JPH04197516A - 溶接用めっき鋼帯の研削装置 - 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、鋼帯から溶接鋼管を製造する際に溶接部近傍
のめっき層を研削除去するための研磨装置に関する。

［従来の技術］ 鋼帯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。

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、板厚が小さな鋼帯を製
管用素材とすると、曲げ過程における弾性変形による影
響や大きなエツジストレッチに起因した縁波等の欠陥が
発生し易く、製造された管体の真円度が劣化すると共に
、溶接も困難になる。

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（以
下、これをロールレスフォーミング法という）を開発し
、特開昭６２−１７６６１）号公報、特開平１−４８６
２４号公報等で紹介している。

たとえば、特開昭６２−１７６６１）号公報では、第７
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Ｓ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−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る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８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に曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が付与
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］ 前述したロールレスフォーミング法をＡｒ１．　Ｚｎ等
のめっき層が形成されためつき鋼帯に適用して鋼管を製
造しようとすると、鋼帯の表面にあるめっき層が溶接条
件を不安定にしたり、溶接部の組織を劣化させることが
ある。

たとえば、Ａ２めっきされたオーステナイトステンレス
鋼帯を素材として、幅方向両端部を突合せ溶接して鋼管
を製造すると、めっき層のＡｒ１が溶接部の組織内に取
り込まれる。Ａｒ２は、強力なフェライト形成元素であ
ると共に、Ｆｅとの間に高い硬度の金属間化合物Ｆｅ／
ＩＩ２を形成する。そのため、溶接部は、オーステナイ
トマトリックスにフェライト相が混在し、しかも硬質粒
子ＦｅＡ！が分散した極めて靭性の低い組織になる。そ
の結果、得られた鋼管にバルジ加工やコルゲート加工を
施すと、多数の亀裂、破断等の欠陥が溶接部に発生する
。

また、Ｚｎめっき鋼帯では、溶接作業中に蒸気圧が高い
Ｚｎが優先的に蒸発するため、溶接条件が不安定になる
。このような問題は、オーステナイトステンレス鋼帯に
限ったものではなく、普通鋼、耐候性鋼等を基質とする
めっき鋼帯においても同様に生じる。

基質とめっき層との物性の違いに起因する欠陥を防止す
るためには、溶接に先立って被溶接部の表面からめっき
層を除去することが必要となる。

しかし、ロールレスフォーミング法に使用される素材は
、−船釣に薄肉の鋼帯である。この薄肉鋼帯の表面に形
成されためっき層を単に研削により除去すると、必要な
めっき層までも除去される。

その結果、得られた溶接鋼管の耐食性等の特性が劣化す
る。また、研磨の仕方次第では、鋼帯を幅方向にカール
させたとき、エツジ部の弾性が中央部の弾性と異なり、
高い開先精度で幅方向両端部を突合せることができな（
なる、そのため、溶接条件が不安定となり、溶接部に孔
開き、溶は込み不足、ビードの形状劣化等が生じる。

めっき層が溶接部に存在することに起因する悪影響は、
前述したロールレスフォーミングに限ったものではな（
、従来の成形ロールを使用した造管法においても同様に
生じるものである。

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、溶接条件を安定化させ、優れた品質の溶接
部及び真円度をもつ鋼管が製造されるように、めっき鋼
帯の輻方向端部にあるめっき層を研削除去すると共に、
基質の研削を抑制することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、その目的を達成するために、断面円形状に成
形され、幅方向両端部を突合せ溶接することにより溶接
管に製造されるめっき鋼帯の幅方向両端部にあるめっき
層を研削除去する研削装置において、前記めっき鋼帯の
搬送方向と平行に保持された回転軸と、該回転軸が挿通
された砥石本体と、該砥石本体の周面に設けられた弾性
層を備えており、該弾性層は、砥粒を分散させた可圧縮
性の繊維集合体であることを特徴とする。

ここで、めっき鋼帯を断面円形状に成型する方法として
は、曲げ及び曲げ戻しによってめっき鋼帯の幅方向に一
様な残留応力が付与されためつき鋼帯を幅方向にカール
させるロールレスフォーミングを採用することができる
。

また、造管用素材としては、Ａｇ、Ｚｎ等をめっきした
ステンレス鋼帯３Ｍ通鋼鋼帯、耐候性鋼帯等の各種のめ
っき鋼帯がある。

［作　用］ たとえば、ＡＩ２めっきオーステナイトステンレス鋼帯
の幅方向両端部を研磨した後、筒状に成形して溶接開先
を形成するとき、所定の耐食性を確保しながら、めっき
層が溶接に悪影響を与えないことを考慮して、必要最小
限のＡＪ２めっき層を除去することが要求される。

