JP2000343270A - Method and device for welding - Google Patents

Method and device for welding

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JP2000343270A
JP2000343270A JP11157487A JP15748799A JP2000343270A JP 2000343270 A JP2000343270 A JP 2000343270A JP 11157487 A JP11157487 A JP 11157487A JP 15748799 A JP15748799 A JP 15748799A JP 2000343270 A JP2000343270 A JP 2000343270A
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welding
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temperature
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信義 柳田
Kunio Enomoto
邦夫 榎本
Toshio Ishizuki
敏雄 石附
Sadahito Shimizu
禎人 清水
Satoshi Sugano
智 菅野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce tensile residual stress by simple constitution by utilizing thermal shock strain. SOLUTION: By rapidly cooling a surface region whose temperature is raised by heat input of welding by jetting a coolant from a nozzle 11 to a region of the surface of a weld zone which is in the state of tensile stress, transient temperature difference is generated between the surface and a layer just under a surface layer. In this way, the tensile thermal shock stress is added on the surface layer, tensile strain is generated and also the surface layer is partially yielded. Next, by stopping cooling and raising the temperature, the thermal shock stress is eliminated. The surface of the weld zone is improved into a state where deformation is elastically recovered from the partially yield state and tensile stress is mitigated, or a compressive residual stress state.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、金属の表面に存在
する表面引張残留応力を低減する溶接方法に係り、特
に、溶接部表面の引張り残留応力の低減に好適な溶接方
法および装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding method for reducing the residual tensile stress on the surface of a metal, and more particularly to a welding method and apparatus suitable for reducing the residual tensile stress on the surface of a weld. is there.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、原子炉圧力容器内構造物に用い
るオーステナイトステンレス鋼等の金属材料は、原子炉
の高温水中に置かれた場合、その溶接部またはその近傍
において応力腐食割れが発生することが知られている。
応力腐食割れは、材料の鋭敏化、引張残留応力、腐食環
境の三因子が重畳した条件下で発生する。材料の鋭敏化
は、溶接熱などによって結晶粒界にCr炭化物が析出する
結果、粒界の極近傍にCr欠乏層が形成されてこの粒界近
傍Cr欠乏部が腐食に対し鋭敏になることによって起き
る。引張応力は、外力による応力と溶接・加工によって
材料表面に発生する引張残留応力とが重畳することによ
って発生する。腐食環境は、溶存酸素を含む高温水によ
って生じる。応力腐食割れはこれらの3因子の中から1
つの因子を取り除くことにより防止できる。この応力腐
食割れを防止するために、引張応力の発生の原因となる
材料表面の残留応力を改善する公知技術例として、例え
ば以下のものがある。
2. Description of the Related Art Generally, when a metal material such as austenitic stainless steel used for an internal structure of a reactor pressure vessel is placed in high-temperature water of a nuclear reactor, stress corrosion cracking occurs at or near a welded portion thereof. It has been known.
Stress corrosion cracking occurs under a condition in which three factors such as material sensitization, tensile residual stress, and corrosive environment are superimposed. The sensitization of the material is caused by the precipitation of Cr carbide at the crystal grain boundaries due to welding heat, etc., resulting in the formation of a Cr-depleted layer in the immediate vicinity of the grain boundaries, and the Cr-depleted portions near the grain boundaries become sensitive to corrosion. Get up. Tensile stress is generated by superimposing a stress due to external force and a tensile residual stress generated on a material surface by welding and processing. A corrosive environment is created by hot water containing dissolved oxygen. Stress corrosion cracking is one of these three factors.
Can be prevented by removing two factors. In order to prevent the stress corrosion cracking, there are, for example, the following known examples of known techniques for improving the residual stress on the material surface that causes the generation of tensile stress.

【0003】特開昭53−21021号公報:この公知
技術は、オーステナイト系ステンレス鋼管の外周にコイ
ルを設けて加熱した後、管内面に冷却水を噴出して急冷
することにより、管内表面の引張残留応力を圧縮残留応
力に転化するものである。
Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 53-21021 discloses a known technique in which a coil is provided on the outer periphery of an austenitic stainless steel pipe, which is heated and then cooled by jetting cooling water onto the inner surface of the pipe to thereby rapidly pull the inner surface of the pipe. It converts residual stress into compressive residual stress.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公知
技術は、配管が適用対象であって対象物の外周に加熱コ
イルを巻きつける構成であるので大型構造物や板材には
適用することが困難であった。
However, the above-mentioned prior art is difficult to apply to large structures and plate materials because the piping is an application object and a heating coil is wound around the outer periphery of the object. Was.

【0005】本発明の第1の目的は、熱衝撃ひずみを利
用することにより、簡易な構成で溶接部の引張残留応力
を低減できる溶接方法を提供することであり、第2の目
的はその方法を実施するに好適な装置を提供することに
ある。
A first object of the present invention is to provide a welding method capable of reducing the residual tensile stress in a welded portion with a simple structure by utilizing thermal shock strain, and a second object of the present invention is to provide a welding method. It is to provide an apparatus suitable for implementing the method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的を達成す
るために本発明によれば、溶接の入熱により昇温した表
面領域を冷却する第1の手順と、冷却を停止する第2の
手順と、を有することを特徴とする溶接方法が提供され
る。
According to the present invention, in order to achieve the first object, a first procedure for cooling a surface region heated by the heat input of welding, and a second procedure for stopping the cooling. And a welding method.

【0007】また好ましくは、前記溶接方法において、
前記第1の手順は昇温した表面領域に対しノズルから低
温の冷却材を噴出させ冷却材が当っている領域を冷却す
る手順であることと、第2の手順は前記の表面領域に対
し冷却材を当てさせることを停止する手順であること
と、を特徴とする溶接方法が提供される。
Preferably, in the welding method,
The first procedure is a procedure in which a low-temperature coolant is jetted from a nozzle to a heated surface area to cool an area where the coolant is in contact, and the second procedure is to cool the surface area. A procedure for stopping the application of the material.

【0008】さらに好ましくは、前記溶接方法におい
て、前記第2の手順は、前記冷却材が当っている領域を
移動することにより、溶接部表面の別の昇温した表面領
域に当てさせる手順であることを特徴とする溶接方法が
提供される。
[0008] More preferably, in the welding method, the second step is a step of moving the area where the coolant contacts, so as to apply the area to another heated surface area of the welded part surface. A welding method is provided.

【0009】さらに好ましくは、前記の溶接方法におい
て、前記第2の手順は、前記ノズルからの冷却材の噴出
を停止する手順であることを特徴とする溶接方法が提供
される。
[0009] More preferably, in the above-mentioned welding method, the second step is a step of stopping the ejection of the coolant from the nozzle.

【0010】また好ましくは、前記の溶接方法におい
て、第1の手順は複数のノズルを一列に並べてカーテン
状の形態の冷却材の列をつくり、前記冷却材の列を溶接
電極が通過したパスに沿って当てさせる手順であること
を特徴とする溶接方法が提供される。
Preferably, in the above-mentioned welding method, the first step includes arranging a plurality of nozzles in a row to form a row of a coolant in a curtain shape, and passing the row of the coolant along a path through which a welding electrode has passed. A welding method is provided, wherein the welding method is a procedure for applying the welding along.

【0011】また好ましくは、前記の溶接方法におい
て、前記冷却材を霧状に噴出させるノズルにより霧状に
して当てさせることを特徴とする溶接方法が提供され
る。
[0011] Preferably, in the above welding method, there is provided a welding method characterized in that the coolant is sprayed in a mist state by a nozzle for spraying the coolant in a mist state.

【0012】また好ましくは、前記の溶接方法におい
て、ノズルから噴出する冷却材は、加圧手段により加圧
されていることを特徴とする溶接方法が提供される。
Preferably, in the above-mentioned welding method, the coolant jetted from the nozzle is pressurized by pressurizing means.

