JPH10244365A - 厚肉パイプの溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚肉金属パイプ溶接において、特に溶接部に
高信頼性が要求される場合でも、従来必要とされた１パ
ス目溶接過程後の検査・補修過程や、裏ビード均一化の
ためのビードフラッシュ作業が不要となり、溶接工数を
減少させた高信頼性の厚肉パイプの溶接方法を新たに提
案する。 【解決手段】 (イ) 相互に溶接すべき厚肉金属パイプの
各接合端部を内周側を残した開先形状に加工し、 (ロ)両
接合端部を突き合わせてオービタル自動溶接機によって
１パス目の最内層の溶接加工を行い、 (ハ)２パス目以降
の１層以上の多層パスをマニュアル溶接にて溶接棒を供
給しながら必要パス回数行って厚肉パイプを溶接する。
開先加工は、厚肉金属パイプの内周側を残して先端部厚
みが1.5 〜2.5 mmの範囲にして好結果を得る。オービタ
ル自動溶接機による溶接加工時には溶接により形成され
る溶融部の固化時裏側表面形状が凹面状となるように溶
接条件を設定し良好な仕上がりが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、肉厚が３mm以上程
度の肉厚金属パイプ同士を相互に接合するための溶接方
法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚肉（肉厚約ｔ3.0 mm以上）の金属パイ
プ（配管）同士を溶接により接合する場合には、手動の
マニュアル溶接を行っている。この溶接工程では、先ず
継手形状を開先加工を行い、マニュアル溶接を多数回に
分けて繰り返し（多層パス）、ほぼ元のパイプ径まで溶
接棒により供給される溶融金属を盛り上げる溶接方法が
行われている。このように、多層パスに分けて行うのは
厚肉金属パイプの場合には１パスで全てを溶かし込んだ
場合には内部に熱影響によるミクロクラック等が発生す
る慮があるためである。

【０００３】上記従来の溶接方法を図を用いて説明す
る。図５は金属パイプのマニュアル溶接にひろく用いら
れている既知のＴＩＧ(Tungsten inert gas :TIG) 溶接
機及び配管溶接作業の説明図であり、図６は肉厚配管の
溶接工程(イ) 〜(ハ) 〜(ホ) を順に説明する工程図であ
る。図５に示したＴＩＧ溶接機(10)を用いたティグ溶接
法（GTAWと略記される:Gas tungsten arc welding ）
は、周知のように不活性ガス中でタングステン電極(11)
と母材即ちパイプ(1C,1D) との間にアークを発生させ、
このエネルギーを利用して、母材及び溶加材としての溶
接棒(14)を溶融させて溶接する方法で、入熱量と溶加材
の添加量を独立して調節できる。

【０００４】厚肉パイプをＴＩＧ溶接するには、図６
(イ) に示すように先ず金属パイプ(1C,1D) 夫々の端部継
手部に開先加工を行い開先部(V) を形成する（図は一例
として継手部同士を当接するとＹ形状になるＶ開先を示
している）。なお、ＴＩＧ溶接は溶接能力が高いから開
先部(V) の先端部厚み方向長さ(b´) は、比較的厚くと
ることが多い。なお、例示した開先形状以外にもＵ形開
先形状、Ｊ形開先形状その他各種の開先形状（図３参
照）が適宜採用される。開先加工を行った後、金属パイ
プ(1C)及び(1D)の継手部同士を位置合わせて付き当て
て、そのまま保持し仮付け溶接を行う（図６(ロ) ）。

【０００５】そして、継手部の上側に溶接機を位置させ
て１パス目のマニュアルＴＩＧ溶接を継手部全周にわた
って行う（図６(ハ) ）。符号(2´) は、溶接により溶融
し生じて固化したビードであり、溶融時下側すなわち金
属パイプ内側に重力のためパイプ内壁より突出し帯状の
膨出部ができる。

