JP6458907B1 - 電縫鋼管製造装置及び電縫鋼管製造方法 - Google Patents
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Abstract
帯状鋼板を管状に成形しつつ、一対の突合せ端面にプラズマ流を供給してシールドしながら溶接を行う電縫鋼管製造装置であって、マンドレルと、前記マンドレルに設けられて前記プラズマ流を供給するプラズマ流供給器と、を備える。
Description
本発明は、電縫鋼管製造装置及び電縫鋼管製造方法に関する。
電縫鋼管の製造においては、一般に、帯状鋼板（以下、単に「鋼板」と称する）を連続的に搬送しながら、多数のロール群により管状に成形し、鋼板の突合せ端面同士をワークコイルによる誘導加熱又はコンタクトチップによる直接通電加熱により溶融させるとともに、スクイズロールにより加圧しながら、突合せ端面間に溶接シームを形成して電縫鋼管とする。
電縫溶接時には、突合せ端面が大気に曝されるため、その表面に酸化物が生成される。この酸化物が残留した場合、溶接部に、ペネトレーターと称される酸化物に起因する溶接欠陥が発生することがある。この溶接欠陥を抑制する手段として、電縫溶接時の溶接部にプラズマ流を供給するプラズマシールド電縫溶接が知られている。
例えば特許文献１には、鋼管の電縫溶接時に、突合せ端面に１４００℃以上の還元性高温燃焼炎又は非酸化性高温プラズマ流を所定流速で吹き付けることにより、突合せ端面での酸化物生成を抑制し、かつ酸化物の排出を促進させる方法が開示されている。以下、溶接部にプラズマ流を供給しながら電縫溶接を行う技術を、プラズマシールド電縫溶接と称する。このプラズマシールド電縫溶接は、プラズマそのものにより溶接を行うプラズマ溶接とは、技術思想が根本的に異なる。
特許文献２には、プラズマジェットを層流又は擬似層流とすることにより、酸化物に起因する溶接欠陥を安定して低減する方法が開示されている。
プラズマシールド電縫溶接では、溶接部にプラズマガスを供給することにより、鋼板の突合せ端部が加熱、溶融する過程において、イオン化されたプラズマガスによる突合せ端部のシールド作用や、イオン化されたプラズマガスによる還元作用等により、突合せ端部が酸素濃度の低い状態に保持される。その結果、溶接後に酸化物欠陥となる可能性のある突合せ端部の酸化膜の発生を抑制でき、欠陥の少ない溶接が可能となる。
電縫溶接プロセスは、溶接部周辺に多数のロールや、誘導電流を発生させるためのコイルもしくはコンタクトチップなど、複数の周辺機器が溶接部の周囲に配置された状態で行われる。その際、従来のように、電縫溶接される鋼板の外側からプラズマ流を供給する場合、上記周辺機器と干渉するためにプラズマ流供給装置を適切に設置できない場合がある。仮に設置出来たとしても、溶接部にプラズマ流を理想的な角度や距離で供給できない場合がある。また、外気の風や気流の影響を受けると、プラズマ流によるシールドが適切になされずに酸素の巻き込み量が増え、溶接部の酸化物系欠陥が増え、溶接部の状態が劣化する場合がある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶接部の品質を向上させ、電縫鋼管の信頼性を高めることができる、電縫鋼管製造装置及び電縫鋼管製造方法の提供を課題とする。
本発明者らは、溶接部にプラズマ流を理想的な状態で供給することにより、電縫鋼管の溶接部の品質を向上させる方法について鋭意検討した。その結果、電縫溶接される鋼管の内側から溶接部にプラズマ流を供給することにより、溶接部の品質向上が可能であることを知見した。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様は、帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面にプラズマ流を供給してシールドしながら溶接を行う電縫鋼管製造装置であって、マンドレルと、前記マンドレルに設けられて、前記オープン管内より前記一対の突合せ端面に向かって前記プラズマ流を供給するプラズマ流供給器と、前記マンドレルに対する前記プラズマ流供給器の相対位置及び相対角度の少なくとも一方を調整する調整機構と、を備える。
（２）上記（１）に記載の電縫鋼管製造装置において、前記プラズマ流供給器の少なくとも一部が、前記マンドレル内に収容されていてもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載の電縫鋼管製造装置において、前記プラズマ流の供給を一時的に遮るプラズマ流受け止め板をさらに備えてもよい。