【0013】さらに好ましくは、前記の溶接方法におい
て、ノズルから噴出する冷却材は、冷却手段により冷却
されていることを特徴とする溶接方法が提供される。
[0013] More preferably, in the above welding method, there is provided a welding method characterized in that a coolant jetted from a nozzle is cooled by cooling means.

【0014】さらに好ましくは、前記の溶接方法におい
て、溶接パスの周囲を断熱材で覆い、前記第1の手順
は、溶接パスの周囲を断熱材で覆ったのちに冷却材を吹
き付けることを特徴とする溶接方法が提供される。
[0014] More preferably, in the above welding method, the periphery of the welding path is covered with a heat insulating material, and the first step is characterized in that the periphery of the welding path is covered with a heat insulating material and then a coolant is sprayed. A welding method is provided.

【0015】また好ましくは、前記の溶接方法におい
て、溶接電極の位置と霧状の冷却材を当てる領域の位置
との間にシールドガスをカーテン状に噴射することを特
徴とする溶接方法が提供される。
Preferably, in the above welding method, a shielding gas is injected in a curtain shape between a position of a welding electrode and a position of a region where a mist-like coolant is applied. You.

【0016】さらに好ましくは、前記の溶接方法におい
て、溶接電極の位置と霧状の冷却材を当てる領域の位置
との間に遮蔽物を設けることを特徴とする溶接方法が提
供される。
More preferably, in the above-mentioned welding method, there is provided a welding method, wherein a shield is provided between a position of a welding electrode and a position of a region where a mist-like coolant is applied.

【0017】また好ましくは、前記の溶接方法におい
て、冷却材として水を用いることを特徴とする溶接方法
が提供される。
Preferably, in the above welding method, a welding method is provided, wherein water is used as a coolant.

【0018】さらに好ましくは、前記の溶接方法におい
て、冷却材は水であることと、平均流速が毎分40ml
以上800ml以下であるように加圧されていること
と、を特徴とする溶接方法が提供される。
More preferably, in the above welding method, the coolant is water and the average flow rate is 40 ml / min.
A welding method characterized by being pressurized so as to be at least 800 ml or less.

【0019】さらに好ましくは、前記の溶接方法におい
て、冷却材は水であることと、平均流速が毎分40ml
以上80ml以下であるように加圧されていることとを
特徴とする溶接方法が提供される。
More preferably, in the above welding method, the coolant is water and the average flow rate is 40 ml / min.
The welding method is characterized by being pressurized so as to be 80 ml or less.

【0020】また、好ましくは、前記の溶接方法におい
て、溶接する鋼材が炭素鋼または低合金鋼のとき、昇温
した表面領域の温度が600℃以上で冷却を開始するこ
とを特徴とする溶接方法が提供される。
Preferably, in the above welding method, when the steel material to be welded is carbon steel or low alloy steel, cooling is started when the temperature of the heated surface region is 600 ° C. or more. Is provided.

【0021】また、好ましくは、前記の溶接方法におい
て、溶接する鋼材がステンレス鋼のとき、昇温した表面
領域の温度が800℃以上で冷却を開始することを特徴
とする溶接方法が提供される。
Preferably, in the above welding method, when the steel material to be welded is stainless steel, cooling is started when the temperature of the heated surface region is 800 ° C. or more. .

【0022】本発明の第2の目的を達成するために、溶
接装置と、低温ガスとそれを貯蔵する容器と、ガスの加
圧手段と、溶接電極までガスを搬送する手段と、ガスを
吹き出すためのノズルと、を装備した溶接装置が提供で
きる。
In order to achieve the second object of the present invention, a welding apparatus, a low-temperature gas and a container for storing the same, a gas pressurizing means, a means for transporting a gas to a welding electrode, and a gas blowout And a welding device equipped with the nozzle.

【0023】・・一般に、原子炉圧力容器構造物には、
機械加工や溶接等により降伏応力に近い引張り残留応力
が始めから存在していることが多い。本発明において
は、引張り応力状態の溶接部表面の領域に対し、第1の
手順で表面領域の冷却を行うことにより、この領域にお
いて水流が当っている表面層のみが低温となり表面層直
下とのあいだに過渡的な温度差ΔTが発生する。よっ
て、この表面層に引張りの熱衝撃応力が加わって引張り
ひずみが生じるとともに表面層が部分的に降伏する。そ
して、第2の手順で冷却が停止されて昇温されることに
より、この温度差ΔTがなくなり熱衝撃応力が消失する
ので、溶接部表面は部分的降伏状態から弾性的に変形が
戻り引張り応力が緩和された状態もしくは圧縮残留応力
状態に改善される。
.. Generally, the reactor pressure vessel structure includes:
A tensile residual stress close to the yield stress often exists from the beginning due to machining or welding. In the present invention, by cooling the surface area in the first step with respect to the area of the welded part surface in the tensile stress state, only the surface layer that is hit by the water flow in this area has a low temperature, and the area just below the surface layer is reduced. Meanwhile, a transient temperature difference ΔT occurs. Therefore, a tensile thermal shock stress is applied to the surface layer to generate tensile strain, and the surface layer partially yields. Then, when the cooling is stopped and the temperature is raised in the second procedure, the temperature difference ΔT disappears and the thermal shock stress disappears, so that the surface of the welded portion is elastically deformed from a partially yielded state and the tensile stress is reduced. Is reduced to a relaxed state or a compressive residual stress state.

【0024】また、第1の手順で昇温した表面領域に対
しノズルから低温の冷却材を噴出させ冷却材が当ってい
る領域を冷却することにより所定の温度までの急冷が可
能となる。第2の手順で表面領域に対し冷却材を当てさ
せること停止することにより、所定の温度に達した段階
で急冷を停止することを実現できる。
Further, a low-temperature coolant is ejected from the nozzle to the surface region heated in the first procedure to cool the region where the coolant is in contact, thereby enabling rapid cooling to a predetermined temperature. By stopping the application of the coolant to the surface area in the second procedure, it is possible to stop the rapid cooling when the temperature reaches a predetermined temperature.

【0025】また、第2の手順で低温水を噴出しつつノ
ズルを移動し、溶接部表面の別の昇温した表面領域に当
てさせることにより、ノズルからの低温水の噴出を停止
することなく、表面領域に対する低温水を当てさせるこ
とを停止する第2の手順を実現できる。
In the second procedure, the nozzle is moved while jetting low-temperature water, and is applied to another heated surface area of the surface of the welded portion, so that the jet of low-temperature water from the nozzle is not stopped. A second procedure for stopping the application of the low-temperature water to the surface region can be realized.

【0026】また、第2の手順でノズルからの低温水の
噴出を停止することにより、ノズルを移動することな
く、表面領域に対する低温水を当てさせることを停止す
る第2の手順を実現できる。
Further, by stopping the jetting of the low-temperature water from the nozzle in the second procedure, the second procedure of stopping the application of the low-temperature water to the surface area without moving the nozzle can be realized.

【0027】さらに、第1の手順で複数のノズルを一列
に並べてカーテン状の水滴の列をつくり、前記水滴の列
を溶接電極が通過したパスに沿って当てさせ、かつ第2
の手順は前記水滴の列が当っている領域を移動すること
により溶接部表面の別の昇温した表面領域に当てさせる
ことにより、溶接部表面の冷却を一定時間維持すること
を実現できる。
Further, in the first procedure, a plurality of nozzles are arranged in a line to form a curtain-shaped row of water drops, the row of water drops is applied along the path through which the welding electrode has passed, and
By moving the area where the row of the water droplets hits, it is possible to realize that the cooling of the surface of the welded portion is maintained for a certain period of time by moving it to another heated surface area of the surface of the welded portion.

