JP3236475B2 - 溶接管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接管の溶接方法にか
かわり、特に肉厚外径比（ｔ／Ｄ）が１％以下の極薄肉
の溶接管を高周波加熱手段を用いて製造するのに好適な
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、ロール成形法によって金属帯
から高周波加熱手段を用いて溶接管を製造する際の一般
的な従来例を示す図である。

【０００３】同図において、Ｈは金属帯Ｈで、図示しな
いアンコイラおよびレベラーによって巻戻されるととも
に平坦に矯正され、ロール成形機１へ連続的に送給され
る。

【０００４】ロール成形機１は、左右一対の竪ロールか
らなるガイドロール２、上下一対の水平ロールからなる
ブレークダウンロール３、３、…、左右一対の竪ロール
からなるサイドクラスタロール４、４、…および上下一
対の水平ロールからなるフィンパスロール５、５、５Ｂ
を備えており、金属帯Ｈをその幅方向に順次曲成し、そ
の両エッジ部が相対向する断面円形のオープンパイプ状
に成形する。その後、オープンパイプ状に成形された金
属帯Ｈは、図１１に示すように、高周波加熱手段の誘導
加熱コイル１０によって両エッジ部７、７が溶融するま
で加熱された後、左右一対の竪ロールからなるスクイズ
ロール６、６によって側圧を与えられて両エッジ部７、
７の端面間から溶融金属を可及的に排出させながら衝合
溶接される（以下、これを高周波溶接法という）。

【０００５】また、高周波加熱手段を用いて複合熱源溶
接を行う場合には、高周波加熱手段１２（図１０参照）
によって両エッジ部７、７を所定の温度に予熱した後、
スクイズロール６の近傍上方に設けられたＴＩＧ、ＭＩ
Ｇあるいはレーザなどの適宜な溶融溶接手段（図示省
略）を用いて両エッジ７、７部を溶融させ、スクイズロ
ール６によって側圧を与えられて衝合溶接される（以
下、これを高周波予熱併用溶融溶接法という）。

【０００６】上記いずれの溶接法による場合も、ロール
成形機１による成形過程中に金属帯Ｈの両エッジ部７、
７の近傍には、他の部分８よりも大きな引張力が作用
し、長手方向に伸び変形する。すなわち、ブレークダウ
ンロール３、３、…およびサイドクラスタロール４、
４、…においては、両エッジ部７、７の近傍に引張応力
が生じて長手方向に延伸し、それ以外の部分８には圧縮
応力が生じて長手方向に縮小する。また、フィンパスロ
ール５、５、５Ｂにおいては、上下一対のロールが金属
帯Ｈの長手方向伸びを幅方向で一定になるように作用す
るために両エッジ部７、７の近傍には圧縮応力が生じ、
長手方向の伸び量が平均伸び量よりも小さくなって長手
方向に縮小し、それ以外の部分８には引張応力が生じ、
長手方向の伸び量が平均伸び量よりも大きくなって長手
方向に延伸する。

【０００７】この成形過程中における両エッジ部の延伸
・縮小の繰り返しよって、材料の座屈強度が小さい、例
えば肉厚／外径比（ｔ／Ｄ）が１％超、２％以下の薄肉
管を成形する場合には、その成形過程で両エッジ部が座
屈し、いわゆる縁波が発生する。

【０００８】この縁波発生を防止する方法としては、成
形高さを調整するダウンヒル成形法や両エッジ部の座屈
強度を高くするために長手方向に短いピッチで複数のロ
ールを配設して両エッジ部を押圧拘束するケージ成形法
がある。また、成形過程で発生した両エッジ部と他の部
分の歪差を、局部加熱あるいは局部加熱後に冷却して熱
歪み差で調節する方法（特公昭６１−６１９１４号公
報）がある。さらには、上記の各方法を組み合わせて金
属帯の両エッジ部と他の部分に生じる歪差を解消して縁
波の発生を防止する方法もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記高周波溶接法ある
いは上記ＴＩＧ、ＭＩＧあるいはレーザなどの適宜な溶
融溶接手段のみによる単なる溶融溶接法で溶接管を製造
する場合、上記ｔ／Ｄが１％超、２％以下の薄肉管が対
象であるときは、上記した従来の各方法で十分に縁波の
発生を防止することが可能である。

【００１０】しかし、上記ｔ／Ｄが１％以下という極薄
の薄肉管を、上記高周波溶接法あるいは高周波予熱併用
溶融溶接法によって製造しようとする場合、上記従来の
各溶接法を用いても、フィンパスロールの出側では縁波
の発生が生じないにもかかわらず、スクイズロールの直
前で縁波が発生し、溶接不良が多発するという問題があ
った。これは、次の理由による。

【００１１】図１２は、金属帯Ｈの両エッジ部７、７を
溶融加熱あるいは予加熱するために高周波電流を金属帯
Ｈに流した場合における高周波電流の流れ方を、誘導方
式を例にとって示す模式図で、同図（ａ）は平面図、同
図（ｂ）は側面図である。

【００１２】また、図１３は、上記高周波電流の流れ方
に対応して生じる金属帯Ｈの変形態様を示す模式図で、
同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は側面図である。

【００１３】図１２に明らかなように、誘導加熱コイル
１０より与えられた磁気により生じる図中矢印で示す高
周波電流は、誘導加熱コイル１０の近傍のオープンパイ
プ状に成形された金属帯Ｈの円周方向に流れて両エッジ
部７、７に集中する。この電流分布に対応して両エッジ
部７、７は高温に加熱されるが、他の部分８はほとんど
加熱されないので、両エッジ部７、７と他の部分８とに
著しい温度差が生じ、両エッジ部７、７の熱歪みが大き
くなる。

