バックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法
【課題】配管溶接の際に簡単な作業で管内部の溶接部の周囲を外気から確実に遮断し不活性ガス雰囲気を形成できるとともに、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できるバックシールド溶接工法の遮蔽材を提供すること。
【解決手段】不活性ガス雰囲気にて溶接される管材１の内部に挿入され、管材内部の溶接部２の周囲に不活性ガス充填空間を形成するバックシールド溶接工法の遮蔽材１０が、紙材を成形加工した円盤状とされる。
【解決手段】不活性ガス雰囲気にて溶接される管材１の内部に挿入され、管材内部の溶接部２の周囲に不活性ガス充填空間を形成するバックシールド溶接工法の遮蔽材１０が、紙材を成形加工した円盤状とされる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばステンレス鋼やクロム鋼等のように、不活性ガス（シールドガス）雰囲気下で溶接することが必要とされる金属を素材とする管類の溶接において、管内部の溶接部の周囲を外気から確実に遮断し不活性ガス雰囲気を形成するバックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステンレス鋼及びクロム鋼等を溶接する場合、溶接時における裏波酸化等の欠陥を防止するため、溶接部の周囲をアルゴンガス等の不活性ガス（以下、「シールドガス」と呼ぶ）で遮蔽した環境（以下、「シールドガス雰囲気下」と呼ぶ）にして溶接することが行われている。このようなバックシールド溶接工法においては、シールドガスの使用量を低減するため、一般的には溶接部分周囲の空間を外気から遮断するための遮蔽材を使用して溶接を行う場合が多い。
【０００３】
上述した遮蔽材は、溶接後に除去する必要があるので、水洗によって除去可能な材料、具体的には、紙材（植物繊維その他の繊維を膠着させて製造したもの）、水に接触した際の分散性を一般の紙材より高める目的で水溶性物質により構成した結合材を用い、繊維を膠着させた紙材（たとえば、特許文献１参照。以下、「水中分散性紙」と呼ぶ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに代表される水溶性樹脂で形成されたシート（以下、「水溶性樹脂シート」と呼ぶ）等が使用されている。遮蔽材の形態としては、水溶性樹脂シートを丸めた紙栓や、水中分散性紙を円錐形状に形成し配管内径と略同径となるようつば部を形成設けた紙栓が知られている。（たとえば、特許文献２参照）
また、上述した遮蔽材としては、水中分散性紙や水溶性樹脂シートを用いた方法のほか、水により除去可能な管溶接時のシールドガス流出防止用発泡剤等が提案されている。（たとえば、特許文献３参照）
【特許文献１】特公昭４８−２７６０５号公報
【特許文献２】特開平９−１０９３３号公報（図４参照）
【特許文献３】特開平１−２１７０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の水中分散性紙や水溶性樹脂シートを丸めた紙栓は、空気遮蔽性を高め、溶接部分の周囲を外気から確実に遮断して不活性ガス雰囲気を形成するためには、素材の使用量が膨大になる。従って排出に多くの時間と水を要し、水洗不良に起因する閉塞等の不具合が発生しやすいというリスクのほか、工程に及ぼす影響が大きいという問題が指摘されており、また、使用量が膨大になって不経済である。さらに、同じ素材使用量でも丸め方によってシール性が異なることから、施工を行う人間の技量の違い等により空気遮蔽性が変化して一定以上の施工品質を維持することは困難であった。
【０００５】
遮蔽材の素材使用量を少なくする手段として、数枚の水中分散性紙や水溶性樹脂シートでの施工を考えた場合、素材自体は十分な保持性を有さないため、十分なシール性を得るためには接着剤やテープなど、素材を管壁に固定するための部材及び手順を要する。特にボイラ蒸発管の工事のように、管内径が小さく施工数の多い状況では相当の手間を要し、作業性に劣るという問題がある。
また、円錐形状につば部を備えた特許文献１の紙栓は、形状が複雑になるため製造に要する手間やコストの問題が指摘されている。
【０００６】
一方、遮蔽材の洗浄排水については、水溶性樹脂シートなど化学品の含有率が高い遮蔽材は、富栄養化の原因となる水溶性有機化合物を高濃度で含むため、排水から水溶性有機化合物を除去するための大掛かりな排水処理（好気性生物処理など）が必要となって排水処理コストを発生する。
このような背景から、少ない素材使用量で容易に製造できる遮蔽材を用い、簡単な作業で確実に空気の遮蔽ができるとともに、溶接後には水洗浄で容易に除去できる、バックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法が望まれていた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な作業で確実に空気の遮蔽ができるとともに、溶接後には水洗浄で容易に除去できるバックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るバックシールド溶接工法の遮蔽材は、不活性ガス雰囲気にて溶接される管材内部に挿入され、前記管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成するバックシールド溶接工法の遮蔽材であって、前記遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であることを特徴とするものである。この場合の紙材は、植物繊維その他の繊維を膠着させて製造したものである。
なお、円盤状の遮蔽材は、単純な円盤形状に限定されることはなく、たとえば外周部を折曲した皿形やＩ形として管材内壁との接触面積を増したものでもよいし、あるいは、遮蔽材を周方向へ回転させて挿入する工具用の係止部（溝等）を備えたものでもよい。
【０００８】
このようなバックシールド溶接工法の遮蔽材によれば、遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であるから、成形が容易な円盤状の遮蔽材により、簡単な作業で確実に遮蔽できるとともに、溶接後には水による洗浄で容易に除去できる。また，従来の紙材・水中分散性紙・水溶性樹脂シートなどを丸めて形成した遮蔽材に比べて、遮蔽材の使用量についても低減が可能となる。
さらに、上記の発明において、前記紙材は、水に接触した際の分散性を一般の紙材より高める目的で、水溶性物質により構成される結合材を用いて繊維が膠着されていることが好ましい。すなわち、紙材として一般の紙材の代わりに水中分散性紙を選択することで、溶接後の水による洗浄の際水中への分散性が向上し、一般の紙材を用いた洗浄作業を短時間で容易に達成できる。
【０００９】
上記の発明において、前記遮蔽材は、前記管材内部の径より大きく、かつ、前記管材内部に圧入可能な径を有していることが好ましく、これにより、配管内へ挿入するという簡単な作業により、配管内の所定位置へ容易かつ確実に設置することができる。
この場合、前記遮蔽材は前記管材内部に弾性保持されることが好ましく、これにより、接着剤やテープ等の固定用資材及び遮蔽材を固定する作業工程が不要となる。
【００１０】
上記の発明において、前記遮蔽材は、紙材を複数重ねて型抜き加工されたものが好ましく、これにより、一定の素材使用量から容易かつ安価に多数の遮蔽材を短時間で製造することができる。
【００１１】
また、前記遮蔽材は、紙材を丸めてプレス加工されたものでもよい。特にこの場合プレス時に遮蔽材内に発生した残留応力の作用により、管内に充填した遮蔽材が水洗時に水に接触すると遮蔽材がプレス前の状態に戻るように水を吸収しながら大きく膨張するため、優れた水中分散性が得られるという利点がある。この効果は、紙材として一般の紙材の代わりに水中分散性紙を選択した場合に特に顕著である。
