(57)【要約】  本発明は、半体シェル（１，２，３，４）を溶接するための方法、ひいては、例えば蒸気タービンのための内側ハウジングのような大容積の構成部品を製造するための方法に関する。本発明では、２つの半体シェル（１，２）が、互いに接続されることによって管状断面を形成しており、周溶接（１２）によって、互いに接続されている２つのさらなる半体シェル（３，４）に溶接されている。
2013538965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半体シェル（１，２，３，４）を溶接するための方法であって、
第１の上側半体シェル（１）と第１の下側半体シェル（２）とを、中間嵌め及び／又は締まり嵌めで共に接続するステップと、
第２の上側半体シェル（３）と第２の下側半体シェル（４）とを、中間嵌め及び／又は締まり嵌めで共に接続するステップと、
接続された前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）と、接続された前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）とを共に溶接するステップと、
を備えている前記方法において、
溶接の際にカバーが配設されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
継ぎ目ビードが利用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）、並びに／又は、前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）が、ネジ、補剛リング、又はカバーによって共に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第２の上側半体シェル（３）が、溶接した後に、水平な部品結合部分（６，７）において前記第１の下側半体シェル（２）及び前記第２の下側半体シェル（４）から分離され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方法。
【請求項５】
前記半体シェル（１，２，３，４）が、略同一の大きさとされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の上側半体シェル（１）、前記第１の下側半体シェル（２）、前記第２の上側半体シェル（３）、及び、前記第２の下側半体シェル（４）が、異なる材料から形成さ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方法。
【請求項７】
鋼鋳物が、前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）のために利用されており、
ニッケル基鋳物が、前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）のために利用されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）、並びに／又は、前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）が、接続溶接部によって、その後の溶接の領域、特に継ぎ目ビード（１２）において端面に共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方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の上側半体シェルと第１の下側半体シェルとが共に接続されている一方、第２の上側半体シェルと第２の下側半体シェルとが共に接続されている、半体シェルを溶接するための方法に関する。
【０００２】
蒸気タービンの構成では、大容積の構成部品が比較的高価な材料から製造される。場合によっては、複数の型成形によって、これら大容積の構成部品を製造することができる。それにも関わらず、単一の型成形技術に基づく方法によって、このタイプの大容量の構成部品を製造することが必要な場合がある。このような構成部品は、一般に、複雑な溶接によって共に接続される必要がある。
【０００３】
薄肉の半体シェルは、このような複雑な構成部品の一例である。例えば蒸気タービンのようなターボ機械のためのハウジングは、大容積の構成部品によって製造される。一般に、ハウジングは上側部分と下側部分とを備えている。これら上側部分及び下側部分は、半体シェルの形状に類似している。完全な半体シェルは、単一の型成形技術に基づく方法によって、完全な鋳物部品として製造することができない場合があるので、現在２つの半体シェルが、その端面において共に溶接される。しかしながら、このように薄肉の半体シェルを半周ビード溶接すると、開構造であること、及び、阻害された熱膨張に起因する溶接の際にエネルギが薄肉の構成部品に作用することによって、構成部品は大きく歪む。さらに、このような溶接ビードの品質が低い場合がある。
【０００４】
