JP2020032435A - 不活性ガス置換方法、溶接方法、不活性ガス流入装置、及び、排出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管内の空気を不活性ガスに置換するのに要する時間の短縮化を図るとともに、不活性ガスの使用量の低減を図ること。【解決手段】管１，２内に不活性ガスＧ１を流入させて管１，２内の空気Ｋを不活性ガスＧ１と置換させる不活性ガス置換方法であって、管１，２における流入側端部１ａから排出側端部２ｂに向かう旋回流Ｒを形成させる状態で不活性ガスＧ１を管１，２内に流入させ、管１，２における排出側端部２ｂから管１，２内の空気Ｋを排出させる。【選択図】図１

Description

本発明は、管内に不活性ガスを流入させて管内の空気（酸素を含む空気）を不活性ガスと置換させる不活性ガス置換方法、不活性ガス置換方法を用いた溶接方法、不活性ガス置換方法に用いられる不活性ガス流入装置、及び、不活性ガス置換方法に用いられる排出装置に関する。

このような不活性ガス置換方法では、管における流入側端部から不活性ガスを流入し、流入させた不活性ガスにて管内の空気を排出側端部に押し出して、排出側端部から管内の空気を排出することで、管内の空気を不活性ガスに置換している（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−１１７４２８号公報

特許文献１に記載の方法では、単に、管の流入側端部から不活性ガスを流入させているだけであるので、管内での不活性ガスの流れが径方向の中央側に集中したものとなり、径方向の全体に亘って不活性ガスを流入させることが難しい。よって、例えば、管内において、乱流が発生してしまい、不活性ガスと空気とが混ざり合う等して、管内の空気を効果的に排出側端部に押し出すことが難しくなる。これにより、管内の空気を不活性ガスに置換するのに要する時間が長くなるとともに、不活性ガスの使用量も増大することになる。

この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、管内の空気を不活性ガスに置換するのに要する時間の短縮化を図るとともに、不活性ガスの使用量の低減を図ることができる不活性ガス置換方法を提供する点にある。

本発明の第１特徴構成は、管内に不活性ガスを流入させて管内の空気を不活性ガスと置換させる不活性ガス置換方法であって、
管における流入側端部から排出側端部に向かう旋回流を形成させる状態で不活性ガスを管内に流入させ、管における排出側端部から管内の空気を排出させる点にある。

本構成によれば、流入側端部から排出側端部に向かう旋回流によって管内の径方向の全体に亘って不活性ガスを流入させることができるので、管内において、径方向の中央側に位置する空気も、径方向の外方側に位置する空気も、管内の空気を全体的に不活性ガスの旋回流によって効率よく排出側端部に押し出すことができる。よって、管内の空気を不活性ガスに効率よく置換することができるので、その置換に要する時間の短縮化を図ることができるとともに、不活性ガスの使用量の低減を図ることができる。

本発明の第２特徴構成は、管における流入側端部において、複数の流入部の夫々から径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスを流入させて、旋回流を形成させている点にある。

本構成によれば、複数の流入部の夫々から径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスを流入させることで、旋回流を安定して形成することができる。これにより、安定して形成される不活性ガスの旋回流によって管内の空気を効率よく排出することを安定して行うことができ、管内の空気を不活性ガスにより一層効率よく置換することができる。

本発明の第３特徴構成は、管における排出側端部を閉塞する閉塞部が備えられ、その閉塞部には、管内の空気を排出可能な複数の排出孔部が備えられている点にある。

排出側端部にて管内の空気を排出するに当たり、例えば、１つの排出孔部から管内の空気を排出すると、管内の空気の流れが１つの排出孔部に集中してしまう。そこで、本構成によれば、排出側端部では、不活性ガスにより押し出された管内の空気を、１つの排出孔部からだけではなく、複数の排出孔部から排出することで、管内の空気を効率よく排出することができる。これにより、管内の空気を不活性ガスに置換するのに要する時間の短縮化、及び、不活性ガスの使用量の低減を図ることができる。

しかも、複数の排出孔部から管内の空気を排出することで、管内の空気の排出量としてある程度の流量を確保することができるので、不活性ガスの流入量としても、管内の空気を押し出すためのある程度の流量を確保することができる。また、複数の排出孔部の夫々について開閉状態を調整することができるので、管内の圧力を細かく調整することができ、管内の圧力調整を行い易いものとなる。

