JPH081358A - 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、被施工部表面の温度が
一定で且つ均一になるようにする。 【構成】 レーザトーチ外筒１２の上部中心に設けて回
転する回転筒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を投
射する光ファイバーケーブル２６と、集光レンズ２１か
らのレーザ光２２を配管２の径方向へ向け反射させる反
射ミラー２４と、回転筒１４に昇降可能に嵌合され左右
側方に斜面３４，３５を有する楔部材３０と、楔部材３
０の斜面３４，３５に密接されレーザトーチ外筒１２に
対し径方向に移動可能なプランジャーホルダ４０，４
０’と、プランジャーホルダ４０，４０’に径方向外方
へ付勢して設けられた上部プランジャー３１，３１’
と、レーザトーチ外筒１２に直径方向外方へ向けて付勢
された下部プランジャー４６と、楔部材３０の昇降を行
う昇降杆４４とを備える。

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予防保全をするためのクラ
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１
１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内部に各種計装機器を挿入するための配管２を貫
通せしめ、該配管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に配管２を溶接
した場合、溶接によって生じる残留応力等により劣化の
虞れがあるため、前記配管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被
施工部４を形成し、該被施工部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、前記劣化を防止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７ないし図９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７中、５は圧力容器本体１に貫通、溶接
された配管２の下端に短管６を介してボルトにより固定
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
に延びて上端側は配管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８、図９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レーザトーチ外筒１２と、
レーザトーチ外筒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レーザトーチ外筒
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、レ
ーザトーチ外筒１２内に嵌合した軸受１５（図９）にレ
ーザトーチ外筒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１
６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
がレーザトーチ外筒１２に取付けられると共にロータ２
０ｂ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ーコネクタ２３と、光
ファイバーコネクタ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１４
ｂ上端に格納された反射ミラー２４とを備えている。

【０００８】光ファイバーコネクタ２３には、回転筒１
４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
バーケーブル２６が接続され、該光ファイバーケーブル
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、レーザトーチ外筒
１２から外部へ導き出されており、光ファイバーケーブ
ル２６の先端は、図７の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８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】配管２の内周に塗布した被施工部（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を配管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が配管２内に挿入
され、上昇して配管２の被施工部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が配管２内に塗
布した被施工部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、
光ファイバーケーブル２６を伝達されたレーザー光を光
ファイバーコネクタ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、配管２内周面の被施工部４
に照射され、被施工部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周して被施工部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被施工部４のクラッディング
を行う。

【００１４】而して、被施工部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、被施工部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１０に示
すように、焦点２８から所定寸法の焦点外し距離Ｄfだ
けずれた位置で被施工部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１０に示す集光レン
ズ２１の軸心２９から被施工部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、配管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から被施工部
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、被施工部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、被施工部４表
面の温度が均一にならない結果被施工部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、配管２の歪等
により集光レンズ２１の軸心２９から被施工部４表面ま
での距離Ｄが変化し、被施工部４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被施工部
４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、配管
内を昇降するレーザトーチ外筒と、該レーザトーチ外筒
の上部中心に設けられ前記配管の周方向へ回転し得る回
転筒と、該回転筒内上部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投射する光ファイバーケ
ーブルと、前記回転筒内上部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配管の径方向へ向け反射さ
せて配管内周に塗布された被施工部に照射させる反射ミ
ラーと、前記回転筒に昇降可能に嵌合され前記回転筒を
挟む左右外側面に回転筒の軸心に対して傾斜した平行な
斜面を有する楔部材と、前記レーザトーチ外筒に対して
前記斜面が向いた左右方向に移動可能に支持され、且つ
前記楔部材の斜面と接する斜面を内側に有したプランジ
ャーホルダと、該プランジャーホルダに備えて押出し用
スプリングにより前記斜面が向いた左右方向外方へ向け
て付勢され前記配管の内周に当接する上部プランジャー
と、前記レーザトーチ外筒の側面から直径方向外方へ向
けて付勢され前記配管の内周に当接する下部プランジャ
ーと、前記楔部材の昇降を行う昇降杆とを備えたことを
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
装置である。

【００２０】請求項２の発明は、楔部材を、四角形のブ
ロック体として該ブロック体の中心に回転筒挿通孔を設
けると共に該ブロック体の片隅に回転筒挿通孔と平行な
昇降杆接続孔を設け、前記ブロック体の周方向一辺側に
上端が突出し下端が引っ込む方向の斜面を設け、前記ブ
ロック体の前記一辺とは反対側の他辺側に上端が引っ込
み下端が突出する方向の斜面を設けて形成したことを特
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
置である。

