JPH0313947B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、遠隔位置に熔接部をつくるための内
部孔部熔接トーチ装置に関し、特に、トーチ本体
から細長い柔軟な熔接杖（welding wand）を取
りはずせる熔接トーチ装置に関する。

＜従来の技術＞ 遠隔位置での内部アーク熔接に用いる各種トー
チの配置及び設計が知られている。スチーブンス
等（Stevens et al）に付与された米国特許第
3461269号明細書には、不活性ガス遮蔽非消費型
電極アーク熔接を応用して、内部パイプを熔接す
る回転自在のステムを有する細長い水冷型トーチ
が開示されている。又、マルチン等（Martin et
al）に付与された米国特許第3493716号には、プ
ラスチツクス製の絶縁チユーブによつてモータ駆
動端部に一体に且つ回転自在に付着された放射状
の電極端部を有し且つチユーブにウオーム及びピ
ニオン駆動を利用した内部チユーブ熔接トーチが
開示されている。

バイエルレイ等（Byerley et al）に付与され
た米国特許第3962767号明細書には、チユーブに
スリーブ（さや管）が挿入され所定位置に熔接さ
れている破損した熱交換器のチユーブを修理する
方法が開示されている。ロジヤース（Rogers）
に付与された再発行米国特許第30802号には、チ
ユーブ内部にスリーブを固定することにより、品
位の低下したチユーブを修理する方法が開示され
ている。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、上記の如き内部チユーブ熔接ト
ーチは更に改良が必要であり、改良が求められて
いる。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、管状通路内部を遠隔アーク熔接する
ための改良された内部孔部熔接用のトーチ装置に
関する。本発明による熔接トーチ装置は、チユー
ブ内部のような遠く離れた位置で熔接する熔接ト
ーチ装置であつて、冷却流体、遮蔽ガス及び電力
等の必要な全ての供給物を本体に与える接続手段
を含むトーチ本体と、トーチ本体に着脱自在且つ
回転自在に付着された細長い柔軟な熔接杖であつ
て、前記熔接杖のユニツトには熔接杖の外端部に
放射状に配置された冷却熔接電極が内部に設けら
れている熔接杖とを有し、前記熔接杖の内部にあ
り前記電極に冷却流体流と遮蔽ガス流とを供給す
る長手方向流路手段と、遠く離れた内部位置でア
ーク熔接するために必要な冷却流体、遮蔽ガス及
び電力を電極に供給しつつ熔接杖を制御された速
度で回転させるため電気トーチ本体と連関される
駆動手段とを含む。トーチ本体ユニツトは、プラ
スチツクス電気絶縁材料でできている。着脱自在
の熔接杖は通常は円筒形であり、柔軟なプラスチ
ツクス電気絶縁材料製で、柔軟な導電体を使用し
たものである。本体から、回転自在の熔接杖を介
して熔接電極に電力を伝えるために、トーチ本体
の内部には回転自在の接触部が設けられていて、
熔接電極は、熔接が行なわれている間中、水冷さ
れ不活性ガスによつて遮蔽されている。

本発明による熔接トーチ装置を用いる熔接方法
は、破損した金属チユーブに金属製スリーブを挿
入し、放射状に配向させた電極を含む熔接杖を金
属チユーブに挿入し、熔接電極をスリーブの端部
に隣接する位置においた後、冷却流体流と、遮蔽
ガス流と電力とを電極に供給して電極を冷却し遮
蔽するとともに、チユーブ内部で熔接杖を回転さ
せ、電極とスリーブ端部の中間に電気アークを飛
ばしてスリーブの端部をチユーブ内壁に溶融熔接
することを特徴とする。通常は、トーチ本体は最
初は熔接対象チユーブの外側の熔接対象チユーブ
の外端部に隣接する位置にあり、熔接杖をトーチ
本体に挿入し次いで熔接対象チユーブに挿入す
る。熔接杖を回転させ、電気アークで熔接した
後、熔接杖を引き出す。トーチ本体を新しい個所
に移動させて更に熔接部をつくる。

