JPH07181285A - 原子炉用蒸気発生器の損傷管下方部分の溶接装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 原子炉用蒸気発生器の管板の管内における下
方接合部の溶接作業で使用でき、溶接を行うのに必要な
ツールを利用しやすくする装置及び方法を提供する。 【構成】 フレーム（９）が遠隔操作のロボットアーム
（10ａ）に結合され、カルーセル（１）がフレームで支
持されていて、原子炉用蒸気発生器（７）の管板（６）
内の損傷した管（12ａ）に隣接して行われる溶接作業で
用いられるツールモジュール（2,3,4,5 ）を位置決めす
る。アーム（10ａ）は、位置合わせモジュール（２）を
損傷管の真下に位置決めする。カルーセルを回転させて
レーザー溶接モジュール（３）、クリーニングモジュー
ル（４）、検査モジュール（５）を順次、損傷管に対し
て整列・位置合わせを行い、管板内の損傷管の下方部分
の溶接作業を実施できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉用蒸気発生器の
管板の孔を通る損傷した細管又は伝熱管（以下、単に
「管」という場合がある）の下方部分についての溶接作
業で用いられる幾つかのツール又は工具を先ず最初に整
列させ又は位置合わせし、次に位置決めするための装置
及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】原子炉
用蒸気発生器は３つの主要な部分、即ち、一次側、Ｕ字
管が嵌め込まれた管板、及び二次側で構成されている。
管板及びＵ字管は流体の流れに関して一次側と二次側を
隔離しているが、熱に関してこれらを相互に連結させて
一次側の放射性の水からの熱が二次側の非放射性の水に
伝えられるようにしている。この伝熱現象は、蒸気発生
器内のＵ字管により行われる。これらＵ字管の入口端及
び出口端は、蒸気発生器の一次側に面する管板の側に取
り付けられている。一次側は、Ｕ字管の入口端を出口端
から流体学的に隔離する仕切り板を有する。

【０００３】原子炉で加熱された高温の放射性水が管板
の入口を通り、蒸気発生器の二次側内を延びるＵ字管に
沿って流れる。この高温で放射性の水はその熱をＵ字管
の壁を介して蒸気発生器の二次側の管の周りの非放射性
の水に伝え、それにより水を非放射性の蒸気に変える。
原子炉で加熱された水はＵ字管を通って循環した後、管
板を通り、Ｕ字管の出口を通って戻り、最終的には原子
炉へ循環して戻る。

【０００４】Ｕ字管は数枚の互いに離隔した支持板で支
持され、入口端及び出口端は管板を貫通している。長期
間にわたる時間の経過につれ、かかる原子炉用蒸気発生
器の管は多種多様な腐食劣化作用を受け、かかる腐食劣
化作用としては粒界応力腐食割れが挙げられる。検査結
果によれば、たとえ応力腐食割れが支持板で支持された
Ｕ字管の領域で生じても、管のこの粒界応力腐食割れの
大部分は、Ｕ字管の入口端及び出口端が管板の孔を貫通
する蒸気発生器の管板の領域辺りで生じる。このような
事態になると、管は不良になって管を役に立たないもの
にするだけでなく、放射能汚染に関する問題を生じさせ
る漏れが生じるようになる。原子炉用蒸気発生器の管を
通って流れる流体は一般に放射性なので、管から漏れて
管の周囲の流体を汚染することのないようにすることが
重要である。したがって、漏れが原子炉用蒸気発生器の
伝熱管に生じた場合、伝熱管を施栓するかスリーブ補修
して冷却材が管から漏れないようにしなければならな
い。

【０００５】典型的な例では、原子炉用蒸気発生器の伝
熱管の補修方法は、欠陥のある管の内径よりも僅かに小
さな外径の金属スリーブを欠陥のある管に挿入してこれ
に取り付け、管壁の欠陥部分又は弱くなった部分を補修
する方法である。

【０００６】スリーブローディング機構の例が、トーマ
ス・イー・アーゼンチ氏及びウイリアム・イー・ピール
氏に付与された米国特許第４，７１１，５２６号及びト
ーマス・イー・アーゼンチ氏、ウイリアム・イー・ピー
ル氏及びアネット・エム・コストロー氏に付与された米
国特許第４，８２９，６４８号に記載されている。これ
ら米国特許の両方は本出願人に譲渡されており、これら
を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用す
る。スリーブを例えばレーザー溶接法により管内面に固
定する。

【０００７】数種類のツールのうち任意のもの、例えば
上記のスリーブローディング機構は、ロボットアーム、
例えば、ウエスチングハウス・エレクトリック・コーポ
レイションの開発した遠隔操作式サービスアーム（英語
表記の頭文字をとって「ＲＯＳＡ」と称されるばあいが
ある）に別個独立に結合されることにより原子炉用蒸気
発生器の放射性の一次側の中で操作される。このロボッ
トアームは、管板に取り付けられることにより蒸気発生
器の内部に配置され、ツールへの接近のための蒸気発生
器底部のマンホールを貫通する。

【０００８】ツール、例えば、上述のスリーブローディ
ング機構は、Ｕ字管の支持板のところ、又は蒸気発生器
の上方管板領域に位置する欠陥のある管にスリーブを挿
入しこれを補修する場合は効果的に用いられた。もし管
板底部にスリーブを必要とする場合、通常のやり方で
は、ハードローリング拡張法を実施し、これにより接合
部が構造的に健全になるが、この方法は通常の場合、支
持板のところ及び上方管板領域における管とスリーブと
の間の接合部には実施されない。その理由はこれら領域
に接近できないからである。しかしながら、特にガス漏
れ検査目的のために、スリーブと管板底部の損傷した管
との間の接合部を溶接することが望ましい場合がある。
支持板のところ及び上方管板領域における管とスリーブ
の接合部について溶接を行うための上記数種類のツール
は一般に、管板底部の接合部の溶接を行うにはそれほど
効果的ではない。というのは、これらツールは主とし
て、管内に封入された状態で役目を果たすよう設計され
ているからであり、管板底部の接合部について用いられ
るツールは空中で用いられるよう設計されるべきであ
る。

