特開 2024-102666 鋼管周溶接治具及びそれを用いた溶接構造物の製造方法

(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】P2024102666

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】鋼管周溶接治具及びそれを用いた溶接構造物の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 37/053 20060101AFI20240724BHJP

【ＦＩ】

B23K37/053 B

B23K37/053 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006711

(22)【出願日】2023-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】503378420

【氏名又は名称】日鉄ステンレス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】浅倉 誠仁

(72)【発明者】

【氏名】石丸 詠一朗

(72)【発明者】

【氏名】柿原 豊彦

(57)【要約】

【課題】機器コスト及び維持コストを低減できる鋼管周溶接治具及びそれを用いた溶接構造物の製造方法を提供する。
【解決手段】鋼管周溶接治具は、部品２の開口２ａの位置に合わせて鋼管１を部品２に周溶接する際に鋼管１の変形を抑えるための鋼管周溶接治具であって、レール４０と、レール４０の一端側及び他端側に設けられた第１及び第２可動部４１，４２とを有し、第１可動部４１は第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTの少なくとも１つを含み、第２可動部４２は第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTの少なくとも１つを含み、第１内側接触部４１_IN、第１外側接触部４１_OUT、第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTは、互いの間隔を調整できるようにレール４０の長手方向に相対的に移動可能に設けられている、少なくとも１つの拘束体４を備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

部品の開口の位置に合わせて鋼管を前記部品に周溶接する際に前記鋼管の変形を抑えるための鋼管周溶接治具であって、
レールと、前記レールの一端側及び他端側に設けられた第１及び第２可動部とを有し、前記第１可動部は第１内側接触部及び第１外側接触部の少なくとも１つを含み、前記第２可動部は第２内側接触部及び第２外側接触部の少なくとも１つを含み、前記第１内側接触部、前記第１外側接触部、前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部は、互いの間隔を調整できるように前記レールの長手方向に相対的に移動可能に設けられている、少なくとも１つの拘束体
を備え、
前記鋼管は、前記部品に周溶接される溶接端と、前記溶接端とは逆側に位置する開放端とを有しており、
前記鋼管の前記溶接端が前記部品に突き当てられた状態で、少なくとも１つの前記レールを前記鋼管の外部に残しつつ、前記少なくとも１つの拘束体の前記第１及び第２可動部を前記鋼管に設置し、前記第１可動部の前記第１内側接触部及び第１外側接触部の少なくとも１つにより、並びに前記第２可動部の前記第２内側接触部及び第２外側接触部の少なくとも１つにより、前記レールの一端側及び他端側において前記鋼管の内壁及び外壁の少なくとも一方を拘束した状態で、前記鋼管の前記溶接端を前記部品に周溶接できるように構成されている、
鋼管周溶接治具。

【請求項2】

前記第１可動部は、前記第１内側接触部及び前記第１外側接触部を含み、
前記第２可動部は、前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部を含み、
前記第１内側接触部、前記第１外側接触部、前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部は、互いに独立されている、
請求項１に記載の鋼管周溶接治具。

【請求項3】

前記第１内側接触部及び前記第１外側接触部の少なくとも一方、並びに前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部の少なくとも一方は、前記レールの長手方向と比較して前記レールに直交する方向に長く延びる接触部本体を含む、
請求項１に記載の鋼管周溶接治具。

【請求項4】

前記第１内側接触部及び前記第１外側接触部の少なくとも一方、並びに前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部の少なくとも一方は、前記レールに移動可能に取り付けられるとともに前記接触部本体を支持する支持部をさらに含む
請求項３に記載の鋼管周溶接治具。

【請求項5】

前記第１内側接触部及び前記第１外側接触部の少なくとも一方、並びに前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部の少なくとも一方は、前記レールに対して前記支持部を固定する固定部をさらに含む、
請求項４に記載の鋼管周溶接治具。

【請求項6】

前記接触部本体は、前記鋼管の内壁及び外壁の少なくとも一方に線接触する側端を有している、
請求項３から５までのいずれか１項に記載の鋼管周溶接治具。

【請求項7】

前記少なくとも１つの拘束体は、それぞれの前記レールが互いに交わる方向に延在された第１及び第２拘束体を含み、
前記第２拘束体の前記レールは、前記第１拘束体の前記レールの前記長手方向に移動可能に前記第１拘束体の前記レールに取り付けられている、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の鋼管周溶接治具。

