JPH0569193A - 金属管の接合方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造の装置により長尺かつ細径の金属
管を簡便に接合することができる金属管の接合方法およ
びその装置を提供する。 【構成】 径方向に分離可能な割りチャック２１により
管端２の付近またはスリーブ７を把持する。そして、管
軸を回転中心軸として割りチャック２１を回転し、管１
をねじりながら、かつ管１に沿い加熱部に向かってシー
ルドガスを吹き付けながら管端部またはスリーブ端部を
円周に沿って加熱溶融し、管１を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は金属管の接合方法およ
びその装置、特に長さが数十m以上で外径が１〜数mm程
度の、長尺かつ細径の金属管をスリーブ継手または突合
せ継手により接合する方法およびその装置に関する。こ
の発明は、光ファイバ被覆管など長尺かつ細径の金属管
の製造や、光ファイバが通された長尺かつ細径の金属管
の接続に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】長尺かつ細径の金属管の例としてとし
て、光ファイバ被覆管がある。この光ファイバ被覆管
は、たとえば外径が１．２mm、内径が０．９mmであり、
長さが数十ｋmも及ぶ。このような金属管は、外径２〜
２５mm程度の金属管を延伸、縮径して１本の連続した管
として製造する。しかし、細径であるために延伸加工の
途中で断線しやすい。したがって、長さが数十m〜数km
程度の複数の管を接合している。接合部の内面側には溶
融金属の垂落ちや突出しはもちろんのこと、僅かな膨ら
みもあってはならない。光ファイバを管に通す際の障害
となるからである。このために、精度の高い溶接が要求
され、熱エネルギを接合部に集中することができ、出力
の調整が容易であるレーザ溶接が広く用いられている。
また、長尺かつ細径の金属管はスプールに巻き取られて
いるのが普通である。金属管を接続するには、二つのス
プールを巻き戻してそれぞれのスプールから金属管を繰
り出し、管端面を向かい合わせてスリーブ継手または突
合せ継手により２本の管を接合する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】管接合部の円周方向に
沿って溶接する場合、金属管が長尺であり、あるいはス
プールに巻き取られていると、管を回転することはでき
ない。したがって、従来では溶接ヘッドを管円周に沿っ
て回転しながら溶接していた。このために、溶接装置が
複雑となり、また作業が繁雑であった。

【０００４】また、大気圧中で接合部を加熱して融着す
ると、融着部が酸化して接合不良が生じるので、従来で
は接合部の側方に配置したシールドガス吹付けノズルか
ら接合部にシールドガスを吹き付けながら融着してい
た。しかし、シールドガス吹付けノズルが１基ではシー
ルドガスの流れが管で妨げられてシールド部に陰ができ
る難点があり、これを避けるためにシールドガス吹付け
ノズルを２基以上にすると装置が大型になるという問題
がある。

【０００５】この発明は、簡単な構造の装置により長尺
かつ細径の金属管を簡便に接合することができ金属管の
接合方法およびその装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の金属管の接合
方法は、径方向に分離可能な割りチャックにより管端付
近またはスリーブを把持する。そして、管軸を回転中心
軸として割りチャックを回転し、管をねじりながら、か
つ管に沿い加熱部に向かってシールドガスを吹き付けな
がら管端またはスリーブ端を円周に沿って加熱溶融し、
管を接合する。加熱源としてレーザ、プラズマ溶接熱
源、ティグ溶接熱源、電子ビームなどが用いられる。ま
た、シールドガスとしてアルゴン、ヘリウムなどの不活
性ガスが用いられる。

【０００７】この発明の金属管の接合装置は、径方向に
分離可能であり、接合する管またはスリーブを把持する
割りチャック、割りチャックを回転可能に支持し、径方
向に分離可能な軸受、割りチャックを回転駆動する装
置、管接合部を加熱する装置、および管接合部付近に配
置される、径方向に分離可能な管保持金具を備えてい
る。上記管保持金具は、一つの管端を含む一部分の内径
が、管を把持したときに環状のガス流路が形成されるよ
うに管外径よりも大きくなっている。そして、上記ガス
流路に通じるように管保持金具に加圧シールドガス供給
装置が接続されている。

【０００８】割りチャックで管またはスリーブを把持す
るには、割りチャックをねじで締め付ける、割りチャッ
クに径方向の荷重を加えるなどする。加熱溶融にはレー
ザを用いる。割りチャックを回転するには、歯車伝動機
構、ベルト伝動機構またはチェーン伝動機構が用いられ
る。これらの動力源として、電動モーター、油圧モータ
ーなどが用いられ、また手動であってもよい。管を３６
０度ねじって溶接してもよく、または少なくとも１８０
度ねじりながら溶接し、ついで逆方向に少なくとも１８
０度ねじりながら溶接するようにしてもよい。

【０００９】加圧シールドガス供給装置として、シール
ドガスが加圧されて充填されたボンベおよびシールドガ
スを所定の圧力に減圧して管保持金具に供給する圧力調
整弁などが用いられる。

