JP2007210012A - Method and device for overlaying steel tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ボイラの火炉壁を構成する鋼管の肉盛溶接方法およびそれに用いる肉盛溶接装置に関する。 The present invention relates to a build-up welding method for a steel pipe constituting a furnace wall of a boiler and a build-up welding apparatus used therefor.
石炭焚きボイラや、ゴミ焼却炉等の産業用ボイラ等においては、ボイラの火炉壁は、複数本の鋼管とフィンから構成されるパネルで構成されている。これらの鋼管には、炭素鋼や低合金鋼が用いられている。そして、このような火炉壁のボイラ内方側の面は、ボイラ内での燃焼時に発生する硫黄分や高温酸化等による腐食に抗するため、溶接による肉盛が行われる。
これには従来、図7に示すように、鋼管1の軸方向に沿って溶接トーチ2を進行させながら、肉盛溶接を行っていき、互いに隣接する溶接ビード3を互いに重ね合わせることで、鋼管1の全体の肉厚を増大させている(例えば、特許文献1、2参照。)。
In an industrial boiler such as a coal-fired boiler and a garbage incinerator, the furnace wall of the boiler is composed of a panel composed of a plurality of steel pipes and fins. Carbon steel and low alloy steel are used for these steel pipes. And the surface inside the boiler wall of such a furnace wall is welded by welding in order to resist corrosion caused by sulfur content, high temperature oxidation or the like generated during combustion in the boiler.
Conventionally, as shown in FIG. 7, the welding torch 2 is advanced along the axial direction of the steel pipe 1, and overlay welding is performed, and the
炭素鋼や低合金鋼からなる鋼管1の肉盛には、耐食性に優れたステンレス鋼やインコネル系の溶接材料を用いているが、特にインコネル系の溶接材料の場合、非常に高価であるため、耐久性が得られる最低限の肉厚を確保しつつ、なるべく肉盛厚さを小さくして、材料コストを抑えたい、という要求がある。
肉盛溶接に代えて、溶射を用いて肉盛を行えば、肉盛厚さを小さくすることができるが、その場合、溶融した合金粒子を鋼管1の表面に付着させるため、肉盛した部分がポーラス(多数の空隙が存在する)になり、そのため、肉盛した部分の剥離が生じやすい、という問題がある。
For the build-up of the steel pipe 1 made of carbon steel or low alloy steel, stainless steel or Inconel welding material having excellent corrosion resistance is used, but in particular, in the case of Inconel welding material, it is very expensive. There is a demand to reduce the material cost as much as possible while securing the minimum thickness that can provide durability.
In place of overlay welding, if overlaying is performed using thermal spraying, the thickness of the overlay can be reduced. In that case, in order to adhere the molten alloy particles to the surface of the steel pipe 1, the overlayed portion Becomes porous (a large number of voids exist), and therefore, there is a problem that peeling of the built-up portion is likely to occur.
また、インコネル系の溶接材料の場合、Niが多く含まれているため、炭素鋼や低合金鋼の溶接材料に比べ、図8に示すように溶接ビード3の端部3aが凸状となる傾向がある。このため、互いに隣接する溶接ビード3をビード幅の1/3〜1/2程度重ね合わせると、肉盛した部分の厚さが、凸状となった部分で顕著に大きくなってしまう。
肉盛に凹凸があると、凹部3bの部分に局部的な腐食が発生しやすいため、凹部3bの肉厚で最低の肉盛厚さを規定し、肉盛溶接時の管理を行っているが、凹部3bの肉厚を計測するには手間が掛かる。また、凹部3bで最低の肉盛厚さを確保すると、他の部分は余分な肉盛厚さを有することになり、特に端部3aの凸部において、余分な溶接材料が必要となり、これは材料コストの上昇に繋がる。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、肉盛厚さの均一化を図り、肉盛に必要な材料コストを抑えるとともに、肉盛溶接時の手間を軽減することのできる鋼管の肉盛溶接方法、肉盛溶接装置を提供することを目的とする。
Further, in the case of an Inconel-based welding material, since a large amount of Ni is contained, the end portion 3a of the
If the build-up is uneven, local corrosion tends to occur in the
The present invention has been made on the basis of such a technical problem, and it is possible to make the build-up thickness uniform, reduce the material cost necessary for build-up, and reduce the labor during build-up welding. An object of the present invention is to provide a build-up welding method and build-up welding apparatus for a steel pipe.
