JP2018176194A - Electric-resistance weld pipe welding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、金属帯板を走行させながら円筒状に曲げて誘導加熱し、金属帯板に誘起した電流によって金属帯板の両端面部間を溶接する電縫管溶接装置に関する。 The present invention relates to a welded tube welding apparatus which bends in a cylindrical shape for induction heating while traveling a metal strip and welds between both end portions of the metal strip by a current induced in the metal strip.
一般に、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、押出管等の製造方法がある。 Generally, as a method of manufacturing a metal pipe, a seamless pipe manufactured by making a hole directly in a metal billet, an extruded pipe, etc., in addition to a welded tube or a spiral pipe which is formed into a pipe shape by welding while bending a metal strip. There is a manufacturing method, etc.
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形になるように成形してオープン管を形成し、次いで、オープン管の、開口部を挟んで対向する端面部(以下、単に「オープン管の端部」ともいう。)に高周波電流を流して溶融温度まで高めた状態で、ロール(スクイズロール)でオープン管の両端面部の端面同士を圧接溶接して管状にする(スクイズロールで圧接する端面部の位置が溶接点であり、この近傍の熱影響部等を含めて溶接部という。)。この際、オープン管の端部に電流を供給する方法として、一つは、例えば、オープン管の外周を囲むように誘導コイル(ソレノイドコイル)を巻き、この誘導コイルに一次電流を流すことにより、オープン管に誘導電流を直接発生させる方法(例えば、特許文献1を参照)があり、もう一つは、金属製の電極をオープン管の端部に押し当て、電源から電流を直接通電する方法がある(このようなオープン管に電流を供給する部位を、以下、単に給電部という。)。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、オープン管の内周を回ろうとする溶接に寄与しない誘導電流(以下、無効電流ともいう。)を阻止するために用いられる。 ERW tubes are produced in large quantities, in particular because they have high productivity and can be manufactured inexpensively. Such a welded tube is formed into a cylindrical shape while traveling a metal band plate to form an open tube, and then an end surface portion (hereinafter simply referred to as In a state where high frequency current is supplied to the end of the open tube to increase the melting temperature, the end faces of both end faces of the open tube are welded by welding with a roll (squeeze roll) to form a tube (with the squeeze roll) The position of the end face to be pressure-welded is the welding point, including the heat-affected zone and the like in the vicinity of the welding point. Under the present circumstances, as a method of supplying an electric current to the edge part of an open pipe, for example, an induction coil (solenoid coil) is wound so that the outer periphery of an open pipe may be enclosed, and primary current is sent through this induction coil, for example. There is a method of generating an induced current directly in the open tube (see, for example, Patent Document 1), and another method is a method in which a metal electrode is pressed against the end of the open tube and current is directly supplied from a power supply. There is a part (hereinafter, a part that supplies a current to such an open tube is simply referred to as a power supply part). At this time, a high frequency current of about 100 to 400 kHz is generally used as a current leading to the induction coil or the electrode, and a ferromagnetic material called an impeder is often disposed on the inner surface side of the tube. The impedanceer is used to block an induced current (hereinafter also referred to as a reactive current) that does not contribute to welding that attempts to go around the inner circumference of the open tube.
しかしながら、特許文献1に記載の誘導コイルのように、誘導コイルの導体部がオープン管の開口部を跨ぐように配置されている場合、電縫管を製造する際の溶接時にインピーダーが焼損したり、内削用のバイトを連結するロッドが破断したりすることがあり、長時間安定して操業ができないという、問題があった。このような問題は、小径管、特に厚肉管を電縫管の製造方法により製造する場合に顕著であった。
However, as in the case of the induction coil described in
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、インピーダーの焼損を防ぎつつ、オープン管の開口部の端面での発熱量を従来の溶接方法と同等にすることが可能な電縫管溶接装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a point, and it is possible to make the calorific value of the end face of the opening of the open pipe equal to that of the conventional welding method while preventing the burnout of the impeder. It aims at providing an apparatus.
前記の目的を達成するため、本発明は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、前記オープン管の表面に発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士を溶接点において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、前記オープン管の外周側を周回する誘導コイルと、前記オープン管の内部に配置されるインピーダーと、前記オープン管の内部に配置された前記インピーダーと前記オープン管の内周面との間隙において、少なくとも前記誘導コイルの直下に位置する前記オープン管の開口部と重畳する範囲に設けられる電磁シールド材と、を備えることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention generates on the surface of an open pipe having an opening extending in the traveling direction, both end faces of the tube material facing each other from the both sides of the opening. An ERW welding apparatus for manufacturing a welded tube in which the end faces are brought into contact with each other at a welding point and welded while being melted by a high induction current while the distance between the openings is gradually narrowed. At least in the space between the induction coil around the outer periphery of the pipe, the impedancer disposed inside the open pipe, and the gap between the impedancer disposed inside the open pipe and the inner peripheral surface of the open pipe And an electromagnetic shield material provided in a range overlapping with the opening of the open tube located directly below the coil.
本発明によれば、オープン管の内部に配置されたインピーダーとオープン管の内周面との間隙において、少なくとも誘導コイルの直下に位置するオープン管の開口部と重畳する範囲に電磁シールド材を設けることにより、誘導コイルから直接インピーダーに入る磁束を避けるとともに、オープン管の開口部の端面部を流れる誘導電流からの磁場の影響を避けることができる。 According to the present invention, the electromagnetic shielding material is provided in a range overlapping at least the opening of the open pipe located immediately below the induction coil in the gap between the impeder disposed inside the open pipe and the inner peripheral surface of the open pipe. Thus, the magnetic flux from the induction coil directly entering the impedance can be avoided, and the influence of the magnetic field from the induced current flowing through the end face of the opening of the open tube can be avoided.
