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▶ ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2022-11-11
(45)【発行日】2022-11-21
(54)【発明の名称】ボイラチューブを付加製造するためのシステムおよび方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/04 20060101AFI20221114BHJP
F28F 9/26 20060101ALI20221114BHJP
B23K 9/032 20060101ALI20221114BHJP
【ＦＩ】
B23K9/04 Q
B23K9/04 J
F28F9/26
B23K9/032 Z
B23K9/04 Z
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2019519418
(86)(22)【出願日】2017-10-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-04-02
(86)【国際出願番号】 EP2017076742
(87)【国際公開番号】W WO2018073358
(87)【国際公開日】2018-04-26
【審査請求日】2020-10-12
(31)【優先権主張番号】15/331,046
(32)【優先日】2016-10-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】515322297
【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング
【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ
【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ７， ＣＨ－５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(74)【代理人】
【識別番号】100151286
【弁理士】
【氏名又は名称】澤木 亮一
(72)【発明者】
【氏名】コノパッキ，ロナルド・フランシス
(72)【発明者】
【氏名】ギルストン，フィリップ・フレデリック
(72)【発明者】
【氏名】リ，シャオリン
【審査官】山下 浩平
(56)【参考文献】
【文献】実開昭６２－１０５７６２（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特表２０１４－５０５５９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５５－０２４７４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－２５６４５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０６７８１０８３（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】国際公開第２０１５／１３６９０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許第０６０１３８９０（ＵＳ，Ａ）
【文献】西独国特許出願公開第０２４４５８９１（ＤＥ，Ａ１）
【文献】特開昭５０－０６６４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－０６８４７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－０３６９７１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１５／０３４３５６５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開昭５９－１５９２９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】西独国特許出願公開第０１９３３７９９（ＤＥ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／００ － ９／３２
Ｆ２８Ｆ ９／２６
Ｂ３３Ｙ １０／００、３０／００、８０／００
Ｂ２２Ｆ １／００ － ８／００
Ｃ２２Ｃ １／０４ － １／０５、３３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
チューブ（１２）を製造する方法（５６、５８）であって、最初は前記チューブ（１２）の所望の厚さ（ＤＴｐ）よりも薄い厚さ（Ｔｃ）を有するコアパイプ（２０）を選択するステップ（７６）と、
接続されたコアパイプ（２０）の合計の長さが前記チューブ（１２）の所望の長さに等しくなるように、前記コアパイプ（２０）を別のコアパイプ（８４）に接続することによって前記コアパイプ（２０）の長さを延長させるステップ（８２）と、
前記コアパイプ（２０）の前記厚さ（Ｔｃ）を増加させて前記コアパイプ（２０）の前記厚さ（Ｔｃ）が前記チューブ（１２）の前記所望の厚さ（ＤＴｐ）に等しくなるように、付加製造により前記コアパイプ（２０）の外部面（２４）の上に外層（２２）を構築するステップ（９２）と
を含む、方法（５６、５８）。
【請求項2】
付加製造により前記コアパイプ（２０）の外部面（２４）の上に外層（２２）を構築するステップ（９２）が、前記コアパイプ（２０）の前記外部面（２４）上に前記外層（２２）を溶接ストリップクラッディングすることを含む、請求項１に記載の方法（５６、５８）。
【請求項3】
前記コアパイプ（２０）が、第１の材料を含み、前記外層（２２）が、前記第１の材料とは異なる第２の材料を含む、請求項１又は請求項２に記載の方法（５６、５８）。
