(57)【要約】【課題】低温環境下における溶接割れ等の溶接不良の発生を回避し、溶接作業効率と経済的を向上させる。【解決手段】本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、溶接母材の溶接部同士を突き合わせ位置に位置決めする位置決めステップＡと、上記溶接部を所定の温度に予熱する一次予熱ステップＢと、溶接部を仮溶接する仮溶接ステップＣと、溶接部を所定の温度に再度予熱する二次予熱ステップＤと、溶接部を本溶接する本溶接ステップＥと、溶接後の溶接部を徐冷する徐冷ステップＦとを有することを特徴とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接母材の溶接部同士を突き合わせ位置に位置決めする位置決めステップと、上記溶接部を所定の温度に予熱する一次予熱ステップと、溶接部を仮溶接する仮溶接ステップと、溶接部を所定の温度に再度予熱する二次予熱ステップと、溶接部を本溶接する本溶接ステップと、溶接後の溶接部を徐冷する徐冷ステップとを有することを特徴とする突き合わせ溶接施工方法。
【請求項２】
前記一次予熱ステップおよび二次予熱ステップにおける予熱温度を２０℃〜１００℃の範囲に設定することを特徴とする請求項１に記載の突き合わせ溶接施工方法。
【請求項３】
前記溶接母材が管状材である場合に、前記仮溶接ステップにおける仮溶接長を２０ｍｍ以上に設定し、かつ仮溶接箇所を２箇所として対向位置に配置することを特徴とする請求項１に記載の突き合わせ溶接施工方法。
【請求項４】
前記徐冷ステップにおいて溶接後の溶接部の温度を１００℃以上に保ち、この状態を１０分間以上保持することを特徴とする請求項１に記載の突き合わせ溶接施工方法。
【請求項５】
前記一次予熱ステップおよび二次予熱ステップにおける溶接部の予熱を、電熱ヒーター付の予熱ジャケットで溶接部を覆うことにより行うことを特徴とする請求項１に記載の突き合わせ溶接施工方法。
【請求項６】
前記予熱ジャケットで予熱する部分を溶接部から５０ｍｍ程離間させることを特徴とする請求項５に記載の突き合わせ溶接施工方法。
【請求項７】
前記位置決めステップにおける溶接部の位置決めを、対向する溶接母材の溶接部同士を仮固定するクランプ状の位置決め治具により行い、前記一次予熱ステップにおける溶接部の予熱を、電熱ヒーター付の予熱ジャケットで溶接部を覆うことにより行い、上記位置決め治具の前記溶接母材軸方向に沿う長さを上記予熱ジャケットの設置位置内寸と同寸法に設定する請求項１に記載の突き合わせ溶接施工方法。
【請求項８】
前記徐冷ステップにおける溶接部の徐冷を、溶接部を覆う保温ジャケットにより行うことを特徴とする請求項１に記載の突き合わせ溶接施工方法。
【請求項９】
前記一次予熱ステップおよび二次予熱ステップにおける溶接部の予熱を、溶接部を覆う電熱ヒーター付の予熱ジャケットにより行い、前記徐冷ステップにおける溶接部の徐冷を、上記予熱ジャケットで溶接部を覆うことにより行うことを特徴とする請求項１に記載の突き合わせ溶接施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、屋外ボイラーチューブ等の金属配管材、金属板材等の突き合わせ溶接に係り、特に寒冷地等の低温環境下における溶接不良を回避するための突き合わせ溶接施工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、ボイラーチューブ等に使用される引張り強さ４００Ｎ／ｍｍ２クラスの炭素鋼材料は、少なくとも５℃以上の温度環境下で溶接することが望ましいとされている。これは、５℃以下の低温環境下で溶接すると溶接部の急加熱と急冷却とにより溶接部の割れ等の溶接不良が発生しやすいためである。このため、５℃以下の寒冷期における屋外でのボイラーチューブ等の溶接作業は殆ど実施されていないのが現状である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように低温環境下（特に−２０℃〜５℃）でボイラーチューブ等の溶接を行った際に溶接部に割れ等の溶接不良が生じることの主な原因は、溶接母材金属の急激な熱膨張および熱収縮のためであるが、さらに溶接時の溶融部に水素が入り込んだ場合、溶融部が急冷却されると同時に水素が溶接部に溜まり、これが時間の経過とともに拡散性水素となって水素脆性と呼ばれる溶接割れが生じる。
