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論文

レーザー加工トーチを用いた配管表面肉盛溶接技術の研究

寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔; 森山 拓*; 松田 宏康*

保全学, 13(4), p.87 - 94, 2015/01

New maintenance technique was proposed using a hand-held laser torch for aging chemical plants and power plants. The hand-held laser torch was specially designed to be able to access limited tubular space in various cases. A composite-type optical fiberscope was composed of a center fiber for beam delivery and surrounded fibers for visible image delivery. Laser irradiation on a work pieces with the best accuracy of filler wire was carried out. And, we found that the optimized wire-feed speed was 2 mm/s in laser cladding. We succeeded to make a line clad on the inner wall of 23 mm tube. This technique was discussed to be applied to the maintenance for cracks or corrosions of tubes in various harsh environments.

論文

Demonstration of heat resistant fiber Bragg grating sensors based on femtosecond laser processing for vibration monitoring and temperature change

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 寺田 隆哉; 大道 博行

Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 9(3), p.221 - 224, 2014/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Nanoscience & Nanotechnology)

耐熱FBGセンサをフェムト秒レーザー加工により製作し、原子炉配管の高温に適用した。このセンサを鋼板表面に実装し、共振条件での振動試験を実施した。本センサの耐熱性能は600$$^{circ}$$Cである。安定化波長可変レーザーを使用して原子炉の日常点検のモニタとして利用できることを試験した。このセンサを繰り返し歪み計測を行なえるよう振動鋼板に取り付けた。溶接、ロウ付け、半田付け、そして貴金属接着剤など、各種の取り付け方法について議論した。

論文

New instrumentation using a heat resistant FBG sensor installed by laser cladding

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 6 Pages, 2014/07

2007年より、原子力機構ではレーザー・光技術を用いた構造健全性の監視技術開発を実施してきた。超短パルスレーザー加工によるFBGセンサが最有力手段である。耐熱性を最も有効に活かすためにレーザー肉盛り加工により埋め込みを行った。ステンレス鋼材に溝加工を施した。熱源にはQCWレーザーを使用し、フィラーワイヤを溶接した。溶接ビードは良好なものとなった。FBGセンサはしっかりと固定されたが、反射スペクトルに劣化は認められなかった。FBGセンサは衝撃や音響振動を効果的に検出することができた。加熱により6nmの反射ピークのシフトが得られ、これは600度の温度上昇に相当する。FBGセンサを固定するための小型レーザー肉盛り装置についても紹介を行った。

論文

Demonstration of heat resistant Bragg grating by femtosecond laser processing for vibration monitoring

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 寺田 隆哉; 大道 博行

Proceedings of 1st Smart Laser Processing Conference 2014 (SLPC 2014), 4 Pages, 2014/04

耐熱FBGセンサがフェムト秒加工により製作された。これらセンサを原子炉配管に適用するために、高温での振動試験が試みられた。このFBGセンサは600$$^{circ}$$Cでの耐熱性能を示した。波長可変レーザーを用いた周波数安定化検出システムが試験された。これは原子炉での日常点検における構造健全性の確認に役立つ。このFBGセンサは振動により歪が誘起された鋼板の上に取り付けられた。FBGセンサの金属モールドのため、溶接、ロウ付け、貴金属微粒子接着剤について考察を行った。

論文

Characteristics of the heat resistant FBG sensor under laser cladding condition

西村 昭彦; 寺田 隆哉

Proceedings of SPIE, Vol.8963 (CD-ROM), p.896307_1 - 896307_7, 2014/02

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

構造健全性の監視のため、耐熱センサの開発を行った。監視すべき環境は、センサにとって放射線・高温・電磁パルスなど過酷な状況である。超短パルスレーザー加工による耐熱FBGセンサが最も有力な候補である。壊れやすい光ファイバ部分を保護するために、接着剤と補強繊維との組み合わせ以外に、レーザー熱加工溶接による金属モールドでの埋め込みを提案する。サンプルとしてSUS鋼板への回転砥石による溝加工を行い、QCWレーザーによるパルス熱加工により光ファイバを鋼板に金属モールドとともに埋め込みを行った。加工した溝には溶接ワイヤと光ファイバの埋め込みを行い、パルスレーザーによる加熱を施した。パルス長さは10ミリ秒、パルスエネルギーは10Jである。光ファイバの一部は溶融金属に接触した。サンプルを移動させながらレーザー照射行った。耐熱FBGセンサは1センチの長さにわたって2mmの深さに埋め込まれた。サンプルに衝撃を加えることでFBGセンサが動作していることが確かめられた。ここでは、レーザー熱加工時のセンサのピークシフトについて考察する。

