CN104540632A - 电焊管焊接装置 - Google Patents

Abstract

一种在借助由感应加热单元产生的感应电流使开管(1)的面对开口部(2)的两端部(2a、2b)熔融、在接合部接合的、用于制造电焊管的装置，该装置具备强磁性体(9)，该强磁性体(9)具有：在开管(1)的内侧且为感应线圈(3)的内侧沿着行进方向延伸的内侧部(8a)；在开管(1)的外侧且为感应线圈(3)的外侧沿着行进方向延伸的外侧部(8b)；以及在感应线圈(3)的上游侧的位置、在内侧部(8a)以及外侧部(8b)之间沿着开管(1)的管内外方向延伸的中间部(8c)。强磁性体(9)以由内侧部(8a)以及外侧部(8b)的相比中间部(8c)靠下游侧的部分与中间部(8c)构成的部分的敞开部侧朝向行进方向(R)的下游侧的方式配置，形成通过内侧部(8a)、中间部(8c)以及外侧部(8b)的磁通的闭合回路。

Description

电焊管焊接装置

技术领域

本发明涉及使金属带板一边行进一边弯曲成圆筒状并进行感应加热、借助金属带板所感应的电流焊接金属带板的两端部间的电焊管的制造装置。

背景技术

一般情况下，作为制造金属的管的方法，存在除了将金属带板一边弯曲一边通过焊接形成为管形状的电焊管、螺旋管等之外，在金属坯段上直接开孔而制造的无缝管、通过挤压而制作的管的制造方法。

电焊管的生产率特别高，而且能够廉价地制造，因此能够大量生产。对于这样的电焊管，使金属带板一边行进一边成形为圆筒型而形成开管，接着，在开管的、隔着开口部对置的端部(以下，也仅称为“开管的端部”。)流动高频电流而提高至熔融温度的状态下，利用辊对开管的两端部的端面彼此进行压焊而形成为管状。此时，作为朝开管的端部供给电流的方法，例如一个为专利文献1以及非专利文献1所公开的以包围开管的外周的方式卷绕感应线圈(螺线管)，通过在该感应线圈中流动一次电流而使开管直接产生感应电流的方法，另一个为将金属制的电极抵靠于开管的端部，从电源直接通电流的方法。此时，通过感应线圈或者电极的电流，一般多使用100～400kHz程度的高频电流，并且，在管的内面侧配置被称作阻抗器的强磁性体。阻抗器用于阻止意欲在开管的内周环绕的电流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开昭53－44449号公报

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

发明所要解决的课题

图1以及图2是对电焊管的焊接工序进行说明的示意图。图1是对利用借助将感应线圈卷绕于开管的外周、在该感应线圈中流动的一次电流而使开管产生的感应电流来制造电焊管的工序进行说明的概要侧视图，图2是示意性地示出感应电流的分布的俯视图。此处，在开管的端面(两端部)流动的电流的大部分在相面对的端面流动，但为了简化说明，在图2中为了方便而以在开管的端部的上表面侧(外面侧)流动电流的方式描绘示出。以下，在其他的附图的说明中，也将在开管的两端部流动的电流以电流在该两端部的上表面侧流动的方式示出。

如图1所示，作为被焊接材料的金属带板1从平板状态在行进中被省略图示的辊弯曲加工而形成为两端部2a、2b相面对的筒状的开管1，接着，利用挤压辊7挤压两端部2a、2b而使之在接合部(焊接部)6接触。在该挤压辊7的上游设置有图1所示那样的感应线圈(螺线管)3以便使相面对的两端部2a、2b熔融而接合，通过在该感应线圈3中流动高频电流，在感应线圈正下方的弯曲成圆筒状的开管1中产生感应电流。该感应电流沿着环绕开管1的感应线圈3环绕开管1的外周，但由于在中途开管1的端部2a、2b因开口部而敞开，所以在该部分中感应电流无法在感应线圈正下方流动，而意欲大体上朝两个方向流动。也就是说，如图2所示，第一个是沿着开管1的端部2a、2b而通过接合部6的电流4a、4b，此外，第二个是从开管1的开口部环绕周面的电流。

另外，在图2中，对意欲环绕开管1的内周的电流省略图示。之所以这样是因为：将图1所示那样的由被称作阻抗器10的铁素体等的强磁性材料构成的铁心等配置于开管1的内部，提高开管1的内面的阻抗，由此能够防止感应电流在开管1的内周流动。或者，之所以这样是因为也存在如下情况：与朝接合部6的往复长度相比所制造的电焊管的径大，在开管1的内周足够长的情况下，即便不配置阻抗器10，内周的阻抗也变得足够大，能够抑制回绕内周的电流。

通常，投入到感应线圈3的电力借助感应线圈环绕开管1的外周的部分以及到接合部6为止的往复量而大部分被消耗。因此，要制造的电焊管的径变得越大，与从感应线圈3到接合部6的往复距离相比，开管1的外周长变得越大，与加热开管1的端部的电力相比加热开管1的外周部的电力的比例变得越大，加热效率降低。因而，以往，在制造大径的电焊管的情况下，有时进行能够抑制电流环绕开管的外周的、基于电极的接触通电。该接触通电具有焊接效率高这样的优点，但存在容易产生电极与开管接触的部分的伤痕、伴随着因电极与开管的接触不良等而引起的火花的产生的伤痕的问题。为了消除这样的伤痕的产生，需要采用使用了非接触的感应线圈的方法，但如上所述，在将该方法应用于大径的电焊管的制造的情况下，与加热开管的端部的电流相比环绕开管的外周部而加热开管的电流的比例变大。因此，焊接效率变低，从而需要增大电源容量，产生设备费用的增大、阻抗器无法耐受因大电流引起的强磁场而烧损等的问题。根据这些情况，以往，为了使得阻抗器不烧损而必须在抑制电能的同时进行生产，导致生产率的降低，除此之外，在不使用阻抗器的情况下，不得已以低加热效率进行生产。

