JPH06335768A - 固定管の溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速、高能率で固定管を溶接する方法を提供
する。 【構成】 水平或いは傾斜姿勢で突き合わされた固定管
の初層溶接に当り、固定管円周の南半球部を固定管内面
側より溶接（Ａ）し、固定管円周の北半球部を固定管外
面側より溶接（Ｂ）することを特徴としている。固定管
内面側よりの溶接と固定管外面側よりの溶接を同時に行
うと溶接能率が更に向上する。プラズマを熱源としキー
ホール溶接を行うと溶接能率が向上する。この初層溶接
後は、継手全周にわたり固定管の内面及び／又は外面を
全姿勢溶接する。プラズマアーク溶接の場合、第１ビー
ドと第２ビードにラップ部を設けるのが望ましい。特に
中径〜大径の水平固定管における溶接に適している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は固定管の溶接方法に関
し、特に中径〜大径の水平固定管における溶接に適して
いる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
中径又は大径の固定管の溶接を行う場合、内面又は外
面から、３６０゜周に沿ってぐるりと溶接する方法、或
いは、地から天側に沿って内面から半分宛、又は外面
から半分宛溶接する方法が採られていた。例えば、特開
昭５５−１４１３９５号、特開平４−３２２８８４号な
どが提案されている。

【０００３】しかしながら、従来技術では、いずれも、
下向きから立向きを経て上向きに至る全姿勢溶接を初層
から最終層まで行うことになり、能率的には最も能率性
の低い上向き姿勢に全姿勢の溶接条件を合わせざるを得
なくなり、以下のような問題点があった。

【０００４】能率が悪い、 初層はＴＩＧで２層目以降は別の溶接方法でと云うよ
うに変えざるを得ない、 初層を例えば外周から溶接
する場合、天の近傍では裏波過多、逆に地近傍では裏波
不足になり易く、安定したビードを形成しにくい。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点を解決し
て、高速、高能率で固定管を溶接する方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】本発明者は、前記課題を解決するために鋭
意研究を重ねた結果、外周と内周とで半分宛溶接するタ
ンデム溶接方法にて、立向きから上向きに至る溶接姿勢
を行う部分を大幅に削減し、高能率化を図った新規な固
定管溶接方法を見出したものである。

【０００７】すなわち、本発明は、水平或いは傾斜姿勢
で突き合わされた固定管の初層溶接に当り、固定管円周
の南半球部を固定管内面側より溶接し、固定管円周の北
半球部を固定管外面側より溶接することを特徴とする固
定管の溶接方法を要旨としている。

【０００８】以下に本発明を更に詳細に説明する。

【作用】

【０００９】本発明において、固定管の溶接部分を南半
球と北半球に区分して溶接するが、ここで、南半球及び
北半球とは便宜的な呼称であり、パイプ断面の天側を含
む半分を北半球、地側を含む半分を南半球と区分する。
したがって、図１に示すように、Ｏ−Ｏを結ぶ線によっ
て上側を北半球、下側と南半球の如く厳密に区分する必
要はなく、Ｏ−Ｏ線を多少ずらしたＯ´−Ｏ´線、或い
はＯ″−Ｏ″線を北半球と南半球の区分線としても、実
用上問題はない。

【００１０】溶接能率は特に上向き姿勢での能率に左右
されることに鑑みて、本発明では、図２に示すように、
固定管円周の南半球部(Ａ)を固定管内面側より溶接し、
固体管円周の北半球部(Ｂ)を固定管外面側より溶接す
る。これにより、全体を下向き姿勢での溶接、或いは大
部分が下向き姿勢で、一部が立向き姿勢での溶接にでき
るので、上向き姿勢での溶接を回避でき、高能率化を図
ることができる。

【００１１】この溶接方式における溶接法、溶接手順等
々については種々の態様が可能である。

【００１２】溶接法：溶接法としては特に限定されるも
のではない。レーザーやプラズマといった高エネルギー
ビームを熱源として用いる溶接法のほか、ＴＩＧやＭＩ
Ｇのような従来溶接法であっても、高能率化が可能であ
る。

【００１３】高エネルギービームを熱源として用いる溶
接法が有効であるが、プラズマを熱源とするキーホール
溶接が能率向上の面から特に適している。ここで、キー
ホール溶接とは、プラズマ溶接の最も特徴的な裏波溶接
法である(図３)。比較的大電流のプラズマアークは細く
絞られ、母材を局部的に加熱すると共に高速で噴出する
プラズマガスが溶融金属を強く押し下げるため、小穴
(キーホール)を生じる。溶接の進行と共にキーホールの
先端は母材を溶融しながら進むが、溶融金属は溶融池壁
面に沿って後方に移動しキーホールの後方を塞ぐため、
キーホールはほぼ一定の形状を保つ溶接法である。

【００１４】溶接手順：固定管内面側よりの溶接と、固
定管外面側よりの溶接は、時間的にずらして行っても、
或いは同時に行うこともできる。２台の溶接機を用いて
同時に行うと更に溶接能率を向上させることができる。

