JP2001150154A - アルミニウム電縫管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電縫溶接部の溶接欠陥がほとんどない肉厚２ｍ
ｍ以上のアルミニウム電縫管の製造に適用して好適な製
造方法と、同じ製造設備を用いて前記のアルミニウム電
縫管と鉄鋼材料からなる電縫鋼管とを作り分ける方法を
提供する。 【解決手段】アルミニウムまたはアルミニウム合金から
なる素材板の肉厚をｔ(mm)、被溶接端面の溶融加熱に用
いる高周波加熱手段の高周波電流の周波数をｆ(kHz) 、
前記の高周波加熱手段を構成するワークコイルの下流側
端からスクイズロールの軸心に対応する位置までの離間
距離をＬ(m) 、溶接速度をＶ(m／min)としたとき、式
「ｆ≦400／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧1000／√ｆ」を同時に
満たす条件で衝合溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電縫管、なかでも
機械構造用等として用いられる肉厚が２ｍｍ以上という
ような厚肉のアルミニウムまたはアルミニウム合金から
なる電縫管（以下、単にアルミニウム電縫管という）の
製造に適用して好適なアルミニウム電縫管の製造方法
と、同一の電縫管製造設備を用いて前記のアルミニウム
電縫管と炭素鋼や低合金鋼およびステンレス鋼等の鉄鋼
材料からなる電縫管（以下、単に電縫鋼管という）を作
り分ける方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電縫製管法は、成形ロール群に通して連
続的にオープンパイプ状に曲げ成形された帯状の素材板
の両端面を高周波加熱して溶融させ、その溶融両端面を
スクイズロールで収束突き合わせせしめて衝合溶接する
方法であり、溶接管の製造方法中、最も生産性がよく、
安価かつ大量生産に適した方法である。

【０００３】このため、電縫製管法は、上記の鉄鋼材料
からなる電縫管である電縫鋼管の製造に古くから用いら
れており、そのための種々の技術が数多く開発されてい
る。

【０００４】その技術の代表的な１つを例示すれば、特
開昭５６−１６８９８１号公報や特開平２−２９９７８
２号公報に示される方法がある。すなわち、その方法
は、周波数が異なる２つの高周波加熱手段を有し、周波
数が低い方の高周波加熱手段で被溶接端面である素材板
の両端面を予熱した後、周波数が高い方の高周波加熱手
段で被溶接端面を溶融加熱する方法である。

【０００５】また、電縫製管法は、上記のアルミニウム
またはアルミニウム合金からなる電縫管であるアルミニ
ウム電縫管の製造にも適用可能であり、テレビアンテナ
用や折りたたみ金具および家具部品等の素材用管として
の肉厚が１ｍｍ以下の薄肉のアルミニウム電縫管の製造
にも用いられている。

【０００６】肉厚が１ｍｍ以下の薄肉のアルミニウム電
縫管の製造方法についても、種々の方法が開発されてお
り、例えば、住友軽金属技報（Vol.21,No.42,P.13〜22,
October 1980）に示される方法がある。すなわち、その
方法は、オープンパイプ状に曲げ成形された素材板両端
面のスクイズロールによる収束角度θ（後述の図９参
照）を６度以上にする方法である。

【０００７】しかし、この方法では、最近、自動車の軽
量化等を目的として需要の多くなりつつある肉厚が２ｍ
ｍ以上というような厚肉のアルミニウム電縫管が製造で
きないという問題があった。具体的に説明すると、肉厚
が厚い分だけ素材板の剛性が大きく、６度以上の収束角
度θを確保した際に素材板とスクイズロールとの接触面
圧が大きくなってロール疵が多発するだけでなく、収束
角度θが６度以上であるにもかかわらず衝合溶接されな
いという問題があった。

【０００８】したがって、肉厚が２ｍｍ以上の厚肉のア
ルミニウム溶接管については、従来、プラズマ溶接等の
溶融溶接法を用いた溶接製管法で製造されていた。しか
し、この方法はコスト高につくために、肉厚が２ｍｍ以
上という厚肉であってもロール疵が発生せず、しかも確
実に衝合溶接ができるアルミニウム電縫管の製造方法の
開発が強く望まれていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、肉厚が２ｍｍ以上というような厚肉管であっても、
ロール疵が多発せず、しかもその電縫溶接部に接合不良
がほとんど生じることのないアルミニウム電縫管の製造
方法を提供することにある。また、第２の目的は、同一
の電縫管製造設備を用いて上記のアルミニウム電縫管と
電縫鋼管とを作り分けることが可能な方法を提供するこ
とにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記
(1) 〜(3) のアルミニウム電縫管の製造方法にある。

