(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端面が相互に突き合わされる２本の管の突き合わせ部を接合する管の接合方法において、
大気圧下で溶接する第１溶接手段によって、前記突き合わせ部の外周面側領域を全周にわたって溶接し、
次に、減圧下で電子ビームを照射して溶接する第２溶接手段によって、管の内側から突き合わせ部の内周面に向けて、電子ビームを照射して、突き合わせ部の内周面側領域を全周にわたって溶接することを特徴とする管の接合方法。
【請求項２】
前記第２溶接手段によって、突き合わせ部の内周面側領域を溶接した後、内周面側に形成されたビードに向けて、前記内周面側領域の溶接時よりも低いエネルギで、電子ビームを照射すること特徴とする請求項１記載の管の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、端面が相互に突き合わされた２本の管の突き合わせ部を、接合する管の接合方法に関し、特にパイプライン敷設工事において、好適に実施することができる管の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パイプラインは、敷設現場で複数本の導管を、その端面を相互に突き合わせて敷設し、この各導管の突き合わせ部を各種の溶接方法によって、溶接される。このようなパイプラインでは、ガスなどの流体を大容量で輸送するために、管径の大きい導管が使用され、さらに流体を高圧輸送するために、厚板の導管が使用される。したがって、パイプラインを速く建設するためには、突き合わせ部を高速で接合する必要があり、ＭＡＧ溶接方法、ＴＩＧ溶接方法、レーザ溶接方法および電子ビーム溶接方法などの種々の溶接方法の高速溶接化が考案されている。特に、電子ビーム溶接方法は厚板の高速溶接が可能な方法であるため、この電子ビーム溶接方法を、パイプラインの突き合わせ溶接に用いるための装置が開発されている。
【０００３】
また、特開昭５２−２６３３１号公報には、２台の電子ビーム出射装置からの各電子ビームによって、被溶接材の継目を、被溶接材の厚さの途中まで溶込み、部分溶接する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開昭５５−１２８３８４号公報には、まず電子ビーム溶接によって、被溶接材の外面側を溶接し、その後一定時間ずらして、電子ビーム溶接によって、被溶接材の内面側を溶接する方法が開示されている。
【０００５】
また、特開昭５６−１１９６７９号公報には、２つの金属体の突き合わせ面に、両側から同時に電子ビームを照射することによって溶接する方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、電子ビーム溶接方法は、高速溶接が可能な方法であるが、上向きの溶接姿勢、すなわち鉛直上方に向けて電子ビームを照射して溶接するとき、裏波ビードなどと呼ばれる突き合わせ部の外周面側に盛り上がる余盛を形成することが困難である。つまり、上向きの溶接姿勢のとき、裏波ビードを形成するための条件許容度が小さく、突き合わせ部の開先ギャップの僅かな誤差によって、電子ビーム溶接後に、裏波ビードの補修を必要とし、導管敷設の高速施工が阻害される。また、突き合わせ部の内側と外側とを減圧するための機構を必要とし、溶接装置の構成が複雑になってしまう。
【０００７】
また、特開昭５２−２６３３１号公報、特開昭５５−１２８３８４号公報および特開昭５６−１１９６７９号公報に開示される先行技術では、いずれも管の外側を減圧するための機構を必要とする。
【０００８】
また、電子ビーム溶接方法で形成されるビード幅は狭くなるので、このビードは、突き合わせ部から導管の内側に向けて、鋭く突出した形状を有している。したがって、このビードが管内の流体の流れ抵抗となって、流体が圧力損失を生じることがある。また、溶接部の超音波試験のとき、ビードの突出部で強い反射波が返ってくるので、正確な検査を阻害することがある。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、端面が相互に突き合わされた２本の管を、高速度で接合することができる管の接合方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、管内の流体の流れ抵抗が可及的に少ないビードを形成することができる管の接合方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、端面が相互に突き合わされる２本の管の突き合わせ部を接合する管の接合方法において、
