(57)【要約】【課題】管を肉盛り溶接する時に、材料の希釈や管の曲り、硬化を低減する。【解決手段】管Ｐ内に冷却水を循環させて冷却し、肉盛り溶接位置Ｐｗより前方の第１先行位置Ｐ１で第１先行アーク溶接電源２２により裏面を加熱し、第１先行位置Ｐ１と肉盛り溶接位置Ｐｗの間の第２先行位置Ｐ２で第２先行アーク溶接電源２３により管Ｐの裏面を加熱し、肉盛り溶接位置Ｐｗの肉盛り入熱量Ｑ１に対して、第１先行位置Ｐ１の入熱量Ｑ３１と第２先行位置の入熱量Ｑ３２の総和を小さくするとともに、第１先行位置Ｐ１の入熱量Ｑ３１より第２先行位置の先行入熱量Ｑ３２を小さくし、肉盛り入熱量Ｑ１、第１先行入熱量Ｑ３１および第２先行入熱量Ｑ３２をそれぞれ調整して管Ｐの表面と裏面の曲がりを均等化する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の表面を軸心方向に沿って肉盛り溶接する際に、当該管を裏面から加熱する管の肉盛り溶接方法であって、
管内に冷却水を循環させ、
肉盛り溶接位置より溶接方向前方の第１先行位置で裏面を加熱し、
管の裏面で前記第１先行位置と前記肉盛り溶接位置の間の第２先行位置で、管の裏面で加熱し、
肉盛り溶接位置の肉盛り入熱量に対して、第１先行位置の第１先行入熱量と第２先行位置の第２先行入熱量の総和を小さくするとともに、
前記第１先行入熱量より前記第２先行入熱量を小さくし、
前記肉盛り入熱量と、前記第１先行入熱量および前記第２先行入熱量とを調整して管の表面と裏面の曲がりを均等化する
ことを特徴とする管の肉盛り溶接方法。
【請求項２】
第１先行位置での加熱温度が管の焼入れ温度以上となった場合に、第２先行位置の加熱温度を、管の焼戻し温度以上として管の裏面の硬化を低減する
ことを特徴とする請求項１記載の管の肉盛り溶接方法。
【請求項３】
管の初端部では、肉盛り溶接開始位置の溶接方向後方の原点位置から、第１先行位置、第２先行位置の裏面の加熱を開始し、管軸心方向前方に移動させて前記肉盛り溶接開始位置を通過させ、
前記肉盛り溶接開始位置で表面の肉盛り溶接を開始する
ことを特徴とする請求項１または２記載の管の肉盛り溶接方法。
【請求項４】
第１先行位置の入熱量が大きくなると、第２先行位置を第１先行位置に接近させるか、または第２先行位置の入熱量を増大する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の管の肉盛り溶接方法。
【請求項５】
管の表面を肉盛り溶接する時に、当該管を裏面から加熱する管の肉盛り溶接装置であって、
管内に冷却水を流送して肉盛り材料の希釈を減少する冷却装置と、
肉盛り溶接位置に配置されて管の表面に肉盛り材料を溶接する消耗電極式の肉盛りアーク溶接電源と、
前記肉盛り溶接位置より所定距離前方の第１先行位置で裏面を加熱する非消耗電極式の第１先行アーク溶接電源と、
前記第１先行位置と前記肉盛り溶接位置の間の第２先行位置で、裏面を前記第１先行位置の第１先行入熱量より小さい第２先行入熱量で加熱する非消耗電極式の第２先行アーク溶接電源と、
を具備したことを特徴とする管の肉盛り溶接装置。
【請求項６】
肉盛りアーク溶接電源は、ＭＩＧ溶接機またはＭＡＧ溶接機であり、
第１先行アーク溶接電源および第２先行アーク溶接電源は、ＴＩＧ溶接機またはプラズマ溶接機である
