JPH038875B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、圧力容器等の円筒状構造物の電子
ビーム溶接方法に関し、電子ビーム溶接に必要な
高真空の排気スペースを常に一定にし、所定の真
空度を安定に維持するとともに、真空排気設備の
大形化を阻止し、かつ、シールド用隔壁を薄板で
製作して軽量、安価にすることを目的とする。

一般に、円筒状構造物としての圧力容器は、製
品径が約４ｍ、長さが30〜40ｍに達する大型のも
のが多く、この製作方法としては、４ｍ程度の長
さの複数個のリング材を順次突合わせ溶接して行
なつている。しかし、この種リング材ではその板
厚が250mmにまで達するものがあるため、溶接だ
けでも極めて多くの時間を要する難点がある。

一方、電子ビーム溶接は、前述のような厚板の
溶接に適しており、１パスで250mm厚鋼の接合が
可能であるため、能率向上の面から極めて有利で
あると考えられている。しかし、通常、電子ビー
ム溶接法は10^-4Torrの真空雰囲気下で行なうこ
とが必要とされるため、圧力容器等の大型の円筒
状構造物の製作を電子ビーム溶接で行なう場合、
これが大きな障害となつている。すなわち、この
種大型構造物は寸法、形状が巨大であるため、こ
れを収納する巨大な真空室が必要となり、また、
各リング材の周継手のうち一部分はこれを真空室
に収納して電子ビーム溶接により接合することは
可能であるが、圧力容器の製品長は最終的に30ｍ
程度に達するため、このような製品を収納する真
空チヤンバーはコスト的に不可能と考えられる。

そこで、従来より、前述の問題を解決する方法
として局部真空方式と呼ばれる技術が種々考案さ
れている。しかし、この種局部真空方式では、真
空度の安定維持等に問題があり、圧力容器への実
用化はいまだなされていない。

すなわち、従来の局部真空方式による電子ビー
ム溶接方法は、たとえば、第１図に示すように構
成され、基台１上に圧力容器の一部を構成する円
筒状の第１構造物２が立設されるとともに、該第
１構造物２上に円筒状の第２構造物３が積み重ね
られ、さらに、第２構造物３の上面がエンドカバ
ー４により気密に閉塞され、エンドカバー４の中
心部に固設された支持筒５の下端にアーム６が回
動自在に支持されるとともに、アーム６の先端に
電子銃等を内装した電子ビーム溶接装置７が取り
付けられている。

そして、溶接に際し、両構造物２，３の周継手
８の外側に外部シール９を施したのち、基台１の
排気管１０を介して両構造物２，３の内部を所定
の高真空に排気し、アーム６を回動しながら溶接
装置７により周継手８を電子ビーム溶接する。

このように、この種溶接方法は、圧力容器を構
成する構造物２，３をそのまま真空容器として使
用し、該容器の内部より電子ビーム溶接を行なう
方法であり、したがつて、製品を収納する真空チ
ヤンバーを必要としないといつた優れたメリツト
がある。しかし、前述の場合、限定された長さの
製品にしか適用できない重大な欠点があり、構造
物が第１、第２、第３、…と順次増大して容器長
さが長くなると、真空排気容積が巨大なものとな
り、所要真空度の維持が困難になるものである。

そこで、前述の問題を解決する方法として、真
空排気スペースを常に一定に保持する方法があ
る。すなわち、第２図および第３図に示すよう
に、円筒状の構造物１１と溶接すべき円筒状の構
造物１１とを突き合わせ、構造物１１の端部を端
部シール１２により気密に閉塞するとともに、当
該構造物１１の隣接構造物１１内にシールド用隔
壁１３を取り突け、シールド用隔壁１３の構造物
１１側の内部のみを図示しない真空装置により高
真空に排気し、電子銃駆動系１４に支持された電
子銃１５により両構造物１１，１１′の周継手１
６を内側より電子ビーム溶接する方法である。な
お、１７は既に電子ビーム溶接された周継手、１
８はターニングローラである。

このように、シールド用隔壁１３を設けること
により、真空排気スペースを、溶接すべき周継手
１６を挾んだ端部シール１２とシールド用隔壁１
３間に限定することができるため、前述のよう
な、製品長の増大による真空度の維持および排気
時間の増大等の問題を解消できるものである。

しかし、前記の方法の場合、限られたスペース
のみを高真空に排気するため、シールド用隔壁１
３の内外では約１気圧の圧力差が生じることにな
り、この種圧力容器ではその製品径が1.5〜４ｍ
であるため、シールド用隔壁１３にかかる圧力が
無視できない値、すなわち20〜125トンとなる。
したがつて、シールド用隔壁１３はこの圧力に耐
える構造にしなければならないが、他方、シール
ド用隔壁１３は、溶接終了後その取付位置を順次
移動するため、作業上の観点からは軽量であるこ
とが望ましく、前述と背反する問題を生じること
になり、いずれにしてもこの種シールド用隔壁１
３は高価になる難点がある。

