溶接接合体およびタービンロータ
【課題】溶接による溶落ちおよび垂下が内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止すること。
【解決手段】第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとを突き合わせて溶接によって接合した状態で内部が中空となる溶接接合体において、第一部材１１の中空となる内壁面１１ｂから突出して設けられ、各接合面１１ａ，１２ａを突き合わせた状態で各接合面１１ａ，１２ａの内側縁から離隔しつつ、各接合面１１ａ，１２ａが溶融される溶融部１３の内側を覆って先端１５ａが延在して形成されているとともに、内壁面１１ｂから突出する基端１５ｂが内壁面１１ｂに対して湾曲面１５ｃを介して連続し、各接合面１１ａ，１２ａの内側の全周に渡って連続して形成された突片１５を備える。
【解決手段】第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとを突き合わせて溶接によって接合した状態で内部が中空となる溶接接合体において、第一部材１１の中空となる内壁面１１ｂから突出して設けられ、各接合面１１ａ，１２ａを突き合わせた状態で各接合面１１ａ，１２ａの内側縁から離隔しつつ、各接合面１１ａ，１２ａが溶融される溶融部１３の内側を覆って先端１５ａが延在して形成されているとともに、内壁面１１ｂから突出する基端１５ｂが内壁面１１ｂに対して湾曲面１５ｃを介して連続し、各接合面１１ａ，１２ａの内側の全周に渡って連続して形成された突片１５を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接によって接合された状態で内部が中空となる溶接接合体およびタービンロータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載の溶接プレップジョイントは、一対の軸方向に位置合わせした第一ロータ鍛造品および第二ロータ鍛造品を溶接してタービンロータをなすためのものである。この溶接プレップジョイントは、第一ロータ鍛造品の端部において、第一半径方向溶接面および第一軸方向ラベット面を備えた第一溶接ジョイント構成部と、第二ロータ鍛造品の端部において、第一半径方向溶接面に係合する第二半径方向溶接面、第一軸方向ラベット面に係合する第二軸方向ラベット面、および第二ラベット面の半径方向内側で延びかつ第二半径方向溶接面から軸方向にオフセットした第三半径方向非溶接面を備えた第二溶接ジョイント構成部とを含む。この溶接プレップジョイントは、溶接することになる各半径方向溶接面が、各軸方向ラベット面からオフセットしており、各軸方向ラベット面が支持面として作用することから、溶接による溶落ちや垂下がタービンロータ内部に落下することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８９５００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、各軸方向ラベット面は、溶接されない部分であり、溶接後には互いに面合わせされて存在することになる。このため、各軸方向ラベット面が接合当初から亀裂のごとく存在することから、タービンロータの回転による遠心力などによって各軸方向ラベット面を起点として新たな亀裂が発生するおそれがある。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するものであり、溶接によって接合された後に内部が中空となる構成において、溶接による溶落ちおよび垂下が内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止することのできる溶接接合体およびタービンロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の溶接接合体は、第一部材の接合面と第二部材の接合面とを突き合わせて溶接によって接合した状態で内部が中空となる溶接接合体において、前記第一部材または前記第二部材の中空となる内壁面から突出して設けられ、各前記接合面を突き合わせた状態で各前記接合面の内側縁から離隔しつつ、各前記接合面が溶融される溶融部の内側を覆って先端が延在して形成されているとともに、前記内壁面から突出する基端が当該内壁面に対して湾曲面を介して連続し、各前記接合面の内側の全周に渡って連続して形成された突片を備えることを特徴とする。
【０００７】
この溶接接合体によれば、各内壁面の位置において溶融部に生じる溶落ちおよび垂下を、溶融部を覆う突片によって受け止めるため、溶融部に生じる溶落ちおよび垂下が中空内部に落下する事態を防ぐことができる。しかも、突片は、各接合面の内側縁から離隔して設けられているとともに、第一部材または第二部材の内壁面から突出する基端が、内壁面に対して湾曲面を介して連続して形成されているため、溶接後において、突片の基端（付け根部分）に局所的に大きな応力がかからず、突片を起点とした亀裂の発生を防ぐことができる。
【０００８】
また、本発明の溶接接合体は、前記溶融部の範囲内であって、前記第一部材の接合面と前記第二部材の接合面とに、相互に嵌め合う凹凸部を備えることを特徴とする。
【０００９】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面との突き合わせ位置を、凹凸部の嵌め合いによって位置合わせできる。このため、溶接接合体を溶接する際、第一部材と第二部材を相互に位置合わせして、溶接作業を容易に行うことができ、精度良く接合を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の溶接接合体は、前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、一方の前記接合面に対して凸状に形成されているとともに他方の前記接合面に対して凹状に形成され、かつ各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面とを、凹凸部の嵌め合いによって円環状の中心に位置合わせすることができる。しかも、凹凸部は、凸状および凹状が、各接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されていることから、第一部材と第二部材との接合に際して相互の周方向の位置を微調整することができる。
【００１２】
また、本発明の溶接接合体は、前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、一方の前記接合面に対して凸状に形成されているとともに他方の前記接合面に対して凹状に形成され、かつ各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面とを、凹凸部の嵌め合いによって円環状の中心に位置合わせすることができる。しかも、凹凸部は、凸状および凹状が、各接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部に形成されていることから、第一部材と第二部材との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることができる。
【００１４】
また、本発明の溶接接合体は、前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、各前記接合面に対し、各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続する鋸歯状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面とを、凹凸部の嵌め合いによって円環状の中心に位置合わせすることができる。しかも、凹凸部は、鋸歯状であることから、第一部材と第二部材との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることができる。
【００１６】
また、本発明の溶接接合体は、前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、各前記接合面に対し、各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面とを、凹凸部の嵌め合いによって円環状の中心に位置合わせすることができる。しかも、凹凸部は、鋸歯状であることから、第一部材と第二部材との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることができる。しかも、凹凸部は、鋸歯状が、各接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されていることから、その成形を各接合面の周方向の一部にできるため、製造コストを低減することができる。
