JPS6258827B2 - - Google Patents

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JPS6258827B2
JPS6258827B2 JP52077263A JP7726377A JPS6258827B2 JP S6258827 B2 JPS6258827 B2 JP S6258827B2 JP 52077263 A JP52077263 A JP 52077263A JP 7726377 A JP7726377 A JP 7726377A JP S6258827 B2 JPS6258827 B2 JP S6258827B2
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Japan
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welding
rod
jib
lever arm
workpiece
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English (en)
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Kuunen Gotsutofuriido
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Original Assignee
BBC Brown Boveri France SA
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Publication date
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Publication of JPS6258827B2 publication Critical patent/JPS6258827B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は狭開先サブマージアーク溶接により体
積の小さい溶接継目をつくる金属結合のための装
置に関するものである。
（従来の技術） 溶接による厚肉の金属構造部分の結合のために
今日経済的、熱技術的及び合金的理由から体積の
小さい溶接継目が求められる。この種の溶接継目
の形成のために就中ガスで被覆するアーク溶接法
及びエレクトロスラグ溶接法が公知である。この
種の方法の基礎は数多くの文献によつて公表され
ている〔即ちバトラ（C.A.Butler）、マイスタ
（R.P.Meister）、及びランドラル（M.D.
Randrall）の1969年２月発行の溶接ジヤーナル
「狭開先溶接−あらゆる位置のためのプロセス」
第102頁〜108頁；ヘンダーソン（I.D.
Henderson）、ザイフエルト（K.Seifert）及びス
テーフエンス（H.D.Steffens）のDVSレポートNo.
32（1974）「22NiMoCr37鋼における深開先間隙
接継目の強度及び靭性」第321〜330頁；スタルク
（L.E.Stark）のDVSレポートNo.32（1974年）「消
耗案内板及びフアイバー状フラツクスを備えたエ
レクトロスラグ溶接」第155〜159頁並びにヴオル
フ（L.P.Wolff）のDVSレボートNo.32（1974年）
の「厚肉構造部材の体積の小さい継目形成」第
217〜223頁〕。
ガスで被覆するアーク溶接法は常に多かれ少な
かれアーク、保護ガス、溶融浴空間における金属
片の強い飛散現象を伴う。飛散はアークの種類、
保護ガス及び溶接棒の組成並びに母材材質によつ
て一定限度内で左右されるけれども、完全に回避
しえない。発生した飛散物は溶接棒供給管、保護
ガスノズル、溶接棒の工作物側面を汚染する。更
に溶融浴の酸化生成物は溶接ビード表面に固着し
たガラス状スラグ層を形成し、この層は除去が困
難であり、かつ多くの層に渡る連続的溶接が阻害
される。このために方法の経済性が問題である。
汚染した棒供給装置は電流供給部の接触不要及び
不均一な棒送りを意味する。飛散物が付着した保
護ガスノズルは溶融浴の範囲における渦形成及び
保護ガス雰囲気の阻害をもたらす。溶接溝の工作
物端面における飛散物は母材と溶接物との間の封
じ込め及び欠陥のある結合を招く。結局、溶接ビ
ード上のスラグ層が個々の層の間の介在物になる
