(57)【要約】【課題】狭隘部に面する、プラントの溶接対象物に対する溶接が容易であって溶接作業に要する時間を短縮できる粉体レーザ溶接装置を提供する。【解決の手段】粉体レーザ溶接装置は粉体レーザ溶接ヘッド２１及び溶接ヘッド走査装置を有する。粉体レーザ溶接ヘッド２１のヘッド本体２８に設けられたコリメートレンズ２５が光ファイバ２６の先端に対向して配置される。粉体レーザ溶接ヘッド２１は、レンズとしてコリメートレンズ２５のみを有し、長さが短くなる。レーザ発振器で発生したレーザが、光ファイバ２６内を導かれ、コリメートレンズ２５に入射されて平行光になる。平行光のレーザ２８がレーザ通路２７を通って溶接対象物の表面に照射され、この表面を溶融する。ヘッド本体２２内に形成された粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂから金属粉体がその溶融部に噴射され、肉盛溶接がその表面に施される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド本体、及び前記ヘッド本体に設けられ、前記ヘッド本体に接続される光ファイバの先端に対向するコリメートレンズを備えた溶接ヘッドと、前記溶接ヘッドを走査する溶接ヘッド走査装置とを備え、
前記光ファイバから出射されて前記コリメートレンズを通過するレーザを導くレーザ通路が前記ヘッド本体に形成され、前記溶接ヘッドはレンズとして前記コリメートレンズのみを有し、前記レーザ通路のレーザ放出孔は前記ヘッド本体の先端面に形成されていることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
溶化材である金属粉体を導く粉体供給通路が前記ヘッド本体に形成され、前記粉体供給通路の噴射口は前記ヘッド本体の前記先端面に形成されている請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
請求項２に記載の前記レーザ溶接装置の前記溶接ヘッドを、前記レーザ放出口及び前記粉体噴射口が原子炉圧力容器内に存在する炉内構造物の溶接部の表面に対向するように、前記原子炉圧力容器内に配置し、
前記光ファイバから前記コリメートレンズに入射されてレンズとしては前記コリメートレンズのみを通過したレーザを、前記レーザ通路を通して前記レーザ放出口から前記溶接部の表面に照射し、
前記粉体供給通路に供給された前記金属粉体を、前記粉体噴射口から、前記溶接部の、前記レーザの照射により溶融している溶融部に向かって噴射し、
噴射された前記金属粉体を前記溶接部の前記溶融部で溶融させて前記溶接部の上に肉盛溶接を実施することを特徴とする原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項４】
前記肉盛溶接の実施前に、前記肉盛溶接を実施する前記溶接部の検査を行い、この検査によりこの溶接部においてき裂を検出したときには、前記粉体レーザ溶接装置を用いて、前記き裂が検出された溶接部への前記レーザの照射及び前記金属粉体の噴射を行って前記き裂を補修し、前記き裂の補修後に前記肉盛溶接を実施する請求項３に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項５】
前記肉盛溶接において、前記金属粉体の前記溶接ヘッドへの供給を停止した状態で前記レーザを、前記レーザ放出口から、前記金属粉体の溶融により前記溶接部上に肉盛された肉盛の表面に照射し、前記肉盛の表面を前記レーザの照射により溶融する請求項４に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項６】
前記溶接部の除染を行ってこの溶接部の表面に形成されている酸化被膜を除去し、その後、溶接部の上に前記肉盛溶接を行う請求項３に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項７】
前記金属粉体として、前記肉盛溶接が行われる前記溶接部の金属よりも耐食性に優れた金属の粉体が用いられる請求項３ないし６のいずれか１項に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項８】
前記肉盛溶接は気中環境で行われる請求項３に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項９】
前記炉内構造物が前記原子炉圧力容器の底部を貫通して前記底部に取り付けられた管状構造物であり、前記管状構造物の前記溶接部に前記肉盛溶接を行う請求項８に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項１０】
前記原子炉圧力容器の上端部に放射線遮へい体を設置し、前記放射線遮へい体を貫通して下方に伸びるガイドパイプを取り外し可能に前記放射線遮へい体に取り付け、前記原子炉圧力容器内の水を抜き、前記ガイドパイプを通して前記領域に搬入した前記粉体レーザ溶接装置を用いて前記管状構造物の前記溶接部に前記肉盛溶接を行う請求項９に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項１１】
上方に伸びるガイドパイプが設けられたカバー装置を、内部に水が充填された前記原子炉圧力容器の底部に前記溶接部によりそれぞれ接合された複数の前記管状構造物を覆って前記原子炉圧力容器の底部の内面上に設置し、前記原子炉圧力容器内で前記カバー装置よりも下方の領域に存在する前記水を排出して前記領域を気中環境にし、前記ガイドパイプを通して前記領域に搬入した前記粉体レーザ溶接装置を用いて前記管状構造物の前記溶接部に前記肉盛溶接を行う請求項９に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項１２】
前記溶接ヘッドの前記溶接部の表面に対する傾きを＋６０度〜−６０度の範囲内に調節する請求項３または４に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項１３】
前記コリメートレンズを通過して前記レーザ放出口から前記溶接部に照射された前記レーザの直径をＤ（ｍｍ）、前記レーザの出力をＰ（Ｗ）、前記粉体噴射口から噴射される前記粉体の供給量をＭ（ｇ）及び照射時間をｔ（ｓ）としたとき、Ｐ＞１０．５πＤ2を満足するように前記レーザの出力を調節し、Ｍ＜０．２６×Ｐ×ｔを満足するように前記金属粉体の供給量Ｍを調節する請求項３に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項１４】
前記炉内構造物の前記溶接部の検査によって前記溶接部にき裂が検出されたとき、前記粉体供給通路に前記金属粉体を供給しない状態で、前記レーザ通路の前記レーザ放出口から前記溶接部の前記き裂が存在する部分の表面に前記レーザを照射し、
前記溶接部の前記き裂が存在する部分を前記レーザにより溶融して補修する請求項３に記載の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法。
【請求項１５】
ヘッド本体、及び前記ヘッド本体に設けられ、前記ヘッド本体に接続される光ファイバの先端に対向するコリメートレンズを備えた加工ヘッドと、前記加工ヘッドを走査する加工ヘッド走査装置とを備え、
前記光ファイバから出射されて前記コリメートレンズを通過するレーザを導くレーザ通路、及びガスが導かれるガス供給通路が前記ヘッド本体に形成され、前記加工ヘッドはレンズとしてコリメートレンズのみを有し、前記レーザ通路のレーザ放出口及び前記ガス供給通路のガス噴射口が前記ヘッド本体の先端面に形成されていることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接装置、原子力プラントの炉内構造物の保全方法及びレーザ加工装置に係り、特に、原子力プラントに適用するのに好適なレーザ溶接装置、原子力プラントの炉内構造物の保全方法及びレーザ加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力プラントにおける炉内構造物の保全作業では、溶接方法として、特開２０１０−２７６４９１号公報及び特許第３４６９１８５号公報に記載された自動ＴＩＧ溶接またはレーザ溶接が使用されている。これらの溶接では、ワイヤ供給機能を有する溶接機を用いて溶接対象物の溶接箇所に供給されるワイヤを溶融する方法、またはその溶接箇所に予めスリーブを設定してノンフィラで溶融する方法が採用されていた。
【０００３】
ＴＩＧ溶接及びレーザ溶接では高品質な溶接を行うことができるが、特開２０１０−２７６４９１号公報及び特許第３４６９１８５号公報に記載されているように、溶接トーチの溶接施工面に対する角度をできるだけ垂直に近い状態に保つ必要がある。このため、溶接機を走査する溶接機走査装置の駆動機構は溶接トーチの姿勢を調整する複雑な機構が必要であった。
【０００４】
一方、従来のワイヤ供給機能を有するレーザ溶接機は、特開２００４−２５５４１０号公報に記載されているように、光ファイバ端部より先のヘッド部には光ファイバから出射したレーザ光の広がりを平行光にするコリメートレンズ、及びコリメートレンズからの平行光を集光する集光レンズを有している。レーザ光はレーザ発振器から光ファイバに入射される。レーザ照射アーク溶接方法が特開２００６−９５５５９号公報に記載されている。このレーザ照射アーク溶接方法では、アーク溶接ヘッド及びレーザ溶接ヘッドを有する溶接装置が用いられる。レーザ溶接ヘッドは、上記したコリメートレンズ及び集光レンズを有している。
【０００５】
ワイヤの代わりに粉体状の溶接材料を供給するレーザ溶接ヘッドは、特開２００７−２１６２３５号公報に記載されているように、粉体供給装置と共に、レーザ光を集光する集光レンズを有している。特開２００７−２１６２３５号公報に記載された粉体レーザ溶接ヘッド、及び特開２００４−２５５４１０号公報及び特開２００６−９５５５９号公報に記載されたレーザ溶接ヘッドは、集光レンズの前段に、光ファイバから出射したレーザ光の広がりを平行光にするコリメートレンズを有している。この平行光が集光レンズに入射される。粉体状の溶接材料を供給するレーザ溶接は、特開２００７−５０４４６号公報及び特表平９−５０６０３９号公報にも記載されている。
【０００６】
沸騰水型原子力プラントでは、複数の制御棒駆動機構ハウジング及び複数の炉内中性子計測器ハウジングが原子炉圧力容器の底部を貫通してこの底部に取り付けられている。各制御棒駆動機構ハウジングは、原子炉圧力容器の底部に溶接にて取り付けられた複数のスタブチューブ内に別々に挿入されてスタブチューブ及び原子炉圧力容器の底部を貫通し、スタブチューブに溶接にて取り付けられている。また、炉内中性子計測器ハウジングも原子炉圧力容器の底部に溶接にて取り付けられている。スタブチューブと原子炉圧力容器の底部の溶接部、制御棒駆動機構ハウジングとスタブチューブの溶接部、及び炉内中性子計測器ハウジングと原子炉圧力容器の底部の溶接部に対して補修作業が行われる。この補修作業は、スタブチューブ間、制御棒駆動機構ハウジング間及び制御棒駆動ハウジングと炉内中性子計測器ハウジングの間等の狭隘部での作業になる。沸騰水型原子力プラントにおける狭隘部でのそれらの溶接部に対する補修装置を用いた補修作業は、特許第４１７８０２７号公報に記載されている。
【０００７】
加圧水型原子力プラントにおいても、複数の炉内計装筒が原子炉圧力容器の底部を貫通し、各炉内計装筒がその底部に溶接にて取り付けられている。炉内計装筒は沸騰水型原子力プラントにおける炉内中性子計測器ハウジングに該当する。加圧水型原子力プラントにおいて行われる原子炉圧力容器の底部と炉内計装筒の溶接部に対する、炉内計装筒管の狭隘部での補修装置を用いた補修作業が、特開２０１１−５２９６６号公報に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２７６４９１号公報
【特許文献２】特許第３４６９１８５号公報
【特許文献３】特開２００４−２５５４１０号公報
【特許文献４】特開２００６−９５５５９号公報
【特許文献５】特開２００７−２１６２３５号公報
【特許文献６】特開２００７−５０４４６号公報
【特許文献７】特表平９−５０６０３９号公報
【特許文献８】特許第４１７８０２７号公報
【特許文献９】特開２０１１−５２９６６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】千田  格ら、原子力プラントのレーザ溶接技術に関する研究、日本機械学会論文集（Ｂ編）７８巻７８７号（２０１２−３）、７３頁〜７７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
レーザ溶接は、高密度のエネルギーを非常に狭い範囲に集中させることができるため、アーク溶接よりも深い溶け込みを得ることができ、入熱量を低減することができる。また、レーザ溶接は、高エネルギー密度の熱源を使用するため、高速溶接が可能になる。この結果、レーザ溶接は、高能率で、信頼性の高い高品質の溶接を実現することができる。