【００１１】(1) アルミニウムまたはアルミニウム合金
からなる電縫管の製造方法であって、素材板の肉厚をｔ
（ｍｍ）、被溶接端面の溶融加熱に用いる高周波加熱手
段の高周波電流の周波数をｆ（ｋＨｚ）、前記の高周波
加熱手段を構成するワークコイルの下流側端からスクイ
ズロールの軸心に対応する位置までの離間距離をＬ
（ｍ）、溶接速度をＶ（ｍ／ｍｉｎ）としたとき、式
「ｆ≦４００／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」を
満たす条件で衝合溶接するアルミニウム電縫管の製造方
法。

【００１２】(2) 周波数が異なる２つの高周波加熱手段
を有し、周波数が低い方の高周波加熱手段で被溶接端面
を予熱した後、周波数が高い方の高周波加熱手段で被溶
接端面の溶融加熱を行う構成の電縫鋼管製造設備を用い
て前記２つの高周波加熱手段のうちのいずれか一方の高
周波加熱手段を使用して被溶接端面を溶融加熱する上記
に(1) に記載のアルミニウム電縫管の製造方法。

【００１３】(3) 周波数の切り替えが自在な高周波発振
器を有する一つの高周波加熱手段を備えた電縫鋼管製造
設備を用いてアルミニウムまたはアルミニウム合金管か
らなる電縫管を製造する際、前記高周波発振器の周波数
を高い周波数から低い周波数に切り替える上記(1) に記
載のアルミニウム電縫管の製造方法。

【００１４】上記(1) 〜(3) の本発明は、下記の知見に
基づいて完成させた。すなわち、本発明者等は、上記の
課題を達成するため、電縫鋼管を製造するための電縫管
製造設備を用いて数多くのアルミニウム電縫管の製造実
験を行う一方、その実験結果を詳細に検討した。その結
果、次のことが判明した。

【００１５】肉厚が２ｍｍ以上という厚肉のアルミニウ
ム電縫管の場合、前述したように、オープンパイプ状に
曲げ成形された素材板両端面のスクイズロールによる収
束角度が６度以上でも接合不良が発生するが、電縫鋼管
では収束角度が６度以下の３〜４度であっても接合不良
は生じない。この相違が生じる原因については、以下の
ように考えられる。

【００１６】アルミニウムまたはアルミニウム合金は熱
伝導率が高いため、高周波電流を流して素材板の両端面
を加熱すると、鉄鋼材料に比べて周方向（素材板の幅方
向）へ容易に熱が拡散する傾向にある。このため、素材
板両端面の収束衝合点近傍における周方向の加熱状態を
比較すると、その加熱幅はアルミニウムまたはアルミニ
ウム合金の方が大きい。このことは、微少な溶接入熱量
の変化に対応し、鉄鋼材料の場合には両端面の溶融幅変
化量が小さいが、アルミニウムまたはアルミニウム合金
の場合には両端面の溶融幅変化量が格段に大きくなるこ
とを意味する。

【００１７】図１〜図４は、上記のことを示す模式図
で、図１は電縫製管法における素材板両端面の収束衝合
点近傍を示す斜視図、図２は鉄鋼材料とアルミニウム合
金からなる素材板の両端面を同一加熱状態に加熱した場
合における周方向の加熱状態を対比して示す図、図３は
素材板が鉄鋼材料である場合における溶接入熱量増加前
後の素材板両端面の加熱状態を対比して示す図、図４は
素材板がアルミニウム合金である場合における溶接入熱
量増加前後の素材板両端面の加熱状態を対比して示す図
である。

【００１８】なお、アルミニウムまたはアルミニウム合
金と鉄鋼材料は、それぞれ融点が異なる。したがって、
衝合溶接に対する加熱状態を同一にして比較する必要が
あるため、図１〜図４の縦軸は実際の加熱温度をそれぞ
れの融点で除した値にして示してある。

【００１９】図２に示すように、端面の加熱状態が同じ
でも、その加熱幅はアルミニウム合金の方が大きくな
る。また、図３と図４に示すように、いずれの場合も端
面が溶融し始める図中に破線で示す加熱状態Ａになった
時点から溶接入熱量を同じ比率で増加させると、その温
度カーブがそれぞれ図中のＢの位置までシフトするが、
その際、融点よりも温度が高い部分は溶融するために、
その加熱状態はそれぞれ図中に実線で示す加熱状態Ｂと
なり、アルミニウム合金の溶融幅の方が鉄鋼材料の溶融
幅よりも格段に大きくなる。

【００２０】以上のように、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金では、わずかな溶接入熱量の変動でも両端面
の溶融幅が過大になり、これが原因で接合力が低下して
接合不良が発生しやすい傾向を示す。

【００２１】ところが、肉厚が１ｍｍ以下の薄肉管の場
合には、前述した住友軽金属技報に記載されるように、
収束角度θを６度以上と大きくすると、スクイズロール
による加圧力が実質上高くなり、両端面が過溶融状態に
なって接合力が低下しても、その接合力が接合に必要な
最低値未満になることがなく、接合不良の発生が抑制さ
れると考えられる。

