JP2015532892A - 抵抗スポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、全体的に円筒状の導電材料製槍部（１１）を含み、蒸気発生管内に導入可能な溶接ヘッド（１）と、槍部（１１）から半径方向に突出したスポット溶接電極（１２）と、操作機構（１３）と、半径方向においてスポット溶接電極（１２）の反対側にあって操作機構（１３）により蒸気発生管の内壁に向かって移動可能な絶縁体（１４）とを有する、蒸気発生管の内壁に旋回流発生用インサートを固定するための抵抗スポット溶接装置に関する。槍部（１１）が溶接ヘッドの先端から所定距離の部分に細径部位を有し、操作機構（１３）の作動に応じて絶縁体（１４）とスポット溶接電極（１２）とが蒸気発生管の内壁に対して旋回流発生用インサートを押圧する。槍部（１１）に溶接電流を印加すれば点状の溶接電流がスポット溶接電極（１２）から蒸気発生管の外側に配置された対向電極（３）へ流れる。【選択図】図１

Description

本発明は、蒸気発生管内に旋回流発生用インサートを固定するために用いられる、請求項１の前文に係る抵抗スポット溶接装置に関する。

抵抗溶接の場合、２つの被接合材を相互に押圧し、これら被接合材間の接触個所を、溶接電流によって電気的に溶融接合する。

実用上重要なのが抵抗スポット溶接であり、この抵抗スポット溶接では、溶接ガンの点状電極が直接的に被接合材を相互に押圧する。この場合の抵抗溶接技術に必要な要素は、溶接電極を備えた溶接ガンと、該溶接ガンに接続された溶接変圧器付き溶接電源と、溶接工程を適切に制御するための溶接制御ユニット及び場合により必要なプロセス監視システムと、である。

通常、抵抗スポット溶接の場合、被接合材は、両電極の部位で空気圧により所定の力で相互に押圧される。そして、溶接時間を通して溶接電流が流される。被接合材間の当該接触個所における電気抵抗は、被接合材の素材本来の電気抵抗よりも著しく大きい。この接触抵抗に起因して得られる点状の熱電加熱によって、レンズ状の溶融が生じる。このとき同時に加えられている電極からの押圧（電極力）に従って、点状に材料が結合して恒久的な接合が生じる。当該電極力はドウェルタイム（dwell time）の間維持され、ボイドの形成を回避した溶融部の冷却を確実にする。

例えば、蒸気発生管の内面において流動媒体を強制的により速く流したい場合、旋回流発生用インサートを有する蒸気発生管が使用される。このような内側にリブを付けた管の使用は、発電所設備の全負荷時における蒸発器の質量流量が低い場合など種々の理由から必要とされる。高い熱流束の場合にも、内側リブ付き管の使用が必要である。これは膜沸騰の可能性があるためで、膜沸騰で蒸気発生管の内面に蒸気の膜が形成されると、当該蒸気膜が、核沸騰の場合の良好な混合流体とは逆の、高い熱絶縁作用を有することになる。このケースでは、同じ熱流速であっても壁温度が著しく上昇し、伝熱面の破損につながり得る。最後に、加えて大事なのは、内側リブ付き管により、通常負荷運転において流れの層化（水相と蒸気相との分離）を回避することができるということである。

特許文献１は、旋回流発生用インサートを型取り棒（テンプレートシャフト）の溝に取り付け、該取り付けたインサートと共にテンプレートシャフトを蒸気発生管に挿入し、そして、前記インサートをテンプレートシャフトから外した後、当該テンプレートシャフトを蒸気発生管から取り出すことを含んだ方法を、開示している。

特許文献２は、ガスシールドアーク溶接を使用して、上記のような旋回流発生用インサートを蒸気発生管内に材料結合により固定する装置及び方法を、開示している。

欧州特許出願公開第２３９０５６７号明細書 欧州特許出願公開第２３９００３９号明細書

本発明は、旋回流発生用インサートを蒸気発生管内に固定するための抵抗スポット溶接装置の提供を、課題とする。

上記課題は、請求項１に特定した特徴を有する抵抗スポット溶接装置により解決される。
この抵抗スポット溶接装置によれば、ガスシールドアーク溶接とは異なり、旋回流発生用インサートの取り付けを低コストで行うことができる。本発明に係る溶接ヘッドによると、蒸気発生管のいかなる箇所であっても、抵抗スポット溶接を使用して、旋回流発生用インサートを材料結合で恒久的に蒸気発生管の内壁へ接合することができる。好ましくは液圧シリンダとして構成可能な本発明に係る操作機構の動作を停止させると、溶接ヘッドは、蒸気発生管内において次のスポット溶接箇所まで移動させることが可能になる。より有効なスポット溶接のために、抵抗スポット溶接装置の槍部は優れた導電特性を有する銅から形成することができ、消耗し得るスポット溶接電極は交換可能とすることができる。