ことを特徴とする請求項５記載の管の肉盛り溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば熱交換器などの高温に晒される伝熱管に肉盛り層を形成するための管の肉盛り溶接方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば高温に晒される伝熱管の外周部に、減耗対策として、管軸心方向または管周方向に肉盛り層を形成することは良く知られている。たとえば伝熱管の外周部に、管軸心方向に沿って肉盛り溶接する場合、溶接部を周方向に変更して複数回、パスを繰り返すことにより、全周面や半周面にわたって肉盛り溶接する。ところで、１パスごとに、肉盛り層側が収縮して伝熱管が湾曲状に変形し、次の肉盛り溶接に支障を来すため、１パスごとに伝熱管を直線状に矯正する作業が必要となる。
【０００３】
たとえば薄板パネルの表面に付属品を隅肉溶接する際に、溶接線に沿った前方を先行加熱することにより、薄板パネルの歪みを防止する技術が、特許文献１に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３５５７６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、焼却炉や熱交換器の伝熱管の肉盛り溶接に際して、十分な幅や厚みの肉盛り層を形成するには、十分な入熱量が必要となるが、入熱量が大きいと管母材が深部まで溶け込み、管母材と肉盛り材料との希釈が促進されて、肉盛り層の耐久性が低下する恐れがある。また先行加熱部分でも、肉盛り溶接部に対応する入熱量が必要となるが、局部的に入熱量が大きいと、管母材が溶融したり、また焼入れ温度以上に加熱されると、硬化組織を生成する恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決して、管母材と肉盛り材料との希釈を減少しつつ、加熱部分の溶融や硬化を防止し、さらに肉盛り溶接後の管の曲がりを減少させることができる管の肉盛り溶接方法および装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、
管の表面を肉盛り溶接する時に、当該管を裏面から加熱する管の肉盛り溶接方法であって、
管内に冷却水を循環させ、
肉盛り溶接位置より所定距離前方の第１先行位置の裏面を加熱し、
管の裏面で前記第１先行位置と前記肉盛り溶接位置の間の第２先行位置を加熱し、
肉盛り溶接位置の肉盛り入熱量に対して、第１先行位置の第１先行入熱量と第２先行位置の第２先行入熱量の総和を小さくするとともに、前記第１先行入熱量より前記第２先行入熱量を小さくし、
前記肉盛り入熱量と、前記第１先行入熱量および前記第２先行入熱量とを調整して管の表面と裏面の曲がりを均等化することを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、
第１先行位置での加熱温度が管の焼入れ温度以上となった場合に、第２先行位置の加熱温度を、管の焼戻し温度以上として管の裏面の硬化を低減することを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の構成において、
管の初端部では、肉盛り溶接開始位置の溶接方向後方の原点位置から、第１先行位置、第２先行位置の裏面の加熱を開始し、管軸心方向前方に移動させて前記肉盛り溶接開始位置を通過させ、
前記肉盛り溶接開始位置で表面の肉盛り溶接を開始することを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成において、
第１先行位置の入熱量が大きくなると、第２先行位置を第１先行位置に接近させるか、または第２先行位置の入熱量を増大することを特徴とする。
【００１１】
請求項５記載の発明は、
管の表面を肉盛り溶接する時に、当該管を裏面から加熱する管の肉盛り溶接装置であって、
