JP5941417B2 - Pipe welding method - Google Patents
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Description
本発明は、配管溶接方法に係り、特に、原子力プラントの配管の溶接に適用するのに好適な配管溶接方法に関する。 The present invention relates to a piping welding method, in particular, it relates to suitable piping welding method for application to welding of the nuclear power plant piping.
2本の配管を突合せ溶接する際には、溶接のために突き合わせる2本の配管の開先を精度良く合せることが要求される。このような溶接する配管の開先合せには、例えば、特開2002−1585号公報に記載された管の開先組み立て装置を用いることが提案されている。 When two pipes are butt-welded, it is required to accurately match the groove of the two pipes to be butt for welding. For the groove alignment of the pipes to be welded, it has been proposed to use, for example, a pipe groove assembling apparatus described in JP-A-2002-1585.
特開2002−1585号公報に記載された管の開先組み立て装置は、2つの環状のクランプ治具を有しており、各クランプ治具のクランプ体には、半径方向に移動できる複数のクランプボルトが所定の間隔で設けられている。溶接する配管の内面に接触するクランプパッドが各クランプボルトの先端部に取り付けられる。更に、複数の引き寄せ手段が一方のクランプ体の一つの端面に周方向において6箇所設けられている。他方のクランプ体の一つの端面には、周方向において6個の嵌合孔が形成されている。 The pipe groove assembling apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-1585 has two annular clamp jigs, and a plurality of clamps that can move in the radial direction are provided in the clamp body of each clamp jig. Bolts are provided at predetermined intervals. A clamp pad that contacts the inner surface of the pipe to be welded is attached to the tip of each clamp bolt. Furthermore, a plurality of attracting means are provided at six locations in the circumferential direction on one end face of one clamp body. In one end surface of the other clamp body, six fitting holes are formed in the circumferential direction.
特開2002−1585号公報の図4に示されているように、クランプボルトを溶接する一方の配管の溶接側の端面でこの配管内に、各クランプボルトを引っ込めた一つのクランプ体を挿入する。その後、このクランプ体の各クランプボルトを半径方向に突出させてクランプパッドを配管の内面に接触させ、クランプ体を配管内に装着する。このとき、クランプ体の軸線と配管の軸線が同軸になる。他方の配管の溶接側端面でこの配管内に他のクランプ体を、同様に装着する。2本の配管が、溶接側の端面を対向させて、すなわち、二つのクランプ体を対向させて配置される。一方のクランプ体に設けられた各引き寄せ手段が他方のクランプ体に形成された各嵌合孔内に挿入され、引き寄せ手段により他方のクランプ体を引き寄せる。この結果、2本の配管の溶接端部に形成された開先管の間隙が調節され、これらの配管の軸線が同軸になる。 As shown in FIG. 4 of Japanese Patent Laid-Open No. 2002-1585, one clamp body in which each clamp bolt is retracted is inserted into this pipe at the end face on the welding side of one pipe to which the clamp bolt is welded. . Thereafter, the clamp bolts of the clamp body are protruded in the radial direction, the clamp pad is brought into contact with the inner surface of the pipe, and the clamp body is mounted in the pipe. At this time, the axis of the clamp body and the axis of the pipe are coaxial. Another clamp body is similarly mounted in this pipe at the welding side end face of the other pipe. Two pipes are arranged with the end surfaces on the welding side facing each other, that is, with the two clamp bodies facing each other. Each drawing means provided in one clamp body is inserted into each fitting hole formed in the other clamp body, and the other clamp body is drawn by the drawing means. As a result, the gap between the groove pipes formed at the weld ends of the two pipes is adjusted, and the axes of these pipes are coaxial.
特開平4−89198号公報に記載されたクランプ治具は、連結体で連結された第1枠体および第2枠体を有し、エアシリンダを第1枠体および第2枠体に取り付けている。第1ピストンロッドが、第1枠体に取り付けられたエアシリンダ内に設けられた第1ピストンに連結される。第2ピストンロッドが、第2枠体に取り付けられたエアシリンダ内に設けられた第2ピストンに連結される。さらに、クランプ治具は第1クランプヘッドおよび第2クランプヘッドを有する。第1クランプヘッドおよび第2クランプヘッドはそれぞれ複数(例えば、3個)の弧状体を有している。第1クランプヘッドの各弧状体は、第1枠体の周囲で第1枠体を取り囲んで配置され、第1ピストンロッドに取り付けられた複数(例えば、3個)の第1リンク機構に取り付けられる。第2クランプヘッドの各弧状体は、第2枠体の周囲で第2枠体を取り囲んで配置され、第2ピストンロッドに取り付けられた複数(例えば、3個)の第2リンク機構に取り付けられる。第1枠体の周方向に伸びる溝が第1クランプヘッドの各弧状体の配管内面に接触する外面に形成される。この溝に連通するガス供給通路が第1クランプヘッドの弧状体および第1リンク機構内に形成されている。 A clamping jig described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-89198 has a first frame body and a second frame body connected by a connecting body, and an air cylinder is attached to the first frame body and the second frame body. Yes. The first piston rod is connected to a first piston provided in an air cylinder attached to the first frame. A 2nd piston rod is connected with the 2nd piston provided in the air cylinder attached to the 2nd frame. Further, the clamp jig has a first clamp head and a second clamp head. Each of the first clamp head and the second clamp head has a plurality of (for example, three) arcuate bodies. Each arcuate body of the first clamp head is arranged around the first frame body so as to surround the first frame body, and is attached to a plurality of (for example, three) first link mechanisms attached to the first piston rod. . Each arcuate body of the second clamp head is disposed around the second frame body so as to surround the second frame body, and is attached to a plurality of (for example, three) second link mechanisms attached to the second piston rod. . Grooves extending in the circumferential direction of the first frame are formed on the outer surface that contacts the inner surface of the pipe of each arc-shaped body of the first clamp head. A gas supply passage communicating with the groove is formed in the arc-shaped body of the first clamp head and the first link mechanism.
クランプ治具の第2枠体を、溶接にて接続する2本の配管のうち1本の配管内に挿入する。第2ピストンロッドおよび第2リンク機構を移動させて第2クランプヘッドの各弧状体をこの配管の内面に接触させ、第2枠体をこの配管に固定する。このとき、第2クランプヘッドの各弧状体を接触させた配管の開先側の端面が、第1クランプヘッドの各弧状体に形成した溝の上になるように配置されている。その後、もう1本の配管内に第1枠体を挿入し、第1ピストンロッドおよび第1リンク機構の移動により、第1クランプヘッドの各弧状体を2本の配管の内面に接触させる。補助クランプヘッドが、第1枠体の周方向において第1クランプヘッドの弧状体間に配置され、各弧状体間の隙間を塞いでいる。 The second frame body of the clamp jig is inserted into one of the two pipes connected by welding. The second piston rod and the second link mechanism are moved to bring each arcuate body of the second clamp head into contact with the inner surface of the pipe, and the second frame is fixed to the pipe. At this time, it arrange | positions so that the end surface by the side of the groove | channel which made each arc-shaped body of a 2nd clamp head contact may be on the groove | channel formed in each arc-shaped body of a 1st clamp head. Thereafter, the first frame body is inserted into another pipe, and the arc-shaped bodies of the first clamp head are brought into contact with the inner surfaces of the two pipes by the movement of the first piston rod and the first link mechanism. The auxiliary clamp head is disposed between the arcuate bodies of the first clamp head in the circumferential direction of the first frame body, and closes the gap between the arcuate bodies.
この状態で、ガス供給通路から溝に不活性ガスが供給され、2本の配管の開先部の内面に接触している各弧状体に形成された各溝内が不活性ガスで充満される。その後、2本の配管が溶接されて接合される。 In this state, the inert gas is supplied to the groove from the gas supply passage, and the inside of each groove formed in each arcuate body in contact with the inner surfaces of the groove portions of the two pipes is filled with the inert gas. . Thereafter, the two pipes are welded and joined.
