JPS6132094B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はスパイラル管をサブマージアーク溶接
法により製造する方法に関し、特に溶接時内外両
面の開先加工を行なうことなくスパイラル管を製
造する方法に関する。 近年、産業規模の拡大に伴ない、石油、ガス、
水の輸送、建築、橋梁、港湾設備等に用いられる
鋼管は、儒要が増加しつつあり、かつ大型化しつ
つある。なかでもスパイラル管はUO管と共にこ
れらの要求にこたえるものとして儒要度が高い。 このスパイラル管は、現在、第１図Ａ〜Ｃに示
す方法により製造されている。第１図Ａはスパイ
ラル管製造設備の側面図、第１図Ｂはその平面
図、第１図Ｃは第１図Ａ，Ｂ中符号１１で示すス
パイラル管成形装置の詳細図である。すなわち、
第１図Ａ〜Ｃにおいて、巻戻し機にセツトされた
コイル状板材１は、ピンチロール２によつて巻戻
され、平面矯正装置３にて巻きぐせが矯正され、
しかる後、切断および板継ぎ装置４にてその先端
５が先に該設備に供給されていた板状６の後端７
と溶接され、次いで該板の両端８，８′が端面加
工（内面開先加工）装置９，９′にて開先加工さ
れた後、主駆動装置１０にてスパイラル管成形装
置１１へ送られる。該スパイラル管成形装置１１
において、上記板状は内外面成形ローラ１２によ
りその軸線が先行する板状の軸線と所定の角度α
で交わる円筒状すなわちピンチアングルαを持つ
スパイラル管に成形され、その接合部１３が先ず
内面を内面溶接装置１４にて溶接される。次い
で、該スパイラル管は外面開先加工装置１５にて
開先加工された後、外面溶接装置１６にて溶接さ
れ、製品スパイラル管１７となる。第１図Ｄは、
上記スパイラル管成形装置１１で内外面成形ロー
ラ１２により成形されつつあるスパイラル管の態
様を示す斜視図である。 ところで、上記現行法では、板状の供給速度
（以下、板送り速度という）がスパイラル管の溶
接速度によつて制限されるが、この溶接速度が遅
いために生産性が向上しないという欠点がある。 いま、板送り速度（すなわちスパイラル管の溶
接速度以下同じ）をＶ、板幅をＷ、製品スパイラ
ル管径をＤとすると、スパイラル管の製造速度Ｖ
は、 Ｖ＝vsinα Ｄ＝（Ｗ／π）sinα （ただし、α：ピンチアングル） より、 Ｖ＝（Ｗ／πＤ）ｖ となる。 第１表および第２図に、各板厚における上記現
行法の板送り速度と上記計算式より求めた製造速
度との関係の一例を示す。

【表】 第１表および第２図より、板送り速度が生産性
に直接影響することが伴る。 また、スパイラル管の内、外面溶接法として現
在用いられているサブマージアーク溶接法では、
各板厚に対して第１表および第２図に示す程度の
溶接速度しか得ることができない。 この原因の一つは、現在のサブマージアーク溶
接法では、第３図Ａに示すように溶接アーク１が
被溶接物２の表面上方で点弧しているため、被溶
接物２に対して熱が第３図Ｂに示すように分散さ
れ易く、しかもアーク１の直下にある溶融金属３
を押下げる力（アーク力）が弱く被溶接物２はこ
の溶融金属３を介した間接溶接しか受けることが
できない等により、板厚方向の溶込みが浅くな
り、厚板を高速で溶接すると十分な溶込み深さお
よび充填金属量が得られないことにある。従つ
て、現在は溶接速度を制限すると同時に、上記第
１図Ａ，Ｂに示すように内面溶接前に端面加工
（内面開先加工）装置９，９′で板材の端面を第３
図ＣのようにＹ型開先加工し、更に外面溶接前に
