JPH06106391A - 円筒状構造物の片側突合せ溶接工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧力容器及び構造物等において、内部に人が
入れない場合、従来から行われてきた裏当金工法は、初
層部に欠陥が発生しやすく、かつ放射線検査が極めて困
難な工法であった。特に、高級材、例えばチタン合金等
で作られる高強度容器等ではネックになっていた。本発
明は繰返し荷重を受けるため、微小欠陥さえ許容されな
い構造物に対しても完全な溶込みを得ることができ、か
つ裏当材を容易に取り除けるため放射線検査も極めて容
易に行えることができる。 【構成】 裏当材にセラミックを接着剤で張り付けると
ともに、初層部に当たる部分の裏当材の箇所は余盛形状
を形成し、かつ、スパーク受金を兼ねた余盛整形板を配
設することにより最適形状の余盛を有する無欠陥完全溶
込み溶接部を得ることができる突合せ溶接工法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は海上で使用される円筒状
構造物、圧力容器等に多く使用されている溶接構造物の
片側溶接に係わるものである。その中でも、近年需要が
増大しているチタン、チタン合金、アルミニウム等の材
質に特に有効な片側溶接工法に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】化学工業、ガス製造等で一般的によく使
用されている塔はその完成図を図８に示しているが、ス
カート６を除いて、チタンで作られており、又塔の内径
が小さく、例えば４５０mm程度なので、内側からの溶接
作業が難しく、裏当金２６を使った片側突合せ溶接を行
っている。すなわち、この塔は、下部鏡板１と胴板２，
３及び上部鏡板４、更に、ノズル５、スカート６等によ
って構成されており、各部は円周溶接線７，８，９で接
続されている。この場合の胴板及び鏡板の板厚は６mmと
比較的薄い。塔中に収容する内容物は、塩素ガスであ
り、使用時の内圧は、大気圧から２０kg／cm² Ｇに亘っ
て絶えず変動する。

【０００３】図９は上記従来例の塔の製作工程を示して
いる。すなわち、まず図９（ａ）に示す如く、下部鏡板
１及び第１段胴板２は、支持台２８にて横置きされてお
り、下部鏡板１の開放側端部には、事前に本体と同様チ
タン製の裏当金２６が円周に亘って図１０に示すよう
に、隅肉溶接２７によって取付けられている。尚、従来
の技術でも、図２に示すように立てて施工する方法があ
るが、従来技術では、横置きで施工する方が容易である
が、立てて施工する従来例の場合も横置きの場合と同様
の課題を有するため、横置きの場合を例として述べる。
次に、第１段胴板２も支持台２８にて横置きされてお
り、下部鏡板１と第１段胴板２は図９（ｂ）の如く接続
される。

【０００４】ここで問題となるのが、各々の真円度であ
り、接合する両部材１，２の各々の端面の真円度は一致
することはなく、図１０に示すように隙間３１が大きく
なる。この影響をより詳しく説明したのが図１１であ
る。図１１（ａ）では、事前に裏当金２６を隅肉溶接２
７で取付けた状態図を示しているが、隅肉溶接２７の隅
肉溶込部３０のように、隅肉溶接特有の不完全な溶込み
を呈しており、特に止端部３２に欠陥が多く発生する。
次に、図１１（ｂ）に示す如く、本体溶接が行われるが
裏当溶込部２９も同様に不完全な溶込みとなり、隙間３
１が大きければ大きい程、その傾向は大となり有害とな
る。同様に、止端部３２にも多く欠陥が発生する。勿
論、溶接中は、シールガス用ノズル１８より不活性ガス
を吹き付けながら行う。

【０００５】次に図１１（ｃ）のように、放射線検査
を、例えば、Ｘ線源２２を外側に、フィルム２３を内側
において行うが、前記、止端部３２及び裏当溶込部２９
の欠陥又は、不完全溶込部が欠陥模様を呈し、有害な欠
陥か有害でないか判然とせず、安全性の保証に支障をき
たしている。又、本塔のように内圧がはげしく変動し、
繰返し荷重を受けて、疲労破壊が問題となる場合にあっ
ては、尚更、これらの欠陥部が初期欠陥となってクラッ
ク進展の原因となるケースが多いため、このまま放置し
て使用する訳にはならない。従って、図１１（ｄ）のよ
うに、裏当金を除去して検査を行おうとするが、塔内径
が４５０mmと小さく作業者が容易に内部へ入れない。無
理して、内部に入ってダラインダーで裏当金を除去して
も、図に示す如く、不完全溶込部及び止端部が本体側に
残り、特にダラインダーで取り除けない部分を、タガネ
等でハツリ取るため、それらの部分の欠陥が更に増大し
ていく傾向にある。従って、この状態で放射線検査をし
ても、多くの欠陥が検出される場合が多く、故に、これ
ら欠陥を補修するケースが多い。しかして、本塔のよう
な、内径が小さい場合は、内部からの作業が極めて困難
であり、難解な問題となっている。尚、次には図９
（ｃ）及び図９（ｄ）に示すように、順次、片側溶接が
なされ、適宜、検査及び補修等を行って完了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述のように、従来法
の裏当金方式の場合は、下記のような主な問題がある。 （１）横置きした状態で、裏当金された円筒端部と接続
する円筒端部を円周上凹凸なく合わせることが極めて困
難で、かつ、溶接後、継手の止端部及び不完全溶込部等
に、欠陥又は欠陥模様が多く発生する。従って、放射線
検査に合格しないケースが多い。 （２）又、裏当金された前記と同様の構造のものを、立
てて順次溶接した場合でも、裏当金付溶接部、すなわ
ち、隅肉溶込部３０及び止端部３２に発生する特有の前
記欠陥の発生を抑止することは、極めて困難である。更
に、立てて円筒物を築造した場合、裏当金の除去が極め
て難しく、裏当金除去作業が横置きに比べて、更に困難
となる。従って、放射線検査にも合格しないケースが多
々ある。

