(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動可能に構成された溶接ブリッジが搭載されたガイドを伴う架台を備える縦管組立および溶接ミルであって、
前記ブリッジは、管ブランクの外側で溶接するために設計された第１溶接ヘッドを伴う溶接設備を運び、
それぞれブランク管の縦方向縁部締結機構を含む管ブランク回転システムおよび組立マンドレルは前記架台の脚部スパン内に据え付けられ、
前記溶接ミルは、内側溶接のために設計された第２溶接ヘッドを伴う、支持組立内に搭載されたカンチレバークロスバーを装備し、
前記締結機構は、水圧停止具として作成され、
前記管ブランク回転システムは、溶接トロリであり、
前記溶接トロリは、レールトラックに沿って移動可能に構成され、かつ回転ロータ、および前記組立マンドレルの近くに位置する支持回転ローラを有し、
前記支持回転ローラは、溶接位置に前記管ブランクを位置決めするものであって、前記組立マンドレルの領域の中に移動する一方、逆に回転すると管ブランクの表面まで移動する、
縦管組立および溶接ミル。
【請求項２】
信号を入力し、かつ対応する前記溶接ヘッドを管ブランク縁部の突合せ継手に誘導可能にする前記第１溶接ヘッドおよび前記第２溶接ヘッドの補正器に制御信号を出力するために設計された制御ユニットと、さらに、前記第１溶接ヘッドおよび前記第２溶接ヘッドの位置に関するデータを表示する手段と、それぞれ前記第１溶接ヘッドおよび前記第２溶接ヘッド上に各々が据え付けられた、前記管ブランク縁部の前記突合せ継手に誘導する前記制御ユニットの入力に接続された２つの三角測量センサとを含む制御システムを含む、請求項１に記載のミル。
【請求項３】
制御ユニットと、前記組立マンドレル上に据え付けられた第１グループおよび第２グループの三角測量センサと、データ表示装置とを含む制御システムを備え、前記制御ユニットは、信号を入力し、かつ前記組立マンドレルの水圧停止具に制御信号を出力するために設計され、前記２つのグループのセンサは、対応する前記制御ユニットの入力に接続され、前記第１グループのセンサは、前記組立マンドレル間の領域内に位置する横断面内の管ブランク輪郭を検出するために設計され、前記第２グループのセンサは、前記管ブランク縁部の前記突合せ継手の輪郭を検出するために設計され、前記表示装置は、各組立マンドレルの前記領域内、および前記管ブランク縁部の前記突合せ継手の領域内の前記管ブランク横断面に関するデータを表示するように設計される、請求項１に記載のミル。
【請求項４】
前記第１溶接ヘッドまたは前記第２溶接ヘッドは、レーザ溶接技術を使用するためのレーザ溶接ヘッドであり、前記ミルは、保護シェルタを装備する、請求項１に記載のミル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管の溶接に関し、詳細には大径縦管のための組立および溶接ミルに関する。
【背景技術】
【０００２】
工学のこの領域には、管ブランク上で外側および内側を溶接することができる処理設備を一体化する観点から、縦管製造を最適化する問題がある。  
【０００３】
従来技術の管溶接ミルは、この工学的問題を解決しない。そのような設備に関するデータは、たとえば、保護証書、すなわち、ソ連国特許発明第１３８４３５３号明細書、米国特許第３３７７０１３号明細書、ロシア国特許出願公開第１２９８５３号明細書、ロシア国特許出願公開第２３５９７９９号明細書に関する記述で提供されている。
【０００４】
ミル（ソ連国特許発明第１３８４３５３号明細書）は、カセットの中に収容されたロールを伴うヨークを構成する組立／溶接ケージを含み、そのようなロールは、ロールパスを形成し、半径方向に移動可能に構成される。ヨークの各々は、２つの枢動可能に相互接続されたセミヨークから構成され、収容されたローラを伴うカセットは、セミヨーク内に枢動可能に搭載される。ヨークは、ロールパスの対称平面内に共通回転軸を有し、この平面の両側に位置するヨークは、互いに対する同期運動の駆動装置を装備した縦ビームと組み合わせられる。組立／溶接ケージは、溶接領域内に据え付けられ、組立ては、管ブランクを圧縮して、溶接領域内で接続されている管ブランクの縦方向縁部を溶接することにより行われる。
【０００５】
従来技術の設備は、一定径の管ブランクの外側で溶接するようにミルが設計されているので、技術的能力は限定されている。その結果として、管径を変更すると、別個のケージが必要となる。
【０００６】
管ブランクの内側から溶接を、たとえば、大径管を製造する際にルート溶接または正面溶接を行う必要がある場合、管ブランクは、次の処理区域に移動させる。
【０００７】
