JP6139292B2 - Defect repair device and defect repair method - Google Patents
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本発明は、欠陥補修装置及び欠陥補修方法に関する。 The present invention relates to a defect repair device and a defect repair method.
過酷な条件に曝されるプラントの構造物、例えば、原子力プラントの炉内構造物や機器は、長期間使用すると応力腐食割れなどの欠陥が発生する可能性がある。欠陥が発生した場合には、その構造物全体を交換するか、あるいは補助金具を取り付けるなどの処置が施されている。また、欠陥全体の補修方法としては、ＴＩＧ溶接などが検討されている。しかしながら、ＴＩＧ溶接は、基本的に基材とトーチ電極との間にアークを発生させながら基材を溶融する方法なので、基材に酸化皮膜が付着していたり、開口欠陥の内部に酸化物が付着していたり、水が入り込んでいる場合には、アークが不安定になり安定した溶接が行えない欠点がある。 Plant structures that are exposed to harsh conditions, such as nuclear plant in-core structures and equipment, may experience defects such as stress corrosion cracking when used for long periods of time. When a defect occurs, measures are taken such as replacing the entire structure or attaching an auxiliary metal fitting. Moreover, TIG welding etc. are examined as a repair method of the whole defect. However, TIG welding is basically a method in which the base material is melted while generating an arc between the base material and the torch electrode, so that an oxide film adheres to the base material or an oxide is formed inside the opening defect. If it is attached or water has entered, there is a drawback that the arc becomes unstable and stable welding cannot be performed.
一方、ガスタービンやジェットエンジンなど高温熱サイクルが負荷される機器において、静翼などの部材に欠陥が発生した場合には、拡散ろう付による補修方法が用いられている。拡散ろう付は、基材成分を含む粉末にろう材成分の粉末を混合してペースト状にし、クリーニングした補修部に塗布して加熱することでろう材を溶融させて拡散浸透させる技術である。 On the other hand, a repair method using diffusion brazing is used when a member such as a stationary blade is defective in a device that is subjected to a high-temperature thermal cycle such as a gas turbine or a jet engine. Diffusion brazing is a technique in which a brazing material component powder is mixed with a powder containing a base material component to form a paste, which is applied to a cleaned repaired portion and heated to melt the brazing material and diffuse and penetrate.
拡散浸透させることで、ろう付部は基材とほぼ同等の強度が得られるが、加熱炉を用いて静翼を加熱する必要があるため、加熱炉に入る大きさの物の補修に限定される欠点がある。また、欠陥部のクリーニングについても、本当に欠陥内部までクリーニングできたかどうかその場で確認できないという欠点、仮にフラックスを用いたろう材を用いるとフラックスの残存により品質が低下する可能性があるという欠点がある。 By spreading and infiltrating, the brazed part can obtain almost the same strength as the base material, but it is necessary to heat the stationary blade using a heating furnace, so it is limited to repairing objects of a size that can enter the heating furnace. There are disadvantages. In addition, regarding the cleaning of the defective part, there is a drawback that it cannot be confirmed on the spot whether or not the inside of the defect has been actually cleaned, and there is a drawback that the quality may be deteriorated due to residual flux if a brazing material using a flux is used. .
こうした課題を解決するために、蒸気弁の弁座肉盛施工部分の欠陥補修方法として、加熱炉を用いずに拡散ろう付を行う方法が提案されている。この方法では、蒸気弁の弁座肉盛施工部分の欠陥部に補修材を設けるとともに、欠陥部が不活性ガス雰囲気となるようにシールド板を設け、欠陥部近傍に不活性ガスを吹き付けながらレーザ光を照射して加熱することで補修材を欠陥部に浸透させる。この方法では、フラックスを用いずに不活性ガスを吹きつけながらレーザ光を照射して被補修部材を欠陥部に浸透させるので、酸化作用の影響を回避して、より高い品質の補修が可能となる（例えば、特許文献１参照。）。 In order to solve these problems, a method of performing diffusion brazing without using a heating furnace has been proposed as a defect repair method for a valve seat overlay construction portion of a steam valve. In this method, a repair material is provided in the defective part of the valve seat overlay construction portion of the steam valve, a shield plate is provided so that the defective part is in an inert gas atmosphere, and a laser is blown in the vicinity of the defective part while blowing an inert gas. The repair material is infiltrated into the defective part by irradiating light and heating. In this method, the repaired material penetrates the defective part by irradiating the laser beam while blowing an inert gas without using flux, so that it is possible to repair higher quality by avoiding the influence of oxidation action. (For example, refer to Patent Document 1).
従来のレーザ光を用いた拡散ろう付による補修方法では、レーザビームの中心部に高いピークを持つガウス分布型の強度分布となっているレーザ光を用いている。そのため、基材に塗布したろう材を加熱すると、レーザビームの中心部の強度の高い部分が照射されたところの温度が局所的に上昇するため、ろう材が局部的に蒸発することや、基材が深く溶け込むことによってろう材成分が希釈するなどして、ろう付けの状態が不均一なるという問題がある。 In a conventional repair method by diffusion brazing using laser light, laser light having a Gaussian intensity distribution with a high peak at the center of the laser beam is used. For this reason, when the brazing material applied to the base material is heated, the temperature at which the high-intensity portion at the center of the laser beam is irradiated rises locally, so that the brazing material locally evaporates, There is a problem that the brazing state becomes non-uniform because, for example, the brazing material component is diluted by the deep melting of the material.
