JP2014079772A - バックシール装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックシール装置を、配管の内部に容易かつ効率良く設置することができ、確実なシール機能を有したものとする。
【解決手段】配管１，１の開先部Ｊを溶接するに際して、開先部Ｊに配管１，１の内側から不活性ガスを供給するバックシール装置１０Ａであって、配管１，１の内部に挿入されるチューブ１１と、チューブ１１の外周面に、該チューブ１１の長さ方向に間隔を隔てて設けられた複数のバルーン体１２，１２と、チューブ１１に不活性ガスを供給する不活性ガス供給源３０と、チューブ１１から不活性ガスを排出させるガス排出部４０と、チューブ１１において、バルーン体１２の内部に臨む位置に、チューブ１１の内外を貫通するよう形成されたバルーン内貫通孔１７と、チューブ１１において、互いに前後するバルーン体１２，１２の間に、チューブ１１の内外を貫通するよう形成されたバルーン間貫通孔１８と、を備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管を不活性ガスでシールドして溶接する際に用いるバックシール装置に関するものである。

高Ｃｒ鋼からなる配管の端部どうしを突き合わせ溶接するに際しては、良好な溶接品質を得るために、配管の外周側だけでなく、配管の内部にも、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを供給し、この不活性ガス雰囲気下で溶接が行われている。

溶接部において配管内に不活性ガスを供給するには、溶接部の両側で配管内を閉塞し、この閉塞空間内に、配管の外部から不活性ガスを供給する。
配管内を閉塞する手法としては、ゴム製の風船を配管内で膨らませる方法が従来から用いられている。このほか、配管の内周形状に合わせて成形したドライアイスを配管内に挿入配置する手法（例えば、特許文献１参照。）、シートを配管内で拡開させる手法（例えば、特許文献２参照。）もある。

特開２００４−１０５９９４号公報 特開２０１２−１３０９２９号公報

しかしながら、風船やドライアイスを用いる手法においては、配管内で溶接部の両側に風船を設置するのに手間がかかる。

これに対し、特許文献２に記載の、シートを配管内で拡開させる構成では、配管内にガスを導入するガス導入管の先端部に拡開可能なシートが設けられている。このため、ガス導入管を配管内に挿入することによって、配管内で、シートを適切な位置に配置させることができる。

しかし、シートを拡開させるには、複数本の形状記憶ワイヤを用いているため、このシートを拡開させたときに、その外周部は、互いに隣接する形状記憶ワイヤの先端部どうしを直線状に結んだ多角形状となり、配管の内周面に密着させることができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、配管の内部に容易かつ効率良く設置することができ、確実なシール機能を有したバックシール装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のバックシール装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、配管の開先部を溶接するに際して、前記開先部に前記配管の内側から不活性ガスを供給するバックシール装置であって、前記配管の内部に挿入されるチューブと、前記チューブの外周面に、該チューブの長さ方向に間隔を隔てて設けられた複数のバルーン体と、前記チューブに前記不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、前記チューブから前記不活性ガスを排出させるガス排出部と、前記チューブにおいて、前記バルーン体の内部に臨む位置に、前記チューブの内外を貫通するよう形成されたバルーン内貫通孔と、前記チューブにおいて、互いに前後する前記バルーン体の間に、前記チューブの内外を貫通するよう形成されたバルーン間貫通孔と、を備えることを特徴とする。
このようなバックシール装置では、不活性ガス供給源からチューブに不活性ガスを供給すると、バルーン内貫通孔を通してバルーン体の内部に不活性ガスが注入されてバルーン体が膨張し、このバルーン体によって配管内を閉塞することができる。また、不活性ガス供給源からチューブに供給された不活性ガスは、チューブ外貫通孔を通して、配管内に注入され、これによって配管の開先部を配管の内側からシールドすることができる。また、ガス排出部によってチューブから不活性ガスを排出させると、バルーン体内の不活性ガスが排出されてバルーン体が窄み、配管内の不活性ガスが回収される。
このようなバックシール装置においては、チューブにバルーン体が設けられることにより、配管内への挿入、抜去をそれぞれ一度に行うことができる。

