JP2018176244A - Pipe joining device and pipe joining method - Google Patents
Pipe joining device and pipe joining method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018176244A JP2018176244A JP2017081940A JP2017081940A JP2018176244A JP 2018176244 A JP2018176244 A JP 2018176244A JP 2017081940 A JP2017081940 A JP 2017081940A JP 2017081940 A JP2017081940 A JP 2017081940A JP 2018176244 A JP2018176244 A JP 2018176244A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pipe
- clamp mechanism
- clamp
- joint
- metal pipe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
本発明は、管同士を突き合わせて接合するための接合装置に関し、特に摩擦攪拌接合により管を接合するための管接合装置及び管接合方法に関する。 The present invention relates to a joining apparatus for butting and joining pipes, and more particularly to a pipe joining apparatus and pipe joining method for joining pipes by friction stir welding.
従来、パイプラインの建設工事では、管同士を軸方向に突き合わせ接合することが行われている。例えば、既に敷設された管に一方の端部が接合され固定されている管(既設管)に、両端が固定されていない管(新設管)を接合している。このとき、突き合わせた管のそれぞれの端部に開先を形成し、管の端部同士の間に所定のギャップをとって保持し、管の外周から、例えばマグ(MAG;Metal Active Gas)溶接等の溶融溶接が行われる。このような溶接を行う際、管を所定の位置に保持し溶接可能な状態に準備する工程と、溶接工程と、溶接する装置を取り外す工程とにより、一つの管の継ぎ手を溶接するために膨大な時間がかかっていた。特に、パイプラインは、比較的厚肉の鋼管が用いられるため、溶接工程に膨大な時間がかかっていた。また、パイプラインの溶接は、屋外で行われるため、作業時の防風対策が必要となり、さらに感電、アーク光、じん肺等の溶接作業者への影響が課題となっていた。 Conventionally, in pipeline construction work, pipes are butt-joined in the axial direction. For example, a pipe (newly installed pipe) whose both ends are not fixed is joined to a pipe (an existing pipe) in which one end is joined and fixed to a pipe already laid. At this time, a groove is formed at each end of the butted tubes, and a predetermined gap is held between the ends of the tubes, and for example, MAG (Metal Active Gas) welding is performed from the outer periphery of the tube. Fusion welding is performed. When performing such welding, the process of holding the pipe in a predetermined position and preparing it in a weldable state, the process of welding, and the process of removing the apparatus to be welded require a large amount of welding to weld one pipe joint. It took a long time. In particular, since a relatively thick steel pipe is used for the pipeline, the welding process took a great deal of time. In addition, since pipeline welding is performed outdoors, it is necessary to take measures against wind during operation, and the influence on welding workers such as electric shock, arc light and pneumoconiosis has been a problem.
一方、マグ溶接などの溶融溶接に比べて容易に金属材同士を接合することができる摩擦攪拌接合(FSW;Friction Stir Welding)が注目されている。摩擦攪拌接合においては、先端面にプローブと呼ばれる円柱状の突起を有する接合ツールを使用する。プローブを接合部に押し付け、接合ツールを中心軸周りに回転させると、プローブと接合部の材料との間に摩擦熱が発生して材料が軟化し、材料中にプローブが埋没する。プローブ周辺の材料は、プローブの回転により塑性流動を起こし、接合線に沿って接合ツールを移動させると、材料が接合される。 On the other hand, friction stir welding (FSW; Friction Stir Welding) which can join metal materials easily compared with fusion welding, such as mug welding, attracts attention. In friction stir welding, a welding tool having a cylindrical projection called a probe on the tip surface is used. When the probe is pressed against the joint and the jointing tool is rotated about the central axis, frictional heat is generated between the probe and the material of the joint to soften the material and the probe is buried in the material. The material around the probe causes plastic flow due to the rotation of the probe, and the material is joined when the joining tool is moved along the joining line.
摩擦攪拌接合により金属管同士を接合するものとしては、例えば、特許文献1に金属管の接合装置として摩擦攪拌接合を利用したものが開示されている。この金属管の接合装置は、接合ツールを備え、接合ツールを金属管の内周面に沿って円周方向に移動させ、2つの金属管を接合させるものであり、金属管の内部に配置され内側から摩擦攪拌接合を行うものである。摩擦攪拌接合により、金属管接合の時間を短縮させ、防風対策も不要となり、接合の際の作業者への影響を低減させることができる。
As what joins metal tubes together by friction stir welding, what utilized friction stir welding as a joining apparatus of a metal tube is disclosed by
しかし、金属管の端部を突き合わせて摩擦攪拌接合を行う際には、その接合部に接合ツールのプローブを埋没させプローブを回転させる。施工条件によっては、接合線前方が口開きをする、いわゆる回転変形が生ずる場合がある。そのため、摩擦攪拌接合時に回転変形が生じ、接合線が開いた場合、施工を継続できないという課題があった。また、摩擦攪拌接合においては、接合部の材料を塑性流動させるため、金属管の端部同士は極力均一に接触させる必要がある。しかし、金属管の端部は、製造の都合上理想的な平面に加工することはできないため、摩擦攪拌接合させるためには、金属管の端部同士を精度良く接触させなければならないという課題があった。また、摩擦攪拌接合は塑性流動により接合するため、金属を溶融させて接合するマグ溶接に比べ管の接合部の食違いに対する許容度が小さい。そのため、摩擦攪拌接合をする場合は、管同士の接合部の食違いを低減させる必要があった。 However, when friction stir welding is performed by butting the ends of the metal tubes, the probe of the welding tool is embedded in the joint and the probe is rotated. Depending on the construction conditions, so-called rotational deformation may occur in which the front of the joint line opens. Therefore, rotational deformation occurs at the time of friction stir welding, and there is a problem that the construction can not be continued when the welding line is opened. In addition, in the case of friction stir welding, in order to cause the material of the joint to plastic flow, it is necessary to make the ends of the metal pipe contact as uniformly as possible. However, since the end of the metal pipe can not be processed into an ideal flat surface for the convenience of production, there is a problem that the ends of the metal pipe must be brought into contact with each other with high accuracy in order to perform friction stir welding. there were. In addition, since friction stir welding is performed by plastic flow, the tolerance for the difference in the joint of the pipe is smaller than that of the mag welding in which the metal is melted and joined. Therefore, in the case of friction stir welding, it was necessary to reduce the difference in the joint between the tubes.
