JPH08243851A - 現地溶接施工性に優れた複層鋼管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内管と外管から構成される厚肉の複層鋼管に
おいて、菅端の内径精度を向上させることによって現地
中継ぎ溶接時の突合せ開先オフセットを小さくすること
を可能にした現地溶接施工性の優れた複層鋼管を提供す
る。 【構成】 内管と外管から構成される拡管焼きばめ型複
層鋼管の製造において、前記外管の管端部端面から１０
０ないし５００ｍｍまでの管内面をボアリング加工して
外管の内面真円度を最大内径と最大外径との差が１ｍｍ
以下に改善したのち、拡管焼きばめ工程を経て内外管を
密着せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、石油・ガス輸送用ライ
ンパイプ、化学プラント用配管等に用いられる現地自動
溶接施工性に優れた複層鋼管の製造法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】腐食性媒体を輸送する複層鋼管は一般に
内面側に耐食性の優れたニッケル合金やステンレス鋼等
の材料、外面側に強度部材としての炭素鋼等材料を用い
て構成されている。かかる複層鋼管の製造法には大きく
分けて２種類ある。一つは外管と内管を機械的に密着さ
せて製造するもので、具体的な方法の例として図１に示
す拡管焼きばめ型二重管３の製造法がある。これは通常
内管１となる耐食合金鋼管の外側に約４００℃に加熱し
た外管２たとえば炭素鋼のシームレス鋼管を配置し両管
端を塞いだのち内管１を水圧にて拡管し、外管の冷却収
縮効果と内管の拡管膨張効果によりなる一種の焼きばめ
効果により内管が外管に張り付くように密着せしめて製
造するものである。もう一つの方法としては通常のシー
ムレス鋼管と同じ方法によるもので、あらかじめ内外管
の素材を組み合わせた中空ブルームをプラグミルやマン
ドレルミルにて圧延して製造されるもので、製品はいわ
ゆるクラッド鋼管と呼ばれるものである。

【０００３】上記いずれの複層鋼管においても、外層が
厚肉の管を作ろうとすると、前者では厚肉のシームレス
鋼管の外管に薄い内管が張り付くという形態のため、ま
た後者では内外管が一体となった厚肉複層シームレス鋼
管であるため厚肉シームレス鋼管の欠点である図２
（ｂ）に（ａ）図と対比して示すような、いわゆる角張
りとよばれる内面真円度の低下を伴う。その場合図３
（ａ）に（ｂ）図と対比して示すように内管あるいは内
管に相当する内層５は一般に２〜３ｍｍと薄いため内面
の合金層も外層４と同じく真円度が低下することにな
る。

【０００４】従来このような複層鋼管の現地施工溶接を
全自動で行う場合、外面からの自動ＧＴＡＷ溶接法（Ｔ
ＩＧ）が用いられることが多い。他の溶接法について
は、手溶接法は手入れの手間がかかる、熟練を要する、
能率が悪い等の理由から補修や自動溶接が不可能な場合
以外には用いられないことが多い。またＧＭＡＷ溶接
（ＭＩＧ，ＭＡＧ）等の電極消耗型の自動溶接もステン
レス鋼等一部には用いられているが、高合金では良好な
裏波が得られるほどの高品質溶接条件は見いだされてい
ない。上記複層鋼管の全自動ＧＴＡＷ溶接を行う場合、
その管端の開先形状としては図４に示すようなＪ型開先
が用いられる。この場合ルート厚み６は１．０〜１．５
ｍｍ、ノーズ長さ７は１．５〜２．５ｍｍの範囲で行わ
れることが多い。なお図５において４は外管、５は内管
である。

