JP3461948B2 - 水中レーザ加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば原子力発電プラン
ト等における予防保全および補修技術に係り、特に冷却
水中で金属構造物の表面の残留応力改善、亀裂除去、ク
ラッド除去等を行う場合に好適な水中レーザ加工方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば軽水炉の炉内構造物は、高温高圧
環境下において十分な耐食性と高温強度を有する材料、
例えばオーステナイトステンレス鋼あるいはニッケル基
合金等によって構成されている。

【０００３】しかしながら、炉内構造物の内、交換が困
難な部材については、これらの部材がプラントの長期に
わたる運転により長期間高温高圧環境下に晒され、しか
も炉心シュラウドなどの炉心材料は中性子照射を受ける
ため、それらが原因となって起こる材料劣化の問題が懸
念されている。

【０００４】特に炉内構造物の溶接部近傍は、溶接入熱
による材料の鋭敏化および引張応力の残留のため、潜在
的な応力腐食割れ発生の危険性を有している。

【０００５】最近、プラントの運転期間の長期化に対応
して、予防保全対策として種々の材料表面改良技術の開
発が行われている。その一環として、材料表面の応力を
積極的に引張から圧縮に変えることによって、応力腐食
割れを未然に防止するための対策が検討され、例えば、
ショットピーニングあるいはウォータージェットピーニ
ングなどの方法による表面材料応力改善技術が開発され
ている。

【０００６】ショットピーニングは０．３mm〜１．２mm
程度の径の鋼球を高圧空気あるいは遠心力を利用して加
速し、鋼球の運動エネルギーにより施工部表面を塑性変
形させることにより、表面に圧縮残留応力を形成する技
術である。

【０００７】また、ウォータージェットピーニングは、
１０００気圧程度の超高圧水をノズル先端から噴射し、
水撃作用およびキャビテーションが破壊する際の衝撃波
により、表面に圧縮応力を形成する技術である。これら
両技術とも、水中での施工により応力腐食割れに対する
有効性が実証され、一部は実用化されている。

【０００８】また、上記炉内構造物の溶接部近傍、ある
いは振動環境下にある構造物は、プラントの長期にわた
る運転中に応力腐食割れや疲労破壊による亀裂の発生や
進展、さらにそれらによる割れに対する感受性の鋭敏化
が懸念されており、対策が検討されている。

【０００９】例えば、構造物の表面に亀裂が発生した場
合に亀裂部分を放電加工により除去し、構造物材料の応
力集中を緩和して亀裂の進展を抑止する対策工法が行わ
れている。放電加工は電極と被加工材料との間に電圧を
加えて放電を発生させ、被加工材料を溶融して吹き飛ば
す加工法であり、この対策工法も一部実用化されてい
る。

【００１０】なお、炉内構造物の表面にはＦｅ，Ｃｕ，
Ｎｉ等を含んだクラッドが付着することが知られてい
る。クラッドは放射性物質をトラップするので、補修や
予防保全を行う作業員の被曝増加原因となるおそれがあ
る。特に、燃料要素に付着したクラッドは冷却水による
燃料要素の冷却効果を阻害し、酸化の加速を招き、さら
には燃料破壊に至らしめる場合がある。

【００１１】このような炉内構造物の表面に付着したク
ラッドの除去に関しては、現在、ウォータジェットピー
ニング等の高圧水流を利用した除去方法が不定期的に実
施されている。また、放電加工あるいは超音波を照射し
てクラッドを剥ぎ取る方法や、ショットピーニングを応
用し鋼球による衝撃力を弱くしてクラッドを除去する方
法なども検討されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ショットピ
ーニング等の鋼球を用いる方法では、炉心シュラウドと
原子炉圧力容器との間のアニュラス部などの狭隘部の構
造物に加工を施す場合には、鋼球を完全に回収すること
が困難である。また、鋼球を高圧水あるいは高圧空気で
搬送するための高圧配管が必要であり、簡便な加工方法
とは言い難い。また、大気中で施工する場合には粉塵の
発生を伴う問題が生じる。

【００１３】ウォータジェットピーニング等の高圧水を
用いる方法では、噴流水の反力のため周辺機器への負荷
が大きく、また狭隘部で遠隔操作により精密な加工を行
う自動機を開発することは困難である。

【００１４】放電加工には、被加工材料への熱影響が大
きいという問題があり、超音波法では、超音波が到達し
難い狭隘部には適用が困難である。

【００１５】すなわち、上記した加工法はいずれも、簡
便性、狭隘部への適用性、周辺機器への影響、品質の点
等で問題があり、すべてが満足されているとは言い難
い。また、予防保全および補修に係る表面応力改善、亀
裂除去、クラッド除去の３種類の技術すべてに適用する
ことも極めて困難である。

【００１６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、原子炉内部構造物の予防保全およ
び補修に係る表面応力改善、亀裂除去、クラッド除去等
の作業が簡便かつ高品質で、しかも周辺機器に悪影響を
及ぼすことなく行え、さらに狭隘部への適用性にも優れ
た水中レーザ加工方法を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、冷却水に浸漬された構造物の
表面に、可視波長を持つ高出力，短パルスのレーザビー
ムを照射し、前記構造物表面の材料の残留応力改善、亀
裂除去またはクラッド除去を行う水中レーザ加工方法で
あって、冷却水で満たされた原子炉の内部構造物の材料
表面に発生した亀裂を検出し、この亀裂部に対してパル
ス幅が１００nsec以下で可視波長を持つレーザビーム
を、１パルス当りのピーク出力０．１〜１０ＧＷ／cm ^２
の条件で、亀裂部がアブレーション除去される状況をモ
ニタしながら照射し、亀裂を除去することを特徴とす
る。

【００１８】

【００１９】

【００２０】請求項２の発明は、原子炉の内部構造物表
面に発生した亀裂の除去を行った後、請求項１記載の処
理を施すことにより、亀裂除去後の材料表面の応力改善
を行うことを特徴とする。

【００２１】請求項３の発明は、請求項１記載の水中レ
ーザビームの照射を行うことにより、冷却水で満たされ
た原子炉の内部構造物の表面に蓄積したクラッドの除去
を行いながら、材料表面の応力改善を行うことを特徴と
する。

【００２２】請求項４の発明は、冷却水で満たされた原
子炉の内部構造物の材料表面にレーザビームを照射し
て、請求項１から３までに記載の材料表面応力改善、亀
裂除去、またはクラッド除去を施す際、その施工全体範
囲、施工単位領域および施工条件を、予め実施した探傷
検査および表面状態検査と構造物図面とに基づいて作成
したマップに従って自動的に制御することを特徴とす
る。

【００２３】

【００２４】

【作用】可視波長を持つレーザビームは水中透過性が高
いため、水中で被加工材に直接照射することができる。
可視波長を持ち、高出力かつ短パルスのレーザビームを
炉水中で原子炉内部構造物の材料表面に照射すると、材
料表面の原子が瞬間的に溶融して蒸発し、プラズマが発
生する。

【００２５】発生したプラズマは水の慣性力により体積
膨張が抑制されるため極めて高圧になり、その結果、材
料表面は塑性変形して圧縮応力が残留する。材料表面に
おける圧縮応力の残留は応力腐食割れの防止につなが
り、原子炉内部構造物の表面残留応力を改善することが
できる。

【００２６】原子炉内部構造物の表面に亀裂が生じた場
合、亀裂発生部分に可視波長を持ち、高出力かつ短パル
スのレーザビームを繰り返し照射して、この部分の材料
を徐々に蒸発させ、亀裂を除去することができる。この
ように亀裂除去を行うことにより、構造材の応力集中を
緩和し、亀裂の進展を抑止することができる。

【００２７】原子炉内部構造物の表面にクラッドが蓄積
している場合、このクラッドが蓄積している材料表面
に、可視波長を持ち、高出力かつ短パルスのレーザビー
ムを照射すると、上記のように材料表面に高圧のプラズ
マが発生するが、このときの衝撃力によりクラッドを材
料表面から引き剥し除去することができる。

【００２８】したがって、上述した方法を用いることに
より、原子炉内部構造物の、表面応力の改善、亀裂除
去、クラッド除去を行うことができる。

【００２９】また、上記のようなレーザビームを用いた
加工方法は、高エネルギーを光ファイバで伝送するの
で、ショットピーニングと異なり鋼球を高圧水あるいは
高圧空気で搬送するための高圧配管を使用する等の必要
がなく、取扱いが簡便である。

【００３０】また、上記したように、可視光であるレー
ザビームは水中を直接伝送できるため、冷却水中での直
接施工が可能である。このため、作業前に炉内の冷却水
を抜く必要がない。水は放射線の遮蔽効果が高いので、
作業員の被曝低減も期待できる。

【００３１】しかも、レーザビーム照射の場合には機械
的な反力がないため、装置の制御が容易であり、高精度
の加工が行える。また、レーザビームのパルス幅を短く
した場合、被加工材料への熱伝導による熱影響が小さい
加工ができる。

【００３２】さらに、レーザ照射時に材料表面から放出
される表面構成材料の粉およびクラッドは、これを加工
ヘッド内部に吸い込んでトラップすることにより、水質
への悪影響を防ぐことができる。なお、この吸い込みに
よって生じる水流、あるいはレーザビームの光路上の気
泡除去を目的として発生させる水流は弱く、周辺機器へ
の影響は小さい。レーザビームを光ファイバで伝送すれ
ば、加工ヘッドを小型化でき、狭隘部へ適用が可能とな
る。

【００３３】したがって、簡便、高品質で、しかも周辺
機器に悪影響を及ぼさず、狭隘部へ無の適用性がよい水
中加工方法を提供することができる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００３５】実施例１（図１〜図６） 本実施例は、冷却水で満たされた原子炉内部構造物の材
料表面にパルス幅が１００nsec以下で、可視波長を持つ
レーザビームを、１パルス当りのピーク出力０．１〜１
０ＧＷ／cm² 、照射ビームの重畳率が１００％以上とな
る条件で照射して、構造物表面の残留応力を圧縮応力に
改善する水中レーザ加工方法についてのものである。

