JP3348989B2 - 電縫鋼管のガスシールド溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ガスシールド溶接に
よって電縫鋼管を製造する工程で使用される電縫鋼管の
ガスシールド溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電縫鋼管は、素材の帯鋼を一群の成形ロ
ールによって円筒状に連続成形したのち、そのエッジ部
を電流によるジュール熱で加熱し、スクイズロールで横
方向から加圧・接合して製造される。加圧・接合された
電縫鋼管の内面には、図５に示すとおり、溶接後の電縫
管５１内面に生成するビード５２を切削するための内面
ビード切削装置５３や、溶接時の加熱効率向上の機能を
有する磁性酸化物（フェライトコア）からなるインピー
ダ５４を内蔵するインピーダケース５５や、切削抵抗の
支持体であるバー等を組込んだマンドレル５６が挿入さ
れている。

【０００３】通常、上記マンドレル５６には、インピー
ダ５４の性能が悪化しないよう、インピーダ５４を冷却
するための冷却配管５７が配設されており、インピーダ
５４を連続的に冷却する構造となっている。このインピ
ーダ５４の冷却水は、溶接点５８付近の管内面に位置す
るインピーダケース５５先端部から噴出され、溶接時発
生するスパッタが内面ビード切削装置５３に詰まらない
ように、スパッタを内面ビード切削装置５３から洗い流
している。同時にマンドレル５６先端部に位置する切削
バイト５９を冷却する役目も果たしている。

【０００４】しかし、ペネトレータで代表される酸化物
欠陥の発生し易い帯鋼を用いて電縫鋼管を製造する場合
は、前記インピーダの冷却水が溶接点付近で噴出する構
造のマンドレルを使用すると、溶接欠陥が数多く発生す
る。酸化物欠陥は、加熱時に生成する酸化物の中で高融
点のものが排出されずに接合面に残留したもので、水お
よび大気による高温酸化が主たる原因である。そのた
め、酸化物欠陥の発生し易い帯鋼を用いて電縫鋼管を製
造する場合は、溶接部をアルゴンガス、窒素ガス等の非
酸化性ガスでシールドするガスシールド溶接法が採用さ
れている。

【０００５】電縫鋼管のガスシールド溶接方法および装
置としては、数多くの提案が行われている。例えば、オ
ープンパイプ外径より大きい内径を有しかつ多数のガス
噴出口を有する内筒と、複数個のガス供給口を有し高周
波ワークコイルに内接する外筒とからなり、内筒と外筒
との間にシールドガスを通流する構造となした二重管で
シールドボックスを構成し、該シールドボックスはオー
プンパイプを同心円上に囲曉するごとく溶接点後方に近
接配置し、前記外筒の溶接点側上面に該溶接点側に開口
するガス噴出ノズルを設けたガスシールド装置（特開昭
６３−２７３５７６号公報）、溶接用ワークコイルの成
形ロール側に、多数のガス噴出口を有しかつワークコイ
ルに内接する内筒と、複数個のガス供給口を有する外筒
とからなり、前記内筒と外筒との間にシールドガスを通
流する構造となした二重管で構成したシールドボックス
を設け、該シールドボックスのスクイズロール側に溶接
点を覆うように設けたフードに、溶接点にシールドガス
を噴射するガス噴出ノズルを管軸に対して傾斜配置した
ガスシールド装置（特開平２−８９５８１号公報）、オ
ープンパイプ外径より大きい内径を有しかつ多数のガス
噴出口を有する内筒と、複数個のガス供給口を有し高周
波ワークコイルに内接する外筒とからなり、内筒と外筒
との間にシールドガスを通流する構造となした二重管で
構成したシールドボックスを設け、該シールドボックス
のスクイズロール側に溶接点を覆うように設けたフード
に、溶接点に対向するガス噴出ノズルを設置したガスシ
ールド装置により溶接部を不活性ガスでシールドする方
法において、前記外筒のガス供給口より供給するシール
ドガス圧力を均等でかつ２．５ｋｇｆ／ｃｍ２以上とす
る方法（特開平５−９２２７９号公報）等が提案されて
いる。

【０００６】上記特開昭６３−２７３５７６号公報、特
開平２−８９５８１号公報および特開平５−９２２７９
号公報に開示の装置は、内筒の多数のガス噴出口からシ
ールドガスを噴射させてオープンパイプを被包し、かつ
溶接点に対向する傾斜設置のガス噴出ノズルからシール
ドガスを噴射させて溶接点近傍への大気の侵入を防止
し、パイプ外面側のシールドをより確実なものにしてい
る。しかしながら、上記特開昭６３−２７３５７６号公
報、特開平２−８９５８１号公報および特開平５−９２
２７９号公報に開示の装置は、パイプ内面側の溶接点付
近でインピーダの冷却水が噴射されるマンドレルでは、
冷却水の蒸発により生成する蒸気によってシール性が極
端に悪化する。