【請求項4】
付加製造により前記外層（２２）に取付具（１００）を構築するステップ（１０８）をさらに含む、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法（５６、５８）。
【請求項5】
前記取付具（１００）が、ニップル、ノズル、ティー、ウェルドレット、エルボ及び減速機の少なくとも１つを含む、請求項４に記載の方法（５６、５８）。
【請求項6】
前記取付具（１００）が、流路（１１０）を画定し、当該方法（５６、５８）が、前記流路（１１０）が前記コアパイプ（２０）の内部キャビティ（１１４）に流体接続されるように、前記外層（２２）及び前記コアパイプ（２０）を穿孔するステップ（１１２）
をさらに含む、請求項４又は請求項５に記載の方法（５６、５８）。
【請求項7】
前記コアパイプ（２０）の長さが前記チューブ（１２）の所望の長さに等しくなるように、前記コアパイプ（２０）を切断するステップ（８０）をさらに含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法（５６、５８）。
【請求項8】
製造現場で複数のコアパイプ（２０）を保管するステップをさらに含み、前記コアパイプ（２０）が、前記複数の保管されたコアパイプ（２０）から選択され、
付加製造により前記コアパイプ（２０）の外部面（２４）の上に外層（２２）を構築するステップ（９２）が、前記製造現場で実行される、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法（５６、５８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、一般に、チューブおよびパイプの製造に関し、より具体的には、ボイラのチューブまたはパイプを付加製造するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【0002】
多くの発電プラントは、タービンの動力供給に蒸気発生装置を利用して、電力を生成する。そのような発電プラントは、典型的には、本明細書では「ヘッダパイプ」、「ヘッダ配管」、「パイプ」、および「配管」と総称される、ドラムパイプに流体接続された複数のライザパイプまたはチューブを含むヘッダアセンブリを介して蒸気を生成するボイラを使用する。一般に、ボイラは、ヘッダアセンブリのドラムパイプを水で満たし、燃料を燃焼させることによって生成される高温の煙道ガスにヘッダアセンブリをさらすことによって蒸気を生成する。次に、水は煙道ガスから熱的エネルギーを吸収し、ライザパイプ内を蒸気として上昇する。
【0003】
現在、多くのヘッダパイプ／チューブは、多くの場合ヘッダアセンブリの製造現場から離れた場所にある認定ベンダによって製造されたシームレスチューブから作製されている。しかしながら、多くのそのようなベンダは、シームレスチューブに対する需要の増大に追いつくことができず、注文を満たすために長いリードタイムを必要とする。例えば、多くのベンダは、６か月以上のリードタイムを必要とする。したがって、ヘッダチューブの調達期間は、ヘッダアセンブリおよび／またはボイラを構築するのにかかる時間の長さにおける主な要因であることが多い。
【0004】
さらに、多くのベンダは、限られた数のサイズおよび／または形状で管を製造するだけである。したがって、ヘッダアセンブリの製造業者は、設計がベンダから入手可能な最長の長さよりも長いチューブまたはパイプの長さを必要とする場合、特定のヘッダアセンブリの設計に必要とされるよりも多くの管を購入することを余儀なくされる。
【0005】
加えて、多くのヘッダチューブは、取付具、例えば、ノズル、ニップル、ティーなどを有する。現在、そのような取付具は、鍛造されてヘッダチューブに接続される。しかしながら、鍛造はしばしば資源集約的なプロセスであるので、多くのベンダは、限られた数のサイズおよび／または形状の取付具を鍛造するだけであることが多い。
【0006】
したがって、必要とされているのは、チューブまたはパイプを付加製造するための改良されたシステムおよび方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】独国特許出願公開公報第２４４５８９１号明細書
【発明の概要】
【0008】
一実施形態では、チューブを製造する方法が提供される。方法は、最初はチューブの所望の厚さよりも薄い厚さを有するコアパイプを選択することと、コアパイプの厚さを増加させてコアパイプの厚さがチューブの所望の厚さに等しくなるように、付加製造を介してコアパイプの外部面の上に外層を構築することとを含む。
【0009】
別の実施形態では、チューブを付加製造するためのシステムが提供される。システムは、マウントと、溶接トーチとを含む。マウントは、最初はチューブの所望の厚さよりも薄い厚さを有するコアパイプを固定する。溶接トーチは、固定されたコアパイプに沿って溶接トーチを移動させるように構成された可動アームに配置される。コアパイプがマウントに固定されると、溶接トーチは、コアパイプの厚さを増加させてコアパイプの厚さがチューブの所望の厚さに等しくなるように、コアパイプの外部面の上に外層を構築する。
【0010】
さらに別の実施形態では、チューブが提供される。チューブは、外部面を有するコアパイプ含む。付加製造された外層は、外部面の上に配置される。
【0011】
本発明は、非限定的な実施形態の以下の説明を、添付の図面を参照して読むことにより、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態によるチューブを付加製造するためのシステムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下では、本発明の例示的な実施形態を詳細に参照し、それらの例は添付の図面に例示されている。可能な限り、図面全体を通して使用される同じ参照文字は、説明を繰り返さずに、同じまたは同様の部分を指す。
