(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-11
(45)【発行日】2023-12-19
(54)【発明の名称】配管加工方法
(51)【国際特許分類】
B23K 37/053 20060101AFI20231212BHJP
【ＦＩ】
B23K37/053 A
B23K37/053 B
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2023139509
(22)【出願日】2023-08-30
【審査請求日】2023-08-30
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】上月 崇功
(72)【発明者】
【氏名】片岡 佑太郎
(72)【発明者】
【氏名】河本 孝
(72)【発明者】
【氏名】藤原 悠輝
(72)【発明者】
【氏名】小池 友洋
(72)【発明者】
【氏名】宮下 拓也
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５８－４４９９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－１０４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１７／２０８２８０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】実開昭６３－１３３８９５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２０１５－９３３２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ３１／００－３７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の配管における管端同士を突き合わせて溶接するための配管加工方法であって、前記溶接を行う前に、各配管における管端から軸方向第１距離までの第１領域に開先を形成するために、
前記配管における前記管端から軸方向第１距離より長い第２距離までの第２領域の内周面に対して前記配管の径方向外方へ向けて圧力を加えて前記配管の前記第２領域における径を拡大させ、
前記第２領域における径を拡大させた後、前記配管における前記第２領域から前記第１領域を除いた第３領域における外周面に対して前記配管の径方向中心へ向けて圧力を加える治具を装着し、
前記治具を装着した状態で前記配管の前記第１領域に対して開先加工を行い、
前記開先加工を行った後、前記治具を装着した状態で前記第１領域に前記開先が形成された配管同士を突き合わせ、互いに突き合せられた前記配管同士を仮固定する、配管加工方法。
【請求項2】
前記仮固定を行った後、本溶接を行う前に前記治具を取り外す、請求項１に記載の配管加工方法。
【請求項3】
前記治具は、前記配管の前記第３領域における外径に応じた円弧状の切り欠きを有する複数のピースを含み、前記第３領域の外周面に、前記複数のピースにおける切り欠き部分のそれぞれを当接させた状態で、前記複数のピース同士を固定可能であり、前記治具を装着する際に、複数のピースのうちの何れか１つに対して圧力を加えた状態で前記ピース同士を固定する、請求項１または２に記載の配管加工方法。
【請求項4】
前記開先加工は、自動加工機によって行われ、前記自動加工機は、タッチプローブを備え、
前記開先加工の際に、前記治具が装着された配管が所定場所に設置された状態で前記タッチプローブを前記配管の前記第１領域における所定位置に接触させることにより、前記配管の所定寸法を計測し、
前記所定寸法を用いて予め定められた条件を満たすかどうかを判定し、前記条件を満たす場合に前記開先加工を実行する、請求項１または２に記載の配管加工方法。
【請求項5】
前記配管は、外管と内管とが間隙を有した状態で同心円状に配置される多重管の内管である、請求項１または２に記載の配管加工方法。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、配管の管端同士を突き合わせて溶接するための配管加工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
複数の配管の管端同士を突き合わせて溶接することにより、複数の配管を繋ぎ合わせることが行われている。配管の管径において定められる寸法許容差は、配管の厚みと同程度である場合がある。また、管径の比較的大きな配管は、鋼板を丸めて鋼板の端部同士を溶接することにより形成されるため、配管ごとの真円度のばらつきが大きい。これらの理由から、配管同士を突き合わせた際に管の厚み方向すなわち管の径方向についての目違い量が大きくなる恐れがある。
【0003】