論文

Instrumentation device and surface control technology for coolant piping system of nuclear power plants

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 島田 幸洋; 米本 幸弘*; 山田 知典

Proceedings of 20th International Conference on Nuclear Engineering and the ASME 2012 Power Conference (ICONE-20 & POWER 2012) (DVD-ROM), 5 Pages, 2012/07

レーザー技術を用いた計測法を原子力プラントの冷却系の保守保全のために開発している。計測技術としては、光ファイバセンサ技術を用いることで地震に対する振動計測が可能であることを明らかにした。さらに放射光X線による吸収コントラスト法を用いることにより、レーザー溶接補修の際の溶融池の内部の対流現象を解明した。一方で、表面制御技術としては、熱交換器伝熱管のレーザー肉盛り溶接補修が可能な新型プローブ装置を開発を進めた。また、レーザー蒸発は配管表面の汚染除去に有効であることを明らかにした。これらのレーザー技術は、原子炉の冷却配管の保守保全に役立つことが期待される。

論文

緊急時環境線量情報予測システム(世界版)WSPEEDI第2版の開発

寺田 宏明; 永井 晴康; 古野 朗子; 掛札 豊和; 原山 卓也*; 茅野 政道

日本原子力学会和文論文誌, 7(3), p.257 - 267, 2008/09

緊急時環境線量情報予測システム(世界版)の第2版、WSPEEDI-IIを開発した。これは、放射性核種の大気中濃度,地表沈着量、及び被ばく線量の計算により、国外原子力事故の日本への放射線影響の迅速な予測が可能である。WSPEEDI-IIは、実用に際して有用な次の機能を有する。(1)非静力学気象モデル導入により実現された、対象スケールに応じた適切な時・空間的分解能での放射性核種の大気拡散予測,(2)放出源情報が不明な場合に大気拡散予測結果と環境モニタリングデータから放出状況を予測する放出源推定機能,(3)欧米の同種の緊急時大気拡散予測システムとの大気拡散予測情報の交換機能,(4)システムの容易な操作が可能なWebベースの計算支援機能,(5)東アジア域での原子力事故への迅速な対応。本論文では、これらの新たなWSPEEDI-IIの機能について報告する。

報告書

数値環境システムSPEEDI-MP

永井 晴康; 茅野 政道; 寺田 宏明; 原山 卓也*; 小林 卓也; 都築 克紀; Kim, K.; 古野 朗子

JAEA-Research 2006-057, 67 Pages, 2006/09

JAEA-Research-2006-057.pdf:13.49MB

数値実験によるさまざまな環境研究に資することのできる環境研究ツール「数値環境システムSPEEDI-MP」の構築を行った。SPEEDI-MPは、大気,陸域,海洋の物理モデル及び物質循環モデル等の数値実験ツール,数値実験ツールの入力用データベースと、データ管理,可視化等の支援機能により構成される。数値実験ツール開発の一環として、多数のモデルを結合できるモデルカップラーを開発した。このモデルカップラーを用いて、大気,海洋,波浪,陸水、及び地表モデルの5モデルからなる水循環結合モデルシステムを開発した。支援機能はWebベースのGUIで操作可能であり、ユーザーは各自のPCからインターネット経由でシステムの全機能を使用可能である。システムに導入された放出源推定機能については、ITBL-Gridを活用して多数の計算機からなる分散環境での計算実行可能なシステムを開発した。また、水循環結合モデルシステムの適用試験として、洪水再現計算及び高潮再現計算を実施した。

