JP3763827B2

JP3763827B2 - 角形鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP3763827B2
Application number: JP2003319118A
Authority: JP
Inventors: 教雄中島
Original assignee: ナカジマ鋼管株式会社
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2023-09-11
Also published as: JP2005095899A

Description

本発明は、たとえば建築用の柱材に使用される正方体形状や直方体形状などの大径で厚肉の角形鋼管を製造するのに採用される角形鋼管の製造方法に関するものである。

従来、この種の角形鋼管を製造するに、帯鋼板を長さ方向に搬送し、トリミング開先加工機に通して幅方向における両側縁に開先を加工する。そして帯鋼板を前段の成形プレス装置に入れて、側縁寄りの二箇所に直角（９０度）の隅部を折り曲げ成形する。次いで、後段の成形プレス装置に入れて、中間の二箇所に鈍角（約１０５度）の隅部を折り曲げ成形する。そして、仮付け溶接機の部分において四辺を外側から加圧することで、鈍角の隅部を直角状に成形しながら開先どうしを突き合わせして四角形状鋼管とし、この突き合わせ部に対して仮付け溶接を施工する。次いで、四角形状鋼管を内面溶接機に移して内面溶接を施工したのち、外面溶接機に移して外面溶接を施工し、以て一辺に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）を有する大径で厚肉の四角形鋼管（製品）を製造し得る（たとえば、特許文献１参照。）。
特開平１０−２１６８３９号公報（第２頁、第５−６図）

しかし、上記した四角形鋼管の製造方法によると、仮付け溶接と内面溶接と外面溶接との３回の溶接を施工しなければならず、溶接時間がかかることになる。しかも、仮付け溶接後に内面溶接に移る際に四角形状鋼管を１８０度回転させ、また内面溶接後に外面溶接に移る際に四角形状鋼管を再び１８０度回転させなければならないことから、２箇所に回転設備が必要になるとともに、その回転作業に時間を費やすことになる。

そこで本発明の請求項１記載の発明は、２回の溶接施工のみによりワンシームの角形鋼管を製造し得る角形鋼管の製造方法を提供することを目的としたものである。
また請求項２記載の発明は、溶接施工を、磁気吹き（アークブロー）現象が発生し難い状態で行える角形鋼管の製造方法を提供することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の角形鋼管の製造方法は、幅方向における両縁部に開先を形成した鋼板の、幅方向における複数箇所を折り曲げたのち、外側から加圧することで、開先どうしを突き合わせした一つの突き合わせ部を形成し、この突き合わせ部を溶接することにより角形鋼管を製造するに、溶接は、タンデム直流方式によるＭＩＧ溶接により、外面溶接機による外面溶接と、内面溶接機による内面溶接との２回の溶接施工により行い、その際にタンデム直流方式によるＭＩＧ溶接は、角形鋼管側に設定されたアース位置に対して、溶接方向が少しの距離だけ接近方向とされたのち離間方向とされて行うことを特徴としたものである。

したがって請求項１の発明によると、複数箇所に直角状など製品曲げ角度に相当する隅部を折り曲げ成形した後、外側から加圧することで、両縁部を相当接させ、以て開先どうしを相接近させた一つの突き合わせ部を形成した角形状鋼管とし得る。次いで外面溶接機によって、開先間に対して外面溶接を施工する。これにより、突き合わせ部において、厚さ方向における外側の約半分に外面溶接を施工し得る。

次いで、角形状鋼管を１８０度回転させたのち内面溶接機に移し、この内面溶接機によって、開先間に対して内面溶接を施工する。これにより、突き合わせ部において、厚さ方向における内側の約半分に内面溶接を施工し得る。このような外面溶接と内面溶接とによって、ワンシームで、しかも大径でかつ厚肉の角形鋼管（製品）を製造し得る。その際に外面溶接と内面溶接とは、タンデム直流方式によるＭＩＧ溶接により、コントロールを容易として行える。さらに溶接を、アース位置に対して溶接方向が少しの距離だけ接近方向（近づく方向）としたのち離間方向として行うことで、スタート時にアーク前方に溶融金属を押し出そうとするのを減じることになる。

また本発明の請求項２記載の角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１記載の構成において、タンデム直流方式によるＭＩＧ溶接は、そのトーチ間隔を溶接方向で１２０〜３００ｍｍ隔てて配設された１対のトーチを有し、これらトーチの前進角は０〜９度に設定され、両トーチのそれぞれから、溶接方向で１対のワイヤーが送給されながら溶接施工されることを特徴としたものである。

