(57)【要約】【課題】短時間でＴＩＧ溶接を完了できるＴＩＧ溶接方法およびその装置を提供する。【解決手段】母材としての円柱部材相互２ａ、２ｂを２つのトーチ１ａ、１ｂによって円周方向にＴＩＧ溶接して同軸状に接合する。溶接時には円柱部材２ａ、２ｂが一方向に所定速度で回転する。２つのトーチ１ａ、１ｂは、互いに向き合うように配置している。また、トーチ１ａ、１ｂは、軸方向に互い違いに配置しており、それぞれ別の領域を溶接する。トーチ１ａ、１ｂの先端には、略４５度の斜面１２ａ、１２ｂが形成されている。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周面を有する被溶接体相互を同軸状に接合する際に適用されるＴＩＧ溶接方法であって、
上記各被溶接体の突合せ部の円周方向に複数のトーチを略等角度間隔で配置するステップと、
上記各トーチと上記被溶接体とを円周方向に相対変位させながら上記突合せ部にＴＩＧ溶接を施すステップとを含むことを特徴とするＴＩＧ溶接方法。
【請求項２】
上記各トーチの電極の先端に斜面を形成し、それらの斜面を開先の一方または他方の側面に向けたことを特徴とする請求項１に記載のＴＩＧ溶接方法。
【請求項３】
上記被溶接体の周囲を覆うシールドカバーに溶接状態を監視するための切欠部を設け、この切欠部を耐熱透明体で覆ったことを特徴とする請求項１または２に記載のＴＩＧ溶接方法。
【請求項４】
上記耐熱透明体を介して溶接部を照明及び撮像する照明手段及び撮像手段を付加したことを特徴とする請求項３に記載のＴＩＧ溶接方法。
【請求項５】
円周面を有する被溶接体相互を同軸状に接合する際に用いるＴＩＧ溶接装置であって、上記被溶接体の突合せ部の円周方向に略等角度間隔で配置した複数のトーチを備え、各トーチにより円周方向にそれぞれ溶接を行うことを特徴とするＴＩＧ溶接装置。
【請求項６】
上記トーチの電極の先端に斜面を形成し、それらの斜面を開先の一方または他方の側面に向けたことを特徴とする請求項５に記載のＴＩＧ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円周面を有する被溶接体相互を同軸状に接合して、例えばタービン用ロータ等の軸部品を形成する際に適用されるＴＩＧ溶接方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タービン用ロータは、高温環境下でも使用できる高価な材料によりその全体を製造することが一般的である。しかし、このロータは、タービンの運転状態における軸方向の温度分布が一様ではなく、該タービンの入口側に位置した部分よりも出口側に位置した部分が低温となる傾向を示す。最近では、材質が異なる複数の円柱部材を同軸状に溶接接合して１本の長いロータを構成するという手法が作用されている。この手法によれば、高温にさらされる部分に高価な材料を用い、そうでない部分に安価な材料を用いるということが可能になるので、材料コストを低減できる。
【０００３】
上記ロータの構成要素である円柱部材相互は１本のトーチでそれらの突合せ部を円周方向にＴＩＧ溶接することにより接合される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８０６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記円柱部材は、大径例えば直径１メートル程度であるので、その全周をＴＩＧ溶接するには、多大の時間を要し、これは生産性を低下させる要因になっている。していくのは時間がかかり、作業性の向上を図ることが困難であった。
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、円周面を有する被溶接体相互を効率よく溶接することができるＴＩＧ溶接方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＴＩＧ溶接方法は、円周面を有する被溶接体相互を同軸状に接合する際に適用されるＴＩＧ溶接方法であって、上記各被溶接体の突合せ部の円周方向に複数のトーチを略等角度間隔で配置するステップと、上記各トーチと上記被溶接体とを円周方向に相対変位させながら上記突合せ部にＴＩＧ溶接を施すステップとを含む。上記各トーチの電極の先端に斜面を形成し、それらの斜面を開先の一方または他方の側面に向けた。
