(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造部材に発生した亀裂部分をロー材により充填した後、この亀裂部分の構造部材表面に電極を回転させながら接触させ、且つ前記電極にパルス電源から１０-3〜１０-6秒のパルス幅のパルスを１０-4秒より大きく１０-1秒未満の間隔で通電せしめて電極を溶融し、この溶融材料を補修材として前記亀裂部分の表面に移行させる肉盛溶接により、前記亀裂と雰囲気とを遮断した状態で前記構造部材の亀裂部分を被覆して補修することを特徴とする構造部材の亀裂補修方法。
【請求項２】
請求項１記載の構造部材の亀裂補修方法において、前記構造部材に存する亀裂部分の表面を亀裂幅よりも広い範囲を除去し、この除去部を補修材で覆うようにしたことを特徴とする構造部材の亀裂補修方法。
【請求項３】
請求項１記載の構造部材の亀裂補修方法において、前記構造部材とこの構造部材表面に移行した溶融状態の補修材とが冶金的に接合されて拡散層を形成することを特徴とする構造部材の亀裂補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造部材に発生した亀裂溝表面に構造部材と同じ材料又は耐食性或いは耐摩耗性に優れた材料を電極として溶融して移行させる肉盛り溶接で前記亀裂溝を被覆する構造部材の亀裂補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造部材に発生した亀裂を補修するには、一般的に亀裂部分を含む構造部材の周辺領域の欠陥部を削り取った後に開先整形し、この開先部をＴＩＧ溶接等による肉盛り溶接により補修することが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、欠陥部の大きさが大きくなると溶接熱により構造部材が変形したり、その熱の影響により構造部材の強度が低下したりする可能性が高い。また、構造部材の構成する構造物の形状およびその構造物の存在する環境次第では、欠陥部を削り取ることができない場合もあり、現状では欠陥部の補修を行うことができなかったり、補修ができたとしても非常に多くの手間、コスト、さらには時間を要するという問題がある。
【０００４】
従って、欠陥部の補修が行えない場合には、構造物の部材の欠陥部が常に外部環境下にそのまま晒されるため、腐食などによりさらに亀裂が進行することを妨げず、構造物の早期破壊につながる要因となる。
【０００５】
本発明は上記のような問題を解消し、構造部材の欠陥部を除去することなく、しかも低入熱で著しい熱影響部を発生することなく、構造物の部材に発生した亀裂を肉盛溶接により被覆して補修することができる構造部材の亀裂補修方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような方法及び手段により構造部材の亀裂を補修する。
【００１０】
請求項１に対応する発明は、構造部材に発生した亀裂部分をロー材により充填した後、この亀裂部分の構造部材表面に電極を回転させながら接触させ、且つ前記電極にパルス電源から１０-3〜１０-6秒のパルス幅のパルスを１０-4秒より大きく１０-1秒未満の間隔で通電せしめて電極を溶融し、この溶融材料を補修材として前記亀裂部分の表面に移行させる肉盛溶接により、前記亀裂と雰囲気とを遮断した状態で前記構造部材の亀裂部分を被覆して補修する。
【００１１】
請求項２に対応する発明は、請求項１に対応する発明の構造部材の亀裂補修方法において、前記構造部材に存する亀裂部分の表面を亀裂幅よりも広い範囲を除去し、この除去部を補修材で覆うようにする。
【００１２】
請求項３に対応する発明は、請求項１に対応する発明の構造部材の亀裂補修方法において、前記構造部材とこの構造部材表面に移行した溶融状態の補修材とが冶金的に接合されて拡散層を形成する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明による構造部材の亀裂補修装置の第１の実施の形態を示す全体構成図である。
【００１９】
図１において、１１はコの字型の支持架台で、この支持架台１１の水平に伸びる下アーム１１ａには移動テーブル１２がモータ１３によりＸ方向に、モータ１４によりＹ方向にそれぞれ移動可能に設けられ、この移動テーブル１２上には構造部材１５が載置される。
【００２０】
また、支持架台１１の水平に伸びる上アーム１１ｂには次のような構成の電極駆動機構１０が設けられる。
