JPH0726079U - レーザ補修装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 バルブから弁座を取外すことなく弁座に生じ
たき裂の補修を可能とし、補修作業の作業効率を高め
る。 【構成】 仕切弁８のフランジ面８ａにベースプレート
１、支持ブラケット２及び案内ホルダ３を介してレーザ
ー補修装置４０の支持アーム６が取付けられる。支持ア
ーム６に軸受２０を介して旋回軸１２回りに回動自在に
レーザトーチ１９が支持される。また、レーザトーチ１
９は、支持アーム６との間に介在される半径軸１１及び
前後軸２５によりそれぞれの軸方向に移動自在とされ
る。従って、これら半径軸１１、前後軸２５及び旋回軸
１２によりレーザトーチ１９が自在に移動されて補修作
業が行われる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、弁座内などの狭隘部の補修をし得るレーザ補修装置に関し、特にプ ラント配管用バルブの弁座硬化肉盛部に生じる欠陥を補修するのに好適なもので ある。

【０００２】

【従来の技術】

従来より、原子力プラント等の産業用設備においては、多数の大型配管及びこ れに伴う配管用大型弁が用いられている。このような配管用大型弁の弁座は、弁 体との間の摺動部の耐摩耗性を高めるべく、ステライトなどの材料で硬化肉盛が 行われている。

【０００３】 しかし、このような処理を行っている肉盛部においては、長期間の使用により 、割れ等の欠陥が生じることがある。この場合、欠陥部分の適切な補修作業方法 としては、現地における補修あるいは弁座ごと新しいものに取り換える作業方法 が一般に用いられている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

前述のように、配管用大型弁の弁座には硬化肉盛処理が行われ、この肉盛部の 割れ補修作業が必要とされている。しかし、弁箱に対して弁座は一体型の溶接構 造となっていて、弁箱から弁座の取り外しは困難である為、現地において狭隘部 における補修作業が必要となり、特に原子力プラントでは、作業者の放射能によ る被爆の虞れの問題もあった。従って、作業性が悪く、適切な補修装置による補 修方法が求められていた。

【０００５】 一方、割れの著しいものについては、有効な補修方法がなく、弁座ごと新たな ものに取換えていた為、作業性が悪いだけでなくコストも過大なものとなってい た。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

請求項１によるレーザ補修装置は、バルブのフランジ面に着脱自在に取付けら れて固定される支持アームと、該支持アームの先端部に基端側が旋回軸を介して 回動自在に保持され且つ先端側からレーザ光を射出するレーザトーチと、前記支 持アームと該レーザトーチとの間に介在され且つ該レーザトーチの基端側を中心 とする回動の半径方向に沿って該レーザトーチを移動可能とする半径軸と、前記 支持アームと前記レーザトーチとの間に介在され且つ前記レーザトーチを前記旋 回軸の軸方向に沿って移動可能とする前後軸と、前記支持アームに接続され且つ これら半径軸、前後軸及び旋回軸を遠隔操作して前記バルブの弁座に発生した欠 陥を補修する制御装置とを有することを特徴とするものである。

【０００７】 請求項２によるレーザ補修装置は、レーザトーチから射出されるレーザ光と合 わせて制御装置により制御されつつ金属パウダを選択的に供給あるいは供給停止 をし、該金属パウダを供給して行う肉盛補修及び該金属パウダの供給を停止して 行う溶融補修を可能とするパウダ送給ノズルを有することを特徴とするものであ る。

【０００８】

【作用】

支持アームに保持されたレーザトーチからレーザ光が射出されて、バルブの弁 座に発生した欠陥がレーザ光により補修される。

【０００９】 この際、旋回軸回りのレーザトーチの回動位置、半径軸の軸方向沿いにおける レーザトーチの軸方向位置、及び前後軸の軸方向沿いにおけるレーザトーチの軸 方向位置を、それぞれ制御装置が制御しつつレーザトーチを移動して、補修作業 が行われる。

【００１０】 また、補修に伴って、パウダ送給ノズルから金属パウダを供給することにより 、肉盛補修を行い、パウダ送給ノズルからの金属パウダの供給を停止することに より溶融補修を行う。

