JPH06182546A

JPH06182546A - マンドレルバーの溶接方法

Info

Publication number: JPH06182546A
Application number: JP35503592A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsubouchi; 憲治坪内; Makoto Tsumura; 津村　　誠
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1994-07-05

Abstract

(57)【要約】【目的】短尺のバー素材１０，１０を溶接接合して１
本のマンドレルバーとなす際に、マンドレルバーの真直
度を高める。【構成】バー素材１０，１０の相対向端面の一方に凸
部１１を設け、他方に凹部１２を設ける。凸部１１と凹
部１２を嵌合させた状態で、端面間の隙間１３に円周肉
盛溶接２０を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間継目無管のマンド
レルミルにおいて使用されるマンドレルバーを製作する
ために用いられるマンドレルバーの溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱間で継目無管を製造するプロセスの１
つであるマンドレルミルにおいては、素管内面をマンド
レルバーによって拘束する一方、多スタンドの孔型ロー
ルによって素管外面を拘束しながら軸方向に送りを与え
ることにより、素管が圧延される。マンドレルバーは圧
延素管の内面品質や寸法精度を決定する重要な工具であ
り、通常以下に示すような工程で製作される。

【０００３】マンドレルバー素材としてはＳＫＤ６，Ｓ
ＫＤ６１等の熱間工具鋼が使用され、この成分で溶製さ
れたインゴットを圧延でバー状にする。ここで、マンド
レルバーは通常、外径７０〜４５０ｍｍ、長さ１５〜３
０ｍに及ぶ大径の長尺材であるため、溶製から圧延に至
る工程で１本のマンドレルバーを製作するのが困難であ
る。そのため、外径を揃えた２本以上の短尺圧延材を溶
接により接合して１本のマンドレルバーに仕上げるのが
一般的とされている。溶接後は長尺のバー素材を熱処理
し、曲がりを矯正した後、外面を切削加工し、更にベル
ト研削、高周波焼入れ・焼戻し等の表面処理を行ってマ
ンドレルミルに使用する。

【０００４】従来、マンドレルバーの溶接は、図１に示
す要領で実施されていた。まず、端面を円錐状に開先加
工した２本の短尺のバー素材１，１を、同一線上に配列
した多数のローラー２の上に乗せて突き合わせ、その突
き合わせ部を半割型の調芯冶具３により同心状に固定す
る。次いで、調芯冶具３に設けた窓４から端面間を周方
向の対向する２箇所につき約１／４周にわたって仮付溶
接する。そして、調芯冶具３を外し、端面間を円周肉盛
溶接により本接合する。端面の円錐加工は開先の形成を
目的としており、通常バー素材１の半径ｒに対する円錐
高さｈの比ｈ／ｒが0.０５〜0.２となるように行われ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなマンドレル
バーの溶接においては、調芯冶具によってある程度の芯
出しは行えるものの充分とは言えない。また、本溶接中
に芯ずれを生じる場合がある。そのため、図２に示すよ
うに、接合された素材１，１に接合部の両側で微妙な段
差が生じたり、曲がりが生じるのを避け得なかった。

【０００６】溶接を終えたマンドレルバーは、外削によ
ってほぼ目標外径に仕上げられるが、溶接工程で生じた
段差や曲がりは外削加工において切削チップの損耗を早
め、経済性の点でも加工能率の点でも大きな問題になっ
ている。また、そのような犠牲をはらっても外削加工で
曲がりを完全に取り除くことができないため、マンドレ
ルバーが曲がりが残ったまま圧延に使用され、圧延管の
内面肌や寸法精度の悪化も招いている。

【０００７】本発明の目的は、段差や曲がりの少ないバ
ーを作製することができるマンドレルバーの溶接方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のマンドレルバー
の溶接方法は、同一外径の円柱状素材を軸方向に溶接接
合して１本のマンドレルバーとなすマンドレルバーの溶
接方法において、隣接する円柱状素材の相対向端面のう
ちの一方の端面中心部に凸部を設けると共に、該凸部が
嵌合する凹部を他方の端面中心部に設け、凸部を凹部に
嵌合させた状態で相対向端面間に形成される隙間に円周
肉盛溶接を行うことを特徴とする。

