JPS59150674A - 鋼管の接合法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は溶接による鋼管の接合法に係シ、特に内径の均
一な油圧シリンダーを製造するのに好適な鋼管の接合法
に関する。

〔従来技術〕

油圧シリンダーのような鋼管を円周方向に沿って溶接し
て接合する場合、溶接部は溶融状態からの収縮によシ変
形する。第１図はこのような溶接後の溶接部の断面形状
を模式的に示す。すなわち通常適正な溶接うら波４が得
られても内径側の母材溶接熱影響部３には収縮部５が生
じて、内径が大きくなる。このため、うら波４を削除し
ても内径の均一な管を作るためには収縮部５分のみ円周
面全体を切削加工しなければならず内径の機械切削量が
増大する。

収縮部５が出来る理由は、溶融金属の冷却によるひけ巣
と組織変態、残留応力などの重畳による。

そこで裏当金部材を使用して溶込みを完全にし、かつ溶
接熱をそこに逃がす方法があるが、この場合では内径に
くい違いが生じ易く、接合した後、長手方向全長の内径
を加工する必要性が生ずることもある。このため、２つ
の鋼管を溶接によって接合し、内径の均一な鋼管を製造
することは困難であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、溶接で鋼管を接合するに際し、内径側
溶接熱影響部の収縮による変形を防止し、内径の機械切
削量を少なくして内径の長手方向に寸法の均一な鋼管を
容易に製造できる鋼管の接合法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は２つの鋼管を溶接により接合して均一な内径の
鋼管を製造する鋼管の接合法において、２つの鋼管はそ
れぞれ内径が異なり、内径の小さい鋼管の接合部内径側
に円周に沿って突起部を設け、この突起部の外径側局面
に内径の大きい接合部外径側周面を密着させ、かつ両鋼
管の接合部はルート間隙を実質的に零として開先を形成
させた後、アーク溶接で接合し、然る後、内径の小さい
鋼管の内周面を切削加工することを特徴とするものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面によって本発明を説明する。

第２図において、ＩＡは内径の小さい鋼管の母材であシ
、母材ＩＡの接合部内径側に円周に沿って突起部６が設
けられている。この突起部６の外径側周面に母材ＩＢの
接合部外径側周面が密着し実質的にルート間隙をなくし
ている。両母材ＩＡ。

ＩＢの突合せ部はＶ開先形状となっている。芙起部６の
ｔの寸法は少なくとも２１訓以上、突起部６のｔの寸法
は１．５關以上が望ましい。ｔが２ｍｍより小さいと、
２つの母材ＩＡ、ＩＢの中心軸を合せるのが困難であり
、またｔが１．０鰭以下では溶融池が溶は落ちやすくな
る。このような適当な寸法の突起部は熱溶量を適当に大
きくするので、過熱し離＜、冷却しにくい特徴を持つ。

すなわち熱影響の巾を小さくシ、冷却時間を長くする。

またこの突起部は拘束材としての作用があり継手全体の
変形を抑制することは形状的に見て明らかである。′＝
また、母材ＩＡ及びＩＢの中心軸を正しく設定するのに
効果的である。更に溶接作業後、鋼管の内径周面を切削
加工する場合、内径の小さい鋼管側の母材側のみ切削加
工するのみでよく、鋼管の内周面全体を切削加工する必
要はない。

次に油圧シリンダーは一般に高い内圧を受け、更に内面
が摺動摩耗を受けるので比較的高強度−Ｃ′硬度の高い
材料が用いられる。すなわち炭素当量の多い鋼が用いら
れる。このような材料は溶接割れが生じ易いため、溶接
に際して予熱を行い溶接部の冷却を遅くする。しかし予
熱を行うと熱影響で高温に加熱される部分が広くなシ、
変形が大きくなる。発明者らは炭素当量の多い鋼管の接
合の場合にもこの変形を極力小さくするため予熱を省略
することにした。そのため溶接割れの危険性が増大する
が、その防止のため次のような手段が望せしい。すなわ
ち発明者らの５３５Ｃ（機械構造用炭素鋼）の実験によ
ると溶接割れの生ずる範囲の応力での、溶接割れは予熱
温度の高いものほど割れ発生限界応力は高く、割れ発生
温度は高くなる。しかし、割れ発生までの時間が長くな
る。これは予熱温度を高くすると組織的に改善される。

