JPH06180289A - 粉粒体充填率の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接用フラックス入りワイヤ等金属管に粉粒
体を充填したものの充填率を製造工程において正確に、
かつ連続的に測定する。 【構成】 粉粒体を金属管に充填し、縮径して粉粒体充
填管を製造する工程において、粉粒体充填管の伸線機入
口側の速度および出口側の速度をレーザー光照射による
ドップラー効果を利用して測定し、該測定値を比較演算
して粉粒体の充填率を算定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は炭素鋼、ステレンス鋼、
銅合金、アルミニウム合金、その他の金属管に粉粒体を
充填した、粉粒体充填管内の粉粒体充填率の測定方法に
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
ックス入りワイヤがある。フラックス入りワイヤの製造
方法は、鋼パイプにフラックスを振動充填して製造、ま
たは金属帯板をＵ断面からＯ断面に連続的に成形して管
状体とし、この成形工程において、フラックスを管状体
の開口部から管状体内部へ供給充填したのち、管状体の
対向するエッジ面を突合せ溶接して製造するフラックス
入りワイヤが知られている。

【０００３】これらのフラックス入りワイヤは、他の方
法すなわち帯鋼を折り曲げ、その内部にフラックスを充
填して製造したフラックス入りワイヤに比し、完全に閉
塞された表面を有する。よって内部のフラックスの吸湿
がない、銅メッキ等の表面処理が可能で溶接時にワイヤ
送給性、給電性などが良好であるなどの優れた特徴を持
っている。

【０００４】しかしながら、これらの方法により製造さ
れたフラックス入りワイヤはフラックスが鋼パイプ長手
方向全長にわたって均一に充填されない場合があり、最
悪の場合は充填されない箇所も生じる。このようにフラ
ックス充填率が不均一または、充填されてないフラック
ス入りワイヤで溶接を行った場合、溶接部にピット、ブ
ローホール等の溶接欠陥を生ずることもあり、製造工程
での正確なフラックス充填率測定が必要である。

【０００５】従来、フラックス入りワイヤの充填率は所
定箇所からサンプリングし、フラックス入りワイヤを切
開して充填フラックスを取り除き、ワイヤ外皮重量を測
定し、そのフラックスを取り除く前後の重量比から求め
る破壊検査がある。しかし、この方法では部分的な検査
であるからフラックス入りワイヤ全体の充填率を管理で
きず、製造工程においては殆ど採用されていない。フラ
ックス入りワイヤの充填率を連続的に測定する方法は、
特開昭６０−１８８８３３号公報にある放射線による透
過検査、特開昭６１−１０７５３号公報にあるインピー
ダンスの変化による測定方法が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記放射
線透過による測定では、近年の高速伸線速度へ対応でき
る検知能力はなく精度においても問題がある。また、イ
ンピーダンスの変化による測定は材料の寸法によって測
定周波数を変えないと十分な感度が得られず、装置の管
理が面倒である。また材料の透磁率や電気抵抗に測定値
が依存しているのでフラックス充填率の絶対値を知るこ
とが困難となる。

【０００７】粉粒体充填管製造工程の管縮径時、伸線機
出口側の充填管速度は入口側速度を一定とした場合、粉
粒体充填率が変化すると速くなったり遅くなったりる。
すなわち、粉粒体充填管外皮の肉厚は充填された粉粒体
が管内部で密になるまでは厚くなる。よってこの段階ま
でであると、出口側の充填管速度も外皮の伸びが少ない
のであまり速くらなない。充填された粉粒体が密になっ
た後に縮径すると、中実ワイヤと同様に粉粒体充填管全
体が伸ばされるので出口側の充填管速度が速くなる。よ
って、粉粒体充填率が高いと伸線機出口側の充填管速度
は速くなり、逆に粉粒体充填率が低いと速度は遅くなる
ことになる。

【０００８】この現象を利用して、特公昭５８−５６６
８０号公報にロータリーエンコーダをフラックス入りワ
イヤの外皮に接触させてワイヤ速度を測定し、縮径前後
の速度差でフラックス充填率を検出する測定方法が示さ
れている。しかし、ロータリーエンコーダをワイヤ外皮
に接触させ直接ワイヤ速度を測定する方法では、特に最
近の高速伸線による製造工程ではワイヤ外皮との間でス
リップが生じ正確なワイヤ速度が測定できないのでフラ
ックス充填率は正確に求められなかった。そこで、本発
明は高速伸線による粉粒体充填管製造工程において粉粒
体充填率を正確に、かつ連続的に測定する方法を提供す
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、粉粒体を金属管に充填し、縮径して
粉粒体充填管を製造する工程において、粉粒体充填管の
伸線機入口側の速度および出口側の速度をレーザー光照
射によるドップラー効果を利用して測定し、該測定値を
比較演算して粉粒体の充填率を算定することを特徴とす
る粉粒体充填率の測定方法である。

