円筒部溶接形成方法および溶接装置
【課題】圧力容器の外周面に円筒部を形成する際に、効率良く肉盛溶接を行うことができる円筒部溶接形成方法および溶接装置を提供する。
【解決手段】圧力容器の外周面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する円筒部溶接形成方法であって、形成される円筒部の軸方向は、円筒部の突出方向となっており、形成される円筒部の軸を中心として、円筒部の周方向に周回させながら、円筒部の径方向に移動させることで、圧力容器の外周面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接工程を備えた。
【解決手段】圧力容器の外周面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する円筒部溶接形成方法であって、形成される円筒部の軸方向は、円筒部の突出方向となっており、形成される円筒部の軸を中心として、円筒部の周方向に周回させながら、円筒部の径方向に移動させることで、圧力容器の外周面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接工程を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する円筒部溶接形成方法および溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接対象物となる管台を保持して回転および傾動させる旋回テーブルと、管台に溶接を行う溶接ヘッドとを制御して、管台に肉盛溶接を行う肉盛溶接方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１７８３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の肉盛溶接方法では、溶接対象物を回転（旋回）させなければならない。このため、溶接対象物が、例えば、移動させ難い大きな構造体である場合、溶接対象物に所定の溶接を行うことは難しい。特に、溶接対象物の溶接面に、所定の厚みを有する円筒部を、肉盛溶接により形成する場合には、溶接対象物を回転させると、効率良い溶接を行うことが難しくなる。
【０００５】
そこで、本発明は、溶接面に円筒部を形成する際に、効率良く肉盛溶接を行うことができる円筒部溶接形成方法および溶接装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の円筒部溶接形成方法は、溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する円筒部溶接形成方法であって、形成される円筒部の軸方向は、円筒部の突出方向となっており、形成される円筒部の軸を中心として、円筒部の周方向に周回させながら、円筒部の径方向に移動させることで、溶接面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接工程を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、渦巻肉盛溶接工程において、所定の厚みの円筒部を肉盛溶接により形成する際、渦巻状に肉盛溶接を行うことができる。このため、渦巻肉盛溶接工程では、溶接面を移動させることなく肉盛溶接を行うことができ、また、肉盛溶接を途切れることなく行うことができる。これにより、溶接面に対し、効率良く円筒部を形成することができる。
【０００８】
この場合、渦巻肉盛溶接工程前に、形成される円筒部の軸を中心として、円筒部の周方向に周回させながら、溶接面が平坦となるように、溶接面に肉盛溶接を行う平坦肉盛溶接工程をさらに備えたことが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、溶接面が平坦でない場合、平坦肉盛溶接工程において、溶接面を平坦にすることができる。これにより、渦巻肉盛溶接工程において、平坦な溶接面に対し、渦巻状の肉盛溶接を好適に行うことが可能となる。
【００１０】
この場合、溶接面は、円筒部の軸を中心に点対称となる円筒形状の容器の外周面であり、平坦肉盛溶接工程では、円筒部の軸を中心に点対称となるように、溶接面に肉盛溶接を行うことが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、平坦肉盛溶接工程において、円筒形状の外周面に対し、円筒部の軸を中心に点対称となるように肉盛溶接を行うことで、外周面を簡単に平坦にすることができる。
【００１２】
この場合、渦巻肉盛溶接工程前に、円筒管を溶接する円筒管溶接工程をさらに備え、円筒管溶接工程では、溶接される円筒管の軸中心が、形成される円筒部の軸中心と同軸上となるように、円筒管を溶接面に溶接することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、形成される円筒部の同軸上に円筒管が溶接された状態で、渦巻肉盛溶接工程を行うことができる。つまり、渦巻肉盛溶接工程では、円筒管が円筒部の内壁となった状態で、渦巻状に肉盛溶接が行われる。このため、渦巻肉盛溶接工程では、円筒部の軸中心に肉盛溶接を行う必要がないため、効率良く肉盛溶接を行うことができる。また、円筒管は、円筒部の軸中心へ向かう溶接ダレを抑制することができる。
【００１４】
本発明の溶接装置は、溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する溶接装置であって、形成される円筒部の軸方向は、円筒部の突出方向となっており、溶接面へ向けて溶接を行う溶接ヘッドと、溶接ヘッドへ向けて溶加材を供給する溶加材供給部と、溶接ヘッドを、形成される円筒部の周方向および径方向に移動可能な移動機構と、移動機構を制御可能な制御部と、を備え、制御部は、形成される円筒部の軸を中心として、溶接ヘッドを、円筒部の周方向に周回させながら、円筒部の径方向に移動させることで、溶接面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接制御を実行可能であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、所定の厚みの円筒部を肉盛溶接により形成する際、渦巻肉盛溶接制御により、渦巻状に肉盛溶接を行うことができる。このため、渦巻肉盛溶接制御を実行することで、溶接面を移動させることなく肉盛溶接を行うことができ、また、肉盛溶接を途切れることなく行うことができる。これにより、溶接面に対し、効率良く円筒部を形成することができる。
【００１６】
この場合、制御部は、形成される円筒部の軸を中心として、溶接ヘッドを、円筒部の周方向に周回させながら、円筒部の軸を中心に点対称となるように、溶接面に肉盛溶接を行う点対称肉盛溶接制御を実行可能であることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、点対称肉盛溶接制御により、円筒部の軸を中心に点対称となる溶接面に肉盛溶接を行うことができる。このため、例えば、円筒部の軸を中心に点対称となる円筒形状の外周面を平坦にする場合、点対称肉盛溶接制御を実行することにより、円筒形状の外周面に対し、円筒部の軸を中心に点対称となるように肉盛溶接を行うことで、外周面を簡単に平坦にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の円筒部溶接形成方法および溶接装置によれば、溶接面に円筒部を形成する場合、渦巻状に肉盛溶接を行うことができるため、効率良く肉盛溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施例に係る溶接装置の溶接対象となる圧力容器の正面図である。
【図２】図２は、圧力容器を軸方向に直交する面で切った断面図である。
