JPS5837076B2 - アツイタブザイノ ヨウセツホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はタービンダイヤフラムの溶接方法に係り、特に
高エネルギー密度ビーム溶接を利用してタービンダイヤ
フラムを構戒する厚板部材を溶接する方法に関する。

現在溶接部に深い溶込みを得られる高エネルギー密度ビ
ーム溶接には電子の運動エネルギーを利用した電子ビー
ム溶接及び光の熱エネルギーを利用したレーザー溶接が
有り、これらの溶接方法を利用して金属部材の溶接を行
なう場合に溶接機の能力により１回の溶接である１パス
の溶接深さには限界がある。

従がって金属部材板厚ｔが厚いと、最大溶接能力ｐｍｍ
の溶接機で金属部材の板厚ｔ ） ２ ｐを溶接する際
には各種の工夫を要する。

従来方法として第１図乃至第３図について、厚板の金属
部材に対する電子ビーム溶接方法を説明する。

図中電子ビーム溶接を（ＦＢＷ）として矢印表示してあ
る。

第１図ａにおいて、固着を要する厚板の金属部材１ａ及
び１ｂにそれぞれ形威した接合面５ａ及び５ｂの間に前
記金属部材１ａ，１ｂと同材質の金属で溶接機の溶接能
力内の大きさにした充填板３を介在させ、これらの金属
部材１ａ，１ｂ間に充填板３を挟み込んで３者を電子ビ
ーム溶接にて電子ビーム溶接部２を形成する。

引き続いて第１図ｂ，ｃに示した如く、別の充填板３を
溶接部の上方へ挿入して順次電子ビーム溶接の手順を繰
り返して金属部材１ａ，Ｉｂを溶着する溶接方法がある
。

また第２図に示す様に金属部材１ａ，１ｂの接合而５ａ
，５ｂの両端部に傾斜した接合面６ａを形成すること
により適当な大きさの■溝部６を形或しておき、平面状
の接合面５ａ，５ｂに対して金属部材１ａ，ｌｂの上方
及び下方の双方より電子ビ一ム溶接を１パス施こして電
子ビーム溶接部２を形或し、次に第２図ｂに示す如く、
■溝部６に前記金属部材と同材質の金属でその外面に接
合面６ｂを形威した該■溝部６と同形状の充填板４を嵌
合させ、両接合面６ａ，６ｂに電子ビーム溶接を施こし
て金属部材ｉａ，Ｉｂを溶着する溶接方法゜がある。

更に第３図に示す様に金属部材１ ａ ｙ１ｂの接合面
５ａ ，ｓｂの両端部に段違いとなった接合面７ａを形
成することにより適当な大きさの角溝部７を形威してお
き、平面状の接合面５ａ５ｂに対して金属部材１ａ，１
ｂの上方及び下方の双方より電子ビーム溶接を１パス施
こして電子ビーム溶接部２を形成し、次に第３図ｂに示
す如く、角溝部７に前記金属部材と同材質で外面に接合
面７ｂを形成した四角柱の充填板８を嵌合させ、この両
接合面７ａ ，７ｂに電子ビーム溶接を施こして金属部
材１ａ，Ｉｂを溶着する溶接方法がある。

しかしながら一般に電子ビーム溶接及びレーザー溶接等
の高エネルギー密度溶接は深い溶込みの溶接部が得られ
る反面、接合面である溶接開先精度は通常０．２ｍｍ以
下に保持する必要がある。

すなわち、高エネルギー密度溶接は接合面の両側の金属
をごく薄い範囲で溶かし、両者を接合するものであるた
め、両者の接合面間に生ずる間隙に不均一が生ずると部
分的に溶接欠陥が生ずる。

従がって上記の従来方法による厚板部材の溶接方法では
接合面に電子ビーム溶接を複数パス行なうことになり前
の溶接パスで生じた熱変形及び溶接表面ビードの余盛り
を除去する溶接開先面の再加工がその都度必要となる。

また、接合される金属部材と同材質の充填板が必要とな
る。

更に電子ビーム溶接においてはその溶接部先端にブロー
ホール或いはボイドを伴なうスパイキング欠陥を生じ易
いことから、電子ビーム溶接の溶接パス数が多くなるに
つれて厚板部材の接合面の溶接個所には溶接欠陥が増加
することになる。

従来より、タービンダイヤフラムの溶接には、他の溶接
に比べて熱歪が小さいために電子ビーム溶接を使用する
試みがなされてきたが、タービンの大型化により、ダイ
ヤフラムを構或する部材の肉厚が大きくなり、電子ビー
ム溶接機の能力を越える場合がある。

