JPH06155172A

JPH06155172A - ワイヤピーニングガン並びにワイヤピーニング装置及び原子炉炉内構造物のワイヤピーニング方法

Info

Publication number: JPH06155172A
Application number: JP31668292A
Authority: JP
Inventors: Kunio Enomoto; 邦夫榎本; Koichi Kurosawa; 孝一黒沢; Masato Mochizuki; 正人望月; Masahiro Otaka; 正廣大高; Shinji Sakata; 信二坂田; Makoto Hayashi; 眞琴林; Eisaku Hayashi; 英策林; Fujio Yoshikubo; 富士夫吉久保
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd Ibaraki; Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Nuclear Engineering Co Ltd; Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 1992-11-26
Filing date: 1992-11-26
Publication date: 1994-06-03
Anticipated expiration: 2017-11-25
Also published as: JP3350737B2

Abstract

(57)【要約】【目的】引張り残留応力を圧縮残留応力に改善して応
力腐食割れを防止するワイヤピーニングガンを提供する
こと。【構成】旋回台５上に設置され円周方向と半径方向に
走行自在な三次元駆動装置４、これに吊設されて上下に
伸縮自在なマスト３の最下部に係合された屈曲アーム
２、このアーム２に係合され、バイブレータ２１、ピー
ニングロッド２２、ワイヤヘッド２６、細線ワイヤ２
７、反力受け１８、転がり圧子１９、反力ロッド２９を
備えたワイヤピーニングガン１、空気チューブ８を通じ
て昇圧した空気をピーニングガン１に供給するコンプレ
ッサー９、各機器をシーケンシャルに制御するシステム
制御装置１０、汚濁炉水を吸引する吸引パイプ２３、吸
引汚濁炉水を圧力容器６の外部へ送る吸引ホース１１、
汚濁炉水を吸引する吸引ポンプ１２、汚濁炉水を処理す
る分離浄化装置１３、ピーニング部を監視するＣＣＤカ
メラ２０により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般の金属材料表面及
び原子炉炉内機器の表面層に存在する引張り残留応力の
改善技術に係り、水中において、ワイヤ束を材料の表面
に衝突させることによって、表面層に圧縮残留応力を形
成して表面応力を改善するに好適な、ワイヤピ−ニング
ガン、ワイヤピ−ニング装置及び原子炉炉内構造物のワ
イヤピーニング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】オ−ステナイト系ステンレス鋼ＳＵＳ３
０４鋼製の原子炉の炉内構造機器や一次系機器は、使用
中に、その溶接部近傍において粒界割れ型の応力腐食割
れ（以下、ＩＧＳＣＣと略す）が発生する場合があるこ
とは、一般的に知られている。ＩＧＳＣＣは、溶接部の
鋭敏化、引っ張応力、腐食環境の三因子が重畳した条件
下でのみ生ずる。

【０００３】材料の鋭敏化は、溶接熱によって起こる。
溶接熱によって、結晶粒界にＣｒ炭化物が析出するため
に粒界のごく近傍にＣｒ欠乏部が形成され、このＣｒ欠
乏部は、腐食し易くなる（鋭敏化という）。引張り応力
は、外力により発生し、これに溶接や加工によって発生
する引張残留応力が重畳して、高い引張応力状態とな
る。通常、応力因子に占める引張残留応力の寄与は、極
めて大きい。腐食環境は、原子炉水そのものであり、溶
存酸素を含むと腐食環境は、より一層厳しくなる。ＩＧ
ＳＣＣは、これらの３因子の重畳からどれか１つの因子
を取り除くことにより防止でき、引張残留応力を圧縮応
力に改善することは、ＩＧＳＣＣ防止のための有効な予
防保全策となる。

【０００４】原子力機器の残留応力改善手段として、ピ
ーニング( peening ）に関するものに、特開昭６２−６
３６１４号公報に記載されている技術がある。この技術
は、残留応力改善対象物である熱交換器等の管の内部に
高圧液体ジェットを噴出する回転ノズル部を有する高圧
水ジェット装置を挿入し、ジェットの衝突動圧エネルギ
−（ジェット噴流の軸方向動圧エネルギ−）で前記管内
面層に引張り塑性変形を与えて、前記管に元々存在して
いた引張り残留応力を軽減するものである。

