JP5389112B2

JP5389112B2 - 機械加工層の除去方法、原子力構造部材の残留応力改善方法及び炉心シュラウド取り替え方法

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Publication number: JP5389112B2
Application number: JP2011171452A
Authority: JP
Inventors: 克彦平野; 博朗玉古
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2011-08-05
Filing date: 2011-08-05
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2028-03-11
Also published as: JP2011215169A

Description

本発明は、機械加工層の除去方法、原子力構造部材の残留応力改善方法及び炉心シュラウド取り替え方法に係り、特に、沸騰水型原子力発電プラントにおける原子炉の炉心シュラウドの取り替え時において原子炉内で実施するのに好適な機械加工層の除去方法、原子力構造部材の残留応力改善方法及び炉心シュラウド取り替え方法に関する。

原子炉内に設置された炉内構造物の溶接部に発生する応力腐食割れ（ＳＣＣ）を防止するめに、従来、応力、環境及び材料の観点からのアプローチを行い、ＳＣＣに対する対策が採られてきた。しかし、２００３年以降に発見された耐応力腐食割れ性に優れているとされた材料で構成された原子力構造部材において、ＳＣＣが発生した事例が生じた。これをきっかけに、その構造部材の表面を機械加工した際に発生する機械加工層が、ＳＣＣ発生の要因の一つであるという説が高まっている。

機械加工層は、溶接後のグラインダ及び工作機による加工、さらには、溶接部の残留応力改善を目的としたピーニング、及び砥粒を用いた表面研磨のような機械的な方法を行った際にも加工面に発生することが知られている。このような過程で発生した機械加工層は、機械的な手段で除去することは困難であり、化学的な方法または電気化学的な方法で除去する以外に取り除くことが困難である。

電気化学的な方法で知られているものに電解研磨がある。電解研磨は、電解液を介して研磨対象の金属部材に直流電流を流し、金属部材の電解液に接する表面を溶解させることによって研磨効果を得る方法である。電解研磨は、製品の表面の凹凸をなくして滑らかにしたり、その表面に光沢を付与したりする目的で使用されている。特開２００３-２０２３９１号公報は、ＰＷＲの炉心に装荷される燃料集合体に用いられるリーフスプリングのＳＣＣを防止するために、そのリーフスプリングに対して、熱処理工程と仕上げ工程の間で時効処理後の表面皮膜を除去する研磨工程を実施している。この研磨工程の例として電解研磨が記載されている。

原子力構造部材のＳＣＣを抑制する方法の例が、特許第３１６２１０４号公報及び特開２００５-３３８０９７号公報に記載されている。特許第３１６２１０４号公報はウォータージェットピーニングを用いたＳＣＣ抑制策を、及び特開２００５-３３８０９７号公報はレーザーを用いたＳＣＣ抑制策をそれぞれ記載している。

ＳＣＣ対策が最も必要な原子力発電プラントはすでに運転されてから２０年以上が経過している高経年プラントである。特に、沸騰水型原子力発電プラントでは、ＳＣＣ対策の一つとして、原子炉内の炉心を取り囲む炉心シュラウドの取り替えが行われている（特開平８−６８８８９号公報及び特開２０００−２４９７９１号公報参照）。

特開２００３-２０２３９１号公報特許第３１６２１０４号公報特開２００５−３３８０９７号公報特開平８−６８８８９号公報特開２０００−２４９７９１号公報

上記した運転中の高経年プラントでは、ＳＣＣの発生をさらに低減することが重要である。特に、炉心シュラウドを取り替えた原子炉におけるＳＣＣの発生確率をさらに低減することが必要である。

本発明の目的は、構造部材の応力腐食割れをさらに低減できる機械加工層の除去方法、原子力構造部材の残留応力改善方法及び炉心シュラウド取り替え方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、構造部材の溶接部に形成された機械加工層を電解研磨によって除去し、その構造部材の、機械加工層を除去した部分にウォータジェットピーニングにより圧縮残留応力を付与することにある。

構造部材の溶接部に圧縮残留応力を付与した後に、溶接部に形成された機械加工層を電解研磨によって除去し、機械加工層を除去した部分に機械加工層をほとんど形成しないウォータジェットピーニングにより圧縮残留応力を付与するので、圧縮残留応力の付与に加えて機械加工層が取り除かれ、構造部材の応力腐食割れをさらに低減することができる。

