JP4847148B2 - 原子力圧力容器内構造物の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、沸騰水型原子力圧力容器内構造物の補修方法に係り、特に原子力圧力容器内のシュラウドサポートシリンダの補修方法に関するものである。

図７は一部を断面にした沸騰水型原子力圧力容器の正面図、図８はその原子力圧力容器のシュラウドサポートシリンダ付近の断面図である。

これらの図に示すように、シュラウドサポートシリンダ２は原子力圧力容器１７の底部にシュラウドサポートレグ１８を介して溶接で取り付けられている。このシュラウドサポートシリンダ２は複数枚の円弧状板を溶接により繋いで円筒形状にした大型構造物もので、その上部に炉心シュラウド１を支持している。図８に示すように、炉心シュラウド１の下端外周にはバッキングリング４が溶接固定され、炉心シュラウド１とシュラウドサポートシリンダ２は内側からシュラウド溶接部３によって連結されている。

シュラウドサポートシリンダ２の外側にはジェットポンプ１９が設置されているため、シュラウドサポートシリンダ２とジェットポンプ１９の空間は狭く、遠隔操作の補修作業などは困難である。

シュラウドサポートシリンダ２の母材は例えばインコネルなどの高ニッケル合金であり、同じく例えばインコネルなどの高ニッケル合金溶接材料で溶接して、ほぼ円筒状のシュラウドサポートシリンダ２を製作している。この高ニッケル合金溶接材料は応力腐食割れの感受性を有するものもあり、そのために溶接部において応力腐食割れが発生する可能性がある。本発明はこの部位の補修方法を対象としたものである。

図９はシュラウドサポートシリンダ２の外側から視た上端部の構造および縦溶接部に応力腐食割れが発生したことを想定した状態を示している図、図１０は図９Ｄ−Ｄ線上の断面図、図１１は図１０Ｅ−Ｅ線上の断面図である。

前述のように炉心シュラウド１の下端外周にはバッキングリング４が溶接固定され、炉心シュラウド１とシュラウドサポートシリンダ２は内側からシュラウド溶接部３が形成されている。また、シュラウドサポートシリンダ２の上端部とバッキングリング４の下端部との間には、図１０に示すように断面形状がほぼＶ字形のノッチ（隙間）５が全周にわたって形成されている。図中の６は複数枚の円弧状板を溶接により繋いでほぼ円筒状のシュラウドサポートシリンダ２を製作する際に形成された縦溶接部、７はその縦溶接部６内の特にシュラウドサポートシリンダ２の外側から発生した応力腐食割れを表している。

なお、応力腐食割れが発生した部位の補修方法に関しては、例えば下記のような特許文献を挙げることができる。
特開昭５６−４１０９４号公報 特開平０７−６２８９３号公報 特開２００１−２４２２８０号公報

応力腐食割れの補修方法は、従来から応力腐食割れが発生した部位を全て取り除く方法が一般的である。しかし、前述のシュラウドサポートシリンダ２の外側は、周辺の構造物（例えば前記ジェットポンプ１９など）との隙間が狭いため、補修に特殊な小型装置が必要であり、施工が非常に困難で、かつ施工期間が長期となる。特に応力腐食割れが発生した部位を全て取り除く作業は非常に困難であり、最も時間がかかるプロセスである。そのためこの除去プロセスの短縮または省略が強く望まれている。

応力腐食割れが発生した部位を全て取り除く方法以外の補修方法としては、欠陥封止溶接方法と呼ばれる方法がある。この方法は亀裂を残したまま、亀裂の上から溶接して、応力腐食割れの要因である炉水環境と亀裂を隔離することにより、亀裂の進展を抑制する方法である。この方法は強度的に許容される場合に適用可能な補修方法であり、シュラウドサポートシリンダに発生した応力腐食割れの補修方法としては、この欠陥封止溶接方法が有望と考えられている。

図１２は応力腐食割れの補修方法として欠陥封止溶接方法を適用したシュラウドサポートシリンダの外側から視た上端部付近の一部側面図、図１３は図１２Ｆ−Ｆ線上の断面図、図１４は図１３Ｇ−Ｇ線上の断面図である。

