(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溶接する際に、鋼製の前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記内筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記外筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、若しくは前記内筒及び前記外筒の両面に各々形成された各隅肉継手部に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって溶接施工する金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法であって、
前記伝熱銅フィン側の溶融底部から溶接ビード表面までの最小距離を溶接部ののど厚とした時に、前記のど厚が所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度又は該ワイヤ送り速度とワイヤ径及び所定の溶接速度からワイヤ溶着断面積を決定し、かつ、前記各隅肉継手部の溶接開始位置から終了位置まで溶接すべきパス毎の溶接線に対して、ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって１パスずつ溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
溶接施工された前記各隅肉継手部の溶接部に、少なくとも前記のど厚Ｌが前記伝熱銅フィンの板厚Ｔ１以上に形成され、かつ、鋼製の前記内筒側又は前記外筒側若しくは前記内筒及び前記外筒の両側の溶込み深さｃが０.０５≦ｃ≦６ｍｍの範囲に形成されていることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項３】
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溶接する際に、鋼製の前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記内筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記外筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、若しくは前記内筒及び前記外筒の両面に各々形成された各隅肉継手部に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって溶接施工する金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法であって、
前記伝熱銅フィン側の溶融底部から溶接ビード表面までの最小距離を溶接部ののど厚とした時に、前記のど厚が所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度又は該ワイヤ送り速度とワイヤ径及び所定の溶接速度からワイヤ溶着断面積を決定するワイヤ溶着量決定工程と、前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記内筒側の各隅肉継手部に１パスずつ溶接する前記内筒側の第１の溶接工程と、前記内筒側の溶接終了後又は前記内筒側の溶接終了及びその溶接部の検査終了後に、前記伝熱銅フィンの外周側に前記外筒を配置し、前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、前記ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記外筒側の前記各隅肉継手部に１パスずつ溶接する外筒側の第２の溶接工程とを備えていることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項４】
請求項３に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記第１の溶接工程及び前記第２の溶接工程では、前記各隅肉継手部の溶接部に、少なくとも前記のど厚Ｌを前記伝熱銅フィンの板厚Ｔ１以上に形成され、かつ、鋼製の前記内筒側又は前記外筒側若しくは前記内筒及び前記外筒両側の溶込み深さｃが０.０５≦ｃ≦６ｍｍの範囲に形成されていることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項５】
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溶接する際に、鋼製の前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記内筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記外筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、若しくは前記内筒及び外筒の両面に各々形成された各隅肉継手部に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって溶接施工する金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法であって、
前記伝熱銅フィン側の溶融底部から溶接ビード表面までの最小距離を溶接部ののど厚とした時に、前記のど厚が所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度又は該ワイヤ送り速度とワイヤ径及び所定の溶接速度からワイヤ溶着断面積を決定するワイヤ溶着量決定工程と、
前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の前記隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記内筒側の前記各隅肉継手部に１パスずつ溶接する工程か、又は前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の前記隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、該Ｎ箇所の前記隅肉継手部を１〜５箇所ずつ単位に予め分割し、その分割した１〜５箇所ずつ単位の前記隅肉継手部に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように前記隅肉継手部の溶接と検査とを繰り返す工程か、若しくは所定枚数の前記伝熱銅フィンを予め分割し、その分割した単位の前記伝熱銅フィンの片方端面部を前記内筒外面に突き合せて隅肉継手部を形成した後に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように前記隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返す工程のいずれかを行う前記内筒側の第１の溶接工程と、
前記内筒側の溶接終了後又は前記内筒側の溶接終了及びその溶接部の検査終了後に、前記伝熱銅フィンの外周側に前記外筒を配置し、前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、溶接時に前記ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記外筒側の前記各隅肉継手部に１パスずつ溶接する工程か、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、該Ｎ箇所の前記隅肉継手部を予め分割し、その分割した単位の前記隅肉継手部に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように前記隅肉継手部の溶接と検査とを繰り返す工程か、若しくは前記外筒の代わりに、予め複数枚に分割した板状の外筒板を使用し、該板状の外筒板内面の長手方向に該当する前記伝熱銅フィンの他方の端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部を形成した後に、その隅肉継手部に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように前記隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返す工程のいずれかを行う前記外筒側の第２の溶接工程とを備えていることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項６】
請求項５に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
予め複数枚に分割した前記板状の外筒板を使用する際には、少数単位に分割した前記隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返す工程の終了後に、前記複数枚の外筒板の幅方向両面部の各接続部分を各々溶接して、円筒状又は多角筒状の一体の前記外筒構造に仕上げる外筒溶接仕上工程をさらに備えていることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記第１の溶接工程及び前記第２の溶接工程では、前記各隅肉継手部の溶接部に、少なくとも前記のど厚Ｌを伝熱銅フィンの板厚Ｔ１以上に形成させ、かつ、鋼製の前記内筒側又は前記外筒側若しくは前記内筒及び前記外筒両側の溶込み深さｃが０.０５≦ｃ≦４ｍｍの範囲に形成されていることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項８】
請求項３乃至７のいずれか１項に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記伝熱銅フィンの板厚Ｔ１が５ｍｍの場合には、前記ＣｕＳｉワイヤのワイヤ溶着断面積Ａｗが３０ｍｍ２以上５５ｍｍ２以下(３０≦Ａｗ≦５５ｍｍ２)、溶接入熱量Ｑが１２ｋＪ/ｃｍ以上３５ｋＪ/ｃｍ以下(１２≦Ｑ≦３５ｋＪ/ｃｍ)の条件を使用すると共に、前記ＣｕＳｉワイヤの位置又はトーチ位置を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を溶接すべき前記隅肉継手部の溶接線であると決定し、その後、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記隅肉継手部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用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項９】
請求項４又は７に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記のど厚Ｌの代わりに、予め作成したビード垂直高さＨと前記のど厚Ｌとの関係を示す下記の第１の実験式(１)を用い、溶接ビード近傍の鋼側表面から銅側の溶接ビード止端部までのビード垂直高さＨを計測手段で計測し、該計測手段で計測した前記ビード垂直高さＨの値を前記第１の実験式(１)に代入して溶接内部の前記のど厚Ｌの値を算出し、この算出した前記のど厚Ｌの値が前記Ｌ≧Ｔ１を満足しているか否かを判定するようにしたことを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
第１の実験式：Ｌ≒ｂ１×Ｈ    ・・・・・（１）
ただし、ｂ１は定数で１である。
【請求項１０】
請求項９に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記第１の実験式(１)で算出した前記のど厚Ｌの算出値が前記伝熱銅フィンの板厚Ｔ１よりも小さい(Ｌ＜Ｔ１)場合、若しくは溶接断面部から実測した前記のど厚Ｌの実測値がＬ＜Ｔ１の場合には、のど厚不足又は伝熱面積不足であると判定することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記のど厚Ｌが伝熱銅フィンの板厚Ｔ１よりも小さい(Ｌ＜Ｔ１)場合には、不良部を補修する補修溶接工程で、該当するのど厚不足又は伝熱面積不足の溶接部分及びその近傍部の上部に１パス肉盛して補修することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項１２】
請求項２、４又は７のいずれか１項に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記溶込み深さｃの代わりに、予め作成したビード垂直高さＨと溶込み深さｃとの関係を示す下記の第２の実験式(２)を用い、ビード垂直高さＨを計測手段で計測し、該計測手段で計測した前記ビード垂直高さＨの値を前記第２の実験式(２)に代入して溶接内部の溶込み深さｃの値を算出し、算出した前記溶込み深さｃの値が所定の０.０５≦ｃ≦６ｍｍを満足しているか否かを判定するか、若しくは予め作成した前記のど厚Ｌと溶込み深さｃとの関係を示す下記の第３の実験式(３)と、ビード垂直高さＨと前記のど厚Ｌとの関係を示す下記の第１の実験式(１)とを用い、計測した前記ビード垂直高さＨの値を前記第１の実験式(１)に代入して溶接内部の前記のど厚Ｌの値を算出し、算出後の前記のど厚Ｌの値を前記第３の実験式(３)に代入して溶接内部の溶込み深さｃの値を算出し、算出した前記溶込み深さｃの値が所定の０.０５≦ｃ≦６ｍｍを満足しているか否かを判定することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
第１の実験式：Ｌ≒ｂ１×Ｈ    ・・・・・（１）
第２の実験式：Ｃ＝ｂ２×Ｈ３＋ｂ３×Ｈ２＋ｂ４×Ｈ＋ｂ５   ・・・（２）
第３の実験式：Ｃ＝ｂ６×Ｌ３＋ｂ７×Ｌ２＋ｂ８×Ｌ＋ｂ９   ・・・（３）
ただし、ｂ１は定数で１、ｂ２は定数で−０.００６１、ｂ３は定数で０.２２、ｂ４は定数で−２.６２、ｂ５は定数で１０.３、ｂ６は定数で−０.００６７、ｂ７は定数で０.２４、ｂ８は定数で−２.８７、ｂ９は定数で１１.４である。
【請求項１３】
請求項１２に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記第２の実験式(２)又は第３の実験式(３)で算出した前記溶込み深さｃの算出値が０.０５ｍｍ未満の場合、若しくは溶接断面部から実測した鋼側の最も深い部分の前記溶込み深さｃの実測値が０.０５ｍｍ未満の場合には、鋼側の溶接部分が接合不足又は強度不足であると判定することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記ビード垂直高さＨを自動計測する手段はスリット光切断式センサであり、該スリット光切断式センサを、溶接終了後の溶接ビード表面の上部位置に配備すると共に、溶接開始側の前記溶接ビード表面位置から溶接終了側の前記溶接ビード表面位置まで溶接線上を走行移動させるか、若しくは前記溶接終了側の方向から前記溶接開始側の方向の溶接線上を逆走行移動させて、前記スリット光切断式センサに検出動作を行わせ、
前記スリット光切断式センサからの前記溶接ビード表面部及び近傍の形状を表す線状の線画像を画像処理装置に略一定時間毎又は略一定距離毎に取込んで画像処理し、鋼側母材表面部の直線部をビード止端部の方向に延長させた延長直線を描き、他方の銅側母材表面部の直線部と交差する他方のビード止端部の交点位置をａ点と決定し、前記延長直線に対して、前記ａ点より直角方向に描いた直線と前記延長直線とが直角に交差する位置をｄ点と決定し、前記ａ点とｄ点との距離(ａ点−ｄ点)を計測し、該計測した距離(ａ点−ｄ点)を前記ビード垂直高さＨの値であると特定し、前記ビード垂直高さＨの値を前記第１の実験式(１)に代入して溶接内部ののど厚Ｌの値を算出することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記スリット光切断式センサ及び前記画像処理装置で前記ａ点近傍にあるアンダーカットの有無及び深さＲを検出すると共に、銅側母材の表面線の変曲部をｆ点と決定し、前記ａ点とｆ点との凹み部をアンダーカットとして認定し、そのアンダーカットの深さＲを計測し、その計測した深さＲが０.５ｍｍ未満の時はアンダーカットなし又は正常と判定し、前記深さＲが０.５〜１ｍｍの時はアンダーカットありと判定し、前記深さＲが１ｍｍを超える時はアンダーカット過大と判定することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記アンダーカットの深さＲが１ｍｍを超える(Ｒ＞１ｍｍ)場合には、不良部を補修する補修溶接工程で、該当するアンダーカット過大の溶接部分及び近傍の上部に１パス肉盛して補修することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項１７】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接を行う一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又は前記ＭＩＧ溶接を行うＭＩＧ溶接トーチの前方位置で、かつ、前記隅肉継手部の溶接線の上部位置にスリット光切断式センサを配備して溶接線の位置ズレを検出させる場合には、溶接進行中に前記隅肉継手部の形状を表す線形状の線画像を前記スリット光切断式センサから画像処理装置に略一定時間毎又は略一定距離毎に取込んで適宜画像処理し、前記伝熱銅フィンの端面角部に該当するｂ点位置を検出させると共に、該ｂ点位置から前記伝熱銅フィンの表面側に所定距離Ｓ１だけシフトさせたＰ点位置を検出させ、
該検出したＰ点の位置座標Ｐｎ(Ｙｎ、Ｚｎ)と、溶接前に予め検出させた溶接開始位置Ｘ０での前記伝熱銅フィンの端面角部のｂ点位置から前記伝熱銅フィンの表面側に所定距離Ｓ１だけシフトさせたＰ０点位置を０原点と決定した原点位置座標Ｐ０(Ｙ０＝０、Ｚ０＝０)との偏差(Ｐｎ(Ｙｎ、Ｚｎ)−Ｐ０(Ｙ０、Ｚ０))から、左右方向の位置ずれΔＹｎ及び上下方向の位置ずれＺｎを算出し、該算出した位置ずれ(ΔＹｎ、ΔＺｎ)の検出データに基づいて、前記スリット光切断式センサ及び前記画像処理装置によって先行検出した溶接線方向の位置Ｘｎに後続の前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又は前記ＭＩＧ溶接トーチが到達した地点又はその近傍地点で、前記左右・上下方向の位置ずれ(ΔＹｎ、ΔＺｎ)をそれぞれなくす方向に前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又は前記ＭＩＧ溶接トーチの位置を修正する制御を行うことを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記左右方向の位置ずれΔＹｎの修正は、前記スリット光切断式センサ及び前記画像処理装置で検出した左右方向の位置ずれの検出データに基づき、その位置ずれΔＹｎをなくす方向に前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの位置を修正する制御を行い、
一方、他方の上下方向の位置ずれ修正は、前記検出データの上下方向の位置ズレΔＺｎの代わりに、先行ＴＩＧ側のＴＩＧアーク電圧信号を用い、所望のアーク長保持に必要なＴＩＧアーク電圧を予め測定して決定した第１の基準電圧値Ｖ１と、溶接進行中に先行ＴＩＧ側のＴＩＧアーク電圧信号を電圧検出手段にてリアルタイムで検出及び平均化処理し、該平均化処理したＴＩＧアーク電圧検出信号の値Ｖｎとの偏差電圧ΔＶ１(Ｖｎ−Ｖ１)を検出し、該偏差電圧ΔＶ１をなくすように前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの位置を上下方向に修正する制御を行い、
若しくは溶接開始位置で発生させる先行ＴＩＧ側のＴＩＧアークと、該ＴＩＧアーク後方近傍に発生させる後続ＭＩＧ側のＭＩＧアークとで１つの溶融プールを形成させると共に、溶接可能状態の前記１つの溶融プールを溶接線方向に移動させた直後又は所定時間経過後に、先行ＴＩＧ側のＴＩＧアーク電圧信号を所定時間だけ検出させた平均値を第２の基準電圧値Ｖ２と決定し、溶接進行中にリアルタイムで検出及び平均化処理する前記ＴＩＧ電圧検出信号の値Ｖｎと、前記第２の基準電圧値Ｖ２との偏差電圧ΔＶ２(Ｖｎ−Ｖ２)を検出し、該偏差電圧ΔＶ２をなくすように前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチの位置を上下方向に修正する制御を行うことを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記隅肉継手部に複数の仮付溶接部が断続的に形成されている場合には、前記スリット光切断式センサ及び前記画像処理装置によって、前記仮付溶接部がある隅肉継手部分から取込んだ線画像は、前記伝熱銅フィンの端面角部に該当するｂ点位置がなく、仮付ビード止端部及び仮付ビード表面の曲線があることから、前記仮付溶接部であると認知又は異常部であると認知させ、この仮付溶接部の検出データを不採用扱いにしてトーチ位置をそのまま現状維持させ、