【００３６】図１に示すように、原子炉圧力容器１が冷
却水２で満たされている。この原子力発電プラントの内
部にレーザビーム３を光ファイバ４で導き、原子炉内部
構造物５の表面の残留応力改善を行うようにしている。

【００３７】即ち、原子炉圧力容器１の外部にはパルス
レーザ装置６が設置され、このパルスレーザ装置６は銅
蒸気レーザあるいはＹＡＧレーザ（第２高調波発生用）
等の可視波長パルスレーザ装置で、発振するレーザビー
ムのパルス幅は１００nsec以下である。

【００３８】レーザビーム３は入射レンズ７、光ファイ
バ４を通じて、冷却水２で満たされた原子炉圧力容器１
の内部に導かれ、集光レンズ８により１パルス当りのピ
ーク出力が０．１〜１０ＧＷ／cm² の光に集光され（直
径ｄ）、冷却水２中の雰囲気で原子炉内部構造物５の材
料表面（特に溶接線部分など）に照射される。

【００３９】図２は、本実施例におけるレーザビーム３
の照射方法を示す図である。即ち、本実施例では同図に
示すように、レーザビーム３を原子炉内部構造物５の表
面で走査させることにより連続的に照射し、レーザビー
ム３の照射スポット１０が重なり合うように施工する。
このとき、被加工面にレーザビーム３の未照射領域を作
らないようにし、照射スポット１０の直径を変えて照射
するなどして、レーザビーム３の照射スポット１０の平
均重畳率を１００％以上にする。

【００４０】このような実施例１の方法によると、以下
の作用および効果が得られる。

【００４１】即ち、可視波長を持ち、パルス幅１００ns
ec以下で、ピーク出力０．１〜１０ＧＷ／cm² のレーザ
ビーム３を原子炉内部構造物５の材料表面に照射する
と、材料の極表層の原子が瞬間的に溶融して蒸発し、プ
ラズマが発生する。発生するプラズマは、冷却水２中の
雰囲気では水の慣性力により体積膨張が抑制されて極め
て高圧になり、数百ＭＰａ〜数十ＧＰａに達する。この
衝撃的な高圧力によって材料表面が塑性変形し、圧縮応
力が残留する。

【００４２】可視波長のレーザビーム３を使用する理由
は、水中透過性が良く、水中加工に適しているからであ
る。パルス幅を１００nsec以下とする理由は、１００ns
ec超では材料に熱影響を与え、材料の耐食性を低下させ
るおそれがあるからである。ピーク出力を０．１〜１０
ＧＷ／cm² とする理由は、０．１ＧＷ／cm² 未満では材
料表層の原子を溶融して蒸発させ、プラズマを発生させ
ることが十分にできないおそれがあり、１０ＧＷ／cm²
超では強い電界により水が電離し、レーザビーム３の集
光が難しくなるおそれがあるためである。

【００４３】上記のレーザビーム３を走査により連続的
に照射し、レーザビーム３の照射スポット１０が重なり
合うように施工することによって、被加工面全体に効率
よく均質に圧縮応力を残留させることができる。なお、
本実施例では被照射部分の急冷を防ぐ効果もあるため、
従来のような急冷による被加工材料の割れも生じ難い。

【００４４】また、上記のようなレーザを用いた加工に
おいては、高エネルギを光ファイバ４で伝送するので、
ショットピーニングと異なり鋼球を高圧水あるいは高圧
空気で搬送するための高圧配管を使用する等の必要がな
く、取扱いが簡便である。また、可視光レーザは水中を
直接伝送できるため、冷却水２中で直接施工ができる。
このため、作業前に炉内の冷却水２を抜く必要がない。
水は放射線の遮蔽効果が高いので、作業員の被曝低減も
期待できる。

【００４５】しかも、レーザ照射の場合には機械的な反
力がないため、装置の制御が容易で高精度の加工が行
え、またレーザのパルス幅が短かいため、被加工材料へ
の熱伝導による熱影響が小さい加工が行える。また、レ
ーザビーム３を光ファイバ４によって伝送するので加工
ヘッドを小型化でき、狭隘部への施工が可能となる。

【００４６】したがって、以上の実施例１の方法によれ
ば、原子炉内の構造物の予防保全および補修等の加工が
簡便かつ高品質で、しかも狭隘部への優れた適用性をも
って行える等の効果が奏される。

【００４７】次に、実施例１における第１変形例につい
て説明する。この変形例は、照射スポット１０の直径ｄ
と、照射ビームの重畳率の条件とを調節することによ
り、材料表面の残留応力値と材料内部の残留圧縮応力が
及ぶ深さとを任意に制御する水中レーザ加工方法につい
てのものである。

【００４８】この第１変形例では、材料表面の残留応力
値と材料内部の残留圧縮応力が及ぶ深さを任意に制御す
ることを目的として、照射スポット１０の直径ｄと照射
ビームの重畳率とを調節する。

【００４９】レーザビーム３を集光して材料表面に照射
するとき、照射スポット１０の直径ｄを変えると、１パ
ルス当りのパワーの面積密度（単位：ＧＷ／cm² ）を変
化させることができる。そして、材料表面の残留応力値
と材料内部の残留圧縮応力が及ぶ深さは、この１パルス
当りのパワーの面積密度に強く依存している。一方、こ
れらの２つの物理量は照射ビームの重畳率にも強く依存
している。

【００５０】したがって、照射スポット１０の直径と照
射ビームの重畳率の２つの条件を調節することにより、
材料表面の残留応力値と材料内部の残留圧縮応力が及ぶ
深さの２つの量を任意に制御することができる。

【００５１】次に、実施例１における第２変形例につい
て図３および図４を参照して説明する。この変形例は、
レーザビーム３を照射する施工単位領域１１において、
所定パルス数のレーザビームを１列照射した後、次の列
に移行する際、レーザ照射パルス間に移行が終了するよ
うに、ビームの走査速度を大きくすることにより、一方
向にのみビーム照射を行う水中レーザ加工方法について
のものである。

【００５２】図３は、これまで知られている典型的なレ
ーザビーム３の照射方法を示したものである。まず、走
査速度ｖでパルスレーザビームを１列照射した後、同じ
走査速度ｖでパルスレーザビームを照射しつつ次の列に
移行し、再び走査速度ｖでパルスレーザビームを１列照
射していく。通常、レーザパルスは一定の周期で発振す
るため、このように次列に移行する間もパルスレーザビ
ームは照射される。

【００５３】これに対し、図４は、この第２変形例によ
る方法を示したもので、次列に移行する間の走査速度
ｖ′を、レーザ照射パルス間に移行が終了するように、
極めて高速とするものである。

【００５４】このような第２変形例によると、図３に示
した典型的なレーザビーム３の照射方法では照射スポッ
ト１０位置の走査の折り返し部分で照射ビーム重畳率の
分布が片寄るおそれがあるのに対し、図４に示す如く、
次列に移行する間の走査速度ｖ′をレーザ照射パルス間
に移行が終了するように極めて高速にし、次列に移行す
る間の照射回数を０回とすることにより、折り返し部分
での照射ビーム重畳率の分布の片寄りをなくし、照射ビ
ーム重畳率の不均一性を小さくすることができる。

【００５５】このように、この変形例では照射ビームの
重畳率不均一性を小さくできるので、被加工面に対し
て、均質に圧縮応力を残留させることができる。

【００５６】次に、実施例における第３変形例につい
て、図５および図６を参照して説明する。この変形例
は、レーザビーム３の照射スポット１０の形状を楕円形
（図５）または長方形（図６）に整形する水中レーザ加
工方法についてのものである。

【００５７】即ち、原子炉内部構造物５の表面に、例え
ば図のｙ方向に強い引張応力が残留しているものとす
る。この場合、照射スポット１０の形状をｙ方向に長軸
を持つ楕円形、あるいはｙ方向に長辺を持つ長方形状に
整形し、照射位置を走査して連続的に照射することで、
アブレーションにより発生する衝撃波をｙ方向について
均質とし、ｘ方向よりもｙ方向に強い圧縮応力を加える
ことができ、ｙ方向の残留応力を引張から圧縮に変える
ことができる。したがって、この第３変形例によれば、
特定の方向について残留応力を改善することができる。

【００５８】実施例２（図７） 本実施例は、冷却水中にある原子炉内部構造物の表面に
発生した亀裂を検出し、この亀裂部に対して、パルス幅
が１００nsec以下で可視波長を持つレーザビームを、１
パルス当りのピーク出力０．１〜１０ＧＷ／cm² の条件
で、その鋭角あるいは亀裂部がアブレーション除去され
る状況をモニタしながら照射し、亀裂を完全に除去する
水中レーザ加工方法についてのものである。

【００５９】即ち、図７に示すように、加工ヘッド１２
に取り付けられたＣＣＤカメラ１３により原子炉内部構
造物５表面を調査し、亀裂１４の発生がモニタＴＶ１５
で認められた場合に亀裂部にレーザビーム３を照射す
る。なお、ＣＣＤカメラ１３とモニタＴＶ１５とは信号
ケーブル１６で接続されている。レーザビーム３として
は、原子炉圧力容器１の外部に設置された銅蒸気レーザ
あるいはＹＡＧレーザ（第２高調波発生用）等のパルス
レーザ装置６から発振されたパルス幅が１００nsec以下
で可視波長を持つレーザビームを用い、入射レンズ７と
光ファイバ４とを通じて冷却水２で満たされた原子炉圧
力容器１の内部に導き、集光レンズ８により集光し１パ
ルス当りのピーク出力を０．１〜１０GW／cm² とする。
このレーザビーム３の照射を、加工ヘッド１２に取り付
けたＣＣＤカメラ１３により亀裂１４のアブレーション
除去状況をモニタしながら、亀裂１４が完全に除去され
るまで繰り返し続ける。

【００６０】この実施例２の方法では、可視波長を持
ち、かつパルス幅１００nsec以下で、ピーク出力０．１
〜１０ＧＷ／cm² のレーザビーム３を、冷却水２中の雰
囲気で原子炉内部構造物５の材料表面に照射すること
で、材料の極表層の原子が瞬間的に溶融して蒸発する。
この現象はアブレーションと呼ばれている。このレーザ
ビーム３を亀裂部に繰り返し照射することにより、亀裂
部の材料をアブレーションにより徐々に除去し、最終的
に亀裂１４を完全に除去することができる。