管内に冷却水を流送して肉盛り材料の希釈を減少させる管冷却装置と、
肉盛り溶接位置に配置されて管の表面に肉盛り材料を溶接する消耗電極式の肉盛りアーク溶接電源と、
前記肉盛り溶接位置より所定距離前方の第１先行位置で裏面を加熱する非消耗電極式の第１先行アーク溶接電源と、
前記第１先行位置と前記肉盛り溶接位置の間の第２先行位置で裏面を、第１先行位置の第１先行入熱量より小さい第２先行入熱量で加熱する非消耗電極式の第２先行アーク溶接電源と、を具備したことを特徴とする。
【００１２】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の構成において、
肉盛りアーク溶接電源は、ＭＩＧ溶接機またはＭＡＧ溶接機であり、
第１先行アーク溶接電源および第２先行アーク溶接電源は、ＴＩＧ溶接機またはプラズマ溶接機であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、管内に冷却水を流送することにより、管母材の過熱を防止して肉盛り材料が管母材に溶け込むのを減少させ、肉盛り材料の希釈量を低減することができる。また肉盛り溶接位置の肉盛り入熱量に比較して、第１先行入熱量＋第２先行入熱量を小さくすることにより、管の表面と裏面の収縮量を均等にして、肉盛り溶接による管の曲がりを防止することができる。これにより、先行加熱における管母材の溶融や焼入れ温度以上の過熱を減少させることができ、全体として小さい熱エネルギーで肉盛り溶接ができてエネルギーコストを削減することができる。さらに、第１先行位置と第２先行位置とに分けてタンデムで先行加熱することで、それぞれの入熱量を小さくすることができ、局部的に過剰な加熱による管母材の溶融や硬化を防止することができる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、第１先行位置で管が焼入れ温度以上に加熱された場合、第２先行位置で管の焼戻し温度以上に加熱することにより、管母材を焼戻しして硬化組織を改質でき、硬化を低減することができる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、原点位置から肉盛り溶接開始位置までの間で、第１先行位置、第２先行位置において加熱しつつ溶接方向前方に移動させて、肉盛り溶接開始位置の前後の所定範囲で、管の裏面を予熱しておき、肉盛り溶接開始位置から肉盛り溶接を開始することで、管の曲がりを効果的に防止することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明によれば、肉盛り溶接位置の入熱量増加に対応して、第１先行位置の入熱量が増加される時に、第２先行位置の入熱量を増大させるか、または第２先行位置を第１先行位置に接近させることにより、肉盛り溶接部と先行加熱部の入熱量をバランスさせて管の曲がりを防止することができ、硬化組織の改質が可能となる。
【００１７】
請求項５記載の発明によれば、冷却装置により、管内に冷却水を流送して管母材が過熱されて溶け込みが深くなるのを防止するので、肉盛り材料が管母材に深くまで溶け込み、肉盛り材料が希釈されるのを効果的に防止することができる。また消耗電極式の肉盛りアーク溶接電源による肉盛り入熱量に対して、小さい第１先行アーク溶接電源と第２先行アーク溶接電源の先行入熱量で、管の表面と裏面の収縮量を均等にして管の曲がり防止することができる。さらに、第１先行入熱量より第２先行入熱量を小さくすることにより、過剰な加熱による管母材の溶融と、焼入れ温度以上の過熱を防止して硬化組織の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る管の肉盛り溶接装置の実施例を示す要部の側面図である。
