JPH07314132A - 配管の自動溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多額の費用を必要とせずに、屋外において、
大口径管等の管端の突合せ溶接を行うことができる自動
溶接機を提供する。 【構成】 大口径管１の外周面１ｂに倣って走行する走
行装置１７と、走行装置１７により支持されて大口径管
１の管端の突合せ溶接を行う溶接トーチ２０と、走行装
置１７に接続された環状の開先６を全長にわたって覆う
環状の防風部材２３とを組み合わせて有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種プラント等の配管
の管端の突合せ溶接を屋外で行う配管の自動溶接機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、外径が６００〜８００ｍｍ程度
であるとともに肉厚が３０〜４０ｍｍ程度であって、屋
外に付設されて使用される大口径管には通常高圧流体が
流されるため、従来より、突合せ溶接部には極めて健全
な溶接品質が要求され、熟練した作業者による手溶接に
より突合せ溶接が行われていた。

【０００３】しかし、周知のように、このような作業者
の数は年々減少する傾向にあり、また各作業者の高齢化
も進んでいる。さらに、大口径管は通常パイプラックに
より地上５〜８ｍ程度の高所に設けられておりその溶接
作業は高所作業となるために、安全上の観点からもでき
るだけ機械化・自動化を図りたい作業でもある。

【０００４】そのため、大口径管のような屋外に設置さ
れる大型の配管の突合せ溶接についても機械化・自動化
を図りたいとの要請が年々増加している。

【０００５】従来から、配管の自動溶接機として原子炉
用配管の自動溶接機が知られている。これは、配管の近
傍の外周部に倣って走行可能な走行装置を設置し、この
走行装置にガスシールドアーク溶接機を支持させてお
き、溶接の際には前記走行装置が配管の外周部を倣って
走行しながら前記ガスシールドアーク溶接機により管端
の突合せ溶接を行う自動溶接機である。

【０００６】しかし、この自動溶接機は溶接工場の建屋
内において配管の突合せ溶接を行うためのものであるた
め、この自動溶接機を屋外で行われる大口径管の突合せ
溶接に用いようとすると、地上５〜８ｍ程度の高所に設
けられる大口径管の周辺にはそよ風程度の微弱な風が絶
えず発生しておりこの風により開先を覆うシールドガス
が吹き飛ばされアーク電圧が急激に変化してしまうため
に、溶接作業を行うことができなくなってしまう。さら
に、例えば海辺等の強風地域においてはシールガスが吹
き飛ばされてしまうために全く溶接作業を行うことがで
きない。

【０００７】そのため、これまで大口径管の突合せ溶接
は、大口径管の管端の近傍に仮設足場を組み、この仮設
足場を基礎として大口径管の管端およびその周辺を、例
えばシートやアクリル板等により周囲を囲われた溶接作
業小屋で覆い、この溶接作業小屋の内部で作業者が突合
せ溶接を行うようにしていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
大口径管の管端およびその周辺を溶接作業小屋で覆って
突合せ溶接を行うには、溶接作業に先立って、その近傍
に仮設足場を組むとともに組まれた仮設足場を基礎とし
て溶接作業小屋で管端を完全に覆い溶接作業後に取り外
すという段取りを突合せ溶接を行う度に毎回行う必要が
ある。そのため、段取りに要する時間が長く作業能率が
低下するとともに、段取りに要する費用の負担が相当大
きくなってしまう。

【０００９】なお、溶接作業小屋を設置して突合せ溶接
を行う方法の改良として、ガスシールドアーク溶接機の
溶接トーチの先端部分だけを漏斗型の防風部材により覆
うとともにこの防風部材の一部に溶接状況を目視するた
めの開孔を設けた自動溶接機も提案されているが、４０
〜５０ｍｍ程度の開先の隙間からの風の侵入を防止する
ことが難しく、溶接時に内部に風が吹き込んでしまいシ
ールドガスを吹き飛ばしてしまうため、溶接作業を行う
ことができなくなってしまう。

