JPS61126980A - 電縫管製造方法 - 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】 （産業上の利用分野〕 本発明は高周波溶接による電縫管の製造に関する。

（従来の技術〕 電縫管は第３図に示すように金属帯板１を連続的に管６
に成形し、成形の最終段で給電子５より高周波電流を供
給し帯板のエツジを高周波加熱後スクイズロール２で圧
接することによシ製造される。

スクイズスタンドには左右一対のスクイズロールと、場
合によっては更に一対のトップロール、ボトムロールな
どが配置されている。このうち溶接に必要な圧接力を与
えるのは左右のスクイズロールである。以下の説明でこ
の左右のスクイズロール、それ等を支える支持台又は枠
および移動装置を含めてスクイズロール系と称する。

第４図に従来使用されてきたスクイズロール系の模式図
を示す。スクイズロール２の支持台３は、ウオームを加
工されたロッド４に結合されている。

ロッドを回転させることにより、スクイズロールは互い
に内向きまたは外向きに移動して管６を絞シ溶接部に圧
接力を与える。この圧接力により溶接部から余分な溶融
金属が外に押し出され、溶接部の接合強度が高められる
。スクイズロールによる絞シ量、すなわちスクイズミー
ル通過前後の管の外周長差、は圧接力の指標とされてお
りスクイズ量またはアプセット量などと呼ばれている。

前述のスクイズロール移動装置はスクイズロール位置を
決めることを目的としている。そしてスクイズクールの
ミル割注が大なる程、スクイズロ−ルの圧接反力に対す
る開き量が減少する、換言すればロールの位置決め精度
が向上する。スクイズロールのミル剛性はロッドを回転
させずにスクイズロールｔ−１１１１ＩＩ＋開くに必要
な外向きの力で定義される。従って高剛性ミルでは設定
通シの寸法の管を容易に得ることができ、その結果スク
イズ量の管理も容易である。そこで従来のスクイズロー
ル系はそのミル剛性ができる限シ高くなるように設計さ
れてきた。

従来の高剛性スクイズロール系における溶接挙動と管の
溶接部品質を調査する目的で、種々の外径・肉厚の管を
種々の溶接条件で溶接し、高速度カメラにて溶接現象を
観察した。造管後衝撃試験によシ管の溶接部を破断させ
溶接欠陥全調査した。

その結果を要約すると、他の条件が同じならば溶接入熱
のみによって決まる３種類の型の溶接現象が存在し、溶
接部品質は溶接現象の型に著しく支配されるということ
である。溶接現象は両エツジ面の幾何学的衝合が期待さ
れる■収束点Ｖと実際に接合開始する溶接点Ｗの位置関
係によシ特徴ずけられる。第５図に説明するようにこの
位置関係は入熱によシ変化する。

第５図（ａ）は比較的低入熱時に現われる第１種溶接現
象とする。この現象の特徴は■収束点■と溶接点Ｗは一
致していることである。■収束点の位置はスクイズ量の
みによって決まシ、スクイズ量が犬なる程スクイズ中心
Ｃから上流側に位置するようになる。第１種溶接現象は
溶接点が移動しない安定な現象であるが、最も避けなけ
ればならない冷接欠陥が発生し易い。

第５図（ｂ）は同図（ａ）よシも高入熱の場合に現われ
る溶接現象で、これを第２種溶接現象と称する。■収束
点■は第１種溶接現象と同じ位置にあるが、その点から
スクイズ中心Ｃ４こ向かって狭間隙が発達し■収束点■
と溶接点Ｗとが分離するのがこの現象の特徴である。溶
接点Ｗの位置は微小振動するがはソ一定位置に存在する
。第２種溶接現象では冷接欠陥の発生はなく、最も良好
な溶接部品質が安定して得られる。

第５図（Ｃ）は更に高入熱の場合に現れる溶接現象で、
これを第３種溶接現象と称する。この現象でも■収束点
■は第１種溶接現象の場合と同じ位置にくるが、■収束
点■と溶接点Ｗの距離は著しく長くな５．ｖｗ間の間隙
の幅は第２種溶接現象の場合よりも広くなる。しがも溶
接点Ｗがスクイズ中心Ｃに向かつて造管速度で移動し、
■〜Ｗ間距離が入熱によって決まる一定長さになったと
き■〜Ｗ間の大部分が溶接され、Ｗは■の近くまで戻シ
再びスクイズ中心に向って移動をはじめる、という周期
的な溶接プロセスがこの現象の特徴である。第３種溶接
現象ではベネトレータと呼ばれる欠陥が多発し、安定し
て良好な溶接部品質を得ることは困難である。