前記電縫管溶接装置において、前記電磁シールド材が、前記開口部を中心として、前記オープン管の内周面の半周分に対向する範囲に設けられていてもよい。 In the seam welded tube welding apparatus, the electromagnetic shield material may be provided in a range facing a half circumference of an inner circumferential surface of the open tube with the opening as a center.
また、前記電縫管溶接装置において、前記インピーダーを収納するインピーダーケースをさらに備え、前記電磁シールド材が、前記インピーダーケース内に設けられていてもよい。 Further, in the electric seam welded tube welding apparatus, the electromagnetic welding pipe may further include an impedance case that accommodates the impedance, and the electromagnetic shield material may be provided in the impedance case.
また、本発明は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、前記オープン管の表面に発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士を溶接点において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、前記オープン管の外周側を周回する誘導コイルと、前記オープン管の内周面に沿って略円状に配置された複数のインピーダーと、少なくとも前記誘導コイルの直下に位置する前記オープン管の開口部と重畳する範囲に設けられる電磁シールド材と、を備え、複数の前記インピーダーのうち、前記開口部側に位置する一部の前記インピーダーが前記電磁シールド材に置換されていることを特徴としていてもよい。 Further, according to the present invention, in an open tube having an opening extending in the traveling direction, both end surfaces of the tube material facing each other from the opening are melted by the induced current generated on the surface of the open tube. In addition, the welded tube welding apparatus for manufacturing a welded tube in which the end faces are brought into contact with each other at a welding point and welding is performed while gradually narrowing the gap between the openings, and circling the outer peripheral side of the open tube Induction coil, a plurality of impedances disposed in a substantially circular shape along the inner circumferential surface of the open pipe, and an electromagnetic wave provided in a range overlapping at least the opening of the open pipe located immediately below the induction coil And a shield material, wherein a part of the plurality of impedances located on the opening side among the plurality of impedances is replaced with the electromagnetic shield material. It may be.
本発明によれば、誘導コイルの導体部がオープン管の開口部を跨ぐように配置されている場合で、特に小径管、そのなかでも厚肉管を電縫管の製造方法により製造する場合に顕著になるインピーダーの焼損の問題を、インピーダーとオープン管の内周面との間隙の、少なくとも誘導コイルの直下に位置するオープン管の開口部と重畳する範囲に電磁シールド材を備えることによりインピーダーの磁束密度を低下させて有利に防止することができる。 According to the present invention, in the case where the conductor portion of the induction coil is arranged to straddle the opening of the open pipe, particularly when manufacturing a small diameter pipe, particularly a thick-walled pipe by the method of manufacturing a welded tube. By providing an electromagnetic shield material in the gap between the impeder and the inner circumferential surface of the open pipe at least overlapping the opening of the open pipe located directly below the induction coil, the impeding problem of impedinger burnout becomes noticeable. The magnetic flux density can be reduced and advantageously prevented.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration will be assigned the same reference numerals and redundant description will be omitted.
(従来の電縫管溶接装置)
初めに、図1〜図3を参照しながら、特許文献1に記載されているような従来の電縫管溶接装置について説明する。図1は、誘導コイル3をオープン管1の外周に巻き、この誘導コイル3に流した一次電流により、オープン管1に発生する誘導電流4a〜4dで高周波電気抵抗溶接して電縫管を製造する電縫管溶接装置を説明する概略平面図であり、図2は図1の概略側面図である。また、図3は、図1および図2に示す装置の概略側断面図である。ここで、オープン管1の端部を流れる電流の大部分は向かい合った端面部2a、2bを流れるが、説明を簡単にするため、図1においては、便宜上、オープン管1の端面部2a、2bの上面側(外周面側)を電流が流れている様に描いて示している。また、インピーダー7は、通常樹脂ケースに収められ、ケース内を流れる冷却水により冷却される。また、インピーダーケース9(図9参照)は、装着時にぶつけるなどしてインピーダー7が破壊されるのを防いでもいる。以下の説明では、インピーダーケース9を特に説明したい場合を除き、説明の図がわかりにくくなるため、このインピーダーケース9の図示を省略している。
(Conventional ERW pipe welding equipment)
First, with reference to FIGS. 1 to 3, a conventional ERW welding apparatus as described in
一般に、電縫管は、造管する径に合わせた幅にスリットされた金属帯板を、多段のロールで徐々に円管状にロール成形しながらその幅方向両端面部を対向させ、筒状のオープン管に成形する。その後、誘導コイルにより発生させた誘導電流によってオープン管に誘導電流を流し、オープン管の端面部(開口部に臨む端面部)を加熱溶融させる。その後、工程の下流において、オープン管の対向する両端面部をスクイズロールで押しつけて溶融軟化部分を欠陥となり易い酸化物とともに表裏面外に排出させながら溶接を完了させる。その後、排出された溶接ビード部を切削除去することにより欠陥のない健全な溶接部を有する電縫管が得られる。ここで、本明細書で説明する「下流」とは、金属帯板またはオープン管の走行方向における下流のことであり、以下、「上流」および「下流」という場合は、それぞれ、金属帯板またはオープン管の走行方向における「上流」および「下流」を指すものとする。 In general, the ERW tube is formed by opening a metal strip plate, which is slit to a width matched to the diameter to be produced, gradually with a multistage roll into a circular tubular shape with both end faces in the width direction facing each other. Form into a tube. Thereafter, an induction current is supplied to the open tube by an induction current generated by the induction coil, and the end surface portion (end surface portion facing the opening) of the open tube is heated and melted. Thereafter, in the downstream of the process, the opposing end faces of the open pipe are pressed with a squeeze roll to complete welding while discharging the melted and softened portion out of the front and back sides together with the oxide which is likely to be a defect. Thereafter, the welded bead portion discharged is cut off to obtain a welded tube having a defect-free sound weld. Here, the “downstream” described in the present specification means the downstream side in the traveling direction of the metal strip or the open pipe, and in the following, “upstream” and “downstream” refer to the metal strip or It refers to "upstream" and "downstream" in the direction of travel of the open pipe.
