JP2013208637A - 電縫鋼管のシールボックス溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、シールボックス内で溶接ビード部の表面平均温度及びホワイトバンド幅を制御することにより、鋼管のペネトレータ割れを零とし、さらに、疲労寿命の低下を抑制することである。
【解決手段】本発明による電縫鋼管のシールボックス溶接方法は、シールボックス(5)内の溶接点(11)前の予熱部に不活性ガスを供給しつつオープンパイプ(1)を搬送し、前記溶接点(11)では前記オープンパイプ(1)の溶接部のビード温度が１３００℃以上で、かつ、前記溶接部の板厚表層部のホワイトバンド幅が１００μｍ以上となる入熱で前記溶接部の溶接を行う方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電縫鋼管のシールボックス溶接方法に関し、特に、シールボックス内の溶接部のビード温度及びホワイトバンド幅を制御することにより、鋼管のペネトレータ割れを零とし、鋼管の品質向上を計るようにするための新規な改良に関する。

従来、電縫鋼管は、一般に、帯鋼をフォーミングスタンドのフォーミングロールによって円筒状に連続成形したのち、そのエッジ部を高周波電流にて加熱し、スクイズロールで横方向から加圧・接合して製造される。この加圧・接合された電縫鋼管の内面には、溶接後の電縫鋼管内面に形成されるビードを切削するための内面ビード切削装置や、溶接時の加熱効率向上の機能を有する磁性酸化物（フェライトコア）からなるインピーダを内蔵するインピーダケースや、切削装置の支持体であるマンドレルが挿入されている。
通常、マンドレルには、インピーダの性能が悪化しないよう、インピーダを冷却するための冷却配管が配設されており、インピーダを連続的に冷却することができる。このインピーダの冷却水は、溶接点付近に位置するインピーダケース先端部から噴出され、内面ビード切削装置の切削バイトを冷却する役目も果たしている。
しかし、例えば、Ｓｉを含有する高Ｍｎ鋼等の酸化しやすい素材を用いて電縫鋼管を製造する場合は、このインピーダの冷却水が溶接点付近で噴出する構造のマンドレルを使用すると、電縫鋼管の溶接部内部に酸化物による溶接欠陥が数多く発生することがある。以下では、この溶接部の内部に認められる酸化物による溶接欠陥をペネトレータと称することがある。
そのため、このペネトレータの発生を極力抑えるために、溶接部を周知の非酸化性ガスでシールドするガスシールド溶接法が採用されている。

前述のガスシールド溶接方法及び装置としては、多くの提案が行われ、例えば、代表的な例として、特許文献１の構成を挙げることができ、その概略的な構成は、図６に示される通りである。
すなわち、オープンパイプ１の外径より大径の内径を有する内筒２と、高周波ワークコイル３に内接する外筒４とから主としてなるシールボックス５が用いられ、電縫鋼管６内に挿入する内面ビード切削装置７、インピーダ８を内蔵するインピーダケース９、切削装置７に接続されたマンドレル１０、マンドレル１０に設けられ溶接点１１付近に位置するシールドガスを噴出するためのシールドガス配管１２等が配設されている。

前記インピーダ８を冷却する冷却水の噴出口位置１３を前記溶接点１１から４００ｍｍ以上離間させ、かつ、内面ビード切削装置７の手前側としている。
また、他の従来例としては、本出願人が先に出願した特許文献２の電縫鋼管のシールボックス溶接装置の構成があり、シールボックス内の酸素濃度を１００ｐｐｍ以下となるように制御する構成である。

