KR101833109B1 - 전봉관 용접 장치 - Google Patents

Abstract

주행 방향으로 연장되는 개구부(2)를 갖는 오픈관(1)의 상기 개구부(2)를 향하는 양단부(2a, 2b)끼리를, 유도 가열 수단에 의해 발생시킨 유도 전류에 의해 용융시키고, 접합부에 있어서 접합하는, 전봉관을 제조하기 위한 장치이며, 유도 가열 수단은 제1 유도 코일(3)을 갖고, 제1 유전 코일(3)은 개구부(2)를 걸쳐서 1차 전류 회로가 형성되도록, 오픈관(1)의 외주를 주회하지 않고, 개구부(2)의 상방에 배치된다.

Description

전봉관 용접 장치 {WELDING DEVICE FOR ELECTRIC RESISTANCE WELDED PIPE}

본 발명은 금속 대판을 주행시키면서 원통 형상으로 구부려 유도 가열하고, 금속 대판에 유기한 전류에 의해 금속 대판의 양단부 사이를 용접하는 전봉관의 제조 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 금속의 관을 제조하는 방법으로서는, 금속 대판을 구부리면서 용접에 의해 관 형상으로 하는 전봉관이나 스파이럴관 등 외에, 금속 빌렛에 직접 구멍을 뚫어서 제조하는 이음매 없는 관이나, 압출에 의한 관의 제조 방법이 있다.

전봉관은, 특히 생산성이 높고, 게다가 저렴하게 제조할 수 있으므로 대량으로 생산되고 있다. 이러한 전봉관은, 금속 대판을 주행시키면서 원통형이 되도록 성형하여 오픈관을 형성하고, 계속해서 오픈관의, 개구부를 사이에 두고 대향하는 단부(이하, 간단히「오픈관의 단부」라고도 함)에 고주파 전류를 흐르게 하여 용융 온도까지 높인 상태에서, 롤에 의해 오픈관의 양단부의 단부면끼리를 압접 용접하여 관 형상으로 한다. 이때, 오픈관의 단부에 전류를 공급하는 방법으로서, 하나는, 예를 들어 오픈관의 외주를 둘러싸도록 유도 코일(솔레노이드 코일)을 감고, 이 유도 코일에 1차 전류를 흐르게 함으로써, 오픈관에 유도 전류를 직접 발생시키는 방법(예를 들어, 특허문헌 1 및 비특허문헌 1을 참조)이 있고, 다른 하나는 금속제의 전극을 오픈관의 단부에 눌러대어, 전원으로부터 전류를 직접 통전하는 방법이 있다. 이때, 유도 코일 또는 전극에 통하는 전류는, 일반적으로 100 내지 400kHz 정도의 고주파 전류가 사용됨과 함께, 관의 내면측에 임피더라고 불리는 강자성체를 배치하는 경우가 많다. 임피더는, 오픈관의 내주를 돌려고 하는 용접에 기여하지 않는 유도 전류를 저지하기 위하여 사용된다.

또한, 오픈관에 유도 전류를 발생시키는 방법에는, 하기 특허문헌 2에 기재된 바와 같이, 철심을 구비한 유도 가열 코일을, 오픈관의 단부 상방에 배치하고, 상기 유도 가열 코일에 전류를 흐르게 함으로써 철심 내에 발생한 교번 자계의 작용으로 상기 단부를 가열하는 소위 TF 방식(횡단 가열 방식)도 있다. 그러나, TF 방식에 있어서, 공급하는 전류의 주파수를 올려서 용융 온도까지 상승시키려고 하면, 피용접재의 외표면만이 용융하여 용해 불량이 되므로, TF 방식은 전봉관의 제조에서는, 특허문헌 2와 같이 1 내지 3kHz 정도의 저주파 전류에 의한 예비적인 가열 수단으로서 사용되는 것에 지나지 않는다.

일본 특허 공개 소53-44449호 공보 일본 특허 공개 평10-323769호 공보

「고주파의 기초와 응용」(도쿄 전기 대학 출판국, P79, 80)

도 1 내지 도 3은 전봉관의 용접 공정에 대하여 설명하는 모식도이다. 도 1은, 유도 코일을 오픈관의 외주에 감고, 이 유도 코일에 흘린 1차 전류에 의해, 오픈관에 발생하는 유도 전류로 전봉관이 제조되는 공정을 설명하는 개략 평면도이며, 도 2는 도 1의 개략 측면도이다. 또한, 도 3은, 도 1, 도 2에 나타내는 공정의 개략 측단면도이다. 여기서, 오픈관의 단부를 흐르는 전류의 대부분은 서로 대향한 단부면을 흐르지만, 설명을 간단하게 하기 위해서, 도 1에 있어서는, 편의상 오픈관 단부의 상면측(외면측)을 전류가 흐르고 있는 것처럼 그려서 나타내고 있다. 이하, 다른 도면의 설명에 있어서도, 오픈관의 양단부를 흐르는 전류는, 이 양단부의 상면측을 전류가 흐르도록 나타내는 것으로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 피용접재인 금속 대판(1)은 평판 상태로부터 주행중에 도시를 생략한 롤로 굽힘 가공되어서 양단부(2a, 2b)가 대향하는 통 형상의 오픈관(1)의 형태로 성형되고, 계속해서 스퀴즈 롤(7)로 양단부(2a, 2b)가 가압되어 접합부(용접부)(6)에서 접촉한다. 이 스퀴즈 롤(7)의 상류에는, 대향하는 양단부(2a, 2b)를 용융시켜서 접합하기 위해, 도 1에 도시한 바와 같은 유도 코일(솔레노이드 코일)(300)이 설치되고, 이 유도 코일(300)에 고주파 전류를 흐르게 함으로써, 유도 코일 직하의 원통 형상의 오픈관(1)에 유도 전류가 발생한다. 이 유도 전류는, 오픈관(1)을 주회하는 유도 코일(300)을 따라 오픈관(1)의 외주를 주회하지만, 도중에 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)가 개구부에 의해 개방되어 있으므로, 이 부분에서는 유도 전류가 유도 코일 직하를 흐를 수 없어, 크게 2개의 방향으로 흐르려고 한다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 1번째 방향으로 흐르는 전류는, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)를 따라 접합부(6)를 지나는 전류(40a, 40b)이며, 또한 2번째 방향으로 흐르는 전류는, 오픈관(1)의 개구부로부터 주위면을 도는 전류이다. 도 1 중, 부호 40c, 40d는 오픈관(1)의 외주를 도는 전류를 나타내고 있다.

또한, 도 1 중에서는, 오픈관(1)의 내주를 돌려고 하는 전류에 대해서는, 그 도시를 생략하고 있다. 이것은, 임피더(8)라고 불리는 페라이트 등으로 이루어지는 강자성체의 코어 등을, 오픈관(1)의 내부에 배치하여, 오픈관(1) 내면의 임피던스를 높임으로써, 내주를 전류가 흐르는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 또는, 접합부(6)로의 왕복 길이에 비해 제조하는 전봉관의 직경이 크고, 오픈관(1)의 내주가 충분히 긴 경우에는, 임피더(8)를 배치하지 않아도 내주의 임피던스가 충분히 커져, 내주를 도는 전류가 억제되는 경우도 있기 때문이다.

통상, 유도 코일(300)에 투입된 전력은, 유도 코일이 오픈관(1)의 외주를 도는 부분과 접합부(6)까지의 왕복 부분에서, 대부분이 소비되게 된다. 이로 인해, 제조하려고 하는 전봉관의 직경이 커질수록, 유도 코일(300)로부터 접합부(6)까지의 왕복 거리에 비해, 오픈관(1)의 외주 길이가 길어지고, 오픈관(1)의 단부를 가열하는 전력에 비해 오픈관(1)의 외주부를 가열하는 전력의 비율이 커, 가열 효율이 저하된다. 이로 인해, 종래, 직경이 큰 전봉관을 제조할 경우에는, 오픈관의 외주를 전류가 도는 것을 억제할 수 있는, 전극에 의한 접촉 통전을 행하는 경우도 있다. 이 접촉 통전은, 용접 효율이 높다는 이점이 있지만, 전극이 오픈관과 접촉하는 부분의 흠집이나, 전극과 오픈관의 접촉 불량 등에 의한 스파크의 발생에 수반하는 흠집이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 이러한 흠집의 발생을 없애기 위해서는, 비접촉의 유도 코일을 사용한 방법을 채용할 필요가 있지만, 상술한 바와 같이, 이 방법을 직경이 큰 전봉관의 제조에 적용한 경우에는, 오픈관의 단부를 가열하는 전류에 비해 오픈관의 외주부를 돌아서 가열하는 전류의 비율이 커진다. 그로 인해, 용접 효율이 낮아지므로 전원 용량을 크게 할 필요가 있고, 설비비의 증대나, 임피더가 강자장에 의한 대전력에 견딜 수 없어 소손(燒損)하는 등의 문제가 발생한다. 이들의 사정에 의해, 종래는 임피더가 소손되지 않도록 전력량을 억제하면서 생산을 행해야만 해, 생산성의 저하를 초래하는 외에, 임피더를 사용하지 않을 경우에는 저가열 효율로 생산하는 것을 어쩔 수 없이 하게 되어 있었다.

또한, 본 발명자들은, 전봉 용접 시의 가열 효율을 올리기 위해, 오픈관에 발생한 유도 전류의 분포에 대하여 예의 검토하였다. 종래는, 비특허문헌 1에도 개시되어 있는 바와 같이, 유도 코일 직하로부터 접합부를 향하는 방향으로만, 전류가 흐르는 것이라 설명되어 있었다. 그러나, 본 발명자들이 전봉관의 전자장 해석에 의해 전류 분포를 조사한 결과, 실제로는 도 4에 도시한 바와 같이, 유도 코일(300)의 직하로부터의 전류는, 접합부(6) 방향의 전류뿐만 아니라, 상당량의 전류(5a, 5b)가 분류되어 유도 코일(300)의 상류로 흐르고 있는 것을 알 수 있었다. 즉, 유도 코일(300)에 의해 공급한 전력이 유효하게 접합부(6)에 흐르지 않고, 무효 전력(전력 손실)의 원인이 되고 있는 것이 판명되었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 특히 직경이 비교적 큰 전봉관을 유도 코일 방식으로 제조할 때의 가열 효율을 향상시킬 수 있어, 간단한 장치로 효율적으로 전봉 용접을 행할 수 있는 전봉관 용접 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 행한 결과, 유도 코일의 형상이나 배치 위치, 나아가 강자성체 등의 형상이나 배치 위치 등을 적정화함으로써, 직경이 큰 전봉관을 제조하는 경우라도 높은 가열 효율이 얻어지는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 전봉관 용접 장치는, 주행 방향으로 연장되는 개구부를 갖는 오픈관의, 상기 개구부를 향하는 양단부를, 유도 가열 수단에 의해 발생시킨 유도 전류에 의해 용융시킴과 함께, 상기 개구부의 간격을 점차 좁히면서 상기 양단부끼리를 접합부에 있어서 접촉시켜서 용접하는, 전봉관을 제조하기 위한 전봉관 용접 장치이며, 상기 유도 가열 수단이, 적어도 1개의 유도 코일을 갖고, 상기 적어도 1개의 유도 코일 중, 상기 접합부의 가장 가까이에 위치하는 제1 유도 코일이, 상기 개구부를 걸쳐서 1차 전류 회로가 형성되도록, 상기 오픈관의 외주를 주회하지 않고, 상기 개구부의 상방에 배치되는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 제1 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 1차 전류 회로를 형성했을 때에, 상기 오픈관의, 상기 제1 유도 코일의 하방이고 또한 상기 개구부의 양 외측의 부분에, 상기 오픈관의, 적어도 상기 단부를 지나는 유도 전류를 갖는 2차 전류의 폐회로가, 상기 양단부의 근방에 각각 1개 이상 형성되도록, 상기 1차 전류 회로가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 고주파 전류의 주파수는, 100kHz 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 오픈관의 주행 방향에 있어서 상기 제1 유도 코일보다도 상류측이고, 또한 대향하는 양단부 사이에 배치된 제1 강자성체를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 제1 강자성체의 단면 형상이, 상기 오픈관의 주행 방향과 수직인 단면에 있어서, T자 형상, 역T자 형상, I자 형상, 또는 횡방향 H자 형상인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 오픈관의 양단부 사이이고 또한 상기 제1 유도 코일의 내측에 배치된 제2 강자성체를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 제1 유도 코일의 상방에, 상기 제1 유도 코일을 적어도 부분적으로 덮는 제3 강자성체를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 제3 강자성체는, 상기 오픈관의 개구부에 대응하는 위치에서, 상기 제1 유도 코일의 폭 방향의 대략 절반부를 덮는 제1 절반부와, 상기 제1 유도 코일의 나머지 대략 절반부를 덮는 제2 절반부로 분할된 구성을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 제1 유도 코일의 상기 1차 전류 회로에 의해 형성된, 상기 2차 전류의 폐회로에 있어서의 상기 오픈관의 각 단부를 지나는 유도 전류의 상류측에, 당해 유도 전류와는 반대 방향의 유도 전류가 상기 오픈관의 각 단부에 발생하도록, 상기 오픈관의, 주행 방향에 있어서의 상류측의 상기 개구부 내에, 상기 단부로부터 이격시켜 대향하도록 설치된 한 쌍의 도체부를 갖는 도체가 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 도체는, 상기 제1 유도 코일과 전기적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 도체에 있어서의 상기한 쌍의 도체부 사이에 배치되고, 상기 한 쌍의 도체부를 따라 연장되는 제4 강자성체를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 제4 강자성체는, 상기한 쌍의 도체부로부터 전기적으로 절연되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 오픈관의 내측에서 상기 주행 방향으로 연장되는 내측부와, 상기 오픈관의 외측에서 상기 주행 방향으로 연장되는 외측부와, 상기 제1 유도 코일로 구획된 공간 내에서, 상기 내측부 및 상기 외측부 사이로 연장되는 중간부를 갖고, 상기 내측부 및 상기 외측부의, 상기 중간부보다도 하류측 부분과 상기 중간부로 구획된 개방 공간측을 상기 주행 방향의 하류측을 향해 배치되고, 상기 내측부, 중간부 및 외측부를 통과하는 자속의 폐회로를 형성하는 제5 강자성체를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 제5 강자성체의 외측부 및 내측부 중 적어도 한쪽의 하류측 단부는, 분기된 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.

