JP2008543570A

JP2008543570A - ガス噴流を拡大させるための凸形の孔開きグリッドを有する溶接トーチ

Info

Publication number: JP2008543570A
Application number: JP2008516379A
Authority: JP
Inventors: ベルナールボン; アレンペニー
Original assignee: アレヴァエヌペ
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2008-12-04
Also published as: WO2006134276A1; EP1910010A1; DE602006012989D1; US20100025380A1; ATE461004T1; KR20080010460A; EP1910010B1; FR2887163A1; CN101198432A; FR2887163B1

Abstract

本発明による溶接トーチ(1)は、長手方向に沿って細長いトーチ本体(4)を有する。トーチ本体(4)は、作業端部(10)と、作業端部(10)から長手方向に突出する部分を有する電極(6)と、トーチ本体（４）の内側に形成された保護ガス流のための通路(8)を有する。通路(8)は、保護ガスを噴流の形態で電極(6)の突出部分に向かって噴出させるための少なくとも１つの開口を経て作業端部(10)で終端する。溶接トーチ(1)は、更に、保護ガスの噴流を拡大させるための噴流拡大手段(50)を有する。噴流拡大手段(50)は、上記開口(35)を覆う凸形の孔開きグリッドの形態をなす。

Description

本発明は、概略的には、溶接トーチに関し、詳細には、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）又は金属不活性ガス（ＭＩＧ）型の溶接トーチに関する。

より正確には、本発明は、長手方向に沿って細長いトーチ本体を有し、トーチ本体は、作業端部と、作業端部から長手方向に突出する部分を有する電極と、トーチ本体の内側に形成された保護ガス流のための通路と、を有し、通路は、ガスを噴流の形態で電極の突出部分に向かって噴出させるための少なくとも１つの開口を経て作業端部で終端する、溶接トーチに関する。

この種類の溶接トーチは、狭く深い溝を構成するように厚板を合わせて突合せ溶接するために用いられる。こうした溶接は、複数の部位で溶接される。開先の底部を充填する役割を果たす最初の部位は、小経の溶接トーチを用いて実行される。溝の頂部を充填する役割を果たす後の部位は、保護ガス噴流が溶接溶融物の幅全体をカバーするように、大径の溶接トーチで溶接される。

２つの異なる溶接トーチを同じ溶接作業に使用するのは煩わしく、作業を遅延させる。溶接トーチの取り付け及び取り外し、並びにガス供給手段を調節するためのかかる無駄時間は少なからぬものである。

このような状況において、本発明は、２枚の厚板を合わせて突合せ溶接する場合の全ての部位を溶接することが可能な溶接トーチを提供することを目的とする。

本目的のために、本発明は、ガス噴流を拡大させるための噴流拡大手段を含むことを特徴とする、上述した種類の溶接トーチを提供する。

溶接トーチはまた、個別に採用される、又は、技術的に実現可能な任意の組み合わせで採用される以下の特徴のうちの１つ又は２つ以上を有していてもよい。

噴流拡大手段は、通路の開口を覆う、開口から外向きに膨らんだ凸形の孔開きグリッドを含む。
凸形グリッドは、半球形の部分を有する。
凸形グリッドは、金属ワイヤの格子であり、ガスを通過させるためのスペース又は孔を金属ワイヤの間に構成する。
溶接トーチは、開口を包囲する環状のスカートを有し、スカートは、電極の突出部分の周りの作業端部から延び、凸形グリッドによって覆われた開口端を作業端部の反対側に有する。
凸形グリッドは、ステンレス鋼で作られる。
凸形グリッドを通過するガス流は、層流である。
溶接トーチは、開口と凸形グリッドとの間のガス流内に介在した実質的に平らな少なくとも１つの噴流遮断グリッドを有する。
噴流拡大手段は、互いに重なり合う複数の凸形グリッドを有する。
トーチ本体の断面は、３０ミリメートルよりも小さい最大寸法を有する。
溶接トーチは、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接法及び金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接法に適合する。

