JP2016011845A - Welding method and apparatus for heat transfer copper fin for metal cask - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法及びその溶接装置に係り、特に、原子力発電所等から発生する使用済燃料を輸送又は貯蔵若しくは輸送及び貯蔵し、かつ、鋼製の内筒及び外筒に銅製の伝熱フィンが直接溶接されるものに好適な金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法及びその溶接装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for welding a heat transfer copper fin for a metal cask, and in particular, transports or stores or transports and stores spent fuel generated from a nuclear power plant, etc. The present invention relates to a method for welding a heat transfer copper fin for a metal cask suitable for a case where a copper heat transfer fin is directly welded to an outer cylinder, and a welding apparatus therefor.
一般に、原子力発電所の原子炉で一定期間使用された複数の燃料は、原子炉から取り出され、使用済燃料冷却プール等に一時保管される。使用済燃料冷却プールで所定期間冷却された使用済燃料は、再資源として活用するため、金属キャスクと呼ばれる放射性物質収納容器に収納され、再処理施設で再処理されるまで中間貯蔵施設に搬入して保管される。 In general, a plurality of fuels used for a certain period in a nuclear power plant nuclear reactor are taken out of the nuclear reactor and temporarily stored in a spent fuel cooling pool or the like. Spent fuel that has been cooled in the spent fuel cooling pool for a specified period of time is stored in a radioactive material storage container called a metal cask to be used as a resource, and then transported to an intermediate storage facility until it is reprocessed at the reprocessing facility. Stored.
使用済燃料の集合体を運搬・貯蔵する金属キャスクは、使用済燃料を収納する内筒(内筒容器や容器本体或いは胴本体ともいう)、外部からの衝撃を吸収する外筒及び内筒を密閉する複数の蓋等を有している。 A metal cask that transports and stores spent fuel assemblies consists of an inner cylinder (also referred to as an inner cylinder container, a container body, or a trunk body) that stores spent fuel, and an outer cylinder and an inner cylinder that absorb impact from the outside. It has a plurality of lids to be sealed.
使用済燃料は、高レベルの放射性物質を含んでいることから崩壊熱を発生しているため、内筒と外筒の間には、使用済燃料集合体から発生する崩壊熱を内筒及び外筒の外側へ逃がすために複数の伝熱フィンを配備しており、これら複数の伝熱フィンは、内筒及び外筒にそれぞれ溶接されている。 Since spent fuel contains a high level of radioactive material, it generates decay heat, so the decay heat generated from the spent fuel assembly is transferred between the inner and outer cylinders between the inner and outer cylinders. A plurality of heat transfer fins are provided to escape to the outside of the cylinder, and the plurality of heat transfer fins are welded to the inner cylinder and the outer cylinder, respectively.
通常、内筒及び外筒の材料には、剛性及び遮蔽性等の性能が良い炭素鋼材やステンレス鋼材等が使用され、一方の伝熱フィンの材料には、主に熱伝導の良い銅材が使用されており、また、2種類の金属を予め接合した銅クラッド鋼材等も使用されている。 Usually, the material of the inner cylinder and the outer cylinder is a carbon steel material, stainless steel material, etc. with good performance such as rigidity and shielding property, and the material of one heat transfer fin is mainly a copper material with good heat conduction. Moreover, the copper clad steel material etc. which joined two types of metals previously are also used.
上述した金属キャスクの内筒外面及び外筒内面に伝熱フィンを溶接する公知技術が、例えば、特許文献1乃至5に開示されている。
For example,
特許文献1には金属製容器製造方法について記載され、純銅製のMIGワイヤからMIGアークを発生させる溶接工程と、前記MIGアークを取り囲むように同軸上に配置されたプラズマ電極からプラズマアークを発生させる溶接工程とを並列して行い、前記MIG溶接工程及びプラズマ溶接工程では、銅製の伝熱フィンと水平面のなす角を15〜20度とし、前記伝熱フィンと炭素鋼製の内筒のなす角を75度以上に配置して前記MIGアーク及びプラズマアークを下向きに発生させることが開示されている。
また、特許文献2には溶接方法について記載され、溶接後熱処理を必要とする鋼製の母材と銅製の母材とをMIGトーチ等の溶接手段によって溶接する溶接工程と、前記溶接手段と所定距離離れた後方位置に配置されたアーク溶接トーチや高周波コイル或いはレーザ等の加熱手段によって、前記溶接工程で生じた溶接ビード上を加熱(溶融も含む)して前記鋼製の母材の溶接熱影響部まで熱処理する熱処理工程を備えており、更に、前記溶接工程の前に、前記溶接手段より所定距離先行する前方位置に配置されたTIGトーチやYAGレーザや高周波コイル等の加熱手段によって、前記溶接工程の前に、熱伝導率の高い前記銅製の母材を予熱することが開示されている。
また、特許文献3には銅又は銅合金の溶接方法について記載され、非消耗電極と消耗電極を組合せ、先行の非消耗電極と後行の消耗電極に交互に溶接電流を供給し、前記非消耗電極と消耗電極との間隔を融合不良ビードが生じない距離に保ちながら溶接することが開示されている。
また、特許文献4には放射性物質用金属キャスクについて記載され、胴本体から径方向外方に延びて外筒に伝熱させる伝熱フィンを備え、この伝熱フィンは2種類の金属板を接合したクラッド材から構成され、かつ、該クラッド材の一方の金属は前記胴本体及び外筒を同種の金属材料、他方は熱伝導の良好な良伝熱材料で構成されており、前記胴本体(及び又は外筒)とこれと同種金属のクラッド部位とを直接溶接することが開示されている。
更に、特許文献5には放射性物質収納容器について記載され、銅製の伝熱フィンの両端部に平行部が各々形成されており、この平行部を容器本体外周面及び外筒内周面に沿って配置し、銅合金ワイヤを用いたMIG溶接又はMIGブレイジングによって、前記容器本体外周面及び外筒内周面と前記伝熱フィンの平行先端部とが溶接されていることが開示されている。
Further,
しかしながら、上述した特許文献1では、MIGアーク及びプラズマアークをほぼ同軸上に発生させているため、両アークに作用する電磁力は相殺し合うが、MIGワイヤ(消耗電極)及びプラズマ電極(非消耗電極)の両極性を正極(プラス)、母材側を負極(マイナス)にしていることから、プラズマ電極が消耗されて損傷し易いため、長時間稼働が必要な溶接線の長い長尺部材の溶接には適さないし、溶接途中でプラズマ電極が消耗すると、不安定なアーク挙動に変化して溶接ビード形成に悪影響を及ぼし、溶接不良に至る場合がある。また、純銅は熱伝導率の高い材料であるが、銅材と鋼材との異材溶接は相性が悪く、固溶し難い性質があるため、純銅製のMIGワイヤを用いて銅・鋼継手部を溶接して鋼側の溶込みが深くなると、溶接割れ(凝固割れ)が発生し易くなる。
However, in
また、特許文献2では、溶接手段の他に、該溶接手段の後方位置及び/又は前方位置にアーク溶接トーチや高周波コイル或いはレーザ等の加熱手段を設ける構成であるため、装置が大型化すると共に、溶接対象物との干渉等によって溶接できない部位が発生してしまう。また、磁気を発生する高周波コイルを設ける場合は、電磁力によって溶接手段のアーク挙動が不安定になり、溶接ビード形成に悪影響を及ぼすことがある。一方、レーザを使用する場合には、銅製の母材に対して光の反射率が高いため、銅母材を十分に加熱することができない。
Moreover, in
また、特許文献3では、アーク同士の干渉を避けるため、非消耗電極(TIG)側の電流と消耗電極(MIG)側の電流とを交互に切り換えて供給するようにしている。このため、TIGアークの発生中はMIGアークが消滅した状態、反対に、MIGアークの発生中はTIGアークが消弧した状態で銅又は銅合金の母材を溶接することになり、加熱及び溶融の相乗効果が抑制され、溶接能率の大幅な向上は難しいものとなる。また、溶接対象物は銅材同士又は銅合金材同士で溶接であり、銅材と鋼材との異材溶接については、対象外で全く適用されておらず、また、記載も示唆もされていない。
In
また、特許文献4では、銅クラッド鋼材の鋼部と鋼製の胴体又は外筒とを溶接するように構成していることから、鋼材同士のMAG溶接やCO2溶接等が施工可能となるが、伝熱フィンに銅クラッド鋼材を使用しているため、製造コストが高く、重量が重くなるという問題がある。また、前記銅クラッド鋼材の銅側の板厚が薄いことから、除熱性能に限界があるため、より高い除熱性能が必要な伝熱フィンには適さない。
In
更に、特許文献5では、板幅の広い銅板を使用すると共に、銅板幅方向の両端部に平行部を設けるための曲げ成形等の加工が必要な構造であり、製造コストが高くなるという問題がある。また、容器本体外周面及び外筒内周面に前記平行部を密着させて重ね隅肉継手部を形成し、該重ね隅肉継手部をMIG溶接又はMIGブレイジングするようにしているため、大きな溶接入熱量が必要となり、更に、銅側の溶接ビード止端部に発生し易いアンダーカット等の凹みによって、溶接部ののど厚不足や有効断面積不足に至る場合がある。
Furthermore, in
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、銅と鋼との異材継手の溶接性に優れ、十分な大きさののど厚を有する品質良好な溶接部を得ると共に、除熱性能の向上及び製造コストの低減にも有効な金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法及びその溶接装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned points. The object of the present invention is to obtain a welded part having a good quality and having a sufficient throat thickness with excellent weldability of a dissimilar joint between copper and steel. An object of the present invention is to provide a welding method and a welding apparatus for heat transfer copper fins for metal cask that are effective in improving heat removal performance and reducing manufacturing costs.
本発明の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法は、上記目的を達成するために、放射性物質を有する使用済燃料の集合体を収納する鋼製の内筒の外面と、該内筒の外側に同軸状に配置する鋼製の外筒内面との間に、略等間隔に傾斜配備する所定枚数の銅製の伝熱銅フィンの両端面部を各々溶接する際に、前記内筒の外面の長手方向に前記伝熱銅フィンの片方端面部を突合せて形成された前記内筒側の広角傾斜の隅肉継手部、又は前記外筒の内面の長手方向に前記伝熱銅フィンの他方端面部を突合せて形成された外筒側の広角傾斜の隅肉継手部、若しくは前記内筒及び外筒の両面に形成された隅肉継手部に、先行TIGと後続MIGとの複合溶接によって溶接施工する金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法において、溶接すべき前記隅肉継手部の溶接線に対して、前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接が可能な一体構造のTIG−MIG溶接トーチと、前記後続MIG側の消耗ワイヤにシリコン入りのCuSiワイヤとを用い、前記TIG−MIG溶接トーチを走行移動可能な長尺アームの先端部又は多関節可動式の溶接ロボットの手首部に取付冶具を介して取付けると共に、前記先行TIGの非消耗電極の極性を負極とし、前記隅肉継手側の極性を正極とした給電をTIG溶接電源で行い、一方、前記後続MIGのCuSiワイヤの極性を正極とし、前記隅肉継手側の極性を負極とした給電をMIG溶接電源で行い、かつ、前記TIG溶接電源から給電する第1の溶接電流(Ia)と前記MIG溶接電源から給電する第2の溶接電流(Ib)との比(Ia/Ib)を所定の範囲で出力させ、前記先行TIGの非消耗電極に流れる前記第1の溶接電流(Ia)と前記後続MIGのCuSiワイヤに流れる前記第2の溶接電流(Ib)とで生じる反発作用の磁力によって、相互に反発し合うTIGアークとMIGアークを前記隅肉継手部の溶接開始位置に発生させると共に、反発し合う前記TIGアークとMIGアークで1つの溶融プールを形成させ、前記TIGアークとMIGアーク及び前記1つの溶融プールによる複合溶接によって、前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a welding method for heat transfer copper fins for a metal cask according to the present invention includes an outer surface of a steel inner cylinder housing a collection of spent fuel having a radioactive substance, and an outer side of the inner cylinder. When welding both end surface portions of a predetermined number of copper heat transfer copper fins that are inclined and arranged at substantially equal intervals between the inner surface of the steel outer tube coaxially disposed on the outer surface of the inner tube The inner tube side wide-angle inclined fillet joint portion formed by abutting one end surface portion of the heat transfer copper fin in the direction, or the other end surface portion of the heat transfer copper fin in the longitudinal direction of the inner surface of the outer tube. Metal to be welded to the fillet joint portion of the outer cylinder side formed by butt contact, or the fillet joint portion formed on both surfaces of the inner cylinder and the outer cylinder by composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG In the welding method for heat transfer copper fins for cask, the fillet joint to be welded Using a TIG-MIG welding torch having an integral structure capable of composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG with respect to the weld line of the portion, and a CuSi wire containing silicon for the consumable wire on the subsequent MIG side, The TIG-MIG welding torch is attached to the tip of a long arm that can travel and move or the wrist of an articulated movable welding robot via an attachment jig, and the polarity of the non-consumable electrode of the preceding TIG is a negative electrode, Power supply with the fillet joint side polarity as the positive electrode is performed with the TIG welding power source, while power supply with the polarity of the CuSi wire of the subsequent MIG as the positive electrode and the polarity on the fillet joint side as the negative electrode is performed with the MIG welding power source. And a ratio (Ia / Ib) between a first welding current (Ia) fed from the TIG welding power source and a second welding current (Ib) fed from the MIG welding power source is a predetermined value. By the magnetic force of the repulsive action generated by the first welding current (Ia) flowing through the non-consumable electrode of the preceding TIG and the second welding current (Ib) flowing through the CuSi wire of the subsequent MIG, A TIG arc and a MIG arc that repel each other are generated at a welding start position of the fillet joint portion, and a melt pool is formed by the repelling TIG arc and the MIG arc, and the TIG arc and the MIG arc, Welding is performed from the start position to the end position of the weld line of the fillet joint by composite welding using the one molten pool.
また、本発明の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接装置は、上記目的を達成するために、放射性物質を有する使用済燃料の集合体を収納する鋼製の内筒の外面と、該内筒の外側に同軸状に配置する鋼製の外筒の内面との間に、略等間隔に傾斜配備する所定枚数の銅製の伝熱銅フィンの両端面部を各々溶接するにあたって、前記内筒の外面の長手方向に前記伝熱銅フィンの片方端面部を突合せて形成された前記内筒側の広角傾斜の隅肉継手部、又は前記外筒の内面の長手方向に前記伝熱銅フィンの他方端面部を突合せて形成された前記外筒側の広角傾斜の隅肉継手部、若しくは前記内筒及び外筒の両面に形成された隅肉継手部に、先行TIGと後続MIGとの複合溶接によって溶接施工する金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接装置において、溶接すべき前記隅肉継手部の溶接線に対して、少なくとも先行TIGと後続MIGとの複合溶接が可能な一体構造のTIG−MIG溶接トーチと、前記後続MIG側の消耗電極であるシリコン入りのCuSiワイヤと、前記TIG−MIG溶接トーチの先端部から前記隅肉継手部の溶接部分及びその近傍に向けてガスを流出させるシールガスと、前記TIG−MIG溶接トーチをアーム先端部に取付冶具を介して取付可能で、かつ、溶接方向に走行移動可能な長尺アームと、前記先行TIGの非消耗電極の極性を負極とし、前記隅肉継手側の極性を正極とした給電を行うTIG溶接電源と、前記後続MIGのCuSiワイヤの極性を正極とし、前記隅肉継手側の極性を負極とした給電及びワイヤ送給を行うMIG溶接電源とを備え、前記隅肉継手部の溶接線の開始位置で、前記TIG−MIG溶接トーチの先端部から前記シールドガスを流出させながら、前記TIG溶接電源から給電する第1の溶接電流(Ia)と前記MIG溶接電源から給電する第2の溶接電流(Ib)との比(Ia/Ib)を所定の範囲で出力させ、前記先行TIGの非消耗電極に流れる第1の溶接電流(Ia)と前記後続MIGの消耗ワイヤに流れる第2の溶接電流(Ib)とで生じる反発作用の磁力によって、相互に反発し合うTIGアークとMIGアークを前記隅肉継手部の溶接開始位置に発生させると共に、反発し合う前記TIGアークとMIGアークで1つの溶融プールを形成させ、前記TIGアークとMIGアーク及び前記1つの溶融プールによる複合溶接によって、前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a welding apparatus for heat transfer copper fins for metal casks according to the present invention includes an outer surface of a steel inner cylinder that houses an assembly of spent fuel having a radioactive substance, and the inner cylinder. When welding both end surface portions of a predetermined number of copper heat transfer copper fins that are inclinedly arranged at substantially equal intervals between the inner surface of a steel outer tube disposed coaxially on the outer side of the outer surface of the inner tube The inner tube side wide-angle inclined fillet joint formed by abutting one end surface portion of the heat transfer copper fin in the longitudinal direction of the heat transfer copper fin, or the other end surface of the heat transfer copper fin in the longitudinal direction of the inner surface of the outer tube Welded to the outer tube side wide fillet joint part formed by butting the parts, or the fillet joint part formed on both surfaces of the inner cylinder and the outer cylinder by composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG In welding equipment for heat transfer copper fins for metal casks, An integrated TIG-MIG welding torch capable of at least composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG to the weld line of the fillet joint portion to be formed, and Cu-containing CuSi as a consumable electrode on the subsequent MIG side A wire, a seal gas that allows gas to flow from the tip of the TIG-MIG welding torch toward the welded portion of the fillet joint and the vicinity thereof, and the TIG-MIG welding torch at the tip of the arm via an attachment jig And a TIG welding power source for supplying power with the polarity of the non-consumable electrode of the preceding TIG as the negative electrode and the polarity at the fillet joint side as the positive electrode, An MIG welding power source for supplying power and feeding the wire with the polarity of the CuSi wire of the subsequent MIG as the positive electrode and the polarity of the fillet joint side as the negative electrode, Power is supplied from the first welding current (Ia) supplied from the TIG welding power source and the MIG welding power source while the shield gas flows out from the tip of the TIG-MIG welding torch at the start position of the weld line of the part The ratio (Ia / Ib) to the second welding current (Ib) is output within a predetermined range, and the first welding current (Ia) that flows through the non-consumable electrode of the preceding TIG and the consumable wire of the subsequent MIG. The TIG arc and MIG arc that repel each other are generated at the welding start position of the fillet joint by the repulsive magnetic force generated by the second welding current (Ib), and the TIG arc and MIG that repel each other are generated. One melt pool is formed by an arc, and the weld line start position of the fillet joint is determined by composite welding using the TIG arc, the MIG arc, and the one melt pool. It is characterized by welding to the end position.