【００１０】本発明は、上記の従来の技術が有する課題
に鑑みてなされたものであり、多額の費用を必要とせず
に、屋外において、大口径管等の管端の突合せ溶接を行
うことができる配管の自動溶接機を提供しようとするも
のである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる配管の自
動溶接機は、大口径管の外周の全長について環状の開先
を完全に覆う環状の防風部材を大口径管の外周面に倣っ
て移動する走行装置に設置して突合せ溶接を行うことに
より前述の課題を解決できるという新規な知見に基づい
てなされたものであり、配管の外周面に倣って走行する
走行装置と、当該走行装置により支持されて前記配管の
管端の突合せ溶接を行うガスシールドアーク溶接機とを
備える自動溶接機であって、前記走行装置には前記管端
により構成される環状の開先を全長にわたって覆う環状
の防風部材が設けられることを特徴とするものである。

【００１２】また、上記の本発明にかかる配管の自動溶
接機において、防風部材には外部から溶接部を目視し得
る監視窓が設けられるとともに、シールドガスの一部を
分岐して監視窓を清浄に保つシールドガス供給管が設け
られることにより、溶接作業時の溶接部の状況を目視し
ながら確実に配管の突合せ溶接を行い得る。

【００１３】

【作用】請求項１記載の本発明にかかる配管の自動溶接
機は、配管の外周面に倣って走行する走行装置と走行装
置により支持されて配管の管端の突合せ溶接を行うガス
シールドアーク溶接機とを備え、走行装置には管端によ
り構成される環状の開先を全長にわたって覆う環状の防
風部材が設けられるため、走行装置を走行させながら突
合せ溶接を行う際に、防風部材も走行装置とともに配管
の周囲を旋回して開先を完全に防風部材により覆うこと
ができるようになる。

【００１４】そのため、溶接の際に、大口径管の周辺に
存在する風によりシールドガスが吹き飛ばされないよう
になる。したがって、これまでは溶接工場の建屋内でし
か使用することができなかった自動溶接機を屋外におい
ても使用できるようになる。この使用に際しては、溶接
作業小屋を設置する必要がないために、段取りに要する
時間および費用が大巾に低減されるようになる。

【００１５】本発明の請求項２記載の配管の自動溶接機
は、防風部材に、外部から溶接部を目視し得る監視窓が
設けられるとともに、シールドガスの一部を分岐して監
視窓を清浄に保つシールドガス供給管が設けられるた
め、溶接作業時、特にアークが安定しない溶接開始直後
の溶接部の状況を目視できるようになる。

【００１６】

【実施例１】さらに、本発明にかかる配管の自動溶接機
の一実施例を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００１７】図１および図２は、ともに、本発明にかか
る配管の自動溶接機の一実施例の構造を示す説明図であ
り、図１は配管の一例としての大口径管１への組付け状
態を示す説明図であり、図２（ａ）は大口径管１への組
付け後における図１のＡ矢視図であり、図２（ｂ）は大
口径管１への組付け後における図１のＢ矢視図である。

【００１８】大口径管１および２は、仮止め溶接により
支持され、それぞれの端部１ａおよび２ａが突合わされ
た状態にある。端部１ａおよび端部２ａにより開先６が
構成される。開先角度および開先深さは大口径管溶接の
通常値が設定される。

【００１９】大口径管１の外周面１ｂから一定距離だけ
離間した位置に環状部材９が大口径管１と同心的に配置
される。環状部材９は一定の幅を有する帯状かつ環状部
材であり、図２（ａ）に示すように、幅方向の中心線上
に３基の馬台２９が大口径管１の外周面１ｂとの間に挾
設されており、大口径管１の外周面１ｂから一定距離ｌ
だけ離間した位置に配置される。

【００２０】なお、環状部材９は周長方向について分割
式であってもよく一体式であってもよい。分割式とすれ
ば大口径管１への組付けが容易となる。本実施例では二
分割式の環状部材９を用い、その裏面に３基の馬台２９
を固定してから、大口径管１の管端１ａ側から嵌め込ん
で設置した。

