JPH0852513A - 溶接管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】第１の高周波加熱手段と第２の消耗電極式ガス
シールドアーク溶接手段の複合熱源をもちて溶接管する
に当たり、第２の消耗電極式ガスシールドアーク溶接手
段のアーク溶接出力を所定範囲値にすることによって溶
接欠陥低減を図る。 【構成】第２の消耗電極式ガスシールドアーク溶接手段
のアーク溶接出力Ｐ（Ｗ）を、下記式を満たす値に設
定するか、もしくは製管中検出した製管速度とオープン
パイプの肉厚に基づいて予め定めた前記下記式の範囲
内の一定値になるように自動制御出力して衝合溶接を行
う。 ５≦Ｐ／（Ｖ・ｔ）≦１５ ・・・・・・・・ 但し、Ｖ：製管速度（mm／sec ） ｔ：オープンパイプの肉厚（mm）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接管の製造方法に係
わり、より詳しくは高周波加熱とアーク点弧加熱とを併
用した溶接管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】製管溶接法には、サブマージアーク溶接
法、プラズマ溶接法、TIG 溶接法、高周波電縫溶接法等
がある。これ等の製管溶接法のうち、中でも高周波電縫
溶接法は最も高速製管可能な方法であることから、一般
に広く採用されている。

【０００３】高周波電縫溶接法は、図５に示すように、
図示しない成形ロール群および最終成形ロールであるフ
ィンパスロール１により帯鋼の両側エッジ部Ｅ、ＥがＶ
字状を成すように順次断面Ｕ形から断面Ｏ形の管状に曲
成してオープンパイプＯＰに成形し、両側エッジ部Ｅ、
Ｅにコンタクトチップ２或いは環状の誘導加熱コイルを
用いて高周波電流を通電して両側エッジ部Ｅ、Ｅを加熱
溶融させ、スクイズロール３、３により側圧を加えて衝
合溶接することによって溶接管ＷＰを得る方法である。

【０００４】この高周波電縫溶接法における大きな欠点
は、両側エッジ部Ｅ、Ｅの加熱溶融に伴う酸化物が被接
合端面間に残留したペネトレータと呼ばれる欠陥および
アップセット不足に起因する割れ欠陥等（以下、単に溶
接欠陥と称す）が多発することであり、これは適正な溶
接条件を選択することである程度まで低減することが可
能であるが、図５に示す従来の方法によっては完全にな
くすることが事実上不可能である。

【０００５】しかし、溶接欠陥は、製品の拡管加工や曲
げ加工時に要求される溶接部の加工性は勿論、溶接部の
靭性および耐食性をも劣化させるので、実用上大きな問
題である。

【０００６】このため、実生産において溶接欠陥の発生
し易い材料を溶接する場合には、通常、加熱溶融される
オープンパイプＯＰの両側エッジ部Ｅ、Ｅを含む領域を
不活性ガスでシールドして溶接する方法が適用されてい
るが、溶接欠陥の発生を完全に防止するに至っていな
い。

【０００７】また、上記以外に下記の(a) 〜(c) に示す
方法も提案されている。

【０００８】(a) 高周波電流による第１の加熱手段によ
って両側エッジ部を溶融近傍温度に加熱し、次いで適宜
な溶融溶接法による第２の加熱手段によって両側エッジ
部が衝合溶接される接合点近傍を溶融温度以上に昇温加
熱してから衝合溶接する方法（特開昭56−168981号公
報）。

【０００９】(b) 両側エッジ部が衝合溶接される接合点
近傍の上流側位置の両側エッジ端面空隙間にイオン化ガ
スを存在させる方法（特公昭51−33512 号公報）。

【００１０】(c) 両側エッジ部が衝合溶接される接合点
近傍位置の上方に消耗電極式ガスシールドアーク溶接ト
ーチを配置して両側エッジ端面間に溶滴滴下する方法
（特開昭62−3879号公報、特開昭63−220977号公報、特
開平 5− 23869号公報）。

