JPH05394A - 粉粒体充填管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フラックス入りワイヤなどの粉粒体充填管の
連続製造工程において、管を縮径する際の断線を防止す
る。 【構成】 金属帯板をこれの長手方向に送りながらオー
プン管に成形し、この成形途中でオープン管の開口部か
ら粉粒体を供給し、開口部の相対するエッジ面を突合せ
溶接し、溶接により得られた管を縮径して粉粒体充填管
を連続的に製造する。上記突合せ溶接において、冷接割
れが発生する最大の入熱量である許容下限入熱量Ｐ_L お
よび最終仕上管の内径の０．８３倍以上の直径のスパッ
タが発生する最小の入熱量である許容上限入熱量Ｐ_U を
予め求め、上記許容下限入熱量Ｐ_L を超えかつ許容上限
入熱量Ｐ_U 未満の入熱量で突合せ溶接を行う。これによ
り、粉粒体が充填され、エッジ面が溶接された管を縮径
する際に、断線は生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は炭素鋼，ステンレス
鋼，銅合金，アルミニュウム合金その他の金属管に粉粒
体を充填した粉粒体充填管の製造方法に関する。ここ
で、粉粒体とは溶接用フラックス、酸化物超電導材、溶
鋼用添加剤などの粉体、粒体または粉体と粒体との混合
物をいう。この発明は、溶接用フラックス入りワイヤ、
酸化物超電導材入りワイヤその他の粉粒体充填管の製造
に利用される。

【０００２】

【従来の技術】粉粒体充填管の一つとして、溶接用フラ
ックス入りシ−ムレスワイヤがある。このシームレスワ
イヤの製造では、帯鋼を所要の幅でスリッティングし、
スリット後の帯鋼を成形ロールによりＵ字形からＯ字形
に漸次成形する。この成形途中で、Ｕ字形帯鋼の長手方
向に沿った開口からフィーダによりフラックスを帯鋼谷
部に供給する。ついで、Ｏ字形に成形すると同時に、開
口の相対するエッジ面を溶接により接合し、引き続いて
縮径する。さらに、必要に応じて焼鈍したのちフラック
スが充填された管を所望の直径に伸線し、巻き取って製
品とする。

【０００３】上記粉粒体充填管の製造における溶接法と
して、低周波溶接、高周波誘導溶接法または高周波抵抗
溶接法が広く用いられている。これらの溶接法は、いず
れもほぼＯ字形に成形したところで、低周波電流、高周
波電流により開口のエッジ面を溶融温度まで加熱し、相
対するエッジ面を一対のスクイズロールにより圧接す
る。

【０００４】ところで、フラックスを充填し、溶接した
管を圧延、伸線などにより縮径する際に、管が断線する
ことがある。そして、この断線の原因として、次のよう
に考えられている。溶接時に管状体の開口縁部に、酸化
物やけい酸物などのフラックスの一部が付着する。すな
わち、溶接位置では、走行してきた管状体が持ち込む空
気と縮径により逆流してきた空気との衝突および溶接熱
による空気の膨張によって、管状体の開口部から空気が
管外に流出する。この結果、空気の流れによってフラッ
クスの一部が舞い上がり、管状体の開口縁部に付着す
る。また、走行する管状体の振動によってフラックスが
跳ね上って管状体の開口縁部に付着することもある。さ
らに、溶接位置では、溶接電流によって発生した磁場に
より管状体の開口縁部は磁極となる。したがって、フラ
ックスのうちの強磁性成分は、磁力により開口縁部に吸
着される。このとき、非磁性成分も強磁性成分に伴われ
て開口縁部に付着する。これら開口縁部に付着したフラ
ックスは、接合溶接部に溶け込み、非金属介在物とな
り、溶接欠陥となる。そして、この溶接欠陥により縮径
時に割れや断線が発生する。

【０００５】このような問題を解決する技術の一つに、
特開昭60−234795号公報で開示された「フィラーワイヤ
の製造方法および装置」がある。この技術は、前記管内
に生じる空気流れを溶接またはロールプレスゾーンの上
流側近傍で吸引して、粉体の舞上りを防止する。他の技
術として、特開昭60−234792号公報の「フィラーワイヤ
の製造方法」があり、上層に非磁性材料を下層に強磁性
材料またはフェライト系材料を層状に散布し、上層の非
磁性材料層により強磁性材料またはフェライト系材料が
開口縁部に吸引されるのを抑制する。さらに他に、特開
昭60−234794号公報で開示された「溶接用複合ワイヤ」
があり、比透磁率が1.10以下の粉末原料の実質的に非磁
性の粉体を充填し、粉体が磁力により開口縁部に吸着す
るのを防止する。また、他の技術として、特開昭54−10
9040号公報で開示された「粉体が充填された管を製造す
る方法」がある。この技術は、管状体いっぱいに充満さ
れないようにして粉体を供給し、接合溶接部と供給され
た粉体表面との間に空隙すなわち距離を設け、粉体が舞
い上っても開口縁部に至らないようにしている。

