JP6234308B2

JP6234308B2 - 圧縮機容器の溶接方法及びそれを用いた圧縮機の製造方法

Info

Publication number: JP6234308B2
Application number: JP2014077845A
Authority: JP
Inventors: 林　宏樹; 宏樹林; 雄介小河
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-04
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2017-11-22
Anticipated expiration: 2034-04-04
Also published as: CN104972210A; CN104972210B; JP2015199074A

Description

本発明は、圧縮機容器の溶接方法及びそれを用いた圧縮機の製造方法に関するものである。

圧縮機の密閉容器の溶接に用いられる円周溶接の溶接工法としては、消耗電極方式のＭＡＧ溶接を用いるのが主流である。ＭＡＧ溶接は、アーク溶接の一種であり、空気中の放電現象を利用して金属同士をつなぎ合わせる溶接工法である。ＭＡＧ溶接では、ＡｒとＣＯ_２との混合ガスなどにより溶接部が大気から保護される。

他の溶接工法の一つとして、非消耗電極方式のＴＩＧ溶接がある。これは、ＴＩＧ溶接トーチに取り付けられたタングステン電極と母材との間にアークを発生させ、アーク熱を利用して溶接する方法である。ＴＩＧ溶接では、Ａｒなどの不活性ガスにより溶接部が大気から保護される。

特開昭５８−１６３５７４号公報

図６は、ＭＡＧ溶接工法を用いた圧縮機の密閉容器の円周溶接工程を示している。密閉容器の胴部１０１と上蓋部１０２とを円周溶接する際、まず、ＭＡＧ溶接開始部１０３において、ＭＡＧ溶接トーチ１０４から送給されるＭＡＧ溶接用ワイヤ１０５と母材（胴部１０１及び上蓋部１０２）との間にアークを発生させる。それによってもたらされる高熱でＭＡＧ溶接用ワイヤ１０５及び母材を溶融させ、円周溶接部にＭＡＧ溶接ビード部１０６を形成している。

図７はＭＡＧ溶接ビード部１０６の断面図であり、図８はＭＡＧ溶接開始部１０３の断面図である。ＭＡＧ溶接のような消耗電極方式の溶接では、図７に示すように、通常母材同士とＭＡＧ溶接用ワイヤ１０５とが完全に溶け込み、ＭＡＧ溶接ビード部１０６が形成される。しかし、溶接開始時においては予熱がないため、図８に示すように、ＭＡＧ溶接開始部１０３では、母材が溶け込むよりも先に、溶融したＭＡＧ溶接用ワイヤ１０５が母材上で凝固してしまう。母材上で凝固したＭＡＧ溶接用ワイヤ１０５が入熱を遮ってしまうため、ＭＡＧ溶接開始部１０３では溶込み不良部１０７が発生しやすくなる。

圧縮機の密閉容器は、運転中の圧縮機内部が非常に高圧となることに加え、運転と停止の繰返しにより圧力を受けるため、円筒形状と樽形状との間で形状変化を繰り返す。これにより、密閉容器の円周溶接部には特に繰返し応力がかかることになる。したがって、溶込み不良部１０７に応力が集中することにより、溶込み不良部１０７から亀裂が進行し、想定よりも早い段階で円周溶接部の疲労破壊が生じてしまうという問題点があった。

一方、ＴＩＧ溶接のような非消耗電極方式の溶接方式では、予熱を必要としないため溶接開始部分に溶込み不良は発生しない。しかしながら、ＴＩＧ溶接は溶接速度が低いため、円周溶接部の全体をＴＩＧ溶接で溶接すると非常に時間がかかってしまい、圧縮機の生産性が著しく低下してしまう。

