WO2011142350A1 - 溶接装置 - Google Patents

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laser beam
mirror member
annular
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仙入　克也
坪田　秀峰
典亮 井上
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention particularly relates to a welding apparatus used for manufacturing a superconducting acceleration cavity.
  • the superconducting acceleration cavity is formed by joining a plurality of members arranged in the axial direction. Conventionally, since this joining is less contaminated with impurities, penetration welding has been performed from the outside by electron beam welding or laser welding in a vacuum atmosphere. In such a case where penetration welding is performed from the outside, since unexpected concavities and convexities are formed in the welded state inside the superconducting acceleration cavity, time is required for post-processing. In addition, since the drive system for driving the superconducting accelerating cavity, the electron gun, and the like are in a vacuum atmosphere, the volume of the vacuum vessel is large and the apparatus becomes large and expensive. Since the volume of the vacuum vessel is large, it takes time to form a vacuum atmosphere, so that the work time is increased and the work cost is increased.
  • the superconducting acceleration cavity is a hollow annular body
  • laser welding it is conceivable that laser light is incident from the outside of the vacuum vessel and the inside of the superconducting acceleration cavity is welded.
  • the welding groove since the laser beam is incident with an inclination with respect to the directly-facing position of the welding groove, depending on the irradiation position of the laser beam, the welding groove may be removed, and the soundness of welding cannot be sufficiently secured. . Further, there is a problem that positioning work such as shifting (offset) the irradiation position of the laser beam with respect to the welding groove is difficult.
  • an object of the present invention is to provide a welding apparatus capable of improving welding quality by performing welding of an annular body so as to face a welding groove from the inner side.
  • one aspect of the present invention is a welding apparatus in which a plurality of annular bodies having openings at both ends in the axial direction are arranged in the axial direction, and the openings are joined to each other by laser welding to form an annular joined body.
  • a vacuum chamber capable of forming a vacuum atmosphere, and a holding member that is installed in the vacuum chamber and holds the annular joined body in which a plurality of the annular bodies are adjacent to each other to form a weld groove, Installed on the wall of the vacuum chamber where the axial center of the annular joint intersects, a window member constituting a part of the wall, and installed outside the vacuum chamber, through the window member, the annular joint
  • a laser irradiation member that irradiates laser light into the inner space of the ring-shaped body, and a laser irradiation member that is positioned so as to be positioned in the inner space of the annular joined body so that the reflected laser light reflected from the laser light faces the welding groove.
  • Mirror member to adjust to A welding device is provided.
  • a plurality of annular bodies having openings at both ends in the axial direction are arranged in the axial direction, and an annular joined body in which the openings are adjacent to each other to form a welding groove is formed. It is attached to the holding member in the vacuum chamber. Next, vacuum suction is performed to create a vacuum atmosphere in the vacuum chamber. Corresponding to the position of the welding groove, the position in the axial direction of the reflected laser beam reflected by the mirror member is adjusted as necessary, and the welding operation is started.
  • the laser beam is irradiated to the mirror member installed so as to be positioned in the internal space of the annular joined body through the window member.
  • This laser beam is reflected by the mirror member and is irradiated in a direction facing the welding groove.
  • the weld groove is melted and joined by the irradiated laser beam.
  • This welding may be through welding or non-through welding. In the case of non-penetrating welding, welding is also performed later from the outside.
  • the annular joined body is welded from the inner side, unexpected irregularities are not formed on the inner side, and the internal state can be improved.
  • the laser beam is emitted from the direction facing the welding groove, the position can be easily determined, and the possibility that the welding may deviate from the welding groove can be suppressed. Therefore, the soundness of welding can be sufficiently secured, so that the welding quality can be improved.
  • the laser irradiation member is not installed in the vacuum chamber, a compact apparatus configuration can be achieved and inexpensive equipment can be obtained. Since the range of the vacuum atmosphere is narrow, the vacuum atmosphere can be formed in a short time. For this reason, since the working time can be shortened, the working cost can be reduced.
  • At least one of the mirror member and the holding member is rotatable about the axis center. In this way, the annular joined body can be smoothly welded over the entire circumference.
  • a cooling member for cooling the mirror member is provided.
  • the mirror member When the mirror member is irradiated with laser light in a vacuum atmosphere, the mirror member generates heat and may be deformed, for example.
  • the mirror member since the mirror member is cooled by the cooling member, it can be cooled even if it generates heat. Thereby, for example, deformation of the mirror member can be suppressed, so that the irradiation position of the laser beam can be made accurate, and the welding quality can be improved.
  • the mirror member is installed such that the center of the reflection surface is shifted to the opposite side of the irradiation direction of the reflected laser light from the center of the axis.