【０００６】次に、全く同様に２パス目のマニュアルＴ
ＩＧ溶接（ウェービング工法）を行い適量のビード(3)
を外側から補う（図６(ニ) ）。この時、先の溶接過程に
よるビード部(2´) も軟化する結果、前述したパイプ内
壁の膨出部は更に大きくなる。最後に３パス目のマニュ
アルＴＩＧ溶接（ウェービング工法）を行い更にビード
(4) をパイプ外表面より僅かに盛り上がる程度まで付け
る（図６(ホ) ）。なお、溶接パス回数は一例で、パイプ
肉厚従って開先部(V) の大きさ（深さ）に応じて必要な
回数行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した厚
肉金属パイプ溶接において、特にパイプが安全に大きく
係わる用途向きで溶接接合部に極めて高い信頼性が要求
される場合には、必要とされる品質を確保するために、
上述した加工工程以外に加えて溶接時の欠陥が比較的多
く発生しがちな１パス目の溶接過程後に厳重な検査過程
を入れており、もし検査の結果欠陥が発見されればこの
欠陥部を修理せねばならない。また、マニュアル溶接を
用いると裏ビードの形状は均一とはならず、応力集中を
緩和する必要がある場合には、改めてビードフラッシュ
作業が必要であった。これらは、溶接工数を増加させて
いた。

【０００８】本発明は、従来の厚肉パイプの溶接方法の
上述問題点に鑑みてなされたもので、作業時間も短縮し
従来以上の高品質の溶接を行うことができる厚肉パイプ
溶接方法を新たに提案することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明方法では、先ず、(イ) 相互に溶接すべき厚肉金
属パイプの各接合端部を内周側を残した開先形状に加工
し（先端部厚み:b）、(ロ) 両接合端部を突き合わせてオ
ービタル自動溶接機によって１パス目の最内層の溶接加
工を行い、(ハ) ２パス目以降の１層以上の多層パスをマ
ニュアル溶接にて溶接棒を供給しながら必要パス回数行
うことで厚肉パイプを溶接する。

【００１０】特に上記方法において、前記(イ) の開先加
工を厚肉金属パイプの内周側を残して先端部厚み(b) が
1.5 〜2.5 mmの範囲とすることで確実に高品質な溶接結
果が得られる。また、前記(ロ) のオービタル自動溶接機
による１パス目の溶接加工に際して、溶接により形成さ
れる溶融部の固化時裏側表面形状が凹面状となるように
オービタル自動溶接機の溶接条件を設定すれば、全溶接
工程完了時には裏ビードの突出量も少ない好適形状の仕
上がりが得られ、裏ビードのフラッシュ作業が不要とな
って作業時間が格段に短縮される。

【００１１】

【発明の実施の形態】上述の各発明においては、最初の
溶接（１パス目）を条件設定を行えば再現性に優れた安
定した溶接品質が得られる既知のオービタル自動溶接機
（後述）を採用し行うようにしたもので、この１パス目
に欠陥のない良好な溶接結果が確実に得られるように、
事前に必ずＪ型開先形状その他の内周側を残した適切な
開先加工を継手部（パイプ先端）に対して行っておく。
そして安定した溶接結果が得られるオービタル自動溶接
機により最初に最内層の溶接を行い、しかる後にマニュ
アル溶接を適宜必要回数だけ行い所定径・所定強度の溶
接部を得るようにする。

【００１２】〔実施例〕以下、実施例に沿って更に詳し
く本発明を説明する。図１は、本発明方法を適用した肉
厚金属パイプの溶接工程(イ) 〜(ハ´) 〜(ホ)を順に説明
する工程図、図２は本発明に係る既知のオービタル自動
溶接機と使用状態の説明図、図３は各種の開先形状の説
明図、図４は本発明に係る１パス目の溶接作業を説明す
る図である。

【００１３】ここで先ず、本発明方法に深く係わるオー
ビタル自動溶接機と関連技術について簡略に説明する。
図２は、既知のオービタル自動溶接機とこれを用いた一
般的な溶接作業を示している。オービタル自動溶接機(2
0)は、比較的薄い金属パイプの溶接に用いられており、
溶接対象に応じた適切な条件を設定することで、一度の
溶接工程で安定した溶接品質を得ることが出来る。

