JPH078380B2 - 鋼管表面への線状材よりなるスパイラル状リブの溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は既製鋼管表面への線状材よりなるスパイラル
状リブの溶接方法に関する。

「従来の技術」 所謂ドリル鋼管杭、合成鋼管に於ける外套管等の如く鋼
管の内面，外面または内外面等の表面の全長若しくは一
部に円形，矩形もしくは類似の小断面の線状鋼からなる
リブをスパイラル状に付設したものを製造する手段とし
ては、予めスパイラル状に成形したリブを既製鋼管に後
加工でフレア溶接する方法が妥当である。

この場合、良好な溶接を行うためにはリブと鋼管とのギ
ャップが2mm以下であることが必要となるので、高い真
円度を満足させる鋼管，リブを製造しなければならない
が、かかる精度をもってリブ並びに鋼管を製造すること
は、実際上困難であると共に、仮に製造し得たとしても
遊びの無い状態で装着するのに困難が伴なう。又、装着
出来ても仮付をしないでフレア溶接を実施すると、溶接
熱によってリブは鋼管表面から離れる方向に変形し、溶
接の進行にともなってリブと鋼管表面とのギャップが次
第に大きくなって溶接が不可能となるので、このような
現象を防止するためには、小さい間隔で仮付を行うとい
う方法で対処するが、能率が低下するとともに仮付を行
った部分の溶接ビード外観が不良とならざるを得ない。

そこで、出願人は、特願昭63-116421号にて、高い真円
度が要求されることなく、リブは鋼管に対して遊嵌する
寸法で良く、且つ、全長に渡る仮付を要することなくし
てフレア溶接時にリブとの鋼管表面との間にギャップが
発生することのない手段を提案している。

その要旨とするところは、鋼管の表面に小断面線状材の
予めスパイラル状に成形したリブを接合する際に、本溶
接に先行してリブの溶接面と相対する面を加熱あるいは
溶融して、リブに鋼管表面とのギャップが小さくなる方
向への変形付勢を与えた後、リブと鋼管との溶接を行う
とした点にある。

「発明が解決しようとする課題」 しかるに、実際の施工に際しては以下のような問題点が
ある。すなわち、加熱あるいは溶融による熱変形，押圧
付勢の具現の速度は、フレア溶接速度に比してはるかに
遅く、この手段では、前者の速度のもとに能率が制約さ
れてしまう難点がある。

本発明は、叙上の事情に鑑みなされたもので、リブは鋼
管に対して遊嵌する寸法で良く、且つ、フレア溶接時に
リブと鋼管表面との間にギャップが発生することがな
く、フレア溶接能力が何んら制約されることなく存分に
発揮し得る溶接方法を提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」 上記目的を達成するために、本発明においては、鋼管の
内表面に小断面線状材の予め遊嵌寸法のスパイラル状に
成形したリブをフレア溶接する際、該リブのスパイラル
ピッチを大きめに予成形しておき鋼管内に遊嵌した当該
リブを、溶接トーチアームと一体のガイドローラで挟持
しつつ鋼管を該溶接トーチアームに対して、該ガイドロ
ーラで拘束の予成形リブのピッチが強制されて小化され
スパイラル径が鋼管内表面に押し付けられるまでに大化
する関係に回転並びに管軸方向移動させてフレア溶接を
施すとした点にある。

鋼管の外表面に小断面線状材の予め遊嵌寸法のスパイラ
ル状に成形したリブをフレア溶接する際、該リブに捻転
付勢を付加してスパイラルリブ内面が鋼管外表面に押し
付けられるまでにそのスパイラル径を小化させてフレア
溶接を施こすとした点にある。

鋼管の外表面に小断面線状材の予め遊嵌寸法のスパイラ
ル状に成形したリブをフレア溶接する際、該リブのスパ
イラルピッチを小さめに予成形しておき、鋼管外表面に
遊嵌した当該リブの一方端を仮付けした後、機械的操作
にて該リブの他方端を管軸方向に引伸ばしてスパイラル
リブ内面が鋼管外表面に押し付けられるまでにそのスパ
イラル径を小化させてフレア溶接を施こすとした点にあ
る。

「作用」 上記のように構成された本発明方法によれば、予めリブ
の被溶接部全長に渡って強制的に鋼管表面への密着並び
に押圧付勢が完了した状態で溶接がなされるので、フレ
ア溶接の能力は、一切制約を受けることなく存分に発揮
させることが出来る。

