JP2016030274A - 電縫鋼管のシーム接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電縫鋼管のシームの低温靭性を、簡便な手段で向上することが可能なシーム接合方法を提供する。【解決手段】オープンパイプ１のエッジ部の外面側に傾斜面を設け、傾斜面の深さｈ（mm）をオープンパイプの肉厚ｔ（mm）に対して（１／５）ｔ〜（49／50）ｔの範囲内とし、エッジ部の端面と傾斜面とのなす角θを15〜60?の範囲内とし、かつエッジ部がスクイズロール２によって押圧される位置から接合される位置までの狭間部の長さＬ（ｍ）と、オープンパイプの搬送速度Ｖ（ｍ／秒）と、を用いて算出されるＬ／Ｖを0.05〜0.20の範囲内に維持しつつエッジ部を接合する。【選択図】図１

Description

本発明は、天然ガスや石油等を輸送するラインパイプ、あるいは石油精製プラント等に設置されるプロセス配管として用いられる電縫鋼管のシーム接合方法に関する。

一般に電縫鋼管は、図４に示すように、帯状の鋼板を長手方向（矢印Ａ）に搬送しながら、多数のロール（図示せず）を用いて管状（以下、オープンパイプという）に成形し、そのオープンパイプ１のエッジ部にコンタクトチップ３から通電することによってエッジ部を加熱溶融して、引き続きスクイズロール２によって押圧（いわゆるアップセット）を加えて接合したものである。したがって電縫鋼管には直線状のシーム４（いわゆるストレートシーム）が形成される。

なお、高周波コイル（図示せず）で発生させた誘導電流で、エッジ部を加熱溶融する技術も実用化されている。

以下では、コンタクトチップ３からの通電、あるいは高周波コイルで発生させた誘導電流を用いて加熱溶融し、さらにスクイズロール２で押圧して接合する技術を総称して電縫溶接と記す。

オープンパイプ１のエッジ部を電縫溶接によって接合して製造する電縫鋼管は、近年、天然ガスや石油等を輸送するラインパイプ、あるいは石油精製プラント等の各種プラントに設置されるプロセス配管等の用途に使用されるようになっている。そして、電縫鋼管をそれらの用途で使用する場合は、良好な低温靭性を有するシーム４を形成することが求められる。

そこで、電縫溶接における入熱を適正に制御して、良好な低温靭性を確保する技術が検討されている。

たとえば特許文献１には、オープンパイプ１のエッジ部がスクイズロール２によって押圧される位置（以下、押圧位置という）から接合される位置（以下、接合位置という）までの細長い隙間を有する部位（以下、狭間部という）の長さＬを規定することによって、入熱を制御する技術が開示されている。

なお図２は、押圧位置５、接合位置６、狭間部７の配置を模式的に示す平面図である。図２では、スクイズロール２とコンタクトチップ３（図４参照）は図示を省略する。

シーム４の低温靭性を向上するために好適な狭間部７の長さＬは、電縫鋼管の寸法に応じて変化する。したがって特許文献１に開示されたように、長さＬを一律に規定しても、様々な寸法の電縫鋼管にてシーム４の低温靭性を向上する効果は必ずしも得られない。

特許文献２には、所定の成分を有するオープンパイプ１のエッジ部を突き合わせて外面側および内面側に形成される開先の形状を規定して、電縫溶接における溶鋼の生成と排出を促進し、その結果、シーム４の靭性を向上する技術が開示されている。しかしこの技術は、オープンパイプ１の素材となる鋼板を溶製する段階から成分を調整し、さらに鋼板の端部を所定の形状に加工する必要があるので、電縫鋼管の製造工程が複雑になる。つまり引用文献２に開示された技術は、電縫鋼管の製造コスト低減の観点から改善の余地が残されていた。

国際公開WO2011/118560A1号公報 特開2007-874号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解消し、電縫鋼管のシームの低温靭性を、簡便な手段で向上することが可能なシーム接合方法を提供することを目的とする。

本発明者は、狭間部の長さＬを一定に保ちながら電縫溶接を行ない、様々な寸法の電縫鋼管を製造して、シームの靭性を調査した。その結果、大径あるいは厚肉の電縫鋼管では溶接金属に酸化物（いわゆるペネトレータ）が発生し易くなり、小径あるいは薄肉の電縫鋼管では接合不良が発生し易くなることが分かった。これらの接合不良や酸化物は、いずれもシームの低温靭性の劣化を引き起こす。

そこで、電縫溶接における酸化物と接合不良の発生原因を詳細に研究した。そして、大径あるいは厚肉の電縫鋼管は、搬送速度Ｖが遅いので、狭間部の長さＬを一定に保ちながら電縫溶接を行なうと、単位長さ当たりの入熱が大きくなりすぎて、溶接金属に酸化物が発生することを見出した。また、小径あるいは薄肉の電縫鋼管は、搬送速度Ｖが速いので、狭間部の長さＬを一定に保ちながら電縫溶接を行なうと、単位長さ当たりの入熱が不足して、接合不良が発生することを見出した。

