JPH08243739A - ボイラーチューブの連続溶接法 - Google Patents
ボイラーチューブの連続溶接法Info
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- JPH08243739A JPH08243739A JP5021895A JP5021895A JPH08243739A JP H08243739 A JPH08243739 A JP H08243739A JP 5021895 A JP5021895 A JP 5021895A JP 5021895 A JP5021895 A JP 5021895A JP H08243739 A JPH08243739 A JP H08243739A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 完全オーステナイト系ボイラーチューブの継
手溶接に際し、溶接ビードが垂れ落ちることなく、溶接
金属内の高温割れ発生を防止できる、連続溶接法を提供
する。 【構成】 チューブ１を回転し、該チューブ継手溶接部
の下部表面へ冷却水を下から上へ注水し、真上に固定さ
れた溶接トーチ１１によりＴＩＧ連続溶接を行う。又、
該チューブを固定し、該チューブ継手溶接部に銅製冷却
帯１４を密着させ母材を冷却し、溶接ヘッドを移動させ
ながらＴＩＧ連続溶接を行う。更に回転管溶接、固定管
溶接にかかわらず該チューブに銅製冷却帯１４を密着さ
せ母材を冷却し、手動溶接を行う。
手溶接に際し、溶接ビードが垂れ落ちることなく、溶接
金属内の高温割れ発生を防止できる、連続溶接法を提供
する。 【構成】 チューブ１を回転し、該チューブ継手溶接部
の下部表面へ冷却水を下から上へ注水し、真上に固定さ
れた溶接トーチ１１によりＴＩＧ連続溶接を行う。又、
該チューブを固定し、該チューブ継手溶接部に銅製冷却
帯１４を密着させ母材を冷却し、溶接ヘッドを移動させ
ながらＴＩＧ連続溶接を行う。更に回転管溶接、固定管
溶接にかかわらず該チューブに銅製冷却帯１４を密着さ
せ母材を冷却し、手動溶接を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば次世代火力発電
ボイラー用として完全オーステナイト系耐熱鋼管を使用
してボイラーを建造する際に、溶接性能を保証し、且つ
溶接能率が向上する溶接施工方法に関する。
ボイラー用として完全オーステナイト系耐熱鋼管を使用
してボイラーを建造する際に、溶接性能を保証し、且つ
溶接能率が向上する溶接施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ボイラーチューブを溶接するに当り、そ
の突合せ開先例としての代表例を図１に示す。当該完全
オーステナイト系耐熱鋼の化学成分例を表１に示す。
の突合せ開先例としての代表例を図１に示す。当該完全
オーステナイト系耐熱鋼の化学成分例を表１に示す。
【０００３】
【表１】
【０００４】図１に示すように、種々の外径を持つボイ
ラーチューブ１に対し、各々の肉厚に適した開先を機械
加工し、開先会合部２を合せることにより、溶接開先３
を形成する。その後、ＴＩＧアークにより溶材を溶かし
た溶接金属を挿入しながら円周方向に連続的に溶接を実
行する。溶接開先３を溶接金属で埋めつくし終えたら溶
接を終了する。
ラーチューブ１に対し、各々の肉厚に適した開先を機械
加工し、開先会合部２を合せることにより、溶接開先３
を形成する。その後、ＴＩＧアークにより溶材を溶かし
た溶接金属を挿入しながら円周方向に連続的に溶接を実
行する。溶接開先３を溶接金属で埋めつくし終えたら溶
接を終了する。
【０００５】火力発電における発電効率向上に対し、そ
れぞれ該当機関で研究が活発に行われているところであ
るが、効率を左右する大きな因子として、蒸気圧力と蒸
気温度がある。蒸気圧力、蒸気温度を上げることによ
り、従来にない使用環境条件に耐え得る特性を持つこと
が要求され、材料の必要条件となる。特に耐高温強度性
が問題となる。
れぞれ該当機関で研究が活発に行われているところであ
るが、効率を左右する大きな因子として、蒸気圧力と蒸
気温度がある。蒸気圧力、蒸気温度を上げることによ
り、従来にない使用環境条件に耐え得る特性を持つこと
が要求され、材料の必要条件となる。特に耐高温強度性
が問題となる。
【０００６】そこで、健全な継手性能を確保し、保証す
るためには克服しなければならないいくつかの技術的課
題がある。例えば、溶接性、耐割れ性、高温強度、靭
性、クリープ強度、時効靭性、水蒸気酸化特性、耐高温
腐食割れ等々である。これらの課題の中では、材料独自
の成分構成で特性が引き出せるものと、材料特性を生か
しきれない、即ち溶接施工技術で補ってやらなければ解
決できない課題が併存している。
るためには克服しなければならないいくつかの技術的課
題がある。例えば、溶接性、耐割れ性、高温強度、靭
性、クリープ強度、時効靭性、水蒸気酸化特性、耐高温
腐食割れ等々である。これらの課題の中では、材料独自
の成分構成で特性が引き出せるものと、材料特性を生か
しきれない、即ち溶接施工技術で補ってやらなければ解
決できない課題が併存している。
【０００７】特開昭５９−９２１９４号公報には、管内
面に肉盛溶接等を行うに際し、管の下側表面を冷却水に
浸漬し、管の上側表面に冷却水を散水して管を回転させ
て溶接することにより、冷却が確実に行われ、材質変
化、応力発生等を回避する技術が開示されている。
面に肉盛溶接等を行うに際し、管の下側表面を冷却水に