【００１１】しかしながら、上記 (a)〜 (c)の方法は、
第２の加熱手段の出力、特に第２の加熱手段として消耗
電極式ガスシールドアーク溶接法を用いる場合における
消耗電極式ガスシールドアーク溶接装置のアーク溶接出
力については何等言及しておらず、本発明者等がそこに
示される数例の実施例に記載の実験条件に基づいて再現
実施を試みた結果、溶接欠陥を安定して低減させること
ができず、特に製管速度または／およびオープンパイプ
の肉厚を変化させると溶接欠陥がかえって多くなる場合
があり、実用に供するには不十分であるということが明
かとなった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
の実状に鑑み成されたもので、前記 (a)〜 (c)に示され
る従来方法では不十分であった溶接欠陥の低減を、より
一層安定して図れる溶接管の製造方法を提供することに
ある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々実験
研究の結果、第１の高周波加熱手段で両側エッジ部を溶
融温度以上に加熱し、次いで第２の加熱手段に消耗電極
式ガスシールドアーク溶接装置を用いて両側エッジ部が
衝合溶接される接合点近傍を加熱昇温して衝合溶接する
場合、消耗電極式ガスシールドアーク溶接装置のアーク
溶接出力を、両側エッジ部に供給される熱量がその単位
面積当たり一定の適正量になるように、製管速度とオー
プンパイプの肉厚を考慮して定めることで、溶接欠陥を
より一層安定して低減させ得ることを知見した。

【００１４】本発明は、上記の知見に基づいてなされた
ものであり、その要旨は、次の (1)および (2)にある。

【００１５】(1) 帯鋼を成形ロール群へ連続的に送給し
て管状に曲成されたオープンパイプの相対向する両側エ
ッジ部を高周波電流によって溶融温度以上に加熱した
後、前記オープンパイプの相対向する両側エッジが衝合
溶接される接合点を含む近傍上方に消耗電極式ガスシー
ルドアーク溶接装置の溶接トーチを配置してアークを点
弧させつつスクイズロールによって側圧を加えて衝合溶
接する溶接管の製造方法において、前記消耗電極式ガス
シールドアーク溶接装置のアーク溶接出力Ｐ（Ｗ）を下
記式を満足する値に設定してアークを点弧させること
を特徴とする溶接管の製造方法。

【００１６】 ５≦Ｐ／（Ｖ・ｔ）≦１５ ・・・・・・・ ただし、Ｖ：製管速度（mm／sec ） ｔ：オープンパイプの肉厚（mm） (2) 上記 (1)の方法において、製管中に製管速度Ｖとオ
ープンパイプの肉厚ｔとをそれぞれ検出し、この検出結
果に基づいて消耗電極式ガスシールドアーク溶接装置の
アーク溶接出力Ｐ（Ｗ）が、予め定めた前記式の範囲
内の一定値となるように自動的に設定制御することを特
徴とする溶接管の製造方法。

【００１７】

【作用】以下、添付図面を参照して本発明を更に詳細に
説明する。

【００１８】図１は、製管速度Ｖ（mm／sec ）とオープ
ンパイプの肉厚ｔ（mm）および消耗電極式ガスシールド
アーク溶接装置のアーク溶接出力Ｐ（Ｗ）が溶接欠陥発
生に及ぼす影響を調べた実験結果を示す図であり、横軸
に両側エッジ端面の単位面積当たりに対して供給される
熱量指標であるＰ／（Ｖ・ｔ）値を、縦軸にアーク無点
弧時の衝合溶接した溶接管10ｍ当たりの溶接欠陥の発生
個数を100 ％とした時の溶接欠陥の発生率を採って示し
てある。

【００１９】実験は、外径，肉厚ｔおよび材質の異なる
種々のオープンパイプを対象に、製管速度Ｖまたは／お
よび消耗電極式ガスシールドアーク溶接装置のアーク溶
接出力Ｐを種々変化させ、直径1.6 mmのソリッドワイヤ
を用いた溶接トーチでアークを点弧させつつ衝合溶接を
行った。