蒸気発生管内インサート導入用のテンプレートシャフトとされるシャフトの先端付近に溶接ヘッドを配置した態様を採用すると、蒸気発生管内への旋回流発生用インサート挿入工程及び当該インサートの固定工程を、本発明に係る抵抗スポット溶接装置一つで実施することができる。

次の図に基づき以下で本発明の実施形態を説明する。
溶接ヘッドの断面図を示す。 抵抗スポット溶接装置を示す。

図１には、蒸気発生管の内壁に旋回流発生用インサートを固定するための溶接ヘッドが断面図で示されている。本発明による溶接ヘッド１は、全体として円筒形に形成された導電材料（好ましくは銅）製の槍部１１と、この槍部１１からその半径方向に突出したスポット溶接電極１２と、操作機構１３と、絶縁体１４と、を有する。絶縁体１４は、半径方向においてスポット溶接電極１２とは反対側にあり、操作機構１３によって蒸気発生管の内壁に向け移動させることができる。槍部１１は、該溶接ヘッド１の先端から所定距離の部分で細くなっていて（細径部位）、操作機構１３の作動に従って絶縁体１４が、これに応じてスポット溶接電極１２も、旋回流発生用インサートを蒸気発生管の内壁へ押し付ける。

図１に示した実施形態の場合、操作機構１３は、円筒形の槍部１１の軸線を横切る方向に向けて該槍部１１に埋め込んだ液圧シリンダである。蓄圧器又は液圧ポンプ（図示略）から供給管１５を介して作動液が液圧シリンダ（１３）に導入され、これに従って液圧シリンダ内に設けられた液圧ピストンが動作する。作動液が供給管１５を介して液圧シリンダ内に注入されると、液圧ピストンが液圧シリンダから外向きに延出し、該液圧ピストンに接続されている絶縁体１４を、溶接ヘッド１を囲繞している蒸気発生管の内壁に向かって押し出す。このときに、前もって蒸気発生管内にテンプレートシャフトにより挿入済みの旋回流発生用インサートが、絶縁体１４によって内壁に対し押圧される。液圧ピストンが液圧シリンダから外方へ延出していくのに伴い、槍部１１は、その細径部位で湾曲し、これによって、スポット溶接電極１２のある槍部１１のヘッド先端部が、内壁に向け変位させられる。すなわち、絶縁体１４とは反対の側でも、スポット溶接電極１２が旋回流発生用インサートを内壁に対し押圧する。

この状態で槍部１１に溶接電流が印加されると、当該溶接電流は、スポット溶接電極１２から蒸気発生管を通って蒸気発生管の外側に配置された対向電極３へ流れる（図２参照）。その結果、スポット溶接電極１２が旋回流発生用インサートに押し当てられている個所において、旋回流発生用インサートと蒸気発生管との間で材料結合が起きる。操作機構１３の液圧シリンダの圧力下で、スポット溶接電極１２は、溶接接触中に液化及び軟化するインサート材料に対して接触を維持できる。この接触を溶接過程において持続させるべく槍部１１の細径部位を適切に設計し、操作機構１３によって引き起こされる槍部１１と絶縁体１４との逆方向の変位によってスポット溶接電極１２が旋回流発生用インサートを持続して押圧できるようにする。

溶接過程が終了すると、作動液が操作機構１３の液圧シリンダから排出され、液圧ピストンが液圧シリンダ内へ引き込められ、これに従い絶縁体１４及び槍部１１は、溶接ヘッド１の軸線の方へ変位して内壁から離れる。その後、溶接ヘッド１が蒸気発生管内の次の個所へ案内され、そして該次の個所で上記溶接過程が繰り返される。以上のようにして段階的に、蒸気発生管内における旋回流発生用インサートの材料結合による確実な固定を達成することができる。

図２は斜視図で、抵抗スポット溶接装置の要部、すなわち、溶接ヘッド１を有する絶縁シャフト２と、これに対応して配置される平板状の対向電極３とを示している。溶接ヘッド１の外側に、当該溶接ヘッド１の前方から蒸気発生管をかぶせることができる。対向電極３は、溶接過程の際にスポット溶接電極１２と対向電極３との間で確実に電流を流すために、シャフト２及び溶接ヘッド１の周りを覆った蒸気発生管と接触している必要がある。シャフト２の絶縁は、本例の場合、給電及び作動液供給の役割をもつ溶接ヘッド１及び供給管１５を包囲する絶縁管の形態によって実施される。同時にこの絶縁管は、蒸気発生管内における溶接ヘッド１の案内補助手段としても利用される。このためにこの管は、旋回流発生用インサートを設けた蒸気発生管の内径よりも少し小さい外径とする。