【０００６】なお、上記公知技術の他に、特開昭52−12
5436号公報で開示された「粉体入りワイヤの製造方法」
がある。この技術は、粉体のうち 250メッシュより細か
い粒度の粉体の全部または一部を適宜バインダーを添加
して造粒する。この技術は造粒により供給性の改善を図
るものであり、粉体充填管の接合溶接部に非金属介在物
が介在するのを防止しようとするものではない。しか
し、造粒により粉体原料粉末の粒子径が大きくなるの
で、空気流れによる粉体の舞上りを防止する効果がある
ものと考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
によって接合溶接部の改善を図っても、管縮径時に依然
として前述のような断線が発生し、作業能率および製品
歩留りの低下を招いていた。断線は伸線の加工度が大き
くなるほど、また、縮径サイズが小さくなるほど顕著に
現れる。特に最終径つまり製品サイズが1.6 mm以下と細
径の場合に頻繁に断線していた。

【０００８】そこで、この発明は管縮径時に断線が発生
することのない粉粒体充填管の製造方法を提供しようと
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らは、管縮径時の
断線は溶接時に生じたスパッタが管内に充填された粉粒
体中に混入することによるものであることを見出した。
スパッタは硬度が高く、圧延あるいは伸線によっても粉
砕されない。この結果、管はスパッタの存在により変形
が妨げられ、断線を発生する。そして、混入したスパッ
タの大きさがある値より小さければ、断線が生じないこ
とも見出された。この発明は、これら知見に基づいてな
されたものである。

【００１０】この発明の粉粒体充填管の製造方法は、金
属帯板をこれの長手方向に送りながら成形ロールにより
オープン管に成形し、この成形途中でオープン管の開口
部から粉粒体を供給し、開口部の相対するエッジ面を突
合せ溶接し、溶接により得られた管を縮径して粉粒体充
填管を連続的に製造する。上記突合せ溶接において、冷
接割れが発生する最大の入熱量である許容下限入熱量お
よび最終仕上管の内径の０．８３倍以上の直径のスパッ
タが発生する最小入熱量である許容上限入熱量を予め求
める。そして、許容下限入熱量を超えかつ許容上限入熱
量未満の入熱量で突合せ溶接を行う。スパッタリングが
観測される最小入熱量未満の入熱量で溶接することが好
ましい。上記許容下限入熱量、許容上限入熱量およびス
パッタリングが観測される最小入熱量は、実験的に求め
ることができる。

【００１１】

【作用】入熱量がスパッタリングが観測される最小入熱
量を超えると、スパッタの発生個数は入熱量の増加に伴
って急激に多くなる。この発明では、上記のように許容
上限入熱量未満の入熱量で溶接するので、管中の粉粒体
に混入するスパッタの大きさが制限される。したがっ
て、粉粒体を充填した管を縮径するときに、スパッタの
混入に起因する管の断線はなくなる。また、上記許容下
限入熱量を超える入熱量で溶接するので、冷接割れはな
くなる。この結果、粉粒体充填管の製造における作業能
率および歩留りの向上を図ることができる。スパッタリ
ングが観測される最小入熱量未満の入熱量で溶接を行う
ことが望ましいことは、もちろんである。

