JPH0655267A - 管の圧接式磁気駆動ア−ク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 管径が大きいか又は管厚が厚いか又はその双
方である金属製の管の溶接に適用できるように改良され
た圧接式磁気駆動アーク溶接方法を提供する。 【構成】 管の圧接式磁気駆動アーク溶接方法におい
て、管径が大きいか又は管厚が厚いか又はその双方であ
る金属製の管を管軸方向に突き合わせ溶接するに際し、
溶接側端面同士を所定の間隙だけ離隔して対面させるよ
うに溶接する管双方のそれぞれを支持し、次いで溶接す
る管双方の溶接側端部の間でアークを発生させる前に、
溶接する管双方の溶接側端部を加熱手段で環状に取り囲
み、端面から少なくとも所定幅の溶接側端部管壁が管の
構成金属の融点（°Ｋ）以下であって該融点の１／２の
温度（°Ｋ）以上の範囲の温度に均一に加熱されるよう
に加熱手段にて管双方の端部を加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属製管の圧接式磁気
駆動アーク溶接方法、更に詳細には大径かつ／又は管厚
が厚い金属製の管を長手方向に突き合わせ溶接するに際
し、良好な溶接接合が得られるように改良された圧接式
磁気駆動アーク溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧接式磁気駆動アーク溶接方法とは、被
溶接物の溶接側端部の間に間隙を設け、その間隙を介し
て被溶接物の溶接側端部の間にアークを発生させ、磁界
の力でこのアークを被溶接物の溶接側端部の輪郭にそっ
て回転させつつ、アークの熱で端部を溶融させ、次いで
溶融した溶接側端部同士を相互に押圧して接合する方法
である。この溶接方法は、溶接プロセスが簡単であり、
溶接時間が極めて短く、所要電気入力も低い経済的かつ
溶接作業性の高い溶接法である。最近、かかる圧接式磁
気駆動アーク溶接方法の利点を活かして、管溶接の絶対
量の多いパイプラインの敷設工事等において管の軸方向
の突き合わせ溶接に、この溶接方法を適用しようとする
試みがなされている。

【０００３】圧接式磁気駆動アーク溶接方法によって管
を軸方向に突き合わせ溶接する場合、図３に原理的に示
すような装置が使用されている。図３において、１２、
１２は溶接する双方の管であって、管１２、１２は、溶
接側端部１４のそれぞれの端面１６、１６の間に所定の
間隙を保持するようにして、適当な支持装置（図示しな
い）によって支持されている。尚、支持装置は、管１
２、１２をそれぞれ支持するのみならず相互に接近さ
せ、端面１６、１６同士を押圧して圧接できる機構を備
えている。１８は、励磁用電源２０を備えた励磁コイル
であって、管１２、１２の所定の位置で管の外周を取り
巻くようにして環状に配置されている。２２は、アーク
発生電源であって、電源の端子がそれぞれ接続された管
１２、１２の間に電圧を印加して、そのぞれの端部１
４、１４間にアークを発生させることができる。

【０００４】上述の装置において、同極が互いに向き合
うように励磁コイル１８、１８を励磁すると、反発磁束
が発生する。このような磁界が発生している状態で、ア
ーク発生電源２２により管１２、１２間に電圧を印加し
て点弧する。点弧によりアークが、対面した端面１４、
１４間に発生し、発生したアークは、励磁された励磁コ
イル１８の磁界により回転力を受け、環状の端面に沿っ
て円周方向に高速で回転しつつ端部を加熱溶融する。端
部が適当に溶融した時点で、支持装置によって強力なア
プセット力を管に加えて相互に押圧し、端部を圧接する
ことにより、所望の溶接接合を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、大径の管、例
えば管径が２００mm以上の管、又は管厚が厚い管、例え
ば管厚が２mmないし２．５mm以上の管、又は大径管であ
って管厚の厚い管の長手方向の溶接に上述の圧接式磁気
駆動アーク溶接方法を適用した場合、接合不良等の欠陥
が管の接合部に発生する割合が高く、溶接接合の信頼性
が低かった。その原因は、次に説明するような事情に因
ると考えられている。即ち、溶接する管の端面間に発生
したアークは、アーク発生当初は管の端面の管内側縁部
を低速で回転しつつ管内側縁部近傍の部分を加熱し、次
いで端面の管外側縁部に向かって移行しつつ、高速で回
転しながら端部を加熱する。この結果、管の端部の加熱
溶融は、内側から外側へと一方向に進行し、大径の管又
は管厚の厚い管では、その管端部に生じた溶融部分は、
図４において黒色に塗った部分Ｓで示すように、管の内
側で溶融幅が小さく、管の外側で溶融幅が大きくなるよ
うな、管厚方向に溶融幅が異なる溶融状態となる。この
ような状態で管端面を相互に押圧し、圧接すると、接合
欠陥が管の接合部に発生し易くなるのである。

