(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性物質を有する使用済燃料の集合体を収納する鋼製の内筒と、該内筒の外側に同軸状に配置される鋼製の外筒との間の周方向に略等間隔に傾斜配備される銅製の複数の伝熱銅フィンをそれぞれ溶接する本溶接工程の過程で発生する溶接不良部、又は溶接後の品質検査工程で検出される溶接不良部を、補修工程で補修溶接する金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法であって、
前記本溶接工程の過程で発生する溶接不良部、又は溶接後の品質検査工程で不合格と判定された溶接不良部を補修する際には、前記本溶接工程で使用したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチと同一又は同種の溶接トーチ、同一成分の溶接ワイヤ及びシールドガスをそれぞれ使用すると共に、前記本溶接工程で施工した時の溶接方向と同一方向に前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又は前記ＭＩＧ溶接トーチを走行させ、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、前記溶接不良部を有する溶接ビード部の上から肉盛するように、少なくとも前記溶接不良部に補修溶接を施工して補修ビードを形成し、
前記補修工程で溶接不良部を捕集する際には、前記本溶接工程で使用した溶接条件と略同一の補修溶接条件、又は前記補修溶接条件よりもＭＩＧ電圧や入熱量を増加した他の補修溶接条件を用い、前記本溶接工程で形成された溶接ビード部の銅側のビード止端部から前記伝熱銅フィンの表面側に所定距離だけシフトさせた位置の線上に、前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを配置し、少なくとも前記溶接不良部の線上を通過するように前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを走行させ、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、前記溶接不良部を有する溶接ビード部の上から肉盛するように、少なくとも前記溶接不良部に補修溶接を施工して補修ビードを形成するようにしたことを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチを用いて前記溶接不良部をＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接する際に、ＴＩＧ側の電極極性を負極とするＴＩＧアークを少なくとも前記溶接ビード部に発生させると共に、ＭＩＧ側から給電及び送給するワイヤの極性を正極とするＭＩＧアークを前記ＴＩＧアークの後方に発生させ、相互に反発し合う２つのアークで１つの溶融プールを形成させ、少なくとも前記溶接不良部の線上を通過するように前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチを先行ＴＩＧ及び後続ＭＩＧの方向に走行させ、前記ＴＩＧアーク及びＭＩＧアークによるＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接によって、前記溶接不良部を有する溶接ビード部の上から肉盛するように、少なくとも前記溶接不良部に補修溶接を施工することを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項３】
請求項１に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチを用いて前記溶接不良部をＴＩＧ補修溶接する際に、ＴＩＧ側の電極極性を負極とするＴＩＧアークを少なくとも前記溶接ビード部に発生させると共に、ＭＩＧ側から給電無のコールドワイヤとした溶接ワイヤを、ＴＩＧアーク中及び溶融プール内にＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接又はＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接で使用する溶接ワイヤの速度よりも遅い低速で送給し、少なくとも前記溶接不良部の線上を通過するように前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチを先行ワイヤ及び後続ＴＩＧアークの方向に走行させ、前記先行ワイヤ及び後続ＴＩＧアークによるＴＩＧ補修溶接によって、前記溶接不良部を有する溶接ビード部の上から肉盛するように、少なくとも前記溶接不良部に補修溶接を施工することを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項４】
請求項３に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記溶接不良部をＴＩＧ補修溶接する際に、前記本溶接工程で使用したＴＩＧ電流と同等以上のＴＩＧ電流を設定し、溶接速度を９０〜１５０ｍｍ／分の範囲に設定して入熱量を大きくすると共に、給電無の前記溶接ワイヤを、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接又はＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接で使用する前記溶接ワイヤの速度よりも遅い低速で送給するように設定した他の補修溶接条件を用いることを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記溶接不良部は、前記本溶接工程の過程で発生するか若しくは溶接後の品質検査工程で検出されるアンダーカット過大、のど厚不足又はビード高さ不足であることを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項６】
請求項５に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記アンダーカット過大の不良判定は、前記アンダーカットの深さＲが前記伝熱銅フィンの板厚Ｔ１の１／１０より大きい（Ｒ＞０.１×Ｔ１）時であり、また、前記のど厚不足又はビード高さ不足の不良判定は、補修前の前記のど厚Ｌ１又はビード高さＨ１の大きさが前記伝熱銅フィンの板厚Ｔ１より小さい（Ｌ１＜Ｔ１、Ｈ１＜Ｔ１）)時であり、これらの溶接不良部が無くなるように前記補修溶接を施工することを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記溶接不良部の補修溶接に使用する溶接ワイヤ及びシールドガスは、前記本溶接工程で使用した溶接ワイヤと同一成分のシリコン入りのＣｕＳｉワイヤであると共に、同一成分のＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスであり、かつ、前記溶接トーチの先端開口部から前記混合ガスを放出させ、前記ＣｕＳｉワイヤを前記溶接ビード部の上から肉盛するように前記補修溶接を施工して前記補修ビードを形成することを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項８】
請求項１に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを溶接ビード部の銅側のビード止端部から伝熱銅フィン表面側にシフトさせる所定距離Ｓ２は、０ｍｍ以上３ｍｍ以下（０≦Ｓ２≦３）であることを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項９】
請求項８に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記補修溶接によって形成された補修ビード及び補修断面部には、少なくともアンダーカット過大、のど厚不足又はビード高さ不足等の溶接不良部が消滅しており、かつ、補修前の溶接部を含む補修溶接部のビード積層高さＨ２が補修後ののど厚Ｌ２より大きく、前記補修後ののど厚Ｌ２も伝熱銅フィンの板厚Ｔ１より大きく（Ｈ２＞Ｌ２＞Ｔ１）形成されていることを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記溶接不良部を補修溶接する補修工程は、前記内筒側の品質検査工程又は前記外筒側の品質検査工程若しくは両方の品質検査工程の次工程に設けられると共に、前記品質検査工程は、所定枚数(Ｎ枚)の前記伝熱銅フィンの端面部又は他方の前記伝熱銅フィンの端面部を順番に繰り返し溶接する溶接工程の終了後の次工程に、又は少数単位に分割した前記伝熱銅フィンの片方端面部又は前記伝熱銅フィンの他方端面部を少数単位で溶接して検査する溶接・検査繰り返し工程の中に、若しくは両方の工程に設けられており、かつ、前記補修工程では、前記品質検査工程で不良判定された前記溶接不良部を無くすように前記補修溶接を施工することを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記補修工程前の本溶接工程で前記伝熱銅フィンの端面部と継手部の溶接線を本溶接する際に、前記補修工程で使用予定の溶接トーチと同一又は同種のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチ、同一成分のシリコン入りのＣｕＳｉワイヤ及びＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスをそれぞれ使用し、前記伝熱銅フィンの端面角部から前記伝熱銅フィンの表面側に所定距離だけシフトさせた位置の溶接線上の溶接開始位置に前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを配置すると共に、前記溶接開始位置から終了位置までの溶接線上を通過するように走行させ、前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチによる先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接トーチによるＭＩＧ溶接によって、前記継手部の前記溶接開始位置から終了位置までの溶接線に溶接施工することを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを前記伝熱銅フィンの端面角部から前記伝熱銅フィンの表面側にシフトさせる所定距離Ｓ１は、０ｍｍ以上４ｍｍ以下（０≦Ｓ１≦４ｍｍ）であることを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法において、
前記溶接施工によって形成された前記溶接ビード及び溶接断面部には、前記のど厚Ｌ１及びビード高さＨ１が、前記伝熱銅フィンの板厚Ｔ１以上（Ｌ１≧Ｔ１、Ｈ１≧Ｔ１）の大きさに形成され、かつ、前記アンダーカット深さＲが前記板厚Ｔ１の１／１０以下（Ｒ≦(０.１×Ｔ１)）であることを特徴とする金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法に係り、特に、原子力発電所等から発生する使用済燃料を輸送又は貯蔵若しくは輸送及び貯蔵し、かつ、鋼製の内筒及び外筒に銅製の伝熱フィンが直接溶接するものに好適な金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、原子力発電所の原子炉で一定期間使用された複数の燃料は、原子炉から取り出され、使用済燃料冷却プール等に一時保管される。使用済燃料冷却プールで所定期間冷却された使用済燃料は、再資源として活用するため、金属キャスクと呼ばれる放射性物質収納容器に収納され、再処理施設で再処理されるまで中間貯蔵施設に搬入して保管される。
【０００３】
使用済燃料の集合体を運搬、貯蔵する金属キャスクは、使用済燃料を収納する内筒(内筒容器や容器本体或いは胴本体ともいう)、外部からの衝撃を吸収する外筒及び内筒を密閉する複数の蓋等を有している。
【０００４】
使用済燃料は、高レベルの放射性物質を含んでいることから崩壊熱を発生しているため、内筒と外筒の間には、使用済燃料集合体から発生する崩壊熱を内筒及び外筒の外側へ逃がすために複数の伝熱フィンが配備されており、これら複数の伝熱フィンは、内筒及び外筒にそれぞれ溶接されている。
【０００５】
通常、内筒及び外筒の材料には、剛性及び遮蔽性等の性能が良い炭素鋼材やステンレス鋼材等が使用され、一方、伝熱フィンの材料には、主に熱伝導の良い銅材が使用されており、また、２種類の金属を予め接合した銅クラッド鋼材等も使用されている。
【０００６】
上述した金属キャスクの内筒の外面及び外筒の内面に伝熱フィンを溶接する技術が、例えば、特許文献１乃至５に開示されている。また、金属キャスクではないが、車両構造体の摩擦撹拌接合部の欠陥部を補修する方法や、原子炉圧力容器のクラッド部と内部構造物との溶接部付近に発生した欠陥部を補修溶接する方法、亀裂に追従させながらアーク溶接で補修溶接する方法が特許文献６乃至８に開示されている。
【０００７】
特許文献１には金属製容器の製造方法について記載され、純銅製のＭＩＧワイヤからＭＩＧアークを発生させる溶接工程と、ＭＩＧアークを取り囲むように同軸上に配置されたプラズマ電極からプラズマアークを発生させるプラズマ溶接工程とを並行して行い、ＭＩＧ溶接工程及びプラズマ溶接工程では、銅製の伝熱フィンと水平面のなす角を１５〜２０度とし、伝熱フィンと炭素鋼製の内筒のなす角を７５度以上に配置して、ＭＩＧアーク及びプラズマアークを下向きに発生させることが開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には複合溶接方法及び複合溶接用の溶接トーチについて記載され、先行側でＴＩＧアークを発生させ、後行側でＭＩＧアークを発生させて溶接するものであり、ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく設定し、ＴＩＧ電極とＭＩＧ電極とに継続してアークを発生させると共に、両アーク間の距離を２０ｍｍ以下にすることが開示されている。更に、シールドガスとして、ＡｒガスとＨ２ガスとの混合ガスや、ＡｒガスとＨｅガスとの混合ガス及びＡｒ＋Ｈ２＋Ｈｅとの混合ガスを使用することが開示されている。
【０００９】
また、特許文献３には放射性物質用金属キャスクについて記載され、胴本体から径方向外方に延びて外筒に伝熱させる伝熱フィンを備え、この伝熱フィンは２種類の金属板を接合したクラッド材から構成され、かつ、クラッド材の一方の金属は胴本体及び外筒を同種の金属材料、他方は熱伝導の良好な良伝熱材料で構成されており、胴本体(及び／又は外筒)とこれと同種金属のクラッド部位とを直接溶接することが開示されている。
【００１０】
また、特許文献４には溶接方法について記載され、溶接後熱処理を必要とする鋼製の母材と銅製の母材とをＭＩＧトーチ等の溶接手段によって溶接する溶接工程と、溶接手段と所定距離離れた後方位置に配置されたアーク溶接トーチや高周波コイル或いはレーザ等の加熱手段によって、溶接工程で生じた溶接ビード上を加熱(溶融も含む)して、鋼製の母材の溶接熱影響部まで熱処理する熱処理工程を備えており、更に、溶接工程の前に、溶接手段より所定距離先行する前方位置に配置されたＴＩＧトーチやＹＡＧレーザ、或いは高周波コイル等の加熱手段によって、溶接工程の前に、熱伝導率の高い銅製の母材を予熱することが開示されている。
【００１１】
また、特許文献５には放射性物質収納容器について記載され、銅製の伝熱フィンの両端部に平行部が各々形成されており、この平行部を容器本体外周面及び外筒内周面に沿って配置し、銅合金ワイヤを用いたＭＩＧ溶接又はＭＩＧブレイジングによって、容器本体外周面及び外筒内周面と伝熱フィンの平行先端部とが溶接されていることが開示されている。
【００１２】
また、特許文献６には摩擦撹拌接合部の補修方法について記載され、摩擦撹拌接合によって形成した接合ビードに含まれる欠陥を研削除去して補修領域を形成する工程と、継手部材の母材(アルミ合金)と同材料の溶接棒を用いるＴＩＧ溶接によって補修ビードを形成する工程とを備えることが開示されている。
【００１３】
一方、特許文献７には原子炉圧力容器の補修方法について記載され、溶接部とクラッド部を含む欠陥部を機械的に切取って除去した後に、クラッドの残存厚さが３.２ｍｍ未満の時には、テンパービード工法による肉盛溶接にて除去部を補修し、クラッドの残存厚さが３.２ｍｍ以上の時には、通常の肉盛溶接にて除去部を補修することが開示されている。
【００１４】
また、特許文献８には亀裂補修方法について記載され、横向き姿勢で亀裂補修溶接を実施する時に、構造部材の亀裂部を撮像する監視カメラと、溶接ヘッドを駆動制御すると共に、亀裂部に追従させる溶接制御手段を備えた亀裂補修溶接装置を用いて、ワイヤ供給ノズルから金属酸化物を含むフラックス入りワイヤを溶接進行方向と直交する方向の溶融池上方から挿入し、亀裂を除去することなく亀裂に追従させながらアーク溶接(ＴＩＧ溶接)で補修溶接することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００９−１７８７２７号公報
【特許文献２】特開２０１３−１５８８２６号公報
【特許文献３】特開２００７−２０５９３１号公報
【特許文献４】特開２００２−３６１４６９号公報
【特許文献５】特開２００８−８２９０６号公報
【特許文献６】特開２００２−５９２８９号公報
【特許文献７】特開２０００−２７５３８４号公報
【特許文献８】特開２００５−２１９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上述した特許文献１では、ＭＩＧアーク及びプラズマアークをほぼ同軸上に発生させているため、両アークに作用する電磁力は相殺し合うが、ＭＩＧワイヤ(消耗電極)及びプラズマ電極(非消耗電極)の両極性を正極(プラス)、母材側を負極(マイナス)にしていることから、プラズマ電極が消耗されて損傷し易いため、長時間稼働が必要な溶接線の長い長尺部材の溶接には適さないし、溶接途中でプラズマ電極が消耗すると、不安定なアーク挙動に変化して溶接ビード形成に悪影響を及ぼし、溶接不良に至る場合がある。また、純銅は熱伝導率の高い材料であるが、銅材と鋼材との異材溶接は相性が悪く、固溶し難い性質があるため、純銅製のＭＩＧワイヤを用いて銅と鋼継手部を溶接して鋼側の溶込みが深くなると、溶接割れ(凝固割れ)が発生し易くなる。また、特許文献１には、ＳｉＣｕワイヤを使用することや、溶接欠陥(又は溶接不良)の発生及びその溶接不良部を補修溶接することについては、対象外で適用されておらず、全く記載も示唆もされていない。
