JP5372436B2 - 金属部品のｔｉｇ溶接への活性フラックスの使用 - Google Patents

Description

本発明は、特に航空分野における金属部品の溶接に関し、より具体的には、ガスタービンエンジンの溶接に関する。

ＴＩＧ（タングステン不活性ガス）タイプの溶接は、電気アークによって金属部品の溶接を可能とする。ＴＩＧ溶接は、非溶極を用いたアーク溶接方法である。

図１を参照すると、電気アーク６１は、電位が負である溶接トーチ６０と、電位が正である第１の金属部品１との間に作り出される。第１の部品１は、溶接される第２の部品２と接触している。溶接トーチ６０が第１の部品１に近付けられ、電位差が電気アーク６１を作り出す。アークによって与えられるエネルギは、冷却中にそれらの局所的な溶融及びそれらの溶接を引き起こす部品１、２の温度を上昇させる。しかしながら、部品が非常に厚い場合には、熱の浸透が十分ではないことがあり、効率的な溶接を阻害する。

厚みが一定でない場合には、溶接は溶接部の品質の変化を引き起こし、全体的に薄肉ゾーンでは品質が良好な溶接が可能であるが、逆に厚肉ゾーンでは品質が悪化することになる。

厚肉ゾーンの溶接を改善するために、アーク電力を増加させることが可能である。しかしながら、薄肉ゾーン上に高電力でパラメータ化された溶接トーチを通過させることは、部品を変形し、この部品における熱浸透が大きすぎる事態を引き起こす可能性がある。このようにして変形された部品は、修理することができず、その結果、廃棄されなければならない。

厚みが一定でない部品を溶接するために、予め厚肉ゾーンを機械加工して面取りすることが可能であるため、部品は、溶接ゾーンに沿って厚みが薄くされて一定となる。溶接アークを適用することによって部品を溶接すると、面取りの間に除去された材料を増やすために、溶接された部品上に材料が供給される。充填（ｆｉｌｌｉｎｇ）と称されるこのステップは、溶接された部品が面取り前のそれらの原形の回復を可能とする。

この技術は、現在、ターボジェットの中間ケーシング内の厚肉アームを溶接するのに使用されているが、このタイプの金属部品を溶接するための浸透ステップは、多数の長時間にわたる作業を必要とする。さらに、熱応力のために、部品は、充填作業の間、おそらく変形される。したがって、このタイプの溶接の使用は、非常に扱いにくく、工業規模での生産には適さない。

部品への溶接熱の浸透を改善して厚肉部品の溶接を可能とするために、溶接される部品上にアークを適用する前に浸透又は活性溶接フラックスを堆積してなるＡＴＩＧ（活性化タングステン不活性ガス）と称される活性アーク溶接方法を使用することが知られており、フラックスは、主に、塩化物及びフッ化物から構成される。このフラックスは、収縮によって電気アークの幅にわたって直接影響を及ぼす。同じ印加エネルギに関しては、その結果、表面エネルギを増加させ、部品への熱浸透を改善することが可能となる。

そのような浸透フラックスは、Ｅｌｉ Ｔｉｔａｎｉｕｍ等の商品名で当業者によく知られている。従来、溶接される厚肉部品は、溶接トーチが通過するのに先だって、その長さ全体にわたってフラックスで被覆される。

しかしながら、航空機部品の高い製造コストを考えると、ＡＴＩＧ溶接は、本出願人が知る限りでは、それがともなうリスクに起因して、その分野において全く広く使用されていない。

本出願人は、その目的として、金属部品の溶接技術に関する改善策を有する。

本出願人は、
複数の部品がそれらの溶接面に沿ってそれぞれ表面接触し、少なくとも１つの部品がその溶接面に沿った少なくとも１つの極厚ゾーンを有するような金属部品が、溶接位置に互いに接触して配置され、
ＴＩＧ溶接が、金属部品の溶接面上でＴＩＧ溶接トーチを用いて実行される、２つの金属部品の溶接方法を提案する。