【００１８】
また、本発明の溶接接合体は、前記凹凸部は、各前記接合面において最外側縁に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
溶接接合体は、溶接機によって外側から溶接されることになり、内壁面を溶融した溶融部が、外側が最も幅が広く、内壁面の位置において最も幅が小さくなる。この溶接接合体によれば、溶融部の最も幅が広い最外側縁に凹凸部を設けることで、凹凸部を十分に溶融させることができ、溶接部分の健全性に影響を与えることがない。しかも、この溶接接合体によれば、凹凸部の嵌め合いを外側から目視やカメラで確認できるため、突き合わせ時の作業性を向上することができる。
【００２０】
上述の目的を達成するために、本発明のタービンロータは、軸方向で第一部材と第二部材とに分割形成され、前記第一部材の接合面と前記第二部材の接合面とを突き合わせて溶接によって接合した状態で軸方向に連続する円筒状をなすタービンロータにおいて、上述したいずれか１つの溶接接合体として構成されることを特徴とする。
【００２１】
このタービンロータによれば、溶接による溶落ちおよび垂下がタービンロータ内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、溶接による溶落ちおよび垂下が内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る溶接接合体（タービンロータ）が適用されるガスタービンの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る溶接接合体（タービンロータ）の溶接を示す一部の断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の第一部材の端面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の他の第一部材の端面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の側面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の第一部材の端面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の他の第一部材の端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態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、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係るガスタービンの概略構成図である。ガスタービンは、図１に示すように、圧縮機１１１と燃焼器１１２とタービン１１３と排気室１１４により構成され、タービン１１３に図示しない発電機が連結されている。圧縮機１１１は、空気を取り込む空気取入口１１５を有し、圧縮機車室１１６内に複数の静翼１１７と動翼１１８が交互に配設されている。燃焼器１１２は、圧縮機１１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１１３は、タービン車室１２０内に複数の静翼１２１と動翼１２２が交互に配設されている。排気室１１４は、タービン１１３に連続する排気ディフューザ１２３を有している。また、圧縮機１１１、燃焼器１１２、タービン１１３、排気室１１４の中心部を貫通するようにロータ（タービンロータ）１２４が位置しており、圧縮機１１１側の端部が軸受部１２５により回転自在に支持される一方、排気室１１４側の端部が軸受部１２６により回転自在に支持されている。そして、このタービンロータ１２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１１８，１２２が連結されると共に、排気室１１４側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。なお、図１において一点鎖線で示す符号Ｓは、タービンロータ１２４の中心軸である。
【００２６】
従って、圧縮機１１１の空気取入口１１５から取り込まれた空気が、複数の静翼１２１と動翼１２２を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１１３を構成する複数の静翼１２１と動翼１２２を通過することでタービンロータ１２４を駆動回転し、このタービンロータ１２４に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室１１４の排気ディフューザ１２３で静圧に変換されてから大気に放出される。
【００２７】
［実施の形態１］
図２は、実施の形態１に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の断面図であり、図３は、溶接接合体（タービンロータ）の溶接を示す一部の断面図である。
【００２８】
上述したガスタービンのタービンロータ１２４としての溶接接合体は、図２および図３に示すように、第一部材１１と第二部材１２とに分割して形成されており、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとを突き合わせ、当該各接合面１１ａ，１２ａを溶接によって溶融することによって接合される。この溶融された部分を溶融部１３という。そして、溶接接合体は、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとを接合した状態で、内部に中空部１４が形成される。各接合面１１ａ，１２ａは、溶接接合体がタービンロータ１２４である場合、タービンロータ１２４が円筒状に形成されていることから、相互が同じ円環状に形成されている。
【００２９】
この溶接接合体は、第一部材１１または第二部材１２に、突片１５が設けられている。本実施の形態においては、図２および図３に示すように、突片１５が第一部材１１に設けられている例を示す。突片１５は、第一部材１１の中空部１４側となる内壁面１１ｂから突出して設けられている。突片１５は、各接合面１１ａ，１２ａを突き合わせた状態で、各接合面１１ａ，１２ａの内側縁（内壁面１１ｂ，１２ｂ）から距離Ａをおいて離隔しつつ、溶融部１３の内側を覆って先端１５ａが中心軸Ｓに沿う軸方向に延在して形成されている。突片１５の先端１５ａは、溶融部１３を覆うにあたり、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの位置から軸方向に距離Ｂの位置まで延在されている。また、突片１５は、第一部材１１の内壁面１１ｂから突出する基端１５ｂが、第一部材１１の内壁面１１ｂに対して湾曲面１５ｃを介して連続して形成されている。この湾曲面１５ｃが内壁面１１ｂに連続する位置は、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの位置から軸方向に距離Ｃの位置とされている。また、突片１５は、中心軸Ｓに直交する径方向での厚さをＤとして形成されている。そして、突片１５は、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの内側の全周に渡って連続して形成されている。
【００３０】
