JPH05200544A - 溶接管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接面に生成される脱合金成分層を改質して
高靱性，高耐食性を達成すると共に、ペネトレータ等の
溶接欠陥の発生を抑制する。 【構成】 一対のスクイズロール３，３の両回転軸心を
含む平面から上流側、即ち誘導加熱コイル２側に30〜70
mm隔てた位置において、消耗電極式ガスシールドアーク
溶接機４から連続的に供給されるワイヤ4bとオープンパ
イプOPの両側エッジ部Ｅ，Ｅとの間にアークを点弧さ
せ、このアーク電流又はアーク電圧を制御装置５にて捉
え、例えばアーク電圧の変動量が６Ｖ以下となるよう前
記ワイヤ4bの位置を調節すべく位置調節用の駆動部4dを
操作し、エッジ端面間ギャップが0.3 〜0.7 mmの範囲に
設定されている部分のエッジ部Ｅ，Ｅとワイヤ4bとの間
にアークが点孤されるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属製の帯状材をその
幅方向に湾曲して両側のエッジ部を加熱溶融しつつ衝合
溶接して製管する溶接管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にはこの種の製管溶接法には、サブ
マージアーク溶接法、プラズマ溶接法、TIG 溶接法、高
周波電縫溶接法等があり、このうち高周波電縫溶接法は
製管溶接プロセスの中で最も高能率なプロセスとして広
く採用されている。

【０００３】図４は高周波電縫溶接法による溶接管の製
造態様を示す模式図であり、金属製の帯状材をその幅方
向の両側エッジ部Ｅ，Ｅが相対向するように成形ロール
群（図ではシームガイドロールのみが示される）で成形
してオープンパイプＯＰとなした後、このオープンパイ
プＯＰを誘導加熱コイル２に通して両側エッジ部に高周
波電流を通じ、この部分を加熱溶融させつつスクイズロ
ール３により両側エッジ部Ｅ，Ｅ同士をＶ形状に漸近さ
せ、衝合溶接させて管Ｐを製造する。

【０００４】ところでこのような高周波電縫溶接法にお
ける問題は、ペネトレータと呼ばれるエッジ部の高温酸
化により生成された酸化物が溶接面に残留することによ
り発生する溶接欠陥が多いことである。ペネトレータの
残留は、拡管，曲げ等の溶接部に対する加工性能を劣化
させることは無論、溶接部の靱性，耐食性をも劣化さ
せ、実用上問題となることが知られている。

【０００５】ペネトレータは、適正な溶接条件の選択に
よってある程度までは低減することが可能であるが、従
来の電縫溶接法によってはこれを皆無にすることは極め
て難しい。このため実操業においてはペネトレータの発
生しやすい材料を用いる場合、加熱部を不活性ガスでシ
ールドする方法が採用されるが、この方法でもペネトレ
ータ欠陥を完全に防止するに至っていないのが現状であ
る。

【０００６】このようなペネトレータの発生を防止する
従来の技術としては、例えば特開昭56-168981 号に開示
された技術がある。この方法は高周波電流による第１の
加熱手段によってエッジ部を溶融温度又はその近傍の温
度まで加熱し、次いで第２の加熱手段によってエッジ部
を溶融温度以上の温度に加熱して衝合溶接する方法であ
る。

【０００７】しかしながらこの従来の方法にあっては、
溶融溶接法が単に溶接部を加熱溶融させるための手段と
して用いられているため、一般の電縫溶接と同様に溶接
面上にフェライトバンドと呼ばれる厚さ数百μm の脱合
金成分層が生成され、溶接部の靱性，耐食性能等を母材
と同等にすることは困難である。

【０００８】この対策として、特開昭63-220977 号に開
示されたオープンパイプの両側エッジを高周波電流によ
って加熱し、逆極性の消耗電極式ガスシールドアーク溶
接法により電極と両側エッジ部との間に埋もれアークを
点弧させつつ衝合溶接を行う方法がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
方法ではアークを点弧する位置直下のエッジ端面間のギ
ャップが溶接品質を左右する重要な因子となるため、従
来にあっては静止非溶接状態でのエッジ端面間ギャップ
から溶接時のアーク直下のエッジ端面間ギャップを推定
し、或いは実際の溶接中に溶接部上方から写真撮影を行
って適正位置を求めて管長手方向のアーク位置を設定し
ているが、実際の製造過程では種々の外乱によって電縫
溶接されるエッジ部のＶ字形状がパイプ外径、肉厚、材
質或いは溶接速度等によって種々異なるため、その都度
製管作業を中断し、適正位置を確認する必要があり、稼
働率，歩留を低下させるのみならず、コイル幅，材料板
厚の僅かな変動によって生ずる形状変化に追従できない
ため十分な効果が得られないという問題があった。

