JP6257001B2

JP6257001B2 - 配管溶接用バックシールド装置

Info

Publication number: JP6257001B2
Application number: JP2016050414A
Authority: JP
Inventors: 善教坂本
Original assignee: 善教坂本
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2036-03-15
Also published as: JP2017164762A

Description

本発明は、配管の溶接において溶接部を配管の内側から保護するためのバックシールドガスを供給するための配管溶接用バックシールド装置に関する。

2つの配管を突き合わせて外周側から溶接を行う場合、溶接部が大気に触れて酸化することを防ぐために、放電用トーチの周囲から不活性ガスが供給される。また、配管の内周側についても配管の一部が溶融して酸化する恐れがあるため、配管内にも不活性ガスを供給して該溶接部を保護（シールド）することが行われる。配管内の溶接部に不活性ガスを供給する装置はバックシールド装置と呼ばれ、例えば特許文献１に記載の装置がある。

特許文献１のバックシールド装置は、不活性ガスの供給源から延びる流体導入ホース４１５に接続される流体導管４０７とその先端に設けられた装置ヘッド４１３から成る（図７）。装置ヘッド４１３は、流体導管４０７の先端部分に所定間隔を隔てて固定された一対のシール部４１０から構成される。各シール部４１０は、流体導管４０７に固定された一対の支持円板４０８と、その間に挟持された、該支持円板４０８よりも径の大きい円盤状のシールゴム４０９から構成されている。シール部４１０の間の流体導管４０７には流体吹出孔４０６が形成されており、流体導入ホース４１５を通して供給源から供給される不活性ガスは、流体導管４０７を通り、流体吹出孔４０６から放出される。

2つの配管１０ａ、１０ｂを溶接する際には、装置ヘッド４１３を配管１０ｂの開口端部から内部に挿入し、一対のシール部４１０が溶接部１１を挟むように配置する。そして、流体吹出孔４０６から不活性ガスを放出させて、一対のシール部４１０で仕切られた空間４１７に不活性ガスを充満させる。

特開平11-044605号公報

上記溶接用バックシールド装置では、一対のシール部４１０で仕切られた空間４１７に不活性ガスを供給するため、不活性ガスの供給量が少なくて済む反面、元々その空間内にあった酸素（空気）がいつまでも残ってしまう。

本発明が解決しようとする課題は、配管の溶接部周辺の空気を不活性ガスで置換することができる配管溶接用バックシールド装置を提供することである。

上記課題を解決するために成された本発明は、
配管内の溶接部に不活性ガスを供給する配管溶接用バックシールド装置であって、
a) 前記配管の内部における前記溶接部の一方側のみに配置され、該配管内の空間を前記溶接部を含む空間と該溶接部を含まない空間に仕切る仕切部材と、
b) 前記仕切部材を貫通するように設けられた、該仕切部材よりも一方側に位置する部分に吹出口を有するガス供給管と
を有し、
前記仕切部材が中空材から構成され、前記仕切部材の内部と前記ガス供給管の内部が連通するとともに該仕切部材の前記一方側の面にガス噴出孔が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る配管溶接用バックシールド装置は、配管の開口から内部に挿入され、仕切部材により配管内を2つの空間に仕切る。このとき、ガス供給管の吹出口は、前記2つの空間のうち溶接部側となるように配置される。これにより、配管内に配置された吹出口から、溶接部を通過して他方の配管の端部（開放端）につながる流路が形成される。そして、不活性ガスがガス供給管に供給されると、不活性ガスが前記流路に沿って流されることで、配管内の空気が前記開放端に向けて押し出される。これにより溶接部付近を含む配管内の空気が不活性ガスに置換される。このとき、仕切部材の噴出孔からも不活性ガスを噴出させることにより、前記一方側に不活性ガスが噴出されるため、配管の仕切部材から開口端までの、溶接部を含む空間全体の空気が迅速に不活性ガスに置換される。

