JPWO2012093676A1 - セーフエンド用配管の溶接方法、固定治具および溶接装置 - Google Patents

Abstract

管台５とセーフエンド１０とを溶接するセーフエンドの溶接方法において、管台５とセーフエンド１０との間に形成される開先部Ｋは、管台５の端面から突出する管台側突出部７１と、セーフエンド１０の端面から突出するセーフエンド側突出部７２とを突き合わせることで形成され、管台側突出部７１の突出方向の長さＬ１は、セーフエンド側突出部７２の突出方向の長さＬ２に比して長くなっており、管台５が鉛直方向の上方側に位置し、セーフエンド用配管１０が鉛直方向の下方側に位置した状態で、開先部Ｋに溶接を行う溶接工程を備え、溶接工程では、開先部Ｋの溶接に用いられる溶接ワイヤが、管台側突出部７１を構成する材料と同じ材料である。

Description

本発明は、管台とセーフエンド用配管とを溶接するセーフエンド用配管の溶接方法、セーフエンド用配管の溶接方法に用いられる固定治具および溶接装置に関するものである。

従来、原子炉圧力容器に設けられたノズル（管台）に溶接されたセーフエンドを取り替えるセーフエンドの取替え方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この取替え方法では、ノズルおよびセーフエンドの軸方向が水平方向となった状態で溶接が行われている。

特開昭５９−１９２９９５号公報

ところで、管台とセーフエンドとの間に形成される開先部を、管台と同じ材料の溶加材を用いて溶接することで、溶接部を形成した場合、溶接部には、管台側の材料とセーフエンド側の材料とが溶融して溶け込む溶融部分が形成される。溶接部周りの品質を良好なものとするためには、溶融部分の範囲は小さい方が好ましい。しかしながら、従来の溶接方法では、管台およびセーフエンドの軸方向が水平方向となっており、溶融した管台側の材料とセーフエンド側の材料とが、互いに重力方向に移動して溶け込むこととなる。このため、従来の溶接方法では、溶融部分の範囲を抑制することは困難である。

そこで、本発明は、管台とセーフエンド用配管との間に形成される開先部を溶接した溶接部周りの品質を好適なものとすることができるセーフエンド用配管の溶接方法、固定治具および溶接装置を提供することを課題とする。

本発明のセーフエンド用配管の溶接方法は、管台と、管台および配管をつなぐセーフエンド用配管とを溶接するセーフエンド用配管の溶接方法において、管台とセーフエンド用配管との間に形成される開先部は、管台の端面から突出する管台側突出部と、セーフエンド用配管の端面から突出するセーフエンド側突出部とを軸方向に突き合わせることで形成され、管台側突出部の突出方向における長さは、セーフエンド側突出部の突出方向における長さに比して長くなっており、管台が鉛直方向の上方側に位置する一方で、セーフエンド用配管が鉛直方向の下方側に位置した状態で、開先部に対し溶接を行う溶接工程を備え、溶接工程では、開先部の溶接に用いられる溶加材が、管台側突出部を構成する材料と同じ材料であることを特徴とする。

この構成によれば、管台が鉛直方向の上方側に位置し、セーフエンド用配管が鉛直方向の下方側に位置した状態で溶接することができる。このため、管台側突出部と同じ材料となる溶加材を用いて開先部を溶接すると、溶融する溶加材により、セーフエンド側突出部の一部が溶融する。このとき、溶融するセーフエンド側突出部は、重力により鉛直方向の下方側へ向けて移動し易くなることから、溶融するセーフエンド側突出部は、溶融する溶加材に溶け込み難くなる。また、管台側突出部の突出方向における長さは、セーフエンド側突出部の突出方向における長さに比して長くすることができる。このため、セーフエンド側突出部が溶融する範囲を小さいものとすることができる。これにより、溶融する溶加材と、溶融するセーフエンド側突出部とが溶け込む溶融部分の範囲を小さいものとすることができるため、開先部を溶接して得られる溶接部周りの品質を好適なものとすることができる。

この場合、溶接工程では、開先部に対し、水平方向から溶接を行うことが好ましい。

この構成によれば、開先部に対して水平方向から溶接することができるため、開先部へ向けて溶加材を好適に溶融させることができる。

この場合、管台側突出部は、管台を構成する材料と異なる材料を溶加材として用いて、管台の端面に肉盛溶接される肉盛溶接部を加工して形成されていることが好ましい。

この構成によれば、肉盛溶接部として、例えば、インコネル（登録商標）等のニッケル基の合金鋼を用いることにより、管台とセーフエンド用配管との間を、耐熱性や耐蝕性の優れたものとすることができる。

本発明の固定治具は、上記のセーフエンド用配管の溶接方法に用いられ、管台を所定の位置に固定する固定治具であって、管台は、容器の外面から突出するように設けられており、容器を載置可能な容器載置部と、容器載置部を支持する容器支持部と、容器支持部と容器載置部との間に設けられ、管台の突出方向が鉛直方向の下方側を向くように、容器支持部に対し容器載置部を回動させる回動部と、回動部による回動を規制して、容器載置部を固定する位置規制部と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、容器を容器載置部に載置し、回動部を介して容器支持部に対し容器載置部を回動させることで、管台の突出方向が鉛直方向の下方側を向くように、簡単に移動させることができる。

この場合、容器には、外面から突出する突出部が設けられており、容器載置部は、突出部を受けて位置決めする受け部を有していることが好ましい。

この構成によれば、容器載置部に容器を簡単に位置決めすることができる。

本発明の溶接装置は、上記のセーフエンド用配管の溶接方法に用いられ、管台とセーフエンド用配管との間に形成される開先部に対し、溶接を行う溶接装置であって、セーフエンド用配管の周方向に設けられたレールと、レール上を自走する自走移動部と、自走移動部に設けられ、開先部に対し溶接を行う溶接ヘッドと、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、溶接ヘッドは、自走移動部によりレールに沿って移動しながら、開先部に対し簡単に溶接することができる。

