JPH0381070A - 溶接管の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は、ＵＯＥ方式による溶接管の製造方法に関し、
さらに詳しくは、その溶接工程において仮付用のガスメ
タルアーク溶接と、製管用のサブマージアーク溶接とを
同時進行させる溶接管の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

ＵＯＥ方式による溶接鋼管は、一般に、素材端面の開先
加工、Ｃプレスによる端曲げ加工、ＵプレスによるＵ成
形、ＯブレスによるＯ成形、外面側からの突合せ部仮付
溶接、内面側からの製管溶接、外面側からの製管溶接の
各工程を経て製造されている。溶接法としては、外面側
からの突合せ部仮付溶接には、ＣＯ，やＣＯｚ　＋　Ａ
　ｒ等をシールドガスとするガスメタルアーク溶接が多
用され、内面側および外面側からの製管溶接にはサブマ
ージアーク溶接が多用されている。なお、内面側からの
製管溶接と外面側からの製管溶接とは、順番が逆になる
場合がある。

このようなＵＯＥ方式による溶接鋼管の製造においては
、工程数が多く、しかも、その工程は上記順序にほぼ固
定されているのが現状である。従って、製管能率の向上
を図るための種々の対策は、いずれも個々の工程の能率
を高めることに主眼が置かれている０例えば特開昭６１
−６０２６７〜６０２７１号公報や特開昭６１−６３３
６３号公報には、仮付溶接についての高能率化技術が開
示されており、特開昭５２−９７３４４号公報、特開昭
５６−３３１９６号公報、特開昭５８−５５１９７号公
報および特公平１−１２５９６号公報には製管用サブマ
ージアーク溶接についての高能率化技術が開示されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ＵＯＥ方式の製管工程は、前述したよう
に工程数が多く、個々の工程で能率向上が図られたとし
ても、全体的な能率向上はそれほど期待できず、能率改
善に要するコストを考慮すると、経済的メリットも大き
くはない、このため、例えば仮付溶接における溶接速度
の向上を図る一方で、仮付溶接そのものを省略しようと
いう試みが一部ではなされている（特開昭５５−２７４
４９号公報）、ところが、従来の試みは仮付溶接に代え
て機械的な接合法を採用するものであり、工数上は仮付
溶接を省略しない場合と大差ないのが実情である。

本発明は斯かる状況に鑑みなされたもので、仮付溶接と
製管溶接とを同時に連続して行うことにより、工数の大
幅１１ｆｆＭを図り得るＵＯＥ方式による溶接管の製造
方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段］ 仮付溶接と製管溶接とを同時に進行させれば、仮付溶接
自体は省略できなくてもその工程は省略される。しかし
、板付溶接はＵＯＥ方式の製管工程のなかでも重要な工
程であり、また、次のような理由からち製管溶接との同
時進行は困難であった。

仮付溶接はガスメタルアーク溶接で行われるが、この方
法はアーク切れ、割れ等が発生しやすく、仮付溶接部の
品質を損ねる場合が多いので、製管溶接を行うに際して
は上記欠陥を補修するための手入工程が必須であり、そ
のため手入工程を挟んで仮付溶接を製管溶接とを２工程
に分けざるを得ない状態であった。また、仮付溶接に用
いられるガスメタルアーク溶接は、製管溶接に用いられ
るサブマージアーク溶接と比べて性能が劣り、仮付溶接
の際に形成された溶接金属を後続のサブマージアーク溶
接で完全に溶は込ます必要があることから、高速で比較
的小さなビードとする必要もある。従って、両者の溶接
速度は本質的に合致せず、このことも後述する磁気吹き
現象と共に両者の同時進行を阻害している要因になって
いる。

本発明者は、このような問題を踏まえて、ガスメタルア
ーク溶接とサブマージアーク溶接との同時進行の実用化
に向けての実験研究を繰り返した結果、次の知見を得た
。

ガスメタルアーク溶接にメタル系コアードワイヤを使用
すれば、性能が良好でかつ安定なビードが得られ、仮付
溶接で問題となるアーク切れ、割れが緩和され、その結
果として溶接速度もサブマージアーク溶接と同程度とす
ることが可能となる。

