(57)【要約】      （修正有）【課題】支持体によって構成されるタイプの、高い壁の各層の単一のパスにおいて溶接を実行するように適合される、溶接位置決めが可能なサブマージアーク溶接トーチの提供。【解決手段】支持体から、ねじおよびピンによって往復係合するように保持された２つのワイヤ案内ランスが始まっており、上記ランスの各々は、溶接ワイヤの挿入のための内部空洞を設けられており、ランスの端部には、溶接材料供給ノズル１５，１６が設けられており、上記支持体からは、フィーラーランス支持体７および中央に配置された流れ送達ダクト８がさらに始まっており、上記ワイヤ案内空洞は一対のランスに組み込まれていることを特徴とする、サブマージアーク溶接トーチ。【選択図】図２
2018058118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体によって構成されるタイプのサブマージアーク溶接トーチであって、
前記支持体から、ねじおよびピンによって往復係合するように保持された２つのワイヤ案内ランスが始まっており、
前記ランスの各々は、溶接ワイヤの挿入のための内部空洞が設けられており、
前記ランスの端部には、溶接材料供給ノズルが設けられており、
前記支持体からは、フィーラーランス支持体および中央に配置された流れ送達ダクトがさらに始まっており、
前記ワイヤ案内空洞は一対のランスに組み込まれていることを特徴とする、サブマージアーク溶接トーチ。
【請求項２】
前記フィーラーランスが、機械的ガイド（１２）を組み込んでおり、
前記機械的ガイドは、前記端部に配置され、溶接領域に対する前記ノズルの一定かつ正確な位置合わせを可能にするように適合されていることを特徴とする、請求項１に記載の溶接トーチ。
【請求項３】
フィーラーランス（７）を流れ送達ダクト（８）に対して維持するように構成されている、ねじおよびピン接続要素（１７）も設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載のトーチ。
【請求項４】
前記支持体には、溶接されるべき本体に対して前記トーチの振動を調整するためのばね手段が設けられていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトーチ。
【請求項５】
２つの前記ランスの間にさらに２つの位置合わせピンが設けられていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のトーチ。
【請求項６】
２つの前記ランスの間の境界線に沿って絶縁ストリップが設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のトーチ。
【請求項７】
前記ノズルは、一般的に使用されているものよりも薄く、より長いことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のトーチ。
【請求項８】
前記機械的ガイドが、結合の完全なセンタリングを維持することができる予荷重されたばねを設けられた継手を横断する並進システムに接続されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のトーチ。
【請求項９】
上部ロッドによって懸架されている前記トーチと、前記溶接すべき本体を回転させることができるローラコンベヤとを含むタイプの、請求項１〜８のいずれかに記載のトーチを担持する溶接システムであって、
溶接領域にスラグ除去ツールがさらに設けられていることを特徴とする、溶接システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムのための溶接領域からスラグを除去するツールであって、その頂部に間隙のセンタリングバヨネットを担持するロッドと、その端部にスラグ材料を除去するための空気ハンマを保持するロッドを収容するための、前記ロッドに垂直な貫通孔を提供する調整可能な直線高さガイドとから構成されることを特徴とする、スラグ除去ツール。
【請求項１１】
請求項１〜１０に記載のトーチおよびシステムに関連付けられる、各層について単一のパスにおけるサブマージアーク溶接方法であって、
溶接材料を選択するステップと、
要求される物理化学的特性および冶金特性と、著しく限定された空間における、良好なスラグ化に適した欠陥のない溶接パスの形状との両方を得るのに適した溶接パラメータを較正するステップと、
動作の終了時に表面の変形の影響に基づいて溶接を開始する前に溶接継手の正しい幅を定義するステップと、
請求項１〜１０に記載のトーチおよびシステムを使用するステップと、が提供されることを特徴とする、サブマージアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い厚さを有する各層について、単一のパスでかつ溶接の量が制限されている、サブマージアーク工程の溶接トーチおよび溶接技法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧高温装置の構築は、より良好な品質（収縮、変形、応力など）を得て、関連コストを抑えるために、高抵抗材料の使用、および、溶接継手が、溶接の量を制限するように設計されることを必要とする非常に厚い壁の溶接とを想定する。
