特開 2017-148850 配管溶接用ガスシールド装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-148850(P2017-148850A)

(43)【公開日】2017年8月31日

(54)【発明の名称】配管溶接用ガスシールド装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 37/00 20060101AFI20170804BHJP

【ＦＩ】

   B23K37/00 301B

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-34930(P2016-34930)

(22)【出願日】2016年2月25日

(71)【出願人】

【識別番号】516058757

【氏名又は名称】内田 良紀

(74)【代理人】

【識別番号】100130074

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 繁元

(72)【発明者】

【氏名】内田 良紀

(57)【要約】

【課題】 配管の歪み等に起因するバックシールド部材と配管の内面との間の隙間の発生を防ぐと共に、部品点数を減らして製造コストの低減を可能にした配管溶接用ガスシールド装置を提供する。
【解決手段】 配管溶接用ガスシールド装置１０は、ガスが供給されるバックシールド部材１と、バネ部材２と、バックシールド部材１と連結し、バネ部材２によって付勢された可動可能なシャフト部材３を備えており、バックシールド部材１には、配管４の内面に当接可能な補正シールド板５が着脱自在に取り付けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスが供給されるバックシールド部材と、
バネ部材と、
前記バックシールド部材と連結し、前記バネ部材によって付勢された可動可能なシャフト部材を備えた配管溶接用ガスシールド装置であって、
前記バックシールド部材には、配管の内面に当接可能な接触面を備えた補正シールド板が着脱自在に取り付けられていることを特徴とする配管溶接用ガスシールド装置。

【請求項2】

ガスが供給されるバックシールド部材と、
バネ部材と、
前記バックシールド部材と連結し、前記バネ部材によって付勢された可動可能なシャフト部材と、
前記シャフト部材と連結するクランプ部材と、
前記クランプ部材に固定される軸部材と、
前記軸部材を保持する軸受スタンドを備えた配管溶接用ガスシールド装置であって、
前記バックシールド部材には、配管の内面に当接可能な接触面を備えた補正シールド板が着脱自在に取り付けられていることを特徴とする配管溶接用ガスシールド装置。

【請求項3】

曲率半径の異なる複数の補正シールド板を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の配管溶接用ガスシールド装置。

【請求項4】

バックシールド部材は、補正シールド板の取付け位置を位置決めする位置決めピンを備え、補正シールド板は、前記位置決めピンが挿入される位置決め穴が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の配管溶接用ガスシールド装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、２本の金属製配管の開先を突き合わせて、該突き合わせた開先の外周面を溶接する際に使用する配管溶接用ガスシールド装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、２本の金属製配管の開先を突き合わせて、該突き合わせた開先の外周面を溶接する際に、溶接欠陥の原因となる空気中の酸素を排除する為、内周面側を不活性ガスによってバックシールドする装置が知られている（特許文献１）。

【0003】

特許文献１に記載のＴＩＧ溶接用バックシールド治具は、脚体側に対して横軸芯の周りに回転可能に保持された回転体と、横軸芯に対して直交する方向に出退すべく回転体に保持されたスライド軸と、このスライド軸を退入すべく付勢する付勢具と、この付勢具に抗してスライド軸を突出させる操作具と、スライド軸の先端に取り付けられ、配管の内面に対応させた円弧状のバックシールド要具とから構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】実公昭５９−２９５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、実際に使用される配管の内面はその断面が真円ではないことから、上記特許文献１に記載のＴＩＧ溶接用バックシールド治具を使用した場合には、円弧状のバックシールド用具と配管の内面との間に隙間が生じ、酸化を防ぐことができたとしても溶接された内周面の肉盛部が黒色に変化したスラグが発生する。したがって、後工程における洗浄研磨により、スラグを除去することが必須となっていた。また、特許文献１に記載のＴＩＧ溶接用バックシールド治具は、回転体から突出させた３本の脚体の先端を配管の内面に当接させることによって、回転体を保持しており、バックシールド治具の製造コストが高くなるものであった。また、外径が同じであっても内径が異なる２つの配管を溶接する場合に、特許文献１に記載のＴＩＧ溶接用バックシールド治具を使用した場合には、配管の内面に対して斜めに当接することとなるので、隙間が発生し易くなっていた。