【００２１】この環状部材９の表面のうちの幅方向の両
端には、２本のレール７ａおよび７ｂが設置される。レ
ール７ａおよび７ｂはともに環状部材９と一体で環状に
一周するように設置される。レール７ａは後述する車輪
１２ａおよび１２ｂとの接触面が平型の断面形状を有す
るレールであり、一方レール７ｂは内面形状がＶ字型で
あって後述するＶ字型の断面形状の車輪１３ａおよび１
３ｂに嵌合するとともに車輪の幅方向への位置規制を行
うレールである。

【００２２】レール７ａおよび７ｂの間の環状部材９の
表面にはラックレール８が設置される。ラックレール８
は環状部材９と一体で環状に一周するように設置され
る。

【００２３】環状部材９と配管１の外周面１ｂとの間に
は、左右の台枠４、４によりそれぞれ軸支される４つの
車輪５ａないし５ｄが挾持される。左右の台枠４、４は
板状のアーム３により接続されており、車輪５ａないし
５ｄが環状部材９と配管１の外周面１ｂとの間から外れ
ないように構成される。アーム３の中央にはボルト孔３
ａが穿設される。

【００２４】板状のアーム３の上面のボルト孔３ａには
直方体型の走行台車１１の内部を貫通する取手付きのボ
ルト１０が螺着されて、アーム３と走行台車１１とが締
結される。

【００２５】走行台車１１はレール７ａおよび７ｂに案
内されて、左右の台枠４、４により軸支された４つの車
輪５ａないし５ｄとともに大口径管１の外周面１ｂに倣
って走行する装置であり、底部に設置された４つの車輪
１２ａおよび１２ｂ、１３ａおよび１３ｂと、車軸１４
ａおよび１４ｂと、車軸１４ａに固定された駆動モータ
１５と、ピニオンギヤ１６とを備える。

【００２６】走行台車１１は直方体型の箱状部材であ
り、その底部に、車軸１４ａに固定された一対の車輪１
２ａおよび１３ａと、車軸１４ｂにより固定された一対
の車輪１２ｂおよび１３ｂとを備える。

【００２７】車輪１２ａおよび１２ｂは接触面が平坦な
形状をした車輪であり、一方車輪１３ａおよび１３ｂは
接触面がＶ字型の形状をした車輪である。走行台車１１
がボルト１０によりアーム３に締結されると、車輪１２
ａおよび１２ｂは接触面が平坦な形状のレール７ａに接
触し、一方、車輪１３ａおよび１３ｂは接触面がＶ字型
の形状のレール７ｂに接触する。また、走行台車１１が
ボルト１０によりアーム３に締結されると、車軸１４ａ
に固定されたピニオンギヤ１６がラックレール８と噛合
する。

【００２８】このように、走行台車１１のアーム３への
締結により、車輪１２ａおよび１２ｂがレール７ａに、
車輪１３ａおよび１３ｂがレール７ｂにそれぞれ接触す
るとともに、ピニオンギヤ１６がラックレール８に噛合
することが可能なように、各車輪１２ａおよび１２ｂ、
１３ａおよび１３ｂ、ピニオンギヤ１６の外径、設置位
置および設置高さ、レール７ａおよび７ｂの設置位置お
よび設置高さ、ラックレール８の設置位置および設置高
さがそれぞれ事前に調整される。

【００２９】車軸１４ａにはモータ１５が固定され、モ
ータ１５は図示しない制御装置からホース１８を介して
入力される信号により起動および停止を行い、同軸上に
固定されたピニオンギヤ１６を回動および停止させる。

【００３０】本実施例では、走行装置１７は、車輪１２
ａ、１２ｂおよび１３ａ、１３ｂ付の走行台車１１と、
走行台車１１に締結されるアーム３の両端に固定された
台枠４、４に軸支された４つの車輪５ａないし５ｄと、
レール７ａおよび７ｂと、ラックレール８とにより構成
され、大口径管１の外周面１ｂに倣って走行する。

