【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円周面を有する被溶接体相互を同軸状に接合して、例えばタービン用ロータ等の軸部品を形成する際に適用されるＴＩＧ溶接方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
タービン用ロータは、高温環境下でも使用できる高価な材料によりその全体を製造することが一般的である。しかし、このロータは、タービンの運転状態における軸方向の温度分布が一様ではなく、該タービンの入口側に位置した部分よりも出口側に位置した部分が低温となる傾向を示す。最近では、材質が異なる複数の円柱部材を同軸状に溶接接合して１本の長いロータを構成するという手法が作用されている。この手法によれば、高温にさらされる部分に高価な材料を用い、そうでない部分に安価な材料を用いるということが可能になるので、材料コストを低減できる。
【０００３】
上記ロータの構成要素である円柱部材相互は１本のトーチでそれらの突合せ部を円周方向にＴＩＧ溶接することにより接合される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１８０６７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記円柱部材は、大径例えば直径１メートル程度であるので、その全周をＴＩＧ溶接するには、多大の時間を要し、これは生産性を低下させる要因になっている。していくのは時間がかかり、作業性の向上を図ることが困難であった。
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、円周面を有する被溶接体相互を効率よく溶接することができるＴＩＧ溶接方法およびその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＴＩＧ溶接方法は、円周面を有する被溶接体相互を同軸状に接合する際に適用されるＴＩＧ溶接方法であって、上記各被溶接体の突合せ部の円周方向に複数のトーチを略等角度間隔で配置するステップと、上記各トーチと上記被溶接体とを円周方向に相対変位させながら上記突合せ部にＴＩＧ溶接を施すステップとを含む。上記各トーチの電極の先端に斜面を形成し、それらの斜面を開先の一方または他方の側面に向けた。
上記被溶接体の周囲を覆うシールドカバーに溶接状態を監視するための切欠部を設け、この切欠部を耐熱透明体で覆った。上記耐熱透明体を介して溶接部を照明及び撮像する照明手段及び撮像手段を付加した。
本発明に係るＴＩＧ溶接装置は、円周面を有する被溶接体相互を同軸状に接合する際に用いるＴＩＧ溶接装置であって、上記被溶接体の突合せ部の円周方向に略等角度間隔で配置した複数のトーチを備え、各トーチにより円周方向にそれぞれ溶接を行うものである。上記トーチの電極の先端に斜面を形成し、それらの斜面を開先の一方または他方の側面に向けた。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係るＴＩＧ溶接方法およびその装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
本実施形態のＴＩＧ溶接装置は、ガスタービンまたは蒸気タービンのロータを、異種材料の複数の円柱部材（被溶接体）によって形成するためのものである。
各円柱部材をＴＩＧ溶接する際には、該各円柱部材が同軸状に積み上げ配置される。そして、各円柱部材の境界部が円周方向にＴＩＧ溶接され、これにより、異種材料からなる一本のロータが製造される。
【０００８】
図１は、２つの円柱部材の境界部を示す平面図である。図１に示すように、本発明の一実施形態においては、２つのトーチ１ａ、１ｂが、円柱部材２の軸線を中心とする対称位置に互いに対向するように設置されている。なお、トーチ１ａ、１ｂの電極１１ａ、１１ｂは、それぞれ開先２１内に突出している。
【０００９】
ＴＩＧ溶接装置の具体的構成について図２を用いて説明する。同図に示すように、ＴＩＧ溶接装置は、トーチ１ａ（１ｂ）、シールドカバー３、シールドボックス４、押付け棒５１、添加ワイヤ６およびアクチュエータ７を備えている。なお、ＴＩＧ溶接に必要な他の要素、たとえば溶接電源、シールドガスボンベ、ガス流量調整器または遠隔制御部などは、図示を省略している。
アクチュエータ７は、電動機（図示省略）によって駆動されるネジ軸７ａと、このネジ軸７ａに螺合された可動体７ｂとを備え、ネジ軸７ａの回転によって可動体７ｂをガイドロッド７ｃに沿って前進および後退させる。トーチ１ａ（１ｂ）は上記可動体７ｂに取付けられているので、この可動体７ｂと共に前進および後退する。
【００１０】
シールドカバー３は各円柱部材２（２ａ、２ｂ）の突合せ部周囲を覆っている。ＴＩＧ溶接をする時には、シールドカバー３内で各円柱部材２（２ａ、２ｂ）が回転駆動部（図示省略）により所定の速度で軸線を中心にして一方向に回転される。シールドカバー３は、トーチ１ａを開先２１内に位置させるための切欠部３１を有する。
【００１１】
シールドカバー３の切欠部３１は、溶接の状態を外方から十分に見ることができるように、トーチ１ａ（１ｂ）を中心とした両側に延在している。この切欠部３１は、シールドボックス４の両側に取付けた耐熱透明体（例えば耐熱ガラス）からなるスカート４３によって覆われている。図５に示すように、シールドボックス４は、その中央部にトーチ１ａ（１ｂ）が貫通し、かつ内部に多孔質体４１を設けている。管４２からシールドボックス４内に導入される不活性ガス（シールドガス）は、多孔質体４１を介して溶接領域に不活性ガスの均一に供給される。