【００１４】オービタル自動溶接機の構成を略記すれ
ば、図示の如くに溶接する金属パイプ(1E,1E) の一方に
接合部分近くでクランプされる一方の電極を兼ねる爪部
(21)と、この爪部(21)に結合されて接合部外周側を覆う
中空厚幅円環状の例えばボロンナイトライト製のガスカ
ップ(22)、このガスカップ(22)の外側に位置して取り付
けられた環状電極(23)、この環状電極(23)に取り付けら
れてガスカップ(22)の側壁を介して伸び先端が接合部に
狭間隙で対向する中心電極（トリエーテッドタングステ
ン電極：24）と、各電極に両出力端が接続された溶接用
電源(25)とで構成されている。中心電極(24)を継手部外
周に沿って回転駆動しながら中心電極(24)と爪部（21：
電極）間に電力を印加することにより継手部を溶融させ
て両金属パイプ(1E,1E) を溶接する。なお、溶接作業時
には上記ガスカップ内にアークガス（アルゴン）を供給
して充満させ、金属パイプの内側にもバックガス（アル
ゴン）を送り込む。

【００１５】このようなオービタル自動溶接機は、専ら
薄い金属パイプの溶接に用いられており、本発明が想定
している厚肉（ｔ3.0 mm以上）パイプの溶接作業に単独
でそのまま適用することはできない。すなわち、熱容量
の大きい厚肉パイプの付き当て部分を、１パスで全てを
溶かし込むのは困難である。電流を上げて一気に溶かし
込むことは不可能ではないが、内部に熱影響によるミク
ロクラック等が発生する慮があり高信頼性を要求される
用途には適さない。また、高い電流で溶かし込むと、重
力の関係で自動溶接のトーチが下向きの位置近傍では表
ビードは引け、反対に裏ビードは過剰となり、一方で、
トーチが上向きとなる位置付近では逆に裏ビードが引
き、表ビードが過剰となってしまいビード形状が溶接部
に沿って不均一になってしまう（低品質、シビアな用途
によっては欠陥）。

【００１６】本発明者は、適切な前加工を行ってこのオ
ービタル自動溶接と既述したＴＩＧマニュアル溶接とを
適切に併用することで両溶接方式の利点を巧みに引き出
して、目的とする厚肉金属パイプの極めて高い品質での
溶接を可能とした。次に、図１に表す実施例に沿って具
体的過程を詳述する。

【００１７】本発明の溶接方法では、図１(イ) に示すよ
うに先ず厚肉金属パイプ(1A,1B) 夫々（必ず双方）の端
部継手部に対して略Ｊ形状となる開先加工（以下、Ｊ状
開先加工と記載）を行い開先部(J,J) を形成しておく。
寸法(b) は開先部先端厚みを示す。本発明では必ず双方
の金属パイプにＪ状開先加工を行う。従って継手部同士
を当接した場合には未加工の継手部は略Ｕ形状になる。

【００１８】特に、上記Ｊ状開先加工時には、厚肉金属
パイプの内周側の先端部厚みを1.5〜2.5 mmの範囲とし
ておくと、後過程の一般的なオービタル自動溶接機によ
る作業時の溶接設定範囲にて容易に良好な溶接ができて
好ましい。なお、開先形状はＪ状に限定はされない。要
は、厚肉金属パイプの内周側（内壁）を残して当接部で
適切な熱容量となるような厚み（好ましくは1.5 〜2.5
mmの範囲）を持った薄肉部が形成されていれば足り、例
えばＬ字形状等でも良い。なお、継手部外周側は溶加材
（溶接棒）を用いたＴＩＧマニュアル溶接に適した適宜
幅に開幅させる。

【００１９】上述した如き開先加工を行った後、金属パ
イプ(1A)及び(1B)の継手部同士を位置合わせて付き当て
て、そのまま保持し仮付け溶接を行う（図１(ロ) ）。

【００２０】そして、図４に示すようにオービタル自動
溶接機によって最初の（１パス目）溶接を継手部全周に
わたって行う（図１(ハ´) ）。符号(2) は、溶接により
生じるビードを示す。特にこのオービタル自動溶接機に
よる１パス目の溶接時において、溶接により形成される
ビード(2) が溶融後に固化した時にその裏側表面形状
（裏ビード：2a）が凹面状となるように（引け気味に）
オービタル自動溶接機の溶接条件を設定するとより確実
に高品質の最終仕上がりが得られて好適である。裏ビー
ド(2a)は、後からの溶接工程の時にも軟化するから溶接
完了時にはパイプ内壁より極僅かだけ突出する（膨出
部）ことになる。こうして溶接工程全体の品質を左右す
る１パス目溶接が欠陥等なく行われる。

