JP2016123992A

JP2016123992A - 曲げ配管の製造方法

Info

Publication number: JP2016123992A
Application number: JP2014264808A
Authority: JP
Inventors: 千秋伊藤; Chiaki Ito; 臣吾米本; Shingo Yonemoto; 崇功上月; Takayoshi Kozuki; 政彦赤松; Masahiko Akamatsu
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-07-11

Abstract

【課題】
肉盛溶接が施された曲げ配管の製造にかかる時間を短縮する。
【解決手段】
本発明の一態様に係る曲げ配管の製造方法は、直線状の円管の外周面に螺旋を描くようにして肉盛溶接を行う肉盛溶接工程と、肉盛溶接した円管を曲げる曲げ工程と、とを含み、肉盛溶接工程では、円管の軸方向におけるビードの重なり幅が２〜３ｍｍとなるように肉盛溶接を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、曲げ配管の製造方法に関する。

耐食性を向上させること等を目的として、曲げ配管の外周面に肉盛溶接を行うことがある。この場合、溶接能率や品質を考慮して、肉盛溶接工程は曲げ工程よりも前に行われる。肉盛溶接を行う方法としては、直線状の円管を回転させながら溶接トーチを円管の軸方向に進める方法がある（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、円管の外周面全体に肉盛溶接を行うことができる。

米国特許第６７８１０８３号明細書

ただし、上記の方法で肉盛溶接を行った場合、円管の外周面には螺旋状のビードが形成され、隣接するビードの間には谷間が生じる。この谷間の底とビードの頂部までの距離（以下、「谷間深さ」と称する）が大きいと、曲げ加工時の応力により谷間に欠陥が生じて円管が破損するおそれがある。この欠陥を防ぐには、形成されたビードを再度溶融させて谷間深さを小さくするスムージングの工程を追加する必要がある。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、肉盛溶接が施された曲げ配管の製造にかかる時間を短縮することを目的としている。

本発明の一態様に係る曲げ配管の製造方法は、直線状の円管の外周面に螺旋を描くようにして肉盛溶接を行う肉盛溶接工程と、肉盛溶接した前記円管を曲げる曲げ工程と、とを含み、前記肉盛溶接工程では、前記円管の軸方向におけるビードの重なり幅が２〜３ｍｍとなるように肉盛溶接を行う。

ビードの重なり幅を２ｍｍ以上とすることで、曲げ配管の外周面に欠陥が生じるのを抑えることができ、その結果、スムージングの工程を省略することができる。また、ビードの重なり幅を３ｍｍ以下とすることで肉盛溶接自体にかかる時間を抑えることができる。

よって、上述した曲げ配管の製造方法によれば、肉盛溶接が施された曲げ配管の製造にかかる時間を短縮することができる。

図１は、肉盛溶接装置の概略図である。図２は、図１のII−II矢視断面の概略図である。図３は、ビードの軸方向断面の概略図である。図４は、曲げ工程を説明する図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

＜製造方法＞
本実施形態に係る曲げ配管の製造方法は、肉盛溶接工程と、曲げ工程と、を含んでいる。以下、各工程について順に説明する。

肉盛溶接工程は、直線状の円管の外周面に肉盛溶接を行う工程である。肉盛溶接工程は、図１で示す肉盛溶接装置１００を用いて行われる。具体的には、回転駆動部１０に円管１０１の一端部を取り付けて円管１０１を回転させる。そして、円管１０１を回転させた状態で溶接トーチ１１が設けられた溶接ユニット１２を円管１０１の軸方向（以下、単に「軸方向」と称す）に沿って施工方向（図１では紙面右方）に進行させて、肉盛溶接を行う。これにより、円管１０１の外周面に螺旋を描くようにして肉盛溶接を行うことができ、また、円管１０１の外周面には螺旋状のビード１０２が形成される。

図２は、図１のII−II矢視断面の概略図である。本実施形態の溶接トーチ１１は、タングステン電極１３を有しており、タングステン電極１３の周辺からはシールドガスが噴射される。つまり、本実施形態の肉盛溶接は、いわゆるＴＩＧ溶接あるいはプラズマアーク溶接によって行われる。また、溶接材料供給部１４からは、加熱部１５によって加熱されたワイヤ状の溶接材料１６が溶接箇所に供給される。なお、本実施形態の円管１０１の母材はオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）であり、溶接材料１６は「Alloy625相当」であり、シールドガスはアルゴンガス若しくはアルゴンガスにその他のガスを混合させたガスである。

図３は、円管１０１の外周面に形成されたビード１０２の軸方向断面の概略図である。本実施形態では、ビード１０２の軸方向における幅であるビード幅Ｗが６ｍｍであり、隣接するビード１０２の軸方向における中心間距離である溶接ピッチＰが３〜４ｍｍとなるように肉盛溶接を行う。つまり、本実施形態では、軸方向において隣接するビード１０２の重なり幅Ｌが２〜３ｍｍとなるように肉盛溶接を行う。なお、溶接ピッチＰは、円管１０１の回転速度及び溶接ユニット１２（溶接トーチ１１）の進行速度を調整することにより変更することができる。以上のように重なり幅Ｌが２〜３ｍｍとなるように肉盛溶接を行うことで、曲げ配管の製造時間を短縮することができる。その理由について、詳しくは後述する。