【００１０】

【作用】本発明者らは伸線機前後の充填管速度を非接触
で正確に測定できる方法について種々検討した結果、レ
ーザー光照射による充填管速度の測定方法を見出した。
すなわち、本発明は、粉粒体充填管の伸線機入口側の速
度および出口側の速度をレーザー光照射によるドップラ
ー効果を利用して測定し、該測定値を比較演算して粉粒
体の充填率を算定する。レーザー光照射によるドップラ
ー効果とは、レーザー光を移動する物体（本発明におい
ては粉粒体充填管）に照射すると、その散乱光の周波数
は、ドップラー効果により入射光の元の周波数からシフ
トする現象である。このドップラー周波数は、（散乱光
の波数ベクトル−入射光の波数ベクトル）×移動物体の
速度÷２πで与えられる（ただし、波数＝２π／波
長）。従ってドップラー周波数を測定することにより、
移動する物体の速度を検出することができる。

【００１１】本発明においては伸線機入口側のワイヤ速
度と出口側のワイヤ速度を測定することにより、フラッ
クス充填率を測定するが、これは以下に示すようにフラ
ックス充填率とフラックス入りワイヤの伸線機入口側と
出口側のワイヤ速度とに一定の関係があるという事実に
もとづいている。図１は原管の径が１２．０ｍｍ、肉厚
２．０ｍｍの鋼パイプについて、一方は充填率１２％で
フラックスを充填したもの、他方はフラックスを充填し
ないものをそれぞれ縮径し、外皮の肉厚変化を調べたも
のである。フラックスを充填しない管においては減面率
６０％程度までは外皮肉厚が急激に増加するのに対し、
フラックスを１２％充填した場合減面率が約５０％まで
少し増加する程度である。６０％を超えるといずれの場
合も、ほぼ減面率に比例して減少する。すなわち、フラ
ックスが充填されていない場合には、外皮が伸線時に内
側に入る余地が十分あり、伸線機出口側のワイヤ速度が
入口側ワイヤ速度に比べあまり速くならないのに対し、
フラックスが充填されているとフラックスに隙間がある
間は内側に入れるが、それを過ぎると外皮は内側のフラ
ックスと外側のダイスとに挟まれて伸ばされる。したが
ってフラックス充填率が高いほうが伸線機出口側のワイ
ヤ速度は速くなるのである。

【００１２】図２は図１の場合と同じ管において、減面
率が９３．７％一定でフラックス充填率を変化させた時
の伸線機入口側と出口側のワイヤ速度比を示すが、これ
により伸線機入口側と出口側のワイヤ速度を測定するこ
とによりフラックス充填率を知ることができる。このよ
うに、フラックス入りワイヤ製造工程における各種原パ
イプのサイズと減面率およびフラックス充填率が変化し
たときのワイヤ出口側と入口側の速度比の関係をあらか
じめ調べておくことにより、正確にかつ連続的にフラッ
クス充填率を測定することができる。

【００１３】なお、伸線機出口側のワイヤ速度の測定時
期は、原パイプ径、肉厚、目標フラックス充填率によっ
て多少変わるが、通常は図１に示すようにフラックス充
填率による外皮肉厚差が大きく現れる減面率４０％以上
の時が適当である。

【００１４】

【実施例】図３は本発明の方法を実施するための装置の
例である。フラックス入りワイヤ１は、圧延スタンド３
中の孔型ロール２で構成された伸線機６で縮径される。
フラックス入りワイヤ１の伸線機６の入口側Ｓｉ点でフ
ラックス入りワイヤ１の速度を測定するレーザー速度計
４、伸線機６の出口側Ｓｏ点で出口側の速度を測定する
レーザー速度計５、それぞれの測定値を比較演算する演
算ユニット７、記録計８で構成されている。

