JP2012016749A - 電縫管溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電縫管製造時の加熱効率を向上させ、簡単な装置で効果的に製造効率を上げることが可能な電縫管溶接装置を提供する。
【解決手段】この電縫管溶接装置は、走行する金属帯板がロールにより円筒状に曲げられて前記金属帯板の幅方向の両端部が対向するようになった後、前記円筒状に曲げられた金属帯板の直近に誘導加熱装置又は通電加熱装置の電力供給部を設け、この電力供給部からの供給電力により、前記両端部をジュール加熱し、その後、前記両端部間を圧接しながら溶接する。そして、この電縫管溶接装置は、前記金属帯板の走行方向に沿って見た場合に前記電力供給部よりも上流側でかつ、前記対向する両端部の間の開口部に対応する位置で、前記両端部の間に遊挿される強磁性体を備え、前記強磁性体を、前記金属帯板の走行方向に垂直な断面で見た場合の形状が、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｈ字状、Ｉ字状の何れかである。
【選択図】図５

Description

本発明は、金属帯板を走行させながら円筒状に曲げ、誘導加熱あるいは摺り電極による直接通電により、金属帯板に電流を通電することで前記金属帯板の両端部を接合して電縫管を製造する電縫管溶接装置に関する。さらに言うと、本発明は、特に、無効電力を効率的に解消し、高効率で溶接できる電縫管溶接装置に関する。
本出願は、２００９年９月１６日に日本に出願された特願２００９−２１４８８５号、及び、２００９年９月１６日に日本に出願された特願２００９−２１４８８７号に基づき優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。

金属の管を製造する方法としては、金属帯板を曲げながら溶接によって管形状とする電縫管やスパイラル管等の他、金属ビレットに直接穴をあけて製造するシームレス管や、金属の押し出しによる管の製造方法がある。

電縫管は、特に生産性が高く、しかも安価に製造できることから大量に生産されている。このような電縫管は、金属帯板を走行させながら円筒型になるように成型し、最後に、高周波電流を接合する金属板の両端部に流し、溶融温度まで高めた状態で、ロールで両端面を圧接溶接して管状にする。この際、金属帯板の端部に電流を供給する方法として、一つは、金属の外側を囲むように誘導コイルを巻き、この誘導コイルに一次電流を流すことにより、金属に誘導電流を直接発生させる方法、もう一つは、コンタクトティップと呼ばれる金属製の電極を金属帯板の端部に押し当て、電源から電流を直接通電する方法がある。このとき、誘導コイルあるいは電極に通じる電流は、一般的に１００〜４００ｋＨｚ程度の高周波電流が使われるとともに、管の内面側にインピーダーと呼ばれる強磁性体を配置することが多い。インピーダーは、筒状に曲げられてきた金属帯板の内周を回ろうとする電流を阻止するために用いられる。

特開昭５３−４４４４９号公報

「高周波の基礎と応用」（東京電機大学出版局、Ｐ７９，８０）

図１、図２は、電縫管の溶接について説明する模式図である。被溶接材である金属帯板１は、平面状態から走行中にロールで加工されて、両端部２ａ，２ｂが向かい合う形で筒状に成形され、最後に、スクイズロール７で両端部２ａ，２ｂが押しつけられて接合部６で接触する。このスクイズロール７の上流には、向かい合う両端部２ａ，２ｂを溶融させて接合するために、電力供給部として、図１では誘導加熱装置における誘導コイル３が、図２では直接通電装置における電極４ａ，４ｂが設けられている。この誘導コイル３、又は、直接通電装置における電極４ａ，４ｂを用いて高周波電流を流すことにより、金属帯板端部２ａ，２ｂに電流５ａ，５ｂが流れてジュール発熱し、金属帯板端部２ａ，２ｂの表面が加熱されて溶融することで、接合部６で溶接される。金属帯板１の表面に発生し、金属板端部２ａ，２ｂを流れる電流５ａ，５ｂは高周波であり、金属帯板１が開口部を持たなければ、誘導コイル３、又は、電極４ａ，４ｂに対応する位置の円周方向で一次電流と逆向きに電流が流れるが、電縫管製造では金属帯板が開いているため、表皮効果によって金属帯板端部２ａ，２ｂの表面を流れるとともに、近接効果によって金属板端部側に沿って流れようとする。

電流５ａ，５ｂが、誘導コイル３あるいは電極４ａ，４ｂから接合部６で往復する長さに比べ、筒状に曲げられた金属帯板１の内周面の周方向長さが十分に長ければ、誘導コイル３あるいは電極４ａ，４ｂと接合部６間のインピーダンスに比べて、内周面周方向におけるインピーダンスが大きいため、電流は上記のように金属帯板端部に沿って接合部側に回ろうとする。しかしながら、筒状となった金属帯板の内径が小さく、この筒状体の内周面の周方向のインピーダンスがそれ程大きくない場合には、接合部側へ向かう電流は減少し、電流は管内周面を回ろうとする。このような電流の内周面回りを阻止するため、従来、図３の断面模式図に示すように、インピーダー８と呼ばれる強磁性体を、筒状となった金属帯板１の内側に挿入し、内周面のインピーダンスを上げることにより、内周面回りの電流を阻止する方法が採用されている。

特許文献１では、この内側のインピーダーに加え、外周面にもインピーダーを配置する方法が示されている。特許文献１に記載の方法では、曲げられた筒状体の外周側を回る電流を阻止するために配置したと考えられる。しかしながら、本発明者等が、特許文献１に記載の方法に基づいて電磁場解析を行ったところ、図４中の電流ベクトルが示すように、筒状体の外周面の周方向を回る電流は、誘導コイル直下近傍と、誘導コイル上流側において金属帯板１の内側インピーダー端部から外れた上流側に集中し、誘導コイルからインピーダー端部までの間では、外回りの電流は極めて少ないことが判明した。また、外面インピーダーは、一部外回りする電流をカットする効果はあるものの、インピーダー自体が強磁性体であることから、誘導コイルで発生した磁束を遠方に運ぶ作用が発現し、筒状金属の表面に無効な電流を発生させることから、溶接効率を低下させることがあることが判明した。

また、図１に示すように、電縫管製造において、平板の金属を走行中にロールで曲げ加工し、円筒に近い形状にし、誘導コイル３による誘導電流で加熱・溶融されてきた金属帯板両端部をスクイズロール７で接触させて管を形成する場合、誘導コイル３の近傍には、スクイズロール７をはじめ、ロールスタンドなどの構造体に磁性体である鉄が使われている。ここで、鉄は、比透磁率が高く磁束を集めやすいため、誘導コイル３で発生した磁束によって加熱され、余分な電力を消費し、溶接効率を低下させる原因になるという問題がある。また、これらのスクイズロールや構造体等の電力を消費するものは、温度が上昇することから、冷却が必要になってくる。

