(57)【要約】【課題】重量物である２本の配管を現地で溶接接合するとき、両者の芯出しおよび軸方向のすきまの調整、すなわち開先合わせ作業において十分な精度を確保することが困難で、開先合わせ作業に多大な時間を要するので、現地作業のガンとなっていた。【解決手段】ハの字形に開閉自在の２組のフレームを、溶接すべき２本の配管に対し、メカニカルにクランプ装置によりクランプしフレームの外周に設けられた芯出し装置により、２本の配管の半径方向の相対位置を調整できるようにし、またフレームに設けた軸方向位置調整ねじにより、開先部配管の軸方向すきまおよび接触力を全周一様になるように調整することにより、精度のよい開先合わせを行う。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２式１組とするリング状フレームを有し、それぞれのフレームは、円周方向に少なくとも２個に分割され、そのうちのひとつの接合部は、ピン式のヒンジを有し、これを支点に開閉できるとともに、もうひとつの接合部は締結してリング状となるような構造とし、かつこのフレームに複数個のパッドとパッドの位置を調整するねじおよびパッドに対し締付力で溶接すべき配管とフレームをクランプするようなアクチュエータ装置を設け、かつフレームの外周部に少なくとも３組の芯出し装置を設け、芯出し装置の一方のはりを一方のフレームに取り付け、そして、芯出し装置の受け金を他方のフレームの外周部に設け、はりには相対位置調整ねじを設け、このねじによりと受け金の間の相対位置を調整可能にし、かつ一方のフレームと他方のフレームの軸方向相対装置を調整することができる少なくとも２個の調整ボルトを設けたることを特徴とする外面クランプ式溶接配管用開先合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、中大径の比較的厚肉管で、現地配管溶接を行う現場において、配管の開先合わせを行う際に、溶接管にクランプし、芯出し調整と軸方向の位置調整を行い、もって開先合わせを行うための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】２本の配管を溶接するとき、開先合わせをする必要があるが、配管が比較的大きく、重量が大きいときは、図１、図２に示すような一般にはウマと呼ばれるコの字型の部材を、まず管１０１に溶接し、次に配管の芯出しをしながら管１０２に溶接仮付けする。その後、溶接接合部に、一層だけ手溶接を行い、その後ウマ１０３を取り外し、自動溶接機を取り付けて、自動溶接機で溶接部に盛金していく。このような方法では、精度のよい芯出し作業が困難で、手間がかかること、自動溶接機による盛金の前には、ウマを取り除くとともに、表面検査などが要求されることがあり、表面を滑らかにする補修作業が必要となり、手間がかかることと同時に品質の劣化を生ずることが懸念された。
【発明の詳細な説明】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】品質の劣化や補修作業をなくし、表面検査などの複雑的な手間を少なくする。
【０００４】次に、芯出しや軸方向の位置調整を行う開先合わせは、後の溶接作業に大きな影響があり、調整精度が悪いと溶接作業者の技量によって、これをカバーする必要があり、高度の熟練技術によらねばならない。そこで、本発明では、現地で、容易に芯出しや、軸方向位置調整などの開先合わせ装置が精度良く簡単にできるようにした。
【課題を解決する手段】
【０００５】現地において、接合すべき一対の配管に対し、外面基準で、クランプする装置を簡便に取付するため、２ツ割れ１組、すなわち半円状のフレームとし、接合部の一方を、ピンジョイント式のヒンジとし、他方とボルト１本で、締付できるような簡単な締結によりリング状のフレームを構成する。
【０００６】このフレームを、配管の外面に強い力で押し付け、フレームをクランプするための装置クランプ装置を設ける。クランプ装置は、位置決め用と、締付用の二種の機能をもった、パッドと締付部材より構成される。最もポピュラーな４パッド方式を例に説明すると、上方の２パッドは、位置決め用で、パッドには、ねじ式の締付材が設けられ、これによって、予めフレームの中心を配管の中心がほぼ一致するように調整しておく。その上で、下方の２個のパッドには、油圧シリンダを用いた締付材を設け、フレームを配管の所定の位置に設置した後、油圧シリンダに高圧油圧を供給し、締結する。油圧シリンダの力は、クランプ装置のクランプ力となり２０〜３０ＫＮ、径の大きな配管に対しては５０〜１００ＫＮにもなり、配管に対してフレームを強い力でクランプする。他方のフレームも同様の要領で、他方の配管にクランプする。
【０００７】次に、一方のフレームと他方のフレームの外周側に、複数個の芯出し装置を設け、この芯出し装置は、フレームの一方に一体的に取り付けられたはりと他方のフレームに取り付けられた芯出し用受け金、それに両者間の相対距離を調整する調整ねじによって構成される。一般には、芯出し装置は４セット１組とするが、３組以上なら、その目的を達成することが可能である。調整ねじを締めたり緩めたりして、他方の配管のフレーム開先部の外径と、一方の配管の開先部の外径が同心となるように調整する。