従来まり製管溶接法として採用されている多電極サブマ
ージアーク溶接法は、その少なくとも一つの電極を直流
とすることにより、溶接高速化を図り１）るが、そうす
ると、ガスメタルアーク溶接の直流電源との間で干渉が
生じ、所謂磁気吹きと呼ばれる現象が起きる。その結果
、健全なビードを得るのが困難になる。しかし、双方の
溶接にパルス電源を使用し、隣り合う電極のピーク電流
が重なり合わないようにパルス電流を位相制御すれば、
この磁気吹きを最小限に制御でき、ガスメタルアーク溶
接とサブマージアーク溶接とを同時進行させる際の大き
な障害が取り除かれる。

本発明は斯かる知見に基づきなされたものであり、ＵＯ
Ｅ方式による溶接管の製造方法において、Ｏ形状に成形
された管材の突合せ部を、メタル系コアードワイヤを使
用したガスメタルアーク溶接で溶接すると共に、その後
方より先行のガスメタルアーク溶接に連続して、少なく
ともｌ極を直流とした多電極サブマージアーク溶接で前
記突合せ部の溶接を行い、前記ガスメタルアーク溶接お
よびサブマージアーク溶接の双方の直流電極に対し、隣
り合う電極のピーク電流が重ならないパルス電源を使用
したことを特徴とする溶接管の製造方法を要旨とする。

本発明の溶接管の製造方法では、ガスメタルアーク溶接
は仮付溶接である。従って、従来のガスメタルアーク溶
接法を用いた仮付溶接と同様に、その溶接金属は、基本
的にはサブマージアーク溶接の溶接金属中に溶は込んで
製品には残らない。

本発明の製造方法では、仮付溶接を行うが、サブマージ
アーク溶接と同時進行させるために、その工程、工数は
省略される。

なお、ガスメタルアーク）容接と、すブマージアーク溶
接とを同時進行させる技術自体は、特開昭５６−１６８
９６８〜９号公報に説明されているように公知である。

しかし、この技術は、厚肉の溶接管を製造する場合の溶
接部の性能を改善するために、製管溶接をＭＩＧ溶接と
サブマージアーク溶接とに分割して入熱量の低減を図っ
たものである。従って、ＭＩＧ溶接の溶接金属は溶接部
内に残すことが前提になっており、本発明の製造方法に
おける溶接とは目的、溶接部構造のいずれも全く異なっ
ている。更に、両者はサブマージアーク溶接の直流化、
パルス電源化の点でも相違している。

〔作　　用］ 第１図は本発明の製造方法の一実施態様を示している。

溶接方向に向かって前方にはガスメタルアーク溶接用ト
ーチｌが位置している。この溶接ワイヤ２としては、メ
タル系コアードヮイヤが使用され、シールドガス３とし
てはＣｏｔ　、ＣＯＺ　＋Ａｒ等が使用される。ガスメ
タルアーク溶接用トーチｌの後方には、複数のサブマー
ジアーク溶接用１−−チ４が配列されている。これらの
トーチ４はその少なくとも一本が直流用である。

溶接は、ガスメタルアーク溶接用トーチｌと、サブマー
ジアーク溶接用トーチ４とを、双方の間に一定の電極間
距離ｌを保持しながら等速度で溶接方向に進行させるこ
とにより行う。その際、ガスメタルアーク溶接用トーチ
ｌの溶接ワイヤ２と、直流とした少なくとも一本のサブ
マージアーク溶接用トーチ４の溶接ワイヤ５とには、ピ
ーク電流が重ならないように位相調節されたパルス電流
が通電される。また、溶接中は最先行のサブマージアー
ク溶接用トーチ４の前方に設けた供給管６よリフラック
ス７が供給される。８はスラグを表わしている。