【０００３】
概して、ナローギャップ（ＮＧ）として知られる、幅の狭い溶接継手を備えた調製物が使用され、これは、２３〜２５ｍｍの開口部を有するほぼ平行な壁を画定することを可能にする。
【０００４】
サブマージアーク溶接工程に特に使用されるそのような調製物は、各堆積層について２つのパスで溶接材料を堆積させるシーケンスを想定している。しかしながら、従来のトーチで行われるこの手順は、溶接面に沿った定性的な差異が、特に溶接の中心と継手の側面におけるパスの中心部分との間で認識されるため、完全に有効ではないことが判明している。
【０００５】
事実、溶接された部品の機械的性能の低下および／または、いずれの場合にもそれらの不均一性と共に、パスの重複領域が観察され得る。
【０００６】
最近、高温で動作する精製プラントの反応装置の設計に使用されることを一般的に意図した低合金高抵抗クロム−モリブデン−バナジウム材料（２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ−０．２５Ｖ）の使用に関する国際的な研究は、クリープ試験の結果が設計コードで設定された制限よりも低くなり得ることを示しており、したがって、継手の残りの部分よりも脆弱な２つのパスの間の特定の中央領域に起因して、技術的要求に比べて、機械的特性が不十分であることを強調している。
【０００７】
したがって、溶接自体の冶金的態様がより均一で定性的により良好であるように、溶接されるべき表面上に堆積される材料の量を減少させることができると同時に、溶接パスの正しい位置を保証することができる溶接工程を実行することが適切である。この問題を解決するためには、正確にかつ単一の層によって堆積が確実に行われるように、溶接材料を特に非常に高くて狭い壁のために堆積させることができる溶接トーチを提供することが必要である。
【０００８】
したがって、本発明は、この重要な領域を排除することができる「各層に１パス」のシーケンスによって特徴付けられる溶接技術を開発した。
【０００９】
ＢＭＴ（ベレリ単回溶接技術（ＢＥＬＬＥＬＩ  ＭＯＮＯＷＥＬＤ  ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ））と呼ばれるこのような狭い間隙を有するこのような「各層ごとに１つのパス」の溶接技術はまた、溶接される表面上に堆積される材料の量を減少させることができ、同時に、溶接の位置決めは、溶接自体をより均一にし、その機械的特性を改善するように、溶接パスの適切な位置決めを保証することも可能であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、上記の要求を満たす溶接トーチおよび溶接工程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】
【００１１】
このような目的は、請求項１に開示の特徴を有する溶接トーチおよび請求項１１に記載の溶接方法によって達成される。
【００１２】
従属請求項は、本発明の特定の好ましい特徴に関する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
ここで、本発明を、好ましい実施形態を限定ではなく単に例示として示す、添付の図面を参照して説明する。
【００１４】
【図１】従来技術の溶接トーチの部分断面図である。
【図２】本発明による溶接トーチの斜視図である。
【図３】本発明による溶接トーチの正面図である。
【図４】本発明による溶接トーチの側断面図である。
【図５】本発明によるトーチのノズルの部分の詳細図であり、
【図６】本発明によるトーチに設けられた機械式ガイドの断面図である。
【図７】本発明によるスコリファイアの側面図である。
【図８】本発明によるトーチに関連する溶接工程中に動作するスコリファイアの詳細を示す図である。
【図９】本発明によるトーチおよびスコリファイアが取り付けられた溶接システムの図である。
【図１０】それぞれ各層についてパスが２つのＮＧ工程および本発明によるＮＧ工程についての、クリープによる高温破断試験の結果を示すグラフである。
【図１１】本発明による方法の遷移曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
サブマージアーク溶接工程は、絶えず電極に通電することによって、１つ以上の裸電極とアイテムとの間の１つ以上の電気アークで部品を加熱することによって、溶接されるべき部品をともに溶融するアーク溶接工程である。アークの熱により、ベース金属の表面および電極の端部が溶融され、したがって、２つの化合物の合金でできた堆積金属の層が確実に形成される。
【００１６】
図１に示すように、溶接トーチは、典型的には、固定プレート３によって互いに係合された２つのワイヤ案内ランス２からなる支持体１で構成され、上記ランスの各々には、溶接ワイヤを挿入するための内部空洞４が設けられており、その端部には、溶接材料を放出するためのノズル５が設けられている。
【００１７】
