JPH0323066A - 二重管の周継手溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、腐食性物質を含有する石油や天然ガスを輸送
するラインパイプ、あるいは化学工業における配管等に
、外管と内管とが嵌合された二重管を使用する際の、二
重管同士の周継手溶接法に関するものである。

〔従来の技術〕

高価な耐食合金の使用量を節減し、かつ強度を高めた耐
食二重管が、ラインパイプや化学工業等における配管等
に使用され、最近ますます使用分野が拡がっている． 二重管には、たがいに異なる成分の金濱材料から或る内
管と外管が熱拡管方式等により嵌合されたものがあり、
高耐食材料の内管と高強度材料の外管等、内外両材料の
特性を併せ持つ複合特性材料としての効果が発揮される
。しかし、二重管の敷設や配管に際しては、長さの限ら
れた二重管同士を周継手溶接する必要があり、従来はこ
の溶接に問題があった．従来の二重管の周継手溶接方法
としては、例えば外管が炭素鋼材料で、内管がオーステ
ナイト系ステンレス鋼およびインコネル系高合金などの
耐食性材料から或る場合、第４図に示す様に、高価な耐
食性溶接材料を用いて管の全厚み部を継手溶接する方法
、あるいは第５図に示す様に内管部のみを耐食性溶接材
料を用いて溶接した後、純鉄あるいはニッケル等で溶接
して中間層を形成し、ついで炭素鋼溶接材料を用いて最
終層まで溶接する方法、さらには第６図に示す様に、先
ず外管部を炭素鋼溶接材料を用いて管外面より溶接した
後、次に管内面より内管部を耐食性熔接材料を用いて溶
接する方法が知られている。また、例えば内管がチタン
で、外管が炭素鋼という様に、融点が大きく異なる材料
を組み合わせた二重管の場合、これら異種金属の溶融溶
接は困難であり、有効な継手法は従来知られていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

二重管の従来の周継手溶接法において、耐食性溶接材料
のみを用いて溶接する方法は、溶着速度が小さいため施
工能率が炭素洞管の場合に比較して低く、溶接材料のコ
ストが高い上、外管が高強度材料からなる場合は、継手
強度が不足するという問題が生じる。また、中間層を純
鉄あるいはニッケルで溶接する方法では、継手強度の向
上が図れる一方、耐食性材料層からの成分希釈のため中
間層あるいは次層に硬化部が形成され、割れが発生する
危険性が大きい。さらに、管内面から耐食性材料を用い
て溶接する方法においては、外管炭素鋼からの威分希釈
のため、耐食性を確保するには２ないし３Ｆｉｉに耐食
性材料を積層溶接する必要があり、パイプの敷設施工な
どの場合には能率が悪い．さらに以上の方法では、内管
溶接部およびその近傍が多層溶接による多重熱サイクル
を受けるために、当該部表面の酸化による耐食性劣化の
問題があり、これを防ぐためには高価なＡｒガス等によ
る長時間のバックシールド施工が必要であった。

本発明は、外管と内管とが嵌合された二重管同士の周継
手溶接において、安価な溶接材料コストで作業能率の良
い溶接施工を行い、しかも溶接部にも二重管本来の高強
度、高耐食特性を維持させることを第一の目的とする。

また本発明の第二の目的は、例えば内管がチタンで、外
管が炭素鋼という様に、融点が大きく異なる材料を組み
合わせた二重管の継手法を提供することである。

〔課題を解決するための手段，作用〕

本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。

（１）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
管とが嵌合された二重管同士を周継手溶接するに際し、
両二重管の管端部の外管を除去して内管を露出させ、露
出した内管を圧縮して径を縮めることによって管端部の
外管と内管の間に間隙を形成し、外管と内管にそれぞれ
間先加工を施した後、両二重管の外管同士および内管同
士を突き合わせて、それぞれ外管は管外面側から、内管
は管内面側から個別に溶接することを特徴とする二重管
の周継手溶接法。

（２）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
管とが嵌合された二重管同士を周継手溶接するに際し、
両二重管の管端部の外管を除去して内管を露出させ、露
出した内管を圧縮して径を縮めることによって管端部の
外管と内管の間に間隙を形成し、且つ、突き合わせた外
管同士の間に間隙を設け、先に内管同士を突き合わせて
溶接した後、外管同士の前記間隙を外管と同系統の材質
のインサート部材で橋渡しをして外管同士を管外面側か
ら溶接することを特徴とする二重管の周継手溶接法。