덧붙여서, 본 발명의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 상기 제1 유도 코일은, 상기 개구부로부터 측방을 향함에 따라서 상기 오픈관과의 간극이 넓어지도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 전봉관 용접 장치에 의하면, 오픈관의 양단부 근방에 있어서의 개구부의 양 외측에, 오픈관의 표면을 흐르는 유도 전류로 이루어지는 적어도 2개 이상의 폐회로가 형성되도록, 개구부로부터 관외 방향으로 이격된 위치에, 오픈관의 외주를 주회하지 않고, 즉 이 외주를 1주하지 않고, 개구부를 걸치도록 폐회로가 형성된 유도 코일이 배치된 구성을 채용하고 있다. 이에 의해, 종래의 워크 코일 방식에 비해, 주행하는 금속 대판을 구부리면서 통 형상으로 하여 전봉관 용접할 때의 가열 효율을, 제조하는 전봉관의 직경이 큰 경우에도, 간단한 장치로 효과적으로 향상시킬 수 있으므로, 대용량의 전원을 준비할 필요가 없다. 또한, 셋업도 용이하고, 제조하는 전봉관의 치수나 형상에 맞추어 유도 코일의 형상을 바꿀 필요가 적으므로, 보유하는 워크 코일(유도 코일)의 개수를 저감시킬 수 있으므로, 설비 비용을 더 억제하는 것이 가능해짐과 함께, 기존 설비의 전원을 사용한 경우라도 저렴한 비용으로 도입할 수 있다.

그리고, 상술한 바와 같은 가열 효율의 향상에 수반하여, 전력 사용량을 저감함으로써 에너지 절약이 실현 가능하게 되거나, 또는 동일한 전력을 투입한 경우에는 라인 속도를 높일 수 있어, 생산성을 향상할 수 있다. 또한, 종래, 전원 용량의 제한이나 대전력 투입 시의 임피더 소손의 제한으로 제조가 곤란했던 사이즈의 전봉관을 제조하는 것도 가능해지므로, 그 산업상의 효과는 헤아릴 수 없다.

도 1은 유도 코일을 사용한 전봉관 용접 장치의, 종래의 사고에 의거하는 전류 분포를 도시하는 개략 평면도이다.
도 2는 도 1에서 설명한 유도 코일을 사용한 전봉관 용접 장치를 설명하는 개략 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 전봉관 용접 장치의 개략 측단면도이다.
도 4는 전자장 해석에 의거하는 전류 분포를 나타내는 평면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 용접 장치를 설명하는 개략 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 사용한 경우의 전류 분포를 설명하는 평면 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 용접 장치를 설명하는 개략도이며, 도 5 중에 나타내는 A-A 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, (a)는 제1 유도 코일의 상류의 양단부 사이에 제1 강자성체를 배치한 예를 도시하는 평면도, (b)는 (a)의 B-B 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 양단부 사이에 곡선 형상의 대략 횡방향 H자 형상의 제1 강자성체를 배치한 예를 도시하는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 양단부 사이에 T자 형상의 제1 강자성체를 배치한 예를 도시하는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 양단부 사이에 I자 형상의 제1 강자성체를 배치한 예를 도시하는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 양단부 사이에 역T자 형상의 제1 강자성체를 배치한 예를 도시하는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 변형예를 도시하는 개략 평면도이다.
도 14는 도 13에 나타내는 전봉관 제조 장치를 나타내는, 도 13의 C-C선을 따르는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 제3 강자성체를 유도 코일의 상방에 배치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 16은 도 15에 도시하는 전봉관 제조 장치를 나타내는, 도 15 중의 D-D선을 따르는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 타원 형상의 유도 코일을 배치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 18은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 직사각 형상 유도 코일의 주행 방향의 도체 폭을 넓힌 예를 도시하는 평면도이다.
도 19는 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 제1 유도 코일의 접합부에 가까운 부분의 폭을 좁게 하고, 또한 위치를 접합부에 근접시킨 예를 도시하는 평면도이다.
도 20은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 높이 방향에 있어서 3턴으로 한 제1 유도 코일을 사용한 예를 나타내는 측면도이다.
도 21은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 대략 동일 평면 내에서 3턴으로 한 제1 유도 코일을 사용한 예를 도시하는 평면도이다.
도 22는 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 제1 유도 코일의 상류측에, 마찬가지의 구성을 갖는 제2 유도 코일을 배치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 23은 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 제1 유도 코일의 상류측에, 마찬가지의 구성을 갖는 제2 및 제3 유도 코일을 배치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 24는 본 발명의 일실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 다른 변형예를 설명하는 개략도이며, 제1 유도 코일로서, 주행 방향으로 직교하는 단면에서 볼 때, 평탄하게 연장되는 유도 코일을 사용한 예를 도시하는 단면도이다.
도 25는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 오픈관의 상방에 설치한 제1 유도 코일의 상류측에, 제1 유도 코일과 접속된 도체를 오픈관의 개구부 내에 설치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 26은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 모식도이며, 도 25에 나타내는 제1 유도 코일 및 도체에 1차 전류를 통하게 했을 때의, 오픈관에 유기되는 2차 유도 전류에 있어서의 주 전류의 흐름을 도시하는 평면도이다.
도 27은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 25에 나타내는 도체를 이루는 도체부 사이에 제4 강자성체를 설치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 28은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도체를 오픈관의 개구부 내에 설치한 경우의 양단부와의 위치 관계를 나타내는 측단면도이다.
도 29는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 모식도이며, 도 28에 있어서의 도체에 1차 전류를 통하게 했을 때의, 전류의 흐름을 나타내는 측단면도이다.
도 30은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 제1 유도 코일 상류측에 있어서의 오픈관의 양단부 사이에, 또한 제1 유도 코일과 전기적으로 절연된 도체를 설치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 31은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 30에 나타내는 도체를 이루는 도체부 사이에 제4 강자성체를 설치한 예의 평면도이다.
도 32는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 31에 나타내는 도체를, 오픈관의 양단부에 평행한 2개의 도체부로 구성한 예의 평면도이다.
도 33은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 32에 있어서의, 도체를 이루는 도체부 사이에 제4 강자성체를 설치하는 경우의 지지 구조의 예를 도시하는 종단면도이다.
도 34는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 제1 유도 코일 및 오픈관의 개구부에 삽입하도록 제5 강자성체를 설치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 35는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 34에 나타내는, 제1 유도 코일 및 오픈관의 개구부에 삽입하도록 제5 강자성체를 설치한 예의 측단면도이다.
도 36은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치의 변형예를 도시하는 개략도이며, 제5 강자성체의 내측부로서, 오픈관 내에 배치된 임피더를 사용한 예를 나타내는 측단면도이다.
도 37은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 34 및 도 35에 있어서의 제5 강자성체의 지지 구조의 예를 도시하는 단면도이다.
도 38은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 제1 유도 코일 및 오픈관의 개구부에 삽입하도록, 외측부 및 내측부의 하류측 단부가 각각 분기된 형상을 갖는 제5 강자성체를 설치한 예를 도시하는 평면도이다.
도 39는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 제5 강자성체의 외측부의 하류측 단부에, 내측부로 돌출된 돌출부를 설치한 예를 나타내는 측단면도이다.
도 40은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 34에 나타내는 제1 유도 코일의 상류측에, 또한 제1 유도 코일과 전기적으로 절연된 도체를 오픈관의 개구부 내에 설치한 예의 평면도이다.
도 41은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 40에 나타내는 도체를 이루는 도체부 사이에 제4 강자성체를 설치한 예의 평면도이다.
도 42는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 25에 나타내는 제1 유도 코일 및 오픈관의 개구부 내에 삽입하도록 제5 강자성체를 설치한 예의 평면도이다.
도 43은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 전봉관 제조 장치를 설명하는 개략도이며, 도 42에 나타내는 도체의 도체부 사이에, 다시 제4 강자성체를 설치한 예의 평면도이다.
도 44는 본 발명의 효과 확인 실험에 사용한, 개구부를 모의적으로 형성한 오픈관의 개략 평면도이다.

이하, 본 발명의 전봉관 용접 장치의 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 43을 적절히 참조하면서 설명한다. 또한, 본 실시 형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해 상세하게 설명하는 것이므로, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

일반적으로, 전봉관은 조관(造管)하는 직경에 맞춘 폭으로 슬릿된 주행하는 금속 대판을, 롤로 구부리면서 그 폭 방향 양단부를 대향시켜, 통 형상의 오픈관으로 성형한다. 그 후, 유도 코일을 사용한 유도 전류에 의해 오픈관에 유도 전류를 흐르게 하고, 오픈관의 단부(개구부를 향하는 단부)를 가열 용융시킨다. 그 후, 공정의 하류에 있어서, 오픈관이 대향하는 양단부를 스퀴즈 롤로 가압하고 밀착시켜서 접합(용접)함으로써 전봉관이 얻어진다. 여기서, 본 발명에서 설명하는「하류」라 함은, 금속 대판 또는 오픈관의 주행 방향에 있어서의 하류를 말하며, 이하,「상류」,「하류」라고 하는 경우에는, 금속 대판 또는 오픈관의 주행 방향에 있어서의「상류」,「하류」를 가리키는 것으로 한다.

[제1 실시 형태]

도 5는, 본 발명의 제1 실시 형태인 전봉관 용접 장치(50)를 도시하는 개략 평면도이며, 도 6은, 도 5에 도시하는 전봉관 용접 장치(50)를 사용하여 전봉관 용접을 행했을 때에 발생하는, 유도 전류의 분포를 모식적으로 도시한 평면도이다.

도 5에 도시하는 전봉관 용접 장치(50)는 주행 방향(R)으로 주행하는 금속 대판(1)이, 롤에 의해, 금속 대판(1)의 폭 방향에 있어서의 양단부(단부)(2a, 2b)가 간격을 두고 대향하도록 원통 형상으로 구부러져서 오픈관(1)으로 성형된 후, 상기 오픈관(1)의 개구부(2) 근방에 고주파 전류를 통하게 하고, 개구부(2)의 간격을 점차 좁히면서 가열하여 양단부(2a, 2b)를 용융시키고, 상기 양단부(2a, 2b)끼리를 접촉시켜서 용접하는 장치이다. 보다 구체적으로는, 본 실시 형태의 전봉관 용접 장치(50)는 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b) 근방에 있어서의 개구부(2)의 양 외측에, 오픈관(1)의 표층을 흐르는, 도 6에 도시한 바와 같은 유도 전류(4a, 4b)로 이루어지는 적어도 2개 이상의 폐회로가 형성되도록, 개구부(2)로부터 관외 방향(상방)으로 이격된 위치에, 원통 형상의 오픈관(1)의 외주를 1주(주회)시키지 않고, 개구부(2)를 걸치도록 적어도 1턴 이상의 폐회로가 형성된 유도 코일(제1 유도 코일)(3)이 배치되어, 개략 구성되어 있다. 여기서「1턴」이라 함은, 평면에서 볼 때 제1 유도 코일(3)의 둘레 방향 일단부와 타단부가 일치 또는 오버랩됨으로써, 완전히 1주하고 있는 코일뿐만 아니라, 도 5 등에 도시한 바와 같이, 타단부가 일단부의 앞에서 종단하여, 완전히는 1주하지 않는 것도 포함하는 의미이다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 상술한 전봉관 용접 장치(50)를 사용함으로써, 제1 유전 코일(3) 내에, 오픈관(1)의 개구부(2)를 걸쳐 적어도 1턴 이상의 1차 전류 회로가 형성되도록 구성되어 있다.

