JP7134858B2

JP7134858B2 - き裂補修方法及びき裂補修装置

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Publication number: JP7134858B2
Application number: JP2018238019A
Authority: JP
Inventors: 由美子阿部; 渉河野
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2022-09-12
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: JP2020099913A

Description

本発明の実施形態は、施工対象材に生じたき裂を摩擦撹拌プロセスを施工することで補修するき裂補修方法、及びこのき裂補修方法を実施するき裂補修装置に関する。

原子力をはじめとする大型プラントでは、構造材の健全性を長期間維持しながら運転する必要がある。構造材にき裂が発生して進展した場合には、構造材（機器）を補修もしくは取り換えることで構造材の健全性を維持させる。ところが、機器の取り換えには大掛かりな工事が必要になってコストが上昇し、更に稼働率を低下させる要因になる。そのため、可能な限り補修することで構造材の健全性を維持することが望ましい。

補修技術としては、き裂の発生部および進展部に対して、アーク溶接やレーザ溶接等により肉盛する手法が主流である。しかし、この補修技術は、き裂部に対して研削工程、肉盛工程、研磨工程、必要であれば熱処理工程を行うのが主流であり、工程数が多い。また、上述の溶接は、いずれも施工温度が１０００℃以上になるため、構造材の材料には、熱影響によって残留応力が生じたり、炭化物や金属間化合物が生成して、応力腐食割れなどの劣化事象を生じる恐れがある。

一方、き裂を封止する技術として、表面を高耐食材料、またはＴｉ(チタン)やＰｔ(白金)、セラミックなどでコーティングもしくは内張りする手法がある。しかしながら、この封止技術は、母材との接合界面における腐食や、コーティング膜そのものの劣化など、健全性を長期間維持することが非常に困難であるという課題がある。

これらを解決する手法として、摩擦撹拌プロセスを利用した補修技術がある。本技術は、施工対象材に接触するツールに加圧力を付与しながら回転させ、材料を摩擦熱により軟化させて塑性流動を生じさせることでき裂を補修する技術であり、工程数が少なく、熱影響の懸念も少ない。

特開２００６－７５８４４号公報

しかしながら、従来の摩擦撹拌プロセスを利用した補修技術は、ツールに対して過大な荷重を付与しながら回転させ、この状態でツールを施工対象材の表面に沿って連続して移動させるものである。このため、ツールに付与する力が増大して、プラントへの適用を想定すると、装置が巨大化して汎用性が低下すること、ツールへの負担が大きくツールが短寿命化するという課題がある。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ツールへの負担を低減し且つ装置を小型化できるき裂補修方法及びき裂補修装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態におけるき裂補修方法は、施工対象材のき裂及びその周辺に、回転状態のツールを押し付け加圧して摩擦撹拌プロセスを施工し、前記き裂を補修するき裂補修方法であって、前記ツールを回転させた状態で前記き裂及びその周辺に、押付位置を変更して複数回押し付けて加圧して、前記摩擦撹拌プロセスを施工することを特徴とするものである。

本発明の実施形態におけるき裂補修装置は、施工対象材のき裂及びその周辺に、回転状態のツールを押し付け加圧して摩擦撹拌プロセスを施工し、前記き裂を補修するき裂補修装置であって、前記ツールを回転させる駆動機構と、前記ツールに加圧力を付与する荷重付与機構と、前記ツールを前記施工対象材の表面方向に移動させる移動機構と、を有し、前記駆動機構、前記荷重付与機構及び前記移動機構は、前記ツールを回転させた状態で前記き裂及びその周辺に、押付位置を変更して複数回押し付けて加圧して、前記摩擦撹拌プロセスを施工するよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、ツールへの負担を低減し且つ装置を小型化できる。

