JPH06312293A

JPH06312293A - 粉粒体充填管の製造方法

Info

Publication number: JPH06312293A
Application number: JP5103273A
Authority: JP
Inventors: Toru Ono; 徹小野; Haruji Hashimoto; 晴次橋本; Iwao Yamada; 巖山田
Original assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Welding and Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-08

Abstract

(57)【要約】【目的】健全な接合溶接部を得ることにより管外皮に
割れのない粉粒体充填管を製造する方法を提供する。【構成】金属帯板を管状体に成形する途中で管状体１
に粉粒体２０を供給し、管状体１の両エッジ面１７を高
周波溶接により接合し、粉粒体２０が充填された溶接管
１１を縮径する粉粒体充填管の製造方法において、前記
管状体１の両エッジ面１７を高周波溶接するまでの過程
で、管状体１内の粉粒体表層部を形成する粉粒体２０中
に混在する磁着磁性粒子を磁気吸引して除去する。

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。

【０００２】ここで、粉粒体とは溶接用フラックス、酸
化物超電導材、溶鋼用添加剤等の粉粒体をいう。

【０００３】

【従来の技術】粉粒体充填管の一つとして、溶接用フラ
ックス入りシー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径に伸線、巻き取って製品とす
る。

【０００４】上記粉粒体充填管の製造における溶接法と
して、高周波誘導溶接法、高周波抵抗溶接法等の高周波
溶接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、高周波電流により発
生するジュール熱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。

【０００５】ところで、フラックスを充填し、溶接した
管を圧延、伸線等により縮径する際に、管外皮に割れが
発生することがある。そして、この割れの原因として、
次のように考えられている。溶接時に管状体の開口エッ
ジ面に酸化物やケイ酸物等のフラックスの一部が吸着す
る。すなわち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エッジ部は磁極となる。したがっ
てフラックスのうちの強磁性成分は、磁力により開口エ
ッジ部に吸着される。このとき弱磁性成分も強磁性成分
に伴われて開口エッジ部に吸着する。これら開口エッジ
部に吸着したフラックスは、接合溶接部の介在物とな
り、溶接欠陥となる。そして、この溶接欠陥により縮径
時に割れが発生する。縮径時の割れはそのまま製品すな
わち溶接用フラックス入りワイヤに持ち込まれ、溶接作
業性を劣化させる。

【０００６】このような問題を解決する技術の一つに特
開昭６０−２３４７９４号公報で開示された「溶接用複
合ワイヤ」があり、非透磁率が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
口エッジ部に吸着するのを防止する。特開昭６３−５８
９７号公報で開示された「複合管の製造方法」があり、
粉体の供給時に４８メッシュより細かい微粉末を除去
し、微粉末が開口エッジ部に付着するのを防止する。ま
た他の技術として、特開昭５４−１０９０４０号公報で
開示された「粉末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層表面
との間に空隙すなわち距離を設け、粉体が舞い上って開
口エッジ部に至らないようにしている。

【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、開口エッジ面へ
の粉粒体粒子の吸着を回避することに限界があることか
ら管縮径時に依然として前述のような割れが発生し、製
品歩留りの低下を招いていた。割れは一度発生すると、
最初は微小な割れでも、管の縮径サイズが小さくなるに
従って管長手方向に延び、製品サイズではもはや無視で
きない程度の長さとなる。

【０００８】そこで、この発明は、健全な接合溶接部を
得ることにより管外皮に割れのない粉粒体充填管を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】通常、管状体の開口部に
供給される粉粒体は、粉粒体充填管の使用目的に合せて
各種の原料粉末が選択され、そのままの状態であるいは
造粒して使用される。例えば溶接用フラックス入りワイ
ヤではスラグ生成剤としてルチールサンド、マグネシア
クリンカー等、アーク安定剤としてケイ酸ソーダ、チタ
ン酸カリ等、脱酸剤・合金剤として低Ｃ−Ｆｅ−Ｓｉ，
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍｎ，Ａｌ−Ｍｇ等が用いられ、また鉄
粉、酸化鉄等の強磁性成分が溶着速度の向上、フラック
ス充填率の調整、溶接作業性の改善のために配合される
こともある。いずれにしても充填されるフラックス中に
はトータルのＦｅ成分として少なくとも５％以上含み、
しかもその粒度分布は３２メッシュ（０．５mm）〜Ｄus
t の微細粒子群を少なくとも５０％以上含むのが通例で
ある。造粒する場合にはすべてのフラックス粒子中に、
また非造粒の場合には原料粉末の鉄合金、鉄粉、酸化鉄
等の粒子中に強磁性成分のＦｅ分が含まれている。また
原料粉末中に原料精製時にあるいは粉砕時に不可避的に
鉄粉、酸化鉄等が混入することもある。従って充填フラ
ックス中に鉄粉、酸化鉄等の強磁性成分を積極的に配合
する場合は勿論のこと、いわゆる弱磁性成分だけでフラ
ックスを構成する場合であっても磁極化した開口エッジ
面にフラックス粒子が吸引される危険性は充分存在す
る。特に粒子に作用する吸引力とこれに抗する重力がバ
ランスする平衡粒径に満たない微細粒子では吸引力支配
を直接的に受ける。これに加えて造粒フラックスではあ
る程度の成分偏析は避けえず、Ｆｅ分の偏析が微細粒子
に集中すると上記平衡粒径が引き上げられる結果、吸引
力支配を受ける微細粒子が増加するとともに［吸引力／
重力］比が増大するので極めて危険である。

