JPS6234479B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、２つのパイプ分節体の端部の間の継
手部を円周に沿つて溶接するための装置に関し、
特に、パイプ整列用クランプと共に半径方向に進
退するようになされた溶接裏当機構に関する。

溶接裏当リングのような裏当部材は、一般に銅
製であり、パイプの隣接端の間の継手部に良好な
溶接を施すのを助成するために溶接作業中該継手
部を内側から支える（裏当する）のに使用され
る。このように溶接裏当部材は、放熱体の役割を
果し、溶融した溶接金属溜まりが裏当部材に当接
して硬化する。そのような放熱効果を高めるため
には、裏当部材を、継手部に対して均一に、かつ
溶接領域に汚染物が侵入しないような態様で当接
させなければならない。

パイプラインを敷設するために大径のパイプ分
節体を次々に溶接する作業においては、内部パイ
プ整列用クランプと称される内部パイプ整列機構
（パイプ分節体を整列させるためにパイプ分節体
の内部に配設されるパイプ整列用機構）を用いて
パイプの端部を溶接しうるように整列させる。一
般に、内部パイプ整列用クランプは、軸方向に間
隔をおいて配置された２組の円弧状のクランプ部
材から成つている。各クランプ部材は、液圧また
は空気圧によつて作動され、パイプ分節体の内周
面に圧接して両パイプ分節体の端部を整列させ、
適正な溶接を行うことができるようにする。

米国特許第3937382号は、第１組のクランプ部
材と第２組のクランプ部材との間でキヤリツジ型
フレームに取付けられた溶接裏当機構を備えた内
部パイプ整列用クランプを開示している。その溶
接裏当機構は、液圧式作動装置により往復動さ
れ、裏当リング半分体（リングを構成する１対の
リング半分体）を半径方向に拡張または収縮させ
るための複数個の円周方向に隔置されたピストン
を備えている。リングを構成する１対の同じ形態
のリング半分体の各々は、２つの蝶着されたリン
グセグメントから成つている。各リング半分体の
両端の端面（即ち、リング半分体の凸状外周表面
と凹状内周表面との間の端面）はくさび状に斜切
されている。各隣り合うリング半分体のくさび状
端面は、両半分体が半径方向に拡張された位置、
即ち溶接裏当位置におかれたとき隣接嵌合するよ
うに設計されている。

しかしながら、このような溶接裏当装置におい
ては、液圧式作動装置が用いられるので、作動装
置からの漏油によつて溶接継手部が汚染され、溶
接に欠陥が生じることがある。また、ピストンや
制御弁の故障のためにリングセグメント間の嵌合
が不正確になることもある。更に、各リングセグ
メントは、円形リングを４つに分割した、比較的
大きい90゜の円弧のセグメントであり、かつ、セ
グメントの円弧曲面は柔軟性がなく、固定的なも
のであるから、パイプの内周面が真円ではなく、
平坦部分や凹凸が存在する場合、裏当リングセグ
メントがパイプの内側面に適正に嵌合しないこと
がある。液圧式作動装置の作動不良は、特に、面
倒な問題である。なぜなら、操作者は、パイプの
内部にある裏当リングが適正位置にあるかどうか
を溶接開始前に確認することができないからであ
る。

また、上記各リングセグメントは、その両端に
向つて半径方向の厚みが薄くなるくさび形である
ため、溶融溶接金属溜まりを適正に冷却硬化させ
るための十分な放熱体を提供することができな
い。