本発明の第４特徴構成は、前記排出孔部は、少なくとも管の周方向に間隔を隔てる状態で複数備えられている点にある。

本構成によれば、管内の空気は、旋回流にて流入された不活性ガスによって管内の径方向の外方側に押し出されるので、管の周方向に間隔を隔てて備えられた複数の排出孔部から管内の空気をより効率よく排出することができる。これにより、不活性ガスの旋回流を利用して管内の空気をいち早くスムーズに排出することができ、管内の空気を不活性ガスに置換するのに要する時間の短縮化をより一層図ることができるとともに、不活性ガスの使用量の低減もより一層図ることができる。

例えば、不活性ガスが空気よりも重いガスである場合には、不活性ガスが管内の下方側に移動することになる。したがって、複数の排出孔部の夫々を開放している場合には、管内の下方側に移動した不活性ガスによって管内の下方側に位置する空気を排出させることができるものの、管内の上方側に位置する空気は管内に残ってしまう。そこで、管内の空気を不活性ガスに置換する作業を行う場合には、最初に、複数の排出孔部の夫々を開放しておく。その後、所定時間が経過した時点やある程度酸素濃度が低下した時点等の作業途中に、複数の排出孔部のうち、下方側に位置する排出孔部を閉塞させることで、不活性ガスを上方側まで移動させて、管内の上方側に位置する空気を排出することができる。

このような手順にて置換作業を行うことで、不活性ガスが空気よりも重いガスである場合でも、下方側に位置する管内の空気だけでなく、上方側に位置する管内の空気も適切に排出することができ、管内の空気の全体を不活性ガスに適切に且つ効率よく置換することができる。

例えば、管同士を突き合わせ溶接する場合に、本発明の不活性ガス置換方法を用いることができる。この場合には、管の周方向に間隔を隔てて備えられた複数の排出孔部が、管を回転させても、管の下方側及び上方側の両側に配置されることができる。よって、管を回転させて管同士を突き合わせ溶接する場合には、管の周方向に間隔を隔てて備えられた複数の排出孔部を有効に活用して、上述のような置換作業を効果的に行うことができる。

本発明の第５特徴構成は、上記第１〜第４特徴構成の何れかに記載の不活性ガス置換方法により、突き合わせた溶接対象の管における管内の空気を不活性ガスに置換して、溶接対象の管を突き合わせ溶接する溶接方法であって、
突き合わせた管同士にて形成される開先形状を、突き合わせた管の内側端部側から所定の角度で拡がるＶ字状としている点にある。

本構成によれば、管の内側端部側を突き合わせることで、管同士の間に隙間が形成されるのを防止することができる。よって、置換した不活性ガスが管同士の間から管の外部に流出するのを防止できるとともに、管同士の間から外部の空気が管の内部に流入するのを防止することができる。しかも、開先形状がＶ字状であるので、溶接棒をＶ字状の開先に流し込み、母材となる管の内側端部の一部を溶かすことで、管同士を溶接しながら、管の内側に裏波を形成することができる。よって、突き合わせた管同士の間からの不活性ガスの流出や空気の流入を防止しながら、管同士の突き合せ溶接を適切に行うことができる。

本発明の第６特徴構成は、上記第１〜第４特徴構成の何れかに記載の不活性ガス置換方法に用いられる不活性ガス流入装置であって、
管における流入側端部を閉塞する状態で流入側端部に装着自在な不活性ガス流入装置本体が備えられ、
その不活性ガス流入装置本体には、流入側端部に対する装着状態において、管内の径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスを流入させる流入部が備えられている点にある。

本構成によれば、不活性ガス流入装置本体を管における流入側端部に装着して、流入部から管内の径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスを流入させることで、流入側端部から排出側端部に向かう旋回流を形成することができる。よって、管内の径方向の全体に亘って不活性ガスを流入させて、管内の空気を不活性ガスに効率よく置換することができる。

本発明の第７特徴構成は、上記第１〜第４特徴構成の何れかに記載の不活性ガス置換方法に用いられる排出装置であって、
管における排出側端部を閉塞する状態で排出側端部に装着自在な排出装置本体が備えられ、
その排出装置本体には、管内の空気を排出可能な複数の排出孔部が備えられている点にある。

本構成によれば、排出装置本体を管における排出側端部に装着することで、複数の排出孔部から管内の空気を排出することができるので、管内の空気を効率よく排出することができ、管内の空気を不活性ガスに効率よく置換することができる。