【００１２】
本発明のバックシールド溶接工法は、不活性ガス雰囲気にて溶接される管材内部に請求項１から６のいずれかに記載の遮蔽材を挿入し、前記管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成して溶接することを特徴とするものである。
【００１３】
このようなバックシールド溶接工法によれば、遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であるから、成形が容易な円盤状の遮蔽材を挿入するという簡単な作業で確実に空気遮蔽性が得られるとともに、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できる。
なお、遮蔽材を管材内部へ挿入する際には、配管内径よりやや小径の外径を有する所定長さの挿入部と、配管内径より大きい外径を有して挿入部の挿入量を規制するとともに、作業者が手に持って挿入操作を行う操作部とを備え、挿入部先端の遮蔽材押圧面から操作部まで連通して遮蔽材挿入時の空気抜きを行う流路が形成されている遮蔽材挿入冶具を用いることにより、遮蔽材を所望の位置まで確実かつ容易に挿入することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明の遮蔽材は、紙材を成形加工した円盤状としたので、加工が容易で紙材使用量の低減も可能である。そして、このような遮蔽材を用いたバックシールド溶接工法は、簡単な作業で遮蔽材を管材内部に挿入してシールドガスを確実に封入できるようになり、しかも、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できる。従って、少ない紙材の素材使用量で容易に製造できる遮蔽材を用い、簡単な作業でシールドガスの漏洩・空気の流入を確実に防止できるとともに、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できる、バックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るバックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明によるバックシールド溶接工法の概要を示す図で、２本の管材１を不活性ガスの雰囲気下で突き合わせ溶接を行う様子が示されている。このようなバックシールド溶接工法は、たとえば高温高圧の蒸気が流動するボイラ伝熱管等のように、耐熱性の高い素材（ステンレス鋼やクロム鋼等）の管材等を溶接する際、裏波の酸化防止対策として採用されている。
【００１６】
図１に示す管材１、１間の溶接部２には、管材１の端部１ａ近傍にそれぞれ遮蔽材１０が挿入されている。この遮蔽材１０は、溶接部２の周囲をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下とするため、管材１の内部に不活性ガス（以下、「シールドガス」と呼ぶ）を充填した空間部３を区画する部材である。すなわち、遮蔽材１０は、不活性ガス雰囲気下とする管材１の内部領域（空間部３）を限定するとともに、シールドガスが内部領域外へ漏出することを抑制して、溶接部２を所望の不活性ガス雰囲気下に維持するために必要となるシールドガス使用量の低減を目的とするものである。
【００１７】
溶接部２は、管材１、１の端部１ａ、１ａ間に僅かな隙間Ｓを設けて突き合わせ、この隙間Ｓから空間部３へシールドガスを供給して不活性ガス雰囲気を形成した状態を維持しながらアーク溶接を行って接続される。なお、図中の符号４は、図示省略の供給源に連結されてシールドガスを供給するノズルである。
以下では、上述したバックシールド溶接工法において、不活性ガス雰囲気下にて溶接される管材１の内部に挿入され、管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成する遮蔽材１０について、詳細に説明する。
【００１８】
バックシールド溶接工法で使用する遮蔽材１０は、たとえば図２（ａ）に示すように、紙材を成形加工した円盤状とされる。この遮蔽材１０は、管材１の内部より大きな径を有する円形とされ、かつ、管材１の内部に圧入可能な径を有している。すなわち、遮蔽材１０は、管材１の内径より僅かに大きな直径を有する円形の板状部材であり、その直径は、管材１の内部に圧入可能な径の値が上限となり、かつ、挿入状態で管材１の内壁全周に密着してガス遮蔽機能を発揮する値が下限となる。
また、上述した遮蔽材１０は、管材１の内径や遮蔽材１０の材質及び厚さ等の諸条件を調整することにより、管材１の内部に弾性保持されることが望ましい。すなわち、管材１の内部に挿入された遮蔽材１０は、たとえば接着剤や固定用資材等のように、他の支持用部材や資材を使用しなくても自らの弾性により確実に保持されるものとすることにより、部品点数や作業工数の低減が可能となる。
【００１９】
ここでの紙材は、セルロース等の繊維質で構成され、水に接すると繊維質が分散して硬さが低下する特性を有する遮蔽材１０の素材である。このような紙材は、複数の素材を必要枚数重ねて型抜き加工したり、あるいは、素材を丸めてプレス加工することにより、所望の形状を有する遮蔽材１０となる。すなわち、遮蔽材１０は、水中分散性を有する紙材を一定量丸めてプレス型に設置し、プレス機を用いてペレット状に加工したものである。このようなプレス加工は、プレス型の押え部品及び底板の形状を変化させることで、様々な形状のプラグ材を作製することが可能である。なお、遮蔽材１０は、複数枚の紙材を重ね合わせ、所望の形状の抜き型及び打ち抜き機を用いて型抜き加工することも可能である。
【００２０】
図示の遮蔽材１０は、淵のない単純な円盤形状であるが、この形状に限定されることはない。遮蔽板１０の第１変形例としては、たとえば図２（ｂ）に示すように、外周部を折曲した淵１１ａを有する皿形の遮蔽材１１がある。また、遮蔽材１０の第２変形例としては、たとえば図２（ｃ）に示すように、淵１２ａを有するＩ形の遮蔽材１２もある。このように淵１１ａ，１２ａを有する遮蔽材１１，１２は、外周部の淵１１ａ，１２ａが管材１の内壁と接触する面積を増すことになるので、挿入後により確実に管材１内に保持することが可能となる。
【００２１】
また、遮蔽材１０の第３変形例及び第４変形例としては、たとえば図２（ｄ），（ｅ）に示すように、工具用の係止部を備えた遮蔽材１３，１４としてもよい。
図２（ｄ）に示す第３変形例の遮蔽材１３には、円盤形状の一面に＋ドライバーのような工具を用いて周方向へ回転させる十字状溝の係止部１３ａが設けられている。
図２（ｅ）に示す第４変形例の遮蔽材１４には、円盤形状の一面に係止部となる円形凹部１４ａが同心円状に複数（図示の例では９０度ピッチに４箇所）設けられ、この円形凹部１４ａと係合する工具を用いて周方向へ回転させることができるようになっている。
このような係止部１３ａ，１４ａを備えた遮蔽材１３，１４は、工具を用いて遮蔽材１３，１４を周方向へ回転させることができるので、外周面が管材１の内周面となじんで確実なシール性を得ることができる。
なお、このような係止部１３ａ，１４ａは、皿形やＩ形の遮蔽材１１，１２と組み合わせることも可能である。
【００２２】
続いて、遮蔽材１０を製造する方法の一例として、プレス加工による製造工程を図３の説明図に基づいて説明する。
この製造工程において、最初の製造前準備工程では、両端が開口する円筒形状のガイド２０と、ガイド２０の下端開口を塞ぐ底板２１と、ガイド２０内に丸めた状態で入れた紙材（素材）２２と、ガイド２０内の紙材２２を上方から押圧してプレス加工する押さえ部材２３とを用意する。図示の押さえ部材２３は、淵のない単純な円盤形状の遮蔽材１０をプレス加工する円筒形状のものである。
