WO2011034087A1 - 電縫管溶接装置 - Google Patents

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芳明 廣田
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新日本製鐵株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric resistance welding apparatus for manufacturing an electric resistance welded pipe by inductively heating and joining both ends of a metal strip bent into a cylindrical shape. Furthermore, the present invention eliminates the current flowing upstream of the induction coil that supplies power, prevents damage to installed rolls, etc., and reduces the reactive power to enable efficient welding.
  • the present invention relates to a pipe welding apparatus.
  • a metal tube in addition to an electric-welded tube or spiral tube that is bent into a metal shape while bending a metal strip, a seamless tube manufactured by directly drilling a metal billet, or by extruding a metal There is a method for manufacturing tubes.
  • Electro-resistance pipes are produced in large quantities because they are particularly productive and can be manufactured at low cost.
  • Such an ERW pipe is formed into a cylindrical shape while the metal strip is running, and finally, a roll is applied in a state where the high frequency current is passed to both ends of the metal strip to be joined and is raised to the melting temperature. And press-welding between the both end faces to form a tube.
  • a method of supplying current to the both ends of the metal strip one is to wind an induction coil so as to surround the outer side of the metal strip, and to pass a primary current through the induction coil, thereby
  • an induced current is directly generated
  • the other is a method in which a metal electrode called a contact tip is pressed against an end of a metal strip and current is directly supplied from a power source.
  • a high-frequency current having a frequency of about 100 to 400 kHz is generally used as a current passing through the induction coil or electrode, and a ferromagnetic material called an impeder is often arranged on the inner surface side of the tube.
  • FIG. 1 is a schematic plan view for explaining welding of an electric resistance welded tube using a method for generating an induced current using an induction coil
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view thereof.
  • the metal strip 1 which is a material to be welded is bent by a roll while traveling from a flat state to form a cylindrical shape in which both end faces 2a and 2b face each other. 6 in contact.
  • An induction coil 3 for melting and joining opposite end faces 2a and 2b is provided upstream of the roll 4, and a high-frequency current is passed through the induction coil 3 to allow current to flow through the metal strip end portions 2a and 2b. 5a and 5b flow, the surface is heated and melted by Joule heat generation, and is welded at the joint 6.
  • the length of the inner peripheral surface of the bent metal strip 1 is sufficiently long compared to the length of the induction coil 3 and the joint 6, it is cylindrical compared to the impedance between the induction coil 3 and the joint 6. Since the impedance of the bent inner peripheral surface is larger, the current tends to turn to the joint side along the metal strip end portions 2a and 2b as described above. However, when the inner diameter of the cylindrical metal strip 1 is small and the impedance of the inner peripheral surface of the cylindrical member is not large, the current toward the joint portion decreases and the current flows through the inner peripheral surface of the tube. Try to turn. In order to prevent such current from traveling around the inner peripheral surface, conventionally, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2, a magnetic core called an impedancer 7 is inserted inside the cylindrical metal strip 1, A method of blocking current around the inner peripheral surface of the metal strip 1 by increasing the impedance of the inner peripheral surface is employed.
  • the current flow is not limited to the current returning toward the welded portion 6 side, but is divided into the induction coil 3. It became clear that there was a current flowing upstream. Such a current may cause a spark or the like in the roll upstream of the induction coil 3 to damage the roll surface or damage a bearing or the like.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in an induction heating type electric resistance welding apparatus that generates an induction current using an induction coil, it effectively flows upstream of the induction coil with an apparatus having a simple configuration.
  • An object of the present invention is to provide an electric resistance welder capable of suppressing electric current and capable of stably manufacturing an electric resistance welded tube.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • the electric resistance welded pipe welding apparatus according to one aspect of the present invention is configured such that the traveling metal strip is bent into a cylindrical shape by a roll and both end portions in the width direction of the metal strip are opposed to each other, The both ends are heated by an electric current excited by an induction coil provided in the immediate vicinity of the bent metal strip, and then welded while being pressed between the both ends. And when this electric welded pipe welding apparatus is seen along the running direction of the metal strip, it is inside the metal strip bent into the cylindrical shape and from upstream of the position where the induction coil exists.
  • the ERW pipe welding apparatus further includes the upstream end portion of the impeder when viewed along the traveling direction of the metal strip. And a ferromagnetic body disposed at a position and outside the cylindrical metal strip bent into the cylindrical shape and further across the both ends.
