JPH01166884A - 突合せ溶接方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば、帯鋼を円筒状に連続成形しつつ、端
面を加熱、溶融せしめて圧接し、溶接管を製造する製管
工程において有効に用いられる突合せ溶接方法に関する
。

〔従来技術〕

素材である帯鋼を、−群の成形ロールにより円筒状に成
形しつつ、突合せ端面を連続的に接合して管を製造する
場合、従来、突合せ部をアーク溶接にて裏波溶接する方
法と、突合せ前の端面を加熱し、これを溶融せしめた後
、スクイズロールにより、該端面を突合せると共に、突
合せ方向に加圧して接合する方法とが用いられる。

後者の方法の代表的なものは、電気抵抗溶接法（ＥＲＷ
法）であり、特に前記加熱のための熱源として高周波電
流を用いる高周波溶接法が広く普及している。これは、
突合せ直前の管体の周囲に設けたコイルに高周波電流を
通電し、これに伴う誘導電流を管体に生じさせるか、又
は突合せ部直前のわずかな間隙を隔てて対向する両端面
近傍において、管体表面に給電用接触子を夫々設け、該
接触子を介して高周波電流を管体に直接的に通電せしめ
た場合、これらの電流が近接効果により突合せ端面に集
中することを利用し、突合せ部直前の前記端面を、これ
らの電流により発生するジュール熱により加熱、溶融さ
せる方法である。

また近年、例えば特公昭６０−３２５５３号公報に開示
されている如く、突合せ前の端面にレーザビーム等の高
エネルギビームを照射し、該ビームのエネルギにより前
記端面を、直接的に加熱、溶融せしめる方法も実用化さ
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら裏波溶接による前者の方法は、突合せ部に
臨ませて設けた溶接トーチを一方の電極とし、管体を他
方の電極として、両電極間に発生するアークにより突合
せ部を溶融せしめて接合するものであり、簡略な設備に
て製管が行えるという利点がある一方、前記アークが溶
接トーチの先端部と該先端部に対向する管体の表面との
間に発生するため、溶融部が裏面側に到達し、確実な接
合が実現されるまでに時間を要し、接合速度が遅く、製
管能率が低い上、表面側に過剰な溶融部が生じることが
避けられず、アークのエネルギが無駄に消費されるとい
う難点があった。

また、溶融端面を圧接する方法は、大きい接合速度を得
ることが可能であり、製管能率が高いという利点がある
が、加熱、溶融時の熱源に電流を用いる前記ＥＲＷ法に
おいては、前記電流により、溶融部を端面に押付ける方
向への電磁力が作用するため、給電条件、スクイズロー
ルにおけるアップセット量等、接合条件が正しく設定さ
れていない場合に、スクイズロールにおける圧接の際に
、接合面からの前記溶融部の排出が阻害され、接合面に
欠陥が生じる虞があると共に、例えば、前記間隙に異物
が挟入し溶接電流が短絡した場合に、これよりも前方の
圧接部において、入熱蓋の不足に起因する局所的な欠陥
（コールドウェルド）が生じる虞がある等、良好な接合
状態を得るための接合条件の管理に煩わしさを伴うとい
う難点があった。

また加熱、溶融時の熱源に高エネルギビームを用いる方
法においては、前記ＥＲＷ法におけるような電磁力及び
短絡電流の発生がなく、接合部における欠陥の発生の虞
は少ないが、高エネルギビームを発生させる際のエネル
ギ変換効率が低く、前述のアーク溶接による方法及びＥ
ＲＷ法に比較して、総合的なエネルギ効率が劣るという
難点がある上、高エネルギビームを得るための設備が大
嵩であり、しかも高価であるという難点があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、簡略
な設備により、大きい接合速度を得ることができ、しか
も接合部における欠陥の発生が少ない突合せ溶接方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る突合せ溶接方法は、間隙を隔てて対向させ
た２つの端面を、夫々加熱、溶融せしめて突合せ、この
突合せ部に突合せ方向への押圧力を加えて、被溶接材を
接合する突合せ溶接方法において、先端部を前記間隙に
臨ませて前記被溶接材の一例に配置した溶接トーチを一
方の電極とし、また、該溶接トーチの先端部に対向させ
て前記被溶接材の他側に配置した導電体と、前記被溶接
材とを他方の電極として、前記溶接トーチの先端部と、
前記導電体又は前記被溶接材との間に交互にアークを発
生させ、該アークにより前記端面を加熱、溶融せしめる
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、溶接トーチの先端部と導電体との間
に発生させたアークにより、前記両端面を直接的に加熱
、溶融せしめると共に、該アークの発生状態の不安定性
を補うべく、該アークと交互に、溶接トーチの先端部と
被溶接材との間にアークを発生させる。

