JPH09216094A - 溶融溶接管の造管溶接における材料の拘束保持装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チタン、ステンレス鋼などの帯板を曲げ成形
して、その端部同士をＴＩＧなどで溶接する連続式の造
管における材料の拘束保持装置であって、溶接速度が大
の場合でも溶融池が凝固するまで十分な拘束を行なう。 【解決手段】 帯状の材料を曲げ成形し端部同士を溶融
溶接することにより管を連続的に製造するさいの溶接位
置近傍にある材料の拘束保持装置において、小径のロー
ルをロール軸と直角方向に狭い間隔で複数並べて保持し
たロールアセンブリと、複数のロールアセンブリを前記
曲げ成形された材料の周面の４方向以上から当てた状態
で内蔵・保持する一体となったロールハウジングよりな
る材料の拘束保持装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はチタン、チタン合
金、ステンレス鋼などの帯板を曲げ成形してその端部同
士をＴＩＧ溶接などの溶融溶接する連続式の造管装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】帯状の金属板を徐々に管状に曲げ成形
し、成形された管を両側よりスクイズロールにより押し
つけて曲げた板の端部同士を突き合わせて溶融溶接を行
い金属管を製造する方法が主としてチタンやステンレス
鋼などの高級な材料に対して用いられている。図４およ
び図５は従来の装置における溶接にかかわる部分を示す
図であって、図５は側面図、図４は図５におけるＢ−Ｂ
断面図である。図において１は被溶接材であり図５にお
ける左方から右方へ移動する。図示しない複数の成形ロ
ールにより帯板から順次円筒状に成形された被溶接材
は、端面間に食い込んだシームガイドローラ１１により
円周方向の位置を規制されつつ溶接トーチ１４により溶
接される。２１ないし２３はスクイズロールであり、図
４の２１で示すように左右が対になって溶接を行なう位
置では端面間の隙間が無くなるように被溶接材を拘束す
る。なお図中１２はガイドローラ、１３はサポートロー
ラである。

【０００３】ところで、上記のような溶接時の材料の拘
束保持の手段としてスクイズロールを用いる従来の方法
では、スクイズロールによって押されている位置では溶
接部分が押圧保持されるがスクイズロールを通過すると
次のスクイズロールに接触するまでは管に対する拘束力
がない。造管溶接のさいにはスクイズロールにより管が
拘束されている範囲において溶接から冷却凝固まで完了
させる必要がある。溶融金属が凝固しないうちに拘束力
が減少すると成形された管の端部は開口したり、突き合
わせ溶接部に異常な応力がかかり満足な溶接ができな
い。このため溶接速度をある程度以上に上昇させること
は基本的に不可能である。すなわち管はスクイズロール
との部分接触により拘束されているため、溶接速度が大
きくなってくると溶接端部がスクイズロール間で開口し
たりして溶接ビードが不連続となり良好な溶接ができな
い。

【０００４】この問題の解決手段として特開昭５５−１
３９１８２号公報にはキャタピラ状のエンドレスに循環
する治具で左右から拘束することによって管を溶接時か
ら冷却凝固に至るまで常に拘束状態にする技術が開示さ
れている。これはスクイズロールが管の進行に伴って断
続的に管に接触するのに対し、連続的に接触させるとい
う考え方によるもので、前記したようなスクイズロール
間で未凝固の溶接部分が開口するという問題は防止でき
る。