近年、地球温暖化防止のため、地球温暖化係数の低いＲ３２冷媒を用いた空気調和装置や、ＣＯ_２ガスを冷媒に用いたヒートポンプ式の給湯装置の需要が拡大している。Ｒ３２冷媒は微燃性を有している。また、ＣＯ_２ガスの特性上、ＣＯ_２ガスを冷媒に用いた場合には圧縮機内部がより高圧化する。このため、密閉容器の円周溶接部における疲労破壊を防ぎ、圧縮機の気密性を向上させることが求められている。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、溶接開始時の溶込み不良を防止でき、疲労強度の高い円周溶接部を形成できる圧縮機容器の溶接方法及びそれを用いた圧縮機の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る圧縮機容器の溶接方法は、圧縮機容器の胴部と、前記胴部の開口部を塞ぐ蓋部との間の円周状の境界部を溶接する方法であって、前記境界部を回転させて前記境界部のうち周方向の一部に対してＴＩＧ溶接を行い、前記ＴＩＧ溶接を行った前記周方向の一部が溶融状態にある間に、前記境界部を回転させて前記ＴＩＧ溶接を行った前記周方向の一部の溶接始端部を溶接始端部とし、前記境界部の全周に対してＭＡＧ溶接を行うことを特徴とするものである。

また、本発明に係る圧縮機の製造方法は、上記の圧縮機容器の溶接方法を用いることを特徴とするものである。

本発明によれば、ＭＡＧ溶接の溶接始端部をＴＩＧ溶接によってあらかじめ溶融させることができるため、ＭＡＧ溶接開始時の溶込み不良を防止でき、圧縮機容器において疲労強度の高い円周溶接部を形成することができる。

本発明の実施の形態１により製造される圧縮機の概略構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る圧縮機容器の溶接方法における工程の流れの例を示す図である。本発明の実施の形態１に係る圧縮機容器の溶接方法において、ＴＩＧ溶接が終了した時点における胴部６１と上蓋部６２との間の境界部の状態を示す図である。本発明の実施の形態１に係る圧縮機容器の溶接方法において、ＭＡＧ溶接が終了し溶接部分が凝固した後における胴部６１と上蓋部６２との間の境界部の状態を示す図である。本発明の実施の形態２に係る圧縮機容器の溶接方法で用いられる溶接装置の概略構成を示す図である。ＭＡＧ溶接工法を用いた圧縮機の密閉容器の円周溶接工程を示す図である。ＭＡＧ溶接ビード部１０６の断面図である。ＭＡＧ溶接開始部１０３の断面図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１に係る圧縮機容器の溶接方法及びそれを用いた圧縮機の製造方法について説明する。図１は、本実施の形態により製造される圧縮機の概略構成を示す断面図である。この圧縮機は、空気調和装置又は給湯装置等に用いられる冷凍サイクルの構成要素の一部となるものである。本実施の形態では、ローリングピストン型の密閉式圧縮機を例示している。なお、図１を含む以下の図面では、各構成部材の寸法の関係や形状等が実際のものとは異なる場合がある。

図１に示すように、圧縮機は、外部から吸入した冷媒を圧縮する圧縮機構部１０と、圧縮機構部１０を駆動する電動機部５０と、圧縮機構部１０及び電動機部５０を収容する密閉容器６０（圧縮機容器の一例）と、を有している。密閉容器６０の底部には、不図示の冷凍機油が貯留されている。密閉容器６０は、円筒状の形状を有する胴部６１と、胴部６１の上方の開口部を塞ぐ上蓋部６２と、胴部６１の下方の開口部を塞ぐ下蓋部６３と、を備えている。胴部６１と上蓋部６２との間の円周状の境界部（円周溶接部６４）、及び胴部６１と下蓋部６３との間の円周状の境界部（円周溶接部６５）は、後述する溶接方法により円周溶接されている。

電動機部５０は、固定子５１と回転子５２とを備えている。固定子５１の外周部は、胴部６１の内周面に固定されている。回転子５２には、クランク軸５３が嵌入されている。クランク軸５３には、一方向に偏心した偏心部５４が形成されている。

圧縮機構部１０は、シリンダ２０と、シリンダ２０の上下両端に配置され、当該シリンダ２０の端板を兼ねる主軸受１１及び副軸受１２と、シリンダ２０内に収容され、偏心部５４を嵌入させたローリングピストン２２と、を有している。また、図示を省略しているが、シリンダ２０のベーン溝には、シリンダ２０の内周側の空間を吸入室と圧縮室とに区画するベーンが挿入されている。

