(57)【要約】【課題】溶接部位によってＴＩＧ溶接装置とＭＩＧ溶接装置とを使い分けて用いることで、良好な肉盛溶接を施すことができる肉盛溶接装置および肉盛溶接方法を提供する。【解決手段】水冷管とフィンが交互に接合されて構成される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接装置において、水冷管に対して、水冷管を横断する周方向に沿って肉盛溶接を施す第１の溶接トーチと、水冷管と水冷管とを接合するフィンに対して、フィンの長手方向に沿って肉盛溶接を施す第２の溶接トーチと、を具備する。第１溶接トーチはＴＩＧ溶接装置であり、第２溶接トーチはＭＩＧ溶接装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷管とフィンが交互に接合されて構成される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接装置において、
前記水冷管に対して、水冷管を横断する周方向に沿って肉盛溶接を施す第１の溶接トーチと、
前記水冷管と水冷管とを接合するフィンに対して、該フィンの長手方向に沿って肉盛溶接を施す第２の溶接トーチと、
を具備することを特徴とする肉盛溶接装置。
【請求項２】
前記第１溶接トーチには、ＴＩＧ溶接装置が用いられ、前記第２溶接トーチには、ＴＩＧ溶接装置またはＭＩＧ溶接装置が用いられている、ことを特徴とする請求項１に記載の肉盛溶接装置。
【請求項３】
前記ＴＩＧ溶接装置は、予熱溶加棒が用いられていることを特徴とする請求項２に記載の肉盛溶接装置。
【請求項４】
水冷管とフィンが交互に接合されて構成される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接装置における肉盛溶接方法であって、
水冷管を横断する周方向に沿って肉盛溶接を施す際、ＴＩＧ溶接装置により肉盛溶接を行う手順と、
前記水冷管と水冷管とを接合するフィンに対して肉盛溶接を施す際、ＭＩＧ溶接装置により肉盛溶接を行う手順と、
を具備することを特徴とする肉盛溶接装置における肉盛溶接方法。
【請求項５】
前記ＴＩＧ溶接装置により肉盛溶接を行う手順において、溶加棒を加熱して肉盛溶接を施す、ことを特徴とする請求項４に記載の肉盛溶接装置における肉盛溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、事業用ボイラや石炭ガス化複合発電（ＩＧＣＣ）プラントの炉壁の耐食性向上を図るための肉盛溶接装置および肉盛溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば事業用ボイラは、複数の鋼管とフィンを溶接により結合したパネルにより構成された火炉壁を有している。
これらの鋼管やフィンには、炭素鋼や低合金鋼が用いられるものの、近年、発電効率向上による温度上昇、低質燃料の適用拡大等により、火炉壁には、燃焼時に発生する硫黄分や高温酸化等による腐食が発生することがある。
そのような腐食を防止するため、火炉壁の炉内側には、耐食性に優れたステンレス鋼やインコネル（スペシャルメタルズ社の超耐熱合金の商標）系の溶加棒で肉盛溶接が施されている。
【０００３】
このような鋼管の肉盛溶接方法および肉盛溶接装置として、本出願人は、例えば特許文献１に記載されているように、溶接トーチ１を鋼管１２２の並列方向と、鋼管１２２の長手方向に沿って移動させながら、複数の鋼管１２２およびフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行い、所定の位置で鋼管１２２の長手方向に移動することで肉盛溶接位置をずらすようにしている（図１５参照）。
これにより、複数の鋼管１２２およびフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行うことで、溶接作業の作業性を向上することができると共に、溶接トーチ１の反転回数を減少させることで、無駄な溶加棒の消費を抑制して低コスト化を可能としている。この場合、特許文献１では、ＭＩＧ溶接を用いてパネルに対して溶接トーチ１を水平方向に移動させて連続的に溶接を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１１０９４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、溶接時、溶接トーチ１を水平方向に移動させるために、チューブ傾斜部やチューブ間のフィン部では、溶接トーチ先端方向がチューブ傾斜部やチューブ間のフィン部に対して垂直に保持することができないところから、溶け込み不良が発生しやすい。
