JP3378849B2 - 管体の開先形成方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば電子ビー
ム溶接およびレーザビーム溶接による鋼管周継手の全姿
勢溶接などの管体の溶接にあたって、高精度の開先を形
成するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスなどを輸送するパイプラインは、突
合せ溶接継手を形成して複数の鋼管を接続して形成され
る。突合せ溶接継手は、ＭＡＧ（metal active gas)溶
接、ＭＩＧ（metal inert gas）溶接、ＴＩＧ（tungste
n inert gas）溶接などによって形成することが一般的
であるが、近年溶接作業を高速化するために、電子ビー
ム溶接およびレーザビーム溶接などの高エネルギ密度溶
接も採用されつつある。

【０００３】電子ビーム溶接などの高エネルギ密度溶接
では、深溶け込みの特性を利用して、Ｉ開先を組み立て
１回または数回の溶接作業で継手を形成することができ
るが、たとえば電子ビーム溶接では、発射される電子ビ
ームのビーム径が小さく、溶融部の幅が小さいので、開
先に要求される精度、特にルートギャップはほとんど零
とする必要がある。すなわち板厚が大きくなるに従っ
て、溶け込み深さに比して溶融部の幅が相対的に小さく
なり、要求される開先精度は厳しくなる。特に上述のよ
うな管体を突き合わせて全周にわたって溶接する全姿勢
溶接のような場合には、溶融金属が自重によって垂落ち
することを防ぐために、ビーム径を小さく、たとえば１
ｍｍφ程度またはそれ以下にして、溶融幅を小さくしな
ければならず、より高い開先精度が必要となる。たとえ
ば板厚が１９ｍｍの鋼管の突合せ継手において、電子ビ
ーム溶接による全姿勢裏波溶接を行うためのＩ開先で
は、ルートギャップを約０．２ｍｍ以下にする必要があ
る。

【０００４】図３１は、従来の技術の管端加工方法を説
明するために管端加工装置１を示す正面図であり、図３
２は、図３１の左側から見て示す側面図である。管端加
工装置１は、切削手段２とクランプ手段３とが、基台４
に設けられている。切削手段２には、刃物５を保持する
面板６が回転駆動可能に設けられている。クランプ手段
３には、Ｖ字状の凹所が形成される一対のクランプ部
７，８が、相互に対向するように設けられている。この
管端加工装置１を用いて、各クランプ部７，８によって
管体９をクランプし、面板６を回転駆動して刃物５によ
って管体９を切削加工し、管体端面１０を形成してい
る。

【０００５】図３３は、従来の技術の管体の組立方法を
説明するために開先組立装置１１を示す断面図であり、
図３４は、図３３の左側から見て示す側面図である。開
先組立装置１１は、一対のクランプ体１２，１３と、引
寄せ手段１４とを有している。一方のクランプ体１２
は、２つの半円状の枠部材が連結されて構成される円形
状のクランプリング１５と、クランプリング１５に周方
向に等間隔に４本設けられるクランプボルト１６と、ク
ランプリング１５に周方向に等間隔に２４本設けられる
目違い調整ボルト１７とを有する。他方のクランプ体１
３は、一方のクランプ体１２と同様の構成を有する。各
クランプ体１２，１３は、各クランプボルト１６の端部
を、管体９および同様の構成の管体２２の外面に当接さ
せて、各管体９，２２を外面側からそれぞれクランプす
ることができる。

【０００６】引寄せ手段１４は、４つのターンバックル
１８を有し、各ターンバックル１８は、１つのナット部
材１９に２つのボルト部材２０が螺着されており、各ボ
ルト部材２０を回り止めした状態でナット部材１９を回
転させることによって、各ボルト部材２０を相互に近接
および離反変位させることができる。各ターンバックル
１８は、各ボルト部材２０が、各クランプ体１２，１３
のクランプリング１５の周方向に等間隔をあけた４箇所
で、回り止めされた状態で連結され、これによって各ク
ランプ体１２，１３を相互間の距離を変化可能に連結す
ることができる。

【０００７】開先組立装置１１を用い、各クランプ体１
２，１３によって、上述のように端面１０が形成された
各管体９，２２の端部をクランプし、引寄せ手段１４に
よって、各クランプ体１２，１３を引寄せて、各管体
９，２２を引寄せ、各管体９，２２を突き合わせて、Ｉ
開先２４を形成することができる。Ｉ開先２４のルート
ギャップである各端面１０間の軸線方向の間隔は、引寄
せ手段１４による引寄せ量によって調整することができ
る。また各管体９，２２の目違いである管体端部の半径
方向のずれは、目違い調整ボルト１７の突出量を調整し
て、半径方向外方にある側の管体を半径方向内方側に押
圧することによって矯正することができる。このように
して従来の技術では、図３１の管端加工切削方法および
図３３の開先組立方法を組合わせた開先形成方法によっ
て、開先を形成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の技術
の各開先形成方法では、管体端面の管端加工工程と、各
管体の組立工程（開先組立工程）とで、各管体をクラン
プするときのクランプの位置およびクランプ力などのク
ランプ条件が異なるので、このクランプに伴う管体端部
の変形量に差が生じてしまい、高精度の開先を組み立て
ることができない。管体端面は、管体端部が半径方向に
変形すると軸線方向に変形するが、上述のような管端加
工方法によって平面度の高い端面に成形することができ
る。しかしこれは、あくまでも管端加工工程２クランプ
された状態において達成される平面度であり、この管端
加工工程と異なるクランプ条件で、開先組立工程におい
てクランプされると、管端部の変形量、すなわち軸線方
向の変形量が異なるため、平面度は、著しく低下してし
まう。

【０００９】図３１および図３２の切削加工において
は、管体９のクランプは、刃物５から管体９に与えられ
る回転力に抗して管体９の回転を阻止することだけを目
的としており、クランプ力が小さく、クランプ位置もク
ランプ部７，８の当接位置であって周方向に等間隔では
なく、このようなクランプによって管体端部がどのよう
に変形するか全く考慮されていない。また図３３および
図３４の突き合わせにおいては、各管体９を強く引寄せ
なければならないので、大きなクランプ力でクランプさ
れるうえ、クランプ位置は、管端加工工程よりも管体端
面寄りであることが多く、かつ周方向に等間隔である。
さらにこのようにクランプしたうえで、目違いを矯正す
るために、目違いボルトによって管体を部分的に押圧し
て変形させている。

【００１０】このように管端加工工程と、開先組立工程
とでは、管体をクランプする目的が全く異なるので、構
成の異なるクランプ装置によってクランプしており、ク
ランプ力およびクランプ位置などのクランプ条件が異な
る。これによって管体端部の形状が異なってしまい、管
体端面の平面度が著しく低くなった状態で開先を組み立
てており、開先精度は極めて低くなるという問題があ
る。たとえば板厚が１９ｍｍであり、平均直径が７６２
ｍｍの１％楕円筒状の管体が、クランプされることによ
って真円筒状に変形される場合には、解析によると、ク
ランプ前には凹凸のなかった平面の管体端面に、±０．
１４ｍｍの凹凸、したがって管体端面の山と谷との軸線
方向の位置に０．２８ｍｍの差が生じる。このような状
態で、各管体を突き合わせても、ルートギャップを、常
に上述のように約０．２ｍｍ以下にすることはできな
い。

【００１１】本発明の目的は、電子ビーム溶接などの高
エネルギ密度溶接にも好適に実施することができる、高
精度の開先を形成することができる開先加工工程および
組立工程を有する開先形成方法を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、２つの管体の
端部を突き合わせて、溶接継手を形成するために開先を
加工し、組み立てる方法であって、各管体の管端加工工
程において、クランプ治具を装着して各管体の端部をク
ランプし、各管体の外面側から押圧力を与えて端部を所
定形状にした状態で、各管体の端部を切削加工し、各管
体の管端加工工程後、各管体の組立工程において、前記
クランプ治具を装着して各管体の端部をクランプし、各
管体の外面側から押圧力を与えて端部を前記管端加工工
程における形状と同一の形状に再現し、各管体の端部を
突き合わせて開先を組み立てることを特徴とする管体の
開先形成方法である。

【００１３】本発明に従えば、各管体は、端部がクラン
プ治具によってクランプされ、外面側から押圧されて所
定形状に矯正された状態で、各管体の端部がそれぞれ切
削加工され、これによって端面が形成されるので、各管
体の端部が所定形状に矯正されているときには、各管体
の端面は、極めて高い平面度の平面となる。このように
切削加工されて端面が形成された各管体は、端部が管端
加工工程と同様のクランプ治具によってクランプされ、
同様に外面側から押圧されて、管端加工工程における形
状に矯正され、端部の形状が再現された状態で突き合わ
されるので、各管体の端部を突き合わせて、開先を組み
立てるときには、各管体の端面は、極めて平面度の高い
平面となっている。したがって、２つの管体の端面から
形成される開先のルートギャップを極めて小さく抑える
ことが可能となり、高精度の開先を形成することができ
る。そのため、電子ビーム溶接およびレーザビーム溶接
などの高エネルギ密度溶接にも好適に実施することがで
きる。さらに各管体の端部を所定形状にするにあって、
外面側から押圧力を与えるようにしているので、この押
圧力の調整作業を管体の外部の広い作業空間ですること
ができ、各管体の端部を所定形状にするための作業が容
易である。