本発明によれば、銅と鋼との異材継手の溶接性に優れ、十分な大きさを有するのど厚及び除熱に有効な熱伝導断面積を確保でき、かつ、割れ等の欠陥がない品質良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができると共に、除熱性能の向上及び製造コストの低減にも寄与することができる。 According to the present invention, it is excellent in weldability of a dissimilar joint between copper and steel, has a sufficient size, can secure a heat conduction cross-sectional area effective for throat thickness and heat removal, and has no defects such as cracks. A good weld bead and weld cross section can be obtained, and the heat removal performance can be improved and the manufacturing cost can be reduced.
以下、図示した実施例に基づいて本発明の金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法及びその溶接装置について説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。 Hereinafter, based on the illustrated embodiment, a welding method for a heat transfer copper fin for a metal cask of the present invention and its welding apparatus will be described. In each figure, the same symbols are used for the same components.
図1に、本実施例に係わる伝熱銅フィン付き金属キャスクの構造を、図2に、図1中のA部を拡大した溶接構造をそれぞれ示す。 FIG. 1 shows a structure of a metal cask with a heat transfer copper fin according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a welded structure in which a portion A in FIG. 1 is enlarged.
該図において、内筒1は、その内部に放射性物質を有する複数の使用済燃料(図示せず)の集合体等を収納する容器であり、強度の高い炭素鋼等の鋼製の鋼材が用いられている。この内筒1の外側には、内筒1と同種材の鋼製の外筒2が内筒1を取り囲むように同軸状に配置されている。内筒1の外面と外筒2の内面の間には、円周長手方向に略等間隔に、数十枚(所定枚数をN枚という)の伝熱銅フィン3が傾斜して配備されている。
In the figure, an
これらN枚の伝熱銅フィン3は、熱伝導率の高い純銅等の銅製の銅板材が用いられており、銅製の伝熱銅フィン3を用いることで、使用済燃料集合体から発生する崩壊熱を内筒1及び外筒2の外側へ逃がすための除熱性能を高めることができると共に、軽量化及びコスト低減にも寄与することができる。また、金属キャスク全体の強度及び剛性は、強度の高い鋼製の厚板の内筒1と外筒2、及びこの内筒1と外筒2を密閉する複数の蓋(図示せず)等によって、十分に確保されている。
These N heat
図2に示すように、N枚の伝熱銅フィン3の片方の各端面部には、内筒1側の各隅肉継手部5で溶接された内側溶接部(溶接ビード及びその溶接断面部)7が形成されており、また、他方の各端面部には、外筒2側の各隅肉継手部8で溶接された外側溶接部10(溶接ビード及びその溶接断面部)が形成されている。この伝熱銅フィン3の内側溶接部7及び外側溶接部10については、特に強度は要求されないが、収納・保管する物質の性質上、高い信頼性を確保する必要がある。
As shown in FIG. 2, an inner welded portion (weld bead and its weld cross section) welded by each fillet
溶接すべきN枚の伝熱銅フィン3の各隅肉継手部5、8の内筒1と伝熱銅フィン3、外筒2と伝熱銅フィン3とのそれぞれの角度θ1は、内筒1の外面又は外筒2の内面若しくは内筒1及び外筒2の両面に対して、θ1=120度±15度(105≦θ1≦135度)の範囲の広角に傾斜して形成されている。
The angle θ1 between the
また、N枚の伝熱銅フィン3が隣接する各空間4は、樹脂材等のレジン(図示せず)を充填配備する場所である。これらのレジンは、使用済燃料の集合体から法線状に放出される放射線を遮蔽する物質であり、溶接終了後に、N枚の伝熱銅フィン3の傾斜面に沿って、レジンが各空間4の内部にそれぞれ充填されるものである。伝熱銅フィン3を広角に傾斜して配備することで、溶接時の作業性が容易になると共に、伝熱銅フィン3の傾斜面に沿って充填されるレジンの傾斜配備によって、放射線の遮蔽性能を高めることができる。
Each
本実施例における伝熱銅フィン3の両端面部を、内筒1及び外筒2の両面に溶接する方法について、以下に説明する。
A method for welding both end portions of the heat
図3は、本実施例に係わる金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接手順概要の一実施例を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing an embodiment of a welding procedure outline of the heat transfer copper fin for metal cask according to the present embodiment.
該図において、伝熱銅フィン3の溶接手順100では、溶接前にワイヤ溶着断面積Awを決定するワイヤ溶着断面積決定工程102と、所定枚数(N枚)の伝熱銅フィン3の片方端面部を内筒1側に各々突合せて隅肉継手部5をN箇所 (5−1、5−2・・・5−N)形成した後に、その隅肉継手部5に溶接する内筒1側の第1の溶接工程103、内筒1側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程105、内筒1側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程106と、内筒1側の溶接品質の検査工程107、117の終了後に、N枚の伝熱銅フィン3の他方の端面部を外筒2側に各々突合せて隅肉継手部8をN箇所(8−1、8−2・・・8−N)形成し、その後に、隅肉継手部8に溶接する外筒2側の第2の溶接工程110、外筒2側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程112、外筒2側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程113とを順次行うものである。
In this figure, in the
内筒1側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程105と外筒2側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程112では、N箇所形成した隅肉継手部5、8に1パスずつ繰り返し溶接(連続溶接)することで、隅肉継手部5、8の仮組作業及び溶接作業を効率良く行うことができる。一方、少数単位(1〜5箇所程度)に分割して溶接と検査を繰り返す内筒1側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程106と外筒2側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程113では、内筒1側又は外筒2側の各隅肉継手部5−1、5−2・・・5−N、8−1、8−2・・・8−Nを1〜5箇所程度に分割して溶接を行い、かつ、その溶接後の溶接部を検査するように、溶接と検査の両作業を繰り返すようにすることで、溶接と検査の両作業を効率良く行うことができると共に、溶接部の品質を溶接直後に検証することができる。
In the repeated welding process 105 for welding N points on the
このように、二通りある作業(連続溶接又は溶接と検査の繰り返し)の何れかを選択することで、溶接優先の作業効率向上又は検査優先の溶接品質向上を図ることができる。 In this way, by selecting one of two types of operations (continuous welding or repetition of welding and inspection), it is possible to improve work efficiency with priority on welding or improvement in welding quality with priority on inspection.
次に、内筒1側の第1の溶接工程103と内筒1側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程105の終了後、又は内筒1側の第1の溶接工程103、内筒1側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程105、外筒2側の第2の溶接工程110、外筒2側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程112の終了後に、内筒1側の溶接品質の検査工程107と外筒2側の溶接品質の検査工程114では、各溶接部の品質を各々検査すると共に、その検査で不合格(工程108、115)となった溶接部分を補修する補修溶接工程109、116を行う。
Next, after the end of the
また、溶接と検査の両作業を繰り返し行う場合の内筒1側の溶接品質の検査工程117と外筒2側の溶接品質の検査工程120では、該当する溶接部に溶接ビードが良好に形成されているか否か、割れやアンダーカット等の欠陥があるか否か、のど厚Lや溶込み深さc等を満足しているか否か等の溶接品質の検査・確認を行う。この内筒1側の溶接品質の検査工程117と外筒2側の溶接品質の検査工程120で不合格(工程118、121)となった場合には、不合格の溶接部分を補修溶接工程119、122で補修するようにしている。
Further, in both the welding process and the
最初に、溶接前に行うワイヤ溶着断面積決定工程102では、所定の隅肉継手部5に形成すべき内側溶接部7ののど厚Lが伝熱銅フィン3の板厚T1以上(L≧T1)になるように、ワイヤ送り速度Wf又はワイヤ送り速度Wfとワイヤ径d及び所定の溶接速度Vからワイヤ溶着断面積Awを算出して決定する。
First, in the wire welding cross-sectional
なお、内側溶接部7ののど厚Lとは、図3のワイヤ溶着断面積決定工程102中に示すように、伝熱銅フィン3側の溶融底部から溶接ビード表面までの最小距離のことである。また、ワイヤ溶着断面積決定工程102の箇所に図示した隅肉継手部5の内側溶接部7は、内筒1の外面に伝熱銅フィン3の一方の端面部を溶接して形成することを想定して描いているが、外筒2の内面に伝熱銅フィン3の他方の端面部を溶接して外側溶接部10を形成することも想定内であり、図2に示した溶接構造と同様であることから省略している。
The throat thickness L of the inner welded
次に、内筒1側の第1の溶接工程103では、図4に示すように、鋼製の内筒1の外面に所定枚数(N枚)の伝熱銅フィン3の片方の各端面部を突き合せて広角形状の各隅肉継手部5−1、5−2・・・5−Nを略等間隔に各々形成する。図4中には、伝熱銅フィン3を2枚のみ図示して他の部分を省略してあるが、溶接すべき所定枚数の伝熱銅フィン3は、内筒1の外面の円周方向に略等間隔に傾斜して配備されている。
Next, in the
なお、この内筒1側の第1の溶接工程103では、外筒2は配備せずに、伝熱銅フィン3を内筒1の外面に傾斜配備して広角形状の隅肉継手部5−1、5−2・・・5−Nを形成することで、本溶接前の伝熱銅フィン3の仮組作業や各隅肉継手部5−1、5−2・・・5−Nの溶接作業等を容易に行うことができる。
In the
また、内筒1側の第1の溶接工程103では、図3〜図5に示すように、所定枚数(N枚)の伝熱銅フィン3を内筒1の外面に取り付て隅肉継手部5をN箇所形成した後に、このN箇所の隅肉継手部5−1、5−2・・・5−Nに1パスずつ繰り返し溶接(連続溶接)する内筒1側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程105と、N箇所の隅肉継手部5−1、5−2・・・5−Nを予め1〜5箇所程度に分割し、その分割した1〜5箇所の隅肉継手部5−1、5−2、5−3、5−4、5−5を溶接して、その溶接部を検査するように、溶接と検査の両作業を繰り返す内筒1側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程106とに分けている。
In the
内筒1側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程105では、パス毎に溶接すべきN箇所の隅肉継手部5−1、5−2・・・5−Nの各溶接開始位置から終了位置までの各溶接線(伝熱銅フィン3の下位表面に記した点線6−1、6−2・・・6−N)に対して、シリコン入りのCuSiワイヤを用い、先行TIGと後続MIGとの複合溶接又はMIG溶接によって、1パスずつ順番に溶接施工する。
In the repeated welding process 105 of N places on the
この内筒1側のN箇所の繰り返し溶接工程105では、例えば、溶接対象の継手(内筒1及び伝熱銅フィン3の両方)側を回転駆動装置等で回転移動させて、溶接すべき隅肉継手部5−1の溶接線6−1を鉛直方向に姿勢変更した後に、溶接線6−1上に一体構造のTIG−MIG溶接トーチ又はMIG溶接トーチを下向姿勢で位置決めする。伝熱銅フィン3の両端面部が平坦面形状の場合の溶接線は、端面部から伝熱銅フィン3の表面側にワイヤ位置又はトーチ位置(電極位置含む)を所定距離だけシフトさせた位置であり、そのシフト量S1(第1の距離S1)は、S1=0〜4mmの範囲で設定すると良い。下向姿勢の一体構造のTIG−MIG溶接トーチ又はMIG溶接トーチを、溶接開始位置から終了位置までの溶接線6−1上を走行させながら1パス溶接して溶接ビード及び溶接断面部7−1を形成すると良い。
In the repeated welding process 105 at the N locations on the
このように、ワイヤ位置又はトーチ位置を伝熱銅フィン3側にシフトさせて溶接することで、伝熱銅フィン3の加熱溶融が促進されると共に鋼側の溶込み深さが抑制されるので、十分な大きさを有するのど厚L及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、浅溶込みの溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。
Thus, by shifting the wire position or torch position to the heat
溶接線6−1の1パス溶接が終了すれば、溶接トーチを回避移動させ、次の溶接線6−2の溶接では、継手側を再び回転移動させて、該当する溶接線6−2を鉛直方向に姿勢変更した後に、回避移動させていた溶接トーチを溶接線6−2上に沿って移動させて下向姿勢で位置決めを行う。溶接トーチを溶接線6−2上に沿って走行させながら1パス溶接すると良い。 When the one-pass welding of the welding line 6-1 is completed, the welding torch is moved around, and in the welding of the next welding line 6-2, the joint side is rotated again, and the corresponding welding line 6-2 is moved vertically. After changing the posture in the direction, the welding torch that has been moved to avoid is moved along the welding line 6-2 to perform positioning in a downward posture. One-pass welding may be performed while the welding torch travels along the welding line 6-2.
このように、該当する隅肉継手部5の溶接線を姿勢変更する動作、溶接線上に溶接トーチを位置決めする動作、その溶接トーチを走行させながら溶接線上に1パス溶接を施工する動作、1パス溶接施工後に溶接トーチを回避させる動作等の一連の繰り返し動作を行うことで、所定枚数(N)の隅肉継手部5の各溶接線6−1、6−2・・・6−Nに、それぞれ溶接ビード及び溶接断面部7−1、7−2・・・7−Nを形成することができる。
In this way, the operation of changing the orientation of the weld line of the corresponding fillet
なお、先行TIGと後続MIGとの複合溶接やMIG溶接や溶接試験結果等については、別の実施例(図8〜図21)を用いて後述する。 The composite welding of the preceding TIG and the succeeding MIG, the MIG welding, the welding test result, and the like will be described later using another example (FIGS. 8 to 21).
一方、内筒1側の溶接(1〜5箇所)と、その溶接部の検査を繰り返す内筒1側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程106でも、溶接施工は同様であり、上述したように、下向姿勢の一体構造のTIG−MIG溶接トーチ(又はMIG溶接トーチ)を溶接開始位置から終了位置までの溶接線6−1上に沿って走行させながら1パス溶接して溶接ビード及び溶接断面部7−1を形成すると良い。溶接後には内筒1側の溶接品質の検査工程117で溶接品質の検査を行い、また、この溶接品質の検査で不合格となった場合には、不合格の溶接部分を補修溶接工程119で補修するようにしている。
On the other hand, the welding operation is the same in the
CuSiワイヤを用いて先行TIGと後続MIGとの複合溶接又はMIG溶接することで、銅と鋼との異材溶接であっても、銅と鋼及びSiとが固溶可能な状態で適度に混合し合って割れのない良好な溶接ビード及び溶接断面部(溶接部)を形成することができる。熱伝導率が高い純銅製のCuワイヤを使用することも可能であるが、純銅製のCuワイヤの場合には、シリコン入りのCuSiワイヤと比べて、銅と鋼との異材溶接に対して溶接性及び溶接品質が劣ると共に、割れ感受性も高いことから、本実施例の溶接方法には採用しなかった。 By using CuSi wire to perform composite welding of preceding TIG and subsequent MIG or MIG welding, copper, steel, and Si can be mixed together in a state where they can be dissolved even in the case of dissimilar material welding of copper and steel. As a result, it is possible to form a good weld bead and weld cross section (welded part) without cracks. Although it is possible to use pure copper Cu wire with high thermal conductivity, in the case of pure copper Cu wire, welding is performed for dissimilar material welding of copper and steel compared to CuSi wire containing silicon. This was not adopted in the welding method of the present example because the weldability and the welding quality were inferior and the cracking sensitivity was high.