【００２２】しかし、肉厚が２ｍｍ以上の厚肉管の場合
には、収束角度θを６度以上と大きくしただけでは接合
不良の発生を防ぐことができないことは前述した通りで
あり、その原因の究明に努めた結果、以下のことが判明
した。

【００２３】電縫製管法における高周波電流は、その流
れ方の特徴として素材板のコーナー部により多く集中す
る。

【００２４】図５〜図７は、溶接入熱量が小さい場合と
大きい場合の衝合溶接直前の素材板両端面の加熱溶融状
態を対比して示す模式図で、図５は素材板が厚肉の鉄鋼
材料の場合、図６は素材板が厚肉のアルミニウム合金の
場合、図７は素材板が薄肉のアルミニウム合金の場合を
示し、いずれの図も（ａ）が溶接入熱量が小さい場合、
（ｂ）が溶接入熱量が大きい場合である。

【００２５】この図５〜図７の対比からわかるように、
溶接入熱量が小さく、かつ素材板が厚肉の場合には、鉄
鋼材料およびアルミニウム合金とも、肉厚方向の中央部
に未溶融部が生じ、これが原因で接合不良が発生する。
これに対して、溶接入熱量が小さくても、素材板が薄肉
のアルミニウム合金の場合には、肉厚方向の中央部には
未溶融部が生じず、接合不良は発生しない。

【００２６】一方、溶接入熱量が大きく、かつ素材板が
厚肉の場合には、鉄鋼材料およびアルミニウム合金と
も、肉厚方向の中央部に未溶融部は生じない。また、溶
接入熱量が大きく、かつ素材板が薄肉のアルミニウム合
金の場合にも、肉厚方向の中央部に未溶融部は生じな
い。

【００２７】しかし、その溶融幅は、いずれの場合も、
アルミニウム合金の方が大きく、特に溶接入熱量が大き
い場合におけるアルミニウム合金の溶融幅は極めて大き
くなる。そして、このアルミニウム合金の溶融幅が過大
な場合に溶け落ちが発生する。

【００２８】以上のことは、アルミニウムまたはアルミ
ニウム合金の電縫溶接では、肉厚が１ｍｍ以下の薄肉の
場合には、溶接入熱量の小さい領域に適正溶接入熱条件
が存在するが、肉厚が２ｍｍ以上の厚肉の場合には、溶
接入熱量の小さい領域では肉厚方向の中部央に未溶融部
が生じて接合不良が発生し、溶接入熱量の大きい領域で
は溶融幅が過大になって溶け落ちが発生するために、適
正溶接入熱条件が存在しないことを意味する。

【００２９】つまり、アルミニウムまたはアルミニウム
合金からなる厚肉が２ｍｍ以上の電縫管を、接合不良と
溶け落ちを発生させることなく製造するためには、素材
板両端面の溶融幅をできるだけ狭くし、かつ肉厚方向に
できるだけ均一な幅で加熱する必要があることが判明し
た。

【００３０】溶融幅を狭くする方法としては、素材板に
流す高周波電流の周波数を高くする方法と加熱時間を短
くする方法がある。すなわち、周波数ｆと浸透深さδと
の間には、式「δ∝１／√ｆ」の関係があるので、周波
数を高くすれば溶融幅は狭くなる。

【００３１】また、電縫溶接は、他の溶接法と異なり、
加熱開始点から溶接終了点までの距離が長い。このた
め、溶接開始点に至るまでの間に溶接入熱が熱伝導で周
方向へ拡散し、これが原因で溶融幅が大きくなるが、加
熱時間を短くすれば周方向への熱拡散が抑制されるの
で、溶接開始点における溶融幅は狭くなる。

【００３２】しかし、周波数を高くしすぎると、コーナ
ー部への電流集中度が高くなり、肉厚方向に均一な溶融
幅で加熱できなくなる。

【００３３】そこで、肉厚が種々異なるアルミニウム合
金板を対象に、周波数を種々変えて実験を行い、その両
端面を肉厚方向にできるだけ均一な幅で溶融加熱しうる
周波数を調査した。その結果、薄肉材の場合は鉄鋼材料
からなる電縫鋼管の製造時に通常用いられている１００
ｋＨｚ以上の周波数でもよいが、厚肉材の場合にはそれ
よりも低い周波数にする必要があるものの、肉厚が厚い
からといって単純に周波数を低くすると加熱幅が大きく
なり、加熱時間が適正でないと何等かの原因で溶接入熱
量がわずかに変動しただけで溶融幅が過大になって溶け
落ちが発生することが判明した。

【００３４】このため、接合不良と溶け落ちが発生しな
い条件を見いだすべく、素材板の肉厚ｔ（ｍｍ）、周波
数ｆ（ｋＨｚ）、溶接速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）等の関係を
詳細に調べた。