このような配管における管径および真円度のばらつきの問題に関して、例えば、下記特許文献１には、配管の偏心量および変形歪量を測定し、当該偏心量および変形歪量に応じた開先加工諸元を決定することが記載されている。また、特許文献１において配管の偏心量および変形歪量が開先加工機において許容できないほど大きい場合には、警報を発して開先加工を行う前に予め配管の修正を行うことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開昭５７－２７６０９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、上記方法では、配管の管径および真円度にばらつきが生じた状態が残っているため、配管同士を突き合わせる際に目違いが生じるという問題を解決することができない。また、開先加工時に、配管の偏心量および変形歪量が開先加工機において許容できないほど大きい場合には、開先加工機に設置した配管を一度取り外して別途配管の修正を行う必要があり、作業工程が煩雑である。
【0006】
そこで、本開示は、配管同士を繋ぎ合わせるための突き合わせ溶接を容易に行うことができる配管加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一態様に係る配管加工方法は、複数の配管における管端同士を突き合わせて溶接するための配管加工方法であって、前記溶接を行う前に、各配管における管端から軸方向第１距離までの第１領域に開先を形成するために、前記配管における前記管端から軸方向第１距離より長い第２距離までの第２領域の内周面に対して前記配管の径方向外方へ向けて圧力を加えて前記配管の前記第２領域における径を拡大させ、前記第２領域における径を拡大させた後、前記配管における前記第２領域から前記第１領域を除いた第３領域における外周面に対して前記配管の径方向中心へ向けて圧力を加える治具を装着し、前記治具を装着した状態で前記配管の前記第１領域に対して開先加工を行い、前記開先加工を行った後、前記治具を装着した状態で前記第１領域に前記開先が形成された配管同士を突き合わせ、互いに突き合せられた前記配管同士を仮固定する。
【発明の効果】
【0008】
本開示によれば、配管同士を繋ぎ合わせるための突き合わせ溶接を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
［一実施の形態］
以下、本開示の一実施の形態に係る配管加工方法について説明する。
以下、本開示の一実施の形態に係る配管加工方法について説明する。
【0011】
図１は、本開示の一実施の形態に係る配管加工方法の流れを示すフローチャートである。本実施の形態における配管加工方法において、複数の配管の管端同士を突き合わせて溶接する前に、各配管の管端から軸方向第１距離までの第１領域に開先を形成する。
【0012】
図２は、本実施の形態において開先を形成する前の配管の例を示す側面図である。図２に示すように、本実施の形態において、配管１は、開先を形成する前の状態において、管端１ａから軸方向第１距離Ｌ１までの第１領域Ａ１が開先を形成する領域として設定される。また、開先形成前の配管１は、管端１ａから軸方向第１距離Ｌ１より長い第２距離Ｌ２までの第２領域Ａ２における管径Ｒ２がその他の領域、すなわち軸方向中央領域における管径Ｒ１より大きい径を有している。第２領域Ａ２は、第１領域Ａ１を含んでいる。また、開先形成前の配管１は、第２領域Ａ２から第１領域Ａ１を除いた第３領域Ａ３における外周面に対して配管１の径方向中心へ圧力を加える治具２が装着される。図２においては、第２距離Ｌ２と第１距離Ｌ１との差を第３距離Ｌ３で示している。
【0013】
図２においては、配管１の両端に第１領域Ａ１等が設定される。ただし、配管１の一方の管端１ａのみを他の配管１と溶接する場合には、他方の管端１ａにおいて第１領域Ａ１の設定等はなくてもよい。
【0014】
開先前の配管１を形成するために、まず、配管１の第２領域Ａ２の内周面に対して配管１の径方向外方へ向けて圧力が加えられることにより、配管１の第２領域Ａ２における径を拡大させる（ステップＳ１）。図３は、本実施の形態における拡径工程の概要を示すイメージ図である。用意される配管１は、管端１ａにおいて溶接を行い得る配管であれば、その材料、サイズ等は、特に限定されない。例えば配管１は、ステンレス鋼管等が用いられる。また、配管１は、鋼板を丸めて鋼板の端部同士を溶接することにより形成される。このため、配管１は、十分な真円度を有していないことが想定される。なお、配管１は、引き抜き等によりシームレス配管として製造されることもある。この場合でも、配管１が十分な真円度を有していない場合が生じ得る。
【0015】
拡径工程において、配管１の管内に拡径機３の拡径治具３ａが位置するように配管１を配置する。拡径治具３ａは、円筒を周方向に複数のピースに分割した構造を有している。さらに、拡径治具３ａは、圧力が加えられることにより、複数のピースが径方向外方に移動するように構成されている。拡径治具３ａを構成する複数のピースが加圧により径方向外方に移動することで複数のピースの外周面が挿通された配管１の内周面を押圧する。これにより、配管１の第２領域Ａ２が拡径される。図３の例では、配管１の軸方向両側が拡径される。
