JPH0318475A - 二重管の周継手溶接法 - 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、腐食性物質を含有する石油や天然ガスを輸送
するラインパイプ、あるいは化学工業における配管等に
二重管を使用する際の、二重管同士の周継手溶接法に関
するものである。

〔従来の技術〕

高価な耐食合金の使用量を節減し、かつ強度を高めた耐
食二重管が、ラインパイプや化学工業等における配管等
に使用され、最近ますます使用分野が拡がっている。

二重管には、異なる成分の金属材料を接合されたクラッ
ド管と、内管と外管が熱拡管方弐等により嵌合された管
があり、いずれも、内外両材料の特性を併せ持つ複合特
性材料としての効果が発揮される。しかし、二重管の敷
設や配管に際しては、長さの限られた二重管同士を周継
手溶接する必要があり、従来はこの溶接に問題があった
。

従来の二重管の周継手溶接方法としては、例えば外管が
炭素鋼材料で、内管がオーステナイト系ステンレス鋼お
よびインコネル系高合金などの耐食性材料から戒る場合
、第４図に示す様に、高価な耐食性溶接材料を用いて管
の全厚み部を継手溶接する方法、あるいは第５図に示す
様に内管部のみを耐食性溶接材料を用いて溶接した後、
純鉄あるいはニッケル等で溶接して中間層を形成し、つ
いで炭素鋼溶接材料を用いて最終層まで溶接する方法、
さらには第６図に示す様に、先ず外管部を炭素鋼溶接材
料を用いて管外面より溶接した後、次に管内面より内管
部を耐食性溶接材料を用いて溶接する方法が知られてい
る。また、例えば内管がチタンで、外管が炭素鋼という
様に、融点が大きく異なる材料を組み合わせた二重管の
場合、これら異種金属の溶融溶接は困難であり、有効な
継手法は従来知られていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

二重管の従来の周継手溶接法において、耐食性溶接材料
のみを用いて溶接する方法は、溶着速度が小さいため施
工能率が炭素鋼管の場合に比較して低く、熔接材料のコ
ストが高い上、外管が高強度材料からなる場合は、継手
強度が不足するという問題が生じる。また、中間層を純
鉄あるいはニッケルで溶接する方法では、継手強度の向
上が図れる一方、耐食性材料層からの成分稀釈のため中
間層あるいは次層に硬化部が形成され、割れが発生する
危険性が大きい。さらに、管内面から耐食性材料を用い
て溶接する方法においては、外管炭素鋼からの成分希釈
のため、耐食性を確保するには２ないし３層に耐食性材
料を積層溶接する必要があり、パイプの敷設施工などの
場合には能率が悪い。さらに以上の方法では、内管溶接
部およびその近傍が多層溶接による多重熱サイクルを受
けるために、当該部表面の酸化による耐食性劣化の問題
があり、これを防ぐためには高価なＡｒガス等による長
時間のバックシールド施工が必要であった。

本発明は、二重管同士の周継手溶接において、安価な溶
接材料コストで作業能率の良い溶接を行い、しかも溶接
部にも二重管本来の高強度、高耐食特性を維持させるこ
とを第一の目的とする。また本発明の第二の目的は、例
えば内管がチタンで、外管が炭素鋼という様に、融点が
大きく異なる材料を組み合わせた二重管の継手法を提供
することである。

〔課題を解決するための手段，作用〕

本発明の要旨とするところは下記のとおりである。

（１）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
管とで構成された二重管同士を周継手溶接するに際し、
両二重管の管端部の外管と内管の間に間隙を形成し、外
管同士および内管同士を突き合わせて、それぞれ外管は
管外面｛！！！ｔから、内管は管内面側から個別に溶接
することを特徴とする二重管の周継手溶接法。

（２）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
管とで構成された二重管同士を周継手溶接するに際し、
両二重管の管端部の外管と内管の間に間隙を形成し、且
つ突き合わせた外管同士の間に間隙を設け、先に内管同
士を突き合わせて溶接した後、外管同士の前記間隙を外
管と同系統の材質のインサート部材で橋渡しをして外管
同士を管外面側から溶接することを特徴とする二重管の
周継手溶接法。

