WO2014156057A1 - 電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置 - Google Patents

電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置 Download PDF

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岡部　能知
昌利 荒谷
俊介 豊田
聡太 後藤
木村　秀途
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • B23K2103/04—Steel or steel alloys

Definitions

  • the present invention relates to a shielding device for a welded part of an element pipe of an electric resistance steel pipe (electric resistance, welded steel, pipe, or steel), and in particular, an oil well pipe (Oil Country Tubular Goods), a line pipe (line pipes)
  • the present invention relates to a shield device for a welded portion of a base pipe of an electric resistance welded steel pipe suitable for manufacturing an electric resistance welded steel pipe that requires high mechanical characteristics in a welded portion, such as automotive parts and automotive parts.
  • steel pipes are roughly divided into welded steel pipes (welded steel pipes or steel pipes) and seamless steel pipes (seamless steel pipes or steel tubes).
  • the welded steel pipe is manufactured by rounding a plate (meaning of a strip material, the same applies hereinafter), butting the end portions and welding them, as an example of an electric resistance steel pipe.
  • the seamless steel pipe is manufactured by drilling a lump of material at a high temperature and rolling it with a mandrel mill or the like.
  • the properties of the weld are inferior to that of the base metal, and there are always debates about the toughness, strength and elongation of the weld for each application. Has been a problem.
  • a hot-rolled steel sheet that is a base material of a steel pipe is designed in consideration of the characteristics of the base material after manufacturing the steel pipe, and characteristics such as strength are ensured.
  • the cause of poor ERW welding is that an oxide-based welding defect called a penetrator is caused by the welded part (specifically, both ends in the circumferential direction of the raw pipe (open pipe) formed by rolling a strip) during ERW welding.
  • the toughness is reduced or the strength is insufficient due to the residual penetrator.
  • the gas shield welding method (gas ⁇ ⁇ ⁇ shield welding) is used to prevent oxidation of the welded part by gas blowing to the welded part in order to remove the penetrator, which is the main cause of ERW welding failure, from the welded part.
  • gas shield welding method gas ⁇ ⁇ ⁇ shield welding
  • Patent Document 1 discloses a method for reducing the oxygen concentration around a welded portion in a short time with a sealed space around the welded portion as a minimum volume in a welded part shield device for an electric resistance welded tube. It describes that a squeeze rolls roll stand has a welding device around the welded part and a shield cover that covers only the local part of the raw pipe.
  • Patent Document 2 discloses that an impeder core (impeder gas case) is provided with a liquefied gas pipe (liquefied gas gas piping) arranged in an impeder case (impeder gas case). It is described that after the impeder core is cooled, the liquefied gas is jetted toward a welding point to perform gas shielding.
  • a liquefied gas pipe liquefied gas gas piping
  • Patent Document 3 discloses that the entire raw tube from the heating start point of the raw tube to the welding point, the induction coil for heating the edge portion, and the squeeze roll Is covered with a shield box, and gas is supplied into the shield box at a predetermined flow rate through a gas supply line.
  • Patent Document 3 in which the entire raw tube from the heating start point to the welding point of the edge portion of the raw tube is covered with a shield box (Patent Document 3) has a complicated apparatus structure and requires a lot of time for assembly, Each time the dimensions of the pipe change, it is necessary to replace or adjust the shield box, and there is a problem that the disadvantage in terms of efficiency and pipe making cost is great.
  • the present inventors diligently studied to solve the above problems. As a result, the entire pipe from the edge heating start point to the welding point of the pipe is not covered with a shield box, but within the range from the edge heating start point to the welding point of the pipe from directly above the welded part of the pipe.
  • the nozzle height which is the height from the upper end of the welded part to the shield gas injection nozzle (injection hole), and spraying
  • the oxygen concentration in the welded part can be sufficiently reduced by appropriately controlling the flow rate of shielding gas (shielding gas flow rate). That is, the present invention is as follows.