そのようなケージは、一定径の管のためだけに使用してもよく、このため、任意の他の径の管を製造するには、全範囲のサイズのケージを備蓄および貯蔵するための広い領域を必要とする別個のケージを必要とする。
【０００８】
さらに、ケージは、一定の楕円率の輪郭を形成することができず、これは、後続の生産区域で、より大きな楕円率の輪郭につながる可能性がある。
【０００９】
ミル（米国特許第３３７７０１３号明細書）は、縁部の突合せ継手の６時の位置で管ブランクを組み立てるために設計されている。ミル設備は、カンチレバー停止具表面に対する縁部の締め具を提供する水圧コレットとして作成される。そうする際に、基部上に据え付けられたクロスバーに沿って溶接ヘッドが動いているとき、固定された管ブランクの上に内側から溶接を行う。
【００１０】
従来技術のミルは、均等物（ソ連国特許発明第１３８４３５３号明細書）と同じ工学的問題を示す。換言すれば、管ブランクの内側から溶接を、たとえば、大径管を製造する際にルート溶接または正面溶接を行う必要がある場合、管ブランクは、次の処理区域に移動させる。
【００１１】
それに加えて、溶接ヘッドは、クロスバーに沿って動き、これは、ケーブル、駆動装置、突合せ継手追跡システム、およびクロスバー自体の寸法を考慮すると、管ブランク溶接径を著しく制限する。
【００１２】
そのようなミル設計は、形成された管ブランクの剛性が高いために、壁が厚い小径管ブランク壁の締め具の品質を保証することができない。
【００１３】
ミル（ロシア国特許出願公開第１２９８５３号明細書）は、管ブランクを圧縮するために半径方向に据え付けられたビームを伴う組立／溶接直線状ケージと、管ブランクを動かすためのローラテーブルと、外側溶接のために設計された溶接ヘッドを伴う溶接ユニットとを含む。
【００１４】
設備の目的である、管ブランクの外側での溶接を考慮すると、内側溶接は、後続の生産区域で可能である。
【００１５】
最も近い均等物として、管ブランクの外側で溶接するための溶接ヘッドを伴う溶接設備を運ぶ移動可能な溶接ブリッジが据え付けられた、ガイドを伴う架台を含む工学的解決方法（ロシア国特許出願公開第２３５９７９９号明細書）が選択されてきた。架台の柱のスパンは、管ブランク持上／回転機構と、管ブランの縦方向縁部を締めつけるための機構を伴う組立マンドレルとを含む。
【００１６】
このミルの構造的特徴は、管ブランクの内側から溶接する可能性を制限しているので、このミルを使用することで、工学的問題は解決されない。従来技術のミルの構造的特徴は、管ブランク横断面の指定された楕円率を保証するいくつかの機構の可用性を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】ソ連国特許発明第１３８４３５３号明細書
【特許文献２】米国特許第３３７７０１３号明細書
【特許文献３】ロシア国特許出願公開第１２９８５３号明細書
【特許文献４】ロシア国特許出願公開第２３５９７９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
提案する本発明は、さまざまな技術を使用してさまざまな順序で管ブランクの内側および外側から溶接することを可能にする設備を一体化して、さまざまな径の管に関して、詳細には大径管に関して、ブランク縁部を一カ所に持ってくる幾何学的精度を観察することにより、既存のミルの技術的能力を拡張することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
移動可能に構成された溶接ブリッジが搭載されたガイドを伴う架台を含む縦管組立および溶接ミルを使用して、既存の工学的問題を解決することができ、そのようなブリッジは、管ブランクの外側で溶接するために設計された第１溶接ヘッドを伴う溶接設備を運び、それぞれブランク管の縦方向縁部締結機構を含む管ブランク回転システムおよび組立マンドレルは、架台の脚部スパン内に据え付けられる。このミルは、内側溶接のために設計された第２溶接ヘッドを伴う、支持組立体に搭載されたカンチレバークロスバーを装備し、締結機構は、水圧停止具として作成され、管ブランク回転システムは、溶接トロリであり、溶接トロリは、ガイドの全面にわたり移動可能に構成され、かつ回転ローラ、および組立マンドレルの近くに位置する支持回転ローラを有し、そしてガイドに対して交差するように分岐して、組立マンドレルの領域の中に溶接ローラを移動させることができるようにして、管ブランクの表面まで、最大で停止具まで、逆方向に移動可能に構成され、回転ローラは、溶接位置に管ブランクを位置決めするために設計される。
【００２０】
本明細書で発表するミルは、以下の設計特徴を有する。
