(57)【要約】【課題】導管の溶接中、溶接領域の内部ないし周囲に溶接材料が堆積することを、効率良く経済的かつ手軽に防止できる手段を提供する。また、堆積してしまった溶接材料を切削加工によって除去する手間を省く。【解決手段】外周側面および内周側面を含む２つ以上の導管部材において、２つ以上の端部を隣接するように位置合わせしてギャップを定め、内周側面に沿ったルート溶接材料のスパッタリングが防止されるように、外周側面からギャップに沿ってルート溶接を行ってルート層を形成し、内周側面に沿って外方向への押圧力を印加しつつ、外周側面からギャップに沿ってフィラ溶接を行ってギャップを充填する。【選択図】図１
2014034062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の導管部材（２００，３００）の溶接方法（６００）であって、
互いに表裏となっている、外周側面（２２０，３２０）および内周側面（２３０，３３０）を含む２つ以上の導管部材（２００，３００）において、該２つ以上の導管部材の２つ以上の端部（２１０，３１０）を隣接するように位置合わせしてギャップ（４００）を定めるステップと、
前記内周側面（２３０，３３０）に沿ったルート溶接材料のスパッタリングが防止されるように、前記外周側面（２２０，３２０）から前記ギャップ（４００）に沿ってルート溶接を行ってルート層（４１０）を形成するステップと、
前記内周側面（２３０，３３０）に沿って外方向への押圧力を印加するステップと、
前記外周側面（２２０，３２０）から前記ギャップ（４００）に沿ってフィラ溶接を行って前記ギャップ（４００）を充填するステップと
を含み、
前記外方向への押圧力を印加しつつ前記フィラ溶接を行うことにより、前記２つ以上の導管部材（２００，３００）にわたって、長手方向および径外方向でのフィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮が保証され、前記フィラ溶接の実行中、前記内周側面（２３０，３３０）に沿った前記フィラ溶接材料および前記ルート溶接材料の溢れ出しが防止される
ことを特徴とする導管部材の溶接方法（６００）。
【請求項２】
さらに、前記ルート溶接を実行するために、前記２つ以上の導管部材（２００，３００）の前記２つ以上の端部（２１０，３１０）のエッジを前処理するステップを含む、請求項１記載の導管部材の溶接方法（６００）。
【請求項３】
前記外方向への押圧力を印加するステップは、さらに、
前記内周側面（２３０，３３０）に沿って支持部材（１３０）を配置するステップと、
前記２つ以上の導管部材（２００，３００）の前記内周側面（２３０，３３０）に沿って前記支持部材（１３０）が直径方向に拡大するように前記支持部材（１３０）を駆動して、前記外方向への押圧力を印加するステップと
を含む、請求項１記載の導管部材の溶接方法（６００）。
【請求項４】
液圧式駆動装置もしくは空気式駆動装置もしくは機械式駆動装置もしくは熱式駆動装置（１３２）のいずれかによって、前記支持部材（１３０）を駆動する、請求項３記載の導管部材の溶接方法（６００）。
【請求項５】
さらに、前記フィラ溶接材料および前記ルート溶接材料の凝固に応じて前記上方向への押圧力を解放するステップを含む、請求項１記載の導管部材の溶接方法（６００）。
【請求項６】
液圧式解放装置もしくは空気式解放装置もしくは機械式解放装置もしくは熱式解放装置（１３４）のいずれかによって、前記上方向への押圧力を解放するステップを含む、請求項５記載の導管部材の溶接方法（６００）。
【請求項７】
２つ以上の導管部材（２００，３００）の溶接システム（１００）であって、
該溶接システム（１００）は、
２つ以上の導管部材（２００，３００）の２つ以上の端部（２１０，３１０）が隣接するように位置合わせしてギャップ（４００）を定め、前記２つ以上の導管部材（２００，３００）の互いに表裏となっている外周側面（２２０，３２０）から内周側面（２３０，３３０）へ向かって前記ギャップ（４００）をルート溶接し、該ルート溶接を前記内周側面（２３０，３３０）に沿ったルート溶接材料のスパッタリングが防止されるように行って、前記ギャップ（４００）にルート層（４１０）を形成する、ルート溶接工具（１１０）と、