そこで、本発明にあっては、第１図に示すように、研削
砥石１０の回転軸１）をめっき鋼帯Ｓの走行方向と平行
に保持し、砥粒を分散させた可圧縮性の弾性層１２を周
面に有する砥石本体１３をめっき鋼帯Ｓの幅方向端部に
押し付ける。なお、研削砥石１０の押圧力を受けるよう
に、めっき鋼帯Ｓの反対側にバックアップロール１４が
設けられている。バックアップロール１４にも、弾性層
１５が設けられており、圧縮状態でめっき鋼帯Ｓの裏面
に面接触するようになっている。

この状態で砥石を回転させると、幅方向端部にあるめっ
き層Ｓ１が研削除去される。このとき、砥石本体１）の
周囲に設けられている弾性層１２が圧縮され、めっき鋼
板Ｓの幅方向端縁から所定の長さ２にわたって砥石１ｏ
とめっき鋼板Ｓとの面接触が保たれる。

したがって、めっき層Ｓ、及び基質Ｓ０は、距ＩｆＩ２
の範囲で均等に除去される。その結果、第２図（ａ）に
示すように、基質Ｓ０の研削量ΔＳを極めて小さくし、
実質的にめっき層Ｓ１のみを除去することができる。ま
た、研削量ΔＳは、距離２の範囲にわたり、はぼ一様に
なる。そして、基質Ｓｏが過剰に研削されることがな（
、端縁の板厚ｔが確保される。

これに対し、硬質砥石を使用して研削を行った場合、砥
石とめっき鋼板Ｓとの接触部は、幅方向長さが短い。そ
のため、砥石の円周曲面が研削後の形状に影響し、第２
図（ｂ）に示すようにめっき鋼帯Ｓの端縁に向かうほど
大きくなる研削量△Ｓで基質Ｓ０が研削される。その結
果、端縁の板厚ｔが不足し、ロールレスフォーミングを
行った際に歪み不足となり、高精度の溶接開先を形成す
ることができない。

弾性層１２としては、無機質、有機質繊維等をフェルト
状に加工し、Ａｌ２０ｓ　、ＳｉＯ２，ＳＩＣ等の砥粒
を分散させたものが使用される。弾性層１２の圧縮性は
、繊維の充填密度、接着剤の種類等により調整すること
ができる。たとえば、／ｌめっきオーステナイトステン
レス鋼帯の幅方向端部から八！めっき層を除去する長さ
βは５ｍｍ程度であるので、この長さａの範囲にわたり
弾性層１２とめっき鋼板Ｓとが面接触するように、０．
７〜１．５ｇ／ｃｍ”の充填密度でポリビニルアルコー
ルを繊維状に成形したものが使用される。

なお、めっき層Ｓ１を除去する長さｉば、めっき鋼板Ｓ
に対する回転軸１）の位置及び研削砥石１０の押圧力に
よって調整することができる。

また、研削砥石１０の回転軸１）をめっき鋼帯Ｓの走行
方向と平行に保持しているので、研削砥石１０がめつき
鋼帯Ｓの幅方向に摺接する横研削が行われ、研削後のめ
っき鋼帯表面に幅方向の研削跡が形成される。したがっ
て、研削されためっき鋼帯をロールレスフォーミングに
よって幅方向にカールさせても、幅方向に関する弾性係
数が局部的に変わることなく、真円度の高い筒状体が得
られる。しかも、幅方向端縁は、第２図（ａ）に示すよ
うに十分な板厚ｔを確保しているため、精度良く溶接開
先を形成することができ、安定した条件下での溶接が可
能となる。このようにして得られた溶接鋼管に対して加
工率の大きなバルジ加工等の加工を施した場合、溶接部
の強度が優れているため、加工により亀裂、破断等を生
じることなく、形状特性の良好なフレキシブルチューブ
。

コルゲート管等の製品が得られる。

本発明の研削装置は、たとえば第６図に概略を示した前
処理ラインに組み込まれる。研削されるめっき鋼帯Ｓは
、アンコイラ−Ｃ１から４基直列に配置した研削装ｆｉ
Ｐ、〜Ｐ４に送り出される。

それぞれの研削装置Ｐ、〜Ｐ４で幅方向両端部のめっき
層が研削により除去された後、めっき鋼帯Ｓは、洗浄機
Ｗ及び乾燥機りを経て、エツジトリマーＴに送られる。

エツジトリマーＴでは、研削によってダした幅方向両端
部をトリミングし、めっき鋼帯Ｓの幅を一定に揃える。

次いで、めっき鋼帯Ｓは、コイラーＣ２に巻き取られる
。

研削装置ｐ、−ｐ４は、めっき鋼帯Ｓの幅方向両端部の
表面及び裏面にそれぞれ対向する研削ヘッドＨ゛、〜Ｈ
４、及びめっき鋼帯Ｓを介し研削ヘッドＨ１〜Ｈ４と対
になったバックアップロールＢ１〜Ｂ４を備えている。