【０００７】このようなパイプ内面側の溶接点付近で噴
射されるインピーダの冷却水より生成する蒸気によるシ
ール性の悪化を防止するには、図６に示すとおり、送水
管６１からインピーダ６２の冷却室に導入される冷却水
を電縫管６３内に漏出することなく、該電縫管６３外に
導く誘導路６４および排水管６５を順次設けた電縫溶接
用マンドレル（実開昭５６−１２９９９４号公報）を、
前記特開昭６３−２７３５７６号公報、特開平２−８９
５８１号公報および特開平５−９２２７９号公報に開示
の装置と併用使用すれば、インピーダ冷却水が管内に漏
出することなく溶接できるので、シール性が遥かに良好
となるものと考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実開昭５６−
１２９９９４号公報に開示の電縫溶接用マンドレルは、
内面ビード切削用バイトの冷却が不可能なため、極端に
バイト寿命が低下すること、また、インピーダ冷却水の
戻り配管を配設するため、その分インピーダ断面積が小
さくなり、溶接効率が低下すること、スパッタを洗い流
せないため、内面ビード切削装置にスパッタが詰まり、
パイプ内面にかき疵が残る等によって、生産性が悪化す
るという欠点を有している。

【０００９】この発明の目的は、前記の欠点を解消し、
生産性を悪化させることなく、ペネトレータに代表され
る酸化物欠陥を抑制できる電縫鋼管のガスシールド溶接
装置を提供することにある。

【００１０】本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意
試験研究を重ねた。その結果、溶接点付近のパイプ内部
に位置するシールドガス噴出口を有する非磁性材からな
るシールドガス配管をマンドレルに配設すると共に、イ
ンピーダの冷却水の噴出口を溶接点から400mm以上で、
内面ビード切削装置の手前とすることによって、溶接点
付近がシールドガスによってシールされ、シールドガス
配管への誘導電流の流れによる電力ロスを防止できると
共に、溶接点付近でのインピーダの冷却水の蒸発が防止
され、ペネトレータで代表される酸化物欠陥を防止でき
ることを究明し、この発明に到達した。

【００１１】すなわちこの発明は、オープンパイプ外径
より大きい内径を有する内筒と、高周波ワークコイルに
内接する外筒とからなるシールドボックスを設けたガス
シールド装置において、管内面に挿入する内面ビード切
削装置、インピーダを内蔵するインピーダケース、切削
抵抗の支持体であるバーを組込んだマンドレルに、溶接
点付近のパイプ内部に位置するシールドガス噴出口を有
する非磁性材からなるシールドガス配管を配設すると共
に、インピーダの冷却水の噴出口位置を、溶接点から内
面ビード切削装置側に４００ｍｍ以上離間させ、かつ内
面ビード切削装置の手前側とする銅管からなるインピー
ダの冷却水配管を設けたことを特徴とする電縫鋼管のガ
スシールド溶接装置。

【００１２】

【作用】この発明においては、管内面に挿入する内面ビ
ード切削装置、インピーダを内蔵するインピーダケー
ス、切削抵抗の支持体であるバーを組込んだマンドレル
に、溶接点付近のパイプ内部に位置するシールドガス噴
出口を有する非磁性材からなるシールドガス配管を配設
することによって、溶接点付近がシールドガスによって
シールされると共に、シールドガス配管への誘導電流の
流れによる電力ロスを防止することができる。また、イ
ンピーダの冷却水の噴出口位置を、溶接点から内面ビー
ド切削装置側に４００ｍｍ以上離間させ、かつ内面ビー
ド切削装置の手前側とする銅管からなるインピーダの冷
却水配管を設けたことによって溶接点付近でのインピー
ダの冷却水の蒸発が防止され、ペネトレータで代表され
る酸化物欠陥の発生率をほぼ皆無とすることができる。
また、スパッタを洗い流すため、内面ビード切削装置へ
のスパッタの付着を防止でき、管内面のかき疵を皆無と
でき、さらに、内面ビード切削バイトを冷却できるの
で、バイト寿命を大幅に延長できる。さらにまた、この
発明においては、インピーダの冷却水の戻り配管がな
く、その分インピーダ充填率をアップでき、溶接効率の
向上を図ることができる。

