JP3914285B2 - 溶接用圧縮性パイプスペーサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一体に溶接される２つの金属片を分離するのに使われるスペーサに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
一般にパイプ（管）は、管継手に溶接され、管継手はパイプが内部に挿入されたときパイプの端部に隣接する内方肩部を有している。溶接時には、パイプと管継手の内方肩部との間に所定のギャップが維持されねばならない。しかし溶接時にパイプが膨張するので、パイプが管継手の肩部と確実に接触しないようにされないと、パイプの膨張によって、管継手あるいはパイプと管継手との間の溶接部がひび割れしてしまう。従来の方法では、可撓性のリングスペーサをパイプ端と管継手の肩部との間に配置し、パイプが管継手の肩部と接触するのを防いでいる。スペーサは一般にフラット状で、その本体に沿った一点に割りが入っており、この割りによって形成されたスペーサ両端はスペーサ本体と直交し且つ相互に分離した対向面を有している。またスペーサは、その長さに沿って配設されるとともに、スペーサ本体の面から外側へ突き出た突部を備えている。これらの突部がパイプの端面に当接する一方、スペーサ本体が管継手の肩部に当接し、パイプと管継手の肩部との間にギャップを形成する。溶接時、突部はパイプと管継手の肩部との間にギャップを維持しながら、膨張するパイプと管継手との間で圧縮される。
【０００３】
従来のスペーサでも管継手と溶接部のひび割れを有効に防げるが、かかるスペーサは尚多数の欠点を有する。つまりユーザは、スペーサ本体ではなく突部がパイプ端と接触するように、スペーサをパイプ用管継手内に位置決めしなければならない。この位置決めが必要なのは、切断方法が時折不完全となるため、パイプの切断端がパイプの縦軸に対して直角とならなかったり、あるいは***した突起やバリのため不規則となり、パイプ端の周囲に沿って１つまたはそれより多い高くなった地点が生じる。スペーサの突部がパイプ端でなく管継手の肩部の方を向いていると、上記のように不完全な切断パイプ端が管継手内に挿入された場合、高くなった地点がスペーサのフラットな本体に接触し、スペーサを管継手の肩部に対する平行な位置合わせからずれるように揺動するため、パイプ端と管継手の肩部との間に初期ギャップが不正確になる。ユーザはスペーサの突部をパイプ端の方に向けることによって、スペーサが管継手の肩部と位置合わせされた状態にあるとともに、突部の存在によりパイプ端上の不規則形状や高くなった地点がフラットでたわまないスペーサ本体と接触しないことを保証する。すなわちユーザは、パイプと管継手の肩部との間にスペーサを配置する度に、スペーサの向きが正しいかどうかチェックする必要がある。
【０００４】
冷間製造された３００シリーズステンレス鋼などのステンレス鋼は、一定の使用条件下では応力腐食割れを非常に起こし易い。つまり、管継手の肩部と接触するフラットなスペーサ本体が比較的大きい表面積を持つことは、大きい接触面積がスペーサおよび管継手の裂け目（クレビス）腐食や点食の可能性を増大することになるため望ましくない。また、スペーサと管継手の肩部との間の接触は、接触する領域間を通る皮膜保護剤の流れを妨害することによって、皮膜保護にも悪影響を及ぼす。さらに接触面積が大きいことは、スペーサと管継手の肩部との間に介在するゴミによって生じるスペーサの不整合発生率も高める。
【０００５】
また、スペーサの鋼を変形してフラットなスペーサ本体上に突部を形成した場合、残留応力が鋼に与えられる。この残留応力がスペーサ本体のフラットな部分と突部との間の半径範囲でスペーサを弱め、一定の使用条件下では応力腐食割れを起こすことがある。
【０００６】
