(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属配管の溶接部をバックシールドガスで大気から遮蔽した状態で溶接する金属配管の溶接工法において、
金属配管内を閉鎖する閉鎖プラグの少なくとも一方が、冷却により固化する液体または気体の固化物からなる閉鎖プラグであって、
該閉鎖プラグが、金属配管内に挿入したときに金属配管の内壁との間に微小空隙が存在する大きさであるプラグ本体と、このプラグ本体と同じ材質の液体または気体の固化物により前記微小空隙をシールするシール部と、前記プラグ本体に埋設されて前記金属配管内にプラグ本体を挿入する際に把持可能とするハンドリング棒とからなり、
（１）溶接対象となる２つの金属配管の少なくとも一方の金属配管の開口部よりプラグ本体を挿入し、
（２）前記微小空隙をプラグ本体と同じ材質の液体または気体の固化物によりシールするシール部を配管外部からの冷却手段により形成し、プラグ本体とシール部とで構成する閉鎖プラグを金属配管内の所定の位置に形成し、
（３）前記２つの金属配管を対向配置し、対向配置された両金属配管の隙間からバックシールドガスを供給しながら大気から遮断した状態で両金属配管を溶接することを特徴とする溶接工法。
【請求項２】
前記工程（２）において、シール部は前記金属配管内の微小空隙に液体または気体を噴霧し、所定の位置において噴霧された液体または気体を冷却固化することにより形成することを特徴とする請求項１記載の溶接工法。
【請求項３】
前記工程（３）に代わって、工程（３′）前記２つの金属配管を対向配置し、対向配置した金属配管の間に同一口径の短管を配置し、金属配管と短管との間からバックシールドガスを供給しながら大気から遮断した状態で短管と両金属配管を溶接することを特徴とする請求項１または２記載の溶接工法。
【請求項４】
前記閉鎖プラグが、水を冷却して得られる氷であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接すべき双方の金属配管の先端を突き合わせて溶接する金属配管の溶接工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配管同士の溶接は、配管の接続端を所定隙間をもって対向配置させ、その隙間に溶接金属を盛り込むことによって行われる。その際、溶接金属や管内面の酸化防止のため、鋼管の溶接部をアルゴンガスなどの不活性ガスのバックシールドガスで大気から遮蔽した状態で溶接を行うのが通例となっている。
【０００３】
不活性ガスの充填作業として、２つの配管の外側の端部（対向していない側の端部）を閉鎖し、その端部に設けた流入口から不活性ガスを注入する方法が行われていた。しかし、この方法では配管内の全体に不活性ガスを充填することとなり、特に溶接する配管が数十ｍと長い場合、更には最終溶接に近づくと、プラント全体の配管に近くなって、長さ数ｋｍにも及ぶ場合も生じる。このため、不活性ガスの使用量が大きくなるため、溶接部分近傍の両側に閉鎖プラグを設け、その両閉鎖プラグ間のみに不活性ガスを注入する方法が採用されるようになっている。（図１参照）
【０００４】
このような閉鎖プラグとして、案内ケーブルの先端に風船を装備し、所定位置に風船を挿入後、風船を膨らませて配管を封鎖し、溶接完了後、風船をしぼませて抜き取る風船プラグ法や、水溶性物質を成型してなるプラグを管内に挿入し、接着剤で固定して、溶接完了後、管内に水を流して水溶性プラグを溶解除去する水溶性プラグ法などがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、風船プラグ法は、数ｋｍにおよぶ長尺配管では、風船の挿入が困難である、配管に曲がり部分がある場合が多く、このような配管では風船の挿入が困難である、風船の回収が不確実である、風船の脱落による配管の閉塞が発生する場合がある、等の問題がある。
