JPS611480A - 着脱自在で柔軟な熔接杖を備えた遠隔熔接用の内部孔部熔接ト−チ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、遠隔位置に熔接部をつくるための内部孔部熔
接１〜−チ装置に関し、特に、トーチ本体から細長い柔
軟な熔接杖（ｗｅｌｄｉｎｇ　ｔｌａｎｄ）を取りはず
せる熔接トーチ装置に関する。

〈従来の技術〉 遠隔位置での内部アーク熔接に用いる各種トーチの配置
及び改削が知られている。スチーブンス等（Ｓｔｅｖｅ
ｎｓ　ｅｌ：　ａｌ）に付与された米国特許第３，４６
１．２６９号明細書には、不活性ガス遮蔽非消費型電極
アーク熔接を応用して、内部パイプを熔接する回転自在
のステムを有する細長い水冷型トーチが開示されている
。又、マルチン等（Ｍａｒｔｉｎ　ｅｔ　ａｌ）に付与
された米国特許第３，４９３，７１６号には、プラスチ
ックス製の絶縁チューブによってモータ駆動端部に一体
に且つ回転自在に付着された放射状の電極端部を有し且
つチューブにウオーム及びピニオン駆動を利用した内部
チューブ熔接トーチが開示されている。

バイエルレイ等（Ｂｙｅｒｌｅｙ　ｅｔ　ａｌ）に付与
された米国特許第３，９６２，７６７号明細書には、チ
ューブにスリーブ（さや管）が挿入され所定位置に熔接
されている破損した熱交換器のチューブを修理する方法
が開示されている。ロジャース（Ｒｏｇｅｒｓ）に付与
された再発行米国特許第３０，８０２号には、チューブ
内部にスリーブを固定することにより、品位の低下した
チューブを修理する方法が開示されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記の如９き内部チューブ熔接トーチは
更に改良が必要であり、改良が求められている。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は、管状通路内部を遠隔アーク熔接するための改
良された内部孔部熔接用のトーチ装置に関する。本発明
による熔接トーチ装置は、チューブ内部のような遠く離
れた位置で熔接する熔接トーチ装置であって、冷却流体
、遮蔽ガス及び電力等の必要な全ての供給物を本体に与
える接続手段を含むトーチ本体と、トーチ本体に着脱自
在且つ回転自在に付着された細長い柔軟な熔接杖であっ
て、前記熔接杖のユニットには熔接杖の外端部に放射状
に配置された冷却熔接電極が内部に設けられている熔接
杖とを有し、前記熔接杖の内部にあり前記電極に冷却流
体流と遮蔽ガス流とを供給する長手方向流路手段と、遠
く離れた内部位置でア・−り熔接するために必要な冷却
流体、遮蔽ガス及び電力を電極に供給しつつ熔接杖を制
御された速度で回転させるため前記トーチ本体と連関さ
れる駆動手段とを含む。トーチ本体ユニットは、プラス
チックス電気絶縁材料でできている。着脱自在の熔接杖
は通常は円筒形であり、柔軟なプラスチックス電気絶縁
材料製で、柔軟な導電体を使用したものである。本体か
ら、回転自在の熔接杖を介して熔接電極に電力を伝える
ために、トーチ本体の内部には回転自在の接触部が設け
られていて。

熔接電極は、熔接が行なわれている間中、水冷され不活
性ガスによって遮蔽されているヶ本発明による熔接トー
チ装置を用いる熔接方法は、破損した金属チューブに金
属製スリーブを挿入し、放射状に配向させた電極を含む
熔接杖を金属チューブに挿入し、熔接電極をスリーブの
端部に隣接する位置においた後、冷却流体流と、遮蔽ガ
ス流と電力とを電極に供給して電極を冷却し遮蔽すると
ともに、チューブ内部で熔接杖を回転させ、電極とスリ
ーブ端部の中間に電気アークを飛ばしてスリーブの端部
をチューブ内壁に溶融熔接することを特徴とする。通常
は、トーチ本体は最初は熔接対象チューブの外側の熔接
対象チューブの外端部に隣接する位置にあり、熔接杖を
１ヘ一チ本体に挿入し次いで熔接対象チューブに挿入す
る。