此外，当在以包围开管1的外周面的方式配置的感应线圈3中流过一次电流的情况下，由感应线圈3产生的磁通不仅使感应线圈3正下方的开管1感应产生电流，而且借助扩展的磁通不仅使开管1而且使感应线圈3附近的辊等中也感应产生电流。在这样的情况下，也产生在开管1的端部流动的电流减少，加热效率降低从而导致生产效率劣化这样的问题。

此外，本发明人等为了提高电阻焊接时的加热效率而对在开管中产生的感应电流的分布进行了锐意地研讨。以往，也如非专利文献1所公开的那样，对仅在从感应线圈正下方朝接合部的方向流动电流的情况进行了说明。但是，本发明人等通过电焊管的电磁场解析以及实验调查电流分布时发现，实际上如图2所示，来自感应线圈3正下方的电流中不仅是接合部6方向的电流，而且相当量的电流5a、5b也分流而在感应线圈3的上游流动。即，弄清楚了由感应线圈3供给的电力无法有效地朝接合部流动、而成为无效电力(电力损失)的原因。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供能够抑制对焊接无效的电流的产生，使朝接合部的电流增加，利用简单的装置有效地进行电阻焊接的电焊管焊接装置。

用于解决课题的手段

本发明人等为了解决上述课题而进行了锐意研讨时发现，使用强磁性体，使其形状、配置位置等适当化来控制磁通的流动，由此即便使用在开管的外周面至少环绕一圈以上而形成的以往型的感应线圈来制造电焊管的情况下，也能够获得高的加热效率，从而完成本发明。

即，本发明的主旨为如下所述。

即，本发明的电焊管焊接装置，用于制造电焊管，对环绕开管的外周面而形成的感应线圈接通高频电流，借助所产生的感应电流使具有沿着行进方向延伸的开口部的开管的、面对该开口部的两端部熔融，一边逐渐缩窄上述开口部的间隔一边使上述两端部彼此在接合部接触而焊接，其特征在于，所述电焊管焊接装置具备强磁性体，该强磁性体具有：内侧部，在上述开管的内侧且为上述感应线圈的内侧沿着上述行进方向延伸；外侧部，在上述开管的外侧且为上述感应线圈的外侧沿着上述行进方向延伸；以及中间部，在上述感应线圈的上游侧的位置，在上述内侧部以及上述外侧部之间沿着开管的管内外方向延伸，该强磁性体以由上述内侧部以及上述外侧部的相比上述中间部靠下游侧的部分与上述中间部构成的部分的敞开部侧朝向上述行进方向的下游侧的方式配置，形成通过上述内侧部、中间部以及外侧部的磁通的闭合回路。

另外，在本发明的电焊管焊接装置中，优选上述强磁性体的沿着行进方向的剖面形状为C字状或者有棱角的C字状、横向U字状或者有棱角的横向U字状、横向h字状、或者横向H字状。

此外，在本发明的电焊管焊接装置中，优选上述强磁性体的外侧部以及内侧部中的至少一方的下游侧的端部形成为分支的形状。

进而，本发明的电焊管焊接装置优选在上述开管的内侧配置有由强磁性材料构成的阻抗器，上述强磁性体的内侧部由上述阻抗器的至少一部分构成。

发明效果

根据本发明的电焊管焊接装置，与作为强磁性铁心而仅使用阻抗器的以往的工作线圈方式相比，利用简单的装置能够高效地提高将行进的金属带板一边弯曲一边形成为筒状并进行电焊管焊接时的加热效率。此外，能够不需要具有大容量的电气设备而抑制设备成本，并且即便在使用已有的电源的情况下也能够以廉价的成本导入。

而且，伴随着上述的加热效率的提高，能够通过降低电力使用量而实现节能，或者在投入相同的电力的情况下能够提高生产线速度，从而能够提高生产率。此外，即便在使用阻抗器的情况下，通过如上述那样降低电力而使磁场的强度降低，因此能够延长阻抗器的寿命。进而，也能够制造以往因电源容量的限制或阻抗器烧损的限制而难以制造的尺寸的电焊管，因此其产业上的效果是不可估量的。

附图说明

图1是对使用以包围弯曲成圆筒状的金属带板的外周面的方式形成闭合回路的感应线圈的电焊管焊接装置进行说明的概要侧视图。

图2是示出使用在图1中说明的感应线圈的电焊管焊接装置的、基于以往的想法的电流分布的平面示意图。

图3是对本发明的一实施方式所涉及的电焊管焊接装置进行说明的概要俯视图。

图4是对本发明的一实施方式所涉及的电焊管焊接装置进行说明的概要侧剖视图，且是将图3的强磁性体以跨越感应线圈以及开管的开口部的方式配置的侧剖视图。

图5是对使用了图3所示的电焊管制造装置的情况下的电流分布进行说明的平面示意图。

图6是对本发明的一实施方式所涉及的电焊管制造装置的变形例进行说明的概要俯视图，且是示出将强磁性体的外侧部的下游侧端部分支成两股的例子的图。

图7是对本发明的一实施方式所涉及的电焊管制造装置的变形例进行说明的概要剖视图，且是示出图3、4、6的强磁性体的支承构造的一例的图。

图8是对本发明的其他实施方式所涉及的电焊管焊接装置进行说明的概要侧剖视图，且是示出在圆筒状的开管的内周面侧设置也作为强磁性体的内侧部发挥功能的阻抗器的例子的图。

图9是示出本发明的第1实施方式所涉及的电焊管焊接装置的变形例的概要侧剖视图，且是示出在强磁性体的外侧部的下游侧端部设置突出部的例子的图。

图10是示出本发明的第2实施方式所涉及的电焊管焊接装置的变形例的概要侧剖视图，且是示出使中间部的下部与阻抗器直接接触的例子的图。

图11是示出本发明的第2实施方式所涉及的电焊管焊接装置的变形例的概要侧剖视图，且是示出在中间部的下部与阻抗器之间夹装其他强磁性部件的例子的图。

图12是对本发明的其他实施方式所涉及的电焊管制造装置进行说明的示意图，且是示出将感应线圈形成为推挽方式的例子的示意图。

图13是用于本发明的效果确认实验的、模拟形成开口部的开管的概要俯视图。

图14是对比较例3的电焊管制造装置进行说明的概要侧剖视图。

图15是用于本发明的效果确认实验的、模拟形成开口部的开管的概要俯视图。

图16是例示能够应用于本发明的电焊管制造装置的C字状或者有棱角的C字状的强磁性体的概要侧视图。

图17是例示能够应用于本发明的电焊管制造装置的横向U字状或者有棱角的横向U字状的强磁性体的概要侧视图。

图18是例示能够应用于本发明的电焊管制造装置的横向h字状的强磁性体的概要侧视图。

图19是例示能够应用于本发明的电焊管制造装置的横向H字状的强磁性体的概要侧视图。

具体实施方式

以下，适当参照图1～图12对本发明的电焊管焊接装置的实施方式进行说明。另外，该实施方式是为了更好地理解发明的主旨而进行详细说明的，只要没有特别指定就不限定本发明。