浸漬し、管の上側表面に冷却水を散水して管を回転させ
て溶接することにより、冷却が確実に行われ、材質変
化、応力発生等を回避する技術が開示されている。
【０００８】又、本発明で提案しようとする固定された
完全オーステナイト系ボイラーチューブの継手溶接に際
し、当該ボイラーチューブの熱影響部から母材にかかる
範囲に当該ボイラーチューブ外面に沿い銅製冷却帯を密
着させ、冷却しながら、且つ溶接ヘッドを移動させなが
らＴＩＧ溶接するボイラーチューブの連続溶接法に類す
る技術はない。
完全オーステナイト系ボイラーチューブの継手溶接に際
し、当該ボイラーチューブの熱影響部から母材にかかる
範囲に当該ボイラーチューブ外面に沿い銅製冷却帯を密
着させ、冷却しながら、且つ溶接ヘッドを移動させなが
らＴＩＧ溶接するボイラーチューブの連続溶接法に類す
る技術はない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ここで対象とした完全
オーステナイト系材料には、周知のように種々の特性が
ある。溶接性の面からは、熱伝導率が小さいため、母材
に熱がこもり、溶融池が垂れ落ち易く、そのため連続的
に溶接することが不可能である。又、耐割れ性の面から
は、図２に模式図を示すように、結晶粒界のミクロ割れ
４や、結晶粒内のミクロ割れ５のような高温割れが発生
し易いため、被溶接材に溶接熱を蓄積させることは厳禁
である。更に、上記２点の理由から、溶接施工時の対策
として、被溶接材に冷却時間を置くことを余儀なくさ
れ、そのため、一層毎に溶接を停止しなければならない
結果、溶接開先内において、各ビードの終端部には図３
に示すクレータ高温割れ６が高い頻度で発生した。
オーステナイト系材料には、周知のように種々の特性が
ある。溶接性の面からは、熱伝導率が小さいため、母材
に熱がこもり、溶融池が垂れ落ち易く、そのため連続的
に溶接することが不可能である。又、耐割れ性の面から
は、図２に模式図を示すように、結晶粒界のミクロ割れ
４や、結晶粒内のミクロ割れ５のような高温割れが発生
し易いため、被溶接材に溶接熱を蓄積させることは厳禁
である。更に、上記２点の理由から、溶接施工時の対策
として、被溶接材に冷却時間を置くことを余儀なくさ
れ、そのため、一層毎に溶接を停止しなければならない
結果、溶接開先内において、各ビードの終端部には図３
に示すクレータ高温割れ６が高い頻度で発生した。
【００１０】しかるに、前の溶接ビード終端部に発生し
たクレータ高温割れ６を次の積層で再溶融し、溶接停止
位置を移動することで解決しようとすると、ＴＩＧアー
クのガウジング力が小さいため、割れ深部を溶かしきれ
ず、積層した溶接ビードの内部に割れ欠陥を温存する結
果になる。割れ欠陥を温存しないためには、各ビード毎
に、毎回、グラインダーで完全に削り取ってしまうこと
が最良の方法であった。
たクレータ高温割れ６を次の積層で再溶融し、溶接停止
位置を移動することで解決しようとすると、ＴＩＧアー
クのガウジング力が小さいため、割れ深部を溶かしきれ
ず、積層した溶接ビードの内部に割れ欠陥を温存する結
果になる。割れ欠陥を温存しないためには、各ビード毎
に、毎回、グラインダーで完全に削り取ってしまうこと
が最良の方法であった。
【００１１】しかしながら、特開昭５９−９２１９４号
公報に記載された、管内面溶接の冷却方法ならびに装置
では、本発明で、説明してきた溶接態様、即ちボイラー
チューブ用オーステナイト系耐熱鋼管の継手溶接に際
し、開先内に冷却水が入るため、突合せ溶接ができず、
且つ下向き回転管のみ可能であり、固定管は溶接できな
いという大きな問題がある。
公報に記載された、管内面溶接の冷却方法ならびに装置
では、本発明で、説明してきた溶接態様、即ちボイラー
チューブ用オーステナイト系耐熱鋼管の継手溶接に際
し、開先内に冷却水が入るため、突合せ溶接ができず、
且つ下向き回転管のみ可能であり、固定管は溶接できな
いという大きな問題がある。
【００１２】又、ボイラーチューブの継手溶接に際し、
本発明で提案している当該ボイラーチューブの熱影響部
から母材にかかる範囲に当該ボイラーチューブ外面に沿
い銅製冷却帯を密着させ、冷却しながら、且つ溶接ヘッ
ドを移動させながらＴＩＧ溶接する方法がなかったた
め、ボイラーチューブを連続的に溶接することができな
い問題もある。
本発明で提案している当該ボイラーチューブの熱影響部
から母材にかかる範囲に当該ボイラーチューブ外面に沿
い銅製冷却帯を密着させ、冷却しながら、且つ溶接ヘッ
ドを移動させながらＴＩＧ溶接する方法がなかったた
め、ボイラーチューブを連続的に溶接することができな
い問題もある。
【００１３】本発明は、種々の特性を持つ完全オーステ
ナイト系材料の継手溶接を行うに際し、従来技術の不都
合を解消し、更に高温強度、靭性の向上を図る目的で含
有させている多量の窒素を、溶接熱による母材温度の上
昇に伴う蒸発からその逸散を防止することにより当該材
料の特性を損ねることなく、逆に十分生かしつつ、健全
な溶接ビードを得ること、特に、初層から最終層までを
連続的に溶接するボイラーチューブの連続溶接法を提供
することにある。
ナイト系材料の継手溶接を行うに際し、従来技術の不都
合を解消し、更に高温強度、靭性の向上を図る目的で含
有させている多量の窒素を、溶接熱による母材温度の上
昇に伴う蒸発からその逸散を防止することにより当該材
料の特性を損ねることなく、逆に十分生かしつつ、健全
な溶接ビードを得ること、特に、初層から最終層までを
連続的に溶接するボイラーチューブの連続溶接法を提供
することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、（１）完全オーステナイト系ボイラーチュ
ーブの継手溶接に際し、当該ボイラーチューブの下部表
面へ冷却水を下から上へ注水しつつ、当該ボイラーチュ
ーブを回転させながら当該継手溶接部の真上に固定され
た溶接トーチによりＴＩＧ溶接することを特徴とするボ
イラーチューブの連続溶接法であり、（２）前記冷却水
を注水する代わりに前記ボイラーチューブの熱影響部か
ら母材にかかる範囲に当該ボイラーチューブ外面に沿
い、銅製冷却帯を密着させ冷却することを特徴とする前
記（１）項記載のボイラーチューブの連続溶接法、およ
び（３）固定された完全オーステナイト系ボイラーチュ
ーブの継手溶接に際し、当該ボイラーチューブの熱影響
部から母材にかかる範囲に当該ボイラーチューブ外面に
沿い銅製冷却帯を密着させ、冷却しながら、且つ溶接ヘ
ッドを移動させながらＴＩＧ溶接することを特徴とする
ボイラーチューブの連続溶接法である。
に本発明は、（１）完全オーステナイト系ボイラーチュ
ーブの継手溶接に際し、当該ボイラーチューブの下部表
面へ冷却水を下から上へ注水しつつ、当該ボイラーチュ
ーブを回転させながら当該継手溶接部の真上に固定され
た溶接トーチによりＴＩＧ溶接することを特徴とするボ
イラーチューブの連続溶接法であり、（２）前記冷却水
を注水する代わりに前記ボイラーチューブの熱影響部か
ら母材にかかる範囲に当該ボイラーチューブ外面に沿
い、銅製冷却帯を密着させ冷却することを特徴とする前
記（１）項記載のボイラーチューブの連続溶接法、およ
び（３）固定された完全オーステナイト系ボイラーチュ
ーブの継手溶接に際し、当該ボイラーチューブの熱影響
部から母材にかかる範囲に当該ボイラーチューブ外面に
沿い銅製冷却帯を密着させ、冷却しながら、且つ溶接ヘ
ッドを移動させながらＴＩＧ溶接することを特徴とする
ボイラーチューブの連続溶接法である。
【００１５】
【作用】請求項１記載の連続溶接法は、当該ボイラーチ
ューブ継手部を回転できる場合に溶接を実行した時、当
該ボイラーチューブ開先の両側熱影響部から母材にわた
る部分を、当該ボイラーチューブの真下の位置で、該チ
ューブ下部表面へ冷却水を下から上へ末広がりの向きに
注水する。注水した冷却水は、熱影響部から母材に伝播
する溶接熱を随時奪い取ってしまうので、一周回って次
のアーク点がきた時点では、すでに開先内溶接ビードの
温度が１５０℃以下に下がっているので次層の溶接が連
続的に実施できる。
ューブ継手部を回転できる場合に溶接を実行した時、当
該ボイラーチューブ開先の両側熱影響部から母材にわた
る部分を、当該ボイラーチューブの真下の位置で、該チ
ューブ下部表面へ冷却水を下から上へ末広がりの向きに
注水する。注水した冷却水は、熱影響部から母材に伝播
する溶接熱を随時奪い取ってしまうので、一周回って次
のアーク点がきた時点では、すでに開先内溶接ビードの
温度が１５０℃以下に下がっているので次層の溶接が連
続的に実施できる。
【００１６】冷却水の注水位置を当該ボイラーチューブ
の真下以外の他の位置に設定すると、該チューブ表面を
伝い流れ落ちた冷却水が開先の中に流入し、ブローホー
ル等溶接欠陥が発生する。又、注水する方向を開先から
遠ざける向き、即ち末広がりの向きに注水することによ
り、開先内への冷却水流入を防止できる。
の真下以外の他の位置に設定すると、該チューブ表面を
伝い流れ落ちた冷却水が開先の中に流入し、ブローホー
ル等溶接欠陥が発生する。又、注水する方向を開先から
遠ざける向き、即ち末広がりの向きに注水することによ
り、開先内への冷却水流入を防止できる。
【００１７】更に、当該完全オーステナイト系材料は他
元素の混入に敏感なため、現有する溶接法の中で、簡便
でしかも不活性ガス中での溶融形態から、最も清浄な溶
接金属が得ることができるＴＩＧ溶接法を採用すること
とし、そのＴＩＧトーチの位置を当該ボイラーチューブ
の真上に設定したことにより、溶接アークの安定、溶接
ビード形状の安定、溶材の安定供給等が確保できる。
元素の混入に敏感なため、現有する溶接法の中で、簡便
でしかも不活性ガス中での溶融形態から、最も清浄な溶
接金属が得ることができるＴＩＧ溶接法を採用すること
とし、そのＴＩＧトーチの位置を当該ボイラーチューブ
の真上に設定したことにより、溶接アークの安定、溶接
ビード形状の安定、溶材の安定供給等が確保できる。
【００１８】請求項３記載の連続溶接法は、当該ボイラ
ーチューブ継手部が固定されている場合で、例えば該チ
ューブ継手部が鉛直固定で溶接線が水平、あるいは該チ
ューブ継手部が斜め固定で溶接線が斜め等の溶接に適す
る。前記（発明が解決しようとする課題）したように、
当該完全オーステナイト系材料は、母材に熱がこもり溶
融池が垂れ落ち易いこと、又、高温割れが発生し易いこ
と等から被溶接材に溶接熱を蓄積させることができな
い。そこで、溶接で発生した溶接熱を随時取り去ること
ができれば連続的に溶接を実行することが可能であり、
しかも熱影響部から母材に伝播する、できるだけ早いう
ちに吸収してしまうことが得策である。
ーチューブ継手部が固定されている場合で、例えば該チ
ューブ継手部が鉛直固定で溶接線が水平、あるいは該チ
ューブ継手部が斜め固定で溶接線が斜め等の溶接に適す
る。前記（発明が解決しようとする課題）したように、
当該完全オーステナイト系材料は、母材に熱がこもり溶
融池が垂れ落ち易いこと、又、高温割れが発生し易いこ
と等から被溶接材に溶接熱を蓄積させることができな
い。そこで、溶接で発生した溶接熱を随時取り去ること