本発明のセーフエンド用配管の溶接方法、固定治具および溶接装置によれば、溶加材とセーフエンド側突出部とが溶け込む溶融部分の範囲を小さいものとすることができるため、開先部を溶接することで形成される溶接部周りの品質を好適なものとすることができる。

図１は、実施例１に係る溶接方法の溶接対象となる管台が設けられた水室鏡の断面図である。 図２は、水室鏡を傾斜させた状態で固定した固定治具の側面図である。 図３は、水室鏡を水平にした状態で固定した固定治具の側面図である。 図４は、水室鏡を水平にした状態で固定した固定治具の平面図である。 図５は、管台を溶接する溶接装置の構成図である。 図６は、実施例１の溶接方法における溶接前の開先部の説明図である。 図７は、実施例１の溶接方法における仮止め後の開先部の説明図である。 図８は、実施例１の溶接方法における仮外面溶接後の開先部の説明図である。 図９は、実施例１の溶接方法における裏はつり後の開先部の説明図である。 図１０は、内面溶接後の開先部に関する説明図である。 図１１は、外面溶接後の開先部に関する説明図である。 図１２は、実施例２に係る溶接方法の溶接対象となる管台を溶接する溶接装置の構成図である。 図１３は、実施例２の溶接方法における溶接前の開先部の説明図である。 図１４は、実施例２の溶接方法における溶接中の開先部の説明図である。 図１５は、実施例２の溶接方法における溶接後の開先部の説明図である。 図１６は、実施例２の溶接方法における後処理後の開先部の説明図である。 図１７は、実施例３の溶接方法における溶接前の開先部の説明図である。 図１８は、実施例３の溶接方法における溶接中の開先部の説明図である。 図１９は、実施例３の溶接方法における溶接後の開先部の説明図である。 図２０は、実施例３の溶接方法における後処理後の開先部の説明図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係るセーフエンド用配管の溶接方法、この溶接方法に用いられる固定治具および溶接装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

本実施例に係るセーフエンド用配管の溶接方法は、容器の外面に設けられた管台と、セーフエンド用配管（以下、セーフエンドという）とを溶接により接続する方法である。この溶接方法では、固定治具により容器を所定の位置に固定した状態で、溶接装置により管台とセーフエンドとを溶接している。ここで、溶接対象となる容器は、例えば、加圧水型原子炉に用いられる蒸気発生器の圧力容器であり、特に、圧力容器の鉛直方向の下方側にある水室鏡である。なお、本実施例では、容器として水室鏡に適用して説明するが、管台を有する容器であれば、いずれであってもよい。以下、図１を参照して、溶接対象となる水室鏡について説明する。

図１は、本実施例に係る溶接方法の溶接対象となる管台が設けられた水室鏡の断面図である。図１に示すように、水室鏡１は、図示しない圧力容器の一部を構成しており、内部が中空となる半球形状に形成されている。水室鏡１は、鉛直方向の上方側が開口側となっており、鉛直方向の下方側が底部側となっている。水室鏡１は、開口面が水平となる状態が水平状態となり、開口面が傾斜となる状態が傾斜状態となる。水室鏡１は、例えば、低合金鋼で構成されており、水室鏡１の底部には、その外面１ａから外側へ向けて突出する管台５と、内部と外部と連通するマンホール６とが設けられている。

管台５は、水室鏡１の外面１ａから突出する突出方向が軸方向となる円筒形状に形成されており、軸方向において水室鏡１の内部と外部とを連通する連通口５ａが形成されている。この管台５の端面には、セーフエンド１０が溶接される。セーフエンド１０は、ステンレス鋼で構成され、管台５と配管（図示省略）との間をつなぐ短管である。セーフエンド１０を介して管台５に接続される配管は、ステンレス鋼で構成されていることから、予め管台５にステンレス鋼で構成されたセーフエンド１０を溶接することで、セーフエンド１０と配管とを同じ材料とすることができる。これにより、セーフエンド１０を介して管台５に配管を簡単に溶接することが可能となる。また、マンホール６は、水室鏡１の内部への作業通用口となっている。

次に、図２ないし図４を参照して、水室鏡１を固定する固定治具２０について説明する。図２は、水室鏡を傾斜させた状態で固定した固定治具の側面図であり、図３は、水室鏡を水平にした状態で固定した固定治具の側面図であり、図４は、水室鏡を水平にした状態で固定した固定治具の平面図である。図２ないし図４に示すように、固定治具２０は、水室鏡１を回動可能に支持しており、水室鏡１を回動させることで、管台５の突出方向を鉛直方向の下方側となるように移動させて固定している。

固定治具２０は、水室鏡１を載置する水室鏡載置部（容器載置部）２５と、水室鏡載置部２５を支持する支持部（容器支持部）２６と、水室鏡載置部２５と支持部２６との間に設けられた回動機構（回動部）２７と、回動機構２７による回動を規制する位置規制部２８とを備えている。

図４に示すように、水室鏡載置部２５は、水室鏡１の開口側における直径よりも大径となる円環状の載置枠３１と、載置枠３１から径方向中心側へ向けて突出するように設けられた複数の受け部３２とを有している。載置枠３１は、その内側に水室鏡１を収容可能となっている。この載置枠３１の外周面には、１８０°対向する位置（図示左右側）に、回動機構２７の回動軸Ｔが一対設けられており、載置枠３１は、一対の回動軸Ｔを結ぶ軸線Ｌを中心に回動可能に構成されている。また、載置枠３１の外周面には、軸線Ｌに直交する線上の一方の位置（図示上側）に、後述する位置決め棒４５の一端が取り付けられる上側棒取付部３３が設けられ、軸線Ｌに直交する線上の他方の位置（図示下側）に、後述する連結ワイヤ４６の一端が取り付けられる上側連結取付部３４が設けられている。