曲げ工程は、肉盛溶接した直線状の円管１０１を曲げる工程であって、肉盛溶接工程よりも後に行われる。本実施形態の曲げ工程では、図４に示すように曲げ部分１０３に熱を加えて円管１０１をＵ字状に曲げる。このときの曲げ半径Ｒは、概ね円管１０１の外径の０．７５倍から１．５倍の範囲である。曲げ工程を行う際、曲げ部分１０３の半径方向外側部分には引張応力が加わり、当該部分に位置するビード１０２間の谷間深さが大きい場合には欠陥が生じるおそれがある。

＜効果について＞
上記のとおり、本実施形態ではビード１０２の重なり幅Ｌを２〜３ｍｍとなるように肉盛溶接を行っているが、以下ではこのことによる効果について説明する。下記の表１は、ビード１０２の重なり幅Ｌが０〜４ｍｍ（溶接ピッチＰが２〜６ｍｍ）のときにおける肉盛溶接後のビード１０２の谷間深さ、曲げ加工後の曲げ部分１０３での表面欠陥の存否、及び、肉盛溶接の施工時間を示している。このときの肉盛溶接後の円管１０１の外径はＤ＝５５．８ｍｍ、曲げ半径はＲ＝６０ｍｍであり、Ｒ／Ｄ≒１．０８であった。なお、表１は、重なり幅Ｌを０〜４ｍｍとする曲げ配管をそれぞれ複数製造し、これにより得た結果である。

表１からわかるように、重なり幅Ｌが小さくなるに従って、谷間深さが大きくなってゆき円管１０１の外表面に欠陥が生じるリスクが高くなっている。実際、重なり幅Ｌが最も小さい０ｍｍのとき、製造した全ての曲げ配管において表面欠陥が発生した。また、重なり幅Ｌが１ｍｍのときには、製造した一部の曲げ配管において表面欠陥が発生した。一方、重なり幅Ｌが２ｍｍ、３ｍｍ、及び４ｍｍのときは、いずれの曲げ配管にも欠陥が生じなかった。つまり、重なり幅Ｌが２ｍｍ以上であれば、曲げ配管の表面に欠陥が生じるおそれがなく、スムージングの工程を省略することができる。

次に、表１の施工時間に着目する。表１の施工時間は、肉盛溶接の作業にかかる時間であって、重なり幅Ｌが２ｍｍのときを１.００として、単純に溶接ピッチＰのみから算出したものである。例えば、溶接ピッチＰが半分であれば、施工時間は２倍かかるとして算出した。前述のとおり重なり幅Ｌが２ｍｍ、３ｍｍ、及び４ｍｍのときは、スムージングの工程が省略可能であるが、このうち重なり幅Ｌが４ｍｍのときは他の重なり幅Ｌのときに比べて極端に施工時間がかかっていることがわかる。つまり、重なり幅Ｌが４ｍｍ以上の場合はスムージングの工程は不要であるものの肉盛溶接の施工自体に時間がかかってしまう結果となる。これに対し、重なり幅Ｌが３ｍｍ及び４ｍｍのときは肉盛溶接の作業自体にかかる時間も抑えることができる。

以上のとおりであるから、ビード１０２の重なり幅Ｌが２〜３ｍｍとなるように肉盛溶接を行うと、スムージングの工程を省略することができ、かつ、肉盛溶接の施工自体の時間も短く抑えることができるため、曲げ配管を製造する時間を全体として短く抑えることができる。

なお、本実施形態では、溶接材料がAlloy625相当である場合の試験結果及び効果について説明したが、溶接材料はこれに限られず他の材料であってもよい。例えば溶接材料は、Ｎｉ基合金であてもよい。この場合でも本実施形態の場合と同様の試験結果及び効果を得ることができる。また、本実施形態では、母材がＳＵＳ３０４である場合の試験結果及び効果について説明したが、母材はこれに限られず、他の材料であってもよい。例えば、母材がＳＵＳ３０４以外のオーステナイト系ステンレス鋼であってもよい。この場合でも本実施形態の場合と同様の試験結果及び効果を得ることができる。

また、本実施形態では、曲げ工程において曲げ部分１０３に熱を加えて円管１０１をＵ字状に曲げる場合について説明したが、曲げ工程はこれに限られない。例えば、曲げ部分１０３に熱を加える熱間曲げではなく、曲げ部分１０３に熱を加えない冷間曲げによって円管１０１を曲げてもよい。また、円管１０１をＵ字状に１８０度曲げるのではなく、例えばＬ字状に９０度曲げる場合など、円管１０１の曲げ角度は特に限定されずいかなる角度であってもよい。

１０１円管
１０２ビード
Ｌ重なり幅

Claims

直線状の円管の外周面に螺旋を描くようにして肉盛溶接を行う肉盛溶接工程と、
肉盛溶接した前記円管を曲げる曲げ工程と、とを含み、
前記肉盛溶接工程では、前記円管の軸方向におけるビードの重なり幅が２〜３ｍｍとなるように肉盛溶接を行う、曲げ配管の製造方法。