JPH0366491A - 金属管の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、金属管の溶接方法に係り、特に、高速増殖炉
や化学プラント等において、強度上の要求や、内部流体
の乱れの制限が厳しい金属管における溶接継手の変形を
低減する技術に関するものである。

「従来の技術」 金属管を溶接継手によって接続−するような場合である
と、溶接部の近傍が収縮を起こすことに基づいて、溶接
継手部分の直径が小さくなる傾向があり、特に、薄肉状
金属管の場合は、溶接収縮にともなう変形が顕著に現れ
易い。

従来、大口径金属管の場合であると、（ｉ）金属管の内
部に変形防止用の治具を挿入して、溶接部近傍を拘束し
て変形を防止する方法、（ｉｉ）溶接を金属管の内外両
面から行なって発生する変形を相殺させる方法の適用が
考えられている。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、これらの方法は、良好な溶接条件が得られる場
合には有効であるが、口径の比較的小さな金属管や長尺
状の金属管に対して適用することが困難となる。つまり
、金属管が小口径及び長尺であることに基づいて、その
中に治具や溶接器具を挿入することが技術的に困難なも
のとなり、かかる技術が応用できなくなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、簡
便な作業によって溶接変形の発生量を低減することを目
的とするものである。

「課題を解決するための手段」 金属管を片面側から溶接する方法において、溶接アーク
点の進行方向後方の表面を冷却しながら溶接作業を行な
い、溶接熱によって溶接アーク点近傍に付与される温度
分布に基づく変形に対して、冷却によって冷却点近傍に
付与される温度分布に基づく変形を逆方向に付与するも
のである。

「作用」 金属管における溶接作業の進行とともに溶接アーク点が
前進すると、溶接熱によって溶接アーク点を最高温度と
し、かつ、等温線が後方にずれた状態の温度分布が付与
される。この温度分布に基づいて加熱部分が熱膨張を起
こそうとするが、回りの低温部で膨張を拘束するために
、冷却後に溶接部の近傍に内方に突出状態の変形を発生
させる要因となる。

一方、溶接アークの位置から後方に若干ずれた位置を冷
却すると、その冷却に基づいて、冷却点を最低温度とし
かつ等温線が後方にずれた状態の温度分布が付与されて
、この温度分布に基づいて、加熱された部分のうち高温
となって残されている部分を収、ｌ！させようとし、溶
接部の近傍に外方に突出状態の変形を発生させる要因と
なる。

したがって、内方及び外方に突出させる変形が重畳して
、溶接部近傍の全体の変形量を減少させることになる。

「実施例」 以下、第１図ないし第３図に基づいて、本発明に係る金
属管の溶接方法の一実施例を説明する。

図中、符号Ｐは溶接アーク点（溶融池）、Ｃは冷却点、
ｌは金属管（例えばオーステナイト系ステンレス鋼管）
、２はＴＩＧ溶接等のトーチ、３は冷却ブラシ、４は冷
却水供給系、５は溶接部（溶接継手）である。

該−実施例では、第１図に矢印で示すように、金属管ｌ
を周方向に回転させながら、金属管ｌを表面側（片面側
）から溶接することによって、溶接継手５を形成する技
術を踏襲しているが、この技術に加えて、トーチ２によ
って発生させたアークの中心点（溶接アーク点）Ｐから
、金属管ｌの回転方向に、つまり、溶接作業の進行方向
の後方に、距離Ｑだけ離間した表面位置に、冷却ブラシ
３を配置しておき、冷却水供給系４から冷却水を供給す
ることによって、溶接が施された直後の金属管ｌの表面
の冷却を行なうものである。

さらに、詳細を説明すると、溶接作業中にあっては、第
２図に示すように、トー゛チ２からのアーク放電によっ
て、トーチ２の直下の溶接金属が溶融状態となって溶融
池Ｐが生じるとともに、その熱が金属管１の各方向に伝
達され、また、金属管ｌが回転させられている（溶接作
業が回転と反対方向に進行している）ので、溶接アーク
点Ｐを最高温度とし、かつ、等温線が溶接アーク点Ｐの
後方にずれた状態の温度分布が付与され、金属管ｌの内
面には、範囲Ｘで示すように、例えば１０００ないし１
１００℃の高温状態で、温度変化の少ない箇所が生じる
。