かかる目的のもとになされた本発明は、鋼管の表面を肉盛溶接する方法であって、溶接トーチを鋼管の周方向に移動させて鋼管の表面を周方向に肉盛溶接する工程と、溶接トーチを、鋼管の軸方向に移動させる工程と、を繰り返すことを特徴とする。ここで、溶接トーチを鋼管の軸方向に移動させるときには、溶接トーチと鋼管との間に生じる溶接アークによって鋼管の表面に形成される溶接ビードの幅寸法より少ない寸法だけ、溶接トーチを軸方向に移動させることで、溶接ビードを重ね合わせる。
鋼管を周方向に肉盛溶接するには、鋼管の軸心に対し略同心状に配置された円弧状のレールに沿って、溶接トーチを保持したトーチ保持部を移動させるのが好ましい。
このような鋼管の肉盛溶接方法は、いかなる目的にも用いることができるが、肉盛溶接対象となる鋼管が、複数本の鋼管が並べて設置されることでボイラの火炉壁を形成するものである場合に特に有効である。また、ボイラの火炉壁が既設のものである場合、火炉壁は略鉛直面内に位置した状態となっている。このように、本発明の鋼管の肉盛溶接方法が、既設の火炉壁を形成する鋼管に適用される場合には、溶接トーチを鋼管の軸方向に移動させる工程では、溶接トーチを下方に向けて移動させるのが好ましい。これにより、鋼管を周方向に肉盛溶接しつつ、順次下方に進んでいくことで、鋼管の全体を肉盛溶接することができる。
このような肉盛溶接に用いる溶接材料には、母材と共金系の材料、ステンレス系材料またはインコネル系材料を用いることができる。特にインコネル系材料の場合、肉盛溶接の溶接ビードを滑らかなものとすることができる。また、腐食減肉がそれほど激しくない場合には、腐食減肉した鋼管に母材と同等の材料を用いて溶接するのが好ましい。
また、鋼管の表面を周方向に肉盛溶接するときには、溶接トーチを周方向に移動させながら、鋼管の軸方向に一定の幅で往復動させるようにしても良い。これは、ウィービングやオシレーションと称される手法であり、これによって溶接ビードの幅を広くすることができ、効率よい肉盛溶接が行える。
The present invention made for this purpose is a method of overlay welding the surface of a steel pipe, the step of overlay welding the surface of the steel pipe in the circumferential direction by moving the welding torch in the circumferential direction of the steel pipe, Repeating the step of moving the welding torch in the axial direction of the steel pipe. Here, when the welding torch is moved in the axial direction of the steel pipe, the welding torch is moved in the axial direction by a dimension smaller than the width dimension of the weld bead formed on the surface of the steel pipe by the welding arc generated between the welding torch and the steel pipe. Move the weld beads to overlap.
In order to build-up weld the steel pipe in the circumferential direction, it is preferable to move the torch holding part holding the welding torch along an arc-shaped rail arranged substantially concentrically with respect to the axis of the steel pipe.
Such a steel pipe build-up welding method can be used for any purpose, but a steel pipe to be build-up welded forms a furnace wall of a boiler by installing a plurality of steel pipes side by side. It is particularly effective in some cases. Moreover, when the furnace wall of a boiler is an existing thing, the furnace wall is the state located in the substantially vertical plane. Thus, when the overlay welding method for steel pipes of the present invention is applied to a steel pipe forming an existing furnace wall, the welding torch is directed downward in the step of moving the welding torch in the axial direction of the steel pipe. It is preferable to move them. Thereby, the whole steel pipe can be build-up-welded by progressing downward sequentially while carrying out the build-up welding of the steel pipe in the circumferential direction.
