JPH0631487A - 配管溶接用位置決め治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接による管と管又は継手類との接合作業に
おいて、管どうし又は管と継手を高い精度で芯合わせで
き配管作業の空間的な障害も取り除くこと。 【構成】 管どうし又は継手との間の継目部分に挿入さ
れ、シリンダとこれを駆動源として軸線方向に進退する
移動子とにそれぞれリンクロッドの基端を半径方向に揺
動可能に取り付け、これらのリンクロッドの先端に管又
は継手の内周壁に突き当たる複数の環状に配列したガイ
ドセグメントを連接する。移動子が進出するとリンクロ
ッドの動きによってガイドセグメントが半径方向に拡大
する向きに移動し、管どうし又は管と継手との継目部分
を跨いでガイドセグメントが内壁に当たって拘束し、芯
合わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば化学プラント
や船舶等の各種の配管作業において、管どうし又は管と
継手との芯を合わせて溶接作業するための位置決め治具
に関する。

【０００２】

【従来の技術】化学プラントや船舶等の高圧蒸気等の配
管やボイラ等の配管は、内部流体が高圧であるため、配
管後に取外しが不要な管どうし又は管と継手との接続に
は溶接法が採用されている。このような配管では、管の
端部に開先取りを施し、規定された溶接ビードの層厚及
び肉盛りによって溶接することになる。そして、接続作
業に当たっては、管どうしの芯を合わせることが必要で
あり、管とエルボやフランジ等の継手との接続の場合で
も同様の作業を行う。

【０００３】管どうしの芯を合わせる作業には、従来か
ら調芯のための位置決め装置が利用されている。その典
型的なものは、たとえば実開昭５７−５２２９２号公報
に記載されているように、接続する一対の管のそれぞれ
の端部の外周面を拘束する中空円筒状の治具を備え、こ
の治具に半径方向に突き出し量を変えるボルトを利用し
た位置決めブロックを配置するというものである。

【０００４】このような治具を用いれば、接続される管
は治具と同軸上に位置決めされ、芯を合わせた状態に拘
束して溶接作業を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】溶接によって管を接続
する配管で重要なことの一つは、内部流路に対して継目
部分に凹凸がないようにすることであり、もし激しい凹
凸が生じた場合では内部流体の乱流の発生の原因となる
ので、検査で不合格となることが多い。

【０００６】一方、管の外周面を拘束して一対の管どう
しを調芯させる方式では、管の肉厚が不均等であること
が一つの原因となって、管の内周面どうしの位置合わせ
の確実性が得られ難い。とくに、管とエルボを接続する
場合には、エルボ側についての拘束が直管状のものより
も弱く不安定になり勝ちである。

【０００７】このように、管の外周面側を拘束する位置
決めでは、継目部分の内周の位置ずれを生じる可能性が
高い。

【０００８】また、管の周りに治具を着けたり抜き取っ
たりする作業となるので、２０００ｍｍ程度の大径管の
作業では、治具を含めると作業に必要な空間が大きくな
る。このため、配管周りの設備と干渉しかねず、設備設
計の段階で配管の順序等を決める必要もあり、作業も全
体的に大掛かりとなるだけでなく、工期の短縮にも限界
がある。

【０００９】本発明において解決すべき課題は、管どう
し又は管と各種の継手を高い精度で芯合わせできしかも
配管作業の空間的な障害も取り除くことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、配管用の管ど
うし又は管と継手の中に挿入可能とし、これらの管どう
しまたは管と継手の間の芯を合わせるための位置決め治
具であって、作動流体の給排源に接続したシリンダと、
該シリンダのピストンロッドに連結した移動子と、前記
シリンダと移動子の周りに同軸上に環状配列した複数の
ガイドセグメントとを備え、前記ガイドセグメントを、
該ガイドセグメントの移動方向に姿勢を変える一対のリ
ンクロッドによって前記シリンダ及び移動子のそれぞれ
に連接し、前記ピストンロッドの進出時に前記リンクロ
ッドを介して前記ガイドセグメントを半径方向に拡大す
る向きに移動可能としたことを特徴とする。