特開平4−200867号公報に記載された配管溶接用内部クランプ装置を記載している。このクランプ装置は、2つのクランプ本体を1本のセンターシャフトに取り付けている。各クランプ本体は、シリンダ、ピストン、ピストンロッドおよび複数のクランプを有する。ピストンはシリンダ内に配置され、ピストンに取り付けられたピストンロッドがセンターシャフトに摺動可能に取り付けられている。センターシャフトはピストンロッド内を貫通している。各クランプは、リンクを介してピストンロッドに取り付けられ、ピストンロッドからシリンダの半径方向に伸びている。各クランプは、先端部にローラ部材を取り付けている。2つクランプ本体の各クランプは、センターシャフトの軸方向において対向している。センターシャフトに取り付けられた複数のシリンダが2つクランプ本体の間に配置され、裏当て材がこのシリンダによって駆動されるピストンロッドに設けられる。裏当て材は、一方のクランプ本体のローラ部材と一方のクランプ本体のローラ部材の間に配置される。 An internal clamping device for pipe welding described in JP-A-4-200787 is described. This clamp device has two clamp bodies attached to one center shaft. Each clamp body has a cylinder, a piston, a piston rod, and a plurality of clamps. The piston is disposed in the cylinder, and a piston rod attached to the piston is slidably attached to the center shaft. The center shaft passes through the piston rod. Each clamp is attached to the piston rod via a link and extends from the piston rod in the radial direction of the cylinder. Each clamp has a roller member attached to the tip. Each clamp of the two clamp bodies is opposed in the axial direction of the center shaft. A plurality of cylinders attached to the center shaft are disposed between two clamp bodies, and a backing material is provided on a piston rod driven by the cylinders. The backing material is disposed between the roller member of one clamp body and the roller member of one clamp body.
各クランプ本体が溶接される2本の配管内に別々に挿入され、ピストンロッドおよびリンクを駆動して各クランプ本体のローラ部材をそれぞれの配管の内面に接触させる。各クランプ本体が1本のセンターシャフトに取り付けられているため、両者のローラ部材の各配管の内面への接触により、2本の配管の芯合わせが行われる。その後、配管の周方向に配置された複数の裏当て材が、溶接部において各配管の開先の裏面に接触され、その後、2本の配管の溶接が行われる。 Each clamp body is inserted separately into two pipes to be welded, and the piston rod and the link are driven to bring the roller member of each clamp body into contact with the inner surface of each pipe. Since each clamp main body is attached to one center shaft, the two pipes are aligned by the contact of the roller members with the inner surface of each pipe. Thereafter, a plurality of backing materials arranged in the circumferential direction of the pipe are brought into contact with the back surface of the groove of each pipe at the welded portion, and then the two pipes are welded.
特開2002−1585号公報に記載された管の開先組み立て装置を用いた場合には、一方のクランプ体に設けた引き寄せ手段を他方のクランプ体に形成された嵌合孔内に挿入した後に、引き寄せ手段により他方のクランプ体を引き寄せ、両者のクランプ体を同軸にし、溶接する2本の配管の開先の間の間隔の調節を行い、これらの配管の芯合わせを行っている。このため、一方のクランプ体に設けた引き寄せ手段を他方のクランプ体に形成された嵌合孔内に挿入に手間がかかる。 In the case of using the pipe groove assembling apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-1585, after the drawing means provided on one clamp body is inserted into the fitting hole formed on the other clamp body The other clamp body is pulled by the pulling means, the two clamp bodies are made coaxial, the distance between the two pipes to be welded is adjusted, and these pipes are aligned. For this reason, it takes time to insert the drawing means provided in one clamp body into the fitting hole formed in the other clamp body.
特開平4−200867号公報に記載された配管溶接用内部クランプ装置は、各クランプ本体が1本のセンターシャフトに取り付けられているため、2本の配管の芯合わせを容易に行うことができるが、2本の配管の開先間の間隔の調節が困難である。特開平4−89198号公報に記載されたクランプ治具も、溶接する2本の配管の開先間の間隔の調節が困難である。 In the internal clamp device for pipe welding described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-200867, since each clamp body is attached to one center shaft, the two pipes can be easily aligned. It is difficult to adjust the interval between the two pipe grooves. The clamp jig described in Japanese Patent Laid-Open No. 4-89198 is also difficult to adjust the distance between the grooves of the two pipes to be welded.
本発明の目的は、配管の芯合わせを精度良く行うことができ、開先間の間隔の調節に要する時間を短縮できる配管溶接方法を提供することにある。 An object of the present invention, the centering of the pipe can be accurately performed, it is to provide a piping welding method that can shorten the time required for adjustment of the spacing between the groove.
上記した目的を達成する本発明の特徴は、
連結棒と、
連結棒に取り付けられた第1クランプ支持部、第1クランプ支持部を取り囲んで第1クランプ支持部の周方向に配置された複数の第1押し付け部材、および第1押し付け部材に別々に取り付けられて第1クランプ支持部に設けられ、第1押し付け部材を第1クランプ支持部の半径方向に移動させる第1移動装置を有する第1クランプ装置と、
連結棒の軸方向に移動可能に連結棒に取り付けられた第2クランプ支持部、第2クランプ支持部を取り囲んで第2クランプ支持部の周方向に配置された複数の第2押し付け部材、および第2押し付け部材に別々に取り付けられて第2クランプ支持部に設けられ、第2押し付け部材を第2クランプ支持部の半径方向に移動させる第2移動装置を有する第2クランプ装置とを備え、
連結棒を取り囲む筒状部材を、第1クランプ支持部および第2クランプ支持部の、互いに対向するそれぞれの側面のいずれかに取り付け、
筒状部材の先端部が挿入される、筒状部材の縦断面の形状を有する溝が、第1クランプ支持部および第2クランプ支持部のうちの筒状部材が取り付けられていないクランプ支持部の、筒状部材の先端部に対向する側面に形成され、
第1クランプ支持部の半径方向に伸縮する環状の第1伸縮部材が、第1クランプ支持部に取り付けられた内側端部およびそれぞれの第1押し付け部材に取り付けられた外側端部を有しており、
第2クランプ支持部の半径方向に伸縮する環状の第2伸縮部材が、第2クランプ支持部に取り付けられた内側端部およびそれぞれの第2押し付け部材に取り付けられた外側端部を有しており、
複数の貫通孔を筒状部材の外側で第2クランプ支持部に形成しており、
全ての第1押し付け部材が、第1クランプ支持部の周方向の両端部にこの周方向に突出する第1突出部をそれぞれ形成しており、第1クランプ支持部の周方向において隣接している第1押し付け部材同士で、一方の第1押し付け部材に形成された第1突出部と他方の第1押し付け部材に形成された第1突出部が、連結棒の軸方向において重なっており、及び
全ての第2押し付け部材が、第2クランプ支持部の周方向の両端部にこの周方向に突出する第2突出部をそれぞれ形成しており、第2クランプ支持部の周方向において隣接している第2押し付け部材同士で、一方の第2押し付け部材に形成された第2突出部と他方の第2押し付け部材に形成された第2突出部が、連結棒の軸方向において重なっている
配管溶接支援装置を用い、
第1配管内に第1クランプ装置を挿入し、
それぞれの第1移動装置によってそれぞれの第1押し付け部材を第1配管の内面に押し付けて第1クランプ装置を第1配管内に固定し、
第1配管と溶接する第2配管内に第2クランプ装置を挿入し、
それぞれの第2移動装置によってそれぞれの第2押し付け部材を第2配管の内面に押し付けて第2クランプ装置を第2配管内に固定し、
第2クランプ支持部を連結棒に沿って第1クランプ装置側に移動させて記第1配管に形成された開先とこの開先に対向する、第2配管に形成された開先の間の間隔を調節し、
開先の間隔調節後に、第1クランプ装置と第2クランプ装置の間でかつ筒状部材と第1配管及び第2配管の間に形成される環状空間内に、第2クランプ支持部に形成された貫通孔を通して不活性ガスを供給し、
環状空間に不活性ガスを供給しながら、第1配管と第2配管を接合する第1パスの溶接を行い、
第1パスの溶接後に行われる、第1配管と第2配管の残りの溶接を、貫通孔を通して環状空間に冷却媒体を供給しながら行うことにある。
The features of the present invention that achieve the above-described object are as follows:
A connecting rod ;
A first clamp support portion attached to the connecting rod, a plurality of first pressing members that surround the first clamp support portion and are arranged in the circumferential direction of the first clamp support portion, and are attached separately to the first pressing member. A first clamp device provided on the first clamp support portion and having a first moving device for moving the first pressing member in the radial direction of the first clamp support portion;
A second clamp support portion attached to the connection rod so as to be movable in the axial direction of the connection rod; a plurality of second pressing members disposed around the second clamp support portion and disposed in the circumferential direction of the second clamp support portion; A second clamping device having a second moving device that is separately attached to the two pressing members and is provided on the second clamp support portion and moves the second pressing member in the radial direction of the second clamp support portion ;
A cylindrical member surrounding the connecting rod is attached to any one of the side surfaces of the first clamp support portion and the second clamp support portion facing each other,
The groove | channel which has the shape of the longitudinal cross-section of a cylindrical member in which the front-end | tip part of a cylindrical member is inserted is a clamp support part to which the cylindrical member of the 1st clamp support part and the 2nd clamp support part is not attached. , Formed on the side facing the tip of the cylindrical member,
An annular first elastic member that expands and contracts in the radial direction of the first clamp support portion has an inner end portion attached to the first clamp support portion and an outer end portion attached to each first pressing member. ,
An annular second elastic member that expands and contracts in the radial direction of the second clamp support portion has an inner end portion attached to the second clamp support portion and an outer end portion attached to each second pressing member. ,
A plurality of through holes are formed in the second clamp support portion outside the cylindrical member,
All the first pressing members respectively form first projecting portions projecting in the circumferential direction at both ends in the circumferential direction of the first clamp support portion, and are adjacent to each other in the circumferential direction of the first clamp support portion. Between the first pressing members, the first protrusion formed on one first pressing member and the first protrusion formed on the other first pressing member overlap in the axial direction of the connecting rod; and
All the second pressing members respectively form second projecting portions projecting in the circumferential direction at both ends in the circumferential direction of the second clamp support portion, and are adjacent to each other in the circumferential direction of the second clamp support portion. In the second pressing members, the second protrusion formed on one second pressing member and the second protrusion formed on the other second pressing member overlap in the axial direction of the connecting rod.
