JP2021191585A - 管体変位計測システム、管体変位計測治具、管体変位計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】前後の管体の変位を計測することにより、溶接作業中に適宜ずれを修正する。【解決手段】パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管５１と後行管５２との間に生じる相対的な変位を求めるための管体変位計測システム１００であって、先行管５１に取り付けられる前方ユニットＸと、後行管５２に取り付けられる後方ユニットＹと、前方ユニットＸと後方ユニットＹとの間における相対的な変位を計測する計測手段１３と、計測手段によって計測された相対的な変位に基づいて、先行管５１と後行管５２との間に生じる相対的な変位を求める算出手段８０とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求めるための管体変位計測システム、管体変位計測方法、管体変位計測システム及び管体変位計測方法において使用される管体変位計測治具に関する。

先行管と後行管を有して構成される鋼管を溶接にて接合する場合、溶接後の鋼管の品質は、例えば先行管に対する後行管の相対的な変位のような鋼管の変位量（曲がりや反り、目違い等）により判断される。このため、鋼管に変位が生じないよう、様々な方法がとられている。例えば、特許文献１には、変形を拘束するような治具が開示されている。具体的には、引用文献１に記載の方法によれば、鋼材に変質等の影響を残さず鋼材の接合部における目違いを解消するために、バンド状の溶接用治具を第一鋼材と第二鋼材の接合部に巻き込むように取り付け、第一鋼材と第二鋼材を固定した状態で鋼管の周囲を溶接する。また、特許文献２に記載の方法によれば、エレクションピースとスプライスプレートに開設されたボルト挿入孔にボルトを挿入し、ナットを締結することにより、鋼管の芯出しと肌合わせを行って繋ぎ合わせた後溶接作業を行う。

また、特許文献３に記載の方法によれば、溶接前に目違いやルートギャップを確保・調整して変形を防止するために、半円状をなす一対のクランプからなる治具を用いて、複数のボルトにより配管が固定される。更に、特許文献４に記載の方法によれば、上側管体及び下側管体にそれぞれ配置された複数のターゲットを用いてそれぞれの管体の中心軸を測定した後、溶接時の挙動を計測し、溶接順序を変化させることが行われる。

特開２０１５−２２９１７３号公報 特開平１１−２６７８８８号公報 特開平５−１９２７９３号公報 特開２０１５−１５０６１８号公報

ところで、特許文献１−３に記載の治具は、溶接前に目違いやルートギャップを調整するための治具であり、溶接時の挙動を計測するためのものではない。そのため、溶接後の鋼管を検査し、検査結果を受けて矯正をする等の対策が必要となるという問題点があった。また、特許文献１−３に記載の治具は、鋼管を測定することを前提として設けられているものではないため、治具を鋼管に配置した状態で溶接作業を行うと、治具が溶接部に干渉してしまうため、溶接時に治具を取り外す必要があり、面倒であるという問題点があった。また、特許文献１−３に記載の治具を鋼管に配置した状態で溶接作業を行った場合、溶接時に変形は抑制できるものの、固定度が高く、残留応力が大きくなり溶接割れを起こす可能性が高まるため、溶接後に残留応力を緩和させるための処置が必要となるという問題点があった。

また、特許文献４に記載の溶接方法（計測方法）によれば、溶接時の挙動を把握することはできる。しかしながら、上側管体又は下側管体の中心軸を計測するために、少なくとも管体１本当たり２断面分のデータが必要となり、１箇所の溶接部の挙動を計測するために４断面分の計測機器もしくはターゲットの設置が必要となる。更に、特許文献４に記載の溶接方法によれば、装置自体が大型となるために、運搬性が悪く、現場での溶接作業には適していないという問題点があった。

更に、特許文献１、２に記載の治具はバンド型の治具であるが、このようなバンド型の形状は直線以外の形状を有する鋼管の溶接には不向きであるという問題点があった。特許文献３に記載の治具は配管用のものであるが、直線形状を有する鋼管の溶接について記載はあるものの、直線以外の形状を有する鋼管同士の目違いやルートギャップを調整することについては開示されていない。特許文献４に記載の計測方法では、どの２断面を計測するかにより得られる軸の情報が異なるため、直線以外の形状を有する鋼管での使用には不向きであるという問題点があった。

そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、前後の管体の変位を計測することにより、溶接作業中に適宜ずれを修正することができる管体変位計測システム、管体変位計測治具、管体変位計測方法を提供することにある。

本発明者らは、上述した問題点を解決するために、先行管に取り付けられる先行管用フレームと、後行管に取り付けられる後方ユニットと、先行管用フレームと後方ユニットとの間における相対的な変位を計測する計測手段と、計測手段によって計測された相対的な変位に基づいて、先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求める算出手段とを備える管体変位計測システムを発明した。

第１発明に係る管体変位計測システムは、パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求めるための管体変位計測システムであって、上記先行管に取り付けられる前方ユニットと、上記後行管に取り付けられる後行管用フレームと、上記前方ユニットと上記後行管用フレームとの間における相対的な変位を計測する計測手段と、上記計測手段によって計測された相対的な変位に基づいて、上記先行管と上記後行管との間に生じる相対的な変位を求める算出手段とを備えることを特徴とする。

第２発明に係る管体変位計測システムは、第１発明において、上記前方ユニットは先行管用フレームを有するとともに、上記後方ユニットは後行管用フレームを有し、上記先行管用フレームから上記先行管の軸方向に向けて上記後行管用フレーム側に伸びる第１接続部と、上記後行管用フレームから上記後行管の軸方向に向けて上記先行管用フレーム側に伸びる第２接続部と、上記第１接続部又は上記第２接続部の少なくとも一方を上記軸方向に向けて案内する案内手段とを更に備えることを特徴とする。

第３発明に係る管体変位計測治具は、パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求めるための管体変位計測治具であって、上記先行管に取り付けられる前方ユニットと、上記後行管に取り付けられる後方ユニットと、上記前方ユニットと上記後方ユニットとの間における相対的な変位を計測する計測手段とを備えることを特徴とする。

第４発明に係る管体変位計測治具は、第３発明において、上記前方ユニットは先行管用フレームを有するとともに、上記後方ユニットは後行管用フレームを有し、上記先行管用フレームから上記先行管の軸方向に向けて上記後行管用フレーム側に伸びる第１接続部と、上記後行管用フレームから上記後行管の軸方向に向けて上記先行管用フレーム側に伸びる第２接続部と、上記第１接続部又は上記第２接続部の少なくとも一方を上記軸方向に向けて案内する案内部とを更に備えることを特徴とする。

第５発明に係る管体変位計測方法は、パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求めるための管体変位計測方法であって、上記先行管に前方ユニットを取り付け、上記後行管に後方ユニットを取り付ける取付工程と、上記取付工程で取り付けられた上記前方ユニットと上記後方ユニットとの間における相対的な変位を計測する計測工程と、上記計測工程において計測された相対的な変位に基づいて、上記先行管と上記後行管との間に生じる相対的な変位を求める算出工程とを有することを特徴とする。

第６発明に係る管体変位計測方法は、第５発明において、上記計測工程では、上記前方ユニットと、上記後方ユニットと、上記前方ユニットが有する先行管用フレームから上記先行管の軸方向に向けて上記後方ユニットが有する後行管用フレーム側に伸びる第１接続部と、上記後行管用フレームから上記後行管の軸方向に向けて上記先行管用フレーム側に伸びる第２接続部と、上記第１接続部又は上記第２接続部の少なくとも一方を上記軸方向に向けて案内する案内部とを有する管体変位計測治具により変位を計測することを特徴とする。

上述した構成からなる本発明によれば、先行管に取り付けられる前方ユニットと後行管に取り付けられる後方ユニットとの間における相対的な変位を計測し、計測された相対的な変位に基づいて、先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求める。これにより、鋼管に取り付けられている治具を取り外すことなしに前後の管体の変位を計測することができ、溶接作業中に発生したずれ量を検知しながら、適宜ずれを修正することができる。

