JPH1080779A - 電縫管の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接時に管内に飛散するフラッシュのインピ
ーダ、マンドレル、ビード切削バイトおよびローラへの
堆積を防止する。 【解決手段】 オープンパイプ１の両エッジ部を高周波
電流によるジュール熱で集中的に加熱し、スクイズロー
ル４で横方向から加圧・接合する電縫管２の製造装置に
おいて、軸芯付近にインピーダ８が配置されたマンドレ
ル７のオープンパイプ１のエッジ接合点９下部にあたる
位置に垂直方向の貫通孔１０を設け、両エッジ接合点９
で飛散するフラッシュを前記貫通孔１０を介してマンド
レル７下部に排出する。

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、金属製の帯状材
を一群の成形ロールによって円筒状に連続成形したの
ち、その継目部を電気抵抗溶接法を用いて接合して製管
する電縫管の製造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電縫管は、素材の帯状材を一群の成形ロ
ールによって円筒状に連続成形してオープンパイプとな
し、その両エッジ部を電流によるジュール熱で集中的に
加熱し、スクイズロールで横方向から加圧・接合して製
造される。この電縫溶接は、使用する電流の周波数に応
じて低周波（直流も含む）溶接法、高周波溶接法に分け
られるが、最近では品質や能率面で多くの利点を持つ高
周波溶接法が大半を占めている。

【０００３】高周波溶接法は、オープンパイプのエッジ
が形成するＶ型の部分を高周波電流で加熱し、直ちにス
クイズロールで加圧・接合するが、給電方式によって溶
接点の直前に配置したワークコイルに高周波電流を通
し、中を通過するオープンパイプに加熱電流を誘起させ
る小径管用に広く使われている誘導方式と、オープンパ
イプの両エッジ部に給電用接触子を置き、高周波電流を
直接供給する抵抗方式の２種類がある。

【０００４】上記高周波溶接法の誘導方式では、オープ
ンパイプの外面に誘起された電流の一部が内面を還流し
て無効電流となるため、磁性酸化物（フェライトコア）
からなるインピーダをオープンパイプ中に挿入し、内面
側のインピーダンスを高めることによって無効電流を減
らしている。通常インピーダは、マンドレルの軸芯付近
に配置され、キュリー点（２００〜３００℃）を超えな
いよう水冷されている。このマンドレルの先端には、内
面ビードを切削する内面ビード切削装置が取付けられて
いる。

【０００５】上記誘導方式の高周波溶接法においては、
スクイズロールで加圧・接合する際に飛散するフラッシ
ュがインピーダおよびマンドレル上面に堆積し、この堆
積物がインピーダによる磁束整流効果を妨げ、溶接効率
が低下してしまうという問題がある。また、この堆積物
が内面ビードを切削するバイトおよび内面ビード切削装
置のローラに詰まると、内面ビード切削不良が発生する
という問題がある。フラッシュ堆積物によるトラブル発
生は、電縫管の上面切開、堆積物除去という作業が必要
となり、製管機稼働率の低下が必至となる。

【０００６】このようなフラッシュ堆積物によるトラブ
ルの発生を防止する技術としては、図７に示すとおり、
溶接点Ｏより上流側のインピーダ７１上面にノズル７２
を設置し、下流方向へ高圧流体を噴射して溶接点Ｏの下
部に飛散するフラッシュを下流側に吹き飛ばして除去し
ている。なお、７３はオープンパイプ、７４は電縫管、
７５はスクイズロール、７６は高周波電源に接続された
誘導加熱コイル、７７は軸芯にインピーダ７１が配置さ
れたマンドレル、７８は溶接ビードを切削するビード切
削バイト、７９はローラ、８０はマンドレル７７を管軸
方向に移動させるアクチュエータである。