前記外周側面（２２０，３２０）からのフィラ溶接によって前記ギャップ（４００）を充填する、フィラ溶接工具（１２０）と、
前記２つ以上の導管部材（２００，３００）にわたって、長手方向および径外方向でのフィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮を保証し、前記フィラ溶接の実行中に、前記内周側面（２３０，３３０）に沿った前記フィラ溶接材料および前記ルート溶接材料の溢れ出しを防止しつつ、外方向への押圧力を印加するために、前記内周側面（２３０，３３０）に沿って設けられる、支持部材（１３０）と
を備える
ことを特徴とする溶接システム（１００）。
【請求項８】
さらに、前記ルート溶接を実行するために、前記２つ以上の端部（２１０，３１０）のエッジを前処理するエッジ前処理工具（１５０）を備える、請求項７記載の溶接システム（１００）。
【請求項９】
前記支持部材（１３０）は、
前記外方向への押圧力を印加するために、前記２つ以上の導管部材（２００，３００）の前記内周側面（２３０，３３０）に沿って直径方向に前記支持部材（１３０）が拡大するように、前記支持部材（１３０）を駆動可能な駆動装置（１３２）と、
前記駆動装置（１３２）に接続されており、かつ、前記フィラ溶接材料および前記ルート溶接材料の凝固に応じて上方向への押圧力を解放可能な解放装置（１３４）と
を含む、
請求項７記載の溶接システム（１００）。
【請求項１０】
前記駆動装置（１３２）は、液圧式もしくは空気式もしくは機械式もしくは熱式のいずれかの方式で動作する装置（１３２）である、請求項９記載の溶接システム（１００）。
【請求項１１】
前記解放装置（１３４）は、液圧式もしくは空気式もしくは機械式もしくは熱式のいずれかの方式で動作する装置（１３４）である、請求項９記載の溶接システム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接技術に関しており、より詳細には、２つ以上の導管を溶接する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
パイプやチューブなどの導管部材は、相互にその周が溶接され、種々の目的への適用のために必要な長さを有する導管が形成される。ここでの種々の目的には、熱交換器や、種々の工業分野で化学物質、石油、天然ガスなどの輸送に用いられる輸送用パイプラインが含まれるが、これに限定されない。導管部材を他の部材と溶接する際には、非常な注意と、時間および技術力とが必要なため、高額の費用がかかる。導管部材の溶接の際には、溶接領域の内部ないし周囲に溶接材料が堆積しやすい。導管の内面に沿って溶接材料が堆積すると、溶接された導管を通る粒子に起因して発生する腐食によって、溶接された導管の耐用期間が低下する。この問題に対して多くの試みがなされてきたが、いまだ解決をみていない。
【０００３】
一般に、導管部材の溶接は２ステッププロセスとなっている。第１のステップでは、ルート層として知られるベース溶接部が、導管部材間の比較的小さなギャップ（ルートギャップとして知られる）に形成される。ベース溶接部またはルート層は、導管部材の内面に接する壁の厚さの一部となるように形成される。ルート層が形成される際には、溶接材料が内面を伝わって流れ、堆積してしまうことが多い。しかし、今日では余剰の溶接材料が溶接領域に沿って堆積することを防止する種々の技術が利用可能であり、例えばバッキングリングなどを設けることが挙げられる。こうしたバッキングリングは支持体としてルートギャップに沿って内面に設けられ、その後でベース溶接が行われる。こうしたバッキングリングは、ルート層のルート溶接材料が導管部材の内面を流れて、その上に堆積してしまうことを防止する。バッキングリングは部分的に溶融するので、後で機械的切削加工によって除去しなければならない。
【０００４】