溶接に起因する歪みは、溶接を開始する前に推定され、必要な最終寸法に関連して補償されるので、溶接の際に部品から歪みが可能な限り取り除かれる。しかしながら、薄肉の構成部品の場合には、このようなことは限定的に実現可能であるにすぎず、さらには、大きな内部応力を発生させる。本発明は、このような問題を処置することを目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、溶接プロセスの際において良好な幾何学的安定性で半体シェルが共に溶接可能とされる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このことは、半体シェルを溶接するための方法であって、第１の上側半体シェルと第１の下側半体シェルとを、中間嵌め及び／又は締まり嵌めで共に接続するステップと、第２の上側半体シェルと第２の下側半体シェルとを、中間嵌め及び／又は締まり嵌めで共に接続するステップと、接続された第１の上側半体シェル及び第１の下側半体シェルと、接続された第２の上側半体シェル及び第２の下側半体シェルとを、共に溶接するステップと、を備えている方法において、溶接の際にカバーが配設されていることを特徴とする方法によって実現される。
【０００７】
従って、２つの半体シェルをその端面において複雑に溶接することを、公知の技術である連続的な周溶接に代替することができる。このような周溶接は、例えばロータの溶接において知られている。従って、本発明では、最初に、第１の上側半体シェル及び第２の下側半体シェルが共に接続される。第２のステップでは、第２の上側半体シェルが第２の下側半体シェルと共に接続される。共に接続されたこれら２つの半体シェルは、略連続的な完全なシェルを構成しており、端面において共に接続されている。本発明では、このような接続が溶接によって実施される。対称であることを理由として、溶接する前に構成部材同士を結合することによって、溶接の際に発生する歪みが最小限に抑えられる。完全なシェルとして形成された構成部品が、結合されていない半体シェルより高い形状を維持する耐性を有しているからである。さらに、構成部品の最終仕上げを一層急速に実施可能とされる。溶接プロセス後の歪みが小さいからである。周溶接ビードは、連続的な高品質な継ぎ目ビード溶接を可能とするので、管状の断面を実現することができる。
【発明の効果】
【０００８】
従って、本発明では、型成形技術の課題に起因して一体で製造不可能であった、多数の部品から成る薄肉の半体シェルを製造可能となる。さらに、本発明における方法では、異なる材料が共に組み合わせ可能とされるので、材料特性を良好に利用し、調達段階において費用削減することができる。
【０００９】
溶接の際に発生する内部応力は、熱処理の際に構成部品同士を水平方向において分離させる前に既に弛緩しているので、周辺部の歪みを発生させるにすぎず、これにより熱処理の際に構成部品の形状的一定性を向上させることができる。
【００１０】
優位な改良は、従属請求項に特定されている。
【００１１】
第１の優位な改良では、継ぎ目ビードが利用される。
【００１２】
継ぎ目ビードは、対象であるので、特に中間嵌めで回転対称体を共に接続するのに適している。
【００１３】
他の優位な改良では、第１の上側半体シェル及び第１の下側半体シェル、並びに／又は、第２の上側半体シェル及び第２の下側半体シェルが、ネジ、補剛リング、又はカバーによって共に接続されている。ネジ、補剛リング、又はカバーによって、溶接する前に剛性が高められる。このことは、溶接プロセスの際に構成部品の歪みを最小限に抑えることを意味する。
【００１４】
他の優位な改良では、溶接後に、適切な熱処理が最初に実施され、その後に、第１の上側半体シェル及び第１の下側半体シェルが、水平な部品結合部分において第１の下側半体シェル及び第２の下側半体シェルから溶接した後に分離される。このようにして、溶接の際に発生する構成部品の歪みが低減される。
【００１５】
他の優位な改良では、半体シェルが略同一の大きさとされる。等しい大きさの構成部品を利用することによって、ひいては、同一の質量を有する構成部品を利用することによつて、溶接方法が最適化される。さらに、異なる質量分布に起因する構成部品の歪みが効果的に防止される。
【００１６】
他の優位な改良では、第１の上側半体シェル、第１の下側半体シェル、第２の上側半体シェル、及び、第２の下側半体シェルが、異なる材料から形成されている。従って、材料が異なる半体シェルを共に溶接することができる。また、優位には、２つの異なる材料が、異なる特性を有するように選定される。例えば、耐熱性を有している材料が利用され、低温靱性材料に溶接される場合がある。このようにして、―要求に従って―共に溶接されたこのような構成部品は、低温靱性及び耐熱性の両方を有している。
【００１７】
優位には、第１の上側半体シェル及び第１の下側半体シェルが、鋼鋳物から選定されており、第２の上側半体シェル及び第２の下側半体シェルが、ニッケル基鋳物から選定されている。特にニッケル基材料は、高温環境下における用途において非常に有用である。第１の上側半体シェル及び第１の下側半体シェルについての鋼鋳物に関連して、半体シェル全体が、強度と同様に、非常に優れた温度耐性及び圧力耐性を有しているように製造されている。同一の原理に従って、第１の上側半体シェル及び第１の下側半体シェルが、クロムの含有量が多い（耐熱性が高いが高価ではない）鋼鋳物から選定されており、第２の上側半体シェル及び第２の下側半体シェルが、クロムの含有量が少ない（耐熱性がそれほど高くないが比較的経済的である）ニッケル基鋳物から選定されている。
【００１８】
典型的な実施例を参照することによって、本発明について詳述する。同一の参照符号が付された構成部品は、同一の性質を有している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の方法ステップの前における、４つの半体シェルを表わす。
【図２】第２の方法ステップにおける、共に溶接された半体シェルを表わす。
