JP2730664B2 - ２つの金属部品の継手のレーザ溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外側にしか接近できな
い２つの金属部品からなる「Ｔ」字形継手の最終固定に
関し、特にターボジェットエンジンのファンの下流に置
かれた低温流体の流路すなわち外側流路内の接合縦通材
など、隔壁によって仕切られた閉じた肉薄のボックスビ
ーム構造を組み立てる方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような縦通材の機能は、特に２つの
同軸渦管間に継手を作成し、場合によっては外側流路内
を循環している冷気の流れを整流しまたは空気流の向き
を逸らせることにより、ターボジェットエンジンの構造
を補強することである。この縦通材は、内部に補強要素
が配置された好ましくは中空のボックスビームから構成
される金属製の羽根である。このようなボックスビーム
構造は、製造が難しく、特に主要部品を製造しボックス
ビーム構造が決められた寸法になるように接合および固
定を行うのに多数の操作を必要とする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１を参照すると、得
ようとしている部品は、補強材２によって規定される距
離だけ離隔した比較的薄い２枚の鋼板１および３から構
成される中空のパネルのようなものである。このような
縦通材の形は、縦通材をターボジェットエンジンのどこ
に配置するかに応じて変えることができる。この形は、
一般に縦通材の果たす冷気流を逸らせまたは整流する機
能に応じて変わる。

【０００４】その上、ボックスビーム構造の内側から鋼
板１および３上に補強材２を固定することはできない。

【０００５】従って本発明の目的は、このようなボック
スビーム構造を外側からだけ組み立てて固定する方法を
提供することにより、このような不都合を是正すること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、Ｔ字の
横棒の外面にのみ接近できる、すなわちＴ字の縦棒には
接近できない、２つの金属部品からなるＴ字形の継手を
レーザで溶接する方法であって、幅がＴ字の縦棒の板厚
に等しく、所定の深さの溝を、Ｔ字の横棒の内面に形成
するステップと、Ｔ字の縦棒を溝に嵌め合わせるステッ
プと、Ｔ字の横棒の外面からＣＯ₂レーザによって継手
を溶接するステップとを有し、該溶接するステップは、
Ｔ字の縦棒の正中線を通る面がＴ字の外面と交差する部
位における、前記外面に垂直な直線に対し傾いており互
いに反対方向の傾きを有する、２個所の溶接により行わ
れ、Ｔ字の横棒の外面付近で２本の溶接軸が交差するこ
とを特徴とするＴ字型継手の溶接方法が提供される。

【０００７】溶接軸の傾斜角は各溶接軸がＴ字の縦棒の
上側の隅を通るような角度にすることが好ましい。

【０００８】本発明の好ましい実施例では、２つの部品
はチタンとアルミニウムの合金製である、ＴＡ６Ｖ合金
を使用する。ただし、本発明は多様な材料、特にターボ
ジェットエンジンの他の部分に使用されているニッケル
またはコバルトをベースとする超合金にも適用すること
ができる。

【０００９】本発明による方法の主要な実施態様におい
ては、溝の深さは、Ｔ字の横棒の縦断面に沿って０．１
〜２ｍｍの範囲内でＴ字の縦棒の板厚に応じて変わる。

【００１０】この例において、溶接軸の傾斜角は１５度
とすることが好ましい。Ｔ字の横棒の板厚は２．５〜３
ｍｍとすることが好ましい。この例は、ターボジェット
エンジンの冷却管の縦通材を製造するための方法の用途
にも関連したものであり、そのＴ字部分の縦棒の厚さは
１．５ｍｍである。溶接はこの隔壁の長さ方向全体にわ
たって連続的に行うことが好ましい。

