JPS6010831B2 - 金属厚肉材の穴あけ方法 - Google Patents

金属厚肉材の穴あけ方法

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JPS6010831B2
JPS6010831B2 JP57101035A JP10103582A JPS6010831B2 JP S6010831 B2 JPS6010831 B2 JP S6010831B2 JP 57101035 A JP57101035 A JP 57101035A JP 10103582 A JP10103582 A JP 10103582A JP S6010831 B2 JPS6010831 B2 JP S6010831B2
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JP
Japan
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hole
wire
arc
water
drilling
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JP57101035A
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JPS58217220A (ja
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正信 浜崎
文数 立岩
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/013Arc cutting, gouging, scarfing or desurfacing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H2200/00Specific machining processes or workpieces
    • B23H2200/30Specific machining processes or workpieces for making honeycomb structures

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は金属厚肉村の穴あげ方法に関し、アーク電極
棒により金属材に穴を掘り進み、その穴底に生ずる溶融
金属を噴射流体により穴外へ搬出するのであるが、掘込
んだ穴内空間を該電極榛により区分し、噴射流体の進入
路、脱出路を別にすることにより穴あげ能力を著増した
ことを主な特徴とする。
現在、150肋を超すような超厚金属板の水中における
穴あげ法は工業的に未開発状態で、特に板厚に比較して
小さな穴をあげることが困難である。
超厚板でも特殊な長いドリルを使用し、長時間をかけれ
ば、あげられないことはないが、極めて高価な作業とな
る。
そして穴あげ途中で何回もドリルを取替えねばならず、
切損した時、これを穴から取出すのが至難である。この
ような超厚板の穴あげを必要とするのは特殊分野である
。しかし、その分野では必要欠くべからざる工程なので
ある。いま、廃炉にともない原子炉用圧力容器を水中解
体するに際し、ガス切断を採用する場合を例にとると、
圧力容器の超厚板をどこからでもガス切断できるもので
はない。板端からか、貫通穴の穴縁からでないと、ガス
切断の最初の切込みができないのである。これは次の理
由による。
すなわち、ガス切断の原理は母材を約100000に予
熱しておき、そこに切断酸素流を噴射し、鉄と酸素の酸
化反応を利用するものであるが、超厚板となると、板の
端とか穴縁でないと、熱伝導によって母材に熱をうばわ
れてしまい加熱し1こくいことと、仮りになんとか加熱
できたとしても、切断酸素流を吹付けて切断を進めよう
とすると、切断層や溶融金属の逃げ場がないため吹管火
口へはね返り、たちまち火口をいためてしまうのである
が、板の端とか穴のある所では、スラグや溶融金属が裏
面側へ容易に放出されるから切断を進められるのである
。原子路の圧力容器のような円筒形容器は板端がないた
め、ガス切断するには切断開始のための穴あげが必要欠
くべからざる工程となるのである。
既述のように廃炉にともなう圧力容器水中解体のガス切
断開始用穴あげに、ドリル等の機械的方法を用いると、
前述の欠点のほか、さらに次のような問題点がある。つ
まり、長時間を要しト何回もドリルを取替えるというこ
とは、作業員が放射能をおびた水のついた工具、部品に
何回も「そして比較的長時間ふれなければならないため
、安全上好ましくない。また超厚板の機械的穴あげには
強い加圧力を加えねばならないため装置が大がかりにな
る欠点も避けられないのである。この発明は上述のよう
な問題点を解決した熱的穴あげ法を提供するものである
アーク電極棒として溶接ワイヤを使用しト第軍図のよう
にワイヤーと母材2との間にアーク9を発生させ、ノズ
ル3から噴射水4を吹きつけ「溶融金属5を吹き飛ばす
とともに、アーク9自体も移動させて切断するアーク切