このような溶接接合体は、図３に示すように、各接合面１１ａ，１２ａを突き合わせた状態で、かつ突片１５を有した第一部材１１を下側として突片１５の先端１５ａを上向きとし、外側から電子ビーム溶接機やレーザ溶接機などの溶接機１０によって溶接される。溶接の際は、溶接機１０と溶接接合体とを中心軸Ｓ周りに相対的に回転させる。このように、溶接機１０によって外側から溶接される溶接接合体は、内壁面１１ｂ，１２ｂを溶融した溶融部１３が、図２に示すように、外側が最も幅が広く、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において最も幅が小さくなる。そして、溶融部１３が内壁面１１ｂ，１２ｂに到達した場合、そこから生じる溶落ちおよび垂下が、溶融部１３を覆う突片１５によって受け止められる。また、突片１５の先端を上向きとしていることで、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において溶融部１３に生じる溶落ちおよび垂下が、内壁面１１ｂから突出する突片１５の基端１５ｂで受け止められる。このため、溶融部１３に生じる溶落ちおよび垂下が中空部１４の内部に落下する事態を防ぐ。しかも、突片１５は、各接合面１１ａ，１２ａの内側縁から離隔して設けられているとともに、第一部材１１の内壁面１１ｂから突出する基端１５ｂが、第一部材１１の内壁面１１ｂに対して湾曲面１５ｃを介して連続して形成されている。このため、溶接後において、タービンロータ１２４の回転による遠心力などによって突片１５の基端（付け根部分）１５ｃに局所的に大きな応力がかからないため、突片１５を起点とした亀裂の発生を防ぐ。
【００３１】
ここで、突片１５に係る各寸法の一例について説明する。溶接接合体をタービンロータ１２４とした場合に、図２に示すように、外半径Ｅが６００［ｍｍ］〜３０００［ｍｍ］とされ、第一部材１１および第二部材１２（接合面１１ａ，１２ａ）の径方向の厚みＦが１００［ｍｍ］〜２００［ｍｍ］とされている。この場合、十分な接合強度を得るため、各接合面１１ａ，１２ａを溶融した溶融部１３の幅Ｇは、最も幅が小さくなる内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とすることが好ましい。このような、タービンロータ１２４において、突片１５の各接合面１１ａ，１２ａの内側縁（内壁面１１ｂ，１２ｂ）からの距離Ａは、溶融部１３から生じる溶落ちおよび垂下を適宜受け止めるとともに、湾曲面１５ｃの加工性を損なわないようにするため、１０［ｍｍ］〜２０［ｍｍ］とすることが好ましい。また、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの位置から突片１５の先端１５ａまでの距離Ｂは、溶融部１３を覆って溶融部１３から生じる溶落ちおよび垂下を適宜受け止めるため、１０［ｍｍ］以上とすることが好ましい。また、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの位置から湾曲面１５ｃが内壁面１１ｂに連続する位置までの距離Ｃは、溶融部１３から距離をおいて突片１５に大きな応力がかからないようにするため、２０［ｍｍ］以上とすることが好ましい。また、突片１５の厚さＤは、突片１５の強度を維持する一方で中空部１４の領域を阻害しないため、１０［ｍｍ］〜３０［ｍｍ］とすることが好ましい。なお、溶接機１０として電子ビーム溶接機を用いた場合、その溶接条件の例は、溶接接合体の材質（例えば、低合金鋼）と板厚（厚みＦ）から、電流値３００［ｍＡ］、電圧１５０［ｋＶ］、溶接速度（溶接機１０と溶接接合体との相対回転速度）１５０［ｍｍ／ｍｉｎ］のように決定できる。
【００３２】
このように、本実施の形態の溶接接合体は、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとを突き合わせて溶接によって接合した状態で内部が中空となる溶接接合体であり、第一部材１１（第二部材１２）の中空となる内壁面１１ｂ（１２ｂ）から突出して設けられ、各接合面１１ａ，１２ａを突き合わせた状態で各接合面１１ａ，１２ａの内側縁から離隔しつつ、各接合面１１ａ，１２ａが溶融される溶融部１３の内側を覆って先端１５ａが延在して形成されているとともに、内壁面１１ｂ（１２ｂ）から突出する基端１５ｂが内壁面１１ｂ（１２ｂ）に対して湾曲面１５ｃを介して連続し、各接合面１１ａ，１２ａの内側の全周に渡って連続して形成された突片１５を備える。
【００３３】
この溶接接合体によれば、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において溶融部１３に生じる溶落ちおよび垂下を、溶融部１３を覆う突片１５によって受け止めるため、溶融部１３に生じる溶落ちおよび垂下が中空部１４の内部に落下する事態を防ぐことが可能である。しかも、突片１５は、各接合面１１ａ，１２ａの内側縁から離隔して設けられているとともに、第一部材１１（第二部材１２）の内壁面１１ｂ（１２ｂ）から突出する基端１５ｂが、内壁面１１ｂ（１２ｂ）に対して湾曲面１５ｃを介して連続して形成されているため、溶接後において、突片１５の基端（付け根部分）１５ｃに局所的に大きな応力がかからず、突片１５を起点とした亀裂の発生を防ぐことが可能になる。
【００３４】
［実施の形態２］
図４は、実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の断面図であり、図５は、溶接接合体（タービンロータ）の第一部材の端面図である。
【００３５】
本実施の形態の溶接接合体は、実施の形態１の溶接接合体において、溶融部１３の範囲内であって、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとに、相互に嵌め合う凹凸部１６を備える。
【００３６】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとの突き合わせ位置を、凹凸部１６の嵌め合いによって位置合わせすることが可能である。このため、溶接接合体を溶接する際、第一部材１１と第二部材１２を相互に位置合わせして、溶接作業を容易に行うことが可能であり、精度良く接合を行うことが可能である。
【００３７】
また、本実施の形態における凹凸部１６は、第一部材１１の接合面１１ａおよび第二部材１２の接合面１２ａがともに円環状に形成されている。そして、凹凸部１６は、一方の接合面（図４では接合面１１ａ）に対して凸状１６ａにて形成されているとともに、他方の接合面（図４では接合面１２ａ）に対して凹状１６ｂにて形成されている。さらに、凹凸部１６は、図５に示すように、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されている。
【００３８】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとを、凹凸部１６の嵌め合いによって円環状の中心（中心軸Ｓ）に位置合わせすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、凸状１６ａおよび凹状１６ｂが、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されていることから、第一部材１１と第二部材１２との接合に際して相互の周方向の位置を微調整することが可能である。
【００３９】
また、凹凸部１６は、各接合面１１ａ，１２ａにおいて最外側縁に設けられていることが好ましい。
【００４０】
上述したように、溶接機１０によって外側から溶接される溶接接合体は、内壁面１１ｂ，１２ｂを溶融した溶融部１３が、外側が最も幅が広く、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において最も幅が小さくなる。この溶接接合体によれば、溶融部１３の最も幅が広い最外側縁に凹凸部１６を設けることで、凹凸部１６を十分に溶融させることが可能であり、溶接部分の健全性に影響を与えることがない。しかも、この溶接接合体によれば、凹凸部１６の嵌め合いを外側から目視やカメラで確認できるため、突き合わせ時の作業性を向上することが可能である。
【００４１】
ここで、凹凸部１６の凸状１６ａおよび凹状１６ｂの軸方向寸法Ｈおよび径方向寸法Ｉの一例について説明する。この寸法は、溶融部１３の最小幅Ｇが６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とされていることから、凹凸部１６を十分に溶融させるため、軸方向寸法Ｈを１［ｍｍ］〜４［ｍｍ］とし、径方向寸法Ｉを２［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］としている。
【００４２】
図６は、実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の他の第一部材の端面図である。図６に示す溶接接合体は、凹凸部１６（凸状１６ａおよび凹状１６ｂ）が、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡の一部で断続して形成されている。
