JP6166679B2 - めっき溶接鋼管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、めっき鋼帯を湾曲させて形成したオープンパイプの突合部を溶接するめっき溶接鋼管の製造方法に関する。

従来用いられていたこの種のめっき溶接鋼管の製造方法としては、例えば下記の特許文献１，２等に示されている方法を挙げることができる。すなわち、従来方法では、溶接部にめっき金属が混入することによる溶接不良の発生を回避するために、めっき鋼帯の側端部の表裏両面のめっき金属を除去した上で、めっき鋼帯を湾曲させてオープンパイプを形成し、オープンパイプの突合部を溶接してめっき溶接鋼管を製造している。

特開平６−１２２０１８号公報 特許第２７４４５２５号公報

本発明者が溶接不良の発生メカニズムを詳細に検討したところ、以下の知見を新たに得た。

図５は素材鋼板を剪断することで製造されためっき鋼帯１０の断面図であり、図６は図５のめっき鋼帯１０から形成したオープンパイプ１２の断面図である。一般に、めっき鋼帯１０は、素材鋼板を所定幅に剪断することで製造される。このように製造されためっき鋼帯１０の幅方向１０ｂの側端部には、図５に示すようにダレ部１００及びカエリ部１０１が形成される。ダレ部１００及びカエリ部１０１が形成されている。ダレ部１００とは、素材鋼板に剪断刃を押し当てた際に素材鋼板の表面（おもて面）がせん断面側に引きずり込まれることで形成されるものであり、めっき鋼帯１０の表面（おもて面）から側端面に向けて延在された曲面により構成されるものである。カエリ部１０１とは、剪断刃が素材鋼板の裏面（うら面）を通過する際に素材鋼板が引き伸ばされて破断されることで生じるものであり、めっき鋼帯の裏面を反らせるようにめっき鋼帯１０の側端面が裏面側に突出している部分である。カエリ部１０１はバリと呼ばれることもある。この説明における表面及び裏面は、剪断刃を基準として板厚方向に離間する素材鋼板及びめっき鋼帯１０の二つの面を表現しているだけである。

このようなめっき鋼帯１０を湾曲させてオープンパイプ１２を形成した場合、図６に示すように、めっき鋼帯１０の両端のダレ部１００同士が互いに突き合わされるとともに、めっき鋼帯１０の両端のカエリ部１０１同士が互いに突き合わされる。ダレ部１００には素材鋼板の表面のめっき金属１０２が回り込んでいるので、ダレ部１００同士が突き合わされた側においては比較的深い位置までめっき金属１０２が存在する。このダレ部１００のめっき金属１０２が、溶接部の溶融金属内に残存してめっき金属の急激な気化による貫通穴や陥没等の溶接不良を引き起こす。一方で、カエリ部１０１同士が突き合わされている側では突合部の深い位置にめっき金属１０２は存在しない。すなわち、ダレ部１００のめっき金属１０２を除去すれば、カエリ部１０１のめっき金属１０２を除去しなくても溶接不良の発生が回避できる。

上記のような従来のめっき溶接鋼管の製造方法では、めっき鋼帯の側端部の表裏両面のめっき金属を除去しているので、不必要な面のめっき金属も除去していることになり、製造コストが増大している。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、溶接不良の発生を抑えつつ、製造コストを低減できるめっき溶接鋼管の製造方法を提供することである。

本発明に係るめっき溶接鋼管の製造方法は、めっき鋼帯を幅方向に湾曲させてオープンパイプを形成する工程と、オープンパイプの突合部を溶接する工程とを含むめっき溶接鋼管の製造方法であって、めっき鋼帯は、幅方向の側端部にダレ部及びカエリ部を有するものであり、オープンパイプの突合部を溶接する前に、ダレ部のめっき金属のみを除去するめっき溶接鋼管の製造方法であり、めっき鋼帯の進行方向に延在された駆動軸と、駆動軸に放射状に取り付けられるとともに表面に砥粒が付着された複数枚の研磨布とを含む研磨ホイールによりめっき金属を除去する。

