JP6834723B2

JP6834723B2 - 電縫管溶接装置

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Publication number: JP6834723B2
Application number: JP2017076485A
Authority: JP
Inventors: 芳明廣田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-04-07
Filing date: 2017-04-07
Publication date: 2021-02-24
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Description

本発明は、金属帯板を走行させながら円筒状に曲げて誘導加熱し、金属帯板に誘起した電流によって金属帯板の両端面部間を溶接する電縫管溶接装置に関する。

一般に、金属の管を製造する方法としては、金属帯板を曲げながら溶接によって管形状とする電縫管やスパイラル管等の他、金属ビレットに直接穴をあけて製造するシームレス管や、押し出しによる管の製造方法がある。

電縫管は、特に生産性が高く、しかも安価に製造できることから大量に生産されている。このような電縫管は、金属帯板を走行させながら円筒型になるように成形してオープン管を形成し、次いで、オープン管の、開口部を挟んで対向する端面部（以下、単に「オープン管の端部」ともいう。）に高周波電流を流して溶融温度まで高めた状態で、ロール（スクイズロール）でオープン管の両端面部の端面同士を圧接溶接して管状にする（スクイズロールで圧接する端面部の位置が溶接点であり、この近傍の熱影響部等を含めて溶接部という。）。この際、オープン管の端部に電流を供給する方法として、一つは、例えば、オープン管の外周を囲むように誘導コイル（ソレノイドコイル）を巻き、この誘導コイルに一次電流を流すことにより、オープン管に誘導電流を直接発生させる方法があり、もう一つは、金属製の電極をオープン管の端面上部に押し当て、電源から電流を直接通電する方法がある（このようなオープン管に電流を供給する部位を、以下、単に給電部という。）。このとき、誘導コイルあるいは電極に通じる電流は、一般的に１００〜４００ｋＨｚ程度の高周波電流が使われるとともに、管の内面側にインピーダーと呼ばれる強磁性体を配置することが多い。インピーダーは、オープン管の内周を回ろうとする溶接に寄与しない誘導電流（以下、無効電流ともいう。）を阻止するために用いられる。インピーダーは、通常樹脂ケースに収められ、ケース内を流れる冷却水により冷却される。また、インピーダーケースは、装着時にぶつけるなどしてインピーダーが破壊されるのを防いでいる（例えば、特許文献１を参照）。

国際公開第２０１４／０２７５６５号

ところで、電縫管の製造方法において、インピーダーはできる限り溶接部の近傍に近づけた方が溶接部の加熱効率は向上するが、溶接部から排出された溶融金属が、インピーダーを収納しているインピーダーケース上に滴下して、インピーダーケースを焼損させるという問題がある。そのため、オープン管の径が大きく、オープン管の内周を回る溶接に寄与しない無効電流の電流路が長大となる通常の電縫管溶接の場合は、上記のような溶接部の加熱効率には大きく影響しないことから、インピーダーを収納したインピーダーケースを溶接部から少し離した位置に設置している。