したがって請求項２の発明によると、突き合わせ部における厚さ方向の溶接施工を、溶接速度を早くして効率よく、しかも「磁気吹き現象」がより発生し難い状態で行える。すなわち、タンデム（２電極）直流ＭＩＧ方式であるがための欠陥である「磁気吹き現象」を機器の改良などにより解決したことにより、突き合わせ部位（突き合わせ溶接部）に多少の隙間があっても溶接により抜け落ちることなく高速でかつ完全な連続溶接が可能とし得る。

さらに本発明の請求項３記載の角形鋼管の製造方法は、上記した請求項１または２記載の構成において、鋼板の板厚は９〜１９ｍｍであることを特徴としたものである。

したがって請求項３の発明によると、厚肉の角形鋼管（製品）を製造し得る。

上記した本発明の請求項１によると、複数箇所に直角状など製品曲げ角度に相当する隅部を折り曲げ成形した後、外側から加圧することで、開先どうしを相接近させた一つの突き合わせ部を形成した角形状鋼管にできる。次いで外面溶接機によって、開先間に対して外面溶接を施工することにより、突き合わせ部において、厚さ方向における外側の約半分に外面溶接を施工できる。そして、角形状鋼管を１８０度回転させたのち内面溶接機に移し、この内面溶接機によって、開先間に対して内面溶接を施工することにより、突き合わせ部において、厚さ方向における内側の約半分に内面溶接を施工できる。このような外面溶接と内面溶接とによって、ワンシームで、しかも大径でかつ厚肉の角形鋼管（製品）を製造できる。

その際に外面溶接と内面溶接とは、タンデム直流方式によるＭＩＧ溶接により、コントロールを容易として、高速でかつ完全な（高品質の）連続溶接を安価にして行うことができる。そして溶接を、アース位置に対して溶接方向が少しの距離だけ接近方向（近づく方向）としたのち離間方向として行うことで、スタート時にアーク前方に溶融金属を押し出そうとするのを減じることになり、スタート部溶接のコントロールをより良好に行うことができる。さらに、外面溶接機による外面溶接と、内面溶接機による内面溶接との２回のみの溶接施工でよいことから溶接時間を短縮できる。しかも、内面溶接後に外面溶接に移る際に角形状鋼管を１回のみ１８０度回転させればよいことから、回転設備は１箇所でよくて設備を簡素化できるとともに、その回転作業の時間を短縮できることになる。

また上記した本発明の請求項２によると、突き合わせ部における厚さ方向の溶接施工を、溶接速度を早くして効率よく、しかも「磁気吹き現象」が発生し難い状態で行うことができる。すなわち、タンデム（２電極）直流ＭＩＧ方式であるがための欠陥である「磁気吹き現象」を機器の改良などにより解決できたことにより、突き合わせ部位（突き合わせ溶接部）に多少の隙間があっても溶接により抜け落ちることなく高速でかつ完全な連続溶接を可能にできる。これにより、従来から鋼管のシーム溶接に採用されているサブマージードアーク溶接に比べて、安価でかつ入熱量の少ない高品質な溶接を行うことができる。

さらに上記した本発明の請求項３によると、厚肉の角形鋼管（製品）を容易に製造できる。

［実施の形態１］
以下に、本発明の実施の形態１を、四角形鋼管の製造に採用した状態として図１〜図４に基づいて説明する。

図１に示すように、その板厚ｔが９〜１９ｍｍの帯鋼板（鋼鈑の一例）１を長さ方向１Ａに搬送し、トリミング開先加工機１１に通して幅方向１Ｂにおける両縁部１Ｃの内外に開先２ａ，２ｂを加工し、この前後に所定長さに切断する。

そして図２に示すように、帯鋼板１を前段の成形プレス装置１２に入れて、下金型１３に対する上金型１４の昇降動により、幅方向１Ｂにおける両縁部１Ｃ寄りの二箇所に直角（９０度）状ｒの隅部３を折り曲げ成形する。次いで、帯鋼板１を後段の成形プレス装置１５に入れて、下金型１６に対する上金型１７の昇降動により、中間の二箇所に鈍角（約１０５度）Ｒの隅部４を折り曲げ成形する。

