JP6386127B1 - 溶接方法及びバックシールド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管における溶接部分の内面の酸化を適切に抑制できる溶接方法を提供する。
【解決手段】実施の形態に係る溶接方法は、配置工程、空間形成工程、不活性ガス充填工程及び溶接工程を有する。配置工程では、第１〜第４の配管を順に開先を介して直列的に配置する。空間形成工程では、前記配置された第１及び第２の配管どうしの開先のギャップ並びに第３及び第４の配管どうしの開先のギャップを一対の遮蔽部材でそれぞれ塞ぐことによって、第２及び第３の配管の内部にバックシールド用の空間を形成する。不活性ガス充填工程では、前記形成された空間内に不活性ガスを充填する。溶接工程では、前記空間内に不活性ガスが充填された状態で、第２及び第３の配管どうしの開先を溶接する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、溶接方法及びバックシールド装置に関する。

配管の突合せ開先継手の溶接は、突合せ部の内面側に形成される裏波ビードの品質を確保するために、溶接金属の内面側が大気に触れて酸化してしまうことを回避する必要がある。

そこで、一般には、配管内部に不活性ガスを充填したうえで、配管の外周側からアーク溶接などを行う。具体的には、溶接対象の一組の配管のそれぞれの内側をフィルムなどで封止して、被溶接部の裏側（内側）にバックシールド用の空間を形成し、この形成された空間内に不活性ガスを充填した後、各配管を外周側から溶接する。

特開平７−５１８９３号公報 特開２００９−１１３１１２号公報 特開平８−３０９５２９号公報 特許第５４５７２１１号公報

しかしながら、上記したバックシールド用の空間を形成するためには、溶接線を挟んで各配管内の所定箇所をそれぞれ封止する必要があり、特に溶接対象の配管が長い場合には、形成された空間内における不活性ガスの充填状態の管理が困難となる。例えば、溶接対象の配管からの不活性ガスの漏洩が検出された場合、バックシールド用の空間の形成作業を改めて実施することが必要となる。

さらに、化学プラントなどの建設現場では、複数の配管を直列的に配置した後、溶接作業が行われる。この場合、狭隘部である開先などを通じて、配管の内部に例えばフィルムなどを張り付けることによって、被溶接部分の内側にバックシールド用の空間を形成することになる。このようにして形成されたバックシールド用の空間は、不活性ガスを収容するうえでの気密性が必ずしも十分であるとはいえず、配管の溶接部分の内面の酸化を抑制することに関して課題を残している。

本発明が解決しようとする課題は、配管における溶接部分の内面の酸化を適切に抑制することができる溶接方法及びバックシールド装置を提供することである。

実施の形態に係る溶接方法は、配置工程、空間形成工程、不活性ガス充填工程及び溶接工程を有する。配置工程では、第１〜第４の配管を順に開先を介して直列的に配置する。空間形成工程では、前記配置された第１及び第２の配管どうしの開先のギャップ並びに第３及び第４の配管どうしの開先のギャップを一対の遮蔽部材でそれぞれ塞ぐことによって、第２及び第３の配管の内部にバックシールド用の空間を形成する。不活性ガス充填工程では、前記形成された空間内に不活性ガスを充填する。溶接工程では、前記空間内に不活性ガスが充填された状態で、第２及び第３の配管どうしの開先を溶接する。ここで、前記遮蔽部材は、材料に合成ゴムを用いた布製の素材で構成されていると共に、内部への気体の注入により膨出する袋状の構造を有する。また、前記空間形成工程は、非膨出状態の前記一対の遮蔽部材を各ギャップへそれぞれ挿入する工程と、前記挿入された各遮蔽部材の内部に気体を注入することにより当該各遮蔽部材を膨出させて前記各ギャップを塞ぐ工程と、を有する。