しかし、たとえば図２（ｂ）に示すように、外周部を折曲した皿形の遮蔽材１１をプレス加工する場合には、先端に小径部１１ａを設けた２段階円筒形状の押さえ部材２４が使用される。
また、図２（ｃ）に示すＩ形の遮蔽材１２や、図２（ｄ），（ｅ）に示す係止部を備えた遮蔽材１３，１４のプレス加工時には、図示を省略した専用の押さえ部材及び底板が使用される。
【００２３】
続いて、実際に遮蔽材１０をプレス加工するプレス工程では、ガイド２０の下端開口を底板２１で塞いだ後、丸めた状態の紙材２２を上部開口からガイド２０内に入れる。この後、プレス加工を実施するが、図示の例では、淵のない円盤形状の遮蔽材１０を製造するため、押さえ部材２３が挿入される。そして、押さえ部材２３が紙材２２を押圧力Ｐで押圧するプレス加工により、円盤形状の遮蔽材１０が製造される。
このようなプレス加工において、プレス加工に使用する紙材２２の量やプレス圧力Ｐ等については、遮蔽材の形状や用途等の諸条件に応じて十分な空気遮蔽性が得られるよう適宜調整すればよい。同様に、型抜き加工を行う場合についても、重ね合わせる水溶性紙の枚数等については、諸条件に応じて適宜調整すればよい。
【００２４】
続いて、上述した遮蔽材１０について、溶接前に管材１の所定位置まで挿入し、溶接部２の周囲を不活性ガス雰囲気下とする作業手順を図４に基づいて説明する。
図４（ａ）に示す第１の工程では、管材１の空間部３を区画する遮蔽材１０を端部１ａから作業者の手により挿入する。このとき、遮蔽材１０は、管材１の軸方向と略平行となるように立てた状態で、端部１ａの開口部から押し込んで挿入される。この場合の遮蔽材１０は、端部１ａの近傍に位置している。
図４（ｂ）に示す第２の工程では、作業者の手により遮蔽材１０を略９０度回転させることで、回転後の遮蔽材１０が管材１の内部を略塞ぐようにする（図４（ｃ）参照）。すなわち、遮蔽材１０は、端部１ａの近傍で管材１の内部を略塞ぐ状態にある。
【００２５】
図４（ｃ）に示す第３の工程では、管材１の内部を略塞ぐように挿入されている遮蔽材１０を端部１ａの近傍から内部の所定位置まで押し込むため、管材１の端部１ａに遮蔽材挿入冶具３０を配置する。なお、遮蔽材１０の挿入は、管材１の内径より小径の棒材や管材を用いることも可能であるが、専用冶具を製作して使用することより、作業性をより一層向上させることができる。
図示の遮蔽材挿入冶具３０は、管材１の内径Ｄよりやや小径の外径ｄを有する所定長さＬの挿入部３１と、内径Ｄより大きい外径ｄｓを有して挿入部３１の挿入量を規制するとともに、作業者が手に持って挿入操作を行うための操作部３２とを備えている。
【００２６】
また、挿入部３１は、円筒の先端を塞いだ遮蔽材押圧面３３を有している。この遮蔽材押圧面３３には貫通孔３４が穿設され、さらに、操作部３２の適所にも貫通孔３５が穿設されている。
この結果、遮蔽材挿入冶具３０には、遮蔽材１０と遮蔽材押圧面３３との間に形成される空間を、貫通孔３４、挿入部３１から操作部３２に至る内部空間及び貫通孔３５を介して外部と連通させる空気抜き流路が形成される。なお、図示の例では。挿入部３１及び操作部３２の内部空間は両端を閉じたものとされるが、貫通孔３５に代えて操作部３２側の端部を開放してもよい。
【００２７】
そして、図４（ｄ）に示す第４の工程では、遮蔽材挿入冶具３０を管材１の内部へ押し込むことにより、遮蔽材１０は管材１の軸線と略直交するように挿入姿勢が矯正され、しかも、端部１ａから所望の挿入位置（挿入部３１の長さＬに相当）まで確実かつ容易に挿入される。このような押圧操作を行うとき、空気抜き流路が形成されているため、遮蔽材１０と遮蔽材押圧面３３との間に形成される空間で圧縮される空気は、貫通孔３４から空気抜き流路を通って外部へ流出する。従って、圧縮される空気が負荷となって遮蔽材挿入冶具３０の操作を妨げるようなことはなく、円滑な押圧操作が可能となる。
【００２８】
このように、遮蔽材挿入冶具３０を用いることで、作業者は管入り口となる管材１の端部１ａから所定位置まで一定の挿入距離Ｌとなるように遮蔽材１０を挿入し、管断面方向に対して平行な向きに容易かつ確実に設置することができる。すなわち、作業者の技量に左右されることなく遮蔽材１０を設置して、遮蔽材１０によるシールドガスの確実な遮蔽を達成することができる。
【００２９】
ところで、遮蔽材挿入治具３０を用いた遮蔽材１０の挿入時において、遮蔽材１０の平行性に生じるぶれをできるだけ少なくするため、遮蔽材挿入冶具３０は、挿入部３１の外径をｄ（ｍｍ）とし、管材１の内径をＤ（ｍｍ）とした場合、
Ｄ−０．５≧ｄ≧Ｄ−２．０
の関係が成り立つ範囲内に設定することが望ましい。
また、遮蔽材１０の挿入距離をＬとすれば、設置した遮蔽材１０が溶接時に熱影響を受けないようにするため、Ｌが１００ｍｍ以上（Ｌ≧１００ｍｍ）となるように設定することが望ましい。
このような挿入部３１の外径ｄや挿入距離Ｌの値を有する遮蔽材挿入治具３０は、各種プラントの溶接、特に、ボイラ伝熱管のように比較的径の細い管材をバックシールド工法にて現地工事で溶接する際に好適である。なお、ボイラ伝熱管の内径は、最大でも６０ｍｍ程度である。
【００３０】
以下、上述した遮蔽材１０のガス遮蔽性及び施工性に関する評価について説明する。
ここでは、遮蔽材１０，１１のガス遮蔽性を評価するため、図５に示すガス遮蔽性評価装置４０を用いて比較試験を行った。
ガス遮蔽性評価装置４０では、管材１として内径Ｄが４９．５ｍｍのＳＵＳ３０４管を使用する。この管材１に対し、上述した遮蔽材１０，１１を含む各種遮蔽材（比較対象）を所定位置に挿入した後、溶接部２の反対側から圧縮空気を供給する。この圧縮空気は、管材１の端部に圧入する封止部材４１と遮蔽材１０との間に形成される加圧空間４２に供給される。その際、遮蔽材１０のガス遮蔽性に応じて空気が遮蔽材１０を透過する。
【００３１】
圧縮空気は、流量計４３及び封止部材４１を貫通する供給管４４を通って、加圧空間４２内のノズル４５から流出するが、流出する圧縮空気量は遮蔽材１０を透過する空気の量（以下、「空気透過量」と記す）と等しい。流量計４３は、加圧空間４２に供給される圧縮空気量を測定するために設けたものである。従って、流量計４３に示される流量を読み取ることで、空気透過量を評価することができる。
また、遮蔽材１０に作用するプレス圧力、すなわち加圧空間４２の内圧は、内圧導入管４６を介してマノメータ４７により測定される。
このようなガス遮蔽性評価装置４０により、加圧空間４２の内圧を圧縮空気により所定圧力まで上昇させた状態での、空気透過量を測定した。
【００３２】
具体的には、標準のアルゴンガス供給速度５Ｌ／min.で溶接部２の内側酸素（Ｏ２
）濃度１％以下を維持できる空気透過量である０．２５Ｌ／min.を示す圧力計測値（耐圧値）をガス遮蔽性能の評価値とした。この評価値は、同一条件で１０回計測した値の平均値を採用した。
遮蔽材１０，１１の材質として，水中分散性に優れる市販の水中分散性紙（１平方メートルあたりの重量：３０ｇ）を用いた。比較する遮蔽材として、１）水溶性樹脂シートを丸めたもの、２）水中分散性紙を丸めたもの、の２種類を評価した。また、遮蔽材１０，１１については、遮蔽材の外径、紙材使用量、プレス圧力及びプレス型の形状について、加工条件として変化させた。
【００３３】
図６に評価結果を示す。なお、図６に示す「標準型」が円盤形状の遮蔽材１０、「皿型」が遮蔽材１１である。
図６に示す評価試験結果によれば、（ａ）に示す本発明の遮蔽材１０，１１は、（ｂ）に示す素材を丸めた従来技術の遮蔽材重量（５．７〜３３．９ｇ）と比較して、シール材重量が３．４〜５．１ｇと総じて少ないにもかかわらず、耐圧値については、（ａ）に示す本発明の遮蔽材１０，１１は、少ない遮蔽材使用量でも（ｂ）に示す従来技術より高い。
従って、本発明の遮蔽材１０，１１は、少ない遮蔽材使用量で良好なガス遮蔽性能が得られることが分かる。
