(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
核融合炉ブランケット間の狭隘隙間に挿入し得る幅の薄板型のヘッドフレームと、該ヘッドフレームの先端部に直角に一側方に突設したブランケット背面における支持脚の溶接・切断用ノズルと、ヘッドフレームに支持され前記溶接・切断用ノズルに光ファイバからの出射沃素レーザのビームを集束させる光学系レーザビーム装置と、ヘッドフレームを支持した支持ボックスと、該支持ボックスに設けられ溶接部にフィラーワイヤを送給し且つフィラーワイヤ位置を調整する進退、回転、上下可能な遠隔操作のワイヤ供給装置と、支持ボックス内に設けられ光学系レーザビーム装置を駆動する遠隔操作の駆動制御装置とより成る核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置。
【請求項２】
請求項１記載の核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置における光学系レーザビーム装置が、光ファイバの先端部を保持して切断時前進させ溶接時後退させる光ファイバ進退装置と、溶接時光ファイバからの出射沃素レーザのビームの途中に下降させ出射沃素レーザを平行にコリメートし切断時出射沃素レーザのビーム外に上昇させる溶接用コリメートレンズと、光ファイバからの出射沃素レーザを下方に反射させる４５度傾斜の全反射ミラーと、切断時広がった反射沃素レーザのビームを集束させ溶接時反射沃素レーザのビーム外に後退させる回転可能な切断用集束レンズと、溶接時反射沃素レーザのビームの途中に前進させ且つ光軸に沿って移動させ切断時反射沃素レーザのビーム外に後退させる溶接用集束レンズと、溶接・切断用ノズルの方向に反射沃素レーザの向きを変換する４５度傾斜の全反射ミラーと、溶接・切断用ノズル内に光軸と直角に設けた保護ガラスとより成るものであることを特徴とする核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として、核融合炉の構成部材である狭隘空間に位置するブランケットの支持脚を、バックプレートの支持リブに溶接したり、支持リブから切断したりするのに用い、その外バックプレートの溶接、切断、穴明け等に用い、さらには真空容器の二重壁の溶接、切断、穴明け等に用い、その他電磁コイルの切断にも用いることのできる核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核融合炉において、ブランケットをバックプレートに取り付けるには、一つの方法として溶接による締結がある。溶接については、バックプレートに支持リブを突設し、ブランケットの背面に支持脚を設け、この支持脚を前記支持リブにキー嵌合し、支持脚と支持リブの突き合わせ面の外側端を溶接することも考えられるが、高温の熱負荷や機械的衝撃荷重に耐え得ないことが懸念される。この為、ブランケットの支持脚を直接バックプレートの支持リブに溶接して、ブランケットをバックプレートに取り付ける方法が最適と考えられる。
【０００３】
ブランケットの支持脚を直接バックプレートの支持リブに溶接するには、従来は狭隘ＴＩＧ溶接やプラズマ切断などの比較的小型のヘッドを用いて支持脚にアクセスすることが考えられていたが、隣接するブランケット間が２０ｍｍ程度の狭隘隙間であることから、ブランケットの正面側から挿入することは不可能である。このため、バックプレートとブランケットの間にポートを通じてヘッドを挿入し、溶接・切断するブランケットの支持脚までヘッドを移動させて溶接・切断することが考えられているが、電気配線などの引き回しや遠隔操作性と共に、故障時の回収が困難であるなど実用化には数多くの課題を有する。