【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は鋼管のガス圧接装置の改良に関するも
のである。
鋼管のガス圧接は接合部をバーナで加熱し、適
正温度になつた時アプセツトを加え接合する方法
である。従来から鉄筋やレール等をガス圧接する
技術が確立されているが、近年は鋼管をガス圧接
する技術も開発されて来た。しかし鋼管の場合は
中空であるので、接合部の内外面に良好な余盛を
形成するために独特の技術を開発する必要があ
る。
従来の鋼管のガス圧接方法を第１図を例にして
説明すると、図示するように接合すべき鋼管１，
２を本体３に固着した固定側クランプ４および本
体３の軸方向に油圧シリンダー６にて摺動可能に
した移動側クランプ５によつてそれぞれクランプ
し、リングバーナ７で接合部８を加熱し、適正時
期に油圧シリンダー６で加圧し圧接する。この時
加熱用ガスは図示されていないガス源よりホース
９，１０を経由し、制御箱１２内の混合器で一定
比率に混合された後、ホース１３内を通過しリン
グバーナ７に至る。その後リングバーナ内周面
に、ほゞ規則的なピツチに設けられた火口１４よ
り噴出燃焼し、その温度で接合部８を加熱する。
１１は冷却水用ホースである。
この時鋼管１，２は第１図のように移動側クラ
ンプ５と固定側クランプ４により保持され、その
中間の接合部８が加熱されるが、その熱により膨
張する。もしこの熱膨張分を逃がさないで保持し
ていると、アプセツト前から連続的に接合部に圧
力が加わるため接合部が外面側に逃げた、いわゆ
るフレア状になる。いつたんフレアが発生すると
その後いくらアプセツトを加えても、ますますフ
レアがひどくなるだけ接合部に圧力を加えること
ができず良好な圧接継手が得られない。
このため従来は加熱前に油圧をかけ接合部のギ
ヤツプをなくした後、加熱と同時に油圧をリリー
スし、その熱膨張代を自由に取れるようにしてい
るが、油圧をリリースしている期間中に鋼管軸方
向に外力等が加わると接合部に再びギヤツプが生
じるという問題がある。一方、油圧シリンダのス
トロークをアプセツト量と等しくなるようにし、
熱膨張代を逃さないで圧接するような簡易装置も
考えられている。この装置は比較的小径の鋼管に
適用するものであるため、熱膨張の影響はそれ程
考慮するには及ばないのでそのまゝ使用されてい
るが、やはりフレアが多少発生するのは避けられ
ない。
しかして鋼管のガス圧接では、通常ガス流量は
鋼管の寸法に応じて事前に決定されており、現場
ではそれに従つて流量を設定し加熱圧接するもの
である。従つて加熱時間は各鋼管サイズ毎にほゞ
一定している。そのため熱膨張代も各鋼管サイズ
毎に一定している。
本発明はこの点を利用したものであつて、その
要旨とする所は、鋼管をガス圧接する装置におい
て移動側クランプとアプセツト用油圧シリンダの
間に加熱による鋼管の熱膨張代を吸収する手段を
設けたことを特徴とするガス圧接装置にあり、か
かる機構とすることにより、ある程度の外力に耐
えると共に、フレアーを発生させないものであ
る。
以下に本発明を図面に基いて詳述する。第２図
は本発明装置における熱膨張代を吸収するための
手段の一態様を示すものである。図において５は
接合する片側の鋼材をクランプしクランプ本体２
２に沿つて移動する移動側クランプである。６は
アプセツトするための油圧シリンダで、２１はそ
のロツドである。この油圧シリンダ６のストロー
クはアプセツト量と一致するように調整されてい
る。２４は油圧シリンダ６を本体２２に取付ける
ためのナツトである。移動側クランプ５の後部に
はスプリング２５および当板２６を取付けるため
の座２８が設けられている。当板２６はその座２
８に対して熱膨張代に相当する距離ｌだけ隙間を
あけて、スプリング２５にて予圧がかけられてい
る。２７は当板２６の抜け止めリングである。予
圧の大きさは、これによりアプセツト前に接合部
がフレアー状にならない程度以下とする。
例えばSGP100A（断面積1552mm2）の場合標準ア
プセツト圧は２Kg／mm2故、アプセツト力は1552×
２≒3100Kgとなり、予圧力は1000Kg程度が良い
（圧力0.7Kg／mm2）。そうすると常に1000Kgの力で
移動側クランプを押し止めるため、それ以下の外
力には耐えることが出来、接合部にギヤツプが生
じない。
次に第２図に示した熱膨張吸収手段の作動機構
について第１図を参照しながら説明する。接合す
べき鋼管１，２を移動側クランプ５および固定側
クランプ４に固定する。次にナツト２４を回して
油圧シリンダ６を前進せしめ、当板２６に突き当
てて停止させる。しかるのち、通常の手段を用い
てガス圧接を行うと、加熱により移動側クランプ
５〜固定側クランプ４間の鋼管１，２が膨張す
る。その膨張により当板２６と座２８間の距離ｌ
が狭まり終には０になる。一方その時接合部８の
加熱は終了している。そこで油圧を作動し、油圧
シリンダ６を働かせ、そのロツドをストローク一
杯働かし、圧接を終了する。
以上は油圧シリンダ６のストロークをアプセツ
ト量と等しくした場合であるが、ストロークを大
きくし移動側クランプ５の移動量をポテンシヨメ
ータで検出し、油圧シリンダ６の油圧を制御して
も良い。第３図はその制御機構の一態様を示した
ものである。
第３図に示すように油圧シリンダ６に油圧をか
けるための油圧ユニツト２９の一部に電磁弁３１
で切替えられるリリーフ弁３０を設け、その設定
圧をアプセツトをする時の圧力の1/3程度前後と
する。また油圧ユニツト２９内にもリリーフ弁３
６を設け、その作動圧を鋼管をアプセツトするた
めに発生すべき圧力とする。３７のリリーフ弁は
油圧ユニツト２９を異常高圧から保護するための
ものである。例えばSGP100A（断面積1552mm2）を
ボア断面積10cm2の油圧シリンダでアプセツトする
