JP2009291828A

JP2009291828A - 配管接合方法

Info

Publication number: JP2009291828A
Application number: JP2008149721A
Authority: JP
Inventors: Jiro Kasahara; 二郎笠原; Naotaka Uchimichi; 直孝打道; Takaaki Kobayashi; 高揚小林
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】配管内において好適に流体が流れるように配管同士を接続することが可能な配管接合方法について提供する。
【解決手段】一方の配管１の端面１ａに他方の配管２の端面２ａを当接させる配管当接工程と、一対の配管１，２の当接部分の外周に形成された開先５にアーク溶接を行うアーク溶接工程と、を備え、一方の配管１の端面１ａの内周側には、配管の軸方向外側に突出した環状の内側環状突出部１０が形成され、他方の配管２の端面２ａの内周側には、内側環状突出部１０の外周側に嵌め合わされると共に軸方向外側に突出した環状の外側環状突出部２２が形成されており、配管当接工程において、内側環状突出部１０に外側環状突出部２２を嵌め合わせたときに、一対の配管１，２は、その内壁面１ｂ，２ｂが平坦となるように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、配管同士をアーク溶接により接続する配管接合方法に関するものである。

従来、排気マニホールドと過給機のハウジングとをＴＩＧ溶接またはＭＩＧ溶接により接続した排気マニホールドの接続構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この排気マニホールドの接続構造は、排気マニホールドの被接続端面および過給機のハウジングの被接続端面を傾斜角２０〜４０度の傾斜面が少なくとも１．５往復するインロー構造となっている。

特開２００６−２２６２５９号公報

ところで、従来の排気マニホールドの接続構造において、排気マニホールドとハウジングとの接続部分には、その外周面側に変形Ｖ型の開先が形成されている。この開先に溶加材（溶接棒）を挿入してアーク溶接を行うと、アーク溶接部分（開先部分）が溶融して溶接垂れ、すなわち裏波が生じてしまう。裏波が生じてしまうと、裏波は配管の内壁面から突出してしまうため、配管内の排気ガス流れが乱れてしまう。このため、排気マニホールドとハウジングとの接続部分には、その内周面側に０．５ｍｍＲの面取り部が形成されている。そして、この面取り部を形成することにより、アーク溶接時において発生した溶接垂れ（裏波）を吸収することができ、これにより、円滑な排気を行うことが可能となっている。

上記のような接続構造において、その接続部分における流路内を、例えば、冷却水等の各種用水が流れる場合、内壁面側に形成された面取り部は、流路内の内壁面に対し凹状に形成されているため、面取り部周りにおいて乱流が生じてしまう虞がある。面取り部周りの管路内で乱流が生じてしまうと、接続部分周りの劣化が早くなってしまうため、従来の接続構造では、耐用年数が短くなってしまう。

そこで、本発明は、配管内において好適に流体が流れるように配管同士を接続することが可能な配管接合方法について提供することを課題とする。

本発明の配管接合方法は、一方の配管の端面に他方の配管の端面を当接させる配管当接工程と、前記一対の配管の当接部分の外周に形成された開先にアーク溶接を行うアーク溶接工程と、を備え、前記一方の配管の端面の内周側には、前記配管の軸方向外側に突出した環状の内側環状突出部が形成され、前記他方の配管の端面の内周側には、前記内側環状突出部の外周側に嵌め合わされると共に前記軸方向外側に突出した環状の外側環状突出部が形成されており、前記配管当接工程において、前記内側環状突出部に前記外側環状突出部を嵌め合わせたときに、前記一対の配管は、その内壁面が平坦となるように形成されていることを特徴とする。

この場合、一対の配管のそれぞれの内径は同径となっていることが、好ましい。

この場合、外側環状突出部の径方向における厚さは、内側環状突出部の径方向における厚さに比して、薄肉に形成されていることが、好ましい。

また、この場合、外側環状突出部の径方向における厚さは、０．２ｍｍから１．０ｍｍまでの間となるように形成され、内側環状突出部の径方向における厚さは、０．５ｍｍから３．０ｍｍまでの間となるように形成されていることが、好ましい。

また、この場合、外側環状突出部の径方向における厚さは、０．５ｍｍに形成され、内側環状突出部の径方向における厚さは、１．０ｍｍに形成されていることが、好ましい。

これらの場合、アーク溶接工程では、開先に溶接棒を挿入し、開先に対する溶接棒の相対的な送り速度を、最大送り速度の５％から２０％の間の速度としていることが、好ましい。