また、パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を計測するための管体変位計測治具は、先行管に取り付けられる前方ユニットと、後行管に取り付けられる後方ユニットと、前方ユニットと後方ユニットとの間における相対的な変位を計測する計測部とを備える。即ち、管体変位計測治具に計測部が設けられていることから、治具を管体に取り付けた状態で、ずれを適宜修正しながら溶接作業を継続することができるため、溶接時に作業効率を高めることができる。

図１は、本発明を適用した管体変位計測システムの全体構成図である。 図２は、管体変位計測治具の斜視図である。 図３は、管体変位計測治具の分解斜視図である。 図４（ａ）は、図２に示す管体変位計測治具のＡ−Ａ線断面図であり、図４（ｂ）は図２に示す管体変位計測治具のＢ−Ｂ線断面図である。 図５（ａ）は、板状部材の平面図であり、図５（ｂ）（ｃ）は板状部材の変形例の平面図である。 図６（ａ）は、変位計及び棒状部材を示す図であり、図６（ｂ）は、変位計及び棒状部材に保護部材を設けた状態を示す図である。 図７（ａ）は、前方ユニットと後方ユニットを近接させた状態を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ部拡大図である。 図８は、トーチによる溶接中の状態を示す図である。 図９（ａ）は、溶接時に先行管と後行管との間に軸方向の変位が生じた状態を示す図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＤ部拡大図であり、図９（ｃ）は、図９（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。 図１０（ａ）は、溶接時に後行管が先行管に対して傾いた状態を示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＦ部拡大図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＧ−Ｇ線断面図である。 図１１（ａ）は、溶接時に時間経過とともに発生した軸方向の変位量を示す図であり、図１１（ｂ）は、溶接時に発生した鋼管の傾きを示す図である。

以下、本発明を適用した管体変位計測システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した管体変位計測システム１００の全体構成図を示している。この管体変位計測システム１００は、鋼管５０に取り付けられた管体変位計測治具１と、管体変位計測治具１に接続されたデータロガー８０と、データロガー８０に接続されたパーソナルコンピューター（ＰＣ）９０とを有している。

管体変位計測治具１は、図２に示すように、略円柱形状に形成された鋼管５０の外周に取り付けられている。具体的には、鋼管５０は、前方側に位置する先行管５１と、この先行管５１よりも後方側に位置する後行管５２とを有し、先行管５１と後行管５２は、それぞれ前後方向を軸方向（長手方向）Ｑとする略円柱形状に形成されている。先行管５１と後行管５２との間には、溶接部Ｐが形成されている。管体変位計測治具１は、溶接部Ｐを囲むように、鋼管５０の外周に取り付けられている。なお、鋼管５０の形状は特に限定されるものではなく、軸方向Ｑに沿って直線状に伸びていてもよく、あるいは曲線状に曲がっていてもよい。

管体変位計測治具１は、図２に示すように、先行管５１に取り付けられる前方ユニットＸと、後行管５２に取り付けられる後方ユニットＹを有している。

前方ユニットＸは、図２又は図３に示すように、先行管用フレーム１０と、この先行管用フレーム１０に設けられる第１接続部１１と、第１接続部１１に設けられる板状部材１２及び変位計１３とを有している。

後方ユニットＹは、図２又は図３に示すように、後行管用フレーム２０と、この後行管用フレーム２０に設けられる第２接続部２１と、第２接続部２１に設けられる固定部材２２及び棒状部材２３とを有している。

なお、以下の説明では、板状部材１２及び変位計１３は先行管用フレーム１０側に設けられ、固定部材２２及び棒状部材２３は後行管用フレーム２０側に設けられることとするが、これに限定されるものではなく、板状部材１２及び変位計１３は後行管用フレーム２０側に設けられ、固定部材２２及び棒状部材２３は先行管用フレーム１０側に設けられていてもよい。

図４（ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。図４（ａ）に示すように、先行管用フレーム１０は、断面略方形状に形成されている。具体的には、先行管用フレーム１０は、ほぼ同形状に形成された４本の補強部材１０ａにより、軸方向Ｑ（図４（ａ）中紙面奥行方向）に見て略方形状に構成されている。隣接する補強部材１０ａにより角部１０ｃが形成され、断面略円形状の鋼管５０の外周と角部１０ｃとの間にスペースが確保される。

