(57)【要約】【課題】配管の芯合わせを精度良く行うことができ、開先間の間隔の調節に要する時間を短縮できる配管溶接方法を提供する。【解決手段】アクチュエータ６ａ〜６ｄが取り付けられたクランプ支持部３が連結シャフト１８に回転可能に取り付けられ、アクチュエータ１５ａ〜１５ｄが取り付けられたクランプ支持部１２が連結シャフト１８のネジ１９に噛み合っている配管溶接支援装置１が配管２５Ａおよび２５Ｂの溶接に用いられる。配管２５Ａ内のクランプ支持部３のアクチュエータ６ａ〜６ｄを駆動して押し付け部材４ａ〜４ｄを配管２５Ａの内面に押し付けられる。配管２５Ｂ内のクランプ支持部１２のアクチュエータ１５ａ〜１５ｄを駆動して押し付け部材１３ａ〜１３ｄを配管２５Ｂの内面に押し付けられる。連結シャフト１８を回転させて配管２５Ａおよび２５Ｂの各開先間の間隔を調節する。その後、配管２５Ａおよび２５Ｂが溶接される。【選択図】図５
2014144467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結棒と
前記連結棒に取り付けられた第１クランプ支持部、前記第１クランプ支持部を取り囲んで前記第１クランプ支持部の周方向に配置された複数の第１押し付け部材、および前記第１押し付け部材に別々に取り付けられて前記第１クランプ支持部に設けられ、前記第１押し付け部材を前記第１クランプ支持部の半径方向に移動させる第１移動装置を有する第１クランプ装置と、
前記連結棒の軸方向に移動可能に前記連結棒に取り付けられた第２クランプ支持部、前記第２クランプ支持部を取り囲んで前記第２クランプ支持部の周方向に配置された複数の第２押し付け部材、および前記第２押し付け部材に別々に取り付けられて前記第２クランプ支持部に設けられ、前記第２押し付け部材を前記第２クランプ支持部の半径方向に移動させる第２移動装置を有する第２クランプ装置とを備えたことを特徴とする配管溶接支援装置。
【請求項２】
前記連結棒を前記第１クランプ支持部に回転可能に取り付け、前記第２クランプ支持部を前記連結棒の表面に形成されたネジと噛み合わせて前記連結棒に取り付け、前記第２クランプ支持部の回転が回転阻止部材によって前記第１クランプ支持部により拘束されている請求項１に記載の配管溶接支援装置。
【請求項３】
前記連結棒を取り囲む筒状部材を、前記第１クランプ支持部および前記第２クランプ支持部の互いに対向する側面の一方の側面に一方に取り付け、
前記筒状部材の先端部が挿入される、前記筒状部材の縦断面の形状を有する溝が前記第１クランプ支持部および前記第２クランプ支持部の他方の前記側面に形成され、
前記第１クランプ支持部の前記半径方向に伸縮する環状の第１伸縮部材が、前記第１クランプ支持部に取り付けられた内側端部およびそれぞれの前記第１押し付け部材に取り付けられた外側端部を有しており、
前記第２クランプ支持部の前記半径方向に伸縮する環状の第２伸縮部材が、前記第２クランプ支持部に取り付けられた内側端部およびそれぞれの前記第２押し付け部材に取り付けられた外側端部を有しており、
複数の貫通孔を前記筒状部材の外側で前記第２クランプ支持部に形成している請求項１に記載の配管溶接支援装置。
【請求項４】
全ての前記第１押し付け部材が、前記第１クランプ支持部の周方向の両端部にこの周方向に突出する第１突出部をそれぞれ形成しており、前記第１クランプ支持部の周方向において隣接している前記第１押し付け部材同士で、一方の前記第１押し付け部材に形成された前記第１突出部と他方の前記第１押し付け部材に形成された前記第１突出部が、前記連結棒の軸方向において重なっており、
全ての前記第２押し付け部材が、前記第２クランプ支持部の周方向の両端部にこの周方向に突出する第２突出部をそれぞれ形成しており、前記第２クランプ支持部の周方向において隣接している前記第２押し付け部材同士で、一方の前記第２押し付け部材に形成された前記第２突出部と他方の前記第２押し付け部材に形成された前記第２突出部が、前記連結棒の軸方向において重なっている請求項３に記載の配管溶接支援装置。
【請求項５】
請求項１に記載の配管溶接支援装置を用いた配管溶接方法であって、
第１配管内に前記第１クランプ装置を挿入し、
それぞれの前記第１移動装置によってそれぞれの前記第１押し付け部材を前記第１配管の内面に押し付けて前記第１クランプ装置を前記第１配管内に固定し、
前記第１配管と溶接する第２配管内に前記第２クランプ装置を挿入し、
それぞれの前記第２移動装置によってそれぞれの前記第２押し付け部材を前記第２配管の内面に押し付けて前記第２クランプ装置を前記第２配管内に固定し、
前記第２クランプ支持部を前記連結棒に沿って前記第１クランプ装置側に移動させて前記第１配管に形成された開先とこの開先に対向する、前記第２配管に形成された開先の間の間隔を調節し、
その後、前記第１配管と前記第２配管を溶接することを特徴とする配管溶接方法。
【請求項６】
前記第２クランプ支持部の前記第１クランプ装置側への移動が、前記第２クランプ支持部とネジで噛み合っている前記連結棒を回転させて行う請求項５に記載の配管溶接方法。
【請求項７】
前記配管溶接支援装置として請求項３に記載の配管溶接支援装置が用いられ、
前記第１クランプ装置と前記第２クランプ装置の間でかつ前記筒状部材と前記第１配管及び前記第２配管の間に形成される環状空間内に、前記第２クランプ支持部に形成された前記貫通孔を通して不活性ガスを供給し、
前記環状空間に前記不活性ガスを供給しながら、前記第１配管と前記第２配管を接合する第１パスの溶接を行い、
前記第１パスの溶接後に、前記第１配管と前記第２配管の残りの溶接を行う請求項５または６に記載の配管溶接方法。
【請求項８】
前記配管溶接支援装置として請求項４に記載の配管溶接支援装置が用いられ、
前記第１クランプ装置と前記第２クランプ装置の間でかつ前記筒状部材と前記第１配管及び前記第２配管の間に形成される環状空間内に、前記第２クランプ支持部に形成された前記貫通孔を通して不活性ガスを供給し、
前記環状空間に前記不活性ガスを供給しながら、前記第１配管と前記第２配管を接合する第１パスの溶接を行い、
前記第１パスの溶接後に、前記第１配管と前記第２配管の残りの溶接を行う請求項５または６に記載の配管溶接方法。
【請求項９】
前記第１パスの溶接後の前記残りの溶接を、前記貫通孔を通して前記環状空間に冷却媒体を供給しながら行う請求項８に記載の配管溶接方法。
【請求項１０】
前記第１配管および前記第２配管の前記残りの溶接が終了した後、それぞれの前記第１押し付け部材およびそれぞれの前記第２押し付け部材を前記配管の外側に向かって移動させて前記第１配管および前記第２配管をそれぞれ拡管する請求項８に記載の配管溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管溶接支援装置および配管溶接方法に係り、特に、原子力プラントの配管の溶接に適用するのに好適な配管溶接支援装置および配管溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２本の配管を突合せ溶接する際には、溶接のために突き合わせる２本の配管の開先を精度良く合せることが要求される。このような溶接する配管の開先合せには、例えば、特開２００２−１５８５号公報に記載された管の開先組み立て装置を用いることが提案されている。
【０００３】
特開２００２−１５８５号公報に記載された管の開先組み立て装置は、２つの環状のクランプ治具を有しており、各クランプ治具のクランプ体には、半径方向に移動できる複数のクランプボルトが所定の間隔で設けられている。溶接する配管の内面に接触するクランプパッドが各クランプボルトの先端部に取り付けられる。更に、複数の引き寄せ手段が一方のクランプ体の一つの端面に周方向において６箇所設けられている。他方のクランプ体の一つの端面には、周方向において６個の嵌合孔が形成されている。
【０００４】
