JP4200786B2

JP4200786B2 - 電気溶接機

Info

Publication number: JP4200786B2
Application number: JP2003050532A
Authority: JP
Inventors: 宣男佐藤; 欣吾澤田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2023-02-27
Also published as: JP2004255437A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気溶接機に係わり、特に、鋼帯を円筒状に成形し、突き合わせた部分を大電流で加熱し、溶接する電気溶接機の構造改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管製造技術の一つに、鋼帯を成形ロールで円筒状に成形し、突き合わせた鋼帯幅方向の両端部を電気抵抗で加熱し、溶接する方法がある。この技術で製造した鋼管は、電縫鋼管と称されるが、その溶接に利用する溶接機として、図３に示すような構造のものがある。
【０００３】
すなわち、その溶接機は、電源１からの電流を負荷に応じて電圧を高め、高周波電流に変換するインバータ２と、突き合わした鋼帯幅方向の両端部（以下、シーム部３という）に接触し、該シーム部３に電流を流す昇降自在なコンタクト・ヘッド４と、前記インバータ２からの電流を、前記コンタクト・ヘッド４に導くフレキシブルなリード（以下、フレキシブル・リード５という）とを備えている。なお、リード５をフレキシブルにする理由は、管の後端等で、コンタクト・ヘッドを急速に上昇させる必要があるためである。径や肉厚が比較的大きい電縫鋼管の製造では、コンタクト・ヘッド４に５０００〜７０００アンペアという大電流を流して溶接することもある。その場合、前記フレキシブル・リード５として、図２に示すような幅広の２枚の銅板７で電気絶縁材８を挟み、長手方向の中央部にＳ字形の曲線部９を設けると共に、銅板の表面にリング状で銅製の水冷管１０を多数蝋付けしたものを備えた電気溶接機が利用されている。なお、Ｓ字形の曲線部９を設けてある理由は、前記したコンタクト・ヘッド４の昇降を容易にするためである。
【０００４】
しかしながら、この銅板７のフレキシブル・リード５を備えた電気溶接機を長い間使用していると、該リード５のインバータ２寄りの固定クランプ１１近傍に多数のクラックが発生し、リード５の前記電気絶縁材（以下、単に絶縁材）８が溶損し、電気的なトリップが頻発するようになった。そのため、溶接作業を中断し、絶縁材８や銅板７等を新しいものに交換しなければならない事態が頻繁に起き、円滑な操業ができないという問題が生じている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、フレキシブル・リードが銅板であっても、クラックの発生を従来より抑制し、トリップの発生が防止可能な電気溶接機を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、前記フレキシブル・リードでのクラックの発生原因及びその対策について鋭意研究し、その成果を本発明に具現化した。
【０００７】
すなわち、本発明は、電源からの電流を負荷に応じて電圧を高め、高周波電流に変換するインバータと、鋼帯を円筒状に成形した素管のシーム部に接触し、該シーム部へ電流を流す昇降自在なコンタクト・ヘッドと、該コンタクト・ヘッドへ前記インバータからＳ字形の曲線部及び直線部を経て電流を導く、電気絶縁材を挟んだ２枚の銅板からなり、該銅板の表面に水冷管が銀蝋付けされたフレキシブル・リードとを備えた電気溶接機において、前記銅板の厚みを２±０．５ｍｍにすると共に、前記フレキシブル・リードの全長（Ｌ）に対するＳ字形曲線部のコンタクト・ヘッド側からの距離（Ｌ₁）及び該Ｓ字形曲線部の高さ（Ｌ₂）を、下記の範囲にしてなることを特徴とする電気溶接機である。