【００２１】
上アーム１１ｂにフレーム１６が取付けられ、このフレーム１６にケーシング１７が自動昇降位置調整機構１８を介して垂直方向に昇降移動可能に支持されている。
【００２２】
上記フレーム１６の上部には、電極昇降用サーボモータ１９がその出力軸２０を下向きにして取付けられ、この出力軸２０に例えばボールネジに代表されるネジ棒２１が連結されている。また、ネジ棒２１はケーシング１７の上部に設けられた支持体１７ａに有するネジ孔に螺挿され、電極昇降用サーボモータ１９の駆動により回転してケーシング１７を昇降移動させるものである。
【００２３】
さらに、上記ケーシング１７内には電極回転用モータ２２がその出力軸２３を下向きにして垂直に取付けられ、この出力軸２３に駆動軸２４が連結される。そして、駆動軸２４の先端には電極２６を垂直に把持するチャック２５が支持されされている。この場合、電極回転用モータ２２の出力軸２３は、前述した電極昇降用サーボモータ１９の出力軸とそれぞれの中心線が概ね同一線上になるように配置され、電極の昇降の時や、回転する際に電極が振動したり、その中心位置がずれないような構造にしてある。
【００２４】
また、駆動軸２６の軸方向のチャック２５との中間部分外周部には、接触検知コイル２７が駆動軸２４の回転を妨げないように、互いに微小な間隙を保ちながら巻いてある。そして、この接触検知コイル２７は駆動軸２４の先端部に設けられた電極２４と構造部材１５との接触状態を、接触検知コイル２７が形成する磁場あるいは電流値の変化に変換して検知し、その信号を増幅器２８を介して後述する数値制御装置（以下ＮＣ装置と記す）３１に伝えている。
【００２５】
一方、パルス電源２９は、電極駆動機構１０の全てのモータおよびＮＣ装置３１に駆動用の定常電源を供給するとともに、電極２６の先端部と構造部材１５表面との間に放電を起させるべくパルス状の電圧を与えるものである。そのため、回転する駆動軸２４にはブラシ３０を介して電源ライン６０ａから電極２６にパルス電源２９からの電気が供給されるともに、構造部材１５には電源ライン６０ｂの端子を直接接続することで電気が供給される。
【００２６】
ＮＣ装置３１は、電極２６と構造部材１５との間に供給されるパルス数をカウントするとともに電極２６と構造部材１５との間の電圧を検出するために、パルス電源２９から電極２６および構造部材１５につながる電源ライン６０ａ，６０ｂから分岐した信号線６１ａ，６１ｂが接続されている。また、電極２６の位置を制御するために増幅器２８からの信号線６２と、ケーシング位置検出器１８からの信号線６３とがＮＣ装置３１にそれぞれ接続されている。さらに、それらの信号に基づいて実際に電極２６を最適位置に移動させるために、ＮＣ装置３１から信号線６４を介してサーボモータ１９に電気が供給される。
【００２７】
なお、移動テーブル１２の制御については、予め構造部材１５の表面に生じた亀裂の形状に従って通常行われているＮＣプログラムと同様に、Ｘ方向、Ｙ方向の移動量を予めＮＣ装置３１に格納することにより、ＮＣ装置３１からは、モータ１３，１４にその移動量に基づいた電気パルスが出される。
【００２８】
ガス噴出装置３２は、電極２６と構造部材１５との間の放電時に溶融した電極、構造部材それぞれが周囲の雰囲気から守るために、Ａｒ等の不活性ガスをその放電部分にノズル３２ａから噴出させるためのものである。
【００２９】
なお、上記構成においては、電極回転用モータ２２の出力軸２３と電極昇降用サーボモータ１９の出力軸とをそれぞれの中心線が概ね同一線上になるように配置したが、電極の昇降時に回転する際に電極が振動したり、その中心位置がずれないような機構とすれば必ずしもその中心線を一致させる必要はない。
【００３０】
また、上記実施の形態では、構造部材１５を移動テーブル１２に載置し、移動テーブル１２をＸ方向及びＹ方向に移動させるようにしたが、電極２６側を可動としてＸ方向及びＹ方向に移動させ、構造部材１５側を固定としてもよい。
【００３１】
次に上記のような構成された構造部材の亀裂補修装置の作用を述べる。
【００３２】
いま、オーステナイト系ステンレス鋼などのＦｅ基合金あるいはインコネルなどのＮｉ基合金製の構造部材に発生した亀裂を補修するに際して、この構造部材１５を移動テーブル１２上に載置し、また電極２６としてこの構造部材１５と同じ材料の電極を用いるものとする。
【００３３】
