JP4898577B2 - タンク溶接用バックシールド治具 - Google Patents

Description

本発明は、タンク製造時の溶接工程で用いる治具に関するものであり、特に、溶接熱によってタンク溶接部内面が酸化されるのを防止するために用いるタンク溶接用バックシールド治具に関するものである。

一般にステンレス鋼材の溶接において、溶接部が空気中の酸素と接触すると、ステンレス鋼材に含まれるクロムの酸化により溶接組織中に酸化物が生成する。これを防止する方法として、溶接時に不活性ガスを用いて溶融部を空気から遮蔽することが行われている。特に、確かな溶接品質が要求される場合は、溶接トーチが接近する側のみならず、溶接部の裏面側も不活性ガスによる空気の遮断が行われている。
例えば、ステンレス鋼やチタン合金等の活性金属管の突合わせ溶接を行う際の配管内面の酸化を防止する手段として、被溶接管の両端にキャップを装着し、その内部に不活性ガスを導入し、配管系全体を不活性ガスで置換する方法が採られていた。
しかし、この方法では、配管系全体を不活性ガスで置換しなければならず、配管内部の酸素濃度が規定値以下になるまでに長い時間と多量の不活性ガスが必要であるとの問題があった。

上記問題を解決するものとして、短時間でしかも少量の不活性ガスで、配管溶接部の内面側空間の酸素濃度を規定値以下にする配管バックシールド用治具が開示されている。この配管バックシールド用治具は、ガス供給通路を設けた本体と、この本体部の外周面に気密に設けられたシール用チューブとで構成されている。この配管バックシールド用治具を、溶接される配管の突合わせ部の両側に設置した後、シールド用チューブにガスを注入して膨らまし、シールド用チューブを配管内面に密着させることにより、配管内部の溶接部近傍をシールドする。そして、このシールドされた空間内を不活性ガスで満たすことにより、溶接部背面側の空気を遮断する（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−５１８９３号公報（第２頁）

タンクは耐食性の要求が強く、タンクの円筒体と鏡板との溶接においても、溶接部の裏面側の酸化を防止する手段がとられている。その一つはタンク内部を不活性ガスで満たした状態で溶接する方法であるが、上記配管の両端にキャップを装着し、その内部に不活性ガスを導入する方法と同様に、タンク内部の酸素濃度を規定値以下にするまでに、長い時間と多量の不活性ガスが必要となるとの問題があった。
また、上記のような従来のバックシールド治具は、管材のように端面が大きく開口しているような場合は、溶接後に開口部より容易に取り出すことができる。しかしながら、タンクは、大径の円筒体の両端面が鏡板で蓋がされており、タンク内部に通じる穴は配管接続穴しかないような構造である。そのため、大口径の円筒体の溶接に対応してサイズを大きくする必要がある従来のバックシールド治具は、円筒体と両端面の鏡板との溶接後にタンク外に取り出すことができず、使用できないとの問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、タンクのような、大径の円筒体で、両端が塞がれており、取り出し部が配管接続穴のように小径に限定される構造体を製造するための溶接に用いられる、不活性ガスの使用量が少なく、短時間で溶接裏面部の空気を遮断でき、且つ、小径の取り出し部からタンク外へ取出し可能なタンク溶接用バックシールド治具を提供することである。

本発明に係わるタンク溶接用バックシールド治具は、Ｌ字型形状の配管と、このＬ字型形状の配管の一端側に設けられたノズルと、Ｌ字型形状の配管の他端側に設けられた継手とを備えたタンク溶接用バックシールド治具であって、ノズルが、Ｌ字型形状の配管が挿入されたスリーブと、このスリーブのＬ字型形状の配管が挿入された第１の端面と対向する第２の端面に接続されたガス吹出体と、形状が折りたたみ可能な漏斗状であり、且つ窄み部がガス吹出体に固定されたフードとを備えたものである。