【００３５】その結果、素材板の肉厚ｔと周波数ｆとの
間には、図８に示す関係があり、式「ｆ≦４００／ｔ」
を満たせば、肉厚の中央部に未溶融部が生じず、収束角
度θが６度以下の３〜４度であっても、接合不良が発生
しないことを知見した。

【００３６】また、周波数ｆと溶接速度Ｖ（ｍ／ｍｉ
ｎ）および図９に示すワークコイル４の下流側端４ａと
スクイズロール３、３のロール軸心に対応する位置との
離間距離Ｌ（ｍ）との間には、図１０に示す関係があ
り、式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」を満たせば、溶接入
熱量がわずかに変動した程度では、素材板両端部の溶融
幅が過大になることがなく、この場合にも収束角度θが
６度以下の３〜４度であっても、溶け落ちが発生しない
ことを知見した。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明のアルミニウム電縫
管の製造方法について、前述の図９を参照して詳細に説
明する。

【００３８】本発明においては、アルミニウムまたはア
ルミニウム合金からなるオープンパイプ状に曲げ成形さ
れた肉厚ｔ（ｍｍ）の素材板１の両端面１ａ、１ａを溶
融加熱するための高周波加熱手段を構成する高周波発振
器５には、前述の式「ｆ≦４００／ｔ」を満たす周波数
ｆ（ｋＨｚ）の高周波電流の発振が可能なものを用いる
必要がある。これは、素材板１の両端面１ａ、１ａを溶
融加熱するための高周波電流の周波数ｆが「ｆ＞４００
／ｔ」であると、前述したように、両端面１ａ、１ａの
肉厚方向の中央部に未溶融部が生じて接合不良が発生す
るためである。

【００３９】また、上記の高周波発振器５に接続された
ワークコイル４は、溶接速度をＶ（ｍ／ｍｉｎ）とした
時、その下流側端４ａとスクイズロール３、３のロール
軸心に対応する位置との離間距離Ｌ（ｍ）が前述の式
「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」を満たす位置に配置する必
要がある。これは、上記の離間距離Ｌが「Ｖ／Ｌ＜１０
００／√ｆ」であると、前述したように、溶接入熱量が
わずかに変動しただけで素材板１の両端面１ａ、１ａの
溶融幅が過大になって溶け落ちが発生するためである。

【００４０】なお、上記の離間距離Ｌはこれを固定し、
溶接速度Ｖと周波数ｆのいずれか一方または両方を変化
させて式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」を満たすようにし
てもよいことはいうまでもない。

【００４１】ところで、前述したように、電縫溶接にお
ける鉄鋼材料とアルミニウムまたはアルミニウム合金の
衝合溶接のための加熱周波数は異なり、特に素材板１の
肉厚ｔが厚いアルミニウムまたはアルミニウム合金の衝
合溶接には鉄鋼材料よりも低い加熱周波数を用いる必要
がある。しかし、加熱周波数が低い場合は、コーナー部
に対する高周波電流の集中度が悪いために溶接効率が低
下し、鉄鋼材料からなる電縫鋼管の製造には適さない。

【００４２】このように、鉄鋼材料とアルミニウムまた
はアルミニウム合金からなる電縫管を製造する際の衝合
溶接のために必要な加熱周波数、なかでも素材板１の肉
厚ｔが厚い場合の加熱周波数は大きく異なる。したがっ
て、従来は、鉄鋼材料とアルミニウムまたはアルミニウ
ム合金からなる電縫管を同一の製造設備、すなわち、鉄
鋼材料からなる電縫鋼管専用の製造設備によってアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金からなるアルミニウム電
縫管を製造することは困難であり、逆に、アルミニウム
またはアルミニウム合金からなるアルミニウム電縫管専
用の製造設備によって鉄鋼材料からなる電縫鋼管を製造
することは困難であった。

【００４３】しかし、鉄鋼材料からなる電縫鋼管専用の
製造設備の中には、前述したように、周波数が異なる２
つの高周波加熱手段を有し、周波数が低い方の高周波加
熱手段で被溶接端面を予熱した後、連続して周波数が高
い方の高周波加熱手段で被溶接端面の溶融加熱を行うよ
うにした設備がある。

【００４４】具体的には、図１１に示すように、周波数
の低い高周波発振器６ａとワークコイル６ｂとからなる
第１の高周波加熱手段６と、周波数の高い高周波発振器
７ａとワークコイル７ｂとからなる第２の高周波加熱手
段７を備えた設備であり、第１の高周波加熱手段６では
コーナー部の過溶融を防ぐために、２０〜１００ｋＨｚ
未満の低い周波数で被溶接端面である素材板１の両端面
１ａ、１ａを予熱し、第２の高周波加熱手段７では１０
０ｋＨｚ以上の高い周波数で両端面１ａ、１ａを溶融加
熱するようにした設備である。