【００１４】また本発明は、各管体の組立工程におい
て、前記各管体の端部を、前記管端加工工程におけるク
ランプ位置と同一のクランプ位置を、前記管端加工工程
におけるクランプ力と同一のクランプ力でクランプし
て、突き合わせて開先を組み立てることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、各管体の組立工程におい
て、各管体の端部が、前記管端加工工程と同一のクラン
プ位置を同一のクランプ力でクランプされて突き合わさ
れるので、各管体の端部を突き合わせて開先を組み立て
るときには、各管体の端部の形状は、各管体の端部を切
削したときの形状と同一の形状に矯正される。このよう
に管端加工工程と組立工程との各管体の端部の形状を同
一にすることができ、各管体の端面の平面度を極めて高
い状態として開先を組み立てることができ、開先を高精
度に形成することができる。

【００１６】また本発明は、各管体の管端加工工程にお
いて、各管体の外面側からクランプして各管体の端部を
真円筒または極めて真円筒に近い形状に矯正した状態
で、各管体の端部をそれぞれ切削加工し、各管体の組立
工程において、外面側からクランプして前記各管体の端
部を、真円筒または極めて真円筒に近い形状に矯正した
状態で、各管体の軸線を一致させて突き合わせて開先を
組み立てることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、各管体の管端加工工程に
おいて、外面側からクランプして、端部を真円筒または
極めて真円筒に近い形状に矯正された状態で、各管体の
端部がそれぞれ切削加工され、各管体の組立工程におい
て、外面側からクランプして、各管体の端部が、真円筒
または極めて真円筒に近い形状に矯正された状態で、各
管体の軸線を一致させて突き合わせるので、各管体の端
部が突き合わせて開先を組み立てるときには、各管体の
端部の形状は、各管体の端部を切削したときの形状と同
一となる。このように管端加工工程と組立工程との各管
体の端部の形状を同一にすることができ、各管体の端面
の平面度を極めて高い状態として開先を組み立てること
ができ、開先を高精度に形成することができる。さらに
管端加工工程および組立工程の各管体の端部の形状を真
円筒または極めて真円筒に近い形状とすることによっ
て、組立工程に、各管体の端部の形状を、管端加工工程
の形状に再現することが容易である。また各管体が周方
向にずれても、目違い量に大きな差が生じることがな
く、開先の組立作業が容易である。

【００１８】また本発明は、各管体の組立工程におい
て、前記管端加工工程で装着したクランプ治具を前記各
管体の端部に装着したままの状態で、各管体の端部を突
き合わせて開先を組み立てることを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、各管体の管端加工工程に
おいて、外面側からクランプ治具が装着されてクランプ
されて切削加工され、管端加工工程に装着されたクラン
プ治具が各管体の端部に装着されたままの状態で、各管
体の端部が突き合わされるので、管端加工工程を組立工
程とにおける各管体の端部の矯正状態を同一とし、各管
体の端部を突き合わせて、開先を組み立てるときには、
各管体の端部の形状は、各管体の端部を切削するときの
形状と確実に同一に矯正される。このように管端加工工
程と組立工程との各管体の端部の形状を確実に同一にす
ることができ、各管体の端面の平面度を極めて高い状態
を確実に保持して開先を組み立てることができ、開先を
確実に高精度に形成することができる。さらに管体の組
立工程において、各管体の端部形状の再現するための多
くの作業を必要としないので、作業性が向上される。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態の管
体の開先形成方法、具体的には開先加工および組立方法
に従う作業の手順を示すフローチャートであり、図２は
図１の開先加工および組立作業の手順を示す図である。
図２（１）は矯正前の管体４１の正面図であり、図２
（２）は図２（１）の右側から見た管体４１の右側面図
であり、図２（３）は矯正前の管体４２の左側面図であ
り、図２（４）は図２（３）の右側から見た管体４２の
正面図である。図２（５）は端部４３を矯正した管体４
１の正面図であり、図２（６）は図２（５）の右側から
見た管体４１の右側面図であり、図２（７）は端部４４
を矯正した管体４２の左側面図であり、図２（８）は図
２（７）の右側から見た正面図である。図２（９）は管
端加工された管体４１を示す正面図であり、図２（１
０）は管端加工された管体４２を示す正面図である。図
２（１１）は各管体４１，４２を突き合わせた状態の管
体４１の軸直角断面を示す断面図であり、図２（１２）
は各管体４１，４２を突き合わせた状態で示す正面図で
あり、図２（１３）は各管体４１，４２を突き合わせた
状態の管体４２の軸直角断面を示す断面図である。

【００２１】本発明の開先形成方法は、ガスなどを輸送
するパイプラインを形成するにあたって、突合せ溶接継
手を形成して複数の鋼管を接続するために、開先４０を
形成するための方法である。換言すれば、たとえば鋼管
などの２つの管体４１，４２の端部４３，４４を開先加
工したのち、開先４０を組み立てる方法である。具体的
には、管端加工工程において、各管体４１，４２の端部
４３，４４に外面側から押圧力を与えてその端部４３，
４４を所定形状にした状態で、各管体４３，４４の端面
をそれぞれ切削加工し、各管体の組立工程である開先組
立工程において、各管体４１，４２の端部４３，４４の
形状を、管端加工工程の形状と同一の形状に再現して、
各管体４１，４２の端部４３，４４を突き合わせて開先
４４を組み立て、形成する。

【００２２】さらに詳細に説明すると、開先を形成する
作業は、各管体４１，４２の端面４５，４６を形成する
管端加工工程と、この管端加工工程の後の各管体４１，
４２を突き合わせて開先を組み立てる開先組立工程とを
含み、ステップｓ０で、たとえば工場において開先形成
作業が開始され、管端加工工程から行われる。各管体４
１，４２は、真円筒状に形成することが極めて困難であ
るので、管体４１は、たとえば図２（１）および図２
（２）に示すように、軸線Ｌ２に垂直な断面の形状が楕
円形であって、軸線方向に一様な楕円筒状である。管体
４２もまた、図２（３）および図２（４）に示すよう
に、軸線Ｌ３に垂直な断面の形状が楕円形であって、軸
線方向に一様な楕円筒状である。各筺体４１，４２の公
称外径は、たとえば７６２ｍｍである。図２（１）〜図
２（４）に示すような各管体４１，４２が準備されて、
ステップｓ０で作業が開始される。

【００２３】ステップｓ１において、このような各管体
４１，４２の端部４３，４４を、所定形状にする。前記
所定形状は、特に限定されることはなく、たとえば真円
筒状であってもよい。具体的には図２（５）に示すよう
に、管体４１の端部４３にクランプ体４７を外面側から
装着してクランプし、図２（６）のように、端部４３を
真円筒または極めて真円筒に近い形状に矯正する。管体
４１の場合と同様に、管体４２についても、図２（７）
に示すように、端部４４にクランプ体４８を外面側から
装着してクランプし、図２（８）に示すように、端部４
４を真円筒または極めて真円筒に近い形状に矯正する。

【００２４】ここで本発明において、真円筒とは、軸線
に垂直な断面の形状において外形（外周面形状）が真円
である筒を意味するものとし、真円は、次式（１）で示
される真円度が０％である形状を意味する。

【００２５】 真円度＝（最大直径−最小直径）／平均直径 …（１） 最大直径は、最大外径であって、仮想中心からの外周面
半径を全周にわたって測定し、得られたデータからばら
つきを包含する最大真円、すなわち測定結果に基づいて
求められる最小直径の外接真円を求めてその直径を最大
直径とする。また最小直径は、最小外径であって、最大
真円と同心の最小真円、すなわち最大真円と同心の内接
する内接真円を求めてその直径を最小直径とする。平均
直径は、平均外径であって、最大直径と最小直径と加算
して２で除算した直径とする。また本発明において、極
めて真円筒に近い形状とは、軸線に垂直な断面の形状に
おいて外形が極めて真円に近い形状を意味するものと
し、極めて真円に近い形状は、（１）式で示される真円
度が０％よりも大きく、たとえば０．３％以下である形
状を意味する。

【００２６】このようにステップｓ１で、図２（５）〜
図２（８）に示すように、各管体４１，４２の端部４
３，４４を所定形状にした後、ステップｓ２で各管体４
１，４２の端部４３，４４を切削加工して、図２（９）
および図２（１０）に示すように端面４５，４６を形成
する。管体４１を例に挙げて具体的に述べると、図２
（５）に示すように、管体４１の端部４３を矯正する
と、矯正前には図２（１）に示すように平面であった端
面が変形するので、端部４３を切削加工して、矯正時に
平面となる端面４５を形成する。これと同様にして、管
体４２も端部４４を切削加工して、矯正時に平面となる
端面４６を形成する。このような各ステップｓ１，ｓ２
を含んで管端加工工程が構成される。

【００２７】また上述の管端加工工程では、各端部４
３，４４をそれぞれ矯正した後に、各端部４３，４４の
切削加工を行うように説明したけれども、一方の管体４
１の端部４３を矯正して切削加工した後に、他方の管体
４２の端部４４を矯正して切削加工するようにしてもよ
い。また各管体４１，４２における軸線方向の各一端部
４３，４４だけの説明をしたけれども、上述のようにパ
イプラインを形成する場合には、各管体４１，４２の各
他端部についても同様に切削加工され、両端部が同様に
して矯正された後、切削加工される。

