JP2912993B2 - 水中加工装置 - Google Patents
水中加工装置Info
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- JP2912993B2 JP2912993B2 JP5283100A JP28310093A JP2912993B2 JP 2912993 B2 JP2912993 B2 JP 2912993B2 JP 5283100 A JP5283100 A JP 5283100A JP 28310093 A JP28310093 A JP 28310093A JP 2912993 B2 JP2912993 B2 JP 2912993B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
- B23K26/1224—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in vacuum
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水中で切断、研削、溶
接、表面処理などの加工を行なう装置に関するもので、
原子力装置、船舶、マリン装置、橋梁などの関連機器の
設置、修理、加工に適用できる。
接、表面処理などの加工を行なう装置に関するもので、
原子力装置、船舶、マリン装置、橋梁などの関連機器の
設置、修理、加工に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】従来、水中で金属や非金属を加工する場
合、例えば水中溶接での場合は作業者が水中に潜り被覆
アーク溶接している例が公知である。また、加工部分の
水を局部的に排除した空間を作り、その空間の中で加工
を行う局部シールド法が公知である。該局部シールド法
による公知例として、特開昭49−27455号公報、特開昭4
9−79939号公報、特開昭49−98746号公報、特開昭54−1
31549号公報、特開昭54−85146号公報などが開示されて
いる。この局部シールド法ではシールド内の圧力、温
度、湿度が加工部の品質に大きく影響する。しかし、前
記、開示例ではシールド内の圧力、温度、湿度、音、酸
素濃度、窒素濃度、プラズマ濃度等の環境量を水中外で
監視し、かつ、シールド内の該環境量を水中外から任意
の値に制御できる例は見られない。さらに、シールド内
の加工状態を光学的に監視する水中溶接法として、特開
昭54−33244号公報に開示例があるが、前記、圧力、温
度、湿度、音、酸素濃度、窒素濃度、プラズマ濃度のい
ずれかの情報と合せてシールド内を光学的に監視できる
例は見られない。
合、例えば水中溶接での場合は作業者が水中に潜り被覆
アーク溶接している例が公知である。また、加工部分の
水を局部的に排除した空間を作り、その空間の中で加工
を行う局部シールド法が公知である。該局部シールド法
による公知例として、特開昭49−27455号公報、特開昭4
9−79939号公報、特開昭49−98746号公報、特開昭54−1
31549号公報、特開昭54−85146号公報などが開示されて
いる。この局部シールド法ではシールド内の圧力、温
度、湿度が加工部の品質に大きく影響する。しかし、前
記、開示例ではシールド内の圧力、温度、湿度、音、酸
素濃度、窒素濃度、プラズマ濃度等の環境量を水中外で
監視し、かつ、シールド内の該環境量を水中外から任意
の値に制御できる例は見られない。さらに、シールド内
の加工状態を光学的に監視する水中溶接法として、特開
昭54−33244号公報に開示例があるが、前記、圧力、温
度、湿度、音、酸素濃度、窒素濃度、プラズマ濃度のい
ずれかの情報と合せてシールド内を光学的に監視できる
例は見られない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】前記のごとく、局部的
に水が排除されたシールド内で加工を行う場合、該シー
ルド内の圧力、温度、湿度、酸素濃度、プラズマ濃度な
どの加工環境が被加工部の品質に大きく影響する。例え
ば、局部シールド方式を用いた溶接を例にすると、シー
ルド内の圧力が低下した場合はシールド内に水が浸入
し、溶接部の品質が低下する。また、シールド内の圧力
や温度の変化はアーク電圧の変動の原因となり、溶接部
の品質が低下する。さらに、加工中における圧力、湿
度、酸素濃度などの変動は溶接部に発生する気孔の発生
状態に影響し、この場合も溶接部の品質に大きく影響す
る。
に水が排除されたシールド内で加工を行う場合、該シー
ルド内の圧力、温度、湿度、酸素濃度、プラズマ濃度な
どの加工環境が被加工部の品質に大きく影響する。例え
ば、局部シールド方式を用いた溶接を例にすると、シー
ルド内の圧力が低下した場合はシールド内に水が浸入
し、溶接部の品質が低下する。また、シールド内の圧力
や温度の変化はアーク電圧の変動の原因となり、溶接部
の品質が低下する。さらに、加工中における圧力、湿
度、酸素濃度などの変動は溶接部に発生する気孔の発生
状態に影響し、この場合も溶接部の品質に大きく影響す
る。
【０００４】上記現象は溶接に限らず、レーザ熱源によ
って溶接や熱処理、切断などの加工を行う場合も同様の
問題が生じる。前記の他にレーザ加工の場合はシールド
内のプラズマ濃度もレーザ光の吸収率に影響し、加工品
質に関係する。
って溶接や熱処理、切断などの加工を行う場合も同様の
問題が生じる。前記の他にレーザ加工の場合はシールド
内のプラズマ濃度もレーザ光の吸収率に影響し、加工品
質に関係する。
【０００５】しかし、シールド内では加工に伴って大量
の熱や溶接ヒュームなどが発生するため、シールド内が
高温、高湿で、かつ、溶接ヒュームなどが多く、水中下
の、かつ、シールド内の加工環境の監視は、大気中の加
工の監視に比べて困難である。シールド内の光学的監視
の場合も同様である。このため、上記、情報を検知する
監視装置には特に冷却機能を付加するなどの熱的対策が
必要である。
の熱や溶接ヒュームなどが発生するため、シールド内が