【図２】溶接装置の全体側面図である。
【図３】ウィービングを説明する溶接部の概略横断面図である。
【図４】先行加熱位置の温度勾配を示すグラフである。
【図５】肉盛り溶接開始位置の説明図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）は裏面加熱の比較例を示し、（ａ）は肉盛り溶接位置と同一位置での裏面加熱を示す説明図、（ｂ）はシングルトーチ式の先行裏面加熱を示す説明図である。
【図７】シングルトーチ式とタンデムトーチ式の裏面加熱実験における管の変形量を表したグラフおよび説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、この溶接設備は、ベースフレーム１１上に、肉盛りする長尺（たとえば１０ｍ前後）の管Ｐを水平に保持する管支持具１２が前後一対設置され、図示しないレールを介して溶接台車１３が管Ｐと平行で前後方向に移動自在に配置されている。またベースフレーム１１上には、管Ｐの中間部を支持する複数のサポート台車１４が前後方向に移動、固定自在に配置されている。さらに管Ｐ内に冷却水を循環させて管Ｐを冷却する管冷却装置１５が設けられている。この管冷却装置１５は、管Ｐの両端部にそれぞれロータリジョイント等を介して接続される給水ホース１６ｉおよび排水ホース１６ｏと、これら給排水ホース１６ｉ，１６ｏが接続された循環ポンプ１７と、給水ホース１６ｉ側に介在されて冷却水の温度を調整可能な冷却装置１８と、循環ポンプ１７および冷却装置１８を制御して略均一に管Ｐを冷却可能な管冷却制御装置１９とを具備している。
【００２０】
図１，図２に示すように、溶接台車１３には、肉盛り溶接位置Ｐｗで管Ｐの表面（上面）に肉盛り溶接するための消耗電極式の肉盛りアーク溶接電源２１と、肉盛りアーク溶接電源２１の溶接方向前方の肉盛り溶接位置Ｐｗで管Ｐをセンシングする上側倣い装置２４と、当該肉盛りアーク溶接電源２１より溶接方向前方の第１先行位置Ｐ１で管Ｐの裏面（下面）を加熱する非消耗電極式の第１先行アーク溶接電源２２と、第１先行位置Ｐ１と肉盛り溶接位置Ｐｗの間の第２先行位置Ｐ２で管Ｐの裏面を加熱する非消耗電極式の第２先行アーク溶接電源２３と、第１アーク溶接電源２２の溶接方向前方の管Ｐをセンシングする下側習い装置２５と、を具備している。
【００２１】
（溶接電源）
ここで、肉盛りアーク溶接電源２１には、たとえばＭＩＧ溶接機（Metal inert gas welding）またはＭＡＧ溶接機（Metal active gas welding）などのＧＭＡ溶接機(Gas metal arc welding)が採用され、溶接電極２１ｔに肉盛り材料となる溶接線２１ｂが供給される。また第１先行アーク溶接電源２２および第２先行アーク溶接電源２３には、たとえば非消耗式のタングステン電極２２ｔ，２３ｔを有し十分な熱量を管Ｐの裏面に供給可能なＴＩＧ溶接機（Tungsten inert gas welding）、またはプラズマアーク溶接機が採用される。
【００２２】
（ウィービング）
