JPH0256990B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は鋼管の円周溶接継手形成法に係り、詳
しくは、石油、ガス等の加圧流体の輸送に供せら
れるラインパイプを円周溶接する際に、これらパ
イプ間に一対の短管の一端部をそれぞれ両面から
完全な溶け込み溶接によつて両面溶接し、これら
完全に両面溶接した各短管の他端部の一部の突起
を突き合わせてこれら突起を溶融して疲労特性に
優れ、溶接部の裏波形状が凹状となる溶接継手
部、つまり、溶接部の内面の余盛部分の削除や、
第１層目を電極による溶融して良好な裏波を形成
することにより、健全かつ良好な溶接継手部を形
成する法に係る。 パイプライン敷設工事においてはパイプ接合の
ために、円周溶接が行なわれるが、この円周溶接
は構造上内面溶接が不可能または困難なことが多
く、両面からの完全な溶け込み溶接が好ましいの
にも拘らず、外側からの片面円周溶接が行なわれ
ている。 従つて、このように外側からの片面溶接により
形成された溶接継手では、溶接部の内側から手入
れができないため、内面側、すなわち、裏波側に
融合不良、アンダーカツトといつた溶接欠陥がそ
のまま残されるほか、余盛形状が不整状態になつ
て、これらのところが応力集中部として残され
る。 このため、現在のように高強度鋼管を使用し高
応力で稼動するよう設計され、しかも、頻繁な内
圧変動を受けるパイプラインにおいて、各溶接継
手部に上記の如き応力集中部が残つていると、こ
の部分が疲労破壊に対して最も弱い部分となつ
て、疲労破壊が発生して好ましくない。 本発明は上記のところに沿つて成立したもの
で、具体的には、通常の鋼管の円周溶接継手部に
発生する疲労破損を、その溶接部の裏波形状を整
然かつ良好にすることにより、皆無ならしめる円
周溶接継手形成法を提供する。 すなわち、本発明は、互いに円周溶接すべき一
対の被溶接鋼管の接合端面を、この被溶接銅管側
に対向すべき一端部の外径、内径ならびに肉厚が
被溶接鋼管のそれらと実質的に等しく、他端部の
肉厚が被溶接鋼管の肉厚より厚く、しかも、長さ
20mm以上の直管部を有する一対の短管を用いて、
円周溶接で接合して、円周溶接継手を形成する際
に、一対の被溶接鋼管の間に、各短管の一端部が
両側の接合端面にそれぞれ対向するよう、介挿
し、一方の被溶接鋼管と一方の短管との間ならび
に他方の被溶接鋼管と他方の短管との間を表裏両
面より完全に溶け込み円周溶接を行なつて接合し
てから、これら表裏面の各溶接余盛をそれぞれ除
去し、その後、各短管の他端部において、互いに
対向すべき対向端面から突出するよう、開先加工
する一方、これら突起を突き合わせ、この突き合
わされた突起を電極を用いて溶融して接合するこ
とにより第１層目を形成し、第２層目以後は常法
により順次に溶接することを特徴とする。 以下、本発明法について詳しく説明する。 まず、本発明者らは、少なくとも１つの片面円周
溶接により接合された鋼管の両端面に鏡板を溶接
して圧力溶器状の試験体をつくり、この試験体に
内圧を繰り返し負荷したところ、この円周溶接継
手のところから破損し、パイプラインなどでは、
良好かつ健全な円周溶接継手部を求める必要であ
ることがわかつた。 すなわち、第１図は本発明方法によつて円周溶
接した鋼管の正面図であり、第２図はその溶接継
手部分の詳細断面図であるが、これら第１図なら
びに第２図において、所定の寸法に切断されて互
いに円周溶接により接合すべき一対の鋼管１ａ，
１ｂの間に、２つの短管２を介挿する。各短管２
の一端部、つまり、鋼管１ａ，１ｂに対向する部
分の外径、内径ならびに肉厚は各鋼管１ａ，１ｂ
のそれらと実質的に一致させ、他端の肉厚は鋼管
１ａ，１ｂの肉厚より厚くさせる。これら各短管
２の一端部はそれぞれ鋼管１ａ，１ｂに突き合わ
せ、例えば第３図に示す如く、表裏両面から円周
方向にわたつて完全に溶け込み溶接され、溶接後
の裏波側の余盛部分等は除去される。このように
すると、これらの溶接部は内面側が完全に手入れ
されて良好であるため、応力集中などが起らな
い。 なお、短管２の材質はクラツクアレスター材が
望ましく、強度は内圧変動を考慮し、鋼管１ａ若
しくは１ｂの強度と同等若しくはそれ以上のもの
が好ましい。短管２の厚さは負荷される荷重との
関係に応じて変化させ、例えば、鋼管１ａ，１ｂ
側の一端部の厚さt₁は円周溶接継手部３での曲げ
応力の発生を防ぐため鋼管１ａ，１ｂと同じ厚さ
