水中溶接方法及び水中溶接装置
【課題】加熱工程と溶接工程との切り換えに、高精度なレンズの位置調整を必要とすることがなく、再現性良く安定的に溶接施工を行うことのできる水中溶接方法及び水中溶接装置を提供する。
【解決手段】水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法であって、レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、光学素子を移動させレーザ光の光路内及び光路外に位置させるための移動機構と、を具備した装置を使用し、溶接ヘッドを設置する設置工程と、レーザ光の光路内に光学素子を位置させた状態で、レーザ光を被溶接部に照射して加熱し、亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程と、レーザ光の光路外に光学素子を位置させた状態で、レーザ光を被溶接部に照射して溶接する溶接工程とを具備している。
【解決手段】水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法であって、レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、光学素子を移動させレーザ光の光路内及び光路外に位置させるための移動機構と、を具備した装置を使用し、溶接ヘッドを設置する設置工程と、レーザ光の光路内に光学素子を位置させた状態で、レーザ光を被溶接部に照射して加熱し、亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程と、レーザ光の光路外に光学素子を位置させた状態で、レーザ光を被溶接部に照射して溶接する溶接工程とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接行う水中溶接方法及び水中溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉圧力容器内に設置された原子炉内構造物および圧力バウンダリには、応力腐食割れが発生し、亀裂が生じる可能性がある。すでに応力腐食割れが発生し、補修を行うことが必要となった場合、対象部位を溶接補修することは対策として有効な方法である。溶接により補修を行う場合には、耐応力腐食割れ性に優れた溶加材を用いてクラッド溶接を施すことで、亀裂を炉水から隔離し漏洩防止を行うとともに、新たな応力腐食割れの発生を防止する。
【０００３】
通常、このような溶接補修は、原子力プラントの定期検査時に実施されることになる。原子力プラントの定期検査は、作業者の被曝量を低減するために、原子炉内に炉水を張った状態で行われる。しかしながら、溶接による補修を行うために原子炉内に張られた炉水を抜く場合には、炉水を抜き、かつ補修を行った後に炉水を張るための作業時間が必要となる。また、炉水を抜いた状態では作業者の被曝量が多くなり、作業者の被曝量を低減するための大きな遮蔽体を設置する必要があり、定期検査期間内の限られた作業時間に補修を行うことは困難となる。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、原子炉内に炉水が張られた状態、つまり水中溶接による補修を行う方法が考えられている。その具体的な方法としては、レーザをレンズで集光して溶接部に照射するとともに、その溶接部を周りの水から隔離するため、溶接部の近傍をシールドカバーで覆って、シールドガスを噴出することによって、溶接部の近傍に気相空間を形成する方法が知られている。また、このような水中溶接による補修を行う際に、レンズを光軸方向に移動させることで、加熱と溶接とを切り換えて行えるようにし、溶接に先立って亀裂表面の加熱を行い、亀裂内部の水を加熱蒸発させた後、亀裂表面の溶融を行い、亀裂表面に溶融金属を形成して亀裂の開口を埋める方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように、レンズを光軸方向に移動させることで、レーザの集光状態を加熱時と溶接時とで切り替える方法では、レンズの位置調整に高い精度を必要とする。そして、万一溶接時にレンズの位置が適正位置にならない場合、レーザ光が施工条件を満たすスポット径、エネルギー密度にならず、溶接施工ができない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述の事情に対処してなされたものであり、加熱工程と溶接工程との切り換えに、高精度なレンズの位置調整を必要とすることがなく、再現性良く安定的に溶接施工を行うことのできる水中溶接方法及び水中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】
【０００８】
本発明の水中溶接方法の一態様は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を伝送するための光ファイバーと、前記光ファイバーの先端に接続され前記被溶接部との間にシールドガスを供給して気相空間を形成可能とされた溶接ヘッドと、前記レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、前記光学素子を移動させ前記レーザ光の光路内及び光路外に位置させるための移動機構と、を具備した装置を使用し、前記溶接ヘッドと前記被溶接部との間に形成される気相空間に、前記被溶接部の亀裂が位置するように、前記溶接ヘッドを設置する設置工程と、前記移動機構により前記レーザ光の光路内に前記光学素子を位置させた状態で、前記レーザ光を前記被溶接部に照射して加熱することにより、亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程と、前記移動機構により前記レーザ光の光路外に前記光学素子を位置させた状態で、前記レーザ光を前記被溶接部に照射して溶接し、亀裂を埋める溶接工程とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の水中溶接装置の一態様は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接装置であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を伝送するための光ファイバーと、光ファイバー先端に接続され前記被溶接部との間にシールドガスを供給して気相空間を形成可能とされた溶接ヘッドと、前記レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、前記被溶接部を加熱して亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程を実施する際に、前記光学素子を前記レーザ光の光路内に位置させ、前記加熱工程の後に亀裂の溶接を実施する際に、前記光学素子を前記レーザ光の光路外に位置させるように前記光学素子を移動させる移動機構と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加熱工程と溶接工程との切り換えに、高精度なレンズの位置調整を必要とすることがなく、再現性良く安定的に溶接施工を行うことのできる水中溶接方法及び水中溶接装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る水中溶接方法及び水中溶接装置の説明図。