  • the mirror member is installed such that the center of the reflecting surface is shifted from the center of the axis to the side opposite to the irradiation direction of the reflected laser beam, so the distance between the welded portion and the mirror member is annular. It can be made larger than the mirror member positioned at the axial center position of the joined body. Thereby, since adhesion of the metal vapor
  • a gas supply member for supplying an inert gas is provided in the vicinity of the reflecting surface of the mirror member and the inner surface of the window member.
  • metal vapor is generated from the welded portion, scatters in all directions, and adheres to the mirror member or window member. For example, when metal vapor adheres to the mirror member, the amount of laser beam reflection decreases. When metal vapor adheres to the window member, the amount of laser light transmitted decreases. As a result, the intensity of the laser beam is reduced, so that welding may be incomplete.
  • the gas supply member that supplies the inert gas is provided in the vicinity of each of the reflection surface of the mirror member and the inner surface of the window member, when the inert gas is supplied from the gas supply member, the mirror member The pressure in the vicinity of each of the reflecting surface and the inner surface of the window member is slightly increased.
  • a vacuum chamber capable of forming a vacuum atmosphere, and a holding member that is installed in the vacuum chamber and holds the annular joined body in which the openings are adjacent to each other to form a weld groove
  • a laser irradiation member that irradiates laser light
  • a mirror member that is installed so as to be positioned in the internal space of the annular assembly, and that adjusts the reflected laser light that reflects the laser light to be in a direction facing the welding groove; Since it is provided, welding quality can be improved.
  • FIG. 1 is a front view of a superconducting acceleration cavity 3 to which an end part 5 manufactured by a welding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention is attached.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the welding apparatus 1 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a partial front view showing a mirror according to an embodiment of the present invention.
  • the superconducting acceleration cavity 3 is provided with an end part (annular joined body) 5 and a cavity portion 7.
  • the hollow portion 7 is a structure in which cylindrical cells 9 having a swelled central portion are combined.
  • a niobium material which is a superconducting material, is bent and press-molded to form a half cell 11 in which the cell 9 is divided into two in the axial direction.
  • the half cell 11 extends between the equator portion 13 which is the most swollen portion of the cell 9 in the axial direction L and the iris portion 15 which is the most retracted portion.
  • the hollow portion 7 is formed by welding a plurality of half cells 11 so that the equator portions 13 or the iris portions 15 overlap each other.
  • the equator portion 13 of the half cell 11 is located at each end of the cavity portion 7.
  • the end part 5 includes a half cell (annular body) 11, an end plate (annular body) 17, and a beam pipe (annular body) 19.
  • the end plate 17 constitutes both ends of the helium jacket into which liquid helium is introduced, and is made of, for example, titanium.
  • the beam pipe 19 is a hollow cylindrical member made of niobium, for example, and has a flange 21 at one end.
  • One end of the end plate 17 in the axial direction L is formed with a recess that engages with the iris 15 of the half cell 11 over the entire circumference, and the other end is formed with a recess that engages with the end of the beam pipe 19. .
  • the end parts 5 are engaged with the end portions of the iris 15 and the beam pipe 19 of the half cell 11 in the recesses of the end plate 17, and are welded grooves 18 and 20 extending in a substantially horizontal direction as shown in FIG. , And the weld grooves 18 and 20 are welded and joined.
  • the equator portion 13 of the half cell 11 located at one end of the end part 5 is joined to the equator portion 13 of the half cell 11 located at both ends of the cavity portion 7 by welding to form the superconducting acceleration cavity 3.
  • the welding apparatus 1 is installed in a hollow cylindrical vacuum chamber (vacuum chamber) 23 and the inside of the vacuum chamber 23, and the axial center O extends from the end part 5 in the vertical direction.
  • a window (window member) 29 provided on the upper end surface (wall) 27 of the vacuum chamber 23 where the axis center O intersects, and a window 29 provided outside the vacuum chamber 23.
  • a laser irradiation head (laser irradiation member) 35 that irradiates the internal space 31 of the end part 5 with the laser light 33, and a mirror member 37 that is installed in the internal space 31 and reflects the laser light 33.
  • a vacuum suction member 39 Connected to the vacuum chamber 23 is a vacuum suction member 39 that sucks the gas in the vacuum chamber 23 and makes the inside of the vacuum chamber 23 a vacuum atmosphere.
  • the holding member 25 is connected to the upper holding plate 41 and the lower holding plate 43 that firmly hold both ends of the end part 5, and the upper holding plate 41 and the lower holding plate 43 are connected to each other, and a plurality of constraints are maintained to maintain the interval.
