円周曲面へのチューブ溶接方法
【課題】チューブの端部の円周表面への隅肉溶接に開先加工角度を必要とせず、裏波１パス溶接を可能とする溶接技術を提供すること。
【解決手段】溶接されるチューブの端部との接合部となる、ドラム等の円周表面部分を水平面状に加工する工程と、端部が直角面加工されたチューブを、ドラム等の水平加工された部分に突合わせ位置決め後、仮付け溶接する工程と、接合部表面に深溶け込み活性剤を塗布する工程と、接合部を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接を行う工程と、からなる。
【解決手段】溶接されるチューブの端部との接合部となる、ドラム等の円周表面部分を水平面状に加工する工程と、端部が直角面加工されたチューブを、ドラム等の水平加工された部分に突合わせ位置決め後、仮付け溶接する工程と、接合部表面に深溶け込み活性剤を塗布する工程と、接合部を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接を行う工程と、からなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円周曲面への各種チューブの溶接、特にボイラードラムとボイラーチューブ間やスーパーヒータ・チューブの溶接において、深溶け込み活性剤（フラックス）を使用することにより、開先角度を不要とすることが出来る突合わせ裏波溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラント等に使用される各種ボイラー機関の製造にあたっては、ボイラーチューブを蒸気ドラム又は水ドラム等のボイラードラムに溶接接合する必要がある。この際には例えば特開平１１−９４１７２に記載のように、ボイラーチューブはドラムに対しその円周を隅肉溶接される。これは、スーパーヒータ・チューブ（過熱管）についても同様であり、管状物の円周曲面にチューブが溶接される。
【０００３】
ボイラーチューブは３列以上に密集して多数配列され、かつボイラーチューブ間の隙間（クリアランス）が狭い場合が多い。例えば図４，５に示すように、ボイラーチューブ間の隙間は一般的に自動溶接に必要な隙間（およそ52.4mm）よりも狭い。これは、密集して配置されるスーパーヒータ・チューブ（過熱管）についても同様である。すなわち、このような場合に自動溶接機構により自動溶接しようとしても、自動溶接ヘッドをこの空間に入れることは無理である。
【０００４】
具体的には、開先角度（約４５度）とギャップ（２．５〜４mm）の存在により、例えボイラーチューブ板厚が薄く３mmの場合でも３パス溶接が必要となり、自動溶接ヘッドのトーチが動く角度・範囲が大きいため、溶接箇所周囲に広い空間が必要となり、自動溶接機構をこの狭い隙間に納めることが物理的に不可能となってしまう。すなわち、従来の開先形状ではギャップを一定に保つことは大変困難であり、自動溶接トーチが入る空間がない。
そのため、ボイラーチューブ円周の隅肉溶接の方法は、図３に示すようにボイラーチューブ側を開先加工し、かつギャップをあけて片付溶接を行ったのちに本溶接を手動ＴＩＧ溶接で施工しており、費用も時間も多大なものとなり、負担が大きい。この問題は、スーパーヒータ・チューブ（過熱管）などについても同様である
【０００５】
その一方、溶接技術に関しては、より深い溶け込みを得られる深溶け込み活性剤（フラックス）が開発されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−９４１７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、チューブ間の隙間が狭い（50mm以下）場合でも円周曲面への各種チューブの溶接、特にボイラーチューブ又はスーパーヒータ・チューブの端部の隅肉溶接に開先加工角度を必要とせず、裏波１パス溶接を可能とする溶接技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明の円周曲面へのチューブ溶接方法は、溶接されるチューブの端部との接合部となる、ドラム又は管状物の円周表面部分を水平面状に加工する工程と、端部が直角面加工されたチューブを、前記円周表面部分の水平加工された部分に突合わせ位置決め後、仮付け溶接する工程と、前記接合部表面に深溶け込み活性剤を塗布する工程と、前記接合部を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接を行う工程と、からなる。