研削ヘッドＨ１〜Ｈ４は、それぞれ駆動モータＭ１〜Ｍ
４で回転され、めっき鋼帯Ｓに対する押圧力が圧力設定
機Ｆ１〜Ｆ４で調整される。

コイラーＣ２に巻き取られためっき鋼帯Ｓは、第７図、
第８図等に示したロールレスフォーミング設備に搬送さ
れ、製管される。なお、第６図に示したような前処理ラ
インをロールレスフォーミング設備自体に組み込み、研
削、洗浄、成形、溶接を一貫したラインで行うこともで
きる。

研削ヘッドＨ１は、第１図に示す位置関係でめっき鋼板
Ｓに研削砥石１０を対向配置させているが、他の研削ヘ
ッドＨ２〜Ｈ４も同様である。

［実施例］ 以下、Ａ２めっきオーステナイトステンレス鋼帯による
鋼管製造に本発明を適用した実施例を説明する。

めっき鋼帯としては、板厚が０．４０ｍｍで板幅１’６
０．０ｍｍのステンレス鋼帯５ＵＳ３０４に目付は量４
０ｇ／ｍ”（厚み１５＊ｍｌのＡｌ２めっき層を形成し
たものを使用した。

このめっき鋼帯を、第１図に示した構造をもつ研削装置
で研削した。なお、弾性層１２として、１．０ｇ／ｃｍ
３の充填密度でポリビニルアルコールと微細なＡｌ２２
０３粒子とを混合し、繊維状に紡糸・形成したものを、
厚み１００ｍｍで砥石本体１３の周面に接着したものを
使用した。そして、圧下刃５ｋｇｆで研削砥石１０をめ
っき鋼帯の端部表面に押し付け、毎分６００回転の回転
速度で回転させた。

研削後、めっき鋼帯Ｓの表面状態を観察したところ、第
２図（ａ）に示すようにほぼ一定した５ｍｍ幅でめっき
層Ｓ１が幅方向端部から除去されていた。また、基質Ｓ
０の研削量ΔＳはほぼ０゜０１ｍｍで一定し、端縁の板
厚ｔは０．３８ｍｍであった。

これに対し、硬質砥石を使用する場合、同一の条件下で
研削を行ったものでは、第２図（ｂ）に示すように、大
きな研削量△Ｓで基質Ｓ。が研削されており、端縁の板
厚ｔはＯ−３０ｍｍ以下のものもあった。

幅方向両端部の表裏両面にあるめっき層が研削除去され
ためっき鋼帯は、第８図に要部を示したロールレスフォ
ーミング設備により、直径５０゜８ｍｍの管状に成形さ
れた。そして、幅方向両端部をＴ工Ｇ溶接し、５ｍ／分
の速度でステンレス鋼管を製造した。なお、溶接条件は
、溶接電流１５０Ａとし、シールドガスとして若干の水
素を含有するアルゴンガスを使用した。

得られた溶接部は、第３図（ａ）に示すようにフェライ
ト相を実質的に含まないオーステナイト組織をもってい
た。また、溶接部の硬度を調査したところ、第４図に示
すように、母材とほぼ同じＨｖ　］、　９０の硬度をも
っていた。

これに対し、めっき層を除去せずに溶接することにより
得られた溶接部には、めっき層のＡＩ２を取り込んだ結
果として、第３図（ｂ）に示すようにフェライト相の析
出がみられた。また、フェライト相には、微細な金属間
化合物ＦｅＡｆｆが析出していた。そのため、溶接部は
、非常に高い高度をもっており、特にビード中央付近で
の硬度が著しく上昇していた。

次いで、得られたステンレス溶接鋼管を第５図に示す工
程でコルゲート加工し、フレキシブルチューブを製造し
た。

先ず、肉厚０．４ｍｍ、外径５０．８ｍｍの溶接鋼管を
長さ３００ｍｍに切り出し、試験片２０を用意した（第
５図ａ）。

試験片２０の一端側開口をプラグ２１で塞ぎ、内部に加
圧水２２を充満させた後、他端側開口をプラグ２３で閉
塞した。そして、試験片２０を上金型２４及び下金型２
５で挟み、試験片２０の一端を反力受け２６に固定し、
他端に配置した加圧具２７を介し加工圧力Ｆを加えた（
第５図ｂ）。

上金型２４及び下金型２５には、製造しようとするフレ
キシブルチューブの輪郭に対応した凹部２８が形成され
ている。そのため、加工圧力Ｆによって止金型２４及び
下金型２５を反力受け２６に押し付けると、凹部２８に
対応した膨出部２９が試験片２０に形成される（第５図
Ｃ）。

