(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物の溶接を可能とするために、開口上部及び本体を有するチャンバ内に対象物を位置決めする段階と；
溶接中に、前記対象物に対する保護ガスシュラウドとして作用するように、アルゴンを前記チャンバの本体内に導入する段階と；
前記溶接中に、前記対象物の周囲に保護ガスシュラウドを維持することを支えるために、ヘリウムを前記チャンバの開口上部内に導入する段階と；
前記保護ガスシュラウド内で前記対象物を溶接する段階と；
を備えることを特徴とする溶接中に保護ガスにより対象物をシールドするための方法。
【請求項２】
溶接するために前記対象物を所定の温度に予熱することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記対象物をレーザ溶接により溶接することを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
誘導加熱コイルを使用して、前記対象物を予熱することを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記チャンバはシリンダであり、かつ前記ヘリウムは前記シリンダの上部の開口部の周囲に導入されることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ヘリウムが前記シリンダの上部の前記開口部の周囲に取り付けられた中空リングを介して導入され、かつ前記リングは前記ヘリウムを導入するために内側に通路を有していることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記リングは金属製であり、かつ前記リングの内側の通路はスロットであることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記対象物は超合金対象物であることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記対象物を１４００°Ｆから２１００°Ｆの範囲内の温度に予熱することを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記レーザ溶接が粉体合金を供給して行われることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項１１】
前記アルゴンが窒素及びヘリウムを含む群から選択されたガスと混合されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１２】
内部で対象物を溶接することを可能とするために、開口上部と本体とを有するチャンバと；
前記チャンバの前記本体内にアルゴンを供給するための手段と；
前記チャンバの前記開口上部内にヘリウムを供給するための手段と；
を備えることを特徴とする溶接中に保護ガスにより対象物をシールドするための装置。
【請求項１３】
前記チャンバがシリンダであり、かつ前記ヘリウムが前記シリンダの上部の開口部の周囲に供給されることを特徴とする請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記ヘリウムが、前記シリンダの上部の前記開口部の周囲に取り付けられた中空リングを介して供給され、かつ前記ヘリウムを供給するために前記リングが内側に通路を有していることを特徴とする請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記リングの内側の通路はスロットであることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野及び従来の技術】
重要な構成要素に溶接行程を施す場合には、しばしば溶接されるパーツを不活性雰囲気中に沈める必要がある。不活性雰囲気は、溶接部を汚染から保護し、かつ非常にきれいに溶接を形成し、かつ欠陥のない融合結合が可能である。アルゴンは空気よりも重いので、アルゴンが不活性保護ガスとして通常使用される。溶接する対象物を“パージボックス（purge box）”内に配置することが、通常行われている。パージボックスは上部で開口された密閉されたチャンバである。アルゴンが前記ボックスの底部内に供給され、かつ上部で溢れる。溶接する対象物がボックス内に配置され、かつアルゴン中に完全に沈められる。開口上部により、空気が底部から押し出されて、アルゴンが空気に取って代わることが可能であり、かつ溶接工によるアクセスも可能となっている。
【０００２】
あるタイプのパージボックスは、米国特許第 5554837 号明細書に開示されているように、タービン翼のＣＯ2レーザ溶接中に使用されている。“ボックス”が石英ガラスシリンダである点を除いて、このパージボックスは上述したタイプと同様である。石英ガラスシリンダにより、安全性の点からレーザ格納容器の外部から、操作者が溶接工程を明瞭に見ることができる。パーツを予熱するために、誘導コイルを使用してレーザ溶接を行う場合に、紫外線放射を透過する石英ガラスにより、誘導コイルの予熱温度を制御するために紫外線センサを使用することが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、概してアルゴンパージボックスを使用し、特にレーザ溶接中に石英ガラスシリンダを使用する場合に問題が生じている。あらゆるパージボックスが効果的となるために、溶接するパーツがパージチャンバの端部位置よりも非常に低くなければならない。その場合には、パーツが不活性アルゴン雰囲気中に完全に沈められて維持される。溶接工によりアクセスされる必要があるので、又は、レーザ溶接の場合に、誘導コイル，粉体供給ノズル，及び実際のパージボックス（又はシリンダ）の間の干渉により、効果的なシールドのために、溶接するパーツをアルゴン中に充分深く位置決めすることが難しくなる可能性がある。
【０００４】
