JPS6021180A - スパイラル鋼管の製造における高品質、高能率な溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱延コイルまたは帯状厚板の素材をらせん状に
巻き溶接してつくるスパイラル鋼管の製造において、高
品質、高能率な鋼管を製造する極めて有効な溶接法に関
する。

従来スパイラル鋼管の溶接法（ま潜弧溶接法ζこよる内
外面溶接が主流であり、一部でＣＯ２アーク溶接による
仮伺後別工程で潜弧溶接を行なう方法、あるいは電気抵
抗溶接を行なう方法がある。スパイラル鋼管の生産性を
向上させることは、製管能率すなわち溶接速度を向上さ
せることであり、従来からの潜弧溶接では溶接電極の多
電極化、高速溶接用ンラツクスの開発が行なわれてきた
が、飛躍的な向上は期待できないのが現状である。

電気抵抗溶接法は潜弧溶接法に比べて高速溶接が可能で
あるが、スパイラル鋼管に適用されている例は極めて少
なく、板厚６８以下の薄板かつ小径で実施されているの
みである。一方、スパイラル鋼管の比較的厚板を対称と
した電気抵抗溶接法としては、特公昭３８−１７３７３
号９％開昭５２−７２３５３号がある。特に後者は電気
抵抗溶接部に均一な圧力・を連続的にかけるためにスト
レートシーム鋼管ａは異なる圧着プロセスとして、ルー
トギャップをマイナスの状態で導き（第１図（ａ）参照
）、高周波加熱によって半溶融ないし溶融状態となった
鋼板の相対面部を板厚方向に押圧し、自動的に圧接する
考え方が示されているが、実施された例はない。

その主な理由は、マイナスギャップでは押圧する際のス
クイズ力が充分に得られ難いため、特に厚肉側では継手
部て溶融メタルが十分にスクイズアウトされず、板厚に
対して完全な溶接断面積（１００％板厚以上ののど厚つ
が得られ難く、最終製品となり難いためである。

そのため電気抵抗溶接部は仮付としてのみ有効で、同一
工程内または他工程で従来通りのアーク溶接を行なうこ
とが必要となるため、製管能率としての向上は期待でき
なかった。

本発明は前述したスパイラル鋼管の製造に関する問題点
を解消し、超高能率かつ高品質なスパイラル鋼管の製造
を可能とするものてあり、帯状鋼板の両側縁を電気抵抗
加熱してあらかじめ形成された突起部をマイナスギャッ
プで押圧して自動的に圧接し、後に内面、外面のアーク
溶接を行なう方法において電気抵抗溶接部ののど厚を大
きくとり、本ビード化して十分に融合しきれない内外表
面部のみを整形した後で、アーク溶接による化粧盛溶接
を行なうことによってアーク溶接の溶着量。

溶込み量を軽減できること、内面アーク溶接点がシーム
突合せ部で行なわれないため、オフセンター（パイプ中
心からの偏心方向の溶接位置）を有利な位置に自由に選
探できること、さらに電気抵抗溶接による加熱が後続の
アーク溶接【こ対する予熱の役割りを果たすことにより
、電気抵抗溶接の高速性とアーク溶接による化粧盛り溶
接を組合せて従来のアーク溶接の２倍以上の速度で造管
てきる超高速かつ高品質の複合溶接鋼管の製造が可能と
なる。さらに、要求される強度、靭性等の品質によって
、電気抵抗溶接部とアーク溶接部の板厚に占める割合い
を変えて接合度を変えることができる。また板厚に対し
て１０’０％の電気抵抗溶接部ののど厚が得られる場合
でも、電気抵抗溶接部の曲げ性が劣る等の欠点をアーク
溶接によって補うこと、その必要がない場合には電気抵
抗溶接後、内外面の溶接部を整形するだけて、最終製品
船こするこ占を特徴としている。

電気抵抗溶接後の内外面溶接部の整形方法は。

電気抵抗溶接て生じた高温状態の軟かい余盛りを圧接兼
用ロールで押し潰して整形するか、あるいはバイト等で
切削除去してもよい。ただし、余盛りが欠陥のない一定
の形状で形成されるならば、強いて整形する必要はなく
、その寸１で次のアーク溶接が可能である。葦た電気抵
抗溶接後、他工程で継続して内外面溶接する場合は電気
抵抗溶接による余盛りは硬化しており、余盛りが欠陥の
ない一定形状のビードで々い場合は切削除去してやるこ
とが好ましい。