なお、図１では、図示は省略したが、図２ないし図４に示すように、水室鏡１の外面１ａには、複数の突出部７が設けられている。本実施例では、複数の突出部７は４つ設けられ、４つの突出部７は、水室鏡１の外面１ａに対し、９０°ずつ位相をずらして、等間隔に設けられている。そして、本実施例では、複数の受け部３２は、突出部７に応じて４つ設けられ、４つの受け部３２は、載置枠３１に対し、９０°ずつ位相をずらして、等間隔に設けられている。これにより、４つの受け部３２は、４つの突出部７を受けて位置決めすることができる。なお、４つの受け部３２は、水室鏡１の大きさに応じて、径方向への突出長さを変更可能に構成してもよい。

よって、水室鏡載置部２５は、載置枠３１の内側に水室鏡１が収容されると、水室鏡１の複数の突出部７が複数の受け部３２によって受けられ、これにより、水室鏡１は、水室鏡載置部２５に位置決めされる。

支持部２６は、地面上に配設された支持台３７と、支持台３７上に立設した一対の支持脚３８とを有している。支持台３７には、上側棒取付部３３の下方の位置に、後述する位置決め棒４５の他端が取り付けられる下側棒取付部３９が設けられ、上側連結取付部３４の下方の位置に、後述する連結ワイヤ４６の他端が取り付けられる下側連結取付部４０が設けられている。

一対の支持脚３８は、水室鏡載置部２５を挟んで軸線Ｌの両側に設けられており、回動機構２７を介して水室鏡載置部２５を支持している。各支持脚３８は、鉛直方向の上方側から下方側へ向けて二股に分かれた形状となっている。一対の支持脚３８の鉛直方向の上方側には、回動機構２７の軸受部４１がそれぞれ設けられている。

回動機構２７は、上記の載置枠３１に設けられた一対の回動軸Ｔと、上記の一対の支持脚３８に設けられた一対の軸受部４１とを有している。よって、一対の軸受部４１に対し、一対の回動軸Ｔが回動することで、一対の支持脚３８に対し、載置枠３１が回動する。

位置規制部２８は、上側棒取付部３３と下側棒取付部３９との間を連結する位置決め棒４５と、上側連結取付部３４と下側連結取付部４０との間を連結する連結ワイヤ４６とを有している。位置決め棒４５は、長尺の位置決め棒４５ａと、短尺の位置決め棒４５ｂとがあり、水室鏡１を水平状態とする場合は、短尺の位置決め棒４５ｂを用いて、上側棒取付部３３と下側棒取付部３９との間を連結する。一方で、水室鏡１を傾斜状態とする場合は、長尺の位置決め棒４５ａを用いて、上側棒取付部３３と下側棒取付部３９との間を連結する。連結ワイヤ４６は、水室鏡１が傾斜状態のときに、上側連結取付部３４と下側連結取付部４０との間を連結する。これにより、位置規制部２８は、連結ワイヤ４６を用いることで、水平状態よりも不安定となる傾斜状態の水室鏡１をより強固に固定することが可能となる。

従って、固定治具２０を用いて水室鏡１を固定する場合、先ず、短尺の位置決め棒４５ｂを取り付けて、載置枠３１を水平状態に固定し、この状態で、水室鏡１を水室鏡載置部２５に位置決めして固定する（図３参照）。この後、短尺の位置決め棒４５ｂを取り外し、回動機構２７を介して支持部２６に対し水室鏡載置部２５を回動させることで、管台５の突出方向が鉛直方向の下方側となるように移動させる。そして、長尺の位置決め棒４５ａを取り付けて、載置枠３１（水室鏡１）を傾斜状態に固定する（図２参照）。これにより、管台５は、セーフエンド１０に対し鉛直方向の上方側に位置することとなり、また、セーフエンド１０は、管台５に対し鉛直方向の下方側に位置することとなる。この状態で、下記する溶接装置５０を用いて、管台５とセーフエンド１０とを溶接する。

続いて、図５を参照し、溶接装置５０について説明する。図５は、管台を溶接する溶接装置の構成図である。この溶接装置５０は、管台５とセーフエンド１０とを軸方向に突き合わせることにより全周に形成された開先部Ｋに対して溶接を行うものである。溶接装置５０は、セーフエンド１０に設けられたレール５５と、レール５５上を自走可能な自走移動部５６と、自走移動部５６に取り付けられた溶接ヘッド５７とを備えている。

溶接ヘッド５７は、溶接電極６０と、ＡＶＣ軸６１と、図示しないワイヤノズルとを備えている。溶接ヘッド５７は、アーク溶接として、例えば、ＴＩＧ溶接を実行可能に構成されており、溶接電極６０は、タングステン等を用いて構成されている。溶接電極６０は、鉛直方向に突き合わせて形成された開先部Ｋに対して、直交する水平方向から溶接可能なように配設されている。ＡＶＣ（Arc Voltage Control）軸６１は、溶接電極６０と溶接面との間の距離を調整するものであり、図示しない制御装置によって制御されている。ＡＶＣ軸６１は、溶接電極６０と溶接面との間における電圧が一定となるように、溶接面に対する溶接電極６０の距離を制御することで、溶接面に対する溶接電極６０の距離を一定としている。ワイヤノズルは、供給される溶接ワイヤ（溶加材）を、溶接電極６０に対し、所定の供給位置へ供給している。ここで、開先部Ｋを溶接する際に用いられる溶接ワイヤは、インコネル（登録商標）等のニッケル基の合金鋼で構成されている。

レール５５は、セーフエンド１０の内周面に設けられた内周レール５５ａと、セーフエンド１０の外周面に設けられた外周レール５５ｂとを有している。内周レール５５ａおよび外周レール５５ｂは、セーフエンド１０の周面に沿って周方向に延設されている。

自走移動部５６は、レール５５上を所定の速度で移動するものである。なお、ワイヤノズルへ向けて溶接ワイヤを供給するワイヤリール５８は、自走移動部５６に取り付けられている。