【0006】

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、配管の歪み等の原因によって生じるバックシールド部材と配管の内面との間の隙間の発生を防ぐと共に、部品点数を減らして製造コストの低減を可能にした配管溶接用ガスシールド装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１の発明はガスが供給されるバックシールド部材と、バネ部材と、前記バックシールド部材と連結し、前記バネ部材によって付勢された可動可能なシャフト部材を備えた配管溶接用ガスシールド装置であって、前記バックシールド部材には、配管の内面に当接可能な接触面を備えた補正シールド板が着脱自在に取り付けられていることを特徴としている。

【0008】

請求項１に記載の配管溶接用ガスシールド装置の発明は、補正シールド板によって、配管の歪み等によって生じる配管の内面とバックシールド部材との間の隙間を塞ぐことができることから、バックシールド部材内部の空気中の酸素を確実に排除することができ、溶接後の後工程において洗浄研磨を必要とせず、配管溶接に係る製造コストを低減させることができる。また、配管溶接用ガスシールド装置の部品点数を減らすことによって、同装置の製造コストを低減させることができる。さらに、補正シールド板によって、配管を内側から押圧することができ、配管溶接用ガスシールド装置を配管内に確実に固定することができる。

【0009】

請求項２の発明は、ガスが供給されるバックシールド部材と、バネ部材と、前記バックシールド部材と連結し、前記バネ部材によって付勢された可動可能なシャフト部材と、前記シャフト部材と連結するクランプ部材と、前記クランプ部材に固定される軸部材と、前記軸部材を保持する軸受スタンドを備えた配管溶接用ガスシールド装置であって、前記バックシールド部材には、配管の内面に当接可能な接触面を備えた補正シールド板が着脱自在に取り付けられていることを特徴としている。

【0010】

請求項２に記載の配管溶接用ガスシールド装置の発明は、補正シールド板によって、配管の歪み等によって生じる配管の内面とバックシールド部材との間の隙間を塞ぐことができることから、バックシールド部材内部の空気中の酸素を確実に排除することができ、溶接後の後工程において洗浄研磨を必要とせず、配管溶接の製造コストを低減させることができる。また、補正シールド板によって、配管を内側から押圧することができ、配管溶接用ガスシールド装置を配管内に確実に固定することができる。さらに、シャフト部材と連結するクランプ部材と、クランプ部材に固定される軸部材と、軸部材を保持する軸受スタンドとを備えているので、配管又は配管溶接用ガスシールド装置を回転させて溶接作業をすることができ、配管溶接に係る製造コストを更に低減させることができる。

【0011】

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、曲率半径の異なる複数の補正シールド板を備えていることを特徴としている。これにより、直径が異なる配管にも対応することができると共に、配管とバックシールド部材との間に生じる隙間を確実に塞ぐことができる。

【0012】

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかの発明において、バックシールド部材は、補正シールド板の取付け位置を位置決めする位置決めピンを備え、補正シールド板は、前記位置決めピンが挿入される位置決め穴が形成されていることを特徴としている。これにより、補正シールド板の取付け作業又は、交換作業を容易に行うことができるので、配管溶接に係る製造コストを更に低減させることができる。

【発明の効果】

【0013】

請求項１及び２の発明では、溶接後の後工程において洗浄を必要とせず、配管溶接に係る製造コストを低減させることができる。また、配管溶接用ガスシールド装置の部品点数を減らすことによって、同装置の製造コストを低減させることができる。また、配管溶接用ガスシールド装置を配管内に確実に固定することができる。さらに、請求項２の発明では、配管又は配管溶接用ガスシールド装置を回転させて溶接作業をすることができ、配管溶接に係る製造コストを更に低減させることができる。

【0014】

請求項３の発明では、直径が異なる配管にも対応することができると共に、配管とバックシールド部材との間に生じる隙間を確実に塞ぐことができる。また、請求項４の発明で、補正シールド板の取付け作業又は、交換作業を容易に行うことができるので、配管溶接の製造コストを更に低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】（ａ）第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を配管内に設置した状態を示す正面図。（ｂ）第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を示す右側面図。

【図2】本発明の配管溶接用ガスシールド装置を構成する補正シールド板を示す正面図。

【図3】本発明の配管溶接用ガスシールド装置の使用状態の一例を示す説明図。

【図4】（ａ）第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を配管内に設置した状態を示す正面図。（ｂ）第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を示す右側面図。