本発明によれば、構造部材の応力腐食割れをさらに低減することができる。

沸騰水型原子力発電プラントの原子炉の縦断面図である。本発明の好適な一実施例である実施例１の機械加工層の除去方法を適用した、図１に示す原子炉の炉心シュラウド取り替え工事の工程を示す説明図である。図２に示す機械加工層の除去工程の詳細工程を示す説明図である。炉心シュラウド取り替え工事において原子炉圧力容器内の炉内構造物を除去した後における原子炉の縦断面図である。原子炉圧力容器の炉底部に対して電解研磨を実施する状態を示す説明図である。電解研磨の原理を示す説明図である。電解研磨実施時における対電極の配置、及び電源と対電極及び原子炉圧力容器との結線状態を示す説明図である。ＣＲＤスタブチューブへの対電極の取り付け状態を示す説明図である。シュラウドサポートレグへの対電極の取り付け状態を示す説明図である。本発明の他の実施例である実施例２の機械加工層の除去方法における電解研磨を示す説明図である。図１０のXI部の拡大図である。図１０の炉底部付近の横断面図である。本発明の他の実施例である実施例３の機械加工層の除去方法における電解研磨を示す説明図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１の機械加工層の除去方法、すなわち、原子力構造部材の残留応力改善方法を、図１〜図９を用いて以下に説明する。本実施例の機械加工層の除去方法は、沸騰水型原子力プラントに適用され、原子力プラント構造部材の機械加工層の除去するものであって、原子力構造部材の残留応力改善方法でもある。

沸騰水型原子力発電プラントの原子炉の概略構造を説明する（図１参照）。沸騰水型原子力発電プラント１は、原子炉２を備えている。原子炉２は、原子炉圧力容器（以下、ＲＰＶという）３を有し、ＲＰＶ３内に、炉心シュラウド６、シュラウドヘッド７、複数の気水分離器８、蒸気乾燥器９及び複数のジェットポンプ１０を設置している。複数の燃料集合体（図示せず）が装荷された炉心５がＲＰＶ３内に配置され、炉心シュラウド６が炉心５を取り囲んでいる。シュラウドヘッド７が炉心シュラウド６の上端部に設置される。
炉心支持板１２が、炉心５の下方で炉心シュラウド６に取り付けられ、各燃料集合体の下端部を保持する。上部格子板１１が、炉心５とシュラウドヘッド７の間に配置されて炉心シュラウド６に取り付けられ、各燃料集合体の上端部を保持する。各気水分離器８がシュラウドヘッド７に設置されて上方に向かって伸びている。蒸気乾燥器９は気水分離器８の上方に配置される。

シュラウドサポートレグ１３がＲＰＶ３内でその底部に設置される。環状のシュラウドサポート１４の円筒部がシュラウドサポートレグ１３の上に溶接にて設置される。炉心シュラウド６の下端がシュラウドサポート１４の円筒部の上端に溶接にて接合される。シュラウドサポート１４の水平に伸びる板状部がＲＰＶ３の内面に溶接にて接合されている。
複数のジェットポンプ１０は、ＲＰＶ３と炉心シュラウド６の間に形成される環状のダウンカマ１８内に配置され、シュラウドサポート１４の水平に伸びる板状部に設置される。
複数の制御棒駆動機構スタブチューブ（ＣＲＤスタブチューブ）１６が、ＲＰＶ３内に配置されてＲＰＶ３の底部に取り付けられている。制御棒駆動機構ハウジング（ＣＲＤハウジング）１５が、それぞれのＣＲＤスタブチューブ１６内を貫通しており、ＣＲＤスタブチューブ１６に取り付けられている。各ＣＲＤハウジング１５は、ＲＰＶ１よりも下方に向かって伸びている。制御棒を操作する制御棒駆動機構（ＣＲＤ）（図示せず）が、ＣＲＤハウジング内に設置されている。複数の中性子計測ハウジング（以下、ＩＣＭハウジングという）２０（図５参照）がＲＰＶ３を貫通してＲＰＶ３に設置される。複数のＩＣＭ案内管１９が炉心支持板１２の下方で炉心シュラウド６内に配置され、各ＩＣＭ案内管１９の下端がＩＣＭハウジング２０の上端に接合されている。

原子炉２の運転中、ジェットポンプ１０から吐出された冷却水は、炉心５内に供給されて一部が蒸気になる。気水分離器８は、炉心５から導かれる気液二相流を蒸気と冷却水に分離する。蒸気は、さらに、蒸気乾燥器９に導かれて湿分を除去され、ＲＰＶ３から排出されて主蒸気配管１７を通ってタービン（図示せず）に供給される。気水分離器８で分離された冷却水は、ダウンカマ１８内を下降してジェットポンプ１０内に吸引される。

ＲＰＶ３内の経年変化で劣化した炉心シュラウド６を新しい炉心シュラウド６に取り替える炉心シュラウド取り替え作業は、原子炉２の運転が停止された後に行われる。この炉心シュラウド取り替え作業を、図２に基づいて説明する。炉心シュラウド取り替えは、経年変化で劣化した炉心シュラウド及び炉内構造物を耐ＳＣＣ性の高い材料で構成された新しい炉心シュラウド及び新しい炉内構造物に取り替えることであり、原子炉の予防保全のために行われる。

