溶接用治具、溶接構造物、溶接方法及び溶接用治具の除去方法
【課題】メンテナンスの作業負担を軽減することができる溶接用治具、溶接構造物、溶接方法及び溶接用治具の除去方法を提供することを目的とする。
【解決手段】昇華性、水溶性あるいは油溶性の消失材料で所要ギャップの厚みに形成されたスペーサ４ａ，４ｂをソケット１の突出環部１ｃと配管２ａ，２ｂとの対向端面間のそれぞれ介設し、スペーサ４ａ，４ｂの厚み分の所要ギャップをソケット１の突出環部１ｃと配管２ａ，２ｂとの対向端面間に確保する。この状態で、ソケット１の両端部と配管２ａ，２ｂの外周面とを溶接する。
【解決手段】昇華性、水溶性あるいは油溶性の消失材料で所要ギャップの厚みに形成されたスペーサ４ａ，４ｂをソケット１の突出環部１ｃと配管２ａ，２ｂとの対向端面間のそれぞれ介設し、スペーサ４ａ，４ｂの厚み分の所要ギャップをソケット１の突出環部１ｃと配管２ａ，２ｂとの対向端面間に確保する。この状態で、ソケット１の両端部と配管２ａ，２ｂの外周面とを溶接する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接用治具、溶接構造物、溶接方法及び溶接用治具の除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばソケット継手を介して配管を繋ぐ場合、配管の外周面とソケット継手の端面とを溶接により接続するが、ソケット継手と配管等とを溶接で接続する際、溶接入熱で配管及びソケット継手の双方に熱伸びが発生する。この場合、一般に配管の方がソケット継手よりも肉厚が薄いため、入熱による温度上昇は配管の方が早く、ソケット継手よりも配管の方が熱伸び量が大きくなる。
【０００３】
そのため、一般に、ソケット継手の内周部に突出した突出環（又は他の配管）と配管先端の端面との間にギャップを確保し、配管の先端が拘束されないようにして溶接を施行している。先端が拘束された状態で配管が伸長すると、配管とソケット継手を接合する溶接部に過大な応力が作用し、溶接部に亀裂が入る等の不具合が発生する恐れがあるためである。
【０００４】
前述した熱伸び差吸収用のギャップ（以下、単にギャップと記載する）を確保するにあたっては、従来、溶接前にソケット継手に配管を挿入した後、ケガキ作業をした上でギャップを設定していた。また、作業者の勘でギャップが設定される場合もあった。しかし、例えば発電プラントでは膨大な配管作業でその都度ケガキ作業を伴うのでは作業効率が悪く、かといって作業者の勘に任せるのでは精度が必ずしも確保できない。
【０００５】
そこで、配管とソケット継手、又は配管同士の間に可燃性スペーサを介設して溶接し、溶接中に当該溶接の熱でスペーサを焼滅させることで、ギャップを確保する溶接方法がある（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−７２５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の溶接方法の場合、溶接の熱によってスペーサを焼滅させるので、溶接中に完全にスペーサが焼滅しなければ、スペーサの一部が異物として配管内部に残存してしまう危険性がある。このように配管系の信頼面に課題が残るため、精密機械や高速で駆動する機械に接続する配管に特許文献１の溶接方法を適用した場合、異物侵入による機械の動作不良や損傷を招来する恐れがあり、入念な安全点検を要するなどメンテナンスの作業負担を抑制することができない。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、メンテナンスの作業負担を軽減することができる溶接用治具、溶接構造物、溶接方法及び溶接用治具の除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、消失材料で形成された溶接用治具を溶接継手間に介設し、溶接継手同士を溶接する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、メンテナンスの作業負担を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の溶接用治具を用いた溶接構造物の断面図であり、溶接前の状態を表している。
【図２】本発明の溶接用治具を用いた溶接構造物の断面図であり、溶接後の状態を模式的に表している。
【図３】本発明の溶接用治具の一構成例を表した外観図、及びこの図中のIIIａ−IIIａ線による断面図である。
【図４】本発明の溶接用治具の他の構成例を表した外観図、及びこの図中のIVａ−IVａ線による断面図である。
【図５】本発明の溶接用治具のさらに他の構成例を表した外観図、及びこの図中のＶａ−Ｖａ線による断面図である。
【図６】本発明の溶接用治具のさらに他の構成例を表した外観図、及びこの図中のVIａ−VIａ線による断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は本発明の溶接用治具を用いた溶接構造物の断面図である。
【００１４】
図１ではソケット１を介して配管２ａ，２ｂを接合する例を表しており、溶接継手であるソケット１及び配管２ａの間に溶接用治具であるスペーサ４ａを介設し、ソケット１及び配管２ａを溶接（溶接部に符号３ａを付す）により接合したものが、溶接構造物１０ａである。同じく、スペーサ４ｂを介在させてソケット１及び配管２ｂを溶接（溶接部に符号３ｂを付す）により接合したものが溶接構造物１０ｂである。
【００１５】
ソケット１は、図１において左右両側に配管２ａ，２ｂの挿入口１ａ，１ｂを備えた筒状の継手であり、中心軸方向（図１中の左右方向）の中央部に内径側に突出した突出環部１ｃを備えている。突出環部１ｃの内径は、特に限定されないが、例えば配管２ａ，２ｂの内径と同程度である。
