JP2000351094A - 管芯出し装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】突合せ溶接すべき管１４、１６内に装入され、
突合せ溶接部１０を跨いで管内周面を放射方向に押圧し
て管軸を一致させる拡張部材３６と、突合せ溶接部１０
の背面に配設する裏当て部材３８とを備えた管芯出し装
置１０を、管同士の内径が異なる場合に自動溶接を可能
にする。 【解決手段】拡張部材３６は管１４、１６の内径差に応
じた半径方向寸法差を備えると共に裏当て部材３８は突
合せ溶接部１０の一方の管１４の内周円筒面及び他方の
管１６の内面テーパ部に当接する外周形状を備えるよう
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、突合せ溶接すべき
管の管軸を一致させ、管端部同士の位置を調整する管芯
出し装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば水道管、ガス管等のパイプライン
を施工するに当たり、複数の管をその端部同士が当接も
しくは近接するように配置してその端部同士を円周方向
に溶接する突合せ溶接が必要となるが、その端部同士を
当接もしくは近接するように配置した後、溶接を行う前
に、管軸を一致させる管芯出しを行い、管相互の位置を
調整する必要がある。

【０００３】このような管芯出し装置として本出願人
は、特開平５−２９３６９６号公報を開示している。特
開平５−２９３６９６号公報の技術は、拡張部材により
突合せ溶接すべき管同士の芯出しを行い、該拡張部材に
それぞれ取りつけられ該拡張部材に対し相対移動する裏
当て部材を備えたものであり、裏当て部材が管同士の境
界から離れるように裏当て部材を引っ込めた状態でスペ
ーサゲージ、限界ゲージ等により開先の形状や寸法の測
定を行うことができる。この測定を行った後に裏当て部
材が端部同士の境界にその内壁面から接するように裏当
て部材を移動させ、これにより溶接金属が管内に入り込
むことを防止し、自動溶接を用いた溶接を良好に行うこ
とができる。この技術により、突合せ部の芯出し及び裏
当て部材の適切な配列を人手によらず、簡単に短時間で
行うことができる。

【０００４】ところで突合せ溶接すべき管の厚みが異な
る場合がある。例えば直管と曲管との突合せ溶接部等が
これに該当する。曲管は、曲げ成形時に外側の肉厚が薄
くなるため、この薄くなった部分が充分な厚みを持つよ
う、直管より肉厚の厚いものを用いる。また一般に管の
径は外径で規定されるため、管厚が異なる管同士の突合
せ溶接部の径を合わせるため内径の小さい方の管（以下
小径管という）は内側にテーパを付ける。実際には許容
規格内で外径も大き目になっていることが多く図４に示
すように内側・外側の両側に内面テーパ部１７及び外面
テーパ部１８を設けることが多い。このようにテーパを
付けて突合せ溶接部の開先の形状を一致させる理由は、
正常な開先を形成し、健全な溶接部を形成するためであ
る。なお、直管と曲管の突合せ溶接に自動芯出し装置を
用いて自動溶接を行った実例はなく、通常は管同士の外
面に両者を位置決めする治具を取付けて固定し、手溶接
により施工している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記特開平５−２９３
６９６号公報の技術は、溶接する管の内径が同一の場合
に適合した技術であるが、突合せ溶接すべき管の内径が
異なる場合には良好な溶接を行うことができなかった。
その理由を以下に説明する。

【０００６】突合せ溶接すべき管の内径が異なる場合
は、図４に示すように、小径管１６の管端部の内径を内
径の大きい方の管１４（以下大径管という）の内壁１４
ｂに合わせるため、端部内径部に内面テーパ部１７を形
成する。上記従来の芯出し装置では、拡張部材３６によ
り管内面の管端近傍の内面を放射状に押圧して芯出しを
行っているが、このような内面テーパ部１７を形成した
管端部では、拡張部材３６が内面テーパ部１７に接して
しまうため、図４に示すように、押圧時に拡張部材３６
の一方の押圧面６０が内面テーパ部１７に先に当たって
しまい、大径管１４の内壁１４ｂに拡張部材３６の他方
の押圧面６２が十分に接しないという問題がある。ま
た、テーパにより拡張部材３６と管が滑りやすく、さら
に拡張部材よりテーパ面に管同士の突き合せ間隔を広げ
る方向の力が加わるため良好な開先固定、芯出しを行う
ことが困難であった。また、図５に示すように、裏当て
部材３８も一方の当接面６４が小径管１６の内面テーパ
部１７に接してしまうため、他方の当接面６６が大径管
１４の内壁１４ｂに密着せず、結果として裏当て材が溶
接部から離れすぎてしまう問題があった。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑み、自動溶接機に
適合し、突合せ溶接すべき管であって、内径が異なる管
の溶接時に用いることができるように改善した管芯出し
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の管芯出し装置は、突合せ溶接すべき管内に装
入され、突合せ溶接部を跨いで管内周面を放射方向に押
圧して管軸を一致させる拡張部材と、突合せ溶接部の背
面に配設する裏当部材とを備えた管芯出し装置におい
て、前記拡張部材は管内径差に応じた半径方向寸法差を
備えると共に前記裏当て部材は突合せ溶接部の一方の管
内周円筒面及び他方の管内周テーパ面に当接する外周形
状を備えたことを特徴とする管芯出し装置である。