第１実施形態に係るき裂補修方法のき裂補修状況を説明する斜視図。図１のき裂補修方法による施工対象材の内部の変化を示し、（Ａ）が施工前、（Ｂ）が施工中、（Ｃ）が施工後のそれぞれの状態を示す概略断面図。図１のき裂補修方法を実施するためのき裂補修装置を概略して示す斜視図。図３のツールの先端形状を示し、（Ａ）が平坦形状の場合を、（Ｂ）がテーパ形状の場合をそれぞれ示す側面図。模擬き裂を形成した施工対象材に対して図１のき裂補修方法を実施（施工）したときの状態を示し、（Ａ）が施工対象材の表面を示す外観写真図、（Ｂ）が図５（Ａ）のV－V線に沿う断面写真図。摩擦撹拌プロセスを説明する斜視図。図６の摩擦撹拌プロセスを応用した摩擦攪拌接合を示し、（Ａ）が線接合を、（Ｂ）が点接合をそれぞれ示す斜視図。図７の線接合、点接合を行なう装置の仕様を示す図表。図１のき裂補修方法に対する比較形態を示す斜視図。図９の比較形態を実施(施工)したときの施工対象材の状況を示し、（Ａ）が施工対象材の表面を示す外観写真図、（Ｂ）が図１０（Ａ）のX－X線に沿う断面写真図。第２実施形態に係るき裂補修方法のき裂補修状況を説明する説明図。図１１のき裂補修方法の変形形態を説明する説明図。図１１、図１２のき裂補修方法が適用される沸騰水型原子炉を示す概略断面図。図１３におけるき裂補修箇所を示し、（Ａ）がシュラウドサポート部分を、（Ｂ）がＣＲＤスタブチューブ部分をそれぞれ示す斜視図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１～図１０）
図１は、第１実施形態に係るき裂補修方法のき裂補修状況を説明する斜視図である。この図１に示すき裂補修方法は、施工対象材１に生じたき裂（欠陥を含む）２及びその周辺に、回転状態のツール１１を押し付けて加圧し、これにより、後述の摩擦撹拌接合の点接合を利用した摩擦撹拌プロセスを施工することで、き裂２を補修（封止を含む）するものである。なお、ツール１１の回転は、ツール１１の軸まわりの回転であり、その回転方向を図１に矢印Ｒで示す。また、ツール１１に作用する加圧力Ｐは、ツール１１の軸方向に作用する。

上述の摩擦撹拌プロセスは、図６に示すように、ツール１１を矢印Ｒ方向に回転させた状態で施工対象材１の表面に押し付け、ツール１１に加圧力Ｐを付与して施工対象材１の表面を垂直に加圧することで、摩擦熱を生じさせて施工対象材１の材料を軟化させ、この材料に塑性流動を発生させて材料を撹拌する手法である。この摩擦撹拌プロセスを被接合材の接合に応用したものが摩擦撹拌接合であり、本実施形態のき裂補修方法は、摩擦撹拌接合の点接合（後述）を利用したものである。

摩擦撹拌接合は、接合温度が被接合材の溶融点以下の低い温度であるため、異なった被接合材の接合、またはアルミニウムやアルミニウム合金の接合に用いられることが多い。この摩擦撹拌接合には、線接合と点接合の２種類がある。

線接合は、図７（Ａ）に示すように、被接合材３Ａ、３Ｂの例えば突き合せ位置に、回転状態のツール１１を押し付けて加圧し、この加圧状態でツール１１を被接合材３Ａ、３Ｂの表面に沿って、被接合材３Ａ、３Ｂの突き合せ線４の方向に連続して移動させ、これにより被接合材３Ａと３Ｂを接合する。また、点接合は、図７（Ｂ）に示すように、被接合材３Ａと３Ｂの重ね合わせ領域に、回転状態のツール１１を押し付けて加圧して接合し、この接合位置を１点または複数点設けることで、被接合材３Ａと３Ｂとを接合する。この点接合では、ツール１１を加圧した状態で被接合材３Ａ、３Ｂの表面に沿って連続して移動させることはない。