【００２８】管体加工工程の後、管体移動工程に進む。
具体的には、工場において各管体４１，４２の端部４
３，４４が切削加工された後、ステップｓ３で、各管体
４１，４２が敷設現場に搬入される。このように管体移
動工程で各管体４１，４２を搬入した後、開先組立工程
に進む。

【００２９】開先工程では、ステップｓ４で各管体４
１，４２の端部４３，４４を、管端加工工程における形
状と同一形状にする。具体的には、図２（９）および図
２（１０）に示すように、真円筒または極めて真円筒に
近い形状に矯正する。このような各端部４３，４４の矯
正は、上述の各クランプ体４７，４８またはこれと同様
の装置を用いて矯正して、形状を再現するようにしても
よい。また管端加工工程において装着した各クランプ４
７，４８を、装着したまま現場に搬入すれば、その時点
で各管体４１，４２の端部４３，４４は、管端加工工程
における形状に再現されていることになり、ステップｓ
４の工程では、特に作業を必要としなくなる。

【００３０】このようにステップｓ４で、各端部４３，
４４を再度矯正し、または管端加工工程で装着したクラ
ンプ体４７，４８を装着したまま搬入して、各端部４
３，４４の形状を、管端加工工程における形状に再現し
た後、ステップｓ５において、図２（１１）〜図２（１
３）に示すように各端部４３，４４を対向させ、各管体
４１，４２を相互に近づけるように、相互に引き寄せて
各管体４１，４２の端部４３，４４を突き合わせる。こ
のように各端部４３，４４を突き合わせることによっ
て、図２（１２）に示すように、開先４０を組み立て、
形成することができ、ステップｓ６に移行して開先形成
作業が終了する。各ステップｓ４，ｓ５によって開先組
立工程が構成される。このようにして開先４０が形成さ
れた後、溶接工程で開先４０が溶接され、継手が形成さ
れる。

【００３１】図３は、管端加工工程における管端加工方
法を説明するために管端加工装置５０を示す正面図であ
り、図４は、図３の切断面線ＩＶ−ＩＶから見て示す断
面図であり、図５は、図３の切断面線Ｖ−Ｖから見て示
す断面図である。管端加工装置５０は、切削手段５１と
保持手段５２とが、基台５３に設けられている。切削手
段５１は、刃物５４を保持する面板５５と、面板を回転
駆動する駆動部５６と有する。面板５５には、外周部に
刃物台５７が設けられており、この刃物台に刃物（バイ
ト）５４が保持されている。駆動部５６は、このような
面板５５を軸線Ｌ１まわりに回転駆動することができる
とともに、面板５５を軸線方向に変位駆動することがで
きる。

【００３２】保持手段５２には、Ｖ字状の凹所が形成さ
れる一対の保持部５８，５９と、ローラを有する支持部
６０とを有する。各保持部５８，５９は、面板５５に臨
む位置で、相互に対向して設けられ、端部４３が面板５
５に臨むように、かつ管体４１の軸線Ｌ２が、面板５５
の回転軸線Ｌ１と一致するように、管体４１を外部側か
ら挟んで、保持することができる。また支持部６０は、
管体４１の軸芯を管体保持部５８，５９の保持中心にほ
ぼ近くの高さまで管体４１をガイドするように高さ調整
されている。各保持部はＶ字状の凹部を持つため、管体
４１を挟んだときには管体４１の自動芯出し機能をもつ
が、支持部６０のローラにより上下高さの調整は僅かと
なり、各保持部の芯出し機能が効果的に働くことができ
る。

【００３３】この管端加工装置５０を用いて、各保持部
５８，５９によって管体４１を保持し、面板５５を回転
駆動しながら軸線方向に変位駆動し、刃物５４によって
管体４１の端部４３を切削加工し、端面４５を形成する
ことができる。本発明に従う開先形成方法を構成する管
端加工工程では、端部４３にクランプ体４７を外面側か
ら装着し、クランプして端部４３が所定形状である、た
とえば真円筒形状に矯正され、この状態で、面板５５が
回転駆動されて端部４３が切削加工される。クランプ体
４７は、管体４１の軸線Ｌ２に垂直な平面に沿って周方
向に等間隔をあけた位置で、管体４１を外面側から押圧
して、端部４３を矯正する。またクランプ体４７によっ
て管体４１を押圧する位置（押圧部位の中心位置）は、
軸線方向に関して、形成される端面４５から距離Ｄ１の
位置である。管体４１は、公称外径（製造時の目標外
径）がたとえば７６２ｍｍであれば、前記距離Ｄ１は、
たとえば１２０ｍｍである。このように管体４１は、端
部４３が所定形状にされた状態で切削加工されて、端面
４５が形成される。図３ではクランプ体４７は、保持手
段５２の各保持部５８，５９による保持位置よりも端面
寄りに独立して装着されているが、必ずしも独立してい
る必要はなく、たとえば保持手段５２に支持されてもよ
い。

【００３４】図３〜図５を参照して、管体４１を切削加
工する手順を説明したけれども、他の管体、たとえば管
体４２についても同様にして切削加工され、端面４６が
形成される。

【００３５】図６は、クランプ体４７の具体的構成を示
す側面図であり、図７は、図６の左側から見て示すクラ
ンプ体４７の正面図である。ここで、図６は、図３の紙
面に対して手前側から見た状態で示す。クランプ治具で
あるクランプ体４７は、クランプリング６２と、複数の
クランプボルト６３とを含む。クランプリング６２は、
一体に形成されてもよいし、または複数の円弧状のリン
グ部材が連結されて構成されてもよく、いずれの場合に
も全体形状として、円環状である。本実施の形態では、
３つのリング部材６４が連結されて構成される。加圧押
し部材としての押し金具であるクランプボルト６３は、
たとえば１２本設けられ、クランプリング６２の周方向
に等間隔に配置されている。

【００３６】図８は、図７のリング部材６４の連結箇所
付近を拡大して示す正面図であり、図９は、リング部材
６４の周方向一端部を周方向に見て示す側面図である。
リング部材６４は、たとえば高強度鋼から成り、本体部
６５とその周方向両端部に設けられる連結部６６，６７
とを有する。本体部６５は、円弧状の外周壁６８と円弧
状の内周壁６９とが、周方向に間隔をあけて配置される
連結壁７０によって連結されて構成されている。外周壁
６８および内周壁６９は、クランプリング６２の軸線Ｌ
４まわりの周方向に延びている。

【００３７】連結部６６は、本体部６５の周方向一端部
に固定される。この連結部６６は、本体部６５から軸線
方向両側に張出す張出し部７１を有するとともに、軸線
Ｌ４を基準にして半径方向の中間部において、本体部６
５と反対側の面が本体部６５から遠ざかるように突出す
る突部７２を有している。各張出し部７１には、挿通孔
７３が、たとえば２つずつ形成されている。

【００３８】連結部６７は、本体部６５の周方向他端部
に固定される。この連結部６７は、本体部６５から軸線
方向両側に張出す張出し部７４を有するとともに、軸線
Ｌ４を基準にして半径方向の中間部において、本体部６
５と反対側の面が本体部６５に近づくように凹む凹部７
５を有している。各張出し部７４には、挿通孔７６が、
たとえば２つずつ形成されている。

【００３９】各リング部材６４は、周方向一端部を、他
のリング部材６４の周方向他端部に突き合わせるように
して設けられ、突部７２を凹部７５に嵌まり込ませて設
けられる。これによって各リング部材６４は、相互の半
径方向の位置がずれないように、位置決めされる。この
状態で、相互に突合わされる各張りだし部７１，７４の
挿通孔７３，７６に共通に挿通される連結ボルト７７お
よびこの連結ボルト７７に螺着されるナット７８を用い
て、連結部６６，６７を相互に締付けて、各リング部材
６４が着脱可能に連結される。

【００４０】このような各リング部材６４を連結して成
るクランプリング６２は、各リング部材６４の外周壁６
８が、軸線Ｌ４まわり真円筒面に沿って延びているとと
もに、各リング部材６４の内周壁６９が、軸線Ｌ４まわ
りの真円筒面に沿って延びている。換言すれば、リング
部材６４は、真円筒状に構成される。このクランプリン
グ６２は、管体４１と比較して、少なくとも半径方向に
関して剛性が高く、本実施の形態では、半径方向だけで
なく、軸線方向および周方向に関しても剛性が高い。

【００４１】図１０は、図７のクランプボルト６３付近
を拡大して示す断面図であり、図１１は、図１０の切断
面線ＸＩ−ＸＩから見た断面図であり、図１２は、図１
１の上側から見た平面図であり、図１３は、図１１の上
側から見て一部を切欠いて示す断面図である。クランプ
ボルト６３は、各リング部材６４に４つづつ設けられ、
各連結壁７０間に配置されている。各リング部材６４の
各クランプボルト６３が設けられる位置である連結壁７
０間には、内周壁６９の外周部側にナット保持部８０が
設けられ、外周壁６８、内周壁６９およびナット保持部
８０に、軸線Ｌ４を通る一半径線Ｌ５に沿った挿通孔８
１，８２，８３がそれぞれ形成されている。各クランプ
ボルト６３は、各挿通孔８１〜８３を挿通して設けられ
る。