（４）上記（３）に記載の電縫鋼管製造装置において、前記プラズマ流受け止め板の少なくとも一部が、前記マンドレル内に収容されていてもよい。
（５）上記（３）または（４）に記載の電縫鋼管製造装置において、前記一対の突合せ端面に向かう前記プラズマ流を遮る遮蔽位置と、前記遮蔽位置以外の位置との間で前記プラズマ流受け止め板を移動させる移動機構をさらに備えてもよい。
（６）上記（１）〜（５）の何れか１項に記載の電縫鋼管製造装置において、前記プラズマ流供給器の少なくとも一部を上方より覆うカバーをさらに備えてもよい。
（７）上記（１）〜（６）の何れか１項に記載の電縫鋼管製造装置において、前記一対の突合せ端面同士を接合させるように前記帯状鋼板を加圧する一対のスクイズトップロールと、前記プラズマ流供給器から前記一対のスクイズトップロールに向かう前記プラズマ流を遮蔽する防護壁と、をさらに備えてもよい。
（８）上記（１）〜（７）の何れか１項に記載の電縫鋼管製造装置において、前記マンドレルの先端に設けられ、溶接された電縫鋼管の溶接部内面に生じたビードを除去するビード切削装置をさらに備えてもよい。
（９）本発明の他の態様は、帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面にプラズマ流を供給してシールドしながら溶接を行う電縫鋼管製造方法であって、前記オープン管の内側にあるプラズマ流供給器より、前記一対の突合せ端面に向けて前記プラズマ流を供給する工程を有し、前記プラズマ流の中心線を側面視した場合、前記中心線が、前記帯状鋼板の送り出し方向に平行な方向に対してなす角度が３０°以下である。
（１０）上記（９）に記載の電縫鋼管製造方法において、前記プラズマ流の供給開始前に、前記一対の突合せ端面に向かう前記プラズマ流を一時的に遮蔽する工程をさらに有してもよい。
本発明の上記各態様によれば、プラズマ流供給器をマンドレルに設けたことで、プラズマ流供給器の位置を、管状に形成される鋼板の内側に配置することができる。このようにプラズマ流供給器を鋼管内に配置することで、多数のロールやコイルもしくはコンタクトチップ等の周辺機器との干渉によるスペース制約を回避できる。よって、溶接部となる一対の突合せ端面に対し、理想的な角度及び距離でプラズマ流を供給できる。その結果、電縫溶接の溶接点となるＶ字収束点付近を確実にプラズマシールドすることができ、溶接品質を向上させることができる。また、上記周辺機器との干渉を生じることなく、プラズマ流供給器を一対の突合せ端面に近付けることができるので、プラズマ流供給器から吹き付けるプラズマ流の、一対の突合せ端面位置におけるレイノルズ数を下げることができる。よって、溶接部位置においてプラズマ流を層流に保つことができるので、外気の巻き込みが少なく確実なシールド効果を発揮できる。したがって、外気の風や気流の影響を受けないことに加えて、周囲酸素の巻き込みによる溶接部の酸化物系欠陥の発生を抑えることができるので、電縫鋼管の品質を向上させることができる。
さらに言うと、作動音を発するプラズマ流供給器を管状の鋼板内に配置するので、従来よりも騒音が抑えられた環境での作業を確保することも可能となる。
さらに言うと、作動音を発するプラズマ流供給器を管状の鋼板内に配置するので、従来よりも騒音が抑えられた環境での作業を確保することも可能となる。
本発明の電縫鋼管製造装置及び電縫鋼管製造方法の各実施形態について、図面を参照しながら以下に説明を行う。
［第１実施形態］
図１に示すように、電縫鋼管は、帯状鋼板Ｗ（以下、単に「鋼板Ｗ」と言う）をＸ方向に沿って送り出しながら多数の成型ロール１によって管状に成形し、さらに、その一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２同士を溶接することにより、連続的に製造される鋼管である。
［第１実施形態］
図１に示すように、電縫鋼管は、帯状鋼板Ｗ（以下、単に「鋼板Ｗ」と言う）をＸ方向に沿って送り出しながら多数の成型ロール１によって管状に成形し、さらに、その一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２同士を溶接することにより、連続的に製造される鋼管である。
より具体的に言うと、電縫鋼管を製造する場合には、まず、鋼板Ｗをその長手方向に沿って連続的に搬送しながら、多数の成型ロール１によって管状に成形する。その際、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２を間に挟んでワークコイル（不図示）から通電することにより両突合せ端面ｗ１，ｗ２を加熱し、さらに、多数の成型ロール１中のスクイズトップロール１ａ，１ｂで荷重を加えて、両突合せ端面ｗ１，ｗ２同士を溶融圧着によって溶接する。以上の工程により、電縫鋼管を連続的に製造する。なお、鋼板Ｗは、管状に成形されても溶接前の状態では鋼管として完成していないので、オープン管とも呼ばれる。