  • the roll or the like is damaged by the current flowing upstream of the induction coil during the ERW pipe welding in which the traveling metal strip is bent and welded in a cylindrical shape. Therefore, stable operation can be performed for a long time without equipment stoppage due to roll replacement or the like.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4. It is a figure which shows the ERW pipe manufacturing apparatus which concerns on other embodiment of this invention, Comprising: It is a schematic cross section of the example which provided the shield board so that the roll upstream of an induction coil might be enclosed.
  • FIG. 4 is a schematic longitudinal sectional view showing the electric resistance welded tube manufacturing apparatus of this embodiment
  • FIG. 5 is a schematic sectional view taken along the line AA.
  • the electric resistance welded tube manufacturing apparatus of the present embodiment is manufactured by electro-welding both ends of a metal strip formed into a cylindrical shape by an induction heating method using an induction coil.
  • the induction coil used in the following description is a general term for an induction coil in which a material to be heated is wound by one or more turns with a pipe, wire, plate, or the like of a good conductor such as copper.
  • the upstream of the traveling direction of the induction coil 3 that is a power supply unit has a hole through which the metal strip 1 bent into a cylindrical shape can pass, and is made of a metal that blocks the magnetic flux generated by the induction coil.
  • the shield plate 8 is disposed substantially perpendicular to the traveling direction. The shield plate 8 can suppress an induced current that tends to flow upstream in the traveling direction.
  • the position corresponding to the inside of the metal strip 1 bent into a cylindrical shape extends from the upstream to the downstream in the traveling direction at the position where the induction coil 3 serving as the power supply unit exists.
  • Impeder 7 is installed.
  • a metal strip bent in a cylindrical shape passes upstream of the upstream end of the impeder 7 and upstream of the upstream end of the impeder 7 and downstream of the roll 4 in the traveling direction.
  • a metal shield plate 8 that has a hole that can be formed and blocks the magnetic flux generated by the induction coil 3 is installed.
  • a choke core made of a ferromagnetic material is often used to prevent a stray current from flowing to a production line or the like.
  • the choke core is effective for cutting a current flowing in one direction.
  • FIG. 3 when manufacturing an electric resistance welded tube, each of the metal strip end portions 2a and 2b is reversed.
  • the choke core cannot be used because high-frequency current flows in the same direction.
  • FIG. 3 when an electric resistance welded tube is manufactured, a current generated in the metal strip 1 by the induction coil 3 passes under the induction coil 3 and passes through the joint 6, and the induction coil. 3 is divided into two loops of the loop flowing upstream. Since the current flowing upstream of the induction coil 3 is generated by the magnetic flux generated in the induction coil 3, the current flowing upstream of the induction coil 3 decreases if this magnetic flux is cut off.
  • a metallic shield plate 8 is installed upstream of the induction coil 3. Since the shield plate using a metal having good conductivity has an effect of cutting the magnetic flux generated by the induction coil, the current flowing upstream of the induction coil 3 can be cut.
  • the shield plate 8 may be made of a low-resistance metal such as a copper plate or an aluminum plate. A thickness of several mm to several tens of mm is sufficient, and the thickness is particularly defined as long as the shape can be maintained. Not what you want. Also, the shape of the shield plate 8 is a quadrangular shape in the example shown in FIG. 5, but may be a round shape or other shapes as long as unnecessary magnetic flux can be cut.
  • the shield plate 8 Since the shield plate 8 has a hole through which the metal strip 1 bent into a cylindrical shape can pass, the shield plate 8 is bent into a cylindrical shape when performing the ERW tube welding using the ERW tube manufacturing apparatus of this embodiment.
  • the metal strip 1 can be arranged so as to pass through the hole.
  • the magnetic flux on the upstream side of the shield plate 8 is cut upstream of the induction coil 3, so that the upstream side of the shield plate 8 flows to a metal strip bent into a cylindrical shape as shown in FIG. 3.
  • the electric current which flows into the roll 9 (refer FIG. 6) arrange
  • the shield plate 8 has a size and shape in plan view that are larger than those of the induction coil 3 and covers the induction coil 3 in the welding progress direction. It is more preferable because it can effectively cut the magnetic flux toward the upstream side in the welding direction.
  • the installation position of the shield plate 8 in the traveling direction of the metal strip needs to be at least downstream of an object that does not wish to flow current, such as a roll upstream of the induction coil.
  • an object that does not wish to flow current such as a roll upstream of the induction coil.
