(57)【要約】【課題】原子炉を構成する原子炉圧力容器及び炉内構造物などの部材に施される表面処理を高能率かつ低コストに行う方法を提供する。【解決手段】溶接部６の溶接に利用した溶接装置案内用のレール１１ａ，１２ａに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１により溶接部６のウォータージェットピーニングを実施する。また、溶接部７の溶接に利用した溶接装置案内用のレール１１ｂ，１２ｂに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１により溶接部７のウォータージェットピーニングを実施する。さらに、溶接部８の溶接に利用した溶接装置案内用のレール１１ｃ，１２ｃに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１により溶接部８のウォータージェットピーニングを実施する。レーザ改質などの他の表面処理にも応用できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉圧力容器及び炉内構造物を含む原子炉構成部材の溶接部に表面処理を施す原子炉溶接部の表面処理法において、
前記原子炉構成部材の溶接に際して前記原子炉構成部材上又は前記原子炉構成部材外に備えられた溶接装置案内手段に表面処理装置を装着し、前記溶接部に対する表面処理を実施することを特徴とする原子炉溶接部の表面処理法。
【請求項２】
前記表面処理装置を、表面処理を施そうとする溶接部の直近に備えられた溶接装置案内手段に装着することを特徴とする請求項１に記載の原子炉溶接部の表面処理法。
【請求項３】
前記溶接装置案内手段として、前記原子炉構成部材に取り付けられた溶接装置案内レールを用いることを特徴とする請求項１に記載の原子炉溶接部の表面処理法。
【請求項４】
前記溶接装置案内手段として、前記原子炉構成部材外に備えられた溶接ロボットを用いることを特徴とする請求項１に記載の原子炉溶接部の表面処理法。
【請求項５】
前記溶接部に対する表面処理を、前記原子炉構成部材の製造工場内で実施することを特徴とする請求項１に記載の原子炉溶接部の表面処理法。
【請求項６】
前記溶接部に対する表面処理を、原子炉圧力容器が据え付けられる発電所現地で実施することを特徴とする請求項１に記載の原子炉溶接部の表面処理法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉圧力容器及び炉内構造物を含む原子炉構成部材の溶接部に対する表面処理法に係り、特に、原子炉の運転前に行われるウォータージェットピーニングやレーザ改質などの効率化に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉を構成する原子炉圧力容器、炉内構造物及び配管類など（本明細書においては、これらを総称して、「原子炉構成部材」という。）の多くは、オーステナイト系ステンレス材料にて製造され、かつ高温の腐食環境にさらされるので、原子炉の運転前に、応力腐食割れの発生を防止するための表面処理が所定の部分に施される。この表面処理としては、溶接部に圧縮応力を残留させるウォータージェットピーニング、ショットピーニング、ショットブラスト、サンドブラスト、クライオブラスト等の残留応力改善法や、処理部にレーザビームを照射して表面組織の改質を行う表面改質法などが従来提案されている（例えば、特許文献１，２参照。）。
【０００３】
原子炉構成部材の溶接部には、工場で溶接された溶接部と発電所現地で溶接された溶接部とがあり、工場で溶接された溶接部については工場内に設けられた表面処理施設にて所要の表面処理が行われ、発電所現地で溶接された溶接部については発電所現地にて所要の表面処理が行われる。
【０００４】
工場内に設けられるウォータージェットピーニング施設の例として、特許文献１の図４には、貯水タンク内に備えられた機器保持架台と、貯水タンクの上方から吊り降ろされ、先端が機器保持架台上に保持された原子炉構成部材の溶接部と対向に配置された高圧水噴射ノズルとを有し、機器保持架台により原子炉構成部材を回転しつつ、高圧水噴射ノズルから所要の溶接部に沿って高圧水を噴射してキャビテーション気泡を発生させ、キャビテーション気泡の崩壊に伴う衝撃圧を溶接部に作用するものが開示されている。
【０００５】
一方、発電所現地で行われる溶接部の表面処理方法としては、原子炉圧力容器の上方から表面処理装置が搭載された自走式ロボットを吊り降ろすという方法が従来提案されている。
【特許文献１】特開平８−１０５９９４号公報
