JP5301267B2 - 管体溶接方法、金属製溶接管及び芯金具 - Google Patents

Description

本発明は、２つの金属製管体を溶接する管体溶接方法、この管体溶接方法を用いて製造された金属製溶接管及び芯金具に関する。

一般的に、２つの管体の端面を突き合わせて溶接すると、管体同士の内周側および外周側にバリが発生する。特に、管体の内部に液体を通す液圧配管などでは、このバリが流路を塞ぐため、バリを除去する必要がある。バリを除去する方法としては、例えば、ドリル等による切削加工やプレスによる打ち抜きがあるが、工数がかかるという問題がある。

これに対して、特許文献１には、２つの合成樹脂管の端面を突き合わせて溶接する際に、２つの合成樹脂管の内部にゴム製の弾性体を配置し、この弾性体を軸方向両側から押圧する構成が開示されている。２つの合成樹脂管の溶接後は、弾性体の押圧を解除することで、溶接した合成樹脂管の内部から弾性体を引き抜くことができる。
特開平５−２７８１１０号公報

上記特許文献１では、ゴム製の弾性体を軸方向両側から押圧することで、合成樹脂管同士の溶接部の内周側にビードが発生しにくくなるが、弾性体の弾性力によっては溶接時に弾性体がへこみ、ビードの発生を抑制する効果が小さい。また、ゴム製の弾性体をそのまま金属製管体同士の溶接に用いることはできない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、２つの金属製管体の端面を突き合わせて溶接するときに内周面側へのバリの発生を抑制することができる管体溶接方法、溶接管及び芯金具を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明に係る管体溶接方法は、断面が円形の規制部材に２つの金属製管体を差し込む装着工程と、前記規制部材の外周面と前記２つの金属製管体の内周面との間隔を周方向に沿って一定とする位置合わせ工程と、前記２つの金属製管体の端面を突き合わせて外部から溶接する溶接工程と、突き合わせ溶接された前記金属製管体から前記規制部材を引き抜く引抜工程と、を有し、前記金属製管体の一方の長手方向における端面側の内径が奥部管の内径より大きく形成されると共に、前記規制部材の外周面の外径は前記奥部管の内周面の内径より小さく形成され、かつ、前記規制部材の外周面が前記奥部管に挿入されたときに前記奥部管の内周面に接触するように形成されており、前記規制部材の外周面を前記奥部管に挿入することにより、前記端面側の内周面と前記規制部材の外周面との間隔を保持する。

請求項１に記載の発明によれば、装着工程で断面が円形の規制部材に２つの金属製管体を差し込み、位置合わせ工程で規制部材の外周面と２つの金属製管体の内周面との間隔を周方向に沿って一定とするような位置合わせを行う。さらに、溶接工程で２つの金属製管体の端面を突き合わせて外部から２つの金属製管体の端面を溶接する。そのとき、規制部材の外周面と２つの金属製管体の内周面との間隔が保持された状態で２つの金属製管体の端面が溶接され、溶接時に内周面側へ発生しようとするバリが規制部材に当接し、内周面側へのバリの発生が抑制される。その後、引抜工程で、突き合わせ溶接された金属製管体から規制部材を引き抜く。これによって、突き合わせ溶接された金属製管体の内周面側のバリを小さくすることができる。
また、上記発明によれば、金属製管体の一方の長手方向における端面側の内径が奥部管の内径より大きく形成されており、規制部材の外周面が奥部管に挿入されたときに奥部管の内周面に接触することで、規制部材の外周面と金属製管体の端面側の内周面とが周方向に沿って所定の間隔となるように位置合わせされる。これにより、簡単な構成で金属製管体の端面側の内周面と規制部材の外周面とを所定の間隔に保持することができる。