実施の形態に係るバックシールド装置を、直列的に配置した複数の配管にセットした状態を模式的に示す図。 図１のバックシールド装置が備える遮蔽部材で、配管の開先のギャップを塞いだ状態を示す図。 図１のバックシールド装置の全体的な構成を示す図。 図２の遮蔽部材に案内棒が取り付けられた状態を示す図。 配管の被溶接部分の近傍にタック溶接用コマが取り付けられた状態を示す図。 配管の開先のギャップに非膨出状態の遮蔽部材を挿入している状態を示す図。 図６の遮蔽部材を挿入している状態を配管の径方向から観た図。 図６の遮蔽部材の挿入が完了した状態を示す図。 図６の遮蔽部材の挿入が完了し、さらに案内棒を取り外した状態を示す図。

以下、実施の形態を図面に基づき説明する。
図１〜図５に示すように、本実施形態に係る配管溶接用のバックシールド装置１０は、配管における溶接部分の内面の酸化を抑制するためのものであって、一対の遮蔽部材１２、注入ホース１４、圧力計１５、逆止弁１６、気体注入ポンプ１７、不活性ガス充填機構１８を備えている。

ここで、本実施形態では、例えばプラントなどの建設現場において、バックシールド装置１０を適用しつつ、複数の配管を順次溶接して行くことを想定している。つまり、図１に示すように、溶接の対象となる第１〜第４の配管１〜４は、それぞれの開先６を介して直列的に配置（配列）されている。直列的に配置されるこれら複数の配管は、第１〜第４の配管１〜４を含めて、もちろん５つ以上の個数であってもよい。図５に示すように、溶接対象の配管（例えば第２及び第３の配管２、３）どうしは、開先６の近傍に複数のタック溶接用コマ２１を取り付けることによって、連結されている。

図１、図２に示すように、一対の遮蔽部材１２は、直列的に順に配置された第１〜第４の配管１〜４のうちの、第１及び第２の配管１、２どうしの開先６のギャップ７並びに第３及び第４の配管３、４どうしの開先６のギャップ（間隙）７をそれぞれ塞ぎ、第２及び第３の配管２、３の内部に、バックシールド用の空間（不活性ガスを充填する空間）８を形成する。したがって、遮蔽部材１２は、第１〜第４の配管１〜４の外径よりも大きいサイズで構成されている。また、遮蔽部材１２は、内部への気体の注入により膨出する袋状の構造を有している。

遮蔽部材１２の素材は、合成樹脂（合成樹脂のうちの例えば合成ゴムなど）を材料とする布である。遮蔽部材１２は、このような材料を適用していることで、鋭利な開先６に挿入して膨出させても、破裂や損傷しない特性が得られる。また、一般に、配管どうしの開先は、２ｍｍ〜５ｍｍのギャップ（ルート間隔）を有している。一方、袋状の構造（布二枚重の構造）を有する遮蔽部材１２の素材（布一枚）の厚さは、１．０ｍｍ以下で構成されている。これにより、非膨出状態の遮蔽部材１２を、開先６のギャップ７から挿入し、挿入後、気体を注入して膨出させた遮蔽部材１２でギャップ７を塞ぐことが可能となる。

一方、図１に示すように、不活性ガス充填機構１８は、第２及び第３の配管２、３の内部に形成されたバックシールド用の空間８内に不活性ガスを充填する。不活性ガス充填機構１８は、不活性ガス収容ボンベ１８ａ、ガス充填ホース１８ｂ、プラグ穴１８ｃによって構成されている。不活性ガス収容ボンベ１８ａ内には、アルゴンなどの不活性ガスが収容されている。プラグ穴１８ｃは、一般には、溶接後の融合状態などを調べるための放射線検査などに適用される。ガス充填ホース１８ｂの一端部は、このプラグ穴１８ｃを利用（流用）して、第２及び第３の配管２、３の内部（バックシールド用の空間８）に挿入され、ガス充填ホース１８ｂの他端部は、不活性ガス収容ボンベ１８ａに接続されている。

また、図３、図４に示すように、前述した各遮蔽部材１２は、矩形の袋状の遮蔽部材本体１２ａ、円柱状の案内棒（ガイドバー）１２ｃ、各々円筒状の複数の案内棒装着部１２ｂを備えている。案内棒１２ｃは、遮蔽部材本体１２ａに対して取り外し可能であって、開先６のギャップ７への当該遮蔽部材本体１２ａの挿入を案内（ガイド）するガイドバーである。また、複数の円筒状の案内棒装着部１２ｂは、それぞれが例えは同じ内径（開口径）を有し、遮蔽部材本体１２ａの一辺部分に所定の間隔を空けて設けられている。