【０００５】上記従来技術は、熱交換器等の管内面の残
留応力を改善する方法として有効な方法ではあるが、こ
の方法は大気中にてノズルから噴出する液体ジェットを
金属部材の表面に当て、この衝突エネルギ−で前記をピ
−ニングするものであり、この技術は大気中でウォ−タ
−ジェットの衝突動圧を利用したものであってウォ−タ
−ジェットの噴出圧力のみに頼った方法である。この技
術を水没している原子炉の炉内機器に適用しようとする
と、以下の問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】水中でこの技術を利用
した場合には、周囲水の抵抗のためにウォ−タ−ジェッ
トの流速が低下するために、ウォ−タ−ジェットの金属
表面での衝突動圧が低くなり、ピ−ニング効果を有効に
得ることは難しくなる。そのため、大気中噴流と同等の
動圧を得るには、超高圧でのウォ−タ−ジェット噴射が
要求され、超高圧ポンプ・配管が必要となり、コストア
ップにつながる。

【０００７】もう一つの従来技術として、産業界で古く
から使われている公知技術として、ハンマーピーニング
がある。ハンマーピーニングによれば、残留応力改善は
図れる。しかし、対象機器がＳＵＳ３０４ステンレス鋼
の場合を考慮すると、原子炉の炉内機器には適用できな
い。その理由は、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼において
は、ハンマーピーニングのような過度に強い冷間加工を
加えると、加工誘起マルテンサイト変態を生じて、耐食
性低下を招くことになるためである。

【０００８】本発明の目的は、すでに運転を開始し、水
没状態にある原子炉の炉内機器や一般の金属材料の部材
表面の引張残留応力を圧縮残留応力に改善するに好適な
ワイヤピ−ニングガン、ワイヤピ−ニング装置及び原子
炉炉内構造物のワイヤピーニング方法に関する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的達成のために本
発明は、直径２ｍｍ以下の複数の細線ワイヤと、この複
数の細線ワイヤを植立状態で保持するワイヤ保持部と、
このワイヤ保持部を前記ワイヤの植立方向に振動させる
振動手段とを備えたワイヤピーニングガンである。この
ワイヤピーニングガンおいて、振動手段本体の一側面に
前記細線ワイヤとワイヤ保持部とから成るユニットが設
けられ、振動手段本体の前記ユニットの反対側の側面に
ピーニングの反力を受ける反力ロッドが設けられたもの
や、振動手段本体の一側面とこれと対称となる反対側の
側面に前記細線ワイヤとワイヤ保持部とから成るユニッ
トがそれぞれ設けられものがよい。

【００１０】また前記ワイヤピーニングガンおいて、前
記細線ワイヤとワイヤ保持部とから成るユニットが並列
する複数からなるものがよい。また、振動手段の基端部
に該振動手段本体を首振り動させる首振り手段が設けら
れたものがよい。また、吸引ホースにつながれた吸引パ
イプが細線ワイヤ側を開放する状態で前記振動手段及び
ワイヤ保持部を囲うように設けられたものがよい。

【００１１】また本発明は、先端部を三次元的に移動さ
せる移動手段と、この移動手段の先端部に設けられた前
記のいずれかに記載のワイヤピーニングガンと、を備え
たワイヤピーニング装置である。

【００１２】また本発明は、軸方向に移動可能な長尺な
マストと、該マストの下端部に設けられて傘状に開閉す
る屈曲アームと、この屈曲アーム先端に設けられた前記
のいずれかのワイヤピーニングガンと、を備えたワイヤ
ピーニング装置である。ここで、マストの基端部は、原
子炉圧力容器のフランジ面上に載置され圧力容器の周方
向に移動自在な旋回台と、この旋回台に設けられ原子炉
圧力容器の径方向に移動可能で前記マストの基端部が取
り付けられる移動台車とを備えたものがよい。