すなわち、本発明は、スパイラル鋼管の抑圧型電気抵抗
溶接では厚肉で完全なのと厚が得られ難い等の欠点を克
服し、薄肉側から厚肉側、小径から大径１で、通常のス
パイラル鋼管の全サイズについて、電気抵抗溶接鋼管を
最終製品とし得る技術である。

このような方法は、従来全く実用されてない漸新なプロ
セスであり、特に電気抵抗溶接とアーク溶接を同一工程
で行なう場合には、１ミルで高能率かつ高品質なスパイ
ラル鋼管が製造できる画期的な高生産性ミルとなる。

本発明は、前記した従来のスパイラル鋼管の製造に関す
る課題を解消し、極めて画期的な高品質。

高能率な溶接方法を提供したもので５帯鋼の一方の側縁
と他方の側線が、ルートギャップをマイナスの状態で出
合う位置をこおいて、電気抵抗溶接機により両側突き合
わせ部を連続的に電気抵抗溶接し、連続または継続して
アーク溶接法による外面溶接と内面溶接を行ない５溶融
圧接した溶接部とアーク溶接部が複合的に形成されるこ
とを特徴δし、さらに電気抵抗溶接により溶融圧接した
溶接部ののど厚を、板厚の５０％〜１００％と太きくと
ることによって、続いて行なう外面内面のアーク溶接の
溶着量、溶込み量を軽減し、前記溶融圧接した溶接部の
のど厚が、一部または全部が残るよう１こして溶接する
ことを特徴とした溶接方法である。

次に本発明方法を図に従って詳細に説明する。

第１図は従来のアーク溶接法について説明したものであ
る。３にて突き合わされた側縁の内側から潜弧溶接を行
ない、半周後に４にて外面の潜弧溶接を行ない、その結
果として内外面潜弧溶接ビードが十分にメタルタッチし
た継手を形成する。

潜弧溶接法における溶接位置は第１図（ｂ）に示すよう
に、３位置において内面溶接トーチをｔ、たけ偏心させ
、４位置においても外面溶接トーチ６をｔ２だけ偏心さ
せている。その理由はビード形状を良く保ちより高速で
溶接するのに、有利に溶鋼を凝固させるためであるが、
傾斜溶接の場合溶鋼が流れ落ちないための量と、３位置
での１．の長さに限界があるため、溶接速度の大きな向
上は望めないのが現状である。

それに対するものとして第２図（、ａ）は、本発明にお
ける溶接プロセスを説明し１こものである。

第２図（Ｃ）に示すようにあらかじめ突起部を形成した
帯状鋼板１をらせん状に巻き、一方の側縁と他方の側縁
がマイナスギャップで会合する直前７で、高周波加熱に
より側縁を溶融状態又は半溶融状態にし、８において上
下から抑圧ロールで加圧し同時にスクイズアウトされた
溶融金属を突起形の抑圧ロールにて整形した後、半周後
に９にて外面のアーク溶接を行ない、次に１０において
内面のアーク溶接を行なう方法である。第２図（ａ）の
１タイプは電気抵抗溶接部を仮付は溶接として用いた場
合で、アーク溶接にて従来通り外面溶着金属と内面溶着
金属が会合するようにして溶接を行なう。この場合、従
来溶接法と比べて品質は格段に向上するが、ライン速度
はほとんど向上しない。

■タイプは７，８における電気抵抗溶接部ののど厚ＳＣ
を板厚の５０チ〜１００％とできる限り大きくとり、内
外表面部に生じた不完全溶着部及び電気抵抗溶接によっ
てスクイズアウトされた酸化物を多く含んだビードを９
１こおいて外面側から、１０において内面側からアーク
溶接して再溶融させて、板厚中火部の電気抵抗溶接部を
本ビードとして・継手中に残したもので、１タイプと比
較してもアーク溶接の溶着量、溶は込み量は極めて少量
で良く、化粧盛りのみを役割とすること１こよって、従
来の倍以上の速度の高速アーク溶接が可能となる。

■タイプは電気抵抗溶接のみで板厚の１００％ののど厚
が得られた場合であり、マイナスギャップを大きくとる
こと）こより十分なスクイズをかけた後、内表面、外表
面のスクイズアウトされたビードを整形するだけで最終
製品ｆこするものであり、■タイプよりもさらに大巾な
高速溶接が可能となる。

