(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状に曲折した管を平面的に見て回転中心に対し同心状にセットし得るようにした水平方向へ往復回動可能な回転テーブルと、
前記管内へ挿入し得るようレーザ光進行方向先端側の平面形状が前記管の曲折方向へ沿い曲折し且つ軸心部にレーザ発振装置からの光ファイバを挿通させ得るよう構成され、しかも軸心を基準として回転し得るようにした回転機構と、
前記光ファイバから投射されたレーザ光を集光し得るよう、光ファイバのレーザ光進行方向先端前方に配設された集光レンズと、
前記回転機構により回転し得るよう、集光レンズのレーザ光進行方向前方に配設され且つ集光レンズからのレーザ光を前記管の径方向へ向けて略９０度屈折させ管内周面に照射させ得るようにした反射ミラー
とを備えたことを特徴とするレーザクラッディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザクラッデイング装置に関し、特にエルボ管のような曲った管の内周面を容易且つ確実にクラッデイング処理し得るようにしたレーザクラッデイング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、原子炉圧力容器等に用いられる配管は、その交換が容易でないため耐蝕性を向上させることにより寿命の延長を図る必要がある。
【０００３】
そこで、耐蝕性を向上させるため、従来から配管の内周面にニッケル、クロム、モリブデン、鉄等を含有する金属粉末をペースト状にしたものを塗布して前処理層を形成し、該前処理層にレーザ光を照射して前処理層を固化させる、いわゆるクラッデイング処理が行われている。
【０００４】
而して、斯かるクラッデイング処理には、レーザクラッデイング装置が使用されており、従来のレーザクラッデイング装置としては、図５に示すごときものがある。
【０００５】
すなわち、レーザクラッデイング装置は、光ファイバ１から出射されたＹＡＧレーザ等のレーザ光２を集光レンズ３で集光すると共に、反射ミラー４で軸線と略直交する方向へ反射して出射窓５から配管６の内周面へ照射させるようにしたトーチ本体７と、トーチ本体７を回転可能に支持する昇降可能な支持ケーシング８と、支持ケーシング８内にトーチ本体７の軸心と同軸となるよう設けられ、減速装置９を介してトーチ本体７を回転させるモータ１０を備えており、図５では、光ファイバ１はモータ１０の出力軸１１を中空として該中空部を通すようにしている。
【０００６】
なお、１２は配管６内周面にニッケル、クロム、モリブデン、鉄等を含有する金属粉末のペーストを塗布して形成した表面改質用の前処理層である。
【０００７】
クラッデイング処理を行う場合には、前述のレーザクラッデイング装置を原子炉圧力容器等に用いられる配管６内へ挿入し、光ファイバ１からのレーザ光２を集光レンズ３、反射ミラー４、出射窓５を介して配管６内へ照射させる。この際、モータ１０、減速装置９を介してトーチ本体７を円周方向へ回転させたり、支持ケーシング８ごとトーチ本体７を配管６に対し昇降させ、前処理層１２へレーザ光２を照射して配管６内周面の前処理層１２をクラッデイング処理する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すレーザクラッデイング装置においては、配管６が図５に示すように真直ぐな場合には何等支障なくレーザ光２の照射によるクラッデイング処理を行うことができる。
【０００９】