時、アプセツト圧を２Kg／mm2とするとリリーフ弁
３６は310Kg／cm2、リリーフ弁３０は103Kg／cm2、
リリーフ弁３７は710Kg／cm2（油圧ユニツト２９
の最高吐出圧力700Kg／cm2）に設定すればよい。
そして接合部８がリングバーナ７で加熱されてい
る時は電磁弁３１を図の状態にし、油圧ユニツト
２９の圧力をリリーフ弁３０の圧力とする。鋼管
１，２が熱膨張すると、油圧シリンダ６のロツド
が押しもどされる。そのため油圧ユニツト２９の
圧力は上昇しようとするが、リリーフ弁３０が作
業し油圧は常にその設定値（103Kg／mm2）に保た
れる。この圧力が低いため接合部８にはフレアは
生じない。そして接合部８が圧接するに十分なほ
ど加熱された後電磁弁３１を切り替えると、油圧
ユニツト２９の圧力はリリーフ弁３６の設定圧と
等しくなり、接合部にアプセツトが加わり良好な
接合が行われる。
なお同図で３４はモーター、３２は低圧発生用
油圧ポンプ、３３は高圧発生用油圧ポンプで、低
圧から高圧への切替えはポンプ内で自動的に行わ
れる。低圧ポンプ３２と高圧ポンプ３３各１台使
用される理由は、低圧側では大吐出量ポンプを使
い、高圧側では小吐出量ポンプを使い作業を能率
的に且つ安全に行うためである。
次に実施例により本発明の効果をさらに具体的
に示す。
実施例
供試鋼管：SGP20A（外径Ｄ＝27.2mm×肉厚ｔ＝
2.8mm）
リングバーナ：火口数20個、火口径0.65mm
使用ガス流量：C2H211Nl／minO22倍炎相当量
アプセツト：アプセツト圧力２Kg／mm2、アプセツ
ト距離２mm、
アプセツトタイミング：外面接合部が溶融した時
加熱時間：35sec
圧接装置(A)：本発明装置、熱膨張代吸収機構付
（熱膨張代1.5mm、予圧力0.7Kg／mm2）
(B)：従来装置、熱膨張代吸収機構なし
上記条計および装置でSGP20Aをガス圧接した
時の継手形状を第４図Ａ，Ｂに示すと共に各部の
寸法を第１表に示す。なおこれら(A)(B)は上記圧接
装置の(A)(B)と対応するものである。
The present invention relates to an improvement of a gas pressure welding device for steel pipes. Gas pressure welding of steel pipes is a method in which the joint is heated with a burner, and when the temperature reaches the appropriate temperature, an upset is added and the joint is performed. The technology of gas pressure welding of reinforcing bars, rails, etc. has been established for a long time, but in recent years, the technology of gas pressure welding of steel pipes has also been developed. However, since steel pipes are hollow, it is necessary to develop unique techniques to form good reinforcement on the inner and outer surfaces of the joint. To explain the conventional gas pressure welding method of steel pipes using FIG. 1 as an example, as shown in the figure, the steel pipes 1,
2 is clamped by a fixed clamp 4 fixed to the main body 3 and a movable clamp 5 slidable in the axial direction of the main body 3 by a hydraulic cylinder 6, and the joint 8 is heated by a ring burner 7. Pressure is applied by the hydraulic cylinder 6 at an appropriate time to make pressure contact. At this time, the heating gas is passed from a gas source (not shown) through hoses 9 and 10, mixed at a constant ratio in a mixer in control box 12, and then passed through hose 13 to reach ring burner 7. Thereafter, combustion is ejected from the craters 14 provided at substantially regular pitches on the inner circumferential surface of the ring burner, and the joint portion 8 is heated at that temperature.