【００１４】このため、図１３に示すように、両エッジ
部７、７がこれとは円周方向へ１８０°位相したボトム
部分９に対して図中矢印で示す方向、すなわち金属帯Ｈ
の長手方向に大きく伸びる。この結果、例えば、図１４
（ａ）に示すように、両エッジ７、７の間隔が大きく開
いた口開き変形や、図１４（ｂ）に示すように、両エッ
ジ７、７が上方に湾曲した反り変形を起こす。

【００１５】上記の各変形に際し、金属帯Ｈはその変形
部分の前後をスクイズロール６と最終フィンパスロール
５Ｂ（図１０参照）とで拘束されているために一定量以
上の形状変形ができなくなり、両エッジ部７、７に圧縮
応力のかかる部分が生じ、この部分が局部的に座屈変形
して縁波が発生するのである。以上の現象は、抵抗方式
の高周波加熱手段を用いる場合も同様である。

【００１６】このため、上記高周波溶接法あるいは高周
波予熱併用溶融溶接法によってｔ／Ｄが１％以下の極薄
肉管を製造する場合においても、縁波が発生することの
な溶接管の製造方法の開発が望まれていた。

【００１７】本発明の目的は、上記の実情に鑑みなされ
たもので、ｔ／Ｄが１％以下の極薄肉管であっても縁波
を発生させることなく製造することのできる高周波加熱
手段を用いた高周波溶接法あるいは高周波予熱併用溶融
溶接法による溶接管の製造方法を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記縁波の
発生現象とその防止手段について種々研究を重ね、次の
（１）〜（３）のことを知見した。

【００１９】（１）高周波加熱手段を用いた高周波溶接
法あるいは高周波予熱併用溶融溶接法によってｔ／Ｄが
１％以下の極薄肉管を製造する場合に生じる縁波は、従
来検討されていた金属帯の両エッジ部と他の部分の成形
量差に起因して発生する歪差によるのではなく、高周波
溶融加熱あるいは高周波予加熱のために金属帯に流す高
周波電流が主として両エッジ部のみを加熱するため、両
エッジ部と他の部分との間に熱歪み差が生じ、これによ
って両エッジ部が金属帯の長手方向に延伸されて縁波が
発生する。しかし、スクイズロールの入側でのオープン
パイプ状に成形された金属帯の形状を上向き凸状の弧を
描くように形状制御すると、両エッジ部に縁波が発生す
るのを防止できること。

【００２０】（２）この場合、スクイズロールのパスラ
イン高さを基準パスライン高さである最終フィンパスロ
ールのパスライン高さよりも上方に設定するとだめで、
スクイズロールの下流側にそのパスライン高さを前記最
終フィンパスロールのパスライン高さよりも低く設定し
た管拘束手段を所定の位置に配設する一方、スクイズロ
ールのパスライン高さと傾き角度を調整する必要がある
こと。

【００２１】（３）スクイズロールによる衝合溶接前の
オープンパイプ状に成形された金属帯では、両エッジ部
がロールなどによって何らの変形拘束もされておらず、
比較的自由に変形できるために両エッジ部に圧縮力が作
用すると小さな力で変形し、極めて容易に縁波が発生す
る。しかし、衝合溶接後の金属帯は、その両エッジ部端
面相互が溶接接合されて円周方向に形状拘束されるの
で、両エッジ部が変形し難くなっており、衝合溶接前の
金属帯で縁波が発生するレベルと同等の力を受けても縁
波が発生することがなく、スクイズロールの下流側に上
記管拘束手段を設けることによって衝合溶接後の金属帯
の両エッジ部に圧縮力が作用するようになっても何らの
問題もないこと。

【００２２】本発明は、上記知見に基づいてなされたも
ので、その要旨は次の溶接管の製造方法にある。

【００２３】金属帯をロール成形機に通してオープンパ
イプ状に成形し、相対向する両エッジ部を、高周波加熱
手段で溶融加熱した後スクイズロールによって衝合溶接
するか、または高周波加熱手段で予熱し、次いで溶融溶
接手段を用いて溶融加熱した後スクイズロールによって
衝合溶接する溶接管の溶接方法において、前記スクイズ
ロールよりも下流側に衝合溶接後の溶接管を拘束する管
拘束手段を少なくとも２つ設け、これら管拘束手段のう
ちの上流側の管拘束手段のパスライン高さを前記ロール
成形機の最終フィンパスロールのパスライン高さよりも
下方に設定する一方、前記スクイズロールを下式を満た
す位置に配置するとともに、そのパスライン高さと傾き
角度を前記２つの管拘束手段と最終フィンパスロールと
によって定まる金属帯の姿勢に沿うように調整設定する
ことを特徴とする溶接管の製造方法。

【００２４】Ｌ（Ｇ＋Ｌ）／（Ｇ＋３Ｌ）≧Ｊ ただし、 Ｊ：最終フィンパスロールとスクイズロールとの離間距
離（ｍｍ） Ｌ：最終フィンパスロールと上流側管拘束手段との離間
距離（ｍｍ） Ｇ：上流側管拘束手段と下流側管拘束手段との離間距離
（ｍｍ）

【００２５】

【作用】前述した高周波加熱手段を用いて両エッジ部を
加熱した場合に生じる熱歪み量に起因して発生するエッ
ジ座屈、すなわち縁波は、図１に示すように、スクイズ
ロール６の入側においてオープンパイプ状に成形された
金属帯Ｈの姿勢を、上向き凸状の弧を描くように姿勢制
御することにより防止することができる。