【0016】
これにより、複数の配管１間で、拡径前の配管１の管径Ｒ１に寸法許容差の範囲内でばらつきがあっても、配管１の第２領域Ａ２が所定の直径Ｒ２に拡径されることにより、複数の配管１の第２領域Ａ２における管径すなわち周長を統一することができる。したがって、複数の配管１同士を突き合わせる際に周長が異なることによる目違いが生じることを抑制することができる。
【0017】
例えば、配管１の第２領域Ａ２の管径Ｒ２は、拡径前の配管１の管径Ｒ１の寸法許容差の最大値に設定される。この場合、配管１のサイズによっては、配管１の第２領域Ａ２において、拡径前の周長と拡径後の周長との差は、１％未満になり得る。このように拡径工程では、拡径機３による配管１の加工度が低い場合がある。例えば、配管１がその製品用途や品質上の制約等によっては拡径の程度を大きくできないことも配管１の加工度を高くできない理由の１つとして挙げられる。
【0018】
例えば、配管１が多重管の内管である場合には、拡径の程度を大きくすることができない。多重管は、内管と、内管より外側に内管と間隙を有した状態で同心円状に配置される外管を含む。多重管は、二重管、三重管等を含む。多重管は、内管内を流通する流体に対して管外からの熱の遮断等が必要な場合に用いられ得る。このような多重管の内管において拡径の程度を大きくすると内管と外管との間の間隙が小さくなり、断熱性等が低下する恐れがある。なお、本開示において、多重管の内管とは、径方向に隣り合う２つの配管のうちの内側の配管を意味し、多重管の外管とは、径方向に隣り合う２つの配管のうちの外側の配管を意味する。
【0019】
このように、拡径機３による配管１の加工度が低い場合等、拡径治具３ａによる拡径時に配管１が拡径治具３ａに矯正されることにより配管１の真円度が一時的に高くなっても、拡径後の配管１を拡径治具３ａから取り外した際に、配管１の弾性により配管１の真円度は再度低下してしまう恐れがある。
【0020】
そこで、拡径された配管１における第３領域Ａ３における外周面に対して配管１の径方向中心へ向けて圧力を加える治具２が装着される（ステップＳ２）。図４は、本実施の形態における治具装着工程の概要を示すイメージ図である。治具２は、配管１の第２領域Ａ２における外径に応じた円弧状の切り欠きを有する複数のピースを含む。本実施形態においては、治具２は、半円弧状の切り欠きを有する２つのピース２ａ，２ｂを含む。
【0021】
第１ピース２ａは、配管１の外周面の上半分に対応した切り欠きを有し、第２ピース２ｂは、配管１の外周面の下半分に対応した切り欠きを有する。第１ピース２ａの下部および第２ピース２ｂの上部には第１ピース２ａと第２ピース２ｂとをボルト等の固定具２ｄを用いて互いに固定するためのブラケット２ｃを有する。第１ピース２ａのブラケット２ｃと第２ピース２ｂのブラケット２ｃとは、２つのピース２ａ，２ｂ同士の切り欠きの位置を合わせた状態で互いに対向配置される。
【0022】
本実施の形態において、ブラケット２ｃは、図２に示すように各ピース２ａ，２ｂの両面に固定される。ただし、図４等では、ブラケット２ｃは、各ピース２ａ，２ｂの一方の面のみに示され、他方の面におけるブラケット２ｃは図示を省略している。なお、ブラケット２ｃは各ピース２ａ，２ｂの何れか一方の面のみに固定されてもよい。
【0023】
２つのピース２ａ，２ｂを保持するホルダ４が設置された土台５に第２ピース２ｂをホルダ４で保持されるように載置する。保持された第２ピース２ｂの切り欠き部分に配管１の第２領域Ａ２部分を当接させ、その上から、第１ピース２ａをホルダ４で保持されるように取り付ける。これにより、配管１の第２領域Ａ２における外周面に、２つのピースにおける切り欠き部分のそれぞれが当接された状態となる。
【0024】
この状態で第１ピース２ａの上部に油圧シリンダ等の加圧器６を取り付け、加圧器６により第１ピース２ａに対して配管１および第２ピース２ｂに向けて加圧する。第１ピース２ａに所定の圧力を加えた状態で、固定具２ｄを用いて各ピース２ａ，２ｂのブラケット２ｃ同士を固定することにより、２つのピース２ａ，２ｂ同士が固定される。
【0025】
このように、配管１において拡径された第２領域Ａ２のうち、開先加工に影響のない第３領域Ａ３の外周面において治具２が所定の圧力が加えられた状態で固定される。これにより、配管１の第３領域Ａ３を含む第２領域Ａ２が治具２により治具２の切り欠きの形状に矯正され、真円度が高くなる。
【0026】
配管１に治具２を装着した後、治具２を装着した状態で配管１の第１領域Ａ１に対して開先加工が行われる（ステップＳ３）。開先加工は、自動加工機によって行われる。自動加工機は、例えばマシニングセンタ等の汎用自動加工機であってもよいし、開先加工を行うことに特化した専用自動加工機であってもよい。以下では、汎用自動加工機を用いた場合を例示する。
【0027】