つまり電縫溶接によって形成されるシームの低温靭性を向上するためには、狭間部の長さＬのみならず、オープンパイプの搬送速度Ｖも重要な要因となることが判明した。そしてＬとＶの相互作用を評価するために、ＬとＶを変化させて様々な寸法の電縫鋼管を製造したところ、Ｌ／Ｖを適正な範囲に維持しながら電縫溶接を行なうことによって、酸化物の発生を抑制し、しかも良好な接合状態のシームを形成できることが分かった。

また、成分を限定しなくても、オープンパイプの外面側に所定の形状の開先を形成することによって、低温靭性に優れたシームを安定して形成できることが判明した。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明は、ストレートシームを有する電縫鋼管のシーム接合方法において、オープンパイプのエッジ部の外面側に傾斜面を設け、傾斜面の深さｈ（mm）をオープンパイプの肉厚ｔ（mm）に対して（１／５）ｔ〜（49／50）ｔの範囲内とし、エッジ部の端面と傾斜面とのなす角θを15〜60°の範囲内とし、かつエッジ部がスクイズロールによって押圧される位置から接合される位置までの狭間部の長さＬ（ｍ）と、オープンパイプの搬送速度Ｖ（ｍ／秒）と、を用いて算出されるＬ／Ｖを0.05〜0.20の範囲内に維持しつつエッジ部を接合して、ストレートシームを形成する電縫鋼管のシーム接合方法である。

本発明のシーム接合方法においては、狭間部を高速度カメラで撮影して、得られた画像を演算装置に伝送し、演算装置で画像解析を行なって長さＬを測定し、さらに長さＬの測定値とＬ／Ｖの計算値とを表示装置に表示することが好ましい。

本発明によれば、電縫鋼管のシームの低温靭性を、簡便な手段で向上することができるので、産業上格段の効果を奏する。

本発明を適用してシームを接合する装置の例を模式的に示す斜視図である。 押圧位置、接合位置、狭間部の配置を模式的に示す平面図である。 本発明を適用して電縫溶接を行なう開先の例を模式的に示す断面図であり、(a)は鋼板のエッジ部の加工形状、(b)はオープンパイプとしてエッジ部を突き合わせて形成される開先形状である。 従来のシームを接合する装置の例を模式的に示す斜視図である。 シャルピー衝撃試験の結果を示すグラフであり、(a)は発明例、(b)は比較例である。

図１は、本発明を適用してシームを接合する装置の例を模式的に示す斜視図である。以下では図１を参照して、コンタクトチップ３から通電して加熱溶融し、スクイズロール２で押圧して接合する例について説明するが、本発明は他の電縫溶接の技術（たとえば高周波コイルで誘導電流を発生させる）にも適用できる。

図１に示すように、帯状の鋼板を長手方向に搬送しながら、多数のロール（図示せず）を用いてオープンパイプ１に成形し、そのオープンパイプ１のエッジ部にコンタクトチップ３から通電して、エッジ部を加熱溶融する。そして、スクイズロール２で押圧して接合する。このようにして製造される電縫鋼管には、直線状のシーム４が形成される。図１中の矢印Ａはオープンパイプ１の進行方向を示す。

加熱源となるコンタクトチップ３は、図１に示すように、オープンパイプ１の外面側に配設される。また、図示は省略するが、高周波コイルを用いて電縫溶接を行なう場合も、その高周波コイルはオープンパイプの外面側に配設される。

そのためオープンパイプのエッジ部の外面側（とりわけコーナー部）の温度が過剰に上昇する。その理由は、コンタクトチップ３から通電された電流が、外面側のコーナー部に集中するからである。また、高周波コイルによって発生する誘導電流も、外面側のコーナー部に集中する。外面側のコーナー部の過剰な温度上昇（以下、コーナー過熱という）が発生すると、溶接金属に酸化物が発生し易くなり、ひいてはシームの低温靭性の劣化を招く。

したがって、図３に示すような開先をオープンパイプ１の外面側に形成して、コーナー過熱を防止し、エッジ部を板厚方向に均一に加熱する。図３(a)は、オープンパイプ１を成形する前の鋼板11のエッジ部を加工する形状を示す断面図である。図３(b)は、エッジ部を(a)に示すような形状に加工した鋼板11を、オープンパイプ１に成形することによって外面側に形成される開先の形状を示す断面図である。

図３(a)に示す鋼板11のエッジ部端面10と傾斜面９とのなす角θが小さすぎると、コーナー過熱を防止できない。角θが大きすぎると、溶接金属が開先内部に充満せず、接合不良が発生し、ひいてはシームの低温靭性の劣化を招く。したがって、角θは15〜60°の範囲内とする。

傾斜面９の深さｈ（mm）が小さすぎると、コーナー過熱を防止できない。深さｈが大きすぎると、溶接金属が開先内部に充満せず、接合不良が発生する。したがって、深さｈは鋼板の肉厚ｔ（mm）（すなわちオープンパイプ１の肉厚）に対して（１／５）ｔ〜（49／50）ｔの範囲内とする。