また、図3〜図5に示したように、溶接施工された各隅肉継手部5−1、5−2・・・5−Nの溶接ビード及び溶接断面部7−1、7−2・・・7−Nに、少なくとも溶接部ののど厚Lが伝熱銅フィン3の板厚T1以上(L≧T1)に形成されている。また、内筒1側の溶込み深さcは0.05mm以上6mm以下(0.05≦c≦6mm)に形成されている(この溶込み深さcについては後述する)。
Moreover, as shown in FIGS. 3-5, the weld bead of each fillet joint part 5-1, 5-2 ... 5-N welded, and weld cross-section part 7-1, 7-2. .. 7-N, at least the throat thickness L of the welded portion is formed to be equal to or greater than the plate thickness T1 (L ≧ T1) of the heat
これによって、内筒1側の各伝熱銅フィン3の溶接箇所に、十分な大きさを有するのど厚L及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、かつ、割れ等の欠陥がない品質良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。また、除熱性能の向上及び製造コスト低減にも寄与することができる。更に、溶接部の引張強度についても、100N/mm2以上の強度を確実に得ることができる。
As a result, it is possible to reliably secure a throat thickness L having a sufficient size and a heat conduction cross-sectional area effective for heat removal at the welded portion of each heat
上述したのど厚Lが伝熱銅フィン3の板厚T1よりも小さ過ぎると、例えば、内筒1側から内側溶接部7を経由して伝熱銅フィン3側に熱を伝導するのに必要な熱伝導断面積が減少するため、除熱性能の向上に支障をきたすことになる。そのため、溶接部ののど厚Lを伝熱銅フィン3の板厚T1以上(L≧T1)に形成している。また、内筒1側の溶込み深さcが深過ぎると、溶接部の断面積に対する鋼の溶融比率(希釈率)が増加するため、溶接部分の熱伝導率が減少すると共に、割れ感受性が高くなり易い。溶込み深さcが浅過ぎると、鋼側との接合不足によって引張強度が低下し易くなる。そのため、内筒1側の溶込み深さcを0.05mm以上6mm以下(0.05≦c≦6mm)に形成している。
If the throat thickness L described above is too smaller than the plate thickness T1 of the heat
内筒1側の繰り返し溶接が終了した後の内筒1側の溶接品質の検査工程107では、内筒1の各溶接部に溶接ビードが良好に形成されているか否か、割れやアンダーカット等の欠陥があるか否か、のど厚Lや溶込み深さc等を満足しているか否か等の溶接品質の検査・確認を行う。合格(工程108)であれば、次工程である外筒2側の第2の溶接工程110に進み、不合格の溶接箇所があれば、補修溶接工程109に進み、不合格の溶接箇所及び近傍を補修溶接するようにしている。なお、内筒1側の溶接品質の検査工程107を省略して、内筒1及び外筒2の両方の溶接施工の終了後に、内筒1側の溶接品質の検査工程107を実施するようにすることもできる。
In the
次に、外筒2側の第2の溶接工程110では、内筒1側の第1の溶接工程103、内筒1側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程105、内筒1側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程106の終了後又は内筒1側の検査工程107及び117の終了後に、図6に示すように、内筒1側に溶接済の伝熱銅フィン3の外周側に一体の円筒状の外筒2を配置して、所定枚数(N枚)の伝熱銅フィン3の他方の各端面部を突き合せて、広角形状の各隅肉継手部8−1、8−2・・・8−Nを略等間隔に各々形成する。
Next, in the
図6中には、図4と同様に、伝熱銅フィン3を2枚のみ図示して他の部分を省略しているが、溶接すべき所定枚数(N枚)の伝熱銅フィン3は、内筒1及び外筒2の両面に略等間隔に傾斜して配備されており、かつ、内筒1側の溶接ビード及び溶接断面部7−1、7−2・・・7−Nは既に形成済であり、継手側の姿勢を反転して図示している。
In FIG. 6, as in FIG. 4, only two heat
また、外筒2側の第2の溶接工程110では、図3、図6及び図7に示すように、外筒2側に隅肉継手部をN箇所形成した後に、このN箇所の隅肉継手部8−1、8−2・・・8−Nに1パスずつ繰り返し溶接(連続溶接)する外筒2側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程112と、1〜5箇所程度の隅肉継手部8−1、8−2・・・8−5に1パスずつ溶接すると共に、その溶接後の溶接部を検査するように溶接と検査の両作業を繰り返す外筒2側の少数単位の溶接と検査の繰り返し溶接工程113とに分けている。
Further, in the
外筒2側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程112では、内筒1側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程105の場合と同様に、パス毎に溶接すべきN箇所の隅肉継手部8−1、8−2・・・8−Nの各溶接開始位置から終了位置までの各溶接線(伝熱銅フィン3の下位表面に記した点線9−1、9−2・・・9−N)に対して、シリコン入りのCuSiワイヤを用い、先行TIGと後続MIGとの複合溶接又はMIG溶接によって、1パスずつ順番に溶接施工する。
In the repeated welding step 112 for welding N places on the
内筒1の溶接の場合と同様に、外筒2側の溶接の場合でも、溶接対象の継手(内筒1と外筒2及び伝熱銅フィン3)側を回転駆動装置等で回転移動させて、溶接すべき隅肉継手部8−1の溶接線9−1を鉛直方向に姿勢変更した後に、溶接線9−1上に、一体構造のTIG−MIG溶接トーチ又はMIG溶接トーチを下向姿勢で位置決めする。
As in the case of welding of the
上述したように、伝熱銅フィン3の両端面部が平坦面形状の場合の溶接線は、端面部から伝熱銅フィン3の表面側にワイヤ位置又はトーチ位置(電極位置含む)を所定距離だけシフトさせた位置であり、そのシフト量S1は、S1=0〜4mmの範囲で設定すると良い。下向姿勢の一体構造のTIG−MIG溶接トーチ又はMIG溶接トーチを、溶接開始位置から終了位置までの溶接線9−1上に沿って走行させながら1パス溶接して溶接ビード及び溶接断面部10−1を形成すると良い。
As described above, the welding line in the case where the both end surface portions of the heat
このように、ワイヤ位置又はトーチ位置を伝熱銅フィン3側にシフトさせて溶接することで、伝熱銅フィン3の加熱溶融が促進されると共に鋼側の溶込み深さが抑制されるので、十分な大きさを有するのど厚L及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、浅溶込みの溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。
Thus, by shifting the wire position or torch position to the heat
溶接線9−1の1パス溶接が終了すれば、溶接トーチを回避移動させ、次の溶接線9−2の溶接及びそれ以降の溶接線の溶接も同様であり、上述したように、該当する隅肉継手部の溶接線を姿勢変更する動作、溶接線上に溶接トーチを位置決めする動作、溶接トーチを走行させながら溶接線上に1パス溶接を施工する動作、1パス溶接施工後に溶接トーチを回避させる動作等の一連の繰り返し動作を行うことで、所定枚数(N枚)の隅肉継手部の各溶接線9−1、9−2・・・9−Nに、それぞれ溶接ビード及び溶接断面部10−1、10−2・・・10−Nを形成することができる。
When the one-pass welding of the welding line 9-1 is completed, the welding torch is moved around to avoid the welding of the next welding line 9-2 and the welding of the subsequent welding line, as described above. Operation to change the position of the weld line of the fillet joint, operation to position the welding torch on the weld line, operation to perform 1-pass welding on the weld line while running the welding torch, avoid welding torch after 1-pass welding operation By performing a series of repetitive operations such as an operation, a weld bead and a welded
一方、外筒2側の溶接(2〜5箇所)と、その溶接部の検査とを繰り返す外筒2側の少数単位での溶接と検査の繰り返し溶接工程113でも、内筒1側の場合と同様であり、上述したように、下向姿勢の一体構造のTIG−MIG溶接トーチ又はMIG溶接トーチを、溶接開始位置から終了位置までの溶接線9−1上に沿って走行させながら1パス溶接して溶接ビード及び溶接断面部10−1を形成すると良い。溶接後に外筒2側の溶接品質の検査工程120を行い、また、この外筒2側の溶接品質の検査工程120で不合格となった場合は、不合格の溶接部分を補修溶接工程122で補修するようにしている。
On the other hand, even in the repeated
また、図3、図6及び図7に示したように、溶接施工された各隅肉継手部8−1、8−2・・・8−Nの溶接部である溶接ビード及び溶接断面部10−1、10−2・・・10−Nに、少なくとも溶接部ののど厚Lが伝熱銅フィン3の板厚T1以上(L≧T1)に形成されている。また、外筒2側の溶込み深さcも0.05mm以上6mm以下(0.05≦c≦6mm)に形成されている。
Moreover, as shown in FIG.3, FIG6 and FIG.7, the weld bead and
これによって、上述したように、内筒1側の場合と同様に、外筒2側の各伝熱銅フィン3の溶接箇所でも、十分な大きさを有するのど厚L及び除熱に有効な熱伝導断面積を確実に確保でき、かつ、割れ等の欠陥がない品質良好な溶接ビード及びその溶接断面部を得ることができる。また、除熱性能の向上及び製造コスト低減にも寄与することができる。更に、溶接部の引張強度についても、100N/mm2以上の強度を確実に得ることができる。
Thus, as described above, as in the case of the
外筒2側の繰り返し溶接が終了した後の外筒2側の溶接品質の検査工程114では、内筒1側の溶接検査と同様に、外筒2側の各溶接部に溶接ビードが良好に形成されているか否か、割れやアンダーカット等の欠陥があるか否か、のど厚Lや溶込み深さc等を満足しているか否か等の溶接品質の検査・確認を行う。合格(工程115)であれば、次工程125のステップに進み、不合格の溶接箇所があれば、補修溶接工程116に進み、不合格の溶接箇所及び近傍を補修溶接するようにしている。
In the
図8及び図9に、本実施例に係わる一体構造のTIG−MIG溶接トーチの概略構成及びトーチ配置の一例を示す。 FIG. 8 and FIG. 9 show an example of a schematic configuration and an arrangement of the torch of an integrally structured TIG-MIG welding torch according to the present embodiment.
図8に示すように、一体構造のTIG−MIG溶接トーチ11の内部には、タングステン等の非消耗電極13、その非消耗電極13の先端部及び溶接部分に向けて第1のシールドガス14を流出させる第1のガス通路(図示せず)等を備えたTIGユニット12と、CuSiワイヤ等の消耗ワイヤ18、その消耗ワイヤ18が挿通するワイヤ通路(図示せず)、消耗ワイヤ18の先端部及び溶接部分に向けて第2のシールドガス19を流出させる第2のガス通路等を備えたMIGユニット17とが配備されている。
As shown in FIG. 8, in the TIG-
第1及び第2のシールドガス14及び19は、ガスの種類や成分を変更可能であるが、ここではArガスとHeガスとの混合ガスをシールドガスに使用している。銅と鋼との溶接にArガスとHeガスとの混合ガスを使用することで、純Arガスの場合と比べて、電位傾度が高く、溶接性や濡れ性等が優れており、品質良好な溶接部を得ることが容易となる。図示していないが、この他にも、TIG−MIG溶接トーチ11を循環水で冷却する水路が設けられている。
The first and
TIG−MIG溶接トーチ11は、鋼製の内筒1と銅製の伝熱銅フィン3との隅肉継手部5−1の溶接線6−1に対して、走行移動可能な長尺アーム31の先端部に取付冶具(図示せず)を介して略下向姿勢に取付け、又は長尺アーム31の先端部に取付冶具及び左右・上下移動可能な2軸駆動テーブル(図示せず)を介して取付け、かつ、溶接線6−1の方向に配置されている。
The TIG-
また、走行移動可能な長尺アーム31の代わりに、多関節可動式の溶接ロボットを用い、この溶接ロボットの手首部にTIG−MIG溶接トーチ11を配置(取付)して、TIG−MIG溶接トーチ11を走行移動させながら、先行TIGと後続MIGの複合溶接を隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工するようにしても良い。
Further, an articulated movable welding robot is used instead of the
更に、先行TIGの非消耗電極13側のTIGユニット12は、溶接進行方向と逆方向側に後退角−α1で傾斜配置され、また、後続MIGの消耗ワイヤ18側のMIGユニット17は、溶接進行方向に前進角+α2で傾斜配置されている。先行TIG側の後退角−α1は、0〜45度の範囲にすると良い。好ましくは15〜30度の範囲に配置するとさらに良い。他方の後続MIG側の前進角+α2は、15〜45度の範囲にすると良い。好ましくは15〜30度の範囲に配置するとさらに良い。
Furthermore, the
また、非消耗電極13の先端部の延長線が継手母材の溶接線6−1と交差する位置から消耗ワイヤ18の先端部までの両電極間の距離間隔f1は、3〜9mmの範囲にすると良い。好ましくは4〜7mmの範囲に配置するとさらに良い。また、継手母材の溶接線6−1から非消耗電極13の先端部までの電極高さf2は、3〜9mmの範囲にすると良い。好ましくは4〜7mmの範囲に配置するとさらに良い。
Further, the distance interval f1 between the electrodes from the position where the extension line of the tip of the
このように、TIG−MIG溶接トーチ11を配置して溶接線上を走行移動及び溶接動作させることで、先行TIGと後続MIGとの複合溶接を安定に施工することが可能となる。
In this way, by arranging the TIG-
なお、TIGユニット12の後退角−α1及びMIGユニット17の前進角+α2が15度よりも小さ過ぎると、例えば、非消耗電極13と消耗ワイヤ18との距離間隔f1を所定範囲に接近させることができなくなり、また、TIGアーク22とMIGアーク23で形成する1つの溶融プール24の形状が細長く不安定になり易い。一方、後退角−α1及び前進角+α2が上述した角度範囲よりも大き過ぎると、MIGアーク23によって溶融される消耗ワイヤ18の溶滴が、スパッタとなって先行TIG側方向に飛び散り易く、そのスパッタの一部が先行TIG側の非消耗電極13に付着して非消耗電極13を損傷させることがあり、また、ガスシールド性が低下し易いので好ましくない。従って、先行TIG側の後退角−α1は、0〜45度の範囲にすると良いし、後続MIG側の前進角+α2は、15〜45度の範囲にすると良い。
If the receding angle −α1 of the
また、非消耗電極13と消耗ワイヤ18との距離間隔f1の値が3mmよりも小さ過ぎると、例えば、TIGアーク22とMIGアーク23が接近し過ぎ、後続MIG側の消耗ワイヤ18から発生したスパッタの一部が先行TIG側の非消耗電極13に付着して非消耗電極13を損傷させることがあり、しかも、TIGアーク22とMIGアーク23の挙動も不安定になり易い。一方、非消耗電極13と消耗ワイヤ18との距離間隔f1が9mmよりも大き過ぎると、TIGアーク22とMIGアーク23で形成する1つの溶融プール24の形状が細長く不安定になり易く、所望の溶接ビード及び溶接断面部が得られない場合がある。従って、非消耗電極13の先端部の延長線が継手母材の溶接線6−1と交差する位置から消耗ワイヤ18の先端部までの両電極間の距離間隔f1は、3〜9mmの範囲にすると良い。
On the other hand, if the value of the distance interval f1 between the
更に、継手母材の溶接線6−1から非消耗電極13の先端部までの電極高さf2が3mmよりも小さ過ぎると、例えば、TIGアーク22の短縮に伴うアーク電圧低下及び入熱減少等によって溶融不足が発生することがあり、また、非消耗電極13の先端部が溶融プール24の表面上に接近しているので、溶融プール24の挙動変化や飛散したスパッタの影響を受け易くなる。一方、継手母材の溶接線6−1から非消耗電極13の先端部までの電極高さf2が9mmよりも大き過ぎると、TIGアーク22の延長に伴うアーク不安定化及び入熱増加等によって、伝熱銅フィン3が過剰に溶融されてアンダーカットの発生要因になることがあり、また、ガスシールド性も低下し易いので好ましくない。従って、継手母材の溶接線6−1から非消耗電極13の先端部までの電極高さf2は、3〜9mmの範囲にすると良い。
Furthermore, if the electrode height f2 from the weld line 6-1 of the joint base material to the tip of the
図9に示すように、TIG溶接電源15は、給電ケーブル16−1、16−2を経由してTIGユニット12内の非消耗電極13と継手母材の内筒1との間に接続され、かつ、非消耗電極13側の極性を負極(マイナス)とし、内筒1側の極性を正極(プラス)として、TIGアーク22を溶接箇所に発生させる。他方のMIG溶接電源20(ワイヤ送給装置も含む)は、給電ケーブル21−1、21−2を経由してMIGユニット17内の消耗ワイヤ18と継手母材の内筒1との間に接続され、かつ、消耗ワイヤ18側の極性を正極(プラス)とし、内筒1側の極性を負極(マイナス)として、MIGアーク23をTIGアーク22の後方近傍に発生させる。
As shown in FIG. 9, the TIG
先行TIG側の非消耗電極13を流れる第1の溶接電流Iaと、後続MIG側の消耗ワイヤ18(CuSiワイヤ)を流れる第2の溶接電流Ibとで生じる反発作用の磁力によって、相互に反発し合う2つのTIGアーク22とMIGアーク23で1つの溶融プール24を形成し、溶接進行方向25に移動させながら溶接するようにしている。
