(57)【要約】【課題】運転中の原子力発電所において原子炉圧力容器内に水がある状態でも局部乾燥式で管台とハウジングとの溶接を可能にする溶接装置を提供する。【解決手段】管台１を、シールパイプ３によって原子路圧力容器内の水から隔離し、一端部に環状の内方突起２ａを有する円筒状の制御棒駆動機構ハウジング２を管台に挿入して管台の上端部と制御棒駆動機構ハウジングの外周面とを溶接するもので、シールパイプの上端から挿入、抜去が可能で、かつ、シールパイプの軸方向に離隔して一体的に固定された一対の取付板を有する移送基部１１と、移送基部の軸方向下側の取付板の下面部に、回転機構を介して装着され、制御棒駆動機構ハウジングの内方突起を軸方向にクランプするクランプ機構２３と、移送基部の取付板間に軸方向へ移動可能に装着され、軸方向駆動機構によって軸方向に駆動される溶接トーチ取付台１２と、径方向移動機構を介して、溶接トーチ取付台に装着された溶接トーチ部３４とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器の底部を貫通して一端部が鉛直上方に突出する円筒状の管台を、シールパイプによって原子路圧力容器内の水から隔離し、一端部における径方向内側に環状の内方突起を有する円筒状の制御棒駆動機構ハウジングを前記管台に挿入すると共に、前記制御棒駆動機構ハウジングの一端部を前記管台の上端よりも上方に突出させた状態で、前記管台の上端部と前記制御棒駆動機構ハウジングの外周面とを溶接する溶接装置であって、
前記シールパイプの上端から挿入、抜去が可能で、かつ、前記シールパイプの軸方向に離隔して一体的に固定された一対の取付板を有する移送基部と、
前記移送基部の軸方向下側の取付板の下面部に、回転機構を介して装着され、前記制御棒駆動機構ハウジングの内方突起を軸方向にクランプし、クランプ状態で前記回転機構が前記移送基部を前記制御棒駆動機構ハウジングの延長軸上で回転させることが可能なクランプ機構と、
前記移送基部の取付板間に軸方向へ移動可能に装着され、軸方向駆動機構によって軸方向に駆動される溶接トーチ取付台と、
径方向移動機構を介して、前記溶接トーチ取付台に装着された溶接トーチ部と、
を備えた溶接装置。
【請求項２】
前記径方向移動機構の移動及び設定位置を監視する位置検出手段を備えた請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記制御棒駆動機構ハウジングの傾きを監視する手段を備えた請求項１又は２に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記溶接トーチ部は、溶接前の電極位置の設定状態及び溶接中の溶融プールの状態の少なくとも一方を監視する監視装置を備えた請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記クランプ機構は前記制御棒駆動機構ハウジングの上端内縁部に押し当てて、前記制御棒駆動機構ハウジングの軸芯と前記回転機構の軸芯とを合わせる円錐状の押し当て面を有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項６】
前記位置検出手段は磁気式エンコーダ又はレゾルバである請求項２に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転中の原子力発電所において、原子炉圧力容器の管台と制御棒駆動機構ハウジングとを溶接する溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
原子炉圧力容器の管台と制御棒駆動機構ハウジング（以下、単にハウジングと称する）との溶接を行なう場合、チャンバーの機能を有する溶接装置が開発されている。しかし、この溶接装置はトラブル等でこれを取り外した場合、溶接部が水中に没してしまうため乾燥等の追加的な作業を余儀なくされるほか、万一、水が残った場合には溶接欠陥を生じる可能性が高かった。また、この溶接装置は管台の外周を基準にして溶接しているため、管台の軸芯にハウジングの軸芯を一致させる制御が難しいという欠点があった。
【０００３】