一方、他方の仮付溶接部がない隅肉継手部分から取込んだ線画像には、前記伝熱銅フィンの端面角部に該当するｂ点位置があることから、このｂ点位置を検出させると共に、該ｂ点位置から前記伝熱銅フィンの表面側に所定距離Ｓ１だけシフトさせたＰ点の位置座標Ｐｎ(Ｙｎ、Ｚｎ)を検出し、このＰ点の位置座標Ｐｎと原点位置座標Ｐ０(Ｙ０＝０、Ｚ０＝０)との偏差から位置ズレ(ΔＹｎ、ΔＺｎ)を算出して採用し、この位置ずれ(ΔＹｎ、ΔＺｎ)の検出データに基づいて、先行検出した溶接線方向の位置Ｘｎに後続の溶接トーチが到達した地点又はその近傍地点で、左右・上下方向の位置ずれ(ΔＹｎ、ΔＺｎ)をそれぞれなくす方向にトーチ位置を修正させ、又は左右方向の位置ズレΔＹｎをなくす方向にトーチ位置を修正することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項２０】
請求項１７乃至１９のいずれか１項に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
前記スリット光切断式センサの代わりに、距離測定可能な距離センサを用い、前記隅肉継手部の溶接線方向に走行移動可能な長尺アームの先端部に略下向姿勢に配置された一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチの前方位置又は前記溶接トーチよりも先行する位置に配置された回転移動可能なガイドローラの後方位置で、かつ、溶接線から近距離だけ離れた前記内筒側の表面又は前記外筒側の表面と略直角方向の上部位置に前記距離センサを１つ配備し、又は前記内筒側の表面又は前記外筒側の表面と略直角方向の上部位置と、前記溶接線から近距離だけ離れた前記伝熱銅フィン側の表面と略直角方向の上部位置とに前記距離センサを１つずつ配備し、
前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチの走行動作及び溶接動作の実行中に、前記距離センサで計測する距離及びその距離変化の計測データに基づいて、先行計測した溶接線方向の位置Ｘｎに後続の溶接トーチが到達した地点又はその近傍地点で、前記隅肉継手部の溶接線方向の曲がりや変形に伴う左右方向及び上下方向の位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項２１】
請求項１７乃至２０のいずれか１項に記載の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、
少なくとも輻射熱及び飛散物の遮蔽可能な遮蔽板を用い、該遮蔽板は、前記隅肉継手部の溶接線方向に溶接を行う一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチと、前記ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又は前記ＭＩＧ溶接トーチよりも前方位置で位置ズレを検出する前記スリット光切断式センサ又は距離変化を計測する距離センサとの間にあり、かつ、接線と略直角方向の上部位置で、長尺アームの先端部の下側に配備されていることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。
【請求項２２】
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する鋼製の外筒と、前記内筒と前記外筒との間の周方向に略等間隔に傾斜配備する銅製の複数の伝熱銅フィンとを備え、
鋼製の前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記内筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記外筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、若しくは前記内筒及び前記外筒の両面に各々形成された各隅肉継手部に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって１パスずつ溶接施工されて形成される伝熱銅フィン付き金属キャスクであって、
ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって１パスずつ溶接施工された前記各隅肉継手部の溶接部に、少なくとも前記のど厚Ｌが伝熱銅フィンの板厚Ｔ１以上に形成され、かつ、鋼製の前記内筒側又は前記外筒側若しくは前記内筒及び前記外筒両側の溶込み深さｃが０.０５≦ｃ≦４ｍｍの範囲に形成されていることを特徴とする伝熱銅フィン付き金属キャスク。
【請求項２３】
請求項２２に記載の伝熱銅フィン付き金属キャスクにおいて、
前記伝熱銅フィンの板厚Ｔ１が約５ｍｍの場合には、前記ＣｕＳｉワイヤのワイヤ溶着断面積Ａｗが３０ｍｍ２以上５５ｍｍ２以下(３０≦Ａｗ≦５５ｍｍ２)、溶接入熱量Ｑが１２ｋＪ/ｃｍ以上３５ｋＪ/ｃｍ以下(１２≦Ｑ≦３５ｋＪ/ｃｍ)の条件を使用すると共に、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって前記隅肉継手部に溶接施工されて形成されていることを特徴とする伝熱銅フィン付き金属キャスク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法及び伝熱銅フィン付き金属キャスクに係り、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用伝熱銅フィンの溶接方法及び伝熱銅フィン付き金属キャスクに関する。
【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を配備しており、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外面及び外筒内面に伝熱フィンを溶接する公知技術が例えば、特許文献１乃至５に開示されている。
【０００７】
特許文献１には金属製容器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、前記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溶接工程とを並列して行い、前記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、前記伝熱フィンと炭素鋼製の内筒のなす角を７５度以上に配置して前記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、前記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、前記溶接工程で生じた溶接ビード上を加熱(溶融も含む)して前記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、前記溶接工程の前に、前記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レーザや高周波コイル等の加熱手段によって、前記溶接工程の前に、熱伝導率の高い前記銅製の母材を予熱することが開示されている。
【０００９】
また、特許文献３には銅又は銅合金の溶接方法について記載され、非消耗電極と消耗電極を組合せ、先行の非消耗電極と後行の消耗電極に交互に溶接電流を供給し、前記非消耗電極と消耗電極との間隔を融合不良ビードが生じない距離に保ちながら溶接することが開示されている。
【００１０】
また、特許文献４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、該クラッド材の一方の金属は前記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、前記胴本体(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。
【００１１】
更に、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、前記容器本体外周面及び外筒内周面と前記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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１７８７２７号公報
【特許文献２】特開２００２−３６１４６９号公報
【特許文献３】特開昭５８−３７９１号公報
【特許文献４】特開２００７−２０５９３１号公報
【特許文献５】特開２００８−０８２９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
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・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。
【００１４】
また、特許文献２では、溶接手段の他に、該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、装置が大型化すると共に、溶接対象物との干渉等によって溶接できない部位が発生してしまう。また、磁気を発生する高周波コイルを設ける場合は、電磁力によって溶接手段のアーク挙動が不安定になり溶接ビード形成に悪影響を及ぼすことがある。一方、レーザを使用する場合には、銅製の母材に対して光の反射率が高いため、銅母材を十分に加熱することができない。
【００１５】
また、特許文献３では、アーク同士の干渉を避けるため、非消耗電極(ＴＩＧ)側の電流と消耗電極(ＭＩＧ)側の電流とを交互に切り換えて供給するようにしている。このため、ＴＩＧアークの発生中はＭＩＧアークが消滅した状態、反対に、ＭＩＧアークの発生中はＴＩＧアークが消弧した状態で銅又は銅合金の母材を溶接することになり、加熱及び溶融の相乗効果が抑制され、溶接能率の大幅な向上は困難と考えられる。また、溶接対象物は銅材同士又は銅合金材同士で溶接であり、銅材と鋼材との異材溶接については、対象外で全く適用されておらず、また、記載も示唆もされていない。
【００１６】
また、特許文献４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、前記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。
【００１７】
更に、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前記平行部を密着させて重ね隅肉継手部を形成し、該重ね隅肉継手部を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。
【００１８】
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、銅と鋼との異材継手の溶接性に優れた金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法及びその伝熱銅フィン付き金属キャスクを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法は、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溶接する際に、鋼製の前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記内筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記外筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、若しくは前記内筒及び前記外筒の両面に各々形成された各隅肉継手部に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって溶接施工する金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法であって、前記伝熱銅フィン側の溶融底部から溶接ビード表面までの最小距離を溶接部ののど厚とした時に、前記のど厚が所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度又は該ワイヤ送り速度とワイヤ径及び所定の溶接速度からワイヤ溶着断面積を決定し、かつ、前記各隅肉継手部の溶接開始位置から終了位置まで溶接すべきパス毎の溶接線に対して、ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって１パスずつ溶接施工することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法は、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溶接する際に、鋼製の前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記内筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記外筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、若しくは前記内筒及び前記外筒の両面に各々形成された各隅肉継手部に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって溶接施工する金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法であって、前記伝熱銅フィン側の溶融底部から溶接ビード表面までの最小距離を溶接部ののど厚とした時に、前記のど厚が所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度又は該ワイヤ送り速度とワイヤ径及び所定の溶接速度からワイヤ溶着断面積を決定するワイヤ溶着量決定工程と、前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記内筒側の各隅肉継手部に１パスずつ溶接する前記内筒側の第１の溶接工程と、前記内筒側の溶接終了後又は前記内筒側の溶接終了及びその溶接部の検査終了後に、前記伝熱銅フィンの外周側に前記外筒を配置し、前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、前記ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記外筒側の前記各隅肉継手部に１パスずつ溶接する外筒側の第２の溶接工程とを備えていることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法は、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溶接する際に、鋼製の前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記内筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記外筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、若しくは前記内筒及び外筒の両面に各々形成された各隅肉継手部に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって溶接施工する金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法であって、前記伝熱銅フィン側の溶融底部から溶接ビード表面までの最小距離を溶接部ののど厚とした時に、前記のど厚が所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度又は該ワイヤ送り速度とワイヤ径及び所定の溶接速度からワイヤ溶着断面積を決定するワイヤ溶着量決定工程と、前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の前記隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記内筒側の前記各隅肉継手部に１パスずつ溶接する工程か、又は前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の前記隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、該Ｎ箇所の前記隅肉継手部を予め分割し、その分割した単位の前記隅肉継手部に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように前記隅肉継手部の溶接と検査とを繰り返す工程か、若しくは所定枚数の前記伝熱銅フィンを予め分割し、その分割した単位の前記伝熱銅フィンの片方端面部を前記内筒外面に突き合せて隅肉継手部を形成した後に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように前記隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返す工程のいずれかを行う前記内筒側の第１の溶接工程と、前記内筒側の溶接終了後又は前記内筒側の溶接終了及びその溶接部の検査終了後に、前記伝熱銅フィンの外周側に前記外筒を配置し、前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、溶接時に前記ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって前記外筒側の前記各隅肉継手部に１パスずつ溶接する工程か、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、該Ｎ箇所の前記隅肉継手部を予め分割し、その分割した単位の前記隅肉継手部に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように前記隅肉継手部の溶接と検査とを繰り返す工程か、若しくは前記外筒の代わりに、予め複数枚に分割した板状の外筒板を使用し、該板状の外筒板内面の長手方向に該当する前記伝熱銅フィンの他方の端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部を形成した後に、その隅肉継手部に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように前記隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返す工程のいずれかを行う前記外筒側の第２の溶接工程とを備えていることを特徴とする。
【００２２】
更に、本発明の伝熱銅フィン付き金属キャスクは、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する鋼製の外筒と、前記内筒器と前記外筒との間の周方向に略等間隔に傾斜配備する銅製の複数の伝熱銅フィンとを備え、鋼製の前記内筒外面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの片方端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記内筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、又は前記外筒内面の長手方向に所定枚数の前記伝熱銅フィンの他方の各端面部を略等間隔に突合せて各々形成された前記外筒側の広角傾斜の各隅肉継手部、若しくは前記内筒及び前記外筒の両面に各々形成された各隅肉継手部に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって１パスずつ溶接施工されて形成される伝熱銅フィン付き金属キャスクであって、ＣｕＳｉワイヤを用い、前記先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又は前記ＭＩＧ溶接によって１パスずつ溶接施工された前記各隅肉継手部の溶接部に、少なくとも前記のど厚Ｌが伝熱銅フィンの板厚Ｔ１以上に形成され、かつ、鋼製の前記内筒側又は前記外筒側若しくは前記内筒及び前記外筒両側の溶込み深さｃが、０.０５≦ｃ≦４ｍｍの範囲に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、銅と鋼との異材継手の溶接性に優れたものとすることができ、金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法及び伝熱銅フィン付き金属キャスクには、非常に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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外筒外面と伝熱銅フィンの他方の端面部との溶接すべき隅肉継手部の形状を示す部分斜視図である。