〔実施例〕 以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図は、本発明に係る突合せ溶接方法（以下本発明
方法という）を用いた溶接管の製管工程の要部を示す模
式的斜視図である。

図において１は溶接管であり、該溶接管ｌは、帯鋼を、
図中に白抜矢符にて示す方向に移送しつつ、この移送経
路の中途に設けた図示しない一群のロールにより、端面
１０，１１がわずかな間隙２を介して対向された状態に
まで円筒状に成形した後、前記移送の方向に直交する回
転軸を有し、鼓形をなす一対のスクイズロール３，３間
に挾持させ、前記端面１０．１１を突合せると共に、前
記スクイズロール３，３に所定の圧下を加え、突合せ部
を突合せ方向に押圧することにより、前記端面１０．１
１を連続的に圧接して製造される。

スクイズロール３．”３の設置位置よりも前記移送方向
上流側には、溶接トーチ４が、先端部を前記間隙２に臨
ませ、溶接管１の外側に配設してあり、該溶接トーチ４
において後述する如く生じるアークにより、スクイズロ
ール３，３による圧接の前に、前記端面１０，１１が加
熱、溶融されるようになしである。

第２図は、本発明方法の実施に使用する装置の構成を、
溶接トーチ４の配設位置における溶接管１の横断面図と
共に示すブロック図である。

溶接トーチ４は、前述した如く、その先端部を前記間隙
２に臨ませ、溶接管１の外面かられずかに離隔させた状
態に設置してあり、一方、溶接管１の内部には、前記間
隙２を介して溶接トーチ４の先端部に対向させて、溶接
管１の内面から適長離隔させた状態で導電体５が設置し
である。この導電体５は、例えば、適宜の長手寸法を有
する銅製の丸棒を、内部を水冷して用いる。

図中６は直流電源であり、該直流電源６の負極は、前記
溶接トーチ４に接続してあり、また正極は、電磁スイッ
チ７を介して前記溶接管１と導電体５とに夫々接続しで
ある。電磁スイッチ７は、制御部８からこれに与えられ
る信号に従って動作し、制御部８の出力信号がハイレベ
ル（又はローレベル）であり、電磁スイッチ７が動作状
Ｍ（又は非動作状態）にある場合に、溶接管ｌ　（又は
導電体５）が前記正極に接続されるようになっている。

制御部８の出力信号は、ハイレベルとローレベルとを周
期的に繰返す矩形パルス信号であり、これの周波数及び
デユーティ−比は、設定器９に外部から設定できるよう
になしである。従って、溶接管１及び導電体５と、直流
電源６の正極との接続時間は、設定器９における設定値
の変更により夫々変更可能である。

直流電源６の正極が溶接管１に接続されている場合、及
び導電体５に接続されている場合において、これらと溶
接トーチ４の先端部との間に発生するアークの発生態様
を、第３図及び第４図に夫々示す。溶接管１が正極に接
続された場合、溶接トーチ４の先端部と溶接管１の間隙
２近傍の外表面との間にアークＡ、が生じるのに対し、
導電体５が正極に接続された場合、第４図に示す如く、
溶接トーチ４の先端部から、間隙２を通過して導電体５
に達するアークＡ２が生じる。