また、水溶性プラグ法は、水溶性プラグを溶解除去、洗浄するためには大量の水を流す必要があり、多大な時間、労力、コストを必要とする、プラグを接着剤で固定するため、接着力が弱かったり、接着力を高めると水を流して溶解処理を行った後でも水溶性プラグや接着剤が残留する、水溶性プラグが溶解しない場合、配管の閉塞が発生する、水を嫌う危険物を扱う配管や貯槽には適さない、等の問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、不活性ガスの消費量が少ないという風船プラグ法、水溶性プラグ法の利点を維持しつつ、管内に残留物を残すことなく、配管の閉塞の心配がなく、管路閉鎖時間の短縮が可能であり、装置が簡単で、垂直配管の閉鎖も可能で、危険物を扱う配管にも適用可能な溶接工法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、本発明は、金属配管の溶接部をバックシールドガスで大気から遮蔽した状態で溶接する金属配管の溶接工法において、配管内を閉鎖する閉鎖プラグの少なくとも一方が、冷却により固化する液体または気体の固化物からなる閉鎖プラグであって、
該閉鎖プラグが、金属配管内に挿入したときに金属配管の内壁との間に微小空隙が存在する大きさであるプラグ本体と、このプラグ本体と同じ材質の液体または気体の固化物により前記微小空隙をシールするシール部と、前記プラグ本体に埋設されて前記金属配管内にプラグ本体を挿入する際に把持可能とするハンドリング棒とからなり、
（１）溶接対象となる２つの金属配管の少なくとも一方の金属配管の開口部よりプラグ本体を挿入し、
（２）前記微小空隙をプラグ本体と同じ材質の液体または気体の固化物によりシールするシール部を配管外部からの冷却手段により形成し、プラグ本体とシール部とで構成する閉鎖プラグを金属配管内の所定の位置に形成し、
（３）前記２つの金属配管を対向配置し、対向配置された両金属配管の隙間からバックシールドガスを供給しながら大気から遮断した状態で両金属配管を溶接するものである。
以下、「冷却により固化する液体または気体の固化物からなる閉鎖プラグ」を「アイスプラグ」という。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本発明の溶接工法の好ましい実施の形態について説明する。
この例においては、図１に示すように、金属配管１の溶接箇所を挟んで両側の金属配管１内に金属配管を閉鎖するアイスプラグ２を設ける。
図１に示すように、溶接すべき金属配管１を所定の間隔を持って対向配置させると、対向配置した金属配管１の開口端３からの操作によりアイスプラグ２を形成できるのでアイスプラグの設置が容易となる。
また、金属配管１のアイスプラグを設置する位置の金属配管外壁には、冷却器具４が設けられ、これを冷却するようになっている。冷却器具としては、液体または気体をその固化温度まで冷却できるものであればどのようなものを用いることができるが、フレオンガスや液体窒素などの冷媒を用いた冷却ジャケットやまたはペルチェ効果を利用した冷却器具を例示できる。この冷却器具は金属配管に着脱自在であると、溶接位置の移動に伴って、冷却位置を設定して、その箇所を冷却できるので好ましい。
冷却ジャケットを用いる場合は、金属配管と冷却ジャケットの間の隙間にシリコン系の熱伝導性コーキングパテを塗って、隙間を塞ぐと伝熱性が高まり、冷却効率が向上するので好ましい。
【０００９】
アイスプラグ設置位置が冷却されたら金属配管１内の所定の位置にアイスプラグ２を形成する。
このアイスプラグ２の材質としては、冷却により固化する液体または気体の固化物が用いられ、具体的には水、好ましくは純水を冷却して得られる氷、炭酸ガスを冷却して得られるドライアイスが好ましく用いられる。配管が、水を嫌う危険物である場合はドライアイスを用いるのが好ましく、水を用いてよい配管の場合は水を用いるのが、固化が容易となり、かつ安価であるので好ましく、配管内の汚染を生じさせないように、純水を用いるのが好ましい。