【００１３】また本発明は、原子炉炉内構造物のワイヤ
ピーニング方法であって、原子炉圧力容器の上蓋、蒸気
乾燥器、気水分離器、燃料チャンネルをこの順序で取外
す工程と、この圧力容器のフランジ面上に請求項８に記
載のワイヤピーニング装置の旋回台を載置する工程と、
該ワイヤピーニング装置を用いて、炉水を満たした状態
で、ピーニング対象の表面形状に合わせてピーニングガ
ンによりピーニングしながら、前記吸引パイプでピーニ
ング部近傍の異物混濁炉水を吸引し、炉外に排出し、排
出水から異物を分離、回収及び排出水浄化を行い、監視
カメラでピーニング状況と異物混濁炉水吸引状況を監視
しながら施工する工程とを含むことを特徴とするもので
ある。

【００１４】

【作用】本発明によれば、直径２ｍｍ以下望ましくは１
ｍｍ以下の金属ブラシ状に植え込まれた細線ワイヤの束
で処理対象をピーニングするため、ピーニングの衝撃が
細線であることから強過ぎず、弱過ぎず、最適強度のピ
ーニングが可能となり、ワイヤ束であることから、広い
面積に対して、加工マルテンサイトを生成させずに、圧
縮残留応力だけを生成できる。

【００１５】また、細線ワイヤ束を備えた複数のピーニ
ングロッドをピーニングガンに設けることにより、曲面
形状部に対するピーニング効果を高めることができる。

【００１６】また、振動手段であるバブレータの長手方
向と直交する方向に延出されたピーニングロッドは、ピ
ーニングロッドの往復動の方向の必要空間距離を狭くで
きる。そのため狭隘部のピーニングが可能となる。

【００１７】また本発明のワイヤピーニング装置及び方
法によれば、三次元的な移動手段すなわち遠隔三次元駆
動部とその先端の屈曲アームの屈曲作用及びピーニング
ガン首振り作用により、原子炉の上蓋、蒸気乾燥器、気
水分離器、燃料チャンネルを取外しただけの状態で、シ
ュラウド、上部格子板等のピーニング対象機器は取り外
さず、水没状態でピーニングの施工ができる。また、異
物吸引回収器により、ピーニング処理実施中に不可避的
に発生する施工表面から離脱した表面滞積物やスケール
などの異物を炉水と共に吸引して炉外に異物を回収で
き、それを異物と炉水に分離し、分離した炉水を浄化再
利用する機能を有する。

【００１８】

【実施例】図１は、本実施例の装置構成を示す断面図で
ある。ピーニングガン１ａ，１ｂは屈曲アーム２ａ，２
ｂに、屈曲アーム２ａ，２ｂはマスト３にそれぞれ取り
付けられ、また、マスト３は３次元駆動装置４に係合さ
れ、３次元駆動装置４は旋回台５に設けられている。屈
曲アーム２は、関節機構により、傘のように開閉機能を
備えており、開閉角は０度から３６０度である。マスト
３は、圧力容器６の軸方向に昇降可能で、しかも、マス
ト３自身の回転が可能なように３次元駆動装置４に係合
されている。３次元駆動装置４は、圧力容器６の半径方
向に走行可能に旋回台５の上に置かれている。また３次
元駆動装置４は、自身で旋回台５の上で半径方向に走行
し、かつ、マスト３に昇降と回転を与え遠隔４次元駆動
ができるようになっている。旋回台５は、フランジベー
ス７の上に、旋回運動ができるように設けられている。
フランジベース７は、圧力容器６のフランジ６−１の上
にセットされている。

【００１９】ピーニングガン１には、空気チューブ８を
介して、コンプレッサー９から、作動用空気が送られ
る。さらに、ピーニングガン１には、炉水と混合した異
物を吸引するための、吸引ホース１１が繋がれ、吸引ポ
ンプ１２に連結されている。吸引ポンプ１２で吸い上げ
た異物混入炉水は、分離浄化装置１３に導かれ、ここ
で、異物と炉水が分離され、炉水はさらに浄化されて、
圧力容器６内に戻される。分離浄化装置１３は、フィル
ター及びイオン交換樹脂から構成される。