【００２０】なお、溶接トーチは両側エッジ部が衝合溶
接される接合点の直上に位置させ、製管速度Ｖとオープ
ンパイプの肉厚ｔに応じて見かけのアーク長が 3〜10mm
程度になるように、消耗電極式ガスシールドアーク溶接
装置の出力電流と出力電圧の積であるアーク溶接出力Ｐ
を前記出力電流を変化させて種々変更調整した。

【００２１】また、第１の高周波加熱手段による両側エ
ッジ部加熱は、いずれの場合もアーク点弧前の接合点の
温度が1400℃になるように、その出力を調整した。

【００２２】図１に示す結果から明らかなように、オー
プンパイプの外径、肉厚ｔ、材質および製管速度Ｖの如
何に係わらず、Ｐ／（Ｖ・ｔ）値が 5〜15の範囲内のア
ーク溶接出力Ｐである時、溶接欠陥の発生率がアーク無
点弧の単独高周波溶融加熱による製管時に比べて半減す
ることがわかる。

【００２３】即ち、溶接欠陥は、連続的に衝合溶接され
る溶接管の軸長方向に均一分散して発生するのでなく、
管の外径，肉厚ｔおよび材質が同じであってもそのオー
プンパイプへの曲成時における成形状態の変動、或いは
これに起因する高周波溶融加熱での入熱量変動によって
特定箇所に集中的に発生する等してバラツクのが常であ
り、同一の溶接管の特定長さ部分の発生個数と他の特定
長さ部分の発生個数とが必ずしも同数であるとは限らな
い。

【００２４】しかし、本発明者等の経験によれば、前記
のバラツキは特定箇所の発生率の±50％以内であり、且
つ平均的な製品１本当たりの長さが10ｍ程度であること
を考慮すると、長さ10ｍ当たりのアーク無点弧による単
独高周波溶融加熱製管時の発生率を100 ％としたとき、
その発生率が50％以下であれば溶接欠陥の発生を安定し
て半減させることが可能になるのである。

【００２５】従って、上記の実験結果を示す図１におい
て、溶接欠陥の発生率が50％以下になる供給熱量指標の
Ｐ／（Ｖ・ｔ）値が 5〜15であることから、その範囲を
5〜15に定めた。

【００２６】なお、アーク溶接出力Ｐが、Ｐ／（Ｖ・
ｔ）値で 5未満および15超の場合、溶接欠陥の低減効果
が得られないのは、次の理由によるものと推察される。
即ち、Ｐ／（Ｖ・ｔ）値が 5未満であると、両側エッジ
部Ｅ、Ｅに対する供給熱量が不足して両エッジ端面に生
成した酸化物の蒸発除去が不十分となるためであり、逆
に、Ｐ／（Ｖ・ｔ）値が15を超えると、両側エッジ部
Ｅ、Ｅに対する供給熱量が過多となって両側エッジ部
Ｅ、Ｅの昇温剛性低下領域の拡大を招いて十分なアップ
セットがかからず、両エッジ端面に生成した酸化物の被
接合端面からの排出が困難となるためと思われる。

【００２７】次に、本発明の具体例を図２、図３および
図４を用いて詳細に説明する。

【００２８】図２および図３は、本発明に係わる第１発
明の溶接管の製造方法を示す模式図であり、図２は側面
図、図３は平面図である。

【００２９】図中、ＯＰはオープンパイプで、このオー
プンパイプＯＰは帯鋼を図示しない成形ロール群および
最終フィンパスロール１へ連続的に送給して断面Ｕ形か
ら両側エッジ部Ｅ、Ｅが相対向する断面Ｏ形の管状に曲
成され、平面視Ｖ形状に成形される。オープンパイプＯ
Ｐは、最終フィンパスロール１の製管進行方向である下
流側に配置されたコンタクトチップ２、２を介して供給
される高周波電流の近接効果によりＶ形状を形成する後
述する接合点４を含む両側エッジ部Ｅ、Ｅが溶融温度以
上に加熱される。