また、ボイラードラムが蒸気ドラムであることが好適である
また、ボイラーチューブの板厚が2mm-8mmであることが好適である。
また、被溶接物である対象鋼材は低合金鋼、ステンレスまたは炭素鋼であることが好適である。
また、裏波溶融金属の酸化防止と溶融金属の落下防止のため裏当材又は不活性ガスで保護することが好適である。
【０００９】
本願発明においては、まず溶接されるチューブの端部との接合部となる、ドラム又は管状物（以後、ドラム等という。）の円周表面部分を水平面状に加工する。
開先・ギャップなしの突き合わせ溶接を行うためである。ドラム等の円周表面部分をバイト等により削って水平にするだけで済むので、ドラム等にも開先加工をするなどの手間がかからず短時間で作業を終了することができる。なお、加工されるドラム等の円周表面部分は、チューブの端部と全く同じ大きさ・形状でなくとも、チューブの端部より少し広めに加工してもよく、少なくともチューブの端部に相当する部分が水平であればよい。
【００１０】
次に、端部が直角面加工されたチューブを、ドラム等の水平加工された部分に突合わせ位置決め後、仮付け溶接する。直角面加工とは、ボイラーチューブの端部の筒部と底部とが直角になる加工のことである。したがって、底部は水平状となる。また、直角面加工はドラム等の円周表面部分を水平面状に加工する前に行っても、その後に行っても良い。
これにより、チューブとドラム等は、開先及びギャップなしで突き合わせて位置決めすることができるものである。
【００１１】
次に、接合部表面に深溶け込み活性剤を塗布する。接合部表面とは、チューブとドラム等の接合部の外側にあたる位置を示す（図２参照。）。
ここで使用する深溶け込み活性剤は、市販の深溶け込み活性剤のうち品質が高く深い溶け込みを得られるものであればよい。現在でも8mm程度の溶け込み溶接が可能な深溶け込み活性剤が販売されており、そのような8mm以上の溶け込みが可能な活性剤を使用しても本願の目的を達成できるが、特に愛知産業株式会社が市販している深溶け込み活性剤（商品名：ＰＡＴＩＧ−ＳＡ）を利用すると最大１２mmまで溶け込み溶接が可能であり、本願の目的を最も効率的に達成することができる。旧来の溶け込み活性剤を利用した手動ＴＩＧ溶接と深溶け込み活性剤（商品名：ＰＡＴＩＧ−ＳＡ）を利用した自動溶接との比較を以下に示す。
【００１２】
【００１３】
このような深溶け込み活性剤の利用により、本願発明が達成されたものである。すなわち、これまではボイラーチューブの板厚が2mm-8mmで、溶接角度が４５°〜６０°である場合、溶接接合部の実質的な板厚は4mm-10mmとなり、ワンパスでは裏波溶接が不可能だったものである。
したがって、この深溶け込み活性剤と、溶接部の水平加工により、接合部を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接（隅肉溶接）を行うことが可能となったものである。
【００１４】
溶接電流・電圧・速度など具体的な溶接条件は、被溶接物の素材・板厚等により適宜設定すればよい。なお、溶接条件の一例として、炭素鋼ボイラーチューブ（板厚2.6mm）の蒸気ドラムへの溶接試験記録を下記表に示す。
【００１５】
【００１６】
上記方法にて行った、溶接中及び溶接後の対象物の写真を図６に示した。この図からわかるように、本発明の方法により良好な溶接をすることができる。
【００１７】
以上の方法より、チューブの端部を開先加工角度及びギャップを必要とせず、極めて短時間及び容易な作業でドラム等と突き合わせを行い、自動TIG溶接装置により裏波１パス溶接が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の溶接方法を示す図であり、（１）は水平加工する工程、（２）は突き合わせの工程、（３）は深溶け込み活性剤を塗布する工程、（４）は自動TIG溶接を行う工程を示す。
【図２】本発明の溶接方法を示す図である。
【図３】従来の溶接方法を示す図である。
【図４】ドラムに取り付けられたボイラーチューブ間の隙間の一例を示す図である。
【図５】ドラムに取り付けられたボイラーチューブ間の隙間の一例を示す断面図である
【図６】本発明の方法による溶接中及び溶接後の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態の一例として、ボイラーチューブのボイラードラムへの溶接を図面にしたがって説明する。なお、同様の方法で他の種類のチューブを円周曲面へ溶接することができる。
【００２０】
