JP3148612B2

JP3148612B2 - 鋼管へのチタン薄板の被覆溶接方法

Info

Publication number: JP3148612B2
Application number: JP34239895A
Authority: JP
Inventors: 泰治長谷; 勲金内; 忠美足立; 真司深野; 和巳松岡; 信弘後藤; 久金井; 正芳赤坂; 康雄高橋; 和宏木下
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1995-12-28
Publication date: 2001-03-19
Anticipated expiration: 2015-12-28
Also published as: JPH09182970A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば海洋構造物
において用いられ、高耐蝕性が求められる鋼管におい
て、チタン薄板を被覆材として用いる場合の溶接方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば海洋構造物においては、杭
を海中に打ち込んで基礎を形成することが多い。この杭
としては、一般には強度確保の観点から鋼管杭が用いら
れているが、この鋼管杭は、特に海水の飛沫帯での腐食
の進行が大きく、耐用性に乏しいものになるため、この
海水飛沫帯に接する部分には、樹脂塗装またはポリエチ
レン、ウレタン系の重防食を施して用いられるようにな
ってきている。

【０００３】しかし、これらの塗装、重防食を施した鋼
管杭においては、長期にわたって高耐蝕性を維持する点
において限界があり、その寿命は塗装の場合で１５〜２
０年、重防食の場合で４０年と言われている。

【０００４】一方、杭の耐蝕性を高めるために、杭本体
をステンレス鋼またはステンレス鋼等の耐蝕材と普通鋼
によるクラッド鋼で形成することが提案されているが、
このクラッド鋼による杭は、初期コストが高く高価なも
のになることから、あまり実用されていない。

【０００５】このような不利を解消するために、特開平
２−２５６７１３号公報には、防食処理を施した鋼管杭
が提案されている。この鋼管杭は外表面に通常の塗装下
地を施し、その上に耐蝕性および弾力性を有する接着性
樹脂を被覆し、さらにエンボス状凹凸を形成した耐蝕性
金属薄板を締め付けながら巻き付け、この薄板端部を折
り込みまたはかしめて締結した防食鋼管杭である。

【０００６】この鋼管杭においては、塗装下地処理、樹
脂被覆処理を必要とし、さらに鋼管杭の管径および被覆
長さに対応した幅や長さを有するエンボス状凹凸を形成
した耐蝕性金属薄板を被覆・締結しなければならず、高
い生産性を確保することは難しい。また、被覆する耐蝕
性金属薄板を折り込みまたはかしめて締結しているが、
これでは鋼管円周方向に顕著な継ぎ目部が発生し、形状
性に優れた被覆が難しくなる。

【０００７】他方、実開昭６２−４４９４８号公報に
は、被覆する金属金属薄板として耐蝕性に優れたチタン
薄板を用い防食処理を施した鋼管杭が提案されている。
この鋼管杭ｓｐは、図８に示すように、所望の幅と長さ
を与えられたチタンカバー本体ａとその両端にフランジ
ｂａ、ｂｂを形成し、相対するフランジｂａ、ｂｂを絶
縁材ｃを介装し前記フランジｂａ、ｂｂの外側に絶縁性
フランジｄａ、ｄｂを絶縁材ｃを介装し前記フランジｂ
ａ、ｂｂの外側に絶当接して、防食性金属ボルト・ナッ
トｅで着脱自在に固定して構成されたものである。な
お、ここでｓは鋼管、ｆは隙間充填材、ｇは緩衝槽、ｈ
は防食剤含浸層、ｉは止水板である。このチタンカバー
を有する鋼管杭を形成する場合には、チタンカバーの鋼
管杭への取付けにはネジ構造を採用しているため、この
取り付け作業を海中作業で行う必要があり、取り付けコ
ストが極めて高くなるという欠点がある。

【０００８】これらの他には、鋼管などの筒状体に耐蝕
性金属板をスパイラル状に巻き付けて、その端縁同志を
突き合わせて溶接する方法が考えられる。しかし、その
場合は耐蝕金属板の端縁同志の突き合わせ部の重なりに
過不足が生じないように巻くのはかなり難しいため溶接
不良を生じて、この耐蝕性金属板による鋼管の耐蝕性の
安定確保が困難になる場合がある。