大気圧下で溶接する第１溶接手段によって、前記突き合わせ部の外周面側領域を全周にわたって溶接し、
次に、減圧下で電子ビームを照射して溶接する第２溶接手段によって、管の内側から突き合わせ部の内周面に向けて、電子ビームを照射して、突き合わせ部の内周面側領域を全周にわたって溶接することを特徴とする管の接合方法である。
【００１２】
本発明に従えば、まず溶接雰囲気が大気圧下の状態で溶接を行う第１溶接手段によって、突き合わせ部の外周面側領域を全周にわたって溶接する。このように、溶接雰囲気を減圧しない第１溶接手段によって、形成されたビードのビード幅は大きくなるので、突き合わせ部の外周面側領域には、確実に裏波ビードが形成される。また、この第１溶接手段としては、溶接雰囲気を減圧状態にすることなく溶接できる電子ビーム溶接手段以外の溶接手段を採用することができ、たとえばアーク溶接手段、ガス溶接手段またはレーザ溶接手段などが採用できる。
【００１３】
次に、減圧下で電子ビームを照射して溶接する第２溶接手段によって、管の内側から突き合わせ部の内周面に向けて、電子ビームを照射して、突き合わせ部の内周面側領域を全周にわたって溶接する。すなわち、第２溶接手段として、電子ビーム溶接手段を採用しているので、突き合わせ部の内周面側領域を高速度で溶接することができる。また第１溶接手段によって、突き合わせ部の外周面側領域を全周にわたって溶接しているので、突き合わせ部の内側と外側とが気密に遮断され、これによって、第２溶接手段で内周面側領域を溶接するとき、突き合わせ部の内側のみを減圧すればよく、外側を減圧する必要がない。
【００１４】
請求項２記載の本発明は、請求項１記載の構成において、前記第２溶接手段によって、突き合わせ部の内周面側領域を溶接した後、内周面側に形成されたビードに向けて、前記内周面側領域の溶接時よりも低いエネルギで、電子ビームを照射すること特徴とする管の接合方法である。
【００１５】
本発明に従えば、第２溶接手段によって形成された内周面側のビードに、この内周面側領域の溶接時よりも低いエネルギである、たとえば焦点をぼかした電子ビームが照射され、これによってビードの表面が部分的に溶融されて、滑らかになる。したがって、この滑らかなビードでは、管内の流体の流れの抵抗が可及的に少なくなり、圧力損失も少なくなる。さらに、超音波検査などの非破壊検査の障害となることもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の管の接合方法を実現する溶接装置１を示す図である。まず図１を参照して、溶接装置１の構成について説明する。溶接装置１は、２本の管２ａ，２ｂを固定するクランプ手段４と、２本の管２ａ，２ｂの突き合わせ部５の外周面側領域３０を溶接する第１溶接手段１８と、突き合わせ部５の内周面側領域３１を溶接する第２溶接手段１９と、突き合わせ部５の外周面側領域３１に開先部２５を形成する開先形成手段１１とによって構成される。
【００１７】
クランプ手段４は、２つの円環状のリング部材８ａ，８ｂと、これらのリング部材８ａ，８ｂに、外周面側（図１の上方）から直径線方向内方（図１の下方）に挿通される真円矯正ボルト９と、２つのリング部材８ａ，８ｂにまたがって装着される複数本のクランプボルト１０とによって構成される。各リング部材８ａ，８ｂに、略水平に敷設される２本の管２ａ，２ｂの端部を挿入し、端面１２を相互に突き合わせる。その後、真円矯正ボルト９を、管２ａ，２ｂの直径線方向内方（図１の下方）にねじ込むことによって、各管２ａ，２ｂを真円形状に矯正するとともに、各管２ａ，２ｂの管軸１３ａ，１３ｂが同軸となるように、各管２ａ，２ｂを固定する。
【００１８】