t₂にする。これに対し、短管２の他端部の厚さT₁
は鋼管の厚さt₂より厚く、好ましくは1.5〜２倍
にするのが好ましい。 また、上記の如く溶接継手部３を形成するほ
か、短管２の間に後記の如く溶接継手部４を形成
するが、これら両溶接継手部３，４において曲げ
応力の発生を防止するために、各短管２の両端の
それぞれ長20mm以上の直管部５ａ，５ｂを形成
し、更に、中央部６ａ，６ｂにはその厚さが厚さ
t₁から厚さT₁まで適当なテーパまたは曲率で変化
するテーパ部を形成する。 更に、各短管２の他端部、つまり、短管２が互
いに対向する対向端部において、その内側に片寄
らせて管軸方向又はそれと平行な方向に突出する
突起１２を形成し、後記の如く、溶接時にはこれ
ら突起１２を突き合わせ、突起１２を電極によつ
て溶融接合することによの１層目の裏波形状を凹
状に形成し、その上に順次に２層目以後を形成す
る。 要するに、本発明法においては、上記の如く、
一対の鋼管１ａ，１ｂの間に一対の短管２を介挿
し、各鋼管１ａ，１ｂと各短管２との間は、両面
から完全に溶け込み溶接して円周溶接継手部３を
形成し、その後、各短管２相互間においては各突
起１２を溶融して一層目を形成してから順次に常
法により溶接して円周溶接継手部４を形成する。 すなわち、円周溶接継手部３の形成は一方が短
管２であるところから完全溶け込みの両面溶接で
行ない、応力集中部である溶接余盛８ａ，８ｂ
（第３図参照）はグラインダーまたは切削によつ
て削除し、最終仕上面は円周表裏面レベルと一致
させる（第４図参照）。換言すると、この場合は
短管２の長さが短かいために、内部からでも、溶
接余盛は容易に削除することができ、このため、
円周溶接継手部３の内外面における応力集中率αt
を1.0にすることができる。 また、各鋼管１ａ，１ｂに対し短管２をそれぞ
れ溶接してから、短管２の間を円周溶接するが、
この場合は、構造上、両面溶接による完全な溶解
込み溶接が不可能または困難である。このため、
外側から片面溶接するが、この場合、片面溶接が
従来例の如く、通常の条件で行なわれると、管内
面の裏波形状やその流出具合が悪くなり、この部
分に応力集中部が起こる。そこで、本発明におい
ては、短管２の板厚T₁を鋼管１ａ，１ｂの板厚t₁
より厚くしているため、片面溶接であつても、円
周溶接継手部４での発生応力を低減することがで
きるほか、各短管２の対向面から突起１２を突出
し、これら突起１２を電極を用いて溶融接合する
ことにより１層目の裏波形状を凹状に形成する。
従つて、順次に２層目以後は従来例の片面溶接と
同様に形成するが、このように円周溶接継手部４
の裏波形状を形成すると、凹状になり、応力集中
は低減される。 換言すると、一対の短管２の対向面にはその内
側に片寄つて突起１２が形成されている。溶接時
には、これら突起１２が突き合わされ、この突き
合わされた突起１２が電極により溶融接合され
て、１層目が形成される。すなわち、１層目では
突起の溶融により溶融金属が生成し、この溶融金
属には重力と表面張力とが働く。しかし、溶融金
属は突起の溶融のみによるため、重力が小さく、
表面張力が重力よりまさるため、裏波形状は凹状
になり、その上に常法によりビードを形成しても
裏波部分の応力集中は大幅に緩和される。なお、
１層目の形成は通常タングステン電極を用い、こ
のときに、例えば、アルゴン等のシールドガス、
電流および電極送り速度を調整し、突き合わされ
た突起１２を溶融・接合して一層目１０を形成す
る。１層目を形成したのちは、通常の片面方法に
よつて順次に溶接し、２層目以降を形成するが、
このときには、予め１層目が形成されているた
め、その後のビードが形成によつて１層目の裏波
形状が損なわれることがない。 なお、１層目の裏波形状を、例えば凹状に形成
して応力集中率を２以下に制御すると、短管２の
板厚の増加により応力の低減効果と併せて、内圧
によつて円周溶接継手部４の受ける応力は、応力
集中率1.0に制御された円周溶接継手部３の受け
る応力に較べて、１層低くおさえることもでき
る。 次に、実施例について説明する。 ま、互いに溶接すべき一対の鋼管１ａ，１ｂの間
に、第２図に示す通りに、直管部５ａ，５ｂなら
びにテーパ部６ａ，６ｂが形成され、一対の短管
２を挿入した。このときに、鋼管１ａ，１ｂと各
短管２との間には常法の通りにＹ開先を形成し、
これらの間をそれぞれ両面から完全に溶け込み溶
