JP6103758B2 - シールボックスを使用した電縫鋼管の溶接方法 - Google Patents
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Description
通常、マンドレルには、インピーダの性能が悪化しないよう、インピーダを冷却するための冷却配管が配設されており、インピーダを連続的に冷却することができる。このインピーダの冷却水は、溶接点付近に位置するインピーダケース先端部から噴出され、内面ビード切削装置の切削バイトを冷却する役目も果たしている。
しかし、ペネトレータが発生し易い帯鋼を用いて電縫鋼管を製造する場合は、この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。
そのため、このペネトレータの発生を極力抑えるために、溶接部を周知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。
すなわち、オープンパイプ1の外径より大径の内径を有する内筒2と、高周波ワークコイル3に内接する外筒4とから主としてなるシールボックス5が用いられ、電縫鋼管6内に挿入する内面ビード切削装置7、インピーダ8を内蔵するインピーダケース9、切削装置7に接続されたマンドレル10、マンドレル10に設けられ溶接点11付近に位置するシールドガスを噴出するためのシールドガス配管12等が配設されている。
すなわち、前述の装置においては、溶接部近傍への大気の流入を防止することは可能であるが、シールボックス内の酸素濃度を十分に下げることができず、ペネトレータすなわち、酸化物欠陥を零にすることはできなかった。また、シールボックスの管入側及び管出側の部分が固定の内径となっているため、種々の鋼管寸法に対応するためには、鋼管寸法毎にガスシールド装置を準備しなければならず、取替えが必要なため生産性を悪化させる。また、シールドボックスの取替えの場合には、シールドボックス自体が内筒と外筒の二重筒状であるため、あらゆる鋼管寸法に合わせて種々のシールドボックスを用意し、かつ、交換することは、経費上及び労力上からも極めて困難なことであった。また、鋼管を円筒状に成形するフォーミングロール冷却水の流入の防止が困難であり、溶接点付近で冷却水の蒸発により生成する水蒸気によってシール性が極端に悪化する可能性もあった。
すなわち、シールボックスの内部に、高周波加熱コイルと、スクイズロールと、シールボックス入口ガス供給管及びその第1噴出口と、溶接点ガス供給管及びその第2噴出口と、シールボックス雰囲気調整用ガス供給管及びその第3噴出口と、酸素濃度計と、電縫鋼管内面に挿入される内面ビード切削装置と、前記内面ビード切削装置にマンドレルを介して接続されたインピーダと、前記インピーダと内面ビード切削装置を連続して冷却するための液体の不活性ガス供給管とその液体を構成する液体窒素の不活性ガスを前記内面ビード切削装置の手前の位置で噴出する第4噴出口とを備え、前記シールボックス雰囲気調整用ガス供給管を介してシールボックス雰囲気調整ガスを流量50L/min以上前記シールボックス内に導入すると共に、かつ、前記シールボックス入口ガス供給管からのシールボックス入口ガス流量が100L/min以上、溶接点ガス供給管からのガス流量50L/min以上で吹付けると共に、前記インピーダと前記内面ビード切削装置の冷却用の前記液体の不活性ガス流量を5L/min以上導入し、前記シールボックス内の酸素濃度を100ppmから20ppmとし、前記各ガス流量の合計であるトータルガス流量を400L/min以下となるように制御することにより、液体不活性ガス供給管からの液体の不活性ガスを内面ビード切削装置の手前位置で噴出させることができ、従来、発生していた溶接点付近で冷却水の蒸発により生成していた水蒸気を皆無とし、インピーダの冷却を液体の不活性ガスにより冷却することができる。
従って、高周波加熱コイルから溶接点を経てスクイズロール後方までの全体をボックス構造とし、その内部を不活性ガス雰囲気とし、かつ酸素濃度を100ppm以下としつつ溶接を行い、シールボックス入口からの大気侵入防止と溶接点への不活性ガス吹付けにより、ペネトレータ欠陥を皆無にすることができる。
尚、従来例と同一又は同等部分には、同一符号を付して説明する。
図1において、符号5で示されるものはフォーミングスタンド出側20からのオープンパイプ1が挿入される全体形状が箱形のシールボックスであり、このシールボックス5内の流体には、その管入側可変部21から下流側にかけて、高周波加熱コイル22、スクイズロール23及び管出側可変部24が設けられている。
さらに、シールボックス5内には、ボックス内の雰囲気を排出するための排気口(図示せず)を設けてもよい。
従って、前述の構成によれば、フォーミングロールの冷却水及び大気の侵入を防止できること、インピーダ8の冷却及び内面ビード切削装置7を液体の不活性ガスにより冷却するため水蒸気の発生を皆無にすることが可能であり、図3で示されるような酸化物欠陥であるペネトレータ割れ50の発生を零とすることができる。