【００１７】
また、特許文献２では、ＴＩＧ電流をＭＩＧ電流よりも大きく、かつ、両アーク間の距離を２０ｍｍ以下に設定して溶接することで、アークの硬直性及び安定性が向上すると考えられるが、両アーク間距離が長いと、離れ合う両アークで形成される溶融プールが細長く不安定な形状となり、不均一なビード形状(蛇行ビード)になり易い。また、ＨｅガスやＨ２ガスとＡｒガスとの混合ガスを使用することが記載されているが、検証試験では、Ａｒガスのみ使用の溶接結果が記載されている。また、検証試験には、ステンレス鋼の母材を用いた溶接結果が記載されている。この溶接に使用された溶接ワイヤの材質は記載されていないが、母材と同系のステンレス系の溶接ワイヤであろうと推定される。このため、特許文献２には、特許文献１の場合と同様に、ＳｉＣｕワイヤを使用することや銅と鋼との異材継手部や隅肉継手部を溶接すること、或いはアンダーカットやのど厚不足等の溶接不良部(溶接欠陥部)を補修溶接することについては、対象外で適用されておらず、全く記載も示唆もされていない。
【００１８】
また、特許文献３では、銅クラッド鋼材の鋼部と鋼製の胴体又は外筒とを溶接するように構成していることから、鋼材同士のＭＡＧ溶接やＣＯ２溶接等が施工可能となるが、伝熱フィンに銅クラッド鋼材を使用しているため、製造コストが高く、重量が重くなるという問題がある。また、銅クラッド鋼材の銅側の板厚が薄いことから、除熱性能に限界があるため、より高い除熱性能が必要な伝熱フィンには適さない。また、特許文献３には、特許文献１及び２の場合と同様に、ＳｉＣｕワイヤを使用することや銅材と鋼材との異材継手部を溶接すること、或いはアンダーカットやのど厚不足等の溶接不良部を補修溶接することについては、対象外で適用されておらず、全く記載も示唆もされていない。
【００１９】
また、特許文献４では、溶接手段の他に、この溶接手段の後方位置及び／又は前方位置にアーク溶接トーチや高周波コイル、或いはレーザ等の加熱手段を設ける構成であるため、装置の大型化、溶接対象物との干渉による溶接不可の部位発生、高周波コイルの電磁力の影響によるアーク挙動の不安定化、レーザ照射の反射の影響による加熱不足等の問題が予想される。また、特許文献４では、第１の溶接手段のＭＩＧ溶接トーチによって、Ｎｉの溶接ワイヤを用いて伝熱フィンと本体胴とを溶接し、第２の溶接手段のＭＩＧ溶接トーチによって、溶接ビードと伝熱フィンとを溶接するようにしており、同種の溶接トーチ、同種の溶接ワイヤは使用されていない。また、ＳｉＣｕワイヤを使用することや、アンダーカットやのど厚不足等の溶接不良部を補修溶接することについては、対象外で適用されておらず、全く記載も示唆もされていない。
【００２０】
また、特許文献５では、板幅の広い銅板を使用すると共に、銅板幅方向の両端部に平行部を設けるための曲げ成形等の加工が必要な構造であり、製造コストが高くなるという問題がある。また、容器本体外周面及び外筒内周面に平行部を密着させて重ね隅肉継手部を形成し、この重ね隅肉継手部をＭＩＧ溶接又はＭＩＧブレイジングするようにしているため、大きな溶接入熱量が必要となり、更に、銅側の溶接ビード止端部に発生し易いアンダーカット等の凹みによって、溶接部ののど厚不足や有効断面積不足に至る場合がある。また、特許文献５には、アンダーカットやのど厚不足の溶接不良部(溶接欠陥部)を補修溶接することについては、対象外で適用されておらず、全く記載も示唆もされていない。
【００２１】
一方、特許文献６では、銅材や鋼材と異なるアルミ合金を母材とする継手部材の摩擦撹拌接合であり、アーク溶接(溶融接合)と異なる固相接合法であることから、銅と鋼との異材継手に適用することはできない。また、接合ビードに含まれる割れやピット等の欠陥部をグラインダ加工等で切削除去して補修領域を形成しており、事前に切削加工する作業が必要となる。また、母材(アルミ合金)と同材料の溶接棒を用いたＴＩＧ溶接によって補修ビードを形成しており、ＭＩＧ溶接の適用は美観上の問題から避けている。また、特許文献６には、ＳｉＣｕワイヤを用いて本溶接することや、同一のＳｉＣｕワイヤを用いて、アンダーカットやのど厚不足の溶接不良部(溶接欠陥部)を補修溶接することについては、対象外で適用されておらず、全く記載も示唆もされていない。
【００２２】
また、特許文献７では、溶接部とクラッド部を含む欠陥部(亀裂や欠損等の原子炉特有の欠陥)を機械的に切取って除去しており、事前に切削加工する作業が必要となる。また、欠陥部を除去した後に、クラッド部の残存高さの違いに応じて、テンパービード工法による肉盛溶接にするか、通常の肉盛溶接にするかを使い分けして除去部を補修するようにしている。肉盛溶接(補修溶接)にはＴＩＧ溶接が採用され、かつ、多層多パスの補修溶接が必要になるため、多くの時間と手間及び費用が掛かるという問題がある。補修溶接に使用される溶接ワイヤの材質は記載されていないが、クラッドの材質がＮｉ基合金であることから、これと同種のＮｉ基合金系の溶接ワイヤであろうと推定される。このため、ＣｕＳｉワイヤ等の銅系ワイヤを使用して、クラッド部の欠陥部を補修溶接することは不可能ある。また、特許文献７には、特許文献６の場合と同様に、ＳｉＣｕワイヤを使用することや銅と鋼との異材継手部や隅肉継手部を溶接すること、或いはアンダーカットやのど厚不足等の溶接不良部を補修溶接することについては、対象外で適用されておらず、全く記載も示唆もされていない。
【００２３】
また、特許文献８では、割れ等の亀裂部を撮像する監視カメラと、その亀裂部に追従させる溶接制御手段及び補修する溶接ヘッドとによって、亀裂部を補修溶接することができる。しかしながら、補修すべき構造部材が原子炉等の放射線環境下で使用される機器であること、補修姿勢が横向き姿勢であること、溶込み深さ促進性の金属酸化物を含むフラックスワイヤを溶接方向と直交する方向の溶融池上方から挿入して補修溶接を施工するようにしていることから、特殊な構造部材で平面的な部材面の亀裂補修への適用に限定されるものと考えられる。また、溶込み深さ促進性の金属酸化物を含むフラックスワイヤを使用するため、銅と鋼との異材継手部の本溶接やその欠陥部の補修溶接には適用することができない。また、特許文献８には、特許文献６及び７の場合と同様に、ＳｉＣｕワイヤを使用することや、割れ及び亀裂と異なるアンダーカットやのど厚不足の溶接不良部(溶接欠陥部)を補修溶接することについては、対象外で適用されておらず、全く記載も示唆もされていない。
【００２４】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、溶接不良部の補修溶接性に優れ、独自の補修施工によってアンダーカット過大やのど厚不足等の溶接不良部を確実に消滅させ、品質良好な補修溶接ビード及び補修断面部を得ることができる金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法は、上記目的を達成するために、放射性物質を有する使用済燃料の集合体を収納する鋼製の内筒と、該内筒の外側に同軸状に配置される鋼製の外筒との間の周方向に略等間隔に傾斜配備される銅製の複数の伝熱銅フィンをそれぞれ溶接する本溶接工程の過程で発生する溶接不良部、又は溶接後の品質検査工程で検出される溶接不良部を、補修工程で補修溶接する金属キャスク溶接構造物の溶接不良部補修方法であって、前記本溶接工程の過程で発生する溶接不良部、又は溶接後の品質検査工程で不合格と判定された溶接不良部を補修する際には、前記本溶接工程で使用したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチと同一又は同種の溶接トーチ、同一成分の溶接ワイヤ及びシールドガスをそれぞれ使用すると共に、前記本溶接工程で施工した時の溶接方向と同一方向に前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又は前記ＭＩＧ溶接トーチを走行させ、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、前記溶接不良部を有する溶接ビード部の上から肉盛するように、少なくとも前記溶接不良部に補修溶接を施工して補修ビードを形成し、前記補修工程で溶接不良部を捕集する際には、前記本溶接工程で使用した溶接条件と略同一の補修溶接条件、又は前記補修溶接条件よりもＭＩＧ電圧や入熱量を増加した他の補修溶接条件を用い、前記本溶接工程で形成された溶接ビード部の銅側のビード止端部から前記伝熱銅フィンの表面側に所定距離だけシフトさせた位置の線上に、前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを配置し、少なくとも前記溶接不良部の線上を通過するように前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを走行させ、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、前記溶接不良部を有する溶接ビード部の上から肉盛するように、少なくとも前記溶接不良部に補修溶接を施工して補修ビードを形成するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、溶接不良部の補修溶接性に優れ、独自の補修施工によってアンダーカット過大やのど厚不足等の溶接不良部を確実に消滅させ、品質良好な補修溶接ビード及び補修断面部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１に係わる伝熱銅フィン付き金属キャスクの構造を示す斜視図である。
【図２】図１中のＡ部を拡大した継手溶接構造を示す部分斜視図である。
【図３】本発明の実施例１に係わる金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法の手順の概要を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係わる金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法の他の手順概要を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施例１に係わる伝熱銅フィン付き金属キャスクにおける内筒外面と伝熱銅フィンの端面部との隅肉継手部の形状を示す部分斜視図である。
【図６】図５に示した内筒側の隅肉継手部に溶接した溶接部の形状を示す部分斜視図である。
【図７】本発明の実施例１に係わる伝熱銅フィン付き金属キャスクにおける内筒側の検査工程での合否判定及び補修溶接工程を溶接不良部を補修した補修溶接部の形状と共に示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例１に係わる伝熱銅フィン付き金属キャスクにおける外筒内面と伝熱銅フィンの端面部との隅肉継手部の形状を示す部分斜視図である。
【図９】図８に示した外筒側の隅肉継手部に溶接した溶接部の形状を示す部分斜視図である。
【図１０】本発明の実施例１に係わる伝熱銅フィン付き金属キャスクにおける外筒側の検査工程での合否判定及び補修溶接工程を溶接不良部を補修した補修溶接部の形状と共に示すフローチャートである。
【図１１】本発明の実施例１に係わる一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの概略構成及びトーチ配置を示す図である。
【図１２】図１１の状態からＴＩＧアークとＭＩＧアークで溶融プールを形成した状態を示す図である。
【図１３】本発明の実施例２に係わるＭＩＧ溶接トーチの概略構成及びトーチ配置を示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施例３に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの概略構成及び溶接ビード部の上から肉盛するようにＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接するトーチ配置の一実施例を示す図である。
【図１５】本発明の実施例４に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの概略構成及び溶接ビード部の上から肉盛するようにＴＩＧ補修溶接するトーチ配置の一実施例を示す図である。
【図１６】本発明の実施例５に係わるＭＩＧ溶接トーチの概略構成及び溶接ビード部の上から肉盛するようにＭＩＧ補修溶接するトーチ配置の一実施例を示す斜視図である。
【図１７】本発明の実施例６に係わる補修試験方法及び溶接ビード部の上から肉盛するように補修溶接するトーチ配置の一実施例を示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施例６に係わる溶接模擬欠陥部のＴＩＧ補修試験片の一実施例を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施例６に係わる溶接模擬欠陥部のＴＩＧ−ＭＩＧ補修試験片の一実施例を示す斜視図である。
【図２０】本発明の実施例６に係わる溶接(補修)速度及びワイヤ送り速度を変化させた時のワイヤ溶着断面積を示す特性図である。
【図２１】本発明の実施例６に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した後の本溶接ビードの上からＴＩＧ補修溶接した時の代表的な補修ビード及び補修有無部の溶接断面の試験結果の写真を示す図である。
【図２２】本発明の実施例６に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した後の本溶接ビードの上からＴＩＧ補修溶接又はＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接した時のトーチ位置のシフト量と補修前後ののど厚の関係を示す特性図である。
【図２３】本発明の実施例６に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した後の本溶接ビードの上からＴＩＧ補修溶接又はＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接した時のトーチ位置のシフト量と補修前後のビード積層高さの関係を示す特性図である。
【図２４】本発明の実施例６に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した後の本溶接ビードの上からＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接した時の代表的な補修ビード及び補修有無部の溶接断面の試験結果の写真を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の金属キャスク溶接構造物の溶接不良部の補修方法について説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１に、本実施例に係わる金属キャスク溶接構造物の構造を、図２に、図１中のＡ部を拡大した溶接構造をそれぞれ示す。
【００３１】
該図において、内筒１は、その内部に放射性物質を有する複数の使用済燃料(図示せず)の集合体等を収納する容器であり、強度の高い炭素鋼等の鋼製の鋼材が用いられている。この内筒１の外側には、内筒１と同種材の鋼製の外筒２が内筒１を取り囲むように同軸状に配置されている（金属キャスク全体の強度及び剛性は、強度の高い鋼製の厚板の内筒１と外筒２及びこれらで形成する容器を密閉する複数の蓋(図示せず)等によって十分に確保されている）。内筒１の外面と外筒２の内面の間には、円周方向に略等間隔に、数十枚(所定枚数をＮ枚という)の伝熱銅フィン３が傾斜して配備されている。
【００３２】
これらＮ枚の伝熱銅フィン３は、熱伝導率の高い純銅等の銅製の銅板材が用いられており、銅製の伝熱銅フィン３を用いることで、使用済燃料集合体から発生する崩壊熱を内筒１及び外筒２の外側へ逃がすための除熱性能を高めることができると共に、軽量化及びコスト低減にも寄与することができる。
【００３３】
図２に示すように、Ｎ枚の伝熱銅フィン３の片方の各端面部には、内筒１側の各隅肉継手部５で溶接された内側溶接部(溶接ビード及びその溶接断面部)７が形成されており、また、他方の各端面部には、外筒２側の各隅肉継手部８で溶接された外側溶接部(溶接ビード及びその溶接断面部)１０が形成されている。この伝熱銅フィン３の内側溶接部７及び外側溶接部１０については、特に強度は要求されないが、収納・保管する物質の性質上、高い信頼性を確保する必要がある。
【００３４】
溶接すべきＮ枚の伝熱銅フィン３の各隅肉継手部５、８の内筒１と伝熱銅フィン３、外筒２と伝熱銅フィン３とのそれぞれの角度θ１は、内筒１の外面又は外筒２の内面若しくは内筒１及び外筒２の両面に対して、θ１＝１２０度±１５度(１０５≦θ１≦１３５度)の範囲の広角に傾斜して形成されている。
【００３５】
また、Ｎ枚の伝熱銅フィン３が隣接する各空間４は、樹脂材等のレジン(図示せず)を充填配備する場所である。これらのレジンは、使用済燃料の集合体から法線状に放出される放射線を遮蔽する物質であり、溶接終了後に、Ｎ枚の伝熱銅フィン３の傾斜面に沿って、レジンが各空間４の内部にそれぞれ充填されるものである。伝熱銅フィン３を広角に傾斜して配備することで、溶接時の作業性が容易になると共に、伝熱銅フィン３の傾斜面に沿って充填されるレジンの傾斜配備によって、放射線の遮蔽性能を高めることができる。
【００３６】
本実施例における伝熱銅フィン３の両端面部を内筒１及び外筒２の両面に溶接する方法について、以下に説明する。
【００３７】
図３は、本実施例に係わる金属キャスク溶接構造物の溶接手順概要の一実施例を示すフローチャートであり、図４は、他の金属キャスク溶接構造物の溶接手順概要の一実施例を示すフローチャートである。
【００３８】
