(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
後に溶接される第１の部材と第２の部材との位置決めを行う位置決め用冶具であって、
前記第１の部材及び前記第２の部材に当接して前記第１の部材及び前記第２の部材を位置決めする当接部を備え、焼却可能な植物性材料から形成され、
前記第１の部材がボイラ内部に設置される管寄せであり、前記第２の部材が前記管寄せに接続されるスタブ管であり、
前記管寄せに設けられるスタブ管取付け穴に差し込まれる第１突起部と、
前記スタブ管の穴に差し込まれる第２突起部と、
表面に前記スタブ管の端部が当接されると共に裏面に前記管寄せが当接される板部と
を備える
ことを特徴とする位置決め用冶具。
【請求項２】
木材のみから形成されていることを特徴とする請求項１記載の位置決め用冶具。
【請求項３】
後に溶接される第１の部材と第２の部材との位置決めを行う部材位置決め方法であって、
請求項１または２記載の位置決め用冶具を介在させて前記第１の部材と前記第２の部材とを離間させて配置する部材配置工程と、
前記部材配置工程の後に前記第１の部材と前記第２の部材とを一部分のみ溶接することで仮付けする仮付け工程と、
前記仮付け工程の後に前記位置決め用冶具を除去する位置決め用冶具除去工程と
を有することを特徴とする部材位置決め方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置決め用冶具及び部材位置決め方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示すように、火力発電所等で用いられるボイラの内部には、複数の伝熱管内を流れる蒸気あるいは水が集められるヘッダが設置されている。このヘッダは、内部に蒸気あるいは水を集める管寄せと、当該管寄せと伝熱管とを接続するためのスタブ管とから構成されている。また、これらの管寄せとスタブ管とは溶接により固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平３−１８５４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
管寄せに対しては多数のスタブ管が接続される。このため、ヘッダを製造する場合には、一般的に、一旦スタブ管を管寄せに対して仮付けしてヘッダ全体を組み立てた後、各スタブ管を管寄せに対して本溶接している。
【０００５】
ところで、近年においては、ボイラに求められる耐熱及び耐圧性能がより高くなっており、管寄せとスタブ管とを完全溶込み溶接にて接合する必要が生じる場合がある。このような場合には、管寄せとスタブ管とを所定寸法、離間させた状態で溶接を行う必要がある。また、管寄せとスタブ管との隙間の広さの設定は溶接品質に影響するため高い精度が求められる。このため、完全溶込み溶接を行う場合には、管寄せとスタブ管とを仮付けするにあたり、管寄せとスタブ管とを離間した状態で支持する金具を溶接し、仮付け後に金具を取り除く方法を用いている。しかしながら、仮付け時の溶接によって金具の取付部分が収縮すること、また金具が管寄せとスタブ管とに溶接されていることから、金具の取外しに多くの時間を要し、管寄せとスタブ管との溶接が完了するまでの時間が長引くという問題がある。
【０００６】
なお、このような問題は、管寄せとスタブ管とを完全溶込み溶接する場合のみに生じるものではなく、他の金属部材同士を完全溶込み溶接する場合や、非金属部材同士を完全溶込み溶接する場合にも生じる。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、第１の部材と第２の部材とを溶接するにあたり、溶接を完了するまでの時間を短縮することを目的とする。
特に、本発明は、ボイラの建設において、管寄せとスタブ管とを溶接する場合の時間を短縮し、ヘッダを製造するための時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【０００９】