Using a pipe welding support device,
Insert the first clamping device into the first pipe,
Each first moving device presses each first pressing member against the inner surface of the first pipe to fix the first clamping device in the first pipe,
Insert the second clamping device into the second pipe to be welded with the first pipe,
Each second moving device presses each second pressing member against the inner surface of the second pipe to fix the second clamping device in the second pipe,
The second clamp support part is moved to the first clamp device side along the connecting rod and between the groove formed in the first pipe and the groove formed in the second pipe facing the groove. Adjust the interval,
After adjusting the gap interval, the second clamp support portion is formed in an annular space formed between the first clamp device and the second clamp device and between the tubular member, the first pipe, and the second pipe. Supplying inert gas through the through-holes,
While supplying an inert gas to the annular space, welding the first pass to join the first pipe and the second pipe,
The remaining welding of the first pipe and the second pipe, which is performed after the first pass welding , is to be performed while supplying the cooling medium to the annular space through the through hole .
連結棒に取り付けられた第1クランプ支持部および連結棒の軸方向に移動可能に連結棒に取り付けられた第2クランプ支持部を有しているので、第1クランプ装置を1つの配管内に挿入し、各第1押し付け部材を個の配管の内面に押し付け、第2クランプ装置を個の配管に溶接される他の配管内に挿入し、各第2押し付け部材を個の配管の内面に押し付けたとき、2つの配管の芯合わせを精度良く行うことができる。また、第2クランプ支持部を有する第2クランプ装置を連結棒に沿って第1クランプ装置側に移動できるので、2つの配管の開先間の間隔の調節に要する時間を、芯合わせの精度を保持しながら、短縮することができる。
さらに、環状空間に不活性ガスを供給しながら、第1配管と第2配管を接合する第1パスの溶接を行うので、第1配管と第2配管の第1パスの溶接部の内面の酸化を防ぐことができる。また、第1パスの溶接後の残りの溶接を、貫通孔を通して環状空間に冷却媒体を供給しながら行うので、第1配管と第2配管の溶接部および熱影響部の内面の残留応力を改善することができ、第1配管と第2配管の溶接部および熱影響部の内面に圧縮残留応力を付与することができる。このため、第1配管と第2配管の溶接部および熱影響部での応力腐食割れの発生を防止することができる。
Since the first clamp support portion attached to the connecting rod and the second clamp support portion attached to the connecting rod so as to be movable in the axial direction of the connecting rod are provided, the first clamp device is inserted into one pipe. Then, each first pressing member was pressed against the inner surface of each pipe, the second clamping device was inserted into another pipe welded to each pipe, and each second pressing member was pressed against the inner surface of each pipe. Sometimes, the two pipes can be accurately aligned. Moreover, since the 2nd clamp apparatus which has a 2nd clamp support part can be moved to the 1st clamp apparatus side along a connecting rod, the time required for the adjustment of the space | interval between the groove | channels of two piping is made to the precision of centering. It can be shortened while holding.
Furthermore, since the first pass welding for joining the first pipe and the second pipe is performed while supplying the inert gas to the annular space, the inner surface of the welded portion of the first pass of the first pipe and the second pipe is oxidized. Can be prevented. Further, since the remaining welding after the first pass welding is performed while supplying the cooling medium to the annular space through the through hole, the residual stress on the inner surface of the welded portion of the first pipe and the second pipe and the heat affected zone is improved It is possible to apply compressive residual stress to the inner surface of the welded portion and the heat affected zone of the first pipe and the second pipe. For this reason, generation | occurrence | production of the stress corrosion crack in the welding part and heat affected zone of 1st piping and 2nd piping can be prevented.
本発明によれば、配管の溶接において、溶接される配管の芯合わせを精度良く行うことができ、開先間の間隔の調節に要する時間を短縮することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the welding of piping, the center alignment of the piping to be welded can be performed accurately, and the time required for adjusting the space | interval between groove | channels can be shortened.
本発明の実施例を以下に説明する。 Examples of the present invention will be described below.
本発明の好適な一実施例である実施例1の配管溶接方法を、図4から図7を用いて説明する。
A pipe welding method according to
まず、本実施例の配管溶接方法に用いる配管溶接支援装置を、図1から図3を用いて説明する。この配管溶接支援装置1は、クランプ装置2および11、円筒部材10および連結シャフト(連結棒)18を備えている。
First, a pipe welding support device used in the pipe welding method of this embodiment will be described with reference to FIGS. The pipe
クランプ装置(第2クランプ装置)11は、円板状のクランプ支持部(第2クランプ支持部)12、円弧状の押し付け部材(第2押し付け部材)13a,13b,13c,13d、アクチュエータ(第2移動装置)15a,15b,15c,15dおよびリング状の伸縮部材20を有する。連結シャフト18がクランプ支持部12の中心を貫通する。クランプ支持部12の中心には、ネジ穴が形成されている。クランプ支持部12のネジ穴を連結シャフト18に形成されたネジ19に噛み合わされ、クランプ支持部12が連結シャフト18に取り付けられる。ネジ19は、連結シャフト18のクランプ支持部12側の端部まで形成されている。連結シャフト18を回転させるためのハンドル36が、ネジ19が存在する連結シャフト18の端部に取り付けられる。ハンドル36の替りにモータを用いて連結シャフト18を自動的に回転させることができる。この場合には、モータを、例えば、クランプ支持部3の外側側面に設置し、この外側側面から外側に突出した、連結シャフト18の端部に取り付けられた歯車と噛み合う歯車が、その外側側面に設置された減速機の回転軸に取り付けられ、この回転軸をモータの回転軸に連結すればよい。アクチュエータ15a,15b,15c,15dは、クランプ支持部12の外周部に設けられ、クランプ支持部12の周方向に等間隔に配置されている。
The clamp device (second clamp device) 11 includes a disc-shaped clamp support portion (second clamp support portion) 12, arc-shaped pressing members (second pressing members) 13a, 13b, 13c, 13d, and actuators (second (Moving device) 15a, 15b, 15c, 15d and a ring-shaped