いずれの型の溶接現象においても溶接点Ｗとスクイズ中
心Ｃの間で管は絞シヲ与えられ・浴接部は圧接力を受け
る。しかし圧接力の太ききはそれぞれ異なる。Ｗ−Ｃ間
距離が最も長い第１種溶接現象において、最も強い圧接
力が加えられる。溶接部の接合強度は前述の溶接欠陥の
量と圧接力とによって支配される。これ等は共に入熱と
スクイズ量の影響を受ける。従って適正な入熱とスクイ
ズ量を見出すにはかなシの熟練を必要とするが、それで
もなお造管の最初の時点ではａ−ルと入熱の試行錯誤に
よる調整が避けられず歩留向上阻害の一要因となってい
る。

スクイズ量（アプセット量〕は溶接部品質を左右する重
要な因子であるからその安定全目的として、例えば特開
昭５５−４８４８３号に提案された技術がある。この技
術はスクイズロール前後で管の外周長を光学的に測定し
、その差からアプセット量を算出し、該アプセット値が
設定されたアプセット値と一致するようにスクイズロー
ル間隔を制御すること全特徴としている。しかし前述し
たように外周長差に基づくアジセット量を一定にしても
、■収束点が一定位置にあることが保証されるだけで、
溶接点位置の入熱による変動が大きく品質の安定はほと
んど期待できない。

また入熱による圧接力の変動を防止する目的で提案され
た技術に特開昭５３−１６７３号がある。この技術はス
クイズロールの移動装置にロードセルを配置し、該ロー
ドセルによｆ）溶接圧力を検出し、予め求めておいた該
溶接圧力とメタル７０−立上シ角（圧接力による溶接部
の変形量〕との相関関係に基づいて最適溶接圧力を設定
し、圧力制御機構によって常に最適圧接力を保持しよう
とするものである。この技術において圧力の変更は制御
機構のパルスモータの回転と、その回転数に応じたギヤ
ボックスを介するスクイズロールの移動によって調整さ
れる。こ＼においてスクイズロール系のミル剛性に関し
ては全く考慮されていない。

この技術を従来の高剛性スクイズロール系に適用すると
、なるほど溶接圧力がはソ一定に保持され入熱変化によ
る変動の防止をある程度期待できよう。そしてスクイズ
ロールの移動に伴なって■収束点位置が変化するがしか
し、溶接点位置の周期的移動現象を抑えこむことまでは
不可能である。

その理由は溶接点の移動周期は極めて短かく通常３Ｑｍ
ｓｅｃ以下であ勺、従ってそれに基ずく圧接力の変動周
期も短かく、これに応答して絶えずギヤを順方向・逆方
向に回転させスクイズロールを開閉させることは全く不
可能だからである。それ故１、この技術は圧接力の不足
又は過剰をある程度防止する効果はあるものの、入熱に
よって前記３種類の溶接現象が現れることに変シはなく
、溶接品質に対する不安は依然として解決されない。

本発明者等は従来の電縫溶接ミルに生じる溶接現象とア
プセットの不安定に関し種々検討を重ねた結果以下のよ
うな結論に達した。すなわち、これ等の不安定はスクイ
ズロールが外力の変動に対し一定位置に保持されている
結果発生しておシ、不安定を解消するにはスクイズロー
ル系のミル剛性を従来の高剛性志向とは正反対の低剛性
化を図らねばならない、ということである。

（発明が解決しようとする問題点〕 本発明は電縫管製造の高周波溶接工程における従来のス
クイズロール加圧方式の欠点を根底的に解消し、高品質
電縫管を安定的且つ容易に製造する技術の提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨は管状に成形された金属帯板のエツジ面を
高周波突合せ浴接することｌこよフ電線管を製造する工
程において、浴接に必要な圧接力をミル剛性が０．５Ｔ
ｔｂ 系の設計最大加圧力で単位はｔｏｎ　）以下の低剛性ス
クイズロール系にて与えることを特徴とする電縫管製造
方法、にある。

本発明において低剛性スクイズロール系ヲミル剛性０−
５　ＴｔＯ”／ｌｆｆ１以下と限定したのは以下の理由
による。すなわちミル剛性が０．５Ｔということは、Ｔ
ｔｏｎのスクイズ荷重全加える際スクイズロール系が２
ｍｍ圧縮するということであシ、何等かの原因でスクイ
ズ量の不足が発生しようとした場合２＋ｍだけ不足を補
えるということでもある。本発明者等の調査によれば、
通常の操業時に現われる実質スクイズ量の変動は管の寸
法によらず高々１間程度である。従ってミル剛性が０．
５Ｔｔｏｎ／ヨ以下であるということが低剛性効果を期
待できる条件である。−万従来のスクイズロール系のミ
ル剛性は通常２　Ｔ　ｔｏｎ／ヨ以上に設計されていた
。