最初に、ＮＣ装置３１からの信号に基づいてサーボモータ１９が駆動され、それに連結されたネジ棒２１が回転する。ネジ棒２１の回転に従ってこのネジ棒２１に螺合された支持体１７ａのネジ穴により回転運動が直線運動に変換されケーシング１７が下降する。その下降量は、ケーシング位置検出器１８から信号線６３を介してＮＣ装置３１にフィードバックされる。なお、この時点で既に電極２６と構造部材１５の間には、電源ライン６０ａ，６０ｂを介してパルスが印加されている。
【００３４】
ケーシング１７が下降を続けることにより、やがて電極２６は構造部材１５と接触するが、その情報は接触検知コイル２７から信号線６２を介してＮＣ装置３１に伝えられる。同時に、接触時には電極２６と構造部材１５間の電圧が大きく変化するため、信号線６１ａ，６１ｂを介してＮＣ装置３１にその情報も伝えられる。また、ＮＣ装置３１は、その接触時のケーシング１７の位置情報としてケーシング位置検出器１８からの信号を内部に格納することで、その後の電極位置制御の基点とする。
【００３５】
さらに、ＮＣ装置３１は、この接触を検知した時点でサーボモータ１９の回転を停止させ、ケーシング１７のさらなる降下を止めるとともに、その直後にその回転を反転させ、電極２６と構造部材１５との間に間隙ができる直前の接触圧になるようにケーシング１７を極微小距離上昇させ、アークを発生させる。そして、電極２６と構造部材１５との間に予め実験等により得られ最適値とされた放電電圧が形成されるように、その接触圧の制御が行われる。
【００３６】
すなわち、ＮＣ装置３１には対象とする構造部材１５に関する最適な電圧値が格納されており、信号線６１ａ，６１ｂから得られたその時の電圧値と比較される。その比較の結果に基づいて、ＮＣ装置３１からサーボモータ１９に対してケーシング１７の昇降データが信号線６４を介して伝達され、間隙の制御が行われる。
【００３７】
一方、電極２６は構造部材１５との放電によりその先端部が溶融するため、放電が進むにつれて短くなり、そのままでは電極２６と構造部材１５との間に間隙ができてしまう。しかし、電極２６と構造部材１５との接触の状態は接触検知コイル２７で常に監視しており、接触がなくなるとＮＣ装置３１にその情報が伝えられる。また、間隙ができることにより、電極２６と構造部材１５間の電圧値も変化するため、ＮＣ装置３１は、両者の接触を維持しその電圧値を保つようにサーボモータ１９にデータを送り、ケーシング１７を降下させる制御を行う。このようにＮＣ装置３１は、常に最適な電圧値と接触を維持するように制御が行われる。
【００３８】
ここで、パルス電源２９の内部に備えられたコンデンサに充電された充電電荷を１０-3〜１０-6秒のパルス幅のパルスを１０-4秒より大きく１０-1秒未満の周期で放電させ、電極２６と構造部材１５の表面との間に電圧をかけてこれら両者の間にパルス状の放電を起させる。
【００３９】
すると、電極２６と構造部材１５の表面との接触部がその材料の融点以上に加熱され、電極２６が溶融し一部はプラズマ化する。この溶融又はプラズマ化した電極は構造部材１５の表面の亀裂部分に向って移行すると同時に、構造部材表面と溶融移行した電極材との間に拡散層を形成せしめて強固に密着し、溶融した電極材により亀裂部分が覆れる。この場合、短時間のパルス状の放電を起させることで急熱急冷の繰返しにより溶融移行した電極材を構造部材表面の亀裂発生面に急冷凝固スポットを重ねた層として形成される。
【００４０】
また、補修作業が行われているときは、ガス噴射装置３２よりノズル３２ａを通して電極２６の周囲にＡｒガスなどの不活性ガスを噴出させて、電極２６の放電部位を雰囲気と遮断することで、補修部の酸化を防止している。
【００４１】
ここで、母材が18-8ステンレス鋼で、肉盛材料として同材を、母材がインコネルで、肉盛材料として同材を、母材がコバルト基合金で、肉盛材料として同材を用いてそれぞれ前述した被覆肉盛溶接を実施したときの放電間隔時間と断面溶融状態を示すと図２の通りである。
【００４２】
図２から明かなように、いずれの材料であっても放電間隔時間が１０-1秒以上であれば溶融状態は未溶融となり、また放電間隔時間が１０-4秒以下であれば溶融状態は過剰溶融となることが分る。そこで、本発明における最適被覆肉盛溶接条件としては、１０-4秒より大きく１０-1秒未満の周期としている。なお、実際に電極に電圧を印加する時間は１０-3から１０-6秒である。
【００４３】