【００１１】移動子とガイドセグメントとの間に連接す
るリンクロッドを、各ガイドセグメントの軸線方向の先
端側及び基端側にそれぞれ連接する２本とし、ピストン
ロッドの進出時にいずれか一方のリンクロッドの動作に
抵抗を与える抵抗機構を備えることもできる。

【００１２】また、シリンダと移動子のそれぞれの周り
に複数のローラを環状に配列すると共にこれらのローラ
の回転軸線をシリンダの軸線と直交する姿勢とし、ロー
ラが描く仮想円の直径を、ピストンロッドが後退したと
きのガイドセグメントのそれよりも大きくする構成とす
ることもできる。

【００１３】

【作用】シリンダに作動流体を供給するとピストンロッ
ドが進出して移動子もこれによって前進する。シリンダ
は静止し移動子はこれに対して移動していくので、これ
らに基端を連接した一対のリンクロッドのうち、移動子
側に連接したものがその姿勢を変える。このとき、移動
子側のリンクロッドはガイドセグメントが半径方向に拡
大する向きに変位し、ガイドセグメントもその姿勢を変
え始める。したがって、シリンダ側のリンクロッドもガ
イドセグメントによって姿勢を変え、最終的にガイドセ
グメントをシリンダ及び移動子から半径方向に離れた同
軸位置に設定することができる。

【００１４】このようなガイドセグメントの動きによ
り、管どうし又は管と継手等の継目部分をガイドセグメ
ントが跨ぐような姿勢として管や継手の中に差し込んで
おけば、ガイドセグメントが管又は継手の内周に突き当
たり、管又は継手はガイドセグメントを倣い部材として
同軸上に調芯され、芯合わせが可能となる。

【００１５】また、移動子側のリンクロッドに対して、
ガイドセグメントが拡大する向きに動くときに抵抗を与
えるようにすれば、シリンダ側のリンクロッドの変位の
方が速くなる。このため、ガイドセグメントはシリンダ
の基端側に対応する部分が拡大する速さが大きくなり、
ガイドセグメントは円錐台状の先細りのプロフィルを経
過して最終的に管や継手の内周壁に突き当たる。このた
め、ガイドセグメントが先細り状態となっているとき
に、接続しようとする管や継手をこのガイドセグメント
の周りに被せるようにすれば、自由度の高い作業が可能
となる。

【００１６】更に、シリンダのピストンロッドを後退さ
せて各ガイドセグメントをその最小半径の収納位置とし
たときの外郭よりも外側に出る複数のローラを設ける
と、このローラを管の内壁上を転動させて移動させるこ
とができる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の位置決め治具を溶接する一対
の管の継目部分に挿入したときの縦断面図、図２及び図
３はそれぞれは図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線矢視による
縦断面図である。

【００１８】図において、油圧式のシリンダ１のピスト
ンロッド２の先端に移動子としてスリーブ３を連結し、
このスリーブ３をシリンダ１の周りで同軸上に移動可能
に連接している。

【００１９】シリンダ１は、その端面に作動油のポート
１ａを開け、これに油圧ポンプ（図示せず）までの間に
設けたホース１ｂを接続している。このシリンダ１に収
納されたピストンロッド２はポート１ａ側にヘッド２ａ
を備え、このヘッド２ａとシリンダ１の他端側との間に
復帰用のコイルスプリング２ｂを介装している。これに
より、作動油がポート１ａから供給されると、コイルス
プリング２ｂを収縮させながらピストンロッド２は図１
において左側へ移動し、作動油圧が減衰すればコイルス
プリング２ｂの復元力によって図示の状態に戻る。

【００２０】スリーブ３は、ピストンロッド２の先端に
結合され、これらが一体となってシリンダ１に対してそ
の外周面を摺動面として同軸上に移動可能としたもので
ある。また、スリーブ３の先端部にはワイヤ等を掛ける
ためのフック３ａを設け、管の中を移動させるのにこの
ワイヤを利用する。