アークＡ、が生じている場合、該アークＡ、のエネルギ
は、溶接管１の外表面に投入され、熱伝導によって厚さ
方向へ間接的に伝播されるから、端面１０．１１の溶融
は、第３図にクロスハツチを施して示す如き態様にて進
行し、外表面側が内表面側に比較して大きく溶融される
現象が生じ、アークＡＩのエネルギは、溶融対象面たる
端面１０，１１以外の部分を溶融させるのに多く消費さ
れるのに対し、間隙２を通過するアークＡ２が生じてい
る場合、該アークＡ２のエネルギは、溶融対象面た−１
る端面１０．１１に直接的に投入され、端面１０．１１
の７溶融は、これらの表面から第４図にクロスハツチを
施して示す如き態様にて進行し、端面１０．１１は、溶
接管ｌの厚さ方向に略均−に溶融され、良好な溶融状態
が短時間にて得られる。このように、端面１０．１１の
溶融状態の良好性のみを考慮した場合、アークＡ２を連
続的に用いることが望ましいが、該アークＡ２の発生時
においては、負極である溶接トーチ４の先端部と、正極
である導電体５との間の離隔距離が大きく、アークＡ２
を長時間に亘って安定的に発生させることは困難である
。従って、本発明方法においては、アークＡ、とＡｔと
を交互に発生させることにより、アーク発生状態の安定
化を実現すると共に、アークＡ２の発生時における溶融
状態の良好性を利用して、端面１０゜１１の溶融に要す
る時間の短縮化を実現し、溶接管１の製造能率の向上を
図る。アークＡＩ及びＡｔの発生時間は、直流電源６の
正極と、溶接管１及び導電体５との接続時間に夫々対応
するから、前記設定器９におけるデユーティ−比及び周
波数の設定値に応じて変更可能である。従って、本発明
方法は、溶接管１の厚さに応じて変化する溶接トーチ４
の先端部と導電体５との間の離隔距離、溶接管１の材質
、要求される製管速度、及び直流電源６の給電条件等、
溶接管１の接合条件に応じてアークＡ、及びＡｔの発生
時間を夫々決定し、これに応じて設定器９の設定値を変
更することにより実行される。

第５図は、設定器９におけるデユーティ−比及び周波数
の設定値を種々に変更し、ＳＯ５３０４製の５０．８φ
Ｘ２．Ｏｔの溶接管ｌの製造を、本発明方法に従って行
い、接合部における接合状態の良否を判定した結果を示
すグラフである。

接合方法としてはプラズマアーク溶接を用い、スクイズ
ロール３，３の設置位置から溶接管１の移送方向上流側
に５０ｍｍ離隔した位置に、アーク射出ノズルの直径が
３ｍｍである溶接トーチ４を、該ノズル先端と溶接管１
の外面との間の離隔距離が５１１１ＩＩｌとなるように
設置した。また、導電体５としては、内部を水冷した銅
製の丸棒を用い、これと溶接管１の内面との間の離隔距
離を１０ｍｍとした。

また、溶接電流は１８０Ａ、接合速度は５ｍ／ｍ１ｎｓ
間隙２の幅は３ＩＩＩＩ１１である。

接合状態の判定は、溶接管１を軸長方向の複数個所にて
切断した各切断面において目視により行い、表面側から
内面側まで、厚さ方向の全域に亘って良好な接合状態が
得られたものを、第５図中に○印にて示し、また、接合
部の溶融が不十分であり、内面側に接合不良が生じてい
るものを、同じ（・印にて示じ、更に、アーク発生状態
の不安定に起因する接合不良が生じているものを、同じ
くΔ印にて示している。

デユーティ−比と周波数とが共に小である場合、導電体
５が負極となって生じるアークＡ２の持続時間が過大と
なり、アーク発生状態の不安定に起因する溶接不良が生
じること、及び周波数が小であり、デユーティ−比が大
である場合、溶接管１が負極となって生じるアークＡ１
の持続時間が過大となり、端面１０，１１への入熱量の
不足に起因する溶接不良が生じること、及び周波数を１
５Ｈｚ以上に設定した場合、デユーティ−比の如何に拘
わらず良好な接合状態が安定的に得られることが本図か
ら明らかである。溶接管１を電極とする従来のアーク溶
接による接合方法は、図中にム印にて示す如く、デユー
ティ−比が１００％であり、周波数がＱＨｚである場合
に相当し、前述の接合条件のもとにおいて良好な接合状
態が得られないことが明らかである。

第６図は、良好な接合状態であると判定されたデユーテ
ィ−比４０％、周波数１５Ｈｚなる場合において、間隙
２の幅と、溶接電流の大きさを種々に変更したときの接
合状態の判定結果を示すグラフであり、他の試験条件、
並びに図中の○印及び・印の意味は、第５図の場合と同
様である。

間隙２の幅が過小である場合、該間隙２をアークＡ２が
通過できず、また、間隙２の幅が大きく溶接電流が小さ
い場合、前記アークＡ２による端面１０．１１の加熱が
不足して、いずれにおいても、入熱量の不足に起因する
接合状態の不良が生じることが本図から明らかである。