【図３】図３は、円筒窓の基礎となる円筒部を、圧力容器の軸方向に直交する面で切った部分断面図である。
【図４】図４は、本実施例に係る溶接装置の正面図である。
【図５】図５は、平坦肉盛溶接制御による溶接装置の溶接動作を平面視したときの説明図である。
【図６】図６は、渦巻肉盛溶接制御による溶接装置の溶接動作を平面視したときの説明図である。
【図７】図７は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の第１パイプ溶接工程および平坦肉盛溶接工程を示す説明図である。
【図８】図８は、平坦肉盛溶接工程における溶接装置の溶接動作を断面側から見たときの説明図である。
【図９】図９は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の渦巻肉盛溶接工程を示す説明図である。
【図１０】図１０は、渦巻肉盛溶接工程における溶接装置の溶接動作を断面側から見たときの説明図である。
【図１１】図１１は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の肉盛加工工程を示す説明図である。
【図１２】図１２は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の第２パイプ溶接工程を示す説明図である。
【図１３】図１３は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法のクラッド溶接工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る円筒部溶接形成方法および溶接装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２１】
本実施例に係る円筒部溶接形成方法は、容器の溶接面に肉盛溶接を行うことで円筒部を形成する方法である。この円筒部溶接形成方法は、溶接装置を用いて行われており、溶接対象となる容器は、例えば、加圧水型原子炉に用いられる蒸気発生器の圧力容器である。なお、本実施例の円筒部溶接形成方法および溶接装置は、容器として圧力容器に適用して説明するが、圧力容器に限らず、いずれの容器に適用してもよい。以下、図１ないし図３を参照して、溶接対象となる圧力容器について説明する。
【００２２】
図１は、本実施例に係る溶接装置の溶接対象となる圧力容器の正面図であり、図２は、圧力容器を軸方向に直交する面で切った断面図であり、図３は、円筒窓の基礎となる円筒部を、圧力容器の軸方向に直交する面で切った断面図である。圧力容器１は、鉛直方向の上部側が太径の上部胴となっており、鉛直方向の下部側が細径の下部胴となっている。圧力容器１の上部と下部との間の中部は、上部側から下部側へ向けて先細りとなるテーパー形状に形成されている。
【００２３】
圧力容器１の上部胴には、圧力容器１の内部を監視したり、圧力容器１の内部を点検したり、圧力容器１の内部の状態を検出したりするために用いられる円筒窓５が、圧力容器１の周方向に複数設けられている。本実施例において、円筒窓５は、４つ設けられている。４つの円筒窓５は、周方向に９０°ずつ位相をずらして、等間隔に設けられている。円筒窓５は、圧力容器１の外周面１ａから突出して設けられており、円筒窓５の突出方向が、円筒窓５の軸方向となっている。
【００２４】
円筒窓５は、基礎となる円筒部５ａが後述する溶接装置２０および円筒部溶接形成方法によって形成される。そして、円筒窓５は、形成された円筒部５ａに窓材等を取り付けることで構成される。図３に示すように、この円筒部５ａは、圧力容器１の外周面１ａに肉盛溶接された第１肉盛部１０と、第１肉盛部１０に肉盛溶接された第２肉盛部１１と、圧力容器１、第１肉盛部１０および第２肉盛部１１を貫通する貫通口１２と、を有している。
【００２５】
第１肉盛部１０は、円筒形状に形成されており、軸方向の圧力容器側（図示下側）の外周面１０ａは、貫通口１２側に凸となる曲面に成形されている。第２肉盛部１１は、円筒形状に形成されており、第１肉盛部１０と同軸上に設けられている。第２肉盛部１１の直径は、第１肉盛部１０の直径よりも小さい径となっている。なお、第１肉盛部１０は、圧力容器１と同じ材料で構成され、第２肉盛部１１は、第１肉盛部１０と異なる材料で構成されている。貫通口１２は、断面円形となっており、円筒部５ａの軸中心、つまり、第１肉盛部１０および第２肉盛部１１の軸中心を貫通すると共に、圧力容器１を貫通するように形成される。貫通口１２は、圧力容器１の内部側の縁部が面取りされている。
【００２６】
次に、図４を参照して、円筒部５ａを形成するために使用される溶接装置２０について説明する。図４は、本実施例に係る溶接装置の正面図である。この溶接装置２０は、サブマージアーク溶接を実行可能に構成されている。溶接装置２０は、図示しないフレームに取り付けられており、溶接を行う溶接ヘッド２１と、溶接ヘッド２１へ向けて溶接ワイヤ（溶加材）を供給するワイヤリール（溶加材供給部）２２と、溶接ヘッド２１へ向けてフラックスを供給するホッパ２３と、溶接ヘッド２１を移動させる移動機構２４と、これらを制御する制御部２５とを備えている。なお、本実施例では、サブマージアーク溶接に適用して説明するが、これに限定されるものではなく、自動ティグ溶接、自動ミグ溶接や、自動マグ溶接等の自動溶接にも適用可能である。
【００２７】
溶接ヘッド２１は、供給される溶接ワイヤを先端から送り出し、先端から繰り出された溶接ワイヤと溶接面との間にアークを生じさせる。また、溶接ヘッド２１には、溶接ヘッド２１の溶接面に対する溶接角度を調整するヘッド角度調整機構２８が設けられており、このヘッド角度調整機構２８により、溶接面に対する溶接ヘッド２１の溶接角度が適宜調整される。
【００２８】
ワイヤリール２２は、溶接ヘッド２１による溶接に応じて、溶接ワイヤを適宜供給している。ホッパ２３は、その内部にフラックスを溜めており、溶接ヘッド２１の溶接部分に先行してフラックスを供給している。
【００２９】
移動機構２４は、溶接ヘッド２１をθ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させており、θ軸移動機構３１と、Ｙ軸移動機構３２と、Ｚ軸移動機構３３とを有している。θ軸移動機構３１は、フレームに取り付けられて、溶接ヘッド２１をθ方向に回転させることができ、円筒部５ａを形成する際には、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの周方向に回転させることができる。Ｙ軸移動機構３２は、θ軸移動機構３１に取り付けられて、溶接ヘッド２１をＹ方向に移動させることができ、円筒部５ａを形成する際には、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの径方向に移動させることができる。Ｚ軸移動機構３３は、Ｙ軸移動機構３２に取り付けられて、溶接ヘッド２１をＺ方向に移動させることができ、円筒部５ａを形成する際には、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの軸方向に移動させることができる。
【００３０】
制御部２５は、溶接ヘッド２１へ向けて供給する溶接ワイヤの供給量を調整したり、移動機構２４による溶接ヘッド２１の移動を制御したりしている。制御部２５には、θ方向への回転角度を検出するθ軸センサ３５と、Ｙ方向への移動量を検出するＹ軸センサ３６と、Ｚ方向への移動量を検出するＺ軸センサ３７とが接続されている。そして、制御部２５は、θ軸センサ３５、Ｙ軸センサ３６およびＺ軸センサ３７の検出に基づいて、θ軸移動機構３１、Ｙ軸移動機構３２およびＺ軸移動機構３３をそれぞれ制御している。
【００３１】
従って、溶接装置２０は、制御部２５によって各部が制御されることにより、溶接ヘッド２１に供給される溶接ワイヤの供給量を調整しながら、移動機構２４により溶接ヘッド２１の移動を適宜制御することで、溶接面に対し、所定の溶接を行うことが可能となる。ここで、制御部２５は、点対称肉盛溶接制御と、渦巻肉盛溶接制御とを実行可能に構成されている。以下、図５および図６を参照して、点対称肉盛溶接制御と、渦巻肉盛溶接制御とについてそれぞれ説明する。
