(57)【要約】【課題】長い金属管や、内径が小さい金属管や、エルボ等の曲がった金属管等の溶接においても、管内に閉塞部材を固定し易く、しかも溶接後、閉塞部材を簡単に除去でき、また、少量の水の使用で済む金属管の溶接方法を提供する。【解決手段】金属管１０、１１同士の溶接部１２の裏面をバックシールドガス１３により大気１４から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法において、金属管１０、１１内を閉塞可能な円形断面の氷柱１５、１６を、金属管１０、１１の外周１７、１８に巻き付けられ、内部を流れる冷媒１９を介して氷柱１５、１６を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管２０、２１によって、金属管１０、１１の少なくともいずれか１の内周２２、２３にシール状態に固定する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法において、
前記金属管内を閉塞可能な円形断面の氷柱を、前記金属管の外周に巻き付けられ、内部を流れる冷媒を介して該氷柱を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管によって、前記金属管の少なくともいずれか１の内周にシール状態に固定することを特徴とする金属管の溶接方法。
【請求項２】
請求項１記載の金属管の溶接方法において、前記溶接部の隙間を覆って円周方向にシールテープを貼り付けて該隙間を塞ぎ、次いで、前記シールテープを部分的に剥がしながら前記溶接部を順次円周方向に移動して溶接することを特徴とする金属管の溶接方法。
【請求項３】
請求項１及び２のいずれか１項に記載の金属管の溶接方法において、前記金属管内の前記氷柱の固定位置付近に水を噴霧して、前記冷却管により前記金属管の内周にアイスリングを生成させて固定し、前記金属管の内に挿入される前記氷柱を前記アイスリングに当接させて位置決めすることを特徴とする金属管の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属管の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、化学プラント設備で使用するステンレス鋼鋼管同士を溶接する場合には、溶接金属及びステンレス鋼鋼管の内面の酸化及び窒化防止のため、バックシールドガスとして、例えば、アルゴンガスにより溶接部の裏面を大気から遮蔽した状態で溶接している。溶接部の裏面をバックシールドガスにより遮蔽する方法の一つとして、両端面が当接して配置された対となるステンレス鋼鋼管の反対側の両端部をそれぞれプラグ材で閉塞し、一端部のプラグ材に形成された流入口から不活性ガスを両ステンレス鋼鋼管内に注入し、他端の排出口から排出している。この方法ではステンレス鋼鋼管が長くなると、注入する不活性ガスの使用量が多くなって不経済となるため、溶接部の近くの両側にプラグ材を設けて、両プラグ材間の空間に不活性ガスを供給して、バックシールドガスとし、溶接する方法が知られている。この場合プラグ材としては、伸縮する風船や水により溶ける水溶性材料からなるものが使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０５−２４５６３３号公報（要約、図１〜図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法においては、未だ解決すべき以下のような問題があった。
プラグ材が風船の場合では、気体を充填する風船の取り込み（挿入）及び取り出しが難しく、特に長さが長い金属管や、径が小さい金属管や、エルボ等の曲がった金属管において、問題が大きかった。
また、プラグ材が水溶性材料の場合では、プラグ材を接着剤で固定し、溶接後のプラグ材を、水を流して溶解させて除去しているので、接着剤の接着力の程度によってはプラグ材が管内に残留して管が閉塞したり、また、多量の水が必要となった。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、長い金属管や、内径が小さい金属管や、エルボ等の曲がった金属管等の溶接においても、管内に閉塞部材を固定し易く、しかも溶接後、閉塞部材を簡単に除去でき、また、少量の水の使用で済む金属管の溶接方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う第１の発明に係る金属管の溶接方法は、金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接する金属管の溶接方法において、
