JP2000094157A - 摩擦接合工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、摩擦熱を発生させ、該摩擦熱を利用
して２つの被接合材を接合する摩擦接合工法に関し、パ
イプライン建設現場におけるパイプどうしの接合等、極
めて広範囲に適用することのできる摩擦接合工法を提供
する。 【解決手段】接合すべき２本のパイプ１０，２０の間に
リング部材３０を配置し、そのリング部材３０を回転さ
せながらそれら２本のパイプ１０，２０をそのリング部
材３０に接触させて摩擦熱を発生させ、それら２本のパ
イプ１０，２０を互いの方向に押圧することにより、こ
れら２本のパイプ１０，２０をリング部材３０を介在さ
せて接合することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦熱を発生させ
その摩擦熱を利用して２つの被接合材を接合する摩擦接
合工法に関し、特に、ガス、オイル、水道などのエネル
ギー輸送用大規模パイプライン建設におけるパイプとパ
イプとの接合に好適な接合工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パイプラインの現地接合法には、大別し
て、メカニカルジョイントと溶接ジョイントの２種類が
ある。メカニカルジョイントはボルト、ナットで締結す
る手法が一般的である。

【０００３】一方、溶接ジョイントには手溶接法、半自
動溶接法、全自動溶接法などがあるが、大半は手溶接法
（アーク溶接法）であり、時に炭酸ガスシールドによる
半自動溶接やティグ、ミグ、マグといったソリッドワイ
ヤを溶材に使ったガスシールドメタルアーク自動溶接法
が見られる。幹線導水管のような大口径厚肉パイプの現
地接合では、エレクトロスラグ溶接法やエレクトロガス
溶接法といった単層盛りの特殊溶接法も実用されてい
る。

【０００４】パイプどうしの接合法に関しては、その他
これまでにも数多くの技術が提案されている（例えば特
開昭５０−３０７６５号公報、特開昭４９−７９３３６
号公報、特公昭６２−４７６２５号公報、特公昭５３−
６６２９号公報、特開昭６２−５７７６８号公報、特開
昭６０−１４５２８２号公報など）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】メカニカルジョイント
は、簡便で、特殊スキルも必要なく、誰でも接合可能と
いった点に有利さが認められるが、反面、耐震性、耐圧
性、耐久性などの点に弱味がある。

【０００６】一方、溶接ジョイントは、耐震性、耐圧
性、耐久性の点に有利さがあるが、現地溶接では特に溶
接士の技量、経験、ノウハウといったところに負う部分
が大きく、継手品質の定常した安定性、上位品質レベル
の確保の面で、かなり変動があるという側面は否定し難
いところがある。また、接合には長時間を要する。

【０００７】自動溶接もそれなりに稼働はしているもの
の、開先精度に追随して全知全能に対応できるシステム
は不可能であり、結局はオペレータの経験や操作技量に
左右されているのが現状である。

【０００８】また、パイプラインから離れた一般のジョ
イントの場合、上述のメカニカルジョイントや溶接ジョ
イントのほか、摩擦接合ジョイントも知られている。こ
の摩擦接合ジョイントは、接合しようとする２つの部材
のうちの一方を高速回転させ、その高速回転中の一方の
部材にもう一方の部材をある程度の圧力で接触させて摩
擦熱を発生させ、その摩擦熱が所定の温度（例えば１３
００℃）に達したタイミングで２つの部材を強力に圧接
させて一方の部材の回転を止め、そのままその熱で接合
するというものである。

【０００９】この摩擦接合ジョイントは、オペレータの
技量や経験に左右されることなく無欠陥の接合が可能で
あり、しかも回転開始から接合終了まで例えば２〜３分
といった極めて短時間に接合が完了するなど、極めて有
効な接合方法である。

【００１０】しかしながら、大規模パイプラインの建設
現場等で長尺のパイプどうしを接合するといった場面に
おいては、一本のパイプの口径は例えば３００ｍｍ〜１
０００ｍｍ、定尺長は８ｍ〜１２ｍ、単位長あたりの重
量は５０ｋｇ／ｍ〜３００ｋｇ／ｍという極めて大型、
長尺、大重量のものであり、このようなパイプを高速で
回転させ摩擦接合することは極めて困難である。

【００１１】ここでは、大規模パイプラインの建設現場
を例に挙げているが、それほど大型の部材ではなくて
も、高速回転させることのできる場面は極めて限られて
いる。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑み、例えば上述の
パイプライン建設現場におけるパイプどうしの接合な
ど、極めて広範囲に適用することのできる摩擦接合工法
を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の摩擦接合工法は、接合すべき２つの被接合材の間に
所定のインサート材を配置し、そのインサート材を回転
させながらそれら２つの被接合材をそのインサート材に
接触させて摩擦熱を発生させ、それら２つの被接合材を
互いの方向に押圧することにより、これら２つの被接合
材を接合することを特徴とする。