【００４２】ナット保持部８０には、内部側に臨んで開
放する内面形状が略楕円形状の凹所８４が形成されてお
り、この凹所８４に外径形状が略楕円形状のナット８５
が嵌まり込んで、前記一半径線Ｌ５まわりの回転が阻止
された状態で設けられる。またナット８５は、蓋片８６
によって外部に抜落ちることが阻止されている。このナ
ット８５にクランプボルト６３が螺着されて設けられて
おり、クランプボルト６３は、一半径線Ｌ５まわりに回
転することによって、クランプリング６２に対して半径
方向の位置を調節可能であり、したがって先端部に設け
られるクランプパッド８８のクランプリング６２から半
径方向内方への突出量を調整可能である。

【００４３】このクランプボルト６３をクランプリング
６２から半径方向内方に突出させ、先端部、したがって
クランプパッド８８を、図中に仮想線で示すように、管
体４１の外周面に当接させて、管体４１をクランプする
ことができる。このとき、クランプパッド８８が管体４
１の外周面に当接した状態で、さらにクランプボルト６
３を半径方向内方に突出させることによって、管体４１
を半径方向内方に押圧して矯正することができる。クラ
ンプボルト６３には、クランプリング６２の外周側にあ
る頭部８７に６角穴８９が形成されており、６角レンチ
を用いて回転することができる。

【００４４】また各クランプボルト６３は、その軸線ま
わりの一回転によってクランプリング６２の半径方向に
変位する変位量は、同一であり、各クランプボルト６３
は、同一回転数回転させることによって同一変位量変位
させることができる。したがって真円筒状のクランプリ
ング６２から各クランプボルト６３を同一突出量だけ半
径内方に突出させることが可能である。これによって管
体４１にクランプ体４７を装着するにあたって、各クラ
ンプボルト６３のクランプリング６２からの突出量を同
一に保ちながら突出させることによって、各クランプボ
ルト６３の管体４１の半径方向外方に膨らんだ部分に臨
むボルトから管体４１に当接し、各クランプボルト６３
の全部が管体４１に当接するまで突出させることによっ
て、管体４１の当接部を真円筒、具体的には、外周面が
真円筒となる形状に矯正することができる。このときク
ランプ体４７の軸線Ｌ４と管体４１の軸線Ｌ２とは同軸
となる。

【００４５】また各クランプボルト６３の突出量を変え
ることによって、真円筒とは異なる他の形状、たとえば
楕円形状、略三角形状およびその他の略多角形状などに
矯正することができる。

【００４６】このようなクランプ体４７には、複数、た
とえば本実施の形態において６つの係止部材９０が、周
方向に等間隔に設けられる。各係止部材９０は、各リン
グ部材６４に２つずつ、連結壁７０に固定されて設けら
れる。各係止部材９０には、クランプリング６２の軸線
方向に貫通し、周方向に長い略矩形状の係止孔９１が形
成されている。

【００４７】図１４は、クランプ体４８の具体的構成を
示す側面図であり、図１５は、図１４の右側から見て示
すクランプ体４８の正面図である。ここで、図１４は、
図３において管体４１を管体４２に置き換え、クランプ
体４７をクランプ体４８に置き換えて、その紙面に対し
て裏面側から見た状態で示す。クランプ体４８は、図６
〜図１３に示すクランプ体４７と同様の構成を有するの
で、同様の構成を有する部分は、同一の参照符号を付し
て詳しい説明を省略する。クランプ体４８自体は、クラ
ンプ体４７と同様に構成されるけれども、クランプ体４
８には、係止部材９０に代えて、引寄せシリンダ９３が
設けられる。

【００４８】このクランプ体４８もまた、クランプ体４
７と同様に各クランプボルト６３を有しており、管体４
２にクランプ体４８を装着するにあたって、各クランプ
ボルト６３のクランプリング６２からの突出量を同一に
保ちながら突出させることによって、各クランプボルト
６３の管体４２の半径方向外方に膨らんだ部分に臨むボ
ルトから管体４２に当接し、各クランプボルト６３の全
部が管体４２に当接するまで突出させることによって、
管体４２の当接部を真円筒、具体的には、外周面が真円
筒となる形状に矯正することができる。このときクラン
プ体４８の軸線Ｌ６と管体４２の軸線Ｌ３とは同軸とな
る。

【００４９】また各クランプボルト６３の突出量を変え
ることによって、真円筒とは異なる他の形状、たとえば
楕円形状、略三角形状およびその他の略多角形状などに
矯正することができる。

【００５０】引寄せシリンダ９３は、係止部材９０と同
数、したがって複数、たとえば本実施の形態において６
つ設けられ、周方向に等間隔に配置される。各引寄せシ
リンダ９３は、各リング部材６４に２つずつ、連結壁７
０に固定されて設けられる。各引寄せシリンダ９３は、
シリンダチューブ９４の基端部で連結壁７０に固定さ
れ、クランプリング６２から軸線方向に沿って設けられ
る。各引寄せシリンダ９３は、作動油によって、シリン
ダチューブ９４に対して伸縮駆動可能なピストン９５を
有し、その先端部に係止片９６が設けられている。この
クランプ体４８は、各引寄せシリンダ９３がクランプリ
ング６２から端面４６側に突出するように装着される。

【００５１】図１６は、開先組立工程における開先の組
立方法を説明するために、開先組立装置１００を用いて
各管体４１，４２が突き合わされて開先４０が形成され
た状態を示す正面図である。上述のようにして各端部４
３，４４が加工された各管体４１，４２は、開先組立装
置１００を用いて相互に突合わされる。開先組立装置１
００は、前記各クランプ体４７，４８と、引寄せ手段１
０１とを含んで構成され、引寄せ手段１０１は、上述の
係止部材９０および引寄せシリンダ９３を含んで構成さ
れる。

【００５２】本実施の形態では、このように各管体４
１，４２を突き合わせるときに用いられる開先組立装置
１００を構成するクランプ体４７，４８を、工場におい
て管端加工を行うときに、管体４１，４２にそれぞれ装
着して切削加工を行い、このクランプ体４７，４８を管
体４１，４２にそれぞれ装着したまま現場に搬入して、
各管体４１，４２が突合わされる。各管体４１，４２
は、引寄せ手段１０１を用いて各クランプ体４７，４８
を相互に引寄せて連結することによって、相互に突合わ
される。

【００５３】図１７は、引寄せ手段１０１の具体的構成
を示す図であって、図１７（１）は、クランプ体４７側
から見て示す側面図であり、図１７（２）は、内部構造
を示す断面図であり、図１７（３）は、クランプ体４８
側から見て示す側面図である。クランプ体４７の連結壁
７０は、外周壁６８および内周壁６９の軸線方向一方側
端部を連結している。このクランプ体４７は、軸線方向
一方側を管体４１の端面４５側に配置してクランプされ
る。クランプ体４７の連結壁７０には、係止部材９０が
設けられる部位の軸線方向他方側に略矩形状の凹所１０
３が形成されるとともに、この凹所１０３の中央部で軸
線方向に挿通する嵌合孔１０４が形成されている。

【００５４】係止部材９０は、菱形形状の板状の部材で
あり、凹所１０３に嵌まり込んだ状態で嵌合孔１０４を
クランプ体４７の軸線方向他方側から塞ぐように設けら
れる。この係止部材９０は、たとえば固定用ボルト１０
５を用いて連結壁７０に固定される。係止部材９０に
は、前述のように係止孔９１が形成されており、この係
止孔９１によって嵌合孔１０４が部分的に、クランプ体
４７の軸線方向他方側に開口される。

【００５５】またクランプ体４８の連結壁７０は、外周
壁６８および内周壁６９の軸線方向一方側端部を連結し
ている。このクランプ体４８は、軸線方向一方側を管体
４２の端面４６側に配置してクランプされる。クランプ
体４８の連結壁７０には、引寄せシリンダ９３が設けら
れる部位の軸線方向他方側に略矩形状の凹所１０３が形
成されるとともに、この凹所１０３の中央部で軸線方向
に挿通する嵌合孔１０４が形成されている。各クランプ
体４７，４８は、上述のように同様の構成であり、各凹
所および各嵌合孔には、同一の符号を付す。

【００５６】引寄せシリンダ９３のシリンダチューブ９
４は、略円筒状であり、基端部に半径方向外方に突出す
る菱形形状の取付部１０６を有する。このシリンダチュ
ーブ９４は、嵌合孔１０４を挿通するように嵌合され、
取付部１０６が凹所１０３に嵌まり込んだ状態で、遊端
部が嵌合孔１０４からクランプ体４８の軸線方向一方側
に突出するように設けられ、たとえば固定用ボルト１０
８を用いて連結壁７０に固定される。

【００５７】引寄せシリンダ９３のピストン９５は油圧
シリンダの本体であり、ピストンチューブ１０９とピス
トンロッド部１１０とを有する。このピストン９５は基
端部側からシリンダチューブ９４に内挿され、ピストン
チューブの基底部に設けられた雄ネジ部１１１と、シリ
ンダチューブ９４の内壁に設けられた雌ネジ部が噛合う
ことによりシリンダチューブ９４により固定されてい
る。このピストン９５はピストンチューブ１０９の内部
に設けられた案内溝により、ピストンロッド部１１０を
加圧により真っ直ぐ突出すだけではなく、その突出しの
終端行程において、ピストンロッド部１１０を突出し軸
に対して９０度回転する機構を有している。この機構は
ロッド部を引込むときにも作用し、一番突出した状態か
ら引込むはじめの行程においてロッド部が回転しながら
引込まれ、９０度回転した後は、そのままの状態で残り
の行程を進み完全に引込まれる。

