(57)【要約】【課題】  き裂状欠陥内に水分が残存する場合であってもき裂状欠陥の進展を抑制することができるき裂状欠陥の補修方法を提供する。【解決手段】  原子炉構造物１の表面１ａに発生したき裂状欠陥２を補修する補修方法は、き裂状欠陥２上に犠牲アノード７を配置する工程と、き裂状欠陥２を外部環境から隔離する工程と、を備えている。犠牲アノード７はき裂状欠陥２とともに外部環境から隔離される。犠牲アノード７は、原子炉構造物１を構成する材料よりも卑な電位を示す物質から構成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉構造物の表面に発生したき裂状欠陥を補修する補修方法において、
前記き裂状欠陥上に犠牲アノードを配置する工程と、
前記犠牲アノードとともに前記き裂状欠陥を外部環境から隔離する工程とを備え、
前記犠牲アノードは、前記原子炉構造物を構成する材料よりも卑な電位を示す物質からなることを特徴とする補修方法。
【請求項２】
前記犠牲アノードは板状、または箔状、または粉状の物質からなることを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
【請求項３】
板材を前記き裂状欠陥上に配置するとともに、前記板材の縁部を前記原子炉構造物の表面に溶接することにより、前記き裂状欠陥を外部環境から隔離することを特徴とする請求項１または２に記載の補修方法。
【請求項４】
前記板材の前記原子炉構造物と対面する側の面、または前記原子炉構造物の表面に、前記犠牲アノードを付着させておき、板材を前記原子炉構造物の表面に溶接することにより、前記き裂状欠陥を外部環境から隔離すると同時に前記犠牲アノードを前記き裂状欠陥上に配置することを特徴とする請求項３に記載の補修方法。
【請求項５】
溶接、めっき、溶射、および塗布のうちから選択される１以上の方法を用いて、前記犠牲アノードを付着させることを特徴とする請求項４に記載の補修方法。
【請求項６】
前記き裂状欠陥を外部環境から隔離する工程の前に、前記き裂状欠陥を有する前記原子炉構造物の表面に付着している不純物を除去する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の補修方法。
【請求項７】
原子炉構造物の表面に発生したき裂状欠陥を補修したき裂状欠陥補修部の構造であって、
前記き裂状欠陥上に設けられた犠牲アノードと、
前記原子炉構造物の表面に設けられ、前記犠牲アノードとともに前記き裂状欠陥を外部環境から隔離する被覆部とを備え、
前記犠牲アノードは、前記原子炉構造物を構成する材料よりも卑な電位を示す物質からなることを特徴とするき裂状欠陥補修部の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉内の構造物や機器等に発生するき裂状欠陥の補修方法、およびき裂状欠陥補修部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉内の構造物や機器など（「原子炉構造物」とも呼ぶ）にき裂状の欠陥が発生した場合には、原子炉構造物の構造上の健全性評価を行い、その結果によってはその原子炉構造物を補修または交換するなどの処置が施される。
【０００３】
原子炉構造物の補修方法としては、欠陥部の切削による削除と肉盛溶接による充填を組み合わせた補修方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この原子炉構造物に発生する欠陥として、材質的要因、応力要因、環境要因の３要因が重複した場合に、応力腐食割れによるき裂が生じ得る。応力腐食割れによるき裂においては、この３要因のうちいずれか１つを排除することにより、欠陥の発生および進展を防止することができる。このため、構造健全性確保が確認できれば欠陥を除去しない補修方法を施すことも可能であり、欠陥を外部環境、すなわち環境要因となり得る酸素から遮断することを目的とした原子炉構造物表面のき裂状欠陥（開口欠陥）の封止も有効な補修手段となる。