【００１０】これまでに磁化した開口エッジ面にフラッ
クス粒子を吸着させないための様々な工夫（特開昭６０
−２３４７９４、特開昭６３−５８９７、特開昭５４−
１０９０４０等）が提案されてきたが、上記したように
磁場の影響を受けやすいというフラックス自身の特質か
ら依然として満足する成果は得られていないのが実情で
あった。

【００１１】この発明の粉粒体充填管の製造方法は、金
属帯板を管状体に成形する途中で管状体に粉粒体を供給
し、管状体の両エッジ面を高周波溶接により接合し、粉
粒体が充填された溶接管を縮径する粉粒体充填管の製造
方法において、前記管状体の両エッジ面を高周波溶接す
るまでの過程で、管状体内の粉粒体表層部を形成する粉
粒体中に混在する磁着磁性粒子を磁気吸引して除去する
ことを特徴としている。

【００１２】また、前記管状体に粉粒体を供給するまで
の過程で、磁着磁性粒子を磁気吸引して除去することを
特徴としている。

【００１３】さらに、前記管状体に粉粒体を供給したの
ち、磁着磁性粒子を磁気吸引して除去することを特徴と
している。

【００１４】磁着磁性粒子を磁気吸引するには永久磁石
あるいは電磁石を用いる。

【００１５】この発明で磁着磁性粒子とは高周波溶接時
に磁化した開口エッジ面に磁着する程度の磁性を有する
粉粒体粒子をいい、充填粉粒体自身に起因するもの（強
磁性成分過多粒子、強磁性成分偏析粒子等）はもちろ
ん、充填粉粒体に混入した異材粉粒体に起因するもの
（粉粒体の製造過程で発生する器械類の磨耗粉、異種粉
粒体の混入粉等）も含む。

【００１６】

【作用】この発明は、管状体内の粉粒体表層部を形成す
る粉粒体中に混在する磁着磁性粒子を、管状体が溶接位
置に到達する以前の適当な位置で磁気吸引して除去す
る。磁着磁性粒子を磁気吸引するには、粉粒体の通路に
溶接位置において管状体内に発生する磁場とほぼ同程度
の磁場を永久磁石あるいは電磁石により形成する。この
発明によれば、磁化した開口エッジ面に磁着する程度の
磁性を有する粉粒体粒子つまり磁着磁性粒子は粉粒体表
層部には存在しないので、つねにクリーンな開口エッジ
面を高周波溶接に供することができ、磁性粒子が管状体
のエッジ面に磁着することに起因する管の割れはなくな
る。

【００１７】なお粉粒体層の中下層に存在する磁性粒子
については表層部の粉粒体で遮蔽されるのでエッジ面に
磁着する危険性がなく、従って特に考慮する必要はな
い。

【００１８】

【実施例】以下、溶接用フラックス入りワイヤの製造を
実施例として説明する。図１は溶接用フラックス入りワ
イヤ製造装置の主要部の構成図である。図１に示すよう
に、オープン管（管状体）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。フラックス供給装置４はフラックス
ホッパ４０、シュート４１および電磁フィーダ４２を備
えている。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１にフ
ラックス２０が供給される。フラックス２０を供給され
たオープン管１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１２から高周波溶接
電流が供給される。溶接された管１１は切削バイト１３
により外面側の余盛りビード１４が切削され、圧延ロー
ル群１６で圧延され、さらに焼鈍を施しながら圧延装置
および伸線装置（いずれも図示しない）により外径１．
０〜２．０ mm の製品サイズまで縮径される。なお内面
側の余盛りビード１５はそのまま製品サイズまで残留す
る。