ところで、近年、掘削された石油を輸送する配管の曲り部（エルボ管）内周面が石油に含有されている硫化水素等により腐食することが問題となっているが、従来のレーザクラッデイング装置によりエルボ管内周面をクラッデイング処理しようとしても、細長く直線状に延びるレーザクラッデイング装置をエルボ管内に挿入することができず、従って、エルボ管内周面をクラッデイング処理するのは困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑み、エルボ管のように曲った管の内周面を容易且つ確実にクラッデイング処理し得るようにすることを目的としてなしたものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、円弧状に曲折した管を平面的に見て回転中心に対し同心状にセットし得るようにした水平方向へ往復回動可能な回転テーブルと、
前記管内へ挿入し得るようレーザ光進行方向先端側の平面形状が前記管の曲折方向へ沿い曲折し且つ軸心部にレーザ発振装置からの光ファイバを挿通させ得るよう構成され、しかも軸心を基準として回転し得るようにした回転機構と、
前記光ファイバから投射されたレーザ光を集光し得るよう、光ファイバのレーザ光進行方向先端前方に配設された集光レンズと、
前記回転機構により回転し得るよう、集光レンズのレーザ光進行方向前方に配設され且つ集光レンズからのレーザ光を前記管の径方向へ向けて略９０度屈折させ管内周面に照射させ得るようにした反射ミラー
とを備えたものである。
【００１２】
本発明では、集光レンズ及び反射ミラーが円弧状に曲折した管内に挿入された状態で回転テーブルが水平方向へ往復回動され、光ファイバから出射されたレーザ光は集光レンズで集光されて反射ミラーに投射され、反射ミラーで管の径方向へ向け反射して管内に塗布してある前処理層に照射され、而して管の軸線方向へ向けてクラッデイング処理が行われる。
【００１３】
又、所定個所での管の軸線方向へのクラッデイング処理が終了したら回転機構により反射ミラーの向きを管の円周方向へ僅かに変更し、再び回転テーブルを往復回動させることにより管の軸線方向へクラッデイング処理を行う。
【００１４】
このように円弧状に曲折した管でも容易且つ確実に内周面のクラッデイング処理を行うことができるため、管の耐蝕性が向上し、長期間使用することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
なお、以下の各部分の説明においては、後述のレーザ光６８の進行方向下流側を先端、前方と称し、レーザ光６８の進行方向上流側を後端、後方と称する。
【００１７】
図１〜図４は、本発明の実施の形態の一例である。
【００１８】
而して、床面に立設した架台２１の上面には、駆動装置２２により水平面上を往復回転し得るようにした回転テーブル２３が配置されていると共に、架台２１上面の一隅部には、図１に示すごとく平面的に見て回転テーブル２３に対し右斜め上方位置に箱状のケーシング２４が配設されている。
【００１９】
ケーシング２４の回転テーブル２３から離れた後面部２４ａには、図２に拡大して示すように後端がケーシング２４外に突出し、出力軸２５側がケーシング２４内に位置するよう、減速電動機のごとき駆動装置２６が水平設置され、駆動装置２６の出力軸２５には、ギア２７が外嵌されている。
【００２０】
ケーシング２４の回転テーブル２３に近接した前面部２４ｂに嵌入した軸受２８には、軸線の延長線が前記出力軸２５の軸線と合致するよう軸２９が嵌合され、軸２９のギア２７側端部は、ボルト３０によりギア２７の側部に締結されている。而して、軸２９をギア２７に締結することにより、ギア２７は出力軸２５に対し摺動せずに出力軸２５と共に一体的に回転し得るようになっている。
【００２１】
ケーシング２４の前面部２４ｂには、軸線が前記駆動装置２６の出力軸２５及び軸２９の軸線と平行となるよう、中空円筒体３１が、前面部２４ｂを貫通して固設され、中空円筒体３１の中空部のケーシング２４内側の後端部分には、大径の軸受３２が嵌入されている。
【００２２】