すなわち、図２における被覆肉盛溶接条件が１０-1秒以上にすると、図３（ａ）に示すように電極４１の先端部のみが若干溶融し、母材４２は加熱不足となって溶融しないため、同図（ｂ）に示すように溶融部が母材に密着せず脱落する。図中、４１ａは溶融した電極部であり、４３は電極先端部より母材表面に向けて発生するアーク部である。
【００４４】
また、図２における被覆肉盛溶接条件が１０-4秒以下にすると、図４（ａ）に示すように電極４１の先端部が過剰に溶融されて同図（ｂ）に示すように母材４２の表面に団子状に形成された被覆肉盛溶接部４４に溶着不良部４５（いわば空間部）が存在している。
【００４５】
これに対して、本発明における最適被覆肉盛溶接条件として、１０-4秒より大きく１０-1秒未満の間隔の場合には図５（ａ）に示すように電極４１の先端部及び母材４２が加熱され、図５（ｂ）に示すように溶着不良部または未溶融部（未溶着）部等のない被覆肉盛溶接部４４が形成される。
【００４６】
図６は本発明における最適被覆肉盛溶接条件に基づき実際に被覆肉盛溶接した状態を示している。すなわち、（ａ）は亀裂５１が存する構造部材１５を示し、同図（ｂ）はこの構造部材の表面に亀裂５１を覆うように溶接材により被覆肉盛溶接部５２を形成した状態を示している。
【００４７】
このように本実施の形態では、構造部材に存する亀裂部分の構造部材表面に補修材となる電極２６を予め決められた回転数で回転させながら予め決められた接触圧で接触させ、且つ電極２６にパルス電源２９から１０-3〜１０-6秒のパルス幅のパルスを１０-4秒より大きく１０-1秒未満の間隔で通電せしめて電極２６を溶融し、この溶融した電極を補修材として構造部材１５の亀裂部分表面に移行させることにより、構造部材の欠陥部を除去することなく、しかも低入熱で著しい熱影響部を発生することなく、構造部材１５に発生した亀裂を肉盛溶接により被覆して補修することができる。
【００４８】
ところで、構造部材に発生する亀裂などの欠陥を補修するにあたっては、できるだけ溶接時の入熱を少なくして構造部材の熱変形をなくし、且つ欠陥部を削り取る場合には必要最小限にする必要がある。
【００４９】
一方、構造部材中の亀裂などの欠陥には、発生原因によって複数種類があり、中には構造部材が設置されている環境雰囲気との接触を遮断することによって、その成長を阻止できる欠陥もある。
【００５０】
本実施の形態においては、構造部材が設置されている環境雰囲気との接触を遮断するだけでその目的が達せられる場合には、上記のような欠陥の補修に対する条件を満たすことで、効果的な補修を行うことができる。もちろん、上記のような欠陥に対しても完全に除去できることが最良の補修方法であるが、作業上の制約によってそれが困難な場合には効果的な補修方法と言える。
【００５１】
上記実施の形態では、電極材として構造部材と同じ材料を用いる場合について述べたが、構造部材よりも耐食性あるいは耐摩耗性に優れた材料を電極材として使用してもよい。例えば構造部材が炭素鋼の場合、電極材としてコバルト系合金（例えばステライト）を用いる。
【００５２】
このような材料を電極材として用いて構造部材表面の欠陥発生面の亀裂部分を前述したような方法で溶融した電極を補修材料として肉盛溶接して被覆することにより、補修部の長期健全性を補修前と比較して向上させることができる。
【００５３】
また、上記実施の形態では、構造部材の表面を電極材により、亀裂の溝を覆うように肉盛溶接したが、補修後も残留する亀裂の深さを低減するために、図７（ａ）に示すように構造部材１５の表面に発生した亀裂の溝５１よりも広い範囲で構造部材表面を除去して表面近傍の亀裂を取除いた後、同図（ｂ）に示すようにこの亀裂除去部５３に前述したような方法で溶融した補修材により構造部材の表面を覆うように肉盛溶接部５２を形成するようにしてもよい。
【００５４】
このような補修方法によれば、亀裂発生部表面の補修範囲を広くとっているので、肉盛溶接部５２と構造部材１５との接合強度を向上させることができる。
【００５５】
さらに、上記実施の形態では、構造部材の表面に溶融した補修材を移行させ、亀裂の溝を覆うように肉盛溶接したが、図８（ａ）に示すように構造部材１５に存在する亀裂の溝５１に予めロー付けなどの手段によりロー材５４を充填し、その後このロー材５４が充填された構造部材１５の表面を覆うように前述したような方法で溶融した補修材により溶接して被覆肉盛溶接部５２を形成するようにしてもよい。
【００５６】
このような補修方法によれば、構造部材１５に存する亀裂溝にロー材５４が充填されて溝内部を密封し、さらにその上を覆うように補修材により肉盛溶接されるので、長期にわたって健全性を保つことができる。
