JPWO2006134667A1 - 溶接角度の制御装置と制御方法 - Google Patents

Abstract

この発明は、溶接管の製造において、新たなフィンロールの支持機構と調整機構を採用することにより、従来の浮動式制御装置を採用する際に生じた制約を解消し、当該浮動方式の利点を最大限に発揮できる溶接角度の制御装置と制御方法を提供することを目的とし、スクイズロール前で、対向する帯材の両縁の間にフィンロールを挿入して溶接角度を制御するに際し、前記フィンロールを製管ライン方向と垂直方向とがなす平面内で回動自在に連結される二つのアームからなるリンク機構上に取り付け、前記アームの各把持点の位置を変化させて、上記平面内におけるフィンロールの位置を調整可能にし、装置の機構が簡単になり、取り付けスペースが小さくなるうえ、装置の使用環境とメンテナンスの負担も大幅に改善される。

Description

この発明は、電縫溶接鋼管の製造における溶接工程で、帯鋼の両縁の溶接突き合わせ点から対向する帯鋼の両縁で形成される溶接角度を制御する装置に係り、特に良い溶接品質を得るための適切な溶接角度が容易に設定しこれを維持できる溶接角度の制御装置と制御方法に関する。

電縫溶接鋼管は、帯鋼を一連のロール群により開口の円断面に成形し、電気抵抗で対向する帯鋼の両縁を加熱し溶接する製造技術で製造されるが、最終製品品質が溶接部の品質に大きく左右されることは周知の事実である。

その溶接部の品質に係る多くの要素のなか、加熱された帯鋼の両縁がスクイズロールの押圧で融合する位置に向って収束していく所謂溶接角度が含まれている。一般に、この溶接角度が安定するほど、また大きいほど、融合位置での溶接挙動が安定し、各種溶接欠陥が発生し難い溶接環境を形成しやすいとされてきた。

この溶接角度を安定化させ、且つ必要な大きさを確実に得るために、最終フィンパスロールとスクイズロールの中間に設けられた、ある幅を持つフィンロールを対向する帯鋼の両縁の間に挿入するといった手段が使われてきた。
特開平06-277751 特公平05-016952 特公昭61-034908

フィンロールは、最終フィンパスロールとスクイズロールの中間に設けられるが、それはフィンロール軸と軸受チョックからなるロールユニットが通常のスタンドに組み込まれ、フィンロールの垂直方向の位置のみ調整可能である所謂固定式の溶接角度の制御装置と、ライン方向の位置も調整できる所謂浮動式制御装置がしばしば採用されている。

この浮動式制御装置は、フィンロールの支持機構と調整機構が固定式より複雑となり、またスペース的にも不利な場合が多い。この機構においては、ロールユニットが通常のスタンドに組み込まれ、かつスタンドに取り付けられた圧下装置で垂直方向に摺動可能にする。次に、スタンドとそれを支持するベースとの間に摺動機構を設け、スタンド全体をライン方向に移動させることによってフィンロールのライン方向における位置を調整可能にする。

浮動式制御装置は、スタンドをベースに直接固定しないため、頑丈で精度の高い摺動機構または摺動機構のがたつきを低減する別機構を設ける必要がある。そのためには、最終フィンパスロールとスクイズロール間に、それを取り付ける大きなスペースが必要となる。

また、同装置は、溶接工程に接近しており、スパッタが飛び散るような悪い環境に使用されるため、摺動機構の保護とメンテが困難である。また、溶接作業スペースを確保するためにも、スタンドをスクイズロールスタンドからある程度離さなければならない。また、スタンドと溶接機のCTなど及び他の周辺機器との干渉で、フィンロールがスクイズロールに接近できず、必要な溶接角度を達成できないことがある。

特に誘導溶接の場合は、フィンロールとスクイズロールとの間に誘導コイルがあり、フィンロールがコイルに接近しすぎると、そのスタンドを含めた多くの機械部品が強く誘導され、溶接効率を大きく損なう恐れがある。それを避けるために、フィンロールを目標の位置に持っていけないことが多い。

