JP5890335B2 - ピーニング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ピーニング装置に係り、特に、原子力プラントの構造部材の溶接部の引張残留応力を改善するのに好適なピーニング装置に関する。

原子力プラントのオーステナイト系ステンレス鋼製の構造部材の溶接部に存在する引張残留応力を圧縮残留応力に改善し、構造部材の溶接部及び熱影響部における応力腐食割れの発生を抑制することが行われている。この引張残留応力の改善には、主に、ウォータジェットピーニング及びショットピーニングが実施される。

水流を用いたショットピーニング方法が、特開２０１１−５６６１６号公報に記載されている。このショットピーニング方法では、ピーニング施工対象物である構造部材の表面にショット（直径が１mm〜６mmのセラミックス球または金属球）を入れたチャンバをセットし、チャンバに設けられたノズルから高圧水をチャンバ内に噴射する。高圧水の噴射によりチャンバ内で発生する水流にショットを同伴させてショットを構造部材の表面に向かって移動させ、構造部材の表面にショットを衝突させてその表面のショットピーニングを行い、構造部材の表面に残留圧縮応力を付与している。また、チャンバ内に噴射された高圧水は、チャンバの、構造部材表面に接触する先端部に形成された水抜きスリットからチャンバの外部に排水される。

特開２０１１−５６６１６号公報に記載されたショットピーニング方法では、構造部材表面の有る位置に対するショットピーニングが終了してチャンバーを、次の引張残留応力改善場所まで移動させる際、チャンバー内のショットが落下する恐れがある。構造部材がプラントの構造部材であるとき、落下したショットがプラント内に残留物として残ることを避ける必要があり、落下したショットを回収する必要がある。この回収作業に時間がかかり、プラントの再起動が遅れることになる。

このようなショットピーニングに対し、特開平６−１５５１７２号公報は、構造部材の引張残留応力を改善するために、ワイヤを用いたピーニング方法を記載する。このピーニング方法に用いられるピーニング装置では、バイブレータが首振り機構を介してマニピュレータ（三次元駆動装置）に取り付けられたマストに設置され、多数の細線ワイヤが取り付けられたワイヤヘッドがバイブレータに取り付けられたピーニングロッドに設置される。マニピュレータを操作して細線ワイヤをプラントの構造部材のピーニング施工箇所に接触させ、バイブレータを駆動して細線ワイヤを振動させる。振動している多数の細線ワイヤが、構造部材表面のピーニング施工箇所に衝撃力を与え、ピーニング施工箇所に対してピーニングが実施される。これにより、構造部材表面に圧縮残留応力が付与される。

特開２０１１−５６６１６号公報 特開平６−１５５１７２号公報

特開２０１１−５６６１６号公報に記載されたショットピーニング方法では、ピーニングに使用するショットがチャンバーから落下し、落下したショットをプラント内から回収しなければならない。特開平６−１５５１７２号公報に記載された、ワイヤを用いたピーニング方法では、特開２０１１−５６６１６号公報記載のショットピーニング方法で生じる恐れのある問題が生じないが、ワイヤヘッドの近くにバイブレータを設けるために構造部材のピーニング施工箇所の近くまでバイブレータをマニピュレータにより移動させる必要がある。このようなバイブレータの設置は、構造部材のピーニング施工個所付近まで移動する、ピーニング装置のヘッド部の大型化につながり、狭隘部におけるピーニングの施工が困難になる。

本発明の目的は、打撃力付与部材がプラント内に残留物として残る恐れがなく、ピーニング施工部をコンパクト化することができるピーニング装置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、チャンバと、チャンバの封鎖端部の設けられたノズルと、ノズルに接続されてノズルに昇圧された水を供給するポンプと、チャンバ内に配置され、チャンバの開放端部に取り付けられた複数の打撃力付与部材とを備え、
側壁部に形成された排出口が、側壁部の内面から側壁部の外面に向かって、チャンバの開放端側から前記チャンバの、ノズルが取り付けられた封鎖端部に向かうように傾斜していることにある。

打撃力付与部材がチャンバに取り付けられているので、打撃力付与部材がプラント内に残留物として残る恐れがない。また、ピーニング施工対象物に打撃力を加える打撃力付与部材がノズルから噴射される水によって振動されるので、打撃力付与部材を振動させる動力装置をチャンバに設ける必要がなく、ピーニング施工部であるチャンバをコンパクト化することができる。また、チャンバの側壁部の内面から側壁部の外面に向かって、チャンバの開放端側からチャンバの、ノズルが取り付けられた封鎖端部に向かうように傾斜している排出口をその側壁部に形成しているので、チャンバ内に噴射された高圧水は、チャンバの外側でピーニング施工対象物から離れるように排出口から流出する。このため、排出口からの高圧水の流出により、チャンバをピーニング施工対象物に押し付ける力が発生し、ノズルからチャンバ内に噴射する高圧水によって生じるチャンバをピーニング施工対象物から離すように作用する反力を軽減することができる。

