JP4263021B2 - 金属管の溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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、ステンレス鋼鋼管等の金属管や機器ノズル等の溶接施工においては、溶接部を含む管内面をアルゴンガス等のバックシールドガスで大気に対して遮蔽している。管内の空気をバックシールドガスに置換するために、バックシールド治具が使用されている。バックシールド治具として、ベルト式シールド治具（通称、どくろ）、大鼓式シールド治具、風船式シールド治具が知られている(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治具を使用した金属管の溶接方法においては、未だ解決すべきそれぞれ以下のような問題があった。
ベルト式シールド治具を使用した場合、管内にセットする際、ある程度の技術を必要とし、だれでも簡単にセットすることができなかった。また、製作に時間を要し、しかも、製造コストが高くなった。
大鼓式シールド治具や風船式シールド治具を使用した場合、溶接後、シールド治具を抜き取るための取り出し口が金属管の内径に比べて比較的大きい場合には問題ないが、取り出し口が小さい場合には、シールド治具を取り出すことが困難なこともあった。また、大鼓や風船の材質がゴムであるため、熱による劣化が激しく、長期間の使用に耐えられなかった。この熱の影響を避けるため、溶接部からかなり離れた位置にシールド治具を設置すると、大気（空気）と置換するアルゴンガスの使用量が多くなった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単に取付けができ、取り出し口が小さい場合でも容易に取り出しが可能で、かつ、安価に製造できるシールド治具を使用した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であって、
前記金属管の内径より大きい外径を有し、周縁部が該金属管の内壁に沿って折り曲げられたシート材の内側に、流体を充填すると膨張し、流体を排出すると収縮する弾性材からなるリング状のチューブを押し当て、溶接時には、該チューブに流体を充填して前記シート材の周縁部を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し、溶接後には、前記チューブ内の流体を排出して該チューブを収縮させ、該チューブを空気供給用ホースを介して、前記シート材を該シート材に設けた取り出し用の紐を介して、前記金属管に形成された取り出し口から、それぞれ別個に取り出す。
これによって、金属管の内壁にシート材の周縁部を、膨張させたチューブを介して押し当て、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、しかも、溶接後には、チューブを収縮させて、チューブ及びシート材を、金属管に形成された取り出し口を介して取り出すことができる。
【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、前記金属管の内径より大きい外径を有する前記シート材の周縁部の複数個所には、実質的に半径方向に切り込みが形成されている。これによって、切り込みの形成によりシート材の周縁部と、チューブ及び金属管の内壁とのシール性が向上する。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【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）は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具の斜視図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のシート材の平面図、正面図、図３は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のチューブへの給排気方法の説明図、図４は同金属管の溶接方法の第１の変形例を示す説明図、図５は同金属管の溶接方法の第２の変形例を示す説明図である。
【００１１】
図１（Ａ）、（Ｂ）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、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金属管の溶接方法であって、溶接部１２から所定の間隔をあけた金属管１０内には、バックシールド治具（シールド治具）１５のシート材１６が配置され、シート材１６の周縁部１７の内側には、弾性材からなるリング状のチューブ１８が押し当てられている。以下、これらについて詳しく説明する。