高温、高湿で、かつ、溶接ヒュームなどが多く、水中下
の、かつ、シールド内の加工環境の監視は、大気中の加
工の監視に比べて困難である。シールド内の光学的監視
の場合も同様である。このため、上記、情報を検知する
監視装置には特に冷却機能を付加するなどの熱的対策が
必要である。
【０００６】本発明の課題は、水中のシールド内での加
工中に、加工品質に影響する環境条件を好ましい状態に
維持するにある。
工中に、加工品質に影響する環境条件を好ましい状態に
維持するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記のごとく、水中とい
う特殊な環境下では特にシールド内の加工環境を常に最
良に維持することが信頼性の高い加工を行う上で重要で
ある。しかし、シールド内は環境保持の面で条件が悪
く、かつ、外部からの監視が困難である。
う特殊な環境下では特にシールド内の加工環境を常に最
良に維持することが信頼性の高い加工を行う上で重要で
ある。しかし、シールド内は環境保持の面で条件が悪
く、かつ、外部からの監視が困難である。
【０００８】上記の課題は、水中という特殊な環境下で
もシールド内の圧力、温度、湿度、音、ガス濃度、プラ
ズマ濃度のうちのいずれか少なくとも一つを検知する検
知手段を配置することにより達成される。さらに、該検
知した信号をもとに、シールド内の圧力、温度、湿度、
ガス濃度、窒素濃度、プラズマ濃度を水中外から任意に
制御する装置を配置することにより、シールド内の加工
環境を良好な条件に維持できる。また、加工中のシール
ド内の音は加工状態の良否を判定する情報源の一つとし
て有効である。また、シールド内の加工状態に関する視
覚的情報は、シールド内またはシールド外に光学的監視
装置を配置することにより検出できる。さらに、溶接の
場合は、溶接中のアーク電圧、電流を水中外から監視す
ることにより、溶接が最適な条件で行われているかどう
か判断できる。
もシールド内の圧力、温度、湿度、音、ガス濃度、プラ
ズマ濃度のうちのいずれか少なくとも一つを検知する検
知手段を配置することにより達成される。さらに、該検
知した信号をもとに、シールド内の圧力、温度、湿度、
ガス濃度、窒素濃度、プラズマ濃度を水中外から任意に
制御する装置を配置することにより、シールド内の加工
環境を良好な条件に維持できる。また、加工中のシール
ド内の音は加工状態の良否を判定する情報源の一つとし
て有効である。また、シールド内の加工状態に関する視
覚的情報は、シールド内またはシールド外に光学的監視
装置を配置することにより検出できる。さらに、溶接の
場合は、溶接中のアーク電圧、電流を水中外から監視す
ることにより、溶接が最適な条件で行われているかどう
か判断できる。
【０００９】
【作用】水中のシールド内の圧力、温度、湿度、音、ガ
ス濃度、プラズマ濃度は、該シールド内に配置された検
知手段により検出され、電気信号として水中外に出力さ
れ、水中外の表示手段に表示される。また、該出力され
た電気信号を入力として、前記圧力、温度、湿度、音、
酸素濃度、窒素濃度、プラズマ濃度の少なくとも一つを
制御する制御装置を配置することにより、水中外から任
意の値に制御できる。具体的には、該電気信号と予め設
定した電気信号とを比較し、得られた偏差に応じて前記
制御装置の制御量を調整することにより、水中外から手
動または自動で制御できる。なお、該電気信号の比較は
増幅回路により可能である。例えば圧力の制御は、該シ
ールド内の圧力を検知する検知器と、シールド外の水圧
を検知する圧力検知器と、両者の圧力信号を比較する手
段並びに両者の圧力信号の差分が予め設定した値になる
ように水中外からシールド内の圧力を任意の値に制御す
る手段を備えることにより実現される。この場合、シー
ルド外の圧力を検知する圧力検知器の圧力検知部の水面
からの垂直距離が、シールド内に設置された圧力検知器
の圧力検知部の水面からの垂直距離と常に同じになるよ
うに、これら二つの圧力検知器の圧力検知部は深さ方向
には連動して移動することが望ましい。また、シールド
内の視覚的情報は、シールド内またはシールド外に光学
的監視装置を配置することにより得られる。
ス濃度、プラズマ濃度は、該シールド内に配置された検
知手段により検出され、電気信号として水中外に出力さ
れ、水中外の表示手段に表示される。また、該出力され
た電気信号を入力として、前記圧力、温度、湿度、音、
酸素濃度、窒素濃度、プラズマ濃度の少なくとも一つを
制御する制御装置を配置することにより、水中外から任
意の値に制御できる。具体的には、該電気信号と予め設
定した電気信号とを比較し、得られた偏差に応じて前記
制御装置の制御量を調整することにより、水中外から手
動または自動で制御できる。なお、該電気信号の比較は
増幅回路により可能である。例えば圧力の制御は、該シ
ールド内の圧力を検知する検知器と、シールド外の水圧
を検知する圧力検知器と、両者の圧力信号を比較する手
段並びに両者の圧力信号の差分が予め設定した値になる
ように水中外からシールド内の圧力を任意の値に制御す
る手段を備えることにより実現される。この場合、シー
ルド外の圧力を検知する圧力検知器の圧力検知部の水面
からの垂直距離が、シールド内に設置された圧力検知器
の圧力検知部の水面からの垂直距離と常に同じになるよ
うに、これら二つの圧力検知器の圧力検知部は深さ方向
には連動して移動することが望ましい。また、シールド
内の視覚的情報は、シールド内またはシールド外に光学
的監視装置を配置することにより得られる。
【００１０】シールド内部は大気中での加工部の監視に
許容される場所に比べて狭く、かつ、比較的に高圧、高
温、高湿の悪条件のため、各検知器及び光学的監視装置
はできるかぎり小型で、かつ、前記高圧、高温、高湿の
悪条件に長期間の間、安定して耐えるものが望ましい。
特にシールド内は高温になるため、冷却機能を有する検
知器が望ましい。さらに、原子炉装置に適用する場合は
放射線に対しても損傷が少ない機能が付加されているこ
とが望ましい。
許容される場所に比べて狭く、かつ、比較的に高圧、高
温、高湿の悪条件のため、各検知器及び光学的監視装置