図３及び図４に示したフローチャートの主な相違点は、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３及び各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の溶接工程１１０の施工内容を、内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５及び外筒２側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１１２と、内筒１側の少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程１０６及び外筒２側の少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程１１３とに区分けしたことである。
【００３９】
例えば、図３に示すように、伝熱銅フィン３の溶接手順(その１)９９では、溶接前にワイヤ溶着断面積Ａｗを決定するワイヤ溶着断面積決定工程１０２と、所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の片方端面部を内筒１側に各々突合せて隅肉継手部５をＮ箇所形成、又はＮ箇所形成すると共に仮付(例えば、仮付溶接)して仮組した後に、そのＮ箇所の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎに繰り返し溶接する各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３及び内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５と、その後に行う内筒１側の溶接品質の検査工程１０７の終了後で、Ｎ枚の伝熱銅フィン３の他方の端面部を外筒２側に各々突合せて隅肉継手部８をＮ箇所形成、又はＮ箇所形成すると共に仮付溶接して仮組した後に、そのＮ箇所の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに繰り返し溶接する各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０及びＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１１２と、を備えている。
【００４０】
そして、隅肉継手部８をＮ箇所形成すると共に仮付溶接して仮組した後に、そのＮ箇所の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに１パスずつ繰り返し溶接(連続溶接)することで、各隅肉継手部の仮組作業と溶接作業とをそれぞれ効率良く行うことができる。
【００４１】
一方、図４に示すように、伝熱銅フィン３の溶接手順(その２)１００においては、溶接前にワイヤ溶着断面積Ａｗを決定するワイヤ溶着断面積決定工程１０２の後に行う各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３では、内筒１側のＮ箇所の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎに１パスずつ繰り返し溶接(連続溶接)するＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５と、１〜５箇所程度に分割した隅肉継手部に溶接すると共に、その溶接後の溶接部を検査するように、溶接と検査の両作業を繰り返す少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程１０６とに分けている。
【００４２】
例えば、少数単位に分割して溶接及び検査を繰り返す少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程１０６では、所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３を内筒１の外面に取り付て隅肉継手部をＮ箇所形成、又はＮ箇所形成すると共に仮付溶接して仮組した後に、そのＮ箇所の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎを予め１〜５箇所程度に分割し、その分割した１〜５箇所の隅肉継手部５−１〜５−５に１パスずつ溶接すると共に、その溶接部を検査するように、隅肉継手部の溶接と検査とを繰り返すようにしている。
【００４３】
一方、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０では、内筒１側の場合と同様に、外筒２側のＮ箇所の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに１パスずつ繰り返し溶接(連続溶接)する外筒２側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１１２と、１〜５箇所程度に分割した隅肉継手部に１パスずつ溶接すると共に、その溶接部を検査するように、溶接と検査の両作業を繰り返す少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程１１３とに分けている。
【００４４】
例えば、外筒２側でも溶接と検査を繰り返す少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程１１３には、内筒２側の場合と同様であり、外筒２側に形成したＮ箇所の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎを予め１〜５箇所程度に分割し、その分割した１〜５箇所の隅肉継手部８−１〜８−５に１パスずつ溶接すると共に、その溶接部を検査するように、隅肉継手部の溶接と検査とを繰り返すようにしている。
【００４５】
このように、二通りある作業(連続溶接又は溶接と検査の繰り返し)の何れかを選択することで、溶接優先の作業効率向上又は検査優先の溶接品質向上を図ることができる。
【００４６】
一方、内筒１側及び外筒２側の検査工程１０７及び１１４は、上述したように、本溶接した各溶接部の品質を検査する工程である。この内筒１側及び外筒２側の検査工程１０７及び１１４は、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３と内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５の終了後、又は各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０、外筒２側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１１２の終了後の必要箇所に設けられている。更に、内筒１側及び外筒２側の検査工程１０７及び１１４では、各溶接部の品質を各々検査すると共に、その検査で不合格となった溶接部分及びその近傍部を補修する補修溶接工程１０９、１１６を備えている。
【００４７】
また、溶接と検査との両作業を繰り返し行う場合の内筒１側の検査工程１１７及び外筒２側の検査工程１２０では、該当する溶接部に溶接ビードが良好に形成されているか否か、割れやアンダーカット等の欠陥があるか否か、のど厚Ｌ１やビード高さＨ１や溶込み深さｃ等を満足しているか否か等の溶接品質の検査・確認を行う。
【００４８】
この溶接品質の検査を行う内筒１側の検査工程１１７及び外筒２側の検査工程１２０で不合格となった場合には、不合格の溶接部分及びその近傍部を補修溶接工程１１９及び１２２で補修するようにしている。
【００４９】
これらの補修溶接工程１０９、１１６、１１９及び１２２では、例えば、隅肉継手部を本溶接した時の溶接条件と略同一の補修溶接条件、又は補修溶接条件よりもＭＩＧ電圧や入熱量を増加した他の補修溶接条件を使用して、１パス肉盛して補修溶接することで、欠陥部(溶接不良部)を容易に消滅できるように肉盛補修することができる。
【００５０】
なお、溶接不良部の補修方法については、別の実施例(図７、図１０、図１４〜１６)を用いて後述する。
【００５１】
最初に、溶接前に行うワイヤ溶着断面積決定工程１０２では、所定の隅肉継手部５に形成すべき内側溶接部７ののど厚Ｌ１が伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ１≧Ｔ１)になるように、ワイヤ送り速度Ｗｆ又は該ワイヤ送り速度Ｗｆとワイヤ径ｄ及び所定の溶接速度Ｖからワイヤ溶着断面積Ａｗを算出して決定する。
【００５２】
なお、内側溶接部７(又は外側溶接部１０)ののど厚Ｌ１とは、図３及び図４のワイヤ溶着断面積Ａｗの決定工程１０２中に示すように、伝熱銅フィン３側の溶融底部から溶接ビード表面までの最小距離のことである。また、ワイヤ溶着断面積Ａｗの決定工程１０２の箇所に図示した隅肉継手部５の内側溶接部７は、内筒１の外面に伝熱銅フィン３の一方の端面部を溶接して形成することを想定して描いているが、外筒２の内面に伝熱銅フィン３の他方の端面部を溶接して他方の外側溶接部１０を形成することも想定内であり、図２に示した溶接構造と同様であることから省略している。
【００５３】
次に、図３及び図４に示す各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３では、本溶接前に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３を内筒１側に仮付溶接して仮組するようにしている。例えば、図５に示すように、鋼製の内筒１の外面に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の片方の各端面部を突き合せて広角形状の各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎを略等間隔に各々形成、又は各々形成すると共に、仮付(例えば、仮付溶接)して仮組する。
【００５４】
図５中の右側に示すように、隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎを形成及び仮組する場合には、例えば、ＴＩＧ溶接等の溶接法によって仮付溶接し、所定長さＸ１の仮付部(ｋ１、ｋ２・・・ｋｐ)を所定間隔Ｘ２毎に形成して、隅肉継手部を仮組すると良い。仮付溶接すべき仮付長さＸ１は、１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下(１５≦Ｘ１≦５０ｍｍ)の範囲であり、仮付間の距離間隔Ｘ２は、２００ｍｍ以上６００ｍｍ以下(２００≦Ｘ２≦６００ｍｍ)の範囲にすると良い。
【００５５】
また、仮付個数ｎについては、本溶接すべき溶接線長さＸｗによって変化するが、例えば、溶接線長さＸｗを仮付間の距離間隔Ｘ２で略均等分割した数に開始側又は終了側の１つを加えた合計数にすれば、(溶接線長さＸｗ／距離間隔Ｘ２)＋１となり、仮付個数ｎを容易に決定することができる。また、各仮付位置についても、溶接線の開始位置と、その開始位置から前記距離間隔Ｘ２毎の各位置と溶接線の終了位置とに決定すれば良い。また、仮付溶接すべき継手母材の溶接線(６−１、６−２・・・６−Ｎ)は、本溶接の場合と同程度であり、伝熱銅フィン３の端面角部から伝熱銅フィン表面側に溶接トーチをシフトさせる距離Ｓ３(第２の距離)は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下(１≦Ｓ３≦３ｍｍ)の範囲にすると良い。
【００５６】
なお、仮付長さＸ１が１５ｍｍより短過ぎると、仮付長さ不足に伴う強度不足になり易く、反対に、５０ｍｍより長過ぎると、本溶接の施工時に仮付部を再溶融させて本溶接ビードを形成させるのに支障が生じ易い。また、仮付間の距離間隔Ｘ２が２００ｍｍより短過ぎると、仮付個数の増加及び仮付作業の時間増加に至り、反対に、６００ｍｍより長過ぎると、仮付個数不足に伴う強度不足になり易く、また、本溶接の施工時に反り変形が生じ易いので好ましくない。また、溶接トーチをシフトさせるシフト距離Ｓ３が１ｍｍより短過ぎると、仮付溶接中のアーク及び溶融プールが鋼側(内筒１側)に片寄り易くなることから、反対側の伝熱銅フィン３側の溶融不足やアンダーカット発生に伴う強度不足になり易い。一方、シフト距離Ｓ３が３ｍｍより長過ぎると、仮付溶接中のアーク及び溶融プールが伝熱銅フィン３側に片寄り易くなることから、反対側の内筒１側の溶融不足や不正ビードになり易いので好ましくない。
【００５７】
このようにして決定した仮付位置に所定長さ(Ｘ１)ずつ、所定間隔(Ｘ２)毎にＴＩＧ仮付溶接を行うことで、内筒１側の場合でも、所定長さずつの仮付部を容易にｎ個形成（ｋ１、ｋ２・・・ｋｎ）することができ、また、本溶接すべき溶接線の曲がりや反り変形が小さい隅肉継手部を容易に仮組製作することができる。また、本仮付方法による仮付によって金属キャスク溶接構造物の溶接組立及び製造を継続することもできる。
【００５８】
また、各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎの所定位置にｎ個の仮付部を形成するためのＴＩＧ仮付溶接では、この仮付溶接後の本溶接で使用予定の溶接ワイヤ及びシールドガスと同一成分のＳｉＣｕワイヤ及びＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスを使用すると良い。
【００５９】
また、仮付溶接すべき隅肉継手部５−１の溶接線６−１上を通過するように溶接トーチを配置し、溶接トーチの先端開口部から仮付すべき隅肉継手部５−１及びその近傍表面部に向かって混合ガスを流出させて仮付開始位置にＴＩＧアークを発生させ、給電無のＳｉＣｕワイヤをＴＩＧアーク中及び溶融プール内に低速送給し、先行ワイヤ後続ＴＩＧアークの方向に溶接トーチを走行移動させ、隅肉継手部に所定長さのＴＩＧ仮付溶接を施工して仮付ビードを形成することで、所定の仮付長さＸ１の仮付ビード(ｋ１、ｋ２・・・ｋｎ)を良好に得ることができる。
【００６０】
また、ＳｉＣｕワイヤを用いてＴＩＧ仮付溶接することで、銅と鋼との異材溶接であっても、銅と鋼及びＳｉとが固溶可能な状態で適度に混合し合って割れのない良好な仮付ビード及び仮付溶接断面部を得ることができる。更に、複数の仮付部を有する隅肉継手部の本溶接を行うことが可能となる。
【００６１】
なお、図５中には、伝熱銅フィン３を２枚のみ図示して他の部分を省略してあるが、溶接すべき所定枚数の伝熱銅フィン３は、内筒１の外面の円周方向に略等間隔に傾斜配備されている。
【００６２】
図６は、図５に示した内筒側の隅肉継手部に本溶接した溶接部の形状を示す部分斜視図である。
【００６３】
本実施例の内筒１側の本溶接では、外筒２は配備せずに、伝熱銅フィン３を内筒１の外面に傾斜配備して広角形状の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎを形成すると共に仮付して仮組した後に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチによる本溶接の先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接トーチによる本溶接のＭＩＧ溶接によって、１パスずつ順番に溶接施工して溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２・・・７−Ｎを形成するようにしている。
【００６４】
このように、仮組(仮付溶接)後の各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎの溶接線上から本溶接を１パスずつ順番に溶接施工することで、十分な大きさを有するのど厚Ｌ１とビード高さＨ１及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、浅溶込みの溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２・・・７−Ｎを得ることができる。
【００６５】
また、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３(本溶接工程)は、上述したように、仮組及び溶接すべき内筒１側の各隅肉継手を仮付溶接して仮組した後に本溶接する工程である。
【００６６】
図３〜図６に示したように、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３では、所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３を内筒１の外面に取り付て隅肉継手部５をＮ箇所形成、又はＮ箇所形成すると共に仮付溶接して仮組し、その後に、仮付有継手部に本溶接を施工するようにしている。仮組後の内筒１側の本溶接では、例えば、所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３を内筒１の外面に取り付て隅肉継手部５をＮ箇所形成、又はＮ箇所形成すると共に仮付溶接して仮組した後に、そのＮ箇所の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎに１パスずつ繰り返し溶接(連続溶接)する内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５と、Ｎ箇所の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎを予め１〜５箇所程度に分割し、その分割した１〜５箇所の隅肉継手部５−１、５−２、５−３、５−４、５−５を溶接して、その溶接部を検査するように、溶接と検査の両作業を繰り返す内筒１側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程１０６とに分けている。
【００６７】
内筒１側のＮ箇所の溶接(本溶接)の繰り返し溶接工程１０５では、パス毎に溶接すべきＮ箇所の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎの各溶接開始位置から終了位置までの各溶接線(伝熱銅フィン３の下位表面に点線で示す溶接線６−１、６−２・・・６−Ｎ)に対して、シリコン入りのＣｕＳｉワイヤを用い、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチによる本溶接の先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接、又はＭＩＧ溶接トーチによる本溶接のＭＩＧ溶接によって、１パスずつ順番に溶接施工する。
【００６８】
