(57)【要約】【課題】溶接欠陥の発生を低減することができる溶接封止構造及び溶接封止方法を提供する。【解決手段】封止対象である封止孔１１を有するブルドン管１０と、封止孔１１に挿入される封止ピン２１と、封止ピン２１が挿入されている封止孔１１に挿入される止めねじ２２とを備え、封止孔１１を、溶接金属３１によって溶接封止し、溶接金属３１を、止めねじ２２に含まれる不純物に相当する成分が、止めねじ２２に含まれる不純物よりも相対的に少ない金属材料で構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
封止対象である封止孔を有する金属部材と、
前記封止孔に挿入される封止ピンと、
前記封止ピンが挿入されている前記封止孔に挿入されるねじとを備え、
前記封止孔は、溶接金属によって溶接封止され、
前記溶接金属は、前記ねじに含まれる不純物に相当する成分が、前記ねじに含まれる不純物よりも相対的に少ない金属材料で構成される、溶接封止構造。
【請求項２】
前記ねじの基端は、前記封止孔の開口面よりも前記封止孔の奥側に位置する、請求項１記載の溶接封止構造。
【請求項３】
前記不純物は、珪素、リン、及び、硫黄のうち、少なくともいずれか１つである、請求項１または請求項２記載の溶接封止構造。
【請求項４】
前記封止孔は、ワイヤ状で供給される溶加材、または、パウダ状で供給される溶加材が含まれる前記溶接金属によって溶接封止される、請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の溶接封止構造。
【請求項５】
金属部材が有する封止対象である封止孔を溶接封止する溶接封止方法であって、
前記封止孔に封止ピンを挿入するステップと、
前記封止ピンが挿入されている前記封止孔に、ねじを挿入するステップと、
前記封止ピン及び前記ねじが挿入されている前記封止孔を、溶接金属によって溶接封止するステップとを有し、
前記溶接金属は、前記ねじに含まれる不純物に相当する成分が、前記ねじに含まれる不純物よりも相対的に少ない金属材料で構成される、溶接封止方法。
【請求項６】
前記溶接封止するステップでは、出力を徐々に低下させるダウンスロープ制御を行って、溶接封止を終了させる、請求項５記載の溶接封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶接封止構造及び溶接封止方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
封止対象である孔を溶接封止する技術が開発されている。溶接封止に係る技術としては、例えば、特許文献１に記載された技術が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１７５９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の溶接封止に係る技術が用いられた溶接封止構造は、アルミニウム管に開口した孔に、ねじ孔が形成されたアルミニウム製のアダプタを挿入し、当該アダプタのねじ孔を盲ねじで閉塞した後に、その盲ねじの外周部分を溶接封止することにより、実現される。よって、特許文献１に記載された、既存の溶接封止に係る技術を用いることにより、封止対象である孔を溶接封止することが可能である。しかしながら、既存の溶接封止に係る技術を用いて、溶接封止を行ったときには、割れ等の溶接欠陥が発生する場合がある。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、溶接欠陥の発生を低減することが可能な、新規かつ改良された溶接封止構造及び溶接封止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る溶接封止構造は、封止対象である封止孔を有する金属部材と、封止孔に挿入される封止ピンと、封止ピンが挿入されている封止孔に挿入されるねじとを備え、封止孔は、溶接金属によって溶接封止され、溶接金属は、ねじに含まれる不純物に相当する成分が、ねじに含まれる不純物よりも相対的に少ない金属材料で構成されるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、溶接欠陥の発生を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａは実施の形態１に係る溶接封止構造の縦断面図である。図１Ｂは溶接封止前の溶接封止構造の縦断面図である。