The first welding current Ia flowing through the
非消耗電極13を流れる第1の溶接電流Iaと、消耗ワイヤ18を流れる第2の溶接電流Ibとの比(Ia/Ib)は、約0.8〜1.2の範囲に設定して出力させると良い。また、第1及び第2の溶接電流Ia、Ibは、両方共に直流電流を給電して、直流同士の2つのアークを形成すると良い。
The ratio (Ia / Ib) between the first welding current Ia flowing through the
非消耗電極13を流れる第1の溶接電流Iaと、消耗ワイヤ18を流れる第2の溶接電流Ibとの比(Ia/Ib=0.8〜1.2)の範囲で直流同士の溶接電流Ia、Ibを出力させることで、相互に反発し合うTIGアーク22とMIGアーク23が略下向き方向に偏向した状態で持続されると共に、1つの溶融プール24を安定に形成することができる。また、消耗ワイヤ18の先端部からの溶滴が飛散することなく、溶融プール24内へ容易に溶滴移行し易くなり、良好な溶接ビード及び溶接断面部を有する溶接ビード及び溶接断面部7−1を得ることができる。
Welding current Ia between direct currents in the range of the ratio of the first welding current Ia flowing through the
非消耗電極13を流れる第1の溶接電流Iaと、消耗ワイヤ18を流れる第2の溶接電流Ibとの比(Ia/Ib)が小さ過ぎる場合又は大き過ぎる場合には、相互に反発し合うTIGアーク22とMIGアーク23に大きな偏差が生じるため、電流が大きい側のアーク力の影響により電流の小さい側のアーク挙動が不安定となって溶接不良になり易い。
When the ratio (Ia / Ib) between the first welding current Ia flowing through the
一方、例えば、TIG側の極性を負極(マイナス)から正極(プラス)に反転させた場合は、溶接中にタングステン等の非消耗電極13が高温過熱によって激しく消耗するため、アーク挙動が不安定となって溶接不良になり易く、時間の長い溶接が困難となる。また、TIGアーク22とMIGアーク23が相互に引き合う方向に偏向するため、MIG側の消耗ワイヤ18の溶滴が、TIG側の非消耗電極13に溶着して短時間で電極消耗が発生することもある。他方のMIG側の極性を正極(プラス)から負極(マイナス)に反転させた場合には、不安定なアーク挙動及びスパッタの発生を伴うため溶接不良になり易く、時間の長い溶接が困難となる。
On the other hand, for example, when the polarity on the TIG side is reversed from the negative electrode (minus) to the positive electrode (plus), the
図9中には、説明し易くするために中央付近の溶接線6−1上にTIGアーク22とMIGアーク23及び1つの溶融プール24を図示しているが、実際にTIGアーク22とMIGアーク23を発生させる箇所は、溶接すべき隅肉継手部5−1の溶接線6−1上の溶接開始位置である。
In FIG. 9, for ease of explanation, the
例えば、溶接対象の継手(内筒1及び伝熱銅フィン3)側を回転駆動装置等で回転移動させて、溶接すべき隅肉継手部5−1の溶接線6−1を鉛直方向に姿勢変更した後に、溶接線6−1上に一体構造のTIG−MIG溶接トーチ11を下向姿勢で位置決めする。その後、TIG−MIG溶接トーチ11を溶接線6−1上の溶接開始位置に停止させる。TIG−MIG溶接トーチ11内のTIGユニット12の開口部と、MIGユニット17の開口部との両方からArガスとHeガスとの混合ガスを溶接開始位置及びその近傍で流出させながら、先行TIGの非消耗電極13の先端部から電極負極(マイナス)のTIGアーク22を発生させ、その第1の溶接電流Iaを定常値まで到着させた直後又は所定時間経過後に、後続MIGの消耗ワイヤ18として送給するCuSiワイヤからワイヤ正極(プラス)のMIGアーク23を、TIGアーク22の後方近傍に発生させると共に、その第2の溶接電流Ibを定常値まで到達させ、相互に反発し合うTIGアーク22とMIGアーク23で1つの溶融プール24を、溶接開始位置に発生させた直後又は所定時間経過後に、TIG−MIG溶接トーチ11を走行させて、1つの溶融プール24を溶接線方向に移動させながら隅肉継手部5−1の溶接終了位置まで溶接するようにしている。
For example, the joint (
このように溶接施工することで、上述したように、隅肉継手部5−1の溶接開始位置から終了位置までの溶接線6−1上に良好な溶接ビード及び溶接断面部を有する溶接部7−1を得ることができる。
By carrying out welding in this way, as described above, the
図10は、本発明の実施例2としてのMIG溶接トーチの概略構成及びトーチ配置の一例を示すものである。該図に示す例は、上述したTIG−MIG溶接トーチ11の代わりに、MIG溶接トーチ26を使用する場合の例である。
FIG. 10 shows an example of a schematic configuration and a torch arrangement of a MIG welding torch as
該図に示す如く、MIG溶接トーチ26を使用する場合には、消耗ワイヤ18のCuSiワイヤと継手母材の内筒1との間に給電ケーブル29−1、29−2を経由してMIG溶接電源28が接続されている。また、MIG溶接トーチ26は、上述のTIG−MIG溶接トーチ11の場合と同様に、溶接すべき溶接線6−1に対して、走行移動可能な長尺アーム(図示せず)の先端部又は多関節可動式の溶接ロボット(図示せず)の手首部に取付冶具(図示せず)を介して略下向姿勢に取付けられ、かつ、溶接線6−1の方向に配置されている。また、本実施例でのMIG溶接トーチ26は、溶接進行方向に対して、略垂直又は前進角+α3で傾斜配置されている。
As shown in the figure, when the
なお、前進角+α3は、記載を省略しているが、図8び図9に示したTIG−MIG溶接トーチ11内のMIGユニット17の傾斜角+α2に該当するトーチ傾斜角度であり、図10に示すMIG溶接トーチ26を使用する場合には、前進角+α3を0〜30度の範囲にすると良い。好ましくは0〜15度の範囲に配置するとさらに良い。この前進角+α3を30度よりも大きくして溶接すると、MIGアークが前方に傾斜し過ぎることから、MIGアークによって溶融さる消耗ワイヤ18の溶滴が前方方向へ飛び散り(スパッタ多発)し易く、また、ガスシールド性も低下し易いので好ましくない。
Although the advance angle + α3 is omitted, it is a torch inclination angle corresponding to the inclination angle + α2 of the
MIG溶接を行う場合は、MIG溶接トーチ26の先端部の開口部からArガスとHeガスとの混合ガスからなるMIG用シールドガス27を流出させながら、ワイヤ正極(プラス)のMIGアーク(図示せず)を隅肉継手部5の溶接線6−1上の溶接開始位置より発生させ、1つのアークで1つの溶融プールを形成させてから、MIG溶接トーチ26を溶接進行方向に移動させながら下向姿勢で溶接するようにしている。
When performing MIG welding, the MIG arc (not shown) of the wire positive electrode (plus) is made while the
直流電流を給電するワイヤ正極(プラス)の直流MIGアークによる溶接も可能であるが、高いピーク電流と低い電流とを交互に繰り返すパルスMIGアークを使用すると、直流MIGアークの場合よりもスパッタの発生が少ない溶接を行うことができる。 Welding of the wire positive electrode (plus) that supplies DC current with DC MIG arc is also possible, but if pulse MIG arc that repeats high peak current and low current alternately is used, spatter is generated more than DC MIG arc. There is little welding.
溶接すべき内筒1側の伝熱銅フィン3の片方端面部と隅肉継手部5又は外筒2側の伝熱銅フィン3の他方端面部と隅肉継手部5の角度θ1は、θ1=120度±15度(105≦θ1≦135度)の範囲の広角傾斜に配置(構成)されており、また、内筒1及び外筒2の両面に形成された伝熱銅フィン3の両方端面部との隅肉継手部5の角度θ1も上記値と同じ範囲内に配置すると良い。また、他方の内筒1側又は外筒2側の傾斜角度θ2は、水平線に対して、θ2=30度±15度(15≦θ2≦45度)の範囲となるように配置されている。
The angle θ1 between one end surface portion of the heat
このような角度範囲で継手部材(伝熱銅フィン3と内筒1又は伝熱フィン3と外筒2)を傾斜配置することで、MIG溶接トーチ26(TIG−MIG溶接トーチ11の場合も同様)を略垂直の下向姿勢に配置可能となり、溶接トーチ等の操作性が良くなると共に、溶接前の準備作業及び溶接作業等を向上することができる。
The joint member (the heat
なお、図1及び図2で説明したように、内筒1及び外筒2と複数枚(N枚)の伝熱銅フィン3との間に区分けされた各空間4には、使用済燃料の集合体から法線状に放出される放射線を遮蔽する物質(レジン)が別途実施するレジン充填工程で充填される。このため、図4〜7及び図10に示したように、隅肉継手部5の角度θ1を135度よりも大きくすると、上述したレジンの充填によって放射線を効果的に遮蔽することができるが、溶接施工時に内筒1の外面及び外筒2の内面の間に溶接すべき各伝熱銅フィン3の板幅を事前に大きく製作する必要がある。
As described with reference to FIGS. 1 and 2, each
このため、伝熱銅フィン3の製作コスト増加になると共に、隣接し合う各伝熱銅フィン3の溶接時に、溶接トーチの一部が隣の伝熱銅フィン3に接触して溶接施工が実施できなく可能性が高い。
For this reason, the manufacturing cost of the heat
一方、隅肉継手部5の角度θ1を105度よりも小さくすると、伝熱銅フィン3の板幅は縮小でき、また、溶接施工もし易くなるが、使用済燃料の集合体から放出される放射線量の一部が各レジンの間(伝熱銅フィン3及び隙間)から透過することが予想され、この放射線量の透過漏れ等によって、放射線遮蔽能力が低下する可能性が高まるので好ましくない。
On the other hand, if the angle θ1 of the fillet
従って、隅肉継手部5の角度θ1を105≦θ1≦135度の範囲の広角傾斜に配置することで、溶接施工の実施や放射線遮蔽の能力確保を可能にすることができる。
Therefore, by arranging the angle θ1 of the fillet
また、内筒1側又は外筒2側の傾斜角度θ2は、MIG溶接トーチ26(TIG−MIG溶接トーチ11の場合も同様)を略垂直の下向姿勢に配置するための角度であることから、隅肉継手部5の角度θ1の大きさに対応して変化させれば良く、例えば、隅肉継手部5の角度θ1を小さくする場合は、他方の内筒1側又は外筒2側の傾斜角度θ2を大きくする方向に変化させ、反対に、隅肉継手部5の角度θ1を大きくする場合には、傾斜角度θ2を小さくする方向に変化させると良い。
Further, the inclination angle θ2 on the
図8及び図9に示した一体構造のTIG−MIG溶接トーチ11及び図10に示したMIG溶接専用のMIG溶接トーチ26は、図8に一例として示すように、駆動装置311によって走行移動可能な長尺アーム31の先端部(又は多関節可動式の溶接ロボットの手首部)に取付冶具を介して略下向姿勢に取付け、又は長尺アーム31の先端部に取付冶具及び左右・上下移動可能な2軸駆動テーブルを介して略下向姿勢に取付けると共に、溶接線方向に配置されている。また、伝熱銅フィン3の銅板と内筒1又は外筒2の鋼材と隅肉継手部に対して、パス毎に溶接すべき隅肉継手部の溶接線の溶接開始位置から終了位置まで、溶接制御機器201による長尺アーム31の走行指令、TIG溶接電源15及びMIG溶接電源20への出力指令によって、一体構造のTIG−MIG溶接トーチ11又はMIG溶接トーチ26の走行動作及び溶接動作を実行させながら、先行TIGと後続MIGとの複合溶接又はMIG溶接を隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接が施工されている。
The integrated TIG-
このようにして、継手傾斜の隅肉継手部の溶接線6−1上に、MIG溶接トーチ26又はTIG−MIG溶接トーチ11を下向配置して溶接施工することで、溶接線の開始位置から終了位置まで安定に溶接することができると共に、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることが可能となる。
In this manner, by placing the
図11及び図12は、本実施例に係わるMIT溶接又は先行TIGと後続MIGの複合溶接における伝熱銅フィン3の両端面形状と継手配置及びトーチ配置の一例を示すものである。
FIGS. 11 and 12 show an example of the shape of both end surfaces of the heat
図11に示す伝熱銅フィン3(長さ方向短縮)の両端面部の形状は、伝熱銅フィン3の表面に対して、30度±15度の範囲で傾斜(端面傾斜角:15≦β1≦45度)している傾斜面形状38であり、内筒1の表面(又は外筒2の表面)と略平行な傾斜面に予め加工してある。この傾斜面形状38を有する伝熱銅フィン3を備えた隅肉継手部の溶接線上に、MIG溶接トーチ26を配置した事例である。
The shape of both end faces of the heat transfer copper fin 3 (length direction shortening) shown in FIG. 11 is inclined with respect to the surface of the heat
一方、図12に示す伝熱銅フィン3の両端面部の形状は、傾斜面がない端面(β1=0に相当)の平坦面形状39である。この平坦面形状39を有する伝熱銅フィン3を備えた他の隅継手部の溶接線上に、TIG−MIG溶接トーチ11を配置した事例である。
On the other hand, the shape of both end surfaces of the heat
これらの例では、先行TIG側の非消耗電極13を主に図示して、後続MIG側の消耗ワイヤ18の方は省略している。伝熱銅フィン3の両端面部が平坦面形状39の場合は、傾斜面形状38の場合と比べて加工コストを低減することができる。図11中に記載したMIG溶接トーチ26と、図12中に記載したTIG−MIG溶接トーチ11とを入れ替えて、溶接すべき隅肉継手部の溶接線上に配置することもできる。
In these examples, the
一方、内筒1側(又は外筒2側)と伝熱銅フィン3の片方端面部との隅肉継手部5の継手角度θ1については、伝熱銅フィン3の両端面部が傾斜面形状38の場合でも平坦面形状39の場合でも同様である。
On the other hand, with respect to the joint angle θ1 of the fillet joint 5 between the
上述したように、内筒1側(又は外筒2側)と伝熱銅フィン3の片方端面部との隅肉継手部5の継手角度θ1は、θ1=120度±15度(105≦θ1≦135度)の範囲の広角傾斜に形成されている。他方の内筒1側(外筒2の場合も同様)の傾斜角度θ2は、水平線に対して、θ2=30度±15度(15≦θ2≦45度)の範囲に配置されている。また、隅肉継手部5の底面には、ギャップGがあったりなかったりすることから、また、MIG溶接トーチ26(又はTIG−MIG溶接トーチ11)の位置を伝熱銅フィン3側にシフトさせる第1の距離S1(又は第2の距離S2)が変化することがあることから、ギャップGと第1の距離S1及び第2の距離S2を同図中に記載している。
As described above, the joint angle θ1 of the fillet joint 5 between the
なお、第1の距離S1は、伝熱銅フィン3の端面角部b点から溶接線6に該当する位置まで、消耗ワイヤ18の先端部(又は非消耗電極13の延長線と伝熱銅フィン3表面との交差した交点位置)をシフトさせた長さ(距離)のことである。他方の第2の距離S2は、伝熱銅フィン3表面の延長線が内筒1表面(又は外筒2表面)と交差する位置のa点からb点を通過した上部にある溶接線の位置まで、消耗ワイヤ18(又は非消耗電極13)をシフトさせた長さ(距離)のことである。
The first distance S1 is the tip of the consumable wire 18 (or the extension line of the
また、第1の距離S1と第2の距離S2との間には相関関係があり、S2=S1+T1/tan(180−θ1)−T1×tanβ1+G/sin(180−θ1)の式で示される。β1の値が上述した30度±15度の場合は、傾斜面形状38の伝熱銅フィン3であり、かつ、β1=θ1−90度の時のS2は、S2=S1+G/sin(180−θ1)の式に簡略することができる。また、β1の値が0度の場合には、平坦面形状39の伝熱銅フィン3であり、その時のS2は、S2=S1+T1/tan(180−θ1)+G/sin(180−θ1)の式に簡略することができる。
Further, there is a correlation between the first distance S1 and the second distance S2, which is expressed by an equation of S2 = S1 + T1 / tan (180−θ1) −T1 × tanβ1 + G / sin (180−θ1). When the value of β1 is 30 ° ± 15 ° as described above, the heat
第1の距離S1の範囲位置又は第2の距離S2の範囲位置の溶接線上に、TIG−MIG溶接トーチ11又はMIG溶接トーチ26を略下向姿勢に設定して、先行TIGと後続MIGとの複合溶接又はMIG溶接によって、隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することで、溶接線の開始位置から終了位置まで安定に溶接することができると共に、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることが可能となる。
The TIG-
図13及び図14は、本発明の実施例3としての実施例1に採用される溶接装置であり、長尺アームの先端部にTIG−MIG溶接トーチ及びガイドローラを配備した一例を示すものである。 13 and 14 show a welding apparatus employed in the first embodiment as the third embodiment of the present invention, and shows an example in which a TIG-MIG welding torch and a guide roller are arranged at the distal end portion of the long arm. is there.
