(57)【要約】【課題】金属管の突合せ溶接部の信頼性を確保すると共に作業工数を低減することができる金属管の溶接による曲がり変形低減方法及びそれに用いる曲がり変形低減装置を提供する。【解決手段】一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３を全周溶接する溶接工程と、溶接工程の後で一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の残余熱がある間に、一方の金属管１の中心軸線Ａ１に対して他方の金属管２の中心軸線Ａ２に傾きを生じさせている溶接部４の外向き屈曲部４ｂを冷媒噴射ノズル４２から噴射される冷媒Ｃにより冷却する第１の冷却工程と、第１の冷却工程後に、一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の全周を冷媒Ｃにより均一に冷却する第２の冷却工程とを備えた。【選択図】  図３
2014128821.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の金属管と他方の金属管の突合せ溶接による曲がり変形を低減する方法であって、
前記一方の金属管と前記他方の金属管の突合せ開先部を全周溶接する溶接工程と、
前記溶接工程の後で前記一方の金属管と前記他方の金属管の溶接部の残余熱がある間に、前記一方の金属管の中心軸線に対して前記他方の金属管の中心軸線に傾きを生じさせている前記溶接部の外向き屈曲部を冷媒噴射ノズルから噴射される冷媒により冷却する第１の冷却工程と、
前記第１の冷却工程後に、前記一方の金属管と前記他方の金属管の前記溶接部の全周を前記冷媒により均一に冷却する第２の冷却工程とを備えた
ことを特徴とする金属管の溶接による曲がり変形低減方法。
【請求項２】
請求項１に記載の金属管の溶接による曲がり変形低減方法において、
前記第１の冷却工程の前に、前記溶接部における前記外向き屈曲部の位置を判断する判断工程を更に備えた
ことを特徴とする金属管の溶接による曲がり変形低減方法。
【請求項３】
請求項２に記載の金属管の溶接による曲がり変形低減方法において、
前記判断工程は、前記溶接部における前記外向き屈曲部の位置を、前記一方の金属管の中心軸線の回りに前記他方の金属管を回転させた時の前記他方の金属管の円周方向の振れ量によって判断する
ことを特徴とする金属管の溶接による曲がり変形低減方法。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の金属管の溶接による曲がり変形低減方法において、
前記溶接工程は、レーザ溶接又はレーザ・アークハイブリッド溶接により前記一方の金属管と前記他方の金属管の突合せ開先部を全周溶接する
ことを特徴とする金属管の溶接による曲がり変形低減方法。
【請求項５】
請求項１乃至３に記載の金属管の溶接による曲がり変形低減方法において、
前記冷媒は、常温のエアである
ことを特徴とする金属管の溶接による曲がり変形低減方法。
【請求項６】
一方の金属管と他方の金属管の突合せ開先部を全周溶接する溶接装置と、
前記一方の金属管と前記他方の金属管の溶接部の残余熱がある間に、前記一方の金属管の中心軸線に対して前記他方の金属管の中心軸線に傾きを生じさせている前記溶接部の外向き屈曲部を冷却するための冷媒を噴射する冷媒噴射ノズルを有する冷却装置とを備えた
ことを特徴とする金属管の溶接による曲がり変形低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属管の溶接による曲がり変形低減方法及びそれを用いる曲がり変形低減装置に係り、更に詳しくは、金属管の突合せ溶接後に生じる金属管の曲がり変形を低減する方法及びそれに用いる曲がり変形低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電設備等で用いられる管の突合せ溶接方法として、特許文献１に記載のものがある。特許文献１に記載された溶接方法は、固定支持された管に被溶接管を突合せ溶接するに際し、突合せ溶接の開先部を一層溶接した後に、固定支持された管に対する被溶接管の変形量および位置を検出し、この変形量の最大点の反対側から次層の溶接を開始する工程を繰り返して、溶接変形を防止しながら自動溶接するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１６０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した特許文献１に記載された発明においては、溶接による変形を次の溶接層の溶接パスの入熱で相殺することにより、管の変形を防止した自動溶接を行っているが、最終の溶接層で開先部を溶接した後に、被溶接管が溶接部の膨張・収縮により固定支持された管の軸線に対して開先部から角度をもって曲がり変形することがある。この被溶接管の曲がり変形量が許容値を越える場合、この曲がり変形を修正する必要がある。
【０００５】
この修正工程においては、開先部における溶接部をアークにより加熱して被溶接管の曲がり変形を修正し、その後、曲がり変形の変形量を計測して許容値の範囲内か否かを確認し、変形量が許容値の範囲外である場合には、再度、この手順を繰り返して被溶接管の曲がり変形量が許容値の範囲内になるように追加修正する作業が必要となるので、作業工数が増加し、効率が良好でないという問題がある。
【０００６】
