JP4953756B2

JP4953756B2 - 肉盛溶接方法

Info

Publication number: JP4953756B2
Application number: JP2006287441A
Authority: JP
Inventors: 博貴香月
Original assignee: Nippon Steel Hardfacing Corp
Current assignee: Nippon Steel Hardfacing Corp
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2026-10-23
Also published as: JP2008105033A

Description

本発明は、冷却式配管の表面に肉盛溶接を施す冷却式配管の肉盛溶接方法に関する。

製鋼工場の転炉施設においては、転炉排ガスを集めて集塵機に導くために、転炉の上部にスカート、フード、ボイラー及びダクトが設けられている。これらの構造物は、転炉から発生する腐食ガスに曝されるため、表面改質技術により構造を強化する必要がある。また、発電所のボイラー設備、ゴミ焼却設備などにおいても同様の問題が生じる。

この種の表面改質技術として、自溶合金溶射方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。自溶合金溶射方法によって構造物の表面に形成された自溶合金層は、転炉内に投入された各種鉱石及び溶鋼から発生する高温のダストによる摺動摩耗に対して強い性質を有するが、加熱及び冷却の繰り返しによる温度変化に対しては弱いため、転炉寿命に達する前に溶射被膜に割れが発生するおそれがある。そして、この割れ目に腐食ガスが侵入して、構造物がガス腐食するおそれがある。

他方、自溶合金溶射方法とは別の表面改質技術として肉盛溶接方法が知られている。肉盛溶接は、温度変化による伸びに強く、割れが起こりにくく、腐食ガスに対する耐腐食性に優れている。

転炉の構造物に肉盛溶接を施す方法として、図５の方法が知られている。図５は、従来の肉盛溶接方法を説明した模式図である。

冷却式配管１００は、多数の上下方向に延びる縦型水管１０１と、隣接する縦型水管１０１を連結するセンターフィン１０２とからなり、冷却式配管１００のハッチングで示す領域１〜６に肉盛溶接を施す場合、不図示の溶接トーチを下記のように駆動している。

まず、溶接トーチを、縦型水管１０１の隅に位置決めした後、下方に等速移動させながら領域１に肉盛溶接を施す。次に、溶接トーチを元の位置、つまり領域１の上端に移動させ、そこから領域２の上端に水平移動させた後に、下方に等速移動させながら領域２に肉盛溶接を施す。領域３乃至６についても同様の方法により肉盛溶接を施す。これにより、一本の縦型水管１０１及びセンターフィン１０２を肉盛溶接することができる。

ところで、転炉施設などでは、転炉寿命に達する前に転炉などの稼働を一旦停止して、メンテナンスを行う必要がある。このメンテナンス期間は経済性などの観点から短期間に制限されており（例えば、１０日）、構造物の補修作業に割り当てられている期間はさらに制限されるため（例えば、３日）、補修時間（肉盛溶接の時間）の短縮化が求められている。

また、上記施設に新しい冷却式配管を納品する場合には、製造時間を短くして要求された納期期間内に確実に納品できるように肉盛溶接を施す時間を短縮化する必要がある。

しかしながら、上述の方法では、前段の領域（例えば領域１）の下端から下段の領域（例えば領域２）の上端まで溶接トーチを移動させる必要があり、その間溶接作業を行うことができないため、補修作業に時間がかかる。