また予熱が高いと冷却が遅く、割れ発生までの時間は長
い。なお、予熱なしの場合では溶接部の温度がほぼ５０
ｔＺ’未満になると、割れの発生する危険性が著しく増
大する。割れ発生迄の潜伏期間すなわち溶接部が５ＣＩ
’に冷却する迄の時間は溶接人熱量約１４０００Ｊ／ｍ
で溶接終了後約６００〜１５００秒である。したがって
炭素当量の多い鋼を用いた場合、その鋼に特有の潜伏期
間内に次の溶接を順次行い溶接を終了させれば溶接割れ
のない継手が得られる。このことから溶接部の内径の変
形を少なくするには予熱を省略することが必要であり、
割れ潜伏時間内に次の溶接を行えば溶接割れも防けるこ
とに々る。

また上記のように予熱を省略する場合、母材より高強度
の溶接材料を用いると、溶接割れを生じ易くなるので、
延びのよい低強度の軟鋼用の溶接材料を使用するのが望
ましい。

低強度溶接材料の使用は、溶接割れの潜伏期間を長くす
るとともに割れを軽減することができる。

また鋼管、例えば油圧シリンダーの内径によっては予熱
に要する時間はほぼ溶接時間に匹敵するので予熱を省略
できることは溶接時間を短縮することになり、機械切削
加工の短縮化と相俟って鋼管の製造コストを低減できる
。さらに低強度の溶接材料も健全な溶接部が得られるの
でこの点からも製造コストを低減できる。

本発明者らは、第２図に示す突起部を除去した継手引張
試験では、溶接材料を母材より低強度にしても、破壊部
は溶接金属に欠陥が無い限り母材であり、溶接金属の靭
性も母材と遜色ないことを確認している。

本発明において、鋼管の長手方向において内圧が変化す
る場合、内圧が高い側の鋼管に高強度の鋼材料を用い、
内圧が低い側の鋼管に前記高強度の鋼材料よりも強度の
低い鋼材料を用い、それぞれを溶接により接合すること
によって鋼管の長手方向に対して鋼材料を変化させるこ
とができる。

特に第３図に示すような油圧シリンダーでは、軸方向の
長いシリンダーで油圧の高い側の管＋Ａを管全体の軸方
向長さの１層３程度とし、その他の管千Ｂを管全体の２
層３程度とすることによつすることができる。

以下、本発明の詳細な説明する。第４図は実施した鋼管
の溶接開先を示す。第１表は母材及び溶接拐料の化学成
分と機械的性質を示す。第１表の溶接材料は炭酸ガスア
ーク溶接材料での全溶着金属である。鋼管の溶接は上記
の浴法で、ポジショナ−を用いて、鋼管を回転させて下
向きで溶接した。溶接条件を第２表に示す。

第２表 まず、第４図のｔを１．０．１．５．２．０．３．０゜
５．０ｍに変化させｔを１．０　、２．０　、５．０　
、８．０　。

１０．０に変化させて、第１表の母材と溶接材料Ａを用
い、第２表のＷｌの条件で１層を溶接し、続いて直ちに
２層目をＷ２で溶接を完了した。第５図は横軸に第４図
のｔをとり、縦軸にｔをとυ良好な溶接可能な範囲を示
したものである。ｔが１．０瓢以下のものは溶融池が溶
は落ち溶接が不可能となる。またｔが２．０Ｋｍ未満で
は２つの母材の中心軸を合わせるのが困難となる。この
ことからｔは１，５間以上、ｔは２．Ｏｗｎ以上が必要
である。

この継手部の平板の継手引張試験結果を第３表に示す。

引張強さは第１表の母材ＩＢとほぼ同等で、溶接材料Ａ
の強度を上廻っている。これは溶着金弟３表 属が母材ＩＡの成分稀釈及び熱影響部の硬度上昇による
塑性拘束を受けて溶接金属の強度が上昇したものである
。

第６図は溶接部の硬さ分布を示す。硬さの測定個所は第
７図に示す通りである。

１層目の母材ＩＡは２層目の硬さより著しく低下してい
るが、これは２層目の溶接熱で１層目のマルテンサイト
が焼戻されたものである。溶接金属は１層目が硬いが、
これは母材ＩＡからの稀釈（１１） が大きいことを示す。第３表、第６図の結果から、溶接
材料の強度は母材強度よシ低くしてもよく、先行の溶接
熱影響部が後行の溶接熱で焼もどされると高強度鋼では
硬さが著しく低下することがわかる。第４表は溶接熱影
響部のシャルピー衝撃試験結果を示す。