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、従来に比べて均一にろう付けを行うことができ、欠陥の補修を良好に行うことのできる欠陥補修装置及び欠陥補修方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and provides a defect repairing apparatus and a defect repairing method that can perform brazing more uniformly and can repair defects better than before. The purpose is to do.
本発明の欠陥補修装置の一態様は、金属部材に形成された欠陥を補修する欠陥補修装置であって、前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽機構と、前記環境遮蔽機構によって環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気とする雰囲気ガス供給機構と、レーザ光を発生させるレーザ発振器、及び、前記レーザ光を前記金属部材の補修箇所に伝送するレーザ光伝送機構を有し、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射して前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱するレーザ光照射機構と、前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する補修材供給機構とを具備し、記補修材供給機構は、少なくとも第１補修材供給機構と、第２補修材供給機構とを有し、前記補修材を構成するろう材と基材とを別々に供給することを特徴とする。 One aspect of the defect repair apparatus of the present invention is a defect repair apparatus for repairing a defect formed in a metal member, and includes an environment shielding mechanism that shields a repaired portion of the metal member from the surrounding environment, and the environment shielding mechanism. An atmosphere gas supply mechanism that supplies a predetermined gas to a region shielded by the environment to generate a predetermined gas atmosphere, a laser oscillator that generates laser light, and a laser that transmits the laser light to a repaired portion of the metal member A laser beam irradiation mechanism having an optical transmission mechanism, irradiating a repaired portion of the metal member with laser light having a top hat type intensity distribution to clean and heat the repaired portion of the metal member, and repairing the metal member After the location is heated to a predetermined temperature, a repair material is supplied to the repair location of the metal member and melted, and a repair material supply mechanism that forms a repair portion inside or on the surface of the defect; And Bei, serial repairing material supply mechanism, characterized at least a first repair material supply mechanism, and a second repair material supply mechanism that supplies separately and the brazing material and the base material forming the repair material And
本発明の欠陥補修方法の一態様は、金属部材に形成された欠陥を補修する欠陥補修方法であって、前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽工程と、環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気としつつ、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射し、前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱する工程と、前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する工程と、を具備し、前記クリーニング及び加熱する工程の後、前記レーザ光の照射を一旦停止して前記補修材を供給し、前記補修材の供給が完了した後、前記レーザ光の照射を行うことを特徴とする。 One aspect of the defect repairing method of the present invention is a defect repairing method for repairing a defect formed in a metal member, the environment shielding step of shielding the repaired portion of the metal member from the surrounding environment, and the environment shielding Supplying a predetermined gas to the region to form a predetermined gas atmosphere, irradiating the repaired portion of the metal member with a laser beam having a top hat type intensity distribution, and cleaning and heating the repaired portion of the metal member; after the repair portion of the metal member is heated to a predetermined temperature, by supplying the repairing material to the repair portion of the metal member to melt, comprising a step of forming a repaired portion in or on the defect After the cleaning and heating steps, the laser beam irradiation is temporarily stopped and the repair material is supplied. After the supply of the repair material is completed, the laser beam irradiation is performed .
