JP5935260B2

JP5935260B2 - 管内面溶接補修装置

Info

Publication number: JP5935260B2
Application number: JP2011170792A
Authority: JP
Inventors: 慎之介山田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2011-08-04
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2031-08-04
Also published as: JP2013034999A

Description

本発明は管内面溶接補修装置に関し、特に、クロムやニッケル合金を管内面に肉盛溶接することによって当該管内面に浸炭やコーキングを抑制する機能層を形成した鋼管（以下機能鋼管という）の、上記機能層（肉盛層）に生じたピット状欠陥等を溶接補修するのに有用な管内面溶接補修装置に関する。

機能鋼管ではその肉盛層においてピット状欠陥を生じることがあり、ＴＩＧ溶接等によってその補修を行っている。この場合、開口から５００ｍｍ程度までの管端部の補修は可能であるが、これより内部の補修は、外部からでは人間の手が届かず、また欠陥の位置を特定することが困難であるために、補修ができないという問題があった。

なお、特許文献１には、管内へ挿入したアームの先端に溶接トーチを設けるとともに、ミラーを設けて、ミラーによって溶接部の様子を管外のＣＣＤカメラへ反射送出するようにした金属管内面肉盛装置が提案されている。

特開２００１−３００７１

しかし、ミラーを設ける上記従来の装置では、管内のミラーと管外のＣＣＤカメラの相対位置を正確に調整する必要があり、管内面の溶接補修を手軽に行う用途には使用が困難であるという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、開口から内方へ深く入った位置での管内面の溶接補修を容易に行うことができる管内面溶接補修装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、管体（Ｐ）内の長手方向へ進退可能に挿入され、管体（Ｐ）よりも小径の筒体で構成された支持部材（１）と、当該支持部材（１）の先端部内に支持され、支持部材（１）の長手方向の一部が切り欠かれて開放する開放部（１１）に臨んで設けられて管体（Ｐ）の内周面に向けられた溶接トーチ（２）と、支持部材（１）の先端部内に支持されて溶接トーチ（２）による補修部を含む所定領域を撮影し撮影画像を出力する撮影手段（５）とを備え、かつ支持部材（１）の筒体外周には、管体（Ｐ）の長手方向への支持部材（１）の円滑な進退移動を可能にする転動部材（１２）が設けられている。

本第１発明によれば、支持部材に設けられた撮像手段によって補修部の様子を確実に確認できるから、管体の内方へ支持部材を深く進入させた位置で溶接トーチに通電して必要な溶接補修を容易に行うことができる。

本第２発明では、支持部材（１）の先端部内に、当該支持部材（１）の進入方向前方の管体（Ｐ）内を撮影し撮影画像を出力する他の撮影手段（６）を設ける。

本第２発明によれば、支持部材を管体内へ進入させる過程で補修を要する管体内周面の欠陥を容易に認識することができる。

本第３発明では、溶接トーチ（２）はそのヘッド部（２１）が管体（Ｐ）の内周面に向いた姿勢でアーム部（２２）によって保持され、アーム部（２２）は支持部材（１）の筒内をその基端方向へ延びて当該支持部材（１）の長手方向へ移動可能に設けられている。
本第４発明では、アーム部（２２）には傾動部材（４）が被着され、当該傾動部材（４）によってアーム部（２２）が傾動させられて溶接トーチ（２）のヘッド部（２１）が管体（Ｐ）の内周面に対して離間ないし近接方向へ調整移動させられるようになっている。
本第５発明では、撮影手段（５）に、撮影領域を照明するための照明部材（５２）を設ける。
本第６発明では、他の撮影手段（６）に，撮影領域を照明するための照明部材（６２）を設ける。
本第７発明では、撮影手段（５）に、溶接光の画像への影響を抑えるための紫外線フィルタ（５３）を設ける。
上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明の管内面溶接補修装置によれば、開口から内方へ深く入った位置での管内面の溶接補修を容易に行うことができる。

管内面溶接補修装置の要部縦断面図である。

図１は管内面溶接補修装置（以下、単に溶接補修装置という）の一例を示す断面図で、補修対象である管体Ｐ内へ右方から溶接補修装置Ｄを挿入した状態を示す。溶接補修装置Ｄは管体Ｐ内へ挿入される筒状の支持部材１を備えており、図１は支持部材１の先端部の縦断面図である。

支持部材１は管体Ｐよりも小径の円筒体で、その先端部は長手方向の一部で下側周壁が切り欠かれて下方へ開放する開放部１１となっている。支持部材１全体は、その下側周面の複数位置（図１には一箇所のみ示す）に設けたベアリング１２が管体Ｐの下側内周面上を転動して、円滑に管体Ｐの長手方向へ移動するようになっている。支持部材１の移動駆動は管体Ｐ外に設けた電動シリンダ等によって行なわれる。

支持部材１の開放部１１に臨んで溶接トーチ２が位置している。溶接トーチ２はそのヘッド部２１が管体Ｐの下側内周面に向いて傾斜姿勢でアーム部２２によって保持されており、アーム部２２は支持部材１の筒内をその基端方向へ延びている。本実施形態ではアーム部２２は長手方向の一箇所で両側に設けたベアリング３１（一方のみ示す）の軸体３１１によって傾動可能に支持されている。なお、ヘッド部２１にはアーム部２２に連結されたホース２３内を経てフィラーワイヤおよび不活性ガスが送給可能となっており、ＴＩＧ溶接を行うことができる。