（３）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
管とで構或された二重管同士を周継手溶接するに際し、
両二重管の管端部の外管と内管の間に間隙を形成し、且
つ突き合わせた外管同士の間に間隙を設け、先に内管同
士を突き合わせて溶接した後、該溶接された内管の外周
を非溶融性のスペーサーで被覆して外管を管外面側から
溶接することを特徴とする二重管の周継手溶接法。

本発明の対象とする二重管は、外管と内管とが接合され
たいわゆるクラッド管、および外管と内管とが熱拡管方
式等により嵌合された二重管である。熱拡管方式による
嵌合は、たとえば、加熱膨張させた外管内に内管を挿入
し、内管内に水圧をかけつつ外管を冷却することにより
行われる。外管および内管の金属材料としては、炭素鋼
、低合金鋼、高合金鋼、ステンレス鋼、スーパーアロイ
、チタン、チタン合金、銅合金等の各種組み合わせがあ
り、管内外の雰囲気、輸送する気体や液体の性質、操業
条件、二重管の敷設あるいは配管状況等に応じて、耐食
性、耐摩耗性、強度等の特性を有するように材料設計さ
れたものである。

請求項（１）の方法は、第１図の軸方向断面図に示すよ
うに、二重管１の管端部の外管２と内管３の間に間隙４
を形成し、二重管１′の管端部の外管２′と内管３′の
間に間隙４′を形成し、外管２．２′同士、および内管
３，３′同士を突き合わせ、それぞれを個別に溶接する
。間隙４，４′の形或は、バイト切削等により行うこと
ができる。外管２．２′は外面側から溶接し、内管３．
３′同士は内面側から溶接するが、この時、互いに溶接
部が接触融合しない様に注意する。必要であれば銅製の
リボン等を間隙４．４′に挿入し、接触融合を防ぐこと
も可能である。なお、第１図は二重管１と二重管１′を
周継手溶接する工程を軸方向の断面で示したものであり
、各図の上側が外面、下側が内面であり、５は内管溶接
部、６は外管初Ｍ溶接部、７は外管溶接部全体を示す。

請求項（２）の方法は、第２図（ａ）に示すように、二
重管１，１′の管端部に間隙４．４′を形或し、且つ外
管２，２′の間に間隙を設け、い）のように内管３．３
′同士を突き合わせ溶接した後、（Ｃ）のように外管２
，２′の間の間隙を外管と同系統の材質のインサート部
材８で橋渡しをして（ｄ）〜（ｅ）のように外管２，２
′同士を溶接する。内管３，３′同士の溶接は外面側か
らでも内面側からでも行うことができ、外管２．２′同
士の溶接は外面側から行う。内管３，３′を外面側から
溶接する方法としては、第２図（ｂ）において内管３，
３′を互いに突き合わせた後、外面側から外管２と外管
２′の間に溶接トーチ、溶接ワイヤを配置し、間隙を利
用して内管突き合わせ部を狙って裏波溶接する。内管３
．３′同士を熔接した後に外管２，２′同士を溶接する
には、半割りにしたリング状のインサート部材８を外面
側から装着し、（Ｃ）のように外管２と２′の間隙を埋
める等の手段により行う。インサート部材８としては外
管と同系統の材質の材料を使用して、外管２．２′との
接触面を溶融して溶込み不良の無い良好な裏波ビードを
有する外管初層溶接部６．６′を形戒することが好まし
い。このとき、内管３，３′を溶融しないように注意す
る。必要であれば銅製のリボン等を間隙４．４′に挿入
し、接触融合を防ぐことも可能である。インサート部材
８を溶接した後、外管２，２′の開先内を同系統の材質
の溶接材料を使用して溶接する。なお、外管の強度がさ
ほど問題にならない場合は、外管と異種材料からなるイ
ンサート部材８を用いてもよい。

請求項（３）の方法は第３図（ａ）に示すように、請求
項（２）の方法と同様にして二重管１，１′の管端部に
間隙４．４′を形成し、且つ外管２．２′の間に間隙を
設け、（ｂ）のように内管同±３．３′を突合せ溶接す
る。しかる後に（Ｃ）のように内管の外周を非溶融性の
スペーサ−９で被覆して、その上から外管２，２′を溶
接してつなぎ、同開先内を外管と同系統の材質の溶接材
料を使用して溶接する。内管同士の溶接は外面側からで
も内面側からでも行うことができ、外管同士の溶接は外
面側から行う。内管を外面側から溶接するには、請求項
（２）の方法と同様に行えば良い。内管の外周をスペー
サ−９で被覆するには、半割りにしたリング状のものを
用い、外面側から第３図（Ｃ）のように装着する等の手
段による。スペーサ−９としては、非溶融性の材料を使
用し、外管２．２′の溶接における裏波ビード形戒を補
助させると同時に、内管３，３′の溶融を防く。

