JPS60181700A - 放射性燃料要素および廃棄物質を収納するための容器のカバーおよび／又は底部を外套と自動的に或いは遠隔制御により溶接するための方法および装置 - 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】 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の方
法および特許請求の範囲第６項の上位概念に記載のこの
方法を実施するだめの装置に関する。

放射性物質、例えば照射された核燃料要素或いは銅鋳型
内に充填されガラス化された放射性分裂生成物は移送お
よび／又は貯蔵の目的で特別な収納容器内に収納されな
ければならない。

この収納容器は高い放射線遮蔽性、十分な冷却面並びに
高い安定性を有している。金属性の収納容器は放射性廃
棄物質の確実な密閉を保証する。金属性の収納容器は端
面が開いており、ここが収納口となる。

照射された核燃料要素或いは放射性の廃棄物質で満たさ
れた後このような移送容器および／又は貯蔵容器に端面
側の収納口において円筒形の密閉カバーが挿入され、こ
の密閉カバーは隣合っている容器外套と溶接される。収
納容器を肉厚の遮蔽力をもった密閉カバーで密に閉鎖す
ることにより、放射性物質は確実に生物環境から分断さ
れる。

照射された核燃料要素が放射性であることによシ、放射
性物質を充填された容器の溶接はいわゆるホットセル内
で行われる。このことから溶接を遠隔操作によシ或いは
自動的に行うことが望まれている。肉厚な容器部分相互
の良好で気密な溶接を達するだめ、特にナロウギャップ
溶接方法が適用される。このナロウギャップ溶接方法で
は収縮応力がほんの僅かしか生じない。

比較的大きな収縮応力は溶接シーム内において割れ形成
を招く。いわゆるナロウギャップ溶接方法は特に、材料
相互間の継ぎ目が比較的狭くなる肉厚な構造部分のため
に開発されたものである。

英国特許第１４４４４７９号には燃焼した燃料要素或い
は放射性の廃棄物質で満された容器を収納するだめの貯
蔵容器が記載されている○この貯蔵容器は、容器外套と
ディープギャップ溶接によシ溶接される円筒形の栓で密
閉される。

溶接工程自体に関する詳しい記載はこの公報から伺うこ
とはできない。

ドイツ連邦共和国公開特許公報第３１３８４８５号は放
射性物質の収納と保存のための容器並びにこの容器を密
閉するための方法に関する。この公開特許公報から、容
器壁と閉鎖カバーとが互いに溶接されることが伺がえる
。溶接技術に関する詳しい記述はこの公報からは伺うこ
とができない。

ヨーロッパ特許公報第００１２９６２号から、原子力産
業において使用される容器を自動的に溶接するだめの方
法および装置が知られているが、この方法および装置に
あっては溶接シームは換状の継ぎ目として形成される。

この装置の溶接電極は継ぎ目に沿って運動し。

継ぎ目側面上方を走る高さ走査部材および側面走査部材
を介して直接案内される。この公知の装置にあっては、
溶接装置は巡行し、溶接されるべき容器は定置されてい
る。第１の溶接位置の第一の溶接ビードは第一の溶接継
ぎ目側面と対置されて置かれる。溶接電極が他方の側面
に対して一定の傾斜運動の下に戻シ運動した後、次の溶
接ビードが第一のビードに対して位置ずれしてビード幅
分だけ形成される。同時に、その都度の継ぎ目幅を満た
すための溶接ビードの数を確認するために、その都度の
継ぎ目幅が測定される。溶接位置が多数の溶接ビードか
ら形成される場合は、全工程が再び前方から、第一の側
面に接した最も近い溶接位置の第一の溶接ビードから始
めて全継ぎ目が充填される。

本発明の根底をなす課題は、冒頭に記載の方法およびこ
の方法を実施するだめの装置を、よシ良い溶接結果が達
せられ、かつこの方法が自動的におよび／又は遠隔操作
により確実にかつ支障なく行われるように改善すること
である。