【図5】第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を軸受スタンドで軸支している状態を示す説明図。

【図6】（ａ）第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を配管内に設置した状態を示す正面図。（ｂ）第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を示す右側面図。

【図7】（ａ）第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を自動溶接機と共に連動させた状態を示す説明図。（ｂ）回転軸固定板の側面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る配管溶接用ガスシールド装置の第１実施形態を示しており、図１（ａ）は、第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を配管内に設置した状態を示す正面図、図１（ｂ）第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を示す右側面図である。また、図２は、本発明の配管溶接用ガスシールド装置を構成する補正シールド板を示す正面図である。これらの図を用いて配管溶接用ガスシールド装置の第１実施形態を説明する。

【0017】

第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置１０は、内部にガスが供給されると共に、配管４の内面に押し当てられる方向に付勢されている正面視円弧状であって、上方に開口部１ｃを備えた箱状のバックシールド部材１と、バネ部材２と、バックシールド部材１と連結し、バネ部材２によって付勢された可動可能な第１シャフト部材３とを備えている。

【0018】

第１シャフト部材３は、一方の端部がバックシールド部材１のアーム部１ｄに固定されており、基板６ａに固定されたシャフトホルダーベアリング８によって、上下方向の可動のみに規制されている。そして、バックシールド部材１は、上方の開口部１ｃが、バネ部材２によって、配管４の内面方向に付勢されている。また、基板６ａには、第１シャフト部材３が挿脱可能な開口が形成されている。そして、上方の基板６ａと下方の基板６ｂとは、第２のシャフト部材７、７によって連結されている。第２シャフト部材７、７は、一方の端部が上方の基板６ａに固定され、他方の端部が下方の基板６ｂに固定されている。

【0019】

そして、バックシールド部材１には、配管４の内面に当接させる際に、配管４の横断面の真円からの誤差により生じる隙間を塞ぐ補正シールド板５が着脱自在に取り付けられている。前述したとおり、バックシールド部材１は、正面視円弧状であって、上方に開口部１ｃを備えた箱状に形成されており、所定径の配管の横断面が真円であれば、バックシールド部材１の開口部が配管４の内面に当接して隙間が生じることは無い。しかしながら、製造される配管４は真円であることはなく、歪みが生じている。したがって、真円を前提として形成されたバックシールド部材１の開口部１ｃの縁面を配管４の内面に押し当てると、所々に隙間が生じることとなる。この隙間を塞ぐ補正を行うのが補正シールド板５の一つの役割である。この補正シールド板５は、バックシールド部材１の表面及び裏面に取り付けられるものであり、配管の内面に当接する正面視円弧状の当接部５ａと、バックシールド部材１に着脱自在に取り付けられる取付部５ｂとを有している。尚、補正シールド板５は、バックシールド部材１の両面に取り付けることができるが、片方の面のみに取り付けて使用することもできる。

【0020】

配管４は、同じ内径であっても生じている歪みは種々あることから、外縁の円弧の曲率半径が異なる複数種類の補正シールド板５を準備しておくことが好ましい。そして、補正シールド板５をバックシールド部材１の表面及び裏面の両方に取り付ける際に、隙間が最小となる補正シールド板５を選択して取り付けるのである。

【0021】

尚、補正シールド板５の外縁に耐熱テープを貼り付けることによって、配管４の内面の補正シールド板５と接触する部分に傷が付くのを防ぐことができる。また、バックシールド部材１の両側部と補正シールド板５、５との間に生じる隙間に耐熱テープを貼り付けることによって、バックシールド部材１の内部の空気中の酸素を確実に排除することができる。また、配管４の内径寸法が大きく変わる場合には、第２シャフト部材７、７を適切な長さのものに取り換えると共に、適切な補正シールド板５を選択することによって対応することができる。尚、第２シャフト部材７、７は、長手方向の長さが調節可能な構造のものを採用することもできる。

【0022】

補正シールド板５のバックシールド部材１への取り付け方法は、様々な方法が考えられるが、一例として、バックシールド部材１に、補正シールド板５の取付け位置を位置決めする位置決めピンを形成し、補正シールド板５の取付部５ｂに、位置決めピンが挿入される位置決め穴が形成されている構造を採用することができる。