請求項２に記載の発明に係る管体溶接方法は、断面が円形の規制部材に２つの金属製管体を差し込む装着工程と、前記規制部材の外周面と前記２つの金属製管体の内周面との間隔を周方向に沿って一定とする位置合わせ工程と、前記２つの金属製管体の端面を突き合わせて外部から溶接する溶接工程と、突き合わせ溶接された前記金属製管体から前記規制部材を引き抜く引抜工程と、を有し、前記規制部材の先端部の外周面に当該先端部側に行くにしたがって小径となるテーパー面を備え、前記規制部材の前記テーパー面より軸方向中央部側の外径が前記金属製管体の内周面の内径より小さく形成され、かつ前記規制部材が前記金属製管体に挿入されたときに前記規制部材の前記テーパー面より軸方向中央部側の外周面が前記金属製管体の内周面に接触するように形成されており、前記規制部材の前記テーパー面より軸方向中央部側の外周面を前記金属製管体に挿入することにより、前記金属製管体の内周面と前記テーパー面の外周面との間隔を保持する。
請求項２に記載の発明によれば、装着工程で断面が円形の規制部材に２つの金属製管体を差し込み、位置合わせ工程で規制部材の外周面と２つの金属製管体の内周面との間隔を周方向に沿って一定とするような位置合わせを行う。さらに、溶接工程で２つの金属製管体の端面を突き合わせて外部から２つの金属製管体の端面を溶接する。そのとき、規制部材の外周面と２つの金属製管体の内周面との間隔が保持された状態で２つの金属製管体の端面が溶接され、溶接時に内周面側へ発生しようとするバリが規制部材に当接し、内周面側へのバリの発生が抑制される。その後、引抜工程で、突き合わせ溶接された金属製管体から規制部材を引き抜く。これによって、突き合わせ溶接された金属製管体の内周面側のバリを小さくすることができる。
また、上記発明によれば、規制部材の先端部の外周面に当該先端部側に行くにしたがって小径となるテーパー面を備えており、規制部材が金属製管体に挿入されたときに規制部材のテーパー面より軸方向中央部側の外周面が金属製管体の内周面に接触する。その際、規制部材のテーパー面を２つの金属製管体の端面付近に挿入することで、規制部材のテーパー面と金属製管体の内周面とが周方向に沿って所定の間隔となるように位置合わせされる。これにより、簡単な構成で金属製管体の内周面と規制部材の外周面とを所定の間隔に保持することができる。
請求項３に記載の発明に係る管体溶接方法は、請求項１又は請求項２に記載の管体溶接方法において、前記規制部材が、前記金属製管体よりも軟化点の高い材料で構成されている。

請求項３に記載の発明によれば、規制部材が金属製管体よりも軟化点の高い材料で構成されており、２つの金属製管体の溶接時に規制部材が溶融するのを防止することができる。

請求項４に記載の発明に係る管体溶接方法は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の管体溶接方法において、前記規制部材の表面に、前記金属製管体よりも摩擦係数の小さい材料からなるコーティング層が形成されている。

請求項４に記載の発明によれば、規制部材の表面に、金属製管体よりも摩擦係数の小さい材料からなるコーティング層が形成されており、２つの金属製管体の溶接後にバリが規制部材に固着することが抑制され、規制部材を容易に金属製管体から引き抜くことができる。

請求項５に記載の発明に係る管体溶接方法は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の管体溶接方法において、前記金属製管体の内周面と前記規制部材の外周面との間隔が、０．３〜２．０ｍｍに設定されている。

請求項５に記載の発明によれば、金属製管体の内周面と規制部材の外周面との間隔が、０．３〜２．０ｍｍに設定されており、２つの金属製管体の溶接時に内周面側へのバリの発生をより一層抑制することができる。これに対して、上記間隔が０．３ｍｍより小さいと、バリの逃れる場所がなくなる。また、上記間隔が２．０ｍｍより大きいと、バリの発生を抑制する効果が低下する。

請求項６に記載の発明に係る金属製溶接管は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の管体溶接方法を用いて溶接された金属製溶接管であって、前記２つの金属製管体の端面を突き合わせて溶接された溶接部の内周面側のバリが外周面側のバリよりも小さい構成とされている。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の管体溶接方法を用い、２つの金属製管体の端面を突き合わせて溶接することで、溶接部の内周面側のバリが外周面側のバリよりも小さい構成とされている。これによって、２つの金属製管体を溶接した金属製溶接管の流路を確保することができる。

請求項７に記載の発明に係る芯金具は、ホースが接続される継手の芯金具であって、軸方向端部に請求項６に記載の金属製溶接管を備えている。

請求項７に記載の発明によれば、芯金具の軸方向端部に請求項６に記載の金属製溶接管を備えており、金属製溶接管の内周面側へのバリの発生が抑制されることで、金属製溶接管の流路を確保することができる。

