JP3321040B2 - オープン管エッジ部予熱装置 - Google Patents

オープン管エッジ部予熱装置

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寿雄 大西
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、オープン管エッジ
部予熱装置に関し、詳しくは、オープン管の両エッジ部
を接合可能温度域に誘導加熱しスクイズロールで衝合圧
接することによって溶接鋼管を得る溶接鋼管製造法に用
いて好適なオープン管エッジ部予熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】溶接鋼管は、鋼板または鋼帯(帯鋼)を
管状に成形しその継目を溶接したもので、小径から大径
まで各種の製造法によりつくられているが、主な製造法
として、電気抵抗溶接(電縫)、鍛接、電弧溶接による
ものが挙げられる。小径〜中径鋼管用としては、高周波
誘導加熱を利用した電気抵抗溶接法(電気抵抗溶接鋼
管、電縫管)が主として利用されている。この方法は、
連続的に帯鋼を供給し、成形ロールで管状に成形してオ
ープン管とし、続いて高周波誘導加熱によりオープン管
の両エッジ部端面を鋼の融点以上に加熱した後、スクイ
ズロールで両エッジ部端面を衝合溶接して鋼管を製造す
る方法である(例えば、第3版鉄鋼便覧第III 巻(2)
1056〜1092頁)。
【0003】上記した高周波誘導加熱を利用した電縫管
の製造方法では、オープン管の両エッジ部端面を鋼の融
点以上に加熱するため、電磁力の影響により溶鋼が流動
し、生成された酸化物が衝合溶接部に噛み込まれペネト
レータ等の溶接欠陥あるいは、溶鋼飛散(フラッシュ)
が発生しやすいという問題があった。この問題に対し、
例えば、特開平2-299782号公報には、2つの加熱装置を
有する電縫鋼管の製造法が提案されている。すなわち、
第1の加熱装置でオープン管の両エッジ部の温度をキュ
リー点以上に加熱し、第2の加熱装置で更に融点以上に
加熱し、すぐ下流に設けたスクイズロールで両エッジ部
を衝合溶接して鋼管を製造する。また、特開平2-299783
号公報には、第1の加熱装置で周波数45〜250kHzの電流
を流し、両側エッジ部を予熱し、第2の加熱装置で更に
融点以上に加熱し、スクイズロールで両エッジ部を衝合
圧接して鋼管を製造する電縫管製造装置が提案されてい
る。
【0004】この電縫管製造装置は図4に示すように、
スクイズロール3の入側で上流側から順に、第1のワー
クコイル52、第2のワークコイル62を設け、それぞれに
第1の加熱電源51、第2の加熱電源61を接続してなる第
1の加熱装置5、第2の加熱装置6で構成され、オープ
ン管1の内部には加熱効果を大とし溶接効率を向上させ
るためのフェライトコアまたは珪素鋼よりなるインピー
ダ20が装入される。なお、1Eはエッジ部である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の電縫管製造装置では、予熱を誘導式で行うために、
予熱の効率が悪いほか、予熱到達温度の精度維持のため
には鋼管外径毎に異なるサイズの誘導コイルを保有する
必要があってメンテナンス負荷が大きいなどの問題があ
る。
【0006】そこで、本発明は、スクイズロールにより
衝合圧接されるオープン管の両エッジ部を該スクイズロ
ール入側で誘導加熱に先立ち予熱するに用いて好適な直
接通電式のオープン管エッジ部予熱装置を提供し、溶接
鋼管製造における加熱効率の向上とメンテナンス負荷の
軽減を達成することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
(第1の発明)は、スクイズロールにより衝合圧接され
るオープン管の両エッジ部を該スクイズロール入側で誘
導加熱する前に予熱するオープン管エッジ部予熱装置で
あって、両エッジ部間のスリットを挟んで対峙し各エッ
ジ部にそれぞれ転動自在に接触する給電ロールと、該給
電ロールの対と所定の距離をおいてスリットを跨いで両
エッジ部に転動自在に接触する導電性のブリッジロール
と、前記給電ロールの対に高周波電圧を印加する高周波
電圧印加手段とを有することを特徴とするオープン管エ
ッジ部予熱装置である。
【0008】請求項2記載の本発明(第2の発明)は、
スクイズロールにより衝合圧接されるオープン管の両エ
ッジ部を該スクイズロール入側で誘導加熱する前に予熱
するオープン管エッジ部予熱装置であって、所定の距離
をおく2位置で両エッジ部間のスリットを挟んで対峙し
各エッジ部にそれぞれ転動自在に接触する給電ロール
と、同じ位置で対峙する給電ロールの対に互いに逆位相
