(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャスク内で使用済み核燃料を収容するバスケットの収納筒を取り付けるに際して、
前記収納筒内に走行台車を走行させて、収納筒とバスケットの桟部材との接合位置ごとに走行停止させ、
この走行台車に配設したトーチヘッドのタングステン電極を接合位置に所定間隔をあけて配置し、
この電極と前記桟部材および収納筒に溶接電流を供給すると同時に接合位置の周囲にシールドガスを供給し、
溶加材を添加することなく収納筒の表面から桟部材に至る溶け込みを形成するとともに、電極を円周方向または渦巻き方向に旋回移動させて溶け込み面積を増大させて収納筒と桟部材とを接合する
ことを特徴とするキャスクのバスケット収納筒の取付け方法。
【請求項２】
キャスク内で使用済み核燃料を収容するバスケットの収納筒内を走行自在な走行台車と、
前記収納筒とバスケットの桟部材との接合位置を検出して前記走行台車を停止させる溶接位置検出手段と、
前記走行台車に配設されてタングステン電極を有し、前記タングステン電極および前記桟部材ならびに収納筒に供給された溶接電流と、接合位置の周囲に供給されたシールドガスとにより、溶加材を添加することなく前記収納筒の表面から桟部材に至る溶け込みを形成して収納筒と桟部材とを接合するトーチヘッドと、
前記タングステン電極を旋回移動、または中心から所定半径の範囲で渦巻き方向に旋回移動させて前記溶け込み面積を増大させるトーチ旋回機構とを具備した
ことを特徴とするキャスクのバスケット収納筒の取付け装置。
【請求項３】
トーチ旋回機構は、同期回転機構により同期回転される一対のクランク板と、前記両クランク板にそれぞれ等角度位置に連結され先端部にトーチヘッドを有する駆動アームとを具備し、トーチヘッドを所定の半径で旋回移動させるように構成された
ことを特徴とする請求項２記載のキャスクのバスケット収納筒の取付け装置。
【請求項４】
トーチ旋回機構は、走行台車の幅方向に移動されるＸ軸移動体と、Ｘ軸移動体上に走行台車の走行方向に移動されるＺ軸移動体と、前記Ｚ軸移動体に設けられて先端部にトーチヘッドを有する駆動アームとを具備し、前記Ｘ軸移動体の移動とＺ軸移動体の移動により、トーチヘッドを所定半径で旋回移動、または中心から所定半径の範囲で渦巻き方向に旋回移動させるように構成された
ことを特徴とする請求項２記載のキャスクのバスケット収納筒の取付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、母材と母材表面に配置された被覆材を接合する栓溶接を利用したキャスクのバスケット収納筒の取付け方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に示すように、使用済核燃料を収納する円筒形キャスク１には、燃料棒をそれぞれ収納する複数の収納室２がバスケット３の軸心方向に沿って形成されている。このバスケット３は、図１０に示すように、上下方向に一定間隔ごとに配置された格子状の桟部材４に、収容室２を形成する角筒形の収納筒５がそれぞれ固定されて配置され、外周部に外殻部材６が取付けられて円筒形に形成されている。７は桟部材４の間で収納筒５同士の隙間に介在される遮蔽板である。
【０００３】
従来ではこの桟部材４に収納筒５を固定する接合方法としては、図１１に示すように、収納筒５の接合位置８に接合用の下穴５ａをそれぞれ貫通形成し、収納筒５の内部からＴＩＧ溶接用トーチヘッド１３により溶加材（溶接ワイヤー）Ｗを添加して下穴５ａを溶接し、肉盛りして接合する方法が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記方法では、複数の収納筒５の各面の桟部材４の対応位置毎にそれぞれ下穴５ａを形成するため、製造コストが嵩むという問題がある。また、一辺が１５０ｍｍ角の狭い空間内での溶接作業であり、溶加材Ｗの添加量の制御が難しくは、溶加材が少ないと接合強度が低くなりやすく、反対に多いと肉盛り部の膨らみが許容値を越え、燃料が入らないという問題があった。