ついで、第２の溶接ステップが実行される。このステップでは、ルート層が形成された後、ルートギャップがフィラ溶接の実行により充填される。以下では、技術的に、ルート層が形成された後のルートギャップを「ギャップ」と称する。このギャップは、フィラ溶接電極の反復堆積によって充填される。フィラ溶接が行われると、第１のステップで得られたルート層がフィラ溶接の熱輸送効果によって押し出されるおそれが高まる。一般に、フィラ溶接が実行されている間、ルート溶接部に対する圧縮力が生じ、その結果、ルート層が可塑変形しやすくなるため、ルート溶接材料またはフィラ溶接材料などの溶接材料が溢れ出すことがある。こうした溶接材料の溢れ出しが起こると、上述したように、腐食に起因して、溶接された導管の耐用期間が低下する。こうしたおそれを低減するために、堆積してしまった溶接材料の全体的な切削加工が行われ、余剰のルート溶接材料が手動の切削加工によってまたは何らかの自動装置を用いた切削加工によって除去される。しかし、こうした切削加工は時間のかかる煩雑なプロセスであり、手間が増大して導管溶接の全体的なコストを増大させる。
【０００５】
したがって、導管内面の溶接領域の内部ないし周囲に溶接材料が堆積することを、時間的に効率良く、経済的かつ手軽に防止でき、さらに、堆積してしまった溶接材料を切削加工によって除去する必要を省く手段への要求が存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術の欠点に鑑みて、本発明では、導管の溶接方法および溶接システムを提供する。本発明の方法および装置は従来技術の全ての利点を含み、従来技術に内在する問題点を克服して、幾つかの付加的な利点を新たにもたらすものである。
【０００７】
本発明の第１の課題は、導管の溶接中、導管内面の溶接領域の内部ないし周囲に溶接材料が堆積することを、時間的に効率良く、経済的かつ手軽に防止できる手段を提供することである。
【０００８】
本発明の第２の課題として、堆積してしまった溶接材料を切削加工によって除去する手間を省くことが挙げられる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴として、２つ以上の導管部材の溶接方法が提案される。この方法は、互いに表裏となっている、外周側面および内周側面を含む２つ以上の導管部材において、２つ以上の導管部材の２つ以上の端部を隣接するように位置合わせしてギャップを定めるステップと、内周側面に沿ったルート溶接材料のスパッタリングが防止されるように、外周側面からギャップに沿ってルート溶接を行ってルート層を形成するステップと、内周側面に沿って外方向への押圧力を印加するステップと、外周側面からギャップに沿ってフィラ溶接を行ってギャップを充填するステップとを含み、外方向への押圧力を印加しつつフィラ溶接を行うことにより、２つ以上の導管部材にわたって、長手方向および径外方向でのフィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮が保証され、フィラ溶接の実行中、内周側面に沿ったフィラ溶接材料およびルート溶接材料の溢れ出しが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施例の２つ以上の導管の溶接システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施例の２つ以上の導管の溶接システムを示すブロック図Ａ−Ｄである。
【図３】本発明の実施例の２つ以上の導管の溶接方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
各図を通して、同様の要素には同様の参照番号を付してある。
【００１２】
第１の特徴の１つの実施形態では、本発明の方法はさらに、ルート溶接を実行するために、２つ以上の導管部材の２つ以上の端部のエッジを前処理するステップを含む。
【００１３】
第１の特徴の別の実施形態では、外方向への押圧力を印加するステップが、さらに、内周側面に沿って支持部材を配置するステップと、２つ以上の導管部材の内周側面に沿ってこの支持部材が直径方向に拡大するように支持部材を駆動して外方向への押圧力を印加するステップとを含む。