また、前記チューブに、前記バルーン内貫通孔と前記バルーン間貫通孔とで、前記不活性ガスの供給タイミングを異ならせる切替手段が備えられているのが好ましい。
これにより、バルーン体を膨張させるときには、バルーン内貫通孔のみから不活性ガスを供給して、バルーン体を効率良く膨張させることができる。また、開先部のシールドを行って溶接を行うときには、バルーン間貫通孔から不活性ガスを供給する。

この切替手段は、前記チューブ内で、前記バルーン間貫通孔を閉塞する位置と、前記バルーン間貫通孔を開放する位置との間で移動可能な弁体と、前記弁体を移動させる操作部材と、を備えるようにしても良い。
操作部材により弁体を移動させることによって、バルーン間貫通孔を開閉することができ、バルーン体内と、配管の開先部とで、不活性ガスの供給タイミングを異ならせることができる。

本発明によれば、チューブに複数のバルーン体が設けられることにより、配管内への挿入、抜去をそれぞれ一度に行うことができ、配管の内部にバルーン体を容易かつ効率良く設置することができ、確実なシール機能を発揮することができる。
また、複数のバルーン体がチューブに設けられることで、開先部を挟んだ両側に、バルーン体を適切な間隔で容易に設置することができる。

本発明の第１実施形態にかかるバックシール装置を設置した配管の開先部を示す断面図である。 本発明のバックシール装置におけるバルーン体の固定構造を示す断面図である。 本発明のバックシール装置に備えた弁体の構成および動作を示す図であり、（ａ）、（ｂ）はバルーン体に不活性ガスを注入するときのチューブの軸線に沿った断面図、およびチューブの軸線に直交する断面図であり、（ｃ）、（ｄ）は、開先部に不活性ガスを供給するときのチューブの軸線に沿った断面図、およびチューブの軸線に直交する断面図である。 本発明のバックシール装置において、バルーン体を窄ませた状態でチューブを配管内に挿入していく状態を示す図である。 本発明の第２実施形態にかかるバックシール装置を設置した配管の開先部を示す断面図である。 本発明のバックシール装置のおけるチューブの変形例を示す断面図である。

以下に、本発明に係るバックシール装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１を用いて説明する。
図１に示すように、溶接すべき２本の配管１，１の開先部Ｊは、それぞれの配管１の端部１ａを所定の開先形状に加工して突き合わせた状態とされる。
一方の配管１には、開先部Ｊの近傍に貫通孔２が形成されている。この貫通孔２は、開先部Ｊの溶接後に、溶接部の放射線検査等を行うための検査具を挿入するために用いられる。

本実施形態においては、この貫通孔２を利用して、配管１，１内に、以下に示すようなバックシール装置１０Ａを挿入する。
バックシール装置１０Ａは、筒状で先端部１１ａ閉塞端とされたチューブ１１と、チューブ１１に間隔を隔てて設けられた２つのバルーン体１２と、制御装置１３と、アルゴンガス等の不活性ガスをチューブ１１に供給する不活性ガス供給源３０と、チューブ１１からガスを吸引するポンプ等の排出装置（ガス排出部）４０とを備えている。

チューブ１１は、貫通孔２の内径よりも外径が小さく、耐熱性（例えば２００℃以上）と可撓性とを有した材料、例えばステンレス製のフレキシブルホース、テフロン（登録商標）ホース等により形成されている。

バルーン体１２は、耐熱性（例えば１５０℃以上）と柔軟性を有した膜材料、例えばアルミニウム合金からなる箔膜（融点６００℃）、耐候性強化ラテックス等の耐熱ゴム材料（融点１５０℃）等により形成されている。バルーン体１２は、例えば、コスモプレン（株式会社気球製作所製）等の気象観測用ゴム気球を用いてもよい。
バルーン体１２は、両端１２ａ，１２ａが開口した筒状をなし、両端１２ａ，１２ａの開口から内部にチューブ１１を貫通させた状態で、両端１２ａ，１２ａが装着部材１４によりチューブ１１の外周面に固定されている。

図２に示すように、装着部材１４は、チューブ１１の外周面に固定されるインナー部材１５と、インナー部材１５に嵌め込まれるロック部材１６と、からなり、インナー部材１５、ロック部材１６ともに、耐熱性（例えば１５０℃以上）を有した硬質プラスティックから形成されている。