本発明に係わるタンク溶接用バックシールド治具は、Ｌ字型形状の配管と、このＬ字型形状の配管の一端側に設けられたノズルと、Ｌ字型形状の配管の他端側に設けられた継手とを備えたタンク溶接用バックシールド治具であって、ノズルが、Ｌ字型形状の配管が挿入されたスリーブと、このスリーブのＬ字型形状の配管が挿入された第１の端面と対向する第２の端面に接続されたガス吹出体と、形状が折りたたみ可能な漏斗状であり、且つ窄み部がガス吹出体に固定されたフードとを備えたものであり、短時間で少ない不活性ガスの使用量で、溶接裏面部の空気を遮断でき、且つ、小径の取り出し部からタンク外へ取出すことができるとの効果が得られる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わるタンク溶接用バックシールド治具を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１に係わるタンク溶接用バックシールド治具のノズルの詳細な構造を示す断面図である。
図１に示すように、本実施の形態のタンク溶接用バックシールド治具１００は、タンク外部から不活性ガスを導く形状がＬ字型の配管（この後、Ｌ配管と記す）６と、このＬ配管６の一端側に接続され、且つタンクの溶接部の裏面に近接して設けられたノズル３と、Ｌ配管６の他端側に設けられた別の配管と接続するための継手７とを備えている。

図２に示すように、本実施の形態のタンク溶接用バックシールド治具１００のノズル３は、主に、スリーブ１５とガス吹出体１６とフード１１とばね体１３とからなる。
スリーブ１５は、その第２の端面にはガス吹出体１６が接続されており、第１の端面には、ガス吹出体１６が接続された部分まで連通する穴が設けられている。そして、スリーブ１５は、この穴に嵌合したＬ配管６にセットボルト１９により固定されている。
また、スリーブ１５の第２の端面におけるガス吹出体１６が接続された部分の外側に、複数のばね体１３が固定されている。そして、ばね体１３は、スリーブ１５に固定された部分から、先端方向へ向かってラッパ状に広がっている。

また、フード１１は漏斗状であり、且つ折りたたみ可能である。そして、フード１１の窄み部は、ガス吹出体１６の外周部に第１のバンド１２で固定されており、フード１１の開口部は、ばね体１３の先端部近傍に第２のバンド１４で固定されている。
本実施の形態のタンク溶接用バックシールド治具１００では、ばね体１３を設けその先端部でフード１１を固定しているが、ばね体１３を設けなくても同様な効果が得られる。
また、本実施の形態において、ガス吹出体１６は、スリーブ１５との接続部が筒状になっており、スリーブ１５に接続されたＬ配管６から供給される不活性ガスを通過させ、フード内部２１に吹出すようになっている。
そして、ガス吹出体１６が整流体であれば、十分な圧損能力を有しているので、不活性ガスの流速を落とすとともに、不活性ガスを均一に吹出すことが可能となる。すなわち、ガス吹出体１６に整流体を用いると、フード１１内への外気の巻き込みを防止する効果が大きく、タンク溶接用バックシールド治具１００と溶接部との隙間が大きくても、溶接部の酸素濃度を低く維持できる。

次に、上記構成のタンク溶接用バックシールド治具１００の使用方法について、図を用いて説明する。
図３は、本発明の実施の形態１に係わるタンク溶接用バックシールド治具をタンク溶接部の裏面側にセットした状態を示す図である。
図４は、本発明の実施の形態１に係わるタンク溶接用バックシールド治具が用いられたタンク溶接部の拡大図である。
タンクは、円筒体９に上鏡板４または下鏡板１０を突合わせて、この突合せされた溶接部２を各々溶接して、作製される。この場合、溶接トーチ１は固定され、円筒体９と上鏡板４または下鏡板１０とを回転させて溶接する。
図３に示すように、タンク溶接用バックシールド治具１００は、Ｌ配管６がタンクの配管接続用の穴５からタンク外部に導出され、タンク外部にあるＬ配管６の他端が継手７により、本配管８に接続されて、固定されている。タンク内部にあるＬ配管６の一端にはノズル３が接続され、図４に示すように、ノズル３は、溶接トーチ１と溶接部２を挟んで対向した位置に、溶接部２裏面と所定の間隔をあけて設置されている。そして、ノズル３から不活性ガスを溶接部裏面側に吹き出し、溶接部裏面側の酸素濃度を低くしている。
本実施の形態のタンク溶接用バックシールド治具１００は、溶接終了後にタンクから取り出す必要がある。そのため、ノズル３に用いられるスリーブ１５の外径は、タンクの配管接続用の穴５の径より小さい。また、ノズル３に用いられるフード１１は、その開口部を大きくすると、溶接部裏面側の酸素濃度を低くした領域を広くできるが、配管接続用の穴５からノズル３が抜けなくなる。そこで、フード１１の形状としては、例えば、開口部の寸法が６５ｍｍ×６５ｍｍのものが好ましい。