原子炉２の運転停止後に、付帯工事が行われる（ステップ３１）。この付帯工事は、ＲＰＶ３内に設置された機器及び構造物のうち、取り外しが可能な機器及び構造物をＲＰＶ３の外に搬出する工事であり、ＲＰＶ３の上方に位置する原子炉ウェル３０内に冷却水を充填した後に行われる。まず、ＲＰＶ３の蓋４が取り外される。蒸気乾燥器９、及び複数の気水分離器８が設置されたシュラウドヘッド７が、取り外されてＲＰＶ３の外に取り出され、機器仮置きプール（図示せず）内まで搬送される。炉心５内の全ての燃料集合体が燃料貯蔵プール(図示せず)まで移送される。炉心５に配置された各制御棒もＲＰＶ３から取り出される。上部格子板１１及び炉心支持板１２も取り外され、ＲＰＶ３外に取り出される。

付帯工事が終了した後、ＲＰＶ３の化学除染が行われる（ステップ３２）。この化学除染の実施によりＲＰＶ３の内面及び残存する炉内構造物の表面に付着した放射性物質を除去し、放射線量を低減することができる。このため、作業員がＲＰＶ３内に入って炉内構造物の切断作業等の炉内作業を行うことが可能になる。化学除染終了後、ＲＰＶ３内の除染により取り除かれた放射性物質を含む冷却水が、ＲＰＶ３からドレン配管２７（図５参照）を通して放射性廃液処理設備に移送される。

炉内構造物の切断を実施する（ステップ３３）。化学除染が終了して放射線量が低下したＲＰＶ３内に作業員が入って、炉心シュラウド６、ジェットポンプ１０、ＩＣＭ案内管１９及び制御棒案内管（図示せず）等の炉内構造物の取り外し及び切断が作業員によって行われる。取り外されたまたは切断された各構造物は、上方より、ＲＰＶ３の外に搬出される。このように、炉内構造物の切断及び搬出が終了した後、ＲＰＶ３内は、ほぼ空の状態となり、炉底部までアクセスすることが可能になる（図４参照）。

ＲＰＶ内の点検を実施する（ステップ３４）。ステップ３３の作業が終了した後、炉底部を含むＲＰＶ３内の点検（例えば、カメラによる点検及び超音波探傷等）を実施する。
引き続いて、ＳＣＣ対策の一方法である応力改善対策を実施する（ステップ３５）。実施する応力改善対策は、例えば、ショットピーニングである。ショットピーニングを実施する対象は、炉底部に存在する、シュラウドサポート１４の円筒部とシュラウドサポートレグ１３との溶接部２１、シュラウドサポート１４の円筒部とシュラウドサポート１４の板状部との溶接部２２、シュラウドサポート１４の板状部とＲＰＶ３の内面との溶接部２３、シュラウドサポートレグ１３とＲＰＶ３の内面との溶接部２４、ＣＲＤスタブチューブ１６とＲＰＶ３の内面との溶接部２５、及びＩＣＭハウジング２０とＲＰＶ３の内面との溶接部２６である（図５参照）。ショットピーニングは、これらの溶接部（対象部位）に対してショット（小径の鋼球）を投射し、それらの溶接部及び溶接部付近の表面側に圧縮残留応力を付与するものである。ショットピーニングは、ＲＰＶ３内に水を張らずにドライな状態で行われる。ショットピーニングが終了した後、投射したショットがＲＰＶ３内から回収される。

圧縮残留応力を付与する応力改善対策は、ショットピーニング以外に、ウォータージェットピーニング、レーザーピーニング、機械化学的研磨及び表面応力改善研磨等がある。
ウォータージェットピーニングは、水中において、ノズルから対象部位に向って高圧水を噴射し、高圧水に同伴するキャビティが潰れて発生する衝撃波によって対象部位に圧縮残留応力を付与する。レーザーピーニングは、ウォータージェットピーニングと同様に、水中で対象部位にレーザーを照射し、その際に水と対象部位の界面に発生するプラズマを利用して対象部位に圧縮残留応力を付与する。機械化学的研磨は、砥粒及び薬液を用いて研磨を行うことである。表面応力改善研磨は特殊研磨材を用いた研磨である。

次に、機械加工層を除去する（ステップ３６）。応力改善対策であるショットピーニングを施した溶接部の表面には、ショットピーニングによって機械加工層が形成される。本実施例では、この機械加工層を研磨（羽根状の回転体に戸粒を付着させた工具を用いた研磨及び電解研磨）によって除去する。この研磨による機械加工層の除去の詳細については、後述する。なお、ショットピーニング及び機械化学的研磨のような機械的な残留応力改善対策は、メカニズム的にどうしても対象部位である溶接部及び溶接部付近の各表面に機械加工層が形成される。

原子炉圧力容器内の点検を行う（ステップ３７）。機械加工層を除去した後、機械加工層の除去を確認するためにＲＰＶ３内の点検を実施する。例えば、機械加工層の除去対象部（以下、機械加工層除去対象部という）の硬さを測定し、機械加工層の除去前の硬さと比較する。この硬さの変化に基づいて機械加工層の除去が確実に行われたことを確認できる。また、電解研磨による機械加工層の除去を行った後、機械加工層除去対象部の表面状態がどのようになったかも確認することができる。