【００１６】
スペーサ４ａ，４ｂは、ソケット１の挿入口１ａ，１ｂ内に収容され、それぞれ突出環部１ｃの左右両側に当接している。スペーサ４ａ，４ｂの材質や形状については、後で幾つかの具体例を示す。
【００１７】
配管２ａ，２ｂは、ソケット１の挿入口１ａ，１ｂに挿し込まれ、それぞれスペーサ４ａ，４ｂに端面が当接している。すなわち、配管２ａ，２ｂの端面は、それぞれスペーサ４ａ，４ｂを介してソケット１の突出環部１ｃの左右の端面に着座している。
【００１８】
このように、ソケット１と配管２ａ，２ｂとの間にスペーサ４ａ，４ｂを介設し、ソケット１と配管２ａ，２ｂとを溶接することにより、溶接構造物１０ａ，１０ｂが構成される。
【００１９】
スペーサ４ａ，４ｂの材質は、昇華性の材質、水溶性の材質、油溶性の材質に大別される。
【００２０】
昇華性の消失材料としては、常温で固体から気体に昇華して消失する材質が好ましく、例として環境負荷の低いものを中心に考えれば、気化防錆材、ナフタレン、パラジクロロベンゼン、ドライアイス、その他が例示できる。また、高温で昇華する材質を含めれば、例えばグラファイト（黒鉛）等も利用できる。
【００２１】
水溶性の消失材料とは、文字通り水に溶けて消失する材質であり、例として環境負荷の低いものを中心に考えれば、水溶性防錆材、デンプンを原材料とした材料、糖類、ゲル類、塩類化合物、その他が例示できる。デンプンを原材料とした材料としては、オブラート、糊、寒天等が例示できる。塩類化合物としては、例えばバリウム等が例示できる。
【００２２】
油溶性の消失材料とは、文字通り油に溶けて消失する材質であり、例えば、常温では固体であり融点が５０℃程度の炭化水素化合物等が例示できる。例として環境負荷の低いものを中心に考えれば、油脂、ラード、ワックス、グリース、その他が例示できる。油脂としては、バター、マーガリン、牛脂等の動物性油脂の他、植物性油脂も含まれる。
【００２３】
次にスペーサ４ａ，４ｂの形状について、幾つか例示する。
【００２４】
図３はスペーサ４ａ，４ｂの一構成例を表した図であり、図３（ｂ）は外観図で、図３（ａ）は図３（ｂ）のIIIａ−IIIａ線による断面図である。
【００２５】
図３に示したスペーサ４Ａは、スペーサ４ａ，４ｂの一構成例であり、消失材料を円環状に形成したものである。スペーサ４Ａの厚み（図３（ａ）中の左右方向寸法）が配管２ａ，２ｂとソケット１の溶接時の熱伸び差を吸収するギャップ寸法である。スペーサ４Ａの外形寸法はソケット１の挿入口１ａ，１ｂ及び配管２ａ，２ｂの内径寸法よりも大きく、スペーサ４Ａを挿入口１ａ，１ｂに収容して配管２ａ，２ｂをソケット１に挿し込めば、スペーサ４Ａの少なくとも一部がソケット１の突出環部１ｃと配管２ａ，２ｂとの間に挟まるようになっている。
【００２６】
また、本例では、スペーサ４Ａの断面が矩形状である場合を例に挙げたが、断面形状は矩形状に限定されず、円形状や楕円形状等であっても良い。
【００２７】
本例は、構成が単純で製造し易く、溶接時にスペーサ４Ａに伝達される熱によって配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を許容するだけの熱可塑性を有する材質で当該スペーサ４Ａを形成する場合に好適である。
【００２８】
図４はスペーサ４ａ，４ｂの他の構成例を表した図であり、図４（ｂ）は外観図で、図４（ａ）は図４（ｂ）のIVａ−IVａ線による断面図である。
【００２９】
図４に示したスペーサ４Ｂは、消失材料を中空の円環状に形成したものである。図３のスペーサ４Ａは断面が中実であったのに対し、本例のスペーサ４Ｂは、断面が中空になっている。この点を除けば、本例のスペーサ４Ｂは、スペーサ４Ａの構成に等しい。また、本例ではスペーサ４Ｂの断面を角パイプ状にした場合を例示しているが、断面形状は角パイプ状に限定されず、丸パイプ状や楕円パイプ状等であっても良い。
【００３０】
本例のスペーサ４Ｂは、中空断面にしたことによって図３のスペーサ４Ａに比べて剛性が低くなっている。すなわち、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を材質の熱可塑性では許容できない場合でも、配管２ａ，２ｂからの押圧力によって積極的にスペーサ４Ｂを変形させることで、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を許容する構成である。
【００３１】
図５はスペーサ４ａ，４ｂのさらに他の構成例を表した図であり、図５（ｂ）は外観図で、図５（ａ）は図５（ｂ）のＶａ−Ｖａ線による断面図である。
【００３２】
図５に示したスペーサ４Ｃは、断面をコの字状にした点を除き、スペーサ４Ａの構成に等しい。
【００３３】
Ｕ字状断面にしたことによって、本例のスペーサ４Ｃも図３のスペーサ４Ａに比べて剛性が低くなっている。すなわち、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を材質の熱可塑性では許容できない場合でも、配管２ａ，２ｂからの押圧力によって積極的にスペーサ４Ｃを変形させることで、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を許容する構成である。
【００３４】
なお、本例のスペーサ４Ｃは、外周側に開口したコの字状断面としてあるが、内周側に開口したコの字状断面としても良い。また、コの字状に限定されず、例えばＵ字状にしても良い。
【００３５】
図６はスペーサ４ａ，４ｂのさらに他の構成例を表した図であり、図６（ｂ）は外観図で、図６（ａ）は図６（ｂ）のVIａ−VIａ線による断面図である。
