JPH0514471Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

Ａ 産業上の利用分野 本考案は電縫管局部熱処理装置の誘導子に関す
る。 Ｂ 考案の概要 本考案は走行する電縫管の溶接部近傍を誘導加
熱により熱処理する装置の誘導子において、該誘
導子は通電する導体とその導体を囲む鉄心とから
なり、溶接部近傍と対向する誘導子面における鉄
心の導体に接する部分に切欠き部を電縫管の進行
方向に沿つて形成したことによつて、熱処理すべ
き溶接部とその周囲の熱影響部を均一に加熱でき
それにより省エネルギーで円滑に熱処理を行なう
ことができ、且つ装置の全長を短くすることがで
きたものである。 Ｃ 従来の技術 電縫管溶接ライン内に誘導子を配設して電縫管
溶接部の焼鈍または焼準を行なつて急冷組織や硬
化部を改善することは既に一般化されている。更
に近年では溶接部に焼入れ、焼戻し熱処理を施し
て低温脆性を改善することも行なわれている。例
えば第１１図、第１２を参照して説明すると、１
は矢印方向に走行する電縫管で、図の左側におい
て帯板を走行させながら徐々に曲げることによつ
て形成されるＶシーム部２に誘導コイル３により
高周波電力を供給し、スクイズロール４，４によ
つてＶシーム部先端の溶接点５が溶接される。６
は高周波電源である。また７，７…は溶接部８に
対向して設けた焼鈍又は焼準用の誘導子である。
このように誘導子７，７…を間隔をあけて複数個
設けてあるのは、電縫管１を走行させながら溶接
部８の外表面を誘導加熱して昇温し、さらに肉厚
方向への熱伝導によつて内径面まで昇温せしめる
とき、内外面の温度差を少なくするためである。 ところで、従来の誘導子７は第１３図、第１４
図にその主要部および断面を示すように電流を流
す導体１０の周囲（但し溶接部８との対向面を除
く）を鉄心９で囲つた構造である。また、導体１
０は内部に冷却水を通す孔を有する矩形断面のパ
イプよりなつている。そして、第１３図に示すよ
うに導体１０の両端が電源に接続されて、この導
体１０を流れる交番電流によつて誘起される誘起
電流が電縫管１に流れ、誘導子７を対向せしめた
溶接部８には特にこの誘起電流が集中して流れる
ので、該溶接部が昇温する。第１０図Ａは誘導子
７により電縫管１と誘導子７のギヤツプＧ（第１
３図、第１４図参照）を変化させて加熱した場合
の電縫管１の周方向の温度分布例を示し、図から
分るように電縫管１が加熱されるのはほぼ誘導子
７の導体幅WCに相当する範囲内である。そして
誘導子７の導体１０の幅方向の中央部と対向する
部分に温度ピークが生じ電縫管１と誘導子７との
ギヤツプＧがG₁，G₂，G₃と大きくなるようにし
て加熱する程、この温度ピークはなだらかにな
る。但し、加熱効率は勿論劣化する。第１０図Ｂ
は電縫管１の断面における温度分布例を等温線で
示した図である。 Ｄ 考案が解決しようとする問題点 ところで、熱処理すべき場所は電縫管溶接の溶
接部とその両側の熱影響部であるが、この部分を
もれなくカバーするために実際の熱処理範囲は更
に円周方向の両側にやゝ広い範囲となる。そして
管の肉厚が厚くなると熱影響部も溶接部の両側に
広くなり熱処理範囲もそれだけ広くなる。更に焼
入れ、焼戻し熱処理においては、同様に焼入れ範
囲は熱影響部より広い範囲となり、この焼入れ範
囲をもれなくカバーするために焼戻し処理範囲は
円周方向に一層広い範囲となる。これらの熱処理
範囲を第１４図にて図形的に示すと溶接部８とそ
の両側の斜線で示す被熱処理部１２であり、この
部分は所定の温度範囲内で加熱されなければなら
ない。その理由は、熱処理を施すためには前記被
熱処理部１２を所定の熱処理温度以上に昇温しな
ければならないが、反面温度が高くなるすぎると
結晶粒が粗大化するなどで不適当である。したが
つて、最も温度の上り易い外表面の中心ａ点にお
ける温度（これをT₁とする）を適正な熱処理の
ための上限温度以下に抑え、また最も温度の上昇
が遅れる内径側の中心から遠いd₁点，d₂点の温度
（これをT₂とする）を適正な熱処理のための下限
温度以上にする必要がある。（T₁＞T₂）。なほこ
のT₁とT₂の温度差はできるだけ小さいことが望
ましい。従つて肉厚方向のみならず円周方向の温
