溶接装置
【課題】比較的細径の管内部の溶接を行うことのできる溶接装置を提供すること。
【解決手段】管の内部に挿入される挿入部１と、管の外部に配置されて挿入部１を管の内部に配置する非挿入部２と、挿入部１に設けられ、管の内部に配置された状態で管の内面に溶接を行う溶接トーチ１１と、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く管の径方向に溶接トーチ１１を移動させる溶接トーチ移動機構１２と、非挿入部２に設けられ、先端に挿入部１が取り付けられて管に挿入される支持ロッド２１を、当該支持ロッド２１の軸Ｓ１廻りに回転移動させる回転移動機構２２と、非挿入部２に設けられ、支持ロッド２１を、当該支持ロッド２１の軸Ｓ１の延在方向に沿って移動させる軸方向移動機構２３と、非挿入部２に設けられ、溶接トーチ１１に至り溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給機構２４と、を備える。
【解決手段】管の内部に挿入される挿入部１と、管の外部に配置されて挿入部１を管の内部に配置する非挿入部２と、挿入部１に設けられ、管の内部に配置された状態で管の内面に溶接を行う溶接トーチ１１と、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く管の径方向に溶接トーチ１１を移動させる溶接トーチ移動機構１２と、非挿入部２に設けられ、先端に挿入部１が取り付けられて管に挿入される支持ロッド２１を、当該支持ロッド２１の軸Ｓ１廻りに回転移動させる回転移動機構２２と、非挿入部２に設けられ、支持ロッド２１を、当該支持ロッド２１の軸Ｓ１の延在方向に沿って移動させる軸方向移動機構２３と、非挿入部２に設けられ、溶接トーチ１１に至り溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給機構２４と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、原子力容器に設けられた管の補修として溶接を行う溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載の原子炉容器の管台作業システムは、原子炉容器の管台内部で作業を行うものである。この作業のうち、例えば溶接部を切削し、そこに肉盛溶接を行う。そして、この原子炉容器の管台作業システムにおいて、溶接装置（溶接ユニット）は、アーク放電させるための溶接トーチと、溶接トーチの先端側へ溶接材となるワイヤを供給する溶接材供給手段と、溶接トーチの先端側を照明する照明手段と、溶接トーチの先端側を撮影する撮影手段と、管台に対する相対位置を検出する位置センサと、これらを支持する支持部材と、支持部材に取り付けられ案内装置の接続部に接続される被接続部とを有する（特許文献１：段落００５９および図１２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、蒸気発生器を２機接続する２ループの原子炉においては、出口管台や入口管台の他に原子炉内に冷却水を注水するための注水配管が接続される注水管台が設けられている。かかる注水管台と注水配管との溶接部においても、保守のために内径寸法を計測する必要が生じる。
【０００５】
しかし、上述した特許文献１の溶接装置は、内径がほぼ７００ｍｍの出口管台や入口管台の内径寸法の計測に適用されるもので、内径がほぼ９０ｍｍの注水管台に挿入することはできない。したがって、注水管台のような細径の管に挿入し、その内面の切削部分を溶接することのできる溶接装置が切望されている。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、比較的細径の管内部の溶接を行うことのできる溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の溶接装置は、管の内部に挿入される挿入部と、前記管の外部に配置されて前記挿入部を前記管の内部に配置する非挿入部と、前記挿入部に設けられ、前記管の内部に配置された状態で前記管の内面に溶接を行う溶接トーチと、前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部が向く前記管の径方向に前記溶接トーチを移動させる溶接トーチ移動機構と、前記非挿入部に設けられ、先端に前記挿入部が取り付けられて管に挿入される支持ロッドを、当該支持ロッドの軸廻りに回転移動させる回転移動機構と、前記非挿入部に設けられ、前記支持ロッドを、当該支持ロッドの軸の延在方向に沿って移動させる軸方向移動機構と、前記非挿入部に設けられ、前記溶接トーチに至り溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給機構と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この溶接装置によれば、管の内部に配置される挿入部に、溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構が設けられ、管の外部に配置される非挿入部に、回転移動機構、軸方向移動機構、および溶接ワイヤ供給機構が設けられているため、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構を配置して溶接を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の溶接装置では、前記溶接トーチは、前記管が延在する軸方向に延在するベース部材の前端側に取り付けられ、前記溶接トーチ移動機構は、前記ベース部材の後端側に取り付けられて、前記ベース部材と共に前記溶接トーチを移動させることを特徴とする。
【００１０】
この溶接装置によれば、ベース部材を介して溶接トーチと溶接トーチ移動機構との間に所定の距離をおくことで、比較的細径の管の内部において溶接トーチ移動機構に対する溶接トーチの熱の影響を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明の溶接装置は、前記挿入部に設けられ、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接トーチの先端部に対して接近または離隔するように前記溶接ワイヤを移動可能に支持する溶接ワイヤ支持部を備え、当該溶接ワイヤ支持部が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構を配置して溶接を行うと共に、溶接トーチに対する溶接ワイヤの位置を溶接ワイヤ支持部によって調整することができる。
【００１３】
また、本発明の溶接装置では、前記溶接トーチは、前記管が延在する軸方向に延在するベース部材の前端側に取り付けられ、前記溶接ワイヤ支持部は、前記ベース部材の後端に取り付けられていると共に、前記溶接トーチ移動機構の移動部材に連結されていること特徴とする。
【００１４】
この溶接装置によれば、ベース部材を介して溶接トーチと溶接ワイヤ支持部との間に所定の距離をおくことで、比較的細径の管の内部において溶接ワイヤ支持部に対する溶接トーチの熱の影響を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明の溶接装置は、前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチによって溶接される周囲の温度を計測する温度計測手段と、前記挿入部に設けられ、前記温度計測手段によって計測される付近を撮像する温度計測部撮像手段と、挿入部に設けられ、前記温度計測部撮像手段を冷却する温度監視部冷却手段と、を備え、前記温度計測手段、前記温度計測部撮像手段および前記温度監視部冷却手段が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構を配置して溶接を行うと共に、溶接される周囲の温度を温度計測手段および温度計測部撮像手段によって管理することができる。さらに、温度監視部冷却手段によって温度計測部撮像手段を冷却することで、比較的細径の管の内部において温度計測部撮像手段に対する溶接トーチの熱の影響を抑えることが可能になる。
【００１７】
また、本発明の溶接装置は、前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部の付近を撮像する溶接部撮像手段と、前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部の付近を照らす照明手段と、前記挿入部に設けられ、前記溶接部撮像手段および前記照明手段を冷却する撮像冷却手段と、を備え、前記溶接部撮像手段、前記照明手段および前記撮像冷却手段が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構を配置して溶接を行うと共に、溶接トーチの様子を溶接部撮像手段によって監視することができる。しかも、溶接トーチの溶接時の光を遮るため溶接部撮像手段にフィルタが設けられることになるが、照明手段を設けたことにより、溶接教示時などの溶接時以外での溶接トーチの様子を監視することができる。さらに、撮像冷却手段によって溶接部撮像手段および照明手段を冷却することで、比較的細径の管の内部において溶接部撮像手段および照明手段に対する溶接トーチの熱の影響を抑えることが可能になる。
【００１９】
また、本発明の溶接装置は、前記支持ロッドに設けられており、前記挿入部側を撮像する挿入部撮像手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
この溶接装置によれば、挿入部を管に挿入する際に、当該挿入部の様子を挿入部撮像手段によって監視することができる。この結果、挿入部を管の内面に接触しないように監視して、溶接トーチや管の損傷を防止することができる。
【００２１】
また、本発明の溶接装置では、前記溶接ワイヤ供給機構は、前記溶接ワイヤが巻かれるワイヤリールと、前記ワイヤリールから前記溶接ワイヤを送り出すワイヤ送出部と、前記ワイヤリールにおいて前記溶接ワイヤを巻き取る方向への回転を付勢するワイヤリール巻取手段と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この溶接装置によれば、ワイヤリール巻取手段によってワイヤリールに溶接ワイヤが常に巻き取られるため、ワイヤリールに巻かれる溶接ワイヤが緩むことがなく、溶接において溶接ワイヤの送出を適宜行うことができる。また、溶接完了後に溶接ワイヤを逆送給する必要があり、この逆送給を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、比較的細径の管内部の溶接を行うことのできる溶接装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、原子力設備の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、原子炉容器の横断面図である。
【図３】図３は、注水管台の断面図である。
【図４】図４は、注水管台の切削・補修の説明図である。
【図５】図５は、注水管台の切削・補修の説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の一部裁断した側面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の側面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の溶接ワイヤ径方向移動機構の側面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の溶接ワイヤ軸方向移動機構の側面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の側面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の平面図である。
【図１５】図１５は、図１３におけるＡ−Ａ断面拡大図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の動作を示す側面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の制御系のブロック図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の動作を示す側面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の動作を示す側面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の他の挿入部の動作を示す側面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の他の挿入部の動作を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２６】
図１は、原子力設備の一例を示す概略図であり、図２は、原子炉容器の横断面図である。図１に示すように、原子力設備１００は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）がある。この原子力設備１００は、原子炉容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３およびポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次連結されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。また、蒸気発生器１０３とタービン（図示省略）との間には、二次冷却水の循環経路が構成されている。
【００２７】
この原子力設備１００では、一次冷却水が原子炉容器１０１にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換により蒸気となった二次冷却水は、タービンに供給される。タービンは、二次冷却水の蒸気により駆動される。そして、タービンの動力が発電機（図示省略）に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、凝縮して水となり蒸気発生器１０３に供給される。一方、熱交換後の一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介してポンプ１０４側に回収される。
【００２８】
蒸気発生器１０３は、図１に示すように、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。この伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。また、入口側水室１０３ａは、配管ノズルとしての入口管台１０３ｆが設けられ、この入口管台１０３ｆに入口側の一次冷却水管１０５が接続されている。一方、出口側水室１０３ｂは、配管ノズルとしての出口管台１０３ｇが設けられ、この出口管台１０３ｇに出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。
