JP6041289B2

JP6041289B2 - 水中溶接補修方法

Info

Publication number: JP6041289B2
Application number: JP2012040933A
Authority: JP
Inventors: 鴨　和彦; 鴨　　和彦; 渡部　裕二郎; 裕二郎渡部; 山本　剛; 剛山本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-02-28
Also published as: JP2013176777A

Description

本発明は、水中において溶接により鋼材の被補修箇所の補修を行う水中溶接補修方法に関する。

例えば、原子力発電プラントの使用済燃料ピット（ＳＦＰ）および原子炉キャビティ（以下、ピットという）は、コンクリートからなる躯体と、この躯体の表面に設けられピット内の水の漏洩を防止するオーステナイト系ステンレス（ＳＵＳ）鋼からなるライニング板とを備えて構成されている。ここで、ライニング板は、コンクリートからの塩化物イオンによる応力腐食割れ（Ｃｌ−ＳＣＣ）の潜在懸念を有しており、万が一、応力腐食割れが発生した場合、ピット内の水が漏洩してしまう。

一方、ピット内には、核燃料サイクルの終期にあって燃焼を終えて使用できなくなった燃料集合体が、使用済燃料貯蔵ラックに収納されて一定期間冷却状態で貯蔵され、熱的に冷却されている。つまり、ライニング板の補修を行う場合であっても、使用済み燃料を水で冷却し続ける必要があることからピット内の水を排出することはできない。そのため、ライニング板の補修を水中で行う技術を確立することが求められている。

従来、水中での溶接による補修技術としては、補修箇所に当て板を当て、当て板の周囲をレーザ溶接又はＴＩＧ溶接によりすみ肉溶接することで新たに水バウンダリーを構成する当て板補修溶接工法（例えば、下記特許文献１等参照）、もしくは溶接金属で補修箇所を覆う肉盛り溶接工法等が公知となっている。

特開２００８−１８８６５０号公報

しかしながら、上述した従来の水中補修技術においては、健全な溶接部を得るために、溶融金属が水と接しないように特別な溶接部シールド装置で溶接部を覆い、気相を確保する必要がある。そして、この溶接部シールド装置は溶接部もしくは当て板全体を覆う必要があることから、装置が大型化し、狭隘場所での施工に制約が生じるという問題があった。

また、当て板溶接補修や肉盛り溶接補修によってライニング板に新たな応力腐食割れが発生することを防止するためには、当て板や溶接材料を現状材より耐食性に優れた材質とし、かつ引張溶接残留応力の発生を抑制するような溶接方法を用いる必要があるが、レーザ溶接又はＴＩＧ溶接を適用した場合、当て板溶接時の熱により躯体を構成するコンクリートがオーバーヒートされて材質劣化が生じるおそれがあるという問題もあった。

このようなことから本発明は、気中空間を作成する必要がなく、水中において省スペース化を図りながら溶接による補修作業を行うことが可能な水中溶接補修方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る水中溶接補修方法は、水中環境下で溶接により鋼材の被補修箇所の補修を行う水中溶接補修方法であって、前記被補修箇所を当て板で覆う一方、前記鋼材を接地し、前記当て板の外周縁の内側であって前記被補修箇所を囲むように設定される第一被溶接部に対し、前記当て板側に円盤状電極を押し当てながら該円盤状電極を回転させるとともに、該円盤状電極に通電を行って前記鋼材と前記当て板との間に抵抗熱を発生させ、前記鋼材と前記当て板とを連続的に接合するシーム溶接を行って、前記被補修箇所を前記水中環境と隔離する際に、前記第一被溶接部を、前記当て板の外周縁から離間し且つ前記被補修箇所を囲むように設けられた四本の直線状の被溶接部から構成し、前記直線状の被溶接部をその両端において隣接する直線状の前記被溶接部と交差させることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第２の発明に係る水中溶接補修方法は、第１の発明に係る水中溶接補修方法において、前記第一被溶接部の内側に該第一被溶接部とは所定距離離間し且つ前記被補修箇所を囲むように設定される第二被溶接部に対し、前記当て板側に円盤状電極を押し当てながら該円盤状電極を回転させるとともに、該円盤状電極に通電を行って前記鋼材と前記当て板との間に抵抗熱を発生させ、前記鋼材と前記当て板とを連続的に接合するシーム溶接を行って、前記被補修箇所を前記水中環境から二重に隔離することを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第３の発明に係る水中溶接補修方法は、第２の発明に係る水中溶接補修方法において、前記所定距離が、該第二被溶接部に対する前記シーム溶接を行うことにより、前記第一被溶接部に対して前記シーム溶接を行った際に発生した引張溶接残留応力を低減することができる距離であることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第４の発明に係る水中溶接補修方法は、水中環境下で溶接により鋼材の被補修箇所の補修を行う水中溶接補修方法であって、前記被補修箇所が広範囲にわたる場合は、前記被補修箇所を当て板で覆う一方、前記鋼材を接地し、前記当て板の外周縁の内側であって前記被補修箇所の一部を囲むように設定される被溶接部に対し、前記当て板側に円盤状電極を押し当てながら該円盤状電極を回転させるとともに、該円盤状電極に通電を行って前記鋼材と前記当て板との間に抵抗熱を発生させ、前記鋼材と前記当て板とを連続的に接合するシーム溶接を行い、他の当て板を、該他の当て板の外周縁の内側であって前記被補修箇所の他の一部を囲むように設定される他の被溶接部について前記当て板と同様に前記他の当て板を前記鋼材に連続的に接合するシーム溶接を行って、複数の前記被溶接部により前記被補修箇所を囲んで該被補修箇所を前記水中環境から隔離する際に、前記被溶接部を、前記当て板の外周縁から離間し且つ前記被補修箇所を囲むように設けられた四本の直線状の被溶接部から構成し、前記直線状の被溶接部をその両端において隣接する直線状の前記被溶接部と交差させることを特徴とする。

