JPH04249799A - 表面改質処理方法および表面改質処理装置 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉炉内機器や炉内
構造物等の金属表面にレーザビームを照射して被処理面
の表面改質熱処理を行なう表面改質処理方法および表面
改質処理装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】原子力発電プラントの原子炉炉内機器や
炉内構造物には、ステンレス鋼を用いたものが多く使用
されている。ステンレス鋼で炭素含有量の多いオーステ
ナイト系ステンレス鋼を溶接した場合、その熱影響部に
粒界腐食や応力腐食割れ（以下、ＳＣＣという。）の原
因となるクロム炭化物の粒界析出が発生し、鋭敏化した
クロム結合層が生じる。この鋭敏化した金属組織を除去
する方法としては、析出した粒界クロム炭化物を再固溶
させる溶体化熱処理をする方法が一般的に行なわれてい
る。この溶体化熱処理は、熱影響部を１０００℃程度以
上に加熱して表面の固溶化を行ない、その後、急冷する
方法が採られている。

【０００４】そして、この溶体化熱処理により、鋭敏化
した金属組織の表面を固溶化して改質させ、元の健全な
金属組織に戻すことができ、耐ＳＣＣ対策、耐ＩＧＳＣ
Ｃ対策を施すことができる。

【０００５】最近の原子力発電プラントでは、ＳＣＣ発
生のメカニズムの知見に基づき、耐ＳＣＣ性を考慮した
材料の開発が行なわれ、ＳＣＣ対策が施された新しい材
料を使用した各種機器や配管が原子力発電プラントに用
いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、それ以前の原
子力発電プラントには、ＳＣＣ発生のおそれのあるステ
ンレス鋼を用いた各種機器や配管が用いられている。こ
れらの各種機器や配管のうち、炉外配管等は作業性が容
易なことから順次耐ＳＣＣ対策を施した新しい配管等で
置換され、原子力発電プラントの健全性を保っている。

【０００７】ところが、原子力発電プラントの炉内機器
や炉内構造物は、これらの機器や配管へのアクセス性が
悪く、機器等の交換が困難で、不可能であったり、さら
に、炉心崩壊熱等による放熱のため、原子炉から炉水を
抜いた状態で作業を行なうことがない。このため、原子
炉炉内機器や配管の表面改質処理作業を水中下で行なわ
なければならず、このため、これらの機器や配管等に耐
ＳＣＣ対策を施すことが困難であった。

【０００８】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、原子炉炉内機器等の金属表面にレーザビーム
を照射して被処理面の表面改質熱処理を行ない、鋭敏化
した金属組織を健全な溶体化状態に戻すことができる表
面改質処理方法および表面改質処理装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】本発明の他の目的は、被処理面の表面改質
処理作業を水中下で行ない得るようにした表面改質処理
方法および表面改質処理装置を提供することにある。

【００１０】本発明の別の目的は、被処理面の金属組織
の鋭敏化部や中性子照射部、金属疲労を受け易い部位を
固溶化して表面改質熱処理を行なう表面改質処理方法お
よび表面改質処理装置を提供することにある。〔発明の
構成〕

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係る表面改質処
理方法は、上述した課題を解決するために、請求項１に
記載したように原子炉炉内機器等の被処理面を表面洗浄
した後、上記被処理面に熱処理装置をアクセスさせて設
置し、熱処理装置と被処理面との間に空洞を形成して被
処理面を局所的にドライ化し、続いて熱処理装置から被
処理面にレーザビームを照射して被処理面を溶体化温度
以上に加熱して改質熱処理し、被処理面の表面改質熱処
理後、前記熱処理装置を取り外す方法である。

【００１２】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る表面改質処理装置は、請求項１に記載したよ
うに、原子炉炉内機器等の被処理面にアクセス可能な熱
処理装置と、この熱処理装置に設けられ、前記被処理面
を乾燥させるドライ装置と、前記熱処理装置から出力さ
せるレーザビームを被処理面に照射させるレーザ走査光
学系とを備え、このレーザ走査光学系から出射されるレ
ーザビームを被処理面に照射して溶体化温度以上に加熱
し、表面改質熱処理を行なうようにしたものである。

