JPS62267098A - 溶接用バックアップシュー装置 - 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】 この発明は溶接バックアップシューに関する。

管の外部から管中の円形のジヨイントを溶接する際、溶
接金属が管の内表面をわずかに通過する程度にまで差し
込んで隣接する管端部同志を完全に溶接することを確保
することが必要である。

ルートビード（ｒｏｏｔ　ｂｅａｄ）と呼ばれる、溶接
金属の差し込み部分の寸法と一貫性は圧縮液体及び気体
を運搬する管にとって特に重要である。

管の溶接のための多数のバックアップシステムか知られ
ている。これらは全て、溶接すべき管間のジヨイントに
またがる内部バッキングを設けて、溶融溶接金属を受容
し、連続的で一貫した溶接部分を形成することを助ける
ように設計されている。一般的に、従来技術では、バッ
クアップ能力を、隣接する管の端部が互いに適当に配列
されるように強制する手段と組合せている。しかしなが
ら、はとんどの従来技術は、限られた空間内で完全なバ
ックアップシューな折りたたむことの困難さの故に不完
全なバックアップシューのみを与える。これらの困難性
は管の直径か小さくなるほど増大する。

比較的複雑て頑丈な機械的構造の故に、従来技術のシス
テムは、内径か２０’インチから３インチの中型又は小
型の管に対して使用することがてきないように思われる
。これは、湾曲した管、例えば肘及び１８０度反転管を
真直な管に溶接する場合に特にそっである、管の寸法か
小さくなると、不完全なバックアップによってもたらさ
れる管内部の溶接部分の不連続及び不規則な部分の比率
は、全溶接部分の半分以上を占める。実際、管溶接欠陥
の大多数は、関連するルートパス（ｒｏｏｔｐａｓｓ）
である。

この発明の目的は、使用が筒便てあり、高品質の溶接を
与えるのに効果的な溶接バックアップシューを提供する
ことである。

従って、この発明は、それから延びるピストン棒を有す
る二重作用流体シリンダーと、該ピストン棒に装着可能
な第１の保持シューと、第１の保持シューに対向する第
２の保持シューと、該第１及び第２の保持シューによっ
て収容され、所定の内径の管の内部で密接に適合する、
外部に対して円弧状の少なくとも２つの他のバックアッ
プシューと、前記第２の保持シューと摺動可能に係合し
、保持シューの互いの運動をガイドする、第１の保持シ
ューに装着されるガイド手段と、前記シリンダーに装着
され、前記第１のバックアップシューに当接する開放手
段と、前記少なくとも２つの他のバックアップシューな
シリンダーに装着するケーブルとを具備する溶接バック
アップシューを提供する。

保持シューには典型的にはバックアップシューを受容す
るための外部溝が設けられている。

１つの保持シューはピストンハウジングと一体となって
いてもよいし、交換か可能なようにそれに着脱可能に取
り付けられていてもよい。

バックアップシューには溶融金属を受容するための外部
溝が設けられており、第１のバックアップシューは半径
線上て他の２つのバックアラ・ブシュ−の端部に当接す
る。この配列により、第１のバックアップシューか他の
バックアップシューに対して移動することが可能になる
。バックアップシューは望ましくは耐熱性、熱伝導性の
材料から形成され、溶接部分から熱を吸収してそれを除
去するために十分な質量を有する。好ましい材料は銅合
金及びセラミックスを包含する。

好ましい具体例では、ガイド手段は第１の保持シューか
ら延びる棒を有する。シリンダー上には、該棒を摺動可
能に受容するハウシンクか設けられ、また、第２の保持
シュー中には、この棒を摺動的に受容する開口か設けら
れている。これらの棒は、好ましくは、シリンダーか縮
んだ状態において第２の保持シュー中の開口を貫通して
シリンダーをバックアップシューの外側に押すような長
さを有する。これらはまた、シリンダーか再び延びるま
で、バックアップシューか第２の保持シューによって受
容されることを妨げる。これは、溶接終了後、管から装
置を取り出すために特に重要である。