これらの図に示すように縦溶接部６に発生した応力腐食割れ７を除去せずに、応力腐食割れ７の上を封止溶接部８で覆う。このようにして応力腐食割れの要因である炉水環境と応力腐食割れ（亀裂）７を隔離して、応力腐食割れ（亀裂）７の進展を抑制する。

ところで図１２に示すようにシュラウドサポートシリンダ２とバッキングリング４の間にノッチ（隙間）５があると、シュラウドサポートシリンダ２ならびにバッキングリング４に対する封止溶接金属の融合が不十分となり、シュラウドサポートシリンダ２ならびにバッキングリング４と封止溶接部８との接合部に未融合部９（図１３参照）が発生し易くなる。

このように未融合部９が発生すると、それに沿って封止溶接部８の端部から応力腐食割れ７までにトンネル状の浸水経路１０が形成される（図１２参照）。そしてこの浸水経路１０を通って炉水（原子炉冷却水）が応力腐食割れ７まで侵入し、炉水による浸水で応力腐食割れの進展を抑制することができなくなり、補修の目的が達成されない。

このようにシュラウドサポートシリンダ２に対する応力腐食割れの補修方法として欠陥封止溶接方法は有望であるが、未融合部９が発生しないような補修方法が必要である。未融合部９を発生させないための補修方法としては、ノッチ５の部分をシュラウドサポートシリンダ２の全周にわたって封止溶接部８で覆うことが考えられる。しかし、シュラウドサポートシリンダ２の全周にわたって封止溶接部８を形成することは、コストと時間がかかるばかりでなく、シュラウドサポートシリンダ２の全周にわたって補修装置を設置して補修作業を行なう上で、補修装置間の干渉などの制約条件があることから、現実的な方法ではない。

本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、欠陥封止溶接による補修効果の高い原子力圧力容器内構造物の補修方法を提供することにある。

本発明は、複数枚（例えば３〜４枚）の円弧状板を溶接により繋いで円筒形状にして、前記各円弧状板の間に縦溶接部を有するシュラウドサポートシリンダと、そのシュラウドサポートシリンダによって支持された炉心シュラウドと、その炉心シュラウドの下端外周に固定されたバッキングリングと、前記シュラウドサポートシリンダと炉心シュラウドの接合部をシュラウドサポートシリンダの内側から溶接したシュラウド溶接部とを備え、
前記シュラウドサポートシリンダの上端部と前記バッキングリングの下端部の接合部に例えばノッチや段差などの角部が形成されており、
応力腐食割れが発生した前記縦溶接部の上に、原子炉冷却水から前記応力腐食割れを隔離するための欠陥封止溶接部を形成する原子力圧力容器内構造物の補修方法を対象とするものである。

そして前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、前記角部の少なくとも前記欠陥封止溶接部の溶接始端部と溶接終端部に相当する部分の角部を除去する角部除去工程と、
その角部除去工程によって形成された角部除去加工部の上を含んで前記縦溶接部の上に欠陥封止溶接部を形成する欠陥封止溶接部形成工程とを有していることを特徴とするものである。

前記目的を達成するため本発明の第２の手段は、前記縦溶接部の上に欠陥封止溶接部を形成する欠陥封止溶接部形成工程と、
前記欠陥封止溶接部のうちの前記角部と対向する少なくとも溶接始端部と溶接終端部を除去する封止溶接部除去工程と、
その封止溶接部除去工程によって形成された除去加工部の上に肉盛溶接部を形成する肉盛溶接工程とを有していることを特徴とするとするものである。

前記目的を達成するため本発明の第３の手段は、前記角部のうちの前記縦溶接部と対向する位置に溶加材を設置する溶加材設置工程と、
その溶加材を例えばレーザ溶接などによって溶融して前記角部を埋める工程と、
その角部を埋める工程の後に前記縦溶接部の上に欠陥封止溶接部を形成する欠陥封止溶接部形成工程とを有していることを特徴とするものである。

