JPH1076363A - 高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法 - Google Patents
高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法Info
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- JPH1076363A JPH1076363A JP8231090A JP23109096A JPH1076363A JP H1076363 A JPH1076363 A JP H1076363A JP 8231090 A JP8231090 A JP 8231090A JP 23109096 A JP23109096 A JP 23109096A JP H1076363 A JPH1076363 A JP H1076363A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】高エネルギ密度熱源溶接部を有する被溶接材に
ついて、高エネルギ密度熱源溶接部のクリープ強度およ
び継手強度の向上が有効的に図れる高エネルギ密度熱源
溶接部の強度改善方法を提供する。 【解決手段】溶接金属の柱状晶が板厚方向および溶接線
方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的に会合
する形態をとる高エネルギ密度熱源溶接部１５を強度改
善対象とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法
である。高エネルギ密度熱源溶接部１５の表面をレーザ
ービーム等の表面溶融熱源１１を用いて再溶融させ、溶
接金属の柱状晶を表面溶融した側の溶接金属中央部のビ
ード表面に向けて成長させることにより、溶接部の強度
を改善する。
ついて、高エネルギ密度熱源溶接部のクリープ強度およ
び継手強度の向上が有効的に図れる高エネルギ密度熱源
溶接部の強度改善方法を提供する。 【解決手段】溶接金属の柱状晶が板厚方向および溶接線
方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的に会合
する形態をとる高エネルギ密度熱源溶接部１５を強度改
善対象とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法
である。高エネルギ密度熱源溶接部１５の表面をレーザ
ービーム等の表面溶融熱源１１を用いて再溶融させ、溶
接金属の柱状晶を表面溶融した側の溶接金属中央部のビ
ード表面に向けて成長させることにより、溶接部の強度
を改善する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高エネルギ密度熱源
溶接部の強度改善方法に係り、特に肉薄材料等に対して
高エネルギ密度熱源溶接、例えばプラズマアーク溶接、
電子ビーム溶接、レーザビーム溶接等を施した場合に、
その溶接部の表面を表面溶融熱源を用いて再溶融させる
ことにより溶接強度を改善する技術に関するものであ
る。
溶接部の強度改善方法に係り、特に肉薄材料等に対して
高エネルギ密度熱源溶接、例えばプラズマアーク溶接、
電子ビーム溶接、レーザビーム溶接等を施した場合に、
その溶接部の表面を表面溶融熱源を用いて再溶融させる
ことにより溶接強度を改善する技術に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】例えばガスタービン燃焼器における燃焼
器ライナ、トランジションピースまたはパイロット燃料
ノズル等の基材は、高温強度が求められるため、Ｎｉ基
またはＣｏ基等の耐熱合金が用いられており、一部に高
エネルギ密度熱源を用いた溶接、例えばプラズマアーク
溶接、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接等が採用され
ている。
器ライナ、トランジションピースまたはパイロット燃料
ノズル等の基材は、高温強度が求められるため、Ｎｉ基
またはＣｏ基等の耐熱合金が用いられており、一部に高
エネルギ密度熱源を用いた溶接、例えばプラズマアーク
溶接、電子ビーム溶接、レーザビーム溶接等が採用され
ている。
【０００３】この場合、燃焼器ライナおよびトランジシ
ョンピースの溶接においては、これらの基材の板厚が
１．２〜６mm程度と肉薄で、溶接速度が遅いと基材が溶
け落ちることがあるため、溶接速度を速くして数パスの
溶接を行っている。
ョンピースの溶接においては、これらの基材の板厚が
１．２〜６mm程度と肉薄で、溶接速度が遅いと基材が溶
け落ちることがあるため、溶接速度を速くして数パスの
溶接を行っている。
【０００４】図１６は、このような燃焼器ライナまたは
トランジションピースレーザビームを溶接した場合にお
ける基材１およびレーザ溶接部２の断面組織を示してい
る。同図に示すように、溶接速度を速くした場合のレー
ザ溶接部２の金属組織は柱状晶組織を呈しており、その
柱状晶は側方からの急激な冷却によって両基材１の板厚
方向および溶接線方向（同図の紙面直角方向）にほぼ垂
直（溶接部２内に示した横線の方向）に成長し、ビード
中央部で会合する形態となるため、クリープ強度が低下
し易い。
トランジションピースレーザビームを溶接した場合にお
ける基材１およびレーザ溶接部２の断面組織を示してい
る。同図に示すように、溶接速度を速くした場合のレー
ザ溶接部２の金属組織は柱状晶組織を呈しており、その
柱状晶は側方からの急激な冷却によって両基材１の板厚
方向および溶接線方向（同図の紙面直角方向）にほぼ垂
直（溶接部２内に示した横線の方向）に成長し、ビード
中央部で会合する形態となるため、クリープ強度が低下
し易い。
【０００５】また図１７は、基材１の板厚が４〜６mm程
度のトランジションピースまたはパイロット燃料ノズル
を１パスでレーザ溶接した場合の溶接部２の断面溶込み
形状を示している。この場合には、１パスで高エネルギ
密度熱源を用いた溶接を行うため、同図に示すように、
溶込み不足や、アンダーカット、ピット、表ビード不良
などの表面欠陥３が発生し易く、継手強度が低下する。
度のトランジションピースまたはパイロット燃料ノズル
を１パスでレーザ溶接した場合の溶接部２の断面溶込み
形状を示している。この場合には、１パスで高エネルギ