インナー部材１５は、チューブ１１の外径とほぼ等しい内径の貫通孔１５ａを有した筒状で、貫通孔１５ａにチューブ１１が貫入されている。インナー部材１５の外周面には、先端部１５ｂから基端部１５ｃに向けてその外径が漸次増大するテーパ部１５ｄと、テーパ部１５ｄの外周面において周方向に連続して外周側に突出形成された突条１５ｅと、テーパ部１５ｄの基端部１５ｃ側に形成されて外周側に張り出して形成されたフランジ部１５ｆと、が形成されている。

ロック部材１６は、中央部に貫通孔１６ａが形成された円盤部１６ｂと、円盤部１６ｂの外周側から筒状に連続して延びるスリーブ部１６ｃと、を有し、一端側に開口部１６ｄを有した有底筒状をなしている。
スリーブ部１６ｃの内周面は、開口部１６ｄ側から円盤部１６ｂ側に向けてその内径が漸次縮小するテーパ部１６ｅと、テーパ部１６ｅにおいて開口部１６ｄに近い側に形成され、周方向に連続する係合溝１６ｆと、が形成されている。

インナー部材１５のテーパ部１５ｄがロック部材１６のスリーブ部１６ｃ内に挿入され、突条１５ｅと係合溝１６ｆとが係合することによって、インナー部材１５とロック部材１６とがロック可能とされている。このような装着部材１４において、バルーン体１２の両端１２ａ，１２ａは、それぞれ、インナー部材１５のテーパ部１５ｄとロック部材１６のテーパ部１６ｅとの間に挟み込まれた状態で、インナー部材１５とロック部材１６とがロックされることにより、シール性を確保した状態でチューブ１１の外周面に固定されている。

ここで、図１に示すように、チューブ１１には、各バルーン体１２の内部に対応した位置に、チューブ１１の内外を貫通する貫通孔（バルーン内貫通孔）１７が形成されている。
また、チューブ１１には、互いに隣接するバルーン体１２，１２の間の部分に、チューブ１１の内外を貫通する貫通孔（バルーン内貫通孔）１８が形成されている。
これら貫通孔１７，１８は複数を設けても良く、本実施形態においては、それぞれチューブ１１の長さ方向に沿って間隔を隔てて、貫通孔１７は３か所、貫通孔１８は２か所に設けている。

図１、図３に示すように、チューブ１１内において、貫通孔１８，１８に対向するよう、筒状の内筒弁（切替手段、弁体）２０が設けられている。この内筒弁２０は、貫通孔１８，１８の双方を覆う長さを有しており、貫通孔１８，１８と同じ間隔で、貫通孔２１，２１が形成されている。
内筒弁２０は、チューブ１１内でその軸線周りに回動自在とされている。内筒弁２０の一端側には、内筒弁２０の径方向に延びるサポート材２２が一体に設けられている。このサポート材２２には、ピアノ線、ステンレスケーブル等の、可撓性を有した操作ワイヤ（操作部材）２３の先端部が接続されている。操作ワイヤ２３は、チューブ１１内を挿通し、制御装置１３内に設けられたモータ等の図示しない駆動部に接続されている。この操作ワイヤ２３は、駆動部で発生する回転力を内筒弁２０のサポート材２２に伝達するものであるので、駆動部で回転させたときにねじれないような材料で形成する。

制御装置１３は、チューブ１１の接続先を、不活性ガス供給源３０と、排出装置４０との間で、作業者による手動操作によって切り換えられるようになっている。

次に、上記したようなバックシール装置１０Ａを用いた配管１，１の溶接方法について説明する。
図４（ａ）に示すように、バックシール装置１０Ａは、バルーン体１２，１２を窄ませた状態としておく。また、チューブ１１には、これを貫通孔２から配管１，１内に挿入したときに、開先部Ｊを挟んでその両側にバルーン体１２，１２が位置するよう、マーキングＭを施しておくのが好ましい。例えば、図４（ｂ）に示すように、このマーキングＭが貫通孔２の位置となったときに、バルーン体１２，１２が開先部Ｊを挟んでその両側に位置するよう、マーキングＭを施せばよい。
また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、内筒弁２０は、貫通孔２１，２１が形成されていない位置をチューブ１１の貫通孔１８，１８に対向させて、貫通孔１８，１８を閉塞した状態としておく。