【００２６】その基本原理を説明すると、次のとおりで
ある。

【００２７】図１に示すように、スクイズロール６の入
側において、金属帯Ｈの側面視姿勢が上向き凸状の弧を
描く形状になった場合には、スクイズロール６と図示し
ない最終フィンパスロールとの領域間で両エッジ部７、
７がボトム部９よりも伸ばされた形状になるため、両エ
ッジ部７、７には図中に実線矢印で示す方向の引張応力
が作用する。この結果、高周波加熱手段１０での両エッ
ジ部７、７の局部加熱による熱歪みによって両エッジ部
７、７に作用する図中に点線矢印で示す方向の圧縮応力
が上記引張応力によって打ち消され、両エッジ部７、７
に圧縮応力が作用しなくなるために縁波が発生しなくな
るのである。

【００２８】ここで、スクイズロール６の入側における
金属帯Ｈの姿勢を上向き凸状の弧を描くように姿勢制御
するのに最も簡便かつ簡単な方法は、上記ロール成形機
１の最終フィンパスロール５Ｂのパスライン高さを基準
パスライン高さよりも高く設定するか、もしくはスクイ
ズロール６のパスライン高さを基準パスライン高さより
も低くまたは高く設定する方法である。しかし、前者の
方法は、最終フィンパスロール５Ｂの直前段のフィンパ
スロール５の出側において両エッジ部７、７に圧縮応力
が作用する変形を伴うため、この部分で縁波が発生して
しまうので採用することができない。また、後者の方法
は、次に述べる理由によって採用できない。

【００２９】この種の製管ミルでは、通常、図２に示す
ように、複数の支持コロ１３’と切削工具１４とを対向
配置して構成された外面ビードを除去するビード切削装
置がスクイズロール６の下流側に設けられている。この
ビード切削装置は、複数の支持コロ１３’と切削工具１
４を対向配置して構成されており、金属帯Ｈの長手方向
の回転を拘束する機能を有するので、固定支持点として
扱うことができる。

【００３０】また、最終フィンパスロール５Ｂは、この
部分における金属帯Ｈの横断面形状が、通常、目的とす
る最終管形状に成形されていてそのほぼ全周を最終フィ
ンパスロール５Ｂの孔型によって拘束しており、金属帯
Ｈの長手方向の回転を拘束する機能を有するので、これ
も固定支持点とみなすことができる。

【００３１】従って、スクイズロール６前後の金属帯Ｈ
は、その一方端が最終フィンパスロール５Ｂで固定さ
れ、他方端がビード切削装置からなる第１の管拘束手段
１３で固定または単純支持された水平な弾性梁とみなす
ことができ、この場合、その荷重Ｗの付与点がスクイズ
ロール６位置であるときの各支持点および荷重点と金属
帯に生じる曲げモーメントとの関係は次のようになる。

【００３２】図５は、スクイズロール６前後の金属帯Ｈ
を水平な弾性梁とみなした場合における各支持点および
荷重点と発生曲げモーメントＭとの関係を示す図であ
り、同図（ａ）は金属帯Ｈの各支持点と荷重Ｗの付与点
の位置関係を、同図（ｂ）は荷重Ｗの付与点をスクイズ
ロール６位置とし、そのパスライン高さを基準パスライ
ン高さよりも上方に設定した時の発生曲げモーメント図
を、同図（ｃ）は荷重Ｗの付与点をスクイズロール６位
置とし、そのパスライン高さを基準パスライン高さより
も下方に設定した時の発生曲げモーメント図を、同図
（ｄ）は金属帯の曲げ変形方向と発生曲げモーメントの
正負との関係を、それぞれ示している。

【００３３】なお、上記第１の管拘束手段１３は、図５
（ａ）に示すように、ビード切削手段に代えて上下一対
の孔型ロールを有するものを設けることにしてもよい。

【００３４】図５（ｂ）からわかるように、スクイズロ
ール６のパスライン高さを基準パスライン高さよりも上
方に設定した場合、スクイズロール６の入側近傍では発
生曲げモーメントＭが正値になり、金属帯Ｈが上向き凸
状の弧を描いた形状になる。

【００３５】しかし、最終フィンパスロール５Ｂの出側
近傍では発生曲げモーメントＭが負値になり、金属帯Ｈ
が下向き凸状の弧を描いた形状になり、この部分の両エ
ッジ部に圧縮応力が作用し、縁波が発生することにな
る。

【００３６】また、図５（ｃ）からわかるように、スク
イズロール６のパスライン高さを基準パスライン高さよ
りも下方に設定した場合には、上記とは逆に、最終フィ
ンパスロール５Ｂの出側近傍の発生曲げモーメントＭは
正値になるものの、スクイズロール６の入側近傍の発生
曲げモーメントＭが負値になってこの部分の金属帯Ｈが
下向き凸状の弧を描いた形状になり、この部分の両エッ
ジ部に圧縮応力が作用し、縁波が発生することになる。

【００３７】以上のことから、スクイズロール６のパス
ライン高さを調整しても、縁波が発生するのを防止でき
ないことがわかる。

【００３８】ところが、図３に示すように、上記第１の
管拘束手段１３とスクイズロール６との間の最終フィン
パスロール５Ｂ中心からの離間距離がＬであり、かつ第
１の管拘束手段１３の中心からの離間距離がＧである位
置に第２の管拘束手段１１を配設し、最終フィンパスロ
ール５Ｂのパスライン高さＨｆと第１の管拘束手段１３
のパスライン高さＨｇを同一に設定するともに、スクイ
ズロール６が荷重付与点および固定支点にならないよう
にして、上記第２の管拘束手段１１のパスライン高さＨ
ｇを基準パスライン高さである最終フィンパスロール５
Ｂのパスライン高さＨｆよりも下方に設定して荷重Ｗを
付与した場合、各支持点および荷重Ｗの付与点と発生曲
げモーメントＭとの関係は、図６に示すようになる。

