JP6082087B1 - 管の挿口の突部の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リング等の型部材が不要な突部の形成方法を提供する。【解決手段】金属製の管４の挿口５の外周に突部を形成する方法であって、溶接トーチ３３を、管軸心３４に直交する面３５に対して、挿口先端５ａとは反対側Ｓ２へ傾斜させて、シールドガス３６を放出しながら挿口の外周に肉盛溶接を行うことにより、突部を溶接金属で形成するものである。【選択図】図５

Description

本発明は、金属製の管の挿口の外周に突部を形成する方法に関する。

従来、この種の管の挿口の外周に突部を備えた管継手としては、例えば図１０に示すように、離脱防止機能を持たせたスリップオンタイプのものがある。この管継手１１０は、一方の管１１１の挿口１１２が他方の管１１３の受口１１４に挿入され、受口１１４の内面と挿口１１２の外面との間をシールするゴム製のシール材１１５が受口１１４の内部に設けられている。

また、受口１１４の内部で且つシール材１１５よりも奥側には、ロックリング１１６が設けられており、挿口１１２の外周に突部１１７が形成され、突部１１７は受口奥側からロックリング１１６に係合可能な構造である。

尚、突部１１７は、シール材１１５とロックリング１１６を通過する際の抵抗を低減し、挿口１１２を受口１１４に挿入する際に要する接合力（押込み力）を低減できるように、先端側１１７ａが挿口１１２の外周面に対して緩やかに傾斜している。また、挿口１１２が受口１１４から離脱する方向に移動した際に、突部１１７が確実にロックリング１１６に係合して離脱防止機能が発揮されるように、突部１１７の先端とは反対側１１７ｂは挿口１１２の外周面に対してほぼ直角に近い角度に形成されている形状が望ましい。

従来、上記のような挿口の突部の形成方法としては、例えば下記特許文献１に記載のように、リング部材を挿口の外周に配置して溶接する方法が一般的である。一方、突部を肉盛溶接により簡易に形成する方法が下記特許文献２に提案されている。通常、肉盛溶接で突部を形成する場合、突部形状を制御することが困難であり、溶接後にグラインダー加工などの追加の加工工程が必要となる。しかしながら、下記特許文献２に記載された方法では、図１１に示すように、型部材として挿口１１２に一対の銅製のリング１２１，１２２を外嵌めして固定し、挿口１１２を軸心周りに回転させながら、溶接トーチを用いて、一対のリング１２１，１２２間に鉄系の溶接金属１２３を供給して肉盛溶接を行い、その後、リング１２１，１２２を挿口１１２から取り外すことにより、挿口１１２の外周に突部１２４を形成することによって簡易に突部１２４を形成することが提案されている。

特開平９−１８９３８８ 特開２００８−１８５１１４

しかしながら上記のように肉盛溶接によって突部１２４を形成するには、リング１２１，１２２が必要となるため、リング１２１，１２２の着脱に手間がかかったり、コストがかかるといった問題がある。特に、挿口の外面に対する突部の挿口先端側の面の傾斜角度を、挿口の外面に対する突部の挿口先端とは反対側の面の傾斜角度よりも小さくすることは困難であった。

本発明は、肉盛溶接を用いて容易に突部を形成することができる突部の形成方法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発明は、突部を利用した離脱防止機能を備えた管継手における金属製の管の挿口の外周に突部を形成する方法であって、
溶接トーチを、管軸心に直交する面に対して、挿口先端とは反対側へ傾斜させて、シールドガスを放出しながら挿口の外周に肉盛溶接を行うことにより、挿口先端側とその反対側とにおいて溶接金属の冷却速度に差を生じさせて、挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端側の面の傾斜角度が挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端とは反対側の面の傾斜角度よりも小さい突部を、溶接金属で形成することを特徴とする管の挿口の突部の形成方法。