【０００６】かかる問題を解決するために、種々の方法
が提案されている。例えば、溶接する一方の管を固定
し、固定した一方の管に対して他方の管を端面に沿って
管厚程度だけ偏心させ、アーク発生中、２HZ程度の回転
速度で他方の管を偏心回転させる方法、溶接する管双方
の管内に導体を貫通させ、この導体に５０Hzの交流を流
す方法等が提案されている。しかし、いずれの方法を実
施するにも大きな設備を必要とし、パイプライン敷設工
事のように敷設するパイプラインに沿って溶接作業場所
が移動するような、溶接装置の移動を伴う工事には不適
当であった。以上のような問題のため、上述のように種
々の利点があるにもかかわらず、この圧接式磁気駆動ア
ーク溶接方法を大径かつ／又は管厚の厚い管の溶接に実
際に使用するには未だ至っていないのが実情である。

【０００７】上述の状況に鑑み、本発明の目的は、管径
が大きいか又は管厚が厚いか又はその双方である金属製
の管の溶接に適用できるように改良された圧接式磁気駆
動アーク溶接方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者は、種々の実験
を重ねた末、従来の磁気駆動アーク溶接方法を大径かつ
／又は管厚の厚い管の溶接に適用した場合において、端
部の溶融状態が不均一になるのは、磁気駆動式アークに
よる加熱のみでは端部管壁を均一に溶融するに足る熱量
を与えることができないからであることを見い出し、ア
ークによる端部管壁の溶融に先立ち、端部を予め加熱し
て、端部を溶融させるに必要な熱量の一部ないし大半を
前もって端部に補給しておくことに着眼し、本発明を発
明するに到った。

【０００９】上記目的を達成するために、本発明に係る
管の磁気駆動アーク溶接方法は、管径が大きいか又は管
厚が厚いか又はその双方である金属製の管を管軸方向に
突き合わせ溶接するに際し、溶接する管双方の溶接側端
面同士を所定の間隙だけ離隔して対面させるように該管
双方をそれぞれ支持した後、管双方の溶接側端部の間で
アークを発生させる前に、管双方の溶接側端部を加熱手
段で環状に取り囲み、端面から少なくとも所定幅の溶接
側端部管壁が管の構成金属の融点（°Ｋ）以下であって
該融点の１／２の温度（°Ｋ）以上の範囲の温度に均一
に加熱されるように加熱手段にて管双方の溶接側端部を
加熱することを特徴としている。

【００１０】本発明において、管径が大きい管とは、従
来の圧接式磁気駆動アーク溶接方法では溶接困難であっ
た大きい管径の管、特に管径が２００mm以上の管を意味
し、管厚が厚い管とは、同じく従来の圧接式磁気駆動ア
ーク溶接方法では溶接困難であった管厚の厚い管、特に
管厚が２．５mm以上の管を意味する。本発明において、
加熱手段にて端部を加熱し、端部が所定の温度に到達し
た時点で、直ちに従来から実施されている通常の圧接式
磁気駆動アーク溶接の工程に移行する。本発明で使用す
る加熱手段は、溶接する管双方の溶接側端部を環状に取
り囲み所要の熱量を端部に与え得る加熱手段であれば、
特にその種類には制約はなく、例えばリング状のガスバ
ーナ、即ち多数のバーナチップがリング状に形成された
燃焼ガス分配管の周方向にほぼ等間隔にリング中心に向
かって配置されているようなリング状ガスバーナ、及び
リング状に形成された高周波コイル等の加熱手段を例と
して挙げることができる。また、溶接する管双方の溶接
側端部それぞれに別個に加熱手段を設けてもよく、双方
の端部を共通に加熱する加熱手段を設けてもよい。リン
グ状バーナを使用する場合は、ガスとして酸素アセチレ
ンガス、プロパンガス等のガス加熱に通常使用している
ガスを使用することができ、ガス圧力、火炎の大きさ等
の加熱条件は、従来から常用の条件を適用できる。