軸受３２には、中空円筒体３１と同心状に回転可能な中空円筒体３３が嵌入されると共に、中空円筒体３３外周には、前記ギア２７に噛合するギア３５が外嵌され、ギア２７はキー３４を介して中空円筒体３３に固定されている。
【００２３】
中空円筒体３１のケーシング２４前面部２４ｂ外側方には、後端が中空円筒体３１のケーシング２４外側部分に内嵌された小径の中空円筒体３６が、中空円筒体３１から前方へ所定の長さに亘り突出するよう配設され、中空円筒体３６はフランジ３６ａを介して中空円筒体３１の前面にボルト３７により締結されている。
【００２４】
ケーシング２４の後面部２４ａ及び中空円筒体３６の中空部後端には、夫々軸線の延長線が、中空円筒体３３や３６の軸線と合致するよう、小径の軸受３８，３９が嵌入されている。
【００２５】
中空円筒体３３の中空部には、中空円筒体３３と同心状に中空軸４０が貫通し、その後端及び先端は、軸受３８，３９に嵌入されている。而して、中空軸４０は中空円筒体３３と一体的に回転し得るよう、中空円筒体３３の内周と中空軸４０外周の間には、キー４１が介在しており、中空軸４０のケーシング２４前面部２４ｂ側端部には、中空軸４０の中空部内径よりも若干大径の孔４０ａが形成されている。
【００２６】
中空円筒体３６の先端には、軸線が中空円筒体３６の軸線と合致するようにした中空円筒体４２が螺着され、中空円筒体４２の中空円筒体３６側端部中空部内には、軸受４３が嵌入されている。
【００２７】
中空円筒体３６内には、同心状に中空軸４４が挿通され、而して、中空軸４４の後端は、前記中空軸４０の孔４０ａに嵌入されて止めねじ４５により中空軸４０に固定され、中空軸４４の先端は軸受４３に嵌入、支持されている。
【００２８】
中空円筒体４２の先端には、中空円筒体４６の後端を形成する短管４６ａが螺着されており、短管４６ａ内には、軸受４７が嵌入されている。
【００２９】
中空円筒体４２内には、同心状に中空軸４８が挿通され、中空軸４８の後端は、軸継手４９を介して中空軸４４に接続され、中空軸４８の先端は、軸受４７に回転可能に支持されている。
【００３０】
而して、中空円筒体３１，３３，３６，４２、中空円筒体４６の短管４６ａ、中空軸４０，４４，４８は真直に形成されており、又中空軸４８及び中空円筒体４２の先端は、中空軸４８及び中空円筒体４２の軸線方向において、回転テーブル２３の径方向中心部近傍に位置し、中空軸４８及び中空円筒体４２の径方向において、回転テーブル２３の径方向中間に位置している。
【００３１】
中空円筒体４６は、中空円筒体４２の先端に螺着される短管４６ａ、該短管４６ａに対し軸線が合致するよう溶接され且つ平面的に見て回転テーブル２３の回転中心Ｏ側の管長が短く回転テーブル２３の回転中心Ｏから離れた側の管長が長くなるよう、先端が斜めに切断された短管４６ｂ、軸線が平面的に見て短管４６ｂの軸線に対し回転テーブル２３の円周方向へ向い若干曲折した状態で短管４６ｂの先端に溶接された短管４６ｃ、軸線が短管４６ｃの軸線と合致するよう短管４６ｃの先端に溶接された短管４６ｄを備えている。
【００３２】
中空円筒体４６の先端側に配設される中空円筒体５０は、中空円筒体４６の短管４６ｄに軸線が合致するよう螺着され且つ中空部に軸受５２を内嵌した短管５０ａ、該短管５０ａに対し軸線が合致するよう溶接され且つ平面的に見て回転テーブル２３の回転中心Ｏ側の管長が短く回転テーブル２３の回転中心Ｏから離れた側の管長が長くなるよう、先端が斜めに切断された短管５０ｂ、軸線が平面的に見て短管５０ｂの軸線に対し回転テーブル２３の円周方向へ向い若干曲折した状態で短管５０ｂの先端に溶接された短管５０ｃ、軸線が短管５０ｃの軸線と合致するよう短管５０ｃの先端に溶接された短管５０ｄを備えている。
【００３３】