特許第３３４８９８９号公報 特開２０１１−２０６８１３号公報

従来のガスシールド溶接方法及び装置は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、まず、特許文献１の電縫鋼管のガスシールド溶接装置の場合、溶接部近傍への大気の流入を防止することは可能であるが、シールボックス内の酸素濃度を十分に下げることができず、ペネトレータすなわち、酸化物欠陥を零にすることはできなかった。
また、フォーミングロール冷却水の流入の防止やインピーダ冷却水の逆流防止が困難であり、溶接点付近で冷却水の蒸発によりシール性が極端に悪化する可能性があった。
さらに、インピーダの構造が複雑で特別なインピーダ製作には多大な費用が掛かることになっていた。
また、特許文献２の電縫鋼管のガスシールド溶接装置の場合、シールボックスは酸素濃度１００ｐｐｍ以下となり、製造した電縫鋼管を図２に示されるへん平試験により試験した場合は、ペネトレータ欠陥割れを皆無にすることができた。 しかし、へん平試験に合格した電縫鋼管であっても、その鋼管を熱処理して疲労寿命試験を行うと、鋼管疲労寿命が低下する場合が認められた。発明者らがへん平試験に合格した多数の電縫鋼管を調査したところ、図２のへん平試験ではペネトレータ割れが起こらなくても、疲労寿命試験により鋼管疲労寿命が低下した電縫鋼管には、電縫鋼管の外面または内面の表層から５００μｍ程度までの深さの範囲に残存していたペネトレータが疲労破壊の起点になっていた。一方、疲労寿命の低下が認められなかった電縫鋼管は表層から５００μｍ程度までの範囲には残存ペネトレータがなく、残存ペネトレータが認められたとしても、その残存位置は深さ５００μｍ程度以上の深さの部位であることが明らかになった。すなわち、熱処理後の疲労寿命に優れた電縫鋼管を製造するためには、へん平試験によるペネトレータ欠陥割れを皆無にするだけでなく、電縫鋼管の外面または内面において溶接部の表層から５００μｍ程度までの深さに残存したペネトレータも皆無にする必要がある。
Ｓｉを含有する高Ｍｎ鋼等の酸化しやすい素材による帯鋼から電縫鋼管を製造する場合、特許文献１または２のいずれのガスシールド溶接装置を用いても、へん平試験によるペネトレータ欠陥割れを皆無にすることはできても、溶接部の内部に残存しているペネトレータの位置（深さ）や残存量を制御することはできなかった。

本発明による電縫鋼管のシールボックス溶接方法は、シールボックス内の溶接点の上流に位置する予熱部に不活性ガスを供給しつつオープンパイプを搬送し、前記溶接点では前記オープンパイプの溶接部のビード温度が１３００℃以上で、かつ、製造した電縫鋼管の溶接部においての板厚表層部のホワイトバンド幅が１００μｍ以上となる入熱で前記溶接部の溶接を行う方法であり、また、前記溶接点近傍の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下の状態とする方法であり、また、前記シールボックス内に配設された少なくとも３個のガス供給管からの各不活性ガス供給量を１００〜２００Ｌ／ｍｉｎとする方法である。

本発明によるシールボックス溶接方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、シールボックス内の溶接点の上流に位置する予熱部に不活性ガスを供給しつつオープンパイプを搬送し、前記溶接点では前記オープンパイプの溶接部のビード温度が１３００℃以上で、かつ、製造した電縫鋼管の溶接部においての板厚表層部のホワイトバンド幅が１００μｍ以上となる入熱で前記溶接部の溶接を行うことにより、電縫鋼管のペネトレータ割れをゼロとすると共に、電縫鋼管の疲労寿命の低下を抑制し、品質向上を得ることができる。
また、前記溶接点近傍の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下の状態とすることにより、板厚方向の残存ペネトレータ量を減少させると共に、実ラインでの抜き取り検査でのへん平試験において、鋼管の表面に発生するペネトレータ起因の割れを零％とすることができる。
また、前記シールボックス内に配設された少なくとも３個のガス供給管からの各不活性ガス供給量を１００〜２００Ｌ／ｍｉｎとすることにより、酸化抑制が十分で、雰囲気ガスの巻き込みが少なく、溶接点の温度が十分高温に保たれ、ペネトレータの発生を抑制することができる。

本発明による電縫鋼管のシールボックス溶接方法を示す構成図である。 本発明及び従来に用いられるペネトレータ割れ検査を行う試験装置の構成図である。 本発明による溶接方法により溶接された電縫鋼管の溶接部の断面の写真による説明図である。 図３の四角枠部の拡大説明図である。 図２の試験装置によりテストされた後の電縫鋼管の表面を示す外見図である。 従来の電縫鋼管のシールボックス溶接方法の稼動状態を示す断面を含む構成図である。