【図２】一実施形態に係る水中溶接方法及び水中溶接装置の説明図。
【図３】第１実施形態に係る加熱工程の説明図。
【図４】第１実施形態に係る溶接工程の説明図。
【図５】第２実施形態における光ファイバー接続装置の説明図。
【図６】第２実施形態における光ファイバー接続装置の説明図。
【図７】第２実施形態の変形例に係る加熱工程の説明図。
【図８】第２実施形態の変形例に係る溶接工程の説明図。
【図９】第３実施形態に係る加熱工程の説明図。
【図１０】第３実施形態に係る加熱工程の変形例の説明図。
【図１１】加熱工程の加熱経路を示す説明図。
【図１２】溶接工程の施工パスを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、図１を参照して第１実施形態について説明する。第１実施形態では、図１に示すように、原子炉圧力容器等の内部に収容された水２０中に位置する被溶接部１０に対して溶接施工する場合について説明する。水２０の外部に、レーザ発振器１が配設されており、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、光ファイバー接続装置３にて接続された複数の光ファイバー２を介して水２０中に配置された溶接ヘッド４まで伝送され、被溶接部１０に照射されるようになっている。
【００１４】
図３、図４に示すように、溶接ヘッド４の先端部には、シールドカバー４ａが配設されており、このシールドカバー４ａ内に溶接ヘッド４から不活性ガス９として例えばアルゴンガスを供給することによって、溶接ヘッド４と被溶接部１０との間に気相空間を形成できるようになっている。また、溶接ヘッド４には、レーザ光を集光するための複数の集光レンズ７が配設されている。
【００１５】
さらに、溶接ヘッド４には、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のエネルギー密度を低下させる光学素子として、レーザ光８のビーム径を拡大するレンズ１４が配設されている。このレンズ１４は、移動機構１５に接続されており、この移動機構１５によって、レンズ１４をレーザ光８の光路内と、光路外とに移動可能とされている。なお、図３はレンズ１４をレーザ光８の光路内に位置させた状態を示し、図４はレンズ１４をレーザ光８の光路外に位置させた状態を示している。
【００１６】
溶接ヘッド４の設置工程では、亀裂１１を有した被溶接部１０が溶接ヘッド４にて形成される気相空間に完全に含まれるように溶接ヘッド４を設置して、溶接ヘッド４からシールドカバー４ａ内に不活性ガス９として例えばアルゴンガスを供給して気相空間を形成する。
【００１７】
上記のように被溶接部１０に気相空間を形成した後、図３に示すように、被溶接部１０の亀裂１１の内部に残留した水２０を蒸発させる加熱工程を実施する。加熱工程では、溶接ヘッド４にて形成される気相空間に常に亀裂１１が覆われた状態とし、気相空間に溶接ヘッド４から不活性ガス９を供給する。そして、移動機構１５によって、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入し、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径が、図４に示す溶接工程でのビーム径よりも大きくなり、エネルギー密度を低下させた状態に設定する。
【００１８】
そして、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、溶接ヘッド４を走査させながらレーザ光８を被溶接部１０に照射して亀裂１１の内部の水２０を蒸発させる。この加熱工程におけるレーザ光８の走査は、例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ光８を、亀裂１１を含む表面全てに照射されるように走査させながら照射し、亀裂１１内部の水２０を蒸発させる。なお、図１１（ａ）は、亀裂１１の長手方向に沿ってレーザ光８を走査する場合、図１１（ｂ）は、ジグザグにレーザ光８を走査する場合を示している。
【００１９】
その後、図４に示すように、移動機構１５によって、溶接ヘッド４内のレンズ１４の位置を移動させ、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内から光路外へ位置させる。このように、レンズ１４がレーザ光８の光路から外れることによって、固定されている集光レンズ７による集光が行われ、被溶接部１０でのレーザビーム８のビーム径が、図３に示した加熱工程でのビーム径よりも小さくなり、エネルギー密度が高い状態となる。この状態で、被溶接部１０にレーザ光８を照射するとともに、被溶接部１０に溶加材５を供給して溶接ビード１２を形成し、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、溶接ヘッド４を走査しながら被溶接部１０の亀裂１１表面を溶接する。なお、この溶接工程の状態を図２にも示す。
【００２０】
上記溶接工程では、例えば図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、亀裂１１を含む被溶接部表面を溶接ビード１２にて覆うように溶接ヘッド４を走査しながら亀裂１１の表面を溶接する。
【００２１】
なお、上記の加熱工程及び溶接工程において、図３に示す加熱工程で１００℃以上に加熱される範囲６ａは、図４に示す溶接工程で１００℃以上に加熱される範囲６ｂよりも深くなっている。
【００２２】
上記の水中溶接方法及び水中溶接装置では、加熱工程において、亀裂１１内部の水を蒸発させた後、そのまま、溶接ヘッド４の気相空間内に亀裂１１を覆ったままで溶接工程へ移行する。これによって、亀裂１１内部に水が侵入することはなく、亀裂１１内部の水が蒸発した状態で溶接を行うことができ、水蒸気によって生じる溶接欠陥を防止して溶接ビード１２を形成することができる。
【００２３】
以上説明した第１実施形態では、加熱工程においては、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入することによって、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径を大きくし、レーザ光８のエネルギー密度を低下させた状態で加熱を行う。また、溶接工程においては、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内からレンズ１４を外すことによって、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径を小さくし、エネルギー密度を高くして溶接を行う。
【００２４】
