JP5346203B2 - 歪みを最小化する鋳造物のレーザ溶接 - Google Patents
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Description
(1) P m +P b +Q+F+R≦A
Sy Sy +0.002E
ここで、鋳造オーステナイト系ステンレス鋼(例えば溶接金属)に対してはA=1.0であり、裂け目の条件下の鍛造316Lステンレス鋼に対しては0.7であり、
Pm=1次膜応力
P b =1次曲げ応力
S y =当該温度での降伏強度
Q=二次応力
R=残留応力
E=当該温度での弾性係数
である。
(2) s max =max[c0,c1+c2(b/a)]
s
ここで、
a=非溶解(割れ)長さ
b=全体断面幅
c0=4.5(短い割れに対する最小集中係数)
c1=1.0
c2=14.7
s=集中部から離れた場所での平均応力
smax=集中部における最大応力
式(2)からの応力集中係数は、100%よりわずかに低い溶接溶け込みから、50%までの溶接溶け込みまでに対して、それぞれ、4.5から8.3までである。参考として、図11Bの接合部に対する弾性理論からの応力集中係数は3.6である。式(2)によって与えられる大きめの値は、応力計算から割れ幅および先端半径の不確定要素を除いた保守的な近似である。この応力集中係数は、溶接接合部の通常および剪断負荷の両方に適用される。
10 Defenderデブリフィルタの下部タイプレート組み立て体
11 開口部/下部タイプレート窓
12 フィルタプレート組み立て体
13 機械加工された鋳造導入口
14 機械加工された下部タイプレート
15 流体流れ孔
16 カバープレート
17 フィンガースプリングポケット
18 波状ステンレス鋼プレート
19 水平溶接表面
20 垂直溶接接合部
21 水平溶接接合部
22 仮付け溶接
23 下部タイプレート導入口端
24 仮付け溶接
25 長方形の空洞
26 溶接フランジ
28 裏側の逃げ
29 溶接表面
30 溶接接合部
31 下部タイプレートの表面基部
32 溶接接合部
34 焦点
35 コリメートされたレーザビーム
36 焦点がずれた点
37 カバープレートウェッジ
38 焦点が合ったビーム
39 焦点をずらしたビーム
40 部分溶け込み溶接部
41 裂け目
42 部分溶け込み溶接部
43 裂け目
44 溶接基底部
45 固定装置
46 溶接基底部
47 押し棒
48 手持ちつまみ
49 銅製の冷却ブロック
50 タイプレート仮付け溶接ステーション
51 支持プレート
52 タイプレート固定具
53 着脱クランプ/ピストン
54 ポリマ絶縁体
55 TIG電源
56 固定具ガイドプレート
57 小軸プレス取っ手
58 カバープレートクランプ
60 手動小軸プレス
61 位置合わせ工具の表面「B」
62 ロードセル/センサ
63 位置合わせ工具の表面「A」
64 位置合わせ工具
70 電源
72 主制御パネル
74 デブリフィルタの下部タイプレート組み立て体固定具
75 レーザ装置システム
77 レーザ装置システム扉
78 銅製冷却ブロック
79 バックパージガスライン
80、82 ZY方向の治具の十字線
84 開始位置
Claims (9)
- 原子炉の燃料集合体にデブリが入ることを防止するDefenderデブリフィルタの下部タイプレート組立体を形成するために、金属部品を互いに溶接する方法であって、
前記下部タイプレート組立体のために、溶接される第1の所定厚さの少なくとも1つの下部タイプレートを供給するステップと、
前記下部タイプレート組立体のために、カバープレートを前記下部タイプレートに溶接するための第2の所定厚さの少なくとも1つのフランジを備える少なくとも1つの前記カバープレートを供給するステップと、
前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジが前記下部タイプレートに隣接するように、フィルタが前記下部タイプレートに挿入される前記下部タイプレートの開口部に対して前記カバープレートを配置し、これによって、前記少なくとも1つのフランジの後ろで前記少なくとも1つのフランジと前記下部タイプレートとの間に逃げが形成される、ステップと、
レーザ溶接機を供給して、前記レーザ溶接機のビームを、前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジと、前記少なくとも1つのフランジに隣接して配置された前記下部タイプレートの辺との間に配置するステップと、