本実施形態の電縫鋼管製造装置は、多数の成型ロール１と、マンドレル２と、ビード切削装置３と、プラズマ流供給装置４と、プラズマ流受け止め板５と、カバー６と、防護壁７とを備えている。そして、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２間を溶接するに際し、管状に成形された鋼板Ｗの内側に設けられたプラズマ流供給装置４で発生させたプラズマ流ＰＦを一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２に供給して被覆するプラズマシールドを行う。
マンドレル２は、鋼板Ｗが管状に成形された際の中心軸線と同軸をなすように鋼板Ｗ内に配置される円柱形状の部品であり、その上流端２ａが支持部材２Ａに接続及び支持されている。支持部材２Ａは、鉛直方向上方から下方に向かって延在する部品であり、その下端２Ａａが、管状に形成される鋼板Ｗ内に至るように配置されている。そして、支持部材２Ａの下端２Ａａに対してマンドレル２の上流端２ａが接続されることで、マンドレル２が水平方向（Ｘ方向）に沿って延在するように支持される。
マンドレル２の先端（Ｘ方向の下流端）には、電縫鋼管の溶接部内面に生じたビードを除去するためのビード切削装置３が固定されている。よって、ビード切削装置３は、マンドレル２を介して、支持部材２Ａに支持されている。
図２に示すように、マンドレル２をその長手方向に沿って見た場合のビード切削装置３よりも上流側の位置に、開口２ｂを介して鉛直方向上方に開放された収容空間２ｃが形成されている。この収容空間２ｃ内に、プラズマ流供給装置４が収容されている。収容空間２ｃは、その内部に配置されたプラズマ流供給装置４の位置調整及び傾斜角度を調整するのに十分な広さを有している。
プラズマ流供給装置４を単純に、管状の鋼板Ｗ内に配置しようとすると、マンドレル２との干渉により配置できないが、本実施形態では、そのマンドレル２の存在を逆に利用してプラズマ流供給装置４の配置を可能としている。
図２に示すように、マンドレル２をその長手方向に沿って見た場合のビード切削装置３よりも上流側の位置に、開口２ｂを介して鉛直方向上方に開放された収容空間２ｃが形成されている。この収容空間２ｃ内に、プラズマ流供給装置４が収容されている。収容空間２ｃは、その内部に配置されたプラズマ流供給装置４の位置調整及び傾斜角度を調整するのに十分な広さを有している。
プラズマ流供給装置４を単純に、管状の鋼板Ｗ内に配置しようとすると、マンドレル２との干渉により配置できないが、本実施形態では、そのマンドレル２の存在を逆に利用してプラズマ流供給装置４の配置を可能としている。
ビード切削装置３に加えて、インピーダ（不図示）もマンドレル２に支持させることができる。この場合は、マンドレル２の長手方向で溶接部に近い位置に、前記インピーダを巻いたり置いたりすることで配置可能である。
図２に示すように、プラズマ流供給装置４は、プラズマ流ＰＦを溶接位置の突き合わせ端面ｗ１，ｗ２に向かって吹き付けるプラズマ流供給器４ａと、このプラズマ流供給器４ａをその下方より支持した状態で収容空間２ｃ内に据え付けられえた基台４ｂとを備えている。
プラズマ流供給器４ａは、カソード及びアノード間に供給したプラズマ作動ガスに電圧を印加してプラズマ流ＰＦを生成する。プラズマ流供給器４ａのカソードは、例えば、水冷構造を有する銅製の本体部と、本体部に挿入された棒状のタングステン製の陰極とから構成される。カソードとアノードとの間は電気的に絶縁されている。アノードは、例えば、水冷構造を有する銅製部材を採用できる。
なお、本実施形態のプラズマ流供給器４ａは消費電力が約４０ｋＷであり、これは、溶接専用のプラズマ溶接装置の消費電力の約１／１０である。
なお、本実施形態のプラズマ流供給器４ａは消費電力が約４０ｋＷであり、これは、溶接専用のプラズマ溶接装置の消費電力の約１／１０である。
前記プラズマ作動ガスは、特に限定されるものではない。例えば、Ｈ２ガス、Ａｒガス、及びＮ２ガスからなる混合ガスが一般的であるが、さらにＨｅガスを含む混合ガス等を用いることもできる。Ｈ２、Ｎ２、Ａｒ、それぞれのガス成分の特徴は、一般的に以下のように言われている。