この発明は、前記の点に留意してなされたもの
であり、２個の円筒状の第１、第２構造物を突き
合わせ、前記第１構造物の内部にシールド用隔壁
を取り突け、前記第１、第２構造物の内部を前記
シールド用隔壁の両側より同時に真空排気すると
ともに、前記第２構造物側の内部をさらに高真空
に排気し、前記両構造物の継手に沿つて該継手を
電子ビーム溶接し、他の円筒状の第３構造物を前
記第２構造物の端部に突き合わせ、前記第２構造
物の内部にシールド用隔壁を取り付け、前記第
１、第２、第３構造物の内部を前記シールド用隔
壁の両側より同時に真空排気するとともに、前記
第３構造物側の内部をさらに高真空に排気し、前
記第２、第３構造物の継手を電子ビーム溶接し、
以下同様にして複数個の構造物を電子ビーム溶接
することを特徴とする円筒状構造物の電子ビーム
溶接方法を提供するものである。

したがつて、この発明の円筒状構造物の電子ビ
ーム溶接方法によると、複数個の構造物の内部を
シールド用隔壁の両側から同時に真空排気すると
ともに、溶接すべき構造物側の内部をさらに高真
空に排気するため、シールド用隔壁の両側間には
差程の圧力差が生じることはなく、シールド用隔
壁を１気圧程の圧力に耐え得る厚板に構成する必
要がなく、安価の薄板で簡易に作成でき、その取
り扱いも簡便になるものであり、しかも、電子ビ
ーム溶接に必要な高真空排気スペースが大型鋼造
物の大きさにさほど左右されず、真空排気設備が
大掛りになることはない。

つぎにこの発明を、その実施例を示した第４図
以下の図面とともに詳細に説明する。

まず、１実施例を示した第４図について説明す
る。

同図において、１９は条盤、２０は圧力容器の
端部を構成する鏡板、２１，２２は圧力容器の胴
部を構成する円筒状の構造物となる第１、第２胴
板、２３は真空シール、２４はシール板支持板、
２５はシールゴム、２６はボルト・ナツト、２７
は薄板からなるシールド用隔壁、２８は裏当金、
２９は条盤１９の中心部に貫設された駆動装置、
３０は駆動装置２９に支持されるとともに該駆動
装置２９により回転され外周面に複数個の排気孔
３１を有する溶接銃回転冶具、３２は回転冶具３
０に支持された電子ビーム溶接銃であり、電子ビ
ーム３３を放出する。

３４は駆動装置２９を介して回転冶具３０の排
気孔３１に連通された第１排気管、３５および３
６は第１排気管３４に接続された第１ロータリポ
ンプおよび拡散ポンプ、３７は鏡板２０に接続さ
れた第２排気管、３８は第２排気管３７に接続さ
れた第２ロータリポンプ、３９および４０は鏡板
２０と第１胴板２１間の周継手および両胴板２
１，２２間の周継手である。

つぎに、前記実施例の溶接方法について説明す
る。

まず、条盤１９上に真空シール２３を介して第
１胴板２１を立設し、該第１胴板２１上に第２ロ
ータリポンプ３８に接続された鏡板２０を積み重
ねる。そして、第１胴板２１と鏡板２０との内部
を両ロータリポンプ３５，３８および拡散ポンプ
３６であるいは拡散ポンプ３６のみで高真空に排
気し、駆動装置２９により回転冶具３０の溶接銃
３２を回転移動しながら周継手３９を電子ビーム
溶接する。この場合、真空排気スペースが比較的
小さいため、排気時間はさほど問題にならない。

つぎに、鏡板２０と第１胴板２１とを引き上
げ、第２胴板２２を条盤１９上に真空シール２３
を介して立設したのち、該第２胴板２２上に前記
鏡板２０と第１胴板２１とを積み重ね、第１、第
２胴板２１，２２を突き合わせる。このとき、第
１胴板２１の内周面には予めシール板支持板２４
が溶接されており、シール板支持板２４にシール
ゴム２５を介してシールド用隔壁２７をボルト・
ナツト２６により取り付け、鏡板２０および第
１、第２胴板２１，２２の内部をシールド用隔壁
２７により上下に気密に区画する。

そして、両胴板２１，２２の周継手４０の外周
に裏当板２８を溶接したのち、両ロータリポンプ
３５，３８を駆動して鏡板２０および両胴板２
１，２２の内部をシールド用隔壁２７の上下両側
から同時に真空排気し、１〜10^-4Torr程度の低
真空に真空維持する。さらに、拡散ポンプ３６を
駆動してシールド用隔壁２７の下方の空間、すな
わち電子ビーム溶接すべき周継手４０が存在する
第２胴板２２側の空間を高真空に排気し、10^-4〜
10^-5Torrの高真空に維持する。その後、前述と
同様にして、溶接銃３２により周継手４０を電子
ビーム溶接する。