また、被溶接管の曲がり変形を修正するために、開先部の溶接ビードは再加熱と冷却処理されるため、溶接割れや溶接部の強度の低下を生じ、溶接部の信頼性が低下することがある。
【０００７】
本発明は、上記の問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、金属管の溶接部の信頼性を確保すると共に作業工数を低減することができる金属管の溶接による曲がり変形低減方法及びそれに用いる曲がり変形低減装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、一方の金属管と他方の金属管の突合せ溶接による曲がり変形を低減する方法であって、前記一方の金属管と前記他方の金属管の突合せ開先部を全周溶接する溶接工程と、前記溶接工程の後で前記一方の金属管と前記他方の金属管の溶接部の残余熱がある間に、前記一方の金属管の中心軸線に対して前記他方の金属管の中心軸線に傾きを生じさせている前記溶接部の外向き屈曲部を冷媒噴射ノズルから噴射される冷媒により冷却する第１の冷却工程と、前記第１の冷却工程後に、前記一方の金属管と前記他方の金属管の前記溶接部の全周を前記冷媒により均一に冷却する第２の冷却工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、一方の金属管と他方の金属管の突合せ溶接後、一方の金属管と他方の金属管の溶接部の残余熱がある間に、溶接部の外向き屈曲部を冷却することにより一方の金属管に対する他方の金属管の曲がり変形を低減させるので、一方の金属管に対する他方の金属管の曲がり変形を低減するための加熱工程が不要となり、作業工数を低減することができると共に溶接部の信頼性の高い直管を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する溶接装置の概略構成図である。
【図２】図１のII−II矢視から本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する溶接装置を見た横断面図である。
【図３】本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する冷却装置の概略構成図である。
【図４】一方の金属管と他方の金属管の突合せ溶接後に生じる金属管の曲がり変形を示す説明図である。
【図５】一方の金属管と他方の金属管の突合せ溶接後に生じる金属管の曲がり変形を示す斜視図である。
【図６】本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の第１の実施の形態における金属管の溶接部における外向き屈曲部の位置を判断する工程を示す説明図である。
【図７】本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の第１の実施の形態における金属管の溶接部の全周の冷却工程を示す説明図である。
【図８】一方の金属管と他方の金属管の突合せ全周溶接後に一方の金属管と他方の金属管の溶接部を自然放冷した場合の実験結果を示す特性図である。
【図９】図８に示す横軸の他方の金属管の角度（位置）を示す説明図である。
【図１０】一方の金属管と他方の金属管の突合せ全周溶接後に一方の金属管と他方の金属管の溶接部を自然放冷した場合の実験結果を示す説明図である。
【図１１】本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態を適用した場合の実験結果を示す特性図である。
【図１２】本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する別の溶接装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法及びそれに用いる曲がり変形低減装置の実施の形態を図面を用いて説明する。
［一実施の形態］  
図１乃至図３は本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を示すもので、図１は本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する溶接装置の概略構成図、図２は図１のII−II矢視から本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する溶接装置を見た横断面図、図３は本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する冷却装置の概略構成図である。図３中、二点鎖線の金属管は全周溶接前の他方の金属管２の位置を、実線の金属管は全周溶接後の他方の金属管２の位置を示している。
【００１２】
図１及び図２において、溶接接合される一方の金属管１、他方の金属管２は、例えば、円筒形の管である。一方の金属管１と他方の金属管２は、突合せ開先部３に盛り付けられる溶接ビードによって接合される。これにより、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３には溶接部４が形成され、他方の金属管２は一方の金属管１の端部に溶接接合される。
【００１３】
本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる装置は、後述する溶接装置１０と、一方の金属管１を保持するポジショナ２０と、冷却装置４０とで概略構成されている。
【００１４】
