JPH08197246A - 鋼管自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 突合せ溶接すべき２つの鋼管の開先同士を互
いに整合した状態に保持する鋼管固定手段が小型化・軽
量化された鋼管自動溶接装置を提供する。 【構成】 鋼管固定手段が、鋼管の中心軸を通る平面上
で回動自在に枢支されたアームを備えかつ環状のフレー
ムに交互に着脱可能に設けられた第１・第２の締め付け
手段を有し、この第１・第２の締め付け手段を互いに独
立作動させることにより、第１締め付け手段が一方の鋼
管を締め付け、第２締め付け手段が他方の鋼管を締め付
けると共に、第１・第２両締め付け手段の各々を、各締
め付け手段に対する自走式溶接機の接近の検知手段の出
力に応じて自走式溶接機が接近すると締め付けを解除し
て待避し、通過すると締め付け状態に復帰するように制
御することにより、両鋼管を外面から保持して外面から
溶接したり、或いは両鋼管を内面から保持して内面から
溶接したりできる鋼管自動溶接装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、突き合わせ溶接すべき
２つの鋼管の開先同士を互いに整合した状態に保持する
鋼管固定手段と、自走式溶接機が走行する環状のガイド
レールとを有する鋼管自動溶接装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】比較的口径の大きな鋼管の端末を溶接接
合する際の溶接作業を自動化した自動溶接装置が知られ
ている。この自動溶接装置は、突き合わせ溶接すべき２
つの鋼管の開先同士を互いに整合した状態に保持する鋼
管固定部と、自走式溶接機が走行する環状のガイドレー
ルとからなっている。これによると、人手による方法に
比較して、溶接コストの低減、工事期間の短縮化、並び
に溶接品質の均一化といった利点が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の鋼管
自動溶接装置は、一般に、鋼管固定部が大型で重量があ
るため、設置・撤収作業に手間取るといった不都合があ
った。その上、溶接接合すべき鋼管の一方が曲管、分岐
管、拡大管、縮小管等であって管の端面からの直線部分
が短い場合には、鋼管固定部の設置スペースが充分でな
いためにうまく設置できず、所望の整合精度並びに締め
付け力を確保することが困難であった。

【０００４】しかも、従来の鋼管固定部は、鋼管の内部
に設置されるものであるため、外面溶接は可能であるも
のの、鋼管固定部が邪魔になって内面溶接を行うことが
できない。このため、厚肉な鋼管のように内外両面から
溶接する必要がある場合には対応できなかった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、その第１の目的
は、鋼管固定部が小型化・軽量化された鋼管自動溶接装
置を提供することにある。また、本発明の第２の目的
は、内面溶接が可能なように鋼管自動溶接装置を構成す
ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、突き合わせ溶接すべき２つの鋼管の開先同
士を互いに整合した状態に保持する鋼管固定手段と、自
走式溶接機が走行する環状のガイドレールとを有する鋼
管自動溶接装置であって、前記鋼管固定手段と前記ガイ
ドレールとが、互いに前記鋼管の反対側の面に設置さ
れ、前記鋼管固定手段は、前記２つの鋼管の突き合わせ
位置に配設される環状のフレームの軸線方向両側に周方
向に互いに等間隔をおいて着脱可能に設けられ、かつ前
記フレームの一方の側並びに他方の側のものが互いに独
立作動して前記２つの鋼管の各々を個別に径方向に締め
付ける複数の締め付け手段を備えるものであることを特
徴とする鋼管自動溶接装置を提供することにより達成さ
れる。

【０００７】また、突き合わせ溶接すべき２つの鋼管の
開先同士を互いに整合した状態に保持する鋼管固定手段
と、自走式溶接機が走行する環状のガイドレールとを有
する鋼管自動溶接装置であって、前記鋼管固定手段は、
前記２つの鋼管の一方の内周側あるいは外周側に配設さ
れる環状のフレームに当該鋼管の中心軸を通る平面上で
回動自在に枢支されたアーム部材を備えかつ周方向に互
いに等間隔をおいて交互に着脱可能に設けられた前記２
つの鋼管の各々をそれぞれ締め付ける第１及び第２の締
め付け手段を有するものであり、前記第１の締め付け手
段及び前記第２の締め付け手段を互いに独立作動させる
ことにより、前記２つの鋼管の各々を個別に締め付ける
と共に、前記第１・第２両締め付け手段の各々を、各締
め付け手段に対する前記自走式溶接機の接近を検知する
検知手段の出力に応じて前記自走式溶接機が接近すると
締め付けを解除して退避し、通過すると締め付け状態に
復帰するように制御することを特徴とする鋼管自動溶接
装置を提供することにより達成される。特に、前記フレ
ームの前記締め付け手段と離反する側に前記ガイドレー
ルを固設すると共に、締め付けが解除された状態の前記
締め付け手段を跨いで両鋼管の突き合わせ部に溶接ヘッ
ドが対向するように前記自走式溶接機を構成すると好ま
しい。

【０００８】その上、前記鋼管の開先に係合して前記フ
レームの位置決めを行う折り畳み可能なストッパを少な
くとも３個設けるものとすると良い。また、前記鋼管の
周面に沿ってその軸線方向に前記フレーム或いは前記ガ
イドレールを移動可能にする複数のキャスタを設けると
良い。さらに、バックシール用のカバー体を前記締め付
け手段に着脱可能に設けると好ましい。

