JPH0116208B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電縫溶接により角型鋼管を製造する方
法に関するものである。

従来角形鋼管は、予め通常の円断面に一旦成形
溶接された管を、引続き四角形のカリバーを有す
るロール等により上下左右から加圧して角形断面
に再加工し製品とされている。また、特公昭48−
739号公報、特開昭55−68121号公報に見られる如
く、板やコイルから直接角管を成形する角形電縫
鋼管製造法が試みられたこともあつた。しかし、
従来の角形電縫鋼管製造法は、角形成形法につい
て工夫をしているものの、溶接工程から生じる断
面形状変化を全く無視している。このため形状を
整えるには溶接後の定型機によらざるを得ない。
ところで角鋼管を周囲から強圧縮すると辺に座屈
を生じ易い。このような問題点があるため、直接
角管成形による角形電縫鋼管製造法は技術の主流
とはなり得なかつた。しかしながら近年建築、建
設等の分野において角形鋼管の需要が増し、寸
法、形状に関する様々な要求に容易に応じられる
高能率な角形管製造法の開発が望まれている。

かゝる実状に鑑み、本出願人はさきに特開昭55
−032537号（特開昭56−128618号公報）「角形鋼
管の製造方法」において、帯鋼板をロール成形し
て一辺に溶接継目がある角形鋼管の製造方法を提
起したが、本発明は後述するように上記提案にお
けるプロセスに基いてこれをさらに改良したもの
である。

周知の如く電縫管は溶接すべき製管材のエツジ
部を高周波電流によつて加熱、溶融し、次いでス
クイズロールにより加圧圧接することにより製造
されている。

第１図はこの方法により製造された電縫管の電
縫溶接部近傍の横断面を示す図であるが、電縫衝
合部１に冷接（一種の融合不良）、ペネトレータ
（一種のスラグ巻込み）と呼ばれる電縫溶接特有
の有害な溶接欠陥の発生を伴うことがあつた。

また電縫溶接に於ては突合せ部のアプセツトの
際、電縫溶接部近傍の金属がメタルフローを起
し、その流れの方向は電縫衝合部に向つて立上つ
ている。

第１図にはこの状況を模式的に示してあり、４
は熱影響部片側のメタルフローで、θをメタルフ
ロー立上り角度という。このメタルフロー立上り
角度はアプセツト量が多い程立上ることは言うま
でもない。またメタルフロー立上り角度によつて
溶接欠陥の発生頻度が支配される。

本発明者等の実験によれば、エツジ部を標準入
熱で加熱した場合、第２図に示す如く、メタルフ
ロー立上り角θが小さくなる程ペネトレーター発
生率が上昇し、θが30゜より小さくなると冷接も
発生するようになる。θを大きくすれば溶接欠陥
の発生を抑制できるが、他方金属中に必然的に含
まれる介在物がメタルフローに沿つて立上り、そ
れが管表面に露出すると熱影響部にフツククラフ
トと呼ばれる割れを発生させることがある。同図
でａ：冷接発生、ｂ：ペネトレーター発生、ｃ：
フツククラフト発生を示している。

本発明者等は第２図に示す実験から適切なメタ
ルフロー立上り角は30゜から75゜の範囲にあるとの
結論を得た。

円形鋼管ではスクイズロールの加圧力を調整す
ることにより適切なアプセツト量（メタルフロー
立上り角度）を容易に実現できる。加圧によつて
周長、形状に多少の差を生ずるが、定型ロールに
よつて寸法、形状は容易に矯正できる。

これに対しロール成形によりコーナー曲げの施
された角管材素材を溶接過程においてスクイズロ
ールで加圧すると、加圧力によつては溶接継手の
ある辺の辺長とその対辺の辺長とが同一にならな
い場合がある。この時溶接後の管の形状は台形と
なり、これを定型ロールで矯正するのは円管と異
なり容易ではない。

