JP4146282B2 - 金属管の溶接方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、化学プラント設備で使用するステンレス鋼鋼管同士を溶接する場合には、溶接金属及びステンレス鋼鋼管の内面の酸化及び窒化防止のため、バックシールドガスとして、例えば、アルゴンガスにより溶接部の裏面を大気から遮蔽した状態で溶接している。溶接部の裏面をバックシールドガスにより遮蔽する方法の一つとして、両端面が当接して配置された対となるステンレス鋼鋼管の反対側の両端部をそれぞれプラグ材で閉塞し、一端部のプラグ材に形成された流入口から不活性ガスを両ステンレス鋼鋼管内に注入し、他端の排出口から排出している。この方法ではステンレス鋼鋼管が長くなると、注入する不活性ガスの使用量が多くなって不経済となるため、溶接部の近くの両側にプラグ材を設けて、両プラグ材間の空間に不活性ガスを供給して、バックシールドガスとし、溶接する方法が知られている。この場合プラグ材としては、伸縮する風船や水により溶ける水溶性材料からなるものが使用されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開平05−245633号公報(要約、図1〜図3)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法においては、未だ解決すべき以下のような問題があった。
プラグ材が風船の場合では、気体を充填する風船の取り込み(挿入)及び取り出しが難しく、特に長さが長い金属管や、径が小さい金属管や、エルボ等の曲がった金属管において、問題が大きかった。
また、プラグ材が水溶性材料の場合では、プラグ材を接着剤で固定し、溶接後のプラグ材を、水を流して溶解させて除去しているので、接着剤の接着力の程度によってはプラグ材が管内に残留して管が閉塞したり、また、多量の水が必要となった。
【0005】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、長い金属管や、内径が小さい金属管や、エルボ等の曲がった金属管等の溶接においても、管内に閉塞部材を固定し易く、しかも溶接後、閉塞部材を簡単に除去でき、また、少量の水の使用で済む金属管の溶接方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第1の発明に係る金属管の溶接方法は、金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法において、
前記金属管内を閉塞可能な円形断面の氷柱を、前記金属管の外周に巻き付けられ、内部を流れる冷媒を介して該氷柱を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管によって、前記金属管の少なくともいずれか1の内周にシール状態に固定する。
これによって、内部を流れる冷媒を介して氷柱を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管を金属管の外周に巻き付けることにより、金属管内を閉塞可能な円形断面の氷柱を内周にシール状態に固定して、金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接することができる。
【0007】
第2の発明に係る金属管の溶接方法は、第1の発明に係る金属管の溶接方法において、前記溶接部の隙間を覆って円周方向にシールテープを貼り付けて該隙間を塞ぎ、次いで、前記シールテープを部分的に剥がしながら前記溶接部を順次円周方向に移動して溶接する。これによって、溶接部をバックシールドガスにより大気から十分に遮蔽して溶接することができる。
第3の発明に係る金属管の溶接方法は、第1及び第2の発明に係る金属管の溶接方法において、前記金属管内の前記氷柱の固定位置付近に水を噴霧して、前記冷却管により前記金属管の内周にアイスリングを生成させて固定し、前記金属管の内に挿入される前記氷柱を前記アイスリングに当接させて位置決めする。これによって、アイスリングにより金属管の内の最適な位置に氷柱を設置することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図1(A)は本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法における構成図、(B)は(A)の矢視A−A断面図、図2は同金属管の溶接方法に用いる冷却管へ冷媒を供給する冷気供給手段の模式的構成図、図3は同金属管の溶接方法の要領を示す説明図、図4は本発明の他の実施の形態に係る金属管の溶接方法の説明図、図5は本発明の一実施例に係る金属管の溶接方法を説明する配置図、図6は氷柱の位置決め方法の説明図である。
【0009】
図1〜図3に示すように、本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法は、例えば、化学プラント等の処理設備において、金属管10、11同士の溶接部12の裏面をバックシールドガスの一例であるアルゴンガス13により大気14から遮蔽した状態で溶接する方法であって、金属管10、11内を閉塞可能な円形断面の氷柱15、16を、金属管10、11の外周17、18に巻き付けられ、内部を流れる冷媒19を介して氷柱15、16を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材の一例であるポリウレタンからなるコイル状の冷却管20、21によって、金属管10、11の内周22、23にシール状態に固定する。以下、これらについて詳しく説明する。
