JPH04182070A - 薄肉溶接管のビード厚み制御方法 - 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、曲げ歪みを利用して金属ストリップを幅方向
にカールさせることにより得られた円筒体の突合せ溶接
して溶接管を製造する際、一定した品質の溶接部をもつ
溶接管を製造するインライン溶接方法に関する。

［従来の技術］ 金属ストリップから管体を製造する従来の方法では、多
数のタンデムミルに配置されたカリバーを有するフォー
ミングロール、ケージロール等からなるロール成形機が
使用されている。この成形機により、金属ストリップは
、幅方向に順次曲げ加工され、管状に成形される。そし
て、成形された金属ストリップの幅方向両端部を突き合
わせて溶接することにより、溶接管を連続的に製造して
いる。

しかし、この方法では、多段の成形スタンドが配置され
た成形機を必要とするため、設備的な負担が大きくなる
。また、設備の複雑化に伴って保守・点検等の作業も面
倒なものとなる。そして、径の異なる管体を製造しよう
とするとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作業
となる。

しかも、板幅に比較して板厚が小さな金属ストリップを
製管用素材とすると、曲げ過程における弾性変形による
影響が太き（現れる。たとえば、前段の成形ロールから
後段の成形ロールに至る過程で大きなスプリングバック
が生じ、特に幅方向両端部が十分な曲げ加工を受けるこ
となく、後段の成形ロールに送り込まれる。そのため、
製造された管体の真円度が劣化する。また、エツジスト
レッチが大きいことから、緑液が発生し易く、溶接が困
難になる。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法とし
て、従来の成形ロールを使用することなく、金属ストリ
ップが有する弾性力を利用して管状に成形する方法を開
発し、特開昭６２−１７６６１）号公報、特開平１−４
８６２４号公報等として紹介している。

たとえば、特開昭６２−１７６６１）号公報では、第４
図に概要を示した設備構成を使用している。アンコイラ
１から送り出された金属ストリップＳは、ガイドロール
２を経て予変形部３に送り込まれる。予変形部３は、小
径の曲げロール３ａ及び大径のサポートロール３ｂを備
えており、サポートロール３ｂの表面にポリウレタン等
の弾性ライニング３Ｃが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール３ａ側に接
触するように、金属ストリップ＄を曲げロール３ａとサ
ポートロール３ｂとの間に送り込む。金属ストリップＳ
が曲げロール３ｂで塑性曲げを受けるため、幅方向に一
様な曲げ応力が予変形部３を通過した後の金属ストリッ
プＳに残留する。

曲げ及び曲げ戻しにより残留応力が与えられた金属スト
リップＳは、保形ロール４．サイドロール５及び送りロ
ール６を経て下流側に送られる。

この送り過程で、金属ストリップＳは、長平方向の変形
が拘束されているので、残留応力によって管状に弾性変
形する。そして、管状に成形された金属ストリップＳは
、保形ロール４及びサイドロール５により形状が拘束さ
れた状態で、幅方向両端部が突き合わされる。この突合
せ部を溶接トーチ７で溶接することにより、管体ｐが得
られる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリッ
プＳを管状に成形するため、得られた管体ｐの真円度は
優れたものとなる。また、金属ストリップＳを管状に曲
げ加工する成形ロールを必要としないため、設備構成が
簡単になり、特に薄肉管の製造に適した方法である。

また、特開平２−７５４１８号公報では、第５図に示し
た概略構成をもつ予変形部を提案した。

この予変形部３では、一対の大径ロール３ｄ及び３ｅの
間に曲げロール３ｆを配置している。金属ストリップＳ
は、大径ロール３ｄと曲げロール３ｆの間を通過した後
、曲げロール３ｆを周回し、大径ロール３ｅと曲げロー
ル３ｆとの間から送り出される。この走行過程で、金属
ストリップＳが曲げ及び曲げ戻しされ、残留応力が付与
される。