【図８】図７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９】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更に他の手順概要を示すフローチャートである。
【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内筒外面と１枚の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１１】図１０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１２】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２枚の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１３】図１２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１４】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板状の外筒板外面と伝熱銅フィンの他方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１５】図１４に示した板状の外筒板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１６】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板状の外筒板外面と２枚の伝熱銅フィンの他方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１７】図１６に示した板状の外筒板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１８】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し、ＴＩＧアークとＭＩＧアークで溶融プールを形成する前の図である。
【図１９】図１８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２０】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２１】本発明の実施例２に係わるＭＩＴ溶接における伝熱銅フィンの端面形状及びトーチ配置を示す図である。
【図２２】本発明の実施例１に係わる先行ＴＩＧと後続ＭＩＧの複合溶接における伝熱銅フィンの端面形状及びトーチ配置を示す図である。
【図２３】本発明の実施例３に係わる金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接装置であり、長尺アームの先端部にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ及びガイドローラを配備した構成を示す正面図である。
【図２４】図２３に示した構成の左側面図である。
【図２５】本発明に係わるワイヤ送り速度とワイヤ溶着断面積及びのど厚の関係を示す特性図である。
【図２６】本発明に係わる銅板の端面平坦面継手及び端面傾斜面継手のＭＩＧ溶接におけるトーチ位置のシフト量と溶接部ののど厚及びビード幅との関係を示す特性図である。
【図２７】本発明に係わるトーチ位置(ワイヤ位置)のシフト量Ｓ２(前記第２の距離Ｓ２)を変化させた時の端面平坦面継手の溶接ビード外観及び溶接部断面写真を示す図である。
【図２８】本発明に係わる炭素鋼表面にＣｕＳｉワイヤを直接溶接した時の溶込み深さと鋼側の希釈率の関係を示す特性図である。
【図２９】本発明に係わる隅肉継手部のギャップ及びトーチ位置のシフト量を変化させてＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接試験を行った時の溶接部の品質評価結果及び適正条件領域を示す特性図である。
【図３０】本発明に係わるＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した溶接部の代表的な溶接断面写真を示す図である。
【図３１】本発明に係わる溶接部のビード垂直高さとのど厚の関係を示す特性図であり、表２に示した試験データの中から該当する各値を抽出してグラフ化したものである。
【図３２】本発明の一実施例において不合格と判定された時の溶接部及びその近傍を肉盛補修する例を示す部分断面図である。
【図３３】本発明に係わるビード垂直高さと溶込み深さの関係を示す特性図である。
【図３４】本発明に係わる溶接部ののど厚と溶込み深さの関係を示す特性図である。
【図３５】本発明に係わる溶込み深さと溶接継手の引張荷重の関係を示す特性図である。
【図３６】本発明の実施例４に係わる溶接すべき隅肉継手部の溶接線位置及びその位置ずれを検出するスリット光切断センサを用いた例を示す斜視図である。
【図３７】本発明の実施例４に係わる溶接前に行うトーチ位置(ワイヤ位置)の位置合せとセンサ側の原点位置座標の位置合せを示す図である。
【図３８】本発明の実施例４に係わる画像モニタの一例を示す図である。
【図３９】本発明の実施例４に係わる溶接すべき隅肉継手部の溶接線位置及びその位置ずれを検出するスリット光切断センサを用いた他の例を示す斜視図である。
【図４０】本発明の実施例５に係わる金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接装置であり、長尺アームの先端部にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ及びガイドローラを配備した構成を示す正面図である。
【図４１】本発明に係わる部材表面までの距離及び距離変化を計測する距離センサを示す図である。
【図４２】本発明に係わる長尺アームの先端部にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ及び距離センサを配備した例を示す構成の正面図である。
【図４３】本発明に係わる先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接におけるトーチ位置のシフト量とＴＩＧ電流・電圧及びＭＩＧ電流・電圧の関係を示す特性図である。
【図４４】本発明の実施例６に係わるスリット光切断センサによる溶接部のビード垂直高さの検出を示す図である。
【図４５】本発明の実施例６に係わる画像モニタの一例を示し、スリット光切断センサによるアンダーカットの大きさ(深さ)の検出を示す図である。
【図４６】本発明の実施例７に係わる手動操作の寸法測定器による溶接部のビード垂直高さの検出を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法及びその溶接装置について説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００２６】
図１に、本実施例に係わる伝熱銅フィン付き金属キャスクの構造を、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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１０(溶接ビード及びその溶接断面部)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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
図３は、本実施例に係わる金属キャスク用伝熱銅フィン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、他の金属キャスク用伝熱銅フィン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。図３及び図４に示したフローチャートの主な相違点は、内筒１側の第１の溶接工程１０３及び外筒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に区分けしたことである。
【００３４】
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内筒１側の第１の溶接工程１０３及び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。
【００３５】
そして、隅肉継手部８をＮ箇所形成した後に、この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、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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には、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。
【００３８】
一方、外筒２側の第２の溶接工程１１０では、内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５及び少数単位での溶接及び検査の繰り返し溶接工程１０６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。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。
【００３９】
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。
【００４０】
次に、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、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の終了後に、溶接品質を検査する内筒１側の検査工程１０７と外筒２側の検査工程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及び１１６を備えている。
【００４１】
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Ｌ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。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。
【００４２】
これらの補修溶接工程１０９、１１６、１１９、１２２では、例えば、隅肉継手部を本溶接した時の溶接条件よりも溶接電流や入熱量等を減少した溶接条件を使用して、１パス肉盛して補修することで、容易に肉盛補修することができる。
【００４３】
なお、溶接品質を検査する方法については、別の実施例(図３１〜３５、図４４〜４６)を用いて詳細に後述する。
【００４４】
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Ｌが伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧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。
【００４５】
なお、内側溶接部７ののど厚Ｌとは、図３中及び図４のワイヤ溶着断面積決定工程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。
【００４６】
次に、内筒１側の第１の溶接工程１０３では、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する。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。
【００４７】
なお、この内筒１側の第１の溶接工程１０３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を形成することで、本溶接前の伝熱銅フィン３の仮組作業や各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎの溶接作業等を容易に行うことができる。
【００４８】
また、内筒１側の第１の溶接工程１０３では、図４及び図５に示すように、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箇所形成した後に、この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。
【００４９】
内筒１側のＮ箇所の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の下位表面に記した点線６−１、６−２・・・６−Ｎ)に対して、シリコン入りのＣｕＳｉワイヤを用い、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。
【００５０】
この内筒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、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を形成すると良い。
【００５１】
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Ｌ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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１９〜３０、図３６〜４３)を用いて後述する。
【００５５】
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。
【００５６】
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。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。
【００５７】
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Ｌが伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧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（この溶込み深さｃについては後述する）。
【００５８】
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。
【００５９】
上述したのど厚Ｌ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Ｌを伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１)に形成している。また、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。そのため、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。
【００６０】
内筒１側の繰り返し溶接が終了した後の内筒１側の検査工程１０７では、内筒１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Ｌ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。工程１０８で合格であれば、次工程である外筒２側の第２の溶接工程１１０に進み、不合格の溶接箇所があれば、補修溶接工程１０９に進み、補修溶接工程１０９で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。なお、内筒１側の検査工程１０７を省略して、内筒１及び外筒２の両方の溶接施工の終了後に、内筒１側の検査工程１０７を実施するようにすることもできる。
【００６１】
次に、外筒２側の第２の溶接工程１１０では、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及び１１７の終了後に、図７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する。
【００６２】
図７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。
【００６３】
また、外筒２側の第２の溶接工程１１０では、図３、図４、図７及び図８に示すように、外筒２側に隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、この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。
【００６４】
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の下位表面に記した点線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。
【００６５】
内筒１の溶接の場合と同様に、外筒２側の溶接の場合でも、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、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。
【００６６】
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、Ｓ１＝０〜４ｍｍの範囲で設定すると良い。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前記溶接線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及び溶接断面部１０−１を形成すると良い。
【００６７】
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Ｌ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。
【００６８】
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及び溶接断面部１０−１、１０−２・・・１０−Ｎを形成することができる。
【００６９】
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及び溶接断面部１０−１を形成すると良い。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。
【００７０】
また、図４、図７及び図８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の溶接ビード及びその溶接断面部１０−１、１０−２・・・１０−Ｎには、少なくとも溶接部ののど厚Ｌが伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１)に形成され、かつ、外筒２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。
【００７１】
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及びその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。
【００７２】
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Ｌ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、次工程へ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。
【００７３】
また、図３〜図８に示したように、本実施例では、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を溶接部ののど厚Ｌとした時に、のど厚Ｌが所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度Ｗｆ又はワイヤ送り速度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を決定し、各隅肉継手部の溶接開始位置から終了位置まで溶接すべきパス毎の溶接線に対して、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パスずつ溶接施工し、この溶接施工した各隅肉継手部の溶接部には、少なくとものど厚Ｌが伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１)に形成されており、かつ、鋼製の内筒１側又は外筒２側若しくは内筒１及び外筒２の両側の溶込み深さｃが０.０５ｍｍ以上６ｍｍ以下(０.０５≦ｃ≦６ｍｍ)に形成することもできる。