開放手段は望ましくはシリンダーから延び、管内部に当
接することができる棒を有する。／すなわち、この棒が
バックアップシューに当接し、溶接金属がその位置を保
とうとするならば、バックアップシューな単に管から突
くことがてきる。

２つのバックアップシューなシリンダーに結合する２つ
のケーブルを設けることが好ましい。

それぞれのケーブルは、シリンダーがバックアップシュ
ーとの接触から脱してバックアップシューを溶接領域に
保持することを可能にするための最初の移動を可能にす
るのに十分な長さを有する。

次にさらにシリンダ一手段を引くとバックアップシュー
が管から引き離され、管に沿って出口部分にシリンダー
の後を引かれるにつれ、シリンダーの後を追随する。

管に沿った装置のなめらかな移動を容易にするために、
外側に延びて管の内表面と接触する車輪を設けることが
好ましい。

望ましい具体例ては、バックアップシューは、ハ・シフ
アップシューから管に延びて気密なシールを形成する１
シールを受容するための手段を有する。これは、アルミ
ニウムやステンレス鋼のような材料を溶接する場合に特
に望ましい、従来技術では、典型的には、これらの材料
を溶接する前に、アルゴンのような不活性ガスてパージ
す保持シューから外側に向かって延び、管の断面に接触
して、溶接前に管を固定された所定の相対位は、管内に
装置を正確に位置させるためのクランプ手段を有する。

クランプ手段は、内部に向かって延びる刃を有する、蝶
番により結合された弓状部材を有し、溶接される管断面
はそれぞれの刃に当接する。それぞれの刃はまた、管内
部のバックアップシューに係合する０例えばバネ負荷ハ
ンドルのような、弓状部材を共に圧縮するための手段が
設けられている。

図示のように、溶接バックアップシュー装置は、二重作
用流体シリンダー１、下部保持シュー２ａ及び上部保持
シュー２を有する。バックアップシューアセンブリー５
及び５ａが設けられている。短いバックアップシュー５
３は上部保持シュー２に固定されている。長いバックア
ップシュー５は部分的に下部及び上部保持シュー２及び
２ａと係合して連続的な輪を形成している。

バックアップシュー５及び５ａは、結合すべき管８及び
９の間のギャップ２３に差し込む溶接金属を受容するた
めの中央浅溝１２をその外周に有する。

第３図に最もよく示されるように、保持シュー２及び２
ａは、装置を使用する際に、溶接が一旦開始されたなら
ば管８及び９か相対的に移動することを防止するための
、管８及び９の内表面と係合するスパイク１４を有する
。第３図に示されるように、耐火物性の繊維状のシール
１５をバックアップシュー５及び５ａ中に設けて、例え
ばステンレス鋼やアルミニウムを溶接゛す゛る際に溶融
溶接材料に空気が混入することを防止することもできる
。装置は、管の開口末端を介して装置を引くために用い
られるらせんケーブル１６を有する。

バックアップシュー５のための引抜きケーブル６が設け
られている。ケーブル６はバックアップシュー５上のフ
ック７及びシリンダーｌ上のブラケット１３と係合する
。

第４図には、この発明の装置と共に溶接部分を形成する
のに有用な外部クランプが示されている。このクランプ
は互いに枢着された外部クランプ刃と、バネ負荷ハンド
ル１８とを有する。

装置はさらに、車輪のついた輸送機構２０と開放体２１
とを右する。

２つの管８及び９を溶接するためにこの発明の装置を用
いる際には、先ず水圧シリンダー１を完全に縮めバック
アップシューを除去する０次にケー゛プル１６を用いて
装置を管８の開口端部から管８内に挿入する。

内部に固定された短いバックアップシュー５３を有する
上部保持シュー２を、完全なストロークよりも僅かに短
い程度にまで延ばす、バックアップシュー５を保持シュ
ー２及び２ａ内に置き、下部保持シュー２３の中央部で
末端同志を当接させる。バックアップシュー５の上部は
上部保持シュー２の両側に部分的に係合する。バックア
ップシュー引抜きケーブル６を次にブラケット１３内に
挿入する。第４図に示す外部クランプを、刃１７がバッ
クアップシュー中の溝１２内に位置するように置き、バ
ネ負荷ハンドル１８でこの位置に固定する。第５図に示
すように、バックアップシュー５と５ａ間のギャップ１
９を閉じ、バックアップシューアセンブリー５及び５ａ
の外形寸法を管９中に摩擦なしで挿入できるように十分
小さくする０次に装置を、管端部が外部クランプ刃１７
に対して堅固に当接するまで管９内に挿入する。管８は
装置上に適合し、刃１７のもう一方の側に当接する。

