JP2016064434A - Joining body, magnetic rotary arc joining method, and method of producing joining body - Google Patents

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浩平 水田
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力 大木
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Daisuke Sato
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic rotary arc joining method which can suppress the occurrence of joining failure with a simple constitution, and a joining body in which the occurrence of joining failure is suppressed.SOLUTION: A joining body 10 includes a first metal tube 21, a second metal tube 22, and a joint portion (a section including joint interface 11) in which end faces of the first and second metal tubes are joined. In the joint portion, an outer peripheral bead portion protruding toward an outer peripheral side and an inner peripheral bead portion 13 protruding toward an inner peripheral side are formed. A difference between a width of the outer peripheral bead portion in a direction from the first metal tube 21 to the second metal tube 22 (a width L1 of a grinding portion 12), and a width L2 of the inner peripheral bead portion 13 is equal to or less than 40% of an average value of the width L1 of the outer peripheral bead portion and the width L2 of the inner peripheral bead portion 13.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、接合体、磁気回転アーク接合方法および接合体の製造方法に関し、より特定的には、金属管の接合体、磁気回転アーク接合方法および接合体の製造方法に関する。   The present invention relates to a joined body, a magnetic rotating arc joining method, and a manufacturing method of a joined body, and more particularly, to a joined body of metal pipe, a magnetic rotating arc joining method, and a manufacturing method of a joined body.

従来、磁気回転アーク接合方法が知られている(たとえば、特開平6−55267号公報参照)。   Conventionally, a magnetic rotating arc joining method is known (see, for example, JP-A-6-55267).

特開平6−55267号公報JP-A-6-55267

上述した磁気回転アーク接合方法において、圧接時における必須条件はアークによって鋼管端面が均一に溶融していることである。しかし、従来の磁気回転アーク接合方法においては、特に管の径が大きい場合や管の肉厚が厚い場合など、鋼管端面の溶融状態が均一にならず、接合不良が発生する場合があった。   In the magnetic rotating arc joining method described above, an essential condition at the time of pressure welding is that the steel pipe end face is uniformly melted by the arc. However, in the conventional magnetic rotating arc welding method, particularly when the pipe diameter is large or when the pipe is thick, the molten state of the end face of the steel pipe may not be uniform, resulting in poor bonding.

このような接合不良の発生を防止するため、上述した特開平6−55267号公報では、対向配置した管の端面(接合部分)の外周をガスバーナなどの加熱手段で取り囲み、アークを点弧する前に当該加熱手段で接合部分を予め加熱しておく方法が開示されている。しかし、このような加熱手段を設けることにより、接合装置の装置構成が複雑化し、接合方法のコストが上昇することになっていた。   In order to prevent the occurrence of such a bonding failure, in the above-mentioned JP-A-6-55267, before the arc is ignited, the outer periphery of the end face (joining portion) of the oppositely arranged tubes is surrounded by a heating means such as a gas burner. Discloses a method in which the joining portion is preheated by the heating means. However, the provision of such heating means complicates the apparatus configuration of the bonding apparatus and increases the cost of the bonding method.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、簡単な構成により接合不良の発生を抑制することが可能な磁気回転アーク接合方法、接合不良の発生が抑制された接合体およびその製造方法を得ることである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic rotating arc bonding method capable of suppressing the occurrence of bonding failure with a simple configuration, It is to obtain a bonded body in which generation is suppressed and a method for manufacturing the bonded body.

この発明の1実施形態に係る接合体は、第1の金属管と、第2の金属管と、第1および第2の金属管の端面同士を接合した接合部とを備える。接合部には、外周側に突出する外周ビード部と、内周側に突出する内周ビード部とが形成される。第1の金属管から第2の金属管に向かう方向における、外周ビード部の幅と内周ビード部の幅との差は、外周ビード部の幅と内周ビード部の幅との平均値に対して40%以下である。   A joined body according to an embodiment of the present invention includes a first metal tube, a second metal tube, and a joined portion obtained by joining the end surfaces of the first and second metal tubes. An outer peripheral bead portion protruding toward the outer peripheral side and an inner peripheral bead portion protruding toward the inner peripheral side are formed at the joint portion. The difference between the width of the outer peripheral bead portion and the width of the inner peripheral bead portion in the direction from the first metal tube to the second metal tube is an average value of the width of the outer peripheral bead portion and the width of the inner peripheral bead portion. On the other hand, it is 40% or less.

この発明の一実施形態に従った磁気回転アーク接合方法は、第1及び第2の金属管を準備する工程と、予備加熱する工程と、本加熱する工程と、接合する工程とを備える。予備加熱する工程では、第1及び第2の金属管の端面を対向配置した状態で、端面間にアーク放電を発生させるとともに端面間に磁界を印加してアーク放電の位置を端面間において移動させることにより、第1及び第2の金属管の端面から2mm離れた位置の温度を予備加熱温度まで予備加熱する。本加熱する工程では、第1及び第2の金属管の端面間にアーク放電を発生させるとともに端面間に磁界を印加してアーク放電の位置を端面間において移動させることにより、第1及び第2の金属管の端面から2mm離れた位置の温度を接合温度まで本加熱する。接合する工程では、本加熱する工程の後、端面同士を突き合わせて接合する。   A magnetic rotating arc joining method according to an embodiment of the present invention includes a step of preparing first and second metal tubes, a step of preheating, a step of main heating, and a step of joining. In the preliminary heating step, arc discharge is generated between the end faces while the end faces of the first and second metal tubes are opposed to each other, and a magnetic field is applied between the end faces to move the position of the arc discharge between the end faces. Thus, the temperature at a position 2 mm away from the end faces of the first and second metal tubes is preheated to the preheating temperature. In the main heating step, an arc discharge is generated between the end faces of the first and second metal tubes, and a magnetic field is applied between the end faces to move the position of the arc discharge between the end faces. The temperature at a position 2 mm away from the end face of the metal tube is heated to the bonding temperature. In the bonding step, after the main heating step, the end faces are butted together and bonded.

この発明の一実施形態に従った接合体の製造方法は、上記磁気回転アーク接合方法を用いる。   The manufacturing method of the joined body according to one embodiment of the present invention uses the magnetic rotating arc joining method.

上記によれば、接合不良の発生が抑制された接合体を得ることができる。   According to the above, it is possible to obtain a joined body in which the occurrence of joint failure is suppressed.

本実施形態に係る接合体の斜視模式図である。It is a perspective schematic diagram of the joined body concerning this embodiment. 図1の線分II−IIにおける断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram in line segment II-II of FIG. 本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the magnetic rotating arc joining method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the magnetic rotating arc joining method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法を実施する接合装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the joining apparatus which enforces the magnetic rotating arc joining method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法を説明するためのタイミングチャートである。It is a timing chart for demonstrating the magnetic rotating arc joining method which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法を適用した接合体の試料の写真である。It is a photograph of the sample of the joined object to which the magnetic rotating arc joining method concerning this embodiment is applied. 図7に示した試料の組織写真である。It is a structure | tissue photograph of the sample shown in FIG.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