【００３０】次いで、オープンパイプＯＰは、左右一対
のスクイズロール３、３間に送給されて、所定のアップ
セットを付与されつつ衝合溶接されて溶接管ＷＰとなる
が、本発明に係わる第１発明ではコンタクトチップ２、
２を介しての給電により加熱された両側エッジ部Ｅ、Ｅ
がスクイズロール３、３によって付与される側圧により
相互に接触して衝合溶接される点、即ち接合点４を含む
近傍上方に配置した消耗電極式ガスシールドアーク溶接
装置５のアーク溶接出力Ｐを、製管段取りにより定まる
既知の設定製管速度とオープンパイプ肉厚および要求品
質に応じて、前述の式を満たす範囲内の適宜な値に調
整設定し、この出力にて溶接トーチ６でアーク点弧する
ことによって両側エッジＥ、Ｅに所定の熱量を供給しつ
つ衝合溶接を行う。

【００３１】このように、コンタクトチップ２、２を介
しての高周波加熱後のオープンパイプＯＰの両側エッジ
部Ｅ、Ｅが衝合溶接される接合点４において、そのアー
ク溶接出力Ｐを上記範囲内の適正値に設定した消耗電極
式ガスシールドアーク溶接装置５の溶接トーチ６でアー
ク点弧させつつ衝合溶接を行うことにより、ペネトレー
タおよびアップセット不足に起因する割れ等の溶接欠陥
の発生が効果的に抑制防止される。これは、前述したよ
うに、加熱されたオープンパイプＯＰの両側エッジ部
Ｅ、Ｅが相互に接触して衝合溶接される接合点４を含む
近傍直上に配置された溶接トーチ６により発生するアー
クによって、両側エッジＥ、Ｅ部に適正な熱量が供給さ
れ、その結果エッジ端面に生成した酸化物が十分に蒸発
除去されると共に、両側エッジＥ、Ｅ部の昇温剛性低下
領域が可及的に小さくなって所定量のアップセットが確
実に付与され、被接合面間に残存する酸化物が少なくな
るので、溶接欠陥の発生低減が図れるからである。

【００３２】なお、図２および図３に示す実施態様で
は、コンタクトチップ２、２を用いて高周波電流を給電
することでオープンパイプＯＰの相対向する両側エッジ
部Ｅ、Ｅを加熱する例を示したが、誘導加熱コイルによ
る高周波誘導電流でオープンパイプＯＰの相対向する両
側エッジ部Ｅ、Ｅを加熱するようにしてもよく、或いは
高周波電流に変えて中周波電流を給電して加熱するよう
にしてもよい。

【００３３】また、消耗電極式ガスシールドアーク溶接
装置５のワイヤ７として対象とする母材および要求され
る溶接部品質に合致するよに成分調整したものを用い、
これを溶融させてその溶融金属を被溶接面間に添加しつ
つ衝合溶接を行ってもよく、この場合には電縫溶接管特
有の溶接部の脱合金成分層の成分改質を図ることができ
ることは前記の特開平 5− 23869号公報に示される通り
である。

【００３４】図４は、本発明に係わる第２発明の溶接管
の製造方法を示す模式図である。

【００３５】なお、図中、図２および図３と作用効果が
同一の構成部分は、同一符号を付して示し、その詳細な
説明は省略する。

【００３６】図中、Ｕはアンコイラで、ここで巻戻され
た帯鋼Ｂは成形ロール群ＦによりオープンパイプＯＰに
成形され、高周波電源２ａに接続されたコンタクトチッ
プ２、２を介して給電される高周波電流によって両側エ
ッジ部が溶融温度以上に加熱され、次いで、接合点４を
含む近傍の上方に配置された消耗電極式ガスアークシー
ルド溶接装置５の溶接トーチ６でアークを点弧させつつ
スクイズロール３に送給されて、所定のアップセットを
付与されつつ衝合溶接されて溶接管ＷＰとなることは図
２および図３に示す第１発明の場合と同じである。

