JP2769240B2

JP2769240B2 - 薄肉溶接管のビード厚み制御方法

Info

Publication number: JP2769240B2
Application number: JP30950890A
Authority: JP
Inventors: 武文仲子; 明信竹添
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JPH04182070A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、曲げ歪みを利用して金属ストリップを幅方
向にカールさせることにより得られた円筒体の突合せ溶
接して溶接管を製造する際、一定した品質の溶接部をも
つ溶接管を製造するインライン溶接方法に関する。

［従来の技術］金属ストリップから管体を製造する従来の方法では、
多数のタンデムミルに配置されたカリバーを有するフォ
ーミングロール，ケージロール等からなるロール成形機
が使用されている。この成形機により、金属ストリップ
は、幅方向に順次曲げ加工され、管状に成形される。そ
して、成形された金属ストリップの幅方向両端部を突き
合わせて溶接することにより、溶接管を連続的に製造し
ている。

しかし、この方法では、多段の成形スタンドが配置さ
れた成形機を必要とするため、設備的な負担が大きくな
る。また、設備の複雑化に伴って保守・点検等の作業も
面倒なものとなる。そして、径の異なる管体を製造しよ
うとするとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作
業となる。

しかも、板幅に比較して板厚が小さな金属ストリップ
を製管用素材とすると、曲げ過程における弾性変形によ
る影響が大きく現れる。たとえば、前段の成形ロールか
ら後段の成形ロールに至る過程で大きなスプリングバッ
クが生じ、特に幅方向両端部が十分な曲げ加工を受ける
ことなく、後段の成形ロールに送り込まれる。そのた
め、製造された管体の真円度が劣化する。また、エッジ
ストレッチが大きいことから、縁波が発生し易く、溶接
が困難になる。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法と
して、従来の成形ロールを使用することなく、金属スト
リップが有する弾性力を利用して管状に成形する方法を
開発し、特開昭62-176611号公報，特開平1-48624号公報
等として紹介している。

たとえば、特開昭62-176611号公報では、第４図に概
要を示した設備構成を使用している。アンコイラ１から
送り出された金属ストリップｓは、ガイドロール２を経
て予変形部３に送り込まれる。予変形部３は、小径の曲
げロール3a及び大径のサポートロール3bを備えており、
サポートロール3bの表面にポリウレタン等の弾性ライニ
ング3cが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール3a側に接
触するように、金属ストリップｓを曲げロール3aとサポ
ートロール3bとの間に送り込む。金属ストリップｓが曲
げロール3bで塑性曲げを受けるため、幅方向に一様な曲
げ応力が予変形部３を通過した後の金属ストリップｓに
残留する。

曲げ及び曲げ戻しにより残留応力が与えられた金属ス
トリップｓは、保形ロール4,サイドロール５及び送りロ
ール６を経て下流側に送られる。この送り過程で、金属
ストリップｓは、長手方向の変形が拘束されているの
で、残留応力によって管状に弾性変形する。そして、管
状に成形された金属ストリップｓは、保形ロール４及び
サイドロール５により形状が拘束された状態で、幅方向
両端部が突き合わされる。この突合せ部を溶接トーチ７
で溶接することにより、管体ｐが得られる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリ
ップｓを管状に成形するため、得られた管体ｐの真円度
は優れたものとなる。また、金属ストリップｓを管状に
曲げ加工する成形ロールを必要としないため、設備構成
が簡単になり、特に薄肉管の製造に適した方法である。

また、特開平2-75418号公報では、第５図に示した概
略構成をもつ予変形部を提案した。この予変形部３で
は、一対の大径ロール3d及び3eの間に曲げロール3fを配
置している。金属ストリップｓは、大径ロール3dと曲げ
ロール3fの間を通過した後、曲げロール3fを周回し、大
径ロール3eと曲げロール3fとの間から送り出される。こ
の走行過程で、金属ストリップｓが曲げ及び曲げ戻しさ
れ、残留応力が付与される。この予変形部３は、小径の
曲げロール3fをバックアップする機構を省略することが
でき、所定の残留応力を金属ストリップｓに付与するこ
とが容易となる。

［発明が解決しようとする課題］前述した造管法は、弾性変形を利用していることか
ら、薄肉管の製造に適した方法である。得られた薄肉管
は、コルゲート加工等を施した後、フレキシブルチュー
ブ，ベローズ等に使用されている。ところが、この種の
加工に際しては、母材部に比較して溶接部の機械的性質
が劣る。そこで、溶接部に破断等の欠陥が発生すること
を防ぐことから、ビードの厚みを母材部よりも大きくす
ることが要求される。

従来の成形ロールを使用した比較的肉厚の溶接管を製
造する方法では、スクイズロールによる圧下を強めるこ
とによってビードを厚くすることが行われている。しか
し、この方法を前述した製管法に適用すると、溶接され
る素材が薄肉であるために、突合せ端部がラッピングし
易く、溶接不良を発生させる。