このため、内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５では、例えば、溶接対象の継手(内筒１及び伝熱銅フィン３の両方)側を回転駆動装置等で回転移動させて、仮付溶接の場合と同様に、本溶接すべき隅肉継手部５−１の溶接線６−１を鉛直方向に姿勢変更した後に、溶接線６−１上に一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ、又はＭＩＧ溶接トーチを下向姿勢で位置決めする。伝熱銅フィン３の両端面部が平坦面形状の場合の溶接線は、端面角部から伝熱銅フィン３の表面側にワイヤ位置又はトーチ位置(電極位置含む)を所定距離だけシフトさせた位置であり、そのシフト量Ｓ１(第１の距離Ｓ１)は、０ｍｍ以上４ｍｍ以下(０≦Ｓ１≦４ｍｍ)の範囲で設定すると良い。
【００６９】
また、下向姿勢の一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを、溶接開始位置から終了位置までの溶接線６−１上に沿って走行させながら１パス溶接して溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２を形成するようにすると良い。
【００７０】
このように、ワイヤ位置又はトーチ位置を伝熱銅フィン３側にシフトさせて本溶接することで、伝熱銅フィン３の加熱溶融が促進されると共に、鋼側の溶込み深さｃが抑制されるので、十分な大きさを有するのど厚Ｌ１及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、浅溶込みの溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２を得ることができる。
【００７１】
溶接線６−１の１パス溶接が終了すれば、溶接トーチを回避移動させ、次の溶接線６−２の溶接では、継手側を再び回転移動させて、該当する溶接線６−２を鉛直方向に姿勢変更した後に、回避移動させていた溶接トーチを溶接線６−２上に沿って移動させて下向姿勢で位置決めを行う。溶接トーチを溶接線６−２上に沿って走行させながら１パス溶接すると良い。
【００７２】
このように、該当する隅肉継手部５の溶接線を姿勢変更する動作、溶接線上に溶接トーチを位置決めする動作、その溶接トーチを走行させながら溶接線上に１パス溶接を施工する動作、１パス溶接施工後に溶接トーチを回避させる動作等の一連の繰り返し動作を行うことで、所定枚数(Ｎ枚)の隅肉継手部の各溶接線６−１、６−２・・・６−Ｎに、図６に示すように、それぞれ溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２・・・７−Ｎを形成することができる。
【００７３】
なお、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接については、別の実施例(図１１〜１４)を用いて後述する。
【００７４】
一方、内筒１側の溶接(１〜５箇所)と、その溶接部の検査を繰り返す内筒１側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程１０６でも、溶接施工は同様であり、上述したように、下向姿勢の一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ、又はＭＩＧ溶接トーチを溶接開始位置から終了位置までの溶接線６−１上に沿って走行させながら１パス溶接して、溶接ビード及び溶接断面部７−１を形成するようにすると良い。溶接後には内筒１側の検査工程１１７で溶接品質の検査を行い、また、この溶接品質の検査で不合格となった場合には、不合格の溶接部分及びその近傍部を補修溶接工程１１９で補修するようにしている。
【００７５】
ＣｕＳｉワイヤを用いて先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接することで、銅と鋼との異材溶接であっても、銅と鋼及びＳｉとが固溶可能な状態で適度に混合し合って割れのない良好な溶接ビード及び溶接断面部(溶接部)を形成することができる。
【００７６】
例えば、Ｓｉ及びＭｎは、ＣｕやＦｅに対して溶け合う共晶型IIに属する物質であり、このため、該Ｓｉ及びＭｎ入りのＣｕＳｉワイヤを用いて溶接施工することで、上述したように、銅と鋼及びＳｉが固溶可能な状態で適度に混合し合って割れのない良好な溶接部が得られるものと推定される。
【００７７】
一方、熱伝導率が高い純銅製のＣｕワイヤを使用することも可能であるが、純銅製のＣｕワイヤの場合には、シリコン入りのＣｕＳｉワイヤと比べて、銅と鋼との異材溶接に対して溶接性及び溶接品質が劣ると共に、割れ感受性も高いことから本実施例の溶接方法には採用しなかった。
【００７８】
そして、本実施例では、溶接施工された各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎの溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２・・・７−Ｎに、少なくとも溶接部ののど厚Ｌ１が、伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ１≧Ｔ１)に形成され、かつ、内筒１側の溶込み深さｃが、０.０５ｍｍ以上６ｍｍ以下(０.０５≦ｃ≦６ｍｍ)に形成されている。好ましくは、溶込み深さｃを０.０５ｍｍ以上４ｍｍ以下(０.０５≦ｃ≦４ｍｍ)に形成する良い。
【００７９】
これによって、内筒１側の各伝熱銅フィン３の溶接箇所に、十分な大きさを有するのど厚Ｌ及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、かつ、割れ等の欠陥がない品質良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。また、除熱性能の向上及び製造コスト低減にも寄与することができる。更に、溶接部の引張強度についても、１００Ｎ／ｍｍ２以上の強度を確実に得ることができる。
【００８０】
上述したのど厚Ｌ１が伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１よりも小さ過ぎると、例えば、内筒１側から内側溶接部７を経由して伝熱銅フィン３側に熱を伝導するのに必要な熱伝導断面積が減少するため、除熱性能の向上に支障をきたすことになる。そのため、溶接部ののど厚Ｌ１を伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ１≧Ｔ１)、ビード高さＨ１をＴ１以上(Ｈ１≧Ｔ１)に形成している。
【００８１】
また、伝熱銅フィン３側のビード止端部に発生することがあるアンダーカット深さＲを(０.１×Ｔ１)以下に抑制している。更に、内筒１側の溶込み深さｃが深過ぎると、溶接部の断面積に対する鋼の溶融比率(希釈率)が増加するため、溶接部分の熱伝導率が減少すると共に、割れ感受性が高くなり易い。溶込み深さｃが浅過ぎると、鋼側との接合不足によって引張強度が低下し易くなる。
【００８２】
そのため、上述したように、内筒１側の溶込み深さｃを０.０５ｍｍ以上６ｍｍ以下(０.０５≦ｃ≦６ｍｍ)に形成している。好ましくは溶込み深さｃを０.０５ｍｍ以上４ｍｍ以下(０.０５≦ｃ≦４ｍｍ)に形成すると良い。
【００８３】
一方、各伝熱銅フィン３を、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３(本溶接工程)で溶接する過程で発生することがあるアンダーカット過大や、のど厚不足又はビード高さ不足等の溶接不良部、又は溶接後の品質検査工程１０７、１１７で検出されることがあるアンダーカット過大、のど厚不足又はビード高さ不足等の溶接不良部は、補修溶接(肉盛補修)する必要がある。
【００８４】
図７は、本発明の実施例１に係わる金属キャスク溶接構造物における内筒側の検査工程での合否判定、及び補修溶接工程で溶接不良部を補修した補修溶接部の形状を示す部分斜視図である。
【００８５】
本実施例の内筒側の検査工程１０７、１１７では、溶接品質の合否判定を行うため、例えば、のど厚Ｌ１がＬ１＜Ｔ１、又はビード高さＨ１がＨ１＜Ｔ１、又はアンダーカット深さＲがＲ＞(０.１×Ｔ１)の時には、不合格(溶接不良)と判定し、また、Ｌ１≧Ｔ１、又はＨ１≧Ｔ１、又はＲ≦(０.１×Ｔ１)の時には、合格(溶接良好)と判定するようにしている。不合格判定の溶接不良部及びその近傍部は、補修溶接工程１０９、１１９で補修溶接を実施する。
【００８６】
例えば、不合格判定の溶接不良部を補修する場合には、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３(本溶接工程)で使用したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチと同一又は同種の溶接トーチ、同一成分の溶接ワイヤ及びシールドガスをそれぞれ使用すると共に、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３で施工した時の溶接方向と同一方向にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを走行させ、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、溶接不良部を有する溶接ビード部７−１、７−２の上から肉盛するように、溶接不良部及びその近傍部に補修溶接を施工して溶接不良部を消滅させ、かつ、良好な補修溶接ビード(補修ビード)７０−１を形成するようにしている。
【００８７】
また、補修溶接工程１０９、１１９で溶接不良部を補修する場合には、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３で使用した溶接条件と略同一の補修溶接条件、又は補修溶接条件よりもＭＩＧ電圧や入熱量を増加した他の補修溶接条件を使用し、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３で形成された溶接ビード部７−１、７−２の銅側のビード止端部から伝熱銅フィン３の表面側に所定距離だけシフトさせた位置の線上に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを配置すると良い。
【００８８】
そして、溶接不良部及びその近傍部の線上を通過するようにＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを走行させ、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、溶接不良部を有する溶接ビード部７−１、７−２の上から肉盛するように、溶接不良部及びその近傍部に補修溶接を施工して溶接不良部を消滅させると共に、良好な補修溶接ビード７０−１を形成するようにしている。
【００８９】
このように補修溶接することで、のど厚不足又はビード高さ不足及びアンダーカット深さ過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な溶接ビード（補修断面部）７０−１、７０−２を得ることができる。また、本補修方法による補修によって、金属キャスク溶接構造物の製造を継続することもできる。
【００９０】
補修終了後に行う補修溶接部の品質検査１０７１、１１７１で、補修後ののど厚Ｌ２≧Ｔ１、ビード積層高さＨ２≧Ｔ１、アンダーカット深さＲ≦(０.１×Ｔ１)に回復すると合格判定となり、次工程の各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０に進むようにしている。
【００９１】
このように、溶接不良が発生した場合でも、独自の補修溶接の施工によって、のど厚不足やビード高さ不足及びアンダーカット深さ過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修溶接ビード（補修断面部）７０−１、７０−２を得ると共に、除熱性能向上に寄与する大きな溶接のど厚及び熱伝導断面積を確保することができる。
【００９２】
次に、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０(本溶接工程)は、仮組及び溶接すべき外筒２側の各隅肉継手を仮付溶接して仮組した後に本溶接する工程である。
【００９３】
図３及び図４に示しように、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０では、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５、内筒１側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程１０６の終了後又は内筒１側の検査工程１０７、１１７の終了後に、外筒２側の各隅肉継手を仮組(仮付溶接)し、その後に、仮付有継手部に本溶接を施工するようにしている。
【００９４】
例えば、外筒２側の仮組では、図８に示すように、内筒１側に溶接済の伝熱銅フィン３の外周側に一体の円筒状の外筒２を配置して、所定枚数(Ｎ)の伝熱銅フィン３の他方の各端面部を突き合せて、広角形状の各隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎを略等間隔に各々形成、又は前記各々形成すると共に仮付溶接して仮組する。
【００９５】
図８中の右側に示すように、隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎを形成及び仮組する場合には、例えば、ＴＩＧ溶接等の溶接法によって仮付溶接し、所定長さＸ１の仮付部(ｋ１、ｋ２・・・ｋｐ)を所定間隔Ｘ２毎に形成して隅肉継手部を仮組すると良い。
【００９６】
上述した内筒１側の場合と同様に、外筒２側の場合でも、仮付溶接すべき仮付長さＸ１は、１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下(１５≦Ｘ１≦５０ｍｍ)の範囲であり、仮付間の距離間隔Ｘ２は、２００ｍｍ以上６００ｍｍ以下(２００≦Ｘ２≦６００ｍｍ)の範囲であると良い。また、仮付個数ｎについては、本溶接すべき溶接線長さＸｗによって変化するが、例えば、溶接線長さＸｗを仮付間の距離間隔Ｘ２で略均等分割した数に開始側又は終了側の１つを加えた合計数にすれば、(溶接線長さＸｗ/距離間隔Ｘ２)＋１となり、仮付個数ｎを容易に決定することができる。また、各仮付位置についても、溶接線の開始位置と、その開始位置から距離間隔Ｘ２毎の各位置と溶接線の終了位置とに決定すれば良い。
【００９７】
このようにして決定した仮付位置にＴＩＧ仮付溶接を所定長さ(Ｘ１)ずつ、所定間隔(Ｘ２)毎に行うことで、内筒１側の場合と同様に、外筒２側の場合でも、所定長さずつの仮付部を容易にｎ個形成することができ、また、本溶接すべき溶接線の曲がりや反り変形が小さい隅肉継手部を容易に仮組製作することができる。また、上述したように、本仮付方法による仮付によって、金属キャスク溶接構造物の溶接組立及び製造を継続することもできる。
【００９８】
なお、各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎの所定位置にｎ個の仮付部を形成するためのＴＩＧ仮付溶接では、この仮付溶接後の本溶接で使用予定の溶接ワイヤ及びシールドガスと同一成分のＳｉＣｕワイヤ及びＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスを使用すると良い。
【００９９】
また、内筒１側の仮付溶接の場合と同様に、外筒２の場合でも、仮付溶接すべき隅肉継手部８−１の溶接線９−１上を通過するように溶接トーチを配置し、溶接トーチの先端開口部から仮付すべき隅肉継手部８−１及びその近傍表面部に向かって混合ガスを流出させて仮付開始位置にＴＩＧアークを発生させ、給電無のＳｉＣｕワイヤをＴＩＧアーク中及び溶融プール内に低速送給し、先行ワイヤ後続ＴＩＧアークの方向に溶接トーチを走行移動させ、隅肉継手部に所定長さの仮付溶接を施工して仮付ビードを形成するＴＩＧ仮付溶接を施工し仮付ビードを形成することで、所定の仮付長さＸ１の仮付ビード(ｋ１、ｋ２・・・ｋｎ)を良好に得ることができる。
【０１００】
また、ＳｉＣｕワイヤを用いてＴＩＧ仮付溶接することで、銅と鋼との異材溶接であっても、銅と鋼及びＳｉとが固溶可能な状態で適度に混合し合って割れのない良好な仮付ビード及び仮付溶接断面部を得ることができる。更に、複数の仮付部を有する隅肉継手部の本溶接を行うことが可能となる。
【０１０１】
なお、図８中には、図５と同様に、伝熱銅フィン３を２枚のみ図示して他の部分を省略しているが、溶接すべき所定枚数(Ｎ)の伝熱銅フィン３は、内筒１及び外筒２の両面に略等間隔に傾斜配備されており、かつ、内筒１側の溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２・・・７−Ｎは既に形成済であり、継手側の姿勢を反転して図示している。
【０１０２】
図９は、図８に示した外筒側の隅肉継手部に本溶接した溶接部の形状を示す部分斜視図である。
【０１０３】
本実施例の外筒２側の本溶接では、伝熱銅フィン３を外筒２の内面に傾斜配備して広角形状の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎを形成すると共に仮付して仮組した後に、内筒１側の場合と同様に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチによる本溶接の先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接トーチによる本溶接のＭＩＧ溶接によって、１パスずつ順番に溶接施工して溶接ビード（溶接断面部）１０−１、１０−２・・・１０−Ｎを形成するようにしている。
【０１０４】
このように、仮組(仮付溶接)後の各隅肉継手部８−１、８−８・・・８−Ｎの溶接線上から本溶接を１パスずつ順番に溶接施工することで、十分な大きさを有するのど厚Ｌ１とビード高さＨ１及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、浅溶込みの溶接ビード（溶接断面部）１０−１、１０−２・・・１０−Ｎを得ることができる。
【０１０５】
