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発明の名称 配管溶接継手
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平11−90676
公開日 平成11年(1999)4月6日
出願番号 特願平9−251613
出願日 平成9年(1997)9月17日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 実 (外1名)
発明者 菊地 勝実
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 配管の突き合わせ溶接継手であって、一方の配管の内面側に縦断面で先端が四角形状の突起部を有しており、他方の配管の内面側には前記突起部と嵌合する凹み部があり、前記突起部と前記凹み部の配管外面側に溶接金属が肉盛りされる開先部があり、前記突起部と前記凹み部の配管半径方向の面は内面より長さTの範囲で互いに対向し、内面よりtの範囲で接触し残りT−tの範囲はスキマを有しており、前記突起部と前記凹み部の配管軸方向の曲面が接触することにより一方の配管内面と他方の配管内面は同一曲面となることを特徴とする配管溶接継手。
【請求項2】 前記Tは3mm程度とし、前記tは0.2〜0.4mmであることを特徴とする請求項1記載の配管溶接継手。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、継手位置の内面が滑らかな配管溶接継手に関する。
【0002】
【従来の技術】加圧流動層ボイラでは、外部から供給された石炭をボイラ本体内の流動層内で燃焼させ、その排ガスをサイクロンに送り、サイクロンで灰やベッド材を除去し、排ガスはガスタービンに送り、除去した灰やベッド材は再びボイラへ送り流動層を形成させる。このような灰やベッド材を含むガスは高温であり、流速も大きく、例えば20m/sもの速度になる。これらの搬送は配管で行われる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】排ガスに含まれる灰やベッド材は配管内面を摩耗させる作用が大きい。特に継手部は内面に溶着金属が隆起している場合、流れの乱れによる摩耗が大きい。図2はこのような配管の継手を示す。一方の配管1と他方の配管2とを配管内側で数mm間隔を設けてセットし溶接する。配管の継手の溶接は通常外面のみから行われるので、配管内面に溶接欠陥が生じないよう、配管内面より溶着金属5が盛り上がるようにする。これを裏波と言っている。しかしこのような突起があると流れが乱れ摩耗が大きくなる。
【0004】このため図3〜5に示すような重ね継手が用いられている。、図3は接合リング3を用いる場合を示し、接合リング3と各配管1,2との間にスキマを設け溶着金属5による収縮を吸収するようにしている。この場合スキマは2ケ所に設けられる。図4は重ねリング4を用いた場合で、スキマは1ケ所である。図5は重ねリング4を用い配管1,2の突き合わせに段付部6を設けたものである。この場合もスキマは1ケ所となる。図3〜5に示す継手は配管内面は突起や段差はなく滑らかである。スキマは1mm以内であれば摩耗に対して問題ない。しかしこれらの継手ではスキマを管理して溶接することが困難である。また接合リング3や重ねリングは配管外面より突出しているため、これらの外側面と配管1,2の内面側との温度差が大きく、これによる伸びの差により溶接部(溶着金属5)にクラックを生ずる。特にオーステナイトステンレス鋼においては、伸びの差が大きく、応力緩和も小さいため、これにより発生する熱応力が大きく、このためクリープ損傷が大きい。また低温ではSCC(応力腐食割れ)が問題となる。
【0005】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、熱応力の発生が少なく、内面に突起、段差およびスキマのない配管溶接継手を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項1の発明では、配管の突き合わせ溶接継手であって、一方の配管の内面側に縦断面で先端が四角形状の突起部を有しており、他方の配管の内面側には前記突起部と嵌合する凹み部があり、前記突起部と前記凹み部の配管外面側に溶接金属が肉盛りされる開先部があり、前記突起部と前記凹み部の配管半径方向の面は内面より長さTの範囲で互いに対向し、内面よりtの範囲で接触し残りT−tの範囲はスキマを有しており、前記突起部と前記凹み部の配管軸方向の曲面が接触することにより一方の配管内面と他方の配管内面は同一曲面となる。