【００１１】

【実施例】

本考案の一実施例に係わるレーザ補修装置を図１から図８に示し、これらの図 に基づき本実施例を説明する。尚、原子力プラント用の弁を補修する場合を通じ て、作業の説明を行う。

【００１２】 ここで、図１は本実施例に係わるレーザ補修装置の正面図、図２は同じくレー ザ補修装置の先端部の拡大平面図、図３は図２のＢ−Ｂ矢視図、図４は図２のＡ −Ａ矢視断面図、図５は図４のＣ−Ｃ矢視図をそれぞれ示す。

【００１３】 図１に示すように、本実施例に係わる装置４０の取付部となる支持アーム６は 、原子力プラントの配管用として用いられる仕切弁８のフランジ面８ａに取付け られる構造となっている。すなわち、専用のベースプレート１、支持ブラケット ２及び案内ホルダ３を介して、仕切弁８に着脱自在で取付けられ、固定されてい る。また、支持アーム６は、挿入軸４の先端側に取付けられる形で支持され、挿 入軸４にねじ込まれている押しボルト５を回転することにより上下方向の位置が 調整される。

【００１４】 さらに、支持アーム６には、支持アーム６の先端部であって、弁座硬化肉盛部 ９ａに対応する位置にレーザ補修ヘッド７が有り、これを図２から図５に拡大し て示す。これらの図に示すように、アングル型のレーザトーチ１９の基端側が旋 回駆動モータ１０により回動される旋回軸１２を介して回動自在に支持アーム６ に保持されている。また、レーザトーチ１９と並列するように支持アーム６とレ ーザトーチ１９との間に介在されて、レーザトーチ１９の基端側を回動中心とす る旋回軸１２の回動の半径方向にレーザトーチ１９を移動可能とする半径軸１１ が設置されている。さらに、旋回軸１２内に位置するように支持アーム６とレー ザトーチとの間に介在されて、旋回軸１２の軸方向に沿ってレーザトーチ１９を 移動可能とする前後軸２５が設置されている。

【００１５】 従って、レーザトーチ１９を支持する半径軸１１、旋回軸１２、前後軸２５及 び旋回軸１２を回動する際に必要なケーブルのケーブル巻取りリール２１等から レーザ補修ヘッド７は構成され、支持アーム６で保持されている。そして、レー ザトーチ１９の入射口には、ＹＡＧレーザの光ファイバ１７が接続され、この光 ファイバ１７の捩れ防止用として回転可能に軸受２０を介して支持されている。

【００１６】 また、レーザトーチ１９の外枠を形成し且つレーザトーチ１９の基端側を中心 とする旋回軸１２の半径方向に伸びるガイド筒２２は、取外し可能な構造となっ ていて、弁座９の径に合わせたガイド筒２２への取替えが可能となっている。こ のガイド筒２２の先端側にある出射部には、光ファイバ１７から中間光学系１８ を介して送られるレーザ光を絞るレーザ集光レンズ２３、ミラー２４、狙い位置 を確認するための目視カメラ１３及び照明ライトであるミニチュアハロゲンラン プ１４等を内蔵した先端ブロック４１が設けられ、さらにこの先端ブロック４１ に付属して、金属パウダをこの出射部に送るパウダ送給ノズル１５、及びレーザ トーチ１９と弁座９の表面との間の距離を一定に保つための位置決めセンサ１６ が設けられている。従って、光ファイバ１７及びミラー２４等を伝達されたレー ザ光は、集光レンズ２３により補修部に集光され、補修に必要なエネルギ密度を 得ることが可能となる。