さらには、パイプライン等に用いられる金属管は、安全性を考慮し、比較的厚肉の鋼管が用いられる。このような金属管を摩擦攪拌接合する際には、接合部の材料の塑性流動を起こすために、プローブの回転数を上げ、接合ツールを接合部に押し付ける加圧力も大きくしなければならない。したがって、回転変形を抑えるためにはさらに大きな力によって拘束する必要があるという課題があった。特許文献1に開示されている接合装置では、例えば強度の低い軽金属の管で造られた比較的薄い管においては摩擦攪拌接合が可能であっても、例えばパイプラインに用いられる厚肉の金属管を接合するには限界があった。
Furthermore, in consideration of safety, a relatively thick steel pipe is used as a metal pipe used for a pipeline or the like. In friction stir welding of such metal tubes, in order to cause plastic flow of the material of the joint, it is necessary to increase the number of revolutions of the probe and to increase the pressing force to press the jointing tool against the joint. Therefore, in order to suppress rotational deformation, there is a problem that it is necessary to restrain by a larger force. In the joining apparatus disclosed in
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、比較的厚肉で高強度な材料で構成された管の端部同士を接合する場合であっても、良好な接合を実現できる管接合装置及び管接合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is possible to achieve good bonding even when the ends of tubes made of relatively thick and high-strength materials are joined. An object of the present invention is to provide a pipe joint device and a pipe joint method.
本発明に係る管接合装置は、2つの管の接合部に押し込まれ摩擦攪拌接合するプローブと、前記プローブを先端に備える接合ツールと、前記接合ツールを前記管の中心軸周りに回転させる回転機構と、前記回転機構が設けられた装置本体と、前記装置本体に対し前記管の中心軸に沿った方向に進退自在に構成された軸方向移動部と、を備え、前記装置本体は、一方の前記管を保持する第1クランプ機構を備え、前記軸方向移動部は、他方の前記管を保持する第2クランプ機構を備える。 A pipe joining apparatus according to the present invention comprises a probe that is pushed into a joint of two pipes and is subjected to friction stir welding, a joining tool provided with the probe at its tip, and a rotation mechanism that rotates the joining tool around the central axis of the pipe. And a device body provided with the rotation mechanism, and an axial moving unit configured to be movable back and forth in a direction along the central axis of the pipe with respect to the device body, the device body comprising A first clamp mechanism for holding the tube is provided, and the axial movement unit is provided with a second clamp mechanism for holding the other tube.
また、本発明に係る管接合装置は、2つの管の接合部に押し込まれ摩擦攪拌接合するプローブと、前記プローブを先端に備える接合ツールと、前記接合ツールが設けられた装置本体と、前記接合ツールを前記装置本体の周りに回転させる回転機構と、前記装置本体に対し前記回転機構の中心軸に沿った方向に進退自在に構成された軸方向移動部と、を備え、前記装置本体は、前記回転機構の回転軌道の半径方向に進退自在に構成された第1クランプ機構を備え、前記軸方向移動部は、前記回転機構の回転軌道の半径方向に進退自在に構成された第2クランプ機構を備える。 Further, according to the pipe joint device according to the present invention, a probe which is pushed into a joint portion of two pipes and performs friction stir welding, a bonding tool provided with the probe at the tip, a device main body provided with the bonding tool, and the bonding The apparatus includes: a rotation mechanism configured to rotate a tool around the apparatus body; and an axial movement unit configured to be movable back and forth in a direction along the central axis of the rotation mechanism with respect to the apparatus body. The first clamp mechanism is configured to be movable back and forth in the radial direction of the rotation track of the rotation mechanism, and the second moving mechanism is configured to be movable in the radial direction of the rotation track of the rotation mechanism. Equipped with
また、本発明に係る管接合方法は、管接合装置が備えるプローブを既設管の端面に合わせ、前記管接合装置に設けられた第1クランプ機構を前記既設管の内周面に接触させ前記管接合装置を前記既設管の内部に固定する管接合装置設置工程と、前記管接合装置に設けられた第2クランプ機構を前記既設管と接合する新設管の内部に配置し、前記第2クランプ機構を前記新設管の内周面に接触させ、前記新設管を前記管接合装置に固定する新設管固定工程と、前記第2クランプ機構を前記第1クランプ機構側に移動させ、前記既設管及び前記新設管の端面同士を接触させ荷重を加える接合部加圧工程と、前記既設管の端面と前記新設管の端面とを接触させて形成される接合部に内側から回転した前記プローブを押し込み、前記接合部に沿って前記プローブを移動させ摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合工程と、を備えるものである。 Further, in the pipe joining method according to the present invention, the probe provided in the pipe joining device is aligned with the end face of the existing pipe, and the first clamp mechanism provided in the pipe joining device is brought into contact with the inner circumferential surface of the existing pipe A pipe bonding apparatus installation step of fixing a bonding apparatus inside the existing pipe, and a second clamp mechanism provided in the pipe bonding apparatus disposed inside a new pipe to be connected to the existing pipe, the second clamp mechanism A new pipe fixing step of bringing the new pipe into contact with the inner peripheral surface of the new pipe and fixing the new pipe to the pipe joining device; moving the second clamp mechanism to the first clamp mechanism side; Pressing the probe rotated from the inside into the joint formed by bringing the end face of the new pipe into contact and applying a load, and bringing the end face of the existing pipe and the end face of the new pipe into contact with each other Before along the junction And friction stir welding step of performing friction stir welding by moving the probe, but with a.