ことに繋がる。品質の高い溶接継目は不断の清浄
化、飛散物及びスラグの除去によつてのみ得られ
ることができる。
エレクトロスラグ溶接法では公知のように電気
抵抗によつて導電性スラグ浴中に生じた熱が母材
及び添加材料の溶融のために利用される。しかし
この工程の導入のためには溶接開始の際まずアー
クが投射され、そしてスラグ形成物が量的に充分
溶融されかつ電導性を有する状態にもたらされ
る。この後の溶接工程中アークは投射されない。
他方溶接工程の終わりにはスラグ浴は溶接継目を
完全に閉鎖するために巧妙な手段によつて溶融浴
上にしつかりと保持されなければならない。従つ
てスラグ浴用の板が適切に溶接部に導入された
り、取り外されたりされなければならない。
溶接工程の中断が多ければ多い程前述の溶接工
程の前後の工程の煩雑さを倍加する、そのわけは
溶接工程の開始の度毎にアークが投射されなけれ
ばならないからである。このために、スラグ形成
物及び母材の完全な溶融は殆ど不可能であり、こ
のことは溶接継目の品質の低下に繋がる。エレク
トロスラグ溶接法は溶融物並びに母材の隣接熱影
響地帯の比較的低い加熱速度及び冷却速度で作業
される。このことは溶接継目の範囲内に比較的粗
粒の継目を生ずる。母材に比して部分的に機械的
特性の悪い部分をなくするために、溶接された工
作物の事後的接着又は接合が必要である。特に複
雑な工作物では手間のかかる手直しが必要とな
り、このことは作業時間の延長に繋がる。
用途及び製品の面から大形構造部品を製造する
要請があり、大形構造部品が所定の大きさを越え
た場合、合金的理由から及び工作物品質上の理由
から有利なものとしては小さい鍛造部分又は鋳造
部分の溶接結合によつてつくられる。特に大形機
械構造の体積の大きい回転体を個々の部分から組
立てかつ溶接して一体溶接物をつくることが望ま
れる。
（発明の課題） 本発明は最高級の品質の体積の小さい溶接継目
を生ずるサブマージアーク溶接による金属部分の
結合のための装置を提供することを課題とする。
（課題の解決のための手段） 本発明の課題は特許請求の範囲第１項の特徴部
の特長によつて解決される。
（発明の特長・作用） 本発明によるサブマージアーク溶接による金属
部分の結合装置は溶接棒を案内するための機械的
構成を特長とし、これによつて得られる溶接構造
は他の方法によつて製造される構造部品に対して
最終製品の品質改良及びコストダウンが得られ、
並びに好適な工作物の選択及び工作物の組合せの
範囲を拡大する。このことは本発明によれば結合
されるべき、かつ狭開先を形成する工作物は準備
工程においてまずその付き合わせ部で電子線−、
プラズマ−、レーザ−、或いはアルゴンアーク溶
接法によつて得られる基本溶接継目によつて添加
材料とともに又は添加材料なしに溶接され、かつ
その上狭開先によつて形成された工作物端面は交
互に一方又は他方の端面に接する溶接ビードによ
つてサブマージアーク溶接法に従つて結合される
ことによつて達成される。
本発明による金属結合のための装置は工具とし
て送り方向に対して横に角αだけ旋回可能かつ調
整可能な棒状給挟持体が設けられており、この棒
供給挟持体は高い導電性の材質から成り、かつそ
の縦軸線を通る案内溝を備えたジブから成り、ジ
ブには２つの板を介して自由に回動可能なレバア
ームが支承され、案内溝を備えた滑りシユーがレ
バアームに回動可能に支承されており、その際溶
接棒はジブとレバアームとの間に取りつけられた
導管を介して接触個所に供給されかつねじによつ
て調整可能なばねによつてレバアーム及び滑りシ
ユーを介してジブの案内溝に押つけられ、更にジ
ブ及びレバアームは取手付ねじ及びクランプ板に
よつて、棒供給挟持体の縦軸線上に位置する支持
体に固定されかつピンによつてロツクされている
ことによつて特徴づけられる。
本発明によるサブマージアーク溶接による金属
部分の結合装置にとつて重要な思想は、結合され
るべき工作物の溶接される突き合わせ面は先ず外
方から前記方法に従つて基本継目によつて結合さ
れることにある。この準備工程のの実施のために
特別の電子線−、プラズマ−、レーザ−、或いは
アルゴンアーク溶接法であつて、添加材料と共に
又は添加材料を伴わない方法が適する。続いて本
発明によつて工作物端面によつて形成された狭開
先は多層溶接によつてサブマージアーク溶接法に
従つて閉鎖される。その際アークは安定してかつ
飛散なしに、同時に阻害的雰囲気に対する保護、
酸化防止並びに、プロセスの完壁な合金形成のた