度分布が重要となる。 然るに、従来の誘導子７では第７図（誘導子の
導体１０を流れる電流密度icのＸ方向の分布およ
び電縫管１の導体に対向する部分に誘起されて流
れる誘起電流の電流密度iwの電縫管１の周方向
の分布を示す）、第１０図に示すように誘導子７
に対向する電縫管１に誘起電流が発生して有効に
加熱が行なわれるのは、ほぼ導体１０の幅に相当
する範囲内である。従つて第１４図における誘導
子の導体幅Wcは被熱処理部１２の円周方向の幅
Whに対してWc≧Whであることが必要であつ
た。更にまた電縫管１の加熱される部分の円周方
向の中心部に誘起電流密度のピークが生じ、それ
に伴なつて温度の鈍いピークが生じるため第１４
図におけるＡ点を適正温度の加熱すればd₁点，d₂
点の加熱温度が不足し、逆にd₁点，d₂点を適正温
度に加熱すればＡ点が過剰に加熱されることにな
り、一方a₁点、a₂点の温度上昇には遅れが生じ
た。このように電縫管１の肉厚の増大や、溶接部
近傍に焼入れ、焼戻し熱処理等に伴なつて円周方
向に広い被熱処理部１２を均一に加熱するには導
体幅Wcが大きくなり装置が大形化し重量が増大
したり、均熱が難しいなど従来の誘導子７は適し
ていなかつた。 また、従来は上述の欠点を補うため幅方向及び
肉厚方向ともにもつばら熱伝導によつて温度の均
一化を計るしかなく、そのため第１１図、第１２
図に示すように電縫管１の走行方向に大きな間隔
をおいて誘導子７，７…を複数個設けているが、
これによると幅方向、肉厚方向ともに温度を均一
化するまでに時間を要し、且つ温度の均一化が難
しく、またその間の放熱分も大きくなつて熱効率
の向上が図りにくかつた。また複数個の誘導子
７，７…を大きな間隔をあけて用いるため装置の
ラインが長くなるという欠点もあつた。 しかして、また上述のように被熱処理部１２の
加熱が不均一となる原因の一つは電縫管１の肉厚
が厚い（例えば16mm以上）のに対して電流の浸透
深さが浅いためであるが、かといつて浸透深さを
深くするために周波数を下げると誘導子７による
電縫管１への電力の有効な投入が難しくなる。つ
まり、加熱効率が悪くなるという問題がある。 本考案は上記の欠点を解決した電縫管熱処理用
の誘導子を提供することを目的とする。 Ｅ 問題点を解決するための手段 本考案は走行する電縫管の溶接部近傍を誘導加
熱して局部熱処理する装置の誘導子において、該
誘導子は通電する導体と、その導体を囲む鉄心と
からなり、溶接部近傍と対向する誘導子面におけ
る鉄芯の導体に接する部分に切欠き部を電縫管の
進行方向に沿つて形成したことを特徴とする鋼管
の局部加熱装置の誘導子である。 Ｆ 実施例 以下本考案を第１図〜第１０図を参照して説明
する。 第１図と第２図と第４図と第８図は第１実施例
に係る誘導子７を、第３図と第９図は第２実施例
に係る誘導子７を、第５図と第１０図は本考案と
比較するための従来の誘導子７を示す。また、第
６図Ａ、第６図Ｂと第７図には第１実施例、第２
実施例と従来の誘導子のそれぞれの導体１０を流
れる電流密度ic分布（Ｘ方向つまり電縫管１の周
方向）および電縫管１の対向する部分に誘起され
て流れる誘起電流の電流密度iw分布を示してい
る。なほ第６図Ａ中の点線は、比較のため第７図
のicおよびiwを重ねて図示したものである。 まず、第５図、第７図、第１０図に示す従来の
誘導子７について説明すると、第５図において○・
は導体１０の電縫管１と対向する部分を流れる電
流、は電縫管１を流れる誘起電流、１３は鉄芯
９に沿つて生じる磁束である。図から分るように
従来構造の誘導子７によつて生じる磁束１３によ
り電縫管１に流れる誘起電流の範囲は導体幅Wc
とほぼ等しい。このことを更に第７図によつて説
明すると導体１０の電縫管１と対向する面はフラ
ツトであるため、中央部で導体１０と電縫管１と
のギヤツプＧが最小であること、および高周波電
流の集束効果により誘起電流密度iwは中央部が
山形となり、かつ導体幅Wcとほぼ等しい円周方
向の範囲内の分布となる。この誘起電流によつて
iw²Ｒ（Ｒ＝電流が流れる部分の抵抗値）に相当
するジユール熱が発生して電縫管１が加熱される
こととなる。従つて電縫管１の周方向（Ｘ方向の
温度分布はiw分布がさらに強調されて、第１０
図Ａに示す中央にピークを有する温度分布とな
り、外表面中央部が最も昇温する。そのため、第