  • an ERW steel pipe welded part shielding device that shields a welded part at the time of ERW welding by spraying a shield gas made of an inert gas from above,
  • a shielding gas spray nozzle in which a gas discharge port is arranged at a position 5 to 300 mm above the welded portion upper end with respect to the welded portion, and a flow rate of the shield gas discharged from the gas discharge port is set to 0.
  • An apparatus for shielding a welded part of an electric resistance welded steel pipe characterized by comprising: a gas flow rate adjusting means for controlling the gas flow rate to 5 to 50 m / s.
  • the shape of the gas discharge port is rectangular, the length that is a through-tube direction component is 30 mm or more, and the width R that is a butting direction component of a raw tube edge is 5 mm or more (1)
  • the width R which is a butt direction component of the raw pipe edge, is R / W> 1.0 with respect to the maximum interval W between the end faces of the raw pipe edge of the welded portion immediately below the gas discharge port.
  • the shielded device of the welded part of the ERW steel pipe according to the present invention can maintain the oxygen concentration of the welded part at the time of ERW welding at a sufficiently low level and surely improve the welded part characteristics of the ERW steel pipe over the conventional level. You can make it.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (a) is a view showing a manufacturing process of an electric resistance welded steel pipe.
  • B is sectional drawing of the nozzle for shielding gas spraying, and the A section of an ERW steel pipe.
  • C is the schematic which shows the flow of the shielding gas in case the flow velocity of shielding gas is small.
  • D is the schematic which shows the flow of the shielding gas when the flow velocity of shielding gas is appropriate.
  • E is the schematic which shows the flow of the shielding gas in case the flow velocity of shielding gas is large.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the flow rate of the shielding gas and the oxygen concentration in the welded part (butting part of the raw tube edge).
  • FIG. 3 is a schematic view of an apparatus for shielding a welded portion of an unsealed steel pipe showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing an embodiment of the present invention.
  • a strip formed of a steel strip is continuously unwound by an uncoiler (not shown), corrected by a leveler (not shown), and sent in a pipe-passing direction (also referred to as a forming direction) 20 while not shown.
  • the former is rounded in the width direction to form a raw pipe (open pipe) 10, and the welded part (elementary) is made by butting both end faces of the raw pipe (corresponding to both end faces in the width direction of the strip before rounding)
  • the pipe edge butt part 11 is electro-sewn by an electric sewing machine (electric sewing machine welding power machine) (constituted by a power supply device for heating the edge part (not shown) and a squeeze squeeze roll (not shown)).
  • Reference numeral 12 denotes a heating start point of the raw pipe edge portion
  • reference numeral 13 denotes a welding point indicating a through-pipe direction position where the welded portion 11 is joined by pressure welding.
  • an impeder (not shown) may be disposed on the inner surface side of the base pipe 10 or the ERW steel pipe 15. The outer diameter of the ERW steel pipe 15 exiting the ERW welder is adjusted by a sizer (not shown).
  • the entire range of the pipe passage direction from the heating starting point 12 to the welding point 13 of the raw pipe edge portion, or an area where oxide is likely to be generated in the welded portion within this range (this area is specified by preliminary investigation).
  • the shield gas spray nozzle (abbreviated as a nozzle for short) 1 is disposed at a position immediately above the welded portion 11 in the shield range.
  • the nozzle 1 is connected to the gas pipe 2 via a gas flow rate regulator 3.
  • the shield gas supplied from the gas pipe is adjusted to an appropriate flow rate by the gas flow rate adjuster 3 and sprayed from the nozzle 1 to the welded part 11.
  • the nozzle 1 is arranged with the gas discharge port 1 ⁇ / b> A positioned so as to face the upper end of the welded part 11.
  • the area ratio of the oxide of the weld is defined as follows. That is, a fracture surface obtained by conducting a Charpy impact test of an electric seam welded portion is observed with an electron microscope (electron microscope) at least 10 fields of view at a magnification of 500 times, and is observed within the fracture surface. The dimple fracture surface portion (dimple fracture surface area) containing oxides was selected, the total area was measured, and the total area obtained by adding the area of the oxide to the total visual field area was defined as the oxide area ratio.
