溶接用シールガス層成形法及び成形器

【課題】比較的口径の大きい管の溶接において管内面の酸化を防止する。
【解決手段】ノズル１の内部に適当な形状の中子３を取り付け、ガスの流路として円環状の空間を作り出し、この空間にガスの流れの方向を曲げるように整流板が取り付けられた構成、及び中子に取り付けられたシールガス層成形案内管６によって溶接する管内壁と該シールガス層成形案内管外壁間に円環状の空間を作り出し、該空間をシールガスで充満させるとともに、溶接する管の内面に沿った流を作り出し、高温の溶接部を酸化雰囲気から隔離することを特徴とした溶接用シールガス層成形器。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接の技術分野に属する。即ち、本発明は、比較的大きな口径を有する金属管の溶接において、溶接時に高温となる管内面溶接部の酸化を防止する目的で該溶接部を被う不活性ガス（以下シールガスという）を、管内面と該内面より外径が小さく構成された本発明のシールガス層成形案内管外面によって作り出された円環状の空間に導入することによって、該空間をシールガスで満たし、さらに管内面に沿った付着環状流に整流して管内部に導入することにより、少ないガス量で確実に酸化雰囲気である大気から溶接部をシールすることを目的として考案された溶接用シールガス層成形法及び溶接用シールガス層成形器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属の管、特に原子力機器等に使用されるステンレス管同士等の溶接ではタングステンイナートガスアーク溶接（以下溶接という）法が用いられ、溶接部の酸化を防ぐために、溶接材料とタングステン電極の間に発生させたアークの周囲から不活性ガスであるアルゴンガスを吹き付けて、溶接部を酸化雰囲気である大気から保護して酸化を防ぐ方法が広く産業界で行なわれている。
【０００３】
一方、この溶接において、管内部においても雰囲気が大気である場合には高温の溶接部において酸化が起きる。
【０００４】
この管内部の酸化を防ぐために、従来は該管内部に存在する大気を排気してアルゴン等の不活性ガスに置換するか又は該ガスを管内部に流入させて酸化雰囲気である大気を排除する方法が取られてきた。
【０００５】
この管内部の溶接部の酸化を防止する実際の作業方法は、比較的口径の小さい管同士の溶接では管内部に不活性ガスを流入させる方法が取られ、比較的口径の大きい管同士の溶接では管の両方の端を適当な方法で密封して内部の大気を不活性ガスで置換した後、円周状の管溶接部を溶接する方が取られてきた。
【０００６】
また、他の方法として、溶接しようとする２つの管を溶接治具によって回転させ、この管内面に位置する溶接部の金属が溶融している部分に該管の内部に挿入した該管より外径の細いガス導入管よりガスを噴出し、溶接部を大気の酸化雰囲
気からシールする方法が取られてきた。
【０００７】
一方、比較的口径の大きい管内部に不活性ガスを流入させる方法もあるが、この方法は大量のガスを使用すること及び作業場にガスが充満する恐れがあることから実際の作業方法としては不適当であるため特殊な場合を除いては用いられていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これらの方法のうち、比較的口径の大きい管同士の溶接に用いられている管内部の大気を排気して不活性ガスに置換する方法は、管両端を適当な方法で密封すること及び管内部の大気をシールガスで置換した後のガス濃度を測定する等の作業を行なう必要があり溶接作業前の準備作業に多大な時間を取られる作業能率の悪い方法であった。
【０００９】