【００３４】
また、本発明の標準型遮蔽材において、直径を変えて比較試験を行った結果、管１の内径（４９．５ｍｍ）より０．５ｍｍ大きな径（５０．０ｍｍ）とした遮蔽材１０が最も高い耐圧値を示した。
一方、プレス型の形状を変化させて壁面接触面となる淵を設けたＩ型の遮蔽材１１は、接触面の紙の硬さが緩和されることにより、淵なしの遮蔽材１０と比較してガス遮蔽性は低下するものの、管材１への挿入がより容易になる。
なお、管材１の内径Ｄが今回の評価試験と異なる場合でも、本試験結果の検討から得られた知見に基づいて、管内径（断面積）に応じて耐圧値を計測しながら紙材の使用量及びプレス圧力を調整することで、各管内径に最適な紙材の使用量及びプレス圧力を決定することが可能である。
【００３５】
続いて、本発明である水中分散性紙をペレット状にプレス加工した遮蔽材（遮蔽材１０）について、図７に示す排出性評価装置５０を用いて水洗排出時の排出性を評価する試験を行った。比較する遮蔽材としては、前述のガス遮蔽性評価試験と同様に、１）水溶性樹脂シートを丸めたもの（比較例１）、２）水中分散性紙を丸めたもの（比較例２）を用意し、それぞれについて排出性を評価した。
【００３６】
図示の排出性評価装置５０は、たとえば水道水等の水供給ラインに接続された水タンク５１と、送水装置としてのマグネットギアポンプ５２と、流量測定用に設けた浮子式流量計５３と、模擬配管５４とが配管５５により接続されている。なお、図中の符号５６は開閉弁である。
この評価試験では、模擬配管５４の供試管として、１）内径５０ｍｍのＳＵＳ３０４直管、２）上流側内径４９．５ｍｍ／下流側内径３０ｍｍとした面積絞り率６４％の絞り管の２種類を用いる。そして、各供試管に比較例１〜２及び本発明の遮蔽材を充填し、水を片側から供給して一定時間放置することで吸水させた後、最大吐出圧力０．２ＭＰａで水を供給し、流速を変化させて排出試験を行った。
【００３７】
試験結果を図８に示す。図８に示す評価試験結果によれば、比較例である水溶性樹脂シート・水中分散性紙をそれぞれ丸めて充填したものは、直管においては全ての遮蔽材が水中放置時間１０分で排出されたが、絞り管の場合、水中１０時間放置でも、管内流速を上昇させても排出されなかった。
一方、本発明の遮蔽材１０は、直管及び絞り管ともに水中放置３時間以内で排出され、排出性に優れていることが確認できた。また、本発明の遮蔽材１０は、ガス遮蔽に必要となる素材使用量の少なさやガス遮蔽性においても、素材を丸めて使用する他の手法より優れていることが確認できた。
【００３８】
このように、上述したバックシールド溶接工法の遮蔽材によれば、遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であるから、成形が容易な円盤状の遮蔽材により、簡単な作業で確実に遮蔽できるとともに、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できる。しかも、遮蔽材の製造に必要となる紙材の使用量についても、丸めて使用する従来技術と比較して大幅な低減が可能となる。また、上述の遮蔽材は，丸めて使用する従来技術と比較して水中分散性に優れ、短時間の水洗浄で除去可能となる。また、容易に除去できる遮蔽材であるため、水洗不良に起因する閉塞などの不具合発生のリスクが低減される。
【００３９】
洗浄排水については、紙材が主にセルロースなどの繊維（水に不溶）で構成されているので、水溶性樹脂シートなど化学品の含有率が高い遮蔽材と比べ、富栄養化の原因となる水溶性有機化合物の含有量が少ないため、排水から水溶性有機化合物を除去するための大掛かりな排水処理（好気性生物処理など）が不要となり、簡便な凝集沈殿処理のみで処理可能となるなど廃水処理コストの低減が可能となる。
【００４０】
従って、上述したバックシールド溶接工法によれば、遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であるから、成形が容易な円盤状の遮蔽材により、簡単な作業で確実にシールできるとともに、溶接後には水洗浄で容易に除去できる。また、遮蔽材の挿入作業に専用の治具を使用すれば、作業者の技量（個人差）に左右されることなく、遮蔽材を所望の位置まで確実かつ容易に挿入することができる。
そして、上述した遮蔽材及びこの遮蔽材を用いたバックシールド溶接工法は、各種プラント配管の溶接、特に、ボイラ伝熱管のように比較的径の細い管材の溶接を、現地工事で施工する場合に好適である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るバックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接方法の一実施形態を示す溶接部周辺の断面図である。
【図２】図１に示す遮蔽材を示す図で、（ａ）は円盤状の形状を示す断面図、（ｂ）は皿形の第１変形例を示す断面図、（ｃ）はＩ形の第２変形例を示す断面図、（ｄ）は十字状溝の係止部を備えた第３変形例を示す斜視図、（ｅ）は円形凹部の係止部を備えた第４変形例を示す斜視図である。
【図３】遮蔽材をプレス加工により製造する製造工程の説明図である。
【図４】遮蔽材を管材に挿入する作業手順を示す図で、（ａ）は第１の工程、（ｂ）は第２の工程、（ｃ）は第３の工程、（ｄ）は第４の工程である。
【図５】遮蔽材のガス遮蔽性を評価するシール性評価装置の構成例を示す図である。
【図６】遮蔽材のガス遮蔽性の評価試験結果を示す図で、（ａ）は本発明の遮蔽材を使用した場合の試験結果、（ｂ）は従来技術である水中分散性紙及び水溶性樹脂シートを丸めた遮蔽材の試験結果である。
【図７】遮蔽材の水洗排出時の排出性を評価する排出性評価装置の構成例を示す図である。
【図８】遮蔽材の排出性評価試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 管材
１ａ 端部
２ 溶接部
３ 空間部
１０，１１，１２，１３，１４ 遮蔽材
３０ 遮蔽材挿入治具
４０ 遮蔽材のガス遮蔽性評価装置
５０ 遮蔽材の排出性評価装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばステンレス鋼やクロム鋼等のように、不活性ガス（シールドガス）雰囲気下で溶接することが必要とされる金属を素材とする管類の溶接において、管内部の溶接部の周囲を外気から確実に遮断し不活性ガス雰囲気を形成するバックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ステンレス鋼及びクロム鋼等を溶接する場合、溶接時における裏波酸化等の欠陥を防止するため、溶接部の周囲をアルゴンガス等の不活性ガス（以下、「シールドガス」と呼ぶ）で遮蔽した環境（以下、「シールドガス雰囲気下」と呼ぶ）にして溶接することが行われている。このようなバックシールド溶接工法においては、シールドガスの使用量を低減するため、一般的には溶接部分周囲の空間を外気から遮断するための遮蔽材を使用して溶接を行う場合が多い。
【０００３】
上述した遮蔽材は、溶接後に除去する必要があるので、水洗によって除去可能な材料、具体的には、紙材（植物繊維その他の繊維を膠着させて製造したもの）、水に接触した際の分散性を一般の紙材より高める目的で水溶性物質により構成した結合材を用い、繊維を膠着させた紙材（たとえば、特許文献１参照。以下、「水中分散性紙」と呼ぶ）やポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルムに代表される水溶性樹脂で形成されたシート（以下、「水溶性樹脂シート」と呼ぶ）等が使用されている。遮蔽材の形態としては、水溶性樹脂シートを丸めた紙栓や、水中分散性紙を円錐形状に形成し配管内径と略同径となるようつば部を形成設けた紙栓が知られている。（たとえば、特許文献２参照）