11 is a cooling water hose. At this time, the steel pipes 1 and 2 are held by the movable clamp 5 and the stationary clamp 4 as shown in FIG. 1, and the intermediate joint 8 is heated and expands due to the heat. If this thermal expansion is not allowed to escape, pressure will be continuously applied to the joint from before the upset, causing the joint to escape outward, resulting in a so-called flare shape. Once flare occurs, no matter how much upsetting is applied thereafter, the flare becomes worse and pressure cannot be applied to the joint, making it impossible to obtain a good pressure weld joint. For this reason, conventionally, hydraulic pressure is applied before heating to eliminate the gap in the joint, and then the hydraulic pressure is released at the same time as heating, so that the thermal expansion allowance can be freely taken, but during the period when the hydraulic pressure is released, There is a problem in that when an external force is applied in the axial direction of the steel pipe, a gap occurs again at the joint. On the other hand, make the stroke of the hydraulic cylinder equal to the upset amount,
A simple device that allows pressure welding without losing thermal expansion allowance is also being considered. Since this device is applied to relatively small-diameter steel pipes, the effects of thermal expansion cannot be taken into consideration so it is used as is, but it is inevitable that some flare will occur. However, in gas pressure welding of steel pipes, the gas flow rate is usually determined in advance according to the dimensions of the steel pipe, and the flow rate is set accordingly at the site and heat pressure welding is performed. Therefore, the heating time is approximately constant for each steel pipe size. Therefore, the thermal expansion allowance is also constant for each steel pipe size. The present invention takes advantage of this point, and its gist is to provide means for absorbing the thermal expansion allowance of the steel pipe due to heating between the movable clamp and the upset hydraulic cylinder in a device for welding steel pipes together by gas pressure. The gas pressure welding device is characterized by having such a mechanism, and with this mechanism, it can withstand a certain amount of external force and does not cause flare. The present invention will be explained in detail below based on the drawings. FIG. 2 shows one embodiment of the means for absorbing the thermal expansion allowance in the apparatus of the present invention. In the figure, 5 is the clamp body 2 that clamps the steel material on one side to be joined.