【００１１】
原子炉圧力容器内の炉内構造物の溶接部の補修作業は高放射線環境下で行われるため、溶接時間が短くて信頼性の高い溶接部を得ることができるレーザ溶接は、原子炉圧力容器内での溶接部の補修作業に適した溶接であると言える。ワイヤを用いるレーザ溶接は、レーザで溶融した溶接部にワイヤを供給する必要がある。原子炉圧力容器の底部の溶接部の補修を行うために、その底部に搬入されたレーザ溶接ヘッドに設けたワイヤ供給機構からワイヤが供給されるが、搭載できるワイヤが制限される。このため、レーザ溶接ヘッドに搭載されたワイヤを使いきった場合には、引き上げて原子炉圧力容器から取り出したレーザ溶接ヘッドのワイヤ供給機構にワイヤを補充し、このレーザ溶接ヘッドを、再度、原子炉圧力容器内の溶接部付近まで下降させる必要がある。
【００１２】
これに対し、特開２００７−５０４４６号公報及び特表平９−５０６０３９号公報に記載された、溶接部に溶加材である粉体状の金属を供給するレーザ溶接（以下、便宜的に、粉体レーザ溶接という）では、粉体供給通路を有するレーザ溶接ヘッドを原子炉圧力容器内の溶接部付近に配置した状態で、溶加材である金属粉体を、チューブを通して粉体レーザ溶接ヘッドまで連続的に供給することが可能である。このため、粉体を用いたレーザ溶接では、溶加材であるワイヤの補充のために粉体レーザ溶接ヘッドの上昇及び下降を行う必要がなく、ワイヤを用いるレーザ溶接に比べて溶接作業に要する時間を短縮することができる。
【００１３】
しかしながら、粉体レーザ溶接ヘッドは、前述したように、コリメートレンズ及び集光レンズを有している関係上、粉体レーザ溶接ヘッドの長さが長くなり、原子炉圧力容器の底部に林立している制御棒駆動機構ハウジング、スタブチューブ及び炉内中性子計測器ハウジングのそれぞれの溶接部に対する補修溶接が困難である。例えば、制御棒駆動機構ハウジングとスタブチューブの溶接部、及びスタブチューブと原子炉圧力容器の底部のそれぞれの溶接部を補修する場合には、粉体レーザ溶接ヘッドを制御棒駆動機構ハウジングの全周に亘って周回させる必要があるが、溶接対象の制御棒駆動機構ハウジング及びスタブチューブのそれぞれと隣接する他の制御棒駆動機構ハウジング及び他のスタブチューブのそれぞれの間は狭隘部であり、長さの長いレーザ溶接ヘッドを、狭隘部に面する溶接対象物である制御棒駆動機構ハウジング及びスタブチューブのそれぞれの周りを周回させることが困難である。
【００１４】
本発明の目的は、狭隘部に面している、プラントの予防保全対象物に対する予防保全作業を容易に行うことができ、予防保全作業に要する時間を短縮できるレーザ溶接装置、原子力プラントの炉内構造物の保全方法及びレーザ加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ヘッド本体、及びヘッド本体に設けられ、ヘッド本体に接続される光ファイバの先端に対向するコリメートレンズを備えた溶接ヘッドと、この溶接ヘッドを走査する溶接ヘッド走査装置とを備え、
光ファイバから出射されてコリメートレンズを通過するレーザを導くレーザ通路がヘッド本体に形成され、溶接ヘッドはレンズとしてコリメートレンズのみを有し、レーザ通路のレーザ放出孔がヘッド本体の先端面に形成されていることにある。
【００１６】
溶接ヘッドがレンズとしてコリメートレンズのみを備えて集光レンズを備えていないので、溶接ヘッドの長さを短くすることができ、溶接ヘッドがコンパクト化される。このため、狭隘部における溶接ヘッドの移動時に溶接ヘッドが溶接対象物以外の構造部材と干渉することを避けることができ、溶接ヘッドによる溶接対象物へのレーザ溶接を容易に行うことができ、溶接作業に要する時間を短縮することができる。すなわち、予防保全対象物である溶接対象物への予防保全作業であるレーザ溶接を容易に行うことができ、予防保全作業に要する時間を短縮することができる。
【００１７】
好ましくは、溶化材である金属粉体を導く粉体供給通路がヘッド本体に形成され、粉体供給通路の噴射口をヘッド本体の先端面に形成することが望ましい。粉体供給通路を形成している溶接ヘッドがコンパクト化される。このため、狭隘部における溶接ヘッドの移動時に溶接ヘッドが溶接対象物以外の構造部材と干渉することを避けることができ、溶接ヘッドによる溶接対象物への粉体を用いたレーザ溶接を容易に行うことができ、溶接作業に要する時間を短縮することができる。すなわち、予防保全対象物である溶接対象物への粉体を用いた、予防保全作業であるレーザ溶接を容易に行うことができ、予防保全作業に要する時間を短縮することができる。
【００１８】
上記した目的は、ヘッド本体、及びヘッド本体に設けられ、ヘッド本体に接続される光ファイバの先端に対向するコリメートレンズを備えた加工ヘッドと、この加工ヘッドを走査する加工ヘッド走査装置とを備え、
光ファイバから出射されてコリメートレンズを通過するレーザを導くレーザ通路、及びガス供給通路がヘッド本体に形成され、加工ヘッドはレンズとしてコリメートレンズのみを有し、レーザ通路のレーザ放出孔及びガス供給通路のガス噴射口がヘッド本体の先端面に形成されていることによっても達成できる。
【００１９】
加工ヘッドがレンズとしてコリメートレンズのみを備えて集光レンズを備えていないので、加工ヘッドの長さを短くすることができ、加工ヘッドがコンパクト化される。このため、狭隘部における加工ヘッドの移動時に加工ヘッドが溶接対象物以外の構造部材と干渉することを避けることができ、加工ヘッドによる加工対象物への加工作業（例えば、切断加工）を容易に行うことができ、加工作業に要する時間を短縮することができる。すなわち、予防保全対象物である加工対象物への、予防保全作業であるレーザ加工作業を容易に行うことができ、予防保全作業に要する時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、狭隘部に面している、プラントの予防保全対象物に対する予防保全作業を容易に行うことができ、予防保全作業に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の、沸騰水型原子力プラントに適用される原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】図１に示されたステップＳ４の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図３】図２に示された補修及び予防保全作業におけるスタブチューブと原子炉圧力容器の底部の溶接部の補修を行うために、制御棒駆動機構ハウジングに取り付けられた粉体レーザ溶接装置の状態を示す説明図である。
【図４】図３に示す粉体レーザ溶接ヘッドの詳細構成図である。
【図５】図４のIV−IV矢視図である。
【図６】ノンフィラのレーザ溶接による補修を示す説明図である。
【図７】粉体レーザ溶接の試験状況を示す説明図である。
【図８】入熱により整理した、ノンフィラの条件で行ったレーザ溶接の試験結果を示す説明図である。
【図９】パワー密度により整理した、ノンフィラの条件で行ったレーザ溶接の試験結果を示す説明図である。
【図１０】入熱により整理した粉体レーザ溶接の試験結果を示す説明図である。
【図１１】パワー密度により整理した粉体レーザ溶接の試験結果を示す説明図である。
【図１２】コリメートレンズ及び集光レンズを有する従来の粉体レーザ溶接ヘッドにおけるレーザ光の広がり状態を示す説明図である。
【図１３】レンズとしてコリメートレンズのみを有する粉体レーザ溶接ヘッドにおけるレーザ光の広がり状態を示す説明図である。
【図１４】本発明の他の好適な実施例である実施例２の、加圧水型原子力プラントに適用される原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法において、炉内計装筒と原子炉圧力容器の底部の溶接部の補修を行うために、炉内計装筒に取り付けられた粉体レーザ溶接ヘッドの状態を示す説明図である。
【図１５】本発明の他の好適な実施例である実施例４の、沸騰水型原子力プラントに適用される原子力プラントの炉内構造物の加工方法の手順を示すフローチャートである。
【図１６】図１５に示されたステップＳ８の詳細な手順を示すフローチャートである。
【図１７】図１６に示された切断作業における炉内中性子計測器ハウジングの切断を行うために、制御棒駆動機構ハウジングに取り付けられたレーザ加工装置の状態を示す説明図である。
【図１８】図１７に示すレーザ加工ヘッドの詳細構成図である。
【図１９】図１７に示すレーザ加工装置を用いて炉内中性子計測器ハウジングを切断する状態を示す説明図である。
【図２０】図１６に示された溶接作業における炉内中性子計測器ハウジングの溶接を行うために、制御棒駆動機構ハウジングに取り付けられた粉体レーザ溶接装置の状態を示す説明図である。
【図２１】図２０に示す粉体レーザ溶接装置を用いて炉内中性子計測器ハウジングを溶接する状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
発明者らは、狭隘部に面する溶接対象物に対する溶接を可能にするために、レーザ溶接ヘッドの長さを短縮する対策案を検討した。
【００２３】
この対策案を検討する前に、発明者らは、原子炉圧力容器内の炉内構造物の保全溶接に適用する粉体をレーザ溶接の有効性を確認するために、溶接試験を実施した。この溶接試験の一例を図７を用いて説明する。沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器の下鏡、すなわち、原子炉圧力容器の底部には、特許第４１７８０２７号公報に記載されているように、多数の制御棒駆動機構ハウジング、スタブチューブ及び炉内中性子計測器ハウジングが溶接により取付けられている。その底部に取り付けられた最外周に位置するスタブチューブは原子炉圧力容器の底部との角度が約４５°になっている。また、加圧水型原子力プラントの原子炉圧力容器の底部には、特開２０１１−５２９６６号公報に記載されているに、多数の炉内計装筒が溶接により取付けられている。最外周に位置する炉内計装筒も、原子炉圧力容器の底部との角度は約４５°になっている。このように、沸騰水型原子力プラント及び加圧水型原子力プラントにおいて、原子炉圧力容器の底部に溶接で取り付けられた、炉内構造物である管状構造物（例えば、スタブチューブ、制御棒駆動機構ハウジング、炉内中性子計測器ハウジング及び炉内計装筒）の取り付け角度が５０°以下となり、レーザ溶接ヘッドを一方向に固定した場合、溶接対象となる面とレーザ溶接ヘッドの角度を０°（垂直）から６０°で溶接ができれば、原子炉圧力容器の底部に取り付ける管状構造物の溶接をカバーできる。
【００２４】
溶接試験材の傾斜平面に対する粉体レーザ溶接の溶接性を確認するために実施した溶接試験の概要を図７に示した。この溶接試験は、溶接試験材の平面に対して垂直となる０°から６０°の範囲で溶接性の確認を行なった。溶接試験材は、原子炉圧力容器の底部に使用されている低合金鋼及びインコネル材で作られ、溶加材である金属粉体にはインコネル材を使用した。溶接試験条件として、レーザの出力Ｐは３００Ｗ〜４０００Ｗの範囲内とし、レーザのスポット直径Ｄは１．４ｍｍ〜５．４ｍｍの範囲内に、溶接速度は９ｃｍ／ｍｉｎ〜３００ｃｍ／ｍｉｎの範囲内に、金属粉体供給量Ｍは０ｇ／ｍｉｎ〜６３ｇ／ｍｉｎの範囲内にした。
【００２５】
溶接試験は、金属粉体を供給しないノンフィラの条件でのレーザ溶接、及び金属粉体を供給するレーザ溶接のそれぞれについて行われた。これらの溶接試験により得られた結果を図８ないし図１１を用いて以下に説明する。
【００２６】
金属粉体を供給しないノンフィラ条件でのレーザ溶接試験で得られた結果を図８及び図９に示し、金属粉体を供給するレーザ溶接試験で得られた結果を図１０及び図１１に示している。溶接試験では、溶接面の縦断面を観察し、ノンフィラ条件でのレーザ溶接においては溶接試験材の縦断面が溶融されている場合を合格と判定し、溶融されていない場合を不合格と判定した。溶接試験結果は、全溶接試験材の数に対して合格した溶接試験材の数の割合を合格率（％）としてまとめた。金属粉体を供給する場合の試験結果も、同様に、溶接面の縦断面を観察し、良好な溶け込みが得られている場合を合格とし、融合不良などが観察された場合を不合格として合格率によりまとめた。
【００２７】
ノンフィラ条件でのレーザ溶接試験で得られた結果及び金属粉体を供給するレーザ溶接試験の結果は、それぞれ、千田  格ら、原子力プラントのレーザ溶接技術に関する研究、日本機械学会論文集（Ｂ編）７８巻７８７号（２０１２−３）、７３頁〜７７頁に記載された入熱（ＫＪ／ｃｍ）を基準にした場合、及び発明者らによる原子力プラントのレーザ溶接技術に関する研究結果で得られたパワー密度（Ｗ／ｍｍ2）を基準にした場合のそれぞれについて整理した。入熱により整理した、ノンフィラの条件で行ったレーザ溶接の試験結果を図８に示し、パワー密度により整理した、ノンフィラの条件で行ったレーザ溶接の試験結果を図９に示す。また、入熱により整理した粉体レーザ溶接の試験結果を図１０に示し、パワー密度により整理した粉体レーザ溶接の試験結果を図１１に示す。