該図に示す如く、先行TIGと後続MIGとの複合溶接を行う一体構造のTIG−MIG溶接トーチ11は、取付冶具34、35及び左右・上下移動可能な2軸駆動テーブル36を介して長尺アーム31の先端部に配置(取付)されている。2軸駆動テーブル36は、溶接線方向に対する左右方向及び上下方向の駆動が可能なものであり、この2軸駆動テーブル36によって、TIG−MIG溶接トーチ11の左右・上下方向の位置を自動で動かすことができる。
As shown in the figure, the TIG-
また、回転移動可能なガイドローラ32は、TIG−MIG溶接トーチ11よりも先行する右位置にあって、長尺アーム31の下側に配備され、かつ、溶接線から近距離だけ離れた伝熱銅フィン3の表面部と内筒1側の表面部(又は外筒2側の表面部)との両面に接触回転動するように配備されている。このガイドローラ32の接触回転動によって、TIG−MIG溶接トーチ11を隅肉継手部の溶接線方向へ容易に走行案内することができる。
Further, the rotationally
また、隅肉継手部の溶接線の曲がりや溶接による変形等が小さく、事前の位置決めも正確な継手の溶接であれば、スリット光切断センサ等の計測機器を使用することなく、ガイドローラ32の接触回転動によって、TIG−MIG溶接トーチ11を隅肉継手部の溶接線方向に走行案内しながら、先行TIGと後続MIGとの複合溶接を隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置までの溶接施工を行うことができると共に、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることが可能である。
Further, if the welding of the fillet joint portion is small, such as bending of the weld line and deformation due to welding, and accurate positioning in advance, the
一方、37は、輻射熱や飛散物を遮蔽する遮蔽板であり、溶接線方向に溶接を行うTIG−MIG溶接トーチ11(又はMIG溶接トーチ26)と、このTIG−MIG溶接トーチ11(又はMIG溶接トーチ26)よりも前方位置で、かつ、隅肉継手部の溶接線から近距離だけ離れた伝熱銅フィン3の表面部と内筒1側の表面部又は外筒2側の表面部との両面に接触回転動するように配備した回転移動可能なガイドローラ32との間にあり、かつ、溶接線と略直角方向の上部位置で、長尺アーム31の先端部の下側に配備されている。
On the other hand, 37 is a shielding plate that shields radiant heat and scattered matter. The TIG-MIG welding torch 11 (or MIG welding torch 26) for welding in the direction of the welding line and the TIG-MIG welding torch 11 (or MIG welding). Between the surface portion of the heat
この遮蔽板37の配備によって、TIG−MIG溶接トーチ11又はMIG溶接トーチ26による溶接中に発生する輻射熱やスパッタ、ヒューム等の飛散物を遮蔽することができる。また、同時に先行位置にあるガイドローラ32を保護することも同時にできる。
By disposing the shielding
また、図8、図11〜14に示すように、溶接装置は、少なくとも先行TIGと後続MIGとの複合溶接が可能な一体構造のTIG−MIG溶接トーチ11と、後続MIG側の消耗ワイヤ18であるシリコン入りのCuSiワイヤと、TIG−MIG溶接トーチ11の先端部から隅肉継手部の溶接部分及びその近傍に向けてガスを流出させるArとHeとの混合ガスからなる第1のシールガス14及び第2のシールドガス19と、TIG−MIG溶接トーチ11をアーム先端部に取付冶具35を介して取付可能で、かつ、溶接方向に走行移動可能な長尺アーム31と、先行TIGの非消耗電極13の極性を負極(マイナス)とし、隅肉継手側の極性を正極(プラス)とした給電を行うTIG溶接電源15と、他方の後続MIGの消耗ワイヤ18の極性を正極(プラス)とし、隅肉継手側の極性を負極(マイナス)とした給電及びワイヤ送給を行うMIG溶接電源20とを備えている。
Further, as shown in FIGS. 8 and 11 to 14, the welding apparatus includes at least a TIG-
このような溶接装置によって、隅肉継手部の溶接線6−1の開始位置及び近傍で、TIG−MIG溶接トーチ11の先端部からAr+Heとの混合ガスを流出させながら、TIG溶接電源15から給電する第1の溶接電流Iaと、MIG溶接電源20から給電する第2の溶接電流Ibとの比(Ia/Ib)を0.8〜1.2の範囲で出力させ、先行TIGの非消耗電極13に流れる第1の溶接電流Iaと、後続MIGの消耗ワイヤ18に流れる第2の溶接電流Ibとで生じる反発作用の磁力によって、相互に反発し合う2つのアークを隅肉継手部の溶接開始位置に発生させると共に、反発し合うTIGアーク22とMIGアーク23で1つの溶融プール24を形成させ、TIGアーク22とMIGアーク23及び1つの溶融プール24による複合溶接によって、隅肉継手部の溶接線6−1の開始位置から終了位置まで溶接施工するができる。
With such a welding apparatus, power is supplied from the TIG
これによって、安定に溶接することができると共に、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることが可能となる。 This makes it possible to stably weld and obtain a good weld bead and weld cross section.
なお、図13及び図14に示した実施例では、一体構造のTIG−MIG溶接トーチ11の配置例を記載しているが、MIG溶接トーチ26に交換してMIG溶接を行うようにすることもできる。また、TIG−MIG溶接トーチ11は、取付冶具34、35及び2軸駆動テーブル36を介して長尺アーム31の先端部に配置しているが、2軸駆動テーブル36を搭載せずに、TIG−MIG溶接トーチ11を長尺アーム31の先端部に配置することもできる。
In the embodiment shown in FIG. 13 and FIG. 14, the arrangement example of the TIG-
更に、本実施例では、長尺アーム31を右側方向に走行移動させて、TIG−MIG溶接トーチ11を右側方向に移動させながら溶接動作を行うようにしているが、長尺アーム31を右側方向と反対側左側方向に走行移動させる場合には、ガイドローラ32を先頭位置、TIG−MIG溶接トーチ11を後続位置に配置代えすると共に、先行TIG−後続MIGになるように180度回転することで、左側方向に移動させながら正常に溶接動作を行うことができる。
Further, in this embodiment, the
また、上述したように、伝熱銅フィン3の表面部と内筒1側の表面部又は外筒2側の表面部との両面に接触回転動するように、ガイドローラ32を長尺アーム31の下側に配備し、ガイドローラ32の接触回転動によってTIG−MIG溶接トーチ11を溶接線方向へ走行案内させながら、先行TIGと後続MIG、TIGアーク22とMIGアーク23及び1つの溶融プール24による複合溶接によって、隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することで、安定に溶接することができると共に、良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることが可能となる。
Further, as described above, the
また、図13及び図14に示した実施例では、TIG−MIG溶接トーチ11を長尺アーム31に配置しているが、長尺アーム31の代わりに、多関節可動式の溶接ロボットを用い、TIG−MIG溶接トーチ11(又はMIG溶接トーチ26)を溶接ロボットの手首部に配置(取付)して、トーチ走行移動させながら、先行TIGと後続MIGとの複合溶接(又はMIG溶接)を隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工するようにしても良い。
In the embodiment shown in FIGS. 13 and 14, the TIG-
次に、本発明者等が実際に行った溶接試験の方法及び結果について説明する。 Next, the welding test method and results actually conducted by the present inventors will be described.
先ず、銅と鋼との異材の隅肉継手部5のギャップGやトーチ位置又はワイヤ位置をシフトさせる第1及び第2の距離S1及びS2が変化する可能性が高いことから、溶接品質に及ぼす影響や溶接条件裕度を確認するため、ギャップG及び第1の距離S1を変化させる溶接試験を行い、溶接品質等を評価した。また、ワイヤ送り速度とワイヤ溶着断面積及びのど厚の関係についても調査した。更に、鋼側の溶込み深さと希釈率(溶融比率)及び割れの関係等を調査するため、鋼板表面にCuSiワイヤを直接溶接する試験も行った。
First, since there is a high possibility that the first and second distances S1 and S2 that shift the gap G, the torch position, or the wire position of the
MIG溶接試験では、板厚5mmの銅板(C1020P)と板厚16mmの炭素鋼板(SM400A)との隅肉継手を用い、また、TIG−MIG複合溶接試験では、板厚5mmの銅板(C1020P)と板厚50mmの炭素鋼板(SM400A)との隅肉継手を用いた。溶接ワイヤは1.2mm径のCuSiワイヤ(MG960)、また、シールドガスはArガスとHeガス(50〜70%)との混合ガスを用いた。 In the MIG welding test, a fillet joint of a copper plate (C1020P) having a thickness of 5 mm and a carbon steel plate (SM400A) having a thickness of 16 mm is used. In the TIG-MIG combined welding test, a copper plate (C1020P) having a thickness of 5 mm is used. A fillet joint with a carbon steel plate (SM400A) having a thickness of 50 mm was used. The welding wire used was a 1.2 mm diameter CuSi wire (MG960), and the shielding gas used was a mixed gas of Ar gas and He gas (50 to 70%).
図15は、本発明に係わるワイヤ送り速度Wfとワイヤ溶着断面積Aw及びのど厚Lの関係を示すものであり、ワイヤ溶着部の断面積を二等辺三角形と仮定した時の論理のど厚L0(溶込みなしの計算値)、実際に溶接試験したMIG溶接部及びTIG−MIG複合溶接部ののど厚L(溶込みありの実測値)、その溶接断面写真の一例をそれぞれ併記している。 FIG. 15 shows the relationship between the wire feed speed Wf, the wire weld cross-sectional area Aw and the throat thickness L according to the present invention, and the logical throat thickness L0 (when the cross-sectional area of the wire weld portion is assumed to be an isosceles triangle. (Calculated value without penetration), throat thickness L (measured value with penetration) of the MIG welded part and TIG-MIG composite welded part actually welded, and an example of a photograph of the weld cross section are also shown.
MIG溶接試験では、パルス電流波形を使用すると共に、溶接速度を抑制(204mm/分)し、ワイヤ送り速度Wfを6〜9m/分(溶接電流165〜260A)を変化させて溶接した。また、TIG−MIG複合溶接試験では、溶接速度を350mm/分に増加すると共に、ワイヤ送り速度Wfを10〜12m/分(MIG電流300〜360A、TIG電流300〜360A)を増加し変化させて溶接した。図15は、その時の結果を示すものである。 In the MIG welding test, a pulse current waveform was used, the welding speed was suppressed (204 mm / min), and the wire feed speed Wf was changed from 6 to 9 m / min (welding current 165 to 260 A) for welding. In the TIG-MIG combined welding test, the welding speed is increased to 350 mm / min, and the wire feed speed Wf is increased and increased by 10 to 12 m / min (MIG current 300 to 360 A, TIG current 300 to 360 A). Welded. FIG. 15 shows the result at that time.
銅板と鋼板との溶接断面部は、図中の溶接断面写真のように、ビード表面が凸形状(曲線形状)で、かつ、銅板側にも溶込みを有するため、図中□及び■で示す溶接断面部ののど厚Lは、図中▲で示す論理のど厚L0よりも大きく、また、伝熱銅フィンに該当する銅板の板厚(T1=5mm)よりも大きく形成されている。更に、TIG−MIG複合溶接の場合には、TIGアークとMIGアークで加熱溶融するため、MIG溶接の場合と比べて、入熱量Qが大きく、銅側の溶融が深くなるため、ワイヤ溶着断面積Aw(図中○で示す)が少なくても、のど厚Lは銅板の板厚(T1=5mm)よりも大きく形成することができる。 The weld cross section of the copper plate and steel plate is indicated by □ and ■ in the figure because the bead surface has a convex shape (curved shape) and the copper plate side also has a penetration as shown in the photograph of the weld cross section in the figure. The throat thickness L of the weld cross section is larger than the logical throat thickness L0 indicated by ▲ in the figure, and is larger than the thickness (T1 = 5 mm) of the copper plate corresponding to the heat transfer copper fin. Furthermore, in the case of TIG-MIG composite welding, since it is heated and melted by TIG arc and MIG arc, compared with the case of MIG welding, the amount of heat input Q is larger and the melting on the copper side becomes deeper. Even if Aw (indicated by ◯ in the figure) is small, the throat thickness L can be formed larger than the thickness of the copper plate (T1 = 5 mm).
このような試験結果から、ワイヤ溶着断面積Awを約30〜55mm2の範囲(30≦Aw≦55mm2)に設定して溶接すれば、のど厚Lは板厚T1と同等の5mm以上(L≧T1=5mm)に形成することができると判断した。また、溶接電流と電圧及び溶接速度から入熱量Q(kJ/cm)を概算した結果、約Q=12〜35kJ/cmの範囲(12≦Q≦35kJ/cm)で良いことが分った。即ち、ワイヤ溶着断面積Awが少な過ぎると(30mm2以下)、入熱不足及び溶融不足による不良、のど厚L不足になり易い。また、ワイヤ溶着断面積Awが多過ぎると(55mm2以上)、溶融金属の垂れ下がりやアンダーカット等が発生し易い。 From such test results, if the welding is set to a range of wire welding sectional area Aw of about 30~55mm 2 (30 ≦ Aw ≦ 55mm 2), throat thickness L is equal to 5mm or more and the plate thickness T1 (L ≧ T1 = 5 mm) was determined. Moreover, as a result of estimating the heat input Q (kJ / cm) from the welding current, voltage and welding speed, it was found that the range of about Q = 12 to 35 kJ / cm (12 ≦ Q ≦ 35 kJ / cm) is sufficient. That is, if the wire welding cross-sectional area Aw is too small (30 mm 2 or less), it is liable to be insufficient due to insufficient heat input and insufficient melting, or insufficient throat thickness L. Moreover, when there are too many wire welding cross-sectional areas Aw (55 mm < 2 > or more), dripping of a molten metal, an undercut, etc. will occur easily.
図16は、銅板の端面平坦面継手及び端面傾斜面継手のMIG溶接におけるトーチ位置のシフト量S2と溶接部ののど厚L及びビード幅Wとの関係を示すものである。なお、図中の×印は、鋼側との接合不足及び強度不足のため、溶接断面部の切断中に溶金底部(溶接金属底面部)と鋼母材表面部との境界から破断した溶接データである。 FIG. 16 shows the relationship between the shift amount S2 of the torch position, the throat thickness L and the bead width W in the MIG welding of the end face flat joint and the end face inclined joint of the copper plate. In addition, the x mark in the figure indicates welding that is broken from the boundary between the bottom of the molten metal (bottom of the weld metal) and the surface of the steel base material during the cutting of the weld cross section due to insufficient joining and insufficient strength with the steel side. It is data.