また、上記の課題を解決するための第５の発明に係る水中溶接補修方法は、第１ないし第４のいずれか一つの水中溶接補修方法において、前記シーム溶接を行う前に、前記当て板を抵抗スポット溶接により前記鋼材に仮止めすることを特徴とする。

上述した本発明に係る水中溶接補修方法によれば、溶接部もしくは当て板全体を覆うシールド装置が不要となるため、水中における溶接による補修を省スペース化を図りつつ行うことが可能となり、狭隘空間での補修も可能となる。また、シーム溶接は重ね溶接性に優れるため、鋼材と当て板との界面近傍を効率的に加熱でき、高能率化、低入熱化が図れるとともに、溶接時の熱によるコンクリートの材質劣化を防止することもできる。

本発明の実施例１に係る水中溶接補修方法における溶接補修部の周囲を破断して示す説明図である。図１のII-II断面図である。図１のIII-III断面図である。本発明の実施例２に係る水中溶接補修方法における溶接補修部の周囲を破断して示す説明図である。図４のV-V断面図である。図６（ａ）は本発明の実施例１に係る水中溶接補修方法を適用した場合の溶接残留応力を示すグラフ、図６（ｂ）は本発明の実施例２に係る水中溶接補修方法を適用した場合の溶接残留応力を示すグラフである。本発明の実施例３に係る溶接補修部を示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る水中溶接補修方法の詳細を説明する。

図１ないし図３を用いて本発明の実施例１に係る水中溶接補修方法について説明する。本実施例は、図１ないし図３に示す使用済燃料ピット又は原子炉キャビティ等（以下、ピットという）１に設けられる鋼材としてのライニング板１２の被補修箇所１４を水中において溶接により補修する例である。

図１ないし図３に示すように、ピット１は、コンクリートからなる躯体１１の表面に、ピット１内の水の漏洩を防止するようにオーステナイト系ステンレス鋼製のライニング板１２（例えば、厚さ６ｍｍ）を内張りして構成されている。ライニング板１２の躯体１１側には数ヶ所にわたってアングル材１３による裏当てが施されており、このアングル材１３は溶接部２８によってライニング板１２に固定されている。

ここで、ピット１では、図示はしないが核燃料サイクルの終期にあって燃焼を終えて使用できなくなった燃料集合体が、使用済燃料貯蔵ラックに収納されて一定期間冷却状態で貯蔵され、熱的に冷却されている。

そのため、ピット１においてライニング板１２に例えば応力腐食割れ等による被補修箇所１４が発生した場合、燃料集合体の冷却を継続するため、水中において、遠隔操作により被補修箇所１４に対する補修（ここでは水バウンダリーの形成）を行う必要がある。

そこで、本実施例に係る水中溶接補修方法では、被補修箇所１４を覆うように当て板２１を配設し、シーム溶接により被補修箇所１４を囲むように当て板２１とライニング板１２とを接合して水バウンダリーを形成することにより被補修箇所１４をピット１内の水中環境から隔離する。