本発明は、シールボックス内の溶接部のビード温度及びホワイトバンド幅を制御することにより、鋼管のペネトレータ割れを零とし、鋼管の品質向上を計るようにした電縫鋼管のシールボックス溶接方法を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による電縫鋼管のシールボックス溶接方法の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図１において、符号５で示されるものは全体形状が箱型のシールボックスである。このシールボックス５内には、その入側である管入側可変部２１から下流側にかけて、高周波加熱コイル２２、スクイズロール２３及び出側である管出側可変部２４が設けられている。
このシールボックス５には、シールボックス５の外にあるため具体的には図示しないフォーミングスタンド出側２０からのオープンパイプ１を挿入し、このシールボックス５内で電縫溶接して電縫鋼管６が製造される。オープンパイプ１は、鋼帯をフォーミングスタンドに通して略パイプ形状に成形したものであり、その素材は例えばＳｉ：１．０％、Ｍｎ：１．０％を含むため溶接時に酸化しやすい高Ｍｎの普通鋼の鋼帯である。そして、製造される電縫鋼管６は、例えば外径３０ｍｍ、肉厚５．５ｍｍである。

前記管入側可変部２１及び管出側可変部２４は、ゴム、樹脂、耐熱フェルト等の柔軟材料で形成され、円状の内径が自在に変形できるように構成され、異なる外径寸法の管を通過させることができるように構成されている。

前記シールボックス５の天板部５ａには、その管入側可変部２１から管出側可変部２４へ向けて、フォーミングロール冷却水及び大気の流入を防止するための不活性雰囲気ガスを供給するためのシールボックス入口ガス供給管３０及びその第１噴出口３０ａと、溶接点１１付近に不活性雰囲気ガスを１００Ｌ／ｍｉｎ〜２００Ｌ／ｍｉｎで吹付けるための溶接点ガス供給管３１及びその第３噴出口３１ａが設けられている。また、天板部５ａには、シールボックス雰囲気調整用ガス供給管３２及びその第４噴出口３２ａが配設されている。不活性雰囲気ガスとしては、例えばＮ₂ガス、アルゴンガス等を用いることができる。
また、シールボックス５の内部には、溶接点１１の溶接部のビード温度を測定するための溶接部ビード温度計２００が設けられている。この温度計は、周知の、例えば放射温度計や二色高温計でよく、例えば、その機種はチノー製２色温度計ＩＲ−ＦＢＱ、検出素子Ｓｉ、測定面積φ５ｍｍの機器を用いることができる。尚、この溶接部ビード温度計２００は、検出素子が溶接点１１の真上に、電縫鋼管６の上部表面から高さ数十ｍｍの位置になるように配設するとよく、その場合に測定される温度は、測定面積φ５ｍｍの範囲の平均温度となる。

また、本発明の特徴的な構成として、前記高周波加熱コイル２２と溶接点１１の間には、１本以上の予熱部ガス供給管７０及びその第２噴出口７０ａが設けられている。この前記予熱部ガス供給管７０の第２噴出口７０ａは、予熱部に不活性ガスを吹き付けることにより、オープンパイプ１の突合せ端面が水蒸気により酸化されることを防止するために特に有効な構成である。また、前記溶接点１１の近傍には、第１酸素濃度計５１が設けられている。
尚、前記第１〜第４ガス供給管３０,３１,３２,７０からシールボックス５内へ供給される各不活性雰囲気ガスの供給量は１００〜２００Ｌ／ｍｉｎとしている。また、前述の不活性雰囲気ガスの量が１００Ｌ／ｍｉｎ未満では、酸化抑制が不足であり、２００Ｌ／ｍｉｎ以上では雰囲気ガスの巻き込みが顕著となるばかりか、溶接点１１の温度が低下して、ペネトレータの排出性を阻害して溶接部表層部に残存しやすくなるためである。
さらに、シールボックス５内には、ボックス内の雰囲気を排出するための排気口(図示せず)を設けても良い。