線接合は、ツール１１に加圧力Ｐを付与した状態で、このツール１１を被接合材３Ａ、３Ｂの表面に沿って連続して移動させるため、図８に示すように、この移動方向の力がツール１１に作用すると共に、加圧力Ｐもツール１１の移動に伴い増大してしまう。これに対し、点接合は、ツール１１を被接合材３Ａ、３Ｂの表面に沿って移動させる力が不要であるばかりか、加圧力Ｐも線接合に比べて低い。

この点接合を含む摩擦撹拌接合を、施工対象材１のき裂補修や施工対象材１の表面改質に利用する場合には、施工対象材１の温度を溶融点以下に保持できる点や、研削工程や溶接による肉盛工程が不要になる点などで利点がある。ちなみに、従来、図９に示すような、線接合を利用したき裂補修や表面改質が検討されている。この場合には、一度の施工で広範囲のき裂補修や表面改質が可能であるが、前述のようにツール１１に作用する力が増大してしまう。

図１に示すように、本第１実施形態のき裂補修方法は、図７（Ｂ）に示す点接合を利用したものであり、施工対象材１のき裂２及びその周辺に、矢印Ｒ方向に回転したツール１１を押し付け、加圧力Ｐの作用で施工対象材１の表面を垂直に加圧する。このツール１１により押し付けられて加圧された施工対象材１は、図２に示すように、ツール１１の押付位置１３で摩擦熱により材料が軟化し、塑性流動が生じて撹拌される。このときの撹拌エリア１２にき裂２及びその周辺が存在することで、これらのき裂２及びその周辺が混合されてき裂２が補修される。

ツール１１の施工対象材１への押付・加圧は、き裂２が短い場合には１回で足りるが、き裂２が長い場合には、き裂２の長さに応じてツール１１の押付位置１３を変更して、ツール１１を施工対象材１に複数回押し付けて加圧する。ツール１１の施工対象材１への複数回の押付・加圧は、１回の押付・加圧後に、ツール１１を施工対象材１の表面から離反させてき裂２の長さ方向に移動させ、そのツール１１を施工対象材１の表面に再度押し付けて加圧し、これを繰り返すことでなされる。

ツール１１の施工対象材１への１回の押付位置１３または複数回のうちの１回分の押付位置１３は、図１に示すように、ツール１１が施工対象材１に接触している位置からツール１１の直径分の長さ以内で施工対象材１の表面を移動し得る範囲である。または、ツール１１の施工対象材１への１回の押付位置１３または複数回のうちの１回分の押付位置１３は、図５（Ａ）に示すように、ツール１１が施工対象材１に接触して保持されている位置である。ここで、上述のようにツール１１の押付・加圧を複数回行なう場合、それぞれの押付位置１３は、図１及び図５（Ａ）に示すように、互いに重なるように施される。

ツール１１を上述のように動作させるき裂補修装置１０は、図３に示すように、駆動機構１５、荷重付与機構１６及び移動機構１７を有して構成される。駆動機構１５は、ツール保持治具１８を介して、ツール１１を軸回りに矢印Ｒ方向に回転させる。また、荷重付与機構１６は、駆動機構１５を施工対象材１に対し進退させることで、ツール１１を施工対象材１の表面に接近させて押し付け、ツール１１に加圧力Ｐを付与すると共に、ツール１１を施工対象材１の表面から離反させる。また、移動機構１７は、駆動機構１５及び荷重付与機構１６を施工対象材１の表面に沿って移動させることで、ツール１１を施工対象材１のき裂２の長さ方向に移動させる。