【０００４】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、低温環境下における溶接割れ等の溶接不良の発生を回避し、しかも溶接作業効率と経済的を向上させることのできる突き合わせ溶接施工方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項１に記載したように、溶接母材の溶接部同士を突き合わせ位置に位置決めする位置決めステップと、上記溶接部を所定の温度に予熱する一次予熱ステップと、溶接部を仮溶接する仮溶接ステップと、溶接部を所定の温度に再度予熱する二次予熱ステップと、溶接部を本溶接する本溶接ステップと、溶接後の溶接部を徐冷する徐冷ステップとを有することを特徴とする。
【０００６】
このように、仮溶接と本溶接の前に溶接部を予熱する一次予熱ステップおよび二次予熱ステップを設けるとともに、本溶接後の溶接部を徐冷する徐冷ステップを設けたことにより、低温環境下での溶接時において溶接部が急加熱、急冷却されなくなるため、溶接割れ等の溶接不良の発生が回避される。
【０００７】
また、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項２に記載したように、前記一次予熱ステップおよび二次予熱ステップにおける予熱温度を２０℃〜１００℃の範囲に設定することを特徴とする。このように予熱温度を２０℃〜１００℃の範囲に設定すれば、予熱によるエネルギー消費を必要最低限にして経済性を高めることができる。
【０００８】
さらに、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項３に記載したように、前記溶接母材が管状材である場合に、前記仮溶接ステップにおける仮溶接長を２０ｍｍ以上に設定し、かつ仮溶接箇所を２箇所として対向位置に配置することを特徴とする。このように仮溶接長を２０ｍｍ以上と長く設定することにより、仮溶接部一ヶ所当たりの溶接入熱量を増加させ、仮溶接後の急冷却を防止して溶接割れ等の溶接不良を回避することができる。
【０００９】
そして、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項４に記載したように、前記徐冷ステップにおいて溶接後の溶接部の温度を１００℃以上に保ち、この状態を１０分間以上保持することを特徴とする。これにより、溶接部の急冷却による割れを防ぐとともに、溶接時に混入する水素の離脱を促して水素脆性を有効に回避することができる。
【００１０】
また、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項５に記載したように、前記一次予熱ステップおよび二次予熱ステップにおける溶接部の予熱を、電熱ヒーター付の予熱ジャケットで溶接部を覆うことにより行うことを特徴とする。こうすれば、簡素な構成により経済的に低温環境下における溶接割れ等の溶接不良の発生を防止することができる。
【００１１】
さらに、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項６に記載したように、前記予熱ジャケットで予熱する部分を溶接部から５０ｍｍ程離間させることを特徴とする。これにより、予熱と溶接を同時に進行することができ、溶接作業効率が向上する。
【００１２】
そして、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項７に記載したように、前記位置決めステップにおける溶接部の位置決めを、対向する溶接母材の溶接部同士を仮固定するクランプ状の位置決め治具により行い、前記一次予熱ステップにおける溶接部の予熱を、電熱ヒーター付の予熱ジャケットで溶接部を覆うことにより行い、上記位置決め治具の前記溶接母材軸方向に沿う長さを上記予熱ジャケットの設置位置内寸と同寸法に設定する。これにより、位置決め治具が予熱ジャケットの位置決め治具としても機能し、予熱ジャケットの位置決めを容易に行うことができて溶接作業効率が向上する。
【００１３】
また、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項８に記載したように、前記徐冷ステップにおける溶接部の徐冷を、溶接部を覆う保温ジャケットにより行うことを特徴とする。この場合も、簡素な構成により経済的に低温環境下における溶接割れ等の溶接不良の発生を防止することができる。
【００１４】