図３に示すように、肉盛りアーク溶接電源２１は、管軸心に対して直角な水平方向に溶接電極２１ｔをウィービングさせる直線方向移動式のウィービング装置（図示せず）を具備し、たとえば溶接線２１ｂの出退と溶接電流波形を同期させて制御することで、アーク長の変動に対応できるＣＭＴ電源（Cold Metal Transfer）を搭載しており、ＣＭＴ電源により肉盛りアーク溶接電源２１の構造を簡略化させるとともに、所定の角度範囲の幅で肉盛り溶接することができる。さらに、管Ｐを周方向一定角度ごとに回転させて、５〜６パスの肉盛り溶接を行うことにより、たとえば管Ｐの半周に肉盛りを施す。もちろん、複数パスの肉盛り溶接により、全周または任意の角度範囲に肉盛りしてもよい。
【００２３】
第１先行アーク溶接電源２２および第２先行アーク溶接電源２３は、管Ｐの軸心を中心とする弧方向移動式のウィービング装置（図示せず）を具備し、管Ｐの外周面とタングステン電極２２ｔ，３３ｔとの距離を一定にしてアーク長を維持するように構成される。これにより、先行の裏面を所定の角度範囲の幅で安定して行うことができる。
【００２４】
（管母材と先行加熱位置）
この肉盛り溶接装置において、肉盛り対象となる管Ｐは、たとえばボイラや熱交換器に使用される伝熱管で、炭素鋼鋼管であるが、その他の材質や用途であってもよい。
【００２５】
また管Ｐの外径は、たとえば１８ｍｍ以上で１００ｍｍ以下である。また肉盛り溶接位置Ｐｗから第１先行位置Ｐ１まで距離Ｌ１は、たとえば５０ｍｍ以上で７００ｍｍ以下であり、また第１先行位置Ｐ１から後続の第２先行位置Ｐ２までの距離Ｌ２は、たとえば５０ｍｍ以上で２００ｍｍ以下である。
【００２６】
［先行加熱の入熱量]
（比較例１）
まず、図６（ａ）に示すように、肉盛り溶接位置Ｐｗで肉盛り溶接と曲がり防止のための加熱を同一位置で行う、すなわち表面をＭＡＧ溶接電源（トーチ）Ｗ１により入熱量：Ｑ１で入熱して肉盛り溶接し、その裏面をＴＩＧ溶接機（トーチ）Ｗ２により入熱量：Ｑ２で加熱した場合、略同一の入熱量（Ｑ１≒Ｑ２）で入熱されることで、表面と裏面との伸縮量が同一となり管Ｐの曲がりがバランスされて、管Ｐが変形しない。しかし、ＭＡＧ溶接機Ｗ１は肉盛り材料があるため熱変形（膨張⇒収縮）が大きく、ＴＩＧ溶接機Ｗ２は肉盛り材料が無いため熱変形（膨張⇒収縮）が小さい。したがって、表面のＭＡＧ溶接機Ｗ１の入熱量Ｑ１に比較して、裏面のＴＩＧ溶接機Ｗ２の入熱量を幾分大きくする必要がある。また、肉盛り溶接位置Ｐｗでの裏面の入熱量が大きく、特に裏面では管母材が焼入れ温度以上に加熱されて、溶け込み深さも大きく、冷却されることで管母材に硬化組織が生成される恐れがある。
【００２７】
（比較例２）
また図６（ｂ）に示すように、加熱位置を先行させたシングルトーチ式の場合、すなわち肉盛り溶接位置Ｐｗで表面をＭＡＧ溶接機（トーチ）Ｗ１により入熱量：Ｑ１で入熱して肉盛り溶接し、所定距離Ｌだけ溶接方向前方の先行位置Ｐｆで、その裏面をＴＩＧ溶接機（トーチ）Ｗ２１により入熱量：Ｑ２１で加熱するものである。この方式では、ＴＩＧ溶接機Ｗ２１により、先行位置Ｐｆで裏面が一旦加熱膨張された後、冷却されて収縮し曲がった状態の肉盛り溶接位置ＰｗでＭＡＧ溶接機Ｗ１により表面が肉盛り溶接されるので、先行位置ＰｆのＴＩＧ溶接が少ない入熱量（Ｑ１＞Ｑ２１）であっても、表面のＭＡＧ溶接機Ｗ１による肉盛り溶接との熱変形をバランスさせて管の変形を小さくできることが、発明者等の実験により判明している。
【００２８】
しかしながら、シングルトーチ式の先行加熱であっても、先行位置ＰｆでＴＩＧ溶接機Ｗ２１から十分に大きい入熱量Ｑ２１が必要であり、管母材の形状や材質、剛性などにより、管母材が焼入れ温度以上に加熱されて深く溶け込み、肉盛り材料の希釈や管母材に硬化組織が生成される恐れがあった。
【００２９】
（本発明）