第４表 （１２） 第４表では母材ＩＡの１層目は２層目の値の２倍以上の
値を示しているが、これは先に述べたように焼戻しマル
テンサイト組織の生成によるもので２層目の溶接熱で少
なくとも６０００以上に加熱されたためである。なお２
層目は第１表の値と比較して同等である。なお母材ＩＢ
は母材ＩＡに比較して良好な傾向にある。溶接金属はノ
ツチ位置がいかなる方向でも約６ｋｇｆ−ｍで第１表の
１０旧ＩＡより良好であった。継手部の表及び裏曲げ試
験でも１８０度完全に曲シ比較的優れた延性を有してい
る。なお第４図でｔを３ｒｔａｎ、ｌを８間として、溶
接条件Ｗ３で一層のみ溶接した。その結果、ルート部は
完全に溶融するか、突起部の溶融は不完全となり、この
部分に割れが発生した。同様にＷ４の条件で溶接すると
ルート部に溶込み不良部が生じ、かつ溶接後６２０〜１
５００秒でＩＡＯ熱影響部に割れが発生した。その時の
溶接部の温度は約４８〜４５ｔＺ’であった。Ｗ４の条
件で強度の高い溶接材料Ｂを用いると割れ発生時間は短
時間側に移り６００秒程度で割れが発生した。この実（
１３） 施例から、溶接入熱量を低下させると突起部のｔとｔと
の間で適正に溶接できる範囲が狭くなり、溶接部の温度
が５０ｔＺ’未満に低下すると割れが発生することが判
ｐ１母材と同程度に高い溶接材料を使用する必要はなく
むしろ低強度のものが良いことが判明した。

以上の実施例は予熱を行わない室温１ｏｃｏｉ境である
が、発明者らの溶接部の冷却時間についての数値解析で
は第２表のＷｌの条件で室温が一２０１ｒでも溶接部の
溶込みが十分得られ、割れ発生潜伏時間も後行の溶接が
完了するに足る十分な時間を有し、機械的性質にも影響
しないことが確認された。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、内径の小さい鋼管側に適
当な寸法の突起部を設け、この突起部に内径の大きい鋼
管の内周面を密着させて接合すると、突起部によって溶
融部の加熱中を小さくし、裏波部に生ずる変形を抑制す
るとともに溶接操作後の内径の小さい鋼管側の内周面の
み切削加工すｈＡ） るのみで均一な内径の鋼管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の鋼管継手部（裏金無しの場合）の溶接線
直角方向の断面概略図、第２図は本発明で得られる鋼管
継手部の溶接線直角方向の断面概略図、第３図は本発明
を油圧シリンダーに適用した場合の説明図、第４図は実
施例の溶接開先断面図、第５図は本発明における突起部
の長さ及び厚みと溶接条件との関係図、第６図は実施例
で得た溶接部の硬さ分布を示すグラフ、第７図は第６図
の硬さ分布の測定個所を示す説明図である。 ＩＡ・・・母材、ＩＢ・・・母材、２・・・溶接金属、
３・・・溶接熱影響部、４・・・裏波ビード、５・・・
変形部、６・・・（１５） ＝３６３− ′″４−４０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの鋼管を溶接により接合して均一な内径の鋼管
   を製造する鋼管の接合法において、２つの鋼管はそれぞ
   れ内径が異なり、内径の小さい鋼管の接合部内径側に円
   周に沿って軸方向に突起部を設け、この突起部の外径側
   周面に内径の大きい鋼管の接合部内径側周面を密着させ
   、かつ両鋼管の接合部はルート間隙を実質的に零として
   開先を形成させた後、アーク溶接で接合し、然る後、内
   径の小さい鋼管の内周面を切削加工することを特徴とす
   る鋼管の接合法。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記突起部の軸方
   向長さが２瑞以上、間隙が１．５調以上であることを特
   徴とする鋼管の接合法。 ３、特許請求の範囲第１項において、溶接材料の強度を
   母材の強度よりも小さくシ、予熱することなく溶接を開
   始し、先行の溶接を行った後、その溶接部の割れの潜伏
   期間内に後行の溶接を行うことを特徴とする鋼管の接合
   法。 ４、特許請求の範囲第１項において、鋼管が油圧シリン
   ダであり、高い内圧を受ける側の鋼管に高強度鉄鋼材料
   を用い、他方の鋼管には低強度鉄鋼材料を用い、これら
   の鋼管を接合することを特徴とする鋼管の接合法。 ５、特許請求の範囲第１項において、先行の溶接金属の
   温度が５０Ｃよりも低い温度に低下しない温度のときに
   後行の溶接を行い、先行の溶接金属と母材熱影響部が６
   ００Ｃ以上に少なくとも加熱されるように溶接すること
   を特徴とする鋼管の接合法。