特許 5932681 配管内面肉盛溶接用拘束リング及び拘束リングの使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5932681

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】配管内面肉盛溶接用拘束リング及び拘束リングの使用方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/04 20060101AFI20160526BHJP

   B23K 37/00 20060101ALI20160526BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/04 Q

   B23K37/00 301C

   B23K9/04 Y

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-35420(P2013-35420)

(22)【出願日】2013年2月26日

(65)【公開番号】特開2014-161886(P2014-161886A)

(43)【公開日】2014年9月8日

【審査請求日】2015年1月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】冨田 裕之

(72)【発明者】

【氏名】中平 俊章

(72)【発明者】

【氏名】小室 貴弘

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５６−００４３９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／１１５６８３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開昭５２−０８７６２５（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／０４

Ｂ２３Ｋ ３７／００ − ３７／０５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配管の先端に形成された薄肉部を拘束するための配管内面肉盛溶接用拘束リングであって、
前記拘束リングを複数個のセグメントに分割し、この各セグメントには前記薄肉部が挿入される溝が形成されており、
前記各セグメントはピンにて連結され、
前記ピンの頭頂部は前記各セグメントの前記ピン挿入孔内に入り込み、前記ピンの先端部は前記セグメントの反対側より突き出るとともに、
前記ピンは前記ピン挿入孔内に固定出来る角度を有することを特徴とする配管内面肉盛用拘束リング。

【請求項2】

前記各セグメントの両端に段差部を設け、この段差部に前記ピンのピン挿入孔を設けた請求項１に記載の配管内面肉盛用拘束リング。

【請求項3】

前記ピン挿入孔は前記配管の径方向に２個設けられている請求項２に記載の配管内面肉盛用拘束リング。

【請求項4】

配管の先端部を機械加工にて薄肉化する工程と、
薄肉化された前記配管の先端部を第１のセグメントの溝に挿入する工程と、
第２のセグメントの溝に前記配管の前記先端部を挿入する工程と、
前記第１セグメント及び前記第２のセグメントのそれぞれの両端に設けられた段差部を重ねる工程と、
重ねられた前記段差部によってピン挿入孔を形成する工程と、
前記ピン挿入孔内に固定出来る角度を有するピンを、前記ピン挿入孔の一端から前記ピン挿入孔にピンを挿入し、前記ピンの先端部を前記ピン挿入孔の他端から突出させる工程と、
前記第１セグメント及び前記第２のセグメントのそれぞれに第３のセグメントを組合わせ、前記第１セグメント及び前記第３セグメントの、重ねられた段差部、及び前記第２セグメント及び前記第３セグメントの、重ねられた段差部のそれぞれに形成された各ピン挿入孔に、前記ピン挿入孔内に固定出来る角度を有する別のピンを前記各ピン挿入孔の一端からそれぞれ挿入し、前記別のピン先端部を前記各ピン挿入孔の他端から突出させて分割拘束リングを完成させる工程と、
前記配管の薄肉部に肉盛溶接を行う工程と、
を含むことを特徴とする拘束リングの使用方法。

【請求項5】

前記ピンの先端部を叩いて前記全てのセグメントからピンを外す工程と、
前記第３のセグメントを配管及び第１と第２のセグメントから外す工程と、
前記第２のセグメントを前記配管及び第１のセグメントから外す工程と、
前記第１のセグメントを前記配管から外す工程と、
を含む請求項４に記載の拘束リングの使用方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は配管内面肉盛溶接用拘束リング及び拘束リングの使用方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ステンレス鋼配管の溶接部近傍における応力腐食割れ（以下、「ＳＣＣ」という）に対しては、内面肉盛溶接工法（以下、「ＣＲＣ」という）を施工することが行われている。

【0003】

ＣＲＣは、ステンレス鋼配管の溶接部近傍のＳＣＣ発生を抑制する技術として実用に供されている。ただし、このＣＲＣを施工すると、溶接に伴う熱応力の影響により、配管が著しく変形する。そのため、ＣＲＣ施工中は配管の変形防止用として配管拘束具を設置するのが通例となっている。