As a welding material used for such overlay welding, a base metal and a co-metal material, a stainless steel material, or an inconel material can be used. Particularly in the case of Inconel-based materials, the weld bead for overlay welding can be made smooth. Further, when the corrosion thinning is not so severe, it is preferable to weld the corrosion-thinned steel pipe using a material equivalent to the base material.
Further, when overlay welding the surface of the steel pipe in the circumferential direction, the welding torch may be reciprocated with a constant width in the axial direction of the steel pipe while moving in the circumferential direction. This is a technique called weaving or oscillation, whereby the width of the weld bead can be widened and efficient overlay welding can be performed.
なお、火炉壁の一面側において、隣接する他の鋼管との干渉等によって鋼管の表面全体を肉盛溶接できない場合には、鋼管の周方向両端部については、溶接トーチを鋼管の軸方向に移動させて肉盛溶接を行い、軸方向に肉盛溶接を行った部分の間の領域で、周方向の肉盛溶接を行うようにしても良い。 If the entire surface of the steel pipe cannot be welded on one side of the furnace wall due to interference with other adjacent steel pipes, the welding torch is moved in the axial direction of the steel pipe at both circumferential ends of the steel pipe. It is also possible to perform overlay welding and perform circumferential build-up welding in the region between the portions where the overlay welding is performed in the axial direction.
本発明は、ボイラの火炉壁の内周面に沿うようセットされるフレームと、フレームに対して火炉壁の内周面に沿って移動可能に支持され、火炉壁を構成する鋼管を肉盛溶接するための溶接トーチを保持するトーチ保持部と、を備え、トーチ保持部は、円弧状のレールに沿って移動することで、溶接トーチで鋼管の周方向に沿って鋼管を肉盛溶接可能な構成とされていることを特徴とする肉盛溶接装置とすることもできる。
この場合、フレームは、トーチ保持部を、火炉壁に略平行な面内で少なくとも鋼管の軸方向に移動可能に支持するのが好ましい。
また、トーチ保持部は、レールに沿って移動するときに、溶接トーチの鋼管の表面に対する角度を一定に保つようにするのが好ましい。
The present invention includes a frame that is set along the inner peripheral surface of a furnace wall of a boiler, and a steel pipe that is supported so as to be movable along the inner peripheral surface of the furnace wall with respect to the frame and builds up a steel pipe that constitutes the furnace wall A torch holding part for holding a welding torch for carrying out, and the torch holding part can be welded to the steel pipe along the circumferential direction of the steel pipe with the welding torch by moving along the arc-shaped rail It can also be set as the overlay welding apparatus characterized by being comprised.
In this case, the frame preferably supports the torch holding part so as to be movable at least in the axial direction of the steel pipe in a plane substantially parallel to the furnace wall.
The torch holding part preferably keeps the angle of the welding torch with respect to the surface of the steel pipe constant when moving along the rail.
本発明によれば、鋼管を周方向に肉盛溶接することで、肉盛厚さを周方向で均一化することができる。このように肉盛厚さの均一化が図れれば、最も薄い部分に合わせて肉盛した場合のように、肉盛の厚い部分の肉盛材料が無駄になることもなく、全体的に肉盛厚さを薄くすることができ、肉盛材料の使用量を抑えてコストを低減することができる。しかも、溶射に比較し、肉盛溶接の場合には、肉盛した部分の剥離も生じにくく、耐久性にも優れる。 According to the present invention, the build-up thickness can be made uniform in the circumferential direction by welding the steel pipe in the circumferential direction. If the build-up thickness can be made uniform in this way, the build-up material in the thick part of the build-up will not be wasted, as in the case where the build-up is made in accordance with the thinnest part. The build-up thickness can be reduced, and the amount of build-up material used can be suppressed to reduce the cost. Moreover, compared to thermal spraying, in the case of overlay welding, peeling of the overlay portion is less likely to occur, and the durability is excellent.