【００４３】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとを、凹凸部１６の嵌め合いによって円環状の中心（中心軸Ｓ）に位置合わせすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、凸状１６ａおよび凹状１６ｂが、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡の一部で断続して形成されていることから、第一部材１１と第二部材１２との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることが可能である。
【００４４】
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の側面図であり、図８は、溶接接合体（タービンロータ）の第一部材の端面図である。
【００４５】
本実施の形態の溶接接合体は、実施の形態１の溶接接合体において、溶融部１３の範囲内であって、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとに、相互に嵌め合う凹凸部１６を備える。
【００４６】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとの突き合わせ位置を、凹凸部１６の嵌め合いによって位置合わせすることが可能である。このため、溶接接合体を溶接する際、第一部材１１と第二部材１２を相互に位置合わせして、溶接作業を容易に行うことが可能であり、精度良く接合を行うことが可能である。
【００４７】
また、本実施の形態における凹凸部１６は、第一部材１１の接合面１１ａおよび第二部材１２の接合面１２ａがともに円環状に形成されている。そして、凹凸部１６は、各接合面１１ａ，１２ａに対し、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡で連続する鋸歯状１６ｃにて形成されている。
【００４８】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとを、凹凸部１６の嵌め合いによって円環状の中心（中心軸Ｓ）に位置合わせすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、鋸歯状１６ｃであることから、第一部材１１と第二部材１２との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることが可能である。
【００４９】
また、凹凸部１６は、各接合面１１ａ，１２ａにおいて最外側縁に設けられていることが好ましい。
【００５０】
上述したように、溶接機１０によって外側から溶接される溶接接合体は、内壁面１１ｂ，１２ｂを溶融した溶融部１３が、外側が最も幅が広く、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において最も幅が小さくなる。この溶接接合体によれば、溶融部１３の最も幅が広い最外側縁に凹凸部１６を設けることで、凹凸部１６を十分に溶融させることが可能であり、溶接部分の健全性に影響を与えることがない。しかも、この溶接接合体によれば、凹凸部１６の嵌め合いを外側から目視やカメラで確認できるため、突き合わせ時の作業性を向上することが可能である。
【００５１】
ここで、凹凸部１６の凸状１６ａおよび凹状１６ｂの軸方向寸法Ｈおよび径方向寸法Ｉの一例について説明する。この寸法は、溶融部１３の最小幅Ｇが６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とされていることから、凹凸部１６を十分に溶融させるため、図３に示したように、軸方向寸法Ｈを１［ｍｍ］〜４［ｍｍ］とし、径方向寸法Ｉを２［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］としている。
【００５２】
図９は、実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の他の第一部材の端面図である。図９に示す溶接接合体は、凹凸部１６が、各接合面１１ａ，１２ａに対し、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されている。
【００５３】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとを、凹凸部１６の嵌め合いによって円環状の中心（中心軸Ｓ）に位置合わせすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、鋸歯状１６ｃであることから、第一部材１１と第二部材１２との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、鋸歯状１６ｃが、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されていることから、その成形を各接合面１１ａ，１２ａの周方向の一部にできるため、製造コストを低減することが可能になる。
【００５４】
また、上述した各実施の形態のいずれか１つの溶接接合体として構成されたタービンロータ１２４によれば、溶接による溶落ちおよび垂下がタービンロータ内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止することが可能になる。
【００５５】
なお、上述した各実施の形態では、タービンとしてガスタービンを例に説明したが、蒸気タービンのタービンロータにおいても、溶接接合体として同様の構成を適用し、同様の効果を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１１ 第一部材
１１ａ 接合面
１１ｂ 内壁面
１２ 第二部材
１２ａ 接合面
１２ｂ 内壁面
１３ 溶融部
１４ 中空部
１５ 突片
１５ａ 先端
１５ｂ 基端
１５ｃ 湾曲面
１６ 凹凸部
１６ａ 凸状
１６ｂ 凹状
１６ｃ 鋸歯状
１２４ タービンロータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接によって接合された状態で内部が中空となる溶接接合体およびタービンロータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載の溶接プレップジョイントは、一対の軸方向に位置合わせした第一ロータ鍛造品および第二ロータ鍛造品を溶接してタービンロータをなすためのものである。この溶接プレップジョイントは、第一ロータ鍛造品の端部において、第一半径方向溶接面および第一軸方向ラベット面を備えた第一溶接ジョイント構成部と、第二ロータ鍛造品の端部において、第一半径方向溶接面に係合する第二半径方向溶接面、第一軸方向ラベット面に係合する第二軸方向ラベット面、および第二ラベット面の半径方向内側で延びかつ第二半径方向溶接面から軸方向にオフセットした第三半径方向非溶接面を備えた第二溶接ジョイント構成部とを含む。この溶接プレップジョイントは、溶接することになる各半径方向溶接面が、各軸方向ラベット面からオフセットしており、各軸方向ラベット面が支持面として作用することから、溶接による溶落ちや垂下がタービンロータ内部に落下することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８９５００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、各軸方向ラベット面は、溶接されない部分であり、溶接後には互いに面合わせされて存在することになる。このため、各軸方向ラベット面が接合当初から亀裂のごとく存在することから、タービンロータの回転による遠心力などによって各軸方向ラベット面を起点として新たな亀裂が発生するおそれがある。
【０００５】
本発明は上述した課題を解決するものであり、溶接によって接合された後に内部が中空となる構成において、溶接による溶落ちおよび垂下が内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止することのできる溶接接合体およびタービンロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の溶接接合体は、第一部材の接合面と第二部材の接合面とを突き合わせて溶接によって接合した状態で内部が中空となる溶接接合体において、前記第一部材または前記第二部材の中空となる内壁面から突出して設けられ、各前記接合面を突き合わせた状態で各前記接合面の内側縁から離隔しつつ、各前記接合面が溶融される溶融部の内側を覆って先端が延在して形成されているとともに、前記内壁面から突出する基端が当該内壁面に対して湾曲面を介して連続し、各前記接合面の内側の全周に渡って連続して形成された突片を備えることを特徴とする。