【００５７】
また、上記実施の形態では、構造部材の表面を補修材により、亀裂の溝を覆うように肉盛溶接したが、残留する亀裂の深さを低減するために、図９（ａ）に示すように構造部材１５の表面に発生した亀裂の溝５１よりも広い範囲で構造部材表面を除去して表面近傍の亀裂を取除いた後、亀裂の溝５１に予めロー付けなどの手段によりロー材５４を充填し、さらに同図（ｂ）に示すようにこの亀裂除去部５３に前述したような方法で溶融した補修材により構造部材の表面を覆うように肉盛溶接して被覆肉盛溶接部５２を形成するようにしてもよい。
【００５８】
このような補修方法によれば、亀裂溝にロー材５４が充填されて亀裂溝内部を密封した上で、亀裂除去部５３に被覆肉盛溶接部５２を形成しているので、構造部材１５との接合強度を向上させることができると共に、長期にわたって健全性を保つことができる。
【００５９】
次に本発明の第２の実施の形態における構造部材の補修方法について図１０により説明する。
【００６０】
上記実施の形態において、電極２６として構造部材１５よりも耐食性あるいは耐摩耗性に優れた材料を使用し、電極２６と構造部材１５との間にパルス電源２９より１０-5〜１０-6秒のパルス幅のパルスを１０-4秒より大きく１０-1秒未満の周期で放電させ、電極２６と構造部材１５の表面との間に電圧をかけてこれら両者の間にパルス状の放電を起させる。
【００６１】
すると、電極２６と構造部材１５の表面との接触部がその材料の融点以上に加熱され、電極２６が溶融し一部プラズマ化する。この溶融し一部プラズマ化した電極は構造部材１５の表面の亀裂部分の先端に向って移行して溶融した電極材により亀裂状の欠陥部が覆れると同時に、プラズマアークの温度により構造部材表面下に強固な拡散層４６が形成される。
【００６２】
この拡散層４６が形成されると、構造部材１５と補修材である電極材が冶金的に接合（密着）される。これは、従来から拡散部を形成するため行われていた、外部から加熱し接合部をかなり高温としたり、接合部に電流を流すことにより高温を作り出したり、その高温部に物理的な圧力を与え接合していたものとは大きく異なり、極短時間の放電により耐剥離性の高い補修が行えるため、亀裂などの微小な欠陥部以外の周囲には影響を及ぼすことがない。
【００６３】
このような補修方法によれば、肉盛溶接と構造部材との間に拡散層４６を形成することにより、著しい硬さの変化を抑制させ、肉盛溶接部の剥離を防止することができる。
【００６４】
なお、前述した構造部材の亀裂補修装置においては、移動テーブルに構造部材を載せて亀裂部分の補修を行う場合について述べたが、移動テーブルを用いずに建屋などの亀裂の存している構造物の所定の部位に亀裂補修装置本体（パルス電源およびＮＣ装置を除く）を直接支持させ、地上側に設置されたパルス電源およびＮＣ装置により亀裂補修装置本体を動作させて補修作業を行うようにしてもよい。この場合、亀裂補修装置本体の電極側を可動としてＸ方向及びＹ方向に移動可能な構成とすることにより実現できる。
【００６５】
図１１は本発明による構造部材の亀裂補修方法及び装置を例えば原子力発電プラントの圧力容器内部を構成する構造物に対して適用可能にした実施の形態を示す全体構成図である。
【００６６】
図１１において、１００は補修装置本体で、この補修装置本体１００は装置フレーム１０１、コントロールボックス１０２、溶接ヘッド１０３、支持機構１０４および駆動装置１０５から構成されている。
【００６７】
上記装置フレーム１０１上には、ベースプレート１０６が設けられ、このベースプレート１０６の上面にはコントロールボックス１０２が配置されると共に、吊金具１０７が取付けられ、またベースプレート１０６の下面には補修装置本体１００を固定する固定機構１０４が取付けられ、その下方にケーブルベア（登録商標）１０８が取付けられている。固定機構１０４は水圧シリンダ１０９とその可動ロッド１０９ａの先端部に設けられた固定パッド１１０とから構成されている。
【００６８】
さらに、ベースプレート１０６の下面には駆動装置１０５およびこの駆動装置１０５により駆動される溶接ヘッド１０３が取付けられている。
【００６９】
上記駆動装置１０５は、旋回駆動機構１１１、前後駆動機構１１２および上下駆動機構１１３から構成されている。
【００７０】
