JP2000000691A - 管の溶接開先合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】配管の開先合わせ装置を用いた溶接接合物の品
質を向上すること。 【解決手段】互いに溶接開先Ｙ部で溶接される一方の配
管１と他方の配管２とに跨って配管内に配備され、前記
両配管内で前記両配管の半径外側方向に突っ張る手段３
ａ，３ｂを備え、前記突っ張る手段３ａ，３ｂの突っ張
りによって前記両配管の溶接開先Ｙを合わせる配管の溶
接開先合わせ装置において、前記突っ張る手段３ａ，３
ｂの先端には、配管の内面と接触する球状型先端１１が
スプリング１２で支持され、溶接によって生じた変形に
応じて前記配管の半径方向へスプリング１２の伸縮作用
で球状型先端１１が追従移動する手段を備えている配管
の溶接開先合わせ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管同士の溶接開先
合わせを行う装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の配管同士の溶接開先合せおよび溶
接施工時は、配管または機器外面より開先部へ開先形状
と同形状に加工したスペ−サブロックを仮付け溶接によ
り固定し、配管・機器同士をつなぐことにより実施して
いた。

【０００３】具体的には、図６の（ａ）（ｂ）（ｃ）の
従来の配管溶接施工方法で示すように、配管１，２の溶
接を実施する際は、溶接開先面周４個所を９０°間隔に
スペーサブロック２９を配管１，２に仮付け溶接３２を
行うことにより、溶接熱変形を拘束し、配管吊具３０に
ワイヤー３１で４方向吊り、溶接を実施していた。

【０００４】また、Ｂ−Ｂ断面図は、スペーサブロック
２９を配管１，２にインサーリング２７ありで仮付け溶
接３２を行った溶接開先断面図を示す。

【０００５】あるいは、配管・機器外面から機械的に開
先面を押さえる治具により溶接熱変形を拘束していたた
め、外面に設置されている自動溶接機とスペース干渉と
なる場合において、初層溶接からの自動溶接の適用が不
可能なケースがあった。

【０００６】このような干渉状況を避けることのできる
内容が、特開平6−344140 号公報に、「配管自動溶接装
置」と題して公開されている。

【０００７】その内容は、互いに溶接される一方の配管
と他方の配管とに跨って前記両配管の配管内に配備さ
れ、前記両配管内で前記両配管の半径外側方向に突っ張
る手段を備え、前記突っ張る手段の突っ張りによって両
配管の配管中心軸を合わせ、もって前記両管の溶接開先
を合わせる配管の溶接開先合わせ装置が溶接装置と一体
に構成され、その溶接装置が溶接開先合わせ装置で合わ
せられた溶接開先を配管の周方向へ回転しながら全周溶
接することが掲載されており、溶接機部分と溶接開先合
わせ装置部分とが干渉しないように配置している。

【０００８】また、溶接機と溶接開先合わせ装置との干
渉を避けられる他の例として、特開昭60−166168号公報
には、「溶接配管の開先合せ方法」と題して、互いに溶
接される一方の配管と他方の配管とに跨って前記両配管
の配管内に配備され、前記両配管内で前記両配管の半径
外側方向に突っ張る手段を備え、前記突っ張る手段の突
っ張りによって両配管の配管中心軸を合わせ、もって前
記両管の溶接開先を合わせ、しかる後に配管の外周側か
ら溶接開先を全周溶接し、溶接機を配管外周側で稼動さ
せ、溶接開先合わせ装置を配管内で稼動させ、両者の干
渉を避けている内容が開示されている。

【０００９】このようにして、溶接機部分と溶接開先合
わせ装置部分とが干渉しないように配置して、全周溶接
を連続的に効率良く高品質に施工できる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような、溶接機部
分と溶接開先合わせ装置部分とが干渉しない効率の良い
溶接作業が成せるものは公知であったが、従来の溶接開
先合わせ装置は配管内面に溶接開先合わせ用の治具を油
圧シリンダ等を動作させることに突っ張って配管または
機器に確固に固定するため、溶接中の配管の変形・挙動
を吸収することは不可能であり、これにより残留応力の
発生や配管の変形をもたらす事象が懸念され、品質が低
下することが予想される。

【００１１】更に、溶接中の内面裏波の監視による溶接
不良の回避が考案されておらず、その回避による品質の
向上が成されていない。また、その回避が成されなけれ
ば、作業工程の遅延，コストの増加等の問題が生じる。