の高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段とを有する
ことを特徴とするオープン管エッジ部予熱装置である。
【0009】
【発明の実施の形態】図1は、第1の発明を例示する
(a)は全体模式図、(b)は高周波電圧印加手段に適
した回路図である。図1において、1はオープン管、1
Eはエッジ部、1Sはスリット、2は誘導加熱装置、2
Aは高周波加熱電源、2Bはワークコイル、3はスクイ
ズロール、4は鋼管、7は給電ロール、8はブリッジロ
ール、9は高周波電圧印加手段、10は高周波予熱電源、
11はタンクコンデンサ、12はカレントトランスである。
【0010】第1の発明は、図1に示すように、スクイ
ズロール3により衝合圧接されるオープン管1の両エッ
ジ部1Eを該スクイズロール3入側で、例えば高周波加
熱電源2Aとこれに接続するワークコイル2Bからなる
誘導加熱装置2により、誘導加熱する前に予熱するオー
プン管エッジ部予熱装置であって、両エッジ部1E間の
スリット1Sを挟んで対峙し各エッジ部1Eにそれぞれ
転動自在に接触する給電ロール7(7a、7b)と、該
給電ロール7の対と所定の距離をおいてスリット1Sを
跨いで両エッジ部1Eに転動自在に接触する導電性のブ
リッジロール8と、前記給電ロール7の対に高周波電圧
を印加する高周波電圧印加手段9とを有することを特徴
とするオープン管エッジ部予熱装置である。尚、給電ロ
ール7の対とブリッジロール8とは互いに位置を交換し
てもよい。
【0011】この構成により、高周波電流は、表皮効果
およびエッジ効果により、高周波電圧印加手段9〜給電
ロール7a〜一方のエッジ部1E〜ブリッジロール8〜
他方のエッジ部1E〜給電ロール7b〜高周波電圧印加
手段9、なる経路に沿って流れ、且つスリット1S両側
で相対するエッジ部1Eには互いに逆向き(矢印で示す
向き、実線と破線は交番的)の電流が流れるから、近接
効果によって電流がこの部分にさらに集中する。
【0012】図2は、第2の発明を例示する(a)は全
体模式図、(b)、(c)は高周波電圧印加手段に適し
た回路図である。図2において、図1と同一または相当
部分には同じ符号を付し説明を省略する。第2の発明
は、図2に示すように、スクイズロール3により衝合圧
接されるオープン管1の両エッジ部1Eを該スクイズロ
ール3入側で、例えば高周波加熱電源2Aとこれに接続
するワークコイル2Bからなる誘導加熱装置2により、
誘導加熱する前に予熱するオープン管エッジ部予熱装置
であって、所定の距離をおく2位置で両エッジ部1E間
のスリット1Sを挟んで対峙し各エッジ部1Eにそれぞ
れ転動自在に接触する給電ロール7(7a,7b,7
c,7d)と、同じ位置で対峙する給電ロール7の対
((7a,7b)および(7c,7d))に互いに逆位
相になる高周波電圧を印加する高周波電圧印加手段9と
を有することを特徴とするオープン管エッジ部予熱装置
である。
【0013】この構成により、高周波電流は、表皮効果
およびエッジ効果により、高周波電圧印加手段9〜給電
ロール7a〜一方のエッジ部1E〜給電ロール7c〜給
電ロール7b〜他方のエッジ部1E〜給電ロール7d〜
高周波電圧印加手段9、なる経路に沿って流れ、且つス
リット1S両側で相対するエッジ部1Eには互いに逆向
き(矢印で示す向き、実線と破線は交番的)の電流が流
れるから、第1の発明と同様、近接効果によって電流が
この部分にさらに集中する。
【0014】第1の発明によれば一対の給電ロール7お
よびブリッジロール8を介して、また、第2の発明によ
れば二対の給電ロール7を介して、高周波電流が相対す
るエッジ部1Eに直接通電されるので、誘導式のように
オープン管1のエッジ部以外の管周部分に渦電流が無駄
に生じることがないから、予熱の効率が向上する。一例
を挙げると、第1、第2の発明に従って、外径88mm、肉
厚3mm、通材速度70m/min のオープン管エッジ部を、加
熱幅(目標温度に到達させるべきエッジ部の範囲;エッ
ジ部端面から管体内部への管周方向に沿う長さで表す)
=3mmとして900 ℃以上まで予熱する場合に、電力が誘
導式の90%程度以下で済む。
【0015】また、エッジ部1Eに回転通電子(一対の
給電ロール7とブリッジロール8、または二対の給電ロ
ール7)を接触させて直接通電する装置構成としたの
で、オープン管1の外径が変わっても、スリット1Sを
挟む給電ロール7同士の間隔を調整するなどの簡単な配
置変更で対応できるから、メンテナンス負荷が軽減され
る。また、回転通電子は通材中のオープン管1に転動自
在に接触するので、摩擦は小さくオープン管1に擦り疵
を発生させることはない。
【0016】回転通電子の素材としては、高い導電性、
耐摩耗性を兼ね備えたW合金(例えばAg-W合金、Cu-W合