また下穴５ａのコーナー全周囲にわたって確実に溶け込ませるのが難しく、強度的な信頼性に欠けるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決して、下孔の加工も不要で十分な強度が得られるとともに、溶加材の供給制御も不要で、低コストですむキャスクのバスケット収納筒の取付け方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係るキャスクのバスケット収納筒の取付け方法は、キャスク内で使用済み核燃料を収容するバスケットの収納筒を取り付けるに際して、前記収納筒内に走行台車を走行させて、収納筒とバスケットの桟部材との接合位置ごとに走行停止させ、この走行台車に配設したタングステン電極を有するトーチヘッドを接合位置に所定間隔をあけて配置し、この電極と前記桟部材および収納筒に溶接電流を供給すると同時に接合部の周囲にシールドガスを供給し、溶加材を添加することなく収納筒の表面から桟部材に至る溶け込みを形成するとともに、電極を円周方向または渦巻き方向に旋回移動させて溶け込み面積を増大させて収納筒と桟部材とを接合するものである。
【０００７】
請求項２記載のキャスクのバスケット収納筒の取付け装置は、キャスク内で使用済み核燃料を収容するバスケットの収納筒内を走行自在な走行台車と、前記収納筒とバスケットの桟部材との接合位置を検出して前記走行台車を停止させる溶接位置検出手段と、前記走行台車に配設されてタングステン電極を有し、前記タングステン電極および前記桟部材ならびに収納筒に供給された溶接電流と、接合位置の周囲に供給されたシールドガスとにより、溶加材を添加することなく前記収納筒の表面から桟部材に至る溶け込みを形成して収納筒と桟部材とを接合するトーチヘッドと、前記タングステン電極を旋回移動、または中心から所定半径の範囲で渦巻き方向に旋回移動させて前記溶け込み面積を増大させるトーチ旋回機構とを具備したものである。
【０００８】
上記構成によれば、従来では収納筒に多数形成する下穴の形成作業が不要となるため、溶接狙い位置の要求精度が緩くなるとともに、一辺が約１５０ｍｍ角前後の狭い収納筒内からの自動溶接を、溶加材の供給制御がなしで行えるので、溶接が容易で、しかも溶け込み部は、溶けた自己の材料が膨張するだけとなるので、膨らみ量が大きくなることもなく、燃料の挿入に支障を来たすことがない。さらに電極を円周方向または渦巻き方向に移動して溶接するので、溶け込みによる接合面積も十分に確保できて溶接不良が生じることが無く、十分な接合強度を確保できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
ここで、本発明に係るキャスクのバスケット収納筒の取付け方法および装置とそれを実施するＴＩＧ溶接装置の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、従来例と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００１０】
このＴＩＧ溶接装置は、図２，図３に示すように、金属母材である枠部材４上に配置された接合金属板である収納筒５の下面板５ｂ上を走行自在な走行台車１１に、溶接狙い位置において所定の半径で旋回移動または中心から所定半径の範囲で渦巻き方向に旋回移動可能なトーチ旋回機構１２を介してタングステン電極１３ａを有するトーチヘッド１３が設けられている。
【００１１】
前記走行台車１１は、四隅に走行車輪１４ｆ，１４ｒのうち後部車輪１４ｒに減速機を介して走行モータ１４ｍが連結連動された自走式走行装置１４が設けられている。またこの走行台車１１には倣い走行用手段１５が設けられており、この倣い走行手段１５は、走行台車１１の左側部に配設されて左面板５ｃ上を転動可能な前後一対の倣いローラ１５ａと、走行台車１１の右側部に配設されて右面板５ｄ側に突出付勢された拘束用ローラー１５ｂとで構成され、拘束用ローラー１５ｂが右面板５ｂに当接される反力を利用して走行台車１１を左方に付勢し倣いローラ１５ａを左面板５ｃに当接させる。さらにこの走行台車１１には、図示しないが走行距離検出装置やマーキングセンサーなどの検出信号に基づいて下面板５ｂの接合位置８を検知する溶接位置検出手段が設けられている。