【００７４】
また、本実施例では、のど厚Ｌが所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度Ｗｆ又はワイヤ送り速度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を決定し、その後に、内筒１外面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、溶接時にシリコン入りの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、内筒１側の各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎに１パスずつ溶接し、内筒１側の溶接終了後又は内筒１側の溶接終了及びその溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２・・・７−Ｎの検査終了後に、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、円筒状の外筒２内面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、溶接時に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、外筒２側の各隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに１パスずつ溶接し、内筒１側及び外筒２側の溶接では、各隅肉継手部の溶接部には、少なくとものど厚Ｌを伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１)に形成させ、かつ、鋼製の内筒１側又は外筒２側若しくは内筒１及び外筒２両側の溶込み深さｃを０.０５ｍｍ以上６ｍｍ以下(０.０５≦ｃ≦６ｍｍ)に形成することもできる。
【００７５】
また、本実施例では、のど厚Ｌが所定の大きさ以上に形成されるようにワイヤ送り速度Ｗｆ又はワイヤ送り速度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を決定し、その後に、内筒１外面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成し、その後に、溶接時にシリコン入りの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、内筒１側の各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎに１パスずつ溶接するか、又は内筒１外面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、Ｎ箇所の隅肉継手部を１〜５箇所ずつ単位に予め分割し、その分割した１〜５箇所ずつ単位の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎに溶接施工すると共に、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し、内筒２側の溶接終了後又は内筒２側の溶接終了及びその溶接部の検査終了後に、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、円筒状の外筒２内面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィンの他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成し、その後に、溶接時に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、外筒２側の各隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに１パスずつ溶接するか、又は円筒状の外筒２内面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、Ｎ箇所の隅肉継手部を１〜５箇所ずつ単位に予め分割し、その分割した１〜５箇所ずつ単位の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに溶接施工すると共に、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し、内筒１側及び外筒２側の溶接では、各隅肉継手部の溶接部には、少なくとものど厚Ｌを伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１)に形成させ、かつ、鋼製の内筒１側又は外筒２側若しくは内筒１及び外筒２の両側の溶込み深さｃを０.０５ｍｍ以上６ｍｍ以下(０.０５≦ｃ≦６ｍｍ)に形成することもできる。
【００７６】
これらによって、上述した内筒１側及び外筒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及びその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。
【００７７】
図９は、更に他の金属キャスク用伝熱銅フィン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。
【００７８】
図４に示したフローチャートとの主な相違点は、１つ目は内筒１側の第１の溶接工程１０３を、連続方式のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５と分割方式の少数単位での溶接と検査の溶接工程１０６に区分けしたこと、２つ目は一体の円筒状の外筒２を使用するか又は板状に分割した複数枚の外筒板を使用するかに区分けしたこと、３つ目は外筒２側の第２の溶接工程１１０を連続方式のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１１２と分割方式の少数単位での溶接と検査の溶接工程１１３とに区分けしたことである。
【００７９】
なお、溶接前に行うワイヤ溶着断面積決定工程１０２と、溶接後に行う内筒１側の検査工程１０７、１１７と、外筒２側の検査工程１１４、１２０と、不合格の溶接部分及びその近傍部を補修する補修溶接工程１０９、１１６とについては、図４に示した内容と略同様である。
【００８０】
図９に示すように、伝熱銅フィン３の溶接手順(その３)１０１では、ワイヤ溶着断面積決定工程１０２の終了後に実施する内筒１側の第１の溶接工程１０３は、内筒１外面と伝熱銅フィン３の端面部とを接続する隅肉継手部５の形成及び溶接施工を連続方式で行うか又は分割方式で行うかを選択（工程１０４）するところであり、連続方式を選択した場合は、連続方式のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５に進み、そうでない場合には、少数単位での溶接と検査の溶接工程１０６に進むようになっている。
【００８１】
内筒１側のＮ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１０５では、図５及び図６で説明したように、鋼製の内筒１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する。そして、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の下位表面に記した点線６−１、６−２・・・６−Ｎ)に対して、シリコン入りのＣｕＳｉワイヤを用い、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。
【００８２】
このようにして溶接施工された各隅肉継手部の溶接ビード及び溶接断面部７−１、７−２・・・７−Ｎには、少なくとも溶接部ののど厚Ｌが伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧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。
【００８３】
これによって、上述した内筒１側の各伝熱銅フィンの溶接箇所に、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。
【００８４】
一方、少数単位に分割して溶接及び検査を繰り返す溶接工程１０６では、所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３を予め１〜５枚程度に分割し、その分割した１〜５枚の伝熱銅フィン３の片方端面部を内筒１の外面に突き合せて各隅肉継手部(１〜５箇所)を形成した後に溶接し、その溶接部を検査するように、隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返すようにしている。
【００８５】
例えば、図１０及び図１１に示すように、内筒１外面に１枚の伝熱銅フィン３の片方端面部を突き合せて所定の隅肉継手部５−１を１箇所形成した後に、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、隅肉継手部５−１の溶接開始位置から終了位置まで１パス溶接を行う。この溶接終了後に、溶接部の品質検査を行うようにしている。
【００８６】
また、図１２及び図１３に示すように、内筒１外面に２枚の伝熱銅フィン３の片方端面部を突き合せて隅肉継手部５−１、５−２を２箇所形成した後に、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、隅肉継手部５−１、５−２の溶接線６−１、６−２に対して、溶接開始位置から終了位置まで１パスずつ順番に溶接を行う。この２箇所の溶接終了後に、各溶接部の品質検査を行うようにしている。
【００８７】
ここでは、１本目の隅肉継手部５−１の溶接線６−１(伝熱銅フィン３の下位表面に記した点線)上に、一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを位置決め配置して下向姿勢で１パス溶接を施工し、１本目の溶接ビード及び溶接断面部(溶接部)７−１を形成すると良い。また、１本目の溶接が終了すると、２本目の隅肉継手部５−２の溶接線６−２上に、一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ又はＭＩＧ溶接トーチを位置決め配置して１パス溶接を施工し、２本目の溶接ビード及び溶接断面部(溶接部)７−２を形成すると良い。
【００８８】
上述したように、伝熱銅フィン２の両端面部が平坦面形状の場合の溶接線は、端面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、Ｓ１＝０〜４ｍｍの範囲で溶接時に設定すると良い。
【００８９】
このように、ワイヤ位置又はトーチ位置を伝熱銅フィン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Ｌ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。
【００９０】
この溶接が終了すると、該当する溶接ビード及び溶接断面部(溶接部)７−１、７−２の品質検査を内筒１側の検査工程１１７で行う。この内筒１側の検査工程１１７では、上述したように、内筒１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Ｌ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１１８）であれば、次の隅肉継手部の形成と少数単位での溶接と検査との繰り返し溶接工程１０６に戻り、不合格の溶接箇所があれば、補修溶接工程１１９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。
【００９１】
このようにして、所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３を予め１〜５枚程度に分割して、隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返することで、例えば、２機の金属キャスクを略同時に製造する場合に、内筒１側に伝熱銅フィン３を取付けて所定の隅肉継手部５−１、５−２を形成する作業と、形成後の隅肉継手部５−１、５−２に溶接する作業と、その溶接部の品質を検査する作業とを略同時進行で行うことができ、無駄な遊び時間短縮、作業効率向上等を図ることが可能になる。
【００９２】
なお、ここでは、伝熱銅フィン３の分割枚数を１〜５程度に限定して説明したが、１〜１０枚程度に増加して、隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返するようにすることも容易であり、同様な効果を得ることができる。
【００９３】
また、内筒１側の検査工程１０７及び１１７の終了後に実施する外筒２側の第２の溶接工程１１０は、所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の各端面部と外筒２内面とを接続する各隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎの形成及び溶接施工を連続方式で行うか又は分割方式で行うかを選択（工程１１１）するところであり、連続方式を選択した場合は、Ｎ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１１２に進み、そうでない場合には、少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程１１３に進むようにしている。
【００９４】
Ｎ箇所の溶接の繰り返し溶接工程１１２では、図７及び図８で説明したように、鋼製の内筒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枚)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する。そして、パス毎に溶接すべきＮ箇所の隅肉継手部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の下位表面に記した点線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。
【００９５】
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、それぞれ所定の溶接ビード及び溶接断面部１０−１、１０−２・・・１０−Ｎを形成することができる。
【００９６】
こうして溶接施工された各隅肉継手部の溶接ビード及び溶接断面部１０−１、１０−２・・・１０−Ｎには、少なくとも溶接部ののど厚Ｌが伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧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。
【００９７】
これによって、上述した外筒２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。
【００９８】
一方、少数単位で溶接と検査の繰り返し溶接工程１１３では、図１４、図１５及び図１６、図１７に示すように、一体の円筒状の外筒２の代わりに、予め複数枚に分割した板状の外筒板２−２を使用し、この板状の外筒板２−２内面の長手方向に、該当する伝熱銅フィン３の他方の端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部８−１、８−２を形成する。そして、溶接時にＣｕＳｉワイヤを用い、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって形成箇所の隅肉継手部８−１、８−２に溶接施工し、その溶接後の溶接部を検査するように、隅肉継手部の形成と溶接及び検査を交互に繰り返し行うようにしている。
【００９９】
なお、図１４、図１５及び図１６、図１７中には、１箇所又は２箇所形成した隅肉継手部８−１、８−２の溶接線９−１、９−２に溶接施工して溶接ビード及び溶接断面部１０−１、１０−２を形成するように図示しているが、幅広の外筒板２−２を用いて、外筒板２−２の内面側に溶接すべき隅肉継手部を数箇所(例えば、１〜５の箇所隅肉継手部８−１〜８−５)に形成した後に、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、隅肉継手部８−１〜８−５に溶接施工するようにしても良い。
【０１００】
また、予め複数枚(所定枚数)に分割した板状の外筒板２-２の１枚に、伝熱銅フィン３の他方の端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部を１〜５箇所に形成した後に、その１〜５箇所の隅肉継手部８−１、８−２、８−３、８−４、８−５に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように、外筒板１枚単位に分割した隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返すようにすることもできる。また、板状の外筒板２−２を使用すると共に、隅肉継手部の形成と該隅肉継手部の溶接施工と品質検査とを交互に繰り返し行うことで、無駄な遊び時間短縮、作業効率向上等を図ることが可能になる。なお、所定枚数の外筒板２−２側の溶接施工及び溶接部の品質検査が完了するまで繰り返すと良い。
【０１０１】
このようにして溶接施工された各隅肉継手部の溶接ビード及び溶接断面部１０−１、１０−２・・・１０−Ｎには、少なくとも溶接部ののど厚Ｌが伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１)に形成され、かつ、外筒２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。
【０１０２】
これによって、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。
【０１０３】
次に、外筒２の溶接仕上げ工程１２３では、板状の各外筒板２−２を一体の外筒２の構造にする必要があるため、予め分割した所定枚数の外筒板２−２の幅方向両面部の各接続部分を各々溶接(例えば、ＭＡＧ溶接やＴＩＧ溶接等)して、円筒状又は多角筒状の一体の外筒２の構造に仕上げる。一体の外筒２の構造に仕上げることで、本来の外筒２としての機能を持たせることができる。
【０１０４】
一方、一体構造の外筒２側の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎを溶接した後に行う各溶接部の外筒２側の検査工程１１４では、内筒１側の品質検査の検査工程の場合と同様に、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Ｌ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、終了１２４に至り、別の次工程へ１２５に進むことになる。工程１１５で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。
【０１０５】