以上説明したように、本発明によれば、２つの金属製管体の端面を突き合わせて溶接するときに内周面側へのバリの発生を抑制することができる。

以下、本発明の溶接管における実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１及び図２には、本発明の第１実施形態である溶接管１８を備えた芯金具１０が示されている。図３には、溶接管を溶接する前の芯金具１０が示されている。これらの図に示されるように、芯金具１０は、軸方向の一端側に形成されたホース接続部１２と、軸方向の他端側に形成された金属製管体としての第１管体１４と、を備えている。芯金具１０の軸方向の第１管体１４の端部側には、第１管体１４の端面に溶接された金属製管体としての第２管体１６を備えている。すなわち、第１管体１４の軸方向片側（図１中の軸方向左側）の端面と第２管体１６の軸方向片側（図１中の軸方向右側）の端面とが溶接されることにより、２つの金属製管体が溶接された金属製溶接管としての溶接管１８が形成されている。芯金具１０の中間部２０の第１管体１４側には、スパナを把持するための六角形状の把持部２１が形成されている。本実施形態では、第１管体１４を備えた芯金具１０と第２管体１６とは鋼材で形成されている。

ホース接続部１２の外周面には、周方向に沿って複数の突起部１３が形成されており、ホース接続部１２の外周面にホース（図示省略）が差し込まれて接続されるようになっている。突起部１３は、ホースの差込方向にテーパー面１３Ａが形成されると共に、ホースの引き抜き方向に半径方向に沿った壁１３Ｂが形成されており、ホースの抜けが抑制される構成である。芯金具１０の中間部２０の内周面２０Ａと第１管体１４の内周面１４Ａとの接続部分には段差２０Ｂが形成されており、第１管体１４の内径が中間部２０及びホース接続部１２の内径よりも大きく形成されている。

第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接時には、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面にまたがって規制部材としての円柱状のマンドル２６が挿入される。マンドル２６は、第１管体１４の内径及び第２管体１６の内径よりも小さく、かつ、第１管体１４の内周面１４Ａ及び第２管体１６の内周面１６Ａとの間に所定の隙間が形成されるような外径寸法に設定されている。本実施形態では、マンドル２６の外径は、中間部２０及びホース接続部１２の内径よりも若干小さく形成されており、マンドル２６を中間部２０又はホース接続部１２に挿入したときにマンドル２６のガタツキが抑制される構成である。マンドル２６を中間部２０又はホース接続部１２に挿入することで、第１管体１４の内周面１４Ａ及び第２管体１６の内周面１６Ａと、マンドル２６の外周面との間隔が周方向に沿ってほぼ一定となるように位置合わせされる。

第１管体１４の内周面１４Ａ及び第２管体１６の内周面１６Ａと、マンドル２６の外周面との間隔は、０．３〜２．０ｍｍに設定されることが好ましい。このような範囲に設定するのは、上記間隔が０．３ｍｍより小さいと、バリの逃れる場所がなくなり、また、上記間隔が２．０ｍｍより大きいと、バリの発生を抑制する効果が低下するためである。

マンドル２６は、第１管体１４及び第２管体１６よりも軟化点の高い剛性体（例えば、鋼材）で形成されている。また、マンドル２６の表面には、第１管体１４及び第２管体１６の内周面よりも摩擦係数の小さい材料からなるコーティング層２７が形成されている。コーティング層２７としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂などが用いられている。

溶接管１８は、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面とを溶接することにより、これらの溶接部の外周面側と内周面側にバリ２２、２４が発生している。溶接時に、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面にまたがってマンドル２６が挿入されていることにより、溶接部の外周面側のバリ２２に比べて内周面側のバリ２４の発生が抑制され、内周面側のバリ２４が外周面側のバリ２２よりも小さい構成となっている。

次に、本発明の一実施形態の管体溶接方法であって、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面とを溶接する方法について説明する。

図３に示されるように、まず装着工程によりマンドル２６に芯金具１０の第１管体１４と第２管体１６とを差し込む。次いで、位置合わせ工程により、マンドル２６の軸方向端部を芯金具１０の中間部２０及びホース接続部１２に挿入することで、マンドル２６の外周面と第１管体１４の内周面１４Ａ及び第２管体１６の内周面１６Ａとの間隔を周方向に沿ってほぼ一定となるように位置合わせする。

次いで、溶接工程により、第１管体１４の軸方向の端面と第２管体１６の軸方向の端面とを突き合わせ、この状態で外部から第１管体１４の端面と第２管体１６の端面とを溶接する。溶接は、例えば超音波又は第１管体１４の端面と第２管体１６の端面とを加熱することにより第１管体１４の端面と第２管体１６の端面とを溶融させると共に、両者を軸方向に圧接することにより行う。