【００１４】本発明の摩擦接合工法は、接合しようとし
ている２つの被接合材のうちの一方を回転させる代わり
に、それら２つの被接合材の間にインサート材を配置
し、そのインサート材を回転させるようにしたものであ
り、インサート材としては高速回転に支障のない、例え
ば薄板状の部材等を採用することができ、例えば前述の
ような大口径、長尺、大重量のパイプどうしの接合にも
摩擦接合工法を適用し、仕上がりが安定した高品質の接
合を効率よく行なうことができる。

【００１５】ここで、上記本発明の摩擦接合工法は、上
記２つの被接合材を押圧することにより、これら２つの
被接合材を、インサート材を間に挟んだ状態に接合する
ものであってもよく、あるいは、インサート材を回転さ
せながら２つの被接合材を該インサート材に接触させて
摩擦熱を発生させるとともにインサート材を蒸散させ、
それら２つの被接合材を押圧することにより、これら２
つの被接合材を結果的に直接に接合するものであっても
よい。

【００１６】２つの被接合材の間にインサート材を挟ん
だ状態で接合されてもよいときは、そのような接合法を
適用すればよく、一方、インサート材の材質や厚さ、形
状等を適性に選んで、当該インサート材を摩擦熱発生の
過程で蒸散させ、２つの被接合材どうしが直接に接合さ
れるようにしてもよい。

【００１７】ここで、上記本発明の摩擦接合工法は、上
記２つの被接合材が、管端どうしを同軸に接合しようと
する２本の管であって、上記インサート材が、リング状
の部材であってもよく、時に盤状の部材であってもよ
い。

【００１８】この場合に、上記２つの被接合材および上
記インサート材が、同一の材質を有するものであっても
よく、場合によっては類似材、あるいは異材であっても
よい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００２０】図１は、本発明の摩擦接合工法を、２本の
鋼製パイプの管端どうしを同軸に接合する場面に適用し
たときの接合の様子を示す模式図である。

【００２１】２本のパイプ１０，２０の間に、本発明に
いうインサート材としてリング部材３０を配置して、そ
のリング部材３０を高速回転させる。そして、このリン
グ部材３０を回転させた状態のまま２本のパイプ１０，
２０をそのリング部材３０に近づける方向に移動させて
各パイプ１０，２０の管端１１，２１をそのリング部材
３０に接触させ、これにより摩擦熱を発生させ、その摩
擦熱が約１３００℃に達した時点で２つのパイプ１０，
２０をさらに強く互いの方向に押圧してリング部材３０
を強大な力で挟み込む。そうするとそのリング部材３０
の回転が停止し（その程度に回転のトルクを調整してお
く）、摩擦熱で一部溶融した管端１１，２１とリング部
材３０とが接合される。

【００２２】ここではリング部材３０を中心に置いて２
本のパイプ１０，２０の双方をリング部材３０に向けて
移動させる旨説明したが、この移動は相対的なものであ
ってよく、例えば一方のパイプ（例えばパイプ２０）は
固定したままとしておき、また、リング部材３０を回転
させたままスライド自在に構成し（リング部材３０を回
転させる回転装置自体をスライド自在に構成してもよ
い）、もう一方のパイプ１０でリング部材３０を押して
管端１１，２１とリング部材３０との接触や押圧を行な
ってもよい。

【００２３】尚、ここでは、２本のパイプ１０，２０は
同一の鋼材であり、リング部材３０も、１つの典型例と
して、共金が採用される。

【００２４】回転圧接機構はパイプの口径によって異な
る。口径が３００ｍｍ以下の小径パイプでは図２に示す
ように管外部から回転ならびに管体の引き寄せを行な
う。

【００２５】一方、口径が３５０ｍｍ以上の中、大径パ
イプでは図３に示すように管内部から回転ならびに管体
の引き寄せを行なう。

【００２６】以下、個別に詳述する。小径鋼パイプで
は、図２に示すように、接合しようとする２本のパイプ
１０，２０をブリッジするように例えばギアを切ったハ
ウジング４０をかぶせ、回転自在な球体４１を介在させ
てパイプ１０，２０の表面に装着する。ハウジング４０
の中央内部には長さ５０ｍｍの共金リング部材３０が装
着されている。そして、ハウジング外部のギアあるいは
チェーンベルト（図示せず）などを介して、管外部の回
転動力源と結びつけ、ハウジング４０を高速回転し、接
合しようとする２本のパイプ１０，２０を共金リング部
材３０に徐々に漸近させながら、摩擦昇温過程を経て、
圧接温度の１３００℃近くに達した時に、図では示して
いないが双方のパイプ１０，２０を、インサート材であ
る共金リング部材３０に向け、総推力２００トンが得ら
れる複数個の油圧ジャッキを使ってアップセットさせ、
３個のパイプ部材（パイプ１０，２０およびリング部材
３０）を一挙に一本化するように接合する。