特開２００２−１５８５号公報の図４に示されているように、クランプボルトを溶接する一方の配管の溶接側の端面でこの配管内に、各クランプボルトを引っ込めた一つのクランプ体を挿入する。その後、このクランプ体の各クランプボルトを半径方向に突出させてクランプパッドを配管の内面に接触させ、クランプ体を配管内に装着する。このとき、クランプ体の軸線と配管の軸線が同軸になる。他方の配管の溶接側端面でこの配管内に他のクランプ体を、同様に装着する。２本の配管が、溶接側の端面を対向させて、すなわち、二つのクランプ体を対向させて配置される。一方のクランプ体に設けられた各引き寄せ手段が他方のクランプ体に形成された各嵌合孔内に挿入され、引き寄せ手段により他方のクランプ体を引き寄せる。この結果、２本の配管の溶接端部に形成された開先管の間隙が調節され、これらの配管の軸線が同軸になる。
【０００５】
特開平４−８９１９８号公報に記載されたクランプ治具は、連結体で連結された第１枠体および第２枠体を有し、エアシリンダを第１枠体および第２枠体に取り付けている。第１ピストンロッドが、第１枠体に取り付けられたエアシリンダ内に設けられた第１ピストンに連結される。第２ピストンロッドが、第２枠体に取り付けられたエアシリンダ内に設けられた第２ピストンに連結される。さらに、クランプ治具は第１クランプヘッドおよび第２クランプヘッドを有する。第１クランプヘッドおよび第２クランプヘッドはそれぞれ複数（例えば、３個）の弧状体を有している。第１クランプヘッドの各弧状体は、第１枠体の周囲で第１枠体を取り囲んで配置され、第１ピストンロッドに取り付けられた複数（例えば、３個）の第１リンク機構に取り付けられる。第２クランプヘッドの各弧状体は、第２枠体の周囲で第２枠体を取り囲んで配置され、第２ピストンロッドに取り付けられた複数（例えば、３個）の第２リンク機構に取り付けられる。第１枠体の周方向に伸びる溝が第１クランプヘッドの各弧状体の配管内面に接触する外面に形成される。この溝に連通するガス供給通路が第１クランプヘッドの弧状体および第１リンク機構内に形成されている。
【０００６】
クランプ治具の第２枠体を、溶接にて接続する２本の配管のうち１本の配管内に挿入する。第２ピストンロッドおよび第２リンク機構を移動させて第２クランプヘッドの各弧状体をこの配管の内面に接触させ、第２枠体をこの配管に固定する。このとき、第２クランプヘッドの各弧状体を接触させた配管の開先側の端面が、第１クランプヘッドの各弧状体に形成した溝の上になるように配置されている。その後、もう１本の配管内に第１枠体を挿入し、第１ピストンロッドおよび第１リンク機構の移動により、第１クランプヘッドの各弧状体を２本の配管の内面に接触させる。補助クランプヘッドが、第１枠体の周方向において第１クランプヘッドの弧状体間に配置され、各弧状体間の隙間を塞いでいる。
【０００７】
この状態で、ガス供給通路から溝に不活性ガスが供給され、２本の配管の開先部の内面に接触している各弧状体に形成された各溝内が不活性ガスで充満される。その後、２本の配管が溶接されて接合される。
【０００８】
特開平４−２００８６７号公報に記載された配管溶接用内部クランプ装置を記載している。このクランプ装置は、２つのクランプ本体を１本のセンターシャフトに取り付けている。各クランプ本体は、シリンダ、ピストン、ピストンロッドおよび複数のクランプを有する。ピストンはシリンダ内に配置され、ピストンに取り付けられたピストンロッドがセンターシャフトに摺動可能に取り付けられている。センターシャフトはピストンロッド内を貫通している。各クランプは、リンクを介してピストンロッドに取り付けられ、ピストンロッドからシリンダの半径方向に伸びている。各クランプは、先端部にローラ部材を取り付けている。２つクランプ本体の各クランプは、センターシャフトの軸方向において対向している。センターシャフトに取り付けられた複数のシリンダが２つクランプ本体の間に配置され、裏当て材がこのシリンダによって駆動されるピストンロッドに設けられる。裏当て材は、一方のクランプ本体のローラ部材と一方のクランプ本体のローラ部材の間に配置される。
【０００９】
各クランプ本体が溶接される２本の配管内に別々に挿入され、ピストンロッドおよびリンクを駆動して各クランプ本体のローラ部材をそれぞれの配管の内面に接触させる。各クランプ本体が１本のセンターシャフトに取り付けられているため、両者のローラ部材の各配管の内面への接触により、２本の配管の芯合わせが行われる。その後、配管の周方向に配置された複数の裏当て材が、溶接部において各配管の開先の裏面に接触され、その後、２本の配管の溶接が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１５８５号公報
【特許文献２】特開平４−８９１９８号公報
【特許文献３】特開平４−２００８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特開２００２−１５８５号公報に記載された管の開先組み立て装置を用いた場合には、一方のクランプ体に設けた引き寄せ手段を他方のクランプ体に形成された嵌合孔内に挿入した後に、引き寄せ手段により他方のクランプ体を引き寄せ、両者のクランプ体を同軸にし、溶接する２本の配管の開先の間の間隔の調節を行い、これらの配管の芯合わせを行っている。このため、一方のクランプ体に設けた引き寄せ手段を他方のクランプ体に形成された嵌合孔内に挿入に手間がかかる。
【００１２】
特開平４−２００８６７号公報に記載された配管溶接用内部クランプ装置は、各クランプ本体が１本のセンターシャフトに取り付けられているため、２本の配管の芯合わせを容易に行うことができるが、２本の配管の開先間の間隔の調節が困難である。特開平４−８９１９８号公報に記載されたクランプ治具も、溶接する２本の配管の開先間の間隔の調節が困難である。
【００１３】
本発明の目的は、配管の芯合わせを精度良く行うことができ、開先間の間隔の調節に要する時間を短縮できる配管溶接支援装置および配管溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、連結棒と
連結棒に取り付けられた第１クランプ支持部、第１クランプ支持部を取り囲んで第１クランプ支持部の周方向に配置された複数の第１押し付け部材、および第１押し付け部材に別々に取り付けられて第１クランプ支持部に設けられ、第１押し付け部材を第１クランプ支持部の半径方向に移動させる第１移動装置を有する第１クランプ装置と、
連結棒の軸方向に移動可能に連結棒に取り付けられた第２クランプ支持部、第２クランプ支持部を取り囲んで第２クランプ支持部の周方向に配置された複数の第２押し付け部材、および第２押し付け部材に別々に取り付けられて第２クランプ支持部に設けられ、第２押し付け部材を第２クランプ支持部の半径方向に移動させる第２移動装置を有する第２クランプ装置とを備えたことにある。
【００１５】
連結棒に取り付けられた第１クランプ支持部および連結棒の軸方向に移動可能に連結棒に取り付けられた第２クランプ支持部を有しているので、第１クランプ装置を１つの配管内に挿入し、各第１押し付け部材を個の配管の内面に押し付け、第２クランプ装置を個の配管に溶接される他の配管内に挿入し、各第２押し付け部材を個の配管の内面に押し付けたとき、２つの配管の芯合わせを精度良く行うことができる。また、第２クランプ支持部を有する第２クランプ装置を連結棒に沿って第１クランプ装置側に移動できるので、２つの配管の開先間の間隔の調節に要する時間を、芯合わせの精度を保持しながら、短縮することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、配管の溶接において、溶接される配管の芯合わせを精度良く行うことができ、開先間の間隔の調節に要する時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好適な一実施例である実施例１の配管溶接方法に用いられる配管溶接支援装置の縦断面図（図２のＩ−Ｉ断面図）である。