従って、ブランケット正面から直接的にアクセス可能で、かつ溶接変形、ひずみ、応力を極力小さくすることのできる方法が要望されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、ブランケットの正面側から隣接するブランケット間の狭隘隙間を通してブランケット支持脚にアクセスして溶接作業や切断作業をすることができ、しかもファイバ導光を用いることにより、伝達経路の光軸設定を容易にして遠隔操作性を著しく向上させ、溶接後の変形、ひずみ、応力も小さくでき、またブランケット支持脚の溶接、切断以外に、バックプレートの溶接、切断、穴明け、真空容器の二重壁の溶接、切断、穴明け、電磁コイルの切断、その他各種構造部材の狭隘空間を通しての溶接、切断、穴明け等でも適宜加工することができるようにした核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置は、核融合炉ブランケット間の狭隘隙間に挿入し得る幅の薄板型のヘッドフレームと、該ヘッドフレームの先端部に直角に一側方に突設したブランケット背面における支持脚の溶接・切断用ノズルと、ヘッドフレームに支持され前記溶接・切断用ノズルに光ファイバからの出射沃素レーザのビームを集束させる光学系レーザビーム装置と、ヘッドフレームを支持した支持ボックスと、該支持ボックスに設けられ溶接部にフィラーワイヤを送給し且つフィラーワイヤ位置を調整する進退、回転、上下可能な遠隔操作のワイヤ供給装置と、支持ボックス内に設けられ光学系レーザビーム装置を駆動する遠隔操作の駆動装置とより成るものである。
【０００６】
上記の核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置における光学系レーザビーム装置は、光ファイバの先端部を保持して切断時前進させ溶接時後退させる光ファイバ進退装置と、溶接時光ファイバからの出射沃素レーザのビームの途中に下降させ出射沃素レーザを平行にコリメートし切断時出射沃素レーザのビーム外に上昇させる溶接用コリメートレンズと、光ファイバからの出射沃素レーザを下方に反射させる４５度傾斜の全反射ミラーと、切断時広がった反射沃素レーザのビームを集束させ溶接時反射沃素レーザのビーム外に後退させる回転可能な切断用集束レンズと、溶接時反射沃素レーザのビームの途中に前進させ且つ光軸に沿って移動させ切断時反射沃素レーザのビーム外に後退させる溶接用集束レンズと、溶接・切断用ノズルの方向に反射沃素レーザの向きを変換する４５度傾斜の全反射ミラーと、溶接・切断用ノズル内に光軸と直角に設けた保護ガラスとより成るものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置の実施形態を図によって説明する。図１において、１は核融合炉のブランケットで、このブランケット１は組立時背面の支持脚２を、バックプレート３の支持リブ４に溶接して取り付けたり、メンテナンス時溶接部を切断して取り外したりする。これを行う本発明の核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置は、図１に示される隣接するブランケット１間の狭隘な隙間（約２０ｍｍ）５に挿入し得る幅（約１８ｍｍ）の図２、図３に示す薄板型のヘッドフレーム６の先端部の垂直支持板７の下側にて直角に一側方に溶接・切断用ノズル８を突設してあり、ヘッドフレーム６全体には前記溶接・切断用ノズル８に後述の光ファイバからの出射沃素レーザを集束させる光学系レーザビーム装置９が支持されている。
【０００８】
この光学系レーザビーム装置９を図２によって説明すると、ヘッドフレーム６内の上部に、光ファイバ１０の先端部をスライダ１１に固定したファイバホルダ１２に保持して、図１に示される支持脚２の切断時光ファイバ１０を前進させ、支持脚２の溶接時図２に示されるように光ファイバ１０を後退させる光ファイバ進退装置１３が設けられている。光ファイバ１０からの出射沃素レーザ１４のビームの途中に、支持脚２の溶接時に下降位置させて出射沃素レーザ１４を平行にコリメートし、支持脚２の切断時に出射沃素レーザ１４のビーム外に上昇させる溶接用コリメートレンズ１５が設けられており、この溶接用コリメートレンズ１５の上昇、下降は、前記光ファイバ進退装置１３の進退と連動するようにしてある。