【００１３】

【作用】この表面改質処理装置は、熱処理装置を原子炉
炉内機器や炉内構造物等の被処理面にアクセスさせる一
方、上記被処理面をドライ装置により水中下で乾燥させ
、熱処理装置から乾燥させた被処理面にレーザビームを
照射して被処理面を溶体化温度以上に加熱して表面固溶
化の改質熱処理を行ない、被処理面の金属組織の鋭敏化
部、中性子照射部あるいは金属疲労を受け易い部位の表
面固溶化熱処理を行ない、被処理面の金属組織を元の健
全な金属組織に戻すようにしたものである。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明に係る表面改質処理装置に
より被処理面の改質熱処理を行なう原理図であり、図２
はこの表面改質処理装置による表面熱処理の対象となる
部位を例示的に示す図である。

【００１６】この表面改質処理装置は、原子炉炉内機器
や炉内構造物等の被処理面にレーザビームを照射して表
面改質を行なうものであり、被処理面の金属組織の鋭敏
化部、中性子照射部、金属疲労を受け易い部位を溶体化
温度以上に加熱して改質熱処理を行なうものである。

【００１７】適用対象となる被処理面は、沸騰水型原子
炉の場合、例えば図２に示すように原子炉圧力容器１内
に収容された炉心シュラウド２の溶接部Ｗやこの炉心シ
ュラウド２内に装荷される炉心燃料の上部を支持する上
部格子板３、炉心燃料の下部を支持する炉心支持板４の
溶接部、原子炉圧力容器１内の炉水を強制的に再循環さ
せるジェットポンプ５のライザ管６を固定するライザブ
レースアーム７の溶接部Ｗ、再循環入口ノズル（Ｎ−２
ノズル）８を固定するサーマルスリーブ９の溶接部Ｗ、
制御棒駆動機構（以下、ＣＲＤという。）１０のＣＲＤ
ハウジング１１を固定するスタブチューブ１２の溶接部
Ｗ、原子炉圧力容器１に取り付けられる水位計装ノズル
１３のインコネル＃１８２等の炉内側溶接部Ｗ、アクセ
スホールカバー１４の溶接部Ｗ、インコアモニタ案内管
とそのハウジングとの溶接部等がある。

【００１８】これらの原子炉炉内機器や炉内構造物は、
図１に示すように、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼材１
５ａ，１５ｂ同士を溶接により一体結合させたものであ
り、溶接部１６の周辺に被処理面である熱影響部１７が
形成される。この熱影響部１７に粒界クロム炭化物が析
出して鋭敏化したクロム結合層が生じる。このステンレ
ス鋼鋭敏化部である熱影響部１７の溶液表面を、後述す
るドライ装置で乾燥させて、熱処理装置２０からレーザ
ビーム２１を照射し、このレーザビーム２１で被処理面
２２を溶体化温度、例えば１０００℃程度以上に、好ま
しくは１０００℃〜１１００℃程度に加熱した後、急冷
させて固溶化熱処理を行ない、被処理面上に例えば０．
０５ｍｍ以上、好ましくは０．２〜０．３ｍｍ程度の深
さの固溶化熱処理層２３を形成する。この固溶化熱処理
層２３には、図３のミクロ金属組織の図面代用写真に示
すように、粒界クロム炭化物が消失して表面固溶化させ
て元の健全な金属組織となり、耐ＳＣＣ性や耐ＩＧ（照
射）ＳＣＣ性を改善することができる。図３は図１のＡ
部を拡大して示すミクロ組織写真である。

【００１９】熱処理装置２０は表面改質処理用のレーザ
ビーム２１を発振させるレーザ発振器２５と、このレー
ザ発振器２５から出力されるレーザビーム２１を伝送す
る光ファイバ２６と、この光ファイバ２６の先端部に設
けられ、原子炉炉内機器等の金属表面である被処理面に
アクセス可能なレーザヘッド２７とを有する。レーザヘ
ッド２７は図示しない３次元移動支持装置より３次元移
動可能に支持される。熱処理装置２０に用いられるレー
ザとしては、波長１．０６μｍのＹＡＧレーザが望まし
いが、ＣＯ２　レーザ（波長１０．６μｍ）やＣＯレー
ザ、ガラスレーザ（波長１．０６μｍ）であってもよい
。

【００２０】ＹＡＧレーザは、ＹＡＧ結晶から発振せし
められる波長１．０６μｍのレーザビーム２１で、金属
への光の吸収率が高く、レーザ発振器２５や光学系が小
型であり、光ファイバ２６により長距離伝送が可能であ
ることから優れており、信頼性が高い。