【００３９】図６（ｂ）に示すように、両端固定の曲が
り梁の公式（例えば、（株）三省堂昭和４９年２月１日
発行の機械工学必携五訂新版、第１７６頁の番号１０参
照）から求められるように、最終フィンパスロール５Ｂ
から最終フィンパスロール５Ｂからの離間距離が「Ｌ
（Ｇ＋Ｌ）／（Ｇ＋３Ｌ）」の位置までの間の発生曲げ
モーメントＭは正値になる。

【００４０】このため、この最終フィンパスロール５Ｂ
と上記「Ｌ（Ｇ＋Ｌ）／（Ｇ＋３Ｌ）」位置までの領域
間の金属帯Ｈは上向き凸状の弧を描いた形状になって両
エッジ部７、７が伸ばされた形状になるため、両エッジ
部７、７には圧縮応力が作用しなくなる。一方、上記
「Ｌ（Ｇ＋Ｌ）／（Ｇ＋３Ｌ）」の位置から第２の管拘
束手段１１までの間の領域では、発生曲げモーメントＭ
が負値になって金属帯Ｈが下向き凸状の弧を描いた形状
になり、両エッジ部７、７に圧縮応力が作用するように
なる。

【００４１】これに対し、上記第２の管拘束手段１１の
パスライン高さＨｇを基準パスライン高さである最終フ
ィンパスロール５Ｂのパスライン高さＨｆよりも上方に
設定して荷重Ｗを付与した場合には、図６（ｃ）に示す
ように、最終フィンパスロール５Ｂ出側での発生曲げモ
ーメントＭが負値になり、金属帯Ｈが下向き凸状の弧を
描く形状になって両エッジ部７、７に圧縮応力が作用す
るようになる。

【００４２】従って、最終フィンパスロール５Ｂ出側で
の発生曲げモーメントＭが正値になり、金属帯Ｈが上向
き凸状の弧を描く形状になって両エッジ部７、７に圧縮
応力が作用しないようにするには、第２の管拘束手段１
１のパスライン高さＨｇを基準パスライン高さＨｆより
も下方に設定する必要のあることがわかる。

【００４３】また、前述したように、衝合溶接前の金属
帯Ｈのエッジ部７は何ら拘束されていないために比較的
自由に変形し、小さな圧縮応力が作用しても容易に変形
して縁波が発生するが、衝合溶接後の両エッジ部７、７
は溶接接合されて管円周方向に形状拘束されていて変形
し難く、衝合溶接前の金属帯Ｈで縁波が発生するレベル
と同等の圧縮応力を受けても縁波が発生し難い。

【００４４】このことから、上記第２の管拘束手段１１
のパスライン高さＨｇを基準パスラインＨｆよりも下方
に設定するとともに、最終フィンパスロール５Ｂからの
離間距離Ｊ（図４参照）が、上記「Ｌ（Ｇ＋Ｌ）／（Ｇ
＋３Ｌ）」＝Ｑとした時、Ｑ≧Ｊを満たす位置にスクイ
ズロール６を弾性梁の荷重付与点および固定支点になら
ないように配置した場合には、スクイズロール６の入側
で衝合溶接前の両エッジ部７、７に圧縮応力が作用して
縁波が発生することがないので、正常な溶接がおこなわ
れるようになる。また、スクイズロール６よりも下流側
でエッジ部７に圧縮応力が作用しても、衝合溶接されて
変形し難くなっているので、溶接部に縁波が生じること
がなくなり、仮に生じても極めて軽微なものとなる。

【００４５】上記において、スクイズロール６が弾性梁
の荷重付与点および固定支点にならないように配置する
のは、次の理由による。すなわち、第２の管拘束手段１
１のパスライン高さＨｇを基準パスライン高さＨｆより
も下方に設定することで上向き凸状の弧を描く形状に金
属帯Ｈの姿勢を制御した場合、スクイズロール６のパス
ライン高さＨｓと傾き角度θ（後述する図４参照）を調
整しないと、スクイズロール６が金属帯Ｈの円周方向ほ
ぼ全周を拘束しているので、当然に弾性梁の支点（荷重
付与支点または／および固定支点）となり、この部分で
曲げモーメントが発生し、最終フィンパスロール５Ｂと
スクイズロール６との間の金属帯Ｈの両エッジ部７、７
の一部に圧縮応力が作用するようになる。

【００４６】図７は、最終フィンパスロール５Ｂからの
離間距離Ｊが「Ｌ／４」の位置にスクイズロール６を配
置した場合おいて、そのパスライン高さＨｓを変化させ
て弾性梁の荷重付与支点として作用させた場合の各支持
点および荷重点と発生曲げモーメントとの関係を示す図
である。

【００４７】図７（ｂ）に示すように、スクイズロール
６のパスラン高さＨｓを、スクイズロール６位置におけ
る上向き凸状の形状に姿勢制御された金属体Ｈのオープ
ンパイプ軸心ＰＣ（後述する図４参照）よりも上方に設
定して上向きの荷重Ｗの付与点として作用させると、図
中に一点鎖線で示す曲げモーメントＭ’（スクイズロー
ル６よりも上流側のみ示す）が発生し、第２の管拘束手
段１１を下方に設定した時に発生する図中に実線で示す
曲げモーメントＭは、図中に点線で示す曲げモーメント
Ｍ”となり、最終フィンパスロール５Ｂの出側の曲げモ
ーメントＭ”が負値になる。