移動機構１７によりツール１１を施工対象材１のき裂２の位置に位置付け、駆動機構１５によりツール１１を軸回りに回転させた後に、荷重付与機構１６によりツール１１を施工対象材１のき裂２及びその周辺に１回押し付けて加圧し、または移動機構１７及び荷重付与機構１６により押付位置１３を変更して複数回押し付けて加圧し、き裂２を補修する。なお、このき裂補修装置１０は、レーザ等の加熱手段と温度測定手段を更に備え、施工対象材１を加熱することで、ツール１１に付与する加圧力Ｐを低減させてもよい。このとき、加熱手段による施工対象材１の加熱温度は、施工対象材１に熱影響を生じさせない温度、例えば３００℃以下に設定される。

また、図５（Ｂ）に示すように、回転状態のツール１１を施工対象材１に押し付けて加圧することでき裂２を補修する際の施工対象材１に対する施工深さＴは、０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲に設定される。このように施工深さＴを設定することで、ツール１１に付与する加圧力Ｐを例えば２０００ｋｇｆ（１９．６ｋＮ）以下、好ましくは１０００ｋｇｆ（９．８ｋＮ）以下に抑えることが可能になる。ここで、施工深さＴを１ｍｍ以上に設定した場合には、ツール１１に付与する加圧力Ｐが２０００ｋｇｆを超えてしまう。例えば、図９の線接合を利用したき裂補修の施工結果として、図１０に示すように、施工深さＴを１．２ｍｍとした場合、加圧力Ｐは２５００ｋｇｆ（２４．５ｋＮ）になってしまう。

施工深さＴが０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲に設定されることで、施工対象材１の表面である接液面から水または酸素が施工対象材１の内部に侵入することを十分に防ぐことが可能になる。更に、施工対象材１が原子力プラントの構造材である場合には、例えば原子力プラントの稼働年数を４０年と仮定して構造材（鋼）の腐食速度を基に計算すると、構造材の表面から少なくとも０．２ｍｍの深さまでき裂を除去しておけば、以後４０年間の構造材の健全性を担保することが可能になる。

また、回転状態のツール１１が施工対象材１のき裂２及びその周辺を押し付けて加圧し、き裂２を補修したときの施工対象材１の施工領域の組織は、結晶の粒径が１０μｍ以下に細粒化される。図５は、円柱状で先端が平坦形状のツール１１を用い、摩擦攪拌接合の点接合を利用して模擬き裂５を補修した結果を示す。この図５から、このき裂補修によって模擬き裂５が良好に補修され、且つ施工対象材１の施工領域２０の材料組織が、１０μｍ以下に細粒化されていることが分かる。

上述のように施工対象材１の施工領域２０の材料組織の結晶を１０μｍ以下に細粒化させるためには、加圧力Ｐ、ツール１１の回転数、ツール１１が施工対象材１に挿入される際の挿入深さ及び挿入速度を適切に設定する必要がある。例えば、深さ１ｍｍのき裂２を補修し、且つ施工領域２０の材料組織の結晶を１０μｍ以下に細粒化させるためには、加圧力Ｐは２０００ｋｇｆ以下に、ツール１１の回転数は５００～３０００ｒｐｍに、ツール１１の挿入深さは０．１～０．３ｍｍに、ツール１１の挿入速度は２～１０ｍｍ／ｍｉｎにそれぞれ設定される。

図１及び図４に示すように、摩擦攪拌接合の点接合を利用したき裂補修に用いられるツール１１は、その先端形状が、突起物のない平坦面１１を有する平坦形状(図４(Ａ))、または平坦面１１の周縁部位が傾斜して切り欠かれた切欠き面１１Ｂを有するテーパ形状(図４(Ｂ))に形成される。このように、ツール１１の先端が突起物のない平坦な形状に形成されることで、ツール１１により攪拌される施工対象材１の組織が均一な細粒化組織になると共に、施行後の施工対象材１の外観は、図５（Ａ）に示すように、ツール跡が残るものの、突起物による穴のない平坦な形状になる。

