JPH03258468A - 製管溶接用インピーダ - 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 この発明は、高周波溶接により金属管を接合して電縫鋼
管を製造する方法におけるインピーダに係り、特に機械
構造用鋼管や抽伸用素管等でｔ／Ｄ（肉厚／外径）が大
きい高周波電縫鋼管の製造に好適なインピーダに関する
ものである。

従来の技術 高周波電縫溶接法は冷管溶接プロセスの中で最も高能率
なプロセスであることから広く一般に使用されている。

高周波電縫溶接による金属管の接合は、金属管の接合面
が溶接衝合点を頂点とするＶ字型を形成するようにロー
ル等で底形してオーブンパイプとなした後、被接合端面
に高周波電流を通じて加熱し、溶接温度に到達した衝合
部を圧延ロールにて圧延して遠戚されるものである。

第３図は高周波電縫鋼管の製造方法を例示したもので、
管状に底形されたスケルプ（１）はワークコイル（２）
に高周波電流を流すことにより発生する渦電流により加
熱され、溶接ロール（３）で加圧溶接される。

この高周波ｔｌａ溶接において、渦電流を溶接点に集中
させることにより溶接熱効率を向上させる目的で使用さ
れるインピーダは、絶縁物であるインピーダケース（４
）に磁性材料であるコア（５）が内蔵され、通水構造の
マンドレル（６）を介して管内に配される。

すなわち、コア（５）は造管中その性能を維持するため
にマンドレル（６）から供給される冷却水によって冷却
されるようになっている。

このインピーダはワークコイル（２）に流れる高周波電
流によってコア（５）を励磁することによって溶接熱効
率を向上させることが目的であるが、インピーダの性能
は概ねコア（５）の特性によって決定され、その特性と
しては透磁率が高く、かつ飽和磁束密度の大きいことが
要求される。

すなわち、電縫造管の溶接熱効率を向上させるにはイン
ピーダのコア（５）により多くの磁束を通すことが必要
である。

コア（５）を通過する磁束量φは、下記（１〉式に示す
ように磁束密度Ｂと断面積Ａの積で表わされる。

＄＝ＢＸＡ　　　　　　　　　　・・・・・（１）従来
のインピーダのコア（５）としては第４図に示すように
粉末酸化物を焼結した酸化物磁性材料であるフェライト
コア（５′）を用いていた。

高周波電縫鋼管の場合、溶接電流が高周波大電流である
ためフェライトコア（５′）の磁束密度は飽和に達し、
特に造管寸法が小径になるとフェライトコア（５′）の
断面積Ａ′　も小さくなり、小さい溶接電流で飽和磁束
密度に達するようになる。この場合前記（１ン式かられ
かるように通過磁束量も飽和し溶接熱効率が低下する。

この対策として、フェライトコアメーカによりフェライ
トコアの飽和磁束密度Ｂ’ｓを高めるべく材質的検討が
なされ、Ｂ’ｓ＝０．５Ｔ程度の特性が得られるように
なったが、未だ満足すべき状態にはほど遠い。

フェライトコアよりも飽和磁束密度の高い材料としては
、珪素鋼または非晶質合金鋼の金属磁−り材料があり、
商用周波数（５０〜６０Ｈｚ）においては厚さ０．３〜
０．３５ｍｍに圧延・熱処理した金属磁性材料をトラン
スなどの鉄芯として使用している。

高周波電縫鋼管の場合、溶接電流が高周波大電流である
ため、インピーダは高周波の高磁束密度下にさらされる
ことになり、コアにも大きな渦電流が発生して温度が上
昇する。

また、発生する渦電流は磁束密度の２乗、ならびに周波
数の２乗に比例し、周波数ｆがｆ−１０〜５００ＫＨｚ
にも達する高周波電縫鋼管においては、コアの発熱量は
商用周波数での使用に比べると極めて大きい。

このため、渦電流による発熱の大きい金属磁性材料の場
合、通常工業的に行ないうる冷却水を流す程度の冷却は
インピーダのコアの温度をキュリー点以下に保持するこ
とができないため、強磁性が消失しインピーダのコアと
して使用できなかった。

このことが高周波！縫鋼管の製造において、高周波域で
の渦電流による発熱の少ない、フェライトコアを用いて
いた理由である。

これに対して高周波ｘｉ鋼管の製造における溶接熱効率
の良いインピーダとして例えば、特公昭５９−５２０２
７に公示されたインピーダがある。

これは、第２図に示すごとく非晶質金属合金材料（以下
「アモルファス合金」と称す）　（１０’）を絶縁接着
剤（１１’）を用いて積層して作ったブロックを組み合
せたことを特徴とするもので、アモルファス合金は珪素
鋼に近く、フェライトより遥かに大きな飽和磁束密度を
もち、かつ透磁率は珪素鋼より高いので、小さな磁場に
おいても大きな磁束密度が得られるため従来のフェライ
トコアより溶接効率の良いインピーダが作成できる。

発明が解決しようとする課題 しかし、アモルファス合金の比抵抗は１２５ＸＩＦ’Ω
−ｃｍ　と３％珪素鋼の４５Ｘ１０−’Ω−Ｃｍに比較
すると高いが、フェライトコアと比較して極端に低く、
使用時に発熱を生しる。

この対策として、例えばコア断面積を５０ｍｍ　”以下
に限定し、冷却効果を高めて耐久性の向上をはかるもの
が知られている　（特公昭６ｌ−３１９５９）。

しかし、小径厚肉管のようにバイブ内断面積が小さく、
インピーダの充填量を大きくすることができず、かつ負
荷電力が大きくかかるサイズのものを溶接する場合、冷
却不足により生じる発熱による金属絶縁膜破壊が発生し
、期待される効果を得ることができない事態が生じる。