【００３７】しかし、本発明に係わる第２発明では、成
形ロール群Ｆの入側に配置された例えば上下一対のロー
ラ８ａを有する肉厚測定装置８で帯鋼肉厚、即ちオープ
ンパイプＯＰの肉厚ｔが連続的に検出されると共に、定
径ロール群Ｓの入側に配置された例えば接触式ローラ９
ａを有する速度測定装置９で製管速度Ｖが連続的に測定
され、出力設定装置１０に入力される。ここで、出力設
定装置１０には、製品に要求される品質に応じた目標と
する溶接欠陥発生率が得られるように、前記式「５≦
Ｐ／（Ｖ・ｔ）≦１５」の範囲内において予め設定され
た所定の目標Ｐ値が設定してある。したがって、出力設
定装置１０からは、入力されたオープンパイプＯＰの肉
厚ｔと製管速度Ｖとに基づいて、（Constant Ｐ＝Ｖ・
ｔ）式により算出された前記の目標Ｐ値がアーク溶接電
源１１に出力され、この目標Ｐ値にて接合点４の直上に
配置した溶接トーチ６でアーク点弧されつつ衝合溶接さ
れる。

【００３８】このように、消耗電極式ガスアークシール
ド溶接装置５のアーク溶接出力Ｐを、製管中に連続的に
検出したオープンパイプＯＰの肉厚ｔと製管速度Ｖに基
づいて、予め定めた一定値に制御出力する場合には、同
一段取りの帯鋼肉厚、換言すればオープンパイプの肉厚
にバラツキがあっても、軸長方向の溶接欠陥発生バラツ
キの少ない溶接管を安定して製造することができる。ま
た、製管速度Ｖの変更および肉厚ｔの変更等が行われる
段取り変更時においてアーク溶接出力Ｐを変更する必要
がある場合にも、出力設定装置１０に予め設定する目標
値を変更するので迅速簡単に対応できるので、段取り替
えの時間短縮および作業者の負荷軽減が可能となる。

【００３９】なお、この場合においても、オープンパイ
プＯＰの相対向する両側エッジ部Ｅ、Ｅを加熱する手段
を誘導加熱コイルとし、高周波誘導電流を中周波電流と
してもよく、ワイヤ７を対象とする母材および要求され
る溶接部品質に合致するように成分調整したものにし、
これを溶融させてその溶融金属を被溶接面に添加するこ
とによって溶接部の脱合金成分層の成分改質を図ること
ができることは、第１発明の場合と同様である。

【００４０】以下実施例によって、本発明の効果を説明
する。

【００４１】

【実施例】表１に示す成分組成からなる幅1295mm×肉厚
6.4 mm、幅1280mm×肉厚9.4 mmおよび幅1269mm×肉厚1
2.7mmの３種類の熱延帯鋼を用い、製管速度Ｖ（mm／sec
）および消耗電極式ガスシールドアーク溶接装置のア
ーク溶接出力Ｐ（Ｗ）を、その見かけのアーク長を６±
３mmの範囲内に維持しつつ種々変化させて外径 406.4mm
の溶接管の製造を行った。

【００４２】その結果を、製管速度Ｖ、消耗電極式ガス
シールドアーク溶接装置のアーク溶接出力Ｐおよび高周
波加熱温度とともに、表３に併せて示す。

【００４３】なお、この時用いた消耗電極式ガスシール
ドアーク溶接装置のワイヤの成分組成、直径およびワイ
ヤ種類を表２に示す。

【００４４】また、溶接トーチは、両側エッジ部の接合
点が熱延帯綱の肉厚によって若干変動するため、消耗電
極式ガスシールドアーク溶接装置を作動させずにアーク
無点弧状態でその位置を予め確認した結果、スクイズロ
ールの軸心から製管進行方向とは逆の上流側45〜55mmの
位置であったので、スクイズロールの軸心から上流側に
50mm離間した位置の上方に配置した。

