JPS5954466A - 殻状主部材に他部材を接合する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は殻状主部材（一方向もしくは二方向に曲率を有
する曲面部材）に他の部材を接合する方法に係り、さら
に詳細には、潜水船耐圧殻や圧力容器と配管部材や台座
との接合の如く、殻状主部材に板状、殻状もしくは管状
の被接合部材を、接合前の主部材の真円度、真球度など
の寸法精度を損ねることなく、かつ形状的な残留応力を
発生させることなく接合する方法に関する。

第１図に示すような開口部２を有する殻状主部材１と、
板状、殻状もしくは管状をなす被接合部材３との接合に
おいて、溶接等の接合法が広く用いられている。

第２図は従来の接合方法を例示するものであって、開口
部を有する殻状主部材に板状をなす被接合部材を接合せ
る場合を示す。すなわち、殻状主部材の開口部の径と同
一の外径を有する被接合部材４を殻状主部材に嵌着せる
状態では、破線５に示すように、殻状主部材と被接合部
材４は正規曲率の形状を示すが、溶接等による接合後は
、これによる収縮変形により接合部が径方向内面に陥没
状の変形を呈し、実線Ｇのような形状となる。かかる溶
接による接合法では、部材を溶融して接合せしめるとい
う性質１、溶接部の凝固、冷却時に不可避的に変形が生
じる。

ところで、板構造においてはこの溶接による変形は板面
内の収縮変形となって現われるが、曲率を有する殻構造
においては、溶接線方向の収縮により、溶接部近傍が径
方向内方に陥没状の変形となって現われるため、接合前
の殻状主部材の真円度・真球度が損なわれるばかりでな
く、この陥没状の変形により部材に曲げ応力が残留する
。

これら溶接による変形や残留応力は、殻状主部材を用い
た構造物もしくは部品の座屈・圧壊強度、疲労強度、耐
応力腐食性能に大きな影響を及ぼす。例えば、潜水船耐
圧殻の場合、その寸法諸元（耐圧殻の径や板厚）は外圧
による座屈・圧壊強度により決定されるが、座屈・圧壊
強度は構造物の真円度・真球度に大きく依存するため、
上述した溶接による変形や残留応力が構造物の所要性能
を大きく左右する。

本発明は従来の接合法における上述した如き諸問題に鑑
み、かかる諸問題を克服する手段を具備せる接合方法を
提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、殻状主部材に形成され
た開口部に、板状、殻状もしくは管状をなす被接合部材
を接合するに際し、主部材の開口径に沿い当該主部材を
均一に加熱し、前記開口縁部を径方向外方に均一な寸法
に膨出せしめるとともに、開口径を大きくさせた態様に
し、開口部の初期外径より僅かに大きい外径を利用して
被接合部材を主部材に固着せしめた後、溶接等のしかる
べき接合手段により両部材を互いに接合することによっ
て達成される。

本発明では、第３図に一実施例に示す如く、殻状主部材
７の開口縁８に沿って均一加熱が可能な温度調整機能を
有するストリップヒータ等の加熱装置９を設け、開口部
近傍を加熱する。

加熱部は熱膨脹し、開口部近傍は径方向外方に膨出し、
実線１０のような形状を呈するとともに開口部の径は加
熱前の初期開口径より大きくなる。この加熱に際し開口
縁８の温度分布が不均一な場合は開口部に沿う膨出量が
不均一となるばかりでなく、開口径も不均一となる。こ
のような場合は開口部の形状を均一にするため主部材７
内部から治具１４を使用する。