この時、レーザ光８のビーム径を小さく絞り、エネルギー密度を高くした状態は、集光レンズ７の位置が固定された状態となっており、集光レンズ７の位置を精度よく位置合わせしてフォーカス等を行う必要がない。そして、集光レンズ等の位置を高精度に位置制御する必要のない加熱工程では、レーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入することによって、レーザ光８のビーム径を拡大した状態とする。このため、集光レンズ７等を光軸方向に沿って移動させて加熱工程と溶接工程とを切り換える場合のように、集光レンズ７等の高精度な位置調整を必要としない。これによって、再現性良く安定的に溶接施工を行うことができる。
【００２５】
次に、第２実施形態について説明する。この第２実施形態においても、図１、２に示すように、原子炉圧力容器等の内部に収容された水２０中に位置する被溶接部１０に対して溶接施工する場合について説明する。水２０の外部に、レーザ発振器１が配設されており、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、光ファイバー接続装置３にて接続された複数の光ファイバー２を介して水中に配置された溶接ヘッド４まで伝送され、被溶接部１０に照射されるようになっている。
【００２６】
溶接ヘッド４の設置工程では、亀裂を有した被溶接部１０が溶接ヘッド４にて形成される気相空間に完全に含まれるように溶接ヘッド４を設置して、溶接ヘッド４から不活性ガス９として例えばアルゴンガスを供給して気相空間を形成する。
【００２７】
上記のように被溶接部１０に気相空間を形成した後、図３に示したように、被溶接部１０の亀裂１１の内部に残留した水２０を蒸発させる加熱工程を実施する。加熱工程では、溶接ヘッド４にて形成される気相空間に常に亀裂１１が覆われた状態とし、気相空間に溶接ヘッド４から不活性ガス９を供給する。
【００２８】
そして、移動機構１５によって、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入し、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径が、図４に示す溶接工程でのビーム径よりも大きくなり、エネルギー密度を低下させた状態に設定する。
【００２９】
これとともに、図５に示すように、光ファイバー接続装置３において、移動機構１８によってレーザ光８の光路中にハーフミラー等の減光可能なミラー１６を挿入し、このミラー１６を経由してレーザ光８を伝送することで、被溶接部１０に伝送されるレーザ出力を減衰する。この状態のレーザ光８を、溶接ヘッド４を走査させながら被溶接部１０に照射して加熱し、亀裂１１内部の水２０を蒸発させる。なお、図５において、符号１７は略１００％レーザ光を反射するミラー、１９はビームダンパーを示している。
【００３０】
その後、図４に示すように、溶接ヘッド４内のレンズ１４の位置を移動させて、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内からレンズ１４を外し、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径を小さくし、エネルギー密度が高くなるように設定する。これとともに、図６に示すように、レーザ光８を減衰するためのミラー１６をレーザ光８の光路から外し、略１００％レーザ光を反射するミラー１７をレーザ光８の光路内に位置させ、レーザ光８の減衰が発生しないようにする。
【００３１】
そして、この状態で、レーザ光８を被溶接部１０に照射しつつ、溶加材５を供給して溶接ビード１２を形成し、溶接ヘッド４を走査しながら被溶接部１０の亀裂１１の表面を溶接する。このとき、加熱工程で１００℃以上に加熱される範囲６ａは、溶接工程で１００℃以上に加熱される範囲６ｂよりも深い。
【００３２】
なお、レーザ光８の減衰は、光ファイバー接続装置３において行うのではなく、図７に示すように、ハーフミラー等の減光可能なミラー１６を溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路に挿入して行ってもよい。
【００３３】
以上説明した第２実施形態では、加熱工程においては、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入することによって、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径を大きくしてエネルギー密度を低下させるとともに、光ファイバー接続装置３又は溶接ヘッド４において減光可能なミラー１６をレーザ光８の光路内に挿入することによってレーザ光８を減衰させる。また、溶接工程においては、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内からレンズ１４を外すことによって、レーザ光８のビーム径を小さくし、エネルギー密度を高くするとともに、減光可能なミラー１６をレーザ光８の光路内から外して溶接を行う。
【００３４】
したがって、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、レーザ光８の光路内に減光可能なミラー１６を挿入することによって、加熱工程におけるレーザ光８を減衰させるので、レーザ発振器１の出力調整を省くことができる。また、加熱工程で必要とされる最適なレーザ光８のエネルギーが、レーザ発振器１の最低出力を下回る場合でも、最適なエネルギーのレーザ光８で加熱工程を実施することができる。
【００３５】
次に、第３実施形態について説明する。この第３実施形態においても、図１、２に示すように、原子炉圧力容器等の内部に収容された水２０中に位置する被溶接部１０に対して溶接施工する場合について説明する。水２０の外部に、レーザ発振器１が配設されており、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、光ファイバー接続装置３にて接続された複数の光ファイバー２を介して水中に配置された溶接ヘッド４まで伝送され、被溶接部１０に照射されるようになっている。
【００３６】
溶接ヘッド４の設置工程では、亀裂を有した被溶接部１０が溶接ヘッド４にて形成される気相空間に完全に含まれるように溶接ヘッド４を設置して、溶接ヘッド４から不活性ガス９として例えばアルゴンガスを供給して気相空間を形成する。
【００３７】
上記のように被溶接部１０に気相空間を形成した後、図９に示すように、被溶接部１０の亀裂１１の内部に残留した水２０を蒸発させる加熱工程を実施する。加熱工程では、溶接ヘッド４にて形成される気相空間に常に亀裂１１が覆われた状態とし、気相空間に溶接ヘッド４から不活性ガス９を供給する。
【００３８】
そして、移動機構１５によって、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入し、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径が、図４に示す溶接工程でのビーム径よりも大きくなり、エネルギー密度を低下させた状態に設定する。
【００３９】
