JPH04274887A - 電縫鋼管の溶接方法 - Google Patents

電縫鋼管の溶接方法

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JPH04274887A
JPH04274887A JP5764691A JP5764691A JPH04274887A JP H04274887 A JPH04274887 A JP H04274887A JP 5764691 A JP5764691 A JP 5764691A JP 5764691 A JP5764691 A JP 5764691A JP H04274887 A JPH04274887 A JP H04274887A
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JP
Japan
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welding
temperature
thickness direction
plate thickness
temperature distribution
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Withdrawn
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JP5764691A
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English (en)
Inventor
Tetsuji Toyoda
豊田 哲治
Takashi Miyagawa
隆 宮川
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電縫鋼管の溶接方法に関
するものである。
【0002】
【従来技術】従来の電縫鋼管の溶接方法としては、例え
ば、図1に示すように溶接点12に流れる電流により加
熱されたエッジ端面の外表面の温度を温度計測器1を用
いて測定し、溶接機2の電力値を可変させて、エッジ端
面を充分に溶融する温度に達するように電力値をコント
ロールする方法が知られている。しかし、この場合、板
厚の端面の外表面温度と中央部温度との温度差(以下こ
れを偏加熱と呼ぶ)が激しい条件では板厚の端面の外表
面温度が充分に溶融する温度であっても中央部は未溶融
温度にしか達しないことがある為、電縫鋼管の溶接の制
御精度としては充分ではなかった。また、この偏加熱の
弊害を解消する手段として複合加熱があるが、特に特開
昭62−84889号公報ではレーザーとの複合加熱技
術があり、板厚中央に高エネルギーであるレーザー光を
あてて板厚中央の温度不足を補う為非常によい溶接品質
が期待されているが、しかしながら、設備費用が膨大で
あること、また溶接部廻りの冷却水の影響を受けやすく
レーザー光の板厚中央へ与えるエネルギーが変動する可
能性があること、その対策として溶接部廻りのドライ溶
接が必要であるがドライ溶接の設備費用も膨大であるこ
と等の欠点があり、実用化が難しかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】電縫鋼管の溶接におい
て、板厚方向の偏加熱が大きい場合は板厚の端面の外表
面温度が溶融温度に達していても中央部温度は未溶融状
態の場合があり、溶接品質として不充分なことがある。 この場合、溶接機の投入電力を上げれば、板厚中央部温
度は溶融温度に達することができるが、板厚の外面が溶
け落ちを起こしたり、バーニングを起こす為、投入電力
を上げられない場合がある。その為、溶接品質の適正な
投入熱量の範囲が狭くなり、操業歩留を低下させたり、
溶接条件設定に時間を労して実働率の低下をもたらすこ
とになるので、この板厚方向の偏加熱をより小さくする
ことが必要である。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は連続給送
される金属帯を曲成してなるオープンパイプの対向端面
を加熱溶融させ、溶融端面同士を突き合せ溶接して電縫
鋼管を連続製造する過程において、溶接素材の板厚方向
の温度を予測し、該予測結果に基ずいて溶接因子を可変
し溶接素材の板厚方向温度分布を平滑化することを特徴
とする電縫鋼管の溶接方法である。
【0005】
【作用】以下、本発明について詳細に説明する。図2に
示すように外面温度を測定する温度計測器1により進行
方向の外表面温度を計測し、CPU13にてデータを記
憶し、それを用いて温度予測モデル計算14にてその条
件での板厚方向の電流密度分布を計算し板厚方向の温度
分布を予測し、該予測結果に基ずいて溶接因子を可変し
て再度板厚方向の温度分布を計算し板厚方向温度分布が
平滑になる溶接因子の条件を見出しその条件設定機構1
5ヘフィードバックさせる溶接方法である。この板厚方
向の温度分布を予測する温度予測モデル計算14は電磁
気学上の基礎方程式(マックスウェルの方程式)をFE
M(有限要素法)等により解析するツールにより温度分
布を予測するものである。このFEM(有限要素法)を
用いた電磁場解析は、3次元モデルでの計算がより精度
的によいが、計算時間が膨大に掛かる等の問題があるの
で、ここでは2次元モデルについての温度予測の方法を
奨励する。この方法は、図3に示すワークコイル16か
ら溶接点12までをN等分し各々の点での断面を2次元
モデル化し、各断面での電流密度分布を求める。電流密
度分布は以下に示す電磁場方程式(マックスウェルの方
程式)を用いて解く。 たゞし    E:電界強度 D:電束密度 H:磁界強度 B:磁束密度 i:電流密度 この式は微分方程式であり、 この解を求めるには有限
要素法が一般に用いられる。有限要素法には汎関数と呼
ばれる以下の積分方程式を各メッシュ毎に計算すれば各
断面での電流密度分布を求めることができる。
【0006】       x=∫v{jω/2(V×A)(1/μ(
V×A)+1/2(jωA+Vφ)σ(jωA+Vφ)
                         