<接合体の構成>
図1および図2を参照して、本実施形態に係る接合体を説明する。図1を参照して、接合体10は、第1の金属管21と、第2の金属管22とが磁気回転アーク接合方法により接合されたものである。すなわち、接合体10は、第1の金属管21と、第2の金属管22と、第1および第2の金属管21、22の端面同士を接合した接合界面11を含む接合部とを備える。接合部には、外周側に突出する外周ビード部(図示せず)と、内周側に突出する内周ビード部13とが形成される。外周ビード部は、研削により除去されている。このため、当該外周ビード部が研削により除去された部分は研削部12となっている。第1の金属管21から第2の金属管22に向かう方向における、外周ビード部の幅(つまり研削部12の幅L1)と内周ビード部13の幅L2との差(L1−L2の絶対値)は、外周ビード部の幅(研削部12の幅L1)と内周ビード部の幅L2との平均値((L1+L2)/2)に対して40%以下となっている。このようにすれば、接合部における第1および第2の金属管21、22の内周側と外周側とでビード部の幅の相違が十分小さくなっており、接合部の接合状態が内周側と外周側とで大きな差異が無く、当該接合部の健全性が確保された接合体10となっている。
<Composition of joined body>
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the joined body which concerns on this embodiment is demonstrated. Referring to FIG. 1, a joined body 10 is obtained by joining a first metal tube 21 and a second metal tube 22 by a magnetic rotating arc joining method. That is, the joined body 10 includes a first metal tube 21, a second metal tube 22, and a joint portion including a joint interface 11 in which the end surfaces of the first and second metal tubes 21 and 22 are joined together. . An outer peripheral bead portion (not shown) that protrudes to the outer peripheral side and an inner peripheral bead portion 13 that protrudes to the inner peripheral side are formed in the joint portion. The outer peripheral bead portion is removed by grinding. For this reason, the part by which the said outer periphery bead part was removed by grinding becomes the grinding part 12. FIG. Difference between the width of the outer peripheral bead portion (that is, the width L1 of the grinding portion 12) and the width L2 of the inner peripheral bead portion 13 in the direction from the first metal tube 21 to the second metal tube 22 (absolute L1-L2) The value is 40% or less with respect to the average value ((L1 + L2) / 2) of the width of the outer peripheral bead portion (width L1 of the grinding portion 12) and the width L2 of the inner peripheral bead portion. In this way, the difference in the width of the bead portion between the inner peripheral side and the outer peripheral side of the first and second metal tubes 21 and 22 in the joint portion is sufficiently small, and the joint state of the joint portion is the inner periphery. There is no big difference between the side and the outer peripheral side, and the joined body 10 in which the soundness of the joint portion is ensured is obtained.

なお、ここで内周ビード部13の幅L2とは、図2に示した断面において、接合体10における第1の金属管21と第2の金属管22との内周面から内周ビード部13が突出し始める位置(境界点14a、14b)の間の距離である。また、外周側における研削部12の幅L1も、同様に第1の金属管21と第2の金属管22との外周面から外周ビード部が突出し始める位置の間の距離に対応する。   Here, the width L2 of the inner peripheral bead portion 13 refers to the inner peripheral bead portion from the inner peripheral surface of the first metal tube 21 and the second metal tube 22 in the joined body 10 in the cross section shown in FIG. This is the distance between the positions at which 13 starts to project (boundary points 14a, 14b). Similarly, the width L1 of the grinding portion 12 on the outer peripheral side also corresponds to the distance between the positions at which the outer peripheral bead portions start to protrude from the outer peripheral surfaces of the first metal tube 21 and the second metal tube 22.

上記接合体10において、当該接合体10の材料は任意の金属材料を用いることができるが、たとえば機械構造用炭素鋼を用いる。また、上記接合体10において、第1及び第2の金属管21、22の外径は10mm以上250mm以下である。当該外径の下限は、たとえば20mm以上、好ましくは50mm以上、より好ましくは100mm以上である。また、第1及び第2の金属管21、22の肉厚は1mm以上16mm以下である。当該肉厚の下限は、たとえば2mm以上、好ましくは5mm以上、より好ましくは10mm以上である。   In the joined body 10, any metal material can be used as the material of the joined body 10. For example, carbon steel for mechanical structure is used. In the joined body 10, the outer diameters of the first and second metal tubes 21 and 22 are 10 mm or more and 250 mm or less. The lower limit of the outer diameter is, for example, 20 mm or more, preferably 50 mm or more, more preferably 100 mm or more. Moreover, the thickness of the 1st and 2nd metal tubes 21 and 22 is 1 mm or more and 16 mm or less. The lower limit of the thickness is, for example, 2 mm or more, preferably 5 mm or more, more preferably 10 mm or more.

<本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法の概略>
図3を参照して、図1および図2に示した接合体を形成するための磁気回転アーク接合方法の概略を説明する。
<Outline of Magnetic Rotating Arc Joining Method According to this Embodiment>
With reference to FIG. 3, the outline of the magnetic rotating arc joining method for forming the joined body shown to FIG. 1 and FIG. 2 is demonstrated.

磁気回転アーク接合方法では、フレミング左手の法則を利用する。本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法では、図3に示すように、端面が対向するように配置した第1および第2の金属管21、22の外周側面の一部を囲むように環状の永久磁石7を配置して磁場を印加しながら、当該第1および第2の金属管21、22に電源34から直流の大電流を流す。そして、第1および第2の金属管21、22の対向する端面の間の距離をある一定値で保つと、当該端面間に1.5mm〜2.0mmのアーク31が点弧される。図3では、矢印33により電流の方向が示され、矢印32によりアーク31に作用する力の方向が示されている。つまり、発生したアーク31は永久磁石7による回転磁界の力を受け、図3の矢印35に示すように当該端面における周方向に高速で回転する。その結果、第1および第2の金属管21、22の両端面は加熱される。   In the magnetic rotating arc joining method, the Fleming left-hand rule is used. In the magnetic rotating arc joining method according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, an annular shape is formed so as to surround a part of the outer peripheral side surfaces of the first and second metal tubes 21, 22 arranged so that the end faces face each other. While arranging the permanent magnet 7 and applying a magnetic field, a large direct current is passed from the power source 34 to the first and second metal tubes 21 and 22. And if the distance between the opposing end surfaces of the 1st and 2nd metal pipes 21 and 22 is kept at a certain fixed value, the arc 31 of 1.5 mm-2.0 mm will be ignited between the said end surfaces. In FIG. 3, the direction of the current is indicated by the arrow 33, and the direction of the force acting on the arc 31 is indicated by the arrow 32. That is, the generated arc 31 receives the force of the rotating magnetic field generated by the permanent magnet 7 and rotates at a high speed in the circumferential direction on the end face as indicated by the arrow 35 in FIG. As a result, both end faces of the first and second metal tubes 21 and 22 are heated.

ここで、アーク点弧後初期は第1および第2の金属管21、22の内径側でアーク31が回転し、端面の内径側が加熱される。これは第1および第2の金属管21、22における内外の磁束密度の差によって生じる磁気吹き現象によって、アーク31は内径側方向に力を受けるからである。本実施形態では、後述するようにこのアークによる加熱を利用して予備加熱工程と本加熱工程とを実施する。予備加熱工程では予備加熱温度を磁気変態点以下としておき、本加熱工程での加熱温度をたとえば1100℃程度とする。   Here, in the initial stage after the arc is ignited, the arc 31 rotates on the inner diameter side of the first and second metal tubes 21 and 22, and the inner diameter side of the end face is heated. This is because the arc 31 receives a force in the inner diameter side direction due to a magnetic blowing phenomenon caused by a difference in magnetic flux density inside and outside the first and second metal tubes 21 and 22. In the present embodiment, as will be described later, the preheating step and the main heating step are performed using the heating by the arc. In the preheating step, the preheating temperature is set below the magnetic transformation point, and the heating temperature in the main heating step is set to, for example, about 1100 ° C.

本加熱工程では、アーク31による加熱が開始された後、金属管21、22の端面では温度上昇とともに磁化率が減少し、磁気変態点(770℃)で強磁性が消失する。このため、金属管21、22の外径側の磁束密度よりも内径側の磁束密度が高くなり、磁気吹き現象によってアーク31が金属管21、22の外径側に移動・加熱が行われる。   In this heating process, after the heating by the arc 31 is started, the magnetic susceptibility decreases with the temperature rise at the end faces of the metal tubes 21 and 22, and the ferromagnetism disappears at the magnetic transformation point (770 ° C.). For this reason, the magnetic flux density on the inner diameter side is higher than the magnetic flux density on the outer diameter side of the metal tubes 21 and 22, and the arc 31 is moved and heated to the outer diameter side of the metal tubes 21 and 22 by the magnetic blowing phenomenon.