【００１２】したがって、本発明の目的は、溶接接合で
構成される管状構造物の品質を向上することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１手段は、互いに溶接
される一方の管と他方の管とに跨って前記両管の管内に
配備され、前記両管内で前記両管の半径外側方向に突っ
張る手段を備え、前記突っ張る手段の突っ張りによって
前記両管の溶接開先を合わせる管の溶接開先合わせ装置
において、前記突っ張る手段は溶接によって生じた変形
に応じて前記管の半径方向へ追従移動する手段を備えて
いることを特徴とする管の溶接開先合わせ装置であり、
前記突っ張る手段を管内面に突っ張って前記両管同士の
溶接開先を合わせ、その溶接開先を溶接することによっ
て管に生じた径方向の変形は前記管の半径方向へ追従移
動する手段が管の半径中心方向に縮む動きによって許容
され、管に無理な力や、その無理な力による変形を与え
ないように作用し、溶接接合による管状構造物の品質を
向上する。

【００１４】第２手段は、互いに溶接される一方の管と
他方の管とに跨って前記両管の管内に配備され、前記両
管内で前記両管の半径外側方向に突っ張る手段を備え、
前記突っ張る手段の突っ張りによって前記両管の溶接開
先を合わせる管の溶接開先合わせ装置において、前記一
方の管内に配備される一方の突っ張る手段と前記他方の
管内に配備される他方の突っ張る手段とをメインシャフ
トで接続してある構成を有し、前記メインシャフトに前
記管内の状況を監視する監視手段を備えてあることを特
徴とする管の溶接開先合わせ装置であり、前記突っ張る
手段を管内面に突っ張って前記両管同士の溶接開先を合
わせると、メインシャフトも前記突っ張る手段で前記両
管内で支持され、そのメインシャフトに装着した監視手
段で溶接開先の溶接裏波等の状況を監視して溶接開先を
確実に溶接することができ、監視せずに感に頼って溶接
するよりも信頼性が向上し、溶接接合による管状構造物
の品質を向上する。

【００１５】

【発明の実態の形態】以下に、本発明の実施例につい
て、図面に基づき説明する。

【００１６】図１は、本発明による管の溶接開先合わせ
装置の内、配管同士の突き合わせ溶接に適用する場合の
遠隔で操作・制御する実施例の全体構成図である。

【００１７】図１においての構成は、突き合わせ溶接を
する配管１，２同士を外部より仮拘束し、本発明による
管の溶接開先合わせ装置３にて配管１，２の内面から支
持拘束している。

【００１８】４は、管の溶接開先合わせ装置３を遠隔で
操作・制御するための操作盤を示す。更に、操作盤４以
降に配置される構成機器は、通常運転にて使用する原子
力発電プラント内の所内空気源２４および所内空気源２
４が遮断された場合、管の溶接開先合わせ装置３の空圧
を保持するためのベビーコンプレッサ５を示す。従っ
て、配管１，２に管の溶接開先合わせ装置３の取り付け
を行う作業以外は、遠隔操作にて実施することとし、操
作盤４，ベビーコンプレッサ５およびホース６は原子力
発電プラントにおいては被ばく線量の低い区域の所定の
位置に設置するものとする。

【００１９】図２に、管の溶接開先合わせ装置３の詳細
を示す。

【００２０】図２は配管１，２内に管の溶接開先合わせ
装置３を挿入したものである。管の溶接開先合わせ装置
３は後部側突っ張り手段３ａと前部側突っ張り手段３ｂ
を円柱状のメインシャフト１５で固定して構成され、そ
の後部側突っ張り手段３ａには図３のように３方向に配
備されたガイドローラ２２が回転自在に装備されてい
る。

【００２１】後部側突っ張り手段３ａは、後部シリンダ
押さえフレーム２５に固定設置した後部シリンダ７と、
後部シリンダ７の後部シリンダシャフト１３に固定され
たフレーム１４と、このフレーム１４に配管２の半径方
向にスライド自在に組み合わされた後部押し付け軸９
と、フレーム１４と後部押し付け軸９と後部シリンダ押
さえフレーム２５とに回転軸を介して回転自在に連結さ
れたアーム８と、後部押し付け軸９の配管２の内面より
の端部に設けられた保持金具１０と、から構成される。

【００２２】後部押し付け軸９は図３のように、１２０
度の等角度間隔で３本フレーム１４にスライド自在に組
み合わされて装備される。

【００２３】保持金具１０内の球状型先端１１がスプリ
ング１２によって配管２の半径方向外側へ押されてお
り、各配管１，２の突き合わせ端部の溶接開先Ｙを溶接
した際に生じた変形に応じて球状型先端１１がスプリン
グ１２によって配管の半径外側へ押し出されたり逆に球
状型先端１１がスプリング１２を押し込んで配管の半径
中心方向へ後退したりして移動可能であり、球状型先端
１１はスプリング１２によるばねサスペンションを備え
ている。その球状型先端１１は全体が保持金具１０の外
枠から抜け出ないように球状型先端１１の直径より小径
の穴を外枠に作ってその小径の穴から配管の半径外側方
向に出没できる様にしてある。