본 발명에 있어서 이하에 설명하는 제1 유도 코일(3)은 구리 등의 양도체의 파이프나 선재, 판 등으로 이루어지고, 그 재질 등은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 제1 유도 코일(3)은 형상은 직사각형이라도 원형이라도 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 5에 예시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 제1 유도 코일(3)을 원통 형상의 오픈관(1)의 접합부(6)의 상류에 있어서, 오픈관(1)과 근접하여, 오픈관(1)의 개구부(2) 위를 적어도 2군데에서 가로지르도록 배치하고 있다.

도 7은, 도 5 중의 A-A 선을 따르는 개략 단면도이다.

여기서, 종래의 유도 가열 방식에서는, 도 1 내지 도 4에 예시한 바와 같이, 원통 형상의 오픈관(1)의 외측을 주회하여 주위 방향으로 1턴 이상의 코일을 형성하고 있다. 이에 반해, 본 발명에 있어서는, 오픈관(1)의 외주에 있어서의 주회수를 1주 미만으로 하여 오픈관(1)의 주위 전체를 주회시키지 않고, 대략 평면 형상으로 적어도 1턴 이상의 폐회로를 형성한 제1 유도 코일(3)이, 오픈관(1)과 접촉하지 않도록 간극을 마련하여 이격한 위치에서, 오픈관(1)의 개구부(2)를 걸치도록 배치한다. 도 7에 나타내는 예에서는, 제1 유도 코일(3)이 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)의 상측을 가로지르고, 상방에 설치되는 도시를 생략한 전원을 향하는 구성을 나타내고 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 제1 유도 코일(3)에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 1차 전류 회로를 형성함으로써, 이 1차 전류 회로의 하방 개구부(2)의 양 외측에 있어서의 오픈관(1)에, 적어도 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b)를 지나는 유도 전류를 갖는 2차 전류의 폐회로가, 양단부(2a, 2b)의 근방에 각각 1개 이상 형성되도록, 상기 1차 전류 회로가 형성된다. 또한, 본 발명에 있어서, 고주파라 함은 10kHz 이상을 가리키고, 바람직하게는 100kHz 이상이다.

도 7에 나타내는 예에 있어서는, 제1 유도 코일(3)을 흐르는 전류는, 이 제1 유도 코일(3)을 따라, 먼저 평면에서 볼 때, 도시를 생략한 전원에 접속된 도 7 중의 우측 상방으로부터 하방을 향하여 흐르고, 이어서 오픈관(1)의 한쪽 단부(2b)의 상방을 우측 방향으로 가로지른 후에, 도 7 중의 깊이 방향에서 전방측으로부터 안쪽(도 5 중에 나타내는 화살표 방향도 참조)을 향한다. 또한, 제1 유도 코일(3)을 흐르는 전류는, 다시 오픈관(1)의 한쪽 단부(2b)의 상방을 좌측 방향으로 가로지르고, 계속해서 다른 쪽 단부(2a)의 상방을 좌측 방향으로 가로질러 흐르고(도 5도 참조), 이어서 도 7 중의 깊이 방향에서 안쪽으로부터 전방측을 향한 후에, 다음은 우측을 향한다. 그리고, 제1 유도 코일(3)을 흐르는 전류는, 다시 오픈관(1)의 다른 쪽 단부(2a)의 상방을 우측 방향으로 가로지르고, 마지막으로 도 7 중의 상방을 향하고, 도시를 생략한 전원으로 복귀된다.

상술한 바와 같은 경로에서 전류가 제1 유도 코일(3)을 흐를 때, 오픈관(1)에는, 도 6 중의 화살표로 나타낸 바와 같은 유도 전류의 분포가 발생한다. 도 5 중에 도시한 바와 같이, 제1 유도 코일(3)에 1차 전류가 반시계 방향으로 흐르면, 도 6 중에 도시한 바와 같이, 오픈관(1)의 제1 유전 코일(3)에 대응하는 부분에는, 시계 방향으로 유도 전류(4a, 4b)가 발생한다. 이 유도 전류(4a, 4b)는, 제1 유도 코일(3)이 오픈관(1)의 개구부(2)를 가로지르는 부분에서는, 개구부(2)의 공간을 유도 전류가 흐를 수 없고, 이 개구부(2)의 공간을 횡단할 수 없는 유도 전류는 오픈관(1)의 단부(2a) 및 단부(2b)를 따라 흐르게 된다. 이와 같이 하여, 오픈관(1)의 단부(2a 및 2b)측의 각각에 있어서, 유도 전류(4a, 4b)에 의한 주 전류의 루프(폐회로)가 발생하여, 오픈관(1)의 단부면[개구부(2)를 향하는 면]을 포함하는 단부가 가열된다.

본 실시 형태에서는, 도 6 중에 도시한 바와 같이, 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b) 근방에 있어서의 개구부(2)의 양 외측에, 오픈관(1)의 표층을 흐르는 유도 전류(4a, 4b)로 이루어지는 2개의 루프가 형성되어 있다. 이때, 접합부(용접부)(6)측(하류측)의 제1 유도 코일(3) 근방에 있어서, 오픈관(1)은 그 개구부(2)의 폭이 좁아져서 임피던스가 낮아지므로, 제1 유도 코일(3)의 접합부(6)에 가까운 측이 개구부(2)의 상방을 가로지르는 근방에 있어서는, 유도 전류의 일부가 분류되어 접합부(6)측으로 흐름으로써, 유도 전류(5c, 5d)가 발생한다. 상술한 바와 같이, 이 분류된 유도 전류(5c, 5d)는, 접합부(6) 근방에서는 개구부(2)의 양단부(2a, 2b) 사이가 가까우므로 근접 효과에 의해 전류가 집중하고, 보다 고온이 되므로, 양단부(2a, 2b)가 용융하여 용접된다.

한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 제1 유도 코일(3)의 상류측에 있어서는, 유도 전류의 일부가 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)를 지남으로써 유도 전류(5a, 5b)가 흐른다. 이 유도 전류(5a, 5b)는, 접합부(6)로부터는 이격되어 있고, 또한 접합부(6) 근방에 흐르는 유도 전류의 집중을 저해하므로, 용접 효율을 저하시키게 된다. 따라서, 그러한 유도 전류의 발생을 억제하기 위해, 도 8의 (a), (b)에 나타내는 실시 형태의 전봉관 용접 장치에 있어서는, 제1 유도 코일(3)보다도 상류측이고, 또한 개구부(2)에 대응하는 위치에서, 양단부(2a, 2b) 사이에 강자성체(제1 강자성체)(9)를 배치하고 있다. 여기서, 도 8의 (b)는 도 8의 (a) 중에 나타내는 B-B선을 따르는 개략 단면도이며, 제1 강자성체(9)가 양단부(2a, 2b) 사이에, 개구부(2)의 내외에 걸쳐[개구부(2)를 통과하여, 오픈관(1)의 내부로부터 외부에 걸쳐] 배치되어 있는 상태를 나타내고 있다.

오픈관(1)의 단부(2a, 2b) 사이의 개구부(2)에 헐겁게 삽입된 상태에서 배치되는 제1 강자성체(9)는 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)에 유도 전류(5a, 5b)가 흐르면, 그것을 저지하도록 작용하여, 임피던스를 높여, 제1 유도 코일(3)보다도 상류측에 흐르는 유도 전류를 억제하는 것이다. 이로 인해, 전자기 유도에 의해 오픈관(1)의 외표면에서 발생한 유도 전류는, 접합부(6)측에 집중하여 흐르므로, 용접에 유효한 전류(4a, 4b, 5c, 5d)의 전류 밀도가 올라간다. 따라서, 제1 강자성체(9)를 배치하지 않는 경우에 비해 공급 전력이 적어도 되어, 에너지 절약이 가능해진다. 또는, 제1 강자성체(9)를 배치하지 않는 경우와 동일한 전력을 투입하는 것이면, 라인 속도를 올릴 수 있어, 생산성도 향상할 수 있다.

본 발명자들은, 이러한 제1 강자성체(9)의 형상을 정하기 위해, 전자장 해석 및 실제 가열 온도 분포를 측정한 결과, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)를 흐르는 전류(5a, 5b)는, 특히 단부(2a, 2b)에 있어서의 상단부 테두리부(상측 코너부)와 하단부 테두리부(하측 코너부)에 많이 흐르는 것이 판명되었다. 이로 인해, 제1 강자성체(9)는, 도 8의 (a), (b)에 나타내는 예와 같이, 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b) 사이의 개구부(2)에 대응하는 위치에 배치됨과 함께, 이들 양단부(2a, 2b)에 있어서의 상측 코너부, 하측 코너부 중 한쪽 또는 양쪽을 덮는 구조를 갖고 있는 것이 바람직하다. 여기서, 도 8의 (b)에 나타내는 예에서는, 제1 강자성체(9)가 양단부(2a, 2b)의 상측 코너부 및 하측 코너부의 양쪽을 덮는 구조를 나타내고 있다.

제1 강자성체(9)는, 도 8의 (b)에 예시한 바와 같은, 단면이 H인 글자를 눕힌 것과 같은 형상인 것이, 상류측에 흐르는 유도 전류(5a, 5b)를 억제하는 가장 높은 효과가 얻어진다. 즉, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)의 평면부(단부면)뿐만 아니라, 오픈관(1)의 상측 코너부 및 하측 코너부를 덮도록 상하면으로 연장되는 형상이 바람직하다. 또한, 제1 강자성체(9)는, 도 9에 나타내는 예와 같이, 각각의 코너부를 곡면으로 형성해도 된다. 또한, 제1 강자성체(9)의 형상은, 도 8의 (b)나 도 9와 같은 형상에는 한정되지 않고, 예를 들어 도 10에 예시한 바와 같이, 오픈관(1)의 주행 방향(R)에 수직인 단면에 있어서의 형상이 T자 형상인 것이나, 도 11에 예시한 바와 같은 단면 형상이 I자 형상인 것 외에, 도 12에 예시한 바와 같은 단면 형상이 역T자 형상인 것이라도 상관없다. 이 경우, 유도 전류(5a, 5b)의 억제 효과로서는, 단면 횡방향 H자 형상, 단면 T자 형상, 단면 역T자 형상, 단면 I자 형상의 순으로 높다.

또한, 제1 강자성체(9)의 외부 형상은, 특별히 직선적으로 형성할 필요도 없다.

또한, 이러한 제1 강자성체(9)의 재질로서는, 예를 들어 페라이트나 전자기 강판, 아몰퍼스 등, 도전율이 낮은 강자성체 재료를 사용하면 된다.

또한, 제1 강자성체(9)를 배치하는 위치로서는, 제1 유도 코일(3)보다도 상류이면 되지만, 제1 유도 코일(3)에 보다 가까운 위치 쪽이, 상류로 흐르려고 하는 전류를 근원으로부터 저지할 수 있으므로 보다 효과적이다. 단, 제1 강자성체(9)가 제1 유도 코일(3)에 너무 접근하면, 강자장이므로 제1 강자성체(9)가 발열하기 쉬워진다. 그로 인해, 제1 유도 코일(3)에 흘리는 전류의 강도 등에 따라 다르지만, 제1 강자성체(9)는 제1 유도 코일(3)로부터 상류측으로 10㎜ 이상 이격시켜 배치하는 것이 바람직하고, 적용에 있어서는, 자장의 강도에 따라서 적절히 영향이 없는 위치를 구하는 것이 보다 바람직하다. 이때, 자장의 강도에 따라 다르지만, 주행 방향(R)에서 볼 때, 제1 강자성체(9)의 하류측 단부를, 제1 유도 코일(3)의 상류측 단부로부터, 예를 들어 10 내지 200㎜의 범위에서 이격시켜 배치함으로써, 바람직한 특성이 얻어지는 경우가 많다. 또한, 수랭이나 공랭 등의 수단을 사용하여 제1 강자성체(9)를 강제적으로 냉각하는 것이 보다 효과적이다. 또한, 제1 강자성체(9)의 치수에 관해서는, 사용하는 조건에 따라 다르므로 특별히 정하는 것은 아니지만, 상기 주행 방향(R)에 있어서의 길이에 관해서는 수십㎜ 정도라도 충분한 효과가 있고, 또한 두께에 관해서는 오픈관(1)에 접촉하지 않는 정도로 하면 되어, 개구부(2)에 근접시킴으로써 보다 높은 효과가 얻어진다.

또한, 제1 강자성체(9)의 배치 방법에 관해서는, 오픈관(1)의 내주면 주위의 유도 전류를 억제하는 임피더(8)와 조합하고, 이 임피더(8)에 의해, 오픈(1)의 단부(2a, 2b)로부터 오픈관(1)의 내주측으로는 유도 전류가 유입되지 않는 상태로 하여 제1 강자성체(9)를 배치하면, 제1 유도 코일(3)의 상류에 흐르는 유도 전류의 억제 효과를 보다 높이는 것이 가능하게 된다.