【００４５】溶接欠陥の発生率は、図１の場合と同様
に、衝合溶接して得られた溶接管10ｍ当たりについての
溶接欠陥個数をカウントし、アーク無点弧の単独高周波
加熱製管法により得られた同一長の溶接欠陥個数に対す
る比率で評価した。なお、溶接欠陥の検出は、溶接ビー
ド除去後の溶接管を対象に、その溶接部を水平位置にし
て内面を密接させる偏平試験を行って溶接部に露呈した
0.1mm以上の欠陥を目視によりカウントした。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】

【表３】

【００４９】表３に示す結果から明らかなように、Ｐ／
（Ｖ・ｔ）が 5〜15の本発明範囲内である場合には、肉
厚および製管速度の如何によらず、溶接欠陥の発生率が
安定して低下している。これに対して、Ｐ／（Ｖ・ｔ）
が 5未満或いは15超の場合には、溶接欠陥の発生率低下
は認められず、特に15超の場合にあっては逆に悪化する
場合すらあることがわかる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、製管速度およびオープ
ンパイプの肉厚を考慮して第２の加熱手段である消耗電
極式ガスシールドアーク溶接装置のアーク溶接出力を適
正範囲としたから、製管速度およびオープンパイプの肉
厚等の如何によらず、溶接欠陥を安定して低減すること
ができる。また、アーク溶接出力を製管中に連続的測定
検出した製管速度とオープンパイプの肉厚に基づいて予
め設定した一定値に制御出力する場合には、同一段取り
中で肉厚変動があっても軸長方向にバラツキの少ない製
品が得られ、さらに段取り変更時アーク出力変更にも迅
速確実に対応できる。従って、溶接部品質の優れた溶接
管を歩留まりロス少なく製造できる等、本発明は優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】消耗電極式ガスシールドアーク溶接装置のアー
ク溶接出力Ｐ／製管速度Ｖとオープンパイプの肉厚ｔの
積の比と溶接欠陥発生率との関係を示す図。

【図２】本発明に係わる第１発明の実施態様を模式的に
示す側面図。

【図３】本発明に係わる第１発明の実施態様を模式的に
示す平面図。

【図４】本発明に係わる第２発明の実施態様を模式的に
示す側面図。

【図５】従来の電縫溶接製管法を模式的に示す平面図。

【符号の説明】

１ フィンパスロール、 ２ コンタクトチップ ２ａ 高周波電源、 ３ スクイズロール ４ 接合点、 ５ 消耗電極式ガスアー
クシールド溶接装置 ６ 溶接トーチ、 ７ ワイヤ ８ 肉厚測定装置、 ９ 速度測定装置 １０ 出力設定装置、 １１ アーク溶接電源 ＯＰ オープンパイプ、 ＷＰ 溶接管 Ｆ 成形ロール群、 Ｓ 定径ロール群 Ｅ エッジ部、 Ｕ アンコイラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯鋼を成形ロール群へ連続的に送給して管
   状に曲成されたオープンパイプの相対向する両側エッジ
   部を高周波電流によって溶融温度以上に加熱した後、前
   記オープンパイプの相対向する両側エッジが衝合溶接さ
   れる接合点を含む近傍上方に消耗電極式ガスシールドア
   ーク溶接装置の溶接トーチを配置してアークを点弧させ
   つつスクイズロールによって側圧を加えて衝合溶接する
   溶接管の製造方法において、前記消耗電極式ガスシール
   ドアーク溶接装置のアーク溶接出力Ｐ（Ｗ）を下記式
   を満足する値に設定してアークを点弧させることを特徴
   とする溶接管の製造方法。 ５≦Ｐ／（Ｖ・ｔ）≦１５ ・・・・・・・ ただし、Ｖ：製管速度（mm／sec ） ｔ：オープンパイプの肉厚（mm）
2. 【請求項２】請求項１に記載の溶接管の製造方法におい
   て、製管中に製管速度Ｖとオープンパイプの肉厚ｔとを
   それぞれ検出し、この検出結果に基づいて消耗電極式ガ
   スシールドアーク溶接装置のアーク溶接出力Ｐ（Ｗ）
   が、予め定めた前記式の範囲内の一定値になるように
   自動的に設定制御することを特徴とする溶接管の製造方
   法。