本発明に係るタンデムトーチ式の先行加熱は、図１に示すように、肉盛り溶接位置Ｐｗで肉盛りアーク溶接電源２１により、入熱量（肉盛り入熱量）：Ｑ１で表面に入熱して肉盛り材料を肉盛り溶接する。そして、肉盛り溶接位置Ｐｗから第１トーチ間隔Ｌ１だけ前方の第１先行位置Ｐ１で、第１先行アーク溶接電源２２により入熱量（第１先行入熱量）：Ｑ３１で裏面に加熱する。さらに先行位置Ｐ１から第２トーチ間隔Ｌ２だけ後方の第２先行位置Ｐ２で、第２先行アーク溶接電源２３により入熱量（第２先行入熱量）：Ｑ３２で裏面を再加熱する。ここで、第３トーチ間隔Ｌ３は、肉盛り溶接位置Ｐｗと第２先行位置Ｐ２と距離を示す。
【００３０】
上記タンデムトーチ式の先行加熱において、図４に示すように、第１先行位置Ｐ１で管母材の裏面に入熱量Ｑ３１で加熱されて裏面が一旦加熱膨張し、さらに管母材が冷却されて裏面が収縮した後、第２先行位置Ｐ２で管母材の裏面に入熱量Ｑ３２で再加熱される。この第２先行位置Ｐ２では、完全に冷却されず、管母材は先の入熱量Ｑ３１の一部を保持しているため、入熱量Ｑ３２は第１先行位置Ｐ１の入熱量Ｑ３１より小さくてもよい。次いで管母材が冷却されて裏面が収縮された後（Ｌ２＜Ｌ３）、肉盛り溶接位置Ｐｗで管母材の表面に入熱量Ｑ３１で肉盛り溶接される。ここで、先行加熱の総和入熱量（Ｑ３１＋Ｑ３２）が、肉盛り溶接時の入熱量Ｑ１（またはたシングルトーチ式の先行加熱の熱量Ｑ２１）より小さくても、管Ｐの変形を矯正することができる。
【００３１】
このタンデム式の先行加熱における各入熱量（J/mm）は、Ｑ１＞（Ｑ３１＋Ｑ３２）…（１式）の関係となり、Ｑ３１＞Ｑ３２…（２式）の関係となる。
さらに、図４に示すように、第１先行位置Ｐ１の入熱量Ｑ３１により、管母材が焼入れ温度以上に加熱された場合、第２先行位置Ｐ２で入熱量Ｑ３２により焼戻し温度以上に加熱する必要がある。焼戻し温度未満では、入熱量Ｑ３１によりトーチ間隔Ｌ２における冷却で形成された硬化組織を改質することができないからである。
【００３２】
ところで、タンデムトーチ式の先行加熱を実施する場合、各トーチ間隔Ｌ１〜Ｌ３は、管Ｐの剛性（厚みや材質など）やそれぞれの入熱量Ｑ１、Ｑ３１、Ｑ３２を考慮して、後管Ｐの変形を低減できる値を設定する必要がある。
【００３３】
たとえば肉盛りアーク溶接電源２１の入熱量Ｑ１や、第１先行アーク溶接電源２２の入熱量Ｑ３１、第２先行アーク溶接電源２３の入熱量Ｑ３２が大きい場合、または材質や大きい厚みなどに起因して管Ｐの剛性が高い場合、管Ｐの大きい変形を矯正可能な効果が大きくなるように、トーチ間隔Ｌ１およびトーチ間隔Ｌ３を長く設定する。反対に、肉盛りアーク溶接電源２１の入熱量Ｑ１や、第１先行アーク溶接電源２２の入熱量Ｑ３１、第２先行アーク溶接電源２３の入熱量Ｑ３２が小さい場合、または材質や小さい厚みなどに起因して管Ｐの剛性が低い場合、管Ｐの変形を矯正する効果が小さくてもよく、トーチ間隔Ｌ１およびＬ３を短く設定する。
【００３４】
さらに、第１，第３トーチ間隔Ｌ１，Ｌ３が適正値よりも大きい場合、管Ｐの裏面の収縮が完了した状態で、肉盛り溶接が行われるため、管Ｐの裏面の変形量が肉盛り溶接による変形量より大きくなって、十分に矯正されず、裏面が内周側をとなる湾曲状に変形する。反対に第１，第３トーチ間隔Ｌ１，Ｌ３が適正値よりも小さい場合、管Ｐの裏面が十分に収縮していない状態で、肉盛り溶接が行われるため、管Ｐの裏面の変形量が肉盛り溶接による変形量より小さくなって、十分に矯正されず、表面が内周側となるように湾曲状に変形する。
【００３５】