中空円筒体５０の先端側に配設される中空円筒体５１は、中空円筒体５０の短管５０ｄに軸線が合致するよう螺着された短管５１ａ、該短管５１ａに対し軸線が合致するよう溶接され且つ平面的に見て回転テーブル２３の回転中心Ｏ側の管長が短く回転テーブル２３の回転中心Ｏから離れた側の管長が長くなるよう、先端が斜めに切断された短管５１ｂ、軸線が平面的に見て短管５１ｂの軸線に対し回転テーブル２３の円周方向へ向い若干曲折した状態で短管５１ｂの先端に溶接された短管５１ｃ、軸線が短管５１ｃの軸線と合致するよう短管５１ｃの先端に溶接され且つ中空部に軸受５３を内嵌した短管５１ｄを備えている。
【００３４】
而して、中空円筒体４６，５０，５１を接続した状態では、中空円筒体４６，５０，５１を通る軸線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４を結ぶことにより平面的に見て回転テーブル２３の円周方向へ延びる円弧に近い多角形が形成されるようになっている。
【００３５】
軸受５３には、図４に拡大して示すように先端が軸受５３から前方へ突出するよう中空円筒体５４が嵌入されると共に軸受５３の外周側には、中空円筒体５１の短管５１ｄ外周に螺合されたストッパ５５が外嵌されている。
【００３６】
中空円筒体５４の中空部先端側には軸受５６が嵌入され、軸受５６には、先端側が段状に拡径された中空環体５７の中途部が嵌入、支持されている。
【００３７】
中空環体５７の外周には、内部に集光レンズ５８が収納、支持された中空レンズ支持筒５９が螺合され、中空レンズ支持筒５９の先端外周には中空円筒状のブッシュ６０が外嵌、固定されている。
【００３８】
中空円筒体５４の軸受５３よりも前方には、中空円筒体５４の外周に螺合されると共に、つば部が中空円筒体５４の先端と中空環体５７の拡径部の背面（後端）との間に位置し、しかも大径部内周は中空レンズ支持筒５９の後端外周に対し遊嵌されるようにした中空環状体８２が配設されている。
【００３９】
中空環状体８２の先端外周には、軸線Ｌ４の延長線である軸線Ｌ方向へ延在する中空ミラー支持筒６１が螺合されており、中空ミラー支持筒６１の長手方向中間部は、ブッシュ６０の外周に回転自在に支持されている。
【００４０】
中空ミラー支持筒６１内には、集光レンズ５８よりも前方に位置するよう反射ミラー６２が収納されており、反射ミラー６２の集光レンズ５８に対する対向面は、軸線Ｌに対し４５度の傾斜角度に形成されている。
【００４１】
前記軸受５２に嵌合した中空軸６３の後端及び先端には、夫々ユニバーサルジョイント６４，６５の先端側及び後端側が外嵌され、ユニバーサルジョイント６４の後端側は中空軸４８の先端に嵌合している。
【００４２】
中空円筒体５４の背面（後端）にはユニバーサルジョイント６６の先端側が固設され、ユニバーサルジョイント６６の後端側とユニバーサルジョイント６５の先端側は図示してない中空軸を介して連結されている（図３参照）。
【００４３】
架台２１の後方に配置した図示してないレーザ光発生装置からの光ファイバ６７は、中空軸４０，４４、軸継手４９の図示してない中空孔、中空軸４８、ユニバーサルジョイント６４の中空孔、中空軸６３、ユニバーサルジョイント６５の中空孔、図示してない中空軸、ユニバーサルジョイント６６の中空孔、中空円筒体５４、中空環体５７を挿通されてその先端は、中空環体５７の中空部先端まで延在している。而して、光ファイバ６７から照射されたレーザ光６８は集光レンズ５８で集光されて投射され反射ミラー６２で光軸が９０度変るよう反射され、中空ミラー支持筒６１の外周に形成された出射窓６１ａから、所要の曲率半径で曲折したエルボ管６９の内周面に塗布されている前処理層に照射され、エルボ管６９のクラッデイング処理を行い得るようになっている。
【００４４】
回転テーブル２３上の所定位置には、内部に集光レンズ５８及び反射ミラー６２がセットされて回転テーブル２３の円周方向へ延在するエルボ管６９を回転テーブル２３に三点で固定するためのエルボ管固定具７０，７１が設けられている。