  • a shaft 45 and a positioner 49 whose lower part is fixedly attached to the lower end surface part 47 of the vacuum chamber 23 and whose upper part is rotatable around the axis center O are provided.
  • the lower part of the lower holding plate 43 is fixedly attached to the upper part of the positioner 49.
  • the window 29 is attached so as to cover the opening of the upper end surface portion 27, and forms a sealed structure integrally with the upper end surface portion 27.
  • a motor 51 with a speed reducer that rotates the upper portion of the positioner 49 is attached to the lower portion of the lower end surface portion 47.
  • the laser irradiation head 35 is movably attached in a horizontal plane. The laser irradiation head 35 can adjust the position of the laser beam 33 irradiated in the horizontal plane by moving in the horizontal plane.
  • the upper surface (reflective surface) 53 of the mirror member 37 reflects the laser light 33 to be reflected laser light 55.
  • a space 57 is provided below the mirror member.
  • the space 57 and the upper surface 53 are communicated with each other through a plurality of through holes 59.
  • the through hole 59 is provided at a position where the laser beam 33 on the peripheral edge of the upper surface 53 is not irradiated.
  • a cooling pipe (cooling member) 61 that extends in the vertical direction and has an internal space through which cooling water passes is fixedly attached to the lower end surface portion 47.
  • the upper end of the cooling pipe 61 is closed and inclined. Since the lower surface of the mirror member 37 is attached to the upper end of the cooling pipe 61, the mirror member 37 is inclined along the inclination of the upper end.
  • the cooling pipe 61 is bent so that the axis center O1 of the upper end portion does not coincide with the axis center O.
  • the mirror member 37 is attached such that the axis center O1 passes through the in-plane center of the upper surface 53 and the axis center O side is positioned on the lower side.
  • the mirror member 37 is installed such that the center of the upper surface (axial center O1) is shifted from the axial center O to the opposite side to the irradiation direction of the reflected laser light 55.
  • a gas pipe (gas supply member) 63 for supplying an inert gas, for example, argon gas, from the outside of the vacuum chamber 23 to the space 57 is connected to the lower surface of the mirror member 37.
  • a gas pipe (gas supply member) 65 for supplying an inert gas such as argon gas from the outside of the vacuum chamber 23 is connected to the vicinity of the inner surface of the window 29.
  • the half cell 11 and the beam pipe 19 are engaged with the recesses processed at both ends in the axial direction L of the end plate 17, respectively, and the half cell 11, the end plate 17 and the beam pipe 19 are held in an array in the axial direction L. Held in the unit 25.
  • the vacuum suction member 39 is actuated to suck the gas in the vacuum chamber 23 and make the vacuum chamber 23 a vacuum atmosphere.
  • the horizontal position of the laser light irradiation head 35 is adjusted so that the position in the axial direction L of the reflected laser light 55 coincides with the welding groove 20.
  • Cooling water is supplied to the cooling pipe 61.
  • An inert gas is supplied to the space 57 through the gas pipe 63 so that the inert gas exits from the upper surface 53 through the through hole 59.
  • An inert gas is supplied to the vicinity of the inner surface of the window 29 through the gas pipe 65.
  • the end part 5 rotates around the axis center O.
  • the end part 5 is fixed, and the laser irradiation head 35 and the mirror member 37 rotate around the axis center O. May be. Further, each of the end part 5, the laser irradiation head 35, and the mirror member 37 may be rotated around the axis center O.
  • the horizontal position of the laser irradiation head 35 is adjusted so that the axial direction L position of the reflected laser beam 55 coincides with the welding groove 18.
  • the welding groove 18 is welded.
  • the horizontal position of the laser irradiation head 35 is adjusted to adjust the position of the reflected laser light 55 in the axial direction L.
  • the horizontal position of the laser irradiation head 35 is not changed, and the mirror member is changed.
  • the position 37 in the axial direction L may be adjusted.
  • the mirror member 37 may generate heat and may be deformed, for example.
  • the mirror member 37 since the mirror member 37 is cooled by the cooling water supplied to the cooling pipe 61, it can be cooled even if it generates heat. Thereby, for example, since the mirror member 37 can be prevented from being deformed, the irradiation position of the reflected laser beam 55 can be made accurate, and the welding quality can be improved.
  • the metal vapor generated from the welded portion is scattered, in this embodiment, since the inert gas is supplied in the vicinity of the upper surface 53 of the mirror member 37 and the inner surface of the window 29, the upper surface 53 of the mirror member 37 and The pressure in the vicinity of each of the inner surfaces of the window 29 is slightly increased.