【００１０】例えば、アーク直下のエッジ端面間ギャッ
プが適正値より狭い場合はペネトレータの発生防止効
果、電縫溶接部特有の脱合金成分層の改質が困難とな
り、また逆に広い場合は高周波電流によって加熱，溶融
したエッジ端面溶融金属のオープンパイプ内外面への押
出しを助長するため、衝合溶接時におけるアップセット
力の大幅な低下を招き、加熱によって端面に生成した酸
化物の排出が不十分となって溶接品質の確保が困難とな
る。

【００１１】本発明者はアーク点弧直下におけるエッジ
端面間ギャップを正確に検出すべく実験，研究を行った
結果、エッジ端面間ギャップはアーク電圧、又はアーク
電流と密接な関係にあることを知見した。

【００１２】一般に消耗電極式アーク溶接法においては
アーク長が短い場合、アークによって溶融したワイヤの
溶滴がワイヤを離脱する際、被溶接部との間に瞬間的な
短絡状態が発生する。溶融金属を安定に被溶接部へ添加
するためにはアーク長を短く保つ必要があり、このよう
な短絡発生現象を回避することは難しく、通常のアーク
溶接での短絡回数はアーク長が短くなるに従って多くな
る。またこの短絡回数はアーク点弧位置直下の被溶接
面、即ちエッジ端面間ギャップによっても大きく異な
る。例えば、アーク点弧直下のエッジ端面間ギャップが
広い場合、アークはオープンパイプエッジOPのエッジ部
Ｅ，Ｅ間へ埋もれるため、アーク電圧が一定でも実質的
な溶滴のエッジ部Ｅ，Ｅへの接触回数、即ち短絡回数は
増加する。

【００１３】一方アーク直下のエッジ端面Ｅ，Ｅ間ギャ
ップが狭い場合、或いは衝合溶接後にアークを点弧した
場合は相対するエッジ端面Ｅ，Ｅを流れる高周波電流の
反発力によってオープンパイプOP外面側へ不規則に溶融
金属が押し出され、アーク長の変動が激しくなってアー
クが不安定となり、アーク電流及びアーク電圧が変動す
る。

【００１４】従って、逆に短絡回数やアーク長によって
変化するアーク電流、或いはアーク電圧を監視しておけ
ば、適正位置でアークを点弧しているか否かを知ること
が可能となるのである。

【００１５】本発明は係る知見に基づきなされたもの
で、従来困難であった製管中の適正アーク点弧位置をア
ーク電流又はアーク電圧にて監視することにより、最適
位置へアーク溶接電極を設定し、欠陥発生防止効果及び
脱合金成分層改質効果を安定して得ることを目的とす
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る溶接管の製
造方法は、オープンパイプの相対向する両側のエッジ部
を高周波電流にて加熱溶融させ、前記両側のエッジ部と
これと対向させた消耗電極式ガスシールドアーク溶接機
から供給される消耗電極との間にアークを点弧させつつ
スクイズロールにて両側のエッジ部を衝合溶接する溶接
管の製造方法において、前記点弧されたアークのアーク
電流又はアーク電圧を検出し、この検出値に基づいて前
記エッジ部に対する前記消耗電極の位置を監視すること
を特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明にあっては、オープンパイプのエッジ部
との間にアークの点弧を行わせるべき消耗電極の位置
を、アーク電流，或いはアーク電圧に基づいて監視する
から、位置の適否を容易に、しかも正確に認識すること
が可能となり、大きな脱合金成分層改質効果，溶接欠陥
発生効果を得られることになる。