前記シールボックス５内に位置して矢印Ａの方向に連続走行しているオープンパイプ１と電縫鋼管６内には、その入側から出側へかけて、溶接時の加熱効率向上の機能を有しインピーダケース９内に設けられたインピーダ８、電縫鋼管６内の内面に生成するビードを切削するための内面ビード切削装置７が配置され、前記インピーダケース９と内面ビード切削装置７を接続するためのマンドレル３６、前記マンドレル３６の外側に配設され冷却水によりインピーダ８と内面ビード切削装置７を連続的に冷却するための冷却水供給管３４及びその第５噴出口３４ａも設置され、前記第５噴出口３４ａの配置位置は、内面ビード切削装置７の手前に位置している。
従って、前述の構成によれば、フォーミングロール及び内面ビード切削装置７の冷却水、大気、水蒸気等の侵入を防止できるため、ペネトレータ割れ５０の発生を零とすることができる。
また、前記インピーダ８の冷却水の戻り配管がないため、その分、インピーダ８の充填率を向上させ、溶接効率の向上を図ることができる。

前記予熱部ガス供給管７０からの不活性雰囲気ガスを予熱部に供給すると共に、さらに、ペネトレータ排出性向上を得るため、溶接条件として溶接点１１では溶接部のビード部温度１３００℃以上でかつ、製造した電縫鋼管の溶接部において、鋼管外面側の板厚表層部のホワイトバンド幅が１００μｍ以上となる入熱で溶接を行うように設定し、板厚方向の残存ペネトレータ量を減少（すなわち、内外層部５００μｍ以内にペネトレータがないこと）させるように構成されている。
従って、実ラインでの抜き取り検査でのへん平試験において、電縫鋼管の表面に発生するペネトレータ起因の割れを零（％）とし、さらに、実際には、板厚方向の残存位置と生成量（板厚に対するペネトレータ長さ率：０．３％以下）を制御しているため、この電縫鋼管６を用いた熱処理後の電縫鋼管６においても疲労寿命の低下を抑制することができるように構成されている。
製造した電縫鋼管の溶接部において板厚表層部のホワイトバンド幅を鋼管外面側で１００μｍ以上とできる入熱条件は、オープンパイプの材質や板厚、オープンパイプの搬送速度、高周波加熱コイルの運転条件、インピーダの効率等により影響を受けるので、製造者が予備的な試験製造を行って決定することができる。

次に、前記ホワイトバンドについて説明する。
前記電縫鋼管６は、例えば帯鋼をフォーミングロールによって円筒状に連続成形したのち、その両端を突合せ、そのエッジ部を高周波電流によって加熱し、スクイズロールで横方向から加圧・接合して製造するが、このとき、突き合せたエッジ部が加熱されていったん溶融して接合され、続いて凝固していくとき、凝固前の液相と既に凝固した固相の間で元素の分配現象が生じるので、凝固済みの固相部の炭素量は帯鋼の炭素量よりも低下することになる。そのため、電縫鋼管の溶接部（突合せ部）には、鋼帯母材よりも炭素含有量が低い領域がある幅で残存することになる。
このように製造した電縫鋼管６の断面をエッチングして観察すると、その溶接部の中央に存在している炭素含有量が低い領域が、鋼帯母材よりも白色で、鋼管外面から鋼管内面にわたって帯状に見えることから、この領域をホワイトバンドと称する。

前記ホワイトバンドの幅の測定方法は次のとおりである。すなわち、鋼管を長さ方向に垂直に切断して、溶接部全体が含まれるように試料を切り出す。切り出した試料を樹脂に埋込んでバフ仕上げの研磨を行う。次に、ナイタール腐食液によりメタルフローを現出させた試料を顕微鏡にて観察し、溶接部の中心部に鋼管の外面から内面に渡って帯状に存在する白色部の幅を測定する。
本発明の要件である、溶接部の板厚表層部のホワイトバンド幅を説明する。図３は、溶接部の断面写真を示しており、上方が鋼管外面側、下方が鋼管内面側である。そして、鋼管外面側から鋼管内面側にわたって白く見える帯状の部分がホワイトバンドである。図４は、図３中の鋼管外面側に四角で囲った領域の拡大である。溶接部の板厚表層部のホワイトバンド幅は、図４の上に寸法線で示したとおり、鋼管外面の表面に沿ったホワイトバンドの幅である。