本発明の他の特徴及び利点は、非限定的な表示の目的で下記に記述される、添付の図面を参照して行われる説明から明らかである。

図１に示す溶接トーチ１は、支持ブロック２と、支持ブロック２にしっかりと締結された長手方向に細長いトーチ本体４と、トーチ本体４の内側に配置された長手方向に延びる電極６と、トーチ本体４の内側に形成された保護ガスの流れのための流路８と、裏側電極（図示せず）と、電極６と裏側電極との間の電圧差を維持するのに適した電源とを有している。

電極６は、トーチ本体４の支持ブロック２から離れている方の作業端部１０から長手方向に突出している。

トーチ本体４は、３つの中空円筒形セグメント１２、１４、１６を有し、これらの円筒形セグメント１２、１４、１６は、長手方向軸線Ｘを中心に同軸であり、互いに一直線に配置されている。円筒形セグメント１２、１４、１６は、それぞれの端部を介して互いにねじ結合されている。ガスケット１８が、円筒形セグメント１２、１４、１６の間に介在している。

支持ブロック２に、オリフィス２０が開けられ、オリフィス２０は、比較的小径のねじ山部分２２を図１の下方に向かって有し、且つ、ねじ山部分２２から図１の上向きに延びる比較的大径のねじ山無し部分２４を有している。

一番上のセグメント１２は、そのねじ山付き上端部を介して、オリフィス２０のねじ山部分２２に螺合されている。

作業セグメント１６は、支持ブロック２から最も遠くに位置し、中間セグメント１４は、一番上のセグメント１２と作業セグメント１６とを互いに連結している。

作業セグメント１６は、中間セグメント１４から引き続いて、公称の外径を有する主部分と、主部分よりも小径の第１肩部２６と、第１肩部２６よりも小径の第２肩部２８とを有し、最後に、先細りの端部３０を有している。中間セグメント１４は、公称の外径を有し、一番上の締結セグメント１２は、公称の外径よりも大きい外径を有することに注目すべきである。公称の外径は、典型的には、８〜３０ミリメートルの範囲にある。

トーチ本体４は、耐熱性材料で作られる。

トーチ本体４は、長手方向の全長にわたって延びる内部通路３２を有し、内部通路３２は、その両端部において、即ち、支持ブロック２のところと作業端部１０のところにおいて開口している。

内部通路３２は、長手方向軸線Ｘを中心とする円形の中央開口３４及び保護ガスを噴出させるための複数のオリフィス３５を介して、作業端部１０において外部に開口し、オリフィス３５は、先細りの端部３０（図２）を貫通して形成され、中央開口３４の周りに配置されている。

内部通路３２の流れ断面は、第２肩部２８及び先細りの端部３０に沿って中央開口３４に向かって徐々に先細りになる。従って、内部通路３２を構成する内壁は、第２肩部２８及び先細りの端部３０に沿って延び且つ中央開口３４に向かって狭まる部分３６を有している。

電極６は、長手方向に細長い円筒（円柱）形状であり、トーチ本体４の内部通路３２内で長手方向軸線Ｘ上に配置されている。電極６は、一番上のセグメント１２の一部と、中間セグメント１４及び作業セグメント１６とに沿って延び、中央開口３４に係合する。例示として、電極６は、１．６〜４ｍｍの範囲の外径を有し、トーチ本体４の作業端部１０を越えて約５０ｍｍ突出する。

溶接トーチ１はまた、電極６をトーチ本体４に対して固定する固定手段３８を有している。固定手段３８は、電極６とトーチ本体４の作業セグメント１６との間に介在した管状クランプ３９と、管状クランプ３９と長手方向に隣接した支持チューブ４０と、ねじ４２とを有している。管状クランプ３９は、長手方向のスロットによって４つの等しい扇形部分に分割された底端部４４を有している。この底端部４４は、通路４の内壁の狭まり部分３６に長手方向に支持されている。