押し付け部材13a,13b,13c,13dは、クランプ支持部12の半径方向においてクランプ支持部12の外周面に対向して配置され、クランプ支持部12を取り囲んでいる。押し付け部材13a,13b,13c,13dは、クランプ支持部12の周方向において、押し付け部材13a、押し付け部材13b、押し付け部材13cおよび押し付け部材13dの順に配置される。押し付け部材13aの保持部14aがアクチュエータ15aに連結される。押し付け部材13bの保持部14bがアクチュエータ15bに連結される。押し付け部材13cの保持部14cがアクチュエータ15cに連結される。押し付け部材13dの保持部14dがアクチュエータ15dに連結される。
The
押し付け部材13aの、クランプ支持部12の周方向における両端部には、図3に示すように、その周方向に伸びる円弧状の2つの突起部21がそれぞれ形成され、溝22がこれらの突起部21の間に形成されている。これらの突起部の、クランプ支持部12の半径方向における幅は、押し付け部材13の、クランプ支持部12の半径方向における幅と同じである。押し付け部材13dの、クランプ支持部12の周方向における両端部には、図3に示すように、その周方向に伸びる円弧状の2つの突起部23が形成され、溝24がこれらの突起部23の間に形成されている。押し付け部材13aの一端部に存在する突起部21が押し付け部材13dの対向する端部に形成された溝24内に挿入され、押し付け部材13dのその端部の突起部23が押し付け部材13aのその一端部の溝22内に挿入される。換言すれば、2つの突起部21のうちの1つが2つの突起部23の間に配置され、2つの突起部23のうちの1つが2つの突起部21の間に配置されている。
As shown in FIG. 3, two arc-shaped
図示されていないが、押し付け部材13b、13cのそれぞれの両端部にも、同様に、2つの突起部及び溝が形成されている。押し付け部材13bの一端部に形成された突起部が押し付け部材13aの他端部に形成された溝22内に挿入され、押し付け部材13aのその他端部に形成された突起部21が押し付け部材13bの対向する溝内に挿入される。押し付け部材13cの一端部に形成された突起部が押し付け部材13bの対向する他端部に形成された溝内に挿入され、押し付け部材13bのその他端部に形成された突起部が押し付け部材13cの対向する溝内に挿入される。押し付け部材13dの他の端部に形成された突起部が押し付け部材13cの対向する端部に形成された溝内に挿入され、押し付け部材13dのその端部に形成された突起部が押し付け部材13cの対向する溝内に挿入される。
Although not shown in the figure, two protrusions and grooves are also formed on both end portions of the
クランプ支持部12の周方向における、各押し付け部材の端部に形成された突起部の長さおよび各押し付け部材の端部に形成された突起部の溝の深さは、各押し付け部材が、後述するように、溶接される配管の内面に押し付けられた状態で突起部の一部が溝内に存在するように、また、配管溶接支援装置1を配管から取り出すときに各押し付け部材がその配管の内面から離された状態で突起部の先端が溝の底面に接触しないように設定される。
The length of the protrusion formed at the end of each pressing member and the depth of the groove of the protrusion formed at the end of each pressing member in the circumferential direction of the
貫通孔17a,17b,17c,17dが、クランプ支持部12の外周部に形成され、クランプ支持部12の周方向において90°置きに配置されている。貫通孔17a,17b,17c,17dは、クランプ支持部12を貫通し、連結シャフト18の軸方向に伸びている。各貫通孔は、クランプ支持部12の周方向において隣接する2つのアクチュエータの間に配置される。
The through holes 17 a, 17 b, 17 c, and 17 d are formed on the outer peripheral portion of the
リング状の伸縮部材20は、クランプ支持部12の半径方向において伸縮が可能な蛇腹構造になっている。伸縮部材20はクランプ支持部12の外周面を取り囲んで配置され、伸縮部材20の内側端部がクランプ支持部12の外周面に全周に亘って取り付けられる。伸縮部材20の外側端部が、押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれの、クランプ支持部12の外周面に対向する内面に取り付けられる。伸縮部材20は、押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれとクランプ支持部12の間に形成される隙間を封鎖する。伸縮部材20は、押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれとクランプ支持部12の間をシールするシール部材である。
The ring-shaped expansion /
クランプ装置(第1クランプ装置)2は、円板状のクランプ支持部(第1クランプ支持部)3、円弧状の押し付け部材(第1押し付け部材)4a,4b,4c,4d、アクチュエータ6a,6b,6c,6dおよびリング状の伸縮部材7を有する。なお、押し付け部材(第1移動装置)4b,4d、およびアクチュエータ6b,6dは図示が省略されている。連結シャフト18がクランプ支持部3の中心部に形成された貫通孔8を貫通している。この貫通孔8内に挿入されたボールベアリング9により、クランプ支持部3が連結シャフト18に回転可能に取り付けられ。アクチュエータ6a,6b,6c,6dは、クランプ支持部3の外周部に設けられ、アクチュエータ15a,15b,15c,15dと同様に、クランプ支持部3の周方向において等間隔に配置される。
The clamp device (first clamp device) 2 includes a disk-shaped clamp support portion (first clamp support portion) 3, arc-shaped pressing members (first pressing members) 4a, 4b, 4c, 4d, and
押し付け部材4a,4b,4c,4dは、押し付け部材13a,13b,13c,13dと同様に、クランプ支持部3の半径方向においてクランプ支持部3の外周面に対向して配置され、クランプ支持部3を取り囲んでいる。押し付け部材4a,4b,4c,4dは、クランプ支持部3の周方向において、押し付け部材4a、押し付け部材4b、押し付け部材4cおよび押し付け部材4dの順に配置される。押し付け部材4aの保持部5aがアクチュエータ6aに連結される。押し付け部材4cの保持部5cがアクチュエータ6cに連結される。同様に、押し付け部材6bの保持部5bがアクチュエータ6bに連結され、押し付け部材4dの保持部5dがアクチュエータ5dに連結される。
The
押し付け部材4a,4b,4c,4dの、クランプ支持部3の周方向におけるそれぞれ両端部には、押し付け部材13a,13dと同様に、その周方向に伸びる円弧状の2つの突起部がそれぞれ形成され、溝がこれらの突起部の間に形成されている。これらの突起部の、クランプ支持部3の半径方向における幅は、押し付け部材4の、クランプ支持部3の半径方向における幅と同じである。押し付け部材4a,4b,4c,4dの、クランプ支持部3の周方向において隣り合うそれぞれの端部において、押し付け部材の突起部がこれに隣接する他の押し付け部材の溝内にそれぞれ挿入されている。
Like the
リング状の伸縮部材7は、クランプ支持部3の半径方向において伸縮が可能な蛇腹構造になっている。伸縮部材7はクランプ支持部3の外周面を取り囲んで配置され、伸縮部材7の内側端部がクランプ支持部3の外周面に全周に亘って取り付けられる。伸縮部材7の外側端部が、押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれの、クランプ支持部3の外周面に対向する内面に取り付けられる。伸縮部材7は、押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれとクランプ支持部3の間に形成される隙間を封鎖する。伸縮部材7は、押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれとクランプ支持部3の間をシールするシール部材である。
The ring-shaped expansion /
円筒部材10が連結シャフト18を取り囲んで配置され、円筒部材10の一端部が、クランプ支持部3の、クランプ支持部12に対向する側面に取り付けられる。円筒部材10の中心軸は連結シャフト18の中心軸と一致している。円筒部材10の外径は、クランプ支持部12に取り付けられた各アクチュエータおよびクランプ支持部12に形成された貫通孔17a,17b,17c,17dよりも円筒部材10の内面が内側に位置するように設定される。クランプ支持部12の、クランプ支持部3に対向する側面には、クランプ支持部3に取り付けられた円筒部材10の端部を挿入するための、円形溝16が形成されている。円筒部材10を、クランプ支持部12の、クランプ支持部3に対向する側面に取り付けてもよい。この場合には、円筒部材10の先端部が挿入される円形溝16が、クランプ支持部3の、クランプ支持部12に対向する側面に形成される。
The
また、丸棒である一対の回転阻止部材34が、円筒部材10が取り付けられた、クランプ支持部3の側面に取り付けられ、クランプ支持部12に向かって伸びている。クランプ支持部12の、これらの回転阻止部材34にそれぞれ対向する位置には、円形の一対の貫通孔35が所定の間隔をもって形成されている。一対の回転阻止部材34は、クランプ支持部12に形成された一対の貫通孔35内に挿入される。一対の回転阻止部材34をクランプ支持部12の、クランプ支持部3と対向する側面に取り付け、一対の貫通孔35をクランプ支持部3の、これらの回転阻止部材34にそれぞれ対向する位置に形成しても良い。
Further, a pair of
油供給ホース31が、クランプ支持部12に形成された貫通孔を通ってクランプ支持部3に向かって伸びており、クランプ支持部3の、クランプ支持部12に対向する側面に取り付けられる。油供給通路32が、クランプ支持部3内に形成され、アクチュエータ6a,6b,6c,6dにそれぞれ連絡されている。油供給ホース31は、この油供給通路32に連絡される。また、油供給ホース33が、クランプ支持部12の、クランプ支持部3と対向していない側面に取り付けられる。この油供給ホース33は、クランプ支持部12内に形成されてアクチュエータ15a,15b,15c,15dにそれぞれ連絡されている油供給通路(図示せず)に連絡される。
The
不活性ガス供給ホース(図示せず)が、例えば、貫通孔17a,17bにそれぞれ連絡され、クランプ支持部12の、クランプ支持部3と対向していない側面に取り付けられる。不活性ガス排出ホース(図示せず)が、例えば、貫通孔17c,17dにそれぞれ連絡され、クランプ支持部12の、クランプ支持部3と対向していない側面に取り付けられる。