本発明によれば、比較的厚肉で高強度な材料により構成された管を摩擦攪拌接合する際において、接合部にプローブを押し込むことにより生じる接合部の開きや接合部の段差を抑え、精度の良い良好な接合を行うことができる。また、管を接続する現地において簡素な設備で管の接合ができる。 According to the present invention, when friction stir welding a tube made of a relatively thick and high-strength material, the opening of the joint and the level difference of the joint caused by pushing the probe into the joint are suppressed, and the accuracy is achieved. Good bonding can be done. In addition, it is possible to join pipes with simple equipment at the site where pipes are connected.
本発明に係る管接合装置は、主に2つの管を摩擦攪拌接合する際に使用するものである。以下に、2つの金属管を接合する場合を一例として、本発明に係る管接合装置の実施の形態を説明する。 The pipe joining apparatus according to the present invention is mainly used in friction stir welding of two pipes. Hereinafter, an embodiment of a pipe joining apparatus according to the present invention will be described by taking the case of joining two metal pipes as an example.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係る管接合装置100を金属管内に設置した状態の模式図である。図1は、端面81、91が突き合わされた金属管80、90の内部に設置された管接合装置100を模式的に表したものである。金属管80、90は、例えば、管軸83、93が水平方向となるように配置されている。ただし、管軸83、93の配置は、水平方向に限定されるものではなく、設置される環境によって金属管80、90の姿勢は適宜変更できる。以下の説明においては、特に、金属管80を既設金属管80、金属管90を新設金属管90として説明する場合がある。既設金属管80は、既に設置された金属管に一方の端部が接合され、固定されている。新設金属管90は、既設金属管80に接合される金属管であり、接合前の状態では両端が固定されていない。なお、金属管80、90は本発明の「管」に相当し、既設金属管80は本発明の「既設管」、新設金属管90は本発明の「新設管」に相当するものである。
FIG. 1: is a schematic diagram of the state which installed the
管接合装置100は、例えば地下に埋設されるパイプラインに用いられる金属管80、90を接合するために使用される。実施の形態1において、金属管80、90は、鋼管が用いられ、管内圧力に対する強度や耐震性を考慮し、例えば板厚10mm以上の比較的厚肉のものが使用されている。
The
管接合装置100は、金属管80、90の内部に設置され、金属管80、90の内部から接合部99を接合するものである。管接合装置100によれば、外部に設置する器具等を必要とせずに金属管80、90を接合できるため、金属管80、90の接合作業時に接合部99の周辺に大きな空間を設ける必要がない。例えば、地中に埋設されるパイプラインの接合において、接合部99の周辺のみを広く掘削して作業空間を確保する必要がなく、パイプラインの敷設に掛かる作業時間を減少させることができる。
The
管接合装置100は、接合ツール40が設けられた装置本体70を備える。接合ツール40は、先端部にプローブ41を備える。プローブ41は、高速で回転し接合部99に押し込まれ、接合部99を構成する材料とプローブ41との摩擦熱を利用して接合するものである。装置本体70には、回転機構74が設けられている。回転機構74は、接合ツール40を装置本体70の周りに回転させるものである。回転機構74を装置本体70の周りに回転させることにより、接合ツール40に備えられたプローブ41は、接合部99に押し込まれた状態で接合部99に沿って移動する。プローブ41を金属管80、90の円周方向に接合部99に沿って一周回転させることにより、接合部99は摩擦攪拌接合により接合される。
The
装置本体70は、金属管80の内周面82に接触するローラー50及び金属管80の内周面82に荷重をかけるように構成されている第3クランプ機構30を備える。ローラー50は、金属管80の内径に合わせて装置本体70から外側に突出して設けられている。ローラー50が金属管80の内周面82に接触し、転動することにより、装置本体70は、金属管80の内部を管軸83に沿った方向に容易に移動することができる。第3クランプ機構30は、装置本体70から外側に向かってクランプヘッド31が進退自在に構成されている。クランプヘッド31を金属管80の内周面82に押し付けることにより、装置本体70を金属管80の内部に固定することができる。
The
また、装置本体70は、接合ツール40の近傍に第1クランプ機構10を備える。第1クランプ機構10は、金属管80の接合される端面81に可能な限り近い位置に設けられるのが望ましい。第1クランプ機構10は、装置本体70から外側に突出し進退自在なクランプヘッド11を備える。更に言うと、クランプヘッド11は、回転機構74の回転軌道の半径方向に向かって進退自在に構成されている。クランプヘッド11は、装置本体70を中心として円周方向に均等に配置されている。第1クランプ機構10は、クランプヘッド11を金属管80の内周面82に押し付け、装置本体70を金属管80の内部に固定するものである。望ましくは、第1クランプ機構10は、回転機構74の回転中心と金属管80の管軸83が一致する様に装置本体70を固定する。また、クランプヘッド11は、金属管80の端面81に近い位置の内周面82に接触させ、金属管80の内周面82に荷重を加えることにより、金属管80の接合される端部の形状を矯正する。この金属管80の端部の形状矯正工程については後述する。
In addition, the device
管接合装置100は、装置本体70から金属管80の管軸83に沿った方向に進退自在な軸方向移動部71を有する。換言すると、軸方向移動部71は、装置本体70に対し、回転機構74の回転中心軸に沿った方向に移動自在に構成されている。
The
軸方向移動部71は、第2クランプ機構20を備える。第2クランプ機構20は、軸方向移動部71から外側に突出し進退自在なクランプヘッド21を備える。更に言うと、クランプヘッド21は、回転機構74の回転軌道の半径方向に向かって進退自在に構成されている。クランプヘッド21は、クランプヘッド21を金属管90の内周面92に押し付け、軸方向移動部71に対し金属管90を固定するものである。軸方向移動部71は、第2クランプ機構20に金属管90を固定したまま、第2クランプ機構20を第1クランプ機構10に近づく方向に移動させることができる。管接合装置100は、図示しない駆動部を備え、駆動部は、軸方向移動部71を第2クランプ機構20が第1クランプ機構10に近づけたり遠ざけたりするように移動させる。また、図1に示されるように、金属管80の端面81と金属管90の端面91とが接触した状態においては、駆動部は、端面同士を押し付ける方向に荷重をかけられるように、装置本体70に軸方向移動部71を引きつける方向に荷重を発生させる。なお、第2クランプ機構20もクランプヘッド21を金属管90の端面91に近い位置の内周面92に接触させ、金属管90の内周面92に荷重を加えることにより、金属管90の接合される端部の形状を矯正する。
