JPH10249585A - 管体中継ぎ部の内面溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 中継ぎ部の内面溶接の作業性が悪く、悪環境
下での作業であった。 【解決手段】 ２本の管体２，３をターニングロール
４，４上に載置して直列に配置し、所定の開先間隔を隔
てて相対向する管端部２ａ，３ａ同士を突き合わせ、中
継ぎ部内面の溶接を行う内面溶接装置１であり、回転駆
動されるスプロケット５に噛合して管体２，３内へ侵入
するケーブルベア６と、ケーブルベア６の先端部に搭載
された溶接機８とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の管体の端部
同士を突き合わせて中継ぎ部の内面溶接を行う管体中継
ぎ部の内面溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鋼管を建築基礎工事のパイル
として使用する場合、管径に応じて設定された定尺寸法
の鋼管を２本以上中継ぎ溶接して、所望の長さの鋼管パ
イルを形成している。このような用途には、一般にスパ
イラル鋼管等の大径管が用いられており、その中継ぎ作
業は、例えば以下のような手順で行われている。

【０００３】すなわち、２本の鋼管の管端部に必要な開
先加工を施した後、一方の鋼管をクレーンで吊り上げ、
直列に配置した２台のターニングロール上に掛け渡すよ
うに載置する。

【０００４】次に、中継ぎする他方の鋼管をクレーンで
吊り上げたまま搬入し、この鋼管の管端部を一方の鋼管
の管端部へ押し当てながら、直列に配置した２台のター
ニングロール上に掛け渡すように載置する。

【０００５】管端部同士を突き合わせた２本の鋼管は、
それぞれ真円度の歪みなどのために、互いにその管端部
の円周部がずれている。そこで、例えば、それぞれの鋼
管の外周面を覆うように矯正リングをセットし、鋼管と
リングの隙間にクサビを打ち込んで真円度の矯正を行
う。この真円度の矯正を行いながら、突き合わせた管端
部をその円周に沿って手溶接で数カ所の仮付けを行い、
両鋼管の円周がある程度重なった状態にして、中継ぎ部
の内外面を本溶接している。

【０００６】本溶接は、両鋼管をターニングローラによ
り同時に同方向に回転させながら、中継ぎ部の内外面を
円周方向に沿って溶接するが、そのうちの外面溶接作業
は、開先外面への倣い機構を備えた簡易自動溶接装置で
対応できる。

【０００７】しかし、内面溶接作業は、溶接工がハンデ
ィータイプの溶接装置を携えて鋼管内へと侵入し、中継
ぎ部に到達するまで鋼管長さ分を移動して、中継ぎ部の
開先内面を円周方向に沿って手溶接している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の中継
ぎ部の内面溶接作業にあっては、溶接工が溶接装置の電
源ケーブルや溶接ワイヤを引きずりながら、狭くて細長
い管内を腹這いに近い姿勢で移動する必要があった。ま
た、溶接作業中はターニングロールにより鋼管を回転さ
せるため、溶接装置を円周方向に沿って押しながら溶接
作業を行わなければならなかった。さらに、内面溶接を
行う作業環境は溶接スパッタやヒューム等の発生する悪
環境であった。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、中継ぎ部の内面溶接の作業性を向上さ
せることができ、その作業環境を改善することができる
新規な管体中継ぎ部の内面溶接装置を提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、本発明に係
る管体中継ぎ部の内面溶接装置によれば、２本の管体を
ターニングロール上にそれぞれ載置して直列に配置する
とともに、所定の開先間隔を隔てて相対向する管端部同
士を突き合わせ、開先合わせされた中継ぎ部の内面溶接
を行う装置であり、回転駆動されるスプロケットに噛合
して管体内へ侵入するケーブルベアと、ケーブルベアの
先端部に搭載された溶接機とを備えているものである。

【００１１】好ましくは、上記ケーブルベアが、複数の
球面自在輪によって支承されているものである。

【００１２】また、好ましくは、上記ケーブルベアの先
端部に、管体内の長手方向および円周方向に移動する溶
接台車が取り付けられ、該溶接台車上に溶接機が搭載さ
れているものである。

【００１３】さらに、好ましくは、上記溶接台車に、そ
の蛇行量を把握する傾斜センサが装備されているもので
ある。

【００１４】そして、好ましくは、上記溶接台車に、こ
れを管体内へ挿入するための補助台車が備えられている
ものである。

【００１５】加えて、好ましくは、上記溶接機に、溶接
トーチを昇降させる溶接トーチフローティング機構と、
溶接トーチの溶接箇所の長手方向ズレを補正する長手方
向ズレ補正機構とが備えられているものである。

