JPH03169494A - 部材の溶接補修方法および部材の溶接補修装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、放射能を帯びた原子炉機器など人体に危害を
およぼすおそれのある部材の欠陥部を完全な遠隔操作で
溶接補修することのできる部材の溶接補修方法および部
材の溶接補修装置に関する。

（従来の技術） 原子炉に使用される上部格子板、蒸気乾燥器、気水分離
器、シュラウド、インコアハウジング、ＣＲＤハンジン
グなどの原子炉機器には通常オーステナイト系ステンレ
ス鋼やインコネル材料が使用されるが、これらの部材に
はいくつもの溶接がなされる。一方、原子炉機器は放射
性物質が付着するおそれもある。

そこで、これらの溶接箇所に長期間の使用や応力腐食わ
れなどによって欠陥が生じた場合、その溶接補修は、欠
陥部分だけを露出させながら周りを厚い鋼鉄の放射線遮
蔽体で覆い短時間のうちにマニュアル操作で行なうか、
またはこの放射線遮蔽体に遠隔操作のできる自動溶接機
を取付けて行なっている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、上述のマニュアル操作による方法では、作業
員は放射線を浴びないように全面マスクやエアラインマ
スク等のフル装備が必要となるため、体温が上り作業能
率が低下する。さらに、放射線遮蔽体は作業終了後解体
して廃棄するため、放射性廃棄物も増大する。

他方、上述の自動溶接機を遠隔操作する方法でも、溶接
機の各部材の交換・セッティングに係る作業や検査・仕
上げなどの付随的な作業は人間に頼らざるを得す、この
作業時には作業員の放射線被曝が避けられない。

したがって現状では、上述のマニュアル操作と自動溶接
機の遠隔操作を組合せ、かつ一日の被曝線量を法的に規
制された範囲内に収めるため、多くの作業員が交替で作
業を行わなっている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放射
能を帯びた原子炉機器など人体に危害をおよぼすおそれ
のある部材の欠陥部を完全な遠隔操作で溶接補修するこ
とのできる部材の溶接補修方法および部材の溶接補修装
置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、原子炉機器などの
部材に欠陥部検出用レーザ光を照射し、このレーザ光の
反射光量を計測して溶接補修箇所を特定する工程と、前
記特定された溶接補修箇所に欠陥部溶融用レーザ光を照
射して溶接補修箇所を溶融する工程とを備える部材の溶
接補修方法を提供する。

また本発明は、欠陥部検出用レーザ光を発する欠陥部検
出用レーザ発振器と、欠陥部溶融用レーザ光を発する欠
陥部溶融用レーザ発振器と、前記各レーザ光を原子炉機
器などの部材に照射するレーザヘッドと、前記各レーザ
発振器とレーザヘッドを結んで前記各レーザ光を伝達す
る光伝送体と、前記レーザヘッドを３次元に移動可能に
支持するレーザヘッド移動装置と、前記レーザヘッド移
動装置に接続し、前記欠陥部検出用レーザ光を照射する
レーザヘッドの位置から部材欠陥部の位置を特定する欠
陥部モニタ装置とを備える部材の溶接補修装置も提供す
る。

（作用） 本発明の溶接補修方法は、原子炉機器などの部材に欠陥
部検出用レーザ光を照射し、このレーザ光の反射光量を
計測して溶接補修箇所を特定する工程と、前記特定され
た溶接補修箇所に欠陥部溶融用レーザ光を照射して溶接
補修箇所を溶融する工程とを備える。したがって本発明
の溶接補修方法によれば、溶接補修箇所の特定とその溶
接補修箇所の溶融・補修という目的に応じて、レーザ光
の種類を変えるだけで容易に部材の溶接補修を行なうこ
とができる。モしてレーザ光の照射および種類の変更は
遠隔操作でできるため、放射能を帯びた原子炉機器など
人体に危害をおよぼすおそれのある部材の溶接補修でも
、作業員が危害を被るおそれはない。