本発明の目的は、溶接金属を適正に冷却硬化さ
せるための十分な放熱体を提供する溶接裏当装置
を提供することである。

本発明の他の目的は、溶接継手領域内に汚染物
を侵入させることがない溶接裏当装置を提供する
ことある。

本発明の他の目的は、溶接裏当機構のリングセ
グメントとパイプの内側面との間に良好な嵌合を
設定するようにした溶接裏当装置を提供すること
である。

本発明の好ましい実施例においては、溶接裏当
機構を構成する裏当リングセグメントを、内部パ
イプ整列用クランプの２組の軸方向に隔置された
クランプ部の一方の組に連結されて、それと共に
移動するようになされた支持プレートまたはブラ
ケツトに弾性的に取付ける。各々１つの裏当リン
グセグメントを備えた複数の裏当機構をパイプ整
列用クランプの１組のクランプ部材のそれぞれ対
応する１つのクランプ部材に連結し、複数個のリ
ングセグメントから成る１つの裏当リング全体
が、該クランプをパイプに係合させればそれと同
時に、溶接すべきパイプの継手部に対して適正に
位置されるようにすることができるように構成す
る。

各溶接裏当機構は、円弧状リングセグメント
と、支持プレートと、該リングセグメントを該支
持プレートに取付け、該リングセグメントをその
半径軸線の周りに特定の方向に回動させるように
付勢するための取付および付勢手段とから成る。
この取付および付勢手段は、ねじりばねとし、更
に、リングセグメントに対して半径方向に取付け
た支柱と、溶接すべきパイプの内側面の凹凸を補
償するように半径方向に付勢されたばねを備えて
いる。

上記各リングセグメントは、それぞれ隣接する
リングセグメントの端面と補完関係をなして嵌合
する両端面を備えた円弧状のセグメントである。
そして、各リングセグメントは、隣り合うリング
セグメントの端面同志が全面に亘つて滑り接触す
るように配置されており、半径方向外方に拡張し
た溶接裏当位置におかれたときは各リングセグメ
ントの主円弧軸線が共通の平面内に位置し、半径
方向内方に収縮した不作動位置におかれたときは
該共通の平面に対して斜めに延長するように、半
径方向に進退されるのと併行して各リングセグメ
ントの円弧の半径軸線を中心として回動されるよ
うに支持手段に取付けられている。

実施例の説明 第１，２図を参照すると、本発明による溶接裏
当機構１０が示されている。この溶接裏当機構１
０は、上述した米国特許第3937382号に開示され
た内側パイプ整列用クランプのそれぞれのクラン
プ部材５０に連結されるものとして示されてい
る。（クランプ部材５０の詳細な米国特許第
3937382号に記載されている。）ただし、本発明の
溶接裏当機構の使用は、上記特許に記載されたク
ランプの特定の構造細部を有する内側パイプ整列
用クランプに限定されるものではない。

裏当機構１０は、円弧状の裏当リングセグメン
ト（リングを構成する区分体の１つ）１２を備え
ている。裏当リングセグメント１２の両端面は、
該セグメントが整列位置即ち溶接裏当位置におか
れたとき隣接するリングセグメントの各対応する
端面と補完関係をなすように形成されている。円
弧状リングセグメント１２は、パイプの円弧状内
側面に当接させるための凸面状の細長い上面１３
と、上面１３にほぼ平行に延長した凹面状の細長
い下面１５と、細長い側面１７，１９と、第５図
に示されるようにリングセグメント１２の主円弧
軸線６２に対して約４５゜の角度６１で延長する
ように表面１３，１５を斜めに横切り、くさび形
端部を画定する端面２１，２３を有している。か
くして、各リングセグメントの全厚み６３（第２
図）を隣接するリングセグメントに両者の端面に
おいて衝接させることができ、かつ、溶融した溶
接金属溜まりを支えて硬化させるための十分な裏
当を提供することができる。また、この構成によ
れば、各リングセグメントを後述するように容易
に拡張させ、また折たたむことができる。もちろ
ん、上記角度６１は、45゜に限定されるものでは
なく、特定の要件に応じて増減させることができ
るものであり、当業者にとつては容易に決定する
ことができよう。