【００２１】

【作用】請求項１の発明では、被施工部表面位置の基準
位置からのずれに応じて楔部材を昇降させると、楔部材
の斜面によって、レーザトーチ外筒に支持されているプ
ランジャーホルダが左右方向に移動し、これによりプラ
ンジャーホルダに支持されて押出し用スプリングにより
配管の内面に押付けられている一方の上部プランジャー
が突出して他方のプランジャーが引込むようになるの
で、レーザトーチ外筒は下部プランジャーを支点にして
配管の径方向に傾いて変位して、焦点外し距離は設計値
となり、被施工部表面の単位面積当たりのエネルギ強度
が一定となる。

【００２２】また請求項２の発明では、楔部材を構成す
るブロック体中心の回転筒挿通孔を回転筒の外側に嵌
め、昇降杆接続孔に昇降杆を接続して昇降杆によりブロ
ック体を昇降すると、ブロック体は回転筒に沿って昇降
し、ブロック体に形成した斜面によりプランジャーホル
ダを左右方向に移動させてレーザトーチ外筒に対して径
方向に変位させることができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。

【００２４】図１は本発明の一実施例の使用状態を示す
縦断面図であって、縦向きで中空状のレーザトーチ外筒
１２の上部中心には、従来と同様に中空状の回転筒１４
が配管２の周方向に回転し得るように設けられている。

【００２５】回転筒１４の内部には、集光レンズ２１
と、集光レンズ２１へ向けてレーザ光２２を投射する光
ファイバーケーブル２６と、光ファイバーケーブル２６
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
反射ミラー２４とが収納されている。

【００２６】回転筒１４の下部外周には楔部材３０が設
けられていて、楔部材３０の外側には、上部プランジャ
ー３１，３１’が配設されている。

【００２７】楔部材３０は、図５、図６に示すように四
角形のブロック体で、その中心には回転筒１４下部の案
内部１４ａ（図２、図８参照）を嵌める回転筒挿通孔３
２が縦方向に設けられており、片隅には小径の昇降杆接
続孔３３が縦方向に設けられている。

【００２８】また楔部材３０の図５、図６における右側
の一辺側には、上端が突出し下端が引っ込む方向の斜面
３４，３４が設けられており、楔部材３０の図５、図６
における左側の他辺側には、上端が引っ込み下端が突出
する方向の斜面３５，３５が設けられている。そして斜
面３４，３４の間と斜面３５，３５の間には、回転筒挿
通孔３２と平行な深い凹部３６，３７が形成されてお
り、これと直交する方向の辺の斜面３４，３５の間に
は、浅い凹部３８，３９が背中合わせに形成されてい
る。

【００２９】上述した楔部材３０の回転筒挿通孔３２
は、図２、図３に示すように回転筒１４下部の案内部１
４ａの外側に嵌められ、また楔部材３０が配設される部
分のレーザトーチ外筒１２は所要に切りかかれていて該
レーザトーチ外筒１２の残りの一部に前記浅い凹部３
８，３９が上下方向に移動可能に嵌合している。

【００３０】前記楔部材３０の斜面３４，３５の外側位
置には、該斜面３４，３５に一致する斜面を内側に有し
たプランジャーホルダ４０，４０’が配設されている。
プランジャーホルダ４０，４０’は、図２、図３に示す
ように前記レーザトーチ外筒１２に設けたピン４２に密
接用スプリング４１を介して取付けられており、該密接
用スプリング４１によって前記プランジャーホルダ４
０，４０’が互に引き付けられて該プランジャーホルダ
４０，４０’の斜面が前記楔部材３０の斜面３４，３５
に常に密接して押付けられるようになっている。

【００３１】前記プランジャーホルダ４０，４０’に
は、径方向に移動可能で径方向外側に突出した上部プラ
ンジャー３１，３１’が嵌合されており、該上部プラン
ジャー３１，３１’と前記楔部材３０の深い凹部３６，
３７との間に、前記上部プランジャー３１，３１’を常
に径方向外側に突出させて配管２の内周面に当接するよ
う付勢する押出し用スプリング４７を配設している。

【００３２】楔部材３０の昇降杆接続孔３３には、上下
方向に延びている昇降杆４４の上端が螺合している。昇
降杆４４の下端には、図１に示すようにハーモニックモ
ータ４５が取付けてあって、昇降杆４４を回転させるこ
とにより前記螺合部を介して楔部材３０を昇降させるこ
とができるようになっている。

【００３３】図１、図２に示すように上部プランジャー
３１の下方においては、レーザトーチ外筒１２の直径方
向両側面に下部プランジャー４６，４６が嵌めてあっ
て、下部プランジャー４６は図４に示すように押出し用
スプリング４７でレーザトーチ外筒１２の側面から外方
へ向けて付勢され、配管２の内周面に当接するようにさ
れている。

【００３４】次に、上記実施例の作用を説明する。

【００３５】配管２の溶接部３（図１参照）の歪みは予
め計測し、変位記憶装置４８に記録しておく。そして従
来の場合と同様に、図８に示す被施工部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１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
は光ファイバーケーブル２６を通り、光ファイバーコネ
クタ２３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で反射して配管２内
周面の被施工部４に照射され、被施工部４をクラッディ
ングする。