An inert gas supply hose (not shown) is connected to the through
配管溶接支援装置1を用いた実施例1の配管の溶接方法を説明する。本実施例では、配管25Aと配管25Bが溶接される(図7参照)。
A pipe welding method according to the first embodiment using the pipe
これらの配管を溶接する前に、配管溶接支援装置1のクランプ装置2が1本の配管25A内に挿入される(図4参照)。クランプ装置2を配管25A内に挿入した後、油供給ホース31および油供給通路32を通してアクチュエータ6a,6b,6c,6dに油を供給する。この油の圧力により、アクチュエータ6a,6b,6c,6dを作動させ、押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれを配管25Aの内面に向って移動させる。このとき、押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれの移動量は同じである。アクチュエータ6a,6b,6c,6dにより、押し付け部材4a,4b,4c,4dが配管25Aの内面に押し付けられたとき、アクチュエータ6a,6b,6c,6d内への油の供給が停止され、押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれの配管25Aの内面に向う移動が停止される。押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれの、配管25Aの内面に接触する面の曲率半径が、配管25Aの内面の曲率と同じであるので、押し付け部材4a,4b,4c,4dが配管25Aの内面に押し付けられたとき、配管25Aの中心軸が連結シャフト18の中心軸に一致する。押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれが配管25Aの内面に向って移動するとき、伸縮部材7がクランプ支持部3の半径方向に引き伸ばされる。
Before welding these pipes, the
次に、配管25Aと溶接される配管25B内に配置された、配管溶接支援装置1のクランプ装置11を配管25Bに固定する(図5参照)。クランプ装置11の配管25Bへの固定に際して、配管25B内に配置されたクランプ装置11のアクチュエータ15a,15b,15c,15dに、油供給ホース33およびクランプ支持部12内に形成された油供給通路を通して油を供給する。この油の圧力により、アクチュエータ15a,15b,15c,15dを作動させ、押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれを配管25Bの内面に向って移動させる。このとき、押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれの移動量は同じである。アクチュエータ15a,15b,15c,15dにより、押し付け部材13a,13b,13c,13dが配管25Bの内面に押し付けられたとき、アクチュエータ15a,15b,15c,15d内への油の供給が停止され、押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれの配管25Aの内面に向う移動が停止される。押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれの、配管25Bの内面に接触する面の曲率半径が、配管25Aの内面の曲率と同じであるので、押し付け部材13a,13b,13c,13dが配管25Aの内面に押し付けられたとき、配管25Bの中心軸が連結シャフト18の中心軸に一致する。この結果、配管25Bの中心軸が配管25Aの中心軸と一致し、配管25Aと配管25Bの芯合わせが完了する。押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれが配管25Bの内面に向って移動するとき、伸縮部材20がクランプ支持部12の半径方向に引き伸ばされる。
Next, the
その後、配管25Aの開先と配管25Bの開先の間の間隔の調節が行われる。配管25Aと配管25Bを溶接するために、それぞれの配管の端部に形成された開先間の間隔を所定の寸法にする必要がある。この間隔の調節は、作業員がハンドル36を回すことによって連結シャフト18を回転させて行われる。前述したモータを駆動して連結シャフトを駆動しても良い。一対の回転阻止部材34がクランプ支持部12に形成された一対の貫通孔35内に挿入されてクランプ支持部12の回転が阻止された状態で、連結シャフト18の回転により、クランプ支持部12がクランプ支持部3に近づき、配管25Aの開先と配管25Bの開先の間の間隔が狭くなっていく。その間隔が所定の寸法になったとき、連結シャフト18の回転を停止する。クランプ支持部12のネジ穴および連結シャフト18のネジ19のピッチが小さいほど、開先間の間隔を精度良く調節することができる。
Thereafter, the interval between the groove of the
開先間の間隔の調節が終了したとき、円筒部材10の先端部が、クランプ支持部12の側面に形成された円形溝16内に挿入される。円形溝16の深さが浅い場合には、円筒部材10の先端が円形溝16の底面に当たってしまい、クランプ支持部12のクランプ支持部3側への移動が不可能になり、開先間の間隔を所定の寸法に調節することができなくなる。これを防止するため、円形溝16はある程度深くなっている。円筒部材10の先端部を円形溝16内に挿入することにより、配管25Aおよび25Bの内側に、押し付け部材4a,4b,4c,4d、伸縮部材7、クランプ支持部3、円筒部材10、クランプ支持部12、伸縮部材20および押し付け部材13a,13b,13c,13dで囲まれた環状空間26が形成される。クランプ支持部3,12は、環状空間26の側壁の一部を形成し、環状空間26の内外を隔離する部材である。この環状空間26は、配管25Aの開先と配管25Bの開先の間の隙間を通して配管25Aおよび25B外の領域と連通している。また、貫通孔17a,17b,17c,17dも環状空間26に連絡される。
When the adjustment of the gap between the grooves is finished, the tip of the
配管溶接支援装置1のクランプ装置2および11が配管25Aおよび25B内に固定されて、配管25Aおよび25Bの芯合わせおよび開先間の間隔の調節が終了した後、配管25Aと配管25Bの溶接が行われる。第1パス(初層)27の溶接を行うときには(図6参照)、不活性ガス(例えば、アルゴンガス)が、不活性ガス供給ホースから貫通孔17a,17bのそれぞれを通して環状空間26に供給される。
After the
押し付け部材4a,4b,4c,4dが配管25Aの内面に押し付けられた状態の全ての押し付け部材4において、クランプ支持部3の周方向において隣接する押し付け部材同士では、一方の押し付け部材の端部に形成された1つの突起部が、前述したように、他方の押し付け部材の端部に形成された2つの突起部の間に存在し、両方の押し付け部材の各突起部が連結シャフト18の軸方向において重なっている。また、押し付け部材13a,134b,13c,13dが配管25Bの内面に押し付けられた状態の全ての押し付け部材13において、クランプ支持部12の周方向において隣接している押し付け部材同士では、一方の押し付け部材の端部に形成された1つの突起部が、前述したように、他方の押し付け部材の端部に形成された2つの突起部の間に存在し、両方の押し付け部材の各突起部が連結シャフト18の軸方向において重なっている。このため、環状空間26内の不活性ガスが、隣り合う押し付け部材の間から外部に漏洩しにくくなる。さらに、伸縮部材7及び20が取り付けられているため、環状空間26内の不活性ガスが各押し付け部材とクランプ支持部の間から外部への漏洩が防止される。
In all the
環状空間26に供給された不活性ガスは、開先間の隙間および貫通孔17c,17dを通して環状空間26外に排出されるが、環状空間26が不活性ガスで満たされる。貫通孔17a,17bのそれぞれから環状空間26に不活性ガスを供給しながら、配管25Aおよび25Bの第1パス27の溶接が、配管25Aおよび25Bの外側に配置された溶接機(図示せず)を用いて行われる。この溶接は、例えば、配管25Aを取り囲むガイドレールを配管25Aの外面に取り付け、このガイドレールに沿って溶接機を走行させながら行うと良い。配管25Aおよび25Bの第1パス27の溶接が配管の全周に亘って行われる。第1パス27の溶接が行われている間、環状空間26が不活性ガスで満たされているため、第1パス27の溶接部の内面が酸化されることがなく、高品質な溶接が実現できる。
The inert gas supplied to the
配管全周に亘る第1パス27の溶接が終了した後、不活性ガス供給ホースおよび貫通孔17a,17bを通しての環状空間26への不活性ガスの供給が停止され、第1パス27の外側で第2パスから最終パスまでの各溶接が溶接機を用いて順次行われる。第2パスから最終パスまでの各溶接時においては、不活性ガスが環状空間26に供給されない。第2パスから最終パスまでの溶接の間においても、押し付け部材4a,4b,4c,4dが配管25Aの内面に押し付けられ、押し付け部材13a,13b,13c,13dも配管25Bの内面に押し付けられている。最終パスの溶接が終了したとき、配管25Aおよび25Bは溶接部27Aにより接合される(図7参照)。
After the welding of the
配管25Aと配管25Bの溶接が終了した後、アクチュエータ6a,6b,6c,6d内にそれぞれ逆方向に油圧を掛けて、押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれを連結シャフト18側に移動させる。この結果、これらの押し付け部材が配管25Aの内面から離され、伸縮部材7がクランプ支持部3の半径方向に縮められる。また、アクチュエータ15a,15b,15c,15d内にそれぞれ逆方向に油圧を掛けて、押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれを連結シャフト18側に移動させる。この結果、これらの押し付け部材が配管25Bの内面から離され、伸縮部材20がクランプ支持部12の半径方向に縮められる。
After the welding of the
不活性ガス供給ホースおよび不活性ガス排出ホース(または油供給ホース31および33)を引っ張ることにより、配管溶接支援装置1が配管25Aおよび25Bから取り出される。原子力プラントのように長尺の配管を配管溶接支援装置1を用いて溶接する場合には、クランプ支持部3及び12のそれぞれに、特開平4−200867号公報に記載されたように、走行車輪を取り付け、例えば、クランプ支持部12に取り付けた走行用車輪をクランプ支持部12に取り付けたモータで駆動させ、配管溶接支援装置1を配管25Aおよび25B内から回収してもよい。
By pulling the inert gas supply hose and the inert gas discharge hose (or
以上によって、配管溶接支援装置1を用いた配管25Aおよび25Bの溶接作業が終了する。
Thus, the welding work for the