本発明によれば、従来に比べて均一にろう付けを行うことができ、欠陥の補修を良好に行うことができる。 According to the present invention, brazing can be performed more uniformly than in the past, and defects can be repaired satisfactorily.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明の一実施形態に係る欠陥補修装置１００の概略構成を模式的に示すものである。この欠陥補修装置１００は、レーザ光２を発生させるレーザ発振器１を具備しており、レーザ光２を被補修対象物１１に照射して被補修対象物１１に形成された欠陥（き裂）１２を補修する。本実施形態では、レーザ発振器１として、ダイレクトダイオードレーザを用いている。
FIG. 1 schematically shows a schematic configuration of a
欠陥補修装置１００は、被補修対象物１１のレーザ光２の照射部位近傍に配設される筺体（照射ヘッド本体）３を具備しており、この筺体３とレーザ発振器１との間は、導光管、光ファイバ、レンズ、ミラー等の光学機器を組み合わせて構成されたレーザ光伝送機構４によって接続されている。筺体３は、図1中下側が開口された容器状に形成されている。この筺体３には、筺体３と同様に図1中下側が開口された容器状の構造物からなる環境遮蔽機構３１が配設されている。これらのレーザ光伝送機構４、筺体３、環境遮蔽機構３１によって、レーザ発振器１からのレーザ光２が、外部環境と隔離された状態で、被補修対象物１１の照射位置まで伝送される構成となっている。
The
筺体３内には、レーザ光反射機構としてのガルバノミラー５が配設されており、このガルバノミラー５を駆動することによって、レーザ光２を走査し、被補修対象物１１におけるレーザ光２の照射位置を変更できるようになっている。
A
また、筺体３には、環境遮蔽機構３１内に位置するように、補修材塗布機構２３が配設されている。この補修材塗布機構２３は、補修材伝送機構２２を介して補修材供給機構２１に接続されており、補修材供給機構２１から供給される補修材２５を、図２に示すように、環境遮蔽機構３１によって覆われた被補修対象物１１の表面に供給できるようになっている。補修材供給機構２１には、補修材２５を予熱するためのヒータからなる加熱機構２４が配設されている。
In addition, a repair
さらに、筺体３には、雰囲気ガス供給機構３２が配設されており、図示しないポンプやタンク等で構成される流体供給源から環境遮蔽機構３１内に所定のガス、例えば、Ａｒ等の不活性ガス、又は水素ガス等の還元ガスを含む不活性ガスを供給できるようになっている。
Further, the housing 3 is provided with an atmospheric
上記構成の欠陥補修装置１００では、レーザ発振器１からのレーザ光２は、レーザ光伝送機構４により伝送され、ガルバノミラー５によって反射され、被補修対象物１１の表面に照射される。
In the
ここで、従来の欠陥補修装置では、被補修対象物の表面に照射されるレーザ光が、図４（ａ）に示すように中心の強度が高いガウス分布型のレーザ光となっている。そのため、レーザ光を、被補修対象物の表面に照射した場合、レーザ光が照射された部位の中央部近傍だけが強く加熱され、被補修対象物の表面を均一に加熱することが困難となる。また、光学系によりレーザ光を集光すると、使用する光学系の仕様にもよるが、図５（ａ）に示すように、焦点を結んで前後に一定の広がり角を有するレーザ光が形成される。ここで、ろう付に使用するレーザ光のビーム径が、例えば焦点の前後のビーム径と仮定するとａ１の範囲、焦点よりも大きなビーム径であれば、例えばａ２乃至ａ２’の範囲において加工を行うことができる。しかし、裕度が狭い欠点がある。 Here, in the conventional defect repair apparatus, the laser beam irradiated on the surface of the repair target is a Gaussian distribution type laser beam having a high center intensity as shown in FIG. Therefore, when the surface of the object to be repaired is irradiated with laser light, only the vicinity of the center of the portion irradiated with the laser light is strongly heated, and it becomes difficult to uniformly heat the surface of the object to be repaired. . Further, when the laser beam is condensed by the optical system, depending on the specifications of the optical system to be used, as shown in FIG. 5A, a laser beam having a constant spread angle is formed before and after focusing. The Here, if the beam diameter of the laser beam used for brazing is assumed to be, for example, a beam diameter before and after the focal point, the processing is performed in the range of a2 to a2 ′, for example, if the beam diameter is larger than the focal point. be able to. However, there is a drawback that the margin is narrow.
これに対し、本実施形態において、ダイレクトダイオードレーザからなるレーザ発振器１から照射されたレーザ光２は、図４（ｂ）に示すように明確にピーク強度の高い部位を持たない、強度の均一なトップハット型のレーザ光２である。このため、仮にレンズを用いて集光したとしても、焦点がガウス分布の場合のように小さく絞られることはない。その結果、図５（ｃ）に示すように、使用可能なレーザ光２の範囲Ｃ１を広くとれ、裕度が広くなる。
On the other hand, in the present embodiment, the