即ち、溶接用コリメートレンズ１５を保持したレンズホルダ１６が垂直ガイド１７に沿って上下動可能に垂設されてその下端のテーパ面１８が光ファイバ進退装置１３のスライダ１１の先端のテーパ面１９に当接しており、このレンズホルダ１６の上端にワイヤ２０が結合され、ワイヤ２０がヘッドフレーム６の上面に設けた滑車２１，２２、さらにヘッドフレーム６の中間の垂直杆に横向きに設けた滑車２３を経て光ファイバ進退装置１３のスライダ１１の後端に結合され、前記レンズホルダ１６がスプリング２４にて下方に付勢されるようになっている。従って、光ファイバ進退装置１３のスライダ１１が後退するとワイヤ２０の緊張が解かれる結果、レンズホルダ１６がスプリング２４の付勢力により下降せしめられて溶接用コリメートレンズ１５が出射沃素レーザ１４のビームの途中に位置し、スライダ１１が前進するとワイヤ２０にてレンズホルダ１６がスプリング２４に抗して引き上げられて溶接用コリメートレンズ１５が出射沃素レーザ１４のビーム外に位置する。
【０００９】
ヘッドフレーム６の先端部の垂直支持板７の上側には、出射沃素レーザ１４を下方に反射させる４５度傾斜の全反射ミラー２５が設けられている。反射した沃素レーザ２６のビームの途中には、切断用集束レンズ２７と溶接用集束レンズ２８が夫々交互に位置するように進退可能、上下動可能且つ回転可能に設けられている。即ち、切断用集束レンズ２７はヘッドフレーム６の先端側に進退可能に設けたスライダ２９に上下動可能且つ回転可能に支持せる丸棒３０の先端のホルダ３１に保持され、溶接用集束レンズ２８は、ヘッドフレーム６の先端側に進退可能に設けたスライダ３２に回転可能に支持せる丸棒３３の先端の上下動可能なホルダ３４に保持されている。ヘッドフレーム６の先端部の垂直支持板７の下側には、反射した沃素レーザ２６を溶接・切断用ノズル８の方向に反射させて向きを変える４５度傾斜の全反射ミラー３５が設けられている。前記溶接・切断用ノズル８内には光軸と直角に保護ガラス３６が設けられている。
【００１０】
前記ヘッドフレーム６は、図４に示すように支持ボックス３７に基端が結合支持され、また支持ボックス３７には溶接部にフィラーワイヤ３８を送給し且つフィラーワイヤ３８の位置を調整する遠隔操作のワイヤ供給装置３９がヘッドフレーム６の上側から前端面に沿って設けられている。そして、支持ボックス３７内には前記光ファイバ進退装置１３、スライダ２９、スライダ３２を夫々進退させ、また、切断面集束レンズ２７を回転且つ上下させ、さらに溶接用集束レンズ２８を回転させ、またさらにワイヤ供給装置３９を進退、回転、上下させる遠隔操作の駆動制御装置４０が設けられている。この駆動制御装置４０には、夫々の機器を各々動作させるモータが設けられ、これらが遠隔操作によりコントロールされるようになっている。また、支持ボックス３７が遠隔操作によりコントロールされるモータにより進退するようになされている。
【００１１】
次に上述の如く構成されたレーザ式遠隔溶接・切断装置によりブランケット１の支持脚２をバックプレート３の支持リブ４に溶接する場合について説明すると、先ず図５に示すように遠隔操作により支持ボックス３７を前進させ、縦横に配列保持されたブランケット１の上下左右の隙間５の交差する部分に正面から一側方に溶接・切断用ノズル８が突設したヘッドフレーム６を挿入し、図６に示すように隣接する左右のブランケット１の支持脚２間の空間５′に溶接・切断用ノズル８を位置させる。次にヘッドフレーム６に支持されている光学系レーザビーム装置９の光ファイバ進退装置１３を支持ボックス３７内の駆動制御装置４０により図２に示すように後退せしめる。これに伴い溶接用コリメートレンズ１５のレンズホルダ１６がスプリング２４の付勢力により下降せしめられて光ファイバ１０の軸線上に位置せしめられる。またホルダ３１に保持された切断用集束レンズ２７を駆動制御装置４０により丸棒３０、スライダ２９と共に後退せしめる。さらにホルダ３４に保持された溶接用集束レンズ２８を駆動制御装置４０により丸棒３３、スライダ３２に共に前進せしめて全反射ミラー２５，３５間に位置せしめる。然して、図６に示されるブランケット１の支持脚２をバックプレート３の支持リブ４に溶接するには、ヘッドフレーム６を僅かに下降して溶接・切断用ノズル８を支持脚２の溶接部に向かせる。