本発明の製造方法において、ガスメタルアーク溶接の溶
接ワイヤとして使用するメタル系コアードワイヤは、例
えば「溶接技術Ｊ　Ｖｏ１３７．に２　（１９８９）Ｐ
７８〜に説明されているように、フラックス比分の大半
が金属粉（鉄粉、脱酸剤）で占められたコアードワイヤ
である０本発明の製造方法でこれを使用したのは、アー
ク安定性、作業性を高め、安定なビードを得ることによ
り、ガスメタルアーク溶接とサブマージアーク溶接との
同時進行を可能にするためである。

第２図（ａ）（ｂ）はガスメタルアーク溶接においてメ
タル系コアードワイヤ（３，２ｍ径）を６００ＡＸ２４
Ｖ、５ｍ／ｓｉｎの条件で使用した時のアーク電圧波形
を、ソリッドワイヤを同条件で使用した場合と比較して
示した波形図である０図から分かるように、メタル系コ
アードワイヤを使用したほうが、５ｍ／ｓｉｎという高
速溶接にもかかわらずアーク電圧は安定しており、良好
なビードが得られる。更に、このワイヤはソリッドワイ
ヤと比べてスパッタも少なく、かつソリッドワイヤと同
等のスラグ形成量であるため、後続のサブマージアーク
溶接に何ら支障をきたすことなく、良好なビードを形成
することができる。また、薄肉管を製造する場合には、
ガスメタルアーク溶接のみで１バス目の製管溶接を完了
させることができ、後続のサブマージアーク溶接を省略
することも可能になる。

メタル系コアードワイヤのワイヤ径は、−船釣には２１
ｍ１１以下の細径が主体であるが、高速化のためにはこ
れより大径が望ましい。なお、ワイヤ径等に起因して溶
接速度が製管溶接速度に達しない場合、あるいはより高
速化が必要な場合等には、メタル系コアードワイヤに内
包されるフラックスの組成等にかかわらず、フラックス
比（ブランクス重量／フープ重量）を０．２０〜０．３
５の範囲内に調整するのが良い。フラックス比を上記範
囲内に調整することにより、ビード安定性等が更に向上
し、ガスメタルアーク溶接の高速化が達成される。

サブマージアーク溶接に多電極を採用した理由は溶接速
度の向上であり、同一′ｒ！ｌ極数の場合、その少なく
とも１電極を直流とすることにより更に高速化が図られ
る。第３図はサブマージアーク溶接における電極数およ
びその直流化が溶接速度に与える影響を板厚をパラメー
タとして示した図表である。電極数が増加するに従って
溶接速度が上昇し、同一電極数でも電極の直流化により
溶接速度は更に上昇する。

直流とする１を極が一つの場合は第１電極を直流とする
のが望ましい、これは、直流の場合は交流に比べ実効電
流値が上昇し、溶は込み作用を増大させることができ、
その作用を第１電極が担っているためである。

複数の電極を直流とすれば、上記溶は込み作用がさらに
増大し、その場合は、前記第１電極に近い電極を直流と
するのが望ましい。

ガスメタルアーク溶接とサブマージアーク溶接の隣り合
う直流電極に、ピーク電流が重なり合わないパルス電流
を供給するのは、サブマージアーク溶接を直流化した場
合に問題となる磁気吹きを抑制するためである。

すなわち、磁気吹きとは、第４図に示すように、直流電
源を２個以上用いて溶接を行う場合にアーク９が干渉し
合う現象をいう、サブマージアーク溶接の少なくともｌ
電極を直流とした場合には、直流で溶接を行うガスメタ
ルアーク溶接との間で磁気吹きが生じる０本発明者らの
調査によると、第５図に示すように、ガスメタルアーク
溶接用の電流ｌＯと、直流で行うサブマージアーク溶接
用の電流ｌｌとを、ピーク電流が重ならないように位相
差を持たせたパルス電流とすることにより、上記磁気吹
きが最小限に抑制され、その結果、サブマージアーク溶
接を直流化しても、ガスメタルアーク溶接用トーチｌと
最先行のサブマージアーク溶接用トーチ４との電極間距
離ｌを短くでき、ｌラインでのガスメタルアーク溶接と
サブマージアーク溶接との同時進行が可能になることが
判明した。その理由は次のように説明される。