図1〜図3に示すように、被溶接材であるオープン管(金属帯板)1は、平板状態から走行中に図示しない成形ロールで徐々に曲げ加工されながら円筒状にロール成形されて両端面部2a、2bが向かい合わさる筒状のオープン管1の形に成形され、次いでスクイズロール6で両端面部2a、2bが押しつけられて溶接点(溶接部)5で接触するように通材される。このスクイズロール6の上流には、向かい合う両端面部2a、2bを溶融させて溶接点5で接合するために、図1〜図3に示すような誘導コイル(ソレノイドコイル)3が設けられ、この誘導コイル3に高周波電流(通常は、100kHzオーダー)を流すことにより、誘導コイル直下の円筒状のオープン管1の表層に誘導電流が発生する。この誘導電流は、オープン管1を周回する誘導コイル3に沿ってオープン管1の外周面を周回するが、途中でオープン管1の両端面部2a、2b間に開口部2が存在することから、この部分では誘導電流が誘導コイル直下を流れることができず、大別して2つの方向に流れようとする。つまり、図1に示すように、1番目の方向に流れる電流は、オープン管1の端面部2a、2bに沿って溶接点5を通る電流4a、4bであり、2番目の方向に流れる電流は、オープン管1の開口部から外周面を回る電流4c、4dである。これらの電流のうち、溶接点5を通る電流4a、4bは、高周波電流による近接効果により、オープン管1の開口部2に臨む両端面部2a、2bの表層を流れて当該箇所を加熱および溶融し、溶接点5でスクイズロールにより圧接されることで溶接を完了させる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the open pipe (metal strip) 1 which is a material to be welded is rolled into a cylindrical shape while being gradually bent by a forming roll (not shown) during traveling from a flat plate state. The
なお、図1中では、オープン管1の内周面を回ろうとする溶接に寄与しない電流(無効電流)については、その図示を省略している。これは、インピーダー7と呼ばれるフェライト等からなる強磁性体のコアを、オープン管1の内部に配置し、オープン管1の内周面のインピーダンスを高めることにより、内周面を電流が流れるのを防止できるためである。あるいは、溶接点5への往復長に比べて製造する電縫管の径が大きく、オープン管1の内周が十分に長い場合には、インピーダー7を配置しなくても内周面のインピーダンスが十分に大きくなり、内周面を回る電流が抑制される場合もあるためである。
In addition, in FIG. 1, the illustration is abbreviate | omitted about the electric current (reactive current) which does not contribute to welding which tries to turn the inner peripheral surface of the open pipe |
また、オープン管1の内部のインピーダー7よりも下流側には、溶接後の内面ビード(溶接ビード)を切削するためのバイト(図示せず)が配置されており、例えば小径管の場合にはオープン管1の略中心部に配置されたロッド8の途中にインピーダー7が配置されている。ロッド8は、例えば、略円柱状のインピーダー7の略中心部を貫通するように配置されている。
Further, a cutting tool (not shown) for cutting the inner surface bead (welding bead) after welding is disposed downstream of the
ここで、従来の電縫管溶接装置における誘導コイル3は、上述したように、オープン管1の外周面に沿って周回しており、誘導コイル3の導体部がオープン管1の開口部2を跨ぐように配置されている。このような場合、電縫管を製造する際の溶接時にインピーダー7が焼損したり、内面ビードを切削するためのバイト(図示せず)を連結するロッド8が破断したりすることがあり、長時間安定して操業ができないという、問題があった。
Here, as described above, the
本発明者が調査したところによると、インピーダー7の焼損原因は、(1)オープン管1の開口部2を跨ぐように配置された誘導コイル3が発生させる高磁束密度の磁束が直接透磁率の高いインピーダー7に入ること、および、(2)開口部2の端面部2a、2bを流れる誘導電流(溶接電流)により発生する磁束がインピーダー7に入ることにより、インピーダー7が磁束飽和を起こし、発熱し焼損することによることがわかった。図4の様に製造される電縫管が、小径管、例えば、管内径が40mm以下の管の場合、特に厚肉管の場合には、誘導コイル3とインピーダー7との間の空間が狭くなることにより、両端面部2a、2b間の開口部2から透磁率が高く磁束を集めやすいインピーダー7に直接強い磁束が入ってくること、また、オープン管1の端面部2a、2bとインピーダー7との距離が短く、インピーダー7の近傍の端面部2a、2bを大電流の溶接電流が流れることでこの大電流により発生する磁束によっても、インピーダー7はさらに重畳した強磁場にさらされ、高磁束密度の状態で容易に磁束飽和状態となることから、発熱し、激しく損傷することが避けにくい状況にある。
According to the present inventor's investigation, the cause of the burnout of the
それに対し、オープン管1の径が比較的大きい場合には、図5に示すように、誘導コイル3からの磁束並びに端面部2a、2bを流れる溶接電流からの磁束が減衰してゆくため、インピーダー7に入る磁束は少なくなり、磁束飽和しにくい。
On the other hand, when the diameter of the
また、インピーダー7が焼損すると、誘導電流が、開口部2の端面部2a、2bを流れずに、オープン管1の内周面に沿って周回するようになるため、端面部2a、2bを流れるべき溶接に必要な電流が確保できず、端面部2a、2bにおける発熱量が低下し、溶接ができなくなる場合がある。さらに、オープン管1の内周面に沿って周回する誘導電流によりロッド8が誘導加熱され、破断してしまう場合もある。また、インピーダー7を収納している樹脂製のインピーダーケース(図示せず)は、上部にある発熱した端面部2a、2bからの輻射熱で容易に変形し、さらには穴があき、冷却水が噴き出してインピーダー7を冷却できなくなり、最終的に操業ができなくなる場合もある。