【００１６】また、好ましくは、上記溶接トーチに、開
先部に沿って倣うための開先倣い機構が備えられている
ものである。

【００１７】本発明によれば、ターニングロール上で２
本の管体を所定の開先間隔を突き合わせ、突き合わせた
管端部同士の管形状を矯正して仮付け溶接した後、内面
溶接装置のスプロケットを回転駆動させることにより、
これと噛合するケーブルベアが管体内へ侵入し、その先
端部に搭載された溶接機が中継ぎ部の内面を本溶接す
る。したがって、中継ぎ部の内面溶接の作業性を向上さ
せ、その作業環境を改善することができるものである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明
に係る管体中継ぎ部の内面溶接装置の一実施形態を示す
概略図である。図示するように、本実施形態の内面溶接
装置１は、２本の管体２，３をターニングロール４，４
上にそれぞれ載置して直列に配置するとともに、所定の
開先間隔を隔てて相対向する管端部２ａ，３ａ同士を突
き合わせ、開先合わせされた中継ぎ部の内面溶接を行う
装置である。

【００１９】本実施形態の内面溶接装置１は、図示しな
いモータ等の駆動装置により回転駆動されるスプロケッ
ト５を備えている。このスプロケット５は、例えば駆動
装置に供給する電源の極性を切り替えるなどして、正逆
回転できるように構成されている。

【００２０】このスプロケット５にはチェーン状のケー
ブルベア６が噛合しており、上記駆動装置によってスプ
ロケット５を正逆回転させることにより、進退移動する
ように構成されている。このケーブルベア６は、その進
退移動を円滑に行うべく、複数の球面自在輪７によって
下方から支承されている。すなわち、スプロケット５を
正回転させることにより、ケーブルベア６が突き合わさ
れた管体２，３の一方の開口部から管体２，３内へ進入
し、スプロケット５を逆回転させることにより、ケーブ
ルベア６が突き合わされた管体２，３内から外部へ後退
するようになっている。このケーブルベア６には、電源
ケーブルや溶接ワイヤー等のユーティリティが附帯され
ている。

【００２１】ケーブルベア６の先端部には、溶接機８が
搭載されている。具体的には、この溶接機８は、ケーブ
ルベア６の先端部に取り付けられた溶接台車９上に搭載
されている。図２に示すように、この溶接台車９の下部
には、管体２，３内を長手方向および円周方向に移動す
る際に使用するステアリング機能付きの移動車輪１０が
四輪装備されている。すなわち、溶接台車９が管体２，
３内を長手方向に前後進する際には、移動車輪１０は管
体２，３の長手方向に沿うように遠隔操作され、管体
２，３内を円周方向に移動する際には、移動車輪１０は
管体２，３の長手方向に沿った状態から９０度回動する
ように遠隔操作される。したがって、この溶接台車９
は、溶接機８を搭載して管体２，３の長手方向及び円周
方向に移動することができるようになっている。また、
移動車輪１０は、前後輪が独立駆動となるように構成し
て、前進および後進でそれぞれを切り替え駆動すること
により操舵する。

【００２２】なお、移動車輪１０の車輪間距離と車輪径
を極力大きく設定することにより、この移動車輪１０
が、例えばスパイラル鋼管の溶接ビード等の障害を乗り
越える際の凹凸高さの影響を軽減することができる。ま
た、ケーブルベア６は球面自在輪７によって支承されて
いるので、移動車輪１０の長手方向および円周方向の移
動が円滑に行われる。本実施形態では、ケーブルベア６
を球面自在輪７によって支承しているが、これに限るも
のではなく、エアー吹き付けによる浮上方式や駆動輪方
式等を採用してもよい。

【００２３】溶接機８には、管体２，３の中継ぎ部の開
先に沿って溶接を行う溶接トーチ８ａと、この溶接トー
チ８ａを昇降させる溶接トーチフローティング機構１１
と、溶接トーチ８ａの溶接箇所の長手方向ズレを補正す
る長手方向ズレ補正機構１２とが備えられている。溶接
トーチ８ａには、例えばＭＩＧ溶接やＭＡＧ溶接に適応
したものを採用する。そして、溶接トーチフローティン
グ機構１１および長手方向ズレ補正機構１２には、例え
ばラック・アンド・ピニオン等を採用する。すなわち、
溶接トーチフローティング機構１１は、鉛直方向に沿っ
て設けられ、溶接トーチ８ａの高さ位置を調整すること
ができ、そのアーク長の調整をも可能である。また、長
手方向ズレ補正機構１２は、管体２，３の長手方向に沿
って設けられ、溶接トーチ８ａの開先部幅方向のズレを
調整することができる。