はできるかぎり小型で、かつ、前記高圧、高温、高湿の
悪条件に長期間の間、安定して耐えるものが望ましい。
特にシールド内は高温になるため、冷却機能を有する検
知器が望ましい。さらに、原子炉装置に適用する場合は
放射線に対しても損傷が少ない機能が付加されているこ
とが望ましい。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。 〔実施例１〕本発明の水中加工装置の実施例として、原
子炉装置内における水中アーク溶接加工の場合について
具体的に説明する。図１に水面下20ｍの原子炉装置内の
水中における被溶接材1を溶接するTIG溶接法による水中
溶接装置の一例を示す。図１に示す水中溶接装置は、大
気中に配置される電源部100と、該電源部100に接続され
水中に配置される水中加工部200と、同じく電源部100に
接続され大気中に配置される制御部300とを含んで構成
されている。
する。 〔実施例１〕本発明の水中加工装置の実施例として、原
子炉装置内における水中アーク溶接加工の場合について
具体的に説明する。図１に水面下20ｍの原子炉装置内の
水中における被溶接材1を溶接するTIG溶接法による水中
溶接装置の一例を示す。図１に示す水中溶接装置は、大
気中に配置される電源部100と、該電源部100に接続され
水中に配置される水中加工部200と、同じく電源部100に
接続され大気中に配置される制御部300とを含んで構成
されている。
【００１２】電源部100は、TIG溶接電源2と、該TIG溶接
電源2に接続されたガス制御装置18と、該ガス制御装置1
8に接続されＮ2ガスを供給するガス源27とを含んで構成
されている。水中加工部200は、被溶接材1に接する大径
側が開放され他端が密閉されたほぼ円錐台形のシールド
８と、該シールド８内に配置され前記TIG溶接電源2に接
続された溶接トーチ４と、前記TIG溶接電源2とガス制御
装置18とを介して前記シールド８内部とガス源27とを連
通するガスホース７と、シールド８壁面の開口を貫通す
るように配置されそれぞれシールド内の圧力、酸素濃
度、窒素濃度を検出する圧力検知器9，酸素濃度検知器2
2，窒素濃度検知器28と、を含んで構成されている。シ
ールド8の被溶接材1と接する部分は炭素繊維で形成さ
れ、他の部分は金属性材料で形成されている。また、シ
ールド8の圧力検知器9が配置される部分には、外側に円
筒状の突出部が設けられ、圧力検知器9は該突出部の内
部に配置されている。
電源2に接続されたガス制御装置18と、該ガス制御装置1
8に接続されＮ2ガスを供給するガス源27とを含んで構成
されている。水中加工部200は、被溶接材1に接する大径
側が開放され他端が密閉されたほぼ円錐台形のシールド
８と、該シールド８内に配置され前記TIG溶接電源2に接
続された溶接トーチ４と、前記TIG溶接電源2とガス制御
装置18とを介して前記シールド８内部とガス源27とを連
通するガスホース７と、シールド８壁面の開口を貫通す
るように配置されそれぞれシールド内の圧力、酸素濃
度、窒素濃度を検出する圧力検知器9，酸素濃度検知器2
2，窒素濃度検知器28と、を含んで構成されている。シ
ールド8の被溶接材1と接する部分は炭素繊維で形成さ
れ、他の部分は金属性材料で形成されている。また、シ
ールド8の圧力検知器9が配置される部分には、外側に円
筒状の突出部が設けられ、圧力検知器9は該突出部の内
部に配置されている。
【００１３】制御部300は、圧力検知器9に接続され入力
された圧力信号をアナログ表示する圧力監視器11と、前
記圧力検知器9と水面からの垂直距離が同じである位置
に常に位置するように前記圧力検知器9と連動して深さ
方向に移動して水圧を検出する圧力検知器10と、該圧力
検知器10に接続され入力された圧力信号をアナログ表示
する圧力監視器12と、圧力監視器11，12への入力が入力
され両者の差である差分信号14が出力される比較器13
と、基準信号を出力する基準信号発生部15と、差分信号
14と基準信号が入力され比較信号17を出力する比較器16
と、を含んで構成されている。前記酸素濃度検知器22，
窒素濃度検知器28に接続して酸素濃度表示器，窒素濃度
表示器が設けられるが、図示を省略した。
された圧力信号をアナログ表示する圧力監視器11と、前
記圧力検知器9と水面からの垂直距離が同じである位置
に常に位置するように前記圧力検知器9と連動して深さ
方向に移動して水圧を検出する圧力検知器10と、該圧力
検知器10に接続され入力された圧力信号をアナログ表示
する圧力監視器12と、圧力監視器11，12への入力が入力
され両者の差である差分信号14が出力される比較器13
と、基準信号を出力する基準信号発生部15と、差分信号
14と基準信号が入力され比較信号17を出力する比較器16
と、を含んで構成されている。前記酸素濃度検知器22，
窒素濃度検知器28に接続して酸素濃度表示器，窒素濃度
表示器が設けられるが、図示を省略した。
【００１４】アーク3の発生原である溶接トーチ4の部分
を内蔵する水中加工部だけが水中ロボットによって水中
の加工位置に配置され、ガス源27からシールド8内にN2
ガスが供給される。N2ガスの供給によりシールド内の圧
力が外部の水圧よりも高くなり、シールド内の底部（被
溶接材面上）に残っていた水はシールドの下端と被溶接
材の間からシールド外に排除される。溶接トーチ4及び
被溶接材1の溶接部5は水と接触しないように、局部的に
水が排除（シールド）されたシールド8内に配置され
る。加工環境6から水を局部的に排除する方法としては
ガス、水、を吹き出すことにより水を排除する方法、固
体壁を用いて水の進入を防ぐ方法などがあるが、本実施
例では、カーボン繊維と金属からなるシールド（固体
壁）8とN2ガスとの併用によるシールド方式を適用し
た。この場合のガス源27からシールド8に流入するN2ガ
スの流量は100ｌ／minであった。
を内蔵する水中加工部だけが水中ロボットによって水中
の加工位置に配置され、ガス源27からシールド8内にN2
ガスが供給される。N2ガスの供給によりシールド内の圧