【００１４】
第１の特徴の別の実施形態では、本発明の方法は、フィラ溶接材料およびルート溶接材料の凝固に応じて上方向への押圧力を解放するステップを含む。
【００１５】
第１の特徴の別の実施形態では、支持部材は、液圧式もしくは空気式もしくは機械式もしくは熱式のいずれかの方式で動作する装置によって駆動または解放される。
【００１６】
また、本発明の第２の特徴として、２つ以上の導管部材の溶接システムが提案される。この溶接システムは、２つ以上の導管部材の２つ以上の端部が隣接するように位置合わせしてギャップを定め、２つ以上の導管部材の互いに表裏となっている外周側面から内周側面へ向かってギャップをルート溶接し、ここで、ルート溶接を内周側面に沿ったルート溶接材料のスパッタリングが防止されるように行い、ギャップにルート層を形成する、溶接工具と、外周側面からのフィラ溶接によってギャップを充填する、フィラ溶接工具と、２つ以上の導管部材にわたって、長手方向および径外方向でのフィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮を保証し、フィラ溶接の実行中に、内周側面に沿ったフィラ溶接材料およびルート溶接材料の溢れ出しを防止しつつ、外方向への押圧力を印加するために、内周側面に沿って設けられる、支持部材とを備える。
【００１７】
第２の特徴の１つの実施形態では、溶接システムがさらに、ルート溶接を実行するために、２つ以上の導管部材の２つ以上の端部のエッジを前処理するエッジ前処理工具を備える。
【００１８】
第２の特徴の別の実施形態では、支持部材は、外方向への押圧力を印加するために、２つ以上の導管部材の内周側面に沿って直径方向に拡大するように支持部材を駆動する駆動装置と、駆動装置に接続されており、フィラ溶接材料およびルート溶接材料の凝固に応じて上方向への押圧力を解放する解放装置とを含む。
【００１９】
第２の特徴の別の実施形態では、駆動装置および解放装置は、液圧式もしくは空気式もしくは機械式もしくは熱式のいずれかの方式で動作する装置である。
【００２０】
本発明の各特徴により、溶接中および溶接後、２つ以上の導管内面の溶接領域の内部ないし周囲に溶接材料が堆積することを、時間的に効率良く、経済的かつ手軽に防止できる。特に、本発明の支持部材により、溶接材料の堆積ひいては堆積してしまった材料の切削加工による除去の必要性を排除できる。
【００２１】
外方向への押圧力の印加のために支持部材が内周側面に沿って設けられ、２つ以上の導管部材にわたって、長手方向および径外方向でのフィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮が保証される。これにより、フィラ溶接の実行中から溶接材料が凝固するまで、内周側面に沿ったフィラ溶接材料およびルート溶接材料の溢れ出しが防止される。また、支持部材によって形成される外方向への押圧力により、２つ以上の導管部材に長手方向および径外方向で力がかかることが保証される。こうして、溶接の持続性が高まり、成形中ないし成形後の溶接部のいかなる種類の断裂も防止される。
【００２２】
ここで云う「溶接領域」とは、ルート溶接またはフィラ溶接などの溶接が行われる領域のことである。溶接領域はギャップ内またはギャップ周囲にある。
【００２３】
ここで云う「内周側面」および「外周側面」とは、それぞれ、導管の１つまたは複数の内面ないし１つまたは複数の外面である。
【００２４】
本発明の明細書、図面および特許請求の範囲に挙げられている種々の新規な特徴は、上述した以外の実施形態も含めて、本発明に含まれる。本発明ひいては本発明の利点および本発明の利用によって達成される特別な課題をより良く理解してもらうために、添付図およびそこに挙げられている各要素を参照されたい。
【００２５】
以下に、添付図および特許請求の範囲に関連して、本発明の特徴および利点を説明する。図中、同様の機能を有する要素には同じ参照番号を付してある。
【実施例】
【００２６】