【請求項8】

溶接構造物を製造するための溶接構造物の製造方法であって、請求項１から５までのいずれか１項に記載の鋼管周溶接治具を用いて、前記鋼管の前記溶接端を前記部品に周溶接することを含む、溶接構造物の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼管の周溶接に用いる鋼管周溶接治具及びそれを用いた溶接構造物の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、部品の開口の位置に合わせて鋼管を部品に接合する場合などでは接合を溶接で行うことがある。この際、局所的な溶接入熱により接合部で熱膨張・収縮が起こり、溶接変形を生じて管径が変化する場合がある。

【0003】

下記の特許文献１には、円筒状の胴体と皿状の鏡板とを突き合せ、胴体と鏡板との突合せ部を外方から円周方向に溶接する際に用いる円周溶接用治具ユニットが開示されている。円周溶接用治具ユニットは、胴体と鏡板との突合せ部を内方から保持する内治具ユニットと、鏡板を外方から保持する外治具ユニットとを備えている。

【0004】

内治具ユニットは、胴体と鏡板との突合せ部の内方に挿入される円盤状の内治具ベースと、内治具ベースに環状に配置され、胴体と鏡板との突合せ部の内周面に面接触状態で密着し得る複数の内治具片から成る縮拡径自在な環状の内治具と、内治具ベースと内治具との間に設けられ、内治具を縮拡径させる縮拡径機構とを備えている。

【0005】

外治具ユニットは、円盤状の外治具ベースと、外治具ベースの一方の側面に環状に配置され、鏡板の外周面を保持し得る複数の円弧状の外治具片から成る環状の外治具とを備えており、外治具の各外治具片を外治具ベースに着脱自在に取り付けている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１９－２１７５１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の特許文献１に開示された円周溶接用治具ユニットでは、内治具ユニットにおいて縮拡径機構を用いて内治具を拡縮径している。縮拡径機構として複雑な機構を用いており、機器コスト及び維持コストが高くなっている。

【0008】

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的の一つは、機器コスト及び維持コストを低減できる鋼管周溶接治具及びそれを用いた溶接構造物の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明に係る鋼管周溶接治具は、一実施形態において、部品の開口の位置に合わせて鋼管を部品に周溶接する際に鋼管の変形を抑えるための鋼管周溶接治具であって、レールと、レールの一端側及び他端側に設けられた第１及び第２可動部とを有し、第１可動部は第１内側接触部及び第１外側接触部の少なくとも１つを含み、第２可動部は第２内側接触部及び第２外側接触部の少なくとも１つを含み、第１内側接触部、第１外側接触部、第２内側接触部及び第２外側接触部は、互いの間隔を調整できるようにレールの長手方向に相対的に移動可能に設けられている、少なくとも１つの拘束体を備え、鋼管は、部品に周溶接される溶接端と、溶接とは逆側に位置する開放端とを有しており、鋼管の溶接端が部品に突き当てられた状態で、少なくとも１つのレールを鋼管の外部に残しつつ、少なくとも１つの拘束体の第１及び第２可動部を鋼管に設置し、第１可動部の第１内側接触部及び第１外側接触部の少なくとも１つにより、並びに第２可動部の第２内側接触部及び第２外側接触部の少なくとも１つにより、レールの一端側及び他端側において鋼管の内壁及び外壁の少なくとも一方を拘束した状態で、鋼管の溶接端を部品に周溶接できるように構成されている。

【0010】

本発明に係る溶接構造物の製造方法は、一実施形態において、溶接構造物を製造するための溶接構造物の製造方法であって、上述の鋼管周溶接治具を用いて、鋼管の溶接端を部品に周溶接することを含む。

【発明の効果】

【0011】

本発明の鋼管周溶接治具及びそれを用いた溶接構造物の製造方法の一実施形態によれば、少なくとも１つのレールを鋼管の外部に残しつつ、少なくとも１つの拘束体の第１及び第２可動部を鋼管に設置し、第１可動部の第１内側接触部及び第１外側接触部の少なくとも１つにより、並びに第２可動部の第２内側接触部及び第２外側接触部の少なくとも１つにより、レールの一端側及び他端側において鋼管の内壁及び外壁の少なくとも一方を拘束できるので、周溶接の対象の拘束を可能としつつ複雑な機構の使用を回避でき、機器コスト及び維持コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態による鋼管周溶接治具を用いて製造される溶接構造物の一例を示す斜視図である。