本実施形態では、当該予備加熱工程によって第1および第2の金属管21、22の端面が予め十分に加熱されているので、本加熱工程によって当該端面はほぼ均一に溶融状態に達する。つまり、金属管21、22の外径端面の加熱中に内径端面の温度が融点を超え、外径端面が加熱不足のままアーク31が消失するといった問題の発生を抑制できる。そして、第1および第2の金属管21、22の端面がほぼ均一に溶融したタイミングで一方側の金属管(たとえば第1の金属管21)を他方側の金属管(たとえば第2の金属管22)へ高速に圧接することで、第1および第2の金属管21、22の端面が接合される。このとき、端面の外周側から内周側まで溶融状態がほぼ均一になっているため、内主側と外周側とでビード部の幅はほぼ等しくなり、均質で良好な接合部を形成できる。この後、外周側に位置するビード部を研削により除去することにより、図1および図2に示すような接合体10を得ることができる。   In the present embodiment, since the end surfaces of the first and second metal tubes 21 and 22 are sufficiently heated in advance by the preliminary heating step, the end surfaces reach a molten state almost uniformly by the main heating step. That is, it is possible to suppress the occurrence of the problem that the temperature of the inner diameter end face exceeds the melting point during the heating of the outer diameter end faces of the metal tubes 21 and 22 and the arc 31 disappears while the outer diameter end faces are insufficiently heated. Then, at the timing when the end surfaces of the first and second metal tubes 21 and 22 are almost uniformly melted, the metal tube on one side (for example, the first metal tube 21) is replaced with the metal tube on the other side (for example, the second metal tube). 22), the end surfaces of the first and second metal tubes 21 and 22 are joined. At this time, since the melted state is substantially uniform from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the end face, the width of the bead portion is substantially equal between the inner main side and the outer peripheral side, and a uniform and good joint can be formed. Thereafter, by removing the bead portion located on the outer peripheral side by grinding, a joined body 10 as shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained.

<本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法および接合体の製造方法の説明>
次に、図4〜図6を参照して、本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法および当該磁気回転アーク接合方法を用いた接合体の製造方法を詳細に説明する。なお、図6(A)の縦軸は端面間の通電電流を示し、図6(B)の縦軸は端面間のアーク電圧を示し、図6(C)の縦軸は端面間の距離(ギャップ)を示し、図6(D)の縦軸は端面から2mmの位置での温度を示し、図6(E)の縦軸は端面間の押圧圧力を示し、図6(A)〜(E)の横軸は時間を示す。
<Description of Magnetic Rotating Arc Joining Method and Joined Body Manufacturing Method According to this Embodiment>
Next, with reference to FIGS. 4-6, the magnetic rotating arc joining method which concerns on this embodiment, and the manufacturing method of the joined body using the said magnetic rotating arc joining method are demonstrated in detail. Note that the vertical axis in FIG. 6 (A) indicates the energization current between the end faces, the vertical axis in FIG. 6 (B) indicates the arc voltage between the end faces, and the vertical axis in FIG. 6 (C) indicates the distance between the end faces ( 6 (D) indicates the temperature at a position 2 mm from the end face, FIG. 6 (E) indicates the pressing pressure between the end faces, and FIGS. ) Represents the time.

図4を参照して、本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法(接合体の製造方法)では、まず準備工程(S10)を実施する。この工程(S10)では、第1及び第2の金属管21、22を準備する。準備した第1及び第2の金属管21、22は、図5に示す接合装置にセットする。図5に示した接合装置では、プラス端子8が接続されたチャック9に第1の金属管21が固定される。また、マイナス端子6が接続されたチャック9に第2の金属管22が固定される。2つのチャック9には、第1および第2の金属管21、22の周囲を囲むように環状の永久磁石7が設置されている。また、マイナス端子6が接続されたチャック9において永久磁石7が設置された第1の面と反対側の第2の面側には、ロードセル5が接続されている。ロードセル5から見てチャック9と反対側には、ボールねじ3が設置されている。ボールねじ3には、減速機2を介してモータ1が接続されている。また、マイナス端子6が接続されたチャック9の変位を測定するための変位センサ4がロードセル5と隣接した位置に配置されている。第1および第2の金属管21、22は、互いの端面が対抗するように配置されている。   With reference to FIG. 4, in the magnetic rotating arc joining method (joint body manufacturing method) according to the present embodiment, a preparation step (S10) is first performed. In this step (S10), first and second metal tubes 21 and 22 are prepared. The prepared first and second metal tubes 21 and 22 are set in the joining apparatus shown in FIG. In the bonding apparatus shown in FIG. 5, the first metal tube 21 is fixed to the chuck 9 to which the plus terminal 8 is connected. The second metal tube 22 is fixed to the chuck 9 to which the minus terminal 6 is connected. An annular permanent magnet 7 is installed in the two chucks 9 so as to surround the first and second metal tubes 21 and 22. In addition, the load cell 5 is connected to the second surface side opposite to the first surface where the permanent magnet 7 is installed in the chuck 9 to which the minus terminal 6 is connected. A ball screw 3 is installed on the side opposite to the chuck 9 when viewed from the load cell 5. A motor 1 is connected to the ball screw 3 via a speed reducer 2. Further, a displacement sensor 4 for measuring the displacement of the chuck 9 to which the minus terminal 6 is connected is disposed at a position adjacent to the load cell 5. The 1st and 2nd metal tubes 21 and 22 are arrange | positioned so that a mutual end surface may oppose.

次に、図4に示すように、予備加熱工程(S20)を実施する。工程(S20)では、第1及び第2の金属管21、22の端面を対向配置した状態で、端面間にアーク放電を発生させるとともに端面間に磁界を印加してアーク放電の位置を端面間において移動させることにより、第1及び第2の金属管21、22の端面から2mm離れた位置の温度を予備加熱温度(図6(D)の温度T1)まで予備加熱する。   Next, as shown in FIG. 4, a preheating step (S20) is performed. In the step (S20), arc discharge is generated between the end faces while the end faces of the first and second metal tubes 21 and 22 are opposed to each other, and a magnetic field is applied between the end faces to set the position of the arc discharge between the end faces. The temperature at a position 2 mm away from the end surfaces of the first and second metal tubes 21 and 22 is preheated to the preheating temperature (temperature T1 in FIG. 6D).

具体的には、図6の時点t1において、第1および第2の金属管21、22の端面間の距離(ギャップ)を、図6(C)のギャップD1に示す所定の大きさにする。また、同時に第1および第2の金属管21、22の間にアーク電圧V1(図6(B)参照)を印加することで図3に示したようにアークが点弧し、端面間にアーク電流I1(図6(A)参照)が流れる。また、永久磁石7(図5参照)による磁界によって当該アークは端面において図3に示したように回転する。この結果、端面が加熱されるとともに、端面から所定の距離だけ離れた位置(端面から2mm離れた位置)での第1および第2の金属管21、22の温度が図6(D)に示す温度T1(予備加熱温度)にまで加熱され、磁性が低下した状態となる。当該位置の温度が上記温度T1にまで到達した時点t2において、アーク電圧およびアーク電流をゼロにする(図6(A)、(B)参照)。なお、上述した予備加熱工程(S20)は複数回実施してもよい。   Specifically, at a time point t1 in FIG. 6, the distance (gap) between the end faces of the first and second metal tubes 21 and 22 is set to a predetermined size indicated by a gap D1 in FIG. At the same time, by applying an arc voltage V1 (see FIG. 6B) between the first and second metal tubes 21 and 22, the arc is ignited as shown in FIG. A current I1 (see FIG. 6A) flows. Further, the arc rotates at the end face as shown in FIG. 3 by the magnetic field generated by the permanent magnet 7 (see FIG. 5). As a result, the end face is heated, and the temperatures of the first and second metal tubes 21 and 22 at a position away from the end face by a predetermined distance (position 2 mm away from the end face) are shown in FIG. It is heated to a temperature T1 (preheating temperature), and the magnetism is lowered. At the time t2 when the temperature at the position reaches the temperature T1, the arc voltage and the arc current are set to zero (see FIGS. 6A and 6B). In addition, you may implement the preheating process (S20) mentioned above in multiple times.