このアイスプラグ２は、金属配管１内に挿入したときに金属配管１内壁との間に微小空隙が存在する大きさを有するプラグ本体と、この微小空隙を後工程においてシールするシール部と、プラグ本体に埋設されてプラグ本体を金属配管内に挿入する際に把持可能とするハンドリング棒とから構成されている。このハンドリング棒により、プラグ本体の挿入、設置が容易となる。プラグ本体は、例えば、氷やドライアイスのブロックを加熱した型を用いて抜き出すことや、同一口径の金属管内に水を入れ、全体を冷却して氷柱を作り、例えば氷柱入りの金属管をしばらく大気中においてからこれを抜き出すことで得ることができる。
図２に、プラグ本体２ａにハンドリング棒５を埋設した例を示す。また、ハンドリング棒５が加熱機構を備えたものであると、アイスプラグ２を設置、固定後、ハンドリング棒を加熱して抜き取ると、アイスプラグ２にガス抜き孔が簡単に形成できる。ハンドリング棒５の埋設は、水や炭酸ガス、液化炭酸ガスをブロック状に固化させる際に、ハンドリング棒を挿入した状態で固化させればよい。
この加熱機構としては、例えば、電熱コイルなどの発熱体をハンドリング棒内に埋め込み、通電により加熱する機構を採用することができる。
そして、このプラグ本体を金属配管１内部の所定の位置に挿入する。
【００１０】
プラグ本体を所定の位置に挿入したら、プラグ本体の材質と同じ液体または気体を、噴霧ノズル６により金属配管１の内部にその開口端３からプラグ本体に向けて噴霧する。
金属配管１のプラグ本体の配置部分が冷却器具４により冷却されているので、噴霧された液体または気体はそこで固化してシール部が形成され、これによりアイスプラグ２の形成と金属配管への固定が行われ、気体のシールが可能となる。固定、シールが完了したら液体または気体の噴霧を停止する。
【００１１】
ついで、プラグ本体からハンドリング棒を抜き取り、ガス抜き孔を形成する。このガス抜き孔の形成により、アイスプラグ２で挟まれた配管内にバックシールドガスを供給したときに配管内の空気をバックシールドガスで置換することが容易となる。
また、ハンドリング棒を設けることで、プラグ本体が所定の位置になるようにハンドリング棒で支えながら液体または気体を噴霧してシール部を形成し、金属配管内にアイスプラグを設置できるので、垂直配管の閉鎖も可能となる。
【００１２】
本発明の工法において、上述のように、金属配管内に挿入したときに金属配管の内壁との間に微小空隙が存在する大きさのプラグ本体を金属配管内に挿入し、プラグ本体の設置位置における金属配管の外部に冷却器具を設けてこれを冷やしながら金属配管内に液体または気体を噴霧し、所定の位置において噴霧された液体または気体を冷却固化してシール部が形成することによりアイスプラグを金属配管内壁に気密に配置する方法を採用しているので、プラグ本体の挿入が容易かつ確実となり、しかもアイスプラグの固定、シールも容易かつ確実となる。
また、危険物を内蔵するような水を嫌う配管の場合は、ドライアイスを用いることにより、このような配管の溶接が安全に実施できる。
【００１３】
次いで、図３に示すように、両金属配管１、１の間の間隙と同等あるいはそれより若干短く、かつ、溶接する金属配管１と同じ口径の短管７を金属配管１、１の間に装着し、バックシールドガス供給ホース８の先端を短管７と一方の金属配管１の間の間隙から管内に挿入する。そしてその挿入位置を基点としてガスの仮止めテープ９をこの間隙の回りを一周させて間隙を外側から封止する。短管７と他方の金属配管１の間もガスの仮止めテープ９をこの間隙の回りを一周させて外側から封止する。
この短管７の長さは３００ｃｍ以下であることが好ましく、２０〜１００ｃｍであることがより好ましい。短管の長さがこの下限より短いとアイスプラグの挿入操作が困難になる傾向にあり、この上限より長いと、それだけ不活性ガス封入量が増加する。
次いでバックシールドガス供給ホース８の先端から封鎖した管内の空間にバックシールドガスを供給する。
