(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中構造物をレーザ溶接により水中補修する際に、被溶接面上の溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つガスシールド体であって、
ガス保持空間を多数有する直方体形状を成すシールド体本体を備え、
この直方体形状を成すシールド体本体には、前記被溶接面に接触して該被溶接面上の凹凸を吸収可能に摺動する長方形状の接触面と、前記溶接部に照射されるレーザ光と同軸にシールドガスを供給するノズルの少なくとも先端が一端側に嵌合され且つ他端が前記接触面で開口する貫通孔が具備されている
ことを特徴とするガスシールド体。
【請求項２】
前記シールド体本体の水中における浮遊を抑える浮遊抑止手段が備えられている請求項１に記載のガスシールド体。
【請求項３】
レーザ発振器と、前記レーザ発振器で発振されたレーザ光を集光して水中構造物の被溶接面に照射する集光部を有するレーザ溶接ヘッドと、前記レーザ溶接ヘッドの先端に位置して前記レーザ光と同軸にシールドガスを溶接部分に供給するノズルを具備して水中構造物をレーザ溶接により水中補修する水中補修溶接装置であって、
請求項１又は２に記載のガスシールド体を前記ノズルに設置した
ことを特徴とする水中補修溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中構造物にレーザ光を照射して該水中構造物の補修を行うに際して、溶接部ないしその近傍を局部的にドライ環境とするのに用いられるガスシールド体及び水中補修溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水中構造物、例えば、原子炉の炉内水中構造物や使用済燃料貯蔵プール内張りに溶接欠陥、応力腐食割れ等の欠陥部が発生した場合には、グラインダや放電加工によって欠陥部を完全に除去した後に、この欠陥部の除去加工で形成された窪みに肉盛溶接による補修を行うことが望ましい。
【０００３】
この欠陥部を除去する補修作業には、多くの手間隙がかかることから、これに代わる有効な補修方法として、例えば、炉内水中構造物に生じた欠陥部を養生板で覆い、不活性ガスを供給しながら養生板の周縁部をレーザ溶接により隅肉溶接することで、欠陥部を炉水やプール水から隔離する水中補修溶接方法が知られている。
【０００４】
この際、溶接部の近傍を局所的にドライ環境とする必要があるが、従来において、溶接部近傍の局所的なドライ環境を確保する技術を有するものとしては、例えば、特許文献１に記載された水中補修溶接装置がある。
【０００５】
この水中補修溶接装置は、レーザ発振器で発振されたレーザ光を適切なサイズに集光して水中構造物に照射する集光部を有するレーザ溶接ヘッドと、このレーザ溶接ヘッドの先端に位置して溶接部分にシールドガスをレーザ光と同軸に供給するノズルと、このノズルに設置されたシールドボックスを備えており、このシールドボックスは、溶接部分を囲み且つ溶接部分側で開口する箱体と、この箱体の開口周縁部に取り付けられた弾性体からなっている。
【０００６】
この水中補修溶接装置では、ノズルを介して供給されるシールドガスで充填されるシールドボックスの弾性体を被溶接面に接触させることで、レーザ溶接時において、溶接部分の水を排除してこの溶接部分ないしその近傍の局所的なドライ環境を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第4363933号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、上記した従来の水中補修溶接装置おいて、弾性体を被溶接面に接触させたシールドボックスに、ノズルを介してシールドガスを連続して供給することで、溶接部分ないしその近傍のドライ環境をある程度確保することができるものの、弾性体が被溶接面上の凹凸を通過する場合などのように、弾性体及び被溶接面間に僅かながらでも隙間が生じる場合には、この隙間からシールドガスが一気に噴出して、溶接部分ないしその近傍のドライ環境が損なわれてしまう可能性があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。