【０００９】原子炉用蒸気発生器の管板の管内における
溶接作業では、ウオーターホーンブラシを回転させると
共に管中を軸方向に引っ張って、最初に管全体をクリー
ニングし、その結果、スリーブと管板底部との接合部が
クリーニングされる。数個のスリーブを管内にトップダ
ウンから管底部まで下へ挿入し、これと同時に流体の作
用で拡張する。次に、接合部をトップダウンから溶接す
る。通常、管板底部の接合部を正しく溶接することはで
きない。というのは、溶接ヘッドに関する現行設計はこ
の管板底部領域では溶接ヘッドを適切に拘束できないか
らである。支持板及び管板上部の近くの接合部は、構造
的条件に起因して通常は超音波検査を必要とするが、管
板の下方部分の接合部で必要なのは目視検査だけであ
る。

【００１０】したがって、本発明の目的は、原子炉用蒸
気発生器の管板の管内における下方接合部の溶接作業で
使用でき、溶接を行うのに必要なツールを利用しやすく
する装置及び方法を提供する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、下方管板領域
の管の下方部分の内壁にスリーブを溶接する際に用いら
れ、当該技術分野と関連した上記の欠点を無くし、或い
は少なくとも改善する下部溶接用装置に関する。下部溶
接用ツールは先ず最初に損傷管に対する溶接装置の位置
合わせを行い、次に回転させ、下方管板領域のスリーブ
と管との接合部に対する溶接、クリーニング、目視検査
を順次行う。下部溶接用装置は、四節を幾つかの段階で
行う数個のツールモジュールを支持する。

【００１２】本発明は、溶接作業のための数種類のツー
ルの遠隔挿入、遠隔位置決め及び遠隔作動を行わせるＲ
ＯＳＡロボットアームのエンドエフェクタに容易に結合
される。本装置は、ロボットアームに取付け可能なフレ
ームと、フレームで支持されたカルーセルとを有する。
カルーセル（carousel）は一般に円形のコンベヤであ
り、数種類のツール、例えば、位置合わせモジュール、
レーザー溶接モジュール、溶接中に生じた屑を除去する
ためのブラシクリーニングモジュール、及び下方管板領
域の管のクラッディングとスリーブとの溶接接合部を検
査する目視検査モジュールを支持する。

【００１３】好ましくは、カルーセルで支持された位置
合わせモジュールを先ず最初に操作し、補修中の管の長
さ方向軸線と整列させる。位置合わせモジュールは、長
さ方向に管に出入り可能に空気圧ピストン・シリンダ組
立体に取り付けられたピンを有する。ピンは、その外端
部から基端部へ直径が次第に大きくなる幾つかの段付き
部分を有し、これら段付き部分は管の長さ方向軸線に対
するピンの長さ方向軸線の大まかなレベル（粗レベル）
からバーニヤレベルの位置合わせ又は整列手段として役
立つ。ピンの正しい整列状態はピンを補修中の管に挿入
することで行われ、これを達成するのに、オペレータが
手動で適切なボタンを押してコンピュータを制御し、こ
れにより位置合わせモジュールの動作、ロボットアーム
の動作、及びカルーセルの動作を操作することにより、
整列状態を目で見てモニター及び制御を行う。

【００１４】カルーセルの中心線までの残りのツールモ
ジュール、即ち、レーザー溶接モジュール、クリーニン
グモジュール及び検査モジュールの中心線の半径方向距
離は、カルーセルの中心線までの位置合わせモジュール
の中心線の半径方向距離と同一である。すなわち、数個
のツールモジュールの中心線はカルーセルの中心線周り
に想像上の同心円を形成し、したがって、位置合わせモ
ジュールの正しい位置合わせ後、カルーセルを所定速度
で回転させると、下方溶接用装置をそれ以上動作させな
いで、残りのツールモジュールは補修されるべき管の長
さ方向軸線との正しい整列状態が得られるようになる。
各モジュールは、カルーセルの側壁に設けられた孔に嵌
め込まれる半径方向ピンによりフレーム内の定位置に固
定される。ピンの引っ込め後、カルーセルを次のツール
モジュールを割送りする速度で回転させ、ピンを位置合
わせ後のツールモジュールの孔に入れる。好ましくは、
２つのリミットスイッチが、補修中の管とその時点で一
線をなす特定のツールモジュールに関するコンピュータ
論理チェック装置として用いられる。たとえば、第１の
リミットスイッチの作動は位置合わせモジュールの位置
設定を表し、第２のリミットスイッチの作動は溶接モジ
ュールの位置設定を表し、これら両方のリミットスイッ
チの作動はクリーニングモジュールの位置設定を表し、
どのリミットスイッチも作動しない場合、これは検査モ
ジュールの位置設定を表す。

【００１５】本発明の方法では、位置合わせモジュール
が損傷管の開口と鉛直方向に整列するまで、カルーセル
を回転させる。初期の位置合わせをＲＯＳＡロボットア
ームで行い、位置合わせピンを長さ方向に動かしてテー
パ状外端部が管開口に入るようにする。オペレータは管
開口に対するピンの位置決め状態を目視し、もし必要な
らば、コンピュータを手動操作してＲＯＳＡロボットア
ームをジョグ送りし、ピンを長さ方向に動かして、その
中心線がついには管の中心線と一線をなすようにする。
次に、ピンを引っ込め、カルーセルを所定速度で回転さ
せて先ず最初にレーザー溶接モジュールを割送りしてそ
の作業を行わせ、次に、クリーニングモジュールと検査
モジュールを順次割送りしてスリーブと伝熱管の間に溶
接接合部を形成する。