また、上述した遮蔽材としては、水中分散性紙や水溶性樹脂シートを用いた方法のほか、水により除去可能な管溶接時のシールドガス流出防止用発泡剤等が提案されている。（たとえば、特許文献３参照）
【特許文献１】特公昭４８−２７６０５号公報
【特許文献２】特開平９−１０９３３号公報（図４参照）
【特許文献３】特開平１−２１７０９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の水中分散性紙や水溶性樹脂シートを丸めた紙栓は、空気遮蔽性を高め、溶接部分の周囲を外気から確実に遮断して不活性ガス雰囲気を形成するためには、素材の使用量が膨大になる。従って排出に多くの時間と水を要し、水洗不良に起因する閉塞等の不具合が発生しやすいというリスクのほか、工程に及ぼす影響が大きいという問題が指摘されており、また、使用量が膨大になって不経済である。さらに、同じ素材使用量でも丸め方によってシール性が異なることから、施工を行う人間の技量の違い等により空気遮蔽性が変化して一定以上の施工品質を維持することは困難であった。
【０００５】
遮蔽材の素材使用量を少なくする手段として、数枚の水中分散性紙や水溶性樹脂シートでの施工を考えた場合、素材自体は十分な保持性を有さないため、十分なシール性を得るためには接着剤やテープなど、素材を管壁に固定するための部材及び手順を要する。特にボイラ蒸発管の工事のように、管内径が小さく施工数の多い状況では相当の手間を要し、作業性に劣るという問題がある。
また、円錐形状につば部を備えた特許文献１の紙栓は、形状が複雑になるため製造に要する手間やコストの問題が指摘されている。
【０００６】
一方、遮蔽材の洗浄排水については、水溶性樹脂シートなど化学品の含有率が高い遮蔽材は、富栄養化の原因となる水溶性有機化合物を高濃度で含むため、排水から水溶性有機化合物を除去するための大掛かりな排水処理（好気性生物処理など）が必要となって排水処理コストを発生する。
このような背景から、少ない素材使用量で容易に製造できる遮蔽材を用い、簡単な作業で確実に空気の遮蔽ができるとともに、溶接後には水洗浄で容易に除去できる、バックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法が望まれていた。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な作業で確実に空気の遮蔽ができるとともに、溶接後には水洗浄で容易に除去できるバックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るバックシールド溶接工法の遮蔽材は、不活性ガス雰囲気にて溶接される管材内部に挿入され、前記管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成するバックシールド溶接工法の遮蔽材であって、前記遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であることを特徴とするものである。この場合の紙材は、植物繊維その他の繊維を膠着させて製造したものである。
なお、円盤状の遮蔽材は、単純な円盤形状に限定されることはなく、たとえば外周部を折曲した皿形やＩ形として管材内壁との接触面積を増したものでもよいし、あるいは、遮蔽材を周方向へ回転させて挿入する工具用の係止部（溝等）を備えたものでもよい。
【０００８】
このようなバックシールド溶接工法の遮蔽材によれば、遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であるから、成形が容易な円盤状の遮蔽材により、簡単な作業で確実に遮蔽できるとともに、溶接後には水による洗浄で容易に除去できる。また，従来の紙材・水中分散性紙・水溶性樹脂シートなどを丸めて形成した遮蔽材に比べて、遮蔽材の使用量についても低減が可能となる。
さらに、上記の発明において、前記紙材は、水に接触した際の分散性を一般の紙材より高める目的で、水溶性物質により構成される結合材を用いて繊維が膠着されていることが好ましい。すなわち、紙材として一般の紙材の代わりに水中分散性紙を選択することで、溶接後の水による洗浄の際水中への分散性が向上し、一般の紙材を用いた洗浄作業を短時間で容易に達成できる。
【０００９】
上記の発明において、前記遮蔽材は、前記管材内部の径より大きく、かつ、前記管材内部に圧入可能な径を有していることが好ましく、これにより、配管内へ挿入するという簡単な作業により、配管内の所定位置へ容易かつ確実に設置することができる。
この場合、前記遮蔽材は前記管材内部に弾性保持されることが好ましく、これにより、接着剤やテープ等の固定用資材及び遮蔽材を固定する作業工程が不要となる。
【００１０】
上記の発明において、前記遮蔽材は、紙材を複数重ねて型抜き加工されたものが好ましく、これにより、一定の素材使用量から容易かつ安価に多数の遮蔽材を短時間で製造することができる。
【００１１】
また、前記遮蔽材は、紙材を丸めてプレス加工されたものでもよい。特にこの場合プレス時に遮蔽材内に発生した残留応力の作用により、管内に充填した遮蔽材が水洗時に水に接触すると遮蔽材がプレス前の状態に戻るように水を吸収しながら大きく膨張するため、優れた水中分散性が得られるという利点がある。この効果は、紙材として一般の紙材の代わりに水中分散性紙を選択した場合に特に顕著である。
【００１２】
本発明のバックシールド溶接工法は、不活性ガス雰囲気にて溶接される管材内部に請求項１から６のいずれかに記載の遮蔽材を挿入し、前記管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成して溶接することを特徴とするものである。
【００１３】
このようなバックシールド溶接工法によれば、遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であるから、成形が容易な円盤状の遮蔽材を挿入するという簡単な作業で確実に空気遮蔽性が得られるとともに、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できる。
なお、遮蔽材を管材内部へ挿入する際には、配管内径よりやや小径の外径を有する所定長さの挿入部と、配管内径より大きい外径を有して挿入部の挿入量を規制するとともに、作業者が手に持って挿入操作を行う操作部とを備え、挿入部先端の遮蔽材押圧面から操作部まで連通して遮蔽材挿入時の空気抜きを行う流路が形成されている遮蔽材挿入冶具を用いることにより、遮蔽材を所望の位置まで確実かつ容易に挿入することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上述した本発明の遮蔽材は、紙材を成形加工した円盤状としたので、加工が容易で紙材使用量の低減も可能である。そして、このような遮蔽材を用いたバックシールド溶接工法は、簡単な作業で遮蔽材を管材内部に挿入してシールドガスを確実に封入できるようになり、しかも、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できる。従って、少ない紙材の素材使用量で容易に製造できる遮蔽材を用い、簡単な作業でシールドガスの漏洩・空気の流入を確実に防止できるとともに、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できる、バックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るバックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接工法の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明によるバックシールド溶接工法の概要を示す図で、２本の管材１を不活性ガスの雰囲気下で突き合わせ溶接を行う様子が示されている。このようなバックシールド溶接工法は、たとえば高温高圧の蒸気が流動するボイラ伝熱管等のように、耐熱性の高い素材（ステンレス鋼やクロム鋼等）の管材等を溶接する際、裏波の酸化防止対策として採用されている。