本発明のめっき溶接鋼管の製造方法によれば、オープンパイプの突合部を溶接する前に、ダレ部のめっき金属のみを除去するので、溶接不良の発生を抑えつつ、製造コストを低減できる。

本発明の実施の形態１によるめっき溶接鋼管の製造方法を実施するためのめっき溶接鋼管製造設備を示す構成図である。 図１のめっき除去装置を示す正面図である。 図２のめっき除去装置を示す平面図である。 図３のめっき除去装置によりダレ部のめっき金属が除去されためっき鋼帯から形成されたオープンパイプの断面図である。 素材鋼板を剪断することで製造されためっき鋼帯の断面図である。 図５のめっき鋼帯から形成したオープンパイプの断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるめっき溶接鋼管の製造方法を実施するためのめっき溶接鋼管製造設備を示す構成図である。図１に示すめっき溶接鋼管製造設備は、めっき鋼帯１０を素材として溶接管１１を製造する設備である。めっき鋼帯１０のめっき金属の種類としては、Ｚｎ系めっき、Ｚｎ−Ａｌ系めっき、Ｚｎ−Ｎｉ系めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき、Ｎｉ系めっき、Ｓｎ系めっき等を用いることができる。

図１に示すように、めっき溶接鋼管製造設備には、めっき鋼帯１０の進行方向１０ａに沿って順に、めっき除去装置２０、加工ロール群３０並びにスクイズロール４０及びレーザ溶接機５０が設けられている。

めっき除去装置２０は、めっき鋼帯１０の表面（ひょう面）に付着しているめっき金属を除去するためのものである。めっき除去装置２０の具体的な構成については、後に説明する。

加工ロール群３０には、第１及び第２サイドロール３１，３２並びに第１及び第２フィンパスロール３３，３４が設けられている。これらのロール３１〜３４は、めっき鋼帯１０の側端部を徐々に持ち上げて、めっき鋼帯１０の幅方向１０ｂの側端部を互いに突き合わせるようにめっき鋼帯１０を湾曲させて、断面Ｃ字状のオープンパイプ１２をめっき鋼帯１０から形成する。加工ロール群３０は、めっき鋼帯１０の進行方向１０ａに沿うめっき除去装置２０の下流側に配置されている。このため、めっき除去装置２０によるめっき金属の除去は、加工ロール群３０によるめっき鋼帯１０の加工、すなわちオープンパイプ１２の形成の前に行われる。

スクイズロール４０は、オープンパイプ１２の外周を拘束して、オープンパイプ１２の突合部の隙間を閉じるためのロールである。具体的には、スクイズロール４０は、所定の曲率半径を有する円弧面により外周面が形成された一対のサイドロールからなる。レーザ溶接機５０は、スクイズロール４０の上方に配置されている。レーザ溶接機５０は、オープンパイプ１２の突合部の隙間がスクイズロール４０により閉じられているときに、突合部にレーザ光を照射して突合部を溶接することにより、溶接管１１を形成する。

すなわち、図１のめっき溶接鋼管製造設備によって実施されるめっき溶接鋼管の製造方法は、めっき除去装置２０によってめっき鋼帯１０のめっき金属を除去する工程と、めっき鋼帯１０のめっき金属を除去した後に加工ロール群３０によってめっき鋼帯１０からオープンパイプ１２を形成する工程と、スクイズロール４０及びレーザ溶接機５０によってオープンパイプ１２の突合部を溶接する工程とを含んでいる。