本発明の溶接補修装置は上述の本発明の溶接補修方法を
実現するもので、欠陥部検出用レーザ光を発する欠陥部
検出用レーザ発振器と、欠陥部溶融用レーザ光を発する
欠陥部溶融用レーザ発振器と、前記各レーザ光を原子炉
機器などの部材に照射するレーザヘッドと、前記各レー
ザ発振器とレーザヘッドを結んで前記各レーザ光を伝達
する光伝送体と、前記レーザヘッドを３次元に移動可能
に支持するレーザヘッド移動装置と、前記レーザヘッド
移動装置に接続し、前記欠陥部検出用レザ光を照射する
レーザヘッドの位置から部材欠陥部の位置を特定する欠
陥部モニタ装置とを備える。

すなわち本発明の溶接補修装置によれば、部材の近傍に
はレーザヘッドとレーザヘッド移動装置を配置し、遠隔
操作でレーザヘッド移動装置を稼働させてレーザヘッド
をレーザ光の照射に適当な位置に移動させることができ
る。さらに本発明の溶接補修装置は、レーザヘッドと光
伝送体で結ばれる欠陥部検出用レーザ発振器とレーザヘ
ッド移動装置に接続する欠陥部モニタ装置を備えるため
、遠隔の場所で部材の欠陥箇所を知ることができる。

そして、同じく光伝送体でレーザヘッドと結ばれる欠陥
部溶融用レーザ発振器を遠隔操作すれば、正確にその欠
陥を溶接補修することができる。したがって本発明の溶
接補修装置を用いれば、原子炉機器など人体に危害をお
よぼすおそれのある部材であっても、溶接補修に際して
作業員が危害を被るおそれはない。

（実施例） 以下添付の図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の溶接補修装置１の斜視図である。ス
テンレス鋼板製の原子炉機器２は垂直方向に溶接部３を
有するが、この溶接部３には欠陥４が生じている。そし
てこの原子炉機器２の近傍には、複数個の車輪５とこれ
らの車輪５を駆動する駆動モータ６を備えた台車７が配
置される。台車７の上にボールねじ８が垂設されるが、
ボールねじ８にはＺ軸（昇降方向）オシレート装置９が
昇降可能に支持され、さらにＺ軸オシレート装置９には
Ｘ−Ｙ軸（Ｙ軸は原子炉機器２に対する進退方向、Ｘ軸
はＹ軸と水平方向で直交する軸である）オシレート装置
１０が連結・支持される。

本実施例においては、上述の台車７、ボールねじ８、Ｚ
軸オシレート装置９およびＸ−Ｙ軸オシレート装置ＩＯ
が集合してレーザヘッド移動装置１１を構或する。台車
７は車輪５を介して床面を自在に移動できるし、Ｚ軸オ
シレート装置９はボルねじ８に沿って昇降する。またＸ
−Ｙ軸オシレート装置１０は、Ｚ軸オシレート装置９で
定められた高さにおいてＸ軸およびＹ軸方向に微細な距
離だけ移動する。したがってレーザヘッド移動装置１１
は、Ｘ−Ｙ軸オシレート装置１ｏに取付けられるレーザ
ヘッド１２を３次元に自在に移動させることができる。

ところで、レーザヘッド１２は内部にレーザ発射装置１
３と２個の集光レンズｌ４を収める。本実施例において
はレーザヘッド１２に、さらにレーザの照射位置を撮影
するＣＯＤカメラ１５が設置されるが、ＣＯＤカメラ１
５にはレーザヘッド１２と原子炉機器２の相対位置を確
認し、ＣＣＤカメラ■５で捕らえたレーザの照射位置を
監視するＣＯＤカメラモニタ装置１６が接続する。

レーザ照射装置工３は光伝送体としての光ファイバ１７
を介してＮｅ−Ｈｅレーザ発振器１８およびＹＡＧレー
ザ発振器１９と接続する。Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器１８
とＹＡＧレーザ発振器ｌ９からそれぞれ発振されるＨｅ
−Ｎｅレーザ光とＹＡＧレーザ光は、ともに波長がほぼ
１μｍと短いため、光ファイバ１７のような極細の光伝
送体でも伝送することができる。

Ｈｅ−Ｎｅレーザ光は原子炉機器２を構成するステンレ
ス鋼に吸収されず反射されるため、このＨｅ−Ｎｅレー
ザ光の照射位置を変えながら反射光量の変化をＣＯＤカ
メラ１５で計測すればレーザ光の焦点合せ、そして欠陥
位置の特定に利用できる。本実施例においては、Ｈｅ−
Ｎｅレーザ光を欠陥部検出用レーザ光として用いる。