【００２１】続いて、今度は２パス目の溶接としてマニ
ュアルＴＩＧ溶接を行い適量のビード(3) を外側から補
う（図１(ニ) ）。この時に下側のビード部（裏ビード）
も軟化しパイプ内方に極僅か膨出する。更に３パス目の
マニュアルＴＩＧ溶接を行いビード(4) をパイプ外表面
より僅かに盛り上がる程度まで付ける（図６(ホ) ）。無
論、溶接パス回数は単なる例示で、溶接対象のパイプ肉
厚、従って開先部(J)の深さに応じた回数行えば良い。

【００２２】このようにして、全体としても欠陥が殆ど
ない高品質の溶接結果が得られ、また、管内面での膨出
量も応力集中が少ない均一・適切量にコントロールされ
てるいて、高信頼性が要求される用途にもそのまま安心
して使うことができ、従来必要とされた溶接後のビード
フラッシュ作業が不要であるから作業時間の短縮化も併
せて達成される。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように本発明方法では、
(イ) 相互に溶接すべき厚肉金属パイプの各接合端部を内
周側を残した開先形状に加工し、(ロ) 両接合端部を突き
合わせてオービタル自動溶接機によって１パス目の最内
層の溶接加工を行い、(ハ) ２パス目以降の１層以上の多
層パスをマニュアル溶接にて溶接棒を供給しながら必要
パス回数行って厚肉パイプの溶接を行うようにしたか
ら、何より、欠陥部が無い高品質の溶接が確実に得られ
るという大きな効果を奏する。従って、従来必要だった
１パス目溶接過程後の検査過程自体と検査結果に応じた
欠陥部の修理作業が一切不要になり、また裏ビードの形
状も均一であり従来行われていた応力集中を緩和するた
めのビードフラッシュ作業についても不要となり、結
果、溶接工数の大幅な低減を達成でき製品低価格化に寄
与する。

【００２４】特に、上記開先加工を、厚肉金属パイプの
内周側を残して先端部厚みが1.5 〜2.5 mmの範囲とする
ことで、良好な溶接結果を安定して得られる。また、上
述のオービタル自動溶接機による溶接加工時に、溶接に
より形成される溶融部の固化時裏側表面形状が凹面状と
なるようにオービタル自動溶接機の溶接条件を設定すれ
ば、最終仕上がり時に裏ビードの膨出量が好適なものと
なり後加工無しに良質の配管が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における肉厚金属パイプの各溶接工程を
説明する工程図である。

【図２】本発明に係る既知のオービタル自動溶接機・使
用状態の説明図である。

【図３】パイプ溶接時に採用される各種開先形状の説明
図である。

【図４】本発明に係る１パス目溶接作業の説明図であ
る。

【図５】マニュアル溶接に用いられている既知のＴＩＧ
溶接機及び配管溶接作業の説明図である。

【図６】従来の肉厚配管溶接工程を説明する工程図であ
る。

【符号の説明】

(1A,1B) …厚肉金属パイプ、 (2) …（１パス目の）ビード、 (2a)…裏ビード、 (3,4) …ビード、 (10)…ＴＩＧ溶接機、 (20)…オービタル自動溶接機、 (b) …開先部先端厚み、 (J) …開先部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (イ) 相互に溶接すべき厚肉金属パイプの
   各接合端部を内周側を残した開先形状に加工し、 (ロ) 両接合端部を突き合わせてオービタル自動溶接機に
   よって１パス目の最内層の溶接加工を行い、 (ハ) ２パス目以降の１層以上の多層パスをマニュアル溶
   接にて溶接棒を供給しながら必要パス回数行うことを特
   徴とする厚肉パイプの溶接方法。
2. 【請求項２】 前記(イ) の開先加工を、厚肉金属パイプ
   の内周側を残して先端部厚みが1.5 〜2.5 mmの範囲とす
   ることを特徴とした請求項１に記載の厚肉パイプの溶接
   方法。
3. 【請求項３】 前記(ロ) のオービタル自動溶接機による
   溶接加工時に、溶接により形成される溶融部の固化時裏
   側表面形状が凹面状となるようにオービタル自動溶接機
   の溶接条件を設定することを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の厚肉パイプの溶接方法。