【００１７】 一方、本装置の全体構成を表す図６に示すように、制御装置２６及びＹＡＧレ ーザ発振器２７は、仕切弁８の存在する放射性雰囲気の場所から離れた放射能の 影響のない箇所に置かれ、レーザ補修ヘッド７と制御装置２６との間を制御ケー ブル・ホース２８で接続し、レーザ補修ヘッド７とＹＡＧレーザ発振器２７との 間を光ファイバ１８で接続し、電気、ガス、パウダ、信号情報、レーザ光などを 伝送する構造とする。尚、光ファイバ１７には、ＹＡＧレーザの他、ガイド光と して赤色のＨｅ−Ｎｅレーザを伝送できるように、切換機構を有している。ここ で制御装置２６は、それぞれ図示しない、補修狙い位置監視用のモニタニットと 、補修溶接の自動運転制御を行う制御ユニットと、各モータ駆動のドライバユニ ット及び、パウダ送給、シールドガス供給の空圧ユニットから構成される。

【００１８】 また、以上のような構成の本装置４０により、補修作業を行う際の動作、作用 を次に説明する。

【００１９】 まず、補修を行う前に、レーザ光をどの位置へ照射するか、位置決めを行う必 要があるが、これは、補修前に、光ファイバ１７内にＨｅ−Ｎｅレーザを通し、 き裂上にレーザ光が照射されるようにその照射点を半径軸１１、旋回軸１２の２ 軸、及びレーザ補修ヘッド７の先端に設けられた目視カメラ１３を用いて、制御 装置２６内のモニタにより調整する。この調整により、本装置４０上で遠隔操作 により、補修位置を決定することが可能となる。さらに、光ファイバ１７と、先 端ブロック４１内のレンズ、ミラー系、及び半径軸１１、前後軸２５、旋回軸１ ２を用いて、レーザ光を、弁シート面２９の肉盛部９ａ内の任意箇所へ伝送する ことにより、肉盛部９ａの任意箇所に発生するき裂にレーザ光を照射し、補修を 行うことが可能となる。

【００２０】 尚、き裂は、弁座９上のすべての箇所に発生する可能性があるため、レーザ補 修ヘッド７の旋回軸１２は、３６０度方向に回転する必要がある。このとき、光 ファイバ１７から、レーザトーチ１９への入射口を回転可能な軸受構造としたこ とにより、補修時の光ファイバ１７のねじれを防止できる。

【００２１】 レーザ溶融を行う際には、加工用のレンズ２３の焦点位置と、補修面との相対 位置（焦点ぼかし量）が重要な加工条件となるが、これは先端部に設けられた位 置決めセンサ１６からの情報により、前後軸２５を調整して、弁シート面２９と レーザ補修ヘッド７との距離を予め規定された一定値に制御して、正確に条件を 決定することが可能となる。

【００２２】 次に、本実施例に係わる装置による補修作業を図面に基づき具体的に説明する 。

【００２３】 まず、補修すべき仕切弁８の弁ふたを取り外し、そこへ図１に示すように、本 装置の案内機構であるベースプレート１、支持ブラケット２、案内ホルダー３を 取付ける。次に、挿入軸４を案内ホルダ３に差し込み、レーザ補修ヘッド７を弁 座９へ案内する。さらに、図２から図５に示すレーザトーチ１９先端の目視カメ ラ１３で、弁座９の弁シート面２９を確認しながら、上部のベースプレート１に 設けた押ボルト５により、上下方向の芯合せを行い、支持ブラケット２により、 仕切弁８中心に合わせて左右方向の位置決めがされる。

【００２４】 以上のように位置固定された後、レーザトーチ１９の先端の位置決めセンサー １６と前後軸２５とで弁座面９からの距離を設定し、レーザトーチ１９からＨｅ −Ｎｅレーザを出射して、目視カメラ１３によって補修溶接開始位置となる弁座 硬化肉盛部９ａへ半径軸１１、旋回軸１２で位置設定する。

【００２５】 欠陥長さに応じて、図７に示すように、弁シート面２９の欠陥部３２をすべて カバーするように、レーザ光の照射範囲を図中の幅方向範囲Ｄ、円周方向範囲Ｅ で決定し、レーザ光を進行方向３１に進行させながら補修ビード３０を置く。そ して、設定された範囲の他にレーザ光送りピッチ、走査速度、出力等の設定パラ メータをともに、レーザトーチ１９が円周方向に揺動すると共に幅方向にシフト しながらレーザ光を照射することによって、所定の範囲の肉盛層を溶融させるこ とができる。このとき、欠陥の状況に応じて図８（ａ）のようなレーザ溶融部３ ５が形成される溶融のみによる補修と、金属パウダを送給しながら行って図８（ ｂ）のようなレーザ肉盛部３６が形成される肉盛補修とを使い分けることが可能 となる。補修部は、後加工により所定の面精度を確保し、再使用可能となる。こ こで３７は、弁シート面断面を示す。