次いで、溶接アーク点Ｐが徐々に進行方向にずれて行く
ことによって、当初の前記範囲Ｘの温度が低下すること
になるが、この際に金属管ｌの外表面の一部に、範囲Ｘ
での内表面の温度よりも温度が高くかつ約１０００℃以
上で機械的強度が低い部分が残されると、この部分に収
縮作用が集中して、第３図に破線Ａで示すように、溶接
部５の近傍に半径内方向内側に寸法ｄだけ突出した状態
の変形が発生することになる。

一方、トーチ２から後方に距離Ｑだけずれた位置に、冷
却ブラシ３が配置して、冷却水供給系４から冷却水を供
給し、溶接が行なわれた直後の金属管ｌの表面を冷却す
ると、範囲Ｘで示す部分の外表面やその他の部分の冷却
が行なわれて、第２図に示すように、冷却点Ｃを最低温
度とし、かつ、等温線が後方にずれた状態の温度分布が
付与される。この際に内表面に約ｔｏｏｏ℃以上の高温
状態となっている部分があると、その部分に収縮作用が
集中し、第３図に鎖線Ｂで示すように、溶接部５の近傍
に半径外方向に寸法ｄｏだけ突出した状態の逆方向の変
形が発生することになる。

したがって、内方及び外方に突出させる破線Ａの変形と
鎖線Ｂの変形とが重畳して、一部が相殺し合うことによ
り、溶接部５の近傍に生じ易い変形量を減少させること
になる。第３図では、上下方向の変形が対称的な理想状
態となっている場合のモデルを示しているため、溶接に
よる変形がほとんど生じない。

また、溶接条件について補足説明すると、金属管が、例
えば５ＵＳ３０４材において、板厚（管壁厚さ）ｈが６
〜１２ａ＋ｓ＋であるときに、溶接入熱が４００〜１６
００Ｊ／１Ｉ１１の範囲となる設定をすると変形低減効
果が高くなることが認められ、かつ、板厚１０ｎｍで入
熱１３００Ｊ／肝のときに、溶接速度６〜１２ｃｍ／分
の条件下では、溶接アーク点Ｐと冷却点Ｃとの距離Ｑを
２５〜３５ｓＩＩ＋に設定した場合に好結果が得られた
。

なお、以上の一実施例では、溶接方向を金属管１の周方
向の溶接継手を形成する場合としたが、一般の容器の周
溶接、縦方向の溶接に適用することも可能である。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る金属管の溶接方法は
、溶接アーク点の進行方向後方の表面を冷却しながら溶
接作業を行ない、溶接熱によって溶接アーク点近傍に付
与される温度分布に基づく変形に対して、冷却によって
冷却点近傍に付与される温度分布に基づく変形を逆方向
に付与するものであるから、 ■加熱と冷却とによって発生する変形を逆方向に設定す
ることにより、溶接変形の発生を減少させることができ
る。

■溶接トーチから後方に離間した金属管表面を順次冷却
するものであるから、溶接作業の進行とともに変形低減
作業を自動的に行なうことが容易であり、片面からの溶
接と相まって、溶接作業とともに変形低減を実施するこ
とができる。

■溶接変形防止用の治具を管の中にセットしなくてよい
ので、長尺管や小径管に容易に適用できる。

■薄肉状金属管の溶接継手の変形を減少させることによ
り、薄肉状金属管の応用範囲の拡大が可能となり、高速
増殖炉や化学プラントに対しての適用性を高めることが
できる。

等の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明に係る金属管の溶接方法の
一実施例を示すもので、第１図はＴＩＧトーチと冷却ブ
ラシとの配置図、第２図は加熱及び冷却によって生じる
温度分布のモデル図、第３図は加熱及び冷却によって生
じた半径方向の変形モデル図である。 Ｐ・・・・・・溶接アーク点（溶融池）、Ｃ・・・・・
・冷却点、 Ｑ・・・・・・距離、 ｌ・・・・・・金属管、 ２・・・・・・トーチ、 ３・・・・・・冷却ブラシ、 ４・・・・・・冷却水供給系、 ５・・・・・・溶接部（溶接継手）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属管を片面側から溶接する方法において、溶接アーク
   点の進行方向後方の表面を冷却しながら溶接作業を行な
   い、溶接熱によって溶接アーク点近傍に付与される温度
   分布に基づく変形に対して、冷却によって冷却点近傍に
   付与される温度分布に基づく変形を逆方向に付与するこ
   とを特徴とする金属管の溶接方法。