そして、上記時点t2から時点t3まで、アーク放電を停止した状態で第1及び第2の金属管21、22を保持する。この保持時間により、図6(D)に示すように端面から2mmの位置での温度は温度T2にまで低下するものの、端面での熱拡散によって端面の温度がより均一化する。また、このとき図6(C)に示すように、端面間のギャップを一度ゼロにして再び所定のギャップD1にセットする。これは後述する本加熱工程でのアークの点弧を確実に行うためにギャップの調整を行っているためである。   From the time t2 to the time t3, the first and second metal tubes 21 and 22 are held with the arc discharge stopped. Although the temperature at the position 2 mm from the end face decreases to the temperature T2 as shown in FIG. 6D by this holding time, the end face temperature becomes more uniform due to thermal diffusion at the end face. At this time, as shown in FIG. 6C, the gap between the end faces is once set to zero and set to a predetermined gap D1 again. This is because the gap is adjusted in order to reliably start the arc in the main heating process described later.

次に、図4に示すように本加熱工程(S30)を実施する。本加熱工程(S30)では、第1及び第2の金属管21、22の端面間にアーク放電を発生させるとともに端面間に磁界を印加してアーク放電の位置を端面間において移動させることにより、第1及び第2の金属管21、22の端面から2mm離れた位置の温度を接合温度(図6(D)の温度T3)まで本加熱する。   Next, the main heating step (S30) is performed as shown in FIG. In the main heating step (S30), an arc discharge is generated between the end faces of the first and second metal tubes 21 and 22, and a magnetic field is applied between the end faces to move the position of the arc discharge between the end faces. The temperature at a position 2 mm away from the end faces of the first and second metal tubes 21 and 22 is fully heated to the bonding temperature (temperature T3 in FIG. 6D).

具体的には、図6の時点t3において、第1および第2の金属管21、22の端面間の距離(ギャップ)を、図6(C)のギャップD1に示す所定の大きさにする。また、同時に第1および第2の金属管21、22の間にアーク電圧V1(図6(B)参照)を印加することで図3に示したようにアークが点弧し、端面間にアーク電流I2(図6(A)参照)が流れる。このときのアークは、特に外周側の端面における安定性が向上していた。また、永久磁石7(図5参照)による磁界によって当該アークは端面において図3に示したように回転する。この結果、端面が加熱されるとともに、端面から所定の距離だけ離れた位置(端面から2mm離れた位置)での第1および第2の金属管21、22の温度が図6(D)に示す温度T3(接合温度)にまで加熱される。   Specifically, at a time point t3 in FIG. 6, the distance (gap) between the end faces of the first and second metal tubes 21 and 22 is set to a predetermined size indicated by a gap D1 in FIG. At the same time, by applying an arc voltage V1 (see FIG. 6B) between the first and second metal tubes 21 and 22, the arc is ignited as shown in FIG. A current I2 (see FIG. 6A) flows. In this case, the stability of the arc at the end face on the outer peripheral side was improved. Further, the arc rotates at the end face as shown in FIG. 3 by the magnetic field generated by the permanent magnet 7 (see FIG. 5). As a result, the end face is heated, and the temperatures of the first and second metal tubes 21 and 22 at a position away from the end face by a predetermined distance (position 2 mm away from the end face) are shown in FIG. It is heated to a temperature T3 (joining temperature).

この工程(S30)の後で、上記位置の温度が温度T3にまで上昇した時点t4から、時点t5まで、図6に示すように本加熱工程(S30)における通電電流値(電流I2)より大きな値のアップセット電流(図6(A)の電流I3)を端面間に流す工程を実施する。この結果、図6(D)に示すように端面から2mmの位置の温度(および端面の温度)は上昇する。図6の時点t5になったときに、アーク電圧およびアップセット電流をゼロにする。このようにアーク電圧をゼロにした時点t5の後も上記端面から2mmの位置の温度は上昇を続け、最高温度である温度T4(図6(D)参照)に到達する。   After this step (S30), from the time point t4 when the temperature at the above position rises to the temperature T3 to the time point t5, as shown in FIG. 6, it is larger than the energization current value (current I2) in the main heating step (S30). A step of passing a value upset current (current I3 in FIG. 6A) between the end faces is performed. As a result, as shown in FIG. 6D, the temperature at the position 2 mm from the end face (and the temperature of the end face) increases. At time t5 in FIG. 6, the arc voltage and the upset current are set to zero. Thus, even after the time point t5 when the arc voltage is made zero, the temperature at a position 2 mm from the end face continues to rise and reaches the temperature T4 (see FIG. 6D) which is the maximum temperature.

次に、図4に示す接合工程(S40)を実施する。接合工程(S40)では、本加熱工程(S30)の後、金属管21、22の端面同士を突き合わせて接合する。接合工程(S40)において、端面同士を突き合わせて接合している接合部は通電加熱されている。   Next, the joining step (S40) shown in FIG. 4 is performed. In the joining step (S40), after the main heating step (S30), the end faces of the metal tubes 21 and 22 are butted together and joined. In the joining step (S40), the joined portions that are joined by abutting the end faces are energized and heated.

具体的には、図6に示す時点t5の後の所定時点から第2の金属管22を第1の金属管21へ近づけて端面間の距離(図6(C)のギャップ)を小さくする。そして、時点t6においてギャップがゼロ(つまり端面同士が接触した状態)になった後も、さらにモータ1(図5参照)を駆動して金属管22を金属管21側へと押圧する。この結果、図6(C)に示すようにギャップがマイナスになる(つまり溶融した端面同士の一部が外周側および内周側へ押し出されてビード部を形成しながら端面同士が接合される)。このとき、図6(E)に示すように時点t6から端面間に圧力が発生し、時点t7において所定の圧力P1となる。このようにロードセル5(図5参照)により検出される端面間の圧力が所定の圧力P1になった時点で、モータ1による金属管22の移動を停止する。この結果、時点t7からギャップ(図6(C)参照)はほぼ一定になっている。そして、このように端面間の圧力が所定の圧力P1となっている状態を時点t7から時点t8まで保持するとともに、図6(A)に示すように第1および第2の金属管21、22間に電流I4を流すことで、接合部を通電加熱する。そして、時点t8において上記通電加熱を終了する。このようにして、接合工程(S40)を実施することにより、第1および第2の金属管21、22を接合することができる。   Specifically, the second metal tube 22 is brought closer to the first metal tube 21 from a predetermined time after time t5 shown in FIG. 6 to reduce the distance between the end faces (gap in FIG. 6C). Even after the gap becomes zero at time t6 (that is, in a state where the end faces are in contact with each other), the motor 1 (see FIG. 5) is further driven to press the metal tube 22 toward the metal tube 21 side. As a result, the gap becomes negative as shown in FIG. 6C (that is, the molten end faces are pushed out to the outer peripheral side and the inner peripheral side to form the bead portion, thereby joining the end faces). . At this time, as shown in FIG. 6E, pressure is generated between the end faces from time t6, and reaches a predetermined pressure P1 at time t7. Thus, when the pressure between the end faces detected by the load cell 5 (see FIG. 5) reaches a predetermined pressure P1, the movement of the metal tube 22 by the motor 1 is stopped. As a result, the gap (see FIG. 6C) is substantially constant from time t7. Then, the state where the pressure between the end faces is the predetermined pressure P1 is maintained from time t7 to time t8, and the first and second metal tubes 21 and 22 as shown in FIG. By passing a current I4 between them, the joint is heated by energization. Then, at the time t8, the energization heating is finished. Thus, the 1st and 2nd metal pipes 21 and 22 can be joined by performing a joining process (S40).

このように接合工程(S40)を実施することで第1および第2の金属管21、22を接合し、接合体を得ることができる。また、接合体10の製造方法においては、この接合工程(S40)の後、得られた接合体10の接合部における外周面を研削し、外周側のビード部を除去する工程などを含む後処理工程(S50)を実施してもよい。このようにして、図1に示す接合体10を得ることができる。   Thus, by performing a joining process (S40), the 1st and 2nd metal pipes 21 and 22 can be joined and a joined body can be obtained. Moreover, in the manufacturing method of the joined_body | zygote 10, after this joining process (S40), the post-process including the process of grinding the outer peripheral surface in the junction part of the obtained joined body 10, and removing the bead part of an outer peripheral side etc. Step (S50) may be performed. In this way, the joined body 10 shown in FIG. 1 can be obtained.

