JP2016022532A - 欠陥補修装置、欠陥補修方法、及び、接合管材 - Google Patents

Abstract

【課題】接合欠陥に対して正確な位置に、容易に溶接装置の位置合わせができ、補修溶接を行うことが可能な欠陥補修装置を提供する。
【解決手段】鋼管１００の内側で鋼管１００の中心軸線Ｏの方向に移動可能な本体部２と、本体部２に設けられてツール痕１１０を検出するセンサ５と、本体部２にセンサ５とは周方向に異なる位置に設けられてツール痕１１０の補修溶接を行う溶接装置６と、センサ５及び溶接装置６を中心軸線Ｏを中心として回転可能に支持する回転駆動部７と、本体部２に対して溶接装置６を鋼管１００の径方向に進退させる第一直動駆動部８と、回転駆動部７を駆動してセンサ５を回転させることでツール痕１１０の中心位置、及び、大きさを特定するセンサ制御部１２と、回転駆動部７及び第一直動駆動部８を駆動して、溶接装置６の位置をツール痕１１０の中心位置及び大きさに基づいて調整する溶接装置制御部１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、管材同士を突き合わせて接合した後に、接合部分の補修溶接を行う欠陥補修装置、欠陥補修方法、及び、欠陥補修方法を用いて製造される接合管材に関する。

例えば、石油等を輸送する際に用いられるパイプラインは、端部に開先加工を行った管材（鋼管）同士を突き合わせ、突き合わせた部分を管材の内面側から摩擦撹拌接合やアーク溶接等を用いて接合することで製造されている。

ところで、このように管材の接合を行った場合には、接合部分に接合欠陥が生じることがある。特に、摩擦撹拌接合を用いた場合には、接合終端部に接合ツールによる穴状のツール痕が形成されるため、このままでは終端部での接合品質が十分ではない。

ここで、特許文献１には、管材の内面に配置したミラーを介して肉盛ビードの反射像をモニタによって確認し、溶接作業中にビード、及びアーク光の異常を発見できる監視装置付きの肉盛溶接装置が開示されている。

特許第４３００６６７号公報

しかしながら、上記の特許文献１に開示された装置では、ビードの異常、即ち、接合欠陥の発見が可能ではあるものの、このような接合欠陥の補修溶接を行う際に、溶接トーチを正確な位置に位置合わせすることが難しい。特に管材が小径である場合には、管材の内側に入って溶接トーチの位置合わせを行うこともできず、接合欠陥の補修溶接を精度よく、効果的に行うことは困難である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、接合欠陥に対して正確な位置に、容易に溶接装置の位置合わせができ、補修溶接を行うことが可能な欠陥補修装置、欠陥補修方法、及び、欠陥補修方法を用いて製造された接合管材を提供する。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
即ち、本発明の一の態様に係る欠陥補修装置は、二つの管材を、これら管材の中心軸線同士が合致するように突き合わせ、突き合わせた部分で該管材の内面から周方向に接合を行った際の接合欠陥を補修する欠陥補修装置であって、前記管材の内側に配されて、前記中心軸線の方向に移動可能な本体部と、前記本体部に設けられ、該本体部の移動によって接合された部分に前記管材の内側で対向するように配されて前記接合欠陥を検出するセンサと、前記本体部に、前記センサとは前記周方向に異なる位置に設けられ、該本体部の移動によって前記接合された部分に前記管材の内側で対向するように配されて前記接合欠陥の補修溶接を行う溶接装置と、前記センサと前記溶接装置とを前記中心軸線を中心として回転可能に支持する回転駆動部と、前記本体部に対して前記溶接装置を前記管材の径方向に進退可能に支持する第一直動駆動部と、前記回転駆動部を駆動して前記センサを回転させることで、前記センサに前記接合欠陥の形状の三次元情報を生成させ、前記接合欠陥の中心位置、及び、大きさを特定するセンサ制御部と、前記回転駆動部を駆動して前記溶接装置を回転させ、該溶接装置の位置を前記接合欠陥の中心位置に基づいて調整するとともに、前記第一直動駆動部を駆動して該溶接装置の位置を前記接合欠陥の大きさに基づいて調整する溶接装置制御部と、を備えることを特徴としている。