他方溶接後の管の形状を製品形状と相似にしよ
うとすれば、適切なアプセツト量が加えられず、
溶接部の品質を著しく損う可能性がある。

本発明はこのような実状に鑑み、先に提案した
技術にさらに改良を加えるべくなされたもので、
その要脂とするところは、ロール成形によりコー
ナー曲げの施された角管材素材の開口辺を電縫溶
接により溶接する角型電縫鋼管の製造において、
該開口辺の長さの和を該開口辺の対辺の長さに対
し、次式で表わされる長さＳ（mm） 0.5t^0.6≦Ｓ≦１＋ ³√²（ｔ＝板厚、単
位mm） だけ長くなるようにコーナー曲げを施し、引続き
電縫溶接において溶接継目のある辺の長さが対辺
の長さと等しくなるようにアプセツトを加えるこ
とを特徴とする角型電縫鋼管の製造方法にある。

以下本発明を第３図〜第８図によつて詳述す
る。

本発明にいう角管材素材のロール成形法は特に
限定しないが、その一例を次に説明する。

使用する帯鋼板はストリツプ、スリツトコイル
或いは鋼板等のいずれでもよく、本方法のロール
成形の連続加工の利点を充分発揮さすためにはス
トリツプ或いはスリツトコイルが好適であるが、
勿論定尺鋼板でも加工上は何等差支えない。

製造すべき角形鋼管のサイズに合わせて所要の
幅のストリツプ等のコイル状のものはアンコイラ
ーを通し、また定尺鋼板の場合には適当な送り出
し装置によつて一枚ずつピンチロールへ送りこむ
ことは通例のとおりである。

帯鋼板５は１ないし２パスのピンチロール６に
よつて蛇行しないようにしながら送りをかけられ
る。このためピンチロールにはつば付きのロール
を使用するか、或いは縦ロールと組合せるとよい
（第３図）。帯鋼板５はピンチロール６からまず上
辺コーナー曲げロール７に送りこまれる。

本明細書では上辺コーナーとは角形管の断面に
おいて上辺と右左側辺とが交さする角隅部を言
い、下辺コーナーとは下辺と左右側辺とが交さす
る角隅部をいう。

上辺コーナー曲げロール７は上下の水平ロール
より成り、角形管にしたとき左右の上辺コーナー
となるべき位置８，８で帯鋼板を曲げて左右に開
口辺を作るプロフイルを有している（第４図）。

帯鋼板は継目を溶接したとき角形管の上辺の長
さになるように開口辺の長さl₁，l₂を残して位置
８，８に曲げられる。曲げ位置８，８はロール中
心ccに対して左右対称の位置が好ましい。

上辺コーナー曲げ工程では３ないし５パスの上
辺曲げロールを通過してコーナー部の曲げ角度ａ
を大約70゜±10゜まで曲げて素材９とする。

次に素材９は上下ロールより成る下辺コーナー
曲げロール１０に送られる。下辺曲げロール１０
では素材９の左右上辺コーナー８，８の中間部が
角形管の左右側辺と下辺とになるように下辺コー
ナー１１，１１の位置で曲げる（第５図）。この
下辺が前記開口辺の対辺に相当することになる。
上ロール１０ａは素材９の両側の開口端１２，１
２の間を通つて素材断面中央部を下ロール１０ｂ
との間で挾んで成形しなければならないので、開
口端１２−１２の間隙が下辺の長さ１１−１１と
同じになるまでコーナー１１，１１を曲げるのが
限度であるから、更に開口端１２−１２の間隙を
狭くする場合には懸垂式上ロール、左右竪形ロー
ル及び下ロールを組合せた成形ロールを使用する
ようにすればよい。

この場合も上辺コーナー曲げの場合と同様に３
ないし５パスでコーナー部曲げ角度ｂを大約70゜
±10゜まで曲げて、五角形の頂点が開いた形状に
素材９を粗成形する。

上辺コーナーおよび下辺コーナーが中間角度ま
で曲げられた素材９は、次にフインパスロール１
３に送られる（第６図）。

フインパスロール１３はフインロール１３ａと
フランジロール１３ｂとより成る上ロール、縦型
の円錐状プロフイルの左右ロール１３ｃおよび円
柱状の下ロール１３ｄより成つており、フインロ
ール１３ａを素材９の開口端１２，１２の間に挿
しこみ、フランジロール１３ｂ、左右ロール１３
ｃ、下ロール１３ｄで構成されるカリバー内の素
材９を四周から押して開口端１２，１２をフイン
ロール１３ａの両サイドに押しつけ、パスごとに
フインロールの厚さを薄くしていつて素材９の形
状を四角形に近づけ、１ないし３パスで各上下辺
コーナーの曲げ角ａ、ｂが大約85゜±5゜になるま
で曲げる。