【図2】図１の本発明の実施の形態による鋼管周溶接治具を示す平面図である。

【図3】図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う鋼管周溶接治具の断面図である。

【図4】実施例における鋼管の最小径及び最大径の測定結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。本発明は各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【0014】

図１は、本発明の実施の形態による鋼管周溶接治具を用いて製造される溶接構造物の一例を示す斜視図である。図中の細線は溶接構造物の立体形状を表している。本発明の実施の形態による鋼管周溶接治具は、例えば図１に示すような溶接構造物の製造に用いることができる。図１に示すように、溶接構造物は、鋼管１と部品２とを有している。部品２は、鋼管１が接合される接合対象である。部品２は開口２ａを有しており、鋼管１は部品２の開口２ａの位置に合わせて部品２に周溶接されている。

【0015】

部品２は、長手方向２ｂと短手方向２ｃとを有する部材であり得る。図示の部品２は、基部２０及び首部２１を有している。基部２０は、首部２１が設けられた基礎部分である。図示の基部２０は長方形の平板部分である。しかしながら、基部２０の外形は、これに限定されず、例えば円形（楕円形）等の他の形状であってよい。また、基部２０は、例えば湾曲板等の他の形状であってもよい。また、部品２は箱形又は管形等の立体形状を有していてよく、基部２０はその立体形状の部品２の一部又は一面であってよい。例えば、部品２は鋼管１とは別の鋼管であり、基部２０は別の鋼管の周壁であり、首部２１はその周壁から径方向外方に突出されていてもよい（この場合、図示の溶接構造物は、部品２を元管とし、鋼管１をその元管の側部に接続された枝管とするＴ形状継手（チーズと呼ばれることもある）であり得る）。首部２１は、基部２０の長手方向２ｂに係る中間位置に配置されている。首部２１は、基部２０から基部２０の面外へと突出されている。首部２１の先端部は、鋼管１と同径の円環状とされている。開口２ａは首部２１の先端部により区画されている。首部２１は、例えばバーリング加工等の任意の方法により形成されることができる。

【0016】

鋼管１は、部品２（より具体的には首部２１の先端部）に周溶接されている。鋼管１の両側の端部のうち、部品２（首部２１）側の端部を溶接端１０と呼び、その逆側の端部を開放端１１と呼ぶことがある。鋼管１の溶接端１０と首部２１の先端部との間には溶接により形成された接合部３（溶接ビード）が形成されている。接合部３は、溶接端１０及び首部２１の全周にわたって形成されていてよい。図示の鋼管１は、管長１Ｌが直径１Ｄ以下の管体とされている。しかしながら、鋼管１の管長１Ｌが直径１Ｄより大きくてもよい。限定はされないが、鋼管１の板厚は６ｍｍ以下であり、鋼管１の直径は５００ｍｍ以下であり得る。

【0017】

図示はしないが、首部２１が省略されて、開口２ａが基部２０に直接設けられていてもよい。この場合、鋼管１は、首部２１ではなく、開口２ａの位置に合わせて基部２０の表面に周溶接されてよい。特にこのような場合、開口２ａの直径は鋼管１の内径より小さくてもよい。また、部品２は鋼管１とは別の鋼管であってよく、開口２ａは別の鋼管の端部に形成されていてよい。鋼管１は、別の鋼管（部品２）の長さを延長するように別の鋼管と同軸に配置されてもよい。

【0018】

鋼管１を部品２に周溶接するとき、局所的な溶接入熱により接合部３で熱膨張及び／又は収縮が起こり、鋼管１に変形が生じる場合がある。鋼管１の変形は、例えばγ系ＳＵＳ鋼等の低熱伝導率かつ高熱膨張係数の材料により鋼管１が構成されているときに大きくなる傾向にある。鋼管１の溶接変形は全体的な縮径、又は一方向に拡径してその垂直方向に縮径する楕円状の変形の２つが基本的な形態である。図１に示す長手状の部品２の場合、鋼管１は、部品２の長手方向２ｂに関して拡径して、部品２の短手方向２ｃに関して縮径する傾向にある。

【0019】

このような変形が大きいと、鋼管１の径が接続先（図示せず）の径と合わなくなるため、溶接後に鋼管１の矯正が必要となる。本発明の実施の形態による鋼管周溶接治具は、鋼管１を部品２に周溶接する際に鋼管１の変形を抑え、溶接後の矯正の必要性を低減するために用いられる。