一方の金属管１と他方の金属管２を接合する溶接装置１０は、レーザ光Ｌを発生させるレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１から発振されたレーザ光Ｌを伝送する光ファイバ１２と、光ファイバ１２により伝送されたレーザ光Ｌを集光光学系（図示せず）により集光して一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３に照射するレーザ溶接ヘッド１３と、レーザ溶接ヘッド１３の先端部に設けられ、レーザシールドガスＧＬを噴射するシールドガスノズル１４と、溶接ワイヤ１６を突合せ開先部３に供給するためのワイヤチップ１５とを備えている。一方の金属管１と他方の金属管２を突き合せて全周溶接する際には、レーザ溶接ヘッド１３及びワイヤチップ１５は一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３に対応する位置に固定される。シールドガスノズル１４からのレーザシールドガスＧＬはレーザ光Ｌの周囲を囲むように噴射される。
【００１５】
ポジショナ２０は、支持台２１と、支持台２１に回転自在に支持され、一方の金属管１の一方側端を把持するチャック爪２２ａを有するチャック２２と、チャック２２を回転させるモータ２３と、モータ２３の回転駆動力により回転するモータ側プーリ２４と、チャック２２に連結されたチャック側プーリ２５と、モータ側プーリ２４とチャック側プーリ２５とに掛け渡したベルト２６と、モータ２３に設けたエンコーダ等の位置検出器（図示せず）とを備えている。ポジショナ２０は、モータ２３の回転をモータ側プーリ２４、ベルト２６、チャック側プーリ２５を介してチャック２２に伝達する。これにより、チャック２２に保持された一方の金属管１は、チャック２２の中心軸線の回りに回転する。このとき、一方の金属管１の中心軸線Ａ１とチャック２２の中心軸線とを一致するように芯出しを行うことにより、一方の金属管１は、その中心軸線Ａ１の回りに回転する。
【００１６】
ポジショナ２０のチャック２２に保持固定された一方の金属管１は、その自重による撓みを防止するため、その先端側下部がサポート部材３１により支持されている。
【００１７】
レーザ発振器１１及びポジショナ２０は、レーザ発振器１１のレーザ出力、ポジショナ２０の回転速度（溶接速度）等を制御する制御部３２に接続されている。制御部３２には、モータ２３に設けた位置検出器（図示せず）から位置（角度）検出信号が入力される。
【００１８】
次に、本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する冷却装置を図３を用いて説明する。
図３において、図１及び図２に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
図３において、上述した溶接装置１０により溶接された一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４を冷却するための冷却装置４０は、冷媒Ｃを貯留するタンク４１と、一方の金属管１と他方の金属管２を突合せ溶接した後の溶接部４に冷媒Ｃを噴射する冷媒噴射ノズル４２と、タンク４１と冷媒噴射ノズル４２とを連結する配管４３と、配管４３に設けたバルブ４４とを備えている。冷媒噴射ノズル４２は、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ溶接後に生じる他方の金属管２の曲がり変形を低減するために用いられるものである。
【００１９】
冷媒Ｃは、例えば、常温のエアである。冷媒Ｃの温度は、一方の金属管１と他方の金属管２の全周溶接後の溶接部４の残余熱を冷却可能な温度であればよいが、室温以下の方が冷却時間を短縮することができるため好ましい。
【００２０】
また、一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形の変形量を検出するために、ポジショナ２０のチャック２２に保持されていない他方の金属管２の端部に対応する上側の箇所に、検出器４６（この例では、ダイヤルゲージ）を設置する。ダイヤルゲージ４６は、具体的には、一方の金属管１の中心軸線Ａ１の回りに他方の金属管２を回転させた時の他方の金属管２の円周方向の振れ量（一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形の変形量）を検出する。
【００２１】
以上において、上述した溶接装置１０、冷却装置４０は、一方の金属管１と他方の金属管２を突合せ溶接した後に生じる一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形を低減する金属管の曲がり変形低減装置を構成する。
【００２２】
上述した溶接装置１０を用いて、一方の金属管１と他方の金属管２は仮付溶接された後、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３が全周溶接される。一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ溶接により、他方の金属管２は、一方の金属管１に対して曲がり変形が生じるが、この他方の金属管２の曲がり変形を生じる現象を図４及び図５を用いて説明する。