【0004】

当初は、拘束具を溶接取付け方式にて対象となる配管へ設置するのが通例となっていた。これに対し、特開昭５６−４３９２号公報（特許文献１）には、溶接を伴わずに設置することが出来る拘束具が開発され、それまでの溶接による拘束具固定方式と比較して、拘束具の設置及び除去作業の簡略化が図れることが可能であることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開昭５６−４３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の技術では、この拘束具は１リングタイプの拘束具であることから、対象となる配管の口径に比例して、拘束リングの寸法及び質量も増大する。また、ＣＲＣ後の拘束リング除去作業では、ハンマーなどで叩いて除去しなくてはならない。また、ＣＲＣを施工する対象の配管口径が大きくなるに従い、拘束リングの寸法及び質量も増大するため、現場における作業者への負担が過大となってしまう。さらに、屋内または狭隘エリアで大型ハンマーを振り回すことに安全上のリスクがある。そのため、拘束リングを切断して取り外した後そのまま廃棄することが多く、製造コスト及び環境への負荷が大きいという欠点がある。

【0007】

上述したように、特許文献１は配管口径に比例して増大する拘束リングの質量及びサイズ、並びに大型ハンマーの使用による作業者に与える安全上のリスクが大きいという課題がある。また、拘束リングを扱い易い大きさ及び質量とするためにボルト締結による組立式とした場合、ステンレス材特有のボルトかじりにより締付け及び取り外し操作が困難となる。または、溶接による組立式とした場合、取外しは切断しかないため、再使用が出来なくなってしまう。

【0008】

そこで本発明の目的は、作業者への影響を最小とし、それと共に製造コスト及び環境への負荷低減を図ることが可能な配管内面肉盛溶接用拘束リング及び拘束リングの使用方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために本発明は、配管の先端に形成された薄肉部を拘束するための配管内面肉盛溶接用拘束リングであって、拘束リングを複数個のセグメントに分割し、この各セグメントにはその薄肉部が挿入される溝が形成されており、各セグメントはピンにて連結され、そのピンの頭頂部は各セグメントのピン挿入孔内に入り込み、そのピンの先端部はセグメントの反対側より突き出るとともに、ピンはピン挿入孔内に固定出来る角度を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、作業者への影響を最小とし、それと共に製造コスト及び環境への負荷低減を図ることが可能な配管内面肉盛溶接用拘束リング及び拘束リングの使用方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の係わる拘束リングと配管の構成を説明する斜視図である。

【図2】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図3】本発明の実施例の係る分割拘束リングの正面図である。

【図4】図３のＢ−Ｂ線断面図である。

【図5】第３図のＣ−Ｃ線断面図である。

【図6】図５の分解図である。

【図7】本発明に係る溶接装置を取り付けた分割拘束リングと配管の断面図である。

【図8A】本発明の実施例に係る拘束リングの組立手順を示す斜視図である。

【図8B】本発明の実施例に係る拘束リングの組立手順を示す斜視図である。

【図8C】本発明の実施例に係る拘束リングの組立手順を示す斜視図である。

【図8D】本発明の実施例に係る拘束リングの組立手順を示す斜視図である。

【図8E】本発明の実施例に係る拘束リングの組立手順を示す斜視図である。

【図8F】本発明の実施例に係る拘束リングの組立手順を示す斜視図である。

【図9】本発明による分割拘束リングの使用方法を説明するフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施例を、下記に説明する。

【0013】

図１は本発明の係わる拘束リングと配管の構成を説明する斜視図である。

【0014】

図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

【0015】

なお、図１は溝を示すために拘束リングの一部を切断している。

【0016】

図１、図２において、拘束リング１は一体型のドーナツ状金属リングである。この拘束リング１の内側面にはリング状の溝１ａが設けられている。この溝１ａには配管２の薄肉部２ａが挿入される。薄肉部２ａが溝１ａの挿入された状態で薄肉部２ａには肉盛溶接３が施されている。この拘束リング１は溶接装置の固定部材でもあり、肉盛溶接３による配管２の変形防止部材でもある。そのため、肉盛溶接３が終了すると拘束リング１は取り外されることになる。

【0017】

肉盛溶接３は金属同士を接続するための溶接ではなく、金属の表面に所望の特性を付与するために行われるものである。本実施例による肉盛溶接は配管内面の接液部をあらかじめ鋭敏化しない溶着金属で覆うためのものであり、応力腐食割れの感受性を改善するものである。そのため、肉盛りする部分はあらかじめ薄肉に加工しておく必要がある。これは薄肉にしておかないと肉盛溶接部分が肉厚部となってしまい、配管内を流通する液体にとって肉厚部が抵抗となってしまうからである。

【0018】

さて、肉盛溶接３は拘束リング１の開口部１ｂから肉盛溶接のための溶接ヘッドを配管２の内部に挿入して薄肉部２ａ部分に肉盛溶接３を施すものである。このとき溶接装置（詳細は図７で説明する）を回転させることによって配管２の内周面を一周にわたって肉盛溶接３を行うものである。