そして光ファイバ１０より沃素レーザを出射し、この出射沃素レーザ１４を溶接用コリメートレンズ１５により平行にコリメートして全反射ミラー２５にて下方に垂直に反射させ、この反射した沃素レーザ２６のビームを、溶接用集束レンズ２８を適宜に上下させて適切に集束しながら、全反射ミラー３５にて溶接・切断用ノズル８の方向に反射させて、図３に示すように溶接・切断用ノズル８から溶接部にレーザ照射すると同時に、溶接部の開先にワイヤ供給装置３９によりフィラーワイヤ３８を遠隔操作により供給充填して溶接を行いながら徐々にヘッドフレーム６を隣接するブランケット１間の隙間５を下降させて、支持脚２と支持リブ４とを垂直長手方向に溶接していく。この溶接加工においては、溶接開先の底から表面まで逐次焦点の位置をずらして溶接を行うことと、開先に充填したフィラーワイヤ３８を溶融すると同時に、溶接開先の側面も加熱溶融する必要があることとにより、集束性はあまり高くなく、結像比は低く、焦点深度の深いビームとなる。
【００１２】
次いでブランケット１の支持脚２をバックプレート３の支持リブ４から切断する場合について説明すると、先ず図５に示すように縦横に配列されバックプレート３に溶接されたブランケット１の上下左右の隙間５の交差する部分に正面から一側方に溶接・切断用ノズル８が突設したヘッドフレーム６を挿入し、図６に示すように隣接する左右のブランケット１の支持脚２間の空間５′に溶接・切断用ノズル８を位置させる。次にヘッドフレーム６に支持されている光学系レーザビーム装置９の光ファイバ進退装置１３を支持ボックス３７内の駆動制御装置４０により、図７に示すように前進せしめる。これに伴い溶接用コリメートレンズ１５のレンズホルダ１６がワイヤ２０の引っ張りによりスプリング２４に抗して引き上げられ、溶接用コリメートレンズ１５が光ファイバ１０の軸線上から外される。またホルダ３１に保持された切断用集束レンズ２７を駆動制御装置４０により丸棒３０、スライダ２９と共に前進せしめた後、９０度回転せしめて全反射ミラー２５，３５間に位置せしめる。さらにホルダ３４に保持された溶接用集束レンズ２８を駆動制御装置４０により丸棒３３、スライダ３２と共に、後退せしめられて全反射ミラー２５，３５間から外す。然して図６に示されるブランケット１の支持脚２をバックプレート３の支持リブ４から切断するには、ヘッドフレーム６を僅かに下降して溶接・切断用ノズル８を支持脚２の切断部に向かわせる。そして光ファイバ１０より沃素レーザを出射し、この出射沃素レーザ１４を全反射ミラー２５にて下方に拡大反射させ、この反射した沃素レーザ２６を切断用集束レンズ２７を適宜に上下させて適切に集束しながら全反射ミラー３５にて溶接・切断用ノズル８の方向に反射させて、図８に示すように溶接・切断用ノズル８から切断部にレーザ照射して切断を行いながら、徐々にヘッドフレーム６を隣接するブランケット１間の隙間５を下降させて支持脚２を支持リブ４から垂直長手方向に切断していく。この切断加工においては、集束性が高くてエネルギー密度が集束部で高いことが必要で、結像比は低く、焦点深度の浅いビームとなる。
【００１３】
尚、上記実施形態のレーザ式遠隔溶接・切断装置における溶接・切断用ノズル８は、ヘッドフレーム６の先端部一側方に突設しているが、これは隣接するブランケット１の支持脚２間の空間５′で支持脚２をバックプレート３の支持リブ４に溶接したり、ブランケット１の交換、補修時に支持脚２を支持リブ４から切断したりするためで、バックプレート３をブランケット１の正面側から溶接したり、切断したり、穴明けしたりする場合は、図９、図１０に示すようにベアリング機構４１でヘッドフレーム６の先端部のツール４２の下端とメタルタッチしているノズル支持部材４３全体を回転可能になして、溶接・切断用ノズル８を水平方向に回転させて、ヘッドフレーム６の前方に突出せしめるようにするとよい。このようにした場合、バックプレート３を切断或いは穴明けした部分からさらにその外側の真空容器の二重壁の溶接、切断、穴明け等の加工ができる。
【００１４】
また、上記実施形態の核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置は、光ファイバ１０より沃素レーザを出射しているが、これはブランケット１の支持脚２のように肉厚寸法の大きい構成材料を溶接・切断するのに高出力を要するためで、ブランケット１の支持脚２以外の肉厚寸法の小さい構成材料を溶接、切断、穴明けしたりするのに利用する場合は低出力でもよいので、沃素レーザをＹＡＧレーザに代替してもよい。