【０００９】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、水中補修溶接を行うに際して、被溶接面が滑らかである場合は勿論のこと、被溶接面上に凹凸があったとしても、溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つことができ、その結果、良好な補修溶接を行うことが可能になるガスシールド体及びこれを備えた水中補修溶接装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、水中構造物をレーザ溶接により水中補修する際に、被溶接面上の溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つガスシールド体であって、ガス保持空間を多数有する直方体形状を成すシールド体本体を備え、この直方体形状を成すシールド体本体には、前記被溶接面に接触して該被溶接面上の凹凸を吸収可能に摺動する長方形状の接触面と、前記溶接部に照射されるレーザ光と同軸にアルゴンガスやヘリウムガスや窒素ガスなどのシールドガスを供給するノズルの少なくとも先端が一端側に嵌合され且つ他端が前記接触面で開口する貫通孔が具備されている構成としており、この構成のガスシールド体を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係るガスシールド体は、前記シールド体本体の水中における浮遊を抑える浮遊抑止手段が備えられている構成としている。
【００１２】
一方、本発明の請求項３に係る発明は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器で発振されたレーザ光を集光して水中構造物の被溶接面に照射する集光部を有するレーザ溶接ヘッドと、前記レーザ溶接ヘッドの先端に位置して前記レーザ光と同軸にシールドガスを溶接部分に供給するノズルを具備して水中構造物をレーザ溶接により水中補修する水中補修溶接装置であって、請求項１又は２に記載のガスシールド体を前記ノズルに設置した構成としている。
【００１３】
本発明に係るガスシールド体において、ガス保持空間を多数有するシールド体本体には、ナイロン製のスポンジや目が細かいステンレス製の網を束ねて成るものや柔軟性のあるナイロン製の多孔質体を用いることができ、ガス（気泡）を保持する微小な空間を多数有していて、凹凸を吸収し且つ型崩れしないものであれば、材質はとくに限定しない。
【００１４】
また、本発明に係るガスシールド体において、シールド体本体の水中における浮遊を抑える浮遊抑止手段としては、例えば、シールド体本体を収容する（囲む）ケースや、シールド体本体内に設置可能な錘を採用することができるほか、シールド体本体自身の重量を重くするようにしてもよい。
【００１５】
さらに、本発明に係るガスシールド体において、ブロック状を成すシールド体本体の形状は、製造のし易さを考慮して、直方体形状とすることが望ましい。
【００１６】
一方、本発明に係る水中補修溶接装置において、レーザ溶接には、ＹＡＧレーザやファイバーレーザを用いることができるほか、半導体レーザやディスクレーザを用いることができる。
この際、レーザ出力を０．８〜４．０ｋＷとした場合、レーザ光のビーム径は、入熱過多や入熱不足を防ぐうえで、０．６〜１．０ｍｍとすることが望ましい。
【００１７】
また、本発明に係る水中補修溶接装置は、下向姿勢及び横向姿勢のいずれの姿勢にも適用できる、すなわち、被溶接面が水中構造物の底面である場合の補修及び被溶接面が水中構造物の壁面である場合の補修のいずれの補修にも適用することができる。
【００１８】
本発明に係るガスシールド体及び水中補修溶接装置では、水中構造物の補修を行うに際して、ノズルを介してガスシールド体にシールドガスを供給しつつシールド体本体の接触面を被溶接面に接触させて摺動させると、シールド体本体の貫通孔に供給されるシールドガスにより溶接部分の水が排除されて、この溶接部分ないしその近傍の局所的なドライ環境が確保されることとなる。
【００１９】
この際、ノズルを介してガスシールド体におけるシールド体本体の貫通孔に供給されるシールドガスの一部が、細かい気泡となってシールド体本体の多数のガス保持空間に保持されているうえ、シールド体本体の接触面が被溶接面上の凹凸を吸収するようになっているので、被溶接面上に凹凸があったとしても、シールド体本体の接触面と被溶接面との間からシールドガスが一気に噴出するようなことがなく、その結果、溶接部ないしその近傍はドライ雰囲気に保たれることとなって、良好な水中補修溶接を行い得ることとなる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１に係るガスシールド体では、上記した構成としているので、水中補修溶接を行うに際して、被溶接面が滑らかであるか否かに関係なく、溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【００２１】
また、本発明の請求項２に係るガスシールド体では、上記した構成としているので、シールド体本体が水中において浮遊するのを防ぐことができる。
【００２２】
一方、本発明の請求項３に係る水中補修溶接装置では、上記した構成としているので、溶接部ないしその近傍をドライ雰囲気に保つことができ、その結果、良好な水中補修溶接を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例によるガスシールド体及び水中補修溶接装置を示す構成説明図である。