【００６１】可視波長のレーザビーム３を使用する理由
は、水中透過性が良く水中加工に適しているからであ
る。上記パルス幅とする理由は、１００nsec超では材料
に熱影響を与え、材料の耐食性を低下させるおそれがあ
るからである。

【００６２】ピーク出力を０．１〜１０ＧＷ／cm² とす
る理由は、０．１ＧＷ／cm² 未満では材料表層の原子を
瞬間的に溶融して蒸発させることが不十分となるおそれ
があり、１０ＧＷ／cm² 超では、強い電界によって水が
電離し、レーザビーム３の集光が難しくなるおそれがあ
るためである。

【００６３】また、上記のようなレーザ照射による加工
の場合には機械的な反力がないため、装置の制御が容易
で高精度の加工が行える。また、可視レーザは水中を直
接伝送できるため冷却水中での直接加工が行え、作業前
に炉内の冷却水２を抜く必要がない。水は放射線の遮蔽
効果が高いので、作業員の被曝低減も期待できる。

【００６４】しかも、レーザのパルス幅が短かいため、
被加工材料への熱伝導による熱影響が小さい。また、レ
ーザビーム３を光ファイバ４を用いて伝送するので、加
工ヘッド１２を小型化でき狭隘部への施工が可能とな
る。

【００６５】したがって、実施例２の方法によれば、高
品質および狭隘部への適用性の向上等が図れる。

【００６６】実施例３ 本実施例は、原子炉内部構造物の表面に発生した亀裂除
去を行った後、亀裂除去後の材料表面に残留応力改善処
理を施す水中レーザ加工方法についてのものである。

【００６７】即ち、実施例２の方法を用いて、原子炉内
部構造物５表面に発生した亀裂１４を完全に除去した
後、実施例１の方法を用いて、亀裂除去後の材料表面の
残留応力を改善するものである。

【００６８】このような実施例３の方法によれば、亀裂
発生部分に実施例２の方法を施した後、実施例１の方法
を施すことにより、亀裂１４を除去し、構造材の応力集
中を緩和して亀裂１４の進展を抑止することができ、さ
らに亀裂除去後の材料表面に応力腐食割れを防止するた
めに十分な圧縮応力を残留させることができる。

【００６９】実施例４（図８） 本実施例は、図８に示すように、冷却水２で満たされク
ラッド１７が蓄積した原子炉内部構造物５の表面に、パ
ルス幅１００nsec以下で可視波長を持つレーザビーム３
を１パルス当りのピーク出力０．１〜１０ＧＷ／cm² 、
照射ビームの重量畳率が１００％以上となる条件で照射
して、材料表面に蓄積したクラッド１７を除去すると同
時に、材料表面の残留応力の改善を行う水中レーザ加工
方法についてのものである。

【００７０】レーザビーム３は光ファイバ４で原子炉圧
力容器１内部に導き、モニタしながら原子炉内部構造物
５表面のクラッド除去と残留応力改善とを行う。

【００７１】この場合、加工ヘッド１２に取り付けられ
たＣＣＤカメラ１３により、原子炉内部構造物５表面の
調査を行い、クラッド１７の蓄積が認められたら、クラ
ッド蓄積部分にレーザビーム３を照射する。レーザビー
ム３は原子炉圧力容器１の外部に設置された銅蒸気レー
ザあるいはＹＡＧレーザ（第２高調波用）等のパルスレ
ーザ装置６から発振されたパルス幅が１００nsec以下で
可視波長を有するレーザパルスを入射レンズ７と光ファ
イバ４とを通じて冷却水２で満された原子炉圧力容器１
内部に導き、集光レンズ８により集光して１パルス当り
のピーク出力を０．１〜１０ＧＷ／cm² にしたものを用
いる。

【００７２】この実施例４においても、前記実施例１と
同様に、レーザビーム３の照射を走査により連続的に実
施し、レーザビーム３の照射スポット１０が重なり合う
ように施工する。このとき、被加工面にレーザビーム３
の未照射領域を作らないようにし、照射スポット１０直
径の大きさを変化させるなどして、照射ビームの平均重
畳率を１００％以上とする。ビーム照射の間、ＣＣＤカ
メラ１３によりクラッド１７の除去状況をモニタする。
単位照射領域の照射を終了した後、ＣＣＤカメラ１３に
よる検査を行い、その結果、クラッド１７の付着が認め
られた場合には、クラッド１７が完全に除去されるま
で、この単位照射領域に上記照射を繰り返す。

【００７３】このような実施例４の方法によると、可視
波長を持ち、かつパルス幅100nsec以下でピーク出力
０．１〜１０ＧＷ／cm² のレーザビーム３を、クラッド
１７が蓄積した原子炉内部構造物５の表面に照射するこ
とで、クラッド１７および構造物材料表層の原子が瞬間
的に溶融して蒸発しプラズマが発生する。発生するプラ
ズマは冷却水２中の雰囲気では水の慣性力により体積膨
張が抑制されて極めて高圧になり、数百ＭＰａ〜数十Ｇ
Ｐａに達する。この衝撃力によりクラッド１７が材料表
面から引き剥されて除去されるとともに、材料表面が塑
性変形して圧縮応力が残留する。

【００７４】可視波長のレーザビーム３を使用する理由
は、水中透過性が良く水中加工に適しているからであ
る。上記パルス幅とする理由は、１００nsec超では材料
に熱影響を与え、材料の耐食性を低下させるおそれがあ
るからである。上記ピーク出力とする理由は、０．１Ｇ
Ｗ／cm² 未満では材料表層の原子を溶融して蒸発させプ
ラズマを発生させることが不十分となるおそれがあり、
１０ＧＷ／cm² 超では強い電界によって水が電離し、レ
ーザビーム３の集光が難しくなるおそれがあるためであ
る。

【００７５】上記のレーザビーム３の照射を走査により
連続的に実施し、レーザビーム３の照射スポット１０が
重なり合うように施工することによって、被加工面全体
のクラッド除去と残留応力改善を効率よく均質に行うこ
とができる。なお、本実施例においても被照射部分の急
冷を防ぐ効果もあるため、急冷による被加工材料の割れ
も防止することができる。

【００７６】また、上記のようなレーザビームを用いた
加工は高エネルギを光ファイバ４で伝送し、ショットピ
ーニングのように鋼球を高圧水あるいは高圧空気で搬送
するための高圧配管を使用する必要がないので取扱いが
簡便である。また、可視光レーザは水中を直接伝送でき
るため、冷却水２中で直接施工ができる。このため作業
前に炉内の冷却水２を抜く必要がない。水は放射線の遮
蔽効果が高いので作業員の被曝低減も期待できる。

【００７７】しかも、レーザ照射の場合には機械的な反
力がないため装置の制御が容易で高精度の加工ができ
る。また、レーザのパルス幅が短いため被加工材料への
熱伝導による熱影響が小さい加工ができる。また、レー
ザビーム３を光ファイバ４を用いて伝送するので加工ヘ
ッド１２を小型化でき、狭隘部への施工が可能となる。

【００７８】したがって、上記方法によっても、簡便、
高品質で、狭隘部への適用性がよい加工方法を提供する
ことができる。

【００７９】実施例５（図９〜図１１） 本実施例は、冷却水２で満たされた原子炉内部構造物５
表面にレーザビーム３を照射して、材料表面の応力改
善、亀裂除去、またはクラッド除去を施す際、その施工
全体範囲、施工単位領域１１、施工条件等を、予め実施
した探傷検査、表面状態検査と炉内構造物図面とに基づ
いたマップを作成し、これに従って施工するようプログ
ラムされた計算機を用いて自動的に施工制御を行う水中
レーザ加工方法についてのものである。

【００８０】図９は本実施例による作業手順を示すフロ
ーチャートである。

【００８１】まず、炉内構造図面をインプットし（ステ
ップＳ１０１）、この図面に基づいて原子炉内部構造物
５の表面の探傷検査と表面状態検査を実施する（ステッ
プＳ１０２）。検査結果の判定を行い（ステップＳ１０
３）その結果が良好の場合は終了する。検査の結果、材
料表面の残留応力改善、亀裂除去、あるいはクラッド除
去が必要であると判断された場合（不良の場合）は、こ
れらの加工を施す際の施工全体範囲、施工単位領域１
１、および施工条件を計画し施工マップを作成する（ス
テップ１０４）。

【００８２】そして、施工マップに従って施工するよう
プログラムされた計算機により自動的に制御しながら
（ステップＳ１０５）、原子炉内部構造物５表面の残留
応力改善、亀裂除去、またはクラッド除去を施す（ステ
ップＳ１０６）。その後、再び原子炉内部構造物５表面
の探傷検査と表面状態検査とを行い（ステップ１０
２）、検査結果が良好になるまでこの作業ルーチンを繰
り返す。

【００８３】このような実施例５の方法によると、実施
例１、実施例２、および実施例４と同様に、可視波長を
有する高出力および短パルスのレーザビーム３を炉水中
の雰囲気で原子炉内部構造物５表面に照射することによ
って、原子炉内部構造物５の表面応力改善、亀裂除去、
およびクラッド除去を行うことができる。

【００８４】これらの加工を、予め実施し原子炉内部構
造物５の検査と炉内構造物図面に基づいて作成したマッ
プに従って施工することにより、原子炉内部全体に対し
て構造物表面の応力改善、亀裂除去、およびクラッド除
去を総合的に、効率よく実施することができる。

【００８５】また、マップに従った施工を行う際、計算
機を用いて自動的に施工制御を行うことにより、さらに
効率的に施工できる。また、施工と検査を繰り返すこと
により信頼性の高い補修あるいは予防保全を行うことが
できる。