【００２１】
ミルは、信号を入力し、かつ対応する溶接ヘッドを管ブランク縁部の突合せ継手まで誘導可能にする第１溶接ヘッドおよび第２溶接ヘッドの補正器に制御信号を出力するために設計された制御ユニットと、さらに追加で、第１溶接ヘッドおよび第２溶接ヘッドの位置に関するデータを表示する手段と、それぞれ第１溶接ヘッドおよび第２溶接ヘッド上に各々が据え付けられた管ブランク縁部の突合せ継手に誘導する制御ユニット入力に接続された２つの縦方向センサとを含む制御システムを含む。
【００２２】
ミルは、制御ユニットと、組立マンドレル上に据え付けられた第１グループおよび第２グループの三角測量センサと、データ表示装置とを含む制御システムを含み、制御ユニットは、信号を入力し、かつ組立マンドレルの水圧停止具に制御信号を出力するために設計され、２つのグループのセンサは、対応する制御ユニットの入力に接続され、第１グループのセンサは、組立マンドレル間の領域内に位置する横断面内の管ブランク輪郭を検出するために設計され、第２グループのセンサは、管ブランク縁部の突合せ継手の輪郭を検出するために設計され、表示装置は、各組立マンドレルの領域内、および管ブランク縁部の突合せ継手の領域内の管ブランク横断面に関するデータを表示するように設計される。
【００２３】
第１溶接ヘッドまたは第２溶接ヘッドは、レーザ溶接技術を使用するためのレーザ溶接ヘッドであり、ミルは、保護シェルタを装備する。
【００２４】
本発明の本質について、以下のように説明する。
【００２５】
回転ローラを伴う溶接トロリを含む管ブランク回転システムをシステムの中に導入することにより、溶接するために１２時および６時の位置に管ブランクを回転させることが可能になる。
【００２６】
そのような構造的特徴があるので、提案するミルは、下方の位置での内側溶接が可能な溶接ヘッドを伴うカンチレバークロスバーを装備する。
【００２７】
ミルの技術的能力の拡張（管ブランクの内側および外側から溶接を行うこと）は、指定された横断面形状を観察する間、管ブランク縁部が幾何学的に正確に一点に集まらなければ疑わしいであろう。この理由で、組立マンドレル近くに回転ローラが位置することにより、管ブランクの表面に対して停止可能になり、対応する組立マンドレルの領域内の管ブランク横断面を含む各領域を一様に圧縮することが可能になる。その結果として、支持回転ローラが（溶接トロリ支持物に対する）管ブランクの追加支持物であることにより、全長にわたり管ブランクを一様に圧縮することを可能にする手段の機能が遂行される。
【００２８】
したがって、さまざまな管溶接技術を適用するために設備を一体化することにより、突合せ継手の中に管ブランク縁部を正確に一カ所に持ってくることが可能になる。
【００２９】
管ブランク組立の精度は、たとえば、適切な管ブランク幾何形状および管ブランク縁部の突合せ継手の適切な組立ての状態に関するデータを表示するモニタと電気的に接続された制御ユニットに接続されたセンサを含む制御システムを使用して制御される。
【００３０】
第１（外側の）溶接ヘッドとしてレーザアーク溶接ヘッドまたはハイブリッド・レーザ・アーク溶接ヘッドを使用するには、危険レベル４の反射放射から職員を保護する必要がある。この趣旨で、門または屋根を有するシェルタ内にミルを置く。管ブランクは、門を通り、ミルの作業ゾーンの中に供給され、作業ゾーンから解放される。屋根は、溶接ブリッジに、かつシェルタの内側に、溶接消耗品を入れるように構成することができる。
【００３１】
縦管組立および溶接ミルの構造を説明するために、図面を参照してこの構造の実施形態の一例を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ミルの全体図を示す。
【図２】ミルの横断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
大径縦管組立および溶接ミルは、移動可能な溶接ブリッジ３が据え付けられたレールガイド２を伴う架台１を含み、ブリッジは、第１溶接ヘッド４を伴う溶接設備を運ぶ。
【００３４】
溶接技術に応じて、第１ヘッドは、さまざまな設計があり、保護ガス雰囲気、フラックス層の下でのマルチアーク溶接、レーザアーク溶接、およびハイブリッド・レーザ・アーク溶接で、溶接を遂行することができる。外側溶接をいくつか行うために、管に沿って溶接ブリッジを繰り返し通過させて、別の技術の下で溶接を行う、またはさまざまな溶接処理のためのヘッドを組み合わせて１つの溶接処理にすることにより、溶接を同時に行う。
【００３５】