【図２】図１のII−II矢視図である。
【図３】図１に示す配管溶接支援装置のIII−III矢視図である。
【図４】実施例１の配管溶接方法において、図１に示す配管溶接支援装置の一方のクランプ装置を１本の配管内に固定した状態を示す説明図である。
【図５】実施例１の配管溶接方法において、図１に示す配管溶接支援装置の他方のクランプ装置を他方の配管内に固定した状態を示す説明図である。
【図６】実施例１の配管溶接方法における、配管の第１パスの溶接を示す説明図である。
【図７】実施例１の配管溶接方法において、溶接後に、配管溶接支援装置の各クランプ装置の取外しを示す説明図である。
【図８】クランプ装置を内部に設置したときおよび設置しないときの配管内面における軸方向の残留応力の分布を示す特性図である。
【図９】クランプ装置を内部に設置したときおよび設置しないときの配管内面における周方向の残留応力の分布を示す特性図である。
【図１０】水冷を行ったときおよびそれを行わないときの配管内面における軸方向の残留応力の分布を示す特性図である。
【図１１】水冷を行ったときおよびそれを行わないときの配管内面における周方向の残留応力の分布を示す特性図である。
【図１２】本発明の他の好適な実施例である実施例２の配管溶接方法を示す説明図である。
【図１３】拡管なしおよび拡管ありのときの配管内面における軸方向の残留応力の分布を示す特性図である。
【図１４】拡管なしおよび拡管ありのときの配管内面における周方向の残留応力の分布を示す特性図である。
【図１５】本発明の他の好適な実施例である実施例３の配管溶接方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施例を以下に説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の好適な一実施例である実施例１の配管溶接方法を、図４から図７を用いて説明する。
【００２０】
まず、本実施例の配管溶接方法に用いる配管溶接支援装置を、図１から図３を用いて説明する。この配管溶接支援装置１は、クランプ装置２および１１、円筒部材１０および連結シャフト（連結棒）１８を備えている。
【００２１】
クランプ装置（第２クランプ装置）１１は、円板状のクランプ支持部（第２クランプ支持部）１２、円弧状の押し付け部材（第２押し付け部材）１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ、アクチュエータ（第２移動装置）１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄおよびリング状の伸縮部材２０を有する。連結シャフト１８がクランプ支持部１２の中心を貫通する。クランプ支持部１２の中心には、ネジ穴が形成されている。クランプ支持部１２のネジ穴を連結シャフト１８に形成されたネジ１９に噛み合わされ、クランプ支持部１２が連結シャフト１８に取り付けられる。ネジ１９は、連結シャフト１８のクランプ支持部１２側の端部まで形成されている。連結シャフト１８を回転させるためのハンドル３６が、ネジ１９が存在する連結シャフト１８の端部に取り付けられる。ハンドル３６の替りにモータを用いて連結シャフト１８を自動的に回転させることができる。この場合には、モータを、例えば、クランプ支持部３の外側側面に設置し、この外側側面から外側に突出した、連結シャフト１８の端部に取り付けられた歯車と噛み合う歯車が、その外側側面に設置された減速機の回転軸に取り付けられ、この回転軸をモータの回転軸に連結すればよい。アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは、クランプ支持部１２の外周部に設けられ、クランプ支持部１２の周方向に等間隔に配置されている。
【００２２】
押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、クランプ支持部１２の半径方向においてクランプ支持部１２の外周面に対向して配置され、クランプ支持部１２を取り囲んでいる。押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄは、クランプ支持部１２の周方向において、押し付け部材１３ａ、押し付け部材１３ｂ、押し付け部材１３ｃおよび押し付け部材１３ｄの順に配置される。押し付け部材１３ａの保持部１４ａがアクチュエータ１５ａに連結される。押し付け部材１３ｂの保持部１４ｂがアクチュエータ１５ｂに連結される。押し付け部材１３ｃの保持部１４ｃがアクチュエータ１５ｃに連結される。押し付け部材１３ｄの保持部１４ｄがアクチュエータ１５ｄに連結される。
【００２３】
押し付け部材１３ａの、クランプ支持部１２の周方向における両端部には、図３に示すように、その周方向に伸びる円弧状の２つの突起部２１がそれぞれ形成され、溝２２がこれらの突起部２１の間に形成されている。これらの突起部の、クランプ支持部１２の半径方向における幅は、押し付け部材１３の、クランプ支持部１２の半径方向における幅と同じである。押し付け部材１３ｄの、クランプ支持部１２の周方向における両端部には、図３に示すように、その周方向に伸びる円弧状の２つの突起部２３が形成され、溝２４がこれらの突起部２３の間に形成されている。押し付け部材１３ａの一端部に存在する突起部２１が押し付け部材１３ｄの対向する端部に形成された溝２４内に挿入され、押し付け部材１３ｄのその端部の突起部２３が押し付け部材１３ａのその一端部の溝２２内に挿入される。換言すれば、２つの突起部２１のうちの１つが２つの突起部２３の間に配置され、２つの突起部２３のうちの１つが２つの突起部２１の間に配置されている。
【００２４】
図示されていないが、押し付け部材１３ｂ、１３ｃのそれぞれの両端部にも、同様に、２つの突起部及び溝が形成されている。押し付け部材１３ｂの一端部に形成された突起部が押し付け部材１３ａの他端部に形成された溝２２内に挿入され、押し付け部材１３ａのその他端部に形成された突起部２１が押し付け部材１３ｂの対向する溝内に挿入される。押し付け部材１３ｃの一端部に形成された突起部が押し付け部材１３ｂの対向する他端部に形成された溝内に挿入され、押し付け部材１３ｂのその他端部に形成された突起部が押し付け部材１３ｃの対向する溝内に挿入される。押し付け部材１３ｄの他の端部に形成された突起部が押し付け部材１３ｃの対向する端部に形成された溝内に挿入され、押し付け部材１３ｄのその端部に形成された突起部が押し付け部材１３ｃの対向する溝内に挿入される。
【００２５】
クランプ支持部１２の周方向における、各押し付け部材の端部に形成された突起部の長さおよび各押し付け部材の端部に形成された突起部の溝の深さは、各押し付け部材が、後述するように、溶接される配管の内面に押し付けられた状態で突起部の一部が溝内に存在するように、また、配管溶接支援装置１を配管から取り出すときに各押し付け部材がその配管の内面から離された状態で突起部の先端が溝の底面に接触しないように設定される。
【００２６】
貫通孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが、クランプ支持部１２の外周部に形成され、クランプ支持部１２の周方向において９０°置きに配置されている。貫通孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄは、クランプ支持部１２を貫通し、連結シャフト１８の軸方向に伸びている。各貫通孔は、クランプ支持部１２の周方向において隣接する２つのアクチュエータの間に配置される。
【００２７】