【0014】
本明細書で使用する場合、「実質的に」、「略」、および「約」という用語は、構成要素またはアセンブリの機能的目的を達成するのに適した理想的な所望の条件に対して、無理なく達成可能な製造および組立公差内の条件を示す。「リアルタイム」という用語は、本明細書で使用する場合、十分に即時性があるとユーザが感じる、またはプロセッサが外部プロセスに追いつくことが可能な、処理の応答性の水準を意味する。本明細書で使用する場合、「電気結合された」、「電気接続された」、および「電気的な通信」は、電流、または他の通信媒体が一方から他方に流れることができるように、参照される要素が直接的にまたは間接的に接続されることを意味する。接続には、直接的な導電性の接続、すなわち、容量性、誘導性または能動要素が介在せず、誘導接続、容量接続、および／または他の任意の適切な電気的接続が含まれてもよい。介在する構成要素が、存在してもよい。また本明細書で使用する場合、「流体接続された」という用語は、（液体、ガス、および／またはプラズマを含む）流体が一方から他方に流れることができるように、参照される要素が接続されることを意味する。したがって、「上流」および「下流」という用語は、本明細書で使用する場合、参照される要素の間および／または参照される要素の近くを流れる流体および／またはガスの流路に対する参照される要素の位置を説明する。また本明細書で使用する場合、「加熱接触」という用語は、参照される物体が、熱／熱的エネルギーをこれらの物体の間で伝達することができるように、互いに近接していることを意味する。さらに、「付加製造された」および「付加製造している」という用語は、本明細書で使用する場合、三次元（「３Ｄ」）モデル、典型的には層毎に、例えば、３Ｄ印刷に少なくとも部分的に基づいて物体を作製するための材料の接合を指す。
【0015】
加えて、本明細書に開示される実施形態は主にヘッダチューブに関して説明されているが、本発明の実施形態は、任意の種類の製造されたチューブ、例えば、油、ガス、および／または水パイプラインに使用される配管に適用可能であり得ることを理解されたい。
【0016】
ここで図１を参照すると、チューブ１２を付加製造するためのシステム１０の構成要素（図４および図８に最もよく見られる）が示されている。システム１０は、マウント１４と、可動アーム１８に配置された溶接トーチ１６とを含む。マウント１４は、チューブ１２の所望の厚さよりも薄い厚さを有するコアパイプ２０を固定する。コアパイプ２０がマウント１４に固定されると、溶接トーチ１６は、コアパイプ２０の厚さを増加させてコアパイプ２０の厚さがチューブ１２の所望の厚さに等しくなるように、外部面２４の上に外層２２（図４および図７に最もよく見られる）を構築する。外層２２に関して本明細書で使用する「ビルドアップ」、「構築」、「構築している」、「構築される」、および「構築する」という用語は、漸進的にコアパイプ２０の外部面２４の上に外層２２を配置／適用することを意味し、例えば、外層２２は、コアパイプ２０が回転するたびにサイズ／厚さが増加し得る。理解されるように、そして図２に示すように、チューブ１２は、ボイラヘッダアセンブリ３０のライザチューブ２６またはドラムパイプ２８であり得る。
【0017】
ここで図３および図４を参照すると、コアパイプ２０は、外層なし（図３では破線の円２２で示す）および外層あり（図４では実線の円２２で示す）で示されている。図３で見ることができるように、コアパイプ２０は、外部面２４とは反対側の内部面３２を含み、いくつかの実施形態では、シームレス配管から作製されてもよい。したがって、本明細書で使用する場合、コアパイプ２０の「壁」は、内部面３２と外部面２４との間のエリア３４を指す。図４に最もよく見られるように、上述のようにコアパイプ２０の外部面２４の上に構築される外層２２はまた、内部面／境界３６と、外部面３８とを含む。理解されるように、外層２２の内部面／境界３６は、コアパイプ２０が最初に停止して外層２２が始まる領域である。したがって、本明細書で使用する場合、図３および図４においてＴｃを付された線として示されるコアパイプ２０の「厚さ」は、内部面３２と、外層２２のビルドアップの前のコアパイプ２０の外部面２４を囲む周囲４０、または外層２２がコアパイプ２０の外部面２４の上に構築されたときに外層２２の外部面３８を囲む周囲４０の開始との間の距離を指す。つまり、コアパイプ２０の厚さＴｃは、最初はコアパイプ２０の内部面３２と外部面２４との間の距離であり、コアパイプ２０の外部面２４の上に外層２２を構築することによって増加する。
【0018】
図４にも示すように、チューブ１２は、コアパイプ２０と外層２２の両方を含む。つまり、コアパイプ２０は、チューブ１２の土台の役割を果たす。したがって、コアパイプ２０の内部面３２は、チューブ１２の内部面３２であり、外層２２の外部面３８は、チューブ１２の外部面３８であり、そして本明細書で使用する場合、チューブ１２の「壁」は、内部面３２と外部面３８との間のエリア４２を指す。したがって、また本明細書で使用する場合、チューブ１２の「厚さ」は、内部面３２と外部面３８との間の距離を指す。したがって、さらに本明細書で使用する場合、図３の破線の距離線ＤＴｐおよび図４の実線の距離線ＤＴｐとして示されるチューブ１２の「所望の厚さ」は、チューブ１２の内部面３２と外部面３８と間の所望の距離／厚さを指す。したがって、理解されるように、コアパイプ２０は、コアパイプ２０の厚さＴｃがチューブ１２の所望の厚さＤＴｐに等しくなるように外層２２が構築されたとき、チューブ１２になる。
【0019】
