JPH10314974A - 金属管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 予熱とレ−ザ溶接とを組み合わせた金属管の
製造方法において、金属管の酸化防止とプラズマ発錆の
抑制を同時に達成する。 【解決手段】 長さ方向に移動するオ−プンパイプ１の
予熱部とレ−ザ溶接部とをガスシ−ルドしながら金属管
４を製造する金属管の製造方法において、予熱部からス
クイズポイントまでを不活性ガスでガスシ−ルドする第
一の不活性ガス供給ノズル５と、スクイズポイントのみ
を不活性ガスでガスシ−ルドする第二の不活性ガス供給
ノズル６とを設け、これら第一および第二の不活性ガス
供給ノズル５および６により、前記オ−プンパイプ１の
進行方向真上からまたは進行方向上流側から下流側に向
けて、不活性ガスをオ−プンパイプ１に供給する金属管
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、オ−プンパイプ
を予熱した後、オ−プンパイプの突き合わせ部をレ−ザ
溶接して金属管を製造する金属管の製造方法、特に金属
管の溶接部の酸化を防止するとともに、レ−ザによるプ
ラズマの発生を抑制するために、オ−プンパイプをガス
シ−ルドしながら行う金属管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からコンタクトチップによる高周波
誘導加熱によりオ−プンパイプ（所定断面形状に成形さ
れた溶接前の金属管素材）を予熱した後、オ−プンパイ
プの突き合わせ部をレ−ザ溶接により溶接する方法が広
く採用されている。

【０００３】このレ−ザ溶接による金属管の製造工程
は、次の（ａ）〜（ｄ）の工程から構成されている。

【０００４】（ａ）ストリップコイルをスリットする等
して、帯状の金属板を用意する工程 （ｂ）帯状の金属板を、多段の成形ロ−ルにより、所定
の断面形状をした金属管のオ−プンパイプに成形する工
程 （ｃ）オ−プンパイプの突き合わせ部を、誘導加熱によ
り予熱する工程 （ｄ）予熱されたオ−プンパイプの突き合わせ部にレ−
ザビ−ムを照射して、突き合わせ部を融着できる程度の
高温に加熱するとともに、スクイズロ−ルでオ−プンパ
イプの外側から突き合わせ部を押しつけて、アプセット
量を制御しながら圧延する（突き合わせ部を融着させ
る）工程

【０００５】上述した金属管の製造工程においては、オ
−プンパイプが（ｃ）の予熱工程を経て（ｄ）の圧延工
程に達するまの距離は、設備配置の上で一定の距離を必
要とするので、大気等の高酸素濃度の雰囲気中では、オ
−プンパイプの予熱した突き合わせ部が酸化されやす
く、溶接中に酸化物が溶接部に巻き込まれて、酸化介在
物となり、製造された金属管の低温靱性の低下や、引張
強度不足等のいわゆる溶接欠陥の原因となる。

【０００６】また、（ｄ）の圧延工程においては、レ−
ザビ−ムによってオ−プンパイプの金属が蒸発してプラ
ズマが発生し、レ−ザビ−ムの有するエネルギ−が、効
率的に溶接に使用されないという問題もある。

【０００７】このような問題に対処するため、特開平８
−１７４２５１号公報に開示された技術においては、シ
−ルドガスの流速を５〜５０ｍ／分とし、オ−プンパイ
プの突き合わせ部の溶接時のギャップ幅ｗとシ−ルドガ
スの噴出幅Ｗとの比（Ｗ／ｗ）を２〜２０として、オ−
プンパイプの予熱部からレ−ザ溶接部の範囲をガスシ−
ルドするとしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開平８−１７４２５１号公報に開示された予熱とレ
−ザ溶接を組み合わせた金属管の製造方法には、次のよ
うな問題点がある。

【０００９】すなわち、上記特開平８−１７４２５１号
公報に開示された技術においては、オ−プンパイプの予
熱部からレ−ザ溶接部までの全ての範囲に対して、同一
条件でシ−ルドガスを供給するようにしている。しかし
ながら、前述したようにシ−ルドガスを使用する目的
は、予熱部からレ−ザ溶接部に至るまでは、予熱部の酸
化を防止することであり、レ−ザ溶接部においては、プ
ラズマの発生を抑制することであるので、同一の条件で
シ−ルドガスを供給しても、上記両方の目的を達成する
ことは困難である。

【００１０】すなわち、一般に酸化防止のためガスシ−
ルドを行う場合には、シ−ルドガスを供給するときに、
周囲の空気を巻き込まないように、シ−ルドガスの吐出
流速を遅くする必要があるのに対して、プラズマの発生
を抑制するためにガスシ−ルドを行う場合には、蒸気と
なった金属を吹き飛ばすために、シ−ルドガスの吐出流
速を早くする必要があるというように、目的に応じてシ
−ルドガスの供給条件を変える必要がある。

