JPH06277857A - アセンブリ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構成部材の全厚にわたって完全に連続する高
品質な溶接を可能とするアセンブリ方法を提供する。 【構成】 構成部材１３，１４の接合面１５，１６を互
いに当接させる前に、接合面１５，１６のうち少なくと
も１つの接合面に、該接合面１５，１６の横断方向にお
ける幅の実質的な部分にわたり、かつ該接合面の全長に
わたって、空洞１７，１８を加工することによって形成
する。そして、非磁性金属材２０を空洞１７，１８内に
挿入する。さらに、構成部材１３，１４をこれらの接合
面１５，１６を介して互いに当接させた後に、空洞１
７，１８の横断方向に沿って向けられる電子ビーム２３
の効果に基づき、非磁性金属材２０を、構成部材１３，
１４を構成する金属を溶融させるのと同時に溶融させ
る。これにより、接合面１５，１６の間の間隙に生ずる
磁界による電子ビーム２３の偏向を防止することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に厚さが大きい平
面状あるいは管状の２つの構成部材を電子ビーム溶接に
よって組み立てるアセンブリ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大きな寸法のものをボイラー製造技術を
用いて組立製造する分野においては、厚板あるいは厚い
シェルのような２つの構成部材、あるいは管状のケーシ
ングに取り付けられる分岐接合具のようなその他のあら
ゆる構成のものを突合わせ溶接する必要が頻繁に生ず
る。特に、原子炉の導管の製造分野においては、５０ｍ
ｍ以上、好ましくは２００ｍｍあるいはそれ以上、例え
ば３５０ｍｍ以上の厚さを有するシェルを突合わせ溶接
することによって導管を組み立てる必要がある。

【０００３】従来より、原子炉の導管のシェル・リング
のような厚さの大きい構成部材を電子ビーム溶接によっ
て組み立てる方法が知られている。この方法では、溶接
のために製造を短時間に行うことが求められることか
ら、製造時間の実質的な削減を可能とする点で利点があ
る。電子ビーム溶接は、構成部材の全厚について１回の
パスによって行われる。電子ビーム溶接は、例えばアー
ク溶接機を用いる方法のように、数回の連続的なパス
（各々のパスでビードが溶着される）を必要とし、２つ
の構成部材の間で形成される溝に溶加材を溶着させる方
法に比し、時間を大幅に節約することができる。

【０００４】２つの構成部材は、電子ビーム溶接を行う
ために、これらの接合面を介して互いに当接される。接
合面の幅は、実質的にその構成部材の厚さに対応し、接
合面の長さは、２つの構成部材の結合方向に沿った方向
の長さに対応する。そして、溶接は、溶加材を使用せず
に、電子ビームを、これら構成部材を横断する方向に、
２つの接合面が接合する接合線に沿って移動させること
によって行われる。こうして、２つの構成部材を構成す
る金属は小さい幅の領域において溶融する。この溶接に
よれば、構成部材として使用すべき合金材を適切に選定
した場合には、極めて高い冶金学的な品質を得ることが
可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、厚い構
成部材を組み立てるために使用される電子ビーム溶接
は、幾つかの細かな欠陥を生じさせる。その欠陥とは、
例えば軸方向の亀裂や端部あるいは溶接部の底における
欠陥である。これらの欠陥は、溶接の状態を厳密に調節
することによって防止あるいは抑制することができる。
さらに、電子ビーム溶接の場合、溶接すべき構成部材
は、電子ビームによる磁界にさらされる。構成部材は、
一般に強磁性材からなっており、その残留誘導によって
これらの接合面の間の間隙を通過する電子ビームに偏向
が生じる。このため、ビームの方向は構成部材の接合面
に正確に沿わなくなり、これによって溶接が部分的にし
か施されなくなる。これは、形成される溶接に重大な欠
陥をもたらす。この欠陥は、特に厚い構成部材の場合に
深刻となる。２００ｍｍあるいは３５０ｍｍの厚さに達
する構成部材の場合、溶接は、電子ビームが偏向するた
めに極めて不十分なものとなる。