【図２】止めねじ及び溶加材の化学成分を示した図である。
【図３】図３Ａは溶加材が添加されていない溶接金属における硫黄成分の分析結果を示した図である。図３Ｂは溶加材が添加された溶接金属における硫黄成分の分析結果を示した図である。
【図４】実施の形態１に係る溶接装置の構成を示した図である。
【図５】実施の形態１に係る溶接封止方法を示したフローチャートである。
【図６】実施の形態２に係る溶接封止方法を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１に係る溶接封止構造及び溶接封止方法について、図１から図５を用いて説明する。
【００１１】
先ず、実施の形態１に係る溶接封止構造について、図１から図３を用いて説明する。
【００１２】
図１Ａは、実施の形態１に係る溶接封止構造の縦断面図である。図１Ｂは、溶接封止前の溶接封止構造の縦断面図である。この図１Ａ及び図１Ｂに示した溶接封止構造は、例えば、ブルドン管式圧力計に適用された場合を想定している。ブルドン管式圧力計のブルドン管１０は、金属部材であって、その内部に密閉空間を有している。密閉空間には、作動流体となるオイル（例えば、シリコンオイル）が封入されている。
【００１３】
実施の形態１に係る溶接封止構造は、ブルドン管１０の封止孔１１、封止ピン２１、止めねじ２２、及び、溶接金属３１から構成されている。封止ピン２１及び止めねじ２２は、金属製である。
【００１４】
ブルドン管１０は、封止対象となる封止孔１１を備えている。封止孔１１は、ブルドン管１０内に形成された密閉空間と連通し、オイルをその密閉空間内に注入するときに使用される孔である。この封止孔１１は、ピン圧入孔１１ａ及びねじ孔１１ｂを有している。ピン圧入孔１１ａは、封止孔１１の奥側に位置しており、ねじ孔１１ｂは、封止孔１１の開口端側に位置している。ピン圧入孔１１ａの内径は、ねじ孔１１ｂの内径よりも小径になっている。
【００１５】
封止ピン２１は、ピン圧入孔１１ａ内に圧入可能となっている。止めねじ２２は、ねじ孔１１ｂにねじ込み可能となっている。この止めねじ２２は、ねじ孔１１ｂにねじ込まれると、その先端が、ピン圧入孔１１ａ内に圧入された封止ピン２１の端面に当接する。そして、ピン圧入孔１１ａに圧入された封止ピン２１は、止めねじ２２がねじ孔１１ｂにねじ込まれることにより、封止孔１１の奥側に向けて押し込まれる。更に、止めねじ２２は、ねじ孔１１ｂにねじ込まれると、その基端が封止孔１１の開口面よりも当該封止孔の奥側に位置する。ここで、止めねじ２２の基端とは、上記先端の反対側に位置する端部のことである。
【００１６】
なお、実施の形態１に係る溶接封止構造では、封止ピン２１が挿入されている封止孔１１に挿入されるねじを、止めねじ２２としているが、圧入時に封止孔１１を封止して、封止ピン２１を押し込むことができれば、どのような種類のねじであっても構わない。
【００１７】
溶接金属３１は、ねじ孔１１ｂの内周面と止めねじ２２の外周面との間の隙間を埋めるように、それらを接合して、封止孔１１を封止するものである。この溶接金属３１は、溶接時に生成された溶融金属が凝固したものである。また、溶接金属３１は、止めねじ２２の基端が封止孔１１の開口面よりも当該封止孔１１の奥側に位置しているため、十分な溶込み深さを確保することができる。
【００１８】
溶融金属は、封止孔１１（ブルドン管１０）、止めねじ２２、及び、溶加材を加熱、溶融して、それらを融合させることにより生成されるものである。溶加材は、溶接中に添加される溶接材料であって、母材となる封止孔１１及び止めねじ２２の溶融金属と一体となって凝固し、母材と共に溶接金属３１を形成するものである。
【００１９】
一般的に、溶接金属３１では、珪素、リン、または、硫黄が最終凝固部に溜まり易く、そこで強度が低下してしまい、破壊が進む場合がある。即ち、珪素、リン、または、硫黄は、金属材料の割れを促進する不純物（元素）であると言える。
【００２０】