また、この場合、送り速度は、最大送り速度の１０％の速度であることが、好ましい。

これらの場合、開先底部の軸方向における幅は、１．０ｍｍから３．０ｍｍまでの間となるように形成されていることが、好ましい。

また、この場合、開先底部の軸方向における幅は、２ｍｍに形成されていることが、好ましい。

これらの場合、開先の開先角度は、２０°から６０°までの間となるように形成されていることが、好ましい。

また、この場合、開先の開先角度は、４０°に形成されていることが、好ましい。

請求項１の配管接合方法によれば、配管当接工程において、一対の配管の内壁面を平坦とすることができる。そして、この状態において、アーク溶接工程を行うことにより、配管の溶接部分における内壁面は、溶接部分以外における内壁面と、略平坦の状態とすることができる。これにより、配管内のアーク溶接部分周りにおいて、乱流の発生を抑制することができるため、配管内において流体を好適に流すことができる。

請求項２の配管接合方法によれば、一対の配管のそれぞれの内径を同径とすることができるため、配管内において流体をより好適に流すことができる。

請求項３の配管接合方法によれば、内側環状突出部に比して外側環状突出部を薄肉に形成することで、アーク溶接工程において、内側環状突出部に比して外側環状突出部を溶融させ易くすることができる。これにより、内側環状突出部が溶接垂れを起こす前に外側環状突出部を溶融させることができる。このため、溶接後の配管の流路内面を略平坦とした状態で、外側環状突出部と内側環状突出部とを良好に接合させることができる。

請求項４の配管接合方法によれば、アーク溶接工程において、外側環状突出部および内側環状突出部の径方向における厚さを適切な厚さとすることができる。これにより、アーク溶接工程において、外側環状突出部と内側環状突出部とを良好に接合させることができる。

請求項５の配管接合方法によれば、アーク溶接工程において、外側環状突出部および内側環状突出部の径方向における厚さを最適な厚さとすることができる。これにより、アーク溶接工程において、外側環状突出部と内側環状突出部とを最適に接合させることができる。

請求項６の配管接合方法によれば、アーク溶接工程において、適切な送り速度でアーク溶接を行うことができる。これにより、配管の当接部分において適切にアーク溶接を行うことができ、溶接部分における溶け込みを良好なものとすることができる。

請求項７の配管接合方法によれば、アーク溶接工程において、最適な送り速度でアーク溶接を行うことができる。

請求項８の配管接合方法によれば、開先底部の軸方向における幅を、適切な幅とすることができるため、溶融した溶接棒を適切に開先に流し込むことができる。これにより、溶融した溶接棒の熱により、外側環状突出部および内側環状突出部を好適に溶融させることができる。

請求項９の配管接合方法によれば、開先底部の軸方向における幅を、最適な幅とすることができるため、溶融した溶接棒を最適に開先に流し込むことができる。

請求項１０の配管接合方法によれば、開先角度を適切な角度とすることができるため、溶接棒を挿入しながら適切にアーク溶接を行うことができる。

請求項１１の配管接合方法によれば、開先角度を最適な角度とすることができるため、溶接棒を挿入しながら最適にアーク溶接を行うことができる。

以下、添付した図面を参照して、本発明に係る配管接合方法について説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

ここで、図１は、本実施例に係る配管接合方法を用いて溶接される溶接部分周りの概略模式図であり、図２は、本実施例に係る配管接合方法において適用される各種値をまとめた図である。また、図３は、ステンレス鋼管で構成された一対の配管のアーク溶接部分周りの断面図であり、図４は、ステンレス鋼管および炭素鋼管で構成された一対の配管のアーク溶接部分周りの断面図である。さらに、図５は、炭素鋼管で構成された一対の配管のアーク溶接部分周りの断面図である。

本実施例に係る配管接合方法は、一対の配管１，２のそれぞれの端面１ａ，２ａを当接し、当接して形成された開先５にアーク溶接を行って一対の配管１，２を接合するものである。そして、アーク溶接された一対の配管１，２内を、例えば、冷却水等の各種用水が流れる。先ず、図１を参照して、配管接合方法に用いられる一対の配管１，２について説明する。