「実施例」 実施例について図面を参照して説明する。

第１図は、請求項１に記載の発明を示し、遊嵌可能なる
よう鋼管１内径より若干小さい径に成形されるスパイラ
ル状リブ２は、そのピッチを所定値（溶接トーチアーム
３が鋼管１が１回転する間に移動する距離）より大きめ
に予成形してある。鋼管１内に遊嵌された該リブ２は、
端部を仮付けされたうえ、トーチアーム３先端に一体設
のガイドローラ４に挟持される。当該ガイドローラ４直
後に配設の溶接トーチによるフレア溶接は、鋼管１をタ
ーニングローラ上で回転させ、かつ、管軸方向に移動さ
せて管底位置でなされる。この場合、鋼管１の管軸方向
移動を行なうことなく溶接トーチアーム３を移動させる
としてもよい。

しかして、前記の如く、鋼管１あるいは溶接トーチアー
ム３の管軸方向移動量が所定値に設定されてある状態の
もとでは、ガイドローラ４に挟持されたリブ２は、強制
的にピッチを該所定値まで小化させられるが、同時にス
パイラル径は大化させられるので、遊嵌状態にあったリ
ブ２は鋼管１内表面に密着すると共に押圧付勢を付加さ
れる。この直後に前述のフレア溶接が施こされるが、上
述の如く、ギャップ零並びに溶接熱による変形を押え付
ける押圧付勢下のもとでなされることとなるため、完璧
な溶接となる。尚、図中2aは挿入時のリブ２の位置、2b
は溶接時の位置を示す。

施工例、外径318.5mm、肉厚6.5mmの鋼管内面に直径13mm
の丸棒リブをピッチ300mmのスパイラル状に付設するに
際し、外径300mm,ピッチ320mmに予成形したリブを鋼管
内面に挿入し端部を仮付けした後、鋼管を一回転する間
に300mm軸方向へ移動させ強制的にリブピッチを300mmに
小さくすると同時に径が305mmとなることによりリブと
鋼管内面のフレア溶接を可能とした。

この発明の実施に好適な取付基枠に、スパイラルリブの
上，両側面を拘束する３点のガイドロールを先端に付設
の圧下脚を垂設すると共に当該押し付け拘束状態にある
スパイラルリブを溶接するための溶接トーチを併設した
固定側の溶着装置と、当該装置に対して被加工鋼管を回
転させつつ移動させるターニングローラー等の回転装置
を搭載の移動側の走行台車装置と、からなる装置を第４
〜６図に紹介する。すなわち、第４図ａ〜ｃは溶接トー
チを併設した圧下脚取付部の正面図,a図中ｂ図,a図中矢
視ｃ図、第５図a,bは施工態様図，要部詳示図、第６図
は取付基枠形成要領図である。

図において、17は片持ち梁様の取付基枠で、第６図に示
される如く、固定架構より持ち出しされるパイプ18先端
に、フランジ接合19を介してパイプを半裁断したうえ、
切り込みカット20を加え、さらに、先端に半円状のフラ
ンジ22を溶着した継ぎ部材21を、固設して、好適な取付
基盤を形成する。つまり、該切り込みカット20にプレー
ト23を渡架させると、軸方向に対して傾いたところのス
パイラル軌跡に合致した向きの基盤が提供されるので、
これにブラケット23′を設けたうえで、スパイラルリブ
５′の上，両側面を押える三点のガイドロール24a,24b,
24cを有する圧下脚25を取り付けると、当該ガイドロー
ル24a,24b,24cのガイド軌跡はスパイラル軌跡に合わせ
て所定角首振りされる。

しかして、スパイラルリブ５′を所定の向き姿勢に拘束
し、且つ、確実に押し付けるスパイラルリブ５′の位置
決め機構が提供される。

位置決めされたスパイラルリブ５′は直ちに溶接される
もので、その溶接トーチ26は該ガイドロール24a〜ｃの
後方のスパイラル軌跡上に指向させて圧下脚25より突き
出されたブラケット37に取り付けられて併設されてい
る。トーチ角調整部26aはトーチ水平微調整部26b並びに
トーチ上下微調整部26c等を介して配設されている。

しかして、固定されているスパイラルリブ５′を遊挿し
た鋼管１を回転させつつ移動させることにより、未溶着
のスパイラルリブ５′を順次位置決めすると同時に溶着
処理していくことのできる溶着装置27が提供される。