【００４５】なお、上記第１の高周波加熱手段６を構成
するワークコイル６ｂは、予熱が目的であり、素材板１
の両端面１ａ、１ａを流れる誘起高周波電流の流通回路
を必ずしも収束衝合点２を経由する回路にする必要がな
いため、図に示すような特殊な形状とされているが、第
２の高周波加熱手段を構成するワークコイル７ｂと同じ
形状のワークコイルとされることもある。

【００４６】上記の図１１に示すような鉄鋼材料からな
る電縫鋼管専用の製造設備を用いる場合には、電縫鋼管
とアルミニウム電縫管を極めて簡単な操作で作り分ける
ことが可能である。すなわち、電縫鋼管を製造する場合
には、前述したように、オープンパイプ状に曲げ成形さ
れた素材板１の両端面１ａ、１ａを第１の高周波加熱手
段６を用いて周波数２０〜１００ｋＨｚ未満で予熱し、
次いで第２の高周波加熱手段７を用いて周波数１００ｋ
Ｈｚ以上で溶融加熱すればよい。

【００４７】これに対し、アルミニウム電縫管を製造す
る場合には、素材板１の肉厚ｔが薄い時はいずれか一方
の高周波加熱手段のみ、厚い時は第１の高周波加熱手段
６のみを使用することとし、その際、第１の高周波加熱
手段６のワークコイル６ｂをワークコイル７ｂと同じ形
状のものに置換するとともに、そのワークコイルを例え
ばワークコイル７ｂがあった位置に配置した上で、式
「ｆ≦４００／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」の
両方を満たす条件のもとにオープンパイプ状に曲げ成形
された素材板１の両端面１ａ、１ａを溶融加熱して衝合
溶接すればよい。

【００４８】ここで、第１の高周波加熱手段６を素材板
１の両端面１ａ、１ａの溶融加熱に流用する際、そのワ
ークコイル６ｂをワークコイル７ｂと同じ形状のものに
置換するのは、ワークコイル６ｂで誘起される高周波電
流が収束衝合点２を流通しないため、一旦溶融した両端
面１ａ、１ａが収束衝合点２に到るまでの間に凝固して
しまい、接合不良が発生するためである。

【００４９】また、素材板１の肉厚ｔが厚い場合、第２
の高周波加熱手段を使用せずに第１の高周波加熱手段６
を両端面１ａ、１ａの溶融加熱に流用するのは、第２の
高周波加熱手段７を構成する高周波発振器７ａの周波数
が高すぎるために、肉厚ｔによっては式「ｆ≦４００／
ｔ」を満たさず、接合不良が発生するためである。

【００５０】なお、第１の高周波加熱手段６を両端面１
ａ、１ａの溶融加熱に流用する際、元のワークコイルが
ワークコイル７ｂと同じ形状のものである場合には、そ
の誘起される高周波電流が収束衝合点２を流通するの
で、別のものに取り替える必要がなく、離間距離Ｌが式
「ｆ≦４００／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」の
両方を満たす位置に位置移動させればよいことはいうま
でもない。

【００５１】さらに、図１１に示す製造装置は、図１２
に示すように、第１の高周波加熱手段６を構成する高周
波発振器６ａとワークコイル６ｂとをスイッチ６ｅを介
して接続するとともに、第２の高周波加熱手段７を構成
する高周波発振器７ａとワークコイル７ａ間をスイッチ
７ｃを介して接続し、さらに第１の高周波加熱手段６を
構成する高周波発振器６ａと前記のワークコイル７ｂと
を周波数調整回路６ｄおよびスイッチ６ｃを介して接続
した装置としてもよい。

【００５２】上記図１２に示す製造装置とした場合、電
縫鋼管の製造時には、スイッチ６ｅとスイッチ７ｃを
「ＯＮ」、スイッチ６ｃを「ＯＦＦ」とし、アルミニウ
ム電縫管の製造時で、第１の高周波加熱手段６を素材板
１の両端面１ａ、１ａの溶融加熱に流用する必要がある
場合には、スイッチ６ｅとスイッチ７ｃを「ＯＦＦ」、
スイッチ６ｃを「ＯＮ」とすればよく、第１の高周波加
熱手段６のワークコイルが図１１と図１２に示す特殊な
形状のワークコイル６ｂであっても、これを取り替える
必要はない。

【００５３】上記の作り分けは、前述の図９に示したよ
うな、高周波加熱手段を１つしか有しない電縫鋼管専用
の製造設備またはアルミニウム電縫管専用の製造設備の
いずれであっても、次に述べる手段を講じれば可能であ
る。すなわち、その手段とは、ただ１つの高周波加熱手
段を構成する高周波発振器５として、アルミニウムまた
はアルミニウム合金の電縫溶接に必要な低い周波数領域
の高周波電流と、鉄鋼材料の電縫溶接に必要な高い周波
数領域の高周波電流とを発振することが可能な周波数可
変の高周波発振器に置換することである。