【００２１】シリンダ１のポート１ａ側の一端とスリー
ブ３の移動方向の先端には、図２に示すようにそれぞれ
合計６本のブラケット４ａを放射状に連結し、これらの
ブラケット４ａの先端にはそれぞれローラ４を回転自在
に設ける。これらのローラ４は、接続する管５０，５１
の内周面に載って転動し、装置を管５０，５１の中で移
動させるために利用する。そして、ローラ４の材質をゴ
ム等の弾性体とすることによって、装置を移動させると
きに管５０，５１の内壁に疵を付けたり溶接後のビード
を削り取ることがないようにする。

【００２２】シリンダ１及びスリーブ３の周りには、図
３に示すように合計６個のガイドセグメント５を配置す
る。これらのガイドセグメント５は、シリンダ１の軸線
方向のほぼ中間位置及びスリーブ３の基端のブラケット
１ｃ，３ｂとの間に設けたリンクロッド６，７によっ
て、シリンダ１及びスリーブ３にそれぞれに連接したも
のである。これらのリンクロッド６，７はいずれも同じ
長さを持ち、ガイドセグメント５は４節のリンク機構に
よってシリンダ１及びスリーブ３に連接され、スリーブ
３の動きによって半径方向に拡大，収縮するように作動
する。

【００２３】また、ガイドセグメント５とスリーブ３と
の間には、これらを連接しているリンクロッド７とブラ
ケット３ｂとの間に引張りコイルスプリング８を設け
る。この引張りコイルスプリング８は、その一端をガイ
ドセグメント５との枢着点に近い位置のリンクロッド７
に連結し、このリンクロッド７よりもスリーブ３側に近
い面に軸線を持つ姿勢として他端をブラケット３ｂに連
結したものである。このような引張りコイルスプリング
８の組み込みにより、図１において、リンクロッド７は
ブラケット３ｂとの枢着点周りでスリーブ３側に付勢さ
れる。したがって、リンクロッド７がスリーブ３から離
れるように半径方向に立ち上がる動作をするとき、リン
クロッド７は引張りコイルスプリング８の引張りによる
抵抗を受ける。

【００２４】図１は、シリンダ１には作動油の供給がな
く、ピストンロッド２は最も後退した定常位置にありス
リーブ３もシリンダ１に対して最も全長が短くなる位置
にある。そして、シリンダ１とスリーブ３のそれぞれの
ブラケット１ｃ，３ｂが接近した位置にあることから、
各リンクロッド６，７はシリンダ１及びスリーブ３の軸
線側に沿う向きに寝る姿勢をとり、各ガイドセグメント
５の周面が造る仮想円の直径は最も小さくなる。

【００２５】このような状態にある装置が管の中に挿入
する前の形状であり、図から明らかなように、各ガイド
セグメント５よりもローラ４の方が半径方向に突き出て
いる。したがって、装置を管の中に差し込むときには、
ローラ４の任意の数が管の内周壁に接触して転動し、前
記のように管の内壁に疵を付ける等のことが防止され
る。

【００２６】以上の構成を持つ位置決め装置による管の
芯合わせは次の作業により行う。

【００２７】まず、管５０に対してこれに接続するもう
一方の管５１の軸線を揃えるようにして仮固定し、位置
決め装置を管５０の右端側から挿入する。このとき、フ
ック３ａにワイヤを掛けておき、このワイヤの管５１の
左端から抜け出た部分を引くことによって装置を図１に
示す位置に設定する。

【００２８】次いで油圧ポンプ（図示せず）を作動して
ホース１ｂから作動油をシリンダ１へ供給する。これに
より、ピストンロッド２は作動油圧による負荷を受け、
図１において左側へ移動し、スリーブ３を進出させる。

【００２９】図４はピストンロッド２が移動している初
期の過渡期を示す状態である。

【００３０】既に説明したように、スリーブ３側のリン
クロッド７は、これが立ち上がる向きに動くときに抵抗
を与える引張りコイルスプリング８によって拘束されて
いる。一方、スリーブ３が進出するとき、もしこの引張
りコイルスプリング８が無ければ、ブラケット３ｂとの
リンクロッド７の枢着点の移動によって、シリンダ１側
のリンクロッド６とスリーブ３側のリンクロッド７は同
じ速度ではあるがそれぞれ任意に異なった起立角度でそ
れぞれの姿勢を変えていく。ところが、リンクロッド７
には引張りコイルスプリング８による抵抗が作用するの
で、他方のリンクロッド６の立上がりよりも遅れる。す
なわち、図４に示すように、シリンダ１側のリンクロッ
ド６が先行して大きく立ち上がり、スリーブ３側のリン
クロッド７の立上がり角度はこれに比べて小さい。

