JPH05220575A - 水中溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水中溶接により生じたクラッドを容易且つ確
実に除去する。 【構成】 トーチ１の内側ノズルには、シールドガス供
給管２６が又、中間ノズルにはバックガス戻り管２９
が、外側ノズルには高圧水供給管１５が夫々接続され、
内側ノズルへは、シールドガス供給管２６からシールド
ガス２７が供給され、内側ノズルと中間ノズルの間へ
は、高圧水供給管１５から高圧水１６が供給され、内側
ノズルと中間ノズルの間からは、シールドガス２７がバ
ックガス２８としてバックガス戻り管２９及び高圧水供
給管２０よりカスケードタンク１０へ戻るため、溶接に
より生じたクラッド４５は水中１７に排出されることな
くバックガス２８と共にカスケードタンク１０へ回収さ
れ、カスケードタンク１０のタンク本体１０ａの底部へ
沈降する。沈降したクラッド４５はクラッド排出管３９
から水１１と共にドラム缶４１へ回収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は水中溶接装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントや化学プラントにおいて
は、圧力容器の溶接に水中溶接装置を使用することが提
案されている。

【０００３】斯かる水中溶接装置の一例は図３に示され
ている。図中、ａは水中溶接装置のトーチであり、該ト
ーチａは、母材金属ｇの表面に対向する先端がテーパ状
に拡径された内側ノズルｂ及び該内側ノズルｂの外周に
所定の間隔を置いて同心状に配設され且つ母材金属ｇの
表面に対向する先端がテーパ状に拡径された中間ノズル
ｃ並びに中間ノズルｃの外周に所定の間隔を置いて同心
状に配設され且つ母材金属ｇの表面に対向する先端がテ
ーパ状に拡径された外側ノズルｄを備えている。

【０００４】而して、内側ノズルｂの中心部からは、図
示してない溶接ワイヤ供給装置よりの溶接ワイヤｅを母
材金属ｇの溶接部ｍに供給し得るようになっており、又
内側ノズルｂからはシールドガスｆを母材金属ｇの溶接
部ｍの周囲に供給し得るようになっている。

【０００５】内側ノズルｂと中間ノズルｃの間に形成さ
れるラッパ状の間隙ｈからは、キャビテイガスｉを母材
金属ｇに向け、シールドガスｆの外周側に供給し得るよ
うになっており、中間ノズルｃと外側ノズルｄの間のラ
ッパ状の間隙ｊからは、高圧水ｋを母材金属ｇに向け、
キャビテイガスｉの外周側に供給し得るようになってい
る。

【０００６】なお、図中、ｌはアーク、ｎは逃散ガス気
泡、ｏは局部空胴、ｐはトーチａが設置された水中であ
る。

【０００７】水中溶接時には、母材金属ｇの溶接部ｍ近
傍に高圧水ｋを噴出させると共に間隙ｊからキャビテイ
ガスｉを噴出させ、内側ノズルｂからシールドガスｆを
送給する。

【０００８】そうすると、各高圧水ｋ等による遮断作
用、吸引作用及び逃散ガス気泡ｎの粉砕作用等により、
トーチａ直下には安定した気相の局部空胴ｏが形成さ
れ、溶接はこの気体雰囲気内で、溶接ワイヤｅを順次送
りつつ行われる。

【０００９】溶接時に発生したスパッダや溶解物等のク
ラッドはシールドガスｆに同伴されてキャビテイガスｉ
や高圧水ｋと共に水中ｐに放出される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
水中溶接装置にあっては、水中に放出されたクラッドを
回収することは困難であり、又回収するためには別途大
掛かりな回収装置を必要とするという問題があった。

