JP6571924B2

JP6571924B2 - 歪修正方法

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Publication number: JP6571924B2
Application number: JP2014223420A
Authority: JP
Inventors: 卓真寺前; 坪田　秀峰; 秀峰坪田; 福本　清治; 清治福本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2019-09-04
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: US20170209952A1; EP3173181A4; WO2016067685A1; EP3173181A1; JP2016087630A; EP3173181B1

Description

本発明は、素管等の棒状部材と取付部材との溶接部における溶接歪を修正する歪修正方法に関するものである。

従来、鋼材の溶接部に形成される溶接ビード近傍に発生する溶接歪を除去する溶接歪の除去方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この除去方法では、ＴＩＧ溶接機を用いて、所定の加熱条件に基づいて、溶接ビードを加熱することにより、鋼材の溶接部近傍の溶接歪を除去している。ここで、鋼材は、互いに直角に溶接される２つの鋼材であり、具体的に、水平な鋼板上に、垂直の鋼板を隅肉溶接することで、溶接部が形成されている。

特開２００４−２５２２５号公報

ところで、溶接歪が発生する溶接部としては、例えば、棒状部材である素管と、素管の軸方向の端部に取り付けられる取付部材とが溶接された溶接部がある。この場合、取付部材は、溶接歪によって、素管の軸方向に対して傾いてしまう可能性がある。このため、素管の軸方向に対する取付部材の傾きを修正するが、傾きを修正するには、素管の軸方向に対する取付部材の傾きを精度良く計測する必要がある。しかしながら、素管には、計測基準となる部位がないことから、素管の軸方向に対する取付部材の傾きを好適に修正することが困難である。

そこで、本発明は、棒状部材に対する取付部材の傾きを好適に修正することができる歪修正方法を提供することを課題とする。

本発明の歪修正方法は、長手方向の少なくとも一方の端部に取付部材が溶接される棒状部材の外周に、円周面となる基準面を加工する基準面形成工程と、前記棒状部材の長手方向を軸方向として、前記棒状部材を回転自在に支持する転接部材に、前記棒状部材の前記基準面を設置させる棒状部材設置工程と、前記転接部材によって前記棒状部材と共に回転する前記取付部材の、前記棒状部材の軸方向に対する傾きを、計測器により計測する計測工程と、前記計測工程における計測結果に基づいて、前記棒状部材と前記取付部材との溶接部分を溶接して、前記棒状部材の軸方向に対する前記取付部材の傾きを修正する歪修正工程と、を備えることを特徴とする。

この構成によれば、基準面形成工程では、棒状部材の外周に円周面となる基準面を形成することができる。また、棒状部材設置工程では、転接部材に基準面を設置することで、基準面に倣って棒状部材を回転させることができる。さらに、計測工程では、基準面に倣って回転する棒状部材と共に取付部材が回転することから、棒状部材を基準として、棒状部材に対する取付部材の傾きを計測器により精度良く計測することができる。そして、歪修正工程では、計測工程による計測結果に基づいて、棒状部材に対する取付部材の傾きを修正することができる。このように、棒状部材の長手方向の少なくとも一方の端部に、取付部材が溶接により取り付けられる場合であっても、棒状部材に基準面を形成することで、棒状部材に対する取付部材の傾きを精度良く計測することができる。よって、歪修正工程において、棒状部材に対する取付部材の傾きを好適に修正することができる。なお、歪修正工程では、棒状部材に対する取付部材の傾きを修正する場合だけでなく、棒状部材と取付部材との溶接部分に形成される溶接ビードを整形する場合にも、溶接部分に溶接が行われる。なお、溶接部分としては、例えば、棒状部材と取付部材とを突き合せて形成される開先部であり、開先部は、基準面に対して直角に加工されている。つまり、開先部における棒状部材と取付部材との突合せ面は、棒状部材の軸方向に直交する面となっている。

また、前記棒状部材と前記取付部材との前記溶接部分は、前記棒状部材と前記取付部材とが高密度エネルギ溶接により溶接されることで形成されることが好ましい。

この構成によれば、棒状部材と取付部材とを高密度エネルギ溶接により接合することができるため、棒状部材と取付部材との溶接歪を小さいものとすることができ、棒状部材と取付部材との溶接部分を高品質なものとすることができる。なお、高密度エネルギ溶接としては、電子ビーム溶接またはレーザビーム溶接等がある。