前記金属管内を閉塞可能な円形断面の氷柱を、前記金属管の外周に巻き付けられ、内部を流れる冷媒を介して該氷柱を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管によって、前記金属管の少なくともいずれか１の内周にシール状態に固定する。
これによって、内部を流れる冷媒を介して氷柱を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管を金属管の外周に巻き付けることにより、金属管内を閉塞可能な円形断面の氷柱を内周にシール状態に固定して、金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接することができる。
【０００７】
第２の発明に係る金属管の溶接方法は、第１の発明に係る金属管の溶接方法において、前記溶接部の隙間を覆って円周方向にシールテープを貼り付けて該隙間を塞ぎ、次いで、前記シールテープを部分的に剥がしながら前記溶接部を順次円周方向に移動して溶接する。これによって、溶接部をバックシールドガスにより大気から十分に遮蔽して溶接することができる。
第３の発明に係る金属管の溶接方法は、第１及び第２の発明に係る金属管の溶接方法において、前記金属管内の前記氷柱の固定位置付近に水を噴霧して、前記冷却管により前記金属管の内周にアイスリングを生成させて固定し、前記金属管の内に挿入される前記氷柱を前記アイスリングに当接させて位置決めする。これによって、アイスリングにより金属管の内の最適な位置に氷柱を設置することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法における構成図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図、図２は同金属管の溶接方法に用いる冷却管へ冷媒を供給する冷気供給手段の模式的構成図、図３は同金属管の溶接方法の要領を示す説明図、図４は本発明の他の実施の形態に係る金属管の溶接方法の説明図、図５は本発明の一実施例に係る金属管の溶接方法を説明する配置図、図６は氷柱の位置決め方法の説明図である。
【０００９】
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法は、例えば、化学プラント等の処理設備において、金属管１０、１１同士の溶接部１２の裏面をバックシールドガスの一例であるアルゴンガス１３により大気１４から遮蔽した状態で溶接する方法であって、金属管１０、１１内を閉塞可能な円形断面の氷柱１５、１６を、金属管１０、１１の外周１７、１８に巻き付けられ、内部を流れる冷媒１９を介して氷柱１５、１６を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材の一例であるポリウレタンからなるコイル状の冷却管２０、２１によって、金属管１０、１１の内周２２、２３にシール状態に固定する。以下、これらについて詳しく説明する。
【００１０】
図１に示すように、例えば、ステンレス鋼鋼管からなる金属管１０、１１の溶接部１２の各端面２４、２５には溶接用の開先が形成されており、金属管１０、１１を直線状に配置する。なお、端面２４、２５間には、実質的に僅少の隙間Ｇが形成される。
金属管１０、１１の端面２４、２５からそれぞれ距離Ｍ、Ｎ（  一例としてＭ＝１００〜１５０ｍｍ、Ｎ＝１００〜１５０ｍｍ）離れた金属管１０、１１内の位置に、溶接部１２の裏面をバックシールドガスにより大気１４から遮蔽する氷柱１５、１６を金属管１０、１１の内周２２、２３にシール状態で固定する。氷柱１５、１６をシール状態で固定するために、図２に示す氷柱冷却用の冷気供給手段２６を使用する。冷気供給手段２６は、処理設備の最終つなぎ込み配管作業で使用されるため、種々の配管が狭い場所に設けられる場合があるので、できるだけコンパクトに構成されている。
【００１１】
図２に示すように、氷柱冷却用の冷気供給手段２６は、冷却管２０、２１に冷媒１９となる例えば、フロンガスを高圧で圧縮する小型の冷凍機２７と、冷凍機２７とそれぞれの冷却管２０、２１とを接続する配管２０ａ、２１ａ（銅管又はポリウレタンチューブ）毎に設けられ、配管２０ａ、２１ａ内の湿気を除去するドライカラム２８、２８ａ、配管２０ａ、２１ａ内の冷媒１９の充填量を測定する流量計２９、２９ａ、及び冷媒１９の流れと温度を調整する膨張弁３０、３０ａとを備えている。従って、冷却管２０、２１に供給された極低温（−１５〜−２０℃）の冷媒１９により金属管１０、１１を介して氷柱１５、１６を冷却することによって、氷柱１５、１６を金属管１０、１１に固定することができる。