The axial moving
第2クランプ機構20が第1クランプ機構10に近づく側に移動し、金属管80の端面81と金属管90の端面91とが接触して端面81と端面91との間に互いに押し付けあう荷重がかかっているときには、第2クランプ機構20の中心が、第1クランプ機構10の中心軸と同軸上に位置する様に構成されているのが望ましい。また、第2クランプ機構20の中心軸と第1クランプ機構の中心軸とが同軸上に位置する様に構成されていてもよい。例えば、装置本体70に軸方向移動部71の移動を支持する案内を備え、軸方向移動部71が第1クランプ機構10の中心軸に対しに平行に移動するように構成されている。
The
管接合装置100の金属管90側には管接合装置100を駆動するための電源等を供給するためのケーブル72が接続されている。ケーブル72は、軸方向移動部71側から金属管90の他方の端部に向かって延び、外部に引き出されている。
A
次に、金属管80、90の端部の形状矯正について説明する。
図2は、図1のA−A断面を示す模式図である。第1クランプ機構10は、ロッド12の先端に取り付けられたクランプヘッド11を、金属管80の内周面82に接触させ、荷重を加えるものである。クランプヘッド11の外周面は、円筒面を任意の数に分割した形状になっている。実施の形態1においては、クランプヘッド11の外周面は、金属管80の内周面82と同じ半径の円筒面を12分割した形状になっている。第1クランプ機構10は、例えば油圧などによりクランプヘッド11を金属管80の内周面に向かって押し付け、内周面82の全周にわたって均一に荷重をかける。なお、第2クランプ機構20も図2に示される第1クランプ機構10の構造と同様に構成されている。すなわち、図1のB−B断面も図2と同様である。
Next, shape correction of the ends of the
FIG. 2: is a schematic diagram which shows the AA cross section of FIG. The
図3は、クランプヘッド11と金属管80との接触部の模式図である。図3は、管軸に沿った方向から金属管80の端面81の一部を見た状態の図である。図3(a)は、第1クランプ機構10が金属管80の内周面82に接触する前の状態を示している。図3(b)は、第1クランプ機構10のクランプヘッド11が内周面82に接触した状態、図3(c)は、クランプヘッド11から内周面82に荷重がかかり、内周面82の形状が矯正された状態を示す。
FIG. 3 is a schematic view of the contact portion between the
金属管80は、例えば溶接鋼管が用いられる。溶接鋼管は、製造都合上、断面形状が真円に形成されず、内周面82が真円に対し突出している部分と凹んでいる部分とがある。溶接鋼管は、鋼帯を幅方向に円形に変形させ、鋼帯幅方向の端部同士を溶接して形成される。そのため、溶接部の残留応力等の影響等による変形を除去するために溶接鋼管は形状が矯正される。その矯正に用いられる治具の形状により、金属管80の内周面82を詳細に見ると、例えば多角形状にゆがんでいる。
The
図3(a)に示されるような断面形状のまま金属管80と金属管90とを接合した場合、接合部99の内周面及び外周面に段差(食違い)が生じる。接合部99の内周面及び外周面に段差が生じたまま接合すると、金属管80、90の管板厚方向の接合深さ(のど厚)が不均一になり金属管80、90の円周方向の位置によって接合強度にばらつきが生じる。また、接合後に残った段差を起点にして接合した金属管80、90の破損などのおそれがある。従って、実施の形態1に係る管接合装置100のように、金属管80及び金属管90の端部の円筒形状を矯正しつつ、接合部99を摩擦攪拌接合することにより、接合部99に生じる食違いを抑え、良好な継手品質を確保することができる。
When the
図3に示されるように、クランプヘッド11の外周面13は、円筒面を円周方向に任意の数で分割した形状になっている。実施の形態1においては、外周面13は、金属管80の内径と等しい円筒面になるように形成されている。図3(b)に示されるように、クランプヘッド11の外周面13が金属管80の内周面82に接触した状態で内周面82に荷重がかけられていない状態では、クランプヘッド11の外周面13と金属管80の内周面82との間には、接触部84と隙間部85とが形成されている。ここで、第1クランプ機構10は、油圧等の力でクランプヘッド11を金属管80の内周面82に押し付けていく。クランプヘッド11は、金属管80よりも剛性が高く構成されているため、金属管80の内周面82は、次第にクランプヘッド11の外周面13に倣い形状が矯正される。
As shown in FIG. 3, the outer peripheral surface 13 of the
図2に示されるように、クランプヘッド11は、金属管80の内周面82に沿って全周にわたって極力隙間なく複数のクランプヘッド11が並んでいるのが望ましいが、この形態だけに限定されるものではない。各クランプヘッド11は、隣合ったクランプヘッド11との間に所定の間隔を置いて設置されていても良い。また、図2においては、クランプヘッド11は、円周方向に12等分に配置されているが、この分割数も適宜設定できる。
As shown in FIG. 2, the
なお、第2クランプ機構20も第1クランプ機構10と同様に構成されており、金属管90の端部の形状がクランプヘッド21の外周面23に倣い矯正される。
The
図4〜図8は、実施の形態1に係る管接合装置100を使用した金属管接合方法の説明図である。図4〜図8を用いて、実施の形態1に係る管接合装置100を使用した金属管接合方法について説明する。
4-8 is explanatory drawing of the metal pipe joining method which uses the
図4に示されるように、まず管接合装置100は、既設金属管80の内部に設置される。既設金属管80は、図4に示されている一方の端面81を新設金属管90の端面91に突き合わせることにより接合部99を形成する。既設金属管80の図示されていない他方の端面は、他の金属管に接合されている。
As shown in FIG. 4, first, the
管接合装置100は、装置本体70から外側に突出して設置されるローラー50を備えているため、既設金属管80内部において内周面82にローラー50が接し転動することによって、管軸に沿った方向に移動自在である。このとき、管接合装置100は、プローブ41の先端が既設金属管80の端面81と管軸方向における位置が合うように調節される。
Since the
プローブ41の先端が適正な位置に配置されたところで、装置本体70に設けられている第3クランプ機構30を既設金属管80の内周面82に接触させ荷重を加える。これにより、装置本体70は、既設金属管80の内周面82に固定される。新設金属管90は、既設金属管80の端面81から突出している軸方向移動部71を端面91側から挿入され、新設金属管90の端面91が既設金属管80の端面81に対向する様に配置されている。新設金属管90は、設置される環境に応じて、例えば、吊り下げた状態で支持したり、又は台の上に支持されるなどして、移動自在に支持されている。
