(57)【要約】【課題】構造部材を融点以下の温度で、最小限のエリアのみ熱履歴を加え、補修個所を最小限にとどめ、かつ小型化した構造物の亀裂補修装置及び亀裂補修方法を得る。【解決手段】構造部材１の亀裂部２に押圧回転装置６により接合ツール７を加圧接触させ、接合ツール７を回転させて亀裂部２と接合ツール７との接触面に摩擦熱を発生させ、この摩擦熱によって構造部材１を軟化させて摩擦攪拌接合により亀裂部２を接合して補修する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材の亀裂部と加圧接触し、構造部材と相対的に回転し、構造部材との接触部に摩擦熱を発生する接合ツールと、
前記構造部材と接合ツールとの相対的な回転を与える回転装置と、
前記接合ツールを保持する保持部材とを備えたことを特徴とする構造部材の亀裂補修装置。
【請求項２】
接合ツールが、第１の軸線と、この第１の軸線と略直角に交わる第２の軸線に沿って前記構造部材と相対的に移動可能であることを特徴とする請求項１記載の構造部材の亀裂補修装置。
【請求項３】
接合ツールの近傍に撮像装置を設けたことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の構造部材の亀裂補修装置。
【請求項４】
接合ツールを第１の軸線に沿って移動させる第１の移動軸と、接合ツールを第２の軸線に沿って移動させる第２の移動軸と、接合ツールを回転させる回転軸と、接合ツールを亀裂部に押し付ける押し付け軸とを有し、亀裂補修部へ可搬なサポートに支えられた接合ヘッドを有することを特徴とする請求項２記載の構造部材の亀裂補修装置。
【請求項５】
構造部材の亀裂部と接合ツールとを加圧接触させる手段と、
加圧接触した接合ツールを構造部材に対して相対的に回転させ、接触面に摩擦熱を発生させる手段と、前記摩擦熱により構造部材を軟化させ、亀裂部を接合させる手段とからなる構造部材の亀裂補修方法。
【請求項６】
構造部材がオーステナイト系ステンレス鋼、Ｎｉ基合金またはＣｏ基合金であって、亀裂補修部の組織を微細化することを特徴とする請求項４記載の構造部材の亀裂補修方法。
【請求項７】
亀裂補修後、補修部の表面硬化層を除去し、圧縮応力を付加することを特徴とする請求項４記載の構造部材の亀裂補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造部材の亀裂を除去することなく補修する構造部材の亀裂補修装置および亀裂補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば原子炉の炉心シュラウドのような構造部材に亀裂が生じた場合、その亀裂を補修するためには、構造部材表面から亀裂を完全に除去し、その後にアーク溶接などの熱源を利用し、ワイヤを添加しながら溶接で亀裂除去部を埋め、補修していた。
【０００３】
しかしこのような従来の亀裂補修方法であると、亀裂の除去工程と、亀裂除去部の溶接工程などの多くの補修工程を必要とし、補修作業に時間がかかる。  
また、構造部材である母材に対しての入熱が大きいことから、難溶接材料および放射線部材への溶接に対する適用が敬遠されていた。
【０００４】
そこで最近では、これら構造部材に対して亀裂を除去することなく補修する方法として、高密度エネルギーを熱源とするレーザ溶接を用いた亀裂補修方法や、比較的深い溶込みが得られるA-TIG溶接を用いた亀裂補修方法が開発されてきた（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−２８７０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、いずれの亀裂補修方法とも母材を溶かす方法であり、最低でも母材を溶かすだけの熱量を母材に入熱する必要があった。  
しかし、原子力機器などにおいては、放射線量の問題で母材を溶かすことによりヘリウムバブルが発生し、溶接欠陥を生じることがあり、母材の融点以下での補修が望まれていた。
【０００６】
また、補修個所は最小限にとどめ、最小限のエリアのみ熱履歴を与えることが望ましい。  
また、現地での作業では構造部材の形状や寸法の制約上、小型の補修装置でなければアクセスできない部位もある。
【０００７】
さらに、母材の補修部の酸化を防ぎ、母材の温度を常に一定に保ち、補修条件を安定化させるために、水中環境での補修も行わなければならない場合もあり、このような水中での保守作業が行える亀裂補修装置が望まれるなど、多くの技術的な課題があった。
【０００８】