旋回駆動機構１１１は、装置フレーム１０１の水平面に取付けられたガイドレール１１４と、このガイドレール１１４に沿ってスライド移動するスライドテーブル１１５が取付けられたスライドフレーム１１６と、このスライドフレーム１１６の中央部に取付けられたドライブユニット１１７と、このドライブユニット１１７の出力軸に取付けられ、ガイドレール１１４の下方の装置フレーム１０１に取付けられたラック１１８に噛合させた平歯車１１９とから構成されている。
【００７１】
この場合、ガイドレール１１４およびラック１１８は、円弧状に形成されている。従って、ドライブユニット１１７の駆動により平歯車１１９がラック１１８に噛合した状態で回転することで、スライドフレーム１１６はスライドテーブル１１５を介してガイドレール１１４上を旋回移動する。
【００７２】
また、前後駆動機構１１２は、スライドフレーム１１６の最下部に可動ロッド１２０ａが水平に駆動されるように取付けられた空気圧シリンダ１２０により構成され、可動ロッド１２０ａの先端部には支持フレーム１２１が取付けられている。
【００７３】
さらに、上下駆動機構１１３は、支持フレーム１２１に取付けられた上下用電動機１２２と、この上下用電動機１２２の出力軸の回転により昇降移動するボールネジに代表されるネジ棒１２３とから構成され、このネジ棒１２３には溶接ヘッド１０３が上下方向に螺進移動可能に結合されている。この場合、溶接ヘッド１０３と支持フレーム１２１との間には、ボールネジ１２３および後述する各種接続線などを包囲するようにベローズ１２４が設けられている。
【００７４】
なお、溶接ヘッド本体１０３の上下動は、図示しないリニアガイドを案内として直進動作するようにしてある。
【００７５】
上記溶接ヘッド１０３は、図１２に示すように円筒状の容器１０３ａ内に第１の実施の形態で述べた構成と同様の電極駆動機構１０が設けられ、さらに水中で使用可能にするため、次のような構成が採用されている。なお、図１２において、図１と同様の電極駆動機構１０の各構成部品には同一符号を付して示し、その説明を省略する。
【００７６】
図１２に示すように容器１０３ａの開口端部に受具１２５が取付けられ、この受具１２５に球面軸受１２６を介してスカート状に広がる固体隔壁１２７が取付けられ、この固体隔壁１２７の先端が起伏のある水中構造部材の表面に対して密着させる倣い機能を持たせてある。
【００７７】
また、電極駆動機構１０の構成部品であるケーシング１７に有するフランジと容器１０３ａの開口端側に有するフランジとの間にベローズ１２８が設けられている。
【００７８】
一方、遠隔操作装置として設けられるパルス電源２９、ＮＣ装置３１、ガス噴出装置（ガスボンベ）３２は、燃料交換装置のプラットホーム、あるいはオペフロ上に設置され、運転操作される。
【００７９】
そして、水中構造部材２００に接続された電源ライン１３０、電極回転用モータ２２に接続された電源ライン１３１、ブラシ３０に接続された電源ライン１３２、自動昇降位置調整機構１８に接続された信号線１３３、電極昇降用サーボモータ１９に接続された信号線１３４および増幅器２８に接続された信号線１３５は、ケーブル１３６にまとめられて装置中央部に配置されたケーブルベア１０８を通り、コントロールボックス１０２を経由して制御操作装置のパルス電源２９およびＮＣ装置３１に接続される。
【００８０】
また、ガス噴出部３２ａに不活性ガスを供給するガス噴出ホース１３７は、同様にケーブルベア（登録商標）１０８およびコントロールボックス１０２を経由して制御操作装置のガス噴出装置３２に接続される。
【００８１】
なお、溶接ヘッド本体１０３の上下方向および前後方向の駆動は、電動機を使用しているため、収納部は防水構造としてある。また、ベローズ１２４および１２８としては、それぞれの動作方向に対する低抵抗力と防水機能の目的から低バネ定数の溶接式へローズが使用される。
【００８２】
本補修装置は、遠隔操作であるため、補修部分の視覚情報が必要となる場合がある。つまり、補修部分の補修前後状態確認および補修中の肉盛溶接の状態確認のための監視が必要となる。
【００８３】
そこで、常に肉盛溶接部分の視覚情報が必要となる場合は、肉盛溶接部の溶接位置の確認、肉盛溶接中の視覚情報を得るため、溶接ヘッド１０３の内部に図示しないカメラを設置する。このカメラとしては、小型（ＣＣＤ）カメラを用い、防水ケースの中に収納して使用し、またカメラ用照明として、図示しない光ファイバ式の照明を設置している。
【００８４】
なお、この照明は、必要な照度が得られるものであれば、基本的にはどのような形式のものを用いてもよいが、本実施の形態では使用場所が水中であり、スペース制限上から光ファイバー式を採用している。