叙上装置27は鋼管１内に挿入されねばならない。すなわ
ち、固定基台28の柱部28aから水平に持ち出しされたパ
イプ18の先端に装置27は設置され、他方、スパイラルリ
ブ５′を内装遊挿し、その基端のみを人手にて溶着させ
て仮止めした鋼管１は該固定基台28のレール部28b上を
走行する走行台車29上に搭載のターニングローラー30に
横置きされる。鋼管１の先端は回動機構31にキャッチ32
されてモーター33より回転伝動を受ける。走行台車29の
所定速度の走行により装置27はスパイラルリブ５′を所
定位置に位置決めしつつ溶着させていくことで自動機械
溶接を完了する。図中34、35,36はコンプレッサー，溶
接電源，溶接ワイヤードラムを示す。

第２図ａ〜ｃは、請求項２に記載の発明を示し、遊嵌可
能なるよう鋼管１外径より若干大きい径に成形されるス
パイラル状リブ５は、嵌装後、端部を仮付けした後、ス
パイラルの回転方向の捻転力６を付加される。

叙上捻転力６の付加手段としては、 （Ａ） リブ５の一端を鋼管１に仮付けした後、鋼管１
を固定したままリブ５の他端にトルクを与えて回転させ
る。

（Ｂ） リブ５の一端を鋼管１に仮付した後、他端を管
外に固定し、鋼管１を回転させることによってリブに相
対的に回転変形を与える。

等がある。

ここで、スパイラルの全長を変化させないままリブ５に
捻転をあたえる場合には結果的にスパイラルピッチが減
少するため、これでは不都合となる場合には、リブ製作
時には予め所定値より大きめのピッチとしておくことが
望ましい。

リブ５の捻転にともなってスパイラル径が減少し、した
がってリブ５と鋼管１外表面のギャップを溶接が可能な
までに小さくすることができる。この状態でリブ５自身
には軸方向の引張り応力７が付加されている。この引張
り応力７はリブ５が鋼管１表面にスパイラル状に連続し
て存在することから、結果としてリブ５を鋼管１表面に
張り付かせるための管中心方向への向心力８として作用
し、溶接中にリブ５が鋼管１表面から浮き上がるという
現象を防止することができる。

上記の双方の効果で溶接部のギャップを小さくすると共
に、溶接熱による熱変形を押え付けることができるた
め、良好なフレア溶接が可能となる。

本方法によれば、スパイラル径の縮小にともなって鋼管
１の形状になじむようにリブ５が変形するため、鋼管１
外径とスパイラル内径の差、およびそれぞれの真円度誤
差の多少を問わず外面リブの取り付けが可能である。し
たがって、大量にドリル杭等を製作する際に、鋼管１お
よびリブ５の製作精度にばらつきがある場合でも同一の
手法で容易に対処しうる。

図中、5aは遊装時のリブ５の位置、5bは捻転後の位置を
示す。

叙上発明に於いて使用される溶接トーチは、前記の発明
のものと異なる構成にする必要があることもある。何故
ならば、前記の発明に於ける溶接トーチは、リブを移動
させるものであったが、この発明では、リブは移動せ
ず、溶接トーチ側が追従しなければならないからで、溶
接トーチ側に誤差吸収能が要求されるからである。具体
的には、溶接トーチを溶接トーチアームに対して管軸方
向についてスライド可に組付けるとすれば良い。

第３図a,bは請求項３記載の発明を示し、遊嵌可能なる
よう鋼管１外径より若干大きい径に成形されるスパイラ
ル状リブ９は、そのピッチを所定値（溶接予定のスパイ
ラルリブのピッチ）より小さめに予成形してある。当該
リブ９は、鋼管１外面に嵌装した後、端面を仮付け10す
る。ついで、引張力を付加してリブ９全体が、所定のス
パイラルピッチとなるよう管軸方向11に一様に引伸ば
す。本操作に伴ってスパイラル径は次第に減少し、所定
のピッチにまで引伸ばされた時、リブ９と鋼管１外表面
とが密着するようにする。上記の操作によって、溶接に
必要な2mm以下のギャップ量が得られると共に、リブ９
引伸ばしに伴ってリブ断面全長にわたって生じるスパイ
ラルの中心軸（すなわち管中心）まわりの曲げモーメン
トおよびリブ軸方向の引張り応力が、リブ９を鋼管外面
に張り付かせる向心力となって作用するため、この向心
力が、溶接中のリブの浮上りを押え、良好なフレア溶接
が可能となる。