このように取り付けスペース・環境・溶接機器との干渉・誘導加熱などの問題で、結果として浮動式制御装置を採用することにより、最終フィンパスロールとスクイズロールとの距離が大幅に伸ばされ、帯鋼のキャンバなどの影響が顕著となり、反って溶接の安定性に悪影響を与える可能性がある。

要するに、固定式の制御装置が使用された場合は、フィンロールの位置調整に柔軟性が欠け、本来の機能が達成しないことが多い。浮動式の制御装置は原理上、固定式における多くの問題点を解決できるが、現状の機構では、ライン方向におけるフィンロールの位置調整が多くの要素に制約されており、やはり本来の目的を達成し難い。

この発明は、新たなフィンロールの支持機構と調整機構を採用することにより、従来の浮動式制御装置を採用する際に生じた制約を解消し、当該浮動方式の利点を最大限に発揮できる溶接角度の制御装置と制御方法を提供することを目的とする。

発明者らは、かかる溶接角度の制御装置について鋭意検討の結果、従来のフィンロールの支持機構と調整機構が原因となって、浮動式制御装置の利点が充分活かせないことを知見し、この発明に至った。

フィンロールを使用する「装置本来の使用目的」を達成するには、適切なフィンロール幅を採用することが極めて重要なポイントである。つまり、フィンロール幅が挿入した位置における自然状態での帯鋼縁間距離より小さければ、本来の目的が全く達成できないことになるが、逆に、フィンロール幅が自然状態での縁間距離を大きく超えた場合は、フィンパス成形で整えた材料の断面形状を崩したり、帯鋼の縁を傷めたりして、その後の溶接に悪影響を与える危険性がある。

自然状態での帯鋼縁間距離は、まず、最終フィンパスロールのフィン幅に制約される。一般に、製品径によって適切なフィンパスロールのフィン幅が大きく異なるため、自然状態での縁間距離もそれに従って大きく変わる。また、同じフィンパスロールのフィン幅であっても、弾性回復挙動の影響で、材料の肉厚・材質及び成形の度合によって、自然状態での縁間距離が異なる。

そのため、自然状態での縁間距離を事前に予測することは非常に困難であり、トライアンドエラーで各製品径・肉厚・材質に対応する最適なフィンロール幅をそれぞれ割り出す以外に確実な方法がない。しかし、実操業においては、このような煩瑣な方法でフィンロール幅を最適化することは現実的ではない。従って、この常用手段が実生産に充分活かされていないのが現状である。

上記問題点を解決するために、前述の浮動式制御装置は以下の利点がある。一般に、自然状態での縁間距離は、最終フィンパスロールを出た直後には、弾性回復挙動の影響で若干大きくなるが、その後スクイズロールに向って狭くなっていく。ライン方向におけるフィンロールの位置を調整できれば、上記のような縁間距離の変化を利用し、フィンロールをその幅に適した縁間距離を有する位置で帯鋼の両縁の間に挿入することができる。

また、実操業において、フィンロールの幅を正確に予測しなくても、ライン方向の位置調整で、目的を達成できるフィンロール位置を便利に見出すことができる。もちろん、この方法では、各製品種類に対応する多くの専用フィンロールではなく、数種類の異なるフィン幅を持つ兼用フィンロールを用意するだけで済む。

さらに、得られる溶接角度は、フィンロールの幅だけではなく、フィンロールの挿入位置、即ちスクイズロールとフィンロールとの距離にもよる。フィンロールの挿入位置が固定された場合は、径の小さな製品の場合は、自然状態での縁間距離が大径製品の場合より小さいため、狭いフィンロール幅を使用せざるを得なく、得られる溶接角度が大径製品の場合よりかなり小さいことが多い。

一方、フィンロールの挿入位置が調整可能であれば、幅の狭いフィンロールをスクイズロールの近い位置で使用することによって、小径製品の場合でも大きな溶接角度を得ることができる。ところが、フィンロールの支持機構と調整機構は、前述したように、構造自身に問題を抱えるだけではなく、その使用効果を阻害する操業上の問題点も多い。

