JP4539067B2

JP4539067B2 - 電縫管製造装置

Info

Publication number: JP4539067B2
Application number: JP2003346943A
Authority: JP
Inventors: 欣吾澤田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2003-10-06
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2023-10-06
Also published as: JP2005111502A

Description

本発明は、電縫管製造装置に関し、さらに詳しくは製造する鋼管の肉厚範囲が広く、広範な周波数の溶接機が必要なラインの電縫管製造装置に関する。

従来、製造する鋼管の肉厚範囲が広い電縫管製造ラインでは、例えば、真空管回路を用いる溶接装置を用い肉厚６ｍｍ（管径３インチ）を境にして周波数を変更し、肉厚６ｍｍ以下では２５０ｋＨｚ、６ｍｍを越える肉厚では７０ｋＨｚの周波数での溶接を行うことができるようになっていた。この周波数の変更は高周波溶接機の整合部のコンデンサとローディングコイルを接続替えする手段によって実現されていた。

図４はこのような従来の溶接装置を示す回路図である。商用三相交流電源４０から順変換部（整流部）５０に入力された電流は直流出力５１となって逆変換部（発振部）５２に入力され、ここで高周波電流に変換される。この発振部には従来大型の真空管（周波数変換管）が用いられている。その高周波出力５３はコンデンサ５４の切替、ローディングコイル５５の切替によって７０ｋＨｚの高周波電流と２５０ｋＨｚの高周波電流の何れかに選択され、高周波コイル５６に入力され溶接部５７を誘導加熱する。

この場合１台の溶接機で２つの周波数を使用することができるので、溶接装置の設置スペース及びそのレイアウト上は非常に有利であるが、周波数の選択は上記の７０ｋＨｚと２５０ｋＨｚの例が限界である。また、このような２つの周波数をもつことができる溶接機は発振器として真空管を使用した溶接機で可能であった。近年、真空管はその効率の悪さから半導体素子に置きかえられてきている。

近年開発されている半導体式高周波電源の場合、素子の特性上、１００ｋＨｚ超の高周波発振ではＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）を用い、１０〜１００ｋＨｚの高周波発振ではＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ絶縁ゲートパイポーラトランジスタ）が用いられるようになってきた。これらの異なる周波数の変換装置は、それぞれ別々に設置しなければならない。（例えば、非特許文献１参照。）。
電気学会：電気工学ハンドブックｐ１７４１〜１７４２

本発明は、製造する鋼管の肉厚範囲が広く、２以上の溶接周波数が必要な電縫管製造ラインにおいて、周波数の異なる２台の高周波溶接機を使用可能とした技術を提供する。この場合、電縫管製造装置の配列スペースは狭いので、２台の異なる溶接機を別個に溶接位置に近接・離隔させて、交互に入替使用しなければならない。本発明はこのような条件下において用いる電縫管製造装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とする電縫管製造装置である。すなわち、本発明は、誘導溶接の周波数が１００ｋＨｚ超である第１の溶接機と誘導溶接の周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである第２の溶接機との２台の溶接機を備え、該２台の溶接機はそれぞれ、商用電源からの交流電流を直流電流に変換する整流部と、該整流部にて変換された直流電流を所要周波数の高周波電流に変換する発振部・整合部と、該高周波電流が溶接トランスを経て供給されるワークコイルとを有する溶接機であり、前記第１の溶接機は、前記発振部・整合部、前記溶接トランスおよびワークコイルを一体に移動可能とし、前記整流部から前記発振部・整合部への直流ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、前記第２の溶接機は、前記溶接トランスからワークコイルまでの溶接ヘッドのみを移動可能とし、前記発振部・整合部から溶接トランスへの高周波ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、前記第１の溶接機の移動可能部および前記第２の溶接機の移動可能部の移動により、該２台の溶接機を入替使用可能とした機構を備えたことを特徴とする電縫管製造装置である。
本発明において、２台の溶接機を入替使用可能とした機構（移動手段）そのものは公知の技術を用いればよい。