図１に戻って参照すると、システム１０は、可動アーム１８が装着されるガントリ４４をさらに含むことができる。そのような実施形態では、ガントリ４４は、コアパイプ２０の長手方向軸／長さ４６に沿って移動することができ、かつ／または可動アーム１８がコアパイプ２０の横方向軸／幅４８に沿って移動することを可能にすることができ、それにより可動アーム１８に配置された溶接トーチ１６は、コアパイプ２０の外部面２４のすべてまたは実質的な部分にわたって外層２２を構築することができる。例えば、実施形態では、ガントリ４４は、ホイールおよび／またはトラックを介してコアパイプ２０の長さに沿って移動することができ、可動アーム１８は、ホイールおよび／またはギアトラックを介してコアパイプ２０の幅に沿って移動することができる。
【0020】
また理解されるように、可動アーム１８は、様々なツール、例えば、トーチ１６、鋸、ドリル、および／またはチューブ１２を製造するのに適切な他の装置を収容するように構成することができる。例えば、実施形態では、可動アーム１８は、異なる溶接方法のための様々な異なるトーチを含むように構成されてもよい。
【0021】
実施形態では、システム１０はまた、少なくとも１つのプロセッサ５２と、メモリ装置５４とを含むコントローラ５０を含むことができる。
【0022】
ここで図５および図６を参照すると、システム１０を利用してチューブ１２を付加製造する２つの方法５６および５８が示されている。理解されるように、方法５６および５８は、本発明の実施形態に従ってチューブ１２を付加製造するためのプロセスの高レベル図およびより詳細な図をそれぞれ表す。
【0023】
したがって、実施形態では、方法５６は、構成要素／チューブ１２を設計すること６０と、コンピュータ支援設計（「ＣＡＤ」）ファイルを作成すること６２と、設計された構成要素／チューブ１２を構築すること６４と、ＣＡＤファイルをステレオリソグラフィ（「ＳＴＬ」）ファイルに変換すること６６と、追加の特徴を追加すること６８と、特徴を仕上げること７０と、構成要素／チューブ１２および／または特徴を熱処理すること７２とを含む。
【0024】
図６に示すように、実施形態では、方法５８は、１つまたは複数のコアパイプ２０を在庫に補充すること７４、すなわち、チューブ１２の製造現場などの施設、例えば、システム１０が位置する場所でコアパイプ２０を保管することを含む。理解されるように、実施形態では、多種多様なコアパイプ２０を製造現場で保管することができる。例えば、製造現場での在庫は、表１（以下に示す）に記載の特徴の１つまたは複数を有するコアパイプ２０を含むことができ、ここで、「Ｃｉｒｃ ＃」は、コアパイプ２０を形成する管／配管の業界規格の周回数を示し、「名称／種類」は、コアパイプ２０の管／配管の種類の一般的な業界名称を示し、「ＯＤ」、「Ｔｈｋ」、および「ＩＤ」は、コアパイプ２０の外径、厚さＴｃ、および内径を示し、「材料」は、コアパイプ２０が作製される物質／材料を示す。
【0025】
【表1】
【0026】
したがって、在庫にコアパイプ２０を補充した７４後、最初は製造されるチューブ１２の所望の厚さＤＴｐよりも薄い／小さい厚さＴｃを有するコアパイプ２０は、利用可能な在庫から選択される７６。コアパイプ２０は、チューブ１２の所望の厚さに対する最も近い整合初期厚さ（所望の厚さを超えない）を有することに基づいて利用可能なコアパイプ２０から選択され得るが、いくつかの実施形態では、選択されたコアパイプ２０は、最も近い整合初期厚さを有していなくてもよいことを理解されたい。したがって、いくつかの実施形態では、コアパイプ２０は、コアパイプ２０の外部面２４の上に構築される外層２２の所望のサイズ／量に基づいて選択されてもよい。さらに、コアパイプ２０は、その初期厚さに加えて他の要因、例えば、コアパイプ２０が作製される材料の強度、コアパイプ２０が作製される材料の耐腐食性および／もしくは耐浸食性、ならびに／またはコアパイプ２０のコストに基づいて選択されてもよいことも理解されたい。例えば、実施形態では、コアパイプ２０は、その材料が仕上げられた製造されたチューブ１２を介して輸送されることを意図した媒体に適切であるように選択されてもよい。実施形態では、コアパイプ２０は、炭素または低合金鋼、例えば、炭素モリブデン、および／またはクロムモリブデン鋼で作製されてもよい。
【0027】
選択される７６と、コアパイプ２０は、コアパイプ２０の長さが製造されたチューブ１２の所望の長さに対して十分であるか、長すぎるか、または短すぎるかを決定する７８ために評価される。コアパイプ２０の長さが十分である場合、すなわち、コアパイプ２０の長さがチューブ１２の所望の長さと同じである場合、次に外層２２は、コアパイプ２０の外部面２４の上に構築されてもよい。コアパイプ２０の長さがチューブ１２の所望の長さよりも長い場合、次にコアパイプ２０は、切断することができる８０。コアパイプ２０の長さがチューブ１２の所望の長さよりも短い場合、次にコアパイプ２０の長さを、延長させることができる８２。
【0028】
コアパイプ２０を切断すること８０は、可動アーム１８に取り付けられた鋸を介して達成することができる。他の実施形態では、コアパイプ２０を切断すること８０は、可動アーム１８に取り付けられていない鋸、例えば、手動で操作する鋸によって達成することができる。
【0029】
図７に示すように、コアパイプ２０の長さを延長させること８２は、コアパイプ２０を別のコアパイプ８４に接続することを含むことができる。例えば、実施形態では、コアパイプ２０は、コアパイプ８４に溶接されてもよい８６。理解されるように、１インチ以下の初期厚さを有するコアパイプ２０は、溶接する８６場所の準備を必要としないかもしれないが、１インチよりも大きい初期厚さを有するコアパイプ２０の溶接される８６場所は、オキシガスプロセスを介した切断および面取りならびに／または少量のドレッシングを適用することによって準備することができる。いくつかの実施形態では、真っ直ぐな切れ目に対して修正されたＶ字形を利用することによって、溶接前にコアパイプ２０または８４のうちの１つのみを準備する必要があり得る。
【0030】
理解されるように、実施形態では、コアパイプ８４は、コアパイプ２０の延長された長さ、すなわち、接続されたコアパイプ２０と８４の合計の長さがチューブ１２の所望の長さに等しくなるように、コアパイプ２０に接続する前に切断／事前切断することができる。実施形態では、コアパイプ２０および／または８４は、互いに接続された後に切断されてもよい。