上記配管溶接用バックシールド装置は、前記ガス供給管が、前記仕切部材に固定された該仕切部材を貫通する導管と、該導管の前記仕切部材よりも一方側の端部に着脱可能に取り付けられるガス噴出部とから構成されており、該ガス噴出部の外周に前記吹出口が形成された構成とすることができる。

この構成によれば、ユーザは大きさや形状の異なる複数種類のガス噴出部を予め用意しておくことで、配管の端部から溶接部までの長さや形状に応じてガス噴出部を取り替えることが可能となる。ユーザが配管の長さや形状に応じてガス噴出部を選択し、吹出口を溶接部と仕切部材の間であって溶接部に近接した位置に配置することで、不活性ガスは溶接部の近くで噴出する。この不活性ガスは配管の開放端に向かって移動するため、迅速に溶接部付近の空気が前記不活性ガスに置き換えられる。

前記仕切部材の外周縁に前記配管の内面と該仕切部材の外周縁との間をシールするシール部材を設けることが望ましい。

配管の内面と仕切部材の外周縁をシールすることで、仕切部材と配管の隙間における不活性ガスの漏れが防止され、不活性ガスが配管の開放端に向かって流れやすくなる。これにより配管内の空気がより迅速に不活性ガスに置換される。

上記配管溶接用バックシールド装置は、前記仕切部材が一対の仕切板を有し、前記シール部材が前記一対の仕切板で挟持されており、前記シール部材は、その外周縁が前記一対の仕切板よりも外側に位置し、前記配管の内面と該仕切板の外周縁との間をシールする構成とすることができる。

本発明に係る配管溶接用バックシールド装置によれば、ガス供給管の吹出口から吹き出した不活性ガスにより溶接部付近の空気が配管の開放端の方に押し出され、溶接部付近の空気を不活性ガスに置換することができる。また、仕切部材の噴出孔からも不活性ガスを噴出させることにより、配管の仕切部材から開口端までの、溶接部を含む空間全体の空気を迅速に不活性ガスに置換することができる。

本発明の第1の実施形態に係る配管溶接用バックシールド装置の概略構成図。第1の実施形態のバックシールド装置の断面図。ガス噴出部の形状の例を説明する図。本発明の第2の実施形態に係る配管溶接用バックシールド装置の概略構成図。第2の実施形態のバックシールド装置の断面図。第1の実施形態の変形例に係る配管溶接用バックシールド装置の概略構成図。従来技術における配管溶接用バックシールド装置の概略構成図

本発明に係る配管溶接用バックシールド装置について図面を参照しつつ説明する。

＜第1の実施形態＞
本発明の第1の実施形態に係る配管溶接用バックシールド装置の概略構成図及び断面図を図１及び図２に示す。
配管溶接用バックシールド装置１００は、円板状の仕切部材１０８と、ガス供給管１１０とを有する。仕切部材１０８は、略同じ外径の第１仕切板１０８ａ及び第２仕切板１０８ｂと、これら仕切板１０８ａ、１０８ｂによって挟持された該仕切板１０８ａ、１０８ｂよりもやや径大なシール部材１０９から構成されている。このため、シール部材１０９の外周縁は、第１仕切板１０８ａと第２仕切板１０８ｂの外周面よりも外側に位置している。

第１仕切板１０８ａ、第２仕切板１０８ｂ、及びシール部材１０９の中央にはそれぞれ孔が形成されている。第２仕切板１０８ｂの孔は、シール部材１０９側である一方側の径大な孔部と他方側の径小な孔部から構成されている。第２仕切板１０８ｂの他方側の面には、径小な孔部の周りに位置して噴出孔１０８ｃが形成されている。径小な孔部は第１仕切板１０８ａの孔、シール部材１０９の孔と略同じ直径を有しているが、径大な孔部はそれよりも大きく、第１仕切板１０８ａ、シール部材１０９、第２仕切板１０８ｂから仕切部材１０８を構成したときに該仕切部材１０８の内部のシール部材１０９と第２仕切板１０８ｂの間に中空部１０８ｄが形成される。