【0028】また、前述の低温水を霧状に噴出させるノ
ズルにより霧状にして当てさせることにより溶接作業の
際に周囲への低温水の散逸を抑え、作業性の向上を実現
することができる。
Further, by spraying the low-temperature water in the form of mist by means of the above-mentioned nozzle for spraying the low-temperature water in the form of mist, it is possible to suppress the diffusion of the low-temperature water to the surroundings during the welding operation and to improve the workability. .

【0029】また、前述のノズルから噴出する低温水
を、加圧手段により加圧することにより、低温水を溶接
部表面の昇温した表面領域でノズルから噴出した低温水
が膜沸騰を起こし冷却の効率低下を防止することが実現
できる。
The low-temperature water jetted from the nozzle is pressurized by the pressurizing means, so that the low-temperature water jetted from the nozzle in the surface region of the welded portion where the temperature has risen causes film boiling and cooling. It is possible to prevent a decrease in efficiency.

【0030】また、前述のノズルから噴出する低温水を
冷却手段により冷却しておくことにより、溶接部表面の
昇温した表面領域で気化潜熱のほかに低温から沸点まで
の温度上昇に必要な熱を吸収することができ、局所的な
急冷を実現することができる。
Further, by cooling the low-temperature water jetted from the nozzle by the cooling means, in addition to the latent heat of vaporization in the heated surface region of the surface of the weld, the heat required to raise the temperature from low temperature to the boiling point is obtained. Can be absorbed, and local quenching can be realized.

【0031】さらに、溶接パスの周囲を断熱材で覆い、
ノズルから噴出した低温水を当てる領域を限定すること
により、溶接部表面の昇温した表面領域で局所的な急冷
を実現することができる。
Further, the periphery of the welding path is covered with a heat insulating material,
By limiting the area to which the low-temperature water spouted from the nozzle is applied, local rapid cooling can be realized in the heated surface area of the welded part surface.

【0032】また、溶接電極の位置と霧状の冷却材を当
てる領域の位置との間にシールドガスをカーテン状に噴
射することにより、冷却材が電極に巻き込まれることの
防止を実現することができる。
Further, by injecting a shielding gas in a curtain shape between the position of the welding electrode and the position of the region where the mist-like coolant is applied, it is possible to prevent the coolant from being caught in the electrode. it can.

【0033】さらに、溶接電極の位置と霧状の冷却材を
当てる領域の位置との間に遮蔽物を設けることにより、
冷却材が溶接電極に巻き込まれる頻度を小さくするのを
実現することができる。
Further, by providing a shield between the position of the welding electrode and the position of the region where the mist-like coolant is applied,
It is possible to reduce the frequency at which the coolant is caught in the welding electrode.

【0034】また、冷却材として水を用いることにより
冷却材を安価に準備することが可能となる。
Further, by using water as the coolant, it is possible to prepare the coolant inexpensively.

【0035】また、冷却材は水であることと、平均流速
が毎分40ml以上800ml以下であるように加圧さ
れていること、により十分な冷却効果を発揮することが
可能となる。
Further, since the coolant is water and is pressurized so that the average flow rate is 40 ml or more and 800 ml or less per minute, a sufficient cooling effect can be exhibited.

【0036】さらに、平均流速が毎分40ml以上80
ml以下であるように加圧されていることにより、十分
な冷却機能を維持しながら、溶接を実施している周囲に
飛散する余剰な水を削減することが可能となる。
Further, the average flow rate is 40 ml / min.
By being pressurized so as to be equal to or less than ml, it is possible to reduce excess water scattered around the welding while maintaining a sufficient cooling function.

【0037】また、被溶接材が炭素鋼または低合金鋼の
とき、昇温した表面領域の温度が600℃以上の段階で
冷却を開始することにより、焼入れの効果を発生させる
ことが可能となる。
When the material to be welded is carbon steel or low alloy steel, cooling is started at a stage where the temperature of the heated surface region is 600 ° C. or higher, whereby the effect of quenching can be generated. .

【0038】さらに、被溶接材がステンレス鋼のとき、
昇温した表面領域の温度が800℃以上の段階で冷却を
開始することにより表面領域の鋭敏化を低減することが
可能となる。
Further, when the material to be welded is stainless steel,
By starting the cooling at the stage where the temperature of the heated surface region is 800 ° C. or more, it is possible to reduce the sensitivity of the surface region.

【0039】装置の発明としては、溶接電極と、溶接電
極の駆動機構と、低温水を噴射するノズルと、低温水の
冷却手段と、低温水を加圧する手段と、低温水の周囲に
シールドガスをカーテン状に噴霧する手段と、溶接パス
が通過する位置を挟む領域を断熱材で覆う手段とにより
熱衝撃応力を発生させる作用が得られる。
The invention of the apparatus includes a welding electrode, a drive mechanism for the welding electrode, a nozzle for injecting low-temperature water, a cooling means for low-temperature water, a means for pressurizing low-temperature water, and a shielding gas around the low-temperature water. The effect of generating thermal shock stress can be obtained by means for spraying the material in a curtain shape and means for covering a region sandwiching the position where the welding path passes with a heat insulating material.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図1から
図10により説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0041】まず、本発明の原理を示すための実施例を
図2により説明する。図2は、開先加工を施した鋼材2
1を突合せ溶接した場合である。複数パスの溶接を実施
し、最終パス23を積層するための電極が通過した直後
の断面を示している。溶接の対象を仮にオーステナイト
ステンレス鋼とすると、30kJ/cm程度の入熱では、最終
パスは800℃以上に昇温している。溶接電極が断面を通
過してから50秒の時間間隔をおくと断面は約300℃でほ
ぼ一様な温度分布となる。溶接電極が通過した後に50秒
の時間間隔をおいて、断面がほぼ一様な温度分布となっ
た状態で、ノズル11から水流を噴出させて表面に当て
させる。ここで、ノズル11から噴出させる水は冷却手
段32により冷却され、さらに高圧ポンプ31により加
圧されている。30秒経過した段階でノズルからの水を停
止する。図3は、この過程での板厚さ方向の過渡的な温
度分布を示したものである。水流が当る直前までは、直
線aで示されるように板厚さ方向に温度分布はない。表
面に水流があたると表面は冷却され温度が降下し、板厚
さ方向の温度分布は曲線bで示される分布になる。水流
が当るのを停止することにより、板厚さ方向の温度分布
は曲線cを経てdになる。
First, an embodiment for illustrating the principle of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows a grooved steel material 2
No. 1 was butt-welded. The cross section immediately after the electrode for laminating the final pass 23 has been passed after performing the welding of a plurality of passes is shown. Assuming that the welding target is austenitic stainless steel, with a heat input of about 30 kJ / cm, the temperature of the final pass rises to 800 ° C or more. When a time interval of 50 seconds is passed after the welding electrode passes through the cross section, the cross section has a substantially uniform temperature distribution at about 300 ° C. At a time interval of 50 seconds after the passage of the welding electrode, a water stream is ejected from the nozzle 11 to make the cross-section have a substantially uniform temperature distribution and hit the surface. Here, the water jetted from the nozzle 11 is cooled by the cooling means 32 and is further pressurized by the high-pressure pump 31. After 30 seconds, stop the water from the nozzle. FIG. 3 shows a transient temperature distribution in the plate thickness direction in this process. Immediately before the water flow hits, there is no temperature distribution in the plate thickness direction as shown by the straight line a. When a water stream hits the surface, the surface is cooled and the temperature drops, and the temperature distribution in the plate thickness direction becomes the distribution shown by the curve b. By stopping the flow of the water flow, the temperature distribution in the plate thickness direction becomes d via the curve c.

