JPH0866782A - 格子部材の接合方法および接合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 格子部材の接合方法および接合装置に係り、
板材の途中位置に形成される溶接ナゲットを偏りなく安
定して形成するとともに、全溶接箇所を通じて固定治具
の共通化し、接合作業の効率向上等を図る。 【構成】 板材２どうしの交線に対して同一角度だけ傾
斜しかつ交線回りに等間隔を空けた複数方向から、同一
焦点を形成するようにレーザー光Ｂを照射することによ
り、焦点に付与される熱量をバランスさせて溶接ナゲッ
ト５ｂの形態を整えるとともに、偏った熱収縮の発生を
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料棒支持格子等の格
子部材を一体的に溶接形成するための接合方法および接
合装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、図３に示すように、燃料棒支持格
子１は、例えば、ジルカロイ等の材質よりなる複数枚の
板材２を相互に交差させた状態に保持して、その交差部
３をろう付け、ＴＩＧ溶接、レーザー溶接等の方法によ
って接合することにより構成されている。例えばレーザ
溶接による接合方法では、一の溶接トーチから出射した
レーザー光を上記板材２の交差部３の両端に配される交
点４に照射することにより、該交点４にスポット溶接状
の溶接ナゲット５ａを形成するようにしている。

【０００３】また、かかる支持格子１においては、板材
２どうしの接合強度を向上させるために、図４に示すよ
うに、その交差部３上の途中位置においても溶接ナゲッ
ト５ｂを形成する接合方法が採用されている。すなわ
ち、この接合方法では、まず、板材２どうしを交差させ
る前に、各板材２の幅方向に間隔を空けて他の板材２と
の交差部３上に配されることとなる位置に複数の孔６を
設けておく。次いで、各板材２を交差させて各板材の孔
６どうしを一致させる。これにより、孔６内に、板材２
の交点が露出させられることになるので、上述した交差
部３の両端に配される交点４の接合方法と同様にしてス
ポット溶接する。

【０００４】この場合に、溶接されるべき交点４が板材
２の途中位置に配置されることになるので、板材２との
干渉を避けるように溶接トーチ７を板材２に対して、図
５に示すように傾斜させる必要がある。したがって、溶
接トーチ７から出射されるレーザー光Ｂは、両端部をス
ポット溶接によって接合された支持格子１の側方から所
定の角度をなして板材２の交点４上に照射される。これ
により、各板材２どうしは、複数点のスポット溶接によ
り相互に接合されるので、高い接合強度を達成すること
ができることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記接
合方法によれば、以下の不都合が生じていた。すなわ
ち、上記接合方法では、レーザー光Ｂが、板材２の交点
４に対して一側から斜めに照射されるため、交点４上に
形成される溶接ナゲット５ｂに偏りが発生しやすく、安
定した形状に形成することが困難であった。そして、溶
接ナゲット５ｂが一側に偏って広がるように形成された
場合には、構成された支持格子１が設置される原子炉内
の冷却水の流動抵抗となる不都合が考えられる。

【０００６】また、上記のようにして、板材２の交点４
に対して一側から斜めにレーザー光Ｂが照射された場合
には、照射によって発生する溶接熱の分布に偏りが生
じ、冷却後の熱収縮に伴う残留応力のバランスが崩れて
接合後の支持格子１に大きな歪みが発生する不都合が考
えられる。この場合に、この歪みを防止するために固定
治具（図示略）を支持格子１に装着することが行われる
が、上記接合方法では、板材２どうしの交差部３の両端
位置と中間位置とにおける溶接形態の相違から、両接合
位置において異なる固定治具を用意し交換する必要があ
った。

【０００７】さらに、上記のようにして板材２の交差部
３に対して片側に配置した溶接トーチ７によって形成さ
れる溶接ナゲット５ｂは、板材２に設けた孔６内におい
てのみ形成することができるものであるため、高品位レ
ーザーによっても十分な溶け込み深さを得ることができ
ない。したがって、所望の溶け込み深さを達成するまで
に形成される溶接ナゲット５ｂは大きなものとなってし
まい、上記流動抵抗が増大する不都合が考えられる。