さらに、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、請求項９に記載したように、前記一次予熱ステップおよび二次予熱ステップにおける溶接部の予熱を、溶接部を覆う電熱ヒーター付の予熱ジャケットにより行い、前記徐冷ステップにおける溶接部の徐冷を、上記予熱ジャケットで溶接部を覆うことにより行うことを特徴とする。これにより、予熱ジャケットを保温ジャケットとして兼用できるので、設備面での経済性を向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法の一実施形態をフローチャートで示した図である。ここに示すように、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法は、位置決めステップＡと、一次予熱ステップＢと、仮溶接ステップＣと、二次予熱ステップＤと、本溶接ステップＥと、徐冷ステップＦとを有することを特徴とする。
【００１７】
図２は、突き合わせ溶接の一例としてボイラーチューブ（金属配管材）同士の突き合わせ作業状況を示した側面図である。ここに示すように、上下のボイラー壁１，１から延びる複数のボイラーチューブ２，２が突き合わされて溶接される。まず、位置決めステップＡにおいて、溶接母材であるボイラーチューブ２，２の溶接部３（端部）同士を位置決め治具４を用いて突き合わせ位置に位置決めする。
【００１８】
ボイラーチューブ２，２の溶接部３は予め面取り（開先面）５が加工されて開先形状をなし、この溶接部３同士を所定の開先ギャップ（４．０ｍｍ〜４．５ｍｍ）を有して対向し、かつ互いの芯が一致するように、位置決め治具４により固定する。位置決め治具４は、例えば図３に横断面を示すような２つ割りのクランプ６，６を備え、４本のボルト７を締め込むことにより対向するボイラーチューブ２，２の端部同士を同軸的に固定する。
【００１９】
この位置決めステップＡの次に、溶接部３を所定の温度に予熱する一次予熱ステップＢを実行する。この一次予熱ステップＢでは、まず溶接部３の水分等を除去するためにガスバーナー等で熱した後、その余熱が残っているうちに電熱ヒーター付の予熱ジャケット１０，１０で溶接部３の上下を覆うことにより溶接部３を予熱する。
【００２０】
図４に示すように、予熱ジャケットは１０、例えば切口１１のある柔軟な管状の保温パッド１２の内周に電熱ヒーター１３が設けられ、保温パッド１２の外周には面ファスナー１４付の締付バンド１５が巻装された簡素な構成である。この予熱ジャケット１０の内径は、電熱ヒーター１３がボイラーチューブ２，２の外径に密着する径に設定される。そして、電熱ヒーター１３から延びるリード線１６が電源に接続される。
【００２１】
予熱ジャケット１０で予熱する部分は、溶接部３から５０ｍｍ程離間した位置とされる。ここで、位置決め治具４のボイラーチューブ２，２軸方向に沿う長さＨ（図２参照）は、予熱ジャケット１０の設置位置内寸と同寸法に設定されている。つまり、Ｈは溶接部３から５０ｍｍずつ離れて固定される上下の予熱ジャケット１０，１０の内側面の間隔である１００ｍｍに設定されている。
【００２２】
このため、上下の予熱ジャケット１０，１０を位置決め治具４に当接させるだけで予熱ジャケット１０，１０を溶接部３から５０ｍｍ離れた正確に位置決めすることができ、これにより予熱ジャケット１０，１０の位置決めを容易にして溶接作業効率を向上させることができる。
【００２３】
このように、電熱ヒーター１３付きの予熱ジャケット１０で溶接部３を覆うことにより予熱を行えば、簡素な構成により経済的に低温環境下における予熱作業を行うことができる。
【００２４】
また、予熱ジャケット１０による予熱温度は２０℃〜１００℃の範囲に設定する。これにより、予熱によるエネルギー消費を必要最低限にするとともに、予熱ジャケット１０の構成を簡素化してより一層経済性を高めることができる。
【００２５】
一次予熱ステップＢの次には、ボイラーチューブ２，２の溶接部３を仮溶接する仮溶接ステップＣを実行する。その際、予熱ジャケット１０，１０はボイラーチューブ２，２に巻装したままでよい。予熱ジャケット１０，１０は溶接部３より５０ｍｍ程離間しているため、予熱ジャケット１０，１０による予熱を行いながら仮溶接を同時に進行することができ、溶接作業効率が良い。
【００２６】
この実施形態のように溶接母材（ボイラーチューブ２，２）が管状材である場合には、図５（ａ），（ｂ）に示すように、仮溶接部２０の溶接長Ｗを２０ｍｍ以上に設定し、かつ仮溶接部２０の箇所を２箇所として対向位置に配置して仮溶接する。
【００２７】
こうした場合、図６（ａ），（ｂ）に示す従来例のように５ｍｍ程度の仮溶接長を持つ仮溶接部２１を４箇所程設けた場合に比べて仮溶接長が長くなるため、仮溶接部一ヶ所当たりの溶接入熱量が増加し、仮溶接後の急冷却を防止して溶接割れ等の溶接不良を回避することができる。
【００２８】
仮溶接が完了したら、位置決め治具４を取り外し、再び溶接部３を所定の温度に再度予熱する二次予熱ステップＤを実行する。ここでは、図７に示すように、一次予熱ステップＢで使用した予熱ジャケット１０，１０を溶接部３の位置までずらして溶接部３を予熱する。この時の予熱温度も一次予熱ステップＢと同様に２０℃〜１００℃の範囲に設定する。