リング状の伸縮部材２０は、クランプ支持部１２の半径方向において伸縮が可能な蛇腹構造になっている。伸縮部材２０はクランプ支持部１２の外周面を取り囲んで配置され、伸縮部材２０の内側端部がクランプ支持部１２の外周面に全周に亘って取り付けられる。伸縮部材２０の外側端部が、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれの、クランプ支持部１２の外周面に対向する内面に取り付けられる。伸縮部材２０は、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれとクランプ支持部１２の間に形成される隙間を封鎖する。伸縮部材２０は、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれとクランプ支持部１２の間をシールするシール部材である。
【００２８】
クランプ装置（第１クランプ装置）２は、円板状のクランプ支持部（第１クランプ支持部）３、円弧状の押し付け部材（第１押し付け部材）４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、アクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄおよびリング状の伸縮部材７を有する。なお、押し付け部材（第１移動装置）４ｂ，４ｄ、およびアクチュエータ６ｂ，６ｄは図示が省略されている。連結シャフト１８がクランプ支持部３の中心部に形成された貫通孔８を貫通している。この貫通孔８内に挿入されたボールベアリング９により、クランプ支持部３が連結シャフト１８に回転可能に取り付けられ。アクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、クランプ支持部３の外周部に設けられ、アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと同様に、クランプ支持部３の周方向において等間隔に配置される。
【００２９】
押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄと同様に、クランプ支持部３の半径方向においてクランプ支持部３の外周面に対向して配置され、クランプ支持部３を取り囲んでいる。押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄは、クランプ支持部３の周方向において、押し付け部材４ａ、押し付け部材４ｂ、押し付け部材４ｃおよび押し付け部材４ｄの順に配置される。押し付け部材４ａの保持部５ａがアクチュエータ６ａに連結される。押し付け部材４ｃの保持部５ｃがアクチュエータ６ｃに連結される。同様に、押し付け部材６ｂの保持部５ｂがアクチュエータ６ｂに連結され、押し付け部材４ｄの保持部５ｄがアクチュエータ５ｄに連結される。
【００３０】
押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの、クランプ支持部３の周方向におけるそれぞれ両端部には、押し付け部材１３ａ，１３ｄと同様に、その周方向に伸びる円弧状の２つの突起部がそれぞれ形成され、溝がこれらの突起部の間に形成されている。これらの突起部の、クランプ支持部３の半径方向における幅は、押し付け部材４の、クランプ支持部３の半径方向における幅と同じである。押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの、クランプ支持部３の周方向において隣り合うそれぞれの端部において、押し付け部材の突起部がこれに隣接する他の押し付け部材の溝内にそれぞれ挿入されている。
【００３１】
リング状の伸縮部材７は、クランプ支持部３の半径方向において伸縮が可能な蛇腹構造になっている。伸縮部材７はクランプ支持部３の外周面を取り囲んで配置され、伸縮部材７の内側端部がクランプ支持部３の外周面に全周に亘って取り付けられる。伸縮部材７の外側端部が、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれの、クランプ支持部３の外周面に対向する内面に取り付けられる。伸縮部材７は、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれとクランプ支持部３の間に形成される隙間を封鎖する。伸縮部材７は、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれとクランプ支持部３の間をシールするシール部材である。
【００３２】
円筒部材１０が連結シャフト１８を取り囲んで配置され、円筒部材１０の一端部が、クランプ支持部３の、クランプ支持部１２に対向する側面に取り付けられる。円筒部材１０の中心軸は連結シャフト１８の中心軸と一致している。円筒部材１０の外径は、クランプ支持部１２に取り付けられた各アクチュエータおよびクランプ支持部１２に形成された貫通孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄよりも円筒部材１０の内面が内側に位置するように設定される。クランプ支持部１２の、クランプ支持部３に対向する側面には、クランプ支持部３に取り付けられた円筒部材１０の端部を挿入するための、円形溝１６が形成されている。円筒部材１０を、ランプ支持部１２の、クランプ支持部３に対向する側面に取り付けてもよい。この場合には、円筒部材１０の先端部が挿入される円形溝１６が、クランプ支持部３の、クランプ支持部１２に対向する側面に形成される。
【００３３】
また、丸棒である一対の回転阻止部材３４が、円筒部材１０が取り付けられた、クランプ支持部３の側面に取り付けられ、クランプ支持部１２に向かって伸びている。クランプ支持部１２の、これらの回転阻止部材３４にそれぞれ対向する位置には、円形の一対の貫通孔３５が所定の間隔をもって形成されている。一対の回転阻止部材３４は、クランプ支持部１２に形成された一対の貫通孔３５内に挿入される。一対の回転阻止部材３４をクランプ支持部１２の、クランプ支持部３と対向する側面に取り付け、一対の貫通孔３５をクランプ支持部３の、これらの回転阻止部材３４にそれぞれ対向する位置に形成しても良い。
【００３４】
油供給ホース３１が、クランプ支持部１２に形成された貫通孔を通ってクランプ支持部３に向かって伸びており、クランプ支持部３の、クランプ支持部１２に対向する側面に取り付けられる。油供給通路３２が、クランプ支持部３内に形成され、アクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにそれぞれ連絡されている。油供給ホース３１は、この油供給通路３２に連絡される。また、油供給ホース３３が、クランプ支持部１２の、クランプ支持部３と対向していない側面に取り付けられる。この油供給ホース３３は、クランプ支持部１２内に形成されてアクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄにそれぞれ連絡されている油供給通路（図示せず）に連絡される。
【００３５】
不活性ガス供給ホース（図示せず）が、例えば、貫通孔１７ａ，１７ｂにそれぞれ連絡され、クランプ支持部１２の、クランプ支持部３と対向していない側面に取り付けられる。不活性ガス排出ホース（図示せず）が、例えば、貫通孔１７ｃ，１７ｄにそれぞれ連絡され、クランプ支持部１２の、クランプ支持部３と対向していない側面に取り付けられる。
【００３６】
配管溶接支援装置１を用いた実施例１の配管の溶接方法を説明する。本実施例では、配管２５Ａと配管２５Ｂが溶接される（図７参照）。
【００３７】