【００４５】
エルボ管固定具７０は、エルボ管６９円弧外周の曲げ半径の小さい側を押え得るようになっており、エルボ管固定具７１は、エルボ管６９円弧外周の曲げ半径の大きい側を押え得るようになっている。
【００４６】
又、クラッデイング処理を施すエルボ管６９の直径に対応して、エルボ管固定具７０は回転テーブル２３の径方向位置を調整し得るようになっており、エルボ管固定具７１はエルボ管６９の径方向へのボルト７２の突出量を調整し得るようになっている。
【００４７】
而して、エルボ管６９を回転テーブル２３の所定位置にセットした場合には、集光レンズ５８の光軸Ｌ５（図３、４に示す軸線Ｌと同じ）は、平面的に見てエルボ管６９の円弧状の軸線Ｌ６に対し反射ミラー６２の光束中心点Ｏ１において接触し得るようになっており、これによりクラッデイング処理時にレーザ光６８が反射する反射ミラー６２の光束中心点Ｏ１からエルボ管６９内周面迄の距離を一定に保持し得るようになっている。
【００４８】
なお、図１、２中、７３，７４はケーシング２４の水平方向位置を調整するアジャストボルト、７５はケーシング２４の高さ方向位置を調整するアジャストボルト、図２中、７６は中空軸４０のロックナット、７７はギア３５のロックナット、７８，７９，８０は軸受３８，３２，３９のスペーサ、図４中、８１は軸受５６のスペーサである。
【００４９】
次に本発明の実施の形態の作用について説明する。
【００５０】
エルボ管６９を回転テーブル２３上にセットする場合には、予め駆動装置２２により回転テーブル２３を図１の位置よりも時計方向へ回転させて停止させておき、エルボ管６９のセット時にエルボ管６９がレーザクラッデイング装置の中空ミラー支持筒６１等に干渉しないようにしておく。
【００５１】
而して、この状態でエルボ管６９の曲りが回転テーブル２３の円周方向へ沿うと共に内部に中空レンズ支持筒５９が収納された状態の中空ミラー支持筒６１をエルボ管６９内へ挿入し得るよう、エルボ管６９を回転テーブル２３の所定位置に載置し、反射ミラー６２の光束中心点Ｏ１がエルボ管６９の円弧状の軸線Ｌ６と合致するよう位置の調整を行い、エルボ管固定具７０，７１によりエルボ管６９を回転テーブル２３上に固定する。
【００５２】
次に、駆動装置２２により、回転テーブル２３を回転中心Ｏを基準として図１の矢印方向Ｄへ往復回動させる。この際、エルボ管６９の中空円筒体４２に近い側の端部が、図１、３のイの位置に到達し、中空円筒体４２から離れた側の端部が図１、３のロの位置まで到達するように回転テーブル２３を往復回動させる。
【００５３】
又、回転テーブル２３を往復回動させつつ図示してないレーザ発振装置を起動してＹＡＧレーザ等のレーザ光６８を出射する。そうすると、レーザ光６８は光ファイバ６７を通過して中空環体５７先端から出射され、集光レンズ５８で集光されて反射ミラー６２側へ送られ、反射ミラー６２で９０度屈折して中空ミラー支持筒６１の出射窓６１ａを通り、エルボ管６９内周面に塗布されている、ニッケル、クロム、モリブデン、鉄等の粉末をペースト状にした前処理層に照射され、エルボ管６９はその軸線方向へクラッデイング処理を施される。
【００５４】
エルボ管６９円周方向の１番目の位置においてその軸線方向へクラッデイング処理が行われたら、駆動装置２２を停止して駆動装置２６を駆動する。
【００５５】
そうすると、出力軸２５、ギア２７，３５、中空円筒体３３、中空軸４０，４４、軸継手４９、中空軸４８、ユニバーサルジョイント６４、中空軸６３、ユニバーサルジョイント６５、図示してない中空軸、ユニバーサルジョイント６６、中空円筒体５４、中空環状体８２、中空ミラー支持筒６１が円周方向へ若干回動し、このため、中空ミラー支持筒６１と一体的に反射ミラー６２も光軸Ｌ５を回転中心として僅かに中空ミラー支持筒６１の円周方向へ回動し、エルボ管６９内周面に対する反射ミラー６２の向きが変更される。なお、反射ミラー６２が回動しても光束中心点Ｏ１の位置は、集光レンズ５８の光軸Ｌ５上にあり、エルボ管６９の軸線Ｌ６は光束中心点Ｏ１で光軸Ｌ５と接触した状態となっている。