【図３】継ぎ目ビードの領域において部品の結合を局所的に分離した後における、共に溶接された半体シェルを表わす。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、第１の上側半体シェル１と第１の下側半体シェル２と第２の上側半体シェル３と第２の下側半体シェル４とを表わす分解図である。上述の半体シェル１，２，３，４は、例えば蒸気タービンのようなターボ機械の内側ハウジングを構成する。このようなハウジングの構成部品に対する熱的要求及び機械的要求が高まっている。例えば、このようなハウジングの構成部品は、例えば最大７００℃の温度及び最大３５０ｂａｒの圧力に対する耐性を有していることが必要とされる。一般に、ニッケル基材料は、このような高い温度及び高い圧力に対する耐性を有している。
【００２１】
通常、このような構成部品は型成形によって製造される。型成形プロセスの後に、構成部品は基本的に最終形状になっている。しかしながら、当該構成部品の形状すなわち外側寸法は、単一部品として型成形することができない大きさである。さらに、蒸気タービンの内側ハウジングは、異なる要求を満足する必要がある。例えば、内側ハウジングは、高温且つ高圧化された新鮮な蒸気が流入する領域において、熱安定性を有していることが望ましい。流れ方向においてさらに下流の領域では、蒸気の温度及び圧力が、例えば膨張することに起因して低下する。従って、ハウジングは、好ましくは当該領域において、低温靱性ひいては一層の低温安定性を有しているべきである。このような要求を満足するために、異なる材料が利用されるが、共に接続される必要がある。例えば、第１の上側半体シェル１及び第２の下側半体シェル２は鋼鋳物から作られている。第２の上側半体シェル３及び第２の下側半体シェル４は比較的高価なニッケル基材料から作られている。図１に表わすように、第１の方法ステップでは、第１の上側半体シェル１と第１の下側半体シェル２と第２の上側半体シェル３と第２の下側半体シェル４とが略半円状に形成されている。第１の上側半体シェル１及び第２の下側半体シェル２が、略同一の大きさであり、略同一の質量を有している。このことは、第２の上側半体シェル３及び第２の下側半体シェル４にも当て嵌まるので、第２の上側半体シェル３及び第２の下側半体シェル４は、略同一の質量及び大きさを有している。
【００２２】
図２に表わすように、次の方法ステップでは、第１の上側半体シェル１及び第１の下側半体シェル２が連続的な管状断面を形成するように事前に組み立てられている。このことは、ネジ又は中間嵌め及び／若しくは締まり嵌めで利用可能な他の適切な結合要素を利用することによって実現される。上述の事前組立の後に、第１の上側半体シェル１及び第１の下側半体シェル２が、小型且つ堅固に機械式接続されるように形成されているリングを形成する。同様に、第２の上側半体シェル３及び第２の下側半体シェル４が、連続的に管状の断面を形成するように事前に組み立てられる。同様に、このことは、適切なネジ又は中間嵌め及び／若しくは締まり嵌めによって半体シェルを共に接続する他の適切な結合要素を利用することによって実現される。
【００２３】
次の方法ステップでは、図２に表わすように、第１の上側半体シェル１及び第１の下側半体シェル２を第２の上側半体シェル３及び第２の下側半体シェル４に端面において溶接する、溶接プロセスが実施される。このような溶接プロセスは、継ぎ目ビード５を連続的に溶接することによって実施される。
【００２４】
ネジ及び他の結合要素を介して中間嵌め及び締まり嵌めで接続された半体シェル１，２，３，４は、溶接プロセスの際に一層良好な形状安定性を有するようになる。溶接プロセスでは、熱が限界値を越えて加えられないように注意することが必要である。管状断面を形成するように組み立てられた半体シェル１，２，３，４それぞれの幾何学的精度は、例えばネジ、補剛リング、及びカバーを利用することによって良好に改善される。ネジは、部品結合部分６，７において利用される。ネジによって、共に接続された半体シェルの強度が良好になる。補剛リングは、第１の上側半体シェル１及び第１の下側半体シェル２の周囲に、並びに第２の上側半体シェル３及び第２の下側半体シェル４の周囲に配置されている。補剛リングは、図２には詳細に図示されていない。
【００２５】
管状断面を形成するために組み立てられた半体シェル１，２，３，４それぞれの剛性が、図２には詳細に図示されていないカバーを利用することによって改善される。この場合には、カバーは、第１の上側半体シェル１及び第１の下側半体シェル２に対して、並びに第２の上側半体シェル３及び第２の下側半体シェル４に対して締まり嵌めされた状態において、端面８又は９に配置されている。
【００２６】
溶接及びその後の熱処理の際に構造の剛性を高めることによって、溶接歪みを最小とし、構成部品を特定寸法に形成すること及び最終仕上げを実施することの観点において費用を抑えることができる。溶接の際に発生する内部応力は、溶接の際に周辺部の歪みを発生させるにすぎず、熱処理の際に構成部品が形状的に一定に保たれることに起因して、構成部品を分離する前に既に緩和されているからである。周溶接によって形成された継ぎ目ビード１２は、連続的で高品質の継ぎ目ビードの溶接を可能とし、既知ではあるが、管状断面を具備した状態で利用される。従って、導入板及び溢流板を利用する必要が無くなる。高品質及び／又は高価な材料を利用する場合には、本発明における多数の部品を組み合わせた方法によって、当該材料の経済的必要性に依存して、異なる材料を利用することができる。従って、材料特性を一層良好に利用可能となるので、調達段階において費用削減することができる。
【００２７】