  • the pressure in the vicinity of the upper surface 53 of the mirror member 37 and the inner surface of the window 29 is increased, the metal vapor scattered by the pressure can be pushed back, so that the metal vapor is directed to the upper surface 53 of the mirror member 37 and the inner surface of the window 29. It can suppress adhering. Therefore, since the fall of the intensity
  • the end part 5 extends above the welding groove 18. Therefore, the laser beam 33J is incident with an inclination with respect to the extending direction of the weld groove 18. For this reason, since the welding groove 18 and the melting range by the laser beam 33J cross each other, depending on the irradiation position of the laser beam 33, the melted portion may come off the welding groove 18, and the soundness of the welding Cannot be adequately secured. Further, it is necessary to shift (offset) the irradiation position of the laser beam 33J by a distance L1 with respect to the welding groove 18, and positioning work is difficult.
  • the reflected laser beam 55 coincides with the extending direction of the welding groove 20, in other words, is irradiated in the direction facing the welding groove 20. It can be determined, and the risk that the melted part will come off the welding groove 20 can be suppressed. Therefore, the soundness of welding can be sufficiently secured, so that the welding quality can be improved.
  • the vacuum chamber 23 can have a compact device configuration, and inexpensive equipment can be obtained. If the vacuum chamber 23 can be made compact, a vacuum atmosphere can be formed in a short time, so that the welding operation time can be shortened and the operation cost can be reduced.

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Abstract

　環状体の溶接を内部側から溶接開先に正対するように行い、溶接品質を向上させ得る溶接装置を提供する。エンドパーツ（５）を形成する溶接装置（１）であって、真空雰囲気を形成可能な真空チャンバー（２３）と、真空チャンバー（２３）内に設置され、ハーフセル（１１）、端板（１７）、ビームパイプ（１９）が隣接して溶接開先を形成したエンドパーツ（５）を保持する保持部材（２５）と、エンドパーツ（５）の軸線中心（Ｏ）が交差する真空チャンバー（２３）の上端面部（２７）に設置され、その一部を構成する窓（２９）と、真空チャンバー（２３）の外部に設置され、窓（２９）を通してエンドパーツ（５）の内部空間にレーザ光（３３）を照射するレーザ照射ヘッド（３５）と、エンドパーツ（５）の内部空間に設置され、レーザ光（３３）を反射した反射レーザ光（５５）が溶接開先に正対する方向になるよう調整するミラー部材（３７）と、が備えられている。