【００８６】図１０および図１１は、この実施例５の変
形例を示したものである。この変形例は、２つの施工単
位領域１１ａ，１１ｂの境界部１１ｃ付近での照射ビー
ムの重畳率を緩かに小さくし、この境界部を重ねるよう
に施工することにより、施工部全体にわたり均一な照射
ビームの重畳率の分布を得る水中レーザ加工方法につい
てのものである。

【００８７】このような変形例の方法によると、照射ビ
ームの重畳率の分布が施工単位領域１１ａ，１１ｂの境
界部１１ｃ付近を含む施工部全体にわたって均一にな
り、したがって、施工部全体にわたり均一に圧縮応力を
残留させることができる。

【００８８】実施例６（図１２〜図２５） 本実施例は、原子炉圧力容器の炉心シュラウド内表面に
水中レーザ加工を施す場合についてのものである。

【００８９】即ち、本実施例では、リンク式アームの先
端にレーザ照射装置を有する遠隔補修装置を備え、この
遠隔補修装置を原子炉圧力容器内に上方からワイヤーで
吊下げる。そして、遠隔補修装置を、炉心中心部の上部
格子板開孔部を通過させて炉心支持板に据付け、パルス
レーザ装置で発生した可視光のレーザビームを、レーザ
照射位置によって炉心シュラウドに照射する。

【００９０】本実施例では１パルス当りの出力を調整す
る機構を有し、レーザビームは動力ケーブル、信号ケー
ブルおよび光ファイバを組合せた複合ケーブルの光ファ
イバを通してリンク式アーム先端のレーザ照射装置に導
く。そして、レーザ照射装置の加工ヘッドによって照射
レーザのスポット径を調整するとともに、照射レーザビ
ームの重畳率を調整し、一定範囲ずつ揺動走査を行いな
がらレーザビームを照射して、炉心シュラウド内表面の
加工を行うものである。

【００９１】図１２は、この実施例６の構成および作業
の様子を概略的に示している。

【００９２】即ち、図１２に示すように、原子炉圧力容
器２１の炉心部に設置された上部格子板２２と炉心支持
板２２との間に折畳み式アーム２４が設置され、このア
ーム２４の先端の補修作業ユニット取付け台２５に、加
工ヘッドとしてのレーザピーニング作業ユニット２６が
取付けられている。

【００９３】また、折畳み式アーム２４およびレーザピ
ーニング作業ユニット２６を駆動および制御するための
動力ケーブル、信号ケーブルならびにレーザピーング作
業を行うためのレーザビーム伝送用の光アァイバを束ね
た複合ケーブル２８が、制御室２９から折畳み式アーム
２４の上端に導かれ、一部はレーザピーニング作業ユニ
ット２６まで延長され、結合されている。

【００９４】制御室２９には、操作盤３０、パルスレー
ザ装置３１およびビーム強度調整装置３２が設置されて
いる。操作盤３０では、パルスレーザ装置３１の制御、
レーザピーニング作業ユニット２６の制御および折畳み
式アーム２４の制御を行う。

【００９５】図１２中、３３はジェットポンプ、３４は
炉心シュラウド、３５はアニュラス部、３６は炉容器下
部室を示している。

【００９６】図１３および図１４は、折畳み式アーム２
４の構成、据付け状態および付随する治工具の取付け構
成等を示している。折畳み式アーム２４は、縦長な一体
型の上部ケース３７および下部ケース３８内に展開可能
に収納したもので、この収納状態において両ケース３
７，３８が天井クレーン（図示せず）にワイヤー３９を
介して吊下げられ、上部格子板２２の開孔部４０と炉心
支持板２３の開孔部４１とを貫通して、制御棒駆動装置
ハウジング４２に設置され、その後展開されている。上
部ケース３７の上部に、上部ケース案内装置４３と下部
ケース案内装置４４とが取付けられている。下部ケース
案内装置４４は、固定用脚４５で上部格子板２２に固定
される。折畳み式アーム２４は、エアシリンダ４６によ
ってロッド６９を伸縮する構成とされている。また、折
畳み式アーム２８は、ワイヤー４８により滑車７８ａを
介してバランサー４９と結合されている。なお、図中、
符号５１は結合棒、６６，７１はエアシリンダ、７４，
７５はベアリングである。

【００９７】折畳み式アーム２４の先端には、補修作業
ユニット取付け台２５が取付けられている。また、補修
作業ユニット搬送装置５０が、天井クレーン（図示せ
ず）にワイヤー３９によって吊下げられ、上部格子板２
２の上面に固定用脚４５ａで固定されるようになってい
る。補修作業ユニット搬送装置５０には、補修作業ユニ
ット５２が搭載されており、この補修作業ユニット５２
が折畳み式アーム２４の先端の補修作業ユニット取付け
台２５に受け渡される。

【００９８】図１５は、レーザピーニング作業ユニット
２６を示し、炉心シュラウド３４の壁５３を補修してい
る状態を表している。レーザピーニング作業ユニット２
６は、取付装置５４で折畳み式アーム２４の先端の補修
作業ユニット取付け台７０に嵌合して取付けられてい
る。

【００９９】レーザピーニング作業ユニット２６には、
複合ケーブル２８が導かれるとともに、内部にガルバノ
ミラー５５を揺動させる揺動装置５６と、照射レーザス
ポット径を調整するためのスポット径調整機構５７と、
レーザ照射面監視用のＣＣＤカメラ５８と、レーザピー
ニング作業ユニット２６を長手方向に駆動するモータ５
９と、超音波検出器６０とが設けられている。ＣＣＤカ
メラ５８の前方には、シャッタ８４が取付けられてい
る。

【０１００】また、レーザピーニング作業ユニット２６
には壁５３に向って突出する脚６１が取付けられ、この
脚６１の先端が壁５３に接触している。脚６１内には、
超音波検出器６０が取付けられている。図中、符号７９
は信号ケーブルである。

【０１０１】このような構成の実施例６の水中レーザ加
工装置において、軽水冷却原子炉の点検、補修等の下降
を行う場合には、まず、原子炉圧力容器２１の蓋を取外
し、原子炉ピット６２の床面に遠隔炉内作業装置取扱い
装置（図示せず）を設置し、点検および補修装置吊込み
クレーン（図示せず）によって原子炉圧力容器２１の上
部に折畳み式アーム２４を収納した上部ケース３７、お
よびその下端に接続される下部ケース３８を吊込む。

【０１０２】そして、上部格子板２２の開孔部４０およ
び炉心支持板２３の開孔部４１を順次通過させ、下部ケ
ース３８の下端を制御棒駆動装置ハウジング４２に嵌合
させ据付を終了する。

【０１０３】上部ケース３７および下部ケース３８が上
部格子板２２の開孔部４０を容易に通過できるように、
上部ケース案内装置４３および下部ケース案内据付装置
４４が上部ース３７および下部ケース３８の軸方向（上
下方向）に移動できる状態に取付けられ、上部ケース３
７および下部ケース３８が上部格子板２２の開孔部４０
を通過するに従い、平面内の回転の位置合せを行う。吊
降しを続け、下部ケース案内据付装置４４を固定用脚４
５で上部格子板２２に固定し、下部ケース３８の下端を
制御棒駆動機構ハウジング４２に嵌合し、据付けを終了
する。

【０１０４】折畳み式アーム２４を上部ケース３７から
上部格子板下方室６８内で横方向に展開し、上部ケース
３７内に設けられているモータ６３と組歯車６４とを介
して、折畳み式アーム２４が取付けられている上部ケー
ス２４のエアシリンダ４６を駆動し、ロッド６９を上部
格子板２２の近くまで上昇させ、上部ケース３７を垂直
軸心周りで回転しながらエアシリンダ４６を駆動して、
ロッド４７を炉心シュラウド３４の径方向（横方向）に
出し入れして、ロッド４７の先端に取付けられた補修作
業ユニット取付け台２５を所定の上部格子板２２の開孔
部４０の下方に移動させる。

【０１０５】据付け案内装置６５が取付けられた補修作
業ユニット搬送装置５０に補修作業ユニット５２を収納
した状態で、点検および補修装置吊込みクレーン（図示
せず）で原子炉圧力容器２１に吊り込み、上部格子板２
２の所定の開孔部４０に据付ける。そして、据付け案内
装置６５に下向きに取付けられた固定用脚４５で上部格
子板２２に固定する。

【０１０６】補修作業ユニット５２を補修作業ユニット
搬送装置５０の下方に押し出し、補修作業ユニット５２
の接続部材６７と、折畳み式アーム２４のロッド４７の
先端の補修作業ユニット取付け台２５とを結合する。

【０１０７】結合が終了したら、補修作業ユニット搬送
装置５０による補修作業ユニット５２の把持状態を解除
する。この解除が終了したら、折畳み式アーム２４を上
部格子板下方室６８内で三次元的に移動し、補修作業ユ
ニット５２を炉心シュラウド３４の所定の位置に移動さ
せ、捕集作業を行う。

【０１０８】補修作業ユニット５２としては、点検およ
び検査作業ユニット、アーク溶接作業ユニット、ＥＤＭ
作業ユニット、グラインダー作業ユニット、レーザ切断
作業ユニット、レーザ溶接作業ユニットおよびレーザピ
ーニング作業ユニット等を用いる。

【０１０９】この実施例６では、補修作業ユニット５２
としてレーザピーニング作業ユニット２６等を用い、炉
心シュラウド３４の溶接部の表面を引張り応力状態から
圧縮応力状態に表面改質する。

【０１１０】以下、実施例６によるレーザスポット揺動
型のレーザピーニング作業ユニット２６を用いた表面改
質法について説明する。

【０１１１】折畳み式アーム１２２のロッド４７先端の
補修作業ユニット取付け台７０の嵌合構造部と、レーザ
スポット揺動型のレーザピーニング作業ユニット２６の
取付け装置５４の嵌合構造部である接続部材６７とを、
互いに結合する。

【０１１２】ロッド６９を伸ばし、炉心シュラウド３４
の溶接線等で表面に引張り応力が発生している場所に、
レーザスポット揺動型のレーザピーニング作業ユニット
２６を移動させ、脚１５５が炉心シュラウド３４の壁７
２表面に圧接した状態位置で、伸長動作を止める。これ
により、レーザスポット揺動型のレーザピーニング作業
ユニット２６の設置が終了する。