これによると、挿口先端とは反対側においては、溶接金属は、シールドガスによって急速に冷却されるため、管軸方向へ流れて拡がっていく時間的余裕が短縮され、短時間で迅速に凝固する。これに対して、挿口先端側においては、溶接金属は、シールドガスによる冷却効果の影響が少ないため、管軸方向へ流れて拡がりながら、比較的ゆっくりと冷却されて凝固する。

これにより、挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端側の面の傾斜角度を第１の傾斜角度とし、挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端とは反対側の面の傾斜角度を第２の傾斜角度とすると、第１の傾斜角度が第２の傾斜角度よりも小さい突部を溶接金属で形成することができる。

従って、管同士を接続する場合、挿口の突部が受口内のシール材の内側とロックリングの内側を通過する際の抵抗がそれぞれ低減され、これにより、挿口を受口に挿入する際に要する接合力（押込み力）を低減することができるとともに、挿口が受口から離脱する方向に移動した際には突部が確実にロックリングに係合して離脱防止機能が発揮できる。

また、溶接時、スパッタは、溶接トーチに対して、挿口の先端側における外面に飛散し、挿口の先端とは反対側における外面にはほとんど飛散しない。これにより、挿口の先端側における外面さえカバーで覆えば、挿口の先端とは反対側における外面をカバーで覆わなくても、スパッタが挿口の外面に付着するのを防止できる。このため、スパッタの除去作業が容易に行える。

本第２発明における管の挿口の突部の形成方法は、溶接トーチの傾斜角度を１０°以上で３０°以下の範囲にするものである。
これによると、上記第２の傾斜角度（すなわち挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端とは反対側の面の傾斜角度）を６０°以上で９０°以下にすることができる。

本第３発明における管の挿口の突部の形成方法は、挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端とは反対側の面の傾斜角度を、６０°以上で９０°以下にするものである。
これによると、内部にロックリングを備えた受口に挿口を挿入して管同士を接続した状態で、挿口の突部が受口奥側から受口内のロックリングに係合することによって、受口からの挿口の離脱が防止される。ここで、溶接金属の挿口先端とは反対側の面の傾斜角度が６０°以上で９０°以下であるため、突部が確実にロックリングに係合して離脱防止機能が発揮されるとともに、係合した際の突部に作用する管径内向きの力が低減される。

本第４発明における管の挿口の突部の形成方法は、管の温度を１５０℃以上にした状態で溶接トーチを傾斜させて溶接を行うものである。
これによると、挿口先端とは反対側においては、溶接金属は、シールドガスによって急速に冷却されるため、管軸方向へ流れて拡がっていく時間的余裕が短縮され、短時間で迅速に凝固する。これに対して、挿口先端側においては、溶接金属は、シールドガスによる冷却効果の影響が少ないことに加えて管の温度が高いため、管軸方向へ流れて拡がりながら、比較的ゆっくりと冷却されて凝固する。
これにより、第１の傾斜角度が第２の傾斜角度よりも小さい突部を溶接金属で容易に形成することができる。

本第５発明における管の挿口の突部の形成方法は、挿口の外面に溶接金属を複数層盛って突部を形成するものである。
これによると、管径方向における挿口の外面から溶接金属の外周端までの高さを十分に確保することができる。
本第６発明における管の挿口の突部の形成方法は、溶接トーチに対して挿口の先端側における外面をカバーで覆って、挿口の外周に肉盛溶接を行うものである。

以上のように本発明によると、第１の傾斜角度が第２の傾斜角度よりも小さい突部を溶接金属で容易に形成することができるため、突部の形成作業に要する手間やコストを削減することができる。

本発明の第１の実施の形態における管継手の断面図である。 同、管継手の挿口に形成された突部の拡大断面図である。 同、挿口に形成された突部と溶接トーチの拡大図である。 同、挿口に突部を形成する形成方法を示す図である。 上記図４におけるＸ−Ｘ矢視図である。 同、挿口に形成された突部がロックリングに係合したときの拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態における管の製造工程を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態における挿口に突部を形成する形成方法を示す図である。 本発明の第４の実施の形態における挿口に突部を形成する形成方法を示す図である。 従来の突部を備えた挿口が受口に挿入された管継手の断面図である。 従来の突部の形成方法を示す図である。