【００５４】

【実施例】《実施例１》ＪＩＳ Ｈ ４０００に規定さ
れる合金番号１０８５で、肉厚ｔが４種類（１ｍｍ、２
ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ）のアルミニウム板材を準備し、
図９に示す構成で、高周波発振器５が三段階の周波数
（５０ｋＨｚ、１００ｋＨｚ、３００ｋＨｚ）に切り替
え可能な製造設備を用い、表１に示す種々の条件のもと
に、外径５０．８ｍｍのアルミニウム電縫管を製造し
た。その際、収束角度θは、いずれの肉厚の場合も４度
とした。

【００５５】

【表１】

【００５６】そして、得られた各アルミニウム電縫管か
ら長さ５ｍの扁平試験片を採取し、次に述べる評価試験
に供した。

【００５７】評価試験：電縫溶接部を９０゜方向に密着
扁平し、密着扁平後の電縫溶接部を目視観察して溶接欠
陥の発生の有無とその発生原因を確認する一方、確認さ
れた溶接欠陥部の総長さを測定し、この総長さを試験片
長さで除して溶接長さ１ｍ当たりの溶接欠陥の発生長さ
を求めた。評価試験の結果は、表１に併せて示した。

【００５８】表１に示す結果からわかるように、本発明
で規定する式「ｆ≦４００／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧１００
０／√ｆ」の両方を満たす条件のもとに製造して得られ
た本発明例のアルミニウム電縫管（試番１〜７、９、１
３、１５、１７、１８、２０および２１）の電縫溶接部
には、最大でも１ｍ当たり１０ｍｍの溶接欠陥の発生が
見られたのみで、良好であった。

【００５９】これに対し、本発明で規定する式「ｆ≦４
００／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」のうちのい
ずれか一方を満たさない条件のもとに製造して得られた
比較例のアルミニウム電縫管（試番８、１０〜１２、１
４、１６、１９および２２）の電縫溶接部には、最低で
も１ｍ当たり１００ｍｍ、最大で管全長に溶接欠陥の発
生が見られ、不芳であった。

【００６０】具体的に説明すると、次の通りである。

【００６１】試番１〜１２は、式「ｆ≦４００／ｔ」の
適否を調べた結果であり、式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√
ｆ」を満たしたとしても、式「ｆ≦４００／ｔ」を満た
さない試番８および１０〜１２の場合には、いずれも、
両端面１ａ、１ａの肉厚方向の中央部に未溶融部が生
じ、これに起因する溶接欠陥が極めて多く発生した。

【００６２】これに対し、式「ｆ≦４００／ｔ」を満た
す試番１〜７および８の場合には、いずれも、上記の未
溶融部分が生じず、溶接欠陥はほとんど発生しなかっ
た。

【００６３】試番１３〜２２は、上記とは逆に、式「Ｖ
／Ｌ≧１０００／√ｆ」の適否を調べた結果であり、式
「ｆ≦４００／ｔ」を満たしたとしても、式「Ｖ／Ｌ≧
１０００／√ｆ」を満たさない試番１４、１６、１９お
よび２２の場合には、いずれも、両端面１ａ、１ａの溶
融幅が過大になって溶け落ちが生じ、これに起因する溶
接欠陥が多く発生した。これに対し、式「Ｖ／Ｌ≧１０
００／√ｆ」を満たす試番１３、１５、１７、１８、２
０および２１の場合には、いずれも、上記の溶融幅が過
大にならず、溶接欠陥はほとんど発生しなかった。

【００６４】なお、データの記載は省略するが、ＪＩＳ
Ｈ ４０００に規定される合金番号５０５２のアルミ
ニウム合金板材を用い、上記と同じ条件でその電縫管を
製造した結果、上記とほぼ同じ結果が得られた。

【００６５】《実施例２》ＪＩＳ Ｈ ４０００に規定
される合金番号１０８５で、肉厚ｔが３ｍｍのアルミニ
ウム板材を準備し、図１１に示す構成で、第１の高周波
加熱手段６を構成する高周波発振器６ａの周波数が５０
ｋＨｚ、第２の高周波加手段７を構成する高周波発振器
７ａの周波数が３００ｋＨｚである電縫鋼管専用製造設
備を用い、表２に示す種々の条件のもとに、外径５０．
８ｍｍのアルミニウム電縫管を製造した。

【００６６】その際、収束角度θは、いずれも４度とし
た。また、第１の高周波加熱手段６を両端面の溶融加熱
に流用する場合には、そのワークコール６ｂをワークコ
イル７ｂと同じ形状のものに取り替えるとともに、これ
をワークコイル７ｂがあった位置に配置した。