【００３１】以上のことから、作動油を供給し始めた時
期では、リンクロッド６，７の立上がり角度が相違する
ため、各ガイドセグメント５はスリーブ３側が絞られた
円錐台状のプロフィルを持つようになる。したがって、
図示のようにシリンダ１の軸線が前下がりとなる姿勢と
なりながら、ガイドセグメント５が次第にその半径方向
の位置を拡大するように変位していく。

【００３２】ここで、ガイドセグメント５の全体が管５
０，５１の内周に当たる前の段階であれば、図４のよう
に各ガイドセグメント５が造るプロフィルは先細り状と
なる。このため、接続する管５１を予め管５０に対して
位置合わせしなくても、この先細り状となったとき以降
に管５１を簡単にセットすることができる。すなわち、
管５０から突き出ているガイドセグメント５が造る円
は、管５１の内径よりも十分に小さいので、管５１の軸
線が斜めの姿勢であってもこの中にガイドセグメント５
を倣わせながら管５１を相手の管５０の接合面に向けて
セットできる。

【００３３】作動油の供給によって更にピストンロッド
２が進出し、ガイドセグメント５が半径方向に拡大して
いくと、シリンダ１の基端側に対応する全てのガイドセ
グメント５の端部が先に管５０の内周に突き当たる。一
方、スリーブ３側のリンクロッド７も立上がりを続け、
管５０の内周に全てのガイドセグメント５の一端側が拘
束されてシリンダ１側のリンクロッド６の動きが停止し
ても、スリーブ３の継続する進出動作によりリンクロッ
ド７は立ち上がりを続ける。したがって、図１の状態に
あったものが、次第に図５の姿勢に移行していき、シリ
ンダ１の軸線が管５０，５１のそれと一致するようにな
る。

【００３４】このようなリンクロッド６，７の動き及び
ガイドセグメント５の変位によって、図５に示すように
管５０，５１の内周壁にガイドセグメント５の全体が一
様に突き当たる。そして、作動油圧によって、ガイドセ
グメント５は強く管５０，５１の内壁を外に押し、その
反力によってシリンダ１自身も管５０に対して調芯され
る。したがって、管５０に対して調芯された位置決め装
置のガイドセグメント５によって接続する管５１も調芯
されることとなり、その結果管５０，５１どうしの芯の
位置合わせが可能となる。

【００３５】以上の管５０，５１の芯合わせの後、ガイ
ドセグメント５を図５の位置に保持したまま、管５０，
５１の開先取り部分を溶接して接合する。この溶接作業
の際、スリーブ３はピストンロッド２が移動してもその
先端部を覆うので、溶接作業の際に管５０，５１の継目
部分から落ち込んだビード等に触れることがない。この
ため、ピストンロッド２の周面に異物等が付着すること
はなく、シリンダ１に対する動きに障害を生じることは
ない。

【００３６】管５０，５１の溶接が完了すれば、油圧ポ
ンプによる作動油圧を抜き、コイルスプリング２ｂの復
元力によって進出位置にあるピストンロッド２を後退さ
せる。この操作により、図５の状態にあるものが、図４
の姿勢を経過して最終的に図１のようにガイドセグメン
ト５の全てが半径方向に収縮した位置に戻る。そして、
ワイヤを引いて装置を管５１の左端部まで移動させ、次
に接続する管との芯合わせを同じ要領で行う。

【００３７】図６は管５０に対してフランジ５２を突き
合わせ溶接によって接合するときの芯合わせに適用した
例である。

【００３８】位置決め装置の大概は前記のものと同様で
あり、ガイドセグメント５の形状のみが異なる。すなわ
ち、図示のように、ガイドセグメント５の先端側は、フ
ランジ５２の端面に突き当たって抱き込む形状のホルダ
５ａを半径方向に突き出るように設けている。