【0020】

次に、図２は図１の本発明の実施の形態による鋼管周溶接治具を示す平面図であり、図３は図２の線ＩＩＩ－ＩＩＩに沿う鋼管周溶接治具の断面図である。図２及び図３では基部２０の図示を省略している。また、図２及び図３では理解を容易にするために一部の構成を誇張していることがあり、各部の寸法は図示の寸法に必ずしも限定されない。

【0021】

図２及び図３に示す鋼管周溶接治具は、レール４０と、レール４０の一端側及び他端側に設けられた第１及び第２可動部４１，４２とをそれぞれ有する少なくとも１つの拘束体４を備えている。

【0022】

拘束体４の第１可動部４１は、第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTの少なくとも１つを含んでいる。同様に、拘束体４の第２可動部４２は、第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTの少なくとも１つを含んでいる。第１内側接触部４１_IN及び第２内側接触部４２_INは、レール４０の一端側及び他端側において鋼管１の内壁と接触して、その鋼管１の内壁を拘束する（内壁の径方向内方への移動を規制する）ためのものである。第１外側接触部４１_OUT及び第２外側接触部４２_OUTは、レール４０の一端側及び他端側において鋼管１の外壁と接触して、その鋼管１の外壁を拘束する（外壁の径方向外方への移動を規制する）ためのものである。

【0023】

第１内側接触部４１_IN及び第２内側接触部４２_INが内壁拘束部を構成し、第１外側接触部４１_OUT及び第２外側接触部４２_OUTが外壁拘束部を構成するとしたとき、拘束体４は、内壁拘束部及び外壁拘束部の少なくとも一方を有していてよい。鋼管１の様々な変形に対応するために内壁拘束部及び外壁拘束部の両方を拘束体４が有していることが好ましいが、特定の変形にのみ対応できれば十分であるときには内壁拘束部及び外壁拘束部のいずれか一方が省略されてよい。換言すると、第１内側接触部４１_IN及び第２内側接触部４２_INが省略されるか、又は第１外側接触部４１_OUT及び第２外側接触部４２_OUTが省略されていてよい。

【0024】

第１内側接触部４１_IN、第１外側接触部４１_OUT、第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTは、互いの間隔を調整できるようにレール４０の長手方向に相対的に移動可能に設けられている。本実施の形態では、第１外側接触部４１_OUTがレール４０の一端に固定されており、第１内側接触部４１_IN、第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTが移動可能に設けられている。レール４０には、第１内側接触部４１_IN、第１外側接触部４１_OUT、第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTの離間距離を測定するための目盛りが設けられていてよい。目盛りは、固定された第１外側接触部４１_OUTからの距離を示していてよい。しかしながら、第１外側接触部４１_OUTがさらに移動可能に設けられていてもよい。

【0025】

本実施の形態における鋼管周溶接治具は、鋼管１の溶接端１０が部品２（又はその首部２１の先端）に突き当てられた状態で、少なくとも１つのレール４０を鋼管１の外部に残しつつ、拘束体４の第１及び第２可動部４１，４２を鋼管１に設置するように構成されている。少なくとも１つのレール４０の長さは、鋼管１の外径よりも大きくてよい。第１及び第２可動部４１，４２は、鋼管１の径方向に沿って見たときに鋼管１の周壁と重なる位置まで、鋼管１の開放端１１から溶接端１０に向けて鋼管１の長さ方向（軸方向）に進められる。

【0026】

また、鋼管周溶接治具は、第１可動部４１の第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTの少なくとも１つにより、並びに第２可動部４２の第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTの少なくとも１つにより、レール４０の一端側及び他端側において鋼管１の内壁及び外壁の少なくとも一方を拘束した状態で、鋼管１の溶接端１０を部品２（又はその首部２１の先端）に周溶接できるように構成されている。

【0027】

鋼管周溶接治具は、鋼管１の溶接端１０を部品２に周溶接した後であって、鋼管１及び接合部３が十分に冷却された後に、鋼管１から除去され得る。このような鋼管周溶接治具を用いることで、鋼管１の変形を抑え、溶接後の鋼管１の矯正の必要性を低減することができる。また、第１内側接触部４１_IN、第１外側接触部４１_OUT、第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTをレール４０に沿って直線的に移動させることで様々な径の鋼管１に対応できる。これにより、本実施の形態の鋼管周溶接治具は、複雑な機構の使用を回避でき、機器コスト及び維持コストを低減できる。