Ｈ２は、熱伝達率が高く、ガス全体の熱伝達率を向上させる効果がある。また、プラズマ流ＰＦになったときに酸素キル作用（大気から巻き込んだ酸素を不活性にする作用）があり、プラズマ流ＰＦ中に混入した酸素と結合し、酸化物の生成抑制効果がある。水素は還元作用、つまり酸化抑制作用を有するので、酸素キル作用とあいまって、酸化物の生成を抑制効果する。しかしながら、水素はプラズマ安定性の阻害作用があり、安定したプラズマが得にくいという欠点もある。
Ｎ２は、質量がＡｒより軽いため、レイノルズ数（Ｒｅ）を低くできる。このため、プラズマ流ＰＦを層流化しやすくする効果がある。また、乖離した窒素には、水素と同様に酸素キル作用があり、プラズマ流ＰＦ中の酸素と融合して酸化物の生成を抑制する効果がある。
Ａｒは、プラズマ安定化効果がある。Ａｒは、プラズマ化しやすい元素であり、初期着火時などにＡｒを多くすると、安定したプラズマが得られる。
Ａｒは、プラズマ安定化効果がある。Ａｒは、プラズマ化しやすい元素であり、初期着火時などにＡｒを多くすると、安定したプラズマが得られる。
発生させるプラズマ流ＰＦの長さや、プラズマ流供給角度は特に限定されないが、プラズマ流ＰＦの長さを長くし、プラズマ流ＰＦの径を大きくし、溶接部に対する角度を小さくすることで、溶接部周辺の広い範囲をプラズマ流ＰＦで覆うことが可能となる。これにより、シールドされる突合せ端面ｗ１，ｗ２の長さ範囲が十分に確保されるので、酸化を抑制して溶接品質を確保できる点で好ましい。具体的には、プラズマ流の長さを１００〜５００ｍｍ、プラズマ径を１０〜３５ｍｍ、プラズマ流供給角度θ（図２）を３０°以下、好ましくは２０°以下とするのが好ましい。ここで、プラズマ流供給角度θは、鋼板Ｗの搬送方向（Ｘ方向）を側面視した場合の、プラズマ流ＰＦの中心軸線ＣＬがなす角度である。
ところで、鋼板Ｗを管状に成形する成型ロール１を冷却するために、冷却水が供給される。この冷却水がプラズマ流供給器４ａの吹き出し口に直接かからないようにするために、本実施形態では、プラズマ流供給器４ａの先端に、筒状のカバー４ａ１が設けられている。
従来は、精密機器であるプラズマ流供給装置４を鋼管内に配置する発想が無かった。これに対し、本実施形態では、プラズマ流供給装置４を鋼管内に設置する構成を採用したことで、多数のロールやコイルもしくはコンタクトチップ等の周辺機器との干渉によるスペース制約を受けずに、理想的な角度でプラズマ流ＰＦの供給を可能としている。その結果、鋼板Ｗの溶接点であるＶ字収束点付近に確実なプラズマシールドが実施され、溶接品質を向上させることができる。また、プラズマ流ＰＦを管内側から吹き付けるため、プラズマ流ＰＦが鋼管周辺の風や気流の影響を受けることがない。よって、酸素巻き込みによる溶接部の酸化物系の欠陥発生を抑え、材質が劣化するのを抑止し、もって電縫鋼管の品質を向上させることができる。
また、作動音を発するプラズマ流供給装置４を管内に配置することにより、従来よりも騒音が抑えられた環境での作業を確保することが可能となる。
また、作動音を発するプラズマ流供給装置４を管内に配置することにより、従来よりも騒音が抑えられた環境での作業を確保することが可能となる。
さらに言うと、上述の通り、従来は、鋼管周囲にある周辺機器との干渉を避けるために、プラズマ流供給装置４の位置を溶接部からある程度離す必要があった。これに対し、本実施形態では、鋼管内にプラズマ流供給装置４を配置するため、上記の干渉が生じず、プラズマ流供給装置４を溶接部に近付けることが可能となった。よって、プラズマ流供給装置４から吹き付けるプラズマ流ＰＦを溶接部位置において簡単に層流に保つことができる。すなわち、遠いところから吹き付ける従来構造に比べて、溶接位置でのレイノルズ数をより簡単に下げられる。よって、外気の巻き込みが少ないプラズマ流ＰＦを突合せ端面ｗ１，ｗ２に供給できるので、確実なシールド効果を発揮でき、電縫鋼管の品質をさらに向上させることができる。
図２に示す前記基台４ｂは、プラズマ流供給器４ａの位置調整及び傾斜角度調整を行うことにより、プラズマ流ＰＦの吹き付け先の位置や、吹き付け先に対するプラズマ流ＰＦの角度や、プラズマ流供給器４ａから吹き付け先までの距離などを調整することが可能になっている。
より具体的に言うと、基台４ｂは、例えばモータなどの図示されない駆動機構を備えている。そして、前記駆動機構を動作させることにより、基台４ｂを収容空間２ｃ内で水平移動させたり、収容空間２ｃ内で鉛直方向に昇降させたり、収容空間２ｃ内で傾動させたり、さらにはこれらの動きを組み合わせて行うことができる。前記駆動機構の動作は、図示されない制御装置からの入力信号に従って制御される。