【００５８】引寄シリンダ９３の係止片９６は、略矩形
の板状であって、ピストン９５のロッド部１１０の先端
部分に設けられている。この係止片９６の長手方向寸法
は、係止孔９１の長手方向寸法よりも小さくかつ幅方向
寸法よりも大きく、また係止片９６の幅方向寸法は、係
止孔９１の幅方向寸法よりも小さい。したがって係止片
９６は、少なくともその長手方向が係止孔９１の長手方
向と同一の方向に配置される同じ向きにあるとき（図１
７（１）に仮想線で示す配置状態にあるとき）は、係止
孔９１を通過することができる。また係止片９６は、少
なくともその長手方向が係止孔の長手方向が係止孔９１
の幅方向と同一の方向に配置される直交する向きにある
とき（図１７（１）に実線で示す配置状態にあるとき）
は、係止孔９１を通過することができず、係止部材９０
によって係止することができる。

【００５９】このような引寄せ手段１０１は、各管体４
１，４２を、各端面４５，４６が対向するように配置し
た状態で、各クランプ体４７，４８を相互に近づくよう
に引き寄せる。

【００６０】具体的には、まずピストン９５のロッド部
１１０を全行程完全に突出し、係止片９６が９０度回転
した状態とする。次に、クランプ体４７の嵌合孔１０４
にシリンダチューブ９４を挿入するとともに係止部材９
０の係止孔９１に係止片９６を挿通させる。ここで、ピ
ストン９５はロッド部１１０が完全に突出し、係止片９
６が９０度回転した状態で、相対する係止部材９０の係
止孔９１に接触せずに挿通できるように角度調整をした
状態にてシリンダシューブに固定されている。このと
き、ロッド部１１０の係止孔からの突出し量はロッド部
の回転行程以上となるようにする。その後、ピストン９
５のロッド部１１０を引込むと、係止片９６は係止孔を
抜ける手前で９０度の回転を終えることになる。

【００６１】次に係止片９６を上述のような係止部材９
０によって係止できる配置状態にして、図１７（２）に
実線で示すように、ピストン９５を縮退させる。これに
よって係止片９６が係止部材９０にクランプ体４７の軸
線方向他方側で係止された状態で、ピシトン９５が縮退
されることになり、各クランプ体４７，４８が相互に近
づくように引き寄せられる。本実施の形態では、各クラ
ンプ体４７，４８は、可能なかぎり引き寄せられる。換
言すれば、各管体４１，４２の端面４５，４６が当接し
て、各クランプ体４７，４８をそれ以上引き寄せること
ができなくなるまで、引寄せられる。このようにして引
き寄せ手段１０１によって各クランプ体４７，４８を引
き寄せることによって、開先組立装置１００は、各管体
４１，４２を突き合わせ、開先４０を組み立ることがで
きる。これによって開先４０が形成される。

【００６２】図１８は、各管体４１，４２を突き合わせ
た状態で示す正面図であり、図１９は、図１８のセクシ
ョンＸＩＸを拡大して内部を示す断面図である。各管体
４１，４２を突き合わせて組み立てられて、形成される
開先４０の精度は、各管体４１，４２の端面４５，４６
間の間隔であるルートギャップＧ１と、各管体４１，４
２の外周面の半径方向のずれ量である目違い量Ｇ２とに
よって決まり、周方向に関してばらつきが少ないほど精
度が高い。

【００６３】上述のような本発明の開先形成方法に従っ
て開先４０を組み立てた場合、各管体４１，４２は、各
端部４３，４４を切削加工するときの形状に保持された
状態で突き合わせることができる。上述のように管体加
工装置５０は、一般に市販されているものであっても極
めて平面度の高い切削加工が可能であり、各端面４５，
４６における軸線方向の凹凸差がたとえば、０．１ｍｍ
以下になるように端面を形成することができる。したが
って各管体４１，４２が突合わされるときの各端面４
５，４６もまた、平面度は、同様に極めて高い状態にあ
る。

【００６４】さらに引寄せ手段１０１は、上述のように
可能な限り各クランプ体４７，４８を引き寄せるので、
各管体４１，４２は、各端面４５，４６が少なくとも周
方向の３箇所以上で当接するまで引き寄せられて、固定
される。このように各管体４１，４２が突き合わされて
固定されたとき、各端面４５，４６の平面度が上述のよ
うに極めて高いので、ルートギャップＧ１は、周方向に
おけるばらつきが極めて小さく、上述のような寸法の各
管体４１，４２では、最大値がたとえば２．５ｍｍ以下
にすることができる。

【００６５】またこのように各クランプ体４７，４８が
引き寄せられた状態では、シリンダチューブ９４の遊端
部が、クランプ体４７の嵌合孔１０４に嵌合された状態
となる。これによって各クランプ体４７，４８が、周方
向および半径方向に位置決めされ、各クランプ体４７，
４８が同軸に配置される。したがって各クランプ体４
７，４８とそれぞれ同軸である各管体４１，４２が同軸
に配置される。このように各管体４１，４２は、同軸に
配置されるうえ、各端部４３，４４が真円筒または極め
て真円筒に近い状態であるので、目違い量Ｇ２は、周方
向におけるばらつきが極めて小さく、上述のような管体
４１，４２では、最大値をたとえば１．６ｍｍ以下にす
ることができる。

【００６６】ここで各クランプ体４７，４８を相互に引
き寄せたときに、各クランプ体４７，４８の同軸度を高
くするために、シリンダチューブ９４の外径とクランプ
体４８の嵌合孔１０４の内径との寸法差を小さくして、
引寄せシリンダ９３の取付位置精度を高くし、かつシリ
ンダチューブ９４の外径とクランプ体４７の嵌合孔１０
４の内径との寸法差が小さくして、位置決め精度が高く
なるように構成される。これによって各クランプ体４
７，４８の同軸度が高くなり、各管体４１，４２の同軸
度が高くなる。

【００６７】さらに全ての引寄せシリンダ９３におい
て、上述のような寸法精度とすると、引寄せ作業が困難
になるので、２つ以上の一部、たとえば一直径線状に配
置される２つの引寄せシリンダ９３に関して、上述のよ
うな寸法精度とし、他の引寄せシリンダ９３に関して
は、シリンダチューブ９４を小径にし、各嵌合孔１０４
の内径との寸法差を大きくするようにしてもよい。これ
によって一部の引寄せシリンダ９３によって、各クラン
プ体４７，４８を高い精度で位置決めできるうえ、他の
引寄せシリンダ９３は、シリンダチューブ９４の遊端部
がクランプ体４７の嵌合孔１０４に容易に嵌まり込むの
で、引寄せ作業が容易になる。

【００６８】また各引寄せシリンダ９３のシリンダチュ
ーブ９４の遊端部は、端面が基端部に向かうにつれて拡
開する円錐台状に傾斜して形成される。これによって上
述のようにシリンダチューブ９４の遊端部が嵌合孔１０
４に嵌合されるときに、シリンダチューブ９４がクラン
プ体４７に案内され、容易に嵌合され、これによって引
寄せ作業を容易にすることができる。

【００６９】たとえばパイプラインを形成するための管
体４１，４２の溶接継手を形成するために、開先４０を
組み立てるにあたって、上述のような方法によれば、精
度の高い開先４０を得ることができる。換言すれば本実
施の形態の開先形成方法によれば、各管体４１，４２
は、管端加工工程において、外面側から押圧されて端部
が所定形状にされた状態で、端部４３，４４がそれぞれ
切削加工されて端面が形成されるので、各端部４３，４
４が所定形状であるときには、各管体の端面４５，４６
は、極めて高い平面度の平面となる。このように切削加
工されて端面４５，４６が形成された各管体４１，４２
は、開先組立工程において端部４３，４４の形状が管端
加工工程の形状と同一の形状に再現されるので、このと
き各管体４１，４２の端面４５，４６は、極めて平面度
の高い平面となっている。このように、開先組立工程で
は、各端面４５，４６の平面度が極めて高い状態で、各
管体４１，４２の端部４３，４４を突き合わせることが
できる。このようにして開先４０を組立てる場合、その
ルートギャップＧ１の精度はほとんど組立精度によって
支配される。したがって、高い精度を持つ開先組立装置
を使用すれば、ルートギャップＧ１を周方向に均一に
し、かつ所定の寸法範囲にすることができる。しかし、
電子ビーム溶接やレーザビーム溶接などのルートギャッ
プができるだけ小さいことが望まれる場合には、各管体
４１，４２の端部４３，４４を加圧して、均一に密着さ
せればよく、開先組立はきわめて容易に行うことができ
る。また各端部４３，４４の形状を同一または相似形の
形状とすれば、各管体４１，４２の軸線Ｌ２，Ｌ３を開
先組立装置により、精度よく一致させることで、目違い
量Ｇ２も周方向に均一にすることができ、部分的に目違
い量の修正を行わなくても、平均目違い量を最小にする
ことができる。

【００７０】さらに各端部４３，４４を所定形状にする
にあたって、外面側から押圧力を与えるようにしている
ので、この押圧力の調整作業、具体的には、各クランプ
ボルト６３の操作を管体の外部の広い作業空間でするこ
とができ、各端部４３，４４を所定形状にするための作
業が容易である。

