JPS62168685A

JPS62168685A - 溶接構造物

Info

Publication number: JPS62168685A
Application number: JP796086A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Sekine; 関根　守; Hiroshi Takao; 高尾　寛; Makoto Sato; 誠佐藤
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1987-07-24

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】（、）　　技術分野本発明は、溶接構造物に関し、よりδ’ｐ　ｂ　＜は例
えば圧力変換器の変換器本体とダイアフラムの如く、所
定の結合関係を確保するための位置決め段部をそれぞれ
有している２つの被溶接部・　材を互いに当接し、電工
ビーム溶接によって当該当接部外表面側から心部に向け
て溶着せしめられ、被溶接部材（例えばダイアフラム）
に繰り返し負荷または静的負荷を受ける溶接構造物に関
するものである。

（ｂ）　　従来技術従来の圧力変換器は、例えば第３図に示すように構成さ
れている。

同図において、圧力変換器１は、被検出対象圧力ｒ）を
検出するためのもので、変換器本体２とダイアフラム３
とひずみゲージＳＧとからなっている。変換器本体２の
中心には、被検出対象圧力Ｐを導入するための圧力導入
孔４が形成されている。

また、この変換器本体２の一端側には、図示しない圧力
容器等に固定するための雄ねじ５が形成され、他端側に
は位置決め段部６が形成されている。一方、ダイアフラ
ム３の一端側には、上記位置決め段部６と当接し、軸方
向および直径（放射）方向の相対的な結合関係位置を規
制する位置決め段部７が形成されており、この位置決め
段部７を、上記位置決め段部６と当接させた状態で、ダ
イアフラム３と変換器本体２とが、いわゆる電子ビーム
溶接によって溶着され、一体化されている。そして、ダ
イアフラム３の外端面側には、ひずみゲージＳＧが接着
、蒸着、融着、その他の手段により添着されている。

このような構成よりなる従来の圧力変換器１に被検出対
象圧力Ｐが圧力導入孔４内に導かれると、該圧力Ｐの大
きさに応じてダイアフラム３が変形する。すると、その
ダイアフラム３上に添着されたひずみゲージＳＧが伸長
または収縮され、その電気抵抗が変化する。従って、こ
の抵抗変化を、上記ひずみゲージＳＧにて組まれたホイ
ー１〜ストンブリッジ回路等で電圧信号、または電流信
号として取り出すことによって、その被検出対象圧力Ｐ
の値を求めることができる。

ところで、このような圧力変換器１の変換器本体２とダ
イアフラム３の当接部を溶着する際には、第４図に拡大
して示すように、先ず、それぞれの当接部８および９に
連続して形成された位置決め段部６および７を互いに当
接せしめ、両者の結合位置関係を確定する。しかる後、
変換器本体２とダイアフラム３の各当接部８，９の間を
、その外周側から電子ビーム溶接を行ない、溶着部１０
を形成し、両者を一体的に結合する。このとき、ダイア
フラム３の位置決め段部７の方が変換器本体２の位置決
め段部６より長く形成されているので、両者の結合部間
には、閉塞空間１１が形成される。この閉塞空間１１に
は、上記圧力導入孔４が連通されている。

このような従来の圧力変換器１は、変換器本体２とダイ
アフラム３との結合を、電子ビーム溶接によって行なっ
ているので、他の溶接による場合に比べて溶け込み深さ
が大きく、当接部８．９間の深さがある程度深くても、
充分溶着することができる。これは、電子ビーム溶接は
、一般のアーク溶接と異なり、電子ビームのエネルギー
が溶接物の表面から熱量導で溶接部に伝わるのではなく
、電子ビームを照射すると細く深い孔（キーホール、あ
るいはキャピラリ）を生じ、穴の側壁に電子ビームのエ
ネルギーを直接引渡してその周辺を溶融し、そして電子
ビームと金属体とを相対移動させると溶融金属はビーム
の後方でその表面張力が孔の蒸気圧等に打勝って孔を埋
め固化していきビードを形成するものであるため、幅が
狭くて深い溶け込み、即ち深部溶接が可能となるのであ
る。