発明者らは、従来の浮動式制御装置において、フィンロールのライン方向の調整自由度がそれを支持するスタンドの移動により実現されることが、多くの制約が生じる根本的な原因と考えた。そこで、本発明では、従来のようにライン方向の調整自由度を直接与えるのではなく、他方向の自由度からライン方向の自由度に変換できるリンク機構をフィンロールの支持機構と調整機構として採用することにした。

具体的には、垂直方向とライン方向が成す平面内で回動自由に連結される二つのアームからなるリンク機構上に、フィンロールを取り付け、例えば、二つのアームの把持点AとBの垂直方向の位置を調整することにより、上記平面内におけるフィンロールの位置を調整することができるようにするもので、AとBの調整自由度からフィンロールの垂直方向とライン方向における位置の調整自由度を得られる。

すなわちこの発明は、溶接管の製造に用いるスクイズロールの上流側で、対向する帯材の両縁の間に挿入位置を調整可能にフィンロールを挿入して溶接角度を制御する溶接角度の制御装置であり、前記フィンロールを2つのリンクアームの連結部又はその近傍に軸支し、2つのリンクアームの少なくとも一方端(把持点)を移動可能にしたリンク機構を有し、製管ライン方向とその垂直方向とがなす平面内でフィンロールの位置を調整可能にしたことを特徴とする溶接角度の制御装置である。

また、この発明は、上下1対の位置調整可能なスライダー部を有するスタンドと、各スライダー部に一方端部を軸支して他端同士を連結してリンク機構を形成する上下一対のアームと、上下一対のアームの前記連結部又はその近傍に軸支したフィンロールとを有する溶接角度の制御装置であり、さらに、リンク機構を支持するスタンドを、最終フィンパスロールの支持スタンドの下流側部に着設することが可能なことを特徴とする溶接角度の制御装置である。

また、この発明は、溶接管の製造において、スクイズロールの上流側で、対向する帯材の両縁の間にフィンロールを挿入して溶接角度を制御するに際し、前記フィンロールを製管ライン方向と垂直方向とがなす平面内で回動自在に連結される二つのアームからなるリンク機構上に取り付け、前記アームの各把持点の位置を変化させて、上記平面内におけるフィンロールの位置を調整することを特徴とする溶接角度の制御方法である。

この発明のリンク機構を使用することにより、フィンロールのライン方向における位置調整に、従来のごときロールの支持スタンドの移動操作などを伴わないため、(1)〜(3)の作用効果を奏することができる。

(1)スタンドの位置を固定することが可能で、ライン方向の摺動機構が必要としないため、装置の機構が簡単になり、取り付けスペースが小さくなるうえ、装置の使用環境とメンテナンスの負担も大幅に改善される。
(2)溶接機器との干渉・誘導による制約が大きく緩和され、フィンロールをよりスクイズロールに近づけることができる。
(3)最終フィンパスロールとスクイズロール間距離の拡大を最小限に抑えることが可能となり、制御装置の使用により溶接が不安定になるような悪影響を有効に抑止することができる。

この発明の溶接角度の制御装置と制御方法は、上記した利点の総合効果として、この発明により、前述した「装置本来の使用目的」を容易に達成できる。

以下に、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。尚、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。溶接角度とは、図1に示すごとく、加熱された帯鋼1の両縁2,2が図示しないスクイズロールの押圧で融合する位置、溶接ポイントPに向って収束していくところの帯鋼1の両縁2,2間の角度θをいう。

溶接角度の制御は、フィンロール4を最終フィンパスロール3a,3bとスクイズロール5bの中間に設け、図2Aに示すごとく、ある幅を持つフィンロール4a,4bを対向する帯鋼1の両縁の間に挿入する。

自然状態での縁間距離は、図3に示すごとく、最終フィンパスロール3aを出た直後には、弾性回復挙動の影響で若干大きくなるが、その後スクイズロール5a,5bに向って狭くなっていく。ここで、ライン方向におけるフィンロールの位置を調整できれば、上記のような縁間距離の変化を利用し、フィンロールをその幅に適した縁間距離を有する位置で帯鋼の両縁の間に挿入することができる。