第６図には、理解を容易にするために円弧形状
にプレスされる前のリングセグメント１２が示さ
れている。セグメント１２の端面２１，２３は、
符号８１で示されるように上面１３から下面１５
へと内方に向つて１゜〜３゜程度の僅かなテーパ
を付与されていることが好ましい。それによつ
て、各隣接するリングセグメント間の接触がそれ
らの上面１３，１３の間で行われることを保証
し、それによつてパイプに対する各リングセグメ
ントの上面１３の接触を途切れのない、連続した
ものとすることができる。

使用に当つては、複数個の溶接裏当機構１０を
内側パイプ整列用クランプのクランプ部材５０に
該クランプ部材と共に半径方向に移動しうるよう
に連結する。各リングセグメント１２は円周方向
に整列して直列的に突合せ関係に配置され、第５
図に実線で示される円周方向に整列した整列位置
６４と、第５図に破線で示される折りたたみ位置
６７との間で半径軸線２５を中心として回動され
るようになされている。整列位置６４において
は、各リングセグメントの隣接する端面２１と２
３がそれらの全面に亘つて隣接接触し、各リング
セグメントの凸面状上面１３が溶接すべき２本の
パイプ６５と６６の継手部の両側に跨つて該パイ
プ６５，６６の内側面に当接し、各リングセグメ
ントの主円弧軸線６２が、両パイプの端部の継手
部の半径方向の平面に相当する共通の平面２８
（第５図）内に位置する。各リングセグメント１
２がそれぞれの軸線２５を中心として上記折たた
み位置６７へ回動されると、各リングセグメント
の隣接する端面２１と２３とは、それらの端面の
一部分だけで接触し、互いに斜めに偏倚されて、
各リングセグメントの主円弧軸線６２が平面２８
に対して５゜〜10゜程度の角度２９（第５図）を
なす方向に延長する。裏当機構１０の作動につい
ては後に詳述する。

裏当機構１０は、更に、支持プレート２０を備
え、リングセグメント１２を支持プレート２０に
対して移動自在とし、該セグメントの円弧の半径
軸線２５の周りに回動させることができるよう
に、リングセグメントを支持プレート２０に取付
けるための整列用支柱１４と、プレート２０をば
ね付勢するためのねじりばね３０とから成る手段
を備えている。

支柱１４は、リングセグメント１２の凹面状下
面１５から半径方向内方へ延長しており、リング
セグメント１２を溶接すべきパイプの内側面に当
接して適正に位置づけるためにリングセグメント
を半径方向に移動させることができるように支持
プレート２０に設けられた、一端が開放したカツ
プ２２の内孔８０を貫通して摺動自在に嵌合する
ようになされている。第１〜４図に示された実施
例では、支柱１４は、円筒形の大径幹部１６と、
それとの間に肩部６８を画定するように該幹部１
６に同心的に連接された円筒形の小径幹部１８を
含む円筒形段付軸から成つている。小径幹部１８
の下端は支持プレート２０のカツプ２２の底壁６
９を貫通して突出している。支持プレート２０
は、整列用支柱１４に対して横断方向に延長して
おり、内側パイプクランプの、例えばピストンロ
ツドのような半径方向に進退自在のクランプ部材
５０に、例えば螺条係合やねじ止めなどの周知の
機械的手段によつて連結される。

リングセグメント１２は、支柱１４の小径幹部
１８を同心的に囲繞して肩部６８とカツプ２２の
底壁６９との間に圧縮状態に介設されたコイルば
ね２４のような手段によつてパイプの壁に向つて
ばね付勢されている。幹部１８の、カツプ２２の
外部へ突出した自由端には、止めリングまたはナ
ツトのような止め部材２６が固定されている。止
め部材２６は、カツプ２２の底壁の外面に衝接
し、コイルばね２４のばね力による支柱１４の上
方即ち半径方向外方への移動を制限する。

ねじりばね３０は、幹部１６を囲繞する中央コ
イル巻き部分を有し、その一端は支持プレート２
０に固定され、他端はリングセグメント１２に連
結される。ばね３０の一端および他端の、支持プ
レート２０およびリングセグメントに対する連結
は、第１，２図に示されるように支持プレート２
０およびリングセグメント受容ハウジング３２に
穿設した孔を介して、あるいは、第３，４図に示
されるように支持プレート２０およびリングセグ
メント受容ハウジング４４に圧接させることによ
つて行われる。