【００１６】
図１に示す管材１、１間の溶接部２には、管材１の端部１ａ近傍にそれぞれ遮蔽材１０が挿入されている。この遮蔽材１０は、溶接部２の周囲をアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下とするため、管材１の内部に不活性ガス（以下、「シールドガス」と呼ぶ）を充填した空間部３を区画する部材である。すなわち、遮蔽材１０は、不活性ガス雰囲気下とする管材１の内部領域（空間部３）を限定するとともに、シールドガスが内部領域外へ漏出することを抑制して、溶接部２を所望の不活性ガス雰囲気下に維持するために必要となるシールドガス使用量の低減を目的とするものである。
【００１７】
溶接部２は、管材１、１の端部１ａ、１ａ間に僅かな隙間Ｓを設けて突き合わせ、この隙間Ｓから空間部３へシールドガスを供給して不活性ガス雰囲気を形成した状態を維持しながらアーク溶接を行って接続される。なお、図中の符号４は、図示省略の供給源に連結されてシールドガスを供給するノズルである。
以下では、上述したバックシールド溶接工法において、不活性ガス雰囲気下にて溶接される管材１の内部に挿入され、管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成する遮蔽材１０について、詳細に説明する。
【００１８】
バックシールド溶接工法で使用する遮蔽材１０は、たとえば図２（ａ）に示すように、紙材を成形加工した円盤状とされる。この遮蔽材１０は、管材１の内部より大きな径を有する円形とされ、かつ、管材１の内部に圧入可能な径を有している。すなわち、遮蔽材１０は、管材１の内径より僅かに大きな直径を有する円形の板状部材であり、その直径は、管材１の内部に圧入可能な径の値が上限となり、かつ、挿入状態で管材１の内壁全周に密着してガス遮蔽機能を発揮する値が下限となる。
また、上述した遮蔽材１０は、管材１の内径や遮蔽材１０の材質及び厚さ等の諸条件を調整することにより、管材１の内部に弾性保持されることが望ましい。すなわち、管材１の内部に挿入された遮蔽材１０は、たとえば接着剤や固定用資材等のように、他の支持用部材や資材を使用しなくても自らの弾性により確実に保持されるものとすることにより、部品点数や作業工数の低減が可能となる。
【００１９】
ここでの紙材は、セルロース等の繊維質で構成され、水に接すると繊維質が分散して硬さが低下する特性を有する遮蔽材１０の素材である。このような紙材は、複数の素材を必要枚数重ねて型抜き加工したり、あるいは、素材を丸めてプレス加工することにより、所望の形状を有する遮蔽材１０となる。すなわち、遮蔽材１０は、水中分散性を有する紙材を一定量丸めてプレス型に設置し、プレス機を用いてペレット状に加工したものである。このようなプレス加工は、プレス型の押え部品及び底板の形状を変化させることで、様々な形状のプラグ材を作製することが可能である。なお、遮蔽材１０は、複数枚の紙材を重ね合わせ、所望の形状の抜き型及び打ち抜き機を用いて型抜き加工することも可能である。
【００２０】
図示の遮蔽材１０は、淵のない単純な円盤形状であるが、この形状に限定されることはない。遮蔽板１０の第１変形例としては、たとえば図２（ｂ）に示すように、外周部を折曲した淵１１ａを有する皿形の遮蔽材１１がある。また、遮蔽材１０の第２変形例としては、たとえば図２（ｃ）に示すように、淵１２ａを有するＩ形の遮蔽材１２もある。このように淵１１ａ，１２ａを有する遮蔽材１１，１２は、外周部の淵１１ａ，１２ａが管材１の内壁と接触する面積を増すことになるので、挿入後により確実に管材１内に保持することが可能となる。
【００２１】
また、遮蔽材１０の第３変形例及び第４変形例としては、たとえば図２（ｄ），（ｅ）に示すように、工具用の係止部を備えた遮蔽材１３，１４としてもよい。
図２（ｄ）に示す第３変形例の遮蔽材１３には、円盤形状の一面に＋ドライバーのような工具を用いて周方向へ回転させる十字状溝の係止部１３ａが設けられている。
図２（ｅ）に示す第４変形例の遮蔽材１４には、円盤形状の一面に係止部となる円形凹部１４ａが同心円状に複数（図示の例では９０度ピッチに４箇所）設けられ、この円形凹部１４ａと係合する工具を用いて周方向へ回転させることができるようになっている。
このような係止部１３ａ，１４ａを備えた遮蔽材１３，１４は、工具を用いて遮蔽材１３，１４を周方向へ回転させることができるので、外周面が管材１の内周面となじんで確実なシール性を得ることができる。
なお、このような係止部１３ａ，１４ａは、皿形やＩ形の遮蔽材１１，１２と組み合わせることも可能である。
【００２２】
続いて、遮蔽材１０を製造する方法の一例として、プレス加工による製造工程を図３の説明図に基づいて説明する。
この製造工程において、最初の製造前準備工程では、両端が開口する円筒形状のガイド２０と、ガイド２０の下端開口を塞ぐ底板２１と、ガイド２０内に丸めた状態で入れた紙材（素材）２２と、ガイド２０内の紙材２２を上方から押圧してプレス加工する押さえ部材２３とを用意する。図示の押さえ部材２３は、淵のない単純な円盤形状の遮蔽材１０をプレス加工する円筒形状のものである。
しかし、たとえば図２（ｂ）に示すように、外周部を折曲した皿形の遮蔽材１１をプレス加工する場合には、先端に小径部１１ａを設けた２段階円筒形状の押さえ部材２４が使用される。
また、図２（ｃ）に示すＩ形の遮蔽材１２や、図２（ｄ），（ｅ）に示す係止部を備えた遮蔽材１３，１４のプレス加工時には、図示を省略した専用の押さえ部材及び底板が使用される。
【００２３】
続いて、実際に遮蔽材１０をプレス加工するプレス工程では、ガイド２０の下端開口を底板２１で塞いだ後、丸めた状態の紙材２２を上部開口からガイド２０内に入れる。この後、プレス加工を実施するが、図示の例では、淵のない円盤形状の遮蔽材１０を製造するため、押さえ部材２３が挿入される。そして、押さえ部材２３が紙材２２を押圧力Ｐで押圧するプレス加工により、円盤形状の遮蔽材１０が製造される。
このようなプレス加工において、プレス加工に使用する紙材２２の量やプレス圧力Ｐ等については、遮蔽材の形状や用途等の諸条件に応じて十分な空気遮蔽性が得られるよう適宜調整すればよい。同様に、型抜き加工を行う場合についても、重ね合わせる水溶性紙の枚数等については、諸条件に応じて適宜調整すればよい。
【００２４】
続いて、上述した遮蔽材１０について、溶接前に管材１の所定位置まで挿入し、溶接部２の周囲を不活性ガス雰囲気下とする作業手順を図４に基づいて説明する。
図４（ａ）に示す第１の工程では、管材１の空間部３を区画する遮蔽材１０を端部１ａから作業者の手により挿入する。このとき、遮蔽材１０は、管材１の軸方向と略平行となるように立てた状態で、端部１ａの開口部から押し込んで挿入される。この場合の遮蔽材１０は、端部１ａの近傍に位置している。
図４（ｂ）に示す第２の工程では、作業者の手により遮蔽材１０を略９０度回転させることで、回転後の遮蔽材１０が管材１の内部を略塞ぐようにする（図４（ｃ）参照）。すなわち、遮蔽材１０は、端部１ａの近傍で管材１の内部を略塞ぐ状態にある。
【００２５】
図４（ｃ）に示す第３の工程では、管材１の内部を略塞ぐように挿入されている遮蔽材１０を端部１ａの近傍から内部の所定位置まで押し込むため、管材１の端部１ａに遮蔽材挿入冶具３０を配置する。なお、遮蔽材１０の挿入は、管材１の内径より小径の棒材や管材を用いることも可能であるが、専用冶具を製作して使用することより、作業性をより一層向上させることができる。