【0028】

鋼管周溶接治具の各部の材料としては、任意のものを用いることができるが、鋼管１の材料よりも高耐力のもの、又はヤング率が大きく弾性変形しづらいものが好適である。鋼管１と接触する部分（第１内側接触部４１_IN、第１外側接触部４１_OUT、第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUT）は鋼管１を傷つけないように樹脂やゴム等で被覆することができる。但し、被覆材は、溶接入熱により溶融及び／又は燃焼しないよう留意することが望まれる。

【0029】

本実施の形態では、第１可動部４１が第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTを含み、第２可動部４２が第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTを含んでいる。また、本実施の形態では、第１内側接触部４１_IN、第１外側接触部４１_OUT、第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTが互いに独立されている。換言すると、それらは、互いに独立して相対的に移動可能に設けられている。これにより、径及び／又は板厚が異なる様々な鋼管１の周溶接に細かく対応できる。しかしながら、例えば第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTが一体に設けられる等、少なくとも２つの接触部が互いに一体に設けられていてもよい。

【0030】

第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTの少なくとも一方、並びに第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTの少なくとも一方は、レール４０の長手方向と比較してレール４０に直交する方向に長く延びる接触部本体４３を含む。レール４０の長手方向は鋼管１の径方向に相当し、レール４０に直交する方向は鋼管１の長さ方向に相当し得る。第１内側接触部４１_IN等がこのような接触部本体４３を含むことで、少なくとも１つのレール４０を鋼管１の外部に残した状態で、鋼管１の内壁及び外壁の少なくとも一方をより確実に拘束できる。

【0031】

接触部本体４３は、直線的に形成され、鋼管１の開放端１１から接合部３の近傍まで鋼管１の内壁及び／又は外壁と連続的に接触されるように構成されていることが好ましい。接合部３の近傍のみでの接触であっても鋼管１の変形を抑えることができるが、接触部本体４３が直線的に形成されていることで、拘束体４の第１及び第２可動部４１，４２を鋼管１に対して設置及び／又は除去する際の鋼管周溶接治具の取り回しが容易になる。

【0032】

接触部本体４３の長さは、鋼管１の内壁及び外壁の少なくとも一方をより確実に拘束できるようにするために、接触部本体４３と鋼管１の内壁及び／又は外壁との接触長さが鋼管１の管長１Ｌの３／４以上となる長さであることが好ましい。鋼管１の管長１Ｌが４０ｍｍ以下の場合、接触部本体４３の長さは、鋼管１の開放端１１に鋼管周溶接治具を載置した状態で、接触部本体４３の先端と開放端１１側の接合部３の端部との間の距離が１０ｍｍ以下であることが好ましい。また、鋼管１の管長１Ｌに拘わらず、接触部本体４３の長さは、鋼管１の外部に残されるレール４０を開放端１１に載置した状態で、接触部本体４３の先端と開放端１１側の接合部３の端部との間の距離が５ｍｍ以上であることが好ましい。接触部本体４３への溶接の熱の影響を抑えるためである。

【0033】

第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTの少なくとも一方、並びに第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTの少なくとも一方は、レール４０に移動可能に取り付けられるとともに接触部本体４３を支持する支持部４４をさらに含む。支持部４４は、レール４０の外形に適合した内面を有する貫通孔又は溝を有する枠体であり得る。接触部本体４３は、レール４０の長手方向に直交する方向に支持部４４から延出されている。

【0034】

第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTの少なくとも一方、並びに第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTの少なくとも一方は、レール４０に対して支持部４４を固定する固定部４５をさらに有していてよい。固定部４５は、先端がレール４０の外面に当接可能に支持部４４に螺着されたボルトであり得る。

【0035】

接触部本体４３は、鋼管１の内壁及び外壁の少なくとも一方に線接触する側端４３ａを有していてよい。側端４３ａが対象に線接触するとは、側端４３ａの先端幅が、例えば３．０ｍｍ以下、好ましくは２．０ｍｍ以下、より好ましくは１．０ｍｍ以下等、極めて狭いことを意味する。側端４３ａの先端幅が広いと、曲率が大きな（直径が小さな）鋼管１の壁面に側端４３ａの最先端が接触できないことがある。線接触する側端４３ａであれば様々な鋼管１の壁面に対応できる。接触部本体４３は、基部４３０と、その基部４３０からレール４０の長さ方向に突出され基部４３０から離れるにつれて先細り状とされた側部４３１とを有していてよく、側部４３１の先細り状の先端部分が側端４３ａであってよい。なお、図３の左側の接触部本体４３の下部に、接触部本体４３の底面図を示している。