  • the shield plate 8 shows an example of being installed substantially perpendicular to the traveling direction in FIG. 4, the shield plate 8 is not limited to this, and any installation form that can cut the magnetic flux on the upstream side of the shield plate 8 It can be adopted as appropriate. For example, as in the example shown in FIG. 6, it is more effective to install the object to be protected from the magnetic field of the induction coil 3 (the roll 9 in the example shown in FIG. 6).
  • the magnetic flux generated in the induction coil 3 forms a magnetic path that passes outside the induction coil 3 through the surface of the metal band plate 1 except for the opening of the metal band plate 1. Further, since eddy current passes through the metal strip end portions 2a and 2b in the opening of the metal strip 1, the magnetic flux penetrating the end of the metal strip 1 and the magnetic flux directly applied from the opening are impeders. There is a magnetic path that enters 7. Since the impeder 7 uses a ferromagnetic material having a high magnetic permeability, the magnetic flux tends to concentrate on the part where the impeder 7 is located.
  • the shield plate 8 when the shield plate 8 is provided upstream of the induction coil 3 and above the impeller 7 (downstream side of the upstream end portion of the impeller 7), the magnetic flux that has been turned to the vicinity of the upstream end of the impeller 7 is cut. As a result, the magnetic flux passing through the impeder 7 is reduced, resulting in a decrease in welding efficiency. For this reason, in this embodiment, it is preferable that the shield plate 8 be installed further upstream than at least the upstream end of the impeder 7.
  • the shield plate 8 when viewed along the traveling direction of the metal strip 1, the position of the upstream end portion ( The outer side of the opening formed between the opposite ends of the metal strip, and the outer side of the cylindrical metal strip 1 bent into a cylindrical shape, and further across the both ends 2a and 2b. More preferably, the ferromagnetic body 10 is provided.
  • the ferromagnetic material 10 is preferably made of a material having a high relative permeability and a low magnetic resistance, such as ferrite or an amorphous steel sheet. Then, the magnetic flux generated in the induction coil 3 is forcibly passed through the ferromagnetic body 10 to prevent the magnetic flux from spreading to the upstream side of the impeder 7 and forcibly secure the magnetic path returning to the impeder 7. There is work to do. Therefore, although the magnetic flux that could not penetrate the ferromagnetic material 10 reaches the shield plate 8, the magnetic flux is reduced, and the reduced magnetic flux can be substantially cut by the shield plate 8. Can be almost cut. Further, since the magnetic flux generated by the induction coil 3 is forcibly passed through the ferromagnetic body 10, it is possible to hardly reduce the welding efficiency as compared with the case where the shield plate 8 is not installed.
  • the installation position is on the upstream side of the induction coil 3 and above the impeller 7 (upstream of the impeller).
  • the portion including the downstream side than the side end portion) is preferable.
  • an installation position that does not easily generate heat may be determined as appropriate.
  • the width of the ferromagnetic body 10 is set to be wider than the opening of the metal strip 1 (so as to straddle the opposite ends of the metal strip), and the length is determined appropriately according to the dimensions of the impeder 7. Just do it.
  • the thickness of the ferromagnetic material 10 is not particularly specified, but the outer surface position of the ferromagnetic material is higher than the outer peripheral position of the induction coil 3 (the distance from the cylindrical axis of the metal strip is increased). It is more preferable to set.
  • the distance between the ferromagnetic material 10 and the metal strip 1 is preferably about several millimeters, but may be a little wider, for example, about several centimeters in consideration of the welded portion.
  • the electric resistance welded tube manufacturing apparatus can cut the current flowing upstream of the induction coil in a state where the decrease in heating efficiency is suppressed, and damage to the roll upstream of the induction coil can be prevented. It has an excellent effect that it can be prevented and the equipment can be operated stably.
  • Example 1 In order to confirm the effect of the present invention, a confirmation experiment was conducted.
  • a parallel opening portion having a width of 15 mm was formed in a steel pipe for gas pipe (SGP pipe) having an outer diameter of 38 mm and a wall thickness of 3 mm, and thereafter the opening inclined portion to the joint portion 6 regarded as a welded portion has an angle of 3 degrees.
  • Laser processing was applied so that Then, with the arrangement as shown in FIG. 4 (the position of the shield plate was changed), it was confirmed how the temperature increase rate at the opposite end of the steel pipe changes depending on the presence and position of the shield plate.
  • a hole having a diameter of 50 mm was provided at the center of a square copper plate having a side of 150 mm and a thickness of 10 mm, and the edge of the hole was separated from the steel pipe by 6 mm was used as a shield plate.