また、圧縮機は、密閉容器６０の外側に隣接して設けられ、外部から流入した低圧冷媒を貯留して冷媒を気液分離する吸入マフラ４０と、吸入マフラ４０内の冷媒ガスを密閉容器６０内に吸入する吸入管４１と、吸入管４１を介して吸入された冷媒ガスをシリンダ２０内の吸入室に導く吸入穴（図示せず）と、圧縮室で圧縮された高圧の冷媒ガスを密閉容器６０内の空間に吐出する吐出穴（図示せず）と、密閉容器６０内の空間に吐出された高圧の冷媒ガスを外部に吐出する吐出管４２と、を有している。

このように構成された圧縮機では、回転子５２が回転することで回転子５２に嵌入されたクランク軸５３が回転し、クランク軸５３の回転に伴って偏心部５４が回転する。偏心部５４が回転することで、シリンダ２０の内部でローリングピストン２２が回転摺動する。つまり、ローリングピストン２２は、シリンダ２０の内周面に沿って偏心回転する。これにより、シリンダ２０内の吸入室には吸入管４１から冷媒ガスが吸入されるとともに、シリンダ２０内の圧縮室では冷媒ガスが圧縮される。圧縮室で圧縮された高圧冷媒ガスは密閉容器６０内の空間に吐出され、吐出管４２から密閉容器６０の外部に吐出される。

次に、圧縮機容器の溶接方法及びそれを用いた圧縮機の製造方法について説明する。圧縮機を製造する際には、圧縮機構部１０及び電動機部５０を胴部６１の内周側に固定し、その後、胴部６１と上蓋部６２との間の境界部（嵌合部）、及び胴部６１と下蓋部６３との間の境界部（嵌合部）をそれぞれ円周溶接により溶接して密閉容器６０内を密閉する。

図２は、本実施の形態に係る圧縮機容器の溶接方法における工程の流れの例を示している。図２では、圧縮機の密閉容器６０となる胴部６１及び上蓋部６２を軸方向に見た構成を示している。以下、胴部６１と上蓋部６２との間の境界部を溶接する工程を例に挙げて説明するが、胴部６１と下蓋部６３との間の境界部を溶接する工程も同様の流れで行われる。胴部６１と上蓋部６２との間の境界部を円周溶接する際には、まず図２（ａ）に示すＴＩＧ溶接工程を行い、その後（例えば、ＴＩＧ溶接工程の終了直後）に図２（ｂ）に示すＭＡＧ溶接工程を行う。すなわち、本実施の形態では、ＴＩＧ溶接とＭＡＧ溶接とを用いたハイブリッド円周溶接が行われる。

図２（ａ）に示すように、ＴＩＧ溶接工程で用いられる溶接装置は、ＴＩＧ溶接トーチ７１と、ＴＩＧ溶接電源７２とを有している。ＴＩＧ溶接工程では、まず、胴部６１と上蓋部６２との間の境界部にＴＩＧ溶接トーチ７１からアークを発生させる。そして、円弧矢印で示すように図中反時計回り方向に胴部６１及び上蓋部６２を回転させ、胴部６１と上蓋部６２との間の境界部のうち周方向の一部に対してＴＩＧ溶接（母材同士の溶接）を行う。

図３は、ＴＩＧ溶接が終了した時点における胴部６１と上蓋部６２との間の境界部の状態を示している。図３に示すように、境界部の周方向の一部にはＴＩＧ溶接施工部７３が形成される。この時点では、ＴＩＧ溶接施工部７３はまだ溶融状態にある。ＴＩＧ溶接施工部７３の周方向の一端は、ＴＩＧ溶接が開始された溶接始端部７３ａであり、周方向の他端は、ＴＩＧ溶接が終了した溶接終端部７３ｂである。ＴＩＧ溶接施工部７３の周長、すなわちＴＩＧ溶接の周方向の溶接長Ａは、胴部６１と上蓋部６２との間の境界部の全周の周長の１／３以下となるようにする。