第１仕切板１０８ａの一方側の面には孔の周縁に位置して第１導管１１１ａが一体に設けられている。また、第２仕切板１０８ｂの他方側の面には孔の周縁に位置して第２導管１１１ｂが一体に設けられている。第１導管１１１ａ及び第２導管１１１ｂと仕切板１０８ａ、１０８ｂ及びシール部材１０９の孔は全て内部でつながって一つの導管１１１を構成しており、これにより、仕切部材１０８には導管１１１が貫通するように設けられる。

ガス供給管１１０は、前記導管１１１とガス噴出部１１２から構成される。ガス噴出部１１２は、第２導管１１１ｂの端部に設けられた接続部１１１ｃに着脱可能に取り付けられている。ガス噴出部１１２と第２導管１１１ｂの接続はねじ込み式、はめ込み式等、適宜の方式を用いることができる。ガス噴出部１１２は円筒状の中空材から構成されており、その外周面には複数の吹出口１１２ａが全体に亘って設けられている。接続部１１１ｃにガス噴出部１１２を取り付けたとき、その軸方向と導管１１１の軸方向が同じになるように構成されている。

なお、本実施例では、ガス噴出部１１２として、図１及び図２に示した形態の他、図３に示すように、先端付近にだけ吹出口１１２ａを設けたもの（ａ）、導管１１１よりも外径が大きいもの（ｂ）、スリット状の吹出口１１２ａを設けたもの（ｃ）が用意されており、溶接対象となる配管の長さや形状に応じて交換することができる。また、これらの他にも、様々な長さや形状のガス噴出部を用意しておき、適宜交換できるようにして良い。
さらに、上述のシール部材１０９についても、様々な外径のものが予め用意されており、溶接対象の配管の内径に応じて適宜交換することができる。

次に、上記配管溶接用バックシールド装置１００の使用方法について説明する。ここでは、図１に示す、円筒状の第１配管１０ａと第２配管１０ｂの突き合わせ溶接を行う際に第２配管１０ｂ側からバックシールド装置１００を挿入して使用する場合を例に挙げて説明する。

まず、ユーザは第２配管１０ｂの内径と略同じ外径のシール部材１０９を第１仕切板１０８ａと第２仕切板１０８ｂの間に挟み、ボルトで固定する。次に、第２配管１０ｂの長さや形状に合わせて適宜のガス噴出部１１２を選択し、接続部１１１ｃに取り付ける。そして、ガス噴出部１１２、仕切部材１０８の順に配管溶接用バックシールド装置１００を第２配管１０ｂの端部開口から挿入し、吹出口１１２ａを両配管の間にある溶接部１１の近くに配置する。

続いて、ガス導入ホース１１５を第１導管１１１ａの端部に接続し、導管１１１に不活性ガスを供給する。すると、不活性ガスは導管１１１を通り、ガス噴出部１１２の内部を経由して、吹出口１１２ａから溶接部１１付近の第１配管１０ａ及び第２配管１０ｂの内面に向けて噴出する（図２）。また、不活性ガスの一部は導管１１１を通過する際に中空部１０８ｄに入り込み、噴出孔１０８ｃから噴出する。噴出孔１０８ｃから噴出した不活性ガスは第２配管１０ｂの内面に沿って流れて、当初、溶接部１１付近にあった空気を第１配管１０ａ側に押し出すため、溶接部１１付近の空気は速やかに吹出口１１２ａ及び噴出孔１０８ｃから吹き出す不活性ガスに置き換わる。しかも、仕切部材１０８及びシール部材１０９により第２配管１０ｂの一端が塞がれているため、吹出口１１２ａ及び噴出孔１０８ｃから吹き出される不活性ガスはやがて溶接部１１付近の第１配管１０ａと第２配管１０ｂの内部に充満する。