（３）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
管とが嵌合された二重管同士を周継手溶接するに際し、
両二重管の管端部の外管を除去して内管を露出させ、露
出した内管を圧縮して径を縮めることによって管端部の
外管と内管の間に間隙を形成し、且つ、突き合わせた外
管同士の間に間隙を設け、先に内管同士を突き合わせて
溶接した後、該溶接された内管の外周を非溶融性のスベ
ーサーで被覆して外管を管外面側から溶接することを特
徴とする二重管の周継手溶接法。

本発明の対象とする二重管は、外管と内管とが熱拡管方
式等により嵌合された二重管である．熱拡管方式による
嵌合は、たとえば、加熱膨張させた外管内に内管を挿入
し、内管内に水圧をかけつつ外管を冷却することにより
行われる。外管および内管の金属材料としては、炭素鋼
，低合金鋼，高合金鋼．ステンレス鋼，スーパーアロイ
，チタン，チタン合金，銅合金等の各種組み合わせがあ
り、管内外の雰囲気、輸送する気体や液体の性質、操業
条件、二重管の敷設あるいは配管状況等に応して、耐食
性．耐摩耗性，強度等の特性を有するように材料設計さ
れたものである。

請求項（１）の方法を第１図の管軸方向断面図により説
明する。（ａ）のように、二重管１は、たがいに異なる
成分の金属材料からなる外管２と内管３が嵌合され、二
重管ｆも、二重管１と同様に外管２′と内管了が嵌合さ
れている。このような両二重管１．ｒの管端部の外管２
，２′を除去して（ｂ）のように内管３．３′を露出さ
せ、露出した内管３．３′を圧縮して径を縮めることに
よって（Ｃ）のように管端部の外管２．２′と内管３，
３′の間に間隙４，４′を形成する。そして、両二重管
１．１′の外管２．２′同士および内管３，３′同士に
（ｄ）のように開先を形成して（ｅ）のように突合せ、
それぞれを（ｆ）のように個別に溶接する．管端部の外
管をへ）のように除去し、また（ｄ）のように外管２，
２′同士および内管３．γ同士に開先を形戒するには、
バイト切削等により容易に行うことができる。内管３，
３′を（Ｃ）のように縮径するには、油圧式の管端かし
め装置等を用いて容易に行うことができる。外管２．２
′同士は外面側から溶接し、内管３．３′同士は内面側
から溶接するが、この時、互いに溶接部が接触融合しな
い様に注意する。必要であれば銅製のリボン等を間隙４
．４′に挿入し、接触融合を防ぐことも可能である。第
１図（ｆ）は二重管１と二重管１′を周継手溶接した後
の断面を示したものである。なお、図の上側が外面、下
側が内面であり、５は内管溶接部、６は外管初層溶接部
、７は外管溶接部全体を示す． 請求項（２）の方法は、請求項（１）の方法と同様、ま
ず第１図（ａ）〜（Ｃ）のようにして、管端部の外管２
．２′と内管３．３′との間に間隙４．４′を形成する
。

そして、外管と内管に開先加工を施し、第２図（ａ）の
ように突合せた外管２．２′同士の間に間隙を設け、内
管３，３′同士を突合せ溶接する。しかる後に、第２図
（ｂ）のように外管２．２′の間の間隙を外管と同系統
の材質のインサート部材８で橋渡しをして、外管同士を
溶接する。内管同士の溶接は外面側からでも内面側から
でも行うことができ、外管同士の溶接は外面側から行う
。内管を外面側から溶接する方法としては、第２図（ａ
）のように内管３．３′を互いに突合せた後、外面側が
ら外管２と外管２′の間に溶接トーチ１ｏや溶接ワイヤ
を配置し、間隙を利用して内管突合せ部を狙って裏波溶
接を実施する。内管３．３′同士を溶接した後に外管２
．２′同士を溶接するには、半割りにしたリング状のイ
ンサート部材８を外面側から装着し、第２図（ｂ）のよ
うに外管２と２′の間隙を埋める等の手段により行う。