溶接対象の管を突き合わせた状態での断面図 管における流入側端部を示す斜視図、及び、管における排出側端部を示す斜視図 不活性ガス流入装置を示す斜視図 排出装置を示す斜視図 ＴＩＧ溶接での溶接状態を示す図 開先形状を示す図 溶接された管を示す断面図 別実施形態における開先形状を示す図

本発明に係る不活性ガス置換方法を図面に基づいて説明する。
この不活性ガス置換方法は、図１に示すように、管１，２内に不活性ガスＧ１を流入させて管１，２内の空気Ｋを不活性ガスＧ１と置換させるための方法である。この実施形態では、突き合わせた管１，２内の空気Ｋ（酸素を含む空気）を不活性ガスＧ１に置換し、管１，２を突き合わせ部分を溶接対象部Ｃ（図１中点線にて囲む領域）とし、本発明に係る不活性ガス置換方法を用いて、溶接対象の管１，２を突き合わせ溶接している。

図１に示すように、管１の一端部（図１中左側端部）を流入側端部１ａとし、管１の他端部（図１中右側端部）を突き合わせ溶接する溶接対象側の端部１ｂとしている。管２の一端部（図１中左側端部）を突き合わせ溶接する溶接対象側の端部２ａとし、管２の他端部（図１中右側端部）を排出側端部２ｂとしている。この不活性ガス置換方法では、一方の管１における流入側端部１ａから他方の管２における排出側端部２ｂに向かう旋回流Ｒを形成させる状態で不活性ガスＧ１を管１，２内に流入させ、管２における排出側端部２ｂから管１，２内の空気Ｋを排出させている。

管１における流入側端部１ａには、図１、図２（ａ）及び図３に示すように、不活性ガスＧ１を流入させるために不活性ガス流入装置３が備えられている。管２における排出側端部２ｂには、図１、図２（ｂ）及び図４に示すように、管１，２内の空気Ｋを排出するために排出装置４が備えられている。管１，２は、図１及び図２に示すように、軸心方向に間隔を隔てて配置された複数の支持部５にて支持されている。支持部５は、回転自在なボール状支持部位５ａが複数備えられている。支持部５は、複数のボール状支持部位５ａの夫々を管１，２の外周部に当接させる状態で管１，２を受け止め支持するように構成されている。

不活性ガス流入装置３は、図１、図２（ａ）及び図３に示すように、管１の流入側端部１ａを閉塞する状態で流入側端部１ａに装着自在な不活性ガス流入装置本体３１が備えられている。不活性ガス流入装置本体３１は、管１の内部空間を閉塞自在な円盤状に形成されている。不活性ガス流入装置本体３１は、例えば、径方向の内方側部位を管１の流入側端部１ａに内嵌させる状態で流入側端部１ａに対して嵌合させ、不活性ガス流入装置本体３１及び管１の流入側端部１ａの周囲に接着テープ等（図示省略）を周回させる状態で貼り付けて、流入側端部１ａに装着されている。管１の流入側端部１ａに対して不活性ガス流入装置本体３１を装着するための構成については、流入側端部１ａに嵌合させる構成に限らず、例えば、カップリング等の装着具を流入側端部１ａに取り付け、装着具に対して不活性ガス流入装置本体３１を装着することで、装着具を介して不活性ガス流入装置本体３１を流入側端部１ａに装着することもできる。

不活性ガス流入装置本体３１において管１の軸心方向の外側には、図１、図２（ａ）及び図３に示すように、図外のガスボンベからの不活性ガスＧ１を供給するための供給管３２が備えられている。供給管３２は、図外のガスボンベから高流量用の不活性ガスＧ１を供給する高流量用供給管３２ａと、図外のガスボンベから低流量用の不活性ガスＧ１を供給する低流量用供給管３２ｂとに分岐されている。高流量用供給管３２ａには、第１圧力計Ｐ１が備えられている。ちなみに、図外のガスボンベには、不活性ガスＧ１の流量を測定可能な流量計が備えられているので、低流量用供給管３２ｂには圧力計が備えられていないが、低流量用供給管３２ｂに圧力計を備えることもできる。

