JP2013255934A - クラッド管の突合せ接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内面クラッド管の突合せ溶接においてインサートリングを使用することなく、簡易に行う方法を提供する。
【解決手段】外周側の母材１１，２１と内周側の合せ材１２，２２とで構成された互いに同径の一対のクラッド管１，２の端面同士を溶接する方法であって、端面外周側に形成された開先３部に続く内周側に形成されたルート面につき、一方のクラッド管１のルート面の外周半部に管軸方向へ突出する第１環状突出部１３を形成するとともに、他方のクラッド管２のルート面の内周半部に前記第１環状突出部１３と同量だけ管軸方向へ突出する第２環状突出部２３を形成し、溶接するに際して前記第１環状突出部１３を前記第２環状突出部２３の外周に嵌め合わせる。
【選択図】図１

Description

本発明はクラッド管の突合せ接合方法に関し、特にインサートリングを不要とした簡易な内面肉盛クラッド管の突合せ接合方法に関する。

外周側の母材と内周側の合せ材（肉盛層）で構成された内面肉盛クラッド管を突合せ接合する場合、特に肉盛層の成分がフィラーワイヤでは製造不可能な鋼種、例えばＮｉ基合金やＣｏ基合金等の難加工鋼種である場合には、従来は図４に示すようにインサートリング４を使用して、左右のクラッド管５，６の突合せ接合時の芯出しと裏波の確保を行いつつ開先７をＴＩＧ溶接していた。ここで、図中５１，６１は母材、５２，６２は合せ材である。

なお、特許文献１には、排気マニホールドをアーク溶接で接続する場合に溶接垂れが配管内に突出して排気ガス流に乱れを生じるのを防止するための配管接合方法が開示されており、ここでは、一方の配管の端面の内周側に、配管の軸方向外側に突出する内側環状突出部を形成するとともに、他方の配管の端面に軸方向外側に突出する外側環状突出部を形成して、内側環状突出部に外側環状突出部を嵌め合わせて配管内壁面が平坦となるようにして溶接するようにしている。

特開２００９−２９１８２８

ところで、インサートリングは、肉盛粉末材料相当成分の鋳造材から切り出すか、あるいは中実管や中空管等に肉盛粉末材料を使用してＰＴＡ（Plasma Transferred Arc）溶接で外面肉盛を行った後、当該肉盛部から切り出す等によって製造する必要があって、工数と費用を要するという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、インサートリングを使用することなく簡易かつ安価に内面肉盛クラッド管の突合せ接合を可能にしたクラッド管の突合せ接合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、外周側の母材(１１，２１)と内周側の合せ材（１２，２２）とで構成された互いに同径の一対のクラッド管（１，２）の端面同士を溶接する方法であって、端面外周側に形成された開先（３）部に続く内周側に形成されたルート面につき、一方のクラッド管（１）のルート面の外周半部に管軸方向へ突出する第１環状突出部（１３）を形成するとともに、他方のクラッド管（２）のルート面の内周半部に前記第１環状突出部（１３）と同量だけ管軸方向へ突出する第２環状突出部（２３）を形成し、溶接するに際して前記第１環状突出部（１３）を前記第２環状突出部（２３）の外周に嵌め合わせるようにしたことを特徴とする。

本第１発明においては、第１環状突出部を第２環状突出部の外周に嵌め合わせることによって両クラッド管の芯出しと裏波の確保がなされるから、インサートリングは不要である。したがって、インサートリング製造の工数と費用が削減されて簡易かつ安価に内面肉盛クラッド管の突合せ接合を行うことができる。

本第２発明では、前記ルート面の長さ（ｔ_R）を前記合せ材（１２，２２）の厚さ（ｔ_C）以下に設定する。本第２発明においては、合せ材溶接部に母材成分が混入しないから、この部分の合せ材成分が保証される。

本第３発明では、前記合せ材（１２，２２）の内周面に肉盛部（１４，２４）を形成して、ここに前記第１環状突出部（１５）ないし前記第２環状突出部（２５）を形成する。本第３発明においては、合せ材の厚さが薄い場合にも、第１および第２環状突出部の厚さを十分確保しつつ、合せ材溶接部における母材成分の混入がない合せ材成分が保証される。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明のクラッド管の突合せ接合方法によれば、インサートリングを使用することなく簡易かつ安価に内面肉盛クラッド管の突合せ接合を行うことができる。

本発明の一実施形態におけるクラッド管の突合せ接合部の断面図である。 クラッド管の突合せ接合部の接合前の拡大断面図である。 本発明の他の実施形態におけるクラッド管の突合せ接合部の接合前の拡大断面図である。 従来例を示すクラッド管の突合せ接合部の断面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１には本発明方法を適用したクラッド管の突合せ接合部を示す。互いの端面で突き合わされた左右のクラッド管１，２は同径で、それぞれ外周側の母材１１，２１と内周側の合せ材１２，２２とで構成されている。合せ材１２，２２はＮｉ基合金やＣｏ基合金等の難加工鋼種で、肉盛溶接によって形成されている。各クラッド管１，２の母材１１，２１端面は径方向外方へ向けて漸次開放する曲面に形成されており、両クラッド管１，２が突き合わされた状態では図１に示すように突合せ部にＵ形開先３が形成される。