なお、先行管用フレーム１０は、必ずしも断面略方形状に形成されている必要はなく、鋼管５０の外周との間にスペースが確保できるのであれば、断面三角形状あるいは断面多角形状に形成されていてもよい。また、各補強部材１０ａ同士は、必ずしも同形状である必要はなく、異なっていてもよい。

図３に示すように、各補強部材１０ａには、ボルト穴１０ｂが形成されている。各ボルト穴１０ｂには、ボルト１４が挿通され、先行管用フレーム１０はボルト１４を介して先行管５１に取り付けられている。先行管用フレーム１０が先行管５１に取り付けられた状態では、先行管用フレーム１０は、ボルト１４により先行管５１から離間した状態で支持されている。その結果、先行管用フレーム１０と先行管５１との間にスペースが生じ、前方ユニットＸが先行管５１から径方向に離間した状態となる。

先行管用フレーム１０のぞれぞれの４つの角部１０ｃには、第１接続部１１が設けられている。具体的には、図４（ａ）に示すように、角部１０ｃを中心として断面Ｌ字状の第１接続部１１が先行管用フレーム１０の内側に設けられている。第１接続部１１は、先行管用フレーム１０から先行管５１の軸方向Ｑに向けて、後行管用フレーム２０側に伸びている。なお、第１接続部１１は、断面Ｌ字状の単一の部材に限定されず、複数の板状部材を組合せたものであってもよい。

板状部材１２は、第１接続部１１に設けられ、長手方向が軸方向Ｑに向けて延長される板状の部材である。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、板状部材１２には、固定部材２２を軸方向Ｑに案内させるための凹部１２ａ、凹部１２ｂ、孔部１２ｃのいずれかが形成されている。凹部１２ａ、凹部１２ｂ、孔部１２ｃは、いずれも軸方向Ｑに延長されていることで、固定部材２２を遊嵌可能に形成されている。

図５（ａ）に示すように、凹部１２ａは、板状部材１２を後方側から軸方向Ｑに沿って切り欠いて形成され、後方に開放された開口を有している。図５（ｂ）に示すように、凹部１２ｂは、板状部材１２の一部を後方側から軸方向Ｑに沿って切り欠いて凹状に形成される。図５（ｃ）に示すように、孔部１２ｃは、軸方向Ｑを長手方向とする、略矩形状の貫通孔である。

また、図４（ａ）に示すように、先行管用フレーム１０の４つの角部１０ｃ近傍には、第１変位計１３−１、第２変位計１３−２、第３変位計１３−３、第４変位計１３−４が配置されている。なお、第１変位計１３−１、第２変位計１３−２、第３変位計１３−３、第４変位計１３−４はそれぞれ同様の構成、機能を有しているため、以下の説明では、単に変位計１３として説明することがある。また、変位計１３の個数は、特に限定されるものではないが、４つの角部１０ｃのうち、少なくとも２つの角部１０ｃに設けられていればよい。

図４（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ線断面を示す断面図であるとともに、後方ユニットＹの断面図である。図４（ｂ）に示すように、後行管用フレーム２０は、断面略方形状に形成されている。具体的には、後行管用フレーム２０は、ほぼ同形状に形成された４本の補強部材２０ａにより構成されている。後行管用フレーム２０は、この４本の補強部材２０ａにより、軸方向Ｑ（図４（ｂ）中紙面奥行方向）に見て略方形状に構成されている。隣接する補強部材２０ａにより角部２０ｃが形成され、断面略円形状の鋼管５０の外周と角部２０ｃとの間にスペースが確保される。

なお、後行管用フレーム２０は、必ずしも断面略方形状に形成されている必要はなく、鋼管５０の外周との間にスペースが確保できるのであれば、断面三角形状あるいは断面多角形状に形成されていてもよい。また、各補強部材２０ａ同士は、必ずしも同形状である必要はなく、異なっていてもよい。