支持チューブ４０は、その一端を介して、クランプ３９に支持される。支持チューブ４０は、トーチ本体４の中間セグメント１４及び一番上のセグメント１２に沿って延び、オリフィス２０のねじ山部分２２に係合する。

ねじ４２は、オリフィス２０のねじ山無し部分２４に係合し、ねじ４２の終端部分を介してねじ山部分２２に螺合される。ねじ４２は、支持チューブ４０に対して長手方向に押付けられるように支持される。ねじ４２は、支持チューブ４０を長手方向に作業端部１０に向かって移動させるようにを押し、次いで、支持チューブ４０は、クランプ３９を作業端部１０に向かって押す。従って、底端部４４の分割部分は、内壁の狭まり部分３６に押付けられるように支持され、かくして、電極６に向かって半径方向に押され、電極６に押付けられるようにしてクランプ止めされる。分割端部４４によって電極６に及ぼされる応力は、オリフィス２０内のねじ４２の長手方向の位置の関数である。

溶接トーチ１はまた、ガスの流れを差し向けるための円筒形のスカート４６を有し、このスカート４６は、長手方向軸線Ｘに沿って作業端部１０の周りに延びている。スカート４６は、第１肩部２６にしっかりと締結されている。スカート４６は、第１肩部２６から、中央開口３４と電極６の自由端との間のそれらから実質的に等距離の箇所まで長手方向に延びている。スカート４６は、電極６及びチューブ４の先細りの端部３０を包囲している。第１肩部２６から離れた方のスカート４６の端部４７は、開口している。

保護ガスの流路８は、第１の側であるトーチ本体４のセグメント１２、１４、１６と第２の側である支持チューブ４０及びクランプ３９との間に設けられた環状の空間に一致する。流路８は、ガス噴出開口３５によって、作業端部１０のところで終端している。ガス噴出開口３５は、流路８を、スカート４６と作業セグメント１６との間に位置する空間に連通させる。

溶接トーチ１は、例えば、シリンダ（図示せず）から支持ブロック２を介して、流路８に保護ガスを供給するための手段を有している。

溶接トーチ１はまた、長手方向軸線Ｘに対して垂直方向に延びる複数の平らな噴流遮断グリッド４８を有している。噴流遮断グリッド４８は、軸線方向に互いに積み重なり、各々、スカート４６の内径に一致する直径の円形形状を有している。噴流遮断グリッド４８は、スカート４６にしっかりと締結され、スカート４６の横断面全体を占めている。噴流遮断グリッド４８は、その中央を電極６が貫通するように構成されている。噴流遮断グリッド４８は、作業セグメント１６の先細りの端部３０押付けられるように配置されている。

各噴流遮断グリッド４８は、直径０．１６ｍｍの３０４Ｌステンレス鋼ワイヤを用いて作成された金属ワイヤの孔開き格子である。ワイヤは、それらの間に一辺が約０．５ｍｍの正方形の空間を構成するように配置される。

溶接トーチ１はまた、スカート４６の開口端４７の周りにしっかりと締結された凸形グリッド５０を有している。凸形グリッド５０は、ガス噴出開口３５から離れる方向に向かって凸形である。凸形グリッド５０は、スカート４６の開口端４７全体を覆っている。

凸形グリッド５０は、スカート４６の外側に締結された環状部分５２を有し、環状部分５２は、開口端４７を覆う半球形部分５４によって延長されている。その結果、半球形部分５４は、ガス噴出開口３５を通して噴出させられたガスが必ず半球形部分５４を通り抜けるという意味で、ガス噴出開口３５を覆っている。つまり、半球形部分５４は、ガス噴出開口３５から電極の突出部分に向かって流れるガス流に介在している。電極６は、半球形部分５４の中央を貫通している。

