JP2002538005A - 溶接用保護ガスシュラウド - Google Patents

溶接用保護ガスシュラウド

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Abstract

(57)【要約】 対象物２の溶接を可能とするために、上部に開口部を有する対象物をチャンバ４内に位置決めする段階と；溶接中に、前記対象物に対する保護ガスシュラウドとして作用するように、アルゴン８を前記チャンバの本体に導入する段階と；前記溶接中に、前記対象物の周囲に保護ガスシュラウドを維持することを補助するように、ヘリウム１０を前記チャンバの開口上部内に導入する段階と；前記保護ガスシュラウド内で前記対象物を溶接する段階とにより、溶接用保護ガスシュラウド１が提供されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野及び従来の技術】
重要な構成要素に溶接行程を施す場合には、しばしば溶接されるパーツを不活
性雰囲気中に沈める必要がある。不活性雰囲気は、溶接部を汚染から保護し、か
つ非常にきれいに溶接を形成し、かつ欠陥のない融合結合が可能である。アルゴ
ンは空気よりも重いので、アルゴンが不活性保護ガスとして通常使用される。溶
接する対象物を“パージボックス（purge box）”内に配置することが、通常行
われている。パージボックスは上部で開口された密閉されたチャンバである。ア
ルゴンが前記ボックスの底部内に供給され、かつ上部で溢れる。溶接する対象物
がボックス内に配置され、かつアルゴン中に完全に沈められる。開口上部により
、空気が底部から押し出されて、アルゴンが空気に取って代わることが可能であ
り、かつ溶接工によるアクセスも可能となっている。
【０００２】 あるタイプのパージボックスは、米国特許第 5554837 号明細書に開示されて
いるように、タービン翼のＣＯ2レーザ溶接中に使用されている。“ボックス”
が石英ガラスシリンダである点を除いて、このパージボックスは上述したタイプ
と同様である。石英ガラスシリンダにより、安全性の点からレーザ格納容器の外
部から、操作者が溶接工程を明瞭に見ることができる。パーツを予熱するために
、誘導コイルを使用してレーザ溶接を行う場合に、紫外線放射を透過する石英ガ
ラスにより、誘導コイルの予熱温度を制御するために紫外線センサを使用するこ
とが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、概してアルゴンパージボックスを使用し、特にレーザ溶接中に
石英ガラスシリンダを使用する場合に問題が生じている。あらゆるパージボック
スが効果的となるために、溶接するパーツがパージチャンバの端部位置よりも非
常に低くなければならない。その場合には、パーツが不活性アルゴン雰囲気中に
完全に沈められて維持される。溶接工によりアクセスされる必要があるので、又
は、レーザ溶接の場合に、誘導コイル，粉体供給ノズル，及び実際のパージボッ
クス（又はシリンダ）の間の干渉により、効果的なシールドのために、溶接する
パーツをアルゴン中に充分深く位置決めすることが難しくなる可能性がある。
【０００４】 この問題を解決するための最も通常的な方法は、パージボックス内のアルゴン
の流入量を増大すること、及び／又は、溶接ノズルを介して流入する追加アルゴ
ン流入量を加えることである。この解決方法は、多くの場合に充分であるが、全
ての場合に対して充分であるとは限らない。予熱された誘導溶接を行う場合に、
非常に難しい問題が生じる。溶接する前に、パーツを１２００°Ｆを超える温度
に高温にすることにより、保護用の保護ガスの上昇気流が生じる。その加熱され
かつ上昇するアルゴンは乱流を形成する。この乱流は、空気をアルゴンと混合し
、かつ溶接を汚染する可能性がある。パーツをパージボックスの端部よりも非常
に低く配置し得ない場合には、状況はさらに悪くなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
溶接用保護ガスシュラウドが、対象物の溶接を可能とするために上部に開口部
を有するチャンバ内に前記対象物を位置決めする段階と；溶接中に、前記対象物
に対する保護ガスシュラウドとして作用するようにチャンバの本体内にアルゴン
を導入する段階と；溶接中に、対象物の周囲の保護ガスシュラウドを維持するこ
とを支えるために、チャンバの開口上部内にヘリウムを導入する段階と；前記保
護ガスシュラウド内で前記対象物を溶接する段階と；により提供されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下の記載を添付の図面と照らして読んだ場合に、本発明の他の特徴点及び有
利点が明らかになるであろう。
【０００７】 保護ガスシールドを提供するための方法及び装置は、手動制御であろうと機械
制御であろうと、種々の溶接工程に適用することができる。本方法及び装置は、
