JP4099846B2 - Underwater welding equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体が貯留されている原子炉圧力容器やタンク等の内壁面に対する溶接作業を遠隔で行うことができる水中溶接装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、原子炉圧力容器や原子力発電所に備えられているタンク等の内部点検は、被爆等の安全性やコスト等の点から遠隔操作によって制御可能な水中移動台車によって行われている。
【0003】
このような水中移動台車としては、従来から種々提案されており(実開平3−79323号等)、その一つとして既に本発明者らは図10,図11に示すような水中移動台車を提案している(特願平6−319972号)。
【0004】
図示するようにこの水中移動台車は、腹側が開口したシャーレ状のケーシングaに、これを水中に浮遊させる浮体bと、このケーシングa内の水を背側に形成された排水口f,fから噴出してケーシングa内を負圧状態にするスラストファンc,cと、壁面Hに吸着した時にケーシングa内の負圧を保つシールスカートdと、このケーシングaを壁面Hに沿って走行させる駆動手段eとを備えたものであり、ファン用モータm,mでスラストファンc,cを駆動してケーシングa内を減圧し、その腹側を壁面Hに吸着させることによって駆動手段eの走行車輪g,gを壁面Hに接触させた後、この駆動車輪g,gを駆動する駆動モータh,hを遠隔操作することで壁面Hに対してケーシングaを任意の位置に走行移動及び停止自在としたものである。
【0005】
そして、このような走行移動自在なケーシングaに、水深計やCCDカメラ等の位置検出手段や超音波探傷子(Ultra-soner )等の検査手段、或いは回転ブラシ等の清掃手段等を付設することで水中において種々の検査・壁面清掃作業等を遠隔で安全に行えるようになっている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の水中移動台車にあっては、この水中移動台車自体が吸着して移動する壁面H自体に対して溶接作業まで行うものについては未だ具体的に提案されていないのが現状である。
【0007】
すなわち、例えば、原子炉圧力容器等の極めて高い安全性が要求されるものにあっては、その内部機器は勿論、原子炉圧力容器の外殻を構成する鋼製容器自体の点検と補修の一環として場合によっては溶接を施すことが必要となってくるが、従来では鋼製容器に対する溶接作業は、内部の液体を全て抜き出した後、作業員が防護服に身を包み、必要な被爆低減処置(遮蔽・時間制限)を施した上で溶接機器を持参して内部に入り込んで直接人手で作業が行われていた。
【0008】
そのため、従来の溶接作業は、被爆量,作業時間,点検コスト等の観点から不都合が大きく、上記水中移動台車を利用した遠隔操作による水中溶接装置の提案が切望されていた。
【0009】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、原子炉圧力容器等の水中の内壁面に対する溶接作業を遠隔操作で行うことができる新規な水中溶接装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、腹側が開口したケーシングの背側にケーシング内を負圧にすべく排水するスラストファンを設けると共に、上記ケーシング内に左右一対の走行車輪を設けて水中の壁面に吸着しながら無軌道で走行する水中移動台車を構成し、上記左右一対の走行車輪を境として、一方のケーシングの背側に、水中の壁面を溶接するマイクロ溶接機のレーザ加工ヘッドを配置すると共にこのレーザ加工ヘッドを壁面に対して3次元方向に移動する位置決め機構を介して設け、上記左右一対の走行車輪を境とした他方のケーシングの背側の左右に、上記スラストファンを駆動するためのファン駆動モータを設けたものである。
【0011】
これによって、マイクロ溶接機を壁面の溶接部まで移動させて溶接作業を遠隔操作で行うことができるため、従来多大な労力と時間を要していた原子炉圧力容器等の内壁面に対する溶接作業を安全かつ容易に行うことができる。また、このマイクロ溶接機を壁面に対して3次元方向に移動する位置決め機構を介して備えたため、水中移動台車自体を動かして位置決めを行う必要がなくなる。従って、そのマイクロ溶接機の加工ヘッドを溶接部に精度良く位置させることができるため、高精度の溶接作業を容易に達成することができる。
【0012】
また、上記マイクロ溶接機は、壁面に対して垂直にレーザ光を照射する上記レーザ加工ヘッドと、上記ケーシングに設けられたワイヤリールと、このワイヤリールから取り出されたワイヤをレーザ照射側に繰り出すべく斜めに傾倒して設けられるワイヤフィーダとを備えるとよい。またさらに、水中溶接装置は、上記壁面の溶接部位をモニタリングするCCDカメラユニットを備えるとよい。そして、位置決め機構としては具体的に、マイクロ溶接機の加工ヘッドを支持すると共にこれを壁面側に近接離間するZ軸移動ユニットと、このZ軸移動ユニットを壁面と平行に往復動するY軸移動ユニットと、このY軸移動ユニットをその移動方向と交差方向に往復移動するX軸方向ユニットと、このX軸方向ユニットを上記水中移動台車側に移動自在に支持する支持ユニットとから構成したため、これらを順に或いは同時に移動させることで、マイクロ溶接機を3次元方向に移動させることが可能となり、これによってそのマイクロ溶接機の加工ヘッドを任意の位置に精度良く位置させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1〜図3は本発明に係る水中溶接装置の実施の一形態を示したものである。