１４図に示す中央部ａ点が最も昇温し、反面中央
部から最も遠いa₁、a₂，d₁，d₂点の昇温が遅れて
被熱処理部１２内で不均一加熱となる。第１０図
Ｂは電縫管１の断面における温度分布の例を等温
線で示した図であつて、断面における温度の上昇
が電縫管１の円周方向の狭い範囲内に限られてい
ることが分る。 これに対し、第１図、第２図、第４図、第６図
Ａ、第８図に示す第１実施例に係る誘導子７は鉄
芯９の導体１０に接する部分に切欠き部１１を設
けている。第４図によつて説明すると、Ｘがその
切欠き幅、Ｙが鉄芯の切欠き深さである。また、
第４図において、○・は導体１０を流れる電流、
は電縫管１を流れる誘起電流、１３は鉄芯９に沿
つて生じる磁束である。図から分るように第１実
施例に係る誘導子７によると磁束１３は鉄芯９に
形成した左右の切欠き部１１の切欠幅Ｘ分だけ左
右に拡がつて鉄芯９に沿つて形成され、よつて電
縫管１に流れる誘起電流の範囲も（導体幅）Wc
＋（左右の切欠き幅）２Ｘと従来に比べ広くなる。
このことを長に第６図Ａによつて説明すると電縫
管１の導体１０と対向する部分に流れる誘起電流
密度iwは第７図におけるiwより左右にひろがつ
て、（導体幅）Wc＋（左右の切欠き幅）２Ｘにほ
ぼ相当するより広い範囲に分布する。従つて第８
図Ａに示すように電縫管１の外表面の円周方向の
温度分布も両側が拡がつた温度分布となり（導体
幅）Wc＋（左右の切欠き幅）２Ｘにほぼ相当する
範囲を有効に加熱することができるので誘導子７
を小形軽量化することができる。第８図Ｂは電縫
管１の断面における温度分布の例を等温線で示し
た図であつて断面における温度分布も両側に拡が
つていることが分る。また第８図を参照すれば分
るように、被熱処理部１２における外表面中央部
ａ点と円周方向の外側部a₁，a₂、d₁、d₂点とが従
来の誘導子７による第１０図の場合に比較して格
段に均一に近く加熱できることを示している。ま
た、この場合も、ギヤツプＧがG₁，G₂，G₃と大
きくなるにしたがてつて円周方向の温度分布のな
だらかな範囲がさらに一層広がることが同図から
分る。 つぎに、第３図、第６図Ｂ、第９図に示す第２
実施例に係る誘導子７は、上記の鉄心の切欠き部
１１に加えてさらに導体１０の電縫管１と対向す
る面の幅方向の中央部に凹部１４を形成してい
る。つまり、第３図から分るとおり、凹部１４で
は電縫管１とのギヤツプＧも大きくなり、従つ
て、第６図Ｂに図示するように、電縫管１の導体
１０に対向する部分に誘起されて流れる誘起電流
iwは導体の凹部１４に対向する中央部分で低減
し、その結果、中央部がやや凹んだ（もちろん、
両側は第６図Ａと同様に緩やかに拡がつている）、
またはフラツト状のiw分布となる。従つて第９
図Ａに示すように電縫管１の外表面の温度分布も
両側に拡がつた温度分布となると共に中央部が
やゝ凹んだ、またはフラツト状の温度分布とな
り、第９図Ｂに示す断面における温度分布も一層
円周方向の両側に拡がつたものとなる。これは、
第９図を参照すれば分るように、被熱処理部１２
における外表面中央部ａ点と円周方向の外側部
a₁，a₂，d₁、d₂点とが第１実施例に係る誘導子７
による第８図の場合より更に一層均一に近く加熱
できることを示している。この場合も、ギヤツプ
ＧがG₁、G₂、G₃と大きくなるにしたがつて円周
方向の温度分布のなだらかな範囲が拡がることが
同図から分る。 なお、以上記述した円形断面の電縫管１の場合
に限らず、例えば辺の中央部に溶接部がある角管
など平板状の形状を有する部分に溶接部があり、
その溶接部近傍を熱処理する場合にも第７図に示
す従来の誘導子７を使用した場合には誘導子７の
導体幅Wcが被熱交換器処理部の幅Whより大き
いことが必要であることから誘導子７が大形とな
り、また高周波電流の集束効果によつて導体１０
の幅方向の中央部に対向する部分が高温になる。
従つて、第１図、第２図および第３図に示す第１
実施例と第２実施例に係る誘導子７を使用するこ
とによつて同様に誘導子７を、小形化し、かつ幅
方向の広い範囲の被熱処理部１２を均一に加熱す
ることができる。 つぎに、本考案の第１実施例と第２実施例に係
る誘導子７と従来の誘導子７を用いて比較実験を
行つたところ、下記のような結果が得られた。な
