サニタリー管溶接継手の自動溶接化への取り組み

技術・製品の紹介
サニタリー管溶接継手の自動溶接化への取り組み
１．はじめに
３．自動溶接機の改良と溶接適用範囲
ファインケミカル分野のサニタリー配管は，定期的な洗
３．１ 自動溶接機の改良
浄を行うために,分解,洗浄および組立が容易にできるよ
溶接継手の組み合わせは，パイプ同士，パイプと継手お
うに管端にフェルール継手というフランジを使用してい
よび継手同士である．今回の改良は,連続する継手同士の
る.また，配管分岐部は,液よどみを防ぐために許容分岐長
溶接を目的とした.これは複数の継手が連続する組み合わ
さ（デッド・レグ）を 6D 以内（主配管の中心軸から分岐
せが多く,現状の溶接ヘッドの形状では溶接が適用できな
配管内径 D の 6 倍以内の長さ）に抑えている .このよう
いからである．改良ポイントは溶接ヘッドの厚みと幅の最
に,サニタリー配管は継手と直管接合部の直管長さが短い
小化およびクランパ,タングステン電極ホルダおよびシー
という特徴がある.そのため，現在,市場にある自動溶接機
ル板の形状検討である.
では,ある程度の直管長さを必要とするため,継手形状に
(1) 溶接ヘッド
１）
よっては溶接の困難な箇所が生じている．
当社では，この溶接の困難な箇所の溶接施工については，
難易度の高い手溶接および既製品の購入により対応して
きた．しかし，この対応方法には問題点があり，手溶接に
溶接ヘッドの厚み，横幅を小さく加工した.
(2)溶接クランパ
3 種類のクランパを製作した.
(3)タングステン電極ホルダ
よる施工は，自動溶接のような裏波ビードの再現性が低く，
3 種類の電極ホルダを製作し，角度および位置をそれぞ
平滑な裏波ビードの形成は難しい．また，既製品の購入は
れ変更できるものとした.
コストアップにつながる．
今回，この問題点を解決するにあたって,全ての継手の
自動溶接化を目的とし ,自動溶接ヘッド（以下，溶接ヘッ
(4)シール板
ローネックティー＋フェルールの溶接の際に使用する
特殊なシール板を製作した.
ドという）等をメーカーと検討し改良を行い，JOB への
早期適用を図った.以下に，その概要を紹介する.
２．自動溶接機の選定とその概要
自動溶接機は,当社の所有する半導体関連建設工事にて
おもに配管サイズ 15A∼150A の溶接を行うアストロアー
ク，アストロポリスードおよびチューブサイズ 1/8” ∼
3/4”とパイプサイズ 15A∼50A の溶接を行うケージョン,
社外リースであるパイプエース（日立ビアメカニクス製）
ａ.全体図
図１
の 4 機種より選定した.当社所有の 3 機種は適用予定の配
ｂ.溶接ヘッド
パイプエース構成
管サイズと合わないものがあったり,海外メーカーとの調
整に時間がかかりすぎる等の理由により対象から外し,パ
イプエースを改良することとした．
ヘッド
ハウジング
タングステン
電極ホルダ
パイプエースは，固定管自動ティグ溶接機であり，溶接
シール板
電源と溶接ヘッドにより構成され,溶接電源にて溶接条件
を制御し，溶接ヘッドにて溶接を行う（図１）.開先をヘッ
ドハウジングで覆い，その中にシールドガスを流してその
雰囲気中でリングギアに取り付けられたタングステン電
極を開先に沿って回転させ溶接する．溶接ヘッドの構造を
図２に示す．溶接方法はティグ溶接であるが,溶加材を使
リングギア
クランパ
用しないノンフィラー溶接を行うため，開先形状は I 形開
先で,ルートギャップは 0 である.
38・サニタリー管溶接継手の自動溶接化への取り組み
図２
溶接ヘッド構造
TAKADA TECHNICAL REPORT
Vol.14
2004
３．２ 溶接適用範囲
分が長いため,表１中のｄ②が溶接不可能な組み合わせで
ローネックティー＋フェルールやティー同士等，約 40
あるように複数の継手が連続する形状では,溶接が適用で
種類の組み合わせについて検討および溶接実験を行った．
きなくなる．また,今回検討していない組み合わせが発生
各組み合わせの溶接可能箇所の一例を，表１に示す．
した場合は設計段階で溶接可否の検討が必要である．
配管サイズが 1.5S 以下のものはフェルールのつばの部
今回の改良により,一部を除きフェルール継手との組み
合わせの溶接が可能となった.また,もっとも困難であっ
表１ 溶接可能箇所一例
組み合わせ
ａ
ｂ
（●：溶接可）
ｃ
ｄ
①
②
①
8A
10A
15A
1S
1.5S
2S
2.5S
3S
3.5S
4S
10A*8A
15A*8A
15A*10A
25A*8A
25A*10A
25A*15A
40A*25A
50A*25A
50A*40A
65A*40A
65A*50A
80A*50A
80A*65A
100A*50A
100A*65A
100A*80A
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1Sの①以外可能
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図３に溶接可能になった継手の組み合わせ例を示す.
①
②
配管サイズ
たローネックティー＋フェルールも溶接可能になった .
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①以外可能
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①以外可能
①②以外可能
①以外可能
①②以外可能
①②以外可能
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①以外可能
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①以外可能
1Sの①②以外可能 1Sの①②以外可能
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①以外可能
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①以外可能
４．成果と課題
改良後に行った医薬関連工事の施工では,図４に示すよ
うに手溶接と比較して溶接ビードが平滑で,最低限のビー
ド幅を均一にでき,溶接入熱を低く抑えられるため,溶接
ひずみも少ない.また,溶接の再現性も高く,溶接による焼
けもないなど品質面で大きな成果を上げることができた.
しかし,全ての継手の自動溶接化を目的とし改良を進め
たが,いくつかの組み合わせについては適用不可が判明し
た．また，下記の項目についても今後の課題となった．
(1)形状によって溶接クランパおよびタングステン電極
ホルダの交換に要する準備時間の増加．
(2)バックシールドジグの入れ替えおよび置換に要する
時間の増加．
(3)2 次，3 次プレハブ時に発生にする組み立て手順の制限
と時間の増加．
これらについては，今後，施工方法を改善し,バックシー
ルドガスの効率的な置換方法の検討などの対策が必要で
ある．
ａ．ローネックティー
ｂ．ティーとレジューサー
５．おわりに
今まで,半導体関連の建設工事を中心に適用したアスト
ロアーク,アストロポリスードおよびケージョン,核燃料
再処理施設にて適用したチューブウエルダーならびにス
テンレスライニング溶接に適用した当社開発の自動溶接
機「ＴＡ-１」などにより品質の高い自動溶接を行ってき
た.今回の改良により,ファインケミカル分野でもパイプ
ｃ．レジューサーとフェルール ｄ．エルボとフェルール
図３
溶接可能になった溶接継手一例
エースによる自動溶接適用範囲の拡大により,当社の自動
溶接化が一段と進み,品質向上につながった.今後は,施工
方法の改善や諸問題の解決を行い,更なる品質向上と作業
手溶接ビード幅（５㎜）
の効率化を目指す所存である.
高嶋
浩樹（メンテナンスサービスセンター）
参考文献
自動溶接ビード幅（３㎜）
1)西野：高田技報,バリデーション｢新しい概念と手法｣の
紹介（3）pp.56-59（1992）
図４
手溶接と自動溶接の溶接ビード幅比較
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