【００１１】

【実施例】図１を参照すると、本発明の方法によって得
られる部品は、この例ではスラストリバーサーの上流で
ターボジェットエンジンの外側流路内に配置された固定
縦通材である。より厳密に言えば、この種の縦通材の主
な機能は、ターボジェットエンジンの構造を補強するこ
とである。さらに、この種の縦通材に空気力学的機能を
持たせ、外側流路を通る空気流を整流するための案内羽
根や空気流を逸らすためのディフレクタとして使うこと
もできる。図面を見ると分かるように、この種の縦通材
は比較的偏平かつ先細であるが、その外形は正確に定め
られている。図１に示す例においては、上側の鋼板１す
なわち翼上面の形状は下側にある翼下面の鋼板３よりも
丸みを帯びている。これら２枚の板の形状は空気流をま
ともに受ける縦通材の果たすべき空気力学的機能によっ
て規定される。上側にある翼上面１と下側にある翼下面
３の２枚の鋼板は、先細になった翼の前縁４および翼の
後縁５で接合している。

【００１２】このような縦通材を製造する場合、最終的
に２枚の鋼板１と３の間に隔壁２を固定しなければなら
ない。もちろん、隔壁２を固定する際には２枚の鋼板１
と３とによって規定される空間の内部に接近することは
できず、固定は外側から行うしかない。

【００１３】図２を参照すると、上側にある翼上面の鋼
板１および下側にある翼下面の鋼板３に隔壁２を嵌め合
わせて組み立てた状態が示されている。上側の継手はす
でに溶接されているが、下側の継手はまだ溶接されてい
ない。このようにＩ形に組み立てるということは、要す
るにＴ継手を２か所で形成するということである。ここ
で、組み立てられたボックスビーム構造１の内側の空間
６には、作業員の手が届かないのはもとより、溶接材な
どの固定用材料も持ち込めないことを想起されたい。

【００１４】本発明によれば、ＣＯ₂レーザ溶接を利用
して、隔壁の両端２Ａおよび２Ｂをそれぞれ上側にある
翼上面の鋼板１および下側にある翼下面の鋼板３に接合
する。

【００１５】レーザ溶接を行うため、図２の下部に示す
ように、翼上面の鋼板１および翼下面の鋼板３の内面１
Ａおよび３Ａにそれぞれ溝７を形成する必要がある。こ
の溝７の幅Ｌは、２か所のＴ継手の各々の縦棒になる隔
壁２の厚さに相当する。鋼板１および３の形状が変われ
ば、この形状に沿った溝７の深さＰも変わってくる。

【００１６】また、この例においては、図１における鋼
板１と３の間の距離が一方の端から他方の端までの間に
変化し、その結果隔壁２の高さも同じ様に変化して円錐
の断面の形になる。

【００１７】次の動作は、翼上面の鋼板１および翼下面
の鋼板３のそれぞれに形成された溝７に隔壁２を嵌め合
わせ、図２に示すようなＩ字形を形成することである。

【００１８】本発明によれば、翼上面の鋼板１の上面１
Ｂ上で互いにある角度で交差している２本の軸８Ａおよ
び８Ｂに沿って溶接を行う。従って、これら２本の軸８
Ａおよび８Ｂは、中心が翼上面の鋼板１の上部に位置す
るＸの形になる。図２から、これら２本の溶接軸８Ａお
よび８Ｂが翼上面の鋼板１と隔壁２との隅２Ｃを通るこ
とが分かる。

【００１９】ＣＯ₂レーザによって印加されるエネルギ
ーは２本の溶接軸８Ａおよび８Ｂに沿った部分に集中す
るため、このエネルギーは翼上面の鋼板１および２か所
の隅２Ｃを通過する。溶接軸８Ａや８Ｂのすぐ傍にある
すべての金属材料が非常に大きな局所的温度上昇を起こ
して溶解し、翼上面の鋼板１から溶融した金属と隔壁２
から溶融した金属とが混ざる。このように角度を持たせ
て２か所からＸの形に溶接を行って、翼上面の鋼板１が
隔壁２の全長にわたって溶接される。

