JP5897289B2 - 水中補修溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中構造物に対してレーザ光を照射して、前記水中構造物の補修を行うのに用いられる水中補修溶接方法に関するものである。

水中構造物、例えば、原子炉の炉内水中構造物や使用済燃料貯蔵プール内張りに溶接欠陥、応力腐食割れ等の欠陥部が発生した場合には、グラインダや放電加工によって欠陥部を完全に除去した後に、この欠陥部の除去加工で形成された窪みに肉盛溶接による補修を行うことが望ましい。

この欠陥部を除去する補修作業には、多くの手間隙がかかることから、これに代わる有効な補修方法として、例えば、特許文献１に記載された欠陥部を炉水やプール水から隔離する水中補修溶接方法が知られている。
この水中補修溶接方法では、炉内水中構造物や使用済燃料貯蔵プール内張りに生じた欠陥部を含む水中構造物の被補修面を養生板で覆い、不活性ガスを供給しながら養生板の周縁部をレーザ溶接により隅肉溶接することで、欠陥部を炉水やプール水から隔離するようにしている。

特開2007-229757号公報

ところが、上記した従来の水中補修溶接方法において、レーザ溶接により養生板の周縁部を隅肉溶接するようにしているので、光軸の細いレーザ光が養生板の周縁部からそれて照射された場合には、養生板の周縁部と炉内水中構造物や使用済燃料貯蔵プール内張りとの間に隙間が生じて、欠陥部に炉水やプール水が浸入する可能性がないとは言えないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、補修作業の工数低減を実現したうえで、水中構造物の欠陥部を完全且つ確実に修復することが可能である水中補修溶接方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、水中構造物に生じた欠陥部を含む前記水中構造物の被補修面を被覆板で覆いつつ、該被覆板をレーザ溶接により前記水中構造物の被補修面に溶接する水中補修溶接方法であって、前記被覆板と前記水中構造物の被補修面との間に残存した水分から生じる水蒸気を逃がすための開口を不要とするべく前記被覆板に母材である前記水中構造物と同じ材料で且つ板厚０．５〜４ｍｍの薄板を用い、例えば、母材がＳＵＳであればＳＵＳの薄板を用い、前記被覆板の周縁部から中心側に入り込んだ位置において、前記水中構造物の被補修面における欠陥部を井桁状又は口状に囲んで、不活性ガスを供給しながらレーザ光を照射して貫通溶接を施す、あるいは、前記被覆板の周縁部から中心側に入り込んだ位置において、不活性ガスを供給しながらレーザ光をラップパターンで照射して前記水中構造物の被補修面における欠陥部に重ねて貫通溶接を施す構成としており、この構成の水中補修溶接方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明に係る水中補修溶接方法において、レーザ溶接には、ＹＡＧレーザやファイバーレーザを用いることができるほか、半導体レーザやディスクレーザを用いることができる。
この際、レーザ出力を０．８〜４．０ｋＷとした場合、レーザ光のビーム径は、入熱過多や入熱不足を防ぐうえで、０．６〜１．０ｍｍとすることが望ましい。

また、本発明に係る水中補修溶接方法は、下向姿勢及び横向姿勢のいずれの姿勢にも適用できる、すなわち、被補修面が水中構造物の底面である場合の補修及び被補修面が水中構造物の壁面である場合の補修のいずれの補修にも適用することができる。

本発明に係る水中補修溶接方法では、水中構造物の補修を行うに際して、まず、母材である水中構造物と同じ材料で且つ板厚０．５〜４ｍｍの薄板からなる被覆板で水中構造物に生じた欠陥部を含む被補修面を覆い、必要に応じて被覆板を被補修面に仮付けする。

次いで、被覆板の周縁部から中心側に入り込んだ位置において、前記水中構造物の被補修面における欠陥部を囲む線又は欠陥部に重なる線に沿って、不活性ガスを供給しながらレーザ光を照射して貫通溶接を施すと、被覆板はフィラーワイヤを用いることなく被補修面に固定されることとなる、すなわち、薄板の被覆板を溶加材としているので、多層盛りをしなくても溶接部の必要な肉厚を確保し得ることとなる。

このとき、欠陥部を囲む直線に沿って、すなわち、欠陥部を井桁状に囲むようにしてレーザ光を照射すると、隅肉溶接の場合に懸念される隙間の発生が回避されて、欠陥部が必要最低限の貫通溶接で完全に封止され、また、欠陥部を口状に囲むようにしてレーザ光を照射すると、井桁状に囲む場合と同じく、欠陥部が必要最低限の貫通溶接で完全に封止され、加えて、連続して溶接し得る分だけ施工時間の短縮化が図られることとなる。