めのスラグ形成を担うフラツクス層の下に投射さ
れる。本発明によるサブマージアーク溶接による
金属部分の結合装置は特に有利なものとして機械
構造の大形の回転体の仕上の際に適用され、特に
両面溶接はできず片面溶接しか行われることがで
きない場合に最適である。
（実施例） 第１図において、結合されるべき工作物の溶接
継目の範囲の横断面が図式的に示されている。工
作物又はその対向して溶接されるべき端面は１及
び２又は１ａおよび２ａで表わされる。溶接に関
与しない面（例えば中空体の内面）で工作物１及
び２が相互に端面で当接しており、その際加工さ
れた接触面は整向のために役立ち、溶接後の工作
物の形を確定する。準備工程においてこの深さ
「ｔ」をもつて定められた溶接面で工作物１及び
２が電子線−、プラズマ−、レーザ−、或いはア
ルゴンアーク溶接法による基本継目３によつて結
合される。その後本発明により工作物端面１ａお
よび２ａによつて形成された幅「ｂ」の狭開先４
にサブマージアーク溶接法によつて、溶接ビード
は交互に工作物端面１ａまたは２ａに付着し、そ
してそれぞれ狭開先４の中央の1/3の範囲におい
て重ね合わされて閉ざされる。旋回範囲αを有す
る溶接棒８（第２図及び第３ｂ図）の各軸線位置
５又は６によつて同時に工作物端面１ａまたは２
ａの一方のみが溶接工程の間溶融されるようにさ
れる。それによつて有利な接合が得られかつ冷却
の際の応力は許容限界内に保持される。母材の合
金成分の配分に従つて工作物１及び２は好適な方
法で200℃〜350℃に予熱され、その際公知の公式
（例えばデアデン及びオニール）が適用される。
狭開先４の幅「ｂ」は好ましくは溶接棒８（第
２図及び３ａ図）の直径「ｄ」の４倍に等しい。
狭開先４の丁度中心における棒供給挟持体９の旋
回可能な位置付け（第２図）によつて、アーク１
４（第２図）は常にその都度の工作物の状況に従
つて工作物端面１ａ又は２ａからの適当な距離に
ある軸線位置５又は６（第２図）を占める。それ
によつて各端面１ａ又は２ａの溶融された母材の
両成分並びに溶融物の成分は全溶接継目横断面に
渡つて一定に保たれる。多層溶接の際の内部改善
の効果はこの作業方法によつて最適に利用され、
その結果溶融物中に隣接した熱影響地帯において
粗大粒の接合が保持され、又は一次の接合が行わ
れる。
電流密度は好ましくは溶接棒８の横断面に関し
て50A／mm2である。その際溶接速度の方向におけ
る送り路程１cm当たりのKJ（キロジユール）で
測つた対応した区間エネルギーは好ましくは2.5
mmの棒径に対して8.5KJ／cm、3.0mmの棒径に対し
て12.5KJ／cm、及び4.0mmの棒径に対して22.0KJ
である。
第２図は溶接装置の基本構造及び溶接工程の進
行を示す図式図である。貯蔵容器から出てくるフ
ラツクス１１は狭い横断面を有するフラツクス案
内管１２を経て工作物１および２によつて形成さ
れた狭開先の底に導入される。棒貯蔵ローラ１０
から送られて来る溶接棒８は狭い棒供給挟持体９
を経て溶接個所へ供給される。溶接棒８と工作物
１，２との間の狭開先底のフラツクス層の下に太
いアーク１４が形成される。工作物１，２の回転
及び溶接棒の回転速度に比例した送りのために、
溶接ビード７が形成され、溶接ビードは溶融物の
大気による酸化及びガス吸収から保護するスラグ
１５によつて被覆されている。余剰のフラツクス
１１はフラツクス吸引管１３によつて吸引されか
つ公知の方法でプロセスに戻される。溶接工程は
スラグ１５の凝固及び冷却の後にスラグ１５が自
動的に溶接ビードから離され、その脆性のために
作業者が特別に手を施す必要なしに個々の小片に
粉砕されて工作物１，２から脱落する。溶接ビー
ド７の除去のための後作業は全く必要ない。溶接
棒の１つの軸線位置５から他の軸線位置６への振
れ及びその逆に前記他の軸線位置６から前記１つ
の軸線位置５への振れは工作物１，２の一回転毎
に行われる（第１図）。それによつて全ての溶接
ビードが狭開先４の幅ｂの一個所に集中すること
なく全幅ｂに渡つて均一に分布し（第１図）、従
つて僅かな溶接継目不規則性の発生も回避され
る。
第３ａ図、第３ｂ図及び第４ａ図〜第４ｃ図お
いて棒供給挟持体９が示されている。その際第３
ａ図、第３ｂ図は、溶接継目に面した挟持体の下
部分を示し、一方第４ａ図〜第４ｃは溶接継目と
は反対の上部分を表わし、その上部分は好適な方
法で、ここでは図示しない溶接機の棒送りに使わ
れる装置に固定されている。棒供給挟持体９はジ