【0010】
図1に示すように、例えば、ステンレス鋼鋼管からなる金属管10、11の溶接部12の各端面24、25には溶接用の開先が形成されており、金属管10、11を直線状に配置する。なお、端面24、25間には、実質的に僅少の隙間Gが形成される。
金属管10、11の端面24、25からそれぞれ距離M、N( 一例としてM=100〜150mm、N=100〜150mm)離れた金属管10、11内の位置に、溶接部12の裏面をバックシールドガスにより大気14から遮蔽する氷柱15、16を金属管10、11の内周22、23にシール状態で固定する。氷柱15、16をシール状態で固定するために、図2に示す氷柱冷却用の冷気供給手段26を使用する。冷気供給手段26は、処理設備の最終つなぎ込み配管作業で使用されるため、種々の配管が狭い場所に設けられる場合があるので、できるだけコンパクトに構成されている。
【0011】
図2に示すように、氷柱冷却用の冷気供給手段26は、冷却管20、21に冷媒19となる例えば、フロンガスを高圧で圧縮する小型の冷凍機27と、冷凍機27とそれぞれの冷却管20、21とを接続する配管20a、21a(銅管又はポリウレタンチューブ)毎に設けられ、配管20a、21a内の湿気を除去するドライカラム28、28a、配管20a、21a内の冷媒19の充填量を測定する流量計29、29a、及び冷媒19の流れと温度を調整する膨張弁30、30aとを備えている。従って、冷却管20、21に供給された極低温(−15〜−20℃)の冷媒19により金属管10、11を介して氷柱15、16を冷却することによって、氷柱15、16を金属管10、11に固定することができる。
【0012】
しかも、冷却管20、21は、柔軟性を有するポリウレタンからなっているので、最初直線状になったものを金属管10、11の外周17、18に沿ってコイル状に巻き付け、冷媒19を流して使用した後、金属管10、11の外周17、18から取り外しても、元通りの直線状になるため、従来の銅管からなる冷却管と比較して使い勝手が良い。即ち、銅管の場合では、金属管に巻き付ける頻度からすると、たった1回だけで使い捨てになる恐れがある。また、銅管をステンレス等の金属管に巻き付ける方法では、品質の面からも問題を生じ易い。一方、ポリウレタンのチューブは金属管10、11への脱着が極めて容易であり、しかも、金属管10、11に対する密着性に優れているので、銅管の場合に比較して、巻き付け作業及び取り外し作業が簡単にできる。特に、作業するスペースが狭い場合には作業性が向上する。なお、ポリウレタンの熱伝導率を銅と比べても、大差ない。
【0013】
図1及び図3に示すように、2枚のアルミ製のシールテープ31、32を金属管10、11の下端(図中の点O)においてそれぞれの一端同士を突き合わせて、溶接部12の隙間Gを覆って円周方向に貼り付ける。シールテープ31、32の他端は、氷柱15、16間にアルゴンガス13を供給するための供給口34が金属管10、11の上端部に形成されるように、上端部の隙間Gは塞いでいない。
【0014】
図3に示すように、供給口34を挿通して、氷柱15、16間にステンレス製で小径のガス供給管35の先端部36を配置させ、氷柱15、16間の空気をアルゴンガス13により置換する。このアルゴンガス13により溶接部12の裏面を大気14と遮断した状態で溶接することができる。溶接はシールテープ31、32を交互に部分的に剥がしながら、溶接部12を順次円周方向に移動して行う。即ち、本実施の形態では、下端部から反時計方向及び時計方向に交互に繰り返しながら上端部まで溶接する。なお、ガス供給管35の基端部は、図示しない継手及び流量調整弁等を介してアルゴンガス供給源に接続されている。
【0015】
次いで、本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法について、その作業手順を図1〜図3を参照しながら説明する。
(1)図1及び図2に示すように、溶接しようとする金属管10、11の端面24、25を対向させて配置し、溶接部12を仮付けする。
(2)氷柱15、16を固定する予定の位置に対応する金属管10、11の外周17、18にそれぞれ冷却管20、21を巻き付ける。
(3)冷却管20、21のそれぞれの供給口及び排出口に、図2に示すように、冷気供給手段26を接続する。
(4)冷却管20、21を含め、冷媒19が通過する配管20a、21a内を、バキュームポンプ(図示せず)により十分に真空引きする。
【0016】
(5)冷媒19であるフロンガスのボンベから液化したフロンガスを、真空引きされた冷凍機27内に噴入する。
(6)冷凍機27を運転し、流量計29、29aにより配管20a、21a内の冷媒19の充填量を測定し、また膨張弁30、30aにより冷媒19の流れと温度を調整する。
(7)冷却管20、21により金属管10、11の冷却状態を確認後、氷柱15、16の元となる挿入用氷柱15a、16aを所定の位置に配置する。
【0017】
(8)挿入用氷柱15a、16aを挿入後、挿入用氷柱15a、16aと金属管10、11の内周22、23との隙間に、霧吹きにより水を噴霧すると隙間に氷結部が形成されて(図6を参照)、氷柱15、16を金属管10、11に固定することができる。