さらに、スペーサ本体の割りは、スペーサの両端を相互に接触させることなく、スペーサの円周方向の伸張を可能とするように充分広くなければならない。しかしながら、初期の周方向クリアランスが大きいほど、溶接時にスペーサが伸張したときスペーサの両端がパイプの流路内へ曲がって進入する危険が高いので、スペーサ両端間の初期周方向クリアランスは最小とするのが望ましい。一方割りを形成する両フラット端はそれらが会合する地点を越えて伸張できないので、スペーサ両端間の初期周方向クリアランスは比較的大きくなければならない。
【０００７】
したがってこの発明の目的は、溶接時にパイプと管継手との間に適切なギャップを維持するスペーサを提供することにある。
【０００８】
この発明の別の目的は、溶接時にパイプと管継手との間の溶接部のひび割れを防ぐスペーサを提供することにある。
【０００９】
この発明のさらに別の目的は、スペーサのどちら側がパイプ端に接触するかに係わりなく、溶接時にパイプと管継手との間に適切なギャップを維持するスペーサを提供することにある。
【００１０】
この発明のさらに別の目的は、パイプまたは管継手の肩部との長期の接触に伴う腐食の影響を回避するスペーサを提供することにある。
【００１１】
この発明のまた別の目的は、製造工程から最小量の応力が残り、使用時における応力腐食割れを回避するスペーサを提供することにある。
【００１２】
この発明のさらに別の目的は、不均一あるいは汚染された面を有する管継手の肩部に対して適正な位置合わせを維持するスペーサを提供することにある。
【００１３】
この発明のまた別の目的は、配管系の皮膜保護を容易とするスペーサを提供することにある。
【００１４】
この発明の上記以外の目的は、以下の説明から明かとなろう。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、可撓製のリング状スペーサが、スペーサ本体の長さに沿って円周方向に離間して配置された複数対のオフセット部分を有する。スペーサは、これらの対をなすオフセット部分を除き平面状である。各対のオフセット部分が軸方向に延出した一対の突起を画成している。これら突起の一方が外側に張り出してパイプの端部と接触し、他方の突起が反対方向外側に張り出して管継手の肩部と接触し、パイプと管継手の肩部との間に所望の分離を与える。溶接時にパイプが膨張すると、各対のオフセット部分の両突起が圧縮され、スペーサが円周方向に伸張する。スペーサに入れた割りが、スペーサの２つの離間したスペーサ端部を画成している。これら離間したスペーサ端部の一方に溝が形成されている。他方のスペーサ端部は、この溝に対応した舌部を有する。膨張するパイプの圧縮力でスペーサが円周方向に伸張すると、離間した両スペーサ端部は、舌部が溝内へと進入するが接触はしない地点まで相互に接近移動する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
ここで図面、特に図１を参照すれば、全体を番号１０で示したパイプ用スペーサは、フラットなリング状本体部１２，１４，１６，１８を具備する。本体部１４のスペーサ端部２２と本体部１６のスペーサ端部２４との間に、周方向クリアランス２０が形成されている。スペーサ端部２２は、そこから延出した舌部２６を有する。スペーサ端部２４は、舌部２６に対応した溝２８を有する。またスペーサ１０は、両本体部１２，１４の間に形成され両者を相互に結合するオフセット部分の第一対３０、両本体部１６，１８の間に形成され両者を相互に結合するオフセット部分の第二対３２、および両本体部１８，１２の間に形成され両者を相互に結合するオフセット部分の第三対３４を有している。各対中のオフセット部分３６，３８，４０は、スペーサ１０から外側へ一方向に張り出し、残りのオフセット部分４２，４４，４６はスペーサ１０から外側へ反対方向に張り出している。すべてのオフセット部分３６，３８，４０，４２，４４，４６は、スペーサ１０のそれぞれ隣接する本体部１２，１４，１６，１８から実質上等しい距離だけ突出している。オフセット部分の各対３０，３２，３４は、相互に等しい角度間隔で離間し、図２および図３に示すように、スペーサ１０が管継手４８の肩部５０とパイプ５４の端部５２との間で、肩部５０に対して実質上平行な向きとなり得るようにしている。スペーサ１０は、ステンレス鋼製溶接ワイヤなどの可撓性材料で形成され、溶接部５８の形成時に発生される熱をパイプ５４が吸収して縦方向に膨張したとき、オフセット部分３６，３８，４０，４２，４４，４６が撓むようになっている。