また、本発明は、電縫管製造装置において、誘導溶接の周波数が１００ｋＨｚ超である第１の溶接機と誘導溶接の周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである第２の溶接機との２台の溶接機を備え、該２台の溶接機はそれぞれ、商用電源からの交流電流を直流電流に変換する整流部と、該整流部にて変換された直流電流を所定周波数の高周波電流に変換する発振部・整合部と、該高周波電流が溶接トランスを経て供給されるワークコイルとを有する溶接機であり、前記第１の溶接機は、整流部、前記発振部・整合部、前記溶接トランスおよびワークコイルを一体に移動可能とし、前記商用電源から前記整流部への商用電源ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、前記第２の溶接機は、前記溶接トランスからワークコイルまでの溶接ヘッドのみを移動可能とし、前記発振部・整合部から溶接トランスへの高周波ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、前記第１の溶接機の移動可能部および前記第２の溶接機の移動可能部の移動により、溶接機を溶接位置に入れ替える機構としたことを特徴とする電縫管製造装置である。この場合においても、２台の溶接機を入替使用可能とした機構（移動手段）そのものは公知の技術を用いればよい。

前述のように、電縫管製造装置の溶接機の設置場所は狭く、２台の溶接機は対象とする肉厚の鋼管に対応して入替使用しなければならない。この場合、できるだけ大きさの小さい溶接ヘッド部のみ移動するようにすると、移動用可撓ケーブルの抵抗損失が大きな問題となる。すなわち、インピーダンスＺは
Ｚ＝ｊωＬ
で示されるように高周波電流では周波数に比例し、高周波ケーブルが長大になると抵抗損失が著しく増大する。

従って本発明では、周波数の低い（１０〜１００ｋＨｚ）溶接機（第２の溶接機）は溶接ヘッド部のみを移動させ、高周波部のケーブルを移動用ケーブルとする。一方、周波数の高い（１００ｋＨｚ超）溶接機（第１の溶接機）は整流部から発振部・整合部への直流部のケーブル、あるいは、商用電源から整流部への商用電源ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、高周波ケーブルを固定の短いケーブルとして高周波抵抗を小さくし、溶接ヘッド部及び発振部・整合部、あるいは、溶接ヘッド部及び発振部・整合部及び整流部を一体として前後進移動させるようにした。この周波数の高い（１００ｋＨｚ超）の溶接機（第１の溶接機）は大型になるので、移動する部分が造管ラインに直交する方向から溶接部に近接離隔するように配置した。周波数の低い溶接機（第２の溶接機）は、移動部分の大きさも小さいので、造管ラインの溶接部に対して、造管ラインの直交する方向とは外れた位置から溶接ヘッドのみ移動するようにした。

本発明の電縫管製造装置は以上のように構成されているので、肉厚範囲の広い電縫鋼管を肉厚に応じて適切な周波数の溶接機を切替使用して効率よく使用することが可能となった。そして、高周波電流の抵抗の高い方の高周波溶接機（第１の溶接機）は直流部のケーブルあるいは商用電源から整流部へのケーブルに移動用可撓ケーブルを設けて損失を防止し、周波数の低い方の溶接機（第２の溶接機）は高周波部のケーブルに移動用可撓ケーブルを設けて移動体部分の大きさを小さくした。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

