JPS5837061B2 - 球面構造物の内面連続肉盛り溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、化学工業用または原子炉用圧力容器の鏡板な
どのように、一部又は全部の内面に球面を有する構造物
の内面に連続的に肉盛り溶接する方法に係る。

化学工業用圧力容器や原子炉用圧力容器などは、使用条
件の高温、高圧化、更には腐食環境の苛酷化に対処する
ため、その内面に各種耐食性合金を肉盛り溶接する傾向
にある。

これらの肉盛り溶接として種々の溶接法が用いられるが
、溶接能率の点からすると、帯状電極を用いるサブマー
ジ溶接方法が優れている。

これら圧力容器の鏡板の肉盛り溶接にも帯状電極による
肉盛り溶接法が採用されつつあるが鏡板はその内面が半
球体の３次元曲面であるため従来連続自動肉盛り溶接が
待望されているにもかかわらず、帯状電極法による連続
自動化は不可能であった。

そのため帯状電極を用いる鏡板の内面肉盛り溶接は同心
円状に溶接し、一つの同心円の溶接を完了するとアーク
を切り、次の同心円にねらい位置のセットをしなおして
溶接するという断続的な方法のみが行われてきた。

この方法は溶接の断続によりこの断続部分に溶接欠陥が
発生し、この部分の修正を余儀なくされている。

このため溶接部の品質の向上および能率の向上のため帯
状電極法による鏡板肉盛り溶接の連続自動化が待望され
てきた。

本発明はこの帯状電極法による鏡板肉盛り溶接の自動化
に係わると伴に従来の同心円状断続肉盛り溶接の欠点を
も解消するものである。

半球体内面に同心円状に断続的肉盛り溶接をするに際し
溶接を下向き姿勢で行うように、傾斜可能でかつ回転可
能なポジショナに、半球体の回転軸とポジショナの回転
軸とが合致するように半球体を固定し、溶接ヘッドを搭
載したマニプレータによって溶接が行われる。

したがって、第２図に示すように、同心円が内周側へう
つるにつれてポ？ショナ５が傾斜角度を変える結果、回
転軸６から半球体の内面までの半径がｒ， ｒ２ ，ｒ
３・・・と順次変化するので、溶接速度を一定に保つた
めに、半径の変化に応じてポジショナ５の回転数ｎを調
整し、溶接点における半球体の接線速度をほぼ一定に保
持している。

さらに、第３図に示すように、溶接位置の問題もある。

同図ａに示すように、最下端７において、つまり溶接部
が水平状態の位置で溶接を行うと、スラグが先行してス
ラグ巻き込みなどの溶接欠陥を生じ易いので、同図ｂの
ように、半球体の回転方向８に対して最下端７の後方位
置９において溶接することも必要となる。

通常この水平面からの昇り角度αは１前後の角度である
。

前記のような系を有する肉盛り溶接において、従来の技
術では次のように重大な欠点が生じていた。

すなわち、第４図に示すごとく、最下端７から距離ｌ電
極をシフトさせて連続的に外周から溶接を行ってゆくと
、同一巾Ｗの帯状電極に対して、実際に肉盛り溶接され
る巾はこの帯状電極の投影長となるので、最外周から最
内周に至るにつれ、ビード巾はＢ１＞Ｂ２＞・・・〉Ｂ
ｎとなり、順次小さくなる。

ところが、前記のように、実際には、溶接点における半
球体の接線速度がほぼ一定となるようにポジショナ５の
回転数ｎが調整されているために、溶接電流が全溶接を
通してほぼ一定に保たれていることから、肉盛リビード
の肉厚が内周に向かう程厚くなるという結果になってい
た。

一方、肉盛り溶接においては、肉盛り厚さを均一に保つ
ことは肉盛り金属の成分の均一を保持する点からも欠く
べからざる要件であり、従来の半球体の肉盛り溶接にお
いては、肉盛り厚さの不均一が致命的な問題となってい
た。

この点は鏡板内面の肉盛溶接を連続自動化しようとする
場合に特に問題となる。

本発明は前記問題を解消し球面構造物の肉盛り溶接の連
続自動化を可能ならしめることを目的とするものであり
、その内面の一部または全部に球面を有する構造物を傾
斜させかつ回転させつつその内面に下向き姿勢で、帯状
電極を用いて連続肉盛り溶接を行うのに際し、前記構造
物の球心を通る鉛直線とこの構造物の回転軸心とを含む
面に対して鉛直でありかつこの鉛直線を含む面内におい
て、前記構造物内面と前記鉛直線との交点からこの構造
物の内面に沿って溶接進行方向に小距離移動させた位置
に実際の溶接位置とし、前記鉛直線と構造物内面との交
点における構造物の接線方向の速度が一定となるように
、前記構造物を回転させて内面の溶接を行うことを特徴
とする。

本発明に適用できるところの、その一部又は全部に球面
を有する構造物というのは、例えば第５図ａに示すよう
に、半球体１０であるかまたは同図ｂのように球面１１
と円筒面１２とによって全体が構成された構造物を意味
する。