【００１１】また、プラズマの発生を抑制するためにガ
スシ−ルドを行う場合には、安定な単原子分子であるＨ
ｅ（ヘリウム）が有効であると一般に評価されている
が、Ｈｅは比重が軽いため、オ−プンパイプの外面から
供給する場合には、周囲の雰囲気ガスを巻き込みやすい
ので、Ｈｅを酸化防止のためのシ−ルドガスとして使用
すると、 酸化防止には相対的に不利となり、目的に応
じてシ−ルドガスの種類も変える必要がある。

【００１２】この発明は、従来技術の上述のような問題
点を解消するためになされたものであり、酸化防止とプ
ラズマ発生の抑制とが同時に達成できるガスシ−ルドを
適用した金属管の製造方法を提供することを目的として
いる。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る金属管の
製造方法は、長さ方向に移動するオ−プンパイプの予熱
部とレ−ザ溶接部とをガスシ−ルドしながら金属管を製
造する金属管の製造方法において、予熱部からスクイズ
ポイントまでを不活性ガスでガスシ−ルドする第一の不
活性ガス供給ノズルと、スクイズポイントのみを不活性
ガスでガスシ−ルドする第二の不活性ガス供給ノズルと
を設け、これら第一および第二の不活性ガス供給ノズル
により、前記オ−プンパイプの進行方向真上からまたは
進行方向上流側から下流側に向けて、不活性ガスをオ−
プンパイプに供給するものである。

【００１４】また、前記第一の不活性ガス供給ノズルに
より供給する不活性ガスの比重が、前記第二の不活性ガ
ス供給ノズルにより供給する不活性ガスの比重よりも大
きいものである。

【００１５】オ−プンパイプへのシ−ルドガスの供給
を、予熱部からスクイズポイント、すなわちオ−プンパ
イプの突き合わせ部が、スクイズロ−ルにより完全に接
触させられる点までと、スクイズポイントのみとに二分
割して行うようにしているので、予熱部からスクイズポ
イントまでは、予熱部の酸化防止に適した条件で不活性
ガスを供給することができ、スクイズポイントのみはプ
ラズマの発生を抑制するのに適した条件で不活性ガスを
供給することができる。

【００１６】したがって、酸化介在物を巻き込むことな
く、品質の優れた金属管の製造が可能であるとともに、
レ−ザビ−ムの保有する熱エネルギ−を有効に溶接に使
用でき、溶接部の品質を高いレベルで安定させることが
できる。

【００１７】なお、溶接するためのレ−ザビ−ムは、上
記スクイズポイントに向かって照射されるので、例えば
レ−ザビ−ムの直径が０．５ｍｍ程度であれば、この程
度の範囲がプラズマの発生を抑制するガスシ−ルドの範
囲となる。

【００１８】しかしながら、実際にはある程度の高さの
位置から不活性ガスを吹き付け、しかもオ−プンパイプ
に衝突した不活性ガスは飛散するので、かなりの範囲に
広がり、予熱部からスクイズポイントまでの酸化を防止
する不活性ガスとラップしていることになる。

【００１９】また、オ−プンパイプの進行方向に沿って
真上からまたは進行方向上流側から下流側に向けて、不
活性ガスをオ−プンパイプに供給するようにしているの
で、不活性ガスの流れがオ−プンパイプや他の設備の動
作によって乱されることが少なく、安定して不活性ガス
をオ−プンパイプに供給することができる。特に設備上
の制約により、真上から不活性ガスの供給ができない場
合には、オ−プンパイプの進行方向上流側から下流側に
向けて、不活性ガスをオ−プンパイプに供給することが
有効であり、オ−プンパイプの進行方向に沿って不活性
ガスを流してやることができ、不活性ガス流の乱れが少
なくなる。

【００２０】また、予熱部からスクイズポイントまでに
供給する不活性ガスの比重を、スクイズポイントに供給
する不活性ガスの比重よりも大きくしているので、同一
比重の不活性ガスを予熱部からスクイズポイントまでと
スクイズポイントに使用する場合に比較して、酸化防止
効果が高い。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施の形態について説明する。

【００２２】図１はこの金属管の製造方法を説明するた
めの斜視図である。この金属管を製造するための装置
は、オ−プンパイプ１の成形機（図示せず）と、オ−プ
ンパイプ１の両方の突き合わせ部１ａおよび１ｂを予熱
するコンタクトチップ２と、突き合わせ部１ａおよび１
ｂを突き合わせるためのスクイズロ−ル３と、スクイズ
ポイントで突き合わせ部を加熱するレ−ザビ−ム照射装
置（図示せず）と、予熱された突き合わせ部１ａおよび
１ｂをガスシ−ルドするための第一の不活性ガス供給ノ
ズル５と、スクイズポイントをガスシ−ルドするための
第二の不活性ガス供給ノズル６と、オ−プンパイプ１の
内面側をガスシ−ルドするための複数の噴出孔を有する
ボックス型不活性ガス供給ノズル７とから構成されてい
る。

