JPH0710432B2 - 水中溶接トーチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種港湾施設，発電所取排水施設，船舶，海洋
構造物などの水中補修，水中建造工事などに適用される
水中溶接トーチに関する。

〔従来の技術〕

船舶，海洋構造物等の洋上建造あるいは補修工事等には
水中溶接は不可欠の技術であり，従来から次の表に示す
ような形状のものが用いられており，それは同表に示す
ようにいずれも利点及び欠点を有している。

上記３形式のうちの局部乾式方法は，その有する利点か
ら，近来注目を受けつつあり，例えば第６図に示すよう
な溶接トーチが開発・実用されている。

これは，溶接トーチ（基本的には外側ノズル022と内側
ノズル020で構成される）020,022の周縁下端より斜下方
に噴出される水噴流021の諸効果を利用し，溶接トーチ0
20,022の直下のみに気相域を形成し，シールドガス019
を溶接トーチ020,022の内側に流して，ここで溶接を行
うものである。このとき06′は溶接ワイヤ06を導くチッ
プ,018はアーク,13は溶接ビード,012は被溶接材であ
る。

なお，溶接トーチ020,022は高温のアーク018の近傍にあ
るため金属製であり，また溶接中は溶接トーチ020,022
の周辺に排出される微細なシールドガス019の気泡が生
じるため，溶接部及びその周辺の監視が困難であった。

しかも段差のある太矢印の溶接方向で溶接する第７図に
示す重ね継手などには第８図（ａ），（ｂ）に示すＡ及
びＢのように隙間が大きくなるため水噴流の効果が低下
し，適用が難しかった。この第８図（ａ），（ｂ）に示
す記号は前述の第６図に使用の記号と同一として説明を
省略した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のように，水噴流とシールドガスによる気泡のため
溶接部周辺の監視が困難となることや，重ね継手など溶
接部の形状によりシール困難な場合があり，溶接が不可
能となる問題を呈した。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するために，気相域を形成す
るシール材に粘性流体を用い，底部に前記粘性流体を噴
出する吐出口を設けた円筒形溶接トーチを使用し，該ト
ーチと被溶接物間に押し出した前記粘性流体のなじみ効
果（密着）と粘性効果（一時的な耐圧性）及びシールガ
スの静圧によりシールして重ね継手,T形継手を水中溶接
するものである。すなわち， シール用ガス吹出し孔と溶接ワイヤ送出口を有する溶接
用ノズルの周囲に付設し，一方に開口部を有し，かつ内
部に中空部を形成する二重構造の箱状体であって，同箱
状体は粘性流体圧送用ホース取付口と，開口部周縁部に
粘性体排出用小孔またはスリットとを具備してなること
を特徴とする水中溶接トーチを提供するものである。

〔作 用〕

本発明の水中溶接トーチは上記のような構造とする溶接
トーチであるので，重ね継手などの段差のある継手部に
おいても安定して気相域を形成させるために継手形状に
略一致させ，かつ粘性流体溜めを備えた溶接トーチの底
部（全周）に粘性流体を吐出させる吐出口を設け，これ
より粘性流体を押し出して被溶接物とのギャップを埋め
て周囲の水を遮断（シール）すると共に，粘性により溶
接トーチ内部と外部の圧力差をカバーする（シールガス
の静圧と流体の粘性により外部から水の侵入を防止）。

この内側と外側に粘性流体の流出を抑える目的で補助的
に摺動部材を配設し，更に溶接トーチ下部を継手部の形
状に略一致させた形状（段付など）にする。

該溶接トーチを継手部にセットし，粘性流体を圧送し溶
接トーチと被溶接材の隙間を埋める。この状態で溶接ノ
ズルによりシールドガスを噴出してやれば溶接トーチ内
の水が排除され，気相域が形成される。

このとき粘性流体は一定圧で押し出されて，溶接トーチ
と被溶接材との隙間を連続的にシールしているため，溶
接トーチを溶接のために移動させてもこのシール効果は
保持される。溶接中はシールドガスを定量または内圧を
保持するために微少量流す（溶接ワイヤの種類によ
る）。

この粘性流体の粘度（Ｐ）と，隙間（２γ）と溶接トー
チ底部寸法（Ｌ）は略下式を参考にして得る（流体の速
度Vmaxは10cm/sec以内を目安とする）。

Vmax:流体の速度（cm/sec） P:単位長さ当りの圧力差（kg/cm²） （P₁−P₂/L） γ：平面間距離の1/2（cm） μ：粘性係数（Ｐ）ポイズ （1P＝1.01972×10^-6kg−sec/cm²） 上記式により，例えばVmaxを1cm/sec程度に設定して，
使用環境により圧力Ｐを求め隙間γ，溶接トーチ底部寸
法Ｌを設定すると必要な粘性が求まる。