【００１２】

【実施例】この発明では、前述のように許容上限入熱量
またはスパッタリングが観測される最小入熱量未満の入
熱量で突合せ溶接を行う。スパッタリングが観測される
最小入熱量は、次のようにして求めることができる。溶
接速度を一定にして入熱量を徐々に増して行くと、接合
溶接部にスパッタリングが観測されるようになる。スパ
ッタリングは、目視で容易に観測することができる。入
熱量を徐々に増してゆき、スパッタリングが初めて観測
された時 (以下、スパッタリング開始点という) の入熱
量をスパッタリングが観測される最小入熱量とする。入
熱量は溶接機の出力(kVA) により間接的に知ることがで
きる。スパッタリング開始点をより定量的に観測するに
は、溶接機の出力(kVA) を徐々に上げていったときの出
力に対応する接合溶接部またはその近傍の温度（放射温
度計で測定）、輝度等の測定量あるいはそのときの周波
数変動パターンを測定する。そして、各出力で溶接した
ときに溶接終了後の管内に存在するスパッタの個数を測
定すれば、個数が急激に増した時をスパッタリング開始
点として容易に判断できる。同様にして、スパッタの大
きさと入熱量との関係も求めることができる。このスパ
ッタの大きさに対応する溶接機の出力、温度、輝度等の
測定量あるいは周波数変動パターンを予め求めておき、
各測定量、パターンを観測して許容上限入熱量を決め
る。入熱量が小さすぎると接合溶接部に冷接割れが発生
する。冷接割れが発生する入熱量は溶接機の出力(kVA)
として実験により容易に決定することができる。この場
合も上記と同様に、輝度等の測定量や周波数変動パター
ンを予め求めておき、各測定量、パターンを観測して許
容下限入熱量を決める。

【００１３】許容入熱量は、管径および管肉厚の他に溶
接速度によっても変る。図１は、溶接速度を変数として
許容入熱量の範囲を示している。図において、曲線Ｐ_L
の下側の領域I は冷接割れが発生する領域を示してい
る。曲線Ｐ_L は、近似的にＰ_L ＝αＶ^a として表わさ
れ、指数ａは０．６前後の値をとる。線Ｐ_U は最終仕上
管の内径の０．８３倍以上の直径のスパッタが発生する
最小入熱量を示している。溶接速度が溶接速度Ｖo （曲
線Ｐ_L および直線Ｐ_M が交わる点Ｏでの溶接速度）以下
の範囲では、線Ｐ_U は上記曲線Ｐ_Lの上側にあってほぼ
曲線Ｐ_L に沿った曲線となっている。また、溶接速度が
溶接速度Ｖo を超える範囲では、線Ｐ_U は近似的にＰ_U
＝Ｃ＋γＶで表わされる直線となる。曲線Ｐ_L と線Ｐ_U
とで挟まれた領域IIは、冷接割れおよび０．８３倍以上
の直径のスパッタが発生しない領域である。また、直線
Ｐ_M はスパッタリングが観測される最小入熱量を表わし
ており、近似的にＰ_M ＝βＶ（β≦γ）である。曲線Ｐ
_L と直線Ｐ_M で挟まれた領域II_a は、冷接割れおよびス
パッタリングが観測されない領域である。溶接速度は早
いほど生産性が上がるが、オープン管への粉粒体の供給
速度、溶接設備の能力その他によって溶接速度は制限さ
れる。一方、入熱量は小さい方がエネルギの節約となる
が、溶接速度、電源電圧その他の溶接条件の変動のため
に上記許容領域内で余裕をもって入熱量を選ぶ。

【００１４】以下、溶接用フラックス入りシ−ムレスワ
イヤの製造を実施例として説明する。図２は溶接用フラ
ックス入りシ−ムレスワイヤ製造装置の主要部の構成図
である。図２に示すように、帯鋼１の送り方向に沿って
成形ロール群２、サイドロール３およびフラックス供給
装置４が配置されている。成形ロール２の上流側には、
予成形ロール (図示しない) が設けられている。サイド
ロール３とサイドロール３との間５より成形途中のオー
プン管1aにフラックスＦが供給される。フラックスＦを
供給されたオープン管1aは、フィンパスロール６、シー
ムガイドロール７を通過し、溶接ゾーンに入る。高周波
誘導溶接装置８はワークコイル９およびスクイズロール
10を備えている。ワークコイル９には電源11から、たと
えば 250〜800kHz 程度の高周波溶接電流が供給され
る。これら装置はいずれも既設のものである。溶接され
た管1bは切削バイト12により外面側の余盛りビード13が
切削され、圧延ロール群14で圧延され、さらに焼鈍装置
を含む伸線装置 (いずれも図示しない) により製品サイ
ズまで縮径される。

【００１５】つぎに、上記装置により入熱量(kVA) の大
きさを種々に変えて製造した溶接用フラックス入り溶接
管の割れ試験および伸線結果について説明する。板厚2.
2mm の鋼帯を、外径21.7mm、内径17.3mmの管に成形し
た。成形途中でフラックスを充填率 12%±1%で充填し、
オープン管を連続的に突合せ溶接した。溶接速度は30m/
min 、ワークコイル〜溶接点距離は25mm、アペックス角
は７度であった。溶接した管を圧延ロール群により外径
12.5mmまで縮径し、コイルに巻き取った。ついで、焼鈍
後さらに伸線し、管外径1.2 mm、内径0.6mm （最終仕上
管内径）の製品サイズまで縮径した。