【００２４】前部側突っ張り手段３ｂも後部側突っ張り
手段３ａと同様な構成を備えており、フレーム１４に３
本の前部押し付け軸１８が配管１の半径方向へスライド
自在に１２０度の等角度間隔の配置で装備され、前部側
突っ張り手段３ｂの突っ張り駆動源である前部シリンダ
１６は前部シリンダ押さえフレーム１７に固定され、そ
の前部シリンダ１６の前部シリンダシャフト２３に固定
連結され、前部シリンダ押さえフレーム１７とフレーム
１４と前部押し付け軸１８とにはアーム８が回転軸を介
して回転自在に連結されている。

【００２５】その前部側突っ張り手段３ｂの前部押し付
け軸１８の配管２内面よりの端部には後部側突っ張り手
段３ａと同様に保持金具１０内の球状型先端１１がスプ
リング１２によって配管２の半径方向外側へ押されて装
備されている。

【００２６】このような構成の各前部側突っ張り手段３
ｂと後部側突っ張り手段３ａとは、相互のフレーム１４
部分がメインシャフト１５で固定されることによって、
一体化され、管の溶接開先合わせ装置３とされる。

【００２７】そのメインシャフト１５と各シリンダシャ
フト１３，２３とは一直線上に配置される。

【００２８】管の溶接開先合わせ装置３は、管の溶接開
先合わせ装置３の後部に設けられた周３方向のガイドロ
ーラ２２にて案内され配管内面に挿入される。

【００２９】その後、空気源２４またはベビーコンプレ
ッサ５より供給された空気を操作盤４にて調整し、まず
初めに管の溶接開先合わせ装置３の後部側突っ張り手段
３ａを動作させるため、後部シリンダ７にエアーを送り
込み後部シリンダシャフト１３を後部シリンダ７内へ引
き込んで、フレーム１４と後部シリンダ押さえフレーム
２５との間隔を狭くしてゆくと、各アーム８の成す角度
が広がって３本の後部押し付け軸９がフレーム１４に対
してスライドして配管２の半径外側方向へ進出して、球
状型先端１１が配管２の内面に押し当てられ、スプリン
グ１２が圧縮ストロークの半分程度圧縮され、その圧縮
による反発力で球状型先端１１が配管２の内面に押し当
たる。このようにして配管２の内面で周３方向に配管２
を拘束する。

【００３０】その後、前部突っ張り手段３ｂ側を動作さ
せるため、前部シリンダ１６に後部突っ張り手段３ａ側
を動作させたと同様にして空気を送り込みシリンダシャ
フト２３を前部シリンダ１６内へ引き込んで、フレーム
１４と前部シリンダ押さえフレーム１７との間隔を狭く
してゆくと、各アーム８の成す角度が広がって３本の前
部押し付け軸１８がフレーム１４に対してスライドして
配管１の半径外側方向へ進出して、球状型先端１１が配
管１の内面に押し当てられ、スプリング１２が圧縮スト
ロークの半分程度圧縮され、その圧縮による反発力で球
状型先端１１が配管１の内面に押し当たる。このように
して配管１の内面で周３方向に配管１を拘束する。

【００３１】このような拘束を行うと、メインシャフト
１５が前部突っ張り手段３ｂと後部突っ張り手段３ａと
を一体化しているので、各配管１，２は一体化されたよ
うに各配管１，２の中心軸線が一致し、溶接開先Ｙが合
わせられる。

【００３２】図４は図２の溶接開先Ｙの拡大断面図であ
る。配管１，２を突き合わせ溶接する際は、図４に示す
ように配管１側に仮溶接したインサートリング２７と配
管２の隙間２６を溶接施工上問題のない範囲(０〜０.５
mm）を保つ必要がある。

【００３３】溶接開先Ｙが溶接施工上問題のない範囲に
合わせられた後には、配管１，２の外周囲から溶接開先
Ｙを溶接して配管１，２を付き合わせ溶接し、溶接によ
る長尺な管状構造物を作る。

【００３４】図５は、溶接実施前後の熱変形の状態を示
す図である。図５に示す（１）溶接前は図１，図２で示
した配管１，２同士の開先合わせをした断面であり、溶
接前の熱影響のない状態を示す。また、図５に示す
（２）溶接後は溶接パス２８を数層盛る際に発生する熱
変形の様子を示すものである。