シリンダー１を完全なストロークにまで延ばし、圧力を
かける。そうすると、スパイク１４か管８及び９の内壁
に係合する。バックアップシュー５及び５ａは管８及び
９の内表面に対して押しつけられる。外部クランプをは
ずし溶接を開始する。

１回の溶接工程か終了すると、流体シリンダーｌを縮め
、それと共に保持シュー２を引き戻す、そうすると、下
部保持シュー２ａか持ち上がってバックアップシュー５
から離れる。ストロークが完了する前に開放線２１が管
９の内表面頂部と係合し、隣接するバックアップシュー
５から上部保持シュー２及びそれと共にバックアップシ
ュー５３を開放する。線ｌｏに沿って引っ張ると、流体
シリンダーｌがバックアップシュー５から離れる。

この点に関し、溶接ビートか管ジヨイントを介して延び
、溝１２を満たすので、バックアップシューの横方向の
移動は不可能であることに注意すべきである。しかしな
がら、上述したように、下部保持シュー２ａは流体シリ
ンダーの下方向のストロークの始めにバックアップシュ
ー５から離れて持ち上がる。上部バックアップシューと
溶接部分の間、又は隣接するバックアップシュー５間に
接着性が存在するならば、開放線２１が管表面に係合し
、長いバックアップシューから上部保持シュー及びそれ
と共に上部バックアップシューを開放する。

第６図に特に示されるように、ガイド棒は縮む間に下向
きに移動して下部保持シュー２ａを貫通して突出する。

これにより、バックアップシュー５か再び下部保持シュ
ーの溝に入ることが防止される。縮みストロークの最後
に、ガイド棒３に固定され、スロット１１を介して延び
る輸送機構２０が管８及び９表面の底部と係合し、除去
を容易にする。バックアップシュー引抜きケーブル６か
溶接位置からバックアップシュー５を開放し、シューは
管の内部から装置の残りの部分と共に除去される。

なお、図示を容易にするために、スパイク１４、シール
１５及び輸送機構２０は第２図、第３図及び第６図にの
み描かれている。

、　　第８図には、ガラス補強プラスチッククッション
２５上に形成された、バックアップシュー２４のための
セラミック部分が挟持シュー２６と、例えば第１図に示
すシュー５と同様にシュー２及び２ａと係合する特殊な
保持シューと共に描かれている。横断領域の総寸法は、
銅バックアップシューの横断領域とほぼ同じであるか、
少し大きくてもよい。

残りの部分の寸法は先に記載したバックアップシューの
寸法と同じである。すなわち、半径方向に角度を有する
側面を有する１つの短いバックアップシューと、上記し
たように管の残る表面を囲包し、保持シュー２及び２ａ
内に適合する２つの長いバックアップシューの寸法は前
述したものと同じである。

第８図に示すように、この形状の維持を確保し、セラミ
ック製のバックアップシュー２４に何等の応力を与える
ことなくシール及びスパイク１４及び１５を使用するこ
とを可能にする。ガラス補強クッション２５により、セ
ラミック部分が管表面と接触する。管内に入る熱衝撃に
よってセラミック粒子が破損する機会を減少させるため
に、小さな首部のみか露出している。

この点に関し、さらなる安全を確保するために、首部中
に延びる細いワイヤーを埋め込み、緩く結合した部材を
残りのセラミック本体に固定することもできる。

この手段により、この発明において、溶接金属に他の金
属が混入することを防止しなければならない際に必須の
構成であるセラミック部分を便利に組み込むことができ
る。今迄の経験により、セラミック製バックアップシュ
ーを構成する好ましい材料は酸化アルミニウムであるこ
とがわかった。