【００２９】
原子炉容器１０１は、図１に示すように、燃料集合体（図示省略）が挿抜できるように、容器本体１０１ａとその上部に装着される容器蓋１０１ｂとにより構成されている。容器蓋１０１ｂは、容器本体１０１ａに対して開閉可能に設けられている。容器本体１０１ａは、上方が開口し、下方が半球形状とされて閉塞された円筒形状をなし、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口管台１０１ｃおよび出口管台１０１ｄが設けられている。出口管台１０１ｄは、蒸気発生器１０３の入口管台１０３ｆに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、入口管台１０１ｃは、蒸気発生器１０３の出口管台１０３ｇに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、原子炉容器１０１は、図２に示すように、容器本体１０１ａにおいて入口管台１０１ｃおよび出口管台１０１ｄと同等高さの位置に、注水用の管である注水管台１０１ｅが設けられている。注水管台１０１ｅは、管である注水配管１０１ｆが溶接によって接続されている。
【００３０】
図３は、注水管台の断面図であり、図４および図５は、注水管台の切削・補修の説明図である。注水管台１０１ｅは、上述した原子力設備１００の安全性や信頼性を確保するため、定期的に検査が行われる。この検査の結果、図３に示す、注水管台１０１ｅと注水配管１０１ｆとの接続部分である溶接部１０１ｇに、経年変化によるクラックなどの表面欠陥が発生するおそれのある場合や、経年変化による表面欠陥が判明した場合、当該溶接部１０１ｇを切削・補修する。具体的には、図４に示すように、溶接部１０１ｇの内面を、注水管台１０１ｅおよび注水配管１０１ｆの内面の一部と共に切削し、切削された切削部Ａに所定合金種の溶接肉盛Ｂを行い、溶接肉盛Ｂを行った部分およびその周囲を仕上げ加工する。また、欠陥が発生するおそれや欠陥が溶接部１０１ｇの内面から深い場所にある場合は、図５に示すように、溶接部１０１ｇの内面を、注水管台１０１ｅおよび注水配管１０１ｆの内面の一部と共に深く切削し、切削された切削部Ａに所定合金種の溶接肉盛Ｂを行い、溶接肉盛Ｂを行った部分およびその周囲を仕上げ加工する。なお、図４に示す浅い切削および肉盛は、注水管台１０１ｅの内面の全周に沿って行う。また、図５に示す深い切削および肉盛は、注水管台１０１ｅの内面の局部または全周に沿って行う。なお、上記の切削や溶接は、欠陥の有無に係わらず行う場合もある。
【００３１】
上記の切削・補修の箇所において、切削後に肉盛溶接を行うため、本実施の形態に係る溶接装置が適用される。図６は、本実施の形態に係る溶接装置の一部裁断した側面図であり、図７は、本実施の形態に係る溶接装置の挿入部の側面図であり、図８は、本実施の形態に係る溶接装置の挿入部の平面図であり、図９および図１０は、本実施の形態に係る溶接装置の挿入部の斜視図であり、図１１は、本実施の形態に係る溶接装置の溶接ワイヤ径方向移動機構の側面図であり、図１２は、本実施の形態に係る溶接装置の溶接ワイヤ軸方向移動機構の側面図であり、図１３は、本実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の側面図であり、図１４は、本実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の平面図であり、図１５は、図１３におけるＡ−Ａ断面拡大図であり、図１６は、本実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の動作を示す側面図である。
【００３２】
溶接装置は、上述した原子炉容器１０１の内側であって注水管台１０１ｅから注水配管１０１ｆに至る管の内部に挿入されるもので、図６に示すように、管の内部に挿入される前側に設けられた挿入部１と、管の外部に配置される後側に設けられて挿入部１を管の内部に配置し、自身は管の内部に挿入されることのない非挿入部２とを有している。
【００３３】
挿入部１は、図６に示すように、管の内部に挿入されるように、全体が管の内径よりも細径に形成されている。この挿入部１は、管に配置された状態で当該管が延在する軸方向に沿う軸Ｓ１の延在方向に長手状に形成されたベース部材１ａを備える。そして、挿入部１は、ベース部材１ａを基に、溶接トーチ１１と、溶接トーチ移動機構１２と、溶接ワイヤ支持部１３と、温度監視部１４と、溶接監視部１５とを有している。
【００３４】
溶接トーチ１１は、図６および図７に示すように、ベース部材１ａが管に挿入される前端に固定されている。この溶接トーチ１１は、電極である先端部１１ａを、軸Ｓ１に直交する方向（管に配置された状態では管の軸方向に直交する径方向）に向けて設けられている。
【００３５】
また、溶接トーチ１１の近傍には、溶接トーチによって溶接される周囲を冷却する溶接冷却手段１１１が設けられている。溶接冷却手段１１１は、ベース部材１ａに取り付けられて溶接トーチ１１の近傍に配置されたエアノズル１１１ａと、当該エアノズル１１１ａに冷却ガス（例えばアルゴンガス）を供給する給気管１１１ｂとで構成されている。
【００３６】
溶接トーチ移動機構１２は、図６に示すように、ベース部材１ａの後端側であって、後述する非挿入部２における支持ロッド２１の前端に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に、ベース部材１ａと共に溶接トーチ１１を移動させるものである。溶接トーチ移動機構１２は、図７に示すように、溶接トーチ駆動モータ１２ａ、ネジロッド１２ｂ、ナット部１２ｃ、ガイドレール１２ｄ、移動部としてのスライダ１２ｅ、および移動検出センサ１２ｆを有し、これらがケーシング１２ｇに収容されている。ケーシング１２ｇは、図６に示すように、支持ロッド２１の前端に固定されている。
【００３７】
ネジロッド１２ｂは、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在し、ケーシング１２ｇに対して回転可能に取り付けられている。このネジロッド１２ｂは、溶接トーチ駆動モータ１２ａの出力軸に歯車を介して連結されている。ナット部１２ｃは、ネジロッド１２ｂに螺合されている。ガイドレール１２ｄは、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在して、ケーシング１２ｇに対して固定されている。このガイドレール１２ｄは、平行に１対設けられている。スライダ１２ｅは、１対のガイドレール１２ｄに対し、当該ガイドレール１２ｄの延在方向に沿って移動可能に設けられている。このスライダ１２ｅは、ナット部１２ｃと一体に固定されている。また、スライダ１２ｅは、溶接トーチ１１が固定されたベース部材１ａ側に連結されている。移動検出センサ１２ｆは、抵抗式センサであって、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に移動子が移動可能に設けられ、この移動子の移動に伴って抵抗値が変化することにより移動子の位置を検出する。この移動検出センサ１２ｆは、移動子がスライダ１２ｅに取り付けられている。
【００３８】
このような溶接トーチ移動機構１２は、溶接トーチ駆動モータ１２ａの駆動によってネジロッド１２ｂが回転する。すると、ネジロッド１２ｂに螺合関係にあるナット部１２ｃが、ガイドレール１２ｄに案内されているスライダ１２ｅと共に、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に移動する。このため、スライダ１２ｅの移動に伴ってベース部材１ａと共に溶接トーチ１１が移動する。また、溶接トーチ１１の移動した位置は、移動検出センサ１２ｆによって検出される。また、上述したように溶接トーチ１１の近傍において、ベース部材１ａに溶接冷却手段１１１が取り付けられているため、この溶接冷却手段１１１も溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動する。
【００３９】
なお、溶接トーチ移動機構１２は、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在しつつケーシング１２ｇに対して回転可能に支持された回転軸１２ｈを有している。この回転軸１２ｈは、溶接トーチ駆動モータ１２ａの出力軸に対して歯車を介して連結され、かつ、ケーシング１２ｇに対して軸Ｓ１に沿う中心軸廻りに回転可能に支持された回転子１２ｉと歯車を介して転結されている。この回転子１２ｉは、ケーシング１２ｇの後側の外部から、図示しない工具が嵌合するように構成されている。このため、溶接トーチ駆動モータ１２ａが故障した場合、回転子１２ｉに工具を嵌合して回せば、回転軸１２ｈおよび溶接トーチ駆動モータ１２ａの出力軸を経てネジロッド１２ｂを回転させることができ、この結果、手動で溶接トーチ１１を移動させることが可能である。
【００４０】
溶接ワイヤ支持部１３は、溶接トーチ１１の先端部１１ａの近傍にて先端が配置される溶接ワイヤを支持するものである。さらに、溶接ワイヤ支持部１３は、溶接ワイヤの先端が溶接トーチ１１の先端部１１ａに対して接近または離隔するように溶接ワイヤを移動可能に支持するものである。ここで、溶接ワイヤは、図７〜図１０に示すように、コンジットライナ３に挿通されることで、非挿入部２側から挿入部１の溶接トーチ１１の先端部１１ａに至り案内される。溶接ワイヤ支持部１３は、このコンジットライナ３を支持している。溶接ワイヤ支持部１３は、図８〜図１０に示すように、ベース部材１ａと溶接トーチ移動機構１２のスライダ１２ｅとの間に設けられた溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１と、コンジットライナ３が取り付けられていると共に溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１に取り付けられた溶接ワイヤ径方向移動機構１３２とを有している。
【００４１】
溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１は、図８〜図１０に示すように、そのケーシング１３１ａが、ベース部材１ａの後端に固定され、かつ図７に示すように、溶接トーチ移動機構１２のスライダ１２ｅに連結部材１３１ｂを介して連結されている。溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１は、図１１に示すように、ケーシング１３１ａに、溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃ、ネジロッド１３１ｄ、ナット部１３１ｅ、ガイドレール１３１ｆ、およびスライダ１３１ｇが収容されている。
【００４２】
ネジロッド１３１ｄは、軸Ｓ１に沿う管の軸方向に延在し、ケーシング１３１ａに対して回転可能に取り付けられている。このネジロッド１３１ｄは、溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃの出力軸に歯車を介して連結されている。ナット部１３１ｅは、ネジロッド１３１ｄに螺合されている。ガイドレール１３１ｆは、軸Ｓ１に沿う管の軸方向に延在して、ケーシング１３１ａに対して固定されている。スライダ１３１ｇは、ガイドレール１３１ｆに対し、当該ガイドレール１３１ｆの延在方向に沿って移動可能に設けられている。このスライダ１３１ｇは、ナット部１３１ｅと一体に固定されている。また、スライダ１３１ｇは、後述する溶接ワイヤ径方向移動機構１３２のケーシング１３２ａが連結されている。
【００４３】
このような溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１は、溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃの駆動によってネジロッド１３１ｄが回転する。すると、ネジロッド１３１ｄに螺合関係にあるナット部１３１ｅが、ガイドレール１３１ｆに案内されているスライダ１３１ｇと共に、軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動する。このため、スライダ１３１ｇの移動に伴って溶接ワイヤ径方向移動機構１３２と共にコンジットライナ３が移動する。この結果、コンジットライナ３に挿入されている溶接ワイヤが軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動する。
【００４４】
溶接ワイヤ径方向移動機構１３２は、上述したように、そのケーシング１３２ａが、溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１のスライダ１３１ｇに連結されている。溶接ワイヤ径方向移動機構１３２は、図１２に示すように、ケーシング１３２ａに、溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃ、ネジロッド１３２ｄ、ナット部１３２ｅ、ガイドレール１３２ｆ、およびスライダ１３２ｇが収容されている。
【００４５】
ネジロッド１３２ｄは、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在し、ケーシング１３２ａに対して回転可能に取り付けられている。このネジロッド１３２ｄは、溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃの出力軸に歯車を介して連結されている。ナット部１３２ｅは、ネジロッド１３２ｄに螺合されている。ガイドレール１３２ｆは、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在して、ケーシング１３２ａに対して固定されている。スライダ１３２ｇは、ガイドレール１３２ｆに対し、当該ガイドレール１３２ｆの延在方向に沿って移動可能に設けられている。このスライダ１３２ｇは、ナット部１３２ｅと一体に固定されている。また、スライダ１３２ｇは、溶接ワイヤを挿通するコンジットライナ３が取り付けられている。
【００４６】
このような溶接ワイヤ径方向移動機構１３２は、溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃの駆動によってネジロッド１３２ｄが回転する。すると、ネジロッド１３２ｄに螺合関係にあるナット部１３２ｅが、ガイドレール１３２ｆに案内されているスライダ１３２ｇと共に、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に移動する。このため、スライダ１３２ｇの移動に伴ってコンジットライナ３が移動する。この結果、コンジットライナ３に挿入されている溶接ワイヤが溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に移動する。
【００４７】