【０００５】標記全自動全姿勢ＧＴＡＷ溶接施工におい
て良好な裏波を確保するためには、図５に示すようなオ
フセット（目違い）８を０．５ｍｍ以下と厳しく管理し
なければならない。オフセットを小さくするためには真
円度を良くすることが必要であるが、複層鋼管では厚肉
の継目無鋼管を用いることも多く、先述したごとく厚肉
になるほど角張り現象が発生し易くなって良好な真円度
を確保することが困難になる。クラッド鋼管では内層も
外層と連動して真円度が悪くなり、また焼きばめ型二重
管では外層内面の角張り形状にならって内層が密着され
るため内層も真円度が悪くなる。これらの内面真円度の
悪い状態で開先加工を行うと当然の結果として、外面な
らい開先加工だと図６のように円周方向でルート部の厚
みが変動し、あるいは合金層厚み９にむらが生じるとい
う不都合となる。この場合開先の左右で内層の厚みに差
が生じるが、もし合金層が必要以上に薄くなると一層目
の溶接時に内外層の材質成分が希釈混合され内層の耐食
機能を損なうことがおきる。また内面ならい開先加工だ
と角張りままのルート面となり、溶接施工時に開先面を
突き合わせたさい大きなオフセットが発生する。

【０００６】通常パイプの現地中継ぎ溶接施工におい
て、オフセットを回避する対策として以下のことが行わ
れることが多い。内層と外層から構成される複層鋼管ま
たはクラッド鋼管の現地溶接接続においては例えばルー
ト部厚みが１〜１．５ｍｍの開先をあらかじめ加工した
上、接合すべきパイプの両管端をクランピング治具で拘
束しながら開先面隙間やオフセット（目違い）をできる
だけ矯正したのち溶接が行われる。一般に耐食性機能等
を備えたクラッド鋼管や二重管では内管の厚みは１〜
１．５ｍｍ程度である。一方クランピング等でオフセッ
トが矯正できるのは外径の真円度が悪い場合であり、特
にシームレス鋼管等の厚肉パイプでは偏肉から生じる開
先面のオフセットを管端矯正にて内面を合わせることは
極めて困難である。従って従来はクラッド鋼管や二重管
は出荷前にその真円度を厳しく管理選別するか、オフセ
ット（目違い）があった場合は約１．０ｍｍ程度以下な
らばより高度な溶接技術により能率を落として溶接施工
を主に手作業で行う等が要求される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
溶接上の問題を解決するため、管端真円度の優れた複層
鋼管を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、内層と外層から構成される複層鋼管の管
端において、拡管焼きばめ工程の前に外層の管端部内面
に、管端から１００ｍｍないしは管端から５００ｍｍの
範囲を深さ０．５ｍｍから２．０ｍｍ程度のボアリング
をほどこして真円になるべく近い形状すなわち真円度合
（＝最大内径−最小内径）を１ｍｍ程度以下、望ましく
は０．８ｍｍ以下に保ち、しかる後拡管焼きばめ法によ
り内外管を密着せしめることによって自動溶接施工性に
優れた複層鋼管を製造するものである。

【０００９】

【作用】以下に本発明の構成および製造方法について述
べる。本発明の特殊開先を備えた複層鋼管の基になる複
層鋼管は図１に示す拡管焼きばめ法等で製造された複層
鋼管であり、内管はステンレス鋼や高合金の厚み２〜３
ｍｍの高耐食金属鋼管であり、外管は多くは肉厚１０〜
３０ｍｍの高張力鋼管等の炭素鋼である。内管と外管は
上記拡管焼きばめ法で機械的に密着せしめられている。

【００１０】管端部は通常図７（ａ）に示すようにシー
ル溶接が施されている。このシール溶接の目的は継ぎ手
円周溶接のさいに溶接金属の内外管の境界部分から欠陥
が出ることを防ぐためである。このシール溶接は当該複
層鋼管の製造現場にてパイプの外面にパイプ回転下向き
溶接にて施され、その後の開先加工により図７（ｂ）の
ように加工される。本発明はこうした一連の加工プロセ
スの前に外管の内面真円度を確保し、しかる後に二重管
に組み込むもので、最終的にシール溶接した二重管完成
品としてはなんら機能は損なわれず、かつ優れた開先面
の精度が得られる。

【００１１】上記内面ボアリングの方法としては旋削法
あるいは自動グラインダ等による研削等が用いられる。
また管端からの加工範囲は管端からの距離が１００ｍｍ
ないし５００ｍｍが良い。当該複層鋼管はシール溶接し
たままで、まず開先加工が施され現地で溶接される。万
一端面が損傷したり形状変更があっても１００ｍｍ以上
あれば切り直しが可能である。なおボアリングの前に必
要肉厚を確保するために必要に応じて管端のアプセット
加工が行われる。