このような欠陥補修装置によれば、本体部を管材の内側で移動させて接合欠陥に位置合わせするとともに、まず、センサによって接合欠陥を検出し、この接合欠陥の形状の三次元情報を生成することで接合欠陥の中心位置、大きさを特定する。そして、この接合欠陥の形状の情報を基に、溶接装置によって補修溶接を行うことができる。従って、作業者が管材の内側に入って補修溶接の作業を行う必要はなく、より正確な位置に溶接装置を位置合わせして、自動で、接合欠陥の補修溶接が可能となる。

また、上記の欠陥補修装置は、前記本体部に設けられ、前記溶接装置を前記中心軸線の方向に進退可能に支持する第二直動駆動部をさらに備えていてもよい。

このような第二直動駆動部によれば、本体部の移動によって、接合欠陥の形成位置と同じ中心軸線の方向の位置に溶接装置を配置した後に、溶接装置の中心軸線の方向における位置の微調整を行うことができる。

また、前記溶接装置制御部は、前記接合欠陥の大きさに基づいて、該接合欠陥の前記中心軸線の方向における一端と他端との間で前記第二直動駆動部によって前記溶接装置を往復揺動させつつ、前記接合欠陥の前記周方向における一端から他端に向けて前記回転駆動部によって前記溶接装置を回転させながら、前記溶接装置に補修溶接を行わせてもよい。

このように溶接装置制御部が溶接装置の制御を行うことで、接合欠陥の大きさに基づいてウィービングさせながら、補修溶接を行うことができる。

また、上記の欠陥補修装置は、一対が、互いに前記周方向に前記中心軸線を挟んで対向する位置で前記本体部に設けられ、該本体部から前記管材の径方向外側に突出して該管材の内面に押し付けられることで、前記本体部を前記径方向の所定位置に固定するクランプ部をさらに備えていてもよい。

このようなクランプ部によって、本体部と管材の中心軸線との軸合せを行うことができ、センサ及び溶接装置と管材との位置合わせを、より正確に行うことができる。

また、前記本体部は、着脱可能に前記管材同士の接合を行う接合装置に取り付けられてもよい。

このように本体部が接合装置に取り付けられることで、管材同士の接合と、接合欠陥の検出、接合欠陥の形状の特定及び補修溶接とを、一連の作業で行うことが可能となる。

また、上記の欠陥補修装置は、センサでの接合欠陥の検出を行う際に、事前に前記接合装置による前記接合された部分の終端部を検出し、前記回転駆動部を駆動して、前記センサの前記周方向における位置を、前記終端部に合せるように調整する初期位置制御部をさらに備えていてもよい。

接合の終端部では接合欠陥が生じ易い。このため、この終端部の情報を基にセンサの位置を予め終端部に合わせておくことで、迅速に、終端部に生じた接合欠陥を検出でき、この接合欠陥に対して補修溶接を行うことが可能となる。

さらに、本発明の一の態様に係る欠陥補修方法は、二つの管材を、これら管材の中心軸線同士が合致するように突き合わせ、突き合わせた部分で該管材の内面から周方向に接合を行った際の接合欠陥を補修する欠陥補修方法であって、前記管材同士の接合された部分に該管材の内側で対向するように前記接合欠陥を検出するセンサを配置するセンサ配置工程と、前記センサを前記中心軸線回りに回転させることで、前記接合欠陥の形状の三次元情報を生成し、前記接合欠陥の中心位置、及び、大きさを特定する欠陥特定工程と、前記接合欠陥の補修溶接を行う溶接装置を前記接合欠陥の中心位置、及び大きさに基づいて、該接合欠陥に前記管材の内側で対向するように配置する溶接装置配置工程と、前記接合欠陥に対向して配置された前記溶接装置によって、前記接合欠陥の溶接補修を行う補修工程と、を含むことを特徴としている。

このような欠陥補修方法によれば、センサによる接合欠陥の形状の三次元情報を基に、溶接装置によって補修溶接を行うことができる。従って、作業者が管材の内部に入って補修溶接の作業を行う必要はなく、より正確な位置に溶接装置の位置合わせを行って、自動で、接合欠陥の補修が可能となる。

また、前記補修工程は、前記接合欠陥の大きさに基づいて、該接合欠陥の前記中心軸線の方向における一端と他端との間で前記溶接装置を往復揺動させつつ、前記接合欠陥の前記周方向における一端から他端に向けて前記溶接装置を回転させながら、前記溶接装置に補修溶接を行うウィービング工程を含んでいてもよい。