お、実験には肉厚16mmの電縫管を13ｍ／mmのライ
ンスピードで走行させ、溶接部近傍の被熱処理部
１２を560℃を中心とする所定の温度範囲内に加
熱するのに要する消費電力を調べた。

【表】 上記の実験結果から、本考案の誘導子７を用い
ることにより、従来に比べ次の作用効果を奏する
ことが判つた。電縫管の溶接部近傍を幅広く均
熱することができる。トータル使用電力を第１
実施例では20％、第２実施例では33％低減でき、
省エネルギーとなる。誘導子を小形化し装置重
量を第１実施例では約85％、第２実施例では約70
％に低減できこれに伴なつて装置の製作コストを
大幅に引き下げることができる。熱処理ライン
長を短縮できる。 さらに実験研究を重ねた結果、第１図、第３図
において斜線で示す被熱処理部１２の符号a₁、
a₂、d₁、d₂で示す最も加熱しにくい部分の間の寸
法、つまり熱処理希望円周幅Whと導体幅Wc、
電縫管の肉厚ｔをWc≦Wh＋ｔ（max）に設け、
且つ切欠き部１１の幅Ｘと深さＹをＸ，Ｙ≦ｔ
（max），Wc＋2X≧Whの寸法にするのが、被熱
処理部１２を均熱するうえで、また、トータル使
用電力の点から最も望ましいことも判つた。 Ｇ 考案の効果 以上のとおりで、本考案によると電縫管の溶接
部とその熱影響部を主体とする被熱処理部は短時
間で均一に加熱することができるので、この部分
の熱処理を円滑に行なうことができる。また、短
時間で均熱できることから、外部への放熱も少な
いので省エネルギーで熱処理を行なうことができ
るようになつた。例えば肉厚16mmの電縫管を
13m／mmのラインズスピードで走行させ、溶接部
近傍の被熱処理部を560℃を中心とする所定の温
度範囲に加熱するのに、本考案の誘導子を用いる
と従来の誘導子に比べ約20％以上の省エネルギー
となつた。また誘導子は小形化し、装置の重量を
15％以上低減することができ、それに伴なう製作
コストの低減が可能となつた。 さらに、本考案の誘導子を用いると前述のよう
に電縫管の溶接部近傍の外周部を円周方向に広く
均一に誘導加熱し、内厚方向への熱伝達を計るこ
とができるので、溶接部近傍を短時間で均熱化す
ることができるため、電縫管ラインに沿つて複数
個配設した各誘導子間の間隔を短縮したり、また
は配設する誘導子の数を減らすことが可能となる
ので熱処理のための装置ラインの全長を短くする
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第３図は本考案の第１実施例と第２実
施例に係る誘導子の正面説明図、第２図は第１図
示の誘導子の斜視図、第４図と第５図は第１実施
例に係る誘導子と従来の誘導子の磁束分布図、第
６図Ａ、第６図Ｂと第７図は第１実施例、第２実
施例と従来の誘導子、及び誘導子の各導体を流れ
る電流密度分布と、電縫管に流れる誘起電流密度
の分布を示す図、第８図Ａ、第９図Ａ、第１０図
Ａはそれぞれ本考案の第１実施例と第２実施例と
従来例の誘導子により加熱した場合の管の周方向
の温度分布例を示す図、第８図Ｂ、第９図Ｂ、第
１０図Ｂは、それぞれ第８図Ａ、第９図Ａ、第１
０図Ａに対応する管の断面における温度分布例を
等温線で示す図、第１１図Ａ、第１２図は従来の
誘導子による熱処理装置の正面図と平面図、第１
１図Ｂは電縫管の断面図、第１３図は誘導子に流
れる電流と電縫管に流れる誘起電流を矢印で表示
した熱処理装置の主要部の斜視図、第１４図は誘
導子により加熱される管の溶接部近傍の被熱処理
部を示す説明図である。 １……電縫管、７……誘導子、８……溶接部、
９……鉄心、１０……導体、１２……被熱処理
部、１１……切欠き部、１４……凹部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 走行する電縫管の溶接部近傍を誘導加熱により
   局部熱処理する装置の誘導子において、該誘導子
   は、矩形断面で所定長さをもつて通電する導体
   と、その導体に接し且つ該導体を電縫管との対向
   面側を残して囲む鉄心とからなり、この導体は電
   縫管とギヤツプをもつて平行に対設し、前記溶接
   部近傍と対向する誘導子面における鉄心の導体に
   接する部分に切欠き部を電縫管の進行方向に沿つ
   て形成したことを特徴とする電縫管局部熱処理装
   置の誘導子。