【００７１】また、管端加工工程において各管体４１，
４２の端部４３，４４を所定形状にするにあって、外面
側に装着されたクランプ体４７，４８によりクランプす
ることによって達成し、この状態で各端部４３，４４が
切削加工されるが、開先組立工程においては、この管端
加工工程のクランプ条件と同一のクランプ条件でクラン
プされて、各管体４１，４２が突き合わせるので、各端
部４３，４４が突き合わせるときには、各端部４３，４
４の形状は、各端部４３，４４を切削したときの形状と
同一に再現される。このように管端加工工程と開先組立
工程において、クランプ条件を同一とすることによっ
て、切削加工時に得られた高精度の端面の平面度を損な
うことなく組立時に再現することにより、高精度の開先
を組立てることができる。この場合、クランプ条件と
は、たとえば、クランプ体４７の取付け位置、加圧変形
させるためのクランプ箇所数、各加圧位置におけるクラ
ンプボルト突き出し量などである。

【００７２】また管端加工工程および開先組立工程にお
いて各管体４１，４２の端部４３，４４を所定形状にす
るにあたって、所定形状として真円筒またはきわめて真
円筒に近い形状とすることができる。

【００７３】この場合、真円筒状は、単純な形状であ
り、軸芯に対して全周対称形状であるため、容易に形状
を再現することができる。実際には、各管体４１，４２
の各端部４３，４４の端面４５，４６においてのみ、そ
の形状が真円またはきわめて真円であることを確認すれ
ばよいので、管端加工工程と開先組立工程におけるクラ
ンプ条件が必ずしも同一でなくても、端部形状を同一と
し、再現することが容易にできる。

【００７４】また、開先形成の各工程における所定形状
を真円筒またはきわめて真円筒に近い形状とした場合、
開先組立工程において、クランプされた各管体の軸線Ｌ
２，Ｌ３を一致させることにより、ルートギャップＧ１
だけでなく、目違い量Ｇ２を最小にすることが容易にで
きるようになる。一般に、溶接する管体の周長が異なる
場合、一方の管体を塑性変形させない限り、目違い量Ｇ
２を零にすることはできない。しかし、管端部の形状が
真円あるいはきわめて真円に近い形状であれば、各管体
の端部軸芯を一致させることにより周長の差から生じる
目違い量Ｇ２を周方向に均一化することができる。

【００７５】また、軸芯を合わせて管端を突き合わせる
場合には、各管体が周方向にずれても、目違い量には大
きな差が生じることなく、開先の組立作業が容易とな
る。したがって、管端加工工程で、各管体の管端部を真
円筒またはきわめて真円筒に近い形状に矯正して切削加
工を行い、開先組立工程において、真円筒またはきわめ
て真円筒に近い形状に矯正すれば、たとえばクランプ体
４７，４８から成る真円矯正機能と軸芯合わせ機能と引
寄せ機能を持つ開先組立装置を使うことにより、開先４
０を高精度に組立てることができる。

【００７６】また管端加工工程で、管体端部を所定形状
にするために各端部４３，４４に外面側から装着された
クランプ体４７，４８を、切削加工終了後も取外さず、
管体移動工程中も装着されたままの状態とし、開先組立
工程に移行してもよい。このような場合には、各端部４
３，４４の形状は確実に切削加工時の形状と同一の所定
形状にすることができるため、各端部４３，４４を突き
合わせるとき、各端面４５，４６の切削加工時の高い平
面度を保持したまま、開先４０を組立てることができ
る。そのため、開先４０を確実に高精度に組立てること
ができる。さらに開先組立工程において、管端端部を所
定形状にする工程が不要となるため、開先組立の作業性
が向上する。

【００７７】本件発明者は、各クランプ体４７，４８と
同様のクランプ治具による管端部の真円度矯正におけ
る、クランプ条件と管体の変形状態の関係を調べるため
数値解析を行った。図２０は、解析における対象管体１
７０と外面側から加圧による変位を付加する管端からの
位置および付加範囲を示したものである。また図２１
は、周方向における加圧位置を示したものである。

【００７８】変形解析は、図２０（２）の正面図に示す
ように、長軸方向の外径ｄ１が７６６ｍｍ、かつ短軸方
向の外径ｄ２が７５８ｍｍであって、平均外径ｄｍが７
６２である真円筒形に対する最大半径差Δｒが２ｍｍの
楕円筒状の管体（鋼管）１７０を用いた。この管体１７
０の端面における外形の真円度は約１％であり、この管
体１７０の板厚は、１９ｍｍであり、端面１７１は、管
体１７０の軸線に対して垂直な平面である。

【００７９】クランプ位置である加圧位置は、図２０
（１）の側面図に示すように端面１７１からの軸線方向
の距離Ｄ１０が１２０ｍｍである円周上の複数位置と
し、１つの加圧位置において、その位置を中心にして、
軸線方向寸法ａ１が４０ｍｍであり、かつ加圧位置を通
る直径線および軸線に垂直な方向の寸法ａ２が５０ｍｍ
である加圧領域を、軸線に向かって外面側から軸線に向
けて変位させた。周方向に関して加圧位置は等間隔と
し、図２１（１）に示す外周面の長軸１７２との交点を
含む８点で加圧する８点クランプと、図２１（２）に示
す外周面の長軸１７２との交点が加圧点の中心に位置す
る１２点クランプとの２つのケースについて、それぞれ
解析を行った。

【００８０】解析では、クランプ量、したがって上述の
クランプボルト６３と同様なクランプボルトによって実
現される押し金具の端部の突出量が異なる複数のクラン
プ状態において、管体１７０の外周面形状を解析した。
各ケースにおいて、押し金具の端部が管体１７０に外接
する直径７６６ｍｍの円筒面上にある非矯正状態（非プ
レス状態）と、非矯正状態から各押し金具を半径方向内
方に１ｍｍ突出させた１ｍｍ矯正状態と、非矯正状態か
ら各押し金具を半径方向内方に２ｍｍ突出させた２ｍｍ
矯正状態と、非矯正状態から各押し金具を半径方向内方
に４ｍｍ突出させた４ｍｍ矯正状態と、非矯正状態から
各押し金具を半径方向内方に６ｍｍ突出させた６ｍｍ矯
正状態とにおいて、外径を求めた。

【００８１】図２２は、図２１（１）の８点クランプの
解析結果を示すグラフである。図２２（１）は、溶接部
位に相当する端面１７１における外径を示し、図２２
（２）は、押し金具位置である加圧位置となる端面１７
１から距離Ｄ１０の位置における外径を示す。各グラフ
において、横軸は、軸線に垂直な長軸を０度としてこの
長軸に対する軸線まわりの角度を示し、縦軸は、管体１
７０の直径を示す。また各グラフには、図２１（２）に
おいて、長軸１７２に位置する角度位置から短軸１７３
上に位置する角度位置までの９０度の角度範囲θ１にお
ける直径を示す。各線１８０ａ，１８０ｂは、非矯正状
態の直径を示し、各線１８１ａ，１８１ｂは、１ｍｍ矯
正状態の直径を示し、各線１８２ａ，１８２ｂは、２ｍ
ｍ矯正状態を示し、各線１８３ａ，１８３ｂは、４ｍｍ
矯正状態を示し、各線１８４ａ，１８４ｂは、６ｍｍ矯
正状態を示す。

【００８２】図２２から明らかなように、非矯正状態お
よび１ｍｍ矯正状態では、矯正が不足し、端面１７１お
よび加圧位置において、楕円形状を保ち、外径にばらつ
きがある。２ｍｍ矯正状態では、適度な矯正が成されて
おり、端面１７１および加圧位置において、外径にばら
つきがなく、外形の真円度を求めると０．１％以下であ
り、管体の端部を極めて真円筒に近い形状に矯正でき
た。また４ｍｍ矯正状態および６ｍｍ矯正状態では、端
面１７１および加圧位置において、矯正が過多となり、
周方向に関して加圧位置が内方に凹となる形状となり、
外径にばらつきが生じた。

【００８３】図２３は、図２１（２）の１２点のクラン
プの解析結果を示すグラフである。図２３（１）は、溶
接部位に相当する端面１７１における外径と示し、図２
３（２）は、押し金具位置である加圧位置となる端面１
７１から距離Ｄ１０の位置における外径を示す。各グラ
フにおいて、横軸は、軸線に垂直な長軸を０度としてこ
の長軸に対する軸線まわりの角度を示し、縦軸は、管体
１７０の直径を示す。また各グラフには、上述の角度範
囲θ１における直径を示す。各線１９０ａ，１９０ｂ
は、非矯正状態の直径を示し、各線１９１ａ，１９１ｂ
は、１ｍｍ矯正状態の直径を示し、各線１９２ａ，１９
２ｂは、２ｍｍ矯正状態を示し、各線１９３ａ，１８３
ｂは、４ｍｍ矯正状態を示し、各線１９４ａ，１９４ｂ
は、６ｍｍ矯正状態を示す。