第１の発明は、後に溶接される第１の部材と第２の部材との位置決めを行う位置決め用冶具であって、上記第１の部材及び上記第２の部材に当接して上記第１の部材及び上記第２の部材を位置決めする当接部を備え、焼却可能な植物性材料から形成され、上記第１の部材がボイラ内部に設置される管寄せであり、上記第２の部材が上記管寄せに接続されるスタブ管であり、上記管寄せに設けられるスタブ管取付け穴に差し込まれる第１突起部と、上記スタブ管の穴に差し込まれる第２突起部と、表面に上記スタブ管の端部が当接されると共に裏面に上記管寄せが当接される板部とを備えるという構成を採用する。
【００１０】
第２の発明は、上記第１発明において、木材のみから形成されているという構成を採用する。
【００１１】
第３の発明は、後に溶接される第１の部材と第２の部材との位置決めを行う部材位置決め方法であって、上記第１または２の発明である位置決め用冶具を介在させて上記第１の部材と上記第２の部材とを離間させて配置する部材配置工程と、上記部材配置工程の後に上記第１の部材と上記第２の部材とを一部分のみ溶接することで仮付けする仮付け工程と、上記仮付け工程の後に上記位置決め用冶具を除去する位置決め用冶具除去工程とを有するという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、位置決め用冶具が可燃性材料あるいはセラミックスから形成されている。可燃性材料から形成される位置決め用冶具は、バーナ等によって焼却することによって容易に除去することができる。このため、第１の部材と第２の部材とを仮付けした後、容易に位置決め用冶具を除去することができる。したがって、本発明によれば、従来のように金具を位置決め用冶具として第１の部材と第２の部材とを位置決めする場合と比較して、短時間で位置決め用冶具を除去することができ、第１の部材と第２の部材との溶接を完了するまでの時間を短縮することが可能となる。
また、本発明の位置決め用冶具を管寄せとスタブ管とを溶接する場合に用いることで、管寄せとスタブ管とを溶接する時間を短縮し、ヘッダを製造するための時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る木駒を用いて製造されるヘッダの斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る木駒の全体図であり、（ａ）が縦断面図であり、（ｂ）が下面図であり、（ｃ）が上面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る木駒を用いたヘッダの製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る木駒を用いたヘッダの製造方法を説明するための模式図であり、（ａ）が部材配置工程を示し、（ｂ）が仮付け工程を示し、（ｃ）が木駒除去工程を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る位置決め用冶具及び部材位置決め方法の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の実施形態においては、本発明の位置決め用冶具が木駒であり、当該木駒を用いて管寄せとスタブ管とからなるヘッダを製造する場合を例示して説明を行う。
【００１５】
図１は、本実施形態の木駒１（図２参照）を用いて製造されるヘッダ１０の斜視図である。なお、図１においては、複数あるうちの一部のスタブ管１２の図示を省略している。
ヘッダ１０は、火力発電所等が備えるボイラの内部に設置され、図１に示すように、管寄せ１１（第１の部材）と、スタブ管１２（第２の部材）とから構成されている。
【００１６】
管寄せ１１は、内部が中空とされた略円筒形状の部材であり、中心軸が水平となるように姿勢設定されている。この管寄せ１１の周壁部１１ａに対しては、当該周壁部１１ａを貫通するスタブ管取付け穴１１ｂが設けられている。このスタブ管取付け穴１１ｂは、管寄せ１１に接続されるスタブ管１２の数だけ設けられており、図１に示すように、管寄せ１１の上部に集められている。
【００１７】
スタブ管１２は、伝熱管（不図示）と管寄せ１１とを接続する管部材である。なお、伝熱管は、内部に水を通し、石炭等を燃焼させることによって発生した熱量を水に伝熱する管部材である。このスタブ管１２は、伝熱管の数だけ設けられており、内部の穴１２ａが管寄せ１１のスタブ管取付け穴１１ｂと接続されるように管寄せ１１に溶接されている。なお、本実施形態においては、管寄せ１１とスタブ管１２とは完全溶込み溶接にて接合されている。また、スタブ管１２の穴１２ａの直径は、管寄せ１１のスタブ管取付け穴１１ｂと略同一に設定されている。