密度熱源を用いた溶接を行うため、同図に示すように、
溶込み不足や、アンダーカット、ピット、表ビード不良
などの表面欠陥３が発生し易く、継手強度が低下する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、高エ
ネルギ密度熱源を用い高溶接速度で数パスの溶接を行っ
た場合、溶接金属は板厚方向および溶接線方向にほぼ垂
直に成長柱状晶組織を呈し、かつビード中央部で会合す
る形態をとるため、クリープ強度が低下し易く、また、
１パスで高エネルギ密度熱源を用いた溶接を行うと、溶
込み不足、アンダーカット、ピット、表ビード不良など
の表面欠陥が発生し、継手強度が低下する等の問題があ
った。なお、これらの問題は、前述したガスタービン燃
焼器における燃焼器ライナ、トランジションピースまた
はパイロット燃料ノズル等のほか、各種圧力容器等のよ
うに薄肉、高強度、高耐熱性、高耐食性等が要求される
各種溶接物について共通の問題となっていた。
ネルギ密度熱源を用い高溶接速度で数パスの溶接を行っ
た場合、溶接金属は板厚方向および溶接線方向にほぼ垂
直に成長柱状晶組織を呈し、かつビード中央部で会合す
る形態をとるため、クリープ強度が低下し易く、また、
１パスで高エネルギ密度熱源を用いた溶接を行うと、溶
込み不足、アンダーカット、ピット、表ビード不良など
の表面欠陥が発生し、継手強度が低下する等の問題があ
った。なお、これらの問題は、前述したガスタービン燃
焼器における燃焼器ライナ、トランジションピースまた
はパイロット燃料ノズル等のほか、各種圧力容器等のよ
うに薄肉、高強度、高耐熱性、高耐食性等が要求される
各種溶接物について共通の問題となっていた。
【０００７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、高エネルギ密度熱源溶接部を有する被溶接材に
ついて、高エネルギ密度熱源溶接部のクリープ強度およ
び継手強度の向上が有効的に図れる高エネルギ密度熱源
溶接部の強度改善方法を提供することを目的とする。
もので、高エネルギ密度熱源溶接部を有する被溶接材に
ついて、高エネルギ密度熱源溶接部のクリープ強度およ
び継手強度の向上が有効的に図れる高エネルギ密度熱源
溶接部の強度改善方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、溶接金属の柱状晶が板厚方
向および溶接線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部
で直線的に会合する形態をとる高エネルギ密度熱源溶接
部を強度改善対象とする高エネルギ密度熱源溶接部の強
度改善方法であって、前記高エネルギ密度熱源溶接部の
表面を表面溶融熱源を用いて再溶融させ、前記溶接金属
の柱状晶を表面溶融した側の溶接金属中央部のビード表
面に向けて成長させることにより、溶接部の強度を改善
することを特徴とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度
改善方法を提供する。
めに、請求項１の発明では、溶接金属の柱状晶が板厚方
向および溶接線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部
で直線的に会合する形態をとる高エネルギ密度熱源溶接
部を強度改善対象とする高エネルギ密度熱源溶接部の強
度改善方法であって、前記高エネルギ密度熱源溶接部の
表面を表面溶融熱源を用いて再溶融させ、前記溶接金属
の柱状晶を表面溶融した側の溶接金属中央部のビード表
面に向けて成長させることにより、溶接部の強度を改善
することを特徴とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度
改善方法を提供する。
【０００９】請求項２の発明では、請求項１記載の高エ
ネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法において、表面溶
融熱源として、電子ビーム、レーザビーム、プラズマア
ーク、またはＴＩＧアークを用いることを特徴とする高
エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法を提供する。
ネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法において、表面溶
融熱源として、電子ビーム、レーザビーム、プラズマア
ーク、またはＴＩＧアークを用いることを特徴とする高
エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法を提供する。
【００１０】請求項３の発明では、請求項１または２記
載の高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法におい
て、表面溶融深さを板厚の４０％以下とし、かつ表面溶
融ビード幅を高エネルギ密度熱源溶接部のビード幅より
大きくすることを特徴とする高エネルギ密度熱源溶接部
の強度改善方法を提供する。
載の高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法におい
て、表面溶融深さを板厚の４０％以下とし、かつ表面溶
融ビード幅を高エネルギ密度熱源溶接部のビード幅より
大きくすることを特徴とする高エネルギ密度熱源溶接部
の強度改善方法を提供する。
【００１１】請求項４の発明では、請求項１から３まで
のいずれかに記載の高エネルギ密度熱源溶接部の強度改
善方法において、表面溶融熱源を用いてフィラーワイヤ
を供給しつつ高エネルギ密度熱源溶接部を表面溶融させ
て健全な表面ビードを成形することを特徴とする高エネ
ルギ密度熱源溶接部の強度改善方法を提供する。
のいずれかに記載の高エネルギ密度熱源溶接部の強度改
善方法において、表面溶融熱源を用いてフィラーワイヤ
を供給しつつ高エネルギ密度熱源溶接部を表面溶融させ
て健全な表面ビードを成形することを特徴とする高エネ
ルギ密度熱源溶接部の強度改善方法を提供する。
【００１２】請求項５の発明では、請求項１から４まで
のいずれかに記載の高エネルギ密度熱源溶接部の強度改
善方法において、強度改善される溶接対象物として、ガ
スタービン燃焼器の燃焼器ライナ、トランジションピー
ス、またはパイロット燃料ノズルを適用することを特徴
とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法を提供
する。
のいずれかに記載の高エネルギ密度熱源溶接部の強度改
善方法において、強度改善される溶接対象物として、ガ
スタービン燃焼器の燃焼器ライナ、トランジションピー
ス、またはパイロット燃料ノズルを適用することを特徴
とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法を提供
する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る高エネルギ密
度熱源溶接部の強度改善方法の実施形態について、図１
〜図１５を参照して説明する。
度熱源溶接部の強度改善方法の実施形態について、図１
〜図１５を参照して説明する。
【００１４】第１実施形態（図１〜図８） 本実施形態の強度改善方法は、表面溶融熱源としてレー
ザビームを用いるもので、図１はその方法を実施するた
めの装置構成例を示している。
ザビームを用いるもので、図１はその方法を実施するた
めの装置構成例を示している。
【００１５】この装置は図１に示すように、レーザ発振
器１０によって発振したレーザビーム１１をミラー１２
で反射した後、集光レンズ１３を介して被溶接材１４の
高エネルギ密度熱源溶接部１５に照射するようになって
いる。
器１０によって発振したレーザビーム１１をミラー１２
で反射した後、集光レンズ１３を介して被溶接材１４の
高エネルギ密度熱源溶接部１５に照射するようになって
いる。
【００１６】本実施形態において、被溶接材１４に対し
て予め施した溶接部１５の高エネルギ密度熱源はレーザ
ビームである。その高エネルギ密度熱源であるレーザビ
ームによる溶接条件の一例を、以下に示す。
て予め施した溶接部１５の高エネルギ密度熱源はレーザ
ビームである。その高エネルギ密度熱源であるレーザビ
ームによる溶接条件の一例を、以下に示す。
【００１７】 基 材： Ｃｏ基合金（板厚 １．２〜１．６ m
m） レーザ出力： ２〜４ ｋＷ 溶接速度 ： １．０〜３．０ ｍ／min ガ ス： Ｈｅ、Ａｒ この被溶接材１４の溶接部１５は前述したように、溶接
金属の柱状晶が板厚方向および溶接線方向にほぼ垂直に
成長し、ビード中央部で直線的に会合する形態をとって
いる。
m） レーザ出力： ２〜４ ｋＷ 溶接速度 ： １．０〜３．０ ｍ／min ガ ス： Ｈｅ、Ａｒ この被溶接材１４の溶接部１５は前述したように、溶接
金属の柱状晶が板厚方向および溶接線方向にほぼ垂直に
成長し、ビード中央部で直線的に会合する形態をとって
いる。
【００１８】これに対し、本実施形態では図１に示す装
置を使用して、表面溶融熱源としてのレーザビームを用
いて、溶接部１５の少なくとも一カ所以上を表面溶融し
た。このレーザ表面溶融条件の一例を以下に示す。
置を使用して、表面溶融熱源としてのレーザビームを用
いて、溶接部１５の少なくとも一カ所以上を表面溶融し
た。このレーザ表面溶融条件の一例を以下に示す。
【００１９】 レーザ出力： ３〜５ ｋＷ 溶接速度 ： １．０〜３．０ ｍ／min 照射ビーム径： ２〜４ mm ガ ス： Ｈｅ、Ａｒ 図２は、本実施形態の方法を施した溶接部１５の状態を
示す図である。初めに全体が柱状晶となっていた溶接部
１５は、表面が本実施形態の方法によって再溶融し、そ
の表面溶融部１６は下方からの冷却によって溶接金属中
央部のビード表面に向かって成長する形態をとる。そし
て、本実施形態の方法を施した結果、溶接部１５（１
６）の継手強度は約８０％から１００％に、またクリー
プ破断時間は約１．５〜２．０倍に増加することが認め
られた。例えば耐熱合金ＨＳ−１８８のレーザ溶接部を
レーザビームにより表面溶融し、クリープ試験（７５０
℃×２２kgf ／mm2 ）を行ったところ、クリープ破断時
間が１００Ｈから１８０Ｈに向上した。
示す図である。初めに全体が柱状晶となっていた溶接部
１５は、表面が本実施形態の方法によって再溶融し、そ
の表面溶融部１６は下方からの冷却によって溶接金属中
央部のビード表面に向かって成長する形態をとる。そし
て、本実施形態の方法を施した結果、溶接部１５（１
６）の継手強度は約８０％から１００％に、またクリー
プ破断時間は約１．５〜２．０倍に増加することが認め
られた。例えば耐熱合金ＨＳ−１８８のレーザ溶接部を
レーザビームにより表面溶融し、クリープ試験（７５０
℃×２２kgf ／mm2 ）を行ったところ、クリープ破断時
間が１００Ｈから１８０Ｈに向上した。
【００２０】図３および図４は、本実施形態で行う好ま
しい表面ビード形状を例示している。即ち、図３に示す
ように、前記の表面溶融を行う際にミラー１２を動か
し、これによりレーザビーム１１を揺動させて、幅の広
い溶接ビード１７を形成し、または図４に示すように、
スパイラル（螺旋）状に溶接ビード１７を形成する。
しい表面ビード形状を例示している。即ち、図３に示す
ように、前記の表面溶融を行う際にミラー１２を動か
し、これによりレーザビーム１１を揺動させて、幅の広
い溶接ビード１７を形成し、または図４に示すように、
スパイラル（螺旋）状に溶接ビード１７を形成する。
【００２１】図５は、本実施形態で行う好ましい表面溶
融幅の設定方法を説明するための図である。表面溶融熱
源を用いて高エネルギ密度熱源溶接部１５の少なくとも
一カ所以上を表面溶融する際、この図５に示すように、
表面溶融深さｄを被溶接材１４の板厚ｔの４０％以下と
し、かつ表面溶融ビード幅ｓ１は、高エネルギ密度熱源
溶接部１５のビード幅ｓ２よりも大きくする。このよう
な設定により、高エネルギ密度熱源溶接部１５の柱状晶
を、より確実に表面溶融した側の溶接金属中央部に向か
って成長させることができる。
融幅の設定方法を説明するための図である。表面溶融熱
源を用いて高エネルギ密度熱源溶接部１５の少なくとも
一カ所以上を表面溶融する際、この図５に示すように、
表面溶融深さｄを被溶接材１４の板厚ｔの４０％以下と
し、かつ表面溶融ビード幅ｓ１は、高エネルギ密度熱源
溶接部１５のビード幅ｓ２よりも大きくする。このよう
な設定により、高エネルギ密度熱源溶接部１５の柱状晶
を、より確実に表面溶融した側の溶接金属中央部に向か
って成長させることができる。
【００２２】例えば板厚１．２mmの耐熱合金ＨＳ−１８
８のレーザ溶接部をレーザを用いて表面から深さ０．４
mmまで表面溶融させ、クリープ試験（７５０℃×２２kg