【０００８】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、板材の途中位置に形成される溶接ナゲッ
トを偏りなく安定して形成することができ、全溶接箇所
を通じて共通の固定治具を使用することができる格子部
材の接合方法および接合装置を提供することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数枚の板材を同一の交線において交差
させてなる格子部材を一体的に接合する接合方法であっ
て、前記交線に対して同一角度だけ傾斜しかつ該交線回
りに等間隔を空けた複数方向から、同一焦点を形成する
ようにレーザー光を照射する格子部材の接合方法を提案
している。

【００１０】また、本発明は、複数枚の板材を同一の交
線において交差させてなる格子部材を一体的に接合する
接合装置であって、前記交線に対して同一角度だけ傾斜
しかつ該交線回りに等間隔を空けて複数配設される集光
器を具備し、該集光器から出射されるレーザー光を、交
線上の同一位置に集光させる格子部材の接合装置を提案
している。さらに、上記接合装置において、集光器を板
材の交線に沿って同時に移動させる移動手段を具備して
いる構成としてもよい。

【００１１】

【作用】本発明に係る格子部材の接合方法および接合装
置によれば、複数枚の板材の交線上に配されるべき各溶
接点に対して、交線に対して同一角度だけ傾斜しかつ交
線回りに等間隔を空けた複数方向から、同一焦点を形成
するようにレーザー光を照射するので、各レーザー光が
バランスよく溶接点に照射され、安定した形態の溶接ナ
ゲットを形成することが可能となる。しかも、板材どう
しの交線に沿う各位置に形成されるべき全ての溶接点に
対して同一の接合方法を適用することができるので、溶
接後の残留応力による変形を防止するための治具を各溶
接点について共通化することが可能となる。

【００１２】また、上記接合装置において、集光器を板
材の交線に沿って同時に移動させる移動手段を具備して
いる構成とすれば、上記のように溶接点上にバランスよ
くレーザー光を照射し得るように調整された集光器を、
該移動手段の作動によって、交線に沿って同時に移動さ
せることができ、交線に沿って配されるべき全ての溶接
点に対して、レーザー光をバランスよく照射することが
可能となる。また、集光器からレーザー光を出射した状
態で移動手段を作動させることとすれば、溶接ナゲット
が交線に沿って形成され、十分な溶け込みを確保しつつ
溶接ナゲットが板材から突出しないように小さく形成す
ることが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る格子部材の接合方法およ
び接合装置の一実施例について図１および図２を参照し
て説明する。なお、従来の技術において説明したものと
構成を共通とする箇所に同一符号を付して、説明を簡略
化する。本実施例に係る接合方法は、複数の板材２を相
互に交差させて形成された支持格子１を、固定治具１０
によって固定した状態で実施されるようになっている。
各板材２には、図３および図４に示す従来例と同様に、
他の板材２との交差部３上に配されるべき孔６が複数形
成されており、交差させられた状態で、他の板材２との
交点４を孔６内に露出するようになっている。

【００１４】また、前記固定治具１０は、図１に示す例
では、板材２の端部に当接状態に固定される板状部材で
あって、板材２の端部の交点４を露出させる貫通孔１１
を各交点４ごとに複数有している。この固定治具１０
は、各板材２が精度良く嵌め合される溝を有し、この溝
によって各板材２の変形を有効に拘束することができる
ようになっている。また、前記貫通孔１１は、後述する
集光ユニット（集光器）からのレーザー光Ｂに干渉しな
いように、十分に大きく形成されている。

【００１５】そして、本実施例の接合方法では、上記の
ようにして固定された支持格子１を、板材２どうしの交
差部３が垂直に配されるように配置した状態で、以下の
接合装置１２によりスポット溶接を実施するものであ
る。すなわち、本実施例の接合装置１２は、前記支持格
子１に対して鉛直上方から近接させられる溶接トーチ１
３と、該溶接トーチ１３を鉛直方向に昇降させる垂直移
動機構１４（移動手段）とから構成されている。