(9)図1及び図3に示すように、シールテープ31、32を金属管10、11の溶接部12の外周17、18に貼って隙間Gの大部分を塞ぐと共に、アルゴンガス13を氷柱15、16間に供給する供給口34を形成する。
(10)図3に示すように、供給口34を介してガス供給管35を金属管10、11内に挿入する。
【0018】
(11)ガス供給管35の先端部36から氷柱15、16間にアルゴンガス13を供給し続けながら、図3に示すように、溶接部12を以下に示す順序で溶接する。なお、溶接する部分に対応するシールテープ31、32の部分は、金属管10、11の外周17、18から適宜剥がす。
a部(点Oから点Aまで)→b部(点Oから点Bまで)→c部(点Aから点Cまで)→d部(点Bから点Dまで)→e部(点Cから点E付近まで)→f部(点Dから点E付近まで)
また、点E付近では、アルゴンガス13を十分に吹き込んだ後すぐに、点E付近の孔部を塞ぐように溶接する。
【0019】
図4において本発明の他の実施の形態に係る金属管の溶接方法を説明する。
建屋の壁37を貫通して壁37の表面38より距離L(一例として、L=80〜250mm)突出して配置された金属管39と、金属管39に対向して配置された短尺の金属管40との溶接部41を溶接する場合である。
図4に示すように、金属管39の端面42から距離K(一例として、K=30〜50mm)離れた位置に、長さH(=L−K)の氷柱43を固定するように、氷柱43の位置に対応する金属管39の外面44に柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管45を設ける。一方、金属管40には氷柱を設けず、従って、冷却管を配置せず、溶接部41から離れた側の端部にはシール用のキャップ46を設ける。溶接部41の溶接をする要領は、前記実施の形態の方法の要領に準拠して、シールテープを貼って隙間の大部分を塞ぎ、溶接部41をアルゴンガス13により大気14から遮蔽した状態で溶接する。
【0020】
【実施例】
図5において、金属管の溶接方法の実施例を説明する。
建屋の壁47を貫通して壁47の表面48より距離P(例えば、P=80〜250mm)突出して配置された金属管49と、壁47の表面48に沿って平行に、かつ金属管49と直交して配置された金属管50とをエルボ(金属管の一例)51を介して溶接により接続する場合である。
まず、金属管49とエルボ51との溶接部52を溶接する際には、金属管49の外周に巻き付けられた冷却管54によって、氷柱53を金属管49の内周にシール状態に固定し、また、エルボ51の外周に巻き付けられた冷却管56によって、氷柱55をエルボ51の内周にシール状態に固定する。次に、エルボ51と金属管50との溶接部57を溶接する際には、エルボ51の外周に巻き付けられた冷却管56によって、氷柱55をエルボ51の内周にシール状態に固定し、金属管50の外周に巻き付けられた冷却管59によって、氷柱58を金属管50の内周にシール状態に固定する。そして、前記実施の形態に係る方法に準拠して、シールテープを貼って隙間の大部分を塞ぎ、溶接部52、57をアルゴンガス13により大気14から遮蔽した状態で溶接する。
【0021】
上記においては、氷柱を金属管に位置決めする方法について説明しなかったが、位置決めする一つの方法について、図6を参照しながら説明する。
現場での配管工事では、例えば、ブロアー関係の稼働及び装置の試運転により金属管60内には負圧が働いている。このため、通常の設置方法(例えば、金属管内に挿入された氷柱を棒状物で作業者が移動させて位置決めする)では、負圧のため空気の流れが発生し、氷柱の表面が溶解するので、溶接部をアルゴンガス13により大気14から遮蔽することができない。そこで、負圧時における氷柱の設置方法を以下の要領で行うようにしている。但し、図6では氷柱を確実に設置して、大気14からの遮蔽を完全な状態とするため、金属管60内に2個の挿入用氷柱61、62を設置する場合について説明している。
【0022】
(1)挿入用氷柱61を金属管60内に挿入する前に、挿入用氷柱61の固定位置付近に水を噴霧して、冷却管33により金属管60の内周64にアイスリング63を形成する。なお、アイスリング63の形状は、裏波ビード程度としている。
(2)挿入用氷柱61を金属管60内に挿入しアイスリング63に当接させる。(この挿入用氷柱61により金属管60内の空気の流れが絞られるので、後工程であるアイスリング65の形成、挿入用氷柱62の挿入及び挿入用氷柱62の氷結が容易にできる)
【0023】
(3)挿入用氷柱61を挿入後、ただちに金属管60内の所定の位置に、アイスリング63と同じ要領で、アイスリング65を形成する。
(4)挿入用氷柱62を金属管60内に挿入しアイスリング65に当接させて位置決めする。
(5)挿入用氷柱62と金属管60との隙間に水を噴霧して、冷却管33によりこの隙間を氷結部66とする。
【0024】
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の金属管の溶接方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、挿入用氷柱15a、16aを金属管10、11内に溶接部12から離れた側の端部からそれぞれ挿入したが、これに限定されず、必要に応じて、溶接部12側から挿入することもできる。