＜第2の実施形態＞
次に、本発明の第2の実施形態に係る配管溶接用バックシールド装置２００の概略構成図、断面図を図４、図５に示す。なお、第1の実施形態と同一もしくは対応する構成については、下2桁が同一の符号を付している。

本実施形態では、仕切部材２０８が配管の端部に設けられたフランジに取り付けられるようになっている。即ち、仕切部材２０８は、第２配管１０ｂのフランジの外径と同じ外径の仕切板２０８ａと、該仕切板２０８ａに取り付けられる、仕切板２０８ａと略同じ外径のシール部材２０９から構成されている。シール部材２０９は予め仕切り板２０８ａに固定されていても良く、仕切部材２０８を第２配管１０ｂのフランジに取り付けることにより仕切板２０８ａに固定されても良い。

仕切板２０８ａの中央及びシール部材２０９の中央にはそれぞれ孔が形成されている。仕切板２０８ａの一方の面には前記孔と連通するように第１導管２１１ａが一体に形成されている。また、仕切板２０８ａの他方の面には、第１導管２１１ａの内径よりも大きな内径を有する円筒状の中空部材３００が固定されており、この中空部材３００の内部（以下、「中空部２０８ｄ」とする。）は第１導管２１１ａの内部と連通している。中空部材３００の他方側の面の中央には筒状の第２導管２１１ｂが、その周り及び中空部材３００の外周面には複数の噴出孔２０８ｃが設けられている。

第１導管２１１ａ及び第２導管２１１ｂと仕切板２０８ａの孔、シール部材２０９の孔は全て内部でつながって一つの導管２１１を構成しており、これにより、仕切部材２０８には導管２１１が貫通するように設けられる。ガス供給管２１０は、前記導管２１１とガス噴出部２１２から構成される。ガス噴出部２１２は、第２導管２１１ｂの端部に設けられた接続部２１１ｃに着脱可能に取り付けられている。ガス噴出部２１２と第２導管２１１ｂの接続はねじ込み式、はめ込み式等、適宜の方式を用いることができる。ガス噴出部２１２は円筒状の中空材から構成されており、その外周面の先端付近には複数の吹出口２１２ａが設けられている。接続部２１１ｃにガス噴出部２１２を取り付けたとき、その軸方向と導管２１１の軸方向が同じになるように構成されている。第1の実施形態と同様に、ガス噴出部２１２は様々な長さや形状のものを取り付け可能である。

次に、上記配管溶接用バックシールド装置２００の使用方法について説明する。ここでは、図４に示す、円筒状の第１配管１０ａと第２配管１０ｂの突き合わせ溶接を行う際に第２配管１０ｂのフランジにバックシールド装置２００を取り付けて使用する場合を例に挙げて説明する。

まず、ユーザは第２配管１０ｂの長さや形状に合わせてガス噴出部２１２を選択し、接続部１１１ａに取り付ける。次に、第２配管１０ｂのフランジの外周の径と略同じ直径のシール部材２０９を仕切部材２０８と前記フランジの間に挟み、ボルトで固定する（図４）。

続いて、ガス導入ホース２１５を第１導管２１１ａの端部に接続し、導管２１１に不活性ガスを供給すると、該不活性ガスは導管２１１を通り、ガス噴出部２１２の内部を経由して、吹出口２１２ａから溶接部１１付近の第１配管１０ａ及び第２配管１０ｂの内面に向けて噴出する（図５）。また、不活性ガスの一部は導管２１１を通過する際に中空部２０８ｄに入り込み、噴出孔２０８ｃから噴出する。一部の噴出孔２０８ｃから噴出した不活性ガスは第２配管１０ｂの内面に沿って流れ、当初、溶接部１１付近にあった空気を第１配管１０ａ側に押し出すため、溶接部１１付近の空気は速やかに吹出口２１２ａ及び噴出孔２０８ｃから吹き出す不活性ガスに置き換わる。しかも、仕切部材２０８及びシール部材２０９により第２配管１０ｂの一端が塞がれているため、吹出口２１２ａ及び噴出孔２０８ｃから吹き出される不活性ガスはやがて溶接部１１付近の第１配管１０ａと第２配管１０ｂの内部に充満する。