本発明は前述のような構成になっており、シュラウドサポートシリンダとバッキングリングの間に成形される角部に起因した未溶融部の発生がなくなり、欠陥封止溶接による補修効果の高い原子力圧力容器内構造物の補修方法を提供することができる。

次に本発明の各実施形態を図と共に説明する。図１は第１の実施形態に係るシュラウドサポートシリンダの上端部の構造を示す一部側面図、図２は図１Ａ−Ａ線上の断面図である。

図１に示すようにシュラウドサポートシリンダ２の外周部において、それとバッキングリング４の間には、断面形状がほぼＶ字形をしたノッチ（隙間）５が形成されている。このノッチ（隙間）５は、バッキングリング４の下端部に予め開先部を設けておき、シュラウド溶接部３を形成するときの熱を利用して、前記バッキングリング４の開先部先端を溶融してシュラウドサポートシリンダ２の上端部に融着した際、残りの開先部によって形成されたものである。

そしてシュラウドサポートシリンダ２の縦溶接部６に発生した応力腐食割れ７を除去せずに、応力腐食割れ７の上を封止溶接部８で覆う。このようにして応力腐食割れの要因である炉水環境と応力腐食割れ（亀裂）７を隔離して、応力腐食割れ（亀裂）７の進展を抑制する欠陥封止溶接方法を採用している。

しかしノッチ（隙間）５があると、前述のようにシュラウドサポートシリンダ２ならびにバッキングリング４と封止溶接部８との接合部に未融合部が発生し易くなり、未融合部から炉水（原子炉冷却水）が侵入し、応力腐食割れ（亀裂）７が接液してしまうと応力腐食割れ（亀裂）７の進展を抑制することができなくなり、補修の目的が達成されない。

そこで本実施形態では未融合部が発生しないように、ノッチ５の封止溶接部８の溶接始端部と溶接終端部に相当する部分を予め除去して、ノッチ５よりも幅広でほぼフラットなノッチ除去加工部１１を形成する。そして図１に示すように一方のノッチ除去加工部１１から他方のノッチ除去加工部１１にかけて封止溶接部８を形成する。

ノッチ除去加工部１１を形成する方法には、放電加工、切削などの機械加工、グラインダー加工などがあり、加工部底面に未融合部発生の原因であるノッチ５が無くなることが重要である。この加工を行なった後に欠陥封止溶接を行なって封止溶接部８を形成することにより、補修を完了する。このときノッチ除去加工部１１の底面には図２に示すように完全溶融部１２が形成され、それによって炉水の侵入経路は無くなり、欠陥封止溶接の目的が確実に達成される。

本実施形態ではノッチ５の封止溶接部８の溶接始端部と溶接終端部に相当する部分にそれぞれノッチ除去加工部１１を形成したが、縦溶接部６の幅が短い場合は、封止溶接部８の溶接始端部から溶接終端部にかけて連続してノッチ除去加工部１１を形成することもできる。

図３ならびに図４は本発明の第２の実施形態を説明するための図で、図３は第２の実施形態に係るシュラウドサポートシリンダの上端部の構造を示す一部側面図、図４は図３Ｂ−Ｂ線上の断面図である。

前述のように縦溶接部６に発生した応力腐食割れ７の上を封止溶接部８で覆った構造では、その封止溶接部８の溶接始端部と溶接終端部でノッチ５と対向する部分に未溶融部が発生し易い。そこで本実施形態では図３に示すように、封止溶接部８で未溶融部を含む部位、すなわち封止溶接部８の溶接始端部と溶接終端部でノッチ５と対向する部位を除去加工して、未溶融部除去加工部１３を形成する。そしてこの未溶融部除去加工部１３の上に肉盛溶接部１４を形成することにより、欠陥封止溶接の目的を達成したものである。

作業手順として溶接が２段階に分かれて施工時間が長くなるが、封止溶接部８と肉盛溶接部１４は別の溶接であるから、溶接トーチの追従性は前記第１の実施形態よりも容易になり、施工の確実性が高まるという特長を有している。