一対の配管１，２のそれぞれは、例えば、その厚さが約５．５ｍｍとなる直径約６０．５ｍｍの円筒状に形成されている。図示左側の一方の配管１は、その端面１ａの最内周側に第１内側環状突出部１０（内側環状突出部）が形成され、その端面１ａの外周側に開先５を構成する第１切欠き部１１が形成されている。また、一方の配管１の端面１ａにおいて、第１内側環状突出部１０と第１切欠き部１１との間には、後述する外側環状突出部２２を許容する許容部１２が形成されている。

第１内側環状突出部１０は、一方の配管１の軸方向外側に突出して形成され、断面矩形状となる環状に形成されている。具体的に、第１内側環状突出部１０は、一方の配管１の端面１ａから約１ｍｍ軸方向外側に突出して形成され、内壁面１ｂから約１ｍｍ径方向外側に延在して形成されている。

許容部１２は、外側環状突出部２２と相補的形状になるよう形成されている。具体的に、許容部１２は、一方の配管１の端面１ａから約１ｍｍ軸方向外側に延在すると共に第１内側環状突出部１０から約０．５ｍｍ径方向外側に延在する空間部分である。

第１切欠き部１１は、内壁面側から外壁面側にかけて下り斜面となるように形成されており、一方の配管１の端面１ａにおける径方向を中心として、その傾斜角θ１が約２０°となっている。

図示右側の他方の配管２は、その端面２ａの最内周側に第２内側環状突出部２０が形成され、その端面２ａの外周側に開先５を構成する第２切欠き部２１が形成されている。また、他方の配管２の端面２ａにおいて、第２内側環状突出部２０と第２切欠き部２１との間には、第１内側環状突出部１０の外周側に嵌め合わされる外側環状突出部２２が形成されている。

第２内側環状突出部２０は、他方の配管２の軸方向外側に突出して形成され、断面矩形状となる環状に形成されている。具体的に、第２内側環状突出部２０は、他方の配管２の端面２ａから約１ｍｍ軸方向外側に突出して形成され、内壁面２ｂから約１ｍｍ径方向外側に延在して形成されている。

第２切欠き部２１は、内壁面側から外壁面側にかけて下り斜面となるように形成されており、他方の配管２の端面２ａにおける径方向を中心として、その傾斜角θ２が約２０°となっている。

外側環状突出部２２は、第２内側環状突出部２０よりもさらに外側に突出して形成され、断面矩形状となる環状に形成されている。具体的に、外側環状突出部２２は、他方の配管２の端面２ａから約２ｍｍ軸方向外側に突出して形成され、第２内側環状突出部２０から約０．５ｍｍ径方向外側に延在して形成されている。

ここで、図１および図２を参照して、上記のように構成された一対の配管１，２をアーク溶接により接合する配管接合方法について説明する。配管接合方法は、一方の配管１の端面１ａに他方の配管２の端面２ａを当接させる配管当接工程と、一対の配管１，２の当接部分の外周に形成された開先５にアーク溶接を行うアーク溶接工程と、から構成されている。

配管当接工程では、一方の配管１の端面１ａに他方の配管２の端面２ａを当接させることにより開先５を形成する。具体的に、一方の配管１の端面１ａに、他方の配管２の端面２ａを当接させると、一方の配管１の第１内側環状突出部１０の端面には、他方の配管２の第２内側環状突出部２０の端面が対接する。また、一方の配管１の許容部１２に、他方の配管２の外側環状突出部２２が許容される。すなわち、第１内側環状突出部１０に外側環状突出部２２が嵌め合わされる。そして、第１内側環状突出部１０に外側環状突出部２２が嵌め合わされることで、第１切欠き部１１および第２切欠き部２１は開先５を形成する。これにより、開先５は、その開先角度θ３が約４０°となり、その底部の軸方向における幅Ｌが約２ｍｍとなる。

アーク溶接工程では、形成された開先５に対し、計４回のアーク溶接を行う。先ず、１回目のアーク溶接では、直径が１．２ｍｍとなる溶接棒を開先に挿入する。このとき、アーク放電を行うために必要な電流値を６５Ａとする。そして、開先５に対し、溶接棒を所定の送り速度で送りながら、アーク溶接を行う。このとき、送り速度は、最大送り速度の１０％の速度となっており、最大送り速度は、４８０ｍｍ／ｍｉｎとなっている。