【００２０】図１は、原子炉圧力容器の上蓋、蒸気乾燥
器、気水分離器、燃料チャンネル、制御棒をこの順序で
取外し、圧力容器６のフランジ６−１面上にフランジベ
ース７、旋回台５、三次元駆動装置４をこの順序で取り
付け、屈曲アーム２を閉じた状態でマスト３を上部格子
板１４の桝目１４−１を通して、炉心部１５に下降さ
せ、この位置で、屈曲アーム２ａ、２ｂを開き、ピーニ
ングガン１ａ、１ｂをシュラウド１６の壁面に垂直に押
し当てて、ワイヤピーニングを施工している状態を示
す。この状態で、マスト３を昇降させることにより、シ
ュラウド１６の内周面軸方向の移動ピーニングができ、
マスト３を回転させることにより、シュラウド１６の内
周面円周方向の移動ピーニングができる。屈曲アーム２
ａ、２ｂの開き角度を鈍角にすることにより、上部格子
板１４とシュラウド１６の境界の隅角部のピーニングが
可能となり、屈曲アーム２ａ、２ｂの開き角度を鋭角に
することにより、シュラウド１６と炉心支持板１７の境
界の隅角部のピーニングが可能となる。屈曲アーム２
ａ、２ｂは、開閉角度に応じて、アーム長さを自在に調
節可能にしてある。

【００２１】図２は、他の実施例で、ピーニングガン１
ａ、１ｂのピーニング反力を受けるために、屈曲アーム
２ａ、２ｂのそれぞれの先端を分岐し、分岐の一方にピ
ーニングガン１ａ、１ｂを、分岐の他方に反力受け１８
ａ、１８ｂを設けてある。反力受け１８ａと１８ｂは転
がり圧子１９ａ、１９ｂを介して、シュラウド１６を押
すことによりマスト３の半径方向の振動に対して安定性
を確保できる。そのために、ピーニング作業の施工信頼
性が確保される。また、ＣＣＤカメラ２０ａ、２０ｂが
ピーニング施工部に向けてマスト３に取り付けられてお
り、これにより、ピーニング施工監視ができる。この例
では、マスト３に取り付けてあるが、屈曲アーム２ａ、
２ｂに取り付けてもよい。

【００２２】図３及び図４は、本発明に係るピーニング
ガン１の一実施例の詳細を示す側面図である。ピーニン
グガン１は、バイブレータ２１、ピーニングロッド２
２、吸引パイプ２３、首振り機構２４、及びカプラ２５
で構成され、カプラ２５で屈曲アーム２に係合される。
ピーニングロッド２２は、ピーニングガン１の長手方向
と同一方向に振動され、ピーニングロッド２２先端に連
結された細線ワイヤヘッド２６が、図１及び図２のシュ
ラウド１６の内周表面をピーニングする。ピーニングに
伴い、表面のスケールや滞積物等が剥離するため異物
が、炉水を汚して混濁水となるので、これを吸引パイプ
２３で吸引し、吸引ホース１１で圧力容器６の外部の分
離浄化装置１３へ導き、ここで、異物を分離処理し、炉
水は、浄化して圧力容器６へ戻し、炉水として再利用す
る。そのため廃棄物は固形物のみとなり、排水を生じな
い。ピーニングロッド２２の先端に着脱自在に係合され
たワイヤヘッド２６には、図４に拡大して示したよう
に、直径１ｍｍの細線ワイヤ２７が、金属ブラシ状に植
え込まれている。