図３に示すように、各補強部材２０ａには、ボルト穴２０ｂが形成されている。各ボルト穴２０ｂには、ボルト２４が挿通され、後行管用フレーム２０はボルト２４を介して後行管５２に取り付けられている。後行管用フレーム２０が後行管５２に取り付けられた状態では、後行管用フレーム２０は、ボルト２４により後行管５２から離間した状態で支持されている。その結果、後行管用フレーム２０と後行管５２との間にスペースが生じ、後方ユニットＹが後行管５２から径方向に離間した状態となる。

後行管用フレーム２０のぞれぞれの４つの角部２０ｃには、第２接続部２１が設けられている。具体的には、図４（ｂ）に示すように、角部２０ｃを中心として断面Ｌ字状の第２接続部２１が設けられている。第２接続部２１は、後行管用フレーム２０から後行管５２の軸方向Ｑに向けて、先行管用フレーム１０側に伸びている。なお、第２接続部２１は、断面Ｌ字状の単一の部材に限定されず、複数の板状部材を組合せたものであってもよい。第２接続部２１には、固定部材２２が取り付けられる貫通孔２１ａが形成されている。

固定部材２２は、例えばボルトであり、貫通孔２１ａに挿入される。固定部材２２は、前方ユニットＸに対して、後方ユニットＹが相対的に変位した場合、これに追従して第１接続部１１の第２接続部２１に対する軸方向Ｑに向けた相対的な変位を許容するように、凹部１２ａ等を介して板状部材１２に遊嵌されている。即ち、凹部１２ａ等は、長手方向が軸方向Ｑに向けて延長されていることから、上述した相対的なユニットＸ、Ｙ間の変位が生じた場合、板状部材１２は、凹部１２ａ等及び固定部材２２を介して、軸方向Ｑに案内される。なお、図５（ａ）〜（ｃ）に示す凹部１２ａ、凹部１２ｂ又は孔部１２ｃは、板状部材１２を軸方向Ｑに案内させることができるのであれば、いかなる形状で構成されていてもよい。

図６は、管体変位計測治具１のうち、変位計１３と棒状部材２３の構成を詳細に説明するための図である。図６（ａ）に示すように、各変位計１３は、コア１３ａと、複数のコイル１３ｂから構成される差動トランス式の変位計である。変位計１３は、コア１３ａの軸方向の変位を電圧差として出力する変位センサであり、コア１３ａに生じた変位を、例えば電気信号として出力することができる。

棒状部材２３は、例えば金属製の円筒形状を有する部材である。棒状部材２３は、長手方向が軸方向Ｑに向けて延長されている。棒状部材２３の先端面２３ａは、変位計１３の先端部１３ｃに接した状態で配置されている。棒状部材２３の軸方向Ｑにおける移動距離は、変位計１３により計測される。

図６（ｂ）は、変位計１３に保護部材１５を設け、棒状部材２３に保護部材２５を設けた状態を示す図である。図６（ｂ）に示すように、変位計１３の周囲には、少なくとも変位計１３の一部あるいは全体を覆う保護部材１５が設けられてもよい。また、棒状部材２３の周囲には、少なくとも棒状部材２３の一部を覆う保護部材２５が設けられてもよい。このように、保護部材１５により変位計１３を覆い、保護部材２５により棒状部材２３を覆うことにより、溶接作業中に発生するに熱により変位計１３や棒状部材２３が損傷を受けないようにすることができる。

次に、本発明を適用した管体変位計測治具１を用いて、パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管５１と後行管５２との間に生じる相対的変位を求めるための管体変位計測方法について、図７から図１０を用いて説明する。

溶接作業時の熱影響による歪みが生じ、その結果、後行管５２が先行管５１に対して近接する、あるいは離間する等、鋼管５０において変位が生じる場合がある。ここでいう変位とは、軸方向Ｑにおける先行管５１と後行管５２との相対的な移動（近接あるいは離間）に加え、先行管５１と後行管５２との間に生じる傾きを含む。以下の説明では、先行管５１と後行管５２との相対的な変位は、後行管５２が先行管５１に対して変位する場合を前提として説明するが、先行管５１が後行管５２に対して変位した場合、先行管５１と後行管５２のいずれも変位した場合も同様である。

