JPH03291176A

JPH03291176A - 複合熱源製管溶接方法

Info

Publication number: JPH03291176A
Application number: JP2089364A
Authority: JP
Inventors: Hirotsugu Inaba; 稲葉　洋次
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-04-04
Filing date: 1990-04-04
Publication date: 1991-12-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野この発明は、主として高強度鋼管やステンレス鋼管の製
造に好適な製管溶接方法に係り、より詳しくは高周波に
よる予熱とプラズマ溶接、レーザ溶接等の直接加熱溶融
溶接法とを組み合せた複合熱源製管溶接方法に関するも
のである。

従来の技術製管法の一つとして、帯鋼を連続的に底形してオープン
パイプとなし、そのエツジ部を溶接して溶接管を製造す
る方法が知られている。この製管法に使用される溶接法
の中で最も高能率な溶接方法は電縫溶接である。しかし
、その対象は主として低強度の一般炭素鋼鋼管に限られ
、高強度鋼管やステンレス鋼管への適用は極めて希であ
る。これは、高強度鋼やステンレス鋼の場合、電縫溶接
では本質的に微小な溶接欠陥が発生し易く、品質保証の
面で信頼性に欠けることが原因である。

これに対して、プラズマ、ＴＩＧ、レーザ等のいわゆる
溶融溶接法は、溶接欠陥が発生し難く、また発生したと
してもビード外観で容易に判定でき、極めて信頼性が高
い。そのため、これらの溶融溶接法は高耐食性が要求さ
れるステンレス溶接鋼管を中心に適用されている。

しかし、これらの溶融溶接法の欠点は溶接速度が低いこ
とにあり、電縫溶接の約十分の−である。

その理由は、プラズマ溶接やＴＩＧ溶接で高速溶接を行
うと、溶は込み深さ不足により吹き流しビ−ドやハンピ
ングビードが形成され、またレーザ溶接でも不貫通ビー
ドが形成されるためである。

これらはいずれも熱源のエネルギー密度が不足している
ことに原因がある。

従来、これらの熱源のエネルギー密度を高める手段とし
て種々検討されてきたが、例えば′Ｉｔ流の増大は、プ
ラズマではシリーズアーク（トーチ外筒と母材の間でア
ークが発生する現象）を引き起こし、またＴＩＧではタ
ングステン電極の異常消耗を引き起こすため、いずれの
場合も実用性に間。

題がある。また、レーザの大出力化は、装置の大型化や
電気−光変換効率の低下が問題となる。

そこで、上記の溶融溶接法の低能率性を解消する方法と
して、高周波との併用が提案されている（特開昭５６−
１６８９８１、特開昭５８−１００９８２等）。

すなわち、この方法はプラズマ、ＴＩＧ、　　レーザ等
で溶融溶接を行う前に、高周波を利用して帯鋼の端面の
みを予熱し溶融熱源エネルギーの不足を補うことによっ
て溶接速度の向上をはかる複合熱源溶接方法である。

具体的には、オーブンパイプの相対向するエツジ部を高
周波誘導または高周波抵抗方式による第１の加熱源によ
り予熱し、スクイズロール近傍で第２の加熱源により溶
融させて接合する方法である。

一方、プラズマ等の溶融溶接法で製造されているフェラ
イト系ステンレス鋼管は、炭素鋼よりも耐食性、高温強
度に優れていること、およびオーステナイト系ステンレ
スよりも比較的安価であることにより、一般配管用鋼管
、自動車排ガス用鋼管等に広く用いられている。

また、オーステナイト系ステンレス鋼管は、フェライト
系ステンレス鋼管よりも高価であるが、耐食性および二
次加工性に優れており、化学工業用等に主として用いら
れている。

そして、フェライト系ステンレス溶接鋼管の問題点は、
溶接部の二次加工性の低下である。これは溶接時の熱サ
イクルにより溶接部のフェライト粒径が粗大化すること
に原因がある。よって、プラズマ、ＴＩＧ、レーザ等で
溶接する際には極力小人熱化をはかり高温保持時間の低
減、冷却速度の増大によりフェライト粒を微細化するの
が一般的である。

また、オーステナイト系ステンレス鋼管においてもフェ
ライト系ステンレス鋼管の場合と同様、小人熱化は重要
である。即ち、これはウェルド・デイケイと称され、５
５０〜８００℃の温度域に長時間保持した場合にクロム
炭化物が析出して耐食性が劣化し、特に粒界が選択的に
腐食されると言う現象を防止するためである。