【００１７】
＜動作の形態＞
図２および図４に示すように、まずスペーサ１０を管継手４８内に配置し、肩部５０に対して位置決めする。次いでパイプ５４を管継手４８内にパイプ端部５２がスペーサ１０に接触するまで挿入し、パイプ５４と肩部５０との間でスペーサ１０を軽く圧縮する。これによりパイプ５４が管継手４８に軽く仮止めされ、溶接の準備が整えられる。
【００１８】
図３および図５は、溶接部５８がパイプ５４と管継手４８との間に形成される際のスペーサ１０とパイプ５４との間の関係を示している。パイプ５４が溶接時の熱を吸収し、方向５６に膨張している。この膨張により、パイプ端部５２はオフセット部分４２，４４，４６と圧縮接触せしめられる。この圧縮の結果、オフセット部分３６，３８，４０，４２，４４，４６は、部分的にフラット化され、スペーサ１０が円周方向に延びる。溶接の熱によってパイプ５４が方向５６に沿って著しく膨張すると、図５に最も明瞭に示してあるように、円周方向の伸張によって舌部２６が溝２８内へと進入する。しかし、溶接部５８が形成される前の両スペーサ端部２２，２４間における初期の周方向クリアランス２０は充分にとられ、溶接時オフセット部分３６，３８，４０，４２，４４，４６が完全に圧縮されたとしても、スペーサ１０の円周方向の伸張でスペーサ端部２２の舌部２６がスペーサ端部２４の溝２８と接触しないことを保証する。また、スペーサ１０と管継手４８との間に直径方向の初期クリアランスが存在すると、スペーサ１０が直径方向にわずかに膨張することもある。
【００１９】
オフセット部分３６，３８，４０の頂部からオフセット部分４２，４４，４６の頂部まで測定したスペーサ１０の全高は、溶接時のスペーサ部分におけるパイプ５４および管継手４８両方の最大計算膨張を越えないように設計され、パイプ端部５２、スペーサ１０および管継手４８の肩部５０間で撓みのない接触が起きるほどにはオフセット部分３６，３８，４０，４２，４４，４６が圧縮されないようにする。すなわち最大圧縮時でも、パイプ端部５２と管継手４８の肩部５０とは、スペーサ１０の本体部１２，１４，１６，１８と接触しない。
【００２０】
図６は、周方向クリアランス２０を形成するスペーサ端部２２，２４を示している。図中の実線が、図２および図４に示した溶接前における舌部２６と溝２８との間の関係を示している。周方向クリアランス２０は、舌部２６の先端と溝２８を形成する尾根の頂部によって形成されている。図６中の点線は、図３および図５に示した溶接後の最大圧縮状態における舌部２６と溝２８との間の関係を示している。舌部２６は、溝２８内へ延びているが、溝２８とは接触していない。図から明らかなように、スペーサ端部２２，２４が図６に示すような舌部−溝嵌合端の組合せでなくフラットで直角な端部となっていれば、周方向クリアランス２０は同じ量の円周方向の伸張を許容するのに図示の場合より広くする必要がある。つまり、初期周方向クリアランス２０がより狭くなるようにすることにより、舌部２６と溝２８との噛み合わせで、溶接時パイプ５４の流路内へ両スペーサ端部２２，２４が曲がって入り込む可能性を減らしている。
【００２１】
また上記の説明から、スペーサ１０が管継手４８内に、図２乃至図５に示す如くオフセット部分３６，３８，４０が管継手４８の肩部５０と接触するように挿入されるか、あるいはオフセット部分４２，４４，４６が管継手４８の肩部５０と接触するように挿入されるかは重要でないことが明かであろう。いずれの向きで挿入した場合でも、対向するどちらかのオフセット部分がパイプ端部５２と接触し、パイプ端部５２が不規則な形状であったりもしくはパイプ５４の縦軸と直角をなしていない場合でも、肩部５０とパイプ端部５２との間に受け入れ可能なギャップを保証し、ひいては肩部５０に対するスペーサ１０の実質上平行な向き決めを保証する。すなわち、ユーザはスペーサ１０を管継手４８内に配置する前に、スペーサ１０の向きをチェックしなくてもよい。