【００１１】本発明は、上述の実情に鑑み、水中に放出
されたクラッドを簡単な装置で容易且つ確実に回収し得
るようにした水中溶接装置を提供することを目的として
なしたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、先端部がテー
パ状に拡径されて同心状に配設された筒状の内側ノズル
３及び中間ノズル４並びに外側ノズル５を備え且つ内側
ノズル３は中間ノズル４及び外側ノズル５よりも前方へ
突出し、又内側ノズル３の拡径部３ａにはシールドガス
排出孔７が設けられしかも内側ノズル３内には溶接ワイ
ヤ８が送給されるようにしたトーチ１と、内部に濾材９
が設けられて並列のタンク本体１０ａ，１０ｂに仕切ら
れたカスケードタンク１０と、一端が内側ノズル３に接
続され且つ他端がカスケードタンク１０の上部空間１０
ｃに接続されしかも中途部にファン２４を備えたシール
ドガス供給管２６と、一端が前記トーチ１の中間ノズル
４と外側ノズル５の間に形成された間隙５ａに接続され
且つ他端が前記カスケードタンク１０のタンク本体１０
ａ側に接続されしかも中途部にポンプ１２を備えた高圧
水供給管１５と、中途部にエゼクタ１９を備えカスケー
ドタンク１０のタンク本体１０ａ側から導入した水１１
をタンク本体１０ｂ側へ戻す高圧水供給管２０と、一端
が前記内側ノズル３と中間ノズル４の間に形成された間
隙４ａに接続され且つ他端が前記エゼクタ１９に接続さ
れたバックガス戻り管２９と、カスケードタンク１０の
タンク本体１０ｂ側に接続されたクラッド排出管３９を
設けたものである。

【００１３】

【作用】水中溶接時には、シールドガス２７はファン２
４によりカスケードタンク１０の上部空間１０ｃからシ
ールドガス供給管２６を通ってトーチ１の内側ノズル３
に供給され、シールドガス排出孔７から間隙４ａへ排出
される。

【００１４】又カスケードタンク１０のタンク本体１０
ａ側の水１１はポンプ１２により、高圧水供給管１５を
通ってトーチ１の間隙５ａに供給され、間隙５ａのテー
パ状の先端から噴出され、水中１７内に高圧水カーテン
１１ａが形成される。

【００１５】更に水１１が高圧水供給管２０に設けたエ
ゼクタ１９を通過することにより生じる吸引作用によ
り、前記間隙４ａに排出されたシールドガスはバックガ
ス２８としてバックガス戻り管２９を通りエゼクタ１９
へ吸込まれ、水１１と一緒に高圧水供給管２０を通って
カスケードタンク１０のタンク本体１０ｂ側へ戻され、
水１１から分離される。

【００１６】バックガス２８中に溶接により生じたクラ
ッド４５が混じっていてもクラッド４５はカスケードタ
ンク１０においてガスから分離され、タンク本体１０ｂ
へ沈降する。

【００１７】水１１及びシールドガス２７は循環使用さ
れるが、水１１は濾材９を通過後にポンプ１２に吸込ま
れるため、トーチ１へ供給される水１１にはクラッド４
５が混入することはない。

【００１８】カスケードタンク１０のタンク本体１０ｂ
にたまったクラッド４５はクラッド排出管３９から水１
１と一緒に外部へ排出される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面を参照しつ
つ説明する。

【００２０】図１及び図２は本発明の一実施例である。

【００２１】図中、１はトーチであり、該トーチ１は、
母材金属２の表面に接触する先端がテーパ状に拡径され
た内側ノズル３及び該内側ノズル３の外周に所定の間隙
４ａを隔てて同芯状に配設され且つ母材金属２の表面に
対向する先端がテーパ状に拡径された中間ノズル４並に
中間ノズル４の外周に所定の間隙５ａを隔てて同芯状に
配設され且つ母材金属２の表面に対向する先端がテーパ
状に拡径された外側ノズル５を備え、内側ノズル３が母
材金属２に接触しても中間ノズル４及び外側ノズル５と
母材金属２との間には、間隙６が形成されるよう、内側
ノズル３は中間ノズル４及び外側ノズル５よりも前方へ
突出した形状になっており、内側ノズル３の拡径部３ａ
には、内側ノズル３内と内側ノズル３及び中間ノズル４
の間の間隙４ａが連通するよう、シールドガス排出孔７
が穿設されている。

【００２２】トーチ１の内側ノズル３の中心部からは、
従来公知の溶接ワイヤ供給装置４６によりコンジットチ
ューブ４７からワイヤガイド４８を通して溶接ワイヤ８
を母材金属２の溶接部２ａへ供給し得るようになってい
る。