も12mm以上の厚板の場合には外面開先加工装置１
５で開先をとるためのガウジングまたは切削加工
を行なつており、生産性が悪いばかりでなく、設
備費においても高騰を来たすという欠点がある。 上記の原因の二つは、現在のサブマージアーク
溶接法では、あまり高速で溶接を行なうと上記し
たように必要な溶込み深さや充填金属量が得られ
ないばかりでなく、融合不良、スラグ巻込み等の
内部欠陥、更にはビード外観にも第４図Ａに示す
ようなハンピングビードや第４図Ｂに示すような
アンダーカツトの欠陥が生じ易く、溶接部の品質
劣化を招くことにある。なお、第４図Ａ及びＢの
左図は矢印で進行方向を示す溶接操業中の状態を
上から見た平面図、第４図Ａ及びＢの右図は、そ
れぞれの左図に指定した個所の断面図であつて、
第４図Ａ，Ｂにおいて、１は開先、２は溶融池、
３は溶接ビード、４は溶融金属を表わすものであ
る。 本発明は上記の諸欠点を改良するためになされ
たもので、スパイラル管製造工程中の溶接工程
に、本発明者等が先に開発したＩ開先高速サブマ
ージアーク溶接法（特願昭52―42052号公報参
照）を適用させれば、溶接速度を上げ、生産性を
大幅に向上させると同時に、設備費を低減し、か
つ溶接部の品質を向上させることができるという
知見に基づくものである。 すなわち本発明は、スパイル管を製造するに際
し、コイルを巻戻すことによつて供給された板を
板幅統一と同時に側面整形を行うのみで内外にＹ
開先のような開先加工を施すことなく直ちにスパ
イラル管成形装置に送り、前記板の板厚に応じて
板送り速度を第９図中斜線Ａ部に示す範囲に選
び、かつ電流・電圧の溶接施工条件を第１０図中
斜線β部に示す範囲に選ぶことによつて溶接アー
クを被溶接物の表面下方に深く潜入させ、Ｉ開先
高速サブマージアーク溶接法により先ず内面を次
いで直ちに外面をそれぞれ溶接することを特徴と
するスパイラル管の製造法を要旨とするものであ
る。 ここで上記のＩ開先高速サブマージアーク溶接
法について簡単に説明すると、電流・電圧の施工
条件を現在用いられているサブマージアーク溶接
法よりも高電流・低電圧である第１０図中斜線Ａ
部に示す範囲に選ぶことにより、第５図Ａに示す
ように溶接アーク１を被溶接物２の表面下方に深
く潜入させ、入熱分布を第５図Ｂに示すように現
用法αに比べ本法βでは板厚方向に均一化した状
態で溶接することを特徴とするもので、このため
厚板をＩ開先のままで高速溶接しても十分な溶込
み深さと充填金属量が得られ、融合不良、スラグ
巻込み等の内部欠陥、あるいはビード外観におい
てもハンピングビードやアンダーカツト等の欠陥
を発生することなく、高品質の溶接部が得られる
ものである。なお、第１０図において、αは現在
用いられているサブマージアーク溶接法の条件、
βは本発明に適用されるＩ開先高速サブマージア
ーク溶接法の条件である。また、第５図Ａにおい
て、３は溶接ワイヤ、４は溶融池、５は溶融用フ
ラツクス、６，７は溶接ビードを表わすものであ
る。 このＩ開先高速サブマージアーク溶接法を本発
明のスパイラル管内外面の溶接に適用すれば、上
記第５図Ａ中の６が内面溶接ビード、７が外面溶
接ビードとなる。 以下、本発明方法を図面を用いて更に詳細に説
明する。 第６図Ａ〜Ｄは本発明方法の一実施態様例を示
す説明図で、第６図Ａは概略側面図、第６図Ｂは
その平面図、第６図Ｃは第６図Ａ，Ｂ中符号１１
で示すスパイラル管形成装置の詳細図、第６図Ｄ
はＩ開先高速サブマージアーク溶接法によるスパ