不活性ガス流入装置本体３１において管１の軸心方向の内側には、図１及び図３に示すように、供給管３２に連通する状態で流入部３３が備えられている。不活性ガス流入装置本体３１を管１の流入側端部１ａに装着することで、流入側端部１ａの内部に流入部３３が配置される。流入部３３は、管１内の径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスＧ１を流入させるノズルにて構成されている。流入部３３は、複数（例えば、２つ）備えられ、複数の流入部３３の夫々から径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスＧ１を流入させて、旋回流Ｒを形成している。この実施形態では、例えば、流入部３３として、径方向の中央側から上方側に向けて不活性ガスＧ１を流入させる第１流入部３３ａと、径方向の中央側から下方側に向けて不活性ガスＧ１を流入させる第２流入部３３ｂとが備えられている。流入部３３の数については、適宜変更が可能であり、１つや３つ以上とすることができる。複数の流入部３３は、管１の中心部に対して対称的な位置に配置されており、旋回流Ｒを適切に形成するようにしている。

排出装置４は、図１、図２（ｂ）及び図４に示すように、管２の排出側端部２ｂを閉塞する状態で排出側端部２ｂに装着自在な排出装置本体４１が備えられている。排出装置本体４１は、内部に中空空間が形成された管状部位４１ａと、管状部位４１ａの一端部に配置されて管状部位４１ａの中空空間を閉塞する閉塞部位４１ｂとが備えられている。例えば、管状部位４１ａに対して閉塞部位４１ｂが溶接等に取り付けられている。排出装置本体４１は、例えば、管２の排出側端部２ｂに外嵌される状態で装着され、管２の排出側端部２ｂに対する排出装置本体４１の装着部位が管状の固定部６により外嵌されて、排出側端部２ｂに対して排出装置本体４１が装着された状態が保持されている。排出装置本体４１を排出側端部２ｂに装着するための構成については、この構成に限らず、排出側端部２ｂを閉塞する状態で装着するものであればよく、各種の装着構成を適用可能である。

排出装置本体４１には、図１、図２（ｂ）及び図４に示すように、管１，２内の空気Ｋを排出可能な複数の排出孔部４２が備えられている。排出孔部４２は、排出装置本体４１の管状部位４１ａに配置された第１排出孔部４２ａと、排出装置本体４１の閉塞部位４１ｂに配置された第２排出孔部４２ｂとが備えられている。第１排出孔部４２ａは、管状部位４１ａの周方向に一定間隔を隔てて複数備えられており、管２の周方向に間隔を隔てて複数備えられている。第２排出孔部４２ｂは、閉塞部位４１ｂにおいて、中心部から所定距離を有する半径上でその周方向に間隔を隔てて複数備えられている。図２（ｂ）及び図４に示すように、複数の排出孔部４２の夫々に対してテープ等の閉塞部材４３（図２及び図４中一点鎖線にて示す）を貼り付け自在に構成されている。排出孔部４２に対して閉塞部材４３を貼り付けることで、排出孔部４２を開状態から閉状態に切替自在であり、複数の排出孔部４２の夫々を各別に開閉できるようになっている。

排出装置本体４１において管２の軸心方向の外側には、各種の計器類を取り付けるための取付管４４が、管２の内部及び排出装置本体４１の管状部位４１ａの内部に連通された状態で備えられている。取付管４４には、第１取付部４５と第２取付部４６と第３取付部４７とが一体的に取り付け及び取り外し自在に構成されている。第１取付部４５には、第２圧力計Ｐ２を取り付けられ、第２取付部４６には、第３圧力計Ｐ３が取り付けられ、第３取付部４７には、酸素濃度計Ｓが取り付けられている。ちなみに、第２圧力計Ｐ２は、第３圧力計Ｐ３よりも細かな圧力を計測可能な小型のものとしており、第３圧力計Ｐ３を大型のものとしている。取付管４４は、２つ備えられ、２つの取付管４４の夫々に対して、第１取付部４５、第２取付部４６及び第３取付部４７が一体的に取り付け及び取り外し自在に構成されている。２つの取付管４４は、閉塞部位４１ｂの中心部に対して対称的な位置に配置されている。１つの取付管４４が上方側に位置する場合には、もう１つの取付管４４が下方側に位置する。取付管４４の数については、例えば、９０度ずつ位相をずらせた状態で４つ配置することもでき、必要に応じて適宜変更することができる。