본 실시 형태의 하나의 변형예에서는, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 강자성체(제2 강자성체)(9')를, 제1 유전 코일(3)의 내측이고 또한 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b) 사이에 배치함으로써, 제1 유전 코일(3)의 하류측, 즉 접합부(6)측으로 흐르는 전류 밀도를 증대시키고 있다. 상세하게는, 도 5에 도시한 바와 같이 제1 유도 코일(3)을 배치한 경우, 접합부(6)를 향하는 유도 전류를 증가시키고, 용접 효율을 높이기 위해서는, 제1 유도 코일(3)을 가능한 한 접합부(6)에 근접시켜, 접합부(6)측의 임피던스를 낮추는 것이 바람직하다. 그러나, 실제로는 스퀴즈 롤(7)이나, 도시하지 않은 다른 롤이 제1 유도 코일(3)측으로 다가오도록 접합부(6)의 상부 근방에 설치되므로, 제1 유도 코일(3)은 접합부(6)로부터 어느 정도 이격시켜 설치하지 않을 수 없다. 그로 인해, 제1 유도 코일(3)을 접합부(6)로부터 이격시켜도, 접합부(6)측에 유도 전류가 흐르기 쉽게 하기 위해, 본 실시 형태의 장치에서는, 도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이 제1 유도 코일(3)의 내측이고 또한 오픈관(1)의 단부(2a, 2b) 사이에 제2 강자성체(9')를 설치한다. 제1 유도 코일(3)에서 발생한 유도 전류는, 도 6에 도시한 바와 같이 오픈관(1)의 양 단부면[개구부(2)를 향하는 면]을 포함하는, 제1 유도 코일(3)에 대향하는, 오픈관(1)의 개구부(2)의 양측에 폐회로를 형성하고, 유도 전류의 일부가 접합부(6)에 흐른다. 또한, 도면에서는 편의상, 오픈관(1)의 단부면을 흐르는 유도 전류는, 상기 단부면 근방의 상부를 흐르도록 도시하고 있다. 제2 강자성체(9')는, 제2 강자성체(9')와 오픈관(1)의 단부면 사이의 임피던스를 증가시켜, 이 단부면을 흐르려고 하는 전류에 대하여 이 흐름을 저지하도록 작용한다. 그 결과, 제1 유도 코일(3)에 의해 오픈관(1)에 발생한 유도 전류는, 오픈관(1)의 단부면측을 흐르는 전류가 감소되어, 그만큼 접합부(6)측으로 흐르는 전류량을 증가시키는 효과를 초래한다. 전봉관은, 고온에 노출되는 시간이 짧을수록 산화물의 생성이 억제됨과 함께, 고온부의 영역이 좁아져, 온도에 의한 품질 열화를 피할 수 있으므로, 단시간에 용융 온도에 달성하는 것이 바람직하고, 접합부(6)측에의 전류 증가는 용접 품질의 안정에도 효과가 있다. 또한, 제2 강자성체(9')는, 도 14에 도시한 바와 같이, 오픈관(1)의 단부면 사이에 있으면 되고, 깊이 방향 길이는, 적어도 오픈관(1)의 판 두께 이상이면 되고, 바람직하게는 개구부(2)를 향하는 오픈관(1)의 단부면의 상부 테두리 및 하부 테두리를 초과하여 연장되는 것이 바람직하다. 형상에 대해서는, 도 14에 도시하는 I형에 얽매이는 것은 아니며, 도 9 내지 도 12를 참조하여 설명한 제1 강자성체(9)와 마찬가지로, 다른 형상을 채용할 수 있다. 또한, 제2 강자성체(9')는, 페라이트나 전자 강판, 아몰퍼스재 등의 강자성 재료로 형성할 수 있다. 또한, 제2 강자성체(9')는, 강자장 내에 설치하므로, 자속 포화하지 않는 단면적을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 발열을 억제하기 위해, 제2 강자성체(9')에는 공랭이나 수랭 등의 냉각 수단을 부가하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태의 다른 변형예에서는, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 용접 효율을 보다 높이기 위해, 상술한 제1 강자성체(9)와는 별도로, 제1 유도 코일(3)의 배면(상면)(3A) 측에 근접하여, 판 형상의 강자성체(제3 강자성체)(10)를 설치한다. 여기서, 도 15는, 설명을 간략화하기 위해, 임피더(8)를 생략한 구성예를 도시하는 개략 평면도이며, 도 16은, 도 15 중에 나타내는 D-D선을 따르는 개략 단면도이다. 이들 도시한 예에 있어서는, 제1 유도 코일(3)의 외측 근방[배면(3A) 측]에 제3 강자성체(10)를 설치하고 있다. 구체적으로는, 제1 유도 코일(3)에 있어서의 개구부(2)와는 반대인 배면(3A) 측에, 제1 유도 코일(3)을 거의 덮도록, 제3 강자성체(10)를 설치한다. 제3 강자성체(10)는 제1 유도 코일(3)을 따른 형상, 즉 도 16과 같이, 제1 유도 코일(3)이 오픈관(1)을 따라 만곡하여 형성되어 있는 경우에는, 제3 강자성체(10)도 마찬가지로 만곡하여 형성하는 것이 바람직하고, 후술하는 바와 같은 제1 유도 코일(3)이 오픈관(1)을 따르지 않고 평탄한 형상을 갖는 경우(도 24)에는, 제3 강자성체(10)도 평탄하게 형성하는 것이 바람직하다(도시 생략). 또한, 도시한 예에 있어서는, 제3 강자성체(10)는 개구부(2)에 대략 대응하는 위치에서 분할된 쌍으로 되고, 제1 유도 코일(3)을 거의 덮도록 설치되어 있다. 바꾸어 말하면, 제3 강자성체는 오픈관(1)의 개구부(2)에 대응하는 위치에서, 제1 유도 코일(3)의 폭 방향의 대략 절반부를 덮는 제1 절반부(10a)와, 상기 제1 유도 코일(3)의 나머지 대략 절반부를 덮는 제2 절반부(10b)로 분할된 구성을 갖고 있다.

제3 강자성체(10)의 재질로서는, 제1, 제2 강자성체(9, 9')와 마찬가지로, 페라이트나 적층한 전자 강판, 어모퍼스 합금 등의 강자성 재료를 사용하면 된다.

또한, 도 15 및 도 16에서는, 제3 강자성체(10)가 중앙에서 폭 방향으로 2분할된 예를 나타내고 있고, 이 경우, 접합부(6) 근방의 상태가 관찰하기 쉬워지는 등의 이점이 있으나, 이에는 한정되지 않으며, 예를 들어 분할하지 않고 일체로 구성해도 된다. 강자성체(10)는 제1 유도 코일(3)의 형태에 맞추어 복수로 분할되어 있어도 상관없다.

본 실시 형태에 있어서, 제1 유도 코일(3)의 근방(상방)에 제3 강자성체(10)를 설치하는 것이 보다 바람직한 것은, 제3 강자성체(10)가 오픈관(1)이나 롤 및 장치의 그 밖의 구조체보다도 투자율이 몇 배 높은 성질을 이용하여, 제1 유도 코일(3)에서 발생한 자속을 자기 저항이 작은 제3 강자성체(10)로 유도하고, 자속의 확산을 방지하여, 제1 유도 코일(3) 근방에 자속을 집중시키기 위해서이다. 이러한 제3 강자성체(10)를 설치하지 않은 경우에는, 제1 유도 코일(3)에 1차 전류를 흐르게 함으로써 발생한 자속은, 주위의 자성재인 롤이나 그 밖의 구조체에 흘러 버리고, 전력이 불필요하게 소비되어 버린다. 본 실시 형태에서는, 제1 유도 코일(3)의 배면(3A) 측에 제3 강자성체(10)를 설치함으로써, 불필요하게 사용되는 전력의 소비를 방지할 수 있다. 따라서, 제3 강자성체(10)를 사용함으로써, 제1 유도 코일(3)의 근방에 자속이 집중됨으로써, 오픈관(1)에 발생하는 유도 전류도 증가하여, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)를 흐르는 전류 밀도가 상승하여 가열 효율을 올릴 수 있게 된다.

또한, 제3 강자성체(10)와 제1 유도 코일(3)의 거리는, 보다 가까울수록, 불필요하게 소비되는 전력 소비를 효과적으로 방지할 수 있는 점에서 바람직하고, 구체적으로는, 이들이 접촉하지 않을 정도로, 수㎜ 내지 수십㎜ 정도의 간극을 두고 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 5 등에 도시한 바와 같은 제1 유도 코일(3)이 직사각 형상인 경우에 대하여 설명했지만, 제1 유도 코일은, 예를 들어 도 17에 도시한 바와 같은 타원 형상의 유도 코일(31)로서 구성해도 된다. 또는, 도 18에 나타내는 직사각 형상의 제1 유도 코일(32)과 같이, 오픈관(1)의 주행 방향(R)으로 연장되는 유도 코일 부분의 코일 폭(W1)을, 오픈관(1)의 개구부(2)를 가로지르는 방향으로 연장되는 유도 코일 부분의 코일 폭(W2)보다도 넓게 한 유도 코일(32)을 사용해도 된다. 도 5에 도시하는 예와 같은, 유도 코일 부분의 폭(W1, W2)이 동일한 유도 코일(3)인 경우에는, 오픈관(1)의 주행 방향(R)으로 연장되는 유도 코일 부분의 직하가, 이 유도 코일 부분의 길이 분만큼 계속해서 가열되므로, 전봉관의 강도 저하나 치수 정밀도 불량, 재질 불량 등의 원인이 될 가능성이 있다. 도 17이나 도 18에 나타내는 예는, 이 부분의 발열을 억제하는 효과를 겨냥한 것으로, 도 17의 경우에는, 제1 유도 코일(31)의 형상을 타원으로 하고, 오픈관(1)이 진행될 때에 제1 유도 코일(31)을 가로지르는 시간을 짧게 함으로써, 오픈관(1)의 특정 부분이 고온이 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 18의 경우에는, 주행 방향(R)에 있어서의 유전 코일 부분의 폭(W1)을 넓게 함으로써, 당해 폭 확대 부분의 전류 밀도를 내리고, 제1 유도 코일(32)의, 주행 방향(R)을 따라 연장되는 부분 직하에서 발생하는 유도 전류 밀도를 내려서 발열을 억제할 수 있다.

또한, 접합부(6)에의 전류를 더욱 증대시키는 방법으로서는, 제1 유도 코일로서, 도 19에 나타내는 예와 같이, 스퀴즈 롤(7)이나, 접합부(6)의 상부에 설치되는 도시를 생략한 톱 롤 등이 교차하도록, 접합부(6)를 향해 끝이 가늘게 형성된 유도 코일(33)을 배치하는 것도 유효하다. 도 19에 나타내는 예에서는, 제1 유도 코일(33)의 접합부(6)에 가까운 부분의 폭을 좁게 함과 함께, 이 부분을 접합부(6)에 근접시킨 구성으로 되어 있다. 이러한 방법은, 비교적 직경이 작은 사이즈의 강관을 제조하는 경우도 유효한 방법이다.

상기에 도시한 예에서는, 제1 유전 코일(3, 31 내지 33)의 권취수는 1턴이었지만, 제1 유전 코일(3, 31 내지 33) 또는 후술하는 다른 유전 코일의 권취수는, 2턴 이상으로 할 수 있다. 참고로, 도 20에, 높이 방향으로 권취수를 3턴으로 한 유전 코일(3)과, 도 21에, 대략 동일 평면 내에서, 권취수를 3턴으로 한 유전 코일(3)을 나타낸다. 이와 같이 복수 턴의 유도 코일을 사용함으로써, 동일한 전류이면 전계 강도가 높아지므로(전계 강도는, 권취수에 비례함), 집중하여 전력을 공급할 수 있다. 반대로 동일한 전계 강도를 얻기 위해서는, 권취수를 증가시킴으로써, 공급하는 전류를 작게 할 수 있다. 이것은, 충분한 코일의 단면적을 확보할 수 없는 경우에, 코일의 허용 전류 밀도에 달하지 않도록 전류를 낮출 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 전류값을 낮춤으로써, 동손도 감소시킬 수도 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도 22에 나타내는 예와 같이, 상기 구성의 제1 유도 코일(3) 외에, 또한 상류측에, 마찬가지의 구성으로 된 다른 유도 코일(제2 유도 코일)(3')을 구비하는 구성을 채용하는 것도 가능하다.

또는, 도 23에 도시한 바와 같이, 제1 유전 코일(3)의 상류측에, 마찬가지의 구성으로 된 다른 2개의 유도 코일(제2 및 제3 유도 코일)(3', 3")을 구비하는 구성을 채용하는 것도 가능하다. 이와 같이 함으로써, 전류를 분류시킬 수 있어, 각 유전 코일에 흐르는 전류값을 낮출 수 있다. 또한, 코일의 직렬 접속, 병렬 접속을 조합함으로써, 인덕턴스의 조정을 할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 24에 도시한 바와 같이, 제1 유도 코일(3)을 주행 방향(R)에 직교하는 단면에서 볼 때 대략 평탄한 형상으로 형성함으로써, 제1 유도 코일(3)이 오픈관(1)의 개구부(2)로부터 이격됨에 따라서 오픈관(1)과의 갭이 확대되어 가는 구성을 채용해도 된다. 이와 같은 구성을 채용함으로써 다음의 이점이 얻어진다. 즉, 도 7이나 도 16과 같이, 제1 유도 코일(3)을 오픈관(1)의 외면을 따라 만곡한 형상으로 하면, 오픈관(1)의 제1 유도 코일(3)의 직하 부분이 집중해서 가열되고, 고온이 되어, 당해 부분의 기계적 강도가 저하되거나 변형 등이 발생하거나 할 우려가 있는 것에 반해, 제1 유도 코일(3)을 오픈관(1)의 개구부(2)로부터 이격됨에 따라서 오픈관(1)과의 거리가 확대되도록 형성하면, 제1 유도 코일(3)의, 주행 방향(R)을 따라 연장되는 부분에 대응하는 오픈관(1)의 측방 부분에서의 전류 집중이 완화되므로, 당해 측방 부분의 국부 가열을 피할 수 있다. 또한, 제1 유도 코일(3)을 이러한 형상으로 함으로써, 용접되는 오픈관(1)의 직경이 바뀌어도, 강관 사이즈마다 코일을 바꿀 필요가 없고, 동일 사이즈의 유도 코일을 사용 전환할 수 있으므로, 설비 비용을 저감할 수도 있다. 또한, 강관 사이즈가 변경되어도 유도 코일을 교환하는 수고가 줄어, 생산성이 향상된다고 하는 이점도 있다.