本発明の一貫した理解のために、以下の説明と特許請求の範囲と図面とでは共通の参照番号を利用する。また、本発明を幾つかの実施例に則して説明するが、本発明は特定の実施例に限定されるものではない。個々の要素の追加ないし削除、等価の要素の置換などは、本発明の範囲から離れることなく可能であり、実現範囲に含まれると理解されたい。さらに、ここで用いている語句は説明のために選択されたものであり、本発明を限定しない。なお、「或る実施例」「別の実施例」「種々の実施例」などの語は説明上の言い回しであり、特定の実施例を限定するものでない。
【００２７】
「第１の」「第２の」「内」「外」などの語は、次元的ないし階層的な優劣を有するものでなく、単に個々の要素を区別するために付されたものである。また、「１つの」「複数の」などの語は量を限定するものでなく、その要素が少なくとも１つ存在することを表す。
【００２８】
図１，図２のＡ−Ｄには、２つ以上の導管を溶接する溶接システム１００の本発明の種々の実施例が示されている。溶接システム１００は、ルート溶接工具１１０と、フィラ溶接工具１２０と、２つ以上の導管を溶接するための環境を形成するのに用いられる支持部材１３０とを備える。この実施例の説明では、２つの導管、すなわち、第１の導管部材２００と第２の導管部材３００を扱うものとし（以下では導管２００，３００とも称する）、これを図１に示す。ただし、導管の数は本発明を限定するものでない。
【００２９】
第１の導管２００および第２の導管３００は、隣接して、接触式溶接が可能となるように所定の距離で位置合わせされる。特に、第１の導管２００の端部２１０と第２の導管３００の端部３１０とが向かい合うように位置決めされる。導管２００，３００は、それぞれ、互いに表裏となっている外周側面２２０，３２０（以下外面２２０，３２０とも称する）と内周側面２３０，３３０（以下内面２３０，３３０とも称する）とを有する。導管２００，３００は、公知の手法で、クランプ装置、駆動装置および支持装置に結合可能である。これらの装置は、導管２００，３００の外周側面２２０，３２０または内周側面２３０，３３０を把持し、これらが相互に近づいて、各端部２１０，３１０が向かい合うようにする。或る実施例では、導管２００，３００を位置合わせする前に、相補的な形状となるよう、互いに反対向きに、端部２１０，３１０の前処理、例えば面取りないしベベリングが行われる。端部２１０，３１０のこうした前処理によって、隣接する２つの導管２００，３００の各端部２１０，３１０間にギャップ４００が形成される。エッジの前処理は導管２００，３００の要求に応じてギャップ４００を形成するために行われ、ギャップ形状はＶ字状もしくはＪ字状などどのようなものであってもよく、図２のＡに示されているようなエッジ前処理工具１５０、例えば面取り工具を用いて行われる。こうした導管２００，３００のエッジ前処理により、ギャップ４００に沿って、導管２００，３００の内周側面２３０，３３０の近傍にルートギャップが定められる。導管２００，３００を接触させた後、こうした装置は端部どうしを近づける運動を統合し、所定の位置でロックして、一方の導管が他方の導管からずれたり外れたりすることを防止する。導管２００，３００を把持するクランプ装置は外周側面２２０，３２０もしくは内周側面２３０，３３０のうちいずれか簡便な面の把持を行えるように構成されている。
【００３０】
さらに、溶接システム１００には、ギャップ４００をルート溶接してルートギャップ４００にルート層４１０を形成するルート溶接工具１１０が設けられている。技術的には、ルートギャップは、ルート層４１０を形成する一般的な導管溶接の技術分野で云われているように、「ルート層４１０」を形成する前の「ギャップ４００」として定義されるが、以下では溶接プロセスを区別するために「ルートギャップ４００」とも称する。ルート溶接工具１１０は、電気制御パネル１４０を用いて所望のタスクを実行するように電気的に駆動制御される。ただし、電気制御パネル１４０を溶接システム１００に設けることは、本発明において溶接プロセス全体を手動で行うことを排除しない。ルート溶接工具１１０は、ルート層４１０をルートギャップ４００内に形成するために、例えば露出した電極もしくは非コーティングの電極を保持ないし処理することのできる溶接システムを含む。