また、図４〜図１７に示すように、本実施例では、予め内筒１外面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、溶接時にシリコン入りのＣｕＳｉワイヤを用い、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって内筒１側の各隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎに１パスずつ溶接するか、又は内筒１外面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の片方端面部を略等間隔に突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成した後に、Ｎ箇所の隅肉継手部５−１、５−２・・・５−Ｎを１〜５箇所ずつ単位に予め分割し、その分割した１〜５箇所ずつ単位の隅肉継手部５−１、５−２、５−３、５−４、５−５に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように、少数単位に分割した隅肉継手部の溶接と検査とを繰り返し、若しくは所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィンを１〜５枚ずつ単位に予め分割し、その分割した１〜５枚ずつ単位の伝熱銅フィン３の片方端面部を内筒外面に突き合せて１〜５箇所の隅肉継手部５−１、５−２、５−３、５−４、５−５を形成した後に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように、少数単位に分割した隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返し、内筒１側の溶接終了後又は内筒１側の溶接終了及びその溶接部の検査終了後に、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、円筒状の外筒２内面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成し、その後に、溶接時にＣｕＳｉワイヤを用い、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって外筒２側の各隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎに１パスずつ溶接し、又は円筒状の外筒２内面の長手方向に所定枚数(Ｎ枚)の伝熱銅フィン３の他方の各端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部をＮ箇所形成し、その後に、Ｎ箇所の隅肉継手部８−１、８−２・・・８−Ｎを１〜５箇所ずつ単位に予め分割し、その分割した１〜５箇所ずつ単位の隅肉継手部に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように、少数単位に分割した隅肉継手部８−１、８−２、８−３、８−４、８−５の溶接と検査とを繰り返し、若しくは一体の円筒状の外筒２の代わりに、予め複数枚(所定枚数)に分割した板状の外筒板２−２を使用し、この板状の外筒板２−２内面の長手方向に、該当する伝熱銅フィン３の他方の端面部を突合せて広角傾斜の隅肉継手部を１〜５箇所に形成した後に、その１〜５箇所の隅肉継手部８−１、８−２、８−３、８−４、８−５に溶接施工すると共に、その溶接部を検査するように、隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返し、予め複数枚に分割した板状の外筒板２−２を使用する場合には、隅肉継手部の形成と溶接と検査とを繰り返す工程の終了後に、複数数の外筒板の幅方向両面部の各接続部分を各々溶接して、円筒状又は多角筒状の一体の外筒構造に仕上げ、内筒１側及び外筒２側の溶接では、各隅肉継手部の溶接部に、少なくとものど厚Ｌが伝熱銅フィンの板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１)に形成され、かつ、鋼製の内筒１側又は外筒２側若しくは内筒１及び外筒２の両側の溶込み深さｃを０.０５ｍｍ以上６ｍｍ以下(０.０５≦ｃ≦６ｍｍ)に形成することもできる。
【０１０６】
これによって、上述したように、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、溶接部の引張強度も１００Ｎ/ｍｍ２以上を確実に得ることができる。
【０１０７】
図１８及び図１９に、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例を示す。
【０１０８】
図１８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、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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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５−１の溶接線６−１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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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で傾斜配置されている。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。
【０１１３】
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６−１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。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６−１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。好ましくは４〜７ｍｍの範囲に配置するとさらに良い。
【０１１４】
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可能となる。
【０１１５】
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。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。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。
【０１１６】
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。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。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。
【０１１７】
更に、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。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。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。
【０１１８】
図１９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、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、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。
【０１１９】
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とＭＩＧアーク２３で１つの溶融プール２４を形成し、溶接進行方向２５に移動させながら溶接するようにしている。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と良い。
【０１２０】
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及び溶接断面部７−１を得ることができる。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
図１９中には、説明し易くするために中央付近の溶接線６−１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５−１の溶接線６−１上の溶接開始位置である。
【０１２４】
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５−１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６−１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の開口部と、ＭＩＧユニット１７の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の溶接電流を定常値Ｉａ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、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５−１の溶接終了位置まで溶接するようにしている。
【０１２５】
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５−１の溶接開始位置から終了位置までの溶接線６−１上に良好な溶接ビード及び溶接断面部７−１を有する溶接部を得ることができる。
【実施例２】
【０１２６】
図２０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を使用する場合の例である。
【０１２７】
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６−１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６−１の方向に配置されている。また、本実施例でのＭＩＧ溶接トーチ２６は、溶接進行方向に対して、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。
【０１２８】
なお、前進角＋α３は、記載を省略しているが、図１８及び図１９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２０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。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)し易く、また、ガスシールド性も低下し易いので好ましくない。
【０１２９】
ＭＩＧ溶接を行う場合は、ＭＩＧ溶接トーチ２６の先端部の開口部から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、ワイヤ正極(プラス)のＭＩＧアーク(図示せず)を隅肉継手部５の溶接線６−１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を溶接進行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。
【０１３０】
直流電流を給電するワイヤ正極(プラス)の直流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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。このため、図４〜７及び図９に示したように、隅肉継手部５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可能性が高い。
【０１３４】
一方、隅肉継手部５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。
【０１３５】
従って、隅肉継手部５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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
図１８、図１９及び図２０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１８に一例として示すように、駆動装置３１１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。
【０１３８】
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２０１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。
【０１３９】
このようにして、継手傾斜の隅肉継手部の溶接線６−１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。
【０１４０】
図２１及び図２２は、本実施例に係わるＭＩＴ溶接又は先行ＴＩＧと後続ＭＩＧの複合溶接における伝熱銅フィン３の両端面形状と継手配置及びトーチ配置の一例を示すものである。
【０１４１】
図２１に示す伝熱銅フィン３(長さ方向短縮)の両端面部の形状は、伝熱銅フィン３の表面に対して、３０度±１５度の範囲で傾斜(端面傾斜角:１５≦β１≦４５度)している傾斜面形状３８であり、内筒１の表面(又は外筒２の表面)と略平行な傾斜面に予め加工してある。この傾斜面形状３８を有する伝熱銅フィン３を備えた隅肉継手部の溶接線上に、ＭＩＧ溶接トーチ２６を配置した事例である。
【０１４２】
一方、図２２に示す伝熱銅フィン３の両端面部の形状は、傾斜面がない端面(β１＝０に相当)の平坦面形状３９である。この平坦面形状３９を有する伝熱銅フィン３を備えた他の隅肉継手部の溶接線上に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を配置した事例である。この事例では、先行ＴＩＧ側の非消耗電極１３を主に図示して、後続ＭＩＧ側の消耗ワイヤ１８の方は省略している。伝熱銅フィン３の両端面部が平坦面形状３９の場合は、傾斜面形状３８の場合と比べて加工コストを低減することができる。
【０１４３】
なお、図２１中に記したＭＩＧ溶接トーチ２６と、図２２中に記したＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１とを入れ替えて、溶接すべき隅肉継手部の溶接線上に配置することもできる。
【０１４４】
一方、内筒１側(又は外筒２側)と伝熱銅フィン３の片方端面部との隅肉継手部５の継手角度θ１については、伝熱銅フィン３の両端面部が傾斜面形状３８の場合でも平坦面形状３９の場合でも同様である。
【０１４５】
上述したように、内筒１側(又は外筒２側)と伝熱銅フィン３の片方端面部との隅肉継手部５の継手角度θ１は、θ１＝１２０度±１５度(１０５≦θ１≦１３５度)の範囲の広角傾斜に形成されている。他方の内筒１側(外筒２の場合も同様)の傾斜角度θ２は、水平線に対して、θ２＝３０度±１５度(１５≦θ２≦４５度)の範囲に配置されている。また、隅肉継手部５の底面には、ギャップＧがあったりなかったりすることから、また、ＭＩＧ溶接トーチ２６(又はＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１)の位置を伝熱銅フィン３側にシフトさせる第１の距離Ｓ１(又は第２の距離Ｓ２)が変化することがあることから、ギャップＧと第１の距離Ｓ１及び第２の距離Ｓ２を同図中に記載している。
【０１４６】
なお、第１の距離Ｓ１は、伝熱銅フィン３の端面角部ｂ点から溶接線６に該当する位置まで、消耗ワイヤ１８の先端部(又は非消耗電極１３の延長線と伝熱銅フィン３表面との交差した交点位置)をシフトさせた長さ(距離)のことである。他方の第２の距離Ｓ２は、伝熱銅フィン３表面の延長線が内筒１の表面(又は外筒２の表面)と交差する位置のａ点からｂ点を通過した上部にある溶接線の位置まで、消耗ワイヤ１８(又は非消耗電極１３)をシフトさせた長さ(距離)のことである。
【０１４７】
また、第１の距離Ｓ１と第２の距離Ｓ２との間には相関関係があり、Ｓ２＝Ｓ１＋Ｔ１/tan(１８０−θ１)−Ｔ１×tanβ１＋Ｇ/sin(１８０−θ１)の式で示される。β１の値が上述した３０度±１５度の場合は、傾斜面形状３８の伝熱銅フィン３であり、かつ、β１＝θ１−９０度の時のＳ２は、Ｓ２＝Ｓ１＋Ｇ/sin(１８０−θ１)の式に簡略することができる。また、β１の値が０度の場合には、平坦面形状３９の伝熱銅フィン３であり、その時のＳ２は、Ｓ２＝Ｓ１＋Ｔ１/tan(１８０−θ１)＋Ｇ/sin(１８０−θ１)の式に簡略することができる。
【０１４８】
第１の距離Ｓ１の範囲位置又は第２の距離Ｓ２の範囲位置の溶接線上に、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１又はＭＩＧ溶接トーチ２６を略下向姿勢に設定して、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接又はＭＩＧ溶接によって、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。
【実施例３】
【０１４９】
図２３及び図２４は、本発明の実施例３としての実施例１に採用される溶接装置であり、長尺アームの先端部にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ及びガイドローラを配備した例を示すものである。
【０１５０】
該図に示す如く、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接を行う一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１は、取付冶具３４、３５及び左右・上下移動可能な２軸駆動テーブル３６を介して長尺アーム３１の先端部に配置(取付)されている。２軸駆動テーブル３６は、溶接線方向に対する左右方向及び上下方向の駆動が可能なものであり、この２軸駆動テーブル３６によって、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の左右・上下方向の位置を自動で動かすことができる。
【０１５１】
また、回転移動可能なガイドローラ３２は、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１よりも先行する右位置にあって、長尺アーム３１の下側に配備され、かつ、溶接線から近距離だけ離れた伝熱銅フィン３の表面部と内筒１側の表面部(又は外筒２側の表面部)との両面に接触回転動するように配備されている。このガイドローラ３２の接触回転動によって、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を隅肉継手部の溶接線方向へ容易に走行案内することができる。
【０１５２】
また、隅肉継手部の溶接線の曲がりや溶接による変形等が小さく、事前の位置決めも正確な継手の溶接であれば、スリット光切断センサ等の計測機器を使用することなく、ガイドローラ３２の接触回転動によって、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を隅肉継手部の溶接線方向に走行案内しながら、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の溶接施工を行う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である。
【０１５３】
なお、図２３及び図２４に示した実施例では、一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の配置例を記載しているが、ＭＩＧ溶接トーチ２６に交換してＭＩＧ溶接を行うようにすることもできる。また、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１は、取付冶具３４、３５及び２軸駆動テーブル３６を介して長尺アーム３１の先端部に配置しているが、２軸駆動テーブル３６を搭載せずに、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を長尺アーム３１の先端部に配置することもできる。更に、長尺アーム３１を右側方向に走行移動させて、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を右側方向に移動させながら溶接動作を行うように記載しているが、長尺アーム３１を右側方向と反対側左側方向に走行移動させる場合には、ガイドローラ３２を先頭位置、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を後続位置に配置代えすると共に、先行ＴＩＧ−後続ＭＩＧになるように１８０度回転することで、左側方向に移動させながら正常に溶接動作を行うことができる。
【０１５４】
また、図２３及び図２４に示した実施例では、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を長尺アーム３１に配置しているが、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、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１(又はＭＩＧ溶接トーチ２６)を溶接ロボットの手首部に配置(取付)して、トーチ走行移動させながら、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施工するようにしても良い。
【０１５５】