また、前記インピーダ8を低温の液体窒素ガスで冷却するため、連続製造中におけるインピーダ8の発熱を効果的に抑制でき、溶接効率の向上を図ることができる。
Si:1.0%、Mn:1.0%を含む外径30mm、肉厚5.0mmの電縫鋼管の製造に際し、図1に示すシールボックス溶接装置40内の酸素濃度、溶接点11におけるガス流量、シールボックス入口におけるガス流量、雰囲気調整ガス流量、インピーダ8の冷却及び内面ビード切削装置7の冷却用のガス流量とペネトレータ割れ率の関係を調査した。なお溶接点ガス、シールボックス入口ガス、雰囲気調整ガスには気化したN2ガスを用いた。
インピーダ8の冷却と内面ビード切削装置7の冷却には液体窒素を用い、その流量は、2〜12L/minとした。酸素濃度は10ppm〜21%まで変化、溶接点におけるガス流量は10〜280L/min、シールボックス入口におけるガス流量は10〜300L/min、シールボックス雰囲気調整ガス流量は0〜300L/minまでそれぞれ変化させ、造管速度20m/min、で製造した。酸素濃度21%とは、シールボックスを開放して大気中での造管を意味する。
評価方法は図2に示すように溶接部分を圧縮方向に対して垂直の方向に置いて、へん平試験を行った。試験片は、それぞれの製造条件において、20本を採取し、それぞれ1mの試験片を採取して、ペネトレータ割れ率を測定した。ペネトレータ割れ率は、1mの試験片に占めるペネトレータ割れ長さを言う。図3にへん平試験による代表的なペネトレータ割れの例を示す。
本発明の条件、すなわちシールボックス入口のガス流量を100L/min以上で吹付け、雰囲気調整ガス流量を50L/min以上で導入し、かつ、溶接点11におけるガス流量を50L/min以上とし、インピーダ8と内面ビード切削装置7の冷却用の液体ガス流量を50L/min以上とし、かつ酸素濃度を100ppm以下に抑えることにより、健全な溶接が行えることとペネトレータ割れを皆無にすることが可能となる。
前述の表1のシールボックス5内の酸素によれば、10ppm〜80ppmの範囲であるが、さらなる実験の結果によれば、酸素濃度100ppmから20ppmまでは前述と同様の作用効果を得ることができた。
尚、表1において、ガス流量を増加させればペネトレータ割れ抑制が可能であるが、コスト上昇となるため、溶接点におけるガス流量を50L/min以上とシールボックス入口ガス流量を100L/min以上、シールボックス雰囲気調整ガス流量を50L/min以上として、インピーダ8と内面ビード切削装置7の冷却用の液体の不活性ガス流量を5L/min以上として、これらの合計であるトータルガス流量を400L/min以下とすることが最適であった。なお、液体の不活性ガスの種類は、特に限定しないが、大気圧において液体として取り出せるガスを使用する。
5 シールボックス
6 電縫鋼管
7 内面ビード切削装置
8 インピーダ
9 インピーダケース
10 マンドレル
11 溶接点
20 フォーミングスタンド出側
21 管入側可変部
22 高周波加熱コイル
23 スクイズロール
24 管出側可変部
30 シールボックス入口ガス供給管
30a 第1噴出口
31 溶接点ガス供給管
31a 第2噴出口
32 シールボックス雰囲気調整用ガス供給管
32a 第3噴出口
32b 排気口
33 酸素濃度計
34 液体の不活性ガス供給管
34a 第4噴出口
40 シールボックス溶接装置
Claims (1)
- シールボックス(5)の内部に、高周波加熱コイル(22)と、スクイズロール(23)と、シールボックス入口ガス供給管(30)及びその第1噴出口(30a)と、溶接点ガス供給管(31)及びその第2噴出口(31a)と、シールボックス雰囲気調整用ガス供給管(32)及びその第3噴出口(32a)と、酸素濃度計(33)と、電縫鋼管(6)内面に挿入される内面ビード切削装置(7)と、前記内面ビード切削装置(7)にマンドレル(10)を介して接続されたインピーダ(8)と、前記インピーダ(8)と内面ビード切削装置(7)を連続して冷却するための液体の不活性ガス供給管(34)とその液体を構成する液体窒素の不活性ガスを前記内面ビード切削装置(7)の手前の位置で噴出する第4噴出口(34a)とを備え、前記シールボックス雰囲気調整用ガス供給管(32)を介してシールボックス雰囲気調整ガスを流量50L/min以上前記シールボックス(5)内に導入すると共に、かつ、前記シールボックス入口ガス供給管(30)からのシールボックス入口ガス流量が100L/min以上、溶接点ガス供給管(31)からのガス流量50L/min以上で吹付けると共に、前記インピーダ(8)と前記内面ビード切削装置(7)の冷却用の前記液体の不活性ガス流量を5L/min以上導入し、前記シールボックス(5)内の酸素濃度を100ppmから20ppmとし、前記各ガス流量の合計であるトータルガス流量を400L/min以下となるように制御することを特徴とするシールボックスを使用した電縫鋼管の溶接方法。
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