これらの配管を溶接する前に、配管溶接支援装置１のクランプ装置２が１本の配管２５Ａ内に挿入される（図４参照）。クランプ装置２を配管２５Ａ内に挿入した後、油供給ホース３１および油供給通路３２を通してアクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄに油を供給する。この油の圧力により、アクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを作動させ、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれを配管２５Ａの内面に向って移動させる。このとき、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれの移動量は同じである。アクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄにより、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが配管２５Ａの内面に押し付けられたとき、アクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ内への油の供給が停止され、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれの配管２５Ａの内面に向う移動が停止される。押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれの、配管２５Ａの内面に接触する面の曲率半径が、配管２５Ａの内面の曲率と同じであるので、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが配管２５Ａの内面に押し付けられたとき、配管２５Ａの中心軸が連結シャフト１８の中心軸に一致する。押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれが配管２５Ａの内面に向って移動するとき、伸縮部材７がクランプ支持部３の半径方向に引き伸ばされる。
【００３８】
次に、配管２５Ａと溶接される配管２５Ｂ内に配置された、配管溶接支援装置１のクランプ装置１１を配管２５Ｂに固定する（図５参照）。クランプ装置１１の配管２５Ｂへの固定に際して、配管２５Ｂ内に配置されたクランプ装置１１のアクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄに、油供給ホース３３およびクランプ支持部１２内に形成された油供給通路を通して油を供給する。この油の圧力により、アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを作動させ、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれを配管２５Ｂの内面に向って移動させる。このとき、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれの移動量は同じである。アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄにより、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが配管２５Ｂの内面に押し付けられたとき、アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ内への油の供給が停止され、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれの配管２５Ａの内面に向う移動が停止される。押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれの、配管２５Ｂの内面に接触する面の曲率半径が、配管２５Ａの内面の曲率と同じであるので、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが配管２５Ａの内面に押し付けられたとき、配管２５Ｂの中心軸が連結シャフト１８の中心軸に一致する。この結果、配管２５Ｂの中心軸が配管２５Ａの中心軸と一致し、配管２５Ａと配管２５Ｂの芯合わせが完了する。押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれが配管２５Ｂの内面に向って移動するとき、伸縮部材２０がクランプ支持部１２の半径方向に引き伸ばされる。
【００３９】
その後、配管２５Ａの開先と配管２５Ｂの開先の間の間隔の調節が行われる。配管２５Ａと配管２５Ｂを溶接するために、それぞれの配管の端部に形成された開先間の間隔を所定の寸法にする必要がある。この間隔の調節は、作業員がハンドル３６を回すことによって連結シャフト１８を回転させて行われる。前述したモータを駆動して連結シャフトを駆動しても良い。一対の回転阻止部材３４がクランプ支持部１２に形成された一対の貫通孔３５内に挿入されてクランプ支持部１２の回転が阻止された状態で、連結シャフト１８の回転により、クランプ支持部１２がクランプ支持部３に近づき、配管２５Ａの開先と配管２５Ｂの開先の間の間隔が狭くなっていく。その間隔が所定の寸法になったとき、連結シャフト１８の回転を停止する。クランプ支持部１２のネジ穴および連結シャフト１８のネジ１９のピッチが小さいほど、開先間の間隔を精度良く調節することができる。
【００４０】
開先間の間隔の調節が終了したとき、円筒部材１０の先端部が、クランプ支持部１２の側面に形成された円形溝１６内に挿入される。円形溝１６の深さが浅い場合には、円筒部材１０の先端が円形溝１６の底面に当たってしまい、クランプ支持部１２のクランプ支持部３側への移動が不可能になり、開先間の間隔を所定の寸法に調節することができなくなる。これを防止するため、円形溝１６はある程度深くなっている。円筒部材１０の先端部を円形溝１６内に挿入することにより、配管２５Ａおよび２５Ｂの内側に、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、伸縮部材７、クランプ支持部３、円筒部材１０、クランプ支持部１２、伸縮部材２０および押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄで囲まれた環状空間２６が形成される。クランプ支持部３，１２は、環状空間２６の側壁の一部を形成し、環状空間２６の内外を隔離する部材である。この環状空間２６は、配管２５Ａの開先と配管２５Ｂの開先の間の隙間を通して配管２５Ａおよび２５Ｂ外の領域と連通している。また、貫通孔１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄも環状空間２６に連絡される。
【００４１】
配管溶接支援装置１のクランプ装置２および１１が配管２５Ａおよび２５Ｂ内に固定されて、配管２５Ａおよび２５Ｂの芯合わせおよび開先間の間隔の調節が終了した後、配管２５Ａと配管２５Ｂの溶接が行われる。第１パス（初層）２７の溶接を行うときには（図６参照）、不活性ガス（例えば、アルゴンガス）が、不活性ガス供給ホースから貫通孔１７ａ，１７ｂのそれぞれを通して環状空間２６に供給される。
【００４２】
押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが配管２５Ａの内面に押し付けられた状態の全ての押し付け部材４において、クランプ支持部３の周方向において隣接する押し付け部材同士では、一方の押し付け部材の端部に形成された１つの突起部が、前述したように、他方の押し付け部材の端部に形成された２つの突起部の間に存在し、両方の押し付け部材の各突起部が連結シャフト１８の軸方向において重なっている。また、押し付け部材１３ａ，１３４ｂ，１３ｃ，１３ｄが配管２５Ｂの内面に押し付けられた状態の全ての押し付け部材１３において、クランプ支持部１２の周方向において隣接している押し付け部材同士では、一方の押し付け部材の端部に形成された１つの突起部が、前述したように、他方の押し付け部材の端部に形成された２つの突起部の間に存在し、両方の押し付け部材の各突起部が連結シャフト１８の軸方向において重なっている。このため、環状空間２６内の不活性ガスが、隣り合う押し付け部材の間から外部に漏洩しにくくなる。さらに、伸縮部材７及び２０が取り付けられているため、環状空間２６内の不活性ガスが各押し付け部材とクランプ支持部の間から外部への漏洩が防止される。