【００１８】

【実施例】以下本発明をその実施状態を示す図面に基づ
いて具体的に説明する。図１は本発明に係る電縫管の製
造方法 (以下本発明方法という) の実施状態を示す模式
的側面図、図２は同じくその模式的平面図であり、図中
OPはオープンパイプ、Ｐは管、１はシームガイドロー
ル、２は誘導加熱コイル、３はスクイズロール、４は消
耗電極式ガスシールドアーク溶接機、５は制御装置を示
している。オープンパイプOPはスケルプを成形ロール群
(最終段のシームガイドロール１のみを示す)に適用し
て両側エッジ部Ｅ，Ｅが断面Ｕ形から相対向する断面略
Ｏ形に迄曲成されている。

【００１９】このオープンパイプOPはシームガイドロー
ル１を出た後、誘導加熱コイル２に通されて両側エッジ
部Ｅ，Ｅを加熱させつつスクイズロール３側に向かうに
従って両側エッジ端面Ｅ，Ｅが相互にＶ形状に漸近せし
められ、スクイズロール３にてアップセットをかけら
れ、溶接点Ｏにて相互に衝合溶接され、管Ｐの状態とな
って仕上工程に向け矢符方向に移送されてゆく。

【００２０】消耗電極式ガスシールドアーク溶接機４は
所定のワイヤ送給装置を備えると共に溶接電源（図示せ
ず）に接続された溶接トーチ4aを備えており、該溶接ト
ーチ4aを通じてリール4cから消耗電極たるワイヤ4bを引
出し、オープンパイプOPの相対するエッジ部Ｅ，Ｅがス
クイズロール３によって衝合溶接される地点、即ち溶接
点Ｏと誘導加熱コイル２との間におけるエッジ部Ｅ，Ｅ
とワイヤ4bとの間にアークを点弧させてこれを溶融させ
つつ供給してゆくようになっている。

【００２１】またこの消耗電極式ガスシールドアーク溶
接機４には、エッジ部Ｅ，Ｅと対向させたワイヤ4bの位
置をオープンパイプOPの管軸方向に移動調節するための
駆動部4dを備えており、該駆動部4dの操作により一対の
スクイズロール３，３の両回転軸心を含む平面から誘導
加熱コイル２の側に向けて30mm〜70mmの範囲内、望まし
くは40〜50mmの範囲内でエッジ部Ｅ，Ｅに対するワイヤ
4bの位置を前、後方向に移動調節するようになってい
る。

【００２２】制御装置５は消耗電極式ガスシールドアー
ク溶接機４からアーク電流又はアーク電圧を読み込み、
例えばアーク電圧の場合についてみるとその変動量が６
Ｖ以下となるよう、換言すれば両側エッジ端面間ギャッ
プが0.3 〜0.7mm の範囲内において点弧を行わせるべく
駆動部4cに制御信号を出力し、溶接トーチ4aの位置調節
を行うようになっている。

【００２３】而してこのような本発明方法にあっては、
消耗電極式ガスシールドアーク溶接機４はそのワイヤ4b
とオープンパイプOPのエッジ部Ｅ，Ｅとの間にアークを
点弧させてワイヤ4bを順次溶融させ、その溶融金属を被
溶接面たるエッジ部Ｅ，Ｅに添加しつつ衝合溶接が行わ
れることとなる。

【００２４】この間、制御装置５はアークによって溶融
した溶滴が、オープンパイプOPのエッジ部Ｅ，Ｅと短絡
することによって変化するアーク電流、又はアーク電圧
の変動量を捉え、例えばアーク電圧にあっては６Ｖ以下
となる地点において、換言すれば両側エッジ端面間ギャ
ップが0.3 〜0.7mm の範囲の地点においてアークを点弧
し、連続供給されるワイヤ4bを溶融させ、その溶融金属
を被溶接面に添加しつつスクイズロール３にて衝合溶接
を行って溶接管Ｐを得るべく監視及び制御を行う。

【００２５】アーク電圧変動量(V) を６Ｖ以下、換言す
ればエッジ端面間ギャップ(mm)を0.3 〜0.7mm の範囲内
とするのは、これを越えるとペネストレータ等に起因す
る溶接欠陥長さが許容範囲を越えることとなるからであ
る。

【００２６】このような監視方法を採用することによ
り、アーク点弧直下のエッジ端面間ギャップが狭すぎる
ことによる被溶接面へのワイヤ溶融金属の添加不足、即
ちペネトレータ発生防止効果の不十分さ、或いは逆に広
すぎてエッジ部過加熱による溶融金属のオープンパイプ
内外面への押し出しを助長し、アップセット力低下に起
因する割れ発生を確実に避けることが可能となる。