【００３６】
図６に示したスペーサ４Ｄは、図５の構成例と同種の構成例であり、断面をＶ字状にした例である。この点を除き、スペーサ４Ａの構成に等しい。本例のスペーサ４Ｄは、外周側に開口したＶ字状断面としてあるが、図５のスペーサ４Ｃと同じく、開口を内周側に向けた断面形状としても良い。
【００３７】
Ｕ字状断面にしたことによって、本例のスペーサ４Ｄも図３のスペーサ４Ａに比べて剛性が低くなっている。すなわち、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を材質の熱可塑性では許容できない場合でも、配管２ａ，２ｂからの押圧力によって積極的にスペーサ４Ｄを変形させることで、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を許容する構成である。
【００３８】
なお、スペーサ４ａ，４ｂの構成は、図３−図６の各例に限定されない。例えば、リング状ではなく中央に貫通孔が開けられていない単なるプレート状（例えば円板状、矩形の板状）、或いは中字状を含む放射状の形状とすることも考えられる。また、平板形状に限定されず、スプリングワッシャー型、波型の形状等とすることも考えられる。ソケット１の挿入口１ａ，１ｂに収容し、かつ突出環部１ｃに架かる形状であれば良い。さらに、スペーサ４ａ，４ｂの製造方法としては、一体成型の他、複数のパーツを貼り合わせによる製造、材質によっては機械加工による製造等も考えられる。
【００３９】
次に本実施形態の溶接用治具を用いた溶接方法を説明する。
【００４０】
（手順１）
図１において、配管２ａ，２ｂを継ぎ合わせる際、まずソケット１の挿入口１ａにスペーサ４ａを入れ、続けて配管２ａを挿し込む。そして、ソケット１の突出環部１ｃの左側端面にスペーサ４ａを、スペーサ４ａに配管２ａの端面を当接させ、突出環部１ｃと配管２ａの対向端面間にスペーサ４ａを介設する（図１中の左側参照）。
【００４１】
（手順２）
次に、ソケット１の左側の端面と配管２ａの外周面とを隅肉溶接により溶接する（溶接部３ａ参照）。このとき、ソケット１と配管２ａには、互いの熱容量の違いに起因して溶接入熱による熱伸び差が生じ、配管２ａの先端部が拘束部（溶接部３ａ）を起点として伸長する。本実施形態では、図３−図６の構成例で説明したように熱や押し付け荷重によってスペーサ４ａが変形し（図２参照）、所要ギャップ内において配管２ａの先端部が拘束されないので、ソケット１及び配管２ａの熱伸び差が吸収される。
【００４２】
（手順３）
手順１と同様に、ソケット１の挿入口１ｂにスペーサ４ｂを入れ、続けて配管２ｂを挿し込む。そして、ソケット１の突出環部１ｃの右側端面にスペーサ４ｂを、スペーサ４ｂに配管２ｂの端面を当接させ、突出環部１ｃと配管２ａの対向端面間にスペーサ４ａを介設する（図１中の右側参照）。
【００４３】
（手順４）
手順２と同様に、ソケット１の右側の端面と配管２ｂの外周面とを隅肉溶接により溶接する（溶接部３ｂ参照）。このとき、図２に示したように熱や押し付け荷重によってスペーサ４ｂが変形し、ソケット１及び配管２ｂの熱伸び差が吸収される。
【００４４】
以上の手順１−４によって配管２ａ，２ｂがソケット１によって接続される。なお、言うまでもないが、（手順１）を（手順２）よりも前に、（手順３）を（手順４）よりも前に施行しさえすれば、（手順１）−（手順４）の順番は問わない。例えば（手順１）→（手順３）→（手順２）→（手順４）、或いは（手順３）→（手順４）→（手順１）→（手順２）の順に作業しても良い。
【００４５】
さらに、溶接後のスペーサ４ａ，４ｂの除去方法について説明する。
【００４６】
（１）水溶性のスペーサの場合
スペーサ４ａ，４ｂが水溶性であれば、配管２ａ，２ｂに通水することで、スペーサ４ａ，４ｂは水に溶けて消失する。本実施形態ではソケット１及び配管２ａ，２ｂにスペーサ４ａ，４ｂを介設しているので配管４ａ，４ｂに通水する方法が採られるが、溶接構造物の構成に応じた方法で適宜スペーサを水に晒せばスペーサを除去することができる。溶接構造物の構成によっては、溶接構造物を水に浸したり、溶接構造物に水をかけたりすることでも、スペーサは除去され得る。
【００４７】
水溶性のスペーサは、例えばプラントや機械の蒸気系統、給水系統、冷却水系統等、蒸気や淡水、海水、薬液等を流す配管系統への適用に好適であり、例えば配管施工後に耐圧試験で配管に通水する場合、配管内部を水洗浄する場合には、それら耐圧試験や洗浄作業でスペーサの除去作業を兼ねることができる。
【００４８】
（２）油溶性のスペーサの場合
スペーサ４ａ，４ｂが油溶性であれば、配管２ａ，２ｂに油を流すことで、スペーサ４ａ，４ｂは油に溶けて消失する。本実施形態ではソケット１及び配管２ａ，２ｂにスペーサ４ａ，４ｂを介設しているので配管４ａ，４ｂに油を通す方法が採られるが、溶接構造物の構成に応じた方法で適宜スペーサを油に晒せばスペーサを除去することができる。溶接構造物の構成によっては、溶接構造物を油に浸したり、溶接構造物に油をかけたりすることによっても、スペーサは除去され得る。
【００４９】
油溶性のスペーサは、例えばプラントや機械の潤滑油系統、作動油系統等、油を通す配管系統への適用に好適であり、例えば配管施工後に耐圧試験で配管に油を通す場合、配管内部を油洗浄する場合には、それら耐圧試験や洗浄作業でスペーサの除去作業を兼ねることができる。
【００５０】
（３）昇華性のスペーサの場合
スペーサ４ａ，４ｂが常温で昇華する消失材料で形成されていれば、そのまま放置しておけば、経時的にスペーサ４ａ，４ｂは昇華して消失する。常温よりも高い温度で昇華する消失材料であれば、高温のガスを配管２ａ，２ｂに流す等、何らかの方法で加熱してやれば、スペーサ４ａ，４ｂを除去することができる。もっとも、溶接時の入熱でも消失し得る。