しかしながら、変換器本体２とダイアフラム３との当接
部８と９との間の溶接が、その外周側から行なわれる関
係上、当接部８，９のすべてにわたって溶着部１０を形
成することは実際上困難であり、当接部８，９としては
溶着部１０と非溶着部１２とが混在することになる。

即ち、この当接部８，９において非溶着部１２は、当接
しているのみであるから、実質上、亀裂（クラック）が
生じているのと同様な結果をもたらす。何となれば、ダ
イアフラム３に圧力導入孔４を介して被検出対象圧力Ｐ
が負荷されると、ダイアフラム３の変位支点が、上述の
溶着部１０と非溶着部】２との境界点Ｏとなるために、
ダイアフラム３がその境界点０を中心にして破線で誇張
して示すように変位し、その境界点Ｏに応力が集中する
。そのため、両者の溶着強度が見かけ上極度に低下し、
ダイアフラム３に交番的な繰り返し負荷（圧力）が印加
される場合には、溶着部１０の部位が疲労し、境界点Ｏ
から外表面に向って溶着部１０に亀裂が進行し、遂には
溶着部１０が破断し、疲労破壊を起こしてしまう。

この場合、当接部８，９間のすべてを溶着すべく、溶け
込み深さを深くすれば良いと一応考えられるが、大容量
の電子ビーム溶接機を用いて大きなパワーで溶接を行な
わなければならず。

また、より大きな問題は、大きなパワーの電子ビームを
圧力変換器１に照射すると、熱影響部１３の範囲が非常
に大きくなり、その熱影響部Ｊ３に熱ひずみ（応力）が
蓄積され、これが圧力測定に悪影響を与えるという問題
が生ずる。

また、電子ビーム溶接機のパワーを増大させると、その
発生熱が非常に多くなるので、例えばダイアフラム３に
溶接前にひずみゲージＳＧが添着されている場合には、
そのひずみゲージＳＧの熱損傷が生じてしまう。

また、仮に当接部８，９間の全範囲にわたり、溶着がで
きたとしても、この当接部８，９に対し、９０°屈曲し
た位置決め段部６，７の半径方向の位置決め面〕４は、
溶着が不可能である。

従って、この場合には、当接部８，９と」１記半径方向
位置決め面１４との交叉線Ｑに応力が集中し、上述と同
様に溶着部１０に亀裂が進行していき、短期間のうちに
疲労破壊を起こす。そして、このような問題は、圧力変
換器に限らず、所定の結合関係を確保するための位置決
め段部をそれぞれ有している２つの被溶接部材を互いに
当接し、電子ビーム溶接によって当接部外周側から心部
に向は溶着せしめられ、被溶接部材に繰り返し負荷また
は静的負荷を受側づる溶接構造物においても同様に生ず
る問題である。

（、）　　目的本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、電子ビーム溶接における出力パワーをあ
まり」−げる必要がなく、従って、溶接時の熱によって
許容限界を超える残留応力が生じたり、ひずみゲージに
熱損傷を与えるなどの虞れがなく、しかも、溶着部の疲
労破壊の発生を皆無となし得る溶接構造物を提供するこ
とにある。

（ｄ）４ｉ成本発明は、上記の目的を達成させるため、所定の結合関
係を確保するための位置決め段部をそれぞれ有している
２つの被溶接部制を互いに当接し、電子ビーム溶接によ
って当該当接部外周側から心部に向けて溶着せしめられ
、被溶接７一部材に繰り返し負荷または静的負荷を受ける溶接構造物
において、＾「記２つの被溶接部材の当接部の外表面か
らの深さが、電子ビームによる溶け込み深さの範囲内で
あって且つ当該被溶接部材の熱ひずみが許容限界内に収
まる深さ位置に連続的な壁面の空洞部を形成し、前記当
接部とは離隔した部位に前記位置決め段部を形成し、こ
の位置決め段部同士で位置決めされた状態で、前記２つ
の被溶接部材の当接部外表面から前記空洞部に達する部
位が前記電子ビーム溶接によって溶着されていることを
特徴とするものである。