【００３２】
図５は、平坦肉盛溶接制御による溶接装置の溶接動作を平面側から見たときの説明図であり、図６は、渦巻肉盛溶接制御による溶接装置の溶接動作を平面側から見たときの説明図である。図５に示すように、点対称肉盛溶接制御は、形成される円筒部５ａに対し、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの周方向（θ方向）に周回（移動）させながら、円筒部５ａの軸を中心として点対称となるように肉盛溶接を行う制御である。
【００３３】
ここで、溶接対象となる圧力容器１の外周面１ａは、形成される円筒部５ａの軸を中心に１８０°点対称となっている。つまり、円筒部５ａの軸中心Ｐを通る圧力容器１の周方向の中心線Ｌ１上において、圧力容器１の外周面１ａは、円筒部５ａの軸中心Ｐから遠ざかるにつれて、圧力容器側（図示下方側）へ湾曲する曲面となる。また、円筒部５ａの軸中心Ｐを通る圧力容器１の軸方向の中心線Ｌ２上において、圧力容器１の外周面１ａは、円筒部５ａの軸中心Ｐにおける面と同じ高さとなる。このとき、圧力容器１の外周面１ａを平坦にするには、円筒部５ａの軸を中心に１８０°点対称となる一対の平坦肉盛領域Ｅ１に肉盛溶接を行う。平坦肉盛領域Ｅ１は、中心線Ｌ１を中心とする円弧状の領域となっている。
【００３４】
このように、溶接対象となる圧力容器１の外周面１ａは平坦となっておらず、点対称肉盛溶接制御は、圧力容器１の外周面１ａを平坦にするために実行される。点対称肉盛溶接制御を実行すると、溶接装置２０は、中心線Ｌ２を挟む一方側の外周面１ａに対し、所定の角度θ分だけ溶接ヘッド２１を移動させて平坦肉盛領域Ｅ１に肉盛溶接を行い、この後、溶接ヘッド２１を周回させ、中心線Ｌ２を挟む他方側の外周面１ａに所定の角度θ分だけ溶接ヘッド２１を移動させて平坦肉盛領域Ｅ１に肉盛溶接を行う。換言すれば、一方側の外周面１ａにおける溶接ヘッド２１の溶接開始位置Ｓ１と、他方側の外周面１ａにおける溶接ヘッド２１の溶接開始位置Ｓ２とは、１８０°点対称となっており、同様に、一方側の外周面１ａにおける溶接ヘッド２１の溶接終了位置Ｔ１と、他方側の外周面１ａにおける溶接ヘッド２１の溶接終了位置Ｔ２とは、１８０°点対称となっている。
【００３５】
図６に示すように、渦巻肉盛溶接制御は、形成される円筒部５ａに対し、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの周方向（θ方向）に周回（移動）させながら、円筒部５ａの径方向（Ｙ方向）に移動させて渦巻状に肉盛溶接を行う制御である。渦巻肉盛溶接制御は、圧力容器１に対し、円筒部５ａの第１肉盛部１０を形成するために実行される。渦巻肉盛溶接制御では、第１肉盛部１０を形成するために必要な略平坦となる渦巻肉盛領域Ｅ２に肉盛溶接される。渦巻肉盛領域Ｅ２は、円筒部５ａの軸を中心とした円形の領域となっている。
【００３６】
渦巻肉盛溶接制御を実行すると、溶接装置２０は、溶接ヘッド２１を、形成される円筒部５ａの径方向内側を周方向に一周させることで、円筒部５ａの径方向内周側を全周溶接し、この後、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの径方向の外周側に移動させて、溶接ヘッド２１を周方向に一周させて全周溶接する。全周溶接を行う場合、溶接ヘッド２１は、肉盛溶接の始端側と後端側とが重複するオーバーラップ部４０を形成し、オーバーラップ部４０の形成後、円筒部５ａの径方向外側に移動する。そして、溶接装置２０は、渦巻肉盛領域Ｅ２の全域を肉盛溶接するまで、渦巻状に肉盛溶接を実行する。
【００３７】
次に、図７ないし図１３を参照して、溶接装置２０を用いた円筒部溶接形成方法について説明する。円筒部溶接形成方法では、第１パイプ溶接工程（円筒管溶接工程）と、平坦肉盛溶接工程と、渦巻肉盛溶接工程と、肉盛加工工程と、第２パイプ溶接工程と、クラッド溶接工程と、円筒部加工工程とが順に行われる。
【００３８】
図７は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の第１パイプ溶接工程および平坦肉盛溶接工程を示す説明図である。図７に示すように、第１パイプ溶接工程は、圧力容器１の外周面１ａに第１パイプ（円筒管）５０を溶接する工程である。第１パイプ溶接工程では、第１パイプ５０の軸方向が、外周面１ａに対して突出する円筒部５ａの突出方向となるように、外周面１ａに第１パイプ５０を溶接する。このとき、第１パイプ５０の軸中心が、形成される円筒部５ａの軸中心と同軸上となるように溶接する。
【００３９】
平坦肉盛溶接工程は、点対称肉盛溶接制御を実行して、溶接装置２０により圧力容器１の外周面１ａを平坦にする工程である。圧力容器１の外周面１ａは、中心線Ｌ２を挟んで、圧力容器１の周方向へ湾曲する曲面となっている。このため、平坦肉盛溶接工程では、中心線Ｌ２を挟んで、圧力容器１の周方向へ湾曲する外周面１ａを平坦にする。このとき、平坦肉盛溶接工程では、溶接装置２０の溶接ヘッド２１を、円筒部５ａの周方向に周回させながら肉盛溶接を行っている。
【００４０】
平坦肉盛溶接工程では、溶接装置２０の溶接ヘッド２１を、中心線Ｌ２を挟む一方側の外周面１ａに、所定の角度θ分だけ移動させて溶接を行い、この後、溶接ヘッド２１を周回させ、中心線Ｌ２を挟む他方側の外周面１ａに所定の角度θ分だけ移動させて溶接を行う。つまり、平坦肉盛溶接工程では、一方側の外周面１ａの溶接開始位置Ｓ１から溶接終了位置Ｔ１まで溶接ヘッド２１を移動させて肉盛溶接を行った後、溶接ヘッド２１を周回させ、他方側の外周面１ａの溶接開始位置Ｓ２から溶接終了位置Ｔ２まで溶接ヘッド２１を移動させて肉盛溶接を行う。そして、平坦肉盛溶接工程では、圧力容器１の外周面１ａが平坦となるまで、平坦肉盛領域Ｅ１に対し、点対称肉盛溶接制御が複数回実行される。
【００４１】
図８は、平坦肉盛溶接工程における溶接装置の溶接動作を断面側から見たときの説明図である。図８に示すように、平坦肉盛溶接工程では、例えば、点対称肉盛溶接制御が５回、実行されることで、平坦肉盛領域Ｅ１に肉盛溶接を行っている。１回目の点対称肉盛溶接制御では、平坦肉盛領域Ｅ１の最外周側となる第１位置Ｉ１に肉盛溶接され、２回目の点対称肉盛溶接制御では、第１位置Ｉ１の内周側となる第２位置Ｉ２に肉盛溶接される。３回目の点対称肉盛溶接制御では、第１位置Ｉ１の軸方向外側となる第３位置Ｉ３に肉盛溶接され、４回目の点対称肉盛溶接制御では、第３位置Ｉ３の内周側となる第４位置Ｉ４に肉盛溶接される。そして、５回目の点対称肉盛溶接制御では、第４位置Ｉ４の内周側となる第５位置Ｉ５に肉盛溶接される。
【００４２】
図９は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の渦巻肉盛溶接工程を示す説明図である。図９に示すように、渦巻肉盛溶接工程は、渦巻肉盛溶接制御を実行して、溶接装置２０により圧力容器１の外周面１ａに、円筒部５ａの第１肉盛部１０を形成する工程である。渦巻肉盛溶接工程では、溶接装置２０の溶接ヘッド２１を、円筒部５ａの周方向に周回させながら、円筒部５ａの径方向の内側から外側へ向けて移動させることで、圧力容器１の外周面１ａに渦巻状に肉盛溶接を行う。つまり、渦巻肉盛溶接工程では、溶接した第１パイプ５０の外周側において、溶接ヘッド２１を周方向に一周させて全周溶接し、この後、オーバーラップ部４０の形成後、円筒部５ａの径方向の外側に移動させ、これを繰り返すことで、渦巻肉盛領域Ｅ２に対し肉盛溶接を行う。なお、渦巻肉盛溶接工程では、軸方向（Ｚ方向）における円筒部５ａの高さが所定の高さとなるまで、渦巻肉盛溶接制御が複数回実行される。
【００４３】