When the tip of the
図5に示されるように、装置本体70が適正な位置に固定されたところで、第1クランプ機構10を作動させる。第1クランプ機構10は、クランプヘッド11を既設金属管80の内周面82に接触させ荷重をかける。第1クランプ機構10が内周面82を押す荷重は、例えば第3クランプ機構30が内周面82を押す荷重よりも高く設定されており、これにより、第1クランプ機構10の中心が既設金属管80の管軸83上に位置する様に管接合装置100が位置決めされる。管接合装置100が位置決めされると同時に、既設金属管80の内周面82は、クランプヘッド11の外周面13に沿って形状が矯正される。図4及び図5に示される管接合装置100を既設金属管80内に設置する工程を管接合装置設置工程と呼ぶ。
As shown in FIG. 5, the
なお、管接合装置設置工程において、第1クランプ機構10が作動しクランプヘッド11から内周面82に荷重がかかったら、第3クランプ機構30はクランプを解除しても良い。または、クランプヘッド11から内周面82に荷重をかける直前に第3クランプ機構30は荷重を解除しても良い。また、管接合装置100は、装置本体70に第3クランプ機構30を設けずに第1クランプ機構10を設けても良い。第1クランプ機構10は、既設金属管80の端部の形状を矯正するとともに、既設金属管80と装置本体70との位置決めを行うことができれば、ローラー50及び第3クランプ機構30は、実施の形態1に示された形態に限定されず、その他の形態をとることができる。
The
次に、新設金属管90を管接合装置100に固定する。この工程を、新設金属管固定工程と呼ぶ。図6に示されるように、軸方向移動部71に設けられた第2クランプ機構20を作動させる。第2クランプ機構20も、第1クランプ機構10と同様な構造になっており、クランプヘッド21を新設金属管90の内周面92に接触させ荷重を加える。新設金属管90は、例えば吊り下げられて支持されており、移動自在に支持されている。そのため、クランプヘッド21が内周面92に接触し荷重が加えられることにより、第2クランプ機構20の中心は新設金属管90の管軸93上に来るように新設金属管90の位置が決まる。新設金属管90の位置が決まると同時に、新設金属管90の内周面92は、クランプヘッド21の外周面23に沿って形状が矯正される。
Next, the
管接合装置100に対する新設金属管90の位置が決まると、既設金属管80の端面81と新設金属管90の端面91とを接触させる。この工程を、接合部加圧工程と呼ぶ。図7に示されるように、管接合装置100は、駆動部により軸方向移動部71を駆動し、第2クランプ機構20を第1クランプ機構10に近づける方向に移動させる。すると、既設金属管80の端面81と新設金属管90の端面91とが接触するが、駆動部は、端面81と端面91とが接触しても軸方向移動部71を駆動しつづけ、所定の荷重で端面81と端面91とを互いに加圧させる。
When the position of the
次に、既設金属管80の端面81と新設金属管90の端面91とを押し付けたまま、摩擦攪拌接合を行う。この工程を摩擦攪拌接合工程と呼ぶ。図8に示されるように、接合ツール40は、プローブ41を金属管80、90の内側から外側に向けて移動させ、プローブ41をプローブ41の中心軸周りに高速回転させると共に、プローブ41を接合部99に押し込む。このとき、図8に示されるように、接合部99は、プローブ41を押し込まれた位置において、接合部99を開く方向に荷重がかかる。つまり、図8に示される矢印1の方向に荷重がかかる。既設金属管80は、既に他の金属管に接合されているため、固定されているが、新設金属管90は、自由に移動できる状態であるため、図8に示される矢印2の方向に倒れるように移動しようとする。
Next, friction stir welding is performed while pressing the
しかし、既設金属管80と新設金属管90とは、第1クランプ機構10及び第2クランプ機構20により円周方向に固定され、更に軸方向移動部71と装置本体70との間に第2クランプ機構20を第1クランプ機構10に近づける方向に荷重がかけられている。従って、接合部99に沿ってプローブ41が移動して接合部99を開く方向に荷重がかかったとしても、既設金属管80と新設金属管90とは端面81と端面91とを押し付け合ったまま保持される。これにより、既設金属管80と新設金属管90とは、端面81と端面91とを突き合わせた当初の位置関係のまま、摩擦攪拌接合される。
However, the existing
接合ツール40は、プローブ41を接合部99に押し込んだままの状態で、回転機構74により接合部99に沿って金属管80、90の円周方向に一周回転する。これにより、接合部99は、摩擦攪拌接合により接合される。回転機構74の回転中心は、例えば第1クランプ機構10の中心と第2クランプ機構20の中心とを結んだ仮想線上に位置する様に構成されているのが望ましい。この構成により、プローブ41は、金属管80、90の内周面82、92に沿って接合部99への押し込み量を変動させることなく移動することができる。
The
<作用効果>
上記のように、管接合装置100は、金属管80、90内に設置され、管内から接合部99を摩擦攪拌接合するものである。これにより、接合部99周辺の外周側の領域に装置等を配置することなく2つの管の接合が可能となり、例えば地中に埋設される管においては掘削する範囲を削減することができる。また、管接合装置100は、金属管80を第1クランプ機構10に固定し、金属管90を第2クランプ機構20に固定することにより、金属管80の管軸83と金属管90の管軸93とを同軸上に位置する様に位置決めすることができる。これにより、金属管80と金属管90とを位置決めする支持構造を金属管80、90の周囲に設置する必要がない。また、金属管80、90の内周面82、92を用いて位置決めするため、接合部99を形成する金属管80の端面81と金属管90の端面91とを精度良く突き合わせることができる。さらに、第1クランプ機構10のクランプヘッド11は、金属管80の内周面82に接触し荷重をかけることにより、金属管80の端部の断面形状が真円に近づくように矯正される。第2クランプ機構20のクランプヘッド21も同様に金属管90の端部の断面形状を矯正する。これにより、金属管80と金属管90との接合部99は、段差を抑えることができ、管板厚方向の接合深さ(のど厚)のばらつきも抑えられ良好な継手品質を確保することができる。
<Function effect>
As described above, the
金属管80の端面81と金属管90の端面91とを突き合わせるにあたり、軸方向移動部71を装置本体70側に移動させる。軸方向移動部71の移動により、第2クランプ機構20は、第1クランプ機構10側に近づき、端面81と端面91とが接触する。端面81と端面91とが接触した後も、軸方向移動部71は装置本体70側に移動するように駆動され、端面81と端面91とは互いに加圧された状態に保持される。これにより、接合部99にプローブ41が押し込まれた際の接合部99を開こうとする向きの荷重に対向することができ、金属管80と金属管90とは、端面81と端面91との接触状態を保持しながら摩擦攪拌接合することができる。特に、パイプライン等において使用される比較的厚肉の鋼管を接合する際には、プローブ41の押し込み荷重も高くなるため、接合部99を開く力は大きくなるが、管接合装置100を使用することにより、端面81と端面91との接触状態を保持が可能となる。なお、実施の形態1においては、金属管80、90を一例として説明したが、管の材質は金属のみに限定するものではない。