これとともに、移動機構１８によってレーザ光８の光路中にハーフミラー等の減光可能なミラー１６を挿入し、このミラー１６経由してレーザ光８を伝送することで、被溶接部１０に伝送されるレーザ出力を減衰する。この状態のレーザ光８を、溶接ヘッド４を走査させながら被溶接部１０に照射して加熱し、亀裂１１内部の水２０を蒸発させる。
【００４０】
第３実施形態では、シールドカバー４ａ内に被溶接部１０の表面温度をモニタリングする光センサ２１が配設されており、光センサ２１には、検出信号を処理するためのアンプ２２が接続され、アンプ２２には判定装置２３が接続されている。これらの機構は、亀裂１１内部の水２０が十分に蒸発したことを確認するためのものであり、光センサ２１によって検出される被溶接部１０の表面温度が、判定装置２３によって判定される規定の温度に到達するまで加熱工程を継続するようになっている。これによって、亀裂１１内部の水２０が確実に除去された後、溶接工程を実施することができる。
【００４１】
なお、光センサ２１の替わりに図１０に示すように湿分検出センサ２４を使用し、シールドカバー４ａ内の不活性ガス雰囲気の湿分が規定値よりも下がったことによって、亀裂１１内部の水２０が十分に蒸発したことを確認する構成としてもよい。
【００４２】
上記の加熱工程の後、図８に示したように、溶接ヘッド４内のレンズ１４の位置を移動させて、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内からレンズ１４を外し、被溶接部１０でのレーザ光８のビーム径が、加熱工程でのビーム径よりも小さくなるように設定するとともに、レーザ光を減衰するためのミラー１６をレーザ光８の光路から外す。
【００４３】
そして、この状態で、レーザ光８を被溶接部１０に照射しつつ、溶加材５を供給して溶接ビード１２を形成し、溶接ヘッド４を走査しながら被溶接部１０の亀裂１１の表面を溶接する。この時、加熱工程で１００℃以上に加熱される範囲６ａは、溶接工程で１００℃以上に加熱される範囲６ｂよりも深い。
【００４４】
以上説明した第３実施形態では、前述した第２実施形態と同様な効果を得られるとともに、被溶接部１０の表面温度をモニタリングする光センサ２１（又は湿分検出センサ２４）、アンプ２２、判定装置２３により亀裂１１内部の水２０が十分に蒸発したことを確認した後に溶接工程を行うことができるので、亀裂１１内部の水が確実に蒸発した状態で溶接することができ、水蒸気によって生じる溶接欠陥を防止して溶接ビード１２を形成することができる。
【００４５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１……レーザ発振器、２……光ファイバー、３……光ファイバー接続装置、４……レーザ溶接ヘッド、５……溶加材、６ａ，６ｂ……温度が１００℃以上となる範囲、７……集光レンズ、８……レーザ光、９……不活性ガス、１０……被溶接部、１１……亀裂、１２…溶接ビード、１４……レンズ、１５……移動機構、１６……減光可能なミラー、１７……略１００％レーザ光を反射するミラー、１８……移動機構、１９……ビームダンパー、２０…水、２１……光センサ、２２……アンプ、２３……判定装置、２４……湿分検出センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接行う水中溶接方法及び水中溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子炉圧力容器内に設置された原子炉内構造物および圧力バウンダリには、応力腐食割れが発生し、亀裂が生じる可能性がある。すでに応力腐食割れが発生し、補修を行うことが必要となった場合、対象部位を溶接補修することは対策として有効な方法である。溶接により補修を行う場合には、耐応力腐食割れ性に優れた溶加材を用いてクラッド溶接を施すことで、亀裂を炉水から隔離し漏洩防止を行うとともに、新たな応力腐食割れの発生を防止する。
【０００３】
通常、このような溶接補修は、原子力プラントの定期検査時に実施されることになる。原子力プラントの定期検査は、作業者の被曝量を低減するために、原子炉内に炉水を張った状態で行われる。しかしながら、溶接による補修を行うために原子炉内に張られた炉水を抜く場合には、炉水を抜き、かつ補修を行った後に炉水を張るための作業時間が必要となる。また、炉水を抜いた状態では作業者の被曝量が多くなり、作業者の被曝量を低減するための大きな遮蔽体を設置する必要があり、定期検査期間内の限られた作業時間に補修を行うことは困難となる。
【０００４】
このような問題を解決する方法として、原子炉内に炉水が張られた状態、つまり水中溶接による補修を行う方法が考えられている。その具体的な方法としては、レーザをレンズで集光して溶接部に照射するとともに、その溶接部を周りの水から隔離するため、溶接部の近傍をシールドカバーで覆って、シールドガスを噴出することによって、溶接部の近傍に気相空間を形成する方法が知られている。また、このような水中溶接による補修を行う際に、レンズを光軸方向に移動させることで、加熱と溶接とを切り換えて行えるようにし、溶接に先立って亀裂表面の加熱を行い、亀裂内部の水を加熱蒸発させた後、亀裂表面の溶融を行い、亀裂表面に溶融金属を形成して亀裂の開口を埋める方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９６２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のように、レンズを光軸方向に移動させることで、レーザの集光状態を加熱時と溶接時とで切り替える方法では、レンズの位置調整に高い精度を必要とする。そして、万一溶接時にレンズの位置が適正位置にならない場合、レーザ光が施工条件を満たすスポット径、エネルギー密度にならず、溶接施工ができない可能性がある。
【０００７】
本発明は、上述の事情に対処してなされたものであり、加熱工程と溶接工程との切り換えに、高精度なレンズの位置調整を必要とすることがなく、再現性良く安定的に溶接施工を行うことのできる水中溶接方法及び水中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】
【０００８】
本発明の水中溶接方法の一態様は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を伝送するための光ファイバーと、前記光ファイバーの先端に接続され前記被溶接部との間にシールドガスを供給して気相空間を形成可能とされた溶接ヘッドと、前記レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、前記光学素子を移動させ前記レーザ光の光路内及び光路外に位置させるための移動機構と、を具備した装置を使用し、前記溶接ヘッドと前記被溶接部との間に形成される気相空間に、前記被溶接部の亀裂が位置するように、前記溶接ヘッドを設置する設置工程と、前記移動機構により前記レーザ光の光路内に前記光学素子を位置させた状態で、前記レーザ光を前記被溶接部に照射して加熱することにより、亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程と、前記移動機構により前記レーザ光の光路外に前記光学素子を位置させた状態で、前記レーザ光を前記被溶接部に照射して溶接し、亀