しかしながら、本発明者が検討したところ、小径管、特に厚肉管を電縫管の製造方法により製造する場合、給電部から溶接部を巡る電流路の長さと対比して無効電流の流れ得る電流路となるオープン管の内周を回る電流路の長さが相対的に短くなり、インピーダーなしでは無効電流の増加で溶接部の加熱効率が低下して電縫管溶接そのものが成り立たなくなるという問題が顕在化することが判明した。これに対し、インピーダーを溶接部に近接させようとすると、以下のようなインピーダーケースの問題があることが判明した。第１に、小径管であるがために内径が小さくインピーダーケースと溶接部との間隔を十分に取ることができないため、溶接部から排出される溶融金属の滴下によるインピーダーケースの焼損が発生し易い状況にあることが判明した。第２に、インピーダーケースと溶接部との間隔が狭いため、オープン管の溶接部の内周側に形成される溶接ビードが大きく成長した結果、その溶接ビードによるインピーダーケースへの機械的な引っ掻きが発生し、インピーダーケースが物理的に損傷するケースがあることが判明した。第３に、インピーダーケースと溶接部との間隔が狭いため、溶接部からの輻射熱により、インピーダーケースが焼損するケースもあることが判明した。なお、従来の電縫管溶接装置とその問題点について、後で図４および図５を参照しながら、さらに詳細に説明する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小径管、特に厚肉管において発生し得る上記の問題を解決し、インピーダーケースの焼損および物理的な損傷を防ぐことが可能な電縫管溶接装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、前記オープン管の表面に発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士を溶接点において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、前記オープン管の外周側に設置した誘導加熱手段と、前記オープン管の内部に設置したインピーダーと、内部に前記インピーダーを収納するとともに、冷却水を通水して前記インピーダーを水中冷却する、樹脂製のインピーダーケースと、を備え、前記インピーダーケースの少なくとも前記溶接点を含む溶接部及び溶接部近傍の加熱された前記端面部と対向する表面に、前記溶接部及び溶接部近傍の加熱された前記端面部からの輻射熱並びに前記溶接部及び前記溶接部近傍の加熱された端面部からの滴下溶融金属による伝導熱を遮って前記インピーダーケースの素材の耐熱温度以下とする断熱層が設けられたことを特徴としている。

本発明によれば、インピーダーケースの少なくとも溶接部と対向する表面に、インピーダーケースの表面温度を当該インピーダーケースの素材の耐熱温度以下とする断熱層を設けたことにより、溶接部から排出される溶融金属の滴下によるインピーダーケースの焼損、溶接ビードによるインピーダーケースの物理的な損傷、溶接部からの輻射熱によるインピーダーケースの焼損を防止することができる。

前記電縫管溶接装置において、前記断熱層が、シリカ系繊維、アルミナ系繊維、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドフィルム、アラミド繊維およびポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種からなっていてもよい。

また、前記電縫管溶接装置において、前記断熱層が、少なくとも耐熱繊維層からなっていてもよい。

また、前記電縫管溶接装置において、前記耐熱繊維層が、シリカ系繊維、アルミナ系繊維、アラミド繊維およびポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種からなっていてもよい。

また、前記電縫管溶接装置において、前記断熱層上に、さらに離型剤層を有していてもよい。

また、前記電縫管溶接装置において、前記離型剤層が、ボロンナイトライドからなっていてもよい。

本発明によれば、インピーダーケースの表面温度を当該インピーダーケースの素材の耐熱温度以下とする断熱層を設けたことにより、インピーダーケースの焼損および物理的な損傷を防ぐことができる。

本発明の第１実施形態に係る電縫管溶接装置を示す模式図であり、（ａ）は概略側断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。本発明の第１実施形態に係るインピーダーケースの溶接部側の構造の一部を拡大して示す縦断面図である。本発明の第２実施形態に係るインピーダーケースの溶接部側の構造の一部を拡大して示す縦断面図である。従来技術に係る電縫管溶接装置を示す模式図であり、（ａ）は概略側断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ断面図である。図４に示す電縫管溶接装置におけるインピーダーケースの焼損の発生状況を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（従来の電縫管溶接装置）
初めに、図４および図５を参照しながら、特許文献１に記載されているような従来の電縫管溶接装置について説明する。図４は、円筒状に曲げられた金属帯板の外周面を囲むように閉回路が形成された誘導コイルを用いた電縫管溶接装置を示す模式図であり、（ａ）は概略側断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＶ−Ｖ断面図である。また、図５は、図４に示す電縫管溶接装置におけるインピーダーケースの焼損の発生状況を示す模式図である。

一般に、電縫管は、造管する径に合わせた幅にスリットされた金属帯板を、多段のロールで徐々に円管状にロール成形しながらその幅方向両端面部を対向させ、筒状のオープン管に成形する。その後、誘導コイルにより発生させた誘導電流によってオープン管に誘導電流を流し、オープン管の端面部（開口部に臨む端面部）を加熱溶融させる。その後、工程の下流において、オープン管の対向する両端面部をスクイズロールで押しつけて溶融軟化部分を欠陥となり易い酸化物とともに表裏面外に排出させながら溶接を完了させる。その後、排出された溶接ビード部を切削除去することにより欠陥のない健全な溶接部を有する電縫管が得られる。ここで、本明細書で説明する「下流」とは、金属帯板またはオープン管の走行方向における下流のことであり、以下、「上流」および「下流」という場合は、それぞれ、金属帯板またはオープン管の走行方向における「上流」および「下流」を指すものとする。