そこで、本発明は、従来の肉盛溶接方法よりも短時間で肉盛溶接を行うことが可能な、冷却式配管の肉盛溶接方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明の冷却式配管の肉盛溶接方法は、互いに並行な多数の冷却管と、隣接する前記冷却管を互いに連結する多数の連結部材とからなる冷却式配管の表面に沿って溶接トーチを駆動部により移動させながら肉盛溶接を施す冷却式配管の肉盛溶接方法であって、前記駆動部は、互いに同じタイミングで駆動される第１の駆動部と、第２の駆動部と、第３の駆動部と、を有し、前記第１の駆動部は、前記冷却管が上下に延びる第１の方向と、この第１の方向に直交する第２の方向とを含む面内において、前記第１及び第２の方向に対して直交する第３の方向視において、前記冷却管を横断するように前記第１の方向に対して傾斜した第４の方向に前記溶接トーチを上動させる第１の動作と、この第１の動作の後に前記溶接トーチを前記連結部材に沿って前記第１の方向に下動させる第２の動作と、この第２の動作の後に前記第１の方向に対する傾斜角度が前記第４の方向と等しい第５の方向であって、前記第１の動作における前記溶接トーチの移動軌跡と交差する前記第５の方向に上動させる第３の動作と、この第３の動作の後に前記連結部材に沿って前記溶接トーチを前記第１の方向に下動させる第４の動作と、を等速度で連続的に行い、前記第３の駆動部は、前記第１の動作における前記第１の方向における速度成分と同じ速度で前記溶接トーチを前記第１の方向に下動させ、前記第２の駆動部は、前記溶接トーチと前記冷却式配管との間隔が一定に保たれるように、前記第３の方向に前記溶接トーチを駆動することを特徴とする。

また、前記冷却管の流路方向視において、前記連結部材は、連結する各冷却管の中心点を結ぶ線上に配置するとよい。

前記冷却式配管として、転炉施設に用いられるフードを例示できる。

本願発明によれば、冷却管の長手方向に沿って肉盛溶接を行う従来の冷却式配管の肉盛溶接方法よりも、肉盛溶接を行う時間を短縮することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。

図１は、転炉施設の全体構成を図示した転炉施設全体図である。
同図において、１は転炉であり、不図示の高炉において生成された銑鉄からカーボンを取り除くために、大量の酸素を炉内に取り込みながら銑鉄を加熱する。転炉１からは、高温の排ガスが排出される。

この排ガス内には、転炉１内に鋼および副原料として投入される各種鉱石から発生する高温のダスト、鉱石から発生する硫黄、塩素、フッ素ガス、転炉１内に副原料として投入されるタイヤから発生する硫化ガスなどの腐食性ガスが含まれている。

この転炉１から排出された高温の排ガスは、スカート２（冷却式配管）、フード３（冷却式配管）、ボイラー４、ダクト５を経由して集塵機６に導入される。

転炉１を稼働してから所定期間（寿命時間よりも短い所定期間）経過すると、スカート２、フード３は、腐食ガスによって摩耗して肉厚が薄くなるため、転炉１の稼働を停止して、補修する必要がある。

この補修作業は、溶接トーチを用いた肉盛溶接によって行う。

溶接トーチを用いてフード３の内周面に肉盛溶接を施す実施例について、図２及び図３を用いて説明する。

ここで、図２は溶接トーチの駆動回路を図示したブロック図であり、図３は溶接トーチの動作説明図であり、（ａ）は第１及び第２の駆動回路による溶接トーチの各移動軌跡をそれぞれ矢印で示しており、（ｂ）はこれらの移動軌跡を合成した溶接トーチの全体としての移動軌跡を矢印で示している。

溶接トーチ２１は、第１〜第３駆動部２２〜２４からなる３つの駆動部により駆動される。なお、溶接トーチ２１には、図示しない角度調整部が設けられており、この角度調整部を駆動することにより溶接面に対して垂直方向に溶射方向は設定されている。

ここで、第１駆動部２２は、溶接トーチ２１をＸＹ平面内にて略８の字状に等速移動させるウィービング用の駆動回路であり、冷却管３２の中心軸に対応した位置を中心として、左右両側に溶接トーチ２１をウィービングさせる。

第２駆動部２３は、溶接トーチ２１をＺ軸方向に駆動し、フード３の内周面と溶接トーチ２１との間隔、つまりエクステンションを一定間隔に保持する。

第３駆動部２４は溶接トーチ２１をＹ軸方向に駆動し、溶接トーチ２１を等速で下動させる。

ここで、第１駆動部２２及び第３駆動部２４による溶接トーチ２１のＹ軸方向の移動速度は同じで、駆動方向は反対方向に設定されている。

したがって、溶接トーチ２１は、図３（ｂ）に図示する軌跡にしたがって移動する。具体的には、下記の通りである。

初期状態において、溶接トーチ２１は冷却管３２及びセンターフィン３１の境界部に対応した初期位置（一方のウィービング端）に配置されている。溶接機の電源をＯＮにすると、第１〜第３駆動部２２〜２４が駆動され、溶接トーチ２１の先端部から溶接材料が供給されるとともに、初期位置から他方のウィービング端に向けて溶接トーチ２１が水平移動を開始する。