本実施例によれば、配管25A内に取り外し可能に固定される、挿入される押し付け部材4a,4b,4c,4dを有するクランプ支持部3、および配管25B内に取り外し可能に固定される押し付け部材13a,13b,13c,13dを有するクランプ支持部12が連結シャフト18に取り付けられ、さらに、クランプ支持部12が、連結シャフト18の軸方向に移動可能に、連結シャフト18に取り付けられているため、溶接される配管25A,25B同士の芯合わせを精度良く行うことができ、配管25Aに形成された開先と配管25Bに形成された開先の間隔の調節に要する時間を、芯合わせの精度を保持しながら、短縮することができる。また、その間隔の調節も精度良く行うことができる。
According to the present embodiment, the
本実施例では、クランプ支持部3の、クランプ支持部12に対向する側面に円筒部材10が取り付けられ、クランプ支持部12の、クランプ支持部3に対向する側面に円筒部材10の先端部が挿入される円形溝16が形成され、配管25Aの開先と配管25Bの開先の間の間隔を調節する際に円筒部材10の先端部が円形溝16内に挿入されるので、開先間の間隔を調節しながら、溶接される配管25Aおよび25Bと円筒部材10の間に環状空間26を形成することができる。このため、クランプ支持部12に形成された貫通孔17a,17bを通して供給される不活性ガスを、この環状空間26内に充満させることができ、配管25Aと配管25Bの第1パス27の溶接部の内面の酸化を防ぐことができる。
In this embodiment, the
本実施例では、押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれとクランプ支持部3の間に形成される隙間が伸縮部材7によって封鎖され、押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれとクランプ支持部12の間に形成される隙間が伸縮部材20によって封鎖されるので、それらの隙間を通って外部に流出する、環状空間26内の不活性ガスの量を著しく低減することができ、不活性ガスの使用量を低減することができる。また、環状空間26内を少量の不活性ガスにより効果的に不活性ガス雰囲気にすることができる。
In this embodiment, gaps formed between the
クランプ装置2,11において、各押し付け部材のクランプ支持部の周方向における両端部には、前述したように、突起部及び溝が形成されているため、アクチェータにより押し付け部材をそれぞれクランプ支持部の半径方向に移動させるとき、隣接する押し付け部材同士の干渉が回避され、押し付け部材を円滑に移動させることができる。また、各押し付け部材が配管の内面に押し付けられたとき、クランプ支持部の周方向において隣接する一方の押し付け部材の端部に形成された突起部が、他方の押し付け部材の端部に形成された突起部と重なっているので、クランプ支持部の周方向において隣接する押し付け部材の相互間から流出する環状空間26内の不活性ガスの量を、著しく抑制することができる。
In the
本実施例は、クランプ装置2を配管25A内に装着してクランプ装置11を配管25B内に装着し、配管25Aと配管25Bの溶接を行うので、配管25Aと配管25Bの溶接部27Aおよびこの溶接部27周囲の熱影響部の各内面における引張残留応力が低減され、溶接部27および熱影響部における応力腐食割れの発生が抑制される。
In this embodiment, the
本実施例では、連結シャフト18を回転させてクランプ支持部3とクランプ支持部12の間の寸法を調節するので、配管25Aおよび25Bの開先間の間隔を調節する機構を、単純化することができ、配管溶接支援装置1をコンパクト化することができる。
In the present embodiment, since the connecting
発明者らは、本実施例における引張残留応力が低減を、コンピュータを用いたシミュレーションにより確認した。このシミュレーションの結果を以下に説明する。 The inventors confirmed that the tensile residual stress in this example was reduced by simulation using a computer. The results of this simulation will be described below.
このシミュレーションは、外径が318.5mm、厚さが21.4mmのオーステナイト系ステンレス鋼製の配管25A,25Bを、クランプ装置2,11を有する配管溶接支援装置1を用いないで溶接したケースおよびそれを用いて溶接したケースについて行い、それぞれのケースにおいて配管の残留応力の分布を算出した。
In this simulation, a case in which
図8は、配管25Bの周方向の或る位置で配管25Bの内面における、溶接部27Aの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管25Bの軸方向での残留応力の分布を示している。図9は、配管25Bの周方向の或る位置で配管25Bの内面における、溶接部27Aの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管25Bの周方向での残留応力の分布を示している。
FIG. 8 shows the distribution of residual stress in the axial direction of the
図8及び図9において距離0mmが溶接部27Aの中心の位置である。クランプ装置2,11を用いない場合における配管軸方向の残留応力は、図8において実線で示すように、溶接部27Aの中心で200MPaの引張残留応力になる。一方、クランプ装置2,11を用いた場合における配管軸方向の残留応力は、図8において破線で示すように、溶接部27Aの中心で5MPaに改善される。また、溶接部27Aの中心での配管周方向の残留応力は、クランプ装置2,11を用いない場合で350MPaの引張残留応力になり、クランプ装置2,11を用いた場合で170MPaの引張残留応力に改善される。
8 and 9, the distance of 0 mm is the center position of the welded
クランプ装置2,11を配管25A,25B内に固定して配管25A,25Bの溶接を行うことによって溶接部27Aの内面等において引張残留応力が低減される理由は、以下の通りである。クランプ装置2,11を配管25A,25B内に固定しないで配管25A,25Bの溶接を行った場合には、この溶接によって配管25A,25Bが溶接部27Aに向かって引っ張られるような変形を生じる。このため、溶接部27Aの内面における引張残留応力が大きくなる。これに対して、本実施例のように、クランプ装置2,11を配管25A,25B内に固定した場合には、押し付け部材4a〜4dが配管25Aの内面に押し付けられて押し付け部材13a〜13dが配管25Bの内面に押し付けられるので、溶接により、配管25A,25Bが溶接部27Aに向かって引っ張られる変形が、押し付けられた押し付け部材4a〜4dおよび押し付け部材13a〜13dにより抑制される。このため、本実施例では、溶接部27Aの内面における引張残留応力が低減されるのである。
The reason why the tensile residual stress is reduced in the inner surface of the welded
オーステナイト系ステンレス鋼製の配管の溶接部では、配管内に溶存酸素量が多い水が流れる場合には応力腐食割れが発生する。しかしながら、クランプ装置2,11を有する配管溶接支援装置1を用いて溶接された溶接部27Aでは、引張残留応力が低減されるため、溶接部27Aにおける応力腐食割れの発生が抑制される。
In a welded part of a pipe made of austenitic stainless steel, stress corrosion cracking occurs when water with a large amount of dissolved oxygen flows in the pipe. However, since the tensile residual stress is reduced in the welded
配管の突合せ溶接では、第1パスの溶接のときに開先間にインサートリングと呼ばれるリング状の溶融材料を用いることがある。インサートリングを用いる場合には、以下のようにして、配管の溶接を開始すればよい、各押し付け部材をクランプ支持部側に移動させた一方のクランプ装置(例えば、クランプ装置2)を、リング状のインサートリング内を通し、このインサートリングを連結シャフト18の上に載せた状態で、クランプ装置2を配管25A内に挿入してクランプ装置11を配管25B内に挿入する。そして、各クランプ装置の各押し付け部材を該当する配管の内面に押し付け、インサートリングを配管の開先に合わせた状態で、連結シャフト18を回転させてクランプ装置11をクランプ装置2に接近させ、インサートリングを配管25A,25Bの各開先により挟み、その後、これらの配管の溶接を開始する。インサートリングの厚みは各開先間の間隔の寸法に相当している。インサートリングを配管25A,25Bの各開先間に容易に配置させるためには、インサートリングの外周に把持部を取り付け、開先間の間隔を調節する際に作業員がこの把持部を持ってインサートリングを開先間に位置させると良い。インサートリングの把持部は、インサートリングを開先の間に挟んだ後に除去される。
In butt welding of pipes, a ring-shaped molten material called an insert ring may be used between the grooves during the first pass welding. In the case of using an insert ring, it is only necessary to start welding of the pipe as follows. One clamp device (for example, the clamp device 2) in which each pressing member is moved to the clamp support portion side is ring-shaped. The
本発明の他の好適な実施例である実施例2の配管溶接方法を、以下に説明する。
A pipe welding method according to
本実施例の配管溶接方法においても、前述した配管溶接支援装置1が用いられる。実施例1と同様に、配管溶接支援装置1のクランプ装置2を配管25A内に挿入して押し付け部材4a,4b,4c,4dを配管25Aの内面に押し付けてクランプ装置2を配管25A内に固定する。配管25Aと溶接される配管25B内に配置された、配管溶接支援装置1のクランプ装置11の押し付け部材13a,13b,13c,13dを配管25Bの内面に押し付けてクランプ装置11を配管25B内に固定する。連結シャフト18を回転させて、クランプ装置11をクランプ装置2に接近させ、配管25Aおよび25Bの開先間の間隔を調節する。実施例1と同様に環状空間26に不活性ガスを供給しながら、配管25Aおよび25Bの第1パス27の溶接が行われる。配管の全周に亘ってこの第1パス27の溶接が終了した後、環状空間26への不活性ガスの供給が停止される。
Also in the pipe welding method of the present embodiment, the above-described pipe