【0015】
図示するように、この水中溶接装置は、原子炉圧力容器等の水中の壁面に吸着しながら無軌道で移動する水中移動台車1に、水中の壁面をレーザー溶接するマイクロ溶接機2と、このマイクロ溶接機2を壁面Hに対して3次元方向に移動する位置決め機構3とから主に構成されている。
【0016】
この水中移動台車1は、従来と同様に腹側が開口したシャーレ状のケーシング4の背側にスラストファン5,5が設けられており、内部の水を排水口6,6から排水して内部を負圧にすることでケーシング4を壁面H側に移動し吸着させるようになっている。このスラストファン5,5は、ケーシング4内に設けられたファン駆動用モータ7,7によって駆動されるようになっており、ケーシング4の上部に接続された操作ケーブル8によって水上(外部)に設けられた制御手段(PC,ジョイスティック,モニター等)によって遠隔操作されるようになっている。また、このケーシング4内には走行車輪10,10と、この走行車輪10,10を独立して駆動する車輪駆動用モータ11,11が設けられており、壁面Hに吸着したケーシング4を壁面Hに沿って任意の位置に走行移動させるようになっている。尚、この車輪駆動用モータ11,11もファン駆動用モータ7,7と同様、操作ケーブル8を介して外部から遠隔操作されるようになっている。また、このケーシング1内には従来と同様、走行距離を計測するプラニメータ(図示せず)や、このケーシング1を一対の走行車輪10,10と共に壁面H側に3点支持するボールベアリング(図示せず)等が設けられている。さらに、図中12はケーシング4の吸着性を高めるスカート、13,13はこのケーシング4を着脱する際に利用する把持ハンドルである。
【0017】
次に、マイクロ溶接機2は、例えば、レーザの微小焦点と高パワー密度と短パルスの特徴を利用したレーザ溶接機の一つであるYAGレーザ加工機が用いられている。このYAGレーザ加工機は、図1〜図3に示すように、位置決め機構3側に取り付けられたレーザ加工ヘッド15と、このレーザ加工ヘッド15側に溶接ワイヤYを繰り出すワイヤフィーダ16と、この溶接ワイヤYを供給すべくケーシング4側に設けられたワイヤリール17と、同じくケーシング4側に固定された中継ボックス18とから主に構成されており、ワイヤフィーダ16側に設けられたワイヤフィードモータ19によってワイヤリール17に巻き付けられている溶接ワイヤYをレーザ加工ヘッド15側に送り出し、レーザ加工ヘッド15から照射される高密度のレーザの熱によってその溶接ワイヤYを溶かし、壁面Hに肉盛溶接できるようになっている。尚、このマイクロ溶接機2は、ケーシング4側に固定された中継ボックス18から操作ケーブル8を介して水上(外部)に設けられた制御手段(PC,ジョイスティック,モニター等)に接続され、水中移動台車1と同様に遠隔操作されるようになっている。
【0018】
一方、位置決め機構3は、このマイクロ溶接機2を支持して壁面H側に近接離間するZ軸移動ユニット20と、Y軸移動ユニット21と、X軸移動ユニット22と、支持ユニット23との4つのユニットからなっている。
【0019】
先ず、支持ユニット23は、図4に示すように、水中移動台車1側に固定されたコ字形をしたユニット本体24と、ユニット本体24の中心部を貫通するボールネジ25と、ユニット本体24に固定されたギアユニット26を介して取り付けられたX軸モータ27とから主に構成されており、このボールネジ25に螺合するX軸移動ユニット22を図中矢印に示す如くボールネジ25の長さ方向(X軸方向)に往復動させるようになっている。
【0020】
X軸移動ユニット22は、図5に示すように支持ユニット23のボールネジ25に螺合する筒状のナット部28と、このナット部28に直交するように固定されたコ字形のスライドアーム29と、両端がこのスライドアーム29に回転自在に軸支されたボールネジ30と、このスライドアーム29の端部に設けられたギアボックス31を介して設けられたY軸モータ32とから主に構成されており、このY軸モータ32によってボールネジ30を回転させることでこのボールネジ30に螺合しているY軸移動ユニット21を図中矢印に示す如くボールネジ30の長さ方向(Y軸方向)に往復動させるようになっている。尚、図3に示すように、このスライドアーム29には、ナット部材28を挟んで一対のガイドピン33,33がX軸移動ユニット22のユニット本体24側に挿脱自在に設けられており、X軸移動ユニット22を支持ユニット23側に支持すると共に、X軸移動ユニット22の往復動時においてX軸移動ユニット22全体が回転するのを防止するようになっている。
【0021】
Y軸移動ユニット21は、図6に示すようにX軸移動ユニット22のボールネジ30に螺合してスライドアーム29に沿って往復動するスライド部34と、このスライド部34に固定されたZ軸モータ35と、ラック&ピニオン部36とから主に構成されており、このZ軸モータ35によってラック&ピニオン部36のピニオンを回転させることで、図7に示すようにZ軸移動ユニット20を壁面H方向(Z軸方向)に往復動(昇降動)するようになっている。
【0022】
図示するように、このZ軸移動ユニット20には、上述したYAGレーザ加工機のレーザ加工ヘッド15と、このレーザ加工ヘッド15側に溶接ワイヤYを繰り出すワイヤフィーダ16と、ワイヤフィーダモータ19が一体的に取り付けられており、Z軸移動ユニット20がZ軸方向に移動することでこれらを壁面Hに対して近接離間するようになっている。さらに、このZ軸移動ユニット20にはCCDカメラユニット37が設けられており、壁面Hの溶接部位あるいは装置全体の移動方向をモニタリングするようになっている。
