JP3112758B2 - 超合金製のワークピースの溶接方法及び装置 - Google Patents
超合金製のワークピースの溶接方法及び装置Info
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Description
的エネルギー源を用いて余熱されたワークピースの間に
発生するアークによって保護ガスを用いてアーク溶接す
ることにより、超合金製のワークピースを肉盛溶接又は
継手溶接するための方法又は装置に関する。
S2831702から知ることができる。この公知の方
法においては、非溶融性の電極のプラズマアークによっ
て形成される付加的エネルギー源を用いて余熱がなされ
る。非溶融性の電極の余熱用プラズマアークの少なくと
も一部は溶融電極の中のアークの中に斜めに流れ込む。
合金には適用できないことである。なぜなら、余分なエ
ネルギー源(つまりプラズマアーク)の効果を受ける領域
は非常に制限されており、その温度は正確に制御するこ
とができないからである。
し、融解し、又は加熱する方法はDE2257739に
より知ることができる。この方法は、保護用ガスを用い
て超合金を余熱する場合に一部を変更した形で用いられ
る。この変更された方法において光エネルギーはDE2
25739のように加熱されるべき対象物の上に集中さ
せられる。しかし、並列された放熱器が広い領域におい
てワークピースを加熱する。この方法では、溶接は光エ
ネルギーによって行われるのではなく、保護ガスを用い
たアーク溶接によって行われる。
熱の容量の比との関係で制限を受けるため、ワークピー
スの全ての部分が余熱温度に加熱されてしまうこと、及
び5分以上というかなりの余熱時間が必要となる点であ
る。同時に、保護用のガスホルダが部分的に加熱されて
しまう点も不利な点である。光源を用いるのは、光照射
器の寿命がその要求される高出力のために非常に厳しく
制限されており、結局、その高電力密度のためにコスト
高の要因となる。さらに、この方法では、ワークピース
の溶接領域が加熱されるだけでなく、保護ガスもまた照
射を受けた保護ガス容器を介する対流によって加熱さ
れ、これによって、この余熱又は溶接の方法を行う際の
共同作業者にかなりの熱的ストレスを与える。この方法
は、多量のエネルギーの消費を伴う。さらに、特に保護
ガス容器の臨界部分には冷却手段が必要となる。
ンブレードを補修する方法は、US−PS4,141,
127から知ることができる。この方法では、溶接に伴
うストレスは、その後1200゜Cで1時間焼準(tempe
ring)工程を行うことにより減少させることができる。
この方法の欠点は、後に焼準を伴うような補修方法は析
出硬化型の超合金に対しては全く用いることができない
点である。さらに、γ’組成を有する延性の穴として知
られる温度範囲を通過する場合は割れの発生の危険性が
あり、溶接と焼準の間においてはワークピースの歪変形
の虞が有る。
置を提供するものであって、これにより、エネルギーが
節約され、余熱時間が短くなり、保護用ガス容器や共同
作業者に負荷される熱的なストレスが減少し、また、余
熱温度の正確な制御と統制によって割れや変形のない超
合金の肉盛溶接又は継手溶接が保証され、母材にその後
に熱処理を行った場合でも有害な影響がない。
本発明によって、まず、付加加熱装置としての誘導加熱
装置によってワークピースの溶接領域の熱影響領域を余
熱温度にまで加熱し、次に、同じタイプの材料がアーク
溶接によってワークピースの表面に盛り付けられ、又は
溶接継手の箇所に置かれることによって達成される。
領域が、ワークピースの材料について応力を発生させな
い焼準温度として知られている温度まで正確に余熱され
ることである。この結果、割れの形成に関係のない程度
の値である内部残留溶接応力の値にまで応力が連続的に
減少する。
知られており、結晶成長、高温溶融浴の形成、高温のハ
ンダを用いて真空又は保護ガスの中で行われるハンダ付
けにおいて使用されている。溶融ゾーンは誘導加熱装置
のコイルの中に限られているので、これまで、アーク溶
接において保護ガスを用いることの利点は溶接の熟練者
にとって自明なことではなかった。従って、ワークピー
スの余熱を効果的に行うためには、溶接領域が誘導加熱
炉の内部に配置される必要があり、これはアークの発生
に対して悪影響を与えるとともに溶接の熟練者が電極を
導くための充分な作業領域が与えられないことを意味す
る。
いられるなら、そのために用いられる誘導コイルは通常
セラミックか石英ガラスのチューブの上に巻かれてお
り、加熱されるワークピースを完全に取り囲み、このた
め、ワークピースの溶接操作を同時に行うことはできな
い。
ことの積極的な効果は、余熱温度へ数秒の間に到達でき
ることであり、当然に余熱温度より下の危険な温度範囲
