JP4263021B2 - 金属管の溶接方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ステンレス鋼鋼管等の金属管や機器ノズル等の溶接施工においては、溶接部を含む管内面をアルゴンガス等のバックシールドガスで大気に対して遮蔽している。管内の空気をバックシールドガスに置換するために、バックシールド治具が使用されている。バックシールド治具として、ベルト式シールド治具(通称、どくろ)、大鼓式シールド治具、風船式シールド治具が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平05−245633号公報(要約、図1〜図3)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のバックシールド治具を使用した金属管の溶接方法においては、未だ解決すべきそれぞれ以下のような問題があった。
ベルト式シールド治具を使用した場合、管内にセットする際、ある程度の技術を必要とし、だれでも簡単にセットすることができなかった。また、製作に時間を要し、しかも、製造コストが高くなった。
大鼓式シールド治具や風船式シールド治具を使用した場合、溶接後、シールド治具を抜き取るための取り出し口が金属管の内径に比べて比較的大きい場合には問題ないが、取り出し口が小さい場合には、シールド治具を取り出すことが困難なこともあった。また、大鼓や風船の材質がゴムであるため、熱による劣化が激しく、長期間の使用に耐えられなかった。この熱の影響を避けるため、溶接部からかなり離れた位置にシールド治具を設置すると、大気(空気)と置換するアルゴンガスの使用量が多くなった。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単に取付けができ、取り出し口が小さい場合でも容易に取り出しが可能で、かつ、安価に製造できるシールド治具を使用した金属管の溶接方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第1の発明に係る金属管の溶接方法は、金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法であって、
前記金属管の内径より大きい外径を有し、周縁部が該金属管の内壁に沿って折り曲げられたシート材の内側に、流体を充填すると膨張し、流体を排出すると収縮する弾性材からなるリング状のチューブを押し当て、溶接時には、該チューブに流体を充填して前記シート材の周縁部を前記金属管の少なくともいずれか1の内周にシール状態に固定し、溶接後には、前記チューブ内の流体を排出して該チューブを収縮させ、該チューブを空気供給用ホースを介して、前記シート材を該シート材に設けた取り出し用の紐を介して、前記金属管に形成された取り出し口から、それぞれ別個に取り出す。
これによって、金属管の内壁にシート材の周縁部を、膨張させたチューブを介して押し当て、溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接することができ、しかも、溶接後には、チューブを収縮させて、チューブ及びシート材を、金属管に形成された取り出し口を介して取り出すことができる。
【0007】
第2の発明に係る金属管の溶接方法は、第1の発明に係る金属管の溶接方法において、前記金属管の内径より大きい外径を有する前記シート材の周縁部の複数個所には、実質的に半径方向に切り込みが形成されている。これによって、切り込みの形成によりシート材の周縁部と、チューブ及び金属管の内壁とのシール性が向上する。
【0008】
【0009】
【0010】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図1(A)は本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法における構成図、(B)は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具の斜視図、図2(A)、(B)はそれぞれ同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のシート材の平面図、正面図、図3は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のチューブへの給排気方法の説明図、図4は同金属管の溶接方法の第1の変形例を示す説明図、図5は同金属管の溶接方法の第2の変形例を示す説明図である。
【0011】
図1(A)、(B)に示すように、本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法は、金属管10、11同士の溶接部12の裏面をバックシールドガスの一例であるアルゴンガス13により大気14から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法であって、溶接部12から所定の間隔をあけた金属管10内には、バックシールド治具(シールド治具)15のシート材16が配置され、シート材16の周縁部17の内側には、弾性材からなるリング状のチューブ18が押し当てられている。以下、これらについて詳しく説明する。