また、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０では、図３、図４、図８及び図９に示すように、外筒２側に隅肉継手部をＮ箇所形成、又はＮ箇所形成すると共に仮付溶接して仮組した後に、そのＮ箇所の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに１パスずつ繰り返し溶接(連続溶接)する外筒２側のＮ箇所の溶接(本溶接)の繰り返し溶接工程１１２と、１〜５箇所程度の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに１パスずつ溶接すると共に、その溶接後の溶接部を検査するように溶接と検査の両作業を繰り返す外筒２側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程１１３とに分けている。
【０１０６】
例えば、外筒２側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１１２では、内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５の場合と同様に、パス毎に溶接すべきＮ箇所の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎの各溶接開始位置から終了位置までの各溶接線(伝熱銅フィン３の下位表面に記載した点線で示す溶接線９−１、９−２・・・９−Ｎに対して、シリコン入りのＣｕＳｉワイヤを用い、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、１パスずつ順番に溶接施工する。
【０１０７】
このため、内筒１側の場合と同様に、外筒２側の本溶接の場合でも、溶接対象の継手(内筒１と外筒２及び伝熱銅フィン３)側を回転駆動装置等で回転移動させて、仮付溶接の場合と同様に、本溶接すべき隅肉継手部８−１の溶接線９−１を鉛直方向に姿勢変更した後に、溶接線９−１上に、一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを下向姿勢で位置決めする。
【０１０８】
上述したように、伝熱銅フィン３の両端面部が平坦面形状の場合の溶接線は、端面角部から伝熱銅フィン３の表面側にワイヤ位置又はトーチ位置(電極位置含む)を所定距離だけシフトさせた位置であり、そのシフト量Ｓ１は、０≦Ｓ１≦４ｍｍの範囲で設定すると良い。また、下向姿勢の一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを、溶接開始位置から終了位置までの溶接線９−１上に沿って走行させながら１パス溶接して溶接ビード（溶接断面部）１０−１を形成するようにすると良い。
【０１０９】
このように、ワイヤ位置又はトーチ位置を伝熱銅フィン３側にシフトさせて溶接することで、伝熱銅フィン３の加熱溶融が促進されると共に鋼側の溶込み深さが抑制されるので、十分な大きさを有するのど厚Ｌ１とビード高さＨ１及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、浅溶込みの溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。
【０１１０】
溶接線９−１の１パス溶接が終了すれば、溶接トーチを回避移動させ、次の溶接線９−２の溶接及びそれ以降の溶接線の溶接も同様であり、上述したように、該当する隅肉継手部の溶接線を姿勢変更する動作、溶接線上に溶接トーチを位置決めする動作、溶接トーチを走行させながら溶接線上に１パス溶接を施工する動作、１パス溶接施工後に溶接トーチを回避させる動作等の一連の繰り返し動作を行うことで、所定枚数(Ｎ枚)の隅肉継手部の各溶接線９−１、９−２・・・９−Ｎに、それぞれ溶接ビード（溶接断面部）１０−１、１０−２・・・１０−Ｎを形成することができる。
【０１１１】
一方、外筒２側の溶接(１〜５箇所)と、その溶接部の検査とを繰り返す外筒２側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程１１３でも、内筒１側の場合と同様であり、上述したように、下向姿勢の一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを、溶接開始位置から終了位置までの溶接線９−１上に沿って走行させながら１パス溶接して溶接ビード（溶接断面部）１０−１を形成するようにすると良い。溶接後に外筒２側の溶接品質の検査工程１２０を行い、また、この外筒２側の溶接品質の検査工程１２０で不合格となった場合は、不合格の溶接部分及びその近傍部を補修溶接工程１２２で補修するようにしている。
【０１１２】
また、図４、図８及び図９に示したように、溶接施工された各隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎの溶接ビード（溶接断面部）１０−１、１０−２・・・１０−Ｎには、少なくとも溶接部ののど厚Ｌ１が伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ１≧Ｔ１)、ビード高さＨ１がＴ１以上(Ｈ１≧Ｔ１)に形成されており、また、アンダーカット深さＲは(０.１×Ｔ１)以下に抑制されている。
【０１１３】
これによって、上述した内筒１側の場合と同様に、外筒２側の各伝熱銅フィン３の溶接箇所でも、十分な大きさを有するのど厚Ｌ及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、かつ、割れ等の欠陥がない品質良好な溶接ビード（溶接断面部）１０−１、１０−２・・・１０−Ｎを得ることができる。
【０１１４】
外筒２側の繰り返し溶接が終了した後の外筒２側の検査工程１１４では、内筒１側の溶接検査と同様に、外筒２側の各溶接部に溶接ビードが良好に形成されているか否か、割れやアンダーカット等の欠陥があるか否か、のど厚Ｌ１やビード高さＨ１や溶込み深さｃ等を満足しているか否か等の溶接品質の検査・確認を行う。合格(工程１１５)であれば、次工程１２５のステップに進み、不合格の溶接箇所があれば、補修溶接工程１１６に進み、不合格の溶接箇所及び近傍を補修溶接するようにしている。
【０１１５】
内筒１側の場合と同様に、外筒２側の溶接部に発生したアンダーカット過大、のど厚不足又はビード高さ不足等の溶接不良部は、補修溶接(肉盛補修)する必要がある。図１０に示すように、外筒２側の検査工程１１４、１２０では、溶接品質の合否判定を行うため、例えば、のど厚Ｌ１がＬ１＜Ｔ１、又はビード高さＨ１がＨ１＜Ｔ１、又はアンダーカット深さＲがＲ＞(０.１×Ｔ１)の時は不合格(溶接不良)と判定し、不合格判定の溶接不良部及びその近傍部は、補修溶接工程１１６、１２２で補修溶接を実施する。
【０１１６】
内筒１側の場合と同様に、不合格判定の溶接不良部を補修溶接工程１１６、１２２で補修する場合には、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０(本溶接工程)で使用したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチと同一又は同種の溶接トーチ、同一成分の溶接ワイヤ及びシールドガスをそれぞれ使用すると共に、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で施工した時の溶接方向と同一方向にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを走行させ、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、溶接不良部を有する溶接ビード（溶接断面部）１０−１の上から肉盛するように、溶接不良部及びその近傍部に補修溶接を施工して溶接不良部を消滅させると共に、良好な補修溶接ビード１００−１を形成するようにしている。
【０１１７】
また、補修溶接工程１１６、１２２で溶接不良部を補修する場合には、上述したように、各隅肉継手の仮組工程を含む第１の溶接工程１１０で使用した溶接条件と略同一の補修溶接条件、又は補修溶接条件よりもＭＩＧ電圧や入熱量を増加した他の補修溶接条件を使用し、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で形成された補修溶接ビード１０−１の銅側のビード止端部から伝熱銅フィン３表面側に所定距離だけシフトさせた位置の線上に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを配置すると良い。
【０１１８】
そして、溶接不良部及びその近傍部の線上を通過するようにＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを走行させ、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、溶接不良部を有する溶接ビード（溶接断面部）１０−１の上から肉盛するように、溶接不良部及びその近傍部に補修溶接を施工して溶接不良部を消滅させると共に、良好な補修溶接ビード１００−１を形成するようにしている。
【０１１９】
このように補修溶接することで、のど厚Ｌ１不足又はビード高さＨ１不足及びアンダーカット深さＲ過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修溶接ビード１００−１を得ることができる。また、上述したように、本補修方法による補修によって金属キャスク溶接構造物の製造を継続することもできる。
【０１２０】
補修溶接(肉盛補修)すべき補修箇所は、主に不合格判定された溶接不良部及びその近傍部であり、上述したように、溶接不良部を有する溶接ビード１０−１の上から肉盛するように、溶接不良部及びその近傍部に補修溶接を施工すると良い。なお、合格判定の溶接良好部には補修溶接を施工する必要性がないので省略すれば良い。
【０１２１】
そして、補修終了後に行う補修溶接部の品質検査１１４１、１２０１で、補修後ののど厚Ｌ２≧Ｔ１、ビード積層高さＨ２≧Ｔ１、アンダーカット深さＲ≦(０.１×Ｔ１)に回復すると合格判定となり、次工程１２５に進むようにしている。
【０１２２】
このように、外筒２側の溶接箇所に溶接不良が発生した場合でも、内筒２側の場合と同様に、独自の補修溶接の施工によって、のど厚Ｌ１不足やビード高さＨ１不足及びアンダーカット深さＲ過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修溶接ビード１００−１を得ると共に、除熱性能向上に寄与する大きな溶接のど厚及び熱伝導断面積を確保することができる。
【０１２３】
図１１及び図１２は、本実施例に係わる一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの概略構成及びトーチ配置の一実施例を示すものである。
【０１２４】
図１１に示すように、一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の内部には、タングステン等の非消耗電極１３、その非消耗電極１３の先端部及び溶接部分に向けて第１のシールドガス１４を流出させる第１のガス通路(図示せず)等を備えたＴＩＧユニット１２と、ＣｕＳｉワイヤ等の消耗ワイヤ１８(溶接ワイヤともいう)、その消耗ワイヤ１８が挿通するワイヤ通路(図示せず)、消耗ワイヤ１８の先端部及び溶接部分に向けて第２のシールドガス１９を流出させる第２のガス通路等を備えたＭＩＧユニット１７とが配備されている。
【０１２５】
第１及び第２のシールドガス１４及び１９は、ガスの種類や成分を変更可能であるが、ここではＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスをシールドガスに使用している。銅と鋼との溶接にＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスを使用することで、純Ａｒガスの場合と比べて、電位傾度が高く、溶接性や濡れ性等が優れており、品質良好な溶接部を得ることが容易となる。図示していないが、この他にも、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を循環水で冷却する水路が設けられている。
【０１２６】
ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１は、鋼製の内筒１と銅製の伝熱銅フィン３との隅肉継手部５の溶接線６に対して、走行移動可能な長尺アーム３１の先端部に取付冶具(図示せず)を介して略下向姿勢に取付け、又は長尺アーム３１の先端部に取付冶具及び左右・上下移動可能な２軸駆動テーブル(図示せず)を介して取付け、かつ、溶接線６−１方向に配置されている。
【０１２７】
また、走行移動可能な長尺アーム３１の代わりに、多関節可動式の溶接ロボットを用い、この溶接ロボットの手首部にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を配置(取付)して、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を走行移動させながら、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接を隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工するようにしても良い。
【０１２８】
更に、先行ＴＩＧの非消耗電極１３側のＴＩＧユニット１２は、溶接進行方向と逆方向側に後退角−α１で傾斜配置され、また、後続ＭＩＧの消耗ワイヤ１８側のＭＩＧユニット１７は、溶接進行方向に前進角＋α２で傾斜して配置されている。
【０１２９】
先行ＴＩＧ側の後退角−α１は、０〜４５度の範囲にすると良い。好ましくは１５〜３０度の範囲に配置するとさらに良い。他方の後続ＭＩＧ側の前進角＋α２は、１５〜４５度の範囲にすると良い。好ましくは１５〜３０度の範囲に配置するとさらに良い。
【０１３０】
また、非消耗電極１３の先端部の延長線が継手母材の溶接線６と交差する位置から消耗ワイヤ１８の先端部までの両電極間の距離間隔ｆ１は、３〜９ｍｍの範囲にすると良い。好ましくは４〜７ｍｍの範囲に配置するとさらに良い。また、継手母材の溶接線６から非消耗電極１３の先端部までの電極高さｆ２は、３〜９ｍｍの範囲にすると良い。好ましくは４〜７ｍｍの範囲に配置するとさらに良い。
【０１３１】
このように、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を配置して溶接線上を走行移動及び溶接動作させることで、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接を安定に施工することができる。
【０１３２】
なお、ＴＩＧユニット１２の後退角−α１及びＭＩＧユニット１７の前進角＋α２が１５度よりも小さ過ぎると、例えば、非消耗電極１３と消耗ワイヤ１８との距離間隔ｆ１を所定範囲に接近させることができなくなり、また、ＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３で形成する１つの溶融プール２４の形状が細長く不安定になり易い。
【０１３３】
一方、後退角−α１及び前進角＋α２が上述した角度範囲よりも大き過ぎると、ＭＩＧアーク２３によって溶融される消耗ワイヤ１８の溶滴が、スパッタとなって先行ＴＩＧ側方向に飛び散り易く、そのスパッタの一部が先行ＴＩＧ側の非消耗電極１３に付着して非消耗電極１３を損傷させることがあり、また、ガスシールド性が低下し易いので好ましくない。
【０１３４】
従って、先行ＴＩＧ側の後退角−α１は、０〜４５度の範囲にすると良いし、後続ＭＩＧ側の前進角＋α２は、１５〜４５度の範囲にすると良い。
【０１３５】
また、非消耗電極１３と消耗ワイヤ１８との距離間隔ｆ１の値が３ｍｍよりも小さ過ぎると、例えば、ＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３が接近し過ぎ、後続ＭＩＧ側の消耗ワイヤ１８から発生したスパッタの一部が先行ＴＩＧ側の非消耗電極１３に付着して非消耗電極１３を損傷させることがあり、しかも、ＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３の挙動も不安定になり易い。
【０１３６】
一方、非消耗電極１３と消耗ワイヤ１８との距離間隔ｆ１が９ｍｍよりも大き過ぎると、ＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３で形成する１つの溶融プール２４の形状が細長く不安定になり易く、所望の溶接ビード及び溶接断面部が得られない場合がある。
【０１３７】
従って、非消耗電極１３の先端部の延長線が継手母材の溶接線６−１と交差する位置から消耗ワイヤ１８の先端部までの両電極間の距離間隔ｆ１は、３〜９ｍｍの範囲にすると良い。
【０１３８】
更に、継手母材の溶接線６から非消耗電極１３の先端部までの電極高さｆ２が３ｍｍよりも小さ過ぎると、例えば、ＴＩＧアーク２２の短縮に伴うアーク電圧低下及び入熱減少等によって溶融不足が発生することがあり、また、非消耗電極１３の先端部が溶融プール２４の表面上に接近しているので、溶融プール２４の挙動変化や飛散したスパッタの影響を受け易くなる。
【０１３９】
一方、継手母材の溶接線６−１から非消耗電極１３の先端部までの電極高さｆ２が９ｍｍよりも大き過ぎると、ＴＩＧアーク２２の延長に伴うアーク不安定化及び入熱増加等によって、伝熱銅フィン３が過剰に溶融されてアンダーカットの発生要因になることがあり、また、ガスシールド性も低下し易いので好ましくない。
【０１４０】
従って、継手母材の溶接線６−１から非消耗電極１３の先端部までの電極高さｆ２は、３〜９ｍｍの範囲にすると良い。
【０１４１】
図１２に示すように、ＴＩＧ溶接電源１５は、給電ケーブル１６−１、１６−２を経由してＴＩＧユニット１２内の非消耗電極１３と継手母材の内筒１との間に接続され、かつ、非消耗電極１３側の極性を負極(マイナス)とし、内筒１側の極性を正極(プラス)として、シールドガス１４の流出雰囲気内で、ＴＩＧアーク２２を溶接箇所に発生させる。他方のＭＩＧ溶接電源２０(ワイヤ送給装置も含む)は、給電ケーブル２１−１、２１−２を経由してＭＩＧユニット１７内の消耗ワイヤ１８と継手母材の内筒１との間に接続され、かつ、給電及び送給する消耗ワイヤ１８側の極性を正極(プラス)とし、内筒１側の極性を負極(マイナス)として、第２のシールドガス１９の流出雰囲気内で、ＭＩＧアーク２３をＴＩＧアーク２２の後方近傍に発生させる。