炉内構造物の据付けが行われる（ステップ３８）。ステップ３１の付帯工事及びステップ３３の作業で取り除かれた炉内構造物をＲＰＶ３内に据え付ける。すなわち、ジェットポンプ１０がシュラウドサポート１４に取り付けられ、新しく製造された炉心シュラウド６がシュラウドサポート１４の上端に接合される。ＩＣＭ案内管１９及び制御棒案内管も元通りに設置される。その後、ＲＰＶ３及び原子炉ウェル３０内に冷却水を充填する。そして、上部格子板１１及び炉心支持板１２が炉心シュラウド６に設置される。燃料貯蔵プール内に貯蔵されている燃料集合体が炉心５に装荷される。燃料集合体の装荷が終了した後、気水分離器８が取り付けられたシュラウドヘッド７及び蒸気乾燥器９がＲＰＶ３内に搬入され、所定の位置に取り付けられる。蓋４がＲＰＶ３に取り付けられる。

原子炉外側の工事を実施する（ステップ３９）。原子炉外側のノズルセーフエンド及び配管の取り替え等がドライウェル内で行われる。最後に、耐圧試験が実施される（ステップ４０）。ステップ３９の工事が終了した後、ＲＰＶ３及び取り替えた配管等の耐圧試験が実施される。耐圧試験の終了により、炉心シュラウド取り替えの全工事が終了する。

ステップ３６における機械加工層の除去を、図３に基づいて詳細に説明する。機械的研磨による機械加工層の除去を行う（ステップ４１）。応力改善対策（例えば、ショットピーニング）を行った溶接部２１〜２６及びこれらの溶接部付近に形成された機械加工層を、羽根状の回転体に戸粒を付着させた工具によって除去する。この工具によれば、ショットピーニングによって発生した厚い機械加工層を短時間に除去することができる。しかしながら、その工具自身によって新たな機械加工層が発生する。その工具によって発生した機械加工層は、電解研磨によって除去される。電解研磨による機械加工層の除去では、電解磨自体によって新たな機械加工層が形成されることはない。この電解研磨を以下に説明する。

まず、ドレン配管に栓をする（ステップ４２）。ショットピーニングを実施するときにＲＰＶ３内に存在した冷却水は、放射性廃液として、ドレン配管２７によりＲＰＶ３から処理施設に排出される。この冷却水の排出が終了した後、ＲＰＶ３の底部に接続されたドレン配管２７の開口に栓をしてこの開口を塞ぐ。ドレン配管２７の開口はＲＰＶ３内に連絡されている。電解研磨液をＲＰＶ３内に注入する（ステップ４３）。電解研磨液（例えば、濃硫酸及びリン酸等）５１は、機械加工層除去対象部（例えば、溶接部２１〜２６）が電解研磨液５１に浸漬されるように、所定の液位まで注入される（図５参照）。すなわち、電解研磨液５１は、溶接部２２，２３、すなわち、シュラウドサポート１４が漬かる位置まで満たされる。機械加工層の除去に用いる機器を設置する（ステップ４４）。機器とは、図５に示すサーモスタット５９、電流計６０、撹拌機／ヒータ６１及び温度計６２等である。これらの機器は運転床６３（図１参照）に置かれる。次に、対電極を設置する（ステップ４５）。対電極は、機械加工層除去対象部付近で電解研磨液５１内に配置する。対電極はその機械加工層除去対象部に接触させないようにする。必要に応じては、対電極に絶縁部材を取り付けて、対電極と機械加工層除去対象部の接触を回避する。上記した各機器及び対電極の結線を行う（ステップ４６）。機器同士及び機器と対電極の配線による接続を行う。さらに、機械加工層除去対象部とつながる構造物（例えば、ＲＰＶ３）と電源を接続する。電解研磨を実施する（ステップ４７）。機械的研磨によって生成された機械加工層を、対電極と電源につながる構造物の間に電流を流して電解研磨を行うことによって、機械加工層除去対象部から除去する。電解研磨による機械加工層の除去を行っている間、対電極に流れる電流及び電解研磨液５１の温度を制御し、それぞれが所定値になるように管理する。ＲＰＶ３内の応力改善対策を行った全箇所（機械加工層除去対象部）に対する機械加工層の除去を終了した（ステップ４８）後、ドレン配管の開口に施した栓を引抜く（ステップ４９）。この栓を引抜くことによって、ＲＰＶ３内の電解研磨液５１は、ドレン配管を通して排出される。電解研磨液５１は、有害であるため、フィルタを通して有害物質を除去した後に、排出される。ＲＰＶ内のフラッシングを実施する（ステップ５０）。電解研磨液５１をＲＰＶ３から排出した後、ＲＰＶ３内に水を所定レベルまで注入してフラッシングを実施する。このフラッシングによって、ＲＰＶ３内面及び炉内構造物に付着している電解研磨液を残留しないように取り除く。フラッシング終了後、この水は弁を開くことによりドレン配管２７を通して排出される。以上の工程が終了したとき、機械加工層の除去が終了する。機械加工層の除去は、溶接部２１〜２６に対して実行される。