電極を保持したルート溶接工具１１０は導管２００，３００の外周側面２２０，３２０から作業を行い、溶融した電極溶接材料がルートギャップ４００内に溶着してルート層４１０が形成されるようにする。ルート層４１０を形成するルート溶接が行われるのであるが、その際に、ルート溶接材料が導管２００，３００の内周側面２３０，３３０に沿ってスパッタリングすることが防止される。ルート層は、導管２００，３００の内周側面２３０，３３０に沿ったルート溶接材料のスパッタリングなしに、現行の種々の技術ないしプロセスを用いて実行される。種々の技術ないしプロセスには、例えば、自動溶接、ガスタングステンアーク溶接、電子ビーム溶接、レーザービーム溶接などが挙げられる。
【００３１】
さらに、溶接システム１００には、導管２００，３００の外周側面２２０，３２０からルート層４１０の設けられたギャップ４００を充填するフィラ溶接を行うフィラ溶接工具１２０が設けられている。フィラ溶接工具１２０は、電気制御パネル１４０を用いて所望のタスクを実行するように電気的に駆動制御される。ただし、電気制御パネル１４０を溶接システム１００に設けることは、本発明において溶接プロセス全体を手動で行うことを排除しない。フィラ溶接工具１２０は、フィラ層４２０をルートギャップ４００内に形成するために、フィラ電極、例えばコーティングされた電極を保持ないし処理することのできる溶接システムを含む。フィラ電極を保持したフィラ溶接工具１２０は導管２００，３００の外周側面２２０，３２０から作業を行い、溶融したフィラ電極材料がルートギャップ４００内に溶着するようにする。このプロセスは、フィラ層４２０が形成されてギャップ４００が完全に充填され、導管２００，３００が溶接されるまで連続して反復される。フィラ層４２０を形成するフィラ溶接は、導管２００，３００の内周側面２３０，３３０に沿った溶接材料の溢れ出しを防止するように行われる。ふつう、フィラ溶接が行われている間、フィラ層４２０はルート溶接部に対する圧縮力を発生するので、ルート層４１０は可塑変形しやすく、これにより溶接材料（ルート溶接材料またはフィラ溶接材料）が押し出されることがある。これは本発明の最も有利な実施例であって、溶接材料の溢れ出しを防止することができる。
【００３２】
本発明の有利な実施例では、支持部材１３０が設けられる。支持部材１３０は、内周側面２３０，３３０を支持するために、導管２００，３００内に挿入される。支持部材１３０は、外方向への押圧力（矢印の組Ａによって図示されている）を内周側面２３０，３３０に沿って印加することができ、これにより長手方向および径外方向（矢印の組Ｂによって図示されている）でのフィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮が保証される。例えば、上方向での押圧力は約１００ｂａｒから約５００ｂａｒの間で変化しうる。ただし、本発明の範囲から外れることなく、支持部材１３０は、要求に応じて、必要な上方向への押圧力を形成することができる。支持部材１３０は、フィラ溶接プロセスの期間中、溶接材料全体が凝固するまで支持部となり、内周側面２３０，３３０に沿った溶接材料の溢れ出しを防止する。或る実施形態では、支持部材１３０が導管２００，３００内へ挿入されてから、フィラ溶接プロセスが実行される前に、すなわち、ルート溶接が完了した後に、上方向への押圧力が印加される。別の実施形態では、支持部材１３０が導管２００，３００内に挿入されてから、フィラ溶接プロセスの実行と同時に、上方向への押圧力が印加される。さらに、支持部材１３０によって形成される外方向への押圧力により、導管２００，３００にわたる長手方向および径外方向（矢印の組Ｂによって図示されている）での応力の展開が保証される。こうして、溶接部の持続性が高まり、成形中ないし成形後の溶接部でのいかなる種類の断裂も防止される。支持部材１３０は、電気制御パネル１４０を用いて所望のタスクを実行するように電気的に駆動制御される。ただし、電気制御パネル１４０を溶接システム１００に設けることは、本発明において支持部材１３０を手動で設けることを排除しない。