請求項（１）〜（３）において、間隙４．４′を含む開
先形状や突．き合わせ条件（ルートギャップ）およびイ
ンサート部材８やスペーサ−９の形状、寸法は適用する
溶接法に応じて適宜、最適なものを設定する。また、請
求項（１）〜（３）において、外管２．２′同士および
内管３，３′の突き合わせ溶接は、必要に応じて溶接材
料を用いずに実施することも可能である。

請求項（１）の方法によれば、外管２．２′と内管３，
ｒの間に間隙４．４′が形戒されているので、内管の溶
接と外管の初Ｎ溶接は、それぞれ正対する外管側および
内管側と接触融合することなく行え、両溶接部５，６の
威分が希釈されることはない。

したがって、例えば内管を薄肉の耐食性材料、外管を厚
肉の高強度材料で構成した二重管の場合、内管３，３′
の溶接は、耐食性溶接材料を用いた単Ｎ溶接で充分な耐
食性が確保でき、外管２，２′の溶接も高強度用溶接材
料を用いた高能率な溶接により十分な継手強度が得られ
る。また、この方法によれば内管溶接部近傍が外管部の
溶接による多重熱サイクルを受けないため、パイプの敷
設施工などの場合、当該部表面の酸化防止を目的とした
バックシールド施工が簡素化でき、施工能率が大幅に向
上する。さらに、例えば内管がチタンで、外管が炭素鋼
という様に、融点が大きく異なる材料を組み合わせた二
重管の場合でも、外管と内管をそれぞれ個別に溶接する
ことで継手施工を容易に行える。なお、間隙４，４′は
、内管の溶接時に外管あるいは外管溶接部を熔融せず、
外管の溶接時に内管あるいは内管熔接部を溶融しない大
きさであればよく、管の肉厚、溶接法等により適宜設定
する。

請求項（２）の方法によれば、前記請求項（１）の方法
の作用の他、内管も外管もともに外面側から溶接できる
ので、内面溶接が困難な小径管の場合でも容易に施工で
きるという利点がある。また、内管を内面側から溶接す
る場合には、外管部の間隙を利用して外面側から裏波ビ
ードの形戒状況を目視検査できる。間隙４．４′の寸法
は請求項（１）と同程度であればよい。

請求項（３）の方法によれば、間隙４．４′とスベーサ
−９により、内管溶接部５と外管初層溶接部６とが溶接
時に互いに接触融合することなく溶接でき、両溶接部５
，６の成分が希釈されることはない。したがって、請求
項（１）と同様の作用効果が得られる。さらに、内管も
外管もともに外面側から溶接できるので、請求項（２）
と同様の作用効果も得られる。間隙４．４′の寸法は請
求項（１）と同程度であればよい。

〔実施例〕

外径５．　５　ｉｎｃＬ厚さ１４．０ｍｍのＸ６０シー
ムレス鋼管からなる外管に、厚さ３．　０−のインコロ
イ８２５　ＴＩＧ溶接管からなる内管を、熱拡管方式に
より嵌合させた二重管を用いて、各種周継手溶接法によ
る施工実験を実施し、施工性、溶接部の健全性、継手強
度、耐食性、施工能率、溶接材料コストその他を比較検
討した。その結果を第１表に示す。

第１表において、継手溶接部の耐食性はＡＳＴ？’ＩＧ
−４８Ａによる孔食試験を行い、耐孔食性が良好であっ
たものを○印、非常に優れていたものを◎印で示した。

継手溶接部の強度は外管継手溶接部の引張試験の結果、
いずれも母材部で破断し引張強さはＡＰＩ規格（Ｘ６０
）を満足したのでＯ印とした。溶接材料コストは、本実
施例内での相対評価で、○（安価）、△，×（高価）と
した。