ができれば連続的に溶接を実行することが可能であり、
しかも熱影響部から母材に伝播する、できるだけ早いう
ちに吸収してしまうことが得策である。
【００１９】かかる理由から、前記請求項１の水による
冷却方法は不可能であるため、代替方法として当該ボイ
ラーチューブ開先の両側熱影響部から母材にかかる範囲
に当該ボイラーチューブ外面に沿い銅製冷却帯を密着的
に巻き付けることにより、その銅製冷却帯が前記請求項
１と同様に、熱影響部から母材に伝播する溶接熱を随時
奪い取ってしまう結果、母材を冷却しつつ、溶接ヘッド
を移動させながらＴＩＧ溶接を連続して実行することが
できる。又、当該ボイラーチューブ外面に沿ったその銅
製冷却帯は、溶接開先を両側から囲う壁の役目を果た
し、溶融プールを、トーチシールドを乱す外気の風から
防ぐ効果がある。
冷却方法は不可能であるため、代替方法として当該ボイ
ラーチューブ開先の両側熱影響部から母材にかかる範囲
に当該ボイラーチューブ外面に沿い銅製冷却帯を密着的
に巻き付けることにより、その銅製冷却帯が前記請求項
１と同様に、熱影響部から母材に伝播する溶接熱を随時
奪い取ってしまう結果、母材を冷却しつつ、溶接ヘッド
を移動させながらＴＩＧ溶接を連続して実行することが
できる。又、当該ボイラーチューブ外面に沿ったその銅
製冷却帯は、溶接開先を両側から囲う壁の役目を果た
し、溶融プールを、トーチシールドを乱す外気の風から
防ぐ効果がある。
【００２０】請求項２記載の連続溶接法は、主に手動溶
接の実行に適する。回転管溶接、固定管溶接にかかわら
ず、本溶接又は補修溶接を実行する際に当該ボイラーチ
ューブに熱を蓄積することは厳禁である。このような時
に当該ボイラーチューブ開先の両側熱影響部から母材に
かかる範囲に外面に沿い銅製冷却帯を密着的に巻き付け
ることにより、連続的な溶接又は部分的な溶接にも対応
できる。その他の作用については請求項１および請求項
３記載の発明と同様である。
接の実行に適する。回転管溶接、固定管溶接にかかわら
ず、本溶接又は補修溶接を実行する際に当該ボイラーチ
ューブに熱を蓄積することは厳禁である。このような時
に当該ボイラーチューブ開先の両側熱影響部から母材に
かかる範囲に外面に沿い銅製冷却帯を密着的に巻き付け
ることにより、連続的な溶接又は部分的な溶接にも対応
できる。その他の作用については請求項１および請求項
３記載の発明と同様である。
【００２１】なお、当該ボイラーチューブ内面シールド
ガスについては、請求項１、請求項２、請求項３記載の
いずれにおいても、継手溶接中は連続して供給し、その
種類はアンゴンガスとする。
ガスについては、請求項１、請求項２、請求項３記載の
いずれにおいても、継手溶接中は連続して供給し、その
種類はアンゴンガスとする。
【００２２】
【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。図４は、本
発明に基づき構成された、ボイラーチューブを回転でき
る場合の回転管溶接の状態を示している。即ち、開先会
合部２を合せ、精度良く組立てたボイラーチューブ母材
１を回転治具７に装着する。内面シールドガスを流す必
要からチューブ両端にメクラぶた８を設置し、一方から
内面シールドガスを供給するパイプ９を挿入する。他方
のメクラぶたにはシールドガスの排出口１０を設ける。
ＴＩＧトーチ１１は溶接箇所の真上とし、溶接箇所の真
下には冷却水給水器１２を設置する。冷却水給水器１２
の上部には冷却水が末広がりの向きに注水できるよう、
噴出穴１２ａを斜め（１８〜２０°）に加工している。
流れ落ちた水は、受け皿で受け排水溝１３へ導く。
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。図４は、本
発明に基づき構成された、ボイラーチューブを回転でき
る場合の回転管溶接の状態を示している。即ち、開先会
合部２を合せ、精度良く組立てたボイラーチューブ母材
１を回転治具７に装着する。内面シールドガスを流す必
要からチューブ両端にメクラぶた８を設置し、一方から
内面シールドガスを供給するパイプ９を挿入する。他方
のメクラぶたにはシールドガスの排出口１０を設ける。
ＴＩＧトーチ１１は溶接箇所の真上とし、溶接箇所の真
下には冷却水給水器１２を設置する。冷却水給水器１２
の上部には冷却水が末広がりの向きに注水できるよう、
噴出穴１２ａを斜め（１８〜２０°）に加工している。
流れ落ちた水は、受け皿で受け排水溝１３へ導く。
【００２３】図５は、上記態様で溶接する場合の冷却水
給水器１２の適正なボイラーチューブ下部表面との距離
と、冷却水の適正供給水量を示した。本実験では、中央
から注水される２本の冷却水が溶接ビード近傍の両側熱
影響部を狙い、又、開先幅の制約から、給水器の位置を
チューブ下部表面から１０mmの距離に設定した。全ての
溶接条件を設定した後、冷却水を注水した状態で、初層
から最終層（７層）までを連続して溶接する。溶接条件
例を下記表２に示す。
給水器１２の適正なボイラーチューブ下部表面との距離
と、冷却水の適正供給水量を示した。本実験では、中央
から注水される２本の冷却水が溶接ビード近傍の両側熱
影響部を狙い、又、開先幅の制約から、給水器の位置を
チューブ下部表面から１０mmの距離に設定した。全ての
溶接条件を設定した後、冷却水を注水した状態で、初層
から最終層（７層）までを連続して溶接する。溶接条件
例を下記表２に示す。
【００２４】
【表２】
【００２５】図６は、本発明に基づき構成された、ボイ
ラーチューブが回転できない場合の固定管溶接の状態を