  • the nozzle height H which is the height from the upper end of the welded portion 11 to the gas discharge port 1A, is 5 mm or more and 300 mm or less (see FIG. 1B), and the gas discharge port.
  • the flow velocity of the shielding gas 5 at 1A (hereinafter also referred to as gas outlet flow velocity) is 0.5 m / s or more and 50 m / s or less (see FIG. 1 (d)).
  • the shield gas does not sufficiently reach the welded part 11 and the oxygen concentration of the welded part 11 does not become 0.01% by volume or less.
  • a smaller nozzle height is desirable.
  • the gas discharge port 1A is easily damaged by the radiation heat from the welded part 11 being heated, and spatter generated in the welded part 11 collides with the nozzle 1. Durability deteriorates.
  • the shield gas 5 diffuses around and the gas shield of the welded part 11 becomes insufficient (see FIG. 1 (c)). If the flow velocity of the gas at the gas discharge port 1A is too large, the momentum of the shield gas 5 becomes too strong and air entrainment 6 between the end faces of the welded part 11 is generated (see FIG. 1 (e)). ). If the gas flow rate at the gas discharge port 1A is an appropriate flow rate (0.5 to 50 m / s), the shielding gas 5 is filled between the end faces of the welded part 11 without excess or deficiency, and there is no entrainment in the atmosphere. Shielding can be achieved (see FIG. 1 (d)).
  • the shape of the gas discharge port 1A if the length which is 20 components in the pipe passing direction is 30 mm or more and the width R which is the butt direction component of the raw pipe edge is 5 mm or more, Gas spraying can be made more uniform, which is preferable.
  • the width in the butting direction of the raw tube edge of the gas discharge port 1A is denoted as R, and the maximum distance between the end faces of the welded portion 11 immediately below the gas discharge port 1A is defined as W.
  • R / W> 1.0 the oxygen concentration of the welded portion 11 can be reduced more quickly, which is preferable. More preferably, 1.5 ⁇ R / W ⁇ 25 is satisfied.
  • Inert gas is used as shielding gas.
  • Inert gas here is nitrogen gas, helium gas, helium gas, argon gas, neon gas, xenon gas, etc., or two or more of these It means the mixed gas etc. which mixed.
  • the purity of the inert gas is preferably 99.9% or more.
  • the shielding gas may be a gas containing 0.1% by volume or more of a reducing gas instead of the inert gas.
  • the gas containing 0.1% by volume or more of the reducing gas has a stronger effect of suppressing the formation of oxides that cause the penetrator, and can greatly improve the toughness or strength of the weld. It is preferable.
  • the reducing gas mentioned here means hydrogen gas, carbon monoxide gas, methane gas, propane gas, etc., or a mixed gas obtained by mixing two or more of these.
  • the shielding gas In the case of using an inert gas alone: (A) Any one of nitrogen gas, helium gas and argon gas, or a mixed gas of two or more thereof. A particularly preferable inert gas combination is (nitrogen gas + argon gas). (B) In the case of using a reducing gas alone: (B) One kind of hydrogen gas or carbon monoxide gas or a mixed gas of these two kinds. (C) In the case of using a mixed gas of an inert gas and a reducing gas: the mixed gas of (A) and (B). A particularly preferable mixed gas combination is (nitrogen gas + hydrogen gas).
  • the steel strip is passed through a pipe making facility composed of an uncoiler, leveler, roll forming machine, electric seam welder, and sizer in this order, and a low carbon with an outer diameter of 600 mm and a wall thickness of 20.6 mm.
  • the shield device for the welded portion of the ERW steel pipe according to the present invention shown in FIG. 3 is used to provide a gas shield to the welded portion during ERW welding. Executed.