【００１５】レーザー速度計４、５としては、本実施例
においては差動型のレーザードップラー装置を用いた。
これは図４に示すように進行方向の前方傾斜と後方傾斜
の対称位置から同一光源から分割したレーザー光を当
て、進行方向と直角方向に出た散乱光の前記前方、後方
２つの光源に起因するビート周波数を測定するものであ
る。すなわち図４において１１はレーザー光源、１２は
ビームスプリッター（ハーフミラー）、１３、１４、１
５はそれぞれミラー、１６は受光器である。レーザー光
源１１からの光はビームスプリッター１２で分割されて
ワイヤ１の進行方向の前方傾斜と後方傾斜のレーザービ
ーム１７、１８として照射される。散乱光１９は受光器
１６により電気信号に変換され、周波数が測定される。
照射レーザービームのなす角をφ、ワイヤの速度をＶ、
波長をλとすればドップラー周波数は（２Ｖ／λ）ｓｉ
ｎ（φ／２）で与えられる。

【００１６】本発明の効果を確認するため下記の方法で
試験を行った。すなわち一方は外径１２ｍｍ、肉厚２ｍ
ｍ、長さ１０００ｍの原管に目標充填率１２％でフラッ
クスを振動充填した。他方は板厚２ｍｍの金属帯板をＵ
断面からＯ断面に連続的に成形する途中で目標充填率７
％でフラックスを供給し、対向するエッジ面を溶接し外
径１２ｍｍとした。これらをそれぞれ伸線機６の入口側
ワイヤ速度を６０〜８０ｍ／分の条件で外径３ｍｍ（減
面率９３．７％）まで縮径した。この縮径過程で、図３
および図４の装置でワイヤ入口側および出口側の速度を
測定し比較演算して、これからフラックス充填率を算定
した。

【００１７】比較例として図３のＳｉ、Ｓｏ点でロータ
リーエンコーダにより速度を測定し、本発明と同様にワ
イヤ入口側および出口側の速度の測定値を比較演算して
フラックス充填率を算定した。なお、実際のフラックス
充填率を測定するために伸線したのちのフラックス入り
ワイヤを１０ケ所からサンプリングし、破壊検査で充填
率を測定した。それらの結果を表１に示す。これらは本
発明例、比較例とも破壊検査用にサンプリングした同位
置のフラックス充填率の測定結果である。

【００１８】

【表１】

【００１９】本発明法でフラックス充填率を測定した結
果、破壊検査による結果の±０．３％であり、正確にか
つ連続的にフラックス充填率を測定できた。比較例のロ
ータリーエンコーダで測定した場合は、破壊検査による
結果に対し±１％も差があり、連続的に測定できるが不
正確な値であった。

【００２０】なお、本実施例は鋼パイプにフラックスを
充填したいわゆるシームレスフラックス入りワイヤの製
造工程でのフラックス充填率を測定したが、帯鋼を折り
曲げその中にフラックスを充填して折り曲げ部を溶接し
ないで製造するフラックス入りワイヤの製造工程におい
ても適用することは当然可能である。

【００２１】

【発明の効果】本発明の粉粒体充填率の測定方法は、粉
粒体充填管が高速で伸線されるときも連続にかつ正確に
粉粒体充填率が測定でき、作業の管理が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】フラックスを充填した管と充填しない管の伸線
の減面率と外皮肉厚の関係を示すグラフ

【図２】伸線の減面率９３．７％のときのフラックス充
填率とワイヤ入口側、出口側の速度比を示すグラフ

【図３】本発明の測定方法を実施するための装置の例を
示す概念図

【図４】実施例で用いたレーザー速度計の構成を示す概
念図

【符号の説明】

１ フラックス入りワイヤ ２ 孔型ロール ３ 圧延スタンド ４ ワイヤ入口側レーザー速度計 ５ ワイヤ出口側レーザー速度計 ６ 伸線機 ７ 演算ユニット ８ 記録計 １１ レーザー光源 １２ ビームスプリッター １３、１４、１５ ミラー １６ 受光器 Ｓｉ ワイヤ入口側速度測定位置 Ｓｏ ワイヤ出口側速度測定位置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 粉粒体を金属管に充填し、縮径して粉粒
   体充填管を製造する工程において、粉粒体充填管の伸線
   機入口側の速度および出口側の速度をレーザー光照射に
   よるドップラー効果を利用して測定し、該測定値を比較
   演算して粉粒体の充填率を算定することを特徴とする粉
   粒体充填率の測定方法。