図４に示すように、被溶接材であるオープン管（金属帯板）１は、平板状態から走行中に図示しない成形ロールで徐々に曲げ加工されながら円筒状にロール成形されて両端面部２、２が向かい合わさる筒状のオープン管１の形に成形され、次いで図示しないスクイズロールで両端面部２、２が押しつけられて溶接点で接触するように通材される。このスクイズロールの上流には、向かい合う両端面部２、２を溶融させて溶接点を含む溶接部５で接合するために、図４に示すような誘導コイル（ソレノイドコイル）３が設けられ、この誘導コイル３に高周波電流（通常は、１００ｋＨｚオーダー）を流すことにより、誘導コイル直下の円筒状のオープン管１の表層に誘導電流が発生する。この誘導電流は、オープン管１を周回する誘導コイル３に沿ってオープン管１の外周面を周回するが、途中でオープン管１の両端面部２、２間に開口部が存在することから、この部分では誘導電流が誘導コイル直下を流れることができず、大別して２つの方向に流れようとする。つまり、１番目の方向に流れる電流は、オープン管１の端面部２、２に沿って溶接部５を通る電流であり、２番目の方向に流れる電流は、オープン管１の開口部から外周面を回る電流である。これらの電流のうち、溶接部５を通る電流は、高周波電流による近接効果により、オープン管１の開口部２に臨む両端面部２、２の表層を流れて当該箇所を加熱および溶融し、溶接部５でスクイズロールにより圧接されることで溶接を完了させる。

オープン管１の内部には、インピーダー７と呼ばれるフェライト等からなる強磁性体のコアが配置されている。このインピーダー７が、オープン管１の内周面のインピーダンスを高めることにより、内周面を電流が流れるのを防止できる。また、インピーダー７は、例えばエポキシ樹脂等の樹脂製のインピーダーケース１００に収められ、インピーダーケース１００内を流れる冷却水により冷却される。冷却水は、インピーダーケース１００の上流側の端部に設けられた吸水口１００ａから注入され、インピーダーケース１００の下流側の端部に設けられた排水口１００ｂから排出される。このようにして、冷却水がインピーダーケース１００内を流れることで、インピーダー７が冷却される。なお、図４に示した例では、吸水口１００ａは、インピーダーケース１００の上流側のインピーダー取付台１０１に１箇所のみ設けられ、排水口１００ｂは、インピーダーケース１００の下流側のインピーダー取付台１０１に２箇所設けられた例が示されているが、これに限られるものではない。すなわち、吸水口１００ａおよび排水口１００ｂの数は、インピーダーケース１００やインピーダー取付台１０１の形状や大きさ、あるいは、インピーダー７の所望の冷却効率等に基づき、適宜決めることができる。

また、電縫管溶接装置に用いられるインピーダーとしては、図４（ｂ）に示すように、通常、複数本の丸棒状の強磁性体コアであるインピーダー７を並べて略円筒状に配置した構造のものや、円筒状の強磁性体コアが使用される。例えば図４では、各丸棒状のインピーダー７は、径が数ｍｍ程度と細いため、インピーダー７をオープン管１の内部に装着する際にぶつけるなどして折れたり、破壊されたりしやすい。そこで、インピーダーケース１００がインピーダー７を覆うことで、インピーダー７を折損等から保護している。

また、オープン管１の内部のインピーダー７よりも下流側には、溶接後の内面（溶接）ビードを切削するためのバイト（図示せず）が配置されており、このバイトは、オープン管１の略中心部に配置された芯金８に取り付けられている。芯金８は、例えば、ステンレス製の棒状（例えば、７ｍｍ径）に形成されている。この芯金８の途中に、丸棒状（例えば、数ｍｍ径）のインピーダー７が芯金８を中心とした略円管状に配置されている。