【００１３】この発明におけるオープンパイプ外径より
大きい内径を有する内筒と、高周波ワークコイルに内接
する外筒とからるシールドボックスを設けたガスシール
ド装置としては、オープンパイプの内外面に付着してい
る大気層を除去し、溶接点近傍への大気の侵入を防止で
きると共に、シールドボックスの端面および溶接点周り
の内外面がシールドされればよく、特に限定されない
が、従来公知の実開平５−１３６７８号公報、特開平５
−９２２７９号公報に開示のガスシールド溶接装置を用
いることができる。この発明における非磁性材からなる
シールドガス配管の材質としては、耐熱性エポキシ樹
脂、ジアリルフタレート樹脂、フェノール樹脂、不飽和
ポリエステル樹脂、フラン樹脂、ポリイミド、メラミン
樹脂、ユリア樹脂等の耐熱性樹脂が適している。また、
インピーダの冷却水配管を銅管としたのは、銅管は熱伝
導率が大きいため溶鋼とのヌレ性が悪く、スパッタの付
着を防止できるからである。さらに、銅管からなるイン
ピーダの冷却水配管を溶接点から内面ビード切削装置側
に４００ｍｍ以上延長離間させ、かつ内面ビード切削装
置の手前側に冷却水噴出口を形成したのは、冷却水噴出
口の位置を溶接点から内面ビード切削装置側に４００ｍ
ｍ以上離すことにより、冷却水に起因する酸化物欠陥を
防止することができると共に、内面ビード切削装置の切
削用バイトを冷却でき、切削用バイトの長寿命化を図る
ことができる。

【００１４】

【実施例】

実施例１ 以下にこの発明のガスシールド溶接装置の詳細を実施の
一例を示す図１に基づいて説明する。図１はこの発明の
ガスシールド溶接装置の縦断側面図である。図１におい
て、１は二重管構造のシールドボックスで、ワークコイ
ル２に内接しかつワークコイル２の成形ロール側の全周
に多数のガス噴出孔３を有し、さらにワークコイル２の
スクイズロール４側にオープンパイプ５の溶接点６を覆
うフード７を突設した内筒８と、外周に複数個のガス供
給口９を有する外筒１０から構成され、外筒１０と内筒
８との間に形成された空間１１にガス供給口９から供給
されたシールドガスは、多数のガス噴出孔３からオープ
ンパイプ５との間に噴出する構造となっている。また、
フード７にはガス噴出ノズル１２からは、溶接点６へ向
けて管軸に対し角度θでシールドガスが噴射されるよう
構成されている。

【００１５】１３は溶接後の電縫管１４内面に生成する
ビード１５を切削するための内面ビード切削装置、１６
は溶接時の加熱効率向上の機能を有するインピーダ１７
を内蔵する非磁性体のインピーダケース、１８は内面ビ
ード切削装置１３、インピーダ１７を内蔵するインピー
ダケース１６、切削抵抗の支持体であるバー等を組込ん
だマンドレルで、オープンパイプ５内に挿入されてい
る。上記マンドレル１８には、インピーダ１７の性能が
悪化しないようインピーダ１７を冷却するための銅管か
らなる冷却配管１９が配設されており、マンドレル１８
後端の冷却水供給管２０から冷却配管１９に供給された
冷却水によりインピーダ１７を連続的に冷却する構造と
なっている。

【００１６】上記インピーダ１７の冷却水は、溶接点６
から内面ビード切削装置側に４００ｍｍ以上離れた管内
面に位置する冷却配管１９の冷却水噴出口から内面ビー
ド切削装置１３に向かって噴出され、溶接時発生するス
パッタが内面ビード切削装置１３に詰まらないように、
スパッタを内面ビード切削装置１３から洗い流すと共
に、マンドレル１８先端部に位置する内面ビード切削装
置１３の切削バイト２１を冷却するよう構成されてい
る。２２は耐熱エポキシ樹脂製からなるシールドガス配
管で、溶接点６近傍にシールドガス噴出口２３が形成さ
れ、マンドレル１８後端のシールドガス供給管２４から
シールドガス配管２２に供給されたシールドガスは、シ
ールドガス噴出口２３から溶接点６周りに噴射されるよ
う構成されている。