また、前述のように、溶接部のビード表面温度が１３００℃以上、かつ溶接部の板厚表層部のホワイトバンド幅が１００μｍ以上となる入熱で溶接を行うと良い理由は、次のとおりである。
測定箇所では、溶接後のビードはまだ溶融状態にあり、突合せ部からビードが溶融状態を保ったまま鋼管外面や内面に排出される。しかし、ペネトレータは酸化物であることから鋼管よりも融点がはるかに高く、そのため溶融状態の突合せ部においてペネトレータは固体として存在している。そのため、溶融状態のビードが排出されるときに合わせてペネトレータも排出される。
前記ビード温度が高いほど、排出されるビードが多くなるのでペネトレータの排出性も高まる。また、ビード温度が高ければ、アプセットによる台座の盛り上がりも増加し、溶出ビードを合わせた高さが高くなるので、排出と同じ効果を果たす。
従って、ビード温度やホワイトバンド幅が規定に達しないと、排出効果が小さくペネトレータが残留してしまう。内外表面から５００μｍ以内にペネトレータが残留しないためには、溶接点の上流部にあたる予熱部に不活性ガスを供給しつつオープンパイプを搬送することと、前述の溶接部ビード温度が１３００℃以上かつ、前記溶接部の板厚表層部のホワイトバンド幅が１００μｍ以上となる入熱で溶接する必要があることは、発明者らが実験の結果、見出した知見である。

次に、前記予熱部ガス供給管７０と第２噴出口７０ａは、本発明において特に付加された構成で、この管入側可変部２１と溶接点１１の中間部では、高周波加熱コイル１２によりオープンパイプ１の突合せ端面が加熱されており、その結果、雰囲気中の僅かな水蒸気により突合せ端面が酸化されて、溶接点１１を通過したあとに溶接部内部にペネトレータを形成することを防止するために極めて重要で、溶接点１１もしくはその近傍の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下となるように不活性雰囲気のガス供給量をガス供給量制御部６０を介して制御するように構成されている。

尚、前記予熱部ガス供給管７０からのガス供給量のみでは、前記溶接点１１もしくはその近傍の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下とすることはできず、前記各噴出口３０ａ，７０ａ，３１ａ，３２ａを有する前記各ガス供給管３０,７０,３１,３２が弁１００を介して接続され不活性雰囲気ガス供給管１０１からのガス供給を受けるガス供給量制御部６０によって、各噴出口３０ａ，７０ａ，３１ａ，３２ａからのガス供給量を制御することにより前記溶接点１１もしくはその近傍の酸素濃度を第１、第２酸素濃度計５１,３３で計測しつつ前述の値に制御することができるように構成されている。

前記溶接点ガス供給管３１からのガスは、最終的に溶接点１１において突合せ端面の酸化防止に有効であり、また、電縫鋼管６内部のインピーダ８と内面ビード切削装置７の冷却水が逆流することによる水蒸気発生の抑制と酸化を防止することができる。

前記シールボックス雰囲気調整用ガス供給管３２からのガスは、シールボックス５内の雰囲気を不活性状態に保ち、溶接点１１近傍への巻き込み雰囲気ガスによる酸化の抑制を行うことができる。

前記スクイズロール２３は、一般的な構成では、成形寸法精度を確保するため、外部から水を用いて冷却するが、本発明では、内部冷却部（例えば、スクイズロール２３内に冷却ジャット等の冷却手段を内蔵させる）を有する内部水冷式とすることにより、ロール冷却水による水蒸気発生を防止することができる。

前記溶接点１１近傍の酸素濃度を検知するための第１酸素濃度計５１は、前記溶接点１１もしくはその近傍における酸素濃度を３００ｐｐｍ以下として管理するために必要であり、実際には溶接点１１における溶接点ガス供給管３１から１００Ｌ／ｍｉｎ〜２００Ｌ／ｍｉｎの範囲で不活性雰囲気ガスが吹付けられるように制御し、最終的な突合せ端面の水蒸気酸化を防止することができる。