また、溶接ワイヤ支持部１３は、溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１が、ベース部材１ａと溶接トーチ移動機構１２のスライダ１２ｅとの間に設けられ、かつ溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１が、コンジットライナ３が取り付けられて溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１に設けられていることから、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動する。
【００４８】
温度監視部１４は、溶接に際し、溶接トーチ１１によって溶接前の管台表面の温度を監視するものである。本実施の形態において行われる溶接は、テンパービード溶接が適用されるため、温度管理を行う必要がある。温度監視部１４は、図７〜図１０に示すように、温度計測手段１４１、温度計測部撮像手段１４２および温度監視部冷却手段１４３（図１０参照）を有している。温度計測手段１４１は、例えば放射温度計が適用され、非接触で温度を計測する。この温度計測手段１４１は、ベース部材１ａに設けられており、溶接時の温度の影響を低減するため、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向と相反する方向において温度を計測するように配置されている。温度計測部撮像手段１４２は、ベース部材１ａに設けられており、温度計測手段１４１によって温度が計測される付近を撮像するものである。温度計測部撮像手段１４２は、温度計測手段１４１によって温度が計測される部分を明確にするため、撮像画面上にマーキングを入れる。温度監視部冷却手段１４３は、温度計測部撮像手段１４２の周囲を覆う水冷ジャケットに、溶接トーチ１１の冷却に用いる冷却水が供給されるものである。この温度監視部１４は、ベース部材１ａに設けられていることから、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動する。
【００４９】
溶接監視部１５は、溶接に際し、溶接トーチ１１によって溶接される周囲の様子を監視するものであり、図７〜図１０に示すように、溶接部撮像手段１５１、照明手段１５２および撮像冷却手段１５３を有している。溶接部撮像手段１５１は、ベース部材１ａに設けられており、溶接トーチ１１の先端部１１ａの付近を撮像するものである。この溶接部撮像手段１５１は、溶接時の光を遮って撮像を行うためにフィルタが設けられている。照明手段１５２は、溶接トーチ１１がベース部材１ａに取り付けられる基部に対して溶接トーチ１１よりも前側に延在して固定された支持部材１５４に取り付けられており、挿入部１の最も前側に配置されている。そして、照明手段１５２は、挿入部１の最も前側から、溶接トーチ１１の先端部１１ａの付近を照らす。撮像冷却手段１５３は、溶接時の温度の影響を抑えるため、溶接部撮像手段１５１および照明手段１５２を冷却するものである。この撮像冷却手段１５３は、溶接部撮像手段１５１や照明手段１５２の周囲を覆う水冷ジャケットに、溶接トーチ１１の冷却に用いる冷却水が供給されるものである。この溶接監視部１５は、溶接部撮像手段１５１がベース部材１ａに設けられ、照明手段１５２が溶接トーチ１１の基部に支持部材１５４を介して設けられていることから、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動する。
【００５０】
非挿入部２は、上述した挿入部１が前端に配置された支持ロッド２１を基に構成されており、回転移動機構２２と、軸方向移動機構２３と、溶接ワイヤ供給機構２４と、挿入部撮像手段２７とを有している。
【００５１】
支持ロッド２１は、前端に固定された挿入部１を管の内部に配置するものである。この支持ロッド２１は、図１３〜図１５に示すように、管の内部に挿入し得る外径であって、内部が中空の円筒状に形成されており、軸Ｓ１を中心として配置されている。この支持ロッド２１は、その前端に挿入部１に設けられた溶接トーチ移動機構１２のケーシング１２ｇが固定されている。また、図には明示しないが、支持ロッド２１は、その中空に形成された内部に、上述した溶接トーチ１１の電源ケーブル、溶接トーチ駆動モータ１２ａの電源ケーブル、移動検出センサ１２ｆの信号ケーブル、溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃの電源ケーブル、溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃの電源ケーブル、温度計測手段１４１の信号ケーブル、温度計測部撮像手段１４２の電源ケーブル、溶接部撮像手段１５１の電源ケーブル、照明手段１５２の電源ケーブル、撮像冷却手段１５３（溶接トーチの冷却構造）の給水チューブ、およびコンジットライナ３が挿通されていることで、各ケーブル類が支持ロッド２１を通して管の外部に引き出されるように構成されている。また、支持ロッド２１は、その後端側に上記ケーブル類を巻き付けるためのケーブルリール２６が設けられている。また、支持ロッド２１は、その中空に形成された内部に、工具挿入管２１１が設けられている。工具挿入管２１１は、支持ロッド２１の前端から後端にかけて長手状に延在し、前端が、溶接トーチ移動機構１２における回転子１２ｉに向き合って配置されている。このため、手動で溶接トーチ１１を移動させる場合、工具挿入管２１１を経て容易に回転子１２ｉに対して工具を嵌合させることが可能である。
【００５２】
回転移動機構２２は、支持ロッド２１を軸Ｓ１廻りに回転移動させるもので、図１３〜図１５に示すように、回転移動支持部２２１、回転駆動モータ２２２、駆動プーリ２２３、従動プーリ２２４および駆動ベルト２２５を有している。
【００５３】
回転移動支持部２２１は、支持ロッド２１を軸Ｓ１廻りに回転可能に支持するものであって、図１３に示すように、筒状に形成されて支持ロッド２１の周りに配置されており、支持ロッド２１との間にベアリング２２１ａを介して設けられている。この回転移動支持部２２１は、非挿入部２の基部となるフレーム２５に支持されている。フレーム２５は、ほぼ円筒形状に形成されており、後端において外周に突出するフランジ２５ａが設けられている。このフレーム２５は、図１３に示すように、管の外部において、原子炉容器１０１の内側に気中作業環境を構成する有底筒状のプラットフォーム（特開２０１１−１７６７０号公報のプラットフォームに相当）１０６に固定される。具体的に、プラットフォーム１０６は、筒状の側壁に、管に通じる円形の窓穴１０６ａが設けられており、この窓穴１０６ａに取付基部１０７が固定されている。取付基部１０７は、円筒状に形成され、窓穴１０６ａに挿入された状態でプラットフォーム１０６内に配置される端部の外周に突出するフランジ１０７ａが設けられている。この取付基部１０７は、窓穴１０６ａに対し、円筒状の中心を管の軸に合わせて固定される。フレーム２５は、この取付基部１０７に挿通されて取付基部１０７のフランジ１０７ａに対してフランジ２５ａが固定されることで、支持ロッド２１の軸Ｓ１を管の軸に合わせて取り付けられる。
【００５４】
回転駆動モータ２２２は、図１３に示すように、出力軸２２２ａを軸Ｓ１と平行にして回転移動支持部２２１に固定されている。
【００５５】
駆動プーリ２２３は、図１３および図１５に示すように、回転駆動モータ２２２の出力軸２２２ａに設けられている。
【００５６】
従動プーリ２２４は、図１３および図１５に示すように、支持ロッド２１の外周に設けられている。
【００５７】
駆動ベルト２２５は、図１３および図１５に示すように、駆動プーリ２２３と従動プーリ２２４とに掛け回される無端状にベルトである。
【００５８】
この回転移動機構２２は、回転駆動モータ２２２が駆動すると、出力軸２２２ａの回転が、駆動プーリ２２３から駆動ベルト２２５を介して従動プーリ２２４に伝達されることで、支持ロッド２１が、後述の溶接ワイヤ供給機構２４、および後述の挿入部撮像手段２７と軸Ｓ１廻りに回転する。この結果、支持ロッド２１の前端に取り付けられている挿入部１が軸Ｓ１廻りに回転する。
【００５９】
軸方向移動機構２３は、支持ロッド２１を軸Ｓ１の延在方向に沿って移動させるもので、図１３〜図１５に示すように、軸方向移動支持部２３１、軸方向駆動モータ２３２、ネジロッド２３３およびナット部２３４を有している。
【００６０】
軸方向移動支持部２３１は、図１４〜図１６に示すように、フレーム２５に設けられており、支持ロッド２１を挟むように軸Ｓ１と平行に配置された１対のレール２３１ａを有している、各レール２３１ａは、図１５に示すように、当該レール２３１ａに沿って軸Ｓ１に沿う方向に移動するスライダ２３１ｂが設けられている。スライダ２３１ｂは、回転移動支持部２２１が取り付けられている。すなわち、軸方向移動支持部２３１は、フレーム２５と回転移動支持部２２１との間に設けられて、回転移動支持部２２１をフレーム２５に支持させ、かつフレーム２５に対して回転移動支持部２２１を軸Ｓ１に沿う方向に移動可能に支持している。
【００６１】
軸方向駆動モータ２３２は、図１３〜図１６に示すように、出力軸２３２ａを軸Ｓ１に直交してフレーム２５に固定されている。
【００６２】
ネジロッド２３３は、図１３〜図１６に示すように、軸Ｓ１と平行に延在する棒状体であって、その周囲にボールネジ溝が設けられている。このネジロッド２３３は、フレーム２５に対して回転可能に支持されている。また、ネジロッド２３３は、その後端に設けられた傘歯車が、軸方向駆動モータ２３２の出力軸２３２ａに設けられた傘歯車と噛合されている。
【００６３】
ナット部２３４は、図１３〜図１６に示すように、ネジロッド２３３のボールネジ溝に螺合するものである。このナット部２３４は、回転移動支持部２２１に固定されている。
【００６４】
この軸方向移動機構２３は、軸方向駆動モータ２３２が駆動すると、出力軸２３２ａの回転が、ネジロッド２３３に伝達されることで、ネジロッド２３３が回転する。すると、図１６に示すように、ネジロッド２３３に螺合するナット部２３４が、ネジロッド２３３の延在方向である軸Ｓ１に沿う方向に移動する。このため、ナット部２３４が固定された回転移動支持部２２１が、レール２３１ａに沿って軸Ｓ１に沿う方向に移動し、回転移動支持部２２１に支持されている支持ロッド２１が、回転移動機構２２、後述の溶接ワイヤ供給機構２４、および後述の挿入部撮像手段２７と共に軸Ｓ１に沿う方向に移動する。この結果、支持ロッド２１の前端に取り付けられている挿入部１が軸Ｓ１に沿う方向に移動する。
【００６５】
溶接ワイヤ供給機構２４は、溶接トーチ１１に至り溶接ワイヤを供給するもので、図１３、図１４および図１６に示すように、支持ロッド２１の後端に取り付けられ、ワイヤリール２４１、ワイヤリール巻取手段２４２、およびワイヤ送出部２４３を有している。
【００６６】
ワイヤリール２４１は、溶接ワイヤを巻き取るもので、図１３、図１４および図１６に示すように、軸Ｓ１に直交する回転軸２４１ａの廻りに回転可能に設けられている。
【００６７】
ワイヤリール巻取手段２４２は、図１３および図１６に示すように、ワイヤリール２４１の回転軸２４１ａに巻装されたバネ材からなる。このワイヤリール巻取手段２４２は、後述のワイヤ送出部２４３によってワイヤリール２４１から溶接ワイヤが引き出され、ワイヤリール２４１が矢印α方向に回転した場合、バネ材が巻かれることで、溶接ワイヤを巻き取る方向である矢印β方向へのワイヤリール２４１の回転を付勢する。
【００６８】
ワイヤ送出部２４３は、ワイヤリール２４１から溶接ワイヤを送り出すもので、図１３および図１６に示すように、送出駆動モータ２４３ａと、この送出駆動モータ２４３ａによって回転駆動される駆動ローラ２４３ｂと、駆動ローラ２４３ｂに当接する従動ローラ２４３ｃと、従動ローラ２４３ｃを駆動ローラ２４３ｂに押圧する押圧部２４３ｄとを有している。すなわち、ワイヤ送出部２４３は、駆動ローラ２４３ｂと従動ローラ２４３ｃとの間に溶接ワイヤを挟んだ状態とし、送出駆動モータ２４３ａを駆動することで、各ローラ２４３ｂ，２４３ｃの間で溶接ワイヤを送り出す。
【００６９】
挿入部撮像手段２７は、挿入部１側を撮像するもので、図１３、図１４および図１６に示すように、支持ロッド２１の前端部に固定されている。この挿入部撮像手段２７は、軸Ｓ１に直交する管の径方向で対をなして設けられ、かつ支持ロッド２１に取り付けられた状態で、管の内径よりも小さい外形の範囲に設けられている。
【００７０】
図１７は、本実施の形態に係る溶接装置の制御系のブロック図である。上述した溶接装置は、溶接トーチ１１、溶接トーチ移動機構１２の溶接トーチ駆動モータ１２ａ、溶接トーチ移動機構１２の移動検出センサ１２ｆ、溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１の溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃ、溶接ワイヤ径方向移動機構１３２の溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃ、溶接部撮像手段１５１、照明手段１５２、温度計測手段１４１、温度計測部撮像手段１４２、および挿入部撮像手段２７、回転移動機構２２の回転駆動モータ２２２、軸方向移動機構２３の軸方向駆動モータ２３２、および溶接ワイヤ供給機構２４の送出駆動モータ２４３ａが制御部４に接続されている。また、制御部４は、溶接冷却手段１１１のエアノズル１１１ａに冷却ガスを供給するためのエアポンプ５１と、温度監視部冷却手段１４３、撮像冷却手段１５３および溶接トーチ１１に冷却水を供給するための冷却水ポンプ５２とが接続されている。
【００７１】
制御部４は、マイコンなどで構成され、記憶部４１および演算部４２が接続されている。記憶部４１は、ＲＡＭやＲＯＭなどから構成され、プログラムやデータが格納されている。記憶部４１に格納されるデータは、主に、溶接トーチ１１の先端部１１ａが管の内面に対して接近または離隔した際のアーク電圧の変動データや、移動検出センサ１２ｆの検出による溶接トーチ１１の移動位置のデータや、温度計測手段１４１で測定された溶接される周囲の温度のデータや、各モータ１３１ｃ，１３２ｃ，２２２，２３２の駆動に伴う各移動速度のデータや、送出駆動モータ２４３ａの駆動に伴う溶接ワイヤの送り速度のデータなどがある。また、演算部４２は、主に、アーク電圧の変動に基づいて溶接トーチ１１のアーク長を一定に保つための溶接トーチ移動機構１２による溶接トーチ１１の移動量（移動速度）を演算する。
【００７２】
具体的に、制御部４による溶接装置の動作を説明する。図１８および図１９は、本実施の形態に係る溶接装置の挿入部の動作を示す側面図である。
【００７３】
この溶接装置の動作は、対象の管（例えば、注水管台１０１ｅおよび注水配管１０１ｆの溶接部１０１ｇ）の検査を行い、当該管に欠陥が発生するおそれや欠陥が発生した場合に、当該欠陥部が切削された切削部分を肉盛溶接するためのものである。この場合、図６に示すように、対象の管に溶接装置を設置する。この場合、挿入部１を管の内部に挿入するにあたり、図１８に示すように、溶接トーチ１１が管の内面に接触しないように、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１の先端部１１ａを管の内面から離隔させておく。また、挿入部１を管の内部に挿入するにあたり、挿入部撮像手段２７によって挿入部１を撮影し、挿入部１と管の内面との位置関係を確認する。挿入部撮像手段２７によって挿入部１を撮影する際は、照明手段１５２を点灯させるとよい。なお、図１８および図１９においては、管の内面が周方向全周に亘って比較的浅く（例えば、３．５ｍｍ程度）切削されている場合を示している。