図１（１）に示すように、まず、溶接されるボイラーチューブ２の端部３との接合部となる、ボイラードラム１の円周表面部分４を水平面状に加工する。ボイラードラム２の板厚は2mm-8mmである（図２参照。）。なお、符号５は水平加工された部分を示す。
図１（２）に示すように、端部３が直角面加工されたボイラーチューブ２を、ボイラードラム１の水平加工された部分５に突合わせ位置決めする。この後、仮付け溶接を行う。
図１（３）及び図２に示すように、深溶け込み活性剤６を接合部表面に塗布する。
最後に、図１（４）及び図２に示すように、接合部であるボイラーチューブ２の端部３の円周を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接（隅肉溶接）を行う。なお、符号７は溶接が終了した部分を示す。
【符号の説明】
【００２１】
１ ボイラードラム
２ ボイラーチューブ
３ 端部
４ 円周表面部分
５ 水平加工された部分
６ 深溶け込み活性剤
７ 溶接が終了した部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円周曲面への各種チューブの溶接、特にボイラードラムとボイラーチューブ間やスーパーヒータ・チューブの溶接において、深溶け込み活性剤（フラックス）を使用することにより、開先角度を不要とすることが出来る突合わせ裏波溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラント等に使用される各種ボイラー機関の製造にあたっては、ボイラーチューブを蒸気ドラム又は水ドラム等のボイラードラムに溶接接合する必要がある。この際には例えば特開平１１−９４１７２に記載のように、ボイラーチューブはドラムに対しその円周を隅肉溶接される。これは、スーパーヒータ・チューブ（過熱管）についても同様であり、管状物の円周曲面にチューブが溶接される。
【０００３】
ボイラーチューブは３列以上に密集して多数配列され、かつボイラーチューブ間の隙間（クリアランス）が狭い場合が多い。例えば図４，５に示すように、ボイラーチューブ間の隙間は一般的に自動溶接に必要な隙間（およそ52.4mm）よりも狭い。これは、密集して配置されるスーパーヒータ・チューブ（過熱管）についても同様である。すなわち、このような場合に自動溶接機構により自動溶接しようとしても、自動溶接ヘッドをこの空間に入れることは無理である。
【０００４】
具体的には、開先角度（約４５度）とギャップ（２．５〜４mm）の存在により、例えボイラーチューブ板厚が薄く３mmの場合でも３パス溶接が必要となり、自動溶接ヘッドのトーチが動く角度・範囲が大きいため、溶接箇所周囲に広い空間が必要となり、自動溶接機構をこの狭い隙間に納めることが物理的に不可能となってしまう。すなわち、従来の開先形状ではギャップを一定に保つことは大変困難であり、自動溶接トーチが入る空間がない。
そのため、ボイラーチューブ円周の隅肉溶接の方法は、図３に示すようにボイラーチューブ側を開先加工し、かつギャップをあけて片付溶接を行ったのちに本溶接を手動ＴＩＧ溶接で施工しており、費用も時間も多大なものとなり、負担が大きい。この問題は、スーパーヒータ・チューブ（過熱管）などについても同様である
【０００５】
その一方、溶接技術に関しては、より深い溶け込みを得られる深溶け込み活性剤（フラックス）が開発されてきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−９４１７２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、チューブ間の隙間が狭い（50mm以下）場合でも円周曲面への各種チューブの溶接、特にボイラーチューブ又はスーパーヒータ・チューブの端部の隅肉溶接に開先加工角度を必要とせず、裏波１パス溶接を可能とする溶接技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明の円周曲面へのチューブ溶接方法は、溶接されるチューブの端部との接合部となる、ドラム又は管状物の円周表面部分を水平面状に加工する工程と、端部が直角面加工されたチューブを、前記円周表面部分の水平加工された部分に突合わせ位置決め後、仮付け溶接する工程と、前記接合部表面に深溶け込み活性剤を塗布する工程と、前記接合部を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接を行う工程と、からなる。
また、ボイラードラムが蒸気ドラムであることが好適である