テンプレートシャフトと一緒に蒸気発生管内に導入された旋回流発生用インサートを内壁に溶接するため、蒸気発生管からテンプレートシャフトを回転させて引き出す際に、反対側から、溶接ヘッド１が、あまり間隔をあけずにテンプレートシャフトの後を追う。旋回流発生用インサートはスパイラル状にしたワイヤの形態であり、蒸気発生管内へ導入するために例えばテンプレートシャフトの溝に嵌め込んである。この形態のインサートは残留応力を有するので、蒸気発生管の内壁に張り付き、回転に伴い溝から取り出された後でも、当該旋回流発生用インサートの位置は僅かな許容誤差で保持される。溶接ヘッド１が挿入されて最初の溶接点が確定すれば、溶接ヘッド１の前進と共に、旋回流発生用インサートの既知の幾何学形状に基づいて他の全ての溶接点を決定することができる。溶接ヘッド１の挿入及び抵抗スポット溶接を、テンプレートシャフトの回転引き出しと同時に行うことができれば、蒸気発生管内のインサート位置についてほんの僅かな許容誤差で済むことが予測される。そして、製造工程の速度向上も可能となる。

別の実施形態においては、シャフト２自体が、蒸気発生管内に旋回流発生用インサートを導入するためのテンプレートシャフトとして形成される。この場合、テンプレートシャフトの回転取り出しと同時に旋回流発生用インサートの溶接を蒸気発生管内で行うことができる。

以上の述べた本発明による抵抗スポット溶接装置によれば、次の利点がもたらされる。上述の溶接装置により、蒸気発生管内の任意の個所で旋回流発生用インサートを蒸気発生管へ溶接することができる。その溶接点の位置決めは、蒸気発生管内における溶接ヘッドの位置を決定するだけでよい。旋回流発生用インサートの位置は、最初の溶接点の位置と旋回流発生用インサートの幾何学形状（ワイヤの個数と勾配）とに基づいて既知である。蒸気発生管内での旋回流発生用インサートの位置が既知であることから、溶接点の位置を各溶接過程前に正確に決定する必要がない。ガスシールドアーク溶接法に比べて組立時間の顕著な短縮を期待することができる。

１ 溶接ヘッド
２ 絶縁シャフト
３ 対向電極
１１ 槍部
１２ スポット溶接電極
１３ 液圧シリンダ
１４ 絶縁体
１５ 供給管

Claims (7)

1. 蒸気発生管の内壁に旋回流発生用インサートを固定するための抵抗スポット溶接装置であって、
   全体として円筒状に形成された導電材料製の槍部（１１）を含み、前記蒸気発生管内に挿入可能である溶接ヘッド（１）と、
   前記槍部（１１）から半径方向に突出したスポット溶接電極（１２）と、
   操作機構（１３）と、
   前記半径方向において前記スポット溶接電極（１２）の反対側に設けられ、前記操作機構（１３）により前記蒸気発生管の内壁に向けて移動させることのできる絶縁体（１４）と、
   を備え、
   前記槍部（１１）が前記溶接ヘッド（１）の先端から所定距離の部分に細径部位を有し、前記操作機構（１３）の作動に応じて、前記絶縁体（１４）と前記スポット溶接電極（１２）とが前記蒸気発生管の内壁に対して前記旋回流発生用インサートを押圧し、
   前記槍部（１１）に溶接電流を印加することで点状の溶接電流が前記スポット溶接電極（１２）から前記蒸気発生管の外側に配置された対向電極（３）へ流れる、
   抵抗スポット溶接装置。
2. 前記操作機構（１３）に液圧シリンダが用いられている、請求項１に記載の抵抗スポット溶接装置。
3. 前記槍部（１１）が銅製である、請求項１又は請求項２に記載の抵抗スポット溶接装置。
4. 前記スポット溶接電極（１２）が交換可能である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接装置。
5. 前記溶接ヘッド（１）は、絶縁体（２１）により包囲されたシャフト（２）の端に配置されており、
   該シャフト（２）が前記溶接ヘッド（１）のための供給管を案内し、少なくとも前記蒸気発生管の長さの半分に相当する長さを有する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接装置。
6. 前記蒸気発生管内に前記旋回流発生用インサートを導入するためのテンプレートシャフトを回転させて前記旋回流発生用インサートを外していくのに伴い前記溶接ヘッド（１）が当該蒸気発生管の中へ挿入されていく、請求項５記載の抵抗スポット溶接装置。
7. 前記シャフト（２）は、前記蒸気発生管内に前記旋回流発生用インサートを導入するためのテンプレートシャフトとして構成されている、請求項５記載の抵抗スポット溶接装置。

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