(57)【要約】     【課題】    被溶接部材同士の突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射する際のビームの狙い位置ずれ裕度を拡大することができて、被溶接部材同士の突合せ部に充分な裏波ビードを形成することができ、もって突合せ部の応力集中を緩和し、接合部への腐食性のガスや液体の浸入を防ぎ、信頼性の高い溶接としたい。      【解決手段】    被溶接部材同士１，２の突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射して該突合せ部の溶接を行う高エネルギー密度ビームによる溶接方法であり、突合せ部を構成する被溶接部材同士が形成する空間Ｓに粒状物質５を充填しておいて、突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射する。      【選択図】  図４
2005081402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接部材同士の突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射して該突合せ部の溶接を行う高エネルギー密度ビームによる溶接方法において、
該突合せ部を構成する被溶接部材同士が形成する空間に粒状物質を充填しておいて、該突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射することを特徴とする高エネルギー密度ビームによる溶接方法。  
【請求項２】
上記請求項１において、粒状物質はセラミックスか溶接用フラックスであることを特徴とする高エネルギー密度ビームによる溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接部材同士の突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射して該突合せ部の溶接を行う空気圧縮機やポンプなどに使用される羽根車などの製造に好適な高エネルギー密度ビームによる溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
空気圧縮機やポンプなどに使用される羽根車のようなシュラウドとディスクとの間に空間を有する構造物を製造する方法としては、精密鋳造法による一体製作や、放電加工により狭間隙部分を除去する方法、または拡散接合による方法などの製造方法では、表面が粗い、コストが高い、多大な時間を要するなど問題が多いことから、溶接による組付けが一般的である。
【０００３】
溶接による組付けとして、電子ビーム、あるいは炭酸ガスやＹＡＧ結晶、半導体などを発振源とするレーザビームなどを用いた高エネルギー密度ビーム溶接があり、この溶接においては深い溶込みを得られる利点がある。
【０００４】
また、羽根車は回転体であり、回転数が高くなるに従い、遠心応力と振動応力が重畳された大きな応力が羽根付根部に集中する。このため溶接止端形状を滑らかなR形状に形成して応力集中を緩和する必要がある。
【０００５】
高エネルギー密度ビーム溶接による羽根車などの製造において、羽根とシュラウドあるいはディスクとを接合する場合、シュラウドと羽根とは電子ビームによる溶接したままの状態である。このため、羽根付根部が応力集中部となり、羽根付根部からき裂が発生する恐れがある。シュラウドと羽根との付根部分は、高い応力がかかる部分であることから、応力集中を緩和するための大きな曲率（Ｒ部）が必要である。しかし、大きな曲率（Ｒ部）を形成するためには、大幅な切削加工が必要となる。特に羽根車のように曲線状で複雑な形状の溶接箇所に切削加工を施すことは多大な困難を伴い、コスト増加に繋がる。
【０００６】
また、高エネルギー密度ビームによる溶接では、ビーム照準の狙い位置の調整には、非常に高い精度が要求される。しかし、溶接入熱による熱歪の発生で、溶接対象に変形が生じると、ビームの狙い位置ずれが起こり、羽根部分が溶け落ちたり、シュラウドが溶断されたりする。
【０００７】
さらに、羽根車は、硫化水素、炭酸ガス、高温多湿などの腐食環境での使用が考えられるため、羽根付根部分とシュラウドあるいはディスクとの接合部に隙間があると、その部分が腐食されやすくなる。従って、羽根付根部分とシュラウドあるいはディスクとの接合部には隙間が無いことが要求される。
【０００８】
従来の電子ビームによる溶接方法を示すものとして、下記の特許文献がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−９８０９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記特許文献の溶接方法においては、被溶接部材同士が形成する空間に耐熱性の物質を充填しておいて、溶接後にその物質を除去することを提案している。
【００１１】
上記特許文献の溶接方法によれば、耐熱性の物質が溶け落ちを阻止するので、羽根車のように曲線状で複雑な形状の溶接箇所であっても切削加工を施す必要がなくなり、シュラウドが溶断される恐れはないし、接合部には隙間が無くなるので腐食の恐れも無い。
【００１２】
しかしながら、この物質は被溶接部材同士が形成する空間の形となるように予め加工しており、空間が複雑な形状であれば、物質の加工が困難となる。そして、溶接後に空間固有の形状を持つ物質を除去することが大変である。
【００１３】
それゆえ本発明の目的は、被溶接部材同士の突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射する際のビームの狙い位置ずれ裕度を拡大することができて、被溶接部材同士の突合せ部に充分な裏波ビードを形成することができ、もって突合せ部の応力集中を緩和し、接合部への腐食性のガスや液体の浸入を防ぎ、信頼性の高い高エネルギー密度ビームによる溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、被溶接部材同士の突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射して該突合せ部の溶接を行う高エネルギー密度ビームによる溶接方法において、該突合せ部を構成する被溶接部材同士が形成する空間に粒状物質を充填しておいて、該突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射することにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明溶接方法によれば、高エネルギー密度ビームにより被溶接部材の溶融した金属は、被溶接部材同士が形成する空間に容易に充填できる粒状の物質によって溶落ちが抑制され、被溶接部材同士の突合せ部の背面から高エネルギー密度ビームを照射する際のビームの狙い位置ずれ裕度を拡大することができて、被溶接部材同士の突合せ部に充分な裏波ビードを形成することができ、もって突合せ部の応力集中を緩和し、接合部への腐食性のガスや液体の浸入を防ぎ、信頼性の高い溶接が得られる。また、溶接後には粒状の物質を簡単に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を、図１に示す羽根とディスクを予め一体としてあるものとシュラウドとの接合を例にとって、説明する。