  • the induction coil was a ⁇ 10 mm water-cooled copper pipe wound 2T (turns) with a width of 50 mm and a 150 mm distance from the joint with a gap of 5 mm from the steel pipe. Then, 15 kW of electric power was applied with a 200 kHz power source in a stationary state, and the average heating rate from room temperature to 800 ° C. was calculated. At this time, as the impeder, a ferrite core having a diameter of 16 mm and a length of 300 mm and having a hole for water cooling of 6 mm in the center was used.
  • Comparative Example 1 before installation of the shield plate had an increase of 65 ° C. at a position 420 mm from the joint, but in Examples 1 and 2 of the present invention in which the shield plate was installed, an increase in temperature was observed. It was confirmed that no current was flowing upstream from the shield plate.
  • the current flowing through the metal strip upstream of the induction coil can be reliably cut, and at the same time, the roll or the like caused by the current upstream of the induction coil can be protected from damage. become. Moreover, it was possible to minimize the decrease in welding efficiency due to the shield plate, and it was confirmed that the current flowing upstream of the induction coil can be effectively cut.
  • the efficiency of ERW pipe welding in which a traveling metal strip is bent and welded in a cylindrical shape, can be effectively increased with a simple apparatus configuration.
  • energy consumption can be reduced by controlling the amount of power used.
  • the line speed can be increased, so that productivity can be improved, and thus the industrial effect. Is enormous.

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Abstract

この電縫管溶接装置は、金属帯板（１）の走行方向に沿って見た場合に、円筒状に曲げられた金属帯板（１）の内部でかつ、誘導コイル（３）が存在する位置の上流から下流に亘って配置されたインピーダー（７）と；前記走行方向に沿って見た場合に、前記インピーダー（７）の上流側端部よりも上流でかつ、ロール（４）よりも下流の位置に配置され、前記円筒状に曲げられた金属帯板（１）が通過する孔部を有するとともに、誘導コイル（３）で生じた磁束を遮断する金属製のシールド板（８）と；を備える。

Description

電縫管溶接装置
　本発明は、円筒状に曲げられた金属帯板の両端部を誘導加熱して接合し、電縫管を製造する電縫管溶接装置に関する。さらに言うと、本発明は、電力を供給する誘導コイルの上流に流れる電流を解消し、設置しているロールなどの損傷を防止でき、また、無効電力を少なくして効率的に溶接できる電縫管溶接装置に関する。