【０００９】本発明の管芯出し装置は、異なる内径をも
つ２本の管の管軸に対しテーパ部を跨いで平行な内径部
分を放射状に押圧することにより、拡張部材の当接面の
全面が管内面に接し、管と拡張部材の滑りも発生し難
い。

【００１０】また、異なる内径をもつ管のうち小径管側
の内壁に接する部分の高さを大径管側の内壁に接する部
分の高さより、内直径の差の２分の１だけ低くした拡張
部材とすることにより、大径管と小径管の両方の内面に
等しい圧力で押圧され、両者の軸心を一致させて両者を
固定することができる。

【００１１】更に、管の内壁の形に合わせてテーパ加工
を施した裏当て部材を備えることにより、裏当て部材の
一部分のみが管内面に接するようなことがなく、裏当て
部材が管内面に良好に密着し、健全な初層溶接部を形成
することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施例の管芯出し装置
の、管長手方向の模式的な断面図、図２は図１のＡ−Ａ
矢視方向の断面の一部を示した図である。図３は図１に
示す管の突合せ溶接部近傍の拡大断面図である。

【００１４】図１に示すように、管１４、１６の端部同
士が互いに近接して配置されており、これらの管１４、
１６の中に管芯出し装置３０が入り込む。図１の向って
右側の管１６は左側の管１４より内径が小さく、内径を
そろえるために、図３に示すように、内面テーパ部１７
が施されている。管芯出し装置３０は時計の文字盤で角
度を表現すると、図１の向って右方から見た場合に、約
１１時、１時、５時、７時の位置に管の内壁と接するロ
ーラ３２を備え、管の内部を管長手方向に自由に移動す
ることができる。また、ローラ３２の間にはストッパ３
１が備えられておりこの管芯出し装置３０が管内の適切
な位置まで入り込むとストッパ３１が突き出して管の内
壁に当接し、管芯出し装置３０の位置が固定される。

【００１５】このようにして管芯出し装置３０が管１４
の内部に入り込みその位置が固定された後、エアシリン
ダ３７が作動し、ピストンロッド３３が矢印Ｘ方向に移
動する。ピストンロッド３３にはクランクアーム３５を
介して拡張部材案内軸３４が取り付けられている。拡張
部材案内軸３４は図２に示すように放射状に多数本（本
実施例では１２本）備えられており、エアシリンダ３７
が矢印Ｘ方向に移動すると拡張部材案内軸３４が放射状
に矢印Ｂ方向（図１参照）に移動する。拡張部材案内軸
３４の先端に備えられた断面Ｕ字状の拡張部材３６は図
３に示すように、押圧部４４、４６の間隔が内面テーパ
部１７を跨いで避けるに十分な寸法を持っている。従っ
て押圧部４４、４６はテーパ部１７を避けた、両管の内
壁１４ｂ，１６ｂをそれぞれ押圧する。この時、上記断
面Ｕ字状の拡張部材３６の、小径管１６の内壁１６ｂに
接する押圧部４４の高さを大径管１４の内壁１４ｂに接
する押圧部４６の高さより、内直径の差の２分の１だけ
低くしてあるので、両管１４、１６の内壁１４ｂ、１６
ｂを等しい圧力で押圧することができる。これにより管
１４、１６の軸が一致し、端部同士の位置が揃えられ
る。

