(57)【要約】【課題】自動溶接で施工するのが可能で、効率よく、かつ、高照射線量下での作業を実施できる管台溶接方法を提供する。【解決手段】容器の内表面１９を、少なくともＪ開先２７を含む範囲に略円筒形状に掘設し肉盛開先部２１を形成する肉盛開先加工工程と、肉盛開先部２１の外側面２９の延長部を形成する内側端面３７を有するプラグ本体部３３および内側端面３７から突出し、肉盛開先部２１と略同一軸線中心を有する突起部３５を有するプラグ３１を、内側端面３７と肉盛開先部２１の外側面２９とが略一致するように管台孔１３に挿着し、肉盛開先部２１に肉盛溶接によって肉盛溶接部を形成する肉盛溶接工程と、肉盛溶接部にＪ開先２７を形成する容器側溶接開先部形成工程と、管台を挿入してＪ開先２７部を完成し、溶接する管台取付工程と、を備えている管台溶接方法である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器部に設けられた管台孔に挿入された管台を、前記容器部の内表面部と前記管台との間に形成された溶接開先部を溶接し、前記容器部に接合する管台溶接方法であって、
前記容器部の内表面部を、少なくとも前記溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設し肉盛開先部を形成する肉盛開先加工工程と、
前記肉盛開先部の外側端面の延長部を形成する内側端面を有し、前記管台孔の内径と略等しい外径を有する略円柱形状をした本体および前記内側端面から突出し、前記肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、前記内側端面と前記肉盛開先部の外側端面とが略一致するように前記管台孔に挿着し、前記肉盛開先部に肉盛溶接によって肉盛溶接部を形成する肉盛溶接工程と、
前記肉盛溶接部に前記容器側の前記溶接開先部を形成する容器側溶接開先部形成工程と、
前記管台を挿入して前記溶接開先部を完成し、溶接する管台取付工程と、
を備えていることを特徴とする管台溶接方法。
【請求項２】
前記突起部は、先細形状とされているとともに前記内側端面との連結部がＲ加工されていることを特徴とする請求項１に記載の管台溶接方法。
【請求項３】
前記溶接開先部は、斜め方向に合わせ面があるＩ型開先とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の管台溶接方法。
【請求項４】
前記Ｉ型開先は、その外周端部が全周に亘り前記管台孔の軸線中心からの距離が略一定であり、かつ、開先角度が略一定であることを特徴とする請求項３に記載の管台溶接方法。
【請求項５】
液体を保持する容器部に設けられた管台孔に挿入され、前記容器部の内表面部と前記管台との間に形成された溶接開先部が溶接され前記管台が前記容器部に接合されている管台部で管台を交換する管台部補修方法であって、
前記管台の内側端部を封止し、外側で前記管台に接続された配管を撤去する配管撤去工程と、
前記管台の外側端部を覆うように外側カバーを前記容器の外表面部に取り付ける外側カバー工程と、
前記管台を撤去し、前記容器部の内表面部を、少なくとも前記溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設し肉盛開先部を形成する肉盛開先加工工程と、
前記管台の内側端部および前記肉盛開先部を覆うように内側カバーを前記容器の内表面部に取り付け、前記内側カバーの内部を気体環境とする内側カバー工程と、
前記肉盛開先部の外側端面の延長部を形成する内側端面を有し、前記管台孔の内径と略等しい外径を有する略円柱形状をした本体および前記内側端面から突出し、前記肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、前記内側端面と前記溶接肉盛開先部の外側端面とが略一致するように前記管台孔に挿着し、前記肉盛開先部に肉盛溶接によって肉盛溶接部を形成する肉盛溶接工程と、
前記肉盛溶接部に前記容器側の前記溶接開先部を形成する容器側溶接開先部形成工程と、
新設管台を挿入して前記溶接開先部を完成し、溶接する管台取付工程と、
前記新設管台の内側端部を封止し、外側で前記新設管台に接続された配管を取り付ける配管取付工程と、
を備えていることを特徴とする管台部補修方法。
【請求項６】
前記突起部は、先細形状とされているとともに前記内側端面との連結部がＲ加工されていることを特徴とする請求項５に記載の管台部補修方法。
【請求項７】
前記溶接開先部は、斜め方向に合わせ面があるＩ型開先とされていることを特徴とする請求項５または６に記載の管台部補修方法。
【請求項８】
前記前記Ｉ型開先は、その外周端部が全周に亘り前記管台孔の軸線中心からの距離が略一定であり、かつ、開先角度が略一定であることを特徴とする請求項７に記載の管台部補修方法。
【請求項９】
管台が液体を保持する容器部に設けられた管台孔に挿入され、前記容器部の内表面部と前記管台との間に形成されたＪ開先部が溶接されたＪ溶接部によって前記管台が前記容器部に接合されている管台部の前記Ｊ溶接部を封止溶接する管台部補修方法であって、
前記Ｊ溶接部の周縁の内、前記管台から最も離れている位置で、前記封止溶接のビード数を決定し、
決定されたビード数で前記管台の回りに全周溶接することを特徴とする管台部補修方法。
【請求項１０】
前記溶接前に、溶接線の複数の代表点を溶接トーチの先端でティーチングし、ティーチングしたデータに基づいて前記溶接トーチの動作制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の管台部補修方法。
【請求項１１】
前記動作制御は、前記データに基づいて前記溶接トーチの前記管台回りの回転速度を調節して溶接速度が略一定になるように行われることを特徴とする請求項１０に記載の管台部補修方法。
【請求項１２】
容器部に設けられた管台孔に挿入された管台が、前記容器部の内表面部と前記管台との間に形成された溶接開先部で接合される前に、前記容器部の前記管台孔回りに形成される肉盛溶接を行う管台溶接構造であって、
前記容器部の内表面部に、少なくとも前記溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設された肉盛開先部を設け、
前記肉盛開先部の外側端面の延長部を形成する内側端面を有し、前記管台孔の内径と略等しい外径を有する略円柱形状をした本体および前記内側端面から突出し、前記肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグが、前記内側端面と前記肉盛開先部の外側端面とが略一致するように前記管台孔に挿着されていることを特徴とする管台溶接構造。
【請求項１３】
前記突起部は、先細形状とされているとともに前記内側端面との連結部がＲ加工されていることを特徴とする請求項１２に記載の管台溶接構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管台溶接方法、管台部補修方法および管台溶接構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子炉のうち軽水炉には、沸騰水型軽水炉（ＢＷＲ）と加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）があることが知られている。
沸騰水型軽水炉は、熱源となる核燃料を収納した原子炉容器を通じ蒸気を発生させ、その蒸気を蒸気タービンの駆動に利用し発電を行う。その際、利用される蒸気は放射性物質を含む水から作られているため、蒸気タービンや復水器を通る際も厳重な管理が必要となる。
【０００３】
また、加圧水型軽水は、一次系統の水を原子炉容器および加圧器を通じ高温高圧水とし蒸気発生器に導入し、熱交換により二次系統の水から蒸気を発生させ、蒸気タービンの駆動に利用し発電を行う。構造上、放射性物質を含んだ水が蒸気タービンや復水器を通ることはないため、蒸気タービンなどの発電部分のメンテナンス性が沸騰水型軽水炉よりも向上する。
【０００４】
これら原子炉の出力を制御するためには、原子炉内の中性子数を調整して反応度を制御する必要がある。そこで、停止状態の原子炉には中性子を吸収する制御材でできている制御棒を差しこみ、核分裂反応に伴う中性子を吸収して臨界状態にならない様に制御する。
また、原子炉の起動時には、制御棒を徐々に引きぬく事で炉内の中性子数を増加させ、定格出力になるまで反応を上げる。そして、緊急時には制御棒を全挿入し、原子炉を停止させるという操作を行う。
【０００５】
ここで、たとえば制御棒を駆動するための制御棒駆動装置などは、沸騰水型軽水炉の場合は原子炉容器の下部（下半球鏡）に、加圧水型軽水炉の場合は原子炉容器の上部（上半球鏡）に設けられた管台に取り付けられている（特許文献１、特許文献２参照）。
管台は、主にステンレス鋼やＮｉ基合金などで形成されている。管台は、たとえば、炭素鋼製または低合金鋼製の原子炉容器の半球鏡に貫通され、溶接によって半球鏡に取り付けられる。
【０００６】
このとき、溶接後熱処理によって強度や耐食性が劣化することを防止するため、半球鏡側にステンレス鋼またはＮｉ基合金材料で肉盛溶接している。肉盛溶接部の溶接後熱処理を実施した後、Ｊ開先を形成し、溶接してＪ溶接部を形成し、管台が半形鏡に取り付けられる（特許文献２参照）。
管台としては、たとえば、原子炉容器であれば原子炉容器出入口管台、温度計取付管台、加圧器であれば安全弁用管台、蒸気発生器であれば蒸気発生器出入口管台などがある。
【０００７】
また、引っ張り応力が作用する中で腐食環境（腐食剤として働く原子炉冷却材の高温高圧水が存在する状況）に置かれると、これらステンレス鋼やＮｉ基合金には応力腐食割れ（ＳＣＣ）や一次冷却水中応力腐食割れ（ＰＷＳＣＣ）が発生するため、管台や管台取付部付近が損傷する可能性がある。
損傷が発生した場合、管台を取り替えるか、応力腐食割れがこれ以上進行しないよう、管台取付部の周辺部を耐食性の優れた溶接金属で一次冷却水から割れを隔離する封止溶接による補修を実施する必要がある。また、場合によっては応力腐食割れが発生する前に、管台取付部の周辺部を耐食性の優れた溶接金属で一次冷却水から割れを隔離する封止溶接を予防保全として実施する場合もある。
補修方法について、たとえば、特許文献１、特許文献２に示されるように種々の提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平２−１０２４９２号公報
【特許文献２】特開２００７−２３２４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、従来のものでは、たとえば、管台の取り付け位置が傾斜部の場合、肉盛溶接の形状が複雑な３次元鞍型形状となるため、自動溶接で施工するのが困難であり、熟練溶接士による手溶接での施工となっている。
また、Ｊ溶接部も周方向で溶接する位置によっては断面形状が異なる３次元状の溶接線であるため、自動溶接で施工するのが困難であり、熟練溶接士による手溶接での施工となっている。
【００１０】
新規製作時には熟練溶接士による施工が可能であるが、たとえば、原子力容器で運転中に損傷が生じて、管台を取り替える場合、高照射線量下の作業となり、遠隔自動溶接での施工が求められるが、現状の管台溶接構造であれば、遠隔自動溶接での施工は困難である。
【００１１】
運転後に発生した損傷により、あるいは損傷が生じる恐れがある場合に、たとえば、Ｊ溶接部の上から補修溶接ビードを積層することがある。この場合、溶接部の形状が３次元鞍型形状となるため、また、施工位置によって補修溶接幅が異なるため、溶接ビード数が場所によって異なるため、自動溶接の施工が困難である。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑み、自動溶接で施工するのが可能で、効率よく、かつ、高照射線量下での作業を実施できる管台溶接方法、管台部補修方法および管台溶接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】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第一態様は、容器部に設けられた管台孔に挿入された管台を、前記容器部の内表面部と前記管台との間に形成された溶接開先部を溶接し、前記容器部に接合する管台溶接方法であって、前記容器部の内表面部を、少なくとも前記溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設し肉盛開先部を形成する肉盛開先加工工程と、前記肉盛開先部の外側端面の延長部を形成する内側端面を有し、前記管台孔の内径と略等しい外径を有する略円柱形状をした本体および前記内側端面から突出し、前記肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、前記内側端面と前記肉盛開先部の外側端面とが略一致するように前記管台孔に挿着し、前記肉盛開先部に肉盛溶接によって肉盛溶接部を形成する肉盛溶接工程と、前記肉盛溶接部に前記容器側の前記溶接開先部を形成する容器側溶接開先部形成工程と、前記管台を挿入して前記溶接開先部を完成し、溶接する管台取付工程と、を備えている管台溶接方法である。
【００１４】
本態様によると、肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、プラグの内側端面と肉盛開先部の外側端面とが略一致するように管台孔に挿着し、肉盛開先部に肉盛溶接するので、プラグの内側端面と肉盛開先部の外側端面とが連続した面を形成することになる。言い換えると、肉盛開先部に存在する管台孔がプラグの内側端面で埋められているので、肉盛開先部に肉盛溶接を行えない空所が存在しない。したがって、中断することなく連続的に肉盛溶接を行うことができる。たとえば、溶接トーチをプラグの突起部を中心に回転させ、軸線中心からの距離を変化させることにより連続的に肉盛溶接を行うことができる。
【００１５】
肉盛開先部は容器部の内表面部を、少なくとも溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設されているので、その軸線中心から一定の距離で一定の溶接条件で肉盛溶接ができる。
このとき、肉盛開先部の軸線中心部分は、たとえば、溶接トーチを回転させて溶接をする場合、溶接が難しく、あるいは不可能となるが、プラグの突起部が位置しているので、溶接を行う必要がなくなる。
これらにより、肉盛溶接部は自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
【００１６】
なお、プラグおよび肉盛溶接部の一部は容器側の溶接開先部を形成する際に除去されるので、プラグの突起部は溶接開先部の位置よりも管台孔側に位置しているのが好ましい。管台孔の内側に位置するのが、より好ましい。
また、肉盛溶接工程が終了した後、肉盛溶接部を超音波探傷（ＵＴ）等の非破壊検査によって欠陥の有無を調査するのが好ましい。
【００１７】
本態様では、前記突起部は、先細形状とされているとともに前記内側端面との連結部がＲ加工されていることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、内側端面から突起部にかけて面の形状が滑らかに連続的に変化するので、この部分での溶接不良を抑制できる。これにより、たとえば、突起部が内側端面の縁部に位置していたとしても肉盛溶接部の溶接不良を抑制することができる。
【００１９】
本態様では、前記溶接開先部は、斜め方向に合わせ面があるＩ型開先とされる構成としてもよい。
【００２０】
このようにすると、Ｉ型開先の延在方向から溶接することによって管台を肉盛溶接部に接合できるので、自動溶接を容易に適用することができる。
なお、この場合レーザビーム溶接や電子ビーム溶接のような高エネルギー密度による深溶け込み溶接で施工するのが好ましい。
【００２１】
前記構成では、前記Ｉ型開先は、その外周端部が全周に亘り前記管台孔の軸線中心からの距離が略一定であり、かつ、開先角度が略一定であることが好ましい。
【００２２】
このように、Ｉ型開先は、外周端部が全周に亘り管台孔の軸線中心からの距離が略一定であり、かつ、開先角度が略一定であるので、Ｉ型開先の深さが略一定となる。これにより、溶接に必要なエネルギーは全周に亘り略一定とできし、また、たとえば、溶接トーチを管台の軸線中心回りに回転させる場合、溶接トーチの角度およびＩ型開先までの距離を調節することが不要となるので、自動溶接を容易に適用することができる。
【００２３】
本発明の第二態様は、液体を保持する容器部に設けられた管台孔に挿入され、前記容器部の内表面部と前記管台との間に形成された溶接開先部が溶接され前記管台が前記容器部に接合されている管台部で管台を交換する管台部補修方法であって、前記管台の内側端部を封止し、外側で前記管台に接続された配管を撤去する配管撤去工程と、前記管台の外側端部を覆うように外側カバーを前記容器の外表面部に取り付ける外側カバー工程と、前記管台を撤去し、前記容器部の内表面部を、少なくとも前記溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設し肉盛開先部を形成する肉盛開先加工工程と、前記管台の内側端部および前記肉盛開先部を覆うように内側カバーを前記容器の内表面部に取り付け、前記内側カバーの内部を気体環境とする内側カバー工程と、前記肉盛開先部の外側端面の延長部を形成する内側端面を有し、前記管台孔の内径と略等しい外径を有する略円柱形状をした本体および前記内側端面から突出し、前記肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、前記内側端面と前記肉盛開先部の外側端面とが略一致するように前記管台孔に挿着し、前記肉盛開先部に肉盛溶接によって肉盛溶接部を形成する肉盛溶接工程と、前記肉盛溶接部に前記容器側の前記溶接開先部を形成する容器側溶接開先部形成工程と、新設管台を挿入して前記溶接開先部を完成し、溶接する管台取付工程と、前記新設管台の内側端部を封止し、外側で前記新設管台に接続された配管を取り付ける配管取付工程と、を備えている管台部補修方法である。
【００２４】
本態様によると、配管撤去工程では、管台の内側端部を封止し、容器の外側で管台に接続された配管を撤去するので、容器の内部に保持された液体に影響されずに配管を撤去することができる。
次いで、管台の外側端部を覆うように外側カバーを容器の外表面部に取り付けるので、その後の工程、たとえば、管台を撤去して管台孔が解放されたとしても容器の内部に保持された液体が外部に流出することを防止できる。
【００２５】
液体中で肉盛開先部は容器部の内表面部を、少なくとも溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設されているので、その軸線中心から一定の距離で一定の溶接条件で肉盛溶接ができる。
このとき、肉盛開先部の軸線中心部分は、たとえば、溶接トーチを回転させて溶接をする場合、溶接が難しく、あるいは不可能となるが、プラグの突起部が位置しているので、溶接を行う必要がなくなる。
次いで、内側カバー工程で、管台の内側端部および肉盛開先部を覆うように内側カバーを容器の内表面部に取り付ける。外側カバーおよび内側カバーで囲まれた空間は大きくないので、パージをして内部を気体環境とすることができる。
なお、内側カバーの内部には、溶接装置が設置されている。
【００２６】
肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、プラグの内側端面と肉盛開先部の外側端面とが略一致するように管台孔に挿着し、肉盛開先部に肉盛溶接するので、プラグの内側端面と肉盛開先部の外側端面とが連続した面を形成することになる。言い換えると、肉盛開先部に存在する管台孔がプラグの内側端面で埋められているので、肉盛開先部に肉盛溶接を行えない空所が存在しない。したがって、中断することなく連続的に肉盛溶接を行うことができる。たとえば、溶接トーチをプラグの突起部を中心に回転させ、軸線中心からの距離を変化させることにより連続的に肉盛溶接を行うことができる。
これらにより、肉盛溶接部は自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
【００２７】
次いで、新設管台を挿入して溶接開先部を完成し、溶接して新設管台を容器に接合する。新設管台の内側端部を封止し、外側で新設管台に接続された配管を取り付けるので、容器の内部に保持された液体に影響されずに配管を接続することができる。
このように、容器の内部に液体を保持した状態で管台を交換することができるので、たとえば、原子力容器で運転中に損傷が生じた場合でも、容易に管台を取り替えることができる。
なお、プラグおよび肉盛溶接部の一部は容器側の溶接開先部を形成する際に除去されるので、プラグの突起部は溶接開先部の位置よりも管台孔側に位置しているのが好ましい。管台孔の内側に位置するのが、より好ましい。
また、肉盛溶接工程が終了した後、肉盛溶接部を超音波探傷（ＵＴ）等の非破壊検査によって欠陥の有無を調査するのが好ましい。
【００２８】
本態様では、前記突起部は、先細形状とされているとともに前記内側端面との連結部がＲ加工されていることが好ましい。
【００２９】
このようにすると、内側端面から突起部にかけて面の形状が滑らかに連続的に変化するので、この部分での溶接不良を抑制できる。これにより、たとえば、突起部が内側端面の縁部に位置していたとしても肉盛溶接部の溶接不良を抑制することができる。
【００３０】
本態様では、前記溶接開先部は、斜め方向に合わせ面があるＩ型開先とされる構成としてもよい。
【００３１】
このようにすると、Ｉ型開先の延在方向から溶接することによって管台を肉盛溶接部に接合できるので、自動溶接を容易に適用することができる。
なお、この場合レーザビーム溶接や電子ビーム溶接のような高エネルギー密度による深溶け込み溶接で施工するのが好ましい。
【００３２】
前記構成では、前記前記Ｉ型開先は、その外周端部が全周に亘り前記管台孔の軸線中心からの距離が略一定であり、かつ、開先角度が略一定であることが好ましい。
【００３３】
このように、Ｉ型開先は、外周端部が全周に亘り管台孔の軸線中心からの距離が略一定であり、かつ、開先角度が略一定であるので、Ｉ型開先の深さが略一定となる。これにより、溶接に必要なエネルギーは全周に亘り略一定とできし、また、たとえば、溶接トーチを管台の軸線中心回りに回転させる場合、溶接トーチの角度およびＩ型開先までの距離を調節することが不要となるので、自動溶接を容易に適用することができる。
【００３４】
本発明の第三態様は、管台が液体を保持する容器部に設けられた管台孔に挿入され、前記容器部の内表面部と前記管台との間に形成されたＪ開先部が溶接されたＪ溶接部によって前記管台が前記容器部に接合されている管台部の前記Ｊ溶接部を封止溶接する管台部補修方法であって、前記Ｊ溶接部の周縁の内、前記管台から最も離れている位置で、前記封止溶接のビード数を決定し、決定されたビード数で前記管台の回りに全周溶接する管台部補修方法である。
【００３５】
管台部に、たとえば、応力腐食割れ損傷等の損傷が発生した場合、あるいは、損傷が発生する前の予防保全として、たとえば、Ｊ溶接部の上に耐食性の優れた溶接金属で封止溶接を行い、Ｊ溶接部を一次冷却水から隔離する。
本態様では、Ｊ溶接部の周縁の内、管台から最も離れている位置で、封止溶接のビード数を決定し、決定されたビード数で管台の回りに全周溶接するので、半径方向の溶接長を管台回りに略均一にすることができ、かつ、少なくとも必要部分をカバーして連続して溶接を行うことができる。
これにより、封止溶接を自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
【００３６】
本態様では、前記溶接前に、溶接線の複数の代表点を溶接トーチの先端でティーチングし、ティーチングしたデータに基づいて前記溶接トーチの動作制御を行う構成が好ましい。
【００３７】
このようにすると、溶接トーチを複雑な３次元形状をしたＪ開先部に倣って移動させることができる。
【００３８】
上記構成では、前記動作制御は、前記データに基づいて前記溶接トーチの前記管台回りの回転速度を調節して溶接速度が略一定になるように行われることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、同じ状態のビードが形成できるので、良好な封止溶接を行うことができる。
【００４０】
本発明の第四態様は、容器部に設けられた管台孔に挿入された管台が、前記容器部の内表面部と前記管台との間に形成された溶接開先部で接合される前に、前記容器部の前記管台孔回りに形成される肉盛溶接を行う管台溶接構造であって、前記容器部の内表面部に、少なくとも前記溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設された肉盛開先部を設け、前記肉盛開先部の外側端面の延長部を形成する内側端面を有し、前記管台孔の内径と略等しい外径を有する略円柱形状をした本体および前記内側端面から突出し、前記肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグが、前記内側端面と前記肉盛開先部の外側端面とが略一致するように前記管台孔に挿着されている管台溶接構造である。
【００４１】
本態様によると、肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、プラグの内側端面と肉盛開先部の外側端面とが略一致するように管台孔に挿着し、肉盛開先部に肉盛溶接するので、プラグの内側端面と肉盛開先部の外側端面とが連続した面を形成することになる。言い換えると、肉盛開先部に存在する管台孔がプラグの内側端面で埋められているので、肉盛開先部に肉盛溶接を行えない空所が存在しない。したがって、中断することなく連続的に肉盛溶接を行うことができる。たとえば、溶接トーチをプラグの突起部を中心に回転させ、軸線中心からの距離を変化させることにより連続的に肉盛溶接を行うことができる。
【００４２】
肉盛開先部は容器部の内表面部を、少なくとも溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設されているので、その軸線中心から一定の距離で一定の溶接条件で肉盛溶接ができる。
このとき、肉盛開先部の軸線中心部分は、たとえば、溶接トーチを回転させて溶接をする場合、溶接が難しく、あるいは不可能となるが、プラグの突起部が位置しているので、溶接を行う必要がなくなる。
これらにより、肉盛溶接部は自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
【００４３】
本態様では、前記突起部は、先細形状とされているとともに前記内側端面との連結部がＲ加工されていることが好ましい。
【００４４】
このようにすると、内側端面から突起部にかけて面の形状が滑らかに連続的に変化するので、この部分での溶接不良を抑制できる。これにより、たとえば、突起部が内側端面の縁部に位置していたとしても肉盛溶接部の溶接不良を抑制することができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の第一態様にかかる管台溶接方法では、肉盛開先部は容器部の内表面部を、少なくとも溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設され、かつ、肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、プラグの内側端面と肉盛開先部の外側端面とが略一致するように管台孔に挿着し、肉盛開先部に肉盛溶接するので、肉盛溶接部は自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
本発明の第二態様にかかる管台部補修方法では、上述の第一態様の効果に加えて配管撤去工程では、管台の内側端部を封止し、容器の外側で管台に接続された配管を撤去するので、容器の内部に保持された液体に影響されずに配管を撤去することができる。また、管台の外側端部を覆うように外側カバーを容器の外表面部に取り付けるので、その後の工程、たとえば、管台を撤去して管台孔が解放されたとしても容器の内部に保持された液体が外部に流出することを防止できる。これらにより、たとえば、原子力容器で運転中に損傷が生じた場合でも、容易に管台を取り替えることができる。
本発明の第三態様では、Ｊ溶接部の周縁の内、管台から最も離れている位置で、封止溶接のビード数を決定し、決定されたビード数で管台の回りに全周溶接するので、封止溶接を自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
本発明の第四態様にかかる管台溶接構造では、肉盛開先部は容器部の内表面部を、少なくとも溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設され、かつ、肉盛溶接部と略同一軸線中心を有する略円柱形状の突起部を有するプラグを、プラグの内側端面と肉盛開先部の外側端面とが略一致するように管台孔に挿着し、肉盛開先部に肉盛溶接するので、肉盛溶接部は自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】沸騰水型軽水炉の原子炉容器の下部およびその周辺を示す断面図である。
【図２】本発明の第一実施形態にかかる管台を下半球部に溶接によって接合する工程の一部を示す断面図である。
【図３】プラグを示す斜視図である。
【図４】本発明の第一実施形態にかかる管台を下半球部に溶接によって接合する工程の一部を示す断面図である。
【図５】本発明の第一実施形態にかかる管台を下半球部に溶接によって接合する工程の一部を示す断面図である。
【図６】本発明の第一実施形態にかかる管台を下半球部に溶接によって接合する工程の一部を示す断面図である。
【図７】本発明の第二実施形態にかかる溶接開先部が形成された状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第二実施形態にかかる溶接作業の状態を示す断面図である。
【図９】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１１】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１２】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１３】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１４】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１５】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１６】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１７】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１８】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図１９】本発明の第三実施形態にかかる管台を交換する工程の一部を示す断面図である。
【図２０】本発明の第四実施形態にかかる封止溶接部の状態を示す断面図である。
【図２１】本発明の第四実施形態にかかる溶接作業の状況を示す断面図である。
【図２２】本発明の第四実施形態にかかる回転速度と溶接速度との関係を示す説明図である。
【図２３】取付角度による回転速度の変化を示す概念図である。
【図２４】単純に傾斜している場合における角度φをパラメータとし、回転位置と回転速度との関係を示グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
以下に、本発明の第一実施形態にかかる管台溶接方法について、図１〜図６を参照して説明する。
図１は、沸騰水型軽水炉の原子炉容器（容器）１の下部およびその周辺を示す断面図である。
【００４８】
圧力容器である原子炉容器１は、支持台座３上に支持スカート５を介して支持されている。原子炉容器１の下部は、略半球形状をした下半球部（容器部）７で構成されている。
下半球部７には、制御棒駆動機構９が複数本林立状態で垂設され、制御棒駆動機構９用の管台１１は下半球部７を貫通して設けられた管台孔１３に挿入され、溶接によって下半球部７に固定されている。
【００４９】
複数の制御棒駆動機構９の合間に適宜配設される中性子束検出器１５によって、図示しない炉心部で発生する中性子束を測定、監視し、原子炉の出力表示や燃焼度の評価を行う。中性子束検出器１５は下半球部７において容器内部で溶接接合された中性子束検出器用管台（管台）１７により外部へ導かれる。
【００５０】
制御棒駆動機構９用の管台１１および中性子束検出器用管台１７は、ステンレス鋼やＮｉ基合金で形成されており、環境により原子炉容器１との溶接部にて応力腐食割れ等の損傷が生じ得る。
損傷が成長して大きくなると原子炉容器１内の炉水が原子炉容器１外へリークする恐れがある。そこで、このリークは種々の検出器により常時監視し、また定期検査時などにも検出される。リークが検出されると、このリークの防止対策が施されることになる。
【００５１】
以下、本実施形態にかかる管台溶接方法について説明する。中性子束検出器用管台１７も同じ方法で溶接可能である。
図２、図４、図５および図６は、管台１１を下半球部７に溶接によって接合する工程を順に示している。
【００５２】
肉盛開先加工工程では、下半球部７の内表面１９部に皿状の凹部である肉盛開先部２１を加工する。
肉盛開先部２１は、軸線中心２３肉盛開先部２１に対し軸対称の形状とされている。言い換えれば、肉盛開先部２１は内表面１９から外側に向かい略円筒形状に掘設されている。軸線中心２３は、内表面１９の法線の関係となっており、管台孔１３の軸線中心２５と下半球部７の肉部で交差している。
盛開先部２１は、少なくともＪ開先（溶接開先部）２７を含む範囲に形成されている。
肉盛開先部２１の外側面（外側端面）２９は、管台孔１３の部分が空所となった円形、すなわち、ドーナツ形状をしている。
【００５３】
次に、肉盛溶接工程に入る。まず、プラグ３１が管台孔１３に挿着される。
図３は、プラグを示す斜視図である。
プラグ３１は、プラグ本体部（本体）３３と突起部３５とから構成されている。プラグ本体部３３は、管台孔１３の内径と略等しい外径を有する略円柱形状をし、装着時に内表面１９側に位置する内側端面３７は、肉盛開先部２１の外側面２９の延長部を形成する形状とされている。言い換えれば、プラグ本体部３３は略斜めに切断された円柱形状をしている。
【００５４】
突起部３７は、内側端面３７から突出し、肉盛開先部２１と略同一軸線中心２３を有する略円柱形状をしている。具体的には、突起部３７は、傾斜角度が大きい（９０度に近い）円錐台形状（すなわち、先細形状）をし、内側端面３７との連結部にはＲ加工されたＲ部３９が形成されている。
プラグ３１は、図２に示されるように、内側端面３７と肉盛開先部２１の外側面２９とが略一致する位置に管台孔１３に挿着される。
したがって、プラグ３１の内側端面３７と肉盛開先部２１の外側端面とが連続した面を形成することになる。言い換えると、肉盛開先部２１の外側面２９に存在する管台孔１３の空所がプラグ３１の内側端面３７で埋められ、連続した面とされている。
【００５５】
次いで、溶接トーチ４１をプラグ３１の突起部３５を中心にその回りを回転させ、軸線中心２３からの距離を変化させることにより溶接ビード４３によって肉盛開先部２１を埋めるように肉盛溶接を行う。
このとき、肉盛開先部２１の外側面２９およびプラグ３１の内側端面３７は連続した面を形成しているので、連続的に肉盛溶接を行うことができる。
【００５６】
肉盛開先部２１は下半球部７の内表面１９を、少なくとも溶接開先部を含む範囲に略円筒形状に掘設されているので、その軸線中心から一定の距離で一定の溶接条件で肉盛溶接ができる。
このとき、肉盛開先部２１の軸線中心２３の近傍部分は、溶接が難しく、あるいは不可能となるが、プラグ３１の突起部３５が位置しているので、溶接を行う必要がなくなる。
これらにより、肉盛溶接部は自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
【００５７】
また、Ｒ部３９および突起部３５の傾斜があり、内側端面３７から突起部３５にかけて面の形状が滑らかに連続的に変化するので、この部分での溶接不良を抑制できる。これにより、たとえば、図２のように突起部３５が内側端面３７の縁部に位置していたとしても溶接ビード４３で形成された肉盛溶接部４５の溶接不良を抑制することができる。
なお、肉盛溶接工程が終了した後、肉盛溶接部４５を超音波探傷（ＵＴ）等の非破壊検査によって検査し、欠陥の有無を調査するのが好ましい。
【００５８】
次いで、容器側溶接開先部形成工程に入る。図５に示されるように、プラグ３１および肉盛溶接部４５の一部を除去し、肉盛溶接部４５に下半球部７側のＪ開先４７（容器側の溶接開先部）を形成する。
このように、プラグ３１はＪ開先４７の加工の際に除去されるので、プラグ３１の突起部３５はＪ開先４７の位置よりも管台孔１３側に位置しているのが好ましい。突起部３５は、管台孔１３の内側に位置するのが、より好ましい。
【００５９】
次いで、管台孔１３に管台１１を挿入し、Ｊ開先４７と管台１１との間を溶接し、Ｊ溶接部４９を形成し、管台１１を下半球部７に接合する。
【００６０】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかる管台溶接方法について、図７および図８を用いて説明する。
本実施形態は、管台１１を溶接によって接合する際の溶接開先部の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００６１】
図７は、溶接開先部が形成された状態を示している。図８は、溶接作業の状態を示している。
本実施形態では、管台１１に鞍形状の突出部であるつば５１を設け、肉盛溶接部４５の一部を内表面１９よりも内側に盛り上げることで斜め方向に合わせ面がある隙間無しのＩ型開先５３としている。Ｉ型開先５３は、その外周端部が全周に亘り管台孔１３の軸線中心２５からの距離Ｒが略一定であり、かつ、開先角度θが略一定であるように形成されている。したがって、Ｉ型開先５３の深さｔが略一定となる。
【００６２】
溶接トーチ５５としては、高エネルギー密度のレーザビームあるいは電子ビームを照射するものを用いている。溶接トーチ５５は、軸線中心２５回りの回転、半径方向への移動、上下方向への移動および傾斜が可能な構成とされている。
【００６３】
図８に示されるように、溶接トーチ５５は、Ｉ型開先５３の延在方向からビームを照射して管台１１と肉盛溶接部４５とを溶接して接合する。
このとき、Ｉ型開先５３の深さｔが略一定となるので、溶接に必要なエネルギーは全周に亘り略一定とできる。
さらに、距離Ｒが一定であるので、溶接トーチ５５は半径方向の位置調節が不要となる。開先角度θが略一定であるので、溶接トーチ５５は傾斜の調節が不要となる。
したがって、自動溶接を容易に適用することができる。
【００６４】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態にかかる管台部補修方法について、図９〜図１９を用いて説明する。
本実施形態は、原子炉容器１が運転中で、原子炉容器１の内部に水（液体）が保持されている状態で、管台１１を交換するものである。本実施形態でも新設する管台１１を取り付ける場合には、第一実施形態のものと同様に行う部分もあるので、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００６５】
図９〜図１９は、管台１１を交換する工程を順に示している。
配管撤去工程では、管台１１の内側端部にキャップ５７を設置して封止する。この状態で、管台１１の外側端に接続された配管５９を撤去する。図１０は撤去された状態が示されている。
このように、管台１１の内側端部を封止した状態で、配管５９を撤去するので、原子炉容器１の内部に保持された水に影響されずに配管５９を撤去することができる。
【００６６】
次いで、図１１に示されるように、管台１１の外側端部を覆うように外側カバー６１を下半球部７の外表面部に取り付ける（外側カバー工程）。
外側カバー６１は、その後の工程、たとえば、管台１１を撤去して管台孔１３が解放されたとしても原子炉容器１の内部に保持された水が外部に流出することを防止できる。
【００６７】
次いで、図１２に示されるように、第一実施形態と同様にして肉盛開先部２１を形成する（肉盛開先加工工程）。
次いで、図１３に示されるように、管台１１の内側端部および肉盛開先部２１を覆うように内側カバー６３を前記容器の内表面部に取り付け、内側カバー６３の内部を気体環境とする（内側カバー工程）。
外側カバー６１および内側カバー６３で囲まれた空間は大きくないので、パージをして容易に内部を気体環境とすることができる。
なお、内側カバー６３の内部には、溶接トーチ６５およびこれを駆動する機構を含む溶接装置が設置されている。
【００６８】
次いで、プラグ３１を設置し、第一実施形態と略同様に溶接トーチ６５によって肉盛開先部２１に肉盛溶接によって肉盛溶接部４５を形成する（肉盛溶接工程）。
次いで、図１４に示すように、内側カバー６３を取り除いた状態で、第一実施形態と略同様に、プラグ３１および肉盛溶接部４５の一部を除去し、肉盛溶接部４５に下半球部７側のＪ開先４７を形成する（容器側溶接開先部形成工程）。
【００６９】
次いで、図１５に示されるように、新設の管台（新設管台）１１を管台孔１３に挿入し、内側カバー６３を取り付け、内部を気中環境とし、第一実施形態と略同様に溶接トーチ６５によってＪ開先４７と管台１１との間を溶接し、Ｊ溶接部４９を形成し、管台１１を下半球部７に接合する（管台取付工程）。
【００７０】
次いで、管台１１の内側端部を封止し、外側で管台１１に接続される配管５９を取り付ける配管取付工程に入る。
図１６に示されるように、内側カバー６３を取り除き、管台１１の内側端部にキャップ５７を装着する。図１７に示されるように、外側カバー６１を取り外す。図１８に示されるように、管台１１の外側端に配管５９を接合する。図１９に示されるように管台１１からキャップ５７を取り除く。このように、外側カバー６１を取り外しても、キャップ５７によって封止されているので、原子炉容器１の内部に保持された水に影響されずに配管５９を接続することができる。
これにより、管台１１の交換が完了する。
【００７１】
このように、原子炉容器１の内部に水を保持した状態で管台１１を交換することができるので、たとえば、原子炉容器１で運転中に損傷が生じた場合でも、容易に管台１１を取り替えることができる。
【００７２】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態にかかる管台部補修方法について、図２０〜図２４を用いて説明する。