第１，２図の実施例においては、リングセグメ
ント１２は、第１図に示されるように主円弧軸線
６２に対して垂直な平面でみれば、凹面状の下面
１５を長底辺とするほぼ台形の断面形状を有す
る。リングセグメント１２および支柱１４はハウ
ジング３２内に取付けられている。リングセグメ
ント１２は、その一方の側面１７と嵌合するハウ
ジング３２の嵌合表面と、他方の側面に嵌合する
裏当リング押え止め部材３４の嵌合表面との間に
くさび状に挾持され、支柱１４の上端に固定され
ている。止め部材３４は、該部材を貫通しハウジ
ング３２の底壁に螺入するヘツド付ねじ３５によ
つてハウジング３２に締着される。ねじ３５を締
めることにより止め部材３４がリングセグメント
１２の側面１９にくさび状に係合する。

第３，４図の変型実施例においては、リングセ
グメント４２は、主円弧軸線６２に対して垂直な
平面でみてほぼ長方形の断面形状を有している。
リングセグメント４２は、横方向に延長して該リ
ングの両側面に係合するねじ４６，４８により溝
形またはＵ字形のリングセグメント受容ハウジン
グ４４に連結されている。

ねじりばね３０は、各リングセグメント１２ま
たは４２を主円弧軸線６２に対して斜めになる折
たたみ位置６７から互いに円周方向に整列する整
列位置６４の方に向つて半径軸線２５の周りに回
動するようにばね付勢する。

支持プレート２０は、溶接すべきパイプの内側
面に対し半径方向に離接する方向に進退自在の内
側整列用クランプのクランプ部材５０に連結され
ており、従つて、溶接裏当機構１０も、クランプ
部材５０と共に半径方向に移動することができ、
それによつて溶接部が油で汚染される可能性を少
くし、あるいは、リングセグメントの、パイプ端
部に対する位置づけを不適正にするような裏当機
構１０の不適正な作動を防止することができる。
溶接継手部の円周径路の全長に亘つて実質的に連
続した裏当リングを構成するように複数個の裏当
リング機構１０が選ばれた幾つかのクランプ部材
５０に取付けられる。

使用に当つては、複数個の裏当機構１０を互い
に軸方向に離隔した２組のクランプ部材の一方の
組に取付け、内側パイプ整列用クランプと共に半
径方向に拡張または収縮させることができるよう
にする。溶接裏当機構１０は、パイプに締着すべ
きクランプ部材のうちの最後の組のクランプ部材
に取付けるのが好ましい。かくして、クランプ部
材５０を半径方向外方に移動させれば、支持プレ
ート２０が半径方向外方に移動せしめられ、その
結果、裏当リングセグメント１２または４２が溶
接継手部のパイプの内側面に当接する位置へと半
径方向外方へ拡張される。

溶接すべきパイプの内周面を内側から支える裏
当リングは、円周径路に沿つて突合せ関係に直列
に配列された一連のリングセグメント１２または
４２によつて構成される。各セグメントは、パイ
プ内周面から脱係合して収縮位置へ半径方向内方
へ引込められたときは、パイプの内周面に係合す
る拡張位置にあるときの円周より小さい円周内で
互いに嵌合しなければならない。本発明の裏当機
構１０においては、リングセグメントが半径方向
外方へ拡張されるにつれて、ねじりばね３０が各
各セグメントをそれぞれの半径軸線の周りに回動
させて円周方向に互いに整列させ、隣接する端面
２１と２３とをそれらの全面に亘つて隣接接触さ
せる。端面２１，２３は、先に述べたようにくさ
び形にされており、セグメントが半径方向内方へ
引込められる際軸線２５を中心として回動される
につれて、セグメントの円周方向（即ち、溶接継
手に平行な方向）の長さが漸次短かくなる。この
ようにして各セグメントが漸次小さくなる円周内
へと引込められる際、端面２１と２３とがねじり
ばね３０の付勢力に抗して互いに摺動して漸次小
さくなる円周内で嵌合せしめられる。