【００２７】（試験例）Ｃ：0.07％、Si：0.23％、Mn：
1.30％、Nb：0.066 ％、Ti：0.046 ％を含有する帯鋼か
ら外径50.8mm、肉厚4.9mm の電縫鋼管を製造した。製造
に際しては誘導加熱コイル２と衝合溶接点Ｏとの間に配
置された消耗電極式ガスシールドアーク溶接機４にて
Ｃ：0.19％、Si：0.23％、Mn：2.09％、Nb：0.066 ％、
Ti：0.046％を含有する直径1.2mm のワイヤを連続的に
溶融させ、その溶融金属をオープンパイプOPの被溶接面
へ添加した。アークの点弧位置は、一対のスクイズロー
ル３，３の両回転軸心を含む平面から誘導加熱コイル２
の方向へ30mm〜70mm隔てたオープンパイプの上方とし
た。

【００２８】なお消耗電極式ガスシールドアーク溶接機
４おける溶接電源の電流，電圧は夫々300A，30V とし、
シールドガスとして99.99 ％の純度のArを用いた。

【００２９】以上の溶接条件にて製管を行ったときのア
ーク点弧位置 (一対のスクイズロール３，３の両回転軸
心を含む平面からの距離) と、衝合溶接点上方から写真
撮影によって測定したエッジ端面間ギャップと、製管中
に測定したアーク電圧の変動量及び溶接後の偏平試験に
よって判定した管１m 当たりの溶接欠陥長さとの関係を
図３に示す。

【００３０】図３は横軸にスクイズロールの中心と対応
する位置から誘導加熱コイル２側に測った距離mmを、ま
た縦軸にエッジ端面ギャップmm〔図３（a)〕、アーク電
圧変動量Ｖ〔図３ (b)〕、溶接欠陥長さmm／ｍ〔図３
（c)〕をとって示してある。

【００３１】アーク点弧位置を一対のスクイズロール
３，３の両回転軸心を含む平面から40mm以上50mm以下、
エッジ端面間ギャップは0.3mm 以上0.7mm 以下、アーク
電圧変動量(V) は６Ｖ以下の各範囲に保持することで溶
接後の偏平試験によって認められる溶接欠陥の長さを大
幅に縮小し得ることが解る。

【００３２】また図３(b),図３(c) とから明らかな如く
アーク電圧変動量と溶接欠陥長さとの間には密接な相関
関係があることから、アーク電圧変動量を監視すること
により、溶接欠陥長さを縮小するアークの適正点弧位置
を判定し得ることが解かる。

【００３３】なお、図３に示した本実施例は監視パラメ
ータとしてアーク電圧を用いたが、アーク電流による監
視を行っても同様の結果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上の如く本発明方法にあっては、製管
中、アーク点弧位置の適否を正確に把握することが出来
て、最適位置での安定したアーク点弧が可能となり、ペ
ネトレータ等の溶接欠陥の発生を抑制出来、しかも脱合
金成分層の改質も可能となって高靱性、高耐食性を備え
た溶接管の製造が可能となる等本発明は優れた効果を奏
するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施状態を示す模式的側面図であ
る。

【図２】本発明方法の実施状態を示す模式的平面図であ
る。

【図３】本発明方法の試験結果を示すグラフである。

【図４】従来方法の実施状態を示す模式的平面図であ
る。

【符号の説明】

OP オープンパイプ Ｐ 管 Ｅ エッジ部 １ シームガイドロール ２ 誘導加熱コイル ３ スクイズロール ４ 消耗電極式ガスシールドアーク溶接機 4a 溶接トーチ 4b ワイヤ 4c リール 4d モータ ５ 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オープンパイプの相対向する両側のエッ
   ジ部を高周波電流にて加熱溶融させ、前記両側のエッジ
   部とこれと対向させた消耗電極式ガスシールドアーク溶
   接機から供給される消耗電極との間にアークを点弧させ
   つつスクイズロールにて両側のエッジ部を衝合溶接する
   溶接管の製造方法において、前記点弧されたアークのア
   ーク電流又はアーク電圧を検出し、この検出値に基づい
   て前記エッジ部に対する前記消耗電極の位置を監視する
   ことを特徴とする溶接管の製造方法。