次１こ本発明方法の実施例を示す。

第２図（１））の写真において、Ｉ、Ｉｆタイプで実際
に造管された時の溶接継手部の断面マクロ写真を示して
いる。■は板厚１２ｍｍ、溶接速度６．０ル偽で造管さ
れた場合であり、従来の造管溶接速度の約２倍の速度で
ある。壕り、上記スパイラル鋼管の製造に用いられた電
気抵抗溶接機を第３，４図Ｏこ示す。周波数はｌ　１（
Ｈ２〜５００　Ｋ１−１ｚで使用できる。第３図は溶接
機の側面図て、パイプ２及び鋼板１の下面に設置された
高周波発振器１９からブスノく一加、溶接ヘッド２１を
経てコンタクトチップ２２１こよってパイプ側、鋼板側
に給電され、溶接点７で通電させる。電気抵抗溶接ヘッ
ド２１は、給電する位置、角度及びコンタクトチップの
押し伺は力が可変になっており、パイプ側鋼板側は各々
独立調整方式となっている。第４図は平面図を示すもの
で、鋼板の側縁に沿って電気抵抗溶接装置が配置されて
おり、かつ前処理フレーム２３４二に装置全体を乗せて
いるｆこめ、いかなる成形角度においても全てのサイズ
の造管に適用できる。さらに、板厚１２謳で実際に造管
した例を用いて本発明の詳細な説明する。

第２図（ｂ）の■は既に説明したが、実際に造管された
電気抵抗溶接とアーク溶接の複合溶接継手、である。こ
の複合溶接継手中の電気抵抗溶接部分とアーク溶接部分
の比率をコ′ントロールするｆこめに、第５図、第６図
のようなデータを必要とする。

１ず、電気抵抗溶接部ののど厚Ｓｃをコントロールする
ため１こは、マイナスギャップ量λ（ラップ代）亡のと
厚Ｓｃの関係を知る必要がある。第６図によれば、ラッ
プさせる量を大きくとるほど、のど厚も大きくなる関係
を示しており、ラップ量を選択することによって狙いの
のと厚を決めることができる。さらに、第５図において
溶接速度に合わせた適正な入熱量を決定することができ
る。最も高速化できるのは、のど厚をできる限り大きく
おることによりアーク溶接により再溶融させる部分を極
めて小さくした場合である。第７図と第８図は板厚に対
するのど厚Ｓｃと開先深さＧの関係及び溶接速度との関
係を示す図であり、実際に造管した結果をもとに高速溶
接が可能となる理由が簡単に示しである。つ壕り、板厚
に対して電気抵抗溶接で得られるのど厚Ｓｃを大きくと
るこａにより。

後で再溶融されるべき開先の深さＧは極めて小さくなり
、それに伴ってアーク溶接は化粧盤ビードとして犬ｉ〕
ｉこ高速化されることが示されている。

電気抵抗溶接とアーク溶接が同一工程で行なわれる場合
も、他工程で行なわれる場合も、造管能率としてはアー
ク溶接の速度によって律速されているため、この化粧盤
りによる高速化の効果は著しく太きい。

次に、電気抵抗溶接部とアーク溶接部の複合溶接継手の
品質効果について述べる。第１の効果として内外面アー
ク溶接【こ先立って電気抵抗溶接されるため、ＣＯ□仮
＋１溶接を行った場合と同様にブローホール、スラグ巻
込み等の内質欠陥が激減する。次の効果として継手性能
調査結果を第９．１０゜１１図に示す。一般的に溶接継
手の性能評価は溶接部の引張試験、衝撃試験、硬度で行
なわれている。

第９図に複合継手中に残る電気抵抗溶接部の長さと継手
強度（余盛削除９の関係を示す。複合継手の継手強度は
従来の両面一層アーク溶接の継手強度と同等であり、接
合度（アーク溶接部の長さδ電気抵抗溶接部の長さの比
率）を変えても、継手強度は変わらない。第１０図に電
気抵抗溶接部の速度別の衝撃値が示しである。電気抵抗
溶接部の衝撃値は溶接速度に依存しており、高速度の時
はど良い値を示す。電気抵抗溶接とアーク溶接を同一工
程で行なう場合、溶接速度は４０ル偏〜１０ル偏の間と
考えられるが、電気抵抗溶接に不利な低速側で造管する
場合でも、衝撃値は十分な値を示していることがわかる
。第１１図では電気抵抗溶接のみを行なった後の硬度分
布とさらにアーク溶接を行なった後の電気抵抗溶接部の
硬度分布の比較を示している（ビッカース硬度、荷重１
０ＫＬり。最高硬さは［−１ｖ−２２０程度で良好な値
を示しており、さらにアーク溶接されムニ後は再熱効果
により最高硬さはさらｌこ低い値を示す。

