JPH04210883A - レーザ照射装置 - Google Patents
レーザ照射装置Info
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- JPH04210883A JPH04210883A JP2403135A JP40313590A JPH04210883A JP H04210883 A JPH04210883 A JP H04210883A JP 2403135 A JP2403135 A JP 2403135A JP 40313590 A JP40313590 A JP 40313590A JP H04210883 A JPH04210883 A JP H04210883A
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Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１１
〔発明の目的〕
［０００２］
【産業上の利用分野】本発明は、原子燃料再処理プラン
ト等の接合部材の耐食性を改善するためのレーザ照射装
置に関する。 ［０００３］
ト等の接合部材の耐食性を改善するためのレーザ照射装
置に関する。 ［０００３］
【従来の技術】使用済原子燃料の再処理プラントでは、
原子燃料として再利用が可能なウランおよびプルトニウ
ムが使用済原子燃料から回収され精製が行なわれる。現
在量も一般的な再処理方法は、ビーレックス法と呼ばれ
る湿式法であり、この湿式法の主要工程の概要は以下の
通りである。 ［０００４］まず使用済燃料が剪断され、酸化性の強い
硝酸によって剪断燃料の溶解が行なわれる。この溶解液
中には、酸化性の強い核分裂生成物や腐食生成物が溶解
しているため、腐蝕性の強い溶解液になされる。また使
用済燃料には白金族系の硝酸に溶解しない成分が含まれ
ているので、これら不溶解残渣からなるスラッジが上記
溶解液に含有される。これらのスラッジは清澄工程によ
って除去され、その後ウランおよびプルトニウムが抽出
される。抽出されたウランおよびプルトニウムは、互い
に分離されて精製が行なわれる。 ［０００５］ここで上述したように使用済燃料の溶解液
には腐食性の強い不溶解残渣からなるスラッジが堆積さ
れるため、この溶解液を取り扱う機器や配管部材には、
スラッジの堆積に伴う隙間耐食が生じやすい。そこで従
来から、スラッジに接触する部材としては、炭素や燐等
の不純物濃度が低減され耐粒界腐食性が高められたオー
ステナイト系ステンレス鋼が使用されており、さらにこ
れにＭｏを添加して隙間耐食性を高めることも行なわれ
ている。オーステナイト系ステンレス鋼の例としては５
ＵＳ３１６や５ＵＳ３１６Ｌ等がある。 ［０００６］ところが上述のようにオーステナイト系ス
テンレス鋼にＭｏを添加した場合には、硝酸溶液に対す
る耐食性が若干低下することが知られている。このため
特に溶接部の耐食性を高めておく必要から、高密度熱源
であるＣＯ２レーザやＹＡＧレーザを用いて溶接部にレ
ーザビームを照射することが従来から行なわれている。 レーザビームの照射によって、溶接時に生成された樹脂
状のデンドライト組織が消失され、ＭｏおよびＣｆの偏
析部が除去されることにより溶接部の耐食性が改善され
るものである。 ［０００７］例えば図７に示されているように、配管１
と配管２との継目溶接部３にレーザ照射する場合には、
まず配管内に例えばＹＡＧレーザ照射装置のケース４を
挿入し、このケース４内のファイバー５から一対のレン
ズ６．６を通して発せられるレーザビーム７を、ミラー
８で反射させて上記溶接部３に照射させるようにしてい
る。また図８に示されているＣＯ２レーザを熱源とする
装置の場合もほぼ同様であり、配管１と配管２との継目
溶接部３に対して、レンズ６を通したレーザビーム７を
ミラー８で反射させ照射させるようになっている。 ［０００８］
原子燃料として再利用が可能なウランおよびプルトニウ
ムが使用済原子燃料から回収され精製が行なわれる。現
在量も一般的な再処理方法は、ビーレックス法と呼ばれ