本発明の目的は、高エネルギー密度ビーム溶接の溶け込
み能力を超える厚板部材を有するタービンダイヤフラム
を、溶接欠陥が生じにくく、かつ接合面の開先の再加工
を必要とせずに、該高エネルギー密度ビーム溶接を利用
して溶接する溶接方法を提供することにある。

本発明の要旨とするところは、タービンダイヤフラムを
構成する厚板部材の溶接に際して、断面がＵ字形状をな
す一対の仕切板のＵ字形状の底面に所定の間隔で複数の
ノズル翼嵌合孔を穿ち、前記嵌合孔にノズル翼を挿入し
、ノズル翼と仕切板とを溶接にて仮止めし、前記仕切板
のＵ字形状内を溶接金属で盛金溶接し、機械加工により
前記盛金部分の表面と仕切板表面にまたがって、内輪も
しくは外輪に形或した接合面に対応した接合面を形或し
、更に仕切板の接合面と外輪もしくは内輪の接合面の両
端に開先部を形成し、前記仕切板と外輪及び内輪の接合
面を突き合せて高エネルギー密度ビーム溶接を施した後
、前記開先部に肉盛溶接を施したことにある。

第４図に厚板の金属部材を溶接する原理図を示している
。

第４図において、固着を要する厚板の金属部材１ａ及び
１ｂにそれぞれ接合面５ａ ，５ｂが形或されている。

またこの接合面５ａ ，ｓｂの上端及び下端にも前記金
属部材１ａ，ｌｂの双方を突合せることによってアーク
溶接のための開先部９が形或されている。

前記金属部材に形或された平面状の接合面５ａ ，ｓｂ
の大きさは電子ビーム溶接を行なう溶接機による溶接部
の最大溶込み能力に合わせて規定すれば良い。

第４図においては電子ビーム溶接を金属部材１ａ，１ｂ
の上方及び下方の双方から行なう様になっていることか
ら、接合面５ａ ，ｓｂの寸法は溶接機の持つ最大溶込
み能力の２倍以内であれば良い。

上記形状に接合を要する金属部材を形或しておいて、ま
ず金属部材１ａｙｉｂの接合面５ａ ，ｓｂを互いに突
き合わせて、その上方及び下方の双方より電子ビーム溶
接を施して電子ビーム溶接部２を形戊する。

次に接合面５ａ，５ｂの端部の開先部９にアーク溶接を
施し、溶接金属を肉盛りして埋めることにより溶接金属
部１０を形戊する。

以上により厚板の金属部材１ａ，Ｉｂの固着を行なうも
のである。

上記溶接方法は深溶込みの溶接が得られる電子ビーム溶
接と、開先精度をそれほど必要とせず、且つ溶接部の品
質が安定しているアーク溶接を効果的に組合わせた厚板
材の多層溶接方法である。

次に本発明を蒸気タービンのダイヤフラムの溶接方法に
適用した実施例について説明する。

第５図に示した様にタービンダイヤフラムは放射状に多
数配列されたノズル翼１１を仕切板１２を介して内輪１
３及び外輪１４に溶接することにより形或されている。

その溶接方法を第６図を参照にして以下に詳細に説明す
る。

軟鋼或いは耐熱合金鋼からなる円環状の仕切板１２は、
その断面がＵ字形状となる様に凹部１２ａを形或してあ
り、更に該凹部１２ａの底面には１２Ｃｒ鋼よりなるノ
ズル翼１１と同一断面形状の開口１２ｂが複数個穿たれ
ている。

そしてこの仕切板１２の開口１２ｂにノズル翼１１の端
部を挿入し、仕切板の凹部１２側より溶接金属１５をシ
ール溶接して両者を仮止めする。

次に仕切板１２の凹部１２ａ内に内輪１３及び外輪１４
と同材質である軟鋼或いは耐熱合金鋼からなる溶接金属
１６を肉盛溶接して仕切板１２とノズル翼１１とを確実
に固着する。

その後で溶接金属１６の外表面に機械加工を行ない、仕
切板と同一平面となる接合面１７ｂを形戒する。

また内輪１３及び外輪１４にも仕切板１２と溶接金属１
６に形或された接合面１７ｂと溶接される接合面１７ａ
を形或しておく０そして前記接合面１７ａ，１７ｂそし
て前記接合面１７ａ，１７ｂに対して電子ビーム溶接を
上方及び下方の双方から施して接合を行なうのであるが
、接合される金属部材が厚いと溶接機の溶込み能力をオ
ーバーしてしまい、１パスの溶接では接合が不可能であ
る。