裂を埋める溶接工程とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の水中溶接装置の一態様は、水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接装置であって、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を伝送するための光ファイバーと、光ファイバー先端に接続され前記被溶接部との間にシールドガスを供給して気相空間を形成可能とされた溶接ヘッドと、前記レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、前記被溶接部を加熱して亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程を実施する際に、前記光学素子を前記レーザ光の光路内に位置させ、前記加熱工程の後に亀裂の溶接を実施する際に、前記光学素子を前記レーザ光の光路外に位置させるように前記光学素子を移動させる移動機構と、を具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、加熱工程と溶接工程との切り換えに、高精度なレンズの位置調整を必要とすることがなく、再現性良く安定的に溶接施工を行うことのできる水中溶接方法及び水中溶接装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る水中溶接方法及び水中溶接装置の説明図。
【図２】一実施形態に係る水中溶接方法及び水中溶接装置の説明図。
【図３】第１実施形態に係る加熱工程の説明図。
【図４】第１実施形態に係る溶接工程の説明図。
【図５】第２実施形態における光ファイバー接続装置の説明図。
【図６】第２実施形態における光ファイバー接続装置の説明図。
【図７】第２実施形態の変形例に係る加熱工程の説明図。
【図８】第２実施形態の変形例に係る溶接工程の説明図。
【図９】第３実施形態に係る加熱工程の説明図。
【図１０】第３実施形態に係る加熱工程の変形例の説明図。
【図１１】加熱工程の加熱経路を示す説明図。
【図１２】溶接工程の施工パスを示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
まず、図１を参照して第１実施形態について説明する。第１実施形態では、図１に示すように、原子炉圧力容器等の内部に収容された水２０中に位置する被溶接部１０に対して溶接施工する場合について説明する。水２０の外部に、レーザ発振器１が配設されており、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、光ファイバー接続装置３にて接続された複数の光ファイバー２を介して水２０中に配置された溶接ヘッド４まで伝送され、被溶接部１０に照射されるようになっている。
【００１４】
図３、図４に示すように、溶接ヘッド４の先端部には、シールドカバー４ａが配設されており、このシールドカバー４ａ内に溶接ヘッド４から不活性ガス９として例えばアルゴンガスを供給することによって、溶接ヘッド４と被溶接部１０との間に気相空間を形成できるようになっている。また、溶接ヘッド４には、レーザ光を集光するための複数の集光レンズ７が配設されている。
【００１５】
さらに、溶接ヘッド４には、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のエネルギー密度を低下させる光学素子として、レーザ光８のビーム径を拡大するレンズ１４が配設されている。このレンズ１４は、移動機構１５に接続されており、この移動機構１５によって、レンズ１４をレーザ光８の光路内と、光路外とに移動可能とされている。なお、図３はレンズ１４をレーザ光８の光路内に位置させた状態を示し、図４はレンズ１４をレーザ光８の光路外に位置させた状態を示している。
【００１６】
溶接ヘッド４の設置工程では、亀裂１１を有した被溶接部１０が溶接ヘッド４にて形成される気相空間に完全に含まれるように溶接ヘッド４を設置して、溶接ヘッド４からシールドカバー４ａ内に不活性ガス９として例えばアルゴンガスを供給して気相空間を形成する。
【００１７】
上記のように被溶接部１０に気相空間を形成した後、図３に示すように、被溶接部１０の亀裂１１の内部に残留した水２０を蒸発させる加熱工程を実施する。加熱工程では、溶接ヘッド４にて形成される気相空間に常に亀裂１１が覆われた状態とし、気相空間に溶接ヘッド４から不活性ガス９を供給する。そして、移動機構１５によって、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入し、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径が、図４に示す溶接工程でのビーム径よりも大きくなり、エネルギー密度を低下させた状態に設定する。
【００１８】
そして、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、溶接ヘッド４を走査させながらレーザ光８を被溶接部１０に照射して亀裂１１の内部の水２０を蒸発させる。この加熱工程におけるレーザ光８の走査は、例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、レーザ光８を、亀裂１１を含む表面全てに照射されるように走査させながら照射し、亀裂１１内部の水２０を蒸発させる。なお、図１１（ａ）は、亀裂１１の長手方向に沿ってレーザ光８を走査する場合、図１１（ｂ）は、ジグザグにレーザ光８を走査する場合を示している。
【００１９】
その後、図４に示すように、移動機構１５によって、溶接ヘッド４内のレンズ１４の位置を移動させ、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内から光路外へ位置させる。このように、レンズ１４がレーザ光８の光路から外れることによって、固定されている集光レンズ７による集光が行われ、被溶接部１０でのレーザビーム８のビーム径が、図３に示した加熱工程でのビーム径よりも小さくなり、エネルギー密度が高い状態となる。この状態で、被溶接部１０にレーザ光８を照射するとともに、被溶接部１０に溶加材５を供給して溶接ビード１２を形成し、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、溶接ヘッド４を走査しながら被溶接部１０の亀裂１１表面を溶接する。なお、この溶接工程の状態を図２にも示す。
【００２０】
上記溶接工程では、例えば図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、亀裂１１を含む被溶接部表面を溶接ビード１２にて覆うように溶接ヘッド４を走査しながら亀裂１１の表面を溶接する。
【００２１】
なお、上記の加熱工程及び溶接工程において、図３に示す加熱工程で１００℃以上に加熱される範囲６ａは、図４に示す溶接工程で１００℃以上に加熱される範囲６ｂよりも深くなっている。
【００２２】