【００１０】

【作用】金属管は細径であるため、管軸を回転中心軸と
して管をねじることができる。したがって、溶接ヘッド
を固定した状態で、接合部を全周にわたって溶接するこ
とができる。割りチャックを構成する把持部材を互いに
径方向に押し付けて管を把持し、また径方向に分離して
管から取り外す。したがって、長尺またはスプールに巻
き取られた管に対しても着脱が容易である。

【００１１】管保持装置は割りチャックに向かい合うよ
うにして間隔をおいて配置され、管を保持し、固定す
る。また、管保持金具に供給されたシールドガスは、環
状のガス流路を通って管保持金具の一端から接合部に向
かって噴射される。シールドガスは管に沿って流れるの
で、接合部全周に行きわたる。

【００１２】

【実施例】図１は、この発明の金属管接合装置の一例を
示している。図面に示すように、上下に二つ割りの軸受
１５が架台１１に取り付けられている。軸受１５は、架
台１１に固着された半環状の下側メタル１６と、架台１
１に対して着脱可能なカバー１８に固着された上側メタ
ル１７とからなっている。下側メタル１６および上側メ
タル１８は、それぞれ軸方向に間隔をおいて配置されて
いる。軸受１５は、割りチャック２１を回転可能に支持
する。

【００１３】割りチャック２１は、図２に示すように上
下に二つ割りとなった二つの把持部材２１ａおよび２１
ｂから構成されている。割りチャック２１の中央部は、
被動歯車２２および段部２３となっている。被動歯車２
２および段部２３にそれぞれ続く部分は、上記軸受１５
にはめ合う摺動部２５となっている。被動歯車２２およ
び段部２３は下側メタル１６および上側メタル１７の端
面に接触し、割りチャック２１が軸方向にずれないよう
になっている。二つの把持部材２１ａおよび２１ｂは、
ねじ２６により連結される。また、摺動部２５から軸部
２７が延びている。割りチャック２１には、接合する金
属管１を把持する把持溝２９が軸心に沿って貫通してい
る。図３に示すように、割りチャック２１の先端寄りに
径方向に貫通するレーザ光導入孔３１が設けられてお
り、レーザ光導入孔３１から先端に向かって延びるスリ
ット３２が切られている。また、レーザ光導入孔３１の
位置で、把持溝２９面に円周に沿う逃がし溝３３が切ら
れている。

【００１４】減速機付きの電動モーター３５が架台１１
に取り付けられており、モーター３５の出力軸３６に駆
動歯車３８が固着されている。駆動歯車３８は上記被動
歯車２２にかみ合っている。

【００１５】架台１１には、スタンド１３を介して管保
持金具４１が支持されている。図４に示すように、管保
持金具４１は、上下に二つ割りの円筒状本体４２からな
っている。円筒状本体４２の下側部材４３は、スタンド
１３に固着されている。円筒状本体４２には接合する金
属管１を把持する把持フランジ４６が後端寄りに設けら
れている。下側部材４２と上側部材４４とで金属管１を
把持した状態では、金属管１と円筒状本体４２との間に
環状のガス流路４８が形成され、ガス流路４８の先端寄
りの部分は狭くなってシールドガス噴出口４９となって
いる。上側部材４４の中央部にはガス導入口５１が設け
られてており、ここにシールドガス供給管５３が接続さ
れている。シールドガス供給管５３には、圧力調節弁５
５を介してガスボンベ５７が接続されている。ガスボン
ベ５７には加圧されたアルゴンガスが充填されている。
図に示すように割りチャック１１は接合する一方の管１
を把持し、管保持金具４１は他方の管１を把持する。

【００１６】さらに、架台１１に隣接して溶接ヘッド６
１が配置されている。溶接ヘッド６１には、ＹＡＧレー
ザ発振器から光ファイバ（いずれも図示しない）を介し
てＹＡＧレーザ光が導かれる。

【００１７】上記接合装置により、次のようにして管を
接続する。接続する管は、ステンレス鋼管（ＳＵＳ３０
４ 外径１．２mm，内径０．８mm）である。接続する管
１の端面に頂角１２０゜の円錐の錐を押し当てて回転さ
せ、図５に示すように管端部２をあらかじめフレア状に
広げ、端面３を管軸に垂直な面で切削し、研磨してお
く。