【０００９】

【作用】このような構成にすれば、鋼管固定手段が小型
化・軽量化するため、その設置・撤収作業の効率を向上
し得る。また、管の端末からの直線部分が不充分な場合
にも、容易に設置でき、所望の整合精度、締め付け力を
確保し得る。しかも、これらの鋼管自動溶接装置を用い
ることで、内外面の自動溶接が可能になり、厚肉な鋼管
の溶接接合を自動化し得る。その上、このように構成さ
れた鋼管固定手段とガイドレールとを一体化すると、設
置・撤収の作業効率がより一層向上する。

【００１０】さらに、折り畳み可能なストッパを鋼管固
定手段のフレームに設けるようにすると、その設置時の
位置決め作業を容易に行うことができる。また、鋼管固
定手段のフレームやガイドレールにキャスタを設けるこ
とで、これらを分解することなく円滑に設置・撤収し得
るようになる。バックシール用のカバー体を鋼管固定手
段の締め付け手段に取り付けておけば、装置の設置と同
時に容易にバックシールを形成し得る。

【００１１】

【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【００１２】実施例１ 図１乃至図９は、本発明に基づき構成された鋼管自動溶
接装置の第１実施例を示している。この鋼管自動溶接装
置は、鋼管固定手段としての外面クランプ装置１（図１
・２参照）と、自走式溶接機２が走行するガイドレール
３（図４参照）とからなり、鋼管の端末同士を内面から
突き合わせ溶接するものである。

【００１３】外面クランプ装置１は、図１に示されるよ
うに、溶接すべき鋼管Ａの外周面に沿って配設される環
状のフレーム４に、締め付け手段としてのトグルクラン
プ５を、周方向に互いに等間隔をおいて所定数固設して
なるものであり、トグルクランプ５に設けられたクラン
プロッド６が、鋼管Ａの外周面を径方向内向きに締め付
けるようになっている。

【００１４】フレーム４は、最上部の蝶番７で互いに連
結された対称形な２つの半円体４ａ・４ｂの上下の合わ
せ面に設けられた嵌合部８を互いに整合・固定すること
で、全体として真円となるようになっている。このフレ
ーム４の外周面には、左右対称位置に吊り輪９が１対設
けられている。また、フレーム４の位置決めを行うため
のストッパ１０が、円周を等分割する位置に３個取り付
けられており、これを鋼管Ａの開先に係合させることに
より、フレーム４の軸線方向の中心線と開先とが整合す
るようになっている。このストッパ１０は、鋼管Ａの開
先に他方の鋼管の開先を突き合わせる際に干渉しないよ
う折り畳み可能になっている。さらに、鋼管Ａの外面に
沿ってその軸線方向にフレーム４を移動可能にするため
のキャスタ１１が、フレーム４の上部に２対、両側部に
１対ずつ取り付けられている。

【００１５】トグルクランプ５は、図２に示されるよう
に、トグル機構１２を介して複動型のエアシリンダ１３
で駆動されてクランプロッド６が径方向に往復運動する
ようにしたもので、中心軸を通る平面に沿う断面形状が
略Ｔ字形をなすフレーム４の軸線方向両側に、対をなし
て取り付けられている。この１対のトグルクランプ５の
一方（図２において右側）の第１トグルクランプ５ａが
一方の鋼管Ａを、他方の第２トグルクランプ５ｂが他方
の鋼管Ｂをそれぞれ締め付けることで、両鋼管Ａ・Ｂが
開先同士を互いに整合した状態に保持される。なお、ク
ランプロッド６は、鋼管Ａ・Ｂの外径の違いに対応して
突出量を微調整できるようになっている。

【００１６】フレーム３に設けられたキャスタ１１は、
フレーム４の両側に延出された１対の軸受け部材１１ｂ
に車輪１１ａを枢着してなるものであり、トグルクラン
プ５のクランプロッド６が縮退したときに、鋼管Ａ・Ｂ
の外面に車輪１１ａが当接するようになっている。

【００１７】第２トグルクランプ５ｂのクランプロッド
６には、溶融金属の酸化防止のために不活性ガス雰囲気
を形成するバックシール用のカバー１４が着脱可能に設
けられている。このカバー１４は、断面形状が半円形を
なす環状のものであり、鋼管表面に接触するエッジ部分
には密着性に優れたシール材１４ａが装着されており、
図示しないチューブを介してこの内部にアルゴンガス等
の不活性ガスを導入するようになっている。

【００１８】エアシリンダ１３は、図３に示されるよう
に、第１トグルクランプ５ａ側のエアシリンダ１３ａ
と、第２トグルクランプ５ｂ側のエアシリンダ１３ｂと
が互いに独立して作動するように、それぞれ別々のエア
チューブ１５ａ・１５ｂで空気圧供給源１６と接続され
ており、各系統の方向切換弁１７ａ・１７ｂを操作する
ことで、第１・第２トグルクランプ５ａ・５ｂのいずれ
か一方が一斉に作動して、鋼管Ａ或いは鋼管Ｂを締め付
けたり解除したりする。

【００１９】一方、図４に示されるように、自走式溶接
機２が走行する環状のガイドレール３の外周面には、単
動型のエアシリンダ２１が、ピストンロッド２２の先端
を径方向外向きにして周方向に互いに等間隔をおいて所
定数固設されており、ピストンロッド２２が伸長して鋼
管Ａの内周面を締め付けることで、ガイドレール３が鋼
管Ａに支持される。このガイドレール３には、鋼管Ａの
内周面に沿ってその軸線方向にガイドレール３を移動可
能にするためのキャスタ２４が、その下半部に４対取り
付けられている。