【００２８】
入熱により整理した、ノンフィラの条件で行ったレーザ溶接の試験結果では（図８参照）、溶接時の入熱（ＫＪ／ｃｍ）に対する溶接の合格率がばらついている。例えば、低入熱である０．３ＫＪ／ｃｍでは合格率が１００％であるのに対し、高入熱である１．８ＫＪ／ｃｍで合格率が０％と低い値を示している。このように、ノンフィラの条件で行ったレーザ溶接の試験結果を溶接の入熱により整理した場合には、入熱と合格率の間に一定の傾向を見出すことができなかった。一方、ノンフィラの条件で行ったレーザ溶接の試験結果を溶接時のパワー密度（Ｗ／ｍｍ2）で整理した場合には（図９参照）、パワー密度を４２Ｗ／ｍｍ2以上にすることにより、溶接の合格率を１００％に維持できることが分かった。
【００２９】
溶融箇所に金属粉体を供給するレーザ溶接の試験結果でも、ノンフィラの条件で行ったレーザ溶接と同様な傾向がみられた。溶接の入熱で整理した場合には（図１０参照）、溶接の合格率がばらついており、溶接時のパワー密度で整理した場合には（図１１参照）、パワー密度を２７Ｗ／ｍｍ2以上にすることにより溶接の合格率を１００％に維持できることが分かった。
【００３０】
以上に述べた試験結果によれば、レーザの出力が３００Ｗ〜４０００Ｗの範囲内で、レーザスポットの直径を１．４ｍｍ〜５．４ｍｍの範囲内とし、溶接速度を９ｃｍ／ｍｉｎ〜３００ｃｍ／ｍｉｎの範囲内とし、金属粉体供給量を０ｇ／ｍｉｎ〜６３ｇ／ｍｉｎの範囲内とした場合、パワー密度を４２Ｗ／ｍｍ2以上に調節すれば、すなわち、Ｐ＞１０．５πＤ2を満足するレーザの出力Ｐにすれば、ノンフィラのレーザ溶接及び金属粉体を供給するレーザ溶接の双方で、レーザ溶接ヘッドの中心軸と溶接面の角度が０°〜±６０°の範囲内で合格率１００％の良好なレーザ溶接を行うことができる。ここで、Ｄはレーザのスポット直径である。
【００３１】
また、溶接部の溶融箇所への溶加材である金属粉体の供給量は、従来、単位時間（ｍｉｎ）当たりに供給される金属粉体量Ｍ（ｇ）である「ｇ／ｍｉｎ」で示される。従来の整理法、すなわち、単位時間当たりの金属粉体量Ｍである「ｇ／ｍｉｎ」での整理方法に基づいて、上記した粉体レーザ溶接の試験結果を整理した場合、溶接部の溶融箇所への金属粉体の供給量は、１．６３ｇ／ｍｉｎ〜６３．３ｇ／ｍｉｎで表される。しかしながら、溶接部の溶融箇所への金属粉体の供給量を、レーザ光の出力Ｐ（ｋＷ）、照射時間ｔ（ｓ）及び金属粉体供給量Ｍ（ｇ）の関係（ｇ／ｋＷ・ｓ）で整理した場合には、今回の粉体レーザ溶接の試験における金属粉体の供給量を、０．１ｇ／ｋＷ・ｓ〜０．２６ｇ／ｋＷ・ｓの限られた範囲に整理することができる。今回実施した粉体レーザ溶接の試験結果に基づいて、発明者らは、金属粉体の供給量Ｍを０．２６ｇ／ｋＷ・ｓ以下に調節すれば、すなわち、「Ｍ＜０．２６×Ｐ×ｔ」を満たす条件にすれば、肉盛溶接が可能であることを見出した。
【００３２】
金属粉体を用いるレーザ溶接（以下、前述したように、便宜的に粉体レーザ溶接という）を行った後に溶接試験材の外観を確認した結果、ビード表面に未溶着の金属粉体が付着してざらつきが確認されたため、未溶着の金属粉体が付着したビー度表面を、粉体供給通路を有するレーザ溶接ヘッド（以下、便宜的に、粉体レーザ溶接ヘッドという）からのレーザを用いて、ノンフィラで、再度、溶融処理を行なった。この溶融処理後、ビードの溶融表面を浸透探傷検査で確認したところ、欠陥が観察されなかった。
【００３３】
以上の溶接試験結果により、粉体レーザ溶接では、粉体レーザ溶接ヘッドの中心軸と溶接面の角度を溶接面の垂線に対して±６０°の範囲内に設定することが可能であり、原子炉圧力容器の底部の内側における狭隘部に位置するスタブチューブ及び炉内中性子計測器ハウジング（または炉内計装筒）などの管状構造物に対する粉体レーザ溶接ヘッドの角度調節は、従来のワイヤ供給式のレーザ溶接における、溶接面との角度をできる限り垂直にするレーザ溶接ヘッドの角度調節よりも著しく容易に行うことができる。また、上記の粉体レーザ溶接試験による知見として、レーザの出力ＰをＰ＞１０．５πＤ2を満足するように調節し、さらに、金属粉体の供給量ＭをＭ＜０．２６×Ｐ×ｔを満足するように調節することにより、粉体レーザ溶接に要する作業時間を大幅に短縮することができることが明らかになった。
【００３４】
次に、粉体レーザ溶接を原子炉圧力容器内で底部に設けられた管状構造物（例えば、スタブチューブ、制御棒駆動機構ハウジング及び炉内中性子計測器ハウジング）の溶接部に適用する場合において、粉体レーザ溶接ヘッドと管状構造物の干渉について検討した。前述の粉体レーザ溶接の試験結果を反映して粉体レーザ溶接ヘッドと溶接面の角度が±６０°の範囲内で溶接が可能であるとして、発明者らはその干渉の検討を行った。
【００３５】
従来の粉体レーザ溶接ヘッドは、特開２００４−２５５４１０号公報及び特開２００６−９５５５９号公報に記載されたレーザ溶接ヘッドと同様に、コリメートレンズ及び集光レンズを有する。この従来の粉体レーザ溶接ヘッドの全長は、例えば、４０００Ｗのレーザ光を出力する粉体レーザ溶接ヘッドで７６０ｍｍとなる。
【００３６】
この全長７６０ｍｍの粉体レーザ溶接ヘッドを用いて、特許第４１７８０２７号公報に記載されたように、例えば、沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器の底部の内面に取り付けられた一つのスタブチューブと底部の溶接部を補修することを想定する。スタブチューブと原子炉圧力容器の底部の溶接部を補修するためには、その粉体レーザ溶接ヘッドを、その溶接部の溶接面と粉体レーザ溶接ヘッドの中心軸との成す角度が±６０°の範囲内になるように配置し、さらに、粉体レーザ溶接ヘッドをその溶接部の全周に亘って旋回させる必要がある。しかしながら、全長が７６０ｍｍである従来の粉体レーザ溶接ヘッドは、溶接対象のスタブチューブの周囲を旋回させようとするとき、旋回する粉体レーザ溶接ヘッドが、この溶接対象のスタブチューブに隣り合っている他のスタブチューブ及びこのスタブチューブに取り付けられている制御棒駆動機構ハウジングと干渉し、粉体レーザ溶接ヘッドを溶接対象のスタブチューブの周囲に旋回させることができなくなり、補修対象の溶接部の補修が困難になる。
【００３７】
粉体レーザ溶接ヘッドの旋回時における隣りのスタブチューブ等との干渉を避けるためには、粉体レーザ溶接ヘッドの長さを短くすることが効果的である。そこで、発明者らは、粉体レーザ溶接ヘッドの長さの短縮について検討を行った。
【００３８】
従来のレーザ溶接で使用されているレーザ溶接ヘッドは、特開２００４−２５５４１０号公報及び特開２００６−９５５５９号公報に記載されているように、コリメートレンズ及び集光レンズを有している。コリメートレンズ及び集光レンズを含む光学系を有するレーザ溶接ヘッドにおけるレーザ光の広がり状態を、図１２に模式的に示す。光ファイバから出射されてコリメートレンズにより平行光になったレーザは、集光レンズを通過した後、集光レンズの焦点位置に収束する。従来のレーザ溶接ヘッドのように、集光レンズを通過したレーザを用いて溶接を行う場合には、集光レンズの焦点位置から外れると、この焦点位置よりも集光レンズ側の位置及びこの焦点位置から溶接部材側の位置の何れの位置においても、レーザの直径が焦点位置におけるレーザの直径よりも大きくなり、レーザのパワー密度（Ｗ／ｍｍ2）が焦点位置におけるレーザのパワー密度よりも小さくなる。このため、ワイヤ供給方式のレーザ溶接では、集光レンズと溶接面の間の距離が集光レンズの焦点距離に合うように調整する必要があった。
【００３９】
一方、粉体レーザ溶接では、レーザの照射によって生成された溶接面の溶融箇所に供給された金属粉体が溶融すれば、溶接部材の溶接が可能になる。このため、発明者らは、集光レンズを有する粉体レーザ溶接ヘッドを用いる場合であっても、その集光レンズと溶接面の間の距離を、集光レンズの焦点距離に厳密に合せなくても金属粉体を使用した溶接が可能であると考えた。そこで、発明者らは、粒径６３〜２１２μｍの金属粉体を用いた、焦点レンズを有する粉体レーザ溶接ヘッドによる粉体レーザ溶接試験を行い、パワー密度が２７Ｗ／ｍｍ2以上であれば、焦点レンズと溶接面の間の距離が焦点レンズの焦点距離から外れても、１００％の合格率を得る粉体レーザ溶接が可能であることを見出した。
【００４０】
発明者らは、例えば、集光レンズを有する粉体レーザ溶接ヘッドを用い、集光レンズと溶接面の間の距離を、集光レンズの焦点距離に対して−６ｍｍ〜３０ｍｍの範囲でずらして設定し、溶接面に対して粉体レーザ溶接ヘッドの中心軸を５０°傾斜させ、パワー密度を１１２Ｗ／ｍｍ2にした条件で、その溶接面に粉体レーザ溶接を行った。粉体レーザ溶接終了後に、その溶接面を確認したが、上記のように、集光レンズと溶接面の間の距離を集光レンズの焦点距離に対して−６ｍｍ〜３０ｍｍの範囲でずらした場合でも、溶接面上の金属粉体を溶融することができた。
【００４１】
この結果を基に、発明者らは、集光レンズを削除し、粉体レーザ溶接ヘッドの光学系のレンズとしてコリメートレンズのみを用いた場合でも、溶接面に供給した金属粉体を溶融することができ、合格率１００％の粉体レーザ溶接が可能であることを確認した。集光レンズを削除することにより、粉体レーザ溶接ヘッドの長さを短くすることができる。すなわち、集光レンズを削除した粉体レーザ溶接ヘッドの全長は、この粉体レーザ溶接ヘッドを一つのスタブチューブの溶接部の周囲を旋回させるときに、隣り合うスタブチューブ、制御棒駆動機構ハウジング及び炉内中性子計測器ハウジングのそれぞれと干渉しなくなる程度に短くすることができる。レンズとしてコリメートレンズのみを用いた粉体レーザ溶接ヘッドは、スタブチューブの溶接部の周囲を容易に旋回させることができる。
【００４２】
レンズとしてコリメートレンズのみを用いた粉体レーザ溶接ヘッドにおけるレーザ光の広がり状態を、図１３に模式的に示す。この粉体レーザ溶接ヘッドにおいて、コリメートレンズを通過したレーザのスポット直径は、ほぼ一定であり、溶接面に至るまで変化しない。
【００４３】
これまで、レーザを用いた溶接について説明したけれども、発明者らは、粉体レーザ溶接ヘッドに用いられた、レンズとしてコリメートレンズのみを用いた光学系を、レーザ切断加工等に用いるレーザ加工装置に適用できることを見出した。
【００４４】
発明者らは、粉体レーザ溶接と同様にパワー密度を変えて、すなわち、パワー密度４２ｋＷ／ｍｍ2及び５６ｋＷ／ｍｍ2のそれぞれの条件で、レーザ切断加工の試験を実施した。切断に用いるレーザのパワー密度は、前述のレーザ溶接に用いるレーザのパワー密度よりも大きくする必要がある。４２ｋＷ／ｍｍ2では、板厚０．５ｍｍのステンレス鋼を１１００ｍｍ／ｓ以下の切断速度で切断することができ、５６ｋＷ／ｍｍ2では、１３００ｍｍ／ｓ以下の切断速度で切断することができた。この試験結果を基に、得られた結果を、パワー密度（Ｗ／ｍｍ2）／切断速度（ｍｍ／ｓ2）と整理した場合には、４３Ｗ・ｓ／ｍｍ3以上のとき、構造部材のレーザによる切断が可能になる。このため、コリメートレンズの通過により生じたレーザの平行光のパワー密度を４２ｋＷ／ｍｍ2以上にしたとき、レーザによる切断加工の条件を４３Ｗ・ｓ／ｍｍ3以上にすればよい。この数値は、切断加工対象物の単位体積当たりにおける照射レーザの出力と照射時間の積を表している。
【００４５】
以上の検討結果を反映した、本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００４６】
本発明の好適な一実施例である実施例１の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法を、図１及び図２を用いて説明する。本実施例の炉内構造物の予防保全方法は、沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器内に存在する炉内構造物に対して適用される。
【００４７】
本実施例の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法には、図３に示されたレーザ溶接装置１０が用いられる。粉体レーザ溶接装置１０は、粉体レーザ溶接ヘッド（溶接ヘッド）２１、溶接ヘッド走査装置２３及び金属粉体供給装置４１を有する。粉体レーザ溶接ヘッド２１は、図３に示すように、ヘッド本体２２及びレンズハウジング２４を有する。光ファイバ２６の一端部が接続されたレンズハウジング２４がヘッド本体２８内に配置され、コリメートレンズ２５がレンズハウジング２４内に設置されて光ファイバ２６の先端に対向している。レンズハウジング２４からヘッド本体２２の先端に向かう孔部であるレーザ通路２７が、ヘッド本体２２内に形成される。レーザ通路２７は両端にそれぞれ開口を有している。レーザ通路２７の第１の開口はコリメートレンズ２５に対向している。レーザ通路２７の第２の開口は、レーザ放出口であり、ヘッド本体２８の先端に形成される。レンズハウジング２４及びレーザ通路２７は、ヘッド本体２２の中心軸に沿って配置される。光ファイバ２６の他端部はレーザ発振器（図示せず）に接続される。粉体レーザ溶接ヘッド２１は、レンズとしてコリメートレンズ２５のみを有しており、レーザ加工ヘッド４６は、レンズとしてコリメートレンズ２５のみを有し、集光レンズを有していない。