噴流遮断グリッド４８と同様、凸形グリッド５０は、金属ワイヤの孔開き格子の形態に作られる。また同様に、金属ワイヤは、例えば直径０．１６ｍｍの３０４Ｌステンレス鋼ワイヤであり、ワイヤは、それらの間に一辺が約０．５ｍｍの正方形の空間を構成するように配置される。

凸形グリッド５０の半球形部分５４の曲率半径は、例えば約５ｍｍである。

支持ブロック２と電極６の自由端との間の溶接トーチ１の長さは、例えば、１７０ｍｍ〜５００ｍｍの範囲にある。

保護ガスは、アルゴン若しくはヘリウム、又はアルゴンとヘリウムの混合物である。

支持ブロック２から作業端部１０まで流路８に沿って流れる保護ガスは、ガス噴出開口３５によって、噴流の形態でトーチ本体４からスカート４６の内側空間内に噴出され、電極６の突出部分に向かって進む。次に、スカート４６によって差し向けられたガス噴流は、噴流遮断グリッド４８をその空いているスペース又は孔を通り抜けることによって通過する。次に、ガス噴流は、スカート４６によって凸形グリッド５０に差し向けられ、半球形部分５４をその空いているスペース又は孔を通り抜けることによって通過する。

トーチ本体４から出たガスは、実質的に層流の形態で、凸形グリッド５０まで長手方向に流れる。図２に示すように、流れの中央に位置する流体の流れＬ１、即ち、電極６に沿う流体の流れＬ１は、電極６の近くのスペース又は孔を通って凸形グリッド５０を通り抜け、実質的に長手方向に、又は、長手方向軸線Ｘに対して少し傾斜した方向に向けられる。流体の流れは、凸形グリッド５０を通り抜ける際、ほとんど逸らされない。

流れの周囲に位置する流体の流れＬ２、即ち、スカート４６に沿って流れる流体の流れＬ２は、凸形グリッドの周囲に位置するスペース又は孔を通って凸形グリッド５０を通り抜ける。スペース又は孔は、長手方向軸線Ｘに対して急な角度で傾斜する方向に向けられているので、スペースを通り抜ける流体の流れＬ２は、グリッド５０を通り抜ける際、流れの外側に向かって大きく逸らされる。

電極６とスカート４６の中間領域に位置する流体の流れＬ３は、長手方向軸線Ｘに対して緩やかな角度で傾斜する方向に延びる凸形グリッド５０のスペース又は孔を通り抜け、従って、流れの外側に向かって緩やかに逸らされる。

従って、ガス流は、凸形グリッド５０の下流側において、その上流側よりもかなり広くなる。

図２において、比較の目的で、本発明の溶接トーチを用いて得られるガス流を破線で示し、凸形グリッド５０を含まないこと以外同一である溶接トーチを用いて得られるガス流を一点鎖線で示す。

凸形グリッド５０がない場合、ガス流は、スカート４６の開口端４７からほんのわずかしか発散しない。対照的に、溶接トーチが凸形グリッド５０を有する場合、ガス流は、明らかに、スカート４６の開口端４７からかなり発散する。電極６の自由端のレベルにおける長手方向軸線Ｘに対する垂直なガス流の断面積は、凸形のグリッド５０を用いると、グリッド５０がない場合の実質的に２倍の大きさになる。

上述した溶接トーチは、多数の利点をもたらす。

金属ワイヤで作られたる凸形グリッドにより、保護ガス流を拡大させることを可能にする。この成果は、少ない費用で得られる。

外径が小さいトーチ本体を有する上述した種類の溶接トーチの使用は、例えば２５０ｍｍの深さと２０ｍｍの幅を有するような、深く狭い溝によって隔てられた２つの部材の突合せ溶接を実行するのに特に適している。溶接トーチを、溝の底部における第１の溶接部位のために用いることもできる。最初の部位の溶接の間、溶接溶融物は狭く、溝の幅と同一の幅のものである。同じ溶接トーチを、部材の表面から１０ｍｍ未満の深さにおける最終部位にも用いることができる。最終部位の溶接の際の溶接溶融物の幅は、溝の底部における溶接溶融物の幅よりもはるかに広い。溶接トーチからの保護ガス流が広げられるので、溶接トーチは、溝の中の深いところでも、突合せ溶接される部材の外面のレベルにおいても、溶接溶融物全体をカバーする。