【特許文献２】特開平１１−９０８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、従来の原子炉溶接部の表面処理法は、原子炉構成部材を回転駆動可能な機器保持架台を備えた貯水タンクや特殊構造のロボットを必要とするので、設備コストが高価になるという問題がある。また、高圧水噴射ノズルなどの表面処理用のヘッド装置を遠隔操作しなくてはならないので、溶接部に対するヘッド装置の位置付けを正確に行うことが困難で、溶接部の表面処理を適切かつ効率的に行うことが難しいという問題もある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであって、その課題は、原子炉を構成する原子炉圧力容器や炉内構造物などの部材に施される表面処理を高能率かつ低コストに行う方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の課題を解決するため、第１に、原子炉圧力容器及び炉内構造物を含む原子炉構成部材の溶接部に表面処理を施す原子炉溶接部の表面処理法において、前記原子炉構成部材の溶接に際して前記原子炉構成部材上又は前記原子炉構成部材外に備えられた溶接装置案内手段に表面処理装置を装着し、前記溶接部に対する表面処理を実施することを特徴とする。
【０００９】
溶接装置案内手段は、所要の溶接部に沿って溶接装置を案内するものであるので、この溶接装置案内手段に表面処理装置を取り付ければ、溶接部に対する表面処理装置の位置付けを容易化することができ、溶接部に対する表面処理の適正化及び効率化を図ることができる。また、表面処理設備に原子炉構成部材を回転駆動可能な機器保持架台を備えたり、表面処理専用の案内手段を新たに備える必要がないので、表面処理のための設備コストを抑制することができる。
【００１０】
本発明は、第２に、前記第１の原子炉溶接部の表面処理法において、前記表面処理装置を、表面処理を施そうとする溶接部の直近に備えられた溶接装置案内手段に装着することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によると、表面処理を施そうとする溶接部に対する表面処理装置の位置付けをより容易かつ正確に行うことができるので、溶接部に対する表面処理をより適正かつ効率的に行うことができる。
【００１２】
本発明は、第３に、前記第１の原子炉溶接部の表面処理法において、前記溶接装置案内手段として、前記原子炉構成部材に取り付けられた溶接装置案内レールを用いることを特徴とする。
【００１３】
炉心シュラウドやシュラウドサポートなどの原子炉構成部材は、複数の管状体の組合わせからなり、各管状体の連結部分を溶接することにより製造される。そして、各管状体の溶接は、一方の管状体の内周面及び外周面に沿ってリング状の溶接装置案内レールを設置し、この溶接装置案内レールに溶接トーチを含む溶接装置を走行可能に取り付け、溶接装置案内レールに沿って溶接装置を走行しつつ、溶接装置を駆動することにより行われる。これにより、各管状体の溶接を自動的に行うことができ、所要の原子炉構成部材の製造を効率的に行うことができる。溶接装置案内レールは、通常、所要の溶接部の溶接が完了した後に取り外されるが、この溶接装置案内レールにウォータージェットピーニング装置やレーザ改質装置などの表面処理装置を走行可能に取り付ければ、表面処理設備に原子炉構成部材を回転駆動可能な機器保持架台を備えたり、管状体に表面処理専用のレールを新たに取り付けることなく溶接部の表面処理を自動的に行うことができるので、表面処理のための設備コストを抑制することができる。また、溶接装置案内レールに表面処理装置を取り付けると、溶接装置案内レールと溶接部との距離が既知であることから、溶接部に対する表面処理装置の位置付けが容易になるので、溶接部に対する表面処理の適正化及び効率化を図ることができる。
【００１４】
本発明は、第４に、前記第１の原子炉溶接部の表面処理法において、前記溶接装置案内手段として、溶接ロボットを用いることを特徴とする。
【００１５】
溶接ロボットにより溶接が行われる原子炉構成部材については、溶接ロボットの先端部に溶接トーチに代えて高圧水噴射ノズルなどの表面処理装置を装着することにより、溶接部に対して表面処理装置を正確に位置付けることができるので、溶接部に対する表面処理を容易かつ適正に行うことができる。
【００１６】
本発明は、第５に、前記第１の原子炉溶接部の表面処理法において、前記所要の溶接部に対する表面処理を、前記原子炉圧力容器又は前記炉内構造物の製造工場内で実施することを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によると、所要部分の溶接と当該溶接部に対する表面処理とを製造工場内において行うことができるので、発電所現地における作業量を減少することができ、原子炉の建造を効率的に行うことができる。
【００１８】
本発明は、第６に、前記第１の原子炉溶接部の表面処理法において、前記所要の溶接部に対する表面処理を、前記原子炉圧力容器が据え付けられる発電所現地で実施することを特徴とする。
【００１９】