前記内面ビード切削装置７は、溶接点１１の直後に配置すると、第５噴出口３４ａから逆流してきた冷却水が溶接時の輻射熱で水蒸気を発生させ突合せ端面の酸化が著しくなり、溶接部内部にペネトレータが残存してへん平試験でのペネトレータ割れが発生する場合がある。
このため、内面ビード切削装置の溶接点１１からの位置を４００ｍｍ以上とした。また、前記内面ビード切削装置７は、溶接点１１より離れるほど水蒸気の逆流量は少なく、ペネトレータの生成は減少方向であるが、内面ビードの切削精度が悪化し、次工程の引抜きで疲労寿命に及ぼす欠陥を形成しやすくなるため、その限界値として９００ｍｍ未満とした。

前述の溶接点１１もしくはその近傍において酸素濃度を３００ｐｐｍ以下とすることについて、一般に酸素濃度は低ければ低いほど、ペネトレータ生成の抑制には効果的であるが、量産製造する場合は、水蒸気の発生量のバラツキから溶接点１１もしくはその近傍の酸素濃度の制御範囲を最も適切な３００ｐｐｍ以下としたものである。発明者らの検討によれば、電縫鋼管の素材である帯鋼が酸化しやすい、例えばＳｉを含有する高Ｍｎ鋼の場合であっても、溶接点１１近傍の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下に制御することにより、疲労寿命が更に優れた電縫鋼管を製造することが可能であった。
また、シールボックス内に配設された４個のガス噴出口(３０ａ，３１ａ，７０ａ，３２ａ)からの各不活性ガス供給量を１００〜２００Ｌ／ｍｉｎとすることで、より確実に疲労寿命が優れた電縫鋼管を製造できるのである。

尚、本出願の発明を裏付ける実験として、Ｎｏ.１〜Ｎｏ.３４の実験を行った。帯鋼は、質量％で０．２％Ｃ−１％Ｓｉ−１％Ｍｎの成分組成を有する普通鋼であり、板厚は５．５ｍｍである。この帯鋼から外径３０．０ｍｍの電縫鋼管を製造した。不活性ガスとしては、Ｎ₂ガスを用いた。また、予備実験により各種条件は次のとおりに設定した。フォーミング条件として、クラッシング量：１．９ｍｍ、フィン幅：４ｍｍ、アプセット量：１．１ｍｍ、そして、内面ビード切削装置の溶接点からの位置：９００ｍｍとした。
実験結果を表１に示す。第１〜第４の各噴出口の噴出量を変化させることにより、第１酸素濃度計５１の指示値を制御しつつ造管と溶接を行い、電縫鋼管を製造した。製造した電縫鋼管から試験片を切り出し、まず、へん平試験を行ってペネトレータ割れ率を求めた。次に、別の試験片について溶接部断面を観察し、鋼管内外面から表層５００μｍ以内のペネトレータの有無を評価した。表１には、鋼管内面から深さ５００μｍ以内または鋼管外面から深さ５００μｍ以内の少なくともどちらかにペネトレータが認められたものは×を、どちらにもペネトレータが認められなかったものは○を付した。
さらに、電縫鋼管に熱処理を施し、その後、曲げ部の最大応力が５５０ＭＰａとなる繰返し荷重を掛ける疲労試験を行い、繰返し回数１×１０^６回までに破断に至ったものは×、破断しなかったものは○と付した。なお、熱処理条件は、１０００℃×３０秒保持したのち水中へ急冷する焼入れ処理と、引き続いて、３４０℃×４５分保持したのち空冷する焼戻し処理とした。
試験Ｎｏ．１〜５は、第１〜第４のすべての噴出口から不活性ガスを流し、溶接点近傍の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下に保ちつつ、溶接の入熱条件を種々変化させた例である。入熱量の増減は、主に高周波加熱コイルの通電電流で制御した。試験Ｎｏ．１または２のように、溶接部ビード温度が１３００℃未満か、ホワイトバンド幅が１００μｍ未満の場合は、鋼管内外面のいずれかの板厚深さ方向５００μｍまでの範囲にペネトレータの残留が認められた。
試験Ｎｏ．３〜５は、溶接部ビード温度が１３００℃以上、かつホワイトバンド幅が１００μｍ以上である本発明例である。ペネトレータの残留は認められなかった。
試験Ｎｏ．９は、入口ガスと予熱部ガスの不活性ガスを止めた例である。入口ガスを止めたため、シールボックスの外部から搬送されてくるオープンパイプとともにシールボックス内に持ち込まれる大気を遮断できなくなったため、溶接点近傍の酸素濃度が５００ｐｐｍとなり、また予熱部ガスを止めたため、オープンコイルの突合せ端面の酸化が避けられなくなったため、入熱条件は適正であっても、製造した電縫鋼管にはペネトレータの残留が認められた。
試験Ｎｏ．１１〜１６、試験Ｎｏ．１７〜２２、試験Ｎｏ．２３〜２８、試験Ｎｏ．２９〜３４は、それぞれ順に、予熱部ガス流量、溶接点ガス流量、雰囲気ガス流量、入口ガス流量を可変とし、それ以外のガス流量は１５０Ｌ／ｍｉｎに固定とした例である。いずれの場合も、流量可変としたガスの流量が１００〜２００Ｌ／ｍｉｎの範囲であれば、製造した電縫鋼管にペネトレータの残留が認められなかった。