【００１８】
続いて、本実施形態の木駒１について図２を参照して説明する。図２は、木駒１の全体図であり、（ａ）が縦断面図であり、（ｂ）が下面図であり、（ｃ）が上面図である。なお、説明の理解を容易とするために、図２においては、管寄せ１１及びスタブ管１２の一部を仮想線にて示している。これらの図に示すように、本実施形態の木駒１は、第１突起部２と、第２突起部３と、板部４（当接部）とから構成されている。以下の説明では、第１突起部２側を下、第２突起部３側を上として説明を行う。
【００１９】
第１突起部２は、管寄せ１１のスタブ管取付け穴１１ｂに差し込まれる部位であり、下方に向けて突出している。なお、図２（ａ）に示すように、第１突起部２と第２突起部３とは上下に一体化されている。
この第１突起部２は、直方体状に形状設定されている。また、下方から見た第１突起部２の形状は、スタブ管取付け穴１１ｂに内包可能な長方形状となっている。このように下方から見た第１突起部２の形状が長方形状であることによって、第１突起部２をスタブ管取付け穴１１ｂに差し込んだ場合に、図２（ｂ）に示すように、第１突起部２の長辺側とスタブ管取付け穴１１ｂの内壁との間に大きなスペースＳａが形成される。
また、下方から見た第１突起部２の大きさは、第１突起部２がスタブ管取付け穴１１ｂに差し込まれた場合に、第１突起部２とスタブ管取付け穴１１ｂの内壁との間に僅かな隙間ができるように設定されている。これによって、管寄せ１１に対する木駒１の位置を僅かに調節することが可能となっている。
【００２０】
第２突起部３は、スタブ管１２の穴１２ａに差し込まれる部位であり、上方に向けて突出している。
この第２突起部３は、第１突起部２と同じ大きさの直方体状に形状設定されている。つまり、上方から見た第２突起部３の形状が長方形状となっている。このように上方から見た第２突起部３の形状が長方形状であることによって、第２突起部３をスタブ管１２の穴１２ａに差し込んだ場合に、図２（ｃ）に示すように、第２突起部３の長辺側とスタブ管１２の穴１２ａの内壁との間に大きさスペースＳｂが形成される。
また、上方から見た第２突起部３の大きさは、第２突起部３がスタブ管１２の穴１２ａに差し込まれた場合に、第２突起部３とスタブ管１２の穴１２ａの内壁との間に僅かな隙間ができるように設定されている。これによって、木駒１に対するスタブ管１２の位置を僅かに調節することが可能となっている。
【００２１】
板部４は、第１突起部２及び第２突起部３と一体化されており、第１突起部２と第２突起部３の側方に突出して設けられる板部材である。この板部４は、上面４ａ（表面）にスタブ管１２の端部が当接されると共に下面４ｂ（裏面）に管寄せ１１が当接される部位である。この板部４は、図２（ａ）に示すように、第１突起部２及び第２突起部３を中央として対称な２箇所に設けられている。
板部４の厚みＤは、管寄せ１１とスタブ管１２との離間寸法を規定する。本実施形態においては、管寄せ１１とスタブ管１２とを完全溶込み溶接にて接合することから、板部４の厚みＤは、完全溶込み溶接に適した２〜３ｍｍ程度とされている。また、板部４の長さＬは、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、板部４がスタブ管１２の外壁面を越えるように設定されている。
【００２２】
上述のように本実施形態の木駒１は、第１突起部２、第２突起部３及び板部４は一体化されて形成されている。本実施形態の木駒１は、可燃性材料である木材のみによって形成されており、具体的には接着剤等の化学製品を用いずに桜の木のみを圧縮成型することによって形成されている。
なお、桜の木以外の木を圧縮成型して木駒１を形成することも考えられる。ただし、木駒１は、スタブ管１２の重量を支える必要があり、また管寄せ１１とスタブ管１２との隙間寸法を精度高く設定する必要があることから、容易に変形しないように高い硬度を有していることが好ましい。一方で、製造コストを考慮すると、形成材料の加工が容易であること形成材料の値段が廉価であることが好ましい。このような条件を満足するためには、桜の木を用いることが好ましい。