本実施形態では封止溶接部８の溶接始端部と溶接終端部にそれぞれ未溶融部除去加工部１３を形成したが、封止溶接部８の溶接始端部から溶接終端部にかけて連続して未溶融部除去加工部１３を形成することもできる。

図５ならびに図６は本発明の第３の実施形態を説明するための図で、図５は第３の実施形態に係るシュラウドサポートシリンダの上端部の構造を示す一部側面図、図６は図５Ｃ−Ｃ線上の断面図である。

本実施形態は、図５に示すように封止溶接部８の溶接始端部から溶接終端部までの距離よりも若干長い溶加材としてのウエルドインサート１５をノッチ５の封止溶接部８が施される位置に嵌め込む。そしてこのウエルドインサート１５をレーザ溶接により深く溶け込ませてレーザ溶接部１６を形成する。

図６に示すようにこのレーザ溶接部１６の内部はバッキングリング４の厚さよりも深く溶け込ませることにより、未溶融部を含まない完全溶接部１２が形成される。ノッチ５はウエルドインサート１５の体積分が埋め合わされるので、未融合部の発生原因であるノッチ５が無くなり、その上に封止溶接部８を形成することにより、欠陥封止溶接の目的が達成される。

本実施形態ではノッチ５にウエルドインサート１５を嵌め込んだが、ウエルドインサート１５の替わりに溶加材としての溶接ワイヤを送給してレーザ溶接部１６を形成することも可能である。

本実施形態では溶加材をレーザ照射熱で溶融してレーザ溶接部１６を形成したが、そのレーザ溶接の替わりにプラズマアーク溶接によるプラズマアーク熱により前記溶加材を溶融させることも可能である。

前記各実施形態ではシュラウドサポートシリンダ２とバッキングリング４の間に断面形状がほぼＶ字形のノッチ（隙間）５が形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図１５に示すようにシュラウドサポートシリンダ２とバッキングリング４の外径の差などにより、両者の間に段差２０が形成されている場合にも適用可能である。同図ではシュラウドサポートシリンダ２の外径がバッキングリング４の外径よりも大きい場合を示しているが、バッキングリング４の外径がシュラウドサポートシリンダ２の外径よりも大きい場合もある。

本発明の第１の実施形態に係るシュラウドサポートシリンダの上端部の構造を示す一部側面図である。 図１Ａ−Ａ線上の断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るシュラウドサポートシリンダの上端部の構造を示す一部側面図である。 図２Ｂ−Ｂ線上の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るシュラウドサポートシリンダの上端部の構造を示す一部側面図である。 図５Ｃ−Ｃ線上の断面図である。 一部を断面にした沸騰水型原子力圧力容器の正面図である。 その原子力圧力容器のシュラウドサポートシリンダ付近の断面図である。 シュラウドサポートシリンダの上端部の構造および縦溶接部に応力腐食割れが発生した状態を示す図である。 図９Ｄ−Ｄ線上の断面図である。 図１０Ｅ−Ｅ線上の断面図である。 シュラウドサポートシリンダの縦溶接部に封止溶接部を形成した状態を示す図である。 図１２Ｆ−Ｆ線上の断面図である。 図１３Ｇ−Ｇ線上の断面図である。 本発明の他の適用例を示すシュラウドサポートシリンダの上端部の構造を示す一部側面図である。

符号の説明

１：炉心シュラウド、２：シュラウドサポートシリンダ、３：シュラウド溶接部、４：バッキングリング、５：ノッチ（隙間）、６：シュラウドサポートシリンダの縦溶接部、７：応力腐食割れ、８：封止溶接部、９：未溶融部、１０：炉水の侵入経路、１１：ノッチ除去加工部、１２：完全溶融部、１３：未溶融部除去加工部、１４：肉盛溶接部、１５：ウエルドインサート、１６：レーザ溶接部、１７：原子力圧力容器、１８：シュラウドサポートレグ、１９：ジェットポンプ、２０：段差。

Claims (5)