ここで，この粘性流体には透明質の水ガラスを使用した
が他の流体でも代用できる（粘度調整可能で溶接部への
影響少ないものを適用する）。

以上の方法によれば，溶接トーチと被溶接物との接触は
粘性流体を介して行われるため，溶接トーチの移動抵抗
が小さく，また多少の隙間の変動や表面の凹凸への追従
性も良好である。

この結果，局部乾式方法による各種継手の溶接におい
て，溶接部に安定して気相域が形成できるようになり，
溶接が安定して行える。このことにより，水中溶接が低
コストでしかも高品質に施工できるものである。

〔実施例〕

以下，本発明を図面に示す実施例に基づいて具体的に説
明する。第１図は本発明の第１実施例に係る水中溶接ト
ーチを適用した溶接状態の構成を示す（ａ）図は側面の
部分断面図，同（ｂ）図は正面図，同（ｃ）図は（ａ）
図Ｃ矢視の拡大断面図。第２図は本実施例に係る水平隅
肉溶接に適用の側面の断面図。第３図は本実施例に係る
突合せ隅肉溶接部の（ａ）図は水平隅肉溶接の斜視図，
同（ｂ）図は立向突合せ隅肉溶接部の斜視図。第４図は
本発明の第２実施例に係る水中溶接トーチの構成中に
（ａ）図はガス排気管を配設した溶接状態の側面を示す
断面図，同（ｂ）図は（ａ）図に示すガス排気弁を組入
れた溶接状態の側面を示す断面図。第５図は本発明の第
1,第２実施例に係る水中溶接トーチを適用した作業状態
の概念図である。以下にその説明をする。

第１図（ａ），（ｂ）において１は円筒形二重トーチ,2
はフレキシブルな機能をもつノズル装着口,3はノズル装
着口とノズルを固着させる袋ナット,4はパッキン,5は溶
接用ノズル（ガス通路，溶接ワイヤ通路を内臓）,6は溶
接ワイヤ,7はシールドガス,8は粘性流体の供給口,9は粘
性流体,10は粘性流体吐出口,11は摺動材（ゴム，スポン
ジなど）,12・12′は被溶接材,13は粘性流体溜めであ
る。

この構成で８より粘性流体を供給（圧送）すると粘性流
体溜め13に充満し，同溜め13の下端の流体吐出口10から
粘性流体９が順次に押し出され，溶接トーチと被溶接材
12・12′の間の隙間を埋めシールする。ここで溶接用ノ
ズル５よりシールドガス７を噴出し，溶接トーチ内部の
水を排除し，気相域を形成させる。気相域形成後は溶接
トーチ外へ気泡が出ないようにシールドガス圧を調整す
る。このとき第１図（ｃ）に示す11の摺動材が備えてあ
れば流体９の動きを抑制する作用をして耐圧性やシール
性を向上させることが可能となる。

第２図はＴ継手への適用例を示したもので，溶接トーチ
形状を継手に合わせて略直角に変えている（溶接トーチ
の構成部材は第１図と同一であり使用記号の説明は略
す）。

なお，二重トーチ１を透明な材質（アクリルなど）と
し，同様に粘性流体９も透明質（水ガラスなど）を用い
ると溶接状況が監視でき，溶接中に継手形状に応じたア
ーク位置の調整が可能となる。また，第３図には（ａ）
図で示す被溶接材12・12′のＴ形突合せ水平隅肉溶接の
１層１パスの溶接ビード13の溶接状況と，同（ｂ）図は
（ａ）図同様の立向突合せ隅肉溶接の１層１パスの溶接
ビード13の溶接状況を示したもので，良好な溶接を得れ
るものである。

この結果，第１図，第２図に見られるような各種継手の
溶接部に良好に気相域を形成することが可能となる。

次に本発明の第二実施例に係る第４図について説明する
と，（ａ）図は溶接時に供給したシールドガスにより溶
接トーチ内圧が増大することを防止すること，並びに溶
接ヒューム23により溶接トーチ内部が曇るのを防止する
ためにガス排気用の配管24を設けることが溶接の安定に
寄与する（当然の事ながらこの場合，配管24の端部には
吸引装置が必要）。また，同様の作用を得るため第４図
（ｂ）に示すようなガス排気弁（圧力調整可能…使用場
所の水深プラスαの圧力に調整弁25）を設けても良い。
以上の使用記号は前述の各図に示す記号と同一で説明を
略す。水中作業に実用の第５図は，本発明の水中溶接ト
ーチを用いた鋼管杭の補修作業の一例を示す（鋼管の腐
食の著しい箇所または損傷部に半割部材を当てて周囲の
重ね継手部を隅肉溶接して補修するもの）。

１は本発明の水中溶接トーチ,5は溶接用ノズル,8は粘性
流体供給口（ホース）,12・12′は被溶接材,18は水中用
走行台車,14は水中溶接トーチを連結・保持し，これを
溶接線に対し上下，前後に移動させる機構をもつセッテ
ィング治具,15はレール（分割式）,16は溶接作業者（ダ
イバー）,17は体位保持治具（分割式）である。