尚、前述の表１に示したペネトレータの割れ率を求めるためのへん平試験を図２に示す。電縫鋼管６の溶接部分Ｙを圧縮方向Ｘに対して垂直方向に置いて、へん平試験を行った。この試験方法は、ＪＩＳ Ｇ３４４４「一般構造用炭素鋼鋼管」の９．２．４へん平試験 に準拠したものである。
この試験は、各製造条件の電縫鋼管から、各々長さ１ｍの試験片を２０本採取してへん平試験を行って、全部のペネトレータ割れの長さを合計し、ペネトレータ割れ率は、ペネトレータ割れ長さの合計を全測定長さ２０ｍに対する割合として求めたものである。図５にへん平試験により観察された代表的なペネトレータ割れ５０の例を示している。

本発明による電縫鋼管のシールボックス溶接装置は、種々の異なる径のオープンパイプをペネトレータ割れが皆無、かつ、電縫鋼管の疲労破壊寿命を従来よりも大幅に長くするようにした溶接に適用できる。

１ オープンパイプ
５ シールボックス
６ 電縫鋼管
７ 内面ビード切削装置
８ インピーダ
９ インピーダケース
１１ 溶接点
２０ フォーミングスタンド出側
２１ 管入側可変部
２２ 高周波加熱コイル
２３ スクイズロール
２４ 管出側可変部
３０ シールボックス入口ガス供給管
３０ａ 第１噴出口
３１ 溶接点ガス供給管
３１ａ 第３噴出口
３２ シールボックス雰囲気調整用ガス供給管
３２ａ 第４噴出口
３３ 第２酸素濃度計
３４ 冷却水供給管
３４ａ 第５噴出口
３６ マンドレル
４０ シールボックス溶接装置
５０ ペネトレータ割れ
５１ 第１酸素濃度計
６０ ガス供給量制御部
７０ 予熱部ガス供給管
７０ａ 第２噴出口
１００ 弁
１０１ 不活性雰囲気ガス供給
２００ 溶接部ビード温度計

Claims (3)

1. シールボックス(5)内の溶接点(11)の上流に位置する予熱部に不活性ガスを供給しつつオープンパイプ(1)を搬送し、前記溶接点(11)では前記オープンパイプ(1)の溶接部のビード温度が１３００℃以上で、かつ、前記溶接部の板厚表層部のホワイトバンド幅が１００μｍ以上となる入熱で前記溶接部の溶接を行うことを特徴とするシールボックス溶接方法。
2. 前記溶接点(11)近傍の酸素濃度を３００ｐｐｍ以下の状態とすることを特徴とする請求項１記載のシールボックス溶接方法。
3. 前記シールボックス(5)内に配設された４個のガス噴出口(30a,31a,,70a,32a)からの各不活性ガス供給量を１００〜２００Ｌ／ｍｉｎとすることを特徴とする請求項１又は２記載のシールボックス溶接方法。

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