JP2009131897A - 歪みを最小化する鋳造物のレーザ溶接 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このレーザ溶接工程は、溶接中に最小限の熱を加えることによって、デブリフィルタの下部タイプレート14の歪みを最小化する。固定具52は、溶接中に一定に制御されたレーザ光源75の下で、4自由度の動作を通して鋳造下部タイプレート14を保持する。溶接工程は、また、レーザ溶接工程中に起こり得る部分溶け込み溶接44および46中の裂け目41および43から結果として起こる応力腐食割れの可能性を減少させる。
【選択図】図14
Description
(1) P m +P b +Q+F+R≦A
Sy Sy +0.002E
ここで、鋳造オーステナイト系ステンレス鋼(例えば溶接金属)に対してはA=1.0であり、裂け目の条件下の鍛造316Lステンレス鋼に対しては0.7であり、
Pm=1次膜応力
P b =1次曲げ応力
S y =当該温度での降伏強度
Q=二次応力
R=残留応力
E=当該温度での弾性係数
である。
(2) s max =max[c0,c1+c2(b/a)]
s
ここで、
a=非溶解(割れ)長さ
b=全体断面幅
c0=4.5(短い割れに対する最小集中係数)
c1=1.0
c2=14.7
s=集中部から離れた場所での平均応力
smax=集中部における最大応力
式(2)からの応力集中係数は、100%よりわずかに低い溶接溶け込みから、50%までの溶接溶け込みまでに対して、それぞれ、4.5から8.3までである。参考として、図11Bの接合部に対する弾性理論からの応力集中係数は3.6である。式(2)によって与えられる大きめの値は、応力計算から割れ幅および先端半径の不確定要素を除いた保守的な近似である。この応力集中係数は、溶接接合部の通常および剪断負荷の両方に適用される。
10 Defenderデブリフィルタの下部タイプレート組み立て体
11 開口部/下部タイプレート窓
12 フィルタプレート組み立て体
13 機械加工された鋳造導入口
14 機械加工された下部タイプレート
15 流体流れ孔
16 カバープレート
17 フィンガースプリングポケット
18 波状ステンレス鋼プレート
19 水平溶接表面
20 垂直溶接接合部
21 水平溶接接合部
22 仮付け溶接
23 下部タイプレート導入口端
24 仮付け溶接
25 長方形の空洞
26 溶接フランジ
28 裏側の逃げ
29 溶接表面
30 溶接接合部
31 下部タイプレートの表面基部
32 溶接接合部
34 焦点
35 コリメートされたレーザビーム
36 焦点がずれた点
37 カバープレートウェッジ
38 焦点が合ったビーム
39 焦点をずらしたビーム
40 部分溶け込み溶接部
41 裂け目
42 部分溶け込み溶接部
43 裂け目
44 溶接基底部
45 固定装置
46 溶接基底部
47 押し棒
48 手持ちつまみ
49 銅製の冷却ブロック
50 タイプレート仮付け溶接ステーション
51 支持プレート
52 タイプレート固定具
53 着脱クランプ/ピストン
54 ポリマ絶縁体
55 TIG電源
56 固定具ガイドプレート
57 小軸プレス取っ手
58 カバープレートクランプ
60 手動小軸プレス
61 位置合わせ工具の表面「B」
62 ロードセル/センサ
63 位置合わせ工具の表面「A」
64 位置合わせ工具
70 電源
72 主制御パネル
74 デブリフィルタの下部タイプレート組み立て体固定具
75 レーザ装置システム
77 レーザ装置システム扉
78 銅製冷却ブロック
79 バックパージガスライン
80、82 ZY方向の治具の十字線
84 開始位置
Claims (10)
- 溶接される第1の所定厚さの少なくとも1つの第1の部品を供給するステップと、
第2の部品を前記第1の部品に溶接するための第2の所定厚さの少なくとも1つのフランジを備える少なくとも1つの前記第2の部品を供給するステップと、
前記第1の部品を前記第2の部品の前記フランジに隣接して配置するステップであって、これによって、前記第1の部品が前記第2の部品に隣接して配置された際に、前記少なくとも1つのフランジの後ろで前記フランジと前記第1の部品との間に逃げが形成されるステップと、
レーザ溶接機を供給して前記レーザ溶接機のビームを前記第2の部品の前記少なくとも1つの溶接フランジと前記少なくとも1つのフランジに隣接して配置された前記第1の部品の辺との間に配置するステップと、
前記レーザビーム出力水準と、焦点距離と、速度とを調節するステップであって、前記レーザ溶接機の運転中に熱入力を最小化するレーザビーム出力密度および溶接速度を達成すると同時に、溶接物を前記第1と第2の部品との間に形成して、前記第1と第2の部品との間に形成した溶接接合部の中に前記接合部の所定の割合以上の溶け込みを備え、その結果前記溶接物中の裂け目を除去し、これによって前記溶接物の応力腐食割れを除去するステップとを含む、ことを特徴とする金属部品を互いに溶接する方法。 - 前記レーザビームの出力水準と、焦点距離と、速度とが調節され、前記第1と第2の部品の歪みを所定の歪み水準またはそれより低く維持し、これによって、前記第1と第2の部品の溶接後の機械加工を必要としない請求項1記載の方法。
- 前記第1と第2の部品との間の前記接合部の中への、前記溶接物の前記溶け込みの前記所定の割合が、前記溶接部の70%以上である請求項1記載の方法。
- 前記第2の部品が、前記第2の部品を前記第1の部品に溶接するための複数のフランジを含み、前記複数の溶接フランジのそれぞれが溶接のために前記第1の部品の離れた辺に隣接するように、前記第2の部品は前記第1の部品に隣接して配置されることを特徴とする請求項記載の方法。
- 前記焦点距離、従って、前記レーザビームの前記出力密度が、溶接物の裂け目を除去し、それによって、前記溶接物の応力腐食割れを除去する溶接接合部溶け込みを達成することと、前記第1と第2の部品の前記歪みを前記所定の歪み水準に、またはそれよりも低く維持することとの間の均衡を保つように設定される、請求項2記載の方法。
- 溶接物の裂け目を除去し、それによって、前記溶接物の応力腐食割れを除去する溶接接合部溶け込みを達成することと、前記第1と第1の部品の前記歪みを前記所定の歪み水準に、またはそれよりも低く維持することとの間の均衡を保つように最適化された速度で、前記第2の部品の少なくとも1つのフランジと前記第1の部品の前記辺との間に沿って前記レーザビームが移動される請求項1記載の方法。
- 前記第2の部品に顕著な歪みを生成することなしに、前記第1の部品と前記第2の部品の前記フランジとの間に所定の最大ギャップを達成するように、前記第1の部品が前記第2の部品の前記フランジに隣接して配置される請求項1記載の方法。
- 前記第1の部品と前記第2の部品の前記フランジとの間の前記所定の最大ギャップが約0.010インチ(0.025センチメートル)である請求項7記載の方法。
- 前記第1の部品が、前記第2の部品の前記少なくとも1つのフランジの後ろに位置する少なくとも1つの退行した表面を有し、前記少なくとも1つのフランジと前記少なくとも1つの退行した表面との間に前記逃げが形成される請求項1記載の方法。
- 前記第2の部品が前記第1の部品の中の開口部を覆って嵌合し、前記第2の部品の前記フランジが前記第1の部品にレーザ溶接される前に、前記第2の部品を前記第1の部品に溶接するための前記複数のフランジが前記第1の部品に少なくとも2つの位置で仮付け溶接される請求項5記載の方法。
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