【００６７】そして、得られた各アルミニウム電縫管か
ら長さ５ｍの扁平試験片を採取し、実施例１の場合と同
じ方法によって評価し、その結果を表２に併せて示し
た。

【００６８】

【表２】

【００６９】表２に示す結果からわかるように、第１の
高周波加熱手段６は使用せず、第２の高周波加熱手段７
のみを用いて本発明で既定する式「ｆ≦４００／ｔ」と
式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」の両方を満たす条件のも
とに製造して得られた本発明例のアルミニウム電縫管
（試番２３）の電縫溶接部には、１ｍ当たり５ｍｍの溶
接欠陥の発生が見られたのみで、良好であった。

【００７０】また、第２の高周波加熱手段７は使用せ
ず、そのワークコール６ｂをワークコイル７ｂと同じ形
状のものに取り替えるとともに、これをワークコイル７
ｂがあった位置に配置した第１の高周波加熱手段６のみ
を用い、本発明で既定する式「ｆ≦４００／ｔ」と式
「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」の両方を満たす条件のもと
に製造して得られた本発明例のアルミニウム電縫管（試
番２６）の電縫溶接部には、１ｍ当たり３ｍｍの溶接欠
陥の発生が見られたのみで、良好であった。

【００７１】これに対し、第２の高周波加熱手段７によ
る被溶接端面の溶融加熱条件は本発明で既定する式「ｆ
≦４００／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」の両方
を満たすものの、この溶融加熱に先立って第１の高周波
加熱手段６によって被溶接端面を２００℃に予熱して製
造して得られた比較例のアルミニウム電縫管（試番２
４）の電縫溶接部には、１ｍ当たり１５０ｍｍの溶け落
ち起因の溶接欠陥の発生が見られ、不芳であった。

【００７２】また、第２の高周波加熱手段７は使用せ
ず、ワークコイル６ｂを取り替えることなく第１の高周
波加熱手段６のみを用いて本発明で既定する式「ｆ≦４
００／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」の両方を満
たす条件のもとに製造して得られた比較例のアルミニウ
ム電縫管（試番２５）の電縫溶接部には、管全長に凝固
完了後の衝合溶接起因の溶接欠陥の発生が見られ、不芳
であった。

【００７３】《実施例３》実施例１で用いたのと同じ製
造設備を用い、Ｃ含有量が０．１質量％の炭素鋼で、肉
厚ｔが４種類（１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍ）の鋼
板を対象に、表３に示す種々の条件のもとに、外径５
０．８ｍｍの電縫鋼管を製造した。その際、収束角度θ
は、いずれの肉厚の場合も４度とした。

【００７４】

【表３】

【００７５】そして、得られた各電縫鋼管から長さ５ｍ
の扁平試験片を採取し、次に述べる評価試験に供した。
実施例２の場合と同様に、実施例１と同じ方法によって
評価し、その結果を表３に併せて示した。なお、表３中
には、参考値として、「４００／ｔ」、「Ｖ／Ｌ」およ
び「１０００／√ｆ」も併せて示した。

【００７６】表３に示す結果からわかるように、被溶接
材料が鉄鋼材料である場合には、いずれの条件で製造し
て得られた電縫鋼管の電縫溶接部には、最大でも１ｍ当
たり２０ｍｍの溶接欠陥の発生が見られたのみで、良好
であった。

【００７７】しかし、試番２７〜３０および３３〜３７
と、試番３１〜３３、３８〜４０および３４との対比か
らわかるように、周波数１００ｋＨｚまたは３００ｋＨ
ｚで溶融加熱を行った場合の方が周波数５０ｋＨｚで溶
融加熱を行った場合に比べて溶接欠陥の長さが短い傾向
にある。

【００７８】これは、実施例１のアルミニウム電縫管で
は、周波数５０ｋＨｚで溶融加熱を行った場合の方が周
波数１００ｋＨｚまたは３００ｋＨｚで溶融加熱を行っ
た場合よりも溶接欠陥の発生長さが短くなる傾向にある
のとは全く逆であり、電縫鋼管の製造時にはアルミニウ
ム電縫管とは逆の高い周波数で被溶接端面の溶融加熱を
行うのがよいことを示している。

【００７９】また、周波数５０ｋＨｚで溶融加熱を行う
場合に必要な電力コストは、周波数３００ｋＨｚの場合
の２．５倍が必要であり、この点からも電縫鋼管の製造
時には高い周波数で溶融加熱を行うのが好ましい。

【００８０】

【発明の効果】本発明の方法によれば、その溶接部に接
合不良や溶け落ち起因の溶接欠陥がほとんどない肉厚２
ｍｍ以上というような厚肉のアルミニウム電縫管を確実
に製造することができる。また、このアルミニウム電縫
管と鉄鋼材料からなる電縫鋼管とを同一の電縫鋼管製造
設備を用いて容易に作り分けることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電縫製管法における素材板両端面の収束衝合点
近傍を示す模式的斜視図である。