また、ボイラーチューブの板厚が2mm-8mmであることが好適である。
また、被溶接物である対象鋼材は低合金鋼、ステンレスまたは炭素鋼であることが好適である。
また、裏波溶融金属の酸化防止と溶融金属の落下防止のため裏当材又は不活性ガスで保護することが好適である。
【０００９】
本願発明においては、まず溶接されるチューブの端部との接合部となる、ドラム又は管状物（以後、ドラム等という。）の円周表面部分を水平面状に加工する。
開先・ギャップなしの突き合わせ溶接を行うためである。ドラム等の円周表面部分をバイト等により削って水平にするだけで済むので、ドラム等にも開先加工をするなどの手間がかからず短時間で作業を終了することができる。なお、加工されるドラム等の円周表面部分は、チューブの端部と全く同じ大きさ・形状でなくとも、チューブの端部より少し広めに加工してもよく、少なくともチューブの端部に相当する部分が水平であればよい。
【００１０】
次に、端部が直角面加工されたチューブを、ドラム等の水平加工された部分に突合わせ位置決め後、仮付け溶接する。直角面加工とは、ボイラーチューブの端部の筒部と底部とが直角になる加工のことである。したがって、底部は水平状となる。また、直角面加工はドラム等の円周表面部分を水平面状に加工する前に行っても、その後に行っても良い。
これにより、チューブとドラム等は、開先及びギャップなしで突き合わせて位置決めすることができるものである。
【００１１】
次に、接合部表面に深溶け込み活性剤を塗布する。接合部表面とは、チューブとドラム等の接合部の外側にあたる位置を示す（図２参照。）。
ここで使用する深溶け込み活性剤は、市販の深溶け込み活性剤のうち品質が高く深い溶け込みを得られるものであればよい。現在でも8mm程度の溶け込み溶接が可能な深溶け込み活性剤が販売されており、そのような8mm以上の溶け込みが可能な活性剤を使用しても本願の目的を達成できるが、特に愛知産業株式会社が市販している深溶け込み活性剤（商品名：ＰＡＴＩＧ−ＳＡ）を利用すると最大１２mmまで溶け込み溶接が可能であり、本願の目的を最も効率的に達成することができる。旧来の溶け込み活性剤を利用した手動ＴＩＧ溶接と深溶け込み活性剤（商品名：ＰＡＴＩＧ−ＳＡ）を利用した自動溶接との比較を以下に示す。
【００１２】
【００１３】
このような深溶け込み活性剤の利用により、本願発明が達成されたものである。すなわち、これまではボイラーチューブの板厚が2mm-8mmで、溶接角度が４５°〜６０°である場合、溶接接合部の実質的な板厚は4mm-10mmとなり、ワンパスでは裏波溶接が不可能だったものである。
したがって、この深溶け込み活性剤と、溶接部の水平加工により、接合部を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接（隅肉溶接）を行うことが可能となったものである。
【００１４】
溶接電流・電圧・速度など具体的な溶接条件は、被溶接物の素材・板厚等により適宜設定すればよい。なお、溶接条件の一例として、炭素鋼ボイラーチューブ（板厚2.6mm）の蒸気ドラムへの溶接試験記録を下記表に示す。
【００１５】
【００１６】
上記方法にて行った、溶接中及び溶接後の対象物の写真を図６に示した。この図からわかるように、本発明の方法により良好な溶接をすることができる。
【００１７】
以上の方法より、チューブの端部を開先加工角度及びギャップを必要とせず、極めて短時間及び容易な作業でドラム等と突き合わせを行い、自動TIG溶接装置により裏波１パス溶接が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の溶接方法を示す図であり、（１）は水平加工する工程、（２）は突き合わせの工程、（３）は深溶け込み活性剤を塗布する工程、（４）は自動TIG溶接を行う工程を示す。
【図２】本発明の溶接方法を示す図である。
【図３】従来の溶接方法を示す図である。
【図４】ドラムに取り付けられたボイラーチューブ間の隙間の一例を示す図である。
【図５】ドラムに取り付けられたボイラーチューブ間の隙間の一例を示す断面図である
【図６】本発明の方法による溶接中及び溶接後の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施の形態の一例として、ボイラーチューブのボイラードラムへの溶接を図面にしたがって説明する。なお、同様の方法で他の種類のチューブを円周曲面へ溶接することができる。
【００２０】