従って、溶接装置５０は、溶接ヘッド５７により開先部Ｋに溶接を行う場合、溶接電極６０からアーク放電を発生させて、ワイヤノズルから供給される溶接ワイヤを溶融することで、開先部Ｋに溶接を行う。このとき、溶接ヘッド５７は、自走移動部５６によりレール５５上を移動しながら、開先部Ｋの全周に亘って溶接を行う。ここで、開先部Ｋを外周側から溶接する場合、溶接装置５０を２台用い、外周レール５５ｂ上において、２台の溶接装置５０が対向するように、１８０°位相をずらして配置する。そして、外周レール５５ｂ上において、２台の溶接装置５０を同方向に周回させて溶接を行うことで、２台の溶接装置５０が半周すれば、開先部Ｋの全周に亘って溶接を行うことができる。一方で、開先部Ｋを内周側から溶接する場合、溶接装置５０を１台用い、内周レール５５ａ上において、１台の溶接装置５０を周回させて溶接を行う。

次に、図６ないし図１１を参照して、固定治具２０および溶接装置５０を用いたセーフエンド１０の溶接方法について説明する。図６は、溶接前の開先部に関する説明図であり、図７は、仮止め後の開先部に関する説明図であり、図８は、仮外面溶接後の開先部に関する説明図である。また、図９は、裏はつり後の開先部に関する説明図であり、図１０は、内面溶接後の開先部に関する説明図であり、図１１は、外面溶接後の開先部に関する説明図である。この溶接方法では、開先合わせ工程と、仮止め工程と、第１外面溶接工程と、裏はつり工程と、内面溶接工程と、第２外面溶接工程とを順に行っている。なお、開先合わせ工程および仮止め工程は、固定治具２０に水室鏡１を固定する前に行われている。

図６に示すように、開先合わせ工程では、管台５とセーフエンド１０とを軸方向に突き合わせることで、全周に亘って開先部Ｋを形成している。ここで、開先部Ｋ周りの構成について具体的に説明する。管台５とセーフエンド１０との間に形成される開先部Ｋは、管台５の端面から突出する管台側突出部７１と、セーフエンド１０の端面から突出するセーフエンド側突出部７２とを軸方向に突き合わせることで形成されている。管台側突出部７１は、インコネル（登録商標）等のニッケル基の合金鋼を用いて、管台５の端面に肉盛溶接された肉盛溶接部７５を加工して形成されている。セーフエンド側突出部７２は、セーフエンド１０の端面を加工して形成されている。このとき、管台側突出部７１の突出方向における長さＬ１は、セーフエンド側突出部７２の突出方向における長さＬ２に比して長く形成されている。

図７に示すように、開先合わせ工程後の仮止め工程では、管台５とセーフエンド１０とを連結ピース８０により連結する。連結ピース８０は、長方体のブロック形状に形成され、管台５およびセーフエンド１０の内周面に沿って周方向に複数設けられている。連結ピース８０は、その長手方向の一端が管台５の内周面に取り付けられ、その長手方向の他端がセーフエンド１０の内周面に取り付けられている。

図８に示すように、仮止め工程後の第１外面溶接工程では、２台の溶接装置５０を用いて、開先部Ｋの外周側から水平方向に溶接を行うことで、溶接部Ｍ１を形成する。このとき、溶接装置５０で用いられる溶接ワイヤは、管台側突出部７１と同じ材料であるニッケル基の合金鋼が用いられる。第１外面溶接工程では、溶接部Ｍ１が、開先部Ｋの水平方向における厚さの内部に位置するように、溶接が行われる。

図９に示すように、第１外面溶接工程後の裏はつり工程では、管台５とセーフエンド１０とを連結する連結ピース８０を取り外す。この後、裏はつり工程では、第１外面溶接工程で溶接された溶接部Ｍ１を残しつつ、開先部Ｋの内周側から、管台側突出部７１およびセーフエンド側突出部７２を除去するように削る。

図１０に示すように、裏はつり工程後の内面溶接工程では、１台の溶接装置５０を用いて、開先部Ｋの内周側から水平方向に溶接を行うことで、溶接部Ｍ２を形成する。このときも、溶接装置５０で用いられる溶接ワイヤは、管台側突出部７１と同じ材料であるニッケル基の合金鋼が用いられる。内面溶接工程では、溶接部Ｍ２が、管台５およびセーフエンド１０の内周面を超えるように、溶接が行われる。

図１１に示すように、内面溶接工程後の第２外面溶接工程では、２台の溶接装置５０を用いて、開先部Ｋの外周側から水平方向に溶接を行うことで、溶接部Ｍ３を形成する。このときも、溶接装置５０で用いられる溶接ワイヤは、管台側突出部７１と同じ材料であるニッケル基の合金鋼が用いられる。第２外面溶接工程では、溶接部Ｍ３が、管台５およびセーフエンド１０の外周面を超えるように、溶接が行われる。

上記のように各工程を順に行うことで、管台５とセーフエンド１０とを溶接により接続することができる。この後、後処理工程において、内周面側の溶接部Ｍ２が、管台５およびセーフエンド１０の内周面と面一となるように、グラインダ等で削られ、同様に、外周面側の溶接部Ｍ３が、管台５およびセーフエンド１０の外周面と面一となるように、グラインダ等で削られる。

以上のように、実施例１の溶接方法によれば、管台５が鉛直方向の上方側に位置し、セーフエンド１０が鉛直方向の下方側に位置した状態で溶接することができる。このため、管台側突出部７１と同じ材料となる溶接ワイヤを用いて開先部Ｋを溶接すると、溶融する溶接ワイヤにより、セーフエンド側突出部７２の一部が溶融する。このとき、溶融する溶接ワイヤ、すなわち、溶接部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３は、セーフエンド側突出部７２の鉛直方向の上方側となっており、溶融するセーフエンド側突出部７２は、重力により鉛直方向の下方側へ向けて移動し易くなる。この場合、溶融するセーフエンド側突出部７２は、溶接部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３に溶け込み難くなる。これにより、溶接部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と、溶融するセーフエンド側突出部７２とが溶け込む溶融部分の範囲を小さいものとすることができるため、溶接部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３周りの品質を好適なものとすることができる。