また、素材が薄肉であるため、拘束されていない突合
せ端部に上流側や下流側から振動が伝わって、突合せ間
隙を変動させたり、或いは不規則に段差を変化させる。
その結果、溶接条件が不安定になって、一定した溶接ビ
ードを得ることが困難になる。また、アーク長が変わっ
ているにも拘らず、同じ姿勢で溶接を継続した場合に
は、溶け込み不足，孔開き等の溶接欠陥が発生する。

本発明は、このような問題を解消するために案出され
たものであり、形成されたビード形状に応じて溶接トー
チの位置，姿勢等を調節することにより、一定した形状
をもち、優れた品質の溶接管を製造することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］本発明のビード厚み制御方法は、その目的を達成する
ため、幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力
が付与された金属ストリップを幅方向にカールさせて成
形した円筒体の幅方向両端部を突き合わせて溶接すると
き、前記円筒体を両側から一対のスクイズ工具で挟持
し、該スクイズ工具の間に配置した溶接トーチで前記幅
方向両端部を突合せ溶接し、前記溶接トーチの下流側に
配置したセンサで形成されたビードの高さを検出し、検
出されたビード高さを設定ビード高さと比較して、検出
されたビード高さが設定ビード高さより大きいときに
は、前記溶接トーチの軸線が前記円筒体の表面に交差す
る溶接位置を下流側に移動させ、検出されたビード高さ
が設定ビード高さより小さいときには前記溶接位置を上
流側に移動させることを特徴とする。

溶接トーチの軸線が円筒体の表面と交差する溶接位置
を前後に移動させる手段としては、円筒体に対して溶接
トーチを平行移動させる方法や溶接トーチの傾斜角度を
変える方法等がある。また、スクイズ工具としては、溶
接される円筒体の周面を管軸方向に転動するスクイズロ
ール，周面に摺動するスクイズブロック等がある。

また、溶接位置で幅方向両端部を実質的に隙間なく突
き合わせるために、溶接トーチの軸線が溶接管の表面に
交差する溶接位置を下流側に移動させると共にスクイズ
工具の間隙を広げ、また溶接位置を上流側に移動させる
と共に前記スクイズ工具の間隙を狭めることが好まし
い。

［作用］弾性変形によって幅方向にカールした円筒体を突合せ
溶接するとき、比較的薄肉の金属ストリップを素材とし
て使用するため、拘束されていない突合せ端部は、上流
側及び下流側から伝播される振動により上下方向に微振
動する。また、スクイズロールの押付け状態が僅かにで
も食い違うと、突合せ端部に段差が生じる。

突合せ端部のこのような形状変化は、送り装置やスク
イズ手段の改良により、ある程度抑制することができ
る。たとえば、スクイズロールに代えて、溶接される円
筒体の周面に摺接するスクイズブロックを使用し、溶接
トーチ直下の突合せ端部を露出させる外は、突合せ端部
をスクイズブロックで押さえることにより、突合せ端部
の段違いは大幅に少なくなる。

しかしながら、突合せ端部の形状変化を完全に抑制す
ることはできず、その結果として溶接によって形成され
たビードの形状が不規則に変化することが避けられな
い。そこで、形成されたビードの形状をインラインで測
定しながら、その形状に見合ったように溶接トーチの位
置や姿勢を調整する。たとえば、現在形成されているビ
ードが設定値よりも薄肉のときには、溶接点を上流側に
移動させて、ビードを増肉させる。これにより、形成さ
れたビードの形状が一定化し、溶け落ち，孔開き等の溶
接欠陥がない優れた品質の溶接管が製造される。

［実施例］以下、図面を参照しながら、実施例によって本発明を
具体的に説明する。

本実施例では、第１図に示すように、金属ストリップ
を幅方向にカールさせて円筒体10を押さえロール11及び
スクイズロール12を経て溶接装置20に送り込んだ。円筒
体10の突合せ端部13,13は、押さえロール11で押さえら
れた後、第２図に示すようにスクイズロール12で円筒体
10を両側から押圧することによって、一定したギャップ
に保持された。

スクイズロール12の上方に配置された溶接装置20は、
溶接トーチ21を台車22に搭載している。溶接トーチ21
は、その軸心が突合せ端部13,13間のギャップに指向す
るように配置されている。台車22は、アクチュエータ23
に沿って移動する。

第２図の状態では、円筒体10の両側に配置したスクイ
ズロール12,12の回転軸を結ぶ線が突合せ端部13と交差
する点Ｐに、溶接トーチ21の軸心を指向させ、この点Ｐ
を溶接位置としている。そして、溶接位置Ｐの下流側
に、レベルセンサ24が配置されている。

レベルセンサ24は、突合せ端部13,13に形成されたビ
ード14の高さを検出する。検出されたビード高さは、検
出値ｓ₁として演算器25に入力される。演算器25には、
目標とするビード高さに対応する設定値ｓ₀が入力され
ており、検出値ｓ₁を設定値ｓ₀と比較して、差分（ｓ₁
−Ｓ₀）に対応したトーチ移動量ｓ₂をアクチュエータ23
に出力する。

ここで、板厚0.4mmのステンレス鋼板SUS304を円筒体
に成形して、直径50.8mmの溶接管を製造した場合のトー
チ移動量ｓ₂の算出を説明する。なお、120アンペアの溶
接電流で溶接速度を5m/分に設定したTIG溶液を採用し
た。また、円筒体10の搬送方向に直交する方向に対し傾
斜角度15度で、溶接トーチ21を傾斜させた。