f ／mm2 ）を行ったところ、クリープ破断時間がＩＯＯ
Ｈから１８０Ｈに向上した。
８のレーザ溶接部をレーザを用いて表面から深さ０．４
mmまで表面溶融させ、クリープ試験（７５０℃×２２kg
f ／mm2 ）を行ったところ、クリープ破断時間がＩＯＯ
Ｈから１８０Ｈに向上した。
【００２３】図６〜図８は、本実施形態を実機に適用し
た場合について示したものである。
た場合について示したものである。
【００２４】図６はガスタービン燃焼器の燃焼器ライナ
１８の外観を示す図であり、図７は図６の側面図であ
る。図８はこの燃焼器ライナ１８に連結されるトランジ
ションピース１９の外観を示す図である。
１８の外観を示す図であり、図７は図６の側面図であ
る。図８はこの燃焼器ライナ１８に連結されるトランジ
ションピース１９の外観を示す図である。
【００２５】この燃焼器ライナ１８は全体として筒状
で、複数の筒状素体の端部同士を周方向に沿って溶接す
ることで構成されるものであり、その溶接部の強度改善
に本実施形態の方法を適用した。すなわち、燃焼器ライ
ナ１８に施されている最初の高エネルギ密度熱源溶接部
１５は、溶接金属の柱状晶が板厚方向および溶接線方向
にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で会合する形態をと
っているが、表面溶融熱源としてのレーザビーム１１を
照射することにより、高エネルギ密度熱源溶接部１５の
一カ所以上を表面溶融させ、その表面溶融部１６の柱状
晶を表面溶融側の溶接金属中央部の表面ビードに向かっ
て成長させることができる。この例においては、溶接部
の継手強度が約８０％から１００％に、またクリープ破
断時間が約１．５〜２．０倍に増加することが認められ
た。また、表面溶融としての一カ所の溶融によって十分
な効果が得られるので、燃焼器ライナ１８の裏面からの
表面溶融は不要であり、工数が低減できる利点も得られ
る。
で、複数の筒状素体の端部同士を周方向に沿って溶接す
ることで構成されるものであり、その溶接部の強度改善
に本実施形態の方法を適用した。すなわち、燃焼器ライ
ナ１８に施されている最初の高エネルギ密度熱源溶接部
１５は、溶接金属の柱状晶が板厚方向および溶接線方向
にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で会合する形態をと
っているが、表面溶融熱源としてのレーザビーム１１を
照射することにより、高エネルギ密度熱源溶接部１５の
一カ所以上を表面溶融させ、その表面溶融部１６の柱状
晶を表面溶融側の溶接金属中央部の表面ビードに向かっ
て成長させることができる。この例においては、溶接部
の継手強度が約８０％から１００％に、またクリープ破
断時間が約１．５〜２．０倍に増加することが認められ
た。また、表面溶融としての一カ所の溶融によって十分
な効果が得られるので、燃焼器ライナ１８の裏面からの
表面溶融は不要であり、工数が低減できる利点も得られ
る。
【００２６】また、図８に示したトランジションピース
１９については、軸方向に沿う溶接部によって径方向で
接合される構成となっている。このトランジションピー
ス１９の溶接部１５に対しても、前記同様の方法によっ
て強度改善の効果が奏される。
１９については、軸方向に沿う溶接部によって径方向で
接合される構成となっている。このトランジションピー
ス１９の溶接部１５に対しても、前記同様の方法によっ
て強度改善の効果が奏される。
【００２７】第２実施形態（図９） 本実施形態の強度改善方法は、表面溶融熱源として電子
ビームを用いるもので、図９はその方法を実施するため
の装置構成例を示している。
ビームを用いるもので、図９はその方法を実施するため
の装置構成例を示している。
【００２８】この装置は図９に示すように、高エネルギ
密度熱源溶接部１５を有する被溶接材１４を設置する密
閉式の接合室２０を備え、高圧電源２１からケーブル２
２を介して高圧電流が供給される電子銃２３が接合室２
０に臨んで設けてある。この電子銃２３から発せられる
電子ビーム２４が、レンズ２５を介して被溶接材１４の
高エネルギ密度熱源溶接部１５に照射されるようになっ
ている。
密度熱源溶接部１５を有する被溶接材１４を設置する密
閉式の接合室２０を備え、高圧電源２１からケーブル２
２を介して高圧電流が供給される電子銃２３が接合室２
０に臨んで設けてある。この電子銃２３から発せられる
電子ビーム２４が、レンズ２５を介して被溶接材１４の
高エネルギ密度熱源溶接部１５に照射されるようになっ
ている。
【００２９】そして、高エネルギ密度熱源溶接部１５の
強度改善を行う場合には、まず図示しない真空ポンプに
よって接合室２０内の真空排気作用を行い、接合室２０
内が所定の真空度に達した後、高圧電源２１から電子銃
２３に高電圧を印加して電子を加速する。この電子銃２
０から放出された電子ビーム２４はレンズ２５によって
集束された後、接合室２０内に入り、高エネルギ密度熱
源溶接部１５に照射され、高エネルギ密度熱源溶接部１
５表面の少なくとも一カ所以上を溶融する。
強度改善を行う場合には、まず図示しない真空ポンプに
よって接合室２０内の真空排気作用を行い、接合室２０
内が所定の真空度に達した後、高圧電源２１から電子銃
２３に高電圧を印加して電子を加速する。この電子銃２
０から放出された電子ビーム２４はレンズ２５によって
集束された後、接合室２０内に入り、高エネルギ密度熱
源溶接部１５に照射され、高エネルギ密度熱源溶接部１
５表面の少なくとも一カ所以上を溶融する。
【００３０】本実施形態の電子ビームによる溶融条件の
一例を以下に示す。
一例を以下に示す。
【００３１】低電圧タイプ使用 加速電圧 ： ５０ ｋＶ 溶接速度 ： ０．５〜５ ｍ／min ビーム電流： ３０〜６０ mＡ 本実施形態においては、最初の溶接時に板厚方向および
溶接線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的
に会合する形態をとっていた高エネルギ密度熱源溶接部
１５の柱状晶が、第１実施形態の場合と同様に、電子ビ
ーム２４によって表面溶融した側の溶接金属中央部のビ
ード表面に向かって成長する形態をとる。
溶接線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的
に会合する形態をとっていた高エネルギ密度熱源溶接部