【０００６】この発明の目的は、２つの構成部材を互い
の接合面を介して当接させる段階と、一致した接合面の
接合線に沿って向けられる電子ビームを移動させること
によって該接合面の近傍における構成部材を構成する金
属を溶融させる段階とを有し、電子ビーム溶接によって
２つの構成部材を組み立てる方法において、特に構成部
材の全厚にわたって完全に連続する高品質な溶接を可能
とするアセンブリ方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、上
記目的を達成するため、構成部材を互いに当接させる前
に、少なくとも１つの接合面に、該接合面の横断方向に
おける幅の実質的な部分にわたり、かつ該接合面の全長
にわたって、空洞を加工することによって形成し、その
空洞に非磁性金属材を挿入する。そして、構成部材をこ
れらの接合面を介して当接させた後に、非磁性金属材
を、空洞を横断する方向に向けられる電子ビームによっ
て構成部材を溶融させるのと同時に溶融させる。

【０００８】

【実施例】以下、この発明をさらに明確にするために、
この発明を何等限定するものでない例として、平面状あ
るいは管状の構成部材の突合わせ溶接、あるいは円筒状
の部材に対する分岐接合具の固定に適用される、この発
明による方法の幾つかの実施例について説明する。

【０００９】図１は、厚さの大きい２つの平面状の構成
部材１，２の端部を示している。これら構成部材１，２
は、例えば厚く軟らかい合金鋼板によって構成されてお
り、それぞれの断面を構成する２つの平面状接合面３，
４を介して互いに突合わせ結合される。

【００１０】接合面３，４の幅は、鋼板１，２の厚さｅ
であり、接合面３，４の長さｌは、鋼板３，４の幅であ
る。これら鋼板１，２を電子ビーム溶接によって突合わ
せ結合するためには、矢印５によって図示するように面
３，４が互いに当接される。

【００１１】溶接は、一致した接合面３，４の長手方向
のエッジの１つに沿って電子ビームを移動することによ
って行われる。この電子ビームは、鋼板１，２の大きい
方の表面に対して垂直に鋼板１，２の接合面に沿って向
けられる。電子ビームは、鋼板１，２に対して電子銃を
移動させるか、あるいは電子銃に対して鋼板１，２を移
動させることにより、一致した接合面３，４の長手方向
のエッジによって構成された接合線に沿って移動させる
ことが可能である。

【００１２】図２は、接合部９，１０を介して結合され
る２つの円筒状のシェル７，８の各々の端部を示してい
る。各々の接合部９，１０は、環状の形状を有してお
り、矢印１２によって示すように、電子ビーム溶接の前
に互いに接合する位置に設定される。

【００１３】電子ビーム溶接は、電子ビームをシェル
７，８の周囲に沿って移動させることによって行われ
る。すなわち、電子ビームは、シェル７，８に対して放
射状の方向でこれらシェルの接合面に沿って移動され、
方向づけられる。シェルのような管状の２つ構成部材の
場合、図示９，１０のような環状の接合面は、シェルの
壁厚を横切る方向と、シェルの放射方向に沿った長手方
向とを有することになる。

【００１４】電子ビームのシェルに対する放射状の動き
は、固定位置にある電子銃を用い、電子ビームが接合部
９，１０の間の環状の接合線を通るよう、シェル７，８
をその軸の周りで回転させることによって得ることが可
能である。

【００１５】誘導磁界が構成部材１，２あるいは７，８
に残留誘導を生じさせるため、組み立てられる構成部材
の間の間隙を横切る方向に沿って向けられる電子ビーム
は、結合の際に偏向される可能性がある。このような場
合、組み立てられる２つの構成部材を構成する金属の溶
融は、図示３，４あるいは９，１０のような接合面の近
傍領域において正確に起こらなくなる。

【００１６】以下で説明するこの発明による組立方法を
実施すれば、磁界の影響による電子ビームの偏向を防止
あるいは抑制することが可能となる。図３および図４
は、この発明による方法を用いて電子ビーム溶接により
組み立てられる２つの厚い構成部材１３，１４を示して
いる。また、図３および図４は、構成部材の接合面１
５，１６に対して垂直な平面で切った断面図であり、図
４に示すように、接合面１５，１６は溶接の際に一致さ
れる。

【００１７】図１に示すように平面状の２つの構成部材
の場合、上記断面は鋼板の長手方向に平行、かつ接合面
３，４の長手方向に対して垂直の方向に向けられる。一
方、図２に示すように管状の２つの構成部材の場合、上
記断面は管状の構成部材の軸上の平面となる。