また、金属帯板端部に熱電対を装着して温度を測定した結果、誘導コイル３に電流を流すと、接合部６側の金属板端部が加熱されるだけではなく、誘導コイル３の上流側の金属板端部も加熱されることがわかった。従来は、非特許文献１に示されているように、電流は誘導コイル直下から溶接部に向かう方向にのみ流れるものと説明されていた。しかしながら、本発明者等が電縫管の電磁場解析で電流分布、磁場分布を調査したところ、非特許文献１で示される図１のような電流分布ではなく、図４に示すように、誘導コイル３直下からの電流は、接合部６方向の電流のみならず、相当量の電流が分流して誘導コイル３の上流に流れていることがわかった。また、誘導コイル３から離れた部分にも磁束が分散し、溶接に寄与しない誘導電流がスクイズロール７や金属帯板端部以外の側面部分にも発生していた。すなわち、誘導コイル３で供給した電力が有効に接合部に流れず、無駄な電力として消費されるという問題があることが判明した。

本発明は、上記課題を解決し、電縫管製造時の加熱効率を向上させるためのものであり、簡単な装置で効果的に製造効率を上げることが可能な電縫管溶接装置の提供を目的とする。

本発明の要旨は下記の通りである。
（１）本発明の一態様に係る電縫管溶接装置は、走行する金属帯板がロールにより円筒状に曲げられて前記金属帯板の幅方向の両端部が対向するようになった後、前記円筒状に曲げられた金属帯板の直近に誘導加熱装置又は通電加熱装置の電力供給部を設け、この電力供給部からの供給電力により、前記両端部をジュール加熱し、その後、前記両端部間を圧接しながら溶接する。そして、この電縫管溶接装置は、前記金属帯板の走行方向に沿って見た場合に前記電力供給部よりも上流側に配置され、かつ、前記対向する両端部の間の開口部に対応する位置で、前記両端部の端面の間に遊挿される強磁性体を備え、前記強磁性体を、前記金属帯板の走行方向に垂直な断面で見た場合の形状が、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｈ字状、Ｉ字状の何れかである。
（２）上記（１）に記載の電縫管溶接装置では、以下の構成を採用してもよい：前記断面で見た場合の形状がＴ字状、逆Ｔ字状、Ｈ字状、Ｉ字状の何れかである前記強磁性体が、前記開口部における前記両端部の間に遊挿されると共に、前記金属帯板の走行方向に垂直な断面で見た場合に、前記対向する金属帯板の両端部の各上部コーナー部、各下部コーナー部の一方又は双方を覆う形状を有する。
（３）上記（１）又は（２）に記載の電縫管溶接装置では、前記強磁性体の表面が、非磁性かつ非導電性の材料で被覆されていてもよい。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載の電縫管溶接装置では、前記強磁性体が前記両端部に接触した際に、前記両端部の間の開口部内で、この強磁性体の破損を避けるように移動させる移動機構を更に有してもよい。
（５）上記（４）に記載の電縫管溶接装置では、前記移動機構が、前記強磁性体を吊り下げ支持する線材であってもよい。
（６）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の電縫管溶接装置では、以下の構成を採用してもよい：前記電力供給部が、前記誘導加熱装置における誘導コイルであり、この誘導コイルの外周に配置されたリング状の強磁性体を更に備える。
（７）上記（６）に記載の電縫管溶接装置では、前記リング状の強磁性体が、前記誘導コイルの周方向に沿って複数に分割されていてもよい。
（８）上記（７）に記載の電縫管溶接装置では、前記複数に分割された前記リング状の強磁性体の、隣り合う強磁性体同士の間に、冷却媒体が流れる冷却路が設けられていてもよい。
（９）上記（１）に記載の電縫管溶接装置では、以下の構成を採用してもよい：前記電力供給部が、前記誘導加熱装置が備える誘導コイルであり、前記走行方向における前記強磁性体の更に上流に、前記誘導コイルにより発生する磁束を遮断する金属製のシールド板を更に備える。

上記（１）に記載の電縫管溶接装置によれば、走行する金属帯板を曲げながら筒状にして溶接する電縫管溶接の効率を、簡単な装置で効果的に上げることができる。そのため、電力使用量が下げられ、省エネが実現できる。
あるいは、同じ電力を投入した場合には、ライン速度を上げることができることから、生産性の向上を図ることができる。

誘導コイルを用いた従来の考えに基づく電流分布を示す平面模式図である。 摺り電極を用いた従来の考えに基づく電流分布を示す平面模式図である。 図１に示す電縫管製造装置の縦断面模式図である。 電磁場解析に基づく電流分布を示す平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置を用いた場合の電流分布を説明する平面模式図である。 同電縫管製造装置を説明する縦断面模式図である。 金属板端部を流れる電流分布を説明する断面模式図である。 同電縫管製造装置で、金属端部間にＨ字型のコアを配置した例を示す断面模式図である。 同電縫管製造装置で、金属端部間に曲線形状のＨ字型の強磁性体を配置した例を示す断面模式図である。 同電縫管製造装置で、金属端部間にＴ型の強磁性体を配置した例を示す断面模式図である。 同電縫管製造装置で、金属端部間にＩ型の強磁性体を配置した例を示す断面模式図である。 同電縫管製造装置で、金属端部間に逆Ｔ型の強磁性体を配置した例を示す断面模式図である。 同電縫管製造装置で、金属端部間にＴ型の強磁性体を糸で吊して自在に可動できるようにした例を示す正面断面模式図である。 同電縫管製造装置で、金属端部間にＴ型の強磁性体を糸で吊して自在に可動できるようにした例を示す縦断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る強磁性体ケースで、強磁性体が可動自在に設置できる例を説明する平面模式図である。 図１５のＡ−Ａ断面図で見た場合の、強磁性体を効果的に冷却できる構造を説明する正面断面模式図である。 図６に示す本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の誘導コイル外面にリング状の強磁性体を設置する例を説明する縦断面図である。 同電縫管製造装置を示す図であって、図１７のＡ１−Ａ１矢視正面断面図である。 本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の、分割した強磁性体と冷却手段とを備えた誘導コイルの断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の、誘導コイルの周方向で間引きした強磁性体と、冷却手段とを備えた誘導コイルを含む断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置で、図１８に示す強磁性体の外周部に冷却構造を設けた例を説明する正面断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置で、誘導コイルの外側に配置する強磁性体の端部を金属帯板側に向けた例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置で、誘導コイルの上流に設置した強磁性体の上流にシールド板を設置する例を説明する縦断面模式図である。 本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の、スリットが設けられた強磁性体の例を示す模式斜視図である。 同電縫管製造装置の、スリットと周壁部とが設けられた強磁性体の例を示す模式斜視図である。 同電縫管製造装置で、スリット及び周壁部に加え、突出部が設けられた強磁性体の例を示す模式斜視図である。 比較例で用いたフェライトコアの形状を示す断面模式図である。

電縫管は、造管する幅に合わせてスリットされた走行する金属帯板をロールで曲げながら筒状に成形し、金属帯板の幅方向両端部を対向させる。その後、誘導加熱装置における電力供給部の誘導コイル、あるいは、通電加熱装置における電力供給部の摺動する通電電極によって金属帯板に電流を流し、金属帯板の端面を加熱溶融させる。その後、工程の下流において、金属帯板の対向する両端面をスクイズロールで押しつけて密着させて接合（溶接）し、電縫管が得られる。ここで、本発明で説明する「下流」とは、金属帯板の走行方向における下流のことであり、以下、「上流」、「下流」という場合は、金属帯板の走行方向における「上流」、「下流」を指すものとする。