本発明は以上の課題を解決するためになされたものであって、構造部材の母材を溶かすことなく、熱履歴を与えるエリアを必要最小限に小さくし、小型で、水中環境においても作業の行える構造部材の亀裂補修装置および亀裂補修方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以上の目的を達成するために本発明の請求項１記載の構造物の亀裂補修装置は、構造部材の亀裂部と加圧接触し、構造部材と相対的に回転し、構造部材との接触部に摩擦熱を発生する接合ツールと、前記構造部材と接合ツールとの相対的な回転を与える回転装置と、前記接合ツールを保持する保持部材とからなることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の構造物の亀裂補修方法は、構造部材の亀裂部と接合ツールとを加圧接触させる手段と、加圧接触した接合ツールを構造部材に対して相対的に回転させ、接触面に摩擦熱を発生させる手段と、前記摩擦熱により構造部材を軟化させ、亀裂部を接合させる手段とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の構造部材の亀裂補修装置および亀裂補修方法によれば、構造部材の母材を溶かすことなく、熱履歴を与えるエリアを必要最小限に小さくし、小型で、水中環境においても作業が行える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。  
図１は本発明の第1の実施の形態を示す図である。図１において、符号１は、表面に亀裂２が生じた構造部材（以下母材と称する）、符号３は、前記母材２を載置し、第１の軸線である矢印Ｘ軸線に沿って水平方向に移動可能な移動台座、符号４は、前記移動台座３と相対的に移動可能な固定支柱、符号５は、前記Ｘ軸線と直角な第２の軸線である矢印Ｙ軸線に沿って水平方向に移動可能なように前記固定支柱４に取り付けられた移動架台、符号６は、前記移動架台５に取り付けられ、前記母材１に対して第３の軸線である矢印Ｚ軸線に沿って垂直方向に移動可能な押圧回転装置、符号７は、前記押圧回転装置６と前記母材１との間に挟まれ、押圧回転装置６の垂直下降動作により加圧力をもって母材１に押し付けられる接合ツールである。  
前記押圧回転装置６は、垂直下降動作により接合ツール７を母材１に押し付けるると共に、接合ツール７を母材１に押し付けたままの状態で回転させる回転装置を備えている。
【００１３】
次に上記亀裂補修装置の作用について説明する。亀裂２を生じた母材１は移動台座３上に載置され、図示しない固定装置により固定される。  
接合ツール７は母材１の亀裂２部分に当てられ、上方から押圧回転装置６により亀裂２部分に適当な圧力で加圧接触される。
【００１４】
これと同時に接合ツール７は亀裂２に加圧接触されたままの状態で押圧回転装置６により回転させられる。  
接合ツール７の回転により、接合ツール７と母材１との接触面に摩擦熱が生じ、その摩擦熱よって母材１が軟化され、摩擦攪拌接合によって母材１の融点以下の温度で亀裂２を接合し、亀裂を補修することができる。
【００１５】
亀裂２がある長さや形を有している場合は、それに応じて移動台座３および移動架台５をＸ軸線、Ｙ軸線に沿って水平移動させながら亀裂２に沿って亀裂補修を行うことによって、亀裂２の全長に亘って接合することができる。これにより接合完了した部分には接合ビード８が形成される。
【００１６】
このように本実施の形態によれば、母材１の亀裂補修を亀裂２を除去することなく行うことができるので亀裂除去工程を省略でき、補修工程を短縮することができる。  
また、摩擦攪拌接合によって母材１の融点以下の温度で亀裂２を接合するため、母材１へ投入する熱量が小さくて済み、母材１を溶かすことなく、熱ダメージが少なくなり、難溶接材料や放射線部材への適用も可能となる。
【００１７】
さらに、移動台座３や移動架台５のＸ軸線、Ｙ軸線に沿った動きにより、亀裂補修個所に沿って接合ツールを移動させることができるので、補修個所を最小限に留め、熱履歴を与えるエリアも最小限にすることができる。
【００１８】
母材としてオーステナイト系ステンレス鋼またはＮｉ基合金に適用する場合には、接合部を微細組織化することにより応力腐食割れを防止することが可能である。また、母材としてガスタービン部材のようなＣｏ基合金に適用する場合には、接合部を微細組織化することにより高温強度を向上させることが可能である。
【００１９】
さらに、亀裂補修後、補修部の表面硬化層をグラインダーなどの除去装置で除去し、さらにショットピーニングなどで圧縮応力を付加することにより、補修部表面の応力腐食割れを防止することができる。
【００２０】