このようなウィービング工程によって、接合欠陥の大きさに基づいて溶接装置をウィービングさせながら、補修溶接を行うことができる。

また、上記の欠陥補修方法は、前記センサ配置工程の前に、前記接合された部分の終端部を検出し、前記センサの前記周方向における位置を、前記終端部に合せるように調整する初期位置制御工程をさらに含んでいてもよい。

接合の終端部では接合欠陥が生じ易い。このため、この終端部の情報を基にセンサの位置を予め終端部に合わせておくことで、迅速に、終端部に生じた接合欠陥を検出でき、この接合欠陥に対して補修溶接を行うことが可能となる。

さらに、本発明の一の態様に係る接合管材は、上記の欠陥補修方法を用いて製造されることを特徴としている。

このような接合管材では、より正確な位置に溶接装置を位置合わせして、自動で、接合欠陥の補修溶接がなされて製造される。

請求項１の欠陥補修装置によれば、接合欠陥に対して正確な位置に、容易に、溶接装置の位置合わせを行って、補修溶接を行うことが可能である。

請求項２の欠陥補修装置によれば、第二直動駆動部によって、さらに容易に、より正確に、補修溶接を行うことが可能である。

請求項３の欠陥補修装置によれば、ウィービングによって、接合欠陥の補修を十分に行うことが可能となり、接合品質をさらに向上することができる。

請求項４の欠陥補修装置によれば、クランプ部によって、接合欠陥の形状をさらに精度よく特定でき、さらに正確に補修溶接を行うことができる。

請求項５の欠陥補修装置によれば、接合装置に取り付けられることで、管材同士の接合後、迅速に溶接装置の位置合わせを行って、補修溶接を行うことが可能である。

請求項６の欠陥補修装置によれば、迅速に、接合の終端部の接合欠陥に対して補修溶接を行うことで、接合品質をさらに向上することができる。

請求項７の欠陥補修方法によれば、接合欠陥に対して正確な位置に、容易に、溶接装置の位置合わせを行って、補修溶接を行うことが可能である。

請求項８の欠陥補修方法によれば、ウィービング工程を実行することによって、接合欠陥の補修を十分に行うことが可能となり、接合品質をさらに向上することができる。

請求項９の欠陥補修方法によれば、迅速に、接合の終端部の接合欠陥に対して補修溶接を行うことで、接合品質をさらに向上することができる。

請求項１０の接合管材によると、高い接合品質を有するものとすることができる。

本発明の実施形態に係る欠陥補修装置を示す全体側面図であって、摩擦撹拌接合の終了後の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る欠陥補修装置を示す全体側面図であって、ツール痕の補修位置に溶接装置が位置している様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る欠陥補修装置によって補修溶接される接合欠陥を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る欠陥補修装置によって補修溶接される接合欠陥を示す縦断面図であって、（ａ）は補修前の様子を示し、（ｂ）は補修後の様子を示す。 本発明の実施形態に係る欠陥補修装置によって補修溶接される際の処理フローを示す図である。

以下、本実施形態の欠陥補修装置１について説明する。
図１及び図２に示すように、欠陥補修装置１は、二つの鋼管１００（管材）を、これら鋼管１００の中心軸線Ｏ同士が合致するように突き合わせ、突き合わせた部分で鋼管１００の内面１００ａから周方向に接合を行った際の接合欠陥を補修する装置である。

本実施形態では、鋼管１００同士の接合を行う際に、摩擦撹拌接合を用いた場合について説明する。
ここで摩擦撹拌接合とは、先端に突起が形成されたツールを回転させながら被接合材同士の接合部分に押し付け、摩擦熱によって母材を軟化させて塑性流動させることで被接合材同士の接合を行うものである。

このように摩擦撹拌接合を鋼管１００の突合せ接合に適用した場合には、接合部分１０１の終端部にツール痕１１０が形成され、穴があいた状態となる（図３、図４参照）。
そして、本実施形態では、摩擦撹拌接合の接合部分１０１の終端部に形成されるツール痕１１０を接合欠陥として、補修溶接を行う場合について説明を行う。

欠陥補修装置１は、鋼管１００同士の接合を鋼管１００の内面１００ａから行う摩擦撹拌接合装置１２０に、中心軸線Ｏの一方側（図１の紙面に向かって左側）で、着脱可能に取り付けられている。