  • the levels of gas spraying conditions were variously changed as shown in Table 1, and the oxygen concentration of the welded part and the oxide area ratio of the welded part were measured.
  • the groove shape was a straight shape. Nitrogen gas was used as the shielding gas, and hydrogen gas was used as the reducing gas.
  • the shape of the gas discharge port was a rectangle. The results are shown in Table 1.
  • the oxygen concentration in the welded portion was remarkably reduced compared to the comparative example, and the oxide area ratio in the welded portion was significantly reduced.
  • Nozzle shield gas spray nozzle
  • Nozzle shield gas spray nozzle
  • Gas discharge port 2
  • Gas flow rate regulator 5
  • Shield gas 6
  • Atmospheric entrainment 10
  • Elementary pipe open pipe
  • Welded part butting part of raw pipe edge
  • Heating start point of raw pipe edge 13
  • Welding point 15
  • ERW steel pipe 20
  • Pipe direction (welding direction) H
  • Nozzle height Width W Maximum distance between end faces of welded parts

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Abstract

従来技術における、造管コスト面さらには能率面の犠牲なしでは、電縫溶接時の被溶接部を確実にガスシールドして其処の酸素濃度を十分に低下させる事ができていないため、ペネトレータの生成を防止できていないという課題を解決すべく、本発明では、被溶接部（１１）に対し該被溶接部上端から５～３００ｍｍ上方の位置にガス放出口（１Ａ）を配位したシールドガス吹付け用ノズル（１）の前記ガス放出口からシールドガス（５）をガス流調整器（３）でガス流速を０．５～５０ｍ／ｓに制御して吹付ける電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置とした。

Description

電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置
　本発明は、電縫鋼管（electric resistance welded steel pipe or steel tube）の素管の被溶接部のシールド装置（shielding arrangement）に関し、特に、油井管(Oil Country Tubular Goods)、ラインパイプ(line pipes)や自動車用の部品(automotive parts)などの、溶接部に高い機械的特性(mechanical characteristic)が要求される電縫鋼管の製造に好適な電縫鋼管の素管の被溶接部のシールド装置に関する。
　通常、鋼管は溶接鋼管(welded steel pipe or steel tube)と継目無鋼管(seamless steel pipe or steel tube)に大別される。溶接鋼管は、電縫鋼管を例とするように、板（帯材の意、以下同じ）を丸めて端部を突き合わせて溶接して製造される。継目無鋼管は、材料の塊を高温で穿孔してマンドレルミル(mandrel mill)等で圧延して製造される。溶接鋼管の場合、一般に溶接部の特性は母材より劣ると云われ、鋼管の適用に当たって、用途ごとに溶接部の靭性(toughness)や強度(strength)や伸び(elongation)などの保証が常に議論されて問題となってきた。
