(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
補修用の電極に電圧を印加して構造材と前記電極間に短時間放電を発生し、その放電熱で蒸発した電極成分を前記構造材に肉盛する構造材の簡易補修方法において、
前記構造材にステンレス鋼またはインコネル鋼を用い、前記電極を構成する組成成分のＮｉとＣｒの内、前記構造材の組成成分と比較して、前記放電熱により溶出するＮｉまたは濃縮するＣｒの成分の濃度を、溶出する成分に対しては高濃度に、濃縮する成分に対しては低濃度に、予め調整した電極を用いることを特徴とする構造材の簡易補修方法。
【請求項２】
前記構造材と同等材質で作成した中空の棒材の内部にＮｉ材を挿入し、その外層が構造材と同等材、内層がＮｉ材となる２層構造の棒材を電極材として用い補修を行う請求項１に記載の構造材の簡易補修方法。
【請求項３】
前記予め調整した電極に、貴金属を混合またはメッキあるいは蒸着した電極材を用いて補修を行う請求項１または２に記載の構造材の簡易補修方法。
【請求項４】
原子炉の炉内構造材の補修作業に用いる、補修用の電極に電圧を印加して構造材と前記電極間に放電を発生し、その放電熱で蒸発した電極成分を前記炉内構造材に肉盛する構造材の簡易補修装置であって、
前記構造材にステンレス鋼またはインコネル鋼を用い、前記電極を構成する組成成分のＮｉとＣｒの内、前記構造材の組成成分と比較して、前記放電熱で溶出するＮｉまたは濃縮するＣｒの成分の濃度を、溶出する成分に対しては高濃度に、濃縮する成分に対しては低濃度に、予め調整した電極材と、放電用電源と、補修部に電極を移動操作する操作アームと、該操作アームの操作盤と、補修部を特定の気相で覆うためのシールド用ガス装置を備えたことを特徴とする構造材の簡易補修装置。
【請求項５】
前記補修用の電極が、前記構造材と同等材質で作成した中空の棒材の内部にＮｉ材を挿入し、その外層が構造材と同等材、内層がＮｉ材となる２層構造の棒材による電極材を用いた請求項４に記載の構造材の簡易補修装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造材料の予防保全技術に係わり、原子炉等の炉内構造材の簡易補修方法並びに該装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属構造材のき裂を補修する場合、構造材と同等の強度、耐食性を確保することが望ましい。しかし、熱的に電極材料を溶かして構造材に肉盛補修すると、補修部の成分および金属組織が構造材と異なる。そこで、組織が異なると強度や耐食性の低下が懸念されるため、施工後の熱処理やピーニング等の二次的な作業が必要となる。
【０００３】
オーステナイトステンレス鋼を熱的に溶解するとフェライト化するが、その結果、理科年表平成１２年版Ｐ４５７によれば、オーステナイト鋼に比べフェライト鋼は引張強さで１５％、伸びで４５％低減する。
【０００４】
また、ＢＷＲプラントにおける原子炉内構造材は中性子の照射を受けるため、材料内に欠陥が生成する、いわゆる照射損傷を受ける。中性子照射を受けたステンレス鋼は４００℃以上の高温に曝されると、Ｈｅバブルの形成や熱鋭敏化の組織変化が起きることから、肉盛補修時には入熱量が低いことが望ましい。
【０００５】
上記のことから、補修に用いる金属材料の成分や入熱量に着目した補修方法が望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
電極の含有成分は、融点の低い順に溶融や蒸発するため、電極を熱で溶融させ肉盛した補修部は融点の低い成分の濃度が小さく、融点の高い成分の濃度が高くなることが分かった。
【０００７】
成分が変化すると補修部の組織が異なるため、構造材の強度、耐食性を下回る可能性が有る。
【０００８】
溶接と同じ方法で補修する場合、ＴＩＧ溶接方法によると、電極および被補修材を溶解することから、補修部は最大１５００℃程度まで達し、例えば、ステンレス鋼ではＮｉ（融点：１４５５℃）が溶解し易く、Ｃｒ（融点：１８５７℃）が溶解し難い。
【０００９】
また、ＴＩＧ溶接では補修部近傍で構造材の温度が４００℃を超えるために、中性子照射を受けた材料に肉盛すると組織変化が起こる。
【００１０】
本発明の目的は、構造材の補修において、補修部の組織変化による機械的強度低下を防止した簡易補修方法および装置の提供にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成する本発明の要旨は次ぎのとおりである。
【００１２】
構造材の簡易補修方法において、電極に電圧を印加することで構造材と電極間に短時間放電を発生させ、放電熱で蒸発させた電極成分を構造材に肉盛する際、電極含有成分の内、放電熱で溶出または濃縮する成分の濃度を予め調整した電極を用いることを特徴とする簡易補修方法にある。
【００１３】
即ち、構造材の材質と同等成分濃度の材料で補修を行う電極の含有成分の内、熱で溶出または濃縮する成分濃度を予め調整した電極を用いて、構造材に肉盛する補修方法にある。
【００１４】
また、入熱量では、ＴＩＧ溶接に比べて放電による補修では、電極は１５００℃程度まで達するが、電極材の溶解のみで母材は加熱されないことから、放電現象による補修装置を用いることで本発明の目的を達成できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