In addition, when the
そこで、本発明者は、誘導コイル3並びにオープン管1の端面部2a、2bを流れる誘導電流から発生する磁束が、直接インピーダー7に入るのを避けることでインピーダー7の磁束密度を低下させ、インピーダー7を磁束飽和させずに長時間安定して使用できる方法について検討した。
Therefore, the inventor of the present invention reduces the magnetic flux density of the
その結果、本発明者は、インピーダー7の磁束密度を低下させるために、強磁場となるインピーダー7を直接シールドすることで、インピーダー7を磁束飽和させずに長時間安定して使用できる、という知見を得た。具体的には、本発明では、オープン管1の内部に配置されたインピーダー7とオープン管1の内周面との間隙において、少なくとも誘導コイル3の直下に位置するオープン管1の開口部2と重畳する範囲に電磁シールド材を設けることとした。これにより、誘導コイル3から直接インピーダー7に入る磁束を避けるとともに、オープン管1の開口部2の端面部2a、2bを流れる誘導電流からの磁場の影響を避けることができる。以下、上記知見により完成した本発明の好適な実施の形態を述べる。
As a result, it is found that the present inventor can stably use the
(第1実施形態)
まず、図6および図7を参照しながら、本発明の第1実施形態に係る電縫管溶接装置100の構成を説明する。図中ではインピーダーをそのまま描いているが、実際にはインピーダーはインピーダーケースに納められている。しかし、狭い場所に描くのは図が判りづらいことから、本実施形態の説明の図では、インピーダーケースは図示をしない。図6は、本実施形態に係る電縫管溶接装置100を模式的に示す平面図である。図7は、図6に示す電縫管溶接装置100の断面図であり、(a)が図4のA−A断面を示し、(b)が図4のB−B断面を示している。
First Embodiment
First, the configuration of a welded
図6および図7に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置100は、走行方向Rに走行する金属帯板1が、図示しない多段の成形ロールにより、金属帯板1の幅方向における両端面部(端面部)2a、2bが間隔を空けて対向するように円筒状に曲げられてオープン管1に成形された後、該オープン管1の開口部2近傍に配置された誘導加熱手段としての誘導コイル3に高周波電流を通じ、発生させた誘導電流により両端面部2a、2bを溶融させる。すなわち、電縫管溶接装置100は、誘導コイル3により、オープン管1の開口部2近傍に誘導電流である高周波電流を誘起させる。通常は、誘導電流は誘導コイル直下に発生して流れるが、高周波電流が流れる場合、インダクタンスを低下させる様に極性の異なる電流が囲む空間が狭くなるように高周波電流は寄って流れようとする。本実施形態の場合、オープン管1の両端面部2a、2bが近接して向き合った位置になることから、この両端面部2a及び2bが発生した極性の異なる誘導電流が囲む空間となり、開口部2の外で発生させた誘導電流が分流して、この両端面部2a、2bの表面を流れ、この電流によって両端面部2a、2bを加熱・溶融させる。開口部2の間隔は、スクイズロール6でオープン管1の両側を押圧することにより次第に狭めながら該両端面部2a、2b同士を溶接点5で接触させて溶接する。
As shown in FIGS. 6 and 7, in the seam welded
より具体的には、本実施形態に係る電縫管溶接装置100は、走行方向に延びる開口部2を有するオープン管1の、該開口部2に両側から相互に臨む管素材の端面部(言い換えると、該開口部2を挟んで対向する端面部)2a、2bの双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、開口部2の間隔を次第に狭めながら端面部2a、2b同士を溶接点5において接触させて溶接する、電縫管を製造するための装置である。この電縫管溶接装置100は、本実施形態に係る誘導加熱手段としての誘導コイル3と、インピーダー7と、電磁シールド材10とを少なくとも備えている。
More specifically, the welded
誘導コイル3は、オープン管1の外周面に沿って周回するように、オープン管1の外周面から離間して配置されたソレノイドコイルである。誘導コイル3の両端部は、図示しない高周波電源へ接続される。
The
本実施形態において用いる誘導コイル3は、銅等の良導体のパイプや線材、板等からなるもので、オープン管1上に閉回路を形成する誘導コイルの総称として用いており、その材質等は特に限定されない。また、誘導コイル3の形状も特に限定されるものではない。例えば、誘導コイル3は、オープン管1の外周面を周回し、円形のターンを描くような形状(円形コイル)でもよく、あるいは、矩形のターンを描くような形状(矩形コイル)であってもよい。なお、そのターン数については、限定されない。
The
その他、誘導コイル3の構成および作用効果は、上述した従来の電縫管溶接装置における誘導コイル3と同様である。
In addition, the configuration and effects of the
インピーダー7は、オープン管1の内部に配置されており、上述したように、フェライト等からなる強磁性体のコアである。このインピーダー7が、オープン管1の内部に配置されることにより、オープン管1の内周面のインピーダンスを高め、内周面に電流が流れるのを防止できる。また、インピーダー7は、通常樹脂製のインピーダーケース(図示せず。図9を参照)に収められ、インピーダーケース内を流れる冷却水により冷却される。また、インピーダー7としては、通常、複数本丸棒状の強磁性体コアであるインピーダーを略円状に配置した構造のもの(図10(b)を参照)や円筒状のもの(図9参照)が使用される。各丸棒状のインピーダーは、径が数mm程度と細いため、インピーダー7をオープン管1の内部に装着する際等に、オープン管1の内部にぶつけるなどして折れたり、破壊されたりしやすい。そこで、インピーダーケースがインピーダー7を覆うことで、インピーダー7が折れたり破壊されたりするのを保護している。