本発明によれば、打撃力付与部材がプラント内に残留物として残る恐れがなく、ピーニング装置のピーニング施工部をコンパクト化することができる。さらに、ノズルからチャンバ内に噴射する高圧水によって生じるチャンバをピーニング施工対象物から離すように作用する反力を軽減することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１のピーニング装置の構成図である。 図１に示すチャンバの拡大縦断面図である。 本発明の他の好適な実施例である実施例２のピーニング装置のチャンバの拡大縦断面図である。 本発明の他の好適な実施例である実施例３のピーニング装置のチャンバの拡大縦断面図である。

本発明の各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のピーニング装置を、図１を用いて説明する。本実施例のピーニング装置１は、チャンバ２、複数のピーニングロッド４、ノズル６、高圧ポンプ８及び高圧ホースを有する。チャンバ２は、円筒状の側壁を有し、この側壁の一端が封鎖されて他端が開放されている。チャンバ２の封鎖された端部にノズル６が設けられる。ノズル６に取り付けられた高圧ホース１６が高圧ポンプ８に接続される。複数の排出口３が、チャンバ２の側壁に形成され、この側壁を貫通している。これらの排出口３は、側壁の内面から側壁の外面に向かって、側壁の開放端側から側壁の封鎖端部に向かうように傾斜している。

複数のピーニングロッド（衝撃力付与部材）４がチャンバ２内に配置される。これらのピーニングロッド４の一端部が、チャンバ２の側壁の開放端部の内面にそれぞれ取り付けられる。各ピーニングロッド４はチャンバ２の内面からチャンバ２の軸心に向かって伸びている。複数のピーニングロッド４はチャンバ２の周方向の全周に亘ってチャンバ２の内面に密に取り付けられている。

一対の押し付け機構５がチャンバ２の封鎖されている側の端面に取り付けられる。各押し付け機構５はチャンバ移動装置（例えば、マニピュレータ）７に設置される。

ピーニング装置１を用いたピーニング方法が施工されるピーニング施工対象物は、例えば、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器内に設けられた炉内構造物、すなわち、ステンレス鋼であるＳＵＳ３１６Ｌで作られた円筒状の炉心シュラウド１０である。この炉心シュラウド１０に対するピーニング装置１を用いたピーニング方法の施工は、沸騰水型原子炉の運転停止後の、例えば、定期検査の期間において実施される。沸騰水型原子炉の運転停止後、原子炉圧力容器内から蒸気乾燥器、気水分離器及び燃料集合体が順次取り出される。冷却水が原子炉圧力容器及び原子炉圧力容器の上方に形成された原子炉ウェルのそれぞれの内部に充填されている。高圧水ポンプ８が原子炉建屋内の運転床に設置される。

チャンバ移動装置７により、チャンバ２を、原子炉圧力容器内において炉心シュラウド１０内まで移動させる。チャンバ２の開放端をピーニング施工対象物である炉心シュラウド１０に対向させた状態で、チャンバ移動装置７はチャンバ２の開放端を炉心シュラウド１０の内面のピーニング施工面に押し付ける。チャンバ２は押し付け機構５のばね（図示せず）によりそのピーニング施工面に押し付けられる。チャンバ２はピーニング施工時においてチャンバ２内に生じる後述の水流９による反力を受けるが、押し付け機構５の押し付け力により、ショットピーニング施工時においてチャンバ２がピーニング施工面から離れること防止している。

高圧ポンプ８が駆動され、加圧された高圧水が高圧ポンプ８から高圧ホース１６を通ってノズル６に供給される。高圧水はノズル６からチャンバ２内に噴射される。ノズル６から噴射された高圧水の高速噴流９は、炉心シュラウド１０の内面のピーニング施工面（例えば、溶接部及び熱影響部の各内面）に向かって流れ、チャンバ２内の各ピーニングロッド４を振動させる。振動している各ピーニングロッド４の先端部が炉心シュラウド１０のピーニング施工面を繰り返して打撃する。振動している各ピーニングロッド４の先端部がピーニング施工面を打撃しながら、チャンバ移動装置７によりチャンバ２を炉心シュラウド１０の溶接部に沿って移動させる。このため、炉心シュラウド１０の溶接部に沿ってピーニング施工面であるこの溶接部及び熱影響部の各内面が前述のように振動する各ピーニングロッド４の先端部で繰り返し打撃される。このような打撃の繰り返しにより、ピーニング施工面である、炉心シュラウド１０の溶接部及び熱影響部の各内面の引張残留応力が圧縮残留応力に改善される。