断法は公知である。
この方法を利用して第2図のように穴あげを行うことも
可能であるが、この穴あげの場合、噴射水母の吹付け方
向と溶融金属5の脱出すべき方向とは反対方向になる。
つまり噴射水母は集中的に掘った穴の底へ向った際「穴
底の溶融金属5‘ま上方へ脱出できなければ逃げ場がな
いため穴あげできないのである。従って進入「脱出する
噴射水母と溶融金属5とが交錯し〜掘り得る穴の深さは
6仇隊程度が限度である。この発明は、これを改良し〜
30仇奴もの超厚板の穴あげを可能にしたのである。第
3図はこの発明の実施に用いる装置の一例を概略的に示
したものである。
上述のアーク切断法に用いる装置と本質的な違いはない
。つまりアーク溶接機10のアース線を母村2に接続し
溶接用ワイャーと母村2との間でアーク9を発生させも
母材を溶融させ穴あげを行うのであるがふ同時に電極と
してのワイヤ】も溶融消耗するので〜 この消耗につれ
てワイヤ1を送給ローラ7により導管12を経て連続的
に送給し、超厚板の穴あげを行うのである。この場合、
トーチ6の電極ワイヤに電流を供g貧するコンタクトチ
ップ13のすぐ藤に噴射水4用のノズルを設けている。
トーチ6をモータ及び減速機付き往復駆動装置8によっ
て往復移動させると、穴11へ進入した噴射水が脱出す
る上昇路と、穴底の溶融金属5が脱出する通路とが同側
に揃い、溶融金属5が噴射水と共に円滑に穴11から搬
出される。深穴を堀進んでも噴射水の搬出力が容易に衰
えず、超厚板のアークによる貫通穴あげを初めて可能に
した。次に、この発明の原理を図面を参照して詳細説明
する。
第4図に示すこの発明の穴あげ法実施例は「アーク電極
棒として自動溶接用ワイヤ翼を用い、アークと噴射流体
により金属材料に穴1量をあげる穴あげ方法であってt
掘る穴に上記噴射流体(この場合は水)&の進入脱出路
を加えるよう電極ワイヤ亀を往復横移動させながら進め
、噴射流体4は常にワイヤ員の片側沿いに吹込むことを
特徴とするものである。その溶接用電極ワイヤ母‘ま市
販の丸藤ワイヤ〜帯状ワイヤ(ストリップ)いずれでも
よい。帯状ワイヤに限ればト第馬図に示すように往復移
動でなく「その軸線のまわりに往復回転させながら進め
てもよい。
この場合も噴射水4は常に「帯状ワイヤ亀′の片面沿い
に吹込むのである。まず第母図の実施例について詳細説
明すると「そのA8 8FC図は立面(断面)図「 a
母 bp c図は夫々の穴の平面図であって「電極ワイ
ヤ亀の送給位置が穴Sもの片側から中央へ横移動し、さ
らに池側へ移った状態を示す。これは第3図のトーチ6
が往復駆動装置8により片道だけ動いた経過を示すもの
で」トーチ6先端のノズル3から出る噴射水Wま常にワ
イヤ亀の右側沿いに穴富竃内へ吹込まれている。ワイヤ
亀の横移動により噴射水傘の通路亀竃鶴 亀竃りが作ら
れる。A,a図のように穴官耳の左壁に近接してワイヤ
軍を送ると、アーク9は穴底の左の部分を融かす。
噴射水4‘まワイヤ亀と穴富1の右壁との間の広い進入
路軍 亀aへ入るが、ワイヤ亀下端から左へ回って狭い
脱出路11bへ出る量は少〈、大部分は進入路11aを
交錯逆流して上昇脱出する。
従って噴射水4による溶融金属5の搬出量は少く、アー
クは安定して溶融金属を穴il底の左寄りに溜める。B
,b図のようにワイヤ1が穴11の中央へ移ると、噴射
水4はワイヤ1右側の進入路1 1aへ入り、左側の脱
出路lbを上昇するのが容易になり、穴底に溜った溶融
金属をほゞ全量、穴外へ搬出する。
C,c図のようにワイヤ1が穴11の右壁に近接すると
再び噴射水4による溶融金属搬出が困難になり、アーク
により溶融金属が穴11底の右寄りに溜められる。
この溶融金属もワイヤ1が中央へ移った時、噴射水によ
り搬出される事はいうまでもない。つまり、ワイヤ1は
自分で作った穴11の中で往復動して穴底を所要寸法に
溶融し続けると同時に、ワイヤ1の片側沿い噴射水4に
よる溶融金属搬出量を周期的に増減させる作用をする。
最大の搬出量を得られるのはワイヤ1が穴11の中央付
近にある時で、それはワイヤ1が穴11の中央で境界壁
の作用をし、その片側から進入した噴射水が反対側から
交錯なく上昇脱出するためである。即ちワィャーが噴射
水4の進入路、脱出路の隔壁となって交通整理をするた
め、穴底で折返しても、交錯を生じないのである。第4
図の実施例は帯状ワイヤ1を用いたので、その穴11は
角穴になった。
丸榛ワイヤを使えば、その直径と往復移動量に応じた長
方形的な穴になる。実験結果を示すと、帯状ワイヤの厚
み2.4〜3.2脇、幅12柳、往復行程10肌、周期
2〜20/秒で、電流値により異なるが、厚さ30仇帆
の超厚軟鋼板を10〜3の砂で貫通穴あげに成功した。
噴射水は圧力5〜10k9/地、水量5〜10夕/分で
足りた。次に第5図の方法について説明する。この場合
、ワイヤ1′は帯状に限られ、これを回転させながら穴
をあげるので円孔が得られる。使用するトーチは第4図
のものでよいが、往復駆動装置8は往復回転装置(図略
)に替える。
ワイヤ1′の鞠線を中心に往復回転させるのであって、
ワイヤ導管12や電線、水ホースは可操性であるから、