次に、本発明者等が実際に行った溶接試験の方法及び結果について説明する。
【０１５６】
先ず、銅と鋼との異材隅肉継手部５のギャップＧやトーチ位置又はワイヤ位置をシフトさせる第１及び第２の距離Ｓ１及びＳ２が変化する可能性が高いことから、溶接品質に及ぼす影響や溶接条件裕度を確認するため、ギャップＧ及び第１の距離Ｓ２を変化させる溶接試験を行い、溶接品質等を評価した。また、ワイヤ送り速度Ｗｆとワイヤ溶着断面積Ａｗ及びのど厚Ｌの関係についても調査した。更に、鋼側の溶込み深さｃと希釈率(溶融比率)及び割れの関係等を調査するため、鋼板表面にＣｕＳｉワイヤを直接溶接する試験も行った。
【０１５７】
ＭＩＧ溶接試験では、板厚５ｍｍの銅板(Ｃ１０２０Ｐ)と板厚１６ｍｍの炭素鋼板(ＳＭ４００Ａ)との隅肉継手を用い、また、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接試験では、板厚５ｍｍの銅板(Ｃ１０２０Ｐ)と板厚５０ｍｍの炭素鋼板(ＳＭ４００Ａ)との隅肉継手を用いた。溶接ワイヤは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。
【０１５８】
図２５は、本発明に係わるワイヤ送り速度Ｗｆとワイヤ溶着断面積Ａｗ及びのど厚Ｌの関係を示すものであり、ワイヤ溶着部の断面積を二等辺三角形と仮定した時の論理のど厚Ｌ０(溶込みなしの計算値)、実際に溶接試験したＭＩＧ溶接部及びＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接部ののど厚Ｌ(溶込みありの実測値)、その溶接断面写真の一例をそれぞれ併記している。
【０１５９】
ＭＩＧ溶接試験では、パルス電流波形を使用すると共に、溶接速度を抑制(２０４ｍｍ/分)し、ワイヤ送り速度Ｗｆを６〜９ｍ/分(溶接電流１６５〜２６０Ａ)を変化させて溶接した。また、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接試験では、溶接速度を３５０ｍｍ/分に増加すると共に、ワイヤ送り速度Ｗｆを１０〜１２ｍ/分(ＭＩＧ電流３００〜３６０Ａ、ＴＩＧ電流３００〜３６０Ａ)を増加し変化させて溶接した。図２５は、ぞの時の結果を示すものである。
【０１６０】
該図から分かるように、銅板と鋼板との溶接断面部は、図中の溶接断面写真のように、ビード表面が凸形状(曲線形状)で、かつ、銅板側にも溶込みを有するため、図中□及び■で示す溶接断面部ののど厚Ｌは、図中▲で示す論理のど厚Ｌ０よりも大きく、また、伝熱銅フィンに該当する銅板の板厚(Ｔ１＝５ｍｍ)よりも大きく形成されている。更に、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接の場合には、ＴＩＧアークとＭＩＧアークで加熱溶融するため、ＭＩＧ溶接の場合と比べて、入熱量Ｑが大きく、銅側の溶融が深くなるため、ワイヤ溶着断面積Ａｗ（図中○で示す）が少なくても、のど厚Ｌは銅板の板厚(Ｔ１＝５ｍｍ)よりも大きく形成することができる。
【０１６１】
このような試験結果から、ワイヤ溶着断面積Ａｗを約３０〜５５ｍｍ２の範囲(３０≦Ａｗ≦５５ｍｍ２)に設定して溶接すれば、のど厚Ｌは板厚Ｔ１と同等の５ｍｍ以上(Ｌ≧Ｔ１＝５ｍｍ)に形成することができると判断した。また、溶接電流と電圧及び溶接速度から入熱量Ｑ(ｋＪ/ｃｍ)を概算した結果、約Ｑ＝１２〜３５ｋＪ/ｃｍの範囲(１２≦Ｑ≦３５ｋＪ/ｃｍ)で良いことが分った。即ち、ワイヤ溶着断面積Ａｗが少な過ぎると（３０ｍｍ２以下）、入熱不足及び溶融不足による不良、のど厚Ｌ不足になり易い。また、ワイヤ溶着断面積Ａｗが多過ぎると（５５ｍｍ２以上）、溶融金属の垂れ下がりやアンダーカット等が発生し易い。
【０１６２】
図２６は、銅板の端面平坦面継手及び端面傾斜面継手のＭＩＧ溶接におけるトーチ位置のシフト量Ｓ２と溶接部ののど厚Ｌ及びビード幅Ｗとの関係を示すものである。なお、図中の×印は、鋼側との接合不足及び強度不足のため、溶接断面部の切断中に溶金底部(溶接金属底面部)と鋼母材表面部との境界から破断した溶接データである。
【０１６３】
また、図２７は、トーチ位置(ワイヤ位置)のシフト量Ｓ２(第２の距離Ｓ２)を変化させてＭＩＧ溶接した時の端面平坦面継手と端面傾斜面継手の代表的な溶接ビード外観及び溶接部断面写真を示す一実施例である。
【０１６４】
図２６に示すように、ＭＩＧ溶接部のビード幅Ｗは、シフト量Ｓ２の増加に伴って減少する傾向にあるが、のど厚Ｌの方は、同程度又は若干増加しており、何れも銅板の板厚(Ｔ１＝５ｍｍ)よりも大きく形成されている。また、端面平坦面継手の場合には、継手底部に開口部(ギャップに相当する大きさ:２.９ｍｍ)があるため、溶接中に溶融金属の一部が開口部内に流入することから、端面傾斜面継手の場合と比べると、のど厚Ｌが約０.５〜１ｍｍ程小さくなり、他方のビード幅Ｗは約１〜１.４ｍｍ程大きくなっている。また、端面傾斜面継手にギャップ(Ｇ＝０〜２ｍｍ)がある場合でも、のど厚Ｌは何れも銅板の板厚(Ｔ１＝５ｍｍ)よりも大きく形成されている。
【０１６５】
鋼側の最大溶込み深さｃについては、図２６中に記載していないが、図２７の溶接部断面写真に示すように、ＭＩＧ溶接では溶込み深さｃが浅い形状の溶接断面部が得られる。例えば、端面平坦面継手の場合には、トーチ位置のシフト量Ｓ２(第２の距離Ｓ２)が０.９ｍｍの時（図２７の（２））で約０.３７ｍｍ、４.９ｍｍの時（図２７の（２））で約０.１２ｍｍであった。シフト量Ｓ２が大きい６.９ｍｍの時には切断中に破断してしまい、計測することができなかったが、溶込み深さｃはほぼ０ｍｍであると判断している。
【０１６６】
一方、端面傾斜面継手の場合の最大溶込み深さｃは、シフト量Ｓ２が０ｍｍの時（図２７の（３））で約０.１５ｍｍ、３ｍｍの時（図２７の（４））で約０.１０ｍｍであり、また、Ｓ２が大きい５ｍｍの時には切断中に破断したことから、端面平坦面継手の場合と同様に、溶込み深さｃはほぼ０ｍｍであると判断している。
【０１６７】
上記結果より、溶接部ののど厚Ｌが銅板の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１＝５ｍｍ)の形成可能なシフト量Ｓ２(第２の距離Ｓ２)の適正範囲は、端面平坦面継手の場合で約Ｓ２＝０.９〜６ｍｍの範囲であり、銅端面角部からの距離Ｓ１(第１の距離)に換算すると、Ｓ１≒−１.９〜３.１ｍｍの範囲となる。端面傾斜面継手の場合は約Ｓ２＝０〜４ｍｍの範囲であり、銅端面角部からの距離Ｓ１(第１の距離)に換算すると、ギャップＧが０〜２ｍｍの時でも、Ｓ１≒０〜４ｍｍの範囲となる。これらの溶接部の溶込み深さｃは約０.０５〜０.３７ｍｍであり、接合可能な溶込み深さｃの下限値は０.０５ｍｍ以上とした。なお、切断中に破断(×印)した試験データは強度不足のために除外した。
【０１６８】
図２８は、炭素鋼表面にＣｕＳｉワイヤを直接溶接した時の溶込み深さと鋼側の希釈率の関係を示すものであり、ＭＩＧ単独溶接結果及びＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接結果の両方を併記している。
【０１６９】
該図に示す希釈率α(％)は、鋼側の溶融断面積をｂ、溶接部全体の溶融断面積をａ＋ｂとした時に、α＝ｂ/(ａ＋ｂ)×１００の式で算出した。各溶接部の溶融断面積は、約１０倍に拡大した溶接断面写真から溶接部の輪郭を描くと共に、その輪郭内部の溶融断面積ａ、ｂを面積計算ソフトによって算出した後に、希釈率αをそれぞれ算出した。
【０１７０】
その結果、ワイヤ送り速度Ｗｆを増加(ＭＩＧ電流も連動して増加)すると、溶込み深さｃ及び希釈率αは増加する傾向にあると共に、溶接速度が速い方が大きくなっている。また、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接の場合は、ワイヤ送り速度Ｗｆを１２.２ｍ/分まで増加して溶接したが、割れは発生しなかった。
【０１７１】
一方、ＭＩＧ単独溶接の場合には、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接の場合と比較して、溶込み深さｃ及び希釈率αが大きく、その溶込み深さｃが約７ｍｍ以上、希釈率αが約５０％以上の時に、溶接ビード表面に開口した割れが発生した。このため、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接でも、ワイヤ送り速度Ｗｆをさらに増加すると、溶込み深さｃ及び希釈率αは増加すると推定されることから、割れの発生に至ると考えられる。
【０１７２】
このような結果より、割れ発生の境界は、鋼側の希釈率αが５０％以上及び溶込み深さｃが約６ｍｍ以上であり、これらの値よりも小さい領域では割れ難いと推定される。
【０１７３】
ＭＩＧ溶接の場合には、高いピーク電流と低いベース電流とを繰り返すパルス波形のアークを真下方向に発生させて溶接していることから、アーク力及び指向力等の増加に伴って溶込み深さｃが増加することが考えられる。
【０１７４】
これに対して、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接の場合には、先行ＴＩＧの非消耗電極及び後続ＭＩＧのワイヤ電極を溶接方向に傾斜させており、かつ、ＴＩＧアークとＭＩＧアークを反発し合う方向に偏向させた状態で発生させて溶接していることから、ＭＩＧ溶接の場合と比べて、アーク力及び指向力が抑制されて、溶込み深さの増加を抑制していることが考えられる。
【０１７５】
なお、ＣｕＳｉワイヤの代わりにＣｕワイヤを用いて、炭素鋼表面にＭＩＧ溶接した場合には、割れ感受性が高まることから、例えば、ワイヤ送り速度Ｗｆが約１０ｍ/分以上の領域で溶接ビード表面に開口した割れが発生することを確認している。一方、銅と鋼との異材継手溶接では、投入する熱エネルギがワイヤ溶融と銅及び鋼溶融に分散されるため、深い溶込みにはならずに、溶込み深さの浅い溶接部が形成され易いことから、割れは発生し難いものと考えられる。
【０１７６】
また、シリコン入りのＣｕＳｉワイヤを用いて溶接することで、銅と鋼との異材継手溶接であっても、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を得ることができる。鋼側の溶込み深さｃが約６ｍｍ以下(ｃ≦６ｍｍ)であれば、割れの問題は解消可能である。従って、溶込み深さｃの許容範囲は、０.０５≦ｃ≦６ｍｍが良い。
【０１７７】
ただし、希釈率αの増加によって溶接部の熱伝導率が減少することが予想されるため、これを抑制する観点から、溶込み深さｃの上限値を４ｍｍ以下(ｃ≦４ｍｍ)に制限することにした。
【０１７８】
表１は、端面平坦面の銅板と炭素鋼との隅肉継手部のギャップ及びトーチ位置のシフト量を変化させてＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接試験を行った時の溶接条件を示すものである。
【０１７９】
本溶接試験では、溶接品質に及ぼす影響や溶接条件裕度を確認するため、隅肉継手部のギャップＧを変化(Ｇ＝０〜３ｍｍ)させると共に、トーチ位置のシフト量Ｓ２(第２の距離Ｓ２)を変化(Ｓ２＝３〜９ｍｍ)させ、下向姿勢で先行ＴＩＧ後続ＭＩＧの溶接試験を行った。板厚５ｍｍの銅板(Ｃ１０２０Ｐ)と板厚５０ｍｍの炭素鋼板(ＳＭ４００Ａ)との隅肉継手であり、溶接ワイヤは１.２ｍｍ径のＣｕＳｉワイヤ、シールドガスはＡｒガスとＨｅガスとの混合ガスをそれぞれ用いた（なお、継手及びトーチ配置については図１８〜図２２を参照）。
【０１８０】
【表１】
0006278852.tif 000002
【０１８１】
表２は、表１に示した溶接条件で溶接試験した時のＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接部の形状寸法と引張試験及び評価結果を示すものである。
【０１８２】
表２中には、各溶接試験片の前半側及び後半側の２箇所ずつ採取した各溶接断面部ののど厚Ｌ、ビード垂直高さＨ、溶け込み深さｃの各値及びとその平均値等を記載し、また、同一の溶接試験片の中央部分から採取した各引張試験片(幅４０ｍｍの溶接継手)の引張荷重及び引張強さを記載すると共に、品質基準を満足するか否かの合否判定の結果をそれぞれ記している。
【０１８３】
【表２】
0006278852.tif 000003
【０１８４】
例えば、のど厚Ｌが板厚５ｍｍ未満のもの(Ｎｏ.９とＮｏ.１３の２本)、溶込み深さｃが４ｍｍを超えるもの(０本)、ビード止端部のアンダーカットが１ｍｍを超えるもの(Ｎｏ.１２の１本)、引張荷重Ｗｔが２０ｋＮ(１００Ｎ/ｍｍ２)未満のもの(Ｎｏ.３は切断中に破断)を不合格としている。他の番号の試験片は、各基準値を満足しているので合格としている。また、表１及び表２中には記載していないが、シフト量Ｓ２＝１ｍｍ、ギャップＧ＝０ｍｍの継手についても溶接試験を実施している。
【０１８５】
図２９は、隅肉継手部のギャップ及びトーチ位置のシフト量を変化させて、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接試験を行った時の溶接部の品質評価結果及び適正条件領域を示すものである。図２９は、横軸に銅端面角部からの距離Ｓ１、縦軸にギャップＧを示し、その図中に溶接品質評価の合否から適正条件領域及び不適領域を記載している。なお、銅端面角部からの距離Ｓ１(第１の距離Ｓ１)と、トーチ位置のシフト量Ｓ２(第２の距離Ｓ２)との関係は、上述したように、端面平坦面継手の場合、Ｓ１＝Ｓ２−{Ｔ１/tan(１８０−θ１)＋Ｇ/sin(１８０−θ１)}の簡略式で算出することができる。
【０１８６】
該図に示すように、品質基準を満足する適正条件領域(○印)は、のど厚不足領域(左側の◆印)と、強度不足(右側の■印)及びアンダーカット過大領域(▲印)とを除いた中央部分にある。ギャップＧが３ｍｍ以上の領域では、試験データが１つしかないので不明であるが、垂れ落ちやのど厚不足等の溶接不良に至る可能性があると考えられる。
【０１８７】
また、強度不足(右側の■印)及びアンダーカット過大領域(▲印)内にも品質基準を満足する(○印)データがあるが、適正条件領域から外した。更に、左側ののど厚不足領域(◆印)内にも品質基準を満足する(○印)データ(Ｓ１＝−１.９，Ｇ＝０ｍｍ)があるが、適正条件領域から外した。
【０１８８】
従って、ギャップＧに対する裕度は、Ｇ＝０〜２ｍｍ程度か若しくはＧ＝０〜３ｍｍ程度であり、また、銅端面角部からの距離Ｓ１に対する裕度は、Ｓ１＝−０.５〜４ｍｍ程度であると判断した。若しくはＳ１＝０〜４ｍｍ程度に限定することもできる。更に、第２の距離Ｓ２に置き換えると、Ｓ２≒２.５〜７ｍｍ程度(若しくはＳ２≒３〜７ｍｍ程度)である。
【０１８９】
このような裕度内の適正領域で溶接施工することで、品質基準を満足する良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。
【０１９０】
図３０は、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接した溶接部の代表的な溶接断面写真の例であり、図３０の(１)はギャップＧ＝０ｍｍ、シフト量Ｓ２＝５ｍｍの場合、図３０の(２)はギャップＧ＝２ｍｍ、シフト量Ｓ２＝５ｍｍの場合の場合である。
【０１９１】
図３０の（１）から分かるように、ギャップＧが０ｍｍの場合は、ビード表面が凸形状(曲線形状)で、かつ、銅板の裏側近くまで溶込んだ形状の溶接断面部になり易い。これに対して、図３０の（２）から分かるように、ギャップが１ｍｍ又は２ｍｍ程度ある場合には、銅板の溶融促進及び溶融金属のギャップ内への流入によって銅裏側に貫通した形状の溶込みになると共に、鋼側の溶込み深さも増加しており、また、ビード表面が平坦形状の溶接断面部になり易い。何れも溶接断面部も品質基準を満足している。
【０１９２】
また、ＴＩＧ−ＭＩＧ複合溶接の場合には、ＭＩＧ単独溶接の場合と比べて、溶接電流(ＴＩＧ電流/ＭＩＧ電流)が高く、溶接速度も速く、かつ、銅と鋼との隅肉継手部を２つのアークで加熱・溶融するため、銅側の溶込みが深い形状の溶接断面部になり易い。なお、割れについては、いずれの溶接試験片からも認められなかった。
【０１９３】
図３１は、溶接部のビード垂直高さとのど厚の関係を示すものであり、表２に示した試験データの中から該当する各値を抽出してグラフ化したものである。
【０１９４】
該図から分かるように、ビード垂直高さＨとのど厚Ｌとの間には相関性が認められる。バラツキがあるものの、ビード垂直高さＨとのど厚Ｌの関係は、下記の(１)式に示す近似実験式(第１の実験式)で表すことができる。ただし、定数ｂ１は１である。
【０１９５】
のど厚：Ｌ≒ｂ１×Ｈ  ・・・・・（１）
溶接内部ののど厚Ｌや溶込み深さｃ等の値(寸法)は、溶接部材を切断して検査(破壊検査)しなければならないが、ビード垂直高さＨの値は、溶接部材のビード表面部から測定可能である。このため、破壊検査を行わずに、ビード表面部からビード垂直高さＨを計測し、その計測したビード垂直高さＨの値を第１の実験式(１)式に代入してのど厚Ｌを算出することで、溶接内部ののど厚Ｌの値を容易に推定することができる。
【０１９６】
また、第１の実験式(１)式から算出したのど厚Ｌの算出値が銅板(伝熱銅フィン３に該当)の板厚Ｔ１と同等以上(Ｌ≧Ｔ１)の場合は、合格であると判定し、板厚Ｔ１よりも小さい(Ｌ＜Ｔ１)の場合には、のど厚不足又は伝熱面積不足による不合格であると判定することができる。また、上述したように、事前に溶接試験して採取した溶接断面部から実測したのど厚Ｌの実測値が銅板の板厚Ｔ１よりも小さい(Ｌ＜Ｔ１)の場合も、のど厚不足又は伝熱面積不足であると判定することもできる。
【０１９７】
のど厚不足等による不合格の溶接部分及びその近傍部を補修する場合には、例えば、図３２に示すように、不合格の溶接部５０及び近傍の上部(銅板寄りのビード表面部又はビード止端部近傍)に１パス肉盛する補修を行い肉盛補修部３０を形成することで、のど厚Ｌを銅板の板厚Ｔ１以上(Ｌ≧Ｔ１＝５ｍｍ)に修復でき、のど厚不足及び伝熱面積不足を解消することができる。
【０１９８】
例えば、１パス肉盛すべき補修溶接では、図３、４及び図９に示したように、隅肉継手部を本溶接した時の溶接条件よりも溶接電流や入熱量等を減少した溶接条件を補修溶接工程１０９、１１６、１１９、１２２で使用して補修することで、容易に肉盛補修することが可能となり、上述したように、のど厚不足及び伝熱面積不足を解消することができる。
【０１９９】
図３３は、溶接部のビード垂直高さと溶込み深さの関係を示すものである。
【０２００】
該図から分かるように、ビード垂直高さＨと溶込み深さｃとの間には相関性が認められる。バラツキがあるものの、ビード垂直高さＨと溶込み深さｃの関係は、下記の(２)式に示す多項近似の実験式(第２の実験式)で表すことができる。ただし、定数ｂ２は−０.００６１、ｂ３は０.２２、ｂ４は−２.６２、ｂ５は１０.３である。
【０２０１】
溶込み深さ：ｃ＝ｂ２×Ｈ３＋ｂ３×Ｈ２＋ｂ４×Ｈ＋ｂ５  ・・・・・（２）
上述したように、破壊検査を行わずに、ビード表面部からビード垂直高さＨを計測し、その計測したビード垂直高さＨの値を第２の実験式(２)式に代入して溶込み深さｃを算出することで、溶接内部の溶込み深さｃを容易に推定することができる。また、第２の実験式(２)式から算出した溶込み深さｃの算出値が０.０５ｍｍ未満(ｃ＜０.０５ｍｍ)の場合は、鋼側の溶接部分が接合不足又は強度不足であると判定し、溶込み深さｃの算出値が４ｍｍを超える(ｃ＞４ｍｍ)場合には、溶込み過大であると判定することができる。
【０２０２】
図３４は、溶接部ののど厚と溶込み深さの関係を示すものであり、図３１及び図３３の場合と同様に、表２に示した試験データの中から該当する各値を抽出してグラフ化したものである。
【０２０３】
該図から分かるように、のど厚Ｌと溶込み深さｃとの間には相関性が認められる。バラツキがあるものの、のど厚Ｌと溶込み深さｃの関係は、下記の(３)式に示す多項近似の実験式(第３の実験式)で表すことができる。ただし、定数ｂ６は−０.００６７、ｂ７は０.２４、ｂ８は−２.８７、ｂ９は１１.４である。
【０２０４】
溶込み深さ：ｃ＝ｂ６×Ｌ３＋ｂ７×Ｌ２＋ｂ８×Ｌ＋ｂ９  ・・・・・（３）
ビード垂直高さＨとのど厚Ｌとの関係を示す第１の実験式(１)より算出したのど厚Ｌの算出値を第３の実験式(３)式に代入して、溶込み深さｃの値を算出することで、破壊検査を行わずに、溶接内部の溶込み深さｃを容易に推定することができる。また、溶込み深さｃの算出値が０.０５≦ｃ≦４ｍｍの範囲の場合は、合格であると判定し、溶込み深さｃの算出値が０.０５ｍｍ未満(ｃ＜０.０５ｍｍ)の場合には、鋼側の溶接部分が接合不足又は強度不足であると判定し、また、溶込み深さｃの算出値が４ｍｍを超える(ｃ＞４ｍｍ)場合には、溶込み過大であると判定することができる。
【０２０５】
また、上述したように、事前に溶接試験して採取した溶接断面部から実測した溶込み深さｃの実測値が０.０５ｍｍ未満の場合や、若しくは４ｍｍを超える場合には、鋼側の溶接部分が接合不足及び強度不足、若しくは溶込み過大であると判定することもできる。
【０２０６】