【００１１】本発明において、加熱温度を管の構成金属
の融点（°Ｋ）以下であって該融点の１／２の温度（°
Ｋ）以上の範囲の温度に限定している理由は、次の通り
である。融点の１／２の温度（°Ｋ）は、所謂物理的溶
融温度に相当し、その温度以下では本発明の目的を達成
するには温度が低すぎるからであり、一方、管の端部を
その融点以上に加熱するのは、端面を圧接する前に溶融
金属が下方に垂れて端面同士が不整合になる等の逆の効
果が発生するからである。例えば、軟鋼の場合、加熱温
度の上限は、融点である約１８００°Ｋ（約１５００°
Ｃ）であって、下限は融点の１／２である約９００°Ｋ
（約６００°Ｃ）である。加熱する端部の所定幅は、溶
接する管の管径、管厚に応じて定められるべき寸法であ
るが、アークによる加熱を補完する意味合いからアーク
によって溶融する部分に限定するのが望ましく、一般に
は端面から５〜６mmの幅である。尚、本発明に係る磁気
駆動アーク溶接方法は、炭素鋼製、ステンレス鋼製、ア
ルミニウム合金鋼製、アルミニウム製の管等の広範囲に
わたる材質の管の溶接接合に適用できる。

【００１２】

【作用】本発明では、管の双方の溶接側端部を加熱手段
で環状に取り囲み、端面から少なくとも所定幅の端部管
壁が管の構成金属の融点（°Ｋ）以下であって該融点の
１／２の温度（°Ｋ）以上の範囲の温度に均一に加熱さ
れるように管双方の端部を加熱手段にて加熱することに
より、その後、端部が加熱された状態から溶融状態に移
行するに足るだけの熱を磁気駆動アークによって与えれ
ば、溶接側端部管壁が容易に均一な溶融状態になる。次
いで、均一な溶融状態になった時点で管端部を圧接すれ
ば欠陥のない溶接接合が得られる。

【００１３】

【実施例】以下に、添付図面を参照して実施例に基づき
本発明をより詳細に説明する。図１は、本発明に係る磁
気駆動アーク溶接方法を実施する装置の一例を示す模式
的系統図である。図３と同じ機能を有する部品には同じ
符号を付し、説明を省略する。図１に示す装置１０にお
いて、リング状ガスバーナ２４は、溶接する管１２、１
２の双方の溶接側端部１４、１４の端面１６、１６が画
成する間隙の中央にあって、かつ間隙の外側を環状に取
り囲んでいる。図２は、図１に示す装置１０を線Ｘ−Ｘ
から見た状態でのガスバーナ２４を示す説明図である。
リング状ガスバーナ２４には、図２に示すようにリング
状に形成された燃焼ガス分配管２６の周方向にほぼ等間
隔に複数のバーナチップ２８が配置されている。燃焼ガ
ス分配管２６には燃焼用一次空気取り入れ口３０、３０
を備えた燃焼ガス供給管３２が接続されており、一方燃
焼ガス供給管３２は、外部の燃焼ガス源（図示せず）に
接続されている。

