JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）p. 104-108

パイプライン向けデュアルトーチ溶接技術の開発と現地適用
Development of Dual Torch Welding System for Pipeline
and Its On-Site Application
杉浦一樹

SUGIURA Kazuki

JFE エンジニアリング

パイプライン本部技術部課長

勝木誠

KATSUKI Makoto

JFE エンジニアリング

パイプライン本部技術部

グループマネージャー

矢野良明

YANO Yoshiaki

JFE エンジニアリング

パイプライン本部

技術部

要旨
パイプライン敷設の効率化を目的とした円周溶接向けデュアルトーチ溶接工法を開発した。本工法は，国内初の円周溶接向け技術であり，現地での溶接時間を約 1/2 に短縮，かつ良好な継手品質を確保することができる。ここでは，開発したデュアルトーチ溶接システムを紹介し，現地適用した効果について報告する。

Abstract:
Dual torch welding system was developed for girth welding to improve welding ef ficiency on the pipelineconstruction. This is the first application of girth welding to pipeline construction in Japan, reducing the welding timeby half at field, and enabling high quality girth welding. The developed dual torch welding system is introduced andthe effect of application is reported.

1． はじめに

表 1 自動化レベルの変遷
Table 1

パイプライン現地溶接は，屋外作業であることや開先精Transition of welding automation level

ことから，従来，高度な技能を持った熟練溶接士に依存してきた。しかし，近年は熟練溶接士の不足・高齢化が深刻化しており，パイプライン溶接施工の自動化を進めてきた。
JFE エンジニアリングで開発したパイプライン向け主力自動溶接機 MAX-Ⅱは，現在までに約 65 000 継手を施工し，お客様からも高い評価を得ている。

LevelIIIIII(1) Mechanization of eachoperation○○○(2) Pre-set of weldingconditions×○○(3) Sequence control

×

○

○

(4) Seam tracking control××○(5) Adaptive control××○

Category

度を確保しにくいこと，全姿勢の片面裏波溶接で施工する

Automatic welding system of MAX
mini-MAX MAX-II
the JFE Engineering Group From 1970 From 1987 From 1987

近年国内パイプライン建設工事（高圧ライン）では非開削のシールド内配管工事や推進工事が増加しており，今ま○ : Affained

×: Unaffained

で以上に溶接能率が全体の工事能率を左右する状況になり，溶接のさらなる高能率化が求められてきた。本報告は自動大きく貢献した。自動化レベルⅡの mini-MAX は，溶接条件溶接高能率化を目的としたデュアルトーチ溶接技術の開発のプリセット化や溶接動作の自動シーケンス化を達成したと，その現地適用結果について概説する。

小径管向け自動溶接機である。自動化レベルⅢの MAX- Ⅱは，アークセンサによるトーチ上下および開先線倣いの自動化を

2． パイプライン自動溶接技術の変遷達成，現在までに改善・改良を積み重ねて，現行のパイプライン向け主力自動溶接機となっている。

JFE エンジニアリングでは，1970 年よりパイプライン自動溶接機の現地導入を開始し，溶接品質の向上，およびオ

3． デュアルトーチ溶接技術ペレータの技量に依存しないことを目的として自動溶接機の3.1開発を実施してきた。表 1 に自動化レベルの変遷を示す。

概要

自動化レベルⅠの MAX は，各動作軸を機械化した手溶接感

従来の国内ガスパイプラインの現地円周自動溶接 MAX-覚の自動溶接装置であり，現場の自動溶接アレルギ緩和にⅡは，図 1 に示すように 1 溶接ヘッド 1 トーチが基本であり，高能率化には限界があった。今回開発した高能率溶接施工

2014 年 1 月 10 日受付

技術は，図 2 に示すように 1 溶接ヘッドに 2 つのトーチを－ 104 －Copyright © 2014 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved.