[제2 실시 형태]

이하에, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 전봉관 용접 장치에 대하여 설명한다.

도 25는, 본 발명의 제2 실시 형태인 전봉관 용접 장치(60)를 도시하는 개략 평면도이며, 도 26은, 도 25에 나타내는 전봉관 용접 장치(60)를 사용하여 전봉관 용접을 행했을 때에 발생하는 유도 전류의 분포를 모식적으로 도시한 평면도이다.

상술한 제1 실시 형태에서는, 제1 유도 코일(3)의 상류측에 제1 강자성체(9)를 배치함으로써, 제1 유도 코일(3)의 상류측으로 흐르는 유도 전류가 억제되는 것에 대하여 설명했지만, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 유전 코일(3)의 상류측에, 1차 전류가 흐르는 도체를 설치함으로써, 상류측으로의 유도 전류를 마찬가지로 억제하고, 접합부(6)로의 전류를 증가시켜서 가열 효율을 향상시키는 구성을 채용하는 것이며, 이하에 그 상세를 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여함과 함께, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 25에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 전봉관 용접 장치(60)는 오픈관(1)의 주행 방향(R)에서 볼 때, 제1 유도 코일(30)보다도 상류측에, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)를 따라 직선 형상으로 연장되는 2개의 도체부(34A, 34B)를 갖는 도체(34)를 구비한다. 각 도체부(34A, 34B)는 각각, 오픈관의 단부(2a, 2b)의 단부면으로부터 이격하고, 또한 상기 단부면에 대향하도록 설치되어 있다. 도 25에 나타내는 예에서는, 하류측에 위치되는 제1 유도 코일(30)과, 상류측에 위치하는 도체(34)의 도체부(34A, 34B)와는 서로 일체화되고, 즉 전기적으로 접속, 연통되어 있다. 따라서, 제1 유도 코일(30)로 공급되는 1차 전류는, 도체부(34A, 34B)를 통하여 흐른다.

이와 같이, 제1 유도 코일(30) 외에, 그것보다도 상류측에 2개의 도체부(34A, 34B)를 갖는 도체(34)도 설치함으로써, 도 26에 모식적으로 도시한 바와 같은 유도 전류가 오픈관(1)에 발생하게 된다. 상세하게는, 제1 유도 코일(30)을 흐르는 1차 전류에 의해, 오픈관(1)의 제1 유도 코일(30)에 대응하는 위치에서, 제1 유도 코일(30)의 1차 전류와는 반대 방향으로 유도 전류(4a', 4b')의 루프가 형성된다. 또한, 각 도체부(34A, 34B)를 흐르는 1차 전류에 의해, 상기 도체부(34A, 34B)에 대향하는, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)에, 도체부(34A, 34B)의 1차 전류와는 반대 방향으로 유도 전류[5a'(E), 5b'(E)]가 발생하고, 유도 전류(5a', 5b')의 루프가 형성된다. 즉, 도체부(34A, 34B)에 대응하여 형성된 2차 전류(유도 전류)의 폐회로(루프)(5a', 5b')의, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)를 지나는 유도 전류[5a'(E), 5b'(E)]는 제1 유도 코일(30)에 대응하여 형성된 2차 전류(유도 전류)의 폐회로[루프(4a', 4b')]의, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)를 지나는 유도 전류[4a'(E), 4b'(E)]와는 반대 방향으로 흐른다.

이러한 유도 전류(5a', 5b')는, 도 6에서 나타낸 유도 전류(5a, 5b)보다도, 도체부(34A, 34B)에 의해 발생하는 유도 전류가 더해진 만큼, 전류 밀도가 높게 되어 있다. 이로 인해, 유도 전류[5a'(E), 5b'(E)]의 흐름이, 이것과는 반대 방향으로 흐르는, 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b)에 있어서의 유도 전류[4a'(E), 4b'(E)]의 흐름을 억제 또는 거의 소멸시킴과 함께, 유도 전류(4a', 4b')에 있어서, 단부(2a, 2b)와는 반대측을 흐르는 유도 전류를 증폭시킨다. 그리고, 이 증폭된 유도 전류에 의해, 접합부(6)를 향하는 유도 전류(5c', 5d')의 루프가 증폭되어, 양단부(2a, 2b)로부터 접합부(6)측을 향해 전류 밀도가 높은 유도 전류[5c'(E), 5d'(E)]가 흐르게 된다. 이에 의해, 접합부(6)의 근방에 있어서는, 고주파 전류의 근접 효과에 의해 더욱 전류가 집중되어, 가열 효율이 더욱 향상되는 결과가 된다. 이러한 효과는, 특히 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b)의 간격이 20 내지 30(㎜) 정도인 경우에 의해 현저해진다.

한편, 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b) 사이의 간격이 작은 경우, 즉 개구부(2)가 좁고, 단부(2a, 2b)와 도체부(34A, 34B)의 간격이 좁아질 경우, 단부(2a, 2b)와 도체부(34A, 34B) 사이의 임피던스보다도, 도체부(34A)와 도체부(34B) 사이의 임피던스 쪽이 작아진다. 이렇게 되면, 도체부(34A, 34B)의 외측 부분[도체부(34A, 34B)의, 단부(2a, 2b)측의 부분]을 흐르는 1차 전류가 분류되어, 도체부(34A, 34B)의 내측 부분[다른 쪽의 도체부(34A, 34B)에 대향하는 부분]을 흐르게 되어, 유도 전류[5a'(E), 5b'(E)]가 감소되는 경우가 있다. 이로 인해, 본 실시 형태에 있어서는, 도 27에 예시한 바와 같이, 도체부(34A, 34B) 사이의 임피던스를 증대시키기 위해, 강자성체(제4 강자성체)(11)를 설치하는 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 도시한 예와 같이, 도체부(34A, 34B) 사이에, 상기 도체부(34A, 34B)와 전기적으로 절연하도록 제4 강자성체(11)를 배치한다. 이러한 제4 강자성체(11)를 설치함으로써, 도체부(34A, 34B) 사이의 임피던스를 높일 수 있어, 도체부(34A, 34B)의 상기 내측 부분을 흐르려고 하는 전류를 상기 외측 부분으로 흐르게 하는 작용이 얻어진다. 또한, 강자성체(11)는 투자율이 높기 때문에, 도체부(34A, 34B)의 상기 외측 부분을 흐르는 1차 전류에 의해, 상기 도체부(34A, 34B)와 대향하는 단부(2a, 2b)에 자속을 집중시킬 수 있으므로, 유도 전류(5a', 5b')가 양단부(2a, 2b)에 효율적으로 흘러, 가열 효율이 향상된다고 하는 효과가 얻어진다.

또한, 도체부(34A, 34B)의 높이 치수(H)는, 도 28 및 도 29에 나타내는 예와 같이, 오픈관(1)의 최대 판 두께보다도 조금 크게 하는 것이 바람직하다[도 28 및 도 29에서는 편의상, 한쪽 단부(2a) 및 도체부(34A)만을 나타냄]. 또한, 도체부(34A, 34B)의 높이 치수(H)는, 도체부(34A, 34B)가 오픈관(1)의 외면 및 내면을 초과해서 밀려나오는 치수로 되어 있다. 이러한 도체부(34A, 34B)에 1차 전류가 흐르면, 오픈관(1)의 각 단부(2a, 2b)에는, 도 29 중의 화살표로 나타낸 바와 같은 유도 전류[5a'(E), 5b'(E)]가 흐른다{도 29에서는 편의상, 한쪽 단부(2a)에 있어서의 유도 전류[5a'(E)]만을 나타냄}. 이때, 도체부(34A, 34B)에 흐르는 1차 전류와, 이것에 유기되는 유도 전류[5a'(E), 5b'(E)] 사이의 공간 부분이 인덕턴스로서 작용하고, 유도 코일(34)에 있어서의 인덕턴스를 저하시키려고 하기 때문에, 도체부(34A, 34B)를 흐르는 1차 전류는, 양단부(2a, 2b)에 발생하는 유도 전류[5a'(E), 5b'(E)]에 대향하도록, 도 29 중에 망점으로 나타내는 부호 S의 부분을 따라서 흐르게 된다. 이에 의해, 양단부(2a, 2b)에 있어서의 전류 밀도가 높아져, 가열 효율이 향상된다고 하는 효과가 얻어진다.

또한, 도 28 중에 나타내는 도체부(34A, 34B)에 있어서, 오픈관(1)의 내면측으로부터 밀려나오는 하부(34a)의 영역에 대해서는, 이 부분이 없더라도 본 실시 형태에 의한 효과가 충분히 얻어진다. 그러나, 도시한 예와 같이, 도체부(34A, 34B)의 높이 치수(H)를, 오픈관(1)의 외면 및 내면으로부터 밀려나오는 치수로 함으로써, 오픈관(1)의 판 두께 등이 다른 경우 등, 사양이 다른 전봉관을 제조할 때마다, 도체(34)를 교환하는 수고를 줄일 수 있으므로, 작업성이나 생산성의 향상으로 이어진다. 또한, 도체부(34A, 34B)의 높이 치수(H)는 오픈관(1)의 최대 판 두께보다 작게 해도 되지만, 가열 효율이 저하되는 경우도 있다.

또한, 제4 강자성체(11)로서는, 상기한 각 강자성체와 마찬가지로, 페라이트나 전자 강판, 아몰퍼스 등, 도전율이 낮은 강자성 재료를 사용하면 되고, 자속 포화하지 않도록 설계하면 된다. 자속밀도가 높고, 제4 강자성체(11)의 발열을 무시할 수 없는 경우에는, 예를 들어 당해 제4 강자성체(11)에 냉각수를 공급하여 냉각하거나, 또는 공기 등의 가스나 기체와 액체를 혼합한 냉각 매체로 냉각하거나 하는 등의 방법을 채용하면 된다.

또한, 상기 도 25 내지 도 29에서는, 유도 코일(30)과 도체(34)를 일체로 형성하는 예를 나타냈지만, 본 실시 형태의 변형예에서는, 도 30에 도시한 바와 같이, 루프 형상의 제1 유도 코일(3)과 도체(35)를 서로 전기적으로 접속되지 않는 독립된 구성으로 할 수도 있다. 도 30의 예에서는, 도체(35)는 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)에 대향하여 직선 형상으로 연장되는 2개의 도체부(35A, 35B)와, 이들 2개의 도체부를 연결하는 도체부(35C)를 갖고 있으며, 평면에서 볼 때 대략 U자 형상으로 형성되어 있다. 이 경우, 도시를 생략한 전원으로부터 공급되는 전류(도면 중 화살표를 참조)를 각각 반대 방향에서 통전시켜도 된다. 이러한 구성으로 한 경우에는, 공급 전류를 제1 유전 코일(3)과 도체(35)로 분류시켜, 제1 유도 코일(3)의 전류 밀도를 낮출 수 있으므로, 발열을 억제할 수 있는 효과가 얻어진다.

또한, 도 27 내지 도 29의 예와 마찬가지로, 도 31에 나타내는 예와 같이, 도체(35)의 도체부(35A, 35B) 사이에 제4 강자성체(11)를 배치한 구성을 채용해도 된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 32에 나타내는 예와 같이, 루프 형상의 제1 유도 코일(3)과, 2개의 도체부(35A, 35B)가 서로 분리된 도체(35)를 조합한 구성을 채용해도 된다. 도 30 및 도 31과 같이, 도체부(35A, 35B)를 직렬로 접속한 경우, 도체(35) 내의 전류 밀도가 지나치게 높아지는 경우가 있지만, 도 32의 예와 같이, 도체(35)를 도체부(35A)와 도체부(35B)로 분할된 구성을 채용함으로써, 소정의 1차 전류가 분류되어서 각 도체부(35A, 35B)의 전류 밀도를 낮춤으로써, 이 도체부(35A, 35B)의 발열을 억제할 수 있다.