さらに、前述の溶接後、シールド用隔壁２７を
除去し、第３胴板（図示せず）を条盤１９に立設
して該第３胴板上に鏡板２０および第１、第２胴
板２１，２２を積み重ねるとともに、第２胴板２
２の内周のシール板支持板（図示せず）にシール
ド用隔壁２７を取り付け、両ロータリポンプ３
５，３８により鏡板２０、第１、第２胴板２１，
２２および第３胴板の内部をシールド用隔壁２７
の両側から同時に低真空に排気し、さらに、拡散
ポンプ３６により第３胴板側の空間を高真空に排
気し、第２胴板２２と第３胴板との周継手を溶接
銃により電子ビーム溶接する。

以下同様にして、第４、第５、…胴板を電子ビ
ーム溶接する。

したがつて、前記実施例によると、シールド用
隔壁２７の上下の両側の空間を同時に低真空に保
つとともに、電子ビーム溶接すべき側の空間を高
真空に排気するため、シールド用隔壁２７の両側
間に生じる圧力差は無視し得る程度に低下でき、
シールド用隔壁２７を従来のように１気圧の圧力
差に耐え得る厚板に構成する必要がなく、安価の
薄板で適用でき、その取り扱いも簡便になるもの
であり、また、鏡板２０自体は圧力容器の一部を
構成するため、大気圧との圧力差に対して十分耐
え得るものである。

さらに、シールド用隔壁２７の電子ビーム溶接
すべき側の空間を拡散ポンプ３６により所定の高
真空に維持でき、しかも、圧力容器の容器長さが
大きくなつても高真空の排気スペースはほぼ一定
とすることができるため、真空排気設備が大掛り
になることはなく、ここで、圧力容器の増大とと
もにシールド用隔壁２７より鏡板２０側の空間は
増大し、その排気スペースが増大するが、当該空
間においては１〜10^-1Torr程度の低真空に維持
するのみでよいため、大掛りな排気装置とはなら
ず、コスト的にも十分実用性のあるものにでき、
排気時間もさほど問題になることはない。

つぎに、他の実施例を示した第５図について説
明する。

同図において、前記と同一記号は同一物を示
し、前記と異なる点は、電子ビーム溶接銃３２′
を周継手３９，４０の外周に沿つて移動するよう
にしたことである。すなわち、同図に示すよう
に、第１、第２胴板２１，２２の周継手４０を電
子ビーム溶接する場合、周継手４０の外周に沿つ
て移動する局部真空室４１および溶接銃３２を設
置し、局部真空室４１内を排気系４２で高真空に
排気して周継手４０を電子ビーム溶接する。な
お、４３は条盤１９に貫設されるとともに第１排
気管３４を介して第１ロータリポンプ３５および
拡散ポンプ３６に接続され容器内のシールド用隔
壁２７より下方の空間、すなわち電子ビーム溶接
すべき側の空間を真空排気する排気系であり、前
述の場合、当該空間は溶接性を確保するだけの真
空を維持できればよいため、その維持真空度は１
桁低い値、すなわち10^-3〜10^-4Torrでよい。

したがつて、シールド用隔壁２７の両側より同
時に真空排気するとともに、シールド用隔壁２７
より下方の空間をさらに高真空に排気し、この状
態で電子ビーム溶接を行なうため、前述と同様の
効果を得ることができる。

なお、前記では、各胴板２１，２２を立設した
状態で溶接して圧力容器を構成する場合について
説明したが、前記第２図で示したような横置の場
合でも同様に適用し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の円筒状構造物の電子ビーム溶接
方法を示した切断正面図、第２図および第３図は
他の従来例の切断正面図および切断側面図、第４
図および第５図はそれぞれこの発明の円筒状構造
物の電子ビーム溶接方法の実施例の切断正面図で
ある。 ２１，２２……第１、第２胴板、２７……シー
ルド用隔壁、３２，３２′……電子ビーム溶接銃、
４０……周継手。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２個の円筒状の第１、第２構造物を突き合わ
   せ、前記第１構造物の内部にシールド用隔壁を取
   り付け、前記第１、第２構造物の内部を前記シー
   ルド用隔壁の両側より同時に真空排気するととも
   に、前記第２構造物の内部をさらに高真空に排気
   し、前記両構造物の継手に沿つて該継手を電子ビ
   ーム溶接し、他の円筒状の第３構造物を前記第２
   構造物の端部に突き合わせ、前記第２構造物の内
   部にシールド用隔壁を取り付け、前記第１、第
   ２、第３構造物の内部を前記シールド用隔壁の両
   側より同時に真空排気するとともに、前記第３構
   造物側の内部をさらに高真空に排気し、前記第
   ２、第３構造物の継手を電子ビーム溶接し、以下
   同様にして複数個の構造物を電子ビーム溶接する
   ことを特徴とする円筒状構造物の電子ビーム溶接
   方法。