この問題を解決するための最も通常的な方法は、パージボックス内のアルゴンの流入量を増大すること、及び／又は、溶接ノズルを介して流入する追加アルゴン流入量を加えることである。この解決方法は、多くの場合に充分であるが、全ての場合に対して充分であるとは限らない。予熱された誘導溶接を行う場合に、非常に難しい問題が生じる。溶接する前に、パーツを１２００°Ｆを超える温度に高温にすることにより、保護用の保護ガスの上昇気流が生じる。その加熱されかつ上昇するアルゴンは乱流を形成する。この乱流は、空気をアルゴンと混合し、かつ溶接を汚染する可能性がある。パーツをパージボックスの端部よりも非常に低く配置し得ない場合には、状況はさらに悪くなる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
溶接用保護ガスシュラウドが、対象物の溶接を可能とするために上部に開口部を有するチャンバ内に前記対象物を位置決めする段階と；溶接中に、前記対象物に対する保護ガスシュラウドとして作用するようにチャンバの本体内にアルゴンを導入する段階と；溶接中に、対象物の周囲の保護ガスシュラウドを維持することを支えるために、チャンバの開口上部内にヘリウムを導入する段階と；前記保護ガスシュラウド内で前記対象物を溶接する段階と；により提供されている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下の記載を添付の図面と照らして読んだ場合に、本発明の他の特徴点及び有利点が明らかになるであろう。
【０００７】
保護ガスシールドを提供するための方法及び装置は、手動制御であろうと機械制御であろうと、種々の溶接工程に適用することができる。本方法及び装置は、米国特許第 5106010 号明細書及び米国特許第 5554837 号明細書に開示される如く、対象物を予熱する溶接方法に応用することができる（これらの特許の開示内容は、本発明に含まれる）。このような方法では、超合金対象物（例えば、タービン構成要素）が所定の温度（例えば、１４００゜Ｆ〜２１００゜Ｆの温度範囲）に予熱される。このような超合金対象物を予熱する好適な方法は、誘導加熱コイルを使用して行われる。粉体合金を供給して、レーザ溶接（ＣＯ2レーザ）により溶接を行うことができる。溶接部の汚染を防止するために、不活性雰囲気が保護ガスシュラウドを形成している。溶接のために好適な不活性雰囲気は、窒素又はヘリウムといった他のガスとともに混合されても良いアルゴンである。
【０００８】
革新的なシールド方法と図１に示すような革新的なパージボックス構成により、特に、予熱処置中に使用される場合に、３内に取り付けられた対象物２についての保護ガス汚染問題が低減されている。石英ガラスシリンダ４がアルゴンパージチャンバとして使用され、機械加工された金属リング５がシリンダの上周囲部に取り付けられている。図２に示すように、リング５は中空６とされており、かつガススロット７又は全内側端部の周縁で開口された通路が存在するように加工されている。溶接工程中に、不活性ガスヘリウムが供給ライン１０を介してリング５に供給される。同時に、アルゴンがガス供給ライン８とガスディフューザ９を介してシリンダの本体内に供給される。ヘリウムはアルゴン及び空気よりも軽いので、ヘリウムはシリンダの周囲で上昇している。該ヘリウムは、加熱されたアルゴンの柱（column）を閉じ込めるように作用し、かつ石英ガラスシリンダの壁部を効果的に上昇させている。基礎的な主要部を従来のアルゴンパージボックスに応用することが可能である。上昇しているヘリウムがボックスの上部から流れ出るアルゴンを包み込み、保護不活性雰囲気の上昇した柱を形成している。この柱の上部で結局生じる乱流は充分に高いところにあり、この乱流が溶接汚染に寄与することはない。
【０００９】
＜実施例１＞
CFM-56 HPT ブレードが、直径６インチの石英ガラスシリンダ内に取り付けられた。ブレードは、ブレード先端部をシリンダの上端部から約０．５インチ下方に位置決めさせて、ルート鋸歯切欠きにより支持された。石英ガラスチューブの基部はブレード固定治具により気密シールを形成した。固定治具の基部におけるホース取付部により、アルゴン保護ガスがシリンダ内へ導入されることが可能とされた。シリンダ上部周囲には、ヘリウムに対して垂直に形成された中空金属リングが取り付けられた。金属リングの全内周縁には、中空の中央部へと通ずるスロットが加工された。ＣＯ2レーザ溶接の準備段階で、ブレードを予熱するために、誘導コイルがブレード先端部の周囲に配置された。アルゴン及びヘリウム保護ガスの供給を開始した。誘導コイルを作動させて、ブレード温度を１９５０°Ｆに上昇させた。次に、ブレード先端部の形状が、Ｒ１４２材料を使用してレーザ溶接された。溶接後、誘導コイルの作動を停止した。ブレードが冷却されると、保護ガス流れを停止し、かつブレードを石英ガラスシリンダ及び固定治具から取り外した。ブレード先端部の冶金学的評価によれば、溶接工程中に、保護雰囲気が無いことによる汚染は見られなかった。
【００１０】
＜実施例２＞
CF6-80C2 Stage 1 HPT ブレードが、直径６インチの石英ガラスシリンダ内に取り付けられた。ブレードは、ブレードの先端部をシリンダの上端部より０．５インチ下方に位置決めさせて、ルート鋸歯切欠きにより支持された。石英ガラスチューブの基部はブレード固定治具により気密シールを形成した。固定治具の基部におけるホース取付部により、アルゴン保護ガスがシリンダ内へ導入されることが可能とされた。シリンダ上部周囲には、ヘリウムに対して垂直に形成された中空金属リングが取り付けられた。金属リングの全内周縁には、中空の中央部へと通ずるスロットが加工された。ＣＯ2レーザ溶接の準備段階で、ブレードを予熱するために、誘導コイルがブレード先端部の周囲に配置された。アルゴン及びヘリウム保護ガスの供給を開始した。誘導コイルを作動させて、ブレード温度を１５５０°Ｆに上昇させた。次に、ブレード先端部の形状が、Ｒ１４２材料を使用してレーザ溶接された。溶接後、誘導コイルの作動を停止した。ブレードが冷却されると、保護ガス流れが停止し、かつブレードを石英ガラスシリンダ及び固定治具から取り外した。ブレード先端部の冶金学的評価によれば、溶接工程中に、保護雰囲気が無いことによる汚染は見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  保護ガスにより対象物をシールドするための装置の斜視図である。
【図２】  図１の２−２線視断面図である。
【符号の説明】
１  保護ガスシュラウド
４  シリンダ（チャンバ）
５  リング
７  スロット
８  アルゴン
１０  ヘリウム
【図１】
0004443772.tif 000002
【図２】
0004443772.tif 000003