従って、上述したように、溶接金属３１には、止めねじ２２の溶融金属が凝固したものが含まれているため、止めねじ２２の材料中に、珪素、リン、及び、硫黄のうち、少なくともいずれか１つが許容量以上含まれていると、溶接金属３１に割れが発生するおそれがある。
【００２１】
図２は、止めねじ２２及び溶加材の化学成分を示した図である。この図２に示すように、止めねじ２２の材料を、例えば、ＳＵＳ３０４とした場合には、当該ＳＵＳ３０４には、珪素（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、及び、硫黄（Ｓ）が含まれることになる。しかしながら、止めねじ２２を、同じ材料となるＳＵＳ３０４で形成した場合であっても、珪素、リン、及び、硫黄の各重量には、ばらつきがある。更に、珪素、リン、及び、硫黄の各重量が規格範囲内に収まっていれば良いが、ばらつきが大きくなると、重量が規格範囲を超えてしまう場合がある。なお、ＳＵＳ３０３は、ＳＵＳ３０４と共に、母材の材料として広く使用されるものであるため、ＳＵＳ３０４の比較例として記載している。
【００２２】
これに対して、実施の形態１に係る溶接封止構造では、溶加材の材料を、例えば、Ｙ３０８としている。図２に示すように、Ｙ３０８には、珪素、リン、及び、硫黄が含まれているものの、これらの各重量は、ＳＵＳ３０４に含まれる珪素、リン、及び、硫黄の各重量以下となっている。即ち、実施の形態１に係る溶接封止構造では、溶加材を、止めねじ２２に含まれる不純物に相当する成分を、止めねじ２２に含まれる不純物の重量よりも少ない重量で含有するものとしている。
【００２３】
これにより、封止孔１１を溶接封止する際に、Ｙ３０８から形成される溶加材を供給すれば、溶接金属３１に含まれる珪素、リン、及び、硫黄の重量のうち、少なくとも１つの重量は、止めねじ２２に含まれた対応する珪素、リン、及び、硫黄の重量よりも少なくなる。即ち、溶接金属３１は、止めねじ２２に含まれる不純物に相当する成分が、当該止めねじ２２に含まれる不純物よりも相対的に少ない金属材料で構成されている。
【００２４】
図３Ａは、溶加材が添加されていない溶接金属３１における硫黄成分の分析結果を示した図である。図３Ｂは、溶加材が添加された溶接金属３１における硫黄成分の分析結果を示した図である。この図３Ａに示すように、Ｙ３０８から形成される溶加材が添加されていない溶接金属３１では、硫黄の重量が多くなっている。一方、図３Ｂに示すように、Ｙ３０８から形成される溶加材が添加された溶接金属３１では、硫黄の重量が少なくなっている（矢印の部分）。なお、図３Ａ及び図３Ｂに示した分析結果は、表面分析装置による分析結果であり、横軸を分光結晶位置とし、縦軸を重量としている。
【００２５】
次に、実施の形態１に係る溶接装置５０について、図４を用いて説明する。図４は、実施の形態１に係る溶接装置５０の構成を示した図である。
【００２６】
図４に示した溶接装置５０は、例えば、ティグ溶接に対応するものである。なお、溶接装置５０は、ティグ溶接の他に、ミグ溶接、マグ溶接、及び、レーザ溶接等に対応可能となっている。
【００２７】
溶接装置５０は、トーチ５１、コレット５２、タングステン電極５３、不活性ガス取込口５４、ガスノズル５５を備えている。
【００２８】
トーチ５１は、溶接封止を行う際に、溶接方向に向けて移動する部位である。コレット５２は、トーチ５１の中心部に貫通支持されている。このコレット５２は、円筒状をなしており、その中空孔内に、タングステン電極５３を支持している。
【００２９】
タングステン電極５３は、母材４０との間でアークＡを発生させるものでる。このタングステン電極５３は、殆ど、溶融及び消耗することはなく、単にアークＡを発生するための電極として設けられている。なお、図４では、封止孔１１及び止めねじ２２を母材４０として図示している。
【００３０】
不活性ガス取込口５４は、トーチ５１に設けられ、不活性ガス供給装置（図示省略）と接続している。この不活性ガス取込口５４は、不活性ガス供給装置から供給された不活性ガスＧを、トーチ５１の内部に取り込むものである。
【００３１】