【0019】

ところが、肉盛溶接３の溶融部分は１５００℃付近まで上昇し、この溶融温度が配管２に加わる。さらに溶融部が徐々に移動するにしたがって温度は急激に下がり、配管２の外面では５０℃〜２００℃となってしまう。この激しい温度差によって配管２に熱収縮が発生し、変形が生じてしまう。特に肉盛溶接３は配管２の薄肉部２ａ部分に行われるため拘束リング１の溝１ａ内で変形が生じると、溝１ａ内で配管２が強固に固着されてしまうことになる。

【0020】

そのため作業者は配管２の先端部２ａから拘束リング１を外すには、上述したようにハンマーで拘束リング１を叩いて外していたため作業者に安全上の問題があった。また、場合によっては拘束リング１を切断して取り外す場合があり、その場合拘束リングを再利用できないため、製造コスト及び環境への負荷が大きいという問題があった。

【0021】

そこで本発明の発明者らは拘束リングを簡単に取り外しができ、繰り返し再利用が可能な拘束リングを種々検討した結果、以下のごとき実施例を得た。

【0022】

以下、本発明の実施例１を図にしたがって説明する。

【実施例1】

【0023】

図３は本発明の実施例１に係る拘束リングの正面図である。

【0024】

図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。

【0025】

図５は図３のＣ−Ｃ線断面図である。

【0026】

図６は図５の分解図である。

【0027】

図３において、本実施例の拘束リングは複数個に分割された分割型拘束リング４となっている。この分割型拘束リング４はセグメント５、６、７に分割されており、それぞれのセグメント５、６、７はピン挿入孔５ｃ（図４に示す）、６ｃ、７ｃにピン８を挿入することでリング状に連結できるように構成されている。また図３に示すように、分割型拘束リング４を構成するそれぞれのセグメント５、６、７の内壁面には配管２を取り付けるための溝５ａ、６ａ、７ａが機械加工によって形成されている。この溝５ａ、６ａ、７ａには、あらかじめ機械加工によって薄肉に加工された配管２の薄肉部２ａ（図４に示す）が各溝部５ａ、６ａ、７ａにはめ込まれる。

【0028】

図４において、配管２の先端部は機械加工によって薄肉部２ａとなっている。この薄肉部２ａはセグメント７の内面に設けられた溝７ａ内に挿入されている。セグメント７の両端部は段差部７ｂとなっており、セグメント５の段差部５ｂとセグメント６の段差部６ｂとは重なるようになっている。それぞれの段差部５ｂ、６ｂ、７ｂにはピン挿入孔５ｃ、６ｃ、７ｃが設けられ、段差部５ｂ、６ｂ、７ｂが重なることによってピン挿入孔５ｃ、６ｃ、７ｃが形成される。このピン挿入孔５ｃ、６ｃ、７ｃにピン８が挿入されることによって一体の分割拘束リング４が形成される。分割拘束リング４の中央部には開口部４ａが設けられており、この開口部４ａから溶接装置（図７で説明する）が配管２内に侵入して肉盛溶接を行うことになる。

【0029】

図５において、各セグメント５，６の両端部には段差部５ｂ、６ｂが形成されている。この各段差部５ｂ、６ｂには上述のピン挿入孔５ｃ、６ｃが径方向に２個ずつ併設されている。なお、本図はセグメント５、６の接続部分の断面図であるため、セグメント７の接続部分は表れていない。しかしその構造はセグメント５、６と全く同じである（図６も同様である）。

【0030】

図５に示すように、各セグメント５，６の両端部にある段差部５ｂ、６ｂを重ね合わせ、各ピン挿入孔５ｃ、６ｃが一致することによってピン８が挿入されて一つの拘束リング４が組立てられることになる。

【0031】

図６において、ピン８は各セグメント５，６のピン挿入孔５ｃ、６ｃに対してクサビ状となる所定の角度を有するピンが使用されている。このピン８の所定の角度は、図６に示すように、φａ＞φｂ≧φｃ＞φｄ及び、φｅ＞φf、且つ、φａ＞φｅ＞φｂ＞φｄ＞φfを満足するようになっている。

【0032】

本実施例の特徴となる部分である、φａ＞φｅとすることで、組立状態でのピン８がセグメント５，６，７のピン挿入孔５ｃ、６ｃ、７ｃ内に確実に入り込み固定されることになる。したがって、φｄ＞φfとすることで、組立状態でのピン８の先端がセグメント５，６，７の反対側より一部が突き出されることになり、拘束リング４を取外し時に容易に押し出し出来る仕組みとなっている。つまり、セグメント５，６，７の反対側より一部が突き出たピン８の先端を叩くことによって簡単にピン８を取り外すことができるものである。

