JP4854986B2 - Ｔｉｇ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、不活性ガス雰囲気下で耐熱電極を用いる２つの部品のアーク溶接に関する。

本発明は、両方の部品が突き合わせ接合されて、第１の金属部品を第２の金属部品に溶接することに関する。特に、点火プラグガイドなどの円柱状部品を、ガスタービンモータ用の燃焼室ジャケットなどの第２の部品に設けられた穴に接続することに関する。

燃焼室は、通常、環状形状であり、かつ空気を通すための上流側の軸方向開口部と、燃焼室エンクロージャ内の燃料配分手段とを有するジャケットを備える。そのような燃料配分手段に近接して、ジャケットは、その周辺壁に燃料点火プラグを通すための径方向開口部を示す。燃料点火プラグは、全体的に円柱状の点火プラグガイドを用いて壁に固定される。これらの点火プラグガイドは、ジャケットの壁に設けられた穴の縁部に沿って、それら点火プラグガイドの前縁部で溶接される。

現在、ＴＩＧ溶接方法は手動で行われている。図１は、両部品の位置を示す。点火プラグガイドチューブ１は、溶接前に、燃焼室の壁５を通る切削穴３に係合される。軸方向の断面で示される燃焼室の壁は、この軸方向にも曲線を示す。穴３の縁部は、チューブの外縁部との間に空間を提供するように面取りされる。溶接は、ロッドＢを用いて金属を導きながら、前記空間の上方にタングステン電極Ｔのトーチ７を配置することから成る。第１のパス間に、第１のビードが、溶接のより深い溶け込みのために空間の底面に溶着される。第２のパスでは、空間全体が塞がれる。

この手動モードは、接合区域が複雑なため、作業者に高度な器用さを要求するという欠点を示す。また、溶接される厚さや質量が一定ではないため、溶接ビードに沿って進行させながら、作業者は、与えるエネルギー量を常に調整しなければならない。溶接は不均一である。特に溶接作業中に発生する内部応力を緩和させるために、特にアセンブリの最終加熱を必要とする変形が生じる。さらに、燃焼室またはガイドチューブ内の表面の凹凸は、溶接ビードの再加工を要する。時には、接合区域に亀裂が生じるほど応力が高くなることもある。

タングステン不活性ガス−ＴＩＧ溶接が、ガス雰囲気下での耐熱電極を用いる電気アーク溶接方法であることに留意すべきである。この技術は、溶加材を用いて、または溶加材を用いずに使用される。通常はアルゴンまたはヘリウムベースの不活性ガスは、空気から溶融金属、加熱区域、およびタングステン電極を分離する。これにより酸化が防止される。不活性ガス流では、溶解しないタングステン電極と溶接される部品との間で閃光するように、電気アークが引き起こされる。アークから生成される熱は、その部品の縁部と、溶接ビードの形成に寄与する溶加材とを溶かす。ＴＩＧ溶接は、手動または自動による方法である。この溶接は、５ｍｍから６ｍｍ未満の小中程度の厚みに対して使用されるが、より大きな厚みを得るための溶接速度が、他の方法の溶接速度よりも遅いためである。

本発明は、今まで適用されてきた手動の溶接が遭遇する欠点を修正することを目的とする。

本発明によると、ＴＩＧ溶接方法は、第１の壁および端縁部を有する第１の部分を、第２の壁および端縁部を有する第２の部分に溶接し、両方の部品が、前記端縁部間の接合表面に沿って互いに溶接され、接合表面に沿って、第１の壁が第２の壁に対して凸角（ｓａｌｉｅｎｔ ａｎｇｌｅ）を形成するＴＩＧ溶接方法であって、電極が、前記接合表面に沿って移動し、電極が、１８０°未満の第１の壁に対する角度（β）にしたがって凸角側に配置され、電極の方向（Ｄ）が、凸角に関連付けられる凹角（ｒｅ−ｅｎｔｒａｎｔ ａｎｇｌｅ）を通過することを特徴とする。