従来は、図4に示すごとく、フィンロール軸と軸受チョック7からなるロールユニットが通常のスタンド6に組み込まれ、また、スタンド6に取り付けられた圧下装置8で垂直方向に摺動可能であり、スタンド6とそれを支持するベース9との間に摺動機構を設け、スタンド6全体をライン方向に移動可能にしてあるが、フィンロール4のライン方向の調整自由度は、それを支持するスタンド6の移動により実現されることが多くの制約を発生させている。

この発明は、ライン方向の調整自由度を直接与える構成は採用せず、他方向の自由度からライン方向の自由度に変換できるリンク機構を採用する。すなわち、図5の模式図に示すように、垂直方向(図の上下方向)とライン方向(図の左右方向)が成す平面内で回動自由に連結される二つのアーム11,12からなるリンク機構10上にフィンロール14を取り付ける。

換言すると、二つのリンクアーム11,12で構成されるトッグルジョイント機構で、二つのリンクアーム11,12の連結点側にフィンロール14を軸支し、2つのリンクアーム11,12の少なくとも一方端(把持点)を位置調整可能にすることで、上記平面内におけるフィンロール4の位置を調整することができる。ここでは、二つのアーム11,12の両方の把持点13Aと13Bの垂直方向の位置を調整することにより、上記平面内におけるフィンロール4の位置を調整している。

リンク機構10の構成は特に限定されず、図ではアーム11,12の連結点にフィンロール14を軸支しているが、連結点にアームを付けてさらにライン方向の下流側に軸支することも可能であり、連結点よりも上流側に設けることも可能である。また、連結点は、図示の把持点よりもライン方向の下流側に位置する場合の他、逆に把持点がライン方向の下流側で、連結点を上流側に位置するように構成することもできる。

図6には、溶接角度の制御装置の実施形態の一例を示す。リンク機構20は、各々一対のアーム(21a,21b)(22a,22b)で構成される上方アーム21と下方アーム22は、ヒンジ23で回動自由に連結される。フィンロール24のロール軸25両端の軸受チョック26,26は、ここでは、上方アーム21の各アーム(21a,21b)に取り付けられている。

上方アーム21と下方アーム22は、一対のスタンド30,31のU溝内に摺動自在に支持されたスライドチョック27,28の水平軸にヒンジで回動自由に連結して、リンク機構20の一対のアーム(21a,21b)(22a,22b)の支持点(把持点)を形成している。これらのスライドチョック27,28はスタンド30,31の中で垂直方向に摺動可能であるが、スクリュージャッキ32にてその位置を保持、調整することが可能である。

スタンド30,31は、公知の自立型として構成して最終フィンパスロールの下流側に配置することができる。また、スタンド30,31を最終フィンパスロールスタンドに取り付けることも可能であり、この場合、装置の安定性が確保された上に取り付けスペースも最小限にできる。また、スクイズロールスタンドの上流側に取り付けることも可能である。

この発明の溶接角度の制御装置は、スクイズロールの上流側の種々機器の配置などを考慮して前述のリンク機構の構成の選定し、上述したリンク機構20の所要の機能を備えることができれば、スタンドの構成については公知のいずれの構成も採用し得る。

上述した図6に示す溶接角度の制御装置を、図7A、図7Bに示すように、図の左から右方向がライン方向で、スタンド30,31は最終フィンパスロールスタンド40の下流側側面に固着することで、当該制御装置50の安定性が確保されたうえに取り付けスペースも最小限にされている。また、スライドチョックとスタンドとの摺動面は、溶接工程から遠く離れているため、よい使用環境が得られる。

図7Aに示すように、両スライドチョック27,28、すなわち両アーム21,22の把持点を対向移動させると、フィンロール24が下流側のスクイズロール5bに近づき、逆に両スライドチョック27,28を互いに離れる方向に移動させると、フィンロール24が上流のフィンパスロール3a,3b側に移動する。