【００２３】成形機により所定断面形状（例えば円形）
に成形されたオ−プンパイプ１は、矢印の方向に前進し
てコンタクトチップ２が接触している位置に前進してく
る。そして、コンタクトチップ２に送られている高周波
電源により、オ−プンパイプ１の突き合わせ部１ａおよ
び１ｂが電気誘導加熱により予熱される。

【００２４】オ−プンパイプ１はさらに前進し、オ−プ
ンパイプ１の電気誘導加熱された部分が、スクイズロ−
ル３の位置までくると、スクイズロ−ル３により、前記
突き合わせ部１ａおよび１ｂがお互いに接触するように
抱え込まれる。前記突き合わせ部１ａおよび１ｂは、こ
の位置においてレ−ザビ−ムによりさらに高温に加熱さ
れるので、スクイズロ−ル３によって抱え込まれること
により、前記突き合わせ部１ａと１ｂが融着（溶接）し
て、閉鎖断面（例えば円形）の金属管４となる。

【００２５】このような金属管の製造においては、オ−
プンパイプ１の突き合わせ部１ａおよび１ｂが、コンタ
クトチップ２によって予熱され、レ−ザビ−ムおよびス
クイズロ−ル３によって融着（溶接）されて、オ−プン
パイプ１が金属管４となるまでの間には、ある程度の時
間がかかるので、前記突き合わせ部１ａおよび１ｂが大
気にさらされると、その部分が酸化して、溶接時に酸化
した部分が溶接部に残留し酸化介在物となり、金属管の
品質が低下するという問題がある。

【００２６】また、レ−ザビ−ムで加熱するときには、
オ−プンパイプ１から金属が蒸発してプラズマが発生す
る。このため、レ−ザビ−ムの保有する熱エネルギ−が
溶接のために有効に使われないので、溶接部の品質が不
安定になるいう問題もある。

【００２７】この金属管の製造方法においては、上述の
ような問題を解消するため、コンタクトチップ２とスク
イズロ−ル３の手前までの範囲において、前記突き合わ
せ部１ａおよび１ｂをガスシ−ルドするための第一の不
活性ガス供給ノズル５と、スクイズロ−ル３が配置され
ている位置において、前記突き合わせ部１ａおよび１ｂ
をガスシ−ルドするための第二の不活性ガス供給ノズル
６、および前記突き合わせ部１ａおよび１ｂを内面側か
らガスシ−ルドするためのボックス型不活性ガス供給ノ
ズル７とを配置している。

【００２８】第一の不活性ガス供給ノズル５および第二
の不活性ガス供給ノズル６とも、供給する不活性ガスの
流れがオ−プンパイプ１の進行方向を向くように配置さ
れており、それぞれのノズルから噴出した不活性ガス
が、互いにオ−プンパイプ１上で干渉して、周囲の雰囲
気を巻き込まないようになっている。なお、水平面とガ
スの流れの方向とのなす角度は、例えば第一の不活性ガ
ス供給ノズル５は１２〜１５度、第二の不活性ガス供給
ノズル６は７０度であり、第二の不活性ガス供給ノズル
６から供給される不活性ガスは、レ−ザビ−ムのオ−プ
ンパイプ１への照射点に向けられる。

【００２９】なお、前記突き合わせ部１ａおよび１ｂを
内面側からガスシ−ルドするためのボックス型不活性ガ
ス供給ノズル７は、従来からあるものを使用すればよ
い。

【００３０】そして、第一の不活性ガス供給ノズル５に
は、二重管ノズルを採用している。これは、ノズルの外
管を流れる不活性ガスの流速を、内管を流れる不活性ガ
スの流速よりも遅くして、周囲の雰囲気を巻き込まない
ようにするためである。

【００３１】図２は上述した二重管ノズルの説明図であ
り、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢
視断面図である。この二重管ノズルは、流速の速い方の
不活性ガスが流れる通路１１を構成する内管１２と、こ
の内管１２を包囲し、内管１２との間の通路１３を形成
し流速の遅い方の不活性ガスを流すための外管１４と、
内管１２内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給管１
５と、外管１４内の通路１３に不活性ガスを供給する不
活性ガス供給管１６と、不活性ガス通路１１および１３
のそれぞれに設けた整流板１７および１８と、不活性ガ
ス供給１５の先端に設けられ、不活性ガスの流れを内管
１２の内周面方向に向かわせるための遮流板１９と、内
管１２および外管１４のそれぞれの先端に設けた不活性
ガス拡散用のフ−ド２０および２１とから構成されてい
る。なお、外管１４の通路１３に不活性ガスを供給する
不活性ガス供給管１６の、外管１４への不活性ガス供給
口２２は、不活性ガスの流速分布を均一にするために、
不活性ガスの流れと反対方向、すなわち外管１４の端板
２３に向けて設けられている。