【0036】

少なくとも１つの拘束体４は、それぞれのレール４０が互いに交わる方向に延在された第１及び第２拘束体４Ａ，４Ｂを含んでいてよい。第２拘束体４Ｂのレール４０は、第１拘束体４Ａのレール４０の長手方向に移動可能に第１拘束体４Ａのレール４０に取り付けられていてよい。このように第２拘束体４Ｂのレール４０が移動可能に取り付けられていることで、様々な径の鋼管１に対応できる。しかしながら、例えば鋼管１の径が固定されているような場合には、第２拘束体４Ｂのレール４０が第１拘束体４Ａのレール４０と固定的に一体に設けられていてもよい。

【0037】

第１及び第２拘束体４Ａ，４Ｂは、それらのレール４０の長手方向に直交する方向（鋼管１の長さ方向）又は上下に重なるように配置されていてよい。図示の態様では第２拘束体４Ｂのレール４０は、第１拘束体４Ａのレール４０及び鋼管１の直径１Ｄよりも長い。しかしながら、第２拘束体４Ｂのレール４０は、第１拘束体４Ａのレール４０及び鋼管１の直径１Ｄよりも短くてよく、鋼管１の溶接端１０を部品２に周溶接する際に鋼管１の内側に挿入されてよい。この場合、第２拘束体４Ｂは内壁拘束部（第１内側接触部４１_IN及び第２内側接触部４２_IN）のみを有する。なお、第２拘束体４Ｂのレール４０が第１拘束体４Ａのレール４０と固定的に一体に設けられる場合、第１及び第２拘束体４Ａ，４Ｂのレール４０は互いに同じ高さ位置に配置されていてよい。

【0038】

第２拘束体４Ｂのレール４０は、レール支持体４６によって第１拘束体４Ａのレール４０に取り付けられていてよい。レール支持体４６は、移動可能に第１拘束体４Ａのレール４０に取り付けられた第１支持体４６１と、その第１支持体４６１と一体に設けられるとともに第２拘束体４Ｂのレール４０を移動可能に支持する第２支持体４６２とを有していてよい。レール支持体４６は、第１拘束体４Ａのレール４０に対する第１支持体４６１の位置を固定するための第１固定体４６３と、第２支持体４６２に対する第２拘束体４Ｂのレール４０の位置を固定するための第２固定体４６４とをさらに有していてよい。しかしながら、第２支持体４６２及び第２固定体４６４が省略されて、第２拘束体４Ｂのレール４０が第１支持体４６１に直接的に固定されていてもよい。

【0039】

第２拘束体４Ｂのレール４０は、第１拘束体４Ａのレール４０に直交するように延在されていてよい。しかしながら、それらのレール４０が交わる角度が９０°未満又は９０°超であってもよい。第１及び第２拘束体４Ａ，４Ｂの間で第１及び第２可動部４１，４２の構成が異なっていてよい。例えば、第１拘束体４Ａが外壁拘束部（第１外側接触部４１_OUT及び第２外側接触部４２_OUT）のみを有し、第２拘束体４Ｂが内壁拘束部（第１内側接触部４１_IN及び第２内側接触部４２_IN）のみを有していてよい。

【0040】

拘束体４の数は１又は３以上であってもよい。限定はされないが、拘束体４の数が３以上であるとき、それらの拘束体４のレール４０が交わる角度は、拘束体４の数で１８０°を除した数値であってよい。例えば３つの拘束体４が設けられるとき、それらの拘束体４のレール４０が交わる角度は６０°（＝１８０°÷３）であってよい。図示しない第３拘束体のレールは第２拘束体４Ｂのレール４０の長手方向に移動可能に第２拘束体４Ｂのレール４０に取り付けられていてよく、それ以降も同様である。但し、設置の手間や効果を鑑みると、２つの拘束体４が好適であることが多いと考える。