以下、本発明における実施の形態を、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態では、図１に示すように、１は離脱防止管継手であり、互いに接続される一方の鋳鉄（ダクタイル）製（金属製の一例）の管２の端部に形成された受口３に、他方の鋳鉄（ダクタイル）製の管４の端部に形成された挿口５が挿入されている。

受口３の内面には、係止溝１０と、係止溝１０よりも受口奥側に位置するロックリング用溝１１とがそれぞれ全周にわたり形成されている。ロックリング用溝１１には、芯出し用部材１２を介して、ロックリング１３が嵌め込まれている。

芯出し用部材１２は、ロックリング１３を保持し且つ芯出しするための樹脂製の円環状の部材である。また、ロックリング１３は、周方向の一箇所で分割された一つ割りの金属製のリングであり、弾性的な縮径力を有することで、挿口５の外面に弾性的に抱き付くように構成されている。

挿口５の先端部外面には、突部１５が全周にわたり形成されている。突部１５は、挿口５の先端面から管軸方向Ａに所定距離Ｌだけ離れた位置に形成されている。突部１５が受口奥側からロックリング１３に係合することで、受口３からの挿口５の離脱が防止される。

受口３の内部で且つ受口３の開口端部とロックリング１３との間には、受口３の内面と挿口５の外面との間をシールするシール材１８が設けられている。
シール材１８は、ゴム等の弾性材からなる円環状の部材であり、係止溝１０に嵌め込まれるヒール部１９と、受口３の内面と挿口５の外面との間で圧縮されるバルブ部２０とを有している。

図１〜図３に示すように、突部１５は、断面が山形状であり、溶接金属２５（溶接ビード）によって形成されている。挿口５の外面に対する突部１５の挿口先端５ａ側の面２７の傾斜角度を第１の傾斜角度θ１とし、挿口５の外面に対する突部１５の挿口先端５ａとは反対側（すなわち挿口５が受口３から離脱する方向に移動した際にロックリング１３に係合する側）の面２８の傾斜角度を第２の傾斜角度θ２とすると、第１の傾斜角度θ１は第２の傾斜角度θ２よりも小さい。尚、第２の傾斜角度θ２は６０°以上で９０°以下の範囲内にするのが好ましい。

尚、第１および第２の傾斜角度θ１，θ２は、挿口５の外面の微少な凹凸を平均化し、管軸方向Ａにおける突部１５の端部位置Ｂ１，Ｂ２と、挿口５の外面から管径方向Ｃにおける１．５ｍｍの高さの位置Ｄ１，Ｄ２を通る直線Ｅ１，Ｅ２の傾斜角度に相当している。

また、３２は突部１５を挿口５に形成するために用いる半自動溶接機であり、溶接ワイヤを溶接トーチ３３に送り込み、シールドガス３６を噴射しながら半自動アーク溶接を行うものである。

次に、挿口５の突部１５の形成方法を以下に説明する。
図４，図５に示すように、挿口５を有する管４を支持ローラ３１上に載置し、支持ローラ３１を回転駆動させて管４を軸心周りに一方向へ回転させる。この状態で、半自動溶接機３２の溶接トーチ３３を、管軸心３４に直交する平面３５に対して、挿口５の先端５ａとは反対側へ傾斜させて斜め下向きにし、シールドガス３６を放出しながら挿口５の外周に肉盛溶接を行うことにより、管周方向Ｊに沿って突部１５を溶接金属２５で形成する。

この際、図４に示すように、溶接トーチ３３を管軸心３４の真上に位置させるとともに、図５に示すように、上記平面３５に対する溶接トーチ３３の傾斜角度αを１０°以上で３０°以下の範囲内にする。また、管４を一方向へ二回転させることにより、溶接金属２５を挿口５の外面に二層盛りして突部１５を形成している。