図４は一方の金属管と他方の金属管の突合せ溶接後に生じる金属管の曲がり変形を示す説明図、図５は一方の金属管と他方の金属管の突合せ溶接後に生じる金属管の曲がり変形を示す斜視図である。図４及び図５中、一点鎖線Ａ１は一方の金属管１の中心軸線を、一点鎖線Ａ２は他方の金属管２の中心軸線を示す。図４及び図５において、図１乃至図３に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
金属管の曲がり変形とは、図４及び図５に示すように、一方の金属管１と他方の金属管２を突き合わせて全周溶接した後に、一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の周方向において軸方向の熱膨張、収縮の差が生じることにより、一方の金属管１の中心軸線Ａ１に対して他方の金属管２の中心軸線Ａ２が傾いた状態をいう。すなわち、一方の金属管１に対して他方の金属管２が屈曲している。
【００２４】
一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形が生じた状態において、一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の全周のうち、屈曲して収縮する部分を内向き屈曲部（溶接部４の収縮部）４ａとし、屈曲して膨張する部分を外向き屈曲部（溶接部４の膨張部）４ｂとする。内向き屈曲部４ａは、溶接部４における一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形の屈曲方向の部分である。また、外向き屈曲部４ｂは、金属管１の中心軸線Ａ１を中心として内向き屈曲部４ａの反対側の溶接部４の部分である。
【００２５】
この一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形は、図３に示すように、上述した冷却装置４０の冷媒噴射ノズル４２から冷媒Ｃを一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４に次に説明する方法で噴射して溶接部４を冷却することにより、低減される。
【００２６】
次に、本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の第１の実施の形態を図１乃至図７を用いて詳細に説明する。
図６は本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の第１の実施の形態における金属管の溶接部における外向き屈曲部の位置を判断する工程を示す説明図であり、図３のVI−VI矢視から他方の金属管２を見た図、図７は本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の第１の実施の形態における金属管の溶接部の全周の冷却工程を示す説明図である。図６中、矢印Ｘは一方の金属管１に対する他方の金属管２の屈曲方向を示す。なお、図６及び図７において、図１乃至図５に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００２７】
図１及び図２に示すように、まず、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３を仮付溶接で接合しておく。次に、一方の金属管１の端部を、ポジショナ２０のチャック爪２２ａでチャック２２に保持固定する。
【００２８】
次に、上述した溶接装置１０を用いて、仮付溶接した一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３を全周溶接する。具体的には、仮付溶接した一方の金属管１と他方の金属管２をポジショナ２０のモータ２３の回転駆動力により所定の回転速度（溶接速度）で所定の方向（図２では時計回り）へ１周回転させて、固定したレーザ溶接ヘッド１３から照射されたレーザ光Ｌにより一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３を全周溶接する。この溶接工程においては、制御部３２によりレーザ発振器１１のレーザ出力、ポジショナ２０のチャック２２の回転速度等が制御され、自動溶接が行われる。これにより、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ開先部３に溶接ビードが盛り付けられ、突合せ開先部３に溶接部４が形成される。
【００２９】
一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ全周溶接により、図４及び図５に示すように、一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形が生じる。
【００３０】
次に、この一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形が生じた状態において、溶接部４における外向き屈曲部（溶接部４の膨張部）４ｂの位置を判断する。
【００３１】
具体的には、一方の金属管１と他方の金属管２の全周溶接後、図３に示すように、ポジショナ２０のチャック２２に保持されていない他方の金属管２の端部に対応する上側の箇所に、ダイヤルゲージ４６を設置する。ダイヤルゲージ４６の測定子を他方の金属管２の端部の外周部に接触させ、ダイヤルゲージ４６の０点の調整を行う。
【００３２】
次に、ポジショナ２０により全周溶接された一方の金属管１と他方の金属管２を一方の金属管１の中心軸線Ａ１（チャック２２の中心軸線）の回りに回転させる。このとき、図６に示すように、ダイヤルゲージ４６及びポジショナ２０のモータ２３に設けた位置検出器（図示せず）により、他方の金属管２の端部における円周方向の振れ量（他方の金属管２の曲がり変形の変形量）及びその位置（角度）θをそれぞれ検出する。