上記被溶接体の周囲を覆うシールドカバーに溶接状態を監視するための切欠部を設け、この切欠部を耐熱透明体で覆った。上記耐熱透明体を介して溶接部を照明及び撮像する照明手段及び撮像手段を付加した。
本発明に係るＴＩＧ溶接装置は、円周面を有する被溶接体相互を同軸状に接合する際に用いるＴＩＧ溶接装置であって、上記被溶接体の突合せ部の円周方向に略等角度間隔で配置した複数のトーチを備え、各トーチにより円周方向にそれぞれ溶接を行うものである。上記トーチの電極の先端に斜面を形成し、それらの斜面を開先の一方または他方の側面に向けた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るＴＩＧ溶接方法およびその装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
本実施形態のＴＩＧ溶接装置は、ガスタービンまたは蒸気タービンのロータを、異種材料の複数の円柱部材（被溶接体）によって形成するためのものである。
各円柱部材をＴＩＧ溶接する際には、該各円柱部材が同軸状に積み上げ配置される。そして、各円柱部材の境界部が円周方向にＴＩＧ溶接され、これにより、異種材料からなる一本のロータが製造される。
【０００８】
図１は、２つの円柱部材の境界部を示す平面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態においては、２つのトーチ１ａ、１ｂが、円柱部材２の軸線を中心とする対称位置に互いに対向するように設置されている。なお、トーチ１ａ、１ｂの電極１１ａ、１１ｂは、それぞれ開先２１内に突出している。
【０００９】
ＴＩＧ溶接装置の具体的構成について図２を用いて説明する。同図に示すように、ＴＩＧ溶接装置は、トーチ１ａ（１ｂ）、シールドカバー３、シールドボックス４、押付け棒５１、添加ワイヤ６およびアクチュエータ７を備えている。なお、ＴＩＧ溶接に必要な他の要素、たとえば溶接電源、シールドガスボンベ、ガス流量調整器または遠隔制御部などは、図示を省略している。
アクチュエータ７は、電動機（図示省略）によって駆動されるネジ軸７ａと、このネジ軸７ａに螺合された可動体７ｂとを備え、ネジ軸７ａの回転によって可動体７ｂをガイドロッド７ｃに沿って前進および後退させる。トーチ１ａ（１ｂ）は上記可動体７ｂに取付けられているので、この可動体７ｂと共に前進および後退する。
【００１０】
シールドカバー３は各円柱部材２（２ａ、２ｂ）の突合せ部周囲を覆っている。ＴＩＧ溶接をする時には、シールドカバー３内で各円柱部材２（２ａ、２ｂ）が回転駆動部（図示省略）により所定の速度で軸線を中心にして一方向に回転される。シールドカバー３は、トーチ１ａを開先２１内に位置させるための切欠部３１を有する。
【００１１】
シールドカバー３の切欠部３１は、溶接の状態を外方から十分に見ることができるように、トーチ１ａ（１ｂ）を中心とした両側に延在している。この切欠部３１は、シールドボックス４の両側に取付けた耐熱透明体（例えば耐熱ガラス）からなるスカート４３によって覆われている。図５に示すように、シールドボックス４は、その中央部にトーチ１ａ（１ｂ）が貫通し、かつ内部に多孔質体４１を設けている。管４２からシールドボックス４内に導入される不活性ガス（シールドガス）は、多孔質体４１を介して溶接領域に不活性ガスの均一に供給される。
シールドボックス４とアクチュエータ７の可動体７ｂとの間には、トーチ１ａの周囲を覆う蛇腹部材４４を設けて、不活性ガスの漏れを防止している。また、シールドボックス４は、可動体７ｂから突出する押付け棒５１によってトーチ１ａ（１ｂ）の先端方向に付勢されている。したがって、ＡＶＣ制御によってトーチ１ａが後退する際においても、シールドボックス４が円柱部材２から離れず、その結果、不活性ガスの漏洩が防止される。なお、押付け棒５１は、可動体７ｂに摺動可能に支持され、かつ圧縮コイルバネ５３によって付勢されている。
【００１２】
上記アクチュエータ７の可動体７ｂは、自在保持具８３を介して、照明用ライト８１とテレビカメラ８２を支持している。ライト８１とテレビカメラ８２は、溶接部に向く姿勢でスカート４２の上方に位置されている。ライト８１は、スカート４３を介して溶接部を照明し、テレビカメラ８２はスカート４２を介して溶接の状態を撮像する。テレビカメラ８２の出力信号は、モニタ８４に入力される。これにより、ＴＩＧ溶接装置から離れた位置で溶接状態を監視できる。
【００１３】