Description

溶接装置
　本発明は、特に、超伝導加速空洞の製造に用いる溶接装置に関するものである。
　超伝導加速空洞は、軸線方向に配列された複数の部材が接合されて形成される。従来、この接合は不純物の混入が少ないので、真空雰囲気中で電子ビーム溶接あるいはレーザ溶接によって外側から貫通溶接が行われていた。
　このように外側から貫通溶接するものでは、超伝導加速空洞の内部における溶接状態に予期せぬ凹凸ができるので、後処理に時間を要する。また、超伝導加速空洞を駆動する駆動系、電子銃等が真空雰囲気中に入っているので、真空容器の容積が大きく装置が大型化し高価となる。真空容器の容積が大きいため真空雰囲気を形成するのに時間がかかるので、作業時間が長くなり作業コストが高くなる。
　したがって、超伝導加速空洞の内側から溶接を行って、内側の後処理を低減することが求められている。
　これを行うものとして、たとえば、特許文献１に示されるようなアルゴン雰囲気でレーザ溶接を用いて超伝導加速空洞の接合を内側から行うものが提案されている。
　しかしながら、アルゴン雰囲気中でレーザ溶接を行うものでは十分な性能がでない可能性がある。
特許第３９５９１９８号公報
　ところで、超伝導加速空洞は中空の環状体であるので、レーザ溶接であれば、真空容器の外側からレーザ光を入射し、超伝導加速空洞の内部を溶接することが考えられる。
　この場合、レーザ光は溶接開先の正対位置に対して傾斜して入射されるので、レーザ光の照射位置によっては、溶接開先を外れる恐れがあり、溶接の健全性を十分に担保できない。また、レーザ光の照射位置を溶接開先に対してずらせる（オフセットする）等位置決め作業が難しいという課題がある。
　本発明は、このような事情に鑑み、環状体の溶接を内部側から溶接開先に正対するように行い、溶接品質を向上させ得る溶接装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明の一態様は、軸線方向の両端に開口部を有する複数の環状体を該軸線方向に配列し、相互の開口部同士をレーザ溶接によって接合し環状接合体を形成させる溶接装置であって、真空雰囲気を形成可能な真空室と、該真空室内に設置され、複数の前記環状体を開口部同士が隣接して溶接開先を形成した前記環状接合体を保持する保持部材と、前記環状接合体の軸線中心が交差する前記真空室の壁部に設置され、該壁部の一部を構成する窓部材と、前記真空室の外部に設置され、前記窓部材を通して前記環状接合体の内部空間にレーザ光を照射するレーザ照射部材と、前記環状接合体の内部空間に位置するように設置され、前記レーザ光を反射した反射レーザ光が前記溶接開先に正対する方向になるように調整するミラー部材と、が備えられている溶接装置である。
　本発明の一態様にかかる溶接装置によると、軸線方向の両端に開口部を有する複数の環状体を軸線方向に配列し、開口部同士が隣接して溶接開先を形成した環状接合体を形成するように真空室内の保持部材に装着する。次いで、真空吸引して真空室内を真空雰囲気とする。溶接開先の位置に対応して必要に応じミラー部材によって反射される反射レーザ光の軸線方向における位置を調整し、溶接作業に入る。すなわち、レーザ照射部材からレーザ光を照射すると、レーザ光は窓部材を通って環状接合体の内部空間に位置するように設置されたミラー部材に照射される。このレーザ光は、ミラー部材によって反射され、溶接開先に正対する方向に照射される。照射されたレーザ光によって溶接開先部が溶融され、接合される。この溶接は貫通溶接であっても、非貫通溶接であってもよい。非貫通溶接の場合には、後で外側からも溶接することになる。
　このように、環状接合体は内部側から溶接されるので、内部側に予期しない凹凸が形成されることはなく、内部の状態を良好にすることができる。
　また、レーザ光が溶接開先に対して正対する方向から照射されるので、容易に位置を決めることができるし、溶接が溶接開先を外れる恐れを抑制できる。したがって、溶接の健全性を十分に担保できるので、溶接品質を向上させることができる。
　さらに、真空室内にレーザ照射部材が設置されないので、コンパクトな装置構成とでき、安価な設備とすることができる。真空雰囲気の範囲が狭いので、真空雰囲気の形成が短時間で行うことができる。このため、作業時間が短縮できるので、作業コストを安価にできる。
　本発明の一態様では、前記ミラー部材および前記保持部材は、少なくともいずれか一方が前記軸線中心回りに回転可能とされていることが好ましい。
　このようにすると、環状接合体は全周に亘ってなめらかに溶接を行うことができる。
　本発明の一態様では、前記ミラー部材を冷却する冷却部材が設置されていることが好ましい。
　真空雰囲気中にミラー部材にレーザ光を照射すると、ミラー部材が発熱し、たとえば、変形する恐れがある。
　本発明の一態様では、ミラー部材は冷却部材によって冷却されているので、発熱しても冷却することができる。これにより、たとえば、ミラー部材が変形することを抑制できるので、レーザ光の照射位置を正確にでき、溶接品質を向上させることができる。