【００１６】本発明の要旨は広義には、遠隔操作のロボ
ットアームに取り付けられていて、原子炉用蒸気発生器
の管板域の損傷した管の溶接を行うための装置におい
て、ロボットアームに結合されたフレームと、フレーム
により支持され、溶接されるべき損傷管の付近に位置決
め可能であって管の溶接のために複数のツールモジュー
ルを備えていて、外端部から内方へ直径が次第に大きく
なるピンを備えた位置合わせモジュールを含むカルーセ
ルと、ロボットアームのオペレータにより位置合わせモ
ジュールの前記ピンを遠隔から手動で操作制御して位置
合わせモジュールの前記ピンを前記損傷管内へ挿入する
と共に損傷管に対するカルーセルの位置合わせを可能に
する手段と、位置合わせモジュールの前記ピンによるカ
ルーセルの位置合わせ後に損傷管を溶接するよう、カル
ーセルを所定速度で回転させてツールモジュールを順次
位置合わせし、損傷管内における作業を順次実施させる
ための手段とを有することを特徴とする装置にある。

【００１７】また、本発明の要旨は広義には、原子炉用
蒸気発生器の管板域内の損傷した管の下方部分内のスリ
ーブの溶接を遠隔操作で実施する方法において、遠隔操
作のロボットアームに取り付けられたフレームを採用
し、フレームによって支持されていて、流体操作式ピン
を備えた位置合わせモジュール及び損傷管を溶接するた
めのツールモジュールを支持したカルーセルを採用し、
カルーセルをフレーム内に位置決めしてフレームをロボ
ットアームによって位置決めして位置合わせモジュール
の前記ピンを損傷管の付近に配置させ、位置合わせモジ
ュールの前記ピンを手動遠隔操作で制御し、溶接される
べき損傷管内へ位置合わせモジュールの前記ピンを挿入
してカルーセルの位置合わせ及びツールモジュールの位
置合わせを行い、カルーセルの位置合わせ後、カルーセ
ルを所定速度で順次回転させ、損傷管に対するツールモ
ジュールの各々の作業を順次行うことができるよう前記
回転を自動的に止め、カルーセルをそれ以上位置合わせ
することなく損傷管を溶接することを特徴とする方法に
ある。

【００１８】

【実施例】図１を参照すると（図中、同一の符号は同一
の部分を示す）、回転自在なカルーセル（carousel）１
の使用目的は一般に、原子炉用蒸気発生器７の管板６内
を延びる損傷した伝熱管の下方部分内におけるスリーブ
の溶接作業を行うための符号２，３，４，５で示された
ツールモジュール（tool module)を支持することにあ
る。その目的のため、特に図１、図２及び図３を参照す
ると、カルーセル１は、内側ハウジング８と、底板８
ｅ、中間板８ｄ及び頂板８ｃを備えた上部外側ハウジン
グ８とを有し、上部外側ハウジング８は、図１において
一部が１０ａで示された遠隔操作サービスアーム（ＲＯ
ＳＡ）のエンドエフェクタ１０に結合されたフレーム９
で支持されている。内側ハウジング８は、軸受９ａに取
り付けられて駆動ベルト１１及びモータ組立体１２によ
り外側ハウジング８ａに対して回転する。

【００１９】図示しないが、モータ組立体１２は、内側
ハウジング８に取り付けられたループ状駆動ベルト１１
を駆動するスプロケットを有する。回転させて所望の位
置になると、内側ハウジング８は、空気式のピン１３
（図２参照）により固定され、このピン１３は、内側ハ
ウジング８の側壁に沿って幾つか設けられていて、ツー
ルモジュール２，３，４，５とそれぞれ関連した孔に嵌
まる。ピン１３を孔に嵌め込むと、ピン１３と連携した
リミットスイッチがモータ組立体１２の作動を停止させ
て内側ハウジング８の回転を止める。オペレータによる
カルーセル１及びツールモジュール２，３，４，５の動
作状態の目視は、フレーム９に取り付けられたカメラ組
立体及びライト１４を介して行われる。図２では、頂板
８ｅは、ツールモジュール２，３，４，５を受け入れる
幾つかの孔を示している。

【００２０】特に図１を参照すると、カルーセル１は、
このカルーセル１と、補修すべき損傷管１２ａを位置合
わせする、或いは整列させる位置合わせツールモジュー
ル２、レーザー溶接モジュール３、クリーニングモジュ
ール４、及び溶接部を検査する検査モジュール５を有す
る。図２の略図において、位置合わせモジュール２、レ
ーザー溶接モジュール３、クリーニングモジュール４、
検査モジュール５のためのツールの中心線又は作業位置
は「＋」で表示されている。ツールモジュール２，３，
４，５の中心線の各々は、内側ハウジング８の中心線か
ら同一距離のところに位置している。これはツールモジ
ュール２，３，４，５の動作上、重要になる。ＲＯＳＡ
ロボットアームによって図１の管１２ａの中心線に対し
てフレーム９を位置決めするため、カルーセル１を回転
させてフレーム９内における位置合わせモジュール２の
当初における位置決めを行う。

【００２１】位置合わせモジュール２を後述の方法で操
作してその中心線が管１２ａの中心線と一致するように
する。位置合わせが完了すると、カルーセル１をさらに
回転させて溶接モジュール３、クリーニングモジュール
４、検査モジュール５の中心線を管１２ａの中心線に次
々に整列させてそれぞれの作業を行わせることができる
ようにする。図２から、位置合わせモジュールの中心線
から溶接モジュール３の中心線までの回転の度合いは約
１２０°、溶接モジュール３からクリーニングモジュー
ル４までの回転の度合いは約５５°、クリーニングモジ
ュール４から検査モジュール５までの回転の度合いは約
８０°、検査モジュール５から位置合わせモジュール２
までの回転の度合いは約１０５°であることが分かる。
カルーセル１の回転角度が正確に何度であるか、或いは
実際には何度であるかということは重要なことではな
い。というのは、コンピュータが、位置合わせモジュー
ル２の初期整列関係及びカルーセル１の回転速度に基づ
いてツールモジュール２，３，４，５の位置を知ること
ができるようセットアップされているからである。