【００１５】
【発明の効果】
以上の説明で判るように本発明の核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置によれば、狭隘空間に位置するブランケット背面の支持脚の溶接、切断作業を、ブランケット正面側から隣接するブランケット間の隙間を通してアクセスすることができて、溶接、切断作業以外の作業は不要であり、しかも遠隔操作により前記溶接、切断作業を円滑に且つ能率よく行うことができる。また、ブランケット支持脚の溶接、切断以外に、バックプレートの溶接、切断、穴明け、真空容器の二重壁の溶接、切断、穴明け等の作業もブランケット正面側からアクセスすることができて、極めて効率のよい作業ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  核融合炉のブランケットのバックプレートへの取付状態を示す平面図である。
【図２】  本発明による核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置を用いてブランケット支持脚を溶接する時の側面図である。
【図３】  図２の正面図である。
【図４】  図２の核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置におけるヘッドフレームの支持ボックスを示す縦断側面図である。
【図５】  核融合炉内のブランケットの正面から図２に示す核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置をアクセスする状態を示す概略斜視図である。
【図６】  隣接するブランケット間の隙間に図２に示す核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置を挿入し、隣接するブランケットの支持脚間の空間に溶接・切断用ノズルを位置させた状態を示す平面図である。
【図７】  本発明による核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置を用いてブランケット支持脚を切断する時の側面図である。
【図８】  図７の正面図である。
【図９】  本発明による核融合炉ブランケットのレーザ式遠隔溶接・切断装置におけるヘッドフレーム先端部のツールを回転可能にした例を示す要部側面図である。
【図１０】  図９の正面図である。
【符号の説明】
１    ブランケット
５    隙間
６    ヘッドフレーム
８    溶接・切断用ノズル
９    光学系レーザビーム装置
１０    光ファイバ
１３    光ファイバ進退装置
１４    出射沃素レーザ
１５    溶接用コリメートレンズ
２５    全反射ミラー
２６    反射した沃素レーザ
２７    切断用集束レンズ
２８    溶接用集束レンズ
３５    全反射ミラー
３６    保護ガラス
３７    支持ボックス
３８    フィラーワイヤ
３９    ワイヤ供給装置
４０    駆動制御装置
４１    ベアリング機構
４２    ツール
４３    ノズル支持部材
【図１】
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【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】
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【図７】
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【図８】
0003657126.tif 000009
【図９】
0003657126.tif 000010
【図１０】
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