第１溶接手段１８はレーザ出力ヘッド７を有し、このレーザ出力ヘッド７は、レーザ出射口１４を突き合わせ部５の外周面１６に対向させた状態で、突き合わせ部５の外側２４に配置され、各管２ａ，２ｂに共通な管軸１３を中心として、管２ａ，２ｂの外周に沿って、移動可能に設けられる。このレーザ出力ヘッド７は、レーザ出射口１４から突き合わせ部５の外周面１６に向けて、レーザ光２０を出射する。このレーザ光２０は、ＹＡＧレーザなどのパルスレーザまたは炭酸ガスレーザなどの連続発振レーザなどが用いられる。
【００１９】
第２溶接手段１９は電子ビーム出力ヘッド６を有し、この電子ビーム出力ヘッド６は、ビーム出射口１５を突き合わせ部５の内周面１７に対向させた状態で、突き合わせ部５の内側２３に配置され、管２ａ，２ｂに共通な管軸１３を中心として、管２ａ，２ｂの内周に沿って移動可能に設けられる。この電子ビーム出力ヘッド６は、ビーム出射口１５から突き合わせ部５の内周面１７に向けて、電子ビーム２１を出射する。
【００２０】
開先形成手段１１は、その開先形成部２２を突き合わせ部５の外周面１６に対向させた状態で、突き合わせ部５の外側２４に配置され、管２ａ，２ｂに共通な管軸１３を中心として、管２ａ，２ｂの外周に沿って移動可能に設けられる。
【００２１】
次に図２〜図９を参照して、本発明の管の接合方法について説明する。図２は、本発明の管の接合方法を説明するための図であり、図３は本発明の管の接合方法のフローチャートであり、図４はステップｓ１を示す図であり、図５はステップｓ２を示す図であり、図６はステップｓ３を示す図であり、図７はステップｓ４を示す図であり、図８はステップｓ５を示す図であり、図９はステップｓ６を示す図である。
【００２２】
まずステップｓ１で、図４に示すように、接合すべき２本の管２ａ，２ｂを、その各管軸１３ａ，１３ｂを同軸にした状態で略水平に敷設し、各管２ａ，２ｂの各端面１２を相互に突き合わせて、クランプ手段４で各管２ａ，２ｂを固定する。
【００２３】
次にステップｓ２で、図５に示すように、開先形成手段１１を各管２ａ，２ｂに共通な管軸１３を中心として、管２ａ，２ｂの外周に沿って移動させながら突き合わせ部５の外周面側領域３０（図５の上方）を、全周にわたって削り取る。これによって、突き合わせ部５の外周面側領域３０に、開先部２５が全周にわたって形成される。
【００２４】
次にステップｓ３で、図２および図６に示すように、レーザ出力ヘッド７を各管２ａ，２ｂに共通な管軸１３を中心として、管２ａ，２ｂの外周に沿って移動させながら、溶接雰囲気が大気圧下の状態で、突き合わせ部５に形成された開先部２５に向けてレーザ光２１を照射する。これによって、開先部２５が全周にわたって、部分溶け込み溶接される。このように、溶接雰囲気が大気圧下の状態で溶接を行う第１溶接工程によって、突き合わせ部５の開先部２５が部分溶接されるので、突き合わせ部５の外周面側領域３０には、全周にわたって、外周面側に盛り上がる余盛、すなわち裏波ビード２６が確実に形成される。なお、この第１溶接工程による外周面側領域３０の溶接作業は、各管２ａ，２ｂを仮付けする作用も兼ねているので、各管２ａ，２ｂが正確に位置決めされる。したがって、次工程の第２溶接工程での突き合わせ部５の内周面側領域３１の溶接作業が容易となる。さらに、この突き合わせ部５のギャップ許容度が向上する。
【００２５】
次にステップｓ４で、突き合わせ部５の内側を真空排気して減圧し、図２および図７に示すように、第２溶接手段である電子ビーム出力ヘッド６を各管２ａ，２ｂに共通な管軸１３を中心として、管２ａ，２ｂの内周に沿って移動させながら、溶接雰囲気が減圧下の状態で、突き合わせ部５の内周面１７に向けて電子ビーム２０を照射する。これによって、突き合わせ部５の内周面側領域３１が、全周にわたって溶接される。このように、溶接雰囲気が減圧下の状態、すなわち真空雰囲気で溶接を行う第２溶接工程では、電子ビーム溶接によって、突き合わせ部５の内周面側領域３１が溶接されるので、この内周面側領域３１は、高速度で溶接される。また、突き合わせ部５の外周面側領域３０には裏波ビード２６が全周にわたって形成されているので、突き合わせ部５の内側２３と外側２４とは、この裏波ビード２６によって気密に遮断される。したがって、第２溶接工程では、突き合わせ部５の内側２３のみを真空排気して減圧すればよく、外側２４を真空排気して減圧する必要はない。
【００２６】