【００１２】
メンテナンスフリーを達成したり、管内を流れる流体の漏洩事故を皆無にするために、特定の処理設備においては、金属管の継手部にフランジ継手を使用しない。従って、例えば、ステンレス製機器のマンホールにおいては、図１（Ａ）に示すように、本体側の金属管１０とキャップを構成する金属管１１とを突き合わせ継手溶接している。溶接の際、溶接部１２の裏面をアルゴンガス１３により大気１４から遮蔽するため、バックシールド治具１５のシート材１６の周縁部１７がチューブ１８により、金属管１０の内壁１９にシール状態で固定されており、金属管１１の先端部に設けられた取り出し口の一例であるノズル２０を挿通する、シールドガス用ホースの一例であるアルゴンガス供給ホース２１を介してアルゴンガス１３が供給されるようになっている。しかも、溶接部１２の溶接終了後には、シート材１６及びチューブ１８はそれぞれ別個に、ノズル２０から容易に外部に取り出すことができるように構成されている。なお、金属管１０、１１のサイズは一例として、５００Ａ（内径Ｎ）、また、ノズル２０のサイズは４０Ａとする。
【００１３】
図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バックシールド治具１５の一部を構成するシート材１６は、シリコン樹脂製で耐熱性(耐熱温度が約２００℃）を有しており、外径Ｄ（＝Ｎ＋５０〜６０ｍｍ）を有する本体部２２と、本体部２２の中央部の上下に配置されて縫い付けられた小径ｄの補強部２３、２４とを備えている。補強部２３、２４が固定された本体部２２の中央部には、ノズル２０を挿通してシート材１６を外部に取り出すための所要の長さを備えた取り出し用の紐２５が縫い付けられている。また、金属管１０の内径Ｎより、約５０〜６０ｍｍ大きく形成された本体部２２の周縁部１７には、中心Ｏに向かって実質的に半径方向に、長さＭの切り込み２６が複数個所（本実施の形態では、１２個所）形成されている。この切り込み２６により、本体部２２の周縁部１７が金属管１０の内壁１９に沿って容易に折り曲げられる。なお、はさみ等で切断された切り込み２６を含む本体部２２の外周部は、糸が解けないようにミシン等でまつり縫いが施されている。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）及び図３に示すように、シート材１６の本体部２２の周縁部１７の内側を金属管１０の内壁１９に押し当てるバックシールド治具１５のチューブ１８には、流体の一例である空気を充填するための空気供給用ホース２７が取付けられている。チューブ１８は、例えば、自転車用のチューブ材(大きさは５００Ａ用）を市販品として購入して使用することができる。図３の（ａ）から（ｂ）に変化で示すように、購入したチューブ１８から虫ゴム２８及び虫ゴム押えナット２９を取り外し、取り外した部分に空気が漏れないように空気供給用ホース２７の基端部を接続し、一方、空気供給用ホース２７の先端部には取り外した虫ゴム２８及び虫ゴム押えナット２９を空気が漏れないように取付ける。従って、自転車用の空気入れ（図示せず）を用いて、チューブ１８内に空気を充填することができ、虫ゴム押えナット２９を緩めることにより、チューブ１８内の空気を外部に排出することができる。
【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）バックシールド治具１５のセット
（１−１）ノズル２０を取付けた金属管１１を金属管１０の上にセットする前に、金属管１０の上端面３０上に、シート材１６を金属管１０に実質的に同心状に載置する。だだし、シート材１６に設けた取り出し用の紐２５は上側とする。
【００１６】
（１−２）空気供給用ホース２７を上側にし、チューブ１８が金属管１０の内壁１９から落ちない程度にチューブ１８に空気を入れて膨らませて、チューブ１８をシート材１６上に実質的に同心状に載置する。
（１−３）チューブ１８の外周部が、シート材１６の本体部２２の周縁部１７を金属管１０の内壁１９に沿って折り曲げた状態で、上端面３０から所定の距離Ｋ（Ｋは最低１００ｍｍ）までチューブ１８を均一に挿入する。
（１−４）チューブ１８に再度空気を入れて、チューブ１８の張り具合を調整する。
【００１７】
（１−５）図１（Ａ）に示すように、シート材１６に設けた取り出し用の紐２５、チューブ１８に設けた空気供給用ホース２７及びアルゴンガス供給ホース２１を、金属管１１に設けたノズル２０に通した状態で、金属管１１を金属管１０に仮組みする。この時、取り出し用の紐２５、空気供給用ホース２７及びアルゴンガス供給ホース２１はノズル２０を抜けて金属管１０側に落下しないように、図示しない固定部材に固定する。