＜実施例＞ 本発明の熔接トーチ装置は、特に、放射性であ
つて人への露出が最低限に制限されることが要求
されるような場合等に、遠隔区域でアーク熔接を
する熔接トーチ装置に関する。このような使用態
様では、熔接区域へ視線を近づけることができ
ず、熔接装置を充分に柔軟にして、妨害している
物体の周囲を廻つて屈曲させ電極をチユーブに挿
入できるようにする必要がある。この種の使用態
様の一例は、原子力発電プラント中の破損した水
蒸気発生器へのスリーブの装着である。このよう
な応用例では、破損したチユーブの修理により水
蒸気発生器の寿命を延ばすことができれば水蒸気
発生器を交換するのと比較した場合、大きな経済
的利益が得られる。この熔接トーチ装置は特にか
ような目的のために設計されている。

本発明による熔接トーチ装置は、二つの基本的
な部材、即ちトーチ本体ユニツトと柔軟な熔接杖
ユニツトとから成る。本体ユニツトは、該ユニツ
トに接続される熔接杖ユニツトに要求される全て
の供給物を与える。即ち、冷却流体、遮蔽ガス及
び電力のための接続部を含み、本体ユニツトは柔
軟な熔接杖を回転させるモータ駆動手段を含む。
トーチ作動時には、ロボツト装置を用いてトーチ
本体をスリーブが取付けされるチユーブ上方に位
置させることができる。トーチ装置を高放射能領
域で使用するときには、熔接されるチユーブから
遠いほうの本体端部がチユーブに付着された柔軟
な管部を有し、前記と柔軟な管部が放射能の低い
水蒸気発生器のチヤンネルの外部と通じている。
柔軟な熔接杖は上記の管部を貫通して挿入されて
おり、熔接ヘツドがトーチ本体ユニツトを通つて
チユーブに熔接されるスリーブに達している。チ
ユーブ及びスリーブの長さ方向に沿つた熔接杖の
位置は、トーチ本体ユニツト内部の熔接杖のロー
タ端部の底部接触によつて制御される。底部が接
触したときが溶接杖の電極がスリーブ内の適切な
位置に来たときである。この状態になれば、冷却
水流、遮蔽ガス流、熔接電流及び回転運動をトー
チ本体ユニツトから柔軟な熔接杖及び放射状電極
に伝達できるようになり、所望の一つ又は複数の
熔接部がつくられる。破損したチユーブ内部で密
に嵌合しているスリーブを滑らせてスリーブを位
置づけて漏洩区域の橋架けをした後、スリーブ端
部を内部孔部熔接部で基礎となるチユーブに連続
して熔接することにより、漏洩チユーブを修理す
る。

本発明の内部孔部熔接トーチ装置の重要で且つ
特異な特徴は、ユニツトとして各々独立して組み
立てられ使用に当たつての融通性が大きなトーチ
本体と柔軟な熔接杖とから成ることである。従来
法の内部孔部熔接トーチにおいては、上記の両部
材は一体構造のユニツトを形成している。トーチ
本体ユニツトは電気絶縁体であり、寸法安定性の
プラスチツクス材料からつくられているので、本
体ユニツトの内部に別個の電気絶縁を施す必要が
ない。熔接杖ユニツトは柔軟性に富む電気絶縁性
プラスチツクス材料からできていて、曲げて彎曲
した管部に貫入させることができる。熔接杖の長
さは実施に応じて要求される長さにできる。冷却
水は熔接電極に極めて近接したところまで運ぶこ
とができ、電極を保持している銅製取付具を冷却
する。又、熔接杖ユニツトのロータを熔接電極に
接続している柔軟な組み紐タイプの導電体も冷却
される。

次に図面を参照して説明を進めると、第１図は
熔接トーチ組立体１０の全体を示す図であり、熔
接トーチ組立体１０は、トーチ本体ユニツト１２
を有し、細長く柔軟な熔接杖ユニツト３０がトー
チ本体ユニツトに着脱自在且つ回転自在に挿入さ
れている。電動の駆動モータ１４が本体ユニツト
１２とともに配設されていて、直角の歯車式減速
機１５を介して熔接杖ユニツト３０を回転できる
よう配設されており、前記の減速機は本体ユニツ
ト上に固定されている。導体１４ａを介してモー
タ１４に電力が与えられる。細長い熔接杖ユニツ
ト３０の反対側則ち外側端部に熔接電極３２が位
置し、熔接電極には、熔接杖をチユーブ内部に挿
入して内部に熔接部をつくる挿入時の保護部とな
る先端３３が設けられている。熔接杖ユニツト３
０は、実地使用長さに応じて、どのような長さに
してもよく、通常は最短約60cm（２フイート）程
度であり、約9.1ｍ（30フイート）を越える長さ
は必要でない。熔接杖３０の曲率（直径）は、通
常、1.52ｍ（５フイート）以上6.1ｍ（20フイー
ト）未満である。