【００２３】濾材９により並列するタンク本体１０ａ，
１０ｂに仕切られて内部に水１１が貯留されたカスケー
ドタンク１０のタンク本体１０ａ下側部には、ポンプ１
２及び開閉弁１３並に圧力調整弁１４を上流側から下流
側へ向けて順次備えた高圧水供給管１５が接続され、該
高圧水供給管１５の先端は、前記外側ノズル５に接続さ
れ、高圧水１６を間隙５ａ，６を通して水中１７内に噴
出し得るようになっている。又高圧水供給管１５の圧力
調整弁１４よりも上流側には圧力調整弁１８及びエゼク
タ１９を上流側から下流側へ向けて順次備えた高圧水供
給管２０が接続されており、該高圧水供給管２０の先端
は、カスケードタンク１０のタンク本体１０ｂ側の上部
空間１０ｃに接続されている。

【００２４】シールドガスとして用いるアルゴンガス等
の不活性ガスの封入されたボンベ２１には圧力調整弁２
２を備えたシールドガス補給管２３が接続され、シール
ドガス補給管２３の先端は、カスケードタンク１０の上
部空間１０ｃに接続されている。

【００２５】カスケードタンク１０の上部空間１０ｃに
は、ファン２４及び圧力調整弁２５を上流側から下流側
へ向けて順次備えたシールドガス供給管２６が接続さ
れ、該シールドガス供給管２６の先端は、トーチ１の内
側ノズル３に接続されており、シールドガス２７を内側
ノズル３から母材金属２の溶接部２ａの周囲に供給し得
るようになっている。

【００２６】トーチ１の中間ノズル４には、内側ノズル
３の拡径部３ａに設けたシールドガス排出孔７から間隙
４ａに排出されたバックガス２８を戻すバックガス戻り
管２９が接続され、該バックガス戻り管２９は前記エゼ
クタ１９に接続されている。又溶接を行う圧力容器３０
内の水中１７へ後端を挿入し得られ且つ上流側から下流
側へ向けてポンプ３１及び水面調整弁３２を備えた水戻
り管３３の先端は、カスケードタンク１０に接続されて
いる。

【００２７】カスケードタンク１０の側部には、水面検
出器３４及びレベルスイッチ３５が接続され、水面検出
器３４で検出した信号は水面調整弁３２へ、又レベルス
イッチ３５で検出した信号はポンプ３１へ与え得るよう
になっている。又カスケードタンク１０の上部には、上
部空間１０ｃのガス圧を検出する圧力検出器３６が接続
され、圧力検出器３６で検出した信号は圧力調整弁２２
へ与え得るようになっている。

【００２８】トーチ１には、溶接部２ａの水圧を検出す
るための圧力検出器３７が設けられており、該圧力検出
器３７で検出した水圧は制御装置３８へ与え得るように
なっている。

【００２９】制御装置３８には、母材金属２の材質、板
圧、溶接部２ａの水圧等の種々の条件により定まるデー
タが入力されており、ポンプ１２、圧力調整弁１４，１
８，２５、ファン２４へ条件に対応した指令を与え得る
ようになっている。

【００３０】なお、図中、３９はカスケードタンク１０
のタンク本体１０ｂ側の底部に接続され且つ開閉弁４０
を備えたクラッド排出管、４１はカスケードタンク１０
のタンク本体１０ｂからクラッド排出管３９を通し排出
されたクラッドを受けるドラム缶、４２は間隙４ａから
噴出された高圧水１６により形成される高圧水カーテン
１１ａ中に生じる逃散ガス気泡、４３は溶接部２ｂの近
傍に形成された局部空同、４４はアーク、４５はクラッ
ドである。

【００３１】例えば、図１の圧力容器３０を構成する底
部の母材金属２の溶接部２ａを溶接する場合には、圧力
容器３０自体を図示してない水を張ったプールへ収納す
ると共に圧力容器３０内にも水を張っておき、開閉弁１
３を開き、開閉弁４０を閉止し、トーチ１を中心が溶接
部２ａの所定位置の直上に位置するよう母材金属２上に
セットし、図示してないスイッチをオンにする。

【００３２】そうすると、圧力検出器３７で検出された
水圧は制御装置３８に与えられ、水圧及び母材金属２の
材質、板圧等により溶接条件が求められ、求められた溶
接条件はポンプ１２及びファン２４並に圧力調整弁１
４，１８，２５に与えられる。このためポンプ１２及び
ファン２４は所定の回転数で回転駆動され、圧力調整弁
１４，１８，２５は所定の開度に開かれる。