【００５１】
昇華性のスペーサは、耐圧試験で水や油を使用できないようなプラントや機械の配管系統にも使用できる。例えばプラントや機械の燃料ガス、窒素ガス、水素ガス、炭酸ガス等を通す配管系統では、例えば配管内部に残留した水分による熱量の低下を回避するため、或いはその他の諸事情によって、配管内部の洗浄や耐圧試験に水や油を使用できない場合もある。このような場合でも、自然消失する昇華性のスペーサは好適である。
【００５２】
以上、本実施形態によれば、スペーサ４ａ，４ｂを配管２ａ，２ｂとソケット１との間に介在させて溶接することによって、配管２ａ，２ｂのソケット１への挿入代をケガキ等で調整・管理することなく、配管２ａ，２ｂとソケット１との間にスペーサ４ａ，４ｂの厚みに相当する所要のギャップを容易に確保することができる。また、スペーサ４ａ，４ｂを所要の厚みで形成することによって、所要のギャップを精度良く確保することができる。大型プラントの各種配管系統に本実施形態を適用した場合、適用箇所の数が膨大であるため、配管作業の大幅な工数低減が期待される。
【００５３】
このとき、本実施形態によれば、溶接後にスペーサ４ａ，４ｂが自然消失、或いは洗浄や耐圧試験等のメンテナンス時の水や油に溶けて消失するので、溶接時にスペーサ４ａ，４ｂが消失しきらなくても、その後特別に除去作業をすることなくスペーサ４ａ，４ｂを除去することができる。このように、スペーサ４ａ，４ｂが異物として配管２ａ，２ｂ内に残留することを効果的に抑制できるので、配管系の信頼性が向上し、また異物除去作業が基本的に発生しないのでメンテナンスの作業負担を軽減することができる。そして、残存異物による機器の動作不良等を抑制し、更なる信頼性の向上を図ることができる。
【００５４】
さらに、防錆作用を併せ持つ材料でスペーサ４ａ，４ｂを形成した場合、適用箇所への錆の発生を抑制することができる。この場合、流通する流体に錆が同伴して各種接続機器に錆が異物として浸入することを抑制することができるので、さらなる信頼性の向上に貢献することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、ソケット１と配管２ａ，２ｂとの間にそれぞれスペーサ４ａ，４ｂを介設する場合を例に挙げて説明したが、例えば、突出環部１ｃのない単純な筒状のソケットを用いた場合、ソケット内部で２本の配管の端面同士が対向する。この場合、ソケット内部で２本の配管の対向端面間に厚みが所要ギャップのスペーサ（又は合計厚みが所要ギャップとなる複数のスペーサ）を介設し、ソケット及び配管を溶接する。この場合も同様の効果が得られる。また、ソケットを介さず、２本の配管の端面に開先をとって直接溶接することも考えられるが、このような場合に配管の熱伸びを吸収する必要がある場合には、スペーサを配管の端面間に介設して２本の配管を開先溶接することもできる。また、配管のみならず、複数のパーツを溶接して容器状に構成する溶接構造物や、複数の棒を接いで構成した溶接構造物等においても、溶接継手の熱伸びを吸収する必要がある場合には、本発明の適用により同様の効果が期待される。
【符号の説明】
【００５６】
１ ソケット（溶接継手）
１ａ，ｂ 挿入口
１ｃ 突出環部
２ａ，ｂ 配管（溶接継手）
３ａ，ｂ 溶接部
４ａ，ｂ スペーサ（溶接用治具）
４Ａ−Ｄ スペーサ（溶接用治具）
１０ａ，ｂ 溶接構造物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接用治具、溶接構造物、溶接方法及び溶接用治具の除去方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばソケット継手を介して配管を繋ぐ場合、配管の外周面とソケット継手の端面とを溶接により接続するが、ソケット継手と配管等とを溶接で接続する際、溶接入熱で配管及びソケット継手の双方に熱伸びが発生する。この場合、一般に配管の方がソケット継手よりも肉厚が薄いため、入熱による温度上昇は配管の方が早く、ソケット継手よりも配管の方が熱伸び量が大きくなる。
【０００３】
そのため、一般に、ソケット継手の内周部に突出した突出環（又は他の配管）と配管先端の端面との間にギャップを確保し、配管の先端が拘束されないようにして溶接を施行している。先端が拘束された状態で配管が伸長すると、配管とソケット継手を接合する溶接部に過大な応力が作用し、溶接部に亀裂が入る等の不具合が発生する恐れがあるためである。
【０００４】
前述した熱伸び差吸収用のギャップ（以下、単にギャップと記載する）を確保するにあたっては、従来、溶接前にソケット継手に配管を挿入した後、ケガキ作業をした上でギャップを設定していた。また、作業者の勘でギャップが設定される場合もあった。しかし、例えば発電プラントでは膨大な配管作業でその都度ケガキ作業を伴うのでは作業効率が悪く、かといって作業者の勘に任せるのでは精度が必ずしも確保できない。
【０００５】