【図２】図１におけるガスシールド体の拡大底面説明図（ａ）及び拡大断面説明図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る水中補修溶接装置を示しており、図１に示すように、この水中補修溶接装置１は、ＹＡＧレーザ発振器２と、このＹＡＧレーザ発振器２で発振されたレーザ光Ｌの光路である光ファイバ３と、この光ファイバ３を通して伝送されるレーザ光Ｌを適切なサイズに集光して水中構造物Ｓに照射する集光レンズ４を内蔵した集光部５と、レーザ光Ｌと同軸に配置されて溶接部分に酸化防止用のアルゴンガスやヘリウムガスや窒素ガスなど不活性シールドガスＧを供給するノズル６を備えており、集光部５とノズル６とでレーザ溶接ヘッド７を構成している。
【００２５】
また、この水中補修溶接装置１は、レーザ溶接ヘッド７のノズル６の先端部位に設置されるガスシールド体１０を備えている。
このガスシールド体１０は、浮遊抑止手段としてのケース１１に囲まれて保持された直方体形状のシールド体本体１２を具備している。このシールド体本体１２は、図２にも示すように、ガス保持空間１３を多数有していて、被溶接面（この実施例では後述する被覆板２０）に接触してこの被溶接面の凹凸を吸収可能に摺動する接触面１４と、ノズル６の先端が一端側に嵌合され且つ他端が接触面１４で開口する貫通孔１５が備えられている。
【００２６】
このような構成を有する水中補修溶接装置１を用いて、水中構造物Ｓの補修を行うに際しては、例えば、水中構造物Ｓと同じ材料（例えばＳＵＳ材）で且つ板厚０．５〜４ｍｍの薄板からなる矩形状の被覆板２０で水中構造物Ｓに生じた欠陥部Ｘを含む底面Ｓａを覆う。
【００２７】
次いで、被覆板２０の周縁部から中心側に入り込んだ位置において、レーザ溶接ヘッド７のノズル６からシールドガスＧを流量１５〜３０（ｌ／ｍｉｎ）で供給しながら、底面Ｓａの欠陥部Ｘを井桁状に囲むようにして、レーザ光Ｌを照射する。
【００２８】
具体的には、ビーム径０．６〜１．０（ｍｍ）、レーザ出力０．８〜４．０（ｋＷ）のレーザ光Ｌを溶接速度１〜２（ｍ／ｍｉｎ）で照射しつつ貫通溶接を行うと、溶加材でもある薄板の被覆板１０はフィラーワイヤを用いることなく水中構造物Ｓの底面Ｓａに固定されることとなり、多層盛りをしなくても溶接部の必要な肉厚を確保し得ることとなる。
【００２９】
上記したレーザ溶接の間において、ノズル６を介してガスシールド体１０にシールドガスＧを供給しつつシールド体本体１２の接触面１４を被覆板２０に接触させて摺動させると、シールド体本体１２の貫通孔１５に供給されるシールドガスＧにより溶接部分の水が排除されて、この溶接部分ないしその近傍の局所的なドライ環境が確保されることとなる。
【００３０】
この際、ノズル６を介してガスシールド体１０におけるシールド体本体１２の貫通孔１５に供給されるシールドガスＧの一部が、細かい気泡となってシールド体本体１２の多数のガス保持空間１３に保持されているうえ、シールド体本体１２の接触面１４が被覆板２０上の凹凸を吸収するようになっているので、被覆板２０上に凹凸があったとしても、シールド体本体１２の接触面１４と被覆板２０との間からシールドガスＧが一気に噴出すようなことがなく、その結果、溶接部ないしその近傍はドライ雰囲気に保たれることとなって、良好な水中補修溶接を行い得ることとなる。
【００３１】
上記した実施例による水中補修溶接方法では、レーザ溶接にＹＡＧレーザを用いた場合を示したが、これに限定されるものではなく、ファイバーレーザや半導体レーザを用いることができるほか、ディスクレーザを用いることができる。
【００３２】
また、上記した実施例では、本発明に係る水中補修溶接方法を下向姿勢での補修、すなわち、被溶接面が水中構造物Ｓ上の被覆板２０である場合の補修に適用した状況を示したが、これに限定されるものではなく、横向姿勢、すなわち、被溶接面が水中構造物の壁面である場合の補修にも適用することができる。
【００３３】
さらに、上記した実施例では、レーザ光Ｌのビーム径を０．６〜１．０（ｍｍ）、レーザ出力を０．８〜４．０（ｋＷ）、レーザ光Ｌの照射による溶接速度を１〜２（ｍ／ｍｉｎ）、不活性シールドガスＧの流量を１５〜３０（ｌ／ｍｉｎ）と規定しているが、これに限定されるものではない。
【００３４】
本発明に係るガスシールド体及び水中補修溶接装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００３５】
１  水中補修溶接装置
２  レーザ発振器
５  集光部
６  ノズル
７  レーザ溶接ヘッド
１０  ガスシールド体
１１  ケース（浮遊抑止手段）
１２  シールド体本体
１３  ガス保持空間
１４  接触面
１５  貫通孔
２０  被覆板（被溶接面）
Ｇ  不活性シールドガス
Ｌ  レーザ光
Ｓ  水中構造物
【図１】
0005971910.tif 000002
【図２】
0005971910.tif 000003