また、図17は、トーチ位置(ワイヤ位置)のシフト量S2(第2の距離S2)を変化させてMIG溶接した時の端面平坦面継手と端面傾斜面継手の代表的な溶接ビード外観及び溶接部断面写真を示すものである。 FIG. 17 shows typical weld bead appearances and welds of end face flat surface joints and end face inclined surface joints when MIG welding is performed by changing the shift amount S2 (second distance S2) of the torch position (wire position). The cross-sectional photograph is shown.
図16に示すように、MIG溶接部のビード幅Wは、シフト量S2の増加に伴って減少する傾向にあるが、のど厚Lの方は、同程度又は若干増加しており、何れも銅板の板厚(T1=5mm)よりも大きく形成されている。また、端面平坦面継手の場合には、継手底部に開口部(ギャップに相当する大きさ:2.9mm)があるため、溶接中に溶融金属の一部が開口部内に流入することから、端面傾斜面継手の場合と比べると、のど厚Lが約0.5〜1mm程小さくなり、他方のビード幅Wは約1〜1.4mm程大きくなっている。また、端面傾斜面継手にギャップ(G=0〜2mm)がある場合でも、のど厚Lは何れも銅板の板厚(T1=5mm)よりも大きく形成されている。 As shown in FIG. 16, the bead width W of the MIG welded portion tends to decrease as the shift amount S2 increases, but the throat thickness L increases to the same extent or slightly, both of which are copper plates. It is formed to be larger than the plate thickness (T1 = 5 mm). In the case of a flat end face joint, since there is an opening at the bottom of the joint (size corresponding to the gap: 2.9 mm), a part of the molten metal flows into the opening during welding. Compared to the case of the inclined surface joint, the throat thickness L is about 0.5 to 1 mm smaller, and the other bead width W is about 1 to 1.4 mm larger. Further, even when the end face inclined surface joint has a gap (G = 0 to 2 mm), the throat thickness L is formed larger than the thickness of the copper plate (T1 = 5 mm).
鋼側の最大溶込み深さcについては、図16中に記載していないが、図17の溶接部断面写真に示すように、MIG溶接では溶込み深さcが浅い形状の溶接断面部が得られる。例えば、端面平坦面継手の場合には、トーチ位置のシフト量S2(第2の距離S2)が0.9mmの時(図17の(1))で約0.37mm、4.9mmの時(図17の(2))で約0.12mmであった。シフト量S2が大きい6.9mmの時には切断中に破断してしまい、計測することができなかったが、溶込み深さcはほぼ0mmであると判断している。 The maximum penetration depth c on the steel side is not described in FIG. 16, but as shown in the weld cross-section photograph in FIG. 17, a weld cross-section having a shallow penetration depth c is not obtained in MIG welding. can get. For example, in the case of a flat end face joint, when the shift amount S2 (second distance S2) of the torch position is 0.9 mm ((1) in FIG. 17), it is about 0.37 mm and 4.9 mm ( In FIG. 17 (2)), it was about 0.12 mm. When the shift amount S2 was large 6.9 mm, it broke during cutting and could not be measured, but it was determined that the penetration depth c was almost 0 mm.
一方、端面傾斜面継手の場合の最大溶込み深さcは、シフト量S2が0mmの時(図17の(3))で約0.15mm、3mmの時(図17の(4))で約0.10mmであり、また、S2が大きい5mmの時には切断中に破断したことから、端面平坦面継手の場合と同様に、溶込み深さcはほぼ0mmであると判断している。 On the other hand, the maximum penetration depth c in the case of the end face inclined surface joint is about 0.15 mm and 3 mm (FIG. 17 (4)) when the shift amount S2 is 0 mm (FIG. 17 (3)). Since it was about 0.10 mm and fractured during cutting when S2 was 5 mm, the penetration depth c was determined to be almost 0 mm, as in the case of the end face flat surface joint.
上記結果より、溶接部ののど厚Lが銅板の板厚T1以上(L≧T1=5mm)の形成可能なシフト量S2(第2の距離S2)の適正範囲は、端面平坦面継手の場合で約S2=0.9〜6mmの範囲であり、銅端面角部からの距離S1(第1の距離)に換算すると、S1≒−1.9〜3.1mmの範囲となる。端面傾斜面継手の場合は約S2=0〜4mmの範囲であり、銅端面角部からの距離S1(第1の距離)に換算すると、ギャップGが0〜2mmの時でも、S1≒0〜4mmの範囲となる。これらの溶接部の溶込み深さcは約0.05〜0.37mmであり、接合可能な溶込み深さcの下限値は0.05mm以上とした。なお、切断中に破断(×印)した試験データは強度不足のために除外した。 From the above results, the appropriate range of shift amount S2 (second distance S2) that can be formed when the throat thickness L of the weld is equal to or greater than the thickness T1 of the copper plate (L ≧ T1 = 5 mm) is the case of the end face flat joint. The range is about S2 = 0.9 to 6 mm, and when converted to the distance S1 (first distance) from the corner portion of the copper end face, the range is S1≈−1.9 to 3.1 mm. In the case of the end face inclined face joint, the range is about S2 = 0 to 4 mm. When converted to the distance S1 (first distance) from the corner of the copper end face, even when the gap G is 0 to 2 mm, S1≈0 to 0. The range is 4 mm. The penetration depth c of these welds is about 0.05 to 0.37 mm, and the lower limit value of the penetration depth c that can be joined is 0.05 mm or more. Note that the test data that was broken (×) during cutting was excluded because of insufficient strength.
図18は、炭素鋼表面にCuSiワイヤを直接溶接した時の溶込み深さと鋼側の希釈率の関係を示すものであり、MIG単独溶接結果及びTIG−MIG複合溶接結果の両方を併記している。 FIG. 18 shows the relationship between the penetration depth when the CuSi wire is directly welded to the carbon steel surface and the dilution rate on the steel side. Both the MIG single welding result and the TIG-MIG composite welding result are shown together. Yes.
該図に示す希釈率α(%)は、鋼側の溶融断面積をb、溶接部全体の溶融断面積をa+bとした時に、α=b/(a+b)×100の式で算出した。各溶接部の溶融断面積は、約10倍に拡大した溶接断面写真から溶接部の輪郭を描くと共に、その輪郭内部の溶融断面積a、bを面積計算ソフトによって算出した後に、希釈率αをそれぞれ算出した。 The dilution rate α (%) shown in the figure was calculated by the equation: α = b / (a + b) × 100, where b is the cross-sectional area of the steel side and a + b is the cross-sectional area of the entire weld. The melt cross-sectional area of each weld is drawn from the weld cross-section photograph magnified about 10 times, and the melt cross-sections a and b inside the contour are calculated by the area calculation software, and then the dilution rate α is set. Each was calculated.
その結果、ワイヤ送り速度を増加(MIG電流も連動して増加)すると、溶込み深さc及び希釈率αは増加する傾向にあると共に、溶接速度が速い方が大きくなっている。また、TIG−MIG複合溶接の場合は、ワイヤ送り速度を12.2m/分まで増加して溶接したが、割れは発生しなかった。 As a result, when the wire feed rate is increased (the MIG current is also increased), the penetration depth c and the dilution rate α tend to increase, and the higher the welding speed, the greater. Further, in the case of TIG-MIG composite welding, the wire feed speed was increased to 12.2 m / min and welding was performed, but no cracks occurred.
一方、MIG単独溶接の場合には、TIG−MIG複合溶接の場合と比較して、溶込み深さc及び希釈率αが大きく、その溶込み深さcが約7mm以上、希釈率αが約50%以上の時に、溶接ビード表面に開口した割れが発生した。このため、TIG−MIG複合溶接でも、ワイヤ送り速度をさらに増加すると、溶込み深さc及び希釈率αは増加すると推定されることから、割れの発生に至ると考えられる。 On the other hand, in the case of MIG single welding, the penetration depth c and the dilution rate α are larger than in the case of TIG-MIG composite welding, the penetration depth c is about 7 mm or more, and the dilution rate α is about When it was 50% or more, cracks opened on the surface of the weld bead occurred. For this reason, even in TIG-MIG combined welding, it is estimated that the penetration depth c and the dilution rate α will increase when the wire feed rate is further increased, leading to the occurrence of cracks.
このような結果より、割れ発生の境界は、鋼側の希釈率αが50%以上及び溶込み深さcが約6mm以上であり、これらの値よりも小さい領域では割れ難いと推定される。 From these results, the cracking boundary is estimated to be difficult to crack in the region where the steel side dilution rate α is 50% or more and the penetration depth c is about 6 mm or more, and is smaller than these values.
MIG溶接の場合には、高いピーク電流と低いベース電流とを繰り返すパルス波形のアークを真下方向に発生させて溶接していることから、アーク力及び指向力等の増加に伴って溶込み深さcが増加することが考えられる。 In the case of MIG welding, since the arc having a pulse waveform that repeats a high peak current and a low base current is generated in the downward direction and welding is performed, the penetration depth increases with increasing arc force and directivity. It is conceivable that c increases.
これに対して、TIG−MIG複合溶接の場合には、先行TIGの非消耗電極及び後続MIGのワイヤ電極を溶接方向に傾斜させており、かつ、TIGアークとMIGアークを反発し合う方向に偏向させた状態で発生させて溶接していることから、MIG溶接の場合と比べて、アーク力及び指向力が抑制されて、溶込み深さの増加を抑制していることが考えられる。CuSiワイヤの代わりにCuワイヤを用いて、炭素鋼表面にMIG溶接した場合には、割れ感受性が高まることから、例えば、ワイヤ送り速度が約10m/分以上の領域で溶接ビード表面に開口した割れが発生することを確認している。 On the other hand, in the case of TIG-MIG composite welding, the non-consumable electrode of the preceding TIG and the wire electrode of the subsequent MIG are inclined in the welding direction, and the TIG arc and the MIG arc are deflected in a repulsive direction. Since it is generated and welded in this state, it is considered that the arc force and directivity are suppressed and increase in penetration depth is suppressed as compared with the case of MIG welding. When Cu wire is used instead of CuSi wire and MIG welding is performed on the surface of carbon steel, the cracking susceptibility is increased. For example, cracks opened on the surface of the weld bead in a region where the wire feed speed is about 10 m / min or more. Has been confirmed to occur.
一方、銅と鋼との異材継手溶接では、投入する熱エネルギがワイヤ溶融と銅及び鋼溶融に分散されるため、深い溶込みにはならずに、溶込み深さの浅い溶接部が形成され易いことから、割れは発生し難いものと考えられる。また、シリコン入りのCuSiワイヤを用いて溶接することで、銅と鋼との異材継手溶接であっても、銅と鋼及びSiとが固溶可能な状態で適度に混合し合って割れのない良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。鋼側の溶込み深さcが約6mm以下であれば、割れの問題は解消可能である。従って、溶込み深さcの許容範囲は、0.05≦c≦6mmが良い。 On the other hand, in dissimilar joint welding of copper and steel, the input heat energy is dispersed to wire melting and copper and steel melting, so that a deep weld penetration is formed without deep penetration. It is considered that cracks are unlikely to occur because it is easy. Also, by welding using CuSi wire containing silicon, even when dissimilar joint welding of copper and steel, copper, steel and Si are mixed properly in a state where they can be dissolved, and there is no crack Good weld beads and weld cross sections can be obtained. If the penetration depth c on the steel side is about 6 mm or less, the problem of cracking can be solved. Therefore, the allowable range of the penetration depth c is preferably 0.05 ≦ c ≦ 6 mm.
但し、希釈率αの増加によって溶接部の熱伝導率が減少することが予想されるため、これを抑制する観点から、溶込み深さcの上限値を4mm以下に制限することが好ましい。 However, since it is expected that the thermal conductivity of the welded portion will decrease as the dilution rate α increases, from the viewpoint of suppressing this, it is preferable to limit the upper limit value of the penetration depth c to 4 mm or less.
表1は、端面平坦面の銅板と炭素鋼との隅肉継手部のギャップ及びトーチ位置のシフト量を変化させてTIG−MIG複合溶接試験を行った時の溶接条件を示すものである。 Table 1 shows the welding conditions when the TIG-MIG composite welding test was performed by changing the gap of the fillet joint between the copper plate of the end face flat surface and the carbon steel and the shift amount of the torch position.
本溶接試験では、溶接品質に及ぼす影響や溶接条件裕度を確認するため、隅肉継手部のギャップGを変化(G=0〜3mm)させると共に、トーチ位置のシフト量S2(第2の距離S2)を変化(S2=3〜9mm)させ、下向姿勢で先行TIGと後続MIGの溶接試験を行った。板厚5mmの銅板(C1020P)と板厚50mmの炭素鋼板(SM400A)との隅肉継手であり、溶接ワイヤは1.2mm径のCuSiワイヤ、シールドガスはArガスとHeガスとの混合ガスをそれぞれ用いた(なお、継手配置及びトーチ配置については図8〜図12を参照)。 In this welding test, in order to confirm the influence on the welding quality and the welding condition tolerance, the gap G of the fillet joint is changed (G = 0 to 3 mm) and the torch position shift amount S2 (second distance) S2) was changed (S2 = 3 to 9 mm), and a welding test for the preceding TIG and the succeeding MIG was performed in a downward posture. This is a fillet joint of a copper plate (C1020P) with a thickness of 5 mm and a carbon steel plate (SM400A) with a thickness of 50 mm. Each was used (refer to FIGS. 8 to 12 for joint arrangement and torch arrangement).
表2は、表1に示した溶接条件で溶接試験した時のTIG−MIG複合溶接部の形状寸法と引張試験及び評価結果を示すものである。 Table 2 shows the shape, tensile test and evaluation results of the TIG-MIG composite weld when the welding test is performed under the welding conditions shown in Table 1.
表2中には、各溶接試験片の前半側及び後半側の2箇所ずつ採取した各溶接断面部ののど厚L、ビード垂直高さH、溶け込み深さcの各値及びとその平均値等を記載し、また、同一の溶接試験片の中央部分から採取した各引張試験片(幅40mmの溶接継手)の引張荷重及び引張強さを記載すると共に、品質基準を満足するか否かの合否判定の結果をそれぞれ記載している。 In Table 2, each value and average value of the throat thickness L, bead vertical height H, penetration depth c, etc. of each welded cross-section sampled from the first half side and the second half side of each weld specimen are shown. In addition, the tensile load and tensile strength of each tensile test piece (welded joint with a width of 40 mm) taken from the central part of the same weld test piece are described, and whether or not the quality standard is satisfied The results of the determination are described respectively.
例えば、のど厚Lが板厚5mm未満のもの(No.9とNo.13の2本)、溶込み深さcが4mmを超えるもの(0本)、ビード止端部のアンダーカットが1mmを超えるもの(No.12の1本)、引張荷重Wtが20kN(100N/mm2)未満のもの(No.3は切断中に破断)を不合格としている。他の番号の試験片は、各基準値を満足しているので合格としている。また、表1及び表2中には記載していないが、シフト量S2=1mm、ギャップG=0mmの継手についても溶接試験を実施している。 For example, the throat thickness L is less than 5 mm (No. 9 and No. 13), the penetration depth c exceeds 4 mm (0), and the undercut at the bead toe is 1 mm. Exceeding one (No. 12 No. 12), and having a tensile load Wt of less than 20 kN (100 N / mm 2 ) (No. 3 breaks during cutting) are rejected. The test pieces with other numbers satisfy each standard value, and therefore pass. Although not shown in Tables 1 and 2, a welding test is also performed on a joint with a shift amount S2 = 1 mm and a gap G = 0 mm.
図19は、隅肉継手部のギャップ及びトーチ位置のシフト量を変化させて、TIG−MIG複合溶接試験を行った時の溶接部の品質評価結果及び適正条件領域を示すものである。図19は、横軸に銅端面角部からの距離S1、縦軸にギャップGを示し、その図中に溶接品質評価の合否から適正条件領域及び不適領域を記している。なお、銅端面角部からの距離S1(第1の距離S1)と、トーチ位置のシフト量S2(第2の距離S2)との関係は、上述したように、端面平坦面継手の場合、S1=S2−{T1/tan(180−θ1)+G/sin(180−θ1)}の簡略式で算出することができる。 FIG. 19 shows the quality evaluation result and appropriate condition region of the welded part when the TIG-MIG composite welding test is performed by changing the gap of the fillet joint and the shift amount of the torch position. In FIG. 19, the horizontal axis indicates the distance S1 from the corner portion of the copper end surface, and the vertical axis indicates the gap G. In FIG. As described above, the relationship between the distance S1 (first distance S1) from the corner portion of the copper end face and the shift amount S2 (second distance S2) of the torch position is S1 in the case of the end face flat joint. = S2- {T1 / tan (180- [theta] 1) + G / sin (180- [theta] 1)}.