また、前記歪修正工程では、前記溶接部分にＴＩＧ溶接または高密度エネルギ溶接を行っていることが好ましい。

この構成によれば、棒状部材と取付部材との溶接部分に形成される溶接ビードを、ＴＩＧ溶接または高密度エネルギ溶接により好適に整形することができる。このため、棒状部材と取付部材との溶接による接合（本溶接）は、例えば、電子ビーム溶接で行い、歪修正は、電子ビーム溶接で行うことが可能となる。また、本溶接は、例えば、電子ビーム溶接で行い、歪修正は、ＴＩＧ溶接で行うことが可能となる。

また、前記計測工程では、前記計測器としてダイヤルゲージが用いられ、前記取付部材は、前記ダイヤルゲージが当接する円周面が形成されていることが好ましい。

この構成によれば、ダイヤルゲージにより、棒状部材に対する取付部材の傾きを精度良く計測することができる。

図１は、本実施例に係る歪修正方法の対象となる棒状部材及び取付部材を示す平面図である。図２は、本実施例に係る歪修正方法に用いられる治具を示す側面図である。図３は、本実施例に係る歪修正方法に用いられる治具を示す正面図である。図４は、本実施例に係る歪修正方法に関するフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせることも可能である。

本実施例の歪修正方法は、修正対象となる連結部材１に発生する溶接歪に対し、連結部材１に形成される溶接部をＴＩＧ溶接することで修正する方法である。先ず、図１を参照して、歪修正方法の対象となる連結部材１について説明する。

図１に示すように、連結部材１は、例えば、原子力施設に設けられる部材であり、他の部材同士を連結する部材である。連結部材１は、棒状部材としての素管１０と、素管１０の軸方向の両端部に溶接により取り付けられる２つの取付部材１１ａ，１１ｂとを有している。

素管１０は、円筒管であり、軸方向の一方側に取付部材１１ａが溶接により接合され、軸方向の他方側に取付部材１１ｂが溶接により接合されている。また、素管１０の外周面には、軸方向の一方側において全周に亘って形成される円周面となる基準面１５ａが加工されており、また、軸方向の他方側において全周に亘って形成される円周面となる基準面１５ｂが加工されている。

２つの取付部材１１ａ，１１ｂは、異なる部材となっており、電子ビーム溶接によって素管１０の両端部にそれぞれ接合されている。ここで、接合時において、素管１０と２つの取付部材１１ａ，１１ｂとの間には、素管１０と２つの取付部材１１ａ，１１ｂとが突き合わされることで、それぞれ開先部が形成される。この開先部は、素管１０に形成される基準面１５ａ，１５ｂに対して直角となるように加工されている。つまり、開先部における、素管１０と２つの取付部材１１ａ，１１ｂとの突合せ面は、素管１０の軸方向に直交する面となっている。そして、素管１０と取付部材１１ａとの間には、電子ビーム溶接によって溶接部１２ａが形成され、また、素管１０と取付部材１１ｂとの間には、電子ビーム溶接によって溶接部１２ｂが形成される。

この取付部材１１ａ，１１ｂのそれぞれには、後述するダイヤルゲージ３１が接触する計測面１６ａ，１６ｂが形成されている。各計測面１６ａ，１６ｂは、素管１０の周方向において、取付部材１１ａ，１１ｂの内面または外面の全周に亘って形成される円周面となっている。例えば、取付部材１１ａに形成される計測面１６ａは、外面の全周に亘って形成される外周面であり、取付部材１１ｂに形成される計測面１６ｂは、内面の全周に亘って形成される内周面である。ダイヤルゲージ３１は、軸方向の外側から取付部材１１ａ，１１ｂにアクセスし、計測面１６ａ，１６ｂに接触する。

なお、本実施例では、棒状部材としての素管１０と、素管１０の両端部に溶接される２つの取付部材１１ａ，１１ｂとを有する連結部材１に適用したが、歪修正方法の修正対象となる部材は、連結部材１に限定されない。歪修正方法の修正対象となる部材は、棒状部材と取付部材とを含む部材であればよく、いずれの部材を修正対象としてもよい。