１５の柱状晶が、第１実施形態の場合と同様に、電子ビ
ーム２４によって表面溶融した側の溶接金属中央部のビ
ード表面に向かって成長する形態をとる。
【００３２】そして、本実施形態の方法を施した結果、
溶接部１５の継手強度は約８０％から１００％に、また
クリープ破断時間は約１．５〜２．０倍に増加すること
が認められた。
溶接部１５の継手強度は約８０％から１００％に、また
クリープ破断時間は約１．５〜２．０倍に増加すること
が認められた。
【００３３】第３実施形態（図１０） 本実施形態の強度改善方法は、表面溶融熱源としてプラ
ズマアークを用いるもので、図１０はその方法を実施す
るための装置構成例を示している。
ズマアークを用いるもので、図１０はその方法を実施す
るための装置構成例を示している。
【００３４】この装置は図１０に示すように、電極２
６、チップ２７およびノズル２８を有するトーチ２９
と、通電回路３０とを備え、電極２６とチップ２７との
間隔部にＡｒまたはＨｅ等の不活性ガスが供給可能とさ
れている。
６、チップ２７およびノズル２８を有するトーチ２９
と、通電回路３０とを備え、電極２６とチップ２７との
間隔部にＡｒまたはＨｅ等の不活性ガスが供給可能とさ
れている。
【００３５】そして、高エネルギ密度熱源溶接部１５の
強度改善を行う場合には、まず図示しない電源により、
電極２６が正電位に、またチップ２７が負電位に印加さ
れる。その結果、電極２６とチップ２７との間にアーク
が発生し、電極２６とチップ２７との間隔部を通って供
給されたＡｒまたはＨｅ等の不活性ガスがアークによっ
て加熱され、プラズマアーク３１が形成される。このプ
ラズマアーク３１を被溶接材１４の高エネルギ密度熱源
溶接部１５表面の少なくとも一カ所以上に照射して、そ
の溶接部１５表面を溶融させる。
強度改善を行う場合には、まず図示しない電源により、
電極２６が正電位に、またチップ２７が負電位に印加さ
れる。その結果、電極２６とチップ２７との間にアーク
が発生し、電極２６とチップ２７との間隔部を通って供
給されたＡｒまたはＨｅ等の不活性ガスがアークによっ
て加熱され、プラズマアーク３１が形成される。このプ
ラズマアーク３１を被溶接材１４の高エネルギ密度熱源
溶接部１５表面の少なくとも一カ所以上に照射して、そ
の溶接部１５表面を溶融させる。
【００３６】プラズマアークによる溶融条件の一例を以
下に示す。
下に示す。
【００３７】 溶接電流 ： ５０ 〜１５０ Ａ ガス（Ａｒ）： ２〜１０ ｌ／min 溶接速度 ： ０．１〜０．８ ｍ／min ノズル径 ： ３〜６ mm 本実施形態においても、最初の溶接時に板厚方向および
溶接線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的
に会合する形態をとっていた高エネルギ密度熱源溶接部
１５の柱状晶が、前記各実施形態の場合と同様に、プラ
ズマアーク３１によって表面溶融した側の溶接金属中央
部のビード表面に向かって成長する形態をとる。
溶接線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的
に会合する形態をとっていた高エネルギ密度熱源溶接部
１５の柱状晶が、前記各実施形態の場合と同様に、プラ
ズマアーク３１によって表面溶融した側の溶接金属中央
部のビード表面に向かって成長する形態をとる。
【００３８】そして、本実施形態の方法を施した結果、
溶接部１５の継手強度は約８０％から１００％に、また
クリープ破断時間は約１．５〜２．０倍に増加すること
が認められた。
溶接部１５の継手強度は約８０％から１００％に、また
クリープ破断時間は約１．５〜２．０倍に増加すること
が認められた。
【００３９】第４実施形態（図１１） 本実施形態の強度改善方法は、表面溶融熱源としてＴＩ
Ｇアークを用いるもので、図１１はその方法を実施する
ための装置構成例を示している。
Ｇアークを用いるもので、図１１はその方法を実施する
ための装置構成例を示している。
【００４０】この装置は図１１に示すように、タングス
テンまたはタングステン合金からなる棒状の電極３２
と、この電極３２の周囲から被溶接材１４の高エネルギ
密度熱源溶接部１５に向けて不活性ガスからなるシール
ドガス３３を噴出させるＴＩＧ用トーチ３４とを備えて
いる。
テンまたはタングステン合金からなる棒状の電極３２
と、この電極３２の周囲から被溶接材１４の高エネルギ
密度熱源溶接部１５に向けて不活性ガスからなるシール
ドガス３３を噴出させるＴＩＧ用トーチ３４とを備えて
いる。
【００４１】高エネルギ密度熱源溶接部１５の強度改善
を行う場合には、電極３２の周囲にシールドガス３３を
流すとともに、電極３２への通電を行う。これにより、
シールドガス３３中において電極３２からＴＩＧアーク
３５が形成され、高エネルギ密度熱源溶接部１５表面の
少なくとも一カ所以上が溶融する。
を行う場合には、電極３２の周囲にシールドガス３３を
流すとともに、電極３２への通電を行う。これにより、
シールドガス３３中において電極３２からＴＩＧアーク
３５が形成され、高エネルギ密度熱源溶接部１５表面の
少なくとも一カ所以上が溶融する。
【００４２】溶融条件の一例を以下に示す。
【００４３】 溶接電流： ５０〜１５０ Ａ 溶接電圧： ２０〜４０ Ｖ 溶接速度： ５〜４０ ｍ／min 本実施形態においても、最初の溶接時に板厚方向および
溶接線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的
に会合する形態をとっていた高エネルギ密度熱源溶接部
１５の柱状晶が、前記各実施形態の場合と同様に、ＴＩ
Ｇマアーク３５によって表面溶融した側の溶接金属中央
部のビード表面に向かって成長する形態をとる。
溶接線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的
に会合する形態をとっていた高エネルギ密度熱源溶接部
１５の柱状晶が、前記各実施形態の場合と同様に、ＴＩ
Ｇマアーク３５によって表面溶融した側の溶接金属中央
部のビード表面に向かって成長する形態をとる。
【００４４】そして、本実施形態の方法を施した結果、
溶接部１５の継手強度は約８０％から１００％に、また
クリープ破断時間は約１．５〜２．０倍に増加すること
が認められた。
溶接部１５の継手強度は約８０％から１００％に、また