インサート部材８としては外管と同系統の材質の材料を
使用して、（Ｃ）のように外管２．２′との接触面を溶
融して溶込み不良の無い良好な裏波ビードを有する外管
初Ｎ溶接部６，６′を形或することが好ましい。このと
き、内管３．３′を溶融しないように注意する必要があ
る。必要であれば銅製のリボン等を間隙４．４′に挿入
し、接触融合を防ぐことも可能である。インサート部材
８で橋渡しをした後、外管２．２′の開先内を同系統の
材質の溶接材料を使用して溶接する。なお、外管の強度
がさほど問題にならない場合は、外管と異種材料からな
るインサート部材８を用いても良い。

請求項（３）の方法は、請求項（１）および請求項（２
）の方法と同様、まず第１図（ａ）〜（Ｃ）のようにし
て、管端部の外管２．２′と内管３．３′との間に間隙
４．４′を形成する。そして、外管と内管に開先加工を
施し、第２図（ａ）のように突合せた外管２．２′同士
の間に間隙を設け、内管３．３′同士を突合せ溶接する
。しかる後に、第３図（ａ）の様に内管の外周を非溶融
性のスベーサ−９で被覆して、その上から第３図（ｂ）
の様に外管２．２′を溶接してつなぎ、同開先内を外管
と同系統の材質の溶接材料を使用して溶接する。内管同
士の溶接は外面側からでも内面側からでも行うことがで
き、外管同士の溶接は外面側から行う。内管を外面側か
ら溶接するには、請求項（２）の方法と同様に行えば良
い。内管の外周をスベーサ−９で被覆するには、半割り
にしたリング状のものを用い、外面側から第３図（ａ）
のように装着する等の手段による。スペーサ−９として
は、非溶融性の材料を使用し、外管２．２′の溶接にお
ける裏波ビード形成を補助させると同時に、内管３，３
′の溶融を防ぐ。

請求項（１）〜（３）において、間隙４．４′を含む開
先形状やルートギャップ等の突合せ条件、およびインサ
ート部材８やスベーサ−９の形状，寸法は、適用する溶
接法に応じて適宜、最適なものを設定する。また、請求
項（１）〜（３）において、外管２．２′同士および内
管３，３′同士の突合せ溶接は、必要に応じて溶接材料
を用いずに実施することも可能である。

請求項（１）の方法によれば、外管２．２′と内管３，
ｒの間に間隙４．４′が形成されているので、内管の溶
接と外管の初層溶接は、それぞれ正対する外管側および
内管側と接触融合することなく行え、両溶接部５，６の
成分が希釈されることはない。

したがって、例えば内管を薄肉の耐食性材料、外管を厚
肉の高強度材料で構威した二重管の場合、内管３．３′
の溶接は、耐食性溶接材料を用いた単層溶接で充分な耐
食性が確保でき、外管２，２′の溶接も高強度用溶接材
料を用いた高能率な溶接により十分な継手強度が得られ
る．また、この方法によれば内管溶接部近傍が外管部の
溶接による多重熱サイクルを受けないため、パイプの敷
設施工などの場合、当該部表面の酸化防止を目的とした
ハックシールド施工が簡素化でき、施工能率が大幅に向
上する。さらに、例えば内管がチタンで、外管が炭素鋼
という様に、融点が大きく異なる材料を組み合わせた二
重管の場合でも、外管と内管をそれぞれ個別に溶接する
ことで継手施工を容易に行える。

次に間隙４．４′の形戒手段として、第１図（ａ）〜（
Ｃ）に示した方法を採用することによる利点として、第
一に、外管２，２′の内管３，３′側を削らずに外管と
内管の間の間隙４．４′を形或することができるので、
溶接継手部において外管および内管の肉厚を滅少させず
に済み、継手強度が損なわれない。

また、切削により切欠きが生して破壊に対する信頼性が
損なわれることがない。第二に、縮径加工により内管の
真円度を向上し、且つ径を揃えることで、少なくとも内
管をオフセットの無い状態で突合せ溶接でき、溶接部の
品質が向上する。また、オフセットの無い突合せが常時
可能なため、現地での開先合わせ作業が簡素化される。