以上のように、本実施形態では、レーザ発振器１としてダイレクトダイオードレーザを用いることで、レーザ光２の強度分布としてトップハット型強度分布が得られ、光学系の設定により定めた一定の範囲を均一に加熱することができる。ガウス分布型のレーザ光を用いていた従来は、焦点裕度範囲が小さいため、高精度に機器を制御する必要があったが、トップハット型の強度分布を有するレーザ光２を用いた場合、レーザ光２を小さい径に絞ることができない反面、一定のビーム径を保ったままの状態を焦点距離方向に長く保つことが可能となるため、従来に比べて機器の制御が容易となる。
As described above, in this embodiment, by using a direct diode laser as the laser oscillator 1, a top hat type intensity distribution is obtained as the intensity distribution of the
また、本実施形態の欠陥補修装置１００は、検出機構３０を具備している。この検出機構３０としては、例えば、赤外線センサーを用いることができる。赤外線センサーを用いれば、被補修対象物１１表面の温度を検出することができ、また、レーザ光２を照射した際の温度差により欠陥１２の位置を検出することができる。検出機構３０として、例えば、超音波探傷センサーを用いれば、欠陥１２の位置や深さも検出することができる。また、これらを併用してもよい。
Further, the
本実施形態に係る欠陥補修方法では、図３のフローチャートにも示すように、上記構成の欠陥補修装置１００を用いて次のようにして、被補修対象物１１の欠陥１２の補修を行う。
In the defect repair method according to the present embodiment, as shown in the flowchart of FIG. 3, the
先ず、環境遮蔽機構３１を被補修対象物１１の欠陥１２の部位に設置し、欠陥１２及びその周囲の加熱範囲の環境を外部と遮断する環境遮蔽工程を実施する（図３のステップ１０１）。この場合、例えば、図１に示すように、環境遮蔽機構３１は、被補修対象物１１にレーザ光２が照射される範囲をカバーするように配置される。
First, the
次に、環境遮蔽手段３１によって環境遮断された領域（環境遮蔽手段３１の内部）に、雰囲気ガス導入口３２を介して所定の雰囲気ガス３３を供給しつつ、被補修対象物１１にレーザ光２を照射し、被補修対象物１１のクリーニング及び加熱を行う工程を実施する（図３のステップ１０２）。この場合、ガルバノミラー５を駆動することによって、筺体３（照射ヘッド本体）を移動させることなくレーザ光２を走査して一定の範囲にレーザ光２を照射することができる。なお、図１に模式的に加熱範囲１３を示す。
Next, the
このように、本実施形態では、ガルバノミラー５でレーザ光２を走査するので、レーザ光２の照射範囲が広くなり、筺体３（照射ヘッド本体）が被補修対象物１１と干渉する可能性を低減することができ、さらに、高速でレーザ光２を走査することができるため一定の範囲を均一に加熱することができる。
Thus, in this embodiment, since the
なお、ガウス分布型の強度分布を有するレーザ光を用いた場合、局部的に急激に温度が上昇するため、一定の領域を加熱するためには被補修対象物１１を溶融させなければならない場合が多く、また急激に温度が低下するために均一な温度とすることができる範囲が狭くなる。一方、本実施形態ではトップハット型の強度分布を有するレーザ光を用いているため、被補修対象物１１の温度は局部的に急激に上昇することはなく、徐々に温度が上昇していくようになり、一定の範囲を所定の温度に加熱できる。また、加熱温度については用いる補修材２５の融点に応じて決定され、被補修対象物１１を溶融させることなく所定の温度に加熱することができる。さらに、図示しないロボットと組合せれば、複雑な形状の被補修対象物１１にも対応も可能となる。
Note that when laser light having a Gaussian distribution type intensity distribution is used, the temperature suddenly rises locally, so the object to be repaired 11 may have to be melted in order to heat a certain region. In many cases, the temperature can be suddenly lowered, and the range in which the temperature can be made uniform becomes narrow. On the other hand, since the laser beam having the top hat type intensity distribution is used in the present embodiment, the temperature of the repaired
ここで、雰囲気ガス３３として、還元性ガス（例えば水素ガスを含む不活性ガス）を供給しながらレーザ光２を照射することで、被補修対象物１１の表面に存在する酸化物を除去してクリーニングすることが可能となる。なお、還元反応を連続して行うために、水素ガスを含む不活性ガスは、供給と吸引を繰り返して行うことが望ましい。雰囲気ガス３３としては、アルゴン、窒素などの不活性なガスのみを供給してもよい。また、雰囲気ガスの導入口を図示しない真空ポンプと接続すれば、環境遮蔽機構３１の内部を減圧雰囲気としてレーザ光２の照射を行うことも可能となる。
Here, the oxide gas present on the surface of the
上記したレーザ光２の照射により、被補修対象物１１をクリーニングし、また所定の温度に加熱した後、補修材塗布機構２３により、被補修対象物１１に補修材２５を供給する補修材供給工程（図３のステップ１０３）を行う。
A repair material supply step of cleaning the
本実施形態では、検出機構３０を具備しているので、レーザ光２を走査しながら照射することによって被補修対象物１１表面の温度が所定の温度に達したことを検出機構３０で確認した後、補修材塗布機構２３により被補修対象物１１表面に補修材２５を塗布する。
In this embodiment, since the
図２に示すように、補修材塗布機構２３は、駆動機構を具備しており、塗布方向（図２中矢印で示す。）をレーザ光２の照射範囲において変えることが可能であり、補修範囲全面に補修材２５を塗布することができる。補修材２５の形態としては、基材粉末とろう材粉末とを混合した粉末や、この粉末にバインダーを混合してペースト状にしたもの等を好適に使用することができる。また、ワイヤ、コアードワイヤ、シートなどの形態のものでもよい。
As shown in FIG. 2, the repair
供給する補修材が粉末形状の場合には、不活性ガス流などにより供給することができる。また、ワイヤやシートのような形状の場合には、予め円筒状の芯に巻きつけたワイヤやシートを回転トルクで押し出すなどの方法を用いて供給することができる。 When the repair material to be supplied is in a powder form, it can be supplied by an inert gas flow or the like. In the case of a shape such as a wire or a sheet, it can be supplied using a method such as extruding a wire or sheet wound around a cylindrical core in advance with a rotational torque.