　例えば、原油(crude oil)や天然ガス(natural gas)などを輸送するラインパイプでは、管を寒冷地(cold region)に敷設することが多いため低温靭性(low-temperature toughness)が必要とされ、管の強度が重要視される。
　又、通常、鋼管の母材となる熱延鋼板(hot-rolled steel sheet)は、鋼管製造後の母材特性を考慮して成分設計され、強度等の特性が確保される。
　しかし、溶接部の特性は、母材の成分設計(alloy design)や熱処理(heat treatment)等よりも、電縫溶接方法によって大きく左右されるため、溶接技術の開発が重要であった。電縫溶接不良の原因としては、ペネトレータ(penetrator)と呼ばれる酸化物主体の溶接欠陥が、電縫溶接時に被溶接部（詳しくは、帯材を丸めてなる素管（オープン管）の周方向両端面を突き合わせた部位である素管エッジの突合せ部）に生成して残留し、この残留したペネトレータを原因として靭性が低下したり強度不足になったりする例が多かった。
　そこで、従来技術として電縫溶接不良の主原因であるペネトレータを溶接部から除くため、被溶接部へのガス吹き付け(gas blowing)により被溶接部の酸化を防止するガスシールド溶接方法(gas shield welding method)および装置が数多く提案されてきた。
　例えば、特許文献１には電縫管の溶接部シールド装置において被溶接部回りの密閉空間(enclosed space)を最小容積として被溶接部回りの酸素濃度(oxygen concentration)を短時間で下げる目的で、スクイズロール(squeeze rolls)のロールスタンド(roll stand)に被溶接部回りの溶接装置と素管の局部のみを覆うシールドカバー(shield cover)を取着したことが記載されている。
　又、特許文献２には、素管内に装入するインピーダケース(impeder case)に不活性ガス(inert gases)の液化ガス配管(liquefied gas piping)を配設して供給した液化ガスでインピーダコア(impeder core)を冷却した後、当該液化ガスを溶接点（welding point）に向けて噴出してガスシールド（gas shielding）することが記載されている。
　又、特許文献３には、素管のエッジ部の加熱起点(heating starting point)から溶接点に至るまでの素管全体、エッジ部の加熱用の誘導コイル(induction coil for edge heating)、スクイズロールをシールドボックス(shield box)で覆い、該シールドボックス内へガス供給管(gas supply line)にて所定流量(given flow rate)でガスを供給することが記載されている。
特開平０８－３００１６４号公報 特開平１０－２４９５４７号公報 特開２０１１－２０６８１３号公報
　しかし、溶接点付近のみを外面側から（特許文献１）或いは内面側から（特許文献２）のガス吹き付けによりガスシールドする方法は、充分にシールドができずに溶接部に酸化物が残留する場合があった。
　又、素管のエッジ部の加熱起点から溶接点に至るまでの素管全体をシールドボックスで覆う方式（特許文献３）は、装置構造が複雑であり、組み付けに多大な時間を要する事や、管の寸法が変わるごとにシールドボックスの取替えや調整が必要であり、能率面、造管コスト面での不利が大きいという問題がある。
　以上のように、従来技術では、造管コスト面さらには能率面の犠牲なしでは、電縫溶接時の被溶接部を確実にガスシールドして被溶接部の酸素濃度を十分に低下させる事ができていないためペネトレータの生成を防止できないという課題があった。
　本発明者らは、前記課題を解決する為に鋭意検討した。その結果、素管のエッジ部加熱起点から溶接点に至る素管全体をシールドボックスで覆わずに、前記素管のエッジ部加熱起点から溶接点に至る範囲内で素管の被溶接部直上から被溶接部にシールドガスを吹き付ける場合、被溶接部の上端からシールドガスの吹付け用ノズルにおけるシールドガスの放出口（injection hole）までの高さであるノズル高さ(nozzle height)、及び吹付けるシールドガスの流速(shielding gas flow rate)を適正に制御する事により、被溶接部の酸素濃度を十分に低減できる事を見出し、本発明を成した。即ち本発明は以下の通りである。