【００１８】
（２）開先合わせ及びアルゴンガスの供給
（２−１）金属管１０、１１の対向するルートギャップの調整を行い、金属管１０、１１の外面１０ａ、１１ａに複数個（本実施の形態では、６個）のプレート状の治具を溶接により固定する。
（２−２）アルゴンガス供給ホース２１の先端部に設けられた焼結金属からなるガス分散機構３１を介してアルゴンガス１３を金属管１０、１１内に供給する。この際、アルゴンガス１３の供給量は２５リットル／ｍｉｎ程度とする。
（２−３）ノズル２０内の酸素濃度を別途、測定手段により測定し、酸素濃度が０％であることを確認後、次いで、ルートギャップ部の酸素濃度が０％になるのを確認する。
【００１９】
（３）溶接施工（特に、初層溶接での注意点を述べる）
（３−１）初層溶接は、金属管１０、１１の外面１０ａ、１１ａの円周方向に所定の間隔をあけて固定された治具と治具との間（距離は２００〜４００ｍｍ程度）を長さ１００ｍｍ程度、対象法にて溶接を行う。
【００２０】
（３−２）溶接により固定した治具を、グラインダーを使用して削除する。ここでは、ハンマーの使用は禁止される。また、治具を除去した跡は必ず、非破壊検査を実施して、欠陥が無いことを確認する。
（３−３）前記（３−１）で長さ１００ｍｍ程度溶接を行ったスタート部及びエンド部を、裏波が形成され易いように、整形する。この際、切り子等が金属管１０、１１内に入らないように注意する。
（３−４）再度、前記（２−３）の要領で酸素濃度を測定する。
（３−５）残りの初層溶接を行う。
【００２１】
（４）バックシールド治具１５の取り外し
（４−１）取り出し用の紐２５を１ｍ程度、ノズル２０内を抜けて金属管１０側に挿入する。
（４−２）チューブ１８内の空気をゆっくりと抜き、チューブ１８を収縮させる。
（４−３）空気供給用ホース２７を０．５ｍ程度、ノズル２０内を抜けて金属管１０側に挿入し、空気供給用ホース２７を数回上下させて、チューブ１８をノズル２０を挿通させて外部に取り出す。
（４−４）取り出し用の紐２５を数回（１０回程度）上げ下げして、シート材１６をノズル２０を挿通させて外部に取り出す。この際、シート材１６の一部がノズル２０の先端から出れば、その部分を手で掴んで引っ張り出すようにする。
【００２２】
図４に示す本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法の第１の変形例について説明する。なお、同一の構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図４に示すように、溶接部３２から所定の距離離れた位置の金属管３３、３４内には、対向して配置されたシート材３５、３６の周縁部３７、３８が金属管３３、３４の内壁３９、４０に沿って折り曲げられ、流体の一例である空気を充填した弾性材からなるリング状のチューブ４１、４２の外側円周部が押し当てられている。両開先端４３、４４が当接して配置された金属管３３、３４の溶接部３２の隙間を覆って円周方向にアルミ製のシールテープ４５が貼り付けられ、該隙間の大部分が塞がれており、該隙間の一部又はシールテープ４５に形成された開孔を介してアルゴンガス１３が、シート材３５、３６間の金属管３３、３４内に供給されるようになっている。
【００２３】
溶接の時には、アルゴンガス１３をシート材３５、３６間の金属管３３、３４内に供給しながら、かつ、シールテープ４５を部分的に剥がしながら、溶接部３２を順次円周方向に移動して溶接することができる。
溶接が終了すれば、図４に示すように、シート材３５、３６にそれぞれ設けた取り出し用の紐４６、４７及びチューブ４１、４２にそれぞれ設けた空気供給用ホース４８、４９を介して、シート材３５及びチューブ４１、シート材３６及びチューブ４２をそれぞれ、金属管３３、３４の溶接部３２と反対側に形成された取り出し口（図示せず）から外部に取り出すことができる。
【００２４】
図５に示す本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法の第２の変形例について説明する。なお、同一の構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図５においては、金属管５０、５１の溶接部５２の近傍にはそれぞれ、取り出し口の一例であるノズル５３、５４が形成されており、ガス分散機構５５を先端部に設けたアルゴンガス供給ホース（シールドガス用ホースの一例）５６がノズル５３に挿通されるようになっている。