【０１１３】次に、図１５等によって、炉心シュラウド
３４の縦方向の溶接線部を表面改質する場合について説
明する。

【０１１４】揺動装置５６を駆動すると、ガルバミラー
５５が揺動し、レーザビーム７２のスポット点７３は図
１５の紙面垂直方向に一定幅走査する（以下、これを幅
方向の掃引という）。

【０１１５】この走査範囲内に当接溶接部が位置するよ
うに、上部ケース３７内に取付けられているモータ６３
と組歯車６４とによって、折畳み式アーム２４を回転さ
せる。

【０１１６】レーザビーム７２として、繰返し数が５Ｋ
Ｈｚの銅蒸気レーザを用いる。口径が０．３^φmm程度の
光ファイバーを用いる場合、集光組レンズ７６を用いる
ことにより、レーザビーム７２を０．３^φmm程度のスポ
ット径に絞ることができる。銅蒸気レーザのパルス幅は
４０nsec程度であり、レーザビーム７２の照射間隔の２
００μsec に比べて、照射されている時間は無視できる
長さである。

【０１１７】幅方向の掃引をレーザビームスポットの重
なりが無い状態で行う場合、その幅方向の掃引速度を
１．５m/s 程度にする必要がある。

【０１１８】レーザビーム７２の同一点への照射回数ｎ
を複数とするため、幅方向の掃引速度を１．５m/s 程度
にするか、２００ｎ（μsec ）毎に１．５m/s の速度で
０．３mm移動させるように、揺動装置５６を制御する。

【０１１９】図１５の上下方向の走査（長手方向の掃
引）をレーザビームスポットの重なりが無い状態で行う
場合、幅方向の掃引時の照射数Ｎに２００μsec を乗じ
た時間毎に、１．５m/s 程度の掃引速度で０．３mmの長
手方向の掃引を行う。

【０１２０】レーザビームスポットを円形とした場合、
１．５m/s 程度の速度で長手方向に０．３mm掃引する
と、レーザビーム７２の照射される回数毎に大きな不均
一が長手方向で生じる。この不均一の発生を防ぐために
掃引速度を１．５m/s 以下にしてレーザビームスポット
７７が、長手方向で一部重なるようにする。

【０１２１】理想的には、光ファイバの出口部にレーザ
ビーム７２のビーム断面形状を矩形にする光学系を入
れ、１辺が０．３mmになるレーザビームスポットにする
と、１．５m/s の長手方向および幅方向の掃引を行うこ
とにより、一定の幅および長さの範囲にレーザビーム７
２を複数回照射することができる。

【０１２２】このようなレーザビーム７２の照射装置を
用いることにより、現在入手可能な出力５００Ｗ程度の
銅蒸気レーザを用いて、水中で表面改質補修（引張り応
力状態から圧縮応力状態に変える補修）を行うことがで
きる。

【０１２３】一定範囲の表面改質作業が終了したら、ロ
ッド６９をエアシリンダ４６の作用によって多少縮め、
駆動装置７８を働かせてワイヤー４８を操作し、溶接線
に沿ってアームロッドを上下方向に移動して、表面改質
が終了した範囲に引き続き表面改質作業ができる位置に
レーザスポット揺動型のレーザピーニング作業ユニット
２６を設置する。

【０１２４】この移動の間に長手方向駆動モータ１４５
を働かせ、レーザピーニング作業ユニット２６の筐体８
０を作業ユニット接続部材６７の一端に移動させる。

【０１２５】以後、上記の作業を繰り返し、炉心シュラ
ウド２２の縦方向の溶接線部の表面改質を行う。作業が
終了したら、上部ケース３７内に取付けられているモー
タ６３と組歯車６４とを介して、折畳み式アーム２４を
水平支点２４ａの周りで回動し、次に表面改質を行う縦
方向の溶接線部にレーザスポット揺動型のレーザピーニ
ング作業ユニット２６を移動させる。

【０１２６】その時、上部ケース３７内に取付けられて
いる駆動装置７８を働かせ、ワイヤー４７を操作して、
ロッド６９を上下させる。レーザピーニング作業ユニッ
ト２６が作業を行う縦方向の溶接線部に設定されたら、
上記と同様に溶接部の表面改質作業を行う。

【０１２７】レーザビーム７２の照射とシャッタ８４の
開閉とを連動するように制御し、パルス状のレーザビー
ム照射が終了した直後にシャッタ８４を開き、スポット
点７３周辺の映像を第１反射鏡８６および第２反射鏡８
７を順次に経てＣＣＤカメラ５８により撮影し、表面改
質作業状況を監視する。

【０１２８】レーザビーム７２が照射された時に、スポ
ット点７３で発生した超音波がシュラウド３４を介して
脚６１に伝達されるので、これを超音波検出器６０で計
測する。超音波の発生量が所定の範囲から外れたら、Ｃ
ＣＤカメラ５８による観察結果も参考にして、スポット
径の調整を行う必要があるか否かを判定する。

【０１２９】次に、炉心シュラウド３４の周方向の溶接
部線を表面改質する場合について説明する。この場合に
は、レーザピーニング作業ユニット２６を示す図１５に
おける取付け部５４の長手方向が紙面に垂直な向きとな
るようにして、補修作業ユニット取付け台７０と紙面に
垂直な方向で嵌合させる。

【０１３０】この状態で揺動装置５６を駆動すると、ガ
ルバノミラー５５が揺動し、パルス状のレーザビーム７
２のスポット点７３が図１５の紙面に垂直な方向に一定
幅走査する（幅方向の掃引となる）。この走査範囲内に
溶接部がくるように、上部ケース３７内に取付けられて
いる駆動装置７８を働かせ、ワイヤー４８を操作してロ
ッド６９を上下動して設定する。

【０１３１】縦方向の溶接線部を表面改質する場合と同
様に、一定範囲内の表面加工が終了したら、上部ケース
３７内に取付けられているモータ６３と組歯車６４とを
介して、折畳み式アーム２４を回転して移動させ、表面
改質が終了した範囲に引き続き表面改質作業ができる位
置に、レーザスポット揺動型のレーザピーニング作業ユ
ニット２６を設置する。

【０１３２】この移動の間に長手方向駆動モータ５９を
働かせ、筐体８０をスクリューねじ９４に沿い作業ユニ
ット接続部材６７の一端側に移動させる。以後、上記の
作業を繰り返し、炉心シュラウド３４の周方向の溶接線
部の表面改質を行う。

【０１３３】作業が終了したら、上部ケース３７内に取
付けられている駆動装置７８を働かせ、ワイヤー４８を
操作してアーム４７を上下移動させ、次に表面改質を行
なう周方向の溶接線部に、レーザスポット揺動型のレー
ザピーニング作業ユニット２６を移動させる。レーザピ
ーニング作業ユニット２６が作業を行う横方向の溶接線
部に設定されたら、上記と同様に溶接部の表面改質作業
を行う。

【０１３４】以上の実施例６によれば、下記の効果が奏
される。

【０１３５】即ち、現在入手可能な出力が５００Ｗ程度
の可視光レーザである銅蒸気レーザを用いて水中で表面
改質補修（引張応力状態から圧縮応力状態に変える補
修）を行うことができるため、炉心シュラウド３４の溶
接線および表面の引張応力状態を圧縮応力状態に変える
作業を水中で行うことができ、また水が遮蔽材となって
作業者の被曝を低減することができる。

【０１３６】特にレーザビームを用いることにより、ウ
ォータジェットピーニングと異なって表面改質作業時の
反力の発生は無視できるため、遠隔取扱い装置の構造が
簡単なもので良い。

【０１３７】また、ショットブラストピーニングと異な
り、回収を要するゴミの発生は無い。レーザショットピ
ーニング時には、超音波音響が発生するため、表面改質
作業と同時に作業状況の監視および作業結果の評価を行
うことができ、したがって監視および計測のために別途
装置を用意する必要なく作業効率を向上することができ
る。

【０１３８】次に、この実施例６の第１変形例について
図１６を参照して説明する。

【０１３９】この変形例は、前述したレーザスポット揺
動型のレーザピーニング作業ユニット２６のパルスレー
ザビーム７２が出射される出射開口部９９に、パルスレ
ーザビーム７２の出射方向に平行な水流１００を形成す
るためのノズル１０１を取付け、水流１００中を通して
レーザ光を照射してシュラウド内表面の加工を行うもの
である。

【０１４０】図１６は、パルスレーザビーム７２の出射
方向に平行な水流１００を形成するためのノズル１０１
の構造と、水流系の概念とを示す図である。

【０１４１】ノズル１０１構造の長手方向が、図１５の
紙面に垂直な方向で、出射開口部９９に取付けられてい
る。制御室２９等に設置されたポンプ１０３にノズル１
０１をホース１０５で結合し、その中で水流１０４を生
じさせる。

【０１４２】ホース１０５は、複合ケーブル２８に含め
る場合もある。また、ホース１０５は、ノズル１０１に
取付ける場合においても、その先端が内部にまで差し込
まれ、集光組レンズ７６の方向に開口部が向くようにす
る。ホース１０５の取付け位置を集光組レンズ７６の前
面部に最も接近した位置にする方法も可能である。

【０１４３】この第１変形例の作用は、本質的に実施例
６と同様であるが、以下の点で異なる。

【０１４４】即ち、制御室２９等に設置されたポンプ１
０３で加圧された水が、ホース１０５中を水流１０４と
して流れ、ノズル１０１内に流入し、集光組レンズ７６
の前面を通って向きを変える。そして、水はノズル１０
１の長方形の開孔部１０６から整流されて流出し、炉心
シュラウド１１６（壁１７６）に水流１００として吹付
けられる。この水流１００中を、レーザビーム７２が集
光と揺動を行ないながら、炉心シュラウド３４に照射さ
れる。以下、実施例６と同様の掃引動作を行い溶接部の
表面改質作業を行う。