図５は、本実施の形態における開先加工工程の実施状態を示す図である。自動加工機７は、設置台８、土台９、支持柱１０、加工ヘッド１１を備えている。設置台８は、治具装着状態の配管１が設置される。設置台８は、第１スライダ１２により土台９に対して水平方向に移動可能である。設置台８の移動方向は、互いに直交する第１方向および第２方向を含む。配管１は、軸線が第１方向に沿うように設置される。支持柱１０は、土台９に固定される。
【0028】
加工ヘッド１１は、加工ツール１３を保持する。加工ヘッド１１は、加工ツール１３の取り付け軸が第１方向に向けられた状態で支持柱１０に支持される。加工ヘッド１１は、第２スライダ１４により支持柱１０に対して高さ方向に移動可能である。
【0029】
このような自動加工機７により配管１の第１領域Ａ１の外周面および内周面に対して開先加工が行われる。
【0030】
なお、自動加工機７は、上記構成に限られない。例えば、自動加工機７は、配管１が土台９に固定され、加工ヘッド１１が土台９に対して三次元的に移動するように構成されてもよい。
【0031】
開先加工を行った後、治具２を装着した状態で第１領域Ａ１に開先が形成された配管１同士が突き合わせられ、互いに突き合せられた配管１同士が仮固定される（ステップＳ４）。図６は、本実施の形態における開先加工後の工程の実施状態を示す図である。治具２を装着した状態で配管１同士を突き合わせることにより、配管１において開先が形成された第１領域Ａ１の真円度が矯正された状態で配管１同士が突き合わせられる。拡径工程により複数の配管１において第１領域Ａ１の周長の偏差が抑制され、かつ、治具２の装着により複数の配管１において第１領域Ａ１の真円度が高い状態で配管１同士が突き合わせられることにより、突き合わせられる配管１間の径方向についての目違い量が抑制される。
【0032】
この状態で配管１同士が仮固定されることにより、目違い量の小さい接合を実現できる。例えば、仮固定は、タック溶接とも呼ばれる仮付け溶接により行われ得る。
【0033】
仮固定を行った後、本溶接を行う前に治具２が取り外される（ステップＳ５）。治具２を取り外すことにより、配管１の第１領域Ａ１における真円度は低下する可能性があるが、仮固定により配管１同士の目違い量が小さい状態は維持される。
【0034】
治具２を取り外した後、本溶接が行われる（ステップＳ６）。本実施の形態において、本溶接は、自動溶接機１５により行われる。自動溶接機１５は、例えば、複数軸の関節を有する多関節ロボットによって構成される。自動溶接機１５は、配管１の開先箇所を溶接する際、種々の倣い制御が実行される。これにより、配管１の真円度が治具２装着時に比べてある程度低下していても、仮固定により配管１同士の目違い量が小さいため、適切な溶接を容易に行うことができる。
【0035】
以上に説明したように、本実施の形態における配管加工方法によれば、所定の周長となるように配管１の管端が拡径され、さらに、治具２が配管１に加圧した状態で装着される。このため、複数の配管１において、配管１の管端が同じ周長かつ高い真円度で保持される。このような治具２の装着状態で、管端を含む第１領域Ａ１に開先が形成され、開先が形成された複数の配管１同士が突き合わせられる。これにより、突き合わせ時の配管１間の目違い量を低減することができるため、配管１同士を繋ぎ合わせるための突き合わせ溶接を容易に行うことができる。治具２は、配管１の外周面において開先が形成される第１領域Ａ１を避けた第３領域Ａ３に装着されるため、治具２が開先の形成の邪魔になることを防止することができる。
【0036】
また、治具２が装着された状態で開先の形成および複数の配管１同士の突き合わせが行われることにより、拡径工程における加工度が低くても配管１同士の突き合わせの精度を高くすることができる。したがって、製品用途や品質上の制約により、加工度を高くできない配管１にも本実施の形態における配管加工方法を容易に適用可能である。
【0037】
また、配管１の突き合わせ時に治具２の装着状態が保持されるため、突き合せられた配管１間の径方向についての目違い量は、互いに高い精度で一致する。この状態で配管１同士が仮固定されることにより、目違い量の小さい接合を実現できる。この結果、配管１同士を繋ぎ合わせるための突き合わせ溶接を容易に行うことができる。このため、突き合わせ溶接において自動化することができ、高精度かつ生産性の高い溶接を実現することができる。
【0038】
また、本実施の形態によれば、仮固定を行った後、本溶接を行う前に治具２を取り外すため、本溶接において治具２が邪魔になることを防止できる。このため、本溶接において自動溶接機１５を容易に導入することができる。
【0039】
また、本実施の形態によれば、治具２がそれぞれ円弧状の切り欠きを有する複数のピース２ａ，２ｂを含み、配管１の第３領域Ａ３の外周面に、複数のピース２ａ，２ｂにおける切り欠き部分のそれぞれを当接させ、複数のピース２ａ，２ｂのうちの何れか１つに対して圧力を加えた状態で複数のピース２ａ，２ｂ同士が固定される。これにより、配管１の第３領域Ａ３の外周面に対して配管１の径方向中心へ向けて圧力を加えて配管１の真円度を高めるための治具２を容易に構成することができる。
【0040】