【００２５】
従って、溶接時には、アルゴンガス供給ホース５６からアルゴンガス１３を、シート材３５、３６間の金属管５０、５１内に供給しながら、溶接部５２を順次円周方向に移動して溶接することができ、溶接作業が終了すれば、図５に示すように、シート材３５、３６にそれぞれ設けた取り出し用の紐４６ａ、４７ａ及びチューブ４１、４２にそれぞれ設けた空気供給用ホース４８ａ、４９ａを介して、シート材３５及びチューブ４１、シート材３６及びチューブ４２をそれぞれ、金属管５０、５１のノズル５３、５４から外部に取り出すことができる。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
バックシールドガスとしてアルゴンガス１３を用いたが、これに限定されず、必要に応じて、その他の不活性ガスを使用することもできる。
シート材１６には、耐熱性を有するシリコン樹脂製の材料を用いたが、これに限定されず、溶接条件（溶接方向、即ち、溶接部が水平方向又は垂直方向やシート材の溶接部からの設置位置等）によっては、耐熱性を備えていない材料とすることもできる。
シート材１６の本体部２２の周縁部１７の複数個所には、半径方向に切り込み２６を形成したが、これに限定されず、必要に応じて、切り込みを省略することもできる。また、切り込み２６を１２個所形成したが、これに限定されず、シート材のサイズや材質等により、適宜決定することができる。
チューブ１８に充填する流体として空気を用いたが、これに限定されず、必要に応じて、他の気体や水等の液体を用いることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１及び請求項１に従属する請求項２記載の金属管の溶接方法においては、金属管の内壁にシート材の周縁部を、膨張させたチューブを介して押し当て、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、しかも、溶接後には、チューブを収縮させて、チューブ及びシート材を、金属管に形成された取り出し口を介して取り出すことができるので、簡単にチューブ及びシート材の取付けができ、取り出し口が小さい場合でも容易に取り出しが可能で、かつ、安価に製造できるシールド治具を使用することができる。
特に、請求項２記載の金属管の溶接方法においては、切り込みの形成によりシート材の周縁部と、チューブ及び金属管の内壁とのシール性が向上するので、溶接部の品質が良くなる。
【００３０】
【００３１】
【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）は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具の斜視図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のシート材の平面図、正面図である。
【図３】同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のチューブへの給排気方法の説明図である。
【図４】同金属管の溶接方法の第１の変形例を示す説明図である。
【図５】同金属管の溶接方法の第２の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：金属管、１０ａ：外面、１１：金属管、１１ａ：外面、１２：溶接部、１３：アルゴンガス（バックシールドガス）、１４：大気、１５：バックシールド治具、１６：シート材、１７：周縁部、１８：チューブ、１９：内壁、２０：ノズル（取り出し口）、２１：アルゴンガス供給ホース（シールドガス用ホース）、２２：本体部、２３、２４：補強部、２５：紐、２６：切り込み、２７：空気供給用ホース、２８：虫ゴム、２９：虫ゴム押えナット、３０：上端面、３１：ガス分散機構、３２：溶接部、３３、３４：金属管、３５、３６：シート材、３７、３８：周縁部、３９、４０：内壁、４１、４２：チューブ、４３、４４：開先端、４５：シールテープ、４６、４６ａ：紐、４７、４７ａ：紐、４８、４８ａ：空気供給用ホース、４９、４９ａ：空気供給用ホース、５０、５１：金属管、５２：溶接部、５３、５４：ノズル（取り出し口）、５５：ガス分散機構、５６：アルゴンガス供給ホース（シールドガス用ホース）