【０００８】
Ｌ₁／Ｌ＝０．７５〜０．９５
Ｌ₂／Ｌ＝０．１〜０．３
また、この場合、前記Ｓ字形曲線部及びその近傍部の水冷管を銀蝋付けで、前記直線部分に備える水冷管を高温ハンダ付けで取り付けるのが好ましい。
【０００９】
本発明によれば、リード部が銅板であっても、その局部へ繰り返しかかる応力が緩和され、クラックの発生が抑制されるようになる。その結果、溶接機でのトリップの発生が従来より防止でき、円滑な操業ができるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
発明者は、従来の溶接機におけるフレキシブル・リードについて調査した。そのフレキシブル・リードは、銅板の厚みが３．１７５ｍｍ、幅４０６ｍｍであり、印加される電圧は１７００〜２１００Ｖ，流れる電流は、５０００〜７０００アンペアであった。また、該フレキシブル・リードの銅板表面には、多数のリング状銅管を銀蝋付けで取り付けられ、それぞれに冷却水が流されるようになっている。さらに、インバータ２とは、図２に示したように、固定クランプ１１を介して、またコンタクト・ヘッド４とは、該コンタクト・ヘッド４が１３０ｍｍのストロークで昇降するので、可動クランプ１２を介して接続されている。
【００１２】
そこで、このようなフレキシブル・リード５を備えた溶接機が、約２年程度の使用で固定クランプ１１の近傍に多数のクラックが発生する原因を突き止めることにした。その調査は、固定クランプ１１の近傍の銅板７表面に歪ゲージを貼り、可動クランプ１２側を繰り返しストローク１３０ｍｍで昇降させることで行った。その結果、昇降回数が約６・３万回でクラックが発生し、その際に発生する応力は最高１９．７ｋｇ／ｍｍ²であることがわかった。つまり、銅板７の疲労限界応力は、４〜１４ｋｇ／ｍｍ²なので、上記結果より、クラックの発生原因は、昇降の繰り返しによる疲労破壊にあると結論した。
【００１３】
次に、発明者は、この結論に対する対策を検討し、まず、固定クランプ近傍の応力低減を図るため、銅板７の厚みを従来より薄い２±０．５ｍｍにすることにした。３００ｋＨｚの高周波電流が銅板７へ浸透する深さは０．３ｍｍ程度であるから、１ｍｍ以上あれば電気抵抗は従来と変わらないし、銅板７の表面に銅製の水冷管１０を銀蝋付けするには２ｍｍ以上あれば十分だからである。実際に１００ｍｍ幅の銅板７を用いて、固定クランプ１１付近で応力を測定したところ、２ｍｍ厚で１２．９ｋｇ／ｍｍ²であった。
【００１４】
また、固定クランプ１１近傍の応力を低減するには、フレキシブル・リード５の形状変更も有効であると考えた。つまり、繰り返し応力を緩和する前記Ｓ字形曲線部９より可動側のリード長さを長くしたり、該Ｓ字形曲線部９の高さを高くすれば良い。そして、この考えに基づき実験を重ね、図１に示すように、前記フレキシブル・リード５の全長（Ｌ）に対するＳ字形曲線部９のコンタクト・ヘッド４側からの距離（Ｌ₁）及び該Ｓ字形曲線部９の高さ（Ｌ₂）を、下記の範囲にすれば良いことを見出し、従来の溶接機にこの要件及び前記銅板７の薄肉化を組み合わせて、本発明を完成させたのである。
【００１５】
Ｌ₁／Ｌ＝０．７５〜０．９５
Ｌ₂／Ｌ＝０．１〜０．３
ここで、Ｌ₁／Ｌを０．７５〜０．９５としたのは、０．７５未満では応力緩和効果が小さく、０．９５超えでは該効果が飽和するからである。また、Ｌ₂／Ｌを０．１〜０．３としたのも、同様に０．１未満では応力緩和効果が小さく、０．３超えでは該効果が飽和するからである。
【００１６】