【０００５】ところで本発明者は先にＴＩＧ溶接用電極
棒の形状を新規なものとすることによりＴＩＧ溶接の飛
躍的な大電流化を可能にした（特開平６−３２８２８７
号）。これは従来の先端が円錐状の電極では溶接電流を
増加した場合、アークが広がってしまい溶け込みを深く
することができなかったが、先端部が稜線を有する形状
にしてこれを解決するものである。すなわち溶接の進行
方向と上記稜線の方向とが一致するように電極を設定す
ると、稜線に沿った方向のみにアークは広がり深い溶け
込みが得られる。これにより従来のＴＩＧ溶接法では溶
接速度が４ｍ／分程度が限界であったのが９ｍ／分とい
った速度まで可能になった。このため４ｍ／分程度では
たとえば溶接箇所から５０ｍｍ程度の間材料を拘束して
いれば済んでいたのがもっと長い区間の拘束が必要とな
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように高速化さ
れたＴＩＧ溶接法により造管溶接を行なった場合、前記
したような従来からのスクイズロールを使用した拘束方
法では良好な溶接ができない。さらに前記の特開昭５５
−１３９１８２号の高速化に対応したキャタピラ状の拘
束治具を使用した場合でも問題があることが判明した。
すなわち上記の改良された電極棒を使用する場合のよう
に著しく高速になると、キャタピラのリンクが被溶接材
に接触・離脱することによる振動が無視できなくなる。
スクイズロールと異なりキャタピラの場合は常に同じ状
態で材料に接触しているのではなく、次々に別のリンク
が接触するためどうしても振動が生じ、溶接速度が大に
なると共振状態になって溶接結果にも悪影響を及ぼすよ
うになる。本発明はこのような問題のない溶融溶接管の
造管溶接における材料の拘束保持装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【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、帯状の材料を曲げ成形し端部同士を
溶融溶接することにより管を連続的に製造するさいの溶
接位置近傍にある材料の拘束保持装置において、小径の
ロールをロール軸と直角方向に狭い間隔で複数並べて保
持したロールアセンブリと、複数のロールアセンブリを
前記曲げ成形された材料の円周の４方向以上から当てた
状態で内蔵・保持する一体となったロールハウジングよ
りなることを特徴とする溶融溶接管の造管溶接における
材料の拘束保持装置である。ここにおいて、ロールハウ
ジングは内部が水冷されていることも特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は本発明の装置の
例を示す図であり、いずれも本発明の装置とともに造管
溶接のための他の設備もあわせ記載している。図２およ
び図３はそれぞれ側面図および平面図であって、本発明
の装置にかかる部分については一部断面を示しており、
図１は図２におけるＡ−Ａ断面図である。１が被溶接材
で管を製造する材料ないしは製造された管を示してお
り、２が本発明の装置である。図示しない成形ロール群
によって帯板が円筒状に丸められ、図２ないし図３の左
側から送り込まれる。本発明の装置２の前にはシームガ
イドローラ１１があり、さらに前後には複数のガイドロ
ーラ１２、サポートローラ１３などが設けられている。

【０００９】図１ないし図３において３は小径ロールで
あり、溶接中の管材料を拘束保持する。小径ロール３は
図２や図３に示すように管材料の軸方向に複数、この例
では８個狭い間隔で並んでおり、ロール保持枠４によっ
て回転軸が保持されている。なお図２および図３におい
ては小径ロール３やロール保持枠４等は、図において紙
面の手前に位置するものについて所定の位置にあるとき
の状態を周囲の部分を取り除いて示している。

【００１０】このように複数の小径ロール３を保持した
ロール保持枠４は複数のものが被溶接材１を取り囲むよ
うにロールハウジング５に内蔵されて保持されている。
この例においては図１に示すようにロール保持枠４は被
溶接材である管の周面上４個所に設けられており、この
ようにお互いに対向する位置に４個所設けるのが好まし
い。また管の径が大きいときなど適宜設置個所を増やす
こともできる。図１でわかるようにロール保持枠４はこ
れの寸法に合わせてロールハウジング５の内部に設けら
れた管に平行方向の溝に挿入され、調節ねじ６により被
溶接材１に対して進退自在にロールハウジングに保持さ
れている。

【００１１】溶接トーチ１４はロールハウジング５の上
部に設けられたテーパ穴７から挿入されるが、一つのロ
ールハウジングについて複数箇所において溶接トーチを
設けて２電極以上の溶接を行なうことももちろん可能で
ある。また２電極以上で多層溶接する場合、図１ないし
図３に示した本発明の装置２を前後に２台以上並べて設
けることもできる。またこの例においてはロールハウジ
ングの下部にも穴８が開けられサポートローラ１３が設
けられているが、必須のものではなく省略可能である。

【００１２】本発明の装置においてはこのように構成す
ることにより、被溶接材は溶接箇所近辺においてたとえ
ば直径１０ｍｍといった複数の小径ロールによってたと
えば十数ｍｍおきといった短いピッチで押さえられるの
で、未凝固の溶接部が開口するおそれがない。本発明の
装置においても複数のロールによって材料を拘束する以
上、断続的に押さえることにおいては図４や図５に示し
た従来のスクイズロールによるものと変わりない。しか
しながら本発明の装置においてはロールの間隔を従来の
ものに比べて極端に小さくできるので、ロールで押さえ
た場所の間の位置で溶接部が開口することはなくなる。
すなわち材料自体ある程度の剛性があるから、押さえる
間隔が小さくなれば押さえた個所間で材料が屈曲するこ
とはもはや無くなり、実質的には連続的に押さえたのと
同等になるのである。