【００２０】ガイドレール３は、図５に示されるよう
に、周方向に列設されたエアシリンダ２１を挟むように
延設された一対のリブ２３で補強されている。そして軸
線方向の両端縁部分が、自走式溶接機２のローラ２ａの
溝に対して補完的な断面形状をなしている。なお、この
ガイドレール３の形状は、使用される自走式溶接機２の
型式に適合したものが適宜選択される。一対のリブ２３
の一方とエアシリンダ２１との間には、後述するエアチ
ユーブ２５が配設されている。また、このガイドレール
３に装着された自走式溶接機２の溶接ヘッド２ｂが、全
周に渡って開先位置に対向するようにガイドレール３を
設置するため、図６に示されるように、他端が鋼管Ａの
開先に係合した位置決め治具２６の一端が係合する孔３
ａが、円周を等分割する位置に３箇所開設されている。
これにより、ガイドレール３が鋼管Ａの端面に対して平
行になるよう位置決めされる。

【００２１】ガイドレール３に取り付けられたキャスタ
２４は、図７に示されるように、ガイドレール３の１対
のリブ２３に車輪２４ａの軸受け部材２４ｂがそれぞれ
固定されたものであり、エアシリンダ２１のピストンロ
ッド２２を縮退させた状態で、車輪２４ａが鋼管Ａの内
面に当接するようになっている。

【００２２】エアシリンダ２１は、図８に示されるよう
に、エアチューブ２５で空気圧供給源１６と接続されて
おり、方向切換弁２７を操作することで一斉に作動して
鋼管Ａを締め付けたり解除したりする。

【００２３】このようにしてなる外面クランプ装置１と
ガイドレール３とを用いて内面溶接する際の作業要領に
ついて以下に説明する。図９は、実際の溶接作業状況の
１例であり、直管Ｐ１に曲管Ｐ２の一端が、その曲管Ｐ
２の他端に別の直管Ｐ３の一端が順次溶接接合され、
今、２番目の直管Ｐ３の他端に別の曲管Ｐ４を溶接して
いる状態を示している。２番目の直管Ｐ３と２番目の曲
管Ｐ４との接合部の外側には外面クランプ装置１が、直
管Ｐ３の内部には自走式溶接機２が装着されたガイドレ
ール３がそれぞれ設置されており、自走式溶接機２の電
源・制御用ケーブル３１と、ガイドレール３に設けられ
たエアシリンダ２１への空圧供給用のエアチューブ２５
と、ガイドレール３に連結された引き出し用のロープ３
２とが、曲管Ｐ４の内部を通ってその端部から外部に引
き出されている。

【００２４】このように外面クランプ装置１並びにガイ
ドレール３を直管Ｐ３並びに曲管Ｐ４の内外に設置する
には、まず、直管Ｐ３と曲管Ｐ４との端末同士を突き合
わせる前に、ガイドレール３を直管Ｐ３の内部に挿入
し、３個の位置決め治具２６（図６参照）を用いて直管
Ｐ３の端面に対してガイドレール３が平行になるよう位
置決めする。そして、エアシリンダ２１を駆動してガイ
ドレール３と直管Ｐ３とを相互に固定した上で、ガイド
レール３から位置決め治具２６を外す。

【００２５】一方、外面クランプ装置１（図１参照）
は、上下の嵌合部８を外した状態で左右の吊り輪９を吊
り上げて下部を開口させ、上方から直管Ｐ３に被せる。
そして、リング状になるように上下の嵌合部８を整合・
固定する。なお、このとき、リング状に保持したままで
直管Ｐ３の端部に嵌装するようにしてもよい。

【００２６】次いで、３個のストッパ１０を立てて直管
Ｐ３の開先に係止させ、フレーム４の軸線方向中心線が
開先の先端に合致するように位置決めした後、直管Ｐ３
の側の第１トグルクランプ５ａ（図２参照）を作動させ
て直管Ｐ３と外面クランプ装置１とを相互に固定する。
そして、ストッパ１０を折り畳んだ後、直管Ｐ３並びに
曲管Ｐ４の両開先を突き合わせて、曲管Ｐ４の側の第２
トグルクランプ５ｂを作動させて曲管Ｐ４と外面クラン
プ装置１とを相互に固定する。これにより、直管Ｐ３並
びに曲管Ｐ４が開先同士が互いに整合した状態に保持さ
れる。

【００２７】この状態に於て、直管Ｐ３の内部に設置さ
れたガイドレール３に装着してある自走式溶接機２を起
動して、溶接を開始する。起動された自走式溶接機２
は、ガイドレール３に沿って走行しながら直管Ｐ３と曲
管Ｐ４との突き合わせ部を内面から溶接する。このと
き、外面側にバックシールが必要な場合は、第２トグル
クランプ５ｂにカバー１４を装着しておけば、曲管Ｐ４
を締め付ける際に同時にカバー１４が鋼管表面に密着す
るので、ここに不活性ガスを導入してバックシールを形
成すれば良い。