米国特許第 5106010 号明細書及び米国特許第 5554837 号明細書に開示される如
く、対象物を予熱する溶接方法に応用することができる（これらの特許の開示内
容は、本発明に含まれる）。このような方法では、超合金対象物（例えば、ター
ビン構成要素）が所定の温度（例えば、１４００゜Ｆ〜２１００゜Ｆの温度範囲
）に予熱される。このような超合金対象物を予熱する好適な方法は、誘導加熱コ
イルを使用して行われる。粉体合金を供給して、レーザ溶接（ＣＯ2レーザ）に
より溶接を行うことができる。溶接部の汚染を防止するために、不活性雰囲気が
保護ガスシュラウドを形成している。溶接のために好適な不活性雰囲気は、窒素
又はヘリウムといった他のガスとともに混合されても良いアルゴンである。
【０００８】 革新的なシールド方法と図１に示すような革新的なパージボックス構成により
、特に、予熱処置中に使用される場合に、３内に取り付けられた対象物２につい
ての保護ガス汚染問題が低減されている。石英ガラスシリンダ４がアルゴンパー
ジチャンバとして使用され、機械加工された金属リング５がシリンダの上周囲部
に取り付けられている。図２に示すように、リング５は中空６とされており、か
つガススロット７又は全内側端部の周縁で開口された通路が存在するように加工
されている。溶接工程中に、不活性ガスヘリウムが供給ライン１０を介してリン
グ５に供給される。同時に、アルゴンがガス供給ライン８とガスディフューザ９
を介してシリンダの本体内に供給される。ヘリウムはアルゴン及び空気よりも軽
いので、ヘリウムはシリンダの周囲で上昇している。該ヘリウムは、加熱された
アルゴンの柱（column）を閉じ込めるように作用し、かつ石英ガラスシリンダの
壁部を効果的に上昇させている。基礎的な主要部を従来のアルゴンパージボック
スに応用することが可能である。上昇しているヘリウムがボックスの上部から流
れ出るアルゴンを包み込み、保護不活性雰囲気の上昇した柱を形成している。こ
の柱の上部で結局生じる乱流は充分に高いところにあり、この乱流が溶接汚染に
寄与することはない。
【０００９】 ＜実施例１＞ CFM-56 HPT ブレードが、直径６インチの石英ガラスシリンダ内に取り付けら
れた。ブレードは、ブレード先端部をシリンダの上端部から約０．５インチ下方
に位置決めさせて、ルート鋸歯切欠きにより支持された。石英ガラスチューブの
基部はブレード固定治具により気密シールを形成した。固定治具の基部における
ホース取付部により、アルゴン保護ガスがシリンダ内へ導入されることが可能と
された。シリンダ上部周囲には、ヘリウムに対して垂直に形成された中空金属リ
ングが取り付けられた。金属リングの全内周縁には、中空の中央部へと通ずるス
ロットが加工された。ＣＯ2レーザ溶接の準備段階で、ブレードを予熱するため
に、誘導コイルがブレード先端部の周囲に配置された。アルゴン及びヘリウム保
護ガスの供給を開始した。誘導コイルを作動させて、ブレード温度を１９５０°
Ｆに上昇させた。次に、ブレード先端部の形状が、Ｒ１４２材料を使用してレー
ザ溶接された。溶接後、誘導コイルの作動を停止した。ブレードが冷却されると
、保護ガス流れを停止し、かつブレードを石英ガラスシリンダ及び固定治具から
取り外した。ブレード先端部の冶金学的評価によれば、溶接工程中に、保護雰囲
気が無いことによる汚染は見られなかった。
【００１０】 ＜実施例２＞ CF6-80C2 Stage 1 HPT ブレードが、直径６インチの石英ガラスシリンダ内に
取り付けられた。ブレードは、ブレードの先端部をシリンダの上端部より０．５
インチ下方に位置決めさせて、ルート鋸歯切欠きにより支持された。石英ガラス
チューブの基部はブレード固定治具により気密シールを形成した。固定治具の基
部におけるホース取付部により、アルゴン保護ガスがシリンダ内へ導入されるこ
とが可能とされた。シリンダ上部周囲には、ヘリウムに対して垂直に形成された
中空金属リングが取り付けられた。金属リングの全内周縁には、中空の中央部へ
と通ずるスロットが加工された。ＣＯ2レーザ溶接の準備段階で、ブレードを予
熱するために、誘導コイルがブレード先端部の周囲に配置された。アルゴン及び
ヘリウム保護ガスの供給を開始した。誘導コイルを作動させて、ブレード温度を
１５５０°Ｆに上昇させた。次に、ブレード先端部の形状が、Ｒ１４２材料を使
用してレーザ溶接された。溶接後、誘導コイルの作動を停止した。ブレードが冷
却されると、保護ガス流れが停止し、かつブレードを石英ガラスシリンダ及び固
定治具から取り外した。ブレード先端部の冶金学的評価によれば、溶接工程中に
、保護雰囲気が無いことによる汚染は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】 保護ガスにより対象物をシールドするための装置の斜視図である
。
【図２】 図１の２−２線視断面図である。
【符号の説明】