【００４８】また、図７（ｃ）に示すように、スクイズ
ロール６のパスラン高さＨｓを、スクイズロール６位置
における上向き凸状の形状に姿勢制御された金属体Ｈの
オープンパイプ軸心ＰＣよりも下方に設定して下向きの
荷重Ｗの付与点として作用させると、図中に一点鎖線で
示す曲げモーメントＭ’（スクイズロール６よりも上流
側のみ示す）が発生し、第２の管拘束手段１１を下方に
設定した時に発生する図中に実線で示す曲げモーメント
Ｍは、図中に点線で示す曲げモーメントＭ”となり、ス
クイズロール６の入側の曲げモーメントＭ”が負値とな
る。

【００４９】この結果、スクイズロール６の入側の金属
帯Ｈが下向き凸状の弧を描き、衝合溶接前のエッジ部７
に圧縮応力が作用して縁波が発生し、正常な溶接ができ
なくなる。

【００５０】またさらに、上記したようにスクイズロー
ル６は金属対Ｈの円周方向のほぼ全周を拘束しているた
め、曲がり梁の固定端支点となる。このため、その傾き
角度θ（後述する図４参照）が第２の管拘束手段１１と
最終フィンパスロール５Ｂとによって決定される金属帯
Ｈの上向き凸状の形状に沿う傾き角度と異なると、これ
を固定支点とする新たな曲げモーメントが生じる。

【００５１】図８は、図７の場合と同様に、離間距離Ｊ
が「Ｌ／４」の位置にスクイズロール６を配置するとと
もに、そのパスライン高さＨｓを上向き凸状の形状の金
属体Ｈのオープンパイプ軸心ＰＣに一致させた場合おい
て、スクイズロール６の傾き角度θを変化させて弾性梁
の固定支点として作用させた場合の各支持点および荷重
点と発生曲げモーメントとの関係を示す図である。

【００５２】図８（ｂ）に示すように、第２の管拘束手
段１１のパスライン高さＨｇを基準パスライン高さＨｆ
の下方に設定することで上向き凸状の形状に姿勢制御さ
れた金属体Ｈの傾き角度よりもスクイズロール６の傾き
角度θを小さく設定すると、負の曲げモーメントがスク
イズロール６で生じるため、第２の管拘束手段１１を下
方に設定した時に発生する図中に実線で示す曲げモーメ
ントＭは、図中に点線で示す曲げモーメントＭ’（スク
イズロール６よりも上流側のみ示す）となり、スクイズ
ロール６の入側の曲げモーメントＭ’が負値になる。

【００５３】また、図８（ｃ）に示すように、上記と同
様にして上向き凸状の形状に姿勢制御された金属体Ｈの
傾き角度よりもスクイズロール６の傾き角度θを大きく
設定すると、スクイズロール６で正の曲げモーメントが
生じるため、第２の管拘束手段１１を下方に設定した時
に発生する図中に実線で示す曲げモーメントＭは、図中
に点線で示す曲げモーメントＭ’（スクイズロール６よ
りも上流側のみ示す）となり、縁波発生防止の観点から
は好ましくなる。しかし、この場合はスクイズロール６
の入側近傍で金属体Ｈに急激な変形を与えることにな
り、スクイズロール６の下側フランジ６ａ（後述する図
４参照）で金属体Ｈがこすられてロール疵が発生するよ
うになる。

【００５４】この結果、図７および図８に示すいずれの
場合も、スクイズロール６の入側の金属帯Ｈが下向き凸
状の弧を描き、衝合溶接前のエッジ部７に圧縮応力が作
用し、縁波が発生して正常な溶接ができなくなるか、も
しくはロール疵が発生する。

【００５５】従って、スクイズロール６は、第２の管拘
束手段１１と最終フィンパスロール５Ｂとによって決定
される金属帯Ｈの上向き凸状の形状に沿うように、その
パスライン高さＨｓと傾き角度θを調整して弾性梁、す
なわち金属体Ｈの荷重付与支点および固定支点にならな
いようにする必要があるのである。

【００５６】図４は、スクイズロール６が弾性梁の荷重
付与点および固定支点のいずれにもならないようにする
ための調整態様を示す模式図であり、上向き凸状の弧を
描く金属帯Ｈの形状に応じて、スクイズロール６のパス
ライン高さＨｓを、基準パスラインＨｆとは異なる高
さ、換言すればスクイズロール６の位置におけるオープ
ンパイプ状に成形された金属帯Ｈのオープンパイプ軸心
ＰＣに一致させるとともに、傾き角度θを金属帯Ｈの傾
きに一致するように設定する。これにより、スクイズロ
ール６が、弾性梁の荷重付与点および固定支点のいずれ
にもならないようにすることができる。

【００５７】なお、最終フィンパスロール５Ｂの出側と
スクイズロール６の入側との間における縁波が発生し易
い位置は、両エッジ部の予熱温度、溶接条件（溶接速
度、アプセット量など）によって若干変化することがあ
るが、この場合はスクイズロール６のミルライン方向へ
の位置を微調整するとともに、そのパスライン高さＨｓ
と傾き角度θとを同時に微調整するのがよい。

【００５８】また、スクイズロール６のミルライン方向
への設定位置は、最終フィンパスロール５Ｂまたは／お
よび第１の管拘束手段１３（ビード切削装置でも可）を
基準に第２の管拘束手段１１を適宜位置に設置した後、
実験または曲がり梁計算のいずれの方法によって決定し
ても何等の支障はない。また、既存の製管ミルに適用す
る場合は、最終フィンパスロール５Ｂ、スクイズロール
６および第１の管拘束手段１３（ビード切削装置でも
可）相互の離間距離を基準にして第２の管拘束手段１１
の配置位置を上記同様の方法によって決定してもよい。
ただし、実験による位置決定には多大の時間を要するの
で、曲がり梁計算によって決定し、その後実験調整して
最終的な配置位置を決定するのが好ましい。