When the
実施の形態2.
実施の形態2は、実施の形態1の管接合装置100を用いた金属管80、90の接合方法に対し、さらにクランプバンド60を用いて金属管80、90を接合するものである。以下、実施の形態2について、実施の形態1からの変更点を中心に説明する。実施の形態2で特に記述しない項目については実施の形態1と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。
Second Embodiment
In the second embodiment, in addition to the method of joining the
図9及び図10は、本発明の実施の形態2に係る管接合装置100を使用した金属管接合方法の説明図である。図11は、図9及び図10のクランプバンド60を管軸83、93方向から見た状態の図である。図9は、図7に対しクランプバンド60を金属管80、90の外面に追加したものである。図10は、図8に対しクランプバンド60を金属管80、90の外面に追加して設置したものである。
FIG.9 and FIG.10 is explanatory drawing of the metal pipe joining method which uses the
図9に示されるように、管接合装置100に対する新設金属管90の位置が決まり、既設金属管80の端面81と新設金属管90の端面91とを接触させる接合部加圧工程が完了したところで、接合部99の外周にクランプバンド60が取り付けられる。クランプバンド60は、既設金属管80が第1クランプ機構10により加圧されている部分及び新設金属管90が第2クランプ機構20により加圧されている部分の管の外周面を囲う様に設けられている。なお、クランプバンド60の取り付けは、接合部加圧工程が完了する前に行っても良い。
As shown in FIG. 9, the position of the
図11に示されるように、クランプバンド60は、円筒を中心軸に沿って分割されたものを組み合わせて構成されている。実施の形態2においては、クランプバンド60は、2分割されたバンド部品61、62を組み合わせて構成されているが、更に多数に分割されていても良い。一方のバンド部品61は、両端部に、平面部を中心軸に平行にして設けられた平板部63を有している。他方のバンド部品62も、一方のバンド部品61と同様に構成されている。バンド部品61、62は、平板部63と平板部64との平面部を接触させて、固定部材65により固定されている。
As shown in FIG. 11, the
図12は、図9の接合部99周辺の拡大図である。図12において接合ツール40は表示を省略している。クランプバンド60は、内周面66、67を既設金属管80及び新設金属管90の外周面に接する程度、又は微小な隙間を持って取り付けられる。クランプバンド60の内周面66、67の内径寸法は、例えば既設金属管80及び新設金属管90の外径寸法に対し微小に大きくなるように設定されている。このように設定されることにより、図12(a)のように食違いが生じている接合部99を、図12(b)に示されるように、クランプバンドを設置した状態で、クランプで荷重をかけることにより食違いを矯正することができる。クランプバンド60は、円筒形状を中心軸に沿って2分割したバンド部品61、62から構成されており、平板部63と平板部64とを固定部材65を締め付けて接続して使用する。
FIG. 12 is an enlarged view of the vicinity of the joint 99 of FIG. The
<作用効果>
既設金属管80及び新設金属管90は、接合部99の外周側にクランプバンド60が設置されたまま接合部99にプローブ41が押し込まれ、摩擦攪拌接合が行われる。既設金属管80及び新設金属管90は、内周側から第1クランプ機構10及び第2クランプ機構20により形状が矯正され、さらに外周側からクランプバンド60で囲われている。クランプバンド60は、内周側から第1クランプ機構10及び第2クランプ機構20により加圧され径方向に拡大しようとする既設金属管80及び新設金属管90を所定の範囲内に抑える役割を果たす。さらには、既設金属管80及び新設金属管90には内周側及び内周側から加圧されるため、プローブ41が接合部99に押し込まれ接合部99を開こうとする力が掛かっても、接合部99は、接触した状態を維持することができる。つまり、図11に示される矢印2の方向に倒れるように移動しようとする新設金属管90を当初の位置に保持することができる。
<Function effect>
In the existing
1 矢印、2 矢印、10 第1クランプ機構、11 クランプヘッド、12 ロッド、13 外周面、20 第2クランプ機構、21 クランプヘッド、23 外周面、30 第3クランプ機構、31 クランプヘッド、40 接合ツール、41 プローブ、50 ローラー、60 クランプバンド、61 バンド部品、62 バンド部品、63 平板部、64 平板部、65 固定部材、66 内周面、67 内周面、70 装置本体、71 軸方向移動部、72 ケーブル、74 回転機構、80 (既設)金属管、81 端面、82 内周面、83 管軸、84 接触部、85 隙間部、90 (新設)金属管、91 端面、92 内周面、93 管軸、99 接合部、100 管接合装置。
<作用効果>
既設金属管80及び新設金属管90は、接合部99の外周側にクランプバンド60が設置されたまま接合部99にプローブ41が押し込まれ、摩擦攪拌接合が行われる。既設金属管80及び新設金属管90は、内周側から第1クランプ機構10及び第2クランプ機構20により形状が矯正され、さらに外周側からクランプバンド60で囲われている。クランプバンド60は、内周側から第1クランプ機構10及び第2クランプ機構20により加圧され径方向に拡大しようとする既設金属管80及び新設金属管90を所定の範囲内に抑える役割を果たす。さらには、既設金属管80及び新設金属管90には内周側及び内周側から加圧されるため、プローブ41が接合部99に押し込まれ接合部99を開こうとする力が掛かっても、接合部99は、接触した状態を維持することができる。つまり、図10に示される矢印2の方向に倒れるように移動しようとする新設金属管90を当初の位置に保持することができる。
<Function effect>
In the existing
Claims (14)
前記プローブを先端に備える接合ツールと、
前記接合ツールを前記管の中心軸周りに回転させる回転機構と、
前記回転機構が設けられた装置本体と、
前記装置本体に対し前記管の中心軸に沿った方向に進退自在に構成された軸方向移動部と、を備え、
前記装置本体は、
一方の前記管を保持する第1クランプ機構を備え、
前記軸方向移動部は、
他方の前記管を保持する第2クランプ機構を備える、管接合装置。 A probe that is pushed into the joint of two tubes and friction stir welded;
A welding tool provided with the probe at its tip;
A rotation mechanism for rotating the welding tool around a central axis of the pipe;
An apparatus body provided with the rotation mechanism;