該図に示す如く、品質基準を満足する適正条件領域(○印)は、のど厚不足領域(左側の◆印)と、強度不足(右側の■印)及びアンダーカット過大領域(▲印)とを除いた中央部分にある。ギャップGが3mm以上の領域では、試験データが1つしかないので不明であるが、垂れ落ちやのど厚不足等の溶接不良に至る可能性があると考えられる。 As shown in the figure, the appropriate condition area (○ mark) that satisfies the quality standards is the area where the throat is insufficient (left mark ◆), the strength is insufficient (right mark ■), and the undercut excessive area (▲ mark). It is in the center part excluding. In the region where the gap G is 3 mm or more, since there is only one test data, it is unknown, but it is thought that there is a possibility of leading to poor welding such as sagging or insufficient throat thickness.
また、強度不足(右側の■印)及びアンダーカット過大領域(▲印)内にも品質基準を満足する(○印)データがあるが、適正条件領域から外した。更に、左側ののど厚不足領域(◆印)内にも品質基準を満足する(○印)データ(S1=−1.9、G=0mm)があるが、適正条件領域から外した。 In addition, there is data that satisfies the quality standard (◯ mark) even in the area of insufficient strength (marked on the right side) and excessively undercut (marked with ▲), but it was excluded from the appropriate condition area. Furthermore, there is data (S1 = -1.9, G = 0 mm) that satisfies the quality standards in the throat thickness deficient region (marked with ♦) on the left side, but was excluded from the proper condition region.
従って、ギャップGに対する裕度は、G=0〜2mm程度か若しくはG=0〜3mm程度であり、また、銅端面角部からの距離S1に対する裕度は、S1=−0.5〜4mm程度であると判断した。若しくはS1=0〜4mm程度に限定することもできる。更に、第2の距離S2に置き換えると、S2≒2.5〜7mm程度(若しくはS2≒3〜7mm程度)である。 Therefore, the tolerance for the gap G is about G = 0 to 2 mm or about G = 0 to 3 mm, and the tolerance for the distance S1 from the corner portion of the copper end surface is about S1 = −0.5 to 4 mm. It was judged that. Or it can also be limited to about S1 = 0-4 mm. Further, when replaced with the second distance S2, S2 is approximately 2.5 to 7 mm (or S2 is approximately 3 to 7 mm).
このような裕度内の適正領域で溶接施工することで、品質基準を満足する良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができる。 By performing welding in an appropriate region within such tolerance, it is possible to obtain a good weld bead and weld cross section that satisfy the quality standards.
図20は、TIG−MIG複合溶接した溶接部の代表的な溶接断面写真の一実施例であり、図20の(1)はギャップG=0mm、シフト量S2=5mmの場合、図20の(2)は、ギャップG=2mm、シフト量S2=5mmの場合の場合である。 FIG. 20 is an example of a typical weld cross-section photograph of a welded portion where TIG-MIG composite welding is performed. FIG. 20 (1) shows a case where the gap G = 0 mm and the shift amount S2 = 5 mm. 2) is a case where the gap G = 2 mm and the shift amount S2 = 5 mm.
図20の(1)から分かるように、ギャップGが0mmの場合は、ビード表面が凸形状(曲線形状)で、かつ、銅板の裏側近くまで溶込んだ形状の溶接断面部になり易い。これに対して、図20の(2)から分かるように、ギャップが1mm又は2mm程度ある場合には、銅板の溶融促進及び溶融金属のギャップ内への流入によって銅裏側に貫通した形状の溶込みになると共に、鋼側の溶込み深さも増加しており、また、ビード表面が平坦形状の溶接断面部になり易い。何れの場合も、溶接断面部も品質基準を満足している。 As can be seen from (1) of FIG. 20, when the gap G is 0 mm, the bead surface has a convex shape (curved shape) and tends to be a welded cross-section having a shape that melts to the back side of the copper plate. On the other hand, as can be seen from (2) of FIG. 20, when the gap is about 1 mm or 2 mm, the penetration of the shape penetrating the copper back side by the acceleration of melting of the copper plate and the inflow of the molten metal into the gap At the same time, the penetration depth on the steel side also increases, and the bead surface tends to be a flat weld cross section. In any case, the weld cross section also satisfies the quality standard.
また、TIG−MIG複合溶接の場合には、MIG単独溶接の場合と比べて、溶接電流(TIG電流/MIG電流)が高く、溶接速度も速く、かつ、銅と鋼との隅肉継手部を2つのアークで加熱・溶融するため、銅側の溶込みが深い形状の溶接断面部になり易い。なお、割れについては、いずれの溶接試験片からも認められなかった。 In addition, in the case of TIG-MIG composite welding, the welding current (TIG current / MIG current) is higher and the welding speed is higher than in the case of MIG single welding, and the fillet joint between copper and steel is used. Since it is heated and melted by two arcs, the penetration on the copper side tends to be a deep weld cross section. In addition, about the crack, it was not recognized from any welding test piece.
以上述べたように、本発明によれば、銅と鋼との異材継手の溶接性に優れ、十分な大きさを有するのど厚L及び除熱に有効な熱伝導断面積を確保でき、かつ、割れ等の欠陥がない品質良好な溶接ビード及び溶接断面部を得ることができると共に、除熱性能の向上及び製造コストの低減にも寄与することができる。 As described above, according to the present invention, the weldability of the dissimilar joint between copper and steel is excellent, the throat thickness L having a sufficient size and a heat conduction cross-sectional area effective for heat removal can be secured, and It is possible to obtain a weld bead and a weld cross section having good quality free from defects such as cracks, and to contribute to an improvement in heat removal performance and a reduction in manufacturing cost.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1…内筒、2…外筒、3…伝熱銅フィン、4…空間、5、5−1、5−2・・・5−N、8、8−1、8−2・・・8−N…隅肉継手部、6、6−1、6−2・・・6−N、9−1、9−2・・・9−n…溶接線、7…内側溶接部、7−1、7−2・・・7−N、10−1、10−2・・・10−N…溶接ビード及び溶接断面部、10…外側溶接部、11…TIG−MIG溶接トーチ、12…TIGユニット、13…非消耗電極、14…第1のシールドガス、15…TIG溶接電源、16−1、16−2、21−1、21−2、29−1、29−2…給電ケーブル、17…MIGユニット、18…消耗ワイヤ、19…第2のシールドガス、20、28…MIG溶接電源、22…TIGアーク、23…MIGアーク、24…溶融プール、25…溶接進行方向、26…MIG溶接トーチ、27…MIG用シールドガス、31…長尺アーム、32…ガイドローラ、33、34、35…取付冶具、36…2軸駆動テーブル、37…遮蔽板、38…傾斜面形状、39…平坦面形状、100…伝熱銅フィンの溶接手順、102…ワイヤ溶着断面積決定工程、103…内筒側の第1の溶接工程、105…内筒側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程、106…内筒側の少数単位の溶接と検査の繰り返し溶接工程、107、117…内筒側の溶接品質の検査工程、109、116、119、122…補修溶接工程、110…外筒側の第2の溶接工程、112…外筒側のN箇所の溶接の繰り返し溶接工程、113…外筒側の少数単位の溶接と検査の繰り返し溶接工程、114、120…外筒側の溶接品質の検査工程、201…溶接制御機器、311…駆動装置。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
溶接すべき前記隅肉継手部の溶接線に対して、前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接が可能な一体構造のTIG−MIG溶接トーチと、前記後続MIG側の消耗ワイヤにシリコン入りのCuSiワイヤとを用い、前記TIG−MIG溶接トーチを走行移動可能な長尺アームの先端部又は多関節可動式の溶接ロボットの手首部に取付冶具を介して取付けると共に、前記先行TIGの非消耗電極の極性を負極とし、前記隅肉継手側の極性を正極とした給電をTIG溶接電源で行い、一方、前記後続MIGのCuSiワイヤの極性を正極とし、前記隅肉継手側の極性を負極とした給電をMIG溶接電源で行い、かつ、前記TIG溶接電源から給電する第1の溶接電流(Ia)と前記MIG溶接電源から給電する第2の溶接電流(Ib)との比(Ia/Ib)を所定の範囲で出力させ、前記先行TIGの非消耗電極に流れる前記第1の溶接電流(Ia)と前記後続MIGのCuSiワイヤに流れる前記第2の溶接電流(Ib)とで生じる反発作用の磁力によって、相互に反発し合うTIGアークとMIGアークを前記隅肉継手部の溶接開始位置に発生させると共に、反発し合う前記TIGアークとMIGアークで1つの溶融プールを形成させ、前記TIGアークとMIGアーク及び前記1つの溶融プールによる複合溶接によって、前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 Inclined deployment at substantially equal intervals between the outer surface of the steel inner cylinder that houses the assembly of spent fuel containing radioactive material and the inner surface of the steel outer cylinder that is coaxially disposed outside the inner cylinder A wide angle on the inner tube side formed by abutting one end surface portion of the heat transfer copper fin in the longitudinal direction of the outer surface of the inner tube when welding both end surface portions of the predetermined number of copper heat transfer copper fins An inclined fillet joint, or a wide-angle inclined fillet joint on the outer cylinder formed by abutting the other end surface of the heat transfer copper fin in the longitudinal direction of the inner surface of the outer cylinder, or the inner cylinder and the outer In the welding method of the heat transfer copper fin for metal cask, which is welded by composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG to the fillet joints formed on both surfaces of the cylinder,
An integrated TIG-MIG welding torch capable of composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG with respect to the weld line of the fillet joint to be welded, and silicon on the consumable wire on the subsequent MIG side A CuSi wire is used to attach the TIG-MIG welding torch to the distal end of a long arm that can travel and move or the wrist of an articulated movable welding robot via an attachment jig, and the non-consumable electrode of the preceding TIG The TIG welding power source is used to supply power with the polarity of the fillet joint side as the positive electrode, while the polarity of the CuSi wire of the subsequent MIG is the positive electrode and the polarity at the fillet joint side is the negative electrode The first welding current (Ia) fed from the TIG welding power source and the second welding current (Ib) fed from the MIG welding power source are fed by the MIG welding power source. (Ia / Ib) is output within a predetermined range, and the first welding current (Ia) flowing through the non-consumable electrode of the preceding TIG and the second welding current (Ib) flowing through the CuSi wire of the subsequent MIG, The TIG arc and the MIG arc that repel each other are generated at the welding start position of the fillet joint by the magnetic force of the repulsive action generated in the above, and one molten pool is formed by the repelling TIG arc and the MIG arc. Welding of heat transfer copper fin for metal cask characterized in that welding is performed from the start position to the end position of the weld line of the fillet joint portion by composite welding using the TIG arc, MIG arc and the one molten pool Method.
前記TIG溶接電源から給電する第1の溶接電流(Ia)と前記MIG溶接電源から給電する第2の溶接電流(Ib)との比(Ia/Ib)は、0.8〜1.2の範囲であることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat-transfer copper fin for metal casks of Claim 1,
The ratio (Ia / Ib) between the first welding current (Ia) fed from the TIG welding power source and the second welding current (Ib) fed from the MIG welding power source is in the range of 0.8 to 1.2. A method for welding a heat transfer copper fin for a metal cask, characterized in that:
前記隅肉継手部の溶接線の溶接開始位置で、前記TIG−MIG溶接トーチ先端部の開口部からArガスとHeガスとの混合ガスからなるシールドガスを流出させながら、前記先行TIGの非消耗電極と前記隅肉継手部との間に負極の前記TIGアークを発生させ、かつ、前記第1の溶接電流(Ia)を定常値まで到達させた直後又は所定時間経過後に、前記後続MIGのCuSiワイヤと前記隅肉継手部との間に正極の前記MIGアークを前記TIGアークの後方に発生させると共に、前記第2の溶接電流(Ib)を定常値まで到達させ、相互に反発し合う前記TIGアークとMIGアークで前記1つの溶融プールを前記隅肉継手部の溶接開始位置に形成させた直後又は所定時間経過後に、前記TIG−MIG溶接トーチを走行移動させながら、前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接を前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat transfer copper fin for metal casks of Claim 1 or 2,
At the welding start position of the weld line of the fillet joint portion, the shield gas composed of a mixed gas of Ar gas and He gas is allowed to flow out from the opening at the tip of the TIG-MIG welding torch, and the preceding TIG is not consumed. Immediately after the TIG arc of the negative electrode is generated between the electrode and the fillet joint and the first welding current (Ia) is reached to a steady value or after a predetermined time has elapsed, CuSi of the subsequent MIG The positive electrode MIG arc is generated behind the TIG arc between the wire and the fillet joint, and the second welding current (Ib) is reached to a steady value and repels each other. Immediately after the one molten pool is formed at the welding start position of the fillet joint by arc and MIG arc, or after a predetermined time has elapsed, the TIG-MIG welding torch must not be moved. Et al., The prior TIG and the subsequent MIG welding method of a metal cask Den Netsudo fins, characterized in that the hybrid welding to welding to the end position from the start position of the weld line of the fillet joint portion of.
前記TIG−MIG溶接トーチを走行移動可能な長尺アームの先端部に配置する場合には、前記TIG−MIG溶接トーチの前方位置で、かつ、前記隅肉継手部の溶接線から所定の距離だけ離れた前記伝熱銅フィンの表面部と前記内筒側の表面部又は前記外筒側の表面部との両面に接触回転動するように、回転移動可能なガイドローラを前記長尺アームの下側に配備し、前記ガイドローラの接触回転動によって前記TIG−MIG溶接トーチを溶接線方向へ走行案内させながら、前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接を前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat transfer copper fin for metal casks of any one of Claims 1 thru | or 3,
In the case where the TIG-MIG welding torch is disposed at the distal end of a long arm that can be moved and moved, the TIG-MIG welding torch is positioned in front of the TIG-MIG welding torch and a predetermined distance from the weld line of the fillet joint. A guide roller that can be rotated and moved so as to contact and rotate on both surfaces of the surface portion of the heat transfer copper fin and the surface portion on the inner cylinder side or the surface portion on the outer cylinder side that are separated from each other. The composite TIG-MIG welding torch is guided in the direction of the welding line by the contact rotational movement of the guide roller, and the composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG is performed on the welding line of the fillet joint portion. A welding method for heat transfer copper fins for metal casks, wherein welding is performed from a start position to an end position.
前記隅肉継手部の溶接線方向に配置する前記TIG−MIG溶接トーチには、前記先行TIGの非消耗電極、前記後続MIGのCuSiワイヤとそのワイヤ通路及びシールドガス通路が配備され、かつ、溶接線の鉛直線に対して前記先行TIGの非消耗電極は、溶接進行方向と逆方向側に0〜45度の後退角度範囲で傾斜配置していると共に、前記後続MIGのCuSiワイヤは、溶接進行方向側に15〜45度の前進角度範囲で傾斜配置され、しかも、前記非消耗電極の先端部と前記CuSiワイヤの先端部との距離間隔は3〜9mmの範囲に配置され、溶接制御機器による長尺アームの走行指令、TIG溶接電源及びMIG溶接電源への出力指令によって、前記TIG−MIG溶接トーチの走行動作及び溶接動作を実行させながら、前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接を前記隅肉継手部の溶接線の溶接開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat transfer copper fin for metal casks of any one of Claims 1 thru | or 4,
The TIG-MIG welding torch arranged in the weld line direction of the fillet joint is provided with a non-consumable electrode of the preceding TIG, a CuSi wire of the subsequent MIG, its wire passage and a shield gas passage, and welding. The non-consumable electrode of the preceding TIG is inclined with respect to the vertical direction of the wire in a receding angle range of 0 to 45 degrees in the direction opposite to the welding progress direction, and the CuSi wire of the subsequent MIG is welded. It is arranged to be inclined at a forward angle range of 15 to 45 degrees on the direction side, and the distance interval between the tip portion of the non-consumable electrode and the tip portion of the CuSi wire is set in a range of 3 to 9 mm. While executing the traveling operation and welding operation of the TIG-MIG welding torch by the long arm traveling command, the output command to the TIG welding power source and the MIG welding power source, Welding method of the metal cask Den Netsudo fins, characterized by welding the composite welding of the trailing MIG row TIG end position from the welding start position of the welding line of the fillet joint.