　本出願は、２００９年９月１６日に日本に出願された特願２００９－２１４８８６号に基づき、優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　金属の管を製造する方法としては、金属帯板を曲げながら溶接によって管形状とする電縫管やスパイラル管等の他、金属ビレットに直接穴をあけて製造するシームレス管や、金属の押し出しによる管の製造方法がある。
　電縫管は、特に生産性が高く、しかも安価に製造できることから大量に生産されている。このような電縫管は、金属帯板を走行させながら円筒型になるように成型し、最後に、高周波電流を接合する金属帯板の両端部に流して溶融温度まで高めた状態で、ロールで前記両端面間を圧接溶接して管状にする。この際、金属帯板の前記両端部に電流を供給する方法として、一つは、金属帯板の外側を囲むように誘導コイルを巻き、この誘導コイルに一次電流を流すことにより、金属帯板に誘導電流を直接発生させる方法、もう一つは、コンタクトティップと呼ばれる金属製の電極を金属帯板の端部に押し当て、電源から電流を直接通電する方法がある。このとき、誘導コイルあるいは電極に通じる電流は、一般的に１００～４００ｋＨｚ程度の周波数を有する高周波電流が使われるとともに、管の内面側にインピーダーと呼ばれる強磁性体を配置することが多い。
「高周波の基礎と応用」（東京電機大学出版局、Ｐ７９，８０）
　図１は、誘導コイルを用いて誘導電流を発生させる方法を用いた、電縫管の溶接を説明する平面模式図であり、図２はその縦断面図である。被溶接材である金属帯板１は、平面状態から走行中にロールで曲げ加工されて両端面２ａ，２ｂが向かい合わさる筒状にされ、最後にロール４で両端面が互いに押しつけられて接合部６で接触する。このロール４の上流には、向かい合う両端面２ａ，２ｂを溶融させて接合するための誘導コイル３が設けられ、この誘導コイル３に高周波電流を流すことによって金属帯板端部２ａ，２ｂに電流５ａ，５ｂが流れ、ジュール発熱によって表面が加熱・溶融し、接合部６で溶接される。ここで、金属板端部２ａ，２ｂを流れる電流５ａ，５ｂは高周波であることから、表皮効果によって金属帯板１の表面を流れるとともに、近接効果によって金属板端部２ａ，２ｂに沿って流れようとする（非特許文献１参照）。
　誘導コイル３と接合部６との長さに比べ、曲げられた金属帯板１の内周面の長さが十分に長ければ、誘導コイル３と接合部６とのインピーダンスに比べ、筒状に曲げられた内周面のインピーダンスのほうが大きいため、電流は上記のように金属帯板端部２ａ，２ｂに沿って接合部側に回ろうとする。しかしながら、筒状体になった金属帯板１の内径が小さく、この筒状体の内周面のインピーダンスが大きくない場合には、接合部側へ向かう電流は減少し、電流は管内周面を回ろうとする。このような電流の内周面回りを阻止するため、従来、図２の断面模式図に示すように、インピーダー７と呼ばれる磁性体コアを筒状になった金属帯板１の内側に挿入し、内周面のインピーダンスを上げることにより、金属帯板１の内周面回りの電流を阻止する方法が採用されている。
　そして、内周を回れなくなった電流は、前述のように金属帯板１の端面２ａ，２ｂを流れる。しかしながら、本発明者等が温度測定及び電磁場解析を行った結果、図３に示すように、電流の流れとしては、溶接部６側に向かって戻る電流のみならず、分流して誘導コイル３の上流側に流れる電流が存在することが明らかとなった。このような電流は、誘導コイル３の上流部にあるロールでスパークなどを発生させ、ロール表面に損傷を与えたり、ベアリングなどを損傷させたりするおそれがある。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、誘導コイルを用いて誘導電流を発生させる誘導加熱方式の電縫管溶接装置において、簡単な構成の装置で効果的に誘導コイル上流に流れる電流を抑制することができ、電縫管を安定製造することが可能な電縫管溶接装置の提供を目的とする。
　本発明の要旨は下記の通りである。
（１）本発明の一態様に係る電縫管溶接装置は、走行する金属帯板がロールにより円筒状に曲げられて前記金属帯板の幅方向両端部が互いに対向した後、前記円筒状に曲げられた金属帯板の直近に設けられた誘導コイルによって励起された電流により、前記両端部を加熱し、その後、前記両端部間を圧接しながら溶接する。そして、この電縫管溶接装置は、前記金属帯板の走行方向に沿って見た場合に、前記円筒状に曲げられた金属帯板の内部でかつ、前記誘導コイルが存在する位置の上流から下流に亘って配置されたインピーダーと；前記走行方向に沿って見た場合に、前記インピーダーの上流側端部よりも上流でかつ、前記ロールよりも下流の位置に配置され、前記円筒状に曲げられた金属帯板が通過する孔部を有するとともに、前記誘導コイルで生じた磁束を遮断する金属製のシールド板と；を備える。
