内面クランプ装置

【課題】自重が数１００ｋｇから１０００ｋｇを越える大きなパイプの溶接接合においては、２本のパイプの接合に対し、芯合せ作業および溶接作業中の芯保持作業が、溶接品質に重要な影響があり、これまでは、仮付けや手作業に依存し、少なくとも全作業の自動溶接機の利用はできなかった。一部に内面クランプ装置が実用されているが、上記のような大きなパイプの高い品質の溶接には適用できなかった。
【解決手段】放射状のキーまたはキー溝を有する中央円板を設け、外側の一端面を複数のテーパ面すなわち多角錘体とした。複数個のキーまたはキー溝を有し、反対の面にはテーパ面として半径方向押し金を嵌合し、複数個の半径方向押し金のテーパ面に等しく当接したテーパ面すなわち多角錘体を構成した押し金を設け、押し金に流体圧力を作用させて、半径方向押し金により芯合せすることにより、精度の高い芯合せが可能となった。また、流体力を大きくすることにより、芯保持機能を大きくすることができた。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
２本のパイプの溶接接合やパイプの先にエルボなどを溶接接合するとき、接合するパイプやエルボの内面を基準に芯合せをするとともに、溶接中には、同心保持を行うクランプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特許公開平９−１６４４９１
【特許文献２】特許第３５２０６９８号
【特許文献３】特開平９−２５３８８８
【特許文献４】特許第３０１０７３５号
【特許文献５】特開平４−２００８６７
【発明の詳細な説明】

【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
２本のパイプを溶接接合するとき、両者を同心にし、溶接中も、同心保持する必要がある。パイプの質量が数１００ｋｇから１０００ｋｇを越えるようになると、この作業は簡単にはいかず、図１に示すような内面クランプ装置が用いられる。この装置は、パイプＡ２０１の中に、内面クランプ装置を挿入し、図２に示すように円周３ヶ所のローラ２０３が、等しくパイプＡ２０１の内面に張り付くように、ナット２１４などで寸法を調整し、その上でパイプの接合部に当て金２０３が当る位置まで押し込み、セットする。次に、他方のパイプ２０２を当て金２０３に嵌合させ、パイプＡ２０１に当るように軸方向の位置決めをしたところで、エアシリンダ２０５に、エア継手２１５を介してエアを送り、図３に示すように円周４個のトラニオン２０８の作用で、プランジャ２０４を半径方向外側に伸ばし、当て金２０３をパイプ２０１およびパイプＢ２０２の内側に押し当て、２本のパイプを同心にするとともに、そのままエア圧力を保持することにより、同心保持するものである。
【０００４】
このような内面クランプ装置をパイプ質量が数１００ｋｇから１０００ｋｇを越えるようなパイプに適用するとき、当て金２０３を押し付ける力も大きくし、トラニオン２０８やプランジャ２０４を大きくし、数を増す必要があるが、寸法的に困難である。
【０００５】
質量の大きいパイプは、高圧の機械装置やプラントなどの重要機器に使用されるケースが多く、溶接後Ｘ線による検査が要求され、溶接箇所内側はシーニング加工され、溶接においても確実な裏波を出すことが必要である。しかし、図１のような装置では、クランプ力不足、ローラと内面クランプ装置の同心度誤差やトラニオンのピン部のすきまあるいはトラニオンや円板の弾性変形などのため芯合せ精度が不十分で、このような重要な溶接部では、１〜２ｍｍの狂いがあれば、確実な溶接はできず、特別な治具を用いて、手作業による仮付けするなどの方法を取らねばならないという問題があった。
【課題を解決する手段】
【０００６】
放射状の複数個のキーを有する中央円板を挟んで、このキーに嵌合し、半径方向にのみ移動可能な複数個の半径方向押し金を設け、この半径方向押し金の反対側にテーパ面を設け、複数個の半径方向押し金のテーパ面に等しく当接する面すなわち多角錘体となる形状の軸方向の押し金に、流体圧力を作用させることにより、半径方向押し金を一方のパイプ内周面シーニング部に張付けることにより、内面クランプ装置をパイプシーニング部と同心にし、次に他方のパイプを装着し、同様に流体圧力を作用させることにより、内面クランプ装置の芯と他方のパイプの芯を合わせ、結果的に一方のパイプと他方のパイプの芯合せをする。