【００２２】カルーセル１のこの回転動作及び回転角度
をコンピュータ化してコンピュータ制御する。リミット
スイッチが取付け具１５内に設けられ、リミットスイッ
チを動作状態にする溝が内側ハウジング８の外面に設け
られ、この溝はカルーセル１の回転時にツールモジュー
ル２，３，４，５の位置を論理的に決定するのに用いら
れる。たとえば、第１のリミットスイッチの作動は位置
合わせモジュール２の位置設定を表し、第２のリミット
スイッチの作動は溶接モジュール３の位置設定を表し、
これら両方のリミットスイッチの作動はクリーニングモ
ジュール４の位置設定を表し、どのリミットスイッチも
作動しない場合、これは検査モジュール５の位置設定を
表す。

【００２３】特に図１及び図２を参照すると、屑片（デ
ブリ）を溶接モジュール３及び検査モジュール５から吹
き飛ばすために空気ノズル１６が設けられ、ライト２
ａ，２ｂが検査モジュール５と連携して設けられてお
り、図２は、図１の構成部品２ａ，２ｂ，１６を受け入
れる適当な孔を図１で用いたのと同一の符号で示してお
り、これらについては以下により詳細に説明する。空気
マニホルド１７が空気ラインを備え、また、ツールモジ
ュール２，３，４，５のツール、ピン１３及びカルーセ
ル１の他の構成部品を動作させるためのソレノイドを収
納している。

【００２４】管１２ａと、図１の管板６のクラッディン
グ内に延びる管１２ａの部分におけるスリーブとの間で
溶接作業を行うために、カルーセル１を回転させて位置
合わせモジュール２を、ＲＯＳＡロボットアームが位置
合わせモジュール２を図３の管１２ａの下に位置決めす
るフレーム９内の位置へ至らせる。当該技術分野で公知
のように、管板６は一般に炭素鋼ででき、そして腐食防
止のためにステンレス鋼の被覆が施されている。これは
「クラッディング」と呼ばれており、一般に厚さ約４．
７６３mm（3/16インチ）である。

【００２５】図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）は、位置
合わせモジュール２を最も良く示し、図３は内側ハウジ
ング８内におけるその取付け状態を示している。

【００２６】位置合わせモジュール２は、支持フレーム
２１，２２に固着された位置合わせピン手段２０で構成
され、支持フレーム２１，２２は直線状ロッド２３，２
４に取り付けられている（図４（ａ））。支持フレーム
２１，２２に取り付けられた空気圧両端ピストン・シリ
ンダ組立体２５，２５ａが、位置合わせピン手段２０を
往復動させて管１２ａに出し入れする。図４（ａ）に最
も良く示されているように、直線状ロッド２３上でのフ
レーム２１，２２の往復動を可能にするために直線軸受
２６，２７及びリテーナリング２８，２９が設けられて
いる。類似の軸受（かかる軸受の一つが図４（ｂ）に符
号２４ａで指示されている）及びリテーナリングがフレ
ーム２１，２２及び直線状ロッド２４のために設けられ
ている。両端シリンダ２５，２５ａがそれぞれ両端にネ
ジが切られたシリンダロッド２５ｂ，２５ｃを備え、こ
れらシリンダロッドはそれぞれカルーセル１の中間板８
ｄ及び頂板８ｅにねじ込まれている。シリンダ２５，２
５ａを作動させると、フレーム２１，２２は位置合わせ
ピン手段２０と共に直線状ロッド２３，２４に沿って上
下に摺動する。

【００２７】位置合わせピン手段２０はテーパ状外端部
３０及び固定段付き部分３１，３２，３３を有し、段付
き部分３３はフレーム２２で支持された基端部３４を有
する。

【００２８】位置合わせモジュール２を、溶接すべき管
１２ａの真下の図１及び図２に示す位置に配する。ピン
１３は既に動作状態にされていて位置合わせモジュール
２を割送りすると共にフレーム９内に保持し、モータ組
立体１２は被動作状態にある。

【００２９】ＲＯＳＡは、図３に示すように管１２ａに
対する初期整列関係が得られるよう作動される。オペレ
ータは位置合わせモジュール２を動作させ、大まかに整
列関係が得られるようテーパ状外端部３０が先ず最初に
管１２ａ内へゆっくりと配流状態でピストン・シリンダ
組立体２５，２５ａが位置合わせピン手段２０を管１２
ａ内へ押し進める。これに続いて、固定段付き部分３
１，３２，３３が管１２ａに入り、それにより管１２ａ
内におけるピン手段２０のためのバーニヤ様式による連
続的な整列調整を行って、ついにはピン手段２０の長さ
方向軸線又は中心線が管１２ａの長さ方向軸線又は中心
線と一線をなすようにする。管１２ａ内でこのように大
まかな又は粗いレベル及びバーニヤレベルの調整で整列
関係を得るには、ＲＯＳＡロボットアームのオペレータ
がカメラ・ライト組立体１４を用いる。もしピン手段２
０が管１２ａに入ると、カルーセル１は位置合わせさ
れ、もしピン手段２０が管１２ａに入らなければ、オペ
レータはピン手段２０を下降させると共にＲＯＳＡロボ
ットアームをジョグ送りすると、ピン手段２０はついに
は位置合わせされるようになる。これを行うには好まし
くは、オペレータが遠隔の作業場で分電盤の適切なボタ
ンを押す。

【００３０】いったん正しい位置合わせが取れると、ピ
ン手段２０を引っ込め、カルーセル１を所定速度で回転
させ、レーザー溶接モジュール３を管１２ａの真下に位
置させ、このときレーザー溶接モジュール３は管１２ａ
の中心線と一線をなし、これ以上位置合わせのための調
節を行う必要はない。