【００５９】またさらに、上記単純支持点を構成する第
２の管拘束手段１１は、単に上方から金属帯Ｈを押さえ
つけるだけでその目的を達成することができるので、孔
型を形成した上ロールのみを有するものとしてもよい。
また、その孔型は、種々の管外径に共用するべく、共用
対象の最大外径の管外径と同一もしくは若干大きい曲率
の孔型に形成してもよい。さらに、上記上ロールに代え
て、上向き凸状に弧を描くように姿勢制御された金属帯
Ｈの曲率Ｒ（図１参照）に沿うように、その下面長手方
向に曲率Ｒの凹面を形成した適宜な形状のブロック体と
してもよい。

【００６０】

【実施例】以下、本発明の方法をその実施例に基づいて
詳細に説明する。

【００６１】図９は、本発明を実施するための全体装置
構成を示す模式図である。図において、１はロール成形
機、６はスクイズロール、１１は第２の管拘束手段、１
３は第１の管拘束手段、１２は誘導加熱コイル１０を備
える誘導方式の高周波加熱手段、Ｈは金属体である。

【００６２】ロール成形機１は、従来装置と同様で、ガ
イドロール２と、複数のブレークダウンロール３、３、
…と、サイドクラスタロール４、４、…と、フィンパス
ロール５、５と最終フィンパスロール５Ｂとからなって
おり、そのパスライン高さを最終フィンパスロール５Ｂ
のパスライン高さＨｆ（図３参照）に一致させて配設さ
れている。

【００６３】上記ロール成形機１を構成する最終フィン
パスロール５Ｂの下流側には、前述した図３に示すよう
に、離間距離Ｌを隔てて第２の管拘束手段が設けられ、
さらにこの第２の管拘束手段１３の下流側には離間距離
Ｇを隔てて第１の管拘束手段が設けられている。また、
最終フィンパスロール５Ｂと第２の管拘束手段１３との
間には、最終フィンパスロール５Ｂからの離間距離Ｊが
「Ｌ（Ｇ＋Ｌ）／（Ｇ＋３Ｌ）」以下となる位置にスク
イズロール６設けられている。

【００６４】そして、第１の管拘束手段１１のパスライ
ン高さＨｋを基準パスライン高さである最終フィンパス
ロール５Ｂのパスライン高さＨｆに一致させる一方、第
２の管拘束手段１１のパスライン高さＨｇを基準パスラ
イン高さＨｆよりも低くして設定されている。

【００６５】また、スクイズロール６は、前述した図４
に示すように、第２の管拘束手段１１のパスライン高さ
Ｈｇを低く設定することによって定まる上向き凸状の弧
を描く形状に姿勢制御されるオープンパイプ状に成形さ
れた金属体Ｈに沿うように、そのパスライン高さＨｓを
姿勢制御された金属体Ｈのオープンパイプ軸心ＰＣに一
致させるとともに、その傾き角度θが設定されている。

【００６６】このように設定されたロール成形機１、ス
クイズロール６、第２の管拘束手段１３および第１の管
拘束手段１１よって、金属体Ｈを連続的にオープンパイ
プ状に成形し、その両エッジ部７、７を高周波加熱手段
１２を用いて溶融温度に加熱して後衝合溶接するか、も
しくは所定の温度に予熱して後、図示しないＴＩＧ、Ｍ
ＩＧあるいはレーザなどからなる溶融溶接手段により溶
融衝合溶接する場合には、最終フィンパスロール５Ｂと
スクイズロール６との間において、金属体Ｈが上向き凸
状の弧を描く形状に姿勢制御される。

【００６７】この結果、その両エッジ部７、７に圧縮応
力が作用することがなくなって衝合溶接前に縁波が発生
しなくなり、何らの問題もなく衝合溶接を継続実施する
ことができる。また、スクイズロール６の出側において
衝合溶接後の両エッジ部７、７に圧縮応力が作用して
も、衝合溶接によって変形に対する剛性が増しているの
で、縁波が生じることがない。また、仮に縁波が発生し
ても極めて軽微なものとなる。

【００６８】《実験例１》フェライト系ステンレス鋼
（ＪＩＳ−ＳＵＳ４２０相当）製の外径５０．８ｍｍ
で、肉厚の種々異なる（０．５〜１．６ｍｍ）薄肉管を
対象に、誘導方式の高周波加熱手段を構成する誘導加熱
コイルをスクイズロール中心から上流側へ１２０ｍｍの
位置にそのコイル幅中心が位置するように配置し、スク
イズロール中心位置における両エッジ部温度が１４００
℃になるように加熱し、スクイズロールで０．４ｍｍの
アップセット量を付与しつつ製管速度４０ｍ／ｍｉｎで
衝合溶接する電縫溶接法によって電縫溶接管を製造する
に際し、本発明の方法と従来の方法を用いた場合の製造
可否を調査した。

【００６９】なお、スクイズロールは最終フィンパスロ
ールからの離間距離Ｊが５００ｍｍの位置に、第２の管
拘束手段（上ロールのみのもの）は最終フィンパスロー
ルからの離間距離Ｌが１０００ｍｍの位置に、第１の管
拘束手段（上下ロールを有するもの）は第２の管拘束手
段からの離間距離Ｇが２００ｍｍの位置に、それぞれ配
置した。また、従来の方法にあっては、上記各ロールお
よび各管拘束手段のパスライン高さを全て一致（Ｈｆ＝
Ｈｓ＝Ｈｇ＝Ｈｋ）させ、本発明の方法にあっては、最
終フィンパスロールと第１の管拘束手段のパスライン高
さを一致（Ｈｆ＝Ｈｋ）させ、第２の管拘束手段のパス
ライン高さＨｇを「Ｈｇ＝Ｈｆ−２０ｍｍ」に、スクイ
ズロールのパスライン高さＨｓを「Ｈｓ＝Ｈｆ−１８ｍ
ｍ」の適正値に設定するとともに、スクイズロールの傾
き角度θを３°の適正値に設定した。その実験結果を、
表１に示した。

