JP2010105045A - 電縫鋼管の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板1を管状に成形加工しつつ、その突き合わせ面を電縫溶接する電縫鋼管の製造方法において、突き合わせ面に、4〜6μmの厚みで炭素を塗布するとともに、下記式(1)で算出される臨界溶接速度(V0)(m/min)での高周波電流及び高周波電圧の積をQm(kW)とし、溶接速度をV(mm/分)とし、前記鋼板の板厚の1/2をd(mm)とし、給電距離をl(mm)とし、V収束角をθ(°)としたとき、下記式(1)及び式(2)に基づき規定される入熱量Q(W)の範囲で電縫溶接を行うことを特徴とする電縫鋼管の製造方法を採用する。
V0=11000・d−0.4・l−0.6・θ−1.5 … (1)
0.9Qm・(V/V0)0.6<Q<1.1・Qm・(V/V0)0.8 … (2)
【選択図】図2
Description
そこで本発明者らが鋭意検討することによって、下記の構成を備えた発明を完成させた。
更に、本発明の電縫鋼管の製造方法は、先に記載の製造方法において、前記高周波電流の供給点と溶接点との間にて、前記突き合わせ面に前記炭素を塗布することを特徴とする。
本発明では、有機化合物ではなく、炭素を塗布することにしている。有機化合物を用いた場合、電縫溶接時に有機化合物が周囲の酸素と化合して二酸化炭素を生成させて還元雰囲気とするが、有機化合物を用いると二酸化炭素とともに水が生成し、この水によって突き合わせ面が酸化されるおそれがある。これに対して本発明では、突き合わせ面に炭素を塗布することで電縫溶接時における水分の生成を抑制するので、突き合わせ面における冷接やペネトレータの生成を防止して溶接欠陥を防止できる。
また、本発明では、電縫溶接時の入熱量を上記の範囲に規制することで、入熱量が不足して冷接欠陥が増大することがない。また、入熱量を規制することで入熱量が抑制され、これにより塗布した炭素が溶融金属とともに溶接部位から排出されることがなく、炭素によるペネトレーターの抑制効果を発揮させることができる。特に本発明では電気抵抗が高く、ジュール発熱を助長する炭素を表面に塗布しているので、溶接面の加熱効率を高められる。
まず、本実施形態の電縫鋼管の製造方法について、高周波コイルを使用して鋼板を加熱する場合を例にして説明する。図1(a)は本実施形態の電縫鋼管の製造方法を示す側面図であり、図1(b)はその平面図である。
高周波コイル2よりも鋼板の搬送方向10上流側において炭素を塗布する場合は、他の設備等との干渉等の物理的な制約が少なくなり、炭素の塗布を確実かつ容易に行える。
また、高周波コイル2と溶接点9との間において炭素を塗布する場合は、後述するプラズマガスの照射の際に、プラズマガス中に炭素を含有するガスを添加することで塗布が可能になり、塗布工程の簡素化を図ることが可能になる。
なお、給電距離lは、図1に示すように、高周波コイル4またはコンタクトチップと溶接点9との搬送方向10の沿った距離である。また、V収束角θは、溶接点9における突き合わせ面4、4間の角度である。
なお、ここでいう「溶接欠陥率」は、溶接面積に対するペネトレーター(酸化物に起因する溶接欠陥)の面積率である。また、「擬似層流」とは、プラズマジェットのプラズマコア部は層流で、プラズマ外側数mm(ミリメートル)が乱流である状態をいい、鋼管内面よりも遠方(鋼管の突合せ端面4よりも管内側)のプラズマジェットが乱流であるか、(擬似)層流であるかは問わない。
即ち、下記式(3)で算出される臨界溶接速度(V0)(m/min)での高周波電流及び高周波電圧の積をQm(kW)とし、溶接速度をV(mm/分)とし、前記鋼板の板厚の1/2をd(mm)とし、給電距離をl(mm)とし、V収束角をθ(°)としたとき、下記式(3)及び下記式(4)に基づき規定される入熱量Q(W)の範囲で電縫溶接を行うことが好ましい。
また、本発明では有機化合物ではなく、炭素を塗布することにしている。有機化合物を用いた場合、電縫溶接時に有機化合物が周囲の酸素と化合して二酸化炭素を生成させて還元雰囲気とするが、有機化合物を用いると二酸化炭素とともに水が生成し、この水によって突き合わせ面が酸化されるおそれがある。これに対して本発明では、突き合わせ面に炭素を塗布することで電縫溶接時における水分の生成を抑制するので、突き合わせ面における冷接やペネトレータの生成を防止して溶接欠陥を防止できる。
また、本発明では、電縫溶接時の入熱量を上記の範囲に規制することで、入熱量が不足して冷接欠陥が増大することがない。また、入熱量を規制することで入熱量が抑制され、これにより塗布した炭素が溶融金属とともに溶接部位から排出されることがなく、炭素によるペネトレーターの抑制効果を発揮させることができる。特に本発明では電気抵抗が高く、ジュール発熱を助長する炭素を表面に塗布しているので、溶接面の加熱効率を高められる。