【００３３】
最大の振れ量が発生する角度を特定することで、溶接部４における外向き屈曲部４ｂの位置を判断する。ここで、他方の金属管２の最大の振れ量とは、ダイヤルゲージ４６の測定子を押し込む方向の最大の振れ量をいう。
【００３４】
他方の金属管２の最大の振れ量を示す角度（方向）は、一方の金属管１の中心軸線Ａ１から他方の金属管２までの径方向の距離が最大となる角度（方向）であり、一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形の屈曲方向（図６では矢印Ｘの方向）と同方向である。このことから、溶接部４における他方の金属管２の最大の振れ量を示した角度（方向）の部分が内向き屈曲部（溶接部４の収縮部）４ａであり、一方の金属管１の中心軸線Ａ１を中心として内向き屈曲部４ａの反対側の溶接部４の部分が外向き屈曲部（溶接部４の膨張部）４ｂである。
【００３５】
そこで、溶接部４における他方の金属管２の最大の振れ量（他方の金属管２の曲がり変形の最大の変形量）を示す方向（角度）とは反対方向（最大の振れ量を示した角度±１８０°）の部分（位置）を、外向き屈曲部４ｂとして判断する。
【００３６】
次に、図３に示すように、一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の残余熱がある間に、溶接部４の外向き屈曲部４ｂ（溶接部４における他方の金属管２の最大の振れ量を示す方向とは反対方向の部分）及びその近傍に対して集中的に、冷却装置４０の冷媒噴射ノズル４２から冷媒Ｃを噴射し、この外向き屈曲部４ｂ及びその近傍を局部的に冷却する。
【００３７】
このことにより、溶接部４の外向き屈曲部（溶接部４の膨張部）４ｂ及びその近傍が熱収縮し、溶接部４の内向き屈曲部（溶接部４の収縮部）４ａと溶接部４の外向き屈曲部（溶接部４の膨張部）４ｂの軸方向の収縮量の相違が改善される。このため、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ溶接により生じた一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形が低減される。
【００３８】
この外向き屈曲部４ｂの冷却中、他方の金属管２の最大の振れ量（他方の金属管２の曲がり変形の最大の変形量）を示した位置又は最大の振れ量を示した位置とは反対側の位置において、他方の金属管２の振れ量をダイヤルゲージ４６により継続して検出する。この検出する他方の金属管２の振れ量の変化がなくなった時点で局部的な冷却を停止する。
【００３９】
次に、図７に示すように、曲がり変形が低減された状態の一方の金属管１と他方の金属管２をポジショナ２０により回転させ、冷媒噴射ノズル４２を固定した状態で一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４に冷媒Ｃを噴射し、溶接部４の全周を室温近傍になるまで略均一に冷却する。
【００４０】
溶接部４の全周を略均一に急冷することにより、溶接部４の残余熱による一方の金属管１に対する他方の金属管２の再変形が防止され、一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形が低減された状態を維持することができる。この結果、溶接接合された一方の金属管１と他方の金属管２との軸線が略一致し、直管として提供することができる。
【００４１】
［実験例］
次に、上述した本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態を適用することなく、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ全周溶接後に一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４を自然放冷した場合の実験例を図１、図２、図８乃至図１０を用いて説明する。
【００４２】
図８は一方の金属管と他方の金属管の突合せ全周溶接後に一方の金属管と他方の金属管の溶接部を自然放冷した場合の実験結果を示す特性図であり、縦軸はダイヤルゲージ４６により検出した他方の金属管２の円周方向の振れ量ε、横軸は溶接開始点（溶接開始角度）を０°（３６０°）とし、他方の金属管２の回転方向（溶接方向と逆方向）の向きの他方の金属管２の角度（位置）θを示している。図８中の特性線Ａは溶接前の場合、特性線Ｂは溶接後の場合の実験結果を示している。図９は図８に示す横軸の他方の金属管２の角度（位置）θを示す説明図である。図９中、角度（位置）θは溶接開始点（溶接開始角度）を０°として他方の金属管２の回転方向（溶接方向と逆方向）の向きの角度を示している。図１０は一方の金属管と他方の金属管の突合せ全周溶接後に一方の金属管と他方の金属管の溶接部を自然放冷した場合の実験結果を示す説明図である。図１０中、実線は溶接前の他方の金属管２の位置を、二点鎖線は溶接後の他方の金属管２の位置を、矢印Ｙは一方の金属管１に対する他方の金属管２の屈曲方向を示している。また、図１０中、角度は溶接開始点（溶接開始角度）を０°として金属管の回転方向（溶接方向と逆方向）の向きの角度を示している。図８乃至図１０において、図１乃至図７に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４３】