【００１３】また複数の小径ロールをロール保持枠に並
べて保持したロールアセンブリの構造にすることによ
り、小径のロールを狭いピッチで機構的にがたがないよ
うに保持できる。しかも本発明の装置においては被溶接
材である管の径いかんにかかわらず同じ径の小径ロール
が使用可能で、ロールの間隔も同様に狭くできる。すな
わち従来のスクイズロールにおいてはロールの寸法は被
溶接材の寸法に依存し、またロールの軸の位置は機構的
に変えるのが困難である。したがってロール軸の間隔は
その装置で製造する管の最大径に合わせたものにならざ
るを得ず、結局そのときの被溶接材の径から考えられる
最小限のものより大きな間隔になるのが通常である。た
とえば２５ｍｍ径の管を製造する場合のおいてスクイズ
ロールの径は約１００ｍｍであり、ロールの軸間の距離
は１４０ｍｍある。

【００１４】また上記のロールアセンブリを被溶接材の
周面を取り囲んで一体となったロールハウジングに内蔵
させることにより、ロールハウジング自体に歪みが生ず
ることなく精度良く小径ロールを所定位置に保持でき
る。ロールハウジングは被溶接材の寸法のある範囲は共
用でき、管の径に応じた寸法のロールアセンブリを入れ
替えれば良い。また被溶接材の管の径が特に大きい場合
は先にも述べたように内蔵するロールアセンブリの数を
図１に示した４列から適宜増加すればよく、これらの場
合でも小径ロールの径やピッチ自体は特に変更を要しな
い。さらにまたロールハウジング自体も交換が容易なの
で被溶接材の寸法変更などに迅速に対応できる。また図
示はされていないがロールハウジングは内部に空洞を設
けて通水し冷却することが望ましく、これにより溶接の
アーク熱による温度上昇を防止し小径ロールなども間接
的に冷却できる。

【００１５】図１ないし図３に示した本発明の装置によ
り直径２５．４ｍｍ、厚さ０．６ｍｍのチタンの管をＴ
ＩＧ溶接法により製造した。本発明の装置として小径ロ
ールの径が１２ｍｍでロール間のピッチが１６ｍｍのも
のを用い、先に述べたような先端部に稜線を有する形状
の電極を用いて３２Ｖ、４２０Ａでアルゴン雰囲気中で
ＴＩＧ溶接を行なった。その結果、溶接速度９ｍ／ｍｉ
ｎでも一様な溶接ビードが得られ、製造された管の機械
的特性も良好であった。

【００１６】

【発明の効果】溶融溶接管の造管溶接において、溶接箇
所における材料の保持に本発明の拘束保持装置を用いれ
ば、従来のスクイズロールによる拘束と異なり実質上連
続的に材料に拘束力を与えられる。したがって溶融金属
が凝固しないうちに拘束力が減少して成形された管の端
部が開口し溶接不良になる問題が解決し、従来より高速
での溶接が可能になった。また本発明の装置はロールア
センブリが一体となったロールハウジング内に収納され
て保持されているので構造的に堅牢であり、また被溶接
材の管の寸法の変化にもロールアセンブリを抜き差しし
ての交換や、さらにはロールハウジングの交換により容
易に対応できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置を含む造管溶接装置の例を示す図
で、図２おけるＡ−Ａ断面図

【図２】本発明の装置を含む造管溶接装置の例を示す側
面図

【図３】本発明の装置を含む造管溶接装置の例を示す平
面図

【図４】従来の造管溶接装置を示す図で、図５における
Ｂ−Ｂ断面図

【図５】従来の造管溶接装置を示す側面図

【符号の説明】

１ 被溶接材 ２ 本発明の装置 ３ 小径ロール ４ ロール保持枠 ５ ロールハウジング ６ 調節ねじ ７ テーパ穴 ８ 穴 １１ シームガイドローラ １２ ガイドローラ １３ サポートローラ １４ 溶接トーチ ２１、２２、２３ スクイズロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草野 昭彦 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 新 日本製鐵株式会社内 (72)発明者 西田 祚章 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 西嶋 知裕 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 古川 恒久 山口県光市大字島田3434番地 新日本製鐵 株式会社光製鐵所内 (72)発明者 山下 義人 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 新 日本製鐵株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 帯状の材料を曲げ成形し端部同士を溶融
   溶接することにより管を連続的に製造するさいの溶接位
   置近傍にある材料の拘束保持装置において、小径のロー
   ルをロール軸と直角方向に狭い間隔で複数並べて保持し
   たロールアセンブリと、複数のロールアセンブリを前記
   曲げ成形された材料の周面の４方向以上から当てた状態
   で内蔵・保持する一体となったロールハウジングよりな
   ることを特徴とする溶融溶接管の造管溶接における材料
   の拘束保持装置。
2. 【請求項２】 ロールハウジングは内部が水冷されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の溶融溶接管の造管溶
   接における材料の拘束保持装置。