【0023】
次に、以上のような構成をした本発明の水中溶接装置の作用を説明する。
【0024】
図1に示すように、先ず従来と同様水中移動台車1を壁面Hに吸着させた後、これを壁面Hに沿って走行させながらCCDカメラユニット37によって壁面Hを監視し、壁面Hに発生した孔食,ひび割れ等の欠陥部を探索することになる。この結果、欠陥部が見つかったなら、水中移動台車1をその位置で停止させた後、位置決め機構3によってマイクロ溶接機2を3次元方向に移動させてその欠陥部直上に位置決めした後、その欠陥部を高密度のレーザー光によって母材と共に溶融させると共に溶接ワイヤYを供給し、これをその溶接部に肉盛り溶接することで溶接作業を遠隔で行うことが可能となる。尚、このように壁面Hに発生した欠陥部を本発明装置で直接溶接する他に、研削手段を備えた別の水中移動台車によってその欠陥部を予め研削して開先を形成しておき、この開先部に対して本発明装置を用いて溶接を施すようにしても良い。
【0025】
ここで位置決め機構3の動きとしては、例えば、水中移動台車1を溶接部の近傍に停止させた後、X軸モータ27,Y軸モータ32をそれぞれ交互に或いは同時に駆動してX軸移動ユニット20,Y軸移動ユニット21をそれぞれX軸,Y軸方向に動かしながらZ軸移動ユニット20を溶接部の直上に位置させ、その後、Z軸モータ35を駆動してZ軸移動ユニット20をZ軸方向、すなわち壁面H側に接近移動させてマイクロ溶接機2のレーザ加工ヘッド15を溶接部に接近させた後、マイクロ溶接機2を駆動してレーザ加工ヘッド15から照射されるレーザーと溶接ワイヤYによって溶接部に対して肉盛り溶接を施すことになる。尚、この位置決めに際して、X軸移動ユニット20,Y軸移動ユニット21,Z軸移動ユニット20の移動量はそれぞれX軸モータ27,Y軸モータ32,Z軸モータ35内に設けられたロータリーエンコーダ(図示せず)によって、また、溶接時の溶接ワイヤYの繰り出し量等はワイヤフィードモータ19に設けられたタコジェネ(図示せず)によってそれぞれ検出され、中継ボックス18,操作ケーブル8を介して外部の制御部側に随時リアルタイムで送られることになるため、高い精度で位置決め制御を行うことができる。
【0026】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、従来、人手によって行われていた水中壁面の溶接作業を作業員に頼ることなく遠隔操作で行うことが可能となり、従来、危険性,多大な労力,コストを要している原子炉圧力容器等の内壁面の溶接作業であっても安全かつ容易,低コストで行うことが可能となる等といった優れた効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る水中溶接装置の実施の一形態を示す平面図である。
【図2】本発明に係る位置決め機構の実施の一形態を示す平面図である。
【図3】図2中A−A矢視図である。
【図4】位置決め機構の支持ユニットを示す平面図である。
【図5】位置決め機構のX軸移動ユニットを示す平面図である。
【図6】位置決め機構のY軸移動ユニットを示す平面図である。
【図7】位置決め機構のZ軸移動ユニットを示す平面図である。
【図8】従来の水中移動台車の一例を示す部分破断平面図である。
【図9】図8に示す従来の水中移動台車を示す断面図である。
【符号の説明】
1 水中移動台車
2 マイクロ溶接機
3 位置決め機構
15 加工ヘッド
20 Z軸移動ユニット
21 Y軸移動ユニット
22 X軸移動ユニット
H 壁面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an underwater welding apparatus capable of remotely performing a welding operation on an inner wall surface of a reactor pressure vessel, a tank or the like in which a liquid is stored.
[0002]
[Prior art]
In general, internal inspection of a reactor pressure vessel or a tank provided in a nuclear power plant is performed by an underwater mobile trolley that can be controlled by remote operation from the viewpoint of safety such as exposure and cost.
[0003]
Various types of such underwater mobile trolleys have been proposed in the past (Japanese Utility Model Publication No. 3-79323, etc.). As one of them, the present inventors have already proposed an underwater mobile trolley as shown in FIGS. (Japanese Patent Application No. 6-319972).
[0004]