The
その他、インピーダー7の構成および作用効果は、上述した従来の電縫管溶接装置におけるインピーダー7と同様である。
In addition, the configuration and effects of the
電磁シールド材10は、図6および図7に示すように、オープン管1の内部に配置されたインピーダー7とオープン管1の内周面との間隙において、少なくとも誘導コイル3の直下に位置するオープン管1の開口部2と重畳する範囲に設けられる。より具体的には、電磁シールド材10は、少なくともオープン管1の開口部2と重畳する領域(開口部2をオープン管1の内周側から覆う領域)を含み、開口部2の両端面部2a、2bよりもオープン管1の周方向に拡がる領域に、オープン管1の内周面に沿った形で設置される。すなわち、電磁シールド材10の形状は、オープン管1の内周面に沿った曲板状となる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
インピーダー7の磁束密度を十分に低下させるためには、図7に示すように、電磁シールド材10が設置されるオープン管1の周方向の領域としては、開口部2の中央部を中心として、周方向両側に45°ずつ拡がった領域(すなわち、オープン管1の内周面に沿って1/4周分円弧状に拡がった領域)であることが好ましい。また、図6に示すように、電磁シールド材10が設置されるオープン管1の長手(管軸)方向の領域としては、少なくとも誘導コイル3の直下の領域を含んでいればよいが、より確実にインピーダー7へ入る磁束をシールドするためには、誘導コイル3の近傍の領域、すなわち誘導コイル3に近い側の溶接点5までの領域に亘って電磁シールド材10を設置することが好ましい。正確には電磁場解析を行い、磁場の分布を計算し、適切な範囲のみをシールドするのが良い。
In order to sufficiently reduce the magnetic flux density of the
また、電磁シールド材10の厚みが薄すぎると、インピーダー7の磁束密度の低下効果が不十分になる。一方、電磁シールド材10の厚みが厚すぎると、オープン管1の内周面とインピーダー7との間の間隔が狭い小径管(特に、厚肉管)では電磁シールド材10のオープン管1内への挿入が困難となる。したがって、電磁シールド材10の厚みは、1mm前後であることが好ましい。
Moreover, when the thickness of the
電磁シールド材10の材質としては、インピーダー7に入る磁束を避け、インピーダー7の磁束密度を低下させる機能を有する材料であれば特に制限はされないが、例えば、銅、アルミニウム、カーボンファイバー等を好適に使用することができる。
The material of the
以上説明したように、本実施形態では、上述した構成を有する電磁シールド材10を用いているため、(1)誘導コイル3が発生させる高磁束密度の磁束が直接透磁率の高いインピーダー7に入ること、および、(2)開口部2の端面部2a、2bを流れる誘導電流により発生する磁束がインピーダー7に入ることを抑制することができる。これにより、インピーダー7が磁束飽和を起こすことがなくなり、発熱し焼損することもなくなる。したがって、本実施形態によれば、開口部2の端面部2a、2bで発生する発熱量は、大径管の電縫管溶接装置で発生する熱量とほぼ同等で、インピーダー7の最大磁束密度を飽和磁束密度以下に安定して保つことが可能となる。そのため、インピーダー7の焼損により、電縫管の生産を止めてインピーダー7の交換をする必要が無くなることから、生産性が向上するとともに、歩留りも向上する。
As described above, in the present embodiment, since the
ここで、本実施形態においては、図7に示すように、電磁シールド材10は、オープン管1の内周面に沿って1/4周分円弧状に拡がった領域に設置されている。この場合、電磁シールド材10のオープン管1の周方向端部より外側の領域において、インピーダー7へ入る磁束がシールドされにくくなってしまう。
Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, the
そこで、以下に述べる本発明の第2の実施形態に係る電縫管溶接装置では、電磁シールド材のオープン管1の周方向における設置領域を第1実施形態よりも拡げることで、より確実にインピーダー7へ磁束が入ることを防止し、電磁シールド材の磁束のシールド効果、すなわち、インピーダー7の磁束密度の低下効果を高めている。以下、本発明の第2実施形態に係る電縫管溶接装置について述べる。
Therefore, in the resistance welded tube welding apparatus according to the second embodiment of the present invention described below, the impeding device can be more reliably ensured by extending the installation region of the electromagnetic shield material in the circumferential direction of the
(第2実施形態)
次に、図6および図8を参照しながら、本発明の第2実施形態に係る電縫管溶接装置の構成を説明する。図8は、本実施形態に係る電縫管溶接装置を示す断面図であり、図6のA−A線で切断した断面を示している。インピーダーケースは図示をしないことについては上述した第1実施形態と同様である。
Second Embodiment
Next, the configuration of a welded tube welding apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 8. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a welded tube welding apparatus according to the present embodiment, and shows a cross section cut along the line AA of FIG. The impeller case is the same as the above-described first embodiment in that it is not shown.