【００７４】
まず、溶接前に温度計測を行う。この温度計測においては、温度計測手段１４１によって非接触で温度を計測する部位（管の切削部の面）が温度計測部撮像手段１４２のマーキングに一致するように、適宜、軸方向移動機構２３によって挿入部１を軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動させ、回転移動機構２２によって挿入部１を軸Ｓ１廻りに管の周方向に回転移動させ、かつ溶接トーチ移動機構１２によってベース部材１ａを移動させる。
【００７５】
次に、溶接教示を行う。この溶接教示においては、図１９に示すように、溶接トーチ移動機構１２によってベース部材１ａを移動させることで、溶接トーチ１１の先端部１１ａを切削部における管の内面に接触させることで短絡検出し、かつ軸方向移動機構２３によって挿入部１を軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動させる。そしてこの教示を回転移動機構２２によって挿入部１を軸Ｓ１廻りに管の周方向に回転移動させて、所定角度（例えば３０度）ごとに行う。このように教示した教示データを記憶部４１に記憶しておく。
【００７６】
次に、溶接を行う。この溶接においては、上述した教示データに従って、軸方向移動機構２３によって挿入部１を軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動させ、回転移動機構２２によって挿入部１を軸Ｓ１廻りに管の周方向に回転移動させ、溶接トーチ移動機構１２によってベース部材１ａを移動させ、かつ溶接ワイヤ供給機構２４によって溶接ワイヤを供給する。また必要に応じ、溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１や溶接ワイヤ径方向移動機構１３２によって溶接ワイヤの位置を調整する。そして、溶接は、軸Ｓ１に沿う管の軸方向に行い、これを軸Ｓ１廻りに管の周方向に引き続き行う。
【００７７】
また、溶接に際し、溶接開始位置のクレータ部の温度を計測する。この計測においては、温度計測手段１４１によって非接触で温度を計測するクレータ部が温度計測部撮像手段１４２のマーキングに一致するように、適宜、軸方向移動機構２３によって挿入部１を軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動させ、回転移動機構２２によって挿入部１を軸Ｓ１廻りに管の周方向に回転移動させ、かつ溶接トーチ移動機構１２によってベース部材１ａを移動させる。この温度計測と同時に、エアポンプ５１を駆動して溶接冷却手段１１１のエアノズル１１１ａから冷却ガスを噴射し、管の内部の温度を低下させる。
【００７８】
図２０および図２１は、本実施の形態に係る溶接装置の他の挿入部の動作を示す側面図である。ここで、欠陥が発生するおそれや欠陥が溶接部１０１ｇの内面から比較的深い場所にある場合は、図２０および図２１のように、管局部的に深く（例えば最大２４ｍｍ程度）切削される。このような、局部的な切削部の溶接に対し、本実施の形態の溶接装置は、溶接トーチ１１を軸Ｓ１に交差する管の径方向により移動させる必要があるため、これにより溶接監視部１５が管の内面に接触することがないように、当該溶接監視部１５が管の内面から離隔して設けられている。具体的には、溶接部撮像手段１５１のベース部材１ａへの取付位置を、ベース部材１ａの側部に配置すると共に、照明手段１５２の一部を切り欠いて形成する。なお、図２０および図２１に示す溶接装置による動作については、上述の動作と同様である。
【００７９】
そして、溶接後では、溶接ワイヤを溶接トーチ１１から離隔させるように、溶接ワイヤ供給機構２４の送出駆動モータ２４３ａを送出時とは逆に駆動し、溶接ワイヤを逆送りする。この際、溶接ワイヤ供給機構２４のワイヤリール２４１にワイヤリール巻取手段２４２が設けられていることから、ワイヤリール２４１に溶接ワイヤが巻き取られる。このため、溶接ワイヤを逆送りしても、ワイヤリール２４１に巻かれる溶接ワイヤが緩むことがなく、次の溶接において溶接ワイヤの送出が適宜行える。
【００８０】
このように、本実施の形態の溶接装置は、管の内部に挿入される挿入部１と、管の外部に配置されて挿入部１を管の内部に配置する非挿入部２と、挿入部１に設けられ、管の内部に配置された状態で管の内面に溶接を行う溶接トーチ１１と、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く管の径方向に溶接トーチ１１を移動させる溶接トーチ移動機構１２と、非挿入部２に設けられ、先端に挿入部１が取り付けられて管に挿入される支持ロッド２１を、当該支持ロッド２１の軸Ｓ１廻りに回転移動させる回転移動機構２２と、非挿入部２に設けられ、支持ロッド２１を、当該支持ロッド２１の軸Ｓ１の延在方向に沿って移動させる軸方向移動機構２３と、非挿入部２に設けられ、溶接トーチ１１に至り溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給機構２４と、を備える。
【００８１】
この溶接装置によれば、管の内部に配置される挿入部１に、溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２が設けられ、管の外部に配置される非挿入部２に、回転移動機構２２、軸方向移動機構２３、および溶接ワイヤ供給機構２４が設けられているため、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２を配置して溶接を行うことが可能になる。
【００８２】
また、溶接トーチ１１は、管が延在する軸方向に延在するベース部材１ａの前端側に取り付けられ、溶接トーチ移動機構１２は、ベース部材１ａの後端側に取り付けられて、ベース部材１ａと共に溶接トーチ１１を移動させる。
【００８３】
この溶接装置によれば、ベース部材１ａを介して溶接トーチ１１と溶接トーチ移動機構１２との間に所定の距離をおくことで、比較的細径の管の内部において溶接トーチ移動機構１２に対する溶接トーチ１１の熱の影響を抑えることが可能になる。
【００８４】
また、本実施の形態の溶接装置は、挿入部１に設けられ、溶接ワイヤの先端が溶接トーチ１１の先端部１１ａに対して接近または離隔するように溶接ワイヤを移動可能に支持する溶接ワイヤ支持部１３を備え、当該溶接ワイヤ支持部１３が、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動可能に設けられている。
【００８５】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２を配置して溶接を行うと共に、溶接トーチ１１に対する溶接ワイヤの位置を溶接ワイヤ支持部１３によって調整することが可能になる。
【００８６】
また、本実施の形態の溶接装置は、溶接トーチ１１は、管が延在する軸方向に延在するベース部材１ａの前端側に取り付けられ、溶接ワイヤ支持部１３は、ベース部材１ａの後端に取り付けられていると共に、溶接トーチ移動機構１２の移動部材（スライダ１２ｅ）に連結されている。
【００８７】
この溶接装置によれば、ベース部材１ａを介して溶接トーチ１１と溶接ワイヤ支持部１３との間に所定の距離をおくことで、比較的細径の管の内部において溶接ワイヤ支持部１３に対する溶接トーチ１１の熱の影響を抑えることが可能になる。
【００８８】
また、本実施の形態の溶接装置は、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１によって溶接される周囲の温度を計測する温度計測手段１４１と、挿入部１に設けられ、温度計測手段１４１によって計測される付近を撮像する温度計測部撮像手段１４２と、挿入部１に設けられ、温度計測部撮像手段１４２を冷却する温度監視部冷却手段１４３と、を備え、温度計測手段１４１、温度計測部撮像手段１４２および温度監視部冷却手段１４３が、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動可能に設けられている。
【００８９】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２を配置して溶接を行うと共に、溶接される周囲の温度を温度計測手段１４１および温度計測部撮像手段１４２によって管理することが可能になる。さらに、温度監視部冷却手段１４３によって温度計測部撮像手段１４２を冷却することで、比較的細径の管の内部において温度計測部撮像手段１４２に対する溶接トーチ１１の熱の影響を抑えることが可能になる。
【００９０】
また、本実施の形態の溶接装置は、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａの付近を撮像する溶接部撮像手段１５１と、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａの付近を照らす照明手段１５２と、挿入部１に設けられ、溶接部撮像手段１５１および照明手段１５２を冷却する撮像冷却手段１５３と、を備え、溶接部撮像手段１５１、照明手段１５２および撮像冷却手段１５３が、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動可能に設けられている。
【００９１】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２を配置して溶接を行うと共に、溶接トーチ１１の様子を溶接部撮像手段１５１によって監視することが可能になる。しかも、溶接トーチ１１の溶接時の光を遮るため溶接部撮像手段１５１にフィルタが設けられることになるが、照明手段１５２を設けたことにより、溶接教示時などの溶接時以外での溶接トーチ１１の様子を監視することが可能になる。さらに、撮像冷却手段１５３によって溶接部撮像手段１５１および照明手段１５２を冷却することで、比較的細径の管の内部において溶接部撮像手段１５１および照明手段１５２に対する溶接トーチ１１の熱の影響を抑えることが可能になる。
【００９２】
また、本実施の形態の溶接装置は、支持ロッド２１に設けられており、挿入部１側を撮像する挿入部撮像手段２７を備える。
【００９３】
この溶接装置によれば、挿入部１を管に挿入する際に、当該挿入部１の様子を挿入部撮像手段２７によって監視することが可能になる。この結果、挿入部１を管の内面に接触しないように監視して、溶接トーチ１１や管の損傷を防止することが可能になる。
【００９４】
また、本実施の形態の溶接装置は、溶接ワイヤ供給機構２４は、溶接ワイヤが巻かれるワイヤリール２４１と、ワイヤリール２４１から溶接ワイヤを送り出すワイヤ送出部２４３と、ワイヤリール２４１において溶接ワイヤを巻き取る方向への回転を付勢するワイヤリール巻取手段２４２と、を備える。
【００９５】
この溶接装置によれば、ワイヤリール巻取手段２４２によってワイヤリール２４１に溶接ワイヤが常に巻き取られるため、ワイヤリール２４１に巻かれる溶接ワイヤが緩むことがなく、溶接において溶接ワイヤの送出を適宜行うことが可能になる。また、溶接完了後に溶接ワイヤを逆送給する必要があり、この逆送給を行うことが可能になる。
【符号の説明】
【００９６】
１ 挿入部
１ａ ベース部材
２ 非挿入部
１１ 溶接トーチ
１１ａ 先端部
１１１ 溶接冷却手段
１２ 溶接トーチ移動機構
１３ 溶接ワイヤ支持部
１４ 温度監視部
１４１ 温度計測手段
１４２ 温度計測部撮像手段
１５ 溶接監視部
１５１ 溶接部撮像手段
１５２ 照明手段
１５３ 撮像冷却手段
２１ 支持ロッド
２２ 回転移動機構
２３ 軸方向移動機構
２４ 溶接ワイヤ供給機構
２７ 挿入部撮像手段
２４１ ワイヤリール
２４２ ワイヤリール巻取手段
２４３ ワイヤ送出部
Ｓ１ 軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、原子力容器に設けられた管の補修として溶接を行う溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載の原子炉容器の管台作業システムは、原子炉容器の管台内部で作業を行うものである。この作業のうち、例えば溶接部を切削し、そこに肉盛溶接を行う。そして、この原子炉容器の管台作業システムにおいて、溶接装置（溶接ユニット）は、アーク放電させるための溶接トーチと、溶接トーチの先端側へ溶接材となるワイヤを供給する溶接材供給手段と、溶接トーチの先端側を照明する照明手段と、溶接トーチの先端側を撮影する撮影手段と、管台に対する相対位置を検出する位置センサと、これらを支持する支持部材と、支持部材に取り付けられ案内装置の接続部に接続される被接続部とを有する（特許文献１：段落００５９および図１２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、蒸気発生器を２機接続する２ループの原子炉においては、出口管台や入口管台の他に原子炉内に冷却水を注水するための注水配管が接続される注水管台が設けられている。かかる注水管台と注水配管との溶接部においても、保守のために内径寸法を計測する必要が生じる。
【０００５】
しかし、上述した特許文献１の溶接装置は、内径がほぼ７００ｍｍの出口管台や入口管台の内径寸法の計測に適用されるもので、内径がほぼ９０ｍｍの注水管台に挿入することはできない。したがって、注水管台のような細径の管に挿入し、その内面の切削部分を溶接することのできる溶接装置が切望されている。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するものであり、比較的細径の管内部の溶接を行うことのできる溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明の溶接装置は、管の内部に挿入される挿入部と、前記管の外部に配置されて前記挿入部を前記管の内部に配置する非挿入部と、前記挿入部に設けられ、前記管の内部に配置された状態で前記管の内面に溶接を行う溶接トーチと、前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部が向く前記管の径方向に前記溶接トーチを移動させる溶接トーチ移動機構と、前記非挿入部に設けられ、先端に前記挿入部が取り付けられて管に挿入される支持ロッドを、当該支持ロッドの軸廻りに回転移動させる回転移動機構と、前記非挿入部に設けられ、前記支持ロッドを、当該支持ロッドの軸の延在方向に沿って移動させる軸方向移動機構と、前記非挿入部に設けられ、前記溶接トーチに至り溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給機構と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この溶接装置によれば、管の内部に配置される挿入部に、溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構が設けられ、管の外部に配置される非挿入部に、回転移動機構、軸方向移動機構、および溶接ワイヤ供給機構が設けられているため、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構を配置して溶接を行うことができる。