【００２３】図５は、本発明に係るピーニングガン１の
他の実施例を示す側面図である。この例では、複数のピ
ーニングロッド２２−１、２２−２、２２−３……がバ
イブレータ２１に係合され、各々のピーニングロッド２
２の先端には、細線ワイヤ２７−１、２７−２、２７−
３……が、直接金属ブラシ状に植え込まれている。この
実施例によれば、複数のピーニングロッド２２−１、２
２−２、２２−３……が、お互いに独立してピーニング
動作することが可能なので、曲面形状の施工面に対し
て、均一且つ確実にピーニングを行うことができる。

【００２４】さらに、図５の変形例として、ピーニング
ロッド２２−１、２２−２、２２−３……の本数を１０
〜１００本と増やし、そのかわり、ピーニングロッドの
直径をもっと細くし、針金状となした、細線ワイヤを直
接、バイブレータ２１に係合してピーニングガンを構成
することもできる。この実施例によれば、細線ワイヤそ
れぞれが独立して動作するので、複雑な曲面形状の施工
面に対して、叩き残しなく、均一且つ確実にピーニング
を行うことができる。

【００２５】図６は、本発明に係るピーニングガン１の
他の実施例を示す側面図である。この例では、複数の細
線ワイヤ２７−１、２７−２、……が金属ブラシ状に植
え込まれたワイヤヘッド２６−１、２６−２……がピー
ニングロッド２２−１、２２−２……に設けられ、さら
に、このピーニングロッド２２−１、２２−２……が、
首振り機構２４及び間隔調節するスペーサである間隔ピ
ース２８を介してバイブレータ２１の長手方向と直交す
るように、バイブレータ２１に係合されている。これと
対向する方向には、ピーニングの反力を受ける反力ロッ
ド２９が、設けてある。反力ロッド２９は、先端に回転
自在な回転子２９−１を備え、間隔調節用の間隔ピース
２９−２介してバイブレータ２１に係合されている。こ
の実施例によれば、回転子２９−１と細線ワイヤ２７と
の距離を短くできるので、シュラウド１６と圧力容器６
との間のような狭隘部内のピーニングができる。隙間に
応じて、間隔ピース２８と２９−２を調節しておくのが
よい。

【００２６】図７は、本発明に係るピーニングガン１の
他の実施例を示す側面図である。図７においては、図６
の反力ロッド２９に替えて、もう一本のピーニングロッ
ドを設け、左右対称形としている。本実施例によれば、
ピーニングの反力は自己平衡し、さらに対向部位を同時
にピーニングでき、高効率である。すなわち、シュラウ
ド１６と圧力容器６との間のような狭隘部内の双方の表
面のピーニングに好適である。

【００２７】上記の実施例はシュラウドに適用する場合
についてであるが、上部格子板の任意の格子穴にマスト
７を挿入することにより、格子板下面部、炉心支持板に
も施工でき、また、格子穴からマスト７を引き抜いて実
施すれば格子板上面部へも施工できる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、既設の原子炉圧力容器
内部構造物の残留応力を引張りから圧縮に改善すること
が容易にでき、原子炉圧力容器内部構造物の応力腐食割
れを未然に防止することができる。また、三次元的にピ
ーニングガンを移動させることにより炉水を満たしたま
ま、遠隔操作で施工できるので、ピーニング施工時の作
業員の被爆線量を低減できる。施工表面のスケールを剥
離できるので炉水が浄化される。また、本発明は、スペ
ース空間の大きい筒状機器、狭隘部、隅角部凸曲面、凹
曲面のいずれにも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による原子炉炉内構造物の残
留応力改善用のワイヤピーニング装置の全体構成及び炉
心シュラウド適用状況を示す一部を断面で示した構成図
である。

【図２】本発明の他の実施例による原子炉炉内構造物の
残留応力改善用の反力受け付きワイヤピーニング装置の
全体構成及び炉心シュラウド適用状況を示す一部を断面
で示した構成図である。