【０００７】
この溶接接合体によれば、各内壁面の位置において溶融部に生じる溶落ちおよび垂下を、溶融部を覆う突片によって受け止めるため、溶融部に生じる溶落ちおよび垂下が中空内部に落下する事態を防ぐことができる。しかも、突片は、各接合面の内側縁から離隔して設けられているとともに、第一部材または第二部材の内壁面から突出する基端が、内壁面に対して湾曲面を介して連続して形成されているため、溶接後において、突片の基端（付け根部分）に局所的に大きな応力がかからず、突片を起点とした亀裂の発生を防ぐことができる。
【０００８】
また、本発明の溶接接合体は、前記溶融部の範囲内であって、前記第一部材の接合面と前記第二部材の接合面とに、相互に嵌め合う凹凸部を備えることを特徴とする。
【０００９】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面との突き合わせ位置を、凹凸部の嵌め合いによって位置合わせできる。このため、溶接接合体を溶接する際、第一部材と第二部材を相互に位置合わせして、溶接作業を容易に行うことができ、精度良く接合を行うことができる。
【００１０】
また、本発明の溶接接合体は、前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、一方の前記接合面に対して凸状に形成されているとともに他方の前記接合面に対して凹状に形成され、かつ各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されていることを特徴とする。
【００１１】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面とを、凹凸部の嵌め合いによって円環状の中心に位置合わせすることができる。しかも、凹凸部は、凸状および凹状が、各接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されていることから、第一部材と第二部材との接合に際して相互の周方向の位置を微調整することができる。
【００１２】
また、本発明の溶接接合体は、前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、一方の前記接合面に対して凸状に形成されているとともに他方の前記接合面に対して凹状に形成され、かつ各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面とを、凹凸部の嵌め合いによって円環状の中心に位置合わせすることができる。しかも、凹凸部は、凸状および凹状が、各接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部に形成されていることから、第一部材と第二部材との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることができる。
【００１４】
また、本発明の溶接接合体は、前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、各前記接合面に対し、各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続する鋸歯状に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面とを、凹凸部の嵌め合いによって円環状の中心に位置合わせすることができる。しかも、凹凸部は、鋸歯状であることから、第一部材と第二部材との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることができる。
【００１６】
また、本発明の溶接接合体は、前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、各前記接合面に対し、各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されていることを特徴とする。
【００１７】
この溶接接合体によれば、第一部材の接合面と、第二部材の接合面とを、凹凸部の嵌め合いによって円環状の中心に位置合わせすることができる。しかも、凹凸部は、鋸歯状であることから、第一部材と第二部材との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることができる。しかも、凹凸部は、鋸歯状が、各接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されていることから、その成形を各接合面の周方向の一部にできるため、製造コストを低減することができる。
【００１８】
また、本発明の溶接接合体は、前記凹凸部は、各前記接合面において最外側縁に設けられていることを特徴とする。
【００１９】
溶接接合体は、溶接機によって外側から溶接されることになり、内壁面を溶融した溶融部が、外側が最も幅が広く、内壁面の位置において最も幅が小さくなる。この溶接接合体によれば、溶融部の最も幅が広い最外側縁に凹凸部を設けることで、凹凸部を十分に溶融させることができ、溶接部分の健全性に影響を与えることがない。しかも、この溶接接合体によれば、凹凸部の嵌め合いを外側から目視やカメラで確認できるため、突き合わせ時の作業性を向上することができる。
【００２０】
上述の目的を達成するために、本発明のタービンロータは、軸方向で第一部材と第二部材とに分割形成され、前記第一部材の接合面と前記第二部材の接合面とを突き合わせて溶接によって接合した状態で軸方向に連続する円筒状をなすタービンロータにおいて、上述したいずれか１つの溶接接合体として構成されることを特徴とする。
【００２１】
このタービンロータによれば、溶接による溶落ちおよび垂下がタービンロータ内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、溶接による溶落ちおよび垂下が内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る溶接接合体（タービンロータ）が適用されるガスタービンの概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る溶接接合体（タービンロータ）の溶接を示す一部の断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の第一部材の端面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の他の第一部材の端面図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の側面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の第一部材の端面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の他の第一部材の端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態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、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２５】
図１は、本実施の形態に係るガスタービンの概略構成図である。ガスタービンは、図１に示すように、圧縮機１１１と燃焼器１１２とタービン１１３と排気室１１４により構成され、タービン１１３に図示しない発電機が連結されている。圧縮機１１１は、空気を取り込む空気取入口１１５を有し、圧縮機車室１１６内に複数の静翼１１７と動翼１１８が交互に配設されている。燃焼器１１２は、圧縮機１１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、バーナで点火することで燃焼可能となっている。タービン１１３は、タービン車室１２０内に複数の静翼１２１と動翼１２２が交互に配設されている。排気室１１４は、タービン１１３に連続する排気ディフューザ１２３を有している。また、圧縮機１１１、燃焼器１１２、タービン１１３、排気室１１４の中心部を貫通するようにロータ（タービンロータ）１２４が位置しており、圧縮機１１１側の端部が軸受部１２５により回転自在に支持される一方、排気室１１４側の端部が軸受部１２６により回転自在に支持されている。そして、このタービンロータ１２４に複数のディスクプレートが固定され、各動翼１１８，１２２が連結されると共に、排気室１１４側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。なお、図１において一点鎖線で示す符号Ｓは、タービンロータ１２４の中心軸である。