【００１９】このような高周波誘導溶接により幅ｗ＝３
０〜１５０mm、厚さｔ＝１〜５mm程度の鋼帯を外径Ｄ＝
１０〜５０mm程度の管に造管する。このときの溶接条件
として高周波電流の周波数ｆ＝３００〜８００
kHz 入熱（電力量）Ｐ＝１００〜４００
kVA ワークコイル〜Ｖ収束点間の距離Ｌ＝１０〜１００mm アペックス角（Ｖ収束角） θ＝３〜１５° 程度のものが採用され、溶接速度（造管速度）Ｖ＝１０
〜２００ｍ／min 程度の速度で造管が行われる。

【００２０】本発明の方法を実施するための製造装置
は、このようなワイヤ製造装置において、さらにオープ
ン管１に供給する前、後のフラックス２０内に混在する
磁着磁性粒子を磁気吸引して除去するための第一の磁気
吸引手段Ｍ１（供給前）、第二の磁気吸引手段Ｍ２（供
給後）の少なくとも一方を備えている。

【００２１】第一の磁気吸引手段Ｍ１について図１およ
び図２ａ（図１のIIａ−IIａ線断面図）、ｂ（図２ａの
IIｂ−IIｂ線断面図）、図３により説明する。磁気吸引
手段Ｍ１はオープン管１内に供給する前のフラックス２
０に対して実施するもので、この例ではフラックスホッ
パ４０（シュート４１）とオープン管１の間に配設され
る電磁フィーダ４２により搬送中のフラックス２０に対
して実施する。この磁気吸引手段Ｍ１は二つのプーリ２
１、２２（一方が駆動）とプーリ２１、２２間に掛け渡
したベルト２３およびプーリ２１、２２間に配置されベ
ルト２３を挟んで電磁フィーダ４２のトラフ（振動搬送
面）４３と所定の間隔をもって対峙する永久磁石２４と
から構成される。プーリ２１、２２のうち一方のプーリ
２１はトラフ４３の上方位置に、また他方のプーリ２２
はトラフ４３、オープン管１を越えて配置され、ベルト
２３がトラフ４３の上方からオープン管１の開口部上方
を越える位置までトラフ４３の搬送方向に移動するよう
にしている。そして永久磁石２４はこのように配設され
たべルト２３の下側裏面に接触した状態でトラフ４３の
上方からオープン管１の開口部上方を越える位置まで延
設されている。

【００２２】一方フラックス２０はフラックスホッパ４
０から切り出されシュート４１を経て電磁フィーダ４２
のトラフ４３に至り、以後トラフ４３上でジャンピング
しながらオープン管１の開口部方向へと移動する。この
ときフラックス２０に混在する磁着磁性粒子は磁気吸引
手段Ｍ１の永久磁石２４の下側磁極面２４N （この例で
はＮ極）に磁気吸引されてベルト２３に吸着し、ベルト
２３とともに移動し、そしてオープン管１の開口部を越
えかつ永久磁石２４による吸引力圏外まできたとき容器
２６に落下する。こうして磁着磁性粒子が除去されたフ
ラックス２０はトラフ４３端から落下しオープン管１の
開口部を経て管内へと供給される。

【００２３】この磁気吸引手段Ｍ１ではトラフ４３上で
ジャンピングしながら搬送中のフラックス２０に対して
実施するので、フラックス２０のほぼ全粒子を磁気吸引
圏内にさらすことができ、従ってフラックス２０に混在
する磁着磁性粒子の除去漏れの虞が少ない。なお図２
ａ、ｂの例では図２ｂに示すように電磁フィーダ４２の
トラフ４３を単一にしてオープン管１に供給するフラッ
クス２０全体を処理する方式としたが、前記したように
磁着磁性粒子の除去は少なくとも管内のフラックス表層
部を形成するフラックスに対して行えばよい。図３はこ
の実施例を示したものでトラフ４３を仕切ることにより
フラックス表層部、中下層部を形成するそれぞれのフラ
ックス２０u 、２０d を別々のトラフ４３u 、４３d で
振動搬送し、このうちフラックス表層部形成するフラッ
クス２０u だけに対して磁気吸引手段Ｍ１で磁着磁性粒
子の除去処理を実施する。