【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、ステンレス鋼鋼管等の金属管や機器ノズル等の溶接施工においては、溶接部を含む管内面をアルゴンガス等のバックシールドガスで大気に対して遮蔽している。管内の空気をバックシールドガスに置換するために、バックシールド治具が使用されている。バックシールド治具として、ベルト式シールド治具（通称、どくろ）、大鼓式シールド治具、風船式シールド治具が知られている(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治具を使用した金属管の溶接方法においては、未だ解決すべきそれぞれ以下のような問題があった。
ベルト式シールド治具を使用した場合、管内にセットする際、ある程度の技術を必要とし、だれでも簡単にセットすることができなかった。また、製作に時間を要し、しかも、製造コストが高くなった。
大鼓式シールド治具や風船式シールド治具を使用した場合、溶接後、シールド治具を抜き取るための取り出し口が金属管の内径に比べて比較的大きい場合には問題ないが、取り出し口が小さい場合には、シールド治具を取り出すことが困難なこともあった。また、大鼓や風船の材質がゴムであるため、熱による劣化が激しく、長期間の使用に耐えられなかった。この熱の影響を避けるため、溶接部からかなり離れた位置にシールド治具を設置すると、大気（空気）と置換するアルゴンガスの使用量が多くなった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、簡単に取付けができ、取り出し口が小さい場合でも容易に取り出しが可能で、かつ、安価に製造できるシールド治具を使用した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であって、
前記金属管の内径より大きい外径を有し、周縁部が該金属管の内壁に沿って折り曲げられたシート材の内側に、流体を充填すると膨張し、流体を排出すると収縮する弾性材からなるリング状のチューブを押し当て、溶接時には、該チューブに流体を充填して前記シート材の周縁部を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し、溶接後には、前記チューブ内の流体を排出して該チューブを収縮させ、該チューブを空気供給用ホースを介して、前記シート材を該シート材に設けた取り出し用の紐を介して、前記金属管に形成された取り出し口から、それぞれ別個に取り出す。
これによって、金属管の内壁にシート材の周縁部を、膨張させたチューブを介して押し当て、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、しかも、溶接後には、チューブを収縮させて、チューブ及びシート材を、金属管に形成された取り出し口を介して取り出すことができる。
【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、前記金属管の内径より大きい外径を有する前記シート材の周縁部の複数個所には、実質的に半径方向に切り込みが形成されている。これによって、切り込みの形成によりシート材の周縁部と、チューブ及び金属管の内壁とのシール性が向上する。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【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）は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具の斜視図、図２（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のシート材の平面図、正面図、図３は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のチューブへの給排気方法の説明図、図４は同金属管の溶接方法の第１の変形例を示す説明図、図５は同金属管の溶接方法の第２の変形例を示す説明図である。
【００１１】
図１（Ａ）、（Ｂ）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、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金属管の溶接方法であって、溶接部１２から所定の間隔をあけた金属管１０内には、バックシールド治具（シールド治具）１５のシート材１６が配置され、シート材１６の周縁部１７の内側には、弾性材からなるリング状のチューブ１８が押し当てられている。以下、これらについて詳しく説明する。
【００１２】