一般，按照以下顺序进行使用工作线圈制造电焊管的工序。

首先，将分切成与要造管的径一致的宽度的行进的金属带板一边利用辊弯曲一边使其宽度方向两端部对置，成形成筒状的开管。之后，利用感应线圈对开管流动感应电流，使开管的端部加热熔融。之后，在工序的下游，利用挤压辊挤压开管的对置的两端部而使该两端部紧贴而接合(焊接)，由此得到电焊管。此处，本发明中说明的“下游”是指金属带板或者开管的行进方向的下游，以下，在称作“上游”、“下游”的情况下，指金属带板或者开管的行进方向的“上游”、“下游”。

如上所述，在使用图1所示的以往使用的电焊管焊接装置制造电焊管的情况下，利用辊弯曲金属带板1而将其加工成筒状，当最后利用挤压辊7挤压而使之接触时，在接触的近前配置感应线圈3来进行感应加热，对开管1的两端部2a、2b进行加热·熔融并利用挤压辊进行压接。此时，当在感应线圈3中流动一次电流时，在开管1中以图2中所示那样的分布产生感应电流，但在电焊管焊接中使用100kHz等级的高频电流，因此在开管1的表层流动感应电流。

此外，由于在开管上存在沿着行进方向R延伸的开口部2，所以在感应线圈3正下方产生的感应电流的大部分意欲大致区分为经由接合部6侧的电流路径和在感应线圈3的上游流动的电流路径、或者环绕开管1的内周的路径而流动。

通过将由铁素体等的强磁性材料构成的阻抗器10设置于开管1内部来提高内面的阻抗，能够抑制上述中的意欲环绕开管1的内周的电流。在图2中有助于焊接的感应电流是在接合部6侧流动的电流4a、4b，但由于因高频电流而引起的邻近效应，电流4a、4b在面对开管1的开口部2的两端部2a、2b的表层流动而对该部位进行加热·熔融，在接合部6被压接而焊接。在图2中，为了方便而将感应电流以在两端部2a、2b的附近上表面流动的矢量表现。但是，当在感应线圈3中流动一次电流的情况下，在其附近产生磁通，但该磁通在感应线圈3的周边自由环游，在该磁通所贯通的地方产生过电流。尤其地，在接合部6的两侧配置挤压辊7，并且虽然省略图示，但在接合部6的上方配置被称作顶辊的辊，因此，存在伴随着所产生的磁通的大部分加热上述各辊、在开管1的端部2a、2b流动的电流减少而焊接效率降低这样的问题。本发明实现通过抑制上述那样的由感应线圈3产生的磁通朝向无助于焊接的部位来降低能量损失、能够实现高的焊接效率的电焊管焊接装置，以下，对其结构进行详细叙述。

[第1实施方式]

图3是示出作为本发明的第1实施方式的电焊管焊接装置50的概要俯视图，图4是对当使用图3所示的电焊管焊接装置50进行电焊管焊接时在感应线圈3中产生的磁通M穿过强磁性体8时的磁通方向进行说明的概要侧剖视图，图5是示意性地示出当使用图3以及图4所示的电焊管焊接装置50进行电焊管焊接时在开管1中流动的感应电流的分布的俯视图。

图3所示的电焊管焊接装置50是用于制造电焊管的装置，在利用未图示的辊将从上游朝下游行进的金属带板1以金属带板1的宽度方向上的两端部2a、2b隔开间隔对置的方式弯曲成圆筒状而成形为开管1之后，对以包围该开管1的外周面的方式至少环绕该外周面一圈以上而形成的感应线圈3接通高频电流，借助所产生的感应电流使两端部2a、2b熔融。也就是说，借助感应线圈3在开管1的开口部2附近引起作为感应电流的高频电流，借助该电流进行加热而使两端部2a、2b之间熔融，一边逐渐缩窄开口部2的间隔一边使该两端部2a、2b彼此接触并焊接，由此来制造电焊管。

并且，在本实施方式的电焊管焊接装置50中，设置有开管1的行进方向上的截面为C字状或者有棱角的C字状、横向U字状或者有棱角的横向U字状、横向h字状、或者横向H字状(在图示例中，为有棱角的横向U字状)的强磁性体8，该强磁性体8以其敞开部(敞开空间)侧朝向开管1的行进方向的下游侧而跨越开管1的内外的方式配置，并且，强磁性体8以在开口部2的管外方向的位置跨越环绕而形成的感应线圈3的方式配置。即，强磁性体8具备：在开管1的内侧且在感应线圈3的内侧沿着行进方向R延伸的内侧部8a；在开管1的外侧且在感应线圈3的外侧沿着行进方向R延伸的外侧部8b；以及在感应线圈3的上游侧的位置在上述内侧部8a以及外侧部8b之间沿着开管1的管内外方向延伸的中间部8c，外侧部8b以及内侧部8a的至少任一方成为朝向在开管1的行进方向R上相比感应线圈3靠下游侧的接合部(焊接部)6的形状。另外，在本说明书中，C字状或者有棱角的C字状至少包括图16(a)～(e)所示的形状，横向U字状或者有棱角的横向U字状至少包括图17(a)～(f)所示的形状，横向h字状至少包括图18(a)～(d)所示的形状，横向H字状至少包括图19(a)～(e)所示的形状。