【0041】

本発明の実施の形態に係る溶接構造物の製造方法は、上述のような鋼管周溶接治具を用いて、鋼管１の溶接端１０を部品２に周溶接することを含む。すなわち、溶接構造物の製造方法は、鋼管１の溶接端１０が部品２に突き当てられた状態で、少なくとも１つのレール４０を鋼管１の外部に残しつつ、少なくとも１つの拘束体４の第１及び第２可動部４１，４２を鋼管１に設置し、第１可動部４１の第１内側接触部４１_IN及び第１外側接触部４１_OUTの少なくとも１つにより、並びに第２可動部４２の第２内側接触部４２_IN及び第２外側接触部４２_OUTの少なくとも１つにより、レール４０の一端側及び他端側において鋼管１の内壁及び外壁の少なくとも一方を拘束した状態で、鋼管１の溶接端１０を部品２に周溶接することを含む。レール４０を鋼管１の外部に残しつつ、少なくとも１つの拘束体４の第１及び第２可動部４１，４２を鋼管１に設置するため、本実施の形態の鋼管周溶接治具及びそれを用いた溶接構造物の製造方法は、鋼管１の管長１Ｌが直径１Ｄ以下である場合に特に適している。

【0042】

溶接構造物は、部品２を元管とし、鋼管１をその元管の側部に接続された枝管とするＴ形状継手であってよい（図１参照）。上述のようにＴ形状継手の場合、鋼管１は、部品２の長手方向２ｂに関して拡径して、部品２の短手方向２ｃに関して縮径する傾向にある。例えば、第１拘束体４Ａにより鋼管１の外壁を拘束することで部品２の長手方向２ｂに関する拡径を抑え、第２拘束体４Ｂにより鋼管１の内壁を拘束することで部品２の短手方向２ｃに関する縮径を抑えることができる。

【0043】

長手状の部品２のように変形様式が既知の場合には、第１拘束体４Ａにより鋼管１の外壁のみを拘束し、第２拘束体４Ｂにより鋼管１の内壁のみを拘束してよい。換言すると、第１拘束体４Ａにおいて第１内側接触部４１_IN及び第２内側接触部４２_INが省略され、第２拘束体４Ｂにおいて第１外側接触部４１_OUT及び第２外側接触部４２_OUTが省略されてもよい。しかしながら、変形様式が不明の場合は、第１及び第２拘束体４Ａ，４Ｂのそれぞれにおいて鋼管１の外壁及び内壁を拘束することが好ましい。

【0044】

なお、鋼管１は、部品２の長さを延長するように部品２と同軸に配置されてもよい。このような場合、もう一つの鋼管周溶接治具を準備し、その鋼管周溶接治具の少なくとも１つの拘束体４の第１及び第２可動部４１，４２を部品２にも設置してよい。すなわち、鋼管１のみならず、部品２の変形もさらに抑えてよい。

【0045】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【実施例0046】

本発明者は、上述のような鋼管周溶接治具を用いて、部品２の開口２ａの位置に合わせて鋼管１を部品２に周溶接した溶接構造物を試作した。鋼管１として直径１００ｍｍのＳＵＳ３０４製の鋼管を用い、部品２は長さ２５０ｍｍ、幅１５０ｍｍの平板に下穴を空けたのち、バーリング加工にて首部２１を成形した。首部２１の先端部分に直径１００ｍｍの開口２ａが設けられている。ノンフィラーＴＩＧ溶接により部品２の首部２１に鋼管１を周溶接した。周溶接を行う際、第１拘束体４Ａにより鋼管１の外壁を拘束することで部品２の長手方向ｂに関する拡径を抑え、第２拘束体４Ｂにより鋼管１の内壁を拘束することで部品２の短手方向２ｃに関する縮径を抑えた。実施例１として、接触部本体４３の側端４３ａが鋼管１の内壁及び外壁に線接触する鋼管周溶接治具を用いた。実施例２として、接触部本体４３の側端４３ａと鋼管１の内壁及び外壁との接触幅が１５ｍｍに設定された鋼管周溶接治具を用いた。その際の鋼管１の最小径及び最大径を測定した。

【0047】

比較例１として、周溶接時に鋼管１の内壁及び外壁を拘束しなかった場合の鋼管１の最小径及び最大径も測定した。また、比較例２として、周溶接時に鋼管１の内壁及び外壁を全周にわたって拘束した場合の鋼管１の最小径及び最大径も測定した。