凸角は、溶接継ぎ目に沿う電極の各位置において、両壁により画定される９０°を超える角度である。

本発明の方法では、外部充填材なしで溶接される部品を構成する材料が使用され、接合表面または接合面に対して電極を配置することにより、溶融バスと進行中の溶接ビードが、対応する凹角に押し込まれる。好ましくは、印加されるエネルギーは、凸角に関連付けられる凹角に形成されるフィレットまたはバルブにとって十分である。その後、２つの部品の溶接は、単独のパスで、比較的簡易な装置を用いて容易に自動化することができる。

本発明は、第一に、第１の部品が円柱状である部分の溶接に適用される。有利なことには、溶接チューブとして知られている軌道タイプの溶接機が使用される。この場合、電極の先端の軌跡は円形である。

溶加材は、有利には、溶接前に突出部を形成するように設けられた壁のうちの１つにより提供される。

有利なことには、方向Ｄは、凹角の第１および第２の壁の交点、少なくとも電極ホルダの回転部分上を通過する。

本方法の特定の実施形態によると、第２の壁は、溶接前に第１の壁の端縁部が載置される皿穴を示す。本実施形態は、第２の部品の壁が、球状キャップまたは類似の形状を有する、あるいは、十分な曲線の半径を示す場合に有利である。

溶接される部品の複雑な形状を考慮に入れるため、電極の変位速度および流れる電流の強度は、変動させられる。これらのパラメータのどちらも、電極および必要に応じ熱ポンピングの先端の軌跡に沿う、両部品における接合区域の局部形状に関して必要に応じて調整される。

本発明は、本方法を実行するための機械に搭載される電極ホルダにも言及する。この機械は、電極ホルダと、規定の軌道に従い電極を移動させる駆動手段とを備える。特に、駆動手段は、溶接の間に固定軸を中心として電極を回転させる。したがって、環状溶接として知られている技術が使用される。特に、駆動手段は可変速度を有する。本発明の電極ホルダは、軸方向部分と、前記軸に対して設定された規定角度に従い電極を固定する手段とを備える。好ましくは、前記角度は９０°ではなく、０°から１８０°の間である。軸に対する電極の角度βは、電極ホルダの回転の間、できる限り一定な値を有するように設定される。

次に、添付図面を参照しつつ、本発明の非限定的実施形態について説明する。

図２は、点火プラグの通過穴のレベルに位置するターボジェットエンジンの燃焼室１０の外部ジャケット１１の一部を示す。プラグも、ジャケットの残りの部分も、図示されていない。点火プラグガイド１２により、点火プラグを燃焼室内の所定位置に保持することができる。ここで、この第１の部品は、軸ＸＸの円柱部１３と、円柱部の外部延長部に沿う取り付けフランジ１４とから成る。

燃焼室の外部ジャケット１１は、通常はほぼ上流側を向いた球状キャップの形状の断面を有し、実質上円柱状である。図示されていない軸方向開口部は、燃料と燃焼用空気とを燃料室に供給する手段を通すために、外部ジャケットに設けられる。点火プラグは、空気と燃料との混合物を点火する。

点火プラグガイド１２をジャケット１１に固定するため、円形の貫通穴が開けられている。壁の厚みは、垂直軸ＹＹで皿型に座ぐる（ｃｏｕｎｔｅｒｓｉｎｋｉｎｇ）ことにより、穴の周囲全体にわたり減少され、円柱部１３が端縁部で配置される支持表面を形成する。端縁部および支持表面は、同一面にある。ここで、軸ＹＹは、燃焼室のジャケットの湾曲のために、軸ＸＸと角度を成す。図では、第２の壁に設けられた開口部の直径が、チューブ１３の直径よりわずかに小さいことが分かる。そのような部分は、溶接のために溶加材を構成するように機能する環状突出部１５を形成する。

両方の部品を共に溶接するため、ＴＩＧ溶接機が使用され、ＴＩＧ溶接機の電極ホルダ２０の先端のみを見ることができる。

軌道（ｏｒｂｉｔａｌ）タイプのＴＩＧ溶接設備は、それ自体知られている。これは、電流源と溶接ヘッドとを備える。溶接ヘッドは、台座上に搭載され、ガスエンベロープを有する電極ホルダ用ブラケットを備える。ブラケットは、台座上を移動可能で、溶接区域に対して電極を堅固に取り付けることができる。電極ホルダは、ペンまたは軸方向のバーの形状である。機構により、電極ホルダは軸を中心に回転させられる。アセンブリは、プログラム可能な自動機械に接続される。この自動機械は、溶接プロセスに影響を及ぼす全てのパラメータ、例えば、電流値、電極の先端の軌道前方速度、加熱時間、およびアルゴンである保護ガスの流量を制御する。自動機械は、３６０°のサイクルを、多数の規定のシーケンス、例えば４８６個のシーケンスに分解し、その各シーケンスが異なるパラメータ値を含むことができる。したがって、アース部品の局部の厚みに対する軌道軌跡にわたる電極の各位置、または熱ポンピング区域の存在に対するパラメータを変動させることができる。

電極ホルダ２０は、両方の部品間の接合面に直交する軸ＹＹと同軸に配置される。電極ホルダは、軸ＹＹと設定された角度αを成すタングステン電極２２を担持する。表示は概略的で、保護ガスガイドスカートは見られない。電極は、円柱部品の第１の壁１３と、突出部１５に向かう第２の部品の第２の壁１１とにより形成される凸角に配向される。

電極は、電極の軸の方向Ｄが突出部１５を通過するように、壁１３と角度βを成す。好ましくは、方向Ｄは、前記凸角の３６０°を補完する壁１３および１２により形成される凹角で構成される。

角度βは、０°から１８０°の間である。電極は、好ましくは、その方向Ｄが接合面Ｊ特にその接合面の中心を通過し、凹角で両方の壁１３および１５の交点に位置する点Ｐを通過するように配置される。

角度αは、軸ＹＹを中心とする電極の軌道位置に関係なく、その方向Ｄが常に正しく配向されるように、角度βに関して選択される。好ましくは、それは、角度βに、電極ホルダの回転中ずっとできる限り変動が小さな値を与えるように設定される。接合表面に対するこの電極の傾斜は、溶解バスを攪拌し、好ましくはいかなる再加工をも必要としない溶接ビードを形成する。

部品の溶接のため、まず部品１３は、ジャケットに配置され、準備された表面に載置される。その部品１３は、暫定的にそこに固定される。次に、電極は、回転軸が支持面と軸ＸＸとを通過するように配置される。電極の先端は、溶接アークを形成することができる距離をおいて配置される。

機械が始動される。電極ホルダは、自動機械プログラムに従い決定される初期位置から、自身の軸を中心に回転する。電極のヘッドの変位速度は、回転中の角位置に対して電極を流れる電流の強度と共にプログラムされている。実際にアーク下の金属量は、部品の複雑な形状のために一定ではないことが分かる。これらの両パラメータを形状に適合させることによって、均一な溶接ビードが形成される。保護ガス流量も適合させられる。例えば、点火プラグガイドチューブの溶接のために、電極ヘッドの前方への速度と溶接電流の強度が変動する、５個または６個の角度シーケンスで、３６０°のサイクルを提供することができる。

サイクルの一例は、以下である。

図３は、燃焼室の外部ジャケットに溶接された点火プラグガイドを示す。本発明の方法によって、溶接ビードＣは、燃焼室の側面およびチューブの側面にガス流内のバルブなしに、放射状形状のＣ１を有することができる。バルブまたはフィレット（ｆｉｌｌｅｔ）Ｃ２は、壁１３および１１により形成されて画定される、凹角の反対側に形成される。