【００１２】
しかも、冷却管２０、２１は、柔軟性を有するポリウレタンからなっているので、最初直線状になったものを金属管１０、１１の外周１７、１８に沿ってコイル状に巻き付け、冷媒１９を流して使用した後、金属管１０、１１の外周１７、１８から取り外しても、元通りの直線状になるため、従来の銅管からなる冷却管と比較して使い勝手が良い。即ち、銅管の場合では、金属管に巻き付ける頻度からすると、たった１回だけで使い捨てになる恐れがある。また、銅管をステンレス等の金属管に巻き付ける方法では、品質の面からも問題を生じ易い。一方、ポリウレタンのチューブは金属管１０、１１への脱着が極めて容易であり、しかも、金属管１０、１１に対する密着性に優れているので、銅管の場合に比較して、巻き付け作業及び取り外し作業が簡単にできる。特に、作業するスペースが狭い場合には作業性が向上する。なお、ポリウレタンの熱伝導率を銅と比べても、大差ない。
【００１３】
図１及び図３に示すように、２枚のアルミ製のシールテープ３１、３２を金属管１０、１１の下端（図中の点Ｏ）においてそれぞれの一端同士を突き合わせて、溶接部１２の隙間Ｇを覆って円周方向に貼り付ける。シールテープ３１、３２の他端は、氷柱１５、１６間にアルゴンガス１３を供給するための供給口３４が金属管１０、１１の上端部に形成されるように、上端部の隙間Ｇは塞いでいない。
【００１４】
図３に示すように、供給口３４を挿通して、氷柱１５、１６間にステンレス製で小径のガス供給管３５の先端部３６を配置させ、氷柱１５、１６間の空気をアルゴンガス１３により置換する。このアルゴンガス１３により溶接部１２の裏面を大気１４と遮断した状態で溶接することができる。溶接はシールテープ３１、３２を交互に部分的に剥がしながら、溶接部１２を順次円周方向に移動して行う。即ち、本実施の形態では、下端部から反時計方向及び時計方向に交互に繰り返しながら上端部まで溶接する。なお、ガス供給管３５の基端部は、図示しない継手及び流量調整弁等を介してアルゴンガス供給源に接続されている。
【００１５】
次いで、本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法について、その作業手順を図１〜図３を参照しながら説明する。
（１）図１及び図２に示すように、溶接しようとする金属管１０、１１の端面２４、２５を対向させて配置し、溶接部１２を仮付けする。
（２）氷柱１５、１６を固定する予定の位置に対応する金属管１０、１１の外周１７、１８にそれぞれ冷却管２０、２１を巻き付ける。
（３）冷却管２０、２１のそれぞれの供給口及び排出口に、図２に示すように、冷気供給手段２６を接続する。
（４）冷却管２０、２１を含め、冷媒１９が通過する配管２０ａ、２１ａ内を、バキュームポンプ（図示せず）により十分に真空引きする。
【００１６】
（５）冷媒１９であるフロンガスのボンベから液化したフロンガスを、真空引きされた冷凍機２７内に噴入する。
（６）冷凍機２７を運転し、流量計２９、２９ａにより配管２０ａ、２１ａ内の冷媒１９の充填量を測定し、また膨張弁３０、３０ａにより冷媒１９の流れと温度を調整する。
（７）冷却管２０、２１により金属管１０、１１の冷却状態を確認後、氷柱１５、１６の元となる挿入用氷柱１５ａ、１６ａを所定の位置に配置する。
【００１７】
（８）挿入用氷柱１５ａ、１６ａを挿入後、挿入用氷柱１５ａ、１６ａと金属管１０、１１の内周２２、２３との隙間に、霧吹きにより水を噴霧すると隙間に氷結部が形成されて（図６を参照）、氷柱１５、１６を金属管１０、１１に固定することができる。
（９）図１及び図３に示すように、シールテープ３１、３２を金属管１０、１１の溶接部１２の外周１７、１８に貼って隙間Ｇの大部分を塞ぐと共に、アルゴンガス１３を氷柱１５、１６間に供給する供給口３４を形成する。
（１０）図３に示すように、供給口３４を介してガス供給管３５を金属管１０、１１内に挿入する。
【００１８】
（１１）ガス供給管３５の先端部３６から氷柱１５、１６間にアルゴンガス１３を供給し続けながら、図３に示すように、溶接部１２を以下に示す順序で溶接する。なお、溶接する部分に対応するシールテープ３１、３２の部分は、金属管１０、１１の外周１７、１８から適宜剥がす。