この方法は、ＴＩＧ溶接ステップに先だって金属部品の上記極厚ゾーン上に浸透溶接フラックスが局所的に塗布されることを特徴としている。

浸透溶接フラックスは、極厚ゾーンのみにＴＩＧ溶接アークを局所的に集中させる機能を有し、熱は、金属部品に深く浸透する。

本発明によれば、予め部品を面取りする必要はなく、それは時間的な利益を意味する。

他のゾーンは、部品が変形するリスクがない適切なエネルギ入力をともなう従来の方法で溶接される。

製造された溶接物は、その結果、均質で厚みの変動に依存しないものとなる。

好ましくは、ＴＩＧ溶接トーチは、ＴＩＧ溶接ステップの間、一定電力で作動する。

溶接パワー又は強度は、部品の厚みに依存しないことから、本発明による方法は、ＴＩＧ溶接ステップを速めることができる。

好ましくは、浸透溶接フラックスが金属部品の極厚ゾーン上に正確に堆積されるのを可能とするように配設された金属部品にマスクが塗布される。

マスクは、同じ溶接品質を維持しながら、多数の部品について連続して作業を繰り返すのを可能とする。

本方法の１つの実施形態によれば、ＴＩＧ溶接トーチは、被覆されたゾーンに沿って第１の速度で、浸透溶接フラックスがないゾーン上では第２の速度で動かされる。第１及び第２の速度は、一定である。

被覆されたゾーンと浸透溶接フラックスがない隣接ゾーンとの間に遷移ゾーンが設けられるため、ＴＩＧ溶接トーチは、遷移ゾーン上では、上記第１及び第２の速度と異なる速度で動かされる。

必要に応じて、浸透溶接フラックスのいかなる残留物の跡も除去するのを可能とする機械的スカーリングステップが、部品が溶接された後に実行される。

他の特徴及び利点は、図面を参照した本発明による方法の以下の説明から明らかになるであろう。

本発明は、具体的には、複流ガスタービンエンジンの中間ケーシング内の放射アームの溶接に関する。図２は、外側カラー１１１と、中間流れケーシング要素１３０、すなわち、一次流れと二次流れとの間のケーシング要素と、チタンベースの合金から作られたハブ１２０とを持つ中間ケーシングを示している。放射接続アーム１００は、これら各種ケーシング要素をともに接続している。製造において、この複合部品のアセンブリは、放射アーム１００をケーシング要素１２０、１１１に溶接してなる。

本発明は、より具体的には、接続アーム１００の内端部１０１と内側カラー１２０に固定された要素１１１との間での溶接に言及しながら説明されるであろう。

図３及び図４を参照すると、放射接続アーム１００は、丸い前縁１０１ＢＡと下流の空気流の方向に垂直な平坦背面１０１ＢＦとを有する空気力学プロファイルを持つ、半径方向に細長く中空の部品形状を有する。アーム１００の厚みは、その外周に沿って一定ではなく、その厚みは２．５ｍｍから７ｍｍの間で変化する。厚みｅ１は、側面では小さく、背面１０１ＢＦで最大値ｅ２となる。アーム１００の径端部１０１での横断面は、溶接部１０２として指定される。接続アーム１００は、外側カラー１２０に固定された要素１１１をともなって溶接位置にあり、半径方向に延在されている。接続アーム１００の溶接部１０２は、要素１１１上に画定される溶接面１１２上に置かれている。

この図３及び図４では、従来技術の適用がみられる。それは、溶接される厚みｅ３がこの位置で減少するように、背面１０１ＢＦの壁において面取り部Ｃを機械加工することからなる。ｅ３は、ｅ１と略同一である。この技術は、溶接物の全体にわたって状態が同じままとされることから、良好な品質の溶接物が得られるのを可能とする。機械加工されるゾーンは、空気力学プロファイルを戻すために、溶接後に増やされるべきである。しかしながら、作業が全体的に長く困難であることが理解されるであろう。

図５及び図６において、同じ部品が示されているが、本発明にしたがって用意されたものである。機械加工に代えて、従来技術において機械加工されたゾーンに実質的に対応するアームの厚肉ゾーンに浸透溶接フラックスが塗布されたものである。このゾーンは、側方壁上に突出する背面１０１ＢＦの幅にわたって延在している。浸透溶接フラックスは、ビーズ５０を形成する。

適所にフラックスを置くために、アームは、要素１１１上の位置に置かれ、外側表面は、薄肉部分においてマスクで被覆される。

そして、浸透溶接フラックス５０は、エアロゾル又はブラシを用いて、接続アーム１００及び要素１１１にまたがった外側表面に塗布される。

この浸透溶接フラックス５０は、Ｅｌｉ Ｔｉｔａｎｉｕｍ等の商品名で当業者によく知られている。

アーム１００がフラックス５０で被覆されると、マスクは除去される。

図７を参照すると、ＴＩＧ溶接トーチ６０は、溶接されるゾーン、すなわち、アーム１００と要素１１１との間の接合部分に近付けられる。電気アーク６１は、溶接トーチ６０とアセンブリの外側表面との間に作り出される。

