JPH07303978A - 原子力プラント配管のレーザクラッディング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 クラッディング時に、塗布膜表面の温度が一
定で且つ均一になるようにする。 【構成】 管２内を昇降し且つ管２の周方向へ回転し得
る回転筒１４と、回転筒１４内に収納された集光レンズ
２１と、集光レンズ２１に向けてレーザ光２２を入射す
る光ファイバケーブル２６と、回転筒１４内に収納され
集光レンズ２１で集光されたレーザ光２２を管２の径方
向へ向け反射させて管２内周に塗布された塗布膜４に照
射させる反射ミラー２４と、光ファイバケーブル２６の
端部を集光レンズ２１に接近離反させる光ファイバケー
ブル保持部３０とを備え、光ファイバケーブル２６の端
部を移動することにより、塗布膜４表面に対するレーザ
光２２の焦点外し距離を基準の寸法に調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子炉圧力容器本体の
底部を貫通して溶接した管の応力腐食割れを防止するた
めのクラッディング処理を施すのに使用する原子力プラ
ント配管のレーザクラッディング装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に原子炉圧力容器においては、図７
に示すごとく、圧力容器本体１の底部に、該圧力容器本
体１底部に各種計装機器を挿入するための小口径の管２
を貫通せしめ、該管２の圧力容器本体１内面側における
外周部を溶接して圧力容器本体１に固定するようにして
いる。

【０００３】ところが、圧力容器本体１に管２を溶接し
た場合、溶接によって生じる熱により耐食性が劣化する
可能性があるため、前記管２内周面の溶接部３を含む所
要高さ範囲に、ニッケル、クロム、モリブデン、鉄等を
含有する金属粉末をペースト状にしたものを塗布して塗
布膜４を形成し、該塗布膜４にレーザ照射を行って固化
させる、いわゆるクラッディング処理を施すことによ
り、前記耐食性をよくするようにしている。

【０００４】このようなクラッディング処理を施すため
の従来の装置としては、図３ないし図５に示すような原
子力プラント配管のレーザクラッディング装置がある。

【０００５】図３中、５は圧力容器本体１に貫通、溶接
された管２の下端に短管６を介して溶接された昇降駆動
装置であり、該昇降駆動装置５は、昇降モータ７及び傘
歯車８並びにピニオン９を備えている。

【０００６】１０は昇降駆動装置５の枠体に昇降自在に
垂直支持された昇降ロッドで、該昇降ロッド１０は上方
に延びて上端側は管２内に挿入されるようになってお
り、昇降ロッド１０の外側に設けたラックには前記ピニ
オン９が噛合し、昇降モータ７により傘歯車８を介して
ピニオン９を回転させることにより昇降ロッド１０を昇
降させるようになっている。

【０００７】１１は昇降ロッド１０の上端に配置された
レーザ照射トーチ装置で、該レーザ照射トーチ装置１１
は、図４、図５に示すごとく、昇降ロッド１０の上端に
固定された縦向きで中空状の支持筒１２と、支持筒１２
の上端内部に嵌合した軸受１３に回転自在に支持されて
上方へ延び且つ支持筒１２の長手方向中途部まで垂下す
る案内部１４ａが軸心部に一体形成された縦向きで中空
状の回転筒１４と、支持筒１２内に嵌合した軸受１５に
支持筒１２に対し略同心状になるよう嵌合、支持された
回転自在な中空状の案内筒１６と、該案内筒１６の上端
外周に刻設したギヤ１６ａに噛合するギヤ（図示せず）
を有し且つ軸心部に前記案内筒１６の中空部に連通する
中空孔１７ａが穿設された減速ギヤ部１７と、該減速ギ
ヤ部１７に設けたギヤにより回転し且つ前記案内筒１６
に対し同一軸心になるよう上方へ延びしかも上端を前記
回転筒１４の案内部１４ａ下端に継手１８を介して接続
された中空状の案内筒１９と、ステータ２０ａが支持筒
１２に取付けられると共にロータ２０ｂが案内筒１６に
取付けられ、案内筒１６を回転させることにより前記回
転筒１４を回転駆動するようにしたモータ２０と、回転
筒１４の中空孔１４ｂに嵌合された集光レンズ２１と、
回転筒１４の中空孔１４ｂ下端に格納され且つ上方の集
光レンズ２１へ向けてレーザ光２２を投射するようにし
た光ファイバコネクタ２３と、光ファイバコネクタ２３
から投射され集光レンズ２１で集光されたレーザ光２２
の入射方向を垂直状態から水平状態へ略９０度変更する
よう、回転筒１４の中空孔１４ｂ上端に格納された反射
ミラー２４とを備えている。