その後、配管25Aおよび25Bを接続するための第2パスから最終パスの各溶接が第1パスの外側で行われる。第2パスから最終パスの各溶接を行うとき、不活性ガス供給ホースに接続された水供給ホースに設けられた開閉弁を開いて不活性ガス供給ホースと水供給ホースの接続点よりも上流で不活性ガス供給ホースに設けられた開閉弁を閉じ、不活性ガス排出ホースに接続された水排出ホースに設けられた開閉弁を開いて不活性ガス排出ホースと水排出ホースの接続点よりも下流で不活性ガス排出ホースに設けられた開閉弁を閉じる。このため、水(冷却媒体)が、水供給ホース、不活性ガス供給ホースおよび貫通孔17a,17bを通して第1パス27で接続された配管25Aおよび25B、押し付け部材4a,4b,4c,4d、伸縮部材7、クランプ支持部3、円筒部材10、クランプ支持部12、伸縮部材20および押し付け部材13a,13b,13c,13dで囲まれた環状空間26内に供給される。この水は、環状空間26内から貫通孔17c,17d、不活性ガス排出ホースおよび水排出ホースを通して外部に排出される。このように、本実施例では、第2パスから最終パスまでの溶接が、水を環状空間26に供給されながら実施される。すなわち、その溶接が第1パス27の内面を水で冷却されながら実施され、冷却される第1パス27の内面の温度が、その外側の第2パスから最終パスまでの溶接が行われる部分の温度よりも低くなる。このため、配管25Aと配管25Bの溶接が終了した後、溶接部27Aおよび熱影響部の内面に圧縮残留応力が付与される。配管25Aと配管25Bの溶接終了後、貫通孔17a,17bから環状空間26への水の供給が停止される。そして、配管溶接支援装置1が溶接された配管25Aおよび25Bから取り出される。
Thereafter, welding from the second pass to the final pass for connecting the
本実施例は、実施例1で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例では、第1パス27の溶接が終了した後、貫通孔17a,17bを通して、配管溶接支援装置1によって形成された環状空間26内に水を供給でき、第1パス27の内面を冷却しながら第1パス27の外側に第2パスから最終パスまでの溶接を行うので、配管25Aと配管25Bの溶接部27Aおよび熱影響部の内面の残留応力を実施例1よりも改善することができる。すなわち、本実施例ではその内面に圧縮残留応力を付与することができる。
In the present embodiment, each effect produced in the first embodiment can be obtained. Furthermore, in this embodiment, after the welding of the
外径が318.5mm、厚さが21.4mmのオーステナイト系ステンレス鋼製の配管25A,25Bを、クランプ装置2,11を有する配管溶接支援装置1を用いて溶接した場合において、溶接時に水冷を行わないケースおよび水冷を行ったケースについて、コンピュータを用いたシミュレーションを行い、引張残留応力の低減効果を確認した。
When welding austenitic
図10は、水冷を行ったときおよびそれを行わないときの配管内面における軸方向の残留応力の分布を示している。この軸方向の残留応力の分布は、配管25Bの周方向の或る位置で配管25Bの内面における、溶接部27Aの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管25Bの軸方向での残留応力の分布である。図11は、水冷を行ったときおよびそれを行わないときの配管内面における周方向の残留応力の分布を示している。この周方向の残留応力の分布は、配管25Bの周方向の或る位置で配管25Bの内面における、溶接部27Aの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管25Bの周方向での残留応力の分布である。
FIG. 10 shows the distribution of residual stress in the axial direction on the inner surface of the pipe when water cooling is performed and when it is not performed. The distribution of the residual stress in the axial direction is the residual stress in the axial direction of the
配管溶接支援装置1を用いて第1パス27の水冷を行わないで配管25Aおよび25Bの溶接を行った実施例1では、溶接部27Aの中心での内面の軸方向における引張残留応力が5MPaであるのに対し、配管溶接支援装置1を用いて第1パス27の水冷を行って配管25Aおよび25Bの溶接を行った本実施例では、溶接部27Aの中心での内面の軸方向における残留応力が250MPaの圧縮残留応力に改善される。また、実施例1における溶接部27Aの中心での内面の周方向における残留応力が170MPaの引張残留応力であるのに対し、本実施例における溶接部27Aの中心での内面の周方向における残留応力が360MPaの圧縮残留応力に改善される。応力腐食割れは圧縮残留応力下では発生しないことが知られており、本実施例の配管溶接方法を行うことにより、配管25Aおよび25Bの溶接部27Aおよび熱影響部での応力腐食割れの発生を防止することができる。
In Example 1 in which the
本発明の他の好適な実施例である実施例3の配管溶接方法を図12を用いて説明する。
A pipe welding method according to
本実施例では、実施例1と同様に、配管溶接支援装置1を用いて配管25Aおよび25Bに対して第1パス27から最終パスまでの溶接が実施される。配管25Aおよび25Bに対する溶接が終了し、配管25Aと配管25Bが溶接部27Aで接合された後、アクチュエータ6a,6b,6c,6dのそれぞれ、およびアクチュエータ15a,15b,15c,15dのそれぞれを作動させて押し付け部材4a,4b,4c,4dのそれぞれを配管25Aの内面に向って、および押し付け部材13a,13b,13c,13dのそれぞれを配管25Bの内面に向ってさらに押し付け、配管25Aおよび25Bのそれぞれを外側に向かって0.03mmだけ拡管する。配管25Aおよび25Bのそれぞれを拡管した後、配管溶接支援装置1が溶接された配管25Aおよび25Bから取り出される。
In the present embodiment, similarly to the first embodiment, welding from the
本実施例は実施例1で得られる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、配管25Aおよび25Bを溶接した後に配管溶接支援装置1を用いて拡管するので、実施例1よりも、配管25Aと配管25Bの溶接部27Aおよび熱影響部の内面の残留応力を実施例1よりも改善することができる。すなわち、本実施例ではその内面に圧縮残留応力を付与することができる。
The present embodiment can obtain each effect obtained in the first embodiment. Furthermore, in this embodiment, since the
外径が318.5mm、厚さが21.4mmのオーステナイト系ステンレス鋼製の配管25Aおよび25Bを、クランプ装置2,11を有する配管溶接支援装置1を用いて突き合わせ溶接した場合において、溶接後に配管25Aおよび25Bを拡管しないケースおよび拡管したケースについて、コンピュータを用いたシミュレーションを行い、引張残留応力の低減効果を確認した。拡管したケースでは、配管25Aおよび25Bをそれぞれ0.03mm拡管した場合を対象にした。
When the austenitic
図13は、上記の拡管しないケースでの配管内面における軸方向の残留応力の分布を示している。この軸方向の残留応力の分布は、配管25Bの周方向の或る位置で配管25Bの内面における、溶接部27Aの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管25Bの軸方向での残留応力の分布である。図14は、上記の拡管をしたケースでの配管内面における周方向の残留応力の分布を示している。この周方向の残留応力の分布は、配管25Bの周方向の或る位置で配管25Bの内面における、溶接部27Aの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管25Bの周方向での残留応力の分布である。
FIG. 13 shows the distribution of the residual stress in the axial direction on the inner surface of the pipe in the case where the pipe is not expanded. The distribution of the residual stress in the axial direction is the residual stress in the axial direction of the
配管溶接支援装置1を用いて配管25Aおよび25Bの溶接を行って配管25Aおよび25Bの拡管を行わない実施例1では、溶接部27Aの中心での内面の軸方向における引張残留応力が5MPaであるのに対し、配管溶接支援装置1を用いて溶接を行った配管25Aおよび25Bに対して拡管を行った本実施例では、溶接部27Aの中心での内面の軸方向における残留応力が10MPaの圧縮残留応力に改善される。また、実施例1における溶接部27Aの中心での内面の周方向における残留応力が170MPaの引張残留応力であるのに対し、本実施例における溶接部27Aの中心での内面の周方向における残留応力が150MPaの引張残留応力に改善される。
In Example 1 where the
本発明の他の好適な実施例である実施例4の配管溶接方法を図15を用いて説明する。
A pipe welding method according to
実施例1の配管の溶接方法は、配管同士を溶接する場合を対象にしたものであるが、本実施例の配管溶接方法は、管台29に配管28を溶接するときに適用される。
The pipe welding method of the first embodiment is intended for welding pipes, but the pipe welding method of this embodiment is applied when the
配管溶接支援装置1のクランプ装置2を管台29内に挿入して押し付け部材4a,4b,4c,4dを管台29の内面に押し付けてクランプ装置2を管台29内に固定する。管台29と溶接される配管28内に配置された、配管溶接支援装置1のクランプ装置11の押し付け部材13a,13b,13c,13dを配管28の内面に押し付けてクランプ装置11を配管25B内に固定する。連結シャフト18を回転させて、クランプ装置11をクランプ装置2に接近させ、管台29および配管28の開先間の間隔を調節する。その後、実施例1と同様に、管台29と配管28が溶接される。この溶接後に、配管溶接支援装置1が管台29および配管28から取り出される。
The
本実施例は実施例1で生じる各効果を得ることができる。 In the present embodiment, each effect produced in the first embodiment can be obtained.
