JPH03207575A - 二重管の周継手溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、腐食性物質を含有する石油や天然ガスを輸送
するラインパイプ、あるいは化学工業における配管等に
二重管を使用する際の、二重管同士の周継手溶接法に関
するものである。

〔従来の技術〕

高価な耐食合金の使用量を節減し、かつ強度を高めた耐
食二重管が、ラインバイブや化学工業等における配管等
に使用され、最近まずまず使用分野が拡がっている。

一重管には、異なる成分の金属材料が接合されたクラッ
ド管と、内管と外管が熱拡管方式等により嵌合された管
があり、いずれも、内外両材料の特性を併せ持つ複合特
性材料としての効果が発揮される。しかし、二重管の敷
設や配管に際しては、長さの限られた二重管同士を周継
手溶接する必要があり、従来はこの溶接に問題があった
。

従来の二重管の周継手溶接方法としては、例えば外管が
炭素鋼材料で、内管がオーステナイト系ステンレス鋼お
よびインコネル系高合金などの耐食性材料から或る場合
、第４図に示す様に、高価な耐食性溶接材料を用いて管
の全厚み部を継手溶接する方法、あるいは第５図に示す
様に内管部のみを耐食性溶接材料を用いて溶接した後、
純鉄あるいはニッケル等で溶接して中間層を形成し、つ
いで炭素鋼溶接材料を用いて最終層まで溶接する方法、
さらには第６図に示す様に、先ず外管部を炭素鋼溶接材
料を用いて管外面より溶接した後、次に管内面より内管
部を耐食性溶接材料を用いて溶接する方法が知られてい
る。また、例えば内管がチタンで、外管が炭素鋼という
様に、融点が大きく異なる材料を組み合わせた二重管の
場合、これら異種金属の溶融溶接は困難であり、有効な
継手法は従来知られていない。

〔発明が解決しようとする課題］ 二重管の従来の周継手溶接法において、耐食性材料のみ
を用いて溶接する方法は、一般に被覆ア一ク溶接では溶
接棒の作業性が悪く、ＧＴＡＷ法（Ｔ　Ｉ　Ｇ溶接）で
は熔着速度が小さいため、施工能率が炭素鋼管の場合に
比較して低い。また、溶接材料コス１−が高い上、外管
が高強度材料からなる場合は、継手強度が不足するとい
う問題がある。

中間層を純鉄あるいはニッケルで溶接する方法では、継
手強度の向上が図れる一方、耐食性材料層からの成分希
釈のため中間層あるいは次層に硬化部が形成され、割れ
が発生する危険性が大きい。

管内面から耐食性材料を用いて溶接する方法においては
、外管の炭素鋼からの成分希釈のため、耐食性を確保す
るためには２ないし３層に耐食性材料を積層溶接する必
要があり、パイプの敷設施工などの場合には能率が悪い
。さらに以上の方法では、継手溶接部内面およびその近
傍が多層溶接による多重熱サイクルを受けるために、当
該部表面の酸化による耐食性劣化の問題があり、これを
防ぐためには高価なＡｒガス等による長時間のハンクシ
ールド施工が必要であった。

また、二重管の場合、インコ不ル系の耐食性材料による
裏波溶接は容易ではなく、さらに内管材料と外管材料の
融合による或分希釈を避ける理由から、現地での開先の
整合は特に重要であり、オフセットやギャップの厳しい
管理が求められるため、能率が悪いという問題があった
。

さらに、Ｘ線等による継手溶接部の非破壊検査について
は、検出された欠陥が内管側と外管側のいずれの溶接部
にあるかを判別することは容易ではなかった。

本発明は、二重管同士のＩ’？ｉｌ継手溶接において、
安価な溶接材料コストで作業能率の良い溶接を行い、し
かも熔接部にも二重管本来の高強度、高耐食特性を維持
させることを第一の目的とする。また、本発明の第二の
目的は、例えば内管がチタンで外管が炭素鋼という様に
、融点が大きく異なる材料を組み合わせた二重管の継手
法を提供することである。第三の目的は、現地継手溶接
時の開先合わせ作業が容易な、整合性能の高い二重管を
供給することである。最後に、継手溶接部の欠陥位置を
容易に判別可能にすることを第四の目的とす〔課題を解
決するための手段，作用〕 本発明の要旨とするところは下記のとおりである。

（１）互いに異なる成分の金属祠料からなる外管と内管
とで構成された二重管同士を周継手溶接するに際し、一
方の二重管の管端部は内管を除去するとともに外管と内
管の間に間隙を形成し、他方の二重管の管端部は外管を
除去するとともに外管と内管の間に間隙を形成し、しか
る後、外管同士および内管同士を突合せて、それぞれを
溶接することを特徴とする二重管の周継手溶接法。