As shown in the figure, this underwater moving carriage is made up of a petri dish-like casing a having an abdomen open, a floating body b that floats it in water, and drains f and f formed on the back side of water in the casing a. Thrust fans c and c that are jetted to bring the inside of the casing a into a negative pressure state, a seal skirt d that keeps the negative pressure inside the casing a when adsorbed to the wall H, and a drive that drives the casing a along the wall H Means e, the thrust motors c, c are driven by fan motors m, m to depressurize the inside of the casing a, and the abdomen side is adsorbed to the wall surface H, thereby driving wheels of the drive means e. After g and g are brought into contact with the wall H, the casing a can be moved and stopped at any position with respect to the wall H by remotely operating the drive motors h and h for driving the drive wheels g and g. What A.
[0005]
Further, a position detecting means such as a water depth gauge and a CCD camera, an inspection means such as an ultrasonic flaw detector (Ultra-soner), a cleaning means such as a rotating brush, etc. are attached to the casing a which can be moved and moved. In water, various inspections and wall cleaning work can be performed remotely and safely.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as for the conventional underwater mobile trolley, the present situation has not yet been concretely proposed for performing welding work on the wall surface H itself which the underwater mobile trolley itself adsorbs and moves.
[0007]
That is, for example, in the case where extremely high safety is required such as a reactor pressure vessel, it is a part of inspection and repair of the steel vessel itself that constitutes the outer shell of the reactor pressure vessel as well as its internal equipment. In some cases, it may be necessary to perform welding, but in the past, welding work on steel containers has been done by removing all the liquid inside and then wearing the protective clothing by workers to reduce the necessary exposure. The work was carried out by hand directly after bringing in the welding equipment after applying (shielding and time limit).
[0008]
For this reason, the conventional welding work is inconvenient from the viewpoint of the amount of exposure, work time, inspection cost, and the like, and a proposal of an underwater welding apparatus by remote control using the underwater mobile carriage has been desired.