【0031】
図６にさらに示すように、コアパイプ２０が延長された８２後、コアパイプ２０は次に、非破壊検査（「ＮＤＥ」）、例えば、フェーズドアレイ超音波検査、デジタルＸ線撮影、磁性粒子、および／または渦電流を介して検査することができる８８。
【0032】
コアパイプ２０は次に、外層２２を受け入れるために任意の溶接フラッシュクラウン（ｗｅｌｄ ｆｌｕｓｈ ｃｒｏｗｎｓ）を研削するおよび／または外部面２４を準備するように平滑化され得る９０。
【0033】
次に、外層２２を、外部面２４の上に構築する９２。例えば、実施形態では、コアパイプ２０は、ガントリ４４内に吊り下げられるようにマウント１４を介して装着することができ、したがって可動アーム１８がトーチ１６を介して外層２２を付加製造することを可能にする。実施形態では、マウント１４は、可動アーム１８がトーチ１６を介して外層２２を適用しながら、長手方向軸４６および／または横方向軸４８に沿ってコアパイプ２０を回転させることができる。理解されるように、実施形態では、外層２２の付加製造は、ガスタングステンアーク溶接（「ＧＴＡＷ」）、プラズマトランスファーアーク溶接（「ＰＴＡＷ」）、ガスメタルアーク溶接（「ＧＭＡＷ」）、サブマージアーク溶接（「ＳＡＷ」）、電気抵抗溶接（「ＥＲＷ」）、エレクトロスラグ溶接、および／または他の適切な溶接プロセスを介して外部面２４に外層２２を適用することを含んでもよい。したがって、実施形態では、外層２２は、外部面２４上に外層２２を溶接ストリップクラッディングすることを介して構築することができる９２。
【0034】
さらに理解されるように、いくつかの実施形態では、外層２２の材料は、コアパイプ２０の材料と整合するが、他の実施形態では、外層２２の材料は、コアパイプ２０の材料と異なってもよく、すなわち、得られる製造されたチューブ１２は、バイメタルであり得る。したがって、外層２２の材料は、チューブ１２が動作すると予想される環境に基づいて選択することができる。例えば、チューブ１２の外部面３８が腐食性化学物質にさらされると予想されるいくつかの実施形態では、外層２２は、クロムから作製されてもよい。実施形態では、コアパイプ２０は、高炭素数を有する炭素鋼合金から作製されてもよく、外層２２は、低炭素数を有する炭素鋼合金で作製されてもよい。実施形態では、外層２２は、炭素鋼、例えば、ＳＡ１０６Ｂ、ＳＡ１０６Ｃ；ＣＲ－Ｍｏ鋼、例えば、０．５Ｃｒ－０．５Ｍｏ、１Ｃｒ－０．５Ｍｏ、１．２５Ｃｒ－０．５Ｍｏ－Ｓｉ、２．２５Ｃｒ－１Ｍｏ．３Ｃｒ－１Ｍｏ、５Ｃｒ－１Ｍｏ、９Ｃｒ－１Ｍｏ；クリープ強度強化フェライト（「ＣＳＥＦ」）鋼、例えば、９Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｖ（グレード９１）、９Ｃｒ－２Ｗ（グレード９２）、９Ｃｒ－３Ｗ－３Ｃｏ、２．２５Ｃｒ－１．６Ｗ－Ｖ－Ｃｂ（グレード２３）、２．５Ｃｒ－１Ｍｏ－Ｖ－Ｂ－Ｔｉ（グレード２４）；オーステナイト系ステンレス鋼、例えば、１８Ｃｒ－８Ｎｉ（ＴＰ３０４）、１６Ｃｒ－１２Ｎｉ－２Ｍｏ（ＴＰ３１６）；および／またはニッケル基合金、例えば、５２Ｎｉ－２２Ｃｒ－１３Ｃｏ－９Ｍｏ（合金６１７）、Ｎｉ－２２Ｃｒ－１４Ｗ－２Ｍｏ－Ｌａ（合金２３０）、４７Ｎｉ－２３－Ｃｒ－２３Ｆｅ－７Ｗ（ＨＲ６Ｗ）、Ｎｉ－２５Ｃｒ－２０Ｃｏ（合金７４０）で作製されてもよい。
【0035】
外層２２を構築した９２後、ここで新しく製造されたチューブ１２であるコアパイプ２０を検査することができる９４。チューブ１２の検査９４は、ＮＤＥを介して達成することができ、結合が完全であることおよび積層または空隙がないようにするためにコアパイプ２０と外層２２との間の融着を確認することを含むことができる。
【0036】
次に、チューブ１２を洗浄および修理し９６、かつ／または熱処理することができる９８。理解されるように、チューブ１２を熱処理すること９８は、チューブ１２を焼き戻しおよび／または正常化することができる。
【0037】
図８に示すように、仕上げられたチューブ１２は、１つまたは複数の取付具１００、例えば、ニップル、ノズル、ティー、ウェルドレット、エルボ、減速機、ハンガ、および／または鉛管／配管で一般に使用される他の種類の取付具を含むことができる。本明細書で使用する場合、ニップルおよびノズルは、他の取付具、および／または他のチューブのチューブ１２への接続を容易にする取付具を指し、ニップルは、３インチ以下（≦３インチ）の内径を有し、ノズルは、３インチ以上（≧３インチ）の内径を有する。さらに、ニップルとノズルの両方は、短い長さの屈曲した管／配管を含み得る。したがって、図６にも示すように、方法５８は、チューブ１２が１つまたは複数の取付具１００を含むかを決定すること１０２をさらに含むことができる。取付具１００が必要ではない場合、チューブは仕上げられる１０４。１つまたは複数の取付具１００が必要である場合、次に１つまたは複数の取付具１００のレイアウトがチューブ１２の外部面３８にマッピングされる１０６。
【0038】
取付具１００のレイアウトをチューブ１２の外部面３８にマッピングすること１０６は、コントローラ５０を適合させることを含むことができ、それによりコントローラ５０は、可動アーム１８を介して、１つまたは複数の取付具１００が構築されるコアパイプ２０／チューブ１２の場所にトーチ１６を移動させるようにシステム１０を適合させることができる。例えば、実施形態では、上記のＣＡＤおよび／またはＳＴＬファイルは、チューブ１２の１つまたは複数の取付具１００の意図された場所を示すデータを含むことができ、コントローラ５０を適合させるために使用することができる。
【0039】