案内棒１２ｃの一端部の外径は、円筒状の案内棒装着部１２ｂの内径（開口径）よりも例えば小さく形成されており、案内棒１２ｃの他端部の外径は、案内棒装着部１２ｂの内径よりも例えば大きく形成されている。したがって、案内棒１２ｃは、小径のその一端部側から、遮蔽部材本体１２ａ縁にある各案内棒装着部１２ｂへ装着可能であると共に、大径のその他端部側から、各案内棒装着部１２ｂに対して抜脱可能となる。

案内棒１２ｃが各々取り付けられた非膨出状態の一対の遮蔽部材１２は、当該各案内棒１２ｃを介して開先のギャップ７へそれぞれ挿入される。図２、図５に示すように、配管どうしの連結に複数のタック溶接用コマ２１が適用されている場合でも、上記した案内棒１２ｃを利用することで、開先６に対する遮蔽部材１２の挿入性を高めることができる。

図３、図４に示すように、注入ホース１４は、遮蔽部材１２内への気体の注入経路を構成している。注入ホース１４の一端部は、遮蔽部材１２の一つの角部内に接続されており、圧力計１５及び逆止弁１６を経由して、注入ホース１４の他端部は、気体注入ポンプ１７に接続されている。気体注入ポンプ１７には、空気や不活性ガスなどの気体が収容されている。つまり、第１〜第４の配管１〜４より外径の大きくかつ高い耐圧性を有する合成樹脂製の遮蔽部材１２に対して、気体注入ポンプ１７から注入ホース１４を介して気体を注入し、これにより、膨出（大きく拡張）した遮蔽部材１２を開先６に密着させることができ、配管内における十分な気密性を確保できる。

ここで、遮蔽部材１２内に注入された気体の内部圧力は、０．５ＭＰａ以上で保持されることが望ましい。しかしながら、溶接が長時間になる場合、遮蔽部材１２の内部圧力が減圧する可能性もある。そこで、まず、遮蔽部材１２の材料は、２ＭＰａ以上の耐圧特性を持つ合成ゴムなどの合成樹脂が適用されている。さらに、図３に示すように、遮蔽部材１２内への気体の注入経路である注入ホース１４上には、逆止弁１６が設けられている。これにより、遮蔽部材１２内からの気体の漏洩が抑制される。

また、注入ホース１４上には、圧力計１５が設けられている。配管の溶接時に圧力計１５による計測値を取得（確認）することによって、開先６（ギャップ７）への遮蔽部材１２の密着性、すなわち、不活性ガスが充填されたバックシールド用の空間８内の気密性、を作業者が把握することができる。したがって、圧力計１５による計測値が予め決めておいた規定値よりも低い場合には、例えば気体注入ポンプ１７からの気体の供給圧力を高めることなどによって、圧力計１５の計測値を上昇させ、これにより、開先６への遮蔽部材１２の密着性（バックシールド用の空間８内の気密性）を確保することが可能となる。

次に、このように構成されたバックシールド装置１０を適用する本実施形態の溶接方法を、上記した図１〜図５に加え、図６〜図９に基づき説明する。本実施形態の溶接方法は、主に、配置工程、空間形成工程、不活性ガス充填工程、溶接工程を有し、これらの工程を順に実施する。まず、配置工程では、図１、図５に示すように、複数のタック溶接用コマ２１を用いて、第１〜第４の配管１〜４を順に開先６を介して直列的に配置する。

空間形成工程では、図１、図２に示すように、直列的に配置された第１及び第２の配管１、２どうしの開先６のギャップ７並びに第３及び第４の配管３、４どうしの開先６のギャップ７を一対の遮蔽部材１２でそれぞれ塞ぐことによって、第２及び第３の配管２、３の内部（溶接部５の内側）にバックシールド用の空間８を形成する。