メンテナンスフリーを達成したり、管内を流れる流体の漏洩事故を皆無にするために、特定の処理設備においては、金属管の継手部にフランジ継手を使用しない。従って、例えば、ステンレス製機器のマンホールにおいては、図１（Ａ）に示すように、本体側の金属管１０とキャップを構成する金属管１１とを突き合わせ継手溶接している。溶接の際、溶接部１２の裏面をアルゴンガス１３により大気１４から遮蔽するため、バックシールド治具１５のシート材１６の周縁部１７がチューブ１８により、金属管１０の内壁１９にシール状態で固定されており、金属管１１の先端部に設けられた取り出し口の一例であるノズル２０を挿通する、シールドガス用ホースの一例であるアルゴンガス供給ホース２１を介してアルゴンガス１３が供給されるようになっている。しかも、溶接部１２の溶接終了後には、シート材１６及びチューブ１８はそれぞれ別個に、ノズル２０から容易に外部に取り出すことができるように構成されている。なお、金属管１０、１１のサイズは一例として、５００Ａ（内径Ｎ）、また、ノズル２０のサイズは４０Ａとする。
【００１３】
図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、バックシールド治具１５の一部を構成するシート材１６は、シリコン樹脂製で耐熱性(耐熱温度が約２００℃）を有しており、外径Ｄ（＝Ｎ＋５０〜６０ｍｍ）を有する本体部２２と、本体部２２の中央部の上下に配置されて縫い付けられた小径ｄの補強部２３、２４とを備えている。補強部２３、２４が固定された本体部２２の中央部には、ノズル２０を挿通してシート材１６を外部に取り出すための所要の長さを備えた取り出し用の紐２５が縫い付けられている。また、金属管１０の内径Ｎより、約５０〜６０ｍｍ大きく形成された本体部２２の周縁部１７には、中心Ｏに向かって実質的に半径方向に、長さＭの切り込み２６が複数個所（本実施の形態では、１２個所）形成されている。この切り込み２６により、本体部２２の周縁部１７が金属管１０の内壁１９に沿って容易に折り曲げられる。なお、はさみ等で切断された切り込み２６を含む本体部２２の外周部は、糸が解けないようにミシン等でまつり縫いが施されている。
【００１４】
図１（Ａ）、（Ｂ）及び図３に示すように、シート材１６の本体部２２の周縁部１７の内側を金属管１０の内壁１９に押し当てるバックシールド治具１５のチューブ１８には、流体の一例である空気を充填するための空気供給用ホース２７が取付けられている。チューブ１８は、例えば、自転車用のチューブ材(大きさは５００Ａ用）を市販品として購入して使用することができる。図３の（ａ）から（ｂ）に変化で示すように、購入したチューブ１８から虫ゴム２８及び虫ゴム押えナット２９を取り外し、取り外した部分に空気が漏れないように空気供給用ホース２７の基端部を接続し、一方、空気供給用ホース２７の先端部には取り外した虫ゴム２８及び虫ゴム押えナット２９を空気が漏れないように取付ける。従って、自転車用の空気入れ（図示せず）を用いて、チューブ１８内に空気を充填することができ、虫ゴム押えナット２９を緩めることにより、チューブ１８内の空気を外部に排出することができる。
【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）バックシールド治具１５のセット
（１−１）ノズル２０を取付けた金属管１１を金属管１０の上にセットする前に、金属管１０の上端面３０上に、シート材１６を金属管１０に実質的に同心状に載置する。だだし、シート材１６に設けた取り出し用の紐２５は上側とする。
【００１６】
（１−２）空気供給用ホース２７を上側にし、チューブ１８が金属管１０の内壁１９から落ちない程度にチューブ１８に空気を入れて膨らませて、チューブ１８をシート材１６上に実質的に同心状に載置する。
（１−３）チューブ１８の外周部が、シート材１６の本体部２２の周縁部１７を金属管１０の内壁１９に沿って折り曲げた状態で、上端面３０から所定の距離Ｋ（Ｋは最低１００ｍｍ）までチューブ１８を均一に挿入する。
（１−４）チューブ１８に再度空気を入れて、チューブ１８の張り具合を調整する。
【００１７】
（１−５）図１（Ａ）に示すように、シート材１６に設けた取り出し用の紐２５、チューブ１８に設けた空気供給用ホース２７及びアルゴンガス供給ホース２１を、金属管１１に設けたノズル２０に通した状態で、金属管１１を金属管１０に仮組みする。この時、取り出し用の紐２５、空気供給用ホース２７及びアルゴンガス供給ホース２１はノズル２０を抜けて金属管１０側に落下しないように、図示しない固定部材に固定する。
【００１８】
（２）開先合わせ及びアルゴンガスの供給
（２−１）金属管１０、１１の対向するルートギャップの調整を行い、金属管１０、１１の外面１０ａ、１１ａに複数個（本実施の形態では、６個）のプレート状の治具を溶接により固定する。
（２−２）アルゴンガス供給ホース２１の先端部に設けられた焼結金属からなるガス分散機構３１を介してアルゴンガス１３を金属管１０、１１内に供給する。この際、アルゴンガス１３の供給量は２５リットル／ｍｉｎ程度とする。