このとき、第２駆動部２３によるZ軸方向への駆動により、溶接トーチ２１とフード３とのエクステンションは一定間隔に保持される。これにより、溶接トーチ２１は、平面視弧状の軌跡を描きながら水平移動する。なお、肉盛溶接に用いられる溶接材料としては、ニッケル合金、ステンレス鋼を例示できる。

このようにエクステンションを一定間隔に保持することにより、フード３の内周面を均等に肉盛溶接することができる。

第１〜第３駆動部２２〜２４は、肉盛溶接を施した面積が所定面積に達したときに駆動が停止されるようになっている。たとえば、所定面積を肉盛溶接するのに必要な各駆動部２２〜２４の必要駆動数（例えば、パルスモータであればパルス数）を予めメモリに記憶させておき、計測した駆動数がこの必要駆動数に達したときに、各駆動部２２〜２４を停止させる方法が考えられる。

本実施例によれば、冷却管３２の長手方向一方向に肉盛溶接を行い、前段の領域（例えば領域１）の下端から下段の領域（例えば領域２）の上端まで溶接トーチを移動させる間、肉盛溶接を停止させていた従来の補修方法に比べて、フード３の補修時間を短くできる。

また、上側から肉盛溶接を施すことにより、フード３の上側領域及び下側領域における溶け込み量のバラツキを抑制することができる。すなわち、下側から肉盛溶接を施した場合には、伝熱によりフード３の上側領域の温度が高くなり、溶け込み量が増大するが、上側から肉盛溶接を施すことにより、フード３の全領域における溶け込み量を均一化することができる。

また、溶接方向を冷却管３２の周方向斜め方向としている後述の実施例２よりも、溶接方向を冷却管３２の周方向としている本実施例のほうが、溶接のむらを少なくすることができる。

また、従来の方法では、Ｒ形状の冷却管３２やグランドラインにたして傾斜した冷却管３２に対して手作業で肉盛溶接を施していたが、本実施例では駆動部２２〜２４によって自動化されているため、溶接の精度及び効率化を図ることができる。

なお、センターフィン３１を肉盛溶接する場合には、第２駆動部２３のみを駆動して、矢印Y方向に溶接トーチを等速で下動させるとよい（つまり、従来と同様）。

参考例

図４を参照しながら、本参考例の溶接トーチ２１の駆動方法を説明する。ここで、図４は、本参考例の溶接トーチ２１の駆動方法を矢印で示したフード３の内周面の部分斜視図である。

本参考例は、実施例１と溶接トーチの駆動方法が異なっている。具体的には、第１駆動部２２による溶接トーチ２１の駆動方向を水平方向としている。

したがって、第１〜第３駆動部２２〜２４によって駆動される溶接トーチは、図４に図示する駆動軌跡、すなわち、ウィービング端間を冷却管３２の周方向斜め下方に移動する。

これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、溶接トーチ２１を８の字状に駆動している実施例１の第１駆動部２２よりも、駆動部の構成を簡素化することができる。

上述の実施例１及び参考例では、フード３に肉盛溶接を施しているが、他の転炉構造部（スカート２など）、発電所のボイラ設備、ゴミ焼却設備にも適用することができる。

また、フード３の構造を冷却管が上下方向に延びる縦型冷却管構造としているが、本願発明は冷却管が水平方向に延びる横型冷却管にも適用することができる。

さらに、本願発明は、補修作業のみならず新しいフード３を製造する場合にも適用することができる。

以下、実施例を示して、本発明について具体的に説明する。

上下方向に延びる縦型冷却管３２をセンターフィン３１によって接続した冷却式配管の表面に肉盛溶接を施した。冷却管の径を３８．１ｍｍとし、管ピッチを５０ｍｍとした。冷却管３２及びセンターフィン３１（各一本）を管路方向に１０００ｍｍ（以下、「基準溶接領域」という）肉盛溶接するのに要した時間を発明例１と比較例１とで比較した。