論文

Production processes of H(D) atoms in the reactions of NO(A$$^{2}Sigma^{+}$$) with C$$_{2}$$H$$_{2}$$, C$$_{2}$$H$$_{4}$$, H$$_{2}$$O and their isotopic variants

梅本 宏信*; 寺田 直樹*; 田中 邦和*; 高柳 敏幸; 黒崎 譲; 横山 啓一

Chemical Physics, 259(1), p.39 - 47, 2000/09

 被引用回数:7 パーセンタイル:77.16

NO分子の第一励起状態A$$^{2}Sigma^{+}$$とアセチレン,エチレン及び水との反応において、水素原子が直接生成することを初めて実験的に確認した。水素原子のドップラー分光の結果からアセチレンと水については1/4のエネルギーが並進運動に分配され、エチレンについては1/7であった。この結果は反応過程で極めて寿命の短い中間体が生成していることを示すものである。反応のメカニズムをさらに詳細に理解するため、ab initio分子軌道法によるポテンシャルエネルギー曲面の計算を行った。

口頭

伝熱管内壁補修用レーザークラッディング要素技術開発

寺田 隆哉; 山田 知典; 西村 昭彦

no journal, , 

蒸気発生器伝熱管の点検保守装置,技術開発に取り組んでいる。これまでの研究において伝熱管内壁面に存在する微小欠陥をETCセンサで発見し、複合型ファイバーを利用して微小欠陥を観察しながらレーザー溶接補修することができる伝熱管内壁補修装置を開発した。この装置に新たにフィラーワイヤー送給機構を付加し、伝熱管減肉を管内側からレーザークラッディング補修可能な装置の開発を目指している。装置設計のために必要なフィラーワイヤーの送給条件,レーザー照射条件,照射環境,照射面が水平及び垂直である場合と肉盛り溶接の関係について比較検討を行ったので報告する。

口頭

内壁減肉配管補修のためのレーザー溶接技術開発

寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔

no journal, , 

原子力機構ではFBRの1インチ伝熱管に挿入可能な伝熱管検査補修システムを完成させた。このシステムは渦電流探傷装置(ECT),観察用及びレーザー照射用ファイバが一体となった複合型光ファイバスコープとレーザー加工ヘッドで構成されており、1インチ管内の模擬微小欠陥を発見し、観察しながらレーザー溶接補修することができる。この検査補修技術は、火力発電,ボイラー,石油化学プラントなどの大型機器から食品加熱装置のような小型機器まで幅広く適用が可能である。本報告ではこれまでのシステムを改良発展させ、配管内に生じた流れ加速型腐食によって、配管の内径が大きく損傷した場合、これを補修するレーザークラッディング技術開発について述べる。

口頭

レーザ溶接部の検査技術開発

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 山田 知典; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*

no journal, , 

われわれはレーザーによる精密スポット溶接部分の検査技術の開発を行っている。熱交換器伝熱管の突合せ溶接の内壁部分を検査に、複合型光ファイバスコープを用いて成功した。これに関連する技術は、以下の3つである。(1)渦電流探傷による高速検査、(2)内視鏡観察、(3)放射光によるX線吸収コントラスト計測。これらの技術は汎用性が高く産業プラントの保守保全に役立つ。

口頭

伝熱管内壁レーザー肉盛り溶接補修とその場観察技術の開発

寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔

no journal, , 

長期連続運転が求められるプラントの熱交換器伝熱管では種々の使用条件から表面が腐食し損傷が生じる。これらの損傷は重大事故を引き起こす要因であり、保守保全が重要である。原子力機構では、高速増殖炉熱交換器の1インチ伝熱管に挿入可能な伝熱管検査補修システムを開発した。このシステムは渦電流探傷装置(ECT),複合型光ファイバスコープ,レーザー加工ヘッド,カップリング装置,300Wファイバレーザーで構成されている。微小亀裂をECTで発見し、複合型光ファイバスコープにより観察しながら正確な溶接補修が可能である。現在、新たな技術開発として配管減肉が生じた伝熱管を補修するレーザー肉盛り溶接技術開発に取り組んでいる。新たに溶接用ワイヤを送給し、母材とワイヤを溶融させて肉盛り溶接を行うため、従来システムより熱量が必要になる。2kWファイバレーザーを用いた基礎試験の結果、溶接品質は十分であるが、ヒュームの大量発生,母材の変形,装置が大型であることが問題点と判明した。これらの結果を踏まえ、専用レーザー加工ヘッドの設計や補助熱源の併用によるレーザー出力の抑制に取り組んでいる。

