JP2011121113A - スクリュー羽根の肉盛溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺のスクリューコンベアを、背の高くない通常の建屋内において効率的に耐摩耗肉盛溶接する。
【解決手段】
スクリューコンベア１をスクリュー軸２が略水平方向となるように設置し、前記スクリュー軸２周りに回転させながら、溶接トーチ２１のトーチ先端２２を前記スクリューコンベア１のスクリュー羽根３の羽根側面４に対して水平横向き方向に向けて前記羽根側面４を耐摩耗肉盛するアーク溶接方法であって、直径１．２ｍｍから１．６ｍｍの範囲の溶接ワイヤ２３を用いて、２ＫＪ／ｃｍから９ＫＪ／ｃｍの範囲の入熱量にて溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スクリューコンベアのスクリュー羽根の肉盛溶接方法に関する。

近年、ごみ、木材チップ、樹脂、土砂などの搬送、攪拌、混合、混練、減容などのために、１０ｍを超える長尺のスクリューコンベアが用いられるようになってきた。このスクリューコンベア、特にそのスクリュー羽根は摩耗が激しい。そこで、その寿命を延ばすため、スクリュー羽根の側面などに耐摩耗肉盛溶接をして補修する場合がある。
この場合、高クロム鋳鉄系溶接材料を使用した耐摩耗肉盛自動溶接においては、溶融池の湯流れがよいためにビードが垂れ落ちてしまう結果、良好な溶接ビードを得るためには、その溶接姿勢を鉛直方向下向きにしなければならなかった。

しかしながら、従来の技術では、長尺のスクリューコンベアを溶接する場合には、スクリューコンベアのスクリュー軸を立てて、鉛直方向下向きに溶接しなければならなかった。このため、極めて背の高い建屋内で行う必要があり、またこのため、溶接の作業効率が悪いという欠点があった。本発明は、長尺のスクリューコンベアを、背の高くない通常の建屋内において効率的に耐摩耗肉盛溶接することを課題とする。

本発明の溶接方法は、スクリューコンベア１をスクリュー軸２が略水平方向となるように設置し、前記スクリュー軸２周りに回転させながら、溶接トーチ２１のトーチ先端２２を前記スクリューコンベア１のスクリュー羽根３の羽根側面４に対して水平横向き方向に向け、前記羽根側面４を耐摩耗肉盛するアーク溶接方法であって、直径１．２ｍｍから１．６ｍｍの範囲の溶接ワイヤ２３を用いて、２ＫＪ／ｃｍから９ＫＪ／ｃｍの範囲の入熱量にて溶接することを特徴とするスクリュー羽根の肉盛溶接方法である。
また、入熱量は４ＫＪ／ｃｍから６ＫＪ／ｃｍの範囲であることを特徴とするスクリュー羽根の肉盛溶接方法である。
また、第２の溶接トーチのトーチ先端を前記羽根側面４の裏側である羽根裏側側面６に対して水平横向き方法に向け、前記羽根裏側側面６を前記羽根側面４と同時に耐摩耗肉盛溶接するスクリュー羽根の肉盛溶接方法である。
また、前記溶接ワイヤ２３は高クロム鋳鉄系溶接材料よりなるフラックスコアードワイヤであるスクリュー羽根の肉盛溶接方法である。
また、前記羽根側面４を倣って、前記溶接トーチ２１とスクリュー羽根３との間隔を一定にするように前記溶接トーチ２１を移動させながら溶接するスクリュー羽根の肉盛溶接方法である。
また、溶接電流値を検出し、該溶接電流値が所定値よりも減少するときには、前記トーチ先端２２をスクリュー羽根３に近づくように移動させ、該溶接電流値が所定値よりも増加するときには、前記トーチ先端２２をスクリュー羽根３に遠ざかるように移動させ、溶接ワイヤ２３の先端部とスクリュー羽根の溶接ビード３１間の距離を調整しつつ溶接するスクリュー羽根の肉盛溶接方法である。

本発明によれば、スクリュー羽根の羽根側面を水平横方向の姿勢によって溶接することができるため、スクリューコンベアを水平方向に置いて溶接することができる。これにより、高い建屋を用意することなく、かつ作業効率よく溶接歪の少ない肉盛溶接ができる。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、スクリュー羽根の羽根側面に対して溶接トーチを水平横向き方向に向けて耐摩耗肉盛アーク溶接する方法の外観図である。
スクリューコンベア１は、そのスクリュー軸２が水平方向となるように架台などに設置されている。スクリューコンベアは、図示しないモータなどにより、所定の溶接速度で溶接されるよう、スクリュー軸２回りに回転している。スクリューコンベア１には、円筒状のスクリュー軸２にスクリュー羽根３が、螺旋状に巻きつけられている。したがって、羽根側面４はスクリュー軸に対して垂直方向に、スクリュー羽根の天面５は軸の放射方向に向いている。