【0042】次に、本実施例の残留応力改善作用を図4
を用いて説明する。図4は、材料の応力σ-ひずみε曲
線である。縦軸の応力は上方が引張応力、下方が圧縮応
力を表し、横軸のひずみは右方向が引張ひずみ、左方向
が圧縮ひずみを表す。一般に、溶接では金属体の表面に
降伏応力程度の引張り残留応力が存在していることが多
い。この初期状態は図4の応力−ひずみ曲線上では点
で表される。そして、溶接領域の表面は、溶接終了直後
は高温であるが、ノズルからの水流を当てる一定の領域
は、上記のように水流で急冷されることにより表面層直
下との間に過渡的な温度差ΔTを発生する。そしてこの
表面層に熱衝撃による引張応力と引張ひずみが発生す
る。このときの引張ひずみΔεおよび引張応力Δσはそ
れぞれ、
Next, the action of the present embodiment for improving the residual stress is shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a stress σ-strain ε curve of a material. The stress on the vertical axis indicates tensile stress on the upper side and compressive stress on the lower side, and the strain on the horizontal axis indicates tensile strain in the right direction and compressive strain in the left direction. Generally, in welding, a tensile residual stress such as a yield stress is often present on the surface of a metal body. This initial state is represented by a point on the stress-strain curve of FIG. The surface of the welding area has a high temperature immediately after the end of welding, but a certain area to which the water flow from the nozzle is applied is subjected to a transient temperature between immediately below the surface layer by being rapidly cooled by the water flow as described above. Generates the difference ΔT. Then, tensile stress and tensile strain due to thermal shock are generated in this surface layer. At this time, the tensile strain Δε and the tensile stress Δσ are respectively

【0043】[0043]

【数1】Δε={α×ΔT/(1−ν)}×F Δσ=E×Δε α:線膨張係数 ν:ポアソン比 F:ひずみ拘束度係数 E:縦弾性係数 で表される。ここでオーステナイトステンレス鋼の溶接
の場合、線膨張係数α=17×10~6、ポアソン比ν=0.3、
ひずみ拘束度係数F=1、E=2×105MPaとし、また
ΔTを200℃とすると、発生する引張ひずみΔε=4.9×1
0~3となり、また引張応力Δσ=980 MPaとなる。このと
き金属体に加工等による初期残留応力が存在しなけれ
ば、金属体に約980 MPaの熱衝撃応力がそのまま発生す
ることになるが、前述のようにすでに降伏応力に近い引
張応力が残留している場合は、Δεのひずみが加わる一
方で表面層は部分的に降伏するので応力はそれほど高く
はならず、すなわち図4において点から点へと移動
する。その後、急冷された領域が水流を当てるのを停止
することにより、周囲の高温領域からの熱伝導により昇
温され、過渡的に生じた温度差ΔTは消失する。よって
先に発生した熱衝撃応力が消失し、表面層の衝突領域は
部分的降伏状態から弾性拘束により弾性的に変形が戻
り、図4においてからへと移動する。すなわち、本
実施例の残留応力改善方法においては、以上の原理によ
り、はじめの引張残留応力状態であったものを、の
圧縮残留応力に改善することができる。なお、噴霧する
水滴の温度があまり低温でない場合、または表面層と表
面層直下との過渡的温度差ΔTが比較的低い場合であっ
ても、その値に応じて図4における点から点、点
から点のように変化させることができ、初期の引張残
留応力である点の状態からより引張応力の小さいの
状態へと改善することができる。
Δ1 = {α × ΔT / (1-ν)} × F Δσ = E × Δε α: linear expansion coefficient ν: Poisson's ratio F: strain constraint factor E: longitudinal elastic modulus Here, in the case of welding of austenitic stainless steel, the coefficient of linear expansion α = 17 × 10 to 6, the Poisson's ratio ν = 0.3,
Assuming that the strain constraint factor F = 1 and E = 2 × 105 MPa, and ΔT is 200 ° C., the generated tensile strain Δε = 4.9 × 1
0 to 3, and the tensile stress Δσ = 980 MPa. At this time, if there is no initial residual stress due to processing etc. in the metal body, a thermal shock stress of about 980 MPa will be generated in the metal body as it is, but as described above, a tensile stress close to the yield stress already In this case, the stress does not increase so much because the surface layer partially yields while the strain of Δε is applied, that is, it moves from point to point in FIG. Thereafter, the quenched region is stopped from being exposed to the water flow, so that the temperature is raised by heat conduction from the surrounding high-temperature region, and the transiently generated temperature difference ΔT disappears. Therefore, the previously generated thermal shock stress disappears, and the collision region of the surface layer is elastically deformed by the elastic constraint from the partial yield state, and moves to the left in FIG. That is, in the method for improving residual stress according to the present embodiment, the initial residual tensile stress state can be reduced to the compressive residual stress according to the above principle. Even if the temperature of the water droplet to be sprayed is not very low, or if the transient temperature difference ΔT between the surface layer and immediately below the surface layer is relatively low, the points in FIG. From the point, which is the initial tensile residual stress, to the state of lower tensile stress.

【0044】溶接電極が断面を通過してから時間間隔を
おかないで、ノズルから水流を噴出させて表面に当てさ
せる場合の板厚さ方向の応力分布の過渡的な変化を図5
に示す。この場合も、表面領域と表面層直下の領域に温
度差ΔTを発生することができ、したがって初期の引張
残留応力が大きい状態から引張応力の小さい状態へと改
善することができる。
FIG. 5 shows a transient change in the stress distribution in the plate thickness direction when a water flow is ejected from the nozzle and applied to the surface without leaving a time interval after the welding electrode passes through the cross section.
Shown in Also in this case, a temperature difference ΔT can be generated between the surface region and the region immediately below the surface layer, and therefore, the state where the initial tensile residual stress is large can be improved to a state where the tensile stress is small.

【0045】次に、上記原理に基づく本発明の実施例を
図6と図1とを用いて説明する。本実施例は、自動TIG
溶接機による溶接を実施する際に上記原理に基づき残留
応力の改善を行うものである。本実施例では、溶接装置
を誘導するため誘導レール43上にレールガイド44、
駆動用モータ41を介して移動モジュールが設置されて
いる。駆動用モータ41は電極移動制御手段36により
移動速度が制御される。電極移動制御手段36の一例と
しては、駆動用モータの回転数を専用の処理ユニットを
搭載したパーソナルコンピュータを挙げられる。移動モ
ジュールからは、溶接電極1と冷却水噴出用ノズル11
とがそれぞれ支持材45を介して設置されている。
Next, an embodiment of the present invention based on the above principle will be described with reference to FIGS. This embodiment uses an automatic TIG
When welding is performed by a welding machine, the residual stress is improved based on the above principle. In this embodiment, a rail guide 44 is provided on a guide rail 43 for guiding a welding device.
A moving module is provided via a driving motor 41. The moving speed of the drive motor 41 is controlled by the electrode movement control means 36. An example of the electrode movement control means 36 is a personal computer equipped with a dedicated processing unit for controlling the number of rotations of the drive motor. From the moving module, the welding electrode 1 and the cooling water jet nozzle 11
Are provided via support members 45, respectively.

【0046】溶接電極部には図1に詳細を示すように、
タングステン電極1、不活性ガスノズル3、溶接ワイヤ
供給機構6が設置されている。タングステン電極1には
溶接電源7から溶接条件に対応した電流と電圧が供給さ
れる。不活性ガスノズル3からはガスボンベなどの不活
性ガス供給手段34から、例えばアルゴンなどの不活性
ガスが噴出される。溶接ワイヤ供給機構6からは、ワイ
ヤ供給制御手段により溶接条件に対応した送り速度で溶
接ワイヤ2が供給される。以上の機構により溶接パスを
置く過程が実施される。
As shown in detail in FIG.
A tungsten electrode 1, an inert gas nozzle 3, and a welding wire supply mechanism 6 are provided. A current and a voltage corresponding to welding conditions are supplied to the tungsten electrode 1 from a welding power source 7. From the inert gas nozzle 3, an inert gas such as argon is jetted from an inert gas supply means 34 such as a gas cylinder. From the welding wire supply mechanism 6, the welding wire 2 is supplied by the wire supply control means at a feed rate corresponding to the welding conditions. The process of placing a welding path is performed by the above mechanism.

