JP2007190609A - ナロウグルーブのシールドガス供給方法及びシールドガス供給ウェッジ - Google Patents

Abstract

【課題】ナロウグルーブ底部における溶接アークに対してシールドガスを供給するためのシールドガス供給チューブを提供する。
【解決手段】本シールドガス供給チューブは、ガス供給端部（３４）とガス吐出端部（３６）とを有する少なくとも１つのほぼ中空の細長い平面チューブと、互いに分離されかつ前記供給端部と前記吐出端部との間で延びる前記チューブ内の一対のガス通路（３８、４０）と、前記一対のガス通路と個別に連通した前記供給端部における一対のガス供給管継手（５２、５４）と、を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タービン溶接補修技術に関し、具体的には、ナロウグルーブ溶接におけるシールドガスの使用法に関する。

幅狭のまた極端に幅狭のグルーブ（ナロウグルーブ）溶接を利用することが、特にその方法は残留応力及び歪みを減少させると共に補修時間を短縮するので、重要な蒸気タービン構成部品の補修において増加している。しかしながら、ナロウグルーブ自体が、溶接アーク及びパドルに対してシールドガスを供給することを困難にしている。例えば、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）では、ナロウグルーブは、高い溶接温度においてタングステン電極を酸化から保護するシールドガスを妨げる。その結果、ナロウグルーブにおける溶接は、不完全なガスシールドに曝され、従って大量のシールドガス及び多くの精密なトーチ調整を必要とする。これら問題の全てにより、タービン構成部品に対して溶接補修を実行するのに必要な費用及び時間が増大することになる。

一般的に、シールドガスは、２つの方法によって供給されている。１つの方法は、十分なガスが溶接アーク及びパドルに到達しかつタングステン電極を適切に遮蔽することになることを期待して、全体領域を大量のシールドガスで充満させることを必要とする。しかしながら、この方法は、非常に費用がかかることは明らかであり、また度重なるトーチ調整が必要である。また、ナロウグルーブ施工においてありがちな「チムニ作用」を受けやすい。第２の方法は、フレキシブルチューブを使用して溶接部の前後においてシールドガスをナロウグルーブ内に導入することを必要とする。この構成は、チムニ作用に対する抵抗性を向上させるが、依然としてその問題を完全には排除しない。同時に、この方法はまた、シールドガスの使用量を増加させ、かつ正確な位置決め及び流量の影響を極めて受けやすい。
米国特許第４，２９８，７８３号公報 米国特許第５，３７３，１３９号公報 米国特許第５，９８１，８９７号公報 米国特許第６，０４９，９７９号公報

本発明は、２つの内部分離通路を備えた薄いウェッジ輪郭を有する比較的剛性のシールドガス供給チューブを提供する。１つの通路は、第１の吐出開口部を通して溶接パドルに対してシールドガスを供給しかつ配向する。第２の通路は、溶接電極に隣接して配向されかつ該溶接電極の長さに沿って延びた細長い第２の吐出開口部を通してシールドガスを配向しかつ供給する。シールドガス供給チューブの上端部における入口接続部には、ガス供給ホースに対する取り付けを可能にするためのネジが設けられる。第２の細長い吐出開口部には、電極に沿って緩やかにかつ一様にシールドガスを分配する極めて微細なメッシュスクリーンが取り付けられる。これら２つのシールドガス供給通路の組合せにより、２つの個別の圧力及び流量が可能になり、同時に深くかつ狭いグルーブの溶接を実施するための特有のパラメータを設定することに関する溶接技術者による設計の自由度が可能になる。この例示的な実施形態では、２つのそのようなシールドガス供給チューブが設けられ、一方が溶接電極パスの前方上に支持され、また他方が溶接電極パスの後方に支持される。これらガス供給チューブの各々は、それらをナロウグルーブ内に適合しかつ溶接アーク及びパドルに緊密に隣接させて位置決めすることができるような形状にされた同じ輪郭を有する。

従って、１つの態様では、本発明は、ナロウグルーブ底部における溶接アークに対してシールドガスを供給するためのシールドガス供給チューブに関し、本シールドガス供給チューブは、ガス供給端部とガス吐出端部とを有する少なくとも１つのほぼ中空の細長い平面チューブと、互いに分離されかつ供給端部と吐出端部との間で延びるチューブ内の一対のガス通路と、一対のガス通路と個別に連通した供給端部における一対のガス供給管継手とを含む。

別の態様では、本発明は溶接装置に関し、本溶接装置は、溶接電極と、ワイヤノズル組立体と、その各々がガス供給端部とガス吐出端部とを有するほぼ中空の平面チューブを含みかつその１つが溶接電極のいずれかの側に配置された一対のシールドガス供給チューブと、互いに分離されかつ供給端部と吐出端部との間で延びる各チューブ内の一対のガス通路と、一対のガス通路と個別に連通した供給端部における一対のガス供給管継手とを含む。