【００１６】前記溶接トーチ１３は、例えば、２つの集
光ユニット１５よりなる。該集光ユニット１５は、例え
ば、ＹＡＧレーザー発振器１６に光ファイバー１７によ
ってそれぞれ接続され、その先端から所定の距離だけ離
れた位置にレーザー光Ｂを結焦させることができるよう
になっている。また、これらの集光ユニット１５は、鉛
直方向に配される中心軸線１８に対して、同一平面内で
線対称となる方向に同一角度だけ傾斜させられた状態に
固定されることにより、前記中心軸線１８上の同一位置
にレーザー光Ｂを結焦させるように配置されている。

【００１７】また、前記垂直移動機構１４は、例えば、
ボールねじ、直線ガイド、スライダ、サーボモータ等よ
り構成される直線移動機構であって、前記集光ユニット
１５を鉛直方向に直線移動させることができるようにな
っている。なお、この垂直移動機構１４は、図示しない
ＸＹテーブルのような水平移動機構に取り付けられてい
て、集光ユニット１５によるレーザー光Ｂの焦点を３次
元座標系の任意位置に配置することができるようになっ
ている。また、溶接トーチ１３には、図示しない位置認
識用カメラ、照明等の附属機器や、アシストガス・シー
ルドガス等を噴射するガス供給系が設けられている。

【００１８】このように構成された接合装置１２によっ
て、支持格子１の板材２どうしを接合するには、まず、
水平移動機構の作動によって溶接トーチ１３を支持格子
１の交点４の上方に配置し、溶接トーチ１３の中心軸線
１８を板材２どうしの交差部３に一致させる。これによ
り、集光ユニット１５から出射されるレーザー光Ｂの焦
点位置が板材２どうしの交差部３の延長線上に配置され
ることになる。

【００１９】次いで、垂直移動機構１４を作動させて溶
接トーチ１３を下降させることにより、集光ユニット１
５から出射されるレーザー光Ｂの焦点位置を、板材２の
端部における交点４に一致させる。この状態で溶接トー
チ１３を作動させ、ＹＡＧレーザー発振器１６から光フ
ァイバ−１７を介してレーザー光Ｂを集光ユニット１５
に供給することにより、集光ユニット１５から出射され
たレーザー光Ｂが板材２の端部における交点４上に結焦
し、板材２を融解させて溶接ナゲット５ａが形成される
ことになる。

【００２０】さらに、上記のようにして板材２の端部に
溶接ナゲット５ａが形成された後に、前記垂直移動機構
１４を再度作動させることにより、レーザー光Ｂの焦点
位置を下降させる。この場合に、溶接トーチ１３から出
射されることとなるレーザー光Ｂの光路は、板材２の端
部を固定している固定治具１０の貫通孔１１を横切って
配されることとなるが、該貫通孔１１が十分に大きく形
成されるとともに集光ユニット１５を十分に小型に形成
しておけば、光路と固定治具１０とが干渉することを回
避することができる。そして、レーザー光Ｂの焦点位置
を板材２に設けられた孔６内の板材２どうしの交点４に
一致させた状態で垂直移動機構１４を停止して、溶接ト
ーチ１３を再度作動させることにより、板材２どうしの
交差部３の途中位置に溶接ナゲット５ｂが形成されるこ
とになる。

【００２１】この場合に、溶接トーチ１３は、対称位置
に配される２つの集光ユニット１５を有していて、溶接
点に対して対称にかつ均一にレーザー光Ｂを照射するこ
とができるので、溶接点に形成される溶接ナゲット５ｂ
が偏りなく安定した形態に形成されることになる。ま
た、上記のようにレーザー光Ｂが均一に照射されること
により、板材２に付与される熱量の分布に大きな偏りが
発生することが回避され、熱収縮による歪みの発生を低
減することができる。また、このような歪みの発生は、
固定治具１０によってある程度防止することができる
が、本実施例によれば、固定治具１０によって支持すべ
き熱変形を低減することができる。

【００２２】さらに、本実施例のように板材２どうしの
交差部３上の途中位置においてもレーザー光Ｂの照射を
偏りなく実施することとすれば、板材２の端部を含めた
交差部３上のいずれの位置においても同一の様式によっ
て板材２どうしを接合することができる。したがって、
全ての溶接点における接合作業にあたっての固定治具１
０を共通化することができ、該固定治具１０の交換作業
に要する工数を節約することができる。また、各部の接
合作業を連続して実施することができ、接合作業に要す
る工数の短縮、ガスの消費量の減少等を図ることができ
る。

