JP4177783B2 - Pipe making welding method of pure titanium - Google Patents
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Description
本発明は、純チタンの帯状フープをロール成形により円筒状に丸めながら、スクイズロールを用いてフープの両端面を突き合わせ溶接して連続的に造管する技術に関する。 The present invention relates to a technique for continuously pipe-forming a butt-welded end face of a hoop using a squeeze roll while rolling a strip-like hoop of pure titanium into a cylindrical shape by roll forming.
図1に、一般的なスクイズ装置を用いて溶接造管する場合に、溶接部に働くスプリングバックの影響を説明する概略図を示す。チタン等、ヤング率が小さく且つ耐力が大きい金属薄板を成形加工する場合、スプリングバックが発生し易い。このような金属薄板の長尺フープをロール成形により円筒状に丸めながら、スクイズロールを用いて板の両端エッヂ面をギャップ0で突き合わせ、その突き合わせ部をアーク溶接して連続造管する場合において、溶融部の凝固が完了する前にスプリングバックが作用して、図2に示したように管内面溶接ビードの幅方向中央部の表面に微細な割れが生じることがある。この現象はスプリングバックの大きい材料ほど発現し易い。また、この現象は、溶融部が最終凝固する位置がスクイズ点に近い場合には、スクイズロールによる押し付けが有効であるために発現しないが、溶融部の最終凝固位置がスクイズ点から離れるに連れてスクイズの作用が弱まり、割れが発生する可能性が高まる。例えば、造管速度が高い場合は必要な溶接入熱も高まるために溶融プールの大きさが拡大し、溶融部の最終凝固位置がスクイズ点から遠ざかる。その結果、上記の微細割れ現象が発現し易くなる。 FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the influence of a spring back acting on a welded part when welding pipes using a general squeeze device. When a thin metal sheet having a small Young's modulus and a high yield strength, such as titanium, is formed and processed, springback is likely to occur. In the case where a long hoop of such a thin metal plate is rolled into a cylindrical shape by roll forming, the edge surfaces of both ends of the plate are butted with a gap 0 using a squeeze roll, and the butted portion is arc welded to continuously form a pipe. A springback may act before the solidification of the molten part is completed, and as shown in FIG. 2, a fine crack may occur on the surface of the center part in the width direction of the pipe inner surface weld bead. This phenomenon is more likely to occur with a material having a larger springback. In addition, this phenomenon does not appear when the position where the melted part is finally solidified is close to the squeeze point, because the pressing by the squeeze roll is effective, but as the final solidified position of the melted part moves away from the squeeze point. The action of squeeze is weakened and the possibility of cracking is increased. For example, when the pipe making speed is high, the necessary welding heat input is also increased, so that the size of the molten pool is enlarged, and the final solidification position of the molten portion is moved away from the squeeze point. As a result, the above-described fine cracking phenomenon is likely to occur.
この問題に対し、従来、拘束治具を用いて小径ロールを造管軸方向に複数配列することにより、材料のスプリングバックを抑制し、突き合わせギャップ量を最小に押さえ込んだ直線領域を確保して溶接する造管方法(特許文献1:小径ロール複数配列スクイズ装置)や、管状体を加熱した状態で溶接することで材料のスプリングバックを軽減する造管方法(特許文献2:温間加熱造管法)、更には、突き合わせ溶接前のロール成形段階で材料の左右の領域を交互に小半径に成形することにより、突き合わせ溶接時でのスプリングバックを軽減する方法(特許文献3:非対称曲げ成形造管法)が提案されてきた。
一方、この問題に対し、溶接方法、溶接条件で対処する方法が考えられる。
その一つは、溶接トーチ位置をスクイズ点より上流側に設定し、溶融部の最終凝固位置をスクイズ点に近づける方法であり、図3に概略図を示す。
もう一つは、プラズマ溶接法を活用する方法であり、集中力の高いプラズマアークにより小さな溶融プールを形成しつつ突き合わせ部の管内面にまで溶融を貫通させて管内面側ビードを形成し、しかる後、後方にて少なくとも1回の化粧盛溶接を行う方法(特許文献4:ステンレス溶接鋼管の製造法、特許文献5:チタンまたはチタン合金溶接管の製法)が提案されている。
On the other hand, a method of dealing with this problem by a welding method and welding conditions is conceivable.