【０００９】
また、本発明の溶接装置では、前記溶接トーチは、前記管が延在する軸方向に延在するベース部材の前端側に取り付けられ、前記溶接トーチ移動機構は、前記ベース部材の後端側に取り付けられて、前記ベース部材と共に前記溶接トーチを移動させることを特徴とする。
【００１０】
この溶接装置によれば、ベース部材を介して溶接トーチと溶接トーチ移動機構との間に所定の距離をおくことで、比較的細径の管の内部において溶接トーチ移動機構に対する溶接トーチの熱の影響を抑えることができる。
【００１１】
また、本発明の溶接装置は、前記挿入部に設けられ、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接トーチの先端部に対して接近または離隔するように前記溶接ワイヤを移動可能に支持する溶接ワイヤ支持部を備え、当該溶接ワイヤ支持部が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構を配置して溶接を行うと共に、溶接トーチに対する溶接ワイヤの位置を溶接ワイヤ支持部によって調整することができる。
【００１３】
また、本発明の溶接装置では、前記溶接トーチは、前記管が延在する軸方向に延在するベース部材の前端側に取り付けられ、前記溶接ワイヤ支持部は、前記ベース部材の後端に取り付けられていると共に、前記溶接トーチ移動機構の移動部材に連結されていること特徴とする。
【００１４】
この溶接装置によれば、ベース部材を介して溶接トーチと溶接ワイヤ支持部との間に所定の距離をおくことで、比較的細径の管の内部において溶接ワイヤ支持部に対する溶接トーチの熱の影響を抑えることができる。
【００１５】
また、本発明の溶接装置は、前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチによって溶接される周囲の温度を計測する温度計測手段と、前記挿入部に設けられ、前記温度計測手段によって計測される付近を撮像する温度計測部撮像手段と、挿入部に設けられ、前記温度計測部撮像手段を冷却する温度監視部冷却手段と、を備え、前記温度計測手段、前記温度計測部撮像手段および前記温度監視部冷却手段が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構を配置して溶接を行うと共に、溶接される周囲の温度を温度計測手段および温度計測部撮像手段によって管理することができる。さらに、温度監視部冷却手段によって温度計測部撮像手段を冷却することで、比較的細径の管の内部において温度計測部撮像手段に対する溶接トーチの熱の影響を抑えることが可能になる。
【００１７】
また、本発明の溶接装置は、前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部の付近を撮像する溶接部撮像手段と、前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部の付近を照らす照明手段と、前記挿入部に設けられ、前記溶接部撮像手段および前記照明手段を冷却する撮像冷却手段と、を備え、前記溶接部撮像手段、前記照明手段および前記撮像冷却手段が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチおよび溶接トーチ移動機構を配置して溶接を行うと共に、溶接トーチの様子を溶接部撮像手段によって監視することができる。しかも、溶接トーチの溶接時の光を遮るため溶接部撮像手段にフィルタが設けられることになるが、照明手段を設けたことにより、溶接教示時などの溶接時以外での溶接トーチの様子を監視することができる。さらに、撮像冷却手段によって溶接部撮像手段および照明手段を冷却することで、比較的細径の管の内部において溶接部撮像手段および照明手段に対する溶接トーチの熱の影響を抑えることが可能になる。
【００１９】
また、本発明の溶接装置は、前記支持ロッドに設けられており、前記挿入部側を撮像する挿入部撮像手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
この溶接装置によれば、挿入部を管に挿入する際に、当該挿入部の様子を挿入部撮像手段によって監視することができる。この結果、挿入部を管の内面に接触しないように監視して、溶接トーチや管の損傷を防止することができる。
【００２１】
また、本発明の溶接装置では、前記溶接ワイヤ供給機構は、前記溶接ワイヤが巻かれるワイヤリールと、前記ワイヤリールから前記溶接ワイヤを送り出すワイヤ送出部と、前記ワイヤリールにおいて前記溶接ワイヤを巻き取る方向への回転を付勢するワイヤリール巻取手段と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この溶接装置によれば、ワイヤリール巻取手段によってワイヤリールに溶接ワイヤが常に巻き取られるため、ワイヤリールに巻かれる溶接ワイヤが緩むことがなく、溶接において溶接ワイヤの送出を適宜行うことができる。また、溶接完了後に溶接ワイヤを逆送給する必要があり、この逆送給を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、比較的細径の管内部の溶接を行うことのできる溶接装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、原子力設備の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、原子炉容器の横断面図である。
【図３】図３は、注水管台の断面図である。
【図４】図４は、注水管台の切削・補修の説明図である。
【図５】図５は、注水管台の切削・補修の説明図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の一部裁断した側面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の側面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の平面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の溶接ワイヤ径方向移動機構の側面図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の溶接ワイヤ軸方向移動機構の側面図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の側面図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の平面図である。
【図１５】図１５は、図１３におけるＡ−Ａ断面拡大図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の動作を示す側面図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の制御系のブロック図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の動作を示す側面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の挿入部の動作を示す側面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の他の挿入部の動作を示す側面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態に係る溶接装置の他の挿入部の動作を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２６】
図１は、原子力設備の一例を示す概略図であり、図２は、原子炉容器の横断面図である。図１に示すように、原子力設備１００は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）がある。この原子力設備１００は、原子炉容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３およびポンプ１０４が、一次冷却水管１０５により順次連結されて、一次冷却水の循環経路が構成されている。また、蒸気発生器１０３とタービン（図示省略）との間には、二次冷却水の循環経路が構成されている。
【００２７】
この原子力設備１００では、一次冷却水が原子炉容器１０１にて加熱されて高温・高圧となり、加圧器１０２にて加圧されて圧力を一定に維持されつつ、一次冷却水管１０５を介して蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３では、一次冷却水と二次冷却水との熱交換が行われることにより、二次冷却水が蒸発して蒸気となる。熱交換により蒸気となった二次冷却水は、タービンに供給される。タービンは、二次冷却水の蒸気により駆動される。そして、タービンの動力が発電機（図示省略）に伝達されて発電される。タービンの駆動に供された蒸気は、凝縮して水となり蒸気発生器１０３に供給される。一方、熱交換後の一次冷却水は、一次冷却水管１０５を介してポンプ１０４側に回収される。
【００２８】
蒸気発生器１０３は、図１に示すように、半球形状に形成された下部において、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとが仕切板１０３ｃによって区画されて設けられている。入口側水室１０３ａおよび出口側水室１０３ｂは、その天井部に設けられた管板１０３ｄによって蒸気発生器１０３の上部側と区画されている。蒸気発生器１０３の上部側には、逆Ｕ字形状の伝熱管１０３ｅが設けられている。この伝熱管１０３ｅは、入口側水室１０３ａと出口側水室１０３ｂとを繋ぐように端部が管板１０３ｄに支持されている。また、入口側水室１０３ａは、配管ノズルとしての入口管台１０３ｆが設けられ、この入口管台１０３ｆに入口側の一次冷却水管１０５が接続されている。一方、出口側水室１０３ｂは、配管ノズルとしての出口管台１０３ｇが設けられ、この出口管台１０３ｇに出口側の一次冷却水管１０５が接続されている。
【００２９】
原子炉容器１０１は、図１に示すように、燃料集合体（図示省略）が挿抜できるように、容器本体１０１ａとその上部に装着される容器蓋１０１ｂとにより構成されている。容器蓋１０１ｂは、容器本体１０１ａに対して開閉可能に設けられている。容器本体１０１ａは、上方が開口し、下方が半球形状とされて閉塞された円筒形状をなし、上部に一次冷却水としての軽水を給排する入口管台１０１ｃおよび出口管台１０１ｄが設けられている。出口管台１０１ｄは、蒸気発生器１０３の入口管台１０３ｆに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、入口管台１０１ｃは、蒸気発生器１０３の出口管台１０３ｇに連通するように一次冷却水管１０５が接続されている。また、原子炉容器１０１は、図２に示すように、容器本体１０１ａにおいて入口管台１０１ｃおよび出口管台１０１ｄと同等高さの位置に、注水用の管である注水管台１０１ｅが設けられている。注水管台１０１ｅは、管である注水配管１０１ｆが溶接によって接続されている。
【００３０】
図３は、注水管台の断面図であり、図４および図５は、注水管台の切削・補修の説明図である。注水管台１０１ｅは、上述した原子力設備１００の安全性や信頼性を確保するため、定期的に検査が行われる。この検査の結果、図３に示す、注水管台１０１ｅと注水配管１０１ｆとの接続部分である溶接部１０１ｇに、経年変化によるクラックなどの表面欠陥が発生するおそれのある場合や、経年変化による表面欠陥が判明した場合、当該溶接部１０１ｇを切削・補修する。具体的には、図４に示すように、溶接部１０１ｇの内面を、注水管台１０１ｅおよび注水配管１０１ｆの内面の一部と共に切削し、切削された切削部Ａに所定合金種の溶接肉盛Ｂを行い、溶接肉盛Ｂを行った部分およびその周囲を仕上げ加工する。また、欠陥が発生するおそれや欠陥が溶接部１０１ｇの内面から深い場所にある場合は、図５に示すように、溶接部１０１ｇの内面を、注水管台１０１ｅおよび注水配管１０１ｆの内面の一部と共に深く切削し、切削された切削部Ａに所定合金種の溶接肉盛Ｂを行い、溶接肉盛Ｂを行った部分およびその周囲を仕上げ加工する。なお、図４に示す浅い切削および肉盛は、注水管台１０１ｅの内面の全周に沿って行う。また、図５に示す深い切削および肉盛は、注水管台１０１ｅの内面の局部または全周に沿って行う。なお、上記の切削や溶接は、欠陥の有無に係わらず行う場合もある。
【００３１】
上記の切削・補修の箇所において、切削後に肉盛溶接を行うため、本実施の形態に係る溶接装置が適用される。図６は、本実施の形態に係る溶接装置の一部裁断した側面図であり、図７は、本実施の形態に係る溶接装置の挿入部の側面図であり、図８は、本実施の形態に係る溶接装置の挿入部の平面図であり、図９および図１０は、本実施の形態に係る溶接装置の挿入部の斜視図であり、図１１は、本実施の形態に係る溶接装置の溶接ワイヤ径方向移動機構の側面図であり、図１２は、本実施の形態に係る溶接装置の溶接ワイヤ軸方向移動機構の側面図であり、図１３は、本実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の側面図であり、図１４は、本実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の平面図であり、図１５は、図１３におけるＡ−Ａ断面拡大図であり、図１６は、本実施の形態に係る溶接装置の非挿入部の動作を示す側面図である。
【００３２】
溶接装置は、上述した原子炉容器１０１の内側であって注水管台１０１ｅから注水配管１０１ｆに至る管の内部に挿入されるもので、図６に示すように、管の内部に挿入される前側に設けられた挿入部１と、管の外部に配置される後側に設けられて挿入部１を管の内部に配置し、自身は管の内部に挿入されることのない非挿入部２とを有している。
【００３３】
挿入部１は、図６に示すように、管の内部に挿入されるように、全体が管の内径よりも細径に形成されている。この挿入部１は、管に配置された状態で当該管が延在する軸方向に沿う軸Ｓ１の延在方向に長手状に形成されたベース部材１ａを備える。そして、挿入部１は、ベース部材１ａを基に、溶接トーチ１１と、溶接トーチ移動機構１２と、溶接ワイヤ支持部１３と、温度監視部１４と、溶接監視部１５とを有している。
【００３４】
溶接トーチ１１は、図６および図７に示すように、ベース部材１ａが管に挿入される前端に固定されている。この溶接トーチ１１は、電極である先端部１１ａを、軸Ｓ１に直交する方向（管に配置された状態では管の軸方向に直交する径方向）に向けて設けられている。