【００２２】
またいずれの向きにおいても、パイプ端部５２と肩部５０とは、それぞれ３つのオフセット部分の各々の小さい領域と接触するだけなので、腐食の恐れは減少し、スペーサ１０と肩部５０との間にゴミが介在する恐れも最小限になる。さらに、充分に突出するオフセット部分を形成してパイプ端部５２と肩部５０との間に適切なギャップを与えるのに必要な変形、つまり引き伸ばしは各対の逆向きのオフセット部分に等しく分布されるので、スペーサ１０の残留応力は最小限になる。
【００２３】
次に、図７乃至図９の実施例を参照すれば、図１乃至図５の実施例におけるものと同じ、あるいは実質上同じ要素は、１００番台にして同じ参照番号を付してある。スペーサ１１０は、オフセット部分対１３０，１３２，１３４と対応したフラット面６０，６２，６４を有する。すべてのオフセット部分１３６，１３８，１４０，１４２，１４４，１４６がフラット面６０，６２，６４のそれぞれに沿って配設されているので、オフセット部分１３６，１３８，１４０の頂点と肩部１５０との間の接触線は、図１乃至図５の実施例のオフセット部分３６，３８，４０に対応する接触線よりも内壁６６からかなり内側に位置する。この追加のクリアランスにより、肩部１５０を形成するの用いられるツールが摩損しているとき内壁６６と肩部１５０との間に形成されることがある曲率６８のため、オフセット部分１３６，１３８，１４０が肩部１５０から離れて宙吊りにならないことを保証する。つまりフラット面６０，６２，６４の存在により、図７および図８に見られるごとく、曲率６８が存在する場合であっても、一連のパイプが一方向に延びるように溶接されるとき累積される可能性がある離間エラー７０を避けられるとともに、スペーサ１１０がオフセット部分１４２，１４４，１４６の頂点と肩部１５０との間に一定の予設定された空間を画成するのを可能とする。
【００２４】
尚、本発明は以上説明した実施例の詳細に制限されず、特許請求の範囲に記載された範囲内で変形可能であることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスペーサの斜視図。
【図２】溶接前のパイプと管継手との断面側面図で、図１のスペーサが両者の間に挿入され、パイプが管継手に仮止めされている。
【図３】溶接後のパイプと管継手との断面側面図で、図１のスペーサが両者の間に挿入されている。
【図４】溶接前のパイプと管継手との断面側面図で、図１のスペーサが両者の間に挿入されている。
【図５】溶接後のパイプと管継手との断面側面図で、図１のスペーサが両者の間に挿入されている。
【図６】図１のほぼ４−４線に沿った本発明のスペーサの部分側面図で、スペーサが円周方向に最大限伸張したときのスペーサの割りが図中点線で示してある。
【図７】管継手に挿入された本発明のスペーサの第２実施例の平面図。
【図８】図４のほぼ６−６線に沿った本発明のスペーサの断面側面図で、パイプが管継手から取り除かれている。
【図９】図７のほぼ７−７線に沿った本発明のスペーサの第２実施例の断面側面図。
【符号の説明】
１０，１１０…スペーサ
１２，１４，１６，１８…本体部
２０…周方向クリアランス
２２，２４…スペーサ端部
２６…舌部
２８…溝
３６，３８，４０，４２，４４，４６…オフセット部分
４８…管継手
５０，１５０…肩部
５４…パイプ
１３６，１３８，１４０，１４２，１４４，１４６…オフセット部分

Claims (8)

1. パイプを管継手に溶接する前に、パイプの端部とこのパイプ端部が挿入される管継手の内方環状肩部との間を位置決めするためのスペーサにおいて、
   前記スペーサは、前記パイプと前記肩部との間を位置決めし、両者の間にあってパイプの外径寸法と近似する外径寸法を有したギャップを制御する弾性部材であり、