通常、このスクリュー羽根は、次のように製作される。すなわちリング状の板材をその直径方向に１箇所切断し、両端部を板材の厚み方向に１ピッチ分伸ばしてバネ座金状とし、スクリュー軸に巻きつけ、これに溶接する。この溶接を繰り返すことにより、スクリュー羽根はスクリュー軸に対し直角方向に伸び、かつ螺旋状ないしスクリュー状に巻きつけられる。一つのスクリューでも羽根の直径が一定でないもの、スクリュー羽根のピッチが一定でないものもある。例えば、図１に示すように、最右の羽根間のピッチＰ１がその他の羽根間のピッチＰ２よりも狭い場合がある。

スクリューコンベアの材料には、種々のものが用いられているが、炭素鋼及びステンレス鋼である場合が多い。

このスクリューコンベアには、自動溶接機１０がこれに並行に設置されている。自動溶接機１０には、アーク溶接機２０が取り付けられ、アーク溶接機２０には、トーチ２１及び溶接ワイヤ２３を供給するワイヤ供給装置２４が設けられる。
トーチ２１は、そのトーチ先端２２が水平・横向き方向、すなわち羽根側面４に対し直交方向に向かっている。トーチ先端２２は、水平・横向きであれば良く、図の左右どちら向きでも良い。すなわち溶接するにしたがって、図のようにトーチ先端が後退するようにしても良いし、あるいはトーチ先端が前進するようにしても良い。

自動溶接機１０のキャリッジ１１がＸ軸１２を移動し、Ｙ軸１３がキャリッジ１１を移動することにより、溶接トーチ２１がＸ軸Ｙ軸方向に移動制御される。スクリュー軸２が回転するので、トーチ２１はＹ軸方向に上下に移動しつつ、Ｘ軸方向に移動することにより、溶接が進み完了することとなる。
溶接ワイヤ２３はフラックスコアードワイヤが望ましいが、ソリッドワイヤであってもよい。この溶接ワイヤの材料としては、摩耗性に優れるクロムを１０％から３０％を含む高クロム鋳鉄系溶接材料を用いる。

また、図１の場合にも、次図（図２）のように、倣い機構２５を設けて、自動溶接をすることができる。

また、スクリュー羽根側面４を溶接後、引き続き、その裏側であるスクリュー羽根裏側側面６を溶接することができる。これを交互に繰り返すことにより、溶接歪を低減することができる。羽根裏側側面６を溶接する場合には、トーチ先端２２を図の反対方向に向けて溶接する。
さらに、前記アーク溶接機２０とともに、図示しない第２のアーク溶接機を自動溶接機１０に設け、該第２のアーク溶接機に、第２のトーチ及び溶接ワイヤを供給するワイヤ供給装置を設け、羽根側面４とその裏側である羽根裏側側面６を同時に溶接することができる。すなわち、溶接しているスクリュー羽根４の反対面である羽根裏側側面６に第２のトーチを水平横向きかつ第１のトーチの向きとは反対方向に向け、前記羽根裏側側面６と羽根側面４を同時に溶接することができる。これにより、溶接歪を低減することができる。

図２は、スクリュー羽根の近傍のスクリュー軸表面７を溶接面とする場合である。羽根側面４を倣い機構２５によって倣いつつ、トーチ２１を垂直・下向きに向けて溶接する。スクリュー羽根の天面５を溶接する場合にも、同様に、トーチ先端２２を下向きに向けて溶接する。
図２のその他の構成は、図１と同様である。

図３は、自動調節機構の説明図である。溶接の際には、溶接ワイヤ２３の先端２１とビード３１の間にアーク３０が発生するが、その部分の長さ、すなわち突き出し長さ（Ｅ１、Ｅ２）を自動調節する機構により、突き出し長さを調整することが望ましい。突き出し長さＥ１の同図（ａ）の状態から、突き出し長さＥ２の同図（ｂ）の状態に変化すると、ジュール熱を一定にするよう電流値がＩ１からＩ２に減少する。この電流値の減少を検出することにより、溶接トーチ２１を被溶接体（スクリュー羽根の羽根側面など）に近づくように移動させて突き出し長さＥ１とすることにより（同図（Ｃ））、突き出し長さを調節する。これによりスキュリュー羽根上に均一なビード３１が得られることとなる。