この課題は、方法および装置に関して特許請求の範囲第
１項および第６項の特徴部に記載の構成によって解決さ
れる。

本発明による有利なかつ合目的な解決策の他の構成は他
の特許請求の範囲に記載した。

、本発明によシ、放射性の燃料要素および放射性の廃棄
物質の収納および保存のだめの容器のカバ、−および容
器外套を溶接する際の溶接工程の自動的な経過が保証さ
れる。制御装置との組合せによる特別な走査部材は溶接
工程の全自動的な経過を可能にする。溶接継ぎ口内の材
料（カバーと容器壁）によって条件ずけられる幾伺学的
差は水平方向および垂直方向の制御のだめの走査部材に
よって検出され、かつ修正される。

異る溶接位置および溶接位置当シの溶接ビードは自動的
に置かれる。

溶接スラップの除去は同様に自動的にビット装ｆ府の振
動駆動されるビットおよびスパイク装置の振動駆動され
るスパイクを使用して行われる。このスパイク装置は、
ビットによって捉えられなかったスラップの残渣を残シ
なく取除くのに役立つ。この場合、スパイク装置は、全
溶接継ぎ目幅が一度時に加工されるように構成されてい
る。溶接継ぎ目の表面輪郭への適合を達するため、スパ
イク装置の個々のスパイクは互いに相対的に運動可能に
構成されている。

本発明にあっては、自体公知のナロウギャップ溶接が適
用される。なぜなら、この溶接方法により収縮応力を最
低限度に保つことができるからである。即ち、収縮応力
が比較的高２ことは、容器表面の歪みを訪因させ、溶接
シーム内の割れを招く。其上、これにより、通常の方法
で行われるセラミック材積層内における割れの発生を阻
止することができる。

本発明による方法にあっては−もちろん原理的には溶接
を保獲ガス下で行うことも可能ではあるが一白体公知の
サブマージアーク溶接が適用される。コンダクテイング
フラクスによる溶接の利点は、比較的大きな区間を長時
間にわたシ覆うことができることである。即ち溶接時間
は一般に長い時を要する。其上、サブマージアーク溶接
は他の利点、即ち溶接工程にあって消費されないフラッ
クスの部分が吸込まれ、次の溶接工程に使用される利点
をも有している。

本発明による方法と本発明による装置は特にいわゆるホ
ットセル内での溶接に適している。

なぜなら、全操作工程および監視工程が全自動的に遠隔
制御により行うことが可能であるからである。

以下に添付図面に図示した実施例につき本発明を詳説す
る。

図面には、貯蔵する目的で放射性燃料要素と廃棄物質を
収納するだめの容器２が図示されている。この容器は外
套４と、カバー８で閉じられてｂる充填開口６とを備え
ている。カバーは栓の形をしているのが有利であシ、下
方の外側の環状フランジ１０で容器外套４の内側の環状
段差部１２に載っている。栓８と外套４はそれらの外側
および内側において、継ぎ目１４が形成され、この継ぎ
目全体にわたってカバーと容器外套とが互すに溶接され
るように加工されている。継ぎ月１４は比較的狭い間隙
であり、この狭い間隙にわたってカバーと容器外套間の
信頼性をもった結合と確実な封隙が達せられるように、
自体公知のナロウギャップ溶接方法が適用される。この
ナロウギャップ溶接方法は特に溶接すべき部分の狭い継
ぎ目と大きな断面のために開発されたものである。

容器を溶接するだめの装置はモータにより駆動されるタ
ーンテーブル１６と殆んど定置状態で設けられている溶
接装置１８とを備えている。

全溶接装置１８は一以下に更に詳しく述べる一一連の個
々の要素から成る。容器２はターンテーブル１６上に置
かれ、このターンテーブルにより溶接装置１８の傍らを
、継ぎ目１４内に溶接シームが形成されるように、（回
転方向−矢印１９の方向で）回転させられる。

溶接工程は自動的に経過する。との目的のため、プロセ
ス計算機２８が設けもれており、この計算機内にその都
度の溶接継ぎ目の寸法、例えば幅、深さ、継ぎ目側面の
傾斜等のデータ並びに溶接位置の高さおよび数−１溶接
位置当りのビードの数等のデータが記憶される。更に、
高さ制御のだめの走査部材２０が設けられておシ、この
走査部材はその都度の溶接位置の高さを走査し、その測
定信号を連続的にプロセス計算機３８に与える。プロセ
ス計算機２８は所定の記憶されたデータおよび測定信号
に依存して溶接装置１８の高さ制御および側面制御のだ
めの制御信号を発生させる。

ターンテーブル１６上に載っている容器２−の場合によ
って生じる半径方向の衝撃を均衡するため、栓或いはカ
バー８或いは容器の外套４の表面に、溶接装置１８の案
内に役立つ周囲案内面３４或いは周囲案内溝３６が形成
される。相応する案内面として、容器外套の外面も十分
正確に加工されている場合その役を果すことができる。

溶接継ぎ目の寸法のための定まった特性の代シに、高さ
制御のための走査部材２０に附加して溶接装置１８の側
方制御のための他の走査部材２２が設けられる（第２図
において鎖線で示した）。両走査部材の測定信号はプロ
セス計算機内で相応して溶接装置のだめの制御信号を発
生させるために加工される。

個別に制御可能な二つの溶接電極２４と２６をいわゆる
先行バーナ（Ｖｏｒｌａｕｆｂｒｅｎｎｅｒ）もしくは
後行バーナ（Ｎａｃｈｌａｕｆｂｒｅｎｎｅｒ　）とし
て設けるのが有利である。この場合、後行バーナを一先
行バーナ２４に対して後方へ位置ずれして設けられる以
外に側方へも位置ずれしても設けられる。溶接継ぎ目方
向に対して横方向での両溶接電極２４と２６の間隔は二
つの溶接ビード間の間隔にほぼ等しい。したがって二つ
の電極で二ツノヒニド２７を同時におくことがテキル〇
溶接位置当シの異る溶接位置３１と溶接ビードは、高さ
走査のためのセンサもしくは側函走査のためのセンサを
用いて溶接シーム２９のその都度の全高さおよび溶接継
ぎ目の内部輪郭に依存して自動的に形成される。走査部
材２０と２２−の信号はとの目的でプロセス計算機２８
に供給され、このプロセス計算機は電極の高さ位置と側
方位置を制御するための装置を制御する。

走査部材は容量性或いは誘導性を基礎として働く。走査
部材２２の側方制御はターンテーブル上に載っている容
器の半径方向の振動をも均　衡する。夕、−ンテーブル
１６およびこれに伴い容器２０回転速度と同期されてい
る。回転速度の制御はプロセス計算機２８によって導線
３２を介して行われる（第６図参照）。

第１図から、だいたいどのようにして個々の溶接位置３
１と溶接ビード２７がおかれるかが伺える。その都度の
継ぎ目幅に相応して、領域ａ、内にお馳て位置当シのビ
ード形成が開始される。例えば領域ａ！　の開始時に、
一定の幅が達せられた後、溶接装置が自動的に一層溶接
から二層溶接へと交番され、領域ａ、を通過した後自動
的に三層−溶接へと交番される。その都度の継ぎ目が同
様に走査部材と電気的な制御装置を介して検出される。

溶接の際、溶融池を雰囲気からの影響、特に酸素および
窒素からの影響から保護するため、保護ガス或いは溶接
フラックス下に作業を行わなければならない。サブマー
ジアーク溶接が有利である。なぜなら保護ガスは比較的
大きな区間を長時間にわたって覆うことはできず、更に
多量のガス消費を要するからである。本願で問題として
いる様式の容器にあっては溶接時間は常に約８〜１０時
間である。溶接フラックスによシ比較的広い範囲を覆う
ことが可能である。

冥土、溶接フラックスを使用することは、消費されなか
ったフラックスの一部分を循環させて溶接工程に再び供
給することができると云う利点を有している。この目的
のため一第２図。

第４図および第６図に関連して一走査部材２０゜２２の
後方にフラックス供給管６８が設けられる。このフラッ
クス供給管３８の出口は溶接継ぎ目１４の上方でかつ溶
接電極２４と２６の手前に存在しておシ、このフラック
ス供給管を介して溶接フラックスが溶融池に供給される
。消費されなかった過剰の溶接フラックスは、溶接電極
２４．２６の後に設けられている吸込み装置４０によっ
て吸取られ、（図示していない）フラックス供給管に再
び供給される。参照符号４１と４３で、第２図に自体公
知の溶接ワイヤ送り装置を（概略）図示した。

スラッジ層を除去するため、ビット装置４２が設けられ
ている。ビット４４は空圧シリンダ４６を介して振動に
よシ作動され、この際溶接シーム上に存在している溶接
スラッジ層を破砕スル。ピッド４４の作業領域内におい
てこのビットからたたき出される部分が飛散するのを避
けるため、機械的被覆装置４８が設けられている（第６
図参照）。

ビット４４の後には、このビットによってたたき出され
たスラップ部分を吸込むための吸込みノズル５０が存在
している。この吸込みノズルは（図示していない）負圧
源に接続されている０ ビット４４では全部のスラップ部分の除去は不可能なの
で、更にスラップの最後の残渣をも除去するためスパイ
ク装置５２が設けられている。このスパイク装置は両方
向に働く空圧のシリンダ５４を有しており、このシリン
ダを介して案内部５６内で摺動可能な鋼製の多数のスパ
イク５８が駆動される。これらの鋼製スパイクは、溶接
シームの表面の輪郭に適合するため、軸方向で弾性的に
支承されているのが有利である。スパイク装置５２の後
にはこのスパイク装置によってたたき出されるスラッグ
片を吸取るための他の吸込みノズル６０が設けられてい
る。

吸込みノズルは長方形の入口断面を有している。この長
方形の入口断面の長辺は少なくとも最大のシーム幅と同
じ寸法である。溶接位置の深さおよびこの位置において
その都度存在する継ぎ目幅に依存してノズルは継ぎ目幅
全体および溶接シーム幅全体が吸込み作用を受けるよう
に、傾斜されている。吸込みノズル５０．６０の傾斜位
置を自動的に設定するため、これらの吸込みノズルは弾
性部材によシ横位置で予緊張して設けられておシ、これ
らノズルの正確な角度位置は継ぎ目の側面を走査する走
査部材６２による走査によシ保証される。

溶接シーム形成が終った後、同じ溶接装置で更に、耐腐
食性物質を用いて肉盛溶接を行うことが可能である。

第２図には高さ制御と側面制御のだの走査部材が、互い
に並べて図示されている。しかし、両走査部材を、第５
図に示すように相前後して設けることもできる。溶接シ
ーム２９は光学的に例えば溶接装置１８に固定して設け
られるテレビカメラ６４によシ調整される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明により互いに溶接されているカバーと容
器外套の部分断面図、 第２図は本発明による溶接方法を実施するだめの装置の
部分図およびこの装置の相互のおよびカバーと容器外套
間の溶接継ぎ目に対する相対的な配設図、 第３図は本発明による溶接方法を実施するための装置の
他の部分の概略図およびこの装置の相互のおよびカバー
と容器外套間の継ぎ目領域内での配設図、 第４図は円筒形の栓で密閉された容器の平面概略図であ
るが、この方法を実施するだめの装置の個々の構造部分
の位置が一緒に概略図示されている、 第５図は全装置およびこの装置相互の相対的な配設とを
示す概略図、 第６図は（概略図示した）溶接ステーションにおけるカ
バーと容器間の溶接すべき継ぎ目の傍らを通過するター
ンテーブル上に載っている溶接すべき容器の概略透視図
。 図中符号は ２−−−−−一容器 １６−−−−−−収納装置 １９−−−−、−溶接装置 ２４．２６−−−−溶接電極 ４２．５２，５０．６０−−一溶接スラッグ除去装置 代理人　江　崎　光　好 代理人　江崎光史 第１頁の続き ０発　明　者　ギュンテル拳ガイゼル　トド　ル ■出　願　人　ヌーケム・ゲゼルシャ　ドツト・ミド・
ベシュレ　セ ツクテル・ハフラング イツ連邦共和国、ライメンーガウアンゲルロツホ、ウア
トブリツク、６ イツ連邦共和国、ハナウ１１、ローデンパツヒエル・シ
ョー、６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　容器外套と容器カバーもしくは容器底部間の間隙
   の状態を検出する少くとも一つの走査部材を使用して、
   三次元方向で運動可能な少くとも一つの溶接ヘッドをホ
   査部材から発生される信号を評価する制御装置を介して
   、間隙に沿って案内して上下におよび位置ずれして形成
   される多数の溶接ビードおよび溶接位置から成る自体完
   成された溶接シームを形成−して行う様式の、ナロウギ
   ャップ溶接方法を適用して放射性燃料要素および廃棄物
   質を収納しかつ保存するだめの容器のカバーおよび／又
   は底部を外套とホットセル内で自動的におよび／又は遠
   隔操作により溶接する方法において、充填されていて、
   挿入或いは載置されているカバーおよび／又は底部を備
   えた容器をその縦軸線を中心にして回転させること、容
   器外套と容器カバーおよび／又は容器底部との間の間隙
   もしくは継ぎ目を走査部材と溶接ヘッドに沿って案内さ
   せること、および溶接工程が終了した後形成される溶接
   スラップを除去することを特徴とする、上記方法０２　
   溶接スラップを破砕或いはただき出しかつ吸取る′、前
   記特許請求の範囲第１項に記載の方法。 五　溶融池を保護するため間隙内でのもしくは継ぎ目内
   での溶接を、溶接帯域の手前で継ぎ目内に入れられかつ
   溶接帯域の後方で再び吸取られる溶接フラックスの使用
   の下で行う、前記特許請求の範囲第１項に記載の方法０
   ４、　溶融池を保護す名ため間隙内でのもしくは継ぎ目
   内での溶接を、溶接工程後吸取られる保護ガスの下に行
   う、前記特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ５、　溶接工程後および溶接スラップを除去した後火に
   耐腐食性の物質で肉盛溶接を行う、特許請求の範囲第１
   項から第４項までのうちのいずれか一つに記載の方法。 ＆　三次元方向で運動可能に形成されていてかつ制御装
   置によシ間隙および継ぎ目状態に従って案内可能な少く
   とも一つの溶接ヘッドを有する溶接装置により上記溶接
   方法を実施するだめの装置において、容器（２）を収納
   しかつ溶接装置（１８）の傍らを回転運動させるだめの
   装置（１６）、少くとも一つの溶接、電極（２４，２６
   ）を備えた平型溶接ヘッドとして形成された溶接ヘッド
   および溶接スラップを溶接シームから取除くだめの装置
   （４２，５２，ｓｏ、６０）を備えていることを特徴と