一方、欠陥部に重なるようにしてラップパターンでレーザ光を照射すると、欠陥部が溶融して修復されることとなる。

なお、被覆板で被補修面を覆う時点では、両者間に水分が残存する。厚みのある養生板を用いて多層盛りが必要な上記した従来の水中補修溶接方法では入熱が大きいので、残存した水分から生じる水蒸気を逃がすための開口を養生板に設置して、養生板の溶接後にこの開口を封止する場合があるが、本発明に係る水中補修溶接方法では、被覆板に多層盛りが不要で入熱が小さい板厚０．５〜４ｍｍの薄板を用いているので、開口の設置やその封止作業を必要としない。

本発明の請求項１に係る水中補修溶接方法では、上記した構成としているので、補修作業の工数低減を実現することができるのは勿論のこと、フィラーワイヤを用いずに水中構造物の欠陥部を完全且つ確実に封止することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

また、本発明の請求項２及び３に係る水中補修溶接方法では、上記した構成としているので、補修作業の一層の工数低減、とくに請求項３に係る水中補修溶接方法では、より一層の工数低減を実現でき、本発明の請求項４に係る水中補修溶接方法では、上記した構成としているので、水中構造物の欠陥部を完全且つ確実に取り除くことができる。

本発明の一実施例による水中補修溶接方法で使用するレーザ溶接装置を示す構成説明図である。 本発明の一実施例による水中補修溶接方法の井桁状の溶接パターンを示す被補修部分の平面説明図（ａ）及び図２（ａ）におけるＡ−Ａ線位置での断面説明図（ｂ）である。 本発明の他の実施例による水中補修溶接方法の口状の溶接パターンを示す被補修部分の平面説明図である。 本発明のさらに他の実施例による水中補修溶接方法のラップ状の溶接パターンを示す被補修部分の平面説明図（ａ）及び図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線位置での断面説明図（ｂ）である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る水中補修溶接方法で用いるレーザ溶接装置を示しており、図１に示すように、このレーザ溶接装置１は、ＹＡＧレーザ発振器２と、このＹＡＧレーザ発振器２で発振されたレーザ光Ｌの光路である光ファイバ３と、この光ファイバ３を通して伝送されるレーザ光Ｌを適切なサイズに集光して水中構造物Ｓの被補修面である底面Ｓａに照射する集光レンズ４を内蔵した集光部５と、レーザ光Ｌと同軸に配置されて溶接部分に酸化防止用のアルゴンガスやヘリウムガスや窒素ガスなど不活性シールドガスＧを供給するノズル６を備えており、集光部５とノズル６とでレーザ溶接ヘッド７を構成している。

このような構成を有するレーザ溶接装置１を用いて、水中構造物Ｓの補修を行うに際しては、まず、母材である水中構造物Ｓと同じ材料（例えばＳＵＳ材）で且つ板厚０．５〜４ｍｍの薄板からなる矩形状の被覆板１０で水中構造物Ｓに生じた欠陥部Ｘを含む底面Ｓａを覆い、必要に応じて被覆板１０を底面Ｓａに仮付けする。

次いで、被覆板１０の周縁部１１から中心側に入り込んだ位置において、レーザ溶接ヘッド７のノズル６からシールドガスＧを流量１５〜３０（ｌ／ｍｉｎ）で供給してドライ環境を作りながら、図２（ａ）に示すように、底面Ｓａの欠陥部Ｘを井桁状に囲むようにして、レーザ光Ｌを照射する。

具体的には、ビーム径０．６〜１．０（ｍｍ）、レーザ出力０．８〜４．０（ｋＷ）のレーザ光Ｌを溶接速度１〜２（ｍ／ｍｉｎ）で照射する貫通溶接を行って、被覆板１０に溶接ビードＢ１を井桁状に形成すると、溶加材でもある薄板の被覆板１０はフィラーワイヤを用いることなく水中構造物Ｓの底面Ｓａに固定されることとなり、多層盛りをしなくても溶接部の必要な肉厚を確保し得ることとなる。

この実施形態では、被覆板１０にレーザ光Ｌを照射しつつ貫通溶接を行って、欠陥部Ｘの周囲に井桁状の溶接ビードＢ１を形成するようにしているので、隅肉溶接の場合に懸念されるような隙間が生じることが全くなく、その結果、図２（ｂ）に示すように、欠陥部Ｘは必要最低限の貫通溶接で完全に封止されることとなる。

また、水中構造物Ｓの底面Ｓａの欠陥部Ｘに対して、より広いエリアを被覆板１０でカバーするようにしているので、欠陥部Ｘにおいていわゆる逆吹き現象が発生しなくなり、したがって、良質な溶接（修復）が可能になる。

図３は、本発明の他の実施例による水中補修溶接方法の溶接パターンを示している。
この実施例では、被覆板１０の周縁部１１から中心側に入り込んだ位置において、レーザ溶接ヘッド７のノズル６からシールドガスＧを流量１５〜３０（ｌ／ｍｉｎ）で供給しながら、図３に示すように、底面Ｓａの欠陥部Ｘを口状に囲むようにして、レーザ光Ｌを照射する。