【0047】冷却水噴出用ノズル11が移動モジュール
から支持材45を介して設置されている。冷却水噴出用
ノズル11は、移動モジュールの進行方向に対して電極
1より後方に設置されている。冷却水噴出ノズル11に
は、導管を介して冷却水供給手段30により冷却水が供
給され溶接パスまたはその周辺の溶接入熱により昇温し
た領域に当てられる。このようにして溶接入熱後の高温
領域に水流の噴出を当てながら移動モジュールが駆動用
レール43を走行する。
The cooling water jetting nozzle 11 is provided from the moving module via a support member 45. The cooling water jet nozzle 11 is provided behind the electrode 1 with respect to the traveling direction of the moving module. Cooling water is supplied to the cooling water jet nozzle 11 by a cooling water supply means 30 via a conduit, and is applied to a welding path or a region around the welding path heated by welding heat input. In this way, the moving module travels on the drive rail 43 while applying the jet of the water flow to the high-temperature region after the welding heat input.

【0048】本実施例によれば、溶接入熱により昇温し
た表面領域に対して、後続する冷却水噴出用ノズル11
からの水流が当てられるので、水流が当る領域は急冷さ
れる。急冷により熱衝撃応力が加わって引張ひずみが生
じるとともに表面層が部分的に降伏する。その後、ノズ
ル11が移動されてその部分的に降伏した領域に水流が
当らなくなり、周囲と同じ温度差になるために熱衝撃応
力は消失するので、変形は弾性的になくなり、引張応力
が緩和された状態もしくは圧縮応力が発生した状態の残
留応力分布とすることができる。
According to the present embodiment, the cooling water jet nozzle 11
The area from which the water flow hits is quenched because the water flow from the water flow is applied. The quenching applies a thermal shock stress to generate tensile strain and partially yield the surface layer. Thereafter, the nozzle 11 is moved and the water flow does not hit the partially yielded area, and the temperature difference becomes the same as the surrounding area, so that the thermal shock stress disappears. Therefore, the deformation is not elastic and the tensile stress is relaxed. It can be a residual stress distribution in a state where a compression stress is generated or in a state where the compression stress is generated.

【0049】上記実施例においては冷却水噴出用ノズル
11から噴出される水の温度を20℃としたが、水の温度
は低温であるほど表面領域の急冷を図ることができるた
め、引張残留応力低減の十分な効果を期待できるので、
水の温度としては0〜10℃程度が望ましい。水の冷却手
段としては、供給容器のなかに氷を入れておき、氷の溶
融潜熱により0℃まで冷却する方法が容易な手段として
挙げられる。
In the above embodiment, the temperature of the water jetted from the cooling water jetting nozzle 11 was set to 20 ° C. However, the lower the temperature of the water, the quicker the surface area can be cooled. Since a sufficient effect of reduction can be expected,
The temperature of water is preferably about 0 to 10 ° C. As a means for cooling water, a method in which ice is put in a supply container and cooled to 0 ° C. by the latent heat of melting of ice is mentioned as an easy means.

【0050】上記実施例において、冷却水噴出用ノズル
11から噴出される水は昇温した表面領域で沸騰し蒸発
する。初期温度から沸点までの温度上昇のための熱量
と、蒸発潜熱と、により表面領域を急冷する。そのた
め、ノズルから噴出される水流の流量は蒸発してしまう
量よりも十分多い方が応力低減効果を期待できる。ま
た、流量が十分多い場合、水が表面領域で膜沸騰状態と
なり表面領域を十分に冷却できない状態の発生を回避す
ることができる。
In the above embodiment, the water jetted from the cooling water jet nozzle 11 boils and evaporates in the heated surface area. The surface area is rapidly cooled by the amount of heat for raising the temperature from the initial temperature to the boiling point and the latent heat of evaporation. Therefore, when the flow rate of the water flow ejected from the nozzle is sufficiently larger than the amount that evaporates, a stress reduction effect can be expected. In addition, when the flow rate is sufficiently high, it is possible to avoid a state in which water is in a film boiling state in the surface region and the surface region cannot be sufficiently cooled.

【0051】上記の表面冷却を十分に行うための流量を
確保するために、ノズルから噴出する水量を毎分40ml以
上800ml以下となるように加圧手段31により加圧して
ノズル11から噴出することが望ましい。
In order to secure a flow rate for sufficiently performing the above-mentioned surface cooling, the amount of water jetted from the nozzle is increased by the pressurizing means 31 so as to be 40 ml or more and 800 ml or less per minute. Is desirable.

【0052】また、十分な急冷能力を維持し、かつ周囲
に散逸する冷却水の量を最小にするために、毎分40ml以
上80ml以下となるように加圧手段31により加圧してノ
ズル11から噴出することが望ましい。
Further, in order to maintain a sufficient quenching capacity and minimize the amount of cooling water scattered to the surroundings, the pressure from the nozzle 11 is increased by 40% to 80 ml per minute by the pressure means 31. It is desirable to squirt.

【0053】溶接入熱の後、ノズル11から噴出する水
流を当てることによる急冷を開始するときのタイミング
として、被溶接材がステンレス鋼の場合は、表面領域が
800℃以上で急冷を開始すると鋭敏化を軽減することが
可能となる。被溶接材が低合金鋼または炭素鋼の場合
は、表面領域が600℃以降で急冷を開始すると表面領域
を硬化させることが可能となる。
After the heat input of the welding, when the quenching is started by applying the water jet spouting from the nozzle 11, when the material to be welded is stainless steel,
When quenching is started at 800 ° C. or more, sensitization can be reduced. When the material to be welded is a low alloy steel or a carbon steel, the surface region can be hardened when the surface region starts quenching at 600 ° C. or higher.

【0054】上記実施例では、ノズル11から水流を噴
出して冷却したが、図7に示す形態のノズル17を用い
て霧状にして噴出し、溶接入熱により昇温した表面領域
に当ててもよい。霧状にして噴出して表面領域に当てる
ことにより、水流を用いた場合と比較して周囲に飛散す
る水量を少なくして急冷を行うことが可能となる。
In the above embodiment, the water stream is jetted from the nozzle 11 to cool it. However, the water jet is jetted in the form of a mist using the nozzle 17 shown in FIG. Is also good. By spraying in the form of a mist and hitting the surface area, it becomes possible to reduce the amount of water scattered to the surroundings and to perform rapid cooling as compared with the case where a water flow is used.

【0055】上記実施例の変形実施例を図8に示す。本
実施例では霧状にして噴出するノズルを一列に並べてカ
ーテン状の形態として、昇温した表面領域に当て冷却す
る。冷却水が当る領域が進行方向に沿って長くなり、し
たがって移動モジュールの速度が一定でも、急冷すべき
断面に長時間冷却水を当てることが可能となる。
FIG. 8 shows a modification of the above embodiment. In the present embodiment, the nozzles ejected in the form of a mist are arranged in a line to form a curtain, and the nozzle is cooled against the heated surface area. The area to which the cooling water is applied becomes longer along the traveling direction, so that even when the speed of the moving module is constant, the cooling water can be applied to the section to be quenched for a long time.