（２）本発明の一態様に係る電縫管溶接装置は、上記（１）に加え、さらに、前記金属帯板の走行方向に沿って見た場合に、前記インピーダーの前記上流側端部の位置で、かつ、前記円筒状に曲げられた金属帯板の外側で、さらには前記両端部間を跨ぐ位置に配置された強磁性体を備える。
　本発明の上記態様に係る電縫管溶接装置によれば、走行する金属帯板を曲げながら筒状にして溶接する電縫管溶接時に、誘導コイルの上流側に流れる電流によってロール等が損傷するのを回避できるので、ロール交換等による設備停止が発生することなく、長時間にわたって安定稼働を行うことが可能になる。
誘導コイルを用いた従来の考えに基づく電流分布を示す平面模式図である。 図１に示す電縫管製造装置の縦断面模式図である。 電磁場解析に基づく電流分布を示す平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る電縫管製造装置の断面模式図である。 図４のＡ－Ａ断面模式図である。 本発明の他の実施形態に係る電縫管製造装置を示す図であって、誘導コイル上流のロールを囲うようにシールド板を設けた例の模式断面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る電縫管製造装置を示す図であって、誘導コイル上流にあるインピーダー上に強磁性体を配置した例を示す縦断面模式図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
　図４は、本実施形態の電縫管製造装置を示す縦断面模式図であり、図５はそのＡ－Ａ断面模式図である。本実施形態の電縫管製造装置は、誘導コイルを使用した誘導加熱方式により、筒状に成形した金属帯板の両端部を電縫溶接することによって製造される。なお、以下の説明で用いる誘導コイルとは、銅等の良導体のパイプや線材、板などで被加熱材を１周以上巻いた誘導コイルの総称である。
　本実施形態では、電力供給部である誘導コイル３の走行方向上流において、円筒状に曲げられた金属帯板１が通過できる孔部を有し、誘導コイルで生じた磁束を遮断する金属製のシールド板８を、走行方向と略垂直に配置している。このシールド板８により、これより走行方向上流側へ流れようとする誘導電流を抑制することができる。
　より具体的には、本実施形態では、円筒状に曲げられた金属帯板１の内部に対応する位置に、電力供給部である誘導コイル３が存在する位置の走行方向上流から下流に亘ってインピーダー７が設置される。さらに、誘導コイル３の走行方向上流であるとともに、インピーダー７の上流側端部よりも走行方向上流であり、且つ、ロール４よりも走行方向下流において、円筒状に曲げられた金属帯板が通過できる孔部を有し、誘導コイル３で生じた磁束を遮断する金属製のシールド板８が設置される。
　通常、製造ライン等への迷走電流が流れるのを防止するためには、強磁性体で造られたチョークコアなどを用いることが多い。チョークコアは、一方向に流れる電流をカットするためには有効であるが、図３に示すように、電縫管を製造する場合には、金属帯板端部２ａ，２ｂの各々を、逆向きの高周波電流が同時に流れることからチョークコアを使うことができない。図３に示すように、電縫管を製造する場合には、誘導コイル３で金属帯板１に発生させた電流が、誘導コイル３の直下を回って接合部６を通るループと、誘導コイル３の上流に流れるループの、２つのループに分流する。誘導コイル３の上流を流れる電流は、誘導コイル３で発生した磁束によって発生することから、この磁束を断ち切れば誘導コイル３の上流を流れる電流は減少する。
　そこで、本実施形態においては、誘導コイル３の上流に金属製のシールド板８を設置する。電導性の良い金属を用いたシールド板は、誘導コイルによって発生した磁束をカットする効果を有するので、誘導コイル３の上流を流れる電流をカットすることができる。シールド板８としては、材質は、銅板や、アルミ板などの低抵抗の金属を用いれば良く、厚みは、数ｍｍ～数１０ｍｍあれば十分で、形状が維持できる程度であれば厚みは特に規定するものではない。また、シールド板８の形状としても、図５に示す例では四角形形状とされているが、不要な磁束をカットできる形状であれば、丸形であっても他の形状でも構わない。シールド板８は、円筒状に曲げられた金属帯板１が通過できる孔部を有する形状なので、本実施形態の電縫管製造装置を用いて電縫管溶接を行うに際し、円筒状に曲げられた金属帯板１がこの孔部を通過するように配置することができる。これにより、誘導コイル３の上流において、シールド板８の上流側の磁束がカットされるので、シールド板８の上流側については、図３に示すような円筒状に曲げられた金属帯板に流れる電流を防止できるとともに、誘導コイル３の上流側に配置されたロール９（図６を参照）に流れる電流をもカットすることができる。