熔接杖を回転させ、電気アークで熔接した後、熔接杖を
引き出す。トーチ本体を新しい個所に移動させて更に熔
接部をつくる。

〈実施例〉 本発明の熔接トーチ装置は、特に、放射性であって人へ
の露出が最低限に制限されることが要求されるような場
合等に、遠隔区域でアーク熔接をする熔接トーチ装置に
関する。このような使用態様では、熔接区域へ視線を近
づけることができず、熔接装置を充分に柔軟にして、妨
害している物体の周囲を廻って屈曲させ電極をチューブ
に挿入できるようにする必要がある。この種の使用態様
の一例は、原子力発電プラント中の破損した水蒸気発生
器へのスリーブの装着である。このような応用例では、
破損したチューブの修理により水蒸気発生器の寿命を延
ばすことができれば水蒸気発生器を交換するのと比較し
た場合、大きな経済的利益が得られる。この熔接トーチ
装置は特にかような目的のために設計されている。

本発明による熔接トーチ装置は、二つの基本的な部材、
即ち１ヘ一チ本体ユニットと柔軟な熔接杖ユニットとか
ら成る。本体ユニットは、該ユニットに接続される熔接
杖ユニットに要求される全ての供給物を与える、即ち、
冷却流体、遮蔽ガス及び電力のための接続部を含み、本
体ユニットは柔軟な熔接杖を回転させるモータ駆動手段
を含む。

トーチ作動時には、ロボット装置を用いてトーチ本体を
スリーブが取付けされるチューブ上方に位置させること
ができる。トーチ装置を高放射能領域で使用するときに
は、熔接されるチューブから遠いほうの本体端部がチュ
ーブに付着された柔軟な管部を有し、前記の柔軟な管部
が放射能の低い水蒸気発生器のチャンネルの外部と通じ
ている。

柔軟な熔接板は上記の管部を貫通して挿入されており、
熔接ヘッドがトーチ本体ユニットを通ってチューブに熔
接されるスリーブに達している。チューブ及びスリーブ
の長さ方向に沿った熔接板の位置は、トーチ本体ユニッ
ト内部の熔接板のロータ端部の底部接触によって制御さ
れる。底部が接触したときが熔接板の電極がスリーブ内
の適切な位置に来たときである。この状態になれば、冷
却水流、遮蔽ガス流、熔接電流及び回転運動をトーチ本
体ユニットから柔軟な熔接板及び放射状電極に伝達でき
るようになり、所望の一つ又は複数の熔接部がつくられ
る。破損したチューブ内部で密に嵌合しているスリーブ
を滑らせてスリーブを位置づけて漏洩区域の橋架けをし
た後、スリーブ端部を内部孔部熔接部で基礎となるチュ
ーブに連続して熔接することにより、漏洩チューブを修
理する。

本発明の内部、孔部熔接トーチ装置の重要で且つ特異な
特徴は、ユニットとして各々独立して組み立てられ使用
に当たっての融通性が大きなトーチ本体と柔軟な熔接板
とから成ることである。従来法の内部孔部熔接トーチに
おいては、上記の両部材は一体構造のユニットを形成し
ている。トーチ本体ユニットは電気絶縁体であり、寸法
安定性のプラスチックス材料からつくられているので、
本体ユニットの内部に別個の電気絶縁を施す必要がない
。熔接板ユニットは柔軟性に富む電気絶縁性プラスチッ
クス材料からできていて、曲げて彎曲した管部に貫入さ
せることができる。熔接板の長さは実施に応じて要求さ
れる長さにできる。冷却水は熔接電極に極めて近接した
ところまで運ぶことができ、電極を保持している銅製取
付具を冷却する。又、熔接板ユニットのロータを熔接電
極に接続している柔軟な組み紐タイプの導電体も冷却さ
れる。

次に図面を参照して説明を進めると、第１図は熔接トー
チ組立体１０の全体を示す図であり、熔接トーチ組立体
１０は、トーチ本体ユニット］２を有し、細長く柔軟な
熔接板ユニット３０がト−チ本体ユニットに着脱自在且
つ回転自在に挿入されている。電動の駆動モータ１４が
本体ユニット１２とともに配設されていて、直角の歯車
式減速機１５を介して熔接板ユニット３０を回転できる
よう配設されており、前記の減速機は本体ユニット上に
固定されている。導体１４ａを介してモータ１４に電力
が与えられる。細長い熔接板ユニット３０の反対側即ち
列側端部に熔接電極３２が位置し、熔接電極には、熔接
板をチューブ内部に挿入して内部に熔接部をつくる挿入
時の保護部となる先端３３が設けられている。熔接板ユ
ニット３０は、実地使用長さに応じて、どのような長さ
にしてもよく、通常は最短約６０ｃｍ（２フイー１〜）
程度であり、約９．１ｍ　（３０フイート）を越える長
さは必要でない。熔接板３０の曲率（直径）は、通常、
１．５２ｍ（５フイート）以上６，１ｍ（２０フィー１
−）未満である。