本実施形態における不活性ガス置換方法では、図１に示すように、複数の流入部３３の夫々から径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスＧ１を流入させることで、旋回流Ｒを安定して形成することができる。流入側端部１ａから排出側端部２ｂに向かう旋回流Ｒによって管１，２内の径方向の全体に亘って不活性ガスＧ１を流入させることができるので、不活性ガスＧ１によって管１，２内の空気Ｋを全体的に効率よく排出側端部２ｂに押し出すことができる。管１，２内の空気Ｋは、旋回流Ｒにて流入された不活性ガスＧ１によって管１，２内の径方向の外方側に押し出されるので、管１，２の周方向に間隔を隔てて備えられた複数の第１排出孔部４２ａから管１，２内の空気Ｋをより効率よく排出することができる。また、排出孔部４２は、第１排出孔部４２ａだけでなく、第２排出孔部４２ｂも備えられているので、第２排出孔部４２ｂからも管１，２内の空気Ｋを排出することで、管１，２内の空気Ｋの排出量としてある程度の流量を確保することができるので、不活性ガスＧ１の流入量としても、管１，２内の空気Ｋを押し出すためのある程度の流量を確保することができる。このようにして、管１，２内の空気Ｋを不活性ガスＧ１に効率よく置換することができるので、その置換に要する時間の短縮化を図ることができるとともに、不活性ガスＧ１の使用量の低減を図ることができる。

以下、管１，２内の空気Ｋを不活性ガスＧ１に置換する置換作業における手順について説明する。この置換作業では、突き合わせた管１，２の溶接対象部Ｃに仮テープ等を貼り付けて開先部等を閉塞している。

置換作業では、まず、高流量用供給管３２ａから高流量用の不活性ガスＧ１を供給する状態で複数の流入部３３にて不活性ガスＧ１を管１，２内に流入させる第１ステップを行う。この第１ステップでは、高流量用の不活性ガスＧ１を所定流量（例えば、１００〜２００Ｌ／ｍｉｎ）で管１，２内に流入させている。

次に、第１ステップを実行中に、酸素濃度計Ｓの酸素濃度が所定濃度（例えば、４０ｐｐｍ）以下になると、安定状態であるとして、高流量用供給管３２ａから低流量用供給管３２ｂに切り替えて複数の流入部３３にて不活性ガスＧ１を管１，２内に流入させる第２ステップを行う。この第２ステップでは、低流量用の不活性ガスＧ１を所定流量（例えば、１５〜２０Ｌ／ｍｉｎ）で管１，２内に流入させている。

アルゴンガスのように不活性ガスＧ１が空気Ｋよりも重いガスである場合には、不活性ガスＧ１が管１，２内の下方側に移動することになる。したがって、複数の排出孔部４２の全てを開状態としている場合には、管１，２内の下方側に移動した不活性ガスＧ１によって管１，２内の下方側に位置する空気Ｋを排出させることができるものの、管１，２内の上方側に位置する空気Ｋは管１，２内に残ってしまう。そこで、不活性ガスＧ１を置換する作業の途中で切替タイミングになると、複数の排出孔部４２のうち、下方側に位置する排出孔部４２を開状態から閉状態に切り替えることで、不活性ガスＧ１を上方側まで移動させて、管１，２内の上方側に位置する空気Ｋを排出するようにしている。

複数の排出孔部４２の開閉状態の切り替えについて説明を加える。
不活性ガスＧ１を流入させる当初は、複数の排出孔部４２の全てを開状態としている。不活性ガスＧ１の流入途中に切替タイミングとなると、複数の排出孔部４２のうち、下方側に位置する排出孔部４２に対して閉塞部材４３を貼り付けて開状態から閉状態に切り替えている。このとき、どの排出孔部４２を開状態から閉状態に切り替えるかについては、適宜変更が可能であるが、例えば、上下方向で管１，２の中央部よりも下方側に位置する第１排出孔部４２ａと複数の第２排出孔部４２ｂの全てとを開状態から閉状態に切り替えることができる。また、切替タイミングについては、不活性ガスＧ１の流入開始から所定時間が経過したタイミングやある程度酸素濃度が低下したタイミング、第１ステップから第２ステップに移行するタイミングに設定することができる。

排出孔部４２の開状態から閉状態への切り替えは、一度に行うだけでなく、複数回に分けて行うこともできる。例えば、上下方向での配置位置に応じて複数の排出孔部４２を複数の組に組み分けしておく。最初の切替タイミングになると、最も下方側位置に組み分けされた排出孔部４２を開状態から閉状態に切り替え、次の切替タイミングになると、下方側から２番目に組み分けされた排出孔部４２を開状態から閉状態に切り替えることができる。このように、複数の排出孔部４２を下方側に位置するものから順番に組毎で開状態から閉状態に切り替えることができる。