示している。開先会合部２を合せ、精度良く組立てたボ
イラーチューブ母材１を垂直に立て、しっかりと固定す
る。内面シールドガスを流す必要からチューブ両端にメ
クラぶた８を設置し、一方から内面シールドガスを供給
するパイプ９を挿入する。他方のメクラぶたにはシール
ドガスの排出口１０を設ける。溶接開先３の両側に、溶
接ビード止端部から２〜３mmの距離の熱影響部から母材
にかかる範囲に、チューブ外面に沿い水冷銅バンド１４
をそれぞれ巻き付け密着状態に設置する。更に水冷銅バ
ンド１４のまわりには、固定管溶接機ヘッド１５をクラ
ンプ１６にて設置する。ＴＩＧトーチ１１は溶接線を狙
い、溶接機ヘッド１５に納められたモータハウジング１
７でワイヤフィーダ１８に設置した溶材を送給しながら
溶接機ヘッド１５全体を回転させ溶接を進める機構とす
る。１９，２０は、水冷銅バンド１４へ冷却水を供給す
る供給口と排出口を表している。
ラーチューブが回転できない場合の固定管溶接の状態を
示している。開先会合部２を合せ、精度良く組立てたボ
イラーチューブ母材１を垂直に立て、しっかりと固定す
る。内面シールドガスを流す必要からチューブ両端にメ
クラぶた８を設置し、一方から内面シールドガスを供給
するパイプ９を挿入する。他方のメクラぶたにはシール
ドガスの排出口１０を設ける。溶接開先３の両側に、溶
接ビード止端部から２〜３mmの距離の熱影響部から母材
にかかる範囲に、チューブ外面に沿い水冷銅バンド１４
をそれぞれ巻き付け密着状態に設置する。更に水冷銅バ
ンド１４のまわりには、固定管溶接機ヘッド１５をクラ
ンプ１６にて設置する。ＴＩＧトーチ１１は溶接線を狙
い、溶接機ヘッド１５に納められたモータハウジング１
７でワイヤフィーダ１８に設置した溶材を送給しながら
溶接機ヘッド１５全体を回転させ溶接を進める機構とす
る。１９，２０は、水冷銅バンド１４へ冷却水を供給す
る供給口と排出口を表している。
【００２６】全ての溶接条件を設定した後、冷却水を供
給した状態で、初層から最終層（７層）までを連続して
溶接した。なお水冷銅バンド１４の模式図を図９に示
し、溶接条件例を下記表３に示す。図９において（ａ）
は水冷銅バンド１４の側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）
はチューブにセットした正面図である。
給した状態で、初層から最終層（７層）までを連続して
溶接した。なお水冷銅バンド１４の模式図を図９に示
し、溶接条件例を下記表３に示す。図９において（ａ）
は水冷銅バンド１４の側面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）
はチューブにセットした正面図である。
【００２７】
【表３】
【００２８】その結果、図４に示す溶接形態、即ち溶接
箇所の真下に設置した冷却水給水器１２より注水された
冷却水により溶接熱を吸収し、母材の過熱を防止するこ
とで初めて連続溶接が可能になる回転管溶接、あるい
は、図６に示す溶接形態、即ち一般的な現場溶接のよう
にチューブが回転不可能であってしかも溶接姿勢が多種
多様に変化せざるを得ない固定管溶接にかかわらず、い
かなる溶接姿勢にも対応できる全姿勢溶接に適応し、且
つ、溶接ビード外観上から見ればビードの垂れ落ちがな
く、ビード止端部が揃い、更に、ビードの酸化色がうす
い金色どまりである。このことは冷却の効果を表してい
る。又、溶接金属内部から見ればミクロ的な高温割れの
発生もなく、溶接を途中で止める必要がないことから溶
接中間層のクレータ部の高温割れを温存しない。このよ
うに健全な溶接を実行することができた。
箇所の真下に設置した冷却水給水器１２より注水された
冷却水により溶接熱を吸収し、母材の過熱を防止するこ
とで初めて連続溶接が可能になる回転管溶接、あるい
は、図６に示す溶接形態、即ち一般的な現場溶接のよう
にチューブが回転不可能であってしかも溶接姿勢が多種
多様に変化せざるを得ない固定管溶接にかかわらず、い
かなる溶接姿勢にも対応できる全姿勢溶接に適応し、且
つ、溶接ビード外観上から見ればビードの垂れ落ちがな
く、ビード止端部が揃い、更に、ビードの酸化色がうす
い金色どまりである。このことは冷却の効果を表してい
る。又、溶接金属内部から見ればミクロ的な高温割れの
発生もなく、溶接を途中で止める必要がないことから溶
接中間層のクレータ部の高温割れを温存しない。このよ
うに健全な溶接を実行することができた。
【００２９】図７は、溶接ビード近傍の両側熱影響部か
ら母材にかかる範囲を、本発明による冷却水注水方法で
冷却した場合と、冷却しなかった場合とで溶接金属組織
がどの程度微細化するかを確認するため、当該完全オー
ステナイト系ボイラーチューブ材料を用いて溶接を実施
した際の溶接金属ミクロ組織写真である。溶接状況につ
いて説明すれば、図７（ａ），（ｂ）は水冷却なしでパ
ス間温度が２５０℃以上での溶接条件で実施した溶接金
属ミクロ組織写真であり、図７（ｃ），（ｄ）は実施例
図４に基づき溶接箇所の真下に設置した冷却水給水器に
より注水したまま連続溶接した場合の溶接金属ミクロ組
織である。各写真において、（ａ），（ｃ）は１００
倍、（ｂ），（ｄ）の写真は２００倍で撮影してある。
水冷したものを比較すれば、結晶粒の大きさを約１／３
に微細化する効果があることを証明している。
ら母材にかかる範囲を、本発明による冷却水注水方法で
冷却した場合と、冷却しなかった場合とで溶接金属組織
がどの程度微細化するかを確認するため、当該完全オー
ステナイト系ボイラーチューブ材料を用いて溶接を実施