図示の遮蔽材挿入冶具３０は、管材１の内径Ｄよりやや小径の外径ｄを有する所定長さＬの挿入部３１と、内径Ｄより大きい外径ｄｓを有して挿入部３１の挿入量を規制するとともに、作業者が手に持って挿入操作を行うための操作部３２とを備えている。
【００２６】
また、挿入部３１は、円筒の先端を塞いだ遮蔽材押圧面３３を有している。この遮蔽材押圧面３３には貫通孔３４が穿設され、さらに、操作部３２の適所にも貫通孔３５が穿設されている。
この結果、遮蔽材挿入冶具３０には、遮蔽材１０と遮蔽材押圧面３３との間に形成される空間を、貫通孔３４、挿入部３１から操作部３２に至る内部空間及び貫通孔３５を介して外部と連通させる空気抜き流路が形成される。なお、図示の例では。挿入部３１及び操作部３２の内部空間は両端を閉じたものとされるが、貫通孔３５に代えて操作部３２側の端部を開放してもよい。
【００２７】
そして、図４（ｄ）に示す第４の工程では、遮蔽材挿入冶具３０を管材１の内部へ押し込むことにより、遮蔽材１０は管材１の軸線と略直交するように挿入姿勢が矯正され、しかも、端部１ａから所望の挿入位置（挿入部３１の長さＬに相当）まで確実かつ容易に挿入される。このような押圧操作を行うとき、空気抜き流路が形成されているため、遮蔽材１０と遮蔽材押圧面３３との間に形成される空間で圧縮される空気は、貫通孔３４から空気抜き流路を通って外部へ流出する。従って、圧縮される空気が負荷となって遮蔽材挿入冶具３０の操作を妨げるようなことはなく、円滑な押圧操作が可能となる。
【００２８】
このように、遮蔽材挿入冶具３０を用いることで、作業者は管入り口となる管材１の端部１ａから所定位置まで一定の挿入距離Ｌとなるように遮蔽材１０を挿入し、管断面方向に対して平行な向きに容易かつ確実に設置することができる。すなわち、作業者の技量に左右されることなく遮蔽材１０を設置して、遮蔽材１０によるシールドガスの確実な遮蔽を達成することができる。
【００２９】
ところで、遮蔽材挿入治具３０を用いた遮蔽材１０の挿入時において、遮蔽材１０の平行性に生じるぶれをできるだけ少なくするため、遮蔽材挿入冶具３０は、挿入部３１の外径をｄ（ｍｍ）とし、管材１の内径をＤ（ｍｍ）とした場合、
Ｄ−０．５≧ｄ≧Ｄ−２．０
の関係が成り立つ範囲内に設定することが望ましい。
また、遮蔽材１０の挿入距離をＬとすれば、設置した遮蔽材１０が溶接時に熱影響を受けないようにするため、Ｌが１００ｍｍ以上（Ｌ≧１００ｍｍ）となるように設定することが望ましい。
このような挿入部３１の外径ｄや挿入距離Ｌの値を有する遮蔽材挿入治具３０は、各種プラントの溶接、特に、ボイラ伝熱管のように比較的径の細い管材をバックシールド工法にて現地工事で溶接する際に好適である。なお、ボイラ伝熱管の内径は、最大でも６０ｍｍ程度である。
【００３０】
以下、上述した遮蔽材１０のガス遮蔽性及び施工性に関する評価について説明する。
ここでは、遮蔽材１０，１１のガス遮蔽性を評価するため、図５に示すガス遮蔽性評価装置４０を用いて比較試験を行った。
ガス遮蔽性評価装置４０では、管材１として内径Ｄが４９．５ｍｍのＳＵＳ３０４管を使用する。この管材１に対し、上述した遮蔽材１０，１１を含む各種遮蔽材（比較対象）を所定位置に挿入した後、溶接部２の反対側から圧縮空気を供給する。この圧縮空気は、管材１の端部に圧入する封止部材４１と遮蔽材１０との間に形成される加圧空間４２に供給される。その際、遮蔽材１０のガス遮蔽性に応じて空気が遮蔽材１０を透過する。
【００３１】
圧縮空気は、流量計４３及び封止部材４１を貫通する供給管４４を通って、加圧空間４２内のノズル４５から流出するが、流出する圧縮空気量は遮蔽材１０を透過する空気の量（以下、「空気透過量」と記す）と等しい。流量計４３は、加圧空間４２に供給される圧縮空気量を測定するために設けたものである。従って、流量計４３に示される流量を読み取ることで、空気透過量を評価することができる。
また、遮蔽材１０に作用するプレス圧力、すなわち加圧空間４２の内圧は、内圧導入管４６を介してマノメータ４７により測定される。
このようなガス遮蔽性評価装置４０により、加圧空間４２の内圧を圧縮空気により所定圧力まで上昇させた状態での、空気透過量を測定した。
【００３２】
具体的には、標準のアルゴンガス供給速度５Ｌ／min.で溶接部２の内側酸素（Ｏ２
）濃度１％以下を維持できる空気透過量である０．２５Ｌ／min.を示す圧力計測値（耐圧値）をガス遮蔽性能の評価値とした。この評価値は、同一条件で１０回計測した値の平均値を採用した。
遮蔽材１０，１１の材質として，水中分散性に優れる市販の水中分散性紙（１平方メートルあたりの重量：３０ｇ）を用いた。比較する遮蔽材として、１）水溶性樹脂シートを丸めたもの、２）水中分散性紙を丸めたもの、の２種類を評価した。また、遮蔽材１０，１１については、遮蔽材の外径、紙材使用量、プレス圧力及びプレス型の形状について、加工条件として変化させた。
【００３３】
図６に評価結果を示す。なお、図６に示す「標準型」が円盤形状の遮蔽材１０、「皿型」が遮蔽材１１である。
図６に示す評価試験結果によれば、（ａ）に示す本発明の遮蔽材１０，１１は、（ｂ）に示す素材を丸めた従来技術の遮蔽材重量（５．７〜３３．９ｇ）と比較して、シール材重量が３．４〜５．１ｇと総じて少ないにもかかわらず、耐圧値については、（ａ）に示す本発明の遮蔽材１０，１１は、少ない遮蔽材使用量でも（ｂ）に示す従来技術より高い。
従って、本発明の遮蔽材１０，１１は、少ない遮蔽材使用量で良好なガス遮蔽性能が得られることが分かる。
【００３４】
また、本発明の標準型遮蔽材において、直径を変えて比較試験を行った結果、管１の内径（４９．５ｍｍ）より０．５ｍｍ大きな径（５０．０ｍｍ）とした遮蔽材１０が最も高い耐圧値を示した。
一方、プレス型の形状を変化させて壁面接触面となる淵を設けたＩ型の遮蔽材１１は、接触面の紙の硬さが緩和されることにより、淵なしの遮蔽材１０と比較してガス遮蔽性は低下するものの、管材１への挿入がより容易になる。
なお、管材１の内径Ｄが今回の評価試験と異なる場合でも、本試験結果の検討から得られた知見に基づいて、管内径（断面積）に応じて耐圧値を計測しながら紙材の使用量及びプレス圧力を調整することで、各管内径に最適な紙材の使用量及びプレス圧力を決定することが可能である。
【００３５】
続いて、本発明である水中分散性紙をペレット状にプレス加工した遮蔽材（遮蔽材１０）について、図７に示す排出性評価装置５０を用いて水洗排出時の排出性を評価する試験を行った。比較する遮蔽材としては、前述のガス遮蔽性評価試験と同様に、１）水溶性樹脂シートを丸めたもの（比較例１）、２）水中分散性紙を丸めたもの（比較例２）を用意し、それぞれについて排出性を評価した。
【００３６】
図示の排出性評価装置５０は、たとえば水道水等の水供給ラインに接続された水タンク５１と、送水装置としてのマグネットギアポンプ５２と、流量測定用に設けた浮子式流量計５３と、模擬配管５４とが配管５５により接続されている。なお、図中の符号５６は開閉弁である。
この評価試験では、模擬配管５４の供試管として、１）内径５０ｍｍのＳＵＳ３０４直管、２）上流側内径４９．５ｍｍ／下流側内径３０ｍｍとした面積絞り率６４％の絞り管の２種類を用いる。そして、各供試管に比較例１〜２及び本発明の遮蔽材を充填し、水を片側から供給して一定時間放置することで吸水させた後、最大吐出圧力０．２ＭＰａで水を供給し、流速を変化させて排出試験を行った。
【００３７】
試験結果を図８に示す。図８に示す評価試験結果によれば、比較例である水溶性樹脂シート・水中分散性紙をそれぞれ丸めて充填したものは、直管においては全ての遮蔽材が水中放置時間１０分で排出されたが、絞り管の場合、水中１０時間放置でも、管内流速を上昇させても排出されなかった。
一方、本発明の遮蔽材１０は、直管及び絞り管ともに水中放置３時間以内で排出され、排出性に優れていることが確認できた。また、本発明の遮蔽材１０は、ガス遮蔽に必要となる素材使用量の少なさやガス遮蔽性においても、素材を丸めて使用する他の手法より優れていることが確認できた。
