JP5372436B2 - 金属部品のtig溶接への活性フラックスの使用 - Google Patents

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Description

本発明は、特に航空分野における金属部品の溶接に関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの溶接に関する。
TIG(タングステン不活性ガス)タイプの溶接は、電気アークによって金属部品の溶接を可能とする。TIG溶接は、非溶極を用いたアーク溶接方法である。
図1を参照すると、電気アーク61は、電位が負である溶接トーチ60と、電位が正である第1の金属部品1との間に作り出される。第1の部品1は、溶接される第2の部品2と接触している。溶接トーチ60が第1の部品1に近付けられ、電位差が電気アーク61を作り出す。アークによって与えられるエネルギは、冷却中にそれらの局所的な溶融及びそれらの溶接を引き起こす部品1、2の温度を上昇させる。しかしながら、部品が非常に厚い場合には、熱の浸透が十分ではないことがあり、効率的な溶接を阻害する。
厚みが一定でない場合には、溶接は溶接部の品質の変化を引き起こし、全体的に薄肉ゾーンでは品質が良好な溶接が可能であるが、逆に厚肉ゾーンでは品質が悪化することになる。
厚肉ゾーンの溶接を改善するために、アーク電力を増加させることが可能である。しかしながら、薄肉ゾーン上に高電力でパラメータ化された溶接トーチを通過させることは、部品を変形し、この部品における熱浸透が大きすぎる事態を引き起こす可能性がある。このようにして変形された部品は、修理することができず、その結果、廃棄されなければならない。
厚みが一定でない部品を溶接するために、予め厚肉ゾーンを機械加工して面取りすることが可能であるため、部品は、溶接ゾーンに沿って厚みが薄くされて一定となる。溶接アークを適用することによって部品を溶接すると、面取りの間に除去された材料を増やすために、溶接された部品上に材料が供給される。充填(filling)と称されるこのステップは、溶接された部品が面取り前のそれらの原形の回復を可能とする。
この技術は、現在、ターボジェットの中間ケーシング内の厚肉アームを溶接するのに使用されているが、このタイプの金属部品を溶接するための浸透ステップは、多数の長時間にわたる作業を必要とする。さらに、熱応力のために、部品は、充填作業の間、おそらく変形される。したがって、このタイプの溶接の使用は、非常に扱いにくく、工業規模での生産には適さない。
部品への溶接熱の浸透を改善して厚肉部品の溶接を可能とするために、溶接される部品上にアークを適用する前に浸透又は活性溶接フラックスを堆積してなるATIG(活性化タングステン不活性ガス)と称される活性アーク溶接方法を使用することが知られており、フラックスは、主に、塩化物及びフッ化物から構成される。このフラックスは、収縮によって電気アークの幅にわたって直接影響を及ぼす。同じ印加エネルギに関しては、その結果、表面エネルギを増加させ、部品への熱浸透を改善することが可能となる。
そのような浸透フラックスは、Eli Titanium等の商品名で当業者によく知られている。従来、溶接される厚肉部品は、溶接トーチが通過するのに先だって、その長さ全体にわたってフラックスで被覆される。
しかしながら、航空機部品の高い製造コストを考えると、ATIG溶接は、本出願人が知る限りでは、それがともなうリスクに起因して、その分野において全く広く使用されていない。
本出願人は、その目的として、金属部品の溶接技術に関する改善策を有する。
本出願人は、
複数の部品がそれらの溶接面に沿ってそれぞれ表面接触し、少なくとも1つの部品がその溶接面に沿った少なくとも1つの極厚ゾーンを有するような金属部品が、溶接位置に互いに接触して配置され、
TIG溶接が、金属部品の溶接面上でTIG溶接トーチを用いて実行される、2つの金属部品の溶接方法を提案する。
この方法は、TIG溶接ステップに先だって金属部品の上記極厚ゾーン上に浸透溶接フラックスが局所的に塗布されることを特徴としている。
浸透溶接フラックスは、極厚ゾーンのみにTIG溶接アークを局所的に集中させる機能を有し、熱は、金属部品に深く浸透する。
本発明によれば、予め部品を面取りする必要はなく、それは時間的な利益を意味する。