　本発明の一態様では、前記ミラー部材は、その反射面中心が前記軸線中心よりも前記反射レーザ光の照射方向と反対側にずれて設置されていることが好ましい。
　レーザ溶接に際し、溶接部分から金属蒸気が発生し、四方へ飛散し、ミラー部材あるいは窓部材に付着する。たとえば、ミラー部材に金属蒸気が付着すると、レーザ光の反射量が低下するので、溶接が不完全となる恐れがある。
　本発明の一態様では、ミラー部材は、その反射面中心が軸線中心よりも反射レーザ光の照射方向と反対側にずれて設置されているので、溶接される部分とミラー部材との距離は環状接合体の軸線中心位置に位置するミラー部材に比較して大きくすることができる。これにより、ミラー部材への金属蒸気の付着をより抑制することができるので、溶接品質を向上させることができる。
　本発明の一態様では、前記ミラー部材の反射面および前記窓部材の内面のそれぞれ近傍に不活性ガスを供給するガス供給部材が設置されていることが好ましい。
　レーザ溶接に際し、溶接部分から金属蒸気が発生し、四方へ飛散し、ミラー部材あるいは窓部材に付着する。たとえば、ミラー部材に金属蒸気が付着すると、レーザ光の反射量が低下する。窓部材に金属蒸気が付着すると、レーザ光の透過量が低下する。これらによって、レーザ光の強度が低下するので、溶接が不完全となる恐れがある。
　本発明の一態様では、ミラー部材の反射面および窓部材の内面のそれぞれ近傍に不活性ガスを供給するガス供給部材が設置されているので、ガス供給部材から不活性ガスを供給すると、ミラー部材の反射面および窓部材の内面のそれぞれ近傍位置の圧力が少し高くなる。ミラー部材の反射面および窓部材の内面のそれぞれ近傍位置の圧力が高くなると、その圧力によって飛散する金属蒸気を押し返すことができるので、金属蒸気のミラー部材の反射面および窓部材の内面への付着を抑制することができる。
　したがって、レーザ光の強度の低下を抑制できるので、溶接品質を向上させることができる。
　本発明によれば、真空雰囲気を形成可能な真空室と、真空室内に設置され、複数の環状体を開口部同士が隣接して溶接開先を形成した環状接合体を保持する保持部材と、環状接合体の軸線中心が交差する真空室の壁部に設置され、壁部の一部を構成する透明の窓部材と、真空室の外部に設置され、窓部材を通して環状接合体の内部空間にレーザ光を照射するレーザ照射部材と、環状接合体の内部空間に位置するように設置され、レーザ光を反射した反射レーザ光が溶接開先に正対する方向になるように調整するミラー部材と、が備えられているので、溶接品質を向上させることができる。
本発明の一実施形態にかかる溶接装置を用いて溶接されたエンドパーツが取り付けられた超伝導加速空洞の正面図である。 本発明の一実施形態にかかる溶接装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかるミラーを示す部分正面図である。 本発明の一実施形態にかかる溶接装置による溶接状態を示す部分断面図である。
　以下に、本発明の一実施形態にかかる溶接装置１について、図１～図４を参照して説明する。本実施形態にかかる溶接装置１は、超伝導加速空洞３のエンドパーツ５を形成するものである。
　図１は、本発明の一実施形態にかかる溶接装置１によって製造されたエンドパーツ５が取り付けられた超伝導加速空洞３の正面図である。図２は、本発明の一実施形態にかかる溶接装置１の概略構成を示す断面図である。図３は、本発明の一実施形態にかかるミラーを示す部分正面図である。
　超伝導加速空洞３には、図１に示されるように、エンドパーツ（環状接合体）５と、空洞部７とが備えられている。
　空洞部７は、中央部が膨らんだ円筒形状のセル９が組み合わされた構造体である。超伝導加速空洞３は、たとえば、超伝導材料であるニオブ材を曲げ加工、プレス成型加工して、セル９が軸線方向で２分割されたハーフセル１１が形成される。ハーフセル１１は、軸線方向Ｌにおいてセル９の最も膨らんだ部分である赤道部１３と最も引っ込んだ部分であるアイリス部１５との間に延在している。
　空洞部７は、複数のハーフセル１１が赤道部１３同士あるいはアイリス部１５同士が重なるよう溶接によって接合されて形成される。空洞部７の両端は、それぞれハーフセル１１の赤道部１３が位置している。
　エンドパーツ５は、ハーフセル（環状体）１１と、端板（環状体）１７と、ビームパイプ（環状体）１９とで構成されている。
　端板１７は、液体ヘリウムが導入されるヘリウムジャケットの両端部を構成するものであり、たとえば、チタン製とされる。ビームパイプ１９は、たとえば、ニオブ製の中空円筒部材であり、一端にフランジ２１が設けられている。
　端板１７の軸線方向Ｌ一端には、全周に亘りハーフセル１１のアイリス部１５が係合する凹部が形成され、他端にはビームパイプ１９の端部が係合する凹部が形成されている。
　エンドパーツ５は、端板１７の凹部に、ハーフセル１１のアイリス部１５およびビームパイプ１９の端部を係合させ、図４に示されるように略水平方向に延在する溶接開先１８，２０を形成し、この溶接開先１８，２０を溶接して接合することによって形成される。