ガスノズル５５は、先細り状の円筒部材である。このガスノズル５５は、トーチ５１の外周部に支持されており、タングステン電極５３の周囲を囲むように配置されている。また、ガスノズル５５の内部は、トーチ５１の内部を介して、不活性ガス取込口５４と連通している。これにより、ガスノズル５５は、不活性ガス取込口５４から供給された不活性ガスＧを、タングステン電極５３を中心として、放射状に吹き出すことができる。そして、ガスノズル５５から吹き出された不活性ガスＧは、大気中の窒素及び酸素から溶融池（溶融金属）３２を保護するシールドガスとして作用する。
【００３２】
タングステンを電極として用いるティグ溶接で使用する不活性ガスＧは、例えば、アルゴン、または、ヘリウム、あるいは、アルゴンとヘリウムとの混合ガス等である。
【００３３】
また、溶接装置５０は、溶接ワイヤ供給装置（図示省略）を備えている。この溶接ワイヤ供給装置は、溶加材をワイヤ状に形成した溶接ワイヤ５６を、母材４０の開先に向けて供給するものである。なお、溶加材を供給する形態としては、ワイヤ状に限るものではなく、パウダ状としても構わない。このように、溶加材をパウダ状で供給することにより、当該溶加材は、母材となる封止孔１１及び止めねじ２２の溶融金属と良く混ざり合う。
【００３４】
従って、溶接装置５０は、タングステン電極５３と母材４０との間にアークＡを発生させると共に、不活性ガスＧをガスノズル５５から吹き出しながら、溶接ワイヤ５６を供給することにより、アークＡの熱を利用して、母材４０の溶融金属と溶接ワイヤ５６の溶融金属とを融合させた溶融池３２を生成する。そして、溶接装置５０は、生成した溶融池３２が凝固することにより、溶接金属３１を得る。これにより、封止孔１１と止めねじ２２とは、溶接金属３１により接合され、当該封止孔１１は、溶接封止される。
【００３５】
このとき、溶融池３２に混入した大気は、溶接金属３１におけるブローホール及びクレータの発生要因となる。このため、ガスノズル５５から吹き出された不活性ガスＧは、シールドガスとして作用し、アークＡ及び溶融池３２の周囲を覆い、大気の溶融池３２への混入を防止する。
【００３６】
また、溶接金属３１に含まれる珪素、リン、及び、硫黄の各重量は、止めねじ２２に含まれる珪素、リン、及び、硫黄の各重量よりも少なくなるため、溶接金属３１の割れの発生は、抑制される。
【００３７】
次に、実施の形態１に係る溶接封止方法について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態１に係る溶接封止方法を示したフローチャートである。
【００３８】
ステップＳＴ１１において、作業者は、ブルドン管１０の封止孔１１から密閉空間内にオイルを注入する。このとき、オイルは、封止孔１１から溢れ出るまで注入される。これにより、密閉空間内に存在する気泡は、封止孔１１から排出される。
【００３９】
ステップＳＴ１２において、作業者は、封止孔１１のピン圧入孔１１ａ内に封止ピン２１を圧入する。これにより、ブルドン管１０は、封止孔１１が仮封止された状態となる。
【００４０】
ステップＳＴ１３において、作業者は、封止孔１１のねじ孔１１ｂに止めねじ２２をねじ込む。これにより、圧入された封止ピン２１は、止めねじ２２のねじ込みによって、更に、封止孔１１の奥側に向けて押し込まれる。
【００４１】
ステップＳＴ１４において、作業者は、封止孔１１及び止めねじ２２等の溶接対象部位に付着しているオイルを除去する。これにより、実施の形態１に係る溶接封止方法では、オイルによる溶接封止精度の低下を抑えることができる。
【００４２】
ステップＳＴ１５において、作業者は、ブルドン管１０の封止孔１１に対して、溶接装置５０を用いて溶接封止を行う。例えば、実施の形態１に係る溶接封止方法では、溶接ワイヤ５６を供給しながら、溶接装置５０のトーチ５１を、封止孔１１の開口縁部から止めねじ２２の中心に向けて、渦を巻くように動かす。そして、実施の形態１に係る溶接封止方法では、トーチ５１が止めねじ２２の中心付近に到達したところで、溶接完了とする。
【００４３】
また、封止ピン２１を直接に溶接してしまうと、注入したオイルが加熱されてしまい、当該オイルがガス化してしまうおそれがある。これにより、ブルドン管１０の密閉空間が、オイルで満たされなくなり、ブルドン管式圧力計の測定精度が低下してしまう。これに対して、実施の形態１に係る溶接封止方法では、オイルに接しない止めねじ２２に対して溶接を行うことにより、上述したオイルのガス化を防止することができる。