図１０は、渦巻肉盛溶接工程における溶接装置の溶接動作を断面側から見たときの説明図である。図１０に示すように、渦巻肉盛溶接工程では、円筒部５ａの内側から外側へ向けて、渦巻肉盛領域Ｅ２に対し、渦巻状に肉盛溶接を行うことで１層目の肉盛溶接を形成する。そして、渦巻肉盛溶接工程では、円筒部５ａの高さが所定の高さとなるまで、肉盛溶接を複数の層に亘って形成する。
【００４４】
図１１は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の肉盛加工工程を示す説明図である。図１１に示すように、肉盛加工工程は、渦巻肉盛溶接工程により形成された第１肉盛部１０の軸方向外側の端面に対し、機械加工により円形溝５２を形成する工程である。ここで、形成される円形溝５２は、その直径が第１肉盛部１０の直径の略半分の長さとなっており、円筒部５ａの軸を中心として、第１パイプ５０および第１肉盛部１０の一部を円形状に切り欠いて形成される。
【００４５】
図１２は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の第２パイプ溶接工程を示す説明図である。図１２に示すように、第２パイプ溶接工程は、肉盛加工工程により形成された円形溝５２を囲む第２パイプ５４を、第１肉盛部１０の軸方向外側の端面に溶接する工程である。第２パイプ溶接工程では、第２パイプ５４の軸中心が、形成される円筒部５ａの軸中心と同軸上となるように、第２パイプ５４を第１肉盛部１０の軸方向外側の端面に溶接する。また、第２パイプ溶接工程では、第１パイプ５０の軸方向外側の開口部に、円形の蓋体５６を取り付けている。
【００４６】
図１３は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法のクラッド溶接工程を示す説明図である。図１３に示すように、クラッド溶接工程は、第１肉盛部１０の軸方向外側の端面に、第２肉盛部１１を形成する工程である。つまり、クラッド溶接工程では、第２パイプ５４の内側にある円形溝５２に肉盛溶接を行うことで、第２肉盛部１１を形成する。そして、クラッド溶接工程では、第２肉盛部１１の軸方向における高さが、所定の高さとなるまで肉盛溶接を行う。なお、クラッド溶接工程は、溶接装置２０を用いて行ってもよいし、溶接装置２０を用いずに手作業により行ってもよい。
【００４７】
円筒部加工工程は、上記工程により形成した第１肉盛部１０および第２肉盛部１１を所定の形状に加工して、図３に示す円筒部５ａを形成する。具体的に説明すると、円筒部加工工程では、円筒部５ａの軸中心に、圧力容器１の外部と内部とを連通する貫通口１２を形成すると共に、第１肉盛部１０および第２肉盛部１１をガウジングにより所定の形状に形成する。形成される貫通口１２は、その径が、第１パイプ５０の直径よりも大きく、第２肉盛部１１の直径よりも小さくなっている。また、貫通口１２の軸中心は、円筒部５ａの軸中心と同軸上となるように、第２肉盛部１１、第１肉盛部１０、第１パイプ５０および圧力容器１を、機械加工して貫通形成する。さらに、貫通口１２の圧力容器側の縁部は面取り加工される。第１肉盛部１０の外周面１０ａは、軸方向の圧力容器側が、貫通口側に凸となる曲面に形成され、軸方向の第２肉盛部側（図示上側）が、円筒形状に形成される。第２肉盛部１１の外周面１１ａは、第２パイプ５４を取り除くように円筒形状に形成される。
【００４８】
上記のように各工程を順に行うことで、圧力容器１の外周面１ａに、円筒窓５の基礎となる円筒部５ａを形成することができる。そして、形成した円筒部５ａに窓材等を取り付けることで、円筒窓５を構成する。
【００４９】
以上のように、本実施例の円筒部溶接形成方法および溶接装置２０によれば、渦巻肉盛溶接工程において、渦巻肉盛溶接制御を実行して、渦巻状に肉盛溶接を行うことで、円筒部５ａの第１肉盛部１０を形成することができる。このため、渦巻肉盛溶接工程では、圧力容器１の外周面１ａを移動させることなく肉盛溶接を行うことができ、また、肉盛溶接を途切れることなく行うことができる。これにより、渦巻肉盛溶接工程では、圧力容器１の外周面１ａに対し、効率良く円筒部５ａの第１肉盛部１０を形成することができる。
【００５０】
また、渦巻肉盛溶接工程の前に、平坦肉盛溶接工程において、点対称溶接制御を実行して、圧力容器１の外周面１ａに対し、円筒部５ａの軸を中心に点対称となるように肉盛溶接を行うことで、圧力容器１の外周面１ａを簡単に平坦にすることができる。また、渦巻肉盛溶接工程において、平坦となった外周面１ａに対し、渦巻状の肉盛溶接を好適に行うことが可能となる。
【００５１】
また、渦巻肉盛溶接工程の前に、第１パイプ溶接工程において、圧力容器１の外周面１ａに対し、第１パイプ５０を溶接することで、渦巻肉盛溶接工程において、円筒部５ａの軸中心に肉盛溶接を行う必要がないため、効率良く肉盛溶接を行うことができる。また、第１パイプ５０は、渦巻肉盛溶接工程の肉盛溶接によって円筒部５ａの軸中心へ向かう溶接ダレを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係る円筒部溶接形成方法および溶接装置は、肉盛溶接により円筒部を形成する場合において有用であり、特に、蒸気発生器の圧力容器を溶接する場合に適している。
【符号の説明】
【００５３】
１ 圧力容器
５ 円筒窓
５ａ 円筒部
１０ 第１肉盛部
１１ 第２肉盛部
１２ 貫通口
２０ 溶接装置
２１ 溶接ヘッド
２２ ワイヤリール
２３ ホッパ
２４ 移動機構
２５ 制御部
４０ オーバーラップ部
５０ 第１パイプ
５２ 円形溝
５４ 第２パイプ
５６ 蓋体
Ｅ１ 平坦肉盛領域
Ｅ２ 渦巻肉盛領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する円筒部溶接形成方法および溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接対象物となる管台を保持して回転および傾動させる旋回テーブルと、管台に溶接を行う溶接ヘッドとを制御して、管台に肉盛溶接を行う肉盛溶接方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−１７８３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の肉盛溶接方法では、溶接対象物を回転（旋回）させなければならない。このため、溶接対象物が、例えば、移動させ難い大きな構造体である場合、溶接対象物に所定の溶接を行うことは難しい。特に、溶接対象物の溶接面に、所定の厚みを有する円筒部を、肉盛溶接により形成する場合には、溶接対象物を回転させると、効率良い溶接を行うことが難しくなる。
【０００５】
そこで、本発明は、溶接面に円筒部を形成する際に、効率良く肉盛溶接を行うことができる円筒部溶接形成方法および溶接装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の円筒部溶接形成方法は、溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する円筒部溶接形成方法であって、形成される円筒部の軸方向は、円筒部の突出方向となっており、形成される円筒部の軸を中心として、円筒部の周方向に周回させながら、円筒部の径方向に移動させることで、溶接面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接工程を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、渦巻肉盛溶接工程において、所定の厚みの円筒部を肉盛溶接により形成する際、渦巻状に肉盛溶接を行うことができる。このため、渦巻肉盛溶接工程では、溶接面を移動させることなく肉盛溶接を行うことができ、また、肉盛溶接を途切れることなく行うことができる。これにより、溶接面に対し、効率良く円筒部を形成することができる。
【０００８】