【０００５】
このような補修方法として、肉盛溶接または表面溶融による溶融層で欠陥部を被覆する補修方法や、板材で欠陥部を被覆するとともに板材の縁部を溶接することによって欠陥部を外部腐食環境から遮断する補修方法等が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
ところで、このようなき裂状欠陥は、通常、内部の気相中または内部に滞留した水分中に酸素成分が残存する。このような酸素成分を内包した状態で欠陥部を遮断（封止）すると、遮断後に内部から応力腐食割れが発生するおそれがある。
【０００７】
このため、外部腐食環境から遮断されるき裂状欠陥内部から酸素成分を排除して補修効果をより向上させるための開発も行われている。例えば、特許文献３においては、欠陥部に可燃性の有機溶媒または有機脱酸材を浸透させた後に欠陥部を加熱して有機溶媒または有機脱酸材を燃焼させることによって、あるいは前述の欠陥部を加熱することによって、欠陥内に含まれる気相中の酸素または水分中の溶存酸素を除去することが開示されている。また、特許文献３には、欠陥部に可燃性の有機溶媒又は有機脱酸材を浸透させた後、前述の欠陥部を減圧または減圧下で加熱することによって、酸素成分を排除することも開示されている。
【特許文献１】特開２００３−５３５３３号公報
【特許文献２】特開２００３−１９４９８４号公報
【特許文献３】特開２００３−１１４２９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した方法を用いたとしても作業上のミス等により、遮断されるき裂状欠陥内部から酸素成分を完全に排除しきれないおそれもある。原子炉構造物に求められる高い信頼性を考慮すると、き裂状欠陥内に酸素成分が含まれていたとしても、き裂状欠陥の進展を確実に抑制することができる補修が行われるべきである。
【０００９】
本発明は上述した点を考慮してなされたものであり、き裂状欠陥内に水分が残存する場合であってもき裂状欠陥の進展を抑制することができるき裂状欠陥の補修方法、およびき裂状欠陥補修部の構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、原子炉構造物の表面に発生したき裂状欠陥を補修する補修方法において、前記き裂状欠陥上に犠牲アノードを配置する工程と、前記犠牲アノードとともに前記き裂状欠陥を外部環境から隔離する工程とを備え、前記犠牲アノードは、前記原子炉構造物を構成する材料よりも卑な電位を示す物質からなることを特徴とする補修方法である。
【００１１】
本発明は、前記犠牲アノードは板状、または箔状、または粉状の物質からなることを特徴とする補修方法である。
【００１２】
本発明は、板材を前記き裂状欠陥上に配置するとともに、前記板材の縁部を前記原子炉構造物の表面に溶接することにより、前記き裂状欠陥を外部環境から隔離することを特徴とする補修方法である。
【００１３】
本発明は、前記板材の前記原子炉構造物と対面する側の面、または前記原子炉構造物の表面に、前記犠牲アノードを付着させておき、板材を前記原子炉構造物の表面に溶接することにより、前記き裂状欠陥を外部環境から隔離すると同時に前記犠牲アノードを前記き裂状欠陥上に配置することを特徴とする補修方法である。
【００１４】
本発明は、溶接、めっき、溶射、および塗布のうちから選択される１以上の方法を用いて、前記犠牲アノードを付着させることを特徴とする補修方法である。
【００１５】
本発明は、前記き裂状欠陥を外部環境から隔離する工程の前に、前記き裂状欠陥を有する前記原子炉構造物の表面に付着している不純物を除去する工程をさらに備えたことを特徴とする補修方法である。
【００１６】