レーザ光２の照射により予め所定温度に加熱された被補修対象物１１表面に、補修材２５が供給されると、被補修対象物１１の熱により補修材２５が溶融する。補修材２５の溶融による補修の態様は、被補修対象物１１の予熱温度と用いる補修材の融点により異なる。例えば、図６（ａ）に示すように欠陥表面を覆った状態、図６（ｂ）に示すように欠陥の表面近傍まで補修材が浸透した状態、図６（ｃ）に示すように欠陥の内部まで完全に補修材が浸透した状態などを使い分けることが可能である。
When the
以上の工程により、欠陥補修装置１００を用いた被補修対象物１１の欠陥１２の補修が完了する。補修終了後に検出機構３０を用いて表面の状態を検出することにより、欠陥補修状態、表面に形成された補修材の厚さなどを測定することができ、補修処理後の補修部の品質についても情報を得ることができる。
Through the above steps, the repair of the
ところで、予熱した被補修対象物１１に、常温の補修材２５を塗布すると、予熱温度が低下する可能性がある。このため、本実施形態における補修材供給機構２1は、加熱機構（ヒータ）２４を具備しており、補修材２５に応じて補修材２５を所望温度に予め加熱（予熱）することができるようになっている。補修材２５の予熱は、ヒータにより加熱する方法の他、例えばワイヤであれば電気を流して温度を上昇させるなどの方法を用いることができる。
By the way, if the normal
補修材２５を塗布する際、補修材２５が供給された箇所にレーザ光２を照射すると補修材２５が過熱されてしまう。このため、被補修対象物１１をレーザ光２で加熱後、レーザ光２の照射位置を避けて補修材２５を供給することで、被補修対象物１１表面の温度低下を防止し、かつ補修材２５によって形成される補修部の品質を安定させることができる。
When the
また、補修材２５の供給時の温度低下を防止する方法としては、レーザ光２の照射によって加熱された部位に補修材２５を供給しつつ、他の部位にレーザ光２を照射して加熱を行う方法、補修部を複数の領域に分割してレーザ光２の照射と補修材２５の供給を交互に行う方法などを用いることもできる。一方で、レーザ光２の照射によって加熱した後、補修材２５を供給する際に補修材２５の温度が高くなりすぎると、補修材２５が球状になってしまう可能性がある。補修材２５と被補修対象物１１は、同程度の温度であることが好ましい。したがって、補修材２５を供給する際に、補修材２５が過熱せずかつ補修温度を保持できるようにレーザ光２の出力を弱くして補修材２５の供給部分にレーザ光２を同時に照射するなどの方法を用いてもよい。
Further, as a method of preventing the temperature drop at the time of supplying the repairing
また、被補修対象物１１表面で溶融した補修材２５について、レーザ光２により再加熱することで、例えば、図６（ｃ）に示すように、被補修対象物１１の欠陥１２内へ溶融した補修材２５を拡散させて充填することも可能である。このように拡散処理を行うことで、補修部は被補修対象物１１の基材とほぼ同等の強度まで回復することができる。拡散処理の際には、レーザ光２の照射中に検出機構３０で、欠陥１２の周辺の情報を検出し、レーザ光２の照射時間や範囲を調整することも可能である。
Further, the
例えば、加圧水型原子力発電所の炉内計装筒や管台、沸騰水型原子力発電所のシュラウド、スタブチューブなどに代表される原子炉炉内構造物の溶接部や溶接部近傍の熱影響部で応力腐食割れが発生した場合、本実施形態の欠陥補修装置１００により欠陥を補修することが可能である。欠陥を補修することで、原子炉炉内構造物の信頼性向上を図れ、寿命を延伸することが可能となる。
For example, in-reactor instrumentation tubes and nozzles in pressurized water nuclear power plants, shrouds in boiling water nuclear power plants, stub tubes, etc. In the case where stress corrosion cracking occurs, the defect can be repaired by the
なお、図７に示すように、欠陥補修装置１００によれば、環境遮蔽機構３１で周囲の環境と遮蔽しつつ、容器状の構造物である環境遮蔽機構３１内に、雰囲気ガス供給機構３２から雰囲気ガス３３を供給することにより、水５０の中で欠陥１２を補修することができる。この場合、レーザ発振器１を大気中に配置し、レーザ光伝送機構４によってレーザ光２を水５０の中まで伝送させる構成とすることが好ましい。
As shown in FIG. 7, according to the
以上の通り、本実施形態では、トップハット型強度分布のレーザ光２の照射により、被補修対象物１１の一定の範囲を均一に加熱することができ、かつ、ろう材が局部的に蒸発することや、基材が深く溶け込むことによってろう材成分が希釈するなどして、ろう付けの状態が不均一になることがなく、良好に欠陥１２の補修を行うことができる。
As described above, in the present embodiment, a certain range of the
なお、レーザ発振器１としては、ダイレクトダイオードレーザに限らず、ＹＡＧレーザやファイバレーザなども用いることができる。この場合、レーザ光２の強度分布がガウス分布であるので、レーザ光の強度分布を均一化させるビーム均一化機構、例えば、ホモジナイザにより、強度分布を均一化する。
As the laser oscillator 1, not only a direct diode laser but also a YAG laser or a fiber laser can be used. In this case, since the intensity distribution of the
図８は、レーザ光２の強度分布がガウス分布のレーザ発振器１を用いた場合の第２実施形態の欠陥補修装置２００の構成を示す図である。図８に示すようにレーザ発振器１から照射され、光ファイバ等からなるレーザ光伝送機構４によって伝送されたガウス分布のレーザ光２を、ホモジナイザを含む光学系６を用いてビーム強度分布を図４(ｂ)に示すようなトップハット型とし、また集光する。これによって、図１に示した欠陥補修装置１００と同様の効果が得られる。ホモジナイザは、レーザ発振器１とガルバノミラー５の間であればどこに配置してもよい。なお、欠陥補修装置２００において、他の部分は前述した図１に示す欠陥補修装置１００と同様に構成されているので、対応する部分には同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a
ガウス分布のレーザ光を用いた場合でも、ホモジナイザ等を用いて強度分布を均一化することにより、レーザ光の状態が、例えば図５（ｂ）に示すように均一に拡散した状態となり、図５（ａ）に示す通常のガウス分布のレーザ光の場合と比較して、裕度を広く取ることが可能となる。 Even when a Gaussian laser beam is used, the intensity distribution is made uniform using a homogenizer or the like, so that the laser beam is uniformly diffused as shown in FIG. 5B, for example. Compared to the case of a normal Gaussian laser beam shown in FIG.