この場合、渦巻肉盛溶接工程前に、形成される円筒部の軸を中心として、円筒部の周方向に周回させながら、溶接面が平坦となるように、溶接面に肉盛溶接を行う平坦肉盛溶接工程をさらに備えたことが好ましい。
【０００９】
この構成によれば、溶接面が平坦でない場合、平坦肉盛溶接工程において、溶接面を平坦にすることができる。これにより、渦巻肉盛溶接工程において、平坦な溶接面に対し、渦巻状の肉盛溶接を好適に行うことが可能となる。
【００１０】
この場合、溶接面は、円筒部の軸を中心に点対称となる円筒形状の容器の外周面であり、平坦肉盛溶接工程では、円筒部の軸を中心に点対称となるように、溶接面に肉盛溶接を行うことが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、平坦肉盛溶接工程において、円筒形状の外周面に対し、円筒部の軸を中心に点対称となるように肉盛溶接を行うことで、外周面を簡単に平坦にすることができる。
【００１２】
この場合、渦巻肉盛溶接工程前に、円筒管を溶接する円筒管溶接工程をさらに備え、円筒管溶接工程では、溶接される円筒管の軸中心が、形成される円筒部の軸中心と同軸上となるように、円筒管を溶接面に溶接することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、形成される円筒部の同軸上に円筒管が溶接された状態で、渦巻肉盛溶接工程を行うことができる。つまり、渦巻肉盛溶接工程では、円筒管が円筒部の内壁となった状態で、渦巻状に肉盛溶接が行われる。このため、渦巻肉盛溶接工程では、円筒部の軸中心に肉盛溶接を行う必要がないため、効率良く肉盛溶接を行うことができる。また、円筒管は、円筒部の軸中心へ向かう溶接ダレを抑制することができる。
【００１４】
本発明の溶接装置は、溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する溶接装置であって、形成される円筒部の軸方向は、円筒部の突出方向となっており、溶接面へ向けて溶接を行う溶接ヘッドと、溶接ヘッドへ向けて溶加材を供給する溶加材供給部と、溶接ヘッドを、形成される円筒部の周方向および径方向に移動可能な移動機構と、移動機構を制御可能な制御部と、を備え、制御部は、形成される円筒部の軸を中心として、溶接ヘッドを、円筒部の周方向に周回させながら、円筒部の径方向に移動させることで、溶接面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接制御を実行可能であることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、所定の厚みの円筒部を肉盛溶接により形成する際、渦巻肉盛溶接制御により、渦巻状に肉盛溶接を行うことができる。このため、渦巻肉盛溶接制御を実行することで、溶接面を移動させることなく肉盛溶接を行うことができ、また、肉盛溶接を途切れることなく行うことができる。これにより、溶接面に対し、効率良く円筒部を形成することができる。
【００１６】
この場合、制御部は、形成される円筒部の軸を中心として、溶接ヘッドを、円筒部の周方向に周回させながら、円筒部の軸を中心に点対称となるように、溶接面に肉盛溶接を行う点対称肉盛溶接制御を実行可能であることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、点対称肉盛溶接制御により、円筒部の軸を中心に点対称となる溶接面に肉盛溶接を行うことができる。このため、例えば、円筒部の軸を中心に点対称となる円筒形状の外周面を平坦にする場合、点対称肉盛溶接制御を実行することにより、円筒形状の外周面に対し、円筒部の軸を中心に点対称となるように肉盛溶接を行うことで、外周面を簡単に平坦にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の円筒部溶接形成方法および溶接装置によれば、溶接面に円筒部を形成する場合、渦巻状に肉盛溶接を行うことができるため、効率良く肉盛溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本実施例に係る溶接装置の溶接対象となる圧力容器の正面図である。
【図２】図２は、圧力容器を軸方向に直交する面で切った断面図である。
【図３】図３は、円筒窓の基礎となる円筒部を、圧力容器の軸方向に直交する面で切った部分断面図である。
【図４】図４は、本実施例に係る溶接装置の正面図である。
【図５】図５は、平坦肉盛溶接制御による溶接装置の溶接動作を平面視したときの説明図である。
【図６】図６は、渦巻肉盛溶接制御による溶接装置の溶接動作を平面視したときの説明図である。
【図７】図７は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の第１パイプ溶接工程および平坦肉盛溶接工程を示す説明図である。
【図８】図８は、平坦肉盛溶接工程における溶接装置の溶接動作を断面側から見たときの説明図である。
【図９】図９は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の渦巻肉盛溶接工程を示す説明図である。
【図１０】図１０は、渦巻肉盛溶接工程における溶接装置の溶接動作を断面側から見たときの説明図である。
【図１１】図１１は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の肉盛加工工程を示す説明図である。
【図１２】図１２は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の第２パイプ溶接工程を示す説明図である。
【図１３】図１３は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法のクラッド溶接工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付した図面を参照して、本発明に係る円筒部溶接形成方法および溶接装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２１】
本実施例に係る円筒部溶接形成方法は、容器の溶接面に肉盛溶接を行うことで円筒部を形成する方法である。この円筒部溶接形成方法は、溶接装置を用いて行われており、溶接対象となる容器は、例えば、加圧水型原子炉に用いられる蒸気発生器の圧力容器である。なお、本実施例の円筒部溶接形成方法および溶接装置は、容器として圧力容器に適用して説明するが、圧力容器に限らず、いずれの容器に適用してもよい。以下、図１ないし図３を参照して、溶接対象となる圧力容器について説明する。
【００２２】
図１は、本実施例に係る溶接装置の溶接対象となる圧力容器の正面図であり、図２は、圧力容器を軸方向に直交する面で切った断面図であり、図３は、円筒窓の基礎となる円筒部を、圧力容器の軸方向に直交する面で切った断面図である。圧力容器１は、鉛直方向の上部側が太径の上部胴となっており、鉛直方向の下部側が細径の下部胴となっている。圧力容器１の上部と下部との間の中部は、上部側から下部側へ向けて先細りとなるテーパー形状に形成されている。
【００２３】
圧力容器１の上部胴には、圧力容器１の内部を監視したり、圧力容器１の内部を点検したり、圧力容器１の内部の状態を検出したりするために用いられる円筒窓５が、圧力容器１の周方向に複数設けられている。本実施例において、円筒窓５は、４つ設けられている。４つの円筒窓５は、周方向に９０°ずつ位相をずらして、等間隔に設けられている。円筒窓５は、圧力容器１の外周面１ａから突出して設けられており、円筒窓５の突出方向が、円筒窓５の軸方向となっている。
【００２４】
円筒窓５は、基礎となる円筒部５ａが後述する溶接装置２０および円筒部溶接形成方法によって形成される。そして、円筒窓５は、形成された円筒部５ａに窓材等を取り付けることで構成される。図３に示すように、この円筒部５ａは、圧力容器１の外周面１ａに肉盛溶接された第１肉盛部１０と、第１肉盛部１０に肉盛溶接された第２肉盛部１１と、圧力容器１、第１肉盛部１０および第２肉盛部１１を貫通する貫通口１２と、を有している。