【０１４５】このような第１変形例によれば、基本的に
は実施例６と同様の効果が奏されるが、さらに炉心シュ
ラウド３４（壁５３）の表面にレーザビーム７２が照射
された時に発生する気泡や除去金属微粒子を、水流１０
０でレーザビーム７２の光路から除去することにより、
レーザビーム７２がこれ等に吸収あるいは散乱され、炉
心シュラウド３４（壁５３）の表面に到達する光量を削
減したり変動することを防止でき、安定した表面改質作
業を行えるとともに、必要なレーザ設備能力を削減する
ことができる。

【０１４６】また、集光組レンズ７６に新しい水流を吹
き付けることにより、レーザビーム７２により集光組レ
ンズ７６が熱変形を起こすのを防止することもでき、長
時間にわたって安定した表面改質作業を行えるようにな
る。

【０１４７】次に、実施例６の第２変形例について、図
１７を参照して説明する。この変形例は、実施例６のレ
ーザビーム７２の出射方向に平行な水流１００を形成す
るためのノズル１０１に、レーザビーム７２の出射方向
に垂直な水流１１２を形成するための別のノズル１１１
を取付け、これらによりシュラウド内表面の加工を行う
ようにしたものである。

【０１４８】図１７は、レーザビーム７２の出射方向に
平行な水流１００を形成するためのノズル１０１に対し
て、レーザビーム７２の出射方向に垂直な水流１１２を
形成するための別のノズル１１１と水流系の概念を示す
図である。

【０１４９】ノズル１０１は、その長手方向が図１５の
紙面に垂直な方向となるようにして、出射開口部９９に
取付けられている。制御室２９等に設置されたポンプ１
０３とノズル１０１とをホース１０５によって結合し、
その中を水流１０４が流れるようにする。各ノズル１０
１，１１１の開孔部１０６，１０９は、互いに垂直に交
差する状態で開孔している。各ホース１０５，１０８
は、複合ケーブル２８に含める場合もある。ホース１０
５は、ノズル１０１に取付ける場合においても、その先
端が内部にまで差し込まれ、集光組レンズ７６の方向に
開口部が向くようにする。このホース１０５の取付け位
置は、集光組レンズ７６の前面部にも最も接近した位置
とする方法もある。

【０１５０】このような第２変形例の作用は、本質的に
は実施例６と同様であるが、以下の点が異なる。

【０１５１】即ち、制御室２９等に設置されたポンプ１
０３で加圧された水が分岐されてホース１０８中を水流
１１０となって流れ、ノズル１１１内に流入し、このノ
ズル１１１の長方形の開孔部１０９で整流され、他方の
ノズル１０１の開孔部１０６から流出する水流１００と
垂直な水流１１０として流出する。

【０１５２】レーザビーム７２が照射される炉心シュラ
ウド３４の表面に他方の水流１００の噴流のコアが到達
する程度に、一方の水流１７０の流速を設定する。水流
１００中をレーザビーム７２が集光および揺動されなが
ら、炉心シュラウド３４に照射される。以下、実施例６
と同様な掃引動作を行い、溶接部の表面改質作業が行わ
れる。

【０１５３】以上の第２変形例によると、実施例６と同
様の効果が得られる上に、炉心シュラウド３４（壁５
３）の表面にレーザビーム７２が照射された時に発生す
る気泡や、削除された金属微粒子を、水流１１２でレー
ザビーム７２の光路から除去することを、より確実にす
ることにより、レーザビーム７２が気泡や削除された金
属微粒子に吸収あるいは散乱された炉心シュラウド３４
（壁５３）表面に到達する光量を削減したり変動させる
のを防止し、安定した表面改質作業を行えるとともに、
必要なレーザ設備能力を削減することを、より確実に行
うことができる。

【０１５４】次に、実施例６の第３変形例について、図
１８を参照して説明する。この変形例は、第２変形例で
示したレーザビーム７２の出射方向に平行な水流１００
を形成するためのノズル１０１に対し、レーザビーム７
２の出射方向に垂直な水流１１２を形成するための別の
ノズル１１１を取付け、吸い込みの水流系を構成するよ
うにしたものである。

【０１５５】図１８は、レーザビーム７２の出射方向に
平行な水流１００を形成するためのノズル１０１にレー
ザビーム７２の出射方向に垂直な水流１２０を形成する
ためのノズル１１４と水流系の概念を示す図である。

【０１５６】ノズル１０１の長手方向が、図１５の紙面
に垂直な方向で出射開口部９９に取付けられている。制
御室２９等に設置されたポンプ１０３とノズル１０１と
をホース１０５で結合し、その中を水流１０４が流れる
ようにする。制御室２９等に設置された吸引装置１１３
とノズル１１４とをホース１１５で結合し、その中を水
流１１６が流れる。ホース１１５にはフィルタ装置１１
７が取付けられる。このフィルタ装置１１７は、吸引装
置１１３からの流出配管部に取付けられることがある。

【０１５７】各ノズル１０１，１１４の開孔部１０６，
１１９は、それぞれが垂直に開孔している。各ホース１
０５，１０８は、複合ケーブル２８に含める場合もあ
る。ホース１０５は、ノズル１０１に取付ける場合にお
いても、その先端が内部にまで差し込まれ、集光組レン
ズ７６の方向に開口部が向くようにする。ホース１０５
の取付け位置は、集光組レンズ７６の前面部に最も接近
した位置としてもよい。

【０１５８】このような第３変形例の作用は、本質的に
は第２変形例と略同様であるが、以下の点で異なる。

【０１５９】即ち、ノズル１０１の開孔部１０６から流
出する水流１００に垂直に水流１１９が発生するよう
に、ノズル１１４の長方形の開孔部１１９から、制御室
２９等に設置された吸引装置１１３と結合されたホース
１１５を介して吸引水流１１６を発生させる。この水流
１１６中の微粒子は、ホース１１５の途中に設置される
フィルタ装置１１７で除去される。水流１００中をレー
ザビーム７２が集光および揺動されながら、炉心シュラ
ウド３４に照射される。以下、実施例６と同様な掃引動
作を行い、溶接部の表面改質作業を行う。

【０１６０】このような第２変形例によれは、第１変形
例と同様な効果が得られる上に、炉心シュラウド３４
（壁５３）の表面にレーザビーム７２が照射された時に
発生する気泡や、削除された金属微粒子を、水流１００
でレーザビーム７２の光路から除去し、レーザビーム７
２が、気泡や削除された金属微粒子に吸収あるいは散乱
され、炉心シュラウド３４（壁５３）表面に到達する光
量を削減したり変動させるのを防止し、安定した表面改
質作業を行えるとともに、必要なレーザ設備能力を削減
することをより確実に行うことができる。また、削除さ
れた金属微粒子が原子炉圧力容器内に拡散しないように
回収することにより、金属微粒子による炉内構造物が汚
染するのを防止することもできる。

【０１６１】次に、実施例６の第４変形例について、図
１９を参照して説明する。この変形例は、実施例６で示
したビーム強度調整装置３２の出射口に光分配器１２１
を設置し、レーザビーム７２を複数のレーザビーム１２
２に分割し、それぞれを光ファイバ１２３に導き、複数
本の光ファイバ１２３を束ねて光ファイバ束１２４とし
てレーザピーニング作業ユニット２６に接続するもので
ある。

【０１６２】レーザピーニング作業ユニット２６では、
集光ボックス１２５に光ファイバ１２３を一列に並べて
接続し、光ファイバ１２３の出口のレンズ系で壁５３に
レーザビーム１２２を集光して、スポット列を形成す
る。集光ボックス１２５をＸ，Ｙ軸方向に掃引すること
により、一定の範囲を重畳してレーザ光を照射する。

【０１６３】図１９は、この変形例のシステムの概念図
である。ビーム強度調整装置３２の出射口に光分配器１
２１を設置し、レーザビーム７２を複数のレーザビーム
１２２に分割し、それぞれを光ファイバ１２３に導き、
複数本の光ファイバ１２３を束ねて光ファイバ束１２４
としてレーザピーニング作業ユニット２６の集光ボック
ス１２５に接続し、壁５３にレーザ光１２２を集光して
スポット列を形成してシュラウド内表面の水中レーザ補
修を行う。

【０１６４】ビーム強度調整装置３２から出たレーザ光
７２は、光分割光学系で分割されて複数のレーザ光１２
２となり、それぞれが光ファイバ１２３に光学系を介し
て入射する。

【０１６５】光ファイバ１２３は、光ファイバ束１２４
となってレーザピーニング作業ユニット２６の集光ボッ
クス１２５の所まで移動する。集光ボックス１２５に光
ファイバ１２３を一列に並べて接続し、それぞれの光フ
ァイバ１２３の出口に集光光学系を設置し、レーザ光１
２２が、壁５３面に集光してレーザスポット１８９の列
を形成する。

【０１６６】レーザスポット１２３の列方向を溶接線の
方向とし、実施例における長手方向の移動量をレーザス
ポット１２７間隔とし、集光ボックス１２５をスクリュ
ーネジとモータ等を利用して長手方向に掃引する。この
場合の幅方向の掃引は、揺動ではなく、集光ボックス１
２５をスクリューネジとモータ等を利用した幅方向の掃
引とする。

【０１６７】このような第４実施例の作用は、本質的に
は実施例６と同様であるが、以下の点で異なる。

【０１６８】即ち、レーザスポット１２７の列が、溶接
線の方向（長手方向）に形成されているため、長手方向
の掃引範囲はレーザスポット１２７間距離であり、溶接
線の幅方向の掃引はガルバノミラーを用いるのではな
く、集光ボックス１２５をスクリューネジとモータ等を
利用して幅方向に掃引する点が異なっている。以下、実
施例６と同様の掃引作業を行い、溶接部の表面改質作業
を行う。

【０１６９】以上の第４変形例によっても、実施例６と
同様の効果が奏される。

【０１７０】次に、実施例６の第５変形例について、図
２０を参照して説明する。この変形例は、実施例６で示
した集光ボックス１２５に集光レンズ１２８を設置し、
光ファイバ１２３から出射される複数のレーザビーム１
２２を壁５３の表面に１点のレーザスポット１８８とし
て形成するものである。集光ボックス１３０をＸ，Ｙ軸
方向に掃引することにより、一定の範囲を重量してレー
ザ光を照射する。