【実施例１】
【００１７】
図２において、１はシュラウド、２は羽根、３はディスクで、シュラウド１とディスク３は断面を示し、羽根２は側面を示している。
【００１８】
準備としてディスク３上に各羽根２を溶接する。この溶接は通常の溶接法で行なう。図3はこうして得られるものを示している。図３（ａ）ではシュラウド１はそのままであるが、図３（ｂ）では羽根２とディスク３を一体としたものを示している。
【００１９】
その後、図１に示すように、羽根２とディスク３を一体としたものの上にシュラウド１を置く。
【００２０】
図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は断面図である。なお、図１において斜線をひいた部分は溶接後に除去をしてビードの始端部や終端部に発生しやすい欠陥を除去するための削除しろである。
【００２１】
この場合における被溶接部材同士の突合せ部はシュラウド１と羽根２との接触部であり、この被溶接部材同士の突合せ部はＴ字突合せ溶接継手を構成しており、その背面はこの接触部に対応したシュラウド１の上面部であるので、高エネルギー密度ビームの照射はシュラウド１の上面側から実行する。
【００２２】
高エネルギー密度ビームの照射にあたり、シュラウド１とディスク３を結ぶ外周側にフランジを有するリング状の治具４を嵌めて、シュラウド１における中央の開孔OPからシュラウド１と羽根２とディスク３で形成される空間Ｓに粒状の耐熱性物質であるセラミック粒子を流し込んで充填する。治具４はセラミック粒子を流失しないようにするものである。
【００２３】
空間Ｓの隅々までセラミック粒子５が行き渡るようにするために、シュラウド１と羽根２とディスク３と治具４を適宜な工具で緊縛しておいて、セラミック粒子５を充填しつつ、この緊縛体に振動を付加するとよい。あるいは、セラミック粒子５に液体を加えて泥状となし、この泥状物を空間Ｓに流し込んで、液体が蒸発したら溶接を行なうようにしてもよい。
【００２４】
図４は、高エネルギー密度ビームの照射の状況を示している。  
図４で、５は空間Ｓに充填したセラミック粒子で、片方の空間のセラミック粒子５は除去しているが、実際には充填してある。
【００２５】
セラミック粒子５としては、９７ｗｔ％のＳｉＯ２と残予がＦｅ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３からなるもので、粒径０．２〜０．８ｍｍに調製したものを使用している。
【００２６】
図４において、３Ａは高エネルギー密度ビーム溶接による溶込み部であり、矢印は高エネルギー密度ビームの照射方向を示している。
【００２７】
ビームの狙い位置ずれが起きた場合でも空間Ｓにはセラミック粒子５が存在するために、溶込み部３Ａにおける溶け落ちが阻止されるので、結果として狙い位置ずれ裕度を拡大することができる。
【００２８】
セラミック粒子５は空間Ｓの形状に従うので、前以て突合せ部の応力集中を緩和できるシュラウド１や羽根２やディスク３の形状を加工しておけばよい。
【００２９】
空間Ｓを満たすセラミック粒子５同士が形成している隙間は、溶接の際のガス抜き通路となっているので、溶接部（接合部）に腐食性のガスや液体が浸入する空間を残すことはなく、信頼性のある溶接を得ることができる。
【００３０】
また、突合せ溶接を行う場合において、特別な開先加工をせずに良好で安定した裏波ビードを形成することが出来る。
【００３１】
溶接後に、治具４を外し、空間Ｓを満たしたセラミック粒子５を除去し、図１に斜線を付けて示した削除しろ部分を適宜な機械加工で除去すれば、所望の羽根車を得ることができる。セラミック粒子５は粉粒の集まりに過ぎないので、治具４を除去すれは自然に流失するし必要に応じて適度な衝撃を印加すれば、羽根車から分離するので、セラミック粒子５の除去に苦労は伴わない。
【実施例２】
【００３２】
図1乃至図４では羽根２とディスク３を予め一体としたものに対しシュラウド１を溶接した例で説明したが、図５のように、シュラウド１と羽根２が一体となったものとディスク３とを接合（溶接）する場合でも、本発明は実施適用できるし、接合する対象は羽根車に限定されるものではない。
【００３３】
また、セラミック粒子５の組成や粒径も上記実施例に限定されるものではない。
【実施例３】
【００３４】
また、セラミック粒子５の代わりに充填材として溶接用フラックスを用いることで溶接金属の性能向上を図ることができる。特に、この場合、溶込み部３Ａに隣接する溶接用フラックス粒子が高エネルギー密度ビームの熱で溶融しても、溶接金属と一体になり、溶込み部３Ａを満たし良好な裏波を形成できるだけでなく、含有されるマンガンＭｎやシリコンＳｉは脱酸作用があって溶接金属表面の酸化膜を強制的に除去するので、溶接部は金属同士の強固な結合となるだけでなく表面も清浄化される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための高エネルギー密度ビーム溶接を行なう羽根車の組み立て状況を示す図である。
【図２】図１の実施形態で使用する羽根車を構成する部材の組み立て前の形を示す図である。
【図３】図１の実施形態における溶接の準備段階を示す図である。
【図４】図1の実施形態における溶接の状況を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態における溶接の準備段階を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１‥シュラウド  
２‥羽根  
３‥ディスク  
４‥治具  
５‥セラミック粒子（粒状の耐熱性物質）
【図１】
2005081402.tif 000003
【図２】
2005081402.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005081402.tif 000006
【図５】
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