【００１４】次に本発明に係る圧接式磁気駆動アーク溶
接方法の実施について、図１に示す装置１０を使用して
軟鋼製の大径かつ管厚の厚い管を溶接する例を説明す
る。燃焼ガスとしてプロパンガスを使用したガスバーナ
２４によって、管１２、１２の端部１４、１４を端面１
６、１６から約５ないし６mmの幅で６００°Ｃの温度に
加熱し、端部１４、１４がその温度に到達した後、直ち
に磁気駆動アーク溶接の工程に移行する。プロパンガス
はその単位重量当たりの燃焼による発生熱量が高いの
で、上記の簡単なガスバーナにより、端部管壁を所定幅
にわたり周方向及び管厚方向とも均一に所定の６００°
Ｃに加熱することができる。

【００１５】続いて、アークを維持する溶接電流、アー
ク時間、励磁コイルに流す励磁電流、圧接力等の圧接式
磁気駆動アーク溶接の条件を既知の値に設定して、先ず
装置１０の励磁コイル１８を励磁して磁界を生成させ、
次いでアーク発生電源２２を起動し、アークを発生させ
る。発生したアークによって端部１４、１４を溶融した
後、支持装置（図示せず）により管１２、１２を相互に
接近押圧し、圧接する。

【００１６】本実施例によれば、磁気駆動アーク溶接法
の実施に当たり、アークによる加熱溶融に先立ち、設備
が簡単であってかつ移動容易なガスバーナ設備を使用し
て、溶接する管の溶接側端部を予備的に加熱することに
より、後続のアークによる加熱溶融と相俟って溶接側端
部管壁に均一な溶融状態を生成し、従来の圧接式磁気駆
動アーク溶接方法では溶接接合が困難であった大径かつ
／又は管厚の厚い管の溶接接合を接合欠陥を発生するこ
となく行うことができる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、管の双方の溶接側端部
を加熱手段で環状に取り囲み、端面から所定幅の端部管
壁が管の構成金属の融点（°Ｋ）以下であって該融点の
１／２の温度（°Ｋ）以上の範囲の温度に均一に加熱さ
れるように加熱手段にて管双方の溶接側端部を加熱する
ことにより、従来の圧接式磁気駆動アーク溶接方法では
溶接が困難であった大径かつ／又は管厚の厚い管の溶接
接合を接合欠陥の発生なく行うことができる。本発明に
係る圧接式磁気駆動アーク溶接方法は、従来の圧接式磁
気駆動アーク溶接方法の実施装置に加えて、簡単で移動
容易な加熱手段を必要とするのみであるから、管の敷設
につれて溶接装置を移動する必要のあるパイプライン敷
設工事等の管の溶接工事に最適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧接式磁気駆動アーク溶接方法を
実施するための装置の一例の模式的系統図である。

【図２】図１に示した装置で使用したガスバーナを線Ｘ
−Ｘから見た説明図である。

【図３】従来の圧接式磁気駆動アーク溶接方法を実施す
るための装置の一例の模式的系統図である。

【図４】従来の圧接式磁気駆動アーク溶接方法によって
大径かつ／又は管厚の厚い管を溶接する場合に管端部に
生じる金属溶融状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１０ 本発明に係る圧接式磁気駆動アーク溶接方法を実
施するための装置 １２ 溶接する管 １４ 溶接側端部 １６ 端面 １８ 励磁コイル ２０ 励磁用電源 ２２ アーク発生用電源 ２４ ガスバーナ ２６ 燃焼ガス分配管 ２８ バーナチップ ３０ 空気取り入れ口 ３２ 燃焼ガス供給管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管の圧接式磁気駆動アーク溶接方法にお
   いて、 管径が大きいか又は管厚が厚いか又はその双方である金
   属製の管を管軸方向に突き合わせ溶接するに際し、 前記溶接する管双方の溶接側端面同士を所定の間隙だけ
   離隔して対面させるように該管双方をそれぞれ支持した
   後、前記管双方の溶接側端部の間でアークを発生させる
   前に、 前記管双方の溶接側端部を加熱手段で環状に取り囲み、 前記端面から少なくとも所定幅の溶接側端部管壁が前記
   管の構成金属の融点（°Ｋ）以下であって該融点の１／
   ２の温度（°Ｋ）以上の範囲の温度に均一に加熱される
   ように前記加熱手段にて前記管双方の溶接側端部を加熱
   することを特徴とする管の圧接式磁気駆動アーク溶接方
   法。