   前記スペーサが円周方向に離間して周方向クリアランスを画成する両スペーサ端部と、円周方向に離間した本体部と、この本体部の各２つの間に位置して軸方向にオフセットした一対のオフセット部分とを有し、これらオフセット部分が互いに反対軸方向に突出していることにより、前記オフセット部分の一方が前記パイプ端部に係合し、他方のオフセット部分が前記肩部に係合し、
   前記スペーサは、溶接時に前記パイプが膨張したとき、該パイプ端部と前記本体部との間の接触を防ぐように弾性を有し、かつ、
   前記離間したスペーサ端部の一方がそこから延びた突部を有し、前記離間したスペーサ端部の他方が、溶接時前記スペーサが円周方向に伸張したとき、前記突部を受け入れる凹部を有する
   ことを特徴とするスペーサ。
2. パイプを管継手に溶接する前に、パイプの端部とこのパイプ端部が挿入される管継手の内方環状肩部との間を位置決めするためのスペーサにおいて、
   前記スペーサは、前記パイプと前記肩部との間を位置決めし、両者の間にあってパイプの外径寸法と近似する外径寸法を有したギャップを制御する弾性部材であり、
   前記スペーサは、円周方向に離間して周方向クリアランスを画成する両スペーサ端部と、円周方向に離間した本体部と、この本体部の各２つの間に位置して軸方向にオフセットした一対のオフセット部分とを有し、これらオフセット部分が互いに反対軸方向に突出していることにより、前記オフセット部分の一方が前記パイプ端部に係合し、他方のオフセット部分が前記肩部に係合し、
   前記スペーサは、溶接時に前記パイプが膨張したときに該パイプ端部と前記本体部との間の接触を防ぐように弾性を有するとともに、互いに角度間隔をもって離間した前記オフセット部分を複数対備え、かつ、前記スペーサは、複数のフラット面を除き、ほぼリング状であることを特徴とするスペーサ。
3. 前記複数対のオフセット部分の各対が前記複数のフラット面のそれぞれの１つに配設されていることを特徴とする請求項２記載のスペーサ。
4. 前記スペーサが前記オフセット部分の位置で第１の外径寸法を有するとともに、前記本体部の位置で別の外径寸法を有し、前記第１の外径寸法が前記別の外径寸法より小さいことを特徴とする請求項３記載のスペーサ。
5. パイプを管継手に溶接する前に、パイプの端部が挿入される管継手の内方環状肩部に対してパイプ端部を離間させるスペーサで、このスペーサが環状であるとともに、パイプの外径寸法と近似した外径寸法を有するものにおいて、
   実質上同じ平面内に位置し、間隔を置かれた細長いフラット状の複数の本体部で、そのうちの２つがそれぞれスペーサ端部を有する本体部と、
   前記フラット状本体部から軸方向にオフセットし、各々が前記フラット状本体部の各２つの間に配設されてこれら２つの本体部を結合しており、さらに溶接時に前記パイプが膨張したとき、パイプ端部から加わる圧縮力の下で部分的にフラット化されるよう充分に撓み可能なオフセット部分と、
   前記２つの離間した本体部の両スペーサ端部によって画成され、前記オフセット部分が部分的にフラット化されたとき前記スペーサの円周方向の伸張を許容する周方向クリアランスとを備え、
   前記２つのスペーサ端部の一方がそこから延びた突部を有し、かつ前記２つのスペーサ端部の他方が溶接時に前記スペーサが円周方向に伸張したとき、前記突部を受け入れる凹部を有することを特徴とするスペーサ。
6. 前記突部が舌部を形成し、前記凹部が溝を画成することを特徴とする請求項５記載のスペーサ。
7. 前記オフセット部分が、前記細長いフラット状の本体部の前記平面から等しい距離だけ突出していることを特徴とする請求項５記載のスペーサ。
8. 前記オフセット部分が、互いに角度間隔もって離間配設されていることを特徴とする請求項５記載のスペーサ。

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