【００３３】従って、カスケードタンク１０のタンク本
体１０ａ内の水１１は、ポンプ１２により高圧水供給管
１５からトーチ１の中間ノズル４と外側ノズル５の間の
間隙５ａへ高圧水１６として供給され、間隙５ａのラッ
パ状の先端から圧力容器３０の水中１７内へ噴出されて
溶接部２ａの周囲に高圧水カーテン１１ａが形成される
と共に高圧水カーテン１１ａ内に局部空胴４３が形成さ
れ、又高圧水供給管１５内の高圧水１６の一部は、高圧
水供給管２０へ流入し、エゼクタ１９を通ったうえカス
ケードタンク１０のタンク本体１０ｂ側へ供給される。

【００３４】カスケードタンク１０の上部空間１０ｃに
滞留しているガスはファン２４によりシールドガス２７
としてシールドガス供給管２６からトーチ１の内側ノズ
ル３へ供給され、内側ノズル３へ供給されたシールドガ
ス２７により気相流が形成されて溶接部２ａがシールド
される。又内側ノズル３内のシールドガス２７は拡径部
３ａに穿設されたシールドガス排出孔７から内側ノズル
３と中間ノズル４の間の間隙４ａに導入され、エゼクタ
１９の吸引効果によりバックガス２８としてバックガス
戻り管２９からエゼクタ１９に吸引され、エゼクタ１９
から高圧水１６と一緒に高圧水供給管２０を通り、カス
ケードタンク１０のタンク本体１０ｂ側へ戻される。而
して、タンク本体１０ｂ側へ戻された高圧水１６とバッ
クガス２８は分離し、高圧水１６はタンク本体１０ｂへ
たまり、バックガス２８は上部空間１０ｃにたまる。

【００３５】又、カスケードタンク１０のタンク本体１
０ｂ側へ戻された水１１は、濾材９を通ってタンク本体
１０ａ側へ流れ、ポンプ１２により再びトーチ１の間隙
５ａへ循環され、カスケードタンク１０の上部空間１０
ｃへ戻されたガスはファン２４により再びシールドガス
２７としてトーチ１の内側ノズル３へ循環される。

【００３６】なお、間隙５ａから噴出される高圧水１６
の圧力をＰ_W、溶接部２ａに供給されるシールドガス２
７の圧力をＰ_S、間隙４ａを戻るバックガス２８の負圧
力をＰ_B、圧力検出器３７で検出された水深による圧力
をＰ_Hとすると、絶対値でＰ_W＞Ｐ_B＞Ｐ_S＞Ｐ_Hの圧力条
件において、局部空胴４３に良好な溶接雰囲気が形成さ
れる。

【００３７】所定の溶接部２ａがシールドガス２７によ
りシールされたら、溶接ワイヤ供給装置４６を駆動して
溶接ワイヤ８を溶接部２ａへ送給すると共に電極に通電
を行って溶接部２ａの溶接を行う。

【００３８】溶接時に発生するスパッタや溶解物等のク
ラッド４５は、内側ノズル３の拡径部３ａに穿設された
シールドガス排出孔７からシールドガス２７と共に間隙
４ａへ排出され、バックガス戻り管２９、エゼクタ１
９、高圧水供給管２０を経て高圧水１６やバックガス２
８と一緒にカスケードタンク１０のタンク本体１０ｂ側
へ供給され、カスケードタンク１０の底部に沈降する。

【００３９】ポンプ１２に導入される水１１は、濾材９
によりクラッド４５が分離されているため、トーチ１の
間隙５ａから噴出される高圧水１６にはクラッド４５が
含まれておらず、母材金属２の表面に傷を付けることは
ない。

【００４０】カスケードタンク１０内の水１１の量は、
水面検出器３４により検出されるが、水１１の水面が下
限設定値になると水面調整弁３２に信号が与えられて該
調整弁３２が開き、又レベルスイッチ３５がオンになっ
てポンプ３１が駆動される。このため、圧力容器３０内
の水は、ポンプ３１により水戻り管３３を経てカスケー
ドタンク１０内へ戻される。又水面検出器３４により検
出された水１１の水面が上限設定値になると、水面調整
弁３２は閉止し、レベルスイッチ３５がオフになってポ
ンプ３１が停止する。