かかる構成によると、発電所現地においても溶接部に対する表面処理を実行できるので、表面処理の実施箇所を増やすことができ、原子炉の耐応力腐食割れ性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、実施形態に係る原子炉溶接部の表面処理法を、炉心シュラウドの溶接部の表面処理法を例にとり、図１乃至図７を用いて説明する。図１は溶接装置案内レールを介して自走式ウォータージェットピーニング装置が取り付けられた炉心シュラウドの断面図、図２は図１のＡ部拡大断面図、図３はプールが浅い場合における炉心シュラウドの製造手順の第１段階を示す断面図、図４はプールが浅い場合における炉心シュラウドの製造手順の第２段階を示す断面図、図５はプールが浅い場合における炉心シュラウドの製造手順の第３段階を示す断面図、図６は炉心シュラウドの下端部への溶接装置案内レールの取付状態を示す断面図、図７は炉心シュラウドとシュラウドサポートの溶接部に対するウォータージェットピーニングを示す要部断面図である。
【００２１】
図１に示すように、炉内構造物である炉心シュラウド１は、上部フランジ２と上部胴３と下部フランジ４と下部胴５とからなり、上部フランジ２の下端と上部胴３の上端との突き当て部、上部胴３の下端と下部フランジ４の上端との突き当て部、及び下部フランジ４の下端と下部胴５の上端との突き当て部を、外周側及び内周側から溶接することにより一体化される。上部フランジ２と上部胴３の溶接部６は、上部フランジ２の下方寄りの外面及び内面にスポット溶接などにより設置されたリング状の溶接装置案内用の外周レール１１ａ及び内周レール１２ａに図示しない自走式自動溶接装置を取り付け、当該自走式自動溶接装置を各レール１１ａ，１２ａに沿って駆動することにより溶接される。同様に、上部胴３と下部フランジ４の溶接部７は、上部胴３の下方寄りの外面及び内面に設置された溶接装置案内用の外周レール１１ｂ及び内レール１２ｂに自走式自動溶接装置を取り付けることにより溶接され、下部フランジ４と下部胴５の溶接部８は、下部フランジ４の下方寄りの外面及び内面に設置された溶接装置案内用の外周レール１１ｃ及び内周レール１２ｃに自走式自動溶接装置を取り付けることにより溶接される。溶接部６，７，８の溶接は、複数の自走式自動溶接装置をそれぞれ異なる溶接装置案内用レールに取り付けることにより、複数箇所について同時に行うこともできるし、１つの自走式自動溶接装置を順次他の溶接装置案内用レールに付け替えることにより、１箇所毎に行うこともできる。その他の溶接の具体的方法については、公知に属する事項であり、かつ本発明の要旨でもないので、説明を省略する。
【００２２】
前記溶接装置案内用の外周レール１１ａ〜１１ｃ及び内周レール１２ａ〜１２ｃは、同一構成の自走式自動溶接装置を取り付けられるようにするため、幅及び厚みが同一サイズに形成される。また、これらの各レールは、所要の溶接作業及び表面処理作業の終了後に撤去できるようにするため、炉心シュラウド１に対してスポット溶接などにより着脱可能に設置される。なお、これらの各レールは、炉心シュラウド１の各部所に同時に設置することもできるし、１つの溶接部に対する溶接及び表面処理が終了する毎に、他の部所に付け替えることもできる。
【００２３】
溶接された炉心シュラウド１は、図１に示すように、プール１３内に据え付けられ、各溶接部６，７，８に対するウォータージェットピーニングが実施される。プール１３の水位１４は、ウォータージェットピーニングを実施しようとする溶接部が水没する位置に調整される。溶接部６に対するウォータージェットピーニングは、溶接終了後も炉心シュラウド１に残された溶接装置案内用のレール１１ａ，１２ａに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１により行われる。同様に、溶接部７に対するウォータージェットピーニングは、炉心シュラウド１に残された溶接装置案内用のレール１１ｂ，１２ｂに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１により行われ、溶接部８に対するウォータージェットピーニングは、炉心シュラウド１に残された溶接装置案内用のレール１１ｃ，１２ｃに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１より行われる。
【００２４】
このように、溶接部６の溶接に利用したレール１１ａ，１２ａに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１により溶接部６のウォータージェットピーニングを実施し、溶接部７の溶接に利用したレール１１ｂ，１２ｂに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１により溶接部７のウォータージェットピーニングを実施し、溶接部８の溶接に利用したレール１１ｃ，１２ｃに取り付けられた自走式ウォータージェットピーニング装置２１により溶接部８のウォータージェットピーニングを実施すると、各レール１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃから各溶接部６，７，８までの距離が既知であり、かつ最短となるので、表面処理を施そうとする溶接部に対する表面処理装置の位置付けをより容易かつ正確に行うことができ、溶接部に対する表面処理を適正かつ効率的に行うことができる。また、溶接部６，７，８の溶接に利用したレール１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃに自走式ウォータージェットピーニング装置２１を取り付けると、表面処理設備に原子炉構成部材を回転駆動可能な機器保持架台を備えたり、表面処理専用の案内手段を新たに備える必要がないので、表面処理のための設備コストを抑制することができる。