在本发明中使用的感应线圈3由铜等的良导体的管、线材、板等构成，作为在开管1上形成闭合回路的感应线圈的总称使用，其材质等并无特别限定。此外，在图3等所示的例子中，感应线圈3环绕开管1的外周面，以描绘圆形的匝的形状形成，但也并不限定于该形状，对于其匝数，至少为1匝的话便没有特别限定。此外，在本发明中叙述的感应线圈的环绕数“1匝”例如也包括在开管的外周方向上组合各半匝的线圈而合计大致为1匝的所谓推挽方式的感应线圈31等(参照图12)。

如图3所例示的那样，本实施方式的电焊管焊接装置50对感应线圈3接通一次电流(参照图3中的箭头)。此时，如图4所示，在感应线圈3中产生的磁通M在下游侧的开口部2附近不朝向辊7等，而选择性地朝以跨越感应线圈3的方式朝接合部(焊接部)6侧延伸的导磁率高(磁阻小)的强磁性体8集中，通过开管1的面对开口部2的两端部2a、2b附近而产生感应电流。另外，实际上不仅从强磁性体8的两端部而且从其中途也大量出来磁通M，从开管1的外侧朝内侧(从处于图4中的下侧的内侧部8a朝处于上侧的外侧部8b)通过空间而形成磁通回路，但在图4所示的例子中，为了便于说明，以磁通M在一处(内侧部8a以及外侧部8b的下游侧端部)从内侧部8a通向外侧部8b的方式描绘。

此外，通过开管1后的磁通M如图4中的箭头所示那样，在强磁性体8中，形成包括配置于开管1的管内的内侧部8a与配置于管外的外侧部8b之间在内的连结管内外的磁回路。该磁回路借助强磁性体8成为C字形状或者有棱角的C字形状、横向U字形状或者有棱角的横向U字形状、横向h字形状、或者横向H字形状而形成，但在详细情况后述的阻抗器(参照图6中的标记10)配置于管内的情况下，位于开管1的管内的内侧部8a也可以由阻抗器的一部分构成。

这样的强磁性体8由导磁率高的材料构成，因此具有磁阻小、引入从感应线圈3发散的磁通M的效果，因此能够使磁通M高效地贯通接合部6侧的开管1的两端部2a、2b，能够使接合部6附近的感应电流增加。此外，强磁性体8在其上部的外侧部8b也能够捕捉在附近环游的磁通M，因此，使朝挤压辊7、省略图示的顶辊侧的磁通M减少，由此能够抑制加热损失，提高开管1的两端部2a、2b的加热效率。

在本实施方式中，在感应线圈3中流动一次电流而产生上述的磁通M，由此，在开管1中产生图5中的箭头所示那样的感应电流4a、4b的分布。即，如图3所示，在感应线圈3中流动的电流从与省略图示的电源连接的图3中的左侧上方朝下方流动，沿着图3中所示的箭头方向流动。进而，在感应线圈3中流动的电流以从开管1的端部2a侧在开口部2内横穿并且环绕开管1的周围的方式流动之后，再次朝向图3中的上方而返回到省略图示的电源。

当一次电流按照上述的路径在感应线圈3中流动时，与此反向地产生在开管1的外周方向环绕的感应电流。因此，如图5中所示，感应电流在开管1的端面部分流动，在开管1的端部2a侧和端部2b侧产生由感应电流4a、4b引起的主电流，由此加热开管1的端面。此时，在接合部6侧的位置处，开管1的开口部2的宽度缩窄而阻抗变低，因此，借助邻近效应使电流集中而容易变成高温，两端部2a、2b熔融而被焊接。

此时，在图1所示的现有技术中，在开管1中产生图2中的箭头所示那样的感应电流的分布。在开管1的端面流动的感应电流4a、4b按照图2中的标记4b～接合部6～标记4a流动之后，主要的感应电流在存在感应线圈3的附近环绕圆筒状的开管1朝标记4b侧流动而形成环，一部分的感应电流5a、5b朝相比感应线圈3更靠上游侧流动，在其上游侧环绕圆筒状的开管1而形成环。上述那样的感应电流中的、环绕标记5a、5b、圆筒状的开管1的电流无助于接合部6的温度上升，因此，在现有技术中成为无用的感应电流多的状态。

在本发明中，如图4中的箭头所示那样，由感应线圈3产生的磁通M在强磁性体8中形成包括配置于开管1的管内的内侧部8a以及配置于管外的外侧部8b之间在内的连结管内外的磁回路。强磁性体8由导磁率高的材料构成，因此具有引入从感应线圈3发散的磁通M的效果，在接合部6附近的开管1的两端部2a、2b中，能够使磁通M高效地贯通，能够高效地产生感应电流。

结果，在本发明中，在开管1的端面流动的感应电流4a、4b以其端面附近的各点为起点成为多个密度极低的电流而沿外周方向扩展，形成环。但是，该感应电流不会形成大的环，在作为起点的各点的附近形成多个环(该感应电流环的密度低且个数非常多，因此不予图示)。因此，在本发明中，能够抑制使用以往的感应线圈的情况下那样的、远离接合部6的部分处的无用的主要电流环的产生，如图5所示，与图2所示的以往的结构相比较，在开管1的端部2a、2b朝上游侧流动的电流减少，相应地在开管1的端部2a、2b朝下游侧(接合部6)侧流动的电流增大，由此能够高效地加热开管1的端部2a、2b。

在本实施方式中，作为行进方向R上的截面为C字状或者有棱角的C字状、U字状或者有棱角的U字状、横向h字状、或者横向H字状的强磁性体8的、行进方向R上的配置位置，对于上游侧，只要强磁性体8的中间部8c相比感应线圈3的最上游部靠上游侧即可，对于下游侧，只要其端部(敞开部侧)相比感应线圈3的最下游部靠下游侧即可。此外，为了使磁通M在接合部6附近集中，如图3以及图4所示，对于下游侧，优选其端部(敞开部侧)到达至接合部6附近，优选在行进方向上，强磁性体8的下游侧端部(敞开部侧)配置于与接合部6相比从靠上游侧30mm起到靠下游侧30mm之间。