【００２４】この溶接トーチ８ａには、管体２，３の開
先部に沿ってワイヤ先端を倣わせるため、図示しない開
先倣い機構が備えられている。この開先倣い機構には、
例えばヒゲ状探触子を接触させることにより開先部を確
認する接触式倣いセンサ等を採用する。

【００２５】さらに、図３（a）（b）に示すように、上
記溶接台車９には、その前進時あるいは後進時における
蛇行量（傾斜角度）θを把握すべく、例えば前後の移動
車輪１０の中央部に傾斜センサ１３が装備されている。
傾斜センサ１３には、例えばジャイロ等を採用する。

【００２６】そして、図１に示したように、管体２，３
の挿入側の開口部手前には、溶接台車９を管体２，３内
へ挿入するための補助台車１４が備えられている。この
補助台車１４には、ターニングロール４，４に載置され
る管体２，３の径に合わせて溶接台車９の高さ位置を設
定すべく、例えばパンタグラフ状の昇降機構１４ａが備
えられている。また、この補助台車１４は、管体２，３
の長さ変化にも対応させることができる。

【００２７】このように構成された内面溶接装置１を使
用して、管体中継ぎ部の内面溶接は以下のように行われ
る。まず、少なくとも２台のターニングロール４，４を
直列に設け、これらターニングロール４，４上に、予め
管端部２ａ，３ａに開先加工を施した２本の管体２，３
をそれぞれ載置して直列に配置する。

【００２８】次に、中継ぎする管体３を他方の管体２側
へ接近移動させる。例えば、中継ぎする管体３をクレー
ンで吊り上げ、この管体３の管端部３ａを他方の管体２
の管端部２ａへ押し当てる。或いは、ロール対をその長
手方向に沿ってスライド移動させることが可能な長手方
向スライド機構を装備した新規なターニングロール４を
形成し、このターニングロール４のスライド機構を操作
して、ロール対のスライド移動とともに中継ぎする管体
３を他方の管体２側へ接近移動させる。

【００２９】これらの操作により、所定の開先間隔を隔
てて相対向する管端部２ａ，３ａ同士が突き合わされ
る。管端部２ａ，３ａ同士を突き合わせた２本の管体
２，３は、それぞれ真円度の歪みなどのために、互いに
その管端部の円周部がずれている。したがって、例え
ば、それぞれの管体２，３の外周面を覆うように矯正リ
ングをセットし、管体２，３とリングの隙間にクサビを
打ち込んで真円度の矯正を行う。或いは、シリンダ装置
を備えた新規な押圧矯正装置を形成して、そのシリンダ
装置により管端部２ａ，３ａの管形状を押圧矯正する。
そして、この真円度の矯正を行いながら、突き合わせた
管端部２ａ，３ａをその円周に沿って手溶接で数カ所の
仮付けを行う。

【００３０】その後、本実施形態の内面溶接装置１のス
プロケット５を正回転させることにより、仮付けされた
管体２，３の開口部からケーブルベア６を進入させ、こ
のケーブルベア６の先端部に溶接台車９を介して取り付
けられた溶接機８を管体２，３の中継ぎ部へ到達させて
本溶接を行う。その際、例えばスパイラル鋼管の溶接ビ
ード等の障害によって溶接台車９が蛇行するが、その蛇
行量θを傾斜センサ１４により随時検出し、その蛇行量
θが０になるように移動車輪１０の操舵をフィードバッ
ク制御する。この溶接台車９の中継ぎ位置への移動は、
ＣＣＤカメラ等を使用して行う。また、このＣＣＤカメ
ラの前には、開閉可能な遮光フィルタが装備されてお
り、必要に応じて溶接中の監視及び溶接後品質を確認で
きるようになっている。