本発明は、原子炉構造物の表面に発生したき裂状欠陥を補修したき裂状欠陥補修部の構造であって、前記き裂状欠陥上に設けられた犠牲アノードと、前記原子炉構造物の表面に設けられ、前記犠牲アノードとともに前記き裂状欠陥を外部環境から隔離する被覆部とを備え、前記犠牲アノードは、前記原子炉構造物を構成する材料よりも卑な電位を示す物質からなることを特徴とするき裂状欠陥補修部の構造である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、き裂状欠陥周辺における原子炉構造物を構成する材料の腐食を電気化学的に防止し、これにより、き裂状欠陥内に水分が残存する場合であってもき裂状欠陥の進展を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による原子炉構造物のき裂状欠陥の補修方法およびき裂状欠陥補修部の構造の一実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。このうち、図１は本発明による原子炉構造物１のき裂状欠陥の補修方法を示すフロー図であり、図２は原子炉構造物１に発生したき裂状欠陥２を示す断面図であり、図３はき裂状欠陥２の補修方法およびき裂状欠陥補修部１０の構造を示す断面図であり、図４はき裂状欠陥２周辺における腐食の進行を説明する図である。
【００１９】
図２に示すように、原子炉構造物１の表面１ａに、応力腐食割れによるき裂状欠陥２が発生する場合がある。この場合、上述したように通常き裂状欠陥２の内部には水分３が滞留している。このように水分３の滞留した原子炉構造物１のき裂状欠陥２の補修方法について以下に述べる。なお、本願におけるき裂状欠陥２とは、先端の尖ったき裂だけでなく、表面１ａから原子炉構造物内側に入り込み水分が内部に滞留し得る凹部状の欠陥、言い換えると原子炉構造物１に向けた開口を有する欠陥を含む概念である。
【００２０】
まず、酸化皮膜除去工程Ｓ１（図１）として、き裂状欠陥２周辺における原子炉構造物１の表面１ａに付着している酸化皮膜等の不純物が除去される。後述するように原子炉構造物１の表面１ａは板材４が溶接にて取り付けられる対象であり、被溶接部材となる。酸化皮膜等の不純物を除去することにより、原子炉構造物１の表面１ａへの溶接性を向上させることができる。なお、この原子炉構造物１は、ステンレス鋼又はＮｉ基合金から形成される。ただし、この工程Ｓ１は本発明において必須の工程ではなく、原子炉構造物１の表面状態を考慮してこの工程Ｓ１を省略することができる。
【００２１】
このような不純物は、レーザ光の照射による方法、ブラスト材吹き付けによる方法、ウォータージェットによる方法、グラインダー加工による方法、フラップホイール加工による方法、およびサンドペーパーでの研磨による方法のうちから選択される１以上の機械的な除去方法、あるいは有機酸を用いた化学的な除去方法を用いて除去され得る。
【００２２】
次に、犠牲アノード介在工程Ｓ２（図１）として、原子炉構造物１の表面１ａ上、好ましくは原子炉構造物１の表面１ａに発生したき裂状欠陥２上に犠牲アノード７を配置する。犠牲アノード７は原子炉構造物１を構成する材料よりも卑な電位を示す物質から構成され、原子炉構造物１を構成する材料の腐食を防止または抑制してき裂状欠陥２の進展を抑制するためのものである。図３に示すように、本実施の形態において、犠牲アノード７は板状または箔状に形成されており、この板状または箔状の犠牲アノード７がき裂状欠陥２を含む原子炉構造物１の表面１ａ上に載置されている。
【００２３】
次に、被覆工程Ｓ３（図１）として、犠牲アノード７とともにき裂状欠陥２を外部環境から隔離する被覆部８が原子炉構造物１の表面に設けられる。本実施の形態においては、まず、き裂状欠陥２を含む原子炉構造物１の表面１ａ上に板材４を配置する（図３）。そして、この板材４の周縁部を原子炉構造物１の表面１ａに、例えばレーザ溶接機５を用いて溶接することにより、板材４と原子炉構造物１の表面１ａとの間に溶接ビードからなる金属溶着部６が形成される。この金属溶着部６により、板材４と原子炉構造物１の表面１ａとが密閉された状態で接合され、き裂状欠陥２は周囲の外部環境から隔離される。これにより、原子炉構造物１の表面１ａと、板材４と金属溶着部６とからなる被覆部８との間に形成される隔離部９内に、原子炉構造物１に使用する物質よりも卑な電位を示す物質からなる犠牲アノード７が介在する（配置された）ことになる。