上述したように、溶接断面部の検査試験は、溶接部材を切断する破壊検査であることから、非破壊検査が可能ならば変更することが望まれる。
【０２０７】
本実施例によれば、溶接ビード表面側からビード垂直高さＨを計測すると共に、計測したビード垂直高さＨの値を、第１及び２の実験式(１)及び(２)式にそれぞれ代入してのど厚Ｌや溶込み深さｃを算出することで、破壊検査を行わずに、溶接内部ののど厚Ｌ及び溶込み深さｃ等を容易に推定することができる。また、実験式(１)式で算出したのど厚Ｌの算出値を実験式(３)に代入して溶込み深さｃを算出することもできる。
【０２０８】
図３５は、溶込み深さと溶接継手の引張荷重の関係を示すものであり、図中には引張荷重Ｗｔが２０ｋＮ(σ＝１００Ｎ/ｍｍ２)以上を合格としている。なお、溶接部の引張強度σについては、引張試験片毎の溶接断面積が変化して特定できないため、最大引張荷重Ｗｔと、銅板部の断面積(板厚５ｍｍ×幅４０ｍｍ)とから算出した。
【０２０９】
実機の金属キャスクは長さ４０００〜５０００ｍｍの長尺部材であることから、伝熱銅フィンの１枚辺りの溶接線長さを最小の４ｍと仮定すると、銅板１枚の溶接部の引張荷重(２０×４０００/４０/９.８)で、２００トン以上の重量物を吊り上げることが可能である。
【０２１０】
溶込み深さｃがほぼ０ｍｍの場合は、接合不足により試験片採取の切断中に破断したので０とした。溶込み深さｃが０.０５ｍｍ以上の場合には、バラツキがあるものの、２０ｋＮ(σ＝１００Ｎ/ｍｍ２)以上の値を有しており、更に、溶込み深さｃが増加すると、のど厚Ｌの減少を伴うことから、引張荷重(最大引張荷重)Ｗｔは減少する傾向にあるが、基準値の２０ｋＮ(σ＝１００Ｎ/ｍｍ２)以上を何れも満足している。
【０２１１】
このような引張試験結果から、溶込み深さｃが０.０５ｍｍ以上であれば、基準値を満足する引張荷重Ｗｔ及び引張強度σを確保することができる。
【０２１２】
上述した引張試験は、溶接部材を切断する破壊検査であることから、非破壊検査が可能ならば変更することが望まれる。
【０２１３】
本実施例によれば、上述したように、溶接ビード表面側からビード垂直高さＨを計測すると共に、第１〜３の実験式(１)〜(３)式を用いて溶込み深さｃを算出することで、破壊検査を行わずに、溶接部７の引張荷重Ｗｔ又は引張強度σが前記基準値を満足(合格)するか否かを容易に推定することができる。溶込み深さｃの算出値が０.０５ｍｍ以上の場合は合格と判定し、また、０.０５ｍｍ未満の場合には強度不足の不合格と判定することができる。
【０２１４】
上述した溶接試験及び引張試験の結果は、伝熱銅フィンの板厚Ｔ１が５ｍｍの銅板と厚板の炭素鋼との隅肉継手部の溶接を想定にした試験結果を記載しているが、板厚Ｔ１が５ｍｍより小さい場合や大きい場合でも、上述したような考え方で継手部を溶接することや溶接部を検査することも可能である。
【０２１５】
一方、長尺部材の継手部を溶接する場合には、継手の仮付及び組立誤差、溶接線の曲がり、溶接による変形等の要因によって、溶接すべき溶接線に対するトーチ位置(ワイヤ位置/電極位置含む)の位置ズレが発生し易く、溶接不良に至ることがある。このため、トーチ位置の位置ずれを溶接中に修正する必要があることから、位置ズレを検出するセンサが必要となる。センサで検出する位置ズレの検出情報に基づいて、トーチ位置の位置ズレを修正制御することで、位置ズレを防止でき、不良のない良好な溶接部を得ることができると考えられる。
【実施例４】
【０２１６】
図３６は、本発明の実施例４としての溶接すべき隅肉継手部の溶接線位置及びその位置ずれを検出するスリット光切断式センサを用いた例を示すものである。また、図３７及び図３８は、実施例４における溶接前に行うトーチ位置(ワイヤ位置)の位置合せとセンサ側の原点位置座標の位置合せの例及び画像モニタでの表示例を示すものである。図中には、ＭＩＧ溶接を行うＭＩＧ溶接トーチ２６の例を記載しているが、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接を行うＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の場合も同様であるので省略している。
【０２１７】
図３６に示すように、スリット光切断式センサ４１は、ＭＩＧ溶接を行うＭＩＧ溶接トーチ２６の前方位置、又は先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接を行う一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ(図示せず)の前方位置であると共に、隅肉継手部５の溶接線６の上部位置に配置されている。また、スリット光切断式センサ４１の内部には、図示を省略しているが、スリット光線４２を照射するスリット光照射器、画像を撮影するカメラ、水冷する水路等を内蔵している。
【０２１８】
そして、隅肉継手部５の溶接線６を切断する方向にスリット光線４２をスリット光照射器から照射し、照射したスリット光線４２によって隅肉継手部５の形状を表す線状の線画像４５−１、４５−２をスリット光切断式センサ４１の内部のカメラで撮影して画像処置装置４３に取込むと共に、線画像４５−１、４５−２を画像モニタ４４に表示する。
【０２１９】
この画像モニタ４４に表示される線画像４５−１、４５−２は、伝熱銅フィン３の表面線と鋼側(内筒１又は外筒２に相当)の表面線とを結んだａａ点−Ｐ点−ｂ点−ｂｂ点の線画像である。ｂ点は、伝熱銅フィン３の端面角部である。画像処置装置４３には、溶接すべき隅肉継手部５の溶接線位置とトーチ位置との位置ズレ等を検出する溶接用プログラムが内蔵されている。また、後述するが、溶接用プログラムの他に、検査用プログラムを画像処置装置４３に内蔵することで、溶接後の溶接ビード表面部を検査する用途に使用することも可能となる。
【０２２０】
隅肉継手部５の形状を表す線状の線画像４５−１、４５−２を画像処理装置４３にて適宜画像処理する。例えば、溶接中に略一定時間毎又は略一定距離毎に伝熱銅フィン３の端面角部のｂ点位置を抽出(検出)すると共に、そのｂ点位置から伝熱銅フィン３の表面側に所定距離Ｓ１だけシフトさせたＰ点位置を検出する。検出したＰ点位置は、溶接すべき隅肉継手部５の溶接線６の位置であり、センサの後方で溶接動作を行っているＭＩＧ溶接トーチ２６の位置座標Ｐｎ(Ｙｎ、Ｚｎ)になると共に、トーチ位置の左右及び上下方向の位置ズレ量(ΔＹｎ、ΔＺｎ)になるので、画像モニタ４４内に併記してある。スリット光切断式センサ４１はＭＩＧ溶接トーチ２６の前方位置に配置されているため、スリット光切断式センサ４１による検出動作は、後方の溶接トーチによる溶接動作よりも常に先行した溶接線位置で行うことになる。
【０２２１】
一方、図３７及び図３８に示すように、溶接前にＭＩＧ溶接トーチ２６を溶接線上の溶接開始位置(Ｘ０)に移動させてトーチ位置(ワイヤ位置)の位置合せを行う。ワイヤ先端位置を伝熱銅フィン３の表面側に所定距離Ｓ１だけシフトさせた位置Ｐ０が溶接開始位置(Ｘ０)である。この位置合せ後に、スリット光切断式センサ４１を溶接開始位置(Ｘ０)まで移動(溶接トーチは回避移動)させて検出動作を行わせ、ＭＩＧ溶接トーチ２６の位置合せと同じ位置Ｐ０点で、センサ側の原点位置座標Ｐ０(Ｙ０＝０、Ｚ０＝０)を０に設定すると良い。
【０２２２】
溶接開始位置(Ｘ０)で溶接動作を開始した後に、溶接進行中の任意の溶接線位置(Ｘｎ)でスリット光切断式センサ４１及び画像処理装置４３によって検出される検出データＰｎ(Ｙｎ、Ｚｎ)と、溶接前に設定した原点位置合せでの原点位置座標Ｐ０(Ｙ０＝０、Ｚ０＝０)との偏差(Ｙｎ−Ｙ０、Ｚｎ−Ｚ０)から、左右方向の位置ずれΔＹｎ及び上下方向の位置ずれΔＺｎを各々算出するようにしている。また、左右及び上下方向の位置ずれ(ΔＹｎ、Ｚｎ)の値は、その前に連続して検出及び算出した複数データを平均化処理(平滑化処理)した値に変換して使用することもできる。
【０２２３】
なお、図３６、図３７及び図３８では、伝熱銅フィン３の端面部が平坦面形状である隅肉継手部５を対象にして、端面角部のｂ点位置及び伝熱銅フィン３の表面側にシフトさせたＰ点位置を検出する例を図示しているが、伝熱銅フィン３の端面部が傾斜面形状である隅肉継手部５の場合でも、平坦面形状の場合と同様に、端面角部のｂ点位置及び伝熱銅フィン３の表面側にシフトさせたＰ点位置を検出することができる。
【０２２４】
ＭＩＧ溶接トーチ２６又はＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１は、スリット光切断式センサ４１よりも後方位置で溶接動作を行っていることから、スリット光切断式センサ４１及び画像処理装置４３によって先行検出した検出位置(Ｘｎ)に後続のＭＩＧ溶接トーチ２６又はＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１が到達した地点かその近傍位置で、左右及び上下の位置ずれ(ΔＹｎ、Ｚｎ)をなくす方向にトーチ位置(ワイヤ位置や電極位置を含む)を修正する修正制御を行うようにしている。なお、左右方向の位置ずれΔＹｎ又は上下方向の位置ズレＺｎのいずれかをなくす方向にトーチ位置を修正制御するようにすることもできる。
【０２２５】
このようにしてトーチ位置を修正制御することで、溶接線位置とトーチ位置との左右・上下両方向の位置ずれ(ΔＹｎ、Ｚｎ)をなくことができ、溶接線外れの不良ビードがない良好な溶接ビードを得ることが可能となる。
【０２２６】
図３９は、伝熱銅フィン３と内筒１（又は外筒２）との隅肉継手部５に仮付溶接部が断続的に形成されている場合の溶接線位置等を検出するスリット光切断式センサ４１を用いた例を示すものである。
【０２２７】
例えば、伝熱銅フィン３を、内筒１の外面又は外筒２の内面の表面に突合せて隅肉継手部５を仮組形成する時に、隅肉継手部５に予め断続的な仮付溶接を行う場合がある。このため、複数の仮付溶接部５６−１、５６−２・・・５６−ｎがある部分とない部分が混在した隅肉継手部５になっている。
【０２２８】
図３９の(２)は、スリット光切断式センサ４１及び画像処理装置４３によって、仮付溶接部がない隅肉継手部から取込んだ線画像４５−１、４５−２であり、また、図３９の(３)は、仮付溶接部がある隅肉継手部５から取込んだ線画像４５−１、４５−２の他に仮付ビード表面に該当する曲線部の線画像４６があり、両者の線画像は形状が大きく異なっている。
【０２２９】
仮付溶接部５６−１、５６−２・・・５６−ｎがある隅肉継手部から取込んだ線画像には、伝熱銅フィン３の端面角部に該当するｂ点位置がなく、仮付ビード止端部に該当するａ点位置及び仮付ビード表面該当する曲線部の線画像４６があることから、仮付溶接部５６−１、５６−２・・・５６−ｎであると認知又は異常部であると認知させ、この仮付部の検出データを不採用扱いにしてトーチ位置をそのまま現状維持させると良い。
【０２３０】
他方の仮付溶接部がない隅肉継手部５から取込んだ線画像には、仮付ビード止端部に該当するａ点位置及び仮付ビード表面の曲線がなく、伝熱銅フィン３の端面角部に該当するｂ点位置があることから、この端面角部のｂ点位置を検出させると共に、該ｂ点位置から伝熱銅フィン３の表面側に所定距離Ｓ１だけシフトさせたＰ点の位置座標Ｐｎ(Ｙｎ、Ｚｎ)を検出させる。この検出したＰ点の位置座標Ｐｎ(Ｙｎ、Ｚｎ)と、上述した原点位置座標Ｐ０(Ｙ０＝０、Ｚ０＝０)との偏差から位置ズレ(ΔＹｎ、ΔＺｎ)を算出させた検出データを採用すると良い。
【０２３１】
このようにして、仮付溶接部がない隅肉継手部５から検出及び採用した検出データに基づいて、先行検出した溶接線方向の位置Ｘｎに後続の溶接トーチが到達した地点又はその近傍地点で、左右・上下方向の位置ずれ(ΔＹｎ、ΔＺｎ)をそれぞれなくす方向にトーチ位置を修正させ、又は左右方向の位置ズレΔＹｎをなくす方向にトーチ位置を修正する修正制御を行うことで、仮付溶接部有無の影響に伴う異常な修正動作や誤動作等を防止することができると共に、良好な溶接ビードを形成することが可能となる。
【実施例５】
【０２３２】
図４０は、本発明の実施例５としての長尺アームの先端部にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ及びスリット光切断式センサを配備した例を示すものである。
【０２３３】
該図に示す如く、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接を行う一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１は、取付冶具３４、３５及び左右・上下移動可能な２軸駆動テーブル３６を介して長尺アーム３１の先端部に配置されている。２軸駆動テーブル３６は、溶接線方向に対する左右方向及び上下方向の駆動が可能なものであり、この２軸駆動テーブル３６によって、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の左右・上下方向の位置を自動で動かすことができる。
【０２３４】
また、スリット光切断式センサ４１は、上述したように、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の前方位置で、かつ、溶接線の上部位置となる長尺アーム３１の下側に配置され、溶接すべき隅肉継手部の溶接線の位置ズレ(ΔＹ、ΔＺ)を検出するものであり、位置ズレの検出データに基づいて、トーチ位置を修正するようにしている。
【０２３５】
このようにトーチ位置を修正することで、溶接線とトーチ位置との位置ズレをなくすことができ、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。
【０２３６】
また、回転移動可能なガイドローラ３２は、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１及びスリット光切断式センサ４１よりも先行する右位置にあって、長尺アーム３１の下側に配備され、かつ、溶接線から近距離だけ離れた伝熱銅フィン３の表面部と内筒１側の表面部(又は外筒２側の表面部)との両面に接触回転動するように配備されている。このガイドローラ３２の接触回転動によって、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１及びスリット光切断式センサ４１を隅肉継手部の溶接線方向へ容易に走行案内することができる。
【０２３７】
また、隅肉継手部の溶接線の曲がりや溶接による変形等が小さく、事前の位置決めも正確な継手の溶接であれば、スリット光切断式センサ４１による検出データを使用することなく、又はスリット光切断式センサ４１をなくして、ガイドローラ３２の接触回転動のみによっても、隅肉継手部の溶接線方向に走行案内しながら溶接動作を行う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も可能である。
【０２３８】
一方、溶接線の曲がりや溶接による変形等が発生し易い場合には、スリット光切断式センサ４１を配備することで、溶接線の位置ズレ(ΔＹ、ΔＺ)を検出でき、その検出データに基づいて、トーチ位置を修正しながら溶接動作を行う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できる。
【０２３９】
また、３７は、輻射熱や飛散物を遮蔽する遮蔽板であり、溶接線方向に溶接を行うＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１(又はＭＩＧ溶接トーチ２６)と、位置ズレ等を検出するスリット光切断式センサ４１との間にあり、かつ、溶接線と略直角方向の上部位置で、長尺アーム３１先端部の下側に配備している。この遮蔽板３７の配備によって、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１(又はＭＩＧ溶接トーチ２６)による溶接中に発生する輻射熱やスパッタ、ヒューム等の飛散物を遮蔽することができる。また、スリット光切断式センサ４１等の機器を保護することも同時にできる。
【０２４０】
なお、図４０に示した実施例では、スリット光切断式センサ４１を長尺アーム３１の先端部に取付冶具３４を介して配備(取付)しているが、左右・上下移動可能な２軸駆動テーブル３６を介して長尺アーム３１の先端部に配置して、位置ズレの検出動作を行うようにすることもできる。また、一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の配置例を記載しているが、ＭＩＧ溶接を行うＭＩＧ溶接トーチに交換しても同様な機能を発揮することができる。また、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１は、取付冶具３４、３５及び２軸駆動テーブル３６を介して長尺アーム３１の先端部に配置しているが、２軸駆動テーブル３６を配置せずに、取付冶具３５を介してＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を長尺アーム３１の先端部に配置(取付)することもできる。
【０２４１】
また、図４０に示した実施例では、長尺アーム３１を右側方向に走行移動させて、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１及びスリット光切断式センサ４１を右側方向に移動させながら溶接動作と検出動作を行うように記載している。長尺アーム３１を右側方向と反対側左側方向に走行移動させる場合には、ガイドローラ３２を先頭位置、スリット光切断式センサ４１を中間位置、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１を後続位置に配置代えすると共に、先行ＴＩＧ−後続ＭＩＧになるように１８０度回転することで、左側方向に移動させながら正常に溶接動作及び検出動作を行うことができる。仮に、図４０に示した構成のままで、溶接進行方向を逆転させた場合には、先行ＭＩＧ−後続ＴＩＧに逆転し、また、検出動作が溶接動作よりも後方位置となることから、正常に溶接することができなくなるので好ましくない。
【０２４２】
図４１は、部材表面までの距離及び距離変化を計測する距離センサを用いた例であり、また、図４２は、長尺アームの先端部にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ及び距離センサを配備した例である。
【０２４３】
即ち、本実施例では、上述したスリット光切断式センサ４１の代わりに、距離及び距離変化の測定可能な距離センサ５１を用いている。この距離センサ５１は、隅肉継手部の溶接線方向に走行移動可能な長尺アーム３１の先端部に略下向姿勢に配置された一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１(又はＭＩＧ溶接トーチ２６でも良い)の前方位置又はＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１よりも先行する位置に配置された回転移動可能なガイドローラ３２の後方位置で、かつ、溶接線から近距離だけ離れた内筒１側の表面又は外筒２側の表面と略直角方向の上部位置と、溶接線から近距離だけ離れた伝熱銅フィン３側の表面と略直角方向の上部位置とに１つずつ配備されている。
【０２４４】
そして、距離センサ５１の先端部から距離測定光５２を内筒１側の表面又は外筒２側の表面と、伝熱銅フィン３側の表面とに照射し、その反射光の受光によって表面までの各々の距離Ｈｓ、Ｈｃを計測すると共に、初期設定の基準距離との各偏差ΔＨｓ、ΔＨｃを距離センサ制御器５４経由で距離測定モニタ５５に表示するように構成している。
【０２４５】
また、この距離測定モニタ５５には、距離偏差ΔＨｓ、ΔＨｃを溶接線の左右方向の位置ズレ成分(ΔＹｓ＋ΔＹｃ)と上下方向の位置ズレ成分(ΔＺｓ＋ΔＺｃ)に振分けした値も表記するようにしている。そして、この計測データに基づいて、左右方向の位置ズレ成分(ΔＹｓ＋ΔＹｃ)と上下方向の位置ズレ成分(ΔＺｓ＋ΔＺｃ)とをなくす方向にトーチ位置を修正することで、溶接線とトーチ位置との位置ズレをなくすことができ、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。
【０２４６】
なお、図４１及び図４２に示した実施例では、２つの距離センサ５１を内筒１側の上部位置と伝熱銅フィン３側の上部位置に１つずつ配備しているが、距離センサ５１を伝熱銅フィン３側の上部位置に１つ配備して、内筒１の板厚よりも格段に変形し易い薄板の伝熱銅フィン３側の距離変化(Ｈｃ、ΔＨｃ)を計測するようにしても良い。内筒１の板厚が厚いため、溶接に伴う内筒１側の変形量が小さいことから、無視することも可能であり、伝熱銅フィン３側の上部位置に配備した１つの距離センサ５１によって、伝熱銅フィン３側の変形や曲がりに伴う距離変化を計測し、この計測データに基づいて、溶接線とトーチ位置との位置ズレをなくすようにトーチ位置を修正することも可能である。
【０２４７】
また、距離センサ５１は、スリット光切断式センサ４１の場合と同様に、長尺アーム３１の先端部に取付冶具３４を配備しているが、左右・上下移動可能な２軸駆動テーブル３６を介して長尺アーム３１の先端部に配置して、部材表面までの距離及びその距離変化を計測するようにしても良い。
