JPH04178294A

JPH04178294A - 造管用内面シール工具

Info

Publication number: JPH04178294A
Application number: JP30333290A
Authority: JP
Inventors: Takefumi Nakako; 武文仲子; Yoshiaki Shimada; 島田　嘉晃
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1992-06-25

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、曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が付与され
た金属ストリップを幅方向にカールさせることにより得
られた円筒体の幅方向両端部を突合せ溶接して管体な製
造するときに使用される内面シール工具に関する。

［従来の技術］金属ストリップから管体な製造する従来の方法では、多
数のタンデムミルに配置されたカリバーを有するフォー
ミングロール、ケージロール等からなるロール成形機が
使用されている。この成形機により、金属ストリップは
、幅方向に順次曲げ加工され、管状に成形される。そし
て、成形された金属ストリップの幅方向両端部を突き合
わせて溶接することにより、管体な連続的に製造してい
る。

しかし、この方法では、多段の成形スタンドが配置され
た成形機を必要とするため、設備的な負担が大きくなる
。また、設備の複雑化に伴って保守・点検等の作業も面
倒なものとなる。そして、径の異なる管体を製造しよう
とするとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作業
となる。

しかも、板幅に比較して板厚が小さな金属ストリップな
製管用素材とすると、曲げ過程における弾性変形による
影響が大きく現れる。たとえば、前段の成形ロールから
後段の成形ロールに至る過程で大きなスプリングバック
が生じ、特に幅方向両端部が十分な曲げ加工を受けるこ
となく、後段の成形ロールに送り込まれる。そのため、
製造された管体の真円度が劣化する。また、エツジスト
レッチが大きいことから、緑液が発生し易く、溶接が困
難になる。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法とし
て、従来の成形ロールを使用することな・　（、金属ス
トリップが有する弾性力を利用して管状に成形する方法
を開発し、特開昭６２〜１７６６１１号公報、特開平１
−４８６２４号公報等として紹介している。

たとえば、特開昭６２−１７６６１１号公報では、第５
図に概要を示した設備構成を使用している。アンコイラ
１から送り出された金属ストリップＳは、ガイドロール
２を経て予変形部３に送り込まれる。予変形部３は、小
径の曲げロール３ａ及び大径のサポートロール３ｂを備
えており、サポートロール３ｂの表面にポリウレタン等
の伸性ライニング３ｃが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール３ａ側に接
触するように、金属ストリップＳを曲げロール３ａとサ
ポートロール３ｂとの間に送り込む。金属ストリップＳ
が曲げロール３ｂで塑性的げを受けるため、幅方向に一
様な曲げ応力が予変形部３を通過した後の金属ストリッ
プＳに残留する。

曲げ及び曲げ戻しにより残留応力が与えられた金属スト
リップＳは、保形ロール４．サイドロール５及び送りロ
ール６を経て下流側に送られる。

この送り過程で、金属ストリップＳは、長手方向の変形
が拘束されているので、残留応力によって管状に弾性変
形する。そして、管状に成形された金属ストリップＳは
、保形ロール４及びサイドロール５により形状が拘束さ
れた状態で、幅方向両端部が突き合わされる。この突合
せ部を溶接トーチ７で溶接することにより、管体ｐが得
られる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリッ
プＳを管状に成形するため、得られた管体ｐの真円度は
優れたものとなる。また、金属ストリップＳを管状に曲
げ加工する成形ロールを必要としないため、設備構成が
簡単になり、特に薄肉管の製造に適した方法である。

また、特開平２−７５４１８号公報では、第６図に示し
た概略構成をもつ予変形部を提案した。

この予変形部３では、一対の大径ロール３ｄ及び３ｅの
間に曲げロール３ｆを配置している。金属ストリップＳ
は、大径ロール３ｄと曲げロール３ｆの間を通過した後
、曲げロール３ｆを周回し、大径ロール３ｅと曲げロー
ル３ｆとの間から送り出される。この走行過程で、金属
ストリップＳに曲げ及び曲げ戻しにより残留応力が付与
される。

この予変形部３は、小径の曲げロール３ｆをバックアッ
プする機構を省略することができ、所定の残留応力を金
属ストリップＳに付与することが容易となる。

［発明が解決しようとする課題］ストリップを筒状に成形して溶接管を製造するとき、裏
ビードに酸化スケールの発生があると、得られた溶接管
を配管として使用した場合、酸化スケール発生箇所に孔
食が発生し易（なる。そのため、酸化スケールを除去す
る酸洗工程等が必要と去れる。そこで、従来の造管法で
は、溶接される円筒体を内面からシールし、溶接個所の
内部を不活性雰囲気に維持している。また、雰囲気圧を
一定に維持することにより、アークの安定化を図ってい
る。このとき、シールガスの圧力によってビードの断面
形状が変化する。たとえば、シールガスの圧力が低過ぎ
るとビードが窪み、高過ぎると外側に膨らむ。極端な場
合には、溶接部からシールガスが吹き抜けることもある
。