図４は、ワイヤ直径１．６ｍｍを用い、入熱量をパラメータとした溶接試験を実施した際の溶接部の目視による外観評価とその写真を示すものである。図５は、ワイヤ直径１．２ｍｍを用い、入熱量をパラメータとした溶接試験を実施した際の溶接部の目視による外観評価とその写真を示すものである。図中の×が不良、△は良、○は最良を意味する。
ワイヤ直径１．６ｍｍでは入熱量２ＫＪ／ｃｍから９ＫＪ／ｃｍにおいて良好なビードが得られた。これに対して２ＫＪ／ｃｍ未満とすると不整ビードとなる。９ＫＪ／ｃｍを超えるとビードが垂れ落ちる。このうち最も外観が良好なビードが得られたのは４〜６ＫＪ／ｃｍであった。
また、同様に、ワイヤ直径１．２ｍｍでも入熱量２ＫＪ／ｃｍから９ＫＪ／ｃｍにおいて良好なビードが得られた。最も外観が良好なビードが得られたのは４〜６ＫＪ／ｃｍであった。
また、１．６ｍｍ以上の太径のワイヤ（例えば２．８ｍｍ）を用いると、入熱量を調整してもアンダーカットが生じて、外観は不良であった。

なお、これらの試験は、溶接材料として ５％Ｃ−２５Ｃｒ−他 を用い、次の試験条件でなされた。
（１．６ｍｍ径）
溶接電流Ｉ：２７０Ａ、電圧Ｅ：２５Ｖ、ワイヤ供給速度６．０ｍ／ｍｉｎ
（１．２ｍｍ径）
溶接電流Ｉ：２１０Ａ、電圧Ｅ：２５Ｖ、ワイヤ供給速度８．０ｍ／ｍｉｎ

また、入熱量Ｈ（ＫＪ／ｃｍ）は次式により求められた。

本実施形態に係る羽根側面の溶接方法の外観図である。 本実施形態に係るスクリュー軸表面の溶接方法の外観図である。 自動調節機構の説明図である。 ワイヤ直径１．６ｍｍの場合の試験結果である。 ワイヤ直径１．２ｍｍの場合の試験結果である。

１ スクリューコンベア
２ スクリュー軸
３ スクリュー羽根
４ 羽根側面
６ 羽根裏側側面
２１ 溶接トーチ
２２ トーチ先端
２３ 溶接ワイヤ
３１ 溶接ビード

Claims (6)

1. スクリューコンベアをスクリュー軸が略水平方向となるように設置し、前記スクリュー軸周りに回転させながら、溶接トーチのトーチ先端を前記スクリューコンベアのスクリュー羽根の羽根側面に対して水平横向き方向に向け、前記羽根側面を耐摩耗肉盛するアーク溶接方法であって、直径１．２ｍｍから１．６ｍｍの範囲の溶接ワイヤを用いて、２ＫＪ／ｃｍから９ＫＪ／ｃｍの範囲の入熱量にて溶接することを特徴とするスクリュー羽根の肉盛溶接方法。
2. 前記入熱量は４ＫＪ／ｃｍから６ＫＪ／ｃｍの範囲であることを特徴とするスクリュー羽根の肉盛溶接方法。
3. 第２の溶接トーチのトーチ先端を前記羽根側面の裏側である羽根裏側側面に対して水平横向き方法に向け、前記羽根裏側側面を前記羽根側面と同時に耐摩耗肉盛溶接する請求項１及び２記載のスクリュー羽根の肉盛溶接方法。
4. 前記溶接ワイヤは高クロム鋳鉄系溶接材料よりなるフラックスコアードワイヤである請求項１ないし３記載のスクリュー羽根の肉盛溶接方法。
5. 前記羽根側面を倣って、前記溶接トーチとスクリュー羽根との間隔を一定にするように前記溶接トーチを移動させながら溶接する請求項１ないし４記載のスクリュー羽根の肉盛溶接方法。
6. 溶接電流値を検出し、該溶接電流値が所定値よりも減少するときには、前記トーチ先端をスクリュー羽根に近づくように移動させ、該溶接電流値が所定値よりも増加するときには、前記トーチ先端をスクリュー羽根に遠ざかるように移動させ、溶接ワイヤの先端部とスクリュー羽根の溶接ビード間の距離を調整しつつ溶接する請求項１ないし５記載のスクリュー羽根の肉盛溶接方法。

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