JP2014161907A

JP2014161907A - 二重管の継手構造及び方法

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Publication number: JP2014161907A
Application number: JP2013038190A
Authority: JP
Inventors: Shinya Ogumo; 信哉小雲; Yukinori Usui; 志典碓井; Kazuhiko Kamo; 鴨　　和彦
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-08
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP6132424B2

Abstract

【課題】細径の伝熱管においても二重バウンダリを確報しつつ迅速に溶接作業を行えて二重管の製作コストを削減できる二重管の継手構造及び方法を提供する。
【解決手段】内管１１と外管１２とを有する複数の二重管構成部材１０ａ，１０ｂを、軸方向端部の溶接部Ｗで溶接して連結する二重管１０の継手構造において、前記溶接部Ｗにおける内管１１と外管１２との間に空隙Ｃを確保して前記外管１２の外側から内管１１と外管１２を同一の溶接高さで同時にレーザ溶接装置１４によりレーザ溶接してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、バウンダリに高い信頼性が求められるような加熱器、蒸気発生器、温水器、冷却器、復水器等のシェル・アンド・チューブ型の熱交換器に適用して好適な二重管の継手構造及び方法に関するものである。

シェル・アンド・チューブ型の多管式熱交換器に用いられる二重管（伝熱管）の継手構造として、例えば特許文献１や特許文献２に開示されたものがある。

特許文献１は、図３に示すように、内管１００と外管１０１の間に空隙１０３，１０４がある２重管の継手構造において、内管１００の内側から又は開先が加工された外管１０１の開先部１０５の奥側隙間１０５ａから、レーザ光１０６によって内管１００を溶接し、その後、外管１０１の開先部１０５にリング状の溶加材１０７をはめ込み、溶接された内管１００の外側と外管１０１との間の空隙１０３，１０４に不活性ガスを流しながら、上記リング状溶加材１０７をティグ溶接で溶融させることにより、内管１００と外管１０１との間の前記空隙１０３，１０４を埋めることなく外管１０１の開先部１０５の初層溶接を行なった後、溶接ワイヤ１０８を用いて、ティグ溶接トーチ１０９により多層ティグ溶接を行うものである。

特許文献２は、図４に示すように、内管２００と外管２０１とを有する複数の二重管構成部材２０２ａ，２０２ｂを、軸方向端部の溶接部で溶接して連結した二重管の継手構造において、上記二重管構成部材２０２ａ，２０２ｂの溶接部に、内管２００と外管２０１との間に位置して、軸方向の長さが、当該溶接部の溶接によって生じる裏波ビード幅又は溶接ビード幅の１／２以上とした溝２０３を設け、上記内管２００を当該内管２００の内側からレーザ溶接等をし（溶接部２０４ａ参照）、上記外管２０１を当該外管２０１の外側からレーザ溶接等する（溶接部２０４ｂ参照）ものである。

特開平１０−３４３７３号公報国際公開第２０１１/０８９９０９号パンフレット

しかしながら、図３に示す継手構造にあっては、内管１００と外管１０１との間に空隙１０４を設けたことにより、内管１００のレーザ溶接時や外管１０１のティグ溶接時に、内管１００と外管１０１とを架橋する溶融部の発生を回避して二重バウンダリを確保した溶接が可能となるが、内管１００のレーザ溶接と外管１０１のティグ溶接との種類の異なる２工程の溶接工程を実施すると共に外管１０１の開先加工を要することから、溶接作業が煩雑となり、時間と費用が嵩むという不具合があった。

一方、図４に示す継手構造にあっては、二重管構成部材２０２ａ，２０２ｂの溶接部に、軸方向に所定の長さを有した溝２０３を設けたので、溶接部におけるＶノッチ（Ｖ字状の間隙）の形成を回避して短時間で溶接を行えるが、外管１０１の外側からのレーザ溶接に加えて内管１００の内側からのレーザ溶接を行う必要があることから、図４に示す継手構造と同様に、溶接作業が煩雑となると共に、内管１００の溶接には管内側からのアクセスが必要であるため、溶接ヘッドの小型化が困難であることに基因して細径の伝熱管には対応することができないという問題点があった。

本発明は、このような実情を鑑み提案されたもので、細径の伝熱管においても二重バウンダリを確保しつつ迅速に溶接作業を行えて二重管の製作コストを削減できる二重管の継手構造及び方法を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係る二重管の継手構造は、
内管と外管とを有する複数の二重管構成部材を、軸方向端部の溶接部で溶接して連結する二重管の継手構造において、
前記溶接部における内管と外管との間に空隙を確保して前記外管の外側から内管と外管を同一の溶接高さで同時にレーザ溶接してなることを特徴とする。

前記レーザ溶接は、内管と外管の両方をキーホール型の溶融方式を用いてなることを特徴とする。

前記レーザ溶接は、内管は熱伝導型の溶融方式を用い、外管はキーホール型の溶融方式を用いてなることを特徴とする。

斯かる目的を達成するための本発明に係る二重管の継手方法は、
内管と外管とを有する複数の二重管構成部材を、軸方向端部の溶接部で溶接して連結する二重管の継手方法において、
前記溶接部における内管と外管との間に空隙を設けると共に前記内管と外管を同一の溶接高さとした後、前記外管の外側から前記空隙を確保しつつ内管と外管を同時にレーザ溶接することを特徴とする。

前記レーザ溶接として、内管と外管の両方をキーホール型の溶融方式を用いることを特徴とする。

前記レーザ溶接として、内管は熱伝導型の溶融方式を用い、外管はキーホール型の溶融方式を用いることを特徴とする。

本発明に係る二重管の継手構造及び方法によれば、細径の伝熱管においても二重バウンダリを確報しつつ迅速に溶接作業を行えて二重管の製作コストを削減できる。

本発明の一実施例を示す二重管の継手構造及び方法の概念図である。キーホール型の溶融方式の説明図である。熱伝導型の溶融方式とキーホール型の溶融方式を組み合わせた説明図である。従来の二重管の継手構造の工程図である。異なった従来の二重管の継手構造の断面図である。

以下、本発明に係る二重管の継手構造及び方法を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示す二重管の継手構造及び方法の概念図、図２Ａはキーホール型の溶融方式の説明図、図２Ｂは熱伝導型の溶融方式とキーホール型の溶融方式を組み合わせた説明図である。

本実施例の二重管（伝熱管）は、バウンダリに高い信頼性が求められるような加熱器、蒸気発生器、温水器、冷却器、復水器等のシェル・アンド・チューブ型の熱交換器に適用されて好適なものである。

図１に示すように、細径（例えばφ１９ｍｍ）の二重管１０は、肉厚ｔ₁が例えば２．５ｍｍの内管１１と肉厚ｔ₂が例えば２ｍｍの外管１２とを有する複数の二重管構成部材１０ａ，１０ｂを、軸方向端部の溶接部Ｗで溶接して連結してなる。

具体的には、前記溶接部Ｗにおける内管１１と外管１２との間に例えば空隙幅ｃが０．５ｍｍの空隙１３を確保して、前記外管１２の外側から内管１１と外管１２を同一の溶接高さで同時にレーザ溶接装置１４によりレーザ溶接される。尚、図中１４ａはレーザ溶接装置１４を構成する集光レンズ、１４ｂは同じくミラー、１４ｃは同じくレーザ発信器であり、１４ｄはレーザ溶接装置１４で励起されたレーザビームである。

前記レーザ溶接に当たっては、図２Ａに示すように、内管１１と外管１２の両方をキーホール型（深溶込み型）の溶融方式を用いて溶接したり、図２Ｂに示すように、内管１１は熱伝導型の溶融方式を用い、外管１２はキーホール型の溶融方式を用いて溶接すると好適である。

即ち、図２Ａに示すように、レーザビーム１４ｄの出力を上げると共に光学系の焦点距離を長焦点距離Ｌ₁としてキーホール型の溶融方式（キーホール部１５ａ，１５ｂ参照）で溶接を行えば、外管１２も内管１１も溶融できて同時溶接が可能となるのである。但し、むやみにレーザビーム１４ｄの出力を上げると、内管１１を溶融する際に内面に溶融金属が飛び散ってスパッタＳが発生し、内管１１の内面に付着したり、異物となるので、この場合は、内管１１の内面側にスパッタＳの回収処理をする手段を設ける必要がある。

一方、図２Ｂに示すように、レーザビーム１４ｄの出力を上げると共に光学系の焦点距離を短焦点距離Ｌ₂（Ｌ₁>Ｌ₂）とすることで、内管１１は熱伝導型の溶融方式（熱伝導溶融部１６参照）を用い、外管１２はキーホール型の溶融方式（キーホール部１５ａ参照）を用いて外管１２と内管１１の同時溶接が可能となる。即ち、内管１１はレーザビーム１４ｄがぼける（パワー密度が低下する）ため、キーホール型ではなく熱伝導型の溶融方式となり、その内面へのスパッタＳ（図２Ａ参照）の発生を抑制することができるのである。

このようにして、本実施例では、レーザビーム１４ｄの出力や光学系の焦点距離の条件を最適化することにより、レーザ溶接装置１４により外管１２の外側から外管１２と内管１１における二重バウンダリを確報した同時溶接がスパッタの飛散を抑制しつつ可能となる。

これにより、細径の二重管１０においても迅速に溶接作業を行えて二重管１０の製作コストを削減できる。

尚、本発明は上記実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で各種変更が可能であることは言うまでもない。例えば、空隙１３は内管１１外面と外管１２内面との両方に溝加工することで形成される例を示したが、何れか一方に溝加工して形成しても良い。また、内管１１と外管１２とが密着した例を示したが、内管と外管とが直接接触しない（組網線やスペーサが挿入される隙間が形成されるか全長に亘って溝が形成される）二重管にも本発明は適用できる。

本発明に係る二重管の継手構造及び方法は、二重バウンダリを確保しつつ迅速に溶接作業を行えて信頼性が高まるので、バウンダリに高い信頼性が求められるような加熱器、蒸気発生器、温水器、冷却器、復水器等のシェル・アンド・チューブ型の熱交換器に用いて好適である。

１０二重管（伝熱管）
１０ａ，１０ｂ二重管構成部材
１１内管
１２外管
１３空隙
１４レーザ溶接装置
１４ａ集光レンズ
１４ｂミラー
１４ｃレーザ発信器
１４ｄレーザビーム
１５ａ，１５ｂキーホール部
１６熱伝導型溶融部
Ｃ空隙幅
Ｌ₁ 長焦点距離
Ｌ₂ 短焦点距離
Ｓスパッタ
ｔ₁内管の肉厚
ｔ₂外管の肉厚
Ｗ溶接部

Claims

内管と外管とを有する複数の二重管構成部材を、軸方向端部の溶接部で溶接して連結する二重管の継手構造において、
前記溶接部における内管と外管との間に空隙を確保して前記外管の外側から内管と外管を同一の溶接高さで同時にレーザ溶接してなることを特徴とする二重管の継手構造。
前記レーザ溶接は、内管と外管の両方をキーホール型の溶融方式を用いてなることを特徴とする請求項１に記載の二重管の継手構造。
前記レーザ溶接は、内管は熱伝導型の溶融方式を用い、外管はキーホール型の溶融方式を用いてなることを特徴とする請求項１に記載の二重管の継手構造。
内管と外管とを有する複数の二重管構成部材を、軸方向端部の溶接部で溶接して連結する二重管の継手方法において、
前記溶接部における内管と外管との間に空隙を設けると共に前記内管と外管を同一の溶接高さとした後、前記外管の外側から前記空隙を確保しつつ内管と外管を同時にレーザ溶接することを特徴とする二重管の継手方法。
前記レーザ溶接として、内管と外管の両方をキーホール型の溶融方式を用いることを特徴とする請求項４に記載の二重管の継手方法。
前記レーザ溶接として、内管は熱伝導型の溶融方式を用い、外管はキーホール型の溶融方式を用いることを特徴とする請求項４に記載の二重管の継手方法。