さらに別の態様では、本発明は、ナロウグルーブ内の溶接電極に対してシールドガスを供給する方法に関し、本方法は、（ａ）溶接電極の前方側に隣接して第１のシールドガス供給チューブを配置する段階と、（ｂ）溶接電極の後方側に隣接して第２のシールドガス供給チューブを配置する段階と、（ｃ）配置した第１及び第２のシールドガス供給チューブの各々内の一対の通路を通してシールドガスを供給して、溶接電極に沿って第１のシールドガスストリームを配向しかつ溶接電極の先端部に隣接する溶接アークに対して第２のガスストリームを配向する段階とを含む。

次ぎに、本発明を以下に示した図面と関連させて詳細に説明する。

図１を参照すると、溶接装置１０は、一対のガスシールドガス供給ウェッジ又はチューブ１４、１６が側面に位置した溶接電極１２と、隣接するワイヤノズル組立体１８とを含む。本装置は、溶接しようとする一対の軸方向に整列した回転構成部品２２、２４間の深くかつ幅狭のグルーブ２０の内部を溶接するように位置決めされる。

シールドガス供給ウェッジ又はチューブ１４、１６は、互いのミラーイメージとなっており、一方のチューブ１４が溶接電極パスの前方に支持され、また他方のチューブ１６が溶接電極パスの後方に支持される。シールドガス供給チューブ１４、１６は、本明細書でさらに説明するように、溶接電極１２と共にナロウグルーブ２０内に適合するような寸法及び形状にされる。

図２〜図５は、シールドガス供給チューブウェッジ１６を詳細に示す。より具体的には、チューブ１６は、一対のほぼ平面の構成部品で構成される。本体部分２６は、ガス供給部又は上端部３４とガス吐出部又は下端部３６との間で延びた第１の側端縁３０と第２の隆起側端縁３２とを有するほぼ平面の細長いプレート２８である。本体２６は、一対の内部通路３８、４０を形成するように機械加工される。通路４０は、外側隆起端縁３２と同じ高さの内部リブ４２とによって形成され、また通路３８は、内部リブ４２とガス供給端部３４に端縁３０のより厚い部分を形成した外側隆起端縁４４とによった形成される。通路は、薄い平坦なカバープレート４６（図６）によって完成され、プレート４６は、隆起端縁３２、内部リブ４２、隆起端縁４４及び上部ショルダ部４８に沿って係合した状態で本体２６を覆う。上部ショルダ部は、それぞれ通路３８、４０と連通した一対の並んだネジ付き入口５２、５４を有するより厚いガス供給部又は入口接続部５０を部分的に形成する。ガスホース５６、５８（図１）は、ネジ付き入口５２、５４に接続され、それぞれの通路３８、４０に対してシールドガスを供給する。

平坦なプレート４６がスポット又はタック溶接或いは他の好適な手段によって本体部分２６を覆って所定の位置に固定されると、第２の吐出オリフィス６０が、本体部分２６の端縁６２、６４及びカバープレートの対応する端縁６６、６８に沿って通路４０の下端部に形成されることが分かるであろう。通路の幅は、端縁３２及びリブ４２によって定まる。通路４０及びオリフィス６０は、電極の先端部に隣接した溶接アークに対してシールドガスのストリームを供給するように構成される。

第１の吐出オリフィス７０は、本体部分２６の側端縁３０全体及びカバープレート４６の対応する端縁７２にほぼ沿って形成される。通路の幅はまた、端縁３２、リブ４２の高さ及び隆起端縁４４の同一の高さによって定まる。オリフィス７０は、図１に最もよく示すように、微細なメッシュスクリーン７６又は同様のものによって覆って、シールドガスの流れを電極１２のほぼ全長に沿って該電極に対して直交する方向に均等に分配することができる。スクリーン７６は、微細エッチングしたステンレス鋼構造のものとし、所定の位置にスポット又はタック溶接することができる。

１つの例示的な実施形態では、チューブ１４、１６は各々、その高さが１２．７〜１７．８ｃｍ（５〜７インチ）、チューブの上半部における端縁３０から端縁３２までの長さ（下半部は、下部先端部まで約６°の角度で先細になっている）が１．９１〜２．５４ｃｍ（０．７５〜１．０インチ）及びその幅が実質的に０．２２９ｃｍ（０．０９０インチ）である。上部コネクタ部分では、チューブは、約０．８５１ｃｍ（０．３３５インチ）の、また１．２７ｃｍ（０．５インチ）よりも大きくない幅を有することができる。

この構成の場合、両方のウェッジ又はチューブ１４、１６からのシールドガスは、対向するオリフィス７０によって電極１６に沿って配向されかつ対向するオリフィス６０によって溶接アーク及びパドルに対して配向される。シールドガスを個別の通路によって異なる圧力で供給する（かつ個別に調量する）ことができかつ各チューブ１４、１６内を流すことができるこの構成により、溶接電極、溶接アーク及び溶接パドルの両側に対するより多くの制御及び均衡化が得られる。さらに、チューブ１４、１６のウェッジ形状は、上述の望ましくないチムニ作用を阻止する傾向がある。さらに、タングステン電極の寿命を増大させながらシールドガスの消費量及びトーチ調整の回数が減少し、これら全てが高い生産性をもたらす。