【００１７】上記のとおり構成したことによって、外筒
１０の複数個のガス供給口９から供給されたシールドガ
スは、外筒１０と内筒８との間に形成された空間１１を
流通し、多数のガス噴出孔３から内筒８とオープンパイ
プ５との間および溶接点６より図示しない成形ロール側
のＶ形の間隙を通過し、オープンパイプ５の内面とイン
ピーダ１７との間を通り、管軸方向に流れてスクイズロ
ール４および図示しない成形ロール側に流出する。この
うち、溶接点６と反対側の成形ロール側に流れるガス流
は、オープンパイプ５の内外面に付着している大気層を
除去し、溶接点６近傍への大気の侵入を防止する。一
方、溶接点６側は、スクイズロール４側へ流出するガス
流と、ガス噴出ノズル１２およびシールドガス噴出口２
３から噴出するガス流によって、シールドボックス１の
端面および溶接点６周りの内外面がシールドされる。

【００１８】また、インピーダ１７の冷却水は、溶接点
６から内面ビード切削装置側に４００ｍｍ以上離れた管
内面に位置する冷却配管１９の冷却水噴出口から内面ビ
ード切削装置１３に向かって噴出されるので、酸化物欠
陥の発生をほぼ皆無とすることができる。また、溶接時
発生するスパッタは、インピーダ１７の冷却水によって
内面ビード切削装置１３から洗い流され、スパッタの内
面ビード切削装置１３への詰まりが防止されて管内面の
カキ疵が減少すると共に、マンドレル１８先端部に位置
する切削バイト２１が冷却され、切削バイト２１寿命が
長くなる。しかも、この発明のガスシールド溶接装置
は、インピーダ１７の冷却水の戻り配管がないため、そ
の分インピーダ１７充填率をアップでき、溶接効率の向
上を図ることができる。

【００１９】実施例２ Ｃｒ：１．０％、Ｍｏ：０．２０％を含む外径３１．８
ｍｍ、肉厚１．６ｍｍの電縫鋼管を製造するに際し、図
１に示すガスシールド溶接装置の冷却配管１９の冷却水
噴出口と溶接点６との距離を、０〜１２００ｍｍの範囲
で変化させて製管速度７０ｍ／ｍｉｎで製管し、各冷却
水噴出口と溶接点との距離毎に３０本からそれぞれ１ｍ
の試験片を採取し、ペネトレータ発生率を測定した。そ
の結果を図２に示す。なお、図２中のペネトレータ指数
とは、１ｍの試験片に占めるペネトレータ発生長さをい
う。図２に示すとおり、冷却水噴出口と溶接点との距離
を４００ｍｍ以上離間させることによって、ペネトレー
タ発生をほぼ皆無とすることができる。

【００２０】実施例３ 図１に示す本願発明のガスシールド溶接装置、図５に示
す従来のガスシールド溶接装置ならびにインピーダ冷却
水を外部に排出する図６に示す従来のガスシールド溶接
装置を使用し、Ｃ：０．３０％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍ
ｎ：０．５５％。Ｃｒ：１．００％、Ｍｏ：０．２０％
を含む外径３４．０ｍｍ、肉厚１．６ｍｍの電縫鋼管を
製管速度７０ｍ／ｍｉｎでそれぞれ６０本製管し、それ
ぞれから１ｍの試験片を採取してペネトレータ発生率を
測定した。その結果を図３に示す。なお、図３中の度数
は、６０本に占める本数を示し、ペネトレータ指数は、
１ｍの試験片に占めるペネトレータ発生長さをいう。図
３に示すとおり、図１に示す本願発明のガスシールド溶
接装置を使用した（ａ）図の場合は、ペネトレータ指数
０が５０度、ペネトレータ指数０．１〜０．２ｍｍ／ｍ
が９度、ペネトレータ指数０．３〜０．４ｍｍ／ｍが１
度で、平均ペネトレータ指数が０．０３ｍｍ／ｍであ
り、図６に示す従来のガスシールド溶接装置を使用した
（ｂ）図の場合のペネトレータ指数０が５２度、ペネト
レータ指数０．１〜０．２ｍｍ／ｍが５度、ペネトレー
タ指数０．３〜０．４ｍｍ／ｍが３度で、平均ペネトレ
ータ指数が０．０２ｍｍ／ｍと殆ど差がなかった。これ
に対しインピーダ冷却水を溶接点近傍で管内面に噴射す
る図５に示す従来のガスシールド溶接装置を使用した
（ｃ）図の場合は、溶接点近傍での蒸発により平均ペネ
トレータ指数が２８．２ｍｍ／ｍと極めて多く発生し
た。