【０００７】本発明は上記問題を解消する円筒状構造物
の片側突合せ溶接工法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、以下の構成を要旨とする。すなわち
（１）一端部に溶接整形治具を有する円筒状構造物の片
側突合せ溶接工法において、前記溶接整形治具を溶接熱
で融合しない耐熱材で構成するとともに、該溶接整形治
具の溶接余盛金属側に、溶接余盛板を配設の後、溶接す
ることを特徴とする円筒状構造物の片側突合せ溶接工法
であり、（２）一端部に溶接整形治具を有する円筒状構
造物の片側突合せ溶接工法において、前記一端部に有す
る溶接整形治具を円筒状の部材に接着材で取付け溶接
後、取り外し流用可能とすることを特徴とする円筒状構
造物の片側突合せ溶接工法である。

【０００９】

【作用】以下に本発明を詳細に説明する。 （１）円筒構成部分を立てて、接続することにより、特
に薄肉の円筒部においては、自重による変形をなくすこ
とによって、接続時の凹凸を著しく低減できる。

【００１０】（２）初層溶接部に、スパーク受金を兼ね
た余盛整形板を配し、かつ、保熱効果のあるセラミック
材で形成された余盛整形治具によって、溶解された溶着
金属は適切な速度で凝固するとともに、不完全溶込部を
著しく低減させる効果と、更には、それらの保熱効果に
よって、前記治具を接着剤で接着した部分の接着力を漸
次低減せしめ、凝固完了時には、ほとんど接着力が失く
なって、治具の除去が極めて容易となる作用を呈する。
それと共に、円筒を立てているので、治具の脱落に対し
ても、落下防止が、横置きに比して容易となり脱落落下
による円筒部へのキズ及び治具自体の破損等を完全に防
止できる。

【００１１】（３）更に、前記治具により、溶接及び凝
固時の欠陥が極めて少なくなると共に、治具を取除く時
の無理な作用力又は衝撃等をかけることがないので、欠
陥の助長又は新たな欠陥の発生を全くなくすることがで
きる。

【００１２】（４）従って、本発明の治具は、再使用す
ることが可能となり、この面からもコストダウン及び工
期短縮に資することができる。

【００１３】

【実施例】

〔実施例１〕図１に、本発明の一実施例の塔全体図を示
す。本塔は、図示の如く、下部鏡板１、胴２，３、上部
鏡板４、ノズル５、スカート６の部分によって構成さ
れ、円周溶接線７，８，９が形成される。円周溶接線
７，８，９部分には、全ての裏当金が除去されている。

【００１４】本塔は、塩素ガスのレシーバー容器として
使用され、内圧は大気圧から２０kg／cm² Ｇの間を頻繁
に変動するので、繰返し疲労がかかり、かつ収納ガスは
毒性ガスなので、塔の製作後、前記円周溶接部に許容さ
れる欠陥レベルは、極めて厳しいものである。すなわ
ち、クラック状の線状欠陥はゼロ、ブローホールのよう
な丸状欠陥は、単独では平均径２mm以下（高圧ガス取締
法をベースとして規定）としている。尚、各材料は、塩
素ガスによる腐食防止のためチタンを使用している。胴
２及び鏡板１，４の板厚は６mmであり、胴（２＋３）の
長さは７ｍである。