このようにしてフインパスロール１３までの工
程でコーナー曲げが施され、オープンセクシヨン
の粗角形断面に成形された素材９は次の溶接用ロ
ール１４に送られる（第７図）。

溶接用ロール１４の孔型は特に限定しないが、
望ましくは第７図に示したように角形素材の各辺
に曲率を与えるよう上ロール１４ａ，１４ｂ、左
右ロール１４ｃ，１４ｄおよび下ロール１４ｅに
角形素材９の辺長の３〜６倍の曲率半径を有する
凹ロールを使用することが溶接面でのエツジ部の
不整合（ラツプ）を防止するために有効である。

かくて上辺開口端が突き合わされて電気溶接さ
れ、溶接継目１５が上辺にある角形の鋼管１６に
なる（第７図）。

この鋼管１６は次に四角形のカリバーを有する
矯正用のタークスヘツドロール１７を通して断面
形状および長手形状を整えられ（第８図）、さら
に通例の適当な切断機によつて所要の長さに切断
されて製品となる。

次に本発明者等は種々の辺長、板厚を有する角
形鋼管について、第４図〜第７図の工程における
角形管素材９の開口辺の長さl₁，l₂（但しl₁＝l₂と
する）およびそれに応じてフランジロール１３ｂ
のフランジ幅を種々変えて溶接実験を行い、溶接
の安定性、溶接部の品質、溶接部の形状を調査し
た。

なお使用した溶接機の出力は、板厚５mm未満の
帯鋼板に対しては140KW、板厚５mm以上の帯鋼
板に対しては560KWで、溶接速度は板厚に応じ
て10ｍ／min〜40ｍ／minの範囲で変えた。

以下この実験によつて判明した結果を列挙す
る。

(1) 最終フインパスロール通過後の角管素材９の
開口辺の長さの和は下辺の長さよりも必要アプ
セツト量だけ長くなければならない。

(2) 所で上記のように開口辺の長さの和を下辺の
長さより長くしても、長さの差（辺長差）は大
部分開口端の溶融と熱影響部の変形（メタルフ
ロー）として吸収される。一方正常に溶接され
た場合、角管の溶接部、熱影響部を除いた上辺
母材部と下辺部は溶接の際の側面からの加圧に
よつて上下ほゞ均等に縮むことになる。従つて
仮に角管の各辺長が長くなつても板厚が同じで
あれば必要アプセツト量に見あうだけの辺長差
は変りないわけであり、板厚が変化した時のみ
これに伴つて変化することになる。

(3) しかしながら板厚が厚くなるに従い溶接機の
出力に制限されて溶接速度を遅くしなければな
らないので、熱影響部巾が広がる。従つてアプ
セツト量を同一にすると板厚が厚くなるに従
い、メタルフローが立上らなくなる。同一メタ
ルフロー立上り角度を得るためのアプセツト量
は、板厚ｔの増加と共に緩やかに増加する。そ
の板厚依存性は実験的にほゞt^0.6〜t^2/3と表わさ
れる。

(4) 必要最小アプセツト量は実験的に0.5t^0.6と表
わされる。アプセツト量がこの量より少なくな
ると溶接が不安定になつたり、メタルフロー立
上り角度θが30゜より小さくなつて溶接部に有
害な欠陥が多発する。

(5) 必要最大アプセツト量は実験的に１＋ ³√²
と表わされる。アプセツト量がこの量を超える
と溶接部の形状不良（ラツプ）を生じたり、又
はメタルフロー立上り角度θが75゜より大きく
なつてフツククラフトを発生し易くなる。