【００３８】
このように、上述したバックシールド溶接工法の遮蔽材によれば、遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であるから、成形が容易な円盤状の遮蔽材により、簡単な作業で確実に遮蔽できるとともに、溶接後には短時間の水洗浄で容易に除去できる。しかも、遮蔽材の製造に必要となる紙材の使用量についても、丸めて使用する従来技術と比較して大幅な低減が可能となる。また、上述の遮蔽材は，丸めて使用する従来技術と比較して水中分散性に優れ、短時間の水洗浄で除去可能となる。また、容易に除去できる遮蔽材であるため、水洗不良に起因する閉塞などの不具合発生のリスクが低減される。
【００３９】
洗浄排水については、紙材が主にセルロースなどの繊維（水に不溶）で構成されているので、水溶性樹脂シートなど化学品の含有率が高い遮蔽材と比べ、富栄養化の原因となる水溶性有機化合物の含有量が少ないため、排水から水溶性有機化合物を除去するための大掛かりな排水処理（好気性生物処理など）が不要となり、簡便な凝集沈殿処理のみで処理可能となるなど廃水処理コストの低減が可能となる。
【００４０】
従って、上述したバックシールド溶接工法によれば、遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であるから、成形が容易な円盤状の遮蔽材により、簡単な作業で確実にシールできるとともに、溶接後には水洗浄で容易に除去できる。また、遮蔽材の挿入作業に専用の治具を使用すれば、作業者の技量（個人差）に左右されることなく、遮蔽材を所望の位置まで確実かつ容易に挿入することができる。
そして、上述した遮蔽材及びこの遮蔽材を用いたバックシールド溶接工法は、各種プラント配管の溶接、特に、ボイラ伝熱管のように比較的径の細い管材の溶接を、現地工事で施工する場合に好適である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係るバックシールド溶接工法の遮蔽材及びバックシールド溶接方法の一実施形態を示す溶接部周辺の断面図である。
【図２】図１に示す遮蔽材を示す図で、（ａ）は円盤状の形状を示す断面図、（ｂ）は皿形の第１変形例を示す断面図、（ｃ）はＩ形の第２変形例を示す断面図、（ｄ）は十字状溝の係止部を備えた第３変形例を示す斜視図、（ｅ）は円形凹部の係止部を備えた第４変形例を示す斜視図である。
【図３】遮蔽材をプレス加工により製造する製造工程の説明図である。
【図４】遮蔽材を管材に挿入する作業手順を示す図で、（ａ）は第１の工程、（ｂ）は第２の工程、（ｃ）は第３の工程、（ｄ）は第４の工程である。
【図５】遮蔽材のガス遮蔽性を評価するシール性評価装置の構成例を示す図である。
【図６】遮蔽材のガス遮蔽性の評価試験結果を示す図で、（ａ）は本発明の遮蔽材を使用した場合の試験結果、（ｂ）は従来技術である水中分散性紙及び水溶性樹脂シートを丸めた遮蔽材の試験結果である。
【図７】遮蔽材の水洗排出時の排出性を評価する排出性評価装置の構成例を示す図である。
【図８】遮蔽材の排出性評価試験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 管材
１ａ 端部
２ 溶接部
３ 空間部
１０，１１，１２，１３，１４ 遮蔽材
３０ 遮蔽材挿入治具
４０ 遮蔽材のガス遮蔽性評価装置
５０ 遮蔽材の排出性評価装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不活性ガス雰囲気にて溶接される管材内部に挿入され、前記管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成するバックシールド溶接工法の遮蔽材であって、
前記遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であることを特徴とするバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項２】
前記紙材は、水溶性物質により構成される結合材を用いて繊維が膠着されていることを特徴とする請求項１に記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項３】
前記遮蔽材は、前記管材内部の径より大きく、かつ、前記管材内部に圧入可能な径を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項４】
前記遮蔽材が前記管材内部に弾性保持されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項５】
前記遮蔽材が、前記紙材を複数重ねて型抜き加工されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項６】
前記遮蔽材が、前記紙材を丸めてプレス加工されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項７】
不活性ガス雰囲気にて溶接される管材内部に請求項１から６のいずれかに記載の遮蔽材を挿入し、前記管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成して溶接することを特徴とするバックシールド溶接工法。
【請求項１】
不活性ガス雰囲気にて溶接される管材内部に挿入され、前記管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成するバックシールド溶接工法の遮蔽材であって、
前記遮蔽材が紙材を成形加工した円盤状であることを特徴とするバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項２】
前記紙材は、水溶性物質により構成される結合材を用いて繊維が膠着されていることを特徴とする請求項１に記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項３】
前記遮蔽材は、前記管材内部の径より大きく、かつ、前記管材内部に圧入可能な径を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項４】
前記遮蔽材が前記管材内部に弾性保持されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項５】
前記遮蔽材が、前記紙材を複数重ねて型抜き加工されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項６】
前記遮蔽材が、前記紙材を丸めてプレス加工されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のバックシールド溶接工法の遮蔽材。
【請求項７】
不活性ガス雰囲気にて溶接される管材内部に請求項１から６のいずれかに記載の遮蔽材を挿入し、前記管材内部の溶接部周囲に不活性ガス充填空間を形成して溶接することを特徴とするバックシールド溶接工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１１３１１２（Ｐ２００９−１１３１１２Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９２３２１（Ｐ２００７−２９２３２１）
【出願日】平成１９年１１月９日（２００７．１１．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月９日（２００７．１１．９）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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