本実施例は、機械加工層の除去を電解研磨で行っている。この電解研磨の原理を、図６を用いて説明する。容器５２内に電解研磨液５４を満たし、電解研磨液５４内に電解研磨対象物５５を浸漬させる。対電極５３も電解研磨液５４内に浸漬される。容器５２及び対電極５３に電源のマイナス極を接続する。電源のプラス極が電解研磨対象物５５に接続される。マイナス極とプラス極を接続することによって、対電極５３、電解研磨液５４及び電解研磨対象物５５を通して電流が流れ、電解研磨対象物５５の表面が研磨される。

ＲＰＶ３の炉底部における溶接部２４〜２６の肉盛材はニッケル基合金を用いている。
このような溶接部２４〜２６に対しては、オーステナイト系ステンレス鋼と同様に、濃硫酸及びリン酸等を成分とする電解研磨液５１を用いることが可能である。本実施例における機械加工層を除去するための電解研磨は、ＲＰＶ３の溶接部２３、２４〜２６及びＲＰＶ３につながる溶接部２１，２２が電解研磨対象であるので、ＲＰＶ３（例えば、ＲＰＶ３の上部フランジに取り付けられたスタッドボルト５６）に電源のプラス極を接続し、電源のマイナス極に接続された対電極５７をＲＰＶ３内に充填した電解研磨液５１内に配置する（図７参照）。対電極５７の配置の例を図８及び図９に示す。対電極５７は機械加工層除去対象部の形状に合わせて準備される。ＣＲＤスタブチューブ１６に嵌め合わされる対電極５７Ａ（図８参照）は、ＣＲＤスタブチューブ１６の周りを取り囲む曲面を有する孔、及びこの孔にＣＲＤスタブチューブ１６を挿入する切り欠き部を有する。対電極５７Ｂ（図９参照）は、シュラウドサポートレグ１３に嵌め合わされる切り欠き部５８を形成している。対電極５７Ａ，５７Ｂは、ＣＲＤスタブチューブ１６及びシュラウドサポートレグ１３と接触しないように、さらにはＲＰＶ３と接触しないように、絶縁部材（図示せず）を取り付けている。電源のマイナス極は、配線により、サーモスタット５９及び電流計６０を介して対電極５７Ａ，５７Ｂに接続されている。サーモスタット５９及び電流計６０はオペレータフロア６３（図１参照）上に置かれている。

ステップ４７の機械加工層の除去時においては、対電極５７ＡとＣＲＤスタブチューブ１６の間に、電解研磨液５１を介して電流が流れる。この電流及び電解研磨液５１の作用によって、溶接部２５及びこの溶接部付近の表面における電解研磨が実行される。したがって、その表面に形成されている機械加工層が除去される。

ステップ４８の機械加工層の除去時における対電極５７に供給する電流及び電解研磨液５１の温度の管理について、詳細に説明する。ＲＰＶ３内の電解研磨液５１内に、撹拌機／ヒータ６１及び温度計６２が浸漬されている。対電極５７に供給する電流値及び電解研磨液５１の温度は高いほど電解研磨の反応は良くなり研磨効率が向上するが、それらがあまり高すぎると、電流が流れるＲＰＶ３等の構造部材に熱が発生する。この構造部材における発熱は、応力改善対策（ステップ３５）によって構造部材の溶接部付近に付与された圧縮残留応力が変化する恐れがあるため好ましくない。このために、機械加工層を除去している間では、電流計６０により対電極５７に供給する電流を測定し、温度計６２によって電解研磨液５１の温度を測定する。サーモスタット５９は、電流計６０で測定した電流値を入力し、対電極５７に供給される電流が制限値以下になるように制御する。温度計６２による温度計測値を入力する制御器（図示せず）は、その温度計測値に基づいて、電解研磨液５１を加熱するヒータ６１の加熱量を制御する。これによって、電解研磨液５１の温度は、設定温度に調節される。以上のように、対電極５７に供給する電流及び電解研磨液５１の温度が管理されるので、構造部材に付与された圧縮残留応力が変化することを防止できる。

炉底部の広範囲にわたってＲＰＶ３の温度を管理する場合は、一、二箇所に温度計６２を設置しただけでは管理しきれないので、ＲＰＶ３内にカメラを設置し、サーモグラフィによりＲＰＶ３の温度分布を計測する。得られた温度分布のデータを制御器にフィードバックして攪拌機／ヒータ６１を制御することによって、広範囲にわたってＲＰＶ３の温度を設定温度に保持することができる。このように広範囲にわたってＲＰＶ３の温度を計測することによって、間接的に、電解研磨液５１の温度を精度良く把握することができる。