【００１８】この発明による組立方法を実施するために
は、最初に各々の空洞１７，１８が、構成部材１３，１
４の接合面１５，１６を加工することによって形成され
る。これら空洞１７，１８は、接合面１５，１６の横断
方向、すなわち構成部材１３，１４の厚さ方向に幅ａを
有し、構成部材１３，１４の長手方向あるいは軸方向に
深さｂを有する。

【００１９】空洞の幅ａは、構成部材１３，１４の厚さ
ｅの実質的な部分を占め、空洞１７，１８のそれぞれの
側における構成部材１３，１４の加工されていない長さ
ｈの部分１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂは、電子ビー
ム溶接の前に互いに対向する構成部材１３，１４の位置
合わせと確実な接触のためのエッジを構成するものであ
る。また、空洞１７，１８は、接合部１５，１６の全長
にわたって加工されて形成される。

【００２０】図１に示す構成部材１，２のような平面状
の２つの構成部材の場合、空洞の長さは平面状構成部材
１，２の幅ｌに対応する。一方、図２に示すように、管
状の２つの構成部材の場合、空洞は図示１７，１８のよ
うな環状の形状となり、その長さは管状構成部材７，８
の円周長に対応する。

【００２１】次に、この発明による方法の第２段階で
は、構成部材１３，１４のうちいずれか一方の空洞１７
あるいは１８の中に非磁性金属材で構成された帯板２０
が取り付けられ固定される。金属材の帯板は、金属蒸着
あるいはこれと等価な複合めっきに置き換え可能であ
り、例えば吹きつけもしくは溶融による蒸着、化学的蒸
着あるいは電解蒸着によって形成することができる。ま
た、非磁性金属材の帯板２０は、例えば仮付け溶接（タ
ック溶接）あるいはスポット溶接によって、空洞１７あ
るいは１８内で固定される金属箔のような平らな生成物
によって構成してもよい。

【００２２】金属の帯板２０は、空洞１７，１８の幅の
２倍とほぼ等しい厚さを有している。構成部材１３，１
４は、エッジ１５ａ，１６ａが当接される一方、エッジ
１５ｂ，１６ｂが当接されることにより、互いに突合わ
されて一致される。非磁性金属材の帯板２０は、 図４
に示すように、上記一致された空洞１７，１８によって
構成されるハウジングの内部空間のほぼ全領域を満た
す。

【００２３】そして、構成部材１３，１４の電子ビーム
溶接は、接合面１５，１６のいずれか一方の側における
構成部材１３，１４を構成する金属と、帯板２０を構成
する非磁性金属材とを溶融させることによって行われ
る。電子銃２２は、このために用いられるものであっ
て、この電子銃２２によって生成される電子ビーム２３
が接合部１５，１６を横断する方向に構成部材の接合面
に沿って方向づけられるよう調整される。図１に示すよ
うに平面状の２つの構成部材の場合、その横断方向は構
成部材の大きい方の面に対して垂直の方向に対応する。
一方、図２に示すように管状の２つの構成部材の場合、
その横断方向は管状の構成部材の円周方向に対応する。

【００２４】平面状の２つの構成部材の場合、電子銃あ
るいは構成部材は、ビーム２３が面１５，１６の間の接
合部をその全長にわたって通るよう直線状に移動され
る。一方、管状の２つの構成部材の場合、電子銃２２
は、固定された位置に設置され、管状の２つの構成部材
は、ビーム２３が一致された構成部材１３，１４の接合
部１５，１６の上を円周状に通るようそれらの共通の軸
の周りを回転される。

【００２５】上記それぞれの場合において、電子ビーム
２３は、構成部材１３，１４の全厚にわたって通過する
が、非磁性金属材の帯板２０が存在するため、その通過
中の大部分の間、構成部材１３，１４の間の間隙におけ
る磁界の影響を受けなくなる。非磁性金属材２０が溶融
すると、同時に接合面１５，１６の近傍の構成部材１
３，１４を構成する金属が溶融する。これにより、非磁
性金属材２０のエレメントと構成部材１３，１４を構成
する金属のエレメントとが拡散し混ざり合い、均質な接
合部が形成される。

【００２６】非磁性金属材２０の組成としては、形成さ
れる溶接継手の極めて高い冶金学的品質が得られるもの
が採用される。これにより、組み立てにおける満足な機
械的特性が得られる。