【００１５】図２（ａ）〜（ｄ）は、その製作工程を示
している。すなわち、図２（ａ）では、下部鏡板１は、
スカート６と事前に接合され、立てた状態とされてい
る。下部鏡板１の開放端部には、余盛整形治具１０が取
付けられており、その余盛整形治具１０には、リング１
３が取付けられている。その取付け状態の詳細を図３に
示した通り、下部鏡板１に嫌気性強力接着剤１４で余盛
整形治具１０が事前に接着されている。又、この余盛整
形治具１０には、リング用穴１２を有するラグ１１を固
定し、そのリング用穴１２には、リング１３が取付けら
れている。更に、余盛整形治具１０には、溶接時に必要
な不活性ガス等のシールガス用のノズル１８が設けられ
ている。又、余盛整形治具１０は、図示の如く、開先部
分に必要な余盛形状の溝を有しており、その溝面には、
溶接スパーク受金を兼ねた余盛整形板１９が配設されて
いる。

【００１６】余盛整形板１９は本体と同じチタン材、本
例の場合、板厚が０．５mmで作られており、余盛整形治
具１０は、本例の場合、シリカガラス系耐熱セラミック
スＳｉＯ₂ で製造されている。但し、余盛整形板１９
は、初層溶接時の母材への希釈を考えて、母材より元素
成分の多い金属を使ってもよい。本シリカガラス系セラ
ミックスは、融点１７１０℃、比重２．２、比熱０．１
８cal/g/℃、熱膨脹係数０．５×１０^-6／℃、熱伝導率
１．４４ kcal/mh℃(100℃）、４．３２ kcal/mh℃（10
00℃）であり、耐熱衝撃性は極めて優秀な材料である。

【００１７】下部鏡板１上には、図２（ａ）に示すよう
に、第１段階胴板２をクレーン１７、フック１６、ワイ
ヤー１５で吊り下げて搬送し、図２（ｂ）の状態図に示
す如く、胴板２を下部鏡板１と組合せる。この際、立て
た状態で組合せるので、従来法の横置き組合せで発生し
たような胴自体の自重による真円度の撓みは発生しな
い。従って、極めて良好な円筒部の面合せが達成でき、
次の工程の溶接作業に好結果を及ぼす。

【００１８】次に、図４に示すように、第１円周溶接線
７を形成するべく、シールガス用ノズルからシールガ
ス、本例の場合、アルゴンガスを全体に吹き付けなが
ら、溶接を開始する。余盛整形板１９はアークをスパー
クさせると共に、次のような機能をもたせている。すな
わち、 （１）余盛整形板に盛られた初層溶着金属の熱が、余盛
整形治具１０によって保熱され余盛整形板１９と溶着金
属とを完全に融合せしめる。 （２）次に、各層の溶着金属を盛っていくと、それらの
熱によって更に余盛整形板１９は溶解し、完全に溶着金
属の一部となり、かつ、その形状は、余盛整形板の初期
形状を保持する。 （３）初層溶着金属を溶接する際のスパーク発生の受金
としての機能も、本余盛整形板１９は受持つと共に、余
盛整形治具１０に直接スパークが当たって大きな熱衝撃
が直接治具にかかるのを防止している。

【００１９】以上の機能を有する余盛整形板１９及び余
盛整形治具１０によって、順次溶着金属が盛られていく
が、前記シリカガラス系耐熱セラミックスで作られた余
盛整形治具１０は、更に、次の機能を有する。すなわ
ち、 （１）余盛整形治具１０は、前記余盛整形板１９の支持
台として作用すると共に、保熱機能を有し、溶接された
溶着金属の治具面からの放熱は極めて少量で、治具面と
は、反対側、すなわち溶着金属側及び本体金属側に向か
って移動する。従って、余盛整形板と溶着金属との融合
及び余盛整形板の溶解並びに、その後に盛られる溶着金
属及び本体との溶込部に必要な熱量が十分に確保でき、
完全な溶接部を得ることができる。 （２）次に、本例の場合、溶接中は大気を遮断する必要
があり、シールガス用ノズル１８からアルゴンガスをバ
ックシールとして流す機能をもたせている。 （３）更に、前記余盛整形板が溶解し、その溶解部と直
接溝面で触れることにより、溶解部の形状を溝面形状に
なぞらわせしめ、円滑な余盛形状を形成することができ
る。 （４）次に、当該余盛整形治具１０は、接着剤１４で接
着されているが、溶接することによって、接着剤の初期
接着力は、溶接熱によって劣化するために低減し、溶接
が完了した時点の接着力は、極めて小さい。従って、溶
接完了後、これらの余盛整形治具を取り外すのが極めて
容易であり、かつ、接着部に有害な欠陥が残らない。

【００２０】これらの接着力の調整は、接着剤の種類、
厚み、接着面積及び接着剤幅２４等によることは勿論、
図４で示す如く、止端間隔２５にも負うところが大であ
る。本例の場合は、嫌気性強力接着剤を使用し、厚みは
０．１mm、止端間隔は１６mm、接着剤幅２４は１０mmで
あった。