この状態にて、初期開口径より大きく、かつ加熱後の開
口径より僅かに小さい外径を有する被接合部材１１を嵌
着せしめ、加熱部の冷却部による圧縮により被接合部材
１１を殻状主部材７に固着せしめると、第４図に破線１
２に示す形状を呈する。この後、従来と同様の接合方法
により溶接を行なうのであるが、この時、溶接による圧
縮により第２図に示したような径方向内方に陥没状の変
形を生じようとするが、本発明では第４図に破線１２に
示すような予め径方向外方に膨出した状態から溶接を行
なうため、加熱条件や被接合部材の径を最適に設定する
ことによって、第４図に実線１３に示すように接合終了
後に殻状主部材と被接合部材はともに正規曲率の形状を
示し、いわゆる形状不整のない殻状部材、さらには構造
物を製作することを可能とするものである。

以上のような、本発明による接合法によれば、殻状主部
材に接合せしめる他の部材の外径を殻状主部材に形成さ
れた開口径より大きく設定するので、接合部の周長が僅
かに長く、溶接等の接合による接合線方向の収縮変形に
起因する接合部の径方向内方への陥没状の変形を低減さ
せることができ、また殻状主部材に他の部材を接合する
際の初期形状として、該接合部が径方向外方に膨出した
状態に設定するので、上述の陥没状の変形を相殺し、接
合後の殻状主部材の真円度・真球度を保持することがで
き、さらに内表面の接合線直角方向の引張残留応力も大
幅に低減することができる。

また、本発明による接合法では部材の材質、寸法などに
応じ、加熱条件および溶接すべき被接合部材の外径寸法
を最適に設定すれば、真円度・真球度の良好な構造物を
安定した品質にて得ることができる。

なお、溶接時に拘束治具を用いたり、拘束荷重を負加す
る方法を併用し、溶接による陥没変形を低減させる場合
、この条件に応じて本発明の方法の加熱条件や外径寸法
を最適に設定すればよい。

また、本発明の接合法を実施するに適した開口部を有す
る殻状主部材としては、球殻や半径殻等の冠状球殻や円
筒殻ばかりでなく、一方向もしくは二方向に曲率を有す
る殻状のセグメントでもよい。また、この開口部に接合
する部材は、板状あるいは殻状部材ばかりでなく管状部
材でもよく、その形状は円形あるいは長円、楕円など円
形に近いものが適しているが、これ以外に多角形の形状
のものであってもよい。また、加熱方法としてはストリ
ップヒータの他、誘導加熱やガスバーナ等、他の加熱手
段を用いてもよく、溶接時に拘束治具や拘束荷重を併用
し、溶接による変形を制御してもよい。

以上、説明したように本発明によれば、比較的容易に製
作時の殻状部材の寸法精度を管理することができ、本発
明の接合方法により得られる形状不整のない殻状部材あ
るいは構築物は、座屈・圧壊強度をはじめ疲労強度、耐
食性能が飛躍的に向上する。従って本発明は、この種の
構造を有する各種製品を設計・製作する製造業者ばかり
でなく、この種製品を使用する産業界においても貢献す
るところ大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は殻状主部材に被接合部材を接合せる状態の斜視
図、第２図は従来法による接合時の変形状態を示す断面
図、第３図は本発明による接合工程を示す断面図、第４
図は変形状態を示す断面図である。 １…殻状主部材、２…開口縁、３…被接合部材、４…被
接合部材、５…仮付け状態断面形状、６…接合後断面形
状、７…殻状主部材、８…開口縁、９…加熱装置、１０
…加熱後断面形状、１１…被接合部材、１２…嵌着状態
断面形状、１３…接合後断面形状、１４…治具■

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 殻状主部材に形成された開口部に、板状、殻状もしくは
   管状をなす被接合部材を接合するに際し、主部材の開口
   縁に沿い、当該主部材を加熱して前記開口縁部を当該主
   部材の径方向外方に膨出せしめて開口径を大きくさせた
   後、開口部の初期外径より僅かに大きい外径に設定した
   被接合部材を嵌着して冷却時の収縮を利用して被接合部
   材を主部材に固着せしめ、次いで溶接等の所定の接合手
   段によって相互接合することを特徴とする殻状主部材に
   他部材を接合する方法。