次に、図９を参照して、第３実施形態に係る欠陥補修装置３００について説明する。図９に示す欠陥補修装置３００は、流体３５を噴出するための流体噴出機構からなる環境遮蔽機構３４を具備している。なお、欠陥補修装置３００において、他の部分は前述した図１に示す欠陥補修装置１００と同様に構成されているので、対応する部分には同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
Next, with reference to FIG. 9, the
上記構成の欠陥補修装置３００において、補修部を周囲の環境と遮蔽するために用いる流体３５としては、水などの液体の他に、アルゴンや窒素などの不活性なガスに代表される気体を用いてもよい。環境遮蔽機構３４から流体３５を噴出することにより、レーザ照射部位近傍に大気や水蒸気など酸素を含む流体が浸入することを防止することができる。さらに、雰囲気ガス供給機構３２から雰囲気ガス３３を供給しながらレーザ光２の照射を行うことで、加熱部位周辺を所定のガス雰囲気として加熱することが可能となる。また、環境遮蔽機構３４を可動式とすることで、レーザ加熱範囲に応じて任意に遮蔽範囲を設定することが可能となる。
In the
次に、図１０を参照して、第４実施形態に係る欠陥補修装置４００について説明する。図１０に示すように、欠陥補修装置４００は、補修材の供給手段として第１補修材供給機構６１と第２補修材供給機構６５の２つを有しており、それぞれ別々に補修材を供給することが可能となっている。
Next, with reference to FIG. 10, the
欠陥補修装置４００において、例えば、第１補修材供給機構６１には基材粉末を充填し、第２補修材供給機構６５にはろう材粉末を充填する。基材粉末は、第1補修材伝送機構６２により伝送され、第1補修材塗布機構６３により、被補修対象物１１表面に対し、図中に示す矢印６４の方向に供給される。一方、ろう材粉末は、第２補修材伝送機構６６により伝送され、第２補修材塗布機構６７により、被補修対象物１１表面に対し、図中に示す矢印６８の方向に供給される。
In the
上記のように、基材粉末とろう材粉末とを別々に供給することにより、ろう材と基材との混合割合を変化させることが可能となる。例えば、欠陥１２の先端部や開口幅の狭い欠陥１２に対しては、ろう材の割合を増加することで、補修材２５が充填しやすくなる。また、欠陥１２の表層近傍や開口幅の大きい欠陥に対しては、基材の割合を増やすことで補修材２５が充填しやすくなる。
As described above, the mixing ratio of the brazing material and the base material can be changed by supplying the base material powder and the brazing material powder separately. For example, the
また、第１補修材供給機構６１から比較的ぬれ性の高い補修材２５´を供給し、第２補修材供給機構６５からは比較的ぬれ性の低い補修材２５を供給することもできる。このように、ぬれ性の異なる補修材２５´，２５を別々に供給することにより、被補修部位の状態によって用途を使い分けることができる。例えば、欠陥１２の先端部や開口幅の狭い欠陥１２に対してはぬれ性の高い補修材２５´を供給することで、欠陥１２の部分に補修材２５´が充填し易くなる。また、欠陥１２の表層近傍や積層する場合には、ぬれ性の低い補修材２５を供給することで、補修材２５を積層し易くすることができる。
Further, the
この場合も、被補修対象物１１の表面の温度が所定の温度に達したことを検出機構３０で確認した後、レーザ照射をしたまま、第1補修材塗布機構６３から被補修対象物１１表面に補修材２５´を供給し、又は第２補修材塗布機構６７から被補修対象物１１表面に補修材２５を供給することができる。第1補修材塗布機構６３、第２補修材塗布機構６７は、駆動機構と加熱機構２４を具備しており、塗布方向をレーザ光照射範囲において変えることが可能であり、補修範囲全面に加熱された補修材２５´，２５を塗布することが可能である。
Also in this case, after the
レーザ加熱により予熱された被補修対象物１１の表面に、第1補修材塗布機構６３又は第２補修材塗布機構６７から加熱された補修材２５´，２５が供給されると、基材の熱により補修材２５´，２５が即座に溶融する。補修材２５´，２５の溶融は基材の予熱温度と用いる補修材２５´，２５の融点により異なる。
When the
さらに、レーザ加熱後に検出機構３０を用いて表面の検査を行うことにより、欠陥補修状態、表面に形成された補修材２５の厚さなどを測定することができ、処理後の補修部の品質についても情報を得ることが可能となる。
Further, by inspecting the surface using the
補修材２５´，２５を塗布する際、被補修対象物１１の上部において補修材２５´，２５がレーザ光２の経路上を通過すると、レーザ光２により補修材２５が溶融し被補修対象物１１にぬれないか、もしくは蒸発してしまう可能性がある。このため、レーザ光２で被補修対象物１１を加熱後、レーザ光２が照射されていないレーザ光照射部近傍に補修材２５´，２５を供給すれば、被補修対象物１１表面の温度低下を防止し、かつ形成される補修部の品質を安定させることができる。
When the
また、被補修対象物１１表面で溶融した補修材２５´，２５について、レーザにより再加熱することで図６（ｄ）に示すように、基材への拡散を行うことも可能である。拡散処理を行うことで、補修部は基材とほぼ同等の強度まで回復することができる。拡散処理状況については、レーザ加熱中に検出機構３０にて、き裂周辺の情報を確認することができ、レーザ加熱時間や範囲を調整することも可能である。
Further, as shown in FIG. 6 (d), the
なお、第１補修材供給機構６１、第２補修材供給機構６５には、例えば、同一種で粒径の異なる粉末（補修材）を充填してもよい。この場合、欠陥１２の状態によって、被補修対象物１１表面に異なる粒径の補修材２５を供給することにより、欠陥１２に充填しやすくすることができる。また、融点の異なる補修材２５を供給したり、耐食性の異なる補修材２５を供給してもよい。なお、欠陥補修装置４００において、他の部分は、前述した図１に示す欠陥補修装置１００と同様に構成されているので、対応する部分には同一の符号を付して、重複した説明は省略する。
Note that the first repair material supply mechanism 61 and the second repair
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
１……レーザ発振器、２……レーザ光、３……筺体、４……レーザ光伝送機構、５……ガルバノミラー、１１……被補修対象物、１２……欠陥、２１……補修材供給機構、２２……補修材伝送機構、２３……補修材塗布機構、２４……加熱機構、２５……補修材、３０……検出機構、３１……環境遮蔽機構、３２……雰囲気ガス供給機構、３３……雰囲気ガス、１００……欠陥補修装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laser oscillator, 2 ... Laser beam, 3 ... Housing, 4 ... Laser beam transmission mechanism, 5 ... Galvano mirror, 11 ... Object to be repaired, 12 ... Defect, 21 ... Supply of repair material Mechanism, 22 ... Repair material transmission mechanism, 23 ... Repair material application mechanism, 24 ... Heating mechanism, 25 ... Repair material, 30 ... Detection mechanism, 31 ... Environmental shielding mechanism, 32 ... Atmospheric