【０１７１】図２０は、この変形例のシステムの概念図
であり、ビーム強調調整装置１０９の出射口に光分配器
１２１を設置し、レーザビーム７２を複数のレーザビー
ム１２２に分割し、それぞれを光ファイバ１２３に導
く。この場合、複数本の光ファイバ１２３を束ねて光フ
ァイバ束１２４としてレーザピーニング作業ユニット２
６の集光ボックス１３０に接続する。そして、集光ボッ
クス１３０に設置される集光レンズ１２８により、光フ
ァイバ１２３から出射される複数のレーザビーム１２２
を壁５３の表面に１点のレーザスポット１２９として形
成し、炉心シュラウド内表面の水中レーザ補修を行う。

【０１７２】ビーム強調調整装置３２から出たレーザビ
ーム７２は、光分割光学系で分割して複数のレーザ光１
２２とし、それぞれを光ファイバ１２３に光学系を介し
て入射する。光ファイバ１２３は、束ねられて光ファイ
バ束１２４としてレーザピーニング作業ユニット２６の
集光ボックス１３０の所まで移動させる。集光ボックス
１３０に光ファイバ１２３を一列に並べて接続し、それ
ぞれの光ファイバ１２３の出口に集光光学系を設置し、
光ファイバ１２３から出射される複数のレーザ光１２２
を集光レンズ１２８で壁５３面に一点に集光してレーザ
スポット１２７を形成する。レーザスポット１２７は溶
接線の方向に掃引し、幅方向に集光ボックス１３０をス
クリューネジとモータ等を利用して掃引する。

【０１７３】このような第６変形例の作用は、本質的に
は実施例６と同様であるが、以下の点で異なる。

【０１７４】即ち、レーザスポット１２９に複数回の照
射しを行い、パルス間隔の間にレーザスポット径（０．
３φmm）だけ溶接線の幅方向に掃引する。複数回の照射
間に時間遅れを設けるため、光ファイバの長さを変えた
ものを用意する。幅方向への掃引時間（２００μsec ）
に比較してレーザ照射時間（４０nsec）は無視できる
め、幅方向への掃引は、一定の速度で行い、照射のタイ
ミングを考慮する必要はない。

【０１７５】溶接線の方向（長手方向）への掃引は、溶
接線の幅方向の掃引時間インターバル毎に、レーザスポ
ット径（０．３φmm）以下の距離を１．５m/sec 以下の
速度で行う。これ等の掃引は、集光ボックス１８６をス
クリューネジとモータ等を利用して行う。以下、実施例
６と同様の掃引動作を行い、溶接部の表面改質作業を行
う。

【０１７６】以上の変形例６によっても、実施例６と同
様の効果が奏される。

【０１７７】次に、実施例６の第７変形例について説明
する。この変形例は、実施例６で示した光ファイバ１２
３から出射される複数のレーザビーム１２２を、集光レ
ンズ１２８により壁５３の表面に全てのレーザスポット
が直線状（溶接線の幅方向）に接するように形成する。
この変形例７では、実施例６と異なり、光ファイバ１２
３の長さは揃っている。そして、１点におけるレーザ照
射回数を複数にするため、パルス間隔の間にレーザスポ
ット径（０．３φmm）だけ溶接線の幅方向に掃引する。
溶接線の方向の掃引を第６変形例と同様に行うことによ
り、一定の範囲を重畳してレーザ光を照射する。

【０１７８】このような第７変形例の作用は、本質的に
は実施例６と同様である。

【０１７９】この第７変形例によっても、実施例６と同
様の効果が奏される。

【０１８０】次に、実施例６の第８変形例について、図
２１を参照して説明する。この変形例は、実施例６で示
したパルスレーザ装置３１の出射口にダイクロイックミ
ラー１３１を設置し、２種類のレーザビーム１３２，７
７を光分配器１２１で複数の光ファイバ１３３に導き、
光ファイバ束にしてレーザピーニング作業ユニット１４
４の集光ボックス１３５に接続し、集光レンズ１３４を
介して壁５３の表面に１点のレーザスポット１３８とし
て形成するものである。集光ボックス１３５をＸ，Ｙ軸
方向に掃引することにより一定の範囲を重畳してレーザ
光を照射する。

【０１８１】図４６は、この変形例８のシステム概念図
である。パルスレーザ装置３１の出射口にダイクロイッ
クミラー１３１を設置し、レーザビーム１３９を複数の
レーザビーム１３２，７７に分割し、それぞれを光分配
器１２１に導き、さらにビームを分割して複数の光ファ
イバ１３３に導く。この場合、複数本の光ファイバ１３
３を束ねて光ファイバ束１３６，１３７とし、また波長
の長いレーザビームを導く光ファイバ束を長くして、レ
ーザピーニング作業ユニット２６の集光ボックス１３５
に接続する。そして、集光ボックス１３０に設置される
集光レンズ１３４で、光ファイバ１３３から出射される
複数のレーザビーム１４０，１４１を壁５３の表面に１
点のレーザスポット１３８として形成し、炉心シュラウ
ド内表面の水中レーザ補修を行なう。

【０１８２】パルスレーザ装置３１から出たレーザビー
ム１３９は、ダイクロイックミラー１３１で分割されて
レーザビーム１３２，７７となり、各ビームは光分配器
１２１に導かれる。さらに、各ビームは分割されて複数
の光ファイバ１３３に光学系を介して入射される。

【０１８３】光ファイバ１３３は、束ねて光ファイバ束
１３６，１３７とし、また波長の長いレーザ光を導く光
ファイバ束を長くしてレーザピーニング作業ユニット２
６の集光ボックス１３５の所まで移動する。

【０１８４】集光ボックス１３５に光ファイバ１３３を
一列に並べて接続し、それぞれの光ファイバ１３３の出
口に集光光学系を設置し、光ファイバ１３３から出射さ
れる複数のレーザビーム１４０，１４１を集光レンズ１
３４で壁５３面に一点に集光してレーザスポット１３８
を形成する。レーザスポット１３８は溶接線の方向に掃
引し、幅方向に集光ボックス１３５をスクリューネジと
モータ等を利用して掃引する。

【０１８５】このような第８変形例の作用は、本質的に
実施例６と同様であるが、以下の点で異なる。

【０１８６】即ち、レーザスポット１３８に複数回の照
射を行ない、パルス間隔の間にレーザスポット径（０．
３φmm）だけ溶接線の幅方向に掃引する。複数回の照射
で波長の短いレーザビームを先に照射し、一定時間後に
波長の長いレーザビームを照射する等の時間遅れを設け
る。

【０１８７】このため、波長の長いレーザビームには長
さの大きい光ファイバを用いる。つまり、同じ波長でも
照射時間を遅らせるものには光ファイバの長いものを用
いる。

【０１８８】幅方向への掃引時間（２００μsec ）に比
較してレーザ照射時間（４０nsec）は無視出来るため、
幅方向への掃引は、一定の速度で行ない、照射のタイミ
ングを考慮する必要はない。溶接線の方向（長手方向）
には、溶接線の幅方向の掃引時間インターバル毎にレー
ザスポット径（０．３φmm）以下の距離を１．５m/sec
以下の速度で掃引する。

【０１８９】これ等の掃引は、集光ボックス１３０をス
クリューネジとモータ等を利用して行なう。以下、実施
例６と同様の掃引動作を行ない、溶接部の表面改質作業
を行なう。

【０１９０】以上の第８変形例によれば、実施例６と同
様の効果に加え、レーザビーム利用率の向上が図れる。
即ち、波長の短いレーザは、長いものに比べて光の吸収
率が高く、温度が上昇すると光の吸収率が上昇するた
め、波長の短いレーザを先に照射して表面温度を上昇さ
せ、それから波長の長いレーザを照射することにより、
レーザ光の利用効果を向上することが出来、レーザ設備
能力を削減することができる。

【０１９１】次に、実施例６の第９変形例を、図２２〜
図２５を参照して説明する。この変形例はリンク式アー
ムを有する遠隔補修装置を原子炉圧力容器内に上方から
ワイヤで吊り下げ、炉心中心部の上部格子板開孔部を通
過させ、炉心支持板に設置する。そして、リンク式アー
ムの先端に取付けたレーザ射照装置で可視光のパルスレ
ーザ光を、一定範囲ずつポリゴンミラーを使用してレー
ザスポットを走査しながら射照して、炉心シュラウド内
表面の加工を行う。

【０１９２】図２２は、ポリゴンミラー使用のレーザス
ポット走査型レーザピーニング作業ユニット１４２の正
面図である。レーザピーニング作業ユニット１４３は、
取付構造部１４４で、折畳み式アーム２４のロッド６９
先端の補修作業ユニット取付部７０と結合される。

【０１９３】間隔的に配置した２枚の端板構造部１４５
間には、取付構造部１４４、スクリューネジ１４６およ
びスライド棒１４７が結合されている。スライド棒１４
７は移動板１４８を貫通し、これにスクリューネジ１４
６が移動板１４８のボールネド１４９で結合している。
駆動装置１５０を働かせてスクリューネジ１４６を回転
させ、スライド棒１４７をガイドとして移動板１４８を
スライドさせる。移動板１４８に取付台１５１がスプリ
ング１５１ａを介して結合されている。

【０１９４】取付台１５１に取り付けられた車輪形式の
脚１５２を壁面１５３に押し付け、レーザピーニング作
業ユニット１４２を設置する。光ファイバ１５４で導か
れたレーザ光は、組レンズ１５５で平行光線となり、偏
光ミラー１５６、ミラー１５７を介してポリゴンミラー
１５８に導かれ、反射して壁面１５３に像を結ぶ。

【０１９５】ポリゴンミラー１５８と爪１５９とをアク
チュエータ１６０で回転させ、シリンダ１６１の各爪１
６２、１５９を互いに接触させ、スプリング１６３の弾
性力に抗して各爪１６２、１５９の接触が外れるまでシ
リンダ１６１を移動させ、壁面１５３へのレーザビーム
１６４の射照を幅方向に掃引させる。長手方向の掃引
は、駆動装置１５０でスクリューネジ１４６を回転さ
せ、移動板１４８を移動させることにより、車輪付き脚
１５２を壁面１５３上で回転移動させて行なう。