【００３１】走行台車１１の側面上部にはサポート２９
によりヘッド１９が固定されており、ヘッド１９により
ＴＩＧ溶接機の溶接トーチ２０が下方に位置する開先６
へ向けて保持される。溶接トーチ２０の先端と開先６と
の間の距離は予め適宜距離となるように調整される。

【００３２】本実施例では、このようにして、ガスシー
ルドアーク溶接機としてのＴＩＧ溶接機が走行台車１１
により支持されており、大口径管１の管端の突合せ溶接
を行うことができるように構成される。

【００３３】さらに本実施例では、走行台車１１の側面
下部に、環状に形成された開先６を全て覆う環状の防風
部材２３が設けられる。

【００３４】この防風部材２３は、溶接トーチ２０の中
央部付近から下方に向けて漏斗型に拡径するとともに大
口径管１および２の外周面に向けて垂直に垂下する断面
形状を有する環状の部材であり、溶接トーチ２０、大口
径管１の外周面１ｂおよび大口径管２の外周面２ｂにそ
れぞれ接触して、開先６を完全に外部から覆うように構
成されており、外部からの風を完全に遮断できるように
構成される。この防風部材２３はアルミニウム製であ
り、防風部材２３の溶接トーチ２０との接触部は蛇腹状
の弾性材で形成されており、溶接トーチ２０との間にお
ける隙間の発生が防止される。蛇腹を弾性材としたの
は、溶接トーチ２０をウィービングさせるため、このウ
ィービングに対応しながらシールを行い、ヘッド１９の
自由な動きを確保するためである。一方、大口径管１お
よび２との接触部には弾性材（例えばゴム）からなるシ
ール材２２が接続され、大口径管１および２との間にお
ける隙間の発生が防止される。

【００３５】なお、防風部材２３は適宜位置に設置され
た接続器具（図示しない）により周長方向について複数
に分割自在に構成され、大口径管１および２へ装着する
際には複数に分割された状態で装着され、装着後に前記
接続器具により環状に組み立てられる。

【００３６】さらに、防風部材２３の支持を確実にする
とともにシール材２２の接触抵抗に打ち勝って防風部材
２３を移動させるため、図２（ａ）に示すように、サブ
台車２７および２８がサポート３１および３２をそれぞ
れ介して防風部材２３を保持しながらレール７ａおよび
７ｂに案内されて、走行装置１７と同期しながら走行す
る。これらのサブ台車２７および２８は溶接ヘッドを保
持しないことと、駆動モータおよびピニオンギヤを有さ
ないこと以外は走行装置１７と全く同様に構成される。

【００３７】このように、本実施例では、環状の防風部
材２３は走行装置１７、サブ台車２７および２８により
３点で支持され、走行装置１７、サブ台車２７および２
８の走行とともに、環状に形成された開先６を全長につ
いて外部から完全に覆いながら、大口径管１および２の
外表面１ｂおよび２ｂに倣いながら走行移動する。

【００３８】防風部材２３の一部には外部から溶接部を
目視し得るアクリル板を嵌め込んで構成される監視窓２
４が設けられており、ヒュームによる監視窓２４の内面
の曇りを防止するために、シールドガスの一部を分岐し
て監視窓２４の内面に供給して監視窓２４を清浄に保つ
シールドガス供給管２５が接続される。シールドガス供
給管２５は走行台車１１に接続されており、走行台車１
１に接続される各種ホースのうちのシールドガス供給ホ
ースに接続される。監視窓２４は、特に、自動溶接機に
おいても、アークが安定しない初期段階における溶接部
の状況を監視できるため極めて有効である。

【００３９】なお、防風部材２３の側壁に当たる部分に
は、メンテナンスの際に解放されて開先６近傍または溶
接トーチ２０等の補修を行う際に使用されるメンテナン
ス扉２６が設置される。