Claims (13)
前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽機構と、
前記環境遮蔽機構によって環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気とする雰囲気ガス供給機構と、
レーザ光を発生させるレーザ発振器、及び、前記レーザ光を前記金属部材の補修箇所に伝送するレーザ光伝送機構を有し、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射して前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱するレーザ光照射機構と、
前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する補修材供給機構と
を具備し、
前記補修材供給機構は、少なくとも第１補修材供給機構と、第２補修材供給機構とを有し、前記補修材を構成するろう材と基材とを別々に供給する
ことを特徴とする欠陥補修装置。 A defect repair device for repairing a defect formed in a metal member,
An environmental shielding mechanism that shields the repaired portion of the metal member from the surrounding environment;
An atmosphere gas supply mechanism that supplies a predetermined gas to a region shielded from the environment by the environmental shielding mechanism to form a predetermined gas atmosphere;
A laser oscillator that generates laser light, and a laser light transmission mechanism that transmits the laser light to a repaired portion of the metal member, and irradiating the repaired portion of the metal member with a top hat-type intensity distribution And a laser beam irradiation mechanism for cleaning and heating the repaired portion of the metal member,
A repair material supply mechanism for supplying a repair material to the repair location of the metal member after the repair location of the metal member is heated to a predetermined temperature and melting the repair material to form a repair portion in or on the surface of the defect; And
The repair material supply mechanism has at least a first repair material supply mechanism and a second repair material supply mechanism, and separately supplies a brazing material and a base material constituting the repair material. Repair device.
前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽機構と、
前記環境遮蔽機構によって環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気とする雰囲気ガス供給機構と、
レーザ光を発生させるレーザ発振器、及び、前記レーザ光を前記金属部材の補修箇所に伝送するレーザ光伝送機構を有し、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射して前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱するレーザ光照射機構と、
前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する補修材供給機構と、
を具備し、
前記補修材供給機構は、少なくとも第１補修材供給機構と、第２補修材供給機構とを有し、ぬれ性の異なる複数種の前記補修材を供給可能とされている
ことを特徴とする欠陥補修装置。 A defect repair device for repairing a defect formed in a metal member,
An environmental shielding mechanism that shields the repaired portion of the metal member from the surrounding environment;
An atmosphere gas supply mechanism that supplies a predetermined gas to a region shielded from the environment by the environmental shielding mechanism to form a predetermined gas atmosphere;
A laser oscillator that generates laser light, and a laser light transmission mechanism that transmits the laser light to a repaired portion of the metal member, and irradiating the repaired portion of the metal member with a top hat-type intensity distribution And a laser beam irradiation mechanism for cleaning and heating the repaired portion of the metal member,
After the repair location of the metal member is heated to a predetermined temperature, a repair material is supplied to the repair location of the metal member and melted, and a repair material supply mechanism that forms a repair portion inside or on the surface of the defect; and
Comprising
The repair material supply mechanism has at least a first repair material supply mechanism and a second repair material supply mechanism, and is capable of supplying a plurality of types of repair materials having different wettability. Repair device.