【００２５】
第１肉盛部１０は、円筒形状に形成されており、軸方向の圧力容器側（図示下側）の外周面１０ａは、貫通口１２側に凸となる曲面に成形されている。第２肉盛部１１は、円筒形状に形成されており、第１肉盛部１０と同軸上に設けられている。第２肉盛部１１の直径は、第１肉盛部１０の直径よりも小さい径となっている。なお、第１肉盛部１０は、圧力容器１と同じ材料で構成され、第２肉盛部１１は、第１肉盛部１０と異なる材料で構成されている。貫通口１２は、断面円形となっており、円筒部５ａの軸中心、つまり、第１肉盛部１０および第２肉盛部１１の軸中心を貫通すると共に、圧力容器１を貫通するように形成される。貫通口１２は、圧力容器１の内部側の縁部が面取りされている。
【００２６】
次に、図４を参照して、円筒部５ａを形成するために使用される溶接装置２０について説明する。図４は、本実施例に係る溶接装置の正面図である。この溶接装置２０は、サブマージアーク溶接を実行可能に構成されている。溶接装置２０は、図示しないフレームに取り付けられており、溶接を行う溶接ヘッド２１と、溶接ヘッド２１へ向けて溶接ワイヤ（溶加材）を供給するワイヤリール（溶加材供給部）２２と、溶接ヘッド２１へ向けてフラックスを供給するホッパ２３と、溶接ヘッド２１を移動させる移動機構２４と、これらを制御する制御部２５とを備えている。なお、本実施例では、サブマージアーク溶接に適用して説明するが、これに限定されるものではなく、自動ティグ溶接、自動ミグ溶接や、自動マグ溶接等の自動溶接にも適用可能である。
【００２７】
溶接ヘッド２１は、供給される溶接ワイヤを先端から送り出し、先端から繰り出された溶接ワイヤと溶接面との間にアークを生じさせる。また、溶接ヘッド２１には、溶接ヘッド２１の溶接面に対する溶接角度を調整するヘッド角度調整機構２８が設けられており、このヘッド角度調整機構２８により、溶接面に対する溶接ヘッド２１の溶接角度が適宜調整される。
【００２８】
ワイヤリール２２は、溶接ヘッド２１による溶接に応じて、溶接ワイヤを適宜供給している。ホッパ２３は、その内部にフラックスを溜めており、溶接ヘッド２１の溶接部分に先行してフラックスを供給している。
【００２９】
移動機構２４は、溶接ヘッド２１をθ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動させており、θ軸移動機構３１と、Ｙ軸移動機構３２と、Ｚ軸移動機構３３とを有している。θ軸移動機構３１は、フレームに取り付けられて、溶接ヘッド２１をθ方向に回転させることができ、円筒部５ａを形成する際には、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの周方向に回転させることができる。Ｙ軸移動機構３２は、θ軸移動機構３１に取り付けられて、溶接ヘッド２１をＹ方向に移動させることができ、円筒部５ａを形成する際には、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの径方向に移動させることができる。Ｚ軸移動機構３３は、Ｙ軸移動機構３２に取り付けられて、溶接ヘッド２１をＺ方向に移動させることができ、円筒部５ａを形成する際には、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの軸方向に移動させることができる。
【００３０】
制御部２５は、溶接ヘッド２１へ向けて供給する溶接ワイヤの供給量を調整したり、移動機構２４による溶接ヘッド２１の移動を制御したりしている。制御部２５には、θ方向への回転角度を検出するθ軸センサ３５と、Ｙ方向への移動量を検出するＹ軸センサ３６と、Ｚ方向への移動量を検出するＺ軸センサ３７とが接続されている。そして、制御部２５は、θ軸センサ３５、Ｙ軸センサ３６およびＺ軸センサ３７の検出に基づいて、θ軸移動機構３１、Ｙ軸移動機構３２およびＺ軸移動機構３３をそれぞれ制御している。
【００３１】
従って、溶接装置２０は、制御部２５によって各部が制御されることにより、溶接ヘッド２１に供給される溶接ワイヤの供給量を調整しながら、移動機構２４により溶接ヘッド２１の移動を適宜制御することで、溶接面に対し、所定の溶接を行うことが可能となる。ここで、制御部２５は、点対称肉盛溶接制御と、渦巻肉盛溶接制御とを実行可能に構成されている。以下、図５および図６を参照して、点対称肉盛溶接制御と、渦巻肉盛溶接制御とについてそれぞれ説明する。
【００３２】
図５は、平坦肉盛溶接制御による溶接装置の溶接動作を平面側から見たときの説明図であり、図６は、渦巻肉盛溶接制御による溶接装置の溶接動作を平面側から見たときの説明図である。図５に示すように、点対称肉盛溶接制御は、形成される円筒部５ａに対し、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの周方向（θ方向）に周回（移動）させながら、円筒部５ａの軸を中心として点対称となるように肉盛溶接を行う制御である。
【００３３】
ここで、溶接対象となる圧力容器１の外周面１ａは、形成される円筒部５ａの軸を中心に１８０°点対称となっている。つまり、円筒部５ａの軸中心Ｐを通る圧力容器１の周方向の中心線Ｌ１上において、圧力容器１の外周面１ａは、円筒部５ａの軸中心Ｐから遠ざかるにつれて、圧力容器側（図示下方側）へ湾曲する曲面となる。また、円筒部５ａの軸中心Ｐを通る圧力容器１の軸方向の中心線Ｌ２上において、圧力容器１の外周面１ａは、円筒部５ａの軸中心Ｐにおける面と同じ高さとなる。このとき、圧力容器１の外周面１ａを平坦にするには、円筒部５ａの軸を中心に１８０°点対称となる一対の平坦肉盛領域Ｅ１に肉盛溶接を行う。平坦肉盛領域Ｅ１は、中心線Ｌ１を中心とする円弧状の領域となっている。
【００３４】
このように、溶接対象となる圧力容器１の外周面１ａは平坦となっておらず、点対称肉盛溶接制御は、圧力容器１の外周面１ａを平坦にするために実行される。点対称肉盛溶接制御を実行すると、溶接装置２０は、中心線Ｌ２を挟む一方側の外周面１ａに対し、所定の角度θ分だけ溶接ヘッド２１を移動させて平坦肉盛領域Ｅ１に肉盛溶接を行い、この後、溶接ヘッド２１を周回させ、中心線Ｌ２を挟む他方側の外周面１ａに所定の角度θ分だけ溶接ヘッド２１を移動させて平坦肉盛領域Ｅ１に肉盛溶接を行う。換言すれば、一方側の外周面１ａにおける溶接ヘッド２１の溶接開始位置Ｓ１と、他方側の外周面１ａにおける溶接ヘッド２１の溶接開始位置Ｓ２とは、１８０°点対称となっており、同様に、一方側の外周面１ａにおける溶接ヘッド２１の溶接終了位置Ｔ１と、他方側の外周面１ａにおける溶接ヘッド２１の溶接終了位置Ｔ２とは、１８０°点対称となっている。
【００３５】
図６に示すように、渦巻肉盛溶接制御は、形成される円筒部５ａに対し、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの周方向（θ方向）に周回（移動）させながら、円筒部５ａの径方向（Ｙ方向）に移動させて渦巻状に肉盛溶接を行う制御である。渦巻肉盛溶接制御は、圧力容器１に対し、円筒部５ａの第１肉盛部１０を形成するために実行される。渦巻肉盛溶接制御では、第１肉盛部１０を形成するために必要な略平坦となる渦巻肉盛領域Ｅ２に肉盛溶接される。渦巻肉盛領域Ｅ２は、円筒部５ａの軸を中心とした円形の領域となっている。
【００３６】
渦巻肉盛溶接制御を実行すると、溶接装置２０は、溶接ヘッド２１を、形成される円筒部５ａの径方向内側を周方向に一周させることで、円筒部５ａの径方向内周側を全周溶接し、この後、溶接ヘッド２１を円筒部５ａの径方向の外周側に移動させて、溶接ヘッド２１を周方向に一周させて全周溶接する。全周溶接を行う場合、溶接ヘッド２１は、肉盛溶接の始端側と後端側とが重複するオーバーラップ部４０を形成し、オーバーラップ部４０の形成後、円筒部５ａの径方向外側に移動する。そして、溶接装置２０は、渦巻肉盛領域Ｅ２の全域を肉盛溶接するまで、渦巻状に肉盛溶接を実行する。