【００４１】圧力検出器３６で検出されたカスケードタ
ンク１０内の上部空間１０ｃのガス圧力が設定値よりも
低下すると、圧力検出器３６から信号が圧力調整弁２２
に与えられ、該調整弁２２が開く。このため、ボンベ２
１内のシールドガスがシールドガス補給管２３からカス
ケードタンク１０の上部空間１０ｃに補給される。上部
空間１０ｃ内のガス圧が所定の圧力まで上昇すると、圧
力検出器３６からの信号により圧力調整弁２２は閉止す
る。

【００４２】カスケードタンク１０のタンク本体１０ｂ
底部にクラッド４５がたまったら、開閉弁４０を開き、
水１１と一緒にクラッド４５をクラッド排出管３９から
ドラム缶４１へ排出し、廃棄する。このため、クラッド
４５は容易且つ確実に回収することができる。

【００４３】なお、本発明の水中溶接装置により溶接さ
れる圧力容器としては、原子炉圧力容器或いは一般的な
圧力容器の何れであっても良い。又本発明の実施例にお
いては、溶接すべき圧力容器内の水深に対応して供給す
る高圧水やシールドガスの圧力を調整し得るよう圧力調
整弁を設ける場合について説明したが、常時一定の水深
で水中溶接を行える場合には、圧力調整弁は設けずとも
実施可能なこと、高圧水をエゼクタに供給するライン
は、高圧水をトーチへ供給するラインから分岐させてい
るが、分岐させずに独立したラインを設けても実施可能
なこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種
々変更を加え得ること、等は勿論である。

【００４４】

【発明の効果】本発明の水中溶接装置によれば、水中溶
接により生じたクラッドを容易且つ確実に回収すること
が出来るという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水中溶接装置の系統図である。

【図２】図１の水中溶接装置に使用するトーチ先端部の
縦断面図である。

【図３】従来の水中溶接装置に使用するトーチ先端部の
縦断面図である。

【符号の説明】

１ トーチ ３ 内側ノズル ３ａ 拡径部 ４ 中間ノズル ５ 外側ノズル ４ａ，５ａ 間隙 ７ シールドガス排出孔 ８ 溶接ワイヤ ９ 濾網（濾材） １０ カスケードタンク １０ａ，１０ｂ タンク本体 １０ｃ 上部空間 １１ 水 １２ ポンプ １５ 高圧水供給管 １９ エゼクタ ２０ 高圧水供給管 ２４ ファン ２６ シールドガス供給管 ２９ バックガス戻り管 ３９ クラッド排出管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部がテーパ状に拡径されて同心状に
   配設された筒状の内側ノズル３及び中間ノズル４並びに
   外側ノズル５を備え且つ内側ノズル３は中間ノズル４及
   び外側ノズル５よりも前方へ突出し、又内側ノズル３の
   拡径部３ａにはシールドガス排出孔７が設けられしかも
   内側ノズル３内には溶接ワイヤ８が送給されるようにし
   たトーチ１と、内部に濾材９が設けられて並列のタンク
   本体１０ａ，１０ｂに仕切られたカスケードタンク１０
   と、一端が内側ノズル３に接続され且つ他端がカスケー
   ドタンク１０の上部空間１０ｃに接続されしかも中途部
   にファン２４を備えたシールドガス供給管２６と、一端
   が前記トーチ１の中間ノズル４と外側ノズル５の間に形
   成された間隙５ａに接続され且つ他端が前記カスケード
   タンク１０のタンク本体１０ａ側に接続されしかも中途
   部にポンプ１２を備えた高圧水供給管１５と、中途部に
   エゼクタ１９を備えカスケードタンク１０のタンク本体
   １０ａ側から導入した水１１をタンク本体１０ｂ側へ戻
   す高圧水供給管２０と、一端が前記内側ノズル３と中間
   ノズル４の間に形成された間隙４ａに接続され且つ他端
   が前記エゼクタ１９に接続されたバックガス戻り管２９
   と、カスケードタンク１０のタンク本体１０ｂ側に接続
   されたクラッド排出管３９を設けたことを特徴とする水
   中溶接装置。