【００３３】
本発明の或る実施例では、支持部材１３０は駆動装置１３２および解放装置１３４を含み、これらは互いに結合され、支持部材１３０とともに外方向への押圧力を印加および解放できるように構成されている。支持部材１３０を導管２００，３００へ挿入した後、駆動装置１３２は、導管２００，３００の内周側面２３０，３３０に沿って支持部材１３０が直径方向に拡大するように、この支持部材１３０を駆動する。この拡大が外方向への押圧力となり、導管２００，３００にわたって内周側面２３０，３３０から長手方向および径外方向でフィラ溶接材料およびルート溶接材料が収縮することが保証される。外方向への押圧力は内周側面２３０，３３０に沿った溶接材料の溢れ出しを防止する。フィラ溶接がいったん完了して溶接材料が凝固すると、解放装置１３４が上方向への押圧力を解放できるようになる。駆動装置１３２および解放装置１３４は、電気制御パネル１４０を介して電気的に駆動されるかまたは手動で駆動される。
【００３４】
本発明の種々の実施例において、支持部材１３０では、液圧式もしくは空気式もしくは機械式もしくは熱式で動作するいずれかの手段によって、外方向への押圧力が印加および解放される。本発明の有利な実施例では、駆動装置１３２および解放装置１３４は、液圧式もしくは空気式もしくは機械式もしくは熱式のいずれかの方式で動作して外方向への押圧力を印加および解放する装置である。
【００３５】
液圧式および空気式の構成では、それぞれ、支持部材１３０に接続された駆動装置１３２および解放装置１３４を用い、液圧力および空気圧力を印加して、上方向への押圧力を印加ないし解放する。また、機械式の構成では、上方向への押圧力は、支持部材１３０に接続された機械駆動される駆動装置１３２および解放装置１３４によって印加ないし解放される。さらに、熱式の構成では、上方向への押圧力は、支持部材１３０に接続された熱駆動される駆動装置１３２および解放装置１３４によって印加ないし解放される。
【００３６】
支持部材１３０を「内部支持面」側に設けることによる導管２００，３００の溶接は、溶接領域に応力を発生させるので、費用の点で効率良く応力を開放でき、溶接後の熱処理を後に実行できる。
【００３７】
図３には、本発明の実施例の２つ以上の導管、例えば導管２００，３００を溶接する方法６００のフローチャートが示されている。以下に、本発明の方法６００を、図１および図２のＡ−Ｄに示されている溶接システム１００に関連して説明する。方法６００はステップ６１０で開始される。ついで、ステップ６２０で、導管２００，３００が隣接するように所定の距離で位置合わせされ、上述したようにルートギャップ４００が定められる。本発明の実施例では、導管２００，３００を位置合わせする前に、導管の端部２１０，３１０が、互いに反対向きに、相補的形状となるように面取りによって前処理される。これは上述した通りであるので、ここではこれ以上立ち入らない。
【００３８】
さらに、ステップ６３０で、ルートギャップ４００に沿ったルート溶接が外周側面２０２０，３２０から行われて、ルート層４１０が形成される。これは、ルート溶接工具１１０を用いて上述したように行われるので、ここではこれ以上立ち入らない。ルート溶接は、内周側面２３０，３３０に沿ったルート溶接材料のスパッタリングが防止されるように行われる。
【００３９】
ステップ６４０では、内周側面２３０，３３０に沿って外方向への押圧力が印加される。さらに、ステップ６５０では、ルート層４１０の設けられたギャップ４００のフィラ溶接が、導管２００，３００の外周側面２２０，３２０からフィラ溶接工具１２０を用いて行われ、ギャップ４００が充填される。これは、上述した通りに行われるので、ここではこれ以上立ち入らない。
【００４０】
１つの実施例として、支持部材２００が導管２００，３００内に挿入されてから、フィラ溶接プロセスが行われる前、すなわち、ルート溶接が完了した後に、上方向の押圧力が印加されてもよい。別の実施例として、本発明の範囲から外れることなく、支持部材２００が導管２００，３００内に挿入されてから、フィラ溶接プロセスが行われるのと同時に、上方向の押圧力が印加されてもよい。