【００４８】
３つの粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃ（図５参照）がヘッド本体２２内に形成される。なお、図４には粉体供給通路２９Ｃが図示されていない。粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃのそれぞれは、ヘッド本体２２の先端部において、レーザ通路２７の中心軸の延長線に向かって傾斜している。粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃのそれぞれの粉体噴射口が、レーザ通路２７のレーザ放出口が形成されているヘッド本体２２の先端面に形成される。粉体供給通路２９Ｂの粉体噴射口の中心とレーザ放出口の中心との間の距離は、粉体供給通路２９Ａの粉体噴射口の中心とレーザ放出口の中心との間の距離と同じである。粉体供給ホース３０Ａが取付け具３２Ａによってヘッド本体２２に取り付けられ、粉体供給ホース３０Ａが粉体供給通路２９Ａに連絡される。粉体供給ホース３０Ｂが取付け具３２Ｂによってヘッド本体２２に取り付けられ、粉体供給ホース３０Ｂが粉体供給通路２９Ｂに連絡される。粉体供給ホース３０Ｃが取付け具（図示せず）によってヘッド本体２２に取り付けられ（図３参照）、粉体供給ホース３０Ｃが粉体供給通路２９Ｃに連絡される。粉体供給ホース３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃのそれぞれの他端部は、金属粉体供給装置４１に接続される（図３参照）。
【００４９】
溶接ヘッド走査装置２３は、図３に示すように、着座部材１１、支持体１３、回転体１６、水平方向移動装置１８、昇降台３６及び首振り駆動装置３７を有する。支持体３３が着座部材１１に回転可能に取り付けられる。支持体１３は、下部支持板１２、上部支持板１４、台座１５及び支持部材３３を有する。支持部材３３が、着座部材１１に回転可能に取り付けられた下部支持板１２の上面に取り付けられ、上部支持板１４が支持部材３３の上端に取り付けられる。台座１５が上部支持板１４の上面に取り付けられる。第１モータ（図示せず）が着座部材１１の下面に固定され、第１モータの回転軸が下方から下部支持板１２に連結されている。第１モータは支持体１３の旋回装置である。
【００５０】
回転体１６は、回転板３４及び回転軸３５を有する。雄ネジの台形ネジが表面に形成された回転軸３５は、上部支持板１４及び台座１５を貫通し、回転可能に台座１５に取り付けられる。回転軸３５の下端部は回転可能に下部支持板１２に取り付けられる。回転板３４は、台座１５の上方に配置され、回転軸３５の上端に取り付けられる。回転体１６の回転駆動装置を構成する第２モータ（図示せず）が台座１５の上面に設置される。この第２モータの回転軸はウォーム（図示せず）に連結され、このウォームはウォームホイルである回転板３４と噛み合っている。
【００５１】
昇降台３６は回転軸３５が貫通する貫通孔（図示せず）を形成しており、回転軸３５の台形ネジと噛み合う雌ネジの台形ネジがその貫通孔の内面に形成されている。回転軸３５が昇降台３６の貫通孔を貫通しており、回転軸３５の台形ネジが貫通孔の台形ネジと噛み合っている。回転軸３５の回転に伴って昇降台３６が回転しないように、昇降台３６に設けられた回転阻止部材４０の先端部が、支持部材３３の回転軸３５に対向する面に形成されて回転軸３５の軸方向に伸びる溝（図示せず）内に挿入されている。この溝は支持部材３３の下端からその上端の間に形成されている。このような構成を採用することによって、昇降台３６は、回転軸３５と共に回転して回転軸３５の軸方向に移動可能となる。昇降台３５は第２モータの駆動により回転軸３５に沿って上下方向に移動する。
【００５２】
水平方向駆動装置１８が、昇降台３６に取り付けられて水平方向に伸びるアーム１７に移動可能に取り付けられる。棒状の支持部材１９が水平方向駆動装置１８に取り付けられて下方に向かって伸びている。ヘッド保持部材２０が支持部材１９の下端部に取り付けられる。粉体レーザ溶接ヘッド２１のヘッド本体２２が取り付けられた回転軸３９が、ヘッド保持部材２０に回転可能に取り付けられる。回転軸３９は水平方向に伸びている。
【００５３】
首振り駆動装置３７がヘッド保持部材２０に設置される。首振り駆動装置３７は、第３モータ３８、及び第３モータ３８の回転力を回転軸３９に伝える、減速機構を含む回転力伝達機構（図示せず）を有する。モータ３８はヘッド保持部材２０に取り付けられる。
【００５４】
本実施例の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法を以下に説明する。沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後、本実施例の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法が実施される。この予防保全方法を、特許第４１７８０２７号公報の図２及び図３を参照しながら図１に示す手順（ステップＳ１〜Ｓ７の各工程を含む）に基づいて説明する。沸騰水型原子力プラントでは、図３に示すように、複数の制御棒駆動機構ハウジング３及び複数の炉内中性子計測器ハウジング４が原子炉圧力容器１の底部（下鏡）を貫通してこの底部に取り付けられている。各制御棒駆動機構ハウジング３は、原子炉圧力容器１の底部の内面に溶接にて取り付けられた複数のスタブチューブ２内に別々挿入されてスタブチューブ２及び原子炉圧力容器１の底部を貫通し、スタブチューブ２に溶接にて取り付けられている。また、炉内中性子計測器ハウジング４も原子炉圧力容器１の底部を貫通しこの底部に溶接にて取り付けられている。本実施例の予防保全方法では、各スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部のそれぞれの溶接部の応力腐食割れを軽減するために、これらの溶接部の表面に耐食性の優れた肉盛溶接を実施する。
【００５５】
炉内機器が取り外されて原子炉圧力容器から搬出される（ステップＳ１）。沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後、原子炉圧力容器１を取り囲んでいる原子炉格納容器の上蓋を取り外し、さらに、原子炉圧力容器１の上蓋を取り外す。取り外された、原子炉格納容器及び原子炉圧力容器１のそれぞれの上蓋は、原子炉格納容器を取り囲んでいる原子炉建屋の天井クレーンに吊り下げられて、原子炉建屋内で原子炉格納容器の上方に位置する運転床まで搬送され、運転床上に保管される。原子炉建屋内で原子炉格納容器の上方に形成された原子炉ウェル及び原子炉圧力容器１内に冷却水が充填される。その後、原子炉圧力容器１内に設置された蒸気乾燥器及び気水分離器が、取り外されて天井クレーンにより原子炉圧力容器１内に搬出され、機器仮置きプール内に保管される。原子炉圧力容器１内の炉心に装荷されている燃料集合体も、運転床上を移動する燃料交換機によって取り出され、原子炉建屋内の燃料貯蔵プールに搬送されて保管される。制御棒が燃料交換機により原子炉圧力容器１外に引き上げられ、燃料貯蔵プールに搬送されて保管される。原子炉圧力容器１内に設置された炉心支持板上に置かれて燃料集合体の下端部を支持していた複数の燃料支持金具も、原子炉圧力容器１外に取り出される。さらに、炉心支持板の下方に配置されている制御棒案内管も、燃料支持金具を挿入するために炉心支持板に形成されている開口部を通して炉心支持板の上方に取り出され、原子炉圧力容器１外に搬送される。燃料支持金具及び制御棒案内管は、例えば、天井クレーンにより吊り上げられて搬送される。
【００５６】
気中環境設定機器を据え付ける（ステップＳ２）。炉心内の全燃料集合体が燃料貯蔵プールに搬送された後、気中環境設定機器が、原子炉ウェル内に冷却水を充填した状態で、天井クレーンに吊り下げられて原子炉圧力容器１の上端部に設けられたフランジ上に据え付けられる。気中環境設定機器として、放射線遮へい蓋が用いられる。この放射線遮へい蓋が、原子炉圧力容器１の上端部に設けられたフランジに取り付けられ、原子炉圧力容器１を覆う。放射線遮へい蓋は、原子炉圧力容器１内から上方に放出される放射線を遮へいする。本実施例で用いる放射線遮へい蓋は、例えば、特許第４１７８０２７号公報の図４Ａに示された、ガイドパイプを挿入する複数の開口が形成された放射線遮へい蓋である。放射線遮へい蓋に形成された各開口は、原子炉圧力容器１の底部に取り付けられた各制御棒駆動機構ハウジング３の位置と一致している。放射線遮へい蓋に形成された各開口は、放射線遮へい体で作られた封鎖プラグで封鎖されている。放射線遮へい蓋が原子炉圧力容器１の上端部のフランジ上に設置されたとき、放射線遮へい蓋に形成された各開口は、各スタブチューブ２の真上に位置している。本実施例で用いる放射線遮へい蓋として、特許第４１７８０２７号公報の図４Ｂ及び図４Ｃのいずれかに記載された放射線遮へい蓋を用いてもよい。
【００５７】
ガイドパイプの原子炉圧力容器内への挿入は以下のように行われる。原子炉圧力容器内に冷却水が充填された状態で、ガイドパイプを挿入する位置、具体的には、補修及び予防保全の肉盛り溶接を行うスタブチューブ２の真上に存在する、放射線遮へい蓋に形成された開口を封鎖している封鎖プラグを取り外し、この開口内にガイドパイプを挿入する。ガイドパイプは軸方向において複数に分割されており、上記の開口に挿入されたガイドパイプは、継ぎ足しながら原子炉圧力容器１の底部に向かって下降される（特許第４１７８０２７号公報参照）。ガイドパイプの下降は、ガイドパイプの下端が原子炉圧力容器１内に設置された炉心支持板よりも下方の所定の位置に達したときに停止される。下端が原子炉圧力容器１の軸方向における所定の位置に達したガイドパイプの上端部が放射線遮へい蓋の上面に保持される。
【００５８】
補修及び予防保全作業を効率的に行うため、放射線遮へい蓋に形成された複数の開口からそれぞれガイドパイプを挿入しても良い。これにより、後述するスタブチューブ２の溶接部の肉盛り溶接を複数箇所で並行して行うことができる。
【００５９】
原子炉圧力容器内の水抜きを行い、原子炉圧力容器内を気中環境にする（ステップＳ３）。原子炉圧力容器の下鏡に接続されたドレン配管に設けられた開閉弁を開いて、原子炉ウェル及び原子炉圧力容器内の冷却水を原子炉圧力容器外に排出する。冷却水の排出に伴って、原子炉ウェル内の冷却水の水面が低下し、やがて、この水面が原子炉圧力容器内の第１放射線遮へい蓋よりも下方まで低下する。原子炉圧力容器内の冷却水が全部排出されると、原子炉圧力容器内が気中環境になる。
【００６０】
補修及び予防保全作業を実施する（ステップＳ４）。補修及び予防保全作業は、図２に示されたステップＳ４Ａ〜Ｓ４Ｅの各工程を含んでいる。この補修及び予防保全作業を、図２を用いて詳細に説明する。
【００６１】
補修及び予防保全作業を実施する領域における酸化皮膜を除去する（ステップＳ４Ａ）。補修及び予防保全作業の対象となる、各スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部のそれぞれの溶接部の表面には、沸騰水型原子力プラントの運転中に放射性核種を含む酸化皮膜が形成される。このため、溶接部の表面に肉盛り溶接を行う前に、その酸化皮膜を除去する。酸化皮膜を除去することにより放射性核種も除去され、予防保全のためになされたに肉盛溶接内に放射性核種を閉じ込めることを回避することができる。酸化皮膜を除去する除染作業は、特開２０１１−５２９６６号公報に記載された研磨装置、または特許第４１７８０２７号公報に記載された化学除染により行われる。研磨装置による除染は特定の溶接部で補修及び予防保全を行うときに適用することが望ましく、化学除染による除染は広い範囲で補修及び予防保全を行うときに適用することが望ましい。本実施例では、原子炉圧力容器１の底部に取り付けられた全スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部のそれぞれの溶接部が予防保全の対象になっており、原子炉圧力容器１の底部の内面全体を除染するため、化学除染が適用される。
【００６２】
原子炉圧力容器１の底部に接続されたドレン配管（図示せず）から化学除染液が原子炉圧力容器１内の炉心支持板よりも下方の領域に供給される。この化学除染液の供給は、全てのスタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部のそれぞれの溶接部が、全て、化学除染液に浸漬されるまで行われる。化学除染として、酸化除染及び還元除染が行われる。このため、化学除染液である酸化除染液（例えば、過マンガン酸カリ水溶液）及び還元除染液（例えば、シュウ酸水溶液）が、順番に供給される。まず、原子炉圧力容器１内の炉底部に酸化除染液がドレン配管から供給されて上記の各溶接部に対する酸化除染が行われる。酸化除染終了後、原子炉圧力容器１内の酸化除染液は、ドレン配管から排出されて処理される。その後、還元除染液がドレン配管から原子炉圧力容器１内の炉底部に供給され、酸化除染された各溶接部の還元除染が実施される。還元除染終了後に、還元除染液が原子炉圧力容器１からドレン配管に排出されて処理される。