【００１２】本発明の構成の限定理由は以下の通りであ
る。拡管焼きばめ型複層鋼管においては内管は薄いため
外管の内面の輪郭に沿って密着される。本発明において
は管端の真円度を改善することが目的であるため、基本
的には開先加工後にオフセットが小さくなる効果が得ら
れる管端からの幅、例えば数１０ｍｍだけ内管をボアリ
ングすれば良い。しかし実際の施工にあたっては１ない
し２度の開先の切り直し代を見ておくことが望ましい。
そのために適切なボアリングは幅は１００〜５００ｍｍ
とした。すなわち１００ｍｍ以上あれば通常起こり得る
開先の切り直しに対応可能である。また５００ｍｍを越
えるとボアリング加工にかかる手間、設備対応、コスト
が大きくなり複合鋼管の経済性を損なうことが起こる。
またボアリング深さについては、その後の拡管焼きばめ
法による複層鋼管を製造し管端開先加工を施した二本の
複層管を突き合わせたときに、オフセットすなわち開先
ルート下面の段差が０．５ｍｍ以下程度になるようにと
られるべきで、その値は経験値等より最大内径から最小
内径の差が１ｍｍ以下、なるべく０．８ｍｍ以下とする
のが望ましい。

【００１３】本発明の外管管端内面のボアリングにより
真円度を向上させた拡管焼きばめ型二重管は管端にシー
ル溶接を施したあと通常の開先加工を施すことで次のよ
うな効果を発揮する。本発明の二重管を全自動ＧＴＡＷ
溶接するための開先加工例えばＪ開先を施すと、図３
（ｂ）に示すように内外面とも真円度が良好であるため
二本のパイプの両管端の開先を突き合わせたときルート
部の内周面は全周にわたってほとんどオフセットもな
く、またルート部の厚みも均一でかつルート部に占める
合金層の厚みも全周にわたって均一となる。かかる開先
の突き合わせに対してＧＴＡＷにて全姿勢自動溶接を施
すと均一な裏波が確保できる。一層目の溶接が安定して
いるため入熱の節約や溶接速度の改善も図れる。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例について述べる。表１
に拡管焼きばめ型の製造法を用いて従来法および管端ボ
アリング実施法により複層鋼管を試作し、その後全姿勢
全自動ＧＴＡＷ溶接実験を行い、開先加工後のオフセッ
トのレベルおよびルートビードの溶接性を評価した結果
を示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】本発明による製造方法によれば、オフセッ
ト値は従来より大幅に減少し良好なルートビードが得ら
れ、溶け落ちの発生とその補修というトラブルも回避で
きる。

【００１７】

【発明の効果】本発明により製造された複合鋼管は、用
途の多い厚肉サイズにおいても現地中継ぎ溶接のさいオ
フセットが大幅に減少し高品質、高能率溶接を可能と
し、さらに現地施工のトータルコストが低廉化する。従
来の該鋼管に比し、現地施工性、溶接部の信頼性を飛躍
的に向上させるものであり、工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】拡管焼きばめ法による複合鋼管製造法を示す図

【図２】角張りの例を示す図で、（ａ）は角張りのない
もの、（ｂ）はあるものを示す

【図３】拡管焼きばめ型複層鋼管管端断面形状の例で、
（ａ）は外管に角張りがあるもの、（ｂ）は外管の角張
りをボアリングで除去したもの

【図４】Ｊ型開先例を示す図

【図５】オフセット状況例を示す図

【図６】角張りのままで外面ならい開先加工を施した場
合の形状例を示す図

【図７】管端シール溶接部形状を示す図で、（ａ）はシ
ール溶接後、（ｂ）は開先加工後を示す

【符号の説明】

１ 内管 ２ 外管 ３ 複層鋼管 ４ 外管 ５ 内管 ６ ルート厚み ７ ノーズ長さ ８ オフセット ９ 合金層厚み １０ シール溶接部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内管と外管から構成される拡管焼きばめ
   型複層鋼管の製造において、前記外管の管端部端面から
   １００ないし５００ｍｍまでの管内面をボアリング加工
   して外管の内面真円度を最大内径と最大外径との差が１
   ｍｍ以下に改善したのち、拡管焼きばめ工程を経て内外
   管を密着せしめることを特徴とする現地溶接施工性に優
   れた複層鋼管の製造方法。