図１は誘導加熱装置を用いた場合、図２は通電加熱装置を用いた場合の接合部分の様子を表す平面模式図であり、曲げられた金属帯板１の内部にインピーダー８を設置した例を示している。

以下、本発明の一実施形態について、説明を簡単にするため、誘導コイルを用いた場合に関して図面を用いて説明する。

図５は、誘導加熱装置を用いた本発明の電縫管溶接装置（電縫管製造装置）を示す平面模式図であり、図６は、その断面模式図である。以下の説明では、加熱装置として誘導加熱装置を用い、誘導加熱装置の電力供給部として誘導コイル３を用いる例を挙げている。誘導コイルとは、銅等の良導体のパイプや線材、板などで被加熱材を１周以上巻いた誘導コイルの総称であり、被加熱材を囲む形状は矩形でも円形であっても良く、特に限定するものではない。誘導コイル３は、円筒状に曲げられた金属帯板の直近に対応する位置に設けられる。加熱装置としては、図２に示すような通電加熱装置を用いた場合についても、誘導加熱装置を用いた場合と同様に本発明を適用することができる。その場合、下記説明における誘導コイル３を、通電加熱装置の電力供給部である電極４に置き換えれば良い。

本実施形態の電縫管溶接装置では、金属帯板１の走行方向に沿って見た場合に、電力を供給する誘導コイル３の上流側でかつ、対向する金属帯板の両端部２ａと２ｂとの間の空間部（開口部）に対応する位置で、これら両端部２ａ、２ｂの間で遊挿される強磁性体９を配置したことを特徴とする。

以下に、金属帯板端部２ａと金属帯板端部２ｂとの間に強磁性体９を配置した理由を説明する。

従来、電縫管の電流は、非特許文献１等に記述されているように、また、図１あるいは図２に示すように、誘導コイルあるいは電極から接合部６に向かった後、誘導コイルあるいは電極側に戻ることが説明されている。しかしながら、本発明者等が、誘導コイル上流の金属帯板端面に熱電対をつけて温度を測定したところ、誘導コイル３の上流側においても発熱していることが判り、電流が、図１に示すような接合部６側のみに流れているのではなく、誘導コイル上流側にも流れていることが明らかとなった。本発明者等が、電縫管の電磁場解析を行って電流分布および磁場分布を計算した結果、誘導コイル３によって金属帯板１に発生した誘導電流は、図４に示すように、溶接する接合部６側に向かった後に誘導コイル３側に戻る電流と、誘導コイル３の上流に向かう電流（対向する反対側の端部は、電流が逆に戻る）とに分流することがわかった。

したがって、この誘導コイル３の上流側に誘導電流が流れるのを抑制するためには、金属板の端面において電流が流れるのを阻止することが効果的であると考えられる。そこで、本実施形態では、電力供給部である誘導コイル３の走行方向上流において、対向する金属帯板の両端部２ａと２ｂとの間の開口部に対応する位置に強磁性体９を設置する。これにより、本発明の電縫管溶接装置を用いて電縫管溶接を行う際、図８に示すように、向かい合う金属板端部２ａと２ｂとの間で、これら両端部２ａ、２ｂの間で遊挿されるように強磁性体９が配置されることとなる。図８は、図５のＡ−Ａ断面図である。

強磁性体９は、電流が流れると、それを阻止するように働くため、インピーダンスが高くなり、誘導コイル３の上流側に流れる電流を阻止する。すると、電流は、図１あるいは図２に示すような分布に近づいていく。そのため、誘導により金属帯板の外表面で発生した電流の多くを溶接部側に流すことができ、電流密度を上げることが可能となる。また、強磁性体９により、誘導コイル３からの磁束をインピーダー８へ効果的に流すことができる。すなわち、誘導コイル３で発生した磁束は、磁気抵抗の小さな強磁性体９に集中的に流れ込むが、強磁性体９はインピーダー８の直上にあるため、その距離が近ければ近いほど容易にインピーダー８に流れる。そして、その磁束はインピーダー８内を通り、誘導コイル３の下流のインピーダー８から金属帯板の開口部へと放出され、磁場が強められるので、溶接部を流れる電流密度が高められ、溶接効率を一層向上させることが可能になる。従って、強磁性体９を設置しない場合に比べ、供給電力は少なくて済み、省エネが可能となるか、あるいは、同じ電力を投入するのであれば、ライン速度を上げることが可能となる。ライン速度を上げた場合には、生産速度を向上させることが可能となる。

図７は、金属板端部を流れる管断面における電流分布の模式図であるが、電流は金属板端部、特に上部と下部の端部（コーナー部）に多く流れ、上部コーナー部２３ａの方が下部コーナー部２３ｂよりも多く流れることが判明した。

そのため、強磁性体９は、対向する金属帯板の両端部（２ａ、２ｂ）間の開口部に対応する位置で、これら両端部（２ａ、２ｂ）によって遊挿されるように設置されると共に、金属帯板１の走行方向に垂直な断面で見た場合に、対向する金属帯板の両端部における各上部コーナー部２３ａ、各下部コーナー部２３ｂの一方又は双方を覆う形状を有していることがより好ましい。

強磁性体９は、図８に示すようなＨ字形状とし、これを横にしたような形状であることがもっとも電流抑制効果が得られる。すなわち、金属板端面では図７に示したような電流分布となることから、端部のみならず上面側及び下面側にも電流が少し流れるため、この流れを防止するためには、金属板端面だけではなく、金属板の角を覆うように上下面を包むような形状が望ましく、図９のように曲面で形成しても良い。

また、強磁性体９の形状は、図８や図９のような形状以外でも、例えば、図１０のようなＴ字状の形状でも、図１１のＩ字状の形状でも、あるいは図１２に示す逆Ｔ字状の形状でも構わず、直線的に形成する必要もない。

なお、詳細な図示を省略するが、図８〜図１２において、丸棒状に形成されたインピーダー８の周囲には、このインピーダー８を保護するケースが設けられている。これにより、例えば、図８、９に示すようなＨ字状、図１０に示すようなＴ字状、図１１に示すようなＩ字状、図１２に示すような逆Ｔ字状の強磁性体の何れを用いた場合においても、強磁性体９の下端がインピーダーケースに当接してストッパーの役目を果たす。

また、本実施形態で説明する例においては、強磁性体を一体的に構成したもののみを示しているが、これのみに限定されない。例えば、図１０に例示するＴ字状の強磁性体９を用い、垂直部の略下方、即ち、インピーダー８を保護する図示略のケース上に凹状の受け部材を配置し、この受け部材の凹部に強磁性体９の垂直部が挿入支持される構成とすることも可能である。