An axial moving unit configured to be movable back and forth in a direction along the central axis of the pipe with respect to the apparatus main body;
The device body is
A first clamp mechanism for holding one of the tubes;
The axial moving unit is
A pipe joining apparatus comprising a second clamp mechanism for holding the other of the pipes.
前記プローブを先端に備える接合ツールと、
前記接合ツールが設けられた装置本体と、
前記接合ツールを前記装置本体の周りに回転させる回転機構と、
前記装置本体に対し前記回転機構の中心軸に沿った方向に進退自在に構成された軸方向移動部と、を備え、
前記装置本体は、
前記回転機構の回転軌道の半径方向に進退自在に構成された第1クランプ機構を備え、
前記軸方向移動部は、
前記回転機構の回転軌道の半径方向に進退自在に構成された第2クランプ機構を備える、管接合装置。 A probe that is pushed into the joint of two tubes and friction stir welded;
A welding tool provided with the probe at its tip;
An apparatus body provided with the welding tool;
A rotation mechanism for rotating the welding tool around the device body;
An axial movement unit configured to be movable back and forth in a direction along the central axis of the rotation mechanism with respect to the apparatus main body;
The device body is
A first clamp mechanism configured to be movable forward and backward in a radial direction of a rotation path of the rotation mechanism;
The axial moving unit is
A pipe joining apparatus, comprising: a second clamp mechanism configured to be movable back and forth in a radial direction of a rotation track of the rotation mechanism.
前記第2クランプ機構が前記第1クランプ機構に近づく方向に移動する、請求項1又は2に記載の管接合装置。 The axial moving unit is
The pipe joint device according to claim 1, wherein the second clamp mechanism moves in a direction approaching the first clamp mechanism.
前記回転機構の回転軌道の半径方向に進退自在なクランプヘッドを備え、
前記クランプヘッドは、
前記管の端部における内周面に荷重を加え、前記端部の形状を当該クランプヘッドの外周面に沿った形状に矯正する、請求項1〜4の何れか1項に記載の管接合装置。 The first clamp mechanism and the second clamp mechanism are
And a clamp head which is movable back and forth in the radial direction of the rotation path of the rotation mechanism,
The clamp head is
The pipe joint device according to any one of claims 1 to 4, wherein a load is applied to the inner peripheral surface at the end of the pipe, and the shape of the end is corrected to a shape along the outer peripheral surface of the clamp head. .
複数の前記クランプヘッドを備え、
前記クランプヘッドの外周面は、
円筒面を該円筒面の円周方向に任意の数で分割した形状に形成され、前記管の前記内周面に荷重を加える、請求項5に記載の管接合装置。 The first clamp mechanism and the second clamp mechanism are
Comprising a plurality of said clamp heads,
The outer peripheral surface of the clamp head is
The pipe joint device according to claim 5, wherein a cylindrical surface is formed in a shape divided in an arbitrary number in a circumferential direction of the cylindrical surface, and a load is applied to the inner peripheral surface of the pipe.
当該装置本体を一方の前記管の内部に固定する第3クランプ機構を更に備える、請求項1〜6の何れか1項に記載の管接合装置。 The device body is
The pipe joint device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a third clamp mechanism that fixes the device body inside one of the tubes.
当該装置本体から外側に突出して設けられ当該装置本体を前記管の前記内周面に沿って案内するローラーを備える、請求項1〜7の何れか1項に記載の管接合装置。 The device body is
The pipe joint device according to any one of claims 1 to 7, further comprising a roller provided to project outward from the device body and guiding the device body along the inner circumferential surface of the tube.
前記第1クランプ機構の中心軸と同軸上に配置される、請求項1〜8の何れか1項に記載の管接合装置。 The center of the second clamp mechanism is
The pipe joint device according to any one of claims 1 to 8, arranged coaxially with the central axis of the first clamp mechanism.