One of them is a method of setting the welding torch position upstream of the squeeze point and bringing the final solidification position of the melted part closer to the squeeze point, and a schematic diagram is shown in FIG.
The other is a method using plasma welding, in which a melt is penetrated to the tube inner surface of the butt portion while forming a small melt pool by a plasma arc having a high concentration power, thereby forming a bead on the tube inner surface side. Thereafter, a method of performing at least one decorative welding at the rear (Patent Document 4: Manufacturing method of stainless steel welded steel pipe, Patent Document 5: Manufacturing method of titanium or titanium alloy welded pipe) has been proposed.
上記特許文献1〜3に記載の発明は、何れも材料のスプリングバックを最小に押さえ込むことを狙いとしたものであり、それぞれ効果的な解決方法であるが、何れの発明も、従来型の溶接造管ラインに、特殊な専用治具や成形ロール構造、加熱処理設備を組み込むことが必要であり、これら特別な装備を様々な管寸法へ適用することはエンジニアリング上の困難を伴ったり、多大な設備投資が必要であり、経済的な解決手段とは言えない。また、何れの方法もスプリングバックの作用を完全に0に押さえ込むものでは無い。
また、図3に記載の方法によれば、スプリングバックによる割れの発生は緩和されるものの、スクイズ点より上流側に遡るほど突き合わせ部の両端面のギャップ量は拡大するため、溶接品質を考慮すると溶接トーチ位置の変更にも限度がある。例えば、板厚0.5mmの薄肉チタン管の場合、溶け落ち等の無い健全な溶接品質を維持するためには、溶接トーチ位置の移動可能な距離は数mmからせいぜい10mm程度の範囲に制限されるため、この方法による大きな改善は期待できない。
The inventions described in the
In addition, according to the method shown in FIG. 3, although the occurrence of cracks due to the springback is mitigated, the gap amount at both end faces of the butt portion increases as it goes upstream from the squeeze point. There is a limit to changing the position of the welding torch. For example, in the case of a thin-walled titanium tube with a thickness of 0.5 mm, in order to maintain a sound weld quality without melting, the movable distance of the welding torch position is limited to a range from several mm to at most about 10 mm. Therefore, a great improvement by this method cannot be expected.
また、特許文献4、5に記載の発明によれば、溶融プールが小さくなることで、その最終凝固位置がスクイズ点近傍に近づき、割れ発生が抑制されることになるが、集中力の高いプラズマアークを用いるため、管材の板厚が厚い場合には適用し易いが、例えば板厚が0.5mm以下の薄い材料に適用する場合には溶接時の溶け落ちが発生する危険が高い。従って、スプリングバックが大きく板厚が薄い材料では、前述の溶接トーチ位置をスクイズ点より上流側に設定することは危険である。また、高速造管側では入熱の増加に伴い溶融プールの大きさも拡大するため、微細割れが発生し易くなる傾向はTIG溶接の場合と同様である。
以上の成形と溶接に関する従来技術を組み合わせることにより、管内面溶接ビード表面の微細割れ防止の相乗効果が有る程度期待できるものの、未だスプリングバックによる影響を完全に抑え込むには到っておらず、従って、今後、更なる材料の高強度化、造管速度の高速化が要求される中で、技術的限界が露呈することが予想される。また、今後、管材の薄肉化が望まれた場合には、アークの集中力が高いプラズマ溶接法の適用には限界があり、これに対する解決手段が必要である。
In addition, according to the inventions described in
By combining the above-mentioned forming and conventional technologies related to welding, it can be expected to have a synergistic effect of preventing microcracking of the pipe inner surface weld bead surface, but the effect of springback has not yet been completely suppressed. In the future, it is expected that the technical limits will be exposed in the future, with the demand for higher strength of materials and higher pipe forming speed. Further, in the future, when it is desired to reduce the thickness of the pipe material, there is a limit to the application of the plasma welding method in which the concentration power of the arc is high, and a solution to this is necessary.