作为强磁性体8的材质，只要使用例如铁素体、电磁钢板、非晶形等的、导电率低的强磁性材料即可，只要设计成不会磁通饱和即可。此外，在磁通密度高而无法无视强磁性体8的发热的情况下，例如只要采用对强磁性体8供给冷却水进行冷却或者利用空气等的气体或混合气体与液体而成的冷却介质进行冷却等的方法即可。

此外，强磁性体8的形状优选为图4所示那样的、夹着开管1的两端部2a、2b、外侧部8b以及内侧部8a的双方朝向下游侧亦即接合部6侧的形状，例如，即便形成为仅外侧部8b以及内侧部8a的任一方朝接合部6侧延伸的形状，也能够获得提高加热效率的效果。

另外，在本实施方式中，如图6所示，优选将强磁性体8形成为配置于其敞开部侧的两个端部、也就是内侧部8a以及外侧部8b的下游侧端部8a1、8b1中的至少一方分支成V字状或者U字状以便在俯视观察时避开接合部6的形状。即，强磁性体8的内侧部8a以及外侧部8b的下游侧端部8a1、8b1中的至少一方具有以在俯视观察时在开管1的端部2a、2b附近位置处朝向接合部6的宽度方向外侧的方式分割的形状。在图6所示的例子中，形成为仅将外侧部8b的下游侧端部8b1分支成两股的结构，但更优选将内侧部8a以及外侧部8b的下游侧端部8a1、8b1的双方形成为上述形状。

图4例示那样的强磁性体8的内侧部8a以及外侧部8b直线地延伸至接合部6附近，但在接合部6附近，熔融的金属借助伴随着感应电流产生的电磁力而被排出，落下到管内，或者朝管表面排出，因此，存在因像这样落下乃至飞散的熔融金属而损伤强磁性体8特别是内侧部8a以及外侧部8b的忧虑。对此，通过如图6所示那样使内侧部8a以及外侧部8b的下游侧端部8a1、8b1分支，能够抑制朝强磁性体8的内侧部8a的焊接金属的落下、堆积，朝外侧部8b的熔融金属的附着的产生，进而，能够防止因熔融物的堆积而使温度上升从而导致强磁性体8的磁性能降低的情况，能够持续维持稳定的性能。进而，尤其是通过使强磁性体8的外侧部8b的下游侧端部8b1分支以避开接合部6，能够始终从上方利用监视装置等观察该接合部6的状态。

接着，在图7中示出上述的强磁性体8的支承构造的一例。在图示例中，强磁性体8的外侧部8b和中间部8c一体形成或者相互粘合，内侧部8a与外侧部8b和中间部8c分开形成。当组装强磁性体8时，首先，在设置于管内中央附近的芯棒24上安装强磁性体8的内侧部8a。然后，在放置以包围开管1的外周面的方式回转的形状的感应线圈3(参照图3)之后，将外侧部8b载置于在开口部2的上方配置的台座26上。由此，成为强磁性体8以可动的方式被悬架支承的状态。此时，固定于外侧部8b的中间部8c的下端与形成于内侧部8a的上表面的凹部内表面接触。通过采用这样的结构，例如，弯曲加工后的开管1的开口部2的位置错开，由此，即便在强磁性体8的一部分与开管1的端部2a、2b接触的情况下，强磁性体8也自由地移动，因此能够防止强磁性体8的损伤、在开管1的端部2a、2b产生大的伤痕。进而，从能够防止装置的损伤、防止产生火花的观点出发，优选利用由玻璃带或胶木板构成的绝缘材料保护强磁性体8中的存在与开管1的端部2a、2b接触的可能性的部位例如中间部8c。

在本发明中，通过具备上述的强磁性体8，由开口部2附近的感应线圈3产生的磁通M选择性地穿过强磁性体8并通过开管1的两端部2a、2b而产生感应电流。此外，强磁性体8引入从感应线圈3发散的磁通M，由此，在接合部6侧的两端部2a、2b中，能够使磁通M高效地贯通，能够使接合部6附近的感应电流增加。此外，借助强磁性体8，也能够捕捉在其附近环游的磁通M，因此，在接合部6附近，进一步提高对焊接有效的感应电流的电流密度。进而，使朝向挤压辊7、顶辊侧的磁通M减少，此外，能够抑制朝开管1的上游侧流动对焊接无效的电流而产生加热损失，提高两端部2a、2b处的加热效率。

因而，与不配置强磁性体8的情况相比供给电力少即可，能够节能。或者，如果投入与不配置强磁性体8的情况相同的电力，则能够提高生产线速度，也能够提高生产率。

[第2实施方式]

以下，对本发明的第2实施方式所涉及的电焊管焊接装置进行说明。

图8是示出本发明的第2实施方式的电焊管焊接装置70的概要侧剖视图，也示意性地示出进行电焊管焊接时产生的磁通的分布。

在本实施方式中，为了相对于上述的第1实施方式进一步增加朝接合部的电流从而提高加热效率，采用以下例示的结构。此外，在本实施方式中，对与第1实施方式相同的结构标注相同的标记，并省略其详细说明。

如图8所示，本实施方式的电焊管焊接装置70，相对于上述的电焊管焊接装置50，在圆筒状的开管1的管内侧进一步配置由强磁性材料构成的阻抗器10，将该阻抗器10的至少一部分代替成构成为具有内侧部9a、外侧部9b以及中间部9c的强磁性体9的内侧部9a而加以使用，在这一点上与上述第1实施方式不同。强磁性体9的外侧部9b以及中间部9c能够使用与第1实施方式的强磁性体8相同的材料。

详细来说，本实施方式的强磁性体9具有：配置于开管1内，也作为内侧部9c发挥功能的阻抗器10；在开管1的外侧且在感应线圈3的外侧沿着行进方向R延伸的外侧部9b；以及在感应线圈3的上游侧的位置，在阻抗器10与外侧部9a之间沿着开管1的管内外方向延伸的中间部9c，该强磁性体9以由外侧部9b、阻抗器10的相比中间部9c靠下游侧的部分以及中间部9c构成的部分的敞开部侧朝向行进方向R的下游侧的方式配置。强磁性体9的中间部9c的下部9c1由覆盖阻抗器10的阻抗器壳体11的外周面支承。