次に、図２及び図３を参照して、歪修正方法に用いられる治具２０について説明する。この治具２０は、連結部材１の軸方向が水平方向となる状態で、連結部材１を回転自在に支持するものである。治具２０は、支持台２１と、支持台２１上に設けられる一対の転接部材２２とを有する。

支持台２１は、設置される連結部材１の軸方向に長く形成されており、連結部材１よりも長く形成されている。一対の転接部材２２は、連結部材１に形成される基準面１５ａ，１５ｂに対応する位置に設けられている。図３に示すように、各転接部材２２は、設置される連結部材１の基準面１５ａ，１５ｂに当接する２つのローラ２２ａと、２つのローラ２２ａを軸支する軸受部２２ｂとを有している。２つのローラ２２ａは、連結部材１を設置可能な所定の距離を空けて、つまり、素管１０の外径よりも短い距離を空けて、並べて設けられている。軸受部２２ｂは、２つのローラ２２ａを回転自在に軸支しており、支持台２１に立設している。

このような治具２０の一対の転接部材２２上に設置された連結部材１には、２つのダイヤルゲージ３１（３１ａ，３１ｂ）が接触する。具体的に、一方のダイヤルゲージ３１ａは、素管１０の一方の端部に溶接される取付部材１１ａの計測面１６ａに接触して配置され、他方のダイヤルゲージ３１ｂは、素管１０の他方の端部に溶接される取付部材１１ｂの計測面１６ｂに接触して配置される。

次に、図４を参照して、本実施例の歪修正方法に係る一連の動作について説明する。先ず、素管１０と２つの取付部材１１ａ，１１ｂの溶接に先立ち、素管１０の両側の外周面には、基準面１５ａ，１５ｂがそれぞれ加工される（ステップＳ１：基準面形成工程）。この後、素管１０は、基準面１５ａ，１５ｂが一対の転接部材２２に転接するように、治具２０の一対の転接部材２２に架け渡されることで、治具２０上に回転自在に設置される（ステップＳ２：連結部材設置工程）。そして、基準面１５ａ，１５ｂが形成された素管１０の軸方向の両端部には、電子ビーム溶接により取付部材１１ａ，１１ｂが接合されることで、連結部材１が形成される（ステップＳ３：接合工程）。

接合工程Ｓ３の実行後、２つのダイヤルゲージ３１（３１ａ，３１ｂ）が、連結部材１の取付部材１１ａ，１１ｂの計測面１６ａ，１６ｂに接触するように設置される（ステップＳ４：計測器設置工程）。この後、連結部材１を回転させることで、基準面１５ａに対する計測面１６ａの変位、及び、基準面１５ｂに対する計測面１６ｂの変位が、計測面１６ａ，１６ｂの全周に亘って計測される（ステップＳ５：計測工程）。なお、計測器設置工程Ｓ４において設置したダイヤルゲージ３１の位置を初期位置とすると、この初期位置から変位する変位量が大きければ大きいほど、素管１０の軸方向に対する取付部材１１ａ，１１ｂの傾きが大きいものとなる。

そして、素管１０と各取付部材１１ａ，１１ｂとの溶接部１２ａ，１２ｂには、計測工程Ｓ５の計測結果に基づいて、ＴＩＧ溶接が行われることで、素管１０の軸方向に対する取付部材１１ａ，１１ｂの傾きを修正する（ステップＳ６：歪修正工程）。具体的には、計測工程Ｓ５において計測された変位が小さくなるように、溶接部１２ａ，１２ｂにＴＩＧ溶接が行われる。

ところで、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとは、電子ビーム溶接によって溶接されることから、形成される溶接部１２ａ，１２ｂの溶接ビードが整っていない場合がある。このため、歪修正工程Ｓ６では、溶接部１２ａ，１２ｂに形成される溶接ビードの外観をチェックし、溶接ビードが整っていない溶接部１２ａ，１２ｂに、ＴＩＧ溶接が行われる。