【０００７】しかし、実操業においては、ペネトレータ
で代表される酸化物欠陥の発生し易い帯状材を用いて電
縫管を製造する場合、溶接部をアルゴンガス、窒素ガス
等の非酸化性ガスでシールドするガスシールド溶接法が
採用されている。酸化物欠陥は、加熱時に生成する酸化
物の中で高融点のものが排出されずに接合面に残留した
もので、水および大気による高温酸化が主たる原因であ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記溶接点より上流側
のインピーダ上面にノズルを設置し、下流方向へ高圧流
体を噴射して溶接点の下部に飛散するフラッシュを下流
側に吹き飛ばして除去する従来方法は、そのまま採用す
ることは不可能である。その理由は、高圧流体に水を使
用すると水蒸気起因のペネトレータが発生し、シールド
溶接の効果が皆無となり、また、他の高圧流体を使用し
ても加熱部付近の不活性ガス雰囲気が高圧流体の流れに
よってかき乱され、十分に酸素濃度を低減することが困
難となり、この結果、ペネトレータの発生を十分に抑制
できなくなってしまうためである。

【０００９】また、通常溶接適用時においても常温以下
の高圧流体を使用した場合には、流体により内面ビード
が冷却されてしまい、切削抵抗が増大してバイトの寿命
を低下させ、この結果、バイト交換による製管機稼働率
の低下を招くという問題があった。

【００１０】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、溶接時に管内に飛散するフラッシュをインピー
ダ、マンドレル、ビード切削バイトおよびローラに堆積
させることなく、ペネトレータの発生しやすい材料にも
使用可能で、ビード切削バイトの寿命低下を防止できる
電縫管の製造装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく種々試験研究を行った。その結果、両エッ
ジの接合点より管内に飛散するフラッシュをマンドレル
上面に堆積させず、速やかにマンドレル下方に排出する
には、マンドレルの両エッジの接合点の下部の位置に垂
直方向の貫通孔を設置するのが有効であることを見い出
した。しかしながら、一般にこの種の高周波誘導溶接法
では、溶接効率の低下を防ぐためにインピーダを接合点
の下部に設置しているので、貫通穴を設けるのは不可能
であった。

【００１２】しかし、さらに試験研究を重ねた結果、イ
ンピーダの設置位置は、下流側先端位置が数十ｍｍ移動
しても溶接効率には全く影響はなく、インピーダ下流側
先端位置を上流側に適当量だけ移動し、両エッジの接合
点の下部に位置するマンドレルに貫通穴を設置すること
により、両エッジ接合点より管内に飛散するフラッシュ
をマンドレル上面に堆積させず、貫通穴を介して速やか
にマンドレル下方に排出することが可能であることを究
明し、この発明に到達した。

【００１３】すなわち、この発明の電縫管の製造装置
は、オープンパイプのエッジ部を高周波電流によるジュ
ール熱で集中的に加熱し、スクイズロールで横方向から
加圧・接合する高周波誘導溶接法において、軸芯付近に
インピーダが配置されたマンドレルのオープンパイプの
両エッジ接合点下部にあたる位置に垂直方向の貫通孔を
設けることとしている。このように、軸芯付近にインピ
ーダが配置されたマンドレルの両エッジ接合点下部にあ
たる位置に垂直方向の貫通孔を設けることによって、オ
ープンパイプの両エッジ接合点より管内に飛散するフラ
ッシュをマンドレル上面に堆積させず、貫通穴を介して
速やかにマンドレル下方に排出することができ、インピ
ーダ、マンドレル、ビード切削バイトおよびローラ上面
へのフラッシュ堆積を防止でき、堆積フラッシュに起因
するビード切削不良ならびに溶接効率の低下を抑制する
ことができる。

【００１４】この場合、マンドレルに配置するインピー
ダの下流側先端位置は、オープンパイプの両エッジ接合
点よりも下流側２０ｍｍ、上流側１００ｍｍの範囲内と
することによって、両エッジ接合点よりも下流側２０ｍ
ｍ〜上流側１００ｍｍのマンドレル位置に、垂直方向の
貫通孔の上流先端を位置させて設置することができ、溶
接速度と相まって、両エッジ接合点から飛散するフラッ
シュを貫通孔を介してマンドレル下方に排出することが
でき、インピーダ、マンドレル、ビード切削バイトおよ
びローラ上面へのフラッシュ堆積を防止できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】この発明において、マンドレルの
オープンパイプの両エッジ接合点下部にあたる位置に設
ける垂直方向の貫通孔は、マンドレルがビード切削装置
の切削抵抗の支持体としての働きを損なわなければ、な
るべく大きな方がよいが、通常幅３０ｍｍ程度、長さ２
００ｍｍ程度で十分である。