また、インピーダーケース１００の両端部には、インピーダー７を取り付けるための略円盤状のインピーダー取付台１０１が挿入されており、このインピーダー取付台１０１の内面側に棒状のインピーダー７の各々の一端がそれぞれ嵌合あるいは押し当てるようにして取り付けられる。また、インピーダー取付台１０１の中心部には芯金８が貫通するように挿入される。このような状態で、インピーダーケース１００、インピーダー取付台１０１および芯金８とを接着剤等により接着することにより、インピーダーケース１００が固定されるため、インピーダー７の位置も固定される。なお、インピーダー７の位置がオープン管１内部である程度固定されていれば、インピーダー取付台１０１は必ずしも設けなくてもよく、単純な板状のものでも良い。

ここで、従来の電縫管溶接装置において、インピーダー７は、できる限り溶接部５の近傍に近い位置に設置される。インピーダー７と溶接部５との距離が近い方が端面部２の加熱効率が向上するためである。一方、このように、インピーダー７と溶接部５との距離が近い場合、溶接部５および加熱された端面部２から排出される溶融金属がインピーダー７を収納しているインピーダーケース１００上に滴下し、高温のままの液相または固相でインピーダーケース１００に接触して焼損させるという問題がある。そのため、オープン管の径が大きく、オープン管の内周を回る溶接に寄与しない無効電流の電流路が長大となる比較的径の大きな電縫管製造の場合は、上記のような端面部の加熱効率には大きく影響しないことから、インピーダー７を収納したインピーダーケース１００は、溶接部５からなるべくインピーダーケースの焼損が問題にならない位置まで離して設置されている。

しかしながら、小径管（例えば、外径が４０ｍｍ以下の鋼管）で、特に厚肉管（例えば、肉厚が３〜６ｍｍ程度の鋼管）を電縫管溶接装置により製造する場合、給電部から溶接部５を巡る電流路の長さと対比して無効電流の流れ得るオープン管１の内周を回る電流路の長さが相対的に短くなり、溶接部５近傍でインピーダー７を後退させておくと、無効電流の増加で溶接部５の加熱効率が低下する。そのため、溶接入熱確保のためには溶接電流を上げなければならず、一方で上げ過ぎた溶接電流のためにインピーダー７が磁束飽和してしまう等、電縫溶接そのものが成り立たなくなるという問題が顕在化してくる。さらにこれに伴い、小径管、特に厚肉管を電縫溶接する場合、溶接部５の加熱効率低下を回避するためにインピーダー７を収納したインピーダーケース１００をできるだけ溶接部５に近接させざるを得なくなるために、以下のようなインピーダーケースの問題があることが判明した。

第１に、小径管であるがために内径が小さくインピーダーケース１００と溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２との間隔ｄ（上記の小径管の場合、例えば、２ｍｍ程度）を十分に取ることができない。そのため、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２から溶融金属が滴下し、この滴下により高温のままの液相または固相の金属とインピーダーケース１００とが接触することにより、インピーダーケース１００の焼損が発生し易い状況にあることが判明した。その結果、図５に示すように、インピーダーケース１００の上面（溶接部５と対向する面）に損傷部Ｄができてしまう。

第２に、インピーダーケース１００と溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２との間隔ｄが狭いため、オープン管１の溶接部５の内周側に形成される溶接ビードＢが成長した結果、凝固した溶接ビードＢがインピーダーケース１００を削るといった、インピーダーケース１００への機械的な引っ掻きが発生してしまうケースがあることも判明した。このように、溶接ビードＢによる機械的な引っ掻きにより、インピーダーケース１００に物理的に損傷部Ｄができてしまう場合もある。