金など)が好適である。予熱区間(通材方向の給電ロー
ル対〜ブリッジロール間距離、あるいは給電ロール対間
距離)は、オープン管1の円周長に対して十分短くする
ことが好ましく、例えばオープン管1の外径程度の距離
が一応の目安として採用される。
【0017】なお、図示を省略したが、回転通電子を所
望の位置に転動自在に固定するための支持部材の構成
は、周囲の他部材との取り合いを考慮して自由に選択で
きる。言うまでもないが、かかる支持部材はそれらが支
持すべき回転通電子と電気的に絶縁しておく必要があ
る。高周波予熱電源10の周波数は、加熱幅に応じて数10
kHz 〜数100kHzの範囲から適宜選択するのが好ましい。
【0018】また、特に小径のオープン管では、管周方
向の距離が短縮し電気抵抗が小さくなって電流が管周方
向に逃げ易くなるので、管内にフェライト、珪素鋼等か
らなるインピーダを装入して、このような電流の逃げを
防止するのが望ましい。また、t/D(t:管肉厚、
D:管外径)が小さくて、給電ロールを接触させるため
の押し力によりオープン管エッジ部が変形する懸念があ
る場合には、図3に示すように、管内にこの押し力を受
け止めるサポートロール13を配置するのが好ましい。な
お、図3において14はサポートロール支持枠である。
【0019】
【発明の効果】かくして本発明によれば、スクイズロー
ルにより衝合圧接されるオープン管の両エッジ部を該ス
クイズロール入側で誘導加熱する前に予熱する際に通電
加熱方式を採用できるようになり、予熱効率が向上する
という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の発明を例示する(a)は全体模式図、
(b)は高周波電圧印加手段に適した回路図である。
【図2】第2の発明を例示する(a)は全体模式図、
(b)、(c)は高周波電圧印加手段に適した回路図で
ある。
【図3】給電ロールの押し力をサポートロールで受ける
形態の説明図である。
【図4】従来の電縫管製造装置の模式図である。
【符号の説明】
1 オープン管 1E エッジ部 1S スリット 2 誘導加熱装置 2A 高周波加熱電源 2B ワークコイル 3 スクイズロール 4 鋼管 5 第1の加熱装置 6 第2の加熱装置 7 給電ロール 8 ブリッジロール 9 高周波電圧印加手段 10 高周波予熱電源 11 タンクコンデンサ 12 カレントトランス 13 サポートロール 14 サポートロール支持枠 20 インピーダ 51 第1の加熱電源 52 第1のワークコイル 61 第2の加熱電源 62 第2のワークコイル
フロントページの続き (72)発明者 大西 寿雄 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (72)発明者 田中 伸樹 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (72)発明者 正司 雅朗 愛知県半田市川崎町1丁目1番地 川崎 製鉄株式会社 知多製造所内 (56)参考文献 特開 平9−1366(JP,A) 特開 平7−1170(JP,A) 特開 平8−33989(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 13/00 B21C 37/08 B23K 26/00 H05B 3/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 スクイズロールにより衝合圧接されるオ
    ープン管の両エッジ部を該スクイズロール入側で誘導加
    熱する前に予熱するオープン管エッジ部予熱装置であっ
    て、両エッジ部間のスリットを挟んで対峙し各エッジ部
    にそれぞれ転動自在に接触する給電ロールと、該給電ロ
    ールの対と所定の距離をおいてスリットを跨いで両エッ
    ジ部に転動自在に接触する導電性のブリッジロールと、
    前記給電ロールの対に高周波電圧を印加する高周波電圧
    印加手段とを有することを特徴とするオープン管エッジ
    部予熱装置。
  2. 【請求項2】 スクイズロールにより衝合圧接されるオ
    ープン管の両エッジ部を該スクイズロール入側で誘導加
    熱する前に予熱するオープン管エッジ部予熱装置であっ
    て、所定の距離をおく2位置で両エッジ部間のスリット
    を挟んで対峙し各エッジ部にそれぞれ転動自在に接触す
    る給電ロールと、同じ位置で対峙する給電ロールの対に
    互いに逆位相の高周波電圧を印加する高周波電圧印加手
    段とを有することを特徴とするオープン管エッジ部予熱
    装置。
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