このように、この発明の装置は、従来の溶接バックアッ
プシューに比べてかなりの利点をもたらす、使用の簡便
さが特に有利である。バックアップシュー５及び５ａは
また、溶接材料を冷却する作用を有し、特に溶接部分の
上部において、溶融溶接金属か垂れ下がることを防止す
ることがてきる。隣接するバックアップシュー５及び５
ａ間には、溶接金属がジヨイント内に埋め込まれること
を防止するために最小の間隙か必要である。

スパイク１４により、はとんどの従来技術において必要
であったタック溶接か不要になる。さらに、シール１５
により溶融溶接材料が管の内部に混入することが防止さ
れるので、例えばアルミニウムやステンレス鋼を溶接す
る際に必要な高価な内部パージング操作が不要になる。

この発明の装置によると、他の溶接方法よりも４倍から
５倍速いが、溶接パドルの押しが比較的強く、また、３
万５０００分の１インチ以下の細さのワイヤーがギャッ
プにはまり込む可能性の故に、バッキングにギャップが
存在することを許容することができない、ＧＭＡＷ法の
適用か可能になる。これは非常に有意な利点であると信
じられる。米国で１つ又は２つの会社のみが中型の管の
軌道ＳＭＡＷ管溶接機を開発したが、この公知の装こに
よると、高価な軌道ＴＩＧロボットと共に入れなければ
ならない。軌道ＴＩＡロボットの使用は極めて効果であ
る。

この発明は、また優れたルートビード品質を提供する。

他のシステムでは、この発明においては第４図に示すよ
うにクランプを使用するために可能であるギャップ精度
が不可能である。この発明では、しかしながら、ギャッ
プの下にバックアップ溝１２を精密に位置させることが
可能である。溶接変数を経験的に確立した後、差し込む
金属の量は、明細に従ワて測定することができるバック
アップシュー溝１２を丁度溝たすのに十分な量であるべ
きである。この発明によると、理想的なプロフィールの
ルートビートが得られ、欠陥がなく、溶接された管内の
成分の流動に与える影響が最小である。外部クランプは
、隣接する管部分間の精密な位置付は及びギャップを精
密に制御することを可能するために特に有用である。