さらに、第２トーチ間隔Ｌ２と第２先行アーク溶接電源２３の入熱量Ｑ３２を考慮する必要がある。第２トーチ間隔Ｌ２が適正値よりも大きい場合、第１先行アーク溶接電源２２による加熱状態から十分に冷却されて管母材の温度が下がるため、第２先行アーク溶接電源２３により再加熱されても、焼戻し温度まで再加熱することができず、硬化組織を改質することができないことがある。反対に、第２トーチ間隔Ｌ２が適正値よりも小さい場合、第１先行アーク溶接電源２２による加熱状態からあまり冷却されずに管母材の温度が高く、第２先行アーク溶接電源２３により再加熱されると、焼入れ温度まで再加熱されることになり、その後冷却水により急冷されると、硬化組織を形成することがある。同時に、第１，第２先行アーク溶接電源２２，２３の入熱量の総和（Ｑ３１＋Ｑ３２）が大きくなるため、管Ｐの裏面の変形量が、肉盛り溶接電源２１による変形量より大きくなって、直線状に矯正されず、表面が内周側となる湾曲状に変形することがある。
【００３６】
（タンデムトーチ式とシングルトーチ式の先行裏面加熱の実験）
ここで図７を参照して、タンデムトーチ式の先行加熱とシングルトーチ式の先行加熱により、外径３８．２ｍｍ，長さ１５００ｍｍの炭素鋼鋼管に１パスの肉盛り溶接を施した場合の管Ｐの変形量を計測した実験結果を説明する。
【００３７】
ここで、肉盛りアーク溶接電源２１にＭＡＧ溶接トーチ、第１先行アーク溶接電源２２にＴＩＧ溶接トーチ、第２先行アーク溶接電源２３にＴＩＧ溶接トーチを使用した。また、ここで、タンデムトーチ式の第１トーチ間隔Ｌ１＝２５０ｍｍ、第２トーチ間隔Ｌ２＝９０mm、シングルトーチ式のトーチ間隔Ｌ＝２４０ｍｍである。さらにタンデムトーチ式の入熱量は、Ｑ１＞（Ｑ３１＋Ｑ３２）であり、かつＱ３１＞Ｑ３２であった。シングルトーチ式の入熱量は、Ｑ１＞Ｑ２２である。
【００３８】
上記実験によれば、シングルトーチ式の先行加熱で管Ｐの変形量が約０．４mmであるのに対して、タンデムトーチ式の先行加熱で管Ｐの変形量が約０．１mmであり、タンデムトーチ式の先行加熱がシングルトーチ式の先行加熱に比較して、管Ｐの変形量を十分に小さくできることが判明した。
【００３９】
（溶接初端部の動作）
肉盛り溶接するに際して、管Ｐの初端部における動作を、図５を参照して説明する。
管Ｐの初端部の加熱の動作の概要は、肉盛り溶接開始位置Ｗｓの溶接方向後方の原点位置Ｗｐから、第１先行位置の第１先行アーク溶接電源２２と、第２先行位置の第２先行アーク溶接電源２３を起動して裏面の加熱を開始し、溶接台車１３を前方に移動させて肉盛り溶接開始位置Ｗｓを通過させ、肉盛り溶接開始位置置Ｗｓで表面の肉盛りアーク溶接電源２１を起動して肉盛り溶接を開始するものである。
【００４０】
すなわち、溶接台車１３を原点位置に停止させ、肉盛りアーク溶接電源２１を停止するとともに、第１先行アーク溶接電源２２および第２先行アーク溶接電源２３を起動して管の裏面を予熱し、溶接台車１３を原点Ｗｐから肉盛り溶接開始位置Ｗｓに向かって前進させる。そして肉盛りアーク溶接電源２１が原点Ｗｐから肉盛り溶接開始位置Ｗｓに至る間で、第１先行アーク溶接電源２２により管Ｐの裏面を第１先行予熱区間Ｌｐ１に沿って予熱するとともに、第２先行アーク溶接電源２３により管Ｐの裏面を第２先行予熱区間Ｌｐ２に沿って予熱する。さらに溶接台車１３を前進させて第１先行アーク溶接電源２２および第２先行アーク溶接電源２３が、肉盛り溶接開始位置Ｗｓを通過する。
【００４１】
これにより、肉盛り溶接開始位置Ｗｓの後方では、第１先行アーク溶接電源２２により第１先行予熱区間Ｌｐ１が予熱され、第２先行アーク溶接電源２３により第２先行予熱区間Ｌｐ２が予熱される。また肉盛り溶接開始位置Ｗｓの前方では、第１先行アーク溶接電源２２により第１トーチ間隔Ｌ１が予熱され、第２先行アーク溶接電源２３により第３トーチ間隔Ｌ３が予熱される。このように、肉盛り溶接開始位置Ｗｓの前後で管Ｐの裏面が十分に予熱された状態で、肉盛りアーク溶接電源２１により溶接開始位置Ｗｓから肉盛り溶接が開始される。
