JPH0328259B2 - - Google Patents

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は潜弧溶接法によ
る内外面溶接が主流であり、一部でCO₂アーク溶
接による仮付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
溶接用フ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６mm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、特開昭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
とは異なる圧着プロセスとして、ルートギヤツプ
をマイナスの状態で導き（第１図ａ参照）、高周
波加熱によつて半溶融ないし溶融状態となつた鋼
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、マイナスギヤツプでは押圧す
る際のスクイズ力が充分得られ難いため、特に厚
肉側では継手部で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）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つた。

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にスパイ
ラル鋼管の製造を可能とするものであり、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ヤツ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つ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に対す
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
で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
品質によつて、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複合度を変えること
ができる。また板厚に対して100％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つて
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で、最終製品
にすることを特徴としている。

電気抵抗溶接後の内外面溶接部の整形方法は、
電気抵抗溶接で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、そのままで次のアー
ク溶接が可能である。また電気抵抗溶接後、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な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、スパイラル鋼管の押圧型
電気抵抗溶接では厚肉で完全なのど厚が得られ難
い等の欠点を克服し、薄肉側から厚肉側、小径か
ら大径まで、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、帯鋼の
一方の側縁と他方の側縁が、ルートギヤツプをマ
イナスの状態で出合う位置において、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、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、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％と大きく
とることによつて、続いて行なう外面内面のアー
ク溶接を溶着量、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
ように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つて詳細に説明する。

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ツ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l₁だけ偏
心させ、４位置においても外面溶接トーチ６をl₂
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l₁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たものである。

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ヤツプで会合する直前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において上下から押圧ロールで加圧
し同時にスクイズアウトされた溶融金属を突起形
の押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
タイプは電気抵抗溶接部を仮付け溶接として用い
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％〜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
抗溶接によつ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において外面側から、１０に
おいて内面側からアーク溶接して再溶融させて、
板厚中央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、タイプと比較してもア
ーク溶接の溶着量、溶け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によつて、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、マイナスギヤツ
プを大きくとることに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にするものであ
り、タイプよりもさらに大巾な高速溶接が可能
となる。

次に本発明方法の実施例を示す。

第２図ｂの写真において、、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6.0ｍ／
min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。また、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図に示す。周波数は1KHz〜200KHzで使用でき
る。第３図は溶接機の側面図で、パイプ２及び鋼
板１の下面に設置された高周波発信器１９からブ
スバー２０、溶接ヘツド２１を経てコンタクトチ
ツプ２２によつてパイプ側、鋼板側に給電され、
溶接点７で通電させる。電気抵抗溶接ヘツド２１
は、給電する位置、角度及びコンタクトチツプの
押し付け力が可変になつており、パイプ側鋼板側
は各々独立調整方式となつている。第４図は平面
図を示すもので、鋼板の側縁に沿つて電気抵抗溶
接装置が配置されており、かつ前処理フレーム２
３上に装置全体を乗せているため、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12mmで実際に造管した例を用い
て本発明の特徴を説明する。

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ため
に、第５図、第６図のようなデータを必要とす
る。

まず、電気抵抗溶接部ののど厚Scをコントロ
ールするためには、マイナスギヤツプ量λ（ラツ
プ代）とのど厚Scの関係を知る必要がある。第
６図によれば、ラツ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、ラツ
プ量を選択することによつて狙いののど厚を決め
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
大きくと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
理由が簡単に示してある。つまり、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
ことにより、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、それに伴つてアーク溶接は
化粧盛ビードとして大巾に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つて
律速されているため、この化粧盛りによる高速化
の効果は著しく大きい。

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に先立つて電気抵抗溶接さ
れるため、CO₂仮付溶接を行つた場合と同様にブ
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９，１
０，１１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を溶
接部の長さと継手強度（余盛削除）の関係を示
す。複号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、複合度（アーク溶
接部の長さと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てある。電気
抵抗溶接部の衝撃値は溶接速度に依存しており、
高速度の時ほど良い値を示す。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
4.0ｍ／min〜10ｍ／min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る。第１
１図では電気抵抗溶接のみを行なつた後の硬度分
布とさらにアーク溶接を行なつた後の電気抵抗溶
接部の硬度分布の比率を示している（ビツカース
硬度、荷重10Kg）。最高硬さはHv＝220程度で良
好な値を示しており、さらにアーク溶接された後
は再熱効果により最高硬さはさらに低い値を示
す。

すなわち、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
付けでなく本ビード化し、内外面での化粧盛アー
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。また、目的に
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できる。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、従来の
方法に対して工程設備要員を増やすことなく高能
率かつ高品質に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
に例を見ない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ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ｃ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図はラツプ代とのど厚の関係を示す図、第７
図は板厚とのど厚、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ERW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、１４……外面アーク溶接ビード、１５…
…内面アーク溶接ビード、１６……外面化粧盛ビ
ード、１７……内面化粧盛ビード、１８……電気
抵抗溶接による余盛ビード、２３……前処理フレ
ーム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ スパイラル鋼管の製造において、帯鋼の一方
   の側縁と他方の側縁がルートギヤツプをマイナス
   の状態λに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 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％と大きくとることによ
   つて、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、前記溶融圧接した
   溶接部ののど厚の一部ま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。