電気アーク６１が溶接トーチ６０と浸透溶接フラックス５０がない接続アームの薄肉部分との間に作り出されたとき、アーク６１によって発生された熱は、数ミリメートルにわたって伝播する。電力は、変形を制限するように適合される。

電気アーク６１が溶接トーチ６０と浸透溶接フラックス５０で被覆された接続アーム１００の薄肉部分との間に形成されたとき、アーク６１によって発生された熱は、図７に示されるように、浸透フラックス５０及びその粒子６２の作用で深く伝播する。溶接可能な厚みは、浸透溶接フラックス５０がない薄肉部分と比較して増加する。

熱の集中は、厚みの局所的な増加を補償し、カラー要素上の接続アーム１００の均質な溶接を保証する。均質な溶接は、溶接接合の範囲においてアセンブリが破壊するリスクを制限する。

トーチ６０は、連続的にアーム上を通過する。ＴＩＧ溶接トーチは、被覆されたゾーン上では第１の速度で、浸透溶接フラックスがないゾーン上では第２の速度で動かされ、第１及び第２の速度は、一定である。

溶接トーチ６０の移動速度は、図７に示されるように、表面エネルギが遷移ゾーン（Ｔ）において局所的に増加するように、電気アーク６１が溶接部の厚肉部分と薄肉部分との間の遷移（Ｔ）に到達したときに低下するようにパラメータ化される。

トーチ６０は、溶接時間を短縮するとともに接続アーム１００のそれぞれについての溶接の再現性を容易とする自動化された方法で制御される。

ＴＩＧ溶接ステップが終了すると、適所に現れ得る空洞内に充填することによって部品が平滑化されるのを可能とする最終ステップが実行される。このような最終ステップは、部品１００、１１１の前クリーニングを必要としない。溶接ステップの間に焼かれた又は焼かれなかった残留フラックス５０は、機械的スカーリングによって除去される。

従来技術の方法によるＴＩＧアーク溶接を示している。 タービンエンジンの中間ケーシングの背面図を示している。 従来技術による溶接のために用意された図２のタービンエンジンの中間ケーシングの放射アームの部分の斜視図を示している。 図３のアームの方向４−４に沿った断面を示している。 本発明による溶接のために用意された放射アームであってその極厚部分上が浸透溶接フラックスで被覆されているアームの斜視図を示している。 図５のアームの方向６−６に沿った断面を示している。 本発明の方法による溶接トーチを用いた図５のアームの溶接を示している。

符号の説明

５０ 浸透溶接フラックス
６０ ＴＩＧ溶接トーチ
６１ 電気アーク
６２ 粒子
１００ 放射接続アーム
１０１ 内端部
１０１ＢＡ 前縁
１０１ＢＦ 平坦背面
１０２ 溶接部
１１１ 外側カラー
１１２ 溶接面
１２０ ハブ
１３０ 中間流れケーシング要素
Ｃ 面取り
ｅ１、ｅ２、ｅ３ 厚み
Ｔ 遷移ゾーン

Claims (6)

1. ２つの金属部品の溶接方法であって、
   ２つの金属部品が溶接位置において互いに接して配置され、２つの部品がそれらの溶接面に沿ってそれぞれ表面接触し、少なくとも１つの部品がその溶接面に沿って少なくとも１つの厚肉部分を含む一定でない厚みを有しており、
   ＴＩＧ溶接が、金属部品の溶接面（ｖ）上でＴＩＧ溶接トーチを用いて実行され、
   浸透溶接フラックスが、ＴＩＧ溶接ステップに先だって金属部品の前記厚肉部分上にのみ塗布される、前記方法。
2. ＴＩＧ溶接トーチが、ＴＩＧ溶接ステップの間、一定電力で作動する、請求項１に記載の方法。
3. 浸透溶接フラックスが金属部品の肉厚部分上に正確に堆積されるのを可能とするように配設された金属部品にマスクが塗布される、請求項１に記載の方法。
4. ＴＩＧ溶接トーチが、被覆されたゾーンに沿って第１の速度で、浸透溶接フラックスがないゾーン上では第２の速度で動かされ、第１及び第２の速度が一定である、請求項１に記載の方法。
5. ＴＩＧ溶接トーチが、被覆されたゾーンと浸透溶接フラックスがない隣接ゾーンとの間の遷移ゾーン上では、前記第１及び第２の速度と異なる速度で動かされる、請求項４に記載の方法。
6. 浸透溶接フラックスのいかなる残留物の跡も除去することを可能とする機械的スカーリングステップが、溶接された部品上で実行される、請求項１に記載の方法。

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