【0048】

図４は、実施例における鋼管１の最小径及び最大径の測定結果を示すグラフである。図４のグラフに示すように、実施例１，２と比較例１との比較から分かるように、周溶接時に鋼管周溶接治具を用いて鋼管１の内壁及び外壁を拘束することで、鋼管１の変形を抑えることができることが分かった。また、実施例１，２と比較例２との比較から分かるように、鋼管周溶接治具を用いた場合、全周にわたって拘束した場合よりは若干の変形が見られるものの、鋼管１の変形を十分に抑えられることが分かった。実施例１，２の比較から分かるように、鋼管１の内壁及び外壁と接触部本体４３の側端４３ａとの接触幅による鋼管１の変形量への影響は殆ど無く、接触部本体４３の側端４３ａが鋼管１の内壁及び外壁に線接触していてよいことも分かった。

【0049】

なお、本明細書に記載された発明は、次のように記載することも可能である。
［１］
部品の開口の位置に合わせて鋼管を前記部品に周溶接する際に前記鋼管の変形を抑えるための鋼管周溶接治具であって、
レールと、前記レールの一端側及び他端側に設けられた第１及び第２可動部とを有し、前記第１可動部は第１内側接触部及び第１外側接触部の少なくとも１つを含み、前記第２可動部は第２内側接触部及び第２外側接触部の少なくとも１つを含み、前記第１内側接触部、前記第１外側接触部、前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部は、互いの間隔を調整できるように前記レールの長手方向に相対的に移動可能に設けられている、少なくとも１つの拘束体
を備え、
前記鋼管は、前記部品に周溶接される溶接端と、前記溶接端とは逆側に位置する開放端とを有しており、
前記鋼管の前記溶接端が前記部品に突き当てられた状態で、少なくとも１つの前記レールを前記鋼管の外部に残しつつ、前記少なくとも１つの拘束体の前記第１及び第２可動部を前記鋼管に設置し、前記第１可動部の前記第１内側接触部及び第１外側接触部の少なくとも１つにより、並びに前記第２可動部の前記第２内側接触部及び第２外側接触部の少なくとも１つにより、前記レールの一端側及び他端側において前記鋼管の内壁及び外壁の少なくとも一方を拘束した状態で、前記鋼管の前記溶接端を前記部品に周溶接できるように構成されている、
鋼管周溶接治具。
［２］
前記第１可動部は、前記第１内側接触部及び前記第１外側接触部を含み、
前記第２可動部は、前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部を含み、
前記第１内側接触部、前記第１外側接触部、前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部は、互いに独立されている、
第１項に記載の鋼管周溶接治具。
［３］
前記第１内側接触部及び前記第１外側接触部の少なくとも一方、並びに前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部の少なくとも一方は、前記レールの長手方向と比較して前記レールに直交する方向に長く延びる接触部本体を含む、
第１又は２項に記載の鋼管周溶接治具。
［４］
前記第１内側接触部及び前記第１外側接触部の少なくとも一方、並びに前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部の少なくとも一方は、前記レールに移動可能に取り付けられるとともに前記接触部本体を支持する支持部をさらに含む
第３項に記載の鋼管周溶接治具。
［５］
前記第１内側接触部及び前記第１外側接触部の少なくとも一方、並びに前記第２内側接触部及び前記第２外側接触部の少なくとも一方は、前記レールに対して前記支持部を固定する固定部をさらに含む、
第４項に記載の鋼管周溶接治具。
［６］
前記接触部本体は、前記鋼管の内壁及び外壁の少なくとも一方に線接触する側端を有している、
第３から５項までのいずれか１項に記載の鋼管周溶接治具。
［７］
前記少なくとも１つの拘束体は、それぞれの前記レールが互いに交わる方向に延在された第１及び第２拘束体を含み、
前記第２拘束体の前記レールは、前記第１拘束体の前記レールの前記長手方向に移動可能に前記第１拘束体の前記レールに取り付けられている、
第１から６項までのいずれか１項に記載の鋼管周溶接治具。
［８］
溶接構造物を製造するための溶接構造物の製造方法であって、第１から７項までのいずれか１項に記載の鋼管周溶接治具を用いて、前記鋼管の前記溶接端を前記部品に周溶接することを含む、溶接構造物の製造方法。
鋼管

【符号の説明】

【0050】

１ ：鋼管
１０ ：溶接端
１１ ：開放端
２ ：部品
４ ：拘束体
４Ａ ：第１拘束体
４Ｂ ：第２拘束体
４０ ：レール
４１ ：第１可動部
４１_IN ：第１内側接触部
４１_OUT ：第１外側接触部
４２ ：第２可動部
４２_IN ：第２内側接触部
４２_OUT ：第２外側接触部
４３ ：接触部本体
４３ａ ：側端
４３１ ：側部
４４ ：支持部
４５ ：固定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】