そして図３に示すように、外面溶接機１８の部分において、四辺をロール１９，２０群（またはシリンダー）により外側から加圧することで、鈍角Ｒの隅部４を直角状ｒに成形しながら両縁部１Ｃを相当接させ、以て内外の開先２ａ，２ａ、２ｂ，２ｂどうしを相接近させた一つの突き合わせ部５を形成した四角形状鋼管６とし得る。次いで外面溶接機１８によって、四角形状鋼管６の突き合わせ部５における外側の開先２ａ，２ａ間に対して外面溶接７を施工する。

その際に外面溶接７は、アルゴンが９０％（約９０％）と炭酸ガスが１０％（約１０％）との混合ガスＧを、カバー２５内に通してシールドガスとして使用し、かつカバー２５内に１．３ｍｍや１．６ｍｍのワイヤーＷを２本通すことでワイヤー２電極として使用したタンデム直流方式によるＭＩＧ溶接により行われる。これにより、突き合わせ部５において、厚さ方向における外側の約半分に外面溶接７を施工し得る。

次いで、四角形状鋼管６を１８０度回転させたのち内面溶接機２１に移し、この内面溶接機２１によって、四角形状鋼管６の突き合わせ部５における内側の開先２ｂ，２ｂ間に対して内面溶接８を施工する。その際に内面溶接８は、前述した外面溶接７と同様にして、アルゴンが９０％（約９０％）と炭酸ガスが１０％（約１０％）との混合ガスＧを、カバー２５内に通してシールドガスとして使用し、かつカバー２５内に１．３ｍｍや１．６ｍｍのワイヤーＷを２本通すことでワイヤー２電極として使用したタンデム直流方式によるＭＩＧ溶接により行われる。これにより、突き合わせ部５において、厚さ方向における内側の約半分に内面溶接８を施工し得る。

このような外面溶接７と内面溶接８とによって、図４に示すように、一辺に突き合わせ溶接部９を有するワンシームで、しかも外寸Ｌが２５０〜１０００ｍｍの大径でかつ板厚ｔが９〜１９ｍｍの厚肉の四角形鋼管（製品）１０を製造し得る。

その際に外面溶接７と内面溶接８とは、混合ガスＧをシールドガス（イナートガス）とし、その流れの中に２本のワイヤーＷが位置されることで空気から遮断した状態で行え、しかもタンデム直流方式によるＭＩＧ溶接により、コントロールを容易として、高速でかつ完全な（高品質の）連続溶接を安価にして行える。さらに、外面溶接機１８による外面溶接７と、内面溶接機２１による内面溶接８との２回のみの溶接施工でよいことから溶接時間を短縮し得る。しかも、内面溶接後に外面溶接に移る際に四角形状鋼管６を１回のみ１８０度回転させればよいことから、回転設備は１箇所でよくて設備を簡素化し得るとともに、その回転作業の時間を短縮できることになる。

すなわち、タンデム（２電極）直流ＭＩＧ方式であるがための欠陥である「磁気吹き現象」を機器の改良などにより解決したことにより、突き合わせ部位（突き合わせ溶接部９）に多少の隙間があっても溶接により抜け落ちることなく高速でかつ完全な連続溶接が可能となった。これにより、従来から鋼管のシーム溶接に採用されているサブマージードアーク溶接に比べて、安価でかつ入熱量の少ない高品質な溶接となっている。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２を、図５〜図９に基づいて説明する。

図５に示すように、成形プレス装置１２，１５において折り曲げ成形されたのち、外面溶接機１８の部分において、四辺をロール１９，２０群（またはシリンダー）により外側から加圧することで、鈍角Ｒの隅部４を直角状ｒに成形しながら両縁部１Ｃを相当接させ、以て開先どうしを相接近させた一つの突き合わせ部５を形成した四角形状鋼管６とし得る。ここで四角形状鋼管６は、両縁部１Ｃの外側にのみ開先２を加工しており、以てＹ形両面溶接形式を採用している。その際に、たとえば板厚ｔが１２ｍｍのとき、両開先２が成す開先角度Ｃは約７０度とされ、そして開先深さＤは６〜７ｍｍとされている。

そして外面溶接機１８によって、四角形状鋼管６の突き合わせ部５における開先２間に対して外面溶接７を施工する。すなわち図６〜図８に示すように、タンデム直流方式によるＭＩＧ溶接を行う外面溶接機１８（外面溶接機２１も同様である。）は、そのトーチ間隔Ａを溶接方向Ｂにおいて約１８０ｍｍ隔てて配設された１対のトーチ、すなわち、ルートパストーチ１８Ａと仕上げパストーチ１８Ｂを有する。そして、両トーチ１８Ａ，１８Ｂの前進角θは４度に設定されるとともに、両トーチ１８Ａ，１８Ｂのそれぞれから、溶接方向Ｂで１対のワイヤーＷＡ_１，ＷＡ_２、ＷＢ_１，ＷＢ_２が、カバー２５Ａ，２５Ｂ内を通して送給されながら溶接施工されるように構成されている。

