JPH03243723A

JPH03243723A - 管内面の熱処理装置

Info

Publication number: JPH03243723A
Application number: JP2039768A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tonmiya; 頓宮　雄一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1990-02-22
Publication date: 1991-10-30

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）本発明はたとえばオーステナイト系ステンレス鋼管の内
面をレーザビームによって溶体化熱処理を行って溶接な
どで鋭敏化した組織を溶体化状態に戻すことができる管
内面の熱処理装置に関する。

（従来の技術）一般にオーステナイト系ステンレス鋼を溶接した場合、
その熱影響部に粒界腐食または応力腐食割れの原因とな
るクロム炭化物の粒界析出が発生する。これを鋭敏化と
称し、クロム炭化物が粒界に析出した金属組織を鋭敏化
組織と称する。鋭敏化は約５５０℃から８５０℃に約１
秒間以上保持された場合に発生する。この鋭敏化組織を
除去する方法としては析出したクロム炭化物を再固溶さ
せる溶体化処理、つまり約１０００℃から１１００℃に
加熱したのち急冷する方法が一般的に行われている。

一般に溶体化処理を行う場合、被処理物の大きさによっ
て異なるが、被処理物を熱処理炉内に入れて加熱するか
、または高周波加熱を行ったりしている。

しかしながら、これらの方法は細長い管の内面または溶
接部近傍のみに限られる局部的な個所の熱処理には適し
てない。また、局部的な個所の溶体化処理を行うことが
できても、その隣接部位に再び鋭敏化組織を生じる可能
性がある。

そこで、たとえば特開昭６１５２３１５号公報、同６１
−１７７３２５号公報および同６４２７７８９号公報に
開示されているようにレーザビームによって被処理物を
局部的に加熱して溶体化処理する方法および、管内を溶
接する方法が知られている。このレーザビームで溶体化
処理する方法および溶接する方法はエネルギ密度が高く
、トータル入熱が少ないため、鋭敏化部を含む被処理物
の表面のみ、または限られた必要な個所だけを局部的に
所定の温度まで加熱し、周囲の熱伝導によって急冷する
ことができる利点がある。

（発明が解決しようとする課題）前述したレーザビームを利用した溶体化熱処理方法は研
究室などの小規模レベルには適用できる。

しかしながら、従来のレーザビームによる熱処理装置は
たとえば原子力発電プラントの原子炉圧力容器内に組込
まれている計測管などの修理を容易に行うことができる
よう現場作業向きに構成されてない。その理由の一つは
必要な機構、部品をコンパクトにまとめることが難しい
課題があること、他の一つは現場作業に使用する需要が
なかったことによる。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、管
内面のような狭空間における局部的な熱処理を可能とし
、たとえば原子力発電所の予防保全用に適用可能で、コ
ンパクト化をはかりかつ作業性が容易な管内面の熱処理
装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明はレーザビームを被処理管の内面に結像する集光
レンズおよび反射鏡または凹面鏡を内蔵したヘッド部と
、このヘッド部にレーザビームを導く光ファイバと、前
記結像位置に向けてガスを噴射するガス供給流路と、前
記ヘッド部を回転および上下動させる駆動部と、前記被
処理管の熱処理個所と前記ヘッド部との相対位置を検出
する位置検出装置とを具備したことを特徴とする。

（作　用）被処理管内にレーザビームを導く光ファイバとレーザビ
ームを結像する集合レンズおよび反射鏡が内蔵されたヘ
ッド部を挿入する。光ファイバによって離れた場所に設
置された発振器からレーザビームを導く。光ファイバを
出射したレーザビームは拡がるが、集光レンズによって
絞られ反射鏡で向きが変えられ被処理面上に導かれ局部
加熱する。ヘッド部を回転操作することによって被処理
管の内面を円周状に熱処理でき、また上下動操作させる
ことによって軸線方向に熱処理でき、さらに矩形波状の
往復操作を繰り返すことによって帯状に熱処理できる。

このような操作によって被処理面を溶体化温度以上、融
点以下に加熱して鋭敏化組織（クロム炭化物析出）を健
全な組織に戻すことができる。

（実施例）第１図および第２図を参照しながら本発明に係る管内面
の熱処理装置の第１の実施例を説明する。

第１図中、符号１は中空円筒状のヘッド部を示しており
、このヘッド部１は第１および第２の集光レンズ２．２
′と、このこの集光レンズ２．２′を上下方向から保護
する上、下保護レンズ３．３′とからなるレンズユニッ
ト４が内蔵され、上部保護レンズ３の上方向に反射鏡５
が設けられ、かつこの反射鏡５からの反射光６を導出す
るための孔７を有するものからなっている。レンズユニ
ット４には軸方向に沿って複数のスリット８が形成され
ている。ヘッド部ｌの下方向にはレーザビーム９を導く
光ファイバｌＯが中心軸線に沿って設けられ、この光フ
ァイバ１０の外側にはガス通路１１゜ガイド１２および
補強部材１３が順次設けられている。