【０００８】光ファイバコネクタ２３には、回転筒１４
の中空部に嵌合された軸受２５に嵌合、支持され且つ回
転筒１４が回転しても回転しないようにした光ファイバ
ケーブル２６が接続され、該光ファイバケーブル２６は
回転筒１４における案内部１４ａの中空孔、案内筒１９
の中空孔、減速ギヤ部１７の中空孔１７ａ、案内筒１６
の中空孔を通って下方へ延び、支持筒１２から外部へ導
き出されており、光ファイバケーブル２６の先端は、レ
ーザ発振器等を備えたクラッディング用レーザ装置２７
に接続されている。

【０００９】なお、図４中、１４ｃは、回転筒１４の側
部に設けられ且つレーザ光２２が通過するようにした貫
通孔である。

【００１０】管２の内周に塗布した塗布膜４をクラッデ
ィングする場合には、短管６を介して昇降駆動装置５を
管２の下端に接続し、昇降駆動装置５の昇降モータ７を
駆動する。このため、傘歯車８を介してピニオン９が回
転し、昇降ロッド１０が上昇させられる結果、レーザ照
射トーチ装置１１が管２内に挿入され、上昇して管２の
塗布膜４を塗布した部分に到達する。

【００１１】レーザ照射トーチ装置１１が管２内に塗布
した塗布膜４の所定位置に到達したら、モータ２０を駆
動する。そうすると、案内筒１６が回転し、案内筒１６
の回転は減速ギヤ部１７で減速されて案内筒１９が回転
し、案内筒１９により回転筒１４が回転する。

【００１２】又、回転筒１４の回転と共にクラッディン
グ用レーザ装置２７を起動させてレーザ光を発振させ、
光ファイバケーブル２６を伝達されたレーザー光を光フ
ァイバコネクタ２３から集光レンズ２１に向け入射させ
る。このため集光レンズ２１を通ったレーザ光２２は絞
られたうえ反射ミラー２４で反射して向きを９０度変
え、貫通孔１４ｃを通り、管２内周面の塗布膜４に照射
され、塗布膜４をクラッディングする。レーザ光として
は例えば、ＹＡＧレーザを使用する。

【００１３】又、回転筒１４が１周して塗布膜４が全周
に亘りクラッディングされたら、昇降駆動装置５を駆動
してレーザ照射トーチ装置１１を昇降させ、前述と同様
にして次の位置における塗布膜４のクラッディングを行
う。

【００１４】而して、塗布膜４を全体に均一に溶け込ま
せて良好なクラッディングを得るには、塗布膜４の表面
の温度のむらをなくし、全体として一定の温度で均一に
加熱する必要がある。

【００１５】このため、従来レーザ光２２は図６に示す
ように、焦点２８から所定寸法の焦点外し距離Ｄfだけ
ずれた位置で塗布膜４の表面に照射するようにしてお
り、焦点外し距離Ｄfは運転開始前に予め調整されてい
る。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す集光レンズ
２１の軸心２９から塗布膜４までの距離Ｄが設計値どお
りであれば、焦点外し距離Ｄfは運転開始前に予め調整
しておけばクラッディング作業に特に支障は生じない。

【００１７】しかしながら、管２は溶接時の熱変形等に
より歪むため集光レンズ２１の軸心２９から塗布膜４ま
での距離Ｄが変化して焦点外し距離Ｄfが変化した場合
には、塗布膜４の表面に照射されるレーザ光２２の単位
面積当りのエネルギ強度も変化し、塗布膜４表面の温度
が均一にならない結果塗布膜４表面の溶け込みに差が生
じ良好なクラッディングができなくなるという問題があ
る。

【００１８】本発明は上述の実情に鑑み、管の歪等によ
り集光レンズの軸心から塗布膜表面までの距離が変化
し、塗布膜の表面位置が基準位置からずれている場合で
も、クラッディング時に塗布膜表面の温度が一定で且つ
均一になるようにすることを目的としてなしたものであ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、管内
を昇降し且つ管の周方向へ回転し得る回転筒と、該回転
筒内に収納された集光レンズと、該集光レンズに向けて
レーザ光を入射する光ファイバケーブルと、前記回転筒
内に収納され前記集光レンズで集光されたレーザ光を前
記管の径方向へ向け反射させて管内周に塗布された塗布
膜に照射させる反射ミラーと、前記光ファイバケーブル
の端部を集光レンズに接近離反させる光ファイバケーブ
ル保持部とを備えた原子力プラント配管のレーザクラッ
ディング装置である。