具体的には、まず、被補修箇所１４が概ね中心に位置するように該被補修箇所１４を当て板２１で覆う。

ここで、当て板２１としては、ライニング板１２に比較してクロム含有率が高く、かつＭｏを含有する高耐食性を有する材料（例えば、ＳＵＳ３１７系オーステナイト系ステンレス鋼等）を用いるものとする。

また、当て板２１は構造体としての強度を要求されないため、板厚をできるだけ薄くしてシーム溶接時の溶接入熱量を低減し、溶接変形及び応力腐食割れが懸念されるライニング板１２の裏面への熱影響を抑制することが望ましい一方、板厚を薄くしすぎると、シーム溶接時にしわが発生し、後述する四本の直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄが交差する部分でライニング板１２と当て板２１との間に隙間が生じて接合できなくなるおそれがある。そこで、当て板２１の板厚は、ライニング板１２の１／１０程度（例えば、０．５ｍｍ）とする。これにより、ライニング板１２の裏面への熱影響を抑制しつつライニング板１２と当て板１２とを確実に接合することが可能となる。

次に、ライニング板１２を接地する一方、ピット１の内面側から、当て板２１の外周縁の内側であって被補修箇所１４を囲むように設定される第一被溶接部２６に対し、当て板２１に円盤状電極２２を押し当てながら該円盤状電極２２を回転させるとともに、該円盤状電極２２に通電を行う。これにより、ライニング板１２と当て板２１との接触界面を抵抗熱により加熱して接触界面を溶融させ、ライニング板１２と当て板２１とを連続的に接合して水バウンダリーを形成し、被補修箇所１４をピット１内の水中環境から隔離することができる。なお、図２中の符号２４は、接触界面を溶融させることにより形成される溶融域（ナゲット）を示している。

ここで、本実施例においては、上述した第一被溶接部２６を当て板２１の外周縁から離間し且つ被補修箇所１４を囲むように設けられた四本の直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄから構成している。より詳しくは、各直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄをその両端において隣接する直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄと交差させることにより被補修箇所１４を囲んでいる。

ただし、四本の直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄをシーム溶接する場合、溶接するにつれ、溶接変形により当て板２１にシワが発生し、円盤状電極２２で当て板２１を押さえつけても、ライニング板１２と当て板２１との間に隙間が発生し、シーム溶接を実施することが困難となる可能性がある。そこで、図１に示すように、シーム溶接の施工前に抵抗スポット溶接２５により変形防止のための仮付け溶接を実施すれば、より確実に被補修箇所１４をピット１内の水中環境から隔離することができ、好適である。
以上の処理により、水中における溶接による被補修箇所１４の補修を行う。

上述した本実施例に係る水中溶接補修方法によれば、第一被溶接部２６に対応するライニング板１２と当て板２１との接触界面はピット１内の水中環境から隔離された状態であり、この水中環境から隔離された接触界面を溶融させ、該ライニング板１２と当て板２１とを接合することができるため、接合部周辺に気中環境を作成することなく、水中で省スペース化を図りつつ健全な溶接部を得ることができる。

しかも、四本の直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄを、各直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄをその両端において隣接する直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄと交差させて被補修箇所１４を囲むように施工することにより、被補修箇所１４をピット１内の水から確実に隔離することができ、ピット１内からの水の漏洩を防止することができる。

なお、上述した実施例においては、ピット１においてライニング板１２を補修する例を示したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、水中において溶接により鋼材の補修を行う場合に適用可能である。また、第一被溶接部２６としては、四本の直線状の被溶接部２６ａ〜２６ｄに限定されるものではなく、例えば、矩形状、円状等、当て板２１の外周縁から離間するとともに被補修箇所１４を水中環境から隔離することが可能な形状であればよい。

図４ないし図６を用いて本発明の実施例２に係る水中溶接補修方法について説明する。
本実施例に係る水中溶接補修方法は、上述した実施例１において、上述した第一被溶接部２６の内側（被補修箇所１４側）にさらに被補修箇所１４を囲むようにシーム溶接を施す例である。その他の構成は上述した実施例１とおおむね同様であり、以下、上述した実施例１と同様の構成については重複する説明を適宜省略し、異なる点を中心に説明する。