本発明は上述した課題を解決するために提案されたものであって、より良好な肉盛溶接を可能とした、肉盛溶接装置および肉盛溶接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】
上記課題を解決するために、請求項１記載の本発明では、水冷管とフィンが交互に接合されて構成される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接装置において、水冷管に対して、水冷管を横断する周方向に沿って肉盛溶接を施す第１の溶接トーチと、水冷管と水冷管とを接合するフィンに対して、フィンの長手方向に沿って肉盛溶接を施す第２の溶接トーチと、を具備することを特徴とする。
【０００７】
これにより、水冷管と水冷管とを接合するフィンの被溶接面に対して、フィンの長手方向に沿って肉盛溶接を施すようにしたので、フィンに対する第２溶接トーチの溶接角度方向は変わらず、フィンに溶け込み不良が発生することはない。
【０００８】
また、請求項２記載の本発明では、第１溶接トーチには、ＴＩＧ溶接装置が用いられ、第２溶接トーチには、ＴＩＧ溶接装置またはＭＩＧ溶接装置が用いられている、ことを特徴とする。
【０００９】
これにより、水冷管を接合するフィンに対しては、ＭＩＧ溶接若しくはＴＩＧ溶接装置によって連続で肉盛溶接を施すことができる。また、溶接角度が変わる水冷管を横断する周方向には、ＴＩＧ溶接装置を用いることで、既に溶接されているフィン部はアークのみで施工し、チューブ（フィン以外）には溶加棒を供給しながら肉盛溶接が可能となる。
【００１０】
また、請求項３記載の本発明では、ＴＩＧ溶接装置は、予熱溶加棒が用いられていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、一層効率的に肉盛溶接を行うことができる。
【００１２】
また、請求項４記載の本発明では、水冷管とフィンが交互に接合されて構成される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接装置における肉盛溶接方法であって、水冷管を横断する周方向に沿って肉盛溶接を施す際、ＴＩＧ溶接装置により肉盛溶接を行う手順と、水冷管と水冷管とを接合するフィンに対して肉盛溶接を施す際、ＭＩＧ溶接装置により肉盛溶接を行う手順と、を具備することを特徴とする。
【００１３】
これにより、水冷管と水冷管とを接合するフィンの被溶接面に対して、フィンの長手方向に沿って肉盛溶接を施すようにしたので、フィンに対する第２溶接トーチの溶接角度方向は変わらず、フィンに溶け込み不良が発生することはない。
【００１４】
さらに、請求項５にかかる本発明では、ＴＩＧ溶接装置により肉盛溶接を行う手順において、溶加棒を加熱して肉盛溶接を施す、ことを特徴とする。
【００１５】
これにより、一層効率的に肉盛溶接を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、溶接トーチを水冷管と水冷管とを接合するフィンの被溶接面に対して、部位によってＴＩＧ溶接装置とＭＩＧ溶接装置とを選択して用いることで、良好な肉盛溶接を施すことができる。特に、フィンの長手方向に沿って肉盛溶接を施すようにしたので、フィンに対する第２溶接トーチの溶接角度方向は変わらず、フィンに溶け込み不良が発生することはない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる肉盛溶接方法を実施するための溶接トーチの一例と、溶接対象である火炉壁を構成するフィンで接合された水冷管に対し、肉盛溶接部位を示した模式図である。
【図２】図１に示す火炉壁の溶接部位のII−II方向の横断面説明図である。
【図３】加工時において、作業台に載置された火炉壁に対し、鋼管同士を接合するフィンに対する下向き溶接により行う溶接工程を示した模式図である。
【図４】図３に示す溶接工程時における火炉壁のIV−IV方向の横断面説明図である。
【図５】図３のＡ方向からの側面説明図である。
【図６】加工時において、作業台に載置された火炉壁の水冷管に対する下向き溶接により行う溶接工程を示した模式図である。
【図７】図６に示す溶接工程時における火炉壁のVII−VII方向の横断面説明図である。