【００１５】また、本発明は、初層溶接のみで足りる溶
接施工の場合に適用できるほか、多層溶接の場合にも初
層溶接として適用できる。多層溶接の場合、例えば、２
層目以降は継手全周にわたり固定管の内面及び／又は外
面を全姿勢溶接する。

【００１６】勿論、各種溶接法の溶接条件も適宜決める
ことができるのは云うまでもない。その際、特にプラズ
マアーク溶接の場合においては、以下に示すような点に
配慮することが好ましい。

【００１７】固定管の溶接における能率が一般的に低下
するのは上向き溶接個所であり、上向き溶接個所をでき
るだけ少なくするのが望ましい。図１１は固定管の外側
と内側とで行う場合のビード継ぎ方法として、上向き溶
接個所を極力少なくした方法を示している。すなわち、
初層のキーホール溶接における内外からの溶接ビードを
ある一定幅(Ｌ₁、Ｌ₂)だけラップさせて不連続個所をな
くしビード継ぎを完成させる方法である。

【００１８】ラップ幅Ｌについては、固定管の直径、板
厚、開先形状、溶接条件にもよるが、５mm未満では重な
り部分が十分でなく、ビード形状を整えることが困難で
アンダーカット等の溶接欠陥を生じ易いので、安定した
ビード重なり部を得るにはこのラップ幅Ｌが５mm以上が
望ましい。

【００１９】このビード継ぎ方法は、初層のキーホール
溶接を終えた２パス目以降の同様の溶接方法の場合に
も、また全姿勢溶接を行う場合にも適用できるが、より
望ましくは、前ビードのラップ部とラップ個所が重なら
ない方がより確実な溶接ができる。

【００２０】更に、いずれのラップ部においても溶接電
流、プラズマガス流量のいずれか一方又は両方ともラッ
プ部以外の溶接個所の溶接条件より高くしないことが望
ましい。これらの条件が逆転すると、ラップ部の方が溶
接ビード高さが極端に大きくなる結果、次のビードが形
成しにくいばかりか、結果的に融合不良等の原因とな
る。また必要に応じ、ラップ部の溶接速度を遅くするか
又は停止時間を設けても良い。

【００２１】次に本発明の実施例を示す。

【００２２】

【実施例１】本例は、プラズマアーク溶接法により初層
溶接後、固定管の内面及び外面の両方から全姿勢溶接し
た例である。

【００２３】まず、図４に示す固定管の開先継手を、南
半球部を内面から、北半球を外面からそれぞれキーホー
ル溶接法により初層溶接を同時に実施した。図中、ビー
ド１が初層である。次いで、非キーホール溶接法により
２〜３層目を内面及び外面から各々同時に累層した。図
中、２、３は外面ビードであり、４、５は内面ビードで
ある。

【００２４】なお、供試材はＡＰＩ ５Ｌ−Ｘ６０鋼(板
厚１９mm)で管径２０インチのものを使用した。プラズ
マアーク溶接条件を表１に示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【実施例２】本例は、レーザー溶接法により初層溶接
後、固定管の内面及び外面の両方から全姿勢溶接した例
である。

【００２７】まず、図５に示す固定管の開先継手を、南
半球部を内面から、北半球を外面からそれぞれレーザー
溶接法により初層溶接を同時に実施した。図中、ビード
１が初層である。次いで、レーザー溶接法により２〜３
層目を内面及び外面からそれぞれ累層した。図中、２は
外面ビード、３は内面ビードである。

【００２８】なお、供試材はＡＰＩ ５Ｌ−Ｘ６０鋼(板
厚１５mm)で管径２０インチのものを使用した。レーザ
ー溶接条件を表２に示す。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【実施例３】本例は、プラズマアーク溶接法により初層
溶接後、固定管の外面から全姿勢溶接した例である。

【００３１】まず、図６に示す固定管の開先継手(外側
のみ開先を設けたＹ開先)を、南半球部を内面から、北
半球を外面からそれぞれキーホール溶接法により初層溶
接を同時に実施した。図中、ビード１が初層である。次
いで、非キーホール溶接法により２〜３層目を外面から
累層した。図中、２、３が外面ビードである。

【００３２】なお、供試材はＡＰＩ ５Ｌ−Ｘ６０鋼(板
厚１９mm)で管径３０インチのものを使用した。プラズ
マアーク溶接条件を表３に示す。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【実施例４】本例は、プラズマアーク溶接法により初層
溶接後、固定管の内面から全姿勢溶接した例である。

【００３５】まず、図７に示す固定管の開先継手(内側
のみ開先を設けたＹ開先)を、南半球部を内面から、北
半球を外面からそれぞれキーホール溶接法により初層溶
接を同時に実施した。図中、ビード１が初層である。次
いで、非キーホール溶接法により２層目を内面から累層
した。図中、２が内面ビードである。

【００３６】なお、供試材はＡＰＩ ５Ｌ−Ｘ６０鋼(板
厚１９mm)で管径３０インチのものを使用した。プラズ
マアーク溶接条件を表４に示す。

【００３７】

【表４】

【００３８】

【実施例５】本例は、プラズマアーク溶接法による初層
溶接のみで固定管の溶接を終了した例である。例えば、
パイプライン用としては比較的薄手の板厚の管の溶接に
適している。