【０１４２】
先行ＴＩＧ側の非消耗電極１３を流れる第１の溶接電流Ｉａと、後続ＭＩＧ側の消耗ワイヤ１８(ＣｕＳｉワイヤ)を流れる第２の溶接電流Ｉｂとで生じる反発作用の磁力によって、相互に反発し合う２つのＴＩＧアーク２２及びＭＩＧアーク２３で１つの溶融プール２４を形成し、仮付有継手部の溶接線６上を通過するように溶接方向２５ａへ移動させながら本溶接するようにしている。
【０１４３】
第１の溶接電流Ｉａと第２の溶接電流Ｉｂとの比(Ｉａ／Ｉｂ)は、約０.８〜１.２の範囲に設定して出力させると良い。また、第１及び第２の溶接電流Ｉａ及びＩｂは、両方共に直流電流を給電して、直流同士の２つのアークを形成するようにすると良い。。
【０１４４】
非消耗電極１３を流れる第１の溶接電流Ｉａと、消耗ワイヤ１８を流れる第２の溶接電流Ｉｂとの比(Ｉａ／Ｉｂ＝０.８〜１.２)の範囲で直流同士の溶接電流Ｉａ、Ｉｂを出力させることで、相互に反発し合うＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３が略下向き方向に偏向した状態で持続されると共に、１つの溶融プール２４を安定に形成することができる。また、消耗ワイヤ１８の先端部からの溶滴が飛散することなく、溶融プール２４内へ容易に溶滴移行し易くなり、良好な溶接ビード及び溶接断面部を有する溶接ビード（溶接断面部）７−１を得ることができる。
【０１４５】
なお、非消耗電極１３を流れる第１の溶接電流Ｉａと、消耗ワイヤ１８を流れる第２の溶接電流Ｉｂとの比(Ｉａ／Ｉｂ)が小さ過ぎる場合又は大き過ぎる場合には、相互に反発し合うＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３に大きな偏差が生じるため、電流が大きい側のアーク力の影響により電流の小さい側のアーク挙動が不安定となって溶接不良になり易い。
【０１４６】
一方、例えば、ＴＩＧ側の極性を負極(マイナス)から正極(プラス)に反転させた場合は、溶接中にタングステン等の非消耗電極１３が高温過熱によって激しく消耗するため、アーク挙動が不安定となって溶接不良になり易く、時間の長い溶接が困難となる。また、ＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３が相互に引き合う方向に偏向するため、ＭＩＧ側の消耗ワイヤ１８の溶滴が、ＴＩＧ側の非消耗電極１３に溶着して短時間で電極消耗が発生することもある。他方のＭＩＧ側の極性を正極(プラス)から負極(マイナス)に反転させた場合には、不安定なアーク挙動及びスパッタの発生を伴うため溶接不良になり易く、時間の長い溶接が困難となる。
【０１４７】
図１２中には、説明し易くするために中央付近の溶接線６上にＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３及び１つの溶融プール２４を図示しているが、実際にＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３を発生させる箇所は、溶接すべき隅肉継手部５の溶接線６上の溶接開始位置である。
【０１４８】
例えば、溶接対象の継手(内筒１及び伝熱銅フィン３)側を回転駆動装置等で回転移動させて、溶接すべき隅肉継手部５の溶接線６を鉛直方向に姿勢変更した後に、溶接線６−１上に一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を下向姿勢で位置決めする。その後、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を溶接線６上の溶接開始位置に停止させる。ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１内のＴＩＧユニット１２の先端開口部と、ＭＩＧユニット１７の先端開口部との両方からＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスを溶接開始位置及びその近傍で流出させながら、先行ＴＩＧの非消耗電極１３の先端部から電極負極(マイナス)のＴＩＧアーク２２を発生させ、その第１の溶接電流Ｉａを定常値まで到着させた直後又は所定時間経過後に、後続ＭＩＧの消耗ワイヤ１８として送給するＣｕＳｉワイヤからワイヤ正極(プラス)のＭＩＧアーク２３を、ＴＩＧアーク２２の後方近傍に発生させると共に、その第２の溶接電流Ｉｂを定常値まで到達させ、相互に反発し合うＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３で１つの溶融プール２４を形成させ、溶接開始位置に発生させた直後又は所定時間経過後に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を走行させて、１つの溶融プール２４を溶接線方向に移動させながら隅肉継手部５の溶接終了位置まで溶接するようにしている。
【０１４９】
このように溶接施工することで、上述したように、隅肉継手部５の溶接開始位置から終了位置までの溶接線６上に良好な溶接ビード（溶接断面部）７−１を確実に形成することができる。
【実施例２】
【０１５０】
図１３は、本発明の実施例２としてのＭＩＧ溶接トーチの概略構成及びトーチ配置の一例を示すものである。該図に示す例は、上述したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の代わりに、ＭＩＧ溶接トーチ２６を使用してＭＩＧ溶接する場合の例である。
【０１５１】
該図に示す如く、ＭＩＧ溶接トーチ２６を使用する場合には、消耗ワイヤ１８のＣｕＳｉワイヤと継手母材の内筒１との間に、給電ケーブル２９−１、２９−２を経由してＭＩＧ溶接電源２８が接続されている。また、ＭＩＧ溶接トーチ２６は、上述のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の場合と同様に、溶接すべき溶接線６に対して、走行移動可能な長尺アーム(図示せず)の先端部又は多関節可動式の溶接ロボット(図示せず)の手首部に取付冶具(図示せず)を介して略下向姿勢に取付けられ、かつ、溶接線６の方向に配置されている。
【０１５２】
また、本実施例でのＭＩＧ溶接トーチ２６は、溶接方向に対して、略垂直又は前進角＋α３で傾斜配置している。この前進角＋α３は、０〜３０度の範囲にすると良い。好ましくは０〜１５度の範囲に配置するとさらに良い。
【０１５３】
なお、前進角＋α３は記載を省略しているが、図１１及び図１２に示したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１内のＭＩＧユニット１７の傾斜角＋α２に該当するトーチ傾斜角度であり、図１３に示すＭＩＧ溶接トーチ２６を使用する場合には、前進角＋α３を０〜３０度の範囲にすると良い。好ましくは０〜１５度の範囲に配置するとさらに良い。
【０１５４】
この前進角＋α３を３０度よりも大きくして溶接すると、ＭＩＧアーク２３が前方に傾斜し過ぎることから、ＭＩＧアーク２３によって溶融される消耗ワイヤ１８の溶滴が前方方向へ飛び散り(スパッタ多発)易く、また、ガスシールド性も低下し易いので好ましくない。
【０１５５】
各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０でＭＩＧ溶接を実施する場合は、ＭＩＧ溶接トーチ２６の先端開口部からＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスからなるＭＩＧ用シールドガス２７を流出させながら、ＭＩＧ溶接電源２８側から給電及び送給する消耗ワイヤ１８の電極極性を正極(プラス)としたＭＩＧアーク(図示せず)を隅肉継手部５の溶接線６上の溶接開始位置より発生させ、１つのアークで１つの溶融プール２４を形成させてから、ＭＩＧ溶接トーチ２６を溶接方向に移動させながら下向姿勢で溶接するようにしている。
【０１５６】
消耗ワイヤ１８へ正極(プラス)の直流電流を給電する直流ＭＩＧアークによる溶接も可能であるが、高いピーク電流と低いベース電流とを交互に繰り返すパルスＭＩＧアークを使用すると、直流ＭＩＧアークの場合よりもスパッタの発生が少ない溶接を行うことができる。
【０１５７】
溶接すべき内筒１側の伝熱銅フィン３の片方端面部と隅肉継手部５又は外筒２側の伝熱銅フィン３の他方端面部と隅肉継手部８の角度θ１は、θ１＝１２０度±１５度(１０５≦θ１≦１３５度)の範囲の広角傾斜に配置(構成)されており、また、内筒１及び外筒２の両面に形成された伝熱銅フィン３の両方端面部との隅肉継手部５の角度θ１も上記値と同じ範囲内に配置すると良い。また、他方の内筒１側又は外筒２側の傾斜角度θ２は、水平線に対して、θ２＝３０度±１５度(１５≦θ２≦４５度)の範囲となるように配置されている。
【０１５８】
このような角度範囲で継手部材(伝熱銅フィン３と内筒１又は伝熱フィン３と外筒２)を傾斜配置することで、ＭＩＧ溶接トーチ２６(ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の場合も同様)を略垂直の下向姿勢に配置可能となり、溶接トーチ等の操作性が良くなると共に、溶接前の準備作業及び溶接作業等を向上することができる。
【０１５９】
なお、図１及び図２で説明したように、内筒１及び外筒２と複数枚(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３との間に区分けされた各空間部４は、使用済燃料の集合体から法線状に放出される放射線を遮蔽する物質(レジン)が別途実施するレジン充填工程で充填される。
【０１６０】
このため、図５及び図８に示したように、溶接すべき隅肉継手部５、８の角度θ１を１３５度よりも大きくすると、上述したレジンの充填によって放射線を効果的に遮蔽することができるが、溶接施工時に内筒１の外面及び外筒２の内面の間に溶接すべき各伝熱銅フィン３の板幅を事前に大きく製作する必要があるため、伝熱銅フィン３の製作コスト増加になると共に、隣接し合う各伝熱銅フィン３の溶接時に、溶接トーチの一部が隣の伝熱銅フィン３に接触して溶接施工が実施できなくなる可能性が高い。
【０１６１】
一方、隅肉継手部５、８の角度θ１を１０５度よりも小さくすると、伝熱銅フィン３の板幅は縮小でき、また、溶接施工もし易くなるが、使用済燃料の集合体から放出される放射線量の一部が各レジンの間(伝熱銅フィン３及び隙間)から透過することが予想され、この放射線量の透過漏れ等によって、放射線遮蔽能力が低下する可能性が高まるので好ましくない。
【０１６２】
従って、隅肉継手部５、８の角度θ１を１０５≦θ１≦１３５度の範囲の広角傾斜に配置することで、溶接施工の実施や放射線遮蔽の能力確保を可能にすることができる。
【０１６３】
また、内筒１側又は外筒２側の傾斜角度θ２は、ＭＩＧ溶接トーチ２６(ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の場合も同様)を略垂直の下向姿勢に配置するための角度であることから、隅肉継手部５の角度θ１の大きさに対応して変化させれば良く、例えば、隅肉継手部５、８の角度θ１を小さくする場合は、他方の内筒１側又は外筒２側の傾斜角度θ２を大きくする方向に変化させ、反対に隅肉継手部５、８の角度θ１を大きくする場合には、傾斜角度θ２を小さくする方向に変化させると良い。
【０１６４】
図１１、図１２及び図１３に示した一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１及びＭＩＧ溶接専用のＭＩＧ溶接トーチ２６は、図１１に一例として示すように、アーム駆動装置３１−１によって走行移動可能な長尺アーム３１の先端部(又は多関節可動式の溶接ロボットの手首部)に取付冶具を介して略下向姿勢に取付け、又は長尺アーム３１の先端部に取付冶具及び左右・上下移動可能な２軸駆動テーブルを介して略下向姿勢に取付けると共に、溶接線方向に配置されている。
【０１６５】
また、伝熱銅フィン３の銅板と内筒１又は外筒２の鋼材と隅肉継手部に対して、パス毎に溶接すべき隅肉継手部の溶接線の溶接開始位置から終了位置まで、溶接制御機器２０−１による長尺アーム３１の走行指令、ＴＩＧ溶接電源１５及びＭＩＧ溶接電源２０への出力指令によって、一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１又はＭＩＧ溶接トーチ２６の走行動作及び溶接動作を実行させながら、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接を隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接が施工されている。
【０１６６】
このようにして、継手傾斜の隅肉継手部５の溶接線６上に、ＭＩＧ溶接トーチ２６又はＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を下向配置して溶接施工することで、溶接線の開始位置から終了位置まで安定に溶接することができると共に、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることが可能となる。
【０１６７】
上述したように、溶接線６は、端面角部から伝熱銅フィン３の表面側にワイヤ位置又はトーチ位置(電極位置含む)を所定距離だけシフトさせた位置であり、そのシフト量Ｓ１(第１の距離Ｓ１)は、Ｓ１＝０〜４ｍｍ(０≦Ｓ１≦４ｍｍ)の範囲で設定すると良い。好ましくは、１≦Ｓ１≦３ｍｍの範囲にするとさらに良いと考えられる。
【０１６８】
なお、シフト量Ｓ１が０ｍｍより小さ過ぎると、ワイヤ位置又はトーチ位置が鋼側寄りになるため、溶接時のアーク及び溶融プールが鋼側寄りに形成されることから、鋼側の溶込み深さは増加し易くなるが、反対側の銅側(伝熱銅フィン側)の溶融不足の影響で、溶接部のど厚Ｌ１及びビード高さＨ１が減少し、影響過大の場合にはのど厚不足又はビード高さ不足に至る可能性が高い。
【０１６９】
一方、シフト量Ｓ１が４ｍｍより大き過ぎると、溶接時のアーク及び溶融プールが伝熱銅フィン側寄りに形成され易いため、溶接部のど厚Ｌ１及びビード高さＨ１は増加し易くなるが、伝熱銅フィンの溶融過大による溶落ち、若しくは反対側の鋼側の溶融不足による接合不良(強度不足)に至る可能性が高い。
【０１７０】
また、伝熱銅フィン３(長さ方向短縮)の両端面部の形状については、図１３に示すように、伝熱銅フィン３の表面に対して、傾斜面がない略直角な端面の平坦面形状３９であるが、３０度±１５度の範囲で傾斜させた傾斜面形状の伝熱銅フィン３を使用することもできる。伝熱銅フィン３の両端面部が平坦面形状３９の場合には、継手底面部の開口によってギャップ等が生じ易いが、傾斜面形状の伝熱銅フィン３の場合と比べて加工コストを低減することができる。
【実施例３】
【０１７１】
図１４は、本発明の実施例３に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの概略構成及び溶接ビード部の上から肉盛するようにＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接するトーチ配置の一実施例を示すものである。
【０１７２】
本実施例における補修溶接に使用する溶接トーチ１１Ａは、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で使用した溶接トーチと同一又は同種のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチであり、補修すべき溶接線６０上を通過するように配置されている。
【０１７３】
この補修すべき溶接線６０は、補修すべき溶接不良部を有する内側溶接部７の伝熱銅フィン３側のビード止端部７ｂから伝熱銅フィン３の表面側に所定距離だけシフトさせた位置であり、そのシフト量Ｓ２（第２の距離）は０〜３ｍｍの範囲(０≦Ｓ２≦３ｍｍ)に設定すると良い。好ましくは１≦Ｓ２≦２ｍｍの範囲に限定するとさらに良い。
【０１７４】
また、このＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接に使用する溶接ワイヤ１８やシールドガス１４、１９等は、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で使用したものと同一成分のＳｉＣｕワイヤ、ＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスであり、更に、ＴＩＧ溶接電源１５やワイヤ送給装置を含むＭＩＧ溶接電源２０等も同様なものを使用すると良い。
【０１７５】
このように、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０と補修溶接工程１０９、１１６、１１９及び１２２とで使用する装置を兼用化することで、設備投資削減や製造コスト低減等を図ることができる。
【０１７６】
上述した補修溶接工程１０９、１１６、１１９及び１２２で、アンダーカット深さ過大やのど厚不足等の溶接不良部をＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接する場合には、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で使用した溶接条件と略同一の補修溶接条件、又は補修溶接条件よりもＭＩＧ電圧や入熱量を増加した他の補修溶接条件を使用し、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で形成された溶接ビード部７の伝熱銅フィン３側のビード止端部７ｂから伝熱銅フィン３の表面側に所定距離だけシフトさせた位置(０≦Ｓ２≦３ｍｍ)の補修すべき溶接線６０上にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を配置し、少なくとも補修すべき溶接不良部及びその近傍部の補修すべき溶接線６０上を通過するようにＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を走行させ、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接によって、溶接不良部を有する内側溶接部７の上から肉盛するように、溶接不良部及びその近傍部に補修溶接を施工して、溶接不良部を消滅させると共に、良好な補修溶接ビード（溶接断面部)７０を形成するようにしている。