【０００９】このように、鋼管に耐蝕金属薄板を巻き付
ける方法にあっては、その加工に問題があり、特に耐蝕
性金属板の端縁同志の突き合わせによる接合部形成には
改善すべき点が残されている。また、鋼管の外表面に例
えば樹脂塗料が塗布されている場合に、例えばインダイ
レクトシーム溶接により、耐蝕性金属板をスパイラル状
に巻き付けて、その端縁同志を突き合わせて溶接する際
には、溶接熱により塗料の有機溶剤が吐沸して溶接性が
損なわれる懸念がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、例えば海洋
構造物の基礎として用いられ高耐蝕性が要求される鋼管
杭に、耐蝕性金属板としてチタン材を被覆することを前
提とし、この被覆にインダイレクト溶接を利用し、この
場合に鋼管杭に塗布被膜を有していても塗布被膜の有機
溶剤が溶接熱により吐沸して溶接性を阻害する等の問題
もなく、確実、かつ効率よく溶接することを可能にする
チタン被覆材の溶接方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼管を回転さ
せて送りながら、その外表面に被覆材になるチタン薄板
をスパイラル状に巻回して、このチタン薄板の側端部に
重ね部を形成し、この重ね部（溶接部）とこれと離れた
非溶接部（アース部）に配置したローラー電極により、
溶接部と非溶接部を加圧した状態で該電極間に通電して
インダイレクト（シリーズ）溶接する際、溶接側ローラ
ー電極とアース側ローラー電極のチタン薄板に対する接
触幅と各電極によるチタン薄板に対する加圧力を、下記
条件を満たすように設定・制御することを特徴とする鋼
管へのチタン被覆材の溶接方法である。被溶接材との接触幅加圧力溶接電極Ｗ₁：１〜３ｍｍ１００〜３００ｋｇアース電極Ｗ₂：７〜５０ｍｍ４００〜１０００ｋｇＷ₂／Ｗ₁≧３。また、接合対象のチタン薄板側端部の少なくとも重ね部
に、チタン薄板による裏当金を当接・配置し、前記重ね
部でインダイレクト溶接することが好ましい。さらに、
チタン薄板を被覆する鋼管の外表面に樹脂充填材が被覆
されており、この樹脂が被覆されている鋼管外表面に、
チタン薄板をインダイレクト溶接することが望ましい。

【００１２】本発明においては、例えば海洋構造物の基
礎として用いられ高耐蝕性が要求される鋼管杭に、耐蝕
性金属板としてチタン材を被覆することを前提とし、こ
の被覆にインダイレクト溶接を利用し、溶接側電極とア
ース側電極、裏当金の配置条件、各電極における被溶接
材との接触幅関係と加圧力を適正条件に特定することに
より、例えば樹脂被膜を有する鋼管にチタン薄板を溶接
して被覆する場合でも、この樹脂被膜による介在物の影
響を除外しながら確実、かつ効率よく溶接することが可
能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を実施するインダイレクト
溶接装置例を図１に概念的に示す。また図２に溶接側ロ
ーラー電極、図３にアースー側ローラー電極のそれぞれ
正面および側面概要を示す。図において１と２は接合対
象であるチタン薄板で、側端部同志を重ね合わせ、この
重ね部分において溶接部３が形成される。４は裏当金で
あり、ローラ電極間に当接・配置される。５ａは加圧手
段６ａを備えた溶接側ローラー電極、５ｂは加圧機構６
ｂを備えた非溶接側ローラー電極で、溶接側ローラー電
極５ａから距離ｘ離れた非溶接部に当接・配置される。
この２つのローラー電極５ａ、５ｂは、電源７を介して
接続されている。

【００１４】各ローラー電極５ａ、５ｂと電源７間の電
源回路には、電気抵抗測定器８ａ、８ｂが配設されてお
り、溶接中に各電極における電気抵抗を測定して、各電
極における電気抵抗が所定領域に維持されるように、演
算制御装置１０を介して電源７を制御できるようになっ
ている。

【００１５】また、各ローラー電極の加圧機６ａ、６ｂ
には、加圧力測定器９ａ、９ｂが配設されており、溶接
中に各電極における加圧力を測定して、各電極における
加圧力が所定領域に維持されるように、演算制御装置１
０を介して加圧機６ａ、６ｂの出力を制御することがで
きる。なお、ここでは、チタン薄板１とチタン薄板２の
重ね部ｄの下面に裏当金４を当接・配置しているが、こ
れは不可欠ではなく、樹脂がない場合には省略してもよ
い。このように構成されたチタン薄板のインダイレクト
溶接装置により、本発明を実施することができる。

【００１６】本発明者等は、各種の接合実験を通じて、
鋼管に高耐蝕性に優れたチタンの薄板を溶接により被覆
することを前提とした場合の溶接方法として、ローラー
電極を用いたインダイレクト溶接方法で連続抵抗溶接が
可能であり、しかも、電気抵抗を最も有効に利用するた
めには、溶接側のローラー電極と非溶接側のローラー電
極の配置と、この両電極における被溶接材との接触幅
（比）や加圧力を適正範囲にすることが有効であことを
知見し、この知見に基づいて本発明を完成するに至っ
た。