【００２３】また、本実施例の接合装置１２は、中心軸
線１８に対して対称に配置した２つの集光ユニット１５
を板材２どうしの交差部４に沿って移動させる垂直移動
機構１４を具備しているので、該集光ユニット１５から
レーザー光Ｂを出射させた状態で、垂直移動機構１４を
作動させることにより、溶接ナゲット５ｂを交差部３に
沿う形状に形成することができる。これにより、小さい
外形寸法で、十分な溶け込み深さを有する溶接ナゲット
５ｂを形成することができ、その周囲に流通させられる
こととなる冷却水等の流動抵抗を低減することができる
ことになる。

【００２４】なお、本実施例の接合方法および接合装置
１２においては、中心軸線１８に対して対称配置した２
つの集光ユニット１５からのレーザー光Ｂを同時に照射
することとしたが、これに代えて、３以上の集光ユニッ
ト１５を中心軸線１８回りに等間隔を空けて配設するこ
ととしてもよい。この場合、２枚の板材２が交差するよ
うな格子部材１の接合に限定されることなく、同一交差
部において３枚以上の板材２が交差するような格子部材
１の接合に適用することも可能である。

【００２５】また、レーザー光Ｂとして、光ファイバー
による伝送が可能で狭隘箇所に対するアプローチが容易
なＹＡＧレーザーを採用したが、これに限定されるもの
ではなく、ＣＯ2レーザー等を使用することとしてもよ
い。また、板材２の材料、寸法等においてもなんら限定
されるものではない。また、格子部材１として、原子炉
内の燃料棒支持格子１を例に採って説明したが、他の任
意の格子部材１の接合に本発明の接合方法、接合装置を
適用することとしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る格子
部材の接合方法および接合装置によれば、板材どうしの
交線に対して同一角度だけ傾斜しかつ交線回りに等間隔
を空けた複数方向から、同一焦点を形成するようにレー
ザー光を照射するので、溶接ナゲットを偏りなく安定し
た形状で焦点位置に形成することができるという効果を
奏する。

【００２７】また、レーザー光の焦点位置を板材どうし
の交線に沿って移動させるだけで、全ての溶接点に対し
て同様に適用することができ、複数の溶接点に対する溶
接作業を連続して実施することができる。その結果、溶
接作業の効率を向上して溶接時間の短縮等を図ることが
できる。

【００２８】さらに、移動手段を作動させることによっ
て、レーザー光の焦点位置を板材どうしの交線方向に移
動させつつ接合することができるので、溶接ナゲットの
大きさを抑制しつつ、十分な溶け込み深さを確保して、
板材どうしの接合強度を向上することができるという効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る格子部材の接合装置の一実施例を
示す模式図である。

【図２】図１の接合装置による板材の接合作業を説明す
るための斜視図である。

【図３】板材の端部のみを接合した格子部材を示す斜視
図である。

【図４】板材どうしの交線上に溶接ナゲットを形成する
ように接合した格子部材を示す斜視図である。

【図５】従来の格子部材の接合作業を説明するための斜
視図である。

【符号の説明】

１ 支持格子（格子部材） ２ 板材 ３ 交差部 １２ 接合装置 １４ 垂直移動機構（移動手段） １５ 集光ユニット（集光器） Ｂ レーザー光

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数枚の板材を同一の交線において交差
   させてなる格子部材を一体的に接合する接合方法であっ
   て、 前記交線に対して同一角度だけ傾斜しかつ該交線回りに
   等間隔を空けた複数方向から、同一焦点を形成するよう
   にレーザー光を照射することを特徴とする格子部材の接
   合方法。
2. 【請求項２】 複数枚の板材を同一の交線において交差
   させてなる格子部材を一体的に接合する接合装置であっ
   て、 前記交線に対して同一角度だけ傾斜しかつ該交線回りに
   等間隔を空けて複数配設される集光器を具備し、 該集光器から出射されるレーザー光を、交線上の同一位
   置に集光させることを特徴とする格子部材の接合装置。
3. 【請求項３】 集光器を板材の交線に沿って同時に移動
   させる移動手段を具備していることを特徴とする請求項
   ２記載の格子部材の接合装置。