他方、ＹＡＧレーザ光は原子炉機器２を構成するステン
レス鋼に吸収されやすい。したがってＹＡＧレーザ光は
これを吸収した部位の温度をそのエネルギー分だけ上昇
させ、溶融させることができる。本実施例においては、
ＹＡＧレーザ光を欠陥部溶融用レーザ光として用いる。

次にＨｅ−Ｎｅレーザ発振器１８とＹＡＧレーザ発振器
１９はこれら発振器の作動を数値制御する制御装置２０
に接続する。制御装置２０はさらに、レーザヘッド移動
装置１１を構成する台車７の駆動モータ６、Ｚ軸オシレ
ート装置９およびＸ一Ｙ軸オシレート装置１０とそれぞ
れ接続し、かつ欠陥部４の位置をＸ，ＹおよびＺ軸方向
にそれぞれパターン認識できるモニタテレビ２１とも接
続する。したがって本実施例においては、制御装置２０
とモニタテレビ２１およびＣＣＤカメラモニタ装置１６
が集合して欠陥部モニタ装置２２を構成する。

本実施例の溶接補修装置１によって原子炉機器２の欠陥
部４を溶接補修する場合は、まず制御装置２０を操作し
て、台車７については駆動モータ６を作動させ床面上を
自由に移動させながら、レーザヘッド１２と原子炉機器
２の距離をＨｅ−Ｎｅレーザ光の焦点距離を勘案しなが
ら粗調整する。

そして同様にＺ軸オシレート装置９およびＸ−Ｙ軸オシ
レート装置１０も作動させるが、同時にＣＯＤカメラｌ
５も作動させてＣＯＤカメラモニタ装置ｌ６でレーザヘ
ッド１２と原子炉機器２の相対位置を確認しながら、レ
ーザヘッド１２をほぼ欠陥部４にレーザ光を照射するの
に適当な位置に近付ける。

本実施例においては、次いで制御装置２０を操作してＨ
　ｅ　−　Ｎ　ｅレーザ発振器１８を作動させる。

すると、Ｈｅ−Ｎｅレーザ発振器１８から発振されたＨ
ｅ−Ｎｅレーザ光は光ファイバ１７内を伝送され、レー
ザ発射装置１３から原子炉機器２に向けて発射される。

発射されたＨｅ−Ｎｅレーサ光は２枚の集光レンズ１４
で収斂される。本実施例のレーザヘッド↓２は固定焦点
保有型である。

次は、ＣＯＤカメラモニタ装置１６を用いながらレーザ
ヘッド移動装置１１を駆動させてレーザヘッド↓２を３
次元的に移動させ、Ｈ　ｅ　−Ｎ　ｅレーザ光の焦点調
整をしながら、欠陥部４を発見するためＨｅ−Ｎｅレー
ザ光をスキャンニングする。

このときレーザヘッド１２の位１　（ｘ−ｙ−ｚ座標）
は、レーザヘッド↓２をＸ−Ｙ軸方向に移動するＸ−Ｙ
軸オシレート装置１０および台車７のＸ−Ｙ座標、並び
にレーザヘッド１２をＺ軸方向に移動するＺ軸オシレー
ト装置９を数値制御する制御装置２０によって把握され
る。

スキャンニングの方法はいくつかある。ひとつは、レー
ザヘッド１２のある位置においてＨｅ−Ｎｅレーザ光の
原子炉機器２による２次元（平面）的な反射光量を測定
する。そしてこの同一平面内における反射光量の分布か
ら欠陥部４の位置の目安をつける。以後はその目安をつ
けた箇所に向けて１〜１０ｍｍのピッチでレーザヘッド
１２をＹ軸方向に接近させ、この目安づけと接近を繰り
返して徐々に欠陥部４の詳細な位置を特定する方法であ
る。

しかしこの方法では、小さな欠陥部検出する場合は、Ｈ
ｅ−Ｎｅレーザ光の小さなスポット径を得る必要がある
が、スキャンニングの面積が大きくなると、このような
小さなスポット径でスキャンニングをするには多くの時
間を要することになる。