【００２７】例えば、２つのシェルが１８％のカーボン
と、マンガン、ニッケル、モリブデンおよびシリコンと
を含む軟らかい合金鋼１８ＭＮＤＳからなり、その厚さ
が５０ｍｍ以上、例えば２７０ｍｍである場合、ニッケ
ルに加えて主としてクロムと鉄を含むニッケル合金箔
（Alloy600）からなり、極めて小さい残留要素の比率を
有する非磁性金属材の帯板２０が使用される。

【００２８】ここで、並置されることによって金属箔の
ハウジングを構成する空洞１７，１８の深さｂが、０．
２ｍｍ程度であれば、金属箔の厚さは０．４ｍｍとな
る。また、構成部材１３，１４の当接部の長さｈが２０
ｍｍであれば、金属箔の幅ａは２３０ｍｍとなる。この
ような状況下においては、冶金学的な結合品質が極めて
高くなり、電子ビームは、構成部材１３，１４をその厚
さに沿って通過する際、著しい偏向を全く起こさなくな
る。

【００２９】次に、図５は、この発明の第２実施例によ
る方法を実施したときの２つの構成部材１３′，１４′
を示している。構成部材１３′の接合面１５′に加工に
よって形成される空洞１７′は、非磁性金属材の帯板２
０′を収容するために用いられる。第２の構成部材１
４′は、その接合面１６′を介して構成部材１３′の接
合面１５′と非磁性金属材の帯板２０′の外面とに当接
される。

【００３０】電子ビーム２３′による溶接は、一致され
た接合部１５′，１６′の横断方向に沿ってビーム２
３′が向かうよう設置された電子銃２２′を用いて行わ
れる。電子ビーム２３′は、その移動中の極めて僅かな
間、構成部材１３′と構成部材１４′との間の間隙にお
ける磁界にさらされる。この著しい偏向を全く受けない
電子ビーム２３′は、接合面１５′，１６′の近傍にお
ける構成部材１３′，１４′を構成する金属と、空洞１
７′を満たしている非磁性金属材２０′とを溶融させ
る。

【００３１】図５に示す第２の実施例の場合、好ましく
は、空洞１７′は０．４ｍｍ程度の深さを有すると共
に、構成部材１３′，１４′の厚さが２７０ｍｍである
とき、２３０ｍｍの幅を有する。非磁性金属材２０′
は、厚さ０．４ｍｍの金属箔、あるいは選択的に空洞内
に蒸着される被覆層によって構成してもよい。

【００３２】この発明の方法によれば、構成部材の厚さ
に沿って完全に連続的かつ均質な電子ビーム溶接による
結合が得られ、少なくとも従来技術による周知の方法に
よって得られる結合と同等の冶金学的および機械的な品
質が得られる。

【００３３】また、この発明は、既述した実施例に限定
されるものではない。したがって、鋼製の２つの構成部
材を組み立てる場合において、ニッケル合金と異なる非
磁性金属材、例えばオーステナイト鋼を使用することも
可能である。また、非磁性金属材の厚さと、組み立てら
れる構成部材の１つに形成される１つの空洞あるいはそ
の両方に形成される２つの空洞の深さとは、既述した実
施例と異なる場合もあり得る。

【００３４】図６は、厚さの大きい円筒状のケーシング
たる管体２６に溶接継手２７によって取り付けられ固定
された分岐接合具２５を示している。分岐接合具２５と
円筒状のケーシング２６との溶接結合は、この発明によ
る方法を用いた電子ビームによって行われる。

【００３５】最後に、この発明は、原子炉の導管に用い
られるシェルとは異なる、厚さの大きい構成部材の組み
立てにも適用可能であり、ボイラ製造分野において極め
て広く適用することができる。またこの発明は、原則的
には、５０ｍｍ以上、好ましくは２００ｍｍ以上の厚さ
の部材の組み立てに適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】２つの平面状の構成部材が電子ビーム溶接によ
って接合される前の各々の端部を示す斜視図である。