第三に、切削に比べ、加工時間が格段に少なくて済む。

第１図（ａ）〜（Ｃ）に示した方法は、内管と外管が冶
金的に結合していない熱拡管方式の二重管においてのみ
可能である。

なお、間隙４．４′は、内管の溶接時に外管あるいは外
管溶接部を熔融せず、外管の溶接時に内管あるいは内管
溶接部を溶融しない大きさであれば良く、管の肉厚、溶
接法等により適宜設定する。

請求項（２）の方法によれば、前記請求項（１）の方法
の作用の他、内管も外管もともに外面側から溶接できる
ので、内面溶接が困難な小径管の場合でも容易に施工で
きるという利点がある。また、内管を内面側から溶接す
る場合には、外管部の間隙を利用して外面側から裏波ビ
ードの形成状況を目視検査できる。間隙４．４′の寸法
は請求項（１）と同程度であればよい。

請求項（３）の方法によれば、間隙４，４′とスベーサ
−９により、内管溶接部５と外管初Ｎ溶接部６とが溶接
時に互いに接触溶融することなく溶接でき、両溶接部５
．６の成分が希釈されることがない。したがって、請求
項（１）と同様の作用効果が得られる．さらに、内管も
外管もともに外面側から溶接できるので、請求項（２）
と同様の作用効果も得られる。間隙４，４′の寸法は請
求項（１）と同程度であればよい。

〔実施例〕

外径５．　５　＋ｎｃｈ＋厚さ１４．０ｍｍのＸ６０シ
ームレス鋼管からなる外管に、厚さ３．　Ｏ　ｏｓのイ
ンコロイ８２５　Ｔ　Ｉ　Ｇ溶接管からなる内管を、熱
拡管方式により嵌合させた二重管を用いて、各種周継手
溶接法による施工実験を実施し、施工性、溶接部の健全
性、継手強度．耐食性，施工能率，溶接材料コストその
他を比較検討した、その結果を第１表に示す。

第１表において、継手溶接部の耐食性はＡＳＴ？１（，
−４８Ａによる孔食試験を行い、耐孔食性が良好であっ
たものをＯ印、非常に優れていたものを◎印で示した。

継手溶接部の強度は外管継手溶接部の引張試験の結果、
いずれも母材部で破断し弓張強さはＡＰＩ規格（Ｘ６０
）を満足したので○印とした。溶材（？９接材料）コス
トは本実施例内での相対評価で、○（安価），Δ，×（
高価）とした。なお、溶加材として用いたインコネル６
２５は、耐食性が内管のインコロイ８２５よりも優れ、
降伏強度は外管のＸ６０以上が得られる。継手溶接部の
耐食性において差が生したのは、従来例では外管溶接時
の熱影響を強く受け、裏波ビード表面に酸化スケールが
生威し易く、また、裏波ビード部の威分が希釈され易い
のに対し、本発明法によればそれらの影響を受けないた
めである。継手溶接施工能率については、本発明例は内
管部溶接がｌＩＩで終了するので能率が非常によい。こ
れは、多数の溶接を連続して行う必要のあるパイプライ
ンの敷設等において、極めて有効である。継手熔接施工
能率の全体時間（分）は、本発明例１については、内外
管を同時に溶接した場合、本発明例２　３および従来例
４．５については、内管を溶接し、ついで外管を溶接し
た場合、従来例６については、まず外管第１層を溶接し
、ついで内外管を同時に溶接した場合の時間である。本
発明例１，２　３および従来例５．６は、外管溶接の溶
加材として高溶着速度の得られる炭素鋼ワイヤーを使用
したので、従来例４と比較して全体のアークタイムが短
い。本発明例１は、内外管を同時に溶接したので最も短
時間で施工でき、従来例５は、外管溶接の一部にＹ３０
９　Ｍｏワイヤーを使用したので、長時間を要している
。継手溶接部の強度については、いずれも外管のＸ６０
母材相当の強度が得られたが、従来例のＮｏ．４はこれ
が限界である。本発明法は、外管部の熔加材を所要強度
に応じて或分設計することができるので、例えばＸ７０
あるいはＸ８０相当の強度も得られる。

次に間隙４，４′の形或手段として、切削法と本発明法
を用いた施工実験を実施し、間隙寸法，間隙の加工時間
．間隙形成による内，外管の減肉量，内管突合せ部のオ
フセントの有無を比較検討した。