次にステップｓ５で、図８に示すように、突き合わせ部５の内側２３を減圧状態に保持したまま、電子ビーム出力ヘッド６を管軸１３を中心として、内周面１７に沿って移動させながら、突き合わせ部５の内周面側領域３１のビード２７の管の内側２３に突出する突出部２８に向けて、上記の第２溶接工程時よりもエネルギの低い電子ビーム２９、すなわち焦点をぼかした電子ビーム２９を照射する。これによって、ビード２７の突出部２８が部分的に溶融され、滑らかになる。つまり、突き合わせ部５の内周面側が化粧盛溶接される。したがって、この滑らかに加工されたビード２７では、管２ａ，２ｂの内側２３を流れる流体に対する流れ抵抗が可及的に小さくなり、流体の圧力損失も少なくなる。さらに、超音波検査などの非破壊検査の障害となることもない。
【００２７】
その後、ステップｓ６に進み、２本の管２ａ，２ｂの接合が完了する。なお、図９に示すように、突き合わせ部５の外周面側の裏波ビード２６の厚さＴ２は、管２の厚さＴ１の５０％以下であることが好ましく、内周面側のビード２７の厚さＴ３は、管２の厚さＴ１の５０％以上であることが好ましい。つまり、第１溶接方法によって、突き合わせ部５を管２厚さＴ１の５０％以下の深さまで溶接し、その後第２溶接方法によって、管２の厚さＴ１の５０％以上の深さを溶接することが好ましい。このように電子ビームを使用する第２溶接方法によって、管厚さの半分以上を溶接することによって、効率よく各管２ａ，２ｂを接合することができる。
【００２８】
上述した本発明の管の接合方法は、たとえばパイプラインの敷設作業において好適に実施され、さらに大容量のガスなどの流体を輸送するための大径の管および高圧輸送に耐えるための厚板の管を接続するときに、特に好適に実施される。
【００２９】
なお、本実施形態の管の接合方法では、第１溶接方法として、レーザ溶接方法を採用したが、レーザ溶接方法に代えて、アーク溶接方法またはガス溶接方法を採用できる。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、端面が相互に突き合わされた２本の管の突き合わせ部を、溶接雰囲気が大気圧下の状態で溶接を行う第１溶接手段によって、溶接するので、突き合わせ部の外周面側領域には、確実に裏波ビードを形成することができる。次に、減圧下で電子ビームを照射して溶接する第２溶接手段によって、管の内側から突き合わせ部の内周面に向けて、電子ビームを照射して、溶接するので、突き合わせ部の内周面側領域を高速度で溶接することができる。また、突き合わせ部の外周面側領域には裏波ビードが形成されているので、突き合わせ部の内側と外側とは遮断され、第２溶接手段による溶接作業時には、突き合わせ部の内側のみを減圧すればよく、外側を減圧する必要がない。
【００３１】
請求項２記載の本発明よれば、第２溶接手段によって形成された内周面側のビードに、低いエネルギの電子ビームが照射され、これによってビードが部分的に溶融し、滑らかになる。したがって、この滑らかなビードでは、管内の流体の流れの抵抗が可及的に少なくなり、流体の圧力損失も少なくなる。さらに、超音波検査などの非破壊検査の障害となることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の管の接合方法を実現する溶接装置１を示す図である。
【図２】本発明の管の接合方法を説明するための図である。
【図３】本発明の管の接合方法のフローチャートである。
【図４】ステップｓ１を示す図である。
【図５】ステップｓ２を示す図である。
【図６】ステップｓ３を示す図である。
【図７】ステップｓ４を示す図である。
【図８】ステップｓ５を示す図である。
【図９】ステップｓ６を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接装置
２ａ，２ｂ  管
４  クランプ手段
５  突き合わせ部
６  電子ビーム出力ヘッド
７  レーザ出力ヘッド
１８  第１溶接手段
１９  第２溶接手段
２０  レーザ光
２１  電子ビーム
２６  裏波ビード
【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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