ブ１６から成り、ジブは溶接継目に面した下端
に、溶接棒８と同一直径の円形部をもつた案内溝
１９を有する。ジブ１６の中間部分に板２１が固
定されており、レバアーム１７に下端でジブ１６
の案内溝１９に倣つた案内溝２０を備えた滑りシ
ユー１８が回動可能に支承されて固定されてい
る。狭開先４の寸法「ｂ」をできるだけ小さく保
持しうるためにジブ１６の下部分及び滑りシユー
１８の軸線方向の（工作物１，２の縦軸線方向に
関しての）幅は溶接棒８の太さ「ｄ」を越えない
幅に形成される。ジブ１６及び滑りシユー１８の
軸線方向の幅「ｄ」上の減少した部分の半径方向
の（工作物の半径方向の）寸法（Ｌ又はｌ）は有
利なものとしては Ｌ≧10d ｌ≧5d であるように保持される。図中ではこれらの寸法
はＬ≒15d、１≒9dになつている。このように数
値限定したのは溶接棒挟持体のジブ１６及び滑り
シユー１８の寸法は最適の機能を補償するために
溶接棒８の直径ｄに対して特定の関係になければ
ならないからであり、即ち滑りシユー１８が溶接
棒８の縦軸線方向において短過ぎると、溝２０の
案内は不充分となり、滑りシユー１８はその回動
点の回りに傾きかつ締めつけが生ずるからであ
る。特に前記寸法Ｌは滑りシユー１８の寸法ｌに
依存し、略その２倍であるべきである。
滑りシユー１８は、ばね張力が調整ねじ２９に
よつて運転状態に適されることができるばね２３
によつてレバアーム１７を介して導管２２を経て
供給された溶接棒８に押付けられ、その結果溶接
棒８の位置は明らかに案内溝１９及び２０によつ
て正確に確定される。ジブ１６はピン２８及び取
手付ねじ２４によつてクランプ板２５を介して支
持板２６に硬く締めつけられ、支持板２６は更
に、支持台２７に固定されている。レバアーム１
７の上部分はクランプ板２５及び支持板２６によ
つて区画された空間内で自由に動かされることが
できる。電流供給はジブ１６及び案内溝１９を経
て行われることができる。ジブ１６は溶接継目に
面した下端に有利には冷却フインとして形成され
た突片３０を備え、突片は溶接棒８との接触を回
避するために案内溝１９の深さに比較して後退し
ている。突片３０はジブ１６を過熱から護り、か
つ溶接棒送りの故障による接触個所（案内棒１
９）へのアークの過投射の場合、溶接浴への流動
性ジブ材料の滴下を回避する。電気伝導性の理由
からジブ１６は銅でつくられることができる。特
に有利なものとしてはジブ１６はＵ形横断面の非
磁性銅から成り、その際電気伝導性の向上の目的
でＵ形輪郭の脚部の間の空間は銅層を充填され
る。棒供給挟持体９の外部分は好ましくは耐熱性
かつ絶縁性の絶縁物を備え、その際特別に有利な
ものとしては酸化セラミツクが使用されることに
なる。
第５図、第６図及び第７図は第１図〜第４図に
よるサブマージアーク溶接による金属部分の結合
のための装置の使用例を示す。全ての例は大形機
機構造の回転対称の結合に関する。本発明による
製造が回転対称のもの以外の幾何学的形状のもの
にも適用されうることは明らかである。特に本発
明による装置は片側でしか溶接されることのでき
ない厚肉の金属部分に適用される。
低合金及び高合金材料から成るプレート、板
金、管、円板、中空円筒がそうである。好適な使
用範囲はエネルギー変換機械のロータの仕上であ
り、そのような機械は中空間又は端面に空所を備
えた回転体から構成される。その際好適な実施形
態は円板状及び中空円筒状の鍛造部材から出発
し、そのような鍛造部材は上記及びガスタービ
ン、圧縮機、並びにターボジエネレータのための
ロータの構造のために使用される。結合されるべ
き特別に好適な工作物は同一の強度又は同一厚さ
の円板である。
第５図は長さ9000mm、重量75000KPの1160MW
−蒸気タービンを示す。ロータの中央部分は外面
両端にフランジを有する（端面に空所を備えた円
板とも理解される）同一厚さの区板３１から組立
られる。軸線の閉鎖物として各１つの軸端３２に
接続される鍛造部品が役立つ。
第６図においては類似のものとして同一強度及
び対応した軸端の円板から構成された、長さ5500
mm、重量48000KPの320MW蒸気タービンの低圧
ロータが示されている。符号は第５図の場合に対
応する。
第７図はターボジエネレータのためのドラム
（中空シリンダ）３３及び軸端３２から構成され
た溶接ロータの原理構造を示す。
（発明の効果） 本発明によるサブマージアーク溶接による金属
部分の結合装置によつて、特に構断的理由から裏