溶接により第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接部の外周面側と内周面側にバリ２２、２４が発生する。そのとき、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面にまたがるようにマンドル２６が挿入されていることにより、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接部の内周面側へ発生しようとするバリ２４がマンドル２６に当接する。これにより、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接部の内周面側へのバリ２４の発生を抑制することができ、溶接部の外周面側のバリ２２に比べて内周面側のバリ２４が小さくなる。

第１管体１４の端面と第２管体１６の端面の溶接後、引抜工程によりマンドル２６を溶接管１８から軸方向に引き抜く。マンドル２６は、第１管体１４及び第２管体１６よりも軟化点の高い材料で構成されており、溶接時にマンドル２６が溶融して溶接管１８に固着するのを防止することができる。また、マンドル２６の外周面に、第１管体１４及び第２管体１６の内周面よりも摩擦係数の小さい材料からなるコーティング層２７が形成されていることにより、マンドル２６の外周面に溶融した母材が固着しにくく、マンドル２６を容易に引き抜くことができる。

このような溶接管１８では、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接部の内周面側へのバリ２４の発生を抑制することができ、溶接管１８の内部に液体等を通すときに、バリ２４を切断しなくても溶接管１８の流路を確保することができる。本実施形態では、図１に示されるように、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接部の内周面側へバリ２４が発生しているが、バリ２４の内径は、ホース接続部１２の内径とほぼ同じであり、バリ２４が液体の流れを妨げることはない。例えば、第１管体１４及び第２管体１６の外径が３０ｍｍ、内径が２９ｍｍであるとき、第１管体１４及び第２管体１６の内周面との間隔が約０．５ｍｍとなるようなマンドル２６を挿入して第１管体１４の端面と第２管体１６の端面とを溶接すると、バリ２４の内径は２８．５ｍｍ程度となる。この場合、切削加工でバリ２４を除去しなくても溶接管１８の流路を確保することができ、工数の削減につながる。一方、第１管体１４及び第２管体１６の内部にマンドル２６を挿入しない場合には、バリの内径は２６ｍｍ程度となり、溶接管の流路が狭くなり、液体の流れを妨げる可能性がある。

次に、図４を用いて本発明の第２実施形態である溶接管５２を備えた芯金具５０について説明する。なお、第１実施形態と同一構成部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

図４に示されるように、芯金具５０の第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接時には、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面にまたがるようにマンドル５８を挿入する。マンドル５８の外周面には、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面と対向する位置に、軸方向の先端部側（芯金具５０の中間部２０側）に行くにしたがって外径が小さくなるテーパー面５８Ａが形成されている。マンドル５８の先端部は、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接位置より奥側であって第１管体１４の内周面と対向する位置（中間部２０に到達しない位置）まで挿入されている。

マンドル５８のテーパー面５８Ａより軸方向中央部側の外径は、第２管体１６の内周面１６Ａの内径よりも若干小さく形成されており、マンドル５８を第２管体１６に挿入したときにマンドル５８のガタツキが抑制される。そして、第１管体１４の端面及び第２管体１６の端面と対向するテーパー面５８Ａの位置によって、マンドル２６の外周面と第１管体１４の内周面１４Ａ及び第２管体１６の内周面１６Ａとの間隔が周方向に沿ってほぼ一定となるように位置合わせされる。第１管体１４の端面及び第２管体１６の端面とマンドル５８のテーパー面５８Ａとの間隔は、０．３〜２．０ｍｍに設定されることが好ましい。

第１管体１４の端面と第２管体１６の端面との溶接時には、溶接部の外周面側と内周面側にバリ５４、５６が発生し、マンドル５８のテーパー面５８Ａによって内周面側のバリ５６の発生が抑制される。これによって、溶接管５２の内周面側のバリ５６が外周面側のバリ５４よりも小さくなる。溶接後に溶接管５２の内部からマンドル５８を引き抜く際には、マンドル５８にテーパー面５８Ａが形成されていることにより、第１実施形態のマンドル２６と比較してマンドル５８を溶接管５２からより一層引き抜きやすくなる。