【０００８】２本の配管の軸方向の相対位置を調整するための、軸方向調整ボルトを他のフレームに取付け、ボルトの先端を一方のフレームに回転自在に嵌合し、ボルトの締め付けにより、軸方向位置が調整できる。２本の配管の芯出し調整が終わったら、軸方向位置調整ボルトを用いて、配管の開先部が全周に亘り、均一に接触し、押付力が与えられるように調整する。
【０００９】以上のように、２ツ割れ１組のフレーム２式を、溶接すべき配管に取り付け、メカニカルにクランプする。そして芯出し調整装置にて、配管の溶接開先部の外径が全周に亘り、均一となるように調整する。そして、軸方向位置調整装置の調整ボルトを用いて、開先部の軸方向位置あるいは接触力を開先部の熱ひずみにも負けないように強力に締付ける。これによって溶接すべき配管の開合わせができる。
【発明の効果】
【００１０】本発明の溶接管開先合わせ装置では、従来の方法のウマのような仮付けを行わず、クランプ装置はメカニカルな締結を行っているので、ウマを撤去し、その跡を補修するなどの作業が不要となる。特に重要な配管では、熱履歴を特に受けたところでは、配管の品質劣化などの懸念があり、表面検査などの複雑な検査作業が要求されることがある。本願の装置を用いることによりこのような作業は不必要となり、工数低減と共に、品質向上、信頼性向上に寄与することができる。
【００１１】比較的大きな力でクランプし、芯出し装置で配管開先部の同心度を出すことと、軸位置調整装置を用いて、開先部の押付力を均一にするような精度の良い開先合わせができるため、引き続き実施する溶接作業が、簡単で、確実に良い溶接が可能となった。このため、一層目の溶接は、従来は、熟練度の高い溶接技能者が行っていたが、特別な機能者でなくても信頼性のある溶接が可能となった。
【００１２】またこの開先合わせ装置は、大きな消耗部品はなく、一連の作業に、何度でも利用可能である。そして、クランプ装置の締結ねじの長さ、パッドの当たり面の曲率など、相手となる配管の外径に合わせて、製作することにより、外径の異なる配管にも、応用することが可能であり、１台の開先合わせ装置を効率よく勝つよう活用することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１３】以下に、外面クランプ式溶接管開先合わせ装置に係る具体的実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】図３は、実施の形態に係る外面クランプ式溶接管開先合わせ装置の構造図を示す。図５、図６は図３のＢ・Ｂ断面およびＣ・Ｃ断面を示す。なお図３は、図６のＡ・Ａ断面を示す。図３で、０１が溶接管で、これに対し、フレーム０３、フレーム０４が嵌装されている。フレーム０３，０４は、図３において上部がヒンジで結合されている。ヒンジは、図４に詳しく描かれているが、フレーム０３オスヒンジ部材１６、フレーム０４にはメスヒンジ部材１７が設けられており、両者の回転部にはヒンジピン１８が設けられ、フレーム０３，フレーム０４は、このヒンジピン１８を中心に、開閉する構造となっている。そして図３のフレーム０３，フレーム０４の下方には、フランジ１１が設けられ、これはボルト１２によって締結される。このボルト１２をはずすと、フレーム０３，フレーム０４は、ヒンジピン１８を中心にハの字状に開くことができる。フレーム０３，フレーム０４および図３では陰になっているが、フレーム０５，フレーム０６に対し、図３で左右方向の重心の作用線上近くに、ワイヤー１５の吊り下げ支点となるピン穴を設け、図７に示すような取り付けボルト１３とこれに吊り下げピース１４を取り付ける。フレーム０３、フレーム０４に設けられたねじを有するボスを設け、ここに先端に回転自在にパッド０７を嵌合したパッド位置調整ボルト０８をねじ込む。この位置調整ボルト０８の頭部を回すことによりパッド０７の半径分位置が、限られた範囲で変えることができる。
【００１５】フレーム０３とフレーム０５には、フレーム０３、フレーム０４、フレーム０５、フレーム０６を開き、配管０１、配管０２に嵌め込むときのストッパー２５が設けられている。
【００１６】図３において、フレーム０３、フレーム０４（図示されていないがフレーム０５、フレーム０６も同様）の下方には、パッド０７が設けられ、これらは油圧シリンダ０９に嵌合されている。油圧シリンダ０９の外周には、ねじが切ってあり、フレーム０３、フレーム０４に溶接接合されためねじを有するボスにねじ込まれ、ナットで固定されている。油圧シリンダの外周部のねじは、外径の異なる配管０１、０２を取り扱うとき、フレーム０３、フレーム０４に対し、半径方向の位置を変化させるときに用いられる。これらの油圧シリンダ０９には、図示されていないが、油圧ポンプに連結されており、高圧の油圧が、ホース１０を介して供給される。