【０００７】
また、放射状の複数個のキーを有する中央円板とテーパ面による半径方向押し金およびこれに当接する多角錘体面を有する軸方向の押し金は、バックラッシュや弾性変形が小さく、コンパクトで大きな力を生じさせることが可能である。したがって、溶接作業中には流体圧力を作用させておくことにより、大きな内面クランプ力を発生させ、同心保持する。
【発明の効果】
【０００８】
内面クランプ装置の移動用ローラなどの精度に関係なく、テーパ面で半径方向のクランプ力を発生させるため、コンパクトで大きな力を発生させることができる。そして、この力で内面クランプ装置を一方のパイプのシーニング部を芯出しし、これに合わせて他方のパイプの芯を合わせるので、非常に精度のよい芯合せができる。
【０００９】
薄肉パイプなどで、真円度の悪いものや、弾性変形などをしているパイプなどは、内面クランプ装置の大きなクランプ力により、真円に矯正される。
【００１０】
また、多角錘面を有する押し金とテーパ面を有する当て金では、大きな力を作用させるので、溶接時にも、大きなクランプ力を出すことができ、内面クランプ作動後は、自動溶接機を取付け、初層から、最終層の盛付けまで、自動溶接機で行うことができるので、裏波を確実に出し、全自動溶接による溶接品質を高めるとともに、工数低減にも有益である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図４は、発明を実施するため形態を示す図である。また図５は、内面クランプ装置の放射状にキー４を配置した中央円板３の説明で、図６は、図４の矢視“Ｄ”から見た側面図である。図４、図６は、上半分が直径の大きなパイプの例で、当て金８の外径が大きいものを用いた例で、下半分は直径の小さいパイプの例を示したものである。
【００１２】
図４において、パイプＡ１とパイプＢ２ＸＸ部で溶接接合するもので、高い品質が要求される溶接接合のときは、パイプＡ１とパイプＢ２の内面を切削加工によりシーニングし、直径の寸法精度と真円度を確保するが、これと同時に、セッティング精度を上げることにより、外周からの溶接に対し、内面に安定した裏波を形成させることができる。真円度や同心度は、パイプＡ１、パイプＢ２の直径が、３００ｍｍから１０００ｍｍ程度の大径管においても０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ以下の精度が要求される。
【００１３】
かかる要求に対し、内面クランプ装置は、中央に中央円板３を配し、中心部に左右に２本のピストンを取付けられた軸９が、タイボルト６によりタイトに取付けられている。中央円板３の両面には、図４の例では、図５に示すように、放射状にキー４が植込まれている。このキー３に対し、キー溝を有し、円周方向に分割された半径方向押し金５を嵌合させ、半径方向押し金５の内側、両側面にはテーパ面とし、この面に複数のテーパ面を有し、多角錘体を構成する軸方向の押し金７を当接摺動するようにし、軸方向の押し金７は、油圧シリンダを構成せしめ、内側に該軸を嵌合させ、油圧シリンダ部に高圧の油圧を供給したときには、軸方向の押し金７に大きな軸方向の押付け力が作用する構造とする。この軸方向の押付力が、半径方向押し金５に作用するときは、テーパ面で半径方向の力に変換され、半径方向押し金５が放射状に移動し、当て金８を介して、パイプＡ１またはパイプＢ２の内側より、押し付ける力となる。
【００１４】
このとき、中央円板３には、前述のように放射状にキー４が設けられているので、半径方向押し金５は、全体が一様に、半径が大きくなるように移動する。例えば、パイプＡ１の内周面に、当て金８が当り、半径方向押し金８に力が作用すると、結果的に中央円板３がパイプＡ１の中央にセットされることになる。
【００１５】
また、このとき、パイプＡ１が薄肉管などで弾性変形し、楕円になっている場合は、中央円板３のキー４の作用で、内径の小さい部分の半径方向押付け力が大きくなるので、パイプＡ１の楕円が矯正され真円になる。