【０００９】

【作用】一方の素材の端面中心部に設けた凸部を他方の
素材の端面中心部に設けた凹部に嵌合させることによ
り、両素材が完全に芯出しされる。このとき、端面間に
形成される隙間は中心部が凸部で塞がれ、開先として機
能する。従って、この隙間に円周肉盛溶接を行うことに
より、両素材が接合される。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１１】図３は本発明の１実施例を示す溶接部の断
面図である。本溶接方法は圧延により円柱状とされた短
尺のバー素材１０，１０を突き合わせ接合して、１本の
長尺バー素材となす。

【００１２】バー素材１０，１０の相対向端面のうちの
一方の端面中心部には、円柱状の凸部１１が設けられて
いる。他方の端面中心部には、凸部１１が嵌合する凹部
１２が設けられている。凸部１１の長さは、端面間に隙
間１３を形成するために、凹部１２の深さよりも若干大
きくされている。隙間１３は中心部を凸部１１によって
塞がれ、開先を形成する。また、両端面の中心部を除く
部分は、隙間１３が外側に向かって徐々に広がるよう
に、台錘状に加工されている。これらの端面加工は、例
えば旋盤により行う。

【００１３】溶接を行うには、まず、バー素材１０，１
０を水平に支持して、凸部１１を凹部１２に嵌合させ
る。これにより、バー素材１０，１０が同心状に連結さ
れる。次いで、隙間１３に円周肉盛溶接２０を行って、
隙間１３を埋め、バー素材１０，１０を接合する。接合
部には段差も曲がりも生じず、直芯の長尺バー素材が得
られる。従って、次工程の外削において、外削チップの
欠損や摩耗、焼付き等を抑えることができる。また、圧
延に供した場合には、圧延管の内面肌や寸法精度を高め
ることができる。

【００１４】凸部１１の外径は、小さすぎると素材の搬
送時や嵌合時に凸部１１が折損したり変形する危険があ
るので２５ｍｍ以上が望ましい。しかし、凸部１１が大
きいと隙間１３が浅くなり、溶接部の強度が低下するの
で、凸部１１の外径は外削後のバー径の１／３以下に制
限するのが良い。

【００１５】凸部１１と凹部１２の径差は、両者が嵌合
したときのがたつきをなくするために、0.１ｍｍ以下と
するのがよい。

【００１６】凸部１１と凹部１２の嵌合長さは、短すぎ
ると芯出しが不充分となり、逆に長すぎると嵌合作業が
困難となるため、５０〜３００ｍｍ程度とするのが望ま
しい。

【００１７】隙間１３は、狭すぎると溶接作業が困難と
なり、逆に広すぎると溶接に長時間を要してコスト高を
招くため、最大ギャップで表して１０〜３０ｍｍ程度と
するのが望ましい。

【００１８】端面の台錘加工は、必須ではないが、溶接
部のクラック発生防止の点からはこれを採用した方が望
ましい。しかし、その傾斜角は特に限定するものではな
い。

【００１９】溶接においては、連結部の中心に凸部１１
があるため溶接部が芯部まで達せず、凸部１１と凹部１
２の嵌合部付近で溶接部がノッチ作用によりクラックを
生じる危険がある。そのため、溶接の２層目程度までは
硬度がＨｖ２００以下の軟らかい溶接材料を使うのが良
い。

【００２０】また、嵌合部は実質的に溶接されず、ここ
に残存する気体が溶接部に悪影響を及ぼすことが懸念さ
れるので、図４に示すように、１〜２層目の円周肉盛溶
接２０を完了する前にパイプ３０により嵌合部を脱気
し、その状態で円周肉盛溶接２０を完了させて嵌合部の
残存ガスを減じることが望まれる。

【００２１】図５は本発明の他の実施例を示す溶接部の
断面図である。バー素材１０，１０の相対向端面に台錘
状の加工を施す場合は、同図（Ａ）に示すように、凸部
１１の長さと凹部１２の深さを同じにしても端面間に隙
間１３を確保できる。しかし台錘加工を行わず、相対向
端面を平行させる場合は、同図（Ｂ）に示すように、凸
部１１の長さを凹部１２の深さより大きくして、端面間
に開先となる隙間１３を確保することが必要になる。