また、ツール１１の材質は、施工対象材１よりも硬度が高く且つ耐熱性に優れた材料が選定される。例えば、ツール１１の材質は、ＷＣ（タングステンカーバイド）をベースにした合金、Ｗ（タングステン）をベースにした合金、Ｒｅ（レニウム）をベースにした合金、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、またはＰＣＢＮ（多結晶の立方晶窒化ホウ素）が用いられる。必要であれば、ツール１１の表面にＴｉＡｌ（チタンアルミニウム）やＴｉＮＡｌ（チタンナイトライトアルミニウム）などをコーティングしてもよい。

以上のように構成されたことから、第１実施形態によれば、次の効果（１）～（５）を奏する。
（１）第１実施形態のき裂補修方法は、図１に示すように、施工対象材１に生じたき裂２及びその周辺に、ツール１１を軸回りに回転させた状態で１回押し付けて加圧し、または押付位置１３を変更して複数回押し付けて加圧して、摩擦攪拌接合の点接合を利用した摩擦攪拌プロセスによりき裂２を補修している。一方、図９に示すように、施工対象材１のき裂２及びその周辺に、ツール１１を軸回りに回転させた状態で押し付けて加圧し、この状態でツール１１を施工対象材１の表面に沿って連続して移動させることで、摩擦攪拌接合の線接合を利用した摩擦攪拌プロセスによりき裂２を補修するき裂補修方法がある。

線接合を利用した図９に示すき裂補修方法では、ツール１１を施工対象材１に押し付けて加圧した状態で、このツール１１を施工対象材１の表面に沿って連続して移動させるので、ツール１１に付与する加圧力Ｐが増大し、しかも、ツール１１に移動方向の力も作用する。これに対し、図１に示す点接合を利用したき裂補修方法では、ツール１１を施工対象材１に押し付けて加圧するが、この状態でツール１１を施工対象材１の表面に沿って連続して移動させることがないので、ツール１１に移動方向の力が作用せず、しかも、ツール１１に付与する加圧力Ｐを低下させることができる。この結果、ツール１１を長寿命化できると共に、き裂補修装置１０の大型化を回避できる。

（２）図５（Ｂ）に示すように、施工対象材１のき裂２を補修する際の施工対象材１に対する施工深さＴが０．２ｍｍ～１ｍｍに設定されたので、施工深さＴが施工対象材１の表面に近い浅い範囲になることで、ツール１１に付与する荷重（加圧力Ｐ）を更に低下させることができる。

（３）施工対象材１のき裂２を補修する際のツール１の施工領域２０における材料組織は、結晶の粒径が１０μｍ以下に細粒化されている。このように、施工領域２０の組織が細粒化されることで、施工対象材１の施工領域２０の強度及び耐食性を向上させることができる。

（４）図４に示すように、施工対象材１のき裂２を補修するためのツール１１の先端形状は、突起物のない平坦面１１Ａを有する形状であるため、ツール１１により攪拌される施工対象材１の組織を、均一した細粒化組織にすることができる。また、図４（Ｂ）に示すように、ツール１１の先端形状を、傾斜した切欠き面１１Ｂを有する平坦形状にすることで、このツール１１によって施工対象材１の攪拌がし易くなる。

（５）施工対象材１Ａのツール１１の１回の押付位置１３が、ツール１１が施工対象材１に接触している位置からツール１１の直径の長さ以内で移動し得る範囲に設定された場合には、ツール１１が施工対象材１に押し付けられた状態で微小移動することで、ツール１１による施工対象材１の材料組織の細粒化を促進することができる。

［Ｂ］第２実施形態（図１１～図１４）
図１１は、第２実施形態に係るき裂補修方法のき裂補修状況を説明する説明図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、施工対象材１のき裂２の補修を液体中、例えば水Ｗ中で実施する点である。このように施工対象材１のき裂２を水Ｗ中で補修する場合は、原子力プラントの構造材のように施工対象材１が放射化されている場合などである。