作为在本实施方式中使用的阻抗器10，也与强磁性体9的外侧部9b以及中间部9c相同，例如只要使用铁素体、电磁钢板、非晶形等的导电率低的强磁性材料即可。此外，如上所述，在图8所示的例子中，阻抗器10形成为由阻抗器壳体11覆盖的结构，利用阻抗器壳体11的外周面支承强磁性体9的中间部9c的下部9c1。作为阻抗器壳体11的材质，并无特别限定，例如能够使用环氧树脂等的树脂材料。这样，通过在筒状的开管1内设置阻抗器10，能够与强磁性体9的外侧部9b以及中间部9c协作而形成磁通M的磁回路。

如本实施方式那样，通过在筒状的开管1内设置阻抗器10，而提高开管1内面的阻抗，由此能够抑制感应电流意欲从开管1的两端部2a、2b朝开管1的内周侧流动。

此外，在本实施方式中，通过采用组合了上述结构的强磁性体9的外侧部9b以及中间部9c和阻抗器10的结构，由此利用阻抗器10抑制意欲从开管1的两端部2a、2b朝开管1的内周侧流动的电流，并且利用强磁性体9能够提高在两端部2a、2b流动的电流4a、4b的电流密度。此外，当组合强磁性体9的外侧部9b以及中间部9c和阻抗器10时，通过将以与阻抗器壳体11上相接的方式设置的强磁性体9的外侧部9b以及中间部9c向上游侧的阻抗器10上延伸设置，能够有效地抑制图2中所示那样的朝向感应线圈3的上游侧流动对焊接无效的感应电流5a、5b，能够进一步提高加热效率。

另外，上述的强磁性体9的外侧部9b以及中间部9c以及阻抗器10与第1实施方式的强磁性体8相同，也可以采用供给冷却水或者供给空气等的气体或混合气体和液体而成的冷却介质来进行冷却的结构。

在本实施方式中，通过采用组合强磁性体9的外侧部9b以及中间部9c和阻抗器10的结构，能够抑制在开管1的内周流动的感应电流、在感应线圈3的上游侧流动的对焊接无效的感应电流，并且提高对焊接有效的电流4a、4b的电流密度，使感应电流朝接合部6侧集中而流动。因而，能够更为显著地获得在上述第1实施方式中说明的、供给电力少而能够实现节能，或者在投入相同的电力的情况下能够提高生产线速度从而能够提高生产率的效果。

如以上说明的那样，根据本发明所涉及的电焊管焊接装置，采用具备上述结构那样的强磁性体8、9的结构，因此，与在开管的内部仅配置阻抗器的以往的工作线圈方式相比，能够利用简单的装置有效地提高一边将行进的金属带板1弯曲一边将其形成为筒状而进行电焊管焊接时的加热效率，此外，安装也变得容易。此外，无需具有大容量的电气设备从而能够抑制设备成本，并且即便在使用已有的电源的情况下也能够以廉价的成本导入。

并且，伴随着上述的加热效率的提高，降低电力使用量从而能够实现节能，或者在投入相同的电力的情况下能够提高生产线速度，从而能够提高生产率。此外，即便在使用阻抗器的情况下，通过如上述那样降低电力而使磁场的强度降低，因此，能够延长阻抗器的寿命。进而，也能够制造以往因电源容量的限制或阻抗器烧损的限制而难以制造的尺寸的电焊管，其产业上的效果是不可估量的。

另外，在上述第1、2实施方式中，以强磁性体8、9的内侧部8a、9a以及外侧部9a、9b在开管1的内外隔开一定的距离配置的例子进行了说明，但在本发明中，不需要使开管1与强磁性体8、9的内侧部8a、9a以及外侧部9a、9b的距离为一定。也能够将强磁性体8、9的内侧部8a、9a以及外侧部9a、9b的至少任一方以随着趋向下游而内侧部8a、9a以及外侧部9a、9b间的距离逐渐增加或者逐渐减小的方式倾斜配置(省略图示)。另外，从形成良好的磁回路也就是降低磁阻的观点出发，内侧部8a、9a以及外侧部9a、9b间的距离优选随着趋向下游而逐渐减小。此外，从同样的观点出发，如图9所示，也能够在外侧部8b的下游侧的端部设置朝内侧部8a突出的突出部8b2。或者，虽然省略了图示，但也可以采用将强磁性体的外侧部形成为具有阶梯差的形状、在相比感应线圈3靠下游侧的位置接近开管1的结构。

进而，在上述第2实施方式中，对强磁性体9的中间部9c以与阻抗器壳体11上相接的方式设置来进行了说明，但从降低磁阻的观点出发，如图10所示，也可以使强磁性体9的中间部9c贯通阻抗器壳体11而与阻抗器壳体11内的阻抗器10直接接触，并且对阻抗器壳体11的、强磁性体9的中间部9c所贯通的部分进行密封。从同样的观点出发，如图11所示，也可以贯通阻抗器壳体11而在阻抗器10上设置其他强磁性部件13，并且使强磁性体9的中间部9c的下部9c1与该强磁性部件13接触。

在本发明中，如上所述，能够利用简单的结构的电焊管焊接装置制造从小径到大径的电焊管，尤其是在高效地制造在制造时加热效率降低的大径的电焊管方面有效。

实施例

以下，举出本发明所涉及的电焊管焊接装置的实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明当然并不限定于下述实施例，也能够在可适合前、后记载的主旨的范围内适当施加变更并加以实施，它们都包含于本发明的技术范围内。

在本实施例中，通过静止加热实验确认了本发明的效果。

[实施例1]

“被加热材料”

在本实施例中，作为被加热材料，使用在外径：38.1mm、壁厚：3mm、长度：1m的遵循JIS规格的配管用碳素钢管(SGP管)上部如图13所示那样通过激光加工模拟开口部的形状的材料(以下，称作开管。)。此时的激光加工，从图13中的左侧端部起以平行开口部的间隔：15mm，长度：200mm，之后以被选作接合部的顶点与两端部的顶部角度：4°且以500mm的长度开口。此外，顶点部为0.5R。

“电焊管焊接装置”