以下本発明を図面に基いて詳細に説明する。

第２図は本発明法を適用したスクイズロール系の装置の
実施態様を模式的に示したものである。

同図（ａ）においてスクイズロール２はシリンダ７を介
して油圧または空圧などで移動し管に圧接力を与える。

この系のミル剛性Ｓはほとんど油または空気の圧縮率β
とシリンダ７の底面積・高さ比へへによって決まり、 で与えられる。すなわちＳ≦Ｏ−５ＴｔＯ”／ａとなる
ように作動流体（油又は気体〕およびＡ、ｈｆｔ、選べ
ば低剛性スクイズロール系を実現できる。但し本例は管
径によシシリンダ７内の作動流体の体積が異なるのでミ
ル剛性を任意に選ぶことができない欠点があシ、この欠
点を改良した実施態様が第２図（ｂ）である。

第２図（ｂ）において、スクイズロール２はミル割注調
整器８を介してロッド４によシ加えられた力により移動
する。ａ°ラッドの駆動力は図示していないが電動でも
手動でも構わない。ミル剛性調整器８は皿バネ等のスプ
リングでも良いし、またシリンダ構造の油圧、空圧バネ
でも良い。本実施態様の特徴は皿バネ枚数の変更または
シリンダ内流体量の調整によフ、容易に所望のミル剛性
を実現できる点にある。

第２図（りは本発明の更に別の実施態様である。

同図においてスクイズロール２はロッド４の回転によシ
第１フレーム９に対して移動する。圧接力はロッド４を
介して第１フレーム９に伝達される。

第１フレーム９はミル剛性調整器８を介して第２７レー
ム１０に支持されている。スクイズロール系全体として
のミル剛性はミル剛性調整器８によって決定される。本
実施態様の特徴はミル剛性調整器８が駆動部と直結して
いないことで、このためミル剛性の調整、ロール交換等
を容易にできる構造とすることかできることにある。

第２図（ａ）、　　（ｂ）、　　（りは本発明の装置の
基本的な構成図であって、これ等を組合わせても同様な
効果が得られることは云うまでもない。

油圧、空圧駆動または低剛性スクイズロール系の欠点は
位置を決めにくいということである。熱論スクイズロー
ル移動の暴走を防止するためストッパーを設けることは
必要である。第６図は更に積極的にスクイズロール位置
を制御して常Ｉこ最適のスクイズ量を実現する制御装置
の一例のブロックダイアダラムである。同図においてス
クイズロール位置はセンサ１１によって検出される。セ
ンサ１１の出力は比較器１２に与えられ、スクイズロー
ル位置設定値と比較される。比較器１２はスクイズロー
ル現位置と設定器１５により定められた設定値との差に
応じた出力を制御器工３に与える。制御器１３はスクイ
ズロール駆動装置１４（油圧、電動機など〕全駆動して
スクイズロール位置を設定位置まで移動させる。このよ
うにして位置検出と制御装置とによってスクイズロール
位置は常にはソ設定範囲に保持されるが、ミル剛性はミ
ル剛性調整器によって決められた値となっている。

本発明の低剛性スクイズロール系ｙＦＩ：適用して電縫
管を製造すれば、従来のような特別な饋還装置を用いな
くても圧接力は自動的に一定に保持される。しかもこの
圧接力の一定は極めて短周期の外的変動に対しても保た
れており、これは従来の饋還装置では全く実現不可能で
あった。

圧接力が外的変動に対して充分速やかに追従して一定に
保持されるということは、溶接現象的には溶接点とスク
イズ中心間距離が常に一定であるということであシ、す
なわち高入熱においても第５図（りの第３種溶接現象が
出現し得ないということである。従って低剛性スクイズ
ロール系を使用して電縫管を製造すると、冷接を避ける
ため高入熱で溶接しても溶接現象は第２種溶接現象であ
って、ペネトレータの発生は殆んど避けられる。