このようなバックシール装置１０Ａを、開先部Ｊにおいて端部１ａ，１ａどうしを突き合わせた配管１，１内に、貫通孔２から挿入していく。このとき、図４（ａ）に示すように、チューブ１１を湾曲させておき、貫通孔２に挿入したチューブ１１の先端部１１ａが開先部Ｊ側に向くようにした姿勢で、チューブ１１を挿入させていく。
そして、図４（ｂ）に示すように、マーキングＭが貫通孔２の位置に到達した時点で、チューブ１１の配管１，１内への挿入を中止する。

次いで、制御装置１３を操作し、チューブ１１を不活性ガス供給源３０に接続し、チューブ１１に不活性ガスを送り込む。
すると、各貫通孔１７からバルーン体１２の内部に不活性ガスが噴出し、これによって、図１に示したように、バルーン体１２が膨張し、配管１，１内を開先部Ｊの両側で閉塞する。

この後、制御装置１３を操作し、操作ワイヤ２３をモータ等の駆動部により、その軸線周りに回動させ、サポート材２２を介して内筒弁２０をチューブ１１内で回動させ、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように貫通孔２１，２１を、チューブ１１の貫通孔１８，１８に対向させる。すると、チューブ１１内の不活性ガスが、配管１，１内に噴出される。

配管１，１の外周側でも、不活性ガスを開先部Ｊの周囲に供給し、この状態で開先部Ｊの溶接を行う。このとき、不活性ガスは、配管１，１の内周側と外周側とで、圧力が均衡するよう、その吐出量を適宜調整する。
これにより、開先部Ｊを良好な品質で溶接することができる。

溶接の完了後は、制御装置１３により、チューブ１１の接続先を、不活性ガスを吸い出すポンプ等の排出装置４０に切り替える。すると、貫通孔１７，１８から不活性ガスがチューブ１１内に吸い込まれ、バルーン体１２，１２が窄むので、チューブ１１およびバルーン体１２，１２を貫通孔２から引き出すことにより、一連の溶接作業が完了する。なお、排出装置４０で吸込んだ不活性ガスは、タンク等に回収しても良いし、大気開放してもよい。

上述したようなバックシール装置１０Ａによれば、チューブ１１に間隔を隔てて二つのバルーン体１２が設けられているので、チューブ１１を配管１，１内に挿入すれば、バルーン体１２，１２も配管１，１内に挿入することができる。そして、この状態でバルーン体１２を膨張させて配管１を閉塞することにより、配管１を確実に閉塞できる。
さらに、チューブ１１にバルーン体１２，１２が所定の間隔を隔てて設けられているため、開先部Ｊの両側に、バルーン体１２，１２を容易に適切な間隔を隔てて配置することができる。
加えて、バルーン体１２は、不活性ガスを充填することによって膨張させる。つまり、開先部Ｊのシールド用とは別に、バルーン体１２を膨張させるためのポンプ等を用意する必要がなく、簡易な構成で良い。
このようにして、配管１，１の内部に、バルーン体１２，１２を容易かつ効率良く設置することができ、しかも確実なシール機能を発揮することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下に説明する第２実施形態において、上記第１実施形態と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略し、上記第１実施形態との差異を中心に説明を行う。
図５に示すように、本実施形態におけるバックシール装置１０Ｂは、チューブ１１に、間隔を隔てて２以上のバルーン体１２（本実施形態の例では３個）を設けた構成を有している。各バルーン体１２内にはチューブ１１に貫通孔１７が形成され、互いに前後するバルーン体１２，１２間にはチューブ１１に貫通孔１８が形成されている。また、チューブ１１内において、貫通孔１８に対向する部分には、内筒弁２０が設けられ、操作ワイヤ２３が接続されている。本実施形態では、３個のバルーン体１２，１２，１２間に、２つの内筒弁２０が設けられている。

このような構成によれば、複数個所の開先部Ｊ，Ｊを同時に、配管１，１，１の内側から不活性ガスによりシールドすることができる。
これにより、溶接作業を、一層効率的に行うことが可能となる。
このような本実施形態の構成は、特に、配管１が屈曲しているベンド部に適用するのが好ましい。