本実施例は、溶接部２１〜２６及びこれらの付近における原子力構造部材（例えば、ＲＰＶ３、シュラウドサポート１４、シュラウドサポートレグ１３、ＣＲＤスタブチューブ１６及びＩＣＭハウジング２０等）の表面にショットピーニングにより圧縮残留応力を付与することができ、しかも、この圧縮残留応力の付与時にその表面に形成された機械加工層を除去することができる。このため、原子力構造部材におけるＳＣＣの発生確率がさらに低減される。

本実施例は、羽根状の回転体に戸粒を付着させた工具を用いた機械的研磨で先に機械加工層を除去するので、ショットピーニングによって形成された厚い機械加工層を早く除去することができる。その後、電解研磨を行うので、機械的研磨によって形成された機械加工層を除去することができ、構造部材の応力改善対策対象部における機械加工層をほとんど除去することができる。電解研磨による機械加工層の除去は、電解研磨自体によって構造部材に機械加工層が形成されることはない。ショットピーニングによって形成された厚い機械加工層は、羽根状の回転体に戸粒を付着させた工具を用いずに電解研磨によっても除去することができる。この場合には、羽根状の回転体に戸粒を付着させた工具を用いた場合に比べて機械加工層の除去に要する時間が長くなる。本実施例は、電解研磨時にＲＰＶ３自体を、電解研磨液５１を注入する容器として利用することができる。

応力改善対策としてショットピーニングの替りにウォータージェットピーニングを実施することも可能である。ウォータージェットピーニングによって構造部材の溶接部２１〜２６及び溶接部２１〜２６付近に圧縮残留応力を付与する場合には、例えば、ＲＰＶ３内でシュラウドサポート１４の上端まで水を注入する。その後、その水中で、ノズルから高圧高速のジェット流を噴出させ、このジェット流で発生する衝撃波によって、溶接部２１〜２６及び溶接部２１〜２６付近に圧縮残留応力を付与する。このウォータージェットピーニング施工部（機械加工層除去対象部）に形成される機械加工層の厚みは非常に薄い。
このままでも、原子力構造部材におけるＳＣＣ発生確率は非常に小さいが、このウォータージェットピーニングによって形成された機械加工層を除去することによって原子力構造部材におけるＳＣＣの発生確率はさらに小さなものになる。ウォータージェットピーニング後の機械加工層の除去では、ステップ４１の機械的研磨を実施せず、ステップ４２〜５０の各作業を実施する。すなわち、機械加工層が発生しない電解研磨により、機械加工層除去対象部に形成された機械加工層を除去する。電解研磨による機械加工層の除去は、ウォータージェットピーニング施工後にこの施工時に用いた水をドレン配管２７から排出し、電解研磨液５１をＲＰＶ３内に所定レベルまで注入することによって行われる。

ＲＰＶ３内に電解研磨液５１を注入する替りに、電解研磨液をゲル状に固めて平らなシート状にした電解研磨部材（図１０参照）を原子力構造部材の機械加工層除去対象部付近に敷き詰める。電解研磨部材を敷き詰めた状態で、対電極５７に電流を供給して機械加工層除去対象部に対して電解研磨を実施このような電解研磨によっても、応力改善対策が施された機械加工層除去対象部の表面に形成されていた機械加工層を除去できる。対電極５７は、機械加工層除去対象部付近で電解研磨部材に接触している。電解研磨部材を用いることによって、電解研磨液の処理が不要になる。

本実施例は、機械加工層除去対象部に付与された圧縮残留応力を変化させずに、機械加工層を除去することができる。圧縮残留応力が付与されることに加えて機械加工層が除去されるので、ＳＣＣ発生のポテンシャルがほとんどなくなる。このため、沸騰水型原子力プラントの長期安定運転を確保することができ、将来の予防保全作業を著しく低減することができる。

本発明の他の実施例である実施例２の機械加工層の除去方法、すなわち、原子力構造部材の残留応力改善方法を、図１０〜図１２を用いて以下に説明する。本実施例の機械加工層の除去方法は、実施例１におけるステップ４７の作業を、図１０に示す機械加工層除去装置６３を用いて行うものである。本実施例は、図２及び図３に示されたステップのうちステップ４２，４９を除いたステップの作業が実行される。

本実施例で行われるステップ４７の電解研磨による機械加工層の除去について説明する。機械加工層除去装置６３は、電解研磨部材６４及びホルダ６５を備えている。電解研磨部材６４は、前述したように、電解研磨液をゲル化して固めて平板状にしたものである。
ホルダ６５は電解研磨部材６４を保持している。ホルダ６５は、電源のマイナス極にケーブル６６で接続された対電極（図示せず）を備えている。この対電極は電解研磨部材６４に接触している。ホルダ６５は、作業員が持って手動で走査する。ホルダ６５は、三次元的に動くマニピュレータ（図示せず）に設置され、マニピュレータによって遠隔で走査してもよい。