このような溶接トーチの使用は、特に、原子炉の蒸気発生装置を交換する作業の際に好適である。こうした作業の間、一次回路の配管を、交換すべき蒸気発生装置の上流及び下流で切断する。次に、上流セグメント及び下流セグメントを待機状態にしたまま、蒸気発生装置を取外す。その後、上流及び下流の一次配管スタブを設けた新しい蒸気発生装置を所定位置に設置し、配管スタブは、待機状態のままの上流セグメント及び下流セグメントに溶接する。待機状態のままのセグメント、及び、それに突合せ溶接するための配管スタブはかなり厚い部材であり、それぞれ数十ミリメートルの厚さである。溶接の時点では、それらは、約１０ミリメートルの幅を有する間隙により隔てられている。このような状況下で上述の種類の溶接トーチを使用するとき、上述した溶接トーチは、同じ溶接トーチを全ての溶接部位に用いることができるので特に有利である。このような状況下では、溝の底部での部位を溶接するために第１の溶接トーチを使用してから、配管の長さの外面近くで最後の部位を溶接するために第２の溶接トーチを使用する必要がないため、作業はより速い。溶接トーチを交換し、第２の溶接トーチの作業に合わせたガス流速、電力供給等の調節を行うための無駄時間は必要ない。これらの溶接作業は、原子炉の、線量率が無視できるほど少なくない領域で実行されるので、電離放射線に対する関係者の被曝を最小にするために、作業を行うのに必要な時間を短縮することは非常に重要なことである。

上述した溶接トーチはまた、天井部での溶接のとき、即ち、溶接トーチが、互いに溶接される部材の下方に位置するときにも、特に有利である。このような状況下では、凸形グリッド５０は、噴流遮断グリッド４８を保護するのに役立つ。溶接溶融物から滴下する溶融材料の溶滴は、噴流遮断グリッド４８に到達する前に、凸形グリッド５０により止められる。

上述した溶接トーチは、多数の変形例を有する。

溶接トーチは、ＴＩＧ溶接法に適合していてもよいし、ＭＩＧ溶接法に適合していてもよい。

溶接トーチを、フィルター金属を用いる溶接に使用してもよいし、それを用いない溶接に使用してもよい。

溶接トーチを、作業者が手動で用いてもよいし、自動溶接機械で用いてもよい。

トーチ本体４は、環境に応じて、循環水により冷却されてもよいし、冷却する必要がなくてもよい。

凸形グリッド５０は、多数の形態を有する。凸形グリッド５０は、上述したように、半球形であるのがよい。凸形グリッド５０は、長手方向軸線Ｘを含む平面における断面において楕円形であってもよい。更に、凸形グリッド５０は、電極６を包囲する長手方向軸線Ｘに対して垂直な平らな部分と、この平らな部分とスカート４６の開口端４７との間に延びる丸く膨らんだ部分とを有する、不規則な形状であってもよい。

溶接トーチは、必ずしもスカート４６を有する必要はない。そのような状況下では、凸形グリッド５０は、第２肩部２８又は第１肩部２６に直接締結される。

溶接トーチは、端部同士の突合せ溶接に使用されてもよいし、側部同士の突合せ溶接に使用されてもよいし、かど溶接に使用されてもよい。

溶接トーチは、かなり厚い２つの部材を合わせて溶接することに適合されてもよいし、小さい厚みの２つの部材を合わせて溶接するために用いられてもよい。

溶接トーチは、完全溶込み溶接に適合されてもよいし、完全溶込みではない溶接に適合されてもよい。

上記の説明は、トーチ本体が８ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にある外径を有する実施形態に関する。しかしながら、３０ｍｍより大きい直径を有するトーチ本体も同じく良好であり得る。