接して完全に溶け込ませた。 次に、この際に発生する溶接余盛８ａ，８ｂは
短管２は短かいこともあつて容易に切削でき、余
盛による応力集中を除去でき、最終仕上げ方向は
円周方向と同じ方向とし仕上げ粗度も100μ以下
にした。 次に、各鋼管１ａ，１ｂの両端面に溶接された
短管２の各対向端面ならびに直管部５ｂを開先加
工した。この開先１１はＹ開先若しくはＶ開先に
酷似しているが、第２図に示す如く、各対向面に
おいて内側に片寄つて管軸方向に伸びる突起１２
を形成し、これら両突起１２を突き合わせた。続
いて、タングステン電極を用いて対向する突起１
２を溶融し、一層目１０を形成した。一層目１０
の形状は良好、つまり、余盛金属が短管２の内壁
面から突出することなく凹状になつて、応力集中
率は1.5〜２以下に制御できた。一層目１０形成
後、第２層目以後のビードは常法の片面溶接によ
り順次に形成した。 また、これに対し、各短管２の対向面を加工し
て通常のＶ開先に形成し（この場合は突起を形成
せず）、これを突き合わせて通常の片面溶接をし
た。 そこで、以上の通り、短管２の対向面に突起を
形成しない方法（第１表では比較例として示す）
と、突起を形成した方法（第１表では実施例とし
て示す）とについて、これら２つの方法によつて
溶接した鋼管の両端面には第１図に示す如く鏡板
Ａ，Ｂを溶接し、繰り返して内圧をかけて疲労試
験を行なつたところ、第１表の通りであつた。 この試験の結果、比較例の破断回数が63000回
に対して実施例は破断回数が65000回と疲労寿命
が向上していることがわかる。

【表】 以上詳しく説明した通り、本発明法は、互いに
円周溶接すべき一対の鋼管の間に一対の短管を挿
入し、これら各短管と両鋼管との間は両面から溶
け込み溶接して接合し、これらは完全に溶け込ま
せる。このため、この間に形成される溶接継手の
裏波形状は良好であり、その上、挿入される短管
の長さが短かいために、内面側からでも容易に手
入れがし易く、内面側に溶接余盛部分が生成して
も、これを簡単に除去でき、応力集中を大巾に緩
和軽減できる。 また、各短管には、少なくとも20mm以上の直管
部を形成すると共に、溶接すべき他端部の肉厚さ
を、鋼管の肉厚より厚くして、短管間を片面溶接
する。このため、片面溶接であつて内面側からの
手入れが困難であつても、この円周溶接部でも発
生応力を低減でき、耐疲労性が大巾に向上する。 また、各短管を溶接する場合には、両対向面に
形成された突起を突き合わせ、突起を電極によつ
て溶融接合して１層目を形成する。このため、溶
接部の裏波形状は凹状の如く良好になり、応力集
中はなお一層軽減する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法によつて円周溶接した鋼管
の正面図、第２図はその溶接継手部分の詳細断面
図、第３図は鋼管と短管の溶接部の拡大断面図、
第４図は第２図に示す溶接継手の溶接施行後の断
面図である。 符号、１ａ，１ｂ…鋼管、２…短管、３…円周
溶接継手部、４…円周溶接継手部、５ａ，５ｂ…
直管部、６ａ，６ｂ…テーパ部、８ａ，８ｂ…溶
接余盛部、１０…一層目、１１…開先、１２…突
起、Ａ，Ｂ…鏡板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに円周溶接すべき一対の被溶接鋼管の接
   合端面を、この被溶接鋼管側に対向すべき一端部
   の外径、内径ならびに肉厚が前記被溶接鋼管のそ
   れらと実質的に等しく、他端部の肉厚が前記被溶
   接鋼管の肉厚より厚く、しかも、長さ20mm以上の
   直管部を有する一対の短管を用いて、円周溶接で
   接合して、円周溶接継手を形成する際に、 一対の前記被溶接鋼管の間に、各前記短管の一
   端部が両側の前記接合端面にそれぞれ対向するよ
   う、介挿し、一方の前記被溶接鋼管と一方の前記
   短管との間ならびに他方の前記被溶接鋼管と他方
   の前記短管との間を表裏両面より完全に溶け込み
   円周溶接を行なつて接合してから、これら表裏面
   の各溶接余盛をそれぞれ除去し、その後、各前記
   短管の他端部において、互いに対向すべき対向端
   面から突出するよう、開先加工する一方、これら
   突起を突き合わせ、この突き合わされた突起を電
   極を用いて溶融して接合することにより第１層目
   を形成し、第２層目以後は常法により順次に溶接
   することを特徴とする鋼管の円周溶接継手形成
   法。