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図1は、本実施の形態における火炉壁の肉盛方法を説明するための図である。
この図1に示すように、産業用ボイラや石炭焚きボイラ等の火炉壁10は、複数本の鋼管11を並べ、互いに隣接する鋼管11、11間をプレート12によって接合することで、パネル状に形成されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining a method for overlaying a furnace wall in the present embodiment.
As shown in FIG. 1, a
このような火炉壁10を肉盛するには、図2に示すような溶接装置20を用いる。
溶接装置20は、火炉壁10の鋼管11に磁力によって吸着支持されるか、または火炉壁10に仮付けされた板にネジ止めされる上下一対のベースフレーム(フレーム)21と、このベースフレーム21に沿って横方向に移動可能に設けられた横移動台車22と、上下の横移動台車22に取り付けられた縦方向レール(フレーム)23と、縦方向レール23に沿って移動可能に設けられた縦移動台車24と、縦移動台車24に取り付けられたトーチ保持部25と、を備える。
トーチ保持部25は、横移動台車22、縦移動台車24の移動により、上下左右方向に移動自在とされている。また、横移動台車22、縦移動台車24は、リモートコントロール、あるいは予め入力されたプログラムに基づいて、所定の動作を行えるようになっている。
このような溶接装置20は、例えば、特公昭60−32544号に開示された構成のものを用いることができる。
In order to build up such a
The
The
As such a
図1(a)に示すように、トーチ保持部25は、略円弧状のレール30に沿って、トーチホルダー31が移動可能に設けられ、このトーチホルダー31に、溶接トーチ40が保持されるようになっている。
レール30には、その周面にラックギヤ32が形成されている。一方、トーチホルダー31には、ラックギヤ32に噛み合うピニオンギヤ(図示無し)が内蔵され、このピニオンギヤを図示しないモータで回転駆動させることで、トーチホルダー31はレール30に沿って移動可能な構成とされている。
As shown in FIG. 1A, the
A
このような溶接装置20を用い、火炉壁10を肉盛するには、火炉壁10の鋼管11の周方向に沿って溶接トーチ40を移動させながら、肉盛溶接を行う。これには、略円弧状のレール30の円弧中心を1本の鋼管11の軸心に一致させた状態かまたは奥行き方向にずらした状態となるようにトーチ保持部25を位置させ、この状態で、トーチホルダー31を、レール30に沿って所定速度で移動させながら、溶接トーチ40からアークを発生させる。これにより、溶接トーチ40からのアーク長、すなわち溶接トーチ40と鋼管11との間隔は一定寸法を保ったまま、溶接トーチ40が鋼管11の外周面に沿って移動することになるので、鋼管11は周方向に肉盛溶接され、鋼管11の周方向において肉盛厚さを一定に保つことができる。
そして、溶接トーチ40により、火炉壁10の内面側に露出している鋼管11の表面において、一方の端部11aから他方の端部11bまで肉盛溶接を行ったら、溶接トーチ40をレール30に沿って逆方向に移動させる。さらに、トーチ保持部25を、鋼管11の軸方向に沿って順次下降させていくことで、溶接トーチ40を、図1(b)中の矢印に示すようにジグザグ状に運棒することができる。
これにより、鋼管11の全長を、周方向に肉盛溶接していくことができる。
In order to build up the
Then, when overlay welding is performed from one
Thereby, the full length of the
1本の鋼管11の肉盛溶接が完了した時点で、トーチ保持部25を隣接する他の鋼管11に対応した位置に移動させ、上記と同様にして肉盛溶接を行う。これを繰り返すことで、火炉壁10の内周面側において、火炉壁10を構成する鋼管11を肉盛溶接していくことができる。
When build-up welding of one
上述したように、略円弧状のレール30に沿って溶接トーチ40が移動する溶接装置20により、火炉壁10の鋼管11を周方向に肉盛溶接することで、肉盛厚さを鋼管11の周方向で均一化することができる。このように肉盛厚さの均一化が図れれば、最も薄い部分に合わせて肉盛した場合のように、肉盛の厚い部分の肉盛材料が無駄になることもなく、全体的に肉盛厚さを薄くすることができ、肉盛材料の使用量を抑えてコストを低減することができる。しかも、溶射に比較し、肉盛溶接の場合には、肉盛した部分の剥離も生じにくく、耐久性にも優れる。