このような手順にて、排出孔部４２の一部を開状態から閉状態に切り替えながら不活性ガスＧ１の置換作業を行うことで、不活性ガスＧ１が空気Ｋよりも重いガスである場合でも、下方側に位置する管１，２内の空気Ｋだけでなく、上方側に位置する管１，２内の空気Ｋも適切に排出することができ、管１，２内の空気Ｋの全体を不活性ガスＧ１に適切に且つ効率よく置換することができる。

上述の置換作業では、ガスボンベに備えられた流量計、及び、第１〜第３圧力計Ｐ１〜Ｐ３の測定結果を用いて管１，２内の圧力を測定しており、酸素濃度計Ｓの測定結果を用いて管１，２内の酸素濃度を測定している。そこで、例えば、第２ステップにおいて、管１，２内の圧力が所定圧力（例えば、４０Ｐａ）以下になり、且つ、管１，２内の酸素濃度が所定濃度（４０ｐｐｍ）以下になるように、不活性ガスＧ１の流入量を調整したり、複数の排出孔部４２の開閉状態を調整している。

本実施形態では、上述の不活性ガス置換方法を用いた溶接方法により、溶接対象の管１，２を突き合わせ溶接している。上述の不活性ガス置換方法により、突き合わせた溶接対象の管１，２における管１，２内の空気Ｋを不活性ガスＧ１に置換した状態で、溶接対象の管１，２を突き合わせ溶接している。つまり、上述の不活性ガス置換方法により、管１，２内の酸素濃度が所定濃度（例えば、４０ｐｐｍ）以下となり、且つ、管１，２内の圧力が所定圧力（例えば、４０Ｐａ）以下となると、管１，２内の空気Ｋの不活性ガスＧ１への置換が終了したとして、溶接対象の管１，２を突き合わせ溶接する溶接作業を行うようにしている。

溶接作業を行う場合には、例えば、複数の排出孔部４２のうち、下方側に位置する排出孔部４２を閉状態に切り替えた状態で、低流量用供給管３２ｂにて低流量用の不活性ガスＧ１を管１，２内に流入させている。このとき、酸素濃度計Ｓによる管１，２内の酸素濃度が所定濃度（４０ｐｐｍ）以下となり、且つ、第２及び第３圧力計Ｐ２，Ｐ３による管１，２内の圧力が所定圧力（４０〜５０Ｐａ）以下となるように、不活性ガスＧ１の流入量を調整したり、複数の排出孔部４２の開閉状態を調整している。

溶接作業では、図５に示すように、タングステン電極５１と不活性ガスＧ２を用いたＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas）によって、溶接対象の管１，２を突き合わせ溶接している。ＴＩＧ溶接では、タングステン電極５１の先端に発生させるアーク５２にて溶接棒５３を溶融して母材（管１，２）を溶接している。ＴＩＧ溶接では、タングステン電極５１の周囲に不活性ガスＧ２（例えば、アルゴンガスやヘリウムガス）を供給して、溶融部分を大気から遮断して保護している。ちなみに、上述の如く、置換作業では、溶接対象部Ｃに仮テープ等を貼り付けているので、仮テープ等を取り外して溶接作業を行う。

このとき、図６に示すように、突き合わせた管１，２同士にて形成される開先形状を、突き合わせた管１，２の内側端部１ｃ，２ｃ側から所定の角度で拡がるＶ字状としている。管１側には、管１の内側端部１ｃから外側端部１ｄに亘って所定の角度で傾斜する第１傾斜部５４が形成され、管２側には、管２の内側端部２ｃから外側端部２ｄに亘って所定の角度で傾斜する第２傾斜部５５が形成されている。所定の角度は、例えば、４５度に設定することができる。開先形状は、第１傾斜部５４の内側端部１ｃと第２傾斜部５５の内側端部２ｃとを突き合わせて、管１，２の内側端部１ｃ，２ｃから外側端部１ｄ，２ｄに亘って所定の角度で拡がるＶ字状としている。

このような開先形状によりＴＩＧ溶接を行うことで、図７に示すように、溶接棒５３を溶かしてＶ字状の開先に流し込み、母材となる管１，２の内側端部１ｃ，２ｃの一部を溶かすことで、溶接部Ｗ１にて管１，２同士を溶接しながら、管１，２の内側に裏波Ｗ２を形成することができる。しかも、管１，２の内側端部１ｃ，２ｃを突き合わせることで、管１，２同士の間に隙間が形成されるのを防止することができる。よって、置換した不活性ガスＧ１が管１，２同士の間から管１，２の外部に流出するのを防止できるとともに、管１，２同士の間から外部の空気が管１，２の内部に流入するのを防止することができる。