力が外部の水圧よりも高くなり、シールド内の底部（被
溶接材面上）に残っていた水はシールドの下端と被溶接
材の間からシールド外に排除される。溶接トーチ4及び
被溶接材1の溶接部5は水と接触しないように、局部的に
水が排除（シールド）されたシールド8内に配置され
る。加工環境6から水を局部的に排除する方法としては
ガス、水、を吹き出すことにより水を排除する方法、固
体壁を用いて水の進入を防ぐ方法などがあるが、本実施
例では、カーボン繊維と金属からなるシールド（固体
壁）8とN2ガスとの併用によるシールド方式を適用し
た。この場合のガス源27からシールド8に流入するN2ガ
スの流量は100ｌ／minであった。
【００１５】また、圧力検知器は半導体方式を採用し、
500℃の温度まで耐えるように、圧力検知器冷却用のＮ2
ガスを吹き出す構造とした。前述のように、圧力検知器
9はシールド8に形成された円筒状の突出部内に納められ
ているので、シールド自体の径を大きくすることなく、
溶接部と圧力検知器の間隔を広げることが可能となり、
溶接部からの輻射熱の影響を少なくしてある。なお、本
実施例では、シールド内に酸素及び窒素濃度検知器も設
置し、各濃度を監視した。
500℃の温度まで耐えるように、圧力検知器冷却用のＮ2
ガスを吹き出す構造とした。前述のように、圧力検知器
9はシールド8に形成された円筒状の突出部内に納められ
ているので、シールド自体の径を大きくすることなく、
溶接部と圧力検知器の間隔を広げることが可能となり、
溶接部からの輻射熱の影響を少なくしてある。なお、本
実施例では、シールド内に酸素及び窒素濃度検知器も設
置し、各濃度を監視した。
【００１６】前記方法により、局部的に水が排除された
シールド内には圧力検知器9が設置され、シールド内の
圧力は電気信号として検知、出力される。シールド外の
水中に設置された圧力検知器10はシールド内の圧力検知
器9と水面からの深さが常に同じ深さになるように移動
され、これによって、シールド内の圧力信号とシールド
外の圧力信号は大気中に配置された圧力監視器11，12で
各々監視できる。ここで、シールド内の圧力がシールド
外の圧力に比べて大きい場合にシールド内に水が浸入し
ないことを、また、等しいかまたはわずかでも小さい場
合はシールド内に水が浸入することを大気中で監視でき
る。前記、圧力信号をもとに、シールド内の圧力が低下
した場合はガス源27からシールド8に流入するＮ2ガスの
流量を増加し、シールド内の圧力を増加することにより
シールド内への水の浸入を防止できる。例えば、シール
ド内の圧力がシールド外の圧力に比べて0.001気圧大き
いだけでもシールド内に水が浸入しない。
シールド内には圧力検知器9が設置され、シールド内の
圧力は電気信号として検知、出力される。シールド外の
水中に設置された圧力検知器10はシールド内の圧力検知
器9と水面からの深さが常に同じ深さになるように移動
され、これによって、シールド内の圧力信号とシールド
外の圧力信号は大気中に配置された圧力監視器11，12で
各々監視できる。ここで、シールド内の圧力がシールド
外の圧力に比べて大きい場合にシールド内に水が浸入し
ないことを、また、等しいかまたはわずかでも小さい場
合はシールド内に水が浸入することを大気中で監視でき
る。前記、圧力信号をもとに、シールド内の圧力が低下
した場合はガス源27からシールド8に流入するＮ2ガスの
流量を増加し、シールド内の圧力を増加することにより
シールド内への水の浸入を防止できる。例えば、シール
ド内の圧力がシールド外の圧力に比べて0.001気圧大き
いだけでもシールド内に水が浸入しない。
【００１７】一方、シールド内外の圧力信号は比較器13
によりその差分が比較増幅され、差分信号14として出力
される。その差分信号14は基準信号発生部15から出力さ
れる予め設定された基準信号15Aと比較器16により比較
され、比較結果は比較信号17として出力される。ガス制
御装置18は、この比較信号17を入力として、該差分信号
14が予め設定された基準信号15Aより常に大きくなるよ
うにシールド内の圧力を自動的に制御する。前記方法に
よってシールド内への水の浸入を自動的に防止できる。
したがって、水中下においても安定した溶接が可能とな
り、信頼性の高い溶接部が得られる。本実施例では、酸
素濃度、窒素濃度が検出されるが、その他に、加工条件
や材料の種別により、水素濃度、ＣＯ2ガス濃度や、そ
れらの組合せの濃度を検出するようにしてもよい。
によりその差分が比較増幅され、差分信号14として出力
される。その差分信号14は基準信号発生部15から出力さ
れる予め設定された基準信号15Aと比較器16により比較
され、比較結果は比較信号17として出力される。ガス制
御装置18は、この比較信号17を入力として、該差分信号
14が予め設定された基準信号15Aより常に大きくなるよ
うにシールド内の圧力を自動的に制御する。前記方法に
よってシールド内への水の浸入を自動的に防止できる。
したがって、水中下においても安定した溶接が可能とな
り、信頼性の高い溶接部が得られる。本実施例では、酸
素濃度、窒素濃度が検出されるが、その他に、加工条件
や材料の種別により、水素濃度、ＣＯ2ガス濃度や、そ
れらの組合せの濃度を検出するようにしてもよい。
【００１８】上記、実施例はTIG溶接の場合であるが、T
IG溶接の場合にかぎらず、レーザ溶接、レーザ表面改
質、レーザ切断などの場合にも適用できる。
IG溶接の場合にかぎらず、レーザ溶接、レーザ表面改
質、レーザ切断などの場合にも適用できる。
【００１９】〔実施例 2〕図2は水中において、レーザ
熱源19によって被加工材1の表面を熱処理する場合の水
中加工部の例を示す。図示の水中加工部は、被加工材1
に接する大径側が開放され他端が密閉されたほぼ円錐台
形のシールド8と、該シールド8内の小径端側に配置され
た集光レンズ29と、該集光レンズよりも大径端側のシー
ルド8壁面に形成されたN2ガス供給用ノズル30と、シー
ルド８壁面の開口を貫通するように配置されそれぞれシ