【００３５】
また、溶接トーチ１１の近傍には、溶接トーチによって溶接される周囲を冷却する溶接冷却手段１１１が設けられている。溶接冷却手段１１１は、ベース部材１ａに取り付けられて溶接トーチ１１の近傍に配置されたエアノズル１１１ａと、当該エアノズル１１１ａに冷却ガス（例えばアルゴンガス）を供給する給気管１１１ｂとで構成されている。
【００３６】
溶接トーチ移動機構１２は、図６に示すように、ベース部材１ａの後端側であって、後述する非挿入部２における支持ロッド２１の前端に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に、ベース部材１ａと共に溶接トーチ１１を移動させるものである。溶接トーチ移動機構１２は、図７に示すように、溶接トーチ駆動モータ１２ａ、ネジロッド１２ｂ、ナット部１２ｃ、ガイドレール１２ｄ、移動部としてのスライダ１２ｅ、および移動検出センサ１２ｆを有し、これらがケーシング１２ｇに収容されている。ケーシング１２ｇは、図６に示すように、支持ロッド２１の前端に固定されている。
【００３７】
ネジロッド１２ｂは、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在し、ケーシング１２ｇに対して回転可能に取り付けられている。このネジロッド１２ｂは、溶接トーチ駆動モータ１２ａの出力軸に歯車を介して連結されている。ナット部１２ｃは、ネジロッド１２ｂに螺合されている。ガイドレール１２ｄは、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在して、ケーシング１２ｇに対して固定されている。このガイドレール１２ｄは、平行に１対設けられている。スライダ１２ｅは、１対のガイドレール１２ｄに対し、当該ガイドレール１２ｄの延在方向に沿って移動可能に設けられている。このスライダ１２ｅは、ナット部１２ｃと一体に固定されている。また、スライダ１２ｅは、溶接トーチ１１が固定されたベース部材１ａ側に連結されている。移動検出センサ１２ｆは、抵抗式センサであって、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に移動子が移動可能に設けられ、この移動子の移動に伴って抵抗値が変化することにより移動子の位置を検出する。この移動検出センサ１２ｆは、移動子がスライダ１２ｅに取り付けられている。
【００３８】
このような溶接トーチ移動機構１２は、溶接トーチ駆動モータ１２ａの駆動によってネジロッド１２ｂが回転する。すると、ネジロッド１２ｂに螺合関係にあるナット部１２ｃが、ガイドレール１２ｄに案内されているスライダ１２ｅと共に、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に移動する。このため、スライダ１２ｅの移動に伴ってベース部材１ａと共に溶接トーチ１１が移動する。また、溶接トーチ１１の移動した位置は、移動検出センサ１２ｆによって検出される。また、上述したように溶接トーチ１１の近傍において、ベース部材１ａに溶接冷却手段１１１が取り付けられているため、この溶接冷却手段１１１も溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動する。
【００３９】
なお、溶接トーチ移動機構１２は、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在しつつケーシング１２ｇに対して回転可能に支持された回転軸１２ｈを有している。この回転軸１２ｈは、溶接トーチ駆動モータ１２ａの出力軸に対して歯車を介して連結され、かつ、ケーシング１２ｇに対して軸Ｓ１に沿う中心軸廻りに回転可能に支持された回転子１２ｉと歯車を介して転結されている。この回転子１２ｉは、ケーシング１２ｇの後側の外部から、図示しない工具が嵌合するように構成されている。このため、溶接トーチ駆動モータ１２ａが故障した場合、回転子１２ｉに工具を嵌合して回せば、回転軸１２ｈおよび溶接トーチ駆動モータ１２ａの出力軸を経てネジロッド１２ｂを回転させることができ、この結果、手動で溶接トーチ１１を移動させることが可能である。
【００４０】
溶接ワイヤ支持部１３は、溶接トーチ１１の先端部１１ａの近傍にて先端が配置される溶接ワイヤを支持するものである。さらに、溶接ワイヤ支持部１３は、溶接ワイヤの先端が溶接トーチ１１の先端部１１ａに対して接近または離隔するように溶接ワイヤを移動可能に支持するものである。ここで、溶接ワイヤは、図７〜図１０に示すように、コンジットライナ３に挿通されることで、非挿入部２側から挿入部１の溶接トーチ１１の先端部１１ａに至り案内される。溶接ワイヤ支持部１３は、このコンジットライナ３を支持している。溶接ワイヤ支持部１３は、図８〜図１０に示すように、ベース部材１ａと溶接トーチ移動機構１２のスライダ１２ｅとの間に設けられた溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１と、コンジットライナ３が取り付けられていると共に溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１に取り付けられた溶接ワイヤ径方向移動機構１３２とを有している。
【００４１】
溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１は、図８〜図１０に示すように、そのケーシング１３１ａが、ベース部材１ａの後端に固定され、かつ図７に示すように、溶接トーチ移動機構１２のスライダ１２ｅに連結部材１３１ｂを介して連結されている。溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１は、図１１に示すように、ケーシング１３１ａに、溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃ、ネジロッド１３１ｄ、ナット部１３１ｅ、ガイドレール１３１ｆ、およびスライダ１３１ｇが収容されている。
【００４２】
ネジロッド１３１ｄは、軸Ｓ１に沿う管の軸方向に延在し、ケーシング１３１ａに対して回転可能に取り付けられている。このネジロッド１３１ｄは、溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃの出力軸に歯車を介して連結されている。ナット部１３１ｅは、ネジロッド１３１ｄに螺合されている。ガイドレール１３１ｆは、軸Ｓ１に沿う管の軸方向に延在して、ケーシング１３１ａに対して固定されている。スライダ１３１ｇは、ガイドレール１３１ｆに対し、当該ガイドレール１３１ｆの延在方向に沿って移動可能に設けられている。このスライダ１３１ｇは、ナット部１３１ｅと一体に固定されている。また、スライダ１３１ｇは、後述する溶接ワイヤ径方向移動機構１３２のケーシング１３２ａが連結されている。
【００４３】
このような溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１は、溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃの駆動によってネジロッド１３１ｄが回転する。すると、ネジロッド１３１ｄに螺合関係にあるナット部１３１ｅが、ガイドレール１３１ｆに案内されているスライダ１３１ｇと共に、軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動する。このため、スライダ１３１ｇの移動に伴って溶接ワイヤ径方向移動機構１３２と共にコンジットライナ３が移動する。この結果、コンジットライナ３に挿入されている溶接ワイヤが軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動する。
【００４４】
溶接ワイヤ径方向移動機構１３２は、上述したように、そのケーシング１３２ａが、溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１のスライダ１３１ｇに連結されている。溶接ワイヤ径方向移動機構１３２は、図１２に示すように、ケーシング１３２ａに、溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃ、ネジロッド１３２ｄ、ナット部１３２ｅ、ガイドレール１３２ｆ、およびスライダ１３２ｇが収容されている。
【００４５】
ネジロッド１３２ｄは、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在し、ケーシング１３２ａに対して回転可能に取り付けられている。このネジロッド１３２ｄは、溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃの出力軸に歯車を介して連結されている。ナット部１３２ｅは、ネジロッド１３２ｄに螺合されている。ガイドレール１３２ｆは、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に延在して、ケーシング１３２ａに対して固定されている。スライダ１３２ｇは、ガイドレール１３２ｆに対し、当該ガイドレール１３２ｆの延在方向に沿って移動可能に設けられている。このスライダ１３２ｇは、ナット部１３２ｅと一体に固定されている。また、スライダ１３２ｇは、溶接ワイヤを挿通するコンジットライナ３が取り付けられている。
【００４６】
このような溶接ワイヤ径方向移動機構１３２は、溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃの駆動によってネジロッド１３２ｄが回転する。すると、ネジロッド１３２ｄに螺合関係にあるナット部１３２ｅが、ガイドレール１３２ｆに案内されているスライダ１３２ｇと共に、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に移動する。このため、スライダ１３２ｇの移動に伴ってコンジットライナ３が移動する。この結果、コンジットライナ３に挿入されている溶接ワイヤが溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向（軸Ｓ１に直交する管の径方向）に移動する。
【００４７】
また、溶接ワイヤ支持部１３は、溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１が、ベース部材１ａと溶接トーチ移動機構１２のスライダ１２ｅとの間に設けられ、かつ溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１が、コンジットライナ３が取り付けられて溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１に設けられていることから、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動する。
【００４８】
温度監視部１４は、溶接に際し、溶接トーチ１１によって溶接前の管台表面の温度を監視するものである。本実施の形態において行われる溶接は、テンパービード溶接が適用されるため、温度管理を行う必要がある。温度監視部１４は、図７〜図１０に示すように、温度計測手段１４１、温度計測部撮像手段１４２および温度監視部冷却手段１４３（図１０参照）を有している。温度計測手段１４１は、例えば放射温度計が適用され、非接触で温度を計測する。この温度計測手段１４１は、ベース部材１ａに設けられており、溶接時の温度の影響を低減するため、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く方向と相反する方向において温度を計測するように配置されている。温度計測部撮像手段１４２は、ベース部材１ａに設けられており、温度計測手段１４１によって温度が計測される付近を撮像するものである。温度計測部撮像手段１４２は、温度計測手段１４１によって温度が計測される部分を明確にするため、撮像画面上にマーキングを入れる。温度監視部冷却手段１４３は、温度計測部撮像手段１４２の周囲を覆う水冷ジャケットに、溶接トーチ１１の冷却に用いる冷却水が供給されるものである。この温度監視部１４は、ベース部材１ａに設けられていることから、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動する。
【００４９】
溶接監視部１５は、溶接に際し、溶接トーチ１１によって溶接される周囲の様子を監視するものであり、図７〜図１０に示すように、溶接部撮像手段１５１、照明手段１５２および撮像冷却手段１５３を有している。溶接部撮像手段１５１は、ベース部材１ａに設けられており、溶接トーチ１１の先端部１１ａの付近を撮像するものである。この溶接部撮像手段１５１は、溶接時の光を遮って撮像を行うためにフィルタが設けられている。照明手段１５２は、溶接トーチ１１がベース部材１ａに取り付けられる基部に対して溶接トーチ１１よりも前側に延在して固定された支持部材１５４に取り付けられており、挿入部１の最も前側に配置されている。そして、照明手段１５２は、挿入部１の最も前側から、溶接トーチ１１の先端部１１ａの付近を照らす。撮像冷却手段１５３は、溶接時の温度の影響を抑えるため、溶接部撮像手段１５１および照明手段１５２を冷却するものである。この撮像冷却手段１５３は、溶接部撮像手段１５１や照明手段１５２の周囲を覆う水冷ジャケットに、溶接トーチ１１の冷却に用いる冷却水が供給されるものである。この溶接監視部１５は、溶接部撮像手段１５１がベース部材１ａに設けられ、照明手段１５２が溶接トーチ１１の基部に支持部材１５４を介して設けられていることから、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動する。
【００５０】
非挿入部２は、上述した挿入部１が前端に配置された支持ロッド２１を基に構成されており、回転移動機構２２と、軸方向移動機構２３と、溶接ワイヤ供給機構２４と、挿入部撮像手段２７とを有している。
【００５１】
支持ロッド２１は、前端に固定された挿入部１を管の内部に配置するものである。この支持ロッド２１は、図１３〜図１５に示すように、管の内部に挿入し得る外径であって、内部が中空の円筒状に形成されており、軸Ｓ１を中心として配置されている。この支持ロッド２１は、その前端に挿入部１に設けられた溶接トーチ移動機構１２のケーシング１２ｇが固定されている。また、図には明示しないが、支持ロッド２１は、その中空に形成された内部に、上述した溶接トーチ１１の電源ケーブル、溶接トーチ駆動モータ１２ａの電源ケーブル、移動検出センサ１２ｆの信号ケーブル、溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃの電源ケーブル、溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃの電源ケーブル、温度計測手段１４１の信号ケーブル、温度計測部撮像手段１４２の電源ケーブル、溶接部撮像手段１５１の電源ケーブル、照明手段１５２の電源ケーブル、撮像冷却手段１５３（溶接トーチの冷却構造）の給水チューブ、およびコンジットライナ３が挿通されていることで、各ケーブル類が支持ロッド２１を通して管の外部に引き出されるように構成されている。また、支持ロッド２１は、その後端側に上記ケーブル類を巻き付けるためのケーブルリール２６が設けられている。また、支持ロッド２１は、その中空に形成された内部に、工具挿入管２１１が設けられている。工具挿入管２１１は、支持ロッド２１の前端から後端にかけて長手状に延在し、前端が、溶接トーチ移動機構１２における回転子１２ｉに向き合って配置されている。このため、手動で溶接トーチ１１を移動させる場合、工具挿入管２１１を経て容易に回転子１２ｉに対して工具を嵌合させることが可能である。