る湿式法であり、この湿式法の主要工程の概要は以下の
通りである。 ［０００４］まず使用済燃料が剪断され、酸化性の強い
硝酸によって剪断燃料の溶解が行なわれる。この溶解液
中には、酸化性の強い核分裂生成物や腐食生成物が溶解
しているため、腐蝕性の強い溶解液になされる。また使
用済燃料には白金族系の硝酸に溶解しない成分が含まれ
ているので、これら不溶解残渣からなるスラッジが上記
溶解液に含有される。これらのスラッジは清澄工程によ
って除去され、その後ウランおよびプルトニウムが抽出
される。抽出されたウランおよびプルトニウムは、互い
に分離されて精製が行なわれる。 ［０００５］ここで上述したように使用済燃料の溶解液
には腐食性の強い不溶解残渣からなるスラッジが堆積さ
れるため、この溶解液を取り扱う機器や配管部材には、
スラッジの堆積に伴う隙間耐食が生じやすい。そこで従
来から、スラッジに接触する部材としては、炭素や燐等
の不純物濃度が低減され耐粒界腐食性が高められたオー
ステナイト系ステンレス鋼が使用されており、さらにこ
れにＭｏを添加して隙間耐食性を高めることも行なわれ
ている。オーステナイト系ステンレス鋼の例としては５
ＵＳ３１６や５ＵＳ３１６Ｌ等がある。 ［０００６］ところが上述のようにオーステナイト系ス
テンレス鋼にＭｏを添加した場合には、硝酸溶液に対す
る耐食性が若干低下することが知られている。このため
特に溶接部の耐食性を高めておく必要から、高密度熱源
であるＣＯ２レーザやＹＡＧレーザを用いて溶接部にレ
ーザビームを照射することが従来から行なわれている。 レーザビームの照射によって、溶接時に生成された樹脂
状のデンドライト組織が消失され、ＭｏおよびＣｆの偏
析部が除去されることにより溶接部の耐食性が改善され
るものである。 ［０００７］例えば図７に示されているように、配管１
と配管２との継目溶接部３にレーザ照射する場合には、
まず配管内に例えばＹＡＧレーザ照射装置のケース４を
挿入し、このケース４内のファイバー５から一対のレン
ズ６．６を通して発せられるレーザビーム７を、ミラー
８で反射させて上記溶接部３に照射させるようにしてい
る。また図８に示されているＣＯ２レーザを熱源とする
装置の場合もほぼ同様であり、配管１と配管２との継目
溶接部３に対して、レンズ６を通したレーザビーム７を
ミラー８で反射させ照射させるようになっている。 ［０００８］
［００１１］
【課題を解決するための手段】本発明に係るレーザ照射
装置は、上述した課題を解決するために、原子燃料再処
理プラント等に用いられる構造部材の耐食性を改善すべ
く溶接部にレーザビームを照射するレーザ照射装置にお
いて、上記溶接部に照射するレーザ光を線状ビームとす
る凹面鏡およびシリンドリカルミラーを組み合せた走査
光学系を備えたものである。 ［００１２］
装置は、上述した課題を解決するために、原子燃料再処
理プラント等に用いられる構造部材の耐食性を改善すべ
く溶接部にレーザビームを照射するレーザ照射装置にお
いて、上記溶接部に照射するレーザ光を線状ビームとす
る凹面鏡およびシリンドリカルミラーを組み合せた走査
光学系を備えたものである。 ［００１２］
【作用】このようなレーザ照射装置によれば、照射レー
ザ光が凹面鏡およびシリンドリカルミラーにより線状に
絞られるために、レーザ出力が実質的に上げられるとと
もに照射幅が幅広になり、−照射当りの溶接面積が増大
するので溶接部表面が短時間に溶融・固化される。 ［００１３］
ザ光が凹面鏡およびシリンドリカルミラーにより線状に
絞られるために、レーザ出力が実質的に上げられるとと
もに照射幅が幅広になり、−照射当りの溶接面積が増大
するので溶接部表面が短時間に溶融・固化される。 ［００１３］
【実施例】以下、本発明に係るレーザ照射装置の一実施
例を図面に基づいて詳細に説明する。 ［００１４］図１は、レーザ照射装置の第１実施例を示
すものであり、この実施例では被溶接部材１１．１１同
士がＴＩＧ溶接によって形成される溶接部１２により一
体成型される。この溶接部１２は、ＴＩＧ溶接に代えて