そこで、配管とソケット継手、又は配管同士の間に可燃性スペーサを介設して溶接し、溶接中に当該溶接の熱でスペーサを焼滅させることで、ギャップを確保する溶接方法がある（特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５４−７２５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の溶接方法の場合、溶接の熱によってスペーサを焼滅させるので、溶接中に完全にスペーサが焼滅しなければ、スペーサの一部が異物として配管内部に残存してしまう危険性がある。このように配管系の信頼面に課題が残るため、精密機械や高速で駆動する機械に接続する配管に特許文献１の溶接方法を適用した場合、異物侵入による機械の動作不良や損傷を招来する恐れがあり、入念な安全点検を要するなどメンテナンスの作業負担を抑制することができない。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、メンテナンスの作業負担を軽減することができる溶接用治具、溶接構造物、溶接方法及び溶接用治具の除去方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、消失材料で形成された溶接用治具を溶接継手間に介設し、溶接継手同士を溶接する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、メンテナンスの作業負担を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の溶接用治具を用いた溶接構造物の断面図であり、溶接前の状態を表している。
【図２】本発明の溶接用治具を用いた溶接構造物の断面図であり、溶接後の状態を模式的に表している。
【図３】本発明の溶接用治具の一構成例を表した外観図、及びこの図中のIIIａ−IIIａ線による断面図である。
【図４】本発明の溶接用治具の他の構成例を表した外観図、及びこの図中のIVａ−IVａ線による断面図である。
【図５】本発明の溶接用治具のさらに他の構成例を表した外観図、及びこの図中のＶａ−Ｖａ線による断面図である。
【図６】本発明の溶接用治具のさらに他の構成例を表した外観図、及びこの図中のVIａ−VIａ線による断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は本発明の溶接用治具を用いた溶接構造物の断面図である。
【００１４】
図１ではソケット１を介して配管２ａ，２ｂを接合する例を表しており、溶接継手であるソケット１及び配管２ａの間に溶接用治具であるスペーサ４ａを介設し、ソケット１及び配管２ａを溶接（溶接部に符号３ａを付す）により接合したものが、溶接構造物１０ａである。同じく、スペーサ４ｂを介在させてソケット１及び配管２ｂを溶接（溶接部に符号３ｂを付す）により接合したものが溶接構造物１０ｂである。
【００１５】
ソケット１は、図１において左右両側に配管２ａ，２ｂの挿入口１ａ，１ｂを備えた筒状の継手であり、中心軸方向（図１中の左右方向）の中央部に内径側に突出した突出環部１ｃを備えている。突出環部１ｃの内径は、特に限定されないが、例えば配管２ａ，２ｂの内径と同程度である。
【００１６】
スペーサ４ａ，４ｂは、ソケット１の挿入口１ａ，１ｂ内に収容され、それぞれ突出環部１ｃの左右両側に当接している。スペーサ４ａ，４ｂの材質や形状については、後で幾つかの具体例を示す。
【００１７】
配管２ａ，２ｂは、ソケット１の挿入口１ａ，１ｂに挿し込まれ、それぞれスペーサ４ａ，４ｂに端面が当接している。すなわち、配管２ａ，２ｂの端面は、それぞれスペーサ４ａ，４ｂを介してソケット１の突出環部１ｃの左右の端面に着座している。
【００１８】
このように、ソケット１と配管２ａ，２ｂとの間にスペーサ４ａ，４ｂを介設し、ソケット１と配管２ａ，２ｂとを溶接することにより、溶接構造物１０ａ，１０ｂが構成される。
【００１９】
スペーサ４ａ，４ｂの材質は、昇華性の材質、水溶性の材質、油溶性の材質に大別される。
【００２０】
昇華性の消失材料としては、常温で固体から気体に昇華して消失する材質が好ましく、例として環境負荷の低いものを中心に考えれば、気化防錆材、ナフタレン、パラジクロロベンゼン、ドライアイス、その他が例示できる。また、高温で昇華する材質を含めれば、例えばグラファイト（黒鉛）等も利用できる。
【００２１】
水溶性の消失材料とは、文字通り水に溶けて消失する材質であり、例として環境負荷の低いものを中心に考えれば、水溶性防錆材、デンプンを原材料とした材料、糖類、ゲル類、塩類化合物、その他が例示できる。デンプンを原材料とした材料としては、オブラート、糊、寒天等が例示できる。塩類化合物としては、例えばバリウム等が例示できる。
【００２２】
油溶性の消失材料とは、文字通り油に溶けて消失する材質であり、例えば、常温では固体であり融点が５０℃程度の炭化水素化合物等が例示できる。例として環境負荷の低いものを中心に考えれば、油脂、ラード、ワックス、グリース、その他が例示できる。油脂としては、バター、マーガリン、牛脂等の動物性油脂の他、植物性油脂も含まれる。
【００２３】
次にスペーサ４ａ，４ｂの形状について、幾つか例示する。
【００２４】
図３はスペーサ４ａ，４ｂの一構成例を表した図であり、図３（ｂ）は外観図で、図３（ａ）は図３（ｂ）のIIIａ−IIIａ線による断面図である。
【００２５】
図３に示したスペーサ４Ａは、スペーサ４ａ，４ｂの一構成例であり、消失材料を円環状に形成したものである。スペーサ４Ａの厚み（図３（ａ）中の左右方向寸法）が配管２ａ，２ｂとソケット１の溶接時の熱伸び差を吸収するギャップ寸法である。スペーサ４Ａの外形寸法はソケット１の挿入口１ａ，１ｂ及び配管２ａ，２ｂの内径寸法よりも大きく、スペーサ４Ａを挿入口１ａ，１ｂに収容して配管２ａ，２ｂをソケット１に挿し込めば、スペーサ４Ａの少なくとも一部がソケット１の突出環部１ｃと配管２ａ，２ｂとの間に挟まるようになっている。
【００２６】
また、本例では、スペーサ４Ａの断面が矩形状である場合を例に挙げたが、断面形状は矩形状に限定されず、円形状や楕円形状等であっても良い。
【００２７】
本例は、構成が単純で製造し易く、溶接時にスペーサ４Ａに伝達される熱によって配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を許容するだけの熱可塑性を有する材質で当該スペーサ４Ａを形成する場合に好適である。