強磁性体９の材質としては、フェライトや電磁鋼板などの導電率の低い良磁性体を用いればよい。

また、強磁性体９を設置する位置は、誘導コイルよりも上流側であればよいが、誘導コイルにより近い方が、流れようとする電流を元から阻止するためには効果的である。但し、誘導コイルに近付き過ぎると、磁束密度が高くなって強磁性体が発熱しやくすくなるため、適宜影響のない位置を求めれば良い。また、強磁性体９の長さや厚さに関しては、使用する条件で異なることから、特別に定めるものではないが、長さに関しては数十ｍｍ程度あれば十分で、厚さに関しては金属帯板に接触しない程度で開口部に近接する程度にすれば効果がより高められる。

また、強磁性体９の設置の仕方に関しては、内周面回りの電流を抑えるインピーダー８と組み合わせ、金属板端部から内周へ電流が流れ込まない状態にしておいて、強磁性体９を設置すると、誘導コイル３の上流に流れる電流の抑制効果が大きくなる。すなわち、図６に示すように、インピーダー８の上流側端部と誘導コイル３までとの間で、強磁性体９がインピーダー８上に配されるように設置するのが望ましい。

また、強磁性体９と金属板端部との隙間は、可能な限り近づけた方が電流抑制効果は高く、離れると効果が薄れるので、両者をなるべく近づけることが好ましい。

強磁性体９を設置する場合、実機においては、金属板端部２ａ，２ｂが強磁性体９と接触することが考えられる。ここで、強磁性体に、例えばフェライトを使用した場合、衝撃が加わった際に簡単に割れやすくなる。このように、フェライトからなる強磁性体が割れた場合、下流のスクイズロールで噛みこんだり、誘導コイルに挟まったりする等の設備トラブルを生じやすくなる。そこで、本発明では、強磁性体９の外表面を被覆することにより、安全性や生産性を考慮した装置とすることが好ましい。すなわち、強磁性体９の外表面を、ガラステープなどで被覆し、万が一、強磁性体９に衝撃が加わって割れた場合でも飛び散らないようにすることがより好ましい。

強磁性体９を被覆する材料としては、非磁性材でかつ非導電性の材料であれば良く、ガラステープに限らず、耐熱性のビニールテープや樹脂でモールドしても良く、また、ゴム等を貼り付けても構わない。このような強磁性体の被覆は、必ずしも必須ではないが、処置をしておいた方が安定操業の観点からより好ましい。

さらに、強磁性体９の設置に関しては、例えば、金属板端部の位置が走行中にねじれて変位する場合には、強磁性体９を固定して設置すると、金属板端部と接触して破損するおそれが高くなる。そこで、本発明の別の実施形態では、強磁性体９が、走行中の円筒状に曲げられた金属帯板における前記両端部が接触した際に、前記両端部の間の開口部内で、強磁性体９の破損を避けるように移動できる移動機構を有することを特徴とする。

たとえば、図１３は、強磁性体９をアルミナ繊維など線材からなる糸１１で固定板１２に吊り下げ支持した例であり、図１４は、それを前から見た断面図である。図１３、１４に示す例においては、強磁性体９が糸１１で吊るされているため、仮に、強磁性体９に金属板端部が接触した場合でも、強磁性体９が金属板端部から逃げるように離間することができるため、損傷をうけにくい。

また、上記移動できる移動機構として、強磁性体がＴ字状又はＨ字状の場合には、強磁性体の上部の水平部分と円筒状に曲げられた金属帯板との間に、且つ、強磁性体の垂直部分を挟んで対向するように、強磁性体の設置板を強磁性体の垂直部分から離して２枚水平に設け、強磁性体の上部の水平部分を、設置板上に載置する機構を採用できる。

図１５、１６は、強磁性体９が自在に動けるような開口部１４を設けた設置台１３の底板（設置板）１６上に、スペーサー１７を介して、その上に強磁性体９を乗せて設置する例であり、強磁性体９の鉛直部分（垂直部分）が両端部間（２ａ、２ｂ）に位置するように、前記鉛直部分が挿通される開口部１４と、この開口部１４の周囲に設けられて水平部が載置される載置部とを有する底板１６が設けられている。このような構成とした場合、開口部１４のスペース内で強磁性体９が自在に動くことが可能となる。強磁性体９は、金属帯板の進行方向や幅方向に動くだけではなく、金属帯板をつなぐ溶接部に到達した時に上下動することが可能となる。通常、強磁性体９は適度な重量があるので、大きな力が加わらなければ大きく動くことはない。しかしながら、強磁性体９の位置を安定させるため、図１５に示すように、例えば、ゴムやスポンジ等の柔軟性を有する材料からなる柔構造体１９を用い、平面内における強磁性体９の位置を復元できるように構成するとともに、ケース内から飛び出ることの無いように、強磁性体９の背面をゴムや樹脂等で軽く抑えるように構成しても良い。

図１６は、図１５のＡ−Ａ断面図であり、固定脚１８上に設置台１３を設けた例であり、図示例においては、強磁性体９と底板１６との間にスペーサー１７を設けているが、これは必ずしも必要とするものではない。しかしながら、前述のように強磁性体９は、強磁場下では発熱しやすいことから冷却することが好ましく、冷却するための構成として上記構造を採用することが効果的である。すなわち、強磁性体９の上に設けた冷却ノズル（冷却媒体を吐出する手段）２０から水などの冷却媒体を強磁性体９に吹き付け、強磁性体９の上面を冷却し、さらに、スペーサー１７を強磁性体９の下部に間隔を置いて数カ所設ける。これにより、強磁性体９と底板１６との間に隙間ができ、冷却媒体が強磁性体９の下面ならびに垂直部側に下降し、これらを冷却することで効果的に強磁性体９全体を冷却することが可能となる。この際、囲い１５で囲まれた領域内に冷却水が十分に供給できれば、強磁性体９以外の開口部から、図示略のインピーダーケースに対して大量の冷却水を供給することができることから、金属板が持ち込むスケールなどがインピーダーケースに堆積するのを防止することができる。

このスペーサー１７は、固定台（底板１６）に設けても良いし、あるいは強磁性体９に取り付けて設けてもよい。また、スペーサー１７の材質は、エポキシやベークなどの樹脂で、電気誘導を受けない材質を採用すれば良い。

上記実施形態の説明においては、誘導コイル３を用いて金属帯板１を溶接する場合について述べたが、図２に示すように、電極４を用いて溶接する場合でも同じ原理であり、強磁性体９は、電極の上流側に流れる電流を阻止するのに効果的である。また、筒状に曲げられた金属帯板の内周面における周方向長さが、誘導コイル３から接合部６を往復する距離よりも圧倒的に長くインピーダンスが大きい場合には、インピーダーを用いないこともあるが、本発明は、インピーダーが無い場合であっても、接合部側に電流を効果的に向かわせる効果が得られる。

さらに溶接効率を高めるため、本発明の更に別の実施形態では、誘導加熱装置を用いる場合に、電力供給部である誘導コイルの外周に近接してリング状の強磁性体を配置する。図１７は、その構成を示す断面模式図であり、図１８は、図１７の誘導コイル３近傍のＡ１−Ａ１断面を示す模式図である。図１７、１８に示すように、本実施形態においては、誘導コイル３の外側近傍に、誘導コイル３の外周に沿ってリング状に強磁性体２１を設ける。強磁性体２１の材質としては、フェライトや積層した電磁鋼板、アモルファス合金等を用いることができる。