　空洞部７の両端部に位置するハーフセル１１の赤道部１３に、エンドパーツ５の一端に位置するハーフセル１１の赤道部１３が溶接によって接合されて、超伝導加速空洞３が形成される。
　溶接装置１には、図２に示されるように、中空円筒形状をした真空チャンバー（真空室）２３と、真空チャンバー２３の内部に設置され、エンドパーツ５を軸線中心Ｏが上下方向に延在するように保持する保持部材２５と、軸線中心Ｏが交差する真空チャンバー２３の上端面部（壁部）２７に設けられた窓（窓部材）２９と、真空チャンバー２３の外部に設置され、窓２９を通してエンドパーツ５の内部空間３１にレーザ光３３を照射するレーザ照射ヘッド（レーザ照射部材）３５と、内部空間３１に設置され、レーザ光３３を反射するミラー部材３７と、が備えられている。
　真空チャンバー２３には、真空チャンバー２３内の気体を吸引し、真空チャンバー２３内を真空雰囲気とする真空吸引部材３９が接続されている。
　保持部材２５には、エンドパーツ５の両端部を強固に保持する上保持板４１および下保持板４３と、上保持板４１および下保持板４３間を連結し、その間隔を維持する複数の拘束シャフト４５と、下部が真空チャンバー２３の下端面部４７に固定して取り付けられ、上部が軸線中心Ｏの回りに回転可能とされているポジショナ４９とが備えられている。
　下保持板４３の下部は、ポジショナ４９の上部に固定して取り付けられている。
　窓２９は、上端面部２７の開口部を覆うように取り付けられ、上端面部２７と一体となって密閉構造を形成している。
　下端面部４７の下部には、ポジショナ４９の上部を回転させる減速機付きのモータ５１が取り付けられている。
　レーザ照射ヘッド３５は、水平面内に移動可能に取り付けられている。レーザ照射ヘッド３５は、水平面内で移動することによって照射されるレーザ光３３の位置を水平面内で調整することができる。
　ミラー部材３７の上面（反射面）５３はレーザ光３３を反射して反射レーザ光５５とする。ミラー部材の下部には空間５７が備えられている。空間５７と上面５３とは複数の貫通孔５９で連通されている。貫通孔５９は上面５３の周縁部のレーザ光３３が照射されない位置に設けられている。
　上下方向に延在し、冷却水が通る内部空間を有する冷却配管（冷却部材）６１が、下端面部４７に固定して取り付けられている。冷却配管６１の上端は閉鎖され、かつ、傾斜している。ミラー部材３７は、下面が冷却配管６１の上端に取り付けているので、上端の傾斜に沿って傾斜している。
　冷却配管６１は曲折され、上端部の軸線中心Ｏ１は、軸線中心Ｏに対して一致しないようにされている。ミラー部材３７は、軸線中心Ｏ１が上面５３の面内中心を通って、軸線中心Ｏ側が下側に位置するように取り付けられている。
　これにより、ミラー部材３７は、その上面中心（軸線中心Ｏ１）が軸線中心Ｏよりも反射レーザ光５５の照射方向と反対側にずれて設置されていることになる。
　ミラー部材３７の下面には、空間５７に真空チャンバー２３の外部から不活性ガス、たとえば、アルゴンガスを供給するガス配管（ガス供給部材）６３が接続されている。
　窓２９の内面近傍に真空チャンバー２３の外部から不活性ガス、たとえば、アルゴンガスを供給するガス配管（ガス供給部材）６５が接続されている。
　以上の構成を有する本実施形態にかかる溶接装置１の動作について説明する。
　まず、端板１７の軸線方向Ｌ両端部に加工された凹部にそれぞれハーフセル１１およびビームパイプ１９を係合させ、ハーフセル１１、端板１７およびビームパイプ１９が軸線方向Ｌに配列された状態で保持部２５に保持させる。
　次いで、真空吸引部材３９が作動し、真空チャンバー２３内の気体を吸引し、真空チャンバー２３内を真空雰囲気とする。
　反射レーザ光５５の軸線方向Ｌ位置が溶接開先２０に一致するようにレーザ光照射ヘッド３５の水平方向位置を調整する。
　冷却配管６１に冷却水を供給する。ガス配管６３で空間５７へ不活性ガスを供給し、貫通孔５９を介して上面５３から不活性ガスが出るようにする。ガス配管６５で窓２９の内面近傍へ不活性ガスを供給する。
　この状態で、レーザ照射ヘッド３５からレーザ光３３を出射すると、レーザ光３３はミラー部材３７の上面５３に当たって反射され、略水平方向に進む反射レーザ光５５となる。この反射レーザ光５５が、溶接開先２０に照射され、溶接開先１８部を溶融し、接合される。
　モータ５１を作動させ、ポジショナ４９の上部を軸線中心Ｏの回りに回転させることによって、溶接開先２０の全周に亘り溶接することができる。
　本実施形態では、エンドパーツ５が軸線中心Ｏの回りに回転するようにされているが、エンドパーツ５は固定し、レーザ照射ヘッド３５およびミラー部材３７が軸線中心Ｏの回りに回転するようにしてもよい。また、エンドパーツ５ならびにレーザ照射ヘッド３５およびミラー部材３７それぞれが軸線中心Ｏの回りに回転するようにしてもよい。
　溶接開先２０の溶接が終了すると、レーザ照射ヘッド３５の水平方向位置を調整して、反射レーザ光５５の軸線方向Ｌ位置が溶接開先１８に一致するようにし、溶接開先２０と同様に溶接開先１８を溶接する。