（２−３）ノズル２０内の酸素濃度を別途、測定手段により測定し、酸素濃度が０％であることを確認後、次いで、ルートギャップ部の酸素濃度が０％になるのを確認する。
【００１９】
（３）溶接施工（特に、初層溶接での注意点を述べる）
（３−１）初層溶接は、金属管１０、１１の外面１０ａ、１１ａの円周方向に所定の間隔をあけて固定された治具と治具との間（距離は２００〜４００ｍｍ程度）を長さ１００ｍｍ程度、対象法にて溶接を行う。
【００２０】
（３−２）溶接により固定した治具を、グラインダーを使用して削除する。ここでは、ハンマーの使用は禁止される。また、治具を除去した跡は必ず、非破壊検査を実施して、欠陥が無いことを確認する。
（３−３）前記（３−１）で長さ１００ｍｍ程度溶接を行ったスタート部及びエンド部を、裏波が形成され易いように、整形する。この際、切り子等が金属管１０、１１内に入らないように注意する。
（３−４）再度、前記（２−３）の要領で酸素濃度を測定する。
（３−５）残りの初層溶接を行う。
【００２１】
（４）バックシールド治具１５の取り外し
（４−１）取り出し用の紐２５を１ｍ程度、ノズル２０内を抜けて金属管１０側に挿入する。
（４−２）チューブ１８内の空気をゆっくりと抜き、チューブ１８を収縮させる。
（４−３）空気供給用ホース２７を０．５ｍ程度、ノズル２０内を抜けて金属管１０側に挿入し、空気供給用ホース２７を数回上下させて、チューブ１８をノズル２０を挿通させて外部に取り出す。
（４−４）取り出し用の紐２５を数回（１０回程度）上げ下げして、シート材１６をノズル２０を挿通させて外部に取り出す。この際、シート材１６の一部がノズル２０の先端から出れば、その部分を手で掴んで引っ張り出すようにする。
【００２２】
図４に示す本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法の第１の変形例について説明する。なお、同一の構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図４に示すように、溶接部３２から所定の距離離れた位置の金属管３３、３４内には、対向して配置されたシート材３５、３６の周縁部３７、３８が金属管３３、３４の内壁３９、４０に沿って折り曲げられ、流体の一例である空気を充填した弾性材からなるリング状のチューブ４１、４２の外側円周部が押し当てられている。両開先端４３、４４が当接して配置された金属管３３、３４の溶接部３２の隙間を覆って円周方向にアルミ製のシールテープ４５が貼り付けられ、該隙間の大部分が塞がれており、該隙間の一部又はシールテープ４５に形成された開孔を介してアルゴンガス１３が、シート材３５、３６間の金属管３３、３４内に供給されるようになっている。
【００２３】
溶接の時には、アルゴンガス１３をシート材３５、３６間の金属管３３、３４内に供給しながら、かつ、シールテープ４５を部分的に剥がしながら、溶接部３２を順次円周方向に移動して溶接することができる。
溶接が終了すれば、図４に示すように、シート材３５、３６にそれぞれ設けた取り出し用の紐４６、４７及びチューブ４１、４２にそれぞれ設けた空気供給用ホース４８、４９を介して、シート材３５及びチューブ４１、シート材３６及びチューブ４２をそれぞれ、金属管３３、３４の溶接部３２と反対側に形成された取り出し口（図示せず）から外部に取り出すことができる。
【００２４】
図５に示す本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法の第２の変形例について説明する。なお、同一の構成要素については、同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
図５においては、金属管５０、５１の溶接部５２の近傍にはそれぞれ、取り出し口の一例であるノズル５３、５４が形成されており、ガス分散機構５５を先端部に設けたアルゴンガス供給ホース（シールドガス用ホースの一例）５６がノズル５３に挿通されるようになっている。
【００２５】
従って、溶接時には、アルゴンガス供給ホース５６からアルゴンガス１３を、シート材３５、３６間の金属管５０、５１内に供給しながら、溶接部５２を順次円周方向に移動して溶接することができ、溶接作業が終了すれば、図５に示すように、シート材３５、３６にそれぞれ設けた取り出し用の紐４６ａ、４７ａ及びチューブ４１、４２にそれぞれ設けた空気供給用ホース４８ａ、４９ａを介して、シート材３５及びチューブ４１、シート材３６及びチューブ４２をそれぞれ、金属管５０、５１のノズル５３、５４から外部に取り出すことができる。