なお、管台とハウジングとを溶接する溶接部の外側にパイプを降ろし、その内部の水を除去するシールパイプ方式を採用すれば前述の欠点を除去することができる。しかし、このシールパイプ方式は、溶接以外の作業に適用された例はあったが、溶接に適用されることはなかった。その理由はシールパイプと管台との隙間が小さいため、遠隔で高品質の溶接を行なうには種々の機能が必要になり、溶接ヘッドのコンパクト化が難しいという課題があった。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、その目的は、運転中の原子力発電所において原子炉圧力容器内に水がある状態でも局部乾燥式で管台とハウジングとの溶接を可能にする溶接装置を提供することにある。
【０００５】
本発明の他の目的は局部乾燥のためのシールパイプ内という狭隘空間内での溶接を可能にするコンパクト化を実現する溶接装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
原子炉圧力容器の底部を貫通して一端部が鉛直上方に突出する円筒状の管台を、シールパイプによって原子路圧力容器内の水から隔離し、一端部における径方向内側に環状の内方突起を有する円筒状の制御棒駆動機構ハウジングを管台に挿入すると共に、制御棒駆動機構ハウジングの一端部を管台の上端よりも上方に突出させた状態で、管台の上端部と制御棒駆動機構ハウジングの外周面とを溶接する溶接装置であって、
シールパイプの上端から挿入、抜去が可能で、かつ、シールパイプの軸方向に離隔して一体的に固定された一対の取付板を有する移送基部と、
移送基部の軸方向下側の取付板の下面部に、回転機構を介して装着され、制御棒駆動機構ハウジングの内方突起を軸方向にクランプし、クランプ状態で回転機構が移送基部を制御棒駆動機構ハウジングの延長軸上で回転させることが可能なクランプ機構と、
移送基部の取付板間に軸方向へ移動可能に装着され、軸方向駆動機構によって軸方向に駆動される溶接トーチ取付台と、
径方向移動機構を介して、溶接トーチ取付台に装着された溶接トーチ部と、
を備えた溶接装置である。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の溶接装置が、さらに、径方向移動機構の移動及び設定位置を監視する位置検出手段を備える。
【０００８】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の溶接装置が、さらに、制御棒駆動機構ハウジングの傾きを監視する手段を備える。
【０００９】
請求項４に係る発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶接装置において、溶接トーチ部は、溶接前の電極位置の設定状態及び溶接中の溶融プールの状態の少なくとも一方を監視する監視装置を備える。
【００１０】
請求項５に係る発明は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の溶接装置において、クランプ機構は制御棒駆動機構ハウジングの上端内縁部に押し当てて、制御棒駆動機構ハウジングの軸芯と回転機構の軸芯とを合わせる円錐状の押し当て面を有している。
【００１１】
請求項６に係る発明は、請求項２に記載の溶接装置において、位置検出手段は磁気式エンコーダ又はレゾルバである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を画面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る溶接装置の一実施形態のうち、主要部を断面で示した概略構成図である。同図において、管台１は図示を省略した原子炉圧力容器の底部を鉛直に貫通するもので、その上端部が示されている。この管台１の内部にハウジング２を挿入して、管台１の上端とハウジング２の外周面とを溶接するに当たり、管台１の周囲を覆うように、シールパイプ３が垂直に降ろされ、その下端が原子炉圧力容器の底面に押し当てられた状態で、このシールパイプ３の内部の水が抜き取られる。溶接装置１０はこの状態でシールパイプ３の上端部からその内部に挿入される。
【００１３】
溶接装置１０はこれを保持して移送するための移送基部１１を備えている。この移送基部１１は保持板１１ａと取付板１１ｃとが、補強板１１ｂを介在させた状態で、ロッド１１ｅによって一体的に組み立てられ、さらに、取付板１１ｃと取付板１１ｄとが所定の間隔を持たせた状態でスライド軸１１ｆによって結合されている。スライド軸１１ｆは周方向を３等分した位置にそれぞれ設けられ、溶接トーチ取付台１２が、スライドベアリング１３を介して、スライド軸１１ｆに沿って上下方向に往復動可能に装着されている。