を急速に通過できることである。誘導余熱による溶接領
域の応力の連続的な減少は、さらに、余熱温度より下の
通常の温度を通り過ぎるときに、時効硬化合金に脆性
(延性の穴)の発生とそれに続く割れの生成を起こす体積
の収縮の原因となるような構造的変化(細かいγ’析出
物)の結果として、危険な応力の重なり合いが起るのを
防止する。
は、900〜1100゜Cの間にある。誘導コイルの巻
線は水冷されており、疲労を受けないような利点をもっ
ている。
おいては、パイロメータ及び高周波発電機に接続されて
作動するレギュレータによって余熱温度が一定値に維持
されている。これは、余熱温度が誘導加熱によって数秒
の間に到達されるということ、さらに、溶接の間の比較
的長い時間一定の値に保たれるという利点を有する。こ
の目的のため、ワークピースの溶接領域に面しない側の
上の点の測定を行うパイロメータが調整され、誘導周波
数である150〜500キロヘルツの間において誘導加
熱が行われる。
して、ワークピースを支持するための保護ガス容器を有
するものがある。これには、保護ガスを搬送するための
パイプダクトと、ワークピースを操作するための少なく
とも1つの回転型ダクトが設けられている。容器の中の
溶接の領域では、ワークピースは、容器の中の高周波ダ
クトを介して高周波発電機に接続されて作動される冷却
誘導コイルにより取り囲まれ、パイロメータが余熱温度
を監視するために容器の外側に設けられている。
接領域を、誘導コイル、パイロメータ及び溶接バーナや
溶接ワイヤを伴う溶接電極等との関係で最も好ましい位
置に設定するために、ワークピースを一つ又は複数の誘
導巻線によって形成された高周波場の中で回転させるこ
とができることである。さらなる利点は、ワークピース
が、誘導加熱とアーク溶接が同時に動作することにより
処理されることである。この装置はさらに、保護ガス容
器及び保護ガスの加熱を光による加熱に比べて確実に減
少させるものである。
イロメータが、保護ガス容器に設けられた内視窓を経由
して、ワークピースの溶接領域に面していない側に配置
された測定点に向けられている。このような配列によ
り、溶接温度と余熱温度がワークピースを経由して同じ
になってしまうことがなく、溶接工程における余熱温度
の間違った測定が回避されるという利点が得られる。
型ダクトが回転上昇型ダクトと設計されたものがあり、
これによって、比較的大きな操作領域が形成されるとい
う利点が得られ、また、この装置はワークピースの寸法
の大きな変化に対応して用いることができる。さらに、
容器の中の溶接電極をアーク溶接の間中案内するよう
に、少なくとも一つのマニピュレータが保護ガス容器の
外側に設けられることが好ましいく、この結果、全ての
方向が閉鎖された容器の中で溶接することが可能とな
る。この目的のために、保護ガス容器は、余熱及び溶接
を監視し、管理し、制御するために用いる内視窓を有す
る。
置の部分的断面を模式的に示す添付図を参照しながら、
発明の実施例を説明する。この図において、肉盛溶接又
は継手溶接するための装置は、ワークピース7を支持す
るための保護ガス容器1を有する。保護ガス容器1は、
保護ガスを矢印D及びHの方向に供給、排出するパイプ
ダクト14及び15と、ワークピース7をB及びCの移
動方向に操作するための少なくとも1つの回転昇降ダク
ト2を有する。容器1の中の溶接領域16では、ワーク
ピース7は、例えば2巻きの、冷却された誘導コイル8
に取り囲まれており、これは容器1の中の高周波ダクト
17,18を経由して高周波発電機12に接続されて作
動できるようになっている。アーク溶接の間容器1の中
で溶接電極20を案内するためのミクロマニピュレータ
19が容器1の外側に設けられ、これは溶接バーナと溶
接ワイヤ31を有する溶接電極20を、矢印E,Fの方
向に向けて、また、軸の回りを方向Gに向けて捻ること
ができる。この動きは、視覚及び監視用窓として設けら
れた変位できない石英製ガラス板に合体している電気的
に絶縁されたボール−ソケット継手38を経由して伝達
される。さらに、容器1は、余熱工程をパイロメータ1
1によって監視し、管理するための付加的内視窓23を
持っている。このパイロメータ11は余熱温度の間違っ
た測定を排除するために、ワークピース上のアークに面
していない側の一点で余熱温度を測定する。
レータ30と高周波発電機12に接続されて作動するよ
うになっており、この高周波発電機12は水冷された誘
導コイル8(例えば2つの巻線を持っている。)に高周波
アダプタ9を介してエネルギーを供給する。この実施例
における水冷された誘導コイル8は、絶縁材の中に鋳込
まれた銅のパイプを有している。絶縁材は、温度変化や
酸化に対する抵抗性を持ち、誘導コイル8と溶接電極2
0又はTIG溶接バーナとの間に電気アークや短絡が発
生するのを防止する。安全性を向上させるため、高周波