【００２６】
【００２７】
【００２８】
バックシールドガスとしてアルゴンガス１３を用いたが、これに限定されず、必要に応じて、その他の不活性ガスを使用することもできる。
シート材１６には、耐熱性を有するシリコン樹脂製の材料を用いたが、これに限定されず、溶接条件（溶接方向、即ち、溶接部が水平方向又は垂直方向やシート材の溶接部からの設置位置等）によっては、耐熱性を備えていない材料とすることもできる。
シート材１６の本体部２２の周縁部１７の複数個所には、半径方向に切り込み２６を形成したが、これに限定されず、必要に応じて、切り込みを省略することもできる。また、切り込み２６を１２個所形成したが、これに限定されず、シート材のサイズや材質等により、適宜決定することができる。
チューブ１８に充填する流体として空気を用いたが、これに限定されず、必要に応じて、他の気体や水等の液体を用いることもできる。
【００２９】
【発明の効果】
請求項１及び請求項１に従属する請求項２記載の金属管の溶接方法においては、金属管の内壁にシート材の周縁部を、膨張させたチューブを介して押し当て、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、しかも、溶接後には、チューブを収縮させて、チューブ及びシート材を、金属管に形成された取り出し口を介して取り出すことができるので、簡単にチューブ及びシート材の取付けができ、取り出し口が小さい場合でも容易に取り出しが可能で、かつ、安価に製造できるシールド治具を使用することができる。
特に、請求項２記載の金属管の溶接方法においては、切り込みの形成によりシート材の周縁部と、チューブ及び金属管の内壁とのシール性が向上するので、溶接部の品質が良くなる。
【００３０】
【００３１】
【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）は同金属管の溶接方法に用いるシールド治具の斜視図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のシート材の平面図、正面図である。
【図３】同金属管の溶接方法に用いるシールド治具のチューブへの給排気方法の説明図である。
【図４】同金属管の溶接方法の第１の変形例を示す説明図である。
【図５】同金属管の溶接方法の第２の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：金属管、１０ａ：外面、１１：金属管、１１ａ：外面、１２：溶接部、１３：アルゴンガス（バックシールドガス）、１４：大気、１５：バックシールド治具、１６：シート材、１７：周縁部、１８：チューブ、１９：内壁、２０：ノズル（取り出し口）、２１：アルゴンガス供給ホース（シールドガス用ホース）、２２：本体部、２３、２４：補強部、２５：紐、２６：切り込み、２７：空気供給用ホース、２８：虫ゴム、２９：虫ゴム押えナット、３０：上端面、３１：ガス分散機構、３２：溶接部、３３、３４：金属管、３５、３６：シート材、３７、３８：周縁部、３９、４０：内壁、４１、４２：チューブ、４３、４４：開先端、４５：シールテープ、４６、４６ａ：紐、４７、４７ａ：紐、４８、４８ａ：空気供給用ホース、４９、４９ａ：空気供給用ホース、５０、５１：金属管、５２：溶接部、５３、５４：ノズル（取り出し口）、５５：ガス分散機構、５６：アルゴンガス供給ホース（シールドガス用ホース）
Claims (2)
- 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であって、
前記金属管の内径より大きい外径を有し、周縁部が該金属管の内壁に沿って折り曲げられたシート材の内側に、流体を充填すると膨張し、流体を排出すると収縮する弾性材からなるリング状のチューブを押し当て、溶接時には、該チューブに流体を充填して前記シート材の周縁部を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し、溶接後には、前記チューブ内の流体を排出して該チューブを収縮させ、該チューブを空気供給用ホースを介して、前記シート材を該シート材に設けた取り出し用の紐を介して、前記金属管に形成された取り出し口から、それぞれ別個に取り出す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、前記金属管の内径より大きい外径を有する前記シート材の周縁部の複数個所には、半径方向に切り込みが形成されていることを特徴とする金属管の溶接方法。
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