【０１７７】
例えば、ＴＩＧユニット１２内の非消耗電極１３の極性を負極(マイナス)とし、内筒１側の極性を正極(プラス)として、ＴＩＧアーク２２を溶接ビード７−１及び近傍に発生させ、その後に、他方のＭＩＧユニット１７側から給電及び送給する消耗ワイヤ１８側の極性を正極(プラス)とし、内筒１側の極性を負極(マイナス)として、ＭＩＧアーク２３をＴＩＧアーク２２の後方近傍に発生させる。
【０１７８】
そして、相互に反発し合うＴＩＧアーク２２とＭＩＧアーク２３で１つの溶融プール２４を形成させ、少なくとも補修すべき溶接不良部及びその近傍部の補修すべき溶接線６０上を通過するように、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を先行ＴＩＧ及び後続ＭＩＧの補修方向２５ｂに走行させ、ＴＩＧアーク２２及びＭＩＧアーク２３によるＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接によって、溶接不良部を有する溶接ビード部７の上から肉盛するように補修溶接を施工し、溶接不良部を消滅させると共に良好な補修溶接ビード７０を形成するものである。
【０１７９】
このようにＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接することで、のど厚Ｌ１の不足又はビード高さＨ１の不足及びアンダーカット深さＲの過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修ビード及び補修溶接断面部(補修ビード)７０を得ることができる。
【実施例４】
【０１８０】
図１５は、本発明の実施例４に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの概略構成及び溶接ビード部の上から肉盛するようにＴＩＧ補修溶接するトーチ配置の一実施例を示すものである。
【０１８１】
図１４との主な相違点は、ＭＩＧアーク２３を発生させずに、ＴＩＧアーク２２のみを発生させ、ＭＩＧユニット１７側から給電無のコールドワイヤとした消耗ワイヤ１８(溶接ワイヤ)を、ＴＩＧアーク２２中及び溶融プール２４内に、ＴＩＧ、ＭＩＧ溶接で使用するワイヤ速度よりも遅い速度で低速送給しながらＴＩＧ補修溶接するようにしたことである。
【０１８２】
なお、このＴＩＧ補修溶接に使用するＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１、ＳｉＣｕワイヤ(消耗ワイヤ１８)、ＡｒとＨｅとの混合ガス、ＴＩＧ溶接電源１５及びＭＩＧ溶接電源２０等の装置構成は、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で使用した装置構成(図１１及び図１２)と同様である。
【０１８３】
上述した補修溶接工程１０９、１１６、１１９及び１２２で、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を使用してＴＩＧ補修溶接する場合には、例えば、ＴＩＧユニット１２及びＭＩＧユニット１７の先端開口部からＡｒとＨｅとの混合ガスからなるシールドガス１４、１９を流出させ、ＴＩＧユニット１２内の非消耗電極１３の極性を負極(マイナス)とし、内筒１側の極性を正極(プラス)として、ＴＩＧアーク２２を溶接ビード部７及び近傍に発生させ、その後に、他方のＭＩＧユニット１７側から給電無(ＭＩＧアーク無)の消耗ワイヤ１８をＴＩＧアーク２２中及び溶融プール２４内に、ＴＩＧ、ＭＩＧ溶接で使用するワイヤ速度よりも遅い速度で低速送給して、１つのＴＩＧアーク２２で１つ溶融プール２４を形成させ、補修すべき溶接不良部及びその近傍部の補修すべき溶接線６０上を通過するように、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を先行ワイヤ及び後続ＴＩＧアーク２２の補修方向２５ｂに走行させ、１つのＴＩＧアーク２２及び１つ溶融プール２４の形成によるＴＩＧ補修溶接によって、溶接不良部を有する溶接ビード７の上から肉盛するように、補修溶接を施工して溶接不良部を消滅させると共に、良好な補修溶接ビード７０を形成するようにしている。
【０１８４】
なお、先行ワイヤ及び後続ＴＩＧアーク２２の補修方向２５ｂと逆方向に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を走行させてＴＩＧ補修する場合には、後退角のＴＩＧアーク２２(後方曲がりのアーク形状)の後方からワイヤが、ＴＩＧアーク２２中及び溶融プール２４内に送給されることになるため、不安定なワイヤ溶融及び溶融プール２４の形成によって不良ビードになり易い。
【０１８５】
このため、先行ワイヤ及び後続ＴＩＧアーク２２の方向に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を走行させてＴＩＧ補修することで、前進角のＴＩＧアーク２２(前方曲がりのアーク形状)の前方からワイヤが、ＴＩＧアーク２２中及び溶融プール２４内に送給されるため、ワイヤがスムーズに溶融されると共に溶融プールも安定に形成でき、良好な補修溶接ビードを得ることができる。
【０１８６】
なお、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の代わりにＴＩＧ専用トーチを用いてＴＩＧ補修溶接を行うように変更することも可能である。
【０１８７】
このように、ＴＩＧ補修溶接することで、のど厚Ｌ１の不足又はビード高さＨ１の不足及びアンダーカット深さＲの過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修溶接ビード（補修断面部）７０を得ることができる。
【０１８８】
ＴＩＧ補修溶接すべき溶接線６０は、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接の場合と同様であり、溶接不良部を有する溶接ビード７の伝熱銅フィン３側のビード止端部７ｂから伝熱銅フィン３の表面側へ所定距離Ｓ２だけシフトさせた位置であり、そのシフト量Ｓ２(第２の距離)は、０〜３ｍｍの範囲(０≦Ｓ２≦３ｍｍ)に設定すると良く、好ましくは、１≦Ｓ２≦２ｍｍの範囲にすると更に良い。
【０１８９】
また、ＴＩＧ補修溶接に使用する補修溶接条件は、例えば、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で使用(出力)したＴＩＧ電流と同等以上のＴＩＧ電流を設定し、溶接(補修)速度Ｖを９０〜１５０ｍｍ／分の範囲(９０≦Ｖ≦１５０ｍｍ／分)に設定して入熱量を大きくすると共に、給電無の消耗ワイヤ１８を、ＴＩＧ、ＭＩＧ溶接で使用するワイヤ速度よりも遅い速度で低速送給(例えば、２〜２.５ｍ／分)すると良い。
【０１９０】
シフト量Ｓ２の補修すべき溶接線６０上を通過するように、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を先行ワイヤ及び後続ＴＩＧアーク２２の補修方向２５ｂに走行させると共に、補修溶接条件を用いてＴＩＧ補修溶接することで、上述したように、のど厚Ｌ１の不足又はビード高さＨ１の不足及びアンダーカット深さＲの過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修溶接ビード（補修溶接断面部）７０を得ることができる。
【実施例５】
【０１９１】
図１６は、本発明の実施例５に係わるＭＩＧ溶接トーチの概略構成及び溶接ビード部の上から肉盛するようにＭＩＧ補修溶接するトーチ配置の一実施例を示すものである。該図に示す例は、上述したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の代わりに、ＭＩＧ溶接トーチ２６を使用する場合の例であり、また、図１３に示したＭＩＧ溶接の装置構成と同様である。
【０１９２】
図１６に示すように、補修溶接工程１０９、１１６、１１９及び１２２でＭＩＧ溶接トーチ２６を使用してＭＩＧ補修溶接する場合には、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で使用したＭＩＧ溶接トーチ２６と同一又は同種の溶接トーチ２６、同一成分の消耗ワイヤ１８(ＳｉＣｕワイヤ)及びシールドガス２７(ＡｒとＨｅとの混合ガス)をそれぞれ使用すると共に、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で施工した時の溶接方向と同一方向にＭＩＧ溶接トーチ２６を走行させ、ＭＩＧアーク２３によるＭＩＧ溶接によって、溶接不良部を有する溶接ビード部７の上から肉盛するようにＭＩＧ補修溶接を施工して溶接不良部を消滅させると共に、良好な補修溶接断面部（溶接ビード）７０を形成させることができる。
【０１９３】
例えば、ＭＩＧ溶接トーチ２６の先端開口部からＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスからなるＭＩＧ用シールドガス２７を流出させながら、ＭＩＧ溶接電源２８側から給電及び送給する消耗ワイヤ１８の電極極性を正極(プラス)としたＭＩＧアークを溶接ビード部７及びその近傍に発生させと共に、１つのＭＩＧアーク２３で１つの溶融プール２４を形成させ、溶接不良部及びその近傍部の溶接線６０上を通過するようにＭＩＧ溶接トーチ２６を補修方向２５ｂに走行させ、１つのＭＩＧアーク２３及び１つの溶融プール２４形成によるＭＩＧ溶接によって、溶接不良部を有する溶接ビード部７の上から肉盛するようにＭＩＧ補修溶接を施工して溶接不良部を消滅させると共に、良好な補修溶接ビード（溶接断面部）７０を形成させることができる。
【０１９４】
このようにＭＩＧ補修溶接することで、上述したように、のど厚Ｌ１の不足又はビード高さＨ１の不足及びアンダーカット深さＲの過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修溶接ビード（溶接断面部）７０を得ることができる。
【０１９５】
また、溶接不良部を有する溶接ビード７のビード止端部７ｂから伝熱銅フィン３の表面側へＭＩＧ溶接トーチ２６をシフトさせ、そのシフト量Ｓ２(第２の距離)は、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接の場合と同様であり、上述したように、０ｍｍ以上３ｍｍ以下(０≦Ｓ２≦３ｍｍ)の範囲にすると良く、好ましくは１≦Ｓ２≦２ｍｍの範囲にすると更に良い。
【０１９６】
また、補修溶接工程１０９、１１６、１１９及び１２２で溶接不良部及びその近傍部をＭＩＧ補修する場合には、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の溶接工程１１０で使用した溶接条件と略同一の補修溶接条件、又は前記補修溶接条件よりもＭＩＧ電圧や入熱量を増加した他の補修溶接条件を使用して補修溶接すると良い。
【０１９７】
上述したシフト量Ｓ２の補修すべき溶接線６０上を通過するようにＭＩＧ溶接トーチ１１を補修方向２５ｂに走行させると共に、補修溶接条件を用いてＭＩＧ補修溶接することで、上述したように、のど厚Ｌ１の不足又はビード高さＨ１の不足及びアンダーカット深さＲの過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修溶接ビード（溶接断面部）７０を得ることができる。
【実施例６】
【０１９８】
次に、本発明者等が実際に行った溶接試験及び補修試験の方法及び結果について説明する。
【０１９９】
図１７は、本発明の実施例６に係わる補修試験方法及び溶接ビード部の上から肉盛するように補修溶接するトーチ配置を示す一実施例である。
【０２００】
本実施例では、多関節可動式の溶接ロボット３３を用い、作業台３６及び試験固定台３５に傾斜配置した伝熱銅フィン（銅板）３と内筒（鋼板）１との隅肉継手に対して、事前に溶接施工した溶接ビード７の上位に、溶接ロボット３３の手首３４に保持したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチを垂直下向方向に配置し、補修溶接する試験を実施した。
【０２０１】
図１８は、本発明の実施例６に係わる溶接模擬欠陥部のＴＩＧ補修試験片の一実施例を示す斜視図である。
【０２０２】
本実施例でのＴＩＧ補修用の試験片は、板厚５ｍｍの銅板(材質:Ｃ１０２０Ｐ、サイズ:長さ２５０×幅８０ｍｍ)と板厚１６ｍｍの炭素鋼板(材質:ＳＭ４００Ａ、サイズ:長さ２５０×幅１００ｍｍ)との隅肉継手を用いた。ワイヤは、１.２ｍｍ径のＣｕＳｉワイヤ(ＭＧ９６０)、また、シールドガスは、ＡｒガスとＨｅガス(５０〜７０％)との混合ガスを用いた。
【０２０３】
そして、隅肉継手の試験片に本溶接のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接を事前に施工して本溶接ビードを形成し、のど厚不足やアンダーカット深さ過大の溶接欠陥を有する試験片と仮定した。
【０２０４】
模擬欠陥部のＴＩＧ補修溶接試験では、図１５及び図１８に示すように、溶接ビード７（模擬欠陥部）の上位にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を配置して走行させ、先行ワイヤ及び後続ＴＩＧアーク２２によるＴＩＧ補修溶接を施工し、約５０ｍｍ長さの補修溶接断面部（補修溶接ビード７０）（１パス又は２パス）を２ヵ所に形成させた。このＴＩＧ補修溶接試験では、適正な補修溶接条件を調査するため、トーチ位置のシフト量Ｓ２、溶接（補修）速度Ｖ、ワイヤ送り速度Ｗｆ、ＴＩＧ電流Ｉｔ等の条件因子を変化させた。
【０２０５】
図１９は、本発明の実施例６に係わる溶接模擬欠陥部のＴＩＧ−ＭＩＧ補修試験片の一実施例を示す斜視図である。
【０２０６】
本実施例でのＴＩＧ−ＭＩＧ補修用の試験片は、ＴＩＧ補修用の試験片と同一の材質及びサイズのものを用い、この銅・鋼隅肉継手に本溶接のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接を事前に施工して本溶接ビードを形成し、のど厚不足やアンダーカット深さ過大の溶接欠陥を有する試験片と仮定した。
【０２０７】
そして、模擬欠陥部のＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接試験では、図１４及び図１９に示すように、溶接ビード７（模擬欠陥部）の上位にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を配置して走行させ、先行ＴＩＧアーク及び後続ＭＩＧアークによるＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接を施工し、約１６０ｍｍ長さの補修溶接ビード７０を１ヵ所に形成させた。このＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接試験では、ＭＩＧ設定電圧Ｅｍ等の条件因子を変化させた。
【０２０８】
表１は、銅板と炭素鋼との隅肉継手試験片に本溶接のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接試験とその本溶接ビードの上にＴＩＧ補修溶接試験及びＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接試験を行った時の溶接条件並びに補修溶接条件を示すものである。
【０２０９】
【表１】
0006386330.tif 000002
【０２１０】
本溶接のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接試験は、補修溶接する前に、アンダーカット過大やのど厚不足等の溶接不良部を想定した模擬欠陥を有した溶接ビード７を形成させるための試験であり、溶接速度が３５４ｍｍ／分、ワイヤ送り速度が１１ｍ／分、ＴＩＧ電流が約３００Ａの一定の条件下でＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接を施工した。
【０２１１】
このＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接試験では、のど厚Ｌ１やビード高さＨ１等の溶接品質に及ぼす影響を調査するため、継手試験片の予熱有無、電極高さｈ及びシフト量Ｓ１を変化させて溶接施工し、模擬欠陥の溶接ビード部７を形成させて評価した。
【０２１２】
一方、模擬欠陥の溶接ビード７の上に肉盛するＴＩＧ補修溶接試験では、ＴＩＧ電流（Ｉｔ＝２７５〜３４０Ａ）、ワイヤ送り速度（Ｗｆ＝２〜２.５ｍ／分）、補修溶接速度（Ｖ＝９０〜１２０ｍｍ／分）、シフト量（Ｓ２＝０〜３ｍｍ）等の条件因子を変化させ、図１８に示すように、溶接ビード７の上に１パス補修又は２パス補修を施工し、補修溶接ビード部７０を形成させて評価した。
【０２１３】
また、模擬欠陥の溶接ビード７の上に肉盛するＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接試験では、本溶接条件と略同一の補修溶接条件を用い、更に、ＭＩＧ設定電圧を増加させ、図１９に示すように、溶接ビード７の上に１パス補修を施工し、補修溶接ビード部７０を形成させて評価した。
【０２１４】
なお、表１中に記載したＭＩＧ設定電圧Ｅｍは、給電ケーブル電圧を含むＭＩＧ側の電圧値(電圧検出フィードバック制御の出力電圧に該当)であるため、ＭＩＧ電極と母材間で計測した電圧値(計測値)よりも約１.７〜２Ｖ程度高くなっている。
【０２１５】
また、表１中(後述する表２も同様)の左側に記載の各番号は、本溶接(３９−４９)の試験番号及び補修(１−１４)の試験番号である。例えば、表１の最上段に本溶接３９、その下に補修１、２を記載しているのは、本溶接３９の試験後の溶接ビード上に、補修１、２の試験を施工したからであり、以下の番号配列も同様である。更に、表１中の仮付方向の記入欄に記載の逆方向は、溶接方向に対する表現であり、ワイヤ先行後続ＴＩＧアークの方向にＴＩＧ補修溶接した試験例、また、正方向も溶接方向に対する表現であり、本溶接の場合と同様に、先行ＴＩＧアーク後続ＭＩＧアークの方向にＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接した試験例である。