【００２１】また、熱処理装置２０のレーザヘッド２７
内には光ファイバ２６から出力され、拡散するレーザビ
ーム２１を絞り込んで被処理面２２に照射させるレーザ
走査光学系２８が備えられている。このレーザ走査光学
系２８は例えば集光レンズ２９と反射鏡３０とを組み合
せたものである。

【００２２】さらに、熱処理装置２０のレーザヘッド２
７には、被処理面２２を局所的に乾燥させるドライ装置
３３が、例えば図４に示すように設けられる。このドラ
イ装置３３はレーザヘッド２７に絶縁ブッシュ３４を介
して装着されるドライケーシング３５を有し、このドラ
イケーシング３５内は中間ケーシング３６および内側ケ
ーシング３７により３重筒構造に形成され、内側ケーシ
ング３７内にレーザ走査光学系２８を収納したレーザヘ
ッド２７のトーチ部２７ａが収容される。

【００２３】ドライ装置３３のドライケーシング３５と
中間ケーシング３６との間にはスリーブ状のウォータチ
ャンバ３８が形成され、このウォータチャンバ３８内に
シールド水供給配管３９よりウォータカーテン用のシー
ルド水が供給されるようになっている。また、中間ケー
シング３６と内側ケーシング３７との間にもスリーブ状
のエアーチャンバ４０が形成され、このエアーチャンバ
４０内にもシールドエア供給配管４１からエアーカーテ
ン用のシールドエアーが供給されるようになっている。 ウォータチャンバ３８およびエアーチャンバ４０に供給
されたシールド水およびエアーは、下部のスカート状開
口部から放射方向外方に放出され、ステンレス鋼材１５
ａ，１５ｂの被処理面２２との間にウォータカーテンお
よびエアーカーテンを形成するようになっている。

【００２４】また、ドライ装置３３の内部ケーシング３
７内に筒状のキャビティ（チャンバ）４２が画成され、
このキャビティ４２内にＡｒガス等の不活性ガスのシー
ルドガスが供給されるようになっている。シールドガス
はガス供給配管４３を介してレーザヘッド２７のトーチ
部２７ａ内に案内されるようになっている。

【００２５】さらに、ドライ装置３３の内側ケーシング
３７内にはトーチ部２７ａを冷却する冷却ジャケット４
４が液密に画成され、このジャケット４４内に冷却供給
配管４５から例えば冷却水を供給することにより、トー
チ部２７ａを周囲から冷却している。ドライ装置３３の
先端と表面改質熱処理されるステンレス鋼材１５ａ，１
５ｂの被処理面２２との間に適宜大きさのギャップδが
形成されるようになっている。

【００２６】しかして、このドライ装置３３は、ウォー
タチャンバ３８およびエアーチャンバ４０内に水および
エアーをそれぞれ供給する。供給された水およびエアー
は先端のスカート状開口部を通って放射状に拡散するよ
うに放出され、ウォータカーテンおよびエアーカーテン
を形成する。このウォータカーテンおよびエアーカーテ
ンによりドライ装置３３の内部は周囲から隔離される一
方、キャビティ４２内の水分は、シールドカスにより押
し出される一方、スカート状開口部から噴出される水や
エアーの吸引作用により吸い出されて排除され、キャビ
ティ４２内は局所的に乾燥される。

【００２７】ドライ装置３３のキャビティ４２内が乾燥
された状態で、熱処理装置２０のレーザ発振器２５を作
動させ、レーザビーム２１を光ファイバ２６およびレー
ザ走査光学系２８を介してレーザヘッド２７から被処理
面２２に照射する。照射されるレーザビーム２１は、被
処理面２２が溶体化温度例えば１０００℃以上に加熱さ
れるようにレーザ出力（レーザビームのエネルギ密度）
が調節される。

【００２８】熱処理装置２０のレーザ発振器２５にＹＡ
Ｇレーザ発振器を使用し、このＹＡＧレーザ出力を変え
たときの加工速度と被処理面２２の溶融深さ（○印）お
よび固溶化深さ（△印）との関係を図５および図６に示
す。図６はレーザ出力が１ＫＷ程度の例を示し、図５は
図６よりレーザ出力が小さい場合の例を示す。図５およ
び図６に示すように、熱処理装置２０の加工速度は、Ｓ
ＵＳ３０４のステンレス鋼材（鋭敏化材）の被処理面に
溶融・固溶化熱処理層（溶体化熱処理層）が少なくとも
０．５ｍｍの深さ以上となるように、設定される。