この欠陥補修装置１は、鋼管１００の内側に配される本体部２と、本体部２を鋼管１００の内側で所定位置に固定するクランプ部３と、本体部２に設けられたセンサ５及び溶接装置６とを備えている。
さらに、この欠陥補修装置１は、センサ５及び溶接装置６を鋼管１００の中心軸線Ｏ回りに回転させる回転駆動部７と、センサ５の位置を制御する初期位置制御部１１、及びセンサ制御部１２と、溶接装置６の位置を制御する溶接装置制御部１３とを備えている。
また、この欠陥補修装置１は、溶接装置６を鋼管１００の径方向に進退可能に支持する第一直動駆動部８と、溶接装置６を鋼管１００の中心軸線Ｏの方向に進退可能に支持する第二直動駆動部９とを備えている。

本体部２は、鋼管１００の内面１００ａ上を転動する車輪を有する走行装置２１と、走行装置２１を支持する筒状の筐体２２と、筐体２２の内部に設けられたアクチュエータ２３とを有している。

筐体２２は、鋼管１００の内側に配された状態で、鋼管１００の中心軸線Ｏの方向に延びる軸Ｏ１を中心とした筒状をなしている。また、この筐体２２には、鋼管１００の内側に配された状態で、筐体２２自身を径方向に貫通する貫通孔２２ａが形成されている。
この貫通孔２２ａは、互いに鋼管１００の周方向に、軸Ｏ１を挟んで対向するように一対が形成されている。

アクチュエータ２３は、シリンダ２５と、シリンダ２５に対して相対的に鋼管１００の中心軸線Ｏの方向に移動可能なピストン２６とを備えている。ピストン２６は、筐体２２の軸Ｏ１と同軸上に、軸Ｏ１の方向に延在している。
またピストン２６の延在方向の中途位置には、筐体２２の径方向の寸法が一部大きく形成された大径部２７が設けられている。大径部２７はブロック状をなし、軸Ｏ１を含む大径部２７の断面を見た場合（図１の紙面に向かって見た場合）、径方向外側を向く面は、軸Ｏ１の方向にシリンダ２５から離間する側に向かって、即ち、中心軸線Ｏ１の一方側に向かって径方向内側に漸次傾斜する傾斜平面２７ａとして形成されている。

なお、アクチュエータ２３には、例えば空気や油等の流体圧を用いたものや、電動のものを使用可能である。

走行装置２１は、筐体２２における軸Ｏ１の方向の両端の位置に一つずつ設けられ、不図示の動力源によって、鋼管１００の内側を中心軸線Ｏの方向に走行可能となっている。

クランプ部３は、筐体２２における一対の貫通孔２２ａに一つずつ挿入されて設置されている。即ち、一対が、互いに鋼管１００の周方向に中心軸線Ｏを挟んで対向する位置で本体部２に設けられている。
より詳しくは、各々のクランプ部３は、貫通孔２２ａに挿入されて筐体２２から径方向外側に突出するように延びる棒状部３１と、棒状部３１の先端となる径方向外側の端部に設けられて鋼管１００の内面１００ａに当接可能な押し付け部３３とを有している。

棒状部３１には、その基端となる径方向内側に、ピストン２６の大径部２７における傾斜平面２７ａに係合する傾斜面３２が形成されている。即ち、この傾斜面３２は、中心軸線Ｏ１の一方側に向かって径方向内側に漸次傾斜する平面として形成されている。

そして、ピストン２６がシリンダ２５から離間する側に移動することで、棒状部３１の傾斜面３２が傾斜平面２７ａ上を中心軸線Ｏの方向の他方側（図１の紙面に向かって左側）に相対的に移動することで、棒状部３１が径方向外側に押され、押し付け部３３が鋼管１００の内面１００ａに押し付けられるようになっている。

ここで、鋼管１００の内面１００ａに押し付け部３３が押し付けられると、筐体２２の軸Ｏ１と鋼管１００の中心軸線Ｏとが一致するようになっている。以下、中心軸線Ｏと軸Ｏ１とが一致しているとして、中心軸線Ｏを基準として説明を行う。

センサ５は、中心軸線Ｏの方向に本体部２が移動することによって、接合部分１０１に鋼管１００の内側で対向するように配置される。そしてセンサ５は、鋼管１００の周方向に直交する平面上に広がるレーザースリット光を接合部分１０１に照射し、センサ制御部１２によって制御されることで、光切断法を用いてツール痕１１０の形状の三次元情報を生成可能となっている。