【００１６】
〔実施例  １〕
図１は、本実施例において適用した簡易補修装置の模式構成図である。構造材１と補修する電極２に放電電源４で電圧を印加し、放電による熱で電極材料を溶解して構造材１のき裂１１を肉盛補修する。
【００１７】
その際、電極２としてステンレス３０４鋼を用いると、該電極２は図２の化学成分比に示すように、Ｃｒ１８重量％とＮｉ８重量％のものが、水中放電で溶解した電極材は図３に示すように、Ｃｒ３５重量％、Ｎｉ４重量％に変化する。
【００１８】
ＣｒとＮｉの濃度は、金属組織を決定する上で重要な元素で、図４に示すようにそれぞれの重量濃度から、電極はオーステナイト相、補修部３はフェライト相であることが分かる。
【００１９】
組織が上記のように異なると、オーステナイトに比べフェライトは引張強さで１５％、伸びで４５％小さい（理科年表平成１２年版Ｐ４５７）。電圧や電流の放電条件により、その程度は変化するものと推測されるが、Ｎｉ濃度の減少は補修部３がフェライト化し易くなり、補修部３の機械的強度の低下を示唆するものである。
【００２０】
図４に示すようにＮｉ濃度の減少、Ｃｒ濃度の増加が課題となることから、本発明では、電極２の化学成分の内、Ｎｉを始め融点の低い成分の割合を予め高濃度にしておくことで、組織変化を防止することができる。
【００２１】
また、Ｃｒは融点が高いので、補修部３に濃縮するため予め低濃度にしておくことも効果がある。
【００２２】
また、構造材と同等の材質で中空の管材を用い、空洞部分にＮｉ材を入れ込むことによっても、同様の効果が得られる。例えば、図５に示すように、直径３ｍｍ程度のステンレス鋼製棒材の中心部分に直径１ｍｍのＮｉ材からなる棒を挿入し、ステンレス鋼製棒材の外側から加圧圧縮して固定した２層構造の電極棒を用いる。これによって、補修部のＮｉ濃度の減少を防止することができる。
【００２３】
電極２の組成の調整割合は、構造材１の組成により決定され、構造材１がステンレス鋼やインコネル鋼の場合は、ＮｉとＣｒの調整が必要である。
【００２４】
また、本実施例では、電極２として補修後、補修部分の組成が構造材１の組成と同様になるように電極２を選定したが、この組成の電極に耐食性を有する成分を添加することが可能である。例えば、白金等の貴金属元素を添加した場合、貴金属の触媒作用で補修部の酸化反応が抑制され、その結果、腐食が抑制される。
【００２５】
〔実施例  ２〕
図６は、本実施例において適用した簡易補修装置の模式構成図である。図６は原子炉内の構造材１を補修するための電極２、放電電源４、操作盤５、操作アーム６およびシールド用ガス７、バルブ９から構成される。
【００２６】
構造材１の材質を考慮し、補修後、補修部分の金属組成が構造材１と同様になるような電極２を用いる。この電極２を操作アーム６に取り付け、構造材１の補修開始位置に移動する。操作アーム６の操作およびシールド用ガス７の制御は、フロア上に設置した制御盤５により行う。
【００２７】
シールド用ガス７を電極２および構造材１の補修部に噴射し、電極２と構造材１の補修部分間をシールド用ガスの気相とする。該シールド用ガスには不活性ガスを用いることで、補修時の金属の酸化を防ぐことができる。
【００２８】
そして、放電により補修部分の肉盛を行うことで、補修部分とその周辺への入熱量を低く抑えることができるが、補修状況により、補修部の温度上昇はあり得る。そのため、図７に示すように、電流値が一定の時、放電時間を長くすると温度上昇率は大きくなり（パターン１）、放電時間を短くすると温度上昇が緩やかになる（パターン２）ことから、放電時間を短くすることで、照射損傷を受けたステンレス鋼におけるヘリウムバブルの形成や、熱鋭敏化による組織変化を低減することができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の構造材の簡易補修方法によれば、含有成分の内、放電熱で蒸発、または、濃縮する成分濃度を予め調整した電極を用いることで、補修部の組織変化による機械的強度の低下を防止できると云う優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１において適用した簡易補修装置の模式構成図である。
【図２】ステンレス鋼の含有成分とその含有割合を示す円グラフである。
【図３】ステンレス鋼の放電加工後の含有成分その含有割合を示す円グラフである。
【図４】金属の含有成分と金属組織との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の電極の構造の一例を示す模式図である。
【図６】実施例２において適用した簡易補修装置の模式構成図である。
【図７】放電時間と放電電流値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…構造材、１１…き裂、２…電極、３…補修部、４…放電電源、５…操作盤、６…操作アーム、７…シールド用ガス、８…原子炉圧力容器、９…バルブ。
【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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