【００２９】また、レーザ出力が１ＫＷ程度のときの加
工速度と溶融・溶体化幅との関係を図７に示す。

【００３０】さらに、被処理面の水中における溶体化深
さはレーザビームの照射パワー密度（ｗ／ｍｍ２　）と
照射時間ｓ（スポット径ｄ／加工速度ｖ）との間で所定
の関係がある。この関係を図８に示す。

【００３１】ＹＡＧレーザにおいて、レーザビームの照
射パワー密度が例えば１００ｗ／　　ｍｍ２　と高い場
合には、被処理面２２の溶体化深さは、深さ曲線ａで示
すように表わされ、短時間で深くなるが、溶融部分４５
が非溶融状態の固溶化部分４６に比べ多くなる。逆に、
照射パワー密度を徐々に低下させ、例えば約５０ｗ／ｍ
ｍ２　とすると、未溶融の固溶化部分４６が多くなる。 さらに、照射パワー密度を低下させ、約２０ｗ／ｍｍ２
　の場合には、加工速度を充分に遅くし、照射時間を１
ｓ以上とする必要がある。

【００３２】図８から、ステンレス鋼材の被処理面２２
に溶体化が生じる限界照射時間が存在することがわかり
、例えば照射パワー密度が約４０ｗ／ｍｍ２　の場合、
照射時間が約０．４ｓ以上必要であり、照射パワー密度
が高ければ限界照射時間が短かくなる。符号４７は限界
照射パワー密度と照射時間との関係を示す曲線である。

【００３３】そこで、被処理面の溶融部分が少なく、未
溶融部分が深い適正な表面改質熱処理条件を選択すると
、ＹＡＧレーザの照射パワー密度が２０〜６０ｗ／ｍｍ
２　で、照射時間が１ｓ〜０．２ｓ以上であればよく、
この条件範囲であれば被処理面に溶体化に必要な最低深
さ５０μｍ（０．０５ｍｍ）を確保することができる。

【００３４】なお、この適正な表面改質熱処理条件は、
ＹＡＧレーザ以外の他のレーザ、例えばＣＯ２　レーザ
、ＣＯレーザ、ガラスレーザなどを用いた場合では異な
る。レーザの種類によってレーザビームの金属材料への
吸収率が異なるためである。この吸収率はレーザビーム
の波長に依存する。

【００３５】例えば、波長１０．６μｍのＣＯ２　レー
ザの場合には、照射パワー密度がある値以下ではレーザ
ビームはほとんど反射してしまい、金属材料に吸収され
ないので、被処理面に未溶融状態の溶体化層を作ること
ができない。

【００３６】この場合には、溶融状態の溶体化層を作る
ことになる。

【００３７】また、図９（Ａ），（Ｂ）および図１０（
Ａ），（Ｂ）はＹＡＧレーザビームの照射による表面改
質熱処理を行なったときの金属組織を表わす断面ミクロ
写真をそれぞれ示すもので、図９（Ａ）および（Ｂ）は
ＳＵＳ３０４のステンレス鋼材（鋭敏化材）１５に溶融
熱処理層４８と固溶化熱処理層４９が併存する場合を示
し、図１０（Ａ）および（Ｂ）は、溶融熱処理層が形成
されず、ステンレス鋼材１５の表面に固溶化熱処理層４
９のみが形成された場合を示す。

【００３８】図１１は、ステンレス鋼材（ＳＵＳ３０４
，６５０℃／２ｈ鋭敏化材）１５の高温水中におけるＳ
ＣＣ試験例を示すものである。図１１において、（Ａ）
は表面改質処理を施さないステンレス鋼材（鋭敏化材（
１））の場合を、（Ｂ）は上記鋭敏化材（１）に表面溶
融を行なった場合を、（Ｃ）は鋭敏化材（１）に表面固
溶化の熱処理を行なった場合をそれぞれ示し、図１１は
（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）状態のステンレス鋼材（Ｓ
ＵＳ３０４）を５個ずつ８ｐｐｍＰ．Ｏ．濃度の２８８
℃の高温水中に５００時間浸漬させた場合のＳＣＣ試験
結果を示す。表面改質熱処理を施さないステンレス鋼材
は５個中４個にＳＣＣが発生したことがわかり、表面溶
融や表面固溶化熱処理を施したものは、ＳＣＣの発生は
見られなかった。このことから、表面固溶化の表面改質
熱処理を施すと、耐ＳＣＣ性が向上することがわかる。