図７（ａ）は、前方ユニットＸと後方ユニットＹを近接させた状態を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ部拡大図である。溶接作業に先立ち、管体変位計測治具１を組み立てる。組み立ての際には、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、軸方向Ｑに沿って固定部材２２を板状部材１２の凹部１２ａ等に挿入する。固定部材２２が凹部１２ａ等に挿入されると、板状部材１２が第２接続部２１に案内されて第１接続部１１と第２接続部２１が位置決めされ、先行管用フレーム１０と後行管用フレーム２０が近接した状態となる。即ち、前方ユニットＸと後方ユニットＹが互いに近接して配置された状態となる。

次に、前方ユニットＸと後方ユニットＹが近接した状態を維持しながら、管体変位計測治具１を鋼管５０に取り付ける。具体的には、ボルト１４により前方ユニットＸを先行管５１に固定し、ボルト２４により後方ユニットＹを後行管５２に取り付けて管体変位計測治具１を鋼管５０に固定する（図２参照）。管体変位計測治具１が鋼管５０に固定され、しかも後方ユニットＹは前方ユニットＸに対していわば遊嵌状態となっているため、例えば後行管５２が先行管５１に対して相対的に変位すると、この変位に追従して後方ユニットＹが前方ユニットＸに対して相対的に変位することとなる。

溶接作業は、管体変位計測治具１の対角位置を手作業にて行う。具体的には、図８に示すように、各作業者は、トーチＴを用いて溶接部Ｐを周方向に沿って溶接することにより行う。なお、溶接条件としては、４層４パス仕上げとしたが、溶接作業における溶接条件は、これに限定されるものではない。

図９（ａ）〜（ｃ）により、後行管５２が先行管５１に対して、軸方向Ｑに平行方向に変位（離間）する場合について説明する。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、後行管５２が先行管５１に対してＤａだけ変位（離間）すると、後行管５２の先行管５１に対する変位に追従するように、後方ユニットＹが前方ユニットＸに対してＤａだけ変位（離間）する。後方ユニットＹの前方ユニットＸに対する変位量Ｄａは、変位計１３により計測される。

この変位計１３により計測された変位量とは、後行管５２と先行管５１との間に生じた変位量を間接的に求めたものである。具体的には、変位計１３は直接的には棒状部材２３の変位量を計測するが、この棒状部材２３の変位は、後方ユニットＹの前方ユニットＸに対する変位に起因するものである。また、後方ユニットＹの前方ユニットＸに対する変位は、後行管５２の先行管５１に対する変位に起因するものである。このように、後行管５２の先行管５１に対する変位を発端として、鋼管５０に生じた変位量が後方ユニットＹと前方ユニットＸとのユニット間の変位量、更には棒状部材２３の変位計１３に対する変位量として変位計１３に計測される。

一例として、図９（ｃ）に、各変位計１３により計測された変位量を示す。第１変位計１３−１、第２変位計１３−２、第３変位計１３−３、第４変位計１３−４による変位量が同じ値（＋ｋｍｍ）であったとすれば、後方ユニットＹが前方ユニットＸに対して軸方向Ｑに沿って均等に離間したことになる。従って、後行管５２が先行管５１に対して軸方向Ｑに沿って傾斜することなしに離間したと判断することができる。

図１０（ａ）〜（ｃ）により、後行管５２が先行管５１に対して、軸方向Ｑに対して傾斜して変位する場合について説明する。図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、後行管５２が先行管５１に対して傾斜した状態（図中θ）で変位すると、変位計１３により計測される変位量が異なることがある。図１０（ｃ）に、各変位計１３により計測された変位量を示す。一例として、第１変位計１３−１、第２変位計１３−２は一の値（＋ｋｍｍ）を示し、第３変位計１３−３、第４変位計１３−４は他の値（−ｋｍｍ）を示したとする。この場合、後方ユニットＹと前方ユニットＸの離間距離は、鋼管５０の周方向において均等でないことになる。即ち、鋼管５０の一方側において後行管５２が先行管５１から離間し、鋼管５０の他方側において後行管５２が先行管５１に圧縮されている。従って、後行管５２が先行管５１に対して軸方向Ｑに沿って傾いていると判断することができる。