1. 複数枚の円弧状板を溶接により繋いで円筒形状にして、前記各円弧状板の間に縦溶接部を有するシュラウドサポートシリンダと、そのシュラウドサポートシリンダによって支持された炉心シュラウドと、その炉心シュラウドの下端外周に固定されたバッキングリングと、前記シュラウドサポートシリンダと炉心シュラウドの接合部をシュラウドサポートシリンダの内側から溶接したシュラウド溶接部とを備え、
   前記シュラウドサポートシリンダの上端部と前記バッキングリングの下端部の接合部に角部が形成されており、
   応力腐食割れが発生した前記縦溶接部の上に、原子炉冷却水から前記応力腐食割れを隔離するための欠陥封止溶接部を形成する原子力圧力容器内構造物の補修方法において、
   前記角部の少なくとも前記欠陥封止溶接部の溶接始端部と溶接終端部に相当する部分の角部を除去する角部除去工程と、
   その角部除去工程によって形成された角部除去加工部の上を含んで前記縦溶接部の上に欠陥封止溶接部を形成する欠陥封止溶接部形成工程と
   を有していることを特徴とする原子力圧力容器内構造物の補修方法。
2. 複数枚の円弧状板を溶接により繋いで円筒形状にして、前記各円弧状板の間に縦溶接部を有するシュラウドサポートシリンダと、そのシュラウドサポートシリンダによって支持された炉心シュラウドと、その炉心シュラウドの下端外周に固定されたバッキングリングと、前記シュラウドサポートシリンダと炉心シュラウドの接合部をシュラウドサポートシリンダの内側から溶接したシュラウド溶接部とを備え、
   前記シュラウドサポートシリンダの上端部と前記バッキングリングの下端部の接合部に角部が形成されており、
   応力腐食割れが発生した前記縦溶接部の上に、原子炉冷却水から前記応力腐食割れを隔離するための欠陥封止溶接部を形成する原子力圧力容器内構造物の補修方法において、
   前記縦溶接部の上に欠陥封止溶接部を形成する欠陥封止溶接部形成工程と、
   前記欠陥封止溶接部のうちの前記角部と対向する少なくとも溶接始端部と溶接終端部を除去する封止溶接部除去工程と、
   その封止溶接部除去工程によって形成された除去加工部の上に肉盛溶接部を形成する肉盛溶接工程と
   を有していることを特徴とする原子力圧力容器内構造物の補修方法。
3. 複数枚の円弧状板を溶接により繋いで円筒形状にして、前記各円弧状板の間に縦溶接部を有するシュラウドサポートシリンダと、そのシュラウドサポートシリンダによって支持された炉心シュラウドと、その炉心シュラウドの下端外周に固定されたバッキングリングと、前記シュラウドサポートシリンダと炉心シュラウドの接合部をシュラウドサポートシリンダの内側から溶接したシュラウド溶接部とを備え、
   前記シュラウドサポートシリンダの上端部と前記バッキングリングの下端部の接合部に角部が形成されており、
   応力腐食割れが発生した前記縦溶接部の上に、原子炉冷却水から前記応力腐食割れを隔離するための欠陥封止溶接部を形成する原子力圧力容器内構造物の補修方法において、
   前記角部のうちの前記縦溶接部と対向する位置に溶加材を設置する溶加材設置工程と、
   その溶加材を溶融して前記角部を埋める工程と、
   その角部を埋める工程の後に前記縦溶接部の上に欠陥封止溶接部を形成する欠陥封止溶接部形成工程と
   を有していることを特徴とする原子力圧力容器内構造物の補修方法。
4. 請求項1ないし３のいずれか１項記載の原子力圧力容器内構造物の補修方法において、前記角部が断面形状Ｖ字形のノッチであることを特徴とする原子力圧力容器内構造物の補修方法。
5. 請求項３記載の原子力圧力容器内構造物の補修方法において、前記溶加材を溶融して形成された溶接部の深さが前記バッキングリングの厚さよりも深いことを特徴とする原子力圧力容器内構造物の補修方法。

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