また、前述したように、インコネル系の溶接材料の場合、Niが多く含まれているため、炭素鋼や低合金鋼の溶接ワイヤに比べ、図8に示したように溶接ビード3の端部3aが凸状となる傾向があるが、上記のように鋼管11の周方向に肉盛溶接した場合には、肉盛溶接時に溶融した溶接材料が重力によって垂れるため、互いに上下に位置する溶接ビードは、鋼管11の軸方向に溶接した場合と同じ運棒ピッチ(互いに隣接する溶接ビード間のピッチ)であっても、溶接ビードの重ね合わせ部分の溶接材料の量が多くなる。これにより、Niの量が多くなり、粘度が低下して、溶接ビードが凹凸の少ない滑らかなものとなると思われる。これも、肉盛厚さの均一化につながる。
図3は、鋼管11を周方向に肉盛溶接した場合(図3(a))と、従来のように軸方向に肉盛溶接した場合(図3(b))における、鋼管11の断面写真を示すものである。この図3からも明らかなように、鋼管11を周方向に肉盛溶接した場合の方が、肉盛溶接厚さが均一になる。
このようにして、肉盛溶接の厚さの均一化を図ることによって、肉盛溶接時の肉盛厚さの計測管理も容易となり、溶接材料の使用量を抑えて材料コストを低減する効果が得られる。
As described above, the welding thickness of the
Further, as described above, in the case of the Inconel-based welding material, since a large amount of Ni is contained, as shown in FIG. 8, the end portion 3a of the
3 is a cross-sectional photograph of the
In this way, by making the thickness of overlay welding uniform, it is also easy to measure and manage the overlay thickness during overlay welding, and the effect of reducing the material cost by reducing the amount of welding material used. can get.
ところで、上記において、鋼管11の周方向に肉盛溶接を行うようにしたが、溶接トーチ40や略円弧状のレール30が、隣接する他の鋼管11に干渉するために溶接アークが鋼管11とプレート12の継ぎ目の部分まで届かず、火炉壁10の内方側に面する鋼管11の表面の全範囲を肉盛溶接することができない場合がある。
そのような場合、図4に示すように、鋼管11とプレート12の継ぎ目の部分A等については、従来と同様に鋼管11の軸方向に肉盛溶接を行い、鋼管11の残る部分Bを上記と同様にして周方向に肉盛溶接するようにしても良い。その場合であっても、周方向に肉盛溶接した部分については上記と同様の効果を得ることができる。
By the way, in the above, build-up welding is performed in the circumferential direction of the
In such a case, as shown in FIG. 4, as for the joint portion A of the
また、溶接トーチ40を、所定の方向(図1の場合は周方向、図4の場合は、鋼管11とプレート12の継ぎ目の部分Aのみ鋼管11の軸方向、残る部分Bは周方向)に運棒するときに、運棒方向と略直交する方向(溶接ビードの幅方向)に溶接トーチ40を細かく振りながら肉盛溶接を行う、いわゆるウィービングあるいはオシレーションを行うこともできる。これには、溶接トーチ40をレール30に沿って移動させながら、トーチ保持部25を鋼管11の軸方向に沿って一定幅で上下動させても良いが、図5に示すような構成を用い、永久磁石41と電磁石42で溶接トーチ40の先端部40aのみを振動させるのが有効である。このような溶接トーチ40としては、特開平6−15449号に記載の構成を用いることができる。
このようにすると、溶接ビードの幅が広くなり、溶接を効率よく行える。このように、鋼管11の周方向に溶接トーチ40を移動させて肉盛溶接を行いながら、これと略直交する方向(鋼管11の軸方向)にウィービングを行う場合、図6(a)に示すように、溶接トーチ40の鋼管11の表面に対するトーチ角は常に一定となる。これに対し、従来のように溶接トーチ40を鋼管11の軸方向に移動させながら、これと略直交する方向に溶接トーチ40の先端部を振動させてウィービングを行った場合、図6(b)に示すように、鋼管11は円形であるために、溶接トーチ40の鋼管11の表面に対するトーチ角、さらには溶接トーチ40と鋼管11の表面との距離も、位置によって変動することになる。これも、肉盛厚さの不均一に繋がるわけであるが、上記本実施の形態のような構成であれば、そのような問題は生じない。すなわち、ウィービングを行う場合、本実施の形態のように、周方向に肉盛溶接を行うのは特に有効となるのである。