なお、溶加材として用いたインコネル６２５は、耐食性
が内管のインコロイ８２５よりも優れ、降伏強度は外管
のＸ６０以上が得られる。継手溶接部の耐食性において
差が生じたのは、従来例では外管溶接時の熱影響を強く
受け、裏波ビード表面に酸化スケールが生威し易く、ま
た、裏波ビード部の戊分が希釈され易いのに対し、本発
明法によればそれらの影響を受けないためである。継手
溶接施工能率については、本発明例は内青部溶接が１層
で終了するので能率が非常によい。これは、多数の溶接
を連続して行う必要のあるパイプラインの敷設等におい
て、極めて有効である。継手溶接施工能率の全体時間（
分）は、本発明例１については、内外管を同時に溶接し
た場合、本発明例２．３および従来例４．５については
、内管を溶接し、ついで外管を溶接した場合、従来例６
については、先ず外管第１層を溶接し、ついで内外管を
同時に溶接した場合の時間である。本発明例１，　　２
．　　３および従来例５．６は、外管溶接の溶加材とし
て高溶着速度の得られる炭素鋼ワイヤーを使用したので
、従来例４と比較して全体のアークタイムが短い。本発
明例ｌは、内外管を同時に溶接したので最も短時間で施
工でき、従来例５は、外管溶接の一部にＹ３０９　Ｍｏ
ワイヤーを使用したので、長時間を要している。継手溶
接部の強度については、いずれも外管のＸ６０母材相当
の強度が得られたが、従来例４はこれが限界である。本
発明法は、外管部の溶加材を所要強度に応じて成分設計
することができるので、例えばＸ７０あるいはＸ８０相
当の強度も得られる。

本発明法によれば、熔接部に二重管本来の高強度で耐食
性に優れた特性が得られ、且つ作業能率が著しく向上し
、溶接材料コストを低減できる。

しかも、例えばチタン二重管など、融点が大きく異なる
材料を組み合わせた二重管の継手施工が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明法によれば、外管と内管とが異なる成分の金属材
料からなる二重管、例えば内管を耐食性材料とし外管を
強度の高い材料とした耐食二重管同士を周継手溶接する
に際し、作業能率が著しく向上し、溶接材料コストを低
減できる。しかも、溶接部にも二重管本来の特性が維持
される。したがって、腐食性物質を含有する石油や天然
ガスを輸送するラインパイプ用や各種化学工業用等に今
後ますます需要の増加が予想される二重管の施工改善に
大きく寄与し、工業的価値は絶大である。

また、本発明法によれば、融点が大きく異なる材料を組
み合わせた二重管の継手施工が可能となるため、例えば
チタンニ重管などの適用分野が大幅に拡大される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、本発明法により周継手溶接する二重
管の軸方向断面図、第４図〜第６図は、二重管の従来の
周継手溶接法を示す図である。 １．　　１’：二重管、２．２’：外管、３，　　３１
，内管、４．４’：間隙、５：内管溶接部、６：外管初
Ｎ溶接部、７：外管溶接部全体、８：インサート部材、
９：スペーサー

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
   管とで構成された二重管同士を周継手溶接するに際し、
   両二重管の管端部の外管と内管の間に間隙を形成し、外
   管同士および内管同士を突き合わせて、それぞれ外管は
   管外面側から、内管は管内面側から個別に溶接すること
   を特徴とする二重管の周継手溶接法。
2. （２）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
   管とで構成された二重管同士を周継手溶接するに際し、
   両二重管の管端部の外管と内管の間に間隙を形成し、且
   つ突き合わせた外管同士の間に間隙を設け、先に内管同
   士を突き合わせて溶接した後、外管同士の前記間隙を外
   管と同系統の材質のインサート部材で橋渡しをして外管
   同士を管外面側から溶接することを特徴とする二重管の
   周継手溶接法。
3. （３）たがいに異なる成分の金属材料からなる外管と内
   管とで構成された二重管同士を周継手溶接するに際し、
   両二重管の管端部の外管と内管の間に間隙を形成し、且
   つ突き合わせた外管同士の間に間隙を設け、先に内管同
   士を突き合わせて溶接した後、該溶接された内管の外周
   を非溶融性のスペーサーで被覆して外管を管外面側から
   溶接することを特徴とする二重管の周継手溶接法。