電子ビーム溶接等の他のプロセスにより形成することも
可能である。 ［００１５］被溶接部材１１としては、例えば板厚１０
ｍｍのＭｏを添加したオーステナイト系ステンレス鋼、
具体的には５ＵＳ３１６Ｌが用いられており、溶接部１
２は、溶接電流が１００Ａないし１５０Ａに設定された
ＴＩＧ溶接にてＶ字形開先部に数パスで形成されている
。 被溶接部材１１は使用済原子燃料再処理プラントや種々
のプラントに用いられる構造部材である。 ［００１６］溶接部１２にレーザビームを発するレーザ
照射装置には、コヒーレントな横断面円形状のレーザ光
を発振させるレーザ発振器１３が設けられている。この
レーザ発振器１３の出射側には、一定の距離をおいて平
面（反射）ミラー１４が配置されている。この平面ミラ
ー１４によりほぼ直角に反射され偏向されたレーザ光は
、凹面鏡１５およびシリンドリカルミラー１６からなる
走査光学系１７により走査される。これらの凹面鏡１５
およびシリンドリカルミラー１６によるレーザ光の走査
によって、円形スポット状のレーザ光が、線状ビームに
変換される。変換後の線状レーザ光の大きさおよび形状
は、凹面鏡１５とシリンドリカルミラー１６における曲
率、ミラー間距離Ｌ＋ および溶接部１２との距離Ｌ２
によって決まる。 ［００１７］シリンドリカルミラー１６は、図２に示さ
れているように、曲率Ｒ１のミラー面を有しているとと
もに、凹面鏡１５は、図３に示されているように曲率Ｒ
２のミラー面１６ａを有しており、具体的には、シリン
ドリカルミラー１６の曲率Ｒ１は２〜４ｍに設定される
。一方、凹面鏡１５の曲率Ｒ２は例えば６〜１０ｍに設
定される。また上述したミラー間距離Ｌ＋ は１〜２ｍ
に設定される一方、溶接部１２との距離Ｌ２ は１〜３
ｍに設定されている。これにより本実施例では、１０１
０ｍｍＸ２の線状ビームが得られている。 ［００１８］さらにレーザ光の照射条件としては、例え
ばレーザ出カニＩＫＷ、照射ビームの移動速度： ５０
０〜２５００ｍｍ／ｍｉｎ 、ビーム径： １０ｍｍＸ
２ｍｍに設定される。なお溶接部の酸化防止のために
シールドガスを送給しているが、図では省略している。 ［００１９］このようなレーザ照射装置においては、図
１に示されるように、溶接部１２に照射されるレーザ光
が、矢印Ａ方向に移動されることによって図４に示され
ているような耐食性処理層が形成される。この耐食性処
理層は、無処理母材２１に対して、溶融凝固層（母材溶
融凝固層２２、溶接部溶融凝固層２３）および溶体化層
（母材溶体化層２４、溶接部液体化層２５）を形成して
なるものである。なお図４中の符号２６は、無処理溶接
部を示している。本実施例における上述した条件では、
溶接部の耐用期間から０．５化以上の処理深さとするこ
とが要求される。 ［００２０１図５に示されているように本実施例によれ
ば、従来のレーザ照射装置に比較して１０倍以上の処理
能力が得られた。また同一照射面積においても、従来の
レーザ照射装置より短い時間内で溶融凝固および溶体化
が可能であり、その分のレーザ出力を低減することがで
きた。 ［００２１１このレーザ照射装置により、６Ｎの沸騰硝
酸溶液中にてレーザ照射を行ない、従来のレーザ照射装
置と比較すべく試料の浸漬試験を行なった。溶接部を含
む試験片の切り出し、試料表面および溶接面に垂直な切
断面の双方について１０００時間の浸漬試験を行ない、
それぞれの面における粒界侵食深さを測定したところ、
以下のような結果を得た。 ［００２２］まず従来のレーザ照射装置による場合には
、改善層の厚さすなわち溶融凝固層と溶体化層との層厚
０．５ないし０．８μｍに対する溶接部表面の最大侵食
深さが４０μｍであったが、上記実施例のレーザ照射装
置による場合には、改善層の厚さすなわち溶融凝固層と
溶体化層との層厚０５ないし０． ８μｍに対する溶接
部表面の最大侵食深さが２０μｍであった。このように
ほぼ同等の改善層厚に対して、侵食深さは従来の半分程
度に低減された。 ［００２３］図６には、鍛造材３１の斜線表示部分３２
．３３．３４にレーザ光を照射する場合が表わされてい