ここで両トーチ１８Ａ，１８Ｂにおける先行ワイヤーＷＡ_１，ＷＢ_１としては１．６ｍｍのものが使用され、また後行ワイヤーＷＡ_２，ＷＢ_２としては１．３ｍｍのものが使用される。そしてカバー２５Ａ，２５Ｂとしては、溶接方向Ｂ（側面視方向）において約３７ｍｍで、溶接方向Ｂに対して直交する方向（正面視方向）において約２０ｍｍであり、平面視で楕円形状のものが使用される。前記１対のトーチ１８Ａ，１８Ｂのトーチ間隔Ａは、約１８０ｍｍに隔てて配設されているが、これは１２０〜３００ｍｍの範囲で間隔調整可能に構成されている。またトーチ１８Ａ，１８Ｂの前進角θは、４度に傾斜して設定されているが、これは０〜９度の範囲で角度調整可能に構成されている。

前述したように、四角形状鋼管６の板厚ｔが１２ｍｍ、開先角度Ｃが約７０度、開先深さＤが６〜７ｍｍとされているとき、ルートパストーチ１８Ａのトーチ高さＨＡは、そのカバー２５Ａの下端から開先底部までの距離を１８ｍｍとして調整され、そして仕上げパストーチ１８Ｂのトーチ高さＨＢは、そのカバー２５Ｂの下端から四角形状鋼管６の外面までの距離を１８ｍｍとして調整されている。

なお四角形状鋼管６側には、図９に示すように、溶接方向Ｂが少しの距離だけ接近方向とされたのち離間方向とされてルートパスアース位置２８Ａや仕上げパスアース位置２８Ｂが設定されている。

このような実施の形態２によると、外面溶接機１８においては、両トーチ１８Ａ，１８Ｂのトーチ間隔Ａを１８０ｍｍ前後に隔てて配設し、そして両トーチ１８Ａ，１８Ｂの前進角θを４度に傾斜設定している。そして、たとえばワイヤーＷＡ_１，ＷＡ_２、ＷＢ_１，ＷＢ_２の送給速度は、ルートパストーチ１８Ａにおける先行のワイヤーＷＡ_１は４００〜４２０ｉｐｍ、後行のワイヤーＷＡ_２は４５０ｉｐｍに調整され、また仕上げパストーチ１８Ｂにおける先行のワイヤーＷＢ_１は３５０〜４２５ｉｐｍ、後行のワイヤーＷＢ_２は４００〜４５０ｉｐｍに調整されている。

このような条件下での外面溶接７は、まず図６、図７に示すように、先行するルートパストーチ１８Ａにおいて、１対のワイヤーＷＡ_１，ＷＡ_２がカバー２５Ａ内を通して送給されながら前段溶接７ａが施工され、次いで図６、図８に示すように、後行する仕上げパストーチ１８Ｂにおいて、１対のワイヤーＷＢ_１，ＷＢ_２がカバー２５Ｂ内を通して送給されながら前段溶接７ａの上に後段溶接７ｂが施工されることで行われる。

その際に溶接は、アルゴンが９０％（約９０％）と炭酸ガスが１０％（約１０％）との混合ガスＧを、カバー２５Ａ，２５Ｂ内に通してシールドガスとして使用し、かつカバー２５Ａ，２５Ｂ内にそれぞれ２本のワイヤーＷＡ_１，ＷＡ_２、ＷＢ_１，ＷＢ_２を送給することでワイヤー２電極として使用したタンデム直流方式によるＭＩＧ溶接により行われる。

そして上述したような外面溶接７や内面溶接８を、図９に示すように、ルートパスアース位置２８Ａや仕上げパスアース位置２８Ｂに対して溶接方向Ｂが少しの距離だけ接近方向（近づく方向）としたのち離間方向として行ったときには、スタート時にアーク前方に溶融金属を押し出そうするのを減じることになって、スタート部溶接のコントロールはより良好になる。