【００８４】図２３から明らかなように、非矯正状態お
よび１ｍｍ矯正状態では、矯正が不足し、端面１７１お
よび加圧位置において、楕円形状を保ち、外径にばらつ
きがある。２ｍｍ矯正状態では、適度な矯正が成されて
おり、端面１７１および加圧位置において、外径にばら
つきがなく、外形の真円度を求めると０．１％以下であ
り、管体の端部を極めて真円筒に近い形状に矯正でき
た。また４ｍｍ矯正状態および６ｍｍ矯正状態では、加
圧位置において、周方向に関して加圧位置が内方に凹と
なる形状となり、外径にばらつきが生じたが、端面１７
１においては、２ｍｍ矯正状態同様、外径にばらつきが
なく、外形の真円度が０．１％以下であり、端面近傍を
極めて真円筒に近い形状に矯正できた。また４ｍｍ矯正
状態および６ｍｍ矯正状態では、加圧位置において、全
体的に外径が小さくなり、端面１７１において、上述の
クランプ量に相当する矯正量（押し金具の突出量）が大
きくなるにつれて外径が大きくなった。

【００８５】図２２および図２３に示した解析の結果に
よれば、解析対象とした１％程度の楕円形の円筒でも、
管端から約１２０ｍｍの位置における、真円矯正により
管端部はほぼ真円に矯正することが可能であることが示
された。また、クランプ点数については、８点クランプ
と１２点クランプのいずれにおいても、クランプ部がほ
ぼ真円に矯正されれば管端部もほぼ真円形状となること
が示された。クランプ数については、クランプ部を真円
からさらに加圧変形させた場合、８点クランプでは、管
端部形状もクランプ位置に相当する部分がへこむが、１
２点クランプでは、クランプ部のへこみにもかかわら
ず、管端部はほぼ真円形状を保つ結果が得られた。この
結果からは解析対象とした管体寸法に対しては、８点ク
ランプより１２点クランプの方が管端の真円形状を得る
には有利であることが判る。

【００８６】図２４は、上述の各ケースの（８点クラン
プ、１２点クランプ）解析の２ｍｍ矯正状態における端
面の管軸方向への変位量を示すグラフである。横軸は、
管体の長軸１７２との１つの交点位置から端面１７１に
対向した状態で時計まわりの角度位置を示す。この横軸
は、図２０（２）において、管体の最上端位置が０度と
なるように示している。縦軸は、端面の軸線方向の変位
量（所定の基準位置からのずれ量）を示す。◆付きの線
１９５は、８点クランプの変位量を示し、△付きの線
は、１２点クランプの変位量を示す。

【００８７】図２５から明らかなように、各線１９５，
１９６はグラフ上でほぼ重なっており、各ケースにおい
て、端部が真円筒に極めて近い状態に矯正された場合に
は、端面は、ほぼ同様の変形をしている。端面の最大の
変位量は±０．１４ｍｍ程度であり、端面の軸線方向の
最大ずれ量（管端平面度）は、約０．２８ｍｍとなる。
このことから端部の切削加工のときに、端面における外
形が図２０に示すような楕円形状のまま切削加工して端
面を形成し、開先組立工程において端面の外形が真円形
状になる状態で突き合わせると、したがって管端加工の
ときと開先組立のときとで端部の形状が異なっていれ
ば、ルートギャップが電子ビーム溶接などに好適な精度
の開先を形成することができるなくなる可能性が極めて
高い。したがって本発明のように管端加工のときと開先
組立のときとで端部の形状を再現し、端面の平面度を高
くする必要があり、これによって電子ビーム溶接などに
も好適な精度の高い開先を形成することができる。

【００８８】また本件発明者は、上述のような本発明の
方法に従って、板厚１９ｍｍ、平均外径７６２ｍｍの鋼
管を管端加工し、端面の平面度を測定した。前記鋼管を
管端加工するにあたって、各クランプ体４７，４８と同
様のクランプ体を用いて、形成される端面からの軸線方
向距離が１２０ｍｍとなる位置で１２点クランプし、端
部を真円筒状に矯正し、平面切削加工した。測定結果の
一例を図２５および図２６に示す。

【００８９】図２５は管端加工後の端部を真円筒状に矯
正したままの状態で測定した平面度を示すグラフであ
り、図２６は管端加工後にクランプ体を外して測定した
平面度を示すグラフである。図２５および図２６の各グ
ラフにおいて、横軸は鋼管の軸線まわりの角変位を示
し、縦軸は端面の軸線方向の変位量（所定の位置からの
ずれ量）を示す。図２５の線１９７が示すように、矯正
状態では、端面の最大変位量（ずれ量）は約０．１ｍｍ
程度であるのに対し、図２６の線１９８が示すように、
矯正解除すると、端面の最大変位量は約０．２ｍｍ程度
となっている。このように管端部のクランプ条件が管端
面の平面度に大きく影響していることが確認された。

【００９０】また本件発明者は、上述の本発明の開先形
成方法を実施して形成した開先の精度を測定した。開先
を形成するために用いた２つの鋼管は、板厚が１９ｍｍ
であり、平均外径が７６２ｍｍである鋼管である。この
ような各鋼管を用い、管端加工によって形成される端面
からの軸線方向の距離が１２０ｍｍとなる位置で、上述
の各クランプ体４７，４８と同様のクランプ体によって
１２点クランプに直円筒状に端部を矯正してそれぞれ管
端加工（平面切削加工）し、クランプを外した２つの管
体を、開先組立装置１００と同様の装置を用いて、管端
加工時と同様のクランプ条件でクランプして端部を真円
筒状に矯正して突き合わせ、開先を組立てて、形成し
た。この開先のルートギャップおよび目違い量を測定し
た。この一実施例で形成した開先の精度の測定結果を図
２７に示す。

【００９１】図２７（１）は一実施例によって形成され
た開先の目違い量を示すグラフであり、図２７（２）は
一実施例によって形成された開先のルートギャップを示
すグラフである。図２７（１）および図２７（２）にお
いて横軸は、鋼管の軸線まわりの角度位置を示し、図２
７（１）において縦軸は、目違い量を示し、図２７
（２）において縦軸は、ルートギャップを示す。図２７
（１）の線１８５が示すように、目違い量は最大でも
１．５ｍｍよりも小さく、図２７（２）の線１８６が示
すように、ルートギャップは最大でも０．１０ｍｍであ
る。このように、きわめて高い精度の開先を形成するこ
とができる。

【００９２】また本件発明者は、本発明の開先形成方法
と従来の技術の方法とを比較するために、従来の技術の
開先形成方法に従って、組立工程において管端形状を再
現しないで形成した開先の精度を測定した。開先を形成
するために用いた２つの鋼管は、実施例で用いた鋼管と
同様の鋼管である。このような各鋼管を用い、真円矯正
せずに、単に固定のためにクランプした状態でそれぞれ
管端加工（平面切削加工）し、これら２つの管体を、開
先組立装置１００と同様の装置を用いて、真円筒状に矯
正して突き合わせ、開先を組立てて、形成した。この開
先のルートギャップおよび目違い量を測定した。この比
較例で形成した開先の精度の測定結果を図２８に示す。

【００９３】図２８（１）は一実施例によって形成され
た開先の目違い量を示すグラフであり、図２８（２）は
一実施例によって形成された開先のルートギャップを示
すグラフである。図２８（１）および図２８（２）にお
いて横軸は、鋼管の軸線まわりの角度位置を示し、図２
８（１）において縦軸は、目違い量を示し、図２８
（２）において縦軸は、ルートギャップを示す。図２８
（１）の線１８７が示すように、目違い量は最大で２ｍ
ｍを超え、図２８（２）の線１８８が示すように、ルー
トギャップは最大でも０．２０ｍｍである。このよう
に、実施例に比べて開先の精度は低く、特にルートギャ
ップは本発明の実施例の２倍となった。

【００９４】図２７および図２８に示した実施例および
比較例において、各管体は、端面における外形の真円度
が約０．４％程度の比較的良好な真円筒度の管体であ
り、管端加工後のそのクランプ状態における端面の平面
度は、軸線方向の変位量（ずれ量）が０．１ｍｍ程度ま
たはそれ以下の精度が確保されていた。このような管体
を用いた上記実施例および比較例の開先の精度の測定結
果より、本発明の開先形成方法に従って開先を形成する
ことによって、従来の方法では得られなかった高精度の
開先を形成することが可能であることが確認された。

【００９５】図２９は、本発明の実施の他の形態の管端
加工方法を説明するために他の管端加工装置２００を示
す断面図であり、図３０は、図２９の切断面線ＸＸＸ−
ＸＸＸから見た断面図である。上述の実施の形態と同様
の構成を有する部分は、同一の符号を付し、説明を省略
する。管端加工装置２００は、切削手段２０１と固定手
段２０２とが、連結体２０３によって連結されている。
切削手段２０１は、刃物２０４を保持する面板２０５
と、面板を回転駆動する駆動部２０６と有する。面板２
０５には、外周部に刃物台２０７が設けられており、こ
の刃物台に刃物（バイト）２０４が保持されている。駆
動部２０６は、このような面板２０５を軸線Ｌ１０まわ
りに回転駆動することができる。

【００９６】固定手段２０２には、半径方向に連動して
変位可能な３つ固定脚２０８，２０９，２１０を有す
る。各固定脚２０８〜２１０は、面板２０５と同軸とな
るように、連結体２０３で連結される保持部２１１によ
って保持されており、軸線Ｌ１に関して半径方向に変位
駆動することができる。この固定手段２０２は、管体４
１内に挿入し、管体外部に配置されるハンドル２１２各
固定脚２０８〜２１０を半径方向外方に変位させて管体
４１の内周面に当接させ、これによって切削手段２０１
を、端部４３が面板２０５に臨むように、かつ管体４１
の軸線Ｌ２が、面板２０５の回転軸線Ｌ１０と一致する
ように、管体４１に保持することができる。