上記の水中溶接方法及び水中溶接装置では、加熱工程において、亀裂１１内部の水を蒸発させた後、そのまま、溶接ヘッド４の気相空間内に亀裂１１を覆ったままで溶接工程へ移行する。これによって、亀裂１１内部に水が侵入することはなく、亀裂１１内部の水が蒸発した状態で溶接を行うことができ、水蒸気によって生じる溶接欠陥を防止して溶接ビード１２を形成することができる。
【００２３】
以上説明した第１実施形態では、加熱工程においては、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入することによって、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径を大きくし、レーザ光８のエネルギー密度を低下させた状態で加熱を行う。また、溶接工程においては、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内からレンズ１４を外すことによって、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径を小さくし、エネルギー密度を高くして溶接を行う。
【００２４】
この時、レーザ光８のビーム径を小さく絞り、エネルギー密度を高くした状態は、集光レンズ７の位置が固定された状態となっており、集光レンズ７の位置を精度よく位置合わせしてフォーカス等を行う必要がない。そして、集光レンズ等の位置を高精度に位置制御する必要のない加熱工程では、レーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入することによって、レーザ光８のビーム径を拡大した状態とする。このため、集光レンズ７等を光軸方向に沿って移動させて加熱工程と溶接工程とを切り換える場合のように、集光レンズ７等の高精度な位置調整を必要としない。これによって、再現性良く安定的に溶接施工を行うことができる。
【００２５】
次に、第２実施形態について説明する。この第２実施形態においても、図１、２に示すように、原子炉圧力容器等の内部に収容された水２０中に位置する被溶接部１０に対して溶接施工する場合について説明する。水２０の外部に、レーザ発振器１が配設されており、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、光ファイバー接続装置３にて接続された複数の光ファイバー２を介して水中に配置された溶接ヘッド４まで伝送され、被溶接部１０に照射されるようになっている。
【００２６】
溶接ヘッド４の設置工程では、亀裂を有した被溶接部１０が溶接ヘッド４にて形成される気相空間に完全に含まれるように溶接ヘッド４を設置して、溶接ヘッド４から不活性ガス９として例えばアルゴンガスを供給して気相空間を形成する。
【００２７】
上記のように被溶接部１０に気相空間を形成した後、図３に示したように、被溶接部１０の亀裂１１の内部に残留した水２０を蒸発させる加熱工程を実施する。加熱工程では、溶接ヘッド４にて形成される気相空間に常に亀裂１１が覆われた状態とし、気相空間に溶接ヘッド４から不活性ガス９を供給する。
【００２８】
そして、移動機構１５によって、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入し、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径が、図４に示す溶接工程でのビーム径よりも大きくなり、エネルギー密度を低下させた状態に設定する。
【００２９】
これとともに、図５に示すように、光ファイバー接続装置３において、移動機構１８によってレーザ光８の光路中にハーフミラー等の減光可能なミラー１６を挿入し、このミラー１６を経由してレーザ光８を伝送することで、被溶接部１０に伝送されるレーザ出力を減衰する。この状態のレーザ光８を、溶接ヘッド４を走査させながら被溶接部１０に照射して加熱し、亀裂１１内部の水２０を蒸発させる。なお、図５において、符号１７は略１００％レーザ光を反射するミラー、１９はビームダンパーを示している。
【００３０】
その後、図４に示すように、溶接ヘッド４内のレンズ１４の位置を移動させて、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内からレンズ１４を外し、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径を小さくし、エネルギー密度が高くなるように設定する。これとともに、図６に示すように、レーザ光８を減衰するためのミラー１６をレーザ光８の光路から外し、略１００％レーザ光を反射するミラー１７をレーザ光８の光路内に位置させ、レーザ光８の減衰が発生しないようにする。
【００３１】
そして、この状態で、レーザ光８を被溶接部１０に照射しつつ、溶加材５を供給して溶接ビード１２を形成し、溶接ヘッド４を走査しながら被溶接部１０の亀裂１１の表面を溶接する。このとき、加熱工程で１００℃以上に加熱される範囲６ａは、溶接工程で１００℃以上に加熱される範囲６ｂよりも深い。
【００３２】
なお、レーザ光８の減衰は、光ファイバー接続装置３において行うのではなく、図７に示すように、ハーフミラー等の減光可能なミラー１６を溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路に挿入して行ってもよい。
【００３３】
以上説明した第２実施形態では、加熱工程においては、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入することによって、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径を大きくしてエネルギー密度を低下させるとともに、光ファイバー接続装置３又は溶接ヘッド４において減光可能なミラー１６をレーザ光８の光路内に挿入することによってレーザ光８を減衰させる。また、溶接工程においては、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内からレンズ１４を外すことによって、レーザ光８のビーム径を小さくし、エネルギー密度を高くするとともに、減光可能なミラー１６をレーザ光８の光路内から外して溶接を行う。
【００３４】
したがって、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、レーザ光８の光路内に減光可能なミラー１６を挿入することによって、加熱工程におけるレーザ光８を減衰させるので、レーザ発振器１の出力調整を省くことができる。また、加熱工程で必要とされる最適なレーザ光８のエネルギーが、レーザ発振器１の最低出力を下回る場合でも、最適なエネルギーのレーザ光８で加熱工程を実施することができる。
【００３５】
次に、第３実施形態について説明する。この第３実施形態においても、図１、２に示すように、原子炉圧力容器等の内部に収容された水２０中に位置する被溶接部１０に対して溶接施工する場合について説明する。水２０の外部に、レーザ発振器１が配設されており、レーザ発振器１から出射されたレーザ光は、光ファイバー接続装置３にて接続された複数の光ファイバー２を介して水中に配置された溶接ヘッド４まで伝送され、被溶接部１０に照射されるようになっている。