第３に、インピーダーケース１００と溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２との間隔ｄが狭いため、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２からの輻射熱により、インピーダーケース１００が焼損するケースもあることが判明した。このような場合でも、図５に示すように、インピーダーケース１００の上面に損傷部Ｄができてしまう。また、このようにインピーダーケース１００が溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２からの輻射熱により加熱され、インピーダーケースが熱的にダメージを受けている状態であると、上述した溶接ビードＢによる機械的な引っ掻きもより発生しやすくなる。

以上のようにして形成されたインピーダーケース１００の表面の損傷部Ｄは、その焼損または物理的な損傷のダメージが大きくなると、インピーダーケース１００を貫通する孔になる場合がある。このような貫通孔が形成されると、インピーダーケース１００内を流れる冷却水が、貫通孔となった損傷部Ｄから噴き出し、溶接部５およびその近傍の加熱されるべき端面部２を冷却してしまう場合もある。このような場合には、溶接部５およびその近傍の端面部２が十分に加熱されないため、電縫溶接できない、という問題がある。また、インピーダーケース１００内を流れる冷却水が、貫通孔となった損傷部Ｄから噴き出した結果、インピーダー７の冷却効率が低下し、操業ができなくなる場合もある、という問題もある。

そこで、本発明者は、インピーダーケース１００の焼損および溶接ビードＢによる物理的な損傷を防ぐ方法について検討した。

その結果、本発明者は、インピーダーケース１００の少なくとも溶接部５と対向する表面に、インピーダーケース１００の表面温度を当該インピーダーケース１００の素材（例えば、エポキシ樹脂）の耐熱温度以下とする断熱層を設けることにより、インピーダーケース１００の耐熱性を向上させ、これにより、インピーダーケース１００の焼損を防ぐことができると考えた。また、上記断熱層が高い耐熱性を有するとともに耐切創性を有する高強度材料を使用することにより、溶接ビードＢによるインピーダーケース１００の物理的な損傷を防ぐことができる、と考えた。以下、これらの検討により完成した本発明の好適な実施の形態を述べる。

（第１実施形態）
まず、図１および図２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る電縫管溶接装置１０の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る電縫管溶接装置１０を示す模式図であり、（ａ）は概略側断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。図２は、本実施形態に係るインピーダーケース１００の溶接部５側の構造の一部を拡大して示す縦断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置１０は、走行方向Ｒに走行する金属帯板１が、図示しない成形ロールにより、金属帯板１の幅方向における両端面部（端面部）２、２が間隔を空けて対向するように円筒状に曲げ成形されてオープン管１に成形された後、該オープン管１の溶接部近傍で該オープン管１を周回するように配置された誘導加熱手段としての誘導コイル３に高周波電流を通じ、発生させた誘導電流により両端面部２、２を溶融させる。すなわち、電縫管溶接装置１０は、誘導コイル３により、オープン管１の開口部近傍に誘導電流である高周波電流を誘起させる。通常は、誘導電流は誘導コイル直下に発生して流れるが、極性の異なる高周波電流が流れる場合、インダクタンスを低下させる様にこの電流が囲む空間を狭くなるように高周波電流は寄ろうとする。本実施形態の場合、オープン管１の両端面部２、２が近接して向き合った位置になることから、この両端面部２、２が発生した極性の異なる誘導電流が囲む空間となり、開口部の外で発生させた誘導電流が分流して、この両端面部２、２を流れ、この電流によって両端面部２、２を加熱・溶融させる。開口部の間隔は、スクイズロール（図示せず）でオープン管１の両側を押圧することにより、次第に狭められながら、該両端面部２、２同士が接触し溶接される。

より具体的には、図１および図２に示すように、本実施形態に係る電縫管溶接装置１０は、走行方向に延びる開口部を有するオープン管１の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部（言い換えると、該開口部を挟んで対向する端面部）２、２の双方を、誘導加熱手段によって発生させた誘導電流により溶融させるとともに、開口部の間隔を次第に狭めながら端面部２、２同士を溶接点において接触させて溶接する、電縫管を製造するための装置である。この電縫管溶接装置１０は、本実施形態に係る誘導加熱手段としての誘導コイル３と、インピーダー７と、インピーダーケース１００と、断熱層１１０とを備えている。