【００２４】
以上の工程を経てき裂状欠陥２の補修がなされ、き裂状欠陥補修部１０の構造は、図３に示すように、き裂状欠陥２上に設けられた犠牲アノード７と、原子炉構造物１の表面１ａに設けられ、犠牲アノード７とともにき裂状欠陥２を外部環境から隔離する被覆部８と、を備えることになる。なお、上述したように、本実施の形態において、被覆部８は、き裂状欠陥２上に配置された板材４と、板材４の周縁部と原子炉構造物１との間を密閉する金属溶着部６とを有している。
【００２５】
次に、上述した補修工程を経て形成されたき裂状欠陥補修部１０におけるき裂状欠陥２の進展を抑制する作用について、特に図５を用いて説明する。
【００２６】
中性水溶液中での鉄のアノード溶解反応は、式１で表される。
アノード反応：Ｆｅ→Ｆｅ２＋＋２ｅ−    Ｅ０＝−０．４４０Ｖ（２５℃）  （式１）
【００２７】
一方、カソード反応は、式２の酸素還元反応として表される。
カソード反応：１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→２ＯＨ−    Ｅ０＝０．４０１Ｖ（２５℃）
（式２）
【００２８】
以上の式１及び式２を組合せて、腐食反応は式３で表される。
腐食反応：Ｆｅ＋１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→Ｆｅ２＋＋２ＯＨ−                   （式３）
【００２９】
このような腐食環境にある隔離部９内において、ある物質（Ｍ）が原子炉構造物１と短絡していれば、原子炉構造物１を構成する材料の主成分である鉄より卑な電位を示す物質であれば犠牲アノード７として作用し、式４で表されるアノード反応を起こす。
アノード反応：Ｍ→Ｍ＋＋ｅ−                                          （式４）
【００３０】
そして、犠牲アノード７の溶解反応（式４）は、鉄のアノード溶解反応（式１）に優先して起こる。例えばアルミニウムを用いて、犠牲アノード７として原子炉構造物１と短絡させた場合、式５の反応によりアルミニウムが溶解し、鉄表面では酸素還元反応（式２）が生じる。
アノード反応：Ａｌ→Ａｌ３＋＋３ｅ−    Ｅ０＝−１．６６Ｖ（２５℃）    （式５）
【００３１】
すなわち、被覆部８により外部環境から隔離された隔離部９内において、犠牲アノード７が原子炉構造物１の表面１ａ上に、さらに好ましくはき裂状欠陥上２に配置されていることにより、隔離部９内では腐食反応（式３）が抑制され、原子炉構造物１を構成する材料の主成分である鉄の溶解反応（式１）を防止することができ、き裂状欠陥２の進展が抑制される。
【００３２】
以上のように本実施の形態によれば、内部に水分３が残存するき裂状欠陥２を被覆部８で外部環境から隔離するとともに隔離部９内に犠牲アノードを介在させて、き裂状欠陥補修部１０の構造を電気化学的に原子炉構造物１の腐食を防止する効果を有する構造にしている。これにより、原子炉構造物１を構成する材料の腐食を防止し、き裂状欠陥２の進展を抑制することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態においては、被覆部８によるき裂状欠陥２の外部環境からの隔離に先立って、き裂状欠陥２を含む原子炉構造物１の表面１ａ上に板状または箔状の犠牲アノード７を載置する例を示したが、これに限られない。図５乃至図７を用いて、犠牲アノード７または犠牲アノード７の配置方法についての第１乃至第３の変形例を示す。なお、図５乃至図７において、図１乃至図４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３４】