このため溶接適正入熱範囲が著しく拡大すると共に溶接
部品質が飛躍的に向上する。

第１図は第２図（りに示したスクイズロール系を用いて
造管溶接し、外径３５５．６ｍｍ、　　板厚１２調の炭
素鋼鋼管を速度１８　ｍ１０．で第２種溶接現象を実現
する適正入熱範囲に及ぼすミル剛性の影響を調査した結
果である。本実験に使用したスクイズロール系の最大加
圧力Ｔは７Ｑ　ｔｏｎで、ミル剛性の調整器８は皿バネ
の組合せで構成されている。皿バネ枚数の調整によシミ
ル剛性を最大３Ｔよシ０．０３Ｔまでほとんど任意に変
えることができる。図から明らかな様にミル剛性がＩＴ
から３Ｔの間では最適入熱範囲は殆んど変らずしかも狭
い。ミル剛性が０．５Ｔ以下になると最適入熱範囲の拡
大傾向が認められ、更に０．２Ｔ以下ではその拡大は極
めて顕著である。０．ＩＴ以下では最適入熱範囲はほと
んど変らない。本実験の結果、低ミル剛性効果は０．５
ＴｔＯｎ／、以下の剰性で得られることが明らかとなっ
たが、更に望ましくは０．２ＴｔＯｎ／ｒＩＲ以下にす
るのが良い。ミル剛性の下限に関しては本発明は同等制
限を設けるものではないが、あまシ低ｂミル剛性で大き
な加圧力を得ようとするとストロークの長いミル剛性調
整器８が必要となり経済的でない。

はＭ　０．０５Ｔ　ｔｏｎ／Ｗｒ！ｎ程度のミル剛性が
あれば充分である。

以下本発明の効果を実施例によりさらに具体的に示す。

（実施例） 第２図（、ｂ）および第６図を基本構成とする本発明法
（最大加圧力５０ｔｏｎミル剛性１０　ｔＯｎ／ｍ　）
のスクイズロール系を使用して電縫鋼管を製造し従来法
（最大加圧力５０　ｔｏｎミル剛性１００　ｔｏｎ、／
ａ）と比較した。第７図は外径４０６ｍ、板厚９．５ｍ
ｍの６０ＫＶＮｊ級高張力電縫鋼管を速度２５ルーで溶
接した際における、溶接入力と溶接部に占める溶接欠陥
面積率との関係を調査した結果である。低入熱域では両
者の差はないが、本発明法では高入熱域でも溶接欠陥が
ほとんど発生しておらず、適正入熱範囲に格段の差が認
められる。適正入熱範囲の拡大は造管開始、終了の非定
常状態ｌこおける鋼管の溶接部品質に大きな影響を与え
、本発明法を適用した結果目的−級造管歩留が平均約１
．５％向上した。

（発明の効果） 以上の結果から明らかな如く、本発明によれば溶接適正
入熱範囲が著しく拡大すると共に溶接部品質が飛躍的に
向上し、極めて優れた工業的価値が得られるものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は適正入熱範囲に及ぼすスクイズロール系ミル剛
性の影響の調査結果を示す図、第２図（ａ）。 （ｂ）、　　（、Ｃ）は本発明の装置の基本的な実施態
様を示す模式図、第３図は高周波溶接ｌこよる電縫管製
造法を示す模式図、第４図は従来のスクイズロール系の
構造を示す模式図、第５図は３種類の型の高周波電縫溶
接現象を示し、（ａ〕は第１種溶接現象、（ｂ）は第２
種溶接現象、（Ｃ）は第３種溶接現象の模式図、第６図
は本発明によるスクイズａ　−ル系に更に位置制御機構
を加えた装置の一笑施態様を示すブロックダイアグラム
、第７図は本発明法と従来法ｔこよって製造した電縫管
の溶接部品質を比較した結果を示す図である。 Ｃ・・・スクイズロール中心、■・・・Ｖ収束点、Ｗ・
・・溶接点、１・・・帯板金属、２・・・スクイズロー
ル、３・・・スクイズロール支持台、４・・・スクイズ
ミール駆動ロッド、５・・・給電子、６・−電縫管、７
・・・シリンダー、８・・・ミル剛性調整器、９・・・
第１フレーム、１０−ｇ　２フレーム、１１・・・スク
イズロール位置検出センナ、１２・・・比較器、１３・
・・スクイズロール位置制御器、１４・・・スクイズロ
ール駆動装置、１３・・・スクイズロール位置設定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管状に成形された金属帯板のエッジ面を高周波突合せ溶
   接することにより電縫管を製造する工程において、溶接
   に必要な圧接力をミル剛性が０．５Ｔｔｏｎ／ｍｍ（但
   しＴはスクイズロール系の設計最大加圧力で単位はｔｏ
   ｎ）以下の低剛性スクイズロール系にて与えることを特
   徴とする電縫管製造方法。