【００４０】本発明にかかる自動溶接機は軽量であるた
め、高所に設置された配管への取付け等の段取り作業が
容易である。

【００４１】次に、以上のようにして、屋外に設けられ
た大口径管の管端近傍に設置された本発明にかかる配管
の自動溶接機により大口径管１および２の突合せ溶接を
行う場合の状況を説明する。

【００４２】図示しない制御装置から起動信号が出力さ
れると、モータ１５に起動信号が出力されてピニオンギ
ヤ１６が回転することにより走行装置１７が走行すると
ともに、溶接トーチ２０の周囲から不活性ガスが開先６
およびその近傍に向けて吹き付けられて開先６が不活性
ガスによりシールされた状態で、溶接トーチ２０と配管
１との間にアークを発生させ、このアーク中に図示しな
い溶接棒を送給することにより、環状の開先６の全長に
ついてＴＩＧ溶接が行われる。

【００４３】このとき、開先６および溶接トーチ２０を
含む溶接部は防風部材２３により完全に外部から遮断さ
れるため、外部からの風の侵入を完全に防止して、ＴＩ
Ｇ溶接を行うことが可能となる。

【００４４】なお、走行装置１７は大口径管１とレール
７ａおよび７ｂとの間に車輪を挾持されるため、大口径
管１の下部においても落下することなく大口径管１の外
周面の全長を倣いながら走行する。

【００４５】さらに、本実施例では防風部材２３に監視
窓２４を有しこの監視窓２４の内面の曇りを防止するた
めに内側に不活性ガスを吹き込むようにシールドガス供
給管２５を設置しているため、溶接を行っている際の溶
接状況を外部から目視できるようになる。そのため、溶
接状況をリアルタイムで把握しながら自動溶接機により
溶接を行うことができるため、溶接の進行に伴う開先の
形状変化にも容易に対応して、最適な条件で溶接を行う
ことができる。したがって、極めて高品質の健全な溶接
部を得られる。

【００４６】本実施例では、自動溶接機の設置に伴う段
取り時間を、溶接作業小屋を設置する従来法の段取り時
間の１／１０に低減できた。

【００４７】

【実施例２】実施例１では、防風部材２３は開先６およ
び溶接トーチ２０の先端部分のみを環状に覆う構造とし
たが、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、開先
６、溶接トーチ２０および溶接ヘッド１９を覆うように
構成してもよい。このように構成することにより、実施
例１に比較して、防風部材２３が溶接部から遠ざかるた
め、防風部材２３が受ける熱量が低減される。なお、図
３（ａ）および図３（ｂ）に示す本発明にかかる配管の
自動溶接機は、防風部材２３のシール範囲が溶接ヘッド
２０にまで拡大されたこと以外は図１および図２（ａ）
および図２（ｂ）に示す実施例１の自動溶接機と全く同
じであるため、図３（ａ）および図３（ｂ）に関する説
明は省略する。

【００４８】

【実施例３】実施例２では、防風部材２３は開先６、溶
接トーチ２０および溶接ヘッド１９を覆う構造とした
が、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、開先
６、溶接トーチ２０、溶接ヘッド１９および走行装置１
７を覆うように構成してもよい。このように構成するこ
とにより、実施例１に比較して、防風部材２３の熱対策
の面で有利になるとともに、防風部材２３がヘッド１９
に接触しなくなるためウィービングの精度が向上する。
なお、図４（ａ）および図４（ｂ）に示す本発明にかか
る自動溶接機では、防風部材２３はサポート３０ないし
３２を介して走行台車１１、サブ台車２７および２８に
より支持されているが、防風部材２３のシール範囲が溶
接ヘッド１９および走行装置１７にまで拡大されたこと
以外は図１、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す実施例
１の自動溶接機と全く同じであるため、図４（ａ）およ
び図４（ｂ）に関する説明は省略する。