【００１７】すなわち、ローラー電極を用いてインダイ
レクト溶接を行う場合に、アース側の電極は出来るだけ
電気抵抗値を少なくして、溶接側との電気抵抗差をでき
るだけ大きくすることが必要であり、そのために、アー
ス側においてローラー電極と被溶接材料との接触面積を
大きくすると共に加圧力を増大させて密着面積を多くす
る一方、逆に溶接側のローラー電極と被溶接材料との接
触面積および加圧力を共に小さくして電気抵抗値を高く
するとよいことがわかった。

【００１８】この様な観点から本発明は、多くの実験か
ら次の条件を設定した。すなわち、 (1)溶接側ローラー電極の被溶接材（チタン薄板）との
接触幅Ｗ₁を１〜３mmとし、溶接側ローラー電極の被溶
接材への加圧力ｐ₁を１００〜３００kgとする。 (2)アース側ローラー電極の被溶接材との接触幅Ｗ₂を
７〜５０mmとし、溶接側ローラー電極の被溶接材への加
圧力ｐ₂を４００〜１０００kgとする。 (3)接触幅Ｗ₂／接触幅Ｗ₁を３以上とすることが好ま
しい。

【００１９】上記のように各電極の非溶接材との接触幅
や加圧力を規定したのは電流やその抵抗を適性にして、
溶接部に良好な抵抗溶接を可能にするためである。すな
わちアース側ローラー電極の被溶接材との接触幅Ｗ₂が
７mm未満では十分な加圧ができず、また、余り大きすぎ
ると加圧量を大きくしなければならず設備上の問題が生
じるし、均一圧下が困難となる。従って接触幅Ｗ₂の範
囲を７〜５０mm、好ましくは１０〜３０mmとする。加圧
力ｐ₂が４００kg未満では電流の流れが悪く、適切な溶
接ができず、また１０００kgを超える加圧力は必要無
く、設備上も大型になり不利である。好ましくは５００
kg以上である。一方、溶接側では被溶接材重ね溶接部の
電気抵抗を高めるためにローラー電極の被溶接材との接
触幅Ｗ₁および加圧力ｐ₁を制約している。すなわち接
触幅Ｗ₁が１mm未満では８０kg、３mm超では４００kgゆ
え１〜３mmとした。また、加圧力ｐ₁１００〜３００kg
としたのは、この範囲を外れた場合には適正な抵抗溶接
ができないからである。すなわち１００kg未満では抵抗
値が高すぎるために、溶接電流を高くすることが必要と
なり、また、３００kgを超えると接触抵抗は低くなるが
加圧力が高いので溶接熱で溶接部が凹み、かつ電極の接
触面積が増し、電極の両サイド前後部から軟化した樹脂
が吐沸して溶接ができなくなる。

【００２０】なお、各電極間の距離は余り長くすると非
溶接材表面の極間加熱部が長く、この部分が酸化し、ま
たは熱ロスが大きくなり不利である。電流効率の点から
も短い方がよく、３０mm程度にすべきである。

【００２１】本発明におけるチタン薄板のインダイレク
トシリーズ溶接法は、溶接対象の２枚のチタン薄板の側
端部を重ね、この重ね部においてスポット状に、あるい
はシーム状に溶接することができる。

【００２２】本発明では接合対象のチタン薄板を重ね、
この重ね部でインダイレクト溶接する場合に、重ね部の
裏面にチタン薄板等による裏当金を当接・配置しておけ
ば、例えばチタン薄板で被覆される鋼管の外表面にあら
かじめ耐食性樹脂等の被覆を有する場合には、この樹脂
被覆に対する溶接熱の影響をより軽微にして、被覆樹脂
の有機溶媒などの蒸発や吐沸を効果的に防止することが
できる。また、鋼管と被覆したチタン薄板間に間隙を形
成し、ここに各種の充填材を充填して、このチタン薄板
による被覆部を補強したり、水密性を向上させることが
できる。

【００２３】なお、溶接側ローラー電極と被溶接側ロー
ラー電極に加圧機構を備え、このローラー電極への電源
回路には電気抵抗測定器、加圧機構には加圧力測定器を
備え、この各測定器からの測定情報により演算制御装置
を介して、電源と加圧機構を適正条件で制御することが
でき、本発明の適正な抵抗溶接を容易に実施することが
できる。