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7654321Pipe

図 3 通常の自動溶接積層図
Guide rail

Fig. 3

Build-up sequence of conventional automatic welding

Ar CO2Arcmonitor
Powersource

B3
A3
B2

図 1 溶接ヘッド（1 トーチ）の構成
Fig. 1

B4

A4Controller

A2Components of 1head welding system

B1
A1Tiglayer

A: Leading torch, B: Tracing torchPipe

図 4 デュアルトーチ溶接の積層図（初層：ティグ溶接）
Fig. 4

Guide rail

ArCO2Arcmonitor
Powersource
Powersource

3.3

溶接条件

海外でのパイプライン溶接では，U 形や 2 段 V 形で開先角度が 10°以下程度の狭開先を使用している。一方，国内ガController

スパイプラインの現地周溶接部は，海外と比較して高い溶接品質が要求されるため，通常は 30°～60°の V 形開先を使

図 2 デュアルトーチ溶接の構成
Fig. 2技術のポイント

3.3.1

Controller

Build-up sequence of dual torch welding

用している。したがって，通常の積層は図 3（板厚 17.6 mm

Components of dual torch welding systemの場合）に示すようになり，各層の積層厚は大きく変化しないことから，一般的に溶接速度は①＞②＞③＞④＞⑤＞⑥搭載し，溶接時間の半減を目指したものであり，デュアルトー＞⑦の順になり，各々の層での最適溶接速度が異なる。

チ溶接技術と命名した。

デュアルトーチは，2 つのパスを同一速度で溶接する必要

デュアルトーチ溶接技術は種々の試験を経た後，大手ガがあるため，豊富な溶接条件データをベースに 2 パス同時

ス会社殿のシールド内配管工事，推進工事に適用し，溶接溶接条件を確立し，また積層方法にも工夫を加えた。デュ能率，溶接品質ともに良好な結果を得た。

アルトーチ溶接の積層図を図 4（板厚 17.6 mm の場合）に3.2示す。図 3 に示す通常溶接の場合，初層以降は 6 周（6 層 6装置の構成パス）仕上げになるが，デュアルトーチでは 4 周（7 層 8 パ

デュアルトーチ溶接の装置構成を図 2 に示す。装置は下記の特徴を有している。

ス）として，2 本のトーチのアーク発生率をほぼ 100％としている。

（1）デュアルトーチ用の専用溶接ヘッドは 1 台で溶接ヘッド重量は従来タイプの約 1.5 倍。

全層自動溶接の場合，初層溶接は溶接条件が大きく異なるため先行側トーチ単独で溶接し，2 層目以降を 2 パス同時（2）制御装置，溶接電源，シールドガスなどはすべて従来施工で実施する。
3.3.2

タイプ 2 セットで，従来タイプとの互換性を持つ。

トーチ間距離（3）専用溶接ヘッドは，走行軸は共通であるが，他のトーデュアルトーチ溶接では 2 本のトーチが隣接して配置さ

チ左右軸，トーチ上下軸，ワイヤ送給軸などは各々 2 セッれる。したがって，先行側トーチ溶接後，数秒で後行側トート搭載。

チのアークが通過することから，通常の 1 トーチ溶接と比較－ 105 －JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

パイプライン向けデュアルトーチ溶接技術の開発と現地適用

240
Vickers hardness, Hv98

Image oftracing torch

1 Torch
ABC
D

230
220
210
200
190

Image of leading torch

180170

写真 1 監視用モニタ

160
−214

7

1013

Photo 116

Arc monitor

Distance from surface (mm)

図 5 硬度比較（API 5L X65）
Fig. 5Comparison of Vickers hardness

してパス間温度が高くなり，冷却速度の低下による溶接金属の強度低下が懸念される。
そこで，実験により 1 トーチ溶接と同等の溶接金属強度の得られるトーチ間距離を選定した。図 5 にトーチ間距離

写真 2 デュアルトーチ溶接状況

による溶接金属の硬度比較を示す。トーチ間距離は 200 mm

Photo 2以内の 4 水準を示し，A＜B＜C＜D と設定している。結果，
トーチ間距離 A，B では 1 ヘッドと比較して HV30 程度の低表 2 機械試験結果の一例（API 5L X65）下がみられたが，C，D では 1 トーチ溶接と同等の溶接金属Table 2硬度が得られるとともに，大手ガス会社殿の仕様を満足することを確認した。この結果より，トーチ間距離は C～D 間で設定している。
3.3.3

Welding scene of dual torch welding

1 オペレータ施工可能

Result of mechanical property test

Tensile test (≧530 MPa)

604, 602 MPa

Impact test (Temp. 0℃≧40 J)

97-132 J (Ave. 117 J)

Hardness test (≦260)(Vickers)

3H: 188-233 (Ave. 209)
9H: 195-229 (Ave. 211)