以上のように、本実施例によれば、素管１０の軸方向の両端部に、取付部材１１ａ，１１ｂが溶接により取り付けられる場合であっても、素管１０の外周に基準面１５ａ，１５ｂを形成することで、素管１０に対する取付部材１１ａ，１１ｂの傾きを、ダイヤルゲージ３１により精度良く計測することができる。よって、歪修正工程Ｓ６において、素管１０に対する取付部材１１ａ，１１ｂの傾きを好適に修正することができる。また、歪修正工程Ｓ６では、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとの溶接部１２ａ，１２ｂに形成される溶接ビードを整形することができるため、溶接部１２ａ，１２ｂの外観を好適に整えることができる。

また、本実施例によれば、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとを電子ビーム溶接により接合することができるため、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとの溶接歪を小さいものとすることができ、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとの溶接部１２ａ，１２ｂを高品質なものとすることができる。

また、本実施例によれば、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとの溶接部１２ａ，１２ｂにＴＩＧ溶接を行うため、溶接部１２ａ，１２ｂに形成される溶接ビードを、ＴＩＧ溶接により好適に整形することができる。特に、溶接部１２ａ，１２ｂが電子ビーム溶接により形成される場合には、ＴＩＧ溶接を行うことで、溶接ビードを好適に整形することができる。

また、本実施例によれば、ダイヤルゲージ３１を、取付部材１１ａ，１１ｂの計測面１６ａ，１６ｂに接触させて、基準面１５ａ，１５ｂに対する計測面１６ａ，１６ｂの変位を計測することができるため、素管１０の軸方向に対する取付部材１１ａ，１１ｂの傾きを精度良く計測することができる。

なお、本実施例では、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとを電子ビーム溶接により溶接したが、この構成に限定されない。例えば、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとをレーザビーム溶接により接合してもよく、高密度エネルギを用いた溶接であれば、いずれであってもよい。

また、本実施例では、歪修正工程Ｓ６において、素管１０と取付部材１１ａ，１１ｂとの溶接部１２ａ，１２ｂにＴＩＧ溶接を行ったが、ＴＩＧ溶接に限定されず、溶加材を用いた溶接であれば、いずれであってもよい。

また、本実施例では、素管１０の軸方向の両端部に取付部材１１ａ，１１ｂを取り付けたが、少なくとも一方の端部に取付部材１１ａ，１１ｂを取り付ければよく、特に限定されない。

また、本実施例では、棒状部材として素管１０を適用したが、棒状部材として、例えば、円柱形状、角柱形状または角管形状のものを適用してもよく、特に限定されない。

１連結部材
１０素管
１１ａ，１１ｂ取付部材
１２ａ，１２ｂ溶接部
１５ａ，１５ｂ基準面
１６ａ，１６ｂ計測面
２０治具
２１支持台
２２転接部材
２２ａローラ
２２ｂ軸受部
３１ダイヤルゲージ

Claims

長手方向の少なくとも一方の端部に取付部材が溶接される棒状部材の外周に、円周面となる基準面を加工する基準面形成工程と、
前記棒状部材の長手方向を軸方向として、前記棒状部材を回転自在に支持する転接部材に、前記棒状部材の前記基準面を設置させる棒状部材設置工程と、
前記転接部材によって前記棒状部材と共に回転する前記取付部材の、前記棒状部材の軸方向に対する傾きを、計測器により計測する計測工程と、
前記計測工程における計測結果に基づいて、前記棒状部材と前記取付部材との溶接部分を溶接して、前記棒状部材の軸方向に対する前記取付部材の傾きを修正する歪修正工程と、を備え、
前記取付部材には、前記計測器により計測される計測面が形成され、
前記計測面は、前記取付部材の外面の全周に亘って形成される外周面と、前記取付部材の内面の全周に亘って形成される内周面とを含み、
前記計測工程では、前記基準面に対する前記計測面としての前記外周面及び前記内周面の変位を計測することで、前記取付部材の前記棒状部材の軸方向に対する傾きを計測することを特徴とする歪修正方法。
前記棒状部材と前記取付部材との前記溶接部分は、前記棒状部材と前記取付部材とが高密度エネルギ溶接により溶接されることで形成されることを特徴とする請求項１に記載の歪修正方法。
前記歪修正工程では、前記溶接部分にＴＩＧ溶接または高密度エネルギ溶接を行っていることを特徴とする請求項１または２に記載の歪修正方法。
前記計測工程では、前記計測器としてダイヤルゲージが用いられ、
前記取付部材は、前記ダイヤルゲージが当接する円周面が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の歪修正方法。