次に、不活性ガスの流量とタンク溶接用バックシールド治具１００の設置位置について説明する。
上記のように、タンク溶接用バックシールド治具１００は固定されており、円筒体９と上鏡板４または下鏡板１０との回転により次々と新たになる溶接部とは、常に同じ間隔を保っている。この間隔、すなわちフード１１の開口部と溶接部２との隙間２０は、小さければ低い酸素濃度を維持しやすいが、ノズル３が高温にさらされ、タンク溶接用バックシールド治具１００の耐久性が低くなる。隙間２０が大きいと、耐久性は向上するが、不活性ガスの漏れ量が多くなり酸素濃度が上昇する。本構造のタンク溶接用バックシールド治具１００では、上記隙間２０は、例えば、２ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、特に、５ｍｍが最適である。

本実施の形態のタンク溶接用バックシールド治具１００では、Ｌ配管６から供給される不活性ガスの流量が多すぎると、吹き出し流速が速くなり外気を巻き込み、溶接部２裏面の酸素濃度が上昇する。また、不活性ガス流量が少なすぎると、フード１１と溶接部２との隙間２０より漏れる不活性ガス量とＬ配管６から供給される不活性ガス量が不均衡となり、やはり、溶接部２裏面の酸素濃度が上昇してしまう。そこで、本構造のタンク溶接用バックシールド治具１００では、不活性ガスの流量は、例えば、１０Ｌ／ｍｍ〜３０Ｌ／ｍｍが好ましく、特に、２０Ｌ／ｍｍが最適である。

次に、本実施の形態のタンク用バックシールド治具を、タンクの溶接終了後に、タンク外に取り出す方法を、図を用いて説明する。
図５は、実施の形態１のタンク用バックシールド治具がタンクから引き出される状態を示す図である。
図６は、タンクから引き出されるタンク用バックシールド治具のフードが、配管接続用の穴を通過する状態を示す図である。

タンクからタンク用バックシールド治具１００を引き出すには、まず、本配管８と継手７との締結を解除する。次に、タンクの外から、Ｌ配管６を配管接続用の穴５に沿わせて引張り、図５に示す状態にする。さらに、Ｌ配管６を水平に引張ると、図６に示すように、配管接続用の穴５に押されバネ体１３が、内側に入り込み、バネ体１３が折りたたみ可能なフード１１に食い込むことによりフード１１に折目をつけ、フード１１が折りたたまれる。本実施の形態のタンク用バックシールド治具１００では、ばね体１３を設けなくても、フード１１を折りたたむことができるが、フード１１に接合したバネ体１３を用いると、フード１１を規則正しく折りたたむことができ、フード１１が折りたたまれた時のノズル３の外径をさらに小さくでき、より小さい配管接続用の穴５のタンクにも使用することができる。
さらに、Ｌ配管６を水平に引張ると、配管接続用の穴５からタンク溶接用バックシールド治具１００が取り出される。
取り出されたタンク溶接用バックシールド治具１００は、フード１１を開口することにより繰り返して溶接に用いることができる。特に、バネ体１３を設けたものは、バネ体１３の配管接続用の穴５による拘束がとけると、バネ体１３が元の状態に戻り、自動的にフード１１の先端部を大きく開口できる。