この予変形部３は、小径の曲げロール３ｆをバックアッ
プする機構を省略することができ、所定の残留応力を金
属ストリップＳに付与することが容易となる。

［発明が解決しようとする課題］ 前述した造管法は、弾性変形を利用していることから、
薄肉管の製造に適した方法である。得られた薄肉管は、
コルゲート加工等を施した後、フレキシブルチューブ、
ベローズ等に使用されている。ところが、この種の加工
に際しては、母材部に比較して溶接部の機械的性質が劣
る。そこで、溶接部に破断等の欠陥が発生することを防
ぐことから、ビードの厚みを母材部よりも大きくするこ
とが要求される。

従来の成形ロールを使用した比較的肉厚の溶接管を製造
する方法では、スクイズロールによる圧下を強めること
によってビードを厚くすることが行われている。しかし
、この方法を前述した製管法に適用すると、溶接される
素材が薄肉であるために、突合せ端部がラッピングし易
（、溶接不良を発生させる。

また、素材が薄肉であるため、拘束されていない突合せ
端部に上流側や下流側から振動が伝わって、突合せ間隙
を変動させたり、或いは不規則に段差を変化させる。そ
の結果、溶接条件が不安定になって、一定した溶接ビー
ドを得ることが困難になる。また、アーク長が変わって
いるにも拘らず、同じ姿勢で溶接を継続した場合には、
溶は込み不足、孔開き等の溶接欠陥が発生する。

本発明は、このような問題を解消するために案出された
ものであり、形成されたビード形状に応じて溶接トーチ
の位置、姿勢等を調節することにより、一定した形状を
もち、優れた品質の溶接管を製造することを目的とする
。

［課題を解決するための手段］ 本発明のビード厚み制御方法は、その目的を達成するた
め、幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力が
付与された金属ストリップを幅方向にカールさせて成形
した円筒体の幅方向両端部を突き合わせて溶接するとき
、前記円筒体を両側から一対のスクイズ工具で挟持し、
該スクイズ工具の間に配置した溶接トーチで前記幅方向
両端部を突合せ溶接し、前記溶接トーチの下流側に配置
したセンサで形成されたビードの高さを検出し、検出さ
れたビード高さを設定ビード高さと比較して、検出され
たビード高さが設定ビード高さより大きいときには、前
記溶接トーチの軸線が前記円筒体の表面に交差する溶接
位置を下流側に移動させ、検圧されたビード高さが設定
ビード高さより小さいときには前記溶接位置を上流側に
移動させることを特徴とする。

溶接トーチの軸線が円筒体の表面と交差する溶接位置を
前後に移動させる手段としては、円筒体に対して溶接ト
ーチを平行移動させる方法や溶接トーチの傾斜角度を変
える方法等がある。また、スクイズ工具としては、溶接
される円筒体の周面を管軸方向に転動するスクイズロー
ル、周面に摺動するスクイズブロック等がある。

また、溶接位置で幅方向両端部を実質的に隙間なく突き
合わせるために、溶接トーチの軸線が溶接管の表面に交
差する溶接位置を下流側に移動させると共にスクイズ工
具の間隙を広げ、また溶接位置を上流側に移動させると
共に前記スクイズ工具の間隙を狭めることが好ましい。

［作　用］ 弾性変形によって幅方向にカールした円筒体を突合せ溶
接するとき、比較的薄肉の金属ストリップを素材として
使用するため、拘束されていない突合せ端部は、上流側
及び下流側から伝播される振動により上下方向に微振動
する。また、スクイズロールの押付は状態が僅かにでも
食い違うと、突合せ端部に段差が生じる。

突合せ端部のこのような形状変化は、送り装置やスクイ
ズ手段の改良により、ある程度抑制することができる。

たとえば、スクイズロールに代えて、溶接される円筒体
の周面に摺接するスクイズブロックを使用し、溶接トー
チ直下の突合せ端部を露出させる外は、突合せ端部をス
クイズブロックで押さえることにより、突合せ端部の段
違いは大幅に少なくなる。