図１３は、原子力プラントにおける沸騰水型原子炉２２を示す。この沸騰水型原子炉２２では、原子炉圧力容器２３内に燃料集合体２４が配置されて炉心２５が構成され、この炉心２５の周囲を炉心シュラウド２６が覆っている。炉心２５内には、制御棒駆動機構（ＣＲＤ）２８により駆動される制御棒２９が挿脱可能に設けられる。また、原子炉圧力容器２３には、上部に蒸気出口ノズル３０及び給水入口ノズル３１が設けられ、下部に再循環水入口ノズル３２及び再循環水出口ノズル３３が設けられている。

図１４（Ａ）に、図１３のＡ部分であるシュラウドサポート部分を、図１４（Ｂ）に、図１３のＢ部分であるＣＲＤスタブチューブ部分をそれぞれ示す。図１４（Ａ）に示すように、シュラウドサポート３５は、シュラウドシリンダ３６が、レグ３７により下方から支持されると共に、プレート３８を介して原子炉圧力容器２３により側方から支持されて構成される。このシュラウドサポート３５では、複数枚のシュラウドシリンダ３６間、シュラウドシリンダ３６とレグ３７との間、レグ３７と原子炉圧力容器２３の底部との間、プレート３８とシュラウドシリンダ３６との間、プレート３８と原子炉圧力容器２３の側壁との間に、それぞれ溶接箇所３９が存在する。

また、図１４（Ｂ）に示すように、ＣＲＤスタブチューブ４０は、原子炉圧力容器２３の底部に形成された貫通孔４１と同軸に、原子炉圧力容器２３の底部内側にスタブチューブ４２が溶接され、これらの貫通孔４１及びスタブチューブ４２内にＣＲＤハウジング４３が挿通され、このＣＲＤハウジング４３の下端部にフランジ部４４が溶接されて構成される。このＣＲＤスタブチューブ４０では、スタブチューブ４２の下端と原子炉圧力容器２３との間、スタブチューブ４２の上端とＣＲＤハウジング４３との間、ＣＲＤハウジング４３とフランジ部４４との間に、それぞれ溶接箇所３９が存在する。

上述のシュラウドサポート３５のシュラウドシリンダ３６、レグ３７及びプレート３８、並びにＣＲＤスタブチューブ４０のスタブチューブ４２、ＣＲＤハウジング４３及びフランジ部４４は、ステンレス鋼またはニッケル基合金で構成されている。これらのステンレス鋼またはニッケル基合金は、いずれも、Ｃｒ含有量が１３％～２５％及びＮｉ含有量が５％～７０％を満たす金属材料である。シュラウドサポート３５とＣＲＤスタブチューブ４０の溶接箇所３９周辺にき裂２が発生する恐れがあり、このき裂２を、第１実施形態のき裂補修装置１０と同様な構造のき裂補修装置４５（図１１）、き裂補修装置４６（図１２）を用いて水Ｗ中で補修する。

き裂補修装置４５及び４６は、共に、ツール１１を回転駆動する駆動機構１５が防水構造に構成され、更に、駆動機構１５とツール１１との間も防水構造に構成されている。き裂補修装置４５ではツール１１、及びこのツール１１による施工対象材１の押付位置１３が水Ｗに接しているが、き裂補修装置４６では、ツール１１及び施工対象材１の押付位置１３が、窒素ガスやアルゴンガスなどのガスＧに接している。つまり、き裂補修装置４６では、駆動機構１５の側部に設けられたガスノズル４７からガスＧが、ツール１１へ向かって噴出される。このガスＧは、例えば荷重付与機構１６に形成されたガス抜き穴４８から排出される。

上述のように構成されたことから、き裂補修装置４５、４６を用いて実施されるき裂２の補修方法は、第１実施形態の効果（１）～（５）と同様な効果を奏するほか、次の効果（６）を奏する。