さらに、本実施の形態においては、開先加工の際に、拡径および治具２装着後の配管１の所定寸法を計測し、当該所定寸法が予め定められた基準範囲内かどうかを判定することもできる。上述の通り、本実施の形態において開先加工は、自動加工機７により行われる。自動加工機７は、複数の加工ツール１３の中から加工ヘッド１１に装着される加工ツール１３を自動的に選択して装着可能である。複数の加工ツール１３には、タッチプローブ１３ａが含まれる。自動加工機７は、開先加工の際に、治具２が装着された配管１が所定位置に設置された状態でタッチプローブ１３ａを配管１の第１領域Ａ１における所定位置に接触させることにより、配管１の所定寸法を計測する。
【0041】
本実施の形態において、所定寸法は、最大内径値Ｒｉｘおよび最小外径値Ｒｏｎを含む。これらの値を計測するために、自動加工機７は、設置台８に設置された配管１に対してタッチプローブ１３ａを用いて配管１の径方向中心位置である基準点Ｃを特定する。
【0042】
図７は、本実施の形態において用いられる自動加工機によって配管の基準点を計測により算出する方法を説明するためのイメージ図である。図７において、配管１が設置台８に設置された状態で、左右方向をＸ方向、上下方向をＹ方向、中心軸方向をＺ方向とする。まず、自動加工機７は、タッチプローブ１３ａを所定のＸ－Ｙ方向位置で配管１の管端１ａからＺ方向に移動させ、治具２の表面にタッチプローブ１３ａが当接した位置のＺ座標を計測する。自動加工機７は、本計測を複数のＸ－Ｙ方向位置で行い、計測したＺ座標の平均値をＺ方向の基準位置Ｚｏに設定する。例えば、Ｚ座標の計測は、配管１の上方と下方とで１個所ずつ行われる。以降の計測では、タッチプローブ１３ａの位置は、Ｚ方向の基準位置Ｚｏに固定される。
【0043】
次に、自動加工機７は、自動加工機７の加工ヘッド１１におけるＸ方向の動作中心Ｘａにおいて配管１のＹ方向外方からタッチプローブ１３ａをＹ方向に移動させて配管１の外表面に当接させる。自動加工機７は、タッチプローブ１３ａを配管１の上方から下方に移動させたときにタッチプローブ１３ａが配管１に当接した位置のＹ座標ＹａＨと、タッチプローブ１３ａを配管１の下方から上方に移動させたときにタッチプローブ１３ａが配管１に当接した位置のＹ座標ＹａＬと、を計測する。自動加工機７は、得られた２つのＹ座標ＹａＨ，ＹａＬの中点Ｙａを算出する。
【0044】
次に、自動加工機７は、算出されたＹ方向の点Ｙａにおいて配管１のＸ方向外方からタッチプローブ１３ａをＸ方向に移動させて配管１の外表面に当接させる。自動加工機７は、タッチプローブ１３ａを配管１の左方から右方に移動させたときにタッチプローブ１３ａが配管１に当接した位置のＸ座標ＸｏＬと、タッチプローブ１３ａを配管１の右方から左方に移動させたときにタッチプローブ１３ａが配管１に当接した位置のＸ座標ＸｏＲと、を計測する。自動加工機７は、得られた２つのＸ座標ＸｏＬ，ＸｏＲの中点Ｘｏを算出する。
【0045】
次に、自動加工機７は、算出されたＸ方向の点Ｘｏにおいて、再度、配管１のＹ方向外方からタッチプローブ１３ａをＹ方向に移動させて配管１の外表面に当接させる。自動加工機７は、タッチプローブ１３ａを配管１の上方から下方に移動させたときにタッチプローブ１３ａが配管１に当接した位置のＹ座標ＹｏＨと、タッチプローブ１３ａを配管１の下方から上方に移動させたときにタッチプローブ１３ａが配管１に当接した位置のＹ座標ＹｏＬと、を計測する。自動加工機７は、得られた２つのＹ座標ＹｏＨ，ＹｏＬの中点Ｙｏを算出する。
【0046】
このようにして得られた座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）が基準点Ｃの座標となる。なお、上記方法において得られるＹ座標Ｙａを基準点ＣのＹ座標としてもよい。
【0047】
さらに、自動加工機７は、得られた基準点Ｃを用いて配管１の複数の周方向位置における内径値および外径値を計測する。図８は、本実施の形態において用いられる自動加工機によって配管の内径および外径を計測により算出する方法を説明するためのイメージ図である。
【0048】
自動加工機７は、基準点Ｃから配管１の径方向に延ばした仮想線方向を設定し、タッチプローブ１３ａを基準点Ｃの位置から当該仮想線方向に向けて移動させ、配管１の内周面に当接した位置のＸ座標およびＹ座標を計測する。自動加工機７は、複数の仮想線方向に同様の計測を行う。図８の例において、複数の仮想線方向は、基準点Ｃを中心として８方向に設定される。なお、複数の仮想線方向の数は、８方向より多くてもよいし、少なくてもよい。このようにして複数の仮想線方向に対応する内周面位置Ｕ１，…，Ｕ８の座標が計測される。
【0049】
さらに、自動加工機７は、タッチプローブ１３ａを複数の仮想線方向において配管１の外方から基準点Ｃに向けて移動させ、配管１の外周面に当接した位置のＸ座標およびＹ座標を計測する。このようにして複数の仮想線方向に対応する外周面位置Ｔ１，…，Ｔ８の座標が計測される。
【0050】