【００２５】
自走式ウォータージェットピーニング装置２１は、図２に示すように、台車部２２と、台車部２２を溶接装置案内用のレール１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃに装着する垂直ガイドローラ２３及び水平ガイドローラ２４と、台車部２２を溶接装置案内用のレール１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃに沿って走行させる走行ローラ２５と、台車部２２に備えられた走行ローラ２５の駆動部２６と、同じく台車部２２に備えられたノズル取付部２７と、ノズル取付部２７に固定され、ノズル先端が所要の溶接部に向けられたウォータージェットピーニング用の高圧水噴射ノズル２８とからなり、駆動部２６には電源ケーブル及び信号ケーブルを含むケーブル類２９が接続され、高圧水噴射ノズル２８には給水ホース３０が接続される。なお、所要の溶接装置案内用レールへの自走式ウォータージェットピーニング装置２１の装着、及び自走式ウォータージェットピーニング装置２１の駆動・停止等は、プールサイドから遠隔操作により行われる。
【００２６】
溶接部６，７，８に対するウォータージェットピーニングは、駆動部２６により走行ローラ２５を駆動し、所要の溶接装置案内用レールに沿って自走式ウォータージェットピーニング装置２１を走行させつつ、高圧水噴射ノズル２８から高圧水を所要の溶接部６，７，８に向けて噴射し、これによって発生するキャビテーション気泡が崩壊するときに生じる衝撃圧を所要の溶接部６，７，８に作用させることにより行う。衝撃圧により、溶接部６，７，８に圧縮応力が残留するので、溶接による引張応力が残留している場合に比べて、耐応力腐食割れ性が向上する。
【００２７】
なお、プール１３の深さが炉心シュラウド１の全長よりも浅い場合には、上部フランジ２と上部胴３とを溶接した後、図３に示すように、これら上部フランジ２と上部胴３の連結体をプール１３内に据え付け、上部胴３に設置されたレール１１ａ，１２ａにウォータージェットピーニング装置２１を取り付けて、溶接部６のウォータージェットピーニングを行う。同様に、下部フランジ４と下部胴５とを溶接した後、図４に示すように、これら下部フランジ４と下部胴５の連結体をプール１３内に据え付け、下部胴５に設置されたレール１１ｃ，１２ｃにウォータージェットピーニング装置２１を取り付けて、溶接部８のウォータージェットピーニングを行う。しかる後に、上部フランジ２に連結された上部胴３と下部胴５に連結された下部フランジ４とを溶接して炉心シュラウド１とし、図５に示すように、溶接された炉心シュラウド１をプール１３内に据え付け、上部胴３に設置されたレール１１ｂ，１２ｂにウォータージェットピーニング装置２１を取り付けて、溶接部７のウォータージェットピーニングを行う。これにより、溶接部６，７，８にウォータージェットピーニングが施された所要の炉心シュラウド１が作製される。
【００２８】
溶接部６，７，８に対するウォータージェットピーニングが終了した後、溶接部６，７，８の溶接及びウォータージェットピーニングに使用した全てのレール１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃを炉心シュラウド１から撤去する。
【００２９】
この炉心シュラウド１は、発電所現地に搬送され、発電所現地に据え付けられた原子炉圧力容器内のシュラウドサポートに溶接されるが、発電所現地への搬送に先立ち、図６に示すように、炉心シュラウド１を構成する下部胴５の下方寄りの外面及び内面に、スポット溶接などにより、リング状の溶接装置案内用外レール１１ｄ及び内レール１２ｄが設置される。レール１１ｄ，１２ｄとしては、溶接部６，７，８の溶接作業及びウォータージェットピーニング作業に使用したレール１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃのいずれかを転用することができる。
【００３０】
これら溶接部６，７，８の溶接作業、溶接部６，７，８に対するウォータージェットピーニング作業、炉心シュラウド１からのレール１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃの撤去作業、及び炉心シュラウド１に対するレール１１ｄ，１２ｄの設置作業は、炉心シュラウド１の製造工場内で行われる。これにより、発電所現地における作業量を低減することができ、原子炉の建造を効率化できる。