【００４１】
内周側面２３０，３３０に沿った外方向への押圧力が印加されることにより、導管２００，３００にわたって、長手方向および径外方向でのフィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮が保証される。また、これにより、フィラ溶接の実行中から溶接材料が凝固するまでの間、内周側面２３０，３３０に沿ったフィラ溶接材料およびルート溶接材料の溢れ出しも防止される。本発明の或る実施例では、上方向への押圧力は支持部材１３０を用いて内周側面２３０，３３０に沿って印加されるが、このために、支持部材１３０が内周側面２３０，３３０に沿って直径方向に拡大するように駆動される。これも上述した通りであるので、ここではこれ以上立ち入らない。
【００４２】
本発明の別の実施例では、支持部材１３０は、駆動装置１３２および解放装置１３４を含み、これらは互いに結合され、支持部材１３０とともに外方向への押圧力を印加および解放できるように構成されている。これも上述した通りであるので、ここではこれ以上立ち入らない。本発明の方法６００はステップ６６０で終了する。
【００４３】
本発明の溶接システム１００および溶接方法６００は次のような利点をもたらす。本発明の装置および方法は、溶接中、２つ以上の導管内面の溶接領域の内部ないし周囲に溶接材料が堆積することを、時間的に効率良く、経済的かつ手軽に防止できる。特に、本発明の支持部材は、堆積してしまった溶接材料もしくは溢れ出した溶接材料を切削加工によって除去する手間を省くことができる。支持部材は、内周側面に沿って外方向への押圧力を印加することにより、２つ以上の導管部材にわたって、長手方向および径外方向でのフィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮を保証する。こうして、フィラ溶接の実行中、内周側面に沿った溶接材料の堆積もしくは溢れ出しが防止される。また、支持部材によって形成される外方向への押圧力によって、２つ以上の導管部材にわたる長手方向および径外方向での応力の展開が保証される。こうして、溶接の持続性が高まり、成形中ないし成形後の溶接部の断裂が完全に防止される。
【００４４】
上述した本発明の個々の実施例はそれぞれ説明のためのものであり、本発明を特定の形態に限定するものでないので、本発明の教説によって種々の修正ないし変更が可能なことは明らかである。各実施例は本発明の原理および実際の適用方式を最良に説明できるように選定されており、このため、当業者は、本明細書を利用して、特定の適用目的に適合する種々の修正を加えた種々の実施例を考察できる。状況に応じて、いずれかの要素の削除および等価な要素の置換も考えられ、本願の特許請求の範囲から離れることなく、適用もしくは実現の形態をカバーすることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００  溶接システム、  １１０  ルート溶接工具、  １２０  フィラ溶接工具、  １３０  支持部材、  １３２  駆動装置、  １３４  解放装置、  １４０  電気制御パネル、  １５０  エッジ前処理工具、  ２００  第１の導管、  ２１０  第１の導管の端部、  ２２０  第１の導管の外周側面、  ２３０  第１の導管の内周側面、  ３００  第２の導管、  ３１０  第２の導管の端部、  ３２０  第２の導管の外周側面、  ３３０  第２の導管の内周側面、  ４００  ルートギャップないしギャップ、  ４１０  ルート層、  ４２０  フィラ層、  ６００  方法、  ６１０−６６０  方法ステップ、  Ａ  外方向への押圧力を表す矢印、  Ｂ  フィラ溶接材料およびルート溶接材料の収縮方向を表す矢印
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
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