【００３５】配管１，２に溶接による変形が生じた場合
には、その変形に追従してスプリング１２が伸縮するこ
とで球状型先端１１が配管半径方向に移動追従して無理
な力を配管１，２に作用させないように緩衝作用を得な
がら配管内面に密着して支持し続ける。

【００３６】図７の例は、図１，図２の管の溶接開先合
わせ装置３に配管内の監視装置を装備して溶接中の溶接
開先の溶接状況や配管の変形を監視するものである。こ
の例では、管の溶接開先合わせ装置３自体は図１，図
２，図３を用いてすでに説明した内容と同じであって、
次のような監視装置が追加構成されている。

【００３７】すなわち、図７は図１，図２の管の溶接開
先合わせ装置３の円柱状のメインシャフト１５の外周に
ガイドレール３３およびベアリング３４を設置し、周方
向回転用モータ３５の駆動によってガイドレール３３の
ラックに噛み合うピニオン３３ａ，３３ｂが回転し、ベ
アリング３４に支持されたモータカバー兼フレーム３５
が配管１，２の周方向へメインシャフトを中心に配管の
内面に沿って移動できる。

【００３８】そのモータカバー兼フレーム３６に配管
１，２の管軸方向と平行にしてレール３７が固定され、
そのレール３７に台車３７ａがレール３７から外れ落ち
ないように組み合わされている。

【００３９】その台車３７ａには配管軸方向移動用モー
タ３８が固定され、そのモータ３８の回転軸には、レー
ル３７に固定したラック３７ｂと噛み合うピニオン３７
ｃが固定され、モータ３８でピニオン３７ｃが回転駆動
されるとピニオン３７ｃがラック３７ｂと噛み合ってい
るので、レール３７沿いに台車３７ａが配管１，２の管
軸方向と平行に移動できる。

【００４０】その台車には、焦点調整用モータ３９の回
転力を配管の半径方向の直進移動に変える機構を介し移
動台４０が設置される。

【００４１】その移動台４０には溶接裏波監視用センサ
４１や内面監視用小型カメラ４２や照明ライト４３が設
置されている。

【００４２】これらの各モータ３５，３８，３９や溶接
裏波監視用センサ４１や内面監視用小型カメラ４２や照
明ライト４３は有線にて配管外の遠隔地点から制御でき
るようにしてある。

【００４３】このような、監視装置を図１，図２の管の
溶接開先合わせ装置３に追加装備すると、図１，図２の
管の溶接開先合わせ装置３と同様に配管１，２の溶接開
先合わせと溶接による変形の緩衝作用が得られ、且つ次
のような、監視作用が得られる。

【００４４】すなわち、配管１，２の溶接開先を溶接開
先合わせ装置３で合わせた後に、その合わせ具合を溶接
開先Ｙに照明ライト４３からの照明を当て内面監視用小
型カメラ４２で撮像して配管外のモニター画面に映し出
し、溶接開先の合わせ具合を配管内面から確認する。そ
の確認ができるように、まずモータ３８を稼動させて台
車３７ａをレール３７沿いに移動させ、内面監視用小型
カメラ４２の視野内に溶接開先Ｙが入るように移動させ
る。必要に応じて、モータ３９を稼動させて移動台４０
を配管半径方向に移動させて内面監視用小型カメラ４２
の視野内に溶接開先Ｙが入るように制御する。その後
に、モータ３５を稼動させて溶接開先Ｙ内周囲沿いにモ
ータカバー兼フレーム３６をメインシャフト１５周りで
回転させ、溶接開先Ｙの合わせ具合を全周囲に渡って確
認する。

【００４５】溶接開先の合わせ確認が終われば、配管
１，２の外周囲側から溶接開先Ｙを溶接するが、その溶
接時の溶接裏波を監視するために、内面監視用小型カメ
ラ４２と同様に溶接開先Ｙを監視できる位置に溶接裏波
監視用センサ４１をモータ３８を稼動及び制御して位置
決めする。また、モータ３９を稼動させて移動台４０を
配管半径方向に移動させて内面監視用小型カメラ４２の
視野内に溶接開先Ｙが入るように制御する。

【００４６】次に溶接開始とともに、配管１，２の溶接
開先Ｙを溶接するスピードに合わせてモータ３５を稼動
及び制御して現状の溶接部位の状況が内面監視用小型カ
メラ４２や溶接裏波監視用センサ４１で監視できる様に
する。溶接裏波監視用センサ４１による監視結果は、内
面監視用小型カメラ４２と同じく配管外へ有線で送信さ
れ、モニターできるようにされている。