【００１６】
中央円板３、左右の軸方向の押し金５，軸９、半径方向押し金８および当て金１１で構成される内面クランプ装置本体には、図４の例では、本体を支持し、パイプＡ１の中を移動し、所定の位置に搬入し、セッティングするために、複数個のローラと、パイプＡ１の内径に沿うようにローラ１７の半径方向の位置を変えるためのリンク１４、１５やリンク１４、１５の関係位置を調整するためのねじ軸１６、および、これに嵌合し、移動と張り力を出すためのネジ１８とこれを回すためのハンドル１９が取付けられている。
【００１７】
当て金８の外周には、パイプＡ１とパイプＢ２の接合部内側に円周溝ができ、ここには不活性ガスが供給できるように配管２４がある。そして、円周溝は、分割されているため、分割部から、不活性ガスが漏れるので、これを最少にするために、板をＬ字形に曲げられた形状のシールが左右に取付けられている。
【００１８】
また、パイプ溶接時に、パイプの材料によって予熱が必要なときがあるが、このときは、油圧シリンダの油の過熱を防止する必要があり、押し金５の外周部には、冷却水で冷却が可能な構造となっている。
【００１９】
内面クランプ装置をパイプ溶接にするときは、パイプＡ１のみを所定の位置に置き、この中に内面クランプ装置を、図４では、左側より挿入し、ハンドル１９を回して、ローラ１７がパイプＡ１の内径に沿うように調整する。次に、図４の例では、移動用モータ２２をＯＮにし、内面クランプ装置をパイプＡ１の右側いっぱいまで移動させる。その時点で、内面クランプの左側の押し金５（油圧シリンダ）に、油圧を供給し、押し金８、当て金１１をパイプＡ１の内側に押し付ける。これによって、パイプＡ１と内面クランプ装置が同心状になる。その上で、パイプＢ２を当て金１１に嵌合させ、パイプＢ２をセットする。そして、静かに内面クランプ装置の右側の押し金５に油圧を供給し、パイプ２の内側に当て金８を張り付ける。内面クランプ装置の油圧が立った時点では、内面クランプ装置とパイプ２が同心状となり、結果的に、パイプＡ１とパイプＢ２が完全な同心状となり、芯出しが完了する。
【００２０】
この状態で、油圧を保持したまま、自動溶接機を取付け、準備ができたら不活性ガスを供給し、自動溶接を行う。パイプの直径によっては、円周上２ヶ所同時溶接などを行う。
【００２１】
自動溶接完了後は、自動溶接機を取り外し、図４の左手の方に内面クランプ装置を移動させ、取り出す。
【００２２】
この内面クランプ装置は、図４に示すように、本体より右側には、ローラ１７などのような移動用の装置や位置決め用の装置がないため、エルボやチーズなどの形状の複雑な配管部材の溶接にも活用することができる。
【００２３】
以上のように、中央円板３の放射状に設けられたキー４の作用により、軸方向の押し金５に、油圧作用時は、半径方向押し金７や当て金８の外周に対し、中央円板３の中心がパイプＡ１の中心と一致するようになる。この中心と、右側の軸方向押し金５を作用せしめて、パイプＢ２の中心を中央円板３の中心と一致させるので、結果的にパイプＡ１とパイプＢ２の芯が一致する。
【００２４】
キー４と半径方向押し金８のキー溝とのすきまが、芯出し精度の大きな誤差要因となるが、すきまは非常に小さいので、高い精度を得ることができる。
【００２５】
このことは、移動用のローラ１７などの精度あるいはセッティングの精度の影響を受けることはない。また、パイプＡ１やパイプＢ２が薄肉管で、楕円に弾性変形しているようなときは、これを矯正し、真円にした上で、溶接することになるので、高い品質の溶接ができる。
【第２の実施例】
【００２６】