【０２４８】
更に、図４１及び図４２に示した実施例では、距離センサ５１の先端部から距離測定光５２を内筒１、伝熱銅フィン３の表面に照射し、その反射光の受光によって表面までの距離Ｈｓ、Ｈｃを計測する構造の非接触式の距離センサ５１を使用しているが、上下及移動可能な測定針４９を内筒１、伝熱銅フィン３の表面に接触させて距離を計測する構造の接触式距離センサに交換して使用することも可能である。
【０２４９】
上述したように、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の実行中に、距離センサ５１で計測する距離変化等の計測データに基づいて、先行計測した溶接線方向の位置Ｘｎに後続の溶接トーチが到達した地点又はその近傍地点で、隅肉継手部の溶接線方向の曲がりや変形に伴う左右方向及び上下方向の位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正することで、溶接線とトーチ位置との位置ズレをなくすことができ、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。
【０２５０】
また、上述したように、伝熱銅フィン３の表面部と内筒１側の表面部(又は外筒２側の表面部)との両面に接触回転動するように配備されたガイドローラ３２の接触回転動によって、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１又はＭＩＧ溶接トーチ２６と距離センサ５１を溶接線方向へ容易に走行案内することができる。
【０２５１】
更に、隅肉継手部の溶接線の曲がりや溶接による変形等が小さく、事前の位置決めも正確な継手の溶接であれば、距離センサ５１による計測データを使用することなく、又は距離センサ５１をなくして、ガイドローラ３２の接触回転動のみによっても、隅肉継手部の溶接線方向に走行案内しながら溶接動作を行う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である。
【０２５２】
また、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１又はＭＩＧ溶接トーチ２６と距離センサ５１との間に配備した遮蔽板３７によって、ＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１又はＭＩＧ溶接トーチ２６による溶接中に発生する輻射熱及び飛散物を遮蔽することができる。また、距離センサ５１等の機器を保護することも同時にできる。
【０２５３】
また、図４０及び図４１に示した実施例では、溶接を行うＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１(又はＭＩＧ溶接トーチ２６)や位置ズレの検出又は計測を行うスリット光切断式センサ４１又は距離センサ５１等を長尺アーム３１の先端部に配備する構成例を示して説明したが、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、該溶接ロボットの手首にＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１又はＭＩＧ溶接トーチ２６やセンサ等を配備して、溶接動作や検出動作等を行うようにすることも可能である。
【０２５４】
例えば、図５及び図６に示したように、内筒１の外面と伝熱銅フィン３の片方端面部との隅肉継手部５−１、５−２の溶接線６−１、６−２に対する溶接施工では、外筒２がない状態であるために隅肉継手部５−１、５−２の上部空間スペースが広いことから、溶接ロボット使用による溶接動作や検出動作を行うことが可能であると考えられる。
【０２５５】
一方、図７及び図８に示したように、内筒１側の隅肉継手部５−１、５−２の溶接終了(溶接部６−１、６−２形成)後に、伝熱銅フィン３の外周長手方向に配備した外筒２の内面と伝熱銅フィン３の他方端面部との隅肉継手部８−１、８−２の溶接線９−１、９−２に対する溶接施工では、空間スペースが狭くなることから、溶接ロボットの手首挿入が困難になるため、狭隘な空間スペースに挿入・走行可能な長尺アーム３１に変更して、溶接動作を行うようにする必要があると考えられる。
【０２５６】
図４３は、先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接におけるトーチ位置のシフト量とＴＩＧ電流・電圧及びＭＩＧ電流・電圧の関係を示すものである。
【０２５７】
該図から分かるように、例えば、トーチ位置のシフト量Ｓ２(第２の距離Ｓ２)を増加させると、ＴＩＧ電流Ｉｔは増減変化が小さいが、ＴＩＧ電圧Ｅｔは増加する傾向にある。また、他方のＭＩＧ電流Ｉｍは減少する傾向にあるが、ＭＩＧ電圧Ｅｍは増減変化が小さい。
【０２５８】
このような結果より、トーチ位置のシフト量Ｓ２とＴＩＧ電圧Ｅｔの間には相関性があると認められる。このため、前記ＴＩＧ電圧Ｅｔを利用して上下方向のトーチ位置Ｚ(電極高さ)を自動修正する制御を行うことが可能であると考えられる。
【０２５９】
例えば、上述したスリット光切断式センサ４１に検出させる検出データの上下方向の位置ズレΔＺｎの代わり、又は距離センサ５１に計測させる測定データの上下方向の位置ズレ(ΔＺｓ＋ΔＺｃ)の代わりに、先行ＴＩＧ側のＴＩＧアーク電圧信号(平均化処理したＴＩＧ電圧信号)の値を用いることである。
【０２６０】
また、所望のＴＩＧアーク長保持に必要なアーク電圧を予め測定して設定した第１の基準電圧値Ｖ１と、溶接進行中に先行ＴＩＧ側のＴＩＧアーク電圧信号を電圧検出手段にてリアルタイムで検出及び平均化処理(平滑化処理)したＴＩＧアーク電圧検出信号の値Ｖｎとの電圧偏差(ΔＶ１＝Ｖｎ−Ｖ１)を検出し、偏差電圧ΔＶ１をなくすようにＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の位置を上下方向に修正する修正制御を行う。
【０２６１】
このように電圧検出及び位置修正制御を行うことで、アーク長変化に伴うトーチ上下方向の位置ずれをなくすことが可能となる。
【０２６２】
また、溶接開始位置Ｐ０で発生させる先行ＴＩＧ側のＴＩＧアーク２２と、該ＴＩＧアーク後方近傍に発生させる後続ＭＩＧ側のＭＩＧアーク２３とで１つの溶融プール２４を形成させると共に、溶接可能状態の１つの溶融プール２４を溶接線方向に移動させた直後又は所定時間経過後に、先行ＴＩＧ側のＴＩＧアーク電圧信号を所定時間(例えば１〜３秒程度)だけ検出すると共に、平均化処理した平均値を第２の基準電圧値Ｖ２に設定し、溶接進行中に先行ＴＩＧ側のＴＩＧアーク電圧信号を電圧検出手段にてリアルタイムで検出及び平均化処理(平滑化処理)したＴＩＧアーク電圧検出信号の値Ｖｎと、第２の基準電圧値Ｖ２との偏差電圧(ΔＶ２＝Ｖｎ−Ｖ２)を検出し、偏差電圧ΔＶ２をなくすようにＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の位置を上下方向に修正する修正制御を行うようにすることもできる。
【０２６３】
このように電圧検出及び位置修正制御を行うことで、溶接前のトーチ位置合せの設定変更にも即対応することができると共に、溶接開始位置にて２つのアーク発生で１つの溶融プールを形成する過程で生じ易い不安定アークの電圧検出を回避することができ、アーク長変化に伴うトーチ上下方向の位置ずれをなくすことが可能となる。
【実施例６】
【０２６４】
図４４は、本発明の実施例６としてのスリット光切断式センサ４１による溶接ビード及びその溶接断面部７のビード垂直高さＨの検出を示す例である。
【０２６５】
例えば、図４及び図９に示したように、溶接ビード及びその溶接断面部７の品質を検査・確認する内筒１側の検査工程１０７と外筒２側の検査工程１１４でスリット光切断式センサ４１を使用すると良い。また、１〜５枚程の伝熱銅フィン３の片方端面部の隅肉継手部(溶接箇所)に溶接を行って終了する毎に、溶接後の溶接ビード及びその溶接断面部７をスリット光切断式センサ４１によって検査するように、溶接と検査との両作業を繰り返すようにすることもできる。
【０２６６】
溶接ビード及びその溶接断面部７のビード表面部からビード垂直高さＨを自動で計測する手段は、例えば、図３６に示した溶接線位置及びその位置ずれを検出するスリット光切断式センサ４１と同様な構成のスリット光切断式センサである。このスリット光切断式センサの内部には、スリット光を照射するスリット光照射器及び画像を撮影するカメラ、水冷する水路等を内蔵している。スリット光切断式センサ４１は、溶接ビード及びその溶接断面部７のビード表面の上部位置に配置されており、溶接ビード及びその溶接断面部７を切断する方向にスリット光線４２をスリット光照射器から照射する。照射したスリット光線４２によって溶接部及び近傍の形状を表す線状の線画像４５−１、４５−２を、スリット光切断センサ４１内部のカメラで撮影して画像処理装置４３に取込むと共に、線画像４５−１、４５−２を画像モニタ４４に表示する。なお、図４４では、溶接ビード及びその溶接断面部７の内筒１側を水平に図示しているが、溶接時の姿勢と同様な姿勢で検査することもできる。
【０２６７】
上述した画像処理装置４３には、溶接終了後に、溶接ビード及びその溶接断面部７のビード止端部、ビード垂直高さ、アンダーカットの深さ等を検出及び計測するための検査用プログラムが内蔵されている。また、上述したように、溶接すべき溶接線位置とトーチ位置との位置ズレ等を検出する溶接用プログラムも内蔵することもできる。これら溶接用プログラム及び検査用プログラムの両方を画像処理装置４３に内蔵することで、スリット光切断式センサ４１は、溶接用と検査用の両方の機能を兼ね備えた溶接及び検査兼用センサとして使用することもできる。また、溶接専用センサと別な検査専用センサとして使用することもできる。
【０２６８】
更に、スリット光切断式センサ４１は、例えば、溶接線上を走行移動可能な長尺アーム３１の先端部に取付冶具を介して取付け、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３６を介して取付けると良い。また、スリット光切断式センサ４１を溶接用及び検査用の両方の機能を兼ね備えた溶接及び検査兼用センサとして使用する場合には、上述したように、ＭＩＧ溶接を行うＭＩＧ溶接トーチ２６の前方、又は先行ＴＩＧと後続ＭＩＧとの複合溶接を行う一体構造のＴＩＧ−ＭＩＧ溶接トーチ１１の前方に取付けると良い。そして、溶接終了後に、溶接線６の上部位置に配置した姿勢のままで、溶接ビード表面部を検査する動作に切り換えて検査動作を行うようにしている。また、溶接用プログラムから検出用プログラムに切り換えれば良い。
【０２６９】
溶接終了後に、溶接終了側の方向から溶接開始側の方向の溶接線上を逆走行移動させて、スリット光切断式センサ４１及び画像処理装置４３に検出動作を行わせることができる。若しくは溶接終了後にスリット光切断式センサ４１を溶接開始側に戻し、その後に、溶接開始側の溶接ビード表面位置から溶接終了側の溶接ビードの表面位置まで溶接線上を走行移動させて、スリット光切断式センサ４１及び画像処理装置４３に検出動作を行わせることもできる。溶接ビードの表面部及び近傍の形状を表す線状の線画像を、スリット光切断式センサ４１から画像処理装置４３に略一定時間毎又は略一定距離毎に取込んで適宜画像処理するようにしている。
【０２７０】
例えば、内筒１の表面部の直線部をビード止端部(ｂ点)の方向に延長させた延長直線(ｂｂ点−ｂ点−ｃ点)を描く。他方の伝熱銅フィン３の表面部の直線部と交差する他方のビード止端部の交点位置をａ点と決定しると共に、延長直線(ｂｂ点−ｂ点−ｃ点)に対して、ａ点より直角方向に描いた直線(ａ点−ｄ点−ｅ点)と延長直線とが直角に交差する位置をｄ点と決定する。そして、ａ点とｄ点との距離(ａ点−ｄ点)を計測し、該計測した距離(ａ点−ｄ点)をビード垂直高さＨの値と決定することで、ビード垂直高さＨを計測することができる。また、計測したビード垂直高さＨの値を第１及び第２の実験式の(１)及び(２)式に各々代入して、のど厚Ｌの値や溶込み深さｃの値を算出することで、破壊検査を行わずに、溶接内部ののど厚Ｌ及び溶込み深さｃを容易に推定することができる。
【０２７１】
このように、スリット光切断式センサ４１及び画像処理装置４３を用いて、ビード表面部からビード垂直高さＨを自動計測することで、溶接品質を検査することができ、かつ、検査時間を短縮することが可能となる。また、上述したように、第１の実験式の(１)式から算出したのど厚Ｌの算出値が伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１と同等以上(Ｌ≧Ｔ１)の場合は、合格であると判定し、板厚Ｔ１よりも小さい(Ｌ＜Ｔ１)の場合には、のど厚不足又は伝熱面積不足による不合格であると判定することができる。他方の第２の実験式の(２)式から算出した溶込み深さｃの算出値が０.０５≦ｃ≦４ｍｍの範囲の場合は、合格であると判定するようにしている。
【０２７２】
また、溶込み深さｃの算出値が０.０５ｍｍ未満(ｃ＜０.０５ｍｍ)の場合には、鋼側の溶接部分が接合不足又は強度不足であると判定し、更に、溶込み深さｃの算出値が４ｍｍを超える(ｃ＞４ｍｍ)場合には、溶込み過大であると判定することができる。
【０２７３】
図４５は、スリット光切断式センサ４１によるアンダーカット４０の大きさ(深さ)の検出を示す画像図の例である。
【０２７４】
トーチ位置のシフト量(第１及び第２の距離Ｓ１及びＳ２)を大きくして溶接すると、溶接部ののど厚Ｌは増加するが、伝熱銅フィン３のビード止端部近傍(ａ点の上)にアンダーカット４０(凹み)が発生することがある。そこで、ビード垂直高さＨの他に、アンダーカット４０の有無及び深さＲを検査するため、スリット光切断式センサ４１及び画像処理装置４３を用いて、線画像４６のａ点上部のアンダーカット４０の有無及び深さＲを検出するようにしている。
【０２７５】
即ち、伝熱銅フィン３の表面線ａａ点−ａ点間の変曲部をｆ点と決定し、ａ点とｆ点との凹み部をアンダーカット４０として認定すると共に、その深さＲを計測する。例えば、計測したアンダーカット４０の深さＲが０.５ｍｍ未満(Ｒ＜０.５ｍｍ)の時はなし又は正常と判定し、深さＲが０.５〜１ｍｍの範囲(０.５≦Ｒ≦１ｍｍ)の時はありと判定し、更に、深さＲが１ｍｍを超える時(Ｒ＞１ｍｍ)は過大と判定するようにしている。アンダーカット４０の深さＲが大き過ぎると、溶接品質が低下すると共に、除熱に必要な熱伝導断面積が減少することになる。
【０２７６】
上述したように、スリット光切断式センサ４１及び画像処理装置４３を用いて、溶接表面部のビード垂直高さＨを計測し、この計測したビード垂直高さＨからのど厚Ｌを算出すると共に、アンダーカット４０の有無及び深さＲを検出・判定することで、溶接品質を管理することができる。
【０２７７】
なお、アンダーカット４０の深さＲが１ｍｍを超える場合(Ｒ＞１ｍｍ)には、のど厚不足の溶接部分及び近傍を肉盛補修する場合と同様に、図３２に示したように、アンダーカット過大の判定の溶接部分及び近傍の上部(銅板寄りのビード表面又はビード止端部近傍)に１パス肉盛する補修を行うことで、アンダーカット４０を解消することができるる。また、アンダーカット４０の深さＲがＲ≧０.５ｍｍ以上(Ｒ≧０.５ｍｍ)の場合には、アンダーカット４０ありの判定の溶接部分及び近傍の上部(銅板寄りのビード表面又はビード止端部近傍)に１パス肉盛する補修を行うようにすることで、アンダーカット４０の深さＲが浅いものも含む大きさ(Ｒ≧０.５ｍｍ)のアンダーカットを解消することができるのでさらに良い。
【０２７８】
例えば、１パス肉盛すべき補修溶接では、図３、４及び図９に示したように、隅肉継手部を本溶接した時の溶接条件よりも溶接電流や入熱量等を減少した溶接条件を補修溶接工程１０９、１１６、１１９、１２２で補修することで、容易に肉盛補修することが可能となり、上述したように、アンダーカットを解消することができる。
【実施例７】
【０２７９】
図４６は、本発明の実施例７としての手動操作の寸法測定器による溶接部のビード垂直高さの検出の例を示すものである。
【０２８０】
該図に示す如く、内筒１の母材表面に寸法測定器４８を配置し、手動操作によって上下又は上下及び前後に移動可能な測定針４９を伝熱銅フィン３のビード止端部４７に接触させて溶接ビード部のビード垂直高さＨを特定間隔毎に計測すると共に、表示部に表示するものである。
【０２８１】
このように、手動操作の寸法測定器４８を使用することで、簡単にビード垂直高さＨを計測することができるし、計測したビード垂直高さＨの各値を第１及び第２の実験式の(１)及び(２)式に各々代入して、のど厚Ｌの値及び溶込み深さｃの値を各々算出することで、破壊検査を行わずに、溶接内部の溶込み深さｃを容易に推定することができる。また、ビード止端部４７にアンダーカット４０があれば、アンダーカット４０の深さＲも計測して、その深さＲから品質良否を判定するようにすることもできる。
【０２８２】
上述したように、第１の実験式の(１)式から算出したのど厚Ｌの算出値が伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１と同等以上(Ｌ≧Ｔ１)の場合は、合格であると判定し、伝熱銅フィン３の板厚Ｔ１よりも小さい(Ｌ＜Ｔ１)の場合には、のど厚不足又は伝熱面積不足による不合格であると判定することができる。
【０２８３】
他方の第２の実験式の(２)式から算出した溶込み深さｃの算出値が０.０５≦ｃ≦４ｍｍの範囲の場合は、合格であると判定し、また、溶込み深さｃの算出値が０.０５ｍｍ未満(ｃ＜０.０５ｍｍ)の場合には、内筒１及び/又は外筒２側の溶接部分が接合不足又は強度不足であると判定し、溶込み深さｃの算出値が４ｍｍを超える(ｃ＞４ｍｍ)場合には、溶込み過大であると判定することができる。
【０２８４】
以上述べたように、本実施例によれば、銅と鋼との異材継手の溶接性に優れ、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と共に、除熱性能の向上及び製造コストの低減にも寄与することができる。
【０２８５】
また、本実施例によれば、位置ズレの検出データに基づいて、トーチ位置の修正制御を行うことで、溶接線位置とトーチ位置との左右及び上下の各位置ずれ(ΔＹｎ，Ｚｎ)をなくすことができ、溶接線外れの不良ビードがない良好な溶接ビードを得ることができる。また、溶接ビード表面からビード垂直高さＨを計測し、計測したビード垂直高さＨの値を近似実験式にそれぞれ代入してのど厚Ｌや溶込み深さｃ等を算出することで、破壊検査を行わずに、溶接内部ののど厚Ｌ及び溶込み深さｃ等を容易に推定することができると共に、溶接品質の合否を判定することもできる。
【０２８６】
なお、本発明は上記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】
【０２８７】
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…溶接線、７…内側溶接部、７−１、７−２・・・７−Ｎ、１０−１、１０−２・・・１０−Ｎ…溶接ビード及びその溶接断面部、１０…外側溶接部、１１…ＴＩＧ−ＭＩＧ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、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、１６−１、１６−２、２１−１、２１−２、２９−１、２９−２…給電ケーブル、２２…ＴＩＧアーク、２３…ＭＩＧアーク、２４…溶融プール、２５…溶接進行方向、２６…ＭＩＧ溶接トーチ、２７…ＭＩＧ用シールドガス、３０…肉盛補修部、３１…長尺アーム、３２…ガイドローラ、３３、３４、３５…取付冶具、３６…２軸駆動テーブル、３７…遮蔽板、３８…傾斜面形状、３９…平坦面形状、４０…アンダーカット、４１…スリット光切断式センサ、４２…スリット光線、４３…画像処理装置、４４…画像モニタ、４５-１、４５−２、４６…線画像、４７…ビード止端部、４８…寸法測定器、４９…測定針、５１…距離センサ、５２…距離測定光、５３…センサ収納容器、５４…距離センサ制御器、５５…距離測定モニタ、５６−１、５６−２・・・５６−Ｎ…仮付溶接部、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）、１０１…伝熱銅フィンの溶接手順（その３）、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、２０１…溶接制御機器、３１１…駆動装置。
【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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【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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