【００３６】配管２の歪みは予め計測して変位記憶装置
４８に記録されているので、被施工部４のクラッディン
グ時に配管２の歪みにより焦点外し距離Ｄf（図１０参
照）が変化して設計値から外れてしまう箇所の被施工部
４を照射する時には、変位記憶装置４８の記録に基づい
て変位対応制御装置４９からハーモニックモータ４５に
作動電流が流れ、ハーモニックモータ４５が作動して昇
降杆４４が右或いは左に回転される。

【００３７】昇降杆４４が回転されると、昇降杆４４の
上端に螺合している楔部材３０が上昇または下降し、図
２、図３において楔部材３０の斜面３４，３５の上下方
向変位に従ってプランジャーホルダ４０，４０’はレー
ザトーチ外筒１２に対して右或いは左に一体に変位し、
上部プランジャー３１，３１もプランジャーホルダ４
０，４０’と共にレーザトーチ外筒１２に対して右或い
は左方向に変位する。

【００３８】これにより、レーザトーチ外筒１２及び回
転筒１４は下方の下部プランジャー４６を支点にして上
部が配管２の径方向に変位することになり、図１０に示
す集光レンズ２１の軸心２９から被施工部４までの距離
Ｄは所定の寸法に調整され、焦点外し距離Ｄfは設計値
となり、被施工部表面の単位面積当たりのエネルギ強度
が一定となる。

【００３９】

【発明の効果】本発明では、被施工部表面位置の基準位
置からのずれに応じて楔部材を昇降させ、上部プランジ
ャーをレーザトーチ外筒に対して径方向に変位させるこ
とにより、レーザトーチ外筒及び回転筒を配管の歪みに
従って径方向に変位させ、焦点外し距離を設計値に保っ
て被施工部表面の温度を全体的に一定且つ均一にして被
施工部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
効果を奏することができる。

【００４０】更に、本発明では、簡単な構成の楔部材を
用いることにより、上部プランジャーを径方向に容易、
確実に変位させて、レーザトーチ外筒及び回転筒を配管
の歪みに従って径方向に変位させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の使用状態を示す縦断面図で
ある。

【図２】本発明の一実施例の要部拡大縦断面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

【図４】図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。

【図５】楔部材の一実施例の縦断面図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ矢視図である。

【図７】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８】図７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９】図８のレーザ照射トーチ装置の回転筒を回転さ
せるための機構の部分における拡大縦断面図である。

【図１０】図７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被施工部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１１】レーザクラッディング装置が適用される管の
被施工部近傍の縦断面図である。

【符号の説明】

２ 配管 ４ 被施工部（塗布膜） １２ レーザトーチ外筒 １４ 回転筒 ２１ 集光レンズ ２２ レーザ光 ２４ 反射ミラー ２６ 光ファイバーケーブル ３０ 楔部材 ３１ 上部プランジャー ３１’上部プランジャー ３２ 回転筒挿通孔 ３３ 昇降杆接続孔 ３４ 斜面 ３５ 斜面 ４０ プランジャーホルダ ４０’プランジャーホルダ ４３ 押出し用スプリング ４４ 昇降杆 ４６ 下部プランジャー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管内を昇降するレーザトーチ外筒と、
   該レーザトーチ外筒の上部中心に設けられ前記配管の周
   方向へ回転し得る回転筒と、該回転筒内上部に収納され
   た集光レンズと、該集光レンズに向けてレーザ光を投射
   する光ファイバーケーブルと、前記回転筒内上部に収納
   され前記集光レンズで集光されたレーザ光を前記配管の
   径方向へ向け反射させて配管内周に塗布された被施工部
   に照射させる反射ミラーと、前記回転筒に昇降可能に嵌
   合され前記回転筒を挟む左右外側面に回転筒の軸心に対
   して傾斜した平行な斜面を有する楔部材と、前記レーザ
   トーチ外筒に対して前記斜面が向いた左右方向に移動可
   能に支持され、且つ前記楔部材の斜面と接する斜面を内
   側に有したプランジャーホルダと、該プランジャーホル
   ダに備えて押出し用スプリングにより前記斜面が向いた
   左右方向外方へ向けて付勢され前記配管の内周に当接す
   る上部プランジャーと、前記レーザトーチ外筒の側面か
   ら直径方向外方へ向けて付勢され前記配管の内周に当接
   する下部プランジャーと、前記楔部材の昇降を行う昇降
   杆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】 楔部材を、四角形のブロック体として該
   ブロック体の中心に回転筒挿通孔を設けると共に該ブロ
   ック体の片隅に回転筒挿通孔と平行な昇降杆接続孔を設
   け、前記ブロック体の周方向一辺側に上端が突出し下端
   が引っ込む方向の斜面を設け、前記ブロック体の前記一
   辺とは反対側の他辺側に上端が引っ込み下端が突出する
   方向の斜面を設けて形成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。