１つまたは複数の取付具１００のレイアウトのマッピング１０６の後、取付具１００は次に、付加製造を使用して構築される１０８。図９に示すように、実施形態では、取付具１００は、上述の外層２２の付加製造と同様の方法でトーチ１６を介して可動アーム１８によって付加製造することができる。例えば、実施形態では、可動アーム１８は、トーチ１６をチューブ１２の場所まで移動させることができ、これはマッピングされた取付具のレイアウトに応じて、ノズルを必要とすることがある。次いで可動アーム１８およびトーチ１６は、溶接、例えば、ＧＴＡＷ、ＰＴＡＷ、ＧＭＡＷ、ＳＡＷ、ＥＲＷ、および／または他の適切な溶接プロセスを介して取付具１００を構築し、それにより取付具１００は、外層２２に配置され、かつ／または外層２２に組み込まれる。図４に示すように、実施形態では、取付具１００は、流路１１０、すなわち、内部キャビティを画定することができる。
【0040】
図４、図６、および図１０に示すように、取付具１００が構築される１０８と、コアパイプ２０／チューブ１２の内部キャビティ１１４（図４）に取付具１００を流体接続するように、外層２２およびコアパイプ２０を貫通して穿孔／機械加工することができ１１２、すなわち、取付具１００の流路１１０は、コアパイプ２０／チューブ１２の内部面３２によって取り囲まれたエリア１１４に流体接続される。したがって、実施形態では、システム１０は、可動アーム１８に配置することができる穿孔／機械加工装置１１６、例えば、ドリル、レーザカッタ、パンチなどをさらに含むことができる。
【0041】
取付具１００を穿孔した１１２後、取付具１００は次に、洗浄および修理され１１８、平滑化され１２０、かつ／または熱処理される１２２。実施形態では、取付具１００の熱処理１２２は、取付具１００を包む加熱コイル１２４（図１１）を介して実行されてもよい。
【0042】
取付具１００を熱処理した１２２後、チューブ１２および／または取付具１００は、チューブ１２の仕上げ１０４の前に検査され１２６、かつ／または洗浄および修理することができる１２８。
【0043】
最後に、システム１０は、本明細書で説明する機能を実行するために、かつ／または本明細書で説明する結果を達成するために、必要な電子機器、ソフトウェア、メモリ、記憶装置、データベース、ファームウェア、論理／状態マシン、マイクロプロセッサ、通信リンク、表示装置または他の視覚的もしくは聴覚的ユーザインターフェース、印刷装置、および任意の他の入力／出力インターフェースを含んでもよいことも理解されたい。例えば、上述のように、システム１０は、少なくとも１つのプロセッサ５２と、コントローラ５０の形態のシステムメモリ／データ記憶構造５４とを含んでもよい。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）とを含んでもよい。少なくとも１つのプロセッサ４０は、１つまたは複数の従来のマイクロプロセッサと、数値演算コプロセッサなどの１つまたは複数の補助的なコプロセッサとを含んでもよい。本明細書で説明するデータ記憶構造は、磁気、光学および／または半導体メモリの適切な組合せを含んでもよく、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュドライブ、コンパクトディスクなどの光学ディスク、および／またはハードディスクもしくはハードドライブを含んでもよい。
【0044】
加えて、システム１０の様々な構成要素の１つまたは複数、例えば、マウント１４、トーチ１６、可動アーム１８、および／またはガントリ４４を制御するためのソフトウェアアプリケーション、例えば、ＣＡＤおよび／または３Ｄ印刷アプリケーションは、コンピュータ可読媒体から少なくとも１つのプロセッサのメインメモリに読み込まれてもよい。「コンピュータ可読媒体」という用語は、本明細書で使用する場合、システム１０の少なくとも１つのプロセッサ（または本明細書で説明する装置の任意の他のプロセッサ）に実施するための命令を出す、または命令を出すことに関与する、任意の媒体を指す。このような媒体は、多くの形態をとってもよく、限定はしないが、不揮発性媒体および揮発性媒体を含む。不揮発性媒体は、例えば、メモリなどの光学、磁気、または光磁気ディスクを含む。揮発性媒体は、動的ランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）を含み、これは典型的には、メインメモリを構成する。コンピュータ可読媒体の一般的な形態は、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、任意の他の磁気媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ、任意の他の光学媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭまたはＥＥＰＲＯＭ（電子的に消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ）、フラッシュＥＥＰＲＯＭ、任意の他のメモリチップもしくはカートリッジ、またはコンピュータが読み出すことができる任意の他の媒体を含む。
【0045】
実施形態では、ソフトウェアアプリケーションにおける命令のシーケンスの実施は、少なくとも１つのプロセッサに本明細書に記載の方法／プロセスを実行させるが、本発明の方法／プロセスの実装のためのソフトウェア命令の代わりに、またはそれと組み合わせて、ハードワイヤード回路を使用することができる。したがって、本発明の実施形態は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアの任意の特定の組合せに限定されない。
【0046】
上記の説明は、制限ではなく例示を意図していることをさらに理解されたい。例えば、上記の実施形態（および／またはその態様）は、互いに組み合わせて使用されてもよい。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに、それらの教示に特定の状況または材料を適合させる多くの修正を施してもよい。