そこで、本発明は、上記スプリングバックの影響を完全に押さえ込んで溶接することにより、管内面溶接ビード表面の微細割れ発生の問題を解決する方法を提案するものであり、その適用範囲としては、管材の鋼種、板厚、管径を特に限定するものではない。本発明は、基本的に従来の溶接造管ラインをそのまま活用するものであり、設備上の対策としては、主に溶接トーチの増設等に関する極めて小規模の改造を施すことによるものである。 Therefore, the present invention proposes a method for solving the problem of occurrence of fine cracks on the pipe inner surface weld bead surface by completely pressing down the influence of the spring back and welding, and as an application range thereof, The steel type, thickness, and pipe diameter are not particularly limited. The present invention basically uses the conventional welded tube line as it is, and the countermeasure on the equipment is mainly based on a very small-scale modification related to the expansion of the welding torch.
本発明は、従来のスクイズ装置を用い、主に溶接技術の活用による解決手段を以下、提案するものである。すなわち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
(1)純チタンの帯状フープを、ロール成形により円筒状に丸めながら、スクイズロールを用いてフープの両端面を突き合わせ溶接して連続的に造管する、純チタンの造管溶接方法において、先ず、スクイズ点の近傍で1本目の溶接トーチを用いて裏ビードを形成しない入熱条件にて連続した仮付け溶接を実施し、引き続き、仮付け溶接部の凝固が完了した位置より下流側で、2本目の溶接トーチを用いて仮付け溶接部の上から裏ビードを形成する入熱条件にて本溶接を行うことを特徴とする、純チタンの造管溶接方法。
(2)前記本溶接に引き続き、3本目の溶接トーチを用いて、または更に4本目の溶接トーチを用いて、本溶接ビードの上から化粧盛溶接を実施することを特徴とする、上記(1)に記載の純チタンの造管溶接方法。
The present invention proposes the following means for solving the problem mainly by utilizing a welding technique using a conventional squeeze device. That is, the gist of the present invention is as follows.
The band hoop (1) pure titanium, while rounding into a cylindrical shape by roll forming, for pipe-making to continuously welded butt both end faces of the hoop by using a squeeze roll, the pipe forming method of welding pure titanium, is first In the vicinity of the squeeze point, using the first welding torch, continuous tack welding was performed under the heat input condition in which the back bead was not formed, and subsequently downstream of the position where the solidification of the tack welded portion was completed, A pipe making and welding method for pure titanium , wherein the main welding is performed under a heat input condition in which a back bead is formed from above the tack welded portion using a second welding torch.
(2) After the main welding, cosmetic welding is performed on the main welding bead using the third welding torch or further using the fourth welding torch (1) ) For pipe making and welding of pure titanium .
本発明は、純チタンの連続溶接造管に際し、管内面溶接ビード表面の微細割れ発生を防止し、高速な溶接造管を可能とする製造方法を提供するものであり、工業上、有益な効果をもたらし得るものである。 The present invention provides a production method that prevents the occurrence of fine cracks on the inner surface of the pipe inner weld bead and enables high-speed welded pipe production in the case of continuous welding pipe production of pure titanium. Can bring about.
以下、本発明を詳細に説明する。図4に本発明の実施例の造管溶接方法を示す。
少なくとも1対以上のスクイズ装置と、溶接トーチとしては2本以上を用いる方法において、先ず、スクイズ6のスクイズ点の近傍で1本目の溶接トーチ1を用いて、裏ビードを形成しない入熱条件にて連続した仮付け溶接を実施し、突き合わせシーム部を一体化する。続いて、2本目の溶接トーチ2を用いて、1本目の溶接トーチ1により仮付けされた溶接部11の上からビードンプレート溶接を行い、裏ビードを形成する。このとき、2本目の溶接トーチ2による溶接開始位置は、1本目の溶接トーチで溶融した金属が少なくとも完全に凝固した領域以降の川下側に設定する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. FIG. 4 shows a pipe making welding method according to an embodiment of the present invention.