シールドボックス４とアクチュエータ７の可動体７ｂとの間には、トーチ１ａの周囲を覆う蛇腹部材４４を設けて、不活性ガスの漏れを防止している。また、シールドボックス４は、可動体７ｂから突出する押付け棒５１によってトーチ１ａ（１ｂ）の先端方向に付勢されている。したがって、ＡＶＣ制御によってトーチ１ａが後退する際においても、シールドボックス４が円柱部材２から離れず、その結果、不活性ガスの漏洩が防止される。なお、押付け棒５１は、可動体７ｂに摺動可能に支持され、かつ圧縮コイルバネ５３によって付勢されている。
【００１２】
上記アクチュエータ７の可動体７ｂは、自在保持具８３を介して、照明用ライト８１とテレビカメラ８２を支持している。ライト８１とテレビカメラ８２は、溶接部に向く姿勢でスカート４２の上方に位置されている。ライト８１は、スカート４３を介して溶接部を照明し、テレビカメラ８２はスカート４２を介して溶接の状態を撮像する。テレビカメラ８２の出力信号は、モニタ８４に入力される。これにより、ＴＩＧ溶接装置から離れた位置で溶接状態を監視できる。
【００１３】
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線による拡大部分断面図である。この図３に示すように、トーチ１ａ、１ｂのタングステン電極１１ａ、１１ｂは、それぞれの先端が略４５度の斜面１２ａ、１２ｂを形成している。２つのトーチ１ａ、１ｂは、円柱部材２ａ、２ｂの突合せライン２２を基準として互いに反対方向に所定距離ｅだけオフセットするように、かつ、それらの電極１１ａ、１１ｂの斜面１２ａ、１２ｂが突合せライン２２側に向くように配置されている。
各トーチ１ａ、１ｂは、半周ずれた箇所を同時に円周方向にＴＩＧ溶接する。
それゆえ、図４に示すように、トーチ１ａはアクチュエータ７による後退動作に伴ってビード１３ａ、１４ａ、１５ａが順次形成され、トーチ１ｂはビード１３ｂ、１４ｂ、１５ｂが順次形成される。
【００１４】
なお、１つのトーチで溶接を行う場合によりビード１３ａ、１４ａ、１５ａを形成する場合と、ビード１３ｂ、１４ｂ、１５ｂを形成する場合とでトーチの位置を変える必要がある。これは装置コストをアップさせると共に、作業効率を低下させる。
この実施形態では、２つのトーチ１ａ、１ｂで溶接が実施されるので、１つのトーチで溶接する場合に比して作業時間が半分に短縮される。
また、トーチ１ａ、１ｂの電極１１ａ、１１ｂに斜面１２ａ、１２ｂを形成しているので、図３に示すように、トーチ１ａによるアークを開先２１の一方の内側面２３側に方向づけ、トーチ１ｂによるアークを開先２１の他方の内側面２４側に方向づけることができる。したがって、図４に示すようなビード１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂを確実に形成することができる。その結果、製品の品質を向上させることができる。
【００１５】
上記実施形態では、トーチ１ａ、１ｂを２つ設置しているが、本発明はこれに限られず、それ以上の数のトーチ、たとえば図６に示すように、４つのトーチ１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄを設置してもよい。この場合、トーチ１ａは図７に示すようにビード１３ａ、１４ａを形成し、トーチ１ｂは肉盛部１３ｂ、１４ｂを形成する。また、トーチ１ｃは肉盛部１３ｃを形成し、トーチ１ｄは肉盛部１３ｄを形成する。
このように、設置するトーチの数を増やすことで溶接時間をより短縮できる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、上記各被溶接体の突合せ部の円周方向に複数のトーチを略等角度間隔で配置し、上記各トーチと上記被溶接体とを円周方向に相対変位させながら上記突合せ部にＴＩＧ溶接を施すので、溶接時間を短縮して効果的に製品コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るＴＩＧ溶接装置におけるトーチの配置態様を示す概略平面図である。
【図２】溶接装置の具体的構成を示す平面図である。
【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにより部分拡大断面図である。
【図４】ビードの形成態様を示す断面図である。
【図５】シールドボックスの拡大断面図である。
【図６】トーチの異なる取付態様を示す概略平面図である。
【図７】図６のトーチ配置態様に基づくビードの形成態様を示す断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ トーチ
１１ａ、１１ｂ タングステン電極
１２ａ、１２ｂ 斜面
２ａ、２ｂ 円柱部材
２１ 開先
２２ 突合せライン
２３、２４ 内側面
３ シールドカバー
３１ 切欠部
４ シールドボックス
４１ 多孔質体
４２ 管
４３ スカート
４４ 蛇腹部
５１ 押付け棒
５３ 圧縮コイルバネ
６ 添加ワイヤ
７ アクチュエータ
７ａ ネジ軸
７ｂ 可動体
７ｃ ガイドロッド
８１ 照明用ライト
８２ テレビカメラ
８３ 自在保持具
８４ モニタ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a TIG welding method and a TIG welding method which are applied when a workpiece having a circumferential surface is coaxially joined to form a shaft component such as a rotor for a turbine, for example.