これに対して画像処理を利用すると、上述の欠点は解消
することができるが、画像処理で使用する反射光は鏡面
効果によるものであるため、欠陥部４の反射光だけを識
別することは困難である。

この他非線形光学結晶による非線形光学現象を利用する
方法がある。レーザの反射光を非線形光学結晶に結像さ
せると鏡面による反射光は点結像されるが、欠陥部４か
らの反射光は結晶内で全体に渡るので結晶内で回折格子
が形或され結晶から反射される。したがって小さな欠陥
部であっても、これを強調してＣＯＤカメラモニタ装置
１６でモニタすることかできる。

このような方法で欠陥部の発見したら、前述の要領で既
に求めてあるレーザヘッド１２の位置にこの欠陥部４の
観測結果を合せて欠陥部の位置（ｘ，−ｙ−ｚ座標）を
特定する。

こうしてＨｅ−Ｎｅレーザ光のスキャンニングを続け、
欠陥部４全体の位置を特定する作業を継続するが、この
とき制御装置２０からは欠陥部のＸ−Ｙ−Ｚ座標がモニ
タテレビ２１に送られ、モニタテレビ２ｌでは欠陥部４
の位置をＸ，ＹおよびＺ軸方向にそれぞれパターン認識
できるように表示する。

このようにして欠陥部４全体のパターンを認識したら、
制御装置２０を操作してＮｅ−Ｈｅレザ発振器１８の作
動を止め、代わりにＹＡＧレーザ発振器１９を作動させ
る。そうするとＹＡＧレーザ発振器１９からＹＡＧレー
ザ光が発振されるが、このＹＡＧレーザ光は先のＨｅ−
Ｎｅレーザ光と同様に光ファイバｌ７内を伝送され、レ
ーザ発射装置１３から原子炉機器２に向けて発射される
。そして２枚の集光レンズ｛４で収斂されて原子炉機器
２に照射される。

したがって全体をパターン認識した欠陥部４の適当な箇
所から、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光と同様にして焦点距離を保
ちながらＹＡＧレーザ光を照射すれば、このＹＡＧレー
ザ光は欠陥部４に吸収される。するとＹＡＧレーザ光を
吸収した欠陥部４はそのエネルギーで温度が上昇して溶
融し、欠陥部４は消失する。

本実施例においては欠陥部４の周囲にもＹＡＧレーザを
照射して溶融すれば、残留応力を均一化・低減すること
もできる。また溶融しない程度に照射して固溶化熱処理
を施すだけでも従来より応力腐食割れ感受性を低下させ
ることができる。

その他本実施例においては、ステンレス鋼の欠陥部４を
溶融する際、欠陥部４の周囲にδ−フエライトを生じさ
せるか、または欠陥部４の周囲を固溶化温度以上に加熱
してクロム炭化物を分解し、クロム元素を再固溶させる
表面改質を行なえば、溶接補修部の健全性をさらに向上
することができる。

なお本実施例の方法および装置を適用できる部材の材質
はステンレス鋼に限られるものではなく、インコネル等
種々の材質に適用できる。また欠陥部検出用レーザ光と
欠陥部溶融用レーザ光は、それぞれ対象とする溶接補修
部材の材質に吸収されずよく反射されるものおよび吸収
性のよいものであれば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ光、ＹＡＧレ
ーザ光に限らず用いることができる。

また本実施例のＹＡＧレーザ光は欠陥部４を溶融して一
旦切断するのにも用いることができる。

この場合ＹＡＧレーザ光は欠陥部切断用レーザ光となり
、欠陥部溶融用レーザ発振器↓９は欠陥部切断用レーザ
発振器となる。すなわち本実施例の部材の溶接補修方法
および部材の溶接補修装置は、部材の切断方法および部
材の切断装置としても利用することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の溶接補修方法は、原子炉
機器などの部材に欠陥部検出用レーザ光を照射し、この
レーザ光の反射光量を計測して溶接補修箇所を特定する
工程と、前記特定された溶接補修箇所に欠陥部溶融用レ
ーザ光を照射して溶接補修箇所を溶融する工程とを備え
る。したがって本発明の溶接補修方法によれば、溶接補
修箇所の特定とその溶接補修箇所の溶融・補修という目
的に応じて、レーザ光の種類を変えるだけで容易に部材
の溶接補修を行なうことができる。モしてレーザ光の照
射および種類の変更は遠隔操作でできるため、放射能を
帯びた原子炉機器など人体に危害をおよぼすおそれのあ
る部材の溶接補修でも、作業員が危害を被るおそれはな
い。