１ 保護ガスシュラウド ４ シリンダ（チャンバ） ５ リング ７ スロット ８ アルゴン １０ ヘリウム
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年１月２日（２００１．１．２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ケヴィン・アプデグローヴ アメリカ合衆国・ネヴァダ・89706・カー ソン・シティ・ファーミ・ロード・2555 (72)発明者 クリストファー・エー・サーストン アメリカ合衆国・ネヴァダ・89705・カー ソン・シティ・ランチビュー・サークル・ 939 Ｆターム(参考） 4E068 BB00 CJ01 DA02

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物の溶接を可能とするために、上部に開口部を有するチ
    ャンバ内に対象物を位置決めする段階と； 溶接中に、前記対象物に対する保護ガスシュラウドとして作用するように、ア
    ルゴンを前記チャンバの本体内に導入する段階と； 前記溶接中に、前記対象物の周囲に保護ガスシュラウドを維持することを支え
    るために、ヘリウムを前記チャンバの開口上部内に導入する段階と； 前記保護ガスシュラウド内で前記対象物を溶接する段階と； を備えることを特徴とする溶接中に保護ガスにより対象物をシールドするための
    方法。
  2. 【請求項２】 溶接するために前記対象物を所定の温度に予熱することを特
    徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記対象物をレーザ溶接により溶接することを特徴とする請
    求項２記載の方法。
  4. 【請求項４】 誘導加熱コイルを使用して、前記対象物を予熱することを特
    徴とする請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記チャンバはシリンダであり、かつ前記ヘリウムは前記シ
    リンダの上部の開口部の周囲に導入されることを特徴とする請求項４記載の方法
    。
  6. 【請求項６】 前記ヘリウムが前記シリンダの上部の前記開口部の周囲に取
    り付けられた中空リングを介して導入され、かつ前記リングは前記ヘリウムを導
    入するために内側に通路を有していることを特徴とする請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記リングは金属製であり、かつ前記リングの内側の通路は
    スロットであることを特徴とする請求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記対象物は超合金対象物であることを特徴とする請求項４
    記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記対象物を１４００°Ｆから２１００°Ｆの範囲内の温度
    に予熱することを特徴とする請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記レーザ溶接が粉体合金を供給して行われることを特徴
    とする請求項３記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記アルゴンが窒素及びヘリウムを含む群から選択された
    ガスと混合されることを特徴とする請求項１記載の方法。
  12. 【請求項１２】 対象物を溶接することを可能とするために、上部に開口部
    を有するチャンバと； 前記チャンバの前記本体内にアルゴンを供給するための手段と； 前記チャンバの前記開口上部内にヘリウムを供給するための手段と； を備えることを特徴とする溶接中に保護ガスにより対象物をシールドするための
    装置。
  13. 【請求項１３】 前記格納容器がシリンダであり、かつ前記ヘリウムが前記
    シリンダの上部の開口部の周囲に供給されることを特徴とする請求項１２記載の
    装置。
  14. 【請求項１４】 前記ヘリウムが、前記シリンダの上部の前記開口部の周囲
    に取り付けられた中空リングを介して供給され、かつ前記ヘリウムを供給するた
    めに前記リングが内側に通路を有していることを特徴とする請求項１３記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記リングの内側の通路はスロットであることを特徴とす
    る請求項１４記載の装置。
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US09/259,958 1999-03-01
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