【0012】
メンテナンスフリーを達成したり、管内を流れる流体の漏洩事故を皆無にするために、特定の処理設備においては、金属管の継手部にフランジ継手を使用しない。従って、例えば、ステンレス製機器のマンホールにおいては、図1(A)に示すように、本体側の金属管10とキャップを構成する金属管11とを突き合わせ継手溶接している。溶接の際、溶接部12の裏面をアルゴンガス13により大気14から遮蔽するため、バックシールド治具15のシート材16の周縁部17がチューブ18により、金属管10の内壁19にシール状態で固定されており、金属管11の先端部に設けられた取り出し口の一例であるノズル20を挿通する、シールドガス用ホースの一例であるアルゴンガス供給ホース21を介してアルゴンガス13が供給されるようになっている。しかも、溶接部12の溶接終了後には、シート材16及びチューブ18はそれぞれ別個に、ノズル20から容易に外部に取り出すことができるように構成されている。なお、金属管10、11のサイズは一例として、500A(内径N)、また、ノズル20のサイズは40Aとする。
【0013】
図1(A)、(B)及び図2(A)、(B)に示すように、バックシールド治具15の一部を構成するシート材16は、シリコン樹脂製で耐熱性(耐熱温度が約200℃)を有しており、外径D(=N+50〜60mm)を有する本体部22と、本体部22の中央部の上下に配置されて縫い付けられた小径dの補強部23、24とを備えている。補強部23、24が固定された本体部22の中央部には、ノズル20を挿通してシート材16を外部に取り出すための所要の長さを備えた取り出し用の紐25が縫い付けられている。また、金属管10の内径Nより、約50〜60mm大きく形成された本体部22の周縁部17には、中心Oに向かって実質的に半径方向に、長さMの切り込み26が複数個所(本実施の形態では、12個所)形成されている。この切り込み26により、本体部22の周縁部17が金属管10の内壁19に沿って容易に折り曲げられる。なお、はさみ等で切断された切り込み26を含む本体部22の外周部は、糸が解けないようにミシン等でまつり縫いが施されている。
【0014】
図1(A)、(B)及び図3に示すように、シート材16の本体部22の周縁部17の内側を金属管10の内壁19に押し当てるバックシールド治具15のチューブ18には、流体の一例である空気を充填するための空気供給用ホース27が取付けられている。チューブ18は、例えば、自転車用のチューブ材(大きさは500A用)を市販品として購入して使用することができる。図3の(a)から(b)に変化で示すように、購入したチューブ18から虫ゴム28及び虫ゴム押えナット29を取り外し、取り外した部分に空気が漏れないように空気供給用ホース27の基端部を接続し、一方、空気供給用ホース27の先端部には取り外した虫ゴム28及び虫ゴム押えナット29を空気が漏れないように取付ける。従って、自転車用の空気入れ(図示せず)を用いて、チューブ18内に空気を充填することができ、虫ゴム押えナット29を緩めることにより、チューブ18内の空気を外部に排出することができる。
【0015】
次いで、本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法について、その作業手順を図1〜図3を参照しながら説明する。
(1)バックシールド治具15のセット
(1−1)ノズル20を取付けた金属管11を金属管10の上にセットする前に、金属管10の上端面30上に、シート材16を金属管10に実質的に同心状に載置する。だだし、シート材16に設けた取り出し用の紐25は上側とする。
【0016】
(1−2)空気供給用ホース27を上側にし、チューブ18が金属管10の内壁19から落ちない程度にチューブ18に空気を入れて膨らませて、チューブ18をシート材16上に実質的に同心状に載置する。
(1−3)チューブ18の外周部が、シート材16の本体部22の周縁部17を金属管10の内壁19に沿って折り曲げた状態で、上端面30から所定の距離K(Kは最低100mm)までチューブ18を均一に挿入する。
(1−4)チューブ18に再度空気を入れて、チューブ18の張り具合を調整する。
【0017】
(1−5)図1(A)に示すように、シート材16に設けた取り出し用の紐25、チューブ18に設けた空気供給用ホース27及びアルゴンガス供給ホース21を、金属管11に設けたノズル20に通した状態で、金属管11を金属管10に仮組みする。この時、取り出し用の紐25、空気供給用ホース27及びアルゴンガス供給ホース21はノズル20を抜けて金属管10側に落下しないように、図示しない固定部材に固定する。