図４及び図５に示すように、本実施例においては実施例１において説明した第一被溶接部２６に対してシーム溶接を行い、ライニング板１２と当て板２１とを接合した後、さらに、該第一被溶接部２６の内側に所定の距離（例えば、５ｍｍ）をおいて設定される第二被溶接部２７に対してシーム溶接を行い、ライニング板１２と当て板２１とを接合して二重に水バウンダリーを形成することにより被補修箇所１４をピット１内の水中環境から隔離する。

第二被溶接部２７は、第一被溶接部２６から離間し且つ被補修箇所１４を囲むように設けられた四本の直線状の被溶接部２７ａ〜２７ｄから構成されている。そして、第一被溶接部２６と同様、各直線状の被溶接部２７ａ〜２７ｄをその両端において隣接する直線状の被溶接部２７ａ〜２７ｄと交差させることにより被補修箇所１４を囲んでいる。これにより、第一被溶接部２６と第二被溶接部２７とで二重の水バウンダリーが形成されることとなり、被補修箇所１４をピット１内の水中環境から確実に隔離している。

なお、第一被溶接部２６と第二被溶接部２７との距離は、第二被溶接部２７に対してシーム溶接を行うことにより、第一被溶接部２６に対してシーム溶接を行った際に発生した引張溶接残留応力を低減することができる範囲とすればより好適である。

このような構成とすれば、図６に示すように、本実施例に係る水中溶接補修方法を適用することで、上述した実施例１に係る水中溶接補修方法を適用した場合に比較して、第一被溶接部２６における引張溶接残留応力を低減することができる。なお、図６において、溶接線直角方向位置０ｍｍの位置が第一被溶接部２６における引張溶接残留応力を示し、図６（ｂ）における溶接線直角方向位置−５ｍｍの位置が第二被溶接部２７における引張溶接残留応力を示している。

上述した本実施例に係る水中溶接補修方法によれば、被補修箇所１４を囲むようにシーム溶接を施工する際、万が一、第一被溶接部２６において溶接欠陥があった場合であっても、第二被溶接部２７を設けたことにより、水の漏洩発生の確率を大幅に低減することができ、補修箇所の信頼性をより向上させることができる。

さらに、第一被溶接部２６におけるシーム溶接の後に適度な距離をおいて第二被溶接部２７へのシーム溶接を施工すれば、第一被溶接部２６へのシーム溶接によりライニング板１２の裏面に発生する溶接線方向の引張溶接残留応力を低減することができる。引張溶接残留応力は応力腐食割れの原因の１つであることから、この引張溶接残留応力を低減することにより、被補修箇所１４の拡大を抑制することができる。

図７を用いて本発明の実施例３に係る水中溶接補修方法について説明する。
本実施例に係る水中溶接補修方法は、上述した実施例１において、予防保全等により被補修箇所１４が広範囲にわたる場合の例である。その他の構成は上述した実施例１とおおむね同様であり、以下、上述した実施例１と同様の構成については同一の符号を付して重複する説明を適宜省略し、異なる点を中心に説明する。

図７に示すように、本実施例に係る水中溶接補修方法においては、広範囲にわたる被補修箇所１４を覆うため、複数枚の当て板２１を用いる。

具体的には、まず、一枚目の当て板２１−１を上述した実施例１において説明した方法によりライニング板１２に接合した後、一枚目の当て板２１−１の被溶接部２６によって囲まれる領域と二枚目の当て板２１−２の被溶接部２６によって囲まれる領域とが一部重なるように、二枚目の当て板２１−２を配置し、二枚目の当て板２１−２を上述した実施例１において説明した方法によりライニング板１２に接合する。

同様にして、必要な枚数の当て板２１をライニング板１２に接合する。
なお、一枚目の当て板２１−１に対応する第一被溶接部２６（請求項４の被溶接部に対応）は、一枚目の当て板２１−１の外周縁の内側であって被補修箇所１４の一部を囲むように設定され、二枚目の当て板２１−２に対応する第一被溶接部２６（請求項４の他の被溶接部に対応）は、二枚目の当て板２１−２の外周縁の内側であって被補修箇所１４の他の一部を囲むように設定される。さらに、本実施例では、少なくとも被補修箇所１４に並行する直線状の被溶接部２６ｂ，２６ｄは、その両端が一枚目の当て板２１−１、二枚目の当て板２１−２それぞれの端部まで達するように設定される。このように構成することにより、複数の当て板２１に対応する第一被溶接部２６全てによって被補修箇所１４を囲み、該補修箇所１４をピット１内の水中環境から隔離する。