【００５２】
回転移動機構２２は、支持ロッド２１を軸Ｓ１廻りに回転移動させるもので、図１３〜図１５に示すように、回転移動支持部２２１、回転駆動モータ２２２、駆動プーリ２２３、従動プーリ２２４および駆動ベルト２２５を有している。
【００５３】
回転移動支持部２２１は、支持ロッド２１を軸Ｓ１廻りに回転可能に支持するものであって、図１３に示すように、筒状に形成されて支持ロッド２１の周りに配置されており、支持ロッド２１との間にベアリング２２１ａを介して設けられている。この回転移動支持部２２１は、非挿入部２の基部となるフレーム２５に支持されている。フレーム２５は、ほぼ円筒形状に形成されており、後端において外周に突出するフランジ２５ａが設けられている。このフレーム２５は、図１３に示すように、管の外部において、原子炉容器１０１の内側に気中作業環境を構成する有底筒状のプラットフォーム（特開２０１１−１７６７０号公報のプラットフォームに相当）１０６に固定される。具体的に、プラットフォーム１０６は、筒状の側壁に、管に通じる円形の窓穴１０６ａが設けられており、この窓穴１０６ａに取付基部１０７が固定されている。取付基部１０７は、円筒状に形成され、窓穴１０６ａに挿入された状態でプラットフォーム１０６内に配置される端部の外周に突出するフランジ１０７ａが設けられている。この取付基部１０７は、窓穴１０６ａに対し、円筒状の中心を管の軸に合わせて固定される。フレーム２５は、この取付基部１０７に挿通されて取付基部１０７のフランジ１０７ａに対してフランジ２５ａが固定されることで、支持ロッド２１の軸Ｓ１を管の軸に合わせて取り付けられる。
【００５４】
回転駆動モータ２２２は、図１３に示すように、出力軸２２２ａを軸Ｓ１と平行にして回転移動支持部２２１に固定されている。
【００５５】
駆動プーリ２２３は、図１３および図１５に示すように、回転駆動モータ２２２の出力軸２２２ａに設けられている。
【００５６】
従動プーリ２２４は、図１３および図１５に示すように、支持ロッド２１の外周に設けられている。
【００５７】
駆動ベルト２２５は、図１３および図１５に示すように、駆動プーリ２２３と従動プーリ２２４とに掛け回される無端状にベルトである。
【００５８】
この回転移動機構２２は、回転駆動モータ２２２が駆動すると、出力軸２２２ａの回転が、駆動プーリ２２３から駆動ベルト２２５を介して従動プーリ２２４に伝達されることで、支持ロッド２１が、後述の溶接ワイヤ供給機構２４、および後述の挿入部撮像手段２７と軸Ｓ１廻りに回転する。この結果、支持ロッド２１の前端に取り付けられている挿入部１が軸Ｓ１廻りに回転する。
【００５９】
軸方向移動機構２３は、支持ロッド２１を軸Ｓ１の延在方向に沿って移動させるもので、図１３〜図１５に示すように、軸方向移動支持部２３１、軸方向駆動モータ２３２、ネジロッド２３３およびナット部２３４を有している。
【００６０】
軸方向移動支持部２３１は、図１４〜図１６に示すように、フレーム２５に設けられており、支持ロッド２１を挟むように軸Ｓ１と平行に配置された１対のレール２３１ａを有している、各レール２３１ａは、図１５に示すように、当該レール２３１ａに沿って軸Ｓ１に沿う方向に移動するスライダ２３１ｂが設けられている。スライダ２３１ｂは、回転移動支持部２２１が取り付けられている。すなわち、軸方向移動支持部２３１は、フレーム２５と回転移動支持部２２１との間に設けられて、回転移動支持部２２１をフレーム２５に支持させ、かつフレーム２５に対して回転移動支持部２２１を軸Ｓ１に沿う方向に移動可能に支持している。
【００６１】
軸方向駆動モータ２３２は、図１３〜図１６に示すように、出力軸２３２ａを軸Ｓ１に直交してフレーム２５に固定されている。
【００６２】
ネジロッド２３３は、図１３〜図１６に示すように、軸Ｓ１と平行に延在する棒状体であって、その周囲にボールネジ溝が設けられている。このネジロッド２３３は、フレーム２５に対して回転可能に支持されている。また、ネジロッド２３３は、その後端に設けられた傘歯車が、軸方向駆動モータ２３２の出力軸２３２ａに設けられた傘歯車と噛合されている。
【００６３】
ナット部２３４は、図１３〜図１６に示すように、ネジロッド２３３のボールネジ溝に螺合するものである。このナット部２３４は、回転移動支持部２２１に固定されている。
【００６４】
この軸方向移動機構２３は、軸方向駆動モータ２３２が駆動すると、出力軸２３２ａの回転が、ネジロッド２３３に伝達されることで、ネジロッド２３３が回転する。すると、図１６に示すように、ネジロッド２３３に螺合するナット部２３４が、ネジロッド２３３の延在方向である軸Ｓ１に沿う方向に移動する。このため、ナット部２３４が固定された回転移動支持部２２１が、レール２３１ａに沿って軸Ｓ１に沿う方向に移動し、回転移動支持部２２１に支持されている支持ロッド２１が、回転移動機構２２、後述の溶接ワイヤ供給機構２４、および後述の挿入部撮像手段２７と共に軸Ｓ１に沿う方向に移動する。この結果、支持ロッド２１の前端に取り付けられている挿入部１が軸Ｓ１に沿う方向に移動する。
【００６５】
溶接ワイヤ供給機構２４は、溶接トーチ１１に至り溶接ワイヤを供給するもので、図１３、図１４および図１６に示すように、支持ロッド２１の後端に取り付けられ、ワイヤリール２４１、ワイヤリール巻取手段２４２、およびワイヤ送出部２４３を有している。
【００６６】
ワイヤリール２４１は、溶接ワイヤを巻き取るもので、図１３、図１４および図１６に示すように、軸Ｓ１に直交する回転軸２４１ａの廻りに回転可能に設けられている。
【００６７】
ワイヤリール巻取手段２４２は、図１３および図１６に示すように、ワイヤリール２４１の回転軸２４１ａに巻装されたバネ材からなる。このワイヤリール巻取手段２４２は、後述のワイヤ送出部２４３によってワイヤリール２４１から溶接ワイヤが引き出され、ワイヤリール２４１が矢印α方向に回転した場合、バネ材が巻かれることで、溶接ワイヤを巻き取る方向である矢印β方向へのワイヤリール２４１の回転を付勢する。
【００６８】
ワイヤ送出部２４３は、ワイヤリール２４１から溶接ワイヤを送り出すもので、図１３および図１６に示すように、送出駆動モータ２４３ａと、この送出駆動モータ２４３ａによって回転駆動される駆動ローラ２４３ｂと、駆動ローラ２４３ｂに当接する従動ローラ２４３ｃと、従動ローラ２４３ｃを駆動ローラ２４３ｂに押圧する押圧部２４３ｄとを有している。すなわち、ワイヤ送出部２４３は、駆動ローラ２４３ｂと従動ローラ２４３ｃとの間に溶接ワイヤを挟んだ状態とし、送出駆動モータ２４３ａを駆動することで、各ローラ２４３ｂ，２４３ｃの間で溶接ワイヤを送り出す。
【００６９】
挿入部撮像手段２７は、挿入部１側を撮像するもので、図１３、図１４および図１６に示すように、支持ロッド２１の前端部に固定されている。この挿入部撮像手段２７は、軸Ｓ１に直交する管の径方向で対をなして設けられ、かつ支持ロッド２１に取り付けられた状態で、管の内径よりも小さい外形の範囲に設けられている。
【００７０】
図１７は、本実施の形態に係る溶接装置の制御系のブロック図である。上述した溶接装置は、溶接トーチ１１、溶接トーチ移動機構１２の溶接トーチ駆動モータ１２ａ、溶接トーチ移動機構１２の移動検出センサ１２ｆ、溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１の溶接ワイヤ軸方向駆動モータ１３１ｃ、溶接ワイヤ径方向移動機構１３２の溶接ワイヤ径方向駆動モータ１３２ｃ、溶接部撮像手段１５１、照明手段１５２、温度計測手段１４１、温度計測部撮像手段１４２、および挿入部撮像手段２７、回転移動機構２２の回転駆動モータ２２２、軸方向移動機構２３の軸方向駆動モータ２３２、および溶接ワイヤ供給機構２４の送出駆動モータ２４３ａが制御部４に接続されている。また、制御部４は、溶接冷却手段１１１のエアノズル１１１ａに冷却ガスを供給するためのエアポンプ５１と、温度監視部冷却手段１４３、撮像冷却手段１５３および溶接トーチ１１に冷却水を供給するための冷却水ポンプ５２とが接続されている。
【００７１】
制御部４は、マイコンなどで構成され、記憶部４１および演算部４２が接続されている。記憶部４１は、ＲＡＭやＲＯＭなどから構成され、プログラムやデータが格納されている。記憶部４１に格納されるデータは、主に、溶接トーチ１１の先端部１１ａが管の内面に対して接近または離隔した際のアーク電圧の変動データや、移動検出センサ１２ｆの検出による溶接トーチ１１の移動位置のデータや、温度計測手段１４１で測定された溶接される周囲の温度のデータや、各モータ１３１ｃ，１３２ｃ，２２２，２３２の駆動に伴う各移動速度のデータや、送出駆動モータ２４３ａの駆動に伴う溶接ワイヤの送り速度のデータなどがある。また、演算部４２は、主に、アーク電圧の変動に基づいて溶接トーチ１１のアーク長を一定に保つための溶接トーチ移動機構１２による溶接トーチ１１の移動量（移動速度）を演算する。
【００７２】
具体的に、制御部４による溶接装置の動作を説明する。図１８および図１９は、本実施の形態に係る溶接装置の挿入部の動作を示す側面図である。
【００７３】
この溶接装置の動作は、対象の管（例えば、注水管台１０１ｅおよび注水配管１０１ｆの溶接部１０１ｇ）の検査を行い、当該管に欠陥が発生するおそれや欠陥が発生した場合に、当該欠陥部が切削された切削部分を肉盛溶接するためのものである。この場合、図６に示すように、対象の管に溶接装置を設置する。この場合、挿入部１を管の内部に挿入するにあたり、図１８に示すように、溶接トーチ１１が管の内面に接触しないように、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１の先端部１１ａを管の内面から離隔させておく。また、挿入部１を管の内部に挿入するにあたり、挿入部撮像手段２７によって挿入部１を撮影し、挿入部１と管の内面との位置関係を確認する。挿入部撮像手段２７によって挿入部１を撮影する際は、照明手段１５２を点灯させるとよい。なお、図１８および図１９においては、管の内面が周方向全周に亘って比較的浅く（例えば、３．５ｍｍ程度）切削されている場合を示している。
【００７４】
まず、溶接前に温度計測を行う。この温度計測においては、温度計測手段１４１によって非接触で温度を計測する部位（管の切削部の面）が温度計測部撮像手段１４２のマーキングに一致するように、適宜、軸方向移動機構２３によって挿入部１を軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動させ、回転移動機構２２によって挿入部１を軸Ｓ１廻りに管の周方向に回転移動させ、かつ溶接トーチ移動機構１２によってベース部材１ａを移動させる。
【００７５】
次に、溶接教示を行う。この溶接教示においては、図１９に示すように、溶接トーチ移動機構１２によってベース部材１ａを移動させることで、溶接トーチ１１の先端部１１ａを切削部における管の内面に接触させることで短絡検出し、かつ軸方向移動機構２３によって挿入部１を軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動させる。そしてこの教示を回転移動機構２２によって挿入部１を軸Ｓ１廻りに管の周方向に回転移動させて、所定角度（例えば３０度）ごとに行う。このように教示した教示データを記憶部４１に記憶しておく。
【００７６】
次に、溶接を行う。この溶接においては、上述した教示データに従って、軸方向移動機構２３によって挿入部１を軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動させ、回転移動機構２２によって挿入部１を軸Ｓ１廻りに管の周方向に回転移動させ、溶接トーチ移動機構１２によってベース部材１ａを移動させ、かつ溶接ワイヤ供給機構２４によって溶接ワイヤを供給する。また必要に応じ、溶接ワイヤ軸方向移動機構１３１や溶接ワイヤ径方向移動機構１３２によって溶接ワイヤの位置を調整する。そして、溶接は、軸Ｓ１に沿う管の軸方向に行い、これを軸Ｓ１廻りに管の周方向に引き続き行う。
【００７７】
また、溶接に際し、溶接開始位置のクレータ部の温度を計測する。この計測においては、温度計測手段１４１によって非接触で温度を計測するクレータ部が温度計測部撮像手段１４２のマーキングに一致するように、適宜、軸方向移動機構２３によって挿入部１を軸Ｓ１に沿う管の軸方向に移動させ、回転移動機構２２によって挿入部１を軸Ｓ１廻りに管の周方向に回転移動させ、かつ溶接トーチ移動機構１２によってベース部材１ａを移動させる。この温度計測と同時に、エアポンプ５１を駆動して溶接冷却手段１１１のエアノズル１１１ａから冷却ガスを噴射し、管の内部の温度を低下させる。
【００７８】
図２０および図２１は、本実施の形態に係る溶接装置の他の挿入部の動作を示す側面図である。ここで、欠陥が発生するおそれや欠陥が溶接部１０１ｇの内面から比較的深い場所にある場合は、図２０および図２１のように、管局部的に深く（例えば最大２４ｍｍ程度）切削される。このような、局部的な切削部の溶接に対し、本実施の形態の溶接装置は、溶接トーチ１１を軸Ｓ１に交差する管の径方向により移動させる必要があるため、これにより溶接監視部１５が管の内面に接触することがないように、当該溶接監視部１５が管の内面から離隔して設けられている。具体的には、溶接部撮像手段１５１のベース部材１ａへの取付位置を、ベース部材１ａの側部に配置すると共に、照明手段１５２の一部を切り欠いて形成する。なお、図２０および図２１に示す溶接装置による動作については、上述の動作と同様である。
【００７９】
そして、溶接後では、溶接ワイヤを溶接トーチ１１から離隔させるように、溶接ワイヤ供給機構２４の送出駆動モータ２４３ａを送出時とは逆に駆動し、溶接ワイヤを逆送りする。この際、溶接ワイヤ供給機構２４のワイヤリール２４１にワイヤリール巻取手段２４２が設けられていることから、ワイヤリール２４１に溶接ワイヤが巻き取られる。このため、溶接ワイヤを逆送りしても、ワイヤリール２４１に巻かれる溶接ワイヤが緩むことがなく、次の溶接において溶接ワイヤの送出が適宜行える。
【００８０】
このように、本実施の形態の溶接装置は、管の内部に挿入される挿入部１と、管の外部に配置されて挿入部１を管の内部に配置する非挿入部２と、挿入部１に設けられ、管の内部に配置された状態で管の内面に溶接を行う溶接トーチ１１と、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａが向く管の径方向に溶接トーチ１１を移動させる溶接トーチ移動機構１２と、非挿入部２に設けられ、先端に挿入部１が取り付けられて管に挿入される支持ロッド２１を、当該支持ロッド２１の軸Ｓ１廻りに回転移動させる回転移動機構２２と、非挿入部２に設けられ、支持ロッド２１を、当該支持ロッド２１の軸Ｓ１の延在方向に沿って移動させる軸方向移動機構２３と、非挿入部２に設けられ、溶接トーチ１１に至り溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給機構２４と、を備える。