誘導コイル３近傍にリング状に強磁性体２１を設けるのは、この強磁性体２１が設けられていない場合、誘導コイル３に一次電流を流して発生した磁束が周囲のロールや構造体に流れてしまい、電力が無駄に使われてしまうことから、この無駄な電力の発生を防止するためである。また、本発明において、誘導コイル３の外側近傍にリング状に強磁性体２１を配置する場合には、円盤状に形成した厚みのあるフェライトや、直方体や扇状に積層した薄い電磁鋼、あるいは、アモルファス等を用い、誘導コイル３の外側において、この誘導コイル３を囲むように配置する。

この強磁性体２１は、金属帯板１やロールおよびその構造体よりも数倍透磁率が高いという性質を利用し、誘導コイル３からの磁束の拡散を防止し、誘導コイル３で発生した磁束を磁気抵抗の小さな強磁性体２１に導き、誘導コイル３近傍に集中させる働きがある。したがって、誘導コイル３の近傍に磁束が集中すると、それによって金属帯板１に発生する電流も増加し、金属板端部を流れる電流密度が上昇することで加熱効率が向上する。

特に、強磁性体９を誘導コイル３の上流に配置した場合、磁束は誘導コイル３の下流に偏ることから、スクイズロール等に向かう磁束を制御することは、溶接効率を向上させる点から重要である。

誘導コイルによって発生する磁束が誘導コイル直下に集中すれば、金属帯板１で形成される筒状体の内側を通過する磁束の増大によって、金属帯板１に発生する誘導電流が増大するので、溶接する接合部６に向かう電流を増加させることができる。この実施形態では、比透磁率が大きく磁気抵抗の小さな強磁性体２１を誘導コイル３の外側、外周に沿って配置する。誘導コイル３で発生する磁束が選択的に強磁性体２１内を通るので、磁束の拡散を防止し、誘導コイル３の直下に磁束を集中させることができる。またこれにより、誘導コイル３で発生した磁束をスクイズロールやフレームなどの金属に流れるのを防止できる。

すなわち、比透磁率が数百程度である鉄のスクイズロールやフレームなどに比べ、数倍大きな比透磁率を有するフェライトコアや電磁鋼、アモルファス等の強磁性材からなる強磁性体２１を誘導コイル３の近傍・誘導コイルの外周に沿って配置し、誘導コイル３で発生した磁束を選択的に強磁性体２１内に通すことで、磁束の拡散を防止し、誘導コイル３の直下に磁束を集中させることができる。磁束を誘導コイル３の直下に集中させると、誘導コイル３の直下において金属帯板内を周回する電流が増加し、金属帯板端部の表面を回って接合部に向かう電流密度が高まり、効率の良い溶接が可能になる。この際、誘導コイルから電源へ向かう導体は、筒状体の進行方向上流側にリードを出せば良い。

また、本実施形態において、強磁性体が前記誘導コイルの周方向に複数個に分割されて配置した構成を採用すると、例えば、電磁鋼やアモルファス等の箔を積層した磁性体コア（強磁性体２１）を製作する場合、図１９の断面図に示すように、誘導コイルに対して概略直角となるように積層しないと、磁束が磁性体コアの面を貫通して発熱し、電力ロスになるだけではなく、磁性体コアとしての働きが失われるなどの問題が生じる。このため、図１９に示すように、磁性体コアをなす材料の積層方向は、誘導コイルに対して概略垂直とする必要がある。しかしながら、磁性体コアをなす材料を連続して周方向に積層するのは、積層時に内外周差が生じることから難しく、通常の矩形断面形状に積層したものを周方向に分割して配置した方が、製作が容易である。また、磁性体コアを周方向に分割して配置した場合、発熱した磁性体コアを冷却するのが容易であることから長時間にわたって性能を維持することができ、またさらに、冷却板を銅等で製作した場合には磁性体コアの外部に漏れる磁束をほぼ無くすことができることから、周囲設備への加熱を防止できるなどのメリットが得られる。

強磁性体２１は、誘導コイル３に近づけて配置することから、強磁場に曝されるため、発熱しやすい。そこで、本実施形態では、誘導コイル３の周りに配置する強磁性体２１を誘導コイル３の近傍に分割して配置するとともに、強磁性体３を冷却する手段を設けることがより好ましい。図１９はその一例を示す断面図であり、周方向に沿って複数個に分割した隣り合う強磁性体２１同士の間に、銅板などの冷却板２１ｂを設け、さらにこの冷却板２１ｂに穴を開けることで冷却媒体の流れる冷却路２１ａを設けた構造としても良い。この際、冷却板２１ｂは強磁性体２１に熱伝導率の良い絶縁性のある接着剤などで密着させることが好ましい。このように、冷却板２１ｂを強磁性体２１と密着して設けると、強磁性体２１が、高周波電流によって発生した磁束で発熱した際の熱を、冷却路２１ａを通る冷却媒体によって効果的に抜熱でき、強磁性体の磁気特性を損なうことなく、また、焼損する等のトラブルもなく、安定して使用できる。

また、強磁性体２１は、誘導コイル３全体を覆うように回るような配置が望ましいが、電源へ向かうリード部や、架台などの障害物が近くにある場合等には、干渉を避けるため、図２０に示すような、周の途中で間引いたような配置としても良い。図２０に示す様な分割構造を採用した場合、金属帯板の開口部を避け、開口部の外側に磁性体コア（強磁性体２１）を配することにより、誘導コイルで発生した磁束が、金属帯板１の開口部直下にあるインピーダー８に直接入るのを弱め、インピーダー８の焼損を防止することも可能となる。すなわち、金属帯板１の開口部上にある誘導コイル３で発生した磁束が、磁気抵抗の小さな強磁性体２１を金属帯板１の開口部両端の外側に配置することによって強磁性体２１側に流れるようになり、インピーダー８へ直接流入する磁束の割合を減少させることで、インピーダー８の焼損が起きにくくすることが可能となる。

また、強磁性体２１が金属帯板１の開口部両端を跨いでこの開口部周辺のみに集中して配置された場合（例えば、鉛直方向における誘導コイル３の半分よりも上側のみに、半周以下の長さで配置された場合）は、誘導コイルで発生した磁束が強磁性体２１を通して集中的にインピーダー８へ流入するため、インピーダー８の焼損が起こり易くなる。このため、強磁性体２１は鉛直方向において、誘導コイル３の半分よりも下側迄に亘って配置されることが好ましい。

図２１は、別の冷却構造を示す実施形態であり、図１８の構成のリング状の強磁性体２１の上に、銅板等の低抵抗で高熱伝導の冷却板２１ｂを密着して巻き、その冷却板２１ｂに、冷却媒体を通じる銅管等の冷却管２１ｃをロウ付け等で取り付けた構造としても良い。