内部にトーチ熔接板ユニットが位置していない状態の１
−−チ本体ユニット１２の後端面図を第２図に示しであ
る。図に示すように、トーチ本体の中央には円筒形開口
部１３が通り本体ユニッ１〜を貫通しており、多数の駆
動スプライン２１が上記開口部に設けられていて、スプ
ライン２１．が熔接板ユニット３０を受容して開口部内
部にぴったりと嵌合させる。１−−チ本体１２には、冷
却流体、好ましくは水を１・−チ本体１２に流入させ、
トーチ本体を通って貫流させ、次いで長手方向流路を介
して長手方向外側に熔接電極３２の近くまで流通させ熔
接電極を冷却した後、出口接続部１７に還流させるため
の接続部（入口接続部）１６がある。又、本体ユニット
１２にはアルゴン又はヘリウムのような不活性遮蔽ガス
流を熔接電極１２の周囲に供給する接続部１８が設けら
れており、熔接電極は熔接板３０の反対側端部に放射状
に配向されている。接続部１６．１７及び１８の端部は
、適宜なホースの接続部（図示せず）を受容して、必要
な冷却流体流を流入・流出させるとともに遮蔽ガス供給
流を受は入れる。直流電力がトーチ本体１２に与えられ
、次いで着脱自在なコネクタ２０を介して細長い熔接杖
３０に与えられる。

トーチ組立体１０の部分断面図を第３図に示すが、この
図に図示された状態では、熔接杖ユニット３０がトーチ
本体１２に挿入されている。第３図に示すように、熔接
杖ユニット３０が本体１２の円筒形開口部１３に挿入さ
れ、ユニット３０は内部にある軸受の軸集合体２３を押
圧するばねを入れた凹部４８を有する。熔接杖ユニット
３０は６個のＯリング又は同様のシール２４ａ、２４ｂ
。

２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ及び２４ｆによってトーチ本体
１２に密封取付けされ、上記のシールは熔接杖の外側面
３４を密封しており、冷却流体流と遮蔽ガス流とを効果
的に分離する位置に置かれている。上記の如き構造であ
るから、接続部１６が、半径方向通路３５と金属製内側
チューブ３６を介して冷却水流を与え、内側チューブは
内側の柔軟なプラスチックス製チューブ３７に密封接続
されている。戻ってゆく水流は環状空間５５を介して流
れ、次いで放射状（半径方向）通路４６及び接続部１７
を介して流出する、逃がし口部２５がトーチ本体に設け
られていて、冷却水の漏洩があるときには、この漏洩水
を外部へ流すように調節される。

電力は接続部２０を介して電極３２に与えられるが、接
続部２ｏは圧縮ばね２０ａによりばね押圧されており、
熔接するために熔接杖３０が回転しているときにおける
接触子２０ｂと熔接杖３０との電気的な接触を保持する
。電気接続部即ちコネクタ２０及び接触子２０ｂは中央
の導体ロータ３８と接触を保っており、導体ロータ３８
から柔軟な管形の電気コネクタ３８ａを介して電力が電
極３２に導かれる。熔接・杖ユニットは柔軟なプラスチ
ックス製の外側チューブ３９によって囲まれている。接
続部］８で与えられる不活性遮蔽ガスは、環形流路５７
を介して電極３２の周囲に流れる。熔接杖３０は、ばね
収納凹部４８により本体１２の開口部１３の内部の所定
位置に保持されていて、ばねは軸受の軸集合体５８の内
部のみぞ２３と接触している。

内部孔部熔接トーチの使用時には、熔接杖ユニット３０
は電気モータ１４により歯車式減速機１５を介して速度
可変で回転させられ、第４１図の断面図に示すように、
ピニオン歯車４１によりリング形歯車４０を駆動する。