【００２１】以上の機能を有する余盛整形板１９及び余
盛整形治具１０によって形成された裏当材を有する第１
円周溶接線７は、その溶接を完了する。溶接完了後は、
図２（ｃ）に示す如く、クレーン１７によってワイヤー
１５を軽く引張ることによって接着剤１４は剥離され
て、余盛整形治具１０が除去される。以上の作業工程を
繰返すことによって、裏当金のない片側突合せ溶接が完
了する。その時の状態図を図５に示している。

【００２２】図６は、溶接部及び治具部等を詳しく図示
したものである。すなわち、図６（ａ）は、余盛整形治
具１０を接着剤１４で取付けており、図６（ｂ）は、そ
の拡大図であるが、余盛整形板１９は、ごく少量の接着
剤１４で取付けられている。図６（ｃ）は、溶接完了時
を示しているが、余盛整形板１９は完全に溶解し、初層
溶接部２０及び止端部３２等に不完全溶込部やクラック
等の有害な欠陥の発生はなかった。更に、図６（ｄ）
は、余盛整形治具１０を除去した後、放射線検査を行っ
た時の状態図を示している。前記の如く、初層溶接部２
０及び止端部３２に欠陥又は疑似欠陥がないため、検査
の判定が極めて容易であった。

【００２３】〔実施例２〕図７は、実施例１と一部異っ
ている例を示しているが、余盛整形板１９が平板であ
り、実施例１の曲板と異なっている。従って、余盛整形
治具１０の当該部分も平面となっており、溶接初層部の
余盛は平面となる。すなわち、図７（ａ）は、前述と同
様に、治具接着時、図７（ｂ）は、その拡大図、図７
（ｃ）は、溶接完了時、図７（ｄ）は、治具除去及び放
射線検査時の状態図を示している。その他は、実施例１
と同様である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により、前
述の課題を解決することができ、以下の効果を得ること
ができた。すなわち、片側突合せ溶接を行う場合、初層
部は余盛整形板及び余盛整形治具によって、完全溶込溶
接ができ、かつ、余盛は任意形状に得ることができるよ
うになった。更に、溶接完了時は余盛整形治具を容易に
かつ、欠陥もなく取り外すことができ、以上の効果と共
にその製作コスト及び製作期間も極めて、良好な成果を
得た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の完成時の塔全体図を示す説明図。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は本発明実
施例の製作工程を示す説明図。

【図３】本発明の余盛整形治具を接着した図を示す説明
図。

【図４】図３における溶接完了状況を示す説明図。

【図５】図４の治具を除去した状況を示す説明図。

【図６】本発明の溶接部における工程説明図であり、
（ａ）は治具接着時、（ｂ）はその拡大図、（ｃ）は溶
接完了時、（ｄ）は治具除去後の放射線検査時の状態を
示す説明図である。

【図７】本発明の別の例の溶接部における工程説明図で
あり、（ａ）は治具接着時、（ｂ）はその拡大図、
（ｃ）は溶接完了時、（ｄ）は治具除去後の放射線検査
時の状態を示す説明図である。

【図８】従来法の塔全体図。

【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は従来法の
製作工程を示す説明図。

【図１０】従来法の溶接部を示す説明図。

【図１１】（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）は従来法
の裏当金方式の詳細説明図である。

【符号の説明】

１ 下部鏡板 ２ 第１段胴板 ３ 第２段胴板 ４ 上部鏡板 ５ ノズル ６ スカート ７ 第１円周溶接線 ８ 第２円周溶接線 ９ 第３円周溶接線 １０ 余盛整形治具 １１ ラグ １２ リング用穴 １３ リング １４ 接着剤 １５ ワイヤー １６ フック １７ クレーン １８ シールガス用ノズル １９ 余盛整形板 ２０ 初層溶接部 ２１ 接着剤厚さ ２２ Ｘ線源 ２３ フィルム ２４ 接着剤幅 ２５ 止端間隔 ２６ 裏当金 ２７ 隅肉溶接 ２８ 支持台 ２９ 裏当溶込部 ３０ 隅肉溶込部 ３１ 隙間 ３２ 止端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝村 謙太郎 福岡県北九州市戸畑区大字中原46−59 新 日本製鐵株式会社機械・プラント事業部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端部に溶接整形治具を有する円筒状構
   造物の片側突合せ溶接工法において、前記溶接整形治具
   を溶接熱で融合しない耐熱材で構成するとともに、該溶
   接整形治具の溶接余盛金属側に、溶接余盛板を配設の
   後、溶接することを特徴とする円筒状構造物の片側突合
   せ溶接工法。
2. 【請求項２】 一端部に溶接整形治具を有する円筒状構
   造物の片側突合せ溶接工法において、前記一端部に有す
   る溶接整形治具を円筒状の部材に接着材で取付け溶接
   後、取り外し流用可能とすることを特徴とする円筒状構
   造物の片側突合せ溶接工法。