溶接作業では、管１，２同士の全周を突き合わせ溶接するので、溶接作業の途中で、管１，２を回転させて管１，２同士を突き合わせ溶接する場合がある。この場合について説明すると、図１に示すように、管１，２は、回転自在なボール状支持部位５ａの夫々を管１，２の外周部に当接させる状態で管１，２を受け止め支持されている。これにより、作業者等が管１，２を回転させることで、管１，２をボール状支持部位５ａにて受け止め支持した状態で回転させることができる。

このように管１，２を回転させる場合でも、管１，２内への不活性ガスＧ１の流入を停止させずに継続させている。そして、管１，２を回転させた後、酸素濃度計Ｓによる管１，２内の酸素濃度が所定濃度（４０ｐｐｍ）以下となり、且つ、第２及び第３圧力計Ｐ２，Ｐ３による管１，２内の圧力が所定圧力（４０〜５０Ｐａ）以下となるように、不活性ガスＧ１の流入量を調整したり、複数の排出孔部４２の開閉状態を調整している。

複数の排出孔部４２のうち、下方側に位置する排出孔部４２を閉状態に切り替えるに当たり、管１，２の周方向に間隔を隔てて複数の第１排出孔部４２ａが備えられているので、管１，２を回転させても、管１，２の下方側及び上方側の両側に第１排出孔部４２ａを配置させることができる。これにより、閉塞部材４３を貼り付ける箇所を、管１，２を回転させる前に下方側に位置する第１排出孔部４２ａから、管１，２を回転させた後に下方側に位置する第１排出孔部４２ａに変更することができる。よって、管１，２を回転させた場合でも、複数の排出孔部４２のうち、下方側に位置する排出孔部４２を閉状態に適切に切り替えることができる。

また、取付管４４についても２つ備えられているので、管１，２を回転させる前と後とで、第１取付部４５、第２取付部４６及び第３取付部４７を一体的に取り付ける取付管４４を、一方の取付管４４から他方の取付管４４に付け替えることができる。これにより、管１，２を回転させた場合でも、第１取付部４５、第２取付部４６及び第３取付部４７を適切な位置に備えさせることができ、管１，２内の酸素濃度や圧力を適切に測定することができる。

以上の如く、本実施形態では、溶接作業を行う溶接前準備作業として、管１，２内の空気Ｋを不活性ガスＧ１に置換する置換作業を行うようにしているが、この置換作業に先行して、仮溶接作業を行うようにしている。仮溶接作業では、高流量用供給管３２ａ又は低流量用供給管３２ｂにて不活性ガスＧ１を供給する状態で複数の流入部３３にて不活性ガスＧ１を管１，２内に流入させながら、図６に示すＶ字状の開先形状の開先部を点溶接している。このとき、不活性ガスＧ１を所定流量（例えば、２０Ｌ／ｍｉｎ）で管１，２内に流入させている。

〔別実施形態〕
本発明の他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用することに限らず、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
（１）上記実施形態では、本発明に係る不活性ガス置換方法を、管１，２を突き合わせ溶接する溶接方法に適用させた場合を示したが、溶接方法に限らず、融着方法等、熱処理を施して管を接合する接合方法に適用することができる。この場合、不活性ガス置換方法により、管内の空気を不活性ガスに置換して、接合対象の管を接合することができる。

（２）上記実施形態では、流入側端部１ａから排出側端部２ｂに向かう旋回流Ｒを形成させる状態で不活性ガスＧ１を管１，２内に流入させることで、排出側端部２ｂにおける複数の排出孔部４２から管１，２内の空気Ｋを排出させている。これに代えて、不活性ガスＧ１の旋回流Ｒでの管１，２内への流入に加えて、複数の排出孔部４２から外部に排出させる吸引力を補助的に作用させることもできる。この場合には、例えば、複数の排出孔部４２の夫々とファンの吸引口とを連通部にて連通する状態でファンを備え、そのファンを作動させることで、複数の排出孔部４２から外部に排出させる吸引力を作用させることができる。このように、不活性ガスＧ１の流入により形成される旋回流Ｒを乱さない程度で、吸引力等の各種の力を補助的に作用させて、複数の排出孔部４２から管１，２内の空気Ｋを排出させることができる。