溶接すべき前記内筒側の前記伝熱銅フィンの片方端面部と隅肉継手部又は前記外筒側の前記伝熱銅フィンの他方端面部と隅肉継手部の角度θ1、若しくは前記内筒と外筒の両面に形成された前記伝熱銅フィンの両方端面部と隅肉継手部の角度θ1は、前記内筒の外面又は前記外筒の内面若しくは前記内筒と外筒の両面に対して、θ1=120±15度(105≦θ1≦135度)の範囲であり、前記内筒側又は前記外筒側の傾斜角度θ2は、水平線に対して、30度±15度(15≦θ2≦45度)の範囲に配置され、前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接又はMIG溶接によって前記隅肉継手部の溶接線の溶接開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat transfer copper fin for metal casks of any one of Claims 1 thru | or 5,
One end face and fillet joint of the heat transfer copper fin on the inner cylinder side to be welded, or angle θ1 of the other end face and fillet joint of the heat transfer copper fin on the outer cylinder side, or the inner cylinder The angle θ1 between both end surface portions of the heat transfer copper fin formed on both surfaces of the outer cylinder and the fillet joint portion is relative to the outer surface of the inner tube, the inner surface of the outer tube, or both surfaces of the inner tube and the outer tube. Θ1 = 120 ± 15 degrees (105 ≦ θ1 ≦ 135 degrees), and the inclination angle θ2 on the inner cylinder side or the outer cylinder side is 30 degrees ± 15 degrees (15 ≦ θ2) with respect to the horizontal line. ≦ 45 degrees), and is welded from the welding start position to the end position of the weld line of the fillet joint by composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG or MIG welding. Welding method for heat transfer copper fin for cask.
前記伝熱銅フィンの両端面部が平坦面形状の伝熱銅フィンを用いた前記隅肉継手部の溶接線に前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接を施工する際には、前記伝熱銅フィンの端面角部b点から前記伝熱銅フィンの表面側に前記TIG−MIG溶接トーチの位置をシフトさせる第1の距離S1は0〜4mmの範囲であり、若しくは前記伝熱銅フィン表面の延長線と前記内筒の表面又は前記外筒の表面の周方向の表面線とが交わる交点位置のa点から前記伝熱銅フィンの表面側に前記TIG−MIG溶接トーチの位置をシフトさせる第2の距離S2は、前記伝熱銅フィンの板厚をT1、前記隅肉継手部の角度をθ1、ギャップをGとした時に、S2=S1+T1/tan(180−θ1)+G/sin(180−θ1)の範囲であり、前記第1の距離S1の範囲位置又は第2の距離S2の範囲位置の溶接線上に前記TIG−MIG溶接トーチを略下向姿勢に設定して、前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接を前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat transfer copper fin for metal casks of any one of Claims 1 thru | or 6,
When the composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG is performed on the weld line of the fillet joint portion using the heat transfer copper fin whose both end surfaces are flat surface shapes, the heat transfer is performed. The first distance S1 for shifting the position of the TIG-MIG welding torch from the end face corner b point of the copper fin to the surface side of the heat transfer copper fin is in the range of 0 to 4 mm, or the surface of the heat transfer copper fin The position of the TIG-MIG welding torch is shifted to the surface side of the heat transfer copper fin from the point a of the intersection position where the extension line of the inner surface and the surface line in the circumferential direction of the surface of the inner cylinder or the surface of the outer cylinder intersect The second distance S2 is S2 = S1 + T1 / tan (180−θ1) + G / sin (180, where T1 is the thickness of the heat transfer copper fin, θ1 is the fillet joint angle, and G is the gap. −θ1) and the range of the first distance S1. The TIG-MIG welding torch is set in a substantially downward position on the welding line in the position or range of the second distance S2, and the combined welding of the preceding TIG and the subsequent MIG is performed on the weld line of the fillet joint portion. A welding method for heat transfer copper fins for metal casks, wherein welding is performed from the start position to the end position.
前記先行TIGと前記後続MIGとの複合溶接の代わりに、MIG溶接トーチとCuSiワイヤ及びMIG溶接電源を用いてMIG溶接を施工する際には、前記伝熱銅フィンの端面角部b点から前記伝熱銅フィンの表面側に前記MIG溶接トーチの位置をシフトさせる第1の距離S1は−1.9〜3.1mmの範囲であり、若しくは前記伝熱銅フィンの表面の延長線と前記内筒の表面又は前記外筒の表面の周方向の表面線とが交わる交点位置のa点から前記伝熱銅フィンの表面側に前記MIG溶接トーチの位置をシフトさせる第2の距離S2は、前記伝熱銅フィンの板厚をT1、前記隅肉継手部の角度をθ1、ギャップをGとした時に、S2=S1+T1/tan(180−θ1)+G/sin(180−θ1)の範囲であり、前記第1の距離S1の範囲位置又は第2の距離S2の範囲位置の溶接線上に前記MIG溶接トーチを設定して、前記MIG溶接を前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat transfer copper fin for metal casks of any one of Claims 1 thru | or 6,
When performing MIG welding using a MIG welding torch, a CuSi wire, and a MIG welding power source instead of the composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG, from the corner b of the end face of the heat transfer copper fin, The first distance S1 for shifting the position of the MIG welding torch to the surface side of the heat transfer copper fin is in the range of -1.9 to 3.1 mm, or the extension line of the surface of the heat transfer copper fin and the inner The second distance S2 for shifting the position of the MIG welding torch from the point a of the intersection position where the surface of the cylinder or the surface of the outer cylinder in the circumferential direction intersects to the surface side of the heat transfer copper fin is When the plate thickness of the heat transfer copper fin is T1, the angle of the fillet joint is θ1, and the gap is G, S2 = S1 + T1 / tan (180−θ1) + G / sin (180−θ1), A range position of the first distance S1, or For the metal cask characterized in that the MIG welding torch is set on the welding line in the range of the distance S2 of 2 and the MIG welding is welded from the start position to the end position of the fillet joint portion. Welding method for heat transfer copper fins.
前記伝熱銅フィンの両端面部が傾斜面形状の伝熱銅フィンを用いた隅肉継手部の溶接線に前記MIG溶接を施工する際には、前記第1の距離S1は0〜4mmの範囲であり、若しくは前記第2の距離S2は、前記伝熱銅フィンの板厚をT1、前記伝熱銅フィンの両端面部の端面傾斜角をβ1、隅肉継手部の角度をθ1、ギャップをGとした時に、S2=S1+T1/tan(180−θ1)−T1×tanβ1+G/sin(180−θ1)の範囲であり、前記第1の距離S1の範囲位置又は第2の距離S2の範囲位置の溶接線上に前記MIG溶接トーチを設定して、前記MIG溶接を前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat-transfer copper fin for metal casks of Claim 8,
When the MIG welding is performed on the weld line of the fillet joint portion using the heat transfer copper fin whose both end surfaces are inclined surfaces, the first distance S1 is in the range of 0 to 4 mm. Or the second distance S2 is defined as follows: the thickness of the heat transfer copper fin is T1, the end face inclination angle of both end faces of the heat transfer copper fin is β1, the angle of the fillet joint is θ1, and the gap is G , S2 = S1 + T1 / tan (180−θ1) −T1 × tan β1 + G / sin (180−θ1), and welding in the range position of the first distance S1 or the range position of the second distance S2. A method for welding a heat transfer copper fin for a metal cask, wherein the MIG welding torch is set on a wire, and the MIG welding is performed from the start position to the end position of the fillet joint portion.
少なくとも輻射熱及び飛散物の遮蔽可能な遮蔽板を用い、前記遮蔽板は、前記隅肉継手部の溶接線方向に溶接を行う前記TIG−MIG溶接トーチ又は前記MIG溶接トーチと、前記TIG−MIG溶接トーチ又は前記MIG溶接トーチよりも前方位置で、かつ、前記隅肉継手部の溶接線から近距離だけ離れた前記伝熱銅フィンの表面部と前記内筒側の表面部又は前記外筒側の表面部との両面に接触回転動するように配備した回転移動可能なガイドローラとの間にあり、かつ、溶接線と略直角方向の上部位置で、長尺アームの先端部の下側に前記遮蔽板が配備され、該遮蔽板によって、前記TIG−MIG溶接トーチ又は前記MIG溶接トーチによる溶接中に発生する輻射熱及び飛散物を遮蔽するようにしたことを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat transfer copper fin for metal casks of any one of Claims 1 thru | or 9,
At least a shielding plate capable of shielding radiant heat and scattered matter is used, and the shielding plate is the TIG-MIG welding torch or the MIG welding torch for welding in the weld line direction of the fillet joint, and the TIG-MIG welding. The front portion of the heat transfer copper fin and the surface portion on the inner cylinder side or the outer cylinder side at a position closer to the front than the torch or the MIG welding torch and a short distance from the weld line of the fillet joint portion Between the guide roller and a rotatable movable guide roller arranged to rotate in contact with both surfaces of the surface portion, and at the upper position in a direction substantially perpendicular to the welding line, the tip of the long arm is below the tip portion. For a metal cask characterized in that a shielding plate is provided and the shielding plate shields radiant heat and scattered matter generated during welding by the TIG-MIG welding torch or the MIG welding torch. Welding method of Netsudo fin.
前記先行TIGと後続MIGとの複合溶接又は前記MIG溶接によって溶接施工した前記内筒の外面又は前記外筒の内面と前記伝熱銅フィンの片方端面部との隅肉継手部に形成された溶接部、若しくは前記内筒及び外筒両面と前記伝熱銅フィンの両方端面部との隅肉継手部に形成された溶接部ののど厚Lが、少なくとも前記伝熱銅フィンの板厚T1以上(L≧T1)の大きさを有することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接方法。 In the welding method of the heat transfer copper fin for metal casks of any one of Claims 1 thru | or 10,
Welding formed in the fillet joint between the outer surface of the inner tube or the inner surface of the outer tube and one end surface of the heat transfer copper fin, which is welded by the composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG or the MIG welding Or a throat thickness L of a welded portion formed at a fillet joint between both the inner and outer cylinders and both end surfaces of the heat transfer copper fin is at least a plate thickness T1 of the heat transfer copper fin ( A welding method for heat transfer copper fins for metal casks, characterized by having a size of L ≧ T1).
溶接すべき前記隅肉継手部の溶接線に対して、少なくとも先行TIGと後続MIGとの複合溶接が可能な一体構造のTIG−MIG溶接トーチと、前記後続MIG側の消耗電極であるシリコン入りのCuSiワイヤと、前記TIG−MIG溶接トーチの先端部から前記隅肉継手部の溶接部分及びその近傍に向けてガスを流出させるシールガスと、前記TIG−MIG溶接トーチをアーム先端部に取付冶具を介して取付可能で、かつ、溶接方向に走行移動可能な長尺アームと、前記先行TIGの非消耗電極の極性を負極とし、前記隅肉継手側の極性を正極とした給電を行うTIG溶接電源と、前記後続MIGのCuSiワイヤの極性を正極とし、前記隅肉継手側の極性を負極とした給電及びワイヤ送給を行うMIG溶接電源とを備え、
前記隅肉継手部の溶接線の開始位置で、前記TIG−MIG溶接トーチの先端部から前記シールドガスを流出させながら、前記TIG溶接電源から給電する第1の溶接電流(Ia)と前記MIG溶接電源から給電する第2の溶接電流(Ib)との比(Ia/Ib)を所定の範囲で出力させ、前記先行TIGの非消耗電極に流れる第1の溶接電流(Ia)と前記後続MIGの消耗ワイヤに流れる第2の溶接電流(Ib)とで生じる反発作用の磁力によって、相互に反発し合うTIGアークとMIGアークを前記隅肉継手部の溶接開始位置に発生させると共に、反発し合う前記TIGアークとMIGアークで1つの溶融プールを形成させ、前記TIGアークとMIGアーク及び前記1つの溶融プールによる複合溶接によって、前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接装置。 Inclined at substantially equal intervals between the outer surface of the steel inner cylinder that houses the assembly of spent fuel containing radioactive materials and the inner surface of the steel outer cylinder that is coaxially disposed outside the inner cylinder. A wide angle on the inner tube side formed by abutting one end surface portion of the heat transfer copper fin in the longitudinal direction of the outer surface of the inner tube when welding both end surfaces of the predetermined number of copper heat transfer copper fins to be deployed An inclined fillet joint part, or a wide-angle inclined fillet joint part on the outer cylinder side formed by abutting the other end surface part of the heat transfer copper fin in the longitudinal direction of the inner surface of the outer cylinder, or the inner cylinder and In a welding apparatus for heat transfer copper fins for metal cask that is welded by composite welding of preceding TIG and subsequent MIG to fillet joints formed on both sides of the outer cylinder,
An integrated TIG-MIG welding torch capable of at least composite welding of the preceding TIG and the subsequent MIG to the weld line of the fillet joint to be welded, and silicon containing consumable electrodes on the subsequent MIG side A CuSi wire, a seal gas that allows gas to flow from the tip of the TIG-MIG welding torch toward the welded portion of the fillet joint and the vicinity thereof, and a jig for attaching the TIG-MIG welding torch to the tip of the arm. A TIG welding power source for supplying power with a long arm that can be attached to the front and being movable in the welding direction, and the polarity of the non-consumable electrode of the preceding TIG is the negative polarity and the polarity on the fillet joint side is the positive polarity And a MIG welding power source that performs power feeding and wire feeding with the polarity of the CuSi wire of the subsequent MIG as a positive electrode and the polarity at the fillet joint side as a negative electrode,
The first welding current (Ia) supplied from the TIG welding power source and the MIG welding while letting out the shielding gas from the tip of the TIG-MIG welding torch at the start position of the weld line of the fillet joint. The ratio (Ia / Ib) to the second welding current (Ib) fed from the power source is output within a predetermined range, and the first welding current (Ia) flowing through the non-consumable electrode of the preceding TIG and the subsequent MIG The repulsive magnetic force generated by the second welding current (Ib) flowing through the consumable wire generates a TIG arc and a MIG arc that repel each other at the welding start position of the fillet joint, and repels each other. One melt pool is formed by the TIG arc and the MIG arc, and the weld line of the fillet joint is formed by composite welding using the TIG arc, the MIG arc, and the one melt pool. Welding device for a metallic cask Den Netsudo fins, characterized by welding to the end position from the start position.
前記TIG溶接電源から給電する第1の溶接電流(Ia)と前記MIG溶接電源から給電する第2の溶接電流(Ib)との比(Ia/Ib)は、0.8〜1.2の範囲であることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接装置。 In the welding apparatus of the heat transfer copper fin for metal casks of Claim 12,
The ratio (Ia / Ib) between the first welding current (Ia) fed from the TIG welding power source and the second welding current (Ib) fed from the MIG welding power source is in the range of 0.8 to 1.2. A welding apparatus for heat transfer copper fins for metal casks.
前記TIG−MIG溶接トーチの前方位置で、かつ、前記隅肉継手部の溶接線から近距離だけ離れた前記伝熱銅フィンの表面部と前記内筒側の表面部又は前記外筒側の表面部との両面に接触回転するようにガイドローラを前記長尺アームの下側に配備し、該ガイドローラの接触回転によって前記TIG−MIG溶接トーチを溶接線方向へ走行案内させながら、前記先行TIGと後続MIGのTIGアークとMIGアーク及び前記1つの溶融プールによる複合溶接によって、前記隅肉継手部の溶接線の開始位置から終了位置まで溶接施工することを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接装置。 In the welding apparatus of the heat transfer copper fin for metal casks of Claim 12 or 13,
The front portion of the heat transfer copper fin and the surface portion on the inner cylinder side or the surface on the outer cylinder side at a front position of the TIG-MIG welding torch and separated from the weld line of the fillet joint portion by a short distance A guide roller is arranged on the lower side of the long arm so as to rotate in contact with both sides of the part, and the leading TIG-MIG welding torch is caused to travel in the direction of the welding line by the contact rotation of the guide roller. Heat transfer copper fin for metal cask characterized in that welding is performed from the start position to the end position of the weld line of the fillet joint portion by composite welding with the TIG arc of the MIG and the subsequent MIG and the one molten pool Welding equipment.
前記TIG−MIG溶接トーチと、該TIG−MIG溶接トーチよりも前方位置で、かつ、前記ガイドローラとの間にあり、溶接線と略直角方向の上部位置で、前記長尺アームの先端部の下側に少なくとも輻射熱及び飛散物の遮蔽可能な遮蔽板が配置されていることを特徴とする金属キャスク用伝熱銅フィンの溶接装置。 In the welding apparatus of the heat transfer copper fin for metal casks of Claim 14,
The tip end of the long arm is located at a position forward of the TIG-MIG welding torch and the guide roller and at an upper position substantially perpendicular to the welding line. A welding apparatus for heat transfer copper fins for metal casks, characterized in that a shielding plate capable of shielding at least radiation heat and scattered matter is disposed on the lower side.
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