強磁性体２１の長手方向の幅は、誘導コイル３の幅よりも小さくても構わないが、図１７に示すように、誘導コイル３の幅よりも少し入側・出側に出る程度（１０〜２０ｍｍ程度）が好ましい。強磁性体２１の長手方向の幅が誘導コイル３よりも広すぎると、スクイズロール６等の他の装置に磁束を供給する形になる等、不具合が生じるため、図２２に示すように、強磁性体２１の端面を、若干、金属帯板１側に向けた構成としても良い。但し、金属帯板１に強磁性体２１の面が近づき過ぎると、金属帯板１の厚み方向に貫通する磁束の影響が強くなり過ぎ、強磁性体２１の直下で閉ループを形成して、接合部６を通る電流が減少することがあるので、注意する必要がある。また、強磁性体２１の厚みとしては、強磁性体が磁束飽和しない程度の厚みにすれば良く、使用する素材の飽和磁束密度、周波数、電力等に合わせて適宜設計すれば良い。

なお、誘導コイルと強磁性体との距離については、特に規定するものではないが、誘導コイルと強磁性体との間に絶縁体を挟む必要があることから、数ｍｍ程度離す必要がある。但し、誘導コイルと強磁性体との距離を離し過ぎると磁束集中効果が弱められることから、できれば、２０〜３０ｍｍ以下の範囲で誘導コイルと強磁性体とを配置するのが望ましい。

またさらに、誘導コイル３の上流に電流が流れるのを防止するためには、本発明によるさらに別の実施形態として、図２３に示すように、強磁性体９のさらに上流にシールド板２２を設置するのが有効である。すなわち、強磁性体９によって流れを防止できなかった電流が強磁性体９の更に上方に流れる場合には、それに伴って磁束も遠方まで届くことから、シールド板２２を設置することによってこの磁束をカットし、シールド板２２よりも上流に電流を流れないようにすることができるので、ロールなどの損傷を防ぐことが可能となる。

シールド板２０としては、銅板やアルミ板などの低抵抗金属のシールド効果のある材料を用いればよく、形状としては、金属帯板１が接触しないだけの隙間とし、あまり大きな開口部を設けないことが好ましい。また、シールド板２０の外形としては、特に形を規定するものではなく円形でも四角形でも良いが、少なくとも誘導コイル３の外径よりも大きな面積を有し、保護しようとするロールやカバー等よりも大きめの外形とすることが好ましい。

上記説明では、誘導コイルを用いた場合を例に挙げて説明したが、シールド板２０を設けることによる効果は、電極から直接通電する構成の場合であっても有効である。すなわち、直接通電の場合であっても、電極から上流側へ向けて流れる電流は、金属帯板の両端面を互いに逆向き方向で流れる方が低いインピーダンスとなり、金属帯板の両端面を集中して流れることから、上述のように金属帯板の両端面間に強磁性体を設けることで、電極よりも上流側へ電流が流れるのを防止し、溶接部側へ流れる電流を効果的に増加させることができる。

次に、本発明の更に別の実施形態について、図２４〜図２６を参照して以下に説明する。
まず、図２４に、Ｔ字形状の強磁性体９１の垂直部の上部に隙間９１ａを設けた例を示す。図１に示すように、強磁性体の垂直部の上部に隙間を設ける理由としては、金属帯板の開口部に配置される磁性材コアの発熱を防止し、誘導コイルの上流側に電流が流れるのを、長時間に亘って安定して防止することが挙げられる。すなわち、本発明における強磁性体は、金属帯板端部の間に遊挿されることから、強磁性体の内部には、金属帯板端部を高周波電流が流れるのを阻止するように、この金属帯板端部を流れる高周波電流と逆向きの電流が流れるため、発熱する。このように、強磁性体が発熱して高温になると、次第に磁性が失われてゆき、誘導コイルの上流側に流れる電流を阻止できなくなってしまう。このため、図２４に示す例では、発熱する強磁性体９１を効果的に冷却するためにスリット９１ａを設け、このスリット９１ａに冷却媒体を通過させることにより、強磁性体９１を直セル冷却する。この際に用いる冷却媒体としては、例えば、冷却水の他、水に油を鹸濁させたもの、空気等のガス、あるいはミスト等、適宜採用すれば良い。この場合には、例えば、強磁性体９１の上部に備えられた冷却媒体を吐出する手段から、上記した冷却媒体が強磁性体９１の上部に吐出された際に、冷却媒体がスリット９１ａを通過して垂直部へと下降する。

図２５に例示する強磁性体９２は、さらに、水平部分（Ｔ字状の上部）の磁性材に周壁部９２ｂを設けた構成である。図２５に例示する強磁性体９２は、上部から供給される冷却媒体を、一旦この周壁部で囲われた内部空間に貯留させることにより、水平部分の冷却も効果的に行うことが可能となる。

なお、図２４、２５では、強磁性体の垂直部が水平部の下部に配置される、所謂Ｔ字状の例を示したが、図２６に例示する強磁性体９３のように、垂直部が水平部よりも上に飛び出した突出部９３ｃが備えられた構成、即ち、Ｔ字状と逆Ｔ字状とを併せたような構成としても良い。

以上説明したように、本発明による電縫管溶接装置は、従来に比べて電力消費を少なくすることができるため、省エネが可能となる他、同じ電力でライン速度を上げた生産が可能になる。ライン速度の増加は、生産性を向上させるばかりではなく、溶接品質の安定化にもつながる。

また、誘導コイルあるいは電極の上流側に流れる電流によってロールが損傷するのを防止できるばかりではなく、誘導コイル周辺の構造体への漏洩磁束による加熱が防止できる等、設備の安定稼働も可能であるなどの特徴を有する、優れた電縫管溶接装置となる。

以下に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例にのみ限定されるものではない。

（実施例１）
本発明の効果を確認するため、以下に説明するような確認実験を行った。
実施例１においては、外径３８ｍｍ、肉厚３ｍｍのガス管用鋼管に幅１０ｍｍの平行開口部をつくり、その後、溶接部と見立てた接合部６までの傾斜部の角度が３°となるようにレーザー加工を施した。そして、図５に示すような配置で、鋼管端部の昇温速度が、強磁性体の有無、強磁性体の形によってどのように変わるかを確認した。

実施例１における実験は、図８に示すような強磁性体９として、フェライトコアの形状を、Ｈ字形状を横にした形状とし、このフェライトコアを設けた本発明による発明例１、図１０に示すようなＴ字状としたフェライトコアを用いた発明例２、図１１に示すようなＩ字状としたフェライトコアを用いた発明例３を用いた。さらに、この実験では、比較例として、フェライトコアをもちいない比較例１、図８あるいは図１０に示す強磁性体（フェライトコア）の内の水平部のみを用いた、図２７に示すような形のフェライトコアを用いた比較例２の各々について、接合部６が常温〜１０００℃になるまでの平均の昇温速度を計測した。

この実験において用いたフェライトは、発明例および比較例で共通であり、水平の部分が幅４８ｍｍ、高さが１６ｍｍ、長手方向の長さが６０ｍｍで、開口した金属端部の間に入るフェライトの幅は８ｍｍ、高さが１６ｍｍで、長さが６０ｍｍである。図８に示す下側の水平部のコアは、幅が１６ｍｍで高さが８ｍｍ、長さが６０ｍｍである。