【００６３】
補修及び予防保全対象領域に対する溶接前の表面検査を実施する（ステップＳ４Ｂ）。例えば、浸透探傷検査装置が、天井クレーンに吊り下げられ、放射線遮へい蓋に保持されたガイドパイプを通して原子炉圧力容器１の底部まで下降される。この浸透探傷検査装置を用いて、化学除染が行われた、ガイドパイプの真下に位置するスタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の表面検査を実施する。浸透探傷検査装置を用いた浸透探傷により、その溶接部にき裂が発見された場合には、該当する溶接部においてき裂に対する補修作業を行い、その後、該当する溶接部の表面に対して予防保全作業である肉盛溶接を行う必要がある。その溶接部にき裂が発見されなかった場合には、肉盛溶接が行われる。表面検査が終了した後、浸透探傷検査装置がガイドパイプを通して引き上げられる。
【００６４】
溶接部にき裂が発見された場合には、溶接部のき裂の部分を取り除く加工装置がガイドパイプを通してこの溶接部の位置まで下降される。この加工装置を用いて溶接部のき裂の部分を切削し、き裂を除去する。切削により生じた切削屑は、吸引装置（図示せず）により吸引され、原子炉圧力容器１外に排出される。
【００６５】
溶接作業が実施される（ステップＳ４Ｃ）。補修及び予防保全のそれぞれの溶接には、図３に示す粉体レーザ溶接装置１０が用いられる。粉体レーザ溶接装置１０は、天井クレーンに吊り下げられてガイドパイプ内を下降し、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の該当する溶接部に位置するスタブチューブ２に取り付けられた制御棒駆動機構ハウジング３の上端の位置まで下降される。粉体レーザ溶接装置１０の着座部材１１がこの制御棒駆動機構ハウジング３の上端に着座され、着座部材１１の下面に設けられた突起部（図示せず）及び前述の第１モータが制御棒駆動機構ハウジング３内に挿入される。このようにして、粉体レーザ溶接装置１０が位置決めされ、制御棒駆動機構ハウジング３内に挿入された突起部により粉体レーザ溶接装置１０の転倒が防止される。
【００６６】
ここでは、ガイドパイプの真下に位置するスタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部にき裂が発見されなかった場合における肉盛溶接（予防保全溶接）について説明する。
【００６７】
粉体レーザ溶接装置１０が制御棒駆動機構ハウジング３の上端に着座されたとき、粉体レーザ溶接ヘッド２１及び支持部材１９は、粉体レーザ溶接装置１０が着座した制御棒駆動機構ハウジング３とこの制御棒駆動機構ハウジング３に隣接する他の制御棒駆動機構ハウジング３の間に配置されている。首振り駆動装置３７の第３モータ３８を駆動して回転軸３９を回転させ、粉体レーザ溶接ヘッド２１の中心軸が肉盛溶接を行う溶接部の表面に対して、例えば、５０°に傾斜するまで、粉体レーザ溶接ヘッド２１を制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向において回転させる。溶接部の表面に対して５０°に傾斜したとき、第３モータ３８の駆動を停止する。水平方向駆動装置１８をアーム１７に沿って移動させ、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部と、粉体レーザ溶接ヘッド２１のレーザ放出口との間の、水平方向における距離を調節する。この距離が第１所定距離になったとき、水平方向駆動装置１８の移動を停止する。次に、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部とそのレーザ放出口との間の、制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向における距離を第２所定距離に調節する。制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向におけるこの距離の調節は、第２モータの駆動により回転軸３５を回転させ、回転軸３５の台形ネジと噛み合う昇降台３６を制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向に移動させることによって行われる。スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部とレーザ放出口との間の、制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向における距離が第２所定距離になったとき、第２モータが停止される。粉体レーザ溶接ヘッド２１のレーザ放出口はスタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の表面に対向している。
【００６８】
粉体レーザ溶接ヘッド２１のヘッド本体２２に接続された光ファイバ２６及び粉体供給ホース３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃはガイドパイプ内を通って原子炉圧力容器１の上方に達し、光ファイバ２６に接続されたレーザ発振器、及び粉体供給ホース３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃに接続された金属粉体供給装置４１は、原子炉建屋内の運転床に設置される。
【００６９】
レーザ発振器を作動させ、レーザ発振器で発生した、Ｐ＞１０．５πＤ2を満足する、例えば、出力１ｋＷのレーザ２８Ａが光ファイバ２６に入射される。このレーザ２８Ａは、光ファイバ２６内を通ってレンズハウジング２４側の光ファイバ２６の端部まで伝えられる。レンズハウジング２４において、光ファイバ２６の先端から出射されたレーザ２８Ａは、広がってコリメートレンズ２５に入射される。このレーザ２８Ａは、パワー密度が４４Ｗ／ｍｍ2であり、コリメートレンズ２５で平行光のレーザ２８Ｂ（図４参照）になり、ヘッド本体２２に形成されたレーザ通路２７内に入射される。レーザ通路２７内を通る平行光の、スポット直径Ｄが５．４ｍｍであるレーザ２８Ｂは、ヘッド本体２２に形成されたレーザ放出口から出射され、肉盛溶接を行う、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の表面に照射される。レーザ２８Ｂの照射によってその表面が溶融される。
【００７０】
一方、金属粉体供給装置４１から供給される溶加材である金属粉体（例えば、応力腐食割れを抑制できる耐食性に優れたインコネル５２合金の粉体）が、粉体供給ホース３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃのそれぞれを通してヘッド本体２２に形成された粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃにそれぞれ導かれる。粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃのそれぞれに供給される金属粉体の合計量、すなわち、金属粉体の供給量Ｍは、Ｍ＜０．２６×Ｐ×ｔを満たす、例えば、０．１７ｇ／Ｗ・ｓである。金属粉体は、粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃのそれぞれの粉体噴射口から上記した溶接部の溶融箇所に向かって放出される。
【００７１】
ここで、Ｐ＞１０．５πＤ2を満足する上記のレーザの出力１ｋＷ、及びＭ＜０．２６×Ｐ×ｔを満足する上記の金属粉体の供給量Ｍである０．１７ｇ／Ｗ・ｓの調節について説明する。レーザ２８Ｂの直径Ｄは、光ファイバ２６の出口からコリメートレンズ２５までの距離によって変わるため、予めその直径Ｄとその距離の関係を求めておき、粉体レーザ溶接ヘッド２１を作製するときに、目的の直径Ｄ、すなわち、５．４ｍｍとなる位置にコリメートレンズ２５を設置する。粉体レーザ溶接装置１０ではこのように作製された粉体レーザ溶接ヘッド２１が使用される。レーザの出力Ｐはレーザ発振器で調節される。具体的には、レーザの出力Ｐは、レーザ２８Ｂの直径５．４ｍｍを基準に、４２Ｗ／ｍｍ2以上である目的とするパワー密度、例えば４４Ｗ／ｍｍ2が得られるように、レーザ発振器で例えば、１ｋＷに調節する。金属粉体の供給量Ｍは、金属粉体供給装置４１で、例えば、０．１７ｇ／Ｗ・ｓになるように調節される。
【００７２】
粉体噴射口から放出されて溶融箇所に到達した金属粉体は、レーザ放出口から出射されたレーザ２８Ｂによって加熱されて溶融する。レーザ放出口からレーザを出射して粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃのそれぞれの粉体噴射口から金属粉体を放出しながら、粉体レーザ溶接ヘッド２１を、肉盛溶接を行う溶接部の周囲で旋回させる。
【００７３】
この粉体レーザ溶接ヘッド２１の旋回は、着座部材１１の下面に固定された第１モータを駆動することによって行われる。第１モータの駆動によって下部支持板１２、すなわち、支持体１３が回転し、回転体１６が回転する。これらの回転により、回転軸３５に噛み合っている昇降台３５が回転し、昇降台３５に取り付けられたアーム１７が、水平面内で、制御棒駆動機構ハウジング３の中心軸を中心に旋回する。このため、粉体レーザ溶接ヘッド２１が該当するスタブチューブ３の回りを旋回する。原子炉圧力容器１の底部の内面は曲面であるため、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の、原子炉圧力容器１の軸方向における位置は、この溶接部の周方向において異なっている。すなわち、この溶接部の、原子炉圧力容器１の軸方向における位置は、原子炉圧力容器１の中心軸側で低く、原子炉圧力容器１の側壁側で高くなっている。このような溶接部の原子炉圧力容器１の軸方向における位置の違いを考慮して、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部とレーザ放出口との間の、制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向における距離を第２所定距離に保つためには、粉体レーザ溶接ヘッド２１を該当するスタブチューブ３の回りを旋回させながら、第２モータを駆動して昇降台３６を上下方向に移動させる。
【００７４】
以上により、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の周方向の全周に亘ってこの溶接部の表面に、応力腐食割れを抑制する耐食性に優れた肉盛溶接を行うことができる。
【００７５】
監視カメラ（図示せず）がヘッド保持部材２０の下面に取り付けられている。肉盛溶接が終了した後、光ファイバ２６へのレーザ２８Ａの出射及び粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃへの金属粉体の供給を停止した状態で、第１モータを駆動してアーム１７を旋回させる。このため、粉体レーザ溶接ヘッド２１及び監視カメラは、肉盛溶接を行ったスタブチューブ２の周りを旋回する。監視カメラは肉盛溶接部の表面を撮影しながら旋回する。監視カメラで撮影された肉盛溶接部の表面の映像情報は、監視カメラに接続されて映像情報を伝送するケーブルを通して運転床上に配置された表示装置（図示せず）に伝送され、この表示装置に表示される。運転床上にいるオペレータは、表示装置に表示された映像を見て肉盛溶接部の表面の状態を観察する。
【００７６】
表示された映像によって、溶加材である未溶着の金属粉体の肉盛溶接部の表面への付着が観察された場合には、レーザ発振器で発生したレーザ２８Ａを光ファイバ２６に入射し、粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃへの金属粉体の供給を停止した状態（ノンフィラ状態）で、コリメートレンズ２５で平行光になったレーザ２８Ｂを、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の表面上の肉盛溶接部の表面に照射する。このレーザ２８Ｂの照射により、肉盛溶接部の表面に付着した未溶着の金属粉体を溶融させる。第１モータの駆動により支持体１３及び回転体１６を回転させて、ノンフィラ状態でレーザ２８Ｂを出射しながら粉体レーザ溶接ヘッド２１を、肉盛溶接を行ったスタブチューブ２の周りを旋回させる。このため、この肉盛溶接部の表面に付着した未溶着の金属粉体を肉盛溶接部の全周に亘って溶融することができる。表示装置に表示された映像に基づいて肉盛溶接部の表面における未溶着の金属粉体の付着が観察されなかった場合には、上記したノンフィラ状態でのレーザ２８の肉盛溶接部表面への出射は行われない。