なお、第1及び第2の金属管21、22を構成する材料は機械構造用炭素鋼などの鋼である。予備加熱工程(S20)における予備加熱温度(温度T1)は上記材料(たとえば鋼)の磁気変態点未満の温度であることが好ましい。たとえば、予備加熱工程(S20)における予備加熱温度(温度T1)は、100℃以上1000℃以下であってもよい。金属管21、22の肉厚が厚いものでは、内径の温度が上がっても予備加熱温度T1などを測定する金属管21、22の端面から2mmの位置の外周面の温度はあまり高くなっていない場合もあるためである。また、好ましくは、予備加熱温度は200℃以上900℃以下、より好ましくは300℃以上800℃以下である。また、本加熱工程(S30)における接合温度(温度T3)は1050℃以上1150℃以下(たとえば1100℃)であってもよい。   In addition, the material which comprises the 1st and 2nd metal pipes 21 and 22 is steel, such as carbon steel for machine structures. The preheating temperature (temperature T1) in the preheating step (S20) is preferably a temperature lower than the magnetic transformation point of the material (for example, steel). For example, the preheating temperature (temperature T1) in the preheating step (S20) may be 100 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. In the case where the thickness of the metal tubes 21 and 22 is thick, even if the temperature of the inner diameter is increased, the temperature of the outer peripheral surface at a position 2 mm from the end surface of the metal tubes 21 and 22 for measuring the preheating temperature T1 or the like is not so high. This is because there are cases. Further, the preheating temperature is preferably 200 ° C. or higher and 900 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or higher and 800 ° C. or lower. Moreover, 1050 degreeC or more and 1150 degrees C or less (for example, 1100 degreeC) may be sufficient as the joining temperature (temperature T3) in this heating process (S30).

また、上記予備加熱工程(S20)および本加熱工程(S30)における端面間の通電電流値(図6(A)の電流I1または電流I2)は10A以上10000A以下であってもよい。予備加熱工程(S20)および本加熱工程(S30)における磁界の磁束密度は1mT以上1000mT以下であってもよい。   In addition, the energization current value between the end faces in the preheating step (S20) and the main heating step (S30) (current I1 or current I2 in FIG. 6A) may be 10 A or more and 10,000 A or less. The magnetic flux density of the magnetic field in the preheating step (S20) and the main heating step (S30) may be 1 mT or more and 1000 mT or less.

また、上記接合工程(S40)における金属管22の移動速度(押圧速度)は、20mm/s以上1100mm/s以下とすることができる。移動速度の下限を20mm/sとしたのは、あまり移動速度が遅いと端面同士が接触する前に端面の温度が下がってしまい、接合条件が悪くなるためである。また、移動速度の上限を1100mm/sとしたのは、モータ1や油圧駆動装置などの設備性能を考慮し、実現可能な値として決定している。なお、移動速度は、好ましくは30mm/s以上1000mm/s以下、より好ましくは50mm/s以上900mm/s以下である。   Moreover, the moving speed (pressing speed) of the metal tube 22 in the joining step (S40) can be set to 20 mm / s or more and 1100 mm / s or less. The lower limit of the moving speed is set to 20 mm / s because if the moving speed is too slow, the temperature of the end faces decreases before the end faces come into contact with each other, resulting in poor bonding conditions. The upper limit of the moving speed is set to 1100 mm / s, which is determined as a feasible value in consideration of equipment performance of the motor 1 and the hydraulic drive device. The moving speed is preferably 30 mm / s or more and 1000 mm / s or less, more preferably 50 mm / s or more and 900 mm / s or less.

また、上述した接合方法の各工程(S20〜S40)における各条件は、金属管の材料やサイズなどに応じて適宜選択することができる。また、本方法では温度履歴による加熱時間制御を行うことにより、電流値、アーク電圧値、磁束密度、材料寸法などが異なった場合にも加熱時間制御が容易である。   Moreover, each condition in each process (S20-S40) of the joining method mentioned above can be suitably selected according to the material, size, etc. of a metal tube. Further, in this method, by controlling the heating time based on the temperature history, the heating time can be easily controlled even when the current value, arc voltage value, magnetic flux density, material size, and the like are different.

上述した説明と一部重複する部分もあるが、本発明の実施形態の特徴的な構成を列挙する。   Although there is a part which overlaps with the description mentioned above, the characteristic structure of embodiment of this invention is enumerated.

(1) この発明の1実施形態に係る接合体10は、第1の金属管21と、第2の金属管22と、第1および第2の金属管の端面同士を接合した接合部(接合界面11を含む領域)とを備える。接合部には、外周側に突出する外周ビード部と、内周側に突出する内周ビード部13とが形成される。第1の金属管21から第2の金属管22に向かう方向における、外周ビード部の幅(研削部12の幅L1)と内周ビード部13の幅L2との差は、外周ビード部の幅L1と内周ビード部13の幅L2との平均値に対して40%以下である。このようにすれば、接合部における金属管21、22の内周側と外周側とで接合状態の差がほとんどなく、接合部の健全性が確保された接合体となっている。   (1) A joined body 10 according to an embodiment of the present invention includes a first metal tube 21, a second metal tube 22, and a joined portion (joint) obtained by joining end surfaces of the first and second metal tubes. A region including the interface 11). An outer peripheral bead portion protruding to the outer peripheral side and an inner peripheral bead portion 13 protruding to the inner peripheral side are formed in the joint portion. The difference between the width of the outer peripheral bead portion (the width L1 of the grinding portion 12) and the width L2 of the inner peripheral bead portion 13 in the direction from the first metal tube 21 to the second metal tube 22 is the width of the outer peripheral bead portion. It is 40% or less with respect to the average value of L1 and the width | variety L2 of the inner periphery bead part 13. FIG. If it does in this way, there will be almost no difference in a joining state by the inner peripheral side and outer peripheral side of the metal pipes 21 and 22 in a junction part, and it will become a joined body with which the soundness of the junction part was ensured.

(2) 上記接合体10において、当該接合体10の材料は機械構造用炭素鋼であってもよい。この場合、機械部品などに本実施形態に係る接合体を適用することができる。   (2) In the joined body 10, the material of the joined body 10 may be carbon steel for mechanical structure. In this case, the joined body according to the present embodiment can be applied to a machine part or the like.

(3) 上記接合体10において、第1及び第2の金属管21、22の外径は10mm以上250mm以下であってもよい。この場合、比較的小径から大口径の接合体10を得ることができる。   (3) In the joined body 10, the outer diameters of the first and second metal tubes 21 and 22 may be 10 mm or more and 250 mm or less. In this case, the joined body 10 having a relatively small diameter to a large diameter can be obtained.

(4) 上記接合体10において、第1及び第2の金属管21、22の肉厚は1mm以上16mm以下であってもよい。この場合、様々な厚みの接合体10を準備することで、本実施形態に係る接合体10を適用する機械装置の選択の自由度を大きくできる。   (4) In the joined body 10, the thickness of the first and second metal tubes 21 and 22 may be not less than 1 mm and not more than 16 mm. In this case, by preparing the joined body 10 having various thicknesses, the degree of freedom in selecting a mechanical device to which the joined body 10 according to the present embodiment is applied can be increased.

(5) 上記接合体10では、接合部において、外周ビード部は研削により除去されていてもよい。上記外周ビード部の幅L1は外周ビード部が研削により除去された研削部の幅L1であってもよい。この場合、接合体10の外周面から外周ビード部を研削により除去して当該外周部を平滑に仕上げることができるので、上記接合体10の外観を円筒状にすることができる。   (5) In the joined body 10, the outer peripheral bead portion may be removed by grinding in the joined portion. The width L1 of the outer peripheral bead portion may be the width L1 of the ground portion from which the outer peripheral bead portion has been removed by grinding. In this case, since the outer peripheral bead portion can be removed from the outer peripheral surface of the joined body 10 by grinding to finish the outer peripheral portion smoothly, the appearance of the joined body 10 can be made cylindrical.