なお、上記各実施形態において、本発明の主旨の範囲内であれば、構成を適宜変更することが可能である。
例えば、本実施形態では、バルーン体１２を、装着部材１４によりチューブ１１の外周面に装着するようにしたが、バルーン体１２をチューブ１１の外周面に装着できるのであれば、装着部材１４の構成、チューブ１１への固定構造等は、適宜他の構成を採用しても良い。
また、チューブ１１やバルーン体１２の材質は、所要の機能を発揮できるのであれば、他のいかなる材料しても良い。

また、貫通孔１７と貫通孔１８は、その径を互いに異ならせるようにしても良い。

加えて、上記各実施形態では、チューブ１１内に内筒弁２０を備えることによって、貫通孔１７からバルーン体１２内に不活性ガスを充填する工程と、貫通孔１８から開先部Ｊに不活性ガスを供給する工程とを分けるようにしたが、これに限るものではない。貫通孔１８に対向する部分にも、内筒弁２０と同様のものを備え、貫通孔１７と貫通孔１８とで、不活性ガスの供給タイミングを互いに異ならせても良い。
また、例えば、図６に示すように、チューブ１１内を、仕切壁２５により二室に区切り、仕切壁２５の一方の側に貫通孔１７を形成し、仕切壁２５の他方の側に貫通孔１８を形成するようにしても良い。このような構成においては、バルーン体１２を膨張させるときには、制御装置１３側に切替バルブなどを備えて、チューブ１１内において貫通孔１７が形成された側に不活性ガスを供給し、溶接を行うときには貫通孔１８が形成された側に不活性ガスを供給するようにする。

さらに、上記各実施形態では、開先部Ｊは、配管１，１の端部１ａ，１ａどうしを突き合わせるものとしたが、これに限るものではなく、例えば配管１に生じたクラック等を捕集する場合にも、同様に適用することが可能である。

１ 配管
１ａ 端部
２ 貫通孔
１０Ａ、１０Ｂ バックシール装置
１１ チューブ
１１ａ 先端部
１２ バルーン体
１３ 制御装置
１４ 装着部材
１５ インナー部材
１５ａ 貫通孔
１５ｂ 先端部
１５ｃ 基端部
１５ｄ テーパ部
１５ｅ 突条
１５ｆ フランジ部
１６ ロック部材
１６ａ 貫通孔
１６ｂ 円盤部
１６ｃ スリーブ部
１６ｄ 開口部
１６ｅ テーパ部
１６ｆ 係合溝
１７ 貫通孔（バルーン内貫通孔）
１８ 貫通孔（バルーン間貫通孔）
２０ 内筒弁（切替手段、弁体）
２１ 貫通孔
２２ サポート材
２３ 操作ワイヤ（操作部材）
２５ 仕切壁
３０ 不活性ガス供給源
４０ 排出装置（ガス排出部）
Ｊ 開先部
Ｍ マーキング

Claims (3)

1. 配管の開先部を溶接するに際して、前記開先部に前記配管の内側から不活性ガスを供給するバックシール装置であって、
   前記配管の内部に挿入されるチューブと、
   前記チューブの外周面に、該チューブの長さ方向に間隔を隔てて設けられた複数のバルーン体と、
   前記チューブに前記不活性ガスを供給する不活性ガス供給源と、
   前記チューブから前記不活性ガスを排出させるガス排出部と、
   前記チューブにおいて、前記バルーン体の内部に臨む位置に、前記チューブの内外を貫通するよう形成されたバルーン内貫通孔と、
   前記チューブにおいて、互いに前後する前記バルーン体の間に、前記チューブの内外を貫通するよう形成されたバルーン間貫通孔と、
   を備えることを特徴とするバックシール装置。
2. 前記チューブに、前記バルーン内貫通孔と前記バルーン間貫通孔とで、前記不活性ガスの供給タイミングを異ならせる切替手段が備えられていることを特徴とする請求項１に記載のバックシール装置。
3. 前記切替手段は、前記チューブ内で、前記バルーン間貫通孔を閉塞する位置と、前記バルーン間貫通孔を開放する位置との間で移動可能な弁体と、
   前記弁体を移動させる操作部材と、を備えることを特徴とする請求項２に記載のバックシール装置。

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