在本实施例中使用的电焊管焊接装置中，作为感应线圈，使用了图3、4所示那样的将直径10mm的水冷铜管以与开管的间隔设为10mm、在开管的外周面侧环绕两圈并且以行进方向的长度：50mm卷绕、线圈内径为80mm的线圈。此外，当进行加热时，投入频率200kHz－50kW的电力，使电力恒定，计测到最高温度成为1000℃为止的时间。此外，在开管的面对开口部的端部，以自顶点部(接合部)起20mm的间距熔敷50μm的K热电偶，对加热温度进行测定。另外，在本实施例中，在使用阻抗器的实验中，将长度400mm且内径16mm的铁素体铁心如图8所示那样放入到外径25mm的环氧树脂制的阻抗器壳体11内，进而，将以能够水冷的方式设置供排水口而成的水冷阻抗器设置在管内来进行实验。

“实验顺序”

首先，作为本发明例1，对于上述感应线圈，在距离顶点部150mm的位置配置感应线圈的一方的端部并进行加热。此时，将作为图3所示那样的强磁性体8的铁素体铁心以跨越感应线圈以及开口部2的方式配置。具体而言，作为强磁性体8的该铁素体铁心由从距离顶点部280mm的位置延伸设置至该顶点部的、厚度20mm且宽度：15mm的外侧部以及内侧部、以及高度：50mm且宽度：5mm的中间部构成。并且，将这样构成的铁素体铁心如图3所示那样配置，在此基础上进行加热。此外，此时，考虑实际的电焊管焊接装置的结构，虽然不用于实际的钢管形成，但为了观察由感应线圈产生的磁通的影响，而将模拟图3等所示的辊7的直径100mm的钢管在以与顶点部的两侧相接的方式设置的状态下进行加热。

此外，作为本发明例2，与本发明例1相同地配置上述感应线圈，并且如图8所示，作为阻抗器10，将上述水冷阻抗器在自顶点部的正下方起朝上游侧400mm的范围内配置。此外，作为构成强磁性体9的其他要素，使用具有从距离顶点部280mm的位置延伸设置至该顶点部的、厚度20mm且宽度：15mm的外侧部9b、以及管内外方向的长度：50mm且宽度：5mm的中间部9c的铁素体铁心，形成为利用阻抗器壳体11支承中间部9c的下部9c1的状态。此外，在本例中，也与本发明例1相同，在顶点部的两侧配置模拟辊7的直径100mm的钢管，在与顶点部的两侧相接的状态下进行加热。

此外，作为比较例1，除了不设置作为强磁性体8的铁素体铁心这一点之外，与上述本发明例1相同地进行加热。

此外，作为比较例2，除了在圆筒状的开管1的管内设置与上述本发明例2相同的阻抗器10这一点以外，与上述比较例1相同地进行加热。

此外，作为比较例3，在比较例2的条件下，进而，如图14所示，在感应线圈与顶点部之间的开口部，以位于开管的两端部间的方式，将宽度5mm(开管的两端部间的方向)、厚度10mm(高度方向)、长度(行进方向R)40mm的长方体的铁素体铁心14配置于自感应线圈下游端起10mm下游的、与开管的两端部对置的位置，并进行加热。

此外，在上述各实验中，考虑到在实际的电焊管焊接装置中开管移动的情况，对加热10秒钟时的、由在开管的两端面的长度方向依次熔敷的各热电偶检测出的温度进行积分，进行将仅设置以往公知的感应线圈以及阻抗器10的实验(比较例2)的发热量设为1的情况下的相对评价(发热量比)。

在下述表1中示出上述本发明例1、2以及比较例1～3的结果。

[表1]

如表1所示，在比较例1的情况下，不设置强磁性体以及阻抗器的任一个而仅设置感应线圈来进行加热，因此，开管的两端面的温度仅对感应线圈正下方的端面加热，电流环绕开管的内周，因此，朝焊接部(顶点部)方向流动的电流极少。

此外，在比较例1、2中，在配置于顶点部附近的被选作辊7的钢管中被视为发热，因此由感应线圈产生的磁通被发散而也朝被选作辊7的钢管流动，认为在该钢管中产生了无助于焊接的感应电流。

此外，在比较例3中，与不设置铁素体铁心14的情况相比发热得以抑制。认为这是因为在电流流动的开口部间设置具有与阻抗器相同效果的铁素体铁心14的缘故，在端面流动的感应电流被抑制，朝顶点部的感应电流减少。

与此相对，在以跨越感应线圈以及开管1的开口部2的方式设置侧剖面形成为有棱角的U字形状的作为强磁性体8的铁素体并进行加热的本发明例1中，相对于比较例2的发热量比为1.4，可知发热量更大。此外，在本发明例1中，确认了如下情况：尤其是顶点部附近的加热速度快，因此，即便不设置阻抗器，设置在开管(钢管)内的铁素体铁心部分(内侧部8a)也起到阻抗器的效果。

此外，在作为强磁性体9而在开管1的管内设置作为阻抗器10的水冷阻抗器、以及作为外侧部9b以及中间部9c的铁素体铁心并进行加热的本发明例2中，确认了如下情况：相对于比较例2的发热量比为1.7，即便与本发明例1相比，发热量也进一步增加。认为这是水冷阻抗器可靠地抑制在感应线圈的上游侧流动的、环绕内周面的电流的效果，确认了如下情况：通过与设置于外面侧的铁素体铁心组合，能够获得更高的效果。

此外，在本发明例1、2中，模拟辊7的钢管的开口部侧的温度未见上升。认为这是尤其借助作为强磁性体8、9所具备的外侧部8b、9b的铁素体铁心，通过朝感应线圈的通电而产生且向周边发散的磁通被捕捉，从而抑制朝被选作辊7的钢管流动磁通，也抑制在该钢管中产生的感应电流的缘故。

此外，在本发明例1、2中，作为与以往的结构的电焊管焊接装置、即比较例1、2相比获得高的发热量比的主要原因，也考虑借助强磁性体8、9，而有效地捕捉通过朝感应线圈的一次电流的通电而产生的磁通，因此，抑制在开管1的上游侧流动感应电流。

根据上述本实施例的结果，确认了如下情况：通过使用形成为以跨越感应线圈以及开管1的开口部2的方式设置强磁性体的结构的、本发明的电焊管焊接装置来进行电阻焊接，能够大幅度提高加热效率。