した際の溶接金属ミクロ組織写真である。溶接状況につ
いて説明すれば、図７（ａ），（ｂ）は水冷却なしでパ
ス間温度が２５０℃以上での溶接条件で実施した溶接金
属ミクロ組織写真であり、図７（ｃ），（ｄ）は実施例
図４に基づき溶接箇所の真下に設置した冷却水給水器に
より注水したまま連続溶接した場合の溶接金属ミクロ組
織である。各写真において、（ａ），（ｃ）は１００
倍、（ｂ），（ｄ）の写真は２００倍で撮影してある。
水冷したものを比較すれば、結晶粒の大きさを約１／３
に微細化する効果があることを証明している。
【００３０】図８は、周知のように、溶接金属中の窒素
量と引張強度の関係を表したグラフである。本発明に係
る完全オーステナイト系材料は、高温強度確保の目的か
ら、母材金属中に窒素を多量添加（約０．２０００〜
０．２０１０mass％）している。これを受け、溶接金属
を形成する溶接ワイヤは母材と同等かそれ以上の窒素含
有率で成分設計するのが普通である。継手構造物を製作
する過程で溶接手段を用いることにより、その接合部で
は、溶接時に発生する溶接熱により、母材および溶接金
属中から０．０７００mass％程度の窒素が逸散する。逸
散する窒素をいかに少なく抑えるかが溶接施工技術の大
きなポイントの一つである。
量と引張強度の関係を表したグラフである。本発明に係
る完全オーステナイト系材料は、高温強度確保の目的か
ら、母材金属中に窒素を多量添加（約０．２０００〜
０．２０１０mass％）している。これを受け、溶接金属
を形成する溶接ワイヤは母材と同等かそれ以上の窒素含
有率で成分設計するのが普通である。継手構造物を製作
する過程で溶接手段を用いることにより、その接合部で
は、溶接時に発生する溶接熱により、母材および溶接金
属中から０．０７００mass％程度の窒素が逸散する。逸
散する窒素をいかに少なく抑えるかが溶接施工技術の大
きなポイントの一つである。
【００３１】図８に掲げたグラフ例を説明すれば、０．
１５２mass％は水冷却なしでパス間温度が２５０℃以上
の溶接条件で実施した際の溶接金属中の窒素量であり、
０．１６６mass％は当該案件中実施例図４に基づき溶接
箇所真下に設置した冷却水給水器１２により注水したま
まで連続溶接した際の溶接金属中の窒素量を表してい
る。当該グラグによれば、溶接金属中の窒素逸散防止に
よる引張強度の向上は約１２（Ｎ／mm2 ）である。
１５２mass％は水冷却なしでパス間温度が２５０℃以上
の溶接条件で実施した際の溶接金属中の窒素量であり、
０．１６６mass％は当該案件中実施例図４に基づき溶接
箇所真下に設置した冷却水給水器１２により注水したま
まで連続溶接した際の溶接金属中の窒素量を表してい
る。当該グラグによれば、溶接金属中の窒素逸散防止に
よる引張強度の向上は約１２（Ｎ／mm2 ）である。
【００３２】表４は、試作溶材における溶接金属の強度
試験結果を示しているが、冷却方法の違いと強度（Ｎ／
mm2 ）の関係を調べた。溶材１の化学成分（mass％）は
２５．７Ｎｉ−２０．３Ｃｒ−０．２０ＴＮであり、溶
材２の成分は２６．１Ｎｉ−２１．３Ｃｒ−０．１８Ｔ
Ｎである。溶材１，２共それぞれ室温と６００℃につい
て掲げている。
試験結果を示しているが、冷却方法の違いと強度（Ｎ／
mm2 ）の関係を調べた。溶材１の化学成分（mass％）は
２５．７Ｎｉ−２０．３Ｃｒ−０．２０ＴＮであり、溶
材２の成分は２６．１Ｎｉ−２１．３Ｃｒ−０．１８Ｔ
Ｎである。溶材１，２共それぞれ室温と６００℃につい
て掲げている。
【００３３】
【表４】
【００３４】この結果、室温における強度向上分は平均
３６（Ｎ／mm2 ）、６００℃においては平均３９（Ｎ／
mm2 ）の強度向上を確認できた。これらの結果を踏まえ
ると、強度が向上した理由は、次のように整理すること
ができる。前記溶接金属中の窒素量逸散防止効果による
強度向上分は約４０％、残る６０％の強度向上分に寄与
したのは溶接金属内結晶粒の微細化効果であると言え
る。これら２点のいずれもが本発明で提案した溶接開先
直近の熱影響部から母材にかかる範囲を強制的に冷却す
ることにより、母材を過熱することなく、連続的に溶接
ができる溶接方法の成果である。
３６（Ｎ／mm2 ）、６００℃においては平均３９（Ｎ／
mm2 ）の強度向上を確認できた。これらの結果を踏まえ
ると、強度が向上した理由は、次のように整理すること
ができる。前記溶接金属中の窒素量逸散防止効果による
強度向上分は約４０％、残る６０％の強度向上分に寄与
したのは溶接金属内結晶粒の微細化効果であると言え
る。これら２点のいずれもが本発明で提案した溶接開先
直近の熱影響部から母材にかかる範囲を強制的に冷却す
ることにより、母材を過熱することなく、連続的に溶接
ができる溶接方法の成果である。
【００３５】
【発明の効果】このように、本発明によれば、前記母材
過熱防止による強度の向上と合せ、初層から最終層まで
を連続して溶接できることから、一層毎に溶接を止める
必要がなくなり、従来、開先内で高い頻度で発生したク
レータ高温割れ欠陥についてもそれを温存することがな
い。従って、完全オーステナイト系耐熱鋼管の継手溶接
作業における溶接施工技術として多大な効果を奏するこ
とができる。
過熱防止による強度の向上と合せ、初層から最終層まで
を連続して溶接できることから、一層毎に溶接を止める
必要がなくなり、従来、開先内で高い頻度で発生したク
レータ高温割れ欠陥についてもそれを温存することがな
い。従って、完全オーステナイト系耐熱鋼管の継手溶接
作業における溶接施工技術として多大な効果を奏するこ