【００２８】溶接作業が終了した後にガイドレール３を
撤収するには、エアシリンダ２１のピストンロッド２２
を縮退させてキャスタ２４の車輪２４ａを直管Ｐ３の内
周面に当接させた上で、ガイドレール３に連結されたロ
ープ３２を手繰って曲管Ｐ４の端部からガイドレール３
および自走式溶接機２を引き出す。一方、外面クランプ
装置１は、トグルクランプ５の締め付けを解除し、上下
の嵌合部８を外した上で、左右の吊り輪９を吊り上げて
フレーム４の下部を開口させ、両管Ａ・Ｂから取り外
す。あるいは、締め付けを解除してキャスタ１１の車輪
１１ａを両管Ａ・Ｂの外周面に当接させた上で、嵌合部
８を外さずにリング状のままで曲管Ｂの外周面に沿って
移動させて取り外すようにしても良い。

【００２９】ところで、外面クランプ装置１のトグルク
ランプ５は、フレーム４に対して着脱可能であるため、
鋼管Ａ・Ｂの口径に応じて成形されたフレーム４に付け
替えることで各種の口径に対応できる。また、図１０に
示されるように、鋼管Ａの内部に挿入されるフレーム４
１に対し、クランプロッド６が径方向外向きに内周面を
締め付けるようにトグルクランプ５を配設すれば、鋼管
Ａ・Ｂを内面から保持することができる。以下、これを
内面クランプ装置４２と呼称する。

【００３０】フレーム４１は、外面クランプ装置１（図
１・２参照）のフレーム４の内外を逆にした断面形状を
なし、フレーム４とは異なり分割されない。折り畳み可
能なストッパ１０は、外向きに３個取り付けられてお
り、これらのうち上部のものには、内面クランプ装置４
２全体を吊り上げられるように孔が開設されている。ま
た、フレーム４１の下部に２対、両側部に１対ずつキャ
スタ１１が外向きに取り付けられている。

【００３１】この内面クランプ装置４１と組み合わせて
用いられる外面溶接用のガイドレール４３は、図１１に
示されるように、内面溶接用のガイドレール３（図４参
照）の内外を逆にした構造を有しており、その内周面
に、ピストンロッド２２の先端を径方向内向きにしたエ
アシリンダ２１が固設されている。ただし、ガイドレー
ル４３は、内面溶接用のガイドレール３と異なり、複数
の円弧状部分に分割できるようになっている。また、キ
ャスタ２４（図７参照）が、その上半部に合計４対取り
付けられている。

【００３２】このような外面クランプ装置１（図１・２
参照）及び内面溶接用のガイドレール３（図４参照）と
外面溶接用のガイドレール４３（図１１参照）とを組み
合わせて用いると、厚肉な鋼管同士を溶接接合する際の
内外両面溶接を行うことができる。

【００３３】この場合、外面クランプ装置１と内面溶接
用のガイドレール３とを用いて先に内面溶接を行う。こ
のとき、外面側にバックシールが必要であれば、外面ク
ランプ装置１のクランプロッド６にカバー１４を取り付
けておく（図２参照）。内面溶接が終わったならば、外
面クランプ装置１を取り外してから外面溶接用のガイド
レール４３を設置し、ここに自走式溶接機２を装着して
外面溶接を行う。

【００３４】実施例２ 図１２乃至図１５は、本発明に基づき構成された鋼管自
動溶接装置の第２実施例を示している。この鋼管自動溶
接装置（以下、外面クランプ外面溶接装置と呼称する）
５１は、鋼管固定手段とガイドレールとが一体化された
構造を有しており、鋼管の外面に装着されて外側から鋼
管の端末同士を保持しつつ同時に突き合わせ溶接するも
のである。

【００３５】この外面クランプ外面溶接装置５１は、図
１２乃至図１４に示されるように、溶接すべき鋼管Ａよ
りやや大径な円筒状のフレーム５２の外周面に、クラン
プロッド５３にて鋼管Ａを外面から締め付ける締め付け
手段としてのトグルクランプ５４が周方向に互いに等間
隔をおいて所定数配設されると共に、このクランプロッ
ド５３と離反する側のフレーム５２の端部に、自走式溶
接機５５が走行する環状のガイドレール５６がボルト止
めされてなっている。

【００３６】フレーム５２は、最上部の蝶番５７で互い
に連結された対称形な２つの半円筒体５２ａ・５２ｂの
上下の合わせ面の嵌合部５８を互いに整合・固定するこ
とで、全体として真円となるようになっている。このフ
レーム５２の上部には、左右対称位置に吊り輪５９の支
持部材が延出している。また、フレーム５２の上部に２
対、両側部に１対ずつキャスタ６０が取り付けられてい
る。

【００３７】フレーム５２に固設されるガイドレール５
６は、図１３に示されるように、実施例１に示した外面
溶接用のガイドレール（図１１参照）と同様に、その内
周面に固設されたエアシリンダ２１が、鋼管Ａの外周面
を締め付けるようになっている。

【００３８】トグルクランプ５４は、トグル機構６１を
介して複動型のエアシリンダ６２に駆動されてアーム６
３が回動し、これに設けられたクランプロッド５３が鋼
管Ａ・Ｂを径方向内向きに締め付けるようにしたもので
ある。このトグルクランプ５４は、図１３（ａ）に示さ
れるように、フレーム５２が配設された側の一方の鋼管
Ａを締め付けるべくアーム６３の中間部にクランプロッ
ド５３が取り付けられた第１トグルクランプ５４ａと、
図１３（ｂ）に示されるように、他方の鋼管Ｂを締め付
けるべくアーム６３の先端部にクランプロッド５３が取
り付けられた第２トグルクランプ５４ｂとからなり、第
１トグルクランプ５４ａと第２トグルクランプ５４ｂと
が、フレーム５２の外周面に交互に配設されている。