　（１）　電縫鋼管の製造において、電縫溶接時の被溶接部を不活性ガスからなるシールドガスを上部から吹き付けてガスシールドする電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置であって、
前記被溶接部に対し該被溶接部上端から５～３００ｍｍ上方の位置にガス放出口を配位したシールドガスの吹付け用ノズルと、前記ガス放出口から放出される前記シールドガスの流速を０．５～５０ｍ／ｓに制御するガス流速の調整手段と、を有することを特徴とする電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置。
　（２）　前記ガス放出口の形状は、矩形であり通管方向成分である長さが３０ｍｍ以上、素管エッジの突合せ方向成分である幅Ｒが５ｍｍ以上であることを特徴とする（１）に記載の電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置。
　（３）　前記素管エッジの突合せ方向成分である幅Ｒは、前記ガス放出口の直下の被溶接部の素管エッジの端面間の最大間隔Ｗに対し、Ｒ／Ｗ＞１．０、なる関係を満たすことを特徴とする（１）又は（２）に記載の電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置。
　（４）　前記不活性ガスに代えて、還元性ガス(reducing gas)を０．１体積％以上含有するガスとしたことを特徴とする（１）または（２）に記載の電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置。
　（５）　前記不活性ガスに代えて、還元性ガスを０．１体積％以上含有するガスとしたことを特徴とする（３）に記載の電縫鋼管の被溶接部シールド装置。
　本発明による電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置は、電縫溶接時の被溶接部の酸素濃度を十分低いレベルに維持でき、電縫鋼管の溶接部特性を確実に従来レベルよりも向上させる事ができる。
図１は、本発明の実施形態を示す概略図であり、（ａ）は電縫鋼管の製造過程を示す図である。（ｂ）は、シールドガス吹付け用ノズルと電縫鋼管のＡ部との断面図である。（ｃ）はシールドガスの流速が小さい場合のシールドガスの流れを示す概略図である。（ｄ）はシールドガスの流速が適正な場合のシールドガスの流れを示す概略図である。（ｅ）はシールドガスの流速が大きい場合のシールドガスの流れを示す概略図である。 図２は、シールドガスの流速と被溶接部（素管エッジの突合せ部）の酸素濃度の関係を示す線図である。 図３は、本発明の一実施例を示す電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置の概略図である。
　図１は、本発明の実施形態を示す概略図である。鋼帯からなる帯材を図示しないアンコイラー(uncoiler)で連続的に払出し、図示しないレベラー(levelor)で矯正し、通管方向（成形方向とも言う）２０に送りつつ、図示しないロール成形機(roll former)で帯材を幅方向に丸めて素管（オープン管）１０となし、素管の両端面（丸める前の帯材の幅方向の両端面に相当）を突合せてなる被溶接部（素管エッジの突合せ部）１１を電縫溶接機（electric sewing welding machine）（図示しないエッジ部加熱用給電手段(power supply device)と図示しない圧接用スクイズロールとで構成されている）により、電縫溶接して、電縫鋼管１５を得る。１２は素管エッジ部の加熱起点、１３は圧接により被溶接部１１が接合する通管方向位置を指す溶接点である。尚、素管１０または電縫鋼管１５の管内面側にはインピーダ（図示省略）を配置する場合もある。電縫溶接機を出た電縫鋼管１５は図示しないサイザー(sizer)で外径の調整がなされる。
　本発明では、素管エッジ部の加熱起点１２から溶接点１３までの通管方向範囲の全域、或いは当該範囲内の、被溶接部に酸化物が生成し易い区域（この区域は予備調査により特定できる）をシールド範囲とし、このシールド範囲において、被溶接部１１の直上の位置にシールドガスの吹付け用ノズル（略してノズル）１を配置する。ノズル１は、ガス配管２にガス流速の調整器３を介して接続されている。ガス配管から供給されるシールドガスは、ガス流速の調整器３により適正な流速に調整され、ノズル１から被溶接部１１へ吹付けられる。