とができる。
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はボイラーチ
ューブ突合せ開先例を示す説明図。
ューブ突合せ開先例を示す説明図。
【図２】オーステナイト系ステンレス鋼の溶接金属に発
生する代表的なミクロ割れを示す模式図。
生する代表的なミクロ割れを示す模式図。
【図３】クレータ高温割れを示す模式図。
【図４】本発明の回転管溶接にかかわる一実施例を示す
説明図。
説明図。
【図５】図４における態様で溶接する場合の冷却水給水
器適正位置と冷却水適正供給量の関係を示すグラフ。
器適正位置と冷却水適正供給量の関係を示すグラフ。
【図６】本発明の固定管溶接にかかわる一実施例を示す
説明図。
説明図。
【図７】冷却効果を比較確認したミクロ溶接金属組織写
真であり、（ａ）は水冷なしの場合の組織を示す１００
倍写真、（ｂ）は同２００倍写真、（ｃ）は水冷した場
合の組織を示す１００倍写真、（ｄ）は同２００倍の写
真である。
真であり、（ａ）は水冷なしの場合の組織を示す１００
倍写真、（ｂ）は同２００倍写真、（ｃ）は水冷した場
合の組織を示す１００倍写真、（ｄ）は同２００倍の写
真である。
【図８】溶接金属中の窒素量と引張強度の関係を示すグ
ラフ。
ラフ。
【図９】水冷銅バンドの模式図であり、（ａ）は側面、
（ｂ）は正面、（ｃ）はチューブにセットした正面を示
す。
（ｂ）は正面、（ｃ）はチューブにセットした正面を示
す。
１ ボイラーチューブ ２ 開先会合部 ３ 溶接開先 ４ 結晶粒界ミクロ割れ ５ 結晶粒内ミクロ割れ ６ クレータ高温割れ ７ 回転治具 ８ メクラぶた ９ シールドガス供給パイプ １０ シールドガス排出口 １１ ＴＩＧトーチ １２ 冷却水給水器 １２ａ 噴水孔 １３ 排水溝 １４ 水冷銅バンド １５ 固定管溶接機ヘッド １６ クランプ １７ モータハウジング １８ ワイヤフィーダ １９ 冷却水供給口 ２０ 冷却水排出口
Claims (3)
- 【請求項１】 完全オーステナイト系ボイラーチューブ
の継手溶接に際し、当該ボイラーチューブの下部表面へ
冷却水を下から上へ注水しつつ、当該ボイラーチューブ
を回転させながら当該継手溶接部の真上に固定された溶
接トーチによりＴＩＧ溶接することを特徴とするボイラ
ーチューブの連続溶接法。 - 【請求項２】 前記冷却水を注水する代わりに前記ボイ
ラーチューブの熱影響部から母材にかかる範囲に当該ボ
イラーチューブ外面に沿い、銅製冷却帯を密着させ冷却
することを特徴とする請求項１記載のボイラーチューブ
の連続溶接法。 - 【請求項３】 固定された完全オーステナイト系ボイラ
ーチューブの継手溶接に際し、当該ボイラーチューブの
熱影響部から母材にかかる範囲に当該ボイラーチューブ
外面に沿い銅製冷却帯を密着させ、冷却しながら、且つ
溶接ヘッドを移動させながらＴＩＧ溶接することを特徴
とするボイラーチューブの連続溶接法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5021895A JPH08243739A (ja) | 1995-03-09 | 1995-03-09 | ボイラーチューブの連続溶接法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5021895A JPH08243739A (ja) | 1995-03-09 | 1995-03-09 | ボイラーチューブの連続溶接法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08243739A true JPH08243739A (ja) | 1996-09-24 |
Family
ID=12852928
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5021895A Withdrawn JPH08243739A (ja) | 1995-03-09 | 1995-03-09 | ボイラーチューブの連続溶接法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08243739A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7114881B2 (en) | 2000-10-24 | 2006-10-03 | Saipem S.P.A. | Method and apparatus for welding pipes together |
| KR100810131B1 (ko) * | 2007-11-13 | 2008-03-06 | 주식회사 세화기계 | 보일러 튜브 조립체의 용접방법 |
| WO2011012998A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Tubefuse Applications V.O.F | Cooling apparatus for cooling a heated/welded region of an object with a plurality of heat sink members; method of cooling a heated/welded region of an object |
| CN102009250A (zh) * | 2010-11-08 | 2011-04-13 | 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 | 奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊的装置及方法 |