【0047】
例えば、一実施形態では、チューブを製造する方法が提供される。方法は、最初はチューブの所望の厚さよりも薄い厚さを有するコアパイプを選択することと、コアパイプの厚さを増加させてコアパイプの厚さがチューブの所望の厚さに等しくなるように、付加製造を介してコアパイプの外部面の上に外層を構築することとを含む。ある特定の実施形態では、付加製造を介してコアパイプの外部面の上に外層を構築することは、コアパイプの外部面上に外層を溶接ストリップクラッディングすることを含む。ある特定の実施形態では、コアパイプは、第１の材料を含み、外層は、第１の材料とは異なる第２の材料を含む。ある特定の実施形態では、方法は、付加製造を介して外層に取付具を構築することをさらに含む。ある特定の実施形態では、取付具は、ニップル、ノズル、ティー、ウェルドレット、エルボ、および減速機の少なくとも１つを含む。ある特定の実施形態では、取付具は、流路を画定し、方法は、流路がコアパイプの内部キャビティに流体接続されるように、外層およびコアパイプを穿孔することを含む。ある特定の実施形態では、方法は、コアパイプの長さがチューブの所望の長さに等しくなるように、コアパイプを切断することをさらに含む。ある特定の実施形態では、方法は、接続されたコアパイプの合計の長さがチューブの所望の長さに等しくなるように、コアパイプを別のコアパイプに接続することを介してコアパイプの長さを延長させることをさらに含む。ある特定の実施形態では、方法は、製造現場で複数のコアパイプを保管することをさらに含む。そのような実施形態では、コアパイプは、複数の保管されたコアパイプから選択され、付加製造を介してコアパイプの外部面の上に外層を構築することは、製造現場で実行される。
【0048】
他の実施形態は、チューブを付加製造するためのシステムを提供する。システムは、マウントと、溶接トーチとを含む。マウントは、最初はチューブの所望の厚さよりも薄い厚さを有するコアパイプを固定する。溶接トーチは、固定されたコアパイプに沿って溶接トーチを移動させるように構成された可動アームに配置される。コアパイプがマウントに固定されると、溶接トーチは、コアパイプの厚さを増加させてコアパイプの厚さがチューブの所望の厚さに等しくなるように、コアパイプの外部面の上に外層を構築する。ある特定の実施形態では、トーチは、外部面上に外層を溶接ストリップクラッディングすることを介して外層を構築する。ある特定の実施形態では、可動アームは、固定されたコアパイプの長さに沿って移動するガントリに配置される。ある特定の実施形態では、マウントは、固定されたコアパイプを回転させる。ある特定の実施形態では、コアパイプは、第１の材料を含み、外層は、第１の材料とは異なる第２の材料を含む。ある特定の実施形態では、溶接トーチは、外層に取付具を構築する。ある特定の実施形態では、取付具は、ニップル、ノズル、ティー、ウェルドレット、エルボ、および減速機の少なくとも１つを含む。ある特定の実施形態では、システムは、取付具がコアパイプの内部キャビティに流体接続されるように、外層およびコアパイプを穿孔するドリルをさらに含む。
【0049】
またさらに他の実施形態は、チューブを提供する。チューブは、外部面を有するコアパイプ含む。付加製造された外層は、外部面の上に配置される。ある特定の実施形態では、チューブは、外層に組み込まれた付加製造された取付具をさらに含む。ある特定の実施形態では、チューブは、加圧熱含有媒体を収容するように構成されたボイラのヘッダチューブである。
【0050】
システム１０は、本明細書では単一の製造ステーション、例えば、ガントリ４４として示されているが、実施形態では、方法５６および５８の様々なプロセスステップは、複数の製造ステーション、例えば、複数のガントリにわたって分散させることができることを理解されたい。
【0051】
さらに、本発明のいくつかの実施形態では、外層２２が構築された後にコアパイプ２０を化学的に溶解させることができ、したがって付加製造される外層２２および／または取付具１００のみが残る。
【0052】
さらになお、システム１０および対応する方法５６および／または５８を介して製造されたチューブ１２は、加圧熱含有媒体、例えば、米国機械学会（「ＡＳＭＥ」）規格などの蒸気を収容するための業界規格を満たすように構築することができることも理解されたい。しかしながら、理解されるように、付加製造された取付具を考慮して新しい規格が実装される必要がある可能性もあるであろう。
【0053】
したがって、コアパイプを厚くするために付加製造を利用することによって、本発明のいくつかの実施形態は、オンデマンドでチューブを製造することができ、すなわち、チューブに対する最初の要求とチューブの送達との間に過度のリードタイムを必要とせずにチューブを製造することができる。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、シームレスチューブのオンデマンド製造を提供する。
【0054】
さらに、チューブ１２の長さ、材料、および／または厚さを変えることができるので、本発明のいくつかの実施形態は、特注／非標準チューブ、例えば、ベンダによって一般的に大量に製造されない仕様を有するチューブを作製することができる。したがって、本発明のそのような実施形態はまた、特注サイズ／形状の配管を利用するコストを削減することができる。
【0055】
さらになお、コアパイプが、チューブを組み込んだ構成要素および／または装置、例えば、ボイラヘッダアセンブリが製造されるのと同じ現場に保管されるいくつかの実施形態は、そのような構成要素を製造するのに必要な時間を大幅に短縮する。
【0056】
加えて、鍛造された取付具を利用することとは対照的に、付加製造を介してチューブ１２上に取付具１００を構築することができることによって、本発明のいくつかの実施形態は、チューブ１２を製造するのに必要な時間をさらに短縮する。
【0057】