【００５６】
反射ミラー６２が所定量回動したら、駆動装置２６を停止し、駆動装置２２を再び駆動する。このため、回転テーブル２３は回転中心Ｏを基準として円周方向へ往復回動し、エルボ管６９も軸線方向へ往復回動する。
【００５７】
従って、図示してないレーザ発振装置からレーザ光６８を出射すると、レーザ光６８は光ファイバ６７を通って先端から集光レンズ５８に集光され、反射ミラー６２で９０度向きを変えられ、出射窓６１ａから出射されてエルボ管６９の内周面に塗布されている前処理層に照射され、エルボ管６９はその軸線方向へクラッデイング処理が施される。
【００５８】
エルボ管６９円周方向の２番目の位置においてその軸線方向へのクラッデイング処理が行われたら、駆動装置２２を停止させて駆動装置２６を駆動し、反射ミラー６２を所定量回動させてエルボ管６９内周面に対する反射ミラー６２の向きを変更し、駆動装置２６を停止させると共に駆動装置２２を駆動し、レーザ発信装置から出射されたレーザ光６８をエルボ管６９の内周面に塗布されている前処理層に照射し、エルボ管６９円周方向の３番目の位置におけるエルボ管６９軸線方向へのクラッデイング処理を行う。
【００５９】
このように、反射ミラー６２の向きを順次変更し、レーザ光６８を出射しつつ回転テーブル２３を往復回動させてエルボ管６９を軸線方向へ往復動させることにより、エルボ管６９内周面全体のクラッデイング処理が行われる。
【００６０】
本発明の実施の形態例においては、エルボ管６９のような曲った管の内周面に対するクラッデイング処理が可能となり、従ってエルボ管６９内周面の耐蝕性が向上して使用期間を長期間とすることができる。
【００６１】
なお、本発明は前述の実施の形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明のレーザクラッデイング装置によれば、エルボ管のごとき曲った管の内周面にクラッデイング処理を施すことができ、従って曲った管の耐蝕性が向上してその使用期間を長期にすることができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のレーザクラッデイング装置の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１のケーシング近傍部の拡大平断面図である。
【図３】図１の中空ミラー支持筒及びその後方に接続される中空円筒体の部分の拡大平断面図である。
【図４】図３の中空ミラー支持筒近傍の拡大平断面図である。
【図５】従来のレーザクラッデイング装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
２３  回転テーブル
４０  中空軸（回転機構）
４４  中空軸（回転機構）
４８  中空軸（回転機構）
４９  軸継手（回転機構）
５４  中空円筒体（回転機構）
５８  集光レンズ
６１  中空ミラー支持筒（回転機構）
６２  反射ミラー
６３  中空軸（回転機構）
６４  ユニバーサルジョイント（回転機構）
６５  ユニバーサルジョイント（回転機構）
６６  ユニバーサルジョイント（回転機構）
６７  光ファイバ
６８  レーザ光
６９  エルボ管（管）
８２  中空環状体（回転機構）
Ｏ    回転中心
【図１】
0003777663.tif 000002
【図２】
0003777663.tif 000003
【図３】
0003777663.tif 000004
【図４】
0003777663.tif 000005
【図５】
0003777663.tif 000006