　また、シールド板８は、図４等に示す例のように、その平面視における寸法及び形状が誘導コイル３よりも大きく、溶接進行方向で誘導コイル３を覆うような寸法及び形状とすることが、溶接方向上流側への磁束を効果的にカットできる点から、より好ましい。
　シールド板８の金属帯板走行方向における設置位置は、少なくとも誘導コイル上流にあるロールなど、電流を流したくない物の下流に置く必要がある。しかしながら、シールド板８が誘導コイル３に近づき過ぎると、誘導コイル３で発生させた磁束の多くをカットしてしまい、溶接効率低下の原因になることがあることから好ましくない。シールド板８は、図４においては走行方向と略垂直に設置する例を示しているが、これに限定されるものではなく、シールド板８の上流側の磁束がカットできる設置形態であれば、適宜採用することができる。例えば、図６に示す例のように、誘導コイル３の磁場から保護すべき対象物（図６に示す例ではロール９）を囲むように設置すると、より効果的である。
　誘導コイル３で発生した磁束は、金属帯板１の開口部以外では、金属帯板１の表面を貫通して誘導コイル３の外を回る磁路を形成している。また、金属帯板１の開口部では、渦電流が金属帯板端部２ａ，２ｂを通ることから、金属帯板１の端部を貫通する磁束と、開口部から直接付与される磁束がインピーダー７に入る磁路とが存在する。インピーダー７には透磁率が高い強磁性体を使用するため、インピーダー７がある部分に磁束が集中しやすい。このため、シールド板８を誘導コイル３の上流、且つ、インピーダー７の上方（インピーダー７の上流側端部よりも下流側）に設けると、インピーダー７の上流端付近まで回っていた磁束をカットすることになり、インピーダー７を通る磁束が減少し、溶接効率低下をもたらす。このため、本実施形態においては、シールド板８は、少なくともインピーダー７の上流端よりもさらに上流に設置することが好ましい。
　なお、上述のように、シールド板８をインピーダー７の上流側端部よりも上流に設置したとしても、誘導コイル３で発生した磁束を部分的に減少させることがある。このような磁束減少による効率低下を防止するため、本実施形態では、図７に示すように、金属帯板１の走行方向に沿って見た場合に、インピーダー７の上流側端部の位置（金属帯板の対向する両端部間に生じている開口部の外側）で、かつ、円筒状に曲げられた金属帯板１の外側で、さらには両端部２ａ、２ｂ間を跨ぐ位置に配置された強磁性体１０を備えることがより好ましい。
　強磁性体１０には、フェライトや電磁鋼板アモルファス等、比透磁率が高く、また、磁気抵抗が小さい材質を用いることが好ましい。そして、誘導コイル３で発生した磁束を強磁性体１０内に強制的に通すことにより、インピーダー７よりも上流側に磁束が発散するのを防止し、インピーダー７に帰る磁路を強制的に確保する働きがある。従って、シールド板８には、強磁性体１０を貫通できなかった分の磁束は到達するものの、その磁束は減少しており、減少した磁束をシールド板８によってほぼカットできるため、上流に向かう電流をほぼカットすることが可能となる。また、誘導コイル３で発生させた磁束を強制的に強磁性体１０内に通すことから、シールド板８を設置しない場合に比べても、溶接効率をほとんど低下させずに済む。
　強磁性体１０は、誘導コイル３で発生させた磁束を強制的にインピーダー７に戻すという働きを有するため、その設置位置は、誘導コイル３の上流側であってインピーダー７の上方（インピーダーの上流側端部よりも下流側を含む部分）が好ましい。また、強磁性体１０は、誘導コイル３に近づきすぎると、強磁場によって発熱しやすいので、発熱し難い設置位置を適宜決定すれば良く、インピーダー７の端部近傍に設置する場合には、図６に示す例のように、少なくともインピーダー７の端部上に強磁性体１０が配置されることがより好ましい。また、強磁性体１０の幅としては、金属帯板１の開口部よりも広い寸法とし（金属帯板の対向する両端部を跨ぐように）、長さはインピーダー７の寸法に合わせて適宜決定すれば良い。また、強磁性体１０の厚みについても特に規定するものではないが、誘導コイル３の外周位置よりも強磁性体の外面位置が高くなるように（金属帯板の円筒軸からの距離が長くなるように）設定することがより好ましい。また、強磁性体１０と金属帯板１との距離は、数ｍｍ程度とするのが望ましいが、溶接部等を考慮して、例えば、数ｃｍ程度と、もう少し広くしても構わない。
　以上説明したように、本実施形態による電縫管製造装置は、加熱効率の低下を抑制した状態で、誘導コイルの上流へ流れる電流をカットすることができ、誘導コイル上流にあるロールの損傷が防止でき、設備の安定稼働も可能であるなどの優れた効果を奏する。
　（実施例１）
　本発明の効果を確認するため、確認実験を行った。本実験では、外径３８ｍｍ、肉厚３ｍｍのガス管用鋼管（ＳＧＰ管）に幅１５ｍｍの平行開口部を形成し、その後、溶接部と見立てた接合部６までの開口部傾斜部が角度３度となるようにレーザー加工を施した。そして、図４に示すような配置として（シールド板の位置は変更）、向かい合う鋼管端部の昇温速度が、シールド板の有無と位置でどのように変化するかを確認した。