【００２６】
従って、圧縮機１１１の空気取入口１１５から取り込まれた空気が、複数の静翼１２１と動翼１２２を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器１１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給されることで燃焼する。そして、この燃焼器１１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガスが、タービン１１３を構成する複数の静翼１２１と動翼１２２を通過することでタービンロータ１２４を駆動回転し、このタービンロータ１２４に連結された発電機を駆動する一方、排気ガスは排気室１１４の排気ディフューザ１２３で静圧に変換されてから大気に放出される。
【００２７】
［実施の形態１］
図２は、実施の形態１に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の断面図であり、図３は、溶接接合体（タービンロータ）の溶接を示す一部の断面図である。
【００２８】
上述したガスタービンのタービンロータ１２４としての溶接接合体は、図２および図３に示すように、第一部材１１と第二部材１２とに分割して形成されており、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとを突き合わせ、当該各接合面１１ａ，１２ａを溶接によって溶融することによって接合される。この溶融された部分を溶融部１３という。そして、溶接接合体は、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとを接合した状態で、内部に中空部１４が形成される。各接合面１１ａ，１２ａは、溶接接合体がタービンロータ１２４である場合、タービンロータ１２４が円筒状に形成されていることから、相互が同じ円環状に形成されている。
【００２９】
この溶接接合体は、第一部材１１または第二部材１２に、突片１５が設けられている。本実施の形態においては、図２および図３に示すように、突片１５が第一部材１１に設けられている例を示す。突片１５は、第一部材１１の中空部１４側となる内壁面１１ｂから突出して設けられている。突片１５は、各接合面１１ａ，１２ａを突き合わせた状態で、各接合面１１ａ，１２ａの内側縁（内壁面１１ｂ，１２ｂ）から距離Ａをおいて離隔しつつ、溶融部１３の内側を覆って先端１５ａが中心軸Ｓに沿う軸方向に延在して形成されている。突片１５の先端１５ａは、溶融部１３を覆うにあたり、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの位置から軸方向に距離Ｂの位置まで延在されている。また、突片１５は、第一部材１１の内壁面１１ｂから突出する基端１５ｂが、第一部材１１の内壁面１１ｂに対して湾曲面１５ｃを介して連続して形成されている。この湾曲面１５ｃが内壁面１１ｂに連続する位置は、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの位置から軸方向に距離Ｃの位置とされている。また、突片１５は、中心軸Ｓに直交する径方向での厚さをＤとして形成されている。そして、突片１５は、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの内側の全周に渡って連続して形成されている。
【００３０】
このような溶接接合体は、図３に示すように、各接合面１１ａ，１２ａを突き合わせた状態で、かつ突片１５を有した第一部材１１を下側として突片１５の先端１５ａを上向きとし、外側から電子ビーム溶接機やレーザ溶接機などの溶接機１０によって溶接される。溶接の際は、溶接機１０と溶接接合体とを中心軸Ｓ周りに相対的に回転させる。このように、溶接機１０によって外側から溶接される溶接接合体は、内壁面１１ｂ，１２ｂを溶融した溶融部１３が、図２に示すように、外側が最も幅が広く、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において最も幅が小さくなる。そして、溶融部１３が内壁面１１ｂ，１２ｂに到達した場合、そこから生じる溶落ちおよび垂下が、溶融部１３を覆う突片１５によって受け止められる。また、突片１５の先端を上向きとしていることで、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において溶融部１３に生じる溶落ちおよび垂下が、内壁面１１ｂから突出する突片１５の基端１５ｂで受け止められる。このため、溶融部１３に生じる溶落ちおよび垂下が中空部１４の内部に落下する事態を防ぐ。しかも、突片１５は、各接合面１１ａ，１２ａの内側縁から離隔して設けられているとともに、第一部材１１の内壁面１１ｂから突出する基端１５ｂが、第一部材１１の内壁面１１ｂに対して湾曲面１５ｃを介して連続して形成されている。このため、溶接後において、タービンロータ１２４の回転による遠心力などによって突片１５の基端（付け根部分）１５ｃに局所的に大きな応力がかからないため、突片１５を起点とした亀裂の発生を防ぐ。
【００３１】
ここで、突片１５に係る各寸法の一例について説明する。溶接接合体をタービンロータ１２４とした場合に、図２に示すように、外半径Ｅが６００［ｍｍ］〜３０００［ｍｍ］とされ、第一部材１１および第二部材１２（接合面１１ａ，１２ａ）の径方向の厚みＦが１００［ｍｍ］〜２００［ｍｍ］とされている。この場合、十分な接合強度を得るため、各接合面１１ａ，１２ａを溶融した溶融部１３の幅Ｇは、最も幅が小さくなる内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とすることが好ましい。このような、タービンロータ１２４において、突片１５の各接合面１１ａ，１２ａの内側縁（内壁面１１ｂ，１２ｂ）からの距離Ａは、溶融部１３から生じる溶落ちおよび垂下を適宜受け止めるとともに、湾曲面１５ｃの加工性を損なわないようにするため、１０［ｍｍ］〜２０［ｍｍ］とすることが好ましい。また、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの位置から突片１５の先端１５ａまでの距離Ｂは、溶融部１３を覆って溶融部１３から生じる溶落ちおよび垂下を適宜受け止めるため、１０［ｍｍ］以上とすることが好ましい。また、突き合わせた各接合面１１ａ，１２ａの位置から湾曲面１５ｃが内壁面１１ｂに連続する位置までの距離Ｃは、溶融部１３から距離をおいて突片１５に大きな応力がかからないようにするため、２０［ｍｍ］以上とすることが好ましい。また、突片１５の厚さＤは、突片１５の強度を維持する一方で中空部１４の領域を阻害しないため、１０［ｍｍ］〜３０［ｍｍ］とすることが好ましい。なお、溶接機１０として電子ビーム溶接機を用いた場合、その溶接条件の例は、溶接接合体の材質（例えば、低合金鋼）と板厚（厚みＦ）から、電流値３００［ｍＡ］、電圧１５０［ｋＶ］、溶接速度（溶接機１０と溶接接合体との相対回転速度）１５０［ｍｍ／ｍｉｎ］のように決定できる。
【００３２】
このように、本実施の形態の溶接接合体は、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとを突き合わせて溶接によって接合した状態で内部が中空となる溶接接合体であり、第一部材１１（第二部材１２）の中空となる内壁面１１ｂ（１２ｂ）から突出して設けられ、各接合面１１ａ，１２ａを突き合わせた状態で各接合面１１ａ，１２ａの内側縁から離隔しつつ、各接合面１１ａ，１２ａが溶融される溶融部１３の内側を覆って先端１５ａが延在して形成されているとともに、内壁面１１ｂ（１２ｂ）から突出する基端１５ｂが内壁面１１ｂ（１２ｂ）に対して湾曲面１５ｃを介して連続し、各接合面１１ａ，１２ａの内側の全周に渡って連続して形成された突片１５を備える。
【００３３】