アーム部２２の上半には傾動部材４が被着されている。傾動部材４は前端が上記軸体３１１に回動可能に連結されるとともに、後端にはこれを下方へ付勢するコイルバネ４１が支持部材１との間に架設されている。傾動部材４には後方へ向けて下り傾斜する傾斜面４２が形成されており、この傾斜面４２と支持部材１内に設置されたガイド部材１３の水平面との間にベアリング３２が位置している。ベアリング３２には操作棒３２１の一端が連結されており、支持部材１の基端まで延びる操作棒３２１の他端を前後に操作してベアリング３２を前後動させるとこれに応じて傾動部材４が傾動し、傾動部材４と一体に溶接トーチ２のアーム部２２が傾動させられてヘッド部２１が管体Ｐの下側内周面に対し離間ないし近接方向へ調整移動させられる。

なお、上記ベアリング３１にも操作棒（図示略）の一端が連結されており、支持部材の基端まで延びる操作棒の他端を前後に操作してベアリング３１を前後動させると、これに応じてアーム部２２およびこれと一体のヘッド部２１が支持部材１の長手方向で調整移動させられる。

支持部材１の開放部１１よりもさらに先端寄りには前後位置に一対の撮影装置５，６が設けられている。前後の撮影装置５，６はＣＣＤカメラ５１，６１を備えており、後側撮影装置５のＣＣＤカメラ５１は後方に向けて設けられて、溶接トーチ２のヘッド部２１とこれが対向する管体Ｐの下側内周面を含む所定領域の撮影画像が得られるようになっている。一方、前側撮影装置６のＣＣＤカメラ６１は前方に向けて設けられて、支持部材１の先端開口１４より管体Ｐ内前方の撮影画像が得られるようになっている。

各ＣＣＤカメラ５１，６１の周囲にはＬＥＤ発光素子５２，６２が配設されてそれぞれの撮影領域が照明されている。また、ＣＣＤカメラ５１の直前には溶接光の画像への影響を抑えるために紫外線フィルタ５３が設けられている。各ＣＣＤカメラ５１，６１で得られた撮影画像は支持部材１の基端方向へ延びる信号線５４，６３によって管体Ｐ外へ出力される。

上記構造の溶接補修装置Ｄにおいて、管体Ｐが機能鋼管等である場合の肉盛層の欠陥を補修する場合には、最初にＣＣＤカメラ６１からの撮影画像を確認しつつ支持部材１を管体Ｐ内へ進入させる。ＣＣＤカメラ６１の撮影画像で肉盛層にピット状欠陥等が発見された場合には、ＣＣＤカメラ５１の撮影画像を確認して溶接トーチ２のヘッド部２１が肉盛層の欠陥部付近へ至るように支持部材１を進退調整する。ヘッド部２１の姿勢と位置の微調整は操作棒３２１あるいは他の操作棒を操作してベアリング３２あるいはベアリング３１を前後方向へ移動させることによって行う。

肉盛層の欠陥部の補修は、ヘッド部２１に通電して欠陥部を溶融させ、あるいはフィラーワイヤを供給して欠陥部を溶融充填することによって行う。この場合、ＣＣＤカメラ５１，６１の撮影画像に対し二値化等の適当な画像処理を行うことで欠陥の認識が容易になる。そして、このような欠陥の認識と電動シリンダの駆動制御を連動させれば溶接補修の自動化が可能である。なお、撮影装置６を設けた方が欠陥の発見は容易になるが、特に必須のものではない。また、本発明は機能鋼管以外の管体内周面の欠陥補修に広く適用できることはもちろんである。

１…支持部材、２…溶接トーチ、５…撮影装置（撮影手段）、６…撮影装置（他の撮影手段）、Ｄ…溶接補修装置、Ｐ…管体。

Claims

管体内の長手方向へ進退可能に挿入され、前記管体よりも小径の筒体で構成された支持部材と、当該支持部材の先端部内に支持され、前記支持部材の長手方向の一部が切り欠かれて開放する開放部に臨んで設けられて前記管体の内周面に向けられた溶接トーチと、前記支持部材の先端部内に支持されて前記溶接トーチによる補修部を含む所定領域を撮影し撮影画像を出力する撮影手段とを備え、かつ前記支持部材の筒体外周には、前記管体の長手方向への支持部材の円滑な進退移動を可能にする転動部材が設けられている管内面溶接補修装置。
前記支持部材の先端部内に、当該支持部材の進入方向前方の管体内を撮影し撮影画像を出力する他の撮影手段を設けた請求項１に記載の管内面溶接補修装置。
前記溶接トーチはそのヘッド部が前記管体の内周面に向いた姿勢でアーム部によって保持され、前記アーム部は前記支持部材の筒内をその基端方向へ延びて当該支持部材の長手方向へ移動可能に設けられている請求項１又は２に記載の管内面溶接補修装置。
前記アーム部には傾動部材が被着され、当該傾動部材によってアーム部が傾動させられて前記溶接トーチのヘッド部が前記管体の内周面に対して離間ないし近接方向へ調整移動させられるようになっている請求項３に記載の管内面溶接補修装置。
前記撮影手段に、撮影領域を照明するための照明部材を設けた請求項１ないし４のいずれかに記載の管内面溶接補修装置。
前記他の撮影手段に，撮影領域を照明するための照明部材を設けた請求項２ないし５のいずれかに記載の管内面溶接補修装置。
前記撮影手段に、溶接光の画像への影響を抑えるための紫外線フィルタを設けた請求項１ないし６のいずれかに記載の管内面溶接補修装置。