【００３１】レーザー溶接モジュール３は特別に図５に
示されている。モジュール３は、空気袋３９により細長
い管状ハウジング３８内に収納されたレーザー溶接ヘッ
ド３７で構成され、空気袋３９によりレーザー溶接ヘッ
ド３７を定位置に保持することができる。レーザー溶接
ヘッド３７は、１９９３年１月２６日、ウイリアム・イ
ー・ピール氏等に付与され、本出願人に譲渡されたた米
国特許第５，１８２，４２９号に開示され、権利請求さ
れている。この米国特許第５，１８２，４２９号の内容
を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用す
る。

【００３２】溶接ヘッド３７及びそのハウジング３８は
頂板８ｅと中間板８ｄとの間に延び、溶接ヘッド３７の
外端部は図５に示すように頂板８ｅを貫通して延びるこ
とができる。

【００３３】管状ハウジング３８を往復動は、フレーム
４３，４４により円筒形ハウジング３８に取り付けた複
動空気圧ピストン・シリンダ組立体４２によって行われ
る。ネジ付きシリンダロッド４５はカルーセル１の頂板
８ｅに螺入する。シリンダロッド４５オペレータ及び軸
受（図示せず）の使用により、ハウジング３８を上下さ
せて図１の管板６の管１２ａ内へ挿入できる。

【００３４】ハウジング３８は、その頂部が管板６に当
接すると、ハウジング３８内へ遮蔽ガス、例えば窒素を
注入するための入口４６を有する。これは溶接域にシー
ルを形成する。管板６に当接して配置されたハウジング
３８により得られる溶接域に空気が入らないようにする
ためにブリードシール（図示せず）が用いられる。もし
空気が溶接域に入ると、溶接部は一般に所要の仕様条件
を満たさない。したがって、好ましくは窒素を遮蔽ガス
として用いる。

【００３５】渦電流装置４７が円筒形ハウジング３８の
アンダーカット部分４８の近傍で空気袋３９に隣接して
配置される。

【００３６】ピストン・シリンダ組立体４２によりハウ
ジング３８の頂部を上昇させて管板６の下面に押し当
て、シールをスリーブと管１２ａの内壁との間のクラッ
ド域に形成する。

【００３７】溶接されるべきスリーブが設けられた管１
２ａの端部に対するシールを行うよう裏当て金付きのフ
ェルトシール３８ａが設けられている。ハウジング３８
が管板６に当たると、バネ３８ｂがシール３８ａに軸方
向の力を及ぼす。管板６から延び出る管１２ａとスリー
ブの両方、又は一方の長さのばらつきは、バネ３８ｂに
よって補償される。少量の漏れの補償のため、窒素をハ
ウジング３８内へ注入して正圧が得られるようにし、し
たがって窒素が漏れて大気からの空気の流入が生じない
ようにする。

【００３８】フェルトシール３８ａと管１２ａの底部と
の間にシールがいったん形成されると、袋３９内の空気
が出され、その結果、溶接ヘッド３７が上昇して管１２
ａの内部に位置決めされ、レーザー溶接作業が米国特許
第５，１８２，４２９号の教示に従って行うことができ
るようにする。渦電流装置４７の中心線を溶接ヘッド３
７の中心線に整列させるには、渦電流装置４７がハウジ
ング３８のアンダーカット部分４８に嵌まるようにす
る。このように渦電流装置を位置決めすることにより、
溶接ヘッド３７は、管１２ａのクラッド域の中心に位置
する。

【００３９】漏れが生じた場合、好ましくは窒素を袋３
９に供給して溶接ヘッド３７を管１２ａのクラッド域内
の定位置に固定し、溶接作業を実施する。溶接作業後、
ピストン・シリンダ組立体４２によりハウジング３８を
引っ込め、そして周知の原理に従って、蒸気発生器７の
マンホールの外部に設置されたプローブプッシャを用い
ることにより溶接ヘッド３７往復動させる。溶接作業で
出た屑片は管１２ａから落下し、空気ノズル１６（図
１）が屑片を溶接ヘッド３７及びカメラ１４から吹き飛
ばす。カルーセル１を所定速度で回転させ、それにより
クリーニングモジュール４を図１の管１２ａの真下に自
動的に位置決めする。

【００４０】クリーニングモジュール４は、図６及び図
７に特に示されているように、頂板８ｅと中間板８ｄと
の間に配置されている。クリーニングモジュール４は、
環状案内ハウジング５０内を延びる回転エアブラシ４９
で構成され、環状案内ハウジング５０は、特に図７に示
すように、カルーセル１の頂板８ｅに取り付けられてい
る。ブラシ４９は継手５２により空気モータ５１に連結
されている。図７に示すように、空気モータ５１のハウ
ジングは中間板８ｄを貫通し、連結板５４によって複動
空気圧ピストン・シリンダ組立体５３に連結されてい
る。

【００４１】バネ要素５５がピストン・シリンダ組立体
５３に連結されており、システムに対する衝撃を無く
す。ピストン・シリンダ組立体５３は、図７に示すよう
にネジ付きシリンダロッド５６によって頂板８ｅ及び中
間板８ｄに固定的に取り付けられている。

【００４２】カルーセル１内のクリーニングモジュール
４の作動のために空気モータ５１を作動させてエアブラ
シ４９を回転させる。ピストン・シリンダ組立体５３を
作動させて連結板５４を上昇させ、それにより環状ハウ
ジング５０を通ってブラシ４９を上昇させ、図１の管板
６の管１２ａ内へ挿入する。

【００４３】クリーニング作業の完了後、ブラシ及びモ
ータ５１を下降させて管１２ａから引っ込め、図７に示
すようにカルーセル１内の非動作位置に戻す。

【００４４】次に、カルーセル１を所定速度で回転さ
せ、それにより図８及び図９の検査モジュール５を図１
の管１２ａの真下に自動的に位置決めする。特に図９に
示すように、検査モジュール５は、中間板８ｄ上の支持
体５８に固定されたカメラ・ミラー組立体５７を有す
る。カメラ・ミラー組立体５７は支持体５８と共に連結
部材６１によって複動空気圧ピストン・シリンダ組立体
６０の端部ネジ付きシリンダロッド５９に連結され、往
復動ができるようになっている。シリンダロッド５９は
そのネジ付き端部により、頂板８ｅに固定的に取り付け
られている。