前記磁気吹き現象はその電流値に比例するアーク力によ
り生じ、電流値が小さければアーク力は弱くなり、磁気
吹き現象が抑制されることから、ピーク電流を重ならな
いようにすることにより磁気吹きを抑制することができ
るのである。

パルスｆｉｉ！ｉｔの周波数は特に限定するものではな
いが、−ａには高周波の方がアーク集中がよくなり、溶
は込み深さが増大するため、２００Ｈｚ以上が好ましい
。上限については溶接物の肉厚等を考慮して適宜選択す
る。

サブマージアーク溶接の複数電極を直流とする場合のパ
ルス電流は、隣り合う直流ｉ極同士でピーク電流が重な
らないようにする。すなわち、１電極あけた直流電極同
士を同相とする。こうすることにより磁気吹きを最小限
に抑えることができる。

ガスメタルアーク溶接用電極と最先行のサブマージアー
ク溶接電極との電極開路Ｍｌについては、距ｊ！ｌｌｉ
が長い枚位気吹きを抑制できるが、同時進行させる目的
からは短い方が好ましく、また、サブマージアーク溶接
用のフラックスを供給しなければならない、これらを総
合して考慮すると５０−以上が好ましい。上限について
は適宜選択して決定する。

〔実施例〕

以下に本発明の製造方法の実施例を説明する。

重量％でＣ：０．０６％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１
．４％、Ｎｂ：０．０３％、Ｔｉ：０．０２％を含み、
残部がＦｅならびに不可避的不純物からなる板厚が６．
４　ｍ、　９．５閣、１２．７ｍ、１９．１ｍｍ、２５
、４　ａｍの熱間圧延鋼板を素材としてＵＯＥ方式によ
り外径３６インチの溶接管を製造した。開先形状は板厚
によって異なり、第６図に示したα、。

αＭ　ｒ　　ａｒ　　ｂ＋　　Ｃを用いて表わすと第１
表のとおりである。

溶接は外面側からの製管溶接と、内面側からの製管溶接
の２工程とした。外面側からの製管溶接では、０状に成
形された管材をゲージロールで保持し、その管材の突合
せ部に対して第１図に示す如き態様によりガスメタルア
ーク溶接と多電極サブマージアーク溶接とを同時進行で
実施した。

ガスメタルアーク溶接に使用した溶接ワイヤは、メタル
系コアードワイヤと比較用のソリッドワイヤの２種類で
あり、いずれも直径４ｆｉＩ１１で、第２表に示すフラ
ックス比分およびフラックス比を有する。シールドガス
はいずれの溶接ワイヤの場合もｌＯＯ％ＣＯオを使用し
た。

第 表 第 表 サブマージアーク溶接には、重量％でＣ：Ｑ、３６％、
Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：１．９０％を含む鋼製ソリッ
ドワイヤを使用し、ワイヤ径は４ＩＩｌｌとした。フラ
ックスには高塩基性溶融型のものを使用した。電極は４
〜６電極で、比較例を除き、その第１ｉ極または第１．
３電極に直流電源（パルス電源、一定電流電源）を用い
た。なお、内面側からの製管溶接は３ｉａ極サブマージ
アーク溶接にて行った。

外面側および内面側からの製管溶接が完了した後、溶接
部をＮＤＩに供して肉質欠陥の有無を調査し、内質欠陥
がないものを良と評価し、肉質欠陥があるものは否と評
価した。また、ビード外観の良否および作業性の良否に
ついても評価した。

試験結果を溶接条件と共に第３表に示す。

なお、第３表に示す溶接速度は、ｋ６，７．９を昧いて
、実験研究段階で得られた各条件下での最高溶接速度で
あり、この最高溶接速度よりも遅い速度であれば溶接は
可能である。