【0025】
2本の金属管10、11を直線状に接続したが、これに限定されず、必要に応じて、2本の金属管をT字状に溶接して接続することもできる。
溶接部12の隙間Gを対となる2枚シールテープ31、32で塞ぎ、シールテープ31、32を部分的に剥がしながら、しかも、溶接部12を円周方向に時計周り、反時計周りに交互に変えながら溶接したが、これに限定されず、必要に応じて、一枚のシールテープにより一方向に溶接することもできる。
金属管60内に2個の挿入用氷柱61、62を設置したが、これに限定されず、状況に応じて、1個のアイスリングにより1個の挿入用氷柱のみを固定することもできる。
冷却管の材質として、ポリウレタンを用いたが、これに限定されず、ポリエチレン、ビニール等を用いることもできる。
冷凍機27に2個の冷却管20、21を接続して2個の氷柱15、16を形成したが、これに限定されず、必要に応じて、3個以上の冷却管を用い、3個以上の氷柱を形成することもできる。また、1本の冷却管により1個の氷柱を形成したが、長さが長い1本の冷却管により、複数個所に複数個の氷柱を形成することもできる。
【0026】
【発明の効果】
請求項1〜3記載の金属管の溶接方法においては、内部を流れる冷媒を介して氷柱を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管を金属管の外周に巻き付けることにより、金属管内を閉塞可能な円形断面の氷柱を内周にシール状態に固定して、金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接することができるので、長い金属管や、径が小さい金属管や、エルボ等の曲がった金属管等の溶接においても、金属管同士の溶接部を氷柱により閉塞し易く、しかも氷柱を簡単に除去でき、少ない量の水で適用できる。
特に、請求項2記載の金属管の溶接方法においては、溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から十分に遮蔽して溶接することができるので、溶接部の酸化や窒化を防止でき、溶接部の品質が向上する。
請求項3記載の金属管の溶接方法においては、アイスリングにより金属管の内の最適な位置に氷柱を設置することができるので、氷柱の設置作業性が向上し、また、溶接後、アイスリングは氷柱と共に溶解して除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法における構成図、(B)は(A)の矢視A−A断面図である。
【図2】同金属管の溶接方法に用いる冷却管へ冷媒を供給する冷気供給手段の模式的構成図である。
【図3】同金属管の溶接方法の要領を示す説明図である。
【図4】本発明の他の実施の形態に係る金属管の溶接方法の説明図である。
【図5】本発明の一実施例に係る金属管の溶接方法を説明する配置図である。
【図6】氷柱の位置決め方法の説明図である。
【符号の説明】
10、11:金属管、12:溶接部、13:アルゴンガス(バックシールドガス)、14:大気、15:氷柱、15a:挿入用氷柱、16:氷柱、16a:挿入用氷柱、17、18:外周、19:冷媒、20:冷却管、20a:配管、21:冷却管、21a:配管、22、23:内周、24、25:端面、26:冷気供給手段、27:冷凍機、28、28a:ドライカラム、29、29a:流量計、30、30a:膨張弁、31、32:シールテープ、33:冷却管、34:供給口、35:ガス供給管、36:先端部、37:壁、38:表面、39、40:金属管、41:溶接部、42:端面、43:氷柱、44:外面、45:冷却管、46:キャップ、47:壁、48:表面、49、50:金属管、51:エルボ、52:溶接部、53:氷柱、54:冷却管、55:氷柱、56:冷却管、57:溶接部、58:氷柱、59:冷却管、60:金属管、61、62:挿入用氷柱、63:アイスリング、64:内周、65:アイスリング、66:氷結部
Claims (3)
- 金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法において、
前記金属管内を閉塞可能な円形断面の氷柱を、前記金属管の外周に巻き付けられ、内部を流れる冷媒を介して該氷柱を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管によって、前記金属管の少なくともいずれか1の内周にシール状態に固定することを特徴とする金属管の溶接方法。 - 請求項1記載の金属管の溶接方法において、前記溶接部の隙間を覆って円周方向にシールテープを貼り付けて該隙間を塞ぎ、次いで、前記シールテープを部分的に剥がしながら前記溶接部を順次円周方向に移動して溶接することを特徴とする金属管の溶接方法。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の金属管の溶接方法において、前記金属管内の前記氷柱の固定位置付近に水を噴霧して、前記冷却管により前記金属管の内周にアイスリングを生成させて固定し、前記金属管の内に挿入される前記氷柱を前記アイスリングに当接させて位置決めすることを特徴とする金属管の溶接方法。
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