【００４２】
ここで、たとえば第１先行予熱区間Ｌｐ１は、少なくともＬ１以上であり、第２先行予熱区間Ｌｐ２は、少なくとも第１先行予熱区間Ｌｐ１＋Ｌ２である。
上記構成において、肉盛り溶接開始位置Ｗｓより第１トーチ間隔後方の原点位置Ｗｐから第１先行アーク溶接電源２２と第２先行アーク溶接電源２３を起動して管Ｐの裏面を予熱しておき、肉盛り溶接開始位置Ｗｓで、肉盛りアーク溶接電源２１を起動して肉盛り溶接を開始するので、肉盛り溶接開始位置Ｗｓから溶接方向前方の管Ｐの変形を効果的に防止することができ、管始端部で変形が大きくて不適正な肉盛り溶接部の無駄をなくすことができる。
【００４３】
上記実施例によれば、管冷却装置１５により管Ｐを冷却水により冷却することにより、管母材の過熱を防止して肉盛り材料の希釈を低減することができる。また肉盛り溶接位置Ｐｗの肉盛りアーク溶接電源２１による肉盛り入熱量Ｑ１に比較して、第1，第2先行アーク溶接電源２２，２３による（入熱量Ｑ３１＋入熱量Ｑ３２）を小さくしても、肉盛り溶接による管Ｐの曲がりを防止することができる。また、これにより先行加熱による管母材底面の溶融や焼入れ温度以上の過熱を減少させることができ、全体として小さい熱エネルギーでエネルギーコストを削減することができる。さらに、第１先行入熱量Ｑ３１より第２先行入熱量Ｑ３２を小さくすることにより、過剰な加熱による管母材の溶融や硬化を防止することができる。
【００４４】
また、第１先行位置Ｐ１で管Ｐが焼入れ温度以上に加熱された場合に、第２先行位置Ｐ２で管を焼戻し温度以上に加熱することにより、管母材を焼戻しして硬化組織を改質することができる。
【００４５】
さらに、第１先行位置Ｐ１および第２先行位置Ｐ２で加熱しつつ原点位置Ｗｐから肉盛り溶接開始位置Ｗｓの間で移動することで、管Ｐの裏面を予熱しておき、肉盛り溶接開始位置Ｗｓで肉盛り溶接を開始することで、管Ｐの曲がりを効果的に防止することができる。
【００４６】
さらにまた、肉盛り溶接位置Ｐｗにおける入熱量Ｑ１の増加に対応して、第１先行位置Ｐ１の入熱量Ｑ３１が増加した時に、第２先行位置Ｐ２の入熱量Ｑ３２を増大させるか、または第２先行位置Ｐ２を第１先行位置Ｐ１に接近させることにより、肉盛り溶接部の入熱量Ｑ１と先行加熱部Ｐ１，Ｐ２の入熱量（Ｑ１＋Ｑ２）をバランスさせることができ、管Ｐの曲がりを防止することができる。
【符号の説明】
【００４７】
Ｐ      管
Ｐｗ    肉盛り溶接位置
Ｐ１    第１先行位置
Ｐ２    第２先行位置
Ｑ１    入熱量（肉盛り入熱量）
Ｑ３１  入熱量（第１先行入熱量）
Ｑ３２  入熱量（第２先行入熱量）
１１    ベースフレーム
１２    管支持具
１３    溶接台車
１４    サポート台車
１５    管冷却装置
１６ｉ  給水ホース
１６ｏ  排水ホース
１７    循環ポンプ
１８    冷却装置
１９    管冷却制御装置
２１    肉盛りアーク溶接電源
２１ｔ  溶接トーチ
２１ｂ  溶接線
２２    第１先行アーク溶接電源
２２ｔ  タングステントーチ
２３    第２先行アーク溶接電源
２３ｔ  タングステントーチ
【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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