この溶接接合体によれば、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において溶融部１３に生じる溶落ちおよび垂下を、溶融部１３を覆う突片１５によって受け止めるため、溶融部１３に生じる溶落ちおよび垂下が中空部１４の内部に落下する事態を防ぐことが可能である。しかも、突片１５は、各接合面１１ａ，１２ａの内側縁から離隔して設けられているとともに、第一部材１１（第二部材１２）の内壁面１１ｂ（１２ｂ）から突出する基端１５ｂが、内壁面１１ｂ（１２ｂ）に対して湾曲面１５ｃを介して連続して形成されているため、溶接後において、突片１５の基端（付け根部分）１５ｃに局所的に大きな応力がかからず、突片１５を起点とした亀裂の発生を防ぐことが可能になる。
【００３４】
［実施の形態２］
図４は、実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の断面図であり、図５は、溶接接合体（タービンロータ）の第一部材の端面図である。
【００３５】
本実施の形態の溶接接合体は、実施の形態１の溶接接合体において、溶融部１３の範囲内であって、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとに、相互に嵌め合う凹凸部１６を備える。
【００３６】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとの突き合わせ位置を、凹凸部１６の嵌め合いによって位置合わせすることが可能である。このため、溶接接合体を溶接する際、第一部材１１と第二部材１２を相互に位置合わせして、溶接作業を容易に行うことが可能であり、精度良く接合を行うことが可能である。
【００３７】
また、本実施の形態における凹凸部１６は、第一部材１１の接合面１１ａおよび第二部材１２の接合面１２ａがともに円環状に形成されている。そして、凹凸部１６は、一方の接合面（図４では接合面１１ａ）に対して凸状１６ａにて形成されているとともに、他方の接合面（図４では接合面１２ａ）に対して凹状１６ｂにて形成されている。さらに、凹凸部１６は、図５に示すように、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されている。
【００３８】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとを、凹凸部１６の嵌め合いによって円環状の中心（中心軸Ｓ）に位置合わせすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、凸状１６ａおよび凹状１６ｂが、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されていることから、第一部材１１と第二部材１２との接合に際して相互の周方向の位置を微調整することが可能である。
【００３９】
また、凹凸部１６は、各接合面１１ａ，１２ａにおいて最外側縁に設けられていることが好ましい。
【００４０】
上述したように、溶接機１０によって外側から溶接される溶接接合体は、内壁面１１ｂ，１２ｂを溶融した溶融部１３が、外側が最も幅が広く、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において最も幅が小さくなる。この溶接接合体によれば、溶融部１３の最も幅が広い最外側縁に凹凸部１６を設けることで、凹凸部１６を十分に溶融させることが可能であり、溶接部分の健全性に影響を与えることがない。しかも、この溶接接合体によれば、凹凸部１６の嵌め合いを外側から目視やカメラで確認できるため、突き合わせ時の作業性を向上することが可能である。
【００４１】
ここで、凹凸部１６の凸状１６ａおよび凹状１６ｂの軸方向寸法Ｈおよび径方向寸法Ｉの一例について説明する。この寸法は、溶融部１３の最小幅Ｇが６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とされていることから、凹凸部１６を十分に溶融させるため、軸方向寸法Ｈを１［ｍｍ］〜４［ｍｍ］とし、径方向寸法Ｉを２［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］としている。
【００４２】
図６は、実施の形態２に係る溶接接合体（タービンロータ）の他の第一部材の端面図である。図６に示す溶接接合体は、凹凸部１６（凸状１６ａおよび凹状１６ｂ）が、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡の一部で断続して形成されている。
【００４３】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとを、凹凸部１６の嵌め合いによって円環状の中心（中心軸Ｓ）に位置合わせすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、凸状１６ａおよび凹状１６ｂが、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡の一部で断続して形成されていることから、第一部材１１と第二部材１２との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることが可能である。
【００４４】
［実施の形態３］
図７は、実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の一部の側面図であり、図８は、溶接接合体（タービンロータ）の第一部材の端面図である。
【００４５】
本実施の形態の溶接接合体は、実施の形態１の溶接接合体において、溶融部１３の範囲内であって、第一部材１１の接合面１１ａと第二部材１２の接合面１２ａとに、相互に嵌め合う凹凸部１６を備える。
【００４６】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとの突き合わせ位置を、凹凸部１６の嵌め合いによって位置合わせすることが可能である。このため、溶接接合体を溶接する際、第一部材１１と第二部材１２を相互に位置合わせして、溶接作業を容易に行うことが可能であり、精度良く接合を行うことが可能である。
【００４７】
また、本実施の形態における凹凸部１６は、第一部材１１の接合面１１ａおよび第二部材１２の接合面１２ａがともに円環状に形成されている。そして、凹凸部１６は、各接合面１１ａ，１２ａに対し、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡で連続する鋸歯状１６ｃにて形成されている。
【００４８】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとを、凹凸部１６の嵌め合いによって円環状の中心（中心軸Ｓ）に位置合わせすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、鋸歯状１６ｃであることから、第一部材１１と第二部材１２との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることが可能である。
【００４９】
また、凹凸部１６は、各接合面１１ａ，１２ａにおいて最外側縁に設けられていることが好ましい。
【００５０】
上述したように、溶接機１０によって外側から溶接される溶接接合体は、内壁面１１ｂ，１２ｂを溶融した溶融部１３が、外側が最も幅が広く、内壁面１１ｂ，１２ｂの位置において最も幅が小さくなる。この溶接接合体によれば、溶融部１３の最も幅が広い最外側縁に凹凸部１６を設けることで、凹凸部１６を十分に溶融させることが可能であり、溶接部分の健全性に影響を与えることがない。しかも、この溶接接合体によれば、凹凸部１６の嵌め合いを外側から目視やカメラで確認できるため、突き合わせ時の作業性を向上することが可能である。
【００５１】
ここで、凹凸部１６の凸状１６ａおよび凹状１６ｂの軸方向寸法Ｈおよび径方向寸法Ｉの一例について説明する。この寸法は、溶融部１３の最小幅Ｇが６［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］とされていることから、凹凸部１６を十分に溶融させるため、図３に示したように、軸方向寸法Ｈを１［ｍｍ］〜４［ｍｍ］とし、径方向寸法Ｉを２［ｍｍ］〜１０［ｍｍ］としている。
【００５２】
図９は、実施の形態３に係る溶接接合体（タービンロータ）の他の第一部材の端面図である。図９に示す溶接接合体は、凹凸部１６が、各接合面１１ａ，１２ａに対し、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されている。