【００１６】この発明においてマンドレルに配置するイ
ンピーダの下流側先端位置をオープンパイプの両エッジ
接合点よりも下流側２０ｍｍ、上流側１００ｍｍの範囲
内としたのは、インピーダの下流側先端位置がオープン
パイプの両エッジ接合点から下流側２０ｍｍを超える
と、高周波電源の一次出力と基準出力との比が上昇し、
溶接効率が低下し、また、インピーダの下流側先端位置
がオープンパイプの両エッジ接合点から上流側１００ｍ
ｍを超えると、高周波電源の一次出力と基準出力との比
が上昇し、溶接効率が低下するからである。

【００１７】

【実施例】

実施例１ 以下にこの発明の電縫管の製造装置の詳細を実施の一例
を示す図１ないし図２に基づいて説明する。図１はこの
発明の電縫管の製造装置の模式的側面図、図２はこの発
明の電縫管の製造装置の模式的平面図である。

【００１８】図１ないし図２において、１は図示しない
一群の成形ロールによって円筒状に成形されたオープン
パイプ、２はオープンパイプ１のエッジ部が加圧接合さ
れた電縫管、３は高周波電源と接続された誘導加熱コイ
ルで、内部を通過するオープンパイプ１の両エッジ部を
ジュール熱により加熱する。４は誘導加熱コイル３によ
り加熱されたオープンパイプ１のエッジ部を横方向から
加圧・接合するスクイズロール、５は電縫管２内面の溶
接ビード６を切削するビード切削バイト、７は軸芯にイ
ンピーダ８が配置されたマンドレルで、マンドレル７の
オープンパイプ１の両エッジ接合点９下部にあたる位置
に垂直方向の貫通孔１０が設けられ、後端はシームガイ
ドロールスタンド１１に設置されたアクチュエータ１２
と連結され、アクチュエータ１２を操作することによっ
て、マンドレル７を管軸方向に移動させることができ、
インピーダ８の下流側先端位置がスクイズロール４中心
から上流側２００ｍｍまでの範囲で、自由に調整可能に
構成され、インピーダ８の下流側先端位置は、エッジ接
合点９の下流側２０ｍｍ、上流側１００ｍｍの範囲に設
定されている。この場合、インピーダ８の上流側先端位
置は、常に誘導加熱コイル３のさらに上流側に５００ｍ
ｍ以上突き出すようにインピーダ８の長さを選定してい
る。

【００１９】上記のとおり構成したことによって、オー
プンパイプ１の両エッジ部を誘導加熱コイル３により加
熱して電縫管２とするに際し、オープンパイプ１の両エ
ッジ部が相互にＶ形状に漸近せしめられ、スクイズロー
ル４で横方向からアップセットをかけられ、両エッジ接
合点９において相互に接合して圧接される。この場合、
両エッジ接合点９において発生し下方に落下するフラッ
シュは、マンドレル７のオープンパイプ１の両エッジ接
合点９下部にあたる位置に設置した貫通孔１０を介して
マンドレル７下部に排出され、マンドレル７、インピー
ダ８、ビード切削装置上面への堆積が防止される。内面
の溶接ビード６がビード切削バイト５で切削された電縫
管２は、仕上工程へ向けて白抜き矢印方向に連続搬送さ
れる。したがって、インピーダ８およびマンドレル７上
面への堆積フラッシュに起因する磁束整流効果の低下に
よる溶接効率の低下を防止できると共に、ビード切削装
置上への堆積フラッシュに起因するビード切削不良の発
生を防止することができる。

【００２０】実施例２ Ｃ：０．１２％、Ｓｉ：０．３６％、Ｍｎ：０．４４
％、Ｃｒ：８．２６％、Ｍｏ：０．９４％を含有し、残
部がＦｅおよび不可避的不純部物からなる帯鋼を、一群
の成形ロールで円筒状に連続成形してオープンパイプと
なし、前記実施例１の電縫管の製造装置を用い、製管速
度を２５ｍ／ｍｉｎで一定に固定し、インピーダの下流
側先端位置を、スクイズロールセンター位置と該スクイ
ズロールセンターから上流側２００ｍｍの範囲内で移動
させ、その都度溶接部のビード部温度が一定になるよう
高周波入熱量を調整したのち、一次出力を記録しつつ外
径１５２．４ｍｍ、肉厚８．０ｍｍの電縫鋼管を製造し
た。この場合におけるスクイズロールセンター位置から
インピーダの下流側先端位置までの距離と高周波電源一
次出力と基準出力（スクイズロールセンター位置からイ
ンピーダの下流側先端位置までの距離を６０ｍｍとした
ときの出力）との比を求めた。その結果を図３に示す。
また、オープンパイプの両エッジ接合点を上方から工業
用テレビカメラで撮影し、スクイズロールセンターから
の距離を求めたところ、いずれの場合も両エッジ接合点
は、スクイズロールセンターの上流側６０ｍｍ位置に存
在していた。