【００３９】自走式溶接機５５は、図１４に示されるよ
うに、前記した自走式溶接機２（図５参照）と同様なロ
ーラ５５ａがガイドレール５６の軸線方向両端縁に係合
して支持されるようになっているが、締め付けが解除さ
れた状態のトグルクランプ５４を跨ぐように延出された
アームにて溶接ヘッド５５ｂを支持する構成にされてい
る。そしてトグルクランプ５４のアーム６３との衝突か
ら保護するために自走式溶接機５５の溶接ヘッド５５ｂ
に設けられたヘッドガード５５ｃには、永久磁石６４が
取り付けられている。

【００４０】一方、この永久磁石６４の磁力に反応して
空気圧信号を発する公知の近接センサ６５が各トグルク
ランプ５４に取り付けられており、後述するように、溶
接ヘッド５５ａの接近に対して近接センサ６５が発する
空気圧信号によって、エアシリンダ６２への空圧供給が
切り換えられてトグルクランプ５４が締め付けを解除す
るようになっている。このため、ガイドレール５６上を
走行する自走式溶接機５５は、その溶接ヘッド５５ａが
トグルクランプ５４のアーム６３やクランプロッド５３
と干渉することなく通過し得る。なお、ヘッドガード５
５ｃと直接接触するリミットスイッチを設けてトグルク
ランプ５４を開くようにしても良い。

【００４１】トグルクランプ５４を駆動するエアシリン
ダ６２は、図１５に示されるように、第１トグルクラン
プ５４ａ側のエアシリンダ６２ａと第２トグルクランプ
５４ｂ側のエアシリンダ６２ｂとで互いに独立して作動
するよう、それぞれ別々のエアチューブ６６ａ・６６ｂ
で空気圧供給源１６と接続されており、各系統の方向切
換弁６７ａ・６７ｂを操作することにより、第１・第２
トグルクランプ５４ａ・５４ｂのいずれか一方が一斉に
作動し、鋼管Ａ或いは鋼管Ｂを締め付けたり解除したり
する。

【００４２】これらのチューブ６６ａ・６６ｂには、ト
グルクランプ５４に設けられた近接センサ６５からの空
気圧信号で作動する空圧作動式方向切換弁６８がそれぞ
れ介装されている。これにより、近接センサ６５からの
空気圧信号に応じて空圧作動式方向切換弁６８が各エア
シリンダ６２ａ・６２ｂへの空圧供給を切り換え、トグ
ルクランプ５４が開閉する。これにより、自走式溶接機
５５が接近するとトグルクランプ５４が開き、通り過ぎ
ると元に戻るといった動作が自走式溶接機５５の移動に
連れて順次行われるようになる。

【００４３】このようにしてなる外面クランプ外面溶接
装置５１を用いて、実施例１と同様に直管Ｐ３と曲管Ｐ
４とを溶接接合するには、まず、外面クランプ外面溶接
装置５１を、実施例１に示される外面クランプ装置１
（図１参照）と同様に、下部を開口させて上方から直管
Ｐ３に被せるか、或いはリング状のままで直管Ｐ３に嵌
装するかして設置する。

【００４４】そして、３個の位置決め治具２６（図６参
照）を用いて直管Ｐ３の端面に対して平行になるよう外
面クランプ外面溶接装置５１を位置決めした後、ガイド
レール５６のエアシリンダ２３並びに第１トグルクラン
プ５４ａを作動させて、一体化されたフレーム５２及び
ガイドレール５６と直管Ｐ３とを互いに固定する。

【００４５】次いで、位置決め治具２６を外した上で、
直管Ｐ３並びに曲管Ｐ４の両開先を突き合わせて、第２
トグルクランプ５４ｂを作動させて曲管Ｐ４とフレーム
５２とを互いに固定する。すると、直管Ｐ３並びに曲管
Ｐ４が開先同士を互いに整合した状態に保持される。そ
して、自走式溶接機５５の溶接ヘッド５５ｂがアーム６
３に干渉しないようにトグルクランプ５４を１つ開いた
上で、ガイドレール５６に自走式溶接機５５を設置し、
溶接を開始する。このとき、自走式溶接機５５の移動に
連れて、自走式溶接機５５の接近を感知した近接センサ
６５からの制御信号でトグルクランプ５４が順次開き、
かつ自走式溶接機５５が通過すると再度閉じるように作
動する。

【００４６】このようにして溶接が終了した後に外面ク
ランプ外面溶接装置５１を撤収するには、トグルクラン
プ５４並びにガイドレール５６のエアシリンダ２１の締
め付けを解除した上で、下部を開口させて直管Ｐ３から
取り外すか、或いは、リング状のままで直管Ｐ３並びに
曲管Ｐ４の外周面に沿って移動して取り外す。

【００４７】ところで、バックシールが必要な場合は、
図１６に示されるような内面バックシール装置７１を用
いる。この内面バックシール装置７１は、断面形状がコ
字形をなす部材を多角形状に接合してなるフレーム７２
の各辺に、ピストンロッド７３が回転しないようにガイ
ドロッド７４を付設した単動型のエアシリンダ７５を配
設したものである。このピストンロッド７３の先端に
は、それぞれ円弧状のカバー７６が取り付けられてお
り、ピストンロッド７３の移動中に周方向に隣り合うカ
バー７６同士がすれ違い得るように、断面の異なるもの
が交互に取り付けられている。