【００３６】
溶接ヘッド４の設置工程では、亀裂を有した被溶接部１０が溶接ヘッド４にて形成される気相空間に完全に含まれるように溶接ヘッド４を設置して、溶接ヘッド４から不活性ガス９として例えばアルゴンガスを供給して気相空間を形成する。
【００３７】
上記のように被溶接部１０に気相空間を形成した後、図９に示すように、被溶接部１０の亀裂１１の内部に残留した水２０を蒸発させる加熱工程を実施する。加熱工程では、溶接ヘッド４にて形成される気相空間に常に亀裂１１が覆われた状態とし、気相空間に溶接ヘッド４から不活性ガス９を供給する。
【００３８】
そして、移動機構１５によって、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内にレンズ１４を挿入し、被溶接部１０に照射されるレーザ光８のビーム径が、図４に示す溶接工程でのビーム径よりも大きくなり、エネルギー密度を低下させた状態に設定する。
【００３９】
これとともに、移動機構１８によってレーザ光８の光路中にハーフミラー等の減光可能なミラー１６を挿入し、このミラー１６経由してレーザ光８を伝送することで、被溶接部１０に伝送されるレーザ出力を減衰する。この状態のレーザ光８を、溶接ヘッド４を走査させながら被溶接部１０に照射して加熱し、亀裂１１内部の水２０を蒸発させる。
【００４０】
第３実施形態では、シールドカバー４ａ内に被溶接部１０の表面温度をモニタリングする光センサ２１が配設されており、光センサ２１には、検出信号を処理するためのアンプ２２が接続され、アンプ２２には判定装置２３が接続されている。これらの機構は、亀裂１１内部の水２０が十分に蒸発したことを確認するためのものであり、光センサ２１によって検出される被溶接部１０の表面温度が、判定装置２３によって判定される規定の温度に到達するまで加熱工程を継続するようになっている。これによって、亀裂１１内部の水２０が確実に除去された後、溶接工程を実施することができる。
【００４１】
なお、光センサ２１の替わりに図１０に示すように湿分検出センサ２４を使用し、シールドカバー４ａ内の不活性ガス雰囲気の湿分が規定値よりも下がったことによって、亀裂１１内部の水２０が十分に蒸発したことを確認する構成としてもよい。
【００４２】
上記の加熱工程の後、図８に示したように、溶接ヘッド４内のレンズ１４の位置を移動させて、溶接ヘッド４内のレーザ光８の光路内からレンズ１４を外し、被溶接部１０でのレーザ光８のビーム径が、加熱工程でのビーム径よりも小さくなるように設定するとともに、レーザ光を減衰するためのミラー１６をレーザ光８の光路から外す。
【００４３】
そして、この状態で、レーザ光８を被溶接部１０に照射しつつ、溶加材５を供給して溶接ビード１２を形成し、溶接ヘッド４を走査しながら被溶接部１０の亀裂１１の表面を溶接する。この時、加熱工程で１００℃以上に加熱される範囲６ａは、溶接工程で１００℃以上に加熱される範囲６ｂよりも深い。
【００４４】
以上説明した第３実施形態では、前述した第２実施形態と同様な効果を得られるとともに、被溶接部１０の表面温度をモニタリングする光センサ２１（又は湿分検出センサ２４）、アンプ２２、判定装置２３により亀裂１１内部の水２０が十分に蒸発したことを確認した後に溶接工程を行うことができるので、亀裂１１内部の水が確実に蒸発した状態で溶接することができ、水蒸気によって生じる溶接欠陥を防止して溶接ビード１２を形成することができる。
【００４５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
１……レーザ発振器、２……光ファイバー、３……光ファイバー接続装置、４……レーザ溶接ヘッド、５……溶加材、６ａ，６ｂ……温度が１００℃以上となる範囲、７……集光レンズ、８……レーザ光、９……不活性ガス、１０……被溶接部、１１……亀裂、１２…溶接ビード、１４……レンズ、１５……移動機構、１６……減光可能なミラー、１７……略１００％レーザ光を反射するミラー、１８……移動機構、１９……ビームダンパー、２０…水、２１……光センサ、２２……アンプ、２３……判定装置、２４……湿分検出センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法であって、
レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を伝送するための光ファイバーと、前記光ファイバーの先端に接続され前記被溶接部との間にシールドガスを供給して気相空間を形成可能とされた溶接ヘッドと、前記レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、前記光学素子を移動させ前記レーザ光の光路内及び光路外に位置させるための移動機構と、を具備した装置を使用し、
前記溶接ヘッドと前記被溶接部との間に形成される気相空間に、前記被溶接部の亀裂が位置するように、前記溶接ヘッドを設置する設置工程と、
前記移動機構により前記レーザ光の光路内に前記光学素子を位置させた状態で、前記レーザ光を前記被溶接部に照射して加熱することにより、亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程と、
前記移動機構により前記レーザ光の光路外に前記光学素子を位置させた状態で、前記レーザ光を前記被溶接部に照射して溶接し、亀裂を埋める溶接工程と
を具備したことを特徴とする水中溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の水中溶接方法であって、
前記光学素子として、前記被溶接部に照射される前記レーザ光のビーム径を拡大する機能を有する素子を含むことを特徴とする水中溶接方法。
【請求項３】
請求項２記載の水中溶接方法であって、
前記被溶接部に照射される前記レーザ光のビーム径を拡大する機能を有する素子が、前記溶接ヘッドに配設されていることを特徴とする水中溶接方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の水中溶接方法であって、
前記光学素子として、前記被溶接部に照射される前記レーザ光を減光する機能を有する素子を含むことを特徴とする水中溶接方法。
【請求項５】
請求項４記載の水中溶接方法であって、
前記被溶接部に照射される前記レーザ光を減光する機能を有する素子が、前記溶接ヘッド又は前記光ファイバーを繋ぐ光ファイバー接続装置に配設されていることを特徴とする水中溶接方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の水中溶接方法であって、
前記被溶接部の温度又は前記気相空間内の湿度を検出するセンサの検出結果に基づいて、前記加熱工程の終了タイミングを検出することを特徴とする水中溶接方法。
【請求項７】
水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射したレーザ光を伝送するための光ファイバーと、
光ファイバー先端に接続され前記被溶接部との間にシールドガスを供給して気相空間を形成可能とされた溶接ヘッドと、