変位計１３により計測された先行管５１と後行管５２との間に生じた変位は、測定結果としてデータロガー８０に出力される。データロガー８０は、変位計１３によって計測された相対的な変位に基づいて、先行管５１と後行管５２との間に生じる相対的な変位を求める。データロガー８０から出力された算出結果は、ＰＣ９０において解析され、解析結果がＰＣ９０の表示部に表示される。

このような管体変位計測システムを利用することにより、溶接作業者は、管体変位計測治具１を鋼管５０に取り付けた状態で、溶接作業中に発生したずれ量を検知しながら、溶接作業を修正することができる。例えば、ＰＣ９０に表示された出力結果を参照しながら、作業者は先行管５１が後行管５２から離れるように、且つ後行管５２の先行管５１に対する傾きが解消されるように修正作業を行うことができる。更に、作業者は、先行管５１と後行管５２との間に変位が生じる度に、ＰＣ９０に表示された出力結果を参照しながら複数回に亘り修正作業を行うことができる。

管体変位計測治具１は鋼管５０と離間した状態で配置されているため、パイプルーフを形成する鋼管５０の溶接時に溶接用工具が管体変位計測治具１に干渉しにくくすることができる。また、変位計１３及び棒状部材２３が、管体変位計測治具１の角部１０ｃに、即ち鋼管５０から離れた位置に設けられているため、溶接時において溶接用工具からの干渉を回避しやすくすることができる。更に、変位計１３及び棒状部材２３をそれぞれ保護部材１５及び保護部材２５により保護することにより、溶接時において溶接用工具からの干渉を更に回避しやすくできる。

上述した構成からなる本発明によれば、前後の管体（鋼管５０）の変位を計測することにより、たとえ溶接作業時の熱影響により予期しない変位が生じたとしても、溶接作業中に適宜ずれを修正することができる。また、本発明によれば、軸方向のずれを正確に測定することにより、軸方向のずれを適宜修正することができる。従って、溶接部の変形が少ない鋼管５０を得ることができる。

また、管体変位計測治具１が、径方向において鋼管５０と離間した状態で取り付けられているため、溶接時に治具自体、あるいは治具に設けられている変位を計測するための装置等が損傷することを防止することができる。また、管体変位計測治具１を構成するフレームが、正面視にて略方形状に形成されているため、治具を容易に搬送することができる。

以下、本発明の効果を確認する上で行った溶接作業における測定結果について説明する。具体的には、測定結果とは、時間経過に伴って変位計１３により計測された軸方向Ｑの変位量と、計測された変位量に基づいて求められた変位の方向のことである。また、後方ユニットＹが前方ユニットＸに対して遊嵌状態となっているため、曲線状に曲がった鋼管５０に対しても管体変位計測治具１を取り付けることができる。

変位計１３により計測された変位量の測定結果を図１１に示す。図１１（ａ）は、変位計１３により計測された、時間経過とともに発生した軸方向Ｑの変位量の測定結果を示している。図１１（ａ）には、第１変位計１３−１、第２変位計１３−２、第３変位計１３−３、第４変位計１３−４によりそれぞれ計測された経時的な変位を示す。第１変位計１３−１により計測された軸方向Ｑの変位量を点線で、第２変位計１３−２により計測された軸方向Ｑの変位量を破線で、第３変位計１３−３により計測された軸方向Ｑの変位量を一点鎖線で、第４変位計１３−４により計測された軸方向Ｑの変位量を二点鎖線でそれぞれ示している。また、各変位計１３により計測された変位の平均値を実線で示す。

図１１（ａ）に示すように、ある時点で各変位計１３により計測された軸方向Ｑの変位量は必ずしも一致していない。例えば溶接作業開始から６０分経過した時点では、第１変位計１３−１により計測された軸方向Ｑの変位量が一番小さく、第３変位計１３−３により計測された軸方向Ｑの変位量が一番大きいことをグラフは示している。

図１１（ｂ）は、１層目から４層目について、上下方向及び左右方向における各層の傾きを示している。図において、１層目の変位を白丸、２層目の変位を黒丸、３層目の変位を三角、４層目の変位を四角にて示している。この図は、いずれの層においても鋼管５０の左下の方向が縮むように変位している状態を示している。