前記レーザビーム出力水準と、焦点距離と、速度とを調節するステップであって、前記レーザ溶接機の運転中に熱入力を最小化するレーザビーム出力密度および溶接速度を達成すると同時に、溶接物を前記下部タイプレート組立体と前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジとの間に形成して、前記下部タイプレート組立体と前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジとの間に形成した溶接接合部の中に前記溶接接合部の少なくとも70%以上の溶接溶け込みを備え、その結果前記溶接物中の裂け目を除去し、これによって前記溶接物の応力腐食割れを除去するステップと、
を含み、
前記レーザビームが、前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジと前記下部タイプレートの前記辺との間の中心線の周りに対称的に照射され、前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジと前記下部タイプレートの前記辺との間の中心線への光エネルギの集中が熱を発生させて、前記カバープレートと前記下部タイプレートとの間に形成された接合部の中に伝導し、前記カバープレートと前記下部タイプレートとが形成される金属を固体状態から溶融金属の液体状態へと変化させて、これによって、前記カバープレート上の前記少なくとも1つのフランジと前記下部タイプレートの前記辺との間の中心線を結合させ、2つの金属プレートの中心線が固体状態に変化して戻った後に前記カバープレートと前記下部タイプレートとが互いに溶接される、
方法。 - 前記レーザビームの出力水準と、焦点距離と、速度とが調節され、前記下部タイプレートと前記カバープレートとの歪みを所定の歪み水準またはそれより低く維持し、これによって、前記下部タイプレートと前記カバープレートの溶接後の機械加工を必要としない、請求項1に記載の方法。
- 前記カバープレートが、前記カバープレートを前記下部タイプレートに溶接するための複数の溶接フランジを含み、前記複数の溶接フランジのそれぞれが溶接のために前記下部タイプレートの前記開口部に隣接する前記下部タイプレートの離れた辺に隣接するように、前記カバープレートは前記下部タイプレートの前記開口部に隣接して配置される、請求項1に記載の方法。
- 前記焦点距離、従って、前記レーザビームの前記出力密度が、溶接物の裂け目を除去し、それによって、前記溶接物の応力腐食割れを除去する溶接接合部溶け込みを達成することと、前記下部タイプレートと前記カバープレートの前記歪みを前記所定の歪み水準以下に維持することとの間の均衡を保つように設定される、請求項2に記載の方法。
- 溶接物の裂け目を除去し、それによって、前記溶接物の応力腐食割れを除去する溶接接合部溶け込みを達成することと、前記下部タイプレートと前記カバープレートの前記歪みを前記所定の歪み水準以下に維持することとの間の均衡を保つように最適化された速度で、前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジと前記下部タイプレートの前記開口部に隣接した前記下部タイプレートの前記辺との間に沿って前記レーザビームが移動される、請求項1記載の方法。
- 前記カバープレートに顕著な歪みを生成することなしに、前記下部タイプレートと前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジとの間に所定の最大ギャップを達成するように、前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジが前記下部タイプレートに隣接して配置される、請求項1に記載の方法。
- 前記下部タイプレートと前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジとの間の前記所定の最大ギャップが0.025センチメートルである、請求項6に記載の方法。
- 前記下部タイプレートが、前記カバープレートの前記少なくとも1つのフランジの後ろに位置する前記下部タイプレートの前記開口部に隣接する少なくとも1つの退行した表面を有し、前記少なくとも1つのフランジと前記少なくとも1つの退行した表面との間に前記逃げが形成される、請求項1に記載の方法。
- 前記カバープレートが前記下部タイプレートの中の開口部を覆って嵌合し、前記カバープレートの前記複数のフランジが前記下部タイプレートにレーザ溶接される前に、前記カバープレートを前記下部タイプレートに溶接するための前記複数のフランジが前記下部タイプレートに少なくとも2つの位置で仮付け溶接される、請求項4に記載の方法。
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