溶接装置６は、本体部２に、センサ５とは中心軸線Ｏの方向の略同一の位置で、周方向に異なる位置に設けられ、本体部２の移動によって接合部分１０１に鋼管１００の内側で対向するように配されて、ツール痕１１０の補修溶接を行う。
より詳しくは、溶接装置６はＴＩＧ溶接等のアーク溶接を行う装置となっており、図４に示すように、トーチ４１と、溶接棒４２と、溶接棒４２を供給する供給装置４３とを有している。
本実施形態では、溶接装置６におけるトーチ４１は、センサ５とは周方向に１８０度離間した位置に設けられている。

回転駆動部７は、例えばステッピングモータ等であって、中心軸線Ｏ１の一方側で筐体２２に取り付けられ、センサ５と溶接装置６とを中心軸線Ｏ１を中心として回転可能に支持している。

第一直動駆動部８は、回転駆動部７と溶接装置６との間に設けられたアクチュエータであって、筐体２２に対して溶接装置６を鋼管１００の径方向の内外方向に進退可能に支持している。即ち、溶接装置６におけるトーチ４１を接合部分１０１に近接させたり、接合部分１０１から離間させたりすることを可能としている。

第二直動駆動部９は、第一直動駆動部８と溶接装置６との間に設けられたアクチュエータであって、筐体２２に対して溶接装置６を中心軸線Ｏの方向に進退可能に支持している。

初期位置制御部１１は、摩擦撹拌接合装置１２０による接合部分１０１の終端部であるツール痕１１０を検出し、回転駆動部７を駆動して、センサ５の周方向の位置を終端部に合せるように調整する。なお、この初期位置制御部１１は、本体部２に設けられていてもよいし、欠陥補修装置１とは別に設けられ、遠隔操作によって回転駆動部７を駆動するものであってもよい。

センサ制御部１２は、回転駆動部７を駆動して、中心軸線Ｏを中心としてセンサ５を周方向の一方側へ回転させることで、光切断法によってツール痕１１０の形状の三次元情報を生成させ、ツール痕１１０の中心位置、及び、大きさ（半径寸法、深さ）を特定する。なお、このセンサ制御部１２は、本体部２に設けられていてもよいし、欠陥補修装置１とは別に設けられ、遠隔操作によって回転駆動部７を駆動するものであってもよい。

溶接装置制御部１３は、ツール痕１１０の中心軸線Ｏの方向の大きさに基づいて、ツール痕１１０の一端と他端との間で第二直動駆動部９によって溶接装置６を往復揺動させつつ、ツール痕１１０の周方向の一端から他端に向けて回転駆動部７によって溶接装置６を回転させる。そして溶接装置制御部１３は、溶接装置６にこのような動作をさせつつ、補修溶接を行わせる。

次に、図５を参照して、ツール痕１１０の補修溶接を行う欠陥補修方法、及びこの欠陥補修方法を用いて鋼管１００同士を接合して接合管材１３０を製造する方法について説明する。
まず、初期位置制御工程Ｓ１を実行する。即ち、図１に示すように、鋼管１００の摩擦撹拌接合が終了した状態でツール痕１１０の周方向の位置θを初期位置制御部１１で取得し（Ｓ１０１）、回転駆動部７を駆動することで、センサ５を位置θに対応する周方向の位置に配置する（Ｓ１０２）。
なお、位置θに対応する周方向の位置とは、位置θに完全に一致する位置でなくともよい。

ここで、摩擦撹拌接合が行われる際には、クランプ部３は鋼管１００の内面１００ａに押し付けられて、摩擦撹拌接合装置１２０が鋼管１００の内面１００ａに固定された状態となっている。
よって、初期位置制御工程Ｓ１を実行した後に、図１に示すように、押し付け部３３を鋼管１００の内面１００ａから離間させる。即ち、クランプ部３を開放する開放工程Ｓ２を実行する。

その後、センサ配置工程Ｓ３を実行する。即ち、図２に示すように、走行装置２１によって、鋼管１００の内側で本体部２を中心軸線Ｏの方向の他方側へ移動させ（Ｓ１０３）、接合部分１０１の位置にセンサ５を配置する。
走行装置２１による本体部２の移動は、接合部分１０１のツール痕１１０が検出されるまで（ＹＥＳと判断されるまで）継続される（Ｓ１０４）。即ち、ツール痕１１０が検出されずにＮＯと判断された場合には、本体部２の移動が継続される。