凸形グリッド５０は、保護ガス流を拡大させるための他の手段で置き換えられてもよく、かかる他の手段は、例えば、ガス流を発散させるのに適した形状を有するように電極６を包囲する環状ノズル、又は、電極６とスカート４６の開口端４７との間に配置された円錐台形の孔あき板である。

溶接トーチはまた、軸線方向に互いに重ね合わせた複数の凸形グリッド５０を有していてもよい。複数の凸形グリッド５０は、通常、同じワイヤを用いてそれらの間に同じ大きさのスペース又は孔を構成する同じ種類のものであるが、異なる種類のものであってもよい。複数の凸形グリッドは、互いに押付けられるべきである。複数の重ねられた凸形グリッド５０の使用は、流体の流れが特に均一に分配されたガス噴流を得ることを可能にする。得られる噴流は、完全な層流である。

本発明の溶接トーチの長手方向断面図である。本発明の溶接トーチで得られるガス噴流を破線で表し、比較のために現在の技術の溶接トーチで得られるガス噴流を一点鎖線で表した、図１の溶接トーチの作業端部の拡大図である。

Claims

溶接トーチ（１）であって、
長手方向に沿って細長いトーチ本体（４）を有し、前記トーチ本体（４）は、作業端部（１０）と、前記作業端部（１０）から長手方向に突出する部分を有する電極（６）と、前記トーチ本体（４）の内側に形成された保護ガスの流れのための通路（８）と、を有し、前記通路は、保護ガスを噴流の形態で前記電極（６）の突出部分に向かって噴出させるための少なくとも１つの開口（３５）を経て前記作業端部のところで終端し、
更に、前記保護ガスの噴流を拡大させるための噴流拡大手段（５０）を有し、前記噴流拡大手段は、前記通路（８）の開口（３５）を覆う凸形の孔開きグリッド（５０）を有し、前記グリッド（５０）は、前記開口（３５）から遠ざかるように出張り、前記グリッドを貫通する前記電極（６）を保持する、溶接トーチ（１）。
前記凸形グリッド（５０）は半球形の部分（５４）を有する、請求項１に記載の溶接トーチ。
前記凸形グリッド（５０）は、金属ワイヤの格子であり、前記ガスを通過させるための空間が前記格子の間に定められる、請求項１又は２に記載の溶接トーチ。
更に、前記少なくとも１つの開口（３５）を包囲する環状のスカート（４６）を有し、前記スカートは、前記電極（６）の突出部分の周りにおいて前記作業端部（１０）から延び、前記作業端部（１０）の反対側において、前記凸形グリッド（５０）によって覆われた開口端（４７）を有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の溶接トーチ。
前記凸形グリッド（５０）は、ステンレス鋼で作られる、請求項１〜４の何れか１項に記載の溶接トーチ。
前記凸形グリッド（５０）を通過する前記ガスの流れは層流である、請求項１〜５の何れか１項に記載の溶接トーチ。
更に、前記開口（３５）と前記凸形グリッド（５０）との間において前記ガス流に介在させた実質的に平らな少なくとも１つの噴流遮断グリッド（４８）を有する、請求項１〜６の何れか１項に記載の溶接トーチ。
前記噴流拡大手段は、互いに重ねられた複数の凸形グリッド（５０）を有する、請求項１〜７の何れか１項に記載の溶接トーチ。
前記トーチ本体（４）の断面における最大寸法は、３０ミリメートルよりも小さい、請求項１〜８の何れか１項に記載の溶接トーチ。
前記溶接トーチは、タングステン不活性ガス（ＴＩＧ）溶接法及び金属不活性ガス（ＭＩＧ）溶接法に適合する、請求項１〜９の何れか１項に記載の溶接トーチ。
前記電極（６）は、前記凸形グリッド（５０）の中央を貫通する、請求項１〜１０の何れか１項に記載の溶接トーチ。