溶接は走行台車18の走行によって進行し，ダイバー16は
体位保持治具17につかまって溶接部を監視し，場合によ
ってはアーク位置を調整する。

以上の装置構成により局部乾式方法による水中溶接を高
能率，高品質に施工する（本発明の溶接トーチはその主
要部である）。

なお，水中溶接トーチに供給する粘性流体やその圧送装
置，並びに溶接装置，ガス供給装置などは洋上の台船な
どに装備されている。また，継手形状や要求される脚長
によっては溶接用ノズルをウィービングする必要が生じ
るが，この場合，台車にウィーバー（防水式）を搭載
し，これを溶接ノズルに連結して動きを伝える方法を採
る（既に述べたように本トーチのノズル装着口はフレキ
シブルジョイントとなっており，ウィービングに対応で
きる）。本実施例における施工条件の例を以下に示す。

（１）粘性流体種類：ケイ酸ソーダ（水ガラス）ケイ酸
カリ，澱粉等の溶液（ケイ酸ソーダが最良，また，これ
らの溶液に溶接用フラックスを混合して用いることもで
きる）。

（２）流体の粘性:100ポイズ 2000ポイズのケイ酸ソーダ水溶液も良好な結果が得られ
た。

実施例として100ポイズ及び2000ポイズを示したが，溶
接トーチ底部の寸法（Ｌ）と隙間（２γ）を種々調整し
ても１ポイズ以下になれば，外部の水圧とシールドガス
の水圧をバランスさせることが困難となる。また，粘度
が2000ポイズを超えると圧送するホースの長さ及び太さ
の制約を受けて圧送が困難となる。

（３）粘性流体の送給圧:2〜5kg/cm²（ノズル内での圧
力） 外部からホース等で圧送された粘性流体を一時溜めてお
く流体溜めが必要である。これは溶接トーチの移動によ
り粘性流体のシールが部分的に破れた場合，直ちに粘性
流体が補充できるためである。従来の水噴流によるシー
ルの溶接トーチにこのような溜めを設けると，水の流速
を阻害し，シール効果が低下する。

〔発明の効果〕

以上，具体的に説明したように，本発明においては従来
方法では難しかった重ね継手やＴ継手並びに各種溶接姿
勢（下向き，水平，立向きなど）の水中溶接を局部乾式
方法で経済的に，かつ高品質に施工できるようになっ
た。これにより海洋構造物などの洋上建造，あるいは港
湾施設などの水中溶接工事全般に広く応用でき，大きな
効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明の第１実施例に係る水中溶接トーチを
適用した溶接状態の構成を示す（ａ）図は側面の部分断
面図，同（ｂ）図は（ａ）図の正面図，同（ｃ）図は
（ａ）図Ｃ矢視の拡大断面図，第２図は本実施例に係る
水平隅肉溶接に適用の側面の断面図，第３図は本実施例
に係る突合せ隅肉溶接部の（ａ）図は水平隅肉溶接の斜
視図，同（ｂ）図は立向突合せ隅肉溶接部の斜視図，第
４図は本発明の第２実施例に係る水中溶接トーチの構成
中に（ａ）図はガス排気管を配設した溶接状態の側面を
示す断面図，同（ｂ）図は（ａ）図に示すガス排気管に
弁を組入れた溶接状態の側面を示す断面図，第５図は本
発明の第1,第２実施例に係る水中溶接トーチを適用した
作業状態の概念図，第６図は従来の局部乾式方法を適用
した水中溶接トーチによる溶接状態の説明図，第７図は
従来の水中溶接トーチによる重ね継手溶接部に適用した
斜視図，第８図は第７図同様に水中溶接状態を示す
（ａ）図は重ね継手部に垂直に溶接トーチを設定した溶
接状態の説明図，同（ｂ）図は（ａ）図同様に段差部で
溶接点に添わせる溶接トーチの傾斜設定の説明図であ
る。 １……円筒形二重トーチ,2……ノズル装着口,3……袋ナ
ット,4……パッキン,5……溶接用ノズル,6……溶接ワイ
ヤ,7……シールドガス,8……粘性流体供給口,9……粘性
流体,10……粘性流体吐出口,11……摺動材,12・12′…
…被溶接材,13……溶接ビード,14……セッティング治
具,15……レール,16……ダイバー,17……体立保持治具,
18……水中用走行台車,23……溶接ヒューム,24……ガス
排気管,25……ガス排気弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シール用ガス吹出し孔と溶接ワイヤ送出口
   を有する溶接用ノズルの周囲に付設し，一方に開口部を
   有し，かつ内部に中空部を形成する二重構造の箱状体で
   あって，同箱状体は粘性流体圧送用ホース取付口と，開
   口部周縁部に粘性流体排出用小孔またはスリットとを具
   備してなることを特徴とする水中溶接トーチ。