【００７７】
以上の肉盛溶接が終了した後、粉体レーザ溶接装置１０は天井クレーンによりガイドパイプを通して引き上げられ、原子炉圧力容器１から取り出されて運転床まで上昇される。
【００７８】
ステップＳ４Ｂにおいてスタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部にき裂が発見された場合には、前述したように、加工装置により溶接部のき裂の部分が切削により取り除かれる。その後、ステップＳ４Ｃで、その溶接部のき裂が削除された部分に補修溶接が施される。この補修溶接には、ガイドパイプを通して搬入された粉体レーザ溶接装置１０が用いられる。補修溶接において、溶接部のき裂が削除された部分に、粉体レーザ溶接ヘッド２１のレーザ放出口から出射されたレーザ２８Ｂを照射しながら粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃのそれぞれの粉体噴射口から金属粉体を放出し、き裂が削除された部分に対する補修溶接が行われる。この補修溶接が終了した後、溶接部の表面に対する肉盛溶接が前述のように実施される。
【００７９】
スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部に生じているき裂が小さい場合には、粉体レーザ溶接装置１０の粉体レーザ溶接ヘッド２１を用いてノンフィラのレーザ溶接により、そのき裂の補修を行う。
【００８０】
上記の溶接部の超音波探傷により、この溶接部に、図６（Ａ）に示す深さｔ１のき裂４２を発見したことを想定する。前述したように、第１モータ、第２モータ、及び第３モータ３８の駆動により、ヘッド本体２２に形成されたレーザ通路２７のレーザ放出口をき裂４２に対向させ、溶接部と粉体レーザ溶接ヘッド２１のレーザ放出口との間の水平方向の距離を第１所定距離に、溶接部と粉体レーザ溶接ヘッド２１のレーザ放出口との間の、制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向における距離を第２所定距離にそれぞれ調節する。
【００８１】
レーザ発振器を作動させ、出力１ｋＷであるレーザ２８Ａが光ファイバ２６に入射される。ヘッド本体２２内のコリメートレンズ２５で平行光になったレーザ２８Ｂがレーザ通路２７のレーザ放出口から溶接部のき裂４２が存在する部分に向かって照射される。照射されるレーザ２８Ｂのパワー密度は、例えば、４４Ｗ／ｍｍ2である。このとき、金属粉体供給装置４１から粉体供給ホース３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃへの金属粉体の供給は停止されている。レーザ２８Ｂの照射により、溶接部のき裂４２が存在する部分が溶融する。第１モータ、第２モータ、及び第３モータ３８をそれぞれ駆動してレーザ通路２７のレーザ放出口の位置を変え、き裂４２の周囲の溶接部を溶融させる。この溶融によりき裂４２がなくなった溶融部４３が溶接部に形成される。
【００８２】
き裂４２の深さがｔ１であるとき、レーザ２８Ｂのパワー密度が４２Ｗ／ｍｍ2以上であってき裂４２の溶融処理を行う溶接部の溶け込み深さｔ２がｔ２＞ｔ１を満足する場合に、溶接部に生じているき裂４２のレーザ２８Ｂによる補修が可能になる。このため、き裂の補修作業に、ノンフィラのレーザ２８Ｂの適用が可能になる。
【００８３】
き裂４２を除去するノンフィラのレーザ溶接による補修が終了したとき、レーザ発振器を停止し、レーザ２８Ｂの照射を停止する。やがて、溶融部４３が、き裂４２が補修された状態で凝固する。
【００８４】
肉盛溶接の表面を研磨する（ステップＳ４Ｄ）。天井クレーンに吊り下げられた研磨装置がガイドパイプを通して下降され、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部付近まで達する。この研磨装置を用いて、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部に施された肉盛溶接の表面を研磨する。この研磨は、肉盛溶接の周方向の全周に亘って行われる。肉盛溶接の表面の研磨が終了した後、研磨装置は、ガイドパイプ内を引き上げられ、運転床まで搬送される。
【００８５】
前述のノンフィラのレーザ溶接による補修を行った場合には、この補修終了後に、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の、溶融部４３を含む溶接部の表面も、研磨装置により研磨される。
【００８６】
溶接後の表面検査が実施される（ステップＳ４Ｅ）。ステップＳ４Ｂと同様に、浸透探傷検査装置が、天井クレーンに吊り下げられ、放射線遮へい蓋に保持されたガイドパイプを通して原子炉圧力容器１の底部まで下降される。この浸透探傷検査装置を用いて、表面が研磨された肉盛溶接部の表面検査を実施する。肉盛溶接部の表面の検査が終了した後、浸透探傷検査装置が、天井クレーンに吊り下げられ、ガイドパイプを通して運転床まで搬送される。
【００８７】
以上により、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の一つの溶接部の表面に対する肉盛溶接、またはスタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の複数の溶接部の表面に対して並行して実施された肉盛溶接が終了する。その後、原子炉圧力容器１の底部に存在する他のスタブチューブ２とその底部との溶接部に対してステップＳ４Ａ〜Ｓ４Ｅの各作業が実施される。このように、ステップＳ４Ａ〜Ｓ４Ｅの各作業が繰り返されることにより、原子炉圧力容器１の底部に存在する全てのスタブチューブ２とその底部との各溶接部に対する補修及び予防保全作業、すなわち、ステップＳ４の補修及び予防保全作業が終了する。
【００８８】
原子炉圧力容器内の水張りを実施する（ステップＳ５）。浸透探傷検査装置が運転床まで搬送されてステップＳ４の作業が終了した後、原子炉圧力容器１内に冷却水を供給する。所定水位まで冷却水が供給された後、原子炉圧力容器１内への冷却水の供給が停止される。
【００８９】
気中環境設定機器を取り外す（ステップＳ６）。原子炉圧力容器１の上端部のフランジに設置された放射線遮へい蓋の開口に挿入されたガイドパイプを天井クレーンに吊り下げて引き上げ、ガイドパイプをその放射線遮へい蓋から取り外す。ガイドパイプが取り外された後、放射線遮へい蓋の開口が封鎖プラグで封鎖される。ガイドパイプの取り外しが終了した後、原子炉圧力容器１のフランジ上の放射線遮へい蓋を、天井クレーンで吊り上げ、運転床上に回収する。
【００９０】
炉内機器を据え付ける（ステップＳ７）。ステップＳ１で取り外した炉内機器を原子炉圧力容器１内に設置する。制御棒案内管及び燃料支持金具を天井クレーンに順番に吊り下げて原子炉圧力容器１内に搬入し、これらを原子炉圧力容器１内の所定の位置に設置する。全ての燃料支持金具が設置された後、制御棒が燃料交換機により原子炉圧力容器内に搬入され、燃料支持金具を通して制御棒案内管内に配置される。燃料集合体が燃料集合体により燃料貯蔵プールから原子炉圧力容器１内の炉心に装荷される。気水分離器及び蒸気乾燥器が、順次、天井クレーンに吊り下げられ、原子炉圧力容器１内に搬入され、所定の位置に設置される。その後、原子炉圧力容器１の上蓋が原子炉圧力容器１の上端部のフランジに取り付けられ、原子炉格納容器の上蓋が原子炉格納容器の上端に設置される。
【００９１】
以上により、本実施例の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法の全工程が終了する。
【００９２】
スタブチューブ２と制御棒駆動機構３の溶接部に対する補修及び予防保全作業にも、粉体レーザ溶接ヘッド２１を有する粉体レーザ溶接装置１０を適用することができ、上記したステップＳ１〜Ｓ７の各工程を実施することができる。特に、前述のステップＳ４Ａ〜Ｓ４Ｅの各作業を実施することができ、スタブチューブ２と制御棒駆動機構３の溶接部の補修溶接、及びこの溶接部の表面への肉盛溶接を行うことができる。
【００９３】
本実施例によれば、粉体レーザ溶接装置１０の粉体レーザ溶接ヘッド２１はレンズとしてコリメートレンズ２５のみを備えて集光レンズを備えていないので、粉体レーザ溶接ヘッド２１の長さは、約７０ｍｍになり、従来の粉体レーザ溶接ヘッドの長さ（７６０ｍｍ）の１／１０程度になる。このように、粉体レーザ溶接ヘッド２１は、長さを短縮することができ、コンパクト化される。
【００９４】
本実施例では、長さが短縮された粉体レーザ溶接ヘッド２１を用いられるので、多数のスタブチューブ２、制御棒駆動機構ハウジング３及び炉内中性子計測器ハウジング４が林立して狭隘部が形成される原子炉圧力容器１の底部において、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部、またはスタブチューブ２と制御棒駆動機構ハウジング３の溶接部に対して補修溶接及び予防保全である肉盛溶接を行うときに、溶接対象のスタブチューブ２に隣接して溶接対象のスタブチューブ２の間に狭隘部を形成する他のスタブチューブ２、制御棒駆動機構ハウジング３及び炉内中性子計測器ハウジング４との干渉を回避でき、その粉体レーザ溶接ヘッド２１を溶接対象のスタブチューブ２の周りを旋回させることができる。したがって、狭隘部に面するスタブチューブ２の溶接部に対して粉体レーザ溶接を容易に行うことができ、溶接作業に要する時間を短縮することができる。本実施例では、レーザ照射により溶接を行うので、高速溶接が可能になり、これによっても溶接作業時間を短縮することができる。すなわち、予防保全対象物である溶接対象物のスタブチューブ２の溶接部への粉体を用いた、予防保全作業であるレーザ溶接を容易に行うことができ、予防保全作業に要する時間を短縮することができる。
【００９５】
また、本実施例では、粉体レーザ溶接装置１０の粉体レーザ溶接ヘッド２１がレンズとしてコリメートレンズ２５のみを有している関係上、コリメートレンズ２５で生成されたレーザ２８Ｂを溶接対象物に照射するため、集光レンズを用いる従来のレーザ溶接ヘッドのように溶接対象物の溶接箇所を集光レンズの焦点位置に合せる必要がなく、粉体レーザ溶接ヘッド２１と溶接対象物の溶接箇所との間の距離が粉体レーザ溶接ヘッド２１の移動によって変化する場合でも、溶接対象物の溶接箇所に対して良好な粉体レーザ溶接（１００％の合格率を得る粉体レーザ溶接）を行うことができる。
【００９６】
本実施例によれば、炉内構造物（例えば、スタブチューブ２、制御棒駆動機構ハウジング）よりも耐食性に優れた金属粉体（例えば、インコネル５２合金の粉体）を溶接部の表面に肉盛するため、炉内構造物の溶接部における応力腐食割れを抑制ができる。
【００９７】
本実施例では、溶接部に照射するレーザ２８Ｂの出力ＰがＰ＞１０．５πＤ2を満足する１ｋＷであり、さらに、金属粉体の供給量ＭがＭ＜２．６×Ｐ×ｔを満足する０．１７ｇ／Ｗ・ｓであるため、合格率１００％の良好な、金属粉体を用いた肉盛溶接を得ることができる。
【００９８】
本実施例では、金属粉体の供給及びレーザ２８Ｂの照射により生成された肉盛溶接部の表面に未溶着の金属粉体が付着しているとき、金属粉体を供給しない状態（ノンフィラ状態）でその肉盛溶接部の表面にレーザ２８Ｂを照射して付着している未溶着の金属粉体を溶融させるため、肉盛溶接部の表面を未溶着の金属粉体が付着したざらついた表面からより滑らかな表面に改善することができる。この結果、ノンフィラ状態でのレーザ２８Ｂの照射により肉盛溶接部の表面を滑らかにするため、肉盛溶接後の検査のために未溶着の金属粉体が付着したざらついた肉盛溶接部表面の研磨作業を行う必要がなくなる。長時間を要する研磨作業がなくなるため、それだけ早く肉盛溶接部の溶接後検査を着手することができる。したがって、肉盛溶接による予防保全作業に要する時間を短縮することができる。
【００９９】
原子炉圧力容器１内で補修溶接及び予防保全肉盛溶接の対象となる、スタブチューブ２と原子炉圧力容器１の底部の溶接部等が存在する原子炉圧力容器１内の炉底部を気中環境にするため、その溶接部への粉体レーザ溶接を容易に行うことができる。水中で粉体レーザ溶接を行う場合には、水の抵抗により、粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂから噴射された溶加材である金属粉体を溶接箇所に供給することができなくなり、肉盛溶接を良好に行うことができなくなる。粉体レーザ溶接を気中雰囲気で行う場合には、このような問題は生じない。
【実施例２】
【０１００】
本発明の他の好適な実施例である実施例２の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法を以下に説明する。本実施例の炉内構造物の予防保全方法は、加圧水型原子力プラントの原子炉圧力容器内に存在する炉内構造物に対して適用される。本実施例では予防保全の対象となる炉内構造物が、管状構造物である炉内計装筒であり、炉内計装筒（沸騰水型原子力プラントにおける炉内中性子計測器ハウジング４に該当）と原子炉圧力容器１の底部の溶接部を対象に予防保全が実施される。