【0018】
(2)開先合わせ及びアルゴンガスの供給
(2−1)金属管10、11の対向するルートギャップの調整を行い、金属管10、11の外面10a、11aに複数個(本実施の形態では、6個)のプレート状の治具を溶接により固定する。
(2−2)アルゴンガス供給ホース21の先端部に設けられた焼結金属からなるガス分散機構31を介してアルゴンガス13を金属管10、11内に供給する。この際、アルゴンガス13の供給量は25リットル/min程度とする。
(2−3)ノズル20内の酸素濃度を別途、測定手段により測定し、酸素濃度が0%であることを確認後、次いで、ルートギャップ部の酸素濃度が0%になるのを確認する。
【0019】
(3)溶接施工(特に、初層溶接での注意点を述べる)
(3−1)初層溶接は、金属管10、11の外面10a、11aの円周方向に所定の間隔をあけて固定された治具と治具との間(距離は200〜400mm程度)を長さ100mm程度、対象法にて溶接を行う。
【0020】
(3−2)溶接により固定した治具を、グラインダーを使用して削除する。ここでは、ハンマーの使用は禁止される。また、治具を除去した跡は必ず、非破壊検査を実施して、欠陥が無いことを確認する。
(3−3)前記(3−1)で長さ100mm程度溶接を行ったスタート部及びエンド部を、裏波が形成され易いように、整形する。この際、切り子等が金属管10、11内に入らないように注意する。
(3−4)再度、前記(2−3)の要領で酸素濃度を測定する。
(3−5)残りの初層溶接を行う。
【0021】
(4)バックシールド治具15の取り外し
(4−1)取り出し用の紐25を1m程度、ノズル20内を抜けて金属管10側に挿入する。
(4−2)チューブ18内の空気をゆっくりと抜き、チューブ18を収縮させる。
(4−3)空気供給用ホース27を0.5m程度、ノズル20内を抜けて金属管10側に挿入し、空気供給用ホース27を数回上下させて、チューブ18をノズル20を挿通させて外部に取り出す。
(4−4)取り出し用の紐25を数回(10回程度)上げ下げして、シート材16をノズル20を挿通させて外部に取り出す。この際、シート材16の一部がノズル20の先端から出れば、その部分を手で掴んで引っ張り出すようにする。
【0022】
図4に示す本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法の第1の変形例について説明する。なお、同一の構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図4に示すように、溶接部32から所定の距離離れた位置の金属管33、34内には、対向して配置されたシート材35、36の周縁部37、38が金属管33、34の内壁39、40に沿って折り曲げられ、流体の一例である空気を充填した弾性材からなるリング状のチューブ41、42の外側円周部が押し当てられている。両開先端43、44が当接して配置された金属管33、34の溶接部32の隙間を覆って円周方向にアルミ製のシールテープ45が貼り付けられ、該隙間の大部分が塞がれており、該隙間の一部又はシールテープ45に形成された開孔を介してアルゴンガス13が、シート材35、36間の金属管33、34内に供給されるようになっている。
【0023】
溶接の時には、アルゴンガス13をシート材35、36間の金属管33、34内に供給しながら、かつ、シールテープ45を部分的に剥がしながら、溶接部32を順次円周方向に移動して溶接することができる。
溶接が終了すれば、図4に示すように、シート材35、36にそれぞれ設けた取り出し用の紐46、47及びチューブ41、42にそれぞれ設けた空気供給用ホース48、49を介して、シート材35及びチューブ41、シート材36及びチューブ42をそれぞれ、金属管33、34の溶接部32と反対側に形成された取り出し口(図示せず)から外部に取り出すことができる。
【0024】
図5に示す本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法の第2の変形例について説明する。なお、同一の構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図5においては、金属管50、51の溶接部52の近傍にはそれぞれ、取り出し口の一例であるノズル53、54が形成されており、ガス分散機構55を先端部に設けたアルゴンガス供給ホース(シールドガス用ホースの一例)56がノズル53に挿通されるようになっている。
【0025】
従って、溶接時には、アルゴンガス供給ホース56からアルゴンガス13を、シート材35、36間の金属管50、51内に供給しながら、溶接部52を順次円周方向に移動して溶接することができ、溶接作業が終了すれば、図5に示すように、シート材35、36にそれぞれ設けた取り出し用の紐46a、47a及びチューブ41、42にそれぞれ設けた空気供給用ホース48a、49aを介して、シート材35及びチューブ41、シート材36及びチューブ42をそれぞれ、金属管50、51のノズル53、54から外部に取り出すことができる。