（３）上記実施形態では、管１，２を突き合わせ溶接するときの開先形状について、図６に示すように、突き合わせた管１，２の内側端部１ｃ，２ｃから外側端部１ｄ，２ｄに亘って所定の角度で拡がるＶ字状とした例を示しているが、その他のＶ字状とすることもできる。

例えば、図６において、管１側に、管１の内側端部１ｃよりも所定距離だけ外側から外側端部１ｄに亘って所定の角度で傾斜する第１傾斜部５４を形成し、管２側には、管２の内側端部２ｃよりも所定距離だけ外側から外側端部２ｄに亘って所定の角度で傾斜する第２傾斜部５５を形成することができる。これにより、管１，２の内側端部１ｃ，２ｃから所定距離だけ外側までを突き合わせる突き合わせ部位として、開先形状を、突き合わせ部位から管１，２の外側端部１ｄ，２ｄに亘って所定の角度で拡がるＶ字状とすることができる。

また、開先形状は、Ｖ字状に限らず、その他の形状を適用することもできる。例えば、図８に示すように、突き合わせた管１，２の内側端部１ｃ，２ｃから所定間隔を隔てて管１，２の外側端部１ｄ，２ｄ側に向けて延びた後、所定の角度で拡がるＹ字状とすることができる。

管１側には、管１の内側端部１ｃから直線的に外側に延びる第１直線部５８、及び、第１直線部５８の外側端部から所定の角度で傾斜する第３傾斜部５６が形成されている。管２側には、管２の内側端部２ｃから直線的に外側に延びる第２直線部５９、及び、第２直線部５９の外側端部から所定の角度で傾斜する第４傾斜部５７が形成されている。第１直線部５８と第２直線部５９とを所定間隔（例えば、２〜３ｍｍ）を隔てて対向する状態で配置させることで、開先形状をＹ字状としている。

（４）上記実施形態では、排出孔部４２として、複数の第１排出孔部４２ａと複数の第２排出孔部４２ｂとを備えているが、例えば、複数の第１排出孔部４２ａのみを備えて実施することもできる。

１ 溶接対象の管
１ａ 流入側端部
２ 溶接対象の管
２ｂ 排出側端部
３ 不活性ガス流入装置
４ 排出装置
３１ 不活性ガス流入装置本体
３３ 流入部
４１ 排出装置本体
４２ 排出孔部
４２ａ 第１排出孔部
４２ｂ 第２排出孔部
Ｇ１ 不活性ガス
Ｋ 管内の空気
Ｒ 旋回流

Claims (7)

1. 管内に不活性ガスを流入させて管内の空気を不活性ガスと置換させる不活性ガス置換方法であって、
   管における流入側端部から排出側端部に向かう旋回流を形成させる状態で不活性ガスを管内に流入させ、管における排出側端部から管内の空気を排出させる不活性ガス置換方法。
2. 管における流入側端部において、複数の流入部の夫々から径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスを流入させて、旋回流を形成させている請求項１に記載の不活性ガス置換方法。
3. 管における排出側端部を閉塞する閉塞部が備えられ、その閉塞部には、管内の空気を排出可能な複数の排出孔部が備えられている請求項１又は２に記載の不活性ガス置換方法。
4. 前記排出孔部は、少なくとも管の周方向に間隔を隔てる状態で複数備えられている請求項３に記載の不活性ガス置換方法。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の不活性ガス置換方法により、突き合わせた溶接対象の管における管内の空気を不活性ガスに置換して、溶接対象の管を突き合わせ溶接する溶接方法であって、
   突き合わせた管同士にて形成される開先形状を、突き合わせた管の内側端部側から所定の角度で拡がるＶ字状としている溶接方法。
6. 請求項１〜４の何れか１項に記載の不活性ガス置換方法に用いられる不活性ガス流入装置であって、
   管における流入側端部を閉塞する状態で流入側端部に装着自在な不活性ガス流入装置本体が備えられ、
   その不活性ガス流入装置本体には、流入側端部に対する装着状態において、管内の径方向の中央側から外方側に向けて不活性ガスを流入させる流入部が備えられている流入装置。
7. 請求項１〜４の何れか１項に記載の不活性ガス置換方法に用いられる排出装置であって、
   管における排出側端部を閉塞する状態で排出側端部に装着自在な排出装置本体が備えられ、
   その排出装置本体には、管内の空気を排出可能な複数の排出孔部が備えられている排出装置。

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