また、管台側突出部７１の突出方向における長さＬ１は、セーフエンド側突出部７２の突出方向における長さＬ２に比して長くすることができる。このため、セーフエンド側突出部７２が溶融する範囲を小さいものとすることができる。よって、溶接部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３と、溶融するセーフエンド側突出部７２とが溶け込む溶融部分の範囲を、さらに小さいものとすることができるため、溶接部Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３周りの品質を好適なものとすることができる。

また、溶接装置５０は、開先部Ｋに対して水平方向から溶接することができるため、開先部Ｋへ向けて溶接ワイヤを好適に溶融させることができる。

また、管台５の端面に、インコネル（登録商標）等のニッケル基の合金鋼を用いて、肉盛溶接部７５を形成することで、管台５とセーフエンド１０との間を、耐熱性や耐蝕性の優れたものとすることができる。

また、固定治具２０を用いることにより、水室鏡１を水室鏡載置部２５に載置し、回動機構２７を介して支持部２６に対し水室鏡載置部２５を回動させることで、固定治具２０は、管台５の突出方向を、鉛直方向の下方側へ簡単に向けることができる。

また、固定治具２０において、水室鏡載置部２５に複数の受け部３２を設けることで、固定治具２０は、管台５を簡単に位置決めして載置することができる。

また、溶接装置５０を用いることにより、溶接ヘッド５７は、自走移動部５６によりレール５５上に沿って移動しながら、開先部Ｋに対し全周に亘って簡単に溶接することができる。

続いて、実施例２に係るセーフエンド用配管の溶接方法、この溶接方法に用いられる固定治具および溶接装置について説明する。なお、実施例２では、重複した記載を避けるべく、実施例１と異なる部分についてのみ説明する。実施例１のセーフエンド用配管１０の溶接方法では、開先部Ｋに対し、内周側および外周側から溶接を行っていたが、実施例２のセーフエンド用配管１００の溶接方法では、開先部Ｋに対し、外周側からのみ溶接を行っている。ここで、図１２を参照して、溶接装置１５０について説明する。なお、固定治具２０は、実施例１と同様であるため、説明を省略する。

図１２は、実施例２に係る溶接方法の溶接対象となる管台を溶接する溶接装置の構成図である。図１２に示すように、溶接装置１５０は、セーフエンド１００の外周側に２台設けられており、セーフエンド１００を挟んで対向するように、１８０°位相をずらして配置されている。２台の溶接装置１５０は、共用のレール上を走行しており、セーフエンド１００に設けられたレール１５５と、レール１５５上を自走可能な２つの自走移動部１５６と、２つの自走移動部１５６にそれぞれ取り付けられた２つの溶接ヘッド１５７とを備えている。

各溶接ヘッド１５７は、溶接電極１６０と、ＡＶＣ軸１６１と、図示しないワイヤノズルとを備えている。溶接電極１６０は、タングステン等を用いて構成され、鉛直方向に突き合わせて形成された開先部Ｋに対して、直交する水平方向から溶接可能なように配設されている。このとき、２つの溶接ヘッド１５７のうち、一方の溶接ヘッド１５７の溶接電極１６０と、他方の溶接ヘッド１５７の溶接電極１６０とは、その延在方向が、水平方向に対して僅かに傾斜している。つまり、一方の溶接ヘッド１５７の溶接電極１６０は、その先端側が、基端側に対して鉛直方向の下方側に位置していることから、水平方向に対して僅かに下向きに傾斜している。また、他方の溶接ヘッド１５７の溶接電極１６０は、その先端側が、基端側に対して鉛直方向の上方側に位置していることから、水平方向に対して僅かに上向きに傾斜している。つまり、各溶接ヘッド１５７は、その溶接電極１６０が傾斜した状態で、開先部Ｋに対し、水平方向から溶接可能となっている。

各ＡＶＣ（Arc Voltage Control）軸１６１は、各溶接電極１６０と溶接面との間の距離を調整するものであり、図示しない制御装置によって制御されている。ＡＶＣ軸１６１は、溶接電極１６０と溶接面との間における電圧が一定となるように、溶接面に対する溶接電極６０の距離を制御することで、溶接面に対する溶接電極６０の距離を一定としている。各ワイヤノズルは、供給される溶接ワイヤ（溶加材）を、各溶接電極６０に対し、所定の供給位置へ供給している。ここで、開先部Ｋを溶接する際に用いられる溶接ワイヤは、インコネル（登録商標）等のニッケル基の合金鋼で構成されている。

レール１５５は、セーフエンド１００の外周面に設けられた外周レール１５５ｂのみで構成されている。外周レール１５５ｂは、セーフエンド１００の周面に沿って周方向に延設されている。

自走移動部１５６は、レール１５５上を所定の速度で移動するものである。なお、ワイヤノズルへ向けて溶接ワイヤを供給するワイヤリール１５８は、自走移動部１５６に取り付けられている。

従って、各溶接装置１５０は、溶接ヘッド１５７により開先部Ｋに溶接を行う場合、溶接電極６０からアーク放電を発生させて、ワイヤノズルから供給される溶接ワイヤを溶融することで、開先部Ｋに溶接を行う。このとき、各溶接ヘッド１５７は、自走移動部１５６によりレール１５５上を移動しながら、開先部Ｋの全周に亘って溶接を行う。ここで、２台の溶接装置１５０を用いて、開先部Ｋを外周側から溶接する場合、外周レール１５５ｂ上において、２台の溶接装置１５０を同方向に周回させて溶接を行う。このとき、一方の溶接装置１５０は、その溶接電極１６０が水平方向に対して下向きに傾斜していることから、開先部Ｋの下方側に溶接を行う。また、他方の溶接装置１５０は、その溶接電極１６０が水平方向に対して上向きに傾斜していることから、開先部Ｋの上方側に溶接を行う。このため、２台の溶接装置１５０は、開先部Ｋの全周に亘って溶接を行うと、開先部Ｋの下方側および上方側に溶接が交互に行われる。

次に、図１３から図１６を参照して、固定治具２０および２台の溶接装置１５０を用いたセーフエンド１００の溶接方法について説明する。図１３は、実施例２の溶接方法における溶接前の開先部の説明図であり、図１４は、実施例２の溶接方法における溶接中の開先部の説明図である。また、図１５は、実施例２の溶接方法における溶接後の開先部の説明図であり、図１６は、実施例２の溶接方法における後処理後の開先部の説明図である。この溶接方法では、開先合わせ工程と、外面溶接工程と、を順に行っている。

図１３に示すように、開先合わせ工程では、固定治具２０に固定された水室鏡１の管台５とセーフエンド１００とを軸方向に突き合わせることで、全周に亘って開先部Ｋを形成している。ここで、開先部Ｋ周りの構成について具体的に説明する。管台５とセーフエンド１００との間に形成される開先部Ｋは、管台５の端面から突出する管台側突出部１７１と、セーフエンド１００の端面から突出するセーフエンド側突出部１７２とを軸方向に突き合わせることで形成されている。ここで、管台５の内周面は、基端側（図示上側）と端面側（図示下側）とで、内径が異なっており、管台５の端面側の内径は、管台５の基端側の内径に比して大径となっている。つまり、管台５の内周面の端面側には、管台５の内周面の基端側に比して突出する内周側凸部１８０が形成されている。内周側凸部１８０が形成された管台５の端面側の厚さは、内周側凸部１８０が形成されていない管台５の基端側の厚さに比して厚くなっている。なお、この内周側凸部１８０は、管台５の端面側の厚さが、基端側の厚さと同じ厚みとなるように、溶接後の後処理工程において削り取られる。

管台側突出部１７１は、インコネル（登録商標）等のニッケル基の合金鋼を用いて、管台５の端面に肉盛溶接された肉盛溶接部１７５を加工して形成される。この肉盛溶接部１７５は、内周側凸部１８０が形成された管台５の端面側の厚さと同じ厚さとなるように形成される。そして、管台側突出部１７１は、径方向内側の端部に位置するように、つまり、管台５の基端側の内周面よりも径方向内側に位置して内周側凸部１８０と軸方向に重なるように形成されている。

セーフエンド側突出部１７２は、実施例１と同様に、ステンレス鋼で構成されたセーフエンド１００の端面を加工して形成されている。セーフエンド１００は、少なくとも管台５側に突き合わせる端部の厚さが、内周側凸部１８０が形成された管台５の端面側の厚さと同じ厚さとなるように形成される。そして、セーフエンド側突出部１７２は、径方向内側の端部に位置するように、つまり、管台５の基端側の内周面よりも径方向内側に位置して内周側凸部１８０と軸方向に重なるように形成されている。

また、管台側突出部１７１の突出方向における長さＬ１は、セーフエンド側突出部１７２の突出方向における長さＬ２に比して長く形成されている。

図１４に示すように、開先合わせ工程後の外周溶接工程では、２台の溶接装置１５０を用いて、開先部Ｋの外周側から水平方向に溶接を行うことで、溶接部Ｍ４を形成する。このとき、溶接装置１５０で用いられる溶接ワイヤは、管台側突出部１７１と同じ材料であるニッケル基の合金鋼が用いられる。外周溶接工程では、溶接部Ｍ４を形成する際、一方の溶接装置１５０により開先部Ｋの下方側に溶接を行い、他方の溶接装置１５０により開先部Ｋの上方側に溶接を行う。そして、２台の溶接装置１５０が開先部Ｋの外周を同じ周方向に移動することで、開先部Ｋに対する上方側の溶接と下方側の溶接とが交互に行われる。これにより、開先部Ｋを突き合わせることにより、肉盛溶接部１７５の端面とセーフエンド１００の端面とによって形成される空間が広い場合であっても、好適に溶接を行うことができる。そして、図１５に示すように、外周溶接工程では、溶接部Ｍ４が管台５およびセーフエンド１００の外周面を超えるように、溶接が行われる。

上記のように各工程を順に行うことで、管台５とセーフエンド１００とを溶接により接続することができる。この後、後処理工程では、管台５の基端側の厚さと同じ厚さとなるように、すなわち、管台５およびセーフエンド１００の内周面が面一となるように、管台５の内周側凸部１８０、肉盛溶接部１７５の内周面、溶接後の開先部Ｋ、溶接部Ｍ４の一部およびセーフエンド１００の内周面が、グラインダ等を用いた機械加工により削り取られる。同様に、後処理工程では、外周面側の溶接部Ｍ４が、管台５およびセーフエンド１００の外周面と面一となるように、グラインダ等を用いた機械加工により削り取られる。

以上のように、実施例２の溶接方法によれば、開先部Ｋに対し、外周側からのみ溶接を行うことができるため、実施例１の溶接方法と比べ内周側からの溶接を省くことができ、これにより、溶接作業に要する時間を短縮することができる。また、実施例２の溶接方法に用いる溶接装置１５０の台数は、実施例１の溶接方法に用いる溶接装置１５０に比して、内周面側の溶接装置１５０を省くことができる分、少なくすることができる。このため、溶接装置１５０の設置作業に要する時間も短縮することができる。

続いて、実施例３に係るセーフエンド用配管の溶接方法、この溶接方法に用いられる固定治具および溶接装置について説明する。なお、実施例３でも、重複した記載を避けるべく、実施例２と異なる部分について説明する。実施例２のセーフエンド用配管１００の溶接方法では、開先部Ｋに対し、外周側からのみ溶接を行うと共に、管台側突出部１７１（肉盛溶接部１７５）をニッケル基の合金鋼を用いて構成し、セーフエンド側突出部１７２（セーフエンド１００）をステンレス鋼を用いて構成した。実施例３のセーフエンド用配管２００の溶接方法では、開先部Ｋに対し、外周側からのみ溶接を行うと共に、管台側突出部２７１をステンレス鋼を用いて構成し、セーフエンド側突出部２７２をステンレス鋼を用いて構成している。つまり、実施例３では、管台側突出部２７１とセーフエンド側突出部２７２とが同じ材料で構成されている。ここで、図１７から図２０を参照して、固定治具２０および２台の溶接装置１５０を用いたセーフエンド１００の溶接方法について説明する。なお、固定治具２０および２台の溶接装置１５０については、実施例２と同様であるため、説明を省略する。

図１７は、実施例３の溶接方法における溶接前の開先部の説明図であり、図１８は、実施例３の溶接方法における溶接中の開先部の説明図である。図１９は、実施例３の溶接方法における溶接後の開先部の説明図であり、図２０は、実施例３の溶接方法における後処理後の開先部の説明図である。この溶接方法では、実施例２と同様に、開先合わせ工程と、外面溶接工程と、を順に行っている。なお、実施例３の溶接方法でも、実施例２と異なる部分について説明する。

図１７に示すように、管台側突出部２７１は、ステンレス鋼を用いて、管台５の端面に肉盛溶接された肉盛溶接部２７５を加工して形成される。管台側突出部２７１は、径方向内側の端部に位置するように、つまり、管台５の基端側の内周面よりも径方向内側に位置して内周側凸部２８０と軸方向に重なるように形成されている。

セーフエンド側突出部２７２は、実施例２と同様に、ステンレス鋼で構成されたセーフエンド２００の端面を加工して形成されている。セーフエンド側突出部２７２は、径方向内側の端部に位置するように、つまり、管台５の基端側の内周面よりも径方向内側に位置して内周側凸部２８０と軸方向に重なるように形成されている。

また、管台側突出部２７１の突出方向における長さＬ１は、セーフエンド側突出部２７２の突出方向における長さＬ２と同じ長さに形成されている。

図１８に示すように、開先合わせ工程後の外周溶接工程では、２台の溶接装置１５０を用いて、開先部Ｋの外周側から水平方向に溶接を行うことで、溶接部Ｍ４を形成する。このとき、溶接装置１５０で用いられる溶接ワイヤは、管台側突出部２７１およびセーフエンド側突出部２７２と同じ材料であるステンレス鋼が用いられる。外周溶接工程では、溶接部Ｍ４を形成する際、先ず、２台の溶接装置１５０のいずれか一方を用いて、開先部Ｋの鉛直方向の中央に溶接を行う。この後、外周溶接工程では、一方の溶接装置１５０により開先部Ｋの下方側に溶接を行い、他方の溶接装置１５０により開先部Ｋの上方側に溶接を行う。そして、２台の溶接装置１５０が開先部Ｋの外周を同じ周方向に移動することで、開先部Ｋに対する上方側の溶接と下方側の溶接とが交互に行われる。そして、図１９に示すように、外周溶接工程では、溶接部Ｍ４が管台５およびセーフエンド２００の外周面を超えるように、溶接が行われる。

上記のように各工程を順に行うことで、管台５とセーフエンド２００とを溶接により接続することができる。この後、後処理工程では、管台５の基端側の厚さと同じ厚さとなるように、すなわち、管台５およびセーフエンド２００の内周面が面一となるように、管台５の内周側凸部２８０、肉盛溶接部２７５の内周面、溶接後の開先部Ｋ、溶接部Ｍ４の一部およびセーフエンド２００の内周面が、グラインダ等を用いた機械加工により削り取られる。同様に、後処理工程では、外周面側の溶接部Ｍ４が、管台５およびセーフエンド２００の外周面と面一となるように、グラインダ等を用いた機械加工により削り取られる。

以上のように、実施例３の溶接方法によれば、開先部Ｋに対し、外周側からのみ溶接を行うことができるため、実施例１の溶接方法と比べ内周側からの溶接を省くことができ、これにより、溶接作業に要する時間を短縮することができる。また、実施例３の溶接方法に用いる溶接装置１５０の台数は、実施例１の溶接方法に用いる溶接装置１５０に比して、内周面側の溶接装置１５０を省くことができる分、少なくすることができる。このため、溶接装置１５０の設置作業に要する時間も短縮することができる。

なお、実施例２および３では、外周側からのみ溶接を行ったが、内周側からのみ溶接を行ってもよい。この場合、開先部Ｋ周りの構成は、外周側と内周側とで反対の構成とすることが好ましく、２台の溶接装置１５０は、内周側に設けられ、開先部Ｋの内周側から溶接を行うことが好ましい。

また、実施例２および３では、開先部Ｋに対する上方側の溶接と下方側の溶接とを交互に行うことで、開先部Ｋに溶接を行った。しかしながら、開先部Ｋを突き合わせることにより、肉盛溶接部１７５，２７５の端面とセーフエンド１００，２００の端面とによって形成される空間が狭い場合、開先部Ｋの鉛直方向の中央にのみ溶接を行ってもよい、

また、実施例２および３では、溶接電極１６０を上向きおよび下向きとなるように傾斜させたが、実施例１においても、外周側の２台の溶接装置５０の溶接電極６０を傾斜させてもよい。つまり、開先部Ｋに対し、水平方向から溶接可能であれば、溶接電極６０が傾斜していてもよい。

また、実施例２では、管台側突出部１７１とセーフエンド側突出部１７２とを異なる材料とし、実施例３では、管台側突出部２７１とセーフエンド側突出部２７２とを同じ材料としたが、実施例１でも、管台側突出部７１とセーフエンド側突出部７２とを同じ材料としてもよい。

以上のように、本発明に係るセーフエンド用配管の溶接方法、固定治具および溶接装置は、異なる材料で構成された管台とセーフエンド用配管とを溶接する場合において有用であり、特に、水室鏡に設けられた管台にセーフエンド用配管を溶接する場合に適している。

１ 水室鏡
５ 管台
６ マンホール
７ 突出部
１０ セーフエンド
２０ 固定治具
２５ 水室鏡載置部
２６ 支持部
２７ 回動機構
２８ 位置規制部
３１ 載置枠
３２ 受け部
３７ 支持台
３８ 支持脚
４１ 軸受部
４５ 位置決め棒
４６ 連結ワイヤ
５０ 溶接装置
５５ レール
５６ 自走移動部
５７ 溶接ヘッド
５８ ワイヤリール
７１ 管台側突出部
７２ セーフエンド側突出部
７５ 肉盛溶接部
８０ 連結ピース
１００ セーフエンド用配管（実施例２）
１５０ 溶接装置（実施例２）
１５５ レール（実施例２）
１５６ 自走移動部（実施例２）
１５７ 溶接ヘッド（実施例２）
１５８ ワイヤリール（実施例２）
１７１ 管台側突出部（実施例２）
１７２ セーフエンド側突出部（実施例２）
１７５ 肉盛溶接部（実施例２）
１８０ 内周側凸部（実施例２）
２００ セーフエンド用配管（実施例３）
２７１ 管台側突出部（実施例３）
２７２ セーフエンド側突出部（実施例３）
２７５ 肉盛溶接部（実施例３）
２８０ 内周側凸部（実施例３）
Ｔ 回動軸
Ｌ 軸線
Ｋ 開先部
Ｌ１ 管台側突出部の長さ
Ｌ２ セーフエンド側突出部の長さ
Ｍ１ 第１外面溶接工程で形成された溶接部
Ｍ２ 内面溶接工程で形成された溶接部
Ｍ３ 第２外面溶接工程で形成された溶接部
Ｍ４ 外面溶接工程で形成された溶接部

Claims (10)

1. 管台と、前記管台および配管をつなぐセーフエンド用配管とを溶接するセーフエンド用配管の溶接方法において、
   前記管台と前記セーフエンド用配管との間に形成される開先部は、前記管台の端面から突出する管台側突出部と、前記セーフエンド用配管の端面から突出するセーフエンド側突出部とを軸方向に突き合わせることで形成され、
   前記管台側突出部の突出方向における長さは、前記セーフエンド側突出部の突出方向における長さに比して長くなっており、
   前記管台が鉛直方向の上方側に位置する一方で、前記セーフエンド用配管が鉛直方向の下方側に位置した状態で、前記開先部に対し溶接を行う溶接工程を備え、
   前記溶接工程では、前記開先部の溶接に用いられる溶加材が、前記管台側突出部を構成する材料と同じ材料であることを特徴とするセーフエンド用配管の溶接方法。
2. 前記溶接工程では、前記開先部に対し、水平方向から溶接を行うことを特徴とする請求項１に記載のセーフエンド用配管の溶接方法。
3. 前記管台側突出部は、前記管台を構成する材料と異なる材料を溶加材として用いて、前記管台の端面に肉盛溶接される肉盛溶接部を加工して形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のセーフエンド用配管の溶接方法。
4. 管台と、前記管台および配管をつなぐセーフエンド用配管とを溶接するセーフエンド用配管の溶接方法において、
   前記管台と前記セーフエンド用配管との間に形成される開先部は、前記管台の端面から突出する管台側突出部と、前記セーフエンド用配管の端面から突出するセーフエンド側突出部とを軸方向に突き合わせることで形成され、
   前記管台が鉛直方向の上方側に位置する一方で、前記セーフエンド用配管が鉛直方向の下方側に位置した状態で、前記開先部に対し溶接を行う溶接工程を備え、
   前記溶接工程では、前記開先部の溶接に用いられる溶加材が、前記管台側突出部を構成する材料と同じ材料であり、前記開先部に対し、水平方向から溶接を行うことを特徴とするセーフエンド用配管の溶接方法。
5. 前記溶接工程では、前記開先部に対し、前記管台および前記セーフエンド用配管の内周側または外周側のいずれか一方の片側から溶接を行うことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のセーフエンド用配管の溶接方法。
6. 溶接後の前記開先部は、溶接が行われた内周側または外周側のいずれか一方の片側に対して反対側となる他方の片側から、機械加工により削り取られることを特徴とするセーフエンド用配管の溶接方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のセーフエンド用配管の溶接方法に用いられ、前記管台を所定の位置に固定する固定治具であって、
   前記管台は、容器の外面から突出するように設けられており、
   前記容器を載置可能な容器載置部と、
   前記容器載置部を支持する容器支持部と、
   前記容器支持部と前記容器載置部との間に設けられ、前記管台の突出方向が鉛直方向の下方側を向くように、前記容器支持部に対し前記容器載置部を回動させる回動部と、
   前記回動部による回動を規制して、前記容器載置部を固定する位置規制部と、を備えたことを特徴とする固定治具。
8. 前記容器には、外面から突出する突出部が設けられており、
   前記容器載置部は、前記突出部を受けて位置決めする受け部を有していることを特徴とする請求項７に記載の固定治具。
9. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のセーフエンド用配管の溶接方法に用いられ、前記管台と前記セーフエンド用配管との間に形成される前記開先部に対し、溶接を行う溶接装置であって、
   前記セーフエンド用配管の周方向に設けられたレールと、
   前記レール上を自走する自走移動部と、
   前記自走移動部に設けられ、前記開先部に対し溶接を行う溶接ヘッドと、を備えたことを特徴とする溶接装置。
10. 前記レールは、前記セーフエンド用配管の内周側または外周側のいずれか一方の片側に設けられ、
    前記溶接ヘッドは、前記レールが設けられた内周側または外周側のいずれか一方の片側から、溶接を行うことを特徴とする請求項９に記載の溶接装置。

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