【００２４】

【実施例】本発明を採用し、樹脂被覆を有する鋼管の外
表面にチタン薄板を、その端部を重ねあわせてスパイラ
ル状に巻き付けながら、インダイレクト溶接して被覆し
た場合について、図４〜図７に説明する。図において、
１１は、その外表面にチタン薄板１を被覆する管（杭）
で、樹脂被覆１２を有している。この鋼管は、回転装置
１３、送り装置（図示せず）に載置されており、この回
転・送り装置よってスパイラル状に回転させながら矢印
方向に送られる。

【００２５】１４はチタン薄板コイルであり、これより
巻き戻されたチタン薄板１が鋼管１１に巻き付けられ、
側端部ｄが重なってスパイラル状に被覆形成される。１
５はチタン薄板コイル１４から巻き戻されたチタン薄板
１を挟持して鋼管１１に巻き付けるための巻き付けロー
ルである。

【００２６】１６は前記図１に示すような構成を有する
インダイレクト溶接装置であり、鋼管１１の上方に配設
されて、チタン薄板１を鋼管１１に巻き付けた際に形成
される重ね部ｄにおいて、インダイレクト溶接するため
のものである。この溶接装置１６の溶接側ローラー電極
５ａは接触幅Ｗ₁が１〜３mmのものであって、その接触
線（面）は、重ね部ｄの外表面に当接・配置され、また
非溶接側のローラー電極５ｂは接触幅Ｗ₂が７〜５０mm
の範囲にあり、溶接側ローラー電極５ａから一定距離ｘ
隔てた非溶接部において、鋼管１１の軸方向に直列に配
置されている。

【００２７】ここでは、この溶接装置１６は、架台（図
示省略）において鋼管１１の軸方向にスライド可能に配
設されており、回転装置１３、送り装置による鋼管１１
の回転・送り速度が変動しても、倣い機構（図示省略）
により、鋼管に巻き付けられたチタン薄板１の側端面に
沿って微小スライドして所定の溶接線に対して精度よく
溶接することができるようになっている。また、溶接側
ローラー電極５ａと非溶接側のローラー電極５ｂは、い
ずれも加圧機構（図１の６ａ）を備えており、チタン薄
板１に対する加圧力を制御可能に構成されている。

【００２８】鋼管１１へチタン薄板１を溶接により被覆
する場合には、チタン薄板コイル１４からチタン薄板１
を巻き戻して、その先端を鋼管１１の先端部に機械的に
仮固定し、側端部を重ねた状態で鋼管１１を回転装置１
３、送り装置により回転させながら矢印の方向に送り込
み、重ね部ｄを形成しながら、電源７により、重ね部分
ｄの上面に当接・配置した溶接側ローラー電極５ａと、
非溶接部側に当接配置した非溶接側ローラー電極５ｂ間
に通電することによりインダイレクトシリーズ溶接し
て、鋼管１１の外表面にチタン薄板１をスパイラル状に
巻き付け被覆することができる。

【００２９】なお、チタン薄板１の重ね部ｄの裏面に裏
当て金を当接・配置する場合には、図６に示すように、
チタン薄板コイル１４から巻き戻されたチタン薄板１を
鋼管１１に巻き付ける前に、このチタン薄板１の側端部
に、裏当金になる薄幅（重ね部相当の幅があれば十分で
ある）のチタン薄板熱延鋼板および亜鉛鉄板（裏当金）
１７をチタン薄板コイル１８から巻き戻して重ね合わ
せ、チタン薄板１とともに鋼管１１に巻き付けることに
より、裏当金１７を図７に示すような状態に配置して溶
接することができる。

【００３０】この裏当金１７は、溶接に際して、鋼管１
１表面に予め耐食性樹脂が被覆されていても、樹脂に対
する溶接熱の影響をより軽微でき、給電による絶縁抵抗
によって発熱し、樹脂が軟化して加圧により飛散するの
を防ぐとともに、樹脂の劣化（有機溶剤の吐沸防止等）
や電流のリーク（による不健全溶接部）の防止のためも
有効である。予め耐食性樹脂が被覆されていない場合に
も、チタン薄板１と鋼管１０の外表面間に形成された間
隙１９に充填材を圧入して耐食性や止水性等を高めるた
めにも有効である。なお、被覆する樹脂としてはウレタ
ン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン等が用いられ
る。

【００３１】［実験例］図２に示したようなインダイレクト溶接装置を用い、ポ
リエチレン系樹脂被膜を被覆した鋼管の外表面に下記チ
タン薄板を、その側端部を重ねてスパイラル状に巻き付
けながら重ね部で溶接する、裏当金を用いた場合と用い
ない場合の両方について、チタン薄板による被覆実験を
行った。溶接条件は以下に通りである。