【００２３】
次に、本実施形態の木駒１を用いてヘッダ１０を製造する方法について、図３及び図４を参照して説明する。なお、図３は、ヘッダ１０の製造方法を示すフローチャートである。また、図４は、ヘッダ１０の製造方法を模式的に示す断面図である。
【００２４】
図３に示すように、ヘッダ１０の製造方法では、部材配置工程（ステップＳ１）と、仮付け工程（ステップＳ２）と、木駒除去工程（ステップＳ３）と、本溶接工程（ステップＳ４）とを順に行う。なお、本発明における部材位置決め方法は、本実施形態において部材配置工程（ステップＳ１）と、仮付け工程（ステップＳ２）と、木駒除去工程（ステップＳ３）とによって構成される。また、本発明の位置決め用冶具除去工程は、本実施形態の木駒除去工程（ステップＳ３）に相当する。
【００２５】
部材配置工程（ステップＳ１）は、木駒１を介在させて管寄せ１１とスタブ管１２とを離間させて配置する工程である。
この部材配置工程では、まず、管寄せ１１のスタブ管取付け穴１１ｂに対して、木駒１の第１突起部２を差し込む。このとき、木駒１の２つ板部４が管寄せ１１の中心軸に沿った方向に配列されるように設置する。そして、端部が開先加工されたスタブ管１２を、穴１２ａに木駒１の第２突起部３が差し込まれるように配置する。これによって、図４（ａ）に示すように、スタブ管１２が板部４の上面４ａと当接し、管寄せ１１が板部４の下面４ｂと当接し、板部４の厚みＤの分だけ離間させた状態で管寄せ１１とスタブ管１２とを配置する。
【００２６】
仮付け工程（ステップＳ２）は、部材配置工程（ステップＳ１）後に管寄せ１１とスタブ管１２とを一部のみ溶接することで仮付けする工程である。
この仮付け工程（ステップＳ２）では、木駒の第１突起部２の側方に存在する上記スペースＳａと、第２突起部３の側方に存在する上記スペースＳｂに合わせた箇所にて溶接を行うことにより、図４（ｂ）に示すように管寄せ１１とスタブ管１２とを仮付けする。ここで、スペースＳａは木駒１からスタブ管取付け穴１１ｂの内壁までの距離が遠い領域であり、スペースＳｂは木駒１からスタブ管１２の穴１２ａの内壁までの距離が遠い領域である。このため、これらのスペースＳａ，Ｓｂに合わせて溶接を行うことで、溶接時に溶滴が木駒１に付着することを防止することができる。
【００２７】
木駒除去工程（ステップＳ３）は、仮付け工程（ステップＳ２）後に木駒１を除去する工程である。
この木駒除去工程（ステップＳ３）では、不図示のバーナを用いて木駒１を焼却する。木駒１は、上述のように可燃性材料である木材から形成されているため、バーナの火炎によって容易に燃やすことができる。このように木駒１を焼却することによって、図４（ｃ）に示すように、木駒１が除去され、管寄せ１１とスタブ管１２との位置決めが完了する。
【００２８】
なお、上述の部材配置工程（ステップＳ１）と、仮付け工程（ステップＳ２）と、木駒除去工程（ステップＳ３）とは、各スタブ管１２に対して行われる。つまり、全てのスタブ管１２が、上述の部材配置工程（ステップＳ１）と、仮付け工程（ステップＳ２）と、木駒除去工程（ステップＳ３）を経て管寄せ１１に対して位置決めされる。そして、全てのスタブ管１２が管寄せ１１に対して位置決めされた後に本溶接工程（ステップＳ４）が行われる。
【００２９】
本溶接工程（ステップＳ４）は、管寄せ１１とスタブ管１２との隙間をビードで埋めるように完全溶込み溶接を行う工程である。
本溶接工程（ステップＳ４）では、ＭＡＧ溶接によって、管寄せ１１とスタブ管１２との溶接を行う。ただし、ＭＡＧ溶接に限られるものではなく、ガス溶接や他のアーク溶接を行う構成を採用することも可能である。
【００３０】
次に、本実施形態の木駒１及び当該木駒１を用いた管寄せ１１とスタブ管１２との位置決め方法の効果について説明する。
本実施形態の木駒１は、可燃性材料である木材によって形成されている。木材からなる木駒１は、バーナによって焼却することによって容易に除去することができる。このため、管寄せ１１とスタブ管１２とを仮付けした後、容易に木駒１を除去することができる。したがって、本実施形態の木駒１及び当該木駒１を用いた管寄せ１１とスタブ管１２との位置決め方法によれば、従来のように金具を位置決め用冶具とする場合と比較して、短時間で位置決め用冶具を除去することができ、管寄せ１１とスタブ管１２との溶接を完了するまでの時間を短縮することが可能となる。よって、ヘッダ１０を短時間で製造することが可能となる。