本発明の溶接補修装置は上述の本発明の溶接補修方法を
実現するもので、欠陥部検出用レーザ光を発する欠陥部
検出用レーザ発振器と、欠陥部溶融用レーザ光を発する
欠陥部溶融用レーザ発振器と、前記各レーザ光を原子炉
機器などの部材に照射するレーザヘッドと、前記各レー
ザ発振器とレーザヘッドを結んで前記各レーザ光を伝達
する光伝送体と、前記レーザヘッドを３次元に移動可能
に支持するレーザヘッド移動装置と、前記レーザヘッド
移動装置に接続し、前記欠陥部検出用レーザ光を照射す
るレーザヘッドの位置から部材欠陥部の位置を特定する
欠陥部モニタ装置とを備える。

すなわち本発明の溶接補修装置によれば、部材の近傍に
はレーザヘッドとレ〜ザヘッド移動装置を配置し、遠隔
操作でレーザヘッド移動装置を稼働させてレーザヘッド
をレーザ光の照射に適当な位置に移動させることができ
る。さらに本発明の溶接補修装置は、レーザヘッドと光
伝送体で結ばれる欠陥部検出用レーザ発振器とレーザヘ
ッド移動装置に接続する欠陥部モニタ装置を備えるため
、遠隔の場所で部材の欠陥箇所を知ることができる。

そして、同じく光伝送体でレーザヘッドと結ばれる欠陥
部溶融用レーザ発振器を遠隔操作すれば、正確にその欠
陥を溶接補修することができる。したがって本発明の溶
接補修装置を用いれば、原子炉機器など人体に危害をお
よぼすおそれのある部材であっても、溶接補修に際して
作業員が危害を被るおそれはない。

【図面の簡単な説明】

第１−図は本発明の一実施例に係る溶接補修装置の斜視
図である。 ７・・・台車、９・・・Ｚ軸オシレート装置、１０・・
・Ｘ−Ｙ軸オシレート装置、ｌ２・・・レーザヘッド、
１６・・・ＣＣＤカメラモニタ装置、１８・・・Ｈｅ−
Ｎｅレーザ発振器、１９・・・ＹＡＧレーザ発振器、２
０・・・制御装置、２１・・・モニタテレビ。 第 ｌ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原子炉機器などの部材に欠陥部検出用レーザ光を照
   射し、このレーザ光の反射光量を計測して溶接補修箇所
   を特定する工程と、前記特定された溶接補修箇所に欠陥
   部溶融用レーザ光を照射して溶接補修箇所を溶融する工
   程とを備える部材の溶接補修方法。 ２、前記溶接補修箇所を溶融する工程は、この溶接補修
   箇所を切断する工程を含む請求項１記載の部材の溶接補
   修方法。 ３、欠陥部検出用レーザ光を発する欠陥部検出用レーザ
   発振器と、欠陥部溶融用レーザ光を発する欠陥部溶融用
   レーザ発振器と、前記各レーザ光を原子炉機器などの部
   材に照射するレーザヘッドと、前記各レーザ発振器とレ
   ーザヘッドを結んで前記各レーザ光を伝達する光伝送体
   と、前記レーザヘッドを３次元に移動可能に支持するレ
   ーザヘッド移動装置と、前記レーザヘッド移動装置に接
   続し、前記欠陥部検出用レーザ光を照射するレーザヘッ
   ドの位置から部材欠陥部の位置を特定する欠陥部モニタ
   装置とを備える部材の溶接補修装置。 ４、前記欠陥部溶融用レーザ光を発する欠陥部溶融用レ
   ーザ発振器は、欠陥部切断用レーザ光を発する欠陥部切
   断用レーザ発振器を兼ねる部材の溶接補修装置。