【００１２】
この前記トーチ旋回機構１２は、図４，図５に示すように、タイミングギヤ２１ａ，２１ｂおよびタイミングベルト２１ｃからなる同期回転機構２１により同期回転される前後一対のクランク板２２Ａ，２２Ｂが垂直軸心周りに回転自在に配設され、これらクランク板２２Ａ，２２Ｂに先端部にトーチヘッド１３を有する駆動アーム２３が偏心軸２４Ａ，２４Ｂを介して偏心位置に連結連動されている。これら偏心軸２４Ａ，２４Ｂの偏心量は、同一でたとえば４ｍｍ程度に設定されて等角度位置に取り付けられ、旋回モータ２５により減速機を介して後部のクランク板２２Ｂを所定速度で回転させることにより、クランク作用で駆動アーム２３が平行旋回移動されてトーチヘッド１３を偏心軸２４Ａ，２４Ｂと同じ直径の円弧を描くように旋回移動させることができる。
【００１３】
またトーチ旋回機構１２の変形例を図７，図８に示す。このトーチ旋回機構３１は、幅方向のガイドレール３２とＸ軸リニアモータ３３により幅方向に移動されるＸ軸移動体３４と、Ｘ軸移動体３４上で走行方向のガイドレール３５とＺ軸リニアモータ３６により走行方向に移動されるＺ軸移動体３７と、このＺ軸移動体３７から前方に突出されて先端部にトーチヘッド１３が取付けられた駆動アーム２３とで構成される。したがって、Ｘ軸リニアモータ３３とＺ軸リニアモータ３６とを組み合わせて駆動することにより、トーチヘッド１３を任意な半径で円弧方向に任意速度で旋回移動させることができ、また中心から外周または外周から中心に至る渦巻き方向にトーチヘッド１３を任意速度で旋回移動させることができる。
【００１４】
次にこのＴＩＧ溶接装置による溶接方法を説明する。
桟部材４を組み立てて遮蔽板および下穴を形成していない収納筒５を仮止めする。そして収納筒５に走行台車１１を挿入配置して倣い走行させ、溶接位置検出手段により接合位置８で停止させる。そして、図１に示すように、この走行台車１１の溶接トーチ１３を接近させてタングステン電極１３ａを所定間隔をあけて配置し、この電極１３ａと桟部材４および収納筒５に溶接電流を供給すると同時に電極１３ａ周囲のガス供給筒１３ｂからシールドガス、たとえばアルゴンガスと水素ガスの混合ガスＧを供給してシールする。溶接電流の種類は溶接材質により異なり、桟部材４と収納筒５がそれぞれステンレスとステンレスの場合には、直流が使用され、その極性は、電極にマイナス側が、桟部材４および収納筒５にプラス側が接続される直流正極性である。
【００１５】
またここでは、溶加材（溶接ワイヤ）を添加することはなく、図１に示すように、アークにより収納筒５の下面板５ｂの表面から桟部材４に至る溶け込みｍを形成する。さらにトーチ旋回機構１２により電極１３ａを所定速度でたとえば直径８ｍｍの円周方向に旋回移動させて溶け込みｍの直径Diaを増大させ、下面板５ｂと桟部材４との接合強度を向上させる。したがって、溶け込みｍにおける余盛り高さR.F（Rein Forcement）は、溶けた自己の材料が膨張するだけとなるので過度に大きくなることもなく、つねにほぼ一定にすることができ、燃料の挿入に支障を来たすことがない。また溶け込みｍの深さDepthも十分なものが得られる。
【００１６】
この接合位置８での溶接が終了すると、次の溶接位置まで走行台車を走行させて溶接を行う。さらに各収納筒５の下面板５ｂの溶接作業が終了すると、バスケット３を９０度または１８０度回転させて、下方にくる新たな面板を下向き溶接より接合する。なお、ここで横向きや上向き溶接を行わないのは溶け込んだ溶融金属が下方に垂れるのを防止するためである。
【００１７】
上記実施の形態では、収納筒５に下穴を形成しないので、大幅なコストダウンをはかることができるとともに、溶接狙い位置の位置精度を緩くすることができる。また、溶加材を使用しないので、溶加材の供給制御が不要となり、溶接装置を簡易化・小型化をはかることができ、狭い収納筒５内での自動溶接が可能となる。また溶加材がないので、溶け込みｍの余盛り高さR.Fが０〜最大１ｍｍと殆ど無く、燃料の挿入の障害となることがなく、また仕上がりが均一で美しくなる。さらに、自動溶接が可能となることで、溶接品質の向上と溶け込み深さや幅の均一化を図ることができる。