【００４５】図８は、円筒形ハウジング７４ａを備えた
カメラ・ミラー組立体５７の内部構成を特に示してい
る。円筒形ハウジング５７ａは、シャフト６３の一端に
取り付けられたカメラ組立体６２と、カメラ組立体と反
対側のシャフト６３の端に取り付けられたカメラ覗き穴
６４とを有する。カメラレンズの領域は非常に多量の光
を捕捉しがちなので、カメラ覗き穴１４によりカメラレ
ンズ領域をブロックした。その目的は、溶接部の目に見
える画像を生じさせるピンホールを形成することにあ
る。カメラ覗き穴６４は、楕円形の平らな反射鏡６６を
支持した上部ハウジング６５内へ延びる。反射鏡６６は
頂部材６７と上部ハウジング６５で挟まれている。外側
遮蔽ハウジング部材６８が上部ハウジング６５の周りに
設けられている。外側ハウジング６８はクラッド内の溶
接部の視認のための管板６からの離隔距離を設定し、外
側ハウジング６８は管板６に当接した状態で固定的に保
持されている。

【００４６】上部ハウジング６５は、比較的真っ直ぐな
経路６９及び該経路６９と交差する環状開口部７０（図
８及び図９）を有する。開いた通路又は経路６９，７０
についてのこのような構成により、光源２ａ，２ｂ（図
１）からの多量の光が入って、溶接管のクラッド域を反
射鏡６６経由でカメラ覗き穴６４を通して見ることがで
きる。

【００４７】上部ハウジング６５は、これに取り付けら
れた歯車７６を駆動するピニオン７５によって軸受組立
体７１，７２，７３，７４内で回転自在に外側遮蔽ハウ
ジング及び円筒形ハウジング５７ａ内に設けられてい
る。ピニオン７５は駆動ハウジング７８内を延びるシャ
フト７７により駆動され、このシャフト７７はモータ７
９により駆動される。上記のことから、反射鏡６６及び
ハウジング６５は遮蔽ハウジング６８内で回転し、これ
に対し、遮蔽ハウジング６８及び円筒形ハウジング５７
ａは静止状態のままであることは明らかである。

【００４８】依然として図８を参照すると、歪み解放組
立体８０及び歪み解放ブロック８１が円筒形ハウジング
５７ａ内に納められている。円筒形ハウジング５７ａに
沿ってほぼ中間に調整ネジ８２が設けられている。この
調整ネジ８２を回すと、歪みブロック８１が調節され
る。歪み解放組立体８０は、もし支持しなければ殆どの
場合にカメラ組立体６２から離脱してしまうカメラ・ワ
イヤアタッチメントを支持するのに用いられる。

【００４９】図１の管１２ａ内の溶接クラッド部の検査
のために、図８のカメラ・ミラー組立体５７を空気圧ピ
ストン・シリンダ組立体６０により上昇させて管１２ａ
内へ挿入する。モータ７９は反射鏡収納ハウジング６５
を回転させ、これにより事実上、反射鏡を回転させる。
光が通路に入り、反射鏡の回転時に管１２ａの溶接クラ
ッド部の画像がカメラ組立体６２により識別可能とな
り、これをＲＯＳＡロボットアームのオペレータ及び溶
接部を目で検査する資格を持つ人が見る。溶接部は、カ
メラ組立体６２及び関連機器により約１０倍に拡大さ
れ、遠隔の作業場に戻される。

【００５０】溶接部の検査後、カメラ・ミラー組立体５
７を空気圧ピストン・シリンダ組立体６０を介して管１
２ａから引っ込める。

【００５１】図１０は、カルーセル１の中心線と図１の
管１２ａの中心線とを整列させるための第２の実施例と
しての位置合わせモジュール８３を示している。位置合
わせモジュール８３は、目視検査及びＲＯＳＡロボット
アームのオペレータによるコンピュータ制御装置の手動
操作を用いないでコンピュータで自動的に心出しされる
よう構成されており、これについては以下により詳細に
説明する。

【００５２】位置合わせモジュール８３は支持基部８３
ａを有し、この基部８３ａは図１のカルーセル１内に取
り付けると、中間板８ｄによって支持される。支持基部
８３ａはその周りに円周方向に配置された幾つかの直線
状ロッド（そのうち一つが８３ｂで示されている）及び
空気圧ピストン・シリンダ組立体８３ｃを支持する。図
１０ではピストン・シリンダ組立体８３ｃの上方に複動
空気圧ピストン・シリンダ組立体８４が配置され、この
ピストン・シリンダ組立体８４は、シリンダロッド８５
によりシリンダ８３ｃに連結されている。ピストン・シ
リンダ組立体８４に近接してそのすぐ上には下部ハウジ
ング部材８６が設けられ、この下部ハウジング部材は、
その反対側の下端部が空気圧ピストン・シリンダ組立体
８７，８８により往復動自在に支持されている。

【００５３】シリンダロッド又は中央シャフト８９が下
部ハウジング部材８６を貫通して延びており、この中央
シャフト８９はその下端部がピストン・シリンダ組立体
８４のシャフトロッド８５に、上端部が部材９０にそれ
ぞれ連結されている。空気圧シリンダ９１が部材９０に
連結され、このシリンダは、これ又中央シャフト８９に
連結されているハウジング９２に連結されている。ハウ
ジング９２はアーム９３，９４，９５を支持する。

【００５４】ピン９７を備えた心出しポイント装置９６
がアーム９３，９４，９５に隣接して設けられている。
図１０では、ピン９７の上に位置合わせピン機構９８が
設けられ、この位置合わせピン機構は本体部材９９及び
外側ハウジング１００で構成されている。