その後、ＭＡＧ溶接工程へワークを搬送する。

図２（ｂ）に示すように、ＭＡＧ溶接工程で用いられる溶接装置は、ＭＡＧ溶接トーチ８１と、ＭＡＧ溶接ワイヤ送給装置８２と、ＭＡＧ溶接電源８３とを有している。ＭＡＧ溶接工程では、まず、胴部６１と上蓋部６２との間の境界部のうち、ＴＩＧ溶接施工部７３の一部（本例では、溶接始端部７３ａ）にＭＡＧ溶接トーチ８１からアークを発生させる。そして、図中反時計回り方向に胴部６１及び上蓋部６２を回転させ、胴部６１と上蓋部６２との間の境界部に対してＴＩＧ溶接施工部７３の上からＭＡＧ溶接を行う。ＭＡＧ溶接は、ＴＩＧ溶接施工部７３以降も継続して行い、少なくとも境界部の全周に対して行う。本例では、境界部の全周のＭＡＧ溶接が終了した後、さらに２０〜４０ｍｍ程度ラップさせている。ここで、本例では、ＴＩＧ溶接の溶接始端部７３ａとＭＡＧ溶接の溶接始端部とを一致させており、ＴＩＧ溶接とＭＡＧ溶接とで溶接方向（回転方向）も一致させているが、これらは必ずしも一致させなくてもよい。すなわち、ＴＩＧ溶接施工部７３のうち溶接始端部７３ａ以外の部分をＭＡＧ溶接の溶接始端部としてもよいし、ＴＩＧ溶接とＭＡＧ溶接とで溶接方向を逆にしてもよい。

図４は、ＭＡＧ溶接が終了し、溶接部分が凝固した後における胴部６１と上蓋部６２との間の境界部の状態を示している。図４に示すように、境界部の全周には、ＭＡＧ溶接により円周溶接部６４が形成される。円周溶接部６４の一部である溶接部６４ａは、ＴＩＧ溶接施工部７３の上からＭＡＧ溶接が行われた部分（ＴＩＧ溶接及びＭＡＧ溶接の双方が行われた部分）である。円周溶接部６４のそれ以外の部分は、ＭＡＧ溶接のみが行われた部分である。

以上説明したように、本実施の形態に係る圧縮機容器の溶接方法は、密閉容器６０（圧縮機容器の一例）の胴部６１と、胴部６１の開口部を塞ぐ上蓋部６２及び下蓋部６３との間の円周状の境界部（円周溶接部６４、６５）を溶接する方法であって、境界部のうち周方向の一部に対してＴＩＧ溶接を行い、ＴＩＧ溶接を行った一部を溶接始端部とし、境界部の全周に対してＭＡＧ溶接を行うことを特徴とするものである。

これにより、ＭＡＧ溶接の溶接始端部となる部分の母材同士をＴＩＧ溶接によってあらかじめ溶融させることができるため、ＭＡＧ溶接開始時の溶込み不良を防止することができる。これにより、疲労破壊の起点となり得る溶込み不良部の発生を防止できるため、圧縮機容器の疲労強度を向上させることができ、圧縮機の耐久性及び気密性を向上させることができる。また、圧縮機の気密性を向上させることができるため、冷媒としてＲ３２等の微燃性ガスを用いる場合においても、安全性をより高めることができる。

また、本実施の形態に係る圧縮機容器の溶接方法は、ＴＩＧ溶接の周方向の溶接長Ａを境界部の全周の１／３以下とすることを特徴とするものである。

ＴＩＧ溶接の溶接速度はＭＡＧ溶接の溶接速度の１／３程度であるため、境界部の全周の１／３でＴＩＧ溶接を行ったときのサイクルタイムは、境界部の全周でＭＡＧ溶接を行ったときのサイクルタイムと同等になる。したがって、ＴＩＧ溶接の周方向の溶接長を境界部の全周の１／３以下とすることにより、溶接工程のサイクルタイムの増加を最小限にとどめることができる。したがって、圧縮機の生産性に悪影響を与えることなく、能率的に溶接ビードを形成することができる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係る圧縮機容器の溶接方法について説明する。上記実施の形態１では、ＴＩＧ溶接を先工程としＭＡＧ溶接を後工程としているのに対し、本実施の形態では、ＴＩＧ溶接とＭＡＧ溶接とを同一工程内で行う。