　本実施形態では、レーザ照射ヘッド３５の水平方向位置を調整して反射レーザ光５５の軸線方向Ｌ位置を調整するようにしているが、レーザ照射ヘッド３５の水平位置は変化させずに、ミラー部材３７の軸線方向Ｌ位置を調節するようにしてもよい。
　このとき、真空雰囲気中にあるミラー部材３７にレーザ光３３が照射されるので、ミラー部材３７が発熱し、たとえば、変形する恐れがある。本実施形態では、ミラー部材３７は冷却配管６１に供給される冷却水によって冷却されているので、発熱しても冷却することができる。これにより、たとえば、ミラー部材３７が変形することを抑制できるので、反射レーザ光５５の照射位置を正確にでき、溶接品質を向上させることができる。
　また、溶接部分から発生する金属蒸気が飛散するが、本実施形態では、ミラー部材３７の上面５３および窓２９の内面の近傍に不活性ガスが供給されているので、ミラー部材３７の上面５３および窓２９の内面のそれぞれ近傍位置の圧力が少し高くなる。ミラー部材３７の上面５３および窓２９の内面のそれぞれ近傍位置の圧力が高くなると、その圧力によって飛散する金属蒸気を押し返すことができるので、金属蒸気がミラー部材３７の上面５３および窓２９の内面へ付着することを抑制できる。
　したがって、レーザ光３３および反射レーザ光５５の強度の低下を抑制できるので、溶接品質を向上させることができる。
　従来のようにレーザ光３３Ｊを、たとえば、図４に一転鎖線で示すように直接溶接開先１８に向けて照射するようにすると、エンドパーツ５が溶接開先１８よりも上方に延在しているので、レーザ光３３Ｊはどうしても溶接開先１８の延在方向に対して傾斜して入射される。このため、溶接開先１８とレーザ光３３Ｊによる溶融範囲とが交差する関係となるので、レーザ光３３の照射位置によっては、溶融する部分が溶接開先１８を外れる恐れがあり、溶接の健全性を十分に担保できない。また、レーザ光３３Ｊの照射位置を溶接開先１８に対して距離Ｌ１だけずらせる（オフセットする）等が必要になり位置決め作業が難しい。
　これに対し、本実施形態では、反射レーザ光５５は溶接開先２０の延在方向に一致している、言い換えると、溶接開先２０に正対する方向に照射されているので、容易に位置を決めることができるし、溶融部分が溶接開先２０を外れる恐れを抑制できる。したがって、溶接の健全性を十分に担保できるので、溶接品質を向上させることができる。
　また、エンドパーツ５は内部側から溶接されるので、内部側に予期しない凹凸が形成されることはなく、内部の状態を良好にすることができる。
　さらに、レーザ照射ヘッド３５は真空チャンバー２３の外部に設置されているので、真空チャンバー２３をコンパクトな装置構成とでき、安価な設備とすることができる。真空チャンバー２３をコンパクトにできると、真空雰囲気の形成が短時間で行うことができるので、溶接作業時間が短縮でき、作業コストを安価にできる。
　本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
１　溶接装置
５　エンドパーツ
１１　ハーフセル
１７　端板
１８　溶接開先
１９　ビームパイプ
２０　溶接開先
２３　真空チャンバー
２５　保持部材
２９　窓
３３　レーザ光
３５　レーザ照射ヘッド
５３　上面
５５　反射レーザ光
６１　冷却配管
６３　ガス配管
６５　ガス配管
Ｌ　軸線方向
Ｏ，Ｏ１　軸線中心

Claims (5)

  1. 　軸線方向の両端に開口部を有する複数の環状体を該軸線方向に配列し、相互の開口部同士をレーザ溶接によって接合し環状接合体を形成させる溶接装置であって、
    　真空雰囲気を形成可能な真空室と、
    　該真空室内に設置され、複数の前記環状体を開口部同士が隣接して溶接開先を形成した前記環状接合体を保持する保持部材と、
    　前記環状接合体の軸線中心が交差する前記真空室の壁部に設置され、該壁部の一部を構成する窓部材と、
    　前記真空室の外部に設置され、前記窓部材を通して前記環状接合体の内部空間にレーザ光を照射するレーザ照射部材と、
    　前記環状接合体の内部空間に位置するように設置され、前記レーザ光を反射した反射レーザ光が前記溶接開先に正対する方向になるように調整するミラー部材と、が備えられている溶接装置。
  2. 　前記ミラー部材および前記保持部材は、少なくともいずれか一方が前記軸線中心回りに回転可能とされている請求項１に記載の溶接装置。
  3. 　前記ミラー部材を冷却する冷却部材が設置されている請求項１又は２に記載の溶接装置。
  4. 　前記ミラー部材は、その反射面中心が前記軸線中心よりも前記反射レーザ光の照射方向と反対側にずれて設置されている請求項１から３のいずれかに記載の溶接装置。
  5. 　前記ミラー部材の反射面および前記窓部材の内面のそれぞれ近傍に不活性ガスを供給するガス供給部材が設置されている請求項１から４のいずれかに記載の溶接装置。
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