最外周に位置するＩＣＭハウジング２０のＲＰＶ３との溶接部２６を対象に実施する機械加工層の除去について説明する。溶接部２６及びその付近には、応力改善対策として、実施例１と同様にショットピーニングが実施されている。このショットピーニングによって溶接部２６及びその付近に形成された機械加工層が機械的研磨で除去される（ステップ４１）。ステップ４７において、ＲＰＶ３内に入っている作業員は、ホルダ６５を持って電解研磨部材６４を溶接部２６及びその付近の構造部材の表面に接触させながらＩＣＭハウジング２０の外面に沿って移動させる。電解研磨部材６４が溶接部２６等に沿って移動させるとき、ホルダ６５に設けられた対電極に電流が供給されている。このため、電解研磨部材６４と接触する部分で電解研磨が行われ、その部分の機械加工層が除去される。

本実施例は、実施例１で生じた効果を得ることができる。さらに、本実施例は、電解研磨部材６４を備えた機械加工層除去装置６３を用いることによって、原子力構造部材において局部的に機械加工層を除去することができる。さらに、本実施例は、電解研磨部材６４を用いているので、実施例１のような使用済みの電解研磨液（放射性液体廃棄物）５１の処理が不要になる。このため、放射性廃棄物の発生量が減少する。

本発明の他の実施例である実施例３の機械加工層の除去方法、すなわち、原子力構造部材の残留応力改善方法を、図１３を用いて以下に説明する。本実施例は、実施例２のステップ４７で用いる機械加工層除去装置６３を、図１３に示す機械加工層除去装置６３Ａに変えたものである。機械加工層除去装置６３Ａは、スポンジ部材（電解研磨液保持部材）６７、ホルダ６５Ａ及び電解液供給チューブ６８を備えている。スポンジ部材６７はホルダ６５Ａに設けられる。ホルダ６５は、電源のマイナス極にケーブル６６で接続されてスポンジ部材６７に接触するた対電極（図示せず）を備えている。スポンジ部材６７に電解研磨液を供給する電解液供給チューブ６８がホルダ６５Ａに設けられる。ホルダ６５Ａも、作業員が持って手動で走査する。ホルダ６５は、三次元的に動くマニピュレータ（図示せず）で遠隔走査してもよい。

本実施例は、炉心シュラウド取り替えにおいて、ステップ４７で機械加工層除去装置６３Ａを用いた電解研磨を実施する。本実施例も、実施例２と同様に、図２及び図３に示されたステップのうちステップ４２，４９を除いたステップの作業が実行される。

本実施例で行われるステップ４７の電解研磨による機械加工層の除去について説明する。沸騰水型原子力発電プラントのＲＰＶ３内のＳＣＣ施工対象部には、実施例１と同様にショットピーニングが実施されている。このショットピーニングによってそのＳＣＣ施工対象部及びその付近に形成された機械加工層が機械的研磨で除去される（ステップ４１）。ステップ４７において、ＲＰＶ３内に入っている作業員は、ホルダ６５Ａを持ってスポンジ部材６７をＳＣＣ施工対象部及びその付近の構造部材の表面に接触させながらＳＣＣ施工対象部の表面に沿って移動させる。電解研磨部材６４がＳＣＣ施工対象部の表面に沿って移動されるとき、電解液供給チューブ６８からスポンジ部材６７に電解研磨液が供給され、ホルダ６５に設けられた対電極に電流が供給されている。このため、スポンジ部材６７と接触する部分で電解研磨が行われ、その部分の機械加工層が除去される。

本実施例は、実施例１で生じた効果を得ることができる。さらに、本実施例は、電解研磨液が供給されるスポンジ部材６７を備えた機械加工層除去装置６３Ａを用いることによって、原子力構造部材において局部的に機械加工層を除去することができる。電解研磨液の使用量が実施例１よりも著しく減少し、放射性液体廃棄物として処理される電解研磨液の量が著しく少なくなる。

実施例２及び３において、実施例１で述べたように、応力改善対策としてショットピーニングの替りにウォータージェットピーニングを実施することも可能である。この場合は、前述したように、対象部分に対して、ステップ４１の機械的研磨を実施せず、電解研磨部材６４及びスポンジ部材６７を用いた電解研磨を実施する。

本発明の他の実施例である実施例４の機械加工層の除去方法、すなわち、原子力構造部材の残留応力改善方法を、以下に説明する。本実施例は、実施例１とは逆に、応力改善対策施工部の機械加工層を除去し、その後、その応力改善対策施工部に対して応力改善対策により圧縮残留応力を付与する。すなわち、本実施例は、図２に示す炉心シュラウド取り替えの作業において、ステップ３５の作業とステップ３６の作業を入れ替えたものである。図２に示す他のステップは、実施例１と同様に実施される。このような本実施例は、圧縮残留応力を付与する応力改善対策によって機械加工層がほとんど形成されない場合に適用される。機械加工層をほとんど形成しない応力改善対策としては、例えば、ウォータージェットピーニングがある。