【図８】図６のＢ方向からの側面説明図である。
【図９】現地に設置された火炉壁に対し、水冷管同士を接合するフィンに対する立向き溶接により行う溶接工程を示した模式図である。
【図１０】図９に示す溶接工程時における火炉壁のX−X方向の横断面説明図である。
【図１１】図９のＣ方向からの側面説明図である。
【図１２】現地に設置された火炉壁の水冷管に対する立向き溶接により行う溶接工程を示した模式図である。
【図１３】図１２に示す溶接工程時における火炉壁のXIII−XIII方向の横断面説明図である。
【図１４】図１２のＤ方向からの側面説明図である。
【図１５】従来の火炉壁を水平方向に連続的に溶接する方法の一例を示した模式的説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明にかかる肉盛溶接装置および肉盛溶接方法を実施するための実施形態を示し、添付された図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に、本発明にかかる肉盛溶接方法を実施するための肉盛溶接装置で用いられる溶接トーチ１０と、溶接対象である火炉壁２０の一例を示す。
肉盛溶接装置には、先ず、ＴＩＧ溶接装置を挙げて説明する。
ＴＩＧ溶接装置における溶接トーチ１０ｔは、先端開口したノズル１１と、ノズル１１内空間中心軸を配置したタングステン電極１２と有し、ノズル１１内空間に不活性ガス（ｅｘ．Ａｒ、Ｈｅ）が供給される構成のものである。すなわちこのＴＩＧ溶接装置では、ノズル１１内空間にＡｒ、Ｈｅを流して、不活性ガスの雰囲気中で、タングステン電極１２と母材１３間にアーク放電させ、アークを熱源として母材１３と溶加棒１４とを溶融して肉盛溶接部１５を母材１３表面に形成するようにしている。なお、ノズル１１には、冷却水が供給され、冷却するようになっている。
一方、ＭＩＧ溶接装置は詳細な図示は省略するが、ＴＩＧ溶接装置における溶接トーチ１０ｔのタングステン電極１２の代わりに、消耗式の電極である溶接用ワイヤを用いている。
【００２０】
火炉壁２０は、周知のように、複数の水冷管、すなわち鋼管２１を互いに平行に所定間隔でフィン２２によって一体的に溶接接合されている。なお、図１では、説明を明確化するために、火炉壁２０を模式化して３つの鋼管２１をフィン２２で接合したものを示している。
そして火炉壁２０では、後述する実際の溶接工程で施工される肉盛溶接部が形成されている。
この場合、鋼管２１を横断する周方向には、ＴＩＧ溶接装置の溶接トーチ１０ｔにより、溶加棒１４を供給しながら肉盛溶接部１５が形成されている（図２参照）。
また、鋼管２１と鋼管２１とを接合するフィン２２の被溶接面に対しては、ＭＩＧ溶接装置により、溶接ワイヤを送り込みながらフィン２２の長手方向に沿ってアークを熱源とした溶融金属部１６を形成するようにしている。
勿論、フィン２２の被溶接面に対しては、ＴＩＧ溶接装置も可能である。
【００２１】
次に、図３に示すように、工場において、作業台に載置された火炉壁２０に対し、ＭＩＧ溶接装置により、鋼管２１同士を接合するフィン２２に対する溶接工程を説明する。ＭＩＧ溶接装置の溶接トーチ１０ｍは消耗式の電極が用いられる。
ここでの溶接工程では、火炉壁２０が作業台上に溶接面であるフィン２２が水平状態となるよう寝かせた状態にあるので、ＭＩＧ溶接装置の溶接トーチ１０ｍは、溶接すべきフィン２２の上方を移動できるように配置される。これにより、溶接トーチ１０ｍからの溶接アークＷａｒｃは、溶接すべきフィン２２に向けて下向きとなり、下向き溶接を行うこととなる（図４参照）。
なお、火炉壁２０は、鋼管２１同士をフィン２２を介して一体的に接合されるが、鋼管２１とフィン２２とは、隅肉溶接工程で溶接によって隅肉溶接部２３を形成し、接合される。
【００２２】
ＭＩＧ溶接装置の電源を投入し、溶接トーチ１０ｍを溶接すべきフィン２２に向けて溶接アークＷａｒｃを生じさせた状態で、溶接トーチ１０ｍを溶接すべきフィン２２の上方に沿って移動させれば、送り込まれた溶接ワイヤにより、フィン２２の溶接面には、アークを熱源とした溶融金属部１６が形成されていく（図５参照）。この場合、フィン２２に対する溶接方向は絶えず直交方向と変わることなく、これによって、フィン２２の溶接面には、フィンに溶け込み不良が発生することはなく、略一定な溶融金属部１６が形成される。
【００２３】
同様に、工場において、作業台に載置された火炉壁２０に対し、ＴＩＧ溶接装置により、鋼管２１を横断する周方向に下向き溶接を施す溶接工程を説明する（図６〜図８参照）。