【００２４】次に第二の磁気吸引手段Ｍ２について図１
および図４ａ（図１の要部拡大図）、ｂ（図４ａのIVｂ
−IVｂ線断面図）により説明する。磁気吸引手段Ｍ２は
オープン管１内に供給した後のフラックス２０、つまり
フラックス表層部を形成するフラックス２０u に対して
実施するもので、この例の磁気吸引手段Ｍ２は円盤状の
回転磁石３０、プーリ３３および回転磁石３０とプーリ
３３間に掛け渡したベルト３５とから構成される。磁着
磁性粒子の磁気吸引する回転磁石３０は正１２角形状の
鉄製基盤３２の外周面（１２面）に矩形状の小磁石３４
を外周側が同極、この場合はＮ極が現れるように取り付
けたもので、全体として外周面がＮ極の一つの円盤状永
久磁石を形成し回転軸３１により回転する。回転磁石３
０はその下部の一部をオープン管１の開口エッジ面１
７、１７の間隙から内部に挿入し、磁極となる外周面３
４N とフラックス表面との間に所定の空隙距離Ｌを設け
るようにしている。またプーリ３３はオープン管１の外
にあってベルト３５を回転磁石３０から離し、ベルト３
５上の磁着磁性粒子を回転磁石３０の磁気吸引圏外に位
置させて除去を容易にする。回転磁石３０の両側面には
ベルト３５の外れ防止用の側板３６が設けられている。

【００２５】このように構成された磁気吸引手段Ｍ２に
よれば、管内に供給されたフラックス２０が回転磁石３
０の下方を通過するとき、フラックス表層部のフラック
ス２０u 中に混在する磁着磁性粒子２５は回転磁石３０
に磁気吸引されてベルト３５に吸着する。そしてベルト
３５とともにオープン管１の外部に移動し、ベルト３５
が回転磁石３０から離れるとき真空吸引管３６により吸
引除去される。磁着磁性粒子２５の除去はベルト３５が
プーリ３３を回る位置で落下させ点線で示す容器３７内
に収容するようにしてもよい。

【００２６】第一の磁気吸引手段Ｍ１（供給前）、第二
の磁気吸引手段Ｍ２（供給後）においてフラックスの表
面と非接触状態で永久磁石あるいは電磁石を配置すると
磁石により発生する磁力線が吸引ターゲットの磁着磁性
粒子を捕らえて磁気吸引する。磁石の強さ（表面磁束密
度）および磁極とフラックス表面間の空隙距離は、フラ
ックス表層部での磁束密度、粒子の磁化率、強磁性成分
含有率、粒子質量等により定まる磁着磁性粒子の［吸引
力／重力］比が１を超え、かつ溶接位置でエッジ面に磁
着しない安全な粉粒体粒子の［吸引力／重力］比が１以
下の適当な値となるように供給する粉粒体の種類に合わ
せて適宜決定することが望ましい。すなわち第一、第二
の磁気吸引手段Ｍ１、Ｍ２の磁気吸引力の大きさは溶接
位置において管内に発生する開口エッジ面の磁気吸引力
の大きさとほぼ同程度に設定するのが良い。

【００２７】つぎに、上記装置により製造した溶接用フ
ラックス入りワイヤの割れ発生結果について説明する。
板厚２．２mm、幅６５．５mmの鋼帯を使用し、外径２
２．４mm、内径１８．０mmの管に成形した。成形途中で
フラックスを充填率１３％で充填し、オープン管を連続
的に突合せ接合した。このときワークコイルに供給した
高周波電流の周波数は５２０kHz 、入熱は１５０KVA 、
溶接速度Ｖは３０ｍ／min 、ワークコイル〜溶接点距離
は２５mm、アペックス角は６°であった。溶接した外径
２２．４mmの管を圧延ロール群により途中１回の焼鈍を
施して外径３．２mmまで縮径し、焼鈍、めっきを施して
コイルに巻き取った。ついで、仕上伸線し、管外径１．
２mm、内径０．６mmの製品サイズまで縮径して製品ワイ
ヤの割れ発生状況を調べた。上記の溶接条件で高周波誘
導溶接を行えば、突き合わされるオープン管の開口エッ
ジ面がクリーンである限り良好な溶接を実現できる。し
かしこの溶接では溶接位置で強力な磁場が発生するので
フラックス中の磁着磁性粒子が舞い上がってエッジ面に
磁着しやすく、従って必ずしもクリーンな状態ではな
い。この発明ではオープン管内でフラックス表層部を形
成するフラックス中の磁着磁性粒子を磁気吸引すること
により除去している。この実施例では上記した第一の磁
気吸引手段Ｍ１、第二の磁気吸引手段Ｍ２をそれぞれ単
独であるいは両者を併用して実施した。