クリープ破断時間は約１．５〜２．０倍に増加すること
が認められた。
【００４５】第５実施形態（図１２〜図１５） 本実施形態は、前記の各実施形態で述べた表面溶融熱源
とともにフィラーワイヤを使用する方法であり、例えば
図１７に示した高エネルギ密度熱源溶接部が溶込み不
足、アンダーカット、ピット、表ビード不良などの表面
欠陥を有する場合に好適な方法である。
とともにフィラーワイヤを使用する方法であり、例えば
図１７に示した高エネルギ密度熱源溶接部が溶込み不
足、アンダーカット、ピット、表ビード不良などの表面
欠陥を有する場合に好適な方法である。
【００４６】図１２は本実施形態の基本的な方法を説明
するための図であり、図１３は改善された高エネルギ密
度熱源溶接部を説明するための図である。即ち、図１２
に示すように、被溶接材１４の高エネルギ密度熱源溶接
部１５に例えば表面欠陥３６が生じている場合におい
て、表面溶融熱源として例えばレーザビーム１１を使用
し、高エネルギ密度熱源溶接部１５の少なくとも一カ所
以上を、フィラーワイヤ３７を供給しつつ表面溶融す
る。
するための図であり、図１３は改善された高エネルギ密
度熱源溶接部を説明するための図である。即ち、図１２
に示すように、被溶接材１４の高エネルギ密度熱源溶接
部１５に例えば表面欠陥３６が生じている場合におい
て、表面溶融熱源として例えばレーザビーム１１を使用
し、高エネルギ密度熱源溶接部１５の少なくとも一カ所
以上を、フィラーワイヤ３７を供給しつつ表面溶融す
る。
【００４７】表面溶融熱源にレーザを用いた際の溶融条
件の一例を以下に示す。
件の一例を以下に示す。
【００４８】 レーザ出力 ： ２〜５ ｋＷ 溶接速度 ： １〜４ ｍ／min シールドガス： Ｈｅ フィラーワイヤ供給速度： ０．５〜３ ｍ／min 本実施形態によれば、図１３に示すように、高エネルギ
密度熱源溶接部１５の表面欠陥３６がフィラーワイヤ３
７の溶け込み部３８によって消失し、健全な表面ビード
が得られた。そして、溶接部の継手強度が約８０％から
１００％に増加した。
密度熱源溶接部１５の表面欠陥３６がフィラーワイヤ３
７の溶け込み部３８によって消失し、健全な表面ビード
が得られた。そして、溶接部の継手強度が約８０％から
１００％に増加した。
【００４９】図１４および図１５は、本実施形態を実機
に適用した場合について示したものである。図１４はガ
スタービン燃焼器のトランジションピース１９の外観を
示す図であり、図１５は燃焼器ライナに取付けられるパ
イロット燃料ノズル３９の外観を示す図である。
に適用した場合について示したものである。図１４はガ
スタービン燃焼器のトランジションピース１９の外観を
示す図であり、図１５は燃焼器ライナに取付けられるパ
イロット燃料ノズル３９の外観を示す図である。
【００５０】図１４に示すように、トランジションピー
ス１９については、軸方向に沿う高エネルギ密度熱源溶
接部１５によって径方向で接合される構成となってい
る。このトランジションピース１９の高エネルギ密度熱
源溶接部１５に表面欠陥等が生じている場合において、
表面溶融熱源として例えばレーザビーム１１を使用し、
高エネルギ密度熱源溶接部１５の少なくとも一カ所以上
を、フィラーワイヤ３７を供給しつつ表面溶融する。
ス１９については、軸方向に沿う高エネルギ密度熱源溶
接部１５によって径方向で接合される構成となってい
る。このトランジションピース１９の高エネルギ密度熱
源溶接部１５に表面欠陥等が生じている場合において、
表面溶融熱源として例えばレーザビーム１１を使用し、
高エネルギ密度熱源溶接部１５の少なくとも一カ所以上
を、フィラーワイヤ３７を供給しつつ表面溶融する。
【００５１】これにより、高エネルギ密度熱源溶接部１
５の表面欠陥等が消失し、健全な表面ビードが得られ
た。そして、溶接部の継手強度が約８０％から１００％
に増加した。
５の表面欠陥等が消失し、健全な表面ビードが得られ
た。そして、溶接部の継手強度が約８０％から１００％
に増加した。
【００５２】また、図１５に示すように、パイロット燃
料ノズル３９については、小径なテーパ付き筒状のノズ
ル先端側部分３９ａと大径筒状の基端側部分３９ｂとが
周方向に沿う高エネルギ密度熱源溶接部１５によって接
合される構成となっている。このパイロット燃料ノズル
３９の高エネルギ密度熱源溶接部１５に表面欠陥等が生
じている場合において、表面溶融熱源として例えばレー
ザビーム１１を使用し、高エネルギ密度熱源溶接部１５
の少なくとも一カ所以上を、フィラーワイヤ３７を供給
しつつ表面溶融する。
料ノズル３９については、小径なテーパ付き筒状のノズ
ル先端側部分３９ａと大径筒状の基端側部分３９ｂとが
周方向に沿う高エネルギ密度熱源溶接部１５によって接
合される構成となっている。このパイロット燃料ノズル
３９の高エネルギ密度熱源溶接部１５に表面欠陥等が生
じている場合において、表面溶融熱源として例えばレー
ザビーム１１を使用し、高エネルギ密度熱源溶接部１５
の少なくとも一カ所以上を、フィラーワイヤ３７を供給
しつつ表面溶融する。
【００５３】これにより、高エネルギ密度熱源溶接部１
５の表面欠陥等が消失し、健全な表面ビードが得られ
た。そして、溶接部の継手強度が約８０％から１００％
に増加した。
５の表面欠陥等が消失し、健全な表面ビードが得られ
た。そして、溶接部の継手強度が約８０％から１００％
に増加した。
【００５４】以上のように、本実施形態では高エネルギ
密度熱源溶接部に溶込み不足、アンダーカット、ピッ
ト、表ビード不良などの表面欠陥が存在する場合に、フ
ィラーワイヤの溶け込みによって消失させ、健全な表面
ビードを得ることができる。
密度熱源溶接部に溶込み不足、アンダーカット、ピッ
ト、表ビード不良などの表面欠陥が存在する場合に、フ
ィラーワイヤの溶け込みによって消失させ、健全な表面
ビードを得ることができる。
【００５５】なお、本実施形態において、表面溶融熱源
としてレーザビームの他、電子ビーム、プラズマアー
ク、ＴＩＧアークを用いても前記とほぼ同様の効果が得
られることが確認された。
としてレーザビームの他、電子ビーム、プラズマアー
ク、ＴＩＧアークを用いても前記とほぼ同様の効果が得
られることが確認された。
【００５６】なお、本発明は以上の各実施形態に限ら
ず、対象とする高エネルギ密度熱源溶接部の高エネルギ
密度熱源が、プラズマアーク、電子ビーム、レーザビー
ムその他の高速溶接によって溶接部が柱状晶となるもの