他のゾーンは、部品が変形するリスクがない適切なエネルギ入力をともなう従来の方法で溶接される。
製造された溶接物は、その結果、均質で厚みの変動に依存しないものとなる。
好ましくは、TIG溶接トーチは、TIG溶接ステップの間、一定電力で作動する。
溶接パワー又は強度は、部品の厚みに依存しないことから、本発明による方法は、TIG溶接ステップを速めることができる。
好ましくは、浸透溶接フラックスが金属部品の極厚ゾーン上に正確に堆積されるのを可能とするように配設された金属部品にマスクが塗布される。
マスクは、同じ溶接品質を維持しながら、多数の部品について連続して作業を繰り返すのを可能とする。
本方法の1つの実施形態によれば、TIG溶接トーチは、被覆されたゾーンに沿って第1の速度で、浸透溶接フラックスがないゾーン上では第2の速度で動かされる。第1及び第2の速度は、一定である。
被覆されたゾーンと浸透溶接フラックスがない隣接ゾーンとの間に遷移ゾーンが設けられるため、TIG溶接トーチは、遷移ゾーン上では、上記第1及び第2の速度と異なる速度で動かされる。
必要に応じて、浸透溶接フラックスのいかなる残留物の跡も除去するのを可能とする機械的スカーリングステップが、部品が溶接された後に実行される。
他の特徴及び利点は、図面を参照した本発明による方法の以下の説明から明らかになるであろう。
本発明は、具体的には、複流ガスタービンエンジンの中間ケーシング内の放射アームの溶接に関する。図2は、外側カラー111と、中間流れケーシング要素130、すなわち、一次流れと二次流れとの間のケーシング要素と、チタンベースの合金から作られたハブ120とを持つ中間ケーシングを示している。放射接続アーム100は、これら各種ケーシング要素をともに接続している。製造において、この複合部品のアセンブリは、放射アーム100をケーシング要素120、111に溶接してなる。
本発明は、より具体的には、接続アーム100の内端部101と内側カラー120に固定された要素111との間での溶接に言及しながら説明されるであろう。
図3及び図4を参照すると、放射接続アーム100は、丸い前縁101BAと下流の空気流の方向に垂直な平坦背面101BFとを有する空気力学プロファイルを持つ、半径方向に細長く中空の部品形状を有する。アーム100の厚みは、その外周に沿って一定ではなく、その厚みは2.5mmから7mmの間で変化する。厚みe1は、側面では小さく、背面101BFで最大値e2となる。アーム100の径端部101での横断面は、溶接部102として指定される。接続アーム100は、外側カラー120に固定された要素111をともなって溶接位置にあり、半径方向に延在されている。接続アーム100の溶接部102は、要素111上に画定される溶接面112上に置かれている。
この図3及び図4では、従来技術の適用がみられる。それは、溶接される厚みe3がこの位置で減少するように、背面101BFの壁において面取り部Cを機械加工することからなる。e3は、e1と略同一である。この技術は、溶接物の全体にわたって状態が同じままとされることから、良好な品質の溶接物が得られるのを可能とする。機械加工されるゾーンは、空気力学プロファイルを戻すために、溶接後に増やされるべきである。しかしながら、作業が全体的に長く困難であることが理解されるであろう。
図5及び図6において、同じ部品が示されているが、本発明にしたがって用意されたものである。機械加工に代えて、従来技術において機械加工されたゾーンに実質的に対応するアームの厚肉ゾーンに浸透溶接フラックスが塗布されたものである。このゾーンは、側方壁上に突出する背面101BFの幅にわたって延在している。浸透溶接フラックスは、ビーズ50を形成する。
適所にフラックスを置くために、アームは、要素111上の位置に置かれ、外側表面は、薄肉部分においてマスクで被覆される。
そして、浸透溶接フラックス50は、エアロゾル又はブラシを用いて、接続アーム100及び要素111にまたがった外側表面に塗布される。
この浸透溶接フラックス50は、Eli Titanium等の商品名で当業者によく知られている。
アーム100がフラックス50で被覆されると、マスクは除去される。
図7を参照すると、TIG溶接トーチ60は、溶接されるゾーン、すなわち、アーム100と要素111との間の接合部分に近付けられる。電気アーク61は、溶接トーチ60とアセンブリの外側表面との間に作り出される。