This is a movable clamp that moves along 2. 6 is a hydraulic cylinder for upsetting, and 21 is its rod. The stroke of this hydraulic cylinder 6 is adjusted to match the upset amount. 24 is a nut for attaching the hydraulic cylinder 6 to the main body 22. A seat 28 is provided at the rear of the movable clamp 5 to which a spring 25 and a contact plate 26 are attached. The plate 26 is the seat 2
8, a preload is applied by a spring 25 with a gap 1 corresponding to the thermal expansion allowance. 27 is a retaining ring for the contact plate 26. The magnitude of the preload should be at a level that will prevent the joint from flaring before upsetting. For example, in the case of SGP100A (cross-sectional area 1552mm 2 ), the standard upset pressure is 2Kg/mm 2 , so the upset force is 1552×
2≒3100Kg, and the preload force should be around 1000Kg (pressure 0.7Kg/mm 2 ). This way, the movable clamp is always held down with a force of 1000 kg, so it can withstand external forces less than that, and no gaps will occur at the joint. Next, the operating mechanism of the thermal expansion absorbing means shown in FIG. 2 will be explained with reference to FIG. 1. Steel pipes 1 and 2 to be joined are fixed to a movable clamp 5 and a fixed clamp 4. Next, the nut 24 is turned to advance the hydraulic cylinder 6, and the hydraulic cylinder 6 is brought into contact with the contact plate 26 and stopped. Thereafter, when gas pressure welding is performed using normal means, the steel pipes 1 and 2 between the movable side clamp 5 and the stationary side clamp 4 expand due to heating. Due to the expansion, the distance l between the contact plate 26 and the seat 28
narrows and eventually reaches 0. On the other hand, at that time, heating of the joint portion 8 has ended. Then, the hydraulic pressure is activated, the hydraulic cylinder 6 is operated, the rod is moved to its full stroke, and the pressure welding is completed. The above is a case in which the stroke of the hydraulic cylinder 6 is made equal to the upset amount, but the stroke may be increased and the amount of movement of the movable clamp 5 is detected by a potentiometer to control the oil pressure of the hydraulic cylinder 6. FIG. 3 shows one aspect of the control mechanism. As shown in FIG. 3, a solenoid valve 31 is installed in a part of the hydraulic unit 29 for applying hydraulic pressure to the hydraulic cylinder 6.
A relief valve 30 that can be switched is provided, and its set pressure is set to about 1/3 of the pressure at the time of upset. Also, there is a relief valve 3 in the hydraulic unit 29.
6 is provided, and its operating pressure is the pressure that must be generated to upset the steel pipe. The relief valve 37 is for protecting the hydraulic unit 29 from abnormally high pressure. For example, when SGP100A (cross-sectional area 1552 mm 2 ) is upset with a hydraulic cylinder with a bore cross-sectional area of 10 cm 2 and the upset pressure is 2 Kg/mm 2 , the pressure of the relief valve 36 is 310 Kg/cm 2 , the pressure of the relief valve 30 is 103 Kg/cm 2 ,
Relief valve 37 is 710Kg/cm 2 (hydraulic unit 29
It is sufficient to set the maximum discharge pressure to 700Kg/cm 2 ).