る。硝酸溶液中のオーステナイト系ステンレス鋼には、
溶接部だけでなく鍛造部において鍛造方向に垂直な面に
トンネル腐食が起り易く、装置寿命が短くなることが知
られている。すなわち鍛造材は、インゴット製造時にあ
った偏析が鍛造方向に延ばされて長い偏析部になされ、
特に硝酸溶液中では、図６に表わされた斜線表示部が選
択的に腐食され易い、そこで本発明による線状のレーザ
ビームを照射して耐食性の大きい処理層を形成しておけ
ば、長い偏析部が硝酸溶液に接触されないようにするこ
とができる。したがって本実施例によれば、ステンレス
鍛造材によって構築された再処理プラントにおける装置
寿命を大幅に向上させることができる。 ［００２４］
例を図面に基づいて詳細に説明する。 ［００１４］図１は、レーザ照射装置の第１実施例を示
すものであり、この実施例では被溶接部材１１．１１同
士がＴＩＧ溶接によって形成される溶接部１２により一
体成型される。この溶接部１２は、ＴＩＧ溶接に代えて
電子ビーム溶接等の他のプロセスにより形成することも
可能である。 ［００１５］被溶接部材１１としては、例えば板厚１０
ｍｍのＭｏを添加したオーステナイト系ステンレス鋼、
具体的には５ＵＳ３１６Ｌが用いられており、溶接部１
２は、溶接電流が１００Ａないし１５０Ａに設定された
ＴＩＧ溶接にてＶ字形開先部に数パスで形成されている
。 被溶接部材１１は使用済原子燃料再処理プラントや種々
のプラントに用いられる構造部材である。 ［００１６］溶接部１２にレーザビームを発するレーザ
照射装置には、コヒーレントな横断面円形状のレーザ光
を発振させるレーザ発振器１３が設けられている。この
レーザ発振器１３の出射側には、一定の距離をおいて平
面（反射）ミラー１４が配置されている。この平面ミラ
ー１４によりほぼ直角に反射され偏向されたレーザ光は
、凹面鏡１５およびシリンドリカルミラー１６からなる
走査光学系１７により走査される。これらの凹面鏡１５
およびシリンドリカルミラー１６によるレーザ光の走査
によって、円形スポット状のレーザ光が、線状ビームに
変換される。変換後の線状レーザ光の大きさおよび形状
は、凹面鏡１５とシリンドリカルミラー１６における曲
率、ミラー間距離Ｌ＋ および溶接部１２との距離Ｌ２
によって決まる。 ［００１７］シリンドリカルミラー１６は、図２に示さ
れているように、曲率Ｒ１のミラー面を有しているとと
もに、凹面鏡１５は、図３に示されているように曲率Ｒ
２のミラー面１６ａを有しており、具体的には、シリン
ドリカルミラー１６の曲率Ｒ１は２〜４ｍに設定される
。一方、凹面鏡１５の曲率Ｒ２は例えば６〜１０ｍに設
定される。また上述したミラー間距離Ｌ＋ は１〜２ｍ
に設定される一方、溶接部１２との距離Ｌ２ は１〜３
ｍに設定されている。これにより本実施例では、１０１
０ｍｍＸ２の線状ビームが得られている。 ［００１８］さらにレーザ光の照射条件としては、例え
ばレーザ出カニＩＫＷ、照射ビームの移動速度： ５０
０〜２５００ｍｍ／ｍｉｎ 、ビーム径： １０ｍｍＸ
２ｍｍに設定される。なお溶接部の酸化防止のために
シールドガスを送給しているが、図では省略している。 ［００１９］このようなレーザ照射装置においては、図
１に示されるように、溶接部１２に照射されるレーザ光
が、矢印Ａ方向に移動されることによって図４に示され
ているような耐食性処理層が形成される。この耐食性処
理層は、無処理母材２１に対して、溶融凝固層（母材溶
融凝固層２２、溶接部溶融凝固層２３）および溶体化層
（母材溶体化層２４、溶接部液体化層２５）を形成して
なるものである。なお図４中の符号２６は、無処理溶接
部を示している。本実施例における上述した条件では、
溶接部の耐用期間から０．５化以上の処理深さとするこ
とが要求される。 ［００２０１図５に示されているように本実施例によれ
ば、従来のレーザ照射装置に比較して１０倍以上の処理
能力が得られた。また同一照射面積においても、従来の
レーザ照射装置より短い時間内で溶融凝固および溶体化
が可能であり、その分のレーザ出力を低減することがで