前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽工程と、
環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気としつつ、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射し、前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱する工程と、
前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する工程と、
を具備し、
前記クリーニング及び加熱する工程の後、前記レーザ光の照射を一旦停止して前記補修材を供給し、前記補修材の供給が完了した後、前記レーザ光の照射を行うことを特徴とする欠陥補修方法。 A defect repair method for repairing a defect formed in a metal member,
An environmental shielding step of shielding the repaired portion of the metal member from the surrounding environment;
While supplying a predetermined gas to a region shielded from the environment to form a predetermined gas atmosphere, the repaired portion of the metal member is irradiated with laser light having a top hat type intensity distribution, and the repaired portion of the metal member is cleaned and Heating, and
After the repaired part of the metal member is heated to a predetermined temperature, supplying a repair material to the repaired part of the metal member and melting it, and forming a repaired part inside or on the surface of the defect;
Comprising
After the cleaning and heating steps, the laser beam irradiation is temporarily stopped to supply the repair material, and after the supply of the repair material is completed, the laser beam irradiation is performed. Method.
前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽工程と、
環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気としつつ、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射し、前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱する工程と、
前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する工程と、
を具備し、
前記クリーニング及び加熱する工程の後、前記レーザ光の照射を継続しつつ、当該レーザ光が照射されていない部位に、前記補修材を供給することを特徴とする欠陥補修方法。 A defect repair method for repairing a defect formed in a metal member,
An environmental shielding step of shielding the repaired portion of the metal member from the surrounding environment;
While supplying a predetermined gas to a region shielded from the environment to form a predetermined gas atmosphere, the repaired portion of the metal member is irradiated with laser light having a top hat type intensity distribution, and the repaired portion of the metal member is cleaned and Heating, and
After the repaired part of the metal member is heated to a predetermined temperature, supplying a repair material to the repaired part of the metal member and melting it, and forming a repaired part inside or on the surface of the defect;
Comprising
After the cleaning and heating steps, the defect repairing method is characterized in that the repair material is supplied to a portion not irradiated with the laser light while continuing the laser light irradiation.
前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽工程と、
環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気としつつ、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射し、前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱する工程と、
前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する工程と、
を具備し、
前記補修材を、供給前に予備加熱することを特徴とする欠陥補修方法。 A defect repair method for repairing a defect formed in a metal member,
An environmental shielding step of shielding the repaired portion of the metal member from the surrounding environment;
While supplying a predetermined gas to a region shielded from the environment to form a predetermined gas atmosphere, the repaired portion of the metal member is irradiated with laser light having a top hat type intensity distribution, and the repaired portion of the metal member is cleaned and Heating, and
After the repaired part of the metal member is heated to a predetermined temperature, supplying a repair material to the repaired part of the metal member and melting it, and forming a repaired part inside or on the surface of the defect;
Comprising
A defect repairing method, wherein the repair material is preheated before being supplied.
前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽工程と、
環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気としつつ、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射し、前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱する工程と、
前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する工程と、
を具備し、
補修材供給工程では、前記補修材を構成するろう材と基材とを別々に供給することを特徴とする欠陥補修方法。 A defect repair method for repairing a defect formed in a metal member,
An environmental shielding step of shielding the repaired portion of the metal member from the surrounding environment;
While supplying a predetermined gas to a region shielded from the environment to form a predetermined gas atmosphere, the repaired portion of the metal member is irradiated with laser light having a top hat type intensity distribution, and the repaired portion of the metal member is cleaned and Heating, and
After the repaired part of the metal member is heated to a predetermined temperature, supplying a repair material to the repaired part of the metal member and melting it, and forming a repaired part inside or on the surface of the defect;
Equipped with,
Complement Osamuzai The supplying step, a defect repairing method comprising supplying separately and the brazing material and the base material forming the repair material.
前記金属部材の補修箇所を周囲の環境から遮蔽する環境遮蔽工程と、
環境遮蔽された領域に所定のガスを供給して所定のガス雰囲気としつつ、前記金属部材の補修箇所にトップハット型の強度分布を有するレーザ光を照射し、前記金属部材の補修箇所をクリーニング及び加熱する工程と、
前記金属部材の補修箇所が所定温度に加熱された後、当該金属部材の補修箇所に補修材を供給して溶融させ、前記欠陥の内部又は表面に補修部を形成する工程と、
を具備し、
補修材供給工程では、ぬれ性の異なる複数種の前記補修材を供給することを特徴とする欠陥補修方法。 A defect repair method for repairing a defect formed in a metal member,
An environmental shielding step of shielding the repaired portion of the metal member from the surrounding environment;
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Equipped with,
Complement Osamuzai The supplying step, a defect repairing method, which comprises supplying a plurality of types of the repair material that wettability different.
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