【0023】

第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置１０は、下方に、バックシールド部材１と同形状の支持部材９を設置している。支持部材９は、ガスが供給されない点を除いて上方に設置されたバックシールド部材１と同様の機能を果たしている。即ち、配管４の内面に当接させる際に、配管４の横断面の真円からの誤差により生じる隙間を塞ぐ補正シールド板５が着脱自在に取り付けられており、第１シャフト部材３は、一方の端部が支持部材９のアーム部９ａに固定されている。また、基板６ｂに固定されたシャフトホルダーベアリング８によって、上下方向の可動のみに規制されている。そして、支持部材９は、下方の開口部９ｂが、バネ部材２によって、配管４の内面方向に付勢されている。

【0024】

第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置１０は、上述のように構成されており、補正シールド板５によって、配管４の歪みによって生じる配管４とバックシールド部材１との間の隙間を塞ぐことができることから、バックシールド部材１の内部の空気中の酸素を確実に排除することができ、溶接後の後工程において洗浄研磨を必要とせず、配管溶接に係る製造コストを低減させることができる。また、配管溶接用ガスシールド装置１０の部品点数を減らすことによって、同装置１０の製造コストを低減させることができる。さらに、補正シールド板５によって、配管４を内側から押圧することができ、配管溶接用ガスシールド装置１０を配管内に確実に固定することができる。

【0025】

尚、第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置１０の変形例として、下方の支持部材９を、上方のバックシールド部材１と同じものに取り換えて使用することもできる。この場合には、設置方向を斜めにずらし、配管４の内部の斜め上方と斜め下方とに各々バックシールド部材１が配置されるようにすれば、溶接作業を２箇所で同時に行うことができ、溶接作業時間を短縮することができる。

【0026】

図３は、本発明の配管溶接用ガスシールド装置の使用状態の一例を示す説明図である。この図に示している配管４Ａと配管４Ｂの溶接は、外径が同寸法で、内径が配管４Ｂの方が小さい場合、即ち、配管４Ａの肉厚４ａが、配管４Ｂの肉厚４ｂよりも小さい場合を示している。この場合に、補正シールド板５を使用しない通常のバックシールド部材１のみで各々の配管を溶接しようとすると、バックシールド部材１の配管４Ａ及び４Ｂの内面に押し当てられる開口部の端部１ａ及び１ｂが、内面に対して斜めに当接することとなるので、隙間が発生し易くなると共に、バックシールド部材１が配管４Ａ及び４Ｂの内径方向に平行に設置できなくなるので、バックシールド部材１が配管４Ａ及び４Ｂの内面を押圧することにより、固定されるジャッキとしての機能が低下することとなる。

【0027】

一方、図３に示すように、補正シールド板５を使用した場合には、バックシールド部材１の配管４Ｂの内面に押し当てられる開口部の端部１ａは、配管４Ｂの内面に対して面接触することとなる。また、補正シールド板５の当接部５ａは、配管４Ａの内面に対して面接触することとなる。これにより、隙間が発生し難くなる。さらに、バックシールド部材１が配管４Ａ及び４Ｂの内径方向に平行に設置されるので、バックシールド部材１が配管４Ａ及び４Ｂの内面を押圧することにより、固定されるジャッキとしての機能を維持することができる。

【0028】

尚、補正シールド板５は、図３に示すように、一方の配管４Ａ側のバックシールド部材１に設置する場合と、配管４Ａ、４Ｂの両方に設置する場合とがあるが、あらかじめ複数の補正シールド板５を準備しておくことによって、配管４Ａ又は配管４Ｂの内面に対して面接触する最適な補正シールド板を選択することが可能となる。

【0029】

図４（ａ）は、第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を配管内に設置した状態を示す正面図であり、図４（ｂ）第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を示す右側面図である。また、図５は、第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を軸受スタンドで軸支している状態を示す説明図である。これらの図を用いて、第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置について説明する。

【0030】

第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置２０において、バックシールド部材１、バネ部材２、第１シャフト部材３、基板６、シャフトホルダーベアリング８の構成は、第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置１０と同様である。第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置１０と異なる点は、基板６に一端が連結されるシャフト部材１１の他端が基板１２に連結されている点と、基板１２にクランプ部材１３が固定されている点である。