きた。 ［００２１１このレーザ照射装置により、６Ｎの沸騰硝
酸溶液中にてレーザ照射を行ない、従来のレーザ照射装
置と比較すべく試料の浸漬試験を行なった。溶接部を含
む試験片の切り出し、試料表面および溶接面に垂直な切
断面の双方について１０００時間の浸漬試験を行ない、
それぞれの面における粒界侵食深さを測定したところ、
以下のような結果を得た。 ［００２２］まず従来のレーザ照射装置による場合には
、改善層の厚さすなわち溶融凝固層と溶体化層との層厚
０．５ないし０．８μｍに対する溶接部表面の最大侵食
深さが４０μｍであったが、上記実施例のレーザ照射装
置による場合には、改善層の厚さすなわち溶融凝固層と
溶体化層との層厚０５ないし０． ８μｍに対する溶接
部表面の最大侵食深さが２０μｍであった。このように
ほぼ同等の改善層厚に対して、侵食深さは従来の半分程
度に低減された。 ［００２３］図６には、鍛造材３１の斜線表示部分３２
．３３．３４にレーザ光を照射する場合が表わされてい
る。硝酸溶液中のオーステナイト系ステンレス鋼には、
溶接部だけでなく鍛造部において鍛造方向に垂直な面に
トンネル腐食が起り易く、装置寿命が短くなることが知
られている。すなわち鍛造材は、インゴット製造時にあ
った偏析が鍛造方向に延ばされて長い偏析部になされ、
特に硝酸溶液中では、図６に表わされた斜線表示部が選
択的に腐食され易い、そこで本発明による線状のレーザ
ビームを照射して耐食性の大きい処理層を形成しておけ
ば、長い偏析部が硝酸溶液に接触されないようにするこ
とができる。したがって本実施例によれば、ステンレス
鍛造材によって構築された再処理プラントにおける装置
寿命を大幅に向上させることができる。 ［００２４］
【発明の効果】以上述べたように本発明に係るレーザ照
射装置によれば、簡易な構造でかつ大出力のレーザ照射
装置を得ることができ、使用済燃料の溶解液に対して対
象量腐蝕性が高く、かつ溶接部も母材と同程度の耐硝酸
溶液性を有する使用済原子燃料の再処理プラント等の構
造物を効率的に得ることができる。
射装置によれば、簡易な構造でかつ大出力のレーザ照射
装置を得ることができ、使用済燃料の溶解液に対して対
象量腐蝕性が高く、かつ溶接部も母材と同程度の耐硝酸
溶液性を有する使用済原子燃料の再処理プラント等の構
造物を効率的に得ることができる。
【図１】本発明に係るレーザ照射装置の一実施例を示す
原理的な説明図。
原理的な説明図。
【図２】図１に表わされたレーザ照射装置に用いられて
いるシリンドリカルミラーを示す側面図。
いるシリンドリカルミラーを示す側面図。
【図３】図１に表わされたレーザ照射装置に用いられて
いる凹面ミラーを示す側面図。
いる凹面ミラーを示す側面図。
【図４】レーザービーム照射後の溶接部を拡大して表わ
した断面図。
した断面図。
【図５】図１に表わされたレーザ照射装置を用いた場合
と従来のレーザ照射装置による場合のそれぞれにおける
処理能力を表わした線図。
と従来のレーザ照射装置による場合のそれぞれにおける
処理能力を表わした線図。
【図６】レーザ照射部分の他の実施例を表わした平面図
。
。
【図７】従来のレーザ照射装置の一例を表わした縦断面
図。
図。
【図８】従来のレーザ照射装置の他の例を表わした縦断
面図。
面図。
１１ 被溶接部材
１２ 溶接部
１３ レーザ発振器
１４ 平面ミラー
１５ 凹面鏡
１６ シリンドリ力ルミラー
Claims (1)
- 【請求項１】原子燃料再処理プラント等に用いられる構
造部材の耐食性を改善すべく溶接部にレーザビームを照
射するレーザ照射装置において、上記溶接部に照射する
レーザ光を線状ビームとする凹面鏡およびシリンドリカ
ルミラーを組み合せた走査光学系を備えたことを特徴と