この本実施例におけるステップ３６及び３５について説明する。本実施例では、ステップ３１〜３４の各作業が終了した後、ステップ３５の機械加工層の除去が以下のように実施される。沸騰水型原子力プラントのＲＰＶ３内におけるＳＣＣ施工部に形成されている機械加工層が厚い場合には、図３に示すステップ４１〜５０の各作業が実施される。形成されている機械加工層が薄い場合には、ステップ４１の機械的研磨による機械加工層の除去は実施せず、ステップ４２〜５０の電解研磨の工程が実施される。

ＳＣＣ施工部の機械加工層の除去工程が終了した後、このＳＣＣ施工部に対してウォータージェットピーニングが施される（ステップ３６）。シュラウドサポート１４の上端が水没する程度にＲＰＶ３内に水が注入される。この水中にノズルを浸漬させて、ノズルから高圧の水流をＳＣＣ施工部（溶接部２１〜２６及びこれらの付近）に噴出させる。水流に含まれているキャビティが潰れて発生する衝撃波によってＳＣＣ施工部に圧縮残留応力が付与される。所定の箇所へのウォータージェットピーニングが終了した後、ドレン配管２７を通してＲＰＶ３内の水が排出される。その後、ステップ３７〜４０の各作業が実施される。

本実施例は、原子力構造部材から機械加工層が除去されて機械加工層が除去された部分に機械加工層をほとんど形成しないウォータージェットピーニングが施されるので、原子力構造部材の応力腐食割れをさらに低減することができる。

上記した各実施例は、加圧水型原子力プラントにも適用することができる。例えば、加圧水型原子力プラントの原子炉容器の上蓋を取り外し、この上蓋に対して前述のステップ３５及び３６の作業を実施する。すなわち、制御棒駆動機構を設置する複数のハウジングが上蓋を貫通して設けられている。取り外した上蓋を逆さまにして保持し、各ハウジングの貫通部に対してステップ３５の応力改善対策を実施する。その後、逆さまにした上蓋内に電解研磨液を充填してステップ３６の機械加工層の除去を実施する。その上蓋に対して、実施例４のように、ステップ３６の作業を先に実施し、その後にステップ３５の作業を実施してもよい。

２…原子炉、３…原子炉圧力容器、５…炉心、６…炉心シュラウド、１３…シュラウドサポートレグ、１４…シュラウドサポート、１５…制御棒駆動機構ハウジング、１６…制御棒駆動機構スタブチューブ、２０…ＩＣＭハウジング、２１〜２６…溶接部、５１…電解研磨液、５７，５７Ａ，５７Ｂ…対電極、５９…サーモスタット、６０…電流計、６１…撹拌機／ヒータ、６２…温度計、６３，６３Ａ…機械加工層除去装置、６４…電解研磨部材、６７…スポンジ部材、６８…電解研磨液供給チューブ。

Claims

構造部材の溶接部に形成された機械加工層を電解研磨によって除去し、前記構造部材の、前記機械加工層を除去した部分にウォータージェットピーニングにより圧縮残留応力を付与する機械加工層の除去方法。
前記溶接部が原子炉容器内に存在する構造部材の溶接部であって、前記電解研磨の対象となる前記溶接部が電解研磨液に接触するように、前記電解研磨液を前記原子炉容器内に注入した後に、前記電解研磨を実施する請求項１に記載の機械加工層の除去方法。
原子炉容器内に存在する構造部材の溶接部に形成された機械加工層を電解研磨によって除去し、前記溶接部の、前記機械加工層を除去した部分にウォータージェットピーニングにより圧縮残留応力を付与する原子力構造部材の残留応力改善方法。
前記溶接部が原子炉容器内に存在する構造部材の溶接部であって、前記電解研磨の対象となる前記溶接部が電解研磨液に接触するように、前記電解研磨液を前記原子炉容器内に注入した後に、前記電解研磨を実施する請求項３に記載の原子力構造部材の残留応力改善方法。
原子炉容器内に取り外し可能に設置された機器を前記原子炉容器の外に搬出し、その後、前記原子炉容器内を除染し、除染後に、前記原子炉容器内に設置された炉心シュラウドを切断して前記原子炉容器の外に取り出し、その後、前記原子炉容器内に存在する構造部材の溶接部に形成された機械加工層を電解研磨によって除去し、前記溶接部の、前記機械加工層を除去した部分にウォータージェットピーニングにより圧縮残留応力を付与することを特徴とする炉心シュラウドの取り替え方法。
新たに製造された新炉心シュラウドを前記原子炉容器内に搬入し、この新炉心シュラウドを前記原子炉容器内に据え付ける請求項５に記載の炉心シュラウドの取り替え方法。
前記溶接部が原子炉容器内に存在する構造部材の溶接部であって、前記電解研磨の対象となる前記溶接部が電解研磨液に接触するように、前記電解研磨液を前記原子炉容器内に注入した後に、前記電解研磨を実施する請求項５に記載の炉心シュラウドの取り替え方法。