【００３７】
次に、図７ないし図１３を参照して、溶接装置２０を用いた円筒部溶接形成方法について説明する。円筒部溶接形成方法では、第１パイプ溶接工程（円筒管溶接工程）と、平坦肉盛溶接工程と、渦巻肉盛溶接工程と、肉盛加工工程と、第２パイプ溶接工程と、クラッド溶接工程と、円筒部加工工程とが順に行われる。
【００３８】
図７は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の第１パイプ溶接工程および平坦肉盛溶接工程を示す説明図である。図７に示すように、第１パイプ溶接工程は、圧力容器１の外周面１ａに第１パイプ（円筒管）５０を溶接する工程である。第１パイプ溶接工程では、第１パイプ５０の軸方向が、外周面１ａに対して突出する円筒部５ａの突出方向となるように、外周面１ａに第１パイプ５０を溶接する。このとき、第１パイプ５０の軸中心が、形成される円筒部５ａの軸中心と同軸上となるように溶接する。
【００３９】
平坦肉盛溶接工程は、点対称肉盛溶接制御を実行して、溶接装置２０により圧力容器１の外周面１ａを平坦にする工程である。圧力容器１の外周面１ａは、中心線Ｌ２を挟んで、圧力容器１の周方向へ湾曲する曲面となっている。このため、平坦肉盛溶接工程では、中心線Ｌ２を挟んで、圧力容器１の周方向へ湾曲する外周面１ａを平坦にする。このとき、平坦肉盛溶接工程では、溶接装置２０の溶接ヘッド２１を、円筒部５ａの周方向に周回させながら肉盛溶接を行っている。
【００４０】
平坦肉盛溶接工程では、溶接装置２０の溶接ヘッド２１を、中心線Ｌ２を挟む一方側の外周面１ａに、所定の角度θ分だけ移動させて溶接を行い、この後、溶接ヘッド２１を周回させ、中心線Ｌ２を挟む他方側の外周面１ａに所定の角度θ分だけ移動させて溶接を行う。つまり、平坦肉盛溶接工程では、一方側の外周面１ａの溶接開始位置Ｓ１から溶接終了位置Ｔ１まで溶接ヘッド２１を移動させて肉盛溶接を行った後、溶接ヘッド２１を周回させ、他方側の外周面１ａの溶接開始位置Ｓ２から溶接終了位置Ｔ２まで溶接ヘッド２１を移動させて肉盛溶接を行う。そして、平坦肉盛溶接工程では、圧力容器１の外周面１ａが平坦となるまで、平坦肉盛領域Ｅ１に対し、点対称肉盛溶接制御が複数回実行される。
【００４１】
図８は、平坦肉盛溶接工程における溶接装置の溶接動作を断面側から見たときの説明図である。図８に示すように、平坦肉盛溶接工程では、例えば、点対称肉盛溶接制御が５回、実行されることで、平坦肉盛領域Ｅ１に肉盛溶接を行っている。１回目の点対称肉盛溶接制御では、平坦肉盛領域Ｅ１の最外周側となる第１位置Ｉ１に肉盛溶接され、２回目の点対称肉盛溶接制御では、第１位置Ｉ１の内周側となる第２位置Ｉ２に肉盛溶接される。３回目の点対称肉盛溶接制御では、第１位置Ｉ１の軸方向外側となる第３位置Ｉ３に肉盛溶接され、４回目の点対称肉盛溶接制御では、第３位置Ｉ３の内周側となる第４位置Ｉ４に肉盛溶接される。そして、５回目の点対称肉盛溶接制御では、第４位置Ｉ４の内周側となる第５位置Ｉ５に肉盛溶接される。
【００４２】
図９は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の渦巻肉盛溶接工程を示す説明図である。図９に示すように、渦巻肉盛溶接工程は、渦巻肉盛溶接制御を実行して、溶接装置２０により圧力容器１の外周面１ａに、円筒部５ａの第１肉盛部１０を形成する工程である。渦巻肉盛溶接工程では、溶接装置２０の溶接ヘッド２１を、円筒部５ａの周方向に周回させながら、円筒部５ａの径方向の内側から外側へ向けて移動させることで、圧力容器１の外周面１ａに渦巻状に肉盛溶接を行う。つまり、渦巻肉盛溶接工程では、溶接した第１パイプ５０の外周側において、溶接ヘッド２１を周方向に一周させて全周溶接し、この後、オーバーラップ部４０の形成後、円筒部５ａの径方向の外側に移動させ、これを繰り返すことで、渦巻肉盛領域Ｅ２に対し肉盛溶接を行う。なお、渦巻肉盛溶接工程では、軸方向（Ｚ方向）における円筒部５ａの高さが所定の高さとなるまで、渦巻肉盛溶接制御が複数回実行される。
【００４３】
図１０は、渦巻肉盛溶接工程における溶接装置の溶接動作を断面側から見たときの説明図である。図１０に示すように、渦巻肉盛溶接工程では、円筒部５ａの内側から外側へ向けて、渦巻肉盛領域Ｅ２に対し、渦巻状に肉盛溶接を行うことで１層目の肉盛溶接を形成する。そして、渦巻肉盛溶接工程では、円筒部５ａの高さが所定の高さとなるまで、肉盛溶接を複数の層に亘って形成する。
【００４４】
図１１は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の肉盛加工工程を示す説明図である。図１１に示すように、肉盛加工工程は、渦巻肉盛溶接工程により形成された第１肉盛部１０の軸方向外側の端面に対し、機械加工により円形溝５２を形成する工程である。ここで、形成される円形溝５２は、その直径が第１肉盛部１０の直径の略半分の長さとなっており、円筒部５ａの軸を中心として、第１パイプ５０および第１肉盛部１０の一部を円形状に切り欠いて形成される。
【００４５】
図１２は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法の第２パイプ溶接工程を示す説明図である。図１２に示すように、第２パイプ溶接工程は、肉盛加工工程により形成された円形溝５２を囲む第２パイプ５４を、第１肉盛部１０の軸方向外側の端面に溶接する工程である。第２パイプ溶接工程では、第２パイプ５４の軸中心が、形成される円筒部５ａの軸中心と同軸上となるように、第２パイプ５４を第１肉盛部１０の軸方向外側の端面に溶接する。また、第２パイプ溶接工程では、第１パイプ５０の軸方向外側の開口部に、円形の蓋体５６を取り付けている。
【００４６】
図１３は、本実施例に係る円筒部溶接形成方法のクラッド溶接工程を示す説明図である。図１３に示すように、クラッド溶接工程は、第１肉盛部１０の軸方向外側の端面に、第２肉盛部１１を形成する工程である。つまり、クラッド溶接工程では、第２パイプ５４の内側にある円形溝５２に肉盛溶接を行うことで、第２肉盛部１１を形成する。そして、クラッド溶接工程では、第２肉盛部１１の軸方向における高さが、所定の高さとなるまで肉盛溶接を行う。なお、クラッド溶接工程は、溶接装置２０を用いて行ってもよいし、溶接装置２０を用いずに手作業により行ってもよい。
【００４７】
円筒部加工工程は、上記工程により形成した第１肉盛部１０および第２肉盛部１１を所定の形状に加工して、図３に示す円筒部５ａを形成する。具体的に説明すると、円筒部加工工程では、円筒部５ａの軸中心に、圧力容器１の外部と内部とを連通する貫通口１２を形成すると共に、第１肉盛部１０および第２肉盛部１１をガウジングにより所定の形状に形成する。形成される貫通口１２は、その径が、第１パイプ５０の直径よりも大きく、第２肉盛部１１の直径よりも小さくなっている。また、貫通口１２の軸中心は、円筒部５ａの軸中心と同軸上となるように、第２肉盛部１１、第１肉盛部１０、第１パイプ５０および圧力容器１を、機械加工して貫通形成する。さらに、貫通口１２の圧力容器側の縁部は面取り加工される。第１肉盛部１０の外周面１０ａは、軸方向の圧力容器側が、貫通口側に凸となる曲面に形成され、軸方向の第２肉盛部側（図示上側）が、円筒形状に形成される。第２肉盛部１１の外周面１１ａは、第２パイプ５４を取り除くように円筒形状に形成される。
【００４８】
上記のように各工程を順に行うことで、圧力容器１の外周面１ａに、円筒窓５の基礎となる円筒部５ａを形成することができる。そして、形成した円筒部５ａに窓材等を取り付けることで、円筒窓５を構成する。
【００４９】