図２に示す革新的な解決策では、本発明によるトーチが、支持体６によって構成され、支持体６から、以下の要素、すなわち、フィーラーランス支持体７、中央に位置する流れ送達ダクト８、並びに一対のランス９，１０が始まっており、それらは、それらの間でねじ１１によって接続されて、実質的に台形状の輪郭を形成している。
【００１８】
上記フィーラーランス支持体７は、溶接領域に対するノズルの一定かつ正確な位置合わせを可能にするために、遠位端に配置された、図６の断面図により良く示されている機械的ガイド１２を組み込んでいる。
【００１９】
上記ランス９，１０は、それらの内部に、溶接ワイヤを搬送および送達することを目的としたワイヤ案内空洞１３，１４を支持し、上述のランス９，１０の端部には、溶接材料の供給のためのノズル１５，１６が設けられる。
【００２０】
フィーラーランス７と流れ送達ダクト８との接続を維持するためのねじおよびピン接続要素１７も提供される。
【００２１】
作動中のトーチの傾斜を可能にするための、ばね手段１８が設けられた支持構造６は、図３に見ることができる。
【００２２】
図４は、前述の、ここでは異なって表現されている要素に加えて、２つのランス９，１０の間のさらなる接続手段１９を示しており、上記接続は２つの位置合わせピンによって構成される。さらに、２つのランス９，１０間の境界線に沿って、境界領域全体を覆う絶縁材のストリップ２０が設けられている。
【００２３】
ワイヤ案内ランス９，１０の頂部には、場合によって保護のために絶縁ブッシング２３で覆われているワイヤ案内管２１，２２が設けられている。同様に、過度の熱分散およびこの状態によって引き起こされる事故の危険性を低減するために、トーチの様々な部分に保護のための絶縁ブッシングが設けられている。
【００２４】
このトーチの特定の特異性は、図５に見られるように、ノズル１６，１７のサイズの長さおよび厚さにあり、これは、一般的に使用されているものと比較すると、より薄く、より長くするために特に修正されており、継手の幅が非常に狭くなることを所与として、溶融浴によって生成されるガスの排出をより良好に保証するように適合されている。
【００２５】
これらの特性は、高い壁について、かつ、各層ごとに１つのパスの溶接工程のための調製物を採用することによって、要求される品質の溶接を実行することを可能にするために、基本的かつ不可欠である。
【００２６】
断面が図６に示されている機械的ガイド１２によって、溶接トーチは、溶接されるべきワークピースの動きに関係なく、特に、トーチ自体および溶接ワイヤの、溶接されるべき壁に対する一定の距離を確保することによって、継手の中心に一定の位置を維持することができる。
【００２７】
機械的ガイド１２は、予荷重されたばね１８が設けられた継手を横断する並進システムに接続されており、その適切に決定された寸法は、溶接すべきワークピースの常に横方向の、可能性のある動きを吸収することによって、ガイド自体に、継手の中央の規定の位置を維持させる。
【００２８】
このようにして実現されたトーチは、実際のシステムにおいて上記トーチに密接に接続されている、溶接領域からスラグを除去するためのツール２４と、および溶接されるべきアイテムを動かすためのデバイスとに関連付けられている。
【００２９】
図７および図８に示す、溶接領域からスラグを除去するためのツール２４は、隙間をセンタリングするためにその頂部にバヨネット２６を担持するロッド２５と、ロッド２５に垂直な貫通孔を提供する、高さを調整することができる直線ガイド２７とから構成されている。貫通孔において、さらなる直線ガイド２８が収容されており、直線ガイド２８はその端部に空気ハンマ２９を保持しており、そこからステム２９ｂが突出しており、溶接およびスラグ洗浄領域に直接係合している。
【００３０】
このようにして実現される構造は、ばねを備えた受動直線ガイド３０上に取り付けられ、構造がＸ軸に沿って実質的な安定性を維持することを可能にする。
【００３１】
このようにして実現されるツールは、後述するように溶接ステップ中に正確に位置決めされる。
【００３２】
図９からわかるように、システムは、ロッド３１によって懸架されたままのトーチによって構成され、それによって、溶接はシェルの最大高さの点の近くで行われ、したがって溶接材料の単一の層が、溶接されるべき本体を回転させる２つのローラ３２によって、および、上述の２つの要素に密接に接続しているツール２４によって位置決めされる。
【００３３】
本明細書に記載のプラントは、安全性および便宜上の理由で主構造に対して一定の距離をおいて設けられた、それを特徴付ける各要素の適切な管理を確実にするのに適した制御パネル３３によって制御される。
【００３４】
理解されるように、操作中、操作者は、間隙をセンタリングするためにバヨネット２６を位置決めしてシェル上のガイドとして作用させ、回転中にトーチに対して正しい位置を維持させる必要がある。同時に、空気ハンマが、次の溶接パス／層のための適切な溶接を保証するように、スラグ材料から溶接領域を清浄化する。
【００３５】
この目的のために特に設計された機械式ガイドの位置およびそのサイズは、溶接トーチが、この技術の開発中に定義されるワイヤランスの距離、溶接すべき壁に対する溶接ワイヤの距離を一定に保つことを可能にする。シェルの回転は、制御パネルによって操作される２つのローラによって行われる。