[0002]
[Prior art]
Generally, the entire rotor for a turbine is manufactured from an expensive material that can be used even in a high-temperature environment. However, in this rotor, the temperature distribution in the axial direction in the operating state of the turbine is not uniform, and the temperature of the portion located on the outlet side of the turbine tends to be lower than that on the inlet side. In recent years, a technique of forming a single long rotor by coaxially welding and joining a plurality of cylindrical members having different materials has been applied. According to this method, it is possible to use an expensive material for a portion exposed to a high temperature, and to use an inexpensive material for a portion that is not exposed to the high temperature, so that the material cost can be reduced.
[0003]
The cylindrical members, which are components of the rotor, are joined to each other by TIG welding their butted portions in the circumferential direction with a single torch.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-18067
[Problems to be solved by the invention]
However, since the cylindrical member has a large diameter, for example, about 1 meter in diameter, it takes a lot of time to perform TIG welding over the entire circumference, which is a factor that lowers productivity. It takes a long time to carry out, and it is difficult to improve workability.
The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a TIG welding method and an apparatus thereof capable of efficiently welding objects to be welded each having a circumferential surface.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The TIG welding method according to the present invention is a TIG welding method applied when coaxially joining objects to be welded each having a circumferential surface, the method comprising: Arranging the torches at substantially equal angular intervals, and performing TIG welding on the butted portions while relatively displacing each of the torches and the object to be welded in the circumferential direction. A slope was formed at the tip of the electrode of each torch, and the slope was directed to one or the other side of the groove.
A notch for monitoring the welding condition was provided in a shield cover covering the periphery of the above-mentioned welded object, and this notch was covered with a heat-resistant transparent body. An illumination unit and an imaging unit for illuminating and imaging the welded portion via the heat-resistant transparent body are added.
The TIG welding device according to the present invention is a TIG welding device used for coaxially joining objects to be welded each having a circumferential surface, wherein substantially equal angular intervals are provided in a circumferential direction of a butt portion of the object to be welded. Are provided and a plurality of torches are provided to perform welding in a circumferential direction. A slope was formed at the tip of the electrode of the torch, and the slope was directed to one or the other side of the groove.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, an embodiment of a TIG welding method and an apparatus therefor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The TIG welding apparatus of the present embodiment is for forming a rotor of a gas turbine or a steam turbine by using a plurality of cylindrical members (welded bodies) of different materials.
When performing TIG welding of the respective cylindrical members, the respective cylindrical members are stacked and arranged coaxially. And the boundary part of each cylindrical member is TIG-welded in the circumferential direction, whereby one rotor made of a different material is manufactured.
[0008]
FIG. 1 is a plan view showing a boundary between two cylindrical members. As shown in FIG. 1, in one embodiment of the present invention, two torches 1 a and 1 b are installed so as to face each other at symmetrical positions about the axis of the columnar member 2. The electrodes 11a and 11b of the torches 1a and 1b respectively protrude into the groove 21.
[0009]
The specific configuration of the TIG welding device will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the TIG welding device includes a torch 1a (1b), a shield cover 3, a shield box 4, a pressing rod 51, an addition wire 6, and an actuator 7. In addition, other elements required for TIG welding, such as a welding power source, a shield gas cylinder, a gas flow controller, or a remote control unit, are not shown.
The actuator 7 includes a screw shaft 7a driven by an electric motor (not shown), and a movable body 7b screwed to the screw shaft 7a. The rotation of the screw shaft 7a causes the movable body 7b to move along the guide rod 7c. Move forward and backward. Since the torch 1a (1b) is attached to the movable body 7b, it moves forward and backward together with the movable body 7b.
[0010]
The shield cover 3 covers the periphery of the butted portion of each of the columnar members 2 (2a, 2b). When performing TIG welding, each cylindrical member 2 (2a, 2b) is rotated in a single direction around an axis at a predetermined speed by a rotation drive unit (not shown) in the shield cover 3. The shield cover 3 has a notch 31 for positioning the torch 1a in the groove 21.