【００３９】次に、水中における表面改質処理装置の他
の実施例を説明する。各実施例を説明するに当り、図４
に示す実施例で示した表面改質処理装置に対応する部分
には同一符号を付して説明する。

【００４０】図１２は表面改質処理装置の第２実施例を
示す模式図である。この表面改質処理装置は水カーテン
式の空洞形成手段とレーザビームを中空円筒で送る方式
を組み合せたものであり、熱処理装置２０Ａに図示しな
いＣＯ２　レーザ発振器が備えられる。このレーザ発振
器から発振されたレーザビームはビームガイド５１を通
ってレーザヘッド２７に案内され、このレーザヘッド２
７に備えられたレーザ走査光学系２８Ａを通ってステン
レス鋼材１５の被処理面２２に照射されるようになって
いる。レーザ走査光学系２８Ａは例えば反射ミラー５２
と集光レンズ５３を組み合せることにより形成される。

【００４１】また、熱処理装置２０Ａのレーザヘッド２
７には、水カーテン式のドライ装置３３Ａが備えられる
。このドライ装置３３Ａは、ドライケーシング３５と内
側ケーシング３７の２重筒構造を有し、両ケーシング３
５，３７間にウォータチャンバ３８が形成される。内側
ケーシング３７のキャビティ４２内にはレーザヘッド２
７のトーチ部２７ａが収容され、上記キャビティ４２に
シールドガス供給配管４３から供給されるＡｒガス等の
シールドガスが供給されて満たされるようになっている
。

【００４２】一方、ウォータチャンバ３８の先端にはス
カート状の開口部が形成され、ウォータチャンバ３８内
に供給されたシールド水は、先端のスカート状開口部か
ら放射状に流出されてウォータカーテンを形成する。シ
ールド水の流出により形成されるウォータカーテンによ
りキャビティ４２内の水分はシールドガスとともに吸収
され、局所的にドライ化される。

【００４３】図１３は、熱処理装置２０Ｂに備えられる
ドライ装置３３Ｂを３重筒構造に形成し、ウォータチャ
ンバ３８とエアーチャンバ４０を同心円状に構成したも
のである。エアーチャンバ４０内にはシールドエア供給
配管４１よりシールドエアが供給されるようになってお
り、供給されたシールドエアは、先端のスカート状開口
部から吹き出され、エアーカーテンを形成するようにな
っている。この実施例は、ドライ装置３３Ｂに水カーテ
ンとエアーカーテンを併設させてカーテン内側をドライ
化させたものであり、実験では、被処理面に５ｍｍ程度
の段差が存在しても局所的なドライ化が可能であること
がわかっている。

【００４４】図１４は、スカート式の空洞形成手段とレ
ーザビームを中空円筒で送る方式とを組み合せた表面改
質処理装置の第４実施例を示すものである。

【００４５】この実施例に示された表面改質処理装置は
、中空円筒状のビームガイド５１を有する熱処理装置２
０Ｃが備えており、この熱処理装置２０Ｃは図示しない
レーザ発振器から発振されたＣＯ２　等のレーザビーム
をビームガイド５１を介してレーザヘッド２７に案内し
、このレーザヘッド２７に組み込まれたレーザ走査光学
系２８Ｃを経てステンレス鋼材１５の被処理面２２に照
射されるようになっている。

【００４６】一方、熱処理装置２０Ｃのレーザヘッド２
７の先端には、外側から３重筒構造のフィルタ５５、金
網等の補強用円筒５６および耐熱円筒５７が備えられ、
内側にレーザヘッド２７から延びるキャビティ４２が形
成され、このキャビティ４２内にシールドガス供給配管
４３からＡｒガス等のシールドガスが供給される。供給
されたシールドガスによりキャビティ内の水分がフィル
タ５５を通って流出され、キャビティ４２内がドライ化
されるようになっている。

【００４７】図１５は表面改質処理装置の第５実施例を
示すものである。

【００４８】この実施例に示されたものは、表面改質処
理対象となる被処理面２２が隅部の場合を示すもので、
構造的には図１４に示す表面改質処理装置と実質的な同
一であるので同一符号を付して説明を省略する。