【００２１】図３に示すとおり、インピーダの下流側先
端位置がスクイズロールセンターの上流側４０ｍｍ以上
１６０ｍｍ以下、すなわち、オープンパイプの両エッジ
接合点から下流側２０ｍｍから上流側１００ｍｍの範囲
内であれば、溶接効率の低下は認められなかった。した
がって、オープンパイプの両エッジ接合点の下部位置に
あたるマンドレルに前記図１および図２に示すような貫
通穴を設置することが可能であるとの結論に至った。

【００２２】実施例３ 実施例２で用いた帯鋼を、一群の成形ロールで円筒状に
連続成形してオープンパイプとなし、図４に示すとお
り、誘導加熱コイル４１に内接しかつ誘導加熱コイル４
１の成形ロール側の全周に多数の噴出口４２を有し、さ
らに誘導加熱コイル４１のスクイズロール４３側にオー
プンパイプ４４のエッジ接合点４５を覆うフード４６を
突設した内筒４７と、外周に複数個のガス供給口４８を
有する外筒４９から構成され、外筒４９と内筒４７との
間に形成された空間５０にガス供給口４８から供給され
たシールドガスが多数の噴出口４２からオープンパイプ
４４との間に噴出する構造となっており、フード４６に
エッジ接合点４５へ向けてシールドガスを噴射するガス
噴射ノズル５１が設けられた二重構造のシールドボック
ス５２とを使用し、ガス供給口４８から窒素ガスを供給
して多数の噴出口４２からオープンパイプ４４との間に
噴出させると共に、ガス噴射ノズル５１からエッジ接合
点４５へ向けてシールドガスを噴射しつつ、製管速度２
５ｍ／ｍｉｎでシールド溶接を行った。この場合のイン
ピーダ５３の下流側先端位置は、スクイズロール４３の
中心から上流側１００ｍｍ、すなわち、インピーダ５３
の下流側先端位置がエッジ接合点４５直下から上流側４
０ｍｍとなるように固定し、ガス噴射ノズル５５から高
圧窒素ガスをエッジ接合点４５下部に向かって噴射して
フラッシュを吹き飛ばしつつ、外径１５２．２ｍｍ、肉
厚８．０ｍｍの電縫鋼管を製造した。製管中、エッジ接
合点４５近傍の酸素濃度を測定記録すると共に、溶接後
にへん平試験によって１ｍ当たりの溶接欠陥長さを判定
した。また、製管中のビード切削バイト５４の１個当た
りのビード切削長さを測定した。その結果を図５に従来
装置として示す。さらに、シールド性確保の点から、ガ
ス噴射ノズル５５から高圧窒素ガスをエッジ接合点４５
下部に向かって噴射してフラッシュを吹き飛ばした場合
の溶接継続時間および製管機停機時間を測定記録し、製
管機稼働率を算出した。その結果を図６に従来装置とし
て示す。

【００２３】また、同じガスシールド溶接装置におい
て、インピーダ５３の下流側先端位置は、スクイズロー
ル４３の中心から上流側１００ｍｍ、すなわち、インピ
ーダ５３の下流側先端位置がエッジ接合点４５直下から
上流側４０ｍｍとなるように固定し、インピーダ５３以
降の下流側マンドレルに、幅３０ｍｍ、長さ２００ｍｍ
の垂直方向の貫通孔５６を設けている以外は、各部の配
置および構造など従来のものと同じとなし、前記実施例
２、３と同じ鋼帯から同じサイズの電縫鋼管を、ガス供
給口４８からシールドガスを供給して多数の噴出口５２
からオープンパイプ４４との間に噴出させると共に、ガ
ス噴射ノズル５１からエッジ接合点４５へ向けてシール
ドガスを噴射しつつ、ガス噴射ノズル５５から高圧窒素
ガスをエッジ接合点４５下部に向かって噴射させずに製
管速度２５ｍ／ｍｉｎでシールド溶接をおこなった。製
管中、エッジ接合点４５近傍の酸素濃度を測定記録する
と共に、溶接後にへん平試験によって１ｍ当たりの溶接
欠陥長さを判定した。また、製管中のビード切削バイト
５４の１個当たりのビード切削長さを測定した。その結
果を図５に本発明装置として示す。また、溶接継続時間
および製管機停機時間を測定記録し、製管機稼働率を算
出した。その結果を図６に本発明装置として示す。