イラル管溶接中の態様を示す斜視図である。第６
図Ａ〜Ｄ中の符号は第１図Ａ〜Ｃ中の同一符号と
同一物を表わすが、本発明方法では内外面開先加
工が不要であるため、第１図Ａ〜Ｃ中の端面加工
（内面開先加工）装置９，９′と外面開先加工装置
１５とが削除されている。 第６図Ａ〜Ｄにおいて、コイル状板材１は、ピ
ンチロール２によつて巻戻され、平面矯正装置３
にて巻きぐせが矯正され、しかる後、切断および
板継ぎ装置４にてその先端５が先に該設備に供給
されていた板材６の後端７と溶接される。次いで
主駆動装置１０にて直ちにスパイラル管成形装置
１１へ送られる。該スパイラル管成形装置１１に
おいて、上記板材は内外面成形ローラ１２により
その軸線が先行する板状の軸線と所定の角度αで
交わる円筒状すなわちピンチアングルαを持つス
パイラル管に成形され、その接合部１３が先ず内
面を内面溶接装置１４にて前記したＩ開先高速サ
ブマージアーク溶接法により溶接される。その
後、ターニングローラ（図示せず）で回転しなが
ら送られる該スパイラル管は外面を外面溶接装置
１６にて上記の内面溶接と同じ方法で溶接され、
製品スパイラル管１７となる。ここで、内外面溶
接位置については特に制限はないが、施工のし易
さから一般に第６図Ｄに示すように管内下部およ
び管外上部にて下向姿勢で行なわれる。また、内
面溶接後外面溶接迄の回転数についても特に制約
はないが、ただ前記の第１図Ａ〜Ｃに示す現行法
では厚板（一般に板厚12mm以上）の場合、外面溶
接の前に外面開先加工が行なわれるため、設備ス
ペースの点から外面溶接が内面溶接後1/2回転で
施工できない時は3/2回転で施工していたが、本
発明方法では外面開先加工が不要となるため、1/
２回転で十分施工できる。この回転数の減少は外
面溶接位置のズレを低減する上で好都合である。
すなわち、実際のスパイラル管の制造において
は、スパイラル管成形装置１１でのスパイラル管
成形時に該管の真円度や管径等に微少な誤差が生
ずる場合があり、これにより溶接線が理論計算上
の軌跡を若干はずれることがある。更にターニン
グ装置の機械的誤差等を考え合せると、外面溶接
はできるだけ内面溶接に近い位置で施工するのが
望ましいことになる。 なお、第７図Ａ，Ｂに第１図に示す現行法と第
６図に示す本発明方法における板材端面８の各工
程通過後の加工状態の変遷を両方法を比較して示
す。第７図Ａは現行法によるもの、第７図Ｂは本
発明方法によるもので、第７図Ａ，Ｂ中の符号は
第１図および第６図の同一符号に対応し、９は端
面加工装置９，９′での加工状態を、１３は成
形・接合状態を、１４は内面溶接装置１４での内
面溶接状態を、１５は外面開先加工装置１５での
外面ガウジング状態を、１６は外面溶接装置１６
での外面溶接状態を示し、第７図Ｂ中の矢印は不
要の意味である。 次に、本発明方法によりスパイラル管を製造し
た場合の試験結果の一例を第２表に示す。なお、
第２表中、製造速度Ｖとスパイラル管径Ｄとピツ
チアングルαとの関係式は前記と同様、 Ｖ＝vsinα Ｄ（Ｗ／π）sinα ∴Ｖ＝（Ｗ／πＤ）ｖ である。

【表】

【表】 また、板幅Ｗが1800mmのものを用いてスパイラ
ル管径Ｄが500〜2500mmのものを製造した時の各
板厚ｔと板送り速度ｖおよび製造速度Ｖとの関係
を、第１，２表の数値に基づいて現行法と本発明
法とを比較して第８図の図表に示す。第８図中、
曲線αは本発明方法の板送り速度ｖ、曲線βは現
行法の板送り速度ｖで、曲線γは本発明方法のス