【００３６】
このようなトーチに関連するアーク溶接工程は、溶接継手が狭い場合であっても、要求される性能を提供するために以下のステップを想定している。
−適切な溶接材料を選択するステップ。
−要求される物理化学的特性および関連する冶金と、著しく限定された空間における、良好なスラグ化に適した欠陥のない溶接パスの形状との両方を得るのに適した特定の溶接パラメータを較正するステップ。
−いずれの場合にも、溶接が完了するまで、エッジ間の所望の距離を維持するために、また、結果として、トーチの単一のパスの正確な性能を維持するために、動作の終了時に表面の変形の影響に基づいて溶接を開始する前に溶接継手の正しい幅を定義するステップ。
−本発明の一部である、溶接工程中に本明細書に記載のトーチを使用するステップ。
【００３７】
効果的な溶接を得るために、溶接時間を大幅に低減すること、並びに、厚さ方向および横方向に関する限りの全体的な定性的均一性を可能にするように、溶接継手が１０ｍｍと１７ｍｍとの間、より好ましくは１４ｍｍと１５ｍｍとの間から構成される非常に限られた幅を有していることが適切である。
【００３８】
継手の幅が狭くなると、溶接中に生成されるスラグを除去することが困難になる。このため、溶接領域からスラグを除去するためのツール２４によってスラグ除去システムが設計されている。
【００３９】
スラグは前方に移動され、第２のパス／層の前に、溶接される領域は、トーチとの係合時に溶接面が清浄であるように、溶接領域に沿って通過し、ビードからスラグを取り除くように配置される空気式チゼル（またはハンマ）による処理を受ける。
【００４０】
各層について単一のパスでの溶接の実行は、円形溶接のための溶接トーチに対する回転するワークピースのより大きな制御を必要とする。実際、接合されるピースの回転は、軸方向の変位（ドリフト）を伴い、これは、適切な液圧／機械式ドリフト防止システムによって必ず相殺されなければならない。
【００４１】
特に円形継手の、１つの層につき１つのパスの溶接の実行に必要な全体的な方式が図９に示されている。
【実施例】
【００４２】
一例として、本発明によるトーチおよび工程の動作の一例が示されている。
【００４３】
以下の公称化学組成を有する２つの低合金高強度機械材料片を溶接することが決定された。
２．２５クロム、１モリブデン、０．２５バナジウム
【００４４】
適切には、溶接継手の幅は１４〜１５ｍｍである。
【００４５】
トーチが設置されると、矩形波を用いた交流アーク溶接が、直径４ｍｍの適切に選択された各ワイヤについて特定の電気パラメータを供給することによって実行される。
電流強度：５００〜６００アンペア
電圧：３０〜３３ボルト
【００４６】
予熱、熱処理、後加熱に関連する他のパラメータは、このタイプのベース材料に適用可能な典型的なものであり、ＡＰＩ  ＲＰ９３４Ａ規格に準拠する。
【００４７】
さらに、トーチの前進速度は７０〜８０ｃｍ／１分に調整されている。得られた結果は、溶接継手上で行われる非破壊試験および機械的特徴が製造基準の要件を満たすことを示している。特に、溶接時間の大幅な短縮が直ちに観察された。
【００４８】
磁気超音波検査などの非破壊制御がすべて実施され、ＡＳＭＥコードおよびＡＰＩ  ＲＰ  ９３４  Ａ標準で要求される品質基準に基づいて肯定的な結果が得られた。
【００４９】
その後、溶接品質の一般的な改善を伴い、機械的特性評価のための一連の試験片が得られた。
【００５０】
具体的には、高温クリープ耐性のために実施された試験（応力破断試験）は、２パス／１層技術にまさる有意な改善を示したが、これは設計コードで要求される限界よりはるかに優れていた（図１０参照）。
【００５１】
問題の材料にとってそれ自体相当の困難をもたらす靭性は、実行された継手の異なる深さで実施される試験によって要求された限界をはるかに超える結果をもたらし、とりわけ、溶接中心とパス中心との間の２パス技術による溶接で見られる典型的な不均一を呈しなかったことも指摘しておくべきである（図１１参照）。
【００５２】
実際、幅が低減した（１４〜１５ｍｍ）継手は、厚さ方向と横方向の両方で全体的な定性的均一性を可能にする。
【００５３】
最後に、パス数と相対的な加熱回数の低減は、溶接後の溶接後退、変形および残留応力のより大きな抑制をもたらす。
【００５４】
したがって、想定される目的は完全に達成されていることが理解される。
【００５５】
本発明の他の特徴および特性は、現場の専門家の視点から明らかであり得る。さらに、様々な修正および構成は、添付の請求項によって定義されるような、本発明の範囲内に完全に含まれながら、当業者の手の容易に届く範囲内にあり得る。
【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】
2018058118.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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