である場合に、広く適用することができる。
ず、対象とする高エネルギ密度熱源溶接部の高エネルギ
密度熱源が、プラズマアーク、電子ビーム、レーザビー
ムその他の高速溶接によって溶接部が柱状晶となるもの
である場合に、広く適用することができる。
【００５７】また、本発明においては、対象とする溶接
部の高エネルギ密度熱源と同種の表面溶融熱源を用いる
ことが最も有効であるが、対象とする溶接部の高エネル
ギ密度熱源と異種の表面溶融熱源を用いてもほぼ同様の
効果が得られるものであり、特に両熱源の組合わせが限
定されるものではない。
部の高エネルギ密度熱源と同種の表面溶融熱源を用いる
ことが最も有効であるが、対象とする溶接部の高エネル
ギ密度熱源と異種の表面溶融熱源を用いてもほぼ同様の
効果が得られるものであり、特に両熱源の組合わせが限
定されるものではない。
【００５８】さらに、本発明は前記実施形態で示したガ
スタービン燃焼器における燃焼器ライナ、トランジショ
ンピースまたはパイロット燃料ノズル等のほか、各種圧
力容器等のように薄肉、高強度、高耐熱性、高耐食性等
が要求される各種溶接物について広く適用することがで
きるものである。
スタービン燃焼器における燃焼器ライナ、トランジショ
ンピースまたはパイロット燃料ノズル等のほか、各種圧
力容器等のように薄肉、高強度、高耐熱性、高耐食性等
が要求される各種溶接物について広く適用することがで
きるものである。
【００５９】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る高エネルギ
密度熱源溶接部の強度改善方法よれば、高エネルギ密度
熱源溶接部を表面溶融熱源を用いて表面溶融させること
により、同溶接部の特徴である柱状晶の方向性に基づく
強度的弱点を克服し、溶接部のクリープ強度および継手
強度等が向上できるという優れた効果が奏される。
密度熱源溶接部の強度改善方法よれば、高エネルギ密度
熱源溶接部を表面溶融熱源を用いて表面溶融させること
により、同溶接部の特徴である柱状晶の方向性に基づく
強度的弱点を克服し、溶接部のクリープ強度および継手
強度等が向上できるという優れた効果が奏される。
【図１】本発明の第１実施形態を説明するための装置構
成を示す図。
成を示す図。
【図２】前記第１実施形態によって得られるレーザ溶接
部の改善状態を示す図。
部の改善状態を示す図。
【図３】前記第１実施形態における表面ビード形状の一
例を示す図。
例を示す図。
【図４】前記第１実施形態における表面ビード形状の他
の例を示す図。
の例を示す図。
【図５】前記第１実施形態の効果を説明するための図。
【図６】前記第１実施形態をガスタービン燃焼器の燃焼
器ライナに適用した場合を説明するための図。
器ライナに適用した場合を説明するための図。
【図７】図６に示す燃焼器ライナの側面図。
【図８】前記第１実施形態をガスタービン燃焼器のトラ
ンジションピースに適用した場合を説明するための図。
ンジションピースに適用した場合を説明するための図。
【図９】本発明の第２実施形態を説明するための装置構
成を示す図。
成を示す図。
【図１０】本発明の第３実施形態を説明するための装置
構成を示す図。
構成を示す図。
【図１１】本発明の第４実施形態を説明するための装置
構成を示す図。
構成を示す図。
【図１２】本発明の第５の実施形態を示す説明図。
【図１３】前記第５実施形態により得られる高エネルギ
密度熱源溶接部の一例を示す図。
密度熱源溶接部の一例を示す図。
【図１４】前記第５実施形態をガスタービン燃焼器のト
ランジションピースに適用した場合を説明するための
図。
ランジションピースに適用した場合を説明するための
図。
【図１５】前記第５実施形態をガスタービン燃焼器のパ
イロット燃料ノズルに適用した場合を説明するための
図。
イロット燃料ノズルに適用した場合を説明するための
図。
【図１６】従来例を説明するためのレーザ溶接部の断面
組織を示す図。
組織を示す図。
【図１７】従来例を説明するためのレーザ溶接部の溶込
み形状を示す図。
み形状を示す図。
１０ レーザ発振器 １１ レーザビーム １２ ミラー １３ 集光レンズ １４ 被溶接材 １５ 高エネルギ密度熱源溶接部 １６ 表面溶融部 １７ 溶接ビード １８ 燃焼器ライナ １９ トランジションピース ２０ 接合室 ２１ 高圧電源 ２２ ケーブル ２３ 電子銃 ２４ 電子ビーム ２５ レンズ ２６ 電極 ２７ チップ ２８ ノズル ２９ トーチ ３０ 通電回路 ３１ プラズマアーク ３２ 電極 ３３ シールドガス ３４ ＴＩＧ用トーチ ３５ ＴＩＧアーク ３６ 表面欠陥 ３７ フィラーワイヤ ３８ 溶け込み部 ３９ パイロット燃料ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 31/00 Ｂ２３Ｋ 31/00 Ｂ (72)発明者 木村 盛一郎 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 松井 宏 神奈川県横浜市鶴見区末広町２の４ 株式 会社東芝京浜事業所内
Claims (5)
- 【請求項１】 溶接金属の柱状晶が板厚方向および溶接
線方向にほぼ垂直に成長し、ビード中央部で直線的に会
合する形態をとる高エネルギ密度熱源溶接部を強度改善
対象とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法で
あって、前記高エネルギ密度熱源溶接部の表面を表面溶
融熱源を用いて再溶融させ、前記溶接金属の柱状晶を表
面溶融した側の溶接金属中央部のビード表面に向けて成
長させることにより、溶接部の強度を改善することを特
徴とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の高エネルギ密度熱源溶接
部の強度改善方法において、表面溶融熱源として、電子
ビーム、レーザビーム、プラズマアーク、またはＴＩＧ
アークを用いることを特徴とする高エネルギ密度熱源溶
接部の強度改善方法。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の高エネルギ密度
熱源溶接部の強度改善方法において、表面溶融深さを板
厚の４０％以下とし、かつ表面溶融ビード幅を高エネル
ギ密度熱源溶接部のビード幅より大きくすることを特徴