その結果を表に示す。

なお、表１のパス数とは、溶接トーチを下動させた回数を意味している。また、パス替え作業時間とは、溶接動作を停止した時間、つまり、溶接トーチを１０００ｍｍ下降させた後に、溶接動作を停止して、次の溶接位置まで上動させるのに要した時間を意味している。

比較例１では、背景技術で説明した従来の方法と同様の方法で、肉盛溶接を行なった。溶接トーチの下降速度は、400mm／ｍｉｎに設定した。

発明例１では、実施例１と同様の方法で、肉盛溶接を行なった。冷却管３２へのアーク時間が比較例１と同じになるように、第１及び第２の駆動部２２、２３の駆動速度を設定した。具体的には、１パスあたりのアーク時間を、比較例１が２．５（ｍｉｎ）、発明例１が１２．５（ｍｉｎ）とした。

比較例１及び発明例１において、パス数はそれぞれ６パス及び２パスであり、パス替え作業時間はそれぞれ１２（ｍｉｎ）、４（ｍｉｎ）であった。したがって、全作業時間は、比較例１が２７（ｍｉｎ）で、発明例１が１９（ｍｉｎ）であり、発明例１では、比較例１よりも作業時間を約３０％短縮できることがわかった。

転炉施設の全体図である溶接トーチの駆動回路を示したブロック図である。溶接トーチの動きを模式的に図示した動作説明図であり、（ａ）は第１及び第２の駆動回路による溶接トーチの各移動軌跡をそれぞれ矢印で示しており、（ｂ）はこれらの移動軌跡を合成した溶接トーチの全体としての移動軌跡を矢印で示している。参考例の溶接トーチの全体としての移動軌跡を矢印で示したフード内周面の部分斜視図である。従来の肉盛溶接方法を図示した模式図である。

１転炉
２スカート
３フード
４ボイラー
５ダクト
６集塵機
２１溶接トーチ
２２第１駆動部
２３第２駆動部
２４第３駆動部
３１センターフィン
３２冷却管

Claims

互いに並行な多数の冷却管と、隣接する前記冷却管を互いに連結する多数の連結部材とからなる冷却式配管の表面に沿って溶接トーチを駆動部により移動させながら肉盛溶接を施す冷却式配管の肉盛溶接方法であって、
前記駆動部は、互いに同じタイミングで駆動される第１の駆動部と、第２の駆動部と、第３の駆動部と、を有し、
前記第１の駆動部は、前記冷却管が上下に延びる第１の方向と、この第１の方向に直交する第２の方向とを含む面内において、前記第１及び第２の方向に対して直交する第３の方向視において、前記冷却管を横断するように前記第１の方向に対して傾斜した第４の方向に前記溶接トーチを上動させる第１の動作と、この第１の動作の後に前記溶接トーチを前記連結部材に沿って前記第１の方向に下動させる第２の動作と、この第２の動作の後に前記第１の方向に対する傾斜角度が前記第４の方向と等しい第５の方向であって、前記第１の動作における前記溶接トーチの移動軌跡と交差する前記第５の方向に上動させる第３の動作と、この第３の動作の後に前記連結部材に沿って前記溶接トーチを前記第１の方向に下動させる第４の動作と、を等速度で連続的に行い、
前記第３の駆動部は、前記第１の動作における前記第１の方向における速度成分と同じ速度で前記溶接トーチを前記第１の方向に下動させ、
前記第２の駆動部は、前記溶接トーチと前記冷却式配管との間隔が一定に保たれるように、前記第３の方向に前記溶接トーチを駆動することを特徴とする冷却式配管の肉盛溶接方法。
前記縦型冷却管の流路方向視において、前記連結部材は、連結する各縦型冷却管の中心点を結ぶ線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却式配管の肉盛溶接方法。
前記冷却式配管は、転炉施設に用いられるフードであることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却式配管の肉盛溶接方法。