ールド内の圧力、温度、湿度、酸素濃度、窒素濃度を検
出する圧力検知器9，温度検知器20、湿度検知器21、酸
素濃度検知器22，窒素濃度検知器28と、を含んで構成さ
れている。シールド8の被溶接材1と接する部分は炭素繊
維で形成され、他の部分は金属性材料で形成されてい
る。本実施例における各検知器は300℃までの温度に耐
えるようＮ2ガスによる冷却を行う構造とした。また、
各検知器の直径は10mm以下とした。さらに、原子炉内の
水中下で適用した場合に中性子照射を受けた場合でも長
時間性能が低下することのないよう、中性子照射に対す
る遮蔽手段が付加されている。
熱源19によって被加工材1の表面を熱処理する場合の水
中加工部の例を示す。図示の水中加工部は、被加工材1
に接する大径側が開放され他端が密閉されたほぼ円錐台
形のシールド8と、該シールド8内の小径端側に配置され
た集光レンズ29と、該集光レンズよりも大径端側のシー
ルド8壁面に形成されたN2ガス供給用ノズル30と、シー
ルド８壁面の開口を貫通するように配置されそれぞれシ
ールド内の圧力、温度、湿度、酸素濃度、窒素濃度を検
出する圧力検知器9，温度検知器20、湿度検知器21、酸
素濃度検知器22，窒素濃度検知器28と、を含んで構成さ
れている。シールド8の被溶接材1と接する部分は炭素繊
維で形成され、他の部分は金属性材料で形成されてい
る。本実施例における各検知器は300℃までの温度に耐
えるようＮ2ガスによる冷却を行う構造とした。また、
各検知器の直径は10mm以下とした。さらに、原子炉内の
水中下で適用した場合に中性子照射を受けた場合でも長
時間性能が低下することのないよう、中性子照射に対す
る遮蔽手段が付加されている。
【００２０】本実施例におけるシールドもカーボン繊維
からなるシールド（固体壁）8とN2ガス7との併用による
シールド方式を適用した。この場合のN2ガスの流量は10
0ｌ／minである。また、レーザ光源としてはＹＡＧレー
ザを用い、該レーザ光を光ファイバーによって被加工部
分（シールド）まで送光した。該レーザ光19と同方向か
らArガスを送給しながら熱処理を行った。
からなるシールド（固体壁）8とN2ガス7との併用による
シールド方式を適用した。この場合のN2ガスの流量は10
0ｌ／minである。また、レーザ光源としてはＹＡＧレー
ザを用い、該レーザ光を光ファイバーによって被加工部
分（シールド）まで送光した。該レーザ光19と同方向か
らArガスを送給しながら熱処理を行った。
【００２１】上記機能によって、シールド内の圧力、温
度、湿度、酸素濃度は電気信号として水中外から監視で
きる。さらに、上記電気信号をもとに、実施例1と同様
の方式によってシールド内の圧力を水中外から任意に制
御できる。温度、湿度などの環境条件については、シー
ルドに供給するガスの温度を制御することによって制御
できる。したがって、水中下においても安定した熱処理
が可能となり、原子力装置の炉内機器の熱処理に適用し
た場合でも信頼性の高い加工部が得られる。なお、本実
施例では、シールド内の圧力、温度、湿度、酸素及び窒
素濃度を検知する検知器が設けられているが、水中外の
表示装置や、それらが出力する信号を入力として動作す
る各制御手段（制御部）及び電源部は前記実施例１とほ
ぼ同様であるので、図面の記載並びに説明を省略した。
度、湿度、酸素濃度は電気信号として水中外から監視で
きる。さらに、上記電気信号をもとに、実施例1と同様
の方式によってシールド内の圧力を水中外から任意に制
御できる。温度、湿度などの環境条件については、シー
ルドに供給するガスの温度を制御することによって制御
できる。したがって、水中下においても安定した熱処理
が可能となり、原子力装置の炉内機器の熱処理に適用し
た場合でも信頼性の高い加工部が得られる。なお、本実
施例では、シールド内の圧力、温度、湿度、酸素及び窒
素濃度を検知する検知器が設けられているが、水中外の
表示装置や、それらが出力する信号を入力として動作す
る各制御手段（制御部）及び電源部は前記実施例１とほ
ぼ同様であるので、図面の記載並びに説明を省略した。
【００２２】〔実施例 3〕図３は水中において、MIG溶
接法によって溶接する場合の水中加工部を示す。図３に
示す水中加工部は、溶接トーチ4を内蔵するカーボン繊
維からなるシールド（固体壁）8と、該シールド8の壁面
に装着されて該シールド内の圧力、温度及び音をそれぞ
れ検知する圧力検知器9、温度検知器20、及び音波検知
器23と、シールド8外面に固定された監視カメラと該監
視カメラに接続されたビデオモニタ（図示せず）を含ん
でなる光学的監視装置24とを含んで構成されている。音
波検知器は水中外の図示されていないスピーカに接続さ
れ、溶接中の音を聞けるようにしてある。本実施例にお
いても前記実施例１，２と同様に、溶接部5が水と接触
しないように、カーボン繊維からなるシールド（固体
壁）8とＮ2ガスとの併用によるシールド方式によって溶
接部に空間が維持されるようになっている。また、シー
ルド壁面の一部はアクリル樹脂製の透明な固体で構成さ
れており、シールド内はこの透明なアクリル樹脂を通し
て前記監視カメラによって観察される。なお、監視カメ
ラとシールド8壁面との距離は30mmである。シールド8内
には図示されていないがシールド用のＮ2ガスが供給さ
れるようになっており、その流量は50ｌ／minである。
なお、電源部及び制御部については、前記第１の実施例
とほぼ同様の構成であるので、図面の記載ならびに説明
を省略した。
接法によって溶接する場合の水中加工部を示す。図３に
示す水中加工部は、溶接トーチ4を内蔵するカーボン繊
維からなるシールド（固体壁）8と、該シールド8の壁面
に装着されて該シールド内の圧力、温度及び音をそれぞ
れ検知する圧力検知器9、温度検知器20、及び音波検知
器23と、シールド8外面に固定された監視カメラと該監
視カメラに接続されたビデオモニタ（図示せず）を含ん
でなる光学的監視装置24とを含んで構成されている。音
波検知器は水中外の図示されていないスピーカに接続さ
れ、溶接中の音を聞けるようにしてある。本実施例にお