なお、この粒界選択腐食の有無評価は、通常、ストラウ
ス試験によって行われる。

発明が解決しようとする課題高周波加熱と溶融溶接を組み合せた複合熱源製管溶接法
は、前記したように単一熱源溶融溶接法の有する低能力
性を解消することができる。

しかし、高周波入熱付加により給入熱量が増加し、フェ
ライト系ステンレス鋼においてはフェライト粒径の増大
を招き二次加工性の大幅劣化を引き起こすという問題が
ある。

また、オーステナイト系ステンレス鋼管の場合も高周波
入熱付加により前述のウェルド・デイケイ現象が発生し
易くなるという問題が生ずる。

この発明は上記問題点を解決し得る複合熱源製管溶接方
法を提案しようとするものである。

課題を解決するための手段通常の溶融溶接法（単一熱源）と高周波予熱溶融溶接法
（複合熱源）の溶接後の冷却速度を同一溶接速度で比較
すると、当然予熱を行った方が冷却速度は低下するが、
予熱を行うことにより溶接速度を増加させることができ
る点で高周波予熱溶融溶接法が優れている。

そこで、この発明者は高周波予熱溶融溶接法において、
溶接後の冷却速度を低下させることなくしかも溶接速度
を向上させる方法について種々検討した結果、高周波に
よる予熱温度を最適化することによってそれが可能であ
ることを見い出したのである。

すなわち、この発明は複合熱源製管溶接方法において、
第１の加熱源によるエツジ部予熱温度温度を２００℃以
上、６００℃以下にすることを要旨とするものである。

作　　　　用この発明において、溶融溶接を行う前の予熱温度を２０
０℃以上、６００℃以下に限定したのは、以下に示す理
由による。

第２図は、予熱温度を変化させたときの高速限界溶接速
度と溶接金属の冷却速度を調査した結果である。これは
、鋼種５ＬＩＳ　４０９１．．３４ｍｍφＸ　３ｍｍｂ
のステンレス溶接鋼管を、帯鋼を連続的に底形し。

溶接するいわゆる一般的なステンレス用チューブミルで
製管した場合の調査結果である。

溶融溶接法にはプラズマ溶接を採用し、予熱には４５０
ｋＨｚの周波数で容量１００ｋＷの電源を使用し、誘導
方式で加熱した。

なお、予熱温度の測定はプラズマ溶接点で実施しており
、プラズマトーチを取り外して高周波出力と予熱温度と
の相関を事前に調査しておいた。

第２図から明らかなように、予熱温度の上昇に伴い限界
溶接速度は増加するが、６００℃を超えると増加率が鈍
化している。一方、冷却速度（限界溶接速度における溶
接金属外表面近傍の８００℃通過時の冷却速度）は、約
６００℃予熱まではほとんど変化していないが、それを
超えると急激に低下している。

このような現象が生じる原因としては、一つには予熱に
よって生じる表面酸化膜の影響が予想される。

表面酸化膜はプラズマによって溶融分解され、アーク空
間は微量ではあるが酸素分圧を有するようになり、この
酸素はキーホール内壁の固体面に酸化膜を生じさせ、溶
鋼とのぬれ性を悪化させる。

その結果、アンダカットが発生し易くなり高速性が劣化
することになる。

すなわち、第２図において６００℃を超える温度で限界
溶接速度増加率が鈍化しているのは、予熱時の酸化膜の
厚さがこの温度で急激に増加し始めた結果と考えられる
。

また、冷却速度の傾向は、限界溶接速度増加率の鈍化の
結果として説明できる。

以上のことから、高速化するための予熱温度は６００℃
以下で十分であり、フェライト系ステンレスのように大
きな冷却速度を必要とするｆＲ種では、６００℃以下の
予熱が必要不可欠であることがわかる。なお、予熱温度
の下限を２００℃としたのは、これ未満では溶接速度の
高速化率が１．５倍以下と少なく、工業的にメリットが
あまり期待できないからであ、る。

実施例第１図はこの発明の複合熱源製管溶接方法を示す模式図
で、（１）はオーブンパイプ、（１−１＞は被溶接端面
（エツジ部）、（２）はエツジ部予熱用高周波電源（第
１加熱源）、（３）はプラズマやレーザ等の溶融熱源（
第２加熱源）、（４）はスクイズロールをそれぞれ示す
。