以下、本発明を、添付図面に示す実施例を参照しつつ説
明する。

第２図は、本発明の一実施例である圧力変換器の概略構
成を示す半断面図であり、第１図は、同実施例の一部拡
大断面図である。

同図において、圧力変換器２１は、上述同様に被検出対
象圧力Ｐを検出するためのもので、変換器本体２２とダ
イアフラム２３とひずみゲージＳＧとから構成されてい
る。変換器本体２２の中心には、被検出対象圧力Ｐを導
入するための圧力導入孔２４が穿設されている。また、
この変換器本体２２の一端側には、図示しない圧力容器
等に取付けるための雄ねじ２５が形成され、他端側の外
周縁部には、溶接がなされる当接部２６が、そして、こ
の当接部２６より中心部寄りの部位には、位置決め段部
２７が、それぞれ形成されている。そして、この当接部
２６と位置決め段部２７との間には、後述する空洞部を
形成する断面凹状の円環状凹溝２８が形成されている。

一方、ダイアフラム２３の周縁部の剛体部２９の一端面
（図において左端面）側には、」二連した変換器本体２
２の当接部２６と、同じ肉厚を有する当接部３０と、上
記位置決め段部２７と対応する位置決め段部３１が形成
され、そして、との当接部３０と位置決め段部３１との
間には、上述した円環状凹溝２８と少なくとも直径方向
寸法が同一の円環状凹溝３２が形成されている。この変
換器本体２２とダイアフラム２３とを、上記位置決め段
部２７と３１とを突き合せることによって両者の結合位
置関係を所定の状態とすると、両者の当接部２６と３０
とが対峙するように当接すると共に、両者の円環状凹溝
２８と３２とをもって、断面矩形状の円環状の空洞部３
３が形成される。また、変換器本体２２の他端面（図に
おいて右端面）と、ダイアフラム２３の内端面との間に
は、一定の間隙を有する閉塞空間３４が形成され、この
閉塞空間３４には、上述した圧力導入孔２４が連通され
ている。そして、ダイアフラム２３の薄肉とされた部分
の外端面側には、ダイアフラム２３の変形により伸張し
または収縮せしめられ、それに対応した抵抗変化を示す
ひずみゲージＳＧが添着されている。

次に、変換器本体２２とダイアフラム２３との当接部２
６と３０との間を溶着する手順につき説明すると、先ず
、変換器本体２２の端部に形成された位置決め段部２７
に、ダイアフラム２３の内端部に形成された位置決め段
部３１をつき当て、両者を所定の位置関係に設定する。

しかる後、変換器本体２２とダイアフラム２３の当接部
２６と３０の外周側から心部に向けて電子ビーム照射を
行ない、溶着部３５を形成し、両者を一体的に結合させ
る。

ここで、円環状の空洞部３３を形成するには。

次の条件を満足する必要がある。

第１に、変換器本体２２およびダイアフラム２３の当接
部２６および３０の外表面から空洞部３３の壁面までの
深さ、即ち溶着部３５の外表面からの深さは、電子ビー
ム溶接による溶け込み深さの範囲内であること、第２に
、溶接に伴なう熱影響部３６の範囲があまり広くなく、
熱ひずみによる残留応力が許容限界内にとどまること、
第３に、当接部２６，３０の最深部が細い間隙や急激な
形状変化がない形状であること、の少なくとも３条件を
満たすことが必要である。