そして、ツール痕１１０が検出されると、本体部２の移動を停止し（Ｓ１０５）、クランプ部３を鋼管１００の内面１００ａに押し付けて、本体部２の軸Ｏ１と鋼管１００の中心軸線Ｏとを一致させることで、芯出しを行う（Ｓ１０６）。

この時点で、ツール痕１１０の周方向の位置、及び、中心軸線Ｏの方向の位置と略同一の位置に、センサ５が配置されることになる。

その後、欠陥特定工程Ｓ４を実行する。即ち、センサ制御部１２によって、回転駆動部７としてのステッピングモータを回転させ、ツール痕１１０の中心位置、及び、大きさを特定する。より具体的には、例えば、鋼管１００の内径がφ６００ｍｍ程度、接合ツールの直径がφ２５ｍｍ程度である場合には、センサ配置工程Ｓ３で配置されたセンサ５の周方向の位置を基準として、−２度〜＋２度の範囲で、かつ、０．２度のピッチで、センサ５を中心軸線Ｏを中心として回転させる。そして、ツール痕１１０のエッジの座標（位置）を、ピッチ毎に検出し（Ｓ１０７）、ピッチ毎に検出されたツール痕１１０のエッジの座標から、ツール痕１１０の仮想円の中心位置、及び半径を算出する（Ｓ１０８）。

次に、回転駆動部７を駆動させ、算出されたツール痕１１０の中心位置に、センサ５の位置合わせを行う（Ｓ１０９）。そして、センサ５によってツール痕１１０の中心位置での深さを検出する（Ｓ１１０）。このようにして、光切断法を用いてツール痕１１０の形状の三次元情報を生成する。

その後、溶接装置配置工程Ｓ５を実行する。即ち、溶接装置制御部１３によって、ツール痕１１０の中心位置に基づいて、ツール痕１１０に鋼管１００の内側で対向するように溶接装置６のトーチ４１を配置する。具体的には、回転駆動部７を駆動させることで、トーチ４１がツール痕１１０の中心を向くように中心軸線Ｏ回りに溶接装置６が回転される（Ｓ１１１）。

ここで、第二直動駆動部９としてのアクチュエータを駆動し、ツール痕１１０の中心位置、及び、半径に基づいて、トーチ４１がツール痕１１０の中心を向くように、鋼管１００の中心軸線Ｏの方向に溶接装置６の位置の微調整を行う（Ｓ１１２）。

その後、第一直動駆動部８を駆動して、ツール痕１１０の深さに基づいて、溶接装置６の径方向の位置を調整し、ツール痕１１０を溶接可能な位置に溶接装置６を配置する（Ｓ１１３）。即ち、図４（ａ）に示すように、トーチ４１の先端がツール痕１１０の底に近接するように溶接装置６を配置する。

そして、補修工程Ｓ６を実行し、溶接装置６によってツール痕１１０の補修を行う。具体的には、図４（ｂ）に示すように、ツール痕１１０の所定深さまで溶接を行ってツール痕１１０による穴を埋める（Ｓ１１４、（図４（ｂ）のＡ部））。その後、回転駆動部７を駆動し、トーチ４１を−２度の位置に回転させる（Ｓ１１５）。なお、−２度の位置とは周方向のいずれか一方側へ２度離間する位置を示す。

その後、第二直動駆動部９を駆動して、ツール痕１１０の中心軸線Ｏの方向の寸法に基づいて、トーチ４１をこの寸法の範囲内で往復させつつ、回転駆動部７を駆動して補修工程Ｓ６の開始時点でのトーチ４１の位置を基準に＋２度の位置まで、トーチ４１を中心軸線Ｏ回りに回転させて溶接を行う（図４（ｂ）のＢ部）。即ち、トーチ４１を−２度〜＋２度の４度の範囲で回転移動させつつウィービング溶接を行うウィービング工程Ｓ１１６を実行する。

最後に、回転駆動部７によってセンサ５を回転させて、ツール痕１１０の補修溶接を行った範囲を走査することで、ツール痕１１０の補修溶接後の状況を確認する確認工程Ｓ７を実行し、凹みの有無の確認を行って接合管材１３０が製造される。

このような欠陥補修装置１によると、本体部２を鋼管１００の内側で移動させてツール痕１１０に位置合わせするとともに、まず、センサ５によってツール痕１１０を検出し、このツール痕１１０の形状の三次元情報を生成することでツール痕１１０の中心位置、大きさを特定することができる。