When the joint 8 is being heated by the ring burner 7, the solenoid valve 31 is set to the state shown in the figure, and the pressure of the hydraulic unit 29 is set to the pressure of the relief valve 30. When the steel pipes 1 and 2 thermally expand, the rod of the hydraulic cylinder 6 is pushed back. Therefore, the pressure in the hydraulic unit 29 tends to rise, but the relief valve 30 operates and the oil pressure is always maintained at its set value (103 kg/mm 2 ). Since this pressure is low, no flare occurs in the joint 8. Then, when the solenoid valve 31 is switched after the joint 8 is heated enough to be pressed, the pressure in the hydraulic unit 29 becomes equal to the set pressure of the relief valve 36, and the joint is upset and a good joint is achieved. . In the figure, 34 is a motor, 32 is a hydraulic pump for generating low pressure, and 33 is a hydraulic pump for generating high pressure, and switching from low pressure to high pressure is automatically performed within the pump. The reason why one low pressure pump 32 and one high pressure pump 33 are used is to use a large discharge pump on the low pressure side and a small discharge pump on the high pressure side to perform work efficiently and safely. Next, the effects of the present invention will be illustrated more specifically by Examples. Example steel pipe: SGP20A (outer diameter D = 27.2 mm x wall thickness t =
2.8mm) Ring burner: 20 nozzles, nozzle diameter 0.65mm Gas flow rate: C 2 H 2 11Nl/minO 2 double flame equivalent amount Upset: Upset pressure 2Kg/mm 2 , Upset distance 2mm, Upset timing: External surface Heating time when the joint is melted: 35 seconds Pressure welding device (A): Device of the present invention, with thermal expansion allowance absorption mechanism (thermal expansion allowance 1.5 mm, preload force 0.7 Kg/mm 2 ) (B): Conventional device, thermal expansion Without compensation absorption mechanism Figure 4 A and B show the joint shape when SGP20A is brought into gas pressure contact with the above gauge and device, and the dimensions of each part are shown in Table 1. Note that these (A) and (B) correspond to (A) and (B) of the pressure welding device described above.
【表】
このように(A)の圧接装置による継手形状はフレ
アを発生することなく鋼管を良好にガス圧接する
ことができた。[Table] As described above, the joint shape using the pressure welding device (A) was able to successfully weld steel pipes with gas without flaring.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第１図は鋼管のガス圧接装置の斜視図、第２図
は本発明における熱膨張代吸収手段の一態様を示
す模式図、第３図は本発明における油圧制御機構
の一態様を示す油圧ユニツト図、また第４図はガ
ス圧接による継手形状を模式的に示した図であ
る。
１，２：鋼管、３：本体、４：固定側クラン
プ、５：移動側クランプ、６：油圧シリンダ、
７：リングバーナ、８：接合部、９，１０：ホー
ス、１１：冷却水用ホース、１２：制御箱、１
３：ホース、１４：火口、２１：シリンダロツ
ド、２２：クランプ本体、２４：ナツト、２５：
スプリング、２６：当板、２７：抜け止めリン
グ、２８：座、２９：油圧ユニツト、３０，３
７：リリーフ弁、３１：電磁弁、３２：低圧ポン
プ、３３：高圧ポンプ、３４：モータ、３５：油
圧ユニツト保護用リリーフ弁、３６：アプセツト
圧設定用リリーフ弁、ｄ：継手部外径、h1，h2：
余盛高さ、b1，b2：余盛巾。
Fig. 1 is a perspective view of a gas pressure welding device for steel pipes, Fig. 2 is a schematic diagram showing one embodiment of the thermal expansion allowance absorbing means in the present invention, and Fig. 3 is a hydraulic unit showing one embodiment of the hydraulic control mechanism in the present invention. FIG. 4 is a diagram schematically showing the shape of a joint formed by gas pressure welding. 1, 2: Steel pipe, 3: Main body, 4: Fixed side clamp, 5: Moving side clamp, 6: Hydraulic cylinder,
7: Ring burner, 8: Joint, 9, 10: Hose, 11: Cooling water hose, 12: Control box, 1
3: Hose, 14: Crater, 21: Cylinder rod, 22: Clamp body, 24: Nut, 25:
Spring, 26: Contact plate, 27: Retainer ring, 28: Seat, 29: Hydraulic unit, 30,3
7: Relief valve, 31: Solenoid valve, 32: Low pressure pump, 33: High pressure pump, 34: Motor, 35: Relief valve for protecting hydraulic unit, 36: Relief valve for setting pressure, d: Outer diameter of joint, h 1 , h2 :
Remaining height, b 1 , b 2 : Remaining width.