支障ない。回転駆動機構は周知技術によるので、その図
面、説明を略す。第5図A,aの状態では、噴射水4は
ワイヤ1′と穴11の左壁との間の進入路11aへ入り
、ワイヤ1′下端から右側へ回り、溶融金属を伴って右
壁沿いに脱出路11bを上昇する。ワイヤ1′を回転さ
せないで擬込んでゆくと、そのアーク9は噴射水4に吹
かれて常に右方へ飛び、穴11の右側ばかりが堀込まれ
、穴が曲って進む。これを防ぐためワイヤ1′を回転さ
せる。B,b図はA,a図からワイヤ1′が900回転
した状態を示し、C,c図は1800回転した状態を示
す。
同じ方向へ回転を続けるとワイヤ導管12や電線水ホー
スがねじれるから往復回転させる事になるが、少くとも
一方向へ360o回転してから逆転させる事が望ましい
。以上、図示した実施例によって説明したが、この発明
はアーク電極棒によって金属材に穴を堀込む際、これを
往復機移動又は回転させて進めることにより、電極榛沿
いに吹込む噴射流体の進入脱出路を確実に作り、噴射流
体が電極棒の片側沿いに穴へ進入し池側沿いに穴から脱
出するようにすることを主な特徴とするのであって、そ
の要旨を変えることなく、多様に変化、応用し得る。即
ち、電極棒は自動熔接用ワイヤに限らず、例えばカーボ
ン榛であってもよいが、これは長くなると折損しやすい
ので、カーボン繊維を束ねたものが望ましい。この場合
、その外周を絶縁被覆して使えば、ワイヤの場合のよう
に穴壁との短絡を警戒しなくてすむ。噴射流体は水に限
らず、空気、酸素その他の気体も状況に応じて使用でき
るが、水を使うのが最も有効で、あげた穴もきれいであ
った。この発明は電極榛を用いるアーク穴あげ法に初め
て、噴射流体の穴への進入路と、脱出路とを電極榛自身
によって区分する思想を加えた。
進入、脱出する噴射流体が交錯しないから噴射流体の溶
融金属搬出館が著増し、超厚板の穴あげを可能ならしめ
たのである。この発明の熱的穴あげ法によれば、例えば
原子炉の圧力容器を構成する超厚板、即ち150〜25
仇吻の軟鋼、あるいはステンレスクラッド鋼をきわめて
短時間に、そして放射能を帯びた水が付着した工具、部
品類にふれることなく、安全に作業できる。
またガスによる穴あげ不能なアルミニウム、鋼合金、機
械的穴あげ不能な工具鋼、耐熱鋼、ステンレス鋼、その
他すべての導電材料の穴あげ可能で、穴を蓮らねた切断
にも使える。しかも水中でも空気中でも、変りなく穴あ
げを行え、使用設備はほとんど在来品を利用できる。対
象とする材料の広範囲なこと、超厚板でも高速貫通でき
る高性能、穴内冷却による材料昇温の防止効果、そして
水中穴あげに最適な点、この発明は金属材穴あげ技術に
画期的進歩をもたらすものと称し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は在来のアーク切断方法説明図、第2図は同じく
アーク穴あげ方法説明図、第3図はこの発明の実施に用
いられる穴あげ装置の一実施例説明図、第4図はこの発
明の一実施例説明図で、そのA,B,C図は電極棒の横
移動経過の三態を示し、そのa,b,c図はA,B,C
図夫々の穴の平面図を示す。 第5図はこの発明の他の実施例説類図で、そのA,B,
C図は電極榛の回転経過の三態を示し、そのa,b,c
図は夫々の穴の平面図を示す。1,1′・・・・・・電
極榛(ワイヤ)、4・・・・・・噴射流体(水)、9…
…アーク、11……穴。 第1図 第2図 第3図 第4図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 アーク電極棒を逐次進めて、アークと噴射流体によ
    り金属材料に穴をあける穴あけ方法において、掘る穴に
    上記噴射流体の進入脱出路を加えるよう上記電極棒を往
    復横移動させながら進め、上記噴射流体は常に上記電極
    棒の片側沿いに吹込むことを特徴とする金属厚肉材の穴
    あけ方法。 2 帯状アーク電極棒を逐次進めて、アークと噴射流体
    により金属材料に穴をあける穴あけ方法において、上記
    帯状電極棒をその軸線のまわりに往復回転させながら進
    め、上記噴射流体は常に上記帯状電極棒の片面沿いに吹
    込むことを特徴とする金属厚肉材の穴あけ方法。
JP57101035A 1982-06-11 1982-06-11 金属厚肉材の穴あけ方法 Expired JPS6010831B2 (ja)

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US06/418,612 US4485287A (en) 1982-06-11 1982-09-16 Method of making a hole in a thick-walled metal material

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JPS58217220A JPS58217220A (ja) 1983-12-17
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