ノズル６からチャンバ２内に噴射された高圧水は、各ピーニングロッド４を振動させた後、各排出口３を通ってチャンバ２外で炉心シュラウド１０内の水中に排出される。

炉心シュラウド１０に形成された各溶接部の内面へのチャンバ２内の各ピーニングロッド４を用いた打撃の繰り返しによるその内面における残留応力の改善が終了した後、高圧ポンプ８が停止されてノズル６からの高圧水の噴射が停止される。その後、チャンバ移動装置７を操作してチャンバ２を原子炉圧力容器外に移動させ、炉心シュラウド１０へのピーニングの施工が終了する。

本実施例によれば、チャンバ２内の取り付けられた各ピーニングロッドが運転床に設置された高圧ポンプ８からノズル６に供給されてノズル６から噴射する高圧水によって振動されるので、特開平６−１５５１７２号公報に記載されたようにバイブレータを設置する必要がないため、チャンバ２のサイズを小さくすることができ、チャンバ２をコンパクト化できる。特に、バイブレータの設置はこのバイブレータを駆動する駆動装置が必要になるが、本実施例は、バイブレータだけでなく、その駆動装置も不要になる。このような本実施例は、ピーニングを施工するためにピーニング施工面に接近させる、ピーニング装置１のピーニング施工部、すなわち、ピーニングロッド４を内部に設けたチャンバ２をさらにコンパクト化することができる。このため、炉心シュラウド１０とシュラウドヘッドの間等の狭隘部に存在する溶接部に対しても、ピーニングロッド４を設けたチャンバ２を用いて容易にピーニングを施工することができる。ピーニング装置１のピーニング施工部は、衝撃力付与部材（例えば、ピーニングロッド４）を内部に設けたチャンバ２である。

本実施例によれば、ピーニング施工対象物（例えば、炉心シュラウド１０）の表面に圧縮残留応力を付与することができるため、ピーニング施工対象物における応力腐食割れの発生を抑制することができる。

原子炉圧力容器内に設けられた炉心シュラウド１０以外の炉内構造物に対しても、ピーニング装置１を用いてピーニングを実施することができ、この炉内構造物の表面に圧縮残留応力を付与することができる。

本実施例では、ノズル６からチャンバ２内に噴射される高圧水は、ピーニングロッド４を振動させるだけに用いられるため、高圧ポンプ８で昇圧する高圧水の圧力を、ウォータジェットピーニングに比べて低下させることができる。

さらに、チャンバ２に形成された排出口３が、側壁の内面から側壁の外面に向かって、側壁の開放端側から側壁の封鎖端部に向かうように傾斜しているので、チャンバ２内に噴射された高圧水は、チャンバ２の外側でピーニング施工対象物である炉心シュラウド１０の内面から離れるように各排出口３から流出する。高圧水の、このような排出口８からの流出により、チャンバ２をピーニング施工対象物である炉心シュラウド１０の内面に押し付ける力が発生するために、ノズル６からチャンバ内に噴射する高圧水によって生じるチャンバ２を炉心シュラウド１０の内面から離すように作用する反力を軽減することができる。

ピーニング施工面に圧縮残留応力を付与する各ピーニングロッド４がチャンバ２の内面に固定されているため、特開２０１１−５６６１６号公報に記載されているショットピーニング方法に用いられるショットのように、ピーニングロッド４、すなわち、衝撃力付与部材が落下し、原子炉圧力容器内に落下した衝撃力付与部材が残留する恐れもなくなる。また、落下したショットを回収する回収作業も不要になる。

高圧ポンプ８として脈動水流を発生させる高圧ポンプを用いても良い。

本発明の他の好適な実施例である実施例２のピーニング装置を、図３を用いて説明する。

本実施例のピーニング装置１Ａは、実施例１のピーニング装置１において衝撃力付与部材であるピーニングロッド４を衝撃力付与部材１１に替えた構成を有する。ピーニング装置１Ａの他の構成はピーニング装置１と同じである。

本実施例で用いられる衝撃力付与部材１１は、ワイヤ１２の一端に硬質の球状部材１３を取り付けて構成される。このワイヤ１２の他端が、ピーニングロッド４と同様に、チャンバ２の側壁の開放端部の内面に取り付けられる。このようにして、複数の衝撃力付与部材１１が、チャンバ２の周方向の全周に亘ってチャンバ２の内面に密に取り付けられる。