第1の実施形態のように仕切部材を配管の内部に挿入する場合、配管内部の形状が歪んでいると、シール部材と配管の内壁の間に隙間が生じ、不活性ガスが漏れることがある。大口径の配管になるほど、このような歪みが生じる傾向があり、不活性ガスの漏れも多くなる。このような配管においては、本実施形態のように、仕切部材２０８を配管のフランジに取り付けることで配管の開口全体を塞ぎ、高い気密性を確保できるため、配管内部の形状が歪んでいても迅速に配管内の空気を不活性ガスに置換することができる。

なお、上記実施形態は一例であって、本発明の趣旨に従って適宜変形や修正を行えることは明らかである。例えば、図６に示す変形例のように、第１仕切板３０８ａ及び第２仕切板３０８ｂを組み合わせたときに互いに対向する面よりも第１導管３１１ｂ及び第２導管３１１ｃを突出させ、これら突出部にそれぞれネジ部を設け、これらネジ部を螺合することにより、第１仕切板３０８ａと第２仕切板３０８ｂを接合するとともに、これらの間にシール部材３０９を挟持するようにしても良い。このような構成とすることで、ボルトなどの部品点数を削減し、配管溶接用バックシールド装置を小型化することができる。

また、上記実施形態では仕切部材と導管を一体化したが、仕切部材とは別に導管を構成しても良い。さらに、ガス供給管とガス噴出部を一体化しても良い。

１０ａ、１０ｂ…配管
１００、２００、３００…配管溶接用バックシールド装置
１０８、２０８、３０８…仕切部材
１０８ａ、２０８ａ、３０８ａ…第１仕切板
１０８ｂ、３０８ｂ…第２仕切板
１０８ｃ、２０８ｃ…噴出孔
１０８ｄ、２０８ｄ…中空部
１１０、２１０、３１０…ガス供給管
１１１、２１１、３１１…導管
１１２、２１２、３１２…ガス噴出部
１１２ａ、２１２ａ、３１２ａ…吹出口

Claims

配管内の溶接部に不活性ガスを供給する配管溶接用バックシールド装置であって、
a) 前記配管の内部における前記溶接部の一方側のみに配置され、該配管内の空間を前記溶接部を含む空間と該溶接部を含まない空間に仕切る仕切部材と、
b) 前記仕切部材を貫通するように設けられた、該仕切部材よりも一方側に位置する部分に吹出口を有するガス供給管と
を有し、
前記仕切部材が中空材から構成され、前記仕切部材の内部と前記ガス供給管の内部が連通するとともに該仕切部材の前記一方側の面にガス噴出孔が形成されていることを特徴とする配管溶接用バックシールド装置。
前記ガス供給管が、前記仕切部材に固定された該仕切部材を貫通する導管と、該導管の前記仕切部材よりも一方側の端部に着脱可能に取り付けられるガス噴出部とから構成されており、該ガス噴出部の外周に前記吹出口が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の配管溶接用バックシールド装置。
前記仕切部材の外周縁に前記配管の内面と該仕切部材の外周縁との間をシールするシール部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の配管溶接用バックシールド装置。
前記仕切部材が一対の仕切板を有し、前記シール部材が前記一対の仕切板で挟持されており、前記シール部材は、その外周縁が前記一対の仕切板よりも外側に位置し、前記配管の内面と該仕切板の外周縁との間をシールすることを特徴とする請求項３に記載の配管溶接用バックシールド装置。