ａ部（点Ｏから点Ａまで）→ｂ部（点Ｏから点Ｂまで）→ｃ部（点Ａから点Ｃまで）→ｄ部（点Ｂから点Ｄまで）→ｅ部（点Ｃから点Ｅ付近まで）→ｆ部（点Ｄから点Ｅ付近まで）
また、点Ｅ付近では、アルゴンガス１３を十分に吹き込んだ後すぐに、点Ｅ付近の孔部を塞ぐように溶接する。
【００１９】
図４において本発明の他の実施の形態に係る金属管の溶接方法を説明する。
建屋の壁３７を貫通して壁３７の表面３８より距離Ｌ（一例として、Ｌ＝８０〜２５０ｍｍ）突出して配置された金属管３９と、金属管３９に対向して配置された短尺の金属管４０との溶接部４１を溶接する場合である。
図４に示すように、金属管３９の端面４２から距離Ｋ（一例として、Ｋ＝３０〜５０ｍｍ）離れた位置に、長さＨ（＝Ｌ−Ｋ）の氷柱４３を固定するように、氷柱４３の位置に対応する金属管３９の外面４４に柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管４５を設ける。一方、金属管４０には氷柱を設けず、従って、冷却管を配置せず、溶接部４１から離れた側の端部にはシール用のキャップ４６を設ける。溶接部４１の溶接をする要領は、前記実施の形態の方法の要領に準拠して、シールテープを貼って隙間の大部分を塞ぎ、溶接部４１をアルゴンガス１３により大気１４から遮蔽した状態で溶接する。
【００２０】
【実施例】
図５において、金属管の溶接方法の実施例を説明する。
建屋の壁４７を貫通して壁４７の表面４８より距離Ｐ（例えば、Ｐ＝８０〜２５０ｍｍ）突出して配置された金属管４９と、壁４７の表面４８に沿って平行に、かつ金属管４９と直交して配置された金属管５０とをエルボ（金属管の一例）５１を介して溶接により接続する場合である。
まず、金属管４９とエルボ５１との溶接部５２を溶接する際には、金属管４９の外周に巻き付けられた冷却管５４によって、氷柱５３を金属管４９の内周にシール状態に固定し、また、エルボ５１の外周に巻き付けられた冷却管５６によって、氷柱５５をエルボ５１の内周にシール状態に固定する。次に、エルボ５１と金属管５０との溶接部５７を溶接する際には、エルボ５１の外周に巻き付けられた冷却管５６によって、氷柱５５をエルボ５１の内周にシール状態に固定し、金属管５０の外周に巻き付けられた冷却管５９によって、氷柱５８を金属管５０の内周にシール状態に固定する。そして、前記実施の形態に係る方法に準拠して、シールテープを貼って隙間の大部分を塞ぎ、溶接部５２、５７をアルゴンガス１３により大気１４から遮蔽した状態で溶接する。
【００２１】
上記においては、氷柱を金属管に位置決めする方法について説明しなかったが、位置決めする一つの方法について、図６を参照しながら説明する。
現場での配管工事では、例えば、ブロアー関係の稼働及び装置の試運転により金属管６０内には負圧が働いている。このため、通常の設置方法（例えば、金属管内に挿入された氷柱を棒状物で作業者が移動させて位置決めする）では、負圧のため空気の流れが発生し、氷柱の表面が溶解するので、溶接部をアルゴンガス１３により大気１４から遮蔽することができない。そこで、負圧時における氷柱の設置方法を以下の要領で行うようにしている。但し、図６では氷柱を確実に設置して、大気１４からの遮蔽を完全な状態とするため、金属管６０内に２個の挿入用氷柱６１、６２を設置する場合について説明している。
【００２２】
（１）挿入用氷柱６１を金属管６０内に挿入する前に、挿入用氷柱６１の固定位置付近に水を噴霧して、冷却管３３により金属管６０の内周６４にアイスリング６３を形成する。なお、アイスリング６３の形状は、裏波ビード程度としている。
（２）挿入用氷柱６１を金属管６０内に挿入しアイスリング６３に当接させる。（この挿入用氷柱６１により金属管６０内の空気の流れが絞られるので、後工程であるアイスリング６５の形成、挿入用氷柱６２の挿入及び挿入用氷柱６２の氷結が容易にできる）
【００２３】
（３）挿入用氷柱６１を挿入後、ただちに金属管６０内の所定の位置に、アイスリング６３と同じ要領で、アイスリング６５を形成する。
（４）挿入用氷柱６２を金属管６０内に挿入しアイスリング６５に当接させて位置決めする。
（５）挿入用氷柱６２と金属管６０との隙間に水を噴霧して、冷却管３３によりこの隙間を氷結部６６とする。
【００２４】
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の金属管の溶接方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