【００４３】
環状空間２６に供給された不活性ガスは、開先間の隙間および貫通孔１７ｃ，１７ｄを通して環状空間２６外に排出されるが、環状空間２６が不活性ガスで満たされる。貫通孔１７ａ，１７ｂのそれぞれから環状空間２６に不活性ガスを供給しながら、配管２５Ａおよび２５Ｂの第１パス２７の溶接が、配管２５Ａおよび２５Ｂの外側に配置された溶接機（図示せず）を用いて行われる。この溶接は、例えば、配管２５Ａを取り囲むガイドレールを配管２５Ａの外面に取り付け、このガイドレールに沿って溶接機を走行させながら行うと良い。配管２５Ａおよび２５Ｂの第１パス２７の溶接が配管の全周に亘って行われる。第１パス２７の溶接が行われている間、環状空間２６が不活性ガスで満たされているため、第１パス２７の溶接部の内面が酸化されることがなく、高品質な溶接が実現できる。
【００４４】
配管全周に亘る第１パス２７の溶接が終了した後、不活性ガス供給ホースおよび貫通孔１７ａ，１７ｂを通しての環状空間２６への不活性ガスの供給が停止され、第１パス２７の外側で第２パスから最終パスまでの各溶接が溶接機を用いて順次行われる。第２パスから最終パスまでの各溶接時においては、不活性ガスが環状空間２６に供給されない。第２パスから最終パスまでの溶接の間においても、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄが配管２５Ａの内面に押し付けられ、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄも配管２５Ｂの内面に押し付けられている。最終パスの溶接が終了したとき、配管２５Ａおよび２５Ｂは溶接部２７Ａにより接合される（図７参照）。
【００４５】
配管２５Ａと配管２５Ｂの溶接が終了した後、アクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ内にそれぞれ逆方向に油圧を掛けて、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれを連結シャフト１８側に移動させる。この結果、これらの押し付け部材が配管２５Ａの内面から離され、伸縮部材７がクランプ支持部３の半径方向に縮められる。また、アクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ内にそれぞれ逆方向に油圧を掛けて、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれを連結シャフト１８側に移動させる。この結果、これらの押し付け部材が配管２５Ｂの内面から離され、伸縮部材２０がクランプ支持部１２の半径方向に縮められる。
【００４６】
不活性ガス供給ホースおよび不活性ガス排出ホース（または油供給ホース３１および３３）を引っ張ることにより、配管溶接支援装置１が配管２５Ａおよび２５Ｂから取り出される。原子力プラントのように長尺の配管を配管溶接支援装置１を用いて溶接する場合には、クランプ支持部３及び１２のそれぞれに、特開平４−２００８６７号公報に記載されたように、走行車輪を取り付け、例えば、クランプ支持部１２に取り付けた走行用車輪をクランプ支持部１２に取り付けたモータで駆動させ、配管溶接支援装置１を配管２５Ａおよび２５Ｂ内から回収してもよい。
【００４７】
以上によって、配管溶接支援装置１を用いた配管２５Ａおよび２５Ｂの溶接作業が終了する。
【００４８】
本実施例によれば、配管２５Ａ内に取り外し可能に固定される、挿入される押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを有するクランプ支持部３、および配管２５Ｂ内に取り外し可能に固定される押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを有するクランプ支持部１２が連結シャフト１８に取り付けられ、さらに、クランプ支持部１２が、連結シャフト１８の軸方向に移動可能に、連結シャフト１８に取り付けられているため、溶接される配管２５Ａ，２５Ｂ同士の芯合わせを精度良く行うことができ、配管２５Ａに形成された開先と配管２５Ｂに形成された開先の間隔の調節に要する時間を、芯合わせの精度を保持しながら、短縮することができる。また、その間隔の調節も精度良く行うことができる。
【００４９】
本実施例では、クランプ支持部３の、クランプ支持部１２に対向する側面に円筒部材１０が取り付けられ、クランプ支持部１２の、クランプ支持部３に対向する側面に円筒部材１０の先端部が挿入される円形溝１６が形成され、配管２５Ａの開先と配管２５Ｂの開先の間の間隔を調節する際に円筒部材１０の先端部が円形溝１６内に挿入されるので、開先間の間隔を調節しながら、溶接される配管２５Ａおよび２５Ｂと円筒部材１０の間に環状空間２６を形成することができる。このため、クランプ支持部１２に形成された貫通孔１７ａ，１７ｂを通して供給される不活性ガスを、この環状空間２６内に充満させることができ、配管２５Ａと配管２５Ｂの第１パス２７の溶接部の内面の酸化を防ぐことができる。
【００５０】
本実施例では、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれとクランプ支持部３の間に形成される隙間が伸縮部材７によって封鎖され、押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれとクランプ支持部１２の間に形成される隙間が伸縮部材２０によって封鎖されるので、それらの隙間を通って外部に流出する、環状空間２６内の不活性ガスの量を著しく低減することができ、不活性ガスの使用量を低減することができる。また、環状空間２６内を少量の不活性ガスにより効果的に不活性ガス雰囲気にすることができる。
【００５１】
クランプ装置２，１１において、各押し付け部材のクランプ支持部の周方向における両端部には、前述したように、突起部及び溝が形成されているため、アクチェータにより押し付け部材をそれぞれクランプ支持部の半径方向に移動させるとき、隣接する押し付け部材同士の干渉が回避され、押し付け部材を円滑に移動させることができる。また、各押し付け部材が配管の内面に押し付けられたとき、クランプ支持部の周方向において隣接する一方の押し付け部材の端部に形成された突起部が、他方の押し付け部材の端部に形成された突起部と重なっているので、クランプ支持部の周方向において隣接する押し付け部材の相互間から流出する環状空間２６内の不活性ガスの量を、著しく抑制することができる。
【００５２】
本実施例は、クランプ装置２を配管２５Ａ内に装着してクランプ装置１１を配管２５Ｂ内に装着し、配管２５Ａと配管２５Ｂの溶接を行うので、配管２５Ａと配管２５Ｂの溶接部２７Ａおよびこの溶接部２７周囲の熱影響部の各内面における引張残留応力が低減され、溶接部２７および熱影響部における応力腐食割れの発生が抑制される。
【００５３】
本実施例では、連結シャフト１８を回転させてクランプ支持部３とクランプ支持部１２の間の寸法を調節するので、配管２５Ａおよび２５Ｂの開先間の間隔を調節する機構を、単純化することができ、配管溶接支援装置１をコンパクト化することができる。
【００５４】
発明者らは、本実施例における引張残留応力が低減を、コンピュータを用いたシミュレーションにより確認した。このシミュレーションの結果を以下に説明する。
【００５５】