【００４９】図１５に示される表面改質処理装置におい
て、フィルタとしてポリフロンフィルタを採用し、その
フィルタ長ｌを１０ｍｍ（○印）、１５ｍｍ（◇印）、
２０ｍｍ（△印）とした場合の水深とドライ装置３３Ｃ
内に空洞形成に必要な最低シールドガス流量との関係を
図１６に示す。この図１６から、水深が深くなるに伴い
、ドライ装置３３Ｃによるドライ化が必要なシールドガ
ス流量が増加していることがわかる。

【００５０】図１７は、スカート式空洞形成手段とレー
ザビームを光ファイバで送る方式を組み合せた表面改質
処理装置の第６実施例を示すものである。

【００５１】この実施例に示された表面改質処理装置は
、熱処理装置２０Ｄの図示しないレーザ発振器から発振
されたＹＡＧレーザ等のレーザビームを光ファイバ２６
でレーザヘッド２７内に案内するとともに、このレーザ
ヘッド２７の内側ヘッド２７ｂ内に組み込まれるレーザ
走査光学系２８Ｄは集光レンズ６０，６１と保護レンズ
を兼ねた凹レンズ６２，６３を組み合せたレンズユニッ
トから構成される。しかして、光ファイバ２６から出て
くる拡散レーザビーム２１は初めの凹レンズ６２と集光
レンズ６０により平行ビームに形成され、続いて次の集
光レンズ６１と凹レンズ６３により絞られて例えば段部
の被処理面２２に照射されるようになっている。

【００５２】前記レーザヘッド２７の先端には、図１４
および図１５で示すものと同様な３重筒構造のフィルタ
５５、補強用円筒（金網）５６、耐熱円筒５７を有する
ドライ装置３３Ｄが備えられ、内部にキャビティ４２を
形成している。フィルタ５５はシールドガス供給配管４
３から連続的に供給されるシールドガスを細かな気泡に
して外部に逃がす一方、外部からの水の侵入を防止し、
被処理面２２のある程度の凹凸を吸収するようになって
いる。また、キャビティ４２内に存在する水はシールド
ガスにより押し出され、被処理面２２に乾燥した部分を
形成することができる。

【００５３】図１８は、ワイヤブラシ式の空洞形成手段
とレーザビームを光ファイバ２６で伝送する方式を組み
合せた表面改質処理装置の第７実施例を示すものである
。

【００５４】この実施例に示されたものは、熱処理装置
２０Ｅのレーザヘッド２７の内側レーザヘッド２７ｂ内
にレーザ走査光学系２８Ｅを収容するととともに、レー
ザヘッド２７の外側ヘッド２７ａの先端に外側から金網
等の補強用円筒６５、ワイヤブラシ６６および耐熱円筒
６７を備えたもので、内部にドライ装置３３Ｅのキャビ
ティ４２が形成される。キャビティ４２内にはシールド
ガス供給配管４３からシールドガスが連続的に供給され
る。

【００５５】補強用円筒６５はワイヤブラシ６６を被処
理面２２に押し付けた際の拡がりを防止するためのもの
であり、耐熱円筒６７は、溶融時にスパッタリングが発
生するおそれがあるため必要であるが、固溶化熱処理の
みであれば必ずしも必要がない。

【００５６】そして、ワイヤブラシ６６はシールドガス
供給配管４３から連続的に供給されるＡｒガス等の不活
性ガスのシールドガスを細かな気泡にして外部に逃がす
一方、外部から水の侵入を防止し、被処理面２２の凹凸
をある程度吸収する作用を有する。キャビティ４２内に
存在していた水は、シールドガスの供給により押し出さ
れ、被処理面２２上に乾燥した部分を局所的に形成する
ようになっている。図１８に示す表面改質処理装置では
、シールドガス流量が６０ｌ／ｍｉｎ　以上でキャビテ
ィ４２内に安定した乾燥域が形成されることが確認され
ている。

【００５７】図１９は、表面改質処理装置の第８実施例
を示すものであり、この実施例に示されたものは、対象
とする被処理面２２が隅部の場合であり、構造的には図
１８に示す表面改質処理装置と異ならないので同一符号
を付して説明を省略する。