（６）き裂２が生じた施工対象材１が放射化されている場合に、き裂補修装置４５または４６を用いて施工対象材１のき裂２を液体（例えば水Ｗ）中で補修するので、放射線からき裂補修装置４５、４６を保護できると共に、き裂２の補修作業における被爆低減を、施工コストを増大させることなく実現できる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができ、また、それらの置き換えや変更は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…施工対象材、２…き裂、３Ａ、３Ｂ…被結合材、４…突き合せ線、５…模擬き裂、１０…き裂補修装置、１１…ツール、１１Ａ…平坦面、１１Ｂ…切欠き面、１２…撹拌エリア、１３…押付位置、１５…駆動機構、１６…荷重付与機構、１７…移動機構、１８…ツール保持治具、２０…施工領域、２２…沸騰水型原子炉、２３…原子炉圧力容器、２４…燃料集合体、２５…炉心、２６…炉心シュラウド、２８…制御棒駆動機構、２９…制御棒、３０…蒸気出口ノズル、３１…給水入口ノズル、３２…再循環水入口ノズル、３３…再循環水出口ノズル、３５…シュラウドサポート、３６…シュラウドシリンダ、３７…レグ、３８…プレート、３９…溶接箇所、４０…ＣＲＤスタブチューブ、４１…貫通孔、４２…スタブチューブ、４３…ＣＲＤハウジング、４４…フランジ部、４５、４６…き裂補修装置、４７…ガスノズル、４８…ガス抜き孔、Ｇ…ガス、Ｐ…加圧力、Ｒ…矢印（回転方向）、Ｔ…施工深さ、Ｗ…水

Claims

施工対象材のき裂及びその周辺に、回転状態のツールを押し付け加圧して摩擦撹拌プロセスを施工し、前記き裂を補修するき裂補修方法であって、
前記ツールを回転させた状態で前記き裂及びその周辺に、押付位置を変更して複数回押し付けて加圧して、前記摩擦撹拌プロセスを施工することを特徴とするき裂補修方法。
前記ツールの複数回のうち１回分の押付位置は、前記ツールが施工対象材に接触している位置から前記ツールの直径分の長さ以内で移動し得る範囲であることを特徴とする請求項１に記載のき裂補修方法。
前記ツールの複数回のうち１回分の押付位置は、前記ツールが施工対象材に接触して保持されている位置であることを特徴とする請求項１に記載のき裂補修方法。
前記摩擦撹拌プロセスによる施工対象材への施工深さは、前記施工対象材の表面から０．２ｍｍ～１ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のき裂補修方法。
前記摩擦撹拌プロセスにより施工される施工対象材の施工領域の組織は、結晶粒の粒径が１０μｍ以下に細粒化されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のき裂補修方法。
前記ツールの先端形状は、平坦形状、または平坦面の周縁部位が傾斜して切り欠かれたテーパ状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のき裂補修方法。
前記ツールの材質は、Ｗをベースにした合金、ＷＣをベースにした合金、Ｒｅをベースにした合金、ＳｉＮ、またはＰＣＢＮが用いられたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のき裂補修方法。
前記施工対象材の材料は、Ｃｒ含有量が１３％～２５％、及びＮｉ含有量が５％～７０％を満たす金属材料であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のき裂補修方法。
施工対象材のき裂及びその周辺に、回転状態のツールを押し付け加圧して摩擦撹拌プロセスを施工し、前記き裂を補修するき裂補修装置であって、
前記ツールを回転させる駆動機構と、前記ツールに加圧力を付与する荷重付与機構と、前記ツールを前記施工対象材の表面方向に移動させる移動機構と、を有し、
前記駆動機構、前記荷重付与機構及び前記移動機構は、前記ツールを回転させた状態で前記き裂及びその周辺に、押付位置を変更して複数回押し付けて加圧して、前記摩擦撹拌プロセスを施工するよう構成されたことを特徴とするき裂補修装置。