1…配管溶接支援装置、2,11…クランプ装置、3,12…クランプ支持部、4a,4c,13a〜13d…押し付け部材、6a,6c,15a〜15d…アクチュエータ、7,20…伸縮部材、9…ボールベアリング、10…円筒部材、16…円形溝、17a〜17d…貫通孔、18…連結シャフト、21,23…突起部、22,24…溝、25A,25B…配管、26…環状空間、27…第1パス、27A…溶接部。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記連結棒に取り付けられた第1クランプ支持部、前記第1クランプ支持部を取り囲んで前記第1クランプ支持部の周方向に配置された複数の第1押し付け部材、および前記第1押し付け部材に別々に取り付けられて前記第1クランプ支持部に設けられ、前記第1押し付け部材を前記第1クランプ支持部の半径方向に移動させる第1移動装置を有する第1クランプ装置と、
前記連結棒の軸方向に移動可能に前記連結棒に取り付けられた第2クランプ支持部、前記第2クランプ支持部を取り囲んで前記第2クランプ支持部の周方向に配置された複数の第2押し付け部材、および前記第2押し付け部材に別々に取り付けられて前記第2クランプ支持部に設けられ、前記第2押し付け部材を前記第2クランプ支持部の半径方向に移動させる第2移動装置を有する第2クランプ装置とを備え、
前記連結棒を取り囲む筒状部材を、前記第1クランプ支持部および前記第2クランプ支持部の、互いに対向するそれぞれの側面のいずれかに取り付け、
前記筒状部材の先端部が挿入される、前記筒状部材の縦断面の形状を有する溝が、前記第1クランプ支持部および前記第2クランプ支持部のうちの前記筒状部材が取り付けられていないクランプ支持部の、前記筒状部材の先端部に対向する側面に形成され、
前記第1クランプ支持部の前記半径方向に伸縮する環状の第1伸縮部材が、前記第1クランプ支持部に取り付けられた内側端部およびそれぞれの前記第1押し付け部材に取り付けられた外側端部を有しており、
前記第2クランプ支持部の前記半径方向に伸縮する環状の第2伸縮部材が、前記第2クランプ支持部に取り付けられた内側端部およびそれぞれの前記第2押し付け部材に取り付けられた外側端部を有しており、
複数の貫通孔を前記筒状部材の外側で前記第2クランプ支持部に形成しており、
全ての前記第1押し付け部材が、前記第1クランプ支持部の周方向の両端部にこの周方向に突出する第1突出部をそれぞれ形成しており、前記第1クランプ支持部の周方向において隣接している前記第1押し付け部材同士で、一方の前記第1押し付け部材に形成された前記第1突出部と他方の前記第1押し付け部材に形成された前記第1突出部が、前記連結棒の軸方向において重なっており、及び
全ての前記第2押し付け部材が、前記第2クランプ支持部の周方向の両端部にこの周方向に突出する第2突出部をそれぞれ形成しており、前記第2クランプ支持部の周方向において隣接している前記第2押し付け部材同士で、一方の前記第2押し付け部材に形成された前記第2突出部と他方の前記第2押し付け部材に形成された前記第2突出部が、前記連結棒の軸方向において重なっている
配管溶接支援装置を用い、
第1配管内に前記第1クランプ装置を挿入し、
それぞれの前記第1移動装置によってそれぞれの前記第1押し付け部材を前記第1配管の内面に押し付けて前記第1クランプ装置を前記第1配管内に固定し、
前記第1配管と溶接する第2配管内に前記第2クランプ装置を挿入し、
それぞれの前記第2移動装置によってそれぞれの前記第2押し付け部材を前記第2配管の内面に押し付けて前記第2クランプ装置を前記第2配管内に固定し、
前記第2クランプ支持部を前記連結棒に沿って前記第1クランプ装置側に移動させて前記第1配管に形成された開先とこの開先に対向する、前記第2配管に形成された開先の間の間隔を調節し、
前記開先の間隔調節後に、前記第1クランプ装置と前記第2クランプ装置の間でかつ前記筒状部材と前記第1配管及び前記第2配管の間に形成される環状空間内に、前記第2クランプ支持部に形成された前記貫通孔を通して不活性ガスを供給し、
前記環状空間に前記不活性ガスを供給しながら、前記第1配管と前記第2配管を接合する第1パスの溶接を行い、
前記第1パスの溶接後に行われる、前記第1配管と前記第2配管の残りの溶接を、前記貫通孔を通して前記環状空間に冷却媒体を供給しながら行うことを特徴とする配管溶接方法。 A connecting rod;
A first clamp support portion attached to the connecting rod, a plurality of first pressing members that surround the first clamp support portion and are arranged in the circumferential direction of the first clamp support portion, and the first pressing member are separately provided. A first clamp device having a first moving device attached to the first clamp support portion and moving the first pressing member in a radial direction of the first clamp support portion;
A second clamp support portion attached to the connection rod so as to be movable in the axial direction of the connection rod, and a plurality of second pressing members disposed around the second clamp support portion and arranged in the circumferential direction of the second clamp support portion A second moving device that is separately attached to the member and the second pressing member and is provided on the second clamp support portion, and moves the second pressing member in the radial direction of the second clamp support portion. A clamping device,
A cylindrical member surrounding the connecting rod is attached to one of the side surfaces of the first clamp support part and the second clamp support part that face each other,
A groove having a longitudinal cross-sectional shape of the cylindrical member into which the distal end portion of the cylindrical member is inserted is attached to the cylindrical member of the first clamp support portion and the second clamp support portion. Formed on the side of the clamp support that faces the tip of the tubular member,
An annular first elastic member that expands and contracts in the radial direction of the first clamp support part includes an inner end part attached to the first clamp support part and an outer end part attached to each first pressing member. Have
An annular second expansion / contraction member extending and contracting in the radial direction of the second clamp support portion includes an inner end portion attached to the second clamp support portion and an outer end portion attached to each of the second pressing members. Have
A plurality of through holes are formed in the second clamp support portion outside the cylindrical member;
All the first pressing members respectively form first projecting portions projecting in the circumferential direction at both ends in the circumferential direction of the first clamp support portion, and are adjacent in the circumferential direction of the first clamp support portion. The first pressing members formed on one of the first pressing members and the first protruding portion formed on the other first pressing member of the first pressing members are Overlap in the axial direction, and
All the second pressing members respectively form second projecting portions projecting in the circumferential direction at both circumferential ends of the second clamp support portion, and are adjacent in the circumferential direction of the second clamp support portion. In the second pressing members, the second protruding portion formed on one of the second pressing members and the second protruding portion formed on the other second pressing member are connected to the connecting rod. Overlapping in the axial direction
Using a pipe welding support device,
Inserting the first clamping device into the first pipe;
Pressing the first pressing member against the inner surface of the first pipe by the first moving device to fix the first clamping device in the first pipe;
Inserting the second clamping device into a second pipe to be welded to the first pipe;
Pressing each second pressing member against the inner surface of the second pipe by each second moving device to fix the second clamping device in the second pipe;
The second clamp support portion is moved along the connecting rod toward the first clamp device, and a groove formed in the first pipe and an opening formed in the second pipe facing the groove. Adjust the distance between the ends,
After adjusting the gap interval, the first space between the first clamp device and the second clamp device and in the annular space formed between the tubular member, the first pipe, and the second pipe, 2 supplying an inert gas through the through hole formed in the clamp support part;
While supplying the inert gas to the annular space, welding the first pass to join the first pipe and the second pipe,
The performed after welding of the first pass, the first pipe and the rest of the welding of the second pipe, pipe welding method which comprises carrying out while supplying a cooling medium to the annular space through the through hole.
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