【００２８】
図４はスペーサ４ａ，４ｂの他の構成例を表した図であり、図４（ｂ）は外観図で、図４（ａ）は図４（ｂ）のIVａ−IVａ線による断面図である。
【００２９】
図４に示したスペーサ４Ｂは、消失材料を中空の円環状に形成したものである。図３のスペーサ４Ａは断面が中実であったのに対し、本例のスペーサ４Ｂは、断面が中空になっている。この点を除けば、本例のスペーサ４Ｂは、スペーサ４Ａの構成に等しい。また、本例ではスペーサ４Ｂの断面を角パイプ状にした場合を例示しているが、断面形状は角パイプ状に限定されず、丸パイプ状や楕円パイプ状等であっても良い。
【００３０】
本例のスペーサ４Ｂは、中空断面にしたことによって図３のスペーサ４Ａに比べて剛性が低くなっている。すなわち、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を材質の熱可塑性では許容できない場合でも、配管２ａ，２ｂからの押圧力によって積極的にスペーサ４Ｂを変形させることで、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を許容する構成である。
【００３１】
図５はスペーサ４ａ，４ｂのさらに他の構成例を表した図であり、図５（ｂ）は外観図で、図５（ａ）は図５（ｂ）のＶａ−Ｖａ線による断面図である。
【００３２】
図５に示したスペーサ４Ｃは、断面をコの字状にした点を除き、スペーサ４Ａの構成に等しい。
【００３３】
Ｕ字状断面にしたことによって、本例のスペーサ４Ｃも図３のスペーサ４Ａに比べて剛性が低くなっている。すなわち、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を材質の熱可塑性では許容できない場合でも、配管２ａ，２ｂからの押圧力によって積極的にスペーサ４Ｃを変形させることで、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を許容する構成である。
【００３４】
なお、本例のスペーサ４Ｃは、外周側に開口したコの字状断面としてあるが、内周側に開口したコの字状断面としても良い。また、コの字状に限定されず、例えばＵ字状にしても良い。
【００３５】
図６はスペーサ４ａ，４ｂのさらに他の構成例を表した図であり、図６（ｂ）は外観図で、図６（ａ）は図６（ｂ）のVIａ−VIａ線による断面図である。
【００３６】
図６に示したスペーサ４Ｄは、図５の構成例と同種の構成例であり、断面をＶ字状にした例である。この点を除き、スペーサ４Ａの構成に等しい。本例のスペーサ４Ｄは、外周側に開口したＶ字状断面としてあるが、図５のスペーサ４Ｃと同じく、開口を内周側に向けた断面形状としても良い。
【００３７】
Ｕ字状断面にしたことによって、本例のスペーサ４Ｄも図３のスペーサ４Ａに比べて剛性が低くなっている。すなわち、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を材質の熱可塑性では許容できない場合でも、配管２ａ，２ｂからの押圧力によって積極的にスペーサ４Ｄを変形させることで、配管２ａ，２ｂとソケット１の熱伸び差を許容する構成である。
【００３８】
なお、スペーサ４ａ，４ｂの構成は、図３−図６の各例に限定されない。例えば、リング状ではなく中央に貫通孔が開けられていない単なるプレート状（例えば円板状、矩形の板状）、或いは中字状を含む放射状の形状とすることも考えられる。また、平板形状に限定されず、スプリングワッシャー型、波型の形状等とすることも考えられる。ソケット１の挿入口１ａ，１ｂに収容し、かつ突出環部１ｃに架かる形状であれば良い。さらに、スペーサ４ａ，４ｂの製造方法としては、一体成型の他、複数のパーツを貼り合わせによる製造、材質によっては機械加工による製造等も考えられる。
【００３９】
次に本実施形態の溶接用治具を用いた溶接方法を説明する。
【００４０】
（手順１）
図１において、配管２ａ，２ｂを継ぎ合わせる際、まずソケット１の挿入口１ａにスペーサ４ａを入れ、続けて配管２ａを挿し込む。そして、ソケット１の突出環部１ｃの左側端面にスペーサ４ａを、スペーサ４ａに配管２ａの端面を当接させ、突出環部１ｃと配管２ａの対向端面間にスペーサ４ａを介設する（図１中の左側参照）。
【００４１】
（手順２）
次に、ソケット１の左側の端面と配管２ａの外周面とを隅肉溶接により溶接する（溶接部３ａ参照）。このとき、ソケット１と配管２ａには、互いの熱容量の違いに起因して溶接入熱による熱伸び差が生じ、配管２ａの先端部が拘束部（溶接部３ａ）を起点として伸長する。本実施形態では、図３−図６の構成例で説明したように熱や押し付け荷重によってスペーサ４ａが変形し（図２参照）、所要ギャップ内において配管２ａの先端部が拘束されないので、ソケット１及び配管２ａの熱伸び差が吸収される。
【００４２】
（手順３）
手順１と同様に、ソケット１の挿入口１ｂにスペーサ４ｂを入れ、続けて配管２ｂを挿し込む。そして、ソケット１の突出環部１ｃの右側端面にスペーサ４ｂを、スペーサ４ｂに配管２ｂの端面を当接させ、突出環部１ｃと配管２ａの対向端面間にスペーサ４ａを介設する（図１中の右側参照）。
【００４３】
（手順４）
手順２と同様に、ソケット１の右側の端面と配管２ｂの外周面とを隅肉溶接により溶接する（溶接部３ｂ参照）。このとき、図２に示したように熱や押し付け荷重によってスペーサ４ｂが変形し、ソケット１及び配管２ｂの熱伸び差が吸収される。
【００４４】
以上の手順１−４によって配管２ａ，２ｂがソケット１によって接続される。なお、言うまでもないが、（手順１）を（手順２）よりも前に、（手順３）を（手順４）よりも前に施行しさえすれば、（手順１）−（手順４）の順番は問わない。例えば（手順１）→（手順３）→（手順２）→（手順４）、或いは（手順３）→（手順４）→（手順１）→（手順２）の順に作業しても良い。