【００８１】
この溶接装置によれば、管の内部に配置される挿入部１に、溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２が設けられ、管の外部に配置される非挿入部２に、回転移動機構２２、軸方向移動機構２３、および溶接ワイヤ供給機構２４が設けられているため、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２を配置して溶接を行うことが可能になる。
【００８２】
また、溶接トーチ１１は、管が延在する軸方向に延在するベース部材１ａの前端側に取り付けられ、溶接トーチ移動機構１２は、ベース部材１ａの後端側に取り付けられて、ベース部材１ａと共に溶接トーチ１１を移動させる。
【００８３】
この溶接装置によれば、ベース部材１ａを介して溶接トーチ１１と溶接トーチ移動機構１２との間に所定の距離をおくことで、比較的細径の管の内部において溶接トーチ移動機構１２に対する溶接トーチ１１の熱の影響を抑えることが可能になる。
【００８４】
また、本実施の形態の溶接装置は、挿入部１に設けられ、溶接ワイヤの先端が溶接トーチ１１の先端部１１ａに対して接近または離隔するように溶接ワイヤを移動可能に支持する溶接ワイヤ支持部１３を備え、当該溶接ワイヤ支持部１３が、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動可能に設けられている。
【００８５】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２を配置して溶接を行うと共に、溶接トーチ１１に対する溶接ワイヤの位置を溶接ワイヤ支持部１３によって調整することが可能になる。
【００８６】
また、本実施の形態の溶接装置は、溶接トーチ１１は、管が延在する軸方向に延在するベース部材１ａの前端側に取り付けられ、溶接ワイヤ支持部１３は、ベース部材１ａの後端に取り付けられていると共に、溶接トーチ移動機構１２の移動部材（スライダ１２ｅ）に連結されている。
【００８７】
この溶接装置によれば、ベース部材１ａを介して溶接トーチ１１と溶接ワイヤ支持部１３との間に所定の距離をおくことで、比較的細径の管の内部において溶接ワイヤ支持部１３に対する溶接トーチ１１の熱の影響を抑えることが可能になる。
【００８８】
また、本実施の形態の溶接装置は、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１によって溶接される周囲の温度を計測する温度計測手段１４１と、挿入部１に設けられ、温度計測手段１４１によって計測される付近を撮像する温度計測部撮像手段１４２と、挿入部１に設けられ、温度計測部撮像手段１４２を冷却する温度監視部冷却手段１４３と、を備え、温度計測手段１４１、温度計測部撮像手段１４２および温度監視部冷却手段１４３が、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動可能に設けられている。
【００８９】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２を配置して溶接を行うと共に、溶接される周囲の温度を温度計測手段１４１および温度計測部撮像手段１４２によって管理することが可能になる。さらに、温度監視部冷却手段１４３によって温度計測部撮像手段１４２を冷却することで、比較的細径の管の内部において温度計測部撮像手段１４２に対する溶接トーチ１１の熱の影響を抑えることが可能になる。
【００９０】
また、本実施の形態の溶接装置は、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａの付近を撮像する溶接部撮像手段１５１と、挿入部１に設けられ、溶接トーチ１１の先端部１１ａの付近を照らす照明手段１５２と、挿入部１に設けられ、溶接部撮像手段１５１および照明手段１５２を冷却する撮像冷却手段１５３と、を備え、溶接部撮像手段１５１、照明手段１５２および撮像冷却手段１５３が、溶接トーチ移動機構１２によって溶接トーチ１１と共に移動可能に設けられている。
【００９１】
この溶接装置によれば、比較的細径の管であっても、その内部に溶接トーチ１１および溶接トーチ移動機構１２を配置して溶接を行うと共に、溶接トーチ１１の様子を溶接部撮像手段１５１によって監視することが可能になる。しかも、溶接トーチ１１の溶接時の光を遮るため溶接部撮像手段１５１にフィルタが設けられることになるが、照明手段１５２を設けたことにより、溶接教示時などの溶接時以外での溶接トーチ１１の様子を監視することが可能になる。さらに、撮像冷却手段１５３によって溶接部撮像手段１５１および照明手段１５２を冷却することで、比較的細径の管の内部において溶接部撮像手段１５１および照明手段１５２に対する溶接トーチ１１の熱の影響を抑えることが可能になる。
【００９２】
また、本実施の形態の溶接装置は、支持ロッド２１に設けられており、挿入部１側を撮像する挿入部撮像手段２７を備える。
【００９３】
この溶接装置によれば、挿入部１を管に挿入する際に、当該挿入部１の様子を挿入部撮像手段２７によって監視することが可能になる。この結果、挿入部１を管の内面に接触しないように監視して、溶接トーチ１１や管の損傷を防止することが可能になる。
【００９４】
また、本実施の形態の溶接装置は、溶接ワイヤ供給機構２４は、溶接ワイヤが巻かれるワイヤリール２４１と、ワイヤリール２４１から溶接ワイヤを送り出すワイヤ送出部２４３と、ワイヤリール２４１において溶接ワイヤを巻き取る方向への回転を付勢するワイヤリール巻取手段２４２と、を備える。
【００９５】
この溶接装置によれば、ワイヤリール巻取手段２４２によってワイヤリール２４１に溶接ワイヤが常に巻き取られるため、ワイヤリール２４１に巻かれる溶接ワイヤが緩むことがなく、溶接において溶接ワイヤの送出を適宜行うことが可能になる。また、溶接完了後に溶接ワイヤを逆送給する必要があり、この逆送給を行うことが可能になる。
【符号の説明】
【００９６】
１ 挿入部
１ａ ベース部材
２ 非挿入部
１１ 溶接トーチ
１１ａ 先端部
１１１ 溶接冷却手段
１２ 溶接トーチ移動機構
１３ 溶接ワイヤ支持部
１４ 温度監視部
１４１ 温度計測手段
１４２ 温度計測部撮像手段
１５ 溶接監視部
１５１ 溶接部撮像手段
１５２ 照明手段
１５３ 撮像冷却手段
２１ 支持ロッド
２２ 回転移動機構
２３ 軸方向移動機構
２４ 溶接ワイヤ供給機構
２７ 挿入部撮像手段
２４１ ワイヤリール
２４２ ワイヤリール巻取手段
２４３ ワイヤ送出部
Ｓ１ 軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の内部に挿入される挿入部と、
前記管の外部に配置されて前記挿入部を前記管の内部に配置する非挿入部と、
前記挿入部に設けられ、前記管の内部に配置された状態で前記管の内面に溶接を行う溶接トーチと、
前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部が向く前記管の径方向に前記溶接トーチを移動させる溶接トーチ移動機構と、
前記非挿入部に設けられ、先端に前記挿入部が取り付けられて管に挿入される支持ロッドを、当該支持ロッドの軸廻りに回転移動させる回転移動機構と、
前記非挿入部に設けられ、前記支持ロッドを、当該支持ロッドの軸の延在方向に沿って移動させる軸方向移動機構と、
前記非挿入部に設けられ、前記溶接トーチに至り溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給機構と、
を備えることを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
前記溶接トーチは、前記管が延在する軸方向に延在するベース部材の前端側に取り付けられ、前記溶接トーチ移動機構は、前記ベース部材の後端側に取り付けられて、前記ベース部材と共に前記溶接トーチを移動させることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記挿入部に設けられ、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接トーチの先端部に対して接近または離隔するように前記溶接ワイヤを移動可能に支持する溶接ワイヤ支持部を備え、当該溶接ワイヤ支持部が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記溶接トーチは、前記管が延在する軸方向に延在するベース部材の前端側に取り付けられ、前記溶接ワイヤ支持部は、前記ベース部材の後端に取り付けられていると共に、前記溶接トーチ移動機構の移動部材に連結されていること特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチによって溶接される周囲の温度を計測する温度計測手段と、
前記挿入部に設けられ、前記温度計測手段によって計測される付近を撮像する温度計測部撮像手段と、
挿入部に設けられ、前記温度計測部撮像手段を冷却する温度監視部冷却手段と、
を備え、前記温度計測手段、前記温度計測部撮像手段および前記温度監視部冷却手段が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の溶接装置。
【請求項６】
前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部の付近を撮像する溶接部撮像手段と、
前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部の付近を照らす照明手段と、
前記挿入部に設けられ、前記溶接部撮像手段および前記照明手段を冷却する撮像冷却手段と、
を備え、前記溶接部撮像手段、前記照明手段および前記撮像冷却手段が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の溶接装置。
【請求項７】
前記支持ロッドに設けられており、前記挿入部側を撮像する挿入部撮像手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の溶接装置。
【請求項８】
前記溶接ワイヤ供給機構は、前記溶接ワイヤが巻かれるワイヤリールと、前記ワイヤリールから前記溶接ワイヤを送り出すワイヤ送出部と、前記ワイヤリールにおいて前記溶接ワイヤを巻き取る方向への回転を付勢するワイヤリール巻取手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の溶接装置。
【請求項１】
管の内部に挿入される挿入部と、
前記管の外部に配置されて前記挿入部を前記管の内部に配置する非挿入部と、
前記挿入部に設けられ、前記管の内部に配置された状態で前記管の内面に溶接を行う溶接トーチと、
前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部が向く前記管の径方向に前記溶接トーチを移動させる溶接トーチ移動機構と、
前記非挿入部に設けられ、先端に前記挿入部が取り付けられて管に挿入される支持ロッドを、当該支持ロッドの軸廻りに回転移動させる回転移動機構と、
前記非挿入部に設けられ、前記支持ロッドを、当該支持ロッドの軸の延在方向に沿って移動させる軸方向移動機構と、
前記非挿入部に設けられ、前記溶接トーチに至り溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給機構と、
を備えることを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
前記溶接トーチは、前記管が延在する軸方向に延在するベース部材の前端側に取り付けられ、前記溶接トーチ移動機構は、前記ベース部材の後端側に取り付けられて、前記ベース部材と共に前記溶接トーチを移動させることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記挿入部に設けられ、前記溶接ワイヤの先端が前記溶接トーチの先端部に対して接近または離隔するように前記溶接ワイヤを移動可能に支持する溶接ワイヤ支持部を備え、当該溶接ワイヤ支持部が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記溶接トーチは、前記管が延在する軸方向に延在するベース部材の前端側に取り付けられ、前記溶接ワイヤ支持部は、前記ベース部材の後端に取り付けられていると共に、前記溶接トーチ移動機構の移動部材に連結されていること特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチによって溶接される周囲の温度を計測する温度計測手段と、
前記挿入部に設けられ、前記温度計測手段によって計測される付近を撮像する温度計測部撮像手段と、
挿入部に設けられ、前記温度計測部撮像手段を冷却する温度監視部冷却手段と、
を備え、前記温度計測手段、前記温度計測部撮像手段および前記温度監視部冷却手段が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の溶接装置。
【請求項６】
前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部の付近を撮像する溶接部撮像手段と、
前記挿入部に設けられ、前記溶接トーチの先端部の付近を照らす照明手段と、
前記挿入部に設けられ、前記溶接部撮像手段および前記照明手段を冷却する撮像冷却手段と、
を備え、前記溶接部撮像手段、前記照明手段および前記撮像冷却手段が、前記溶接トーチ移動機構によって前記溶接トーチと共に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の溶接装置。
【請求項７】
前記支持ロッドに設けられており、前記挿入部側を撮像する挿入部撮像手段を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の溶接装置。
【請求項８】
前記溶接ワイヤ供給機構は、前記溶接ワイヤが巻かれるワイヤリールと、前記ワイヤリールから前記溶接ワイヤを送り出すワイヤ送出部と、前記ワイヤリールにおいて前記溶接ワイヤを巻き取る方向への回転を付勢するワイヤリール巻取手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１３−１０３２４３（Ｐ２０１３−１０３２４３Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７８８２（Ｐ２０１１−２４７８８２）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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