【００３９】フランジ５２の場合も管どうしの芯合わせ
と同じ要領で作業することができ、最初はピストンロッ
ド２を後退させて各ガイドセグメント５を半径方向に収
縮させておく。そして、フランジ５２を管５０の端面に
セットした後に作動油をシリンダ１に供給してガイドセ
グメント５を半径方向に拡げ、図示のように管５０とフ
ランジ５２のそれぞれの内周壁にガイドセグメント５を
突き当てることによって芯合わせする。そして、管５０
に対するフランジ５２の軸線方向の位置はホルダ５ａの
拘束力によって決められる。

【００４０】図７は図６のものと同じ装置によってハブ
付きフランジ５３に対する芯合わせの状況を示す図であ
る。このハブ付きフランジ５３の場合でも、図６で説明
した同じ要領で、管５０に対する芯合わせ作業が可能で
ある。

【００４１】図８は管５０に対するエルボ５４の芯合わ
せの状況を示す図である。

【００４２】位置決め装置は、図１から図４に示したも
のと同じであり、そのガイドセグメント５の先端側が管
５０とエルボ５４の継目部分を跨ぐようにセットする。

【００４３】ここで、管やフランジ等の接合とは異なっ
て、エルボ５４は曲がった管であり、ガイドセグメント
５をその中に深く差し込めない。このため、管５０に対
するエルボ５４の姿勢が変わらないように保持すること
が必要である。図示の例では、エルボ５４の開放端側に
補助治具９を設け、これとスリーブ３との間にワイヤ１
０を掛けている。

【００４４】補助治具９はエルボ５４に着脱自在なホル
ダ９ａと、このホルダ９ａに軸線方向に移動可能に設け
たボルト９ｂと、ボルト９ｂに螺合したナット９ｃとを
備えたのものである。ボルト９ｂはナット９ｃを回すこ
とによって回転を伴わずにその軸線方向に進退し、その
軸線の姿勢も図において上下に揺動できるようにホルダ
９ａに取り付ける。また、ワイヤ１０はその一端をボル
ト９ｂの先端に連結し、他端をスリーブ３のフック３ａ
に掛けたものとして配線する。

【００４５】このような補助治具９を備えたことによっ
て、ワイヤ１０が緊張する程度にボルト９ｂによってそ
の長さを調整すれば、エルボ５４はスリーブ３側へ引か
れる作用力を受ける。このため、エルボ５４を管５０側
に付勢しながら保持することができる。そして、ガイド
セグメント５を拡大させるときには、スリーブ３もエル
ボ５４側に動くので、ワイヤ１０の緊張を保つためにナ
ット９ｃを回しながらボルト９ｂを動かすことによって
ワイヤ１０を斜め上に引き上げるようにし、管５０に対
するエルボ５４の姿勢を拘束して芯合わせする。

【００４６】図９はＴ継手５５を管５０に対して芯合わ
せする状況を示す図である。

【００４７】図示のように、Ｔ継手５５の軸線が共通の
両方の開口端には図７で示したエルボ５４用の一対の治
具９を取り付けている。そして、先の例と同様に治具９
のボルト９ｂにはそれぞれワイヤ１０ａ，１０ｂを連結
してこれらをスリーブ３のフック３ａに掛けている。

【００４８】このようなＴ継手５５の管５０に対する芯
合わせも図８のエルボ５４の場合と全く同様である。

【００４９】以上の各例では、ピストンロッド２に連結
する部材としてスリーブ３を備えたものを説明した。こ
のようなスリーブ３に代えて、図１０に示すようにピス
トンロッド２の先端にブロック１１を移動子として設け
るようにしてもよい。

【００５０】図示のように、ピストンロッド２の先端に
連結したブロック１１はシリンダ１とは別体ものであ
り、そのブラケット１１ａにリンクロッド７及び引張り
コイルスプリング８の基端を連結している。その他の構
造は、先の例と同様であり、ピストンロッド２の進出に
よるブロック１１の移動に連動してリンクロッド６，７
がそれぞれの姿勢を起立させていき、ガイドセグメント
５を管５０，５１の内壁に突き当てることによって調芯
することができる。

