内に収納される高周波加熱コイルであり、
前記容器本体に一次蓋の周縁を溶接手段で溶接する際には、前記溶接手段のベース部を一次蓋の上面に配置し、該一次蓋の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段の周囲を加熱するように一次蓋を前記加熱手段により加熱し、溶接に伴う一次蓋の二次蓋側への変形を防止することを特徴とする容器の溶接方法。
一次蓋の加熱から一次蓋の溶接への切替えを、温度計測手段で測定した温度により制御する請求項１記載の容器の溶接方法。
容器本体に嵌め込んだ一次蓋を加熱する加熱手段と、容器本体に一次蓋を溶接する溶接手段とを備え、
前記溶接手段は、一次蓋の上面に面接触で配置されるベース部と、該ベース部の上部に配置される軸部と、該軸部中心に旋回し得る旋回アームと、該旋回アームに配置される溶接トーチと、前記ベース部の裏面に位置して一次蓋に面接触する環状の加熱部と、該加熱部に囲まれるようにベース部の裏面中心に配置されて一次蓋の中心の温度を測定する温度計測手段とを備え、
前記加熱手段は、前記溶接手段の加熱部内に収納される高周波加熱コイルであり、
前記容器本体に一次蓋の周縁を溶接手段で溶接する際には、前記溶接手段のベース部を一次蓋の上面に配置し、該一次蓋の周縁外周より径方向中央寄り位置で温度計測手段の周囲を加熱するように一次蓋を前記加熱手段により加熱し、溶接に伴う一次蓋の二次蓋側への変形を防止するように構成されたことを特徴とする容器の溶接装置。