　また、本実験では、１辺が１５０ｍｍ、１０ｍｍ厚の正方形の銅板中心に直径５０ｍｍの孔部を設け、孔部の縁を鋼管から６ｍｍ離したものをシールド板として使用した。
　はじめに、シールド板の位置をインピーダー上流端（溶接部から上流へ３５０ｍｍ、誘導コイルから上流へ１５０ｍｍの位置）から５０ｍｍ上流の位置（溶接部から上流へ４００ｍｍ、誘導コイルから上流へ２００ｍｍの位置）に設置した発明例１の条件で、接合部６（図１の符号６に示す、開放された金属帯板端部が交わる部分）の昇温速度と、接合部から４２０ｍｍ上流の位置の鋼管端部に５０μｍのＫ熱電対を溶着し、温度を計測して比較した。また、発明例1と同じシールド板位置とし、更に、インピーダー上流端から下流側へ強磁性体１０として長さ６０ｍｍ、幅３２ｍｍ、厚み４０ｍｍのフェライトコアを設置した発明例２の条件で、上記同様の実験を行った。また、シールド板を設けない通常の誘導コイルのみの比較例１、シールド板をインピーダー上（インピーダー上流端部から下流へ４０ｍｍ、誘導コイルから上流１００ｍｍの位置）に設置した比較例２の各例の条件でも、上記同様の実験を行った。
　誘導コイルは、幅５０ｍｍで２Ｔ（ターン）巻いたφ１０ｍｍの水冷銅管を、鋼管から５ｍｍのギャップで、接合部から１５０ｍｍ離して配置した。そして、静止状態で２００ｋＨｚの電源で１５ｋＷの電力を投入し、常温～８００℃までの平均加熱速度を計算した。この際、インピーダーとしては、直径１６ｍｍ、長さ３００ｍｍのフェライトコア製で、中心に６ｍｍの水冷用の穴をあけたものを用いた。
　結果を下記表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１より明らかなように、シールド板設置前の比較例１は、接合部から４２０ｍｍの位置では６５℃上昇していたが、シールド板を設置した本発明例１、２では温度上昇が見られず、シールド板よりも上流に電流が流れていないことが確認できた。
　一方、シールド板の設置位置がインピーダー上とされた条件の比較例２では、昇温速度の減少割合（＝１００－比較対象の昇温速度／比較例１の昇温速度×１００）が２６％と大きかった。これに対し、シールド板の設置位置をインピーダー端部から５０ｍｍ離した発明例1では１３％程度の低下であり、減少割合は半分に改善され、更に、誘導コイルの上流に磁気コアを設置した発明例２では、２％程度の低下であった。
　上記のように、本発明による電縫管溶接装置では、誘導コイル上流の金属帯板に流れる電流を確実にカットすることができ、同時に、誘導コイル上流の電流によるロールなどを損傷から保護できるようになる。また、シールド板による溶接効率の低下も最小限に抑制することが可能であり、誘導コイルの上流に電流が流れるのを効果的にカットできることが確認できた。
　本発明の電縫管溶接装置によれば、走行する金属帯板を曲げながら筒状にして溶接する電縫管溶接の効率を、簡単な装置構成で効果的に上げることができる。これによって、電力使用量を抑制して省エネが実現でき、一方、同じ電力を投入した場合にはライン速度を上げることができることから、生産性の向上を図ることができるので、その産業上の効果は多大である。
１　金属帯板
２ａ、２ｂ　金属帯板端部
３　誘導コイル
４　ロール
５ａ，５ｂ　電流
６　接合部
７　インピーダー
８　シールド板
９　ロール
１０　強磁性体

Claims (2)

  1. 　走行する金属帯板がロールにより円筒状に曲げられて前記金属帯板の幅方向両端部が互いに対向した後、前記円筒状に曲げられた金属帯板の直近に設けられた誘導コイルによって励起された電流により、前記両端部を加熱し、その後、前記両端部間を圧接しながら溶接する電縫管溶接装置であって、
    　前記金属帯板の走行方向に沿って見た場合に、前記円筒状に曲げられた金属帯板の内部でかつ、前記誘導コイルが存在する位置の上流から下流に亘って配置されるインピーダーと；
    　前記走行方向に沿って見た場合に、前記インピーダーの上流側端部よりも上流でかつ、前記ロールよりも下流の位置に配置され、前記円筒状に曲げられた金属帯板が通過する孔部を有するとともに、前記誘導コイルで生じた磁束を遮断する金属製のシールド板を備えることを特徴とする電縫管溶接装置。
  2. 　さらに、前記金属帯板の走行方向に沿って見た場合に、前記インピーダーの前記上流側端部の位置で、かつ、前記円筒状に曲げられた金属帯板の外側で、さらには前記両端部間を跨ぐ位置に配置された強磁性体を備えることを特徴とする請求項１記載の電縫管溶接装置。
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