保持シューの交換性もまた。この発明の重要な特徴であ
る。これにより、限定された範囲の大きざの管に対して
水圧装置を適用することができ、これは半インチェ程が
一般的である中型の管について有意義である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の装置の端面図。 第２図はこの発明の装置の部分断面図、第３図はスパイ
ク及びシールを有するバックアップシュー及び保持シュ
ーと共に描く第２図のｂ−ｂ線断面図。 第４図はクランプの端面図。 第５図はバックアップシューアセンブリー及びその直径
縮小機能を模式的に示す図、第６図は第１図の線１−１
の断面図。 第７図は溶接する管部分内の装置の蔵置を示す図、そし
て 第８図はセラミック製シューの配置を示す図である。 １・・・シリンダー、５．５ａ・・・バックアップシュ
ー、８，９・・・管、１４・・・スパイク、１５・・・
シール 二面の一＝″ｊＩ’７．７１１：；：＼丁５２Ｌ〕ＦＩ
Ｇ、乙 ＦＩＧ、８゜ 手続補正書（方式） ％式％ ■、基件の表示 特願昭６２−５５４３７号 ２、発明の名称 溶接バックアップシュー装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 氏名　　へルムートｅケー・バーン ４、代理人 住所　東京都千代田区霞が関３丁目７番２号　ＵＢＥビ
ル昭和６２年５月２６日 ６、補正の対象 委任状およびその訳文、 図面（第８図） ７、補正の内容　　別紙の通り 第８図の図面の浄書（内容に変更なし）、方式補正指令
の対象となっていない第７図が添付されておりますが、
内容に変更はありません。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピストン棒を有する二重作用流体シリンダーと、 該ピストン棒に装着可能な第１の保持シューと、 第１の保持シューに対向する第２の保持シューと、 該第１及び第２の保持シューによって収容され、所定の
   内径の管の内部で密接に適合する、外部に対して円弧状
   の少なくとも２つの他のバックアップシューと、 前記第２の保持シューと摺動可能に係合し、保持シュー
   の互いの運動をガイドする、第１の保持シューに装着さ
   れるガイド手段と、 前記シリンダーに装着され、前記第１のバックアップシ
   ューに当接する開放手段と、 前記少なくとも２つの他のバックアップ シューをシリンダーに装着するケーブルとを具備する溶
   接バックアップシュー装置。
2. （２）前記保持シューには前記バックアップシューを受
   容する外部溝が形成されている特許請求の範囲第１項記
   載の装置。
3. （３）前記第１の保持シューはピストン棒と一体になっ
   ている特許請求の範囲第１項記載の装置。
4. （４）前記第１の保持シューは着脱可能に前記ピストン
   棒に結合されている特許請求の範囲第１項記載の装置。
5. （５）前記バックアップシューには溶接金属を受容する
   外部溝が形成されている特許請求の範囲第１項記載の装
   置。
6. （６）前記第１のバックアップシューは半径線上で前記
   少なくとも２つの他のバックアップシューの端部と当接
   し、前記第１のバックアップシューが２つの他のバック
   アップシューに対して相対的に移動することが可能であ
   る特許請求の範囲第１項記載の装置。
7. （７）バックアップシューは銅合金又はセラミック材料
   から形成される特許請求の範囲第１項記載の装置。
8. （８）バックアップシューは、良好な熱吸収性を与える
   のに十分な質量を有する特許請求の範囲第１項記載の装
   置。
9. （９）前記ガイド手段は、第１の保持シューから延びる
   棒と、 該棒を摺動的に受容するシリンダー上のハウジングと、 該棒を摺動的に受容する第２の保持シュー中の開口とを
   有する特許請求の範囲第１項記載の装置。
10. （１０）棒は、シリンダーを縮めた際に棒が第２の保持
    シュー中の開口を介してシリンダーをバックアップシュ
    ーから外に押し、シリンダーが延びるまでバックアップ
    シューが第２の保持シューによって受容されることを妨
    げる長さを有する特許請求の範囲第９項記載の装置。
11. （１１）前記開放手段は、シリンダーから延び、上部保
    持シューに当接可能な棒を有する特許請求の範囲第１項
    記載の装置。
12. （１２）シリンダーが少なくとも２つの他のバックアッ
    プシューとの接触状態を脱する最初の移動を可能にし、
    シリンダーの後方を管に沿ってバックアップシューを引
    っ張るシリンダーをさらに引くのに十分な長さを有する
    ２本のケーブルが設けられている特許請求の範囲第１項
    記載の装置。
13. （１３）管に沿った移動を容易にする車輪が装置に装着
    されている特許請求の範囲第１項記載の装置。
14. （１４）バックアップシューは、バックアップシューか
    ら管に延びるシールを受容して気密封止を形成する手段
    を有する特許請求の範囲第１項記載の装置。
15. （１５）保持シューから外側に向かって延び、管の部分
    と接触してこれを溶接の開始前に固定された所定の相対
    的位置に保持するスパイクを有する特許請求の範囲第１
    項記載の装置。
16. （１６）装置を管内に正確に位置させるクランプ手段を
    有する特許請求の範囲第１項記載の装置。
17. （１７）前記クランプ手段は蝶番により連結された弓状
    部材と、 溶接すべき管部分がその両側に当接し、 かつ管内部のバックアップシューと係合する、内部に向
    かって突出する刃と、 弓状部材を共に圧縮するための手段とを有する特許請求
    の範囲第１６項記載の装置。
18. （１８）前記弓状部材を共に圧縮するための手段はバネ
    負荷ハンドルを含む特許請求の範囲第１７項記載の装置
    。
19. （１９）バックアップシューはセラミック製であり、 バックアップシュー及び保持シュー上に延び、個々のバ
    ックアップシューを位置付けかつこれを保護する挟持シ
    ューと、 バックアップシューが突出する、挟持シュー内の開口と
    、 保持シュー内に設けられ、バックアップシューにクッシ
    ョンを与えるためのクッションとを有する特許請求の範
    囲第１項記載の装置。
20. （２０）前記クッションはガラス補強プラスチックであ
    る特許請求の範囲第１９項記載の装置。