すなわち、この発明ではエツジ部予熱用高周波電源（２
）にてオープンパイプ（１）の被溶接端面（１−１）を
２００〜６００℃に予熱し、溶接装置（３）にて溶融接
合する方式である。

次に、この発明方法をステンレス鋼管の製管に適用した
際の結果について説明する。

本実施例において使用した材料の化学成分を第１表に、
溶接条件および品質を第２表に示す。

なお、第２表には比較のため、本発明の条件を外れた場
合（比較例）と従来法（予熱なし）の結果を併せて示す
。

溶接法は、プラズマ溶接法、炭酸ガスレーザ法、ＥＲＷ
（電縫溶接法）を採用した。

製管速度は、各予熱温度でのほぼ限界速度である。

溶接部性能の評価は、偏平高さ（Ｈ）とそのときに発生
した溶接欠陥数で行っている。

ストラウス試験方法は、沸騰硫酸銅溶液（硫酸量１３ｇ
、濃硫酸４７ｃｃ）中に７２時間浸漬し、その後２ｔＲ
で曲げ試験を実施した際の割れの有無で判断した。この
方法は、一般にオーステナイト系ステンレス鋼で発生す
る炭化物粒界析出を評価するために用いられる試験法で
ある。

第２表より、まず従来法Ｎｏ、　１４．１５．１６．１
７．１８は予熱を行わない溶融溶接法であり、溶接能率
（製管速度）の点で問題がある。同じ＜Ｎｏ、１９は電
縫溶接法であり能率は極めて高いが、入熱増加により溶
接欠陥（ベネトレータ）が発生した。

次に、予熱温度が本発明範囲を外れた比較例のうち、Ｎ
ｏ、　１０は予熱温度が１００℃と低いため高速化効果
が不十分である。また、比較例Ｎｏ、　ＩＬ　１２は予
熱温度が高過ぎるためフェライト粒が粗大化して加工性
が劣化した結果、偏平性能が低下している。さらに、オ
ーステナイト系のＮｏ、　１３も予熱温度が高過ぎるた
めストラウス試験法による割れが発生した。

なお、比較例Ｎｏ、　ＩＬ　１．２．１３においては溶
接自体に欠陥はないものの、溶接部が素材組織となり割
れ易くなるため好ましくない。

これらに対してＮｏ、　１〜９の本発明法はいずれも、
能率、偏平性能、溶接欠陥数の全てにおいて優れている
ことがわかる。

以下余白発明の詳細な説明したごとく、この発明方法によれば、予熱温度の
最適化によって溶接速度の高速化が可能となり、溶融溶
接法の低能率性を解消できるばかりでなく、特に、入熱
増大によるミクロ組織粗大化が問題になるフェライト系
ステンレス鋼管において、溶接部性能の優れた鋼管を高
能率、高生産性で製造することが可能となるという、大
なる効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る複合熱源製管溶接方法を示す模
式図、第２図は同上の溶接方法において予熱温度を変化
させたときの高速限界溶接速度と溶接金属の冷却速度を
調査した結果を示す図である。工・・・オープンバイブ２・・エツジ部予熱用高周波電源３・・・溶融熱源４・・・スクイズロール第１園第２図予勢温度（０）手続補正書２、発明の名称事件との関係　　　　出願人住所　大阪市中央区北浜４丁目５番３３号平或３年１月
２９日補正の内容１゜本願明細書第９頁１８行Ｆ溶接装置（３）」「溶融熱源
（３）」と補正する。２゜を同明細書第１３頁の「第２表」を別紙の通り補正する（
供試Ｎｏ、６とＮｏ、１７の５ＵＳ４３０の備考欄をそ
れぞれフェライト系と補正）。５、補正命令の日付　　　　　　自発６、補正の対象明細書の発明の詳細な説明の欄

Claims

【特許請求の範囲】

オープンパイプの相対向するエッジ部を高周波誘導また
は高周波抵抗方式による第１の加熱源により予熱し、ス
クイズロール近傍で第２の加熱源により溶融させて接合
する複合熱源製管溶接方法において、第１の加熱源によ
る予熱温度を２００℃以上、６００℃以下とすることを
特徴とする複合熱源製管溶接方法。