この発明は、小径厚肉管のようにインピーダに対して高
周波の負荷が大きくかがる場合でも、冷却不足にならな
い構造を持つ非晶質金属材料で作られたインピーダを提
供しようとするものである。

課題を解決するための手段 この発明者は、前記課題を解決する手段について種々検
討した結果、■アモルファス合金積層体の積層枚数を少
なくし、積層体単体の断面積を小さくすればするほど高
い高周波負荷にも耐えることが可能であり、また■絶縁
膜は同時に熱伝導が小さく、積層することにより内部に
発生した熱が蓄積され積層体より逃げにくくなること、
さらに■積層体の配置および断面形状は規定される必要
がなく、積層体の厚み方向を分割しても溶接効率に関し
同等の効果を得ることができることを見い出し、アモル
ファス合金は積層せず、フィルムに直接絶縁膜をつけた
ものをインピーダケースに装着することにより冷却性を
含めて最良であることを知見したのである。

すなわち、この発明は非晶質金属材料からなる箱体もし
くは極細線の表面全体を絶縁コーティングしたものをコ
アとして用いることを特徴とするインピーダを要旨とす
るものである。

作　　　　用 非晶質金属材料であるアモルファス合金箱体（フィルム
）の厚さ、または線径としては、特に限定するものでは
ないが、発熱量を考慮するとし）ずれも６０μｍ〜２Ｄ
１ｉｒｎが実用的である。

すなわち、箱体の厚さあるいは線径を６０μｍ以下にす
ると、従来の積層型インピーダでは得ることのできない
高冷却タイプ（単位表面積当りの発熱量が極めて少ない
）のインピーダが得られるからである。なお、箔厚ある
いは線径が２０μｍ未；１勾になると工業的に生産が困
難である。

フィルム状のアモルファス合金、およびワイヤ状のアモ
ルファス合金は、いずれもインピーダケースに直接装着
する。その場合、フィルム自体あるいワイヤ自体を所望
の間隔を置いて装着するので、インピーダケースに供給
された冷却水との接触面積で決定される冷却能が従来の
積層型より大きくなる。

なお、絶縁コーティングを施したフィルム状もしくはワ
イヤ状のアモルファス金属間の隙間は特に限定するもの
ではないが５μｍ〜アモルファス合金厚さ相当が実用的
である。すなわち合金間の隙間を　５μｍ以下にすると
境界層厚さと同レベルの間隔になり流体抵抗が大きく冷
却水が流れ難い。

また合金間の隙間をアモルファス合金厚さ相当以上にす
るとインピーダとしての充填率が低く、実用的な効果を
得ることができない。

フィルム状のアモルファス合金、ワイヤ状のアモルファ
ス合金は、その単体毎に表面全体を絶縁コーティングさ
れているので防錆性能が優れる。

したがって、アモルファス合金素材にＣｒを添加する必
要がなく、磁気特性のみを考慮した材料設計も可能であ
る。

実　　　施　　　例 第１図はこの発明の一実施例を示す断面図で、（１０）
はフィルム状のアモルファス合金、（１１）は絶縁コー
ティング被膜である。

すなわち、ここでは表面全体を絶縁コーティングしたフ
ィルム状のアモルファス合金を５枚用いた場合を示し、
各アモルファス合金は隙間（１２）を介してインピーダ
ケースに装着する。

絶縁コーティング皮膜（１１）は例えば電着塗装により
形成することができる。なお参考までに、第２図に示す
従来の積層体の絶縁は、エポキシ樹脂の真空浸漬液焼結
する方法により施されている。

表面全体に絶縁コーティングを施したアモルファス合金
（１０）　５枚を隙間（１２）を介して重ねて構成した
この発明のコアの場合、その冷却能は第２図に示す従来
の５枚積層型コアの約３倍優れる。

実用上の積層型はアモルファス合金を１．００枚程度重
ねるので、従来の積層型との冷却能には大きな差が生じ
る。

第１表はこの発明のインピーダと従来の積層型インピー
ダの実施結果を比較して示したものである。なお、この
発明における絶縁コーティングは電着塗装により施し、
従来の積層体の絶縁はエポキシ樹脂の真空浸漬液焼結し
て施した。

第１表より明らかなごとく、高周波の負荷の犬きい場合
でも従来より冷却能力がすぐれているため、フィルム状
および線状のアモルファス素材を用いた両インピーダと
も焼損せず使用が可能であった。

以下余白 発明の詳細 な説明したごとく、この発明の冷管溶接用インピーダは
大きな冷却能を有するため、高周波の負荷が大きい場合
においても磁気特性の良好なアモルファス合金を焼損す
ることがなく、高寿命のインピーダコアとして使用する
ことができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面図、第２図は従
来の積層型コアの一例を示す断面図、第３図はこの発明
の対象とする高周波電縫鋼管の製造方法の一例を示す概
略図、第４図はフェライトコアを用いた場合の第３図Ｉ
Ｖ−ＩＶ線上の断面図である。 ４・・・インピーダケース　　　６・・・マンドレル１
０・・・フィルム状のアモルファス合金１１・・絶縁コ
ーティング被膜 １２・・隙間 第１図 第３区 第４図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インピーダケースに磁性材料からなるコアを内蔵し、か
   つ当該ケース内に冷却水を供給する構造となした冷管溶
   接用インピーダにおいて、非晶質金属材料からなる箱体
   もしくは極細線の表面全体を絶縁コーティングしたもの
   をコアとして用いたことを特徴とする冷管溶接用インピ
   ーダ。