するレーザ照射装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2403135A JPH04210883A (ja) | 1990-12-18 | 1990-12-18 | レーザ照射装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2403135A JPH04210883A (ja) | 1990-12-18 | 1990-12-18 | レーザ照射装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04210883A true JPH04210883A (ja) | 1992-07-31 |
Family
ID=18512894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2403135A Pending JPH04210883A (ja) | 1990-12-18 | 1990-12-18 | レーザ照射装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04210883A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5449879A (en) * | 1993-10-07 | 1995-09-12 | Laser Machining, Inc. | Laser beam delivery system for heat treating work surfaces |
| JP2009082927A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | レーザ加工装置 |
| US7693696B2 (en) | 2005-06-10 | 2010-04-06 | Chrysler Group Llc | System and methodology for zero-gap welding |
| US8198565B2 (en) | 2007-04-11 | 2012-06-12 | Chrysler Group Llc | Laser-welding apparatus and method |
| US8803029B2 (en) | 2006-08-03 | 2014-08-12 | Chrysler Group Llc | Dual beam laser welding head |
| CN112692432A (zh) * | 2019-10-23 | 2021-04-23 | 株式会社电装 | 接合结构 |
-
1990
- 1990-12-18 JP JP2403135A patent/JPH04210883A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5449879A (en) * | 1993-10-07 | 1995-09-12 | Laser Machining, Inc. | Laser beam delivery system for heat treating work surfaces |
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| JP2009082927A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd | レーザ加工装置 |
| TWI394629B (zh) * | 2007-09-27 | 2013-05-01 | Mitsuboshi Diamond Ind Co Ltd | Laser processing device |
| CN112692432A (zh) * | 2019-10-23 | 2021-04-23 | 株式会社电装 | 接合结构 |
| JP2021065904A (ja) * | 2019-10-23 | 2021-04-30 | 株式会社デンソー | 接合構造体 |
| US11897053B2 (en) | 2019-10-23 | 2024-02-13 | Denso Corporation | Joining structure |
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