実施例１と同様に、衝撃力付与部材１１を取り付けたチャンバ２を、チャンバ移動装置７により、ピーニング施工面である、炉心シュラウド１０の内面に接触させ、押し付け機構５によりチャンバ２を炉心シュラウド１０の内面に押し付ける。高圧ポンプ８を駆動して、ノズル６からチャンバ２内に脈動する高圧水を噴射させる。噴射された、脈動する高圧水によってワイヤ１２が振動し、ワイヤ１２に取り付けられた球状部材１３が繰り返し炉心シュラウド１０の内面に衝突してその内面に打撃力を加える。このため、実施例１と同様に、炉心シュラウド１０の内面に圧縮残留応力を付与することができる。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。ワイヤ１２に球状部材１３を取り付けて打撃力付与部材を構成している本実施例は、ノズル６から噴射された高圧水の高速噴流９のエネルギーが球状部材１３にほとんど与えられるため、炉心シュラウド１０の内面に強い打撃力を加えることができ、実施例１よりも大きな圧縮残留応力を炉心シュラウド１０の内面に付与することができる。

球状部材１３はワイヤ１２の端部ではなくワイヤ１２の途中に取り付け、ワイヤ１２の両端をチャンバ２の内面に取り付けても良い。

本発明の他の好適な実施例である実施例３のピーニング装置を、図４を用いて説明する。

本実施例のピーニング装置１Ｂは、実施例１のピーニング装置１において衝撃力付与部材であるピーニングロッド４を衝撃力付与部材１１Ａに替えた構成を有する。ピーニング装置１Ｂの他の構成はピーニング装置１と同じである。

本実施例で用いられる衝撃力付与部材１１Ａは、複数の凸部１５を形成したピーニングロッド１４で構成される。ピーニングロッド１４の一端が、ピーニングロッド４と同様に、チャンバ２の側壁の開放端部の内面に取り付けられる。このようにして、複数の衝撃力付与部材１１Ａが、チャンバ２の周方向の全周に亘ってチャンバ２の内面に密に取り付けられる。各ピーニングロッド１４は、形成された複数の凸部１５がチャンバ２の開放端の方を向いている。

実施例１と同様に、衝撃力付与部材１１Ａを取り付けたチャンバ２を、チャンバ移動装置７により、ピーニング施工面である、炉心シュラウド１０の内面に接触させ、押し付け機構５によりチャンバ２を炉心シュラウド１０の内面に押し付ける。チャンバ２が炉心シュラウド１０の内面に押し付けられたとき、各ピーニングロッド１４に形成された各凸部１５は炉心シュラウド１０の内面と対向している。高圧ポンプ８を駆動して、ノズル６からチャンバ２内に脈動する高圧水を噴射させる。噴射された、脈動する高圧水によって各ピーニングロッド１４が振動し、各ピーニングロッド１４に形成された各凸部１５が繰り返し炉心シュラウド１０の内面に衝突してその内面に打撃力を加える。このため、実施例１と同様に、炉心シュラウド１０の内面に圧縮残留応力を付与することができる。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、ピーニングロッド１４に形成された凸部１５によって炉心シュラウド１０の内面に打撃力を集中して加えることができ、炉心シュラウド１０の内面に付与される圧縮残留応力をより大きくすることができる。

１，１Ａ，１Ｂ…ピーニング装置、２…チャンバ、３…排出口、４，１４…ピーニングロッド、５…押し付け機構、６…ノズル、８…高圧ポンプ、１１，１１Ａ…衝撃力付与部材、１２…ワイヤ、１３…球状部材、１５３…凸部。

Claims (4)

1. 一つの開放端を有するチャンバと、前記開放端に対向する位置で前記チャンバに設けられたノズルと、前記ノズルに接続されて前記ノズルに昇圧された水を供給するポンプと、前記チャンバ内に配置され、前記チャンバの側壁部の開放側端部に取り付けられた複数の打撃力付与部材とを備え、
   前記側壁部に形成された排出口が、前記側壁部の内面から前記側壁部の外面に向かって、前記チャンバの開放端側から前記チャンバの、前記ノズルが取り付けられた封鎖端部に向かうように傾斜していることを特徴とするピーニング装置。
2. 前記打撃力付与部材がピーニングロッドである請求項１に記載のピーニング装置。
3. 前記ピーニングロッドが、前記チャンバの前記開放端と対向する凸部を有している請求項２に記載のピーニング装置。
4. 前記打撃力付与部材が、前記チャンバの側壁部の開放側端部に取り付けられたワイヤ、及び前記ワイヤに取り付けられた球状部材を有する請求項１に記載のピーニング装置。

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