圧縮コイルばね２４は、パイプの直径の差異を
補償し、リングセグメントをパイプの面に確実に
接触させるようにリングセグメント１２または４
２を支持プレート即ちブラケツト２０に対して半
径方向に弾性的に進退させる。もし、このような
パイプ面に対するリングセグメントの半径方向の
弾性的な進退が可能とされないとすれば、リング
セグメントをパイプの内周面に当接させるために
拡張させる際リングセグメントまたは裏当機構１
０の他の部分が損傷されることがある。

第７図は、リングセグメント７９を支持プレー
ト３から離れる方向に半径方向に弾性的に付勢す
るための手段の別の実施例を示す。この実施例に
おいては、第１〜２図の実施例のリングセグメン
ト受容ハウジング３２、支柱１４、ねじりばね３
０、支持プレート２０、および内孔８０にそれぞ
れ対応するリングセグメント受容ハウジング７
０、該ハウジングから半径方向に突出した支柱７
１、ねじりばね７２、支持プレート７３、および
内孔７４が設けられている。支柱７１は内孔７４
の一端に受容され、内孔７４の他端から該内孔へ
挿入されたボルト７５の軸部が支柱７１の下端に
螺入されている。内孔７４の、ボルト７５を受容
する下端は、肩部７６によつて狭くし、ボルト７
５の軸部の直径よりやゝ大きい程度とすることが
できる。ボルト７５のヘツドと内孔７４の肩部７
６の下面との間にワツシヤ７７を介設することが
できる。支柱７１と肩部７６との間にボルト７５
の軸部を囲繞するようにベルビルワツシヤ（皿形
ワツシヤ）と称される複数個の弾性部材７８を介
設する。これらの弾性部材は、一体的に協同して
支柱７１を支持プレート７３から半径方向外方へ
付勢するばねの役割を果す。各隣接する弾性部材
即ち皿形ワツシヤ７８は、互いに表裏反対に重ね
合わされ、その外周縁および中央部分が隣接する
皿形ワツシヤの外周縁および中央部分にそれぞれ
衝接してばね作用を発揮するようになされてい
る。この実施例の構成では、支柱７１にボルト７
５をねじ係合によつて連結したことにより支柱７
１の引込み位置の半径方向の高さを調節すること
ができ、更に、皿形ワツシヤ８を使用したので単
に皿形ワツシヤの枚数を増減することにより所望
のばね力を設定することができる。

本発明の溶接裏当機構は別個の空気圧または油
圧作動装置を必要としないので、従来の裏当機構
のように油圧などの油による汚染の問題がない。
更に、油圧装置の弁やシリンダも不要であり、そ
のような弁やシリンダの故障の問題からも解放さ
れる。本発明のリングセグメントは、その全長に
亘つて均一な半径方向の全厚を有しており、溶融
した溶接金属溜まりを十分に支持し硬化させる。
また、多数の短いリングセグメントによつて裏当
リングを構成したことにより、裏当リングと溶接
すべきパイプの内側面との嵌合を良好にする。例
えば、36in（91.4cm）径のパイプを溶接する場
合、裏当リングは20個のリングセグメントによつ
て構成することができ、それらのセグメントが半
径方向内方位置へ引込められたときは円周方向に
対し５゜〜10゜の角度で斜めに互いに整列するよ
うにする。