또한, 제4 강자성체(11)는 도체부(35A, 35B)보다도 상하로 적어도 10㎜ 이상 큰 치수로 하고, 폭은 인접하는 도체부(35A, 35B)와의 사이의 후술하는 절연재를 포함하여, 가능한 한 크게 하는 것이 바람직하다. 또한, 제4 강자성체(11)의 주행 방향(R)의 길이에 대해서는, 대향하는 도체부(35A, 35B)의 길이와 동등 이상이면 된다.

또한, 도 32에 도시한 바와 같이, 도체(35)를 이루는 도체부(35A, 35B) 사이에, 제4 강자성체(11)를 배치한 경우에는, 가열 효율이 한층 더 향상되는 점에서 바람직하다.

또한, 제4 강자성체(11)는, 예를 들어 페라이트와 같이 약간 도전성이 있는 재료를 채용한 경우, 상기와 같은 도체부(35A, 35B)와 접촉했을 때에 스파크가 발생하여, 손상하는 것도 상정되므로, 표면을 절연재로 피복하거나, 또는 절연재를 피복할 수 없는 경우에는, 공기층을 사이에 두고 절연하는 구성을 채용해도 된다.

여기서, 도 33에 나타내는 예에서는, 도체부(35A, 35B)와 제4 강자성체(11)가 절연판(20)을 개재하여 부착되어 있음과 함께, 도체부(35A, 35B)가, 도체부 고정판(21)을 개재하여, 절연성의 수지나 세라믹스 등으로 이루어지는 리니어 가이드(22)에 이동 가능하게 설치되어 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 전봉 용접 시에, 도체부(35A, 35B)가 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)와 접촉한 경우에도, 절연판(20)을 개재하여 부착된 도체부(35A, 35B) 및 제4 강자성체(11)가 도면 중에 있어서 좌우 방향으로 자유롭게 움직이므로, 도체부(35A, 35B)의 손상을 방지할 수 있게 된다. 또한, 이와 같은 구성을 채용한 경우에는, 도시를 생략한 전원 장치와 도체부(35A, 35B)의 접속선(23)을 자유롭게 움직이게 할 수 있는 편조선으로 구성하는 것이 바람직하다.

[제3 실시 형태]

이하에, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 전봉관 용접 장치에 대하여 설명한다.

도 34는, 본 발명의 제3 실시 형태인 전봉관 용접 장치(70)를 도시하는 개략 평면도이며, 도 35는, 도 34에 나타내는 전봉관 용접 장치(70)를 사용하여 전봉관 용접을 행했을 때에, 제1 유도 코일(3)에서 발생한 자속(M)이, 강자성체(제5 강자성체)(12)에 통할 때의 자속 방향을 설명하는 개략 측단면도이다.

본 실시 형태에 있어서는, 상술한 제1, 제2 실시 형태에 대하여, 유도 가열 효율을 더욱 향상시키기 위해, 이하에 예시한 바와 같은 구성을 채용한다. 본 실시 형태에 있어서는, 제1, 제2 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여함과 함께, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 34에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 전봉관 용접 장치(70)는 제5 강자성체(12)가 제1 유도 코일(3)에 둘러싸인 공간 및 개구부(2)에 삽입되도록 배치된다. 제5 강자성체(12)는 오픈관(1)의 내측에 배치되어, 주행 방향(R)으로 연장되는 내측부(12a)와, 오픈관(1)의 외측에 배치되어, 주행 방향(R)으로 연장되는 외측부(12b)와, 이들 내측부(12a) 및 외측부(12b) 사이에서 오픈관(1)의 관내 외측 방향(도면에서는 수직 방향)으로 연장되는 중간부(12c)를 갖는다. 제5 강자성체(12)는 제1 유도 코일(3)보다도 하류측의 접합부(용접부)(6)측을 향해 연장되어, 제1 유도 코일(3) 및 개구부(2)를 걸치도록 배치되어 있다. 또한, 제5 강자성체(12)는 오픈관(1)의 주행 방향(R)에 있어서의 측면측의 단면 형상이 각진 횡방향 U자 형상 또는 횡방향 U자 형상(도 34 및 도 35에 나타내는 예에 있어서는 각진 횡방향 U자 형상)으로 되어 있다. 제5 강자성체(12)는 횡방향 H자 형상 또는 횡방향 h자 형상으로 해도 된다. 도 34 및 도 35에 나타내는 예에서는, 단면 형상이 각진 횡방향 U자 형상의 강자성체(12)는 그 개방부(개방 공간)측이 오픈관(1)의 주행 방향(R)의 하류측을 향하게 되어, 1차 전류 회로의 하류부의 상방 공간과, 1차 전류 회로의 상류부와 하류부 사이의 공간과, 접합부(6)의 하방의 관내 공간에 걸치도록 배치되어 있다. 또한, 제5 강자성체(12)는 내측부(12a) 및 외측부(12b)의 선단부(하류측의 단부)가 접합부(6) 근방까지 연장되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 제5 강자성체(12)의 두께는 자속 포화되지 않을 정도 이상으로 두껍게 하는 것이 바람직하지만, 스퀴즈 롤(7) 등에 닿지 않을 정도의 두께로 억제할 필요가 있다.

도 34에 예시한 바와 같이, 본 실시 형태의 전봉관 용접 장치(70)는 도 5 및 도 6에 예시한 전봉관 용접 장치(50)와 마찬가지로, 제1 유도 코일(3)에 1차 전류가 통전된다(도 34 중의 화살표를 참조). 이때, 도 35에 도시한 바와 같이, 제1 유도 코일(3)에서 발생한 자속(M)은, 제1 유도 코일(3)을 걸치도록 접합부(용접부)(6)측으로 연장된 제5 강자성체(12)를 통하여, 개구부(2)에 면하는 양단부(2a, 2b) 근방을 통과하여 유도 전류를 발생시킨다. 또한, 오픈관(1)을 통과한 자속(M)은, 도 35 중의 화살표로 나타낸 바와 같이, 제5 강자성체(12)에 있어서, 오픈관(1)의 관 내에 배치되는 내측부(12a)와, 관 밖에 배치되는 외측부(12b)와, 중간부(12c)를 포함하여, 관 안과 밖을 연결하는 자기 회로를 형성한다. 이러한 제5 강자성체(12)는 투자율이 높은 재료로 이루어지므로, 제1 유도 코일(3)로부터 발산되는 자속(M)을 끌어들이는 효과가 있으므로, 자속(M)을 효율적으로 접합부(6)측에 있어서의 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b)를 관통시킬 수 있어, 유도 전류를 효율적으로 발생시킬 수 있게 된다.

또한, 도 34 및 도 35의 예에서는, 제5 강자성체(12)는 서로 일체화된 내측부(12a), 외측부(12b) 및 중간부(12c)로 구성되어 있지만, 이들은 별개의 부재로 형성해도 된다. 또한, 내측부(12a), 외측부(12b) 및 중간부(12c)를 별개의 부재로 형성한 경우에는, 내측부(12a), 외측부(12b) 및 중간부(12c)의 상호 간은, 직접 접하고 있을 필요는 없고, 상술한 바와 같은 자속(M)의 폐회로가 형성되는 한에 있어서 서로 이격하고 있어도, 상호 간에 다른 부재가 개재되어 있어도 된다. 예를 들어, 도 36에 도시한 바와 같이, 오픈관(1) 내에, 주행 방향(R)으로 연장되는 임피더(8)가 배치되어 있는 경우에는, 당해 임피더(8)를 제5 강자성체(12)의 내측부(12a)로서 대용할 수 있다. 도 36의 예에서는, 임피더(8)는 임피더 케이스(13) 내에 수용되어 있고, 중간부(12c)는 상기 내측부(12a)로서 기능을 하는 임피더(8)와 직접 접하고는 있지 않지만, 자속(M)의 폐회로는 형성된다.

계속해서, 도 37에, 상술한 바와 같은 제5 강자성체(12)의 지지 구조의 일례를 나타낸다. 도시한 예에 있어서는, 제5 강자성체(12)의 외측부(12b)와 중간부(12c)가 일체로서 형성되거나 또는 서로 고정 부착되어 있고, 내측부(12a)는 이들과는 별개의 부재로 형성되어 있다. 제5 강자성체(12)를 조립하는 데 있어서, 먼저 관내 중앙 부근에 설치된 맨드럴(24)에, 제5 강자성체(12)의 내측부(12a)가 설치된다. 그리고, 오픈관(1)의 개구부(2) 상방에 제1 유도 코일(3)(도 34를 참조)을 세트한 후, 외측부(12b)를 개구부(2) 상방에 배치된 받침대(26) 위에 적재한다. 이에 의해, 제5 강자성체(12)가 이동 가능하게 현가 지지된 상태가 된다. 이때, 외측부(12b)와 일체로 형성된 중간부(12c)는, 그 하단부가, 내측부(12a)의 상면에 형성된 오목부 내면에 접한다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 제5 강자성체(12)의 일부가 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)에 접촉한 경우에도, 강자성체(12)가 자유롭게 이동하므로, 강자성체(12)의 손상이나, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)에 큰 흠집이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제5 강자성체(12)에 있어서, 오픈관(1)의 단부(2a, 2b)와 접촉할 가능성이 있는 중간부(12c)를 유리 테이프나 베이크판으로 이루어지는 절연재로 보호하는 것이, 장치의 손상 방지나, 스파크가 발생하는 것을 방지할 수 있는 관점에서 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 설치의 용이성을 고려하여 제5 강자성체(12)를 분할한 형태를 예로 들어 설명하고 있지만, 예를 들어 일체물의 단면이 각진 횡방향 U자 형상의 형상으로서 제5 강자성체(12)를 구성하고, 상기한 예와 마찬가지로, 받침대(26)에 실어서 사용해도 상관없다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 38에 도시한 바와 같이, 제5 강자성체 코어(12)를 접합부(6) 근방에 있어서, 내측부(12a) 및 외측부(12b) 중 적어도 어느 한쪽이, 평면에서 볼 때 오픈관(1)의 단부(2a, 2b) 근방의 외측을 향하도록 분할된 형상으로 해도 된다. 즉, 강자성체(12)의 내측부(12a) 및 외측부(12b) 중 적어도 어느 한쪽이, 그 하류측의 단부(12a1, 12b1)에 있어서, 접합부(6)를 피하도록 두 갈래로 분기된 형상(대략 V자 형상 또는 대략 U자 형상 등)으로 되어 있어도 된다. 또한, 내측부(12a) 및 외측부(12b)의 양쪽을 하류측의 단부(12a1, 12b1)에 있어서 두 갈래로 분기된 형상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

상기 형상을 채용하는 것이 바람직한 이유로서는, 제5 강자성체(12)의 외측부(12b)의 하류측 단부(12b1)를 분기시킴으로써, 접합부(용접부)(6)의 모습을 상부로부터 모니터 등으로 관찰하기 쉬워지는 것을 들 수 있다. 또한, 제5 강자성체(12)의 내측부(12a)의 하류측 단부(12a1)를 분기시킴으로써, 접합부(6) 근방에 있어서 용융한 금속이, 유도 전류에 수반하여 발생하는 전자력에 의해 배출되어 관내로 낙하한 경우에, 당해 용융 금속이 제5 강자성체(12)의 내측부(12a)에 접촉하여 내측부(12a)가 손상될 우려를 저감할 수 있기 때문이다. 또한, 배출된 용융 금속이, 관 상방으로 튀어나오는 경우도 있지만, 이 경우에도, 제5 강자성체(12)의 외측부(12b)의 하류측 단부(12b1)를 분기시킴으로써, 외측부(12b)에 직접 용융 금속이 접촉하는 것을 억제할 수 있어, 외측부(12b)의 손상이 저감되는 효과도 있다.

본 실시 형태에서는, 도 38에 예시한 바와 같이, 제5 강자성체(12)의 내측부(12a) 및 외측부(12b)의 양쪽에 있어서, 하류측의 단부(12a1, 12b1)를, 양단부(2a, 2b) 근방의 양 외측을 향하도록 분기시키고, 오픈관(1)의 개구부(2)로부터 조금 벗어난 위치에 배치하는 형상으로 하고 있다. 이에 의해, 제5 강자성체(12)의 내측부(12a)로의 용접 금속의 낙하, 퇴적이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 또한 접합부(6)의 상태를 육안으로 확인할 수 있게 된다. 따라서, 제5 강자성체(12)의 자기 기능의 저하를 방지할 수 있어, 안정되게 성능을 계속해서 유지하는 것이 가능해지고, 또한 공정에 있어서, 항상 용접부의 상태를 확인할 수 있게 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 제5 강자성체(12)의 내측부(12a) 및 외측부(12b)는, 상기 도면에서는, 오픈관(1)을 따라 대략 수평하게 형성하고 있지만, 내측부(12a) 및 외측부(12b) 중 적어도 어느 한쪽은, 하류를 향함에 따라, 내측부(12a) 및 외측부(12b) 사이의 거리가 점증 또는 점감하도록 경사지게 배치할 수도 있다(도시 생략). 또한, 양호한 자기 회로를 형성하는, 즉 자기 저항을 저감하는 관점에서는, 내측부(12a) 및 외측부(12b) 사이의 거리는, 하류를 향함에 따라서 점감되는 것이 바람직하다. 또한, 마찬가지의 관점에서, 도 39에 도시한 바와 같이, 외측부(12b)의 하류측 단부에, 내측부(12a)를 향하여 돌출되는 돌출부(12b2)를 설치할 수도 있다.