【００７０】

【表１】

【００７１】表１から明らかなように、本発明の方法に
よった場合には、いずれの肉厚も衝合溶接前において両
エッジ部に縁波は発生せず、なんらの問題もなく衝合溶
接することができた。

【００７２】これに対し、従来の方法では、肉厚が０．
８ｍｍ（ｔ／Ｄ＝１．５７％）以上では、材料自体に剛
性があるために衝合溶接前の両エッジ部に縁波が発生せ
ず、なんらの問題もなく衝合溶接することが可能であっ
た。また、肉厚が０．６ｍｍ（ｔ／Ｄ＝１．１８％）で
は、衝合溶接前の両エッジ部に微小な縁波が発生して衝
合溶接が不安定になったが、ビード切削除去することで
一応の製造が可能であった。しかし、肉厚が０．６ｍｍ
（ｔ／Ｄ＝０．９８％）では、両エッジ部に縁波が多発
し、衝合溶接することが全くできなかった。なお、高周
波加熱手段によって両エッジ部を加熱しなかった場合
は、従来の方法および本発明の方法とも、いずれの肉厚
においても縁波は全く発生しなかった。

【００７３】《実験例２》フェライト系ステンレス鋼
（ＪＩＳ−ＳＵＳ４２０相当）製の外径５０．８ｍｍ、
肉厚０．５ｍｍの薄肉管（ｔ／Ｄ＝０．９８％）を対象
に、誘導方式の高周波加熱手段を構成する誘導加熱コイ
ルをスクイズロール中心から上流側へ１２０ｍｍの位置
にそのコイル幅中心が位置するように配置し、スクイズ
ロール中心位置における両エッジ部温度が１４００℃に
なるように加熱し、スクイズロールで０．４ｍｍのアッ
プセット量を付与しつつ製管速度４０ｍ／ｍｉｎで衝合
溶接する電縫溶接法によって電縫溶接管を製造するに際
し、最終フィンパスロールからの離間距離Ｊが５００ｍ
ｍの位置にスクイズロールを、最終フィンパスロールか
らの離間距離「Ｌ＋Ｇ」が１９００ｍｍの位置に第１の
管拘束手段をそれぞれ固定配置する一方、そのパスライ
ン高さＨｇを適正な「Ｈｇ＝Ｈｆ−２０ｍｍ」にした第
２の管拘束手段の最終フィンパスロールからの離間距離
Ｌを種々変化、換言すれば最終フィンパスロールと第２
の管拘束手段との離間距離Ｌと、管拘束手段相互の離間
距離Ｇとを種々変化させるとともに、スクイズロールの
パスライン高さＨｓと傾き角度θを種々変化させ、各条
件における製造可否を調査した。その実験結果を、表２
に各設定条件と併せて示した。

【００７４】なお、実験は、装置の都合上、第２の管拘
束手段のミルライン方向への位置を変化させたが、これ
を固定配置し、スクイズロールの配置位置などを変化さ
せてもよいことは前述したとおりである。

【００７５】

【表２】

【００７６】表２に明らかなように、第２の管拘束手段
に対するスクイズロールの配置位置、第２の管拘束手段
のパスライン高さＨｇおよびスクイズロールのパスライ
ン高さＨｓと傾き角度θを適正値に設定した本発明例
（No. １〜３）では、衝合溶接前の両エッジ部に縁波の
発生は認められなかった。

【００７７】これに対し、スクイズロールのパスライン
高さＨｓと傾き角度θは適正値であるが、その設置位置
が「Ｊ＞Ｑ＝Ｌ（Ｇ＋Ｌ）／（Ｇ＋３Ｌ）」で不適切な
比較例（No. ４）では、スクイズロールの入側近傍から
下流側にかけて両エッジ部に縁波が発生した。また、ス
クイズロールの設置位置と傾き角度θは適正であるがそ
のパスライン高さＨｓが高すぎて不適切な比較例（No.
５）では、最終フィンパスロールの出側近傍において両
エッジ部に縁波が発生した。さらに、スクイズロールの
設置位置と傾き角度θは適正であるがそのパスライン高
さＨｓが低く過ぎて不適切な比較例（No. ６）と、スク
イズロールの設置位置とパスライン高さＨｓは適正であ
るが、その傾き角度θが小さ過ぎて不適切な比較例（N
o. ７）とでは、スクイズロールの入側近傍において両
エッジ部に縁波が発生した。また、スクイズロールの設
置位置とパスライン高さＨｓは適正であるが、その傾き
角度θが大きくて不適切な比較例（No. ８）では、ロー
ル疵が発生した。

【００７８】なお、上記の各実験は、いずれも電縫溶接
法によった場合であり、データの表示は省略するが、高
周波加熱手段によって金属体の両エッジ部を所定の温度
に予熱し、その後ＴＩＧ、ＭＩＧ、レーザなどの溶融溶
接手段により予熱された両エッジ部を溶融温度に昇温加
熱して衝合溶接する、所謂高周波予熱併用溶融溶接法に
適用した場合にも同様の結果が得られたことはいうまで
もない。