   する、上記装置。 ２　装置が容器を収納しかつ回転させるため、容器が垂
   直方向で位置決めされて載置されるターンテーブル（１
   ６）を備えでおシ、カつ溶接ヘッドがターンテーブルの
   上方で容器カバー（８）の上方或いはその側方に設けら
   れている、前記特許請求の範囲第６項に記載の装置。 ａ　装置が溶接スラップを取除くため振動駆動される少
   くとも一つのビット（４４）およびこのビットの後方に
   設けられている吸込みノズル（５０）を備えた吸込み装
   置とを備えている、前記特許請求の範囲第６項に記載の
   装置。 ２　装置が溶接スラップを取除くためビット（４４）で
   捉えられないスラップ残渣部分を解離するだめの少くと
   も一つのスパイク装置（５２）並びにこのスパイク装置
   の後方に他の吸込みノズル（６０）とを附加的に備えて
   いる、前記特許請求の範囲第８項に記載の装置。 １０　スパイク装置が軸方向で案内され、かつ運動可能
   な多数の鋼製スパイク（５８）と溶接シームの全幅を擦
   過する作業面とを有している、前記特許請求の範囲第９
   項に記載の装置。 １１、鋼製スパイクが互いに相対的に運動可能に形成さ
   れている、前記特許請求の範囲第１０項に記載の装置。 １Ｚ　鋼製スパイクが軸方向で弾性的に支承されている
   、前記特許請求の範囲第１０項或いは第１１項に記載の
   装置。 １３、ビット装置（４２）とスパイク装置（５２）とが
   加圧媒体によシ作動される、特許請求の範囲第６項から
   第１２項までのうちのいずれか一つに記載の装置。 １４、ビット装置のビットおよびスパイク装置のスパイ
   クが両方向で働くシリンダにより空気圧で駆動される、
   前記特許請求の範囲第１３項に記載の装置。 １５、吸込みノズルが長方形の入口断面を有しておυ、
   この長方形の入口断面の長辺が少くとも間隙および継ぎ
   目の最大幅にほぼ担当し、その短辺が間隙および継ぎ目
   （１４）の最大幅よシも小さい、前記特許請求の範囲第
   ８項或いは第９項に記載の装置。 １６、吸込みノズルの入口開口が少くとも一つの長方形
   対角線で常に間隙および継ぎ目のその都度の幅を覆うよ
   うに吸込みノズル（５０゜６０）の傾斜位置を□制御す
   るだめの装置が設けられている、前記特許請求の範囲第
   １５項に記載の装置。 １７　制御装置が吸込みノズルの位置を制御し、かつ間
   隙および継ぎ目の側面を走査する走査部材（６２）を備
   えている、前記特許請求の範囲第１６項に記載の装置。 １ａ　溶接スラップを取除くだめの装置の作用領域内に
   およびビット装置および／又はスパイク装置の作用領域
   内に溶接継ぎ目を覆う被覆装置（４８）が設けられてい
   る、特許請求の範囲第１６項から第１７項までのうちの
   いずれか−らに記載の装置。 １９、　溶接シームを光学的に監視するための装置が設
   けられている、特許請求の範囲第６項から第１８項まで
   のうちのいずれか一つに記載の装置。 ２０、光学的な監視装置が回転しない溶接装置に設けら
   れたテレビカメラ（６４）である、前記特許請求の範囲
   第１９項に記載の装置０２１、溶接ヘッド（２４，２６
   ）の前方に溶接フシックス供給装置の溶接フラックス供
   給管（３８）が、溶接ヘッドの後方には消費されなかっ
   た溶接フラックスのための吸込み装置（４０）が設けら
   れている、特許請求の範囲第６項から第２０項までのう
   ちのいずれか一つに記載の装置。 ２２、容器のカバー或いは外套上に継ぎ目側面に対して
   平行に参照線および参照面として役立ちかつ溶接装置（
   １９）を案内するだめの円周案内面（３４）および／又
   は円周案内溝（３６）が形成されている、特許請求の範
   囲第６項から第１２項までのうちのいずれか一つに記載
   の装置。 ２５　容器外套の外周が溶接装置の案内のだめの参照線
   として働く、前記特許請求の範囲第２２項に記載の装置
   。 ２４、溶接継ぎ目の子め与えられた寸法、溶接シームの
   予め与えられた構造および溶接シームの高さを走査する
   走査部材（２０）の測定信号に依存して溶接装置（１８
   ）の側面制御および高さ制御のための制御信号を発生さ
   せるプロセス計算機（２８）が設けられている、特許請
   求の範囲第６項から第２３項までのうちのいずれか一つ
   に記載の装置。 ２５、継ぎ目側面の状態を走査するだめの側面走査部材
   （２２）が附加的に設けられている、前記特許請求の範
   囲第２４項に記載の装置〇