次の方法ステップでは、図３に表わすように、分割面１１に沿った略水平の分割切断線１０によって、構成部材全体の略最終的な形状を実現することができる。この方法ステップによって、共通する第１の上側半体シェル１及び第２の上側半体シェル３を得ることができ、これら半体シェルは、継ぎ目ビード５によって共に接続されている。同様に、共通する第１の下側半体シェル２及び第２の下側半体シェル４を得ることができ、これら半体シェルは、継ぎ目ビート５によって共に接続されている。本発明における方法は、蒸気タービンのためのハウジングを製造するのに非常に適しており、例えば鋼鋳物やニッケル基鋳物のような異なる材料から製造可能になっている。高品質の材料は、型成形技術によって、最終仕上げされた部品全体の大きさで製造することができない。しかしながら、本発明における方法によって、このような大きく寸法取りされた構成部品を製造することができる。その後の継ぎ目ビード１２の領域において亀裂の発生を防止するために、第１の上側半体シェル１及び第１の下側半体シェル２は、端面１４に沿った接続溶接部１３を介して共に接続されている。その後に、部品結合部分６において第１の上側半体シェル１と第１の下側半体シェル２とを水平方向に分離することのみが、継ぎ目ビード溶接５の領域において局所的に実施されれば良い。
【００２８】
同一の手順が、第２の上側半体シェル３及び第２の下側半体シェル４についても実施されるので、同様に、これら半体シェルは、接続溶接部１５を有している。その後に、部品結合部分７において第２の上側半体シェル３と第２の下側半体シェル４とを水平方向に分離することのみが、継ぎ目ビード溶接５の領域において局所的に実施されれば良い。
【符号の説明】
【００２９】
１  第１の上側半体シェル
２  第１の下側半体シェル
３  第２の上側半体シェル
４  第２の下側半体シェル
５  継ぎ目ビード
６  部品結合部分
７  部品結合部分
８  端面
９  端面
１０  分割切断線
１１  分割面
１２  継ぎ目ビード
１３  接続溶接部
１４  端面
【図１】
2013538965.tif 000003
【図２】
2013538965.tif 000004
【図３】
2013538965.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半体シェル（１，２，３，４）を溶接するための方法であって、
第１の上側半体シェル（１）と第１の下側半体シェル（２）とを、中間嵌め及び締まり嵌めのうち少なくとも１つで共に接続するステップと、
第２の上側半体シェル（３）と第２の下側半体シェル（４）とを、中間嵌め及び締まり嵌めのうち少なくとも１つで共に接続するステップと、
接続された前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）と、接続された前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）とを共に溶接するステップと、
を備えている前記方法において、
溶接の際にカバーが、前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）のうち少なくとも１つの半体シェルと前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）のうち少なくとも１つの半体シェルとに配設されていることを特徴とする方法。
【請求項２】
継ぎ目ビードが利用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）と、前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）とのうちいずれか一方又は両方が、ネジ、補剛リング、又はカバーによって共に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第２の上側半体シェル（３）が、溶接した後に、水平な部品結合部分（６，７）において前記第１の下側半体シェル（２）及び前記第２の下側半体シェル（４）から分離され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方法。
【請求項５】
前記半体シェル（１，２，３，４）が、略同一の大きさとされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の上側半体シェル（１）、前記第１の下側半体シェル（２）、前記第２の上側半体シェル（３）、及び、前記第２の下側半体シェル（４）が、異なる材料から形成さ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方法。
【請求項７】
鋼鋳物が、前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）のために利用されており、
ニッケル基鋳物が、前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）のために利用されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の上側半体シェル（１）及び前記第１の下側半体シェル（２）と、前記第２の上側半体シェル（３）及び前記第２の下側半体シェル（４）とのうちいずれか一方又は両方が、接続溶接部によって、継ぎ目ビード（１２）において端面に共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方法。
【国際調査報告】
2013538965.tif 000006
2013538965.tif 000007
2013538965.tif 000008
2013538965.tif 000009