In a method using at least one pair of squeeze devices and two or more welding torches, first, the
1本目の溶接トーチ1で実施する仮付け溶接方法は、TIG溶接が最適と考えられる。その第一の理由は、2本目の溶接トーチ2で実施する本溶接を安定して行うためには、仮付け溶接部の表面ビード形状11が平滑であることが望ましく、そのためにはTIG溶接が最適である。第二の理由としては、裏ビードを形成する必要が無いため、プラズマ溶接やレーザ溶接のような深い溶け込みが必要無いことである。
2本目の溶接トーチ2で実施する本溶接方法としては、TIG溶接の他、プラズマ溶接、レーザ溶接等が選択肢として考えられる。選択の考え方としては、例えば管材の板厚が1.0mm以上の厚肉管の場合で高速造管のために深い溶け込み性能が必要な場合には、アークの集中力が高い溶接法が有効でありプラズマ溶接やレーザ溶接の適用が考えられる。反対に、例えば管材の板厚が0.5mm以下の薄肉管の場合には、アークの集中力が高いと溶け落ち現象が発生し易いため、プラズマ溶接やレーザ溶接は危険であり、TIG溶接の選択が無難である。
TIG welding is considered optimal for the tack welding method performed with the
As a main welding method to be performed by the
本発明によれば、1本目の溶接トーチ1により仮付け溶接を施されて一体化された管体は、2本目の溶接トーチ2による裏波溶接に際しては、もはやスクイズロールを用いてスプリングバックを押さえ込み、突き合わせギャップを0に制御する必要は無い。また、2本目の溶接トーチ2により形成された溶融プールは、凝固完了した仮付け溶接部11と同じく凝固が完了した本溶接部13による前後の強い拘束が働いているために、スプリングバックによる割れが容易に発生することは無く健全な裏波溶接が可能であるが、高速造管時に溶融プールのサイズが拡大した場合等において、念のためにスクイズ7を用いてバックアップしても良い。スクイズ7を用いる場合の2本目の溶接トーチ2の位置としては、従来のように突き合わせ部のギャップを配慮する必要が無いため、管軸方向の位置を自由に選べる長所を活かし、最終凝固位置がスクイズ点に一致するように設定すれば良い。以上の技術を適用することにより、ビード表面微細割れの問題が解決される。
高速溶接条件下において、2本目の溶接トーチ2で実施した本溶接ビード13の表面形状にアンダーカットが発生する場合には、3本目の溶接トーチ3としてTIG溶接を用いて小入熱条件で表面部分のみを再溶融してビード形状を平滑化する化粧盛溶接を行うことでアンダーカットの修復が可能である。3本目のTIG溶接だけでは、溶融幅が足りず、2本目の本溶接ビード全幅を十分に平滑化できない場合には、さらに4本目のTIG溶接トーチ4を導入し、残された部分を平滑化すれば良い。
According to the present invention, the tube body that has been integrated by tack welding by the
When undercut occurs in the surface shape of the
表1に従来法と本発明法について、それぞれ溶接造管した実施例の溶接条件を示す。純チタンを用いて、速度5m/分、6m/分、7m/分の3水準で外径25.4mm、板厚0.5mmの管のTIG溶接造管を行った。表2に管内面溶接ビード部表面の微細割れ発生の有無と表ビード形状を比較した結果を示す。本発明例のTIG溶接トーチ2本を用いる場合は、図4の1本目の溶接トーチ1としてTIG溶接トーチを用い、スクイズ6のスクイズ点に配置し、溶接電流100〜120Aを投入して、裏ビードを形成せずに連続した仮付け溶接を実施した。2本目の溶接トーチ2もTIG溶接トーチであり、1本目のTIG溶接トーチ1から100mm後方の位置に配置し、凝固が完了した仮付け溶接部の上から溶接電流140A〜170Aを投入して裏ビードを形成する本溶接を実施した。本発明例のTIG溶接トーチを4本用いた場合は、上記の2本目までの条件は同じである。3本目のTIG溶接トーチ3は2本目の100mm後方に配置し、4本目のTIG溶接トーチ4は3本目の100mm後方に配置した。3本目と4本目のTIG溶接電流は2本目の溶接電流値以下の110〜130Aに抑え、2本目のTIG溶接で形成された表ビード部13を再溶融して平滑化し、アンダーカット形状を修復する化粧盛溶接を実施した。3本目と4本目の管周方向のTIGトーチ位置は、それぞれの再溶融域がビード中央部で僅かに重ねる程度にずらして配置し、2本目のTIG溶接ビード13の全幅領域をカバーした。