【００１８】
次に、試料１〜３により実験を行った結果を示す。
【００１９】
【表１】
0003657123.tif 000002
【００２０】
表１において、試料Ｎｏ１〜３は、金属母材（４）と接合金属板（５ｂ）で、金属母材（４）の厚みは７．０ｍｍ、接合金属板（５ｂ）の厚みは４．５ｍｍである。図６に示すように、試料Ｎｏ１では、トーチヘッド１３を固定して同一の入熱量を負荷することで、溶け込みｍの深さDepthが金属母材（４）の裏面に達して金属が垂れ落ち凝固したため、プラグの余盛り高さR.Fがマイナスの値で凹んだ不良溶接状態となっている。試料Ｎｏ２および試料Ｎｏ３を見ると、溶接時間と入熱量は同じであるが、溶接速度と旋回半径が異なっており、旋回半径を拡大することで、溶け込み幅Ｗと接合界面における母材４への溶け込み範囲Diaを拡大することができ、反対に溶け込みｍの深さDepthを減少させることができることが明瞭となった。またこの時のプラグの余盛り高さR.Fはほとんど変化することが無く、外観が大きく変化することはないことがわかった。
【００２１】
したがって、入熱量および旋回半径の調整により、所望の接合界面における溶け込み直径Diaと深さDepthで母材（４）と接合金属板（５ｂ）とを溶接することが可能となり、またプラグの余盛り高さR.Fの制御も容易で、ほぼ均一な精度で溶接できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上に述べたごとく本発明の請求項１記載の発明によれば、従来では収納筒に多数形成する下穴の形成作業が不要となるとともに、一辺が約１５０ｍｍ角前後の狭い収納筒内からの自動溶接を、溶加材の供給制御がなしで行えるので、溶接が容易で、しかも溶け込み部は、溶けた自己の材料が膨張するだけとなるので、膨らみ量が大きくなることもなく、燃料の挿入に支障を来たすことがない。さらに電極を円周方向または渦巻き方向に移動して溶接するので、溶け込みによる接合面積も十分に確保できて溶接不良が生じることが無く、十分な接合強度を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るキャスクのバスケット収納筒の取付け方法および装置の実施の形態を示し、それを実施するための栓溶接方法の説明図である。
【図２】  同栓溶接方法を実施するためのＴＩＧ溶接装置を示す正面図である。
【図３】  同ＴＩＧ溶接装置を示す平面図である。
【図４】  同ＴＩＧ溶接装置のトーチ旋回機構を示す側面図である。
【図５】  同ＴＩＧ溶接装置のトーチ旋回機構を示す平面図である。
【図６】  同ＴＩＧ溶接装置による溶接状態を示す断面図である。
【図７】  同ＴＩＧ溶接装置のトーチ旋回機構の変形例を示す側面図である。
【図８】  同ＴＩＧ溶接装置のトーチ旋回機構の変形例を示す平面図である。
【図９】  従来のキャスクバスケットを示す１／４断面図である。
【図１０】  従来のキャスクバスケットの組立て状態を示す部分斜視図である。
【図１１】  従来の栓溶接方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１    キャスク
２    収容室
３    バスケット
４    桟部材（金属母材）
５    収納筒
５ｂ  下面板（接合金属板）
８    接合位置
１１    走行台車
１２，３１  トーチ旋回機構
１３    トーチヘッド
１３ａ  電極
１４    自走式走行手段
１５    走行用倣い手段
【図１】
0003657123.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003657123.tif 000008
【図７】
0003657123.tif 000009
【図８】
0003657123.tif 000010
【図９】
0003657123.tif 000011
【図１０】
0003657123.tif 000012
【図１１】
0003657123.tif 000013