自動加工機７は、基準点Ｃと各内周面位置Ｕ１，…，Ｕ８との距離を算出することで複数の仮想線方向についての内径値を算出する。同様に、自動加工機７は、基準点Ｃと各外周面位置Ｔ１，…，Ｔ８との距離を算出することで複数の仮想線方向についての外径値を算出する。自動加工機７は、算出された内径値のうち最も大きな値を最大内径値Ｒｉｘとして設定し、算出された外径値のうち最も小さな値を最小外径値Ｒｏｎとして設定する。また、自動加工機７は、算出された内径値のうち最も小さな値である最小内径値Ｒｉｎを有する位置と、算出された外径値のうち最も大きな値である最大外径値Ｒｏｘを有する位置とを、記憶する。
【0051】
自動加工機７は、設定された最大内径値Ｒｉｘと最小外径値Ｒｏｎとが予め定められた基準値範囲内かどうかを判定することにより、当該配管１に対して開先加工可能かどうかを決定する。自動加工機７には、開先加工後の第１領域Ａ１における内径値の目標値として、ねらい内径値Ｒｔと、当該ねらい内径値Ｒｔに対する寸法許容差幅とが記憶されている。ねらい内径値Ｒｔに対する寸法許容差幅は、外径側への寸法許容差幅であるプラス寸法許容差幅Ｔｐと、内径側への寸法許容差幅であるマイナス寸法許容差幅Ｔｍとを含む。
【0052】
さらに、自動加工機７には、開先加工前の第１領域Ａ１における厚みについての寸法許容差最小値である肉厚寸法許容差最小値Ｄｎが記憶されている。これらの設定値は、自動加工機７に都度入力設定されてもよいし、予め自動加工機７のメモリに記憶されていてもよい。
【0053】
自動加工機７は、これらの設定値と、最大内径値Ｒｉｘおよび最小外径値Ｒｏｎとを用いて以下の判定を行う。まず、自動加工機７は、最小外径値Ｒｏｎから肉厚寸法許容差最小値Ｄｎを差し引いた値が最大内径値Ｒｉｘより大きいかどうかを判定する。すなわち、自動加工機７は、第１条件としてＲｏｎ－Ｄｎ＞Ｒｉｘを満足するかどうかを判定する。当該第１条件を満足しない場合、自動加工機７は、開先加工前の状態において最低限の厚みを確保することができない恐れがあるため、開先加工できないと判定する。
【0054】
さらに、自動加工機７は、ねらい内径値Ｒｔからマイナス寸法許容差幅Ｔｍを差し引いた値が最小外径値Ｒｏｎから肉厚寸法許容差最小値Ｄｎを差し引いた値以下であるかどうかを判定する。すなわち、自動加工機７は、第２条件としてＲｔ－Ｔｍ≦Ｒｏｎ－Ｄｎを満足するかどうかを判定する。第２条件を満足しない場合、自動加工機７は、最低限の厚みを確保した上で、ねらい内径値Ｒｔに対する寸法許容差範囲Ｗ（Ｒｔ－Ｔｍ≦Ｗ≦Ｒｔ＋Ｔｐ）内に後述する加工内径値Ｒｐを設定することができない、または、最低限の厚みを確保した上で、目標とする目違い量の範囲内にルート面を確保することができない恐れがあるため、開先加工できないと判定する。
【0055】
さらに、自動加工機７は、ねらい内径値Ｒｔにプラス寸法許容差幅Ｔｐを加えた値が最大内径値Ｒｉｘ以上であるかどうかを判定する。すなわち、自動加工機７は、第３条件としてＲｔ＋Ｔｐ≧Ｒｉｘを満足するかどうかを判定する。第３条件を満足しない場合、自動加工機７は、ねらい内径値Ｒｔに対する寸法許容差範囲Ｗ（Ｒｔ－Ｔｍ≦Ｗ≦Ｒｔ＋Ｔｐ）内に後述する加工内径値Ｒｐを設定することができない、または、最低限の厚みを確保した上で、目標とする目違い量の範囲内にルート面を確保することができない恐れがあるため、開先加工できないと判定する。
【0056】
自動加工機７は、第１条件、第２条件および第３条件の何れをも満足する場合に、開先加工可能と判定する。このように、拡径工程および治具装着工程により配管１が適切な周長および真円度を有するか否かを自動加工機７により開先加工前に判定することができる。
【0057】
開先加工可能と判定された場合、自動加工機７は、以下の場合分けに従って、実際に開先加工を行う際の加工内径値Ｒｐを算出する。
【0058】
（ケース１） Ｒｔ＋Ｔｐ≦Ｒｏｎ－ＤｎかつＲｔ－Ｔｍ≧Ｒｉｘの場合
→Ｒｐ＝Ｒｔ
（ケース２） Ｒｔ＋Ｔｐ＞Ｒｏｎ－ＤｎかつＲｔ－Ｔｍ＜Ｒｉｘの場合
→Ｒｐ＝（Ｒｏｎ－Ｄｎ＋Ｒｉｘ）／２
（ケース３） Ｒｔ＋Ｔｐ≦Ｒｏｎ－ＤｎかつＲｔ－Ｔｍ＜Ｒｉｘの場合
→Ｒｐ＝（Ｒｔ＋Ｔｐ＋Ｒｉｘ）／２
（ケース４） Ｒｔ－Ｔｍ≧ＲｉｘかつＲｔ＋Ｔｐ＞Ｒｏｎ－Ｄｎの場合
→Ｒｐ＝（Ｒｔ－Ｔｍ＋Ｒｉｘ－Ｄｎ）／２
→Ｒｐ＝Ｒｔ
（ケース２） Ｒｔ＋Ｔｐ＞Ｒｏｎ－ＤｎかつＲｔ－Ｔｍ＜Ｒｉｘの場合
→Ｒｐ＝（Ｒｏｎ－Ｄｎ＋Ｒｉｘ）／２
（ケース３） Ｒｔ＋Ｔｐ≦Ｒｏｎ－ＤｎかつＲｔ－Ｔｍ＜Ｒｉｘの場合
→Ｒｐ＝（Ｒｔ＋Ｔｐ＋Ｒｉｘ）／２
（ケース４） Ｒｔ－Ｔｍ≧ＲｉｘかつＲｔ＋Ｔｐ＞Ｒｏｎ－Ｄｎの場合
→Ｒｐ＝（Ｒｔ－Ｔｍ＋Ｒｉｘ－Ｄｎ）／２
【0059】