【００２８】供給したフラックスを表１に示す。原料粉
末を混合した後、固着剤（水ガラス）を添加して造粒、
乾燥、分級してフラックスを準備した。

【表１】

【００２９】割れ発生結果を表２に示す。割れの評価は
伸線後の外径１．２mmφの製品ワイヤ１００km（ワイヤ
２０kg巻スプール×３７）の全長にわたってワイヤ外皮
の渦流探傷試験（ＥＣＴ）を実施して割れの有無と位置
を確認し、割れ信号が出たとき該当部分を拡大鏡で観察
してワイヤ長手方向の割れの存在を確認することにより
実施した。割れの存在が全く確認できないとき、これを
良好とした。また、割れがあるとその割れの開口から表
面処理中あるいは伸線中に処理液がワイヤ中に浸入して
製品の品質を劣化させる傾向にあることから、割れの発
生を１箇所でも確認した場合にはこれを不良とした。

【表２】

【００３０】表２において、実験 No.１〜３は磁着磁性
粒子の磁気吸引手段を使用した本発明の実験例であり、
これらの実験例では管外皮の割れは確認されず、製品ワ
イヤとしての品質は良好で、この溶接用フラックス入り
ワイヤを用いて溶接を行ったところ、良好な溶接作業性
が実現できた。

【００３１】これに対して、実験 No.４は比較例であっ
て、磁気吸引手段を使用していない。この比較例では高
周波溶接時にフラックス表層部の磁性粒子が磁場により
舞い上り管状体のエッジ部に磁着した結果、割れが発生
し、製品歩留りを下げた。

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、上記のように管状体
の両エッジ面を高周波溶接するまでの過程で、管状体内
の粉粒体表層部を形成する粉粒体中に混在する磁着磁性
粒子を磁気吸引することにより除去するので、常にクリ
ーンなエッジ面の管状体を高周波溶接に供することがで
きる。従って粉粒体が管状体のエッジ面に磁着すること
に起因する管の割れは実質的になくなる。この結果、製
品歩留りの向上を図ることができ、しかも品質良好な粉
粒体充填管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の粉粒体充填管を製造するための装置
例を示すもので、溶接用フラックス入りワイヤの製造装
置の主要部の構成図である。

【図２】（ａ）は第一の磁気吸引手段の装置例を示す断
面図であり、（ｂ）は（ａ）のIIｂ−IIｂ線断面図であ
る。

【図３】第一の磁気吸引手段の他の装置例を示す断面図
である。

【図４】（ａ）は第二の磁気吸引手段の装置例を示す断
面図であり、（ｂ）は（ａ）のIVｂ−IVｂ線断面図であ
る。

【符号の説明】

１オープン管２成形ロール群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高周波溶接装置９ワークコイル１０スクイズロール１１溶接された管１２電源１６圧延ロール群１７開口エッジ面２０フラックス２０u 表層部のフラックス２０d 中下層部のフラックス２１プーリ２２プーリ２３ベルト２４永久磁石２４N 磁極面２５磁着磁性粒子３０回転磁石３１回転軸３２非磁性体製の筒体３３プーリ３４永久磁石３４N 磁極面３５ベルト３６真空吸引管４０フラックスホッパ４２電磁フィーダ４３トラフ４３u 表層部のフラックス用のトラフ４３d 中下層部のフラックス用のトラフＭ１第一の磁気吸引手段Ｍ２第二の磁気吸引手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属帯板を管状体に成形する途中で管状
体に粉粒体を供給し、管状体の両エッジ面を高周波溶接
により接合し、粉粒体が充填された溶接管を縮径する粉
粒体充填管の製造方法において、前記管状体の両エッジ
面を高周波溶接するまでの過程で、管状体内の粉粒体表
層部を形成する粉粒体中に混在する磁着磁性粒子を磁気
吸引して除去することを特徴とする粉粒体充填管の製造
方法。
【請求項２】前記管状体に粉粒体を供給するまでの過
程で、磁着磁性粒子を磁気吸引して除去する請求項１記
載の粉粒体充填管の製造方法。
【請求項３】さらに前記管状体に粉粒体を供給したの
ち、磁着磁性粒子を磁気吸引して除去する請求項２記載
の粉粒体充填管の製造方法。