【００９７】この管端加工装置２００を用いて、切削手
段２０１を管体４１に保持し、面板２０５を回転駆動し
ながら軸線方向に変位し、刃物２０４によって管体４１
の端部４３を切削加工し、端面４５を形成することがで
きる。このような管端加工装置２００であっても、上述
の管端加工装置５０と同様に各端部４３，４４の切削加
工をすることができる。またこのような装置は、溶接現
場において、管体の端部を切削加工することも可能であ
り、利便性が向上される。

【００９８】上述の実施の形態では、開先組立装置１０
０を構成する各クランプ体４７，４８をそれぞれ装着し
てクランプした状態で、各端部４３，４４の切削加工を
し、装着したまま溶接現場へ搬入して、管体４１，４２
を突き合わせ、開先を組み立てることができるが、切削
加工（管端加工）後に、各クランプ体４７，４８を一旦
外して、各管体４１，４２を現場に搬入し、再びクラン
プ体４７，４８を装着してクランプして、端部４３，４
４の形状を再現するようにしてもよい。またクランプ体
４７，４８と別のクランプ治具であって、各クランプ体
４７，４８と同様のクランプ能力、具体的には同程度の
剛性を有し、同程度のクランプ力で、同数の箇所を押圧
することができるクランプ治具を用いて、各端部４３，
４４をクランプして切削加工した後、各クランプ体４
７，４８を装着して各端部４３，４４をクランプして突
き合わせるようにしてもよい。このようにしても開先組
立工程において、管端加工工程の各端部４３，４４の形
状を再現することが可能である。

【００９９】このように異なる治具を用いて端部の形状
を再現するとき、クランプ位置、すなわち上述のように
クランプ数（押圧箇所数）を同一にすることはもちろ
ん、その配置間隔を同一にし、さらに形成すべき端面か
らの軸線方向の距離を同一にすることによって、形状を
容易に再現できる。

【０１００】上述の各実施の形態は、本発明の例示に過
ぎず、本発明の範囲内において、構成を変更することが
できる。たとえばクランプ治具であるクランプ体の分割
数は、２つまたは３つ以上であってもよいし、クランプ
ボルト数は、３つ以上であれば限定されることはない。
また管体は、必ずしも真円筒に矯正する必要はなく、略
多角形状などの他の形状であってもよい。またたとえば
管体の材質および寸法などは、例示した材質および寸法
に限定されることはなく、他の管体を突き合わせて開先
を組立てるようにしてもよい。また電子ビーム溶接のた
めの開先だけでなく、従来の技術に関連して述べたよう
なＭＩＧ溶接などの他の溶接のための開先を形成するよ
うにしてもよく、突き合わせ溶接継手の形成目的は、ガ
スを輸送するパイプラインの形成に限らず、石油を郵送
するためのパイプラインであってもよく、またはその他
工業製品および構造物の形成を目的としてもよい。また
Ｉ開先に限らず、Ｖ開先、Ｙ開先およびＵ開先などの他
の開先を組立ててようにしてもよい。

【０１０１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、管体の組
立工程において、各管体を突き合わせて開先を組立てる
とき、各管体の端部が管端加工工程と同一のクランプ治
具を用いて矯正されており、各管体の端面は、管端加工
工程において切削加工によって得られる平面度と同程度
のきわめて高い平面度となっている。これによって２つ
の端面によって形成される開先のルートギャップをきわ
めて小さく抑えることができ、高精度の開先を形成する
ことができる。したがって、高エネルギ密度溶接にも好
適に実施できる。また外面側から押圧力を与えるので、
管体の端部を所定形状にする作業が容易である。

【０１０２】また本発明によれば、管端加工工程と組立
工程とにおいて、クランプ位置およびクランプ力を同一
にすることによって、組立工程において管体の端部の形
状を管端加工工程と同一の形状に再現でき、高精度の開
先の形成を達成することができる。

【０１０３】さらに本発明によれば、管端加工工程およ
び組立工程において、管体の端部を真円筒またはきわめ
て真円筒に近い形状にすることによって、高精度の開先
を形成できることに加えて、この高精度の開先を形成す
る作業が容易になる。

【０１０４】さらに本発明によれば、管端加工工程にお
いて装着したクランプ治具を、そのまま装着した状態
で、各管体を突き合わせて開先を形成するので、端部の
形状の再現が確実かつ容易になり、高精度の開先を確実
かつ容易に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の開先形成方法を示すフ
ローチャートである。

【図２】図１の開先形成方法を示す図である。

【図３】管端加工方法を示す管端加工装置５０の正面図
である。

【図４】図３の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た断面図であ
る。

【図５】図３の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面図である。

【図６】クランプ体４７を示す側面図である。

【図７】クランプ体４７を示す正面図である。

【図８】リング部材６４の連結箇所付近を拡大して示す
正面図である。

【図９】リング部材６４の周方向一端部を周方向に示す
側面図である。

【図１０】クランプボルト６３を示す断面図である。

【図１１】図１０の切断面線ＸＩ−ＸＩから見て示す断
面図である。

【図１２】図１１の上側から見てクランプボルト６３を
示す平面図である。

【図１３】図１１の上側から見てクランプボルト６３を
示す断面図である。

【図１４】クランプ体４８を示す側面図である。

【図１５】クランプ体４８を示す正面図である。

【図１６】開先組立装置１００を示す正面図である。

【図１７】引き寄せ手段１０１を示す図である。

【図１８】各管体４１，４２の突き合わせ状態を示す正
面図である。

【図１９】図１８のセクションＸＩＸを拡大して示す断
面図である。

【図２０】矯正解析にあたっての加圧条件を示す図であ
る。

【図２１】周方向における加圧位置を示す図である。

【図２２】８点クランプの解析結果を示すグラフであ
る。

【図２３】１２点クランプの解析結果を示すグラフであ
る。

【図２４】８点クランプおよび１２点クランプの２ｍｍ
矯正状態における端面の変位量を示すグラフである。

【図２５】管体の端面の計測結果を示すグラフである。

【図２６】管体の端面の計測結果を示すグラフである。

【図２７】一実施例の開先精度の測定結果を示すグラフ
である。

【図２８】比較例の開先精度の測定結果を示すグラフで
ある。

【図２９】本発明の実施の他の形態の切削加工方法の切
削加工装置２００を示す正面図である。

【図３０】図２９の切断面線ＸＸＸ−ＸＸＸから見て示
す断面図である。

【図３１】従来の技術の切削加工方法の切削加工装置１
を示す正面図である。

【図３２】切削加工装置１を示す断面である。

【図３３】従来の技術の管体の組立方法の開先組立装置
１１を示す断面図である。

【図３４】開先組立装置１１の側面図である。

【符号の説明】

４０ 開先 ４１，４２；１７０ 管体 ４３，４４ 端部 ４５，４６；１７１ 端面 ４７，４８ クランプ体 ５０，２００ 管端加工装置 ６２ クランプリング ６３ クランプボルト ９０ 係止部材 ９１ 係止孔 ９３ 引き寄せシリンダ １００ 開先組立装置 １０１ 引寄せ手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西田 秋雄 兵庫県加古郡播磨町新島８番地 川崎重 工業株式会社 播磨工場内 (72)発明者 岩瀬 敏典 兵庫県加古郡播磨町新島８番地 川崎重 工業株式会社 播磨工場内 (56)参考文献 特開 平８−168881（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−185878（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 31/00 B23K 37/053

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの管体の端部を突き合わせて、溶接
   継手を形成するために開先を加工し、組み立てる方法で
   あって、 各管体の管端加工工程において、クランプ治具を装着し
   て各管体の端部をクランプし、各管体の外面側から押圧
   力を与えて端部を所定形状にした状態で、各管体の端部
   を切削加工し、 各管体の管端加工工程後、各管体の組立工程において、
   前記クランプ治具を装着して各管体の端部をクランプ
   し、各管体の外面側から押圧力を与えて端部を前記管端
   加工工程における形状と同一の形状に再現し、各管体の
   端部を突き合わせて開先を組み立てることを特徴とする
   管体の開先形成方法。
2. 【請求項２】 各管体の組立工程において、前記各管体
   の端部を、前記管端加工工程におけるクランプ位置と同
   一のクランプ位置を、前記管端加工工程におけるクラン
   プ力と同一のクランプ力でクランプして、突き合わせて
   開先を組み立てることを特徴とする請求項１記載の管体
   の開先形成方法。
3. 【請求項３】 各管体の管端加工工程において、各管体
   の外面側からクランプして各管体の端部を真円筒または
   極めて真円筒に近い形状に矯正した状態で、各管体の端
   部をそれぞれ切削加工し、 各管体の組立工程において、外面側からクランプして前
   記各管体の端部を、真円筒または極めて真円筒に近い形
   状に矯正した状態で、各管体の軸線を一致させて突き合
   わせて開先を組み立てることを特徴とする請求項１また
   は２記載の管体の開先形成方法。
4. 【請求項４】 各管体の組立工程において、前記管端加
   工工程で装着したクランプ治具を前記各管体の端部に装
   着したままの状態で、各管体の端部を突き合わせて開先
   を組み立てることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載の管体の開先形成方法。