【００５８】図２０は小型チャンバ式空洞形成手段とレ
ーザビームを光ファイバで伝送する方式を組み合せた表
面改質処理装置の第９実施例を示すものである。

【００５９】この実施例に示された表面改質処理装置は
、ドライ装置３３Ｆの逆椀状ボックスケーシング７０を
チャンバ保持機構７１に支持させて内部にドライチャン
バ７２を形成する。そして、このチャンバ７２内に電動
機７３の駆動により変速機７４を介して回転せしめられ
る回転ディスク７５を設け、この回転ディスク７５にヘ
ッド位置調整機構７６を介して熱処理装置２０Ｆのレー
ザヘッド２７が設けられる。レーザヘッド２７はヘッド
位置調整機構７６の電動機７７の駆動により変速機構７
８を介して位置調節される。レーザヘッド２７には図示
しないレーザ発振器から光ファイバ２６を介してレーザ
ビームが伝送され、このレーザビームはレーザヘッド２
７内に収容されたレーザ走査光学系（図示せず）を介し
て被処理面２２上に照射される。符号４３は、レーザヘ
ッド２７内にシールドガスを供給するシールドガス供給
配管である。

【００６０】一方、ドライ装置３３Ｆのドライチャンバ
７２内にＡｒ等の不活性ガスを注入するドライガス注入
機構８０がドライケーシングに備えられている。ドライ
ガス注入機構８０はドライチャンバ内にドライガスを注
入するガス注入ノズル８１とドライチャンバ内のガス抜
きを行なうガス抜きノズル８２とを備えている。

【００６１】なお、符号８３はモニタ装置であり、８４
はテレビカメラ８５等を昇降操作させるエアーシリンダ
である。

【００６２】次に、表面改質処理装置の作業手順を説明
する。

【００６３】原子炉内機器や炉内構造物等の被処理面２
２の表面改質熱処理をレーザビーム２１を用いて行なう
場合には、初めに対象となる被処理面２２を水中下でジ
ェット流かワイヤブラシを用いて表面洗浄を行ない、被
処理面２２に付着したクラッド等しを掻き落とし、被処
理面２２をクリーニングする。

【００６４】続いて、熱処理装置２０（２０Ａ〜２０Ｆ
）を水中に挿入し、表面改質処理対象となる被処理面２
２にアクセスさせ、この被処理面２２上の所定位置に設
置する。その後、熱処理装置２０に設けられたドライ装
置３３（３３Ａ〜３３Ｆ）を作動させて処理対象となる
被処理面をドライにするための空洞を形成し、局所的に
乾燥させる。

【００６５】被処理面２２が局所的に乾燥された状態で
、熱処理装置２０のレーザ発振器２５からレーザビーム
２１を発振させ、このレーザビーム２１をレーザ走査光
学系２８（２８Ａ〜２８Ｆ）を介して被処理面２２上に
照射させる。照射されるレーザビーム２１の出力（線密
度）は、レーザの種類に応じて適宜選定され、被処理面
２２を例えば１０００℃以上の溶体化温度以上に加熱し
て固溶化熱処理（溶融・固溶化熱処理を含む。）を行な
い、被処理面２２上に深さ０．０５ｍｍ以上の固溶化熱
処理層を形成する。

【００６６】レーザビームの照射による固溶化熱処理作
業は、必要に応じて仕上げ加工（表面酸化の場合）を行
なった後、熱処理装置２０を取り外すことにより、終了
する。

【００６７】なお、本発明の各実施例の説明では、レー
ザビームを用いてステンレス鋼の表面改質を行なう場合
について説明したが、この表面改質は、ステンレス鋼だ
けでなく、インコネルや炭素鋼の熱影響部の表面改質に
も適用することができる。

【００６８】

【発明の効果】以上に述べたように本発明においては、
原子炉炉内容器や炉内構造物等の被処理面に熱処理装置
をアクセスさせる一方、この熱処理装置に設けられたド
ライ装置で被処理面を水中下でも局所的に乾燥させる一
方、乾燥せしめられた被処理面に熱処理装置から出力さ
れるレーザビームをレーザ走査光学系を介して照射させ
、被処理面を溶体化温度以上に加熱して表面改質熱処理
を行なうようにしたから、水中下であっても、被処理面
を溶体化温度以上に加熱して粒界クロム炭化物などを消
失させ、レーザ照射表面に健全な固溶化熱処理層を形成
することができ、鋭敏化した金属組織を元の健全な金属
組織に戻す予防保全を行なうことができ、耐ＳＣＣ性や
耐ＩＧＳＣＣ性を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表面改質処理装置の一実施例を示
す原理図。