ＴＩＧ溶接装置の電源を投入し、溶接トーチ１０ｔを溶接すべき鋼管２１に向けて溶接アークＷａｒｃを生じさせた状態で、溶接トーチ１０ｔを溶接すべき鋼管２１を横断する周方向に移動させる。このとき、ＴＩＧ溶接装置の溶接トーチ１０ｔにより、溶加棒１４を供給しながら、鋼管２１の周方向に移動させるので、鋼管２１の周方向には、肉盛溶接部１５が形成される（図６、図７参照）。
なお、溶加棒１４は、予め加熱して肉盛溶接を施すこともできる。これにより、一層効率的に肉盛溶接を行うことができる。
【００２４】
そして、以上のような工場における溶接工程の他、勿論、火炉壁２０を現地に設置した後に以下に記載するように溶接工程を行うこともできる。
この場合、火炉壁２０は、施工される寸法、規格に予め、鋼管２１同士を、フィン２２を介して隅肉溶接工程で一体的に接合される。
例えば火炉壁２０が現地において所定の設置位置に、図９に示すように立位方向に設置された状態での溶接工程を説明する。
この場合、ＭＩＧ溶接装置の溶接トーチ１０ｍは、溶接すべきフィン２２の上方に沿って移動できるように配置される。溶接すべきフィン２２は、立位方向、ここでは、鋼管２１同様、鉛直方向に指向しているので、かかるフィン２２に溶接を施すために、溶接トーチ１０ｍからの溶接アークＷａｒｃの方向は、溶接すべきフィン２２に向けて直交するように、水平方向となる（図１０、図１１参照）。このように、溶接対象である火炉壁２０が立位状態で溶接を施すことになるので、立向き溶接を行うこととなる（図９参照）。
なお、火炉壁２０は、鋼管２１同士をフィン２２を介して一体的に接合されるが、鋼管２１とフィン２２とは、隅肉溶接工程で溶接によって接合される。
【００２５】
ＭＩＧ溶接装置の電源を投入し、溶接トーチ１０ｍを溶接すべきフィン２２に向けて溶接アークＷａｒｃを生じさせた状態で、溶接トーチ１０ｍを溶接すべきフィン２に沿って、溶接ワイヤを送りながら上下方向に移動させれば、フィン２２の溶接面には、アークを熱源とした溶融金属部１６を形成することができる（図１０、図１１参照）。
したがって、フィン２２に対する溶接方向は絶えず直交方向と変わることなく、これによって、フィン２２の溶接面には、フィンに溶け込み不良が発生することはなく、略一定な溶融金属部１６が形成される。
【００２６】
そして、フィン２２に対する溶接工程が完了したら、ＴＩＧ溶接装置により、鋼管２１を横断する周方向に立向き溶接を施すこととなる（図１２〜図１４参照）。
ＴＩＧ溶接装置の電源を投入し、溶接トーチ１０ｔを溶接すべき鋼管２１に向けて溶接アークＷａｒｃを生じさせた状態で、溶接トーチ１０ｔを溶接すべき鋼管２１を横断する周方向に移動させる。このとき、ＴＩＧ溶接装置の溶接トーチ１０ｔの方向は、立位状態にある鋼管２１に対して直交方向、すなわち水平方向となる。この際、溶接トーチ１０ｔに対して溶加棒１４を供給しながら、鋼管２１の周方向に移動させるので、鋼管２１の周方向には、肉盛溶接部１５が形成される（図１３、図１４参照）。
【００２７】
以上のように、本発明によれば、火炉壁２０に対し、工場内においても、現地に設置した後でも肉盛溶接を行うことができる。その際、溶接個所によって適宜溶接トーチ１０を変え、すなわち、適宜、ＴＩＧ溶接装置またはＭＩＧ溶接装置の特性を生かして溶接を行うようにしたので、特に溶接面が円弧状の鋼管２１に対しても、平坦なフィン２２に対しても、溶け込み不良が発生することはなく、むらなく高品質な肉盛溶接、溶接面を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る肉盛溶接装置および肉盛溶接方法は、溶接トーチを鋼管と鋼管とを接合するフィンの被溶接面に対して、部位によってＴＩＧ溶接装置とＭＩＧ溶接装置とを選択して用いることで、良好な肉盛溶接を施すことができる。
したがって、いずれの肉盛溶接作業にも適用することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１０ｔ、１０ｍ  溶接トーチ
１１  ノズル
１２  タングステン電極
１３  母材
１４  溶加棒
１５  肉盛溶接部
１６  溶融金属部
２０  火炉壁
２１  鋼管
２２  フィン
２３  隅肉溶接部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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