(6) この発明の一実施形態に従った磁気回転アーク接合方法は、第1及び第2の金属管21、22を準備する工程(S10)と、予備加熱する工程(S20)と、本加熱する工程(S30)と、接合する工程(S40)とを備える。予備加熱する工程(S20)では、第1及び第2の金属管21、22の端面を対向配置した状態で、端面間にアーク放電を発生させるとともに端面間に磁界を印加してアーク放電の位置を端面間において移動させることにより、第1及び第2の金属管の端面から2mm離れた位置の温度を予備加熱温度(図6(D)の温度T1)まで予備加熱する。本加熱する工程(S30)では、第1及び第2の金属管21、22の端面間にアーク放電を発生させるとともに端面間に磁界を印加してアーク放電の位置を端面間において移動させることにより、第1及び第2の金属管の端面から2mm離れた位置の温度を接合温度(図6(D)の温度T3)まで本加熱する。接合する工程(S40)では、本加熱する工程(S30)の後、端面同士を突き合わせて接合する。   (6) In the magnetic rotating arc joining method according to one embodiment of the present invention, the step of preparing the first and second metal tubes 21 and 22 (S10), the step of preheating (S20), and the main heating The process (S30) to perform, and the process (S40) to join are provided. In the preheating step (S20), arc discharge is generated between the end faces in a state where the end faces of the first and second metal tubes 21 and 22 are opposed to each other, and a magnetic field is applied between the end faces. Is moved between the end faces to preheat the temperature at a position 2 mm away from the end faces of the first and second metal tubes to the preheating temperature (temperature T1 in FIG. 6D). In the main heating step (S30), an arc discharge is generated between the end faces of the first and second metal tubes 21 and 22, and a magnetic field is applied between the end faces to move the position of the arc discharge between the end faces. Then, the temperature at a position 2 mm away from the end faces of the first and second metal tubes is heated to the bonding temperature (temperature T3 in FIG. 6D). In the joining step (S40), after the main heating step (S30), the end faces are butted together and joined.

このようにすれば、本加熱工程(S30)において用いる方法と同じ設備を用いて予備加熱する工程(S20)を実施できるので、従来のように予備加熱用に独立した加熱手段を準備する必要が無く、簡単な構成によって予備加熱することができる。このため、当該予備加熱によって接合部(第1および第2の金属管21、22の対向する端面を含む端部)を予め十分加熱しておけるので、本加熱する工程(S30)においてアーク放電の安定性を高めることができるとともに、接合部の加熱が不十分あるいは不均一になるといった問題の発生を抑制できる。このため、接合不良の発生を抑制できる。なお、接合する工程(S40)において端面同士を接合するための圧力(図6(E)の圧力P1)は、たとえば5MPa以上950MPa以下である。圧力の下限を5MPaとしたのは、圧接可能な最小限の圧力が5MPa程度と考えられるためである。また圧力の上限を950MPaとしたのは、降伏応力の高い材料を金属管の材料とした場合に想定される圧力であるためである。なお、当該圧力は好ましくは10MPa以上900MPa以下、より好ましくは20MPa以上800MPa以下である。   In this way, since the preheating step (S20) can be performed using the same equipment as the method used in the main heating step (S30), it is necessary to prepare an independent heating means for preheating as in the past. And it can be preheated with a simple configuration. For this reason, since the joint portion (the end portion including the opposing end surfaces of the first and second metal tubes 21 and 22) can be sufficiently heated in advance by the preliminary heating, arc discharge is performed in the main heating step (S30). Stability can be improved and the occurrence of problems such as insufficient or uneven heating of the joint can be suppressed. For this reason, generation | occurrence | production of a joining defect can be suppressed. In addition, the pressure (pressure P1 of FIG.6 (E)) for joining edge surfaces in the process (S40) to join is 5 MPa or more and 950 MPa or less, for example. The reason why the lower limit of the pressure is set to 5 MPa is that the minimum pressure that can be pressed is considered to be about 5 MPa. The reason why the upper limit of the pressure is 950 MPa is that the pressure is assumed when a material having a high yield stress is used as the material of the metal tube. The pressure is preferably 10 MPa or more and 900 MPa or less, more preferably 20 MPa or more and 800 MPa or less.

なお、温度の測定位置として端面から2mm離れた位置を採用しているが、発明者はシミュレーションおよび実験から当該位置の温度であれば実験とシミュレーションとの対応関係も安定しており、制御に用いる測定値として十分な信頼性を有するものであることを確認している。   In addition, although the position 2 mm away from the end face is adopted as the temperature measurement position, the inventor has a stable correspondence between the experiment and the simulation if the temperature is at the position from the simulation and the experiment, and is used for the control. It has been confirmed that the measured value has sufficient reliability.

(7) 上記磁気回転アーク接合方法は、本加熱する工程(S30)の後、接合する工程(S40)の前に、本加熱する工程(S30)における通電電流値より大きな値のアップセット電流(図6(A)の電流I3)を端面間に流す工程をさらに備えていてもよい。   (7) In the magnetic rotating arc joining method, after the main heating step (S30) and before the joining step (S40), an upset current (a value larger than the energization current value in the main heating step (S30)) ( A step of flowing the current I3) in FIG. 6A between the end faces may be further provided.

この場合、接合する工程(S40)を実施する前に、接合部(第1および第2の金属管21、22の端面を含む領域)の溶融領域をアップセット電流によって均一化できる。このため、接合不良の発生を確実に抑制できる。   In this case, before performing the joining step (S40), the melting region of the joining portion (the region including the end faces of the first and second metal tubes 21 and 22) can be made uniform by the upset current. For this reason, generation | occurrence | production of a joining defect can be suppressed reliably.

(8) 上記磁気回転アーク接合方法では、接合する工程(S40)において、端面同士を突き合わせて接合している接合部は通電加熱されていてもよい。この場合、接合する工程(S40)における接合部の過剰な温度低下を抑制することができるので、接合条件が劣化することを防止できる。このため、接合不良の発生をより確実に抑制できる。   (8) In the said magnetic rotating arc joining method, in the process (S40) to join, the junction part which faced and joined end surfaces may be electrically heated. In this case, it is possible to suppress an excessive temperature decrease in the joint portion in the joining step (S40), so that it is possible to prevent the joining conditions from deteriorating. For this reason, generation | occurrence | production of a joining defect can be suppressed more reliably.

(9) 上記磁気回転アーク接合方法では、本加熱する工程(S30)の前、予備加熱する工程(S20)を複数回実施してもよい。この場合、第1および第2の金属管21、22が大口径である場合や当該金属管21、22の厚みが厚い場合など、複数回の予備加熱によって接合部の温度を十分に高めることができる。このため、接合不良の発生を抑制できる。   (9) In the magnetic rotating arc joining method, the preheating step (S20) may be performed a plurality of times before the main heating step (S30). In this case, when the first and second metal tubes 21 and 22 have a large diameter or when the metal tubes 21 and 22 are thick, the temperature of the joint portion can be sufficiently increased by a plurality of preheatings. it can. For this reason, generation | occurrence | production of a joining defect can be suppressed.

(10) 上記磁気回転アーク接合方法は、予備加熱する工程(S20)の後であって本加熱する工程(S30)の前、アーク放電を停止した状態で第1及び第2の金属管を保持する工程(図6の時点t2〜時点t3の間の期間)をさらに備えていてもよい。   (10) In the magnetic rotating arc joining method, the first and second metal tubes are held in a state where the arc discharge is stopped after the preheating step (S20) and before the main heating step (S30). There may be further included a step (period between time t2 and time t3 in FIG. 6).