[0009]
Therefore, the present invention has been devised in order to effectively solve such problems, and the purpose thereof is a novel that can remotely perform welding work on an inner wall surface in water such as a reactor pressure vessel. An underwater welding apparatus is provided.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above-Rutotomoni provided a thrust fan ventral to drain so as to a negative pressure in the casing on the back side of the opened casing, provided with a pair of right and left running wheels in the casing water A submersible mobile trolley that travels without track while adsorbing to the wall of a micro welder is placed on the back side of one casing with the pair of left and right traveling wheels as a boundary. the laser processing head provided through the positioning mechanism to move in three dimensions relative to the wall, to the left and right rear side of the other casing and border the pair of right and left running wheels, driving the thrust fan as well as The fan drive motor for this is provided.
[0011]
As a result, the welding operation can be performed remotely by moving the micro welder to the welded portion of the wall surface, so that the welding operation for the inner wall surface of a reactor pressure vessel or the like, which has conventionally required a great amount of labor and time, can be performed. It can be done safely and easily. In addition, since the micro welder is provided via a positioning mechanism that moves in a three-dimensional direction with respect to the wall surface, it is not necessary to perform positioning by moving the underwater moving carriage itself. Therefore, since the processing head of the micro welder can be accurately positioned on the welded portion, a highly accurate welding operation can be easily achieved.
[0012]
Further, the micro welder is intended to feed the laser processing head that irradiates the laser beam perpendicularly to the wall surface, the wire reel provided in the casing, and the wire taken out from the wire reel to the laser irradiation side. It is good to provide the wire feeder provided inclining diagonally. Furthermore, the underwater welding apparatus may include a CCD camera unit that monitors the welded portion of the wall surface. Then, specifically as position-decided prevention mechanism, parallel to reciprocate this and Z-axis moving unit adjacent spaced wall side, and the wall of the Z-axis moving unit to support the processing head micro welder Y Because it is composed of an axial movement unit, an X-axis direction unit that reciprocates the Y-axis movement unit in a direction intersecting the movement direction, and a support unit that movably supports the X-axis direction unit on the underwater movable carriage side. By moving these in order or simultaneously, it becomes possible to move the micro welder in a three-dimensional direction, whereby the processing head of the micro welder can be accurately positioned at an arbitrary position.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, a preferred embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0014]
1 to 3 show an embodiment of an underwater welding apparatus according to the present invention.
[0015]
As shown in the figure, this underwater welding apparatus includes a
[0016]
The underwater mobile trolley 1 is provided with
[0017]
Next, as the
[0018]
On the other hand, the
[0019]
First, as shown in FIG. 4, the
[0020]
As shown in FIG. 5, the
[0021]
As shown in FIG. 6, the Y-
[0022]
As shown in the figure, the Z-
[0023]
Next, the operation of the underwater welding apparatus of the present invention configured as above will be described.
[0024]
As shown in FIG. 1, first, the underwater mobile carriage 1 is adsorbed to the wall surface H as in the prior art, and then the wall surface H is monitored by the
[0025]
Here, as the movement of the
[0026]
【The invention's effect】
According to the brief present invention above, the past, it becomes possible to perform remotely without resorting to workers welding operation underwater walls was done by hand, traditional risk, much effort, the cost Even if the inner wall surface of a reactor pressure vessel or the like is required, excellent effects such as being able to be performed safely, easily and at low cost can be exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an embodiment of an underwater welding apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing an embodiment of a positioning mechanism according to the present invention.
FIG. 3 is an AA arrow view in FIG. 2;
FIG. 4 is a plan view showing a support unit of the positioning mechanism.
FIG. 5 is a plan view showing an X-axis moving unit of the positioning mechanism.
FIG. 6 is a plan view showing a Y-axis moving unit of the positioning mechanism.
FIG. 7 is a plan view showing a Z-axis moving unit of the positioning mechanism.
FIG. 8 is a partially broken plan view showing an example of a conventional underwater mobile carriage.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the conventional underwater mobile carriage shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Underwater moving
15 Processing head
20 Z-axis moving unit
21 Y-axis moving unit
22 X-axis moving unit H Wall surface
Claims (4)
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