内部にトーチ熔接杖ユニツトが位置していない
状態のトーチ本体ユニツト１２の後端面図を第２
図に示してある。図に示すように、トーチ本体の
中央には円筒形開口部１３が通り本体ユニツトを
貫通しており、多数の駆動スプライン２１が上記
開口部に設けられていて、スプライン２１が熔接
杖ユニツト３０を受容して開口部内部にぴつたり
と嵌合させる。トーチ本体１２には、冷却流体、
好ましくは水をトーチ本体１２に流入させ、トー
チ本体を通つて貫流させ、次いで長手方向流路を
介して長手方向外側に熔接電極３２の近くまで流
通させ熔接電極を冷却した後、、出口接続部１７
に還流させるための接続部（入口接続部）１６が
ある。又、本体ユニツト１２にはアルゴン又はヘ
リウムのような不活性遮蔽ガス流を熔接電極１２
の周囲に供給する接続部１８が設けられており、
熔接電極は熔接杖３０の反対側端部に放射状に配
向されている。接続部１６，１７及び１８の端部
は、適宜なホースの接続部（図示せず）を受容し
て、必要な冷却流体流を流入・流出させるととも
に遮蔽ガス供給流を受け入れる。直流電力がトー
チ本体１２に与えられ、次いで着脱自在なコネク
タ２０を介して細長い熔接杖３０に与えられる。

トーチ組立体１０の部分断面図を第３図に示す
が、この図に図示された状態では、熔接杖ユニツ
ト３０がトーチ本体１２に挿入されている。第３
図に示すように、熔接杖ユニツト３０が本体１２
の円筒形開口部１３に挿入され、ユニツト３０は
内部にある軸受の軸集合体２３を押圧するばねを
入れた凹部４８を有する。熔接杖ユニツト３０は
６個のＯリング又は同様のシール２４ａ，２４
ｂ，２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ及び２４ｆによつて
トーチ本体１２に密封取付けされ、機のシールは
熔接杖の外側面３４を密封しており、冷却流体流
と遮蔽ガス流とを効果的に分離する位置に置かれ
ている。上記の如き構造であるから、接続部１６
が、半径方向通路３５と金属製内側チユーブ３６
を介して冷却水流を与え、内側チユーブは内側の
柔軟なプラスチツクス製チユーブ３７に密封接続
されている。戻つてゆく水流は環状空間５５を介
して流れ、次いで放射状（半径方向）通路４６及
び接続部１７を介して流出する。逃がし口部２５
がトーチ本体に設けられていて、冷却水の漏洩が
あるときには、この漏洩水を外部へ流すように調
節される。

電力は接続部２０を介して電極３２に与えられ
るが、接続部２０は圧縮ばね２０ａによりばね押
圧されており、熔接するために熔接杖３０が回転
しているときにおける接触子２０ｂと熔接杖３０
との電気的な接触を保持する。電気接続部則ちコ
ネクタ２０及び接触子２０ｂは中央の導体ロータ
３８と接触を保つており、導体ロータ３８から柔
軟な管形の電気コネクタ３８ａを介して電力が電
極３２に導かれる。熔接杖ユニツトは柔軟なプラ
スチツクス製の外側チユーブ３９によつて囲まれ
ている。接続部１８で与えられる不活性遮蔽ガス
は、環形流路５７を介して電極３２の周囲に流れ
る。熔接杖３０は、ばね収納凹部４８により本体
１２の開口部１３の内部の所定位置に保持されて
いて、ばねは軸受の軸集合体５８の内部のみぞ２
３と接触している。