自動加工機７は、以上のようにして算出した加工内径値Ｒｐおよび基準点Ｃの座標（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）に基づいて配管１に対して開先加工を行う。なお、外周面側の加工時において、自動加工機７は、最大外径値Ｒｏｘの位置から開先加工における切り込みを開始する。内周面側の加工において、自動加工機７は、最小内径値Ｒｉｎの位置から開先加工における切り込みを開始する。このように、開先加工可能と判定された配管１において実際に計測された値に基づいて加工内径値Ｒｐを設定することにより、現物に即したより適切な開先加工を行うことができる。また、実際に計測された値に基づいて加工開始位置を設定することにより、加工不良が生じるのを防止し、加工精度を高くすることができる。
【0060】
以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更、修正が可能である。
【0061】
［他の実施形態］
例えば、上記実施の形態においては、本溶接を自動溶接機１５が行う例を示したが、これに代えて、本溶接が手作業で行われてもよい。同様に、上記実施の形態では、開先加工を自動加工機７が行う例を示したが、開先加工が手作業で行われてもよい。
例えば、上記実施の形態においては、本溶接を自動溶接機１５が行う例を示したが、これに代えて、本溶接が手作業で行われてもよい。同様に、上記実施の形態では、開先加工を自動加工機７が行う例を示したが、開先加工が手作業で行われてもよい。
【0062】
また、上記実施の形態においては、仮固定の後、本溶接が行われる前に治具２を取り外す例を示したが、治具２が装着された状態で本溶接が行われてもよい。
【0063】
また、上記実施の形態においては、治具２が２つのピース２ａ，２ｂを有する例を示したが、治具２は、３つ以上のピースを有してもよい。
【0064】
また、仮溶接が自動溶接機１５によって行われてもよい。仮固定は、配管１同士を一時的に固定できる態様であれば溶接によるものでなくてもよい。例えば、配管１にボルト等を用いて固定される専用治具を介して配管１同士が仮固定されてもよい。また、例えば、配管１同士が接着剤または粘着テープ等により仮固定されてもよい。
【0065】
［本開示のまとめ］
［項目１］
本開示の一態様に係る配管加工方法は、複数の配管における管端同士を突き合わせて溶接するための配管加工方法であって、前記溶接を行う前に、各配管における管端から軸方向第１距離までの第１領域に開先を形成するために、前記配管における前記管端から軸方向第１距離より長い第２距離までの第２領域の内周面に対して前記配管の径方向外方へ向けて圧力を加えて前記配管の前記第２領域における径を拡大させ、前記第２領域における径を拡大させた後、前記配管における前記第２領域から前記第１領域を除いた第３領域における外周面に対して前記配管の径方向中心へ向けて圧力を加える治具を装着し、前記治具を装着した状態で前記配管の前記第１領域に対して開先加工を行い、前記開先加工を行った後、前記治具を装着した状態で前記第１領域に前記開先が形成された配管同士を突き合わせ、互いに突き合せられた前記配管同士を仮固定する。
［項目１］
本開示の一態様に係る配管加工方法は、複数の配管における管端同士を突き合わせて溶接するための配管加工方法であって、前記溶接を行う前に、各配管における管端から軸方向第１距離までの第１領域に開先を形成するために、前記配管における前記管端から軸方向第１距離より長い第２距離までの第２領域の内周面に対して前記配管の径方向外方へ向けて圧力を加えて前記配管の前記第２領域における径を拡大させ、前記第２領域における径を拡大させた後、前記配管における前記第２領域から前記第１領域を除いた第３領域における外周面に対して前記配管の径方向中心へ向けて圧力を加える治具を装着し、前記治具を装着した状態で前記配管の前記第１領域に対して開先加工を行い、前記開先加工を行った後、前記治具を装着した状態で前記第１領域に前記開先が形成された配管同士を突き合わせ、互いに突き合せられた前記配管同士を仮固定する。
【0066】
上記方法によれば、所定の周長となるように配管の管端が拡径され、さらに、治具が配管に加圧した状態で装着される。このため、複数の配管において、配管の管端が同じ周長かつ高い真円度で保持される。このような治具の装着状態で、管端を含む第１領域に開先が形成され、開先が形成された複数の配管同士が突き合わせられる。これにより、突き合わせ時の配管間の目違い量を低減することができるため、配管同士を繋ぎ合わせるための突き合わせ溶接を容易に行うことができる。
【0067】
［項目２］
項目１の配管加工方法において、前記仮固定を行った後、本溶接を行う前に前記治具を取り外してもよい。これにより、本溶接において治具が邪魔になることを防止できる。このため、本溶接において自動溶接機を容易に導入することができる。
項目１の配管加工方法において、前記仮固定を行った後、本溶接を行う前に前記治具を取り外してもよい。これにより、本溶接において治具が邪魔になることを防止できる。このため、本溶接において自動溶接機を容易に導入することができる。
【0068】
［項目３］