オープンパイプ１を成形する前の鋼板のエッジ部を、所定の形状に加工する手段は特に限定しない。たとえば、エッジミラーで切削加工する、カリバーロールで圧延加工する等、従来から知られている手段を使用できる。

図２に示す狭間部７の長さＬ（ｍ）が、オープンパイプ１の搬送速度Ｖ（ｍ／秒）に対して小さすぎると、単位長さ当たりの入熱が不足して、接合不良が発生する。狭間部７の長さＬがオープンパイプ１の搬送速度Ｖに対して大きすぎると、単位長さ当たりの入熱が大きくなりすぎて、溶接金属に酸化物が発生する。したがって、Ｌ／Ｖは0.05〜0.20の範囲内とする。好ましくは0.10〜0.20であり、0.12〜0.17が一層好ましい。

狭間部７の長さＬは、図１に示すように、高速度カメラ８を用いて撮影した画像を解析して求めることが好ましい。その画像解析は、高速度カメラ８で撮影した狭間部７の画像を演算装置（図示せず）に伝送して行なう。

搬送速度Ｖは、オープンパイプ１の仕様（たとえば寸法、鋼種等）ごとに設定される基準値を用いても良いし、あるいは稼働中に測定した実測値を用いても良い。

こうして測定した狭間部７の長さＬ、および計算で算出したＬ／Ｖ値を、表示装置に表示することが好ましい。表示する手段は特に限定せず、ディスプレイに表示する、あるいは紙に印刷する等、従来から知られている手段を使用する。

表示されたデータに基づいて、オペレーターが、スクイズロール２同士の間隔やオープンパイプ１の搬送速度を調整する。また、コンピユーター制御によって、オペレーターが介入することなく、調整することも可能である。

以上に説明した通り、本発明を適用して電縫溶接を行なうと、オープンパイプのエッジ部の外面側のみに開先を形成すればよく、両側（すなわち外面側と内面側）に開先を形成する必要はない。しかもオープンパイプの成分を限定する必要もないので、様々な寸法の電縫鋼管のシームの低温靭性を、簡便な手段で向上できる。

本発明を適用して、外径660.4mm、肉厚19.1mmの電縫鋼管を製造した。オープンパイプのエッジ部に設ける開先は、傾斜面とエッジ部端面とのなす角θを30°、傾斜面の深さｈを（１／５）ｔとした。ここでｔは肉厚（＝19.1mm）を指す。そして、狭間部を上方から高速度カメラで撮影し、さらに画像解析を行なって、長さＬを測定しながら、Ｌ／Ｖを変化させた。こうして得られた電縫鋼管のシームから試験片を採取して、シャルピー衝撃試験（−40℃）を行なった。これを発明例とする。

次に、比較例として、オープンパイプのエッジ部に開先を設けずに、外径660.4mm、肉厚19.1mmの電縫鋼管を製造した。この比較例においても、Ｌ／Ｖを変化させ、得られた電縫鋼管のシームから試験片を採取して、シャルピー衝撃試験（−40℃）を行なった。

Ｌ／Ｖと吸収エネルギー（Ｊ）との関係を図５に示す。図５(a)は発明例、図５(b)は比較例である。図５から明らかなように、発明例は、吸収エネルギーのばらつきが小さく、しかもＬ／Ｖが0.05〜0.20の範囲で良好な低温靭性を有することが認められた。これに対して比較例は、吸収エネルギーのばらつきが大きく、良好な低温靭性を有することは認められなかった。

１ オープンパイプ
２ スクイズロール
３ コンタクトチップ
４ シーム
５ 押圧位置
６ 接合位置
７ 狭間部
８ 高速度カメラ
９ 傾斜面
10 エッジ部端面
11 鋼板

Claims (2)

1. ストレートシームを有する電縫鋼管のシーム接合方法において、オープンパイプのエッジ部の外面側に傾斜面を設け、該傾斜面の深さｈ（mm）を前記オープンパイプの肉厚ｔ（mm）に対して（１／５）ｔ〜（49／50）ｔの範囲内とし、前記エッジ部の端面と前記傾斜面とのなす角θを15〜60°の範囲内とし、かつ前記エッジ部がスクイズロールによって押圧される位置から接合される位置までの狭間部の長さＬ（ｍ）と、前記オープンパイプの搬送速度Ｖ（ｍ／秒）と、を用いて算出されるＬ／Ｖを0.05〜0.20の範囲内に維持しつつ前記エッジ部を接合して、前記ストレートシームを形成することを特徴とする電縫鋼管のシーム接合方法。
2. 前記狭間部を高速度カメラで撮影して、得られた画像を演算装置に伝送し、該演算装置で画像解析を行なって前記長さＬを測定し、さらに前記長さＬの測定値と前記Ｌ／Ｖの計算値とを表示装置に表示することを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管のシーム接合方法。

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