電気アーク61が溶接トーチ60と浸透溶接フラックス50がない接続アームの薄肉部分との間に作り出されたとき、アーク61によって発生された熱は、数ミリメートルにわたって伝播する。電力は、変形を制限するように適合される。
電気アーク61が溶接トーチ60と浸透溶接フラックス50で被覆された接続アーム100の薄肉部分との間に形成されたとき、アーク61によって発生された熱は、図7に示されるように、浸透フラックス50及びその粒子62の作用で深く伝播する。溶接可能な厚みは、浸透溶接フラックス50がない薄肉部分と比較して増加する。
熱の集中は、厚みの局所的な増加を補償し、カラー要素上の接続アーム100の均質な溶接を保証する。均質な溶接は、溶接接合の範囲においてアセンブリが破壊するリスクを制限する。
トーチ60は、連続的にアーム上を通過する。TIG溶接トーチは、被覆されたゾーン上では第1の速度で、浸透溶接フラックスがないゾーン上では第2の速度で動かされ、第1及び第2の速度は、一定である。
溶接トーチ60の移動速度は、図7に示されるように、表面エネルギが遷移ゾーン(T)において局所的に増加するように、電気アーク61が溶接部の厚肉部分と薄肉部分との間の遷移(T)に到達したときに低下するようにパラメータ化される。
トーチ60は、溶接時間を短縮するとともに接続アーム100のそれぞれについての溶接の再現性を容易とする自動化された方法で制御される。
TIG溶接ステップが終了すると、適所に現れ得る空洞内に充填することによって部品が平滑化されるのを可能とする最終ステップが実行される。このような最終ステップは、部品100、111の前クリーニングを必要としない。溶接ステップの間に焼かれた又は焼かれなかった残留フラックス50は、機械的スカーリングによって除去される。
従来技術の方法によるTIGアーク溶接を示している。 タービンエンジンの中間ケーシングの背面図を示している。 従来技術による溶接のために用意された図2のタービンエンジンの中間ケーシングの放射アームの部分の斜視図を示している。 図3のアームの方向4−4に沿った断面を示している。 本発明による溶接のために用意された放射アームであってその極厚部分上が浸透溶接フラックスで被覆されているアームの斜視図を示している。 図5のアームの方向6−6に沿った断面を示している。 本発明の方法による溶接トーチを用いた図5のアームの溶接を示している。
符号の説明
50 浸透溶接フラックス
60 TIG溶接トーチ
61 電気アーク
62 粒子
100 放射接続アーム
101 内端部
101BA 前縁
101BF 平坦背面
102 溶接部
111 外側カラー
112 溶接面
120 ハブ
130 中間流れケーシング要素
C 面取り
e1、e2、e3 厚み
T 遷移ゾーン

Claims (6)

  1. 2つの金属部品の溶接方法であって、
    2つの金属部品が溶接位置において互いに接して配置され、2つの部品がそれらの溶接面に沿ってそれぞれ表面接触し、少なくとも1つの部品がその溶接面に沿っ少なくとも1つの厚肉部分を含む一定でない厚みを有しており
    TIG溶接が、金属部品の溶接面(v)上でTIG溶接トーチを用いて実行され、
    浸透溶接フラックスが、TIG溶接ステップに先だって金属部品の前記厚肉部分上にのみ塗布される、前記方法。
  2. TIG溶接トーチが、TIG溶接ステップの間、一定電力で作動する、請求項1に記載の方法。
  3. 浸透溶接フラックスが金属部品の肉厚部分上に正確に堆積されるのを可能とするように配設された金属部品にマスクが塗布される、請求項1に記載の方法。
  4. TIG溶接トーチが、被覆されたゾーンに沿って第1の速度で、浸透溶接フラックスがないゾーン上では第2の速度で動かされ、第1及び第2の速度が一定である、請求項1に記載の方法。
  5. TIG溶接トーチが、被覆されたゾーンと浸透溶接フラックスがない隣接ゾーンとの間の遷移ゾーン上では、前記第1及び第2の速度と異なる速度で動かされる、請求項4に記載の方法。
  6. 浸透溶接フラックスのいかなる残留物の跡も除去することを可能とする機械的スカーリングステップが、溶接された部品上で実行される、請求項1に記載の方法。
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