【0033】

図７を使って分割拘束リングに取り付けられた溶接装置による肉盛溶接を説明する。

【0034】

図７は溶接装置を取り付けた分割拘束リングと配管の断面図である。

【0035】

図７において、分割拘束リング４の反配管側には溶接レール１０を支持するための溶接レール取付け穴４ｂが設けられている。この溶接レール１０に溶接装置９が回転可能に支持されている。

【0036】

溶接装置９は分割拘束リング４に設けられた開口部４ａを介して配管２内に溶接ヘッド９ａが侵入するようになっている。この溶接装置９は溶接レール１０上を回転することによって溶接ヘッド９ａが回転しながら配管２の薄肉部２ａ上に肉盛溶接３行う構成となっている。

【0037】

次に、図８を使って本実施例の拘束リングにより具体的な使用手順を説明する。

【0038】

図８は本発明の実施例に係る拘束リングの使用手順を示す斜視図である。
（１）図８Ａにおいて、まずセグメント５に加工された溝５ａに配管２の薄肉部２ａをはめ込む。
（２）図８Ｂにおいて、セグメント６も同様に配管２の薄肉部２ａを溝６ａにはめ込む。その時、セグメント５の段差部５ｂとセグメント６の段差部６ｂとが重なり、ピン挿入孔５ｃ、６ｃが重なるように合せて配置する。
（３）図８Ｃにおいて、重なったピン挿入孔５ｃ、６ｃにピン８を挿入する。尚、この時点ではピン８を軽く押し付ける程度の仮止め状態にしておく。
（４）図８Ｄにおいて、セグメント７も同様に配管２の薄肉部２ｃを溝７ａ（図示せず）にはめ込む。その時、セグメント５の段差部５ｂとセグメント６の段差部６ｂにセグメント７の段差部７ｂが重なり、ピン挿入孔５ｃと７ｃ、６ｃと７ｃが重なるように合せて配置する。
（５）図８Ｅにおいて、残りのピン８全てを図４のようにピン挿入孔５ｃ、７ｃ及び６ｃ、７ｃに挿入する。挿入後、ピン８をプラスチックハンマー等にて製品にゆるみが無くなるまで叩き、本締めを行う。
（６）図８Ｆにおいて、以上でＣＲＣ工法に使用する拘束リング４の設置が完了する。

【0039】

以降、ＣＲＣ工法の施工を行う。

【0040】

一方、拘束リングの取外しは、ＣＲＣ工法終了後に前述の逆順にて取外し作業を行うことになる。

【0041】

本締めされたピンが拘束リング裏側に突き出ている状態となっているため、プラスチックハンマー等で裏側よりピンを叩いて取り外す。この時、ピン及び貫通穴はテーパ状であるため、軽い力で取り外すことが出来る。

【0042】

つまり、取り外しの最初はまず全てのピン８を抜き取った後、セグメント７を配管２の軸と平行方向に引っ張って取り外す。その後、同様の手順にて１つずつセグメント６、５の順で取外しを行う。

【0043】

ここで、従来の拘束リングとの違いを説明する。

【0044】

従来方法では、例えば取付けを行う際は、サイズおよび質量に応じて数人の作業者、更にチェーンブロック等の荷揚げ機を使用していた。この方法では狭隘な場所では作業の難易度が高くなり、他の作業を制限する等の処置が必要であった。それに対して、実施例の分割式の拘束リングでは、１ないし２名の作業者のみで対応できるため、他作業の制限を行う必要が無くなる。

【0045】

他作業の制限を必要としないことで、定検工程の中で拘束リング取り付け取外し作業がクリティカル作業ではなくなるため、結果的に定検期間の短期化を図ることができる。また、作業工数を低減することで、計画線量を低く設定することができる。

【0046】

また、取外しにおいても従来の拘束リングと大きな違いがある。従来方法では、一体型リング形状であるために、拘束リングを配管の軸と垂直な姿勢を保ちつつ、平行な方向へ移動させて取り外す必要があるが、ＣＲＣ施工後の配管は直経が収縮しており、拘束リングの溝に配管が食い付いて動かせないといった事象が良くある。その場合は、拘束リングを切断して取り外すことになるため、切断された拘束リングは廃棄品となり、環境への負荷及び新規拘束リング製作コストへ影響する。

【0047】

それに対して本発明の実施例による分割式の拘束リングでは、固定ピンを外すことで各々が単品状態となるため、配管の収縮力は分散され、軽い力で動かすことが可能となり、形状を損なうことなく取り外すことが出来る。