【００１８】接続する２本の管１を突き合わせ、フレア
状に広がった管端部２が前記逃がし溝３３に位置するよ
うにして、２本の管１を割りチャック２１により挟む。
そして、ねじ２６を締めて管１を強固に把持する。つい
で、レーザ光導入孔３１を通してＹＡＧレーザ光を照射
して接合部５を仮付けする。このとき、割りチャック２
１を回転して管１をねじり、ＹＡＧレーザ光を９０゜間
隔で１パルスずつ接合部５に照射してスポット溶接を行
う。また、管１の一つを管保持金具４１で保持し、管保
持金具４１のシールドガス噴出口４９からシールドガス
を噴出させる。シールドガスの流量は、２５ l/minであ
る。シールドガスは割りチャック２１の先端部のスリッ
ト３２から接合部５に至り、溶接部をシールする。この
ようにして２本の管１の仮付けが終わると、割りチャッ
ク２１を緩め、仮付け部を割りチャック２１の外側に引
き出し、一方の管１を割りチャック２１により把持し、
他方の管１を管保持金具４１で把持する。そして、モー
ター３５を駆動して割りチャック２１を回転し、管１を
ねじりながら管接合部５をレーザ溶接する。割りチャッ
ク２１は１回転し、接合が終わったならば逆方向に１回
転して管１のねじれを除く。このときも、仮付け溶接と
同様に管保持金具４１のシールドガス噴出口４９からシ
ールドガスを接合部５に向かって噴出させる。

【００１９】つぎに、スリーブ継手による管の接合につ
いて説明する。この実施例では、管内に光ファイバ（外
径０．２５mm）を通したステンレス鋼管（ＳＵＳ３０４
外径１．２mm，内径０．８mm）を接続する。スリーブ
は長さ６４０mmのステンレス鋼管（ＳＵＳ３０４ 外径
１．７mm，内径１．３mm）である。

【００２０】スリーブ継手による管接合装置は、割りチ
ャックが異なっている。割りチャックは、先端部にレー
ザ光導入孔、スリットおよび逃げ溝が設けられていな
い。

【００２１】管１を接合する前に、一方の管１にスリー
ブ７をかぶせた状態で、両方の管１からそれぞれ露出し
た光ファイバ９の先端どうしを融着する。ついで、重ね
代が２０mm程度となるようにスリーブ７の両端にそれぞ
れ管１をセットする。スリーブ７の先端部をかしめ、管
１にスリーブ７を固定する。割りチャック２１よりスリ
ーブの先端部が数mm程度突き出るようにして、割りチャ
ック２１によりスリーブを把持する。また、管保持金具
４１により管１を保持する。そして、スリーブの先端部
を突合せ溶接と同様にしてレーザ溶接する。

【００２２】

【発明の効果】この発明の金属管の接合方法およびその
装置では、溶接ヘッドを固定した状態で、管を把持した
割りチャックを回転させて管をねじりながら接合部を全
周にわたって溶接する。したがって、簡単な構造の装置
により長尺かつ細径の金属管を簡便に接合することがで
きる。

【００２３】さらに、この発明の金属管の接合装置で
は、管保持金具は管の保持とともに接合部に向かってシ
ールドガスを噴射するノズルとしても作用する。噴射さ
れたシールドガスは管に沿って流れるので、接合部全周
に行きわたる。したがって、シールドガス吹付けノズル
としては１基で済ませることができ，接合装置の簡便化
および小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の金属管接合装置の一例を示す一部断
面側面図である。

【図２】図１の装置に取り付けられる割りチャックの斜
視図である。

【図３】上記割りチャックの先端部の詳細図である。

【図４】管保持金物の断面図である。

【図５】フレア状に加工した管先端部の断面図である。

【符号の説明】

１ 金属管 ３２ スリット ５ 接合部 ３３ 逃がし溝 ７ スリーブ ３５ モーター ９ 光ファイバ ３８ 駆動歯車 １１ 架台 ４１ 管保持金具 １５ 軸受け ４９ シールドガス噴出
口 ２１ 割りチャック ５３ シールドガス供給
管 ２２ 被動歯車 ５７ ガスボンベ ２９ 把持溝 ６１ 溶接ヘッド ３１ レーザ光導入孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｆ１６Ｌ 13/02 7123−3Ｊ Ｂ２３Ｋ 101:06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管端面を向かい合わせて２本の金属管を
   突合せ継手またはスリーブ継手により接合する方法にお
   いて、径方向に分離可能な割りチャックにより管端付近
   またはスリーブを把持し、管軸を回転中心軸として割り
   チャックを回転し、管をねじりながら、かつ管に沿い加
   熱部に向かってシールドガスを吹き付けながら管端また
   はスリーブ端を円周に沿って加熱溶融し、管を接合する
   ことを特徴とする金属管の接合方法。
2. 【請求項２】 管端面を向かい合わせて２本の金属管を
   突合せ継手またはスリーブ継手により接合する装置にお
   いて、径方向に分離可能であり、接合する管またはスリ
   ーブを把持する割りチャック、割りチャックを回転可能
   に支持し、径方向に分離可能な軸受、割りチャックを回
   転駆動する装置、管接合部を加熱する装置、および管接
   合部付近に配置される、径方向に分離可能な管保持金具
   を備えており、管を把持したときに環状のガス流路が形
   成されるように前記管保持金具の一つの管端を含む一部
   分の内径が管外径よりも大きく、前記ガス流路に通じる
   ように管保持金具に加圧シールドガス供給装置が接続さ
   れていることを特徴とする金属管の接合装置。