【００２０】ハッチングを施してある複数の領域は温度
が上昇する部分を示す。この温度は翼上面の鋼板１の上
部で最高となり、温度上昇部分は隔壁２の隅２Ｃに向か
って両側に続いている。さらに、これら２つの部品で形
成される隅の内側がそれぞれ溶融してすみ肉９が形成さ
れることも分かる。本発明によって得られる溶接の品質
は、２つの部品で形成される隅２Ｃに形成される接合部
のすみ肉９により隔壁２の全長にわたって金属の連続し
た状態がどのように実現されるかによって決まる。

【００２１】ターボジェットエンジン用の外側流路の縦
通材の製造に限って言えば、図１に示すボックスビーム
構造の製造において寸法値をより明確にすることができ
る。すなわち、溶接軸８Ａおよび８Ｂの傾斜角Ｓ＝約１
５度、翼上面の鋼板１の板厚Ｅ＝２．５〜３ｍｍ、溝７
の深さＰ＝０．１〜２ｍｍ、隔壁２の板厚Ｌ＝１．５ｍ
ｍ。

【００２２】この種の継手では、Ｔ字の縦棒に当たる部
品（この場合は隔壁２）が、Ｔ字の横棒に当たる部品
（この場合は翼上面および翼下面の鋼板１、３）よりも
薄くなければならない。

【００２３】他の応用例や寸法の異なる部品について
は、予め定められた品質基準を維持しながら、継手の幾
何学的パラメータならびに溶接パラメータの調節をそれ
ぞれの場合に実験的に決定する。ここで、予め定められ
た品質基準とは、嵌め合わされた部品によって形成され
る隅２Ｃにおいて隔壁２の全長にわたって金属の連続し
た状態を実現する、接合部の連続したすみ肉９が得られ
ること、および隔壁２の最上端の上でＴ字の縦棒の端ま
で完全溶融状態が得られることである。

【００２４】このような条件では、レーザ溶接軸は、鋼
板１および隔壁２によって形成される隅２Ｃと、隔壁の
正中線を通る面が鋼板の外面と交わる部位とを通る平面
に平行である。

【００２５】ターボジェットエンジンの外側流路内で縦
通材の機能を果たすべきボックスビーム構造を製造する
場合、翼上面の鋼板１および翼下面の鋼板３に対して連
続的に隔壁２を溶接する。つまり溶接は隔壁の全長にわ
たってとぎれることなく行われる。溶接ヘッドの移動速
度は分速約２ｍとすることができる。鋼板はチタンとア
ルミニウムの合金であり、特にここに開示した実施例で
はＴＡ６Ｖと呼ばれる合金である。ただし、本発明は溶
接可能なあらゆる全金属合金に適用できる。

【００２６】ＣＯ₂レーザの使用によりプラズマ溶接法
を用いる場合よりも変形を抑えることができ、他の方
法、特に電子ビームによる溶接方法によって得られるす
み肉に比べて一層滑らかなカーブを描く接合部のすみ肉
９を形成することができる。

【００２７】上記溶接は、どのような厚さの鋼板であっ
ても、任意の金属材料に適用可能である。

【００２８】ＣＯ₂レーザを用いると、溶接面上を再度
機械研削する必要のない、完全な状態の継手を得ること
ができる。

【００２９】またこの方法によって、翼下面および翼上
面が多少とも湾曲していようと、まっすぐな内部隔壁を
溶接できるようになる。Ｔ字の横棒に相当する部品を通
過した後のレーザ・ビームのエネルギーは急速な回折に
よって弱まるため、Ｔ字の縦棒に相当する鋼板上にＣＯ
₂レーザ・ビームの衝撃に対する機械的保護機構は必要
でない。

【００３０】本発明による方法は、鋼板が薄く隔壁で仕
切られたどのようなボックス型構造にも適用し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による方法を適用した、ターボジェット
エンジンの外側流路の縦通材を構成するボックスビーム
構造を示す図である。