本実施形態は、Ｊ溶接部によって前記管台が前記容器部に接合されている管台部の前記Ｊ溶接部を封止溶接する管台部補修方法である。この管台部補修方法は、管台部に、たとえば、応力腐食割れ損傷等の損傷が発生した場合、あるいは、損傷が発生する前の予防保全として、管台部を耐食性の優れた溶接金属で覆い、一次冷却水から隔離する際に用いられる。
なお、第一実施形態のものと同様な部分については重複した説明を省略し、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００７３】
図２０は、本実施形態の管台部補修方法で封止溶接を行った封止溶接部６７の状態を示している。図２１は、溶接作業の状況を示している。
Ｊ溶接部４９の表面形状は３次元の鞍型形状をしており、半径方向の長さである表面幅は周方向で異なっている。
本実施形態では、Ｊ溶接部４９の周縁の内、管台１１から最も離れている位置、すなわち、表面幅が最も大きい位置で、封止溶接のビード数を決定し、決定されたビード数で溶接トーチ６５によって管台１１の回りに全周溶接するようにした。
【００７４】
溶接トーチ６５は、管台１１との干渉を避けるために、管台１１の上方からアクセスするように構成されている。溶接トーチ６５は、軸線中心２５回りの回転、半径方向への移動、上下方向への移動、傾斜および溶接トーチ６５の軸線方向への移動が可能な構成、いわゆる５軸構成とされている。
【００７５】
封止溶接では、溶接作業の前に溶接線の代表点を溶接トーチ６５の先端でティーチングし、プレイバック制御により溶接トーチ６５を鞍型形状の軌跡に沿って駆動させながら溶接している。
このとき、溶接トーチ６５の動作制御は、ティーチングで得たデータに基づいて溶接トーチ６５の管台１１回りの回転速度を調節して溶接速度が略一定になるように行われている。
【００７６】
この回転速度と溶接速度との関係について、図２２〜図２４によって説明する。
図２２に示されるように、溶接トーチ６５が０°の位置から管台１１の回りに反時計回りに回転するとする。
０°の位置における基準溶接速度をｖ０とすると、トーチ回転半径がｒ０であると、この場合の基準回転速度ω０は、ω０＝ｖ０／２πｒ０（ｒｐｍ）となる。
【００７７】
任意の位置（回転角度θ）での溶接速度がｖ０となるように回転速度ωを計算する。
その位置のトーチ回転半径がｒとすると、
【数１】
2011075453.tif 000003
となる。
分子の（ｒ0／ｒ）は、溶接トーチ６５の回転半径の差による周の回転速度を補正するものである。また、回転速度は回転半径に反比例するためである。
【００７８】
分母の√（（COS（θ））２＋（SIN（θ）/SIN（φ）２）について説明する。
溶接位置がθでの回転速度：ωを、Ｘ方向（傾斜が無い面）の成分：ωＸとＹ方向（傾斜が有る面）の成分：ωＹに分解すると、
【数２】
2011075453.tif 000004
となる。
【００７９】
Ｙ方向の成分ωYは、溶接面が図２３に示されるように角度φ傾斜しているので、１／SIN（φ）分回転速度が早いωY‘となる。
したがって、溶接位置が角度θでの回転速度ωは以下の式で与えられる。
【数３】
2011075453.tif 000005
各位置における回転速度をこの式にそって計算し、その大きさとなるように制御すると、溶接速度を略一定とすることができる。
【００８０】
図２４は、図２３のように単純に傾斜している場合における角度φをパラメータとし、回転位置と回転速度との関係を示している。
【００８１】
このように、Ｊ溶接部４９の周縁の内、管台１１から最も離れている位置で、封止溶接のビード数を決定し、決定されたビード数で管台１１の回りに全周溶接するので、半径方向の溶接長Ｌを管台１１回りに略均一にすることができ、かつ、少なくとも必要部分をカバーして連続して溶接を行うことができる。
これにより、封止溶接を自動溶接で施工することが可能で、効率よく施工することができ、かつ、高照射線量下で作業を行うことができる。
【００８２】
また、溶接速度が略一定になるように行われるので、同じ状態のビードが形成できる。
これにより、良好な封止溶接部６７を形成することができる。
【００８３】
なお、本発明は以上説明した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
【符号の説明】
【００８４】
１  原子炉容器
７  下半球部
１１  管台
１３  管台孔
１９  内表面
２１  肉盛開先部
２７  Ｊ開先
３１  プラグ
３３  プラグ本体部
３５  突起部
３９  Ｒ部
５３  Ｉ型開先
５７  キャップ
６１  外側カバー
６３  内側カバー
【図１】
2011075453.tif 000006
【図２】
2011075453.tif 000007
【図３】
2011075453.tif 000008
【図４】
2011075453.tif 000009
【図５】
2011075453.tif 000010
【図６】
2011075453.tif 000011
【図７】
2011075453.tif 000012
【図８】
2011075453.tif 000013
【図９】
2011075453.tif 000014
【図１０】
2011075453.tif 000015
【図１１】
2011075453.tif 000016
【図１２】
2011075453.tif 000017
【図１３】
2011075453.tif 000018
【図１４】
2011075453.tif 000019
【図１５】
2011075453.tif 000020
【図１６】
2011075453.tif 000021
【図１７】
2011075453.tif 000022
【図１８】
2011075453.tif 000023
【図１９】
2011075453.tif 000024
【図２０】
2011075453.tif 000025
【図２１】
2011075453.tif 000026
【図２２】
2011075453.tif 000027
【図２３】
2011075453.tif 000028
【図２４】
2011075453.tif 000029