【００５３】
この溶接接合体によれば、第一部材１１の接合面１１ａと、第二部材１２の接合面１２ａとを、凹凸部１６の嵌め合いによって円環状の中心（中心軸Ｓ）に位置合わせすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、鋸歯状１６ｃであることから、第一部材１１と第二部材１２との接合に際して相互の周方向の位置を位置決めすることが可能である。しかも、凹凸部１６は、鋸歯状１６ｃが、各接合面１１ａ，１２ａの周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されていることから、その成形を各接合面１１ａ，１２ａの周方向の一部にできるため、製造コストを低減することが可能になる。
【００５４】
また、上述した各実施の形態のいずれか１つの溶接接合体として構成されたタービンロータ１２４によれば、溶接による溶落ちおよび垂下がタービンロータ内部に落下する事態を防ぎ、かつ溶接後の亀裂の発生を防止することが可能になる。
【００５５】
なお、上述した各実施の形態では、タービンとしてガスタービンを例に説明したが、蒸気タービンのタービンロータにおいても、溶接接合体として同様の構成を適用し、同様の効果を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１１ 第一部材
１１ａ 接合面
１１ｂ 内壁面
１２ 第二部材
１２ａ 接合面
１２ｂ 内壁面
１３ 溶融部
１４ 中空部
１５ 突片
１５ａ 先端
１５ｂ 基端
１５ｃ 湾曲面
１６ 凹凸部
１６ａ 凸状
１６ｂ 凹状
１６ｃ 鋸歯状
１２４ タービンロータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一部材の接合面と第二部材の接合面とを突き合わせて溶接によって接合した状態で内部が中空となる溶接接合体において、
前記第一部材または前記第二部材の中空となる内壁面から突出して設けられ、各前記接合面を突き合わせた状態で各前記接合面の内側縁から離隔しつつ、各前記接合面が溶融される溶融部の内側を覆って先端が延在して形成されているとともに、前記内壁面から突出する基端が当該内壁面に対して湾曲面を介して連続し、各前記接合面の内側の全周に渡って連続して形成された突片を備えることを特徴とする溶接接合体。
【請求項２】
前記溶融部の範囲内であって、前記第一部材の接合面と前記第二部材の接合面とに、相互に嵌め合う凹凸部を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接接合体。
【請求項３】
前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、一方の前記接合面に対して凸状に形成されているとともに他方の前記接合面に対して凹状に形成され、かつ各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接接合体。
【請求項４】
前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、一方の前記接合面に対して凸状に形成されているとともに他方の前記接合面に対して凹状に形成され、かつ各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接接合体。
【請求項５】
前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、各前記接合面に対し、各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続する鋸歯状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接接合体。
【請求項６】
前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、各前記接合面に対し、各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接接合体。
【請求項７】
前記凹凸部は、各前記接合面において最外側縁に設けられていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の溶接接合体。
【請求項８】
軸方向で第一部材と第二部材とに分割形成され、前記第一部材の接合面と前記第二部材の接合面とを突き合わせて溶接によって接合した状態で軸方向に連続する円筒状をなすタービンロータにおいて、
請求項１〜７のいずれか１つに記載の溶接接合体として構成されることを特徴とするタービンロータ。
【請求項１】
第一部材の接合面と第二部材の接合面とを突き合わせて溶接によって接合した状態で内部が中空となる溶接接合体において、
前記第一部材または前記第二部材の中空となる内壁面から突出して設けられ、各前記接合面を突き合わせた状態で各前記接合面の内側縁から離隔しつつ、各前記接合面が溶融される溶融部の内側を覆って先端が延在して形成されているとともに、前記内壁面から突出する基端が当該内壁面に対して湾曲面を介して連続し、各前記接合面の内側の全周に渡って連続して形成された突片を備えることを特徴とする溶接接合体。
【請求項２】
前記溶融部の範囲内であって、前記第一部材の接合面と前記第二部材の接合面とに、相互に嵌め合う凹凸部を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接接合体。
【請求項３】
前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、一方の前記接合面に対して凸状に形成されているとともに他方の前記接合面に対して凹状に形成され、かつ各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接接合体。
【請求項４】
前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、一方の前記接合面に対して凸状に形成されているとともに他方の前記接合面に対して凹状に形成され、かつ各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接接合体。
【請求項５】
前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、各前記接合面に対し、各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡で連続する鋸歯状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接接合体。
【請求項６】
前記第一部材の接合面および前記第二部材の接合面がともに円環状に形成されており、前記凹凸部は、各前記接合面に対し、各前記接合面の周方向に沿う円の軌跡の一部で鋸歯状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の溶接接合体。
【請求項７】
前記凹凸部は、各前記接合面において最外側縁に設けられていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載の溶接接合体。
【請求項８】
軸方向で第一部材と第二部材とに分割形成され、前記第一部材の接合面と前記第二部材の接合面とを突き合わせて溶接によって接合した状態で軸方向に連続する円筒状をなすタービンロータにおいて、
請求項１〜７のいずれか１つに記載の溶接接合体として構成されることを特徴とするタービンロータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２００７７３（Ｐ２０１２−２００７７３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８８４２（Ｐ２０１１−６８８４２）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【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１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【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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