【図２】鉄鋼材料とアルミニウム合金からなる素材板の
両端面を同一加熱状態に加熱した場合における周方向の
加熱状態を対比して示す図である。

【図３】素材板が鉄鋼材料である場合における溶接入熱
量増加前後の素材板両端面の加熱状態を対比して示す図
である。

【図４】素材板がアルミニウム合金である場合における
溶接入熱量増加前後の素材板両端面の加熱状態を対比し
て示す図である。

【図５】素材板が厚肉の鉄鋼材料の場合における溶接入
熱量が小さい場合と大きい場合の衝合溶接直前の素材板
両端面の加熱溶融状態を対比して示す模式図で、同図
（ａ）は溶接入熱量が小さい場合、同図（ｂ）は溶接入
熱量が大きい場合である。

【図６】素材板が厚肉のアルミニウム合金の場合におけ
る溶接入熱量が小さい場合と大きい場合の衝合溶接直前
の素材板両端面の加熱溶融状態を対比して示す模式図
で、同図（ａ）は溶接入熱量が小さい場合、同図（ｂ）
は溶接入熱量が大きい場合である。

【図７】素材板が薄肉のアルミニウム合金の場合におけ
る溶接入熱量が小さい場合と大きい場合の衝合溶接直前
の素材板両端面の加熱溶融状態を対比して示す模式図
で、同図（ａ）は溶接入熱量が小さい場合、同図（ｂ）
は溶接入熱量が大きい場合である。

【図８】被溶接端面の未溶融起因による溶接欠陥の発生
に影響を及ぼす素材板の肉厚ｔと溶融加熱に用いる周波
数ｆとの関係を示す図である。

【図９】一般的な電縫管の製造設備を示す模式的平面図
である。

【図１０】被溶接端面の溶融幅過大化起因による溶接欠
陥の発生に影響を及ぼす溶接速度Ｖ、スクイズロール軸
心からのワークコイル離間距離Ｌおよび溶融加熱に用い
る周波数ｆとの関係を示す図である。

【図１１】鉄鋼材料からなる電縫鋼管を製造するための
代表的な製造設備を示す模式的平面図である。

【図１２】本発明の方法に用いて好適な電縫管の製造設
備の一例を示す模式的平面図である。

【符号の説明】

１：素材板、 １ａ：素材板の端面（被溶接端面）、 ２：収束衝合点、 ３：スクイズロール、 ４：ワークコイル、 ４ａ：ワークコイルの下流側端、 ５：高周波発振器、 ６：第１の高周波加熱手段、 ６ａ：高周波発振器、 ６ｂ、７ｂ：ワークコイル、 ６ｃ、６ｅ、７ｃ：スイッチ、 ６ｄ：周波数調整回路、 ７：第２の高周波加熱手段、 ７ａ：高周波発振器、 ７ｂ：ワークコイル、 ７ｃ：スイッチ、 θ：収束角度。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上薗 龍彦 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 村重 健剛 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 井上 三郎 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E028 CA02 CA13

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミニウムまたはアルミニウム合金から
   なる電縫管の製造方法であって、素材板の肉厚をｔ（ｍ
   ｍ）、被溶接端面の溶融加熱に用いる高周波加熱手段の
   高周波電流の周波数をｆ（ｋＨｚ）、前記の高周波加熱
   手段を構成するワークコイルの下流側端からスクイズロ
   ールの軸心に対応する位置までの離間距離をＬ（ｍ）、
   溶接速度をＶ（ｍ／ｍｉｎ）としたとき、式「ｆ≦４０
   ０／ｔ」と式「Ｖ／Ｌ≧１０００／√ｆ」を満たす条件
   で衝合溶接することを特徴とするアルミニウム電縫管の
   製造方法。
2. 【請求項２】周波数が異なる２つの高周波加熱手段を有
   し、周波数が低い方の高周波加熱手段で被溶接端面を予
   熱した後、周波数が高い方の高周波加熱手段で被溶接端
   面の溶融加熱を行う構成の電縫鋼管製造設備を用いて前
   記２つの高周波加熱手段のうちのいずれか一方の高周波
   加熱手段を使用して被溶接端面を溶融加熱することを特
   徴とする請求項１に記載のアルミニウム電縫管の製造方
   法。
3. 【請求項３】周波数の切り替えが自在な高周波発振器を
   有する一つの高周波加熱手段を備えた電縫鋼管製造設備
   を用いてアルミニウムまたはアルミニウム合金管からな
   る電縫管を製造する際、前記高周波発振器の周波数を高
   い周波数から低い周波数に切り替えることを特徴とする
   請求項１に記載のアルミニウム電縫管の製造方法。