とする高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法。 - 【請求項４】 請求項１から３までのいずれかに記載の
高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法において、表
面溶融熱源を用いてフィラーワイヤを供給しつつ高エネ
ルギ密度熱源溶接部を表面溶融させて健全な表面ビード
を成形することを特徴とする高エネルギ密度熱源溶接部
の強度改善方法。 - 【請求項５】 請求項１から４までのいずれかに記載の
高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法において、強
度改善される溶接対象物として、ガスタービン燃焼器の
燃焼器ライナ、トランジションピース、またはパイロッ
ト燃料ノズルを適用することを特徴とする高エネルギ密
度熱源溶接部の強度改善方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8231090A JPH1076363A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8231090A JPH1076363A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1076363A true JPH1076363A (ja) | 1998-03-24 |
Family
ID=16918137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8231090A Pending JPH1076363A (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | 高エネルギ密度熱源溶接部の強度改善方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1076363A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100604633B1 (ko) * | 2004-04-26 | 2006-07-26 | 주식회사 성우하이텍 | 알루미늄 용접 블랭크의 레이저 용접 방법 |
| KR101402347B1 (ko) * | 2007-12-21 | 2014-06-03 | 주식회사 한라이비텍 | 초전도 공동기의 전자빔 용접방법 |
| JP2015199097A (ja) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接方法および溶接構造 |
| CN106670627A (zh) * | 2016-12-14 | 2017-05-17 | 辽宁忠旺特种车辆制造有限公司 | 油罐车筒身拼板自动焊工艺 |
| WO2018042882A1 (ja) * | 2016-08-30 | 2018-03-08 | 株式会社日立製作所 | 溶接システム |
| CN110026717A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 南京禹智智能科技有限公司 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
| CN114959659A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-08-30 | 松山湖材料实验室 | 用于样品加热的加热装置 |
-
1996
- 1996-08-30 JP JP8231090A patent/JPH1076363A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100604633B1 (ko) * | 2004-04-26 | 2006-07-26 | 주식회사 성우하이텍 | 알루미늄 용접 블랭크의 레이저 용접 방법 |
| KR101402347B1 (ko) * | 2007-12-21 | 2014-06-03 | 주식회사 한라이비텍 | 초전도 공동기의 전자빔 용접방법 |
| JP2015199097A (ja) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | トヨタ自動車株式会社 | レーザ溶接方法および溶接構造 |
| CN107116302A (zh) * | 2014-04-08 | 2017-09-01 | 丰田自动车株式会社 | 熔接结构 |
| US10137530B2 (en) | 2014-04-08 | 2018-11-27 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser weld method and weld structure |
| US11084126B2 (en) | 2014-04-08 | 2021-08-10 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Laser weld method and weld structure |
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| CN110026717A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-19 | 南京禹智智能科技有限公司 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
| WO2020233273A1 (zh) * | 2019-05-17 | 2020-11-26 | 南京禹智智能科技有限公司 | 一种高精度自动焊接机器人及其焊接方法 |
| CN114959659A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-08-30 | 松山湖材料实验室 | 用于样品加热的加热装置 |
| CN114959659B (zh) * | 2022-03-31 | 2023-11-28 | 松山湖材料实验室 | 用于样品加热的加热装置 |
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