【００１７】フレーム０３、フレーム０４  図１０に示すような芯出し装置のはり１９が、一体的に設けられている。図３に示す実施例では、全周に４ヶ所としているが、３個あるいは５個以上にすることも可能である。またフレーム０５、フレーム０６には、はり１９の相対する位置に受け金２０を設ける。芯出し装置のはりに設けられためねじに調整ねじ２１をねじ込み、その後、先端を受け金２０に対し、回転自在で、半径方向位置を拘束するように取り付ける。このように調整ねじ２１を回転し調整することにより、フレーム０３とフレーム０４に対し，フレーム０５とフレーム０６の相対的な半径方向の位置を変えることができる。
【００１８】図３において水平方向の中心線上に２個の軸方向位置調整ボルト２４が設けられている。図１１にその断面図Ｇ・Ｇを示している。図示のとおり、フレーム０３とフレーム０４に対しフレーム０５とフレーム０６の軸方向に締め付けるもので、結果として溶接開先部に、軸方向の位置を調整するとともに、一定の接触力を付与するものである。
【作用】
【００１９】前準備として、配管０１、配管０２の外径を計測し、配管０１や配管０２の中心を溶接管開先合わせ装置の中心が、できるだけ精度良く合致するように、調整ねじ０８を調整しておく。油圧シリンダ０９の油圧を抜いて、シリンダを引っ込めた状態にしておく。また芯出し装置の調整ねじや軸方向位置調整ねじは、充分緩めて、自由度をもたせた状態にしておく。
【００２０】溶接すべき２本の配管を、台上にあるいはクレーンで吊り下げ状にして、両者を接合状態に接近させる。この配管０１，配管０２に対し、溶接管開先合わせ装置を、ハの字に開いた状態でクレーンで吊り下げ、移動し、フレーム０３、フレーム０４、フレーム０５、フレーム０６を嵌合させる。ストッパー２５が当たったところで、ワイヤー１５を緩めていき、フランジ１１が、当たるまで下げていく。下げていく途中で、配管０１，配管０２に対し上部のパッド０７が当たり、ストッパー２４は、浮き上がり、すきまが生ずる。この状態でフランジ１１のボルト１２を締め付ける。このボルト１２は、油圧シリンダ０９に作用する力の反力を受けるので、充分強力に締結する。
【００２１】次にフレーム０３、フレーム０４の油圧シリンダ０９に油圧を供給し、配管０１に、確実に拘束する。そして、配管０２を配管０１に、できるだけ接近させた状態で、フレーム０５、フレーム０６側の油圧シリンダ１９にも油圧を供給し、フレーム０５，フレーム０６を配管０２に拘束する。
【００２２】この状態で、芯出し装置の調整ねじ２１を締め付けていき、溶接開先部の外径部が、配管０１と配管０２が、同心になるように締め付け、調整する。
【００２３】次に、軸方向位置調整ボルト２４を締めていき、溶接開先部の軸方向の接触が、全周一様となるように締め付ける。充分なトルクで締め付けたところで、溶接準備作業が完了する。
【００２４】この状態で、溶接接合部に対し、手溶接にて、溶接をする。通常は、全周に亘り一層溶接したところで、開先合わせの全く逆の手順で溶接管開先合わせ装置を取り外し、その上で、自動溶接装置を取り付け、必要な量の盛金を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】従来の方法の説明図
【図２】図１におけるＺ・Ｚ断面図
【図３】本願の溶接管開先合わせ装置の断面図
【図４】図５の視先“Ｘ”の図
【図５】図３のＢ・Ｂ断面図
【図６】図３のＣ・Ｃ断面図
【図７】図３のＤ・Ｄ断面図
【図８】図３のＥ・Ｅ断面図
【図９】図３の視“Ｙ”の図
【図１０】図３のＦ・Ｆ断面図
【図１１】図３のＧ・Ｇ断面図
【符号の説明】
【００２６】図１，図２において、  １０１  溶接すべき一方の配管  １０２  溶接すべき他方の配管  １０３  ウマ図３・図１１において  ０１  溶接すべき一方の配管  ０２  溶接すべき他方の配管  ０３，０４  フレーム（配管０１に取り付け）  ０５，０６  フレーム（配管０２に取り付け）  ０７  パッド  ０８  パッド位置の調整ねじ  ０９  油圧シリンダ  １０  油圧ホース  １１  フランジ  １２  フランジ締結用のボルト  １４  吊り下げビース１４取り付けボルト  １５  吊り下げワイヤ（中心線のみ記載）  １６，１７  ヒンジ  １８  ヒンジピン  １９  芯出し装置のはり  ２０  芯出し装置の受け金  ２１  芯出し装置の調整ねじ  ２２  軸方向位置調整ボルト２３の受け金  ２３  軸方向位置調整用めねじ  ２４  軸方向位置調整ボルト  ２５  ストッパー
【図１】
2009291836.tif 000003
【図２】
2009291836.tif 000004
【図３】
2009291836.tif 000005
2009291836.tif 000006
2009291836.tif 000007