いても前記実施例１，２と同様に、溶接部5が水と接触
しないように、カーボン繊維からなるシールド（固体
壁）8とＮ2ガスとの併用によるシールド方式によって溶
接部に空間が維持されるようになっている。また、シー
ルド壁面の一部はアクリル樹脂製の透明な固体で構成さ
れており、シールド内はこの透明なアクリル樹脂を通し
て前記監視カメラによって観察される。なお、監視カメ
ラとシールド8壁面との距離は30mmである。シールド8内
には図示されていないがシールド用のＮ2ガスが供給さ
れるようになっており、その流量は50ｌ／minである。
なお、電源部及び制御部については、前記第１の実施例
とほぼ同様の構成であるので、図面の記載ならびに説明
を省略した。
【００２３】上記構成により、シールド内の圧力、湿
度、音波は電気信号として水中外から監視できる。さら
に、上記電気信号をもとに、実施例１，２と同様の方式
によってシールド内の環境を水中外から任意に制御でき
る。
度、音波は電気信号として水中外から監視できる。さら
に、上記電気信号をもとに、実施例１，２と同様の方式
によってシールド内の環境を水中外から任意に制御でき
る。
【００２４】光学的監視装置24の監視カメラには、外径
10mmの固体撮像管方式のCCDカメラを用いた。本CCDカメ
ラの先端には自動的にフィルターを交換する手段が設け
られている。これによって、溶接前の開先位置や溶接中
のアーク、溶融プールを水中外から監視できる。なお、
本実施例では音波検知器も設置されているため、溶接中
のアーク音を監視し、アーク音からも溶接状態の良否を
判定できる。
10mmの固体撮像管方式のCCDカメラを用いた。本CCDカメ
ラの先端には自動的にフィルターを交換する手段が設け
られている。これによって、溶接前の開先位置や溶接中
のアーク、溶融プールを水中外から監視できる。なお、
本実施例では音波検知器も設置されているため、溶接中
のアーク音を監視し、アーク音からも溶接状態の良否を
判定できる。
【００２５】前記方法によってシールド内への水の浸入
を自動的に防止できる。さらに、シールド内の作業環境
及び加工状態を監視しながら作業ができるため、水中下
においても安定した溶接が可能となり、信頼性の高い溶
接部が得られる。したがって、本加工装置を原子力装置
の炉内機器の溶接や切断、熱処理などに適用することに
より信頼性の高い加工部が得られる。
を自動的に防止できる。さらに、シールド内の作業環境
及び加工状態を監視しながら作業ができるため、水中下
においても安定した溶接が可能となり、信頼性の高い溶
接部が得られる。したがって、本加工装置を原子力装置
の炉内機器の溶接や切断、熱処理などに適用することに
より信頼性の高い加工部が得られる。
【００２６】〔実施例 4〕図４は水中において、レーザ
を熱源として溶接する加工装置の水中加工部を示す。電
源部や制御部は前記核実施例とほぼ同様の構成であるの
で図示及び説明を省略してある。図示の水中加工部は、
水の噴出圧力を利用した流体シールド方式で、一端が開
放され他端が密閉された二重円筒状のケーシング31と、
該ケーシング31の密閉端側に内装された集光レンズ29
と、ケーシング31の集光レンズ29より開放端側の壁面に
形成されたＡrガス供給用ノズル32と、ケーシング31の
内周面に配置された圧力検知器9と、同じくケーシング3
1の内周面に配置されたプラズマ濃度検知器25及び光学
的監視装置24とを含んで構成されている。
を熱源として溶接する加工装置の水中加工部を示す。電
源部や制御部は前記核実施例とほぼ同様の構成であるの
で図示及び説明を省略してある。図示の水中加工部は、
水の噴出圧力を利用した流体シールド方式で、一端が開
放され他端が密閉された二重円筒状のケーシング31と、
該ケーシング31の密閉端側に内装された集光レンズ29
と、ケーシング31の集光レンズ29より開放端側の壁面に
形成されたＡrガス供給用ノズル32と、ケーシング31の
内周面に配置された圧力検知器9と、同じくケーシング3
1の内周面に配置されたプラズマ濃度検知器25及び光学
的監視装置24とを含んで構成されている。
【００２７】ケーシング31内部にはシールド水流路31が
環状に形成されており、該ケーシング31の開放端側端面
には、前記シールド水流路31に連通されてシールド用の
水をケーシング軸線に対して斜め外方に放出するシール
ド水ノズル31Bが環状に形成されている。プラズマ濃度
検出器25はシールド内の電離電圧によってプラズマ濃度
を検出する構成のものである。光学的監視装置24は、外
径10mmの固体撮像管方式のCCDカメラで、カメラの先端
には自動的にフィルターを交換できる手段が設けられて
いる。圧力検知器9、プラズマ濃度検知器25とCCDカメラ
がレーザ19の方向とほぼ平行に配置されている。光学的
監視装置24のCCDカメラと被溶接材１表面との距離は50m
mである。シールド用の水の流量は150ｌ／minである。
環状に形成されており、該ケーシング31の開放端側端面
には、前記シールド水流路31に連通されてシールド用の
水をケーシング軸線に対して斜め外方に放出するシール
ド水ノズル31Bが環状に形成されている。プラズマ濃度
検出器25はシールド内の電離電圧によってプラズマ濃度
を検出する構成のものである。光学的監視装置24は、外
径10mmの固体撮像管方式のCCDカメラで、カメラの先端
には自動的にフィルターを交換できる手段が設けられて
いる。圧力検知器9、プラズマ濃度検知器25とCCDカメラ
がレーザ19の方向とほぼ平行に配置されている。光学的
監視装置24のCCDカメラと被溶接材１表面との距離は50m
mである。シールド用の水の流量は150ｌ／minである。
【００２８】上記構成の水中加工部においては、シール
ド水ノズル31Bから噴出する水が円錐形の幕（流体シー
ルド）26となって前記１〜３の実施例におけるシールド
8の役を務め、ケーシング31及び該流体シールド26内部
（以下シールド内という）の水はＡrガス供給用ノズル3
2を経て供給されるＡrガスの圧力により前記流体シール
ド26の外に排除される。図示されていない水中外のレー