【００５５】本体部材９９は、数個の車輪・アーム組立
体（一つが符号１０３で指示されている）及びキャップ
部材１０５を支持する。少なくとも３つのかかる車輪・
アーム組立体１０３が、本体部材９９の周りに半径方向
に等距離を置いて位置すると共にもし位置合わせモジュ
ール８３がＲＯＳＡにより当初において心狂いした場
合、管１２ａに入るためにピン機構９８の運動を可能に
するようバネ押しされている。

【００５６】外側ハウジング１００を備えた本体部材９
９は、心出しピン本体部材９９の近傍で外側ハウジング
１００の頂部の周りに固定されたリング１１０によっ
て、幾つかの外側直線状ロッド（２つが符号１０８，１
０９で示されている）に取り付けられている。リング１
１０の側壁には環状部１１１内にピン１０４を受け入れ
るための傾斜溝が設けられている。ピストン・シリンダ
組立体８７は直線状ロッド１０９を介してリング１１０
を回転させ、ピン１０４を解除する。ピストン・シリン
ダ組立体８７は、ハウジング１００が下方に動き、本体
部材９９及び環状部材１１１を自由にして心出し車輪１
０３により管１２ａ内に位置が合うよう引っ込められ
る。丸ピン９７は静止状態のままであり、ピン機構９８
は回転して丸ピン９７上で動くことができる。

【００５７】本体部材９９は数本のネジ（２つが符号１
０１，１０２で示されている）によって環状部材１１１
に取り付けられ、環状部材は、平面部分１０６及び傾斜
面部分１０７を有し、これら部分１０６，１０７は、本
体部材９９の適切な位置決めを行う数個の線形可変差動
変換器（ＬＶＤＴ）又は線形電位差計又はポテンシオメ
ータ（一つが符号１１３で示されている）に接触した状
態でこれと連携している。これについては、以下に説明
する。図１０を参照すると、ピン機構９８を解除するた
めに、シリンダ９１は引っ込められ、アーム９５は側方
へ移動して環状部材１１１から出ている。

【００５８】ポテンシオメータはピン機構９８と管１２
ａ内のスリーブの中心線を整列させるのに用いられる。
互いに約９０°離れた少なくとも２つのポテンシオメー
タが平面部分１０６と、そして互いに約９０°離れた少
なくとも２つのポテンシオメータが傾斜面部分１０７と
それぞれ連携して用いられ、それによりピン機構９８の
横揺れと縦揺れを可能にして管１２ａ内におけるピン機
構９８の整列状態が得られるようにしている。平面部分
１０６上の２つのポテンシオメータは角度の補正を行う
ために用いられ、傾斜面部分上の２つのポテンシオメー
タはｘ軸及びｙ軸の補正を行うために用いられる。

【００５９】図１０の位置合わせモジュール８３の動作
原理を以下に説明する。

【００６０】ピストン・シリンダ組立体８３ｃを作動さ
せて内側の構成要素８４，８６，９０，９１，９２，９
６，９９，１００を上昇させて位置合わせ機構の本体部
材９９を図１の管１２ａ内へ挿入する。本体部材９９を
備えたピン機構９８が管１２ａ内にいったん配置される
と、空気圧シリンダ９１がピン９７を上昇させる。

【００６１】空気圧シリンダ８７は直線状ロッド１０９
を引っ込め、それによりリング１１０を回転させ、ピン
１０４をリング１１０のスロット内で運動させる。事実
上、位置合わせピン機構９８はピン９７上に載った状態
で管１２ａ内に取り残され、ハウジング１００をピン機
構９８の環状部材１１１の下に落下させる。

【００６２】ポテンシオメータを操作してピン機構９８
を管１２ａ内の中央に配置する。ポテンシオメータは、
ＲＯＳＡロボットアームにより支持されている位置合わ
せモジュール８３の中心線に対するピン機構９８の相対
的位置をコンピュータに伝えるのに用いられる。コンピ
ュータは、位置合わせモジュール８３とピン機構９８の
中心線を整列させるようＲＯＳＡロボットアーム及び位
置合わせモジュール８３を位置決めするのに用いられ
る。

【００６３】図１のカルーセル１内においてツールモジ
ュール３，４，５のための中心点又は作業点を得たあ
と、空気圧シリンダ９１を作動させてアーム９３，９
４，９５及びハウジング９２を上昇させてピン機構９８
を捕捉する。これを行うには、空気圧シリンダ８４を作
動させてピン機構９８を上昇させてハウジング１００で
包囲し、その後、空気圧シリンダ８７を作動させて位置
合わせピン機構９８を回転させて定位置にロックし、そ
れにより、ピン機構９８を引っ込めて管１２ａから取り
出すことができるようにする。

【００６４】ピン機構９８を管１２ａ内のスリーブから
取り出すために、空気圧シリンダ８３を非作動状態に
し、それにより位置合わせモジュール８３を下降させ
る。位置合わせモジュール８３の動作状態を十分にコン
ピュータにプログラムするのが良く、ポテンシオメータ
を後でモニターして管１２ａ内のピン機構９８に対する
位置合わせモジュール８３の正しい位置関係が得られる
ように調整を行う。

【００６５】図１１は、図１の状態に対して約１８０°
回転させたカルーセル１を示しており、空気をカルーセ
ル１のモジュール２，３，４，５のツールの数個の空気
圧シリンダに供給するためのマニホルド−ソレノイド組
立体を収納した弁ハウジング１１５を示している。

【００６６】ハウジング１１５の下に位置するコネクタ
マウント１１６は金属ロッド１１７，１１８，１１９，
１２０で支持されていて、幾つかのモジュール２，３，
４，５のためのマルチワイヤ電気ケーブルを支持してい
る。

【００６７】本発明をその実施例及びその用途に関連し
て説明したが、当業者であれば請求項に記載された発明
の精神及び範囲に属する他の変形例及び用途を想到でき
ることは理解されるべきである。

