CN102574181A - 电焊管焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种电焊管焊接装置，具备：二端阻抗元件，在沿着金属带板的移动方向观察的情况下，该二端阻抗元件配置在被弯曲成圆筒状的金属带板的内部，且从感应线圈所存在的位置的上游延伸到下游；以及金属制的屏蔽板，在沿着上述移动方向观察的情况下，该屏蔽板配置在比上述二端阻抗元件的上游侧端部靠上游、且比辊靠下游的位置，该屏蔽板具有供被弯曲成上述圆筒状的金属带板通过的孔部，并且遮断由感应线圈产生的磁通。

Description

电焊管焊接装置

技术领域

本发明涉及一种电焊管焊接装置，将被弯曲成圆筒状的金属带板的两端部进行感应加热并接合，而制造电焊管。进一步说明，本发明涉及一种电焊管焊接装置，能够消除在供电的感应线圈的上游流动的电流，而防止所设置的辊等的损伤，此外，能够减少无功功率而有效地进行焊接。

本申请基于2009年9月16日在日本申请的特愿2009-214886号，主张其优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

作为制造金属管的方法，除了一边弯曲金属带板一边通过焊接来形成管形状的电焊管、螺盘管等以外，还具有在金属坯上直接开孔来进行制造的无缝管以及基于金属挤压的管的制造方法。

电焊管由于生产率尤其高且能够便宜地进行制造，因此被大量生产。这种电焊管为，在使金属带板移动的同时成型为圆筒型，在最后，在对进行接合的金属带板的两端部流动高频电流而升高到熔融温度的状态下，通过辊来对上述两端面之间进行压接焊接而形成为管状。此时，作为对金属带板的上述两端部供给电流的方法，存在的一个方法为，以包围金属带板外侧的方式卷绕感应线圈，并在该感应线圈中流动一次电流，由此使金属带板直接产生感应电流的方法；另一个方法为，将被称作接触端头的金属制电极按压到金属带板的端部，从电源进行直接通电电流的方法。此时，在感应线圈或电极中通过的电流，一般使用具有100～400kHz程度的频率的高频电流，并且在管的内面侧配置被称作二端阻抗元件的强磁性体的情况较多。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1：《高频的基础和应用》(东京电机大学出版局，P79、80)

发明内容

发明要解决的课题

图1是对采用了使用感应线圈来产生感应电流的方法的、电焊管的焊接进行说明的平面示意图，图2是其纵截面图。作为被焊接材料的金属带板1为，从平面状态开始在移动中通过辊进行弯曲加工，而成为两端面2a、2b相对的筒状，最后通过辊4将两端面相互按压到一起而在接合部6接触。在该辊4的上游设置有用于使相对的两端面2a、2b熔融而接合的感应线圈3，通过在该感应线圈3中流动高频电流，由此在金属带板端部2a、2b中流动电流5a、5b，通过焦耳发热而表面被加热熔融，在接合部6被焊接。在此，由于在金属板端部2a、2b中流动的电流5a、5b为高频，因此通过表皮效应而在金属带板1的表面流动，并且通过邻近效应而要沿着金属板端部2a、2b流动(参照非专利文献1)。

如果与感应线圈3和接合部6的长度相比，弯曲的金属带板1的内周面的长度足够长，则与感应线圈3和接合部6的阻抗相比，弯曲成筒状的内周面的阻抗较大，因此电流如上述那样要沿着金属带板端部2a、2b向接合部侧绕流。但是，在成为筒状体的金属带板1的内径较小、该筒状体的内周面的阻抗不大的情况下，朝向接合部侧的电流减少，电流要在管内周面上绕流。为了阻止这种电流的内周面绕流，以往采用如下方法：如图2的截面示意图所示，将被称作二端阻抗元件7的磁性体芯插入到成为筒状的金属带板1的内侧，提高内周面的阻抗，由此阻止在金属带板1的内周面绕流的电流。