ザ源から送られるレーザ19は、集光レンズ29を通って被
溶接材１の被加工部に集中され、この熱により溶接が行
われる。溶接はＡrガスでシールド内を満たした状態
で、該Ａrガスの圧力でヒュームや水をシールド外に排
除しながら行う。シールド内の圧力、プラズマ濃度は電
気信号として水中外から監視される。さらに、上記電気
信号をもとに、実施例１と同様の方式によってシールド
内の圧力、プラズマ濃度などの環境条件を水中外から任
意に制御できる。また、溶接前の開先位置とレーザの集
光点の位置関係や溶接中のアーク、溶融プールを水中外
から視覚的に監視できる。
ド水ノズル31Bから噴出する水が円錐形の幕（流体シー
ルド）26となって前記１〜３の実施例におけるシールド
8の役を務め、ケーシング31及び該流体シールド26内部
（以下シールド内という）の水はＡrガス供給用ノズル3
2を経て供給されるＡrガスの圧力により前記流体シール
ド26の外に排除される。図示されていない水中外のレー
ザ源から送られるレーザ19は、集光レンズ29を通って被
溶接材１の被加工部に集中され、この熱により溶接が行
われる。溶接はＡrガスでシールド内を満たした状態
で、該Ａrガスの圧力でヒュームや水をシールド外に排
除しながら行う。シールド内の圧力、プラズマ濃度は電
気信号として水中外から監視される。さらに、上記電気
信号をもとに、実施例１と同様の方式によってシールド
内の圧力、プラズマ濃度などの環境条件を水中外から任
意に制御できる。また、溶接前の開先位置とレーザの集
光点の位置関係や溶接中のアーク、溶融プールを水中外
から視覚的に監視できる。
【００２９】前記方法によって、シールド内への水の浸
入を自動的に防止できるばかりでなく、シールド内の環
境および加工中の状態を監視しながら作業ができるた
め、水中下においても安定した溶接が可能となり、信頼
性の高い溶接部が得られる。したがって、本加工装置を
原子力装置の炉内機器や船舶の溶接や切断、熱処理など
に適用すれば信頼性の高い加工部が得られる。
入を自動的に防止できるばかりでなく、シールド内の環
境および加工中の状態を監視しながら作業ができるた
め、水中下においても安定した溶接が可能となり、信頼
性の高い溶接部が得られる。したがって、本加工装置を
原子力装置の炉内機器や船舶の溶接や切断、熱処理など
に適用すれば信頼性の高い加工部が得られる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、シールド内の環境条件
を水中外で検出できるので、検出された環境条件をもと
にシールド内の環境条件を加工に適した状態に調整する
ことが可能となり、加工品質を向上させる効果がある。
を水中外で検出できるので、検出された環境条件をもと
にシールド内の環境条件を加工に適した状態に調整する
ことが可能となり、加工品質を向上させる効果がある。
【図１】本発明の第１の実施例の主要構成を示す概念図
である。
である。
【図２】本発明の第２の実施例の部分の構成を示す断面
図である。
図である。
【図３】本発明の第３の実施例の部分の構成を示す断面
図である。
図である。
【図４】本発明の第４の実施例の部分の構成を示す断面
図である。
図である。
１ 被加工材 ２ TIG溶接電源 ３ アーク ４ 溶接トーチ ５ 溶接部 ６ シールド内 ７ ガスホース ８ シールド ９ 圧力検知器 １０ 圧力検知器 １１，１２ 圧力監視器 １３ 比較器 １４ 差分信号 １５ 基準信号発生
部 １５Ａ 基準信号 １６ 比較器 １７ 比較信号 １８ ガス制御装置 １９ レーザ光 ２０ 温度検知器 ２１ 湿度検知器 ２２ 酸素濃度検知
器 ２３ 音波検知器 ２４ 光学的監視装
置 ２５ プラズマ濃度検知器 ２６ 流体シールド ２７ ガス源 ２８ 窒素濃度検出
器 ２９ 集光レンズ ３０ Ｎ2ガス供給
用ノズル ３１ ケーシング ３１Ａ シールド水
流路 ３１Ｂ シールド水ノズル ３２ Ａrガス供給
用ノズル １００ 電源部 ２００ 水中加工部 ３００ 制御部
部 １５Ａ 基準信号 １６ 比較器 １７ 比較信号 １８ ガス制御装置 １９ レーザ光 ２０ 温度検知器 ２１ 湿度検知器 ２２ 酸素濃度検知
器 ２３ 音波検知器 ２４ 光学的監視装
置 ２５ プラズマ濃度検知器 ２６ 流体シールド ２７ ガス源 ２８ 窒素濃度検出
器 ２９ 集光レンズ ３０ Ｎ2ガス供給
用ノズル ３１ ケーシング ３１Ａ シールド水
流路 ３１Ｂ シールド水ノズル ３２ Ａrガス供給
用ノズル １００ 電源部 ２００ 水中加工部 ３００ 制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 俟美 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 小林 正宏 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平３−146268（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−47066（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 9/00 107 B23K 9/095 515 B23K 26/00
Claims (4)
- 【請求項１】 加工手段を内装したシールドと、該シー
ルド内の水を排除する手段と、前記シ−ルド内の圧力、
温度、湿度、音、ガス濃度、プラズマ濃度の一つ以上の
情報を検知する検知手段を備え、水中下で前記シールド
内の水を排除しながら被加工材を加工する水中加工装置
であって、前記検知手段のうち前記圧力を検知する手段
は、前記シ−ルド内の圧力及び前記シ−ルド外の圧力を
検出する圧力検知器と、両者の圧力信号を比較し両者の
圧力信号の差分が予め設定した値になるように水中外か
らシ−ルド内の圧力を制御する手段とを備えたことを特
徴とする水中加工装置。 - 【請求項２】 加工手段を内装し水中に配置されるシー
ルドと、該シールド内の水を排除する手段と、前記シ-