ピニオン歯車４１及びシャフト４２の各端部は適宜な軸
受４．４ａ及び４４ｂによって支持されており、シャフ
ト４２はカップリング手段４３により歯車式減速機１５
に接続されている。リング形歯車４０は、回転自在にピ
ン４５を貫通するスプライン２１を駆動する。

上記の配置にすると、熔接杖ユニットの後端部に位置す
る多数の放射状の（傘歯車の）歯と滑動自在に噛み合う
ことにより、スプライン２１が熔接杖ユニット３０を回
転させる。

トーチ本体１２は、デュポン社（Ｄｕｐｏｎｔ　Ｃｏ、
）から製造されているデルリン（Ｄｅｌｒｉｎ）のよう
な良好な電気絶縁特性を持つ寸法安定性の良いプラスチ
ックス材料からできている。冷却流体を通す柔軟なプラ
スチックス製のチューブ３７は、ポリ塩化ビニル（ＰＶ
Ｃ）からできていて、外側チューブ３９は、デュポン社
（Ｄｕｐｏｎｔ　Ｃｏ、）からテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ
）として入手できるテ１−ラフルオロエチレン（ＴＥＦ
）製である。

チューブ及び該チューブの内側に熔接されるスリーブの
内部に位置する熔接杖ユニット３０の先端部断面を第５
図に示す。図示の如く、柔軟なプラスチックス製チュー
ブ３７は第二の金属製チューブ５０に密封接続されてい
て、電極ホルダー５２を冷却するよう冷却流体流を与え
る。電極３２はねしつきピン５３によって、ホルダー５
２の内部半径方向所望位置にクランプされ、ナツト５４
によってその所望位置しこ係止される。係止ナツト５４
は、ノーズ片３３によって覆われていて、ノーズ片３３
は高温度に適したプラスチックス材料でできている。ノ
ーズ片３３は、好ましくは、先細になっていて熔接をす
るべきせまい通路及び管に入れ易くなっている。

熔接杖３０は、中央の金属製チューブ５０をとおって流
れ隣接する管５０．３７及び３６の環状内部空間５５を
通って帰流する水によって冷却されている。環状内部空
間５５を介して帰流する冷却流体は電気を伝えるチュー
ブ３８ａの隣りを流れることになるから、冷却流体によ
って導体は効果的に冷却される。遮蔽ガスは、環状通路
５７を介し電極３２を通り過ぎて本体１２の内部の接続
部１８から流入し、熔接工程の間中、電極及び電気アー
クに空気が流れ込まないよう不活性ガス遮蔽を行なう。

直流電力は、コネクタのロータ３８から柔軟な導体３８
ａ及び銅製の電極ホルダー５２を介して供給される。第
５図に全体を示すように、トーチ型熔接杖がスリーブ６
２を収納したチューブ６０に挿入され、電極３２はチュ
ーブ（仮想線にて示す）内部のスリーブ６２の一端部に
隣接して配置される。

く作用〉 たとえば金属製内部スリーブをチューブにシーム熔接す
ることにより、破損した加圧状態になる可能性のある管
類を修理する場合など、囲まれ閉じ込められた空間及び
管類の内部で本発明による装置を用いて熔接する場合に
は、密接に嵌合する金属製スリーブ６２を先ずチューブ
６０の内部に挿入し、第５図に概略的に示すようにチュ
ーブの破損個所又は破裂個所に対応する位置に位置させ
る。熔接トーチの本体１２をチューブ端部の許容される
端部位置に位置させ、上述したように、冷却水、遮蔽ガ
ス及び電力を与える接続部の全部をトーチの本体１２に
接続する。トーチの本体１２をチューブ６０に対して適
切な位置にして、熔接杖が本体に着座し、封止（シール
）リング２４ａ乃至２４ｆが円筒形の表面３４に当たっ
て封止し、且つロータの駆動スプライン２１が軸受のシ
ャフト（軸）集合体５８と係合する状態になるまで。