本明細書で説明した材料の寸法および種類は、本発明のパラメータを定義することを意図しており、決して限定ではなく、単なる例示的な実施形態である。多くの他の実施形態は、上記の説明を検討することにより当業者には明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与える十分な均等物の範囲と共に決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「それには（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこでは（ｗｈｅｒｅｉｎ）」という用語のそれぞれの平易な英語の同義語として用いている。また、以下の特許請求の範囲では、「第１の」、「第２の」、「第３の」、「上部の」、「下部の」、「底部の」、「頂部の」などの用語は、単なる目印として用いられており、それらの対象に数値的または位置的な要件を課すことを意図してはいない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定事項は、そのような特許請求の範囲の限定事項が「…のための手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という語句の後にさらなる構造への言及を欠く機能の記述が続いて明示的に使用していない限り、そしてそうするまでは、ミーンズプラスファンクション（ｍｅａｎｓ－ｐｌｕｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ）形式での記載ではなく、米国特許法第１１２条（ｆ）に基づく解釈を意図していない。
【0058】
本明細書では、本発明のいくつかの実施形態を最良の形態を含めて開示するために、また、任意の装置またはシステムの製作および使用、および組み込まれた任意の方法の実行を含めて当業者が本発明の実施形態を実践することを可能にするために実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の実施例を含み得る。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
【0059】
本明細書で使用する場合、単数形で記載され、単語「ａ」または「ａｎ」の後に続く要素またはステップは、複数の要素またはステップを除外しないものとして理解されるべきであるが、そのような除外が明示的に述べられている場合は除く。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、記載した特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図してはいない。さらに、明示的な反対の記載がない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」実施形態は、その特性を有さない追加の要素を含んでもよい。
【0060】
本明細書に込められた本発明の主旨および範囲から逸脱せずに、上で説明した発明にいくらかの変更を施し得るので、上記の説明の主題または添付の図面に示す主題のすべては、本明細書における本発明の概念を例示する単なる例として解釈されるべきであり、本発明を限定するものとみなされるべきではないことを意図している。
【符号の説明】
【0061】
１０ システム
１２ チューブ
１４ マウント
１６ 溶接トーチ
１８ 可動アーム
２０ コアパイプ
２２ 外層
２４ 外部面
２６ ライザチューブ
２８ ドラムパイプ
３０ ボイラヘッダアセンブリ
３２ 内部面
３４ エリア
３６ 境界
３８ 外部面
４０ 周囲
４２ エリア
４４ ガントリ
４６ 長手方向軸、長さ
４８ 横方向軸、幅
５０ コントローラ
５２ プロセッサ
５４ メモリ装置、データ記憶構造
５６ 方法
５８ 方法
６０ プロセス
６２ プロセス
６４ プロセス
６６ プロセス
６８ プロセス
７０ プロセス
７２ プロセス
７４ プロセス
７６ プロセス
７８ プロセス
８０ プロセス
８２ プロセス
８４ コアパイプ
８６ プロセス
８８ プロセス
９０ プロセス
９２ プロセス
９４ プロセス
９６ プロセス
９８ プロセス
１００ 取付具
１０２ プロセス
１０４ プロセス
１０６ プロセス
１０８ プロセス
１１０ 流路
１１２ プロセス
１１４ 内部キャビティ、エリア
１１６ 穿孔／機械加工装置
１１８ プロセス
１２０ プロセス
１２２ プロセス
１２４ 加熱コイル
１２６ プロセス
１２８ プロセス
ＤＴｐ 厚さ
Ｔｃ 厚さ
１２ チューブ
１４ マウント
１６ 溶接トーチ
１８ 可動アーム
２０ コアパイプ
２２ 外層
２４ 外部面
２６ ライザチューブ
２８ ドラムパイプ
３０ ボイラヘッダアセンブリ
３２ 内部面
３４ エリア
３６ 境界
３８ 外部面
４０ 周囲
４２ エリア
４４ ガントリ
４６ 長手方向軸、長さ
４８ 横方向軸、幅
５０ コントローラ
５２ プロセッサ
５４ メモリ装置、データ記憶構造
５６ 方法
５８ 方法
６０ プロセス
６２ プロセス
６４ プロセス
６６ プロセス
６８ プロセス
７０ プロセス
７２ プロセス
７４ プロセス
７６ プロセス
７８ プロセス
８０ プロセス
８２ プロセス
８４ コアパイプ
８６ プロセス
８８ プロセス
９０ プロセス
９２ プロセス
９４ プロセス
９６ プロセス
９８ プロセス
１００ 取付具
１０２ プロセス
１０４ プロセス
１０６ プロセス
１０８ プロセス
１１０ 流路
１１２ プロセス
１１４ 内部キャビティ、エリア
１１６ 穿孔／機械加工装置
１１８ プロセス
１２０ プロセス
１２２ プロセス
１２４ 加熱コイル
１２６ プロセス
１２８ プロセス
ＤＴｐ 厚さ
Ｔｃ 厚さ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