【００２１】実施例４ また、図１に示す本願発明のガスシールド溶接装置Ａ、
図５に示す従来のガスシールド溶接装置Ｂならびに図６
に示す従来のガスシールド溶接装置Ｃを使用し、Ｃｒ：
１．００％、Ｍｏ：０．２０％を含む外径３４．０ｍ
ｍ、肉厚１．６ｍｍの電縫鋼管を製管速度７０ｍ／ｍｉ
ｎで製管し、内面ビード切削バイトの寿命を調査した。
その結果を図４に示す。図４に示すとおり、図６に示す
従来のガスシールド溶接装置Ｃの場合は、実施例３に示
すとおり、インピーダ冷却水を外部に排出するため、内
面ビード切削バイトの冷却水による冷却がなく、内面ビ
ード切削バイトは約１５００ｍのビード切削で取替えが
必要であった。また、図５に示す従来のガスシールド溶
接装置Ｂは、インピーダ冷却水を溶接点近傍で管内面に
噴射するため、内面ビード切削バイトの冷却が完全でな
く、内面ビード切削バイトは約３３００ｍのビード切削
で取替えが必要であった。これに対し図１に示す本願発
明のガスシールド溶接装置Ａの場合は、溶接点から４０
０ｍｍ離れた内面ビード切削装置の近傍からインピーダ
冷却水を管内面に噴射するため、内面ビード切削バイト
が冷却され、約４５００ｍのビード切削が可能であっ
た。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明のガスシー
ルド溶接装置は、オープンパイプ内外面のシールドガス
雰囲気により、ペネトレータ欠陥がほぼ皆無の電縫鋼管
を製造できると共に、内面ビード切削用バイトの冷却に
よるバイト寿命の延長、スパッタの洗浄によるスパッタ
詰まりの抑制により、ガスシールド溶接装置の稼働率の
向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のガスシールド溶接装置の縦断側面図
である。

【図２】実施例２における溶接点と冷却水噴出口間距離
とペネトレータ指数との関係を示すグラフである。

【図３】実施例３における各試験片に占める度数と各ペ
ネトレータ指数との関係を示すグラフで、（ａ）図は図
１の本発明のガスシールド溶接装置、（ｂ）図は図６に
示す従来のガスシールド溶接装置、（ｃ）図は図５に示
す従来のガスシールド溶接装置の場合を示す。

【図４】実施例４における本発明のガスシールド溶接装
置Ａ、図５に示す従来のガスシールド溶接装置Ｂおよび
図６に示す従来のガスシールド溶接装置Ｃの内面ビード
切削用バイトのバイト１個当りの切削長さを示すグラフ
である。

【図５】インピーダ冷却水を溶接点近傍で管内面に噴射
する従来のガスシールド溶接装置の縦断側面図である。

【図６】インピーダ冷却水をインピーダ冷却水を外部に
排出する従来のガスシールド溶接装置の縦断側面図であ
る。

【符号の説明】 １ シールドボックス ２ ワークコイル ３ ガス噴出孔 ４ スクイズロール ５ オープンパイプ ６、５８ 溶接点 ７ フード ８ 内筒 ９ ガス供給口 １０ 外筒 １１ 空間 １２ ガス噴出ノズル １３、５３ 内面ビード切削装置 １４、５１、６３ 電縫管 １５、５２ ビード １６、５５ インピーダケース １７、５４、６２ インピーダ １８、５６ マンドレル １９、５７ 冷却配管 ２０ 冷却水供給管 ２１、５９ 切削バイト ２２ シールドガス用配管 ２３ シールドガス噴出口 ２４ シールドガス供給管 ６１ 送水管 ６４ 誘導路 ６５ 排水管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 功 和歌山県和歌山市湊1850番地 住友金属 工業株式会社 和歌山製鉄所内 (72)発明者 秋山 健治 兵庫県尼崎市東塚口町２丁目４番65号 日本パイプ製造株式会社 大阪事業所内 (56)参考文献 特開 平２−89581（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−264171（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−150774（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 13/00 B23K 37/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オープンパイプ外径より大きい内径を有
   する内筒と、高周波ワークコイルに内接する外筒とから
   なるシールドボックスを設けたガスシールド装置におい
   て、管内面に挿入する内面ビード切削装置、インピーダ
   を内蔵するインピーダケース、切削抵抗の支持体である
   バーを組込んだマンドレルに、溶接点付近のパイプ内部
   に位置するシールドガス噴出口を有する非磁性材からな
   るシールドガス配管を配設すると共に、インピーダの冷
   却水の噴出口位置を、溶接点から内面ビード切削装置側
   に４００ｍｍ以上離間させ、かつ内面ビード切削装置の
   手前側とする銅管からなるインピーダの冷却水配管を設
   けたことを特徴とする電縫鋼管のガスシールド溶接装
   置。