！小ｒｂ’；Ｇ；：）＋＋ハーキｍ　し＋　イ　　−叫
ハ咋二％ノレス鋼製プラグを円筒体の内面に挿入し、ス
テンレス鋼製プラグ及び円筒体内面で囲まれた内部空間
にアルゴン等の不活性ガスを吹き込むことが知られてい
る。

しかし、この方法を第５図或いは第６図で説明したより
な造管法に適用しても、吹き込まれた不活性ガスの大部
分が系外に流出して、所期のシール作用を得ることがで
きない。その結果、製造された溶接管の裏ビードの酸化
等の欠陥発生が検出される。

本発明は、このような問題を解消するために案出された
ものであり、フェルト状の耐熱性繊維で形成された円柱
状シール材をプラグとして使用することにより、プラグ
と円筒体内面との接触状態を向上させ、内部空間に吹き
込まれた不活性ガスの有効利用を図り、優れた品質をも
つ溶接管を製造することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の造管用内面シール工具は、その目的を達成する
ため、幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力
が付与された金属ストリップを幅方向にカールさせて成
形した円筒体の幅方向両端部を突き合わせて溶接すると
きに使用される内面シール工具であって、前記円筒体に
送入される中空管と、該中空間に穿設された不活性ガス
噴出孔と、該不活性ガス噴出孔を挟む前後の位置で前記
中空間に装着され、フェルト状の耐熱性繊維で形成した
一対の円柱状シール材とを備え、該円柱状シール材が溶
接前及び溶接後の前記円筒体の内面に接触し、前記円柱
状シール材及び前記円筒体の内面で囲まれた内部空間に
、前記不活性ガス噴出孔から不活性ガスが吹き出される
ことを特徴とする。

ここで、円柱状シール材としては、フェルト状の耐熱性
繊維で形成した複数のディスクを中空管の管軸方向に重
ね合わせたものを使用することができる。また、耐熱性
繊維には、ステンレス鋼繊維、セラミックス繊維、ガラ
ス繊維、スラグウール等の各種のものが掲げられるが、
なかでも靭性に優れたステンレス鋼繊維、炭化珪素繊維
等が好適な材料である。

［作　用］幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しによって残留応力が付
与された金属ストリップは、拘束を受けない自由状態で
は、長手方向にカールする傾向をもっている。この金属
ストリップに、長手方向の変形を阻止する拘束を加える
と、幅方向に変形する。この特性を利用して金属ストリ
ップを円筒状に成形すると、幅方向両端部に食い違いが
生じ、相互にラッピングした状態になり、突合せ溶接が
できなくなることがある。

本発明においては、このようなラッピングを防止しなが
ら、円筒体を溶接する際の内面シール工具として、管内
面に接触して内部空間を形成するプラグとしてフェルト
状の耐熱性繊維で作られた円柱状シール材を使用してい
る。この円柱状シール材は、若干の圧縮性をもっており
、溶接位置に向かうに従って径が小さくなる円筒体の内
面に対する適合性が高い。

また、円柱状シール材の圧縮で生じた反力が円筒体に伝
わる。しかも、円筒体の内部空間に吹き込まれた不活性
ガスは、円柱状シール材を管軸方向に通過すると共に、
円周方向にも流出する。この円周方向に流出した不活性
ガスは、円柱状シール材と円筒体内面との間に介在し、
円柱状シール材の滑りを向上させる。すなわち、円柱状
シール材は、円筒体を保形すると共に、内部空間に不活
性ガスを充満させる作用を呈する。

このような作用を効果的にするため、円柱状シール材の
嵩密度は、真密度に対して９０〜９８％の範囲にするこ
とが好ましい。嵩密度が９０％未満であると、シール材
を透過する不活性ガスの流量が多くなって、溶接位置の
内部空間を効率よく不活性ガス雰囲気に維持することが
できない。逆に、９８％を超える嵩密度であると、シー
ル材の可圧縮性が小さくなり、円筒体に対する保形作用
が低下する。

このようにして、円柱状シール材で内面から支持された
円筒体は、一定した条件の下で溶接される。そのため、
安定した品質のビードをもつ溶接管が得られ、後続する
工程におけるビード整形等の作業が緩和される。

また、耐熱繊維で作られたシール材をフェルト状にして
使用するため、吹き込まれた不活性ガスがシール材を透
過する過程で、不活性ガスにより耐熱性繊維が冷却され
る。この冷却効果と相俟って、耐熱性繊維を使用するこ
とから、シール材から溶接点までの距離を小さく取るこ
とができ、不活性ガスを吹込むための内部空間が減容さ
れ、不活性ガス消費量も節減される。