【００５１】

【発明の効果】本発明では、溶接しようとする管や継手
類をそれぞれの内壁に突き当たるガイドセグメントを利
用して芯合わせするので、内周壁を基準とした位置決め
が可能となる。このため、継目部分の内部流路に凹凸が
生じることのない接合が行え、内部流体の乱流化が防止
できる。また、管や継手の内部を作業空間とするだけな
ので、大径管の接続等であっても配管周りの設備との干
渉もなく、位置決め及び溶接作業の作業性も向上する。

【００５２】また、ガイドセグメントを拡大する向きに
移動させるリンクロッドの作動に抵抗を与えることによ
って、ガイドセグメントを円錐台状に展開させることが
できる。このため、一方の管からガイドセグメントの先
細り状の部分を突き出すようにすれば、接続する管や継
手を被せて仮位置決めすることも簡単になり、とくに大
径管等の場合の作業負担を軽減することができる。

【００５３】更に、管の内周壁に当たって転動するロー
ラを備え、接合作業しないときにはこのローラによって
管の内部を移動させることができ、管の内壁に疵を負わ
すことも防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置決め治具を接続する２本の管の中
にセットしたときの縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視による縦断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視による縦断面図である。

【図４】シリンダに作動油圧を供給し始めた後のリンク
ロッドの立上がりによるガイドセグメントの変位状況を
示す縦断面図である。

【図５】ガイドセグメントが半径方向に拡大して管の内
周壁に突き当たった状態での調芯状況を示す縦断面図で
ある。

【図６】管とフランジを突き合わせ溶接によって接合す
るときの調芯状況を示す縦断面図である。

【図７】管とハブ付きフランジの調芯状況を示す縦断面
図である。

【図８】管とエルボの調芯状況を示す縦断面図である。

【図９】管とＴ継手の調芯状況を示す縦断面図である。

【図１０】スリーブに代えてブロックを移動子としてピ
ストンロッドの先端に設けた例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ シリンダ ２ ピストンロッド ３ スリーブ（移動子） ４ ローラ ５ ガイドセグメント ６ リンクロッド ７ リンクロッド ８ 引張りコイルスプリング（抵抗機構） ９ 補助治具 １０，１０ａ，１０ｂ ワイヤ １１ ブロック ５０，５１ 管 ５２ フランジ ５３ ハブ付きフランジ ５４ エルボ ５５ Ｔ継手

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管用の管どうし又は管と継手の中に挿
   入可能とし、これらの管どうしまたは管と継手の間の芯
   を合わせるための位置決め治具であって、作動流体の給
   排源に接続したシリンダと、該シリンダのピストンロッ
   ドに連結した移動子と、前記シリンダと移動子の周りに
   同軸上に環状配列した複数のガイドセグメントとを備
   え、前記ガイドセグメントを、該ガイドセグメントの移
   動方向に姿勢を変える一対のリンクロッドによって前記
   シリンダ及び移動子のそれぞれに連接し、前記ピストン
   ロッドの進出時に前記リンクロッドを介して前記ガイド
   セグメントを半径方向に拡大する向きに移動可能とした
   ことを特徴とする配管溶接用位置決め治具。
2. 【請求項２】 前記移動子と前記ガイドセグメントとの
   間に連接するリンクロッドを、各ガイドセグメントの軸
   線方向の先端側及び基端側にそれぞれ連接する２本と
   し、前記ピストンロッドの進出時に２本のリンクロッド
   のいずれか一方のリンクロッドの動作に抵抗を与える抵
   抗機構を備えていることを特徴とする請求項１記載の配
   管溶接用位置決め治具。
3. 【請求項３】 前記シリンダと移動子のそれぞれの周り
   に複数のローラを環状に配列すると共にこれらのローラ
   の回転軸線を前記シリンダの軸線と直交する姿勢とし、
   更に前記ローラが描く仮想円の直径を、前記ピストンロ
   ッドが後退したときの前記ガイドセグメントのそれより
   も大きくしたことを特徴とする請求項１記載の配管溶接
   用位置決め治具。