【００２２】次に、本発明の実施結果を説明する。

【００２３】（１）熱間工具鋼（ＳＫＤ６）からなる外
径が１８５ｍｍの２本のバー素材の相対向端面中心部に
３０ｈ６，３０Ｆ７の嵌め合い公差の凸部および凹部を
旋盤加工により形成すると共に、その周囲の端面を台錘
状に旋盤加工した（図３参照）。ここで、凸部の長さは
１０５ｍｍ、凹部の深さは１００ｍｍとした。また、端
面の台錘加工はバー半径ｒに対する高さｈの比ｈ／ｒで
0.１とし、凸部周囲の端面間に最大ギャップが１4.２５
ｍｍの隙間が確保されるようにした。

【００２４】次いで、凸部を凹部に嵌合させて、端面間
の隙間にバー素材とほぼ同等の成分の肉盛材料を用いて
円周溶接を行い、長尺のバー素材を製作した。そして、
軸心回りの同心円上に６個の切削チップを等間隔配置し
たカッターヘッドを回転させながら中心部に被加工材を
軸方向に送り込むマンドレルバー用外削装置を使用し
て、上記長尺素材を外径１８０ｍｍに切削加工したとこ
ろ、６個の切削チップはいずれも摩耗が少なく再使用で
きる状態にあった。また、溶接部を中心とした両側１ｍ
の範囲における曲がりは約0.５ｍｍであった。

【００２５】これに対し、同一材質、同一外径の短尺素
材を図１に示す従来方法で溶接した。端面の円錐加工は
バー半径ｒに対する円錐高さｈの比ｈ／ｒで表わして0.
１とした。溶接後、上記と同じマンドレルバー用外削装
置を用いて長尺素材を同一仕上げ外径に切削加工したと
ころ、６個の切削チップのうちの２個は欠損し、３個は
損耗が著しく、いずれも再使用できない状態となった。
また、溶接部を中心とした曲がりは、バー長手方向１ｍ
あたり約３ｍｍに達した。

【００２６】（２）熱間工具鋼（ＳＫＤ６）からなる外
径１４５ｍｍのバー素材に対して（１）と同じ寸法およ
び嵌め合い公差の凹凸端面加工を施し、その凸部と凹部
を嵌合させた後、端面間の隙間に対し２層目までを軟鋼
用肉盛材料により溶接した。このとき、図４に示すよう
に、嵌合部に固定したパイプ３０を真空ポンプに接続し
て嵌合部を脱気し、２層目の溶接を完了させる際に、パ
イプを肉盛封入した。更に、その上からＳＫＤ６とほぼ
同等の成分の肉盛材料により上盛りして一体の長尺バー
素材を作製した。

【００２７】作製された長尺のバー素材を前記外削装置
により外径１４０ｍｍに加工したところ、６個の切削チ
ップのうち１個はやや摩耗が進んで取り換えが必要な状
態となったが、残りの５個は殆ど摩耗が見られなかっ
た。また、溶接部を中心とした両側１ｍの範囲における
曲がりは約0.８ｍｍであった。

【００２８】これに対し、同一材質、同一外径の短尺を
図１に示す従来方法（ｈ／ｒ＝0.１）で溶接後、同一仕
上げ外径に切削加工したところ、６個の切削チップのう
ち２個は焼付き、４個は著しい摩耗を生じ、いずれも再
使用不能となった。また、溶接部の曲がりは１ｍ当り約
４ｍｍに達した。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のマンドレルバーの溶接方法は、溶接に際して素材を嵌
め合い連結することにより、連結接合部での段差や曲が
りを抑え、素材の軸心を合致させた直芯バーを作製でき
る。従って、溶接後の外削において切削チップの損傷を
抑え、また、圧延製品の品質向上を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の溶接方法の概要を示す模式図である。

【図２】従来の溶接方法における問題点を示す模式図で
ある。

【図３】本発明の１実施例を示す溶接部の一部破断側面
図である。

【図４】嵌合部の脱気方法を示す溶接部の側面図であ
る。

【図５】本発明の他の実施例を示す溶接部の一部破断側
面図である。

【符号の説明】

１０バー素材１１凸部１２凹部１３隙間２０円周肉盛溶接

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一外径の円柱状素材を軸方向に溶接接
合して１本のマンドレルバーとなすマンドレルバーの溶
接方法において、隣接する円柱状素材の相対向端面のうちの一方の端面中
心部に凸部を設けると共に、該凸部が嵌合する凹部を他
方の端面中心部に設け、凸部を凹部に嵌合させた状態で
相対向端面間に形成される隙間に円周肉盛溶接を行うこ
とを特徴とするマンドレルバーの溶接方法。