Further, the
If it does in this way, the width of a weld bead will become wide and welding can be performed efficiently. Thus, when weaving is performed in a direction (axial direction of the steel pipe 11) substantially orthogonal to the
なお、上記実施の形態では、溶接装置20についての構成を説明したが、鋼管11を周方向に肉盛溶接することができるのであれば、その構成については、他のいかなる構成に変更しても良い。また、溶接材料や、肉盛溶接の対象物の材質は、他のいかなるものであっても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
In addition, in the said embodiment, although the structure about the
In addition to this, as long as it does not depart from the gist of the present invention, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
10…火炉壁、11…鋼管、12…プレート、20…溶接装置、21…ベースフレーム(フレーム)、23…縦方向レール(フレーム)、25…トーチ保持部、30…レール、31…トーチホルダー、40…溶接トーチ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
溶接トーチを前記鋼管の周方向に移動させて前記鋼管の表面を前記周方向に肉盛溶接する工程と、
前記溶接トーチを、前記鋼管の軸方向に、前記溶接トーチと前記鋼管との間に生じる溶接アークによって前記鋼管の表面に形成される溶接ビードの幅寸法より少ない寸法だけ移動させる工程と、を繰り返すことを特徴とする鋼管の肉盛溶接方法。 A method of overlay welding a surface of a steel pipe,
Moving the welding torch in the circumferential direction of the steel pipe and overlay welding the surface of the steel pipe in the circumferential direction;
A step of moving the welding torch in the axial direction of the steel pipe by a dimension smaller than a width dimension of a weld bead formed on the surface of the steel pipe by a welding arc generated between the welding torch and the steel pipe. A build-up welding method for steel pipes.
前記フレームに対して前記火炉壁の内周面に沿って移動可能に支持され、前記火炉壁を構成する鋼管を肉盛溶接するための溶接トーチを保持するトーチ保持部と、を備え、
前記トーチ保持部は、円弧状のレールに沿って移動することで、前記溶接トーチで前記鋼管の周方向に沿って前記鋼管を肉盛溶接可能な構成とされていることを特徴とする肉盛溶接装置。 A frame set along the inner peripheral surface of the boiler furnace wall;
A torch holding portion that is supported so as to be movable along the inner peripheral surface of the furnace wall with respect to the frame and holds a welding torch for overlay welding a steel pipe constituting the furnace wall;
The torch holding part is configured to be able to build-up weld the steel pipe along the circumferential direction of the steel pipe with the welding torch by moving along an arc-shaped rail. Welding equipment.
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