【００２７】次に中、大径パイプについて述べる。

【００２８】中、大径パイプでは、図３に示すように、
接合しようとする２本のパイプを芯出しするための、油
圧で稼動するインナークランパ５０を管内に挿入する。
このインナークランパ５０には、円周方向に複数のシュ
ー５１が備えられており、それらのシュー５１を突出さ
せパイプ１０，２０の内壁に当接させることによりパイ
プ１０とパイプ２０との芯出しが行なわれる。

【００２９】また、このインナークランパ５０は、その
中央部に長さ１００ｍｍのリング部材３０を定着把持し
て高速回転できる回転駆動部５２が備えられている。以
降の回転摩擦圧接過程は先の小径パイプで述べたものと
同様である。ただし、管の引き寄せ、それに続くアップ
セットは、インナークランプ５０を管内の所定位置に固
定する複数本のシュー５１を管長（軸）方向に移動させ
ることにより、その目的が達成できる。

【００３０】アップセット力が不足する場合には、イン
ナークランパ５０の油圧シリンダを複数個搭載させるこ
とにより所定の推力を得ることができる。

【００３１】なお、圧接温度に至らしめる昇温補助や温
度保持策として、例えば電磁誘導コイルの管体巻付けに
よる加温やガス還元炎による吹付けも可能である。

【００３２】上述の各実施形態では、専ら鋼パイプ材に
ついて例示してきたが、本発明の思想はその他の材料、
材質、例えば棒材や板材、また鋼材以外の非鉄金属や樹
脂材料などにも適用できることは言うまでもない。

【００３３】また、上記各実施形態は、２本のパイプ１
０，２０が最終的にリング部材３０を介在させた状態に
接合される例であるが、時には盤状部材であってもよ
い。さらにリング部材あるいは盤状部材として蒸散し易
い材料のものを選定し、さらにその厚さ、形状や回転速
度、摩擦の際の押接力等の条件を考慮し、リング部材を
摩擦熱により蒸散させてその瞬間に２本のパイプ１０，
２０の管端どうしを直接に接合するようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明を適用すること
により、下記の効果が得られる。

【００３５】（１）回転摩擦圧接条件が適正であれば、
オペレータの技量や経験に左右されることなく、無欠陥
の継手が、再現性高く、定常的かつ容易に得られる。

【００３６】（２）接合時間はパイプ口径を問わず、高
々２〜３分以内に納まり、既往のメカニカルジョイント
やアーク溶接と比べ、超高能率作業が具現できる。

【００３７】（３）継手部の機械的性能はいわば高速接
合といった摩擦圧接特有の諸性質を有するため、母材と
比べ、延性、靭性とも全く遜色ない。など既往の接合法
にはなかった特徴が顕著に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦接合工法を２本の鋼製パイプの管
端どうしを同軸に接合する場面に適用したときの接合の
様子を示す模式図。

【図２】小径パイプの接合の様子を示す模式図。

【図３】中径、大径パイプの接合の様子を示す模式図。

【符号の説明】

１０、２０ パイプ ３０ リング部材 ４０ ハウジング ４１ 球体 ５０ インナークランパ ５１ シュー ５２ 回転駆動部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接合すべき２つの被接合材の間に所定の
   インサート材を配置し、 該インサート材を回転させながら該２つの被接合材を該
   インサート材に接触させて摩擦熱を発生させ、 該２つの被接合材を互いの方向に押圧することにより、
   これら２つの被接合材を接合することを特徴とする摩擦
   接合工法。
2. 【請求項２】 前記２つの被接合材を押圧することによ
   り、これら２つの被接合材を、前記インサート材を間に
   挟んだ状態に接合することを特徴とする請求項１記載の
   摩擦接合工法。
3. 【請求項３】 前記インサート材を回転させながら前記
   ２つの被接合材を該インサート材に接触させて摩擦熱を
   発生させるとともに該インサート材を蒸散させ、 該２つの被接合材を押圧することにより、これら２つの
   被接合材を直接に接合することを特徴とする請求項１記
   載の摩擦接合工法。
4. 【請求項４】 前記２つの被接合材が、管端どうしを同
   軸に接合しようとする２本の管であって、前記インサー
   ト材が、リング状または盤状の部材であることを特徴と
   する請求項１から３のうちいずれか１項記載の摩擦接合
   工法。
5. 【請求項５】 前記２つの被接合材および前記インサー
   ト材が、同一、類似または異質の材質を有するものであ
   ることを特徴とする摩擦接合工法。