【００３２】実験条件チタン薄板材質：ＪＩＳＨ４６００の１種ＴＰ２７０Ｃ板幅：１０００mm 厚み：０．４mm インダイレクト溶接溶接電流：６０００Ａローラー電極溶接側径：１００mm 接触幅Ｗ₁：３mm 加圧力Ｐ₁：３００ kg/mm² 非溶接側径：１００mm 接触幅Ｗ₂：３０mm 加圧力Ｐ₂：５００ kg/mm² 溶接速度：２４００mm/min

【００３３】上記条件で溶接を行った場合の溶接部外
観、強度および樹脂の劣化状況を調べた結果を以下に示
す。

【表１】

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明においては、例えば
鋼管杭などの海洋構造物や各種建造物に用いられ高耐蝕
性製品として、鋼管にチタン薄板を被覆するに際し、こ
の被覆にインダイレクト溶接を利用し、溶接側ローラー
電極とアース側ローラー電極におけるチタン薄板との接
触幅や加圧力を適正条件に特定することにより、確実、
かつ効率よく溶接することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるインダイレクト溶接例を概念的
に示す説明図。

【図２】図１における溶接側ローラー電極例を示す概要
説明図で、（ａ）図は正面、（ｂ）図は側面概要説明
図。

【図３】図１におけるアース側ローラー電極例を示す概
要説明図で、（ａ）図は正面、（ｂ）図は側面概要説明
図。

【図４】本発明の鋼管に対するチタン薄板被覆の実施例
を示す立体概要説明図。

【図５】図４の実施例でチタン薄板を被覆した鋼管断面
の一部を示す概要説明図。

【図６】本発明の鋼管に対するチタン薄板被覆の他の実
施例を示す立体概要説明図。

【図７】図６の実施例でチタン薄板を被覆した鋼管断面
の一部を示す概要説明図。

【図８】従来例の鋼管に対する耐蝕金属板被覆例を示す
断面概要説明図。

【符号の説明】

１、２チタン薄板３溶接部４裏当金５ａ溶接側ローラー電極５ｂ非溶接側（アース側）ローラー電極６ａ、６ｂ加圧機構７電源８ａ、８ｂ電気抵抗測定器９ａ、９ｂ加圧力測定機１０演算制御装置１１鋼管１２被覆樹脂１３回転装置１４チタン薄板コイル１５巻き付けロール１６溶接装置１７チタン薄板コイル（裏当金用）１８裏当金１９間隙

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者足立忠美東京都中央区築地三丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社内 (72)発明者深野真司東京都中央区築地三丁目５番４号日鐵溶接工業株式会社内 (72)発明者松岡和巳千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者後藤信弘千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者金井久東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (72)発明者赤坂正芳東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (72)発明者高橋康雄東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (72)発明者木下和宏東京都千代田区大手町２−６−３新日本製鐵株式会社内 (56)参考文献特開平６−320289（ＪＰ，Ａ) 特開昭52−126643（ＪＰ，Ａ) 特開平６−142944（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−44948（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 11/00 - 11/36 330

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼管を回転させて送りながら、その外表
面に被覆材になるチタン薄板をスパイラル状に巻回し
て、このチタン薄板の側端部に重ね部を形成し、この重
ね部（溶接部）とこれと離れた非溶接部に配置したロー
ラー電極により、溶接部と非溶接部を加圧した状態で該
電極間に通電してインダイレクト溶接する際、溶接側ロ
ーラー電極とアース側ローラー電極のチタン薄板に対す
る接触幅と各電極によるチタン薄板に対する加圧力を、
下記条件を満たすように設定・制御することを特徴とす
る鋼管へのチタン薄板の被覆溶接方法。被溶接材との接触幅加圧力溶接電極Ｗ₁：１〜３ｍｍ１００〜３００ｋｇアース電極Ｗ₂：７〜５０ｍｍ４００〜１０００ｋｇＷ₂／Ｗ₁≧３
【請求項２】接合対象のチタン薄板側端部の少なくと
も重ね部に、チタン薄板による裏当金を当接・配置し、
前記重ね部でインダイレクト溶接することを特徴とする
請求項１記載の鋼管へのチタン薄板の被覆溶接方法。
【請求項３】チタン薄板を被覆する鋼管の外表面に樹
脂充填材が被覆されており、この樹脂が被覆されている
鋼管外表面に、チタン薄板をインダイレクト溶接するこ
とを特徴とする請求項１または２記載の鋼管へのチタン
薄板の被覆溶接方法。