しかしながら、突合せ端部の形状変化を完全に抑制する
ことはできず、その結果として溶接によって形成された
ビードの形状が不規則に変化することが避けられない。

そこで、形成されたビードの形状をインラインで測定し
ながら、その形状に見合ったように溶接トーチの位置や
姿勢を調整する。たとえば、現在形成されているビード
が設定値よりも薄肉のときには、溶接点を上流側に移動
させて、ビードを増肉させる。これにより、形成された
ビードの形状が一定化し、溶は落ち、孔開き等の溶接欠
陥がない優れた品質の溶接管が製造される。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら、実施例によって本発明を具
体的に説明する。

本実施例では、第１図に示すように、金属ストリップを
幅方向にカールさせて円筒体１ｏを押さえロール１０及
びスクイズロール１２を経て溶接装置２０に送り込んだ
。円筒体１０の突合せ端部１３．１３は、押さえロール
１）で押さえられた後、第２図に示すようにスクイズロ
ール１２で円筒体１０を両側から押圧することによって
、一定したギャップに保持された。

スクイズロール１２の上方に配置された溶接装置２０は
、溶接トーチ２１を台車２２に搭載している。溶接トー
チ２１は、その細心が突合せ端部１３．１３間のギャッ
プに指向するように配置されている。台車２２は、アク
チュエータ２３によって所定の移動量で円筒体１ｏの搬
送方向に沿って移動する。

第２図の状態では、円筒体１０の両側に配置したスクイ
ズロール１２，１２の回転軸を結ぶ綿が突合せ端部１３
と交差する点Ｐに、溶接トーチ２１の軸心を指向させ、
この点Ｐを溶接位置としている。そして、溶接位置Ｐの
下流側に、レベルセンサ２４が配置されている。

レベルセンサ２４は、突合せ端部１３，１３に形成され
たビード１４の高さを検出する。検出されたビード高さ
は、検出値ｓ１として演算器２５に入力される。演算器
２５には、目標とするビード高さに対応する設定値Ｓ０
が入力されており、検出値Ｓ＋を設定値Ｓ０と比較して
、差分（ｓｌ−Ｓｏ）に対応したトーチ移動量Ｓ２をア
クチュエータ２３に出力する。

ここで、板厚０．４ｍｍのステンレス鋼板５ＵＳ３０４
を円筒体に成形して、直径５０．８ｍｍの溶接管を製造
した場合のトーチ移動量Ｓ２の算出を説明する。なお、
１２０アンペアの溶接電流で溶接速度を５ｍ／分に設定
したＴＩＧ溶接を採用した。また、円筒体１０の搬送方
向に直交する方向に対し傾斜角度１５度で、溶接トーチ
２１を傾斜させた。

円筒体１０の搬送方向に沿って溶接トーチ２１を平行移
動させたとき、溶接位置の変化に従って形成されたビー
ド１４の厚みは、第３図に示すように変化した。なお、
溶接位置は、第２図に示した溶接位置Ｐを基準点とし、
この基準点から上流側をマイナス、下流側をプラスとし
て表した。また、ビード増肉率は、板厚ｔ１に対するビ
ード厚みｔ２の比率（ｔ＊　−ｔ＋）／ｌ＋　Ｘ　１０
０で表した。

第３図から明らかなように、溶接位置を上流側に移動さ
せるほど、増肉率が大きくなり、厚いビードが形成され
ていることが判かる。逆に、溶接位置が下流側になるに
従って、ビード厚みが減少する。このような溶接位置と
ビード厚みとの関係は、材質や溶接条件等に応じて変わ
るものの、それぞれの場合に同様な関係が成立する。