円筒体10の搬送方向に沿って溶接トーチ21を平行移動
させたとき、溶接位置の変化に従って形成されたビード
14の厚みは、第３図に示すように変化した。なお、溶接
位置は、第２図に示した溶接位置Ｐを基準点とし、この
基準点から上流側をマイナス、下流側をプラスとして表
した。また、ビード増肉率は、板厚ｔ₁に対するビード
厚みｔ₂の比率（ｔ₂−ｔ₁）/t₁×100で表した。

第３図から明らかなように、溶接位置を上流側に移動
させるほど、増肉率が大きくなり、厚いビードが形成さ
れていることが判かる。逆に、溶接位置が下流側になる
に従って、ビード厚みが減少する。このような溶接位置
とビード厚みとの関係は、材質や溶接条件等に応じて変
わるものの、それぞれの場合に同様な関係が成立する。

そこで、第３図に示した関係式を演算器25に記憶させ
ておく。演算器25では、レベルセンサ24で検出された検
出値ｓ₁と設定値ｓ₀とを比較し、差分（ｓ₁−ｓ₀）を前
記関係式に照合し、差分（ｓ₁−ｓ₀）に対応したトーチ
移動量ｓ₂を算出する。そして、トーチ移動量ｓ₂を制御
信号としてアクチュエータ23に出力し、溶接トーチ21、
ひいては溶接位置を上流側或いは下流側に移動させる。

このようにして、溶接位置を制御しながら溶接を行っ
たところ、得られたビード14の厚みは、0.6mmを平均と
し、±0.2mmの範囲で変動していたに過ぎず、実質的に
一定の厚みをもつビードであった。そのために、得られ
た溶接管を最大径72mm,最小径50.8mm,ピッチ7.0mmのベ
ローズ管にコルゲート加工した後も、溶接部に破断，亀
裂等の欠陥は何ら検出されなかった。

これに対し、溶接位置を第２図の基準点Ｐに固定して
溶接を行った場合に形成されたビードは、0.4〜0.7mmの
範囲で厚み変動があった。得られた溶接管を同様にベロ
ーズ管に加工したところ、３個/mの割合で溶接部に破断
が検出された。破断が検出された箇所は、形成されたビ
ードの厚みが不足している部分であった。

溶接位置を円筒体10の搬送方向に沿って移動させる方
法としては、以上に示した溶接トーチ21を平行移動させ
る方式の外に、搬送方向に対する溶接トーチ21の傾斜角
度を変更する方式がある。この場合、溶接位置からトー
チ先端までの距離が傾斜角度に伴って変化する。そのた
め、溶接トーチ21の高さを調節することにより、アーク
電圧を一定にする。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明においては、溶接トー
チの位置や姿勢等を制御しながら溶接している。そのた
め、厚みや幅等が一定したビードが形成される。また、
溶接位置を調節することによって、厚肉のビードを形成
することができる。そして、母材に対する入熱が調節さ
れ、機械的性質に劣る熱影響部を最小に保つことができ
る。得られた溶接管は、コルゲート加工しても溶接部に
破断や亀裂等を発生させることなく、フレキシブルチュ
ーブやベローズ管を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明するための図であり、第
２図はその一部平面図、第３図は溶接位置とビード幅と
の関係を表したグラフである。他方、第４図及び第５図
は本発明者等が先に提案した造管設備の概略を示す。 10:溶接される円筒体、11:押えロール 12:スクイズロール、13:突合せ端部 14:ビード 20:溶接装置、21:溶接トーチ P:溶接位置（基準点）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−28078（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−19974（ＪＰ，Ａ) 特開平２−15878（ＪＰ，Ａ) 特開平４−167977（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−176611（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/095 B23K 9/025 B23K 9/127

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残
留応力が付与された金属ストリップを幅方向にカールさ
せて成形した円筒体の幅方向両端部を突き合わせて溶接
するとき、前記円筒体を両側から一対のスクイズ工具で
挟持し、該スクイズ工具の間に配置した溶接トーチで前
記幅方向両端部を突合せ溶接し、前記溶接トーチの下流
側に配置したセンサで形成されたビードの高さを検出
し、検出されたビード高さを設定ビード高さと比較し、
検出されたビード高さが設定ビード高さより大きいとき
には、前記溶接トーチの軸線が前記溶接管の表面に交差
する溶接位置を下流側に移動させ、検出されたビード高
さが設定ビード高さより小さいときには、前記溶接位置
を上流側に移動させることを特徴とする薄肉溶接管のビ
ード厚み制御方法。
【請求項２】請求項１記載の溶接トーチの軸線が前記溶
接管の表面に交差する溶接位置を下流側に移動させると
共にスクイズ工具の間隙を広げ、また前記溶接位置を上
流側に移動させると共に前記スクイズ工具の間隙を狭め
ることにより、前記溶接位置で幅方向両端部を実質的に
隙間なく突き合わせることを特徴とする薄肉溶接管のビ
ード厚み制御方法。