【0007】継手部は、配管半径方向には、突起部の外面と凹み部の内面で接触し両配管の内面が同一面になり、配管軸方向には、突起部の内面よりtの範囲が接触し、残りのT−tの範囲はスキマのある状態で、開先部に溶着金属が肉盛りされる。溶接時の収縮によりtの範囲の接触部は圧縮され降伏して収縮力を吸収する。このtの値を小さくしておけば、この圧縮による残留応力の範囲は局部的に限定され、かつ圧縮力なので亀裂が発生することはない。これにより溶接継手は内面は同一面で段差などなくかつスキマもない形状となる。残留応力としては、応力腐食割れにはむしろ望ましい圧縮応力がtの範囲に局部的に残っているだけであり、図3〜5に示したような接合リングや重ねリングを使用しないため配管内面と外面の温度差は大きくならずこの温度差による熱応力も大きくならない。また配管内面は滑らかなので、継手部で摩耗が多く発生することはない。
【0008】請求項2の発明では、前記Tは3mm程度とし、前記tは0.2〜0.4mmである。
【0009】tを0.2〜0.4mmとすることにより、溶接収縮により圧縮降伏して収縮を吸収し易くするとともに、圧縮応力の発生する範囲を限定することができる。また、突起部と凹み部の形状はこれを合わせることにより開先形状を決定し、継手内面を同一面にする働きがあるので、これらの形状を表すTの大きさを適切な寸法とする必要があり、3mm程度が望ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図1は本実施形態の配管溶接継手を示す縦断面図である。配管溶接継手は一方の配管1の端部と、他方の配管2の端部を突き合わせることにより形成され、開先部10に溶着金属5を肉盛りすることにより完成する。一方の配管1の内面側先端には、縦断面で先端が四角状の突起部7が設けられている。突起部7は突起部外面7aと突起部内面7bと突起部前面7cを有する中空円筒状をなしている。他方の配管2の内面側先端には凹み部8が設けられており、凹み部8は凹み部内面8aと、凹み部接触面8b、凹み部スキマ部8cよりなり、突起部外面7aと凹み部内面8aが接触し、突起部前面7cと凹み部接触面8bが接触して嵌合するように構成され、これにより両配管1,2の内面は同一曲面となる。配管内面より凹み部内面8aまでの長さをTとし、配管内面より凹み部接触面8bの外端までをtとする。Tは3mm程度、tは0.2〜0.4mm程度とする。
【0011】一方の配管1の突起部7の外側形状と、他方の配管2の凹み部8の外側形状は、突起部7を凹み部8に嵌合すると開先部10を形成し、突起部前面7cと凹み部接触面8bを接触させるとスキマ9を形成する形状となっている。開先形状を決める各配管1,2の端部の傾斜は図に示すように半径方向に対して30°となっており、寸法Lは配管の板厚にもよるが、3mm程度が望ましい。なお開先部10の周囲の破線は溶着金属5が母材の配管1,2に溶け込む範囲を示している。
【0012】次にこの配管継手の溶接について説明する。他方の配管2の凹み部8へ一方の配管1の突起部7を嵌合させると、図1に示すように凹み部内面8aに突起部外面7aが接触し、凹み部接触面8bに突起部前面7cが接触する。これにより両配管1,2の内面は同一面となり、突起部前面7cと凹み部スキマ部8cの間にはスキマ9ができる。この状態で開先部10に溶着金属5を肉盛りする。溶接による収縮で半径方向の溶着金属5の収縮は開先部10の外面は自由に収縮するので、配管1,2には何ら影響を与えないが、配管軸方向の収縮により両配管1,2は引き付けられる。この収縮力により凹み部接触面8bは突起部前面7cに押圧され、接触面積が小さいため容易に降伏してこの圧縮力を吸収する。降伏してもスキマ9は確保される寸法となっている。容易に降伏するようにするため、tの大きさは0.2〜0.4mmとなっている。またTの寸法は3mm程度とし、スキマ9を確保し突起部7と凹み部8とを嵌合し易すくしている。
【0013】これにより溶接が終わった状態では両配管1,2の内面では、同一面となりかつ凹み部接触面8bと突起部前面7cとは押付あって密着している。また圧縮降伏による残留応力の分布範囲は凹み部接触面8bの近傍である。この圧縮力は応力腐食割れを起し難くする働きを有する。
【0014】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明の配管溶接継手は、以下の効果を奏する■ 突起部と凹み部を設け両者を嵌合することにより継手内面が同一面となり、開先合わせ作業が容易になるとともに段差のない同一内面の継手が得られる。
■ 配管軸方向には微小な接触面で接触し溶接収縮により圧縮降伏して溶接収縮を吸収するので、残留応力は接触面近傍に限定される。この圧縮残留応力は応力腐食割れを防止するのに有効である。
■ 従来の図3〜5に示すような配管外面より突出している接合用のリングを使用しないので、継手位置における配管内面と外面の温度差は少くなり熱応力が少くなり、熱応力によるクリープ損傷を少くすることができる。
■ 継手の内面は同一面で段差はなくかつ間隙もなく密着しているので、継手位置で摩耗が多くなることはない。
■ 本継手は図3〜5に示すような接合用のリングを使用しないので、コストも逓減する。




 

 


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