このようにして、拡管率４２％で、山ピッチｐが２０ｍ
ｍのフレキシブルチューブ３０が得られた（第５図ｄ）
。

得られたフレキシブルチューブ３０の溶接部を観察した
ところ、亀裂、破断等の欠陥が溶接部にみられなかった
。

他方、硬質砥石を使用してめっき層を除去した鋼帯から
得られた溶接鋼管では、膨出部に形状不良が散見された
。これは、端縁の板厚ｔが不足しているため、曲げ工程
で十分な残留応力が与えられず、また開先精度の低下に
より溶接条件が不安定になったことが原因であると考え
られる。

この対比から明らかなように、弾性層を備えた研削砥石
でＡｎめっき層を除去した後、めっき鋼帯を溶接すると
き、良好な加工性をもつ溶接部が得られ、高度の加工率
が要求されるコルゲート加工、バルジ加工等に対しても
十分な耐力をもつ溶接鋼管が得られる。また、過剰にＡ
ｆｆめっき層を除去することなく、溶接鋼管自体に耐食
性の優れたＡｆ２めっき層が形成されているので、耐食
性が要求される自動車排ガスシステム用の部品等として
使用される。

なお、以上の実施例では、ＡＲめっきオーステナイトス
テンレス鋼から溶接鋼管を製造する場合を説明した。し
かし、本発明は、これに拘束されるものではなく、ＡＩ
２めっきフェライトステンレス鋼、Ｚｎめっきオーステ
ナイトステンレス鋼。

ＡＪ２めっき普通鋼、Ｚｎめっき普通鋼等の鋼帯をロー
ルレスフォーミングによって成形し、溶接することに対
しても同様に適用される。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、弾性層を有
する研削砥石により幅方向両端部のめっき層を研削除去
するので、ｆ＃縁の板厚が過度に減少することなく、実
質的に必要箇所のみのめっき層が除去される。そのため
、研削されためっき鋼帯をロールレスフォーミングする
とき、曲げ及び曲げ戻しにより端部に付与される残留応
力が不足することなく、真円度の高い筒状に成形される
。

また、端縁の板厚が確保されるため、端縁を突き合わせ
て溶接用開先を形成するときの調整が容易になる。しか
も、溶接条件や溶接部の組織等に悪影響を与えるめっき
層がないので、母材とほぼ同様な性質をもつ溶接部が得
られる。このようにして製造された溶接めっき鋼管は、
高度の加工を施すことができ、形状特性及び耐食性等に
優れた製品となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるめっき鋼帯の研削状態を説明す
るための図、第２図は弾性砥石及び硬質砥石それぞれで
研磨した後の幅方向両端部を対比して示す断面図、第３
図はＡβめっき層を研削除去しためっき鋼帯の幅方向両
端部を突合せ溶接することによって得られた溶接部の組
織を示し、第４図はＡＩ２めっきの有無が溶接部の硬度
に与える影響を表したグラフ、第５図は溶接鋼管をコル
ゲート加工するときの工程を説明するための図、第６図
はめっき鋼帯の前処理ラインの一例を示す。 他方、第７図及び第８図は、本発明者等が先に提案した
設備構成を示す。 １０：研削砥石　　　　１）：回転軸 １２：弾性層　　　　　１３：砥石本体１４：バックア
ップロール Ｓ：めっき鋼帯　　　　Ｓｏ：基質 Ｓ、、Ｓ、：めっき層　　　ΔＳ：研削量ｔ：端縁の板
厚 （ｂ） ００Ｐｍ ヒート中央からの距離（ｍｍｌ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）断面円形状に成形され、幅方向両端部を突合せ溶
   接することにより溶接管に製造されるめっき鋼帯の幅方
   向両端部にあるめっき層を研削除去する研削装置であり
   、前記めっき鋼帯の搬送方向と平行に保持された回転軸
   と、該回転軸が挿通された砥石本体と、該砥石本体の周
   面に設けられた弾性層を備えており、該弾性層は、砥粒
   を分散させた可圧縮性の繊維集合体であることを特徴と
   する溶接用めっき鋼帯の研削装置。
2. （２）めっき鋼帯を断面円形状に成型する工程が、めっ
   き鋼帯の幅方向に一様な残留曲げ応力が付与されためっ
   き鋼帯を幅方向にカールさせることにより行われるもの
   であり、該成形工程の上流側に請求項１記載の研削装置
   が配置されていることを特徴とする溶接用めっき鋼帯の
   研削装置。
3. （３）請求項１又は２の何れかに記載のめっき鋼帯が、
   Ａｌめっきオーステナイトステンレス鋼であることを特
   徴とする溶接用めっき鋼帯の研削装置。