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による拡大部分断面図である。この図３に示すように、トーチ１ａ、１ｂのタングステン電極１１ａ、１１ｂは、それぞれの先端が略４５度の斜面１２ａ、１２ｂを形成している。２つのトーチ１ａ、１ｂは、円柱部材２ａ、２ｂの突合せライン２２を基準として互いに反対方向に所定距離ｅだけオフセットするように、かつ、それらの電極１１ａ、１１ｂの斜面１２ａ、１２ｂが突合せライン２２側に向くように配置されている。
各トーチ１ａ、１ｂは、半周ずれた箇所を同時に円周方向にＴＩＧ溶接する。
それゆえ、図４に示すように、トーチ１ａはアクチュエータ７による後退動作に伴ってビード１３ａ、１４ａ、１５ａが順次形成され、トーチ１ｂはビード１３ｂ、１４ｂ、１５ｂが順次形成される。
【００１４】
なお、１つのトーチで溶接を行う場合によりビード１３ａ、１４ａ、１５ａを形成する場合と、ビード１３ｂ、１４ｂ、１５ｂを形成する場合とでトーチの位置を変える必要がある。これは装置コストをアップさせると共に、作業効率を低下させる。
この実施形態では、２つのトーチ１ａ、１ｂで溶接が実施されるので、１つのトーチで溶接する場合に比して作業時間が半分に短縮される。
また、トーチ１ａ、１ｂの電極１１ａ、１１ｂに斜面１２ａ、１２ｂを形成しているので、図３に示すように、トーチ１ａによるアークを開先２１の一方の内側面２３側に方向づけ、トーチ１ｂによるアークを開先２１の他方の内側面２４側に方向づけることができる。したがって、図４に示すようなビード１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂを確実に形成することができる。その結果、製品の品質を向上させることができる。
【００１５】
上記実施形態では、トーチ１ａ、１ｂを２つ設置しているが、本発明はこれに限られず、それ以上の数のトーチ、たとえば図６に示すように、４つのトーチ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを設置してもよい。この場合、トーチ１ａは図７に示すようにビード１３ａ、１４ａを形成し、トーチ１ｂは肉盛部１３ｂ、１４ｂを形成する。また、トーチ１ｃは肉盛部１３ｃを形成し、トーチ１ｄは肉盛部１３ｄを形成する。
このように、設置するトーチの数を増やすことで溶接時間をより短縮できる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、上記各被溶接体の突合せ部の円周方向に複数のトーチを略等角度間隔で配置し、上記各トーチと上記被溶接体とを円周方向に相対変位させながら上記突合せ部にＴＩＧ溶接を施すので、溶接時間を短縮して効果的に製品コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＴＩＧ溶接装置におけるトーチの配置態様を示す概略平面図である。
【図２】溶接装置の具体的構成を示す平面図である。
【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにより部分拡大断面図である。
【図４】ビードの形成態様を示す断面図である。
【図５】シールドボックスの拡大断面図である。
【図６】トーチの異なる取付態様を示す概略平面図である。
【図７】図６のトーチ配置態様に基づくビードの形成態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ　トーチ
１１ａ、１１ｂ　タングステン電極
１２ａ、１２ｂ　斜面
２ａ、２ｂ　円柱部材
２１　開先
２２　突合せライン
２３、２４　内側面
３　シールドカバー
３１　切欠部
４　シールドボックス
４１　多孔質体
４２　管
４３　スカート
４４　蛇腹部
５１　押付け棒
５３　圧縮コイルバネ
６　添加ワイヤ
７　アクチュエータ
７ａ　ネジ軸
７ｂ　可動体
７ｃ　ガイドロッド
８１　照明用ライト
８２　テレビカメラ
８３　自在保持具
８４　モニタ
【図１】
2004122219.tif 000003
【図２】
2004122219.tif 000004
【図３】
2004122219.tif 000005
【図４】
2004122219.tif 000006
【図５】
2004122219.tif 000007
【図６】
2004122219.tif 000008
【図７】
2004122219.tif 000009