誘導コイル３は、オープン管１の外周面に沿って周回するように、オープン管１の外周面から離間して配置されたソレノイドコイルである。誘導コイル３の両端部は、図示しない高周波電源へ接続される。

本実施形態において用いる誘導コイル３は、銅等の良導体のパイプや線材、板等からなるもので、オープン管１上に誘導電流の閉回路を形成する誘導コイルの総称として用いており、その材質等は特に限定されない。また、誘導コイル３の形状も特に限定されるものではない。例えば、誘導コイル３は、オープン管１の外周面を周回し、円形のターンを描くような形状（円形コイル）でもよく、あるいは、矩形のターンを描くような形状（矩形コイル）であってもよい。

その他、誘導コイル３の構成および作用効果は、上述した従来の電縫管溶接装置における誘導コイル３と同様である。

また、インピーダー７およびインピーダーケース１００の構成および作用効果についても、上述した従来の電縫管溶接装置におけるインピーダー７およびインピーダーケース１００と同様であるので、ここでは、詳細な説明を省略する。

断熱層１１０は、インピーダーケース１００の少なくとも溶接部５と対向する表面に設けられており、インピーダーケース１００の表面温度を当該インピーダーケース１００の素材（例えば、エポキシ樹脂等の樹脂）の耐熱温度（例えば、インピーダーケース１００の素材がエポキシ樹脂の場合には、約２００℃）以下とする役割を有する。このような断熱層１１０を設けることにより、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２が溶融した溶融金属がインピーダーケース１００に垂れ落ちても、インピーダーケース１００の表面に直接接触させずに、断熱性を有する断熱層１１０と接触させることができる。また、インピーダーケース１００は、断熱層１１０により保護されていることから、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２からの輻射熱を直接受けることはない。したがって、インピーダーケース１００の素材である樹脂が、断熱層１１０により熱的に保護されるため、インピーダーケース１００を溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２が溶融した溶融金属または溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２からの輻射熱による焼損から保護することができる。

断熱層１１０は、図１に示すように、溶接部５近傍におけるインピーダーケース１００の表面を一周分覆うように設けられていてもよいが、少なくとも溶接部５に対向する面側（例えば、約半周分くらい）のみを覆うように設けられていれば、インピーダーケース１００を熱的ダメージから保護する効果が得られる。また、断熱層１１０を設けるインピーダーケース１００の長手方向の領域は、インピーダーケース１００の焼損や溶接ビードＢによる機械的な引っ掻きが発生する領域を実験的に確認することで適宜決めればよい。

また、断熱層１１０は、耐切創性を有する材料からなることが好ましい。このような耐切創性を有する材料としては、例えば、シリカ系繊維、アルミナ系繊維、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドフィルム、アラミド繊維およびポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維等が挙げられる。上記の材料は、単独で用いられてもよく、複数種を組み合わせて用いられてもよい。なお、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドフィルムおよびポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維は、それぞれ、商品名「テフロン（登録商標）」、「カプトン（登録商標）」および「ザイロン（登録商標）」として市販されている。

断熱層１１０を構成する材料として、上記のような耐切創性を有する材料を用いることにより、溶接ビードＢによる機械的な引っ掻き等の物理的な損傷からインピーダーケース１００を保護することができる。

また、断熱層１１０は、少なくとも耐熱性を有する繊維の層（耐熱繊維層）からなることが好ましい。このような耐熱性を有する繊維としては、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）系繊維、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）系繊維、アラミド繊維、ポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維等が挙げられる。上記の繊維は、単独で用いられてもよく、複数種を組み合わせて用いられてもよい。

また、上記の耐熱性を有する繊維を耐熱繊維層に用いる場合、その形態は、例えば、細目のＳｉＯ_２系不織布、Ａｌ_２Ｏ_３系不織布等の布状であることが好ましい。耐熱繊維層が布状の形態であると、耐熱繊維層の密度が低くなり、耐熱繊維層内に多数の空隙が形成される。そのため、熱伝導性が低くなり、断熱層１１０の断熱性をさらに向上させることができる。一方で、布の目が粗いと溶融金属が堆積したり、ビードが引っかかりやすくなるため、できるだけ凹凸の少ない目の細かい布であることが望ましい。