（２）互いに異なる成分の金属材料からなる外管と内管
とが嵌合された二重管同士を周継手溶接するに際し、一
方の二重管は管端部の内管を除去し、他方の二重管は管
端部の外管を除去して内管を露出させ、露出した内管を
圧縮して径を縮めることにより外管端部と内管の間に間
隙を形成し、該縮径した部分の内管を前記一方の二重管
の内管内に挿入して両二重管の外管同士を突合せ、外管
同士および内管同士をそれぞれ溶接することを特徴とす
る二重管の周継手溶接法。

本発明の対象とする二重管は、外管と内管とが接合され
た、いわゆるクラッド管、および外管と内管とが熱拡管
方弐等により嵌合された二重管である。熱拡管方式によ
る嵌合は、例えば、加熱膨張させた外管内に内管を挿入
し、内管内に水圧をかけつつ外管を冷却することにより
行われる。外管および内管の金属材料としては、炭素鋼
，低合金網，高合金鋼，ステンレス鋼，スーパーアロイ
，ヂタン．チタン合金，銅合金等の各種組み合わせがあ
り、管内外の雰囲気，輸送する気体や液体の性質，操業
条件，二重管の敷設あるいは配管状況等に応して、耐食
性，耐摩耗性．強度等の特性を有するように材料設計さ
れたものである。

請求項（１）の対象とする二重管は、外管と内管とが接
合されたいわゆるクラット管である。

請求項（】）の方法を第１図により説明する。第１図（
ａ）のように、二重管１は、互いに異なる成分の金属祠
料からなる外管２と内管３で構成され、重管１′も、二
重管１と同様に外管２′と内管３′で構成されている。

第１図（ｂ）に示すように、一方の二重管１は、管端部
の内管３を除去するとともに外管２と内管３の間に間隙
４を形成し、他方の二重管１′は、管端部の外管２′を
除去するとともに外管２′と内管３′の間に間隙４′を
形成する。そして、外管および内管に開先加工を施した
後、両二重管１．■′の外管同±２．２′および内管同
±３．３′を第ｌ図（Ｃ）のように突合せて、それぞれ
を溶接する。

管端部の外管および内管を第１図（ｂ）のように除去し
、また間隙４，４′を形成するには、バイト切削等によ
り行うことができる。外管同±２，２′は外面側から溶
接し、内管同±３．３′は内面側から溶接するが、この
時、互いに溶接部が接触融合しない様に注意する。必要
であれば難溶融性のリボン等を間隙４．４′に挿入し、
接触融合を防ぐことも可能である。なお、第１図（Ｃ）
は二重管１と二重管１′を周継手溶接した後の軸方向断
面を示し、図の上側が外面、下側が内面、５は内管溶接
部、６は外管初層溶接部、７は外管の積層溶接部を示す
。

なお、請求項（１）の方法において、対象がクラッド管
であり、第１図（ｂ）のように間隙４，４′をバイト切
削等により形成する場合、■外管部分，■内管部分，■
内管と外管の両方の部分を除去する方法があるが、何れ
においても、第１図（Ｃ）の溶接する部分５．６におい
て内外管の境界部分が残留しないよう除去する。

請求項（２）の対象とする二重管は、外管と内管とが熱
拡管方式等により嵌合された二重管である。

請求項（２）の方法を第２図により説明する。まず、第
２図（ａ）に示すように、一方の二重管１は管端部の内
管３を除去し、他方の二重管１′は管端部の外管２′を
除去して露出した内管３′を第２図（ｂ）のように圧縮
して径を縮め、管端部の外管２′と内管３′との間に間
隙４′を形成する。そして、第２図（Ｃ）のように、二
重管１′の径が縮まった内管３′を二重管１の内管３に
挿入して、両二重管１，１′の外管同士２．２′を突合
せ、外管同±２，２′および内管同士３．３′をそれぞ
れ溶接する。管端部の外管および内管を第２図（ａ）の
ように除去するには、ハイト切９ 削等により行うことができる。露出させた内管３′を縮
径するには、油圧弐のスウェージング加工機等を用いて
行うことができる。外管同±２．３′は外面側から熔接
し、内管同±３．３′は内面側から溶接するが、この時
、外管溶接時に内管を熔融しない様に、同様に内管溶接
時に外管を溶融しない様に注意する。必要であれば難溶
融性のリボン等を間隙４′に挿入し、内管３′の接触融
合を防ぐことも可能である。