第６図においては外輪１４と仕切板１２との板厚が溶接
機の溶込み能力をオーバーしている場合を示している。

そこで、本発明例においては外輪１４と仕切板１２とに
溶接機による電子ビーム溶接の溶込み能力内の平面状の
接合面１７ａ，１７ｂを形成しておき、該溶込み能力範
囲外である前記接合面１７ａ，１７ｂの端部には開先部
１９を形或しておく。

この開先部１９の形状はアーク溶接を行なう場合の開先
形状に適した様に形威しておく必要がある。

そうしておいて、外輪１４の接合面１７ａと仕切板１２
及び溶接金属１６におりる接合面１７ｂとを突き合わせ
、接合面の上方及び下方の双方より電子ビーム溶接を施
して電子ビーム溶接部２０を形或し、該接合面１７ａ，
１７ｂを固着する。

その後に外輪１４と仕切板１２との間に形或した開先部
１９内にアーク溶接を施して溶接金属２２を溶着するこ
とによって、仕切板１２と外輪１４を完全に固着し、タ
ービンダイヤフラムの内、外輪とノズル翼とを溶接する
ものであるまたここで、溶接金属１６を介して内、外輪
１３．１４とノズル翼１１とを電子ビーム溶接する理由
は、ノズル翼１１の材質が１３Ｃｒ鋼であり、ノズル翼
１１と仕切板１２とを仮止めするシール溶接の溶接金属
１５中にはＣｒ鋼が溶融して４〜６％のＣｒ鋼が含有さ
れる場合が多く、内、外輪１３．１４の材質が軟鋼の場
合にこれらの内、外輪材と溶接金属１５とを等量で溶融
させて電子ビーム溶接を行なうと、電子ビーム溶接部の
Ｃｒ含有量が増加することにより凝固割れ等の溶接欠陥
が発生する可能性が大きい。

従がってシール溶接により溶接金属１５の上部から更に
溶接金属１６を肉盛溶接して電子ビーム溶接部のＣｒ含
有量の増加を防止するものである。

また、内、外輪１３．１４と電子ビーム溶接される溶接
金属１６及び仕切板１６の材質を内、外輪と同材質に形
或してあるのは、異種材質の金属に電子ビーム溶接を行
なうと電子ビーム溶接部であるビートが曲がり、未溶接
部が生じるという欠点を防止するためである。

本発明によれば、電子ビーム溶接を利用した厚材部材か
らなるタービンダイヤフラムの金属部材の溶接に際して
、溶接部に溶接欠陥の少ない、・且つ溶接作業性に優れ
たタービンダイヤフラムの溶接方法が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は厚材部材に電子ビーム溶接を行なう
溶接方法の従来技術を示すもので、第１図は同一接合面
に順次複数パス電子ビーム溶接を行なう溶接方法を、第
２図は充填体を介して電子ビーム溶接を行なう溶接方法
を示す説明図、第４図は厚板部材に電子ビーム溶接を適
用する溶接方法の説明図、第５図は本発明を実施した蒸
気タービンのタービンダイヤフラムを示す概略構造図、
第６図は本発明をタービンダイヤフラムの溶接に適用し
た第５図のＡ−Ａ部分断面図である。 １ａ，１ｂ・・・金属部材、２・・・電子ビーム金属部
、５ａ ， ｓｂ・・・接合面、９・・・開先部．１０
・・・溶接金属部、１１・・・ノズル翼、１２・・・仕
切板、１２ａ・・・凹所、１２ｂ・・・開口、１３・・
・内輪，１４・・・外輪、’ｉ ５ ， １ ６−・・
溶接金属、１ ７ａ ， １ ｙｂ−・−接合面、１９
・・・開先部，２０・・・電子ビーム溶接部、２２・・
・溶接金属。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 断面がＵ字形状をなす一対の仕切板のＵ字形状の底
   面に所定の間隔で複数のノズル翼嵌合孔を穿ち、罰記翼
   嵌合孔にノズル翼を挿入し、ノズル翼と仕切板とを溶接
   にて仮止めし、前記仕切板のＵ字形凸部内を溶接金属で
   盛金溶接してノズル翼と仕切板を固着し、機械加工によ
   り前記盛金部分の表面と仕切板とにわたって、内輪及び
   外輪に形成した接合面に対応した接合面を形戒し、更に
   仕切板の接合面と外輪との接合面の両端に開先部を形或
   し、前記仕切板の接合面と外輪及び内輪の接合面を突き
   合せて両方の突き合せ面をそれぞれ高エネルギー密度ビ
   ーム溶接を施した後、前記開先部に肉盛溶接を施した事
   を特徴とするタービンダイヤフラムの溶接方法。