比較例は、図1に示した従来から実施されている方法であり、スクイズ装置は本発明例と同じ仕様である。溶接トーチはTIG溶接トーチ1本のみを使用し、スクイズ6のスクイズ点に配置し、溶接電流140〜170Aを投入して裏ビードを形成する本溶接を実施した。
比較例では、造管速度6m/分で管内面溶接ビード表面の微細割れが発生し、造管速度7m/分でアンダーカットによる表ビード形状不良が発生した。本発明例では、造管速度7m/分でも管内面溶接ビード表面の微細割れの発生は無い。表ビード形状に関しては、TIG溶接トーチ2本の場合は比較例と同様に造管速度7m/分でアンダーカットによる形状不良が発生するが、TIG溶接トーチ4本を使用した場合は、ビード形状が改善されて造管速度7m/分でも平滑な表ビード形状が得られた。
The comparative example is a conventional method shown in FIG. 1, and the squeeze device has the same specifications as the example of the present invention. Only one TIG welding torch was used as the welding torch, and the welding torch was placed at the squeeze point of the
In the comparative example, fine cracks occurred on the pipe inner surface weld bead surface at a pipe making speed of 6 m / min, and a surface bead shape defect due to undercut occurred at a pipe making speed of 7 m / min. In the example of the present invention, there is no occurrence of fine cracks on the pipe inner surface weld bead surface even at a pipe making speed of 7 m / min. As for the surface bead shape, in the case of two TIG welding torches, a shape defect due to undercut occurs at a pipe forming speed of 7 m / min as in the comparative example, but when four TIG welding torches are used, the bead shape is As a result, a smooth surface bead shape was obtained even at a pipe forming speed of 7 m / min.
1、2、3、4 1本目〜4本目の溶接トーチ
5、6、7 スクイズ装置
8 溶接管材
9 溶接前の突き合わせ部がスプリングバックにより開口した状況
10 1本目の溶接トーチで仮付け溶接した時の溶融プール
11 1本目の溶接トーチで仮付け溶接して得られた溶接ビード部
12 2本目の溶接トーチで本溶接した時の溶融プール
13 2本目の溶接トーチで本溶接して得られた溶接ビード部
14 3本目の溶接トーチで化粧盛溶接した時の溶融プール
15 3本目の溶接トーチで化粧盛溶接して得られた溶接ビード部
16 4本目の溶接トーチで化粧盛溶接した時の溶融プール
17 4本目の溶接トーチで化粧盛溶接して得られた溶接ビード部
18 TIGトーチ1本で、管内面溶接ビードを形成する場合の溶融プール
19 18の溶融プールが最終凝固する位置に働くスプリングバックの大きさ
20 TIGトーチ1本で、管内面溶接ビードを形成する場合において、高速造管のため、溶接入熱を増大させた時の拡大した溶融プール
21 20の溶融プールが最終凝固する位置に働くスプリングバックの大きさ
22 管内面溶接ビードの表面微細割れ
23 突き合わせ部端面のギャップ
24 TIGトーチ1本で管内面溶接ビードを形成する場合において、TIG溶接トーチの位置を前方に移動した場合の溶融プール
25 24の溶融プールが最終凝固する位置に働くスプリングバックの大きさ
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