【００８５】
次に上記のような構成された水中構造部材の亀裂補修装置の作用について述べるに、水中構造物の亀裂に対する補修時の作用は第１の実施の形態で述べたのと同様なので、その説明を省略し、ここではまず圧力容器内部を構成する構造物を炉水を満たした状態で補修を行なうにあたっての準備作業の作用について説明する。
【００８６】
図１３に示すように圧力容器２０１内が水張りされた状態で炉内構造物の上部格子板付近のシュラウド２００の溶接線部を補修する場合を例に挙げると、まずシュラウド２００の補修の準備作業として、原子炉内機器である蒸気乾燥器、気水分離器などは予め搬出撤去しておく。
【００８７】
このような状態で補修装置本体１００を圧力容器２０１内に搬入するには、吊金具１０７を建屋の天井クレーンで吊下げて行われるが、吊下し下降とともに、補修装置本体１００を圧力容器２０１の内壁側に近づけてシュラウド２００と圧力容器２０１との隙間に挿入する。
【００８８】
この場合、補修装置本体１００と炉内構造物との衝突を回避するため、複数台の水中ＴＶカメラで監視しながら作業を行なう。
【００８９】
そして、図１４に示すように補修装置本体１００をシュラウド２００と圧力容器２０１との隙間に挿入した後、さらに下降させてシュラウド２００のラグ２０２に補修装置本体１００を着座させる。その後固定機構１０４を動作させて固定する。すなわち、補修装置本体１００を固定するには、水圧シリンダ１０９を押出し方向に動作させ、可動ロッド１０９ａの先端部に取付けられた固定パッド１１０を圧力容器２０１の内壁に押付けてその反力を装置フレーム１０１とシュラウド２００の外面間で受けて装置本体を固定する。
【００９０】
次に前後駆動機構１１２の空気圧シリンダ１２０を動作させ溶接ヘッド１０３全体をシュラウド２００側に寄せて、溶接ヘッド１０３の先端部に設けた固定隔壁１２７をシュラウド２００の面に押付ける。このとき、図示しないカメラにより補修位置を確認し、上下駆動機構１１３の上下用電動機１２２を駆動して溶接ヘッド１０３の先端部を肉盛溶接位置のレベルに調整する。
【００９１】
以上は水中構造物の亀裂補修を行なうための準備作業時の作用であるが、次に補修時の独自の作用について説明する。
【００９２】
まず、炉内構造物の上部格子板付近のシュラウド２００の亀裂部分を補修する場合、この亀裂部分を除去する必要がある。
【００９３】
そこで、この亀裂部分を除去するには、補修装置本体１００を圧力容器２０１内に搬入する前に溶接ヘッド１０３のチャック２５に支持されている電極２５をドリルなどの切削工具に代えて前述したような作業手順を経て溶接ヘッド１０３の先端部に設けた固定隔壁１２７をシュラウド２００の面に押付ける。
【００９４】
また、制御操作装置のガス噴出装置３２に代えて設けられた吸引ポンプにガス噴出ホース１３７を接続する。
【００９５】
このような状態で制御操作装置により補修装置本体１００の旋回駆動機構１１１および溶接ヘッド１０３の電極駆動機構１０を動作させることにより、シュラウド２００の亀裂部分を切削工具により除去することができる。この場合、固定隔壁１２７とシュラウド２００の面との間に存する空間部に飛散した切屑は吸引ポンプによりガス噴出ホース１３７を通して外部に吸出されるので、炉水中に混入することはない。
【００９６】
このようにしてシュラウド２００の亀裂部分の除去が終了すると、補修装置本体１００を圧力容器２０１から搬出し、溶接ヘッド１０３のチャック２５に支持されている切削工具から電極２５に交換すると共に、吸引ポンプに代えてガス噴出装置３２にガス噴出ホース１３７を接続した後、再度前述したような作業手順を経て溶接ヘッド１０３の先端部に設けた固定隔壁１２７をシュラウド２００の面に押付ける。
【００９７】
そして、制御操作装置により補修装置本体１００の旋回駆動機構１１１および溶接ヘッド１０３の電極駆動機構１０を動作させて、シュラウド２００の亀裂部分を第１の実施の形態で述べたと同様の補修方法で亀裂除去部の放電肉盛溶接により被覆して補修が行なわれる。
【００９８】
このような構成の亀裂補修装置とすれば、水中構造部材の亀裂部に対して、予め亀裂部を除去した部分に、新たな構成材料を電極として用い、この電極を補修材として亀裂除去部分の表面に移行させる肉盛溶接を行うことにより、亀裂部分を新たな構成材料によって健全化でき、しかも低入熱で著しい熱影響部を発生することなく、水中構造物に発生した亀裂部分を補修することができる。