また、溶接しようとする２つの管を溶接治具によって回転させ、この管内面に位置する溶接部の金属が溶融している部分に、該管の内部に挿入した該管より外径の細いガス導入管よりガスを噴出して溶接部を大気からシールする方法は、溶接する２つの管を同時に回転させる回転治具が必要であり、また、溶接する管が回転していることが必要である等溶接時に必要な条件及び治具類が満たされ、また、用意されていなければならない問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は係る欠点を除去する目的で考案されたもので、比較的口径の大きな管同士の溶接に際し、該管の内径に対して適当な寸法関係に構成したノズルを該管内部に挿入してシールガスの環状流を流出させ、該環状流の外周を該管内壁とした構成とすることによって、流体が壁に付着して流れる公知の２次元の壁効果現象を３次元である該環状流の場合に拡大して応用し、管内壁に円筒状のシールガス層をつくり出して該管の高温溶接部を酸化雰囲気の大気から隔離し溶接部の酸化を防ぐ目的で発明されたものである。
【００１１】
即ち、本発明は、適当な大きさ、角度を有するノズルの内部に、該ノズルの内壁に対し適当な大きさ及び位置関係を有する中子が互いの間に適当な空間を構成するように固定された構造を有することによって、ガス導入用の短管から流入する管内ガス流を円環状流に整流し、該シールガスが溶接する管内壁と中子に取り付けられたシールガス層成形案内管外周面間の空間を満たすことによってシールガス層を形成し、さらに、短管に取り付けられた鍔によって溶接する管の端を塞ぐことによりノズルから噴出すシールガスの背面に負圧の領域を作りだし、シールガスを公知の壁効果によって管内壁への付着流として空気の巻き込みを防ぎ、清浄なシールガスで溶接部を酸化雰囲気である空気から隔離することを目的とした溶接用シールガス層成形法及び溶接用シールガス層成形器である。
【発明の実施するための最良の態様】
【００１２】
図１に本発明の実施例の部分断面側面図を、図２に本発明の実施例の使用状況概念説明図を、図３に本発明の他の実施態様の使用状況概念説明図を示す。
本発明の説明をするに、図において１はノズル、２は短管、３は中子、４はステー、５はシールガス層成形案内管、６は流路、７は溶接する管、８は鍔である。
さらに詳細に説明するに、シールガスは、短管２より溶接する管７の中心に平行に流入し、ノズル１と中子３によって構成された断面が環状の流路６を通って管７の中心軸に対して適当な円錐角をもった円筒状の流れに整流されるように本発明は構成される。また、鍔８は短管２の外周に固着され、ノズル１が溶接する管７の内部に挿入された状態で、溶接する管７の管端を塞ぐ状態に構成される。
該鍔８は、円筒状の流れに整流されたシールガス中に空気が巻き込まれるのを防止する目的で設けられるものである。
即ち、図１の溶接用シールガス成形器においては、三角錘型環状体のノズル１の内部に三角錐形状の中子３がステー４により固定され、ノズル内壁と中子外壁との間に三角錐型円環状のガス用流路６が形成される。又、ノズルの三角錘環状体の頂部にはシールガス導入用の短管２が設けられ、中子にはシールガス層形成案内管６が設けられる。そこで、シールガスが短管からノズルに導入されると三角錐型円環状の流路６を通過するので、ガス流は、円環状に広がり、更に、図２に示されるように、中子に接合して設けられた案内管５の外壁と溶接する管７の内壁との間には円環状流路が形成されるので、シールガスは、溶接する管７の内壁に沿った円環状のガス流となって管内壁の溶接部をシールする。
又、図３の溶接用シールガス成形器においては、短管２の開口以外は一端が閉塞された円環状のノズル１の内部に円環状のシールガス層成形案内管５がステー４により固定され、ノズル内壁と案内管外壁との間に円環形状のガス流路６が形成される。又、ノズルの外壁と溶接する管７との間に緩衝材９が挿入されることにより、ノズルが管７内に固定される。この緩衝材は、ノズルを溶接する管７内に固定する際の位置決めにも使用される。そこで、シールガスが短管からノズルに導入されると円環形状の流路６を通過するので、ガス流は、円環形状になり、更に案内管５の外壁と溶接する管７の内壁との間の円環状流路を通過するので、管７の内壁に沿った円環状のガス流となって管内壁の溶接部をシールする。