【００６８】

【図面の簡単な説明】

【図１】原子炉用蒸気発生器内における本発明のカルー
セルの部分断面側面図である。

【図２】ＲＯＳＡロボットアームに取り付けられた本発
明のカルーセルの拡大平面図であり、溶接作業で用いら
れる数個のモジュールを受け入れる開口部を示す図であ
る。

【図３】カルーセルで支持された位置合わせモジュール
の第１の実施例を示すカルーセルの断面図である。

【図４】（ａ）は図３の位置合わせモジュールの拡大側
面図、（ｂ）は（ａ）の状態を９０°位相ずれさせた端
面図である。

【図５】レーザー溶接ヘッドを含む溶接モジュールの拡
大断面図である。

【図６】ブラシから成るクリーニングモジュールの部分
断面拡大図である。

【図７】図６のブラシから成るクリーニングモジュール
を支持した図１のカルーセルの拡大断面図である。

【図８】検査モジュールの拡大断面図である。

【図９】図８の検査モジュールを支持した図１のカルー
セルの断面図である。

【図１０】位置合わせモジュールの第２の実施例の部分
断面拡大図である。

【図１１】図１の状態に対して約１８０°回転させた図
１のカルーセルの側面図である。

【符号の説明】

１ カルーセル ２ 位置合わせモジュール ３ レーザー溶接モジュール ４ クリーニングモジュール ５ 検査モジュール ６ 管板 ７ 原子炉用蒸気発生器 ８ 内側ハウジング ９ フレーム １０ａ 遠隔操作のロボットアーム １２ａ 管 ２０ ピン手段 ２５，２５ａ 空気圧ピストン・シリンダ組立体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カート コットマン リヒテンフェルズ アメリカ合衆国 ペンシルベニア州 マリ スビル ウインドゲート・ドライブ 3210

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠隔操作のロボットアームに取り付けら
   れていて、原子炉用蒸気発生器の管板域の損傷した管の
   溶接を行うための装置において、ロボットアームに結合
   されたフレームと、フレームにより支持され、溶接され
   るべき損傷管の付近に位置決め可能であって管の溶接の
   ために複数のツールモジュールを備えていて、外端部か
   ら内方へ直径が次第に大きくなるピンを備えた位置合わ
   せモジュールを含むカルーセルと、ロボットアームのオ
   ペレータにより位置合わせモジュールの前記ピンを遠隔
   から手動で操作制御して位置合わせモジュールの前記ピ
   ンを前記損傷管内へ挿入すると共に損傷管に対するカル
   ーセルの位置合わせを可能にする手段と、位置合わせモ
   ジュールの前記ピンによるカルーセルの位置合わせ後に
   損傷管を溶接するよう、カルーセルを所定速度で回転さ
   せてツールモジュールを順次位置合わせし、損傷管内に
   おける作業を順次実施させるための手段とを有すること
   を特徴とする装置。
2. 【請求項２】 前記ピンは、連続テーパ面を有すること
   を特徴とする請求項１の装置。
3. 【請求項３】 前記ピンは、複数の別々の部分で構成さ
   れていることを特徴とする請求項１の装置。
4. 【請求項４】 カルーセル、位置合わせモジュール、及
   びツールモジュールは各々、中心線を有し、カルーセル
   の中心線から位置合わせモジュール及びツールモジュー
   ルの中心線までの半径方向距離は同一であることを特徴
   とする請求項１の装置。
5. 【請求項５】 位置合わせモジュールの前記ピンは、そ
   の外端部の近傍に位置していて、先ず最初に損傷管に対
   するカルーセルの大まかな位置合わせを行う第１の調整
   機構と、第１の調整機構に隣接して外端部から内方へ位
   置していて、損傷管に対するカルーセルの位置合わせを
   もう一度行う第２の調整機構と、第２の調整機構に隣接
   して配置されていて、損傷管に対するカルーセルのバー
   ニヤ様式による位置合わせを行う第３の調整機構とを含
   むことを特徴とする請求項１の装置。
6. 【請求項６】 位置合わせ手段と、カルーセルの回転
   後、カルーセル内の位置合わせモジュール及びツールモ
   ジュールを前記フレームに対して割送りする手段とを更
   に有することを特徴とする請求項１の装置。
7. 【請求項７】 カルーセルは、周面の周りに孔を備えた
   ハウジングを含み、前記位置合わせ手段は、溝と、位置
   合わせモジュール及びツールモジュールを表示するリミ
   ットスイッチとを含み、前途割送り手段は、前記ハウジ
   ングの前記孔に嵌まり込む摺動自在なピンを含むことを
   特徴とする請求項６の装置。
8. 【請求項８】 原子炉用蒸気発生器の管板域内の損傷し
   た管の下方部分内のスリーブの溶接を遠隔操作で実施す
   る方法において、遠隔操作のロボットアームに取り付け
   られたフレームを採用し、フレームによって支持されて
   いて、流体操作式ピンを備えた位置合わせモジュール及
   び損傷管を溶接するためのツールモジュールを支持した
   カルーセルを採用し、カルーセルをフレーム内に位置決
   めしてフレームをロボットアームによって位置決めして
   位置合わせモジュールの前記ピンを損傷管の付近に配置
   させ、位置合わせモジュールの前記ピンを手動遠隔操作
   で制御し、溶接されるべき損傷管内へ位置合わせモジュ
   ールの前記ピンを挿入してカルーセルの位置合わせ及び
   ツールモジュールの位置合わせを行い、カルーセルの位
   置合わせ後、カルーセルを所定速度で順次回転させ、損
   傷管に対するツールモジュールの各々の作業を順次行う
   ことができるよう前記回転を自動的に止め、カルーセル
   をそれ以上位置合わせすることなく損傷管を溶接するこ
   とを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 損傷管内における位置合わせモジュール
   の大まかなレベルからバーニヤレベルの位置合わせが得
   られるよう直径が外端部から内方へ次第に大きくなるピ
   ンを採用することを特徴とする請求項８の方法。