図５は、本実施の形態に係る圧縮機容器の溶接方法で用いられる溶接装置の概略構成を示す図である。なお、実施の形態１と同一の機能及び作用を有する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。図５に示すように、本実施の形態で用いられる溶接装置では、溶接方向に対して先行する位置にＴＩＧ溶接トーチ７１が配置され、後追いする位置にＭＡＧ溶接トーチ８１が配置されている。

溶接工程では、まず、胴部６１と上蓋部６２との間の境界部にＴＩＧ溶接トーチ７１からアークを発生させ、ＴＩＧ溶接を開始する。そして、円弧矢印で示すように図中反時計回り方向に胴部６１及び上蓋部６２を回転させ、ＴＩＧ溶接の溶接始端部がＭＡＧ溶接トーチ８１の直下まで来たところで当該溶接始端部にＭＡＧ溶接トーチ８１からアークを発生させ、ＭＡＧ溶接を開始する。ＴＩＧ溶接は、溶接長が境界部の全周の例えば１／３となったところで停止する。すなわち、ＭＡＧ溶接は、ＭＡＧ溶接の始端部から境界部の全周の１／３までの間は、ＴＩＧ溶接施工部の上から行う形となる。それ以降は、ＭＡＧ溶接のみで境界部の全周を溶接する。境界部の全周のＭＡＧ溶接が終了した後、例えば２０〜４０ｍｍ程度ラップさせる。

本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、ＭＡＧ溶接開始時にはＴＩＧ溶接施工部の上からＭＡＧ溶接が行われるため、ＭＡＧ溶接開始時の溶込み不良を防止することができる。また、本実施の形態によれば、溶接速度の低いＴＩＧ溶接を最小限の溶接長に抑えることができるため、サイクルタイムの増加を最小限にとどめることができる。

その他の実施の形態．
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施の形態ではローリングピストン型の圧縮機を例に挙げたが、本発明はスクロール型等の他の圧縮機にも適用できる。

また、上記の各実施の形態や変形例は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

１０圧縮機構部、１１主軸受、１２副軸受、２０シリンダ、２２ローリングピストン、４０吸入マフラ、４１吸入管、４２吐出管、５０電動機部、５１固定子、５２回転子、５３クランク軸、５４偏心部、６０密閉容器、６１胴部、６２上蓋部、６３下蓋部、６４、６５円周溶接部、６４ａ溶接部、７１ＴＩＧ溶接トーチ、７２ＴＩＧ溶接電源、７３ＴＩＧ溶接施工部、７３ａ溶接始端部、７３ｂ溶接終端部、８１ＭＡＧ溶接トーチ、８２ＭＡＧ溶接ワイヤ送給装置、８３ＭＡＧ溶接電源、１０１胴部、１０２上蓋部、１０３ＭＡＧ溶接開始部、１０４ＭＡＧ溶接トーチ、１０５ＭＡＧ溶接用ワイヤ、１０６ＭＡＧ溶接ビード部、１０７溶込み不良部。

Claims

圧縮機容器の胴部と、前記胴部の開口部を塞ぐ蓋部との間の円周状の境界部を溶接する方法であって、
前記境界部を回転させて前記境界部のうち周方向の一部に対してＴＩＧ溶接を行い、
前記ＴＩＧ溶接を行った前記周方向の一部が溶融状態にある間に、前記境界部を回転させて前記ＴＩＧ溶接を行った前記周方向の一部の溶接始端部を溶接始端部とし、前記境界部の全周に対してＭＡＧ溶接を行うことを特徴とする圧縮機容器の溶接方法。
前記ＴＩＧ溶接の周方向の溶接長を前記境界部の全周の１／３以下とすることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機容器の溶接方法。
請求項１又は２に記載の圧縮機容器の溶接方法を用いることを特徴とする圧縮機の製造方法。