また第７図は、デユーティ−比を４０％とし、周波数は
１５Ｈｚとした本発明方法と、前述した如く、デユーテ
ィ−比を１００％とし、周波数をＯＨｚとした場合に相
当する従来法とにおいて、溶接電流と接合速度とを種々
に変更した場合の接合状態の判定結果を示すグラフであ
り、他の試験条件は第５図の場合と同様である。第７図
中の・印は、本発明方法により溶接を行い、接合状態が
不良であると判定されたものを、またＱ印は、同じく接
合状態が良好であると判定されたちの夫々示しており、
一方ム印は、従来法により溶接を行い、接合状態が不良
であると判定されたものを、またΔ印は、同じく接合状
態が良好であると判定されたものを夫々示している。

本図により、同一の溶接電流のもとにおいて、従来法に
比較して大幅に大きい溶接速度が、本発明方法によって
実現できること、及び同一の接合速度のもとにおいて、
従来法におけるよりも大幅に小さい溶接電流によって良
好な接合状態が得られることが明らかである。

このように、間隙２の幅を過小とせず、デユーティ−比
及び周波数を接合条件に応じて適正に設定した場合、本
発明方法の適用により、小さい溶接電流にて大きい接合
速度が実現されること、及び接合部に良好な接合状態が
得られることが、第５図、第６図及び第７図から明らか
である。

なお本実施例においては、直流電源６の負極に溶接トー
チ４を、正極に溶接管１又は導電体５を接続した場合に
ついて示しているが、これらの接続方向は逆であっても
よく、正極側と負極側とが周期的に変動する交流電源を
直流電源６に換えて用いることも可能である。

また本実施例においては、溶接管の製造に本発明方法を
適用した場合について述べたが、本発明方法の適用範囲
はこれに限るものではなく、加熱。

溶融せしめた端面を相互に突合せ、突合せ部に突合せ方
向の押圧力を加えて接合するあらゆる溶接行程において
同様に適用可能であり、同様の効果が得られることは言
うまでもない。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法においては、被溶接材の一
例に配した溶接トーチと他側に配した導電体との間にア
ークを発生させ、該アークのエネルギにより接合端面を
加熱、溶融せしめるから、アークのエネルギが無為に消
費されることがなく、前記接合端面に、均一な溶融状態
が得られ、大きい接合速度と、良好な接合状態とが実現
でき、また、前記溶接トーチと被溶接材との間に、前記
アークと交互に発生されるアークにより、アーク発生状
態の安定性を保つから、良好な接合状態を安定的に得る
ことができる。更に、本発明方法おいては、前記接合端
面の加熱源としてアークのエネルギを用いるから、ＥＲ
Ｗ法を用いた場合のように、溶融部の排出不良に起因す
る接合状態の不良、及びコールドウェルドによる接合状
態の不良が生じる虞がなく、また高エネルギビームを加
熱源として用いる場合のように、大嵩且っ高価な設備を
必要とせず、簡略な設備により、大きい接合速度得るこ
とができる等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第１図は溶
接管の製造行程の要部を示す斜視図、第２図は本発明方
法の実施に使用する装置の構成を示すブロック図、第３
図及び第４図は溶接トーチと被溶接材間及び溶接トーチ
と導電体間のアークの発生状態を示す図、第５図及び第
６図は本発明方法により製造された溶接管の接合状態の
良否の判定結果を示すグラフ、第７図は本発明方法及び
従来法により製造された溶接管の接合状態の良否の判定
結果を示すグラフである。 １・・・溶接管　　２・・・間隙　　３・・・スクイズ
ロール　　４・・・溶接トーチ　　５・・・導電体１０
、１１・・・端面 特　許　出願人　　住友金属工業株式会社代理人　弁理
士　　河　　野　　登　　夫第３図 第４図 第　　５　　図 溶接電流（Ａ） 第　　６　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、間隙を隔てて対向させた２つの端面を、夫々加熱、
   溶融せしめて突合せ、この突合せ部に突合せ方向への押
   圧力を加えて、被溶接材を接合する突合せ溶接方法にお
   いて、 先端部を前記間隙に臨ませて前記被溶接材 の一側に配置した溶接トーチを一方の電極とし、また、
   該溶接トーチの先端部に対向させて前記被溶接材の他側
   に配置した導電体と、前記被溶接材とを他方の電極とし
   て、前記溶接トーチの先端部と、前記導電体又は前記被
   溶接材との間に交互にアークを発生させ、該アークによ
   り前記端面を加熱、溶融せしめることを特徴とする突合
   せ溶接方法。