【0048】

図９は本発明による拘束リングの使用方法を説明するフロー図である。

【0049】

図９において、分割拘束リングの配管への取り付け方法を説明する。
（１）配管の先端部を機械加工にて薄肉化する（ステップ１０１）
（２）薄肉化された配管の先端部を第１のセグメントの溝に挿入する（ステップ１０２）
（３）第２のセグメントの溝に配管の先端部を挿入する（ステップ１０３）
（４）第１と第２のセグメントの両端に設けられた段差部を重ねる（ステップ１０４）
（５）重ねられた段差部によってピン挿入孔を形成する（ステップ１０５）
（６）形成されたピン挿入孔にピンを挿入する（ステップ１０６）
（７）第１と第２のセグメントに第３のセグメント組合わせ、ピンを挿入して拘束リングを完成させる（ステップ１０７）
（８）完成された拘束リングへ溶接装置を設置する（ステップ１０８）
（９）配管の薄肉部に肉盛溶接を行う（ステップ１０９）
（１０）拘束リングより溶接装置を取り外す（ステップ１１０）
次は分割拘束リングの取り外し方法を説明する。
（１１）全てのセグメントからピンを外す（ステップ１１１）
（１２）第３のセグメントを配管及び第１と第２のセグメントから外す（ステップ１１０）
（１３）第２のセグメントを配管及び第１のセグメントから外す（ステップ１１３）
（１４）第１のセグメントを配管から外す（ステップ１１４）

【実施例2】

【0050】

図３に示すように本実施例ではピン挿入孔は配管の径方向に２個設けた。これは分割拘束リング４のねじれに対して補強する効果を得るためである。

【0051】

つまり、肉盛溶接では上述したように配管が高温と低温の温度差に曝されるため、配管２の変形が生じる。この変形が溝５ａ、６ａ、７ａから各セグメント５，６，７に伝わるため、そこでねじれが発生する。

【0052】

しかしながら本実施例ではピン挿入孔５ｃ、６ｃ、７ｃを配管２の径方向に２個設けたので、ねじれを拘束する効果がある。

【実施例3】

【0053】

本実施例では３つのセグメントの取り付けと取り外しではセグメントの順番が決まっている。

【0054】

つまり、図８Ａに示すようにセグメント５の段差部５ｂは左右対称（両段差部とも上向き）となっているため、最初にセグメント５を配管に取付ける必要がある。続いて図８Ｂに示すようにセグメント６の段差部６ｂは左右非対称（セグメント５と対向する段差部６ｂは下向き、セグメント７と対向する段差部６ｂは上向き）となっている。そのため、セグメント５の次はセグメント６を配管に取付けることになる。次に図８Ｄに示すようにセグメント７の段差部７ｂは左右対象（両段差部とも下向き）となっているため、セグメント７は最後に配管に取付けることになる。

【0055】

取外すときはセグメント７から順次セグメント６、セグメント５の順で取外すことになる。

【0056】

以上のごとく本発明によれば、分割式による拘束リングであれば形状を損なうことなく取り外せると言う観点から、リユースが可能である。そのため、予備品や追加品の準備コストを削減できる利点がある。また、取り外せなかった場合の切断廃棄による廃棄物が無くなったことから、環境への負荷が小さくなる利点がある。

【0057】

また本発明による分割拘束リングは、軽量、且つ小サイズであることから、取扱い性が向上し、作業工数の低減が図れると同時に、被ばく線量の低減が図れるという利点がある。また、再使用が可能であるため、製造コストの低減が図れると同時に、環境への負荷低減が図れるという利点がある。

【0058】

また、ステンレス鋼配管のＳＣＣ対策は、近年における必須項目であり、その中の一つであるＣＲＣ工法は適用実績が多い工法であるため、本発明の分割式拘束リングを適用することは、工事中の安全リスク・被ばく線量管理・工程確保上、大きな利点である。

【0059】

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されたものではない。またある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、またある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【符号の説明】

【0060】

１…拘束リング、
１ａ…溝、
２…配管、
２ａ…薄肉部、
３…肉盛溶接、
４…分割拘束リング、
４ａ…開口部、
４ｂ…溶接レール取付け穴、
５…セグメント、
５ａ…溝、
５ｂ…段差部、
６…セグメント、
６ａ…溝、
６ｂ…段差部、
７…セグメント、
７ａ…溝、
７ｂ…段差部、
８…ピン、
９…溶接装置、
９ａ…溶接ヘッド、
１０…溶接レール。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図8F】

【図9】