上記のような突部１５の形成方法によると、図３，図５に示すように、溶接トーチ３３を傾斜させて溶接を行っている際、挿口５の先端５ａとは反対側Ｓ２においては、溶接金属２５は、シールドガス３６によって急速に冷却されるため、管軸方向Ａへ流れて拡がっていく時間的余裕が短縮され、短時間で迅速に凝固する。これに対して、挿口５の先端側Ｓ１においては、溶接金属２５は、シールドガス３６による冷却効果の影響が少ないため、管軸方向Ａへ流れて拡がりながら、比較的ゆっくりと冷却されて凝固する。

これにより、図２に示すように、第１の傾斜角度θ１が第２の傾斜角度θ２よりも小さい突部１５を溶接金属２５で形成することができ、突部１５の形成作業に要する手間やコストを削減することができる。尚、溶接トーチ３３の傾斜角度αを１０°以上で３０°以下の範囲内にすることで、第２の傾斜角度θ２を６０°以上で９０°以下の範囲内に保つことができる。

また、溶接時、スパッタは、溶接トーチ３３に対して、挿口５の先端側Ｓ１における外面に飛散し、挿口５の先端とは反対側Ｓ２における外面にはほとんど飛散しない。これにより、図４および図５の仮想線で示すように、挿口５の先端側Ｓ１における外面さえカバー３７で覆えば、挿口５の先端５ａとは反対側Ｓ２における外面をカバーで覆わなくても、スパッタが挿口５の外面に付着するのを防止できる。このため、スパッタの除去作業が容易に行える。尚、カバー３７には、例えば金属製の平板等を用いる。

また、溶接金属２５を挿口５の外面に二層盛りして突部１５を形成しているため、図２に示すように、管径方向Ｃにおける挿口５の外面から溶接金属２５の外周端までの高さＨを十分に確保することができる。

上記のような突部１５を挿口５に形成した後、図１に示すように、ロックリング１３を、芯出し用部材１２を介して、ロックリング用溝１１に嵌め込み、さらに、シール材１８のヒール部１９を係止溝１０に嵌め込んで、受口３の内部にロックリング１３とシール材１８とをセットする。

その後、挿口５を受口３に挿入して管２，４同士を接続する場合、図２に示すように、突部１５の第１の傾斜角度θ１が第２の傾斜角度θ２よりも小さいため、突部１５がシール材１８の内側とロックリング１３の内側を通過する際の抵抗がそれぞれ低減され、これにより、挿口５を受口３に挿入する際に要する接合力（押込み力）を低減することができる。

上記のようにして挿口５を受口３に挿入して管２，４同士を接続した後、図６に示すように、挿口５の突部１５が受口３の奥側からロックリング１３に係合することによって、受口３からの挿口５の離脱が防止される。ここで、図２に示すように、溶接金属２５の面２８の第２の傾斜角度θ２が６０°以上で９０°以下の範囲内であるため、突部１５が確実にロックリング１３に係合して離脱防止機能が発揮されるとともに、係合した際の突部１５に作用する管径内向きの力Ｆが低減される。これにより、挿口５が上記の力Ｆによって管径内向きに変形するのを防止することができる。

尚、シールドガス３６には、例えば不活性ガスと炭酸ガスを混合したもの等が使用される。
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、図７に示すように、管２，４を製造する際、管２，４を加熱して熱処理（焼鈍等）した後、管２，４が高温状態のままで、管２，４に塗装を実施するのであるが、このような熱処理工程４１と塗装工程４２との間に、上記第１の実施の形態で記載した方法によって突部１５を挿口５に形成する突部形成工程４３を実施する。

この際、上記突部形成工程４３において、管４の温度が約２００℃（１５０℃以上の一例）の状態で、上記第１の実施の形態で記載した方法に従って、溶接トーチ３３を傾斜させて溶接を行うことで、突部１５を挿口５に形成する。

これにより、図３に示すように、挿口５の先端５ａとは反対側Ｓ２においては、溶接金属２５は、シールドガス３６によって急速に冷却されるため、管軸方向Ａへ流れて拡がっていく時間的余裕が短縮され、短時間で迅速に凝固する。これに対して、挿口５の先端側Ｓ１においては、溶接金属２５は、シールドガス３６による冷却効果の影響が少ないことに加えて管４の温度が高い（例えば約２００℃）ため、管軸方向Ａへ流れて拡がりながら、比較的ゆっくりと冷却されて凝固する。