側では溶接できない全ての場合のために、ジブ及
び滑りシユーにより溶接棒の案内、送り出しが正
確かつ安定して行われること、冷却フインとして
の突片の存在によりジブ等が加熱から護られるこ
とにより溶接棒の供給が最適に行われること、ビ
ードが交互に工作物端面に付着ふるようにジブ、
従つて溶接棒の横振り（旋回）が狭間隙内で正確
に行われること、及びフラツクスの供給が均一に
行われることにより、高い品質要求の体積の小さ
い溶接継目により金属部分の結合が可能とされ
る。また本発明による金属結合のための装置は高
い経済性を以て稼働され、かつ金属部分の結合個
所に溶接欠陥であるクラツクや介在物等の存在せ
ず溶接組織が均質かつ合金的に完全な微細粒の溶
接継目をつくり、その際焼鈍し等の後処理を必要
としない。
また溶接後の幾何学的構成が、結合されるべき
工作物の加工された突き当て面によつて確定さ
れ、かつ溶接工程によつて最早変わらないので、
工作物の切削加工精度がそのまま溶接後の工作物
の製作精度として維持される。狭開先であれば熱
流動状態及び温度状態が最適にされ、従つて溶接
継目は合金的に完全なものとなり、相異なる溶接
位置の内部での偏析、濃度変化のおそれがない。
添加材料の各組成についてのかかる考慮は問題と
ならない。
【図面の簡単な説明】
第１図は結合されるべき工作物の溶接継目の範
囲の横断面図、第２図は溶接装置の原理構成及び
溶接工程の進行の説明図、第３ａ図及び第３ｂ図
は棒供給挟持体の溶接継目に面した下部分の正面
図及び側面図、第４ｂ図、第４ｃ図及び第４ａ図
は棒供給挟持体の溶接継目とは反対の上部分の正
面図、一部縦断側面図及びＡ−Ａ断面図、第５図
は蒸気タービンの高圧ロータ、第６図は蒸気ター
ビンの低圧ロータ、そして第７図はターボジエネ
レータのロータを示す。 図中符号、１，２……工作物、１ａ，２ａ……
工作物端面、３……基本継目、４……狭開先、７
……溶接ビード、８……溶接棒、９……溶接棒供
給挟持体、１６……ジブ、１７……レバアーム、
１８……滑りシユー、１９……案内溝、２０……
案内溝、２１……板、２２……導管、２３……ば
ね、２４……取手付ねじ、２５……クランブ板、
２７……支持台、３０……突片。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 狭開先サブマージアーク溶接により体積の小
    さい溶接継目をつくる金属結合のための装置であ
    つて、溶接棒の送り及び案内のための装置並びに
    フラツクスの供給装置から成るものにおいて、 工具として送り方向に対して横に角αだけ旋回
    可能かつ調整可能な棒供給挟持体９が設けられて
    おり、この棒供給挟持体は高い導電性の材質から
    成り、ジブ１６には２つの板２１を介して自由に
    回動可能なレバアーム１７が支承され、案内溝２
    ０を備えた滑りシユー１８がレバアーム１７に回
    動可能に支承されており、その際溶接棒８はジブ
    １６とレバアーム１７との間に取りつけられた導
    管２２を介して溶接個所に供給され、かつねじ２
    ９によつて調整可能なばね２３によつてレバアー
    ム１７及び滑りシユー１８を介してジブ１６の案
    内溝１９に押つけられ、更にジブ１６及びレバア
    ーム１７は取手付ねじ２４及びクランプ板２５に
    よつて、棒供給挟持体９の縦軸線上に位置する支
    持台２７に固定され、かつピン２８によつてロツ
    クされており、ジブ１６及び滑りシユー１８の幅
    が案内溝１９，２０の範囲において、溶接棒８の
    棒径ｄと等しく、滑りシユー１８の工作物の半径
    方向に測つた長さｌが少なくとも溶接棒の棒径ｄ
    の５倍であり、幅が棒径ｄに減少されたジブ１６
    の部分の工作物の半径方向に測つた長さＬは溶接
    棒の棒径ｄの少なくとも10倍であり、そしてジブ
    １６が冷却フインとして形成され、案内溝１９に
    比較して後退した突片３０を備えており、突片３
    ０はジブ１６を過熱から保護し、かつ溶接棒送り
    の故障による接触個所へのアークの過投射の際に
    ジブが過熱されてジブが溶融池中へ溶融滴下する
    ことを防止していることを特徴とするサブマージ
    アーク溶接による金属部分の結合のための装置。
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