【００４９】

【変形例】実施例１ないし実施例３では、ＴＩＧ溶接を
行う場合を例にとったが、本発明にかかる配管の自動溶
接機はいわゆるガスシールドアーク溶接について等しく
適用できるものであり、ＴＩＧ溶接の他、ＭＩＧ溶接さ
らには炭酸ガスアーク溶接についても適用される。

【００５０】実施例１ないし実施例３では、配管の外周
面に沿って設けられたレールおよびラックレールに支持
および案内される自走式の走行装置を、本発明にかかる
配管の自動溶接機における走行装置として用いたが、本
発明にかかる配管の自動溶接機における走行装置はかか
る態様のみに限定されるものではなく、配管の外周面に
倣って走行することができる走行装置であればよい。例
えば、レールおよびラックレールを配管の外表面に設置
せずに、自走式の走行装置の車輪に例えば希土類永久磁
石車輪を採用し、この希土類永久磁石車輪の有する磁力
により走行装置を配管の外表面に直接取り付けることに
より、溶接を行うこととしてもよい。

【００５１】

【発明の効果】請求項１記載の本発明にかかる配管の自
動溶接機は、配管の外周面に倣って走行する走行装置と
走行装置により支持されて配管の管端の突合せ溶接を行
うガスシールドアーク溶接機とを備え、走行装置には管
端により構成される環状の開先を全長にわたって覆う防
風部材が設けられるため、走行装置を走行移動させなが
ら突合せ溶接を行う際に、少なくとも開先を外部から完
全に防風部材により覆うことが可能となる。したがっ
て、屋外での溶接作業であっても、シールドガスが大口
径管の周辺に存在する風の影響を受けないようになり、
これまでは溶接工場の建屋内でしか使用することができ
なかった自動溶接機を屋外においても低コストで使用で
きるようになる。

【００５２】本発明の請求項２記載の配管の自動溶接機
は、防風部材に、外部から溶接部を目視し得る監視窓が
設けられるとともに、シールドガスの一部を分岐して監
視窓を清浄に保つシールドガス供給管が設けられるた
め、溶接作業時の溶接部の状況を目視できるようにな
る。したがって、溶接の際の溶接部の状況をリアルタイ
ムで目視できるため、溶接の進行にともなって変化する
開先形状に迅速に対応して最適な条件で溶接を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における本発明にかかる配管の自動溶
接機を大口径管１へ組付ける状態を示す説明図である。

【図２】実施例１における本発明にかかる配管の自動溶
接機の説明図であり、図２（ａ）は大口径管への組付け
後における図１中のＡ矢視図に相当し、図２（ｂ）は大
口径管への組付け後の図１中のＢ矢視図に相当する。

【図３】実施例２における本発明にかかる配管の自動溶
接機の説明図であり、図３（ａ）は大口径管への組付け
後における図１中のＡ矢視図に相当し、図３（ｂ）は大
口径管への組付け後の図１中のＢ矢視図に相当する。

【図４】実施例３における本発明にかかる配管の自動溶
接機の説明図であり、図４（ａ）は大口径管への組付け
後における図１中のＡ矢視図に相当し、図４（ｂ）は大
口径管への組付け後の図１中のＢ矢視図に相当する。

【符号の説明】

１，２ 大口径管（配管） １ｂ 外周面 ６ 開先 １７ 走行装置 ２０ 溶接トーチ ２３ 防風部材 ２４ 監視窓 ２５ シールドガス供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉谷 雅彦 東京都江東区豊洲三丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社豊洲総合事務所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管の外周面に倣って走行する走行装置
   と、当該走行装置により支持されて前記配管の管端の突
   合せ溶接を行うガスシールドアーク溶接機とを備える自
   動溶接機であって、前記走行装置には前記管端により構
   成される環状の開先を全長にわたって覆う環状の防風部
   材が設けられることを特徴とする配管の自動溶接機。
2. 【請求項２】 前記防風部材には外部から溶接部を目視
   し得る監視窓が設けられるとともに、シールドガスの一
   部を分岐して監視窓を清浄に保つシールドガス供給管が
   設けられる請求項１記載の配管の自動溶接機。