【００３１】なお、管体２，３の中継ぎ部の位置を常に
固定場所に設定し、スプロケット５またはケーブルベア
６で送り出し長さを検出することで、溶接機８を搭載し
た溶接台車９が中継ぎ位置へ到達したか否かを容易に把
握することができる。また、ケーブルベア６をスプロケ
ット５の回転により進退させる機構は、溶接台車９をコ
ンパクトにして内面溶接の作業空間を大きく確保するこ
とができる。

【００３２】溶接機８の溶接トーチ８ａは、ターニング
ロール４，４を回転させることにより、開先合わせされ
た中継ぎ部の内面をアークの安定性の良い下向き姿勢で
溶接するようになっている。その際、移動車輪１０を９
０度回動させて、この移動車輪１０が円周方向に移動す
るように設定し、管体２，３の回転に追従させる。ま
た、接触式倣いセンサ等の開先倣い機構の検出データに
基づいて、管体２，３の外部からコントローラ等によっ
て溶接トーチフローティング機構１１および長手方向ズ
レ補正機構１２を遠隔操作することにより、溶接トーチ
８ａの溶接位置の微調整が行われることになる。

【００３３】かくして本実施形態によれば、ターニング
ロール４，４上で２本の管体２，３を所定の開先間隔を
突き合わせ、突き合わせた管端部２ａ，３ａ同士の管形
状を矯正して仮付け溶接した後、本実施形態の内面溶接
装置１のスプロケット５を正回転させることにより、ケ
ーブルベア６が管体２，３内へ進入し、その先端部に搭
載された溶接機８が中継ぎ部の内面を本溶接するように
なっている。したがって、中継ぎ部の内面溶接の作業性
を飛躍的に向上させることができ、その作業環境をも飛
躍的に改善することができるものである。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、中
継ぎ部の内面溶接を機械化して、その作業性を飛躍的に
向上させることができ、その作業環境をも飛躍的に改善
することができる新規な管体中継ぎ部の内面溶接装置を
提供することができるとういう優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る管体中継ぎ部の内面溶接装置の一
実施形態を示す側面図である。

【図２】本実施形態の内面溶接装置における溶接台車お
よび溶接機を示す概略側面図である。

【図３】本実施形態の内面溶接装置における溶接台車の
操舵制御を説明する図であり、（ａ）はその概略縦断面
図、（ｂ）はその概略平面図である。

【符号の説明】

１ 内面溶接装置 ２，３ 管体 ２ａ，３ａ 管端部 ４ ターニングロール ５ スプロケット ６ ケーブルベア ７ 球面自在輪 ８ 溶接機 ８ａ 溶接トーチ ９ 溶接台車 １０ 移動車輪 １１ 溶接トーチフローティング機構 １２ 長手方向ズレ補正機構 １３ 傾斜センサ １４ 補助台車

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２本の管体をターニングロール上にそれ
   ぞれ載置して直列に配置するとともに、所定の開先間隔
   を隔てて相対向する管端部同士を突き合わせ、開先合わ
   せされた中継ぎ部の内面溶接を行う装置であり、 回転駆動されるスプロケットに噛合して管体内へ侵入す
   るケーブルベアと、 ケーブルベアの先端部に搭載された溶接機とを備えてい
   ることを特徴とする管体中継ぎ部の内面溶接装置。
2. 【請求項２】 前記ケーブルベアが、複数の球面自在輪
   によって支承されている請求項２に記載の管体中継ぎ部
   の内面溶接装置。
3. 【請求項３】 前記ケーブルベアの先端部に、管体内の
   長手方向および円周方向に移動する溶接台車が取り付け
   られ、該溶接台車上に溶接機が搭載されている請求項１
   または請求項２に記載の管体中継ぎ部の内面溶接装置。
4. 【請求項４】 前記溶接台車に、その蛇行量を把握する
   傾斜センサが装備されている請求項１乃至請求項３のい
   ずれかに記載の管体中継ぎ部の内面溶接装置。
5. 【請求項５】 前記溶接台車に、これを管体内へ挿入す
   るための補助台車が備えられている請求項３または請求
   項４に記載の管体中継ぎ部の内面溶接装置。
6. 【請求項６】 前記溶接機に、溶接トーチを昇降させる
   溶接トーチフローティング機構と、溶接トーチの溶接箇
   所の長手方向ズレを補正する長手方向ズレ補正機構とが
   備えられている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載
   の管体中継ぎ部の内面溶接装置。
7. 【請求項７】 前記溶接トーチに、開先部に沿って倣う
   ための開先倣い機構が備えられている請求項６に記載の
   管体中継ぎ部の内面溶接装置。