【図３】本発明の一実施例によるピーニングガンを示す
側面図である。

【図４】本発明の他の実施例によるピーニングガンを示
す側面図である。

【図５】本発明の他の実施例による複数ピーニングロッ
ドを示す側面図である。

【図６】本発明の他の実施例によるピーニングガンを示
す側面図である。

【図７】本発明の他の実施例によるピーニングガンを示
す側面図である。

【符号の説明】

１ピーニングガン２屈曲アーム３マスト４三次元駆動装置５旋回台６圧力容器１１吸引ホース１２吸引ポンプ１３分離浄化装置１８反力受け２０ＣＣＤカメラ２１振動手段（バイブレータ）２２ピーニングロッド２３吸引パイプ２４首振り機構２６ワイヤヘッド２７細線ワイヤ２９反力ロッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者榎本邦夫茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者黒沢孝一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 (72)発明者望月正人茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者大高正廣茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者坂田信二茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者林眞琴茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者林英策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 (72)発明者吉久保富士夫茨城県日立市幸町三丁目２番２号日立ニュークリアエンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直径２ｍｍ以下の複数の細線ワイヤと、
この複数の細線ワイヤを植立状態で保持するワイヤ保持
部と、このワイヤ保持部を前記ワイヤの植立方向に振動
させる振動手段と、を備えたワイヤピーニングガン。
【請求項２】請求項１に記載のワイヤピーニングガン
おいて、振動手段本体の一側面に前記細線ワイヤとワイ
ヤ保持部とから成るユニットが設けられ、振動手段本体
の前記ユニットの反対側の側面にピーニングの反力を受
ける反力ロッドが設けられたことを特徴とするワイヤピ
ーニングガン。
【請求項３】請求項１に記載のワイヤピーニングガン
おいて、振動手段本体の一側面とこれと対称となる反対
側の側面に前記細線ワイヤとワイヤ保持部とから成るユ
ニットがそれぞれ設けられたことを特徴とするワイヤピ
ーニングガン。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤ
ピーニングガンおいて、前記細線ワイヤとワイヤ保持部
とから成るユニットが並列する複数からなることを特徴
とするワイヤピーニングガン。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤ
ピーニングガンおいて、振動手段の基端部に該振動手段
本体を首振り動させる首振り手段が設けられたことを特
徴とするワイヤピーニングガン。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載のワイヤ
ピーニングガンおいて、吸引ホースにつながれた吸引パ
イプが細線ワイヤ側を開放する状態で前記振動手段及び
ワイヤ保持部を囲うように設けられたことを特徴とする
ワイヤピーニングガン。
【請求項７】先端部を三次元的に移動させる移動手段
と、この移動手段の先端部に設けられた請求項１〜６の
いずれかに記載のワイヤピーニングガンと、を備えたワ
イヤピーニング装置。
【請求項８】軸方向に移動可能な長尺なマストと、該
マストの下端部に設けられて傘状に開閉する屈曲アーム
と、この屈曲アーム先端に設けられた請求項１〜６のい
ずれかに記載のワイヤピーニングガンと、を備えたワイ
ヤピーニング装置。
【請求項９】請求項８に記載のワイヤピーニング装置
において、マストの基端部は、原子炉圧力容器のフラン
ジ面上に載置され圧力容器の周方向に移動自在な旋回台
と、この旋回台に設けられ原子炉圧力容器の径方向に移
動可能で前記マストの基端部が取り付けられる移動台車
とを備えたことを特徴とするワイヤピーニング装置。
【請求項１０】原子炉炉内構造物のワイヤピーニング
方法であって、原子炉圧力容器の上蓋、蒸気乾燥器、気
水分離器、燃料チャンネルをこの順序で取外す工程と、
この圧力容器のフランジ面上に請求項７〜９のいずれか
に記載のワイヤピーニング装置の旋回台を載置する工程
と、該ワイヤピーニング装置を用いて、炉水を満たした
状態で、ピーニング対象の表面形状に合わせてピーニン
グガンによりピーニングしながら、前記吸引パイプでピ
ーニング部近傍の異物混濁炉水を吸引し、炉外に排出
し、排出水から異物を分離、回収及び排出水浄化を行
い、監視カメラでピーニング状況と異物混濁炉水吸引状
況を監視しながら施工する工程とを含むことを特徴とす
る原子炉炉内構造物のワイヤピーニング方法。