【0031】

第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置２０では、クランプ部材１３、１３が上方及び下方から固定軸（軸部材）１４に固定されており、固定軸（軸部材）１４は、軸受クランプ１５によって回転しないように固定されている。したがって、配管溶接用ガスシールド装置２０によって、配管４の外周全体を溶接する場合には、以下の作業手順により行うことができる。先ず、作業者がバックシールド部材１をバネ２が圧縮する固定軸（軸部材）１４方向に引っ張ることによって配管４の内面とバックシールド部材１の接触面との間に隙間が生じる。この状態で、配管４を回転させた後、再度、配管４の内面にバックシールド部材１の接触面を接触させることによって配管４の溶接位置をずらすことができる。

【0032】

尚、第２実施形態の配管溶接用ガスシールド装置２０も第１実施形態の配管溶接用ガスシールド装置１０と同様に、下方の支持部材９を、上方のバックシールド部材１と同じものに取り換えて使用することもできる。この場合には、設置方向を斜めにずらし、配管４の内部の斜め上方と斜め下方とに各々バックシールド部材１が配置されるようにすれば、溶接作業を２箇所で同時に行うことができ、溶接作業時間を短縮することができる。

【0033】

図６（ａ）は、第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を配管内に設置した状態を示す正面図であり、図６（ｂ）は、第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を示す右側面図である。また、図７（ａ）は、第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置を自動溶接機と共に連動させた状態を示す説明図であり、図７（ｂ）は、回転軸固定板の側面図である。これらの図を用いて、第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置について説明する。

【0034】

第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置３０は、図６に示すように、下方の支持部材１６において、配管４の内面と接触する箇所に複数のローラーベアリング１７ａ、１７ｂ、１７ｃが設置されている。このローラーベアリング１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、回転軸（軸部材）１８に固定された配管溶接用ガスシールド装置３０の配管４内部での回転時に、配管４の内面に接触しつつ回転するので、配管４の内面に傷が付くのを防いでいる。尚、上方のバックシールド部材１には、配管４との接触面に弾性を備えた耐熱テープ（図示せず）が取り付けられており、この耐熱テープによって、配管溶接用ガスシールド装置３０の配管４内部での回転時に、配管４の内面に傷が付くのを防ぐと共に、隙間が発生してガスが漏れるのを防いでいる。

【0035】

上述のように構成された第３実施形態の配管溶接用ガスシールド装置３０は、図７に示すように設置されるので、以下に説明する。先ず、溶接される２つの配管４Ａ、４Ｂのうち、一方の配管４Ｂ側の外周に自動溶接機用のレール１９が設置される。また、このレール１９上を移動する自動溶接機２１が設置される。そして、自動溶接機２１の回転軸（軸部材）２２と、配管溶接用ガスシールド装置３０の回転軸（軸部材）１８は、回転軸固定板２３の固定部２３ａ、２３ｂに各々固定される。また、配管溶接用ガスシールド装置３０の回転軸（軸部材）１８の端部は、軸受１５ａによって回転可能な状態で軸支されている。

【0036】

上述のように設置された配管溶接用ガスシールド装置３０は、自動溶接機２１が作業者によらず自動的に、２つの配管４Ａ、４Ｂを溶接しつつ、レール１９上を移動するに際して連動して配管４Ａ、４Ｂ内部を回転することとなるので、さらに製造コストを低減させることが可能となる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明の配管溶接用ガスシールド装置は、２本の金属製配管の開先を突き合わせて、該突き合わせた開先の外周面を溶接する際に使用される。

【符号の説明】

【0038】

１ バックシールド部材
２ バネ部材
３ 第１シャフト部材
４、４Ａ、４Ｂ 配管
５ 補正シールド板
５ａ 当接部
５ｂ 取付部
６、６ａ、６ｂ、１２ 基板
７ 第２シャフト部材
８ シャフトホルダーベアリング
９、１６ 支持部材
１０、２０、３０ 配管溶接用ガスシールド装置
１１ シャフト部材
１３ クランプ部材
１４ 固定軸（軸部材）
１５ 軸受
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ ローラーベアリング
１８、２２ 回転軸（軸部材）
１９ レール
２１ 自動溶接機
２３ 回転軸固定板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】