これらのことにより、突き合わせ部５において、厚さ方向における外側の約半分に外面溶接７を、溶接速度を２Ｍ／ｍｉｎとして効率よく行える。しかも溶接施工を、磁気吹き（アークブロー）現象がより発生し難い状態で行える。すなわち、タンデム（２電極）直流ＭＩＧ方式であるがための欠陥である「磁気吹き現象」を機器の改良などにより解決したことにより、突き合わせ部位（突き合わせ溶接部９）に多少の隙間があっても溶接により抜け落ちることなく高速でかつ完全な連続溶接が可能となった。これにより、従来から鋼管のシーム溶接に採用されているサブマージードアーク溶接に比べて、安価でかつ入熱量の少ない高品質な溶接となっている。

なお図５に示すように、内面溶接８も、同様な形式の内面溶接機２１により行える。
上記した実施の形態２では、先行ワイヤーＷＡ_１，ＷＢ_１と後行ワイヤーＷＡ_２，ＷＢ_２とが、それぞれのカバー２５Ａ，２５Ｂを通して送給されているが、これは全てのワイヤーＷＡ_１，ＷＢ_１、ＷＡ_２，ＷＢ_２が、共通のカバーを通して送給される形式などであってもよい。

上記した両実施の形態では、一辺に突き合わせ溶接部９を有する正方体形状の四角形鋼管（製品）１０を製造しているが、これは直方体形状の四角形鋼管（製品）の製造であってもよい。

上記した両実施の形態では、一辺に突き合わせ溶接部（シーム溶接部）９を有する大径で厚肉の四角形鋼管（製品）１０を製造しているが、これは大径で薄肉の四角形鋼管、小径で厚肉の四角形鋼管、小径で薄肉の四角形鋼管、さらには、これらの六角形鋼管や八角形鋼管などの製造であってもよい。

本発明の実施の形態１を示し、角形鋼管の製造方法における開先成形工程までの説明図である。同角形鋼管の製造方法における４隅部成形工程までの説明図である。同角形鋼管の製造方法における溶接工程までの説明図である。同角形鋼管の製造方法における製造された四角形鋼管の説明図である。本発明の実施の形態２を示し、角形鋼管の製造方法における溶接工程までの説明図である。同角形鋼管の製造方法における外面溶接機の側面図である。同角形鋼管の製造方法における外面溶接機のルートパストーチ部分の正面図である。同角形鋼管の製造方法における外面溶接機の仕上げパストーチ部分の正面図である。同角形鋼管の製造方法におけるアース位置を説明する概略平面図である。

符号の説明

１帯鋼板（鋼鈑）
１Ｂ幅方向
１Ｃ縁部
２ａ開先
２ｂ開先
２開先
３隅部
４隅部
５突き合わせ部
６四角形状鋼管
７外面溶接
７ａ前段溶接
７ｂ後段溶接
８内面溶接
９突き合わせ溶接部
１０四角形鋼管（製品）
１１トリミング開先加工機
１２前段の成形プレス装置
１５後段の成形プレス装置
１８外面溶接機
１８Ａルートパストーチ（トーチ）
１８Ｂ仕上げパストーチ（トーチ）
１９ロール
２０ロール
２１内面溶接機
ｔ板厚
Ｌ外寸
Ｇ混合ガス
Ｗワイヤー
Ａトーチ間隔
Ｂ溶接方向
θ 前進角
ＷＡ_１ワイヤー
ＷＡ_２ワイヤー
ＷＢ_１ワイヤー
ＷＢ_２ワイヤー

Claims

幅方向における両縁部に開先を形成した鋼板の、幅方向における複数箇所を折り曲げたのち、外側から加圧することで、開先どうしを突き合わせした一つの突き合わせ部を形成し、この突き合わせ部を溶接することにより角形鋼管を製造するに、溶接は、タンデム直流方式によるＭＩＧ溶接により、外面溶接機による外面溶接と、内面溶接機による内面溶接との２回の溶接施工により行い、その際にタンデム直流方式によるＭＩＧ溶接は、角形鋼管側に設定されたアース位置に対して、溶接方向が少しの距離だけ接近方向とされたのち離間方向とされて行うことを特徴とする角形鋼管の製造方法。
タンデム直流方式によるＭＩＧ溶接は、そのトーチ間隔を溶接方向で１２０〜３００ｍｍ隔てて配設された１対のトーチを有し、これらトーチの前進角は０〜９度に設定され、両トーチのそれぞれから、溶接方向で１対のワイヤーが送給されながら溶接施工されることを特徴とする請求項１記載の角形鋼管の製造方法。
鋼板の板厚は９〜１９ｍｍであることを特徴とする請求項１または２記載の角形鋼管の製造方法。