【００２９】
二次予熱ステップＤでの予熱が完了したら、本溶接ステップＥに移る。図８に示すように、本溶接ステップＥでは、二次予熱ステップＤで溶接部３を覆った予熱ジャケット１０，１０を上下にずらして溶接部３を露呈させ、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接等により溶接部３を全周溶接する。このとき、予熱ジャケット１０，１０による加熱は続行したままでよい。
【００３０】
本溶接ステップＥが完了したら、直ちに溶接部３を徐冷する徐冷ステップＦに移る。この徐冷ステップＦでは、図９に示すように、保温ジャケット２４によって溶接直後の溶接部３を覆う。保温ジャケット２４は、図１０に示すように、切口２５のある柔軟な管状の保温パッド２６の外周に面ファスナー２７付の締付バンド２８が巻装された構成である。保温ジャケット２４の保温性能は、溶接部３の温度を１００℃以上に保ち、この状態を１０分間以上保持できるものとする。
【００３１】
この突き合わせ溶接施工方法では、仮溶接ステップＣと本溶接ステップＥの前に、それぞれ溶接部３を予熱する一次予熱ステップＢと二次予熱ステップＤが設けられ、さらに本溶接ステップＥの後に徐冷ステップＦが設けられているため、低温環境下での溶接時においても溶接部３が急加熱および急冷却されることがなく、これにより溶接割れ等の溶接不良の発生を効果的に回避することができる。
【００３２】
徐冷ステップＦにおいては、溶接後の溶接部３が１００℃以上の温度で１０分間以上保持されるため、溶接部３の急冷却による割れを確実に防止するとともに、溶接時に混入する水素の離脱を促して溶接部３の水素脆性を有効に回避することができる。
【００３３】
また、一次予熱ステップＢおよび二次予熱ステップＤにおける溶接部３の予熱を予熱ジャケット１０で行い、徐冷ステップＦにおける溶接部３の徐冷を保温ジャケット２４により行うため、簡素な構成により経済的に予熱および徐冷作業を行い、低温環境下における溶接割れ等の溶接不良の発生を防止することができる。
【００３４】
ところで、保温ジャケット２４の代わりに予熱ジャケット１０を電源を切った状態、あるいは通電状態のままで流用してもよい。こうすれば、予熱ジャケット１０を保温ジャケット２４として兼用できるので、設備面での経済性を向上させることができる。
【００３５】
また、本実施形態では予熱ジャケット１０が電気式のものとされているが、電気式に限らず、燃焼や化学反応、温水等によって発熱するように予熱ジャケット１０を構成してもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る突き合わせ溶接施工方法によれば、低温環境下での溶接時において溶接部が急加熱、急冷却されることを防止し、溶接部における溶接割れ等の溶接不良の発生を効果的に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る突き合わせ溶接施工方法の一実施形態をフローチャートで示した図。
【図２】突き合わせ溶接の一例としてボイラーチューブ同士の突き合わせ作業状況を示した側面図。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う横断面図。
【図４】予熱ジャケットの斜視図。
【図５】（ａ）は本願発明の仮溶接部を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＶｂ−Ｖｂ線に沿う横断面図。
【図６】（ａ）は従来技術の仮溶接部を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＶＩｂ−ＶＩｂ線に沿う横断面図。
【図７】二次予熱ステップの模様を示す側面図。
【図８】本溶接ステップの模様を示す側面図。
【図９】徐冷ステップの模様を示す側面図。
【図１０】保温ジャケットの斜視図。
【符号の説明】
２　溶接母材となるボイラーチューブ
３　溶接部
４　位置決め治具
６　クランプ
１０　予熱ジャケット
１３　電熱ヒーター
２０　仮溶接部
２４　保温ジャケット
Ａ　位置決めステップ
Ｂ　一次予熱ステップ
Ｃ　仮溶接ステップ
Ｄ　二次予熱ステップ
Ｅ　本溶接ステップ
Ｆ　徐冷ステップ
Ｈ　位置決め治具の溶接母材軸方向に沿う長さ
Ｗ　仮溶接部の溶接長
【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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