然后，变得不能够在内周绕流的电流，如上述那样在金属带板1的端面2a、2b流动。但是，本发明人等进行了温度测定以及电磁场解析的结果，发现如下情况：如图3所示，作为电流的流动，不仅存在朝向焊接部6侧返回的电流，还存在分流而向感应线圈3的上游侧流动的电流。这种电流有可能使处于感应线圈3上游部的辊产生火花等，而对辊表面造成损伤或者使轴承等损伤。

本发明是鉴于上述问题而进行的，其目的在于提供一种电焊管焊接装置，在使用感应线圈产生感应电流的感应加热方式的电焊管焊接装置中，能够通过简单构成的装置来有效地抑制在感应线圈上游流动的电流，能够稳定地制造电焊管。

用于解决课题的手段

本发明的主旨如下所述。

(1)本发明一个方式的电焊管焊接装置为，在移动的金属带板通过辊被弯曲成圆筒状而上述金属带板的宽度方向两端部相互对置之后，通过由被弯曲成上述圆筒状的金属带板附近所设置的感应线圈所激励的电流，加热上述两端部，之后在将上述两端部之间进行压接的同时进行焊接。而且，该电焊管焊接装置具备：二端阻抗元件，在沿着上述金属带板的移动方向观察的情况下，该二端阻抗元件配置在被弯曲成上述圆筒状的金属带板的内部，且从上述感应线圈所存在的位置的上游延伸到下游；以及金属制的屏蔽板，在沿着上述移动方向观察的情况下，该屏蔽板配置在比上述二端阻抗元件的上游侧端部靠上游、且比上述辊靠下游的位置，该屏蔽板具有供被弯曲成上述圆筒状的金属带板通过的孔部，并且遮断由上述感应线圈产生的磁通。

(2)本发明一个方式的电焊管焊接装置为，在上述(1)的基础上，还具备强磁性体，在沿着上述金属带板的移动方向观察的情况下，该强磁性体配置在上述二端阻抗元件的上述上游侧端部的位置，且在被弯曲成上述圆筒状的金属带板的外侧，进一步被配置在跨在上述两端部之间的位置上。

发明的效果：

根据本发明的上述方式的电焊管焊接装置，在使移动的金属带板弯曲的同时成为筒状而进行焊接的电焊管焊接时，能够避免由于在感应线圈的上游侧流动的电流而损伤辊等，因此不会发生辊交换等导致的设备停止，而能够长时间地进行稳定运行。

附图说明

图1是表示基于使用了感应线圈的以往想法的电流分布的平面示意图。

图2是图1所示的电焊管制造装置的纵截面示意图。

图3是表示基于电磁场解析的电流分布的平面示意图。

图4是本发明一个实施方式的电焊管制造装置的截面示意图。

图5是图4的A-A截面示意图。

图6是表示本发明其他实施方式的电焊管制造装置的图，是以包围感应线圈上游的辊的方式设置了屏蔽板的例子的示意截面图。

图7是表示本发明又一其他实施方式的电焊管制造装置的图，是表示在处于感应线圈上游的二端阻抗元件上配置了强磁性体的例子的纵截面示意图。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。

图4是表示本实施方式的电焊管制造装置的纵截面示意图，图5是其A-A截面示意图。本实施方式的电焊管制造装置为，通过使用了感应线圈的感应加热方式，将成型为筒状的金属带板的两端部进行电焊焊接而制造电焊管。另外，在以下的说明中使用的感应线圈，是通过铜等优良导体的管、线材或板等对被加热材料卷绕了1圈以上的感应线圈的总称。

在本实施方式中，在作为供电部的感应线圈3的移动方向上游，与移动方向大体垂直地配置有金属制的屏蔽板8，该屏蔽板8将由感应线圈产生的磁通遮断，并具有被弯曲成圆筒状的金属带板1能够通过的孔部。通过该屏蔽板8能够抑制要由此向移动方向上游侧流动的感应电流。