[0011]
The notches 31 of the shield cover 3 extend on both sides around the torch 1a (1b) so that the welding state can be sufficiently seen from the outside. The notch 31 is covered by a skirt 43 made of a heat-resistant transparent body (for example, heat-resistant glass) attached to both sides of the shield box 4. As shown in FIG. 5, the torch 1a (1b) penetrates the center of the shield box 4 and a porous body 41 is provided inside. The inert gas (shield gas) introduced into the shield box 4 from the pipe 42 is uniformly supplied to the welding area via the porous body 41.
A bellows member 44 that covers the periphery of the torch 1a is provided between the shield box 4 and the movable body 7b of the actuator 7 to prevent leakage of the inert gas. Further, the shield box 4 is urged toward the distal end of the torch 1a (1b) by a pressing rod 51 protruding from the movable body 7b. Therefore, even when the torch 1a is retracted by the AVC control, the shield box 4 does not separate from the cylindrical member 2, and as a result, leakage of the inert gas is prevented. The pressing rod 51 is slidably supported by the movable body 7b and is urged by a compression coil spring 53.
[0012]
The movable body 7b of the actuator 7 supports an illumination light 81 and a television camera 82 via a universal holder 83. The light 81 and the television camera 82 are positioned above the skirt 42 so as to face the weld. The light 81 illuminates the welding portion via the skirt 43, and the television camera 82 captures an image of the welding state via the skirt 42. The output signal of the television camera 82 is input to the monitor 84. Thereby, the welding state can be monitored at a position away from the TIG welding device.
[0013]
FIG. 3 is an enlarged partial sectional view taken along line III-III of FIG. As shown in FIG. 3, the tungsten electrodes 11a and 11b of the torches 1a and 1b have slopes 12a and 12b each having a tip of approximately 45 degrees. The two torches 1a and 1b are offset by a predetermined distance e in directions opposite to each other with respect to the butting line 22 of the cylindrical members 2a and 2b, and the slopes 12a and 12b of the electrodes 11a and 11b are It is arranged to face the side.
Each of the torches 1a and 1b is simultaneously TIG-welded in a circumferential direction at a position shifted by half a circumference.
Therefore, as shown in FIG. 4, the bead 13a, 14a, and 15a are sequentially formed in the torch 1a with the retreat operation by the actuator 7, and the bead 13b, 14b, and 15b are sequentially formed in the torch 1b.
[0014]
It is necessary to change the position of the torch between the case where the beads 13a, 14a and 15a are formed and the case where the beads 13b, 14b and 15b are formed depending on the case where welding is performed with one torch. This increases the equipment cost and reduces the working efficiency.
In this embodiment, since the welding is performed by the two torches 1a and 1b, the working time is reduced by half compared to the case of welding with one torch.
Since the slopes 12a and 12b are formed on the electrodes 11a and 11b of the torches 1a and 1b, the arc by the torch 1a is directed toward one of the inner side surfaces 23 of the groove 21 as shown in FIG. Can be directed toward the other inner side surface 24 of the groove 21. Therefore, the beads 13a, 13b, 14a, 14b, 15a, 15b as shown in FIG. 4 can be reliably formed. As a result, the quality of the product can be improved.
[0015]
In the above embodiment, two torches 1a, 1b are installed, but the present invention is not limited to this, and a larger number of torches, for example, four torches 1a, 1b, 1c, as shown in FIG. 1d may be provided. In this case, the torch 1a forms the beads 13a and 14a as shown in FIG. 7, and the torch 1b forms the overlaid portions 13b and 14b. Further, the torch 1c forms a build-up portion 13c, and the torch 1d forms a build-up portion 13d.
Thus, the welding time can be further reduced by increasing the number of torches to be installed.
[0016]
【The invention's effect】
According to the present invention, a plurality of torches are arranged at substantially equal angular intervals in a circumferential direction of a butt portion of each of the workpieces, and the torches and the workpiece are relatively displaced in the circumferential direction. Since TIG welding is performed on the butt portion, the welding time can be shortened and the product cost can be effectively reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing an arrangement of a torch in a TIG welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a specific configuration of the welding device.
FIG. 3 is a partially enlarged sectional view taken along line III-III of FIG. 1;
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a form of forming a bead.
FIG. 5 is an enlarged sectional view of the shield box.
FIG. 6 is a schematic plan view showing a different mounting mode of the torch.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a bead formation mode based on the torch arrangement mode of FIG.
[Explanation of symbols]
1a, 1b, 1c, 1d Torch 11a, 11b Tungsten electrode 12a, 12b Slope 2a, 2b Column member 21 Groove 22 Butt line 23, 24 Inner side 3 Shield cover 31 Notch 4 Shield box 41 Porous body 42 Tube 43 Skirt 44 bellows part 51 pressing rod 53 compression coil spring 6 addition wire 7 actuator 7a screw shaft 7b movable body 7c guide rod 81 lighting light 82 television camera 83 free holder 84 monitor