【００３１】
また、本実施形態の木駒１は、木材のみから形成されている。接着剤等の化学製品は、燃焼させた場合にガス化し、管寄せ１１やスタブ管１２に付着することで、溶接品質を低下する原因となる。これに対して、本実施形態の木駒１を焼却する場合には、接着剤等の化学製品を用いていないことから溶接品質を低下させる原因となるガスが発生しない。したがって、本実施形態の木駒１によれば、高い溶接品質を維持することが可能となる。
【００３２】
また、本実施形態の木駒１は、管寄せ１１に設けられるスタブ管取付け穴１１ｂに差し込まれる第１突起部２と、スタブ管１２の穴１２ａに差し込まれる第２突起部３と、上面４ａにスタブ管１２の端部が当接されると共に下面４ｂに管寄せ１１が当接される板部４とを備える。このため、第１突起部２及び第２突起部３によって、管寄せ１１及びスタブ管１２が水平移動することを防止することができ、管寄せ１１及びスタブ管１２が水平方向に位置ズレを生じることを防止することができる。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３４】
例えば、上記実施形態においては、本発明の位置決め用冶具が、木材からなる木駒１である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、セラミックスからなる位置決め用冶具を用いることも可能である。セラミックスはハンマ等で衝撃を与えることによって容易に破壊することが可能である。したがって、セラミックスから形成される位置決め用冶具を採用する場合には、ハンマ等で叩いて破壊することによって、容易に位置決め用冶具を除去することができる。なお、セラミックスで位置決め用冶具を形成する場合であっても、その形状は、木駒１と同様のものを採用することができる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、木材のみからなる木駒１を用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、焼却した場合に溶接品質を悪化させる原因となるガスとならない材料を木駒１に混ぜることも可能である。例えば、このような材料からなる接着剤を木駒１に混ぜることによって、木駒１をより形状変化し難いものとすることが可能となる。また、例えば、木駒１に対して、主材料の木材よりも燃焼性の高い材料を混ぜることによって、より短時間で木駒１を焼却することが可能となる。
【００３６】
また、上記実施形態においては、木駒１の板部４が平板である構成について説明した。しかしながら、例えば、板部４を管寄せ１１の周壁部１１ａの表面に沿う形状に湾曲させ、木駒１を管寄せ１１に設置する場合に、２つの板部４を管寄せ１１の中心軸と直交する方向に並ぶように配置しても良い。これによって、曲面である管寄せ１１の表面に板部４が面接触することとなり、木駒１を安定させることが可能となる。
【００３７】
また、上記実施形態においては、本発明の第１の部材が管寄せ１１であり、第２の部材がスタブ管１２である構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、他の部材同士を溶接する場合にも適用することができる。例えば、本発明では、第１の部材が伝熱管であり、第２の部材がスタブ管とする構成を採用することもできる。また、第１の部材及び第２の部材がボイラの構成要素である必要もなく、例えば第１の部材及び第２の部材がプラスチック部材であっても良い。
【符号の説明】
【００３８】
１……木駒（位置決め用冶具）、２……第１突起部、３……第２突起部、４……板部（当接部）、４ａ……上面（表面）、４ｂ……下面（裏面）、１０……ヘッダ、１１……管寄せ（第１の部材）、１１ａ……周壁部、１１ｂ……スタブ管取付け穴、１２……スタブ管（第２の部材）、１２ａ……穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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