【００３２】図２（ｂ）において、符号２４は内管１２
を外管１４で固定するための間隔材である。

【００３３】上記二重管ノズルにより不活性ガスを供給
する条件の一例を示すと、内管１２内の不活性ガスの流
速は２．３〜４．０ｍ／秒、外管１４内の不活性ガスの
流速は２．０〜３．５ｍ／秒、内管１２内の通路１１と
外管１４内の通路１３とを合わせた不活性ガス（Ｎ₂ ガ
ス）の流量は６０ｍ³ ／時間である。

【００３４】第二の不活性ガス供給ノズル６について
は、第一の不活性ガス供給ノズル５ほど周囲の雰囲気の
巻き込みに気を使う必要はないが、スペ−ス的に余裕が
あれば二重管ノズルを採用することが望ましい。

【００３５】図１においては、第一の不活性ガス供給ノ
ズル５は、不活性ガスの流れる方向がオ−プンパイプ１
の進行方向に対して、ある角度を持つように設置してい
るが、設置スペ−スの都合上傾けたものである。

【００３６】なお、第一の不活性ガス供給ノズル５は、
突き合わせ部１ａおよび１ｂを挟んで両側に１対設けた
ほうが、シ−ルド効果は上がる。

【００３７】また、不活性ガスはＨｅガスだけを用いて
もよいが、第二の不活性ガス供給ノズル６からはＨｅガ
スだけを供給し、第一の不活性ガス供給ノズル５からは
ＡｒガスまたはＮ₂ ガスのような、Ｈｅガスよりも比重
の重いガスを供給するようにしたほうがよい。

【００３８】このようにすれば、比重の重いＡｒガスま
たはＮ₂ ガスが溶接部近傍に滞留してシ−ルド性は更に
高まる。

【００３９】図３はスクイズポイントから上流側へ向か
った距離（ｍｍ）とＯ₂ 濃度（ｐｐｍ）との関係を示す
グラフであり、実線が本発明によるもの、点線が従来技
術によるものである。このグラフから明らかなように、
本発明によりガスシ−ルド効果が向上したことが分か
る。

【００４０】

【発明の効果】この発明により、金属管の製造におい
て、酸化の防止とプラズマの発生の抑制とが同時に達成
できるので、金属管の品質が高まるとともに、製造コス
トを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の金属管の製造方法の説明
図である。

【図２】二重管ノズルの説明図であり、（ａ）はその縦
断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。

【図３】スクイズポイントから上流側へ向かった距離と
Ｏ₂ 濃度との関係を示すグラフであり、実線が本発明に
よるもの、点線が従来技術によるものである。

【符号の説明】

１ オ−プンパイプ ２ コンタクトチップ ３ スクイズロ−ル ４ 金属管 ５ 第一の不活性ガス供給ノズル ６ 第二の不活性ガス供給ノズル ７ ボックス型不活性ガス供給ノズル １１ 通路 １２ 内管 １３ 通路 １４ 外管 １５ 不活性ガス供給管 １６ 不活性ガス供給管 １７ 整流板 １８ 整流板 １９ 遮流板 ２０ フ−ド ２１ フ−ド ２２ 不活性ガス供給口 ２３ 端板 ２４ 間隔材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長浜 裕 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長さ方向に移動するオ−プンパイプの予
   熱部とレ−ザ溶接部とをガスシ−ルドしながら、オ−プ
   ンパイプの突き合わせ部をレ−ザ溶接して金属管を製造
   する金属管の製造方法において、予熱部からスクイズポ
   イントまでを不活性ガスでガスシ−ルドする第一の不活
   性ガス供給ノズルと、スクイズポイントのみを不活性ガ
   スでガスシ−ルドする第二の不活性ガス供給ノズルとを
   設け、これら第一および第二の不活性ガス供給ノズルに
   より、前記オ−プンパイプの進行方向に沿って真上から
   または進行方向上流側から下流側に向けて、不活性ガス
   をオ−プンパイプに供給することを特徴とする金属管の
   製造方法。
2. 【請求項２】 前記第一の不活性ガス供給ノズルにより
   供給する不活性ガスの比重が、前記第二の不活性ガス供
   給ノズルにより供給する不活性ガスの比重よりも大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の金属管の製造方法。