２回目のアーク溶接では、直径が１．２ｍｍとなる溶接棒を開先５に挿入し、アーク放電を行うために必要な電流値を９５Ａとする。そして、１回目のアーク溶接と同様の送り速度で２回目のアーク溶接を行う。

３回目のアーク溶接では、２回目のアーク溶接と同様に、直径が１．２ｍｍとなる溶接棒を開先５に挿入し、アーク放電を行うために必要な電流値を９５Ａとする。そして、１回目および２回目のアーク溶接と同様の送り速度で３回目のアーク溶接を行う。

４回目のアーク溶接では、直径が１．６ｍｍとなる溶接棒を開先５に挿入し、アーク放電を行うために必要な電流値を１１５Ａとする。そして、１回目、２回目および３回目のアーク溶接と同様の送り速度で４回目のアーク溶接を行う。

ここで、アーク溶接工程を行った後の一対の配管１，２のアーク溶接部分の断面は、図３ないし図５に示す。図３において、一対の配管１，２は、ステンレス鋼管（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ：ＪＩＳ規格）で構成されている。この場合、一対の配管１，２のアーク溶接部分において、溶接棒および一対の配管１，２の端部の溶け込みは良好となっており、一対の配管１，２のアーク溶接部分における内壁面１ｂ，２ｂは、裏波を生ずることなく略平坦となっていることが確認できる。

また、図４において、一対の配管１，２は、その一方がステンレス鋼管（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ：ＪＩＳ規格）で構成され、その他方が炭素鋼管（例えば、ＳＴＰＴ３７０：ＪＩＳ規格）で構成されている。この場合も、一対の配管１，２のアーク溶接部分において、溶接棒および一対の配管１，２端部の溶け込みは良好となっており、一対の配管１，２のアーク溶接部分における内壁面１ｂ，２ｂは、裏波を生ずることなく略平坦となっていることが確認できる。

さらに、図５において、一対の配管１，２は、炭素鋼管（例えば、ＳＴＰＴ３７０：ＪＩＳ規格）で構成されている。この場合も、一対の配管１，２のアーク溶接部分において、溶接棒および一対の配管１，２端部の溶け込みは良好となっており、一対の配管１，２のアーク溶接部分における内壁面１ｂ，２ｂは、裏波を生ずることなく略平坦となっていることが確認できる。

以上のように、上記した配管接合方法によれば、配管当接工程において、一対の配管の内壁面を平坦とすることができ、この状態でアーク溶接工程を行うことにより、配管１，２のアーク溶接部分における内壁面１ｂ，２ｂとアーク溶接部分以外における内壁面１ｂ，２ｂとを略平坦とすることができる。このため、アーク溶接部分における配管１，２内において、配管１，２内を流れる各種用水（例えば、冷却水等）による乱流の発生を抑制することができる。これにより、配管１，２内において各種用水を好適に流すことができ、配管１，２の耐用年数を向上させることができる。

また、第１内側環状突出部１０に比して外側環状突出部２２を薄肉に形成することで、アーク溶接工程において、第１内側環状突出部１０に比して外側環状突出部２２を溶融させ易くすることができる。これにより、第１内側環状突出部１０が溶接垂れ（裏波）を起こす前に外側環状突出部２２を溶融させることができる。このため、溶接後の配管１，２の内壁面１ｂ，２ｂを略平坦とした状態で、第１内側環状突出部１０と外側環状突出部２２とを良好に接合させることができる。

さらに、一対の配管１，２を当接させることにより形成される開先５の形状、すなわち、開先５底部の軸方向における幅Ｌや開先角度θ３等を、アーク溶接を行うにあたって最適な形状とし、また、アーク溶接工程において、溶接棒の直径、開先５に対する溶接棒の送り速度やアーク放電に必要な電流値等を最適な値に設定してアーク溶接を複数回行っている。これにより、アーク溶接工程中において、アーク溶接による開先５周りの溶け込みを良好に行うことができるため、良好なアーク溶接を行うことができ、この結果、配管１，２のアーク溶接部分における内壁面１ｂ，２ｂをさらに平坦とすることができる。