熔接杖ユニノ１〜３０を本体の開口部１３に挿入する。

冷却水及び遮蔽ガス流を流し始め、トーチの熔接杖ユニ
ッ１−を所望速度、たとえば１〜３ｒｐｍの回転速度で
チューブ６０の内部で回転させる。

電極の先端部；３２とスリーブ６２の端部の間でアーク
が飛んで、スリーブの端部がとけて該端部をチューブに
封止熔接し、チューブ６０の破損部分又は破裂部分がつ
ながる。熔接後に、熔接杖３０を引っ込める。先に用い
たものより短い熔接杖ユニット３０ａをトーチ・ユニッ
ト１２の内部に挿入し、スリーブ６２の他端部もチュー
ブ６０に熔接する。次いで、熔接杖を引っ込めて、トー
チ本体を次の位置に移動させる。

〈発明の効果〉 本発明の熔接トーチ装置は、内径約１．５８８ａｎ（０
，６２５インチ）以上の管類内部で熔接する場合に有用
性を発揮する。使用できる最大の冷媒圧力は約３　、５
２ｋｇ／ｃｔｉ　（５０ｐｓｊ、ｇ）であるが、少なく
とも約０　、７４　ｋｇ／　ｃｉ　（１０ｐｓｊｇ）の
冷媒圧力でトーチの冷却を行なうのが普通である。逃し
口２５から漏れた冷却媒漏洩流は、Ｏリング封止体２４
ｂ又は２４ｃに漏洩部があることを示し、トーチ本体の
うち導電部２０ｂ及び３８を収納している部分から冷媒
を排除する。熔接トーチに供給する直流電力は、９ボル
ト、４０〜６０アンペアである。

以上の記載においては、本発明による遠く離れた位置に
おいて熔接を行なうトーチ装置を好ましい実施例を挙げ
て説明したが、本発明の技術的思想の範囲内において多
数の変更が可能であり１本発明の技術的思想は特許請求
の範囲の記載によって特定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による熔接トーチ装置の上面図であり
、熔接杖ユニットをトーチ本体ユニットに挿入した状態
を示す図である。 第２図は、熔接杖ユニットを取り去った状態の熔接トー
チ本体ユニットの後端面図である。 第３図は、第１図の３−３線に沿って切断して熔接トー
チ装置の縦断面を示す部分断面図である。 第４図は、第３図の４−４線に沿って切断して熔接トー
チ装置の横断面を示す断面図である。 第５図は、第１図の断面５−５に沿った柔軟な熔接杖ユ
ニットの先端部の縦断面図であり、この図では熔接杖は
熔接対象チューブの内部に位置している。 １０・・熔接トーチ装置、１２・・トーチ本体ユニット
、３０・・熔接杖ユニット、３２・・熔接電極。 特許出願人　　フォスター・ホイーラー・エナージイ・
コーポレイション 代理人弁理士　　兼　　坂　　　　　異同　　　　　　
酒　　井　　　　　　−同　　　　　　兼　　坂　　　
　　　繁図面のｃｆ１ルー（内容に変更なし） ＦＩＣｒ、　４ 手続補正書（方式） １．事件の表示 昭和６０年特許願第６５０９７号 ２、発明の名称 着脱自在で柔軟な熔接杖を備えた遠隔熔接用の内部孔部
熔接トーチ ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 フォスター・ホイーラー・エナージイ・コーポレイショ
ン ４、代理人 〒１０５東京都港区虎ノ門１丁目１番２０号５、補正命
令の日付 昭和６０年６月１０日 （昭和６０年６月２５日発送） ６、補正の対象 図面（浄書、内容に変更なし） ７、補正の内容 別紙のとおり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 遠隔位置で熔接するに適した内部孔部熔接トーチ装置に
   おいて、 （ａ）冷却流体流、遮蔽ガス流及び電力を供給するため
   の接続手段を含むトーチ本体と、 （ｂ）前記トーチ本体に着脱自在に且つ回転自在に付設
   された細長い柔軟な熔接杖であって、熔接杖の外端部に
   放射状に配向させた熔接電極と、前記熔接電極に冷却流
   体流と遮蔽ガス流とを供給するために前記熔接杖の内部
   に設けた長手方向流路と、前記電極に電力を供給する電
   気的接続手段とを有する細長い柔軟な熔接杖と、 （ｃ）遠く離れた位置でアーク熔接する間中、冷却流体
   、遮蔽ガス及び電力を電極に供給しつつ、熔接杖を制御
   された速度で回転させるため前記トーチ本体と連関され
   る駆動手段と を含むことを特徴とする内部孔部熔接トーチ装置。