以上のように、本実施例の円筒部溶接形成方法および溶接装置２０によれば、渦巻肉盛溶接工程において、渦巻肉盛溶接制御を実行して、渦巻状に肉盛溶接を行うことで、円筒部５ａの第１肉盛部１０を形成することができる。このため、渦巻肉盛溶接工程では、圧力容器１の外周面１ａを移動させることなく肉盛溶接を行うことができ、また、肉盛溶接を途切れることなく行うことができる。これにより、渦巻肉盛溶接工程では、圧力容器１の外周面１ａに対し、効率良く円筒部５ａの第１肉盛部１０を形成することができる。
【００５０】
また、渦巻肉盛溶接工程の前に、平坦肉盛溶接工程において、点対称溶接制御を実行して、圧力容器１の外周面１ａに対し、円筒部５ａの軸を中心に点対称となるように肉盛溶接を行うことで、圧力容器１の外周面１ａを簡単に平坦にすることができる。また、渦巻肉盛溶接工程において、平坦となった外周面１ａに対し、渦巻状の肉盛溶接を好適に行うことが可能となる。
【００５１】
また、渦巻肉盛溶接工程の前に、第１パイプ溶接工程において、圧力容器１の外周面１ａに対し、第１パイプ５０を溶接することで、渦巻肉盛溶接工程において、円筒部５ａの軸中心に肉盛溶接を行う必要がないため、効率良く肉盛溶接を行うことができる。また、第１パイプ５０は、渦巻肉盛溶接工程の肉盛溶接によって円筒部５ａの軸中心へ向かう溶接ダレを抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上のように、本発明に係る円筒部溶接形成方法および溶接装置は、肉盛溶接により円筒部を形成する場合において有用であり、特に、蒸気発生器の圧力容器を溶接する場合に適している。
【符号の説明】
【００５３】
１ 圧力容器
５ 円筒窓
５ａ 円筒部
１０ 第１肉盛部
１１ 第２肉盛部
１２ 貫通口
２０ 溶接装置
２１ 溶接ヘッド
２２ ワイヤリール
２３ ホッパ
２４ 移動機構
２５ 制御部
４０ オーバーラップ部
５０ 第１パイプ
５２ 円形溝
５４ 第２パイプ
５６ 蓋体
Ｅ１ 平坦肉盛領域
Ｅ２ 渦巻肉盛領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する円筒部溶接形成方法であって、
形成される前記円筒部の軸方向は、前記円筒部の突出方向となっており、
形成される前記円筒部の軸を中心として、前記円筒部の周方向に周回させながら、前記円筒部の径方向に移動させることで、前記溶接面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接工程を備えたことを特徴とする円筒部溶接形成方法。
【請求項２】
前記渦巻肉盛溶接工程前に、形成される前記円筒部の軸を中心として、前記円筒部の周方向に周回させながら、前記溶接面が平坦となるように、前記溶接面に肉盛溶接を行う平坦肉盛溶接工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の円筒部溶接形成方法。
【請求項３】
前記溶接面は、前記円筒部の軸を中心に点対称となる円筒形状の容器の外周面であり、
前記平坦肉盛溶接工程では、前記円筒部の軸を中心に点対称となるように、前記溶接面に肉盛溶接を行うことを特徴とする請求項２に記載の円筒部溶接形成方法。
【請求項４】
前記渦巻肉盛溶接工程前に、円筒管を溶接する円筒管溶接工程をさらに備え、
前記円筒管溶接工程では、溶接される前記円筒管の軸中心が、形成される前記円筒部の軸中心と同軸上となるように、前記円筒管を前記溶接面に溶接することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の円筒部溶接形成方法。
【請求項５】
溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する溶接装置であって、
形成される前記円筒部の軸方向は、前記円筒部の突出方向となっており、
前記溶接面へ向けて溶接を行う溶接ヘッドと、
前記溶接ヘッドへ向けて溶加材を供給する溶加材供給部と、
前記溶接ヘッドを、形成される前記円筒部の周方向および径方向に移動可能な移動機構と、
前記移動機構を制御可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、形成される前記円筒部の軸を中心として、前記溶接ヘッドを、前記円筒部の周方向に周回させながら、前記円筒部の径方向に移動させることで、前記溶接面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接制御を実行可能であることを特徴とする溶接装置。
【請求項６】
前記制御部は、形成される前記円筒部の軸を中心として、前記溶接ヘッドを、前記円筒部の周方向に周回させながら、前記円筒部の軸を中心に点対称となるように、前記溶接面に肉盛溶接を行う点対称肉盛溶接制御を実行可能であることを特徴とする請求項５に記載の溶接装置。
【請求項１】
溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する円筒部溶接形成方法であって、
形成される前記円筒部の軸方向は、前記円筒部の突出方向となっており、
形成される前記円筒部の軸を中心として、前記円筒部の周方向に周回させながら、前記円筒部の径方向に移動させることで、前記溶接面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接工程を備えたことを特徴とする円筒部溶接形成方法。
【請求項２】
前記渦巻肉盛溶接工程前に、形成される前記円筒部の軸を中心として、前記円筒部の周方向に周回させながら、前記溶接面が平坦となるように、前記溶接面に肉盛溶接を行う平坦肉盛溶接工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の円筒部溶接形成方法。
【請求項３】
前記溶接面は、前記円筒部の軸を中心に点対称となる円筒形状の容器の外周面であり、
前記平坦肉盛溶接工程では、前記円筒部の軸を中心に点対称となるように、前記溶接面に肉盛溶接を行うことを特徴とする請求項２に記載の円筒部溶接形成方法。
【請求項４】
前記渦巻肉盛溶接工程前に、円筒管を溶接する円筒管溶接工程をさらに備え、
前記円筒管溶接工程では、溶接される前記円筒管の軸中心が、形成される前記円筒部の軸中心と同軸上となるように、前記円筒管を前記溶接面に溶接することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の円筒部溶接形成方法。
【請求項５】
溶接面から突出する円筒部を、肉盛溶接により形成する溶接装置であって、
形成される前記円筒部の軸方向は、前記円筒部の突出方向となっており、
前記溶接面へ向けて溶接を行う溶接ヘッドと、
前記溶接ヘッドへ向けて溶加材を供給する溶加材供給部と、
前記溶接ヘッドを、形成される前記円筒部の周方向および径方向に移動可能な移動機構と、
前記移動機構を制御可能な制御部と、を備え、
前記制御部は、形成される前記円筒部の軸を中心として、前記溶接ヘッドを、前記円筒部の周方向に周回させながら、前記円筒部の径方向に移動させることで、前記溶接面に渦巻状に肉盛溶接を行う渦巻肉盛溶接制御を実行可能であることを特徴とする溶接装置。
【請求項６】
前記制御部は、形成される前記円筒部の軸を中心として、前記溶接ヘッドを、前記円筒部の周方向に周回させながら、前記円筒部の軸を中心に点対称となるように、前記溶接面に肉盛溶接を行う点対称肉盛溶接制御を実行可能であることを特徴とする請求項５に記載の溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１４３７６９（Ｐ２０１２−１４３７６９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４８２（Ｐ２０１１−２４８２）
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月７日（２０１１．１．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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