【００３１】
発電所現地に搬送された炉心シュラウド１は、図７に示すように、原子炉圧力容器３１内に設けられたシュラウドサポート３２と同心に配置され、レール１１ｄ，１２ｄに取り付けられた図示しない自動溶接装置により溶接される。次いで、レール１１ｄ，１２ｄから自動溶接装置を取り外し、このレール１１ｄ，１２ｄに自走式ウォータージェットピーニング装置２１を取り付けた後、原子炉圧力容器３１内に注水して炉心シュラウド１とシュラウドサポート３２との溶接部３３を水没させ、この状態で、自走式ウォータージェットピーニング装置２１を駆動して、溶接部３３にウォータージェットピーニングを施す。なお、レール１１ｄ，１２ｄに対する自走式ウォータージェットピーニング装置２１の取り付け、及び自走式ウォータージェットピーニング装置２１の駆動・停止等は、原子炉圧力容器３１の上方に設けられた図示しない作業デッキから、遠隔操作により行われる。溶接部３３に対するウォータージェットピーニングが終了した後、炉心シュラウド１からレール１１ｄ，１２ｄを撤去する。この作業も、前記作業デッキからの遠隔操作により行われる。
【００３２】
このように、炉心シュラウド１の製造工場において、炉心シュラウド１を構成する下部胴５の外面及び内面にレール１１ｄ，１２ｄを設置するので、発電所現地にて溶接される溶接部３３に対するウォータージェットピーニングを容易かつ適正に行うことができ、原子炉の信頼性をより高めることができる。
【００３３】
なお、前記実施形態においては、炉心シュラウド１を製造するための溶接部６，７，８及び炉心シュラウド１とシュラウドサポート３２とを連結する溶接部３３に対するウォータージェットピーニング方法を例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、炉心シュラウド１以外の炉内構造物及び各種配管などに施された溶接部に対するウォータージェットピーニングにも応用することができる。
【００３４】
炉心シュラウド１以外の炉内構造物としては、制御棒案内管、炉心支持板、上部格子板、気水分離器、蒸気乾燥器などがある。これらの各炉内構造物のうち、溶接装置案内アームの先端部に溶接トーチが備えられた溶接ロボットを用いて溶接されるものについては、溶接終了後、炉内構造物を水没させると共に、溶接トーチに代えて溶接装置案内アームの先端部にウォータージェットピーニング装置を取り付けることにより、所要の溶接部に対するウォータージェットピーニングを実施する。これにより、非円筒形の複雑な形状を有する炉内構造物についても、溶接部のウォータージェットピーニングを容易かつ適正に行うことができる。
【００３５】
また、前記実施形態においては、溶接部の表面処理方法として、ウォータージェットピーニングを例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、レーザを照射して溶接部の組織を改質し、耐応力腐食割れ性などの向上を図るレーザ改質にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】溶接装置案内レールを介して自走式ウォータージェットピーニング装置が取り付けられた炉心シュラウドの断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】プールが浅い場合における炉心シュラウドの製造手順の第１段階を示す断面図である。
【図４】プールが浅い場合における炉心シュラウドの製造手順の第２段階を示す断面図である。
【図５】プールが浅い場合における炉心シュラウドの製造手順の第３段階を示す断面図である。
【図６】炉心シュラウドの下端部への溶接装置案内レールの取付状態を示す断面図である。
【図７】炉心シュラウドとシュラウドサポートの溶接部に対するウォータージェットピーニングを示す要部断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    炉心シュラウド
２    上部フランジ
３    上部胴
４    下部フランジ
５    下部胴
６，７，８，３３    溶接部
１１ａ〜１１ｃ，１２ａ〜１２ｃ    レール
２１    自走式ウォータージェットピーニング装置
２２    台車部
２３    垂直ガイドローラ
２４    水平ガイドローラ
２５    走行ローラ
２６    駆動部
２７    ノズル取付部
２８    ノズル
２９    ケーブル類
３０    給水ホース
３１    原子炉圧力容器
３２    シュラウドサポート
【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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