【0056】なお、上記の変形実施例では霧状にして噴
出するノズル17を一列に並べて移動モジュールととも
に移動しながら、ノズル17から噴出される霧状にして
噴出することにより急冷したが、溶接パスの長さが短い
場合には最初に溶接を行い、移動モジュールを停止した
後に昇温した表面領域に対して霧状にした水流を当て、
その後霧状の水流を停止することにより引張残留応力を
低減する効果を期待することができる。
In the above-described modified embodiment, the nozzles 17 ejected in the form of a mist are arranged in a line and are moved together with the moving module, while being rapidly cooled by being ejected in the form of a mist ejected from the nozzles 17, but the welding path is increased. If the length is short, perform welding first, then apply a mist of water to the heated surface area after stopping the transfer module,
Thereafter, the effect of reducing the residual tensile stress can be expected by stopping the mist-like water flow.

【0057】上記の実施例とその変形実施例では、急冷
に用いる水が溶接電極または電極直下の溶融池に飛散
し、それを巻き込む場合が発生する。これの防止を考慮
した実施例を図9と図10とにより説明する。溶接電極
1と冷却水を噴出するノズル17との間に遮蔽物19を
設置し、またシールドガスを溶接電極とノズルとを結ぶ
直線に対して直交する方向に一列に並べてカーテン状の
流れを形成させ、飛散してくる冷却水流および水滴を電
極から遠ざけることができる。遮蔽物の設置と、シール
ドガスのカーテン状の流れと、の両方を用いるのが最も
望ましいが、それぞれ単体で用いても効果は期待でき
る。遮蔽物の一例として厚さ0.1mmのステンレス薄板を
用いるのが容易な方法である。カーテン状の流れを形成
するためには加圧した空気を用いるのが容易な方法であ
る。
In the above-described embodiment and its modified embodiments, water used for quenching may scatter to the welding electrode or the molten pool immediately below the electrode and be involved therein. An embodiment in which this is prevented will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. A shield 19 is provided between the welding electrode 1 and the nozzle 17 for jetting cooling water, and a shielding gas is arranged in a line in a direction perpendicular to a straight line connecting the welding electrode and the nozzle to form a curtain-shaped flow. Thus, the scattered cooling water flow and water droplets can be kept away from the electrode. It is most desirable to use both the installation of the shield and the curtain-like flow of the shielding gas, but the effect can be expected even if each is used alone. It is an easy method to use a stainless thin plate having a thickness of 0.1 mm as an example of the shield. It is an easy method to use pressurized air to form a curtain-like flow.

【0058】上記の実施例では、溶接入熱により昇温し
た表面領域に対して水流または霧状の水流を当てること
により表面に熱衝撃応力を発生させて引張残留応力の低
減を図った。冷却する領域を限定することにより熱衝撃
応力を効率的に発生させる効果が期待できる。冷却する
領域を限定するに、溶接パスの周囲を断熱材で覆った後
に溶接入熱を実施し、その後急冷することにより所定の
効果を実現することができる。
In the above embodiment, thermal shock stress is generated on the surface by applying a water flow or a mist-like water flow to the surface region heated by the welding heat input, thereby reducing the tensile residual stress. By limiting the region to be cooled, an effect of efficiently generating thermal shock stress can be expected. In order to limit the area to be cooled, a predetermined effect can be achieved by performing welding heat input after covering the periphery of the welding path with a heat insulating material and then rapidly cooling.

【0059】[0059]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、次の効果が得
られる。すなわち、第1の手順で、この引張応力残留状
態の溶接部表面の領域に対し冷却を行うので、表面層に
引張の熱衝撃応力が加わって引張りひずみが生じるとと
もに表面層が部分的に降伏する。そして、第2の手順で
冷却が終了し周囲からの熱伝導により昇温されるので、
熱衝撃応力が消失して、急冷した領域の表面層は部分的
降伏状態から弾性的に変形が戻り、引張応力が緩和され
た状態若しくは圧縮残留応力状態に改善される。
According to the first aspect of the present invention, the following effects can be obtained. That is, in the first procedure, since cooling is performed on the area of the welded portion surface in the residual state of the tensile stress, tensile thermal shock stress is applied to the surface layer to generate tensile strain and the surface layer partially yields . Then, in the second step, cooling is completed and the temperature is increased by heat conduction from the surroundings,
The thermal shock stress disappears, and the surface layer in the quenched region is elastically deformed from a partially yielded state, and is improved to a state where the tensile stress is relaxed or a state of the compressive residual stress.

【0060】請求項2の発明によれば、第1の手順で昇
温した表面領域に対しノズルから低温の冷却材を噴出さ
せ冷却材が当っている領域を冷却することにより所定の
温度までの急冷が可能となる。第2の手順で表面領域に
対し冷却材を当てさせること停止することにより、所定
の温度に達した段階で急冷を停止することを実現でき
る。
According to the second aspect of the present invention, a low-temperature coolant is jetted from the nozzle to the surface area heated in the first procedure, and the area where the coolant is hit is cooled to a predetermined temperature. Rapid cooling becomes possible. By stopping the application of the coolant to the surface area in the second procedure, it is possible to stop the rapid cooling when the temperature reaches a predetermined temperature.

【0061】請求項3の発明によれば、第2の手順で低
温水を噴出しつつノズルを移動し、溶接部表面の別の昇
温した表面領域に当てさせることにより、ノズルからの
低温水の噴出を停止することなく、表面領域に対する低
温水を当てさせることを停止する第2の手順を実現でき
る。また、作業を連続して実施することが可能となるた
め、短時間での作業を実現できる。
According to the third aspect of the present invention, the nozzle is moved while jetting the low-temperature water in the second procedure, and is applied to another heated surface region of the surface of the welded portion. A second procedure for stopping the application of the low-temperature water to the surface region without stopping the ejection of the water can be realized. In addition, since the work can be continuously performed, the work can be performed in a short time.

【0062】請求項4の発明によれば、第2の手順でノ
ズルからの低温水の噴出を停止することにより、ノズル
を移動することなく、表面領域に対する低温水を当てさ
せることを停止する手順を容易に実現できる。
According to the fourth aspect of the present invention, the step of stopping the jetting of the low-temperature water from the nozzle in the second step to stop the application of the low-temperature water to the surface area without moving the nozzle. Can be easily realized.

【0063】請求項5の発明によれば、第1の手順で複
数のノズルを一列に並べてカーテン状の水滴の列をつく
り、前記水滴の列を溶接電極が通過したパスに沿って当
てさせ、かつ第2の手順は前記水滴の列が当っている領
域を移動することにより溶接部表面の別の昇温した表面
領域に当てさせることにより、溶接部表面の冷却を一定
時間維持することを実現できる。
According to the fifth aspect of the present invention, a plurality of nozzles are arranged in a row in the first procedure to form a row of curtain-shaped water droplets, and the row of water drops is applied along the path through which the welding electrode has passed. And the second procedure realizes maintaining the cooling of the welded part surface for a certain period of time by moving the area where the row of the water droplets hits and hitting it to another heated surface area of the welded part surface. it can.

【0064】請求項6の発明によれば、前述の低温水を
霧状に噴出させるノズルにより霧状にして当てさせるこ
とにより溶接作業の際に周囲への低温水の飛散を抑え、
作業性の向上を実現することができる。
According to the invention of claim 6, by spraying the low-temperature water in the form of a mist by spraying the low-temperature water in the form of a mist, the scattering of the low-temperature water to the surroundings during the welding operation is suppressed.
Workability can be improved.

【0065】請求項7の発明によれば、前述のノズルか
ら噴出する低温水を、加圧手段により加圧することによ
り、低温水を溶接部表面の昇温した表面領域でノズルか
ら噴出した低温水が膜沸騰を起こし冷却の効率低下を防
止することが実現できる請求項8の発明によれば、前述
のノズルから噴出する低温水を冷却手段により冷却して
おくことにより、溶接部表面の昇温した表面領域で気化
潜熱のほかに低温から沸点までの温度上昇に必要な熱を
吸収することができ、局所的な急冷を実現することがで
きる。
According to the seventh aspect of the present invention, the low-temperature water jetted from the nozzle is pressurized by the pressurizing means, so that the low-temperature water jetted from the nozzle in the surface region where the temperature of the welded portion is increased. According to the invention of claim 8, it is possible to prevent a decrease in cooling efficiency by causing film boiling, thereby cooling the low-temperature water jetted from the nozzle by the cooling means, thereby increasing the temperature of the surface of the welded portion. In addition to the latent heat of vaporization, the heat required for the temperature rise from a low temperature to the boiling point can be absorbed in the surface region thus set, and local rapid cooling can be realized.