【００４８】エアシリンダ７５は、図１７に示すよう
に、フレーム７２の１辺毎に軸線方向について１対ずつ
並設されており、これら２つのエアシリンダ７５ａ・７
５ｂにより、摺動可能なように互いに連結された２つの
カバー７６ａ・７６ｂが別々に駆動される。フレーム７
２には、軸線方向に延出したキャスタ７７が周方向に４
対取り付けられており、ピストンロッド７３が縮退する
と、キャスタ７７の車輪７７ａが鋼管Ａ・Ｂの内周面に
当接し、管内を移動できるようになっている。

【００４９】上下・左右に位置する合計４つのカバー７
６の一方７６ｂには、折り畳み可能な位置決め用のスト
ッパ７８が取り付けられおり、図１８に示されるよう
に、これらのうちの上側のものには内面バックシール装
置７１全体を吊り下げられるように孔７８ａが開設され
ている。

【００５０】エアシリンダ７５ａ・７５ｂは、図１９に
示されるように、別々のエアチューブ７９ａ・７９ｂで
空気圧供給源１６に接続されており、各系統の切換弁８
０ａ・８０ｂのいずれか一方を操作することで、一対の
カバー７６ａ・７６ｂのいずれか一方が一斉に作動し
て、鋼管Ａ或いは鋼管Ｂの内周面に密着する。

【００５１】この内面バックシール装置７１を設置する
には、外面クランプ外面溶接装置５１を設置する前に、
４個のストッパ７８を立てた状態で鋼管Ａの接続端に半
身を挿入し、鋼管Ａの開先にストッパ７８が当接して位
置決めされた状態で片方のエアシリンダ７５ａを作動さ
せてカバー７６ａを鋼管Ａの内周面に密着させ、鋼管Ａ
と内面バックシール装置７１とを固定する。次いで、ス
トッパ７８を折り畳んでから、外面クランプ外面溶接装
置５１を鋼管Ａの外周に設置してその第１トグルクラン
プ５４ａを閉じる。そして、鋼管Ａ並びに鋼管Ｂの両開
先を突き合わせた上で、外面クランプ外面溶接装置５１
の第２トグルクランプ５４ｂを閉じると共に、内面バッ
クシール装置７１のもう片方のエアシリンダ７５ｂを作
動してカバー７６ｂを鋼管Ｂの内周面に密着させる。

【００５２】ところで、外面クランプ外面溶接装置５１
のトグルクランプ５４は、フレーム５２に対して取り外
し可能であり、鋼管Ａ・Ｂの口径に応じて成形されたフ
レーム５２に付け替えることで各種の口径に対応可能で
ある。また、図２０に示されるように、鋼管Ａ・Ｂの内
部に挿入されるフレーム８１に、クランプロッド５３が
径方向外向きに内周面を締め付けるようにトグルクラン
プ５４を配設すれば、鋼管Ａ・Ｂを内面から保持しつつ
内面溶接することができる。以下、これを内面クランプ
内面溶接装置８２と呼称する。

【００５３】このような内面クランプ内面溶接装置８２
は、外面クランプ外面溶接装置５１（図１２・１３参
照）の内外を逆にした構造を有している。ただし、これ
のフレーム８１は、外面クランプ外面溶接装置５１とは
異なり、分割されない。また、装置吊り上げ用の吊り輪
５９の代わりに、フレーム８１の最上部に図示しない切
り欠きが設けられている。また、フレーム８１の下部に
２対、両側部に１対ずつキャスタ６０が取り付けられて
いる。

【００５４】ここでバックシールが必要な場合は、半円
形状の断面を有する環状のカバー体に不活性ガスを導入
するチューブが配管された外面バックシール装置を用い
る。この外面バックシール装置は、周方向に円弧状に４
分割されるようになっており、この分割体同士は引っ張
りクランプ等で容易に固定できるようになっている。ま
た、鋼管の外周面に密着し得るようなシール材がエッジ
部分に取り付けられている。このような外面バックシー
ル装置の設置・撤収は、分割して行う。

【００５５】ところで、このような外面クランプ外面溶
接装置５１（図１２参照）と内面クランプ内面溶接装置
８２（図２０参照）とを組み合わせて、厚肉な鋼管の溶
接を先に外面から、あるいは先に内面から、または両面
同時に行うことができる。この場合は内外両面から鋼管
が締め付けられるため、より一層強固に鋼管が保持され
るといった利点がある。

【００５６】この場合、内外面のいずれを先に溶接する
こともできるが、バックシールが必要な場合は、溶接面
の裏側に設置された外面クランプ外面溶接装置５１或い
は内面クランプ内面溶接装置８２の第２トグルクランプ
５４ｂに、図２１に示されるように、カバー９１を予め
取り付けておく。このカバー９１は、半円形状の断面を
有し、鋼管Ａ・Ｂの内周面或いは外周面と略同一の曲率
で湾曲した円弧状の部材であり、アーム６３が閉じた状
態でエッジ９１ａが鋼管Ａ・Ｂの内周面或いは外周面に
密着すると共に全体としてリング状になるように形成さ
れている。このエッジ９１ａや隣り合うカバー９１同士
の接触部には、気密性を確保するためシール材が装着さ
れている。なお、このカバー９１が自走式溶接機５５の
溶接ヘッド５５ｂと干渉しないため、カバー９１を取り
付けたままで溶接ができる。