まず、図３を参照して、溶接機の構成について説明する。図３は周波数１００ｋＨｚ超の溶接機（第１の溶接機）１０と周波数１０〜１００ｋＨｚの溶接機（第２の溶接機）２０の両方の装置のブロック図を示すものである。商用電源から商用電源ケーブル１０ｇ、２０ｇを経て入力した３相交流電流は整流部（順変換部）１０ａ、２０ａで直流に変換され、直流ケーブル又はブスバー１０ｂ、２０ｂを経て発振部（逆変換部）・整合部１０ｃ、２０ｃに送られ、ここで、所要周波数の高周波電流に変換される。この発振部・整合部には、従来、真空管発振装置が使用されており、肉厚６ｍｍ超の鋼管は周波数７０ｋＨｚ程度の高周波電流で加熱し、素管のスクイーズ後拡散溶接により溶接する。一方薄肉の鋼管では２５０ｋＨｚ程度の高周波電流を用いて溶接する。高い周波数の高周波電流を用いるのは、薄肉鋼管では低い周波数の高周波電流ではアップセット効果が期待できないからである。これらの高周波電流は高周波ケーブル２０ｅを経て溶接トランス１０ｄ、２０ｄに送られ、ワークコイル１０ｆ、２０ｆに供給される。真空管発振装置では周波数１００ｋＨｚの上下領域に亘る周波数変換ができる。しかし、効率が劣るので、半導体発振装置に変りつつある。ところが半導体発振装置では１００ｋＨｚの上下領域に亘って効率よく作動するものがなく、１００ｋＨｚを境にしてその上下領域では異なる半導体によって発振させるようになっている。

従って、周波数の異なる２台の溶接機を備え、適正に選択して使用するようにせざるを得ない。

図１、図２は本発明の実施例の模式的平面図を示したものである。図１は第１の溶接機１０が作動位置に位置した状態、図２は第２の溶接機２０が溶接位置に移動した状態を示している。電縫鋼管製造ライン３０のフィンパスロール群３１の後流に高周波溶接装置が配設され、加熱したシーム部をスクイズロール３２でアップセットして鋼管のシーム溶接が行われる。

第１の溶接機１０は１００ｋＨｚ超の高周波溶接機で整流部（順変換部）１０ａ、直流ケーブル１０ｂ、発振部（逆変換部）・整合部１０ｃ、溶接トランス１０ｄ等から成り、発振部（逆変換部）・整合部１０ｃ、溶接トランス１０ｄ等を移動台車１１上に載せ、移動台車１１を前後進させ、直流ケーブル１０ｂを長尺の移動用可撓ケーブルとしている。直流ケーブル１０ｂは長尺にしても大きな電力損失を生じない。

また、整流部（順変換部）１０ａを移動台車１１上に乗せることが配置上有利な場合、商用電源ケーブル（商用三相交流電源ケーブル）１０ｇを移動用ケーブルとしてもよい。

図２は第１の溶接機１０を後退させて、第２の溶接機２０を溶接位置に移動させた状態を示している。第２の溶接機２０は、構成要素のうち、整流部（順変換部）、直流ケーブル２０ｂ、発振部（逆変換部）・整合部２０ｃを固定し、溶接トランス２０ｄ以降の部分のみ移動するようにし、移動用可撓ケーブル２０ｅは高周波ケーブル部分としている。

本発明は、周波数１００ｋＨｚ超の溶接機（第１の溶接機）では直流ケーブル１０ｂ又は商用電源ケーブル１０ｇを長尺の移動用可撓ケーブルとし発振部（逆変換部）１０ｃ以降の装置を移動させるようにした。また、周波数１０〜１００ｋＨｚの溶接機（第２の溶接機）２０は高周波ケーブル２０ｅを長尺の移動用可撓ケーブルとし、溶接トランス２０ｄ以降の溶接ヘッドのみを移動させるようにした。

このことにより、第１の溶接機は移動部分の重量や寸法は大となるが直線移動して移動が容易である。また高周波ケーブルを短小にし、直流ケーブル又は商用電源ケーブルを長尺の移動用ケーブルとしたので、高周波電流による大きな抵抗損失が生じない。

一方、第２の溶接機は移動部分が溶接ヘッドのみで、寸法が小さく、移動経路がやや複雑となっても移動は容易である。そして、移動用ケーブルは長尺の高周波ケーブルとしても周波数が比較的に小さいので、抵抗損失は大きくない。以上の施策により、狭い溶接部スペース内で、２台の溶接機を最も合理的に配設することができた。