より具体的に言うと、基台４ｂは、例えばモータなどの図示されない駆動機構を備えている。そして、前記駆動機構を動作させることにより、基台４ｂを収容空間２ｃ内で水平移動させたり、収容空間２ｃ内で鉛直方向に昇降させたり、収容空間２ｃ内で傾動させたり、さらにはこれらの動きを組み合わせて行うことができる。前記駆動機構の動作は、図示されない制御装置からの入力信号に従って制御される。
図１及び図２に示す前記カバー６は、矩形の金属板をその中央位置でアーチ状に折り曲げ加工した部品であり、図示されないスライド機構を介してマンドレル２に支持されている。
カバー６は、マンドレル２の開口２ｂの一部も含めて、プラズマ流供給器４ａの本体部分をその上方から覆っている。平面視した場合、カバー６から外方にはみ出ている部分は、プラズマ流供給器４ａのカバー４ａ１部分のみとなっている。また、カバー６は、プラズマ流供給器４ａの上記位置調整の範囲及び上記角度調整の範囲を考慮して、プラズマ流供給器４ａと干渉しないように、マンドレル２の外径よりも大きめに形成されている。
カバー６は、マンドレル２の開口２ｂの一部も含めて、プラズマ流供給器４ａの本体部分をその上方から覆っている。平面視した場合、カバー６から外方にはみ出ている部分は、プラズマ流供給器４ａのカバー４ａ１部分のみとなっている。また、カバー６は、プラズマ流供給器４ａの上記位置調整の範囲及び上記角度調整の範囲を考慮して、プラズマ流供給器４ａと干渉しないように、マンドレル２の外径よりも大きめに形成されている。
カバー６は、前記スライド機構により、マンドレル２に対してＸ方向に沿ってスライド移動可能である。すなわち、カバー６は、プラズマ流供給器４ａの上方を覆う位置と、Ｘ方向の上流側にスライドして開口２ｂを全開させる位置との間でスライド移動可能になっている。
プラズマ流供給器４ａの通常運転時には、カバー６がプラズマ流供給器４ａの上方を覆う位置にある。この位置にあるときのカバー６は、プラズマ流供給器４ａに冷却水がかかるのを防いでいる。一方、プラズマ流供給器４ａをメンテナンスするためにアクセスする場合には、カバー６をスライドさせて開口２ｂを全開させる。
カバー６のスライド動作は、手動及び電動の何れでもよい。
プラズマ流供給器４ａの通常運転時には、カバー６がプラズマ流供給器４ａの上方を覆う位置にある。この位置にあるときのカバー６は、プラズマ流供給器４ａに冷却水がかかるのを防いでいる。一方、プラズマ流供給器４ａをメンテナンスするためにアクセスする場合には、カバー６をスライドさせて開口２ｂを全開させる。
カバー６のスライド動作は、手動及び電動の何れでもよい。
図２に示すように、前記プラズマ流受け止め板５は、マンドレル２の収容空間２ｃ内でかつ、プラズマ流供給器４ａよりもＸ方向の下流側に配置されている。プラズマ流受け止め板５は、本体５ａと、この本体５ａを収容空間２ｃ内に支持する支持材５ｂとを備えている。
本体５ａは矩形板形状を有し、側面視した場合に、プラズマ流供給器４ａに対向する表面が下向きとなるように傾斜している。そして、このような傾斜状態に支持するよう、本体５ａの裏面に支持材５ｂが固定されている。
本体５ａは矩形板形状を有し、側面視した場合に、プラズマ流供給器４ａに対向する表面が下向きとなるように傾斜している。そして、このような傾斜状態に支持するよう、本体５ａの裏面に支持材５ｂが固定されている。
プラズマ流ＰＦの長さを長くすると、プラズマ流ＰＦの供給開始からプラズマ流ＰＦが安定するまでに時間がかかる場合がある。このとき、プラズマ流ＰＦを周辺機器や鋼板Ｗに当てた状態でプラズマ流ＰＦが安定するのを待つと、周辺機器や鋼板Ｗにダメージを与える場合がある。そのため、プラズマ流ＰＦが安定するまでは、周辺機器や鋼板Ｗにプラズマ流ＰＦが当たらないように、プラズマ流供給器４ａの位置や角度を調整することが好ましい。
しかしながら、鋼板Ｗ内は狭いため、プラズマ流供給器４ａの位置や角度を調整するためのスペースが確保できない場合がある。そのため、本実施形態では、プラズマ流ＰＦを一時的に遮蔽するプラズマ流受け止め板５をプラズマ流供給器４ａの前方に設置し、プラズマ流ＰＦが安定するまでの間、プラズマ流受け止め板５にプラズマ流ＰＦを当てている。プラズマ流受け止め板５の本体５ａとしては、水冷銅板等の水冷金属板や、高耐熱性のセラミック等を用いることができる。
本体５ａが下向きに傾斜しているので、本体５ａの表面に当たったプラズマ流ＰＦが再び、プラズマ流供給器４ａに向かって戻されることはない。
本体５ａが下向きに傾斜しているので、本体５ａの表面に当たったプラズマ流ＰＦが再び、プラズマ流供給器４ａに向かって戻されることはない。