誘導コイルとしては、２Ｔ（ターン）巻いたφ１０ｍｍの水冷銅管を、鋼管から５ｍｍのギャップで、接合部から１５０ｍｍ離して配置して用い、静止状態において２００ｋＨｚの電源で１５ｋＷの電力を投入し、最高温度が１０００℃になるまでの時間を計測した。この際の温度は、５０μｍのＫ熱電対を鋼管端部に溶着して測温した。また、インピーダーとしては、フェライトコア製で、直径１６ｍｍで中心に６ｍｍの孔が形成された、長さが３００ｍｍのものを用いた。
結果を表１に示す。

表１に示す昇温速度向上割合は、各実施例の昇温速度から比較例１の昇温速度を引き、比較例１の昇温速度で除した割合を百分率表示したものである。強磁性体が鋼管端部を包むような形状とされた発明例１が最も昇温速度が速く、比較例１に比べて２１％の速度向上が確認できた。また、強磁性体を、鋼管端部の上方だけを囲むように形成した発明例２も、発明例１よりは若干下がるものの１７％の改善がみられ、鋼管端部の間にコア（強磁性体）を入れたのみの発明例３でも９％の加熱速度向上が図られた。一方、鋼管端面上部にコアを配置したのみの比較例２では、加熱速度改善効果は見られなかった。また、誘導コイルの上流側３０ｍｍの位置に設置した熱電対の温度を比較した場合、比較例では３５０℃程度昇温されるのに対し、本発明では昇温が効果的に抑制できることを確認した。

（実施例２）
誘導コイルの外側に強磁性体を配置した効果を確認するため、誘導コイルの外側に、強磁性体２１として厚さ２０ｍｍのフェライトコアを誘導コイルとの隙間５ｍｍで配置し、上記実施例１と同様の加熱実験を行った。その結果、実施例１に比べ、発明例１〜３で７〜９％、誘導コイルの上流側の鋼管端面間に強磁性体としてフェライトコアを設けない比較例１の場合でも、１１％の加熱速度改善効果が得られることを確認した。

（実施例３）
誘導コイルの上流の昇温温度が６５℃であった実施例１の発明例３の場合、フェライトコア（強磁性体９）の上流側端部からさらに上流側に５０ｍｍ離れた位置の昇温温度は３６℃であった。実施例３では、さらに、強磁性体９の上流側端部から３０ｍｍ離れた位置に直径５０ｍｍの穴をあけ、鋼管が通ることができるようにした厚さ５ｍｍの銅板製のシールド板２２を設置し、実施例１と同様に加熱実験を実施した。その結果、強磁性体９の上流側端部からさらに５０ｍｍ離れた位置の昇温温度は０℃であり、上流側へ向かう電流を完全に遮断できることを確認した。

（実施例４）
実機製造ラインで、図１６に示す構造の強磁性体ケースに、強磁性体９として実施例１の発明例２で用いたフェライトコアに、Ｋ熱電対をつけてガラステープで巻いたものを設置した。そして、φ４９ｍｍの鋼管製造時に、冷却ノズル２０からの水を切った状態で強磁性体９を設置したところ、強磁性体９のフェライトコアは３０分間で６２℃上昇するとともに、省電力割合が４％低下することを確認した。また、鋼管端面と向かいあうフェライトコアの一方の外側には、スケールが大量に付着しており、鋼管端面と接触していたことがわかったが、フェライト自体の損傷はみられなかった。次に、強磁性体９に対して、フェライトコア上部の冷却ノズル２０から冷却水を１０Ｌ／ｍｉｎの流速で吐出して同様に操業を行った結果、フェライトコアは全く昇温せず、省電力割合の低下も見られなかった。また、冷却水の吐出を行わなかった際に付着していたスケールもほとんど見られず、割れなどの損傷も生じなかった。

（実施例５）
実施例５では、外径３８ｍｍ、肉厚３ｍｍのガス管用鋼管に、図１に示すような幅１０ｍｍの平行開口部を設け、その後、溶接部と見立てた接合部までの傾斜部の開口角度が３度となるようにレーザー加工を施し、図１７に示すような誘導コイル３、強磁性体２１及び接合部６の配置として実験した。なお、本実験においては、図１７中に示す強磁性体９は設けずに行った。また、この実験においては、外径７８ｍｍの誘導コイル３を使用し、強磁性体２１としては、図１９、図２１に示すような、周全体が連続した外径１００ｍｍ、内径９０ｍｍのフェライト製リング状コアを用いた。

発明例４は、図２１に示すような装置を使用し、その構造は、外径１００ｍｍ、内径９０ｍｍのフェライト製リング状コアを用い、その外周に、φ１０ｍｍの水冷銅パイプが半田付けされた３ｍｍ厚の銅板を絶縁性接着剤で密着させて巻いた構造である。なお銅パイプ内には、冷却水を通している。

発明例５と発明例６は、図１９に示すような装置を使用し、その構造は、誘導コイル３の上に３ｍｍ厚のエポキシパイプをかぶせ、その外周上に幅１０ｍｍ、高さ２５ｍｍ、長さ７０ｍｍの分割されたフェライトコアを１６個並べ、隣り合うフェライトコア同士の間にφ１０ｍｍの水冷銅パイプを配置し、このパイプを絶縁性接着剤でフェライトコアへ密着させた構造である。ここで、発明例５は、銅パイプ内に冷却水を入れないケースとし、発明例６は冷却水を入れるケースとした。

なお、発明例４〜６で使用したいずれの装置においても、周方向全体で連続したコアは、誘導コイルの電源へのリード部が出る位置を、部分的に３０ｍｍ切り欠いたものを用いた。

また、図３に示すような、強磁性体を誘導コイル外周に配置しない場合を比較例３とした。

発明例４〜６と比較例３のそれぞれについて電磁場解析を行ったところ、比較例３に対比して、発明例４〜６は、いずれも誘導コイル３直下の磁束が増大するとともに、誘導コイル直下の金属帯板表面に発生する誘導電流が増大することが確認できた。この誘導電流の増大に伴い、溶接する接合部６に向かう電流も増大した。

本実験では、接合部６における常温〜８００℃までの昇温速度と、フェライトコアの端面（図１７のＢ、図１９、２１のＣ部）に貼り付けた熱電対の昇温温度を計測した。

誘導コイル付近の詳細構造としては、φ１０ｍｍの水冷銅管を鋼管から１０ｍｍ離して、２Ｔ（ターン）巻いた外径７８ｍｍ、長手方向の幅５０ｍｍの誘導コイルを用い、接合部から１５０ｍｍ上流に離して配置した。そして、２００ｋＨｚの電源を使用して、静止状態で３０ｋＷの電力を投入し、接合部６の常温からの加熱温度が１０００℃になるまでの時間を計測し、平均昇温速度を求めた。この際の温度は、５０μｍのＫ熱電対を鋼管端部角に溶着して測温した。また、鋼管内部にはインピーダー８を配置した。このインピーダー８としては、フェライトコア製であり、直径１６ｍｍで中心に６ｍｍの穴があいた長さ３００ｍｍのものを用いた。
結果を表２に示す。