【００１４】
溶接トーチ取付台１２の軸芯部に、この溶接トーチ取付台１２を上下方向に移動させるボールナット１４及びボールネジ１５を備えている。このうち、ボールナット１４は溶接トーチ取付台１２に固定され、ボールネジ１５の上端部は、ラジアルボールベアリングによって、その末端を上方に突出させた状態で、回動可能に支持され、ボールネジ１５の下端部はラジアルボールベアリングによって回動可能に保持されている。
【００１５】
取付板１１ｃの上面部に取付台１６が固定され、これに電動機を含む軸方向駆動機構１７が搭載されている。この軸方向駆動機構１７は電動機、ベベルギヤ、ウォーム及びウォームホィールでなる減速機構等で構成されている。この構成により、電動機を駆動することにより溶接トーチ取付台１２を上下に移動させることができる。また、本実施形態はＴＩＧ溶接を採用しているため、溶接ワイヤを溶接部に導くためのワイヤ送給機構１８が取付板１１ｃの下側において、溶接トーチ取付台１２の移動に支障をきたさない位置に装着されている。
【００１６】
移送基部１１を構成する取付板１１ｄの下面部に、回転機構２１を介して、固定押し当て台２２、クランプ機構２３及び下げ振り２４が装着されている。このうち、固定押し当て台２２は、ハウジング２の上端内縁部に押し当てて、ハウジング２の軸芯と回転機構２１の軸芯とを合わせる円錐状の押し当て面を有しており、さらに、ハウジング２の上端に移送基部１１が載ったことを確認するために、周方向を３等分した位置に図示を省略した接触センサを備えている。クランプ機構２３はパンタグラフに類似した機構をエアシリンダーで駆動することによって、ハウジング２の上端から径方向内側に環状に突出した内方突起２ａをその下側から固定押し当て台２２側に押さえ付ける機能を備えている。このように、固定押し当て台２２とクランプ機構２３とによって内方突起２ａを挟むことによって、固定押し当て台２２がハウジング２に固定される。回転機構２１は固定押し当て台２２を基準にして溶接装置１０を回転させる機構を内蔵している。下げ振り２４は図示を省略した管台１の下端部まで吊り下げられ、これによって、管台１の軸芯に溶接装置１０の軸芯が一致しているか否かを確認し得るようになっている。
【００１７】
一方、溶接トーチ取付台１２の下面のうち、軸芯を外れた位置に溶接トーチ部３４を径方向に移動させる径方向移動機構３１が装着されている。この径方向移動機構３１はその位置を監視するエンコーダ（図示せず）を備えている。なお、エンコーダの代わりに、高放射線下でも機能する磁気式エンコーダやレゾルバを用いても良い。径方向移動機構３１の下面部に溶接時のアークを安定させるためのＡＶＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）機構３２が装着されている。ＡＶＣ機構３２は径方向外側に斜めの取付面を有し、この取付面に、トーチ角度調整機構３３を介して、図示省略のワイヤノズル及びＣＣＤカメラ３５を含む溶接トーチ部３４が取り付けられている。ＣＣＤカメラ３５は溶接トーチ部３４の移動及び設定位置を監視するもので、トーチ角度調整機構３３の角度表示にはポテンショメータが用いられる。
【００１８】
上述した保持板１１ａは移送基部１１を移送する取っ手の他に、電気配線を施すコネクタや、圧力空気を導入する配管ターミナル等を備えており、制御装置４から導出されたケーブル８がコネクタに結合され、溶接電源５及びボンベ６を付帯する操作、監視装置７から導出されたホース９が配管ターミナルに結合される。なお、制御装置４及び溶接電源５はケーブル８によって接続されている。
【００１９】
上記のように構成された本実施形態の動作について、以下に説明する。原子炉圧力容器内に水が存在する状態でシールパイプ３を水面よりも上方から下方に降ろし、その下端面を原子炉圧力容器の底部に押し当てて溶接対象の管台１を他の管台から隔離する。そして、シールパイプ３の内部の水を抜き取る。この場合、隣接する管台との相互間隔が決まっているため、管台１の外径に対してシールパイプ３の内径が公称１００ミリメートル（ｍｍ）に抑えられる。すなわち、管台１の外周面とシールパイプ３の内周面との隙間は公称５０ミリメートル（ｍｍ）である。このとき、シールパイプ３の据え付け誤差（芯ズレ量）を５ミリメートル（ｍｍ）とすれば、その隙間は４５ミリメートルとして溶接トーチ部３４を構成する部品をコンパクトにするだけでなく、径方向の駆動成分を持つ駆動機構、すなわち、径方向移動機構３１及びトーチ角度調整機構３３のストロークを、例えば、３５ミリメートル（ｍｍ）程度に短くし、かつ、その移動及び設定位置をエンコーダやポテンショメータで確認と監視を行う。