図２に示すように、前記防護壁７は、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２同士を接合させるように鋼板Ｗを加圧する一対のスクイズトップロール１ａ，１ｂをプラズマ流ＰＦより保護する。この防護壁７は、スクイズトップロール１ａ，１ｂとプラズマ流供給器４ａとの間に介在し、プラズマ流供給器４ａから一対のスクイズトップロール１ａ，１ｂに向かうプラズマ流ＰＦを遮蔽する。防護壁７としては、水冷銅板等の水冷金属板や、高耐熱性のセラミック等を用いることができる。
以上説明の本実施形態の骨子を以下に纏める。
本実施形態の電縫鋼管製造装置は、鋼板Ｗを管状に成形しつつ、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２間にプラズマ流ＰＦを供給してシールドしながら溶接を行う。この電縫鋼管製造装置は、マンドレル２と、マンドレル２に設けられてプラズマ流ＰＦを供給するプラズマ流供給器４ａとを備える。
本実施形態の電縫鋼管製造装置は、鋼板Ｗを管状に成形しつつ、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２間にプラズマ流ＰＦを供給してシールドしながら溶接を行う。この電縫鋼管製造装置は、マンドレル２と、マンドレル２に設けられてプラズマ流ＰＦを供給するプラズマ流供給器４ａとを備える。
また、本実施形態の電縫鋼管製造装置では、プラズマ流供給器４ａの少なくとも一部が、マンドレル２内に収容されている。なお、本実施形態では、プラズマ流供給器４ａの全体がマンドレル２内に収容されている場合を例示したが、この構成のみに限られない。管状に成形された鋼板Ｗの内側にプラズマ流供給器４ａを干渉無く配置できるのであれば、プラズマ流供給器４ａの一部がマンドレル２の外部に出ていてもよいし、または、プラズマ流供給器４ａが完全にマンドレル２の外部に出ていてもよい。
また、本実施形態の電縫鋼管製造装置は、プラズマ流ＰＦの供給を一時的に遮るプラズマ流受け止め板５をさらに備えている。
また、本実施形態の電縫鋼管製造装置では、プラズマ流受け止め板５の少なくとも一部が、マンドレル２内に収容されている。本実施形態では、プラズマ流受け止め板５の略全体がマンドレル２内に収容されている場合を例示した。しかし、この構成のみに限らず、プラズマ流受け止め板５が部分的にマンドレル２外に出ている構成や、プラズマ流受け止め板５の全体がマンドレル２外に出ている構成も採用可能である。
また、本実施形態の電縫鋼管製造装置では、プラズマ流受け止め板５の少なくとも一部が、マンドレル２内に収容されている。本実施形態では、プラズマ流受け止め板５の略全体がマンドレル２内に収容されている場合を例示した。しかし、この構成のみに限らず、プラズマ流受け止め板５が部分的にマンドレル２外に出ている構成や、プラズマ流受け止め板５の全体がマンドレル２外に出ている構成も採用可能である。
また、本実施形態の電縫鋼管製造装置は、プラズマ流供給器４ａの少なくとも一部を上方より覆うカバー６をさらに備えている。なお、カバー６としては、プラズマ流供給器４ａに冷却水がかかるのを防げるのであれば、プラズマ流供給器４ａの一部分のみを覆う構成も採用可能であるが、本実施形態のようにプラズマ流供給器４ａの全体を覆う構成の方がより好ましい。
また、本実施形態の電縫鋼管製造装置は、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２同士を接合させるように鋼板Ｗを加圧する一対のスクイズトップロール１ａ，１ｂと、プラズマ流供給器４ａから一対のスクイズトップロール１ａ，１ｂに向かうプラズマ流ＰＦを遮蔽する防護壁７と、をさらに備えている。
また、本実施形態の電縫鋼管製造装置は、マンドレル２に対するプラズマ流供給器４ａの相対位置及び相対角度の少なくとも一方を調整する基台（調整機構）４ｂをさらに備えている。
また、本実施形態の電縫鋼管製造装置は、マンドレル２に対するプラズマ流供給器４ａの相対位置及び相対角度の少なくとも一方を調整する基台（調整機構）４ｂをさらに備えている。
さらに、上記構成を有する電縫鋼管製造装置を用いて、下記の電縫鋼管製造方法を実行する。
すなわち、本実施形態の電縫鋼管製造方法は、鋼板Ｗを管状に成形しつつ、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２にプラズマ流ＰＦを供給してシールドしながら溶接を行う。そして、管状をなす鋼板Ｗの内側より、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２に向けてプラズマ流ＰＦを供給する工程を有する。