【００２０】又請求項２の発明は、光ファイバケーブル
の端部を保持した光ファイバケーブル保持部を回転筒内
に回転筒の軸線方向に移動可能に配置し、雄ねじが刻設
され回転筒内に回転筒の軸線方向に支持された回転軸を
前記光ファイバケーブル保持部に螺合し、回転筒内に設
けたモータを前記回転軸に結合した請求項１の原子力プ
ラント配管のレーザクラッディング装置である。

【００２１】

【作用】請求項１の発明では、光ファイバケーブル保持
部を移動して光ファイバケーブルの端部を集光レンズに
接近離反させると、塗布膜に対するレーザ光の焦点位置
が変わり、塗布膜表面の単位面積当たりのエネルギ強度
が一定となるよう制御され、請求項２の発明では、モー
タを駆動して回転軸を回転させると、光ファイバケーブ
ル保持部が移動して光ファイバケーブルの端部が集光レ
ンズに接近離反し、塗布膜に対するレーザ光の焦点位置
が変わって塗布膜表面の単位面積当たりのエネルギ強度
が一定となるよう制御される。従って、請求項１、請求
項２のいずれの発明においてもクラッディング膜は一定
且つ均一の温度に加熱される。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００２３】図１は本発明の一実施例の縦断面図であっ
て、レーザ照射トーチ装置１１を構成する回転筒１４の
中空孔１４ｂ内には、中空孔１４ｂに沿って昇降し得る
ようにされた板状の光ファイバケーブル保持部３０が設
けてあって、光ファイバケーブル２６の端部は光ファイ
バケーブル保持部３０を貫通して光ファイバコネクタ２
３に接続されている。そして光ファイバケーブル保持部
３０は、光ファイバケーブル２６の端部を強固に保持し
ている。

【００２４】回転筒１４の中空孔１４ｂ内にはさらに、
雄ねじが刻設された回転軸３１が軸受３２，３２により
回転筒１４の軸線方向に支持されていて、この回転軸３
１は光ファイバケーブル保持部３０に対して貫通状態で
螺合されている。そして回転軸３１は、中空孔１４ｂ内
に取付けてあるモータ３３によって回転されるようにな
っている。

【００２５】モータ３３を作動させて回転軸３１を回転
させると、光ファイバケーブル保持部３０は中空孔１４
ｂ内で上昇又は下降し、これに伴って光ファイバケーブ
ル２６の端部及び光ファイバコネクタ２３は、集光レン
ズ２１に接近したり集光レンズ２１から離れたりする。
この際光ファイバケーブル２６は、軸受２５に対して摺
動することになる。

【００２６】次に、本発明の作用を説明する。

【００２７】管２の溶接部３（図７参照）の歪みは予め
計測し、制御装置等に記録しておく。そして従来の場合
と同様に、図４に示す塗布膜４のクラッディング時に
は、モータ２０が駆動されてレーザ照射トーチ装置１１
の回転筒１４が回転すると共に、図３のクラッディング
用レーザ装置２７から発振されたレーザ光２２は光ファ
イバケーブル２６を通り、図１の光ファイバコネクタ２
３から集光レンズ２１に向け入射し、集光レンズ２１で
絞られたうえ反射ミラー２４で反射して貫通孔１４ｃを
通り、管２内周面の塗布膜４に照射され、塗布膜４をク
ラッディングする。

【００２８】この場合、管２の歪みによって、図６の焦
点外し距離Ｄfが変化した時に、光ファイバケーブル保
持部３０の位置をどのように調整するかを、光ファイバ
ケーブル２６の端部から塗布膜４に至る系路を簡略化し
て直線的に示す図２（イ）（ロ）（ハ）により説明す
る。

【００２９】例えば、図２（イ）に示すように塗布膜の
表面が所定の位置４ａにあり、焦点外し距離も基準の焦
点外し距離Ｄfoである場合には、光ファイバケーブル保
持部３０の位置は調整する必要はない。

【００３０】しかるに塗布膜の表面が図２（イ）に示す
所定の位置４ａから図２（ロ）に示すように光ファイバ
コネクタ２３から離れる方向へ変形して（すなわち、塗
布膜４の内径が大きくなって）位置４ｂに移動した場合
には、光ファイバケーブル保持部３０を集光レンズ２１
に接近する方向に移動させ（すなわち光ファイバケーブ
ル保持部３０を上昇させ）る。その結果光ファイバケー
ブル２６の端部及び光ファイバコネクタ２３は集光レン
ズ２１に接近し、焦点２８は図２（イ）の位置から右方
へ移動し、図２（ロ）に示すように塗布膜表面から焦点
２８までの焦点外し距離は、基準の焦点外し距離Ｄfoに
調整される。