断熱層１１０は、例えば、上述した耐熱性や耐切創性を有する材料を含む塗料をインピーダーケース１００の表面に塗布・乾燥させることにより形成することができる。なお、断熱層１１０は、一層のみ設けてもよいし、スペース的に可能であれば二層以上設けてもよい。

本実施形態では、インピーダーケース１００の少なくとも溶接部５と対向する表面に上述した構成を有する断熱層１１０を設けているため、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２から排出される溶融金属の高温のままでの接触、またはその後凝固した固相金属の接触によるインピーダーケース１００の焼損、溶接ビードＢによるインピーダーケース１００の物理的な損傷、溶接部およびその近傍の加熱された端面部２からの輻射熱によるインピーダーケース１００の焼損を防止することができる。その結果、以下のような効果が得られる。第１に、インピーダーケース１００の焼損等が防止できるため、インピーダーケース１００の交換のための操業停止（通常、時間オーダーの単位で停止）による生産性低下を抑制し、電縫管製造装置の操業率が向上する。第２に、インピーダーケース１００の交換のための操業停止前後の鋼管（オープン管１）の切り捨て作業を無くすことができること、運転再開するために行う調整に使う部材をなくすことができるため、電縫管製造の歩留まりが向上する。第３に、インピーダーケース１００の交換にかかる費用を削減できる。

また、本実施形態によれば、断熱層１１０を設けることによりインピーダーケース１００の耐熱性が向上するため、インピーダーケース１００を従来の小径管よりもさらに溶接部５側へ設置することができる。その結果、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２の加熱効率を向上させることができる（例えば、加熱効率が１０〜３０％向上する）。

（第２実施形態）
次に、図３を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る電縫管溶接装置の構成を説明する。図３は、本実施形態に係るインピーダーケース１００の溶接部５側の構造の一部を拡大して示す縦断面図である。

本実施形態に係る電縫管溶接装置は、上述した第１の実施形態に係る電縫管溶接装置１０と同様の構成に加え、図３に示すように、上述した断熱層１１０上に、さらに離型剤層１２０を有する。この離型剤層１２０は、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２から排出された溶融金属がインピーダーケース１００へ向けて垂れ落ちた際に、当該溶融金属をインピーダーケース１００の表面に形成された断熱層１１０に付着しないようにする役割を有する。この離型剤層１２０は、溶融金属との濡れ性が低い材料で形成されているため、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２から排出された溶融金属が離型剤層１２０上に垂れ落ちると、溶融金属は離型剤層１２０上に留まらずに流れ落ちる。

離型剤層１２０を構成する材料としては、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２から排出された溶融金属に対して濡れ性が低い材料が使用される。このような材料としては、例えば、ボロンナイトライド（ＢＮ）等の、一般に鋳造における鋳型からの鋳造品の取り出しの際に利用される離型剤が挙げられる。

また、離型剤層１２０は、インピーダーケース１００の表面に断熱層１１０を形成した後に、例えば、上述したＢＮ等の溶融金属に対して濡れ性の低い材料を含む塗料を断熱層１１０上に塗布、スプレーし、乾燥させあるいは熱を与えて固化させることにより形成することができる。

本実施形態に係る電縫管溶接装置によれば、インピーダーケース１００の表面に、断熱層１１０に加えて、さらにその表面に離型剤層１２０を設けることで、溶接部５およびその近傍の加熱された端面部２から排出された溶融金属がインピーダーケース１００上に滴下後、付着し堆積するのを抑制することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

外径２０ｍｍ、内径１８ｍｍのエポキシ樹脂製パイプをインピーダーケースとして用い、ケース表層に厚み１ｍｍの断熱層を設けた場合を実施例１とし、実施例１の断熱層上にさらに離型剤層を設けた場合を実施例２とし、断熱層を設けず、そのままエポキシ樹脂製パイプをインピーダーケースとして用いた場合を比較例１とした。ここで、実施例１、２の断熱層としては、ＳｉＯ_２不織布からなる耐熱繊維層を用いた。また、実施例２の離型剤層としては、ボロンナイトライド（ＢＮ）からなる層を用いた。