すなわち、本実施形態の電縫鋼管製造方法は、鋼板Ｗを管状に成形しつつ、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２にプラズマ流ＰＦを供給してシールドしながら溶接を行う。そして、管状をなす鋼板Ｗの内側より、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２に向けてプラズマ流ＰＦを供給する工程を有する。
また、本実施形態の電縫鋼管製造方法は、プラズマ流ＰＦの供給開始前に、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２間に向かうプラズマ流ＰＦを一時的に遮蔽する工程をさらに有する。
また、本実施形態の電縫鋼管製造方法では、プラズマ流ＰＦの中心線ＣＬを側面視した場合、中心線ＣＬが、鋼板Ｗの送り出し方向に平行な方向に対してなす角度を３０°以下にしている。
また、本実施形態の電縫鋼管製造方法では、プラズマ流ＰＦの中心線ＣＬを側面視した場合、中心線ＣＬが、鋼板Ｗの送り出し方向に平行な方向に対してなす角度を３０°以下にしている。
［第２実施形態］
続いて、本発明の第２実施形態について図３を参照しながら以下に説明する。図３及び以下の説明においては、上記第１実施形態で説明した各構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。以下、主に上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。
続いて、本発明の第２実施形態について図３を参照しながら以下に説明する。図３及び以下の説明においては、上記第１実施形態で説明した各構成要素と同じ構成要素については同一符号を付し、説明を省略する。以下、主に上記第１実施形態との相違点を中心に説明する。
本実施形態の電縫鋼管製造装置は、前記プラズマ流受け止め板５に代えて、図３に示す移動式のプラズマ流受け止め板１５を備えた点が、上記第１実施形態の構成と相違している。
本実施形態のプラズマ流受け止め板１５は、マンドレル２の収容空間２ｃ内でかつ、プラズマ流供給器４ａよりもＸ方向の下流側に配置されている。プラズマ流受け止め板１５は、本体１５ａと、この本体１５ａを収容空間２ｃ内で上下動可能に支持する移動機構（不図示）とを備えている。
本実施形態のプラズマ流受け止め板１５は、マンドレル２の収容空間２ｃ内でかつ、プラズマ流供給器４ａよりもＸ方向の下流側に配置されている。プラズマ流受け止め板１５は、本体１５ａと、この本体１５ａを収容空間２ｃ内で上下動可能に支持する移動機構（不図示）とを備えている。
本体１５ａは、正面視した場合に矩形でかつ、側面視した場合に円弧状をなす板材であり、側面視した場合に、プラズマ流供給器４ａに対向する凹面が下向きとなるように傾斜している。そして、このような傾斜状態に支持するよう、本体１５ａの裏面に前記移動機構が固定されている。
そして、前記移動機構により、本体１５ａを、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２に向かうプラズマ流ＰＦを遮る遮蔽位置（実線で示す上方位置）と、前記遮蔽位置以外の位置（仮想線で示す下方位置）との間で本体１５ａを移動させる。
そして、前記移動機構により、本体１５ａを、一対の突合せ端面ｗ１，ｗ２に向かうプラズマ流ＰＦを遮る遮蔽位置（実線で示す上方位置）と、前記遮蔽位置以外の位置（仮想線で示す下方位置）との間で本体１５ａを移動させる。
上記第１実施形態では、プラズマ流ＰＦの供給開始からプラズマ流ＰＦが安定するまでの間、プラズマ流供給器４ａの傾斜角度を変えてプラズマ流ＰＦを前記本体５ａに当て、これにより、周辺機器や鋼板Ｗ等の損傷を防いでいた。
一方、本実施形態では、プラズマ流供給器４ａの傾斜角度は一定で溶接部を向いたままとし、本体１５ａの方を前記移動機構によって上方に移動させることで、供給開始時のプラズマ流ＰＦが周辺機器や鋼板Ｗ等に当たるのを防いでいる。そして、プラズマ流ＰＦが安定した後は、本体１５ａを前記移動機構によって下方に移動させることで、溶接部へのプラズマ流ＰＦの供給を許可する。
なお、本体１５ａとしては、前記本体５ａと同様に、水冷銅板等の水冷金属板や、高耐熱性のセラミック等を用いることができる。
一方、本実施形態では、プラズマ流供給器４ａの傾斜角度は一定で溶接部を向いたままとし、本体１５ａの方を前記移動機構によって上方に移動させることで、供給開始時のプラズマ流ＰＦが周辺機器や鋼板Ｗ等に当たるのを防いでいる。そして、プラズマ流ＰＦが安定した後は、本体１５ａを前記移動機構によって下方に移動させることで、溶接部へのプラズマ流ＰＦの供給を許可する。