그런데, 본 실시 형태에 있어서 구비되는 제5 강자성체(12)는, 도 40에 나타내는 예와 같이, 상술한 제2 실시 형태와 같은, 제1 유도 코일(3) 및 도체(35)를 구비하는 구성에 적용하는 것도 가능하다. 또한, 도 41에 나타낸 예와 같이, 도체(35) 내측에 제4 강자성체(11)가 구비된 구성에 있어서, 제1 유도 코일(3) 및 개구부(2)에 삽입하도록 배치된 제5 강자성체(12)를 구비한 구성을 채용하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 42에 도시한 바와 같이, 상술한 제2 실시 형태에 있어서의, 도 25에 나타내는 예의 제1 유도 코일(30) 및 오픈관(1)의 개구부(2)에 삽입하도록, 제5 강자성체(12)를 구비한 구성을 채용하는 것도 가능하다. 또한, 도 43에 도시한 바와 같이, 도 42 중에 나타내는 도체부(34A, 34B) 사이에, 제4 강자성체(11)를 설치한 구성을 채용하는 것도 가능하다. 또한, 상세한 도시를 생략하지만, 도 32에 나타내는 구성에, 제5 강자성체(12)를 구비한 구성을 적용하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 전봉관 용접 장치에 의하면, 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b) 근방에 있어서의 개구부(2)의 양 외측에, 오픈관(1) 내를 흐르는 유도 전류로 이루어지는 적어도 2개 이상의 폐회로가 형성되도록, 개구부(2)로부터 관 밖 방향으로 이격된 위치에, 원통 형상의 오픈관(1)의 외주를 주회하지 않고, 즉 이 외주에 있어서의 주회수를 1주 미만으로 하여, 개구부(2)를 걸치도록 적어도 1턴 이상의 폐회로가 형성된 제1 유도 코일(3)이 배치된 구성을 채용하고 있다. 이에 의해, 종래의 워크 코일 방식에 비해, 주행하는 금속 대판(1)을 굽히면서 통 형상으로 하여 전봉관 용접할 때의 가열 효율을, 제조하는 전봉관의 직경이 큰 경우에도, 간단한 장치로 효과적으로 향상시킬 수 있고, 또한 셋업도 용이하게 된다. 또한, 제조하는 전봉관의 치수나 형상에 맞추어 유도 코일의 형상을 바꿀 필요가 적으므로, 보유하는 워크 코일(유도 코일)의 개수를 줄일 수 있으므로, 대용량의 전기 설비를 가질 필요도 없이 설비 비용을 억제하는 것이 가능해짐과 함께, 기존 설비의 전원을 사용한 경우라도 저렴한 비용으로 도입할 수 있다.

그리고, 상술한 바와 같은 가열 효율의 향상에 수반하여, 전력 사용량을 저감함으로써 에너지 절약이 실현 가능하게 되거나, 또는 동일한 전력을 투입한 경우에는 라인 속도를 올릴 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 종래, 전원 용량의 제한이나 임피더 소손의 제한으로부터 제조가 곤란했던 사이즈의 전봉관을 제조하는 것도 가능해지므로, 그 산업상의 효과는 헤아릴 수 없다.

본 발명에 있어서는, 상술한 바와 같이, 간단한 구성의 전봉관 용접 장치로 소직경으로부터 대직경까지의 전봉관을 제조하는 것이 가능하지만, 특히 제조 시에 있어서 가열 효율이 저하되는, 직경이 큰 전봉관을 효율적으로 제조하는데 유효하다. 또한, 유도 코일의 상류로 흐르는 전류에 의해 롤이 손상되는 것을 방지할 수 있고, 또한 종래와 같이 유도 코일 중에 금속 대판을 통과시킬 필요도 없어, 유도 코일의 세트나 교환이 용이한 등의 우수한 효과를 갖는다.

<실시예>

이하, 본 발명에 관한 전봉관 용접 장치의 실시예를 들어, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 당연히 하기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전술 및 후술하는 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 더하여 실시하는 것도 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

본 실시예에 있어서는, 본 발명의 효과에 대하여, 정지 가열 실험에 의해 확인을 행하였다.

[제1 실시예]

「피가열재」

본 실시예에서는, 피가열재로서, 외경: 318.5㎜, 두께: 6.9㎜, 길이: 1m의 배관용 탄소강관(SGP관) 상부에, 도 44에 도시한 바와 같이, 레이저 가공에 의해 개구부의 형상을 모의한 것(이하, 오픈관이라고 함)을 사용하였다. 이때의 레이저 가공은, 도 44 중에 있어서의 좌측 단부로부터, 평행 개구부의 간격: 50㎜, 길이: 200㎜, 그 후, 접합부에 가정한 정점과 양단부의 각도: 5.7도, 500㎜의 길이로 개구했다(개구부는 합계 700㎜). 또한, 정점부는 0.5R로 하였다.

「전봉관 용접 장치」

본 실시예에서 사용한 전봉관 용접 장치에서는, 유도 코일로서, ø10㎜의 수랭 동관을, 상하류 방향으로 200㎜, 또한 주위 방향으로 200㎜로 하여, 도 5 내지 도 7에 도시한 바와 같이 절곡한 것을 사용하여, 구리관과 오픈관 사이를 10㎜ 이격시켜 배치하였다. 또한, 가열 시는 주파수 200kHz-20kW의 전력을 투입하고, 정지 가열로 최고 온도가 1000℃가 될 때까지의 시간을 계측하였다. 또한, 가열 온도는 오픈관의 개구부를 향하는 단부에, 50㎛의 K 열전대를, 접합부로부터 20㎜ 피치로 용착하여 측온하였다. 또한, 임피더로서는, 도 7에 나타내는 예와는 다른, 두께 8㎜의 페라이트 코어를, 수랭 가능한 에폭시 수지제의 커버에 5층으로 적층해서 넣어, 접합부의 직하로부터 상류측을 향해 400㎜의 범위에서 배치하였다.

「실험 순서」

먼저, 본 발명예 1로서, 상기 유도 코일을, 접합부(6)로부터 상류측(개구부측)으로 50㎜ 이격된 위치에, 유도 코일의 하류측(접합부측)의 단부를 배치하여 가열을 행하였다.

또한, 본 발명예 2로서, 본 발명예 1과 마찬가지로 상기 유도 코일을 배치함과 함께, 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같은, 제3 강자성체로서의 만곡판 형상의 페라이트 코어[두께: 15㎜, 폭(주위 방향): 150㎜, 길이(상하 방향): 250㎜]를 유도 코일로부터 5㎜ 이격시켜, 유도 코일의 배면(상면)측에 2개 사용하여, 개구부를 경계로 양단부에 배치하여 가열을 행하였다.

또한, 본 발명예 3으로서, 본 발명예 1과 마찬가지로 상기 유도 코일을 배치함과 함께, 제1 강자성체로서의, 도 8의 (a) 및 도 10에 도시한 바와 같은 페라이트제의 T자형 코어[길이(주행 방향 R): 150㎜, 수평부 폭: 100㎜, 수평부 두께: 20㎜, 수직부 길이: 50㎜, 수직부 폭: 30㎜]를 유도 코일 상류 50㎜에 배치하여 가열을 행하였다.

또한, 본 발명예 4로서, 본 발명예 2와 마찬가지로 상기 유도 코일, 및 유도 코일의 상방 페라이트 코어(제3 강자성체)를 배치함과 함께, 유도 코일의 상류측 50㎜에, 본 발명예 3에서 사용한 T자형 코어(제1 강자성체)를 배치하여 가열을 행하였다.

또한, 비교예 1로서, 종래와 마찬가지로, 원통 형상으로 오픈관의 외주를 둘러싸도록 해서 1T(턴)으로 한 유도 코일(길이 방향 폭: 200㎜, 내경: 340㎜, 두께: 10㎜의 수랭 동판제 유도 코일)을 접합부의 상류측 50㎜에 배치하여 가열하였다.

또한, 비교예 2로서, 비교예 1과 마찬가지로, 원통 형상으로 오픈관의 외주를 둘러싸도록 한 1T의 유도 코일을, 접합부의 상류측 250㎜에 배치하여 가열하였다.

또한, 상기 각 실험에 있어서는, 접합부의 승온 속도와, 접합부로부터 상류측으로 150㎜ 이격된 위치의 개구부의 단부에서의 승온 속도를 비교하였다. 또한, 각 실험에 있어서는, 롤(7)은 설치하지 않는 상태에서 행하였다.

상기 본 발명예 1 내지 4 및 비교예 1, 2의 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

표 1에 나타내는 승온 속도비는, 본 발명예 1에 있어서의 접합부와 상기 개구부의 단부 각각에 있어서의 가열 속도를 1로 했을 때의, 각 실험의 승온 속도의 비율을 나타낸 것이며, 가열 속도는 변태 열의 영향, 방산 열의 영향을 고려하여, 접합부로부터 150㎜ 위치의 온도가 500℃까지 가열할 때의 가열 속도로 하고, 500℃에 이르지 않을 경우에는, 최대 200초까지의 가열 속도로 하였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1의 경우, 강관 전체가 따뜻해지므로, 강관 단부에 있어서도, 또한 접합부에 있어서도, 200초에서는 500℃에 달하는 일은 없었다.

또한, 비교예 2에서는, 유도 코일을 접합부로부터 250㎜ 이격되어 있어, 강관 단부면의 온도는 다소 상승하지만, 현저한 온도 상승은 보이지 않는 것을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 전봉관 용접 장치를 적용한 본 발명예 1에서는, 유도 코일이 강관 전체를 주회하지 않으므로, 손실이 작은 것과, 개구부 양단부에 발생하는 폐회로가 유도 코일 내에 있고, 또한 강관 단부면에 전류가 돌므로, 승온 속도가 빠른 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명예 2에서는, 제3 강자성체를 배치함으로써 자속이 유도 코일 직하에 집중하므로, 본 발명예 1에 비해 2배 이상의 승온 속도가 얻어지는 것을 알 수 있다.

또한, 제1 강자성체를 배치함으로써, 본 발명예 3(제3 강자성체 없음) 및 본 발명예 4(제3 강자성체 있음)는 유도 코일의 상류에 흐르는 전류를 방지할 수 있으므로, 각각, 본 발명예 1(제3 강자성체 없음) 및 본 발명예 2(제3 강자성체 있음)와 비교하여, 10% 전후의 가열 속도의 향상이 보인다.

[제1 실시예]

본 실시예에서는, 제1 실시예의 본 발명예 1 내지 4에 있어서는, 용접부(접합부)로부터 50㎜의 위치에 유도 코일을 설치한 것에 반해, 실제 기기에 있어서는 스퀴즈 롤이나 톱 롤 등이 설치되어 있으므로, 유도 코일을 용접부로부터 가까운 위치에 설치할 수 없는 케이스도 있으므로, 용접부로부터 이격된 위치에 유도 코일을 설치하는 경우를 상정하여 실험을 행하였다.

본 실시예에 있어서는, 도 5에 도시한 바와 같은 장치와, 유도 코일(부호 3 참조)에 둘러싸인 오픈관(1)의 양단부(2a, 2b)의 온도 상승은 커지지만, 접합부의 온도 상승은 작아지므로, 접합부를 향하는 전류량을 증가시키기 위해, 도 25 및 도 26에 도시한 바와 같은, 서로 전기적으로 접속된 제1 유도 코일(30) 및 도체(34)를 구비한 구성의 전봉관 용접 장치(70)를 사용하여 실험을 행하였다. 또한, 본 실시예에서는, 임피더를 사용하지 않고, 유도 코일만을 사용한 실험을 행하였다. 또한, 본 실시예에서는, 유도 코일을 상기 구성으로 하고, 임피더를 사용하지 않은 점 이외는, 상기 제1 실시예와 마찬가지의 조건으로 전봉관 용접을 행하였다.

구체적으로는, 상하류 방향의 길이: 100㎜, 또한 주위 방향의 폭: 200㎜로 된 제1 유도 코일(30)과, 상하류 방향의 길이: 200㎜, 높이: 20㎜, 두께: 3㎜의 강판으로 이루어지는 도체(34)를 접속하였다.

그리고, 본 발명예 5로서, 이와 같아지는 유도 코일 및 도체를, 접합부(6)로부터 상류측(개구부측)에 150㎜ 이격된 위치에, 유도 코일의 하류측(접합부측)의 단부를 배치하여 가열을 행하였다.

또한, 본 발명예 6으로서, 본 발명예 5와 마찬가지로 상기 유도 코일 및 도체를 배치함과 함께, 도 27에 도시한 바와 같이, 도체(34)를 구성하는 2개의 도체부(34A, 34B) 사이에, 주행 방향(R)의 길이: 200㎜, 높이: 20㎜, 두께: 5㎜의 페라이트 코어(제4 강자성체)를 배치하여 가열을 행하였다.