具体的には、空間形成工程は、挿入工程、取外工程、閉塞工程を有している。挿入工程では、図６〜図８に示すように、案内棒１２ｃが各々取り付けられた非膨出状態の一対の遮蔽部材１２を、当該各案内棒１２ｃを介して開先６の各ギャップ７へそれぞれ挿入する。案内棒１２ｃを利用することで、狭隘部である開先６へ遮蔽部材１２を容易に挿入することができる。図９に示すように、取外工程では、各ギャップ７へ挿入された一対の遮蔽部材１２から各案内棒１２ｃを取り外す。

閉塞工程（塞ぐ工程）では、逆止弁１６が設けられた注入ホース（注入経路）１４を介して、案内棒１２ｃが取り外された各遮蔽部材１２の内部に気体を注入することにより、図１、図２に示すように、各遮蔽部材１２を膨出させて開先６の各ギャップ７を塞ぐ。この際、注入ホース１４に逆止弁１６が設けられていることで、遮蔽部材１２内からの気体の漏れを抑えることできる。また、気体を注入して各遮蔽部材１２を膨出させることで、遮蔽部材１２を開先６に密着させることができ、これにより、第２及び第３の配管２、３の内部（バックシールド用の空間８）における気密性を高めることができる。

ガス充填工程では、空間形成工程によって形成されたバックシールド用の空間８内へ、不活性ガス収容ボンベ１８ａから、ガス充填ホース１８ｂ及びプラグ穴１８ｃを介して、不活性ガスを充填する。さらに、溶接工程では、バックシールド用の空間８内に不活性ガスが充填された状態で、第２及び第３の配管２、３どうしの開先６を溶接する。この溶接工程の実施中において、注入ホース１４（気体の注入経路）上に設けられた圧力計の計測値を取得（確認）する。これにより、開先６への遮蔽部材１２の密着性、すなわち、バックシールド用の空間８内の気密性、を実質的に監視することが可能となる。

既述したように、本実施形態の溶接方法及びバックシールド装置１０によれば、不活性ガスが充填されたバックシールド用の空間８内の気密性が確保されるので、第２及び第３の配管２、３どうしを溶接する際の配管内面（溶接部５の内側）の酸化を適切に抑制することができる。なお、直的列に配列された他の配管どうしの開先についても、本実施形態のバックシールド装置１０を用いた溶接方法により、順次溶接することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…第１の配管、２…第２の配管、３…第３の配管、４…第４の配管、５…溶接部、６…開先、７…ギャップ、１０…バックシールド装置、１２…遮蔽部材、１２ａ…遮蔽部材本体、１２ｂ…案内棒装着部、１２ｃ…案内棒（ガイドバー）、１４…注入ホース、１５…圧力計、１６…逆止弁、１７…気体注入ポンプ、１８…不活性ガス充填機構、１８ａ…不活性ガス収容ボンベ、１８ｂ…充填ホース、１８ｃ…プラグ穴、２１…タック溶接用コマ。

Claims (7)