具体的には、上記した実施例と同様に、ビーム径０．６〜１．０（ｍｍ）、レーザ出力０．８〜４．０（ｋＷ）のレーザ光Ｌを溶接速度１〜２（ｍ／ｍｉｎ）で照射する貫通溶接を行って、被覆板１０に溶接ビードＢ１を口状に形成すると、溶加材でもある薄板の被覆板１０はフィラーワイヤを用いることなく水中構造物Ｓの底面Ｓａに固定されることとなり、多層盛りをしなくても溶接部の必要な肉厚を確保し得ることとなる。

この実施形態では、被覆板１０に貫通溶接を行って、欠陥部Ｘの周囲に口状の溶接ビードＢ１を形成するようにしているので、隅肉溶接の場合に懸念されるような隙間が生じることが全くなく、欠陥部Ｘは必要最低限の貫通溶接で完全に封止されることとなり、加えて、連続して溶接し得る分だけ施工時間の短縮化が図られることとなる。

また、水中構造物Ｓの底面Ｓａの欠陥部Ｘに対して、より広いエリアを被覆板１０でカバーするようにしているので、欠陥部Ｘにおいていわゆる逆吹き現象が発生しなくなって、良質な溶接（修復）が可能になる。

図４は、本発明のさらに他の実施例による水中補修溶接方法の溶接パターンを示している。
この実施例では、被覆板１０の周縁部１１から中心側に入り込んだ位置において、レーザ溶接ヘッド７のノズル６からシールドガスＧを流量１５〜３０（ｌ／ｍｉｎ）で供給しながら、図４（ａ）に示すように、水中構造物Ｓの底面Ｓａの欠陥部Ｘに重なるようにして、レーザ光Ｌを照射し、ラップパターンのビードを形成する。この際、図４（ｂ）に示すように、ラップパターンのビードの重ね幅はビードの幅の１／３〜１／２とする。

具体的には、上記した実施例と同様に、ビーム径０．６〜１．０（ｍｍ）、レーザ出力０．８〜４．０（ｋＷ）のレーザ光Ｌを溶接速度１〜２（ｍ／ｍｉｎ）で照射する貫通溶接を行って、被覆板１０にラップパターンの溶接ビードＢ２を形成すると、被覆板１０はフィラーワイヤを用いることなく被補修面Ｓａに固定されることとなる。

この実施形態では、被覆板１０にレーザ光Ｌを照射しつつ貫通溶接を行って、水中構造物Ｓの底面Ｓａの欠陥部Ｘに重なるようにして、ラップパターンの溶接ビードＢ２を形成するようにしているので、欠陥部Ｘが溶融して修復されることとなり、その結果、欠陥部Ｘを完全且つ確実に無くし得ることとなる。

上記した実施例による水中補修溶接方法では、レーザ溶接にＹＡＧレーザを用いた場合を示したが、これに限定されるものではなく、ファイバーレーザや半導体レーザを用いることができるほか、ディスクレーザを用いることができる。

また、上記した実施例では、本発明に係る水中補修溶接方法を下向姿勢での補修、すなわち、被補修面が水中構造物Ｓの底面Ｓａである場合の補修に適用した状況を示したが、これに限定されるものではなく、横向姿勢、すなわち、被補修面が水中構造物の壁面である場合の補修にも適用することができる。

さらに、上記した実施例では、レーザ光Ｌのビーム径を０．６〜１．０（ｍｍ）、レーザ出力を０．８〜４．０（ｋＷ）、レーザ光Ｌの照射による溶接速度を１〜２（ｍ／ｍｉｎ）、不活性シールドガスＧの流量を１５〜３０（ｌ／ｍｉｎ）と規定しているが、これに限定されるものではない。

本発明に係る水中補修溶接方法の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。

１０ 被覆板
１１ 被覆板の周縁部
Ｂ１ 欠陥部を囲む溶接ビード
Ｂ２ 欠陥部をラップパターンで覆う溶接ビード
Ｇ 不活性シールドガス
Ｌ レーザ光
Ｓ 水中構造物
Ｓａ 水中構造物の底面（被補修面）
Ｘ 欠陥部

Claims (1)

1. 水中構造物に生じた欠陥部を含む前記水中構造物の被補修面を被覆板で覆いつつ、該被覆板をレーザ溶接により前記水中構造物の被補修面に溶接する水中補修溶接方法であって、
   前記被覆板と前記水中構造物の被補修面との間に残存した水分から生じる水蒸気を逃がすための開口を不要とするべく前記被覆板に母材である前記水中構造物と同じ材料で且つ板厚０．５〜４ｍｍの薄板を用い、
   前記被覆板の周縁部から中心側に入り込んだ位置において、前記水中構造物の被補修面における欠陥部を井桁状又は口状に囲んで、不活性ガスを供給しながらレーザ光を照射して貫通溶接を施す、あるいは、前記被覆板の周縁部から中心側に入り込んだ位置において、不活性ガスを供給しながらレーザ光をラップパターンで照射して前記水中構造物の被補修面における欠陥部に重ねて貫通溶接を施す
   ことを特徴とする水中補修溶接方法。

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