【0066】請求項9の発明によれば、溶接パスの周囲
を断熱材で覆い、ノズルから噴出した低温水を当てる領
域を限定することにより、溶接部表面の昇温した表面領
域で局所的な急冷を実現することができる請求項10の
発明によれば、溶接電極の位置と霧状の冷却材を当てる
領域の位置との間にシールドガスをカーテン状に噴射す
ることにより、冷却材が電極に巻き込まれることの防止
を実現することができる。水素割れ等の溶接の品質低下
を防止することが実現できる。
According to the ninth aspect of the invention, the periphery of the welding path is covered with a heat insulating material, and the area to which the low-temperature water spouted from the nozzle is applied is limited, so that the surface of the welding portion is locally heated at the heated surface area. According to the invention of claim 10, which can realize rapid cooling, the coolant is injected in a curtain shape between the position of the welding electrode and the position of the region to which the mist-like coolant is applied, so that the coolant can be cooled. Can be prevented from being caught in the device. It is possible to prevent deterioration of welding quality such as hydrogen cracking.

【0067】請求項11の発明によれば、溶接電極の位
置と霧状の冷却材を当てる領域の位置との間に遮蔽物を
設けることにより、冷却材が溶接電極に巻き込まれる頻
度を小さくするのを実現することができる。請求項10
の発明と併せて用いることにより溶接部の品質低下を防
止できる。
According to the eleventh aspect of the present invention, by providing a shield between the position of the welding electrode and the position of the region where the mist-like coolant is applied, the frequency with which the coolant is caught in the welding electrode is reduced. Can be realized. Claim 10
By using in combination with the invention of the above, it is possible to prevent the deterioration of the quality of the welded portion.

【0068】請求項12の発明によれば、冷却材として
水を用いることにより冷却材を安価に準備することが可
能となる請求項13の発明によれば、冷却材は水である
ことと、平均流速が毎分40ml以上800ml以下で
あるように加圧されていること、により十分な冷却効果
を発揮することが可能となる。
According to the twelfth aspect of the invention, the use of water as the coolant makes it possible to prepare the coolant at low cost. According to the thirteenth aspect of the invention, the coolant is water, By being pressurized so that the average flow rate is 40 ml or more and 800 ml or less per minute, a sufficient cooling effect can be exhibited.

【0069】請求項14の発明によれば、さらに、平均
流速が毎分40ml以上80ml以下であるように加圧
されていることにより、十分な冷却機能を維持しなが
ら、溶接を実施している周囲に飛散する余剰な水を削減
することが可能となる請求項15の発明によれば、被溶
接材が炭素鋼または低合金鋼のとき、昇温した表面領域
の温度が600℃以上の段階で冷却を開始することによ
り、焼入れの効果を発生させることが可能となる。
According to the fourteenth aspect of the present invention, the welding is performed while maintaining a sufficient cooling function by being pressurized so that the average flow rate is 40 ml or more and 80 ml or less per minute. According to the invention of claim 15, it is possible to reduce excess water scattered to the surroundings, and when the material to be welded is carbon steel or low alloy steel, the temperature of the heated surface region is 600 ° C. or more. By starting the cooling at, the effect of quenching can be generated.

【0070】請求項16の発明によれば、被溶接材がス
テンレス鋼のとき、昇温した表面領域の温度が800℃
以上の段階で冷却を開始することにより表面領域の鋭敏
化を低減することが可能となる。
According to the sixteenth aspect of the present invention, when the material to be welded is stainless steel, the temperature of the heated surface region is 800 ° C.
By starting the cooling at the above stage, it becomes possible to reduce the sensitization of the surface region.

【0071】請求項17の発明によれば、装置の発明と
しては、溶接電極と、溶接電極の駆動機構と、低温水を
噴射するノズルと、低温水の冷却手段と、低温水を加圧
する手段と、低温水の周囲にシールドガスをカーテン状
に噴霧する手段と、溶接パスが通過する位置を挟む領域
を断熱材で覆う手段とにより熱衝撃応力を発生させる作
用が得られる。
According to the seventeenth aspect of the present invention, the invention of the apparatus includes a welding electrode, a driving mechanism of the welding electrode, a nozzle for injecting low-temperature water, a cooling means for low-temperature water, and a means for pressurizing the low-temperature water. In addition, the effect of generating thermal shock stress can be obtained by means for spraying the shielding gas around the low-temperature water in a curtain shape and means for covering the region sandwiching the position where the welding path passes with the heat insulating material.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理を示す実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment illustrating the principle of the present invention.

【図2】本発明の原理を示す実施例による冷却方法の原
理を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view illustrating the principle of a cooling method according to an embodiment illustrating the principle of the present invention.

【図3】本発明の原理を示す実施例による冷却方法で板
厚さ方向に均一な温度分布の断面が冷却されたときの過
渡的な温度分布を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a transitional temperature distribution when a cross section having a uniform temperature distribution in a sheet thickness direction is cooled by a cooling method according to an embodiment illustrating the principle of the present invention.

【図4】図2に示した鋼材の応力−ひずみ曲線図であ
る。
FIG. 4 is a stress-strain curve diagram of the steel material shown in FIG.

【図5】本発明の原理を示す実施例による冷却方法で板
厚さ方向に温度分布が発生している段階で冷却されたと
きの過渡的の温度分布を示す断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a transitional temperature distribution when cooling is performed at a stage where a temperature distribution is generated in a sheet thickness direction by a cooling method according to an embodiment illustrating the principle of the present invention.

【図6】本発明の実施例による溶接方法の構成図であ
る。
FIG. 6 is a configuration diagram of a welding method according to an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施例による冷却水を霧状に噴射する
ノズルを示す図である。
FIG. 7 is a view showing a nozzle for spraying cooling water in a mist state according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施例による霧状に噴射する複数のノ
ズルによる冷却方法を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a cooling method using a plurality of nozzles that spray in a mist state according to an embodiment of the present invention.

【図9】本発明の実施例による冷却水を溶接電極に巻き
込まないための遮蔽方法を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating a shielding method for preventing cooling water from being involved in a welding electrode according to an embodiment of the present invention.

【図10】本発明の実施例による冷却水を溶接電極に巻
き込まないためのシールドガスのノズルと遮蔽板を示す
図である。
FIG. 10 is a view showing a shielding gas nozzle and a shielding plate for preventing cooling water from being involved in a welding electrode according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