図１（１）に示すように、まず、溶接されるボイラーチューブ２の端部３との接合部となる、ボイラードラム１の円周表面部分４を水平面状に加工する。ボイラードラム２の板厚は2mm-8mmである（図２参照。）。なお、符号５は水平加工された部分を示す。
図１（２）に示すように、端部３が直角面加工されたボイラーチューブ２を、ボイラードラム１の水平加工された部分５に突合わせ位置決めする。この後、仮付け溶接を行う。
図１（３）及び図２に示すように、深溶け込み活性剤６を接合部表面に塗布する。
最後に、図１（４）及び図２に示すように、接合部であるボイラーチューブ２の端部３の円周を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接（隅肉溶接）を行う。なお、符号７は溶接が終了した部分を示す。
【符号の説明】
【００２１】
１ ボイラードラム
２ ボイラーチューブ
３ 端部
４ 円周表面部分
５ 水平加工された部分
６ 深溶け込み活性剤
７ 溶接が終了した部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接されるチューブの端部との接合部となる、ドラム又は管状物の円周表面部分を水平面状に加工する工程と、
端部が直角面加工されたチューブを、前記円周表面部分の水平加工された部分に突合わせ位置決め後、仮付け溶接する工程と、
前記接合部表面に深溶け込み活性剤を塗布する工程と、
前記接合部を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接を行う工程と、
からなることを特徴とする円周曲面へのチューブ溶接方法。
【請求項２】
前記ドラムが蒸気ドラムであることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記チューブの板厚が2mm-8mmであることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項４】
被溶接物であるチューブ，ドラム又は管状物の対象鋼材が低合金鋼、ステンレスまたは炭素鋼であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項５】
自動TIG溶接する際に、裏波溶融金属の酸化防止と溶融金属の落下防止のため裏当材又は不活性ガスで保護することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項１】
溶接されるチューブの端部との接合部となる、ドラム又は管状物の円周表面部分を水平面状に加工する工程と、
端部が直角面加工されたチューブを、前記円周表面部分の水平加工された部分に突合わせ位置決め後、仮付け溶接する工程と、
前記接合部表面に深溶け込み活性剤を塗布する工程と、
前記接合部を自動ＴＩＧ溶接によりワンパスで裏波溶接を行う工程と、
からなることを特徴とする円周曲面へのチューブ溶接方法。
【請求項２】
前記ドラムが蒸気ドラムであることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記チューブの板厚が2mm-8mmであることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接方法。
【請求項４】
被溶接物であるチューブ，ドラム又は管状物の対象鋼材が低合金鋼、ステンレスまたは炭素鋼であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接方法。
【請求項５】
自動TIG溶接する際に、裏波溶融金属の酸化防止と溶融金属の落下防止のため裏当材又は不活性ガスで保護することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２８４６９７（Ｐ２０１０−２８４６９７Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４１１３８（Ｐ２００９−１４１１３８）
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【出願人】（５９１１４６６９７）愛知産業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１２日（２００９．６．１２）
【出願人】（５９１１４６６９７）愛知産業株式会社 (19)
【Ｆターム（参考）】
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