【００７９】

【発明の効果】本発明の方法によれば、既存の電縫溶接
管の製造装置が外面ビード切削装置を備えるものである
場合には第２の管拘束手段のみを、外面ビード切削装置
を備えない場合には第１と第２の管拘束手段をスクイズ
ロールと関連付けて適正な位置に配設する一方、スクイ
ズロールを上下位置と傾き角度が調整可能に改造するの
みで、従来の電縫溶接法では製造できなかったｔ／Ｄが
１％以下の極薄肉の電縫溶接管を製造することが可能に
なる。また、溶融溶接手段を付設する場合には、従来の
高周波予熱併用溶接法では製造できなかった薄肉の溶接
管を製造することが可能になり、その産業上に寄与する
ところ極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における縁波発生防止原理を説明する模
式図である。

【図２】本発明における第１の管拘束手段の一例を示す
模式図である。

【図３】本発明における各ロールおよび管拘束手段の位
置関係とパスライン高さの関係を説明する図である。

【図４】本発明におけるスクイズロールの姿勢制御態様
を説明する図である。

【図５】スクイズロールの前後で両端固定水平支持され
た金属帯にスクイズロールを上下させて荷重を付与した
場合に発生する曲げモーメントを説明する図で、同図
（ａ）は各支点の位置関係を、同図（ｂ）は上向き荷重
付与時の発生曲げモーメントを、同図（ｃ）は下向き荷
重付与時の発生曲げモーメントを、同図（ｄ）は金属帯
の曲げ変形方向と発生曲げモーメントの正負との関係
を、示す図である。

【図６】本発明の方法によって金属帯に荷重を付与した
場合に発生する曲げモーメントを説明する図で、同図
（ａ）は各支点の位置関係を、同図（ｂ）は上向き荷重
付与時の発生曲げモーメントを、同図（ｃ）は下向き荷
重付与時の発生曲げモーメントを、同図（ｄ）は金属帯
の曲げ変形方向と発生曲げモーメントの正負との関係
を、示す図である。

【図７】本発明の方法によって金属帯に荷重を付与する
際、スクイズロールで荷重を付与した場合に発生する曲
げモーメントを説明する図で、同図（ａ）は各支点の位
置関係を、同図（ｂ）は上向き荷重付与時の発生曲げモ
ーメントを、同図（ｃ）は下向き荷重付与時の発生曲げ
モーメントを、同図（ｄ）は金属帯の曲げ変形方向と発
生曲げモーメントの正負との関係を、示す図である。

【図８】本発明の方法によって金属帯に荷重を付与する
際、スクイズロールを固定支点とした場合に発生する曲
げモーメントを説明する図で、同図（ａ）は各支点の位
置関係を、同図（ｂ）はスクイズロールの傾き角度θが
小さい時の発生曲げモーメントを、同図（ｃ）はスクイ
ズロールの傾き角度θが大きい時の発生曲げモーメント
を、同図（ｄ）は金属帯の曲げ変形方向と発生曲げモー
メントの正負との関係を、示す図である。

【図９】本発明の方法を実施する装置の全体構成を示す
模式図である。

【図１０】従来の溶接管製造装置の全体構成を示す模式
図である。

【図１１】高周波加熱手段を用いる溶接管製造方法にお
ける要部を示す模式図である。

【図１２】高周波加熱手段による金属帯加熱時の高周波
電流経路を説明する図である。

【図１３】高周波加熱手段による金属帯加熱時に発生す
る応力の作用方向を説明する図である。

【図１４】高周波加熱手段による金属帯加熱時に発生す
る金属帯の変形態様を示す模式図で、同図（ａ）は口開
き変形を、同図（ｂ）は反り変形を、示す図である。

【符号の説明】

１：ロール成形機、 ２：ガイ
ドロール、３：ブレークダウンロール、
４：サイドクラスタロール、５：フィンパスロール、
５Ｂ：最終フィンパスロール、６：
スクイズロール、 ７：エッジ
部、８：エッジ部以外の部分、 ９：
ボトム部、１０：高周波加熱コイル、
１１：第２の管拘束手段、１２：高周波加熱手段、
１３：第１の管拘束手段、１４：切
削工具、 １３’：支持コ
ロ、Ｈ：金属帯。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−39444（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−251314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−165225（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−174249（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−299516（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−167918（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−277752（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21C 37/00 - 43/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属帯をロール成形機に通してオープンパ
   イプ状に成形し、相対向する両エッジ部を、高周波加熱
   手段で溶融加熱した後スクイズロールによって衝合溶接
   するか、または高周波加熱手段で予熱し、次いで溶融溶
   接手段を用いて溶融加熱した後スクイズロールによって
   衝合溶接する溶接管の溶接方法において、前記スクイズ
   ロールよりも下流側に衝合溶接後の溶接管を拘束する管
   拘束手段を少なくとも２つ設け、これら管拘束手段のう
   ちの上流側の管拘束手段のパスライン高さを前記ロール
   成形機の最終フィンパスロールのパスライン高さよりも
   下方に設定する一方、前記スクイズロールを下式を満た
   す位置に配置するとともに、そのパスライン高さと傾き
   角度を前記２つの管拘束手段と最終フィンパスロールと
   によって定まる金属帯の姿勢に沿うように調整設定する
   ことを特徴とする溶接管の製造方法。 Ｌ（Ｇ＋Ｌ）／（Ｇ＋３Ｌ）≧Ｊ ただし、 Ｊ：最終フィンパスロールとスクイズロールとの離間距
   離（ｍｍ） Ｌ：最終フィンパスロールと上流側管拘束手段との離間
   距離（ｍｍ） Ｇ：上流側管拘束手段と下流側管拘束手段との離間距離
   （ｍｍ）