【００２６】 以上のような本装置４０によれば、遠隔操作で原子力プラントの配管に使用さ れる弁の補修が可能となる結果、補修時における作業者の被爆の虞れを低減する ことが可能となる。また、本実施例で使用されるベースプレート１、支持ブラケ ット２及びレーザトーチ１９のガイド筒を弁の寸法に合わせて多種類用意するこ とにより、種々のサイズの弁への対応が可能となる。

【００２７】

【考案の効果】

本考案のレーザ補修装置によれば、支持アームを介してバルブのフランジ面に 取付けられるレーザトーチが半径軸、前後軸及び旋回軸により自在に移動されて 弁座に発生した欠陥を補修できる構造とした結果、従来、補修不可能であって、 その対策として弁ごとの取換えを行っていた配管用大型弁の弁座肉盛部に生じた 欠陥の現地における補修が可能となり、さらに、部品コスト、検査工数の低減と もなる。また、原子力プラントに使用される弁においては、放射性廃棄物の低減 にもつながると共に、補修作業を、遠隔操作で行えるため、作業者の被ばくの虞 れを低減することにも効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例に係わるレーザ補修装置の正
面図である。

【図２】本考案の一実施例に係わるレーザ補修装置の先
端部の拡大平面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ矢視図である。

【図４】図２のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図５】図４のＣ−Ｃ矢視図である。

【図６】本考案の一実施例に係わるレーザ補修装置の全
体構成図である。

【図７】本考案の一実施例に係わるレーザ補修装置によ
る補修手順の説明図である。

【図８】本考案の一実施例に係わるレーザ補修装置によ
る補修方法の説明図であり、（ａ）は溶融補修を表し、
（ｂ）は肉盛補修を表す。

【符号の説明】

１ ベースプレート ２ 支持ブラケット ３ 案内ホルダ ４ 挿入軸 ６ 支持アーム ７ レーザ補修ヘッド ８ 仕切弁 １０ 旋回駆動モータ １１ 半径軸 １２ 旋回軸 １３ 目視カメラ １７ 光ファイバ １９ レーザトーチ ２１ ケーブル巻取りリール ２２ ガイド筒 ２５ 前後軸 ２６ 制御装置 ２７ ＹＡＧレーザ発振器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 26/08 Ｂ 31/00 Ｄ (72)考案者 名山 理介 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)考案者 櫛本 彰司 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)考案者 妻鹿 雅彦 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)考案者 白田 春雄 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 バルブのフランジ面に着脱自在に取付け
   られて固定される支持アームと、該支持アームの先端部
   に基端側が旋回軸を介して回動自在に保持され且つ先端
   側からレーザ光を射出するレーザトーチと、前記支持ア
   ームと該レーザトーチとの間に介在され且つ該レーザト
   ーチの基端側を中心とする回動の半径方向に沿って該レ
   ーザトーチを移動可能とする半径軸と、前記支持アーム
   と前記レーザトーチとの間に介在され且つ前記レーザト
   ーチを前記旋回軸の軸方向に沿って移動可能とする前後
   軸と、前記支持アームに接続され且つこれら半径軸、前
   後軸及び旋回軸を遠隔操作して前記バルブの弁座に発生
   した欠陥を補修する制御装置とを有することを特徴とす
   るレーザ補修装置。
2. 【請求項２】 レーザトーチから射出されるレーザ光と
   合わせて制御装置により制御されつつ金属パウダを選択
   的に供給あるいは供給停止をし、該金属パウダを供給し
   て行う肉盛補修及び該金属パウダの供給を停止して行う
   溶融補修を可能とするパウダ送給ノズルを有することを
   特徴とする請求項１記載のレーザ補修装置。