…1…溶接電極、2…溶接ワイヤ、3…不活性ガスノズ
ル、4…不活性ガス導管、5…導線、6…溶接ワイヤ供
給装置、7…溶接電源、11…ノズル、12…冷却材導
管、13…霧噴射用ノズルキャップ、14…ノズル孔、
15…内側ノズル孔、16…ゴムパッキン、17…霧噴
射用ノズル、18…加圧空気用ノズル、19…遮蔽板、
21…鋼材、22…溶接金属、23…最終パス、30…
冷却水供給手段、31…冷却水加圧装置、32…水冷却
手段、33…水供給手段、34…不活性ガス供給手段、
35…ワイヤ供給制御手段、36…電極移動制御手段、
37…温度測定装置、38…温度センサ、39…加圧空
気供給手段、41…駆動装置、42…ガイド、43…レ
ール、44…両端ガイド、45…支持材。
1 welding electrode, 2 welding wire, 3 inert gas nozzle, 4 inert gas conduit, 5 conducting wire, 6 welding wire supply device, 7 welding power source, 11 nozzle, 12 coolant channel, 13: nozzle cap for fog spraying, 14: nozzle hole,
15 ... Inner nozzle hole, 16 ... Rubber packing, 17 ... Mist spray nozzle, 18 ... Pressurized air nozzle, 19 ... Shield plate,
21 ... steel material, 22 ... weld metal, 23 ... final pass, 30 ...
Cooling water supply means, 31: cooling water pressurizing device, 32, water cooling means, 33, water supply means, 34, inert gas supply means,
35: wire supply control means, 36: electrode movement control means,
37: temperature measuring device, 38: temperature sensor, 39: pressurized air supply means, 41: driving device, 42: guide, 43: rail, 44: both ends guide, 45: support material.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B23K 103:04 (72)発明者 榎本 邦夫 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 日立エンジニアリングコンサルティング株 式会社内 (72)発明者 石附 敏雄 茨城県日立市幸町三丁目2番1号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 清水 禎人 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 菅野 智 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Fターム(参考) 4E001 AA03 BB06 CA02 CA03 DD01 DG04 DG05 EA02 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) // B23K 103: 04 (72) Inventor Kunio Enomoto 4-6 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Hitachi Engineering Consulting, Ltd. (72) Inventor Toshio Ishizuki 3-2-1 Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Sadato Shimizu 3-1-1, Sachimachi, Hitachi-shi, Ibaraki Stock Hitachi Hitachi, Ltd. Hitachi Plant (72) Inventor Satoshi Kanno 502, Kandachi-cho, Tsuchiura-shi, Ibaraki F-term in Machinery Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 溶接の入熱により昇温した表面領域を冷
却する第1の手順と、冷却を停止する第2の手順と、を
有することを特徴とする溶接方法。
1. A welding method comprising: a first procedure for cooling a surface region heated by the heat input of welding; and a second procedure for stopping cooling.
【請求項2】 請求項1記載の溶接方法において、前記
第1の手順は昇温した表面領域に対しノズルから低温の
冷却材を噴出させ冷却材が当っている領域を冷却する手
順であることと、第2の手順は前記の表面領域に対し冷
却材を当てさせることを停止する手順であることと、を
特徴とする溶接方法。
2. The welding method according to claim 1, wherein the first step is a step in which a low-temperature coolant is jetted from a nozzle to a surface region where the temperature is raised to cool a region where the coolant is in contact. And a second step of stopping the application of the coolant to the surface area.
【請求項3】 請求項2記載の溶接方法において、前記
第2の手順は、前記冷却材が当っている領域を移動する
ことにより、溶接部表面の別の昇温した表面領域に当て
させる手順であることを特徴とする溶接方法。
3. The welding method according to claim 2, wherein the second step is to move a region where the coolant is applied, so that the region is brought into contact with another heated surface region of the surface of the welded portion. A welding method, characterized in that:
【請求項4】 請求項2記載の溶接方法において、前記
第2の手順は、前記ノズルからの冷却材の噴出を停止す
る手順であることを特徴とする溶接方法。
4. The welding method according to claim 2, wherein the second step is a step of stopping the ejection of the coolant from the nozzle.
【請求項5】 請求項2〜4のいずれか1項に記載の溶
接方法において、第1の手順は複数のノズルを一列に並
べてカーテン状の形態の冷却材の列をつくり、前記冷却
材の列を溶接電極が通過したパスに沿って当てさせる手
順であることを特徴とする溶接方法。
5. The welding method according to claim 2, wherein the first step includes arranging a plurality of nozzles in a row to form a curtain-shaped coolant row, and A welding method characterized by a procedure in which a row is applied along a path through which a welding electrode has passed.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶
接方法において、前記冷却材を霧状に噴出させるノズル
により霧状にして当てさせることを特徴とする溶接方
法。
6. The welding method according to claim 1, wherein the coolant is applied in a mist state by a nozzle that ejects the coolant in a mist state.
【請求項7】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶
接方法において、ノズルから噴出する冷却材は、加圧手
段により加圧されていることを特徴とする溶接方法。
7. The welding method according to claim 1, wherein the coolant ejected from the nozzle is pressurized by pressurizing means.
【請求項8】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶
接方法において、ノズルから噴出する冷却材は、冷却手
段により冷却されていることを特徴とする溶接方法。
8. The welding method according to claim 1, wherein the coolant ejected from the nozzle is cooled by cooling means.
【請求項9】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶
接方法において、溶接パスの周囲を断熱材で覆い、前記
第1の手順は、溶接パスの周囲を断熱材で覆ったのちに
冷却材を吹き付けることを特徴とする溶接方法。
9. The welding method according to claim 1, wherein the periphery of the welding path is covered with a heat insulating material, and the first step is to cover the periphery of the welding path with a heat insulating material. A welding method characterized in that a coolant is sprayed on the surface.
【請求項10】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の
溶接方法において、溶接電極の位置と霧状の冷却材を当
てる領域の位置との間にシールドガスをカーテン状に噴
射することを特徴とする溶接方法。
10. The welding method according to claim 1, wherein a shielding gas is injected in a curtain shape between a position of the welding electrode and a position of a region to which the mist-like coolant is applied. A welding method characterized by the following.
【請求項11】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の
溶接方法において、溶接電極の位置と霧状の冷却材を当
てる領域の位置との間に遮蔽物を設けることを特徴とす
る溶接方法。
11. The welding method according to claim 1, wherein a shield is provided between a position of the welding electrode and a position of a region to which the mist-like coolant is applied. Welding method.
【請求項12】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の
溶接方法において、冷却材として水を用いることを特徴
とする溶接方法。
12. The welding method according to claim 1, wherein water is used as a coolant.
【請求項13】 請求項7に記載の溶接方法において、
冷却材は水であることと、平均流速が毎分40ml以上
800ml以下であるように加圧されていることを特徴
とする溶接方法。
13. The welding method according to claim 7, wherein
A welding method, wherein the coolant is water and the coolant is pressurized so that the average flow rate is 40 ml or more and 800 ml or less per minute.
【請求項14】 請求項7に記載の溶接方法において、
冷却材は水であることと、平均流速が毎分40ml以上
80ml以下であるように加圧されていることを特徴と
する溶接方法。
14. The welding method according to claim 7, wherein
A welding method, wherein the coolant is water and the coolant is pressurized so that the average flow rate is 40 ml or more and 80 ml or less per minute.
【請求項15】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の
溶接方法において、溶接する鋼材が炭素鋼または低合金
鋼のとき、昇温した表面領域の温度が600℃以上で冷
却を開始することを特徴とする溶接方法。
15. The welding method according to claim 1, wherein, when the steel material to be welded is carbon steel or low alloy steel, the cooling is started when the temperature of the heated surface region is 600 ° C. or more. Welding method characterized by performing.
【請求項16】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の
溶接方法において、溶接する鋼材がステンレス鋼のと
き、昇温した表面領域の温度が800℃以上で冷却を開
始することを特徴とする溶接方法。
16. The welding method according to claim 1, wherein when the steel material to be welded is stainless steel, the cooling is started when the temperature of the surface region where the temperature is raised is 800 ° C. or more. And welding method.
【請求項17】 溶接電極と、冷却材を噴出するノズル
と、冷却材を供給する手段と、冷却材を冷却する手段
と、冷却材を加圧する手段と、溶接電極から冷却材を噴
出する方向へガスの流れをつくるノズルと、を装備した
溶接装置。
17. A welding electrode, a nozzle for ejecting a coolant, a means for supplying a coolant, a means for cooling the coolant, a means for pressurizing the coolant, and a direction for ejecting the coolant from the welding electrode. Welding equipment equipped with a nozzle that creates a gas flow.
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