上述した本実施例に係る水中溶接補修方法によれば、応力腐食割れが発生した場合の補修だけでなく、広い範囲のライニング部を損傷した場合や応力腐食割れが発生する懸念がある場合の予防保全にも当て板溶接を適用できる。しかも、隣接する当て板２１の第一被溶接部２６によって囲まれた領域が一部重なるようにすることにより、複数枚の当て板２１を用いた場合であっても、被補修箇所１４を確実にピット１内の水中環境から隔離することができる。

なお、本実施例ではライニング板１２と当て板２１との接合を実施例１において説明した方法により行う例を示したが、本発明は上述した構成に限定されるものではなく、例えば、ライニング板１２と当て板２１との接合を実施例１において説明した方法により行ってもよく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、使用済燃料ピットや原子炉キャビティ等のライニング板の補修を水中において溶接により行う水中溶接補修方法に適用して好適なものである。

１ピット
１１躯体
１２ライニング板
１３アングル材
１４被補修箇所
２１当て板
２２円盤状電極
２４溶融域
２５抵抗スポット溶接部
２６第一被溶接部
２７第二被溶接部

Claims

水中環境下で溶接により鋼材の被補修箇所の補修を行う水中溶接補修方法であって、
前記被補修箇所を当て板で覆う一方、前記鋼材を接地し、
前記当て板の外周縁の内側であって前記被補修箇所を囲むように設定される第一被溶接部に対し、前記当て板側に円盤状電極を押し当てながら該円盤状電極を回転させるとともに、該円盤状電極に通電を行って前記鋼材と前記当て板との間に抵抗熱を発生させ、前記鋼材と前記当て板とを連続的に接合するシーム溶接を行って、前記被補修箇所を前記水中環境と隔離する際に、
前記第一被溶接部を、前記当て板の外周縁から離間し且つ前記被補修箇所を囲むように設けられた四本の直線状の被溶接部から構成し、前記直線状の被溶接部をその両端において隣接する直線状の前記被溶接部と交差させる
ことを特徴とする水中溶接補修方法。
前記第一被溶接部の内側に該第一被溶接部とは所定距離離間し且つ前記被補修箇所を囲むように設定される第二被溶接部に対し、前記当て板側に円盤状電極を押し当てながら該円盤状電極を回転させるとともに、該円盤状電極に通電を行って前記鋼材と前記当て板との間に抵抗熱を発生させ、前記鋼材と前記当て板とを連続的に接合するシーム溶接を行って、前記被補修箇所を前記水中環境から二重に隔離する
ことを特徴とする請求項１記載の水中溶接補修方法。
前記所定距離が、該第二被溶接部に対する前記シーム溶接を行うことにより、前記第一被溶接部に対して前記シーム溶接を行った際に発生した引張溶接残留応力を低減することができる距離である
ことを特徴とする請求項２記載の水中溶接補修方法。
水中環境下で溶接により鋼材の被補修箇所の補修を行う水中溶接補修方法であって、
前記被補修箇所が広範囲にわたる場合は、前記被補修箇所を当て板で覆う一方、前記鋼材を接地し、
前記当て板の外周縁の内側であって前記被補修箇所の一部を囲むように設定される被溶接部に対し、前記当て板側に円盤状電極を押し当てながら該円盤状電極を回転させるとともに、該円盤状電極に通電を行って前記鋼材と前記当て板との間に抵抗熱を発生させ、前記鋼材と前記当て板とを連続的に接合するシーム溶接を行い、
他の当て板を、該他の当て板の外周縁の内側であって前記被補修箇所の他の一部を囲むように設定される他の被溶接部について前記当て板と同様に前記他の当て板を前記鋼材に連続的に接合するシーム溶接を行って、複数の前記被溶接部により前記被補修箇所を囲んで該被補修箇所を前記水中環境から隔離する際に、
前記被溶接部を、前記当て板の外周縁から離間し且つ前記被補修箇所を囲むように設けられた四本の直線状の被溶接部から構成し、前記直線状の被溶接部をその両端において隣接する直線状の前記被溶接部と交差させる
ことを特徴とする水中溶接補修方法。
前記シーム溶接を行う前に、前記当て板を抵抗スポット溶接により前記鋼材に仮止めする
ことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に係る水中溶接補修方法。