これにより、リング等の型部材を用いることなく、第１の傾斜角度θ１が第２の傾斜角度θ２よりも小さい突部１５を溶接金属２５で容易に形成することができ、突部１５の形成作業に要する手間やコストを削減することができる。

尚、上記のような突部１５の形成方法を次のような条件で実施した場合、以下の結果が得られた。
管４の口径を１００ｍｍ、管４の厚さを約４ｍｍ、管４の温度を２００℃とし、管４の回転時の周速度を１５００ｍｍ／分とし、半自動溶接機３２のワイヤーの直径を１．２ｍｍとし、溶接トーチ３３から挿口５の外面までの距離を１７ｍｍとし、溶接トーチ３３の傾斜角度αを２０°とし、シールドガス３６の種類をＡｒ−ＣＯ_２混合ガスとし、シールドガス３６の流量を２５リットル／分とし、電流を２４０Ａとし、電圧を２５Ｖとする。

このような条件で突部１５を挿口５に形成した結果、高さ３．０ｍｍおよび幅８ｍｍの突部１５が形成され、突部１５の第１の傾斜角度θ１が５２°になり、第２の傾斜角度θ２が６２°になり、第２の傾斜角度θ２を６０°以上で９０°以下の範囲内にすることができた。

尚、上記の条件のうち、溶接トーチ３３の傾斜角度α（図５参照）を４０°にした場合、突部１５の第１の傾斜角度θ１（図２参照）が４７°になり、第２の傾斜角度θ２（図２参照）が４４°になり、第２の傾斜角度θ２が６０°以上で９０°以下の範囲から外れてしまった。この現象については、溶接トーチ３３の傾斜角度αを４０°に増大させると、溶融した状態の溶接金属２５が流れ易くなるとともにシールドガス３６によって吹き飛ばされるため、溶接金属２５の形状が安定せず、これにより、第２の傾斜角度θ２が６０°以上で９０°以下の範囲から外れたものと考えられる。

このように、第２の傾斜角度θ２が小さくなると、図６に示すように、突部１５がロックリング１３に係合した際、突部１５に作用する管径内向きの力Ｆが増大し、挿口５が上記の力Ｆによって管径内向きに変形する虞がある。

上記第２の実施の形態では、管４の温度を１５０℃以上（例えば２００℃）にした状態で溶接トーチ３３を傾斜させて溶接を行うことが好ましく、その温度の上限としては特に限定されるものではないが、溶接金属２５の高さＨを確保するためには、５００℃以下 の状態で行うことが好ましい。

（第３および第４の実施の形態）
第１の実施の形態では図４に示すように溶接トーチ３３を管軸心３４の真上に位置させているが、第３の実施の形態では、図８に示すように、溶接トーチ３３を管軸心３４の真上の位置Ｐ１から管周方向Ｊにおけるいずれか一方へずれた位置Ｐ２に変位（オフセット）させて肉盛溶接を行っても良い。

尚、この場合、図８に示すように、溶接トーチ３３を、管軸心３４の真上の位置Ｐ１に対して、管４の回転方向Ｋにおける手前側（すなわち回転方向Ｋの反対側）に位置させることが好ましい。これについては、管軸心３４の真上の位置Ｐ１から回転方向Ｋの側（すなわち上記位置Ｐ２とは反対側）へ超えた位置では、挿口５に肉盛溶接された溶接金属２５に対して重力が働くため、溶接金属２５が挿口５の外周に沿って下方へ垂れる可能性があるが、溶接トーチ３３の位置Ｐ２を管４の回転方向Ｋにおける手前側にすることで、溶接金属２５が重力の影響で下方に垂れる前に溶接金属２５の温度が低下するので、重力による溶接金属２５の垂れを抑制することができるという効果が生じるためである。