次に、図２は図１のめっき除去装置２０を示す正面図であり、図３は図２のめっき除去装置２０を示す平面図である。

ここで、めっき鋼帯１０は、素材鋼板を所定幅に剪断することで製造される。このため、図２に示すように、めっき鋼帯１０の幅方向１０ｂの側端部には、ダレ部１００及びカエリ部１０１が形成されている。ダレ部１００とは、素材鋼板に剪断刃を押し当てた際に素材鋼板の表面（おもて面）がせん断面側に引きずり込まれることで形成されるものであり、めっき鋼帯１０の表面（おもて面）から側端面に向けて延在された曲面により構成されるものである。カエリ部１０１とは、剪断刃が素材鋼板の裏面（うら面）を通過する際に素材鋼板が引き伸ばされて破断されることで生じるものであり、めっき鋼帯１０の裏面を反らせるようにめっき鋼帯１０の側端面が裏面側に突出している部分である。カエリ部１０１はバリと呼ばれることもある。この説明における表面及び裏面は、剪断刃を基準として板厚方向に離間する素材鋼板（及びめっき鋼帯１０）の二つの面を表現するものである。

図２に示すように、めっき鋼帯１０は、カエリ部１０１が上面側に位置し、ダレ部１００が下面側に位置する向きで製造ラインを通される。上述したように、加工ロール群３０は、めっき鋼帯１０の側端部を持ち上げるようにめっき鋼帯１０を湾曲する。すなわち、本実施の形態では、オープンパイプ１２の外周側にダレ部１００が位置するようにオープンパイプ１２が形成される。

図２及び図３に示すように、めっき除去装置２０には、板押さえ２１と、複数の研磨ホイール２２とが設けられている。板押さえ２１は、めっき鋼帯１０の上方に配置されており、めっき鋼帯１０を研磨ホイール２２に対して押し付けるためのものである。

研磨ホイール２２は、めっき鋼帯１０の側端部のめっき金属１０２を研磨により除去するためのものである。各研磨ホイール２２は、駆動軸２２ａと、この駆動軸２２ａに放射状に取り付けられた複数枚の研磨布２２ｂとを含んでいる。駆動軸２２ａは、めっき鋼帯１０の進行方向１０ａと平行に延在されている。研磨布２２ｂは、表面に砥粒が付着された布であり、駆動軸２２ａとともに回転駆動される。各研磨ホイール２２の駆動軸２２ａの回転方向は、めっき鋼帯１０の幅方向１０ｂの中央側から外側に向けてめっき鋼帯１０の表面を研磨布２２ｂが摺動する向きとされている。回転駆動された研磨布２２ｂがめっき金属１０２の表面を摺動されることにより、めっき鋼帯１０の側端部のめっき金属１０２が除去される。なお、図２では１６枚の研磨布２２ｂが駆動軸２２ａに取り付けられているように示しているが、実際にはより多くの研磨布２２ｂが駆動軸２２ａに取り付けられる。また、図３ではめっき鋼帯１０の左右に研磨ホイール２２が二つずつ設けられているように示しているが、研磨ホイール２２の数は任意である。

研磨ホイール２２は、めっき鋼帯１０の下方のみに配置されている。すなわち、本実施の形態では、めっき鋼帯１０のダレ部１００のめっき金属１０２のみが除去されて、カエリ部１０１のめっき金属１０２は除去されない。

次に、図４は、図３のめっき除去装置２０によりダレ部１００のめっき金属１０２が除去されためっき鋼帯１０から形成されたオープンパイプ１２の断面図である。図に示すように、オープンパイプ１２では、めっき鋼帯１０の両端のダレ部１００同士が互いに突き合わされるとともに、めっき鋼帯１０の両端のカエリ部１０１同士が互いに突き合わされる。めっき鋼帯１０のダレ部１００は、オープンパイプ１２の外周側に位置されている。

図４に示すようにダレ部１００のめっき金属１０２を除去すれば、オープンパイプ１２の突合部において深い位置にめっき金属１０２が存在することを回避でき、めっき金属１０２が溶接部に残存して溶接不良を引き起こすことを回避できる。一方で、カエリ部１０１同士が突き合わされている箇所では深い位置にめっき金属は存在しないので、カエリ部１０１のめっき金属１０２を除去しなくても溶接不良の発生は回避できる。