【００２４】図５に示すとおり、ガス噴射ノズル５５か
ら高圧窒素ガスをエッジ接合点４５下部に向かって噴射
しなかった本発明装置の場合は、ガス噴射ノズル５５か
ら高圧窒素ガスをエッジ接合点４５下部に向かって噴射
してフラッシュを吹き飛ばした従来装置の場合に比較
し、外部の空気を巻き込むことがないため、エッジ接合
点４５近傍の酸素濃度、溶接欠陥長さおよびビード切削
長さのいずれもが優れており、ガス噴射ノズル５５から
高圧窒素ガスをエッジ接合点４５下方に噴射すると、シ
ールド溶接の利点が損なわれ、さらに、フラッシュ付着
によりビード切削バイトの寿命を縮めることとなってい
る。

【００２５】また、図６に示すとおり、本発明装置は、
シールド溶接におけるビード切削不良を防止して溶接効
率の低下を抑制でき、従来装置に比較して製管機稼働率
を大幅に向上させることができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明の電縫管の製造装置は、オープ
ンパイプの両エッジ接合点下部にあたるマンドレル位置
に垂直方向の貫通孔を設けたことによって、両エッジ接
合点で飛散するフラッシュは、前記垂直方向の貫通孔を
介してマンドレル下部に排出され、マンドレル、インピ
ーダ、ビード切削装置上へのフラッシュ堆積に起因する
ビード切削不良ならびに磁束整流効果の低下による溶接
効率の低下を防止して電縫管を安定して製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の電縫管の製造装置の模式的側面図で
ある。

【図２】この発明の電縫管の製造装置の模式的平面図で
ある。

【図３】実施例２におけるスクイズロール中心からイン
ピーダ下流側先端までの距離と電源出力比との関係と適
正範囲を示すグラフである。

【図４】実施例３のガスシールド溶接試験に用いたシー
ルド装置の縦断側面図である。

【図５】実施例３の従来装置と本発明装置の両エッジ接
合点の酸素濃度、溶接欠陥長さ、ビード切削バイトのバ
イト寿命との関係を示すグラフである。

【図６】実施例３の従来装置と本発明装置の稼働率との
関係を示すグラフである。

【図７】従来の電縫管の製造装置の模式的側面図であ
る。

【符号の説明】

１、４４、７３ オープンパイプ ２、７４ 電縫管 ３、４１、７６ 誘導加熱コイル ４、４３、７５ スクイズロール ５、５４、７８ ビード切削バイト ６ 溶接ビード ７、７７ マンドレル ８、５３、７１ インピーダ ９、４５ エッジ接合点 １０、５５ 貫通孔 １１ シームガイドロールスタンド １２、８０ アクチュエータ ４２ 噴出口 ４６ フード ４７ 内筒 ４８ ガス供給口 ４９ 外筒 ５０ 空間 ５１、５５ ガス噴射ノズル ５２ シールドボックス ７２ ノズル ７９ ローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オープンパイプの両エッジ部を高周波電
   流によるジュール熱で集中的に加熱し、スクイズロール
   で横方向から加圧・接合する電縫管の製造装置におい
   て、軸芯付近にインピーダが配置されたマンドレルのオ
   ープンパイプのエッジ接合点下部にあたる位置に垂直方
   向の貫通孔を設けたことを特徴とする電縫管の製造装
   置。
2. 【請求項２】 インピーダの先端位置を両エッジ接合点
   よりも下流側２０ｍｍ、上流側１００ｍｍの範囲内とし
   たことを特徴とする請求項１記載の電縫管の製造装置。