前記第1クランプ機構の中心と前記第2クランプ機構の中心とを結んだ仮想線上に配置される、請求項1〜9の何れか1項に記載の管接合装置。 The rotation center axis of the rotation mechanism is
The pipe joint device according to any one of claims 1 to 9, arranged on an imaginary line connecting a center of the first clamp mechanism and a center of the second clamp mechanism.
前記第1クランプ機構の中心軸及び前記第2クランプ機構の中心軸と同軸上に配置される、請求項1〜10の何れか1項に記載の管接合装置。 The rotation center axis of the rotation mechanism is
The pipe joint device according to any one of claims 1 to 10, which is disposed coaxially with the central axis of the first clamp mechanism and the central axis of the second clamp mechanism.
前記管接合装置に設けられた第2クランプ機構を前記既設管と接合する新設管の内部に配置し、前記第2クランプ機構を前記新設管の内周面に接触させ、前記新設管を前記管接合装置に固定する新設管固定工程と、
前記第2クランプ機構を前記第1クランプ機構側に移動させ、前記既設管及び前記新設管の端面同士を接触させ荷重を加える接合部加圧工程と、
前記既設管の端面と前記新設管の端面とを接触させて形成される接合部に内側から回転した前記プローブを押し込み、前記接合部に沿って前記プローブを移動させ摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合工程と、を備える管接合方法。 The probe provided in the pipe joining apparatus is aligned with the end face of the existing pipe, and the first clamp mechanism provided in the pipe joining device is brought into contact with the inner circumferential surface of the existing pipe to fix the pipe joining apparatus inside the existing pipe. Pipe joint installation process,
A second clamp mechanism provided in the pipe joining apparatus is disposed inside a new pipe to be joined to the existing pipe, the second clamp mechanism is brought into contact with the inner circumferential surface of the new pipe, and the new pipe is connected to the pipe A new pipe fixing step of fixing to a joining device,
A joint pressing step of moving the second clamp mechanism to the first clamp mechanism side and bringing the end faces of the existing pipe and the new pipe into contact with each other to apply a load;
Friction stir welding is performed by pressing the probe rotated from the inside into a joint formed by bringing the end face of the existing pipe and the end face of the new pipe into contact with each other and moving the probe along the joint to perform friction stir welding. And a pipe joint method comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017081940A JP6880967B2 (en) | 2017-04-18 | 2017-04-18 | Pipe joining device and pipe joining method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017081940A JP6880967B2 (en) | 2017-04-18 | 2017-04-18 | Pipe joining device and pipe joining method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018176244A true JP2018176244A (en) | 2018-11-15 |
JP6880967B2 JP6880967B2 (en) | 2021-06-02 |
Family
ID=64280631
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017081940A Active JP6880967B2 (en) | 2017-04-18 | 2017-04-18 | Pipe joining device and pipe joining method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6880967B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230081398A (en) * | 2021-11-30 | 2023-06-07 | 한국생산기술연구원 | Welded steel pipe having resistance to hydrogen embrittlement, and manufacturing method and apparatus therefor |
KR20230081397A (en) * | 2021-11-30 | 2023-06-07 | 한국생산기술연구원 | Reinforcement device for old pipe, method and system thereof |
-
2017
- 2017-04-18 JP JP2017081940A patent/JP6880967B2/en active Active
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230081398A (en) * | 2021-11-30 | 2023-06-07 | 한국생산기술연구원 | Welded steel pipe having resistance to hydrogen embrittlement, and manufacturing method and apparatus therefor |
KR20230081397A (en) * | 2021-11-30 | 2023-06-07 | 한국생산기술연구원 | Reinforcement device for old pipe, method and system thereof |
KR102610661B1 (en) * | 2021-11-30 | 2023-12-07 | 한국생산기술연구원 | Welded steel pipe having resistance to hydrogen embrittlement, and manufacturing method and apparatus therefor |
KR102633831B1 (en) * | 2021-11-30 | 2024-02-06 | 한국생산기술연구원 | Reinforcement device for old pipe, method and system thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6880967B2 (en) | 2021-06-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20180243865A1 (en) | Internal Line-Up Clamps for Welding Pipes | |
JP5785746B2 (en) | Internal clamping device | |
EP3162488B1 (en) | Method and device for friction stir welding | |
CN204195097U (en) | Welding adhesive tape tears device | |
WO2012093680A1 (en) | Friction stir bonding method | |
JP2018176244A (en) | Pipe joining device and pipe joining method | |
JP2014144467A (en) | Pipe welding support device and pipe welding method | |
JP2005224028A (en) | Method and apparatus for jointing segment coils | |
US9555463B2 (en) | Piping system | |
KR102140320B1 (en) | Pipe alignment device for welding pipes and method for welding pipes using the same | |
JP2015229173A (en) | Welding jig for steel material and welding method | |
JP2015200410A (en) | Inner face material pressing device | |
WO2019049892A1 (en) | Clamp member for double acting type friction stir spot welding device, double acting type friction stir spot welding device, and double acting type friction stir spot welding method | |
JP2008100280A (en) | Inner surface clamping device | |
JP5234505B2 (en) | Method and apparatus for joining metal members | |
JP2012148297A (en) | Friction stir joining method | |
EP2933053B1 (en) | Pipe coupler | |
JP2012223819A (en) | Method for butt-joining pipe materials | |
KR101686739B1 (en) | Metal pipe connecting equipment by using heating and pressing | |
JP2013240823A (en) | Tube centering device | |
KR101772425B1 (en) | a overlay welding machine for pipe of outer surface | |
JP2013049076A (en) | Welding method and device | |
CN110711941A (en) | Corrugated pipe welding device and welding method | |
JP2020143430A (en) | Joint structure of square steel pipe column | |
JP6687316B2 (en) | Processing device and processing method for steel pipe end |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170424 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190813 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200624 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200804 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200930 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210406 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210419 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6880967 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |