JP2014226674A

JP2014226674A - 配管溶接方法

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Publication number: JP2014226674A
Application number: JP2013106227A
Authority: JP
Inventors: 靖宏高山; Yasuhiro Takayama
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-12-08
Anticipated expiration: 2033-05-20
Also published as: JP6086026B2

Abstract

【課題】不活性ガスの使用量を低減可能なガスパージ治具を用いた配管溶接方法を提供する。
【解決手段】配管1，2の内部に設置され、配管1，2の溶接部4の内周面側を覆い、不活性ガスが充填されるガスパージ治具3を用いた配管溶接方法であって、配管1，2の外周面側から磁力によってガスパージ治具3を配管1，2の内周面1ａ，2ａに引き寄せる治具支持装置10を配管1，2の外周面1ｂ，2ｂに沿って移動して、ガスパージ治具3を配管1，2の内周面1a，2aに沿って移動させ、配管1，2の溶接部４を順次覆いながら、配管1，2の突き合わせ溶接を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接部の周囲にガスを満たすパージ治具を用いた配管溶接方法に関する。

配管の溶接時に用いられる治具として、溶接部の周囲を覆い、内部に不活性ガスを満たすことが可能なガスパージ治具が知られている。ガスパージ治具を用いることにより、溶接部の周囲のみ不活性ガスを満たし、不活性ガスの使用量を抑えつつ、溶接部の品質を高めることができる。
例えば、特許文献1では、マンホール内の溶接部を覆うように傘状にシートを張るガスパージ治具が用いられている。また、特許文献２では、ガスパージ治具として、突き合わせ溶接する配管の溶接部の前後を封止する栓材が用いられている。

特開2005-205460号公報特開平9-10933号公報

しかしながら、特許文献１において用いられるガスパージ治具は、マンホールの開口部塞ぐ蓋を溶接する際に用いられる治具であって、マンホールの開口部に挿入した筒状のフレームによってシートを支持しており、マンホールの開口部付近を溶接する場合に使用が限定される。
また、特許文献２において用いられるガスパージ治具(栓材)では、配管径が大きい場合には、栓材で封止された配管内の空間の容積が大きく、不活性ガスの使用量を少なくすることが困難である。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、大径の配管を溶接する場合でも不活性ガスの使用量を低減可能なガスパージ治具を用いた配管溶接方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、配管の内部に設置され、前記配管の溶接部の内周面側を覆い、不活性ガスが充填されるガスパージ治具を用いた配管溶接方法であって、前記配管の外周面側から磁力によって前記ガスパージ治具を前記配管の内周面に引き寄せる治具引き寄せ手段を備え、前記治具引き寄せ手段を前記配管の外周面に沿って移動させて、前記ガスパージ治具を前記配管の内周面に沿って移動させ、前記配管の溶接部を順次覆いながら、前記配管の溶接を行うことを特徴とする。

これにより、請求項１の配管溶接方法では、治具引き寄せ手段を配管の外周面に沿って移動させて、ガスパージ治具を配管の内周面に沿って移動させ、配管の溶接部を順次覆いながら配管の溶接を行うことで、比較的小型のガスパージ治具でも配管の内周面側に延びる溶接部を覆いながら、配管の溶接が行われる。

本発明の請求項２に係る発明は、請求項１において、前記ガスパージ治具及び前記治具引き寄せ手段は、少なくとも一方が磁石を有し、他方が前記磁石と引き合う磁石または磁性体を有することを特徴とする

これにより、請求項２の配管溶接方法では、磁石によってガスパージ治具と治具引き寄せ手段とが引き寄せ合い、ガスパージ治具が配管の内周面側に支持され、治具引き寄せ手段を配管の溶接部の外周面側に沿って移動させることで、ガスパージ治具が配管の溶接部の外周面側に沿って移動する。

本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２において、前記配管の溶接は、２つの配管を突き合わせて溶接する突き合わせ溶接であって、前記ガスパージ治具を前記配管の内周面に沿って周方向に移動させて、周方向に延びる溶接部を溶接することを特徴とする。

これにより、請求項３の配管溶接方法では、ガスパージ治具を配管の内周面に沿って周方向に移動させて、周方向に延びる配管の突き合わせ溶接の溶接部を溶接することで、比較的小型のガスパージ治具でも配管の内周面側を周方向に延びる溶接部を覆いながら、配管の突き合わせ溶接が行われる。

本発明に係る配管溶接方法では、比較的小型のガスパージ治具でも配管の内周面側を延びる溶接部を順次覆い、ガスパージ治具内に不活性ガスを充填しつつ配管の溶接が行われることで、少量の不活性ガスの使用でも配管内を延びる溶接部を品質良く溶接することができる。また、ガスパージ治具は、治具引き寄せ手段により、配管の内周面に引き寄せられるので、配管の内周面側でガスパージ治具を容易に支持できるとともに、治具引き寄せ手段の移動によりガスパージ治具も移動させることができ、配管の溶接部の内周面側に沿ってガスパージ治具を容易に移動させることができる。

本発明の第１の実施形態に係る配管溶接方法による配管の溶接状態を示す軸線方向の断面図である。図１に示す配管の溶接状態での軸線方向に垂直な断面図である。本発明の第１の実施形態の配管溶接方法に用いられるガスパージ治具の縁部の構造を示す底面図である。本発明の第２の実施形態の配管溶接方法に用いられるガスパージ治具の構造例を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施形態に係る配管溶接方法による配管１、２の溶接状態を示す軸線方向の断面図である。図２は図１に示す配管１、２の溶接状態での軸線方向に垂直な断面図である。図３は、第１の実施形態の配管溶接方法に用いられるガスパージ治具３の縁部３ａの構造を示す底面図である。

本発明の第１の実施形態に係る配管溶接方法は、例えばボイラの配管１、２を突き合わせ溶接する際に採用される。本実施形態の溶接対象であるボイラの配管１、２は、磁性を有しないステンレス配管であり、比較的大径（例えば内径１ｍ以上）の円筒状の配管である。

図１に示すように、本実施形態では、同径の２本の配管１、２の端部を突き合わせて外周面側からアーク溶接し、１本の直線的な配管にする。配管１、２の溶接部４は、円筒状の配管１、２の端部において周方向に全周に亘って延びる。
本実施形態では、配管１、２の溶接部４の内周面側を覆うガスパージ治具３を使用する。ガスパージ治具３は、椀状に形成されており、円形状の開口部を配管１、２の内周面１ａ、２ａに向け、縁部３ａが内周面１ａ、２ａに接するように設置される。これにより、ガスパージ治具3と配管１、２の内周面１ａ、２ａとの間に閉塞された空間５を形成する。ガスパージ治具３は、鉄等の磁性体で形成されるか、少なくとも縁部３ａに磁性体を備えている。

ガスパージ治具３には、チューブ６の一端部６ａが接続されている。チューブ６は、溶接する二つの配管１、２のうち一方の配管２の開口部７を通して外部に延び、その先端部である他端部６ｂには、二酸化炭素やアルゴンガス等の不活性ガスを貯留しているガスボンベ８が接続されている。そして、ガスボンベ８から不活性ガスをチューブ６を介してガスパージ治具３内の空間５に供給可能となっている。
また、本実施形態では、配管１、２の溶接部４の外周面側を覆うとともに、ガスパージ治具３を支持する治具支持装置１０（治具引き寄せ手段）が使用される。

治具支持装置１０は、ガスパージ治具３の縁部３ａと同等の径である円形状の縁部１０ａを有する椀状に形成され、縁部１０ａが配管１、２の外周面１ｂ、２ｂに接するように配置される。また、治具支持装置１０の中央部には、溶接棒１１が侵入可能であるとともに、溶接部４が確認可能なように開口部１０ｂが設けられている。
また、治具支持装置１０には、椀状の外面から外方に突出する把持部１２が設けられている。

なお、配管１、２を溶接する溶接装置については、上記のように溶接棒１１を使用する手動式でもよいし、溶接ワイヤを繰り出す半自動溶接装置等、各種アーク溶接装置が使用可能である。また、治具支持装置１０の把持部１２は、作業者が把持してもよいし、溶接装置に支持される構造であってもよい。

更に、治具支持装置１０の縁部１０ａには、磁石１３が設けられている。磁石１３は、縁部１０ａの全周に亘って設けられてもよいし、周方向に適宜間隔をおいて、複数設けてもよい。
治具支持装置１０の磁石１３によって、配管１、２の内周面側に配置されたガスパージ治具３の縁部３ａが引き寄せられて支持される。これにより、配管１、２の溶接部４の内周面側と外周面側をガスパージ治具３と治具支持装置１０によって覆う構成になる。

図３に示すように、ガスパージ治具３の縁部３ａには、周方向に互いに離間して複数のボール１５が回転可能に支持されている。配管１、２を介してガスパージ治具３と治具支持装置１０とが磁力によって引き寄せ合っているときに、ガスパージ治具３は、ボール１５のみ配管１、２の内周面１ａ、２ａに接触するように構成されている。したがって、ガスパージ治具３は、配管１、２の内周面１ａ、２aに沿って摩擦を低く抑えた上で移動可能な構成となっている。

次に、上記ガスパージ治具３、治具支持装置１０を用いた配管溶接方法の手順について説明する。
始めに、突き合わせ溶接する２つの配管１、２のいずれか一方の配管１（または２）の溶接部４側の端部近辺に配管１（または２）を挟んでガスパージ治具３を配管１（または２）の内周面側に、治具支持装置１０を外周面側に夫々設置する。このとき、ガスパージ治具３と治具支持装置１０とは、上記のように磁力によって引き合うように、縁部３ａと縁部１０ａとを向かい合わせるように配置する。

次に、２本の配管１、２を突き合わせ、周方向に延びる配管１、２の外周面側の溶接部４の開始位置を覆うように、治具支持装置１０の位置を合わせる。これにより、ガスパージ治具３も配管１、２の内周面側の溶接部４の開始位置を覆うように設置される。

そして、ガスパージ治具３内の空間５に不活性ガスを供給し、空間５内を不活性ガスで満たして溶接を行う。この溶接は、治具支持装置１０を溶接部４に合わせて周方向に移動させながら行ってもよいし、治具支持装置１０内の範囲で溶接してから段階的に治具支持装置１０を移動させて溶接を順次行ってもよい。

このように、ガスパージ治具３と治具支持装置１０とにより溶接部４を覆い、不活性ガスを満たして配管１、２の溶接を行い、治具支持装置１０を全周移動させることで、配管１、２の突き合わせ溶接が完了する。そして、周囲を常に不活性ガスで覆いながらアーク溶接が行われるので、溶接部４の品質を向上させることができる。

また、ガスパージ治具３によって溶接部４の周囲のみ覆うことで、不活性ガスの使用量を低減させることができる。
また、配管１、２の内周面側の溶接部４を覆うガスパージ治具３は、磁力によって配管１、２の外周面側から支持されるので、配管１、２内に作業者が入ってガスパージ治具３を支持する必要がなく、溶接の安全性を高めることができるとともに、容易に溶接を行うことができる。

なお、ガスパージ治具３及び治具支持装置１０の構造は、上記第１の実施形態に限定するものではない。
図４は、本願発明の第２の実施形態の配管溶接方法による配管の溶接状態での軸線方向に垂直な断面図である。

図４に示すように、第２の実施形態では、使用されるガスパージ治具２０及び治具支持装置２１の構造が第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と異なる部分のみ説明する。

第２の実施形態におけるガスパージ治具２０は、第１の実施形態のガスパージ治具３と同形状に形成された本体部２０ａの外面からステー２２が延び、その先端部２２ａが本体部２０ａから離間した位置で配管１（または２）の内周面１ａ（または２ａ）に接触するように形成されている。ステー２２の先端部２２ａは、鉄等の磁性体で形成されるとともに、ボール２３が回転可能に支持されている。

第２の実施形態における治具支持装置２１は、溶接部４の外周面側を覆う本体部２１ａと、磁石１３を備えた支持部２１ｂと、本体部２１ａと支持部２１ｂとを接続するステー２１ｃとによって構成されている。
治具支持装置２１の支持部２１ｂは、本体部２１ａとガスパージ治具２０の本体部２０ａとが向かい合うように配置されたときに、ガスパージ治具２０の先端部２２ａに向かい合うように構成されている。

なお、支持部２１ｂが配管１（または２）の外周面１ｂ（または２ｂ）に接するように配置されたときに、本体部２１ａの縁部２１ｄと配管１（または２）の外周面１ｂ（または２ｂ）とは、若干隙間を有するように設定されている。

以上のような構成により、第２の実施形態では、溶接部４とは離間した位置でステー２２の先端部２２ａと支持部２１ｂとが磁力によって引き合う構成になっている。よって、第１実施形態と同様に、ガスパージ治具２０と治具支持装置２１によって溶接部４の内周面側及び外周面側を覆うとともに、ガスパージ治具２０が配管１（または２）を介して治具支持装置２１に磁力によって支持される。そして、治具支持装置２１を配管１、２の溶接部４に沿って移動させることで、上記第１の実施形態と同様に、ガスパージ治具２０を配管１、２の内周面側の溶接部４に沿って移動させることができ、不活性ガスの使用量を抑えた上で配管１、２の突き合わせ溶接を行うことができる。

なお、以上の第１の実施形態及び第２の実施形態では、治具支持装置１０、２１に磁石１３を設けるとともに、ガスパージ治具３、２０に磁性体を設けて、治具支持装置１０、２１とガスパージ治具３、２０とを互いに引き合わせるようにしているが、ガスパージ治具３、２０に磁石１３を設け、治具支持装置１０、２１に磁性体を設けて引き合わせるようにしてもよい。また、治具支持装置１０、２１とガスパージ治具３、２０との両方に磁石１３を設けてもよく、この場合、治具支持装置１０、２１とガスパージ治具３、２０とが引き合うように極性を考慮して配置すればよい。
本発明は、各種配管の溶接に広く適用することができるが、特に大径の配管の突き合せ溶接時に、不活性ガスの使用量を大幅に抑制することができる。

１、２配管
１ａ、２ａ内周面
１ｂ、２ｂ外周面
３、２０ガスパージ治具
３ａ縁部（磁性体）
４溶接部
１０、２１治具支持装置（治具引き寄せ手段）
１３磁石
２２ａ先端部（磁性体）

Claims

配管の内部に設置され、前記配管の溶接部の内周面を覆い、不活性ガスが充填されるガスパージ治具を用いた配管溶接方法であって、
前記配管の外周面側から磁力によって前記ガスパージ治具を前記配管の内周面に引き寄せる治具引き寄せ手段を前記配管の外周面に沿って移動させて、前記ガスパージ治具を前記配管の内周面に沿って移動させ、前記配管の溶接部を順次覆いながら、前記配管の溶接を行うことを特徴とする配管溶接方法。
前記ガスパージ治具及び前記治具引き寄せ手段は、少なくとも一方が磁石を有し、他方が前記磁石と引き合う磁石または磁性体を有することを特徴とする請求項１に記載の配管溶接方法。
前記配管の溶接は、２つの配管を突き合わせて溶接する突き合わせ溶接であって、
前記ガスパージ治具を前記配管の内周面に沿って周方向に移動させて、周方向に延びる溶接部を溶接することを特徴とする請求項１または２に記載の配管溶接方法。