発生器12と溶接電源29は、互いに電気的に遮蔽され
るように配置されている。高周波場のスイッチがオンに
なった後、12秒以内にワークピース7の溶接領域の領
域が900〜1100゜Cの余熱温度に到達する。従来
は溶接継手を形成するために研磨して除去されていた割
れが存在する領域においても、電極20がマニピュレー
タ19によって案内され、同時に溶接ワイヤ31をその
中心に案内することにより、溶接を行うことができる。
割れ10を完全に溶接するためには、ワークピース7が
最適位置に配置され、続いて回転昇降型ダクト2により
案内されるか、また、溶接電極20が最適位置に配置さ
れ、続いてスライディングシート25を有するボール−
ソケット継手38により案内されるかのいずれかであ
る。
材6に固定されており、この支持部材6は矢印Bの方向
に上下させられるとともに、パイプ13を介して矢印C
の方向に回転され、また、矢印Aの方向に保護ガスが供
給される。もし、ワークピース7が中空の部材である
か、又はこの実施例のように、冷却流路26を有するエ
ンジンブレードであるときは、その中空の空間又は冷却
流路26は、ワークピース支持部材6を経由して矢印K
の方向に流れる保護ガスによって充填される。
保護ガスがガス供給パイプ5を経由して矢印Dの方向に
供給される。この導管のネットワークは、例えば、容器
1の基部の保護ガスの均一な分布を得るためにスチール
ウール3で取り巻かれている。この保護ガスは、次に、
穴が形成された基盤4を通過して容器1の中の作業空間
28に流入し、全工程の間ワークピース7の外表面の回
りを流れる。
クピースの溶接領域を、材料について応力を発生させな
い焼準温度として知られている温度まで正確に余熱する
ので、時効硬化合金に脆性の発生とそれに続く割れの生
成を起こす体積の収縮の原因となるような構造的変化の
結果として、危険な応力の重なり合いが起るのを防止
し、品質のよい溶接構造を提供することができる。ま
た、この発明の装置においては、ワークピースとその溶
接領域を、誘導コイル、パイロメータ及び溶接バーナや
溶接ワイヤを伴う溶接電極等との関係で最も好ましい位
置に設定するために、ワークピースを一つ又は複数の誘
導巻線によって形成された高周波場の中で回転させるこ
とができ、これにより、ワークピースの誘導加熱による
余熱を制御された状態で行うことができる。さらに、ワ
ークピースが、誘導加熱とアーク溶接が同時に動作する
ことにより処理されるので、上述した方法を作業性よ
く、また、実効が上がるように行うことができる。
断面を模式的に示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 全溶接工程にわたって保護ガスが流入し
排出される容器内で、溶接電極と付加エネルギー源によ
って余熱されたワークピースとの間に発生するアークを
用いたアーク溶接によって超合金製ワークピースの肉盛
溶接又は継手溶接を行う方法であって、 ワークピースはまず付加エネルギー源である誘導加熱装
置によって溶接領域の熱影響領域が余熱温度に加熱さ
れ、次に、ワークピースと同じタイプの材料がアーク溶
接によってワークピースの表面に盛り付けられるか又は
溶接継手の箇所に置かれることを特徴とする超合金製の
ワークピースの溶接方法。 - 【請求項2】 余熱温度がパイロメータと高周波電源に
接続されて作動するレギュレータによって一定値に保た
れることを特徴とする請求項1の超合金製のワークピー
スの溶接方法。 - 【請求項3】 ワークピースを支持するための保護ガス
容器と、この保護ガスを搬送するためのパイプダクト
と、ワークピースを操作するための少なくとも1つの回
転ダクトとを有し、 容器の内部に、使用時にワークピースの溶接領域を取り
囲む被冷却誘導コイルが設けられ、この冷却された誘導
コイルは、容器の中の高周波ダクトにより高周波電源に
接続されて作動可能となっており、このワークピースを
支持する保護ガス容器容器の外側に余熱温度を監視する
ためのパイロメータが設けられていることを特徴とする
請求項1又は2の方法を実行するための装置。 - 【請求項4】 上記パイロメータは、容器の内視窓を介
して使用状態において溶接領域から離れたワークピース
の側に位置する測定点に向けられている請求項3の装
置。 - 【請求項5】 回転ダクトは回転昇降ダクトとして構成
され、保護ガス容器の外側にはアーク溶接の間容器の内
側で溶接電極を案内するための少なくとも1つのマニピ
ュレータが設けられ、容器は余熱と溶接を監視し、管理
(regulate)し、制御するための内視窓を有している請求
項3又は4の装置。
Applications Claiming Priority (2)
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