１ 治具
１０ 先行管用フレーム
１０ａ 補強部材、枠部材
１０ｂ ボルト穴
１１ 第１接続部
１２ 板状部材
１２ａ 凹部
１２ｂ 凹部
１２ｃ 孔部
１３ 変位計
１３−１ 第１変位計
１３−２ 第２変位計
１３−３ 第３変位計
１３−４ 第４変位計
１３ａ コア
１３ｂ コイル
１３ｃ 先端部
１４ ボルト
１５ 保護部材
２０ 後行管用フレーム
２０ａ 補強部材、枠部材
２０ｂ ボルト穴
２１ 第２接続部
２１ａ 貫通孔
２２ 固定部材
２３ 棒状部材
２３ａ 先端面
２４ ボルト
２５ 保護部材
５０ 鋼管
５１ 先行管
５２ 後行管
８０ データロガー
９０ ＰＣ
１００ 管体変位計測システム
Ｄａ 変位量
Ｐ 溶接部
Ｑ 軸方向
Ｔ トーチ
Ｘ 前方ユニット
Ｙ 後方ユニット

Claims (6)

1. パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求めるための管体変位計測システムであって、
   上記先行管に取り付けられる前方ユニットと、
   上記後行管に取り付けられる後方ユニットと、
   上記前方ユニットと上記後方ユニットとの間における相対的な変位を計測する計測手段と、
   上記計測手段によって計測された相対的な変位に基づいて、上記先行管と上記後行管との間に生じる相対的な変位を求める算出手段とを備えること
   を特徴とする管体変位計測システム。
2. 上記前方ユニットは先行管用フレームを有するとともに、上記後方ユニットは後行管用フレームを有し、
   上記先行管用フレームから上記先行管の軸方向に向けて上記後行管用フレーム側に伸びる第１接続部と、
   上記後行管用フレームから上記後行管の軸方向に向けて上記先行管用フレーム側に伸びる第２接続部と、
   上記第１接続部又は上記第２接続部の少なくとも一方を上記軸方向に向けて案内する案内手段とを更に備えること
   を特徴とする請求項１記載の管体変位計測システム。
3. パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求めるための管体変位計測治具であって、
   上記先行管に取り付けられる前方ユニットと、
   上記後行管に取り付けられる後方ユニットと、
   上記前方ユニットと上記後方ユニットとの間における相対的な変位を計測する計測手段とを備えること
   を特徴とする管体変位計測治具。
4. 上記前方ユニットは先行管用フレームを有するとともに、上記後方ユニットは後行管用フレームを有し、
   上記先行管用フレームから上記先行管の軸方向に向けて上記後行管用フレーム側に伸びる第１接続部と、
   上記後行管用フレームから上記後行管の軸方向に向けて上記先行管用フレーム側に伸びる第２接続部と、
   上記第１接続部又は上記第２接続部の少なくとも一方を上記軸方向に向けて案内する案内部とを更に備えること
   を特徴とする請求項３記載の管体変位計測治具。
5. パイプルーフを形成する鋼管の溶接時に先行管と後行管との間に生じる相対的な変位を求めるための管体変位計測方法であって、
   上記先行管に前方ユニットを取り付け、上記後行管に後方ユニットを取り付ける取付工程と、
   上記取付工程で取り付けられた上記前方ユニットと上記後方ユニットとの間における相対的な変位を計測する計測工程と、
   上記計測工程において計測された相対的な変位に基づいて、上記先行管と上記後行管との間に生じる相対的な変位を求める算出工程とを有すること
   を特徴とする管体変位計測方法。
6. 上記計測工程では、
   上記前方ユニットと、上記後方ユニットと、上記前方ユニットが有する先行管用フレームから上記先行管の軸方向に向けて上記後方ユニットが有する後行管用フレーム側に伸びる第１接続部と、上記後行管用フレームから上記後行管の軸方向に向けて上記先行管用フレーム側に伸びる第２接続部と、上記第１接続部又は上記第２接続部の少なくとも一方を上記軸方向に向けて案内する案内部とを有する管体変位計測治具により変位を計測すること
   を特徴とする請求項５記載の管体変位計測方法。

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