【０１０１】
本実施例の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法には、図１４に示された粉体レーザ溶接装置１０Ａが用いられる。粉体レーザ溶接装置１０Ａは、実施例１で用いられる粉体レーザ溶接装置１０に着座部材３１を取り付けた構成を有する。粉体レーザ溶接装置１０Ａの他の構成は粉体レーザ溶接装置１０と同じである。炉内計装筒４４の外径及び内径は、粉体レーザ溶接装置１０が着座される制御棒駆動機構ハウジング３の外径及び内径よりも小さくなっている。このため、粉体レーザ溶接装置１０を炉内計装筒４４の上端に着座させて炉内計装筒４４で保持することは困難である。粉体レーザ溶接装置１０Ａは、炉内計装筒４４の上端への着座及び炉内計装筒４４による保持が容易になるように、着座部材３１を有する。着座部材３１は、着座部材１１よりも外径が小さく、炉内計装筒４４内に挿入されて粉体レーザ溶接装置１０Ａの転倒を防止する突起部を着座部材３１の下面に有している。着座部材３１は着座部材１１の下面に取り付けられる。支持体１３の旋回装置である第１モータは、着座部材１１の下面に取り付けられ、着座部材３１内に配置される。
【０１０２】
加圧水型原子力プラントにおける炉内計装筒４４と原子炉圧力容器１の底部の溶接部を対象に実施される予防保全では、特開２０１１−５２９６６号公報の段落００３１〜００５１に記載された作業が行われる。本実施例では、共通アクセス装置が、天井クレーンに吊り下げられて、水が充填された原子炉圧力容器１内に下降され、原子炉圧力容器１の底部の内面上に設定される（特開２０１１−５２９６６号公報の図２及び図３参照）。共通アクセス装置を覆う、ガイドパイプが取り付けられたカバー装置が、天井クレーンに吊り下げられて原子炉圧力容器１内で下降され、原子炉圧力容器１の底部の内面上に設定される（特開２０１１−５２９６６号公報の図４及び図７参照）。原子炉圧力容器１内でカバー装置よりも下方の、共通アクセス装置が配置された領域の水抜きを行い、この領域を気中環境にする（特開２０１１−５２９６６号公報の図１０及び図１１参照）。カバー装置の下方が気中環境になることによって、カバー装置よりも上方で原子炉圧力容器１内に存在する水の圧力がカバー装置に加わるため、カバー装置が原子炉圧力容器１の底部の内面に押し付けられ、カバー装置と原子炉圧力容器１の底部の内面の間のシール性が向上する。粉体レーザ溶接装置１０Ａ、浸透探傷装置及び研磨装置がガイドパイプ内を通して吊り降ろされ、共通アクセス装置のアームに取り付けた取付け金具に設定する。
【０１０３】
その後、実施例１で行われたステップＳ４Ａ〜Ｓ４Ｅの各工程の作業が順番に実施される。原子炉圧力容器１の底部の内面の化学除染（ステップＳ４Ａ）が実施され、浸透探傷装置を用いて、或る炉内計装筒４４と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の表面の検査を実施する（ステップＳ４Ｂ）。
【０１０４】
次に、溶接作業が実施される（ステップＳ４Ｃ）。アームから粉体レーザ溶接装置１０Ａを下降させて粉体レーザ溶接装置１０Ａの着座部材３１を、肉盛溶接を行う溶接部で原子炉圧力容器１の底部に接合された或る炉内計装筒４４の上端に設定する。ステップＳ４Ｂの表面検査により、この炉内計装筒４４と原子炉圧力容器１の底部の溶接部にき裂が発見されなかったとき、粉体レーザ溶接ヘッド２１の中心軸が肉盛溶接を行う溶接部の表面に対して、例えば、５０°に傾斜され、実施例１と同様に、粉体レーザ溶接ヘッド２１のレーザ放出口から放出されるレーザ２８Ｂをその溶接部の表面に照射し、溶加材である金属粉体（例えば、インコネル５２合金の粉体）を金属粉体供給装置４１から粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃを通してレーザ２８Ｂによって溶融された溶接部の表面に供給して、この溶接部の表面に肉盛溶接を行う。実施例１と同様に、支持体１３及び回転体１６を回転させてアーム１７を旋回させ、粉体レーザ溶接ヘッド２１を肉盛溶接を行う炉内計装筒４４の溶接部の周りで旋回させる。この結果、炉内計装筒４４と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の全周に亘って肉盛溶接が行われる。
【０１０５】
この肉盛溶接が終了した後、ステップＳ４Ｄの肉盛溶接部表面の研磨、及びステップＳ４Ｅの溶接後における肉盛溶接部表面の検査が行われる。ステップＳ４Ｂ〜Ｓ４Ｅの各作業が繰り返され、原子炉圧力容器１の底部に取り付けられた全炉内計装筒４４と原子炉圧力容器１の各溶接部に対する肉盛溶接が、順番に行われる。これらの肉盛溶接が終了した後、原子炉圧力容器１内でカバー装置よりも下方の、共通アクセス装置が配置された領域に水を供給し、この領域を水で満たす。その後、カバー装置及び共通アクセス装置を天井クレーンにより順番に引き上げ、原子炉圧力容器１外に搬出する。以上により、本実施例の予防保全方法が終了する。
【０１０６】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例３】
【０１０７】
本発明の他の好適な実施例である実施例３の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法を説明する。本実施例の炉内構造物の予防保全方法は、沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器内に存在する炉内構造物に対して適用される。実施例１では、予防保全の対象となる炉内構造物が、管状構造物であるスタブチューブ２または制御棒駆動機構ハウジング３であったが、本実施例では、管状構造物である炉内中性子計測器ハウジング４と原子炉圧力容器１の底部の溶接部を対象に予防保全が実施される。
【０１０８】
本実施例の原子力プラントの炉内構造物の予防保全方法には、図１４に示された実施例２で使用される前述の粉体レーザ溶接装置１０Ａが用いられる。
【０１０９】
本実施例における予防保全方法を説明する。実施例１と同様に、ステップＳ１〜Ｓ３の各工程での作業が実施される。ステップＳ４において、実施例１と同様に、ステップＳ４Ａ〜Ｓ４Ｅの各工程の作業が順番に行われる。ステップＳ４Ｃにおける溶接作業、具体的には、炉内中性子計測器ハウジング４と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の表面への肉盛溶接を以下に説明する。
【０１１０】
ガイドパイプ内を下降して搬送された粉体レーザ溶接装置１０Ａが、肉盛溶接を行う炉内中性子計測器ハウジング４の上端に着座したとき、粉体レーザ溶接ヘッド２１及び支持部材１９は、粉体レーザ溶接装置１０が着座した制御棒駆動機構ハウジング３とこの制御棒駆動機構ハウジング３に隣接する他の制御棒駆動機構ハウジング３の間に配置されている。ステップＳ４Ｂの表面検査により、炉内中性子計測器ハウジング４と原子炉圧力容器１の底部の溶接部にき裂が発見されなかったとき、粉体レーザ溶接ヘッド２１の中心軸が肉盛溶接を行う溶接部の表面に対して、例えば、５０°に傾斜され、実施例１と同様に、粉体レーザ溶接ヘッド２１のレーザ放出口から放出されるレーザ２８をその溶接部の表面に照射し、溶加材である金属粉体（例えば、インコネル５２合金の粉体）をレーザ２８によって溶融された溶接部の表面に供給して、この溶接部の表面に肉盛溶接を行う。回転軸３５を回転させてアーム１７を旋回させて粉体レーザ溶接ヘッド２１を肉盛溶接を行う溶接部の周りで旋回させる。この結果、炉内中性子計測器ハウジング４と原子炉圧力容器１の底部の溶接部の全周に亘って肉盛溶接が行われる。
【０１１１】
この肉盛溶接が終了した後、ステップＳ４Ｄの肉盛溶接部表面の研磨、及びステップＳ４Ｅの溶接後における肉盛溶接部表面の検査が行われる。ステップＳ４Ｂ〜Ｓ４Ｅの各作業が繰り返され、原子炉圧力容器１の底部に取り付けられた全炉内中性子計測器ハウジング４と原子炉圧力容器１の各溶接部に対する肉盛溶接が、順番に行われる。これらの肉盛溶接が終了した後、ステップＳ５〜Ｓ７の各作業が順番に行われ、本実施例の予防保全方法が終了する。
【０１１２】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【実施例４】
【０１１３】
本発明の他の好適な実施例である実施例４の原子力プラントの炉内構造物の加工方法を、図１５、図１６及び図１７を用いて説明する。本実施例の炉内構造物の加工方法は、沸騰水型原子力プラントの原子炉圧力容器内に存在する炉内構造物に対して適用される。
【０１１４】
本実施例の炉内構造物の加工方法では、図１５に示されるレーザ加工装置４５が用いられる。レーザ加工装置４５は、レーザ加工ヘッド（加工ヘッド）４６、加工ヘッド走査装置４９及びガス供給装置５０を有する。レーザ加工ヘッド４６は、粉体レーザ溶接装置１０の粉体レーザ溶接ヘッド２１において粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃに替えて１本のガス供給通路４７をヘッド本体２２内に形成した構成を有する。レーザ加工ヘッド４６の他の構成は粉体レーザ溶接ヘッド２１の構成と同じである。ヘッド本体２２の先端には、レーザ放出口と共にガス供給通路４７のガス噴射口が形成されている。ガス供給装置５０に接続されたガス供給ホース４８が取付け具３２によってヘッド本体２２に取り付けられる。加工ヘッド走査装置４９は粉体レーザ溶接装置１０の溶接ヘッド走査装置２３と同じ構成を有する。レーザ加工ヘッド４６は、レンズとしてコリメートレンズ２５のみを有し、集光レンズを有していない。
【０１１５】
本実施例の原子力プラントの炉内構造物の加工方法を、図１５及び図１６を用いて以下に説明する。本実施例の炉内構造物の加工方法は、実施例１の炉内構造物の予防保全方法で実施されるステップＳ１〜Ｓ７のうち補修及び予防保全作業（ステップＳ４）替りに管状構造物の切断及び取り換え作業（ステップＳ８）を実施する手順を有している。
【０１１６】
本実施例では、沸騰水型原子力プラントの運転が停止された後、実施例１と同様に、原子炉圧力容器１内の炉内機器の取り外し及び搬出（ステップＳ１）、気中環境設定機器の据え付け（ステップＳ２）及び原子炉圧力容器内の水抜き及び気中環境化（ステップＳ３）が順次行われる。
【０１１７】
その後、管状構造物の切断及び取り換え作業を実施する（ステップＳ８）。管状構造物の切断及び取り換え作業は、図１６に示されたステップＳ８Ａ〜Ｓ８Ｇの各工程を含んでいる。この管状構造物の切断及び取り換え作業を、図１６を用いて詳細に説明する。
【０１１８】
管状構造物表面の酸化皮膜を除去する（ステップＳ８Ａ）。ステップＳ８では、切断する環状構造物である炉内中性子計測器ハウジング４及びこれに隣接してレーザ加工装置４５が設置される複数の制御棒駆動機構ハウジング３の表面に形成された、放射性核種を含む酸化皮膜を、実施例１におけるステップＳ４Ａと同様に、除染作業（研磨作業または化学除染）により除去する。
【０１１９】
管状構造物の切断作業を実施する（ステップＳ８Ｂ）。この切断作業には、レーザ加工装置４５が用いられる。レーザ加工装置４５は、ステップＳ４Ｃにおける粉体レーザ溶接装置１０と同様に、天井クレーンに吊り下げられてガイドパイプ内を下降し、切断する炉内中性子計測器ハウジング４に隣接する１本の制御棒駆動機構ハウジング３（例えば、図１９に示す制御棒駆動機構ハウジング３Ａ）の上端の位置まで下降される。レーザ加工装置４５の着座部材１１がこの制御棒駆動機構ハウジング３の上端に着座される。レーザ加工装置４５のガス供給装置５０は、原子炉建屋内の運転床上に設置される。
【０１２０】
第１モータ、第２モータ、及び第３モータ３８を駆動し、レーザ加工ヘッド４６を位置Ａ（図１９参照）まで移動させ、レーザ加工ヘッド４６のレーザ放出口を炉内中性子計測器ハウジング４の切断位置５１に対向させる。炉内中性子計測器ハウジング４は水平方向に切断されるため、首振り駆動装置３７の第３モータ３８の駆動により、レーザ通路２７が水平になるように、レーザ加工ヘッド４６を制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向において回転させる。レーザ通路２７が水平になったとき、第３モータ３８の駆動を停止する。
【０１２１】
次に、レーザ発振器を作動させ、レーザ発振器で発生した出力１ｋＷのレーザ２８Ａ（パワー密度：４４ｋＷ／ｍｍ2）が光ファイバ２６に入射される。このレーザ２８Ａは、コリメータレンズ２５で広がり、平行光でスポット直径Ｄが５．４ｍｍのレーザ２８Ｂとなってレーザ通路２７内に入射される。レーザ２８Ｂは、レーザ放出口から切断対象物である炉内中性子計測器ハウジング４の切断位置５１に向かって照射される。レーザ２８Ｂが照射された位置で炉内中性子計測器ハウジング４が溶融される。レーザ２８Ｂの照射により炉内中性子計測器ハウジング４が溶融している位置に、ガス供給通路４７から加圧されたガス（例えば、空気）が噴射される。この空気は、ガス供給装置（例えば、送風機）５０で加圧され、ガス供給ホース４８を通してガス供給通路４７に供給される。ガス供給通路４７のガス噴射口から放出された加圧空気は、炉内中性子計測器ハウジング４の溶融位置に向かって噴射され、炉内中性子計測器ハウジング４の溶融金属が吹き飛ばされる。