項目１または２の配管加工方法において、前記治具は、前記配管の前記第３領域における外径に応じた円弧状の切り欠きを有する複数のピースを含み、前記第３領域の外周面に、前記複数のピースにおける切り欠き部分のそれぞれを当接させた状態で、前記複数のピース同士を固定可能であり、前記治具を装着する際に、複数のピースのうちの何れか１つに対して圧力を加えた状態で前記ピース同士を固定してもよい。これにより、配管の第３領域の外周面に対して配管の径方向中心へ向けて圧力を加えて配管の真円度を高めるための治具を容易に構成することができる。
項目１または２の配管加工方法において、前記治具は、前記配管の前記第３領域における外径に応じた円弧状の切り欠きを有する複数のピースを含み、前記第３領域の外周面に、前記複数のピースにおける切り欠き部分のそれぞれを当接させた状態で、前記複数のピース同士を固定可能であり、前記治具を装着する際に、複数のピースのうちの何れか１つに対して圧力を加えた状態で前記ピース同士を固定してもよい。これにより、配管の第３領域の外周面に対して配管の径方向中心へ向けて圧力を加えて配管の真円度を高めるための治具を容易に構成することができる。
【0069】
［項目４］
項目１から３の何れかの配管加工方法において、前記開先加工は、自動加工機によって行われ、前記自動加工機は、タッチプローブを備え、前記開先加工の際に、前記治具が装着された配管が所定場所に設置された状態で前記タッチプローブを前記配管の前記第１領域における所定位置に接触させることにより、前記配管の所定寸法を計測し、前記所定寸法を用いて予め定められた条件を満たすかどうかを判定し、前記条件を満たさない場合に前記開先加工を行わないようにしてもよい。この場合、自動加工機は、配管の所定寸法を用いた条件を満足する場合に、開先加工可能と判定する。このように、拡径工程および治具装着工程により配管が適切な周長および真円度を有するか否かを自動加工機により開先加工前に判定することができる。
項目１から３の何れかの配管加工方法において、前記開先加工は、自動加工機によって行われ、前記自動加工機は、タッチプローブを備え、前記開先加工の際に、前記治具が装着された配管が所定場所に設置された状態で前記タッチプローブを前記配管の前記第１領域における所定位置に接触させることにより、前記配管の所定寸法を計測し、前記所定寸法を用いて予め定められた条件を満たすかどうかを判定し、前記条件を満たさない場合に前記開先加工を行わないようにしてもよい。この場合、自動加工機は、配管の所定寸法を用いた条件を満足する場合に、開先加工可能と判定する。このように、拡径工程および治具装着工程により配管が適切な周長および真円度を有するか否かを自動加工機により開先加工前に判定することができる。
【0070】
［項目５］
項目１から４の何れかの配管加工方法において、前記配管は、外管と内管とが間隙を有した状態で同心円状に配置される多重管の内管であってもよい。
項目１から４の何れかの配管加工方法において、前記配管は、外管と内管とが間隙を有した状態で同心円状に配置される多重管の内管であってもよい。
【符号の説明】
【0071】
１ 配管
２ 治具
２，２ｂ ピース
７ 自動加工機
１３ａ タッチプローブ
１５ 自動溶接機
Ａ１ 第１領域
Ａ２ 第２領域
Ａ３ 第３領域
２ 治具
２，２ｂ ピース
７ 自動加工機
１３ａ タッチプローブ
１５ 自動溶接機
Ａ１ 第１領域
Ａ２ 第２領域
Ａ３ 第３領域
【要約】
【課題】配管同士を繋ぎ合わせるための突き合わせ溶接を容易に行うことができる配管加工方法を提供する。
【解決手段】配管加工方法は、複数の配管における管端同士を突き合わせて溶接するための配管加工方法であって、溶接を行う前に、各配管における管端から軸方向第１距離までの第１領域に開先を形成するために、配管における前記管端から軸方向第１距離より長い第２距離までの第２領域の内周面に対して配管の径方向外方へ向けて圧力を加えて配管の第２領域における径を拡大させ、前記第２領域における径を拡大させた後、配管における第２領域から第１領域を除いた第３領域における外周面に対して配管の径方向中心へ向けて圧力を加える治具を装着し、治具を装着した状態で配管の前記第１領域に対して開先加工を行い、開先加工を行った後、治具を装着した状態で第１領域に開先が形成された配管同士を突き合わせ、互いに突き合せられた配管同士を仮固定する。
【選択図】図１
【解決手段】配管加工方法は、複数の配管における管端同士を突き合わせて溶接するための配管加工方法であって、溶接を行う前に、各配管における管端から軸方向第１距離までの第１領域に開先を形成するために、配管における前記管端から軸方向第１距離より長い第２距離までの第２領域の内周面に対して配管の径方向外方へ向けて圧力を加えて配管の第２領域における径を拡大させ、前記第２領域における径を拡大させた後、配管における第２領域から第１領域を除いた第３領域における外周面に対して配管の径方向中心へ向けて圧力を加える治具を装着し、治具を装着した状態で配管の前記第１領域に対して開先加工を行い、開先加工を行った後、治具を装着した状態で第１領域に開先が形成された配管同士を突き合わせ、互いに突き合せられた配管同士を仮固定する。
【選択図】図１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】