【００１６】なお、管に充填する粉体は、そのまま粉状
として、または全部もしくは一部の粉体を造粒してオー
プン管に供給するようにしてもよい。割れ試験および伸
線結果を表１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表中、〈入熱量〉は溶接機の出力としての
入熱量(kVA) であり、〈測定温度〉は溶接点から約10mm
下流の溶接部の温度を放射温度計で測定した値であり、
〈冷接割れの発生率〉は外径21.7mm、長さ50mmの試料、
10本についての値であり、〈管内のスパッタ個数〉は試
料外径12.5mm、長さ10m 当りの管中に存在する大きさ30
0μm 以上のスパッタの個数である。表中（ ）内の数
値は５００μm （最終仕上管内径×０．８３）以上の大
きさのスパッタの発生個数を示している。

【００１９】図３は上記結果を線図で表したものであ
る。折れ線Ａは冷接割れ発生率を示しており、１２８kV
A （点ａ）以上で冷接割れが発生しなくなる。折れ線Ｂ
は管１０m 当たりに発生した３００μm 以上のスパッタ
の個数を示しており、１４１KVA （点ｂ）でスパッタリ
ングが初めて観測される。入熱量が１４１KVA を超える
とスパッタの個数が急激に増加している。また、スパッ
タリング開始点ｂを容易に判断することができる。ま
た、折れ線Ｃは管１０m 当たりに発生した５００μm 以
上のスパッタの個数を示しており、１５０KVA （点ｃ）
で５００μm 以上のスパッタが発生し始める。なお、図
３の点ａ，ｂ，ｃおよび範囲ｌ，ｍはそれぞれ図１に対
応している。また、溶接速度を種々に変えて入熱量の許
容範囲を表わす式を求めた結果、Ｐ_L ＝１６．６
Ｖ^0.6 、Ｐ_U ＝（−１６．３）＋５．５６ＶおよびＰ_M
＝４．６９Ｖが得られた。

【００２０】

【発明の効果】この発明によれば、上記のように許容上
限入熱量未満の入熱量で溶接するので、管中の粉粒体に
混入するスパッタの大きさが制限される。したがって、
粉粒体を充填した管を縮径するときに、スパッタの混入
に起因する管の断線はなくなる。また、許容下限入熱量
を超える入熱量で溶接するので、冷接割れはなくなる。
この結果、粉粒体充填管の製造における作業能率および
歩留りの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】許容入熱量の範囲を溶接速度を変数として示す
線図である。

【図２】この発明の方法を実施する装置例を示すもの
で、溶接用フラックス入りシームレスワイヤの製造装置
の主要部の構成図である。

【図３】入熱量に対する冷接割れと管内スパッタ個数と
の関係を示す線図である。

【符号の説明】

１ 帯鋼 １ａ オープン管 １ｂ 溶接された管 ２ 成型ロール群 ３ サイドロール ４ フラックス供給装置 ６ フィンパスロール ７ シームガイドロール ８ 高周波誘導溶接装置 ９ ワークコイル １０ スクイズロール １１ 電源 １２ 切削バイト １３ 外面側余盛ビード １４ 圧延ロール群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 巖 東京都中央区築地三丁目５番４号 日鐵溶 接工業株式会社内 (72)発明者 水橋 伸雄 神奈川県相模原市淵野辺５−10−１ 新日 本製鐵株式会社第２技術研究所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 金属帯板をこれの長手方向に送りながら
   成形ロールによりオープン管に成形し、この成形途中で
   オープン管の開口部から粉粒体を供給し、開口部の相対
   するエッジ面を突合せ溶接し、溶接により得られた管を
   縮径して粉粒体充填管を連続的に製造する方法におい
   て、前記突合せ溶接で冷接割れが発生する最大の入熱量
   である許容下限入熱量および最終仕上管の内径の０．８
   ３倍以上の直径のスパッタが発生する最小の入熱量であ
   る許容上限入熱量を予め求めること、および前記許容下
   限入熱量を超えかつ許容上限入熱量未満の入熱量で突合
   せ溶接を行うことを特徴とする粉粒体充填管の製造方
   法。