【００４４】
ステップＳＴ１６において、作業者は、溶接金属３１における封止孔１１からはみ出した部分となる余盛を除去する。これにより、実施の形態１に係る溶接封止方法では、溶接金属３１の余盛と他部品との干渉を防止することができる。そして、実施の形態１に係る溶接封止方法は、終了する。
【００４５】
なお、実施の形態１に係る溶接封止方法では、余盛と他部品との干渉のおそれがない場合には、余盛を除去しなくても良い。
【００４６】
以上より、実施の形態１に係る溶接封止構造は、封止対象である封止孔１１を有するブルドン管１０と、封止孔１１に挿入される封止ピン２１と、封止ピン２１が挿入されている封止孔１１に挿入される止めねじ２２とを備え、封止孔１１を、溶接金属３１によって溶接封止し、溶接金属３１を、止めねじ２２に含まれる不純物に相当する成分が、止めねじ２２に含まれる不純物よりも相対的に少ない金属材料で構成する。これにより、溶接封止構造は、溶接金属３１の割れとなる溶接欠陥の発生を低減することができる。
【００４７】
また、止めねじ２２の基端は、封止孔１１の開口面よりも当該封止孔１１の奥側に位置している。これにより、溶接封止構造は、溶接金属３１の溶込み深さを十分に確保することができ、溶接強度を向上させることができる。
【００４８】
実施の形態２．
実施の形態２に係る溶接封止方法について、図６を用いて説明する。図６は、実施の形態２に係る溶接封止方法を示した図である。
【００４９】
ここで、溶接終了時において、溶接電流値を一挙に小さくして、アークＡの発生を突然中止すると、溶接終端部から、大気及び不活性ガス等のガスが抜け難くなる。この結果、溶接終端部に、ブローホール及びクレータ等の溶接欠陥が発生するおそれがある。
【００５０】
そこで、図６に示すように、実施の形態２に係る溶接封止方法では、ダウンスロープ制御を行って、溶接封止を終了させている。ダウンスロープ制御は、溶接封止終了時において、溶接電流値を徐々に小さくしてゼロにする操作である。そのダウンスロープ制御を実行するダウンスロープ期間ＤＳは、例えば、１秒以上に設定する。これにより、実施の形態２に係る溶接封止方法では、溶接終端部におけるブローホール及びクレータ等の溶接欠陥の発生を低減することができる。
【００５１】
実施の形態３．
実施の形態３に係る溶接封止方法について説明する。
【００５２】
実施の形態３に係る溶接封止方法は、実施の形態１に係る溶接封止方法に、実施の形態２に係る溶接封止方法を適用したものである。具体的には、実施の形態３に係る溶接封止方法は、実施の形態１に係るステップＳＴ１５（溶接封止するステップ）において、実施の形態２に係るダウンスロープ制御を行うものである。
【００５３】
上述したように、実施の形態１に係る溶接封止方法は、溶接金属３１に発生する割れを抑制することができ、実施の形態２に係る溶接封止方法は、溶接金属３１に発生するブローホール及びクレータを抑制することができる。よって、実施の形態３に係る溶接封止方法では、それら２つの溶接封止方法を組み合わせることにより、双方の効果を奏することができるので、溶接欠陥の発生を更に低減することができる。
【００５４】
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは、各実施の形態における任意の構成要素の変形、もしくは、各実施の形態における任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１０    ブルドン管
１１    封止孔
１１ａ  ピン圧入孔
１１ｂ  ねじ孔
２１    封止ピン
２２    止めねじ
３１    溶接金属
３２    溶融池
４０    母材
５０    溶接装置
５１    トーチ
５２    コレット
５３    タングステン電極
５４    不活性ガス取込口
５５    ガスノズル
５６    溶接ワイヤ
Ａ    アーク
Ｇ    不活性ガス
ＤＳ    ダウンスロープ期間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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