そこで、第３図に示した関係式を演算器２５に記憶させ
ておく。演算器２５では、レベルセンサ２４で検出され
た検出値Ｓｌ　と設定値ｓ０とを比較し、差分子ｓ＋　
−５ｏｌを前記関係式に照合し、差分（ｓｌ−３ｏｌに
対応したトーチ移動量ｓ２を算出する。そして、トーチ
移動量ｓ２を制御信号としてアクチュエータ２３に出力
し、溶接トーチ２１、ひいては溶接位置を上流側或いは
下流側に移動させる。

このようにして、溶接位置を制御しながら溶接を行った
ところ、得られたビード１４の厚みは、０．６ｍｍを平
均とし、±０．０２ｍｍの範囲で変動していたに過ぎず
、実質的に一定の厚みをもつビードであった。そのため
に、得られた溶接管を最大径７２ｍｍ、最小径５０．８
ｍｍ、ピッチ７．０ｍｍのベローズ管にコルゲート加工
した後も、溶接部に破断、亀裂等の欠陥は何ら検出され
なかった。

これに対し、溶接位置を第２図の基準点Ｐに固定して溶
接を行った場合に形成されたビードは、０．４〜０．７
ｍｍの範囲で厚み変動があった。

得られた溶接管を同様にベローズ管に加工したところ、
３個／ｍの割合で溶接部に破断が検出された。破断が検
出された箇所は、形成されたビードの厚みが不足してい
る部分であった。

溶接位置を円筒体１０の搬送方向に沿って移動させる方
法としては、以上に示した溶接トーチ２１を平行移動さ
せる方式の外に、搬送方向に対する溶接トーチ２１の傾
斜角度を変更する方式がある。この場合、溶接位置から
トーチ先端までの距離が傾斜角度に伴って変化する。そ
のため、溶接トーチ２１の高さを調節することにより、
アーク電圧を一定にする。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、溶接トーチ
の位置や姿勢等を制御しながら溶接している。そのため
、厚みや幅等が一定したビードが形成される。また、溶
接位置を調節することによって、厚肉のビードを形成す
ることができる。そして、母材に対する入熱が調節され
、機械的性質に劣る熱影響部を最小に保つことができる
。得られた溶接管は、コルゲート加工しても溶接部に破
断や亀裂等を発生させることなく、フレキシブルチュー
ブやベローズ管を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するための図であり、第２
図はその一部平面図、第３図は溶接位置とビード幅との
関係を表したグラフである。他方、第４図及び第５図は
本発明者等が先に提案した造管設備の概略を示す。 １０：溶接される円筒体　１）：押えロール１２ニスク
イズロール　　１３：突合せ端部１４；ビード ２０：溶接装置　　　　　２１：溶接トーチＰ：溶接位
置（基準点） １容接位置（ｍｍ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力
   が付与された金属ストリップを幅方向にカールさせて成
   形した円筒体の幅方向両端部を突き合わせて溶接すると
   き、前記円筒体を両側から一対のスクイズ工具で挟持し
   、該スクイズ工具の間に配置した溶接トーチで前記幅方
   向両端部を突合せ溶接し、前記溶接トーチの下流側に配
   置したセンサで形成されたビードの高さを検出し、検出
   されたビード高さを設定ビード高さと比較し、検出され
   たビード高さが設定ビード高さより大きいときには、前
   記溶接トーチの軸線が前記溶接管の表面に交差する溶接
   位置を下流側に移動させ、検出されたビード高さが設定
   ビード高さより小さいときには、前記溶接位置を上流側
   に移動させることを特徴とする薄肉溶接管のビード厚み
   制御方法。
2. （２）請求項１記載の溶接トーチの軸線が前記溶接管の
   表面に交差する溶接位置を下流側に移動させると共にス
   クイズ工具の間隙を広げ、また前記溶接位置を上流側に
   移動させると共に前記スクイズ工具の間隙を狭めること
   により、前記溶接位置で幅方向両端部を実質的に隙間な
   く突き合わせることを特徴とする薄肉溶接管のビード厚
   み制御方法。