【０１２２】
レーザ放出口からのレーザ２８Ｂの照射、及びガス噴射口からの加圧空気の噴射を行いながら第１モータを駆動する。この結果、支持体１３及び回転体１６が回転され、アーム１７が回転軸３５を中心に水平方向において所定角度だけ旋回する。この結果、制御棒駆動機構ハウジング３Ａに着座されたレーザ加工装置４５の、位置Ａ（図１９参照）に位置している加工ヘッド４６が、制御棒駆動機構ハウジング３Ａに着座されたレーザ加工装置４５の回転軸３５を中心に水平方向に所定角度だけ旋回する（図１９参照）。このため、制御棒駆動機構ハウジング３Ａの中心軸と切断対象の炉内中性子計測器ハウジング４の中心軸を結ぶ直線の、水平方向の両側でそれぞれ４５°ずつ、すなわち、合計９０°の範囲（炉内中性子計測器ハウジング４の全周の１／４）において、レーザ２８Ｂにより炉内中性子計測器ハウジング４を溶融しながら溶融金属を加圧空気で吹き飛ばす。結果的に、炉内中性子計測器ハウジング４の全周の１／４が切断される。天井クレーンに設けられた他の横行台車から吊り下げられたワイヤが、この炉内中性子計測器ハウジング４に取り付けられている。
【０１２３】
位置Ａ（図１９参照）に位置している加工ヘッド４６による炉内中性子計測器ハウジング４の切断が終了した後、制御棒駆動機構ハウジング３Ａに着座しているレーザ加工装置４５を、天井クレーンにより吊り上げ、隣に位置する制御棒駆動機構ハウジング３Ｂの上端に着座させる。第１モータ、第２モータ、及び第３モータ３８を駆動し、レーザ加工ヘッド４６を位置Ｂ（図１９参照）まで移動させ、レーザ加工ヘッド４６のレーザ放出口を炉内中性子計測器ハウジング４の切断位置５１に対向させる。制御棒駆動機構ハウジング３Ｂの中心軸と切断対象の炉内中性子計測器ハウジング４の中心軸を結ぶ直線の、水平方向の両側でそれぞれ４５°ずつ、すなわち、合計９０°の範囲（炉内中性子計測器ハウジング４の全周の１／４）において、炉内中性子計測器ハウジング４に対するレーザ２８Ｂの照射及び加圧空気の噴射を行いながら、位置Ｂに配置されたレーザ加工ヘッド４６を、制御棒駆動機構ハウジング３Ｂの外面に沿って回転させる。このため、制御棒駆動機構ハウジング３Ｂの外面に対向する、炉内中性子計測器ハウジング４の上記した全周の１／４が切断される。
【０１２４】
位置Ｂ（図１９参照）に位置している加工ヘッド４６による炉内中性子計測器ハウジング４の切断が終了した後、同様に、制御棒駆動機構ハウジング３Ｂに着座しているレーザ加工装置４５を、天井クレーンにより吊り上げ、隣に位置している制御棒駆動機構ハウジング３Ｃ，３Ｄのそれぞれの上端に順番に着座させ、レーザ加工ヘッド４６からのレーザ２８Ｂの照射及び加圧空気の噴射を行いながら、位置Ｃ，Ｄにそれぞれ配置されたレーザ加工ヘッド４６を、制御棒駆動機構ハウジング３Ｂの外面に沿って回転させる。このため、炉内中性子計測器ハウジング４の全周の残りの１／２が切断され、切断対象の炉内中性子計測器ハウジング４の切断が終了する。
【０１２５】
この炉内中性子計測器ハウジング４の切断終了後に、制御棒駆動機構ハウジング３Ｄの上端に着座しているレーザ加工装置４５が、天井クレーンによりガイドパイプを通して引き上げられ、原子炉圧力容器１から取り出されて運転床まで搬送される。
【０１２６】
切断した管状構造物を原子炉圧力容器外に取り出す（ステップＳ８Ｃ）。天井クレーンの他の横行台車から吊り下げられているワイヤを巻き取り、切断された管状構造物である、切断位置５１より上方の炉内中性子計測器ハウジング４をガイドパイプを通して引き上げて原子炉圧力容器１から取り出される。
【０１２７】
新しい環状構造物を搬入する（ステップＳ８Ｄ）。新しい環状構造物である炉内中性子計測器ハウジング４Ａを、切断後において原子炉圧力容器１に取り付けられて残っている炉内中性子計測器ハウジング４の上端の位置まで搬入する前に、この炉内中性子計測器ハウジング４の上端部において開先部を形成する。この開先部の形成は以下のように行われる。切断されて原子炉圧力容器１に取り付けられて残っている炉内中性子計測器ハウジング４の上端部が、天井クレーンに吊り下げられてガイドパイプを通して下降された切削装置によって開先部を形成するために加工される。
【０１２８】
新しい炉内中性子計測器ハウジング４Ａが、原子炉建屋内の運転床上を移動する燃料交換機（図示せず）に取り付けられたマニピュレータの把持装置に把持されて、ガイドパイプを通して下降され、切削装置によって開先部を加工した炉内中性子計測器ハウジング４の上端に置かれる。炉内中性子計測器ハウジング４Ａの中心軸と原子炉圧力容器１に取り付けられている炉内中性子計測器ハウジング４の中心軸は一致しており、これらの中心軸は上方に向かって一直線に伸びている。
【０１２９】
管状構造物に対する溶接作業を実施する（ステップＳ８Ｅ）。粉体レーザ溶接装置１０は、天井クレーンに吊り下げられ、炉内中性子計測器ハウジング４Ａを接合する炉内中性子計測器ハウジング４に隣接している１本の制御棒駆動機構ハウジング３（その炉内中性子計測器ハウジング４に隣接する４本の制御棒駆動機構ハウジング３Ａ〜３Ｄ（図２１参照）のうちの例えば制御棒駆動機構ハウジング３Ａ）の上端に着座される。第１モータ、第２モータ、及び第３モータ３８を駆動し、レーザ溶接ヘッド２１を位置Ａ（図２１参照）まで移動させ、レーザ溶接ヘッド２１のレーザ放出口を炉内中性子計測器ハウジング４，４Ａの溶接位置５２に対向させる。首振り駆動装置３７の第３モータ３８の駆動により、レーザ通路２７が水平になるように、レーザ溶接ヘッド２１を制御棒駆動機構ハウジング３の軸方向において回転させる。レーザ通路２７が水平になったとき、第３モータ３８の駆動を停止する。
【０１３０】
レーザ発振器で発生した出力１ｋＷのレーザ２８Ａ（パワー密度：４４Ｗ／ｍｍ2）が光ファイバ２６及びコリメータレンズを通してレーザ通路２７に入射される。レーザ通路２７に入射されたレーザ２８Ｂは、平行光であり、スポット直径Ｄが５．４ｍｍである。このレーザ２８Ｂを、炉内中性子計測器ハウジング４，４Ａの溶接位置５２の開先部に照射し、炉内中性子計測器ハウジング４，４Ａを溶融する。
【０１３１】
溶加材である金属粉体（例えば、インコネル５２合金の粉体）が、金属粉体供給装置４１から粉体供給ホース３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃのそれぞれを通してヘッド本体２２の粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃにそれぞれ供給される。粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃのそれぞれに供給される金属粉体の合計量は例えば０．１７ｇ／Ｗ・ｓである。金属粉体は、粉体供給通路２９Ａ，２９Ｂ，２９Ｃの各粉体噴射口から上記した開先部の溶融箇所に向かって放出されてこの溶融箇所で溶融される。
【０１３２】
第１モータを駆動して、開先へのレーザ２８Ｂの照射及び金属粉体の噴射を行いながら、レーザ溶接ヘッド２１を、制御棒駆動機構ハウジング３Ａに着座されたレーザ加工装置４５の回転軸３５を中心に水平方向に所定角度だけ旋回する（図１９参照）。このため、一Ａに存在するレーザ溶接ヘッド２１が制御棒駆動機構ハウジング３Ａの外面に沿って移動しながら、制御棒駆動機構ハウジング３Ａの中心軸と溶接対象の炉内中性子計測器ハウジング４の中心軸を結ぶ直線の、水平方向の両側でそれぞれ４５°ずつ、すなわち、合計９０°の範囲（溶接位置５２での開先部の全周の１／４）において、レーザ２８Ｂにより開先部を溶融してこの開先部の溶融箇所で金属粉体を溶融する。この開先部の全周の１／４の範囲は、制御棒駆動機構ハウジング３Ａの外面に対向している。溶接位置５２での開先部の全周の１／４で、炉内中性子計測器ハウジング４と炉内中性子計測器ハウジング４Ａが溶接される。その開先部では多層溶接が行われるため、第１モータの正回転及び逆回転を交互に行い、開先部の全周の１／４の範囲において、レーザ２８Ｂ及び金属粉体を放出するレーザ溶接ヘッド２１を往復移動させる。
【０１３３】
開先部の全周の１／４の範囲での所定の多層の溶接が終了した後、制御棒駆動機構ハウジング３Ａに着座しているレーザ溶接ヘッド２１を、天井クレーンにより吊り上げ、制御棒駆動機構ハウジング３Ｃ，３Ｂ及び３Ｄの順番でそれぞれの制御棒駆動機構ハウジング３上端に着座させる。レーザ溶接ヘッド２１を位置Ｃ，Ｂ及びＤに順番に配置し、制御棒駆動機構ハウジング３Ｃ，３Ｂ及び３Ｄの各外面に対向する、開先部の全周の各１／４の範囲に対して、レーザ溶接ヘッド２１が位置Ａに配置されたときと同様に、レーザ２８Ｂ及び金属粉体を放出するレーザ溶接ヘッド２１を制御棒駆動機構ハウジング３Ａの外面に沿って移動させながら、溶接位置５２における炉内中性子計測器ハウジング４と炉内中性子計測器ハウジング４Ａの溶接が行われる。
【０１３４】
溶接位置５２での炉内中性子計測器ハウジング４と炉内中性子計測器ハウジング４Ａの全周の溶接が終了した後、制御棒駆動機構ハウジング３Ｄの上端に着座している粉体レーザ溶接装置１０は、天井クレーンによりガイドパイプを通して引き上げられ、原子炉圧力容器１から取り出されて運転床まで搬送される。炉内中性子計測器ハウジング４Ａを把持している把持装置も、マニピュレータの操作により燃料交換機の位置まで上昇させる。
【０１３５】
溶接部表面の研磨（ステップＳ８Ｆ）及び溶接後の表面検査（ステップＳ８Ｇ）を実施する。炉内中性子計測器ハウジング４と炉内中性子計測器ハウジング４Ａの溶接部の外面に対して、研磨及び溶接後検査が順次実施される。ステップＳ８Ｆの溶接部表面の研磨は実施例１のステップＳ４Ｄと同様に行われ、ステップＳ８Ｇの溶接後の表面検査は実施例１のステップＳ４Ｅと同様に行われる。
【０１３６】
ステップＳ８Ｇの溶接後の表面検査が終了した後、実施例１で実施されたステップＳ５，Ｓ６及びＳ７の各工程が順次実施される。ステップＳ７の工程が終了したとき、本実施例の原子力プラントの炉内構造物の加工方法の全工程が終了する。
【０１３７】
本実施例の炉内中性子計測器ハウジング４と炉内中性子計測器ハウジング４Ａの溶接においては、実施例１で生じる各効果を得ることができる。また、レーザ加工装置４５のレーザ加工ヘッド４６も、レンズとしてコリメートレンズ２５のみを有しているため、レーザ溶接ヘッド２１と同様に、レーザ加工ヘッド４６の長さを短縮することができる。このため、狭隘部に面する炉内中性子計測器ハウジング４の切断を容易に行うことができ、切断作業に要する時間を短縮することができる。切断加工時においても、集光レンズの焦点位置に切断対象物を合せる必要が無いので、切断対象物の切断加工が容易になる。
【符号の説明】
【０１３８】
１…原子炉圧力容器、２…スタブチューブ、３…制御棒駆動機構ハウジング、４…炉内中性子計測器ハウジング、１０，１０Ａ…粉体レーザ溶接装置、１１，３１…着座部材、１３…支持体、１５…台座、１６…回転体、１７…アーム、１８…水平方向移動装置、１９…支持部材、２０…ヘッド保持部材、２１…粉体レーザ溶接ヘッド、２２…ヘッド本体、２３…溶接ヘッド走査装置、２４…レンズハウジング、２５…コリメートレンズ、２６…光ファイバ、２８…レーザ、２９Ａ，２９Ｂ…粉体供給通路、３５…回転軸、３６…昇降台、４１…金属粉体供給装置、４４…炉内計装筒、４５…レーザ加工装置、４６…レーザ加工ヘッド、４７…ガス供給通路、４９…加工ヘッド走査装置、５０…ガス供給装置。
【図１】
2015037800.tif 000003
【図２】
2015037800.tif 000004
【図３】
2015037800.tif 000005
【図４】
2015037800.tif 000006
【図５】
2015037800.tif 000007
【図６】
2015037800.tif 000008
【図７】
2015037800.tif 000009
【図８】
2015037800.tif 000010
【図９】
2015037800.tif 000011
【図１０】
2015037800.tif 000012
【図１１】
2015037800.tif 000013
【図１２】
2015037800.tif 000014
【図１３】
2015037800.tif 000015
【図１４】
2015037800.tif 000016
【図１５】
2015037800.tif 000017
【図１６】
2015037800.tif 000018
【図１７】
2015037800.tif 000019
【図１８】
2015037800.tif 000020
【図１９】
2015037800.tif 000021
【図２０】
2015037800.tif 000022
【図２１】
2015037800.tif 000023