［実施例］以下、図面を参照しながら、実施例によって本発明を具
体的に説明する。

本実施例の内面シール工具は、第１図に示すように、溶
接する円筒体１０の管軸方向に挿入される。

′　溶接される円筒体１０は、板厚０．１ｍｍで板幅８
９．６ｍｍのステンレス鋼板を第６図に示した装置を使
用した曲げ及び曲げ戻しで残留応力を与え、幅方向にカ
ールさせることにより、直径２８．５ｍｍの円筒状に成
形したものである。そして、幅方向両端部を密着状態で
突き合わせ、間隙Ｏｍｍの突合せ部を形成した。

円筒体１０に挿入される内面シール工具は、中空管２０
を備えている。中空管２０は、先端部２１が閉塞されて
おり、先端部２１から内側の１０〜３０ｍｍの範囲に多
数のガス噴出孔２２が周面に穿設されている。中空管２
０は、アルゴン等の不活性ガス供給源に接続されている
。供給された不活性ガスは、ガス噴出孔２２から円筒体
１０の内部空間１１に噴出される。

中空管２０には、第２図に示すように、ガス噴出孔２２
が穿設されている部分を挟んで、前後に円柱状シール材
３０．４０が装置されている。円柱状シール材３０．４
０の内面間距離は、５０ｍｍに設定した。これにより、
管軸方向長さが５０ｍｍで直径が２８ｍｍの円柱状をし
た内部空間１１が溶接位置にある円筒体１０の内部に形
成された。

円柱状シール材３０　、４０　＆ｆ、　ａＦｖ１ノ１ｔ
ｉ４執ｍｍ製のフェルト状ディスク３１〜３３及び４１
〜４５を中空管２０に挿通し、管軸方向に重ね合わせた
ものである。個々のフェルト状ディスク３１〜３３．４
１〜４５は、線径０．０５ｍｍのステンレス鋼繊維をニ
ードリングし、嵩密度０．３ｇ／ｃｍ”程度で直径２９
ｍｍで厚み５ｍｍのディスク状に成形したものを使用し
た。

これらフェルト状ディスクを中空管２０に挿通し、先端
側で３枚、手前側で５枚重ね合わせて、円柱状シール材
３０．４０とした。このように、複数のフェルト状ディ
スクを重ね合わせて円柱状シール材３０．４０とするた
め、円柱状シール材３０．４０が損傷した場合、損傷部
分のフェルト状ディスクを取り替えるだけで再使用が可
能となる。

中空管１０に嵌挿された円柱状シール材３０の両側に側
板３４及び３５を当てがって、ボルト３６．３７で締め
付けた。同様に円柱状シール材４０についても両側に側
板４６，４７を当てがい、側板３４，３５，４６．４７
として、板厚１゜０ｍｍで直径２０ｍｍのステンレス鋼
製ディスクを使用した。これら側板はガス不透過性であ
るため、側板から円柱状シール材３０．４０が露出した
部分がガス透過表面部３６．４８となる。そのため、円
柱状シール材３０．４０に対する側板３４．３５，４６
．４７の直径比率によって、円柱状シール材３０．４０
の実効ガス透過能を調節することができる。

また、円柱状シール材３０．４０の側面に側板３４．３
５，４６．４７を当てがっているので、円柱状シール材
３０．４０の周辺部のみに環状のガス透過表面３６．４
８が形成される。したがって、中空管２０のガス噴出孔
２２から円筒体１０の内部空間１１に噴出された不活性
ガスは、円柱状シール材３０．４０の周辺部を優先して
透過する。そして、円柱状シール材３０．４０に侵入し
た不活性ガスは、流動抵抗が比較的小さな円周方向に優
先的に流出する。その結果、円柱状シール性ガスによる
気相カーテンが形成される。

溶接される円筒体１０に上流側から前述した内面シール
工具を挿入し、平均流量５ＮＩ２／秒でアルゴンガスを
中空管１０を介し内部空間１１に吹き込んだ。そして、
第１図で矢印りで示す方向に円筒体１ｏを搬送しながら
、溶接トーチ１２からアーク１３を点弧して、突合せ部
を溶接した。なお、内部空間１１の雰囲気圧は、アルゴ
ン吹込み量を調整することにより大気圧＋１０〜２５ｍ
ｍＨｇに維持した。

また、溶接条件は、シールドガスとしてＡｒ＋１０％Ｈ
２を流量１（１／分で供給しながら溶接電流１０Ａのマ
イクロプラズマ溶接を行う方法を採用した。また、この
ときの溶接速度を３ｍ／分に設定した。