図５に示す第１の変形例において、犠牲アノード７ａは、原子炉構造物１を構成する材料よりも卑な電位を示す粉状の物質から構成されている。このような犠牲アノード７ａは、上述した実施の形態と同様に、被覆部８によりき裂状欠陥２を外部環境から隔離するのに先立ってき裂状欠陥２を含む原子炉構造物１の表面１ａ上に載置することにより、原子炉構造物１と被覆部８との間隙のき裂状欠陥２上に配置する（介在させる）ことができる。この変形例においても、上述した実施の形態と同様に、前述した犠牲アノード７ａの溶解反応（式４）が起こり、鉄の溶解反応（式１）が抑制され、その結果き裂状欠陥２の進展が抑制される。
【００３５】
図６に示す第２の変形例においては、板材４のき裂状欠陥２内に滞留する水分３と接する側の表面４ａに犠牲アノードを付着させてなる犠牲アノード層７ｂがあらかじめ形成されている。この犠牲アノード層７ｂは、例えば、原子炉構造物１を構成する材料よりも卑な電位を示す物質を板材４に溶接することにより、またはめっきすることにより、または塗布すること等により形成され得る。この板材４を原子炉構造物１の表面１ａに溶接することにより、き裂状欠陥２を外部環境から隔離すると同時に犠牲アノード７をき裂状欠陥２上に配置することができる。
【００３６】
この変形例においても、上述した実施の形態およびその変形例と同様に、原子炉構造物１と板材４とが短絡されることにより、前述した犠牲アノード７ｂの溶解反応（式４）が起こり、鉄の溶解反応（式１）が抑制され、その結果き裂状欠陥２の進展が抑制される。また、あらかじめ犠牲アノード溶射層７ｂを板材４に形成しておくことにより、き裂状欠陥２の補修作業において、犠牲アノード介在工程Ｓ１（図１）を省略することが可能となり、実機での補修作業を簡略化することができる。
【００３７】
図７に示す第３の変形例においては、原子炉構造物１のき裂状欠陥２を含む表面１ａに犠牲アノードを付着させてなる犠牲アノード層７ｃを形成することによって、犠牲アノード７ｃをき裂状欠陥２上に配置している。第２の変形例と同様に、この犠牲アノード層７ｃは、例えば、原子炉構造物１を構成する材料よりも卑な電位を示す物質を板材４に溶接することにより、またはめっきすることにより、または塗布すること等により形成され得る。また、犠牲アノード層７ｃをき裂状欠陥２上に形成した後の工程は、上述した実施の形態と同様であり、例えば、板材４を原子炉構造物１の表面１ａに溶接することにより、犠牲アノード層７ｃとともにき裂状欠陥２を外部環境から隔離してもよい。
【００３８】
この変形例においても、上述した実施の形態およびその変形例と同様に、補修されたき裂状欠陥２を含む隔離部９内で、犠牲アノード層７ｃにおいて前述した犠牲アノード７の溶解反応（式４）が起こることにより、鉄の溶解反応（式１）が抑制され、その結果き裂状欠陥２の進展が抑制される。また、この変形による補修方法によれば、原子炉構造物１の水平でない表面１ａを補修する際に、犠牲アノード材料の落下を防止することができ便利である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による原子炉構造物のき裂状欠陥の補修方法を示すフロー図。
【図２】原子炉構造物に発生したき裂状欠陥を示す断面図。
【図３】き裂状欠陥の補修方法およびき裂状欠陥補修部の構造を示す断面図である。
【図４】き裂状欠陥周辺における腐食の進行を説明する図。
【図５】き裂状欠陥の補修方法およびき裂状欠陥補修部の構造の第１の変形例を示す断面図。
【図６】き裂状欠陥の補修方法およびき裂状欠陥補修部の構造の第２の変形例を示す断面図。
【図７】き裂状欠陥の補修方法およびき裂状欠陥補修部の構造の第３の変形例を示す断面図。
【符号の説明】
【００４０】
１  原子炉構造物
２  き裂状欠陥
３  水分
４  板材
５  溶接機
６  金属溶着部
７，７ａ，７ｂ，７ｃ  犠牲アノード
８  被覆部
９  隔離部
１０  き裂状欠陥補修部
【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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