架台１のスパン内で、組立マンドレル５は、管ブランクを圧縮するために半径方向に位置する水圧停止具６を伴って据え付けられ、それに加えて、レールトラック７は、このレールトラックに沿って移動可能に構成された溶接トロリ８だけではなく、（ミルの縦軸に対して）交差するように分岐して、管ブランク１０表面に対して停止具まで逆方向に動くことができる、水圧駆動装置上の支持回転ローラ９も伴って据え付けられる。
【００３６】
支持回転ローラ９は、組立マンドレル５の近くに据え付けられる。
【００３７】
管ブランク１０が溶接位置（１２時および６時の位置）の中に回転することができるように、溶接トロリ８は、回転ロータ１１を装備する。
【００３８】
管ブランクの内側で溶接を行うために、ミルは、第２溶接ヘッド１４を伴い支持組立１２上に搭載されたカンチレバークロスバー１３を装備する。
【００３９】
ミルは、制御ユニット１５と、組立マンドレル５上に据え付けられた三角測量センサ１６、１７、およびそれぞれ溶接ヘッド４および１４上に据え付けられ管ブランク縁部の突合せ継手を誘導するためのセンサ１８のシステムとを含む制御システムを装備する。第１グループのセンサ１６は、組立マンドレル５間の領域内に位置する横断面内の管ブランク１０の輪郭を検出し、第２グループのセンサ１７は、管ブランク１０縁部の突合せ継手の輪郭を検出する。運転室１９内の制御ステーションの内側に位置する制御ユニット１５は、管ブランクの測定値に関するデータ、組み立てられた縁部の突合せ継手の輪郭に関するデータ、マンドレル停止具を用いた管ブランク圧縮のパラメータに関するデータ、溶接処理モードに関するデータ、およびミル内に含む設備の状態に関するデータを表示する、制御ステーションに位置するモニタ（図示せず）に接続される。
【００４０】
制御システムをミルの構造設備の中に一体化することにより、管ブランク縁部を正確に一カ所に持ってくる間、指定された楕円率の管ブランク輪郭を形作ることが可能になる。
【００４１】
図１および図２は、３層のサンドイッチ状の仕切壁を伴う枠組みとして作成することができる保護シェルタ２０を示し、シェルタの内面は、反射したレーザ放射散乱を増強するために塗料でコートされる。
【００４２】
請求項に係わるミルは、以下のように動作する。
【００４３】
形成された管ブランクを、作業領域を越えて溶接トロリまで移送する。水圧駆動装置を用いて、支持回転ローラ９は、両側に分岐して、溶接トロリ８がレールトラック７に沿ってミルゾーンまで動くことができるようにする。管ブランク１０の内側に、第２溶接ヘッド１４を伴うカンチレバークロスバー１３を置く。管ブランク１０は、溶接トロリ８の回転ローラ１１により１２時の溶接位置の中に向く。
【００４４】
組立マンドレル５は、水圧停止具６を用いて管ブランク１０を圧縮して、管ブランク縁部を一カ所に持ってくる。
【００４５】
管ブランク１０を圧縮する間、操作者は、モニタ上に表示された、センサ１６、１７、１８から得た情報を分析し、必要に応じて管ブランク上の個々の停止具の衝撃を制御することにより管ブランク圧縮を調節する。
【００４６】
管ブランク組立が完了すると、操作者は、最初の溶接位置の中に溶接ブリッジ３を動かす。溶接ヘッド４自体の三角測量センサ１８により、縁部の突合せ継手まで溶接ヘッド４を誘導する。管ブランク１０の外側での溶接処理を活動化する。
【００４７】
外側で溶接を用いて管ブランクを組み立てると、組立マンドレル５の水圧停止具６は分岐し、支持回転ローラ９は、管ブランク１０から離れて動く。
【００４８】
溶接トロリ８の回転ローラ１１を用いて、管ブランク１０は、６時の溶接位置の中に向く。カンチレバークロスバー１３上の第２溶接ヘッド１４を、管の内面まで下げる。第２溶接ヘッド１４自体の三角測量センサ１９により、縁部の突合せ継手まで第２溶接ヘッド１４を誘導する。溶接処理が活動化され、溶接トロリ８は、カンチレバークロスバー１３から、取り出す方に向けて、溶接速度で動き始め、組立−溶接ミルの作業領域から出て行き、他の生産区域に移送される。
【００４９】
提案する縦管溶接および組立ミルにより、さまざまな溶接技術を使用して、カスタマイズされた、高品質な長尺大径管を製造することが可能になる。大径組立および溶接ミルの作業領域は、さまざまな溶接技術ユニットを、すなわち、ガス・メタル・アーク溶接、ガス・タングステン・アーク溶接、サブマージマルチアーク溶接、レーザアーク溶接、および予想されるハイブリッド・レーザ・アーク溶接を置くのに好都合である。
【図１】
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【図２】
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