図7Aから明らかなように、フィンロール24がスクイズロール5bに最も接近した位置においても、その上方にCT51、誘導コイル52などの溶接機器と干渉するものがなく、誘導コイルから強く誘導加熱される可能性のある機械部品も限定されている。同じ理由で、溶接作業に必要なスペースも容易に確保できる。

前述した図4の従来の装置ではフィンロール4のロールユニットがスタンド6に組み込まれているため、フィンロール4を交換する際に、スタンド6上部の開閉や加圧装置とロールユニットとの脱着などの作業が必要であるが、実施例では、ロールユニットの交換はスタンド30,31の外で行なわれ、加圧装置を触る必要がないため、交換作業が大幅に簡略化された。

この発明によると、一般的な電縫溶接鋼管の造管ラインのみならず、レーザー溶接などの溶接方法にかかわらず、溶接角度の調整が必要な種々の溶接管の製造に際して、良い溶接品質を得るための適切な溶接角度が容易に設定しこれを維持できる。

溶接角度を示す帯材及び管の斜視説明図である。 図2Aは最終フィンパスロール、フィンロール、スクイズロールの位置関係を示す説明であり、図2Bはフィンロールによる溶接角度の設定を示すライン方向から見た帯鋼の説明図である。 最終フィンパスロールとスクイズロールの間における帯鋼の縁間距離の変化を示す説明である。 従来の浮動式溶接角度の制御装置の構成例を示す斜視説明図である。 この発明によるフィンロール位置調整機構を示すアームの説明図である。 この発明の一実施例を示す斜視説明図である。 図7A、図7Bはこの発明の一実施例を示す最終フィンパスロール、フィンロール、スクイズロールの説明図である。

符号の説明

P 溶接ポイント
1 帯鋼
2 (帯鋼の)縁
3a,3b フィンパスロール
4,4a,4b,14,24 フィンロール
5a,5b スクイズロール
6,30,31 スタンド
7,26 軸受チョック
8 圧下装置
9 ベース
10,20 リンク機構
11,12,21,22,21a,21b,22a,22b アーム
13A,13B 把持点
21 上方アーム
22 下方アーム
23 ヒンジ
25 ロール軸
27,28 スライドチョック
32 スクリュージャッキ
40 フィンパスロールスタンド
50 制御装置
51 CT
52 誘導コイル

Claims (4)

1. 溶接管の製造に用いるスクイズロールの上流側で、対向する帯材の両縁の間に挿入位置を調整可能にフィンロールを挿入して溶接角度を制御する溶接角度の制御装置であり、前記フィンロールを2つのリンクアームの連結部又はその近傍に軸支し、2つのリンクアームの少なくとも一方端(把持点)を移動可能にしたリンク機構を有し、製管ライン方向とその垂直方向とがなす平面内でフィンロールの位置を調整可能にした溶接角度の制御装置。
2. 溶接管の製造に用いる最終フィンパスロールとスクイズロールの間で、対向する帯材の両縁の間に挿入位置を調整可能にフィンロールを挿入して溶接角度を制御する溶接角度の制御装置であり、上下一対の位置調整可能なスライダー部を有するスタンドと、各スライダー部に一方端部を軸支して他端同士を連結してリンク機構を形成する上下一対のアームと、前記アームの前記連結部又はその近傍に軸支したフィンロールとを有する溶接角度の制御装置。
3. リンク機構を支持するスタンドを、最終フィンパスロールの支持スタンドの下流側部に着設する請求項2に記載の溶接角度の制御装置。
4. 溶接管の製造において、スクイズロールの上流側で、対向する帯材の両縁の間にフィンロールを挿入して溶接角度を制御するに際し、前記フィンロールを製管ライン方向と垂直方向とがなす平面内で回動自在に連結される二つのアームからなるリンク機構上に取り付け、前記アームの各把持点の位置を変化させて、上記平面内におけるフィンロールの位置を調整する溶接角度の制御方法。

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