前記レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、
前記被溶接部を加熱して亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程を実施する際に、前記光学素子を前記レーザ光の光路内に位置させ、前記加熱工程の後に亀裂の溶接を実施する際に、前記光学素子を前記レーザ光の光路外に位置させるように前記光学素子を移動させる移動機構と、
を具備したことを特徴とする水中溶接装置。
【請求項８】
請求項７記載の水中溶接装置であって、
前記光学素子として、前記被溶接部に照射される前記レーザ光のビーム径を拡大する機能を有する素子を含むことを特徴とする水中溶接装置。
【請求項９】
請求項８記載の水中溶接装置であって、
前記被溶接部に照射される前記レーザ光のビーム径を拡大する機能を有する素子が、前記溶接ヘッドに配設されていることを特徴とする水中溶接装置。
【請求項１０】
請求項７〜９いずれか１項記載の水中溶接装置であって、
前記光学素子として、前記被溶接部に照射される前記レーザ光を減光する機能を有する素子を含むことを特徴とする水中溶接装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の水中溶接装置であって、
前記被溶接部に照射される前記レーザ光を減光する機能を有する素子が、前記溶接ヘッド又は前記光ファイバーを繋ぐ光ファイバー接続装置に配設されていることを特徴とする水中溶接装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１いずれか１項記載の水中溶接装置であって、
前記被溶接部の温度又は前記気相空間内の湿度を検出するセンサを具備し、当該センサの検出結果に基づいて、前記加熱工程の終了タイミングを検出することを特徴とする水中溶接装置。
【請求項１】
水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接方法であって、
レーザ発振器と、前記レーザ発振器から出射したレーザ光を伝送するための光ファイバーと、前記光ファイバーの先端に接続され前記被溶接部との間にシールドガスを供給して気相空間を形成可能とされた溶接ヘッドと、前記レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、前記光学素子を移動させ前記レーザ光の光路内及び光路外に位置させるための移動機構と、を具備した装置を使用し、
前記溶接ヘッドと前記被溶接部との間に形成される気相空間に、前記被溶接部の亀裂が位置するように、前記溶接ヘッドを設置する設置工程と、
前記移動機構により前記レーザ光の光路内に前記光学素子を位置させた状態で、前記レーザ光を前記被溶接部に照射して加熱することにより、亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程と、
前記移動機構により前記レーザ光の光路外に前記光学素子を位置させた状態で、前記レーザ光を前記被溶接部に照射して溶接し、亀裂を埋める溶接工程と
を具備したことを特徴とする水中溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の水中溶接方法であって、
前記光学素子として、前記被溶接部に照射される前記レーザ光のビーム径を拡大する機能を有する素子を含むことを特徴とする水中溶接方法。
【請求項３】
請求項２記載の水中溶接方法であって、
前記被溶接部に照射される前記レーザ光のビーム径を拡大する機能を有する素子が、前記溶接ヘッドに配設されていることを特徴とする水中溶接方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載の水中溶接方法であって、
前記光学素子として、前記被溶接部に照射される前記レーザ光を減光する機能を有する素子を含むことを特徴とする水中溶接方法。
【請求項５】
請求項４記載の水中溶接方法であって、
前記被溶接部に照射される前記レーザ光を減光する機能を有する素子が、前記溶接ヘッド又は前記光ファイバーを繋ぐ光ファイバー接続装置に配設されていることを特徴とする水中溶接方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載の水中溶接方法であって、
前記被溶接部の温度又は前記気相空間内の湿度を検出するセンサの検出結果に基づいて、前記加熱工程の終了タイミングを検出することを特徴とする水中溶接方法。
【請求項７】
水中にある亀裂を含む被溶接部に対して溶接ヘッドにより溶接を行う水中溶接装置であって、
レーザ発振器と、
前記レーザ発振器から出射したレーザ光を伝送するための光ファイバーと、
光ファイバー先端に接続され前記被溶接部との間にシールドガスを供給して気相空間を形成可能とされた溶接ヘッドと、
前記レーザ光のエネルギー密度を低下させる光学素子と、
前記被溶接部を加熱して亀裂内部から水を蒸発させる加熱工程を実施する際に、前記光学素子を前記レーザ光の光路内に位置させ、前記加熱工程の後に亀裂の溶接を実施する際に、前記光学素子を前記レーザ光の光路外に位置させるように前記光学素子を移動させる移動機構と、
を具備したことを特徴とする水中溶接装置。
【請求項８】
請求項７記載の水中溶接装置であって、
前記光学素子として、前記被溶接部に照射される前記レーザ光のビーム径を拡大する機能を有する素子を含むことを特徴とする水中溶接装置。
【請求項９】
請求項８記載の水中溶接装置であって、
前記被溶接部に照射される前記レーザ光のビーム径を拡大する機能を有する素子が、前記溶接ヘッドに配設されていることを特徴とする水中溶接装置。
【請求項１０】
請求項７〜９いずれか１項記載の水中溶接装置であって、
前記光学素子として、前記被溶接部に照射される前記レーザ光を減光する機能を有する素子を含むことを特徴とする水中溶接装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の水中溶接装置であって、
前記被溶接部に照射される前記レーザ光を減光する機能を有する素子が、前記溶接ヘッド又は前記光ファイバーを繋ぐ光ファイバー接続装置に配設されていることを特徴とする水中溶接装置。
【請求項１２】
請求項７〜１１いずれか１項記載の水中溶接装置であって、
前記被溶接部の温度又は前記気相空間内の湿度を検出するセンサを具備し、当該センサの検出結果に基づいて、前記加熱工程の終了タイミングを検出することを特徴とする水中溶接装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−２５０２４９（Ｐ２０１２−２５０２４９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２３７０３（Ｐ２０１１−１２３７０３）
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１日（２０１１．６．１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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