図8に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置は、上述した第1実施形態に係る電縫管溶接装置100とは、電磁シールド材の設置領域が異なっている。具体的には、本実施形態に係る電磁シールド材20は、オープン管1の開口部2を中心として、オープン管1の内周面の半周分に対向する範囲、すなわち、オープン管1の開口部2の中央部を中心として、周方向両側に90°ずつ拡がった領域に設けられる。
As shown in FIG. 8, the welded tube welding apparatus according to the present embodiment differs from the welded
電磁シールド材20が上記の領域に設けられることにより、より確実にインピーダー7へ磁束が入ることを防止し、電磁シールド材の磁束のシールド効果、すなわち、インピーダー7の磁束密度の低下効果を高めることができる。
By providing the
なお、本実施形態に係る電縫管溶接装置のその他の構成については、上述した第1実施形態の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。 In addition, about another structure of the welded tube welding device which concerns on this embodiment, since it is the same as that of the case of 1st Embodiment mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted.
(第3実施形態)
次に、図6および図9を参照しながら、本発明の第3実施形態に係る電縫管溶接装置の構成を説明する。図9は、本実施形態に係る電縫管溶接装置を示す断面図であり、(a)は図6のA−A線で切断した断面を示しており、(b)は図6のB−B線で切断した断面を示している。なお、本実施形態では、電磁シールド材とインピーダーケースとの位置関係が重要であることから、図9では、インピーダーケースを図示している。
Third Embodiment
Next, the configuration of a welded tube welding apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 9. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a welded tube welding apparatus according to the present embodiment, where (a) shows a cross section taken along the line A-A of FIG. 6, and (b) shows B- of FIG. The cross section cut | disconnected by B line is shown. In addition, in this embodiment, since the positional relationship of an electromagnetic shielding material and an impedance case is important, in FIG. 9, the impedance case is illustrated.
図9に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置は、電磁シールド材10がインピーダー7を収納するインピーダーケース9内に設けられている。より具体的には、本実施形態では、電磁シールド材10は、オープン管1の内部に配置されたインピーダー7とインピーダーケース9の内周面との間隙に設けられている。
As shown in FIG. 9, in the seam welded tube welding apparatus according to the present embodiment, the
上述した第1実施形態では、電磁シールド材10とインピーダーケース9との位置関係は特に規定していないが、仮に、電磁シールド材10がインピーダーケース9の外に配置された場合、電磁シールド材10とインピーダー7との距離が離れることから、本実施形態のように電磁シールド材10がインピーダーケース9内に設けられた場合よりも、インピーダー7が高磁場になりやすい。また、電縫管が小径管(特に、厚肉管)の場合には、インピーダーケース9の外周面とオープン管1の内周面との間隔(外径40mm以下の小径管の場合、約2mm程度)が狭いため、電磁シールド材10の厚みや形状によっては、電磁シールド材10をインピーダーケース9の外に配置することができない場合もある。
In the first embodiment described above, the positional relationship between the
そこで、本実施形態のように、電磁シールド材10をインピーダーケース9内に設けることにより、インピーダー7の磁場を抑えて磁束密度の低下効果を向上できるとともに、小径管(特に、厚肉管)の場合であっても容易に電磁シールド材10を設置できる。
Therefore, by providing the
なお、図9では、電磁シールド材が、オープン管1の開口部2を中心として、オープン管1の内周面に沿って1/4周分円弧状に拡がった領域に設置されている例(すなわち、第1実施形態に係る電磁シールド材10を使用した例)を示しているが、これには限られない。例えば、本実施形態において、電磁シールド材が、オープン管1の開口部2を中心として、オープン管1の内周面の半周分に対向する範囲に設置されていて(すなわち、第2実施形態に係る電磁シールド材20を使用して)もよい。
In FIG. 9, an example in which the electromagnetic shield material is installed in a region extending in an arc shape of 1⁄4 circumference along the inner peripheral surface of the
また、電磁シールド材10の交換の手間がかからないようにするには、電磁シールド材10がインピーダーケース9の外に配置しても良い。
Further, in order to prevent the trouble of replacing the
なお、本実施形態に係る電縫管溶接装置のその他の構成については、上述した第1実施形態の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。 In addition, about another structure of the welded tube welding device which concerns on this embodiment, since it is the same as that of the case of 1st Embodiment mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted.
(第4実施形態)
次に、図6および図10を参照しながら、本発明の第4実施形態に係る電縫管溶接装置の構成を説明する。図10は、本実施形態に係る電縫管溶接装置を示す断面図であり、(a)は図6のA−A線で切断した断面を示しており、(b)は図6のB−B線で切断した断面を示している。インピーダーケースは図示をしないことについては上述した第1実施形態と同様である。
Fourth Embodiment
Next, the configuration of a welded tube welding apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 10. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a welded tube welding apparatus according to the present embodiment, where (a) shows a cross section taken along the line A-A of FIG. 6, and (b) shows B- of FIG. The cross section cut | disconnected by B line is shown. The impeller case is the same as the above-described first embodiment in that it is not shown.