                    −Ja(j
ωA+Vφ)}dV  ──(2) たゞし     A:電磁ベクトルポテンシャルφ:電
磁スカラーポテンシャル ω:2πf μ:透磁率 σ:比抵抗 Ja:電流密度 有限要素法のメッシュ分割は計算機の容量に合わせて分
割数を決定すればよいが、最低限として図4に示すよう
に、その溶接周波数で決まる浸透深さよりも小さく分割
する必要がある。図4の場合は、溶接周波数200kH
zの時の最低メッシュ分割である。計算に余り必要でな
い部分は大きくメッシュ分割しておけば計算時間の短縮
が可能となる。また、求めた電流密度から板厚方向の温
度分布を予測する為に、(3)式の偏加熱率を用いれば
より定量的に評価が可能となり、好ましい。
【0007】又、計算において更に正確に電流密度分布
を求めるには温度による物性値(透磁率と比抵抗値)の
変化を考慮に入れる必要があるが、これは温度計測器1
により進行方向の外表面温度が計測されているので容易
に予測できる。断面Aにおける外表面温度は、図5に示
す温度計測器1の測温結果から求められ、その際の電流
密度の計算結果から断面Aでの温度分布が判明する。図
bは断面Aでの電流密度の計算結果であり、A−1のエ
リアが同一の電流密度であり、また同一の温度分布であ
る。これによりA−1のエリアでの透磁率と比抵抗値が
求まる。同様にA−2,A−3−−−の温度及び透磁率
と比抵抗値を求める。次に断面Aでの計算結果を用いて
断面Bでの電流密度の計算を同様の温度予測モデルで計
算する。断面Aから断面Bまでには造管速度から決定さ
れる時間tが経過しているので、温度もジュール熱I2
Rtにより増加し透磁率と比抵抗値が変化することを考
慮に入れるとより精度のよい計算結果となる。同様に電
流密度分布と温度計測器1の測温結果から断面Bでの温
度分布が求まる。同様の計算をC,D−−−と順に行い
、最後に溶接点近傍の板厚方向の温度分布が求まる。こ
の温度予測モデル計算15には各溶接因子の条件をイン
プットしておけば、溶接因子の条件がどのように板厚方
向の温度分布に影響するかが、計算され偏加熱を小さく
する為の条件を求めることができる。 溶接因子の説明
図を図7に示す。溶接因子とはパイプの板厚3、パイプ
の外径4、パイプのエッジ端面の突き合せ状態5、エッ
ジ端面の突き合せVシェープ角6、パイプの進行速度7
、溶接給電点の位置8、インピーダの位置及び特性9、
溶接機の周波数10、電力11を表す。この溶接因子を
変化させる方法としては、パイプの板厚3、パイプの外
径4は既に与えられたものと仮定した時には、残りのも
のが可変できる。エッジ端面の突き合せ状態5はフィン
パスロールのフィン角度を変えることにより可能であり
、Vシェープ角6はフィンパスロールのフィン厚もしく
はフィンパスのリダクションにより可変でき、パイプの
進行速度7はそのミルでの各設備のMax速度まで可変
でき、溶接給電点の位置8はスクイズロールに干渉しな
いまで近ずくことができ、インピーダの位置及び特性9
はマンドレルへの取付け位置を変えることにより可変で
き、溶接機の周波数10は帰還コンデンサの量や回路の
インピーダンス等を変えることにより可変でき、溶接電
力11は一次側の電圧値を変えることにより可変できる
。いずれの因子も設備の機械的制約があり、可変できる
量は限られる為、予測の際の可変量設定は状況に合わせ
て行えばよい。以上のように予測した結果から最適の溶
接因子の条件に再度設定しなおせば、より偏加熱の小さ
い、溶接品質の安定した状態にすることができる。また
、本発明ではこれらの因子を自動的に可変する溶接因子
設定機構15を取付ければより好ましい。また、温度測
定器に放射温度計やCCDカメラを用いるほうが好まし
い。
【0008】
【実施例】図8に本発明で溶接因子を溶接給電点の位置
を可変した時の実施例を示す。この場合の電縫鋼管サイ
ズは外径165.2mm,板厚8.0mmであり、溶接
因子の条件は、速度40m/分、溶接周波数は200k
Hz、端面の突き合せ状態はI型、エッジ端面の突き合
せVシェープ角は4度、溶接給電点の位置は200mm
であり、その時の板厚方向の偏加熱率を式(1)、(2
)、(3)を用いて予測した結果が図8である。この条
件下で溶接給電点の位置を220mm,200mm,1
80mmと可変した場合の偏加熱の予測結果が図中の実
線1,2,3である。この予測結果から溶接給電点の位
置は180mmが最も偏加熱の小さい条件であることが
いえる。この溶接給電点の位置200mmと180mm
の熱影響部(HAZ)を調べた結果が図9であり、予測
通りに偏加熱が小さくなることによりHAZの板厚方向
での平滑化が行われており、予測結果が実際の現象と一
致していることが証明された。
【0009】
【発明の効果】本発明により、電縫鋼管を連続製造する
ミルにおいて操業の安定化及び溶接品質の向上及び操業
歩留の向上に多大に貢献することが可能となった。
【0010】
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の電縫鋼管製造ラインの溶接制御システム
を示した概略側面図、
【図2】本発明に係わる装置の構成を示した概略側面図
【図3】板厚方向温度分布予測モデルの板進行方向での
分割の仕方を説明した図、
【図4】板厚方向温度分布予測モデルの周波数200k
Hzの際のメッシュ分割を行った結果の一例を示した図
【図5】温度計測器1により進行方向の外表面温度を計
測した際の測定結果の一例を示したグラフ、
【図6】F
EMにより板厚方向温度分布を予測した際の計算結果の
一例を示した図、
【図7】溶接に影響を与える溶接因子を説明した図、