口頭

伝熱管内壁レーザー肉盛り溶接補修装置の開発

寺田 隆哉; 西村 昭彦

no journal, , 

1インチ伝熱管に発生した配管減肉のレーザー肉盛り溶接補修装置の開発に取り組んでいる。本研究では配管接続部近傍で開口部に近い、検査補修時に比較的アクセスしやすい場所に発生した配管減肉を補修対象とした。レーザー肉盛り溶接補修装置は、レーザー加工ヘッド,レーザー加工ヘッド動作装置,ワイヤ送給装置,複合型光ファイバカップリング装置,ファイバレーザー,制御用PCで構成されている。レーザー加工ヘッドは1インチ伝熱管に挿入可能で、配管外部の動作機構で回転,前後動作させることで、管内のさまざまな個所に発生した欠陥に対応可能である。また、レーザー加工ヘッドと配管の隙間を利用し、溶接ワイヤ及び溶接アシストガスを供給する。レーザーは300Wでは溶接品質が不十分、2kWでは煙ヒュームの大量発生、大型で現場補修に不向きという問題点を確認しており、補助熱源の利用も含めた最適なレーザー源の選定が必要である。今後、伝熱管内レーザー肉盛り溶接技術は高経年化軽水炉,石油化学プラント,新型炉などさまざまなプラントに発生する配管減肉補修への応用を行う。

口頭

パルスレーザーを用いた固体表面の遠隔加工技術の開発

米本 幸弘; 西村 昭彦; 島田 幸洋; 寺田 隆哉

no journal, , 

原子力設備の状態検査や安全管理等は原子炉の安全運転のためにも必要不可欠である。特に、耐震保全,放射能等の除染や他にも作業員が立ち入ること(目視観察が不可能)ができない設備の状態観察においては作業員の被ばく量を軽減する等の観点から遠隔による保守保全技術の確立は重要な課題となりつつある。本研究では、原子炉の耐震保全のために開発中のFBGセンサーの原子炉配管技術に関連する技術開発を実施している。具体的には、センサーの取り付けや狭隘空間での遠隔補修作業等を見据えたパルスレーザーの遠隔伝送を可能にする装置の開発を行っており、その概念と実機への応用可能性を報告している。この研究の結果から、酸化膜で覆われたSTPA24表面へのパルスレーザー照射により得られたスペクトル分布の強度は、時間の経過とともに減少し、最終的には全体的になだらかな分布になることがわかり、こうした時間変化に伴うスペクトルの挙動は酸化膜除去の定量的な目安になる。本研究成果は、将来的なFBGセンサー設置だけでなく原子炉の廃炉等を含めたレーザー加工技術開発の一助となると考えられる。

口頭

LIBS分光と狭隘部観察が可能な原発損傷炉心調査プローブの開発

西村 昭彦; 伊東 富由美; 寺田 隆哉; 島田 幸洋

no journal, , 

平成19$$sim$$21年にかけての原子力システム研究開発事業では、FBR伝熱管の溶接部分を渦電流探傷により検査し、発見した割れをファイバレーザ溶接により補修する新型プローブシステムを開発した。この技術を発展させ、ファイバスコープによる目視観察とパルスレーザによるLIBS分光分析が可能な新型プローブシステムの開発を進めている。これにはレーザと画像及び分光技術を統合するカップリング装置が重要である。本報告では、パルスレーザによるLIBS分光技術と光ファイバによる狭隘部分の映像観察技術を組合せを行う。これにより、装置本体とプローブ先端に10m以上の距離を設けることができる。プローブ先端は、100Sv/hrを超える高放射線量の福島第一原子力発電所損傷炉心内部に挿入する。これまで、光ファイバによる観察とLIBS分析を行い、ステンレス,銅,アルミニウム,低クロム鋼など種々の金属を判別が可能であることが判明している。