そして、このツール痕１１０の形状の情報を基に、溶接装置６によって補修溶接を行うことができる。従って、作業者が鋼管１００の内側に入って補修溶接の作業を行う必要はなく、より正確な位置に溶接装置６の位置合わせを行って、自動で、ツール痕１１０の補修が可能となる。

さらに、第二直動駆動部９が設けられていることで、本体部２の移動によってツール痕１１０の形成位置と同じ中心軸線Ｏの方向の位置に、溶接装置６のトーチ４１を配置した後に、トーチ４１の中心軸線Ｏ方向における位置の微調整を行うことができる。よって、さらに容易に、より正確にツール痕１１０の補修溶接を行うことが可能である。

また、溶接装置制御部１３が溶接装置６を制御し、ツール痕１１０の大きさに基づいてウィービング工程Ｓ６を実行し、補修溶接を行うことができる。従って、ツール痕１１０全体の穴埋めを行って十分な補修をすることができ、接合品質をさらに向上することができる。

また、クランプ部３によって、予め鋼管１００の中心軸線Ｏと、本体部２の軸Ｏ１とを一致させた状態で、鋼管１００に欠陥補修装置１を固定することができる。即ち、欠陥補修装置１と鋼管１００との軸合せをより正確に行うことができる。従って、センサ５及び溶接装置６の位置合わせを正確に行うことができ、センサ５によってより正確にツール痕１１０の形状の三次元情報を得ることでツール痕１１０の形状を精度よく特定でき、正確に補修溶接を行うことができる。

また、欠陥補修装置１の本体部２は、着脱可能に鋼管１００同士の接合を行う接合装置に取り付けられ、初期位置制御部１１によって接合の終端部の位置θに、センサ５を予め配置することができる。よって、迅速に、ツール痕１１０を検出でき、補修溶接を行うことが可能となる。

このように、本実施形態の欠陥補修装置１によると、接合欠陥としてのツール痕１１０に対して正確な位置に、容易に、溶接装置６の位置合わせを行って補修溶接を行うことが可能である。

以上、本発明の欠陥補修装置の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態で示した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することができる。
上述の実施形態では、接合欠陥として、摩擦撹拌接合の終端部に形成されるツール痕１１０を補修溶接する際に、欠陥補修装置１を用いる場合について説明を行った。しかし例えば、鋼管１００同士を内面１００ａからＭＡＧ溶接することで接合した場合の、溶接欠陥を補修する際に欠陥補修装置１を用いることも可能である。この場合には、センサ５の初期位置制御工程Ｓ１は不要となる。

さらに、センサ５は光切断法を用いてツール痕１１０の形状の三次元情報を生成するようになっているが、センサ５として画像を二方向から検出し、撮像可能な画像センサを用いることで、ツール痕１１０の三次元情報を生成するようにしてもよい。

また、クランプ部３は必須の構成ではない。

また、ウィービング工程Ｓ１１７を実行する際の、回転駆動部７及び第一直動駆動部８の動作範囲は、ツール痕１１０の大きさ、即ち、トーチ４１の径寸法に応じて適宜調整される。即ち、上述した−２度〜＋２度の範囲で溶接装置６が回転される場合に限定されない。

１…欠陥補修装置
２…本体部
３…クランプ部
５…センサ
６…溶接装置
７…回転駆動部
８…第一直動駆動部
９…第二直動駆動部
１１…初期位置制御部
１２…センサ制御部
１３…溶接装置制御部
２１…走行装置
２２…筐体
２２ａ…貫通孔
２３…アクチュエータ
２５…シリンダ
２６…ピストン
２７…大径部
２７ａ…傾斜平面
３１…棒状部
３２…傾斜面
３３…押し付け部
４１…トーチ
４２…溶接棒
４３…供給装置
１００…鋼管（管材）
１００ａ…内面
１０１…接合部分
１１０…ツール痕（接合欠陥）
１２０…摩擦撹拌接合装置
１３０…接合管材
Ｏ…中心軸線
Ｏ１…軸
Ｓ１…初期位置制御工程
Ｓ２…開放工程
Ｓ３…センサ配置工程
Ｓ４…欠陥特定工程
Ｓ５…溶接装置配置工程
Ｓ６…補修工程
Ｓ７…確認工程

Claims (10)