本発明において用いられるバックシールドガスとしては、不活性ガスが用いられ、この不活性ガスとしてはアルゴンガスやヘリウムガス、炭酸ガスが好ましく用いられる。
【００１４】
次いで、バックシールドガス供給ホース８の先端の挿入されていない方の隙間から、ガスの仮止めテープ９を剥がしながら、この剥がした部分の隙間を順次溶接し、全周を溶接する。次いで、供給ホース先端が挿入されている方も、同様に仮止めテープ９を剥がしながら同様に溶接し、溶接箇所が一周する直前にバックシールドガス供給ホース８を隙間から抜き取り、バックシールドガスを充填した状態で最終溶接箇所を溶接する。
溶接が完了したら、冷却を停止し、冷却器具をはずせば、アイスプラグが気化あるいは融解し、確実にアイスプラグを除去することができる。
【００１５】
溶接箇所とアイスプラグ２の間の外管壁に放熱機構（図示せず）を設けると冷熱の溶接部分への伝搬、溶接熱のアイスプラグへの伝搬を防止することができ、熱効率が向上するので好ましい。この放熱機構としては、伝熱性のよい金属からなる放熱フィンやペルチェ効果を利用したものを例示できる。この放熱機構は冷熱の伝搬を防止するものと、溶接熱の伝搬を防止するものの２つ以上の放熱機構を設けることが好ましい。この放熱機構は金属配管壁に着脱自在に設けると、溶接位置の移動に伴って、熱伝搬防止位置を適宜設定できるので好ましい。
【００１６】
図１、図３では金属配管の間に短管を設置する例を示したが、金属配管の溶接にあたって、最終溶接部以外の場合は、溶接する配管の一方は固定されていない場合もあり、その場合は間に短管を設置する必要がなく、両金属配管内にアイスプラグを設置してから固定金属配管と固定されていない金属配管を対向配置し、対向配置された両金属配管の隙間からバックシールドガスを供給しながら両金属配管を溶接してもよい。
また、固定されていない配管は、その溶接部とは反対側の端が開口している場合もあり、このような場合には、従来公知の閉鎖プラグを用いても、配管溶接後にその開口部から閉鎖プラグを除去できるので、一方の側のみにアイスプラグを用い、他方は従来公知の閉鎖プラグを用いてもよい。この場合、この閉鎖プラグに導通管を設けて、この導通管を介してバックシールドガスを供給しながら両金属配管を溶接してもよい。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては閉鎖プラグとして、液体または気体の固化物を用いるので、溶接完了後は、管内にこの液体または気体しか残らないので、配管内に閉塞の虞のある残留物を残すことがない。
また、プラグ本体を溶接前の開口部から挿入する際、ハンドリング棒を利用して挿入しし、ついでシール部を形成して閉鎖プラグを形成しているので、閉鎖プラグの挿入固定が簡単におこうなことができ、バックシールドガスのシールも確実に行える。
このため、風船プラグのように溶接部分以外の離れた開口部から挿入・取り出しを行う必要が無く、水溶性プラグのように溶接後に大量の水で溶解・洗浄を行う必要もないので管路閉鎖、管路閉鎖解除を容易に行うことができ、管路閉鎖時間の短縮も可能となる。
また、ハンドリング棒を利用することで、垂直配管の閉鎖も簡単に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明する概略構成図である。
【図２】ハンドリング棒を埋設したプラグ本体を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明する概略構成図である。
【符号の説明】
１：金属配管、２：アイスプラグ、２ａ：プラグ本体、３：金属配管開口部、４：冷却器具、５：ハンドリング棒、６：噴霧ノズル、７：短管、８：バックシールドガス供給ホース、９：ガス仮止めテープ
【図１】
0003825345.tif 000002
【図２】
0003825345.tif 000003
【図３】
0003825345.tif 000004