パイラル管径Ｄが500mmの場合の製造速度Ｖ、曲
線δは現行法のスパイラル管径Ｄが500mmの場合
の製造速度Ｖ、曲線εは本発明法のスパイラル管
径Ｄが2500mmの場合の製造速度Ｖ、曲線ζは現行
法のスパイラル管径Ｄが2500の場合の製造速度Ｖ
であり、左下向斜線部領域（すなわち曲線γ〜曲
線εの領域）は本発明方法のスパイラル管径Ｄが
500〜2500mmの範囲のものを製造する場合の製造
速度Ｖの範囲を、右下向斜線部領域（すなわち曲
線δ〜曲線ζの領域）は現行法のスパイラル管径
Ｄが500〜2500mmの範囲のものを製造する場合の
製造速度Ｖの範囲を表わすものである。 第８図から明らかなように、本発明方法によれ
ば製造速度すなわち生産性が現行法に比して1.5
〜２倍に向上させることができる。 なお、第１，２表および第８図に示す結果は、
内外面溶接とも２電極にて行なつた例であるが、
３電極で行なうことにより溶接速度（板送り速
度）を更に向上させることができる。 更に、２，３電極法によりスパイラル管を製造
した場合の板厚と板送り速度との関係を、現行法
と本発明方法とを比較して第９図に示す。第９図
中、領域〔Ａ〕は本発明方法が採り得る範囲、領
域〔Ｂ〕は現行法が採り得る範囲を表わす。 以上説明したように、本発明方法によれば、内
面Ｙ開先加工、外面開先加工の各工程を省略する
ことができるので、生産性が向上すると同時に、
設備費が低減し、スパイラル管製造上極めて有利
である。

【図面の簡単な説明】

第１，６図なスパイラル管製造法の説明図で、
第１図は現行法によるもの、第６図は本発明方法
によるものであり、第２図は現行法による板厚ｔ
とスパイラル管製造速度Ｖとの関係を示す図表、
第３図Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ現行法によるアーク
発生状況、温度分布、溶込み態様を示す概念図、
第４図Ａ，Ｂはそれぞれ現行法によるハンピング
ビード、アンダーカツトビード発生状況を示す概
念図、第５図Ａ，ＢはそれぞれＩ開先高速サブマ
ージアーク溶接法の溶接態様、温度分布を示す概
念図、第７図Ａ，Ｂは本発明方法と現行法におけ
る板材端面の各工程通過後の加工状態の変遷を示
す概念図で、第７図Ａは現行法によるもの、第７
図Ｂは本発明方法によるものであり、第８図は板
厚による板送り速度およびスパイラル管製造速度
の関係を本発明方法と現行法とを比較して示す図
表、第９図は板厚による板送り速度が採り得る範
囲を本発明方法と現行法とを比較して示す図表、
第１０図は本発明方法で採用するＩ開先高速サブ
マージアーク溶接法の高電流・低電圧条件αを現
行法で採用しているサブマージアーク溶接法の電
流・電圧条件βと対比して示す図表である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ スパイラル管を製造するに際し、コイルを巻
   戻すことによつて供給された板を板幅統一と同時
   に側面整形を行うのみで内外面にＹ開先のような
   開先加工を施すことなく直ちにスパイラル管成形
   装置に迷り、前記板の板厚に応じた板送り速度を
   第９図中斜線Ａ部に示す範囲に選び、かつ電流・
   電圧の溶接施工条件を第１０図中斜線β部に示す
   範囲に選ぶことによつて溶接アークを被溶接物の
   表面下方に深く潜入させ、開先高速サブマージア
   ーク溶接法により先ず内面を次いで直ちに外面を
   それぞれ溶接することを特徴とするスパイラル管
   の製造法。