請求項（１）の方法によれば、内管の溶接部５と外管の
初層溶接部６とが二重管の軸方向に離れているので、互
いに接触することな《溶接でき、しかも、内管溶接部５
と外管との間および外管初層溶接部６と内管との間には
間隙が形成されるので、それぞれ溶接により融合するこ
とはなく、両溶接部５．６とも成分は希釈されない。し
たがって、例えば内管を薄肉の耐食性材料、外管を厚肉
の高強度材料で構成した二重管の場合、内管３３′の溶
接は１パスのみで充分な耐食性が確保でき、外管２，２
′の溶接も炭素鋼溶接材料を用いた従来の１０ 高能率な積層溶接で充分な継手強度が確保できる。また
、この方法によれば、例えば内管がチタンで外管が炭素
鋼という様に、融点が大きく異なる材料を組み合わせた
二重管の場合でも、外管と内管をそれぞれ個別に溶接す
ることで継手施工が可能になる。さらに、この方法では
間隙の断熱作用により、内管部が外管部の溶接による多
重熱サイクルを直接受けないため、パイプの敷設施工な
どの場合、内管部表面の酸化防止を目的としたＡｒガス
等によるハンクシールド施工が簡素化でき、施工コスト
が大幅に改善される他、内管がＣｒ含有鋼管の場合では
、熱影響による耐食性劣化が少ない。さらに、内管溶接
部５と外管溶接部６．７の位置が軸方向に離れているの
で、溶接後のＸ線等非破壊検査により、欠陥の位置検出
は容易である。

なお、間隙４．４′は、内管溶接部５が外管と接触せず
、外管初層溶接部６が内管と接触しない大きさであれば
よく、管の肉厚、溶接法等により適宜設定することがで
きる。例えば溶接法として、ＧＴＡＷ法を採用する場合
、間隙４，４′の厚さｔ１１ は１ｍｍ以上あればよく、この程度なら耐食性、強度等
の特性に影響はない。

請求項（２）の方法によれば、前記請求項（１）の方法
の作用の他、第２図（Ｃ）のように、二重管１の内管３
内に二重管ｆの内管３′が挿入されるので、周継手溶接
時の開先合わせ作業が極めて容易になり、同時に突合せ
の精度が向上ずる。このとき、内管３′の外面が内管３
の内面と擦り合うように内管３′を縮径しておくことが
好ましい。また、この方法によれば、内管および外管材
糾を精密に切削加工する必要がなく、極めて簡便なスウ
エージング加工で間隙を形成できる他、母材切削により
継手強度を損なうことがない。なお、外管を手溶接する
ときは、第３図に示すように、内管３の管端部に段を設
けて内管３′の先端を接触させ、外管２，２′の間に所
定のルートギャップ８を設けることができる。

［実施例］ 外径５．５　ｉｎｃｈ，厚さ１　４．　０　ｍｍのＡＰ
Ｉ規格、５ＬＸ　　Ｘ６０シームレス鋼管からなる外管
に、１２ 厚さ３．０ｍｍのインコロイ８２５ＴＩＣ；溶接管から
なる内管を、熱拡管方式により嵌合させた二重管を用い
て、各種周継手溶接法による施工実験を実施し、施工性
、継手溶接部の健全性、継手強度、耐食性、施工能率、
溶接材料コストその他を比較検討した。その結果を第１
表に示す。継手溶接部の健全性は、溶接中および熔接後
のＰＴ試験，　ＲＴ試験を行い、ついで継手溶接部断面
の顕微鏡検査を行い、さらに継手部の表，裏，側曲げ各
試験を実施して、割れ等欠陥の有無で比較した。その結
果、従来例５では、初層インコネル６２５からの成分希
釈のため、中間層あるいは炭素鋼の第一層に硬化部が形
成され、割れが発生ずることが確認された。継手溶接部
の耐食性はＡＳＴＭ　Ｇ−４８Ａによる孔食試験を行い
、耐孔食性が良好であったものを○印、非常に優れてい
たものを◎印で示した。

継手溶接部の強度は外管継手溶接部の引張試験の結果、
いずれも母材部で破断し引張強さはＡＰＩ規格を満足し
たのでＯ印とした。溶接材料コストは、本実施例内での
相対評価で、○は安価、×は１３ 高価、△はその中間とした。なお、溶加材として用いた
インコネル６２５は、耐食性が内管のインコロイ８２５
よりも優れ、降伏強度は外管Ｘ６０以上が得られる。継
手溶接部の耐食性において差が生じたのは、従来例では
外管溶接時の熱影響を強く受け、裏波ビード表面に酸化
スケールが生威し易く、また、裏波ビード部の戊分が希
釈され易いのに対し、本発明法によればそれらの影響を
受？Ｊないためである。開先合わせは、本発明例２，３
のようにパイプの差し込み方式を採用すれば、微調整す
ることなく、オフセットの少ない突合わせを短時間でセ
ットできることを確認した。