得られたビード１４を観察し、その管軸方向に沿った幅
変動を第３図に示す。

第３図から明らかなように、円柱状シール材３０．４０
で内部空間１１を封鎖しなから溶接した実施例では、形
成されたビードの幅変動は、１゜２ｍｍを中心とし±０
．１ｍｍの範囲であった。

すなわち、実質上一定の幅をもったビードが形成されて
いることが判かる。これは、円柱状シール材３０．４０
の封鎖作用により内部空間１１が一定した雰囲気圧に維
持され、溶接条件が安定した結果である。このように、
一定したビードが形成されるため、後続するビード整形
工程における作業が軽減化され、また自動化も容易に行
われる。

なお、第３図には、比較例として、直径２７゜５ｍｍ及
び厚み８ｍｍの円柱状ステンレス鋼ブロックをシール材
として中空管に装着した内面シール工具を使用した場合
を併せ示している。

この比較例では、ビード幅が０．７〜１．７ｍｍの範囲
で大きく変動していた。これは、内部空間１１の雰囲気
圧が変動し、その影響でアーク１３が不安定になったこ
とが原因であると考えられる。

また、シール材としてステンレス鋼ブロックを使用した
場合、アーク１３からの輻射熱及びビード１４からの熱
伝導により、シール材が高温に加熱される。その結果、
シール材が円筒体内面に焼き付く虞れがある。この焼付
きを防止する上で、シール材の相互間隔を８０ｍｍと太
き（設定し、またシール材の外周面と円筒体１０の内周
面との間に４ｍｍの隙間を設けた。そのため、内部空間
１１の容量が太き（なると共に、吹き込まれた不活性ガ
スが漏洩する割合も大きくなる。したがって、内部空間
１１を所定の雰囲気圧に維持するために必要な不活性ガ
ス消費量が増加する。

第４図は、このシール材の相違が不活性ガス消費量に与
える影響を表したグラフである。第４図から明らかなよ
うに、本実施例で使用したフェルト状のシール材は、ブ
ロック状シール材に比較してほぼ半分の不活性ガス消費
量で所定の雰囲気圧を維持することができた。シール材
がガス透過性であるにも拘らず、不活性ガス消費量が少
ないことは、シール材を透過して系外に流出する不活性
ガスの流量がそれほど大きくなく、フェルト状シール材
がこの流出損失を補って余りある作用を発揮するためで
あると考えられる。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明においては、金属ストリ
ップを幅方向にカールさせることにより成形した円筒体
の内部にフェルト状の円柱状シール材を挿入して、溶接
位置にある円筒体の内部に不活性ガスが充満された内部
空間を形成する。このフェルト状の円柱状シール材は、
円筒体の形状を維持すると共に、内部空間の雰囲気圧を
目標レベルに維持する上で有効である。そして、溶接ア
ークに悪影響を与える吹抜はガスが減少し、溶接条件が
安定化する。その結果、一定したビードをもつ溶接部が
形成される。そのため、後続工程におけるビードの整形
、溶接管の矯正等の作業負担も軽減され、優れた品質の
溶接管が製造される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例において内面シール工具を挿入し
て円筒体を溶接している状態を示し、第２図はその内面
シール工具の斜視図、第３図及び第４図は本発明の効果
を具体的に表したグラフで七、Ｌ　　’ｊＪｈ−ｔ−ｗ
　　筺　Ｅｌ　ｎ　ｙＫ笛　Ｑ　ｒｏ　１→　　　うヒ
！冶Ｒ日夫傷α６５先に提案した設備構成を示す。１０：円筒体　　　　１１：内部空間１２：溶接トーチ　　１４：ビード２０：中空管　　　　２２：ガス噴出孔３０．４０：円
柱状シール材３１〜３３．４１〜４５：フェルト状ディスク３４．３
５，４６，４７：側板３６．４８：ガス透過表面部第５図弔１図第２図第３図例　　　　　　　　　　　例不活性ガス流量（Ｎａ３秒）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力
が付与された金属ストリップを幅方向にカールさせて成
形した円筒体の幅方向両端部を突き合わせて溶接すると
きに使用される内面シール工具であって、前記円筒体に
送入される中空管と、該中空間に穿設された不活性ガス
噴出孔と、該不活性ガス噴出孔を挟む前後の位置で前記
中空間に装着され、フェルト状の耐熱性繊維で形成した
一対の円柱状シール材とを備え、該円柱状シール材が溶
接前及び溶接後の前記円筒体の内面に接触し、前記円柱
状シール材及び前記円筒体の内面で囲まれた内部空間に
、前記不活性ガス噴出孔から不活性ガスが吹き出される
ことを特徴とする造管用内面シール工具。
（２）請求項１記載の円柱状シール材は、フェルト状の
耐熱性繊維で形成した複数のディスクを中空管の管軸方
向に重ね合わせたものであることを特徴とする造管用内
面シール工具。