【図２】本発明による溶接方法によってＴ字形に組み立
てた継手を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 翼上面の鋼板 ２ 隔壁 ３ 翼下面の鋼板 ４ 翼の前縁 ５ 翼の後縁 ７ 溝 ８Ａ、８Ｂ 溶接軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミシエル・ロベール・ジユアルデ フランス国、91590・ギニユビル、ア レ・ビゲデイ・８ (72)発明者 ジヤン−イブ・モ−リス・ロロー フランス国、94320・テイエ、アベニ ユ・ドウ・ラ・レプユブリツク・７ (72)発明者 ジエラール・ルイ・ザノラン フランス国、91490・オンシイ・シユー ル・エコール、シユマン・ドユ・クロ・ ドユ・プリユーレ・26 (56)参考文献 特開 平３−291177（ＪＰ，Ａ) 米国特許3695778（ＵＳ，Ａ) 米国特許4644126（ＵＳ，Ａ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｔ字の横棒の外面（１Ｂ、３Ｂ）にのみ
   接近できる、すなわちＴ字の縦棒（２）には接近できな
   い、２つの金属部品（１、３および２）からなるＴ字形
   の継手をレーザで溶接する方法であって、 幅（Ｌ）がＴ字の縦棒（２）の板厚に等しく、所定の深
   さ（Ｐ）の溝（７）を、Ｔ字の横棒（１、３）の内面
   （１Ａ、３Ａ）に形成するステップと、 Ｔ字の縦棒（２）を溝（７）に嵌め合わせるステップ
   と、 Ｔ字の横棒（１、３）の外面（１Ｂ、３Ｂ）からＣＯ₂
   レーザによって継手を溶接するステップとを有し、 該溶接するステップは、Ｔ字の縦棒（２）の正中線を通
   る面がＴ字の外面（１Ｂ、３Ｂ）と交差する部位におけ
   る、前記外面（１Ｂ、３Ｂ）に垂直な直線に対し傾いて
   おり互いに反対方向の傾きを有する、２個所の溶接によ
   り行われ、Ｔ字の横棒（１、３）の外面（１Ｂ、３Ｂ）
   付近で２本の溶接軸（８Ａ、８Ｂ）が交差することを特
   徴とするＴ字型継手の溶接方法。
2. 【請求項２】 溶接軸（８Ａ、８Ｂ）の方向が、前記外
   面（１Ｂ、３Ｂ）と前記Ｔ字の正中線を通る面とが交差
   する前記部位と、Ｔ字の縦棒（２）と横棒（１、３）と
   によって形成される隅とを通る平面に対して平行である
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. 【請求項３】 溶接軸（８Ａ、８Ｂ）の傾斜角（Ｓ）、
   Ｔ字の縦棒（２）の幅（Ｌ）、および溝（７）の深さ
   （Ｐ）が、各溶接軸（８Ａ、８Ｂ）がＴ字の縦棒（２）
   の隅（２Ｃ）と交差するような値であることを特徴とす
   る請求項１に記載のレーザ溶接方法。
4. 【請求項４】 Ｔ字の縦棒（２）の端部において完全な
   溶融状態が得られ、Ｔ字の横棒（１、３）と縦棒（２）
   とからなる継手の各隅において接合部（９）が連続した
   すみ肉になるように連続的に溶接を行うことを特徴とす
   る請求項１に記載のレーザ溶接方法。
5. 【請求項５】 ＴＡ６Ｖなどのチタンとアルミニウムの
   合金製の部品によるターボジェットエンジンの外側流路
   の縦通材の製造に適用される請求項４に記載のレーザ溶
   接方法。
6. 【請求項６】 Ｔ字の横棒（１、３）の板厚Ｅが２．５
   〜３ｍｍであり、Ｔ字の縦棒（２）の幅（Ｌ）が１．５
   ｍｍに等しく、溝（７）の深さ（Ｐ）が断面に沿って
   ０．１〜２ｍｍの範囲で変わる請求項５に記載のレーザ
   溶接方法。
7. 【請求項７】 溶接軸（８Ａ、８Ｂ）の傾斜角（Ｓ）が
   約１５度である、請求項６に記載の方法。