内部孔部熔接トーチの使用時には、熔接杖ユニ
ツト３０は電気モータ１４により歯車式減速機１
５を介して速度可変で回転させられ、第４図の断
面図に示すように、ピニオン歯車４１によりリン
グ形歯車４０を駆動する。ピニオン歯車４１及び
シヤフト４２の各端部は適宜な軸受４４ａ及び４
４ｂによつて支持されており、シヤフト４２はカ
ツプリング手段４３により歯車式減速機１５に接
触されている。リング形歯車４０は、回転自在に
ピン４５を貫通するスプライン２１を駆動する。
上記の配置にすると、熔接杖ユニツトの後端部に
位置する多数の放射状の（傘歯車の）歯と滑動自
在に噛み合うことにより、スプライン２１が熔接
杖ユニツト３０を回転させる。

トーチ本体１２は、デユポン社（Dupont Co.）
から製造されているデルリン（Delrin）のような
良好な電気絶縁特性を持つ寸法安定性の良いプラ
スチツクス材料からできている。冷却流体を通す
柔軟なプラスチツクス製のチユーブ３７は、ポリ
塩化ビニル（PVC）からできていて、外側チユ
ーブ３９は、デユポン社（Dupont Co.）からテ
フロン（Teflon）として入手できるテトラフル
オロエチレン（TEF）製である。

チユーブ及び該チユーブの内側に熔接されるス
リーブの内部に位置する熔接杖ユニツト３０の先
端部断面を第５図に示す。図示の如く、柔軟なプ
ラスチツクス製チユーブ３７は第二の金属製チユ
ーブ５０に密封接続されていて、電極ホルダー５
２を冷却するよう冷却流体流を与える。電極３２
はねじつきピン５３によつて、ホルダー５２の内
部半径方向所望位置にクランプされ、ナツト５４
によつてその所望位置に係止される。係止ナツト
５４は、ノーズ片３３によつて覆われていて、ノ
ーズ片３３は高温度に適したプラスチツクス材料
でできている。ノーズ片３３は、好ましくは、先
細になつていて熔接をするべきせまい通路及び管
に入れ易くなつている。

熔接杖３０は、中央の金属製チユーブ５０をと
おつて流れ隣接する管２０，３７及び３６の環状
内部空間５５を通つて帰流する水によつて冷却さ
れている。環状内部空間５５を介して帰流する冷
却流体は電気を伝えるチユーブ３８ａの隣りを流
れることになるから、冷却流体によつて導体は効
果的に冷却される。遮蔽ガスは、環状通路５７を
介し電極３２を通り過ぎて本体１２の内部の接続
部１８から流入し、熔接工程の間中、電極及び電
気アークに空気が流れ込まないよう不活性ガス遮
蔽を行なう。直流電力は、コネクタのロータ３８
から柔軟な導体３８ａ及び銅製の電極ホルダー５
２を介して供給される。第５図に全体を示すよう
に、トーチ型熔接杖がスリーブ６２を収納したチ
ユーブ６０に挿入され、電極３２はチユーブ（仮
想線にて示す）内部のスリーブ６２の一端部に隣
接して配置される。

＜作用＞ たとえば金属製内部スリーブをチユーブにシー
ム熔接することにより、破損した加圧状態になる
可能性のある管類を修理する場合など、囲まれ閉
じ込められた空間及び管類の内部で本発明による
装置を用いて熔接する場合には、密接に嵌合する
金属製スリーブ６２を先ずチユーブ６０の内部に
挿入し、第５図に概略的に示すようにチユーブの
破損個所又は破裂個所に対応する位置に位置させ
る。熔接トーチの本体１２をチユーブ端部の許容
される端部位置に位置させ、上述したように、冷
却水、遮蔽ガス及び電力を与える接続部の全部を
トーチの本体１２に接続する。トーチの本体１２
をチユーブ６０に対して適切な位置にして、熔接
杖が本体に着座し、封止（シール）リング２４ａ
乃至２４ｆが円筒形の表面３４に当たつて封止
し、且つロータの駆動スプライン２１が軸受のシ
ヤフト（軸）集合体５８と係合する状態になるま
で、熔接杖ユニツト３０を本体の開口部１３に挿
入する。冷却水及び遮蔽ガス流を流し始め、トー
チの熔接杖ユニツトを所望速度、たとえば１〜
3rpmの回転速度でチユーブ６０の内部で回転さ
せる。電極の先端部３２とスリーブ６２の端部の
間でアークが飛んで、スリーブの端部がとけて該
端部をチユーブに封止熔接し、チユーブ６０の破
損部分又は破裂部分がつながる。熔接後に、熔接
杖３０を引つ込める。先に用いたものより短い熔
接杖ユニツト３０ａをトーチ・ユニツト１２の内
部に挿入し、スリーブ６２の他端部もチユーブ６
０に熔接する。次いで、熔接杖を引つ込めて、ト
ーチ本体を次の位置に移動させる。