次に本発明の第２の実施の形態について図２を参照して説明する。なお、以下の実施の形態の説明において、図１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２１】
図２において、９ａ、９ｂはＣＣＤカメラのような撮像装置で、接合ツール７の近傍、例えば、母材１の移動方向であるＸ軸線に沿って接合ツール７の前後に、レンズを接合ツール７と母材１との接触面に向けて、支え部材１０ａ、１０ｂによって押圧回転装置６に取り付けられている。  
１１は前記撮像装置９ａ、９ｂからの撮像信号を受け、接合ツール７と母材１との接触面の状態を面画上に画像表示するモニタである。
【００２２】
本実施の形態によれば、撮像装置９ａ、９ｂで撮影した撮像信号をモニタ１１の画面に画像表示することより、図３（ａ）に示すように亀裂の補修状態が目視で確認できるので確実な亀裂の補修を行うことができる。
【００２３】
また撮像装置９ａ、９ｂの向きを適宜調整することにより、亀裂２の形や向きなどの位置情報を確認しながら亀裂を追従し、それに応じて移動台座３および移動架台５をＸ軸線、Ｙ軸線に沿って水平移動させながら亀裂補修を行うことによって、亀裂２の全長に亘って接合することができ、短時間で、確実な亀裂２の補修が行えるるる。
【００２４】
さらに、図３（ｂ）に示すように撮像装置９ａ、９ｂで亀裂補修の終了した接合ビート８をモニタ画面上で確認しながら亀裂補修を行えば、亀裂補修後の形状の確認が行え、より正確な亀裂補修を行うことができる。
【００２５】
次に本発明の第３の実施の形態について図４（ａ）、（ｂ）を参照して説明する。  
図４は本願発明による亀裂補修装置を原子炉の炉心シュラウドの亀裂補修装置へ適用した場合の実施の形態を示す図である。
【００２６】
図４に示すように、原子炉の炉心シュラウド２０の内面に亀裂が生じた場合、この亀裂を補修する亀裂補修装置２１を支えたサポート２２をシュラウド２０上部から亀裂補修部まで挿入する。
【００２７】
亀裂補修装置２１は、亀裂の近傍に配置するためサポート２２の上下２箇所で保持された接合ヘッド２３を有し、この接合ヘッド２３は、シュラウド２０の亀裂補修個所と密着させるため真空排気装置２４を有している。
【００２８】
接合ヘッド２３は、図４（ｂ）に拡大して示すように、図１に示す押圧回転装置６に相当する押しつけ軸２５と、同じく移動架台５に相当する移動軸２６（Ｙ軸線）、移動台座３に相当する移動軸２７（Ｘ軸線）との駆動軸を有し、接合ツール１をシュラウド２０の亀裂部に加圧接触させながら回転軸２８により回転させる。
【００２９】
このように接合ヘッド２３に駆動軸をもたせるため、亀裂補修装置自身はコンパクトになり、接合ヘッド２３の大きさ以上の空間がある部位の亀裂補修が可能となる。  
また、亀裂補修装置自身に可搬性があるため、亀裂がある部位に補修装置を持っていき、補修時の反力をサポート２２で受けることにより接合が可能となる。
【００３０】
また、亀裂の方向が縦向きの場合は移動軸２６（Ｙ軸線）を主移動軸とし、横向きの場合は移動軸２７（Ｘ軸線）を主移動軸として移動させることにより、横向・縦向姿勢での接合が可能となる。  
さらに水中で亀裂補修する場合は、前記真空排気機構２４により補修面の水分を除去するため、補修面が酸化せず、水中補修作業が行える。
【００３１】
また必要に応じ補修面に不活性ガスを注入することも可能であり接合ビード状態を確認し、いずれの手法も取れるようになっている。  
なお、前記実施の形態においては、母材１と接合ツール７とは相対的に回転可能であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す斜視図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す斜視図。
【図３】本発明の第２の実施の形態におけるモニタ画面を示す図で、（ａ）は亀裂位置確認画面を示す図、（ｂ）はビート形状確認画面を示す図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は要部を拡大して示す斜視図。
【符号の説明】
【００３３】
１…構造部材（母材）、２…亀裂、３…移動台座、４…固定支柱、５…移動架台、６…押圧回転装置、７…接合ツール、８…接合ビート、９ａ、９ｂ…撮像装置、１０ａ、１０ｂ…支え部材、１１…モニタ、２０…シュラウド、２１…亀裂補修装置、２２…サポート、２３…接合ヘッド、２４…真空排気装置、２５…押しつけ軸、２６…移動軸、２７…移動軸、２８…回転軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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