本実施の形態のタンク溶接用バックシールド治具１００では、溶接時にフード１１は、周囲温度が高く、溶接金属が垂れ落ちてくる可能性がある溶接部直下に設置されるので、耐熱性が必要である。また、フード１１は、外気の巻き込みを防止して不活性ガス雰囲気をつくる必要があるため、通気性があってはならない。また、フード１１は、溶接後にタンク溶接用バックシールド治具１００をタンクの外に取り出すため、折りたたみ性が要求される。このような機能を満足するフード１１の材料としては、例えば、難燃性シリコーンコーティングを施したガラスクロスや炭素繊維シートが挙げられる。
また、バネ体１３は折りたたみ可能なフード１１の形状を維持する機能と、折りたたみ時にフード１１に折目を入れ、規則正しく折りたたむ機能が必要である。そのため、バネ体１３には、降伏点が大きく硬度が高い材料が用いられ、例えば、ピアノ線、バネ用鋼板等が挙げられる。
また、ガス吹出体１６も、周囲温度が高く、溶接金属が垂れ落ちてくる可能性がある溶接部直下にあるので、耐熱性が必要である。上記機能を満足するガス吹出体１６の材料としては、例えば、金属製焼結体、積層金網構造体等が挙げられる。
また、フード１１を固定する第１のバンド１２と第２のバンド１４とは、ともに耐熱性が必要であり、金属、特に、鋼のバンドが用いられる。

本実施の形態のタンク溶接用バックシールド治具１００は、先端側が広がったフード１１を備えたノズル３をタンクの溶接している部分の裏面側に所定の間隔をあけて設置でき、このフード内部２１に不活性ガスを吹き込む構造であるので、溶接部裏面側の近傍のみを、不活性ガス雰囲気にすることにより、溶接時の溶接部裏面側の酸化を防止できる。すなわち、溶接している部分の裏面側の近傍のみを不活性ガス雰囲気にするものであるので、溶接部裏面側の酸化防止を、短時間にしかも少量の不活性ガスで実現できる。
さらに、本実施の形態のタンク溶接用バックシールド治具１００は、そのノズル３のフード１１が折りたたみ可能な構造であるので、溶接後に小径な配管接続用の穴５から、タンクの外に取り出せる。しかも、フード１１の形状を復元することができるので、部品を取り替えることなく、繰り返して使用できる。

本発明に係わるタンク溶接用バックシールド治具は、溶接している部分の裏面側のみを不活性ガス雰囲気にするとともに、溶接後に小径な配管接続用の穴から取り出すことが可能であるので、タンクの効率的な溶接に用いることができる。

実施の形態１に係わるタンク溶接用バックシールド治具を示す図である。 実施の形態１に係わるタンク溶接用バックシールド治具のノズルの詳細な構造を示す断面図である。 実施の形態１に係わるタンク溶接用バックシールド治具をタンク溶接部の裏面側にセットした状態を示す図である。 実施の形態１に係わるタンク溶接用バックシールド治具が用いられたタンク溶接部の拡大図である。 実施の形態１のタンク用バックシールド治具がタンクから引き出される状態を示す図である。 タンクから引き出されるタンク用バックシールド治具のフードが、配管接続用の穴を通過する状態を示す図である。

符号の説明

１ 溶接トーチ、２ 溶接部、３ ノズル、４ 上鏡板、５ 配管接続用の穴、
６ Ｌ配管、７ 継手、８ 本配管、９ 円筒体、１０ 下鏡板、
１１ フード、１２ 第１のバンド、１３ バネ体、１４ 第２のバンド、
１５ スリーブ、１６ ガス吹出体、１９ セットボルト、２０ 隙間、
２１ フード内部、１００ タンク溶接用バックシールド治具。

Claims (3)

1. Ｌ字型形状の配管と、このＬ字型形状の配管の一端側に設けられたノズルと、上記Ｌ字型形状の配管の他端側に設けられた継手とを備えたタンク溶接用バックシールド治具であって、上記ノズルが、上記Ｌ字型形状の配管が挿入されたスリーブと、このスリーブの上記Ｌ字型形状の配管が挿入された第１の端面と対向する第２の端面に接続されたガス吹出体と、形状が折りたたみ可能な漏斗状であり、且つ窄み部が上記ガス吹出体に固定されたフードとを備えたことを特徴とするタンク溶接用バックシールド治具。
2. スリーブの第２の端面におけるガス吹出体が接続された部分の外側に固定され、且つこの固定部から先端方向に向かってラッパ状に広がった複数のばね体を設け、このばね体の先端部近傍で、フード開口部が固定されたことを特徴とする請求項１に記載のタンク溶接用バックシールド治具。
3. ガス吹出体が、整流体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタンク溶接用バックシールド治具。

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