前記実施の形態においては、挿入用氷柱１５ａ、１６ａを金属管１０、１１内に溶接部１２から離れた側の端部からそれぞれ挿入したが、これに限定されず、必要に応じて、溶接部１２側から挿入することもできる。
【００２５】
２本の金属管１０、１１を直線状に接続したが、これに限定されず、必要に応じて、２本の金属管をＴ字状に溶接して接続することもできる。
溶接部１２の隙間Ｇを対となる２枚シールテープ３１、３２で塞ぎ、シールテープ３１、３２を部分的に剥がしながら、しかも、溶接部１２を円周方向に時計周り、反時計周りに交互に変えながら溶接したが、これに限定されず、必要に応じて、一枚のシールテープにより一方向に溶接することもできる。
金属管６０内に２個の挿入用氷柱６１、６２を設置したが、これに限定されず、状況に応じて、１個のアイスリングにより１個の挿入用氷柱のみを固定することもできる。
冷却管の材質として、ポリウレタンを用いたが、これに限定されず、ポリエチレン、ビニール等を用いることもできる。
冷凍機２７に２個の冷却管２０、２１を接続して２個の氷柱１５、１６を形成したが、これに限定されず、必要に応じて、３個以上の冷却管を用い、３個以上の氷柱を形成することもできる。また、１本の冷却管により１個の氷柱を形成したが、長さが長い１本の冷却管により、複数個所に複数個の氷柱を形成することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１〜３記載の金属管の溶接方法においては、内部を流れる冷媒を介して氷柱を冷却可能で、柔軟性を有する合成樹脂材からなるコイル状の冷却管を金属管の外周に巻き付けることにより、金属管内を閉塞可能な円形断面の氷柱を内周にシール状態に固定して、金属管同士の溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から遮蔽した状態で溶接することができるので、長い金属管や、径が小さい金属管や、エルボ等の曲がった金属管等の溶接においても、金属管同士の溶接部を氷柱により閉塞し易く、しかも氷柱を簡単に除去でき、少ない量の水で適用できる。
特に、請求項２記載の金属管の溶接方法においては、溶接部の裏面をバックシールドガスにより大気から十分に遮蔽して溶接することができるので、溶接部の酸化や窒化を防止でき、溶接部の品質が向上する。
請求項３記載の金属管の溶接方法においては、アイスリングにより金属管の内の最適な位置に氷柱を設置することができるので、氷柱の設置作業性が向上し、また、溶接後、アイスリングは氷柱と共に溶解して除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る金属管の溶接方法における構成図、（Ｂ）は（Ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図２】同金属管の溶接方法に用いる冷却管へ冷媒を供給する冷気供給手段の模式的構成図である。
【図３】同金属管の溶接方法の要領を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る金属管の溶接方法の説明図である。
【図５】本発明の一実施例に係る金属管の溶接方法を説明する配置図である。
【図６】氷柱の位置決め方法の説明図である。
【符号の説明】
１０、１１：金属管、１２：溶接部、１３：アルゴンガス（バックシールドガス）、１４：大気、１５：氷柱、１５ａ：挿入用氷柱、１６：氷柱、１６ａ：挿入用氷柱、１７、１８：外周、１９：冷媒、２０：冷却管、２０ａ：配管、２１：冷却管、２１ａ：配管、２２、２３：内周、２４、２５：端面、２６：冷気供給手段、２７：冷凍機、２８、２８ａ：ドライカラム、２９、２９ａ：流量計、３０、３０ａ：膨張弁、３１、３２：シールテープ、３３：冷却管、３４：供給口、３５：ガス供給管、３６：先端部、３７：壁、３８：表面、３９、４０：金属管、４１：溶接部、４２：端面、４３：氷柱、４４：外面、４５：冷却管、４６：キャップ、４７：壁、４８：表面、４９、５０：金属管、５１：エルボ、５２：溶接部、５３：氷柱、５４：冷却管、５５：氷柱、５６：冷却管、５７：溶接部、５８：氷柱、５９：冷却管、６０：金属管、６１、６２：挿入用氷柱、６３：アイスリング、６４：内周、６５：アイスリング、６６：氷結部
【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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