従来型の 1 ヘッド（1 トーチ）溶接機では，オペレータは溶接ヘッドに搭載された CCD カメラを介した溶接画像を3.4

TV モニタで監視し，開先変動に対応して揺動幅，溶接線倣い等の微調整を実施している。デュアルトーチでは，2 本の溶接品質開発したデュアルトーチ溶接の非破壊検査性能は，X 線，トーチを監視し，開先変動に対応する必要があるため，以AUT，外観検査とも良好であり，また機械試験性能も表 2下の機能を付加している。に示すように，国内ガス会社殿の一般的な仕様を満足する（1）後行トーチ記憶再生機能結果であった。

オペレータが先行トーチに溶接線倣い，揺動幅の微調整操作をした場合，後行トーチは先行トーチに操作4． 現地適用を加えた溶接位置にて，先行トーチの記憶再生で自動的に微調整する機能を追加した。本機能により，オペデュアルトーチ溶接技術を大手ガス会社殿の陸付け現場，レータは開先変動に対して，基本的に先行トーチの微シールド内施工現場，推進施工現場に適用した。適用状況

調整操作のみ行なえば，良好な溶接品質を得ることがを写真 3～5 に示す。陸付け溶接及びシールド内溶接では初可能である。

層ティグ溶接＋積層デュアルトーチ溶接（T＋S）で実施し，（2）後行トーチ監視カメラ

推進溶接では初層からデュアルトーチ溶接（S）で溶接を実後行トーチの初期位置確認用として，後方から監視施した。
溶接品質は従来の 1 トーチ溶接と同様に良好な結果であっする CCD カメラを追加した。また，監視用モニタを 2画面同時表示することにより，操作性の向上を図ったた。

（写真 1）。
デュアルトーチ溶接の溶接状況を写真 2 に示す。

作業能率の比較を表 3 に示す。溶接作業時間は積層のみの施工で従来比 51％，初層からの溶接で従来比 57％と大幅な短縮を実現した。

JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

－ 106 －パイプライン向けデュアルトーチ溶接技術の開発と現地適用

1 Torch welding system

1R03R

2R

100200Time (min)

300

400

Welding preparations
Welding

Dual torch welding system

写真 3 陸付け溶接状況
Photo 3 Appearance of welding on onshore pipeline construction

2R

1R01003R

4R

200
Time (min)300400

図 6 シールド内工法でのサイクルタイム一例
Fig. 6

Example of cycle time in the case of welding in theshielded tunnel

1 Torch welding system

1R

写真 4 シールド内溶接状況
Photo 40Appearance of welding in the shielded tunnel

2R100200300400Time (min)500600

Welding preparations
Welding
Inspection
Coating
Pipe jacking

Dual torch welding system

1R0

写真 5 推進溶接状況
Photo 52R100200

3R

300400Time (min)500600

図 7 推進工法でのサイクルタイム一例

Appearance of pipe casing welding

Fig. 7 Example of cycle time in the case of pipe casing welding

表 3 溶接能率の比較
Table 3Comparison of welding efficiency

また，従来工法との能率比較を図 6 および図 7 に示す。デュ
アルトーチ溶接を使用することにより，シールド内施工ではCycle time
W. T. Welding Welding time (min)(min)(mm) method
1 Torch Dual (Dual)

Applicablesectors

O. D.

Onshore61018.6T+S1045370

Shieldedtunnel

610

18.6T+S

1045380

Pipe casing

610

15.6S9051210

従来の 3 継手/日が 4 継手/日に，推進工法では従来の 2 継手/日が 2.5 継手/日施工が可能であり，施工能率向上が図れることを確認できた。

O. D.: Outside diameter, W. T.: Wall thickness－ 107 －JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

パイプライン向けデュアルトーチ溶接技術の開発と現地適用

4． おわりに

参考文献

国内初のパイプライン向けデュアルトーチ溶接技術を開発し，現地に導入した結果，陸付け溶接，シールド内配管

1）杉谷祐司ほか．容器・配管溶接の最新技術．溶接法委員会，1999，
I-52-61．
2）勝木誠ほか．高効率溶接施工技術―デュアルトーチ溶接技術―．都市ガスシンポジウム．2012，3-1．

溶接，推進溶接のいずれの施工形態においても，溶接時間約 1/2 を達成し，施工能率が向上することを確認した。
今後も，溶接能率が工事進捗に影響する現場に，順次導入を図っていく予定である。

杉浦

JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）
Copyright © 2014 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved. 禁無断転載－ 108 －一樹

勝木誠矢野良明