[实施例2]

在本实施例中，作为被加热材料，使用在外径：38.1mm、壁厚：3mm、长度：1m的SGP管上部如图15所示那样通过激光加工而模拟开口部的形状的材料。此时的激光加工为，从图15中的左侧端部起以平行开口部的间隔：15mm、长度：500mm，之后以被选作接合部的顶点与两端部的角度：5°且以200mm的长度开口。此外，顶点部为0.5R。

此外，在本实施例中，作为感应线圈，与实施例1相同，使用将直径10mm的水冷铜管以将与钢管(金属带板)的间隔设为10mm、在开管的外周面侧环绕两圈并且行进方向的长度：50mm来卷绕的线圈。并且，对于上述感应线圈，在距离顶点部150mm的位置配置感应线圈的一方的端部并进行加热。

此外，当进行加热时，与上述实施例1的情况相同，投入频率200kHz－20kW的电力，对到最高温度成为1000℃为止的时间进行计测。此外，在开管端部，以自顶点部起20mm的间距熔敷50μm的K热电偶，从而对加热温度进行测定。

此外，作为阻抗器10，将长度400mm、厚度8mm的铁素体铁心放入到外径25mm的环氧树脂制的阻抗器壳体11内，进而，将以能够水冷的方式设置供排水口而成的水冷阻抗器在从顶点部的正下方朝上游侧400mm的范围内配置。

此外，在本实施例中，也与实施例1相同，为了观察由感应线圈产生的磁通的影响，而将模拟图3等所示的辊7的直径100mm的钢管在以与顶点部的两侧相接的方式设置的状态下进行加热。

此外，在本实施例中，作为强磁性体9的外侧部9b，将上下游方向的长度：350mm、宽度：10mm的铁素体铁心以与开管1的距离设为30mm、与感应线圈的距离设为10mm的方式设置在感应线圈的上方。

进而，在本发明例3中，除了上述内容之外，作为中间部9c，配置插入到开管1的开口部2的、行进方向的长度：40mm、宽度：5mm的铁素体铁心，并进行加热。

此外，作为本发明例4，除了将作为中间部9c的铁素体铁心的行进方向的长度设为120mm这一点之外，与上述本发明例3相同地进行加热。

另外，在本发明例3、4中，利用将作为中间部9c的铁素体铁心与开管1的两端部的间隙设为5mm来进行配置、将上述水冷阻抗器用作强磁性体9的一部分(内侧部9a)的结构进行加热。

此外，作为比较例4，除了不设置作为中间部9c的铁素体铁心这一点之外，与上述本发明例3、4相同地进行加热。

此外，作为比较例5，除了不设置作为感应线圈的上方的外侧部9b的铁素体铁心以及作为中间部9c的铁素体铁心而以仅设置上述水冷阻抗器的条件进行加热这一点之外，与上述本发明例3～5相同地进行加热，对总热量进行了比较。

在下述表2中示出上述本发明例3、4以及比较例4、5的结果。

[表2]

表2所示的总发热量比表示将比较例5的总发热量设为1时的、各实验的总发热量的比例。

如表2所示，在本发明例3、4中，除了作为外侧部9b的铁素体铁心之外，还设置作为中间部9c的铁素体铁心，因此确认了如下情况：与不设置这些铁素体铁心的比较例4相比总发热量增加27～35％。

此外，可知在本发明例1～4的各个中，除了作为强磁性体使用将其外侧部8b的下游侧端部8b1分支成图6所示的U字状这一点之外，以与各个实验相同的条件进行了实验时，顶点部(接合部)处的总热量比与各个本发明例1～4相比都降低两成左右，但与比较例1～5相比都获得足够高的加热效率。

根据上述的本实施例的结果，确认了如下情况：通过除了配置于感应线圈的上方的、作为强磁性体的外侧部的铁素体铁心之外，还追加作为强磁性体的中间部的铁素体铁心，由此能够大幅度提高加热效率。

标记说明

1…金属带板、开管；

2…开管的开口部；

2a、2b…开管的端部；

6…接合部(焊接部)；

50、60…电焊管焊接装置；

3…感应线圈；

7…辊；

8…强磁性体；

8a…内侧部；

8b…外侧部；

8c…中间部；

9…强磁性体；

9a…内侧部；

9b…外侧部；

9c…中间部；

10…阻抗器；

11…阻抗器壳体；

4a、4b、5a、5b…感应电流；

M：磁通。

Claims (4)

1.一种电焊管焊接装置，其特征在于，

用于制造电焊管，对环绕开管的外周面而形成的感应线圈接通高频电流，借助所产生的感应电流使具有沿着行进方向延伸的开口部的开管的、面对该开口部的两端部熔融，一边逐渐缩窄所述开口部的间隔一边使所述两端部彼此在接合部接触而焊接，

所述电焊管焊接装置具备强磁性体，该强磁性体具有：内侧部，在所述开管的内侧且为所述感应线圈的内侧沿着所述行进方向延伸；外侧部，在所述开管的外侧且为所述感应线圈的外侧沿着所述行进方向延伸；以及中间部，在所述感应线圈的上游侧的位置，在所述内侧部以及所述外侧部之间沿着开管的管内外方向延伸，该强磁性体以由所述内侧部以及所述外侧部的相比所述中间部靠下游侧的部分与所述中间部构成的部分的敞开部侧朝向所述行进方向的下游侧的方式配置，形成通过所述内侧部、中间部以及外侧部的磁通的闭合回路。

2.如权利要求1所述的电焊管焊接装置，其中，

所述强磁性体的沿着行进方向的剖面形状为C字状或者有棱角的C字状、横向U字状或者有棱角的横向U字状、横向h字状、或者横向H字状。

3.如权利要求1或2所述的电焊管焊接装置，其中，

所述强磁性体的外侧部以及内侧部中的至少一方的下游侧的端部形成为分支的形状。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电焊管焊接装置，其中，

在所述开管的内侧配置有由强磁性材料构成的阻抗器，所述强磁性体的内侧部由所述阻抗器的至少一部分构成。