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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月5日(2008.8.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】図３は、実施の形態に係る外面クランプ式溶接管開先合わせ装置の構造図を示す。図５は図３のＢ・Ｂ断面を示す。なお図３は、図５のＡ・Ａ断面を示す。図３で、０１が溶接管で、これに対し、フレーム０３、フレーム０４が嵌装されている。フレーム０３，０４は、図３において上部がヒンジで結合されている。ヒンジは、図４に詳しく描かれているが、フレーム０３オスヒンジ部材１６、フレーム０４にはメスヒンジ部材１７が設けられており、両者の回転部にはヒンジピン１８が設けられ、フレーム０３，フレーム０４は、このヒンジピン１８を中心に、開閉する構造となっている。そして図３のフレーム０３，フレーム０４の下方には、フランジ１１が設けられ、これはボルト１２によって締結される。このボルト１２をはずすと、フレーム０３，フレーム０４は、ヒンジピン１８を中心にハの字状に開くことができる。フレーム０３，フレーム０４および図３では陰になっているが、フレーム０５，フレーム０６に対し、図３で左右方向の重心の作用線上近くに、ワイヤー１５の吊り下げ支点となるピン穴を設け、図６に示すような取り付けボルト１３とこれに吊り下げピース１４を取り付ける。フレーム０３、フレーム０４に設けられたねじを有するボスを設け、ここに先端に回転自在にパッド０７を嵌合したパッド位置調整ボルト０８をねじ込む。この位置調整ボルト０８の頭部を回すことによりパッド０７の半径分位置が、限られた範囲で変えることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】フレーム０３、フレーム０４  図７に示すような芯出し装置のはり１９が、一体的に設けられている。図３に示す実施例では、全周に４ヶ所としているが、３個あるいは５個以上にすることも可能である。またフレーム０５、フレーム０６には、はり１９の相対する位置に受け金２０を設ける。芯出し装置のはりに設けられためねじに調整ねじ２１をねじ込み、その後、先端を受け金２０に対し、回転自在で、半径方向位置を拘束するように取り付ける。このように調整ねじ２１を回転し調整することにより、フレーム０３とフレーム０４に対し，フレーム０５とフレーム０６の相対的な半径方向の位置を変えることができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】図３において水平方向の中心線上に  ２個の軸方向位置調整ボルト２４が設けられている。図９にその断面図Ｇ・Ｇを示している。図示のとおり、フレーム０３とフレーム０４に対しフレーム０５とフレーム０６の軸方向に締め付けるもので、結果として溶接開先部に、軸方向の位置を調整するとともに、一定の接触力を付与するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
【図１】従来の方法の説明図
【図２】図１におけるＺ・Ｚ断面図
【図３】本願の溶接管開先合わせ装置の断面図
【図４】図５の視先“Ｘ”の図
【図５】図３のＢ・Ｂ断面図
【図６】図３のＤ・Ｄ断面図
【図７】図３の視先“Ｙ”の図
【図８】図３のＦ・Ｆ断面図
【図９】図３のＧ・Ｇ断面図
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】図１，図２において、１０１  溶接すべき一方の配管１０２  溶接すべき他方の配管１０３  ウマ図３〜図９において  ０１  溶接すべき一方の配管  ０２  溶接すべき他方の配管  ０３，０４  フレーム（配管０１に取り付け）  ０５，０６  フレーム（配管０２に取り付け）  ０７  パッド  ０８  パッド位置の調整ねじ  ０９  油圧シリンダ  １０  油圧ホース  １１  フランジ  １２  フランジ締結用のボルト  １４  吊り下げビース１４取り付けボルト  １５  吊り下げワイヤ（中心線のみ記載）  １６，１７  ヒンジ  １８  ヒンジピン  １９  芯出し装置のはり  ２０  芯出し装置の受け金  ２１  芯出し装置の調整ねじ  ２２  軸方向位置調整ボルト２３の受け金  ２３  軸方向位置調整用めねじ  ２４  軸方向位置調整ボルト  ２５  ストッパー
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
2009291836.tif 000010
【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】
2009291836.tif 000015
【図８】
2009291836.tif 000016
【図９】
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