更具体而言，在本实施方式中，在与被弯曲成圆筒状的金属带板1的内部相对应的位置上，从作为供电部的感应线圈3所存在的位置的移动方向上游延伸到下游地设置有二端阻抗元件7。并且，在感应线圈3的移动方向上游，并且比二端阻抗元件7的上游侧端部靠移动方向上游且比辊4靠移动方向下游，设置有金属制的屏蔽板8，该屏蔽板8将由感应线圈3产生的磁通遮断，并具有被弯曲成圆筒状的金属带板能够通过的孔部。

通常，为了防止杂散电流向制造生产线等流动，而使用由强磁性体制造的扼流圈铁芯等的情况较多。扼流圈铁芯对于切断在一个方向上流动的电流来说是有效的，但是如图3所示那样，在制造电焊管的情况下，在金属带板端部2a、2b的各自中同时流动反向的高频电流，因此不能使用扼流圈铁芯。如图3所示那样，在制造电焊管的情况下，通过感应线圈3使金属带板1产生的电流分流为2个回路，即在感应线圈3的正下方绕流而通过接合部6的回路和向感应线圈3的上游流动的回路。在感应线圈3的上游流动的电流，是通过由感应线圈3产生的磁通而产生的，因此如果将该磁通切断，则在感应线圈3的上游流动的电流就会减少。

因此，在本实施方式中，在感应线圈3的上游设置金属制的屏蔽板8。使用了导电性良好的金属的屏蔽板，具有将由感应线圈产生的磁通切断的效果，因此能够将在感应线圈3的上游流动的电流切断。作为屏蔽板8，材质使用铜板、铝板等低电阻的金属即可，厚度为数mm～数10mm则足够，只要为形状能够维持的程度则不特别规定厚度。此外，作为屏蔽板8的形状，在图5所示的例子中成为四方形形状，但只要是能够将不需要的磁通切断的形状，则也可以是圆形、也可以是其他形状。由于屏蔽板8为具有被弯曲成圆筒状的金属带板1能够通过的孔部的形状，因此在使用本实施方式的电焊管制造装置来进行电焊管焊接时，能够配置为被弯曲成圆筒状的金属带板1通过该孔部。由此，在感应线圈3的上游，屏蔽板8上游侧的磁通被切断，因此对于屏蔽板8的上游侧，能够防止如图3所示那样的在被弯曲成圆筒状的金属带板中流动的电流，并且还能够将在感应线圈3上游侧所配置的辊9(参照图6)中流动的电流切断。

此外，如图4等所示的例子那样，屏蔽板8的平面视的尺寸及形状成为大于感应线圈3、且在焊接进行方向上覆盖感应线圈3那样的尺寸及形状，从能够有效切断朝向焊接方向上游侧的磁通的方面考虑该情况较优选。

屏蔽板8在金属带板移动方向上的设置位置为，需要至少设置在处于感应线圈上游的辊等、不想流过电流的物体的下游。但是，当屏蔽板8过于靠近感应线圈3时，会将由感应线圈3产生的大部分磁通切断，有时会成为焊接效率降低的原因，因此不优选。屏蔽板8在图4中表示了与移动方向大致垂直地设置的例子，但不限定于此，只要是能够将屏蔽板8上游侧的磁通切断的设置方式，则能够适当采用。例如，如图6所示的例子那样，当以对应该从感应线圈3的磁场中进行保护的对象物(图6所示的例子中的辊9)进行包围的方式设置时，是更有效的。

由感应线圈3产生的磁通，在金属带板1的开口部以外，贯通金属带板1的表面而形成环绕感应线圈3外部的磁路。此外，在金属带板1的开口部，在金属带板端部2a、2b流通涡电流，因此存在贯通金属带板1的端部的磁通和从开口部直接赋予的磁通进入二端阻抗元件7的磁路。由于二端阻抗元件7使用磁导率较高的强磁性体，因此磁通容易集中到二端阻抗元件7所存在的部分。因此，当将屏蔽板8设置在感应线圈3的上游且在二端阻抗元件7的上方(比二端阻抗元件7的上游侧端部靠下游侧)时，会将环绕到二端阻抗元件7的上游端附近的磁通切断，通过二端阻抗元件7的磁通减少，导致焊接效率降低。因此，在本实施方式中，优选屏蔽板8至少设置在比二端阻抗元件7的上游端更靠上游。