【００１６】拡張部材３６の断面Ｕ字状の内部には熱伝
導率の高い銅や耐熱性の高いセラミックで作られた裏当
て部材３８が備えられている。拡張部材３６には、図２
に示すように、各エアシリンダ４０が備えられており、
エアシリンダ４０のピストンから延びるピストンロッド
４２の先端に各裏当て部材３８が取り付けられている。
裏当て部材３８はエアシリンダ４０の作動によりピスト
ンロッド４２が矢印Ｃ方向に移動すると突合せ溶接部の
内壁に当接し、ピストンロッド４２が矢印Ｄ方向に移動
すると、内壁から離れる。ここで各裏当て部材３８は管
の内壁側に密着するよう、図３に示すように、テーパ加
工部に当接する当接部５０、５２が、これと一致するテ
ーパ部１７のテーパと同一の傾斜あるいは同一の傾斜角
で安定して保持できる形態例えば階段状とする。なお、
実際にはテーパ角は上限角度が規制される。例えば８°
以下である。テーパ角度が大きい程テーパ長さが短くて
済むため、通常上限角度に定められる。したがって裏当
て部材３８に付けるテーパ角は設定上限角度とすればよ
い。

【００１７】なお、裏当て部材３８は管の内壁から離れ
すぎると、溶接金属が流出し、肉盛り過剰となる。肉盛
り過剰の場合、溶接後の管内のガスや水などの流体流れ
を阻害し、汚れがたまりやすく、応力が集中し強度・疲
労強度が低下する等の問題が発生する。なお、肉盛り高
さを規制するユーザーもある。

【００１８】ただし、溶接金属の部分（溶接開先のルー
ト部分）には裏当て材との間にすきまを空けるのがよ
い。０．２〜２ｍｍ程度、好適には０．５〜１ｍｍ程度
の隙間を空ける。密着させると第１層目の溶接金属の底
面が多少凹み、管厚不足となるおそれがあり、管厚不足
を回避するために溶接条件を変更する必要があるためで
ある。

【００１９】本実施例に係わる管芯出し装置は、上記の
ように構成されているので、断面Ｕ字状の拡張部材を、
異なる内径を持つ管の内壁に押し当てて芯出しを行うこ
とができる。その後、裏当て部材を突合せ溶接部の背面
に当接させることにより、健全な溶融金属を形成するこ
とができ、内径の異なる管同士の溶接に自動溶接機を用
いることができる。

【００２０】なお、上記の装置は一例であり、本発明の
趣旨を損ねない範囲内で上記と異なる構成を採用しても
よいことは無論である。例えば、上記では拡張部材３６
は放射状に拡縮する拡縮機構（ピストンロッド３３、ク
ランクアーム３５および拡張部材案内軸３４）の先端に
設置されているが、これを拡縮機構の一部（例えば拡張
部材案内軸３４）と一体に形成してもよい。また、裏当
て部材３８を拡張部材３６に固定してもよく、この場合
開先の検定に不便は生じるものの、管芯出し装置の機構
はより簡単なものとなる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の管芯出し
装置は、異なる内径をもつ管の突合せ部材の芯出し、固
定を適正に行うことを可能とし、裏当て部材を適正に配
設することができ、異なる内径を持つ管同士の突合せ溶
接を自動化することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の管芯出し装置の管の長手方
向の模式的な断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面の一部を示した図であ
る。

【図３】図１に示す、管の境界部近傍の拡大図である。

【図４】従来の技術の説明図である。

【図５】従来の技術の説明図である。

【符号の説明】

１０ 突合せ溶接部 １４、１６ 管 １４ｂ、１６ｂ 内壁 １７ 内面テーパ部 １８ 外面テーパ部 ３０ 管芯出し装置 ３３ ピストンロッド ３４ 拡張部材案内軸 ３５ クランクアーム ３６ 拡張部材 ３７ エアシリンダ ３８ 裏当て部材 ４０ エアシリンダ ４２ ピストンロッド ４４ 拡張部材の押圧部（小径側） ４６ 拡張部材の押圧部（大径側） ５０ 裏当て部材の当接部（テーパ面） ５２ 裏当て部材の当接部（円筒面） ６０ 従来の拡張部材の押圧面 ６２ 従来の拡張部材の押圧面 ６４ 従来の裏当て部材の当接面 ６６ 従来の裏当て部材の当接面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 功一 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 高科 佐太郎 東京都台東区蔵前２丁目17番４号 川鉄テ クノコンストラクション株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 突合せ溶接すべき管内に装入され、突合
   せ溶接部を跨いで管内周面を放射方向に押圧して管軸を
   一致させる拡張部材と、突合せ溶接部の背面に配設する
   裏当部材とを備えた管芯出し装置において、前記拡張部
   材は管内径差に応じた半径方向寸法差を備えると共に前
   記裏当て部材は突合せ溶接部の一方の管内周円筒面及び
   他方の管内周テーパ面に当接する外周形状を備えたこと
   を特徴とする管芯出し装置。