このシミュレーションは、外径が３１８．５ｍｍ、厚さが２１．４ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼製の配管２５Ａ，２５Ｂを、クランプ装置２，１１を有する配管溶接支援装置１を用いないで溶接したケースおよびそれを用いて溶接したケースについて行い、それぞれのケースにおいて配管の残留応力の分布を算出した。
【００５６】
図８は、配管２５Ｂの周方向の或る位置で配管２５Ｂの内面における、溶接部２７Ａの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管２５Ｂの軸方向での残留応力の分布を示している。図９は、配管２５Ｂの周方向の或る位置で配管２５Ｂの内面における、溶接部２７Ａの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管２５Ｂの周方向での残留応力の分布を示している。
【００５７】
図８及び図９において距離０ｍｍが溶接部２７Ａの中心の位置である。クランプ装置２，１１を用いない場合における配管軸方向の残留応力は、図８において実線で示すように、溶接部２７Ａの中心で２００ＭＰａの引張残留応力になる。一方、クランプ装置２，１１を用いた場合における配管軸方向の残留応力は、図８において破線で示すように、溶接部２７Ａの中心で５ＭＰａに改善される。また、溶接部２７Ａの中心での配管周方向の残留応力は、クランプ装置２，１１を用いない場合で３５０ＭＰａの引張残留応力になり、クランプ装置２，１１を用いた場合で１７０ＭＰａの引張残留応力に改善される。
【００５８】
クランプ装置２，１１を配管２５Ａ，２５Ｂ内に固定して配管２５Ａ，２５Ｂの溶接を行うことによって溶接部２７Ａの内面等において引張残留応力が低減される理由は、以下の通りである。クランプ装置２，１１を配管２５Ａ，２５Ｂ内に固定しないで配管２５Ａ，２５Ｂの溶接を行った場合には、この溶接によって配管２５Ａ，２５Ｂが溶接部２７Ａに向かって引っ張られるような変形を生じる。このため、溶接部２７Ａの内面における引張残留応力が大きくなる。これに対して、本実施例のように、クランプ装置２，１１を配管２５Ａ，２５Ｂ内に固定した場合には、押し付け部材４ａ〜４ｄが配管２５Ａの内面に押し付けられて押し付け部材１３ａ〜１３ｄが配管２５Ｂの内面に押し付けられるので、溶接により、配管２５Ａ，２５Ｂが溶接部２７Ａに向かって引っ張られる変形が、押し付けられた押し付け部材４ａ〜４ｄおよび押し付け部材１３ａ〜１３ｄにより抑制される。このため、本実施例では、溶接部２７Ａの内面における引張残留応力が低減されるのである。
【００５９】
オーステナイト系ステンレス鋼製の配管の溶接部では、配管内に溶存酸素量が多い水が流れる場合には応力腐食割れが発生する。しかしながら、クランプ装置２，１１を有する配管溶接支援装置１を用いて溶接された溶接部２７Ａでは、引張残留応力が低減されるため、溶接部２７Ａにおける応力腐食割れの発生が抑制される。
【００６０】
配管の突合せ溶接では、第１パスの溶接のときに開先間にインサートリングと呼ばれるリング状の溶融材料を用いることがある。インサートリングを用いる場合には、以下のようにして、配管の溶接を開始すればよい、各押し付け部材をクランプ支持部側に移動させた一方のクランプ装置（例えば、クランプ装置２）を、リング状のインサートリング内を通し、このインサートリングを連結シャフト１８の上に載せた状態で、クランプ装置２を配管２５Ａ内に挿入してクランプ装置１１を配管２５Ｂ内に挿入する。そして、各クランプ装置の各押し付け部材を該当する配管の内面に押し付け、インサートリングを配管の開先に合わせた状態で、連結シャフト１８を回転させてクランプ装置１１をクランプ装置２に接近させ、インサートリングを配管２５Ａ，２５Ｂの各開先により挟み、その後、これらの配管の溶接を開始する。インサートリングの厚みは各開先間の間隔の寸法に相当している。インサートリングを配管２５Ａ，２５Ｂの各開先間に容易に配置させるためには、インサートリングの外周に把持部を取り付け、開先間の間隔を調節する際に作業員がこの把持部を持ってインサートリングを開先間に位置させると良い。インサートリングの把持部は、インサートリングを開先の間に挟んだ後に除去される。
【実施例２】
【００６１】
本発明の他の好適な実施例である実施例２の配管溶接方法を、以下に説明する。
【００６２】
本実施例の配管溶接方法においても、前述した配管溶接支援装置１が用いられる。実施例１と同様に、配管溶接支援装置１のクランプ装置２を配管２５Ａ内に挿入して押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを配管２５Ａの内面に押し付けてクランプ装置２を配管２５Ａ内に固定する。配管２５Ａと溶接される配管２５Ｂ内に配置された、配管溶接支援装置１のクランプ装置１１の押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを配管２５Ｂの内面に押し付けてクランプ装置１１を配管２５Ｂ内に固定する。連結シャフト１８を回転させて、クランプ装置１１をクランプ装置２に接近させ、配管２５Ａおよび２５Ｂの開先間の間隔を調節する。実施例１と同様に環状空間２６に不活性ガスを供給しながら、配管２５Ａおよび２５Ｂの第１パス２７の溶接が行われる。配管の全周に亘ってこの第１パス２７の溶接が終了した後、環状空間２６への不活性ガスの供給が停止される。
【００６３】
その後、配管２５Ａおよび２５Ｂを接続するための第２パスから最終パスの各溶接が第１パスの外側で行われる。第２パスから最終パスの各溶接を行うとき、不活性ガス供給ホースに接続された水供給ホースに設けられた開閉弁を開いて不活性ガス供給ホースと水供給ホースの接続点よりも上流で不活性ガス供給ホースに設けられた開閉弁を閉じ、不活性ガス排出ホースに接続された水排出ホースに設けられた開閉弁を開いて不活性ガス排出ホースと水排出ホースの接続点よりも下流で不活性ガス排出ホースに設けられた開閉弁を閉じる。このため、水（冷却媒体）が、水供給ホース、不活性ガス供給ホースおよび貫通孔１７ａ，１７ｂを通して第１パス２７で接続された配管２５Ａおよび２５Ｂ、押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ、伸縮部材７、クランプ支持部３、円筒部材１０、クランプ支持部１２、伸縮部材２０および押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄで囲まれた環状空間２６内に供給される。この水は、環状空間２６内から貫通孔１７ｃ，１７ｄ、不活性ガス排出ホースおよび水排出ホースを通して外部に排出される。このように、本実施例では、第２パスから最終パスまでの溶接が、水を環状空間２６に供給されながら実施される。すなわち、その溶接が第１パス２７の内面を水で冷却されながら実施され、冷却される第１パス２７の内面の温度が、その外側の第２パスから最終パスまでの溶接が行われる部分の温度よりも低くなる。このため、配管２５Ａと配管２５Ｂの溶接が終了した後、溶接部２７Ａおよび熱影響部の内面に圧縮残留応力が付与される。配管２５Ａと配管２５Ｂの溶接終了後、貫通孔１７ａ，１７ｂから環状空間２６への水の供給が停止される。そして、配管溶接支援装置１が溶接された配管２５Ａおよび２５Ｂから取り出される。
【００６４】
本実施例は、実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例では、第１パス２７の溶接が終了した後、貫通孔１７ａ，１７ｂを通して、配管溶接支援装置１によって形成された環状空間２６内に水を供給でき、第１パス２７の内面を冷却しながら第１パス２７の外側に第２パスから最終パスまでの溶接を行うので、配管２５Ａと配管２５Ｂの溶接部２７Ａおよび熱影響部の内面の残留応力を実施例１よりも改善することができる。すなわち、本実施例ではその内面に圧縮残留応力を付与することができる。
【００６５】