ずなわち、電気抵抗溶接とアーク溶接の複合溶接継手の
品質は、従来のアーク溶接継手と比較して何ら劣るとこ
ろは無く、優れた継手性能を有していることがわかる。

以上のごとく、本発明はスパイラル鋼管の製造に適用す
る溶接方法であり、電気抵抗溶接部を仮イ」けてなく本
ビード化し、内外面での化粧盤アーク溶接を行なうこと
により、最終製品として従来の方法より高品位であり、
かつ造管能率が２倍以上に向上させることが可能となる
。壕り、臣的に応じて電気抵抗溶接部とアーク溶接部の
比率を変えた継手の製造が可能となり、最終的には電気
抵抗溶接のみで製品にすることが可能となり、著しい効
果を得ることがてきる。特に電気抵抗溶接とアーク溶接
を同一工程内で行なう方法は２従米の方法に対して工程
設備要員を増やすことなく高能率かつ高品質なスパイラ
ル鋼管の製造を可能にした事実において産業上の効果は
著しく大きく、他ζζ例を見ない。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ、ｌはスパイラル鋼管の従来法による溶接順
序と各位置で形成される溶接ビードの断面図を示す平面
図、第１図（ｂ）は従来法における内外面アーク溶接の
位置を示した図、第２図（ａ）は本発明による溶接順序
と各位置で形成される溶接ビードの断面図、第２図（ｂ
）は実際に造管して得られた複合溶接部の断面写真、第
２図（りはスパイラル鋼管の電気抵抗圧接方法を示す図
、第３図は本発明に係る電気抵抗溶接機及び溶接位置の
側面図、第４図は本発明に係る電気抵抗溶接機及び溶接
位置の平面図、第５図はのど厚と入熱量の関係を示す図
、第６図はランプ化とのど厚の関係を示す図、第７図は
板厚とのと厚、開先深さの関係を示す図、第８図は板厚
に対する溶接速度向上の例を示す図、第９図はＩＷ部の
長さと継手強度の関係を示す図、第１０図は溶接速度と
衝撃値の関係を示す図、第１１図はアーク溶接前後の硬
度分布を示す） 図である。 ５・・・内面アーク溶接の電極、６・・・外面アーク溶
接の電極、１１・・・突き合せ部、１２・・・スクイズ
アウトされたメタル、１３・・・整形されたメタル、１
４・・・外面アーク溶接ビード、　１５・・・内面アー
ク溶接ビード、１Ｇ・・・外面化粧盛ビード、１７・・
・内面化粧盤ビード、１８・・電気抵抗啓接による余盛
ビード５２３・・・前処理フレーム。 特許出願人　代理人 弁理士　矢　葺　知　之 第　２図 （ａ） ＠２図 （し） ＜Ｃ） ζｙ　５關１ ｆｉ　６図１ う・ソ７°代　人　（ｍ□、 第７図 法厚　（７１１爪） ＠８丙 橡尾　（７ｎ７１ｔｌ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　スパイラル鋼管の製造において、帯鋼の一方の
   側線と他方の側縁がルートギャップをマイナスの状態λ
   をこして出合う位置にて電気抵抗溶接法により両側突き
   合わせ部を連続的に電気抵抗溶接し、連続又は継続して
   アーク溶接法による外面溶接と内面溶接を行ない、溶融
   圧接した溶接部とアーク溶接部が複合的に形成されるこ
   とを特徴としたスパイラル鋼管の製造における高品質、
   高能率な溶接法。
2. （２）電気抵抗溶接により溶融圧接した溶接部ののど厚
   を板厚の５０％〜１００％と大きくとるこ、５Ｉこよっ
   て、続いて行なう外面および内面のアーク溶接の溶着量
   、溶込み量を軽減し５前記溶融圧接した溶接部ののと厚
   の一部貰たは全部が残るようにし−て溶接することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の溶接法。