この場合、特に第1および第2の金属管21、22の厚みが厚い場合に、上記のような保持する工程によって端面での熱拡散をおこすことで、端面の内周側と外周側との温度差を小さくすることができる。この結果、接合不良の発生を抑制できる。当該保持する工程の長さは、たとえば0秒超え10秒以下としてもよい。肉厚の厚い金属管に対しても、10秒程度の保持する時間を確保することで端面の温度の均一化を十分図ることができるためである。なお、金属管21、22の厚みが十分薄ければ、上記保持する工程を実施することなく、予備加熱する工程(S20)の後すぐに本加熱する工程(S30)を実施してもよい。   In this case, in particular, when the thickness of the first and second metal tubes 21 and 22 is large, by performing thermal diffusion at the end face by the holding process as described above, the inner peripheral side and the outer peripheral side of the end face The temperature difference can be reduced. As a result, the occurrence of poor bonding can be suppressed. The length of the holding step may be, for example, more than 0 seconds and 10 seconds or less. This is because even the thick metal tube can sufficiently equalize the temperature of the end face by securing the holding time of about 10 seconds. If the metal tubes 21 and 22 are sufficiently thin, the main heating step (S30) may be performed immediately after the preheating step (S20) without performing the holding step.

(11) 上記磁気回転アーク接合方法において、第1及び第2の金属管21、22を構成する材料は鋼からなっていてもよい。予備加熱する工程(S20)における予備加熱温度(温度T1)は材料の磁気変態点未満の温度であってもよく本加熱する工程(S30)における接合温度(温度T3)が1050℃以上1150℃以下であってもよい。上記接合温度(温度T3)は好ましくは1070℃以上1130℃以下、より好ましくは1080℃以上1120℃以下である。   (11) In the magnetic rotating arc joining method, the material constituting the first and second metal tubes 21 and 22 may be made of steel. The preheating temperature (temperature T1) in the preheating step (S20) may be a temperature lower than the magnetic transformation point of the material, and the bonding temperature (temperature T3) in the main heating step (S30) is 1050 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower. It may be. The bonding temperature (temperature T3) is preferably 1070 ° C. or higher and 1130 ° C. or lower, more preferably 1080 ° C. or higher and 1120 ° C. or lower.

この場合、鋼を材料として用いた第1および第2の金属管21、22を確実に接合して接合体を得ることができる。   In this case, the 1st and 2nd metal pipes 21 and 22 which used steel as a material can be joined reliably, and a joined body can be obtained.

(12) 上記磁気回転アーク接合方法において、材料は機械構造用炭素鋼であってもよい。この場合、機械構造用炭素鋼を材料として用いた金属管の接合に上記磁気回転アーク接合方法を適用することにより、機械部品などの製造に本実施形態に係る接合方法を利用することができる。なお、ここで機械構造用炭素鋼とはJIS規格G4051に規定する機械構造用炭素鋼(たとえばS10C、S45C、S55Cなど)、およびこれらの上記JIS規格G4051に規定する炭素鋼にホウ素(B)を含有させた炭素鋼(たとえばSAE規格10B38、SBM40など)を意味する。   (12) In the magnetic rotating arc joining method, the material may be carbon steel for mechanical structure. In this case, the joining method according to the present embodiment can be used for manufacturing machine parts and the like by applying the magnetic rotating arc joining method to joining metal pipes using carbon steel for machine structure as a material. Here, the carbon steel for machine structure is carbon steel for machine structure defined in JIS standard G4051 (for example, S10C, S45C, S55C, etc.), and boron (B) is added to the carbon steel defined in the above JIS standard G4051. The carbon steel contained (for example, SAE standard 10B38, SBM40, etc.) is meant.

(13) 上記磁気回転アーク接合方法において、第1及び第2の金属管21、22の外径は10mm以上250mm以下であってもよい。このように比較的小径から大口径の金属管21、22にまで本実施形態による接合方法を適用することができる。   (13) In the magnetic rotating arc joining method, the outer diameters of the first and second metal tubes 21 and 22 may be 10 mm or more and 250 mm or less. As described above, the joining method according to the present embodiment can be applied to the metal pipes 21 and 22 having a relatively small diameter to a large diameter.

(14) 上記磁気回転アーク接合方法において、第1及び第2の金属管21、22の肉厚は1mm以上16mm以下であってもよい。このように比較的厚みの薄い金属管21、22から厚肉の金属管21、22にまで本実施形態による接合方法を適用することができる。   (14) In the magnetic rotating arc joining method, the thickness of the first and second metal tubes 21 and 22 may be 1 mm or more and 16 mm or less. Thus, the joining method according to the present embodiment can be applied from the relatively thin metal tubes 21 and 22 to the thick metal tubes 21 and 22.

(15) 上記磁気回転アーク接合方法において、予備加熱する工程(S20)および本加熱する工程(S30)における端面間の通電電流値は10A以上10000A以下であってもよい。この場合、接合する金属管21、22のサイズや材質などに応じて通電電流値を選択することができ、接合不良の発生を抑制できる。また、当該通電電流値は、狙い値に対して±150Aの範囲に入るように制御されていてもよい。   (15) In the magnetic rotating arc joining method, the energization current value between the end faces in the preheating step (S20) and the main heating step (S30) may be 10 A or more and 10,000 A or less. In this case, an energization current value can be selected according to the size and material of the metal pipes 21 and 22 to be joined, and the occurrence of poor joining can be suppressed. Further, the energization current value may be controlled so as to fall within a range of ± 150 A with respect to the target value.

(16) 上記磁気回転アーク接合方法において、予備加熱する工程(S20)および本加熱する工程(S30)における磁界の磁束密度は1mT以上1000mT以下であってもよい。この場合、接合する金属管のサイズや材質、通電条件などに応じて、上記磁束密度を選択することができる。なお、上記磁束密度は好ましくは10mT以上900mT以下、より好ましくは20mT以上800mT以下である。   (16) In the magnetic rotating arc joining method, the magnetic flux density of the magnetic field in the preheating step (S20) and the main heating step (S30) may be 1 mT or more and 1000 mT or less. In this case, the magnetic flux density can be selected according to the size and material of the metal tube to be joined, the energization conditions, and the like. The magnetic flux density is preferably 10 mT or more and 900 mT or less, more preferably 20 mT or more and 800 mT or less.

(17) 本発明の一実施形態に係る接合体の製造方法は、上記磁気回転アーク接合方法を用いる。このようにすれば、接合不良の発生が抑制された接合体10を得ることができる。   (17) The method for manufacturing a joined body according to an embodiment of the present invention uses the magnetic rotating arc joining method. In this way, it is possible to obtain the bonded body 10 in which the occurrence of bonding failure is suppressed.

(実験例)
本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法の効果を確認するため、以下のような実験を行った。
(Experimental example)
In order to confirm the effect of the magnetic rotating arc joining method according to the present embodiment, the following experiment was conducted.

<試料>
本実験では材料に外径φ40mm、肉厚5mmのJIS規格S45C材を用いた円筒材料を第1および第2の金属管として準備した。なお、円筒材料の軸方向の長さは300mmとした。また、接合に用いた接合装置は図5に示した構成の装置を用いた。
<Sample>
In this experiment, a cylindrical material using a JIS standard S45C material having an outer diameter of 40 mm and a thickness of 5 mm was prepared as the first and second metal tubes. The axial length of the cylindrical material was 300 mm. Moreover, the apparatus of the structure shown in FIG. 5 was used for the joining apparatus used for joining.