以下、本発明の実施例及び本発明の範囲から外れる比較例を挙げて、本発明の効果について具体的に説明する。本実験例においては、表1に示す鋼成分を有する鋼板を使用し、前述した図1に示す方法で電縫鋼管を製造し、その溶接部の溶接欠陥の発生率を調査した。鋼板の板厚、溶接速度V、V0、高周波電流及び高周波電圧の積Qm、溶接入熱量Q、給電距離l、V収束角θを表2に示す。
また、突き合わせ面には、所定の厚みで炭素を塗布した。塗布方法は、カーボンスプレーを突き合わせ面に噴射する方法とした。炭素の塗布厚みを表2に併せて示す。
更に、破面における炭素粒子の残存の有無を、破面を目視で観察することで評価した。結果を表2に併せて示す。
一方、炭素の塗布厚みを4μm未満とした比較例(No.5、6)では、冷接が起こり、入熱量が本発明の範囲よりも高くなった比較例(No.3、4)では、ペネトレーターが発生し、いずれも溶接欠陥率が高くなっていることが分かる。
また、炭素の塗布厚みを6μm超とした比較例(No.7)では、破面に炭素の粒子が残存してしまい、欠陥になっていることが分かる。
更に、入熱量が本発明の範囲よりも低くなった比較例(No.1)では、冷接欠陥が発生していることが分かる。
本実験例においては、表1に示す鋼成分を有する鋼板を使用し、還元性プラズマ作動ガスとして、H2ガスとArガスと窒素ガスの混合ガスを使用して、前述した図3に示す方法で電縫鋼管を製造し、その溶接部の溶接欠陥の発生率を調査した。鋼板の板厚、溶接速度V、V0、高周波電流及び高周波電圧の積Qm、溶接入熱量Q、給電距離l、V収束角θを表3に示す。また、アノード内径、Arガス及びH2ガスの流量を表3に示す。なお、本実施例において、ガス流量はいずれも標準状態での流量である。
また、突き合わせ面には、所定の厚みで炭素を塗布した。塗布方法は、カーボンスプレーを突き合わせ面に噴射する方法とした。炭素の塗布厚みを表3に併せて示す。
本実験例においては、表1に示す鋼成分のうち、鋼種類Bの鋼板を使用し、前述した図1に示す方法でNo.25〜28の電縫鋼管を製造し、その溶接部の溶接欠陥の発生率を調査した。鋼板の板厚、溶接速度V、V0、高周波電流及び高周波電圧の積Qm、溶接入熱量Q、給電距離l、V収束角θを表5に示す。
なお、No.25及び27の突き合わせ面には、所定の厚みで炭素を塗布した。塗布方法は、カーボンスプレーを突き合わせ面に噴射する方法とした。炭素の塗布厚みを表5に併せて示す。
また、本実験例では溶接部の硬度を測定した。溶接部の硬度は、鋼管の溶接部の断面を露出させ、鋼管の内周面側から外周面側に向けて、露出させた溶接部の硬度を0.5mmの間隔で7カ所測定し、得られた測定値の平均値を硬度とした。硬度は、ビッカース硬度(Hv200)とした。結果を表5、図5及び図6に示す。図5及び図6には、各測定点における硬度を示す。
一方、図6に示すように、No.27及び28では、入熱量が適正な範囲を超えており、溶接条件として第3種の溶接条件となった。この条件における溶接部の硬度は、炭素を塗布したNo.27とNo.28とで差が見られなかった。
また、表5に示すように、No.26では、炭素が塗布されないことで冷接欠陥が発生した。更にNo.28では、入熱量が過多となりペネトレータが発生した。
Claims (4)
- 鋼板を管状に成形加工しつつ、その突き合わせ面を電縫溶接する電縫鋼管の製造方法において、
前記突き合わせ面に、4〜6μmの厚みで炭素を塗布するとともに、
カソードガス中でカソードとアノード間に電圧を印加することで生成するプラズマガスにアノードガスを吹き付けてフラズマ作動ガスとしてプラズマ噴射するカスケード型プラズマガンから、前記プラズマ作動ガスの成分を、H2ガス:2体積%以上50体積%未満を含有し、残部がArガス及び不可避的不純物ガスからなるように、又は、残部がArガスにN2ガス、Heガス若しくはその両方が添加された混合ガス及び不可避的不純物ガスからなるように調整することで還元性を付与した還元性高温層流プラズマまたは還元性高温擬似層流プラズマを、前記電縫溶接の溶接点よりも溶接上流側で温度が650℃以上となる領域のうち少なくとも前記突合せ面に対して吹き付けつつ、
下記式(3)で算出される臨界溶接速度(V0)(m/min)での高周波電流及び高周波電圧の積をQm(kW)とし、溶接速度をV(mm/分)とし、前記鋼板の板厚の1/2をd(mm)とし、給電距離をl(mm)とし、V収束角をθ(°)としたとき、下記式(3)及び下記式(4)に基づき規定される入熱量Q(W)の範囲で電縫溶接を行うことを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
- 前記高周波電流による加熱の前に、前記突き合わせ面に前記炭素を塗布することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電縫鋼管の製造方法。
- 前記高周波電流の供給点と溶接点との間にて、前記突き合わせ面に前記炭素を塗布することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電縫鋼管の製造方法。
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