一方、上記Ｕ形開先３に隣接する内方の合せ材１２，２２の端面（ルート面）には、一方のクラッド管１のルート面の外周半部に管軸方向へ突出する第１環状突出部１３が形成され、これに対し、他方のクラッド管２のルート面の内周半部には上記第１環状突出部１３と同量だけ管軸方向へ突出し、上記第１環状突出部１３と合せ材１２，２２の厚さを補間する厚さを有する第２環状突出部２３が形成されている。

そして、溶接するのに先立って、図１に示すように、第１環状突出部１３を第２環状突出部２３の外周に隙無く嵌め合わせる。これにより、両クラッド管１，２はその内周面、外周面共に面一に連続する。この状態で、パルスＴＩＧ溶接や、溶着量を確保する必要がある場合にはＰＴＡ溶接を組み合わせることによって、ルート面からＵ形開先３内を内方から外方へ順次溶接する。これにより、溶接垂れの無い良好な突合せ接合が実現できる。

ここで、図２には上記両クラッド管１，２の端部の拡大断面図を示し、図中の各符号は以下の各部の寸法を示している。
ｔ_B：母材厚さ
ｔ_C：合せ材厚さ
ｔ_R：ルート面
ｔ_K1：第１環状突出部厚さ
ｔ_K2：第２環状突出部厚さ
Ｌ：第１（第２）環状突出部長さ

第１および第２環状突出部１３，２３の厚さｔ_K1，ｔ_K2は強度確保のために１ｍｍ以上は必要である。したがって、ルート面ｔ_Rは２ｍｍ以上確保する必要がある。しかし、ｔ_Rを８ｍｍより長くすると、開先３（図１）を十分に溶接可能な深溶込みを得られる溶接法が無い。したがって、ｔ_Rは８ｍｍ以下にする必要がある。ちなみに、ｔ_Rが３ｍｍより短い場合はＴＩＧ溶接、３〜５ｍｍではプラズマ溶接、５〜８ｍｍではレーザ溶接を使用すると良い。

合せ材１２，２２の厚さｔ_Cは２ｍｍより薄いと溶接時に合せ材１２，２２が溶け落ちるおそれがある。また、ｔ_R＞ｔ_Cにすると、特に第１環状突出部１３を母材１１の一部で形成することになるから、合せ材溶接部に母材成分が混入する可能性があり、この結果、この部分で合せ材成分が保証されないおそれがある。

第１および第２環状突出部１３，２３の嵌め合いに０．５ｍｍより大きい空間があると、空孔等の溶接欠陥の発生が懸念されるから、ｔ_K1＋ｔ_K2はｔ_Rに等しくする必要がある。さらに、第１および第２環状突出部１３，２３の長さＬを３ｍｍより大きくすると、その剛性低下が懸念されるとともに溶接時に溶接パスが増えるという問題がある。また、上記長さＬを１ｍｍより短くするとか開先加工が困難になる。

以上より、ｔ_B，ｔ_C，ｔ_R，ｔ_K1，ｔ_K2，Ｌの各値、相互の関係は以下のように設定する必要がある。
ｔ_C≧２ｍｍ
２ｍｍ≦ｔ_R≦８ｍｍ
１ｍｍ≦ｔ_K1，ｔ_K2≦（ｔ_R−１）
ｔ_C≧ｔ_R
ｔ_K1＋ｔ_K2＝ｔ_R
１ｍｍ≦Ｌ≦３ｍｍ

ここで、合せ材１２，２２の溶け落ちのおそれがなく、その厚さｔ_Cを２ｍｍより薄くする場合には、図３（１）に示すように、開先加工前に合せ材相当成分で合せ材１２（合せ材２２も同様）の内周面に１〜２ｍｍ程度の肉盛部１４を形成し、この肉盛部１４，２４（図３（２））に環状突出部１５，２５をそれぞれ形成するようにすると良い。

１，２…クラッド管、１１，２１…母材、１２，２２…合せ材、１３，１５，２３，２５…環状突出部、１４，２４…肉盛部、３…開先。

Claims (3)

1. 外周側の母材と内周側の合せ材とで構成された互いに同径の一対のクラッド管の端面同士を溶接する方法であって、端面外周側に形成された開先部に続く内周側に形成されたルート面につき、一方のクラッド管のルート面の外周半部に管軸方向へ突出する第１環状突出部を形成するとともに、他方のクラッド管のルート面の内周半部に前記第１環状突出部と同量だけ管軸方向へ突出する第２環状突出部を形成し、溶接するに際して前記第１環状突出部を前記第２環状突出部の外周に嵌め合わせるようにしたことを特徴とするクラッド管の突合せ接合方法。
2. 前記ルート面の長さを前記合せ材の厚さ以下に設定した請求項１に記載のクラッド管の突合せ接合方法。
3. 前記合せ材に内周面に肉盛部を形成して、ここに前記第１環状突出部ないし前記第２環状突出部を形成した請求項１に記載のクラッド管の突合せ接合方法。

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