図10に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置は、上述した第1実施形態に係る電縫管溶接装置100とほぼ同様の構成を有するが、インピーダー7と電磁シールド材10の配置が、第1実施形態とは異なる。すなわち、本実施形態は、インピーダー7が、複数本の丸棒状の強磁性体コアで構成され、各丸棒状のインピーダーが、オープン管1の内周面に沿って略円状に配置されている場合に、複数の丸棒状のインピーダーのうち、オープン管1の開口部2側に位置する一部の丸棒状のインピーダーが、電磁シールド材10に置換された形態である。したがって、本実施形態では、上述した第1〜第3実施形態に係る電縫管溶接装置のように、電磁シールド材が、オープン管1の内部に配置されたインピーダー7とオープン管1の内周面との間隙に設けられているわけではない。
As shown in FIG. 10, the welded tube welding device according to the present embodiment has substantially the same configuration as the welded
また、インピーダー7を構成する各丸棒状のインピーダーが、オープン管1の長手方向に沿って複数並べて配置されている場合、少なくとも誘導コイル3の直下の領域に位置し磁束飽和が懸念されるインピーダーのみを電磁シールド材10に置換すればよく、これにより磁気シールド材に置換されることで欠落したインピーダーの部分が担っていたオープン管1の内周面を回ろうとする無効電流を阻止する効果の低減を最小限に抑えることができる。
In addition, in the case where the plurality of round rod-like impellers constituting the
なお、図10では、電磁シールド材が、オープン管1の開口部2を中心として、オープン管1の内周面に沿って1/4周分円弧状に拡がった領域に設置されている例(すなわち、第1実施形態に係る電磁シールド材10を使用した例)を示しているが、これには限られない。例えば、本実施形態において、電磁シールド材が、オープン管1の開口部2を中心として、オープン管1の内周面の半周分に対向する範囲に設置されていて(すなわち、第2実施形態に係る電磁シールド材20を使用して)もよい。
In FIG. 10, an example in which the electromagnetic shield material is installed in a region extending in an arc shape of 1⁄4 circumference along the inner peripheral surface of the
本実施形態の場合、上述した第1〜第3実施形態の場合と比べ、インピーダーの本数が減るために、開口部2の端面部2a、2bの加熱効率は少し悪化(ただし、電縫管の製造には問題無い程度)するが、インピーダーの本数が減った分だけ、オープン管1の内部に十分な広さで電磁シールド材10の設置スペースを確保でき、インピーダーの損傷を無くして安定した操業が続けられる。
In the case of the present embodiment, the heating efficiency of the
なお、本実施形態に係る電縫管溶接装置のその他の構成については、上述した第1実施形態の場合と同様であるので、詳細な説明を省略する。 In addition, about another structure of the welded tube welding device which concerns on this embodiment, since it is the same as that of the case of 1st Embodiment mentioned above, detailed description is abbreviate | omitted.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is obvious that those skilled in the art can conceive of various modifications or alterations within the scope of the idea described in the claims, and they are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that.
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.
管径φ31.8mm、肉厚6.3mmの普通鋼製の鋼管を、以下に示す実施例1、実施例2および比較例1の電縫管溶接装置を用いて、3000Aの電流を流して電縫管溶接を行った場合の溶接点から上流700mmの範囲の鋼管端面の総発熱量[W/m3]を計算した。その結果を図12に示す。また、このような電縫管溶接の条件でFEM(Finite Element Method:有限要素法)解析してインピーダーの最大磁束密度[T]を計算した結果を図13に示す。なお、図12は、実施例1、実施例2および比較例1におけるオープン管の端面部の総発熱量[W/m3]と誘導コイルに流した電流[A]との関係を示すグラフであり、図13は、実施例1、実施例2および比較例1におけるインピーダーの最大磁束密度[T]と誘導コイルに流した電流[A]との関係を示すグラフである。 A steel pipe made of ordinary steel and having a pipe diameter of 31.8 mm and a wall thickness of 6.3 mm was subjected to an electric current of 3000 A using the electric resistance welded tube welding apparatus of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 shown below. The total calorific value [W / m 3 ] of the end face of the steel pipe in the range of 700 mm upstream from the welding point in the case of seam welding was calculated. The results are shown in FIG. Moreover, the result of having calculated the maximum magnetic flux density [T] of an impeder by FEM (Finite Element Method: finite element method) analysis on the conditions of such a welded tube is shown in FIG. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the total calorific value [W / m 3 ] of the end face portion of the open pipe in Example 1 and Example 2 and Comparative Example 1 and the current [A] applied to the induction coil. FIG. 13 is a graph showing the relationship between the maximum magnetic flux density [T] of the impeder in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 and the current [A] applied to the induction coil.
(実施例1)
実施例1の電縫管溶接装置としては、外径10mm、の銅管製誘導コイルを備えた場合を計算した。ここで、誘導コイルは、図11に示すように、銅管をオープン管(鋼管)から半径方向に10mm離した位置で、溶接点から走行方向上流側に60mmの位置とその位置から50mm上流の位置の範囲に、外周方向に周回するように配置して計算した。また、フェライトからなる強磁性体コアであるインピーダーは、溶接点から走行方向上流側に25mmの位置とその位置から300mm上流の位置の範囲に配置した。さらに、電磁シールド材として1mm厚の銅板を仮定し、この銅板を、開口部の中央部を中心として周方向両側に45°ずつ拡がった領域(すなわち、オープン管の内周面に沿って1/4周分円弧状に拡がった領域)に設置した場合を想定して計算した。電磁シールド材(銅板)のオープン管長手方向の設置範囲としては、誘導コイルの直下の領域を一部含み、かつ大電流の溶接電流が流れる端面部の直下の領域をも一部含むように、溶接点から走行方向上流側に40mmの位置とその位置から50mm上流の位置の範囲とした。なお、オープン管の開口部の幅は6.5mm、溶接点における開口部の角度は6°とした。
Example 1
The case where the copper tube induction coil having an outer diameter of 10 mm was provided as the electric welded tube welding device of Example 1 was calculated. Here, as shown in FIG. 11, the induction coil is located 60 mm away from the welding point in the running direction and 50 mm upstream from the welding point at a
(実施例2)
電磁シールド材(1mm厚の銅板)を、開口部の中央部を中心として、周方向両側に90°ずつ拡がった領域(すなわち、オープン管1の開口部2を中心として、オープン管1の内周面の半周分に対向する範囲)に設置した以外は、実施例1と同様にして、電縫管溶接を行った。
(Example 2)
A region where the electromagnetic shielding material (copper plate of 1 mm thickness) is expanded by 90 ° circumferentially on both sides around the central portion of the opening (that is, the inner periphery of the
(比較例1)
電磁シールド材を設置しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、電縫管溶接を行った。
(Comparative example 1)
Electric resistance tube welding was performed in the same manner as in Example 1 except that the electromagnetic shielding material was not installed.