このようなめっき溶接鋼管の製造方法では、オープンパイプ１２を形成する前に、ダレ部１００のめっき金属１０２のみを除去するので、溶接不良の発生を抑えつつ、製造コストを低減できる。具体的には、ダレ部１００のめっき金属１０２のみを除去するので、従来用いていたカエリ部１０１のめっき金属１０２を除去するための構成を省略でき、設備コストを低減できる。また、溶接管１１を形成した後にめっき金属１０２を除去した部分の補修を行う必要があるが、ダレ部１００のめっき金属１０２のみを除去するので補修箇所を少なくできる。

また、オープンパイプ１２の外周側にダレ部１００が位置するようにめっき鋼帯１０を湾曲させるので、めっき金属１０２を除去したことにより補修が必要な箇所が溶接管１１の外周側のみとすることができる。これにより、比較的困難な溶接管１１の内周側の補修を省略でき、作業コストを低減できる。

また、レーザ溶接の場合、オープンパイプ１２の外周側の突合部にめっき金属１０２がある状態で、突合部にレーザ光を照射すると、レーザ光は高密度エネルギーであるため、めっき金属１０２が昇華現象を起こし貫通穴や陥没による溶接不良がより発生し易い。さらに、エネルギー源が光であるため、昇華しためっき金属１０２によりレーザ光が遮蔽され溶接不良が発生する。すなわち、オープンパイプ１２の外周側に位置するダレ部１００のめっき金属１０２を除去することは、レーザ溶接によりオープンパイプ１２の突合部を溶接する場合に特に有用である。なお、ダレ部１００のめっき金属１０２を除去する範囲は、レーザ溶接の熱の影響を受ける範囲であればよく、めっき鋼帯１０の側端から約３ｍｍ程度の範囲である。

本発明者らは、幅方向の側端部にダレ部１００とカエリ部１０１を有する板厚０．８ｍｍのＺｎ系めっき鋼帯１０をオープンパイプ１２に形成し、突合部をレーザ溶接で接合してめっき溶接鋼管を製造した。オープンパイプ１２を形成する前にダレ部１００のめっき金属１０２のみを除去した場合（本発明例）と、めっき金属１０２を全く除去しなかった場合（比較例）とで比較した結果、比較例ではめっき金属を起因とする貫通穴や陥没が溶接部に発生し、さらにはレーザ光の遮蔽による未溶接部も発生した。これに対して本発明例ではめっき金属を起因とする溶接不良は発生せず、本発明による効果を確認できた。

なお、実施の形態では、めっき金属の除去をオープンパイプ１２の形成開始前に行うように説明しているが、オープンパイプ１２の突合部を溶接する前であれば、オープンパイプ１２の形成途中に行ってもよい。

１０ ：めっき鋼帯
１１ ：溶接管
１２ ：オープンパイプ
１００ ：ダレ部
１０１ ：カエリ部
１０２ ：めっき金属

Claims (3)

1. めっき鋼帯を幅方向に湾曲させてオープンパイプを形成する工程と、
   前記オープンパイプの突合部を溶接する工程と
   を含むめっき溶接鋼管の製造方法であって、
   前記めっき鋼帯は、幅方向の側端部にダレ部及びカエリ部を有するものであり、
   前記オープンパイプの突合部を溶接する前に、前記ダレ部のめっき金属のみを除去するめっき溶接鋼管の製造方法であり、
   前記めっき鋼帯の進行方向に延在された駆動軸と、前記駆動軸に放射状に取り付けられるとともに表面に砥粒が付着された複数枚の研磨布とを含む研磨ホイールにより前記めっき金属を除去する
   ことを特徴とするめっき溶接鋼管の製造方法。
2. 前記オープンパイプを形成する工程では、前記オープンパイプの外周側に前記ダレ部が位置するように前記めっき鋼帯を湾曲させることを特徴とする請求項１記載のめっき溶接鋼管の製造方法。
3. レーザ溶接により前記オープンパイプの突合部を溶接することを特徴とする請求項２に記載のめっき溶接鋼管の製造方法。

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