1. 二つの管材を、これら管材の中心軸線同士が合致するように突き合わせ、突き合わせた部分で該管材の内面から周方向に接合を行った際の接合欠陥を補修する欠陥補修装置であって、
   前記管材の内側に配されて、前記中心軸線の方向に移動可能な本体部と、
   前記本体部に設けられ、該本体部の移動によって接合された部分に前記管材の内側で対向するように配されて前記接合欠陥を検出するセンサと、
   前記本体部に、前記センサとは前記周方向に異なる位置に設けられ、該本体部の移動によって前記接合された部分に前記管材の内側で対向するように配されて前記接合欠陥の補修溶接を行う溶接装置と、
   前記センサと前記溶接装置とを前記中心軸線を中心として回転可能に支持する回転駆動部と、
   前記本体部に対して前記溶接装置を前記管材の径方向に進退可能に支持する第一直動駆動部と、
   前記回転駆動部を駆動して前記センサを回転させることで、前記センサに前記接合欠陥の形状の三次元情報を生成させ、前記接合欠陥の中心位置、及び、大きさを特定するセンサ制御部と、
   前記回転駆動部を駆動して前記溶接装置を回転させ、該溶接装置の位置を前記接合欠陥の中心位置に基づいて調整するとともに、前記第一直動駆動部を駆動して該溶接装置の位置を前記接合欠陥の大きさに基づいて調整する溶接装置制御部と、
   を備えることを特徴とする欠陥補修装置。
2. 前記溶接装置を前記中心軸線の方向に進退可能に支持する第二直動駆動部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の欠陥補修装置。
3. 前記溶接装置制御部は、前記接合欠陥の大きさに基づいて、該接合欠陥の前記中心軸線の方向における一端と他端との間で前記第二直動駆動部によって前記溶接装置を往復揺動させつつ、前記接合欠陥の前記周方向における一端から他端に向けて前記回転駆動部によって前記溶接装置を回転させながら、前記溶接装置に補修溶接を行わせることを特徴とする請求項２に記載の欠陥補修装置。
4. 一対が、互いに前記周方向に前記中心軸線を挟んで対向する位置で前記本体部に設けられ、該本体部から前記管材の径方向外側に突出して該管材の内面に押し付けられることで、前記本体部を前記径方向の所定位置に固定するクランプ部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の欠陥補修装置。
5. 前記本体部は、着脱可能に前記管材同士の接合を行う接合装置に取り付けられることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の欠陥補修装置。
6. センサでの接合欠陥の検出を行う際に、事前に前記接合装置による前記接合された部分の終端部を検出し、前記回転駆動部を駆動して、前記センサの前記周方向における位置を、前記終端部に合せるように調整する初期位置制御部をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の欠陥補修装置。
7. 二つの管材を、これら管材の中心軸線同士が合致するように突き合わせ、突き合わせた部分で該管材の内面から周方向に接合を行った際の接合欠陥を補修する欠陥補修方法であって、
   前記管材同士の接合された部分に該管材の内側で対向するように前記接合欠陥を検出するセンサを配置するセンサ配置工程と、
   前記センサを前記中心軸線回りに回転させることで、前記接合欠陥の形状の三次元情報を生成し、前記接合欠陥の中心位置、及び、大きさを特定する欠陥特定工程と、
   前記接合欠陥の補修溶接を行う溶接装置を前記接合欠陥の中心位置、及び大きさに基づいて、該接合欠陥に前記管材の内側で対向するように配置する溶接装置配置工程と、
   前記接合欠陥に対向して配置された前記溶接装置によって、前記接合欠陥の溶接補修を行う補修工程と、
   を含むことを特徴とする欠陥補修方法。
8. 前記補修工程は、前記接合欠陥の大きさに基づいて、該接合欠陥の前記中心軸線の方向における一端と他端との間で前記溶接装置を往復揺動させつつ、前記接合欠陥の前記周方向における一端から他端に向けて前記溶接装置を回転させながら、前記溶接装置に補修溶接を行うウィービング工程を含むことを特徴とする請求項７に記載の欠陥補修方法。
9. 前記センサ配置工程の前に、前記接合された部分の終端部を検出し、前記センサの前記周方向における位置を、前記終端部に合せるように調整する初期位置制御工程をさらに含むことを特徴とする請求項７又は８に記載の欠陥補修方法。
10. 請求項７から９のいずれか一項に記載の欠陥補修方法を用いて製造されることを特徴とする接合管材。

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