＜発明の効果＞ 本発明の熔接トーチ装置は、内径約1.588cm
（0.625インチ）以上の管類内部で熔接する場合に
有用性を発揮する。使用できる最大の冷媒圧力は
約3.52Kg／cm²（50psig）であるが、少なくとも約
0.74Kg／cm²（10psig）の冷媒圧力でトーチの冷却
を行なうのが普通である。逃し口２５から漏れた
冷却媒漏洩流は、Ｏリング封止体２４ｂ又は２４
ｃに漏洩部があることを示し、トーチ本体のうち
導電部２０ｂ及び３８を収納している部分から冷
媒を排除する。熔接トーチに供給する直流電力
は、９ボルト、40〜60アンペアである。

また、本発明による熔接トーチ装置において
は、熔接杖ユニツトは、可撓性であるため、曲管
中にも容易に修理のために挿入して使用できる。
更に、熔接杖ユニツトは、トーチ本体ユニツトに
対して着脱自在となつているため、被熔接管の異
なる長さに対していくつかの異なつた長さの熔接
杖ユニツトを用意しておけは、被熔接管の長さに
応じて任意に交換して使用でき、また熔接杖ユニ
ツトの保守も容易となる。

以上の記載においては、本発明による遠く離れ
た位置において熔接を行なうトーチ装置を好まし
い実施例を挙げて説明したが、本発明の技術的思
想の範囲内において多数の変更が可能であり、本
発明の技術的思想は特許請求の範囲の記載によつ
て特定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による熔接トーチ装置の上面
図であり、熔接杖ユニツトをトーチ本体ユニツト
に挿入した状態を示す図である。第２図は、熔接
杖ユニツトを取り去つた状態の熔接トーチ本体ユ
ニツトの後端面図である。第３図は、第１図の３
−３線に沿つて切断して熔接トーチ装置の縦断面
を示す部分断面図である。第４図は、第３図の４
−４線に沿つて切断して熔接トーチ装置の横断面
を示す断面図である。第５図は、第１図の断面５
−５に沿つた柔軟な熔接杖ユニツトの先端部の縦
断面図であり、この図では熔接杖は熔接対象チユ
ーブの内部に位置している。 １０……熔接トーチ組立体（熔接トーチ）装
置、１２……トーチ本体ユニツト（トーチ本体）、
１３……円筒形開口部（円筒形の中心内部開口）、
１４……電動機、１６，１７，１８……接続部
（接続手段）、２０……コネクタ（接続手段）、２
１……スプライン（駆動接触手段）、３０……熔
接杖ユニツト（熔接杖）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 遠隔位置の熔接を行なうための内部孔熔接ト
   ーチ装置であつて、 (a) 冷却流体流、遮蔽ガス流及び電力を供給する
   ための接続手段が取付けてあり、細長い可撓性
   の熔接杖をその内部に摺動係合関係に受けいれ
   るための円筒形の中心内部開口を備えている、
   トーチ本体を有し、 (b) 該熔接杖は、着脱自在に且つ回動自在に該ト
   ーチ本体中に受けいれられており、熔接杖の外
   側端の、半径方向に指向された熔接電極と、該
   トーチ本体から該熔接電極に冷却流体流及び遮
   蔽ガス流を供給するための前記杖内に長手方向
   通路手段と、該熔接電極に電力を供給するため
   の細長い可撓性の電気接続手段とを備えてお
   り、 (c) 該トーチ本体は、遠隔位置の熔接を行なう際
   に該熔接電極に該冷却流体流と遮蔽ガス流と電
   力とを供給する間該熔接杖を制御された速度で
   回転させるための駆動手段も備えており、該駆
   動手段は、電動機と、該熔接杖と駆動接触する
   ために該トーチ本体中に配された駆動接触手段
   とを含む内部孔熔接トーチ装置。