　ノズル１は、ガス放出口１Ａを被溶接部１１上端と正対する様に配位して、配置される。
　本発明者らはシールドガスの流れについて詳細に観察した。さらに、ガス放出口１Ａの位置や寸法、ならびにガス放出口１Ａでのシールドガスの流速などの、様々なシールドガスの吹付け条件が、電縫溶接時の被溶接部１１の酸素濃度と、被溶接部を電縫溶接してなる溶接部における酸化物の面積率とに及ぼす影響を詳細に調査した。
　その結果、シールドガスの吹付け条件を最適にする事により、被溶接部の酸素濃度が０．０１体積％以下になり、溶接部の酸化物の面積率が０．１％以下になることを発見した。ここで、溶接部の酸化物の面積率とは、次のとおり定義される。すなわち、電縫溶接部のシャルピー衝撃試験（Charpy impact test）を行うことにより得られる破面を電子顕微鏡（electron microscope）により倍率５００倍以上で少なくとも１０視野観察して、その破面内に観察される酸化物を含んだディンプル破面部分（dimple fracture surface area）を選別して、その総面積を測定し、視野総面積に対する酸化物の面積を加算した総面積を、酸化物面積率とした。
　本発明者らが発見した最適条件は、被溶接部１１上端からガス放出口１Ａまでの高さであるノズル高さＨが５ｍｍ以上３００ｍｍ以下（図１（ｂ）参照）、且つ、ガス放出口１Ａでのシールドガス５の流速（以下、ガス出口流速ともいう）が０．５ｍ／ｓ以上５０ｍ／ｓ以下（図１（ｄ）参照）である。
　ノズル高さが３００ｍｍを超えるとシールドガスが充分に被溶接部１１に届かず、被溶接部１１の酸素濃度が０．０１体積％以下にならない。ノズル高さは小さい方が望ましい。しかしながら、５ｍｍを下回ると、加熱されている被溶接部１１からの輻射熱（radiation heat）でガス放出口１Ａが傷み易く、更に被溶接部１１で発生したスパッタ（spatter）が衝突してノズル１の耐久性が劣化する。
　ガス放出口１Ａにおけるガスの流速が小さすぎると、シールドガス５は周囲に拡散し、被溶接部１１のガスシールドが不十分となる（図１（ｃ）参照）。ガス放出口１Ａにおけるガスの流速が大き過ぎると、シールドガス５の勢いが強くなりすぎ、被溶接部１１の端面間への大気巻き込み（air entrainment）６を生じてしまう（図１（ｅ）参照）。ガス放出口１Ａにおけるガスの流速が適正流速（０．５～５０ｍ／ｓ）であると、被溶接部１１の端面間にシールドガス５が過不足なく充満し、大気巻き込みも無く、充分なガスシールドが達成できる（図１（ｄ）参照）。
　図２は、一例としてノズル高さＨ＝５０ｍｍとし、ガス放出口１Ａにおけるガスの流速を種々変えて被溶接部１１にシールドガス５を吹き付け、被溶接部１１の端面間の中間位置で酸素濃度を測定した結果を示す線図である。この例から分る様に、ガス放出口１Ａにおけるガスの流速を０．５～５０ｍ／ｓとする事によって、確実に被溶接部の酸素濃度０．０１体積％以下を達成できる。
　又、ガス放出口１Ａの形状については、通管方向２０成分である長さが３０ｍｍ以上、素管エッジの突合せ方向成分である幅Ｒが５ｍｍ以上の矩形状にすると、被溶接部１１へのガス吹付けをより均一にすることができて好ましい。
　又、図１（ｂ）に示す様に、ガス放出口１Ａの素管エッジの突合せ方向である幅をＲと記し、ガス放出口１Ａの直下の被溶接部１１の端面間の最大間隔をＷと記すとして、Ｒ／Ｗ＞１．０、を満たす様にすると、被溶接部１１の酸素濃度をより速やかに低減させる事ができて好ましい。更に好ましくは１．５＜Ｒ／Ｗ＜２５を満たす様にする。
　シールドガスとしては不活性ガスを用いる。此処に云う不活性ガスとは、窒素ガス(nitrogen gas)、ヘリウムガス(helium gas)、アルゴンガス(argon gas)、ネオンガス(neon gas)、キセノンガス(xenon gas)等、若しくはこれらの２種以上を混合してなる混合ガスなどを意味する。また、不活性ガスの純度は９９．９％以上が好ましい。