以上のように構成されたヘッド部１および光ファイバＩ
Ｏなどはたとえば第２図に示した固定装置１４を使用し
て被処理管１５内の所定位置に挿入され、レーザビーム
を照射することによって被処理管１５の内面の熱処理が
行われる。

すなわち、固定装置１１４の上部に被処理管１５のフラ
ンジ１６を載置して、押え板１７を上方から当接１−、
ポル）１８を締めて被処理管１５を固定装置１４に据付
ける。固定装置１４の下部には第１のギヤケース１９が
設けられ、第１のギヤケース１９の下部には回転用モー
タ２（１，エンコーダ２１．第２のギヤケース２２が設
けられている。第２のギヤケース２２の下部には上下駆
動用モータ２３が設けられている。なお、図中符号２４
はサポート、２５はクランプ、２６は支柱、２７はシー
ルドガス用ホースで、光ファイバ１０の側面のガス通路
１１にガスを供給するためのものである。２８はサポー
ト２４に設けられたナツトである。

つぎに、上記構造の管内面の熱処理装置を使用して管内
面を熱処理する方法について説明する。

レーザビーム９は光ファイバＩＯによってヘッド部１内
に導かれる。このレーザビーム９は光ファイバ１０を出
射すると拡がるため第１の集光レンズ２によって平行に
され、さらに第２の集光レンズ２′によって絞られる。

この第２の集光レンズ２′の焦点距離内に反射鏡５が取
付けられており、レーザビーム９はその向きが変えられ
孔７を通り、被処理管１５内の熱処理すべき個所の表面
に導かれる。

シールドガスはガス供給流路としてのガス通路１１を通
ってヘッド部を内に流入し、スリット８を通って孔７か
ら被処理管１５内の熱処理すべき個所の表面に噴射する
。このガスによって被処理管１５内の熱処理した個所の
表面が酸化したり、またレンズ２．３および反射鏡５が
汚れるのを防止する働きをする。

光ファイバ１０およびガス通路１１はベアリング２９に
よってヘッド部１が回転してもねじれないような構造に
なっている。回転用モータ２０によってヘッド部１全体
を回転し、上下駆動用モータ２３によりヘッド部１全体
を上下に移動する。また、エンコーダ２Ｉにより周方向
における位置を検出する。

しかして、被処理管１５内に導かれたレーザビーム９に
よって熱処理された熱処理層は１０００℃から１５００
℃の温度範囲に達する。しかしながら、レーザービーム
による加熱は表面から約０．５ｍｍの厚さしか高温にな
らないため、周囲からの熱伝導によって急冷され、鋭敏
化組織は健全な組織に変る。

なお、レーザビーム９の出力を５００〜＋５００Ｗ。

処理速度０．　ｌ　〜３　ｍ／ｍｉｎ　、デフォ−ガス
量Ｏ〜＋２０ｍｍ等に適宜選択することが望ましい。こ
れにより、たとえばステンレス銅の鋭敏化が回復する場
合、被処理管の熱処理個所の温度を溶体化温度以上（約
１０００℃）かつ融点（約１５００℃）以下の範囲に保
持して健全な金属組織を得ることができ、その結果とし
て耐食性を向上させることができる。

第３図は本発明に係る第２の実施例の要部のみを示すも
ので、第１図と同一部分には同一符号を付して重複する
部分の説明は省略する。

すなわち、この第２の実施例はヘッド部１の下端に肉厚
の円筒管３０を接続し、この円筒管３０の内面に接する
ように補強部材１３で支持されたベアリング３１を設け
、円筒管３０の下端部に内歯歯車３２を取着し、この内
歯歯車３２に噛み合うような平歯車３３を回転用モータ
３４の回転軸３５に取着してなるもので、他の部分は第
１の実施例と同様である。モータ３４を回転すると平歯
車３３が回転し、この平歯車３３と噛み合った内歯歯車
３２が回転し、回転軸３５を中心にしてヘッド部１が回
転する。このように第２の実施例では回転用モータ３４
をヘッド部１の下方に組込んであるので光学系レンズユ
ニット４だけが回転する構造になっている。そのため、
被処理管１５の外側に必要なスペースが少なくなり、コ
ンパクト化がはかれる効果がある。