口頭

狭隘部レーザ肉盛り溶接装置の開発

寺田 隆哉; 西村 昭彦

no journal, , 

伝熱管に発生した配管減肉のレーザ肉盛り溶接補修技術の開発に取り組んでいる。原子力機構がこれまでに高速増殖炉熱交換器の保守保全技術目的として開発した複合型光ファイバ、カップリング装置による観察、レーザー溶接技術に加え、新たにレーザートーチ及びワイヤ送給装置を開発した。レーザートーチは外径15mmの円筒形で、先端に誘電多層膜を蒸着した銅ミラーを装着、複合型光ファイバに装着することで1インチ伝熱管内壁の観察と表面への300Wのファイバレーザー光の照射が可能である。ワイヤ送給装置は$$Phi$$0.4mmの溶接ワイヤを1-10mm/sで送給できる。また、レーザートーチと組合せることでレーザー照射位置に正確に溶接ワイヤを送給可能である。現在はモデルプラントである化学プラントの現場での肉盛り補修を目指し、最適な溶接条件の模索、要素技術の改良高度化を行っている。本研究の技術は高経年化した軽水炉や新型炉の保守保全への応用が期待される。

口頭

高経年化プラント配管内壁の検査補修技術開発

伊東 富由美; 西村 昭彦; 米本 幸弘*; 寺田 隆哉; 島田 幸洋

no journal, , 

LIBSを伝熱管内壁の酸化被膜に適用すると極表面の酸化被膜の剥離が生じる。低エネルギーのLIBS、高エネルギーのアブレーション、そしてMTによる欠陥の検査等の技術の組合せを実施する。

口頭

放射光高輝度単色X線を用いたレーザー肉盛り溶接過程の挙動観察

寺田 隆哉; 山田 知典; 菖蒲 敬久; 西村 昭彦

no journal, , 

レーザー溶接中の溶融池やワイヤ溶融滴の挙動は、溶接品質や溶接環境に深く関係するため、原子力プラントの保守保全の観点からも非常に重要である。しかし、レーザー照射は熱放射やヒューム,レーザー光反射を伴うため、直接観察を行うことは困難である。本研究ではSPring-8からの放射光高輝度単色X線を利用し、配管減肉を模擬した試験片へのワイヤ送給レーザー肉盛り溶接過程の観察を行った。肉盛り溶接過程において、まずワイヤ先端に金属溶融滴が形成、その後溶融滴の溶け込みと安定的な肉盛り部の形成が生じることがわかった。ワイヤ供給開始直後の液滴形成を防止することが、通電による溶融池の追加熱や溶融池の表面温度測定などのレーザー肉盛り技術の高度化に有用である。またプラント保守保全を目的として現在開発中である伝熱管内レーザー肉盛り溶接システムにおいて、溶接品質の向上、溶接中の煙やヒュームの抑制に役立つ知見である。

口頭

パルスレーザー分光分析と狭隘部分ファイバスコープ観察の複合化

西村 昭彦; 伊東 富由美; 寺田 隆哉; 冨吉 健太郎; 岡 潔

no journal, , 

原子力分野におけるレーザープロセスの適用を進めている。特に、プラントの検査補修及び廃止措置において、超短パルスレーザーから高出力CWレーザーにかけて、各々のレーザー光と物質の特性に合わせた工学応用分野を推進している。高経年化する軽水炉の保守保全技術として、ナノ秒パルスレーザーを組み込んだ小型可搬の検査補修装置が有用である。これまで、レーザー光と画像の伝送を双方向に行える複合型光ファイバとナノ秒パルスレーザーを組合せることで、狭隘部分の観察とパルスレーザー分光分析がその場で行える装置概念について報告した。プラズマ生成が有効となる10GW/cm$$^{2}$$領域では、レーザー光伝送のための光学材料の耐性が装置開発の制限となる。現在、複合型光ファイバとパルスレーザー及び小型レーザートーチの組合せにより、配管内部を観察しレーザー分光が可能な試作機の開発に成功した。低クロム鋼,銅,アルミニウムなどの金属片をサンプルとして、元素分析のデモンストレーションに成功した。

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