表２に示す接合部６の昇温速度向上割合は、比較例３の昇温速度を１とした時の割合であるが、誘導コイル全体を、強磁性材のフェライトコアからなる強磁性体２１で囲むような形状とした発明例４が最も昇温速度が速く、比較例３に比べて１５％の速度向上が確認された。また、強磁性体２１として、１６分割した強磁性材のフェライトコアを用いた発明例５及び発明例６も、発明例４に比べれば若干昇温速度が劣るものの、比較例３と比べて８％の昇温速度向上が図られた。一方、フェライトコアの昇温に関しては、コアの角部近傍が昇温しやすく、発明例４では２℃の昇温が見られ、また、発明例５では５℃の昇温がみられたが、水冷を施した発明例６では全く昇温がみられなかった。

上記実施例においては、同じ電力を投入して、本発明における電縫管加熱時の昇温速度向上効果を確認した。上記結果より、電縫管溶接の溶接効率を、簡単な装置で効果的に上げられることが判明した。また、比較例と同じ昇温速度とする場合は、消費電力が少なくて済むことも明らかである。また、同じ投入電力であれば従来技術の比較例と比べて、ライン速度を上げることができることも明らかである。

（実施例６）
上記実施例５は、省電力の静止加熱実験であったが、より詳細に発熱の影響を確認するため、鋼板を流しながら高出力で溶接する連続加熱実験を行い、その効果を確認した。本実験は、実施例５の発明例４で使用したフェライトコアに水を流して実験した本発明による発明例７、水を流さないで使用した発明例８、発明例５及び発明例６で使用したような冷却構造を有するフェライトから、鋼板開口部の上部に対応する位置のフェライト及び水冷構造を削除することにより、図２０に示す構造においてフェライトの下部が連結した構造の冷却フェライトコアを用いた発明例９、誘導コイル単独で使用した場合を比較例４とし、そして、本実験においては、３０分加熱後のフェライトコアの温度上昇と、フェライトの異常の有無、インピーダーの焼損状況等について比較した。

本実験においては、肉厚３ｍｍの鋼板を外形３８．１ｍｍになるように成形し溶接した。インピーダーとしては、断面積が１００mm２の電磁鋼板箔の積層体を用い、２ターンに巻いた内径６０mm、外径９０mm、幅５０mmの水冷銅管製コイルに、周波数１８０ｋHzの高周波電流を流して溶接した。この溶接の際の電力は４５０ｋＷ一定とした。また、フェライトの温度は、実験後に接触式のＫ熱電対で測定した。
結果を表３に示す。

表３に示すように、発明例７及び発明例９は、若干温度が上がるものの、安定して使用することができたが、発明例７と同じ構造の発明例８は、通電開始後、間もなくフェライトに亀裂が入り、実験を中止した。これにより、高出力下では、水冷構造を備えることで、安定して使用可能となることが確認できた。また、実験後のインピーダーの形状を確認したところ、比較例４及び本発明７は、誘導コイル直下のインピーダーにおいて積層部の層間が若干剥離し、変形しているのが確認された。しかしながら、発明例８については全く異常が見当たらず、健全であることが確認でき、鋼板開口部からインピーダーへ流れ込む磁束が減少することが確認された。

本発明の電縫管溶接装置は、走行する金属帯板を曲げながら筒状にして溶接する電縫管溶接の効率を、簡単な装置で効果的に上げることができる。これによって、電力使用量を抑制して省エネが実現でき、一方、同じ電力を投入した場合にはライン速度を上げることができることから、生産性の向上を図ることができるので、その産業上の効果は多大である。

１ 金属帯板
２ａ、２ｂ 金属帯板端部
３ 誘導コイル
４ａ、４ｂ 電極
５ａ、５ｂ 電流
６ 接合部
７ ロール
８ インピーダー
９、９１、９２、９３ 強磁性体
９１ａ、９２ａ、９３ａ スリット
９２ｂ、９３ｂ 周壁部
９３ｃ 突出部
１０ 電流分布
１１ 糸
１２ 固定板
１３ 設置台
１４ 開口部
１５ 囲い
１６ 底板
１７ スペーサー
１８ 脚
１９ 柔構造体
２０ 水冷ヘッダ−（冷却ノズル）
２１ 強磁性体
２１ａ 冷却路
２１ｂ 冷却板
２１ｃ 冷却管
２２ シールド板
２３ コーナー部

Claims (9)

1. 走行する金属帯板がロールにより円筒状に曲げられて前記金属帯板の幅方向の両端部が対向するようになった後、前記円筒状に曲げられた金属帯板の直近に誘導加熱装置又は通電加熱装置の電力供給部を設け、この電力供給部からの供給電力により、前記両端部をジュール加熱し、その後、前記両端部間を圧接しながら溶接する電縫管溶接装置であって、
   前記金属帯板の走行方向に沿って見た場合に前記電力供給部よりも上流側に配置され、かつ、前記対向する両端部の間の開口部に対応する位置で、前記両端部の端面の間に遊挿される強磁性体を備え、前記強磁性体を、前記金属帯板の走行方向に垂直な断面で見た場合の形状が、Ｔ字状、逆Ｔ字状、Ｈ字状、Ｉ字状の何れかであることを特徴とする電縫管溶接装置。
2. 前記断面で見た場合の形状がＴ字状、逆Ｔ字状、Ｈ字状、Ｉ字状の何れかである前記強磁性体は、前記開口部における前記両端部の端面の間に遊挿されると共に、前記金属帯板の走行方向に垂直な断面で見た場合に、前記対向する金属帯板の両端部の各上部コーナー部、各下部コーナー部の一方又は双方を覆う形状を有することを特徴とする請求項１に記載の電縫管溶接装置。
3. 前記強磁性体の表面が、非磁性かつ非導電性の材料で被覆されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電縫管溶接装置。
4. 前記強磁性体が前記両端部に接触した際に、前記両端部の間の開口部内で、この強磁性体の破損を避けるように移動させる移動機構を更に有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電縫管溶接装置。
5. 前記移動機構が、前記強磁性体を吊り下げ支持する線材であることを特徴とする請求項４に記載の電縫管溶接装置。
6. 前記電力供給部が、前記誘導加熱装置における誘導コイルであり、この誘導コイルの外周に配置されたリング状の強磁性体を更に備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電縫管溶接装置。
7. 前記リング状の強磁性体が、前記誘導コイルの周方向に沿って複数に分割されていることを特徴とする請求項６に記載の電縫管溶接装置。
8. 前記複数に分割された前記リング状の強磁性体の、隣り合う強磁性体同士の間に、冷却媒体が流れる冷却路が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の電縫管溶接装置。
9. 前記電力供給部が、前記誘導加熱装置が備える誘導コイルであり、前記走行方向における前記強磁性体の更に上流に、前記誘導コイルにより発生する磁束を遮断する金属製のシールド板を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の電縫管溶接装置。

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