【実施例】
【００１３】
本溶接用シールガス層成形器は、中心にガス導入用の短管が固着されたノズルに垂直にシールガス層成形案内管がステーによって支持される構成とし、ステーは、該案内管と溶接管の位置決めの機能をも有する構成とした。ノズルの外周には、シールガスに空気が巻き込まれるのを防止するため、円周上に緩衝材を設け溶接管内面と密に接触させてシールガスと空気の流通を防止する構成である。
実施例の各部の寸法は
ノズルの外径８２ｍｍ
ガス導入用短管の内径６ｍｍ
シールガス層成形案内管外径７６．６ｍｍ
シールガス層成形案内管全長６０ｍｍ
シールガス層成形案内管とノズル面間距離１０ｍｍ
溶接管外径９０ｍｍ
溶接管内径８３．３ｍｍ
溶接管材質ステンレス
内外面とも機械加工仕上げ
シールガス流量１０リットル／分
溶接管の溶接部位置は、シールガス層成形案内管端から１０ｍｍの距離を持った該案内管上の位置であり、シールガスの種類はアルゴンである。
溶接試験における溶接部の酸化現象は目視によって確認し、酸化膜の付着なく金属光沢があることを確認した。
流動試験におけるガス流動の確認は、ガス流出口における煙の動きで確認した。
溶接する管を横にして流動試験をした場合、シールガスの種類によってシールガス層成型案内管端から離れたところで形成される付着流層の形状が異なる。これは、空気との質量の差で決定される。空気を用いて流動試験を行った場合は円筒状の付着流層が形成されるが、アルゴンを用いた場合、シールガス層成形案内管端部より離れた管の位置においては、管の上部は下部に比して付着流層の形成は困難である。溶接する管を垂直にして流動試験を行った場合においては、付着流の形状は円筒状となる。
[発明の効果]
【００１４】
かかる構成を有する本発明によれば、管内面壁と本発明のシールガス層成形案内管外壁面間にシールガスの層を形成することができる。
この結果、比較的口径の大きい管の溶接にあたって、管内面における酸化を防止することができ欠陥のない溶接を得ることができた。
従って、本発明によれば溶接する管の両端を塞いで内部の大気を排気してシールガスで置換する必要もなく、また、専用の回転治具を用意する必要もなく、単に、作業効率が高く、安価で自由度の高い溶接作業が実施できる他、比較的少ないガス量で、管内面の円周状の溶接部全周を溶接終了時まで大気からシールすることができ高い品質の溶接を得ることができる。
また、円管内壁に３次元の付着流が形成されることが明らかになった。シールガスの種類と溶接の条件を適当に選定することによって、シールガス層成形案内管端から離れた距離における管内面溶接部の酸化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例の部分断面側面図である
【図２】本発明の実施例の使用状況概念説明図である。
【図３】本発明の他の実施態様の使用状況概念説明図である。
【符号の説明】
【００１６】
・ノズル、２．短管、３．中子、4．ステー、５．シールガス層成形案内管
６．流路、７．溶接する管、８．鍔、９．緩衝材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的口径の大きな管の溶接において、ガス流出口の断面が円環状であるノズルを適当な寸法関係に構成して該管内部に挿入し、または、該管内部に該管内径より外径が小さく構成された中子を挿入して、該管内径との間に円環状の流路を構成し、ノズルからガスを流出させ、または円環状の流路内にガスを導入して該管内面に円筒状の付着流を形成させることを特徴とする溶接用シールガス層成形法。
【請求項２】
ガス導入管より口径が大きく構成されたノズルの内部に、該ノズル内面に対し適当な形状に成形された中子を互いの間に適当な空間を構成するように固定することによって、ノズル内面と中子外面によって断面が円環状の流路を形成し、さらに該中子端面に垂直に適当な大きさの管が取り付けられていることを特徴とする溶接用シールガス層成形器。

【図１】