図12および図13に示すように、実施例1、実施例2の電磁シールド材を備える電縫管溶接装置を用いて電縫管溶接した場合に開口部の端面部で発生する発熱量は、比較例1の電磁シールド材を備えていない電縫管溶接装置を用いて電縫管溶接した場合に発生する熱量に比べてやや低下していたが、電縫管溶接を行うには十分な発熱量であった。また、実施例1、実施例2の電磁シールド材を備える電縫管溶接装置を用いて電縫管溶接した場合のインピーダーに入る磁束(すなわち、インピーダーの最大磁束密度)は、インピーダーが磁束飽和する磁束密度(飽和磁束密度)よりも小さいところまで低下することがわかった。 As shown in FIG. 12 and FIG. 13, the amount of heat generated at the end face of the opening when welded by the seam welded tube using the welded tube welding apparatus provided with the electromagnetic shield material of the first embodiment and the second embodiment is The amount of heat generated was slightly lower than the amount of heat generated when welded using ERW tube welding equipment not equipped with the electromagnetic shielding material of Comparative Example 1 but heat generation was sufficient to perform ERW tube welding. Amount. Further, as for the magnetic flux (that is, the maximum magnetic flux density of the impeder) entering the imperder in the case where the welded tube is welded using the welded tube welding apparatus provided with the electromagnetic shielding material of Example 1 and Example 2, the impeder saturates It has been found that the magnetic flux density (saturation magnetic flux density) decreases to a point smaller than that.
特に、オープン管1の内周面の半周分に対向する範囲に電磁シールド材が設置された実施例2は、オープン管1の内周面の1/4周分の範囲に電磁シールド材が設置された実施例1よりも、最大磁束密度をより低下させることができるため、より効率的に溶接できることがわかった。
In particular, in the second embodiment in which the electromagnetic shield material is installed in a range facing the half circumference of the inner circumferential surface of the
本発明は、金属帯板を走行させながら円筒状に曲げて誘導加熱し、金属帯板に誘起した電流によって金属帯板の両端面部間を溶接する電縫管溶接装置に有用である。このようにして製造された電縫管は、例えば、油井管、二輪車・四輪車用パイプ等の軽量化が求められるパイプなどとして用いられる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for a welded tube welding apparatus which bends in a cylindrical shape for induction heating while traveling a metal strip and welds between both end portions of the metal strip by an electric current induced in the metal strip. The welded tube manufactured in this manner is used, for example, as a pipe that is required to be reduced in weight, such as an oil well pipe, a pipe for two-wheelers and four-wheel vehicles, and the like.
1 オープン管(金属帯板)
2 開口部
2a、2b 端面部
5 溶接点(溶接部)
6 スクイズロール
7 インピーダー
8 ロッド
9 インピーダーケース
10、20 電磁シールド材
100 電縫管溶接装置
R 走行方向
1 Open tube (metal strip)
2 opening 2a,
6
Claims (4)
前記オープン管の外周側を周回する誘導コイルと、
前記オープン管の内部に配置されるインピーダーと、
前記オープン管の内部に配置された前記インピーダーと前記オープン管の内周面との間隙において、少なくとも前記誘導コイルの直下に位置する前記オープン管の開口部と重畳する範囲に設けられる電磁シールド材と、
を備えることを特徴とする、電縫管溶接装置。 An open tube having an opening extending in the traveling direction, both end surfaces of the tube material facing each other from both sides of the opening are melted by an induced current generated on the surface of the open tube, and A welded tube welding apparatus for manufacturing a welded tube, wherein the end faces are brought into contact with each other at a welding point and welding is performed while gradually narrowing the gap,
An induction coil around the outer circumference of the open tube;
An imperator located inside the open tube;
An electromagnetic shield material provided in a range overlapping at least the opening of the open pipe located immediately below the induction coil in the gap between the impedancer disposed inside the open pipe and the inner circumferential surface of the open pipe ,
An ERW tube welding apparatus comprising:
前記電磁シールド材が、前記インピーダーケース内に設けられることを特徴とする、請求項1または2に記載の電縫管溶接装置。 It further comprises an impedance case for storing the impedance,
The ERW welding device according to claim 1 or 2, wherein the electromagnetic shield material is provided in the impedance case.
前記オープン管の外周側を周回する誘導コイルと、
前記オープン管の内周面に沿って略円状に配置された複数のインピーダーと、
少なくとも前記誘導コイルの直下に位置する前記オープン管の開口部と重畳する範囲に設けられる電磁シールド材と、
を備え、
複数の前記インピーダーのうち、前記開口部側に位置する一部の前記インピーダーが前記電磁シールド材に置換されていることを特徴とする、電縫管溶接装置。 An open tube having an opening extending in the traveling direction, both end surfaces of the tube material facing each other from both sides of the opening are melted by an induced current generated on the surface of the open tube, and A welded tube welding apparatus for manufacturing a welded tube, wherein the end faces are brought into contact with each other at a welding point and welding is performed while gradually narrowing the gap,
An induction coil around the outer circumference of the open tube;
A plurality of impedances arranged in a substantially circular shape along the inner circumferential surface of the open pipe;
An electromagnetic shield material provided in a range overlapping at least the opening of the open tube located immediately below the induction coil;
Equipped with
Among the plurality of impedances, a part of the impedances located on the side of the opening is replaced with the electromagnetic shield material,
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