另外，如上所述，即使将屏蔽板8设置在比二端阻抗元件7的上游侧端部靠上游，有时也会使由感应线圈3产生的磁通部分地减少。为了防止这种磁通减少导致的效率降低，在本实施方式中，如图7所示，更优选具备强磁性体10，在沿着金属带板1的移动方向观察的情况下，该强磁性体10配置在二端阻抗元件7的上游侧端部的位置(金属带板的对置的两端部之间产生的开口部的外侧)，且在被弯曲成圆筒状的金属带板1的外侧，配置在跨在两端部2a、2b之间的位置。

强磁性体10优选使用铁素体、电磁钢板非晶体等相对磁导率较高且磁阻较小的材质。而且，通过使由感应线圈3产生的磁通强制性地通过强磁性体10内，由此具有防止磁通向二端阻抗元件7的上游侧发散、强制性地确保返回二端阻抗元件7的磁路的作用。因此，虽然未能够贯通强磁性体10的量的磁通会到达屏蔽板8，但是该磁通减少，通过屏蔽板8能够大体上切断减少了的磁通，因此能够大体上切断朝向上游的电流。此外，由于使由感应线圈3产生的磁通强制性地通过强磁性体10内，所以与未设置屏蔽板8的情况相比，几乎不使焊接效率降低即可。

强磁性体10具有使由感应线圈3产生的磁通强制性地返回二端阻抗元件7的作用，因此其设置位置优选在感应线圈3的上游侧、二端阻抗元件7的上方(包括比二端阻抗元件的上游侧端部靠下游侧的部分)。此外，当过于接近感应线圈3时，强磁性体10由于强磁场而容易发热，因此适当决定难以发热的设置位置即可，在设置在二端阻抗元件7的端部附近的情况下，如图6所示的例子那样，优选至少在二端阻抗元件7的端部上配置强磁性体10。此外，作为强磁性体10的宽度，成为比金属带板1的开口部宽的尺寸(以跨在金属带板的对置的两端部的方式)，长度与二端阻抗元件7的尺寸相对应地适当决定即可。此外，对于强磁性体10的厚度也不特别规定，但优选设定为强磁性体的外表面位置比感应线圈3的外周位置高(离金属带板的圆筒轴的距离变长)。此外，强磁性体10和金属带板1之间的距离，优选成为数mm程度，但是考虑到焊接部等，例如也可以使其稍微加宽到数cm程度。

如以上说明的那样，本实施方式的电焊管制造装置发挥的优良效果为，在抑制了加热效率降低的状态下，能够将向感应线圈上游流动的电流切断，能够防止处于感应线圈上游的辊的损伤，能够进行设备的稳定运行等。

实施例

(实施例1)

为了确认本发明的效果，进行了确认实验。在本实验中，在外径为38mm、壁厚为3mm的气体管用钢管(SGP管)上形成宽度为15mm的平行开口部，之后实施了激光加工，以使到选择为焊接部的接合部6为止的开口部倾斜部的角度成为3度。然后，成为图4所示那样的配置(屏蔽板的位置变更)，而对相对的钢管端部的升温速度根据屏蔽板的有无和位置如何变化进行了确认。