<実験方法>
準備した金属管を図5に示した接合装置にセットし、図4に示した本実施形態に係る磁気回転アーク接合方法により接合した。なお、予備加熱工程(S20)の電流値の設定値を340A(±150A)、金属管(鋼管)端面外径側の磁束密度を40mTとした。また、本加熱工程(S30)時の電流値の設定値は270A(±150A)とした。また、金属管外径側の磁束密度は40mTとした。予備加熱工程(S20)は金属管の外径端面から2mmの位置での温度(図6(D)の温度T1)が550℃になるまで加熱した。予備加熱工程(S20)が終わってから3秒後(時点t2から3秒後の時点t3)に本加熱工程(S30)を開始した。この工程では、金属管の外径端面から2mmの位置の温度が1100℃に達したところで接合を行った。接合直前には端面の溶融領域を均一化するため、電流値を620Aとしてアップセット電流(図6(A)の電流I3)を流した。接合工程(S40)であるアップセットは図6(E)に示した圧力が90kN(160MPa)に到達することで完了とした。また、金属管端面の温度減少を抑制するため、接合工程(S40)中も電流値2kAの通電加熱を行った。
<Experiment method>
The prepared metal tube was set in the joining apparatus shown in FIG. 5, and joined by the magnetic rotating arc joining method according to the present embodiment shown in FIG. The set value of the current value in the preheating step (S20) was 340 A (± 150 A), and the magnetic flux density on the outer diameter side of the metal pipe (steel pipe) end face was 40 mT. Moreover, the set value of the current value in the main heating step (S30) was set to 270A (± 150A). The magnetic flux density on the outer diameter side of the metal tube was 40 mT. In the preheating step (S20), heating was performed until the temperature (temperature T1 in FIG. 6D) at a position 2 mm from the outer diameter end face of the metal tube reached 550 ° C. The main heating step (S30) was started 3 seconds after the preheating step (S20) was completed (time point t3 3 seconds after time point t2). In this step, bonding was performed when the temperature at a position 2 mm from the outer diameter end face of the metal tube reached 1100 ° C. Immediately before joining, an upset current (current I3 in FIG. 6A) was passed with a current value of 620 A in order to make the melting region of the end faces uniform. The upset as the joining step (S40) was completed when the pressure shown in FIG. 6E reached 90 kN (160 MPa). Moreover, in order to suppress the temperature reduction of a metal pipe end surface, the energization heating with the electric current value of 2 kA was performed also during the joining process (S40).

<結果>
図7に上述した金属管を接合した接合体の外観を示す。なお、図7では接合体は軸方向に沿って切断されており、切断された一方の部分の切断面が見えるように配置されている。また、図8は図7に示した接合体における接合部の断面ミクロ写真を示す。図8では、接合界面から順番に(a)接合部、(b)熱影響部1、(c)熱影響部2、(d)母材、の断面ミクロ写真を示している。なお、上記図8の接合部は、接合界面から0mmの位置である。また、上記熱影響部1は、接合界面から0.1mmの位置である。また、上記熱影響部2は、接合界面から0.2mmの位置である。また、上記母材は、接合界面から0.4mmの位置である。
<Result>
FIG. 7 shows the appearance of a joined body obtained by joining the metal pipes described above. In FIG. 7, the joined body is cut along the axial direction, and is arranged so that the cut surface of one of the cut portions can be seen. FIG. 8 shows a cross-sectional microphotograph of the joint in the joined body shown in FIG. FIG. 8 shows cross-sectional micrographs of (a) the joint, (b) the heat affected zone 1, (c) the heat affected zone 2 and (d) the base material in order from the joint interface. 8 is at a position 0 mm from the bonding interface. Moreover, the said heat affected zone 1 is a 0.1-mm position from a joining interface. The heat affected zone 2 is at a position 0.2 mm from the bonding interface. Moreover, the said base material is a 0.4 mm position from a joining interface.

図7および図8からわかるように、本実施形態による接合体では接合部が内周側から外周側にかけてほぼ均一な組織となっており、良好な接合部が形成されていることがわかる。   As can be seen from FIGS. 7 and 8, in the joined body according to the present embodiment, the joined portion has a substantially uniform structure from the inner peripheral side to the outer peripheral side, and it can be seen that a good joined portion is formed.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the above-described embodiments can be variously modified. The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

この発明は、鋼管の磁気回転アーク接合に特に有利に適用される。   The present invention is particularly advantageously applied to magnetic rotating arc welding of steel pipes.

1 モータ、2 減速機、3 ボールねじ、4 変位センサ、5 ロードセル、6 マイナス端子、7 永久磁石、8 プラス端子、9 チャック、10 接合体、11 接合界面、12 研削部、13 ビード部、14a,14b ビードと内周面との境界点、21、22 金属管、31 アーク、32,33,35 矢印、34 電源。   1 motor, 2 speed reducer, 3 ball screw, 4 displacement sensor, 5 load cell, 6 minus terminal, 7 permanent magnet, 8 plus terminal, 9 chuck, 10 joined body, 11 joining interface, 12 grinding part, 13 bead part, 14a , 14b Boundary point between bead and inner peripheral surface, 21, 22 Metal tube, 31 arc, 32, 33, 35 Arrow, 34 Power supply.

Claims (7)

第1の金属管と、
第2の金属管と、
前記第1および第2の金属管の端面同士を接合した接合部とを備え、
前記接合部には、外周側に突出する外周ビード部と、内周側に突出する内周ビード部とが形成され、
前記第1の金属管から前記第2の金属管に向かう方向における、前記外周ビード部の幅と前記内周ビード部の幅との差は、前記外周ビード部の幅と前記内周ビード部の幅との平均値に対して40%以下である、接合体。
A first metal tube;
A second metal tube;
A joining portion joining the end faces of the first and second metal tubes,
In the joint portion, an outer peripheral bead portion protruding to the outer peripheral side and an inner peripheral bead portion protruding to the inner peripheral side are formed,
The difference between the width of the outer peripheral bead portion and the width of the inner peripheral bead portion in the direction from the first metal tube to the second metal tube is the width of the outer peripheral bead portion and the inner peripheral bead portion. A joined body having an average value of 40% or less with respect to the width.
前記接合体の材料は機械構造用炭素鋼である、請求項1に記載の接合体。   The joined body according to claim 1, wherein a material of the joined body is carbon steel for machine structure. 前記接合部において、前記外周ビード部は研削により除去されており、
前記外周ビード部の幅は前記外周ビード部が研削により除去された研削部の幅である、請求項1または請求項2に記載の接合体。
In the joint portion, the outer peripheral bead portion is removed by grinding,
3. The joined body according to claim 1, wherein a width of the outer peripheral bead portion is a width of a ground portion where the outer peripheral bead portion is removed by grinding.
第1及び第2の金属管を準備する工程と、
前記第1及び第2の金属管の端面を対向配置した状態で、前記端面間にアーク放電を発生させるとともに前記端面間に磁界を印加して前記アーク放電の位置を前記端面間において移動させることにより、前記第1及び第2の金属管の前記端面から2mm離れた位置の温度を予備加熱温度まで予備加熱する工程と、
前記第1及び第2の金属管の前記端面間にアーク放電を発生させるとともに前記端面間に磁界を印加して前記アーク放電の位置を前記端面間において移動させることにより、前記第1及び第2の金属管の前記端面から2mm離れた前記位置の温度を接合温度まで本加熱する工程と、
前記本加熱する工程の後、前記端面同士を突き合わせて接合する工程とを備える、磁気回転アーク接合方法。
Preparing first and second metal tubes;
With the end faces of the first and second metal tubes facing each other, arc discharge is generated between the end faces and a magnetic field is applied between the end faces to move the position of the arc discharge between the end faces. Preheating the temperature at a position 2 mm away from the end faces of the first and second metal tubes to a preheating temperature,
By generating an arc discharge between the end faces of the first and second metal tubes and applying a magnetic field between the end faces to move the position of the arc discharge between the end faces, the first and second The step of heating the temperature at the position 2 mm away from the end face of the metal tube to the joining temperature;
A magnetic rotating arc joining method comprising: a step of abutting and joining the end faces after the main heating step.
前記本加熱する工程の後、前記接合する工程の前に、前記本加熱する工程における通電電流値より大きな値のアップセット電流を前記端面間に流す工程をさらに備える、請求項4に記載の磁気回転アーク接合方法。   5. The magnetism according to claim 4, further comprising a step of flowing an upset current between the end faces having a value larger than an energization current value in the main heating step after the main heating step and before the bonding step. Rotating arc joining method. 前記接合する工程において、前記端面同士を突き合わせて接合している接合部は通電加熱されている、請求項4または請求項5に記載の磁気回転アーク接合方法。   6. The magnetic rotating arc joining method according to claim 4, wherein in the joining step, the joining portion where the end faces are butted and joined is energized and heated. 請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載の磁気回転アーク接合方法を用いた、接合体の製造方法。   The manufacturing method of a joined body using the magnetic rotating arc joining method of any one of Claims 4-6.
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