【００９９】
また、溶接ヘッド１０３の先端部に球面軸受１２６を介して取付けられる固体隔壁１２７として、図１５に示すようにワイヤブラシ１２７ａと炭素繊維または高分子からなるフィルター１２７ｂの二重積層構造とすることにより、図１６（ａ）に示すように水中構造部材２０３の表面に密着させることができ、また同図（ｂ）に示すように起伏のある水中構造部材２０３の表面に対しても固体隔壁１２７の先端が倣う機能を有し、常に固体隔壁１２７で囲まれた領域の不活性ガスシールド雰囲気を確保することができる。
【０１００】
なお、上記実施の形態では、原子力発電プラントの炉水を満たした状態の圧力容器内部を構成する構造物に対して本発明による構造部材の亀裂補修方法及び装置を適用する場合について述べたが、発電プラントに限らず他の水中構造物に対しても前述同様に適用実施することができるものである。
【０１０１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、構造部材の欠陥部を除去することなく、しかも低入熱で著しい熱影響部を発生することなく、構造部材に発生した亀裂を肉盛溶接により被覆して補修することができる構造部材の亀裂補修方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による構造部材の亀裂補修装置の第１の実施の形態を示す全体構成図。
【図２】同実施の形態において、被覆肉盛溶接溶接を実施したときの放電間隔時間と断面溶融状態の説明図。
【図３】同実施の形態において、被覆肉盛溶接条件が１０-1秒以上のときの被覆肉盛溶接状態を示す図。
【図４】同じく被覆肉盛溶接条件が１０-4秒以下のときの被覆肉盛溶接状態を示す図。
【図５】同じく最適被覆肉盛溶接条件として、１０-3秒以下のときの被覆肉盛溶接状態を示す図。
【図６】同実施の形態において、最適被覆肉盛溶接条件に基づき亀裂部分を覆うように肉盛溶接した状態を示す図。
【図７】同実施の形態において、亀裂の幅よりも広い範囲で構造部材表面を除去して最適被覆肉盛溶接条件に基づき被覆肉盛溶接した状態を示す図。
【図８】同実施の形態において、亀裂の溝にロー材を充填して最適被覆肉盛溶接条件に基づき被覆肉盛溶接した状態を示す図。
【図９】同実施の形態において、亀裂の溝よりも広い範囲で構造部材表面を除去し、且つ溝にロー材を充填して最適被覆肉盛溶接条件に基づき被覆肉盛溶接した状態を示す図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態として、肉盛溶接部と構造部材との間に拡散層を形成する場合を説明するための断面模式図。
【図１１】本発明による構造部材の亀裂補修装置を炉水を満たした状態の圧力容器内部を構成する構造物に対して適用可能にした実施の形態を示す全体構成図。
【図１２】同実施の形態における溶接ヘッドを示す断面図。
【図１３】同実施の形態における補修装置本体を圧力容器内に搬入させた状態を示す構成図。
【図１４】同じく補修装置本体を圧力容器内に搬入させ、溶接ヘッドを補修部位に移行させた状態を示す構成図。
【図１５】同実施の形態における溶接ヘッドの先端部に設けられる固体隔壁の構成図。
【図１６】同じく補修部位に対する固体隔壁の密着性と固体隔壁で囲まれた領域に不活性ガスシールド雰囲気が確保される状態を示す説明図。
【符号の説明】
１０…電極駆動機構
１１…支持架台
１２…移動テーブル
１３，１４…モータ
１５…構造部材（構造部材）
１６…フレーム
１７…ケーシング
１８…ケーシング位置検出器
１９…電極昇降用サーボモータ
２１…ネジ棒
２２…電極回転用モータ
２４…駆動軸
２５…チャック
２６…電極
２７…接触検知コイル
２８…駆動電源
２９…パルス電源
３０…ブラシ
３１…数値制御装置（ＮＣ）
３２…ガス噴出装置
３２ａ…ノズル
４１…電極
４２…母材
４３…アーク部
４４…被覆肉盛溶接部
４５…溶着不良部
４６…拡散層
５１…亀裂
５２…被覆肉盛溶接部
５３…欠陥除去部
５４…ロー材
１００…補修装置本体
１０３…溶接ヘッド
１０３ａ…容器
１２５…受具
１２６…球面軸受
１２７…固体隔壁
１２７ａ…ワイヤブラシ
１２７ｂ…フィルター
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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