【００４５】
さらに、溶接後のスペーサ４ａ，４ｂの除去方法について説明する。
【００４６】
（１）水溶性のスペーサの場合
スペーサ４ａ，４ｂが水溶性であれば、配管２ａ，２ｂに通水することで、スペーサ４ａ，４ｂは水に溶けて消失する。本実施形態ではソケット１及び配管２ａ，２ｂにスペーサ４ａ，４ｂを介設しているので配管４ａ，４ｂに通水する方法が採られるが、溶接構造物の構成に応じた方法で適宜スペーサを水に晒せばスペーサを除去することができる。溶接構造物の構成によっては、溶接構造物を水に浸したり、溶接構造物に水をかけたりすることでも、スペーサは除去され得る。
【００４７】
水溶性のスペーサは、例えばプラントや機械の蒸気系統、給水系統、冷却水系統等、蒸気や淡水、海水、薬液等を流す配管系統への適用に好適であり、例えば配管施工後に耐圧試験で配管に通水する場合、配管内部を水洗浄する場合には、それら耐圧試験や洗浄作業でスペーサの除去作業を兼ねることができる。
【００４８】
（２）油溶性のスペーサの場合
スペーサ４ａ，４ｂが油溶性であれば、配管２ａ，２ｂに油を流すことで、スペーサ４ａ，４ｂは油に溶けて消失する。本実施形態ではソケット１及び配管２ａ，２ｂにスペーサ４ａ，４ｂを介設しているので配管４ａ，４ｂに油を通す方法が採られるが、溶接構造物の構成に応じた方法で適宜スペーサを油に晒せばスペーサを除去することができる。溶接構造物の構成によっては、溶接構造物を油に浸したり、溶接構造物に油をかけたりすることによっても、スペーサは除去され得る。
【００４９】
油溶性のスペーサは、例えばプラントや機械の潤滑油系統、作動油系統等、油を通す配管系統への適用に好適であり、例えば配管施工後に耐圧試験で配管に油を通す場合、配管内部を油洗浄する場合には、それら耐圧試験や洗浄作業でスペーサの除去作業を兼ねることができる。
【００５０】
（３）昇華性のスペーサの場合
スペーサ４ａ，４ｂが常温で昇華する消失材料で形成されていれば、そのまま放置しておけば、経時的にスペーサ４ａ，４ｂは昇華して消失する。常温よりも高い温度で昇華する消失材料であれば、高温のガスを配管２ａ，２ｂに流す等、何らかの方法で加熱してやれば、スペーサ４ａ，４ｂを除去することができる。もっとも、溶接時の入熱でも消失し得る。
【００５１】
昇華性のスペーサは、耐圧試験で水や油を使用できないようなプラントや機械の配管系統にも使用できる。例えばプラントや機械の燃料ガス、窒素ガス、水素ガス、炭酸ガス等を通す配管系統では、例えば配管内部に残留した水分による熱量の低下を回避するため、或いはその他の諸事情によって、配管内部の洗浄や耐圧試験に水や油を使用できない場合もある。このような場合でも、自然消失する昇華性のスペーサは好適である。
【００５２】
以上、本実施形態によれば、スペーサ４ａ，４ｂを配管２ａ，２ｂとソケット１との間に介在させて溶接することによって、配管２ａ，２ｂのソケット１への挿入代をケガキ等で調整・管理することなく、配管２ａ，２ｂとソケット１との間にスペーサ４ａ，４ｂの厚みに相当する所要のギャップを容易に確保することができる。また、スペーサ４ａ，４ｂを所要の厚みで形成することによって、所要のギャップを精度良く確保することができる。大型プラントの各種配管系統に本実施形態を適用した場合、適用箇所の数が膨大であるため、配管作業の大幅な工数低減が期待される。
【００５３】
このとき、本実施形態によれば、溶接後にスペーサ４ａ，４ｂが自然消失、或いは洗浄や耐圧試験等のメンテナンス時の水や油に溶けて消失するので、溶接時にスペーサ４ａ，４ｂが消失しきらなくても、その後特別に除去作業をすることなくスペーサ４ａ，４ｂを除去することができる。このように、スペーサ４ａ，４ｂが異物として配管２ａ，２ｂ内に残留することを効果的に抑制できるので、配管系の信頼性が向上し、また異物除去作業が基本的に発生しないのでメンテナンスの作業負担を軽減することができる。そして、残存異物による機器の動作不良等を抑制し、更なる信頼性の向上を図ることができる。
【００５４】
さらに、防錆作用を併せ持つ材料でスペーサ４ａ，４ｂを形成した場合、適用箇所への錆の発生を抑制することができる。この場合、流通する流体に錆が同伴して各種接続機器に錆が異物として浸入することを抑制することができるので、さらなる信頼性の向上に貢献することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、ソケット１と配管２ａ，２ｂとの間にそれぞれスペーサ４ａ，４ｂを介設する場合を例に挙げて説明したが、例えば、突出環部１ｃのない単純な筒状のソケットを用いた場合、ソケット内部で２本の配管の端面同士が対向する。この場合、ソケット内部で２本の配管の対向端面間に厚みが所要ギャップのスペーサ（又は合計厚みが所要ギャップとなる複数のスペーサ）を介設し、ソケット及び配管を溶接する。この場合も同様の効果が得られる。また、ソケットを介さず、２本の配管の端面に開先をとって直接溶接することも考えられるが、このような場合に配管の熱伸びを吸収する必要がある場合には、スペーサを配管の端面間に介設して２本の配管を開先溶接することもできる。また、配管のみならず、複数のパーツを溶接して容器状に構成する溶接構造物や、複数の棒を接いで構成した溶接構造物等においても、溶接継手の熱伸びを吸収する必要がある場合には、本発明の適用により同様の効果が期待される。
【符号の説明】
【００５６】
１ ソケット（溶接継手）
１ａ，ｂ 挿入口
１ｃ 突出環部
２ａ，ｂ 配管（溶接継手）
３ａ，ｂ 溶接部
４ａ，ｂ スペーサ（溶接用治具）
４Ａ−Ｄ スペーサ（溶接用治具）