【００５７】また、内面クランプ内面溶接装置８２（図
２０参照）と上記実施例１に示される外面溶接用のガイ
ドレール４３（図１１参照）とを用いて、両面溶接する
こともできる。先に内面から溶接する場合にバックシー
ルが必要ならば、上記の外面バックシール装置を使用
し、内面溶接が終了した後にガイドレール４３を設置す
る。これとは逆に外面から先に溶接する場合には、内面
クランプ内面溶接装置８２の第２トグルクランプ５４ｂ
に、カバー９１を取り付けておけば良い。

【００５８】なお、上記各実施例において、トグルクラ
ンプ５・５４、ガイドレール３・４３・５６のエアシリ
ンダ２１並びに内面バックシール装置７１のエアシリン
ダ７５の設置数は、溶接すべき鋼管口径に応じて設定さ
れるものであり、各図に示されるものに限定されるもの
ではない。ストッパ１０やキャスタ１１・２４・６０・
７７の数量についても同様である。また、上記の各実施
例においては、バックシール用のカバー１４・９１の断
面形状を半円形としたが、本発明はこれに限定されるも
のではなく、例えば、山形、台形の３辺、或いはコ字状
でも良い。さらに、トグルクランプ５・５４やガイドレ
ール３・４３・５６に用いられるシリンダは、油圧シリ
ンダであっても等しく適用し得る。さらに、上記各実施
例において例示された複動型のエアシリンダ１３・６２
並びに単動型のエアシリンダ２１・７５は、それぞれ単
動型並びに複動型であっても良い。このとき、図３・８
・１５・１９に示される空圧配管は、各型式に対応する
ように変更される。

【００５９】また、上記実施例２の外面クランプ外面溶
接装置５１（図１２参照）において、トグルクランプ５
４をフレーム５２に固設してなる鋼管固定手段と自走式
溶接機５５を支持するガイドレールとを一体化したが、
本発明はこのように両者を一体化したものに限定されな
い。例えば、トグルクランプ５４や近接センサ６５等が
設けられたフレーム５２を一方の鋼管Ａに配設し、外面
溶接用のガイドレール４３（図１１参照）を他方の鋼管
Ｂに配設し、これに永久磁石６４を溶接ヘッド２ｂに取
り付けた自走式溶接機２（図５参照）を装着するように
構成することで、外面クランプ外面溶接装置５１と同様
に外側から鋼管の端末同士を保持しつつ同時に突き合わ
せ溶接することが可能になる。これは、内面クランプ内
面溶接装置８２においても同様に適用し得る。

【００６０】

【発明の効果】このように本発明によれば、鋼管自動溶
接装置の鋼管固定手段を小型化・軽量化し得るため、設
置・撤収作業の効率が向上し、工事費を削減すると共に
工期を短縮する上に多大な効果を奏することができる。
特に、鋼管固定手段とガイドレールとを一体化した構成
を採ることにより、設置・撤収の作業効率がより一層高
まる。しかも鋼管の端面からの直線部分が少ない場合に
も容易に設置でき、所望の整合精度並びに締め付け力を
確保し得るので、自動溶接の適応範囲が拡大される。加
えて、これらの鋼管自動溶接装置を用いて上記したよう
な手順を実行することで、内外面の自動溶接が可能にな
り、肉厚な鋼管の溶接接合を自動化し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】外面クランプ装置が鋼管の端末に設置された状
況を示す正面図。