引き続き、発明者は、上記本発明のさらなる改良を検討し、銅製の水冷管１０を銅板７へ取り付ける手段にも着目した。つまり、水冷管１０を銅板７に銀蝋付けするには６２０〜７６０℃に加熱するが、これにより銅板７が焼きなまり、その弾性が低下する。従って、銀蝋付け以外の接合手段を利用するのが好ましいからである。しかしながら、前記Ｓ字形曲線部９及びその近傍は、形状が複雑なので接合強度が必要である。そこで、本発明では、前記Ｓ字形曲線部９及びその近傍を除いた直線部分１３に対してだけは、銀蝋付けに代え、銅の焼なまり温度以下で接合強度の高い高温ハンダ付けで（２００℃程度）取り付けるようにした。
【００１７】
このように、直線部とＳ字状曲線部への銅管（水冷管）の接合方法を使い分けることにより、該直線部及び曲線部の銅板の弾性を変えることができ、結果として１３０ｍｍの昇降に対する銅板のひずみを曲線部に分散させることができる。
【００１８】
【実施例】
本発明に係るフレキシブル・リードを備えた電気溶接機を用いて、電縫鋼管を製造した。その製造方法は、素材である幅９００〜２２００ｍｍ及び厚み４．０〜２５．４ｍｍの鋼帯を成形ロールで該鋼帯の幅方向に曲げ、円筒状に成形し、その突合せた両端部を長手方向に沿い、該電気溶接機を走行させて加熱し、接合するものである。
【００１９】
この際、フレキシブル・リード５には、図１に示したものを採用した。すなわち、銅板７の厚みは、それぞれ２ｍｍとし、前記Ｌ₁／Ｌを０．８４、Ｌ₂／Ｌを０．２０としたものである。また、合計３９個の銅製の水冷管１０は、銅板７のＳ字形曲線部９及びその近傍を銀蝋付けで、直線部分１３をハンダ付けで取り付けている。なお、絶縁材としては厚み１ｍｍのテフロンを２枚重ねで用いた。
【００２０】
かかる電機溶接機を使用した結果、電気的なトリップを発生することなく、電縫鋼管の製造が円滑に行えるようになり、またフレキシブル・リードにはクラックの発生が見られず、その寿命が従来の３倍に延長できた。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、フレキシブル・リードが銅板であっても、その局部へ繰り返しかかる応力が緩和され、クラックの発生が抑制されるようになる。その結果、溶接機でのトリップの発生が従来より防止でき、円滑な操業ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフレキシブル・リードを示す側面図である。
【図２】従来のフレキシブル・リードを示す側面図である。
【図３】フレキシブル・リードを銅板とした電気溶接機を示す斜視図である。
【符号の説明】
１電源
２インバータ
３シーム部
４コンタクト・ヘッド
５フレキシブル・リード
６鋼管
７銅板
８絶縁材
９Ｓ字形曲線部
１０水冷管
１１固定クランプ
１２可動クランプ
１３リードの直線部分

Claims

電源からの電流を負荷に応じて電圧を高め、高周波電流に変換するインバータと、鋼帯を円筒状に成形した素管のシーム部に接触し、該シーム部へ電流を流す昇降自在なコンタクト・ヘッドと、該コンタクト・ヘッドへ前記インバータからＳ字形の曲線部及び直線部を経て電流を導く、電気絶縁材を挟んだ２枚の銅板からなり、該銅板の表面に水冷管が銀蝋付けされたフレキシブル・リードとを備えた電気溶接機において、
前記銅板の厚みを２±０．５ｍｍにすると共に、前記フレキシブル・リードの全長（Ｌ）に対するＳ字形曲線部のコンタクト・ヘッド側からの距離（Ｌ₁）及び該Ｓ字形曲線部の高さ（Ｌ₂）を、下記の範囲にしてなることを特徴とする電気溶接機。
Ｌ₁／Ｌ＝０．７５〜０．９５
Ｌ₂／Ｌ＝０．１〜０．３
前記Ｓ字形曲線部及びその近傍部の水冷管を銀蝋付けで、前記直線部の水冷管を高温ハンダ付けで取り付けてなることを特徴とする請求項１記載の電気溶接機。