１０ａ，ｂ 溶接構造物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接時に溶接継手間に介設する溶接用治具であって、
材質が昇華性の消失材料であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項２】
請求項１の溶接用治具において、前記昇華性の消失材料が、気化防錆材、ナフタレン、パラジクロロベンゼン、ドライアイス又はグラファイトであることを特徴とする溶接用治具。
【請求項３】
溶接時に溶接継手間に介設する溶接用治具であって、
材質が水溶性の消失材料であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項４】
請求項３の溶接用治具において、前記水溶性の消失材料が、水溶性防錆材、澱粉を原材とする材料、糖類、ゲル類又は塩類化合物であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項５】
溶接時に溶接継手間に介設する溶接用治具であって、
材質が油溶性の消失材料であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項６】
請求項５の溶接用治具において、前記油溶性の消失材料が、油脂、ワックス又はグリースを含む炭化水素化合物であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項７】
請求項１−６のいずれかの溶接用治具において、
断面が、中空、コの字状、Ｕ字状又はＶ字状に形成されていることを特徴とする溶接用治具。
【請求項８】
請求項１−７のいずれかの溶接用治具において、
前記溶接継手は、ソケット継手及びこれに挿入するパイプ材であり、
前記ソケット継手の内周部に突出した突出環と前記パイプ材の対向端面間、又は前記ソケット継手に挿入される２本のパイプ材の対向端面間に介設されることを特徴とする溶接用治具。
【請求項９】
複数の溶接継手と、
これら複数の溶接継手間に介設した請求項１−８のいずれかの溶接用治具と
を備えた溶接構造物。
【請求項１０】
請求項１−８のいずれかの溶接用治具を溶接継手間に介設し、
前記溶接継手同士を溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項１１】
複数の溶接継手間に介設した請求項３の溶接用治具を水に晒して当該溶接用治具を除去することを特徴とする溶接用治具の除去方法。
【請求項１２】
複数の溶接継手間に介設した請求項５の溶接用治具を油に晒して当該溶接用治具を除去することを特徴とする溶接用治具の除去方法。
【請求項１】
溶接時に溶接継手間に介設する溶接用治具であって、
材質が昇華性の消失材料であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項２】
請求項１の溶接用治具において、前記昇華性の消失材料が、気化防錆材、ナフタレン、パラジクロロベンゼン、ドライアイス又はグラファイトであることを特徴とする溶接用治具。
【請求項３】
溶接時に溶接継手間に介設する溶接用治具であって、
材質が水溶性の消失材料であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項４】
請求項３の溶接用治具において、前記水溶性の消失材料が、水溶性防錆材、澱粉を原材とする材料、糖類、ゲル類又は塩類化合物であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項５】
溶接時に溶接継手間に介設する溶接用治具であって、
材質が油溶性の消失材料であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項６】
請求項５の溶接用治具において、前記油溶性の消失材料が、油脂、ワックス又はグリースを含む炭化水素化合物であることを特徴とする溶接用治具。
【請求項７】
請求項１−６のいずれかの溶接用治具において、
断面が、中空、コの字状、Ｕ字状又はＶ字状に形成されていることを特徴とする溶接用治具。
【請求項８】
請求項１−７のいずれかの溶接用治具において、
前記溶接継手は、ソケット継手及びこれに挿入するパイプ材であり、
前記ソケット継手の内周部に突出した突出環と前記パイプ材の対向端面間、又は前記ソケット継手に挿入される２本のパイプ材の対向端面間に介設されることを特徴とする溶接用治具。
【請求項９】
複数の溶接継手と、
これら複数の溶接継手間に介設した請求項１−８のいずれかの溶接用治具と
を備えた溶接構造物。
【請求項１０】
請求項１−８のいずれかの溶接用治具を溶接継手間に介設し、
前記溶接継手同士を溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項１１】
複数の溶接継手間に介設した請求項３の溶接用治具を水に晒して当該溶接用治具を除去することを特徴とする溶接用治具の除去方法。
【請求項１２】
複数の溶接継手間に介設した請求項５の溶接用治具を油に晒して当該溶接用治具を除去することを特徴とする溶接用治具の除去方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−７９０３２（Ｐ２０１１−７９０３２Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３４７１３（Ｐ２００９−２３４７１３）
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月９日（２００９．１０．９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]