チューブ１４、１６は、金属製（例えば、ステンレス鋼又はインコネル）であり、トーチ装置上に直接支持されるので、これらチューブは、マイカ絶縁プレート７８、８０（図１）によって溶接装置から絶縁されることにも注目されたい。

本発明を現在最も実用的かつ好ましい実施形態であると考えられるものに関して説明してきたが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではなく、逆に、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内に含まれる様々な変更及び均等な構成を保護しようとするものであることを理解されたい。

本発明の例示的な実施形態によるシールドガス供給チューブを組み込んだナロウグルーブ溶接装置の部分斜視図。 図１に示すガス供給チューブのうちの１つの構成部品の側面図。 その構成部品の左端面図。 その構成部品の右端面図。 その構成部品の平面図。 図１〜図５に示すシールドガス供給チューブの第２のカバー構成部品の側面図。

符号の説明

１０ 溶接装置
１２ 溶接電極
１４、１６ 供給ウェッジ又はチューブ
１８ ノズル組立体
２０ ナロウグルーブ
２２、２４ 回転構成部品
２６ 本体部分
２８ 細長いプレート
３０ 第１の側端縁
３２ 第２の隆起側端縁
３４ ガス供給部又は上端部
３６ ガス吐出部又は下端部
３８、４０ 内部通路
４２ 内部リブ
４４ 隆起端縁
４６ 薄い平坦なカバープレート
４８ 上部ショルダ部
５０ 供給口又は入口接続部
５２、５４ ネジ付き入口
５６、５８ ガスホース
６０ 第２の吐出オリフィス
６２、６４、６６、６８、７２ 端縁
７０ 第１の吐出オリフィス
７６ メッシュスクリーン
７８、８０ マイカ絶縁プレート

Claims (10)

1. ナロウグルーブ底部における溶接アークに対してシールドガスを供給するためのシールドガス供給ウェッジ（１６）であって、
   ガス供給端部（３４）とガス吐出端部（３６）とを有する少なくとも１つのほぼ中空の細長い平面チューブと、
   互いに分離されかつ前記供給端部と前記吐出端部との間で延びる前記チューブ内の一対のガス通路（３８、４０）と、
   前記一対のガス通路と個別に連通した前記供給端部における一対のガス供給管継手（５２、５４）と、
   を含むシールドガス供給ウェッジ。
2. 前記チューブの下方部分が、前記吐出端部（３６）に向かって一次元で先細になっている、請求項１記載のシールドガス供給ウェッジ。
3. 前記一対の通路の一方（３８）における第１の吐出オリフィスが、前記一対の通路の他方（４０）における第２の吐出オリフィス（６０）よりも大きい、請求項１記載のシールドガス供給ウェッジ。
4. 前記第２の吐出オリフィス（６０）が、溶接アークに対してシールドガスを供給するように構成される、請求項３記載のシールドガス供給ウェッジ。
5. 前記第１の吐出オリフィス（７０）が、隣接する溶接電極（１２）の殆どの部分に沿ってシールドガスを供給するように構成される。請求項３記載のシールドガス供給ウェッジ。
6. 前記チューブが、１つ又はそれ以上の隆起端縁（３２）が形成された平坦な本体部分（２６）と前記隆起端縁と係合するようになった平坦なカバー部分（４６）とを含む、請求項１記載のシールドガス供給ウェッジ。
7. 前記少なくとも１つのチューブ（１６）が、１．２７ｃｍ（１／２インチ）よりも大きくない幅を備えた上部コネクタ部分を有する、請求項１記載のシールドガス供給ウェッジ。
8. 前記第１の吐出オリフィス（７０）が、メッシュスクリーン（７６）によって覆われる、請求項５記載のシールドガス供給ウェッジ。
9. 前記チューブ（１６）が、１２．７〜１７．８ｃｍ（５〜７インチ）の高さと、１．９１〜２．５４ｃｍ（０．７５〜１．０インチ）の長さと、前記第１及び第２の通路に沿った０．２２９ｃｍ（０．０９０インチ）の幅とを有する、請求項１記載のシールドガス供給ウェッジ。
10. ナロウグルーブ（２０）内の溶接電極（１２）に対してシールドガスを供給する方法であって、
    （ａ）前記溶接電極の前方側に隣接して第１のシールドガス供給チューブ（１４）を配置する段階と、
    （ｂ）前記溶接電極の後方側に隣接して第２のシールドガス供給チューブ（１６）を配置する段階と、
    （ｃ）前記配置した第１及び第２のシールドガス供給チューブの各々内の一対の通路（３８、４０）を通してシールドガスを供給して、前記溶接電極（１２）に沿って第１のシールドガスストリームを配向しかつ前記溶接電極の先端部に隣接する溶接アークに対して第２のガスストリームを配向する段階と、
    を含む方法。

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