図７、図８、図９、図１０にて、第２の実施例について説明する。この実施例においても、中央円板１０３を挟んで、左右からピストン１１２が取付けられた軸１０６をタイボルト１１０で締め付けることにより、一体となるような構造とする。なお、この実施例では、後述する支持台車の本体枠１２０も同時に締付け、一体的にする。中央円板１０３には、図１０に示すように放射状に複数個のキー溝１２４を設ける。中央円板１０３には、両面のキー溝１２４に、１個の割で半径方向押し金１０７を嵌合させ、全周に配設する。半径方向押し金１０７の中央円板１０３に接しない背面は、テーパになっており、このテーパ面は、ピストン１０６に嵌合した軸方向の押し金１０５のテーパ面に接触し、摺動する構造となっている。押し金１０５は、複数個の半径方向押し金１０５と滑らかに摺動するように、当り面は多角錘体を構成している。押し金１０５は、両端にカバーを取付け、軸１０６や押し金１０５の円周部にピストン１１２を設け、シリンダを構成している。シリンダの圧力室に高圧流体を供給することにより、押し金１０５に大きな押付け力を発生することが可能な構造となっている。
【００２７】
押し金１０５に作用した軸方向の力は、中央円板１０３の間にある半径方向押し金１０７を挟むように作用し、その結果、半径方向押し金１０７が半径方向外向きに移動し、その移動が拘束されると、力となって、半径方向の大きな力を生ずる。中央円板１０３や軸１０６は、正しく同心が保持されているので、これに嵌合した押し金１０６も同心が保たれる。したがって、押し金１０６のテーパ面に接触し、円板１０３のキー溝１２４に嵌合し、半径方向以外の移動を拘束した半径方向押し金１０７は、中央円板１０３の中心に対し、正しく同心状に半径方向外向きに移動する。パイプＡ１０１やパイプＢ１０２が変形し、楕円となっているようなときは、小径部に先に接触することになるが、前述のように、動きが拘束された押し金１０７にのみ押し金１０５の力が作用するので、パイプＡ１０１またはパイプＢ１０２の小径部に大きな力が作用し、パイプＡ１０１またはパイプＢ１０２の真円度が矯正される。パイプＡ１０１またはパイプＢ１０２が真円になったところで、全周一様の内面クランプ力となる。
【００２８】
本発明の内面クランプ装置は、左右の軸方向の押し金１０５に対し、独立に高圧流体を供給することが可能であり、作業の手順からは、パイプＡ１０１の内面クランプをまず行い、パイプＡ１０１に対し、内面クランプ装置の中心、すなわち、中央円板１０３の中心を正しく合わせることによって基準とし、これに対し、パイプＢ１０２の押し金１０５に流体圧を作用させ、内面クランプを行うことにより、パイプＢ１０２の芯をパイプＡ１０１の芯と正確に一致させ、芯出しを行う。
【００２９】
パイプＡ１０１、パイプＢ１０２の内周面は、高い溶接品質を得るためには、機械加工によりシーニング加工し、内径、真円度などの寸法精度が確保されていることが前提となる。そして、本発明の内面クランプ装置では、半径方向押し金１０８の先端に取付けられた当て金１０９は、このシーニング部に接触させ、半径方向の力を加えて、クランプするものである。
【００３０】
当て金１０８には、周方向の継目にはすきまが存在するが、ここには、図９、図１０に示すように、Ｌ字状に曲げたような形状のシール１０９がねじ止めされており、周方向の動きを拘束せず、小さなすきまを保持し、左右の当て金１０８で構成される円周溝には、ＴＩＧ溶接では、不活性ガスが供給されたときのこのガスの消費量が少なくなるようにしている。
【００３１】
本発明の内面クランプ装置を用いて、実際のパイプの溶接作業においては、パイプＡ１０１に対し、パイプＢ１０２を芯出しし、同心保持し、自動溶接をすることとなる。その手順は、まず、パイプＡ１０１を作業し易いような高さにセットし、図７において左側より内面クランプ装置を挿入し、ハンドル１１９を回して、ローラ１１５はパイプＡ１０１の内面に張り付かせる。このローラで芯ダシをするのではないので、固く張り付かせる必要はない。ほぼ、内面クランプ装置が中心に納まったところで、内面クランプ装置を左側より右方向に押し込み、パイプＡ１０１の右端に来たところで、溶接部と内面クランプの両方の当て金１０８の軸方向中心を合わせ、静かにパイプＡ１０１側の流体圧を供給し、圧力を上昇させる。十分流体圧力が上昇したところで、パイプＢ２を１０させ、内面クランプ力が十分作用したことを確認した上で、パイプ１０１またはパイプ１０２に自動溶接機を取付け、不活性ガスを供給し、初層より溶接を行う。初層が完了した時点で溶接部を点検し、内面クランプ装置の流体圧力を抜き、内面クランプ装置左側に抜き出す。その後、２層、３層と溶接を盛り上げていく。
【００３３】