隠１〜５はサブマージアーク溶接の第１極または第１．
３極を直流とし、ガスメタルアーク溶接とサブマージア
ーク溶接との隣り合う直流電極同士で電流ピークが重な
らないようにパルス電流を流した本発明例である。ＮＤ
Ｉ、ビード外観、作業性共に優れている。

随６はＮα３と同し５電極でサブマージアーク溶接を行
い、かつこれと同等の溶接速度を確保した例であるが、
ガスメタルアーク溶接の電極とサブマージアーク溶接の
第１極とにパルス電源を使用せず、一定電流の直流電源
を用いたために磁気吹きが激しく、溶接が困難であった
。その結果、ＮＤＩ、ビード外観、作業性共にＮα３よ
りも劣っている。

阻７は咀４と同じ６電極でサブマージアーク溶接を行っ
てこれと同等の溶接速度を確保した例であるが、狙６同
様一定電流の直流１！源を用いたために、ＮＤＩ、ビー
ド外観、作業性共にに４よりも劣っている。

Ｎ１１８は阻３に対応してサブマージアーク溶接を５電
極で行い、ＮＤＩ、ビード外観、作業性について階３と
同等の性能を確保した例である。しかし、サブマージア
ーク溶接の′ｒ！１極の全てに交流を使用したために、
３．２町八ｉｎから２．６　ｍ　／ｍｉｎへの溶接速度
の減速を余儀なくされた。

隘９はガスメタルアーク溶接にソリッドワイヤ使用した
例である。はぼ同条件でメタル系コアードワイヤを使用
した阻４と比べて、ビード外観及びＮＤＴ共劣っている
。

なお、ＮＣＬＩ〜５で得られた溶接管の溶接部外面側か
ら試験片を採取して０°Ｃにおけるシャルピー＃に験を
行ったところ、ｖＥｏ＝１５ｋｇｆｍの吸収エネルギー
が得られ、実用上問題のないことを確認した。

〔発明の効果〕

本発明のＵＯＥ方式による溶接管の製造方法は、仮付溶
接と製管溶接とを一つのライン内で同時進行させ、しか
も十分な溶接速度と良好な溶接部性状とを確保する。従
って、溶接パス数が減少し、その減少に代わる工数増加
もないので、＞製管能率が大幅に改善され、製管作業の
合理化も達成される。また、現有の溶接設備が利用でき
、新たな設備投資を必要としないので、この点からも製
造経費を抑制できる。

従って、本発明の製造方法を採用すれば、ＵＯＥ溶接管
を能率よく安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法の一実施態様を示す模式図、
第２図（ａ）　（ｂ）は溶接電圧変化をメタル系コアー
ドワイヤ使用時とソリッドワイヤ使用時とについて示し
た波形図、第３図はサブマージアーク溶接で直流電極を
使用した場合の溶接速度の変化を示す図表、第４図は磁
気吹きの説明図、第５図は本発明の製造方法に使用する
パルス状直流電源を示す波形図、第６図は供試材の開先
形状を示す断面図である。 図中、ｌ：ガスメタルアーク溶接用トーチ、２：’ｌ＠
接ワ接子イヤ：サブマージアーク溶接用トーチ、５：溶
接ワイヤ、９：アーク。 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ＵＯＥ方式による溶接管の製造方法において、Ｏ
   形状に成形された管材の突合せ部を、メタル系コアード
   ワイヤを使用したガスメタルアーク溶接で溶接すると共
   に、その後方より先行のガスメタルアーク溶接に連続し
   て、少なくとも１極を直流とした多電極サブマージアー
   ク溶接で前記突合せ部の溶接を行い、前記ガスメタルア
   ーク溶接およびサブマージアーク溶接の双方の直流電極
   に対し、隣り合う電極のピーク電流が重ならないパルス
   電源を使用したことを特徴とする溶接管の製造方法。