外径が３１８．５ｍｍ、厚さが２１．４ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼製の配管２５Ａ，２５Ｂを、クランプ装置２，１１を有する配管溶接支援装置１を用いて溶接した場合において、溶接時に水冷を行わないケースおよび水冷を行ったケースについて、コンピュータを用いたシミュレーションを行い、引張残留応力の低減効果を確認した。
【００６６】
図１０は、水冷を行ったときおよびそれを行わないときの配管内面における軸方向の残留応力の分布を示している。この軸方向の残留応力の分布は、配管２５Ｂの周方向の或る位置で配管２５Ｂの内面における、溶接部２７Ａの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管２５Ｂの軸方向での残留応力の分布である。図１１は、水冷を行ったときおよびそれを行わないときの配管内面における周方向の残留応力の分布を示している。この周方向の残留応力の分布は、配管２５Ｂの周方向の或る位置で配管２５Ｂの内面における、溶接部２７Ａの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管２５Ｂの周方向での残留応力の分布である。
【００６７】
配管溶接支援装置１を用いて第１パス２７の水冷を行わないで配管２５Ａおよび２５Ｂの溶接を行った実施例１では、溶接部２７Ａの中心での内面の軸方向における引張残留応力が５ＭＰａであるのに対し、配管溶接支援装置１を用いて第１パス２７の水冷を行って配管２５Ａおよび２５Ｂの溶接を行った本実施例では、溶接部２７Ａの中心での内面の軸方向における残留応力が２５０ＭＰａの圧縮残留応力に改善される。また、実施例１における溶接部２７Ａの中心での内面の周方向における残留応力が１７０ＭＰａの引張残留応力であるのに対し、本実施例における溶接部２７Ａの中心での内面の周方向における残留応力が３６０ＭＰａの圧縮残留応力に改善される。応力腐食割れは圧縮残留応力下では発生しないことが知られており、本実施例の配管溶接方法を行うことにより、配管２５Ａおよび２５Ｂの溶接部２７Ａおよび熱影響部での応力腐食割れの発生を防止することができる。
【実施例３】
【００６８】
本発明の他の好適な実施例である実施例３の配管溶接方法を図１２を用いて説明する。
【００６９】
本実施例では、実施例１と同様に、配管溶接支援装置１を用いて配管２５Ａおよび２５Ｂに対して第１パス２７から最終パスまでの溶接が実施される。配管２５Ａおよび２５Ｂに対する溶接が終了し、配管２５Ａと配管２５Ｂが溶接部２７Ａで接合された後、アクチュエータ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄのそれぞれ、およびアクチュエータ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄのそれぞれを作動させて押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄのそれぞれを配管２５Ａの内面に向って、および押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄのそれぞれを配管２５Ｂの内面に向ってさらに押し付け、配管２５Ａおよび２５Ｂのそれぞれを外側に向かって０．０３ｍｍだけ拡管する。配管２５Ａおよび２５Ｂのそれぞれを拡管した後、配管溶接支援装置１が溶接された配管２５Ａおよび２５Ｂから取り出される。
【００７０】
本実施例は実施例１で得られる各効果を得ることができる。さらに、本実施例は、配管２５Ａおよび２５Ｂを溶接した後に配管溶接支援装置１を用いて拡管するので、実施例１よりも、配管２５Ａと配管２５Ｂの溶接部２７Ａおよび熱影響部の内面の残留応力を実施例１よりも改善することができる。すなわち、本実施例ではその内面に圧縮残留応力を付与することができる。
【００７１】
外径が３１８．５ｍｍ、厚さが２１．４ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋼製の配管２５Ａおよび２５Ｂを、クランプ装置２，１１を有する配管溶接支援装置１を用いて突き合わせ溶接した場合において、溶接後に配管２５Ａおよび２５Ｂを拡管しないケースおよび拡管したケースについて、コンピュータを用いたシミュレーションを行い、引張残留応力の低減効果を確認した。拡管したケースでは、配管２５Ａおよび２５Ｂをそれぞれ０．０３ｍｍ拡管した場合を対象にした。
【００７２】
図１３は、上記の拡管しないケースでの配管内面における軸方向の残留応力の分布を示している。この軸方向の残留応力の分布は、配管２５Ｂの周方向の或る位置で配管２５Ｂの内面における、溶接部２７Ａの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管２５Ｂの軸方向での残留応力の分布である。図１４は、上記の拡管をしたケースでの配管内面における周方向の残留応力の分布を示している。この周方向の残留応力の分布は、配管２５Ｂの周方向の或る位置で配管２５Ｂの内面における、溶接部２７Ａの中心からの配管軸方向の距離に対応した配管２５Ｂの周方向での残留応力の分布である。
【００７３】
配管溶接支援装置１を用いて配管２５Ａおよび２５Ｂの溶接を行って配管２５Ａおよび２５Ｂの拡管を行わない実施例１では、溶接部２７Ａの中心での内面の軸方向における引張残留応力が５ＭＰａであるのに対し、配管溶接支援装置１を用いて溶接を行った配管２５Ａおよび２５Ｂに対して拡管を行った本実施例では、溶接部２７Ａの中心での内面の軸方向における残留応力が１０ＭＰａの圧縮残留応力に改善される。また、実施例１における溶接部２７Ａの中心での内面の周方向における残留応力が１７０ＭＰａの引張残留応力であるのに対し、本実施例における溶接部２７Ａの中心での内面の周方向における残留応力が１５０ＭＰａの引張残留応力に改善される。
【実施例４】
【００７４】
本発明の他の好適な実施例である実施例４の配管溶接方法を図１５を用いて説明する。
【００７５】
実施例１の配管の溶接方法は、配管同士を溶接する場合を対象にしたものであるが、本実施例の配管溶接方法は、管台２９に配管２８を溶接するときに適用される。
【００７６】
配管溶接支援装置１のクランプ装置２を管台２９内に挿入して押し付け部材４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄを管台２９の内面に押し付けてクランプ装置２を管台２９内に固定する。管台２９と溶接される配管２８内に配置された、配管溶接支援装置１のクランプ装置１１の押し付け部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄを配管２８の内面に押し付けてクランプ装置１１を配管２５Ｂ内に固定する。連結シャフト１８を回転させて、クランプ装置１１をクランプ装置２に接近させ、管台２９および配管２８の開先間の間隔を調節する。その後、実施例１と同様に、管台２９と配管２８が溶接される。この溶接後に、配管溶接支援装置１が管台２９および配管２８から取り出される。
【００７７】
本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１…配管溶接支援装置、２，１１…クランプ装置、３，１２…クランプ支持部、４ａ，４ｃ，１３ａ〜１３ｄ…押し付け部材、６ａ，６ｃ，１５ａ〜１５ｄ…アクチュエータ、７，２０…伸縮部材、９…ボールベアリング、１０…円筒部材、１６…円形溝、１７ａ〜１７ｄ…貫通孔、１８…連結シャフト、２１，２３…突起部、２２，２４…溝、２５Ａ，２５Ｂ…配管、２６…環状空間、２７…第１パス、２７Ａ…溶接部。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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