バルブの存在により、溶接継ぎ目の品質を簡易に視覚的に制御することができる。

図４に示される本方法の変形について説明する。

燃焼室のジャケット１１は、例えば円柱状であり、その形状は、例えば湾曲のために、前述の場合のように皿穴を設けることができない。ジャケットは、直角の穴を穿孔される。ガイドチューブは、壁１１３がジャケット１１１の穴の縁部に対して調整される開口部内に配置されている。チューブの端部は、ジャケットの内面に対してわずかに引っ込んで配置される。例えば１つまたは複数の手動で溶着された溶接点の様々な手段により、暫定的な取り付けを提供することができる。その後、電極の先端が、ガイドチューブの隆起から設定された距離をおいて配置されるように、電極ホルダが装着される。ここで、軸は、チューブの軸と合わされる。電極の軸の方向Ｄは、少なくとも電極の軌跡の一部全体にわたり、好ましくは壁１１１と１１３により形成される凹角の壁の交点の点Ｐを通過する。

溶接プロセスは、その軸を中心に電極ホルダを回転させることにより行われる。前進速度と電流の強度は、先の例にあるように、溶接される金属の局部の厚さに関連して変動させられる。

図５は、操作により形成される溶接ビードＣ’を示す。本方法は、溶接ビードの溶け込みが、溶接ビードの後方のバルブＣ’２の存在により満足されることを、視覚的に制御することができる。

従来技術による手動溶接モードを示す図である。 本発明による溶接の第１の実施形態を示す図である。 溶接後の両方の部品を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 第２の実施形態による溶接継ぎ目の詳細を示す図である。

符号の説明

１０ 燃焼室
１１ 外部ジャケット
１２ 点火プラグガイド
１３ 円柱部
１４ 取り付けフランジ
１５ 管状突出部
２０ 電極ホルダ
２２ タングステン電極
１１１ ジャケット
１１３ 壁

Claims (9)

1. 第１の壁（１３）および端縁部を有する第１の部品（１２）を、第２の壁（１１）および端縁部を有する第２の部品に溶接するＴＩＧ溶接方法にして、両方の部品が、第１の壁（１３）および第２の部品の端縁部によって構成される接合表面に沿って互いに溶接され、接合表面に沿って、第１の壁（１３）が第２の壁（１１）と３６０°に対して相補的な２つの角度を形成し、一方のかどが凸であり、付随する凹のかどは接合表面を含み、電極（２２）は、凹のかどの側に配置され且つ１８０°未満の第１の壁（１３）に対する角度（β）にしたがって前記接合表面に沿って移動され、電極の方向（Ｄ）は、両方の壁を横切って、凸のかどを通過する、ＴＩＧ溶接方法であって、
   第１の部品（１２）の端縁部が、前記第２の壁（１１）の前記第１の部材が位置する側の面とは反対側の面に対して引っ込んで配置され、溶接ビードが前記第２の壁の前記反対側の面に広がっていない形状を有することを特徴とする、方法。
2. 十分な溶接エネルギーが、凸のかど中に広がるビード（Ｃ２、Ｃ’２）を形成するように印加される、請求項１に記載の方法。
3. 第１の部品（１２）が円柱状である、請求項１または２に記載の方法。
4. 第１の部品（１２）が点火プラグガイドであって、第２の部品（１１）がガスタービンモータ用の燃焼室ジャケットである、請求項３に記載の方法。
5. 一方の壁が、溶接前に接合表面を横切ってひろがる突出部（１５）を形成する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 第２の壁が、第１の壁の端縁部が溶接前に載置される皿穴を示す、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 変位速度および電流の強度が、電極の先端の軌道に沿って、両方の部品の形状に対して変動させられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記第１の部品が点火プラグガイドであり、前記第２の部品が燃焼室ジャケットであり、前記反対側の面がジャケットの内面である、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 規定の軌跡に従って、電極ホルダに搭載される電極の先端を移動させる電極ホルダの駆動手段を備える電極ホルダであって、軸部分と、前記軸に対して設定された角度（α）にしたがって電極を固定する手段とを備えることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法を実行する機械の電極ホルダ。

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