1. 第１〜第４の配管を順に開先を介して直列的に配置する配置工程と、
   前記配置された第１及び第２の配管どうしの開先のギャップ並びに前記第３及び第４の配管どうしの開先のギャップを一対の遮蔽部材でそれぞれ塞ぐことによって、前記第２及び第３の配管の内部にバックシールド用の空間を形成する空間形成工程と、
   前記形成された空間内に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程と、
   前記空間内に前記不活性ガスが充填された状態で、前記第２及び第３の配管どうしの開先を溶接する溶接工程と、
   前記遮蔽部材は、材料に合成ゴムを用いた布製の素材で構成されていると共に、内部への気体の注入により膨出する袋状の構造を有し、
   前記空間形成工程は、
   非膨出状態の前記一対の遮蔽部材を各ギャップへそれぞれ挿入する工程と、
   前記挿入された各遮蔽部材の内部に気体を注入することにより当該各遮蔽部材を膨出させて前記各ギャップを塞ぐ工程と、
   を有する溶接方法。
2. 第１〜第４の配管を順に開先を介して直列的に配置する配置工程と、
   前記配置された第１及び第２の配管どうしの開先のギャップ並びに前記第３及び第４の配管どうしの開先のギャップを一対の遮蔽部材でそれぞれ塞ぐことによって、前記第２及び第３の配管の内部にバックシールド用の空間を形成する空間形成工程と、
   前記形成された空間内に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程と、
   前記空間内に前記不活性ガスが充填された状態で、前記第２及び第３の配管どうしの開先を溶接する溶接工程と、
   を有し、
   前記遮蔽部材は、前記第１〜第４の配管の外径よりも大きいサイズで構成されていると共に、内部への気体の注入により膨出する袋状の構造を有し、
   前記空間形成工程は、
   非膨出状態の前記一対の遮蔽部材を各ギャップへそれぞれ挿入する工程と、
   前記挿入された各遮蔽部材の内部に気体を注入することにより当該各遮蔽部材を膨出させて前記各ギャップを塞ぐ工程と、
   を含む溶接方法。
3. 第１〜第４の配管を順に開先を介して直列的に配置する配置工程と、
   前記配置された第１及び第２の配管どうしの開先のギャップ並びに前記第３及び第４の配管どうしの開先のギャップを一対の遮蔽部材でそれぞれ塞ぐことによって、前記第２及び第３の配管の内部にバックシールド用の空間を形成する空間形成工程と、
   前記形成された空間内に不活性ガスを充填する不活性ガス充填工程と、
   前記空間内に前記不活性ガスが充填された状態で、前記第２及び第３の配管どうしの開先を溶接する溶接工程と、
   を有し、
   前記遮蔽部材は、前記第１〜第４の配管の外径よりも大きいサイズで構成されていると共に、内部への気体の注入により膨出する袋状の構造を有し、かつ前記ギャップへの当該遮蔽部材本体の挿入を案内する取り外し可能な案内棒を備え、
   前記空間形成工程は、
   前記案内棒が各々取り付けられた非膨出状態の前記一対の遮蔽部材を、当該各案内棒を介して各ギャップへそれぞれ挿入する工程と、
   前記挿入された一対の遮蔽部材から前記各案内棒を取り外す工程と、
   前記案内棒が取り外された各遮蔽部材の内部に気体を注入することにより当該各遮蔽部材を膨出させて前記各ギャップを塞ぐ工程と、
   を含む溶接方法。
4. 前記溶接工程は、前記各遮蔽部材の内部への気体の注入経路に設置された圧力計の計測値を得る工程を含む、
   請求項２又は３に記載の溶接方法。
5. 前記塞ぐ工程では、逆止弁が設置された気体の注入経路を介して、前記各遮蔽部材の内部へ前記気体を注入する、
   請求項２から４までのいずれか１項に記載の溶接方法。
6. 直列的に順に配置された第１〜第４の配管のうちの、前記第１及び第２の配管どうしの開先のギャップ並びに前記第３及び第４の配管どうしの開先のギャップをそれぞれ塞ぎ、前記第２及び第３の配管の内部にバックシールド用の空間を形成する一対の遮蔽部材と、
   前記形成された空間内に不活性ガスを充填する不活性ガス充填機構と、
   を備え、
   前記遮蔽部材は、内部への気体の注入により膨出する袋状の構造を有すると共に、当該遮蔽部材本体の非膨出状態において前記ギャップへ挿入可能であり、かつ、材料に合成ゴムを用いた布製の素材で構成されている、バックシールド装置。
7. 直列的に順に配置された第１〜第４の配管のうちの、前記第１及び第２の配管どうしの開先のギャップ並びに前記第３及び第４の配管どうしの開先のギャップをそれぞれ塞ぎ、前記第２及び第３の配管の内部にバックシールド用の空間を形成する一対の遮蔽部材と、
   前記形成された空間内に不活性ガスを充填する不活性ガス充填機構と、
   を有し、
   前記遮蔽部材は、前記第１〜第４の配管の外径よりも大きいサイズで構成されていると共に、内部への気体の注入により膨出する袋状の構造を有し、かつ前記ギャップへの当該遮蔽部材本体の挿入を案内する取り外し可能な案内棒を備える、バックシールド装置。

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