第４図は本発明の第３の実施例の要部を示すもので、第
１図と同一部分には同一符号を付して重複する部分の説
明は省略する。

この第３の実施例では第１図の反射鏡５の代りに凹面鏡
３６を使用した点以外は第１の実施例と同様である。す
なわち、光ファイバｌＯから出射したレーザビーム９は
集光レンズ２によって平行または絞られた状態になる。

レーザビーム９は凹面鏡３６により向きが変えられると
同時に、絞られた孔７を通り、被処理管内の熱処理個所
に導かれ表面処理する。この第３の実施例の作用効果は
第１の実施例と同様なので、その説明を省略する。なお
、この実施例でも装置の機構、部品をコンパクトにまと
めることが容易にできる。

第５図は本発明に係る管内面の熱処理装置を原子炉圧力
容器に適用した例を示している。すなわち、第５図にお
いて上部をカットし下部のみを概略的に示す原子炉圧力
容器３７はコンクリート製ペデスタル３８上に立設され
ており、ペデスタル３８の側面に設けられた貫通部３９
から光ファイバ１０．ガスホース４０が導入され、原子
炉圧力容器３７内の被処理管となる中性子束計測ハウジ
ング４１内に本発明に係る装置のヘッド部１が挿入され
る。なお、図中符号４２はプラットホーム、４３は炉心
支持板、４４はプラグをそれぞれ示している。

しかして、原子炉圧力容器３７に取付けられた中性子束
計測ハウジング４１内にヘッド部１を挿入し、該ハウジ
ング４１のフランジ４１ａを利用してヘッド部１を回転
かつ上下動自在に取着する。レーザ発振器およびシール
ドガスボンベは放射線被曝に対して安全な場所に置かれ
ており、レーザビームおよびシールドガスは光ファイバ
１０およびガスホース４０内を通ってそれぞれヘッド部
１まで導かれる。

以降の操作は第１の実施例で説明したように被処理管つ
まり、ハウジング４１内の熱処理すべき個所にレーザビ
ームを照射して溶体化処理し、鋭敏化組織を健全な組織
に戻す表面処理を行う。

［発明の効果］本発明によれば被処理管内の狭窄間における局部的な個
所をレーザビームによって溶体化熱処理を行い、溶接な
どで鋭敏化した組織を健全な溶体化組織に戻すことがで
きる。

また、装置の機構、部品をコンパクトにまとめることが
容易で、かつ作業性が容易なように構成できるため、た
とえば原子力発電所の予防保全用に好適する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る管内面の熱処理装置の第１の実施
例を示す縦断面図、第２図は第１図における装置を被処
理管に組込んだ状態を一部側面で示す縦断面図、第３図
は本発明の第２の実施例を示す縦断面図、第４図は本発
明の第３の実施例の要部のみを示す縦断面図、第５図は
本発明に係る熱処理装置を原子炉圧力容器内の中性子計
測ハウジングに適用した例を示す縦断面図である。１・・・ヘッド部２・・・集光レンズ３・・・保護レンズ４・・・レンズユニット５・・・反射鏡６・・・反射光７・・・孔８・・・スリット９・・・レーザビーム１０・・・光ファイバ１１・・・ガス通路１２・・・ガイド３・・・補強部材４・・・固定装置５・・・被処理管６・・・フランジ７・・・押え板８・・・ボルト９・・・第１のギヤケース２０・・・回転用モータ２１・・・エンコーダ２２・・第２のギヤケース２３・・・上下駆動用モータ２４・・・サポート２５・・・クランプ２６・・・支柱２７・・・シールドガス用ホース２８・・・ナツト２９・・・ベアリング３０・・・円筒管３１・・・ベアリング３２・・・内歯歯車３３・・・平歯車３４・・・モータ３５・・・回転軸３６・・・凹面鏡３７・・・原子炉圧力容器３８・・・ペデスタル３９・・・貫通孔４０・・・ガスホース４１・・・中正子東計測ハウジング４２・・・プラットホーム４３・・・炉心支持板４４・・・プラグ（８７３３）

Claims

【特許請求の範囲】

レーザビームを被処理管の内面に結像する集光レンズお
よび反射鏡または凹面鏡を内蔵したヘッド部と、このヘ
ッド部にレーザビームを導く光ファイバと、前記結像位
置に向けてガスを噴射するガス供給流路と、前記ヘッド
部を回転および上下動させる駆動部と、前記被処理管の
熱処理個所と前記ヘッド部との相対位置を検出する位置
検出装置とを具備したことを特徴とする管内面の熱処理
装置。