更に、本発明においては、溶接裏当機構をクラ
ンプ部材に固定することによりリングセグメント
の位置が確実に固定されるので、パイプ分節体を
順次に整列させ連結する整列（ラインアツプ）装
置を操作する作業員は、裏当機構が正しい位置に
位置づけされているかどうかについて注意する必
要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による裏当リングセ
グメントと支持プレートの組立体の一部断面によ
る側面図、第２図は第１図の組立体の一部切除さ
れた、一部断面による端面図、第３図は、本発明
の他の実施例による裏当リングセグメントと支持
プレートの組立体の一部断面による側面図、第４
図は第３図の組立体の一部切除され、一部断面に
よる端面図、第５図は本発明の裏当リングセグメ
ントの回動態様を示す平面図、第６図は円弧形状
にプレス成形される前のリングセグメントの、第
５図の線６―６に沿つてみた立面図、第７図は本
発明の更に別の実施例による裏当リング・支持プ
レート組立体の、第４図と同様の図である。 １０：溶接裏当機構、１２：裏当リングセグメ
ント、１４：支柱、２０：支持プレート、２１，
２３：端面、２２：カツプ、２４：コイルばね、
３０：ねじりばね、３２：リングセグメント受容
ハウジング、３４：押え止め部材、４２：リング
セグメント、４４：リングセグメント受容ハウジ
ング、５０：クランプ部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 円筒形パイプをその円周に沿つて溶接するに
   当つて該パイプの内部に配設して使用されるもの
   であつて、該パイプの内部に配設された複数個の
   クランプ部材を有するクランプと、該クランプを
   パイプの内側面に対し離接する半径方向に進退さ
   せるための手段と、各々、隣接するリングセグメ
   ントの端面と補完関係をなして嵌合する両端面を
   有する複数の円弧状の溶接裏当リングセグメント
   とを備えたパイプ整列用クランプおよび溶接裏当
   装置において、 前記各リングセグメントの両端面はリングセグ
   メントの円弧の半径軸線に対し垂直な平面でみて
   くさび形であり、該各リングセグメントを、それ
   が前記パイプの内側面から脱係合される収縮位置
   とパイプの内側面に係合する拡張位置との間で前
   記クランプ部材の１つと共に半径方向に進退させ
   るために各リングセメントの少くとも一端を１つ
   のクランプ部材に連結するための支持手段が設け
   られ、該各支持手段は、前記各クランプ部材に固
   定されたプレートと、該プレートと対応するリン
   グセグメントとの間に半径方向に延設された支柱
   と、該各リングセメントを半径方向に該プレート
   から離れる方向に弾性的に付勢するための弾性手
   段とから成り、該各リングセメントは、隣り合う
   リングセメントのくさび形端面同志が全面に亘つ
   て滑り接触するように配置されており、該各リン
   グセメントは、前記拡張位置におかれたときは各
   リングセグメントの主円弧軸線が共通の平面内に
   位置し、前記収縮位置におかれたときは該共通の
   平面に対して斜めに延長するように、半径方向に
   進退されるのと併行して各リングセグメントの円
   弧の半径軸線を中心として回動されるように前記
   支持手段の対応する支柱に取付けられており、該
   各リングセグメントが前記拡張位置におかれたと
   きにはリングセグメントの主円弧軸線が前記共通
   の平面内に位置するように、該各リングセグメン
   トを半径軸線の周りに回動させるように付勢する
   ためのねじりばねが各リングセグメントと前記各
   支柱との間に設けられたことを特徴とする装置。 ２ 前記弾性手段は、前記支柱とプレートとの間
   に圧縮された複数のベルビルワツシヤと、該支柱
   の、該プレートからの半径方向の移動を阻止する
   ために該支柱に螺着されたボルトとから成るもの
   である特許請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記弾性手段は、前記支柱およびリングセグ
   メントを前記プレートから離れる方向に付勢する
   ために該プレートと支柱との間に介設されたばね
   から成るものである特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ４ 前記支柱は肩部を有しており、前記ばねは、
   該支柱を同心的に囲繞して該肩部に係合し、該肩
   部と前記プレートとの間に圧縮されたコイルばね
   である特許請求の範囲第３項記載の装置。