さらに、外管部の熔接法としてＳＭＡＷ法を採用する場
合は、本発明例３（第３図）のような開先形状にするこ
とで、精度と長時間を必要とするルートギャップの管理
作業が省略できることを確認した。継手溶接アークタイ
ムについては、本発明例は内青部溶接が１層で終了する
ので能率が非常によい。これは、多数の溶接を連続して
行う必要のあるパイプラインの敷設等において、極めて
１４ 有効である。

継手溶接アークタイムの全体時間（分）は、本発明例に
ついては、内外管を同時に溶接した場合、従来例４．５
については、内管を溶接し、ついで外管を溶接した場合
、従来例６については、先ず外管第１層を溶接し、つい
で内外管を同時に溶接した場合の時間である。本発明例
および従来例５６は、外管溶接の溶加材として高溶着速
度の得られる炭素鋼溶加材を使用したので、従来例４と
比較して全体のアークタイムが短い。本発明例は、内外
管を同時に溶接したので最も短時間で施工できたのに対
し、従来例５ば、外管熔接の一部にステンレス鋼溶加材
（ＪＩＳ規格Ｙ３　０　９Ｍｏ）を使用したので、長時
間を要している。継手溶接部の強度については、従来例
４は溶加材インコネル６２５の特性上、強度に限界があ
るのに対し、本発明の場合は、外管部の溶加材を所要強
度に応して或分設計することができるので、例えばＸ７
０あるいはＸ８０相当の継手強度を得ることが可能であ
る。また、溶接後のＸ線等非破壊検査におい１５ て、本発明による場合は、内管溶接部と外管溶接部が軸
方向に離れているため、欠陥位置の検出が従来法に比べ
容易である。

以上、本発明によれば、溶接部に二重管本来の高強度で
耐食性に優れた特性が得られ、且つ作業能率が著し《向
上し、溶接材料コストを低減できる。しかも、例えばチ
タン二重管など、融点が大きく異なる材料を組み合わせ
た二重管の継手施工が可能となる。

１ ６ 〔発明の効果〕 本発明によれば、外管と内管とが異なる成分の金属材料
からなる二重管、例えば内管を耐食性材料とし外管を強
度の高い材料とした耐食二重管同士を周継手溶接するに
際し、施工能率、コストが著しく改善され、しかも、溶
接部にも二重管本来の特性が維持される。さらに、請求
項（２）の方法によれば、開先合わせ作業が容易となり
突合せの精度が向上する。したがって、腐食性物質を含
有する石油や天然ガスを輸送するラインパイプ用や各種
化学工業用等に今後ますます需要の増加が予想される二
重管の継手施工改善に大きく寄与し、工業的価値は絶大
である。また、本発明によれば、融点が大きく異なる材
料を組み合わせた二重管の継手施工が可能となるため、
例えばチタン二重管などの適用分野が大幅に拡大される
。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明を説明するための図である。第
４図〜第６図は二重管の従来の継手溶接法を示す図であ
る。 ｌ８ １．１′・・・二重管、２．２′・・・外管、３，３′
・・・内管、４．４′・・・間隙、５・・・内管溶接部
、６・・・外管初層溶接部、７・・・外管積層溶接部。 １９

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）互いに異なる成分の金属材料からなる外管と内管
   とで構成された二重管同士を周継手溶接するに際し、一
   方の二重管の管端部は内管を除去するとともに外管と内
   管の間に間隙を形成し、他方の二重管の管端部は外管を
   除去するとともに外管と内管の間に間隙を形成し、しか
   る後、外管同士および内管同士を突合せて、それぞれを
   溶接することを特徴とする二重管の周継手溶接法。
2. （２）互いに異なる成分の金属材料からなる外管と内管
   とが嵌合された二重管同士を周継手溶接するに際し、一
   方の二重管は管端部の内管を除去し、他方の二重管は管
   端部の外管を除去して内管を露出させ、露出した内管を
   圧縮して径を縮めることにより外管端部と内管の間に間
   隙を形成し、該縮径した部分の内管を前記一方の二重管
   の内管内に挿入して両二重管の外管同士を突合せ、外管
   同士および内管同士をそれぞれ溶接することを特徴とす
   る二重管の周継手溶接法。