또한, 본 발명예 7로서, 본 발명예 5와 마찬가지로 상기 유도 코일 및 도체를 배치함과 함께, 주행 방향(R)의 길이: 200㎜, 폭: 15㎜, 높이: 90㎜의 각진 횡방향 U자 형상을 갖는 페라이트 코어(제5 강자성체: 도 34 등을 참조)를, 제1 유도 코일(30) 및 오픈관(1)의 개구부(2)에 삽입하도록 배치하여 가열을 행하였다.

또한, 본 발명예 8로서, 본 발명예 6과 마찬가지로 도체(34)를 구성하는 2개의 도체부(34A, 34B) 사이에 페라이트 코어(제4 강자성체)를 배치함과 함께, 본 발명예 7과 마찬가지로, 각진 횡방향 U자 형상의 페라이트 코어(제5 강자성체)를 제1 유도 코일(30) 및 오픈관(1)의 개구부(2)에 삽입하도록 배치하여 가열을 행하였다.

또한, 비교예 3으로서, 상기 비교예 2와 마찬가지로, 원통 형상으로 오픈관의 외주를 둘러싸도록 한 1T의 유도 코일을, 접합부의 상류측 250㎜에 배치하고, 동일한 전류로 통전 가열을 행하고, 승온 속도를 비교하였다.

상기 본 발명예 5 내지 8 및 비교예 3의 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

표 2에 나타내는 승온 속도비는, 비교예 3에 있어서의 가열 속도를 1로 했을 때의, 각 실험의 승온 속도의 비율을 나타냈다.

표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명예 5에서는, 종래와 같은 강관(오픈관)의 외주를 둘러싸는 유도 코일 형식의 비교예 1, 2에 비해, 가열 속도가 45% 빨라지는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명예 6에서는, 상류측의 도체(34)를 이루는 2개의 도체부(34A, 34B) 사이에 제4 강자성체로서의 페라이트 코어를 삽입함으로써, 가열 속도가 15% 더욱 빨라지는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명예 7, 8에서는, 상술한 각진 횡방향 U자 형상의, 제5 강자성체로서의 페라이트 코어를 제1 유도 코일(30) 및 오픈관(1)의 개구부(2)에 삽입함으로써, 상기 본 발명예 5, 6에 비해, 각각 2배 이상의 가열 속도가 얻어지는 것을 확인할 수 있어, 효율적인 가열이 가능해지는 것이 명확해졌다.

또한, 본 실시예에서는, 강관(오픈관)의 상방에 유도 코일을 설치하는 것만으로 간단하게 세트가 완료되는 것, 및 강관 직경이 ±10% 정도에서 변화된 경우에도, 가열 속도는 크게 변함이 없는 것도 확인할 수 있었다.

[제3 실시예]

본 실시예에서는, 외경 318.5㎜, 두께 6.9㎜, 길이 1m의 강관(오픈관) 위에, 외경 10㎜, 내경 8㎜의 동관으로 이루어지는 길이 250㎜, 폭 200㎜의 직사각형의 유도 코일(제1 유도 코일)을 배치하였다. 이때, 오픈관과의 거리가 10㎜(일정)가 되도록 유도 코일을 만곡시켜, 안장형의 형상으로 하였다. 유도 코일 내에는, 냉각수를 흐르게 하여 냉각을 하였다. 유도 코일은, 접합부로부터 150㎜ 이격한 위치에 설치하였다. 오픈관의 개구부는, 제1 실시예의 경우와 동일한 형상이다. 본 발명예 9에서는 또한, 유도 코일 내측 또한 개구부 내에, 도 13에 도시한 바와 같이, 폭(주위 방향) 10㎜, 길이(주행 방향 R) 65㎜, 높이 30㎜의, 제2 강자성체로서의 페라이트 코어를, 오픈관의 단부 상면으로부터 10㎜ 나오도록 하고, 접합부로부터 190㎜(유도 코일로부터 30㎜) 위치로부터 255㎜의 위치까지 설치하여, 용접 전류 800A로 10초간 정지 가열을 행하였다.

본 발명예 10에서는, 페라이트 코어의 길이를 130㎜로 하고, 접합부로부터 190㎜(유도 코일로부터 30㎜)의 위치로부터 320㎜의 위치까지 설치하고, 마찬가지로 정지 가열을 행하였다.

본 발명예 11에서는, 페라이트 코어의 길이를 195㎜로 하고, 접합부로부터 190㎜(유도 코일로부터 30㎜)의 위치로부터 385㎜의 위치까지 설치하고, 마찬가지로 정지 가열을 행하였다.

또한, 기준으로서의 본 발명예 12에서는, 오픈관의 개구부 내에 상술한 바와 같은 페라이트 코어를 배치하지 않고, 마찬가지의 정지 가열을 행하였다.

평가는, 상기 발명예 9 내지 12에 대해서, 오픈관 단부면의, 유도 코일로 둘러싸인 부분의 주행 방향에 있어서의 중간 위치에서의 온도 변화와, 오픈관 단부면의, 유도 코일의 하류측 단부와 접합부의 중간 위치(접합부로부터 75㎜인 위치)에서의 온도 변화를 각각 측정하고, 본 발명예 9 내지 11에 대해서, 본 발명예 12의 승온 온도에 대한, 각 점의 승온 온도 비율을 구하여 평가하였다. 결과를 표 3에 나타내었다.

표 3의 결과로부터, 제2 강자성체로서의 페라이트 코어를 유도 코일로 둘러싸인 오픈관의 단부면 사이에 설치함으로써, 유도 코일 내에 위치하는, 오픈관의 단부면 부위의 온도 상승이 완만해지는 한편, 접합부에 보다 가까운 측의, 오픈관의 단부면 부위의 온도 상승이 향상되고 있다. 이것은, 유도 코일 내에 위치하는, 오픈관의 단부면을 흐르는 전류가 감소되고, 그만큼, 접합부측으로 흐르는 전류가 증가하고 있는 것을 나타내고 있으며, 제2 강자성체인 페라이트 코어를 설치함으로써, 본 발명의 전봉관 용접 장치의 효율이 보다 향상되고 있는 것을 나타내고 있다.

1: 금속 대판, 오픈관
2: 개구부
2a, 2b: 오픈관의 단부
6: 접합부(용접부)
50, 60, 70: 전봉관 용접 장치
3: 제1 유도 코일
3': 제2 유도 코일
3": 제3 유도 코일,
3A: 제1 유도 코일의 배면(상면)
30, 31, 32, 33: 제1 유도 코일
34: 도체
34A, 34B: 도체부
35: 도체
7: 롤
8: 임피더
9: 제1 강자성체
9': 제2 강자성체
10: 제3 강자성체
11: 제4 강자성체
12: 제5 강자성체
4a, 4b, 4a', 4b', 5a, 5b, 5a', 5b', 5c, 5d, 5c', 5d': 유도 전류
4a'(E), 4b'(E), 5a'(E), 5b'(E), 5c'(E), 5d'(E): 유도 전류(금속판 단부를 흐르는 유도 전류)
M: 자속

Claims (15)

1. 주행 방향으로 연장되는 개구부를 갖는 오픈관의, 상기 개구부에 면하는 양단부를, 유도 가열 수단에 의해 발생시킨 유도 전류에 의해 용융시킴과 함께, 상기 개구부의 간격을 점차 좁히면서 상기 양단부끼리를 접합부에 있어서 접촉시켜서 용접하는, 전봉관을 제조하기 위한 전봉관 용접 장치이며,
   상기 유도 가열 수단이, 적어도 1개의 유도 코일을 갖고, 상기 적어도 1개의 유도 코일 중, 상기 접합부의 가장 가까이에 위치하는 제1 유도 코일은, 내부에 자성체 코어를 수반하지 않는 공심 코일이고, 상기 개구부를 걸쳐 1차 전류 회로가 형성되도록, 상기 오픈관의 외주를 주회하지 않고, 상기 개구부의 상방에 배치되어 있고,
   상기 제1 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 1차 전류 회로를 형성했을 때에, 상기 오픈관의, 상기 제1 유도 코일의 하방이고 또한 상기 개구부의 양 외측 부분에, 상기 오픈관의, 적어도 상기 단부를 지나는 유도 전류를 갖는 2차 전류의 폐회로가, 상기 양단부의 근방에 각각 1개 이상 형성되도록, 상기 1차 전류 회로가 형성되어 있고,
   상기 오픈관의 양단부 사이이고 또한 상기 제1 유도 코일의 내측에 배치된 강자성체를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전봉관 용접 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 고주파 전류의 주파수는, 100kHz 이상인, 전봉관 용접 장치.
3. 주행 방향으로 연장되는 개구부를 갖는 오픈관의, 상기 개구부에 면하는 양단부를, 유도 가열 수단에 의해 발생시킨 유도 전류에 의해 용융시킴과 함께, 상기 개구부의 간격을 점차 좁히면서 상기 양단부끼리를 접합부에 있어서 접촉시켜서 용접하는, 전봉관을 제조하기 위한 전봉관 용접 장치이며,
   상기 유도 가열 수단이, 적어도 1개의 유도 코일을 갖고, 상기 적어도 1개의 유도 코일 중, 상기 접합부의 가장 가까이에 위치하는 제1 유도 코일은, 내부에 자성체 코어를 수반하지 않는 공심 코일이고, 상기 개구부를 걸쳐 1차 전류 회로가 형성되도록, 상기 오픈관의 외주를 주회하지 않고, 상기 개구부의 상방에 배치되어 있고,
   상기 제1 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 1차 전류 회로를 형성했을 때에, 상기 오픈관의, 상기 제1 유도 코일의 하방이고 또한 상기 개구부의 양 외측 부분에, 상기 오픈관의, 적어도 상기 단부를 지나는 유도 전류를 갖는 2차 전류의 폐회로가, 상기 양단부의 근방에 각각 1개 이상 형성되도록, 상기 1차 전류 회로가 형성되어 있고,
   상기 제1 유도 코일의 상기 1차 전류 회로에 의해 형성된, 상기 2차 전류의 폐회로에 있어서의 상기 오픈관의 각 단부를 지나는 유도 전류의 상류측에, 당해 유도 전류와는 반대 방향의 유도 전류가 상기 오픈관의 각 단부에 발생하도록, 상기 오픈관의, 주행 방향에 있어서의 상류측의 상기 개구부 내에, 상기 단부로부터 이격시켜 대향하도록 설치된 한 쌍의 도체부를 갖는 도체가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 전봉관 용접 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 도체는, 상기 제1 유도 코일과 전기적으로 접속되어 있는, 전봉관 용접 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 도체에 있어서의 상기 한 쌍의 도체부 사이에 배치되고, 상기 한 쌍의 도체부를 따라 연장되는 강자성체를 구비하는, 전봉관 용접 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 강자성체는, 상기 한 쌍의 도체부로부터 전기적으로 절연되어 있는, 전봉관 용접 장치.
7. 주행 방향으로 연장되는 개구부를 갖는 오픈관의, 상기 개구부에 면하는 양단부를, 유도 가열 수단에 의해 발생시킨 유도 전류에 의해 용융시킴과 함께, 상기 개구부의 간격을 점차 좁히면서 상기 양단부끼리를 접합부에 있어서 접촉시켜서 용접하는, 전봉관을 제조하기 위한 전봉관 용접 장치이며,
   상기 유도 가열 수단이, 적어도 1개의 유도 코일을 갖고, 상기 적어도 1개의 유도 코일 중, 상기 접합부의 가장 가까이에 위치하는 제1 유도 코일은, 내부에 자성체 코어를 수반하지 않는 공심 코일이고, 상기 개구부를 걸쳐 1차 전류 회로가 형성되도록, 상기 오픈관의 외주를 주회하지 않고, 상기 개구부의 상방에 배치되어 있고,
   상기 제1 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 함으로써 1차 전류 회로를 형성했을 때에, 상기 오픈관의, 상기 제1 유도 코일의 하방이고 또한 상기 개구부의 양 외측 부분에, 상기 오픈관의, 적어도 상기 단부를 지나는 유도 전류를 갖는 2차 전류의 폐회로가, 상기 양단부의 근방에 각각 1개 이상 형성되도록, 상기 1차 전류 회로가 형성되어 있고,
   상기 오픈관의 내측에서 상기 주행 방향으로 연장되는 내측부와, 상기 오픈관의 외측에서 상기 주행 방향으로 연장되는 외측부와, 상기 제1 유도 코일에 의해 구획된 공간 내에서, 상기 내측부 및 상기 외측부 사이로 연장되는 중간부를 갖고, 상기 내측부 및 상기 외측부의, 상기 중간부보다도 하류측의 부분과 상기 중간부에 의해 구획된 개방 공간측을 상기 주행 방향의 하류측을 향해 배치되고, 상기 내측부, 중간부 및 외측부를 지나는 자속의 폐회로를 형성하는 강자성체를 구비하는 것을 특징으로 하는, 전봉관 용접 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 강자성체의 외측부 및 내측부 중 적어도 한쪽의 하류측 단부는, 분기된 형상으로 되어 있는, 전봉관 용접 장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 유도 코일은, 상기 개구부로부터 측방을 향함에 따라서 상기 오픈관과의 간극이 확대되도록 형성되어 있는, 전봉관 용접 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제

Images