その結果を第２表に示す。供試材は前述の実施例（第１
表）と同じものを使用した。切削法による間隙４．４′
の形或は、第７図（ｂ）に示した様に先細の切削バイト
を使用して実施した（本発明法による間隙４，４′の形
或は、第１図の（ａ）〜（Ｃ）の工程で実施した）． 第２表において、間隙の加工時間は切削８１２０分に対
し、本発明法では僅か２分で加工が可能であり、極めて
効率が良い。また、切削法によれば、間隙形戒により内
．外管部に減肉が生じるが、本発明法では内３外管の全
肉厚が維持可能であるため、継手強度や内管の腐食によ
る寿命が損なわれることはない。切削法における内管突
合せ部のオフセットは、バイブ個々の真円度，径や肉厚
寸法のパラツキによるものであるが、本発明法では縮径
加工により、内管を真円に矯正し、且つ径を揃えること
で、少なくとも内管をオフセソトの無い状態で突合せ溶
接でき、溶接部の品質が向上すると共に現地での開先合
わせ作業が簡素化される。

本発明法における間隙の形或手段は、内管と外管が冶金
的に結合していない熱拡管方式の二重管においてのみ可
能である。

以上、本発明法によれば、溶接部に二重管本来の高強度
で耐食性に優れた特性が得られ、且つ作業能率が著しく
向上し、溶接材料コストを低減できる。しかも、例えば
チタン二重管など、融点が大きく異なる材料を組み合わ
せた二重管の継手施工が可能となる。

第２表 〔発明の効果〕 本発明法によれば、外管と内管とが異なる戊分の金属材
料から成る二重管、例えば内管を耐食性材料とし外管を
強度の高い材料とした耐食二重管同士を周継手溶接する
に際し、作業能率が著しく向上し、溶接材料コストを低
減できる。しかも、溶接部にも二重管本来の特性が維持
される。したがって、腐食性物質を含有する石油や天然
ガスを輸送するラインバイブ用や各種化学工業用等に今
後ますまず需要の増加が予想される二重管の施工改善に
大きく寄与し、工業的価値は絶大である。

また、本発明法によれば、融点が大きく異なる材料を組
み合わせた二重管の継手施工が可能となるため、例えば
チタン二重管などの適用分野が大幅に拡大される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本発明法により周継手溶接する二重
管の軸方向断面図、第４図〜第６図は、二重管の従来の
周継手溶接法を示す図、第７図は第１図の（ａ）〜（ｅ
）で示した開先加工工程の比較例を示す図である。 ＼＾砺　辱　翳　＼め　Ｎ 第２図 一 ｑ 第４図 第５図 第３図 第７図 ４４′ 間 練

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
   管とが嵌合された二重管同士を周継手溶接するに際し、
   両二重管の管端部の外管を除去して内管を露出させ、露
   出した内管を圧縮して径を縮めることによって管端部の
   外管と内管の間に間隙を形成し、外管と内管にそれぞれ
   開先加工を施した後、両二重管の外管同士および内管同
   士を突き合わせて、それぞれ外管は管外面側から、内管
   は管内面側から個別に溶接することを特徴とする二重管
   の周継手溶接法。
2. （２）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
   管とが嵌合された二重管同士を周継手溶接するに際し、
   両二重管の管端部の外管を除去して内管を露出させ、露
   出した内管を圧縮して径を縮めることによって管端部の
   外管と内管の間に間隙を形成し、且つ、突き合わせた外
   管同士の間に間隙を設け、先に内管同士を突き合わせて
   溶接した後、外管同士の前記間隙を外管と同系統の材質
   のインサート部材で橋渡しをして外管同士を管外面側か
   ら溶接することを特徴とする二重管の周継手溶接法。
3. （３）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
   管とが嵌合された二重管同士を周継手溶接するに際し、
   両二重管の管端部の外管を除去して内管を露出させ、露
   出した内管を圧縮して径を縮めることによって管端部の
   外管と内管の間に間隙を形成し、且つ、突き合わせた外
   管同士の間に間隙を設け、先に内管同士を突き合わせて
   溶接した後、該溶接された内管の外周を非溶融性のスペ
   ーサーで被覆して外管を管外面側から溶接することを特
   徴とする二重管の周継手溶接法。