上記実施例１、実施例２および比較例１について、エポキシ樹脂製のインピーダーケース内に２０℃の水を流し、インピーダーケースの外表面に溶鋼を滴下して凝固、付着した金属の温度が１０００℃のときのその直下のエポキシ樹脂製インピーダーケースの外表面温度をそれぞれＪＩＳ規格Ｋタイプ熱電対で測定した。なお、離型剤層を設けた実施例２では、インピーダーケースの表面に溶鋼が付着しなかったため、外表面温度を測定していない。

表１に示すように、断熱層を設けた実施例１では、インピーダーケースの外表面温度が１５８℃と、インピーダーケースの素材であるエポキシ樹脂の耐熱温度（約２００℃）以下となった。一方、断熱層を設けていない比較例１では、インピーダーケースの外表面温度が６５６℃と、ケースの素材であるエポキシ樹脂の耐熱温度（約２００℃）を大きく上回った。以上の結果より、インピーダーケース上に断熱層を設けることにより、溶鋼が付着した場合でもインピーダーケースの外表面への熱伝導が抑制され、インピーダーケース表面の焼損を防げることがわかった。

また、インピーダーケースの表面に、断熱層に加えてさらに離型剤層を設けることにより、インピーダーケース表面への溶鋼の付着を防止できることがわかった。

本発明は、金属帯板を走行させながら円筒状に曲げて誘導加熱し、金属帯板に誘起した電流によって金属帯板の両端面部間を溶接する電縫管溶接装置に有用である。このようにして製造された電縫管は、例えば、油井管、二輪車・四輪車用パイプ等の軽量化が求められるパイプなどとして用いられる。

１オープン管（金属帯板）
２端面部
５溶接部
７インピーダー
８芯金
１０電縫管溶接装置
１００インピーダーケース
１００ａ吸水口
１００ｂ排水口
１０１インピーダー取付台
１１０断熱層
１２０離型剤層
Ｂ溶接ビード
Ｄ損傷部
Ｒ走行方向

Claims

走行方向に延びる開口部を有するオープン管の、該開口部に両側から相互に臨む管素材の端面部の双方を、前記オープン管の表面に発生させた誘導電流により溶融させるとともに、前記開口部の間隔を次第に狭めながら前記端面部同士を溶接点において接触させて溶接する、電縫管を製造するための電縫管溶接装置であって、
前記オープン管の外周側に設置した誘導加熱手段と、
前記オープン管の内部に設置したインピーダーと、
内部に前記インピーダーを収納するとともに、冷却水を通水して前記インピーダーを水中冷却する、樹脂製のインピーダーケースと、
を備え、
前記インピーダーケースの少なくとも前記溶接点を含む溶接部及び溶接部近傍の加熱された前記端面部と対向する表面に、前記溶接部及び溶接部近傍の加熱された前記端面部からの輻射熱並びに前記溶接部及び前記溶接部近傍の加熱された端面部からの滴下溶融金属による伝導熱を遮って前記インピーダーケースの表面温度を当該インピーダーケースの素材の耐熱温度以下とする断熱層が設けられたことを特徴とする、電縫管溶接装置。
前記断熱層が、シリカ系繊維、アルミナ系繊維、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミドフィルム、アラミド繊維およびポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項１に記載の電縫管溶接装置。
前記断熱層が、少なくとも耐熱繊維層からなることを特徴とする、請求項１に記載の電縫管溶接装置。
前記耐熱繊維層が、シリカ系繊維、アルミナ系繊維、アラミド繊維およびポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維からなる群より選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項３に記載の電縫管溶接装置。
前記断熱層上に、さらに離型剤層を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電縫管溶接装置。
前記離型剤層が、ボロンナイトライドからなることを特徴とする、請求項５に記載の電縫管溶接装置。