【０１９６】図２３は、ポリゴンミラー使用のレーザス
ポット走査型レーザピーニング作業ユニット１４２の側
面図であり、図２４および図２５は、ポリゴンミラー使
用レーザスポット走査機構部の詳細概念図である。

【０１９７】ポリゴンミラー１５８と爪１５９とはアク
チュエータ１６０により回転する。この回転に伴い、シ
リンダ１６１は爪１５９、１６２が接触している間は引
き上げられ、爪１５９、爪１６２が離れると、スプリン
グ１６３により、もとの位置に戻る構造になっている。

【０１９８】一方レーザビーム１６４は、図示はしない
光源側でファラデーローテータおよびシャッター等で照
射のＯＮ・ＯＦＦ切替が可能な構造となっており、レー
ザビーム１６４は偏光ミラー１５６、ミラー１５７およ
びポリゴンミラー１５８で反射され、壁面１５３に照射
する構造となっている。

【０１９９】また、偏光ミラー１５６で反射しなかった
レーザビーム１６４は、ビームダンパ１６５により吸収
される。なお、図示しないが、ビームダンパ１６５は冷
却機により常時冷却される。

【０２００】このような第９変形例の作用は、本質的に
は実施例６と同様であるが、多面鏡のポリゴンミラーを
一定角速度で回転させて鋸歯掃引を行ない、同期させて
ミラー１５７の高速の原点復帰動作を行なうようにした
点が異なる。

【０２０１】以上の第９変形例によれば、実施例６と同
様の効果が奏されることに加え、ポリゴンミラーを用い
たことにより、溶接線の幅方向の掃引速度（ポリゴンミ
ラーの回転角速度）を一定にし、また溶接線に沿っての
掃引速度（長手方向の掃引速度）で掃引して一定範囲を
複数回レーザ照射を行なうことで表面改質を行なうこと
ができるため、制御系が簡単になり、機器に対しても大
きなモーメント変化を起こす必要が無く、機器の強度上
でも有利である。上記の掃引方法では、レーザ照射ポイ
ントの列が溶接線に対して斜めになるが、作業上、何等
問題はない。

【０２０２】

【発明の効果】以上で詳述したように、本発明によれ
ば、原子炉内部構造物の予防保全および補修に関わる、
構造物材料表面の残留応力改善、亀裂除去、クラッド除
去を行うことができ、さらに、簡便、高品質で、周辺機
器に影響を及ぼさず、狭隘部への適用性がよい加工方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１を示すもので、レーザビーム
を照射して残留応力改善を行う場合の図。

【図２】同実施例におけるレーザビームの照射方法の概
念を示す図。

【図３】典型的なレーザビームの照射方法を示す図。

【図４】改良されたレーザビームの照射方法を示す図。

【図５】照射スポット形状を変えた場合の照射方法を示
す図。

【図６】照射スポット形状を変えた場合の照射方法を示
す図。

【図７】本発明の実施例２を示し、レーザを照射して亀
裂除去を行う場合の図。

【図８】本発明の実施例４を示し、レーザを照射してク
ラッド除去を行う場合の図。

【図９】本発明の実施例５における作業手順を示すフロ
ーチャート。

【図１０】同実施例における照射ビームの重畳率の分布
を示す図。

【図１１】本発明の実施例６を示すもので、レーザを照
射してシュラウド内面の補修状態の図。

【図１２】本発明の実施例６を示すもので、レーザを照
射してシュラウド内面の補修状態の図。

【図１３】同実施例よるシュラウド内面補修ロボットに
治工具を取付けている様子を示す図。

【図１４】同実施例によるシュラウド内面補修ロボット
を示す図。

【図１５】同実施例よるレーザピーニング作業ユニット
の構成を示す図。

【図１６】同実施例によるレーザ光出射方向の水流発生
の様子を示す図。

【図１７】同実施例によるレーザ光出射方向および垂直
方向の水流発生の様子を示す図。

【図１８】同実施例によるレーザ光出射方向の水流出射
および垂直方向の水流吸い込み方法を示す図。

【図１９】同実施例による複数レーザスポットの同時照
射方法を示す図。

【図２０】同実施例による複数レーザ光の１点への同時
照射方法を示す図。

【図２１】同実施例による波長の異なる複数レーザ光の
１点への同時照射方法を示す図。

【図２２】同実施例によるポリゴンミラー使用のレーザ
ピーニング作業ユニットを示す正面図。

【図２３】図２２のＡ−Ａ線断面図。

【図２４】同実施例によるポリゴンミラー使用のレーザ
スポット走査機構部の詳細を示す図。

【図２５】図２４のＢ−Ｂ線断面図。

【符号の説明】

１ 原子炉圧力容器 ２ 冷却水 ３ レーザビーム ４ 光ファイバ ５ 原子炉内部構造物 ６ パルスレーザ装置 ７ 入射レンズ ８ 集光レンズ ９ 原子炉ピット １０ 照射スポット １１ 施工単位領域 １２ 加工ヘッド １３ ＣＣＤカメラ １４ 亀裂 １５ モニタ １６ 信号ケーブル １７ クラッド ２１ 原子炉圧力容器 ２２ 上部格子板 ２３ 炉心支持板 ２４ 折りたたみ式アーム ２６ レーザピーニング作業ユニット ２８ 複合ケーブル ２９ 制御室 ３０ 操作盤 ３１ パルスレーザ装置 ３２ ビーム強度調整装置 ３３ ジェットポンプ ３４ シュラウド ３５ アニュラス部 ３６ 炉容器下部室 ３７ 上部ケース ３８ 下部ケース ３９ ワイヤー ４０ 開孔部 ４１ 開孔部 ４２ 制御棒駆動装置ハウジング ４３ 上部ケース案内装置 ４４ 下部ケース案内装置 ４５ 固定用脚 ４６ エアシリンダー ４８ ワイヤー ４９ バランサー ５０ 補修作業ユニット搬送装置 ５２ 補修作業ユニット ５３ 壁 ５４ 取付け部 ５５ ガルバノミラー ５６ 揺動装置 ５７ スポット径調整機構 ５８ ＣＣＤカメラ ５９ 長手方向駆動モータ ６０ 超音波検出器 ６１ 脚 ６２ 原子炉ピット ６３ モータ ６４ 組歯車 ６５ 据付案内装置 ６７ 接続部材 ６８ 上部格子板下方室 ６９ アーム ７０ 補修作業ユニット取付け台 ７２ レーザ光 ７３ スポット点 ７６ 集光組レンズ ７７ レーザ光 ７８ 滑車 ７９ 信号ケーブル ８０ 筐体 ８４ シャッタ ８６ 第１反射鏡 ８７ 第２反射鏡 ９４ スクリューネジ ９９ 出射開口部 １００ 水流 １０１ ノズル １０３ ポンプ １０４ 水流 １０５ ホース １０６ 開孔部 １０８ ホース １０９ 開孔部 １１０ 水流 １１１ ノズル １１２ 水流 １１４ ノズル １１５ ホース １１６ 水流 １１７ フィルター装置 １１９ 開孔部 １２０ 水流 １２１ 光分配器 １２２ レーザ光 １２３ 光ファイバ １２４ 光ファイバ束 １２５ 集光ボックス １２７ レーザスポット １２８ 集光レンズ １２９ レーザスポット １３０ 集光ボックス １３１ ダイクロイックミラー １３２ レーザ光 １３３ 光ファイバ １３５ 集光ボックス １３４ 集光レンズ １３６ 光ファイバ束 １３７ 光ファイバ束 １３８ レーザスポット １３９ レーザ光 １４０ レーザ光 １４１ レーザ光 １５３ 壁面 １５６ 偏光ミラー １５７ ミラー １５８ ポリゴンミラー １５９ 爪 １６０ アクチュエータ １６１ シリンダー １６２ 爪 １６３ スプリング １６４ レーザ光 １６５ ビームダンパー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 雄二 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 向井 成彦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 青木 延忠 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 小長井 主税 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株式会社東芝 横浜事業所内 (72)発明者 菊永 宗芳 神奈川県川崎市幸区堀川町66番２ 東芝 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−80187（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−246483（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−248397（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−45039（ＪＰ，Ｂ２) 特表 平５−503738（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/42 G21C 19/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却水に浸漬された構造物の表面に、可
   視波長を持つ高出力，短パルスのレーザビームを照射
   し、前記構造物表面の材料の残留応力改善、亀裂除去ま
   たはクラッド除去を行う水中レーザ加工方法であって、
   冷却水で満たされた原子炉の内部構造物の材料表面に発
   生した亀裂を検出し、この亀裂部に対してパルス幅が１
   ００nsec以下で可視波長を持つレーザビームを、１パル
   ス当りのピーク出力０．１〜１０ＧＷ／cm^２の条件で、
   亀裂部がアブレーション除去される状況をモニタしなが
   ら照射し、亀裂を除去することを特徴とする水中レーザ
   加工方法。
2. 【請求項２】 原子炉の内部構造物表面に発生した亀裂
   の除去を行った後、請求項１記載の処理を施すことによ
   り、亀裂除去後の材料表面の応力改善を行うことを特徴
   とする水中レーザ加工方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の水中レーザビームの照射
   を行うことにより、冷却水で満たされた原子炉の内部構
   造物の表面に蓄積したクラッドの除去を行いながら、材
   料表面の応力改善を行うことを特徴とする水中レーザ加
   工方法。
4. 【請求項４】 冷却水で満たされた原子炉の内部構造物
   の材料表面にレーザビームを照射して、請求項１から３
   までに記載の材料表面応力改善、亀裂除去、またはクラ
   ッド除去を施す際、その施工全体範囲、施工単位領域お
   よび施工条件を、予め実施した探傷検査および表面状態
   検査と構造物図面とに基づいて作成したマップに従って
   自動的に制御することを特徴とする水中レーザ加工方
   法。