本実験例において、図１及び図２に示す一方の金属管１、他方の金属管２をステンレス鋼製とし、一方の金属管１、他方の金属管２の外径を１７０ｍｍ、板厚を３．２ｍｍとした。
【００４４】
一方の金属管１と他方の金属管２を溶接する溶接条件として、レーザ発振器１１のレーザ出力を１６００〜２０００Ｗ、溶接速度を３００〜５００ｍｍ／ｍｉｎ、溶接ワイヤ１６の供給速度を０．５〜２．０ｍ／ｍｉｎとした。
【００４５】
このような条件化において、図８に示すように、溶接開始点（溶接開始角度）０°から約２２５°の角度で、溶接前後の他方の金属管２の円周方向の振れ量εの最大差εａは約３．９ｍｍであった。また、溶接後の他方の金属管２の最大の振れ量εｍａｘを示す方向（角度）は約４５°の角度で、最大の振れ量εｍａｘは約１．０ｍｍであった。この実験結果から、他方の金属管２は、図１０に示すように、一方の金属管１に対して約４５°の方向（矢印Ｙの方向）に屈曲していることがわかった。
【００４６】
次に、本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態を適用した場合の実験例を図３及び図１１を用いて説明する。
図１１は本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態を適用した場合の実験結果を示す特性図であり、縦軸はダイヤルゲージ４６により検出した他方の金属管２の円周方向の振れ量ε、横軸は他方の金属管２の溶接開始点（溶接開始角度）を０°（３６０°）とし、他方の金属管２の回転方向（溶接方向と逆方向）の向きの他方の金属管２の角度（位置）θを示している。図１１中の特性線Ａは溶接前の場合、特性線Ｂは溶接後の場合の実験結果を示している。図１１において、図１乃至図１０に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４７】
本実験例における一方の金属管１、他方の金属管２、レーザ発振器１１のレーザ出力、溶接速度、溶接ワイヤ１６の供給速度は、上述した実験例と同一である。
【００４８】
また、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ溶接後の一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の冷却条件として、図３に示すように、冷却する幅Ｗを溶接部４を中心とした５０ｍｍ、冷却装置４０の冷媒噴射ノズル４２と溶接部４との距離Ｈを１０〜１００ｍｍとした。冷媒噴射ノズル４２の口径を３ｍｍとした。冷媒Ｃをエアとし、エアの圧力を０．５〜０．８ＭＰa、エアの温度を室温とした。
【００４９】
このような条件化において、図１１に示すように、溶接前後の他方の金属管２の円周方向の振れ量εの最大差は０．４ｍｍであった。
【００５０】
これらの実験例から明らかなように、本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態を適用すると、溶接前後の他方の金属管２の円周方向の振れ量εの最大差が３．９ｍｍ（図８参照）から０．４ｍｍへ減少し、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ全周溶接により生じた一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形が低減することが実証された。
【００５１】
上述したように、本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法及びそれに用いる曲がり変形低減装置の一実施の形態によれば、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ溶接後、一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の残余熱がある間に、溶接部４の外向き屈曲部４ｂを冷却することにより一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形を低減させるので、一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形を低減するための加熱工程が不要となり、作業工数を低減することができると共に溶接部４の信頼性の高い直管を提供することができる。
【００５２】
また、作業工数の低減を図ることができた結果、製造工期の短縮及び製造コストの削減を図ることができる。
【００５３】
さらに、本実施の形態によれば、溶接部４における外向き屈曲部４ｂの位置を判断してその外向き屈曲部４ｂを冷却するので、一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形を確実に低減させることができる。
【００５４】
また、本実施の形態によれば、一方の金属管１の中心軸線Ａ１の回りに他方の金属管２を回転させた時の他方の金属管２の円周方向の振れ量によって溶接部４における外向き屈曲部４ｂの位置を判断するので、溶接部４における外向き屈曲部４ｂの位置を確実に判断することができる。
【００５５】
さらに、本実施の形態によれば、溶接方法としてレーザ溶接を用いたので、溶接速度が速く、一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の残余熱を確実に利用することができる。