本発明において、小距離移動させた位置とは、構造物内
面と鉛直線との交点における接線と、この位置と交点と
を結ぶ線とのなす角度が高々２°程度、好ましくは高々
１°程度となる位置をいう。

第６図及び第７図において、実際の溶接点はＡ点である
が、球心Ｏを通る鉛直線Ｖと半球体１０との交点Ｂに仮
想的に溶接点があると考え、このＢ点における半球体１
０の接線速度が一定となるように半球体１０の回転数ｎ
を制御する。

半球体１０の回転軸６からＡ点、Ｂ点に至る距離ｒ Ａ
２ｒＢは、ｒＡ＞ｒＢであるため、実際の溶接速度は
内周へ行くほど速くなる。

これに対して、ビード巾は前記のごとく内周へ至るにつ
れて狭くなるので、溶接速度の増加分とビード巾の減少
分とが相殺し、最外周から最内周へ至っても、均一な肉
盛り溶接を行うことができるのである。

第６図及び第７図において、 次表に示すように、実際の溶接点Ａにおける回転軸６か
らの半径ｒＡど仮想的な溶接点Ｂにおける回転軸６から
の半径ｒＢとの変化と、ビード巾の変化とを角瓜β及び
θを変えて計算してみると、それぞれの変化率は角度β
が２°以内ならばほぼ相殺する程度の値となる。

直径Ｄ＝３８００ｍｍ，帯状電極巾Ｗ＝５０ｍｍ、最終
内径約２ ０ ０ ｍ，最終傾斜角８７°とした場合の
両者の変化率は次の通りである。

すなわち、β−１°のときには、ｒＡ／ｒＢの増加分と
Ｂｎ／Ｂ１の減少分とは相殺し、β＝２°においてもθ
＝４５°のときにはそれぞれ変化率は相殺すると考えて
良い。

しかしながらθ＝８７°のときには、両者の間にはほぼ
３％の差が生ずる。

後述する実施例のように、ポジショナの回転数を有段的
に変える場合には２％前後、回転数にずれが生ずるので
、これを見合えばほぼ相殺するとして良い。

制御する具体的な方法としては、第６図における角度θ
を検出し、このθ及び半球体の直径Ｄから、ｒＢ＝Ｄ／
２ｃｏｓθを演算し、Ｂ点における半球体の接線速度が
一定となるように、半球体の回転数ｎを求め、この値に
なるようにポジショナの回転制御を行う。

この際、本発明方法によって肉盛りするラセン状溶接は
第１図のａ及びｂの形態である。

１は連続するラセン、２，４は同心円弧、３は直線であ
る。

実施例 それ自体公知のポジショナ及び溶接機を使用し、被溶接
物内径、帯状電極巾及びラップ代、第１図ｂの直線部３
の長さ、溶接速度を計算機ヘデイジスイッチにより入力
した。

ポジショナの傾斜角度は傾斜軸に取り付けたＯ〜９０で
分解能１／３０００のエンコーダにより検出しそのデー
タをマイクロコンピュータで演算し５０：１の制御範囲
をもったポジショナ回転制御用ガバナに指令してポジシ
ョナの回転数を制御した。

（溶接条件） 被溶接物内径Ｄ：３８００關 帯状電極巾 ： ５０ｍｍ ラップ代 ’ ５ｍ流 部分直線部長さ： １５０間 溶接速度 ： ２ ０ ０ ｍｗ／ｍｉｎ昇り傾斜（
β）： １° シフト距離（＃）： ３３間 前記条件で外周から溶接をはじめ、最内周は帯状電極の
中心径２００朋まで溶接したところ良好な結果が得られ
た。

因みにこのときの内外周における速度とビード巾は次の
通りであった。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ及びｂは本発明方法により肉盛り溶接するラセ
ン形状の説明図、第２図はポジショナを使用して行う溶
接において半径の変化する状態を示す説明図、第３図ａ
及びｂは内面に肉盛り溶接する位置を示す説明図、第４
図は従来方法によって肉盛り溶接した場合に内周に至る
程生ずるビード巾の減少状態を示す説明図、第５図ａ及
びｂは本発明方法に適用できる構造物を示す説明図、第
６図及び第７図は本発明方法の原理を示す説明図であり
、第６図は正面方向から、第７図は第６図の■一■方向
から見たものである。 １・・・・・・ラセン、２，４・・・・・・円弧部、５
・・・・・・ポジショナ、０・・・・・・球心、■・・
・・・・鉛直軸。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ その内面の一部または全部に球面を有する構造物を
   傾斜させかつ回転させつつその内面に下向き姿勢で、帯
   状電極を用いて連続肉盛り溶接を行うのに際し、前記構
   造物の球心を通る鉛直線とこの構造物の回転軸心とを含
   む面に対して垂直でありかつこの鉛直線を含む面内にお
   いて、前記構造物内面と前記鉛直線との交点からこの構
   造物の内面に沿って溶接進行方向に小距離移動させた位
   置を実際の溶接位置とし、前記鉛直線と構造物内面との
   交点における構造物の接線方向の速度が一定となるよう
   に、前記構造物を回転させて内面の溶接を行うことを特
   徴とする球面構造物の内面連続肉盛り溶接方法。