【０２１６】
表２は、表１に示した溶接条件及び補修溶接条件で試験した時のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接部とＴＩＧ補修溶接及びＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接部の各形状寸法並びに評価結果を示すものである。
【０２１７】
【表２】
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【０２１８】
表２中には、各溶接試験片から３個ずつ採取した各溶接断面部ののど厚Ｌ、ビード積層高さＨの各値と融合不良有無、ビード外観良否及び合否評価の結果をそれぞれ記している。補修前の本溶接部ののど厚Ｌ１は基準値(Ｌ１≧Ｔ１)を全て満足しているが、模擬欠陥有の溶接ビードと仮定し、この模擬欠陥有の溶接ビード部の上に補修ビード部を形成させ、補修終了後の各補修溶接断面部からのど厚Ｌ２、ビード積層高さＨ２を計測して評価した。
【０２１９】
表２中の斜線部分は、アンダーカット過大、溶融不良及び溶落ちによる判定で不合格(×印)になったものであり、○印は品質基準確保の判定で合格になったものである。また、△印については、品質基準を満たしているが、ワイヤ溶融不安定の影響で補修ビードの形状が見劣りする判定で、○印に至らなかったものである。
【０２２０】
図２０は、本発明の実施例６に係わる溶接（補修）速度及びワイヤ送り速度を変化させた時のワイヤ溶着断面積を示す特性図である。図中には、ＴＩＧ補修溶接の適用範囲及び代表的な補修溶接断面部の写真を記している。
【０２２１】
該図の補修溶接断面部の写真から分かるように、上側の補修溶接部は、銅板側及び下側の溶接部の両方に深く溶込んで融合している。ワイヤ溶着断面積Ｂは、ワイヤ送り速度Ｗｆに比例増加し、溶接速度Ｖに反比例する関係にある。
【０２２２】
良好な補修溶接ビード７０が得られる適正なＴＩＧ補修溶接の適用範囲は、溶接（補修）速度Ｖが９０≦Ｖ≦１５０ｍｍ／分の範囲であると共に、ワイヤ送り速度Ｗｆが２≦Ｗｆ≦２.５ｍ／分であり、好ましくは２≦Ｗｆ≦２.２ｍ／分である。
【０２２３】
この適用範囲でＴＩＧ補修溶接を施工することで、アンダーカット深さ過大やのど厚不足等の溶接不良部を確実に消滅できると共に、品質良好な補修溶接ビード（補修溶接断面部）を得ることができる。
【０２２４】
なお、溶接（補修）速度Ｖが１５０ｍｍ／分より速過ぎると、入熱不足及びワイヤ溶着断面不足の影響で不良ビードになり易い。また、ワイヤ送り速度Ｗｆが２ｍ／分より少な過ぎると、ワイヤ溶着断面不足の影響で、補修溶接時にワイヤの溶融状態及び溶融プールの形成状態が不安定になって不良ビードになり易い。
【０２２５】
一方、補修速度Ｖが９０ｍｍ／分より遅過ぎる場合は、作業時間の増加による生産効率低下を伴うと共に、入熱増加及びワイヤ溶着断面増加の影響で肉盛すべき補修ビードが鋼側の溶接ビードへ垂れ下がり易くなる。また、ワイヤ送り速度Ｗｆが２.５ｍ／分より多過ぎる場合は、ワイヤ溶着断面が増加するが、のど厚増加になり難く、ワイヤ溶融の不安定化の影響で補修ビードが鋼側の溶接ビードへ垂れ下がり易くなる。
【０２２６】
従って、上述した適用範囲でＴＩＧ補修溶接を施工することで、良好な補修溶接ビードを安定に形成することができる。
【０２２７】
図２１は、本発明の実施例６に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した後の本溶接ビードの上からＴＩＧ補修溶接した時の補修ビード及び補修有無部の溶接断面の一実施例を示す試験結果の写真図である。
【０２２８】
該図のビード外観写真中に記載の番号は、表１及び表２に示した試験番号である。また、各溶接(補修)断面部は、本溶接ビード部の１ヶ所と２ヵ所の補修ビード部から各々採取した位置を記している。ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した本溶接ビードの溶接速度は３５４ｍｍ／分であり、また、ＴＩＧ補修溶接した補修ビードの溶接（補修）速度は９０ｍｍ／分の場合と１２０ｍｍ／分の場合である。
【０２２９】
該図の補修溶接断面部の写真から分かるように、上側の補修溶接部は、銅板側及び下側の溶接部の両方に深く溶込んで融合している。
【０２３０】
このように、溶接ビード７の上からＴＩＧ補修溶接を施工することで、アンダーカット深さ過大やのど厚不足等の溶接不良部を確実に消滅できると共に、品質良好な補修溶接ビード（補修溶接断面部）７０を得ることができる。また、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接による本溶接方法並びにＴＩＧ補修溶接による補修方法を金属キャスク溶接構造物の製造ラインへ適用することで、金属キャスク溶接構造物の製造を継続することができる。
【０２３１】
ＴＩＧ補修溶接では、本溶接のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接の場合と比べて、溶接（補修）速度が遅い。このため、例えば、補修すべき溶接不良部の長さが比較的短い溶接線に対して、ＴＩＧ補修溶接を適用することで、補修作業の時間短縮を図ることができる。
【０２３２】
図２２及び図２３は、本発明の実施例６に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した後の本溶接ビードの上からＴＩＧ補修溶接又はＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接した時のトーチ位置のシフト量と補修前後ののど厚及びビード積層高さの関係を示す一実施例の特性図である。
【０２３３】
図２２に示すように、補修前の本溶接部ののど厚Ｌ１は、６.４〜６.７ｍｍの大きさで基準値（Ｌ１≧Ｔ１）を満足しているが、溶接ビード７の上からシフト量Ｓ２（第２の距離）を変化（Ｓ２＝０〜３ｍｍ）させてＴＩＧ補修溶接した時ののど厚Ｌ２は、バラツキがあるものの、約９.２〜９.８ｍｍの大きさ（約１.４倍）に増加している。また、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接の場合には、１０.５〜１０.９ｍｍであり、ＴＩＧ補修溶接部ののど厚Ｌ２よりも大きく形成されている。
【０２３４】
一方、ビード積層高さＨ２は、図２３に示すように、シフト量Ｓ２の増加に伴って増加する傾向ある。補修前のビード高さＨ１が約６.７〜６.８ｍｍであるのに対して、シフト量Ｓ２を２ｍｍに設定して補修溶接した時のビード積層高さＨ２は、バラツキがあるものの、約１２.１〜１２.９ｍｍの大きさ（約１.８〜１.９倍）に増加してしている。
【０２３５】
このような結果から、例えば、補修前ののど厚Ｌ１及びビード高さＨ１の各値が基準値（Ｌ１≧Ｔ１＝５、Ｈ１≧Ｔ１）を下回る４ｍｍ程度の場合でも、上述した補修溶接を施工することで、基準値を満足する大きさに改善することができる。また、アンダーカット深さが１ｍｍ前後ある場合でも、アンダーカット部及びその近傍に肉盛するように補修溶接を施工することで、アンダーカットを確実に消滅させることができると共に、基準値を満足するのど厚Ｌ２及びビード積層高さＨ２を有する良好な補修溶接ビード（補修溶接断面部）が形成できる。
【０２３６】
なお、シフト量Ｓ２が３ｍｍより大き過ぎると、補修時のアーク及び溶融プールが銅側（伝熱銅フィン側）寄りに形成され易いため、ビード積層高さＨ２は増加する可能性があるが、のど厚Ｌ２増加が望めず、伝熱銅フィンの溶融過大による溶落ちに至る可能性が高い。一方、シフト量Ｓ２が０ｍｍより小さ過ぎると、補修時のアーク及び溶融プールが溶接ビード寄りに形成され易いため、補修後ののど厚Ｌ２及びビード積層高さＨ２の増加にならず、溶接ビード側へ垂れ下がり易くなる。
【０２３７】
従って、シフト量Ｓ２を０≦Ｓ２≦３ｍｍの範囲に、好ましくは１≦Ｓ２≦２ｍｍの範囲に設定して、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接又はＴＩＧ補修溶接を施工することで、上述したように、アンダーカット深さ過大やのど厚不足等の溶接不良部を確実に消滅できると共に、良好な補修溶接ビード（補修溶接断面部）を得ることができる。
【０２３８】
図２４は、本発明の実施例６に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した本溶接ビードの上からＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接した時の補修溶接ビード及び補修有無部の溶接断面の一実施例を示す試験結果の写真図である。
【０２３９】
該図のビード外観写真中に記載の番号は、図２１に示した結果の場合と同様に、表１及び表２に示した試験番号である。また、各溶接（補修）断面部は、本溶接ビード部の１ヶ所と補修ビード部の２ヵ所から各々採取した位置を記している。
【０２４０】
本溶接ビード７の上からＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接した補修溶接ビード７０の溶接速度は、本溶接時と同一速度の３５４ｍｍ／分であり、ＴＩＧ補修溶接の場合と比べて約３倍速く補修することができる。また、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接では、例えば、本溶接のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接で使用した溶接条件よりも、ＭＩＧ設定電圧Ｅｍを１Ｖ前後高くした補修溶接条件を使用して補修施工することで、補修ビードの表面形状を滑らかに改善することができ、また、補修作業の時間短縮を図ることも可能である。
【０２４１】
上述したように、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接では、本溶接のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接と同一速度で補修溶接することができる。このため、例えば、補修すべき溶接不良部の長さが比較的長い溶接線に対して、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接を適用することで、補修作業の時間短縮を図ることができる。補修すべき溶接不良部の長さの相違に応じて、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接とＴＩＧ補修溶接とを使い分けて施工すると良い。
【０２４２】
また、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接又はＴＩＧ補修溶接では、本溶接工程で使用した溶接トーチと同一又は同種のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１、同一成分のＳｉＣｕワイヤ（消耗ワイヤ１８）及びＡｒガスとＨｅガスとの混合ガス(第１、第２のシールドガス１４、１９)を使用して補修溶接を施工することで、装置の兼用化や設備投資削減や製造コスト低減等を図ることができる。
【０２４３】
一方、図２４に示す補修溶接断面部の写真から分かるように、上側の補修溶接部は銅板側（伝熱銅フィン側）及び下側の溶接部の両方に深く溶込んで融合している。補修前の溶接ビード及びその溶接断面部７には、アンダーカット等の溶接不良部は発生していないが、欠陥部の補修溶接を想定した補修試験のように、模擬欠陥部の溶接ビード７の上からＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接を施工することで、アンダーカット深さＲ過大やのど厚Ｌ２不足等の溶接不良部を確実に消滅できると共に、品質良好な補修溶接ビード（補修溶接断面部）７０を得ることができる。
【０２４４】
このような結果から、例えば、アンダーカット深さが１ｍｍ前後ある場合、又はのど厚Ｌ１及びビード高さＨ１が基準値（Ｌ１≧Ｔ１＝５ｍｍ、Ｈ１≧Ｔ１）を下回る４ｍｍ程度の場合でも、これらの溶接不良部及びその近傍に肉盛するようにＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接を施工することで、アンダーカットを確実に消滅させることができると共に、基準値を満足するのど厚Ｌ２及びビード積層高さＨ２を有する良好な補修溶接ビード（補修溶接断面部）７０が形成できる。
【０２４５】
また、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接による本溶接方法、並びに同様なＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接による補修方法を金属キャスク溶接構造物の製造ラインへ適用することで、金属キャスク溶接構造物を製造及び継続することができる。
【０２４６】
また、上述した前記ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接又はＴＩＧ補修溶接によって形成された補修ビード及び補修断面部７０には、少なくともアンダーカット深さＲ過大、のど厚Ｌ１不足又はビード高さＨ１不足等の溶接不良部が消滅しており、かつ、補修前の溶接部を含む補修溶接部のビード積層高さＨ２が補修後ののど厚Ｌ２より大きく、補修後ののど厚Ｌ２も伝熱銅フィンの板厚Ｔ１より大きく（Ｈ２＞Ｌ２＞Ｔ１）形成できる。
【０２４７】
更に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の代わりに、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の本溶接工程１１０で使用した溶接トーチと同一のＭＩＧ溶接トーチ２６、同一成分のＳｉＣｕワイヤ及びＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスを用い、各隅肉継手の仮組工程を含む内筒１側の第１の溶接工程１０３、各隅肉継手の仮組工程を含む外筒２側の第２の本溶接工程１１０で使用したＭＩＧ溶接条件と略同一の補修溶接条件、又はこの補修溶接条件よりもＭＩＧ設定電圧や入熱量を少し高くした補修溶接条件を用い、補修溶接工程１０９、１１６、１１９及び１２２でＭＩＧ補修溶接することも可能であり、ＭＩＧ補修溶接によって形成された補修ビード及び補修断面部７０には、少なくともアンダーカット深さＲ過大、のど厚Ｌ１不足又はビード高さＨ１不足等の溶接不良部が消滅しており、かつ、補修前の溶接部を含む補修溶接部のビード積層高さＨ２が補修後ののど厚Ｌ２より大きく、補修後ののど厚Ｌ２も伝熱銅フィンの板厚Ｔ１より大きく（Ｈ２＞Ｌ２＞Ｔ１）形成することができる。
【０２４８】
また、上述したように、ＴＩＧ−ＭＩＧ補修溶接の場合と同様に、溶接不良部を有する溶接ビード７の上から肉盛するようにＭＩＧ補修溶接することで、のど厚Ｌ１不足又はビード高さＨ１不足及びアンダーカット深さＲ過大等の溶接不良部を確実に消滅させることができ、品質良好な補修溶接ビード（補修溶接断面部）７０を得ることができる。
【０２４９】
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【０２５０】
１…内筒、２…外筒、２−２…外筒板、３…伝熱銅フィン、４…空間、５、５−１、５−２・・・５−Ｎ、８、８−１、８−２・・・８−Ｎ…隅肉継手部、６、６−１、６−２・・・６−Ｎ、９−１、９−２・・・９−Ｎ…仮付溶接すべき継手部材の溶接線、７…内側溶接部、７ｂ…ビード止端部、７、７−１、７−２・・・７−Ｎ、１０−１、１０−２・・・１０−Ｎ…溶接ビード（溶接断面部）、１０…外側溶接部、１１…ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ、１１Ａ…溶接トーチ、１２…ＴＩＧユニット、１３…非消耗電極、１４…第１のシールドガス、１５…ＴＩＧ溶接電源、１６−１、１６−２、２１−１、２１−２、２９−１、２９−２…給電ケーブル、１７…ＭＩＧユニット、１８…消耗ワイヤ、１９…第２のシールドガス、２０、２８…ＭＩＧ溶接電源、２０−１…溶接制御機器、２２…ＴＩＧアーク、２３…ＭＩＧアーク、２４…溶融プール、２５ａ…溶接方向、２５ｂ…補修方向、２６…ＭＩＧ溶接トーチ、２７…ＭＩＧ用シールドガス、３１…長尺アーム、３１−１…アーム駆動装置、３３…溶接ロボット、３４…手首、３５…試験片固定台、３６…作業台、６０…補修すべき溶接線、７０、７０−１、７０−２、１００−１，１００−２…補修溶接ビード、９９…伝熱銅フィンの溶接手順（その１）、１００…伝熱銅フィンの溶接手順（その２）、１０２…ワイヤ溶着断面積決定工程、１０３…内筒側の第１の溶接工程、１０５…内筒側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程、１０６…内筒側の少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程、１０７、１１７…内筒側の溶接品質の検査工程、１０９、１１６、１１９、１２２…補修溶接工程、１１０…外筒側の第２の溶接工程、１１２…外筒側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程、１１３…外筒側の少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程、１１４、１２０…外筒側の検査工程、１２３…外筒の溶接仕上げ工程、１０７１、１１７１…補修溶接部の品質検査、Ａｗ…ワイヤ溶着断面積、ｃ…鋼側の溶込み深さ、ｄ…ワイヤ径、Ｈ１…溶接部のビード高さ、Ｈ２…補修後のビード積層高さ、Ｉａ…第１の溶接電流、Ｉｂ…第２の溶接電流、Ｌ１…溶接部ののど厚、Ｌ２…補修後ののど厚、Ｓ1…溶接時のシフト量(第１の距離)、Ｓ２…補修時のシフト量(第２の距離)、Ｒ…アンダーカット深さ、Ｔ１…伝熱銅フィンの板厚、Ｖ…溶接速度、Ｗｆ…ワイヤ送り速度、Ｘｗ…溶接線長さ。
【図１】
0006386330.tif 000004
【図２】
0006386330.tif 000005
【図３】
0006386330.tif 000006
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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