また、第４の実施の形態では、図９に示すように、溶接トーチ３３を管周方向Ｊにおけるいずれか一方へ傾斜させて肉盛溶接を行っても良い。尚、この場合、溶接トーチ３３の向きを管軸心３４に向けることが好ましい。これについては、溶接トーチ３３の向きを管軸心３４に向けることによって、溶接トーチ３３の先端から管軸心３４を通る延長線が挿口５の外周面に直交するため、溶接金属２５が溶接トーチ３３から挿口５の外周面に噴き付けられる際の噴き付け範囲が管周方向Ｊにおいて狭くなり、その分、突部１５の高さＨが高く形成されるためである。

また、溶接トーチ３３を、管軸心３４の真上の位置Ｐ１に対して、管４の回転方向Ｋにおける手前側（すなわち回転方向Ｋの反対側）に傾斜させることが好ましい。これについては、管軸心３４の真上の位置Ｐ１から回転方向Ｋの側（すなわち上記位置Ｐ２とは反対側）へ超えた位置では、挿口５に肉盛溶接された溶接金属２５に対して重力が働くため、溶接金属２５が挿口５の外周に沿って下方へ垂れる可能性があるが、溶接トーチ３３の位置Ｐ２を管４の回転方向Ｋにおける手前側にすることで、溶接金属２５が重力の影響で下方に垂れる前に溶接金属２５の温度が低下するので、重力による溶接金属２５の垂れを抑制することができるという効果が生じるためである。

上記各実施の形態では、管４を一方向へ二回転させることにより、溶接金属２５を挿口５の外面に二層盛りして突部１５を形成しているが、管４を三回転以上の複数回転させることにより、溶接金属２５を挿口５の外面に三層盛り以上の複数盛りして突部１５を形成してもよい。また、十分な高さＨの突部１５を形成することが可能であれば、一層盛りで突部１５を形成してもよい。

上記各実施の形態では、本発明を適用することが好ましい実施の形態として図１に示すようにスリップオンタイプの離脱防止管継手１を挙げたが、スリップオンタイプに限定されるものではなく、突部１５を利用した離脱防止機能を備えた管継手であれば、押輪を利用するなどの他のタイプの管継手にも適用できる。

４ 管
５ 挿口
５ａ 挿口の先端
１５ 突部
２５ 溶接金属
２７ 溶接金属の挿口先端側の面
２８ 溶接金属の挿口先端とは反対側の面
３３ 溶接トーチ
３４ 管軸心
３５ 管軸心に直交する面
３６ シールドガス
Ｊ 管周方向
α 溶接トーチの傾斜角度
θ１ 第１の傾斜角度
θ２ 第２の傾斜角度

Claims (6)

1. 突部を利用した離脱防止機能を備えた管継手における金属製の管の挿口の外周に突部を形成する方法であって、
   溶接トーチを、管軸心に直交する面に対して、挿口先端とは反対側へ傾斜させて、シールドガスを放出しながら挿口の外周に肉盛溶接を行うことにより、挿口先端側とその反対側とにおいて溶接金属の冷却速度に差を生じさせて、挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端側の面の傾斜角度が挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端とは反対側の面の傾斜角度よりも小さい突部を、溶接金属で形成することを特徴とする管の挿口の突部の形成方法。
2. 溶接トーチの傾斜角度を１０°以上で３０°以下の範囲にすることを特徴とする請求項１記載の管の挿口の突部の形成方法。
3. 挿口の外面に対する溶接金属の挿口先端とは反対側の面の傾斜角度を、６０°以上で９０°以下にすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の管の挿口の突部の形成方法。
4. 管の温度を１５０℃以上にした状態で溶接トーチを傾斜させて溶接を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の管の挿口の突部の形成方法。
5. 挿口の外面に溶接金属を複数層盛って突部を形成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の管の挿口の突部の形成方法。
6. 溶接トーチに対して挿口の先端側における外面をカバーで覆って、挿口の外周に肉盛溶接を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の管の挿口の突部の形成方法。

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