此外，在本实验中，作为屏蔽板使用了如下的板：在1边为150mm、10mm厚的正方形的铜板中心设置直径为50mm的孔部，使孔部的边缘从钢管离开6mm。

首先，在将屏蔽板的位置设置在从二端阻抗元件上游端(从焊接部向上游350mm、从感应线圈向上游150mm的位置)向上游50mm的位置(从焊接部向上游400mm、从感应线圈向上游200mm的位置)的发明例1的条件下，对接合部6(图1的符号6所示的开放的金属带板端部相交的部分)的升温速度进行了比较，并且在从接合部向上游420mm的位置的钢管端部上熔敷50μm的K热电偶，计测温度而进行了比较。此外，在发明例2的条件下进行了上述同样的实验，该发明例2为：成为与发明例1相同的屏蔽板位置，并且从二端阻抗元件上游端向下游侧，作为强磁性体10而设置了长度为60mm、宽度为32mm、厚度为40mm的铁氧体磁芯。此外，在不设置屏蔽板而仅有通常的感应线圈的比较例1、将屏蔽板设置在二端阻抗元件上(从二端阻抗元件上游端部向下游40mm、从感应线圈向上游100mm的位置)的比较例2的各例的条件下，进行了上述同样的实验。

感应线圈为，使以宽度50mm卷绕了2T(圈)的

10mm的水冷铜管，以离钢管为5mm的间距从接合部离开150mm而配置。然后，在静止状态下通过200kHz的电源投入15kW的电力，并计算了常温～800℃为止的平均加热速度。此时，使用的二端阻抗元件为直径为16mm、长度为300mm的铁氧体磁芯制，在中心开有6mm的水冷用的孔。

结果在下述表1中表示。

[表1]

如根据表1可知的那样，屏蔽板设置前的比较例1为，在离接合部为420mm的位置上上升了65℃，但在设置了屏蔽板的本发明例1、2中，未观察到温度上升，能够确认电流不向屏蔽板的上游流动。

另一方面，在使屏蔽板的设置位置为二端阻抗元件上的条件的比较例2中，升温速度的减少比例(＝100-比较对象的升温速度/比较例1的升温速度×100)为26％，较大。相对于此，在使屏蔽板的设置位置从二端阻抗元件端部离开了50mm的发明例1中，降低到13％程度、减少比例改善一半，并且在将磁芯设置在感应线圈上游的发明例2中，降低到2％程度。

如上所述，在本发明的电焊管焊接装置中，能够可靠地切断在感应线圈上游的金属带板中流动的电流，同时能够保护辊等不会由于感应线圈上游的电流而产生损伤。此外，确认了能够将屏蔽板导致的焊接效率的降低抑制为最小限度，能够有效地切断电流向感应线圈的上游流动。

工业实用性

根据本发明的电焊管焊接装置，能够通过简单的装置构成，有效地提高在将移动的金属带板弯曲的同时形成筒状而进行焊接的电焊管焊接的效率。由此，能够抑制电力使用量而实现节能，另一方面，在投入了相同的电力的情况下能够提高生产线速度，因此能够实现生产率的提高，因此其工业上的效果巨大。

符号的说明：

1金属带板

2a、2b金属带板端部

3感应线圈

4辊

5a、5b电流

6接合部

7二端阻抗元件

8屏蔽板

9辊

10强磁性体

Claims (2)

1.一种电焊管焊接装置，在移动的金属带板通过辊被弯曲成圆筒状而上述金属带板的宽度方向两端部相互对置之后，通过由被弯曲成上述圆筒状的金属带板附近所设置的感应线圈所激励的电流，加热上述两端部，之后在将上述两端部之间进行压接的同时进行焊接，其特征在于，具备：

二端阻抗元件，在沿着上述金属带板的移动方向观察的情况下，该二端阻抗元件配置在被弯曲成上述圆筒状的金属带板的内部，且从上述感应线圈所存在的位置的上游延伸到下游；以及

金属制的屏蔽板，在沿着上述移动方向观察的情况下，该屏蔽板配置在比上述二端阻抗元件的上游侧端部靠上游、且比上述辊靠下游的位置，该屏蔽板具有供被弯曲成上述圆筒状的金属带板通过的孔部，并且遮断由上述感应线圈产生的磁通。

2.根据权利要求1所述的电焊管焊接装置，其特征在于，

还具备强磁性体，在沿着上述金属带板的移动方向观察的情况下，该强磁性体配置在上述二端阻抗元件的上述上游侧端部的位置，且在被弯曲成上述圆筒状的金属带板的外侧，进一步被配置在跨在上述两端部之间的位置上。

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