ルド内に配置され該シールド内の圧力、温度、湿度、
音、ガス濃度、プラズマ濃度のうちの少なくともいずれ
か一つを検出して電気信号として出力する検知器と、該
検知器からの出力を水中外から監視する手段と、かつ、
検出された環境条件を該電気信号を入力として予め設定
した任意の値に水中外から制御する手段を備え、水中下
で加工部分を被うように配置された前記シールド内の水
を排除しながら金属又は非金属を加工する水中加工装置
であって、前記検知器のうち前記圧力を検出する手段は前記シ−ル
ド内の圧力及び前記シ−ルド外の圧力を検出する圧力検
知器と、両者の圧力信号を比較し両者の圧力信号の差分
が予め設定した値になるように水中外からシ−ルド内の
圧力を制御する手段とを 備えたことを特徴とする水中加
工装置。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の水中加工装置
において、シ−ルド外の圧力を検知する圧力検知器は、
その水面からの距離が、シ−ルド内に設置された圧力検
知器の水面からの距離と常に同じになるように、シ−ル
ド内に設置された圧力検知器の深さ方向の移動に連動し
て移動するように構成されていることを特徴とする水中
加工装置。 - 【請求項４】 加工手段を内装し水中に配置されるシー
ルドと、該シールド内の水を排除する手段とを含んでな
り、水中下で加工部分を被うように配置された前記シー
ルド内の水を排除しながら金属又は非金属を加工する水
中加工装置において、水が排除された前記シ−ルド内の
圧力、温度、湿度、音、酸素濃度、窒素濃度、プラズマ
濃度のうちの少なくともいずれか一つを検知する手段
と、該シ−ルド内の状態を視覚的に画像として出力する
光学的監視装置とを備えたことを特徴とする水中加工装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5283100A JP2912993B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 水中加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5283100A JP2912993B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 水中加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07132373A JPH07132373A (ja) | 1995-05-23 |
| JP2912993B2 true JP2912993B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=17661222
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5283100A Expired - Fee Related JP2912993B2 (ja) | 1993-11-12 | 1993-11-12 | 水中加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2912993B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19519725C2 (de) * | 1995-05-30 | 1997-07-03 | Geesthacht Gkss Forschung | Vorrichtung zum Schweißen und/oder Behandeln von Werkstücken mittels Laserlicht im Wasser |
| US7017390B1 (en) * | 2004-12-07 | 2006-03-28 | Asml Holding N.V. | Proximity sensor nozzle shroud with flow curtain |
| FR2928852B1 (fr) * | 2008-03-20 | 2011-03-04 | Comex Nucleaire | Dispositif et procede de soudage tig sous eau avec une double electrode |
| CN102039477B (zh) * | 2009-10-13 | 2014-07-02 | 北京石油化工学院 | 局部干式焊接小型排水装置 |
| CN110253144B (zh) * | 2019-07-16 | 2024-06-18 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 一种水下激光焊接综合控制***及其焊接方法 |
| CN110238515B (zh) * | 2019-07-17 | 2024-06-18 | 上海核工程研究设计院股份有限公司 | 一种乏燃料水池水下激光焊接试验装置及试验方法 |
| RU196666U1 (ru) * | 2019-08-29 | 2020-03-11 | Акционерное общество "Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований" (АО "ГНЦ РФ ТРИНИТИ") | Подводная лазерная режущая насадка |
| WO2022249831A1 (ja) * | 2021-05-28 | 2022-12-01 | コマツ産機株式会社 | レーザ加工機、及び、レーザ加工機用のノズルユニット |
-
1993
- 1993-11-12 JP JP5283100A patent/JP2912993B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07132373A (ja) | 1995-05-23 |
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