【００４７】溶接裏波の監視による確認は、溶接時ばか
りではなく、溶接後の溶接裏波の形状を含むでき上がり
具合の確認にも利用され、溶接された管状構造物の品質
向上に貢献できる。

【００４８】このようにすることで、溶接時または溶接
後の裏波形状や寸法を映像等で遠隔地点から確認するこ
とが可能となる。

【００４９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、管の溶接開先
合わせ装置が溶接による変形を許容できるので、その配
管に無理な力を与えず、溶接接合された管状構造物の品
質の向上に寄与できる。

【００５０】請求項２の発明によれば、溶接開先の裏側
から溶接作業と干渉しないようにその溶接作業の善し悪
しを確認できるので、溶接接合された管状構造物の品質
の向上に寄与できる。

【００５１】請求項３の発明によれば、請求項２の発明
による効果に加えて、溶接開先の裏側の状況を全周にわ
たって監視し、溶接作業の善し悪しを全周に渡って確認
できる。

【００５２】請求項４の発明によれば、請求項１の発明
による効果と請求項２の発明による効果とを同時に達成
して溶接接合された管状構造物の品質の向上により一層
寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の管の溶接開先合わせ装置のシステム構
成図である。

【図２】図１の管の溶接開先合わせ装置の一部拡大詳細
図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ矢視断面図である。

【図４】配管取合部（インサートリングあり）の配管開
先形状を示す図である。

【図５】溶接実施（数パス）前後の配管開先断面の熱変
形の状態を示す概略図であって、（１）が溶接実施（数
パス）前を表す図、（２）が溶接実施（数パス）後を表
す図である。

【図６】従来の溶接施工方法の実施例を示す図であり、
（ａ）は施工全体を表す図であり、（ｂ）は（ａ）図の
Ａ−Ａ矢視断面を表す図であり、（ｃ）は（ａ）図のＢ
−Ｂ矢視断面を表す図である。

【図７】本発明の管の溶接開先合わせ装置に内面監視装
置を組み合わせた構成の要部を示す図である。

【符号の説明】

１，２…配管、３…管の溶接開先合わせ装置、７…後部
シリンダ、８…アーム、９…後部押し付け軸、１０…保
持金具、１１…球状型先端、１２…スプリング、１３…
後部シリンダシャフト、１４…フレーム、１５…メイン
シャフト、１６…前部シリンダ、１７…前部シリンダ押
さえフレーム、１８…前部押し付け軸、２３…前部シリ
ンダシャフト、２５…後部シリンダ押さえフレーム、３
３…ガイドレール、３４…ベアリング、３５…周方向回
転用モータ、３６…モータカバー兼フレーム、３７…レ
ール、３８…配管軸方向移動用モータ、３９…焦点調整
用モータ、４０…移動台、４１…溶接裏波監視用セン
サ、４２…内面監視用小型カメラ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中平 俊章 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 Ｆターム(参考） 4E081 AA02 AA10 BA27 DA05 DA11 EA32 EA43 EA47 EA54

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに溶接される一方の管と他方の管とに
   跨って前記両管の管内に配備され、前記両管内で前記両
   管の半径外側方向に突っ張る手段を備え、前記突っ張る
   手段の突っ張りによって前記両管の溶接開先を合わせる
   管の溶接開先合わせ装置において、 前記突っ張る手段は溶接によって生じた変形に応じて前
   記管の半径方向へ追従移動する手段を備えていることを
   特徴とする管の溶接開先合わせ装置。
2. 【請求項２】互いに溶接される一方の管と他方の管とに
   跨って前記両管の管内に配備され、前記両管内で前記両
   管の半径外側方向に突っ張る手段を備え、前記突っ張る
   手段の突っ張りによって前記両管の溶接開先を合わせる
   管の溶接開先合わせ装置において、 前記一方の管内に配備される一方の突っ張る手段と前記
   他方の管内に配備される他方の突っ張る手段とをメイン
   シャフトで接続してある構成を有し、 前記メインシャフトに前記管内の状況を監視する監視手
   段を備えてあることを特徴とする管の溶接開先合わせ装
   置。
3. 【請求項３】請求項２において、前記メインシャフトに
   前記管内の状況を監視する監視手段を前記管の周方向へ
   回転自在に装備されていることを特徴とする管の溶接開
   先合わせ装置。
4. 【請求項４】請求項１または請求項２において、前記突
   っ張る手段は溶接によって生じた変形に応じて前記管の
   半径方向へ追従移動する手段を備えていることを特徴と
   する管の溶接開先合わせ装置。