【図２】本発明の表面改質処理装置により表面改質熱処
理が適用される原子炉内の適用箇所を例示的に示す図。

【図３】本発明の表面改質処理装置により表面改質熱処
理が行なわれたステンレス鋼の金属組織を示す顕微鏡写
真。

【図４】本発明に係る表面改質処理装置の一実施例を略
示的に示す断面図。

【図５】本発明の表面改質処理装置に用いられるレーザ
ビームの加工速度と溶融・固溶化深さの関係を示す図。

【図６】図５より高出力のレーザビームを用いた場合の
加工速度と溶融・固溶化深さの関係を示す図。

【図７】レーザビームの加工速度と溶融・固溶化幅の関
係を示す図。

【図８】レーザビームによる溶融・固溶化深さ（溶体化
深さ）と照射パワー密度と照射時間との関係を相関的に
示す図。

【図９】本発明による表面改質処理装置の表面改質処理
により得られた被処理面の金属組織を示す顕微鏡写真で
、（Ａ）は表面改質熱処理が行なわれた左側半分の金属
組織を示す顕微鏡写真、（Ｂ）は右側半分の金属組織を
示す顕微鏡写真。

【図１０】図９と同様な金属組織を示す顕微鏡写真で、
（Ａ）は左側半分の金属組織を示す顕微鏡写真、（Ｂ）
は右側半分の金属組織を示す顕微鏡写真。

【図１１】高温水中におけるＳＵＳ３０４のステンレス
鋼の耐ＳＣＣ性を評価する図。

【図１２】本発明に係る表面改質処理装置の第２実施例
を示す模式図。

【図１３】本発明に係る表面改質処理装置の第３実施例
を示す模式図。

【図１４】本発明に係る表面改質処理装置の第４実施例
を示す略示的な断面図。

【図１５】本発明に係る表面改質処理装置の第５実施例
を示す略示的な断面図。

【図１６】図１５に示す表面改質処理装置を用いた場合
の水深と空洞形成に必要な最低シールドガス流量との関
係を示す図。

【図１７】本発明に係る表面改質処理装置の第６実施例
を示す略示的な断面図。

【図１８】本発明に係る表面改質処理装置の第７実施例
を示す略示的な断面図。

【図１９】本発明に係る表面改質処理装置の第８実施例
を示す略示的な断面図。

【図２０】本発明に係る表面改質処理装置の第９実施例
を示す断面図。

【符号の説明】

１　　原子炉圧力容器 ２　　シュラウド ３　　上部格子板 ４　　炉心支持板 ５　　ジェットポンプ １０　　制御棒駆動機構（ＣＲＤ） １５ａ，１５ｂ　　ステンレス鋼材 １６　　溶接部 １７　　熱影響部 ２０，２０Ａ　　熱処理装置 ２１　　レーザビーム ２２　　被処理面 ２３　　固溶化熱処理層 ２５　　レーザ発振器 ２２６　　光ファイバ ２７　　レーザヘッド ２８，２８Ａ　　レーザ走査光学系 ３３　　ドライ装置 ３５　　ドライケーシング ３８　　ウォータチャンバ ４０　　エアーチャンバ ４２　　キャビティ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　原子炉炉内機器等の被処理面を表面洗
   浄した後、上記被処理面に熱処理装置をアクセスさせて
   設置し、熱処理装置と被処理面との間に空洞を形成して
   被処理面を局所的にドライ化し、続いて熱処理装置から
   被処理面にレーザビームを照射して被処理面を溶体化温
   度以上に加熱して改質熱処理し、被処理面の表面改質熱
   処理後、前記熱処理装置を取り外すことを特徴とする表
   面改質処理方法。
2. 【請求項２】　　原子炉炉内機器等の被処理面にアクセ
   ス可能な熱処理装置と、この熱処理装置に設けられ、前
   記被処理面を乾燥させるドライ装置と、前記熱処理装置
   から出力させるレーザビームを被処理面に照射させるレ
   ーザ走査光学系とを備え、このレーザ走査光学系から出
   射されるレーザビームを被処理面に照射して溶体化温度
   以上に加熱し、表面改質処理を行なうようにしたことを
   特徴とする表面改質処理装置。