【図２】図１におけるII−II線矢視図。

【図３】図２に示されるエアシリンダの空圧配管図。

【図４】内面溶接用のガイドレールが鋼管の内周に設置
された状況を示す断面図。

【図５】自走式溶接機を示す断面図。

【図６】位置決め治具を示す断面図。

【図７】キャスタを示す断面図。

【図８】図４に示されるエアシリンダの空圧配管図。

【図９】直管と曲管との溶接接合状況を示す概念図。

【図１０】内面クランプ装置が鋼管の端末に設置された
状況を示す正面図。

【図１１】外面溶接用のガイドレールが鋼管の外周に設
置された状況を示す断面図。

【図１２】外面クランプ外面溶接装置が鋼管の外周に設
置された状況を示す断面図。

【図１３】ａとｂとからなり、図１２に示される第１・
第２の両トグルクランプを示す断面図。

【図１４】図１２におけるXIV−XIV線矢視図。

【図１５】図１３に示されるエアシリンダの空圧配管
図。

【図１６】内面バックシール装置が鋼管の内部に設置さ
れた状況を示す断面図。

【図１７】図１３におけるXVII−XVII線矢視図。

【図１８】ストッパによる位置決め状況を示す断面図。

【図１９】図１７に示されるエアシリンダの空圧配管
図。

【図２０】内面クランプ内面溶接装置が鋼管の内周に設
置された状況を示す断面図。

【図２１】図１２の外面クランプ外面溶接装置にバック
シール用のカバーを装着した状況を示す断面図。

【符号の説明】

１ 外面クランプ装置 ２ 自走式溶接機 ２ａ ローラ ２ｂ 溶接ヘッド ３ ガイドレール ３ａ 孔 ４ フレーム ４ａ・４ｂ 半円体 ５・５ａ・５ｂ トグルクランプ ６ クランプロッド ７ 蝶番 ８ 嵌合部 ９ 吊り輪 １０ ストッパ １１ キャスタ １１ａ 車輪 １１ｂ 軸受け部材 １２ トグル機構 １３・１３ａ・１３ｂ エアシリンダ １４ カバー １４ａ シール材 １５・１５ａ・１５ｂ エアチューブ １６ 空気圧供給源 １７・１７ａ・１７ｂ 方向切換弁 ２１ エアシリンダ ２２ ピストンロッド ２３ リブ ２４ キャスタ ２４ａ 車輪 ２４ｂ 軸受け部材 ２５ エアチューブ ２６ 位置決め治具 ２７ 方向切換弁 ３１ 電源・制御用ケーブル ３２ ロープ ４１ フレーム ４２ 内面クランプ装置 ４３ ガイドレール ５１ 外面クランプ外面溶接装置 ５２ フレーム ５２ａ・５２ｂ 半円筒体 ５３ クランプロッド ５４・５４ａ・５４ｂ トグルクランプ ５５ 自走式溶接機 ５５ａ ローラ ５５ｂ 溶接ヘッド ５５ｃ ヘッドカバー ５６ ガイドレール ５７ 蝶番 ５８ 嵌合部 ５９ 吊り輪 ６０ キャスタ ６１ トグル機構 ６２・６２ａ・６２ｂ エアシリンダ ６３ アーム ６４ 永久磁石 ６５ 近接センサ ６６・６６ａ・６６ｂ エアチューブ ６７・６７ａ・６７ｂ 方向切換弁 ６８ 空圧作動式方向切換弁 ７１ 内面バックシール装置 ７２ フレーム ７３ ピストンロッド ７４ ガイドロッド ７５・７５ａ・７５ｂ エアシリンダ ７６・７６ａ・７６ｂ カバー ７７ キャスタ ７７ａ 車輪 ７８ ストッパ ７８ａ 孔 ７９・７９ａ・７９ｂ エアチューブ ８０・８０ａ・８０ｂ 方向切換弁 ８１ フレーム ８２ 内面クランプ内面溶接装置 ９１ カバー ９１ａ シール材 Ａ・Ｂ 鋼管 Ｐ１・Ｐ３ 直管 Ｐ２・Ｐ４ 曲管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 37/053 Ａ Ｂ Ｈ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 突き合わせ溶接すべき２つの鋼管の開
   先同士を互いに整合した状態に保持する鋼管固定手段
   と、自走式溶接機が走行する環状のガイドレールとを有
   する鋼管自動溶接装置であって、 前記鋼管固定手段と前記ガイドレールとが、互いに前記
   鋼管の反対側の面に設置され、 前記鋼管固定手段は、前記２つの鋼管の突き合わせ位置
   に配設される環状のフレームの軸線方向両側に周方向に
   互いに等間隔をおいて着脱可能に設けられ、かつ前記フ
   レームの一方の側並びに他方の側のものが互いに独立作
   動して前記２つの鋼管の各々を個別に径方向に締め付け
   る複数の締め付け手段を備えるものであることを特徴と
   する鋼管自動溶接装置。
2. 【請求項２】 突き合わせ溶接すべき２つの鋼管の開
   先同士を互いに整合した状態に保持する鋼管固定手段
   と、自走式溶接機が走行する環状のガイドレールとを有
   する鋼管自動溶接装置であって、 前記鋼管固定手段は、前記２つの鋼管の一方の内周側あ
   るいは外周側に配設される環状のフレームに当該鋼管の
   中心軸を通る平面上で回動自在に枢支されたアーム部材
   を備えかつ周方向に互いに等間隔をおいて交互に着脱可
   能に設けられた前記２つの鋼管の各々をそれぞれ締め付
   ける第１及び第２の締め付け手段を有するものであり、 前記第１の締め付け手段及び前記第２の締め付け手段を
   互いに独立作動させることにより、前記２つの鋼管の各
   々を個別に締め付けると共に、 前記第１・第２両締め付け手段の各々を、各締め付け手
   段に対する前記自走式溶接機の接近を検知する検知手段
   の出力に応じて前記自走式溶接機が接近すると締め付け
   を解除して退避し、通過すると締め付け状態に復帰する
   ように制御することを特徴とする鋼管自動溶接装置。
3. 【請求項３】 前記フレームの前記締め付け手段と離
   反する側に前記ガイドレールを固設すると共に、締め付
   けが解除された状態の前記締め付け手段を跨いで両鋼管
   の突き合わせ部に溶接ヘッドが対向するように前記自走
   式溶接機を構成することを特徴とする請求項２に記載の
   鋼管自動溶接装置。
4. 【請求項４】 前記鋼管の開先に係合して前記フレー
   ムの位置決めを行う折り畳み可能なストッパを少なくと
   も３個設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の
   いずれかに記載の鋼管自動溶接装置。
5. 【請求項５】 前記鋼管の周面に沿ってその軸線方向
   に前記フレーム或いは前記ガイドレールを移動可能にす
   る複数のキャスタを設けたことを特徴とする請求項１乃
   至請求項４のいずれかに記載の鋼管自動溶接装置。
6. 【請求項６】 バックシール用のカバー体を前記締め
   付け手段に着脱可能に設けたことを特徴とする請求項１
   乃至請求項５のいずれかに記載の鋼管自動溶接装置。