【図２】２つの管状の構成部材が電子ビーム溶接によっ
て接合される前の各々の端部を示す斜視図である。

【図３】加工によって空洞が形成された、組み立てるべ
き２つの構成部材をその接合面に対して垂直な平面で切
った断面図である。

【図４】この発明の第１実施例による組立方法を実施し
たときの２つの構成部材をその接合面に対して垂直な平
面で切った断面図である。

【図５】この発明の第２実施例による組立方法を実施し
たときの２つの構成部材をその接合面に対して垂直な平
面で切った断面図である。

【図６】電子ビーム溶接によって管状の構成部材に固定
された分岐接合具を示す斜視図である。

【符号の説明】

１，２，７，８，１３，１４，１３′，１４′ 構成部
材 ３，４，９，１０，１５，１６，１５′，１６′ 接合
面 ２０，２０′ 非磁性金属材 ２２，２２′ 電子銃 ２３，２３′ 電子ビーム

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの構成部材（１，２，７，８，１
   ３，１４，１３′，１４′）を電子ビーム溶接によって
   組み立てるアセンブリ方法であって、 前記２つの構成部材をこれらの２つの接合面（３，４，
   ９，１０，１５，１６，１５′，１６′）を介して互い
   に当接させる段階と、 前記接合面（３，４，９，１０，１５，１６，１５′，
   １６′）の近傍における前記構成部材を構成する金属
   を、該接合面の長手方向にその一致した接合面に沿って
   向けられる電子ビーム（２３，２３′）を移動させるこ
   とによって溶融させる段階とを有し、 前記接合面（３，４，９，１０，１５，１６，１５′，
   １６′）を互いに当接させる前に、前記接合面（１５，
   １６，１５′，１６′）のうち少なくとも１つの接合面
   に、該接合面（１５，１６，１５′，１６′）の横断方
   向における幅の実質的な部分にわたり、かつ該接合面の
   全長にわたって、空洞（１７，１８，１７′）を加工す
   ることによって形成し、 非磁性金属材（２０，２０′）を前記空洞（１７，１
   ８，１７′）内に挿入し、さらに、 前記構成部材（１３，１４，１３′，１４′）をこれら
   の接合面（１５，１６，１５′，１６′）を介して互い
   に当接させた後に、前記空洞（１７，１８，１７′）の
   横断方向に沿って向けられる前記電子ビーム（２３，２
   ３′）の効果に基づき、前記非磁性金属材（２０，２
   ０′）を、前記構成部材（１３，１４，１３′，１
   ４′）を構成する金属を溶融させるのと同時に溶融させ
   ることを特徴としている。
2. 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、空洞（１
   ７，１８）は、各々の構成部材（１３，１４）に加工に
   よって形成され、非磁性材からなる要素（２０）は、前
   記構成部材（１３，１４）の空洞（１７，１８）のうち
   の１つに挿入され、さらに、前記構成部材（１３，１
   ４）をこれらの接合面（１５，１６）を介して当接さ
   せ、前記空洞（１７，１８）を一致させることによっ
   て、前記非磁性材（２０）のためのハウジングが形成さ
   れることを特徴としている。
3. 【請求項３】 請求項１記載の方法であって、空洞（１
   ７′）は、前記構成部材のうちの１つあるいは第１の構
   成部材（１３′）の接合面（１５′）に形成され、非磁
   性材は、前記第１の構成部材（１３′）に形成された空
   洞（１７′）内に挿入され、さらに第２の構成部材（１
   ４′）は、空洞を有していない接合面（１６′）を介し
   て前記第１の構成部材（１３′）に当接されることを特
   徴としている。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の方法であって、前記非磁性材（２０，２０′）は、金
   属箔のような薄く平らな部材の形で前記空洞（１７，１
   ８，１７′）内に挿入されることを特徴としている。
5. 【請求項５】 請求項４記載の方法であって、前記平ら
   な部材は、０．４ｍｍ程度の厚さを有することを特徴と
   している。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   の方法であって、前記非磁性材は、吹きつけ蒸着、溶融
   による蒸着、化学的蒸着あるいは電解蒸着のうちいずれ
   かの方法による被覆膜の形で前記空洞（１７，１８，１
   ７′）内に蒸着されることを特徴としている。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載
   の方法であって、前記構成部材（１３，１４，１３′，
   １４′）は、軟らかい合金鋼によって構成され、前記非
   磁性材は、ニッケル合金あるいはオーステナイト鋼のい
   ずれかの材料によって構成されることを特徴としてい
   る。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
   の方法であって、前記構成部材（１３，１４，１３′，
   １４′）は、少なくとも５０ｍｍに等しい厚さを有し、
   好ましくは２００ｍｍに等しいかあるいはそれ以上の厚
   さを有することを特徴としている。