【0026】
【0027】
【0028】
バックシールドガスとしてアルゴンガス13を用いたが、これに限定されず、必要に応じて、その他の不活性ガスを使用することもできる。
シート材16には、耐熱性を有するシリコン樹脂製の材料を用いたが、これに限定されず、溶接条件(溶接方向、即ち、溶接部が水平方向又は垂直方向やシート材の溶接部からの設置位置等)によっては、耐熱性を備えていない材料とすることもできる。
シート材16の本体部22の周縁部17の複数個所には、半径方向に切り込み26を形成したが、これに限定されず、必要に応じて、切り込みを省略することもできる。また、切り込み26を12個所形成したが、これに限定されず、シート材のサイズや材質等により、適宜決定することができる。
チューブ18に充填する流体として空気を用いたが、これに限定されず、必要に応じて、他の気体や水等の液体を用いることもできる。
【0029】
【発明の効果】
請求項1及び請求項1に従属する請求項2記載の金属管の溶接方法においては、金属管の内壁にシート材の周縁部を、膨張させたチューブを介して押し当て、溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接することができ、しかも、溶接後には、チューブを収縮させて、チューブ及びシート材を、金属管に形成された取り出し口を介して取り出すことができるので、簡単にチューブ及びシート材の取付けができ、取り出し口が小さい場合でも容易に取り出しが可能で、かつ、安価に製造できるシールド治具を使用することができる。
特に、請求項2記載の金属管の溶接方法においては、切り込みの形成によりシート材の周縁部と、チューブ及び金属管の内壁とのシール性が向上するので、溶接部の品質が良くなる。
【0030】
【0031】
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法における構成図、(B)は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具の斜視図である。
【図2】(A)、(B)はそれぞれ同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のシート材の平面図、正面図である。
【図3】同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のチューブへの給排気方法の説明図である。
【図4】同金属管の溶接方法の第1の変形例を示す説明図である。
【図5】同金属管の溶接方法の第2の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
10:金属管、10a:外面、11:金属管、11a:外面、12:溶接部、13:アルゴンガス(バックシールドガス)、14:大気、15:バックシールド治具、16:シート材、17:周縁部、18:チューブ、19:内壁、20:ノズル(取り出し口)、21:アルゴンガス供給ホース(シールドガス用ホース)、22:本体部、23、24:補強部、25:紐、26:切り込み、27:空気供給用ホース、28:虫ゴム、29:虫ゴム押えナット、30:上端面、31:ガス分散機構、32:溶接部、33、34:金属管、35、36:シート材、37、38:周縁部、39、40:内壁、41、42:チューブ、43、44:開先端、45:シールテープ、46、46a:紐、47、47a:紐、48、48a:空気供給用ホース、49、49a:空気供給用ホース、50、51:金属管、52:溶接部、53、54:ノズル(取り出し口)、55:ガス分散機構、56:アルゴンガス供給ホース(シールドガス用ホース)
Claims (2)
- 金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法であって、
前記金属管の内径より大きい外径を有し、周縁部が該金属管の内壁に沿って折り曲げられたシート材の内側に、流体を充填すると膨張し、流体を排出すると収縮する弾性材からなるリング状のチューブを押し当て、溶接時には、該チューブに流体を充填して前記シート材の周縁部を前記金属管の少なくともいずれか1の内周にシール状態に固定し、溶接後には、前記チューブ内の流体を排出して該チューブを収縮させ、該チューブを空気供給用ホースを介して、前記シート材を該シート材に設けた取り出し用の紐を介して、前記金属管に形成された取り出し口から、それぞれ別個に取り出すことを特徴とする金属管の溶接方法。 - 請求項1記載の金属管の溶接方法において、前記金属管の内径より大きい外径を有する前記シート材の周縁部の複数個所には、半径方向に切り込みが形成されていることを特徴とする金属管の溶接方法。
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