　更に、シールドガスとして、不活性ガスに代えて、還元性ガスを０．１体積％以上含有するガスとしてもよい。還元性ガスを０．１体積％以上含有するガスの方が、ペネトレータの原因となる酸化物の生成を抑制する効果がより強くなり、溶接部の靭性又は強度を、より大きく向上させることができて好ましい。此処に云う還元性ガスとは、水素ガス、一酸化炭素ガス、メタンガス(methane gas)、プロパンガス(propane gas)等、若しくはこれらの２種以上を混合してなる混合ガスを意味する。尚、還元性ガスを０．１体積％以上含有するガスとしては、還元性ガスのみからなる組成、又は、還元性ガス：０．１体積％以上を含有し残部が不活性ガスからなる組成のものが好適である。
　又、入手容易性及び廉価性の点からは、シールドガスとして次のガスを用いる事が好ましい。
（イ）不活性ガス単独使用の場合：（Ａ）窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガスの何れか１種若しくはこれら２種以上の混合ガス。特に好ましい不活性ガスの組み合わせは（窒素ガス＋アルゴンガス）である。
（ロ）還元性ガス単独使用の場合：（Ｂ）水素ガス、一酸化炭素ガスの何れか１種若しくはこれら２種の混合ガス。
（ハ）不活性ガスと還元性ガスの混合ガス使用の場合：前記（Ａ）と（Ｂ）の混合ガス。特に好ましい混合ガスの組合せは（窒素ガス＋水素ガス）である。
　尚、特に、水素ガス及び／又は一酸化炭素ガスを含むガスを使用する場合、遺漏無き安全対策をとるべきことは云うまでも無い。
　鋼帯からなる帯材を、アンコイラー、レベラー、ロール成形機、電縫溶接機、サイザーをこの順に配置して構成された造管設備に通して、外径６００ｍｍ、肉厚２０．６ｍｍの低炭素低合金鋼の電縫鋼管を製造する工程において、図３に示した本発明に係る電縫鋼管の素管被溶接部のシールド装置を用いて、電縫溶接時に被溶接部へのガスシールドを実行した。ガス吹付け条件の水準を表１に示すとおり種々変えて実行し、被溶接部の酸素濃度の測定、及び溶接部の酸化物面積率の測定を行った。尚、開先形状は、ストレート形状とした。また、シールドガスには、窒素ガスを用い、還元性ガスは水素ガスとした。また、ガス放出口の形状は、矩形とした。その結果を表１に示す。
　表１に示されるとおり、本発明例では、比較例と比べて被溶接部の酸素濃度が桁違いに低減し、溶接部の酸化物面積率が格段に低減した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
１　　ノズル（シールドガスの吹付け用ノズル）
１Ａ　ガス放出口
２　　ガス配管
３　　ガス流速の調整器
５　　シールドガス
６　　大気巻き込み
１０　素管（オープン管）
１１　被溶接部（素管エッジの突合せ部）
１２　素管エッジ部の加熱起点
１３　溶接点
１５　電縫鋼管
２０　通管方向（溶接方向）
Ｈ　　ノズル高さ
Ｒ　　幅
Ｗ　　被溶接部の端面間の最大間隔

Claims (5)

  1. 　電縫鋼管の製造において、電縫溶接時の被溶接部を不活性ガスからなるシールドガスを上部から吹き付けてガスシールドする電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置であって、
    前記被溶接部に対し該被溶接部上端から５～３００ｍｍ上方の位置にガス放出口を配位したシールドガスの吹付け用ノズルと、
    前記ガス放出口から放出される前記シールドガスの流速を０．５～５０ｍ/ｓに制御するガス流速の調整手段と、
    を有することを特徴とする電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置。
  2. 　前記ガス放出口の形状は、矩形であり通管方向成分である長さが３０ｍｍ以上、寸法の素管エッジの突合せ方向成分である幅Ｒが５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置。
  3. 　前記素管エッジの突合せ方向成分である幅Ｒは、前記ガス放出口の直下の被溶接部の端面間の最大間隔Ｗに対し、Ｒ/Ｗ＞１．０、なる関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の電縫鋼管の素管被溶接部シールド装置。
  4. 　前記不活性ガスに代えて、還元性ガスを０．１体積％以上含有するガスとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の電縫鋼管の被溶接部シールド装置。
  5. 　前記不活性ガスに代えて、還元性ガスを０．１体積％以上含有するガスとしたことを特徴とする請求項３に記載の電縫鋼管の被溶接部シールド装置。
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