なお、本体１５ａとしては、前記本体５ａと同様に、水冷銅板等の水冷金属板や、高耐熱性のセラミック等を用いることができる。
以上、本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、上述した各実施形態及びその変形は、互いに適宜組み合わせることができる。
なお、上記実施形態では、鋼板Ｗ内のみからプラズマ流ＰＦを溶接部に供給する構成を説明したが、必要に応じ、鋼板Ｗ内に加えて鋼板Ｗ外から溶接部に対してプラズマ流ＰＦを吹き付ける構成を採用してもよい。
本発明によれば、溶接部に対して理想的な角度や距離でプラズマ流を供給し、電縫溶接の溶接点であるＶ字収束点付近に確実にプラズマシールドが実施されることにより、電縫鋼管の溶接品質を向上させ、電縫鋼管の品質を向上させることができるので、産業上の利用可能性は大きい。
１ａ，１ｂ スクイズトップロール
２ マンドレル
４ａ プラズマ流供給器
４ｂ 基台（調整機構）
５，１５ プラズマ流受け止め板
６ カバー
７ 防護壁
ＰＦ プラズマ流
Ｗ 鋼板（帯状鋼板）
ｗ１，ｗ２ 突合せ端面
２ マンドレル
４ａ プラズマ流供給器
４ｂ 基台（調整機構）
５，１５ プラズマ流受け止め板
６ カバー
７ 防護壁
ＰＦ プラズマ流
Ｗ 鋼板（帯状鋼板）
ｗ１，ｗ２ 突合せ端面
Claims (10)
- 帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面にプラズマ流を供給してシールドしながら溶接を行う電縫鋼管製造装置であって、
マンドレルと、
前記マンドレルに設けられて、前記オープン管内より前記一対の突合せ端面に向かって前記プラズマ流を供給するプラズマ流供給器と、
前記マンドレルに対する前記プラズマ流供給器の相対位置及び相対角度の少なくとも一方を調整する調整機構と、
を備えることを特徴とする電縫鋼管製造装置。 - 前記プラズマ流供給器の少なくとも一部が、前記マンドレル内に収容されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管製造装置。 - 前記プラズマ流の供給を一時的に遮るプラズマ流受け止め板をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電縫鋼管製造装置。
- 前記プラズマ流受け止め板の少なくとも一部が、前記マンドレル内に収容されている
ことを特徴とする請求項３に記載の電縫鋼管製造装置。 - 前記一対の突合せ端面に向かう前記プラズマ流を遮る遮蔽位置と、前記遮蔽位置以外の位置との間で前記プラズマ流受け止め板を移動させる移動機構をさらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の電縫鋼管製造装置。
- 前記プラズマ流供給器の少なくとも一部を上方より覆うカバーをさらに備えることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の電縫鋼管製造装置。
- 前記一対の突合せ端面同士を接合させるように前記帯状鋼板を加圧する一対のスクイズトップロールと、
前記プラズマ流供給器から前記一対のスクイズトップロールに向かう前記プラズマ流を遮蔽する防護壁と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の電縫鋼管製造装置。 - 前記マンドレルの先端に設けられ、溶接された電縫鋼管の溶接部内面に生じたビードを除去するビード切削装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の電縫鋼管製造装置。
- 帯状鋼板を長手方向に送り出しながらオープン管に成形しつつ、一対の突合せ端面にプラズマ流を供給してシールドしながら溶接を行う電縫鋼管製造方法であって、
前記オープン管の内側にあるプラズマ流供給器より、前記一対の突合せ端面に向けて前記プラズマ流を供給する工程
を有し、
前記プラズマ流の中心線を側面視した場合、前記中心線が、前記帯状鋼板の送り出し方向に平行な方向に対してなす角度が３０°以下である
ことを特徴とする電縫鋼管製造方法。 - 前記プラズマ流の供給開始前に、前記一対の突合せ端面に向かう前記プラズマ流を一時的に遮蔽する工程
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の電縫鋼管製造方法。
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