以上の実験結果に基き本発明者等は角管材素材
の開口辺の長さの和を該開口辺の対辺の長さに対
し、次式で表わされる長さＳ 0.5t^0.6≦Ｓ≦１＋ ³√² (1) だけ長くなるようにコーナー曲げが施されなけれ
ばならないとの結論を得た。また、このようにコ
ーナー曲げが施されれば、正常な溶接入熱下で、
溶接後に上下面の長さが等しくなるようにアプセ
ツトすれば、メタルフロー角が30゜〜75゜となつ
て、角型鋼管としての形状と溶接部品質が共に優
れた角形電縫鋼管の製造が可能である。

この関係を示したのが第９図である。同図から
明らかなように(1)式の上限、下限のほゞ中間のと
ころで最も安定した溶接部の性状が得られること
は言うまでもない。

同図の記号でａ：正常溶接、ｂ：ラツプ発生、
ｃ：溶接欠陥多発、ｄ：フツククラツク発生、
ｅ：溶接不安定をそれぞれ示している。

なお工業的には同一組のロールで、すなわちロ
ールを変換せずに、外形が同一で種々の板厚の角
鋼管を製造することが要求されるが、このような
場合、中間肉厚に対して(1)式の上・下限の中央値
が得られるようにフランジロール１３ｂのフラン
ジ幅を決めておけば、通常全肉厚に対して(1)式の
条件が満され良好な溶接部を得ることができる。

なお以上の説明はほゞ正方形断面を有する角形
管の製造法を示す図面に基いてなされたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、矩形断面の
角形管の製造にも適用可能であることはいうまで
もない。また実施例では、140kw、560kw溶接機
を利用したが、溶接機の出力容量はこれに限るも
のでなく、本発明のコーナー曲げ法とアプセツト
法は工業的範囲で溶接機能力と無関係に利用する
ことができる。

以上説明したように本発明の方法によればプレ
ス作業を含まず、ロール成形のみによつて製管す
るのできわめて能率的であり、コーナー部のみに
曲げ加工が施され、各辺の平板部分の曲げ加工量
は極めて少ないので材料の機械的性質の変化が少
なくなる上に、安定した品質、形状の溶接部が得
られるので、生産性の向上と品質の向上が同時に
実現され工業的に極めて優れた技術的価値がある
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は電縫溶接部近傍の横断面を示す模式
図、第２図はメタルフロー立上り角度と溶接欠陥
発生率の関係を示す図、第３〜第８図は本発明の
方法を実施するのに好適なロールを用いた本発明
の方法による角形鋼管の製造工程を説明するため
の要部断面図で、第３図はピンチロール、第４図
は上辺コーナー曲げロール、第５図は下辺コーナ
ー曲げロール、第６図はフインパスロール、第７
図は溶接用ロール、第８図は矯正用タークスヘツ
ドロールと、帯鋼板、素材、鋼管との関係を夫々
示す図、第９図は最終フインパスロール通過後の
角管素材の開口辺の長さの和から下辺の長さを差
引いた量Ｓと該角管素材の肉厚ｔと溶接部性状と
の関係を示す図である。 １……電縫衝合部、２，２′……熱影響部、３，
３′……母材部、４……メタルフロー、θ……メ
タルフロー立上り角度、５……帯鋼板、６……ピ
ンチロール、７……上辺コーナー曲げロール、８
……上辺コーナー曲げ位置、９……角形管素材、
１０……下辺コーナー曲げロール、１１……下辺
コーナー曲げ位置、１２……開口端、１３……フ
インパスロール、１４……溶接用ロール、１５…
…溶接継目、１６……鋼管、１７……矯正用ター
クスヘツドロール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ロール成形によりコーナー曲げの施された角
   管材素材の開口辺を電縫溶接により溶接する角形
   電縫鋼管の製造において、該開口辺の長さの和を
   該開口辺の対辺の長さに対し、次式で表わされる
   長さＳ（mm） 0.5t^0.6≦Ｓ≦１＋ ³√²（ｔ：板厚、単
   位mm） だけ長くなるようにコーナー曲げを施し、引続き
   電縫溶接において溶接継目のある辺の長さが対辺
   の長さと等しくなるようにアプセツトを加えるこ
   とを特徴とする角形電縫鋼管の製造方法。