| KR20180062761A (ko) * | 2016-12-01 | 2018-06-11 | 삼성중공업 주식회사 | 용접 결함 방지 장치 |
| WO2018154049A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-30 | General Electric Technology Gmbh | Systems for and method of manufacturing boiler tubes, with synchronous rotation of the tubes in association with automatic welding |
| JP2022015870A (ja) * | 2020-07-10 | 2022-01-21 | 川田工業株式会社 | 溶接部品の製造方法および溶接システム |
| CN114657557A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-24 | 西安必盛激光科技有限公司 | 一种用于对锅炉管通水的工装及强化锅炉管的方法 |
| JP2024505433A (ja) * | 2021-01-19 | 2024-02-06 | サイエンティフィック・デザイン・カンパニー・インコーポレーテッド | チューブピッチを縮小した垂直沸騰反応器の製作のためのチューブ対チューブシート溶接 |
-
1995
- 1995-03-09 JP JP5021895A patent/JPH08243739A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7114881B2 (en) | 2000-10-24 | 2006-10-03 | Saipem S.P.A. | Method and apparatus for welding pipes together |
| KR100810131B1 (ko) * | 2007-11-13 | 2008-03-06 | 주식회사 세화기계 | 보일러 튜브 조립체의 용접방법 |
| WO2011012998A1 (en) * | 2009-07-30 | 2011-02-03 | Tubefuse Applications V.O.F | Cooling apparatus for cooling a heated/welded region of an object with a plurality of heat sink members; method of cooling a heated/welded region of an object |
| CN102009250A (zh) * | 2010-11-08 | 2011-04-13 | 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 | 奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊的装置及方法 |
| CN102009250B (zh) * | 2010-11-08 | 2015-05-13 | 哈尔滨锅炉厂有限责任公司 | 奥氏体不锈钢管水冷热丝钨极氩弧焊的方法 |
| KR20180062761A (ko) * | 2016-12-01 | 2018-06-11 | 삼성중공업 주식회사 | 용접 결함 방지 장치 |
| WO2018154049A1 (en) * | 2017-02-27 | 2018-08-30 | General Electric Technology Gmbh | Systems for and method of manufacturing boiler tubes, with synchronous rotation of the tubes in association with automatic welding |
| US10702941B2 (en) | 2017-02-27 | 2020-07-07 | General Electric Technology Gmbh | System, method and apparatus for welding tubes |
| US11554437B2 (en) | 2017-02-27 | 2023-01-17 | General Electric Technology Gmbh | System, method and apparatus for welding tubes |
| JP2022015870A (ja) * | 2020-07-10 | 2022-01-21 | 川田工業株式会社 | 溶接部品の製造方法および溶接システム |
| JP2024505433A (ja) * | 2021-01-19 | 2024-02-06 | サイエンティフィック・デザイン・カンパニー・インコーポレーテッド | チューブピッチを縮小した垂直沸騰反応器の製作のためのチューブ対チューブシート溶接 |
| CN114657557A (zh) * | 2022-03-31 | 2022-06-24 | 西安必盛激光科技有限公司 | 一种用于对锅炉管通水的工装及强化锅炉管的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20020604 |