【００２０】
次に、図示を省略した運搬装置により保持板１１ａの上部を把持し、溶接装置１０をシールパイプ３内に挿入する。これによって、固定押し当て台２２の下面がハウジング２に載ったことを図示省略の接触センサで感知すると、制御装置４の制御信号によって、クランプ機構２３が内方突起２ａを挟み込み、固定押し当て台２２とハウジング２とが一体的に固定される。このとき、下げ振り２４が管台１の下端から延出し、管台１の軸芯と溶接装置１０の軸芯とが一致しているか否か、すなわち、固定押し当て台２２が固定されたハウジング２が傾いているか否かを監視することができる。
【００２１】
次に、操作、監視装置７及び制御装置４を用いて、溶接対象位置をＣＣＤカメラ３５で監視しながら、径方向移動機構３１を駆動することによってトーチ角度調整機構３３を径方向外側に移動させ、軸方向駆動機構１７を駆動することによって溶接トーチ取付台１２を下降させ、さらに、トーチ角度調整機構３３を駆動することによって溶接トーチ部３４の角度を調整して溶接可能の状態に保持する。また、ワイヤ送給機構１８によってワイヤの先端を溶接位置に送給する。
【００２２】
この状態で溶接動作を開始すると、ハウジング２の一端部を管台１の上端よりも上方に突出させた状態で、管台１の上端部とハウジング２の外周面との溶接が行われる。このとき、ＣＣＤカメラ３５によって溶接プールの監視が行われる。
【００２３】
次に、操作、監視装置７及び制御装置４を用いて、回転機構２１を駆動することによって、溶接装置１０の全体がハウジング２の軸芯を中心にして回転せしめられ、管台１の全周に亘ってハウジング２の溶接が行われる。
【００２４】
一連の溶接操作を終了した後は、上述したと逆の操作で、溶接トーチ部３４の上昇操作、径方向内側への収納操作、クランプ機構２３の解除操作、溶接装置１０のシールパイプ３からの抜去操作が行われる。
【００２５】
かくして、本実施形態によれば、管台１をシールパイプ３によって原子路圧力容器内の水から隔離し、その内部水を排除して管台１の上端部とハウジング２の外周面とを溶接するように構成したので、運転中の原子力発電所において原子炉圧力容器内に水がある状態でも局部乾燥式で管台とハウジングとの溶接が可能になる。
【００２６】
また、シールパイプの上端から挿入、抜去が可能な移送基部１１と、その下面部に装着された回転機構付きのクランプ機構２３と、軸方向駆動機構１７によって軸方向に駆動される溶接トーチ取付台１２と、径方向移動機構３１を介して、溶接トーチ取付台１２に装着された溶接トーチ部とを備えているため、シールパイプ内という狭隘空間内での溶接を可能にするコンパクト化が実現される。
【００２７】
なお、上記実施形態では、トーチ角度調整機構３３の近傍に、主に、溶接プールの監視を行うＣＣＤカメラ３５を設けたが、溶接対象部位を監視するために、溶接トーチ部３４の設置位置とは１８０度異なる反対側の位置にも設ける等、より多くのＣＣＤカメラを設けることも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、運転中の原子力発電所において原子炉圧力容器内に水がある状態でも局部乾燥式で管台とハウジングとの溶接を可能にする溶接装置が提供される。また、局部乾燥のためのシールパイプ内という狭隘空間内での溶接を可能にするコンパクト化を実現する溶接装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接装置の一実施形態のうち、主要部を断面で示した概略構成図。
【符号の説明】
１  管台
２  ハウジング
３  シールパイプ
４  制御装置
７  操作、監視装置
１０  溶接装置
１１  移送基部
１２  溶接トーチ取付台
１７  軸方向駆動機構
１８  ワイヤ送給機構
２１  回転機構
２２  固定押し当て台
２３  クランプ機構
２４  下げ振り
３１  径方向移動機構
３２  ＡＶＣ機構
３３  トーチ角度調整機構
３４  溶接トーチ部
【図１】
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