【００５６】
また、本実施の形態によれば、冷却装置４０の冷媒噴射ノズル４２から噴出する冷媒Ｃにより一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４を冷却するので、簡易な構成で、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ全周溶接による一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形を低減することができる。
【００５７】
さらに、本実施の形態によれば、一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４を冷却する冷媒Ｃとして、室温のエアを用いることができるので、特別な冷媒を必要とせず、簡便に、一方の金属管１と他方の金属管２の突合せ溶接により生じる一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形を低減することができる。
【００５８】
［その他］
なお、上述した実施の形態においては、溶接方法として、レーザ溶接を用いた例を示したが、図１２に示すように、レーザ・アークハイブリッド溶接を用いることもできる。
図１２は、本発明の金属管の溶接による曲がり変形低減方法の一実施の形態に用いる曲がり変形低減装置を構成する別の溶接装置の概略構成図である。図１２において、図１乃至図１１に示す符号と同符合のものは、同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５９】
図１２に示すレーザ・アークハイブリッド溶接用の溶接装置５０は、図１及び図２に示した溶接装置１０の構成の他に、アークトーチ５１と、アークトーチ５１の先端に装着されたアーク熱源用の電極５２とを備えている。アークトーチ５１からアークシールドガスＧＡが電極５２の周囲を囲むように噴射される。レーザ・アークハイブリッド溶接は、レーザ溶接と同様に、溶接速度が速いため、一方の金属管１と他方の金属管２の溶接部４の残余熱を確実に利用することができる。
【００６０】
また、溶接方法として、レーザ溶接及びレーザ・アークハイブリッド溶接を例に示したが、一方の金属管１と他方の金属管２を突合せて全周溶接可能なアーク溶接及びその他の溶接方法を適用することもできる。
【００６１】
また、上述した実施の形態においては、円筒形の管を突き合せて全周溶接する例を示したが、三角管や四角管等の多角形の管、楕円形の管を突き合せて全周溶接する場合にも適用することができる。
【００６２】
なお、上述した実施の形態においては、冷媒Ｃとして、エアを用いた例を示したが、冷媒Ｃとして、ドライアイス、液体窒素、水を含むガス類及び霧状液体を用いることもできる。
【００６３】
また、上述した実施の形態においては、他方の金属管２の円周方向の振れ量を検出する検出器として、ダイヤルゲージ４６を用いた例を示したが、ダイヤルゲージ４６以外の接触式の検出器やレーザ光等による非接触式の検出器を用いることができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態においては、他方の金属管２の端部における円周方向の振れ量を検出することにより、溶接部４における外向き屈曲部４ｂの位置を判断する例を示したが、定規を用いて一方の金属管１に対する他方の金属管２の曲がり変形を測定することにより、溶接部４における外向き屈曲部４ｂの位置を判断することもできる。
【００６５】
また、上述した実施の形態においては、レーザ溶接ヘッド１３及びワイヤチップ１５を固定し、一方の金属管１、他方の金属管２を回転させて溶接する例を示したが、これとは逆に、一方の金属管１、他方の金属管２を固定し、レーザ溶接ヘッド１３及びワイヤチップ１５を移動させて溶接することもできる。
【００６６】
なお、上述した実施の形態においては、一方の金属管１と他方の金属管２を仮付溶接で接合した後、一方の金属管１をポジショナ２０のチャック２２に保持固定する例を示したが、一方の金属管１をチャック２２に保持固定した後、チャック２２に保持固定した金属管１の端部に他方の金属管２を仮付溶接することもできる。
【００６７】
また、上述した実施の形態においては、他方の金属管２の円周方向の振れ量及びその位置（角度）の検出工程、溶接部４の外向き屈曲部４ｂの冷却工程、溶接部４の全周の冷却工程を手動操作としたが、制御部３２により自動化することが可能である。
【００６８】
なお、本発明は本実施の形態に限られるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明をわかり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、ある実施形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１  一方の金属管
２  他方の金属管
３  突合せ開先部
４  溶接部
４ｂ  外向き屈曲部
１０、５０  溶接装置
４０  冷却装置
４２  冷媒噴射ノズル
４６  シリンダゲージ（検出器）
Ｃ  冷媒
Ａ１  一方の金属管の中心軸線
Ａ２  他方の金属管の中心軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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