このように構成された本実施例の圧力変換器２１におけ
る動作を説明すると、被検出対象圧力Ｐが圧力導入孔２
４を介して閉塞空間３４に導入されると、その圧力Ｐに
応じて、ダイアフラム２３が変形する。この溶着部３５
に連なる円環状の空洞部３３の壁面は、一様な面とされ
ており、亀裂（クラック）に相当する部分は、−切存在
しない。よって、従来例のように、応力集中が生ぜず、
繰り返し負荷に非常に強くなる。従って、従来のものと
比べ溶着部の径方向寸法を小さく設定できるため、小さ
なパワーの電子ビーム溶接でもって当接部２６，３０の
全てにわたって溶着され、しかも熱影響部３６の範囲は
極めて狭範囲に止まり、熱ひずみによる残留応力も許容
限界内に抑えることができる。

更には、電子ビーム溶接のパワーを低く抑えることがで
きるから、たとえ、溶接前にひずみゲージＳＧをダイア
フラム２３に添着しである場合においても、そのひずみ
ゲージＳＧを溶接時に損傷させてしまうという事態も回
避することができる。

因に、上記実施例において、Ｓ　Ｕ　Ｓ　６３０　Ｈ９
００処理材を用いてダイアフラム２３を形成し、疲労強
度試験を行なったところ、荷重を溶着面積で除した応力
が７　ｋｇ　ｆ　／　ｍｎ＋”の場合、従来のものはＩ
Ｘｌ、Ｏｒ′回で破断に至ったが、本実施例のものは、
該応力を２０　ｋｇ　ｆ　／ＩＮ”に」二げた場合でも
、５Ｘ１．０７回で何ら異常が認められなかった。

尚、本発明は、上述し且つ図面に示した実施例に何ら限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内に
おいて種々変形実施することができる。

例えば、本発明の適用対象として上記実施例では圧力変
換器への適用例につき説明したが、要するに、所定の結
合関係を確保するための位置決め段部をそれぞれ有して
いる２つの被溶接部材を互いに当接し、電子ビーム溶接
によって当該当接部外周側から心部に向けて溶接せしめ
られ、被溶接部材に繰り返し負荷を受ける溶接構造物で
あれば全て適用可能である。

また、空洞部３３の断面形状についても実施例のように
矩形状に限るものではなく、溶着部３５の最深部に、細
い間隙や急激な形状変化がない形状であればよい。

（ｅ）　　効果以−Ｊｚ詳述したように本発明によれば、少ないパワー
で確実な溶接ができ、溶着部に生じる残留応力を許容限
界内に抑えられ且つひずみゲージに熱的な悪影響をｌｊ
、えることが回避でき、しかも、溶着部への応力集中が
確実に回避でき、従来のものに比し著しく疲労強度を向
上し得る溶接構造物を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例である圧力変換器の−・部
拡犬断面図、第２図は、同実施例に係る圧力変換器の全
体構成を示す半断面図、第３図は、従来の圧力変換器の
全体構成を示す半断面図、第４図は、第３図の−・部拡
大断面図である。２］・・・・・・圧力変換器、２２・・・・・・変換器本体、２二３　・・ダイアフラ１１．２４・・・・圧力導入部、２６、３ｏ・・・・・当接部、２７．３＋・・・・・・位置決め段部、２８．３２・・
　・円環状凹溝、３３・・・・・円環状の空洞部、３４　・・閉塞空間、３５・・・　溶着部、３６　・・熱影響部、３Ｑ−・ひずみゲージ。第　　１　　　図第　　２　　図第　　３　　図第　　４　　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定の結合関係を確保するための位置決め段部を
それぞれ有している２つの被溶接部材を互いに当接し、
電子ビーム溶接によって当該当接部外周側から心部に向
けて溶着せしめられ、繰り返し負荷または静的負荷を受
ける溶接構造物において、前記２つの被溶接部材の当接
部の外表面からの深さが、電子ビームによる溶け込み深
さの範囲内であって且つ当該被溶接部材の熱ひずみが許
容限界内に収まる深さ位置に連続的な壁面の空洞部を形
成し、前記当接部とは離隔した部位に前記位置決め段部
を形成し、この位置決め段部同士で位置決めされた状態
で、前記２つの被溶接部材の当接部外表面から前記空洞
部に達する部位が前記電子ビーム溶接によって溶着され
ていることを特徴とする溶接構造物。