尚、図中9aは嵌装直後のリブ９の位置、9bは引伸ばし後
のリブ９の位置を示す。

施工例をｂ図に示す。

318.5mmφ、9.5mm^tの鋼管１外面に13mmφの円形断面の
丸棒リブ９を350mmピッチで取付けるに際し、まず、外
径350φ，ピッチ295mmに予成形したリブ９を上記鋼管１
の管端に装着し、管端部でリブ端を仮付12する。その
後、図に示す350mmピッチに突起13を設けた治具で鋼管
１を両端からはさみ込んだ後、鋼管１を矢印14の方向へ
移動させた。この時、仮付け12と反対側のリブ端は、回
転を防ぐため突起13に機械的に（本例ではボルト締め1
5）固定してある。また、突起13と鋼管１との接触面に
はローラー16を設けて摩擦を軽減した。鋼管１の移動に
伴って仮付け12と反対側からリブ９は徐々に引き伸ばさ
れ、鋼管１外表面に密着し、最終的にはギャップが零と
なって良好なフレア溶接が可能となった。叙上発明に於
いて使用される溶接トーチは、前記の発明の場合と同様
である。

「発明の効果」 以上の如く、本発明方法によるならば、線状材よりなる
遊嵌寸法に予成形のスパイラル状リブの鋼管表面に対す
る溶接に際し、溶接トーチによるフレア溶接の速度を制
約する要因は一切解除され高能率な溶接が期し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図ａ〜は本発明の要領説明図、第３図a,b
は本発明の要領説明図，施工例説明図，第４図ａ〜ｃは
溶接トーチを併設した圧下脚取付部の正面図,a図中ｂ
図,a図中矢視ｃ図，第５図a,bは施工態様図，要部詳示
図、第６図は取付基枠形成要領図である。 １……鋼管、２……スパイラル状リブ、2a……挿入時の
リブの位置、2b……溶接時のリブの位置、３……溶接ト
ーチアーム、４……ガイドローラ、５……スパイラル状
リブ、5a……嵌装時のリブの位置、5b……捻転後のリブ
の位置、６……捻転力、７……軸方向の引張り応力、８
……向心力、９……スパイラル状リブ、9a……嵌装直後
のリブの位置、9b……引伸ばし後のリブの位置、10……
仮付け、11……管軸方向、12……仮付、13……突起、14
……矢印、15……ボルト締め、16……ローラー、17……
取付基枠、18……パイプ、19……フランジ接合、20……
切り込みカット、21……継ぎ部材、22……フランジ、23
……向心力、23′……ブラケット、24a,24b,24c……ガ
イドロール、25……圧下脚、26……溶接トーチ、26a…
…トーチ角調整部、26b……トーチ水平微調整部、26c…
…トーチ上下微調整部、27……溶接装置、28……固定基
台、28a……柱部、28b……レール部、29……走行台車、
30……ターニングローラー、31……回転機構、32……キ
ャッチ、33……モーター、34……コンプレッサー、35…
…コンプレッサー、36……コンプレッサー、37……ブラ
ケット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 都築 達哉 東京都千代田区内幸町２丁目２番３号 川 崎製鉄株式会社東京本社内 (56)参考文献 特公 昭44−5313（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼管の内表面に小断面線状材の予め遊嵌寸
   法のスパイラル状に成形したリブをフレア溶接する際、
   該リブのスパイラルピッチを大きめに予成形しておき鋼
   管内に遊嵌した当該リブを、溶接トーチアームと一体の
   ガイドローラで挟持しつつ鋼管を該溶接トーチアームに
   対して、該ガイドローラで拘束の予成形リブのピッチが
   強制されて小化されスパイラル径が鋼管内表面に押し付
   けられるまでに大化する関係に回転並びに管軸方向移動
   させてフレア溶接を施こすとしてなることを特徴とする
   鋼管表面への線状材よりなるスパイラル状リブの溶接方
   法。
2. 【請求項２】鋼管の外表面に小断面線状材の予め遊嵌寸
   法のスパイラル状に成形したリブをフレア溶接する際、
   該リブに捻転付勢を付加してスパイラルリブ内面が鋼管
   外表面に押し付けられるまでにそのスパイラル径を小化
   させてフレア溶接を施こすとしてなることを特徴とする
   鋼管表面への線状材よりなるスパイラル状リブの溶接方
   法。
3. 【請求項３】鋼管の外表面に小断面線状材の予め遊嵌寸
   法のスパイラル状に成形したリブをフレア溶接する際、
   該リブのスパイラルピッチを小さめに予成形しておき、
   鋼管外表面に遊嵌した当該リブの一方端を仮付けした
   後、機械的操作にて該リブの他方端を管軸方向に引伸ば
   してスパイラルリブ内面が鋼管外表面に押し付けられる
   までにそのスパイラル径を小化させてフレア溶接を施こ
   すとしてなることを特徴とする鋼管表面への線状材より
   なるスパイラル状リブの溶接方法。