中央円板１０３の放射状のキー１０７の作用、軸方向の押し金１０５と半径方向押し金１０５のテーパ面での半径方向押し出し、および、押し付け力を生成させる構造により、パイプＡ１０１およびパイプＢ１０２に対し、非常に精度の良い芯合せができること、また多角錘体を用いた押し金１０５と複数個の半径方向押し金１０７により、弾性変形やガタなどの誤差が小さく、コンパクトにして強力な内面クランプ力を発生させることができるため、溶接作業においては、仮付けなどの手作業をすることなく自動溶接機を用いて、初層から自動溶接が可能であり、安定した裏波を出すなどの高い溶接品質を確保することができる。また、内面クランプによる芯合せは、中央円板１０３や押し金１０５、半径方向押し金１０７が行うため、搬送用ローラ１１５などは移動用のものであり、芯合せ、芯保持は簡単な作業で済むこと、それに、全面的に自動溶接機が利用できることから、工数低減など経済的な効果も大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】代表的な従来形の内面クランプ装置である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の矢視“Ｂ”の側面図である。
【図４】本発明の内面クランプ装置の横断面図で、上半分には、大径のパイプに、下半分には、小径のパイプに取付けた図となっている。
【図５】図４のＣ−Ｃにおける部分断面図である。
【図６】図４の矢視“Ｄ”の側面図である。
【図７】本発明の内面クランプ装置の実施例を示す横断面図である。
【図８】図７のＥ−Ｅ断面図である。
【図９】図７の半径方向押し金、当て金部を部分拡大したものである。
【図１０】図９の矢視“Ｆ”の側面図である。
【符号の説明】
図１、図２、図３において、
２０１パイプＡ
２０２パイプＢ
２０３当て金
２０４プランジャ
２０５シリンダ
２０６ピストン
２０７円板
２０８トラニオン
２０９ピン
２１０カバー
２１１支持体
２１２ローラブラケット
２１３ローラ
２１４ナット
２１５エア継手
２１６エア継手
図４、図５、図６において、
１パイプＡ
２パイプＢ
３中央円板
４キー
５押し金
６タイボルト
７半径方向押し金
８、８′ 当て金
９軸
１０ナット
１１シール
１２ピストン
１３ローラ支持部材
１４リンク
１５リンク
１６ねじ軸
１７ローラ
１８ねじスリーブ
１９ハンドル
２０台車固定軸
２１台車本体
２２モータ
２３水冷用カバー
２４不活性ガス供給管
ＸＸ溶接接合部
図７、図８、図９において、
１０１パイプＡ
１０２パイプＢ
１０３中央円板
１０４キー
１０５押し金
１０６軸
１０７半径方向押し金
１０８当て金
１０９シール
１１０タイボルト
１１１ナット
１１２ピストン
１１３リンク
１１４リンク
１１５ローラ
１１６軸受
１１７送りねじ軸
１１８送りねじ円板
１１９ハンドル
１２０台車固定軸
１２１リンク
１２２不活性ガス供給管
１２３不活性ガス供給孔
１２４キー溝
である。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の放射状のキー溝またはキーを左右両面に設けた中央円板の中心に、左右垂直にピストンを有する軸を一体的に取付け、左右の該軸に設けたピストンに嵌合し、両側にリークタイトのカバーを設け、一方のカバーの軸貫通部にはシールを設けて、該軸に平行に移動自在で、一方に多面のテーパ面すなわち多角錘体を形成した軸方向の押し金を取付け、該押し金と該中央円板の間に、テーパ面が押し金の多角錘体の一面に当接し、反対の面は、該中央円板に当接するとともに、キーまたはキー溝が該中央円板のキーまたはキー溝に嵌合した複数個の半径方向押し金を設け、左右の該軸に取付けられたピストンと押し金および両側に設けられたカバーで構成される左右の空間に、左右独立に高圧流体を供給可能にしたことを特徴とするパイプ溶接用の内面クランプ装置。
【請求項２】
請求項１の内面クランプ装置において、左右一方のみの軸または軸方向の押し金に、移動用ローラを取付けた台車本体を固定し、これにパイプ内周面に張付け可能で、かつパイプ内面を長手方向に移動可能な複数個のローラを設けたこと。

【図１】