なお、本実施例において、一対の配管のそれぞれの厚さを約５．５ｍｍとしたが、開先底部の幅Ｌ、開先角度θ３、第１内側環状突出部１０の径方向における厚さ、外側環状突出部２２の径方向における厚さを変えなければ、一対の配管１，２の厚さをどのような厚さにしても良い。この場合、アーク溶接の回数を適宜調整する必要がある。

また、本実施例において、開先底部の幅Ｌを約２ｍｍ、開先角度θ３を約４０°、第１内側環状突出部１０の径方向における厚さを１ｍｍ、外側環状突出部２２の径方向における厚さを０．５ｍｍ、送り速度を最大送り速度の１０％としたが、これに限定せず、適宜、許容範囲内の値であれば、これに限定する必要はない。つまり、開先底部の幅は１ｍｍから３ｍｍまでの間、開先角度は２０°から６０°までの間、第１内側環状突出部１０の径方向における厚さは０．５ｍｍから３ｍｍまでの間、外側環状突出部２２の径方向における厚さは０．２ｍｍから１ｍｍまでの間、送り速度は最大送り速度の５％から２０％の間であればよい。

以上のように、本発明に係る配管接合方法は、配管内を各種用水が流れる場合に有用であり、特に、アーク溶接部分周りにおける乱流の発生を抑制する場合に適している。

本実施例に係る配管接合方法を用いて溶接される溶接部分周りの概略模式図である。本実施例に係る配管接合方法において適用される各種値をまとめた図である。ステンレス鋼管で構成された一対の配管のアーク溶接部分周りの断面図である。ステンレス鋼管および炭素鋼管で構成された一対の配管のアーク溶接部分周りの断面図である。炭素鋼管で構成された一対の配管のアーク溶接部分周りの断面図である。

符号の説明

１一方の配管
１ａ一方の配管の端面
１ｂ一方の配管の内壁面
２他方の配管
２ａ他方の配管の端面
２ｂ他方の配管の内壁面
５開先
１０第１内側環状突出部
１１第１切欠き部
１２許容部
２０第２内側環状突出部
２１第２切欠き部
２２外側環状突出部
θ１傾斜角（一方の配管）
θ２傾斜角（他方の配管）
θ３開先角度
Ｌ開先底部の幅

Claims

一方の配管の端面に他方の配管の端面を当接させる配管当接工程と、
前記一対の配管の当接部分の外周に形成された開先にアーク溶接を行うアーク溶接工程と、を備え、
前記一方の配管の端面の内周側には、前記配管の軸方向外側に突出した環状の内側環状突出部が形成され、
前記他方の配管の端面の内周側には、前記内側環状突出部の外周側に嵌め合わされると共に前記軸方向外側に突出した環状の外側環状突出部が形成されており、
前記配管当接工程において、前記内側環状突出部に前記外側環状突出部を嵌め合わせたときに、前記一対の配管は、その内壁面が平坦となるように形成されていることを特徴とする配管接合方法。
前記一対の配管のそれぞれの内径は同径となっていることを特徴とする請求項１に記載の配管接合方法。
前記外側環状突出部の径方向における厚さは、前記内側環状突出部の径方向における厚さに比して、薄肉に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の配管接合方法。
前記外側環状突出部の径方向における厚さは、０．２ｍｍから１．０ｍｍまでの間となるように形成され、
前記内側環状突出部の径方向における厚さは、０．５ｍｍから３．０ｍｍまでの間となるように形成されていることを特徴とする請求項３に記載の配管接合方法。
前記外側環状突出部の径方向における厚さは、０．５ｍｍに形成され、
前記内側環状突出部の径方向における厚さは、１．０ｍｍに形成されていることを特徴とする請求項４に記載の配管接合方法。
前記アーク溶接工程では、前記開先に溶接棒を挿入し、前記開先に対する前記溶接棒の相対的な送り速度を、最大送り速度の５％から２０％の間の速度としていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の配管接合方法。
前記送り速度は、最大送り速度の１０％の速度であることを特徴とする請求項６に記載の配管接合方法。
前記開先底部の軸方向における幅は、１．０ｍｍから３．０ｍｍまでの間となるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の配管接合方法。
前記開先底部の軸方向における幅は、２．０ｍｍに形成されていることを特徴とする請求項８に記載の配管接合方法。
前記開先の開先角度は、２０°から６０°までの間となるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の配管接合方法。
前記開先の開先角度は、４０°に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の配管接合方法。