図５には、比較例に係る溶接管１０２を備えた芯金具１００が示されている。芯金具１００は、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面とを突き合わせて溶接するときに、第１管体１４及び第２管体１６の内部には規制する部材がなく、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面の溶接部の外周面側と内周面側にほぼ同じ大きさのバリ１０４が発生する。溶接部の内周面側に発生したバリ１０４は、溶接管１０２の流路の一部を塞ぐため、第１管体１４の端面と第２管体１６の端面の溶接部の内部にドリル１０６を挿入してバリ１０４を除去する必要があり、工数がかかる。これに対して、本実施形態の溶接管１８、５２では、バリ２４、５６を除去しなくても溶接管１８の流路を確保することができるため、工数を削減することができる。

なお、マンドルの形状や、第１管体１４の端面及び第２管体１６の端面とマンドルとの間隔は、上述した実施形態に限定されず、他の構成でもよい。

なお、上述した実施形態では、芯金具に溶接管を設けたが、これに限定されず、他の継手や金属部品に本発明の金属製溶接管を設けてもよい。

本発明の第１実施形態に係る溶接管を用いた芯金具の溶接後の状態を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管を用いた芯金具の溶接後の状態を示す半裁断面図である。 本発明の第１実施形態に係る溶接管を用いた芯金具の溶接前の状態を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る溶接管を用いた芯金具の溶接後の状態を示す断面図である。 比較例に係る溶接管を用いた芯金具の溶接後の状態を示す断面図である。

符号の説明

１０ 芯金具
１４ 第１管体（金属製管体）
１６ 第２管体（金属製管体）
１８ 溶接管（金属製溶接管）
２２ 外周面側のバリ
２４ 内周面側のバリ
２６ マンドル（規制部材）
２７ コーティング層
５０ 芯金具
５２ 溶接管（金属製溶接管）
５４ 外周面側のバリ
５６ 内周面側のバリ
５８ マンドル（規制部材）
５８Ａ テーパー面

Claims (7)

1. 断面が円形の規制部材に２つの金属製管体を差し込む装着工程と、
   前記規制部材の外周面と前記２つの金属製管体の内周面との間隔を周方向に沿って一定とする位置合わせ工程と、
   前記２つの金属製管体の端面を突き合わせて外部から溶接する溶接工程と、
   突き合わせ溶接された前記金属製管体から前記規制部材を引き抜く引抜工程と、
   を有し、
   前記金属製管体の一方の長手方向における端面側の内径が奥部管の内径より大きく形成されると共に、前記規制部材の外周面の外径は前記奥部管の内周面の内径より小さく形成され、かつ、前記規制部材の外周面が前記奥部管に挿入されたときに前記奥部管の内周面に接触するように形成されており、
   前記規制部材の外周面を前記奥部管に挿入することにより、前記端面側の内周面と前記規制部材の外周面との間隔を保持する管体溶接方法。
2. 断面が円形の規制部材に２つの金属製管体を差し込む装着工程と、
   前記規制部材の外周面と前記２つの金属製管体の内周面との間隔を周方向に沿って一定とする位置合わせ工程と、
   前記２つの金属製管体の端面を突き合わせて外部から溶接する溶接工程と、
   突き合わせ溶接された前記金属製管体から前記規制部材を引き抜く引抜工程と、
   を有し、
   前記規制部材の先端部の外周面に当該先端部側に行くにしたがって小径となるテーパー面を備え、前記規制部材の前記テーパー面より軸方向中央部側の外径が前記金属製管体の内周面の内径より小さく形成され、かつ前記規制部材が前記金属製管体に挿入されたときに前記規制部材の前記テーパー面より軸方向中央部側の外周面が前記金属製管体の内周面に接触するように形成されており、
   前記規制部材の前記テーパー面より軸方向中央部側の外周面を前記金属製管体に挿入することにより、前記金属製管体の内周面と前記テーパー面の外周面との間隔を保持する管体溶接方法。
3. 前記規制部材が、前記金属製管体よりも軟化点の高い材料で構成されている請求項１又は請求項２に記載の管体溶接方法。
4. 前記規制部材の表面に、前記金属製管体よりも摩擦係数の小さい材料からなるコーティング層が形成されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の管体溶接方法。
5. 前記金属製管体の内周面と前記規制部材の外周面との間隔が、０．３〜２．０ｍｍに設定されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の管体溶接方法。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の管体溶接方法を用いて溶接された金属製溶接管であって、
   前記２つの金属製管体の端面を突き合わせて溶接された溶接部の内周面側のバリが外周面側のバリよりも小さい構成とされた金属製溶接管。
7. ホースが接続される継手の芯金具であって、軸方向端部に請求項６に記載の金属製溶接管を備える芯金具。

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