図8】板厚方向温度分布予測モデルにより溶接給電点の
位置を変更した際の偏加熱の変化を予測した計算結果の
一例を示したグラフ、
【図9】その時の熱影響部(HAZ)の変化により予測
結果が実際の現象と一致していることを説明した図であ
る。
【符号の説明】
1  温度計計測器 2  溶接機 3  パイプの板厚 4  パイプの外径 5  パイプのエッジ端面の突き合せ状態6  Vシェ
ープ角 7  パイプの進行速度 8  溶接給電点の位置 9  インピーダの位置及び特性 10  溶接機の周波数 11  溶接電力 12  溶接点 13  CPV 14  温度予測モデル計算 15  溶接因子条件設定機構 16  ワークコイル

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  連続給送される金属帯を曲成してなる
    オープンパイプの対向端面を加熱溶融させ、溶融端面同
    士を突き合せ溶接する電縫鋼管の溶接方法において、溶
    接素材の板厚方向の温度を予測し該予測結果に基ずいて
    溶接因子を可変し溶接素材の板厚方向の温度分布を平滑
    化することを特徴とする電縫鋼管の溶接方法。
JP5764691A 1991-03-01 1991-03-01 電縫鋼管の溶接方法 Withdrawn JPH04274887A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6911632B2 (en) * 2001-09-12 2005-06-28 Aisapack Holding Sa Method for controlling the position of a foil strip edges
WO2009060764A1 (ja) * 2007-11-05 2009-05-14 Nippon Steel Corporation 鋼管材の溶接部加熱装置及び方法

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US8383978B2 (en) 2007-11-05 2013-02-26 Nippon Steel Corporation Steel pipe material weld zone heating apparatus and method

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