管径１４８ｍｍφの電縫管製造ラインで、従来の真空管式高周波溶接機を１００ｋＨｚ超の半導体高周波溶接機（第１の溶接機）に変更し、肉厚６ｍｍ以下の鋼管は３００ｋＨｚで溶接するようにし、肉厚６ｍｍ超の鋼管に用いる５０ｋＨｚのＩＧＢＴ式高周波溶接機（第２の溶接機）を付加し、図１、図２に示すように切替えて使用した。図１、図２に示すように、第１の溶接機１０は直流ケーブル１０ｂを移動用可撓ケーブルとし、寸法・重量の大きい発振部（逆変換部）・整合部１０ｃ及び溶接トランス１０ｄを台車１１に載置して直線的に前後進するようにし、第２の溶接機２０は、軽量な溶接トランス２０ｄの部分を曲線経路で移動させるように配列したので、機器を狭い位置に好適に配設することができ、移動用可撓ケーブルをそれぞれ適切に選択したので、効率のよい操業が可能になった。さらに、最大周波数と最小周波数との比は従来３：１程度（２５０ｋＨｚ：７０ｋＨｚ）であったが実施例では６：１程度（３００ｋＨｚ：５０ｋＨｚ）まで拡大され、従来よりも鋼管の肉厚変化に適正に対応することができるようになった。

実施例装置の模式的平面図である。実施例装置の模式的平面図である。実施例のブロック図である。従来の装置の配線図である。

符号の説明

１０第１の溶接機（１００ｋＨｚ超の溶接機）
１１台車
２０第２の溶接機（１０〜１００ｋＨｚの溶接機）
１０ａ、２０ａ整流部（順変換部）
１０ｂ、２０ｂ直流ケーブル又はブスバー
１０ｃ、２０ｃ発振部（逆変換部）・整合部
１０ｄ、２０ｄ溶接トランス
２０ｅ高周波ケーブル
１０ｆ、２０ｆワークコイル
１０ｇ、２０ｇ商用電源ケーブル
３０電縫鋼管製造ライン
３１フィンパスロール
３２スクイズロール

Claims

電縫管製造装置において、誘導溶接の周波数が１００ｋＨｚ超である第１の溶接機と誘導溶接の周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである第２の溶接機との２台の溶接機を備え、該２台の溶接機はそれぞれ、商用電源からの交流電流を直流電流に変換する整流部と、該整流部にて変換された直流電流を所要周波数の高周波電流に変換する発振部・整合部と、該高周波電流が溶接トランスを経て供給されるワークコイルとを有する溶接機であり、
前記第１の溶接機は、前記発振部・整合部、前記溶接トランスおよびワークコイルを一体に移動可能とし、前記整流部から前記発振部・整合部への直流ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、
前記第２の溶接機は、前記溶接トランスからワークコイルまでの溶接ヘッドのみを移動可能とし、前記発振部・整合部から溶接トランスへの高周波ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、
前記第１の溶接機の移動可能部および前記第２の溶接機の移動可能部の移動により、該２台の溶接機を入替使用可能とした機構を備えたことを特徴とする電縫管製造装置。
電縫管製造装置において、誘導溶接の周波数が１００ｋＨｚ超である第１の溶接機と誘導溶接の周波数が１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚである第２の溶接機との２台の溶接機を備え、該２台の溶接機はそれぞれ、商用電源からの交流電流を直流電流に変換する整流部と、該整流部にて変換された直流電流を所要周波数の高周波電流に変換する発振部・整合部と、該高周波電流が溶接トランスを経て供給されるワークコイルとを有する溶接機であり、
前記第１の溶接機は、整流部、前記発振部・整合部、前記溶接トランスおよびワークコイルを一体に移動可能とし、前記商用電源から前記整流部への商用電源ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、
前記第２の溶接機は、前記溶接トランスからワークコイルまでの溶接ヘッドのみ移動可能とし、前記発振部・整合部から溶接トランスへの高周波ケーブルを移動用可撓ケーブルとし、
前記第１の溶接機の移動可能部および前記第２の溶接機の移動可能部の移動により、該２台の溶接機を入替使用可能としたことを特徴とする電縫管製造装置。