【００３１】又、塗布膜の表面が、図２（イ）に示す所
定の位置４ａから図２（ハ）に示すように光ファイバコ
ネクタ２３へ接近する方向へ変形して（すなわち、塗布
膜４の内径が小さくなって）位置４ｃに移動した場合に
は、光ファイバケーブル保持部３０を集光レンズ２１か
ら離れる方向に移動させ（すなわち光ファイバケーブル
保持部３０を下降させ）る。その結果光ファイバケーブ
ル２６の端部及び光ファイバコネクタ２３は集光レンズ
２１から離れ、焦点２８は図２（イ）の位置から左方へ
移動し、図２（ハ）に示すように塗布膜表面から焦点２
８までの焦点外し距離は、基準の焦点外し距離Ｄfoに調
整される。

【００３２】尚、本発明は上記実施例にのみ限定される
ものではなく、ファイバケーブル保持部を回転筒の軸線
方向に移動させる構成には種々の方式を採用し得るこ
と、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種
々変更を加え得ること、等は勿論である。

【００３３】

【発明の効果】請求項１の発明は、管が歪んでいても、
光ファイバケーブル保持部を移動して光ファイバケーブ
ルの端部を集光レンズに接近離反させることにより、塗
布膜表面に対するレーザ光の焦点外し距離を基準の寸法
に調整できるため、塗布膜表面の温度を全体的に一定且
つ均一にして塗布膜の溶け込み状態を均一にすることが
可能となり、良好なクラッディングを施すことができる
という優れた効果を奏し得る。

【００３４】請求項２の発明は、モータを駆動して回転
軸を回転させるという簡単な操作で光ファイバケーブル
保持部を移動して光ファイバケーブルの端部を集光レン
ズに接近離反させることができ、塗布膜表面に対するレ
ーザ光の焦点外し距離を基準の寸法に調整できるため、
塗布膜表面の温度を全体的に一定且つ均一にして塗布膜
の溶け込み状態を均一にすることが可能となり、良好な
クラッディングを施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の縦断面図である。

【図２】（イ）（ロ）（ハ）は塗布膜表面が変化した際
の光ファイバケーブル端部の位置調整の仕方を示す概念
図である。

【図３】従来の原子力プラント配管のレーザクラッディ
ング装置の一例の立面図である。

【図４】図３の原子力プラント配管のレーザクラッディ
ング装置におけるレーザ照射トーチ装置の縦断面図であ
る。

【図５】図４のレーザ照射トーチ装置の回転管を回転さ
せるための機構の部分における拡大縦断面図である。

【図６】図３のレーザ照射トーチ装置から照射されたレ
ーザ光のトーチ中心から塗布膜表面までの距離と焦点外
し距離との関係を示す側面図である。

【図７】レーザクラッディング装置が適用される管の塗
布膜施工部近傍の縦断面図である。

【符号の説明】

２ 管（小口径管） ４ 塗布膜 １４ 回転筒 ２１ 集光レンズ ２２ レーザ光 ２４ 反射ミラー ２６ 光ファイバケーブル ３０ 光ファイバケーブル保持部 ３１ 回転軸 ３３ モータ

───────────────────────────────────────────────────── 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 37/02 ３０１ Ｂ Ｃ２３Ｃ 26/00 Ｅ Ｇ２１Ｃ 13/036 Ｇ２１Ｄ 1/00 (72)発明者 平野 賢治 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜第一工場内 (72)発明者 樋田 博 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東二テクニカルセンタ ー内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管内を昇降し且つ管の周方向へ回転し得
   る回転筒と、該回転筒内に収納された集光レンズと、該
   集光レンズに向けてレーザ光を入射する光ファイバケー
   ブルと、前記回転筒内に収納され前記集光レンズで集光
   されたレーザ光を前記管の径方向へ向け反射させて管内
   周に塗布された塗布膜に照射させる反射ミラーと、前記
   光ファイバケーブルの端部を集光レンズに接近離反させ
   る光ファイバケーブル保持部とを備えたことを特徴とす
   る原子力プラント配管のレーザクラッディング装置。
2. 【請求項２】 光ファイバケーブルの端部を保持した光
   ファイバケーブル保持部を回転筒内に回転筒の軸線方向
   に移動可能に配置し、雄ねじが刻設され回転筒内に回転
   筒の軸線方向に支持された回転軸を前記光ファイバケー
   ブル保持部に螺合し、回転筒内に設けたモータを前記回
   転軸に結合したことを特徴とする請求項１の原子力プラ
   ント配管のレーザクラッディング装置。