【００３９】まず、図８に示す固定管の開先継手(Ｉ開
先)を、裏当材(Ｃu又はセラミック製)を使用して、南半
球部を内面から、北半球を外面からそれぞれキーホール
溶接法により初層溶接を同時に実施した。図中、ビード
１が初層である。

【００４０】なお、供試材はＡＰＩ ５Ｌ−Ｘ６０鋼(板
厚１２mm)で管径２０インチのものを使用した。プラズ
マアーク溶接条件を表５に示す。水素量が多いと割れる
場合があるので、シールドガスとして水素を使用しなか
った。

【００４１】

【表５】

【００４２】

【実施例６】本例は、プラズマアーク溶接法により初層
溶接後、固定管の内面及び外面の両方から全姿勢溶接し
た例である。

【００４３】まず、図９に示す固定管の開先継手(Ｉ開
先)を、南半球部を内面から、北半球を外面からそれぞ
れ非キーホール溶接法により初層溶接を同時に実施し
た。図中、ビード１が初層である。次いで、非キーホー
ル溶接法により２層目を内面から累層した。図中、２が
内面ビードである。

【００４４】なお、供試材はＡＰＩ ５Ｌ−Ｘ６５鋼(板
厚１９mm)で管径３０インチのものを使用した。プラズ
マアーク溶接条件を表６に示す。

【００４５】

【表６】

【００４６】

【実施例７】本例は、プラズマアーク溶接法による初層
溶接のみで固定管の溶接を終了した例である。例えば、
パイプライン用としては比較的薄手の板厚の管の溶接に
適している。

【００４７】まず、図１０に示す固定管の開先継手(Ｉ
開先)を、実施例５とは異なり裏当材を使用しないで、
南半球部を内面から、北半球を外面からそれぞれキーホ
ール溶接法により初層溶接を同時に実施した。図中、ビ
ード１が初層である。

【００４８】なお、供試材はＡＰＩ ５Ｌ−Ｘ６５鋼(板
厚１２mm)で管径２０インチのものを使用した。プラズ
マアーク溶接条件を表７に示す。

【００４９】

【表７】

【００５０】

【実施例８】

【００５１】本例は、図１２に示す固定管の開先継手を
キーホール溶接法により初層溶接した後、固定管を全姿
勢溶接したもので、ラップ部を設けた例である。図中、
ビード１が初層で、２が外面ビード、３が内面ビードで
ある。なお、供試材はＡＰＩ５Ｌ−Ｘ６０鋼(板厚１６m
m)で管径２０インチのものを使用した。プラズマアーク
溶接条件を表８に示す。

【００５２】

【表８】

【００５３】なお、各実施例において、いずれの場合
も、安定して溶接を行うことができ、溶接欠陥は認めら
れなかった。

【００５４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
固定管を高速、高能率で溶接することができる。またタ
ンクの天から地に至る溶接のような場合にも有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】北半球及び南半球を説明する図である。

【図２】本発明の溶接手順を説明する断面図であり、Ａ
は固定管円周の南半球部の内面溶接、(Ｂ)は北半球部の
外面溶接を示している。

【図３】キーホール溶接を説明する図である。

【図４】実施例１での継手形状及び累層法を示す断面図
である。

【図５】実施例２での継手形状及び累層法を示す断面図
である。

【図６】実施例３での継手形状及び累層法を示す断面図
である。

【図７】実施例４での継手形状及び累層法を示す断面図
である。

【図８】実施例５での継手形状及び累層法を示す断面図
である。

【図９】実施例６での継手形状及び累層法を示す断面図
である。

【図１０】実施例７での継手形状及び累層法を示す断面
図である。

【図１１】（ａ）、（ｂ）は固定管の溶接におけるビー
ド継ぎ方法を説明する図である。

【図１２】実施例８での継手形状及び累層法を示す断面
図である。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平或いは傾斜姿勢で突き合わされた固
   定管の初層溶接に当り、固定管円周の南半球部を固定管
   内面側より溶接し、固定管円周の北半球部を固定管外面
   側より溶接することを特徴とする固定管の溶接方法。
2. 【請求項２】 固定管内面側よりの溶接と固定管外面側
   よりの溶接を同時に行う請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 プラズマを熱源としキーホール溶接を行
   う請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】 初層溶接後、継手全周にわたり固定管の
   内面及び／又は外面を全姿勢溶接する請求項１、２又は
   ３に記載の方法。
5. 【請求項５】 プラズマアークを用いた溶接において、
   第１ビードと第２ビードにラップ部Ｌを設けて溶接を行
   う請求項３又は４に記載の方法。
6. 【請求項６】 ラップ部Ｌが５mm以上である請求項５に
   記載の方法。
7. 【請求項７】 ラップ部での溶接電流及び／又はプラズ
   マガス流量をそれ以外の溶接個所より常に低く抑える請
   求項５又は６に記載の方法。