JPH0669584B2 - 溶接管製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は仮付溶接工程が省略できるUO方式による溶接管
製造方法に関する。

〔従来の技術〕

UO方式による溶接管は一般に素材端面の開先加工、Ｃプ
レスによる端曲げ加工、ＵプレスによるＵ形成形、Ｏプ
レスによるＯ形成形、外面側からの突合せ部仮付溶接、
内面側からの製管溶接、外面側からの製管溶接の工程を
経て製造される。

これらの工程のうち、仮付溶接は重要な工程で、その主
な役割は成形した材料のスプリングバッグによる開先
の開き防止、製管溶接での溶け落ち防止、オフセッ
トの防止の３点であり、仮付溶接での品質は後の製管溶
接での品質を大きく左右する。

従来よりこの仮付溶接にはガスメタルアーク溶接が多用
されている。ガスメタルアーク溶接による仮付溶接を第
４図により説明する。素材端面に開先加工を施し、その
材料をＣプレス、Ｕプレス、ＯプレスによりＯ形に成形
してＯプレスから取り出した後、その材料の突合せ端面
1,1を密着させた状態で、その突合せ部を外面側からガ
スメタルアーク溶接する。本明細書で突合せ端面１と
は、溶接分野でルートフェースと呼ばれる密着接合面の
ことで、素材端面から開先面3,3を除いた端面のことで
ある。

このようなガスメタルアーク溶接による仮付溶接では、
融合不良、高温割れ、不連続ビード等の欠陥が発生しや
すく、これらの欠陥は製管溶接でピンホール等を発生さ
せる原因になる。そのため、仮付溶接部の手入工程が必
須となっていて、能率低下によるコスト上昇といった問
題を発生させている。

また、仮付溶接を行う場合、ＯプレスでＯ形に成形され
た材料を一端Ｏプレスから取り出し、再度仮付溶接工程
で拘束することになる。Ｏプレスにおいて端面突合せ部
にオフセットは発生していないが、材料をＯプレスから
取り出した時に材料が一度スプリングバッグで開き、仮
付溶接工程でこれを再拘束することから、端面突合せ部
にオフセットが生じる。このオフセットは仮付溶接を行
う限り生じ、溶接法の改良はその根本的な解決策にはな
り得ない。

そこで仮付溶接における溶接法に改良を加える一方で、
仮付溶接そのものを省略しようということが一部で試み
られている。仮付溶接が省略できれば、溶接欠陥は生じ
ず、オフセットの問題も解決され、更に製管能率が飛躍
的に向上する。そして、仮付溶接を省略するための具体
的手段としては、Ｏプレス内で端面突合せ部を噛合する
ものが特開昭55−27449号公報、Ｏプレス内で端面突合
せ部を溶接するものが同55−48492号公報、Ｏプレス内
で端面突合せ部をAl箔を介して圧着するものが同58−16
8493号公報にそれぞれ開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるに、端面突合せ部を噛合するもの及び圧着するも
のは、機械的な接合であるため、仮付溶接の役割〜
のうちの、すなわち開き防止、溶け落ち防止に対し
て信頼性に欠ける問題がある。一方、溶接は当然のこと
ながら機械的な接合より信頼性は高い。しかし、溶接特
有の問題は残る。また、Ｏプレスにおける材料滞在時間
を著しく延長させ、能率向上が充分に図られないばかり
でなく、既存のプレスではサイクルタイムの関係で実施
不能である。

本発明はこれらの問題点を解決し、Ｏプレス内で端面突
合せ部を信頼性よくしかも溶接より高能率に接合できる
溶接管製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の溶接製造方法は、UO方式による溶接管の製造に
おいて、材料がＯプレスに装入されるまでの間に、前記
材料の少なくとも一方の突合せ端面を、前記材料より融
点が低いインサート材で被覆しておき、この状態で前記
材料をＯプレスにより成形するとともに、Ｏプレス内で
前記突合せ端面が突合されている間に前記インサート材
を加熱溶融し、突合せ端面を拡散接合した後で前記材料
をＯプレスより取り出すものである。

〔作用〕

Ｏプレス内でインサート材を加熱溶融させることにより
端面突合せ部がオフセットを生じることなく接合され
る。この接合部は冶金的に接合されているから、接合性
に優れ、更に、母材の溶融を期待しない拡散接合による
ものであるため、製管溶接時に溶け落ちも生じ難い。ま
た、Ｏプレス内では、低融点のインサート材を加熱溶融
させるだけであるから能率よく短時間で接合ができ、加
熱手段の選択により既存プレスのサイクルタイム内（端
面接触から成形力解除までの間）に接合を終えることも
可能である。

〔実施例〕

本発明の溶接製造方法においては、材料がＯプレスに装
入されるまでの間、例えば開先加工後に少なくとも一方
の突合せ端面をインサート材で被覆する。

インサート材は、管素材の融点より低い温度で溶融する
ものであれば材質は問わない。代表的なものはアモルフ
ァスろう、銀ろう、黄銅ろうである。形態も特に限定す
るものではないが、作業性を考慮すると箔、粉末が好ま
しい。箔はスポット溶接等によって突合せ端面に固定で
き、粉末は溶射等によって突合せ端面への固定が可能で
ある。厚みはインサート材の巾、加熱手段の能力等に応
じて適宜選択され、通常は25〜500μｍである。

突合せ端面をインサート材で被覆した材料に対しては、
Ｃプレス、Ｕプレス、Ｏプレスが行われる。

Ｏプレス内で材料がＯ計に成形されることにより第１図
に示されるように突合せ端面1,1がインサート材２を挟
んだ状態で突合され、この状態でインサート材２を加熱
し溶融させて、突合せ端面1,2を拡散接合する。

インサート材の加熱方法としては、材料が外側からＯプ
レスで包囲されているので、内面側から誘導加熱手段、
レーザ加熱手段等で端面突合せ部をその長手方向全長に
わたって同時または順次に加熱する。

このとき、第２図に示されるように端面突合せ部の母材
内面側を局部的に溶融させ、その伝導熱で残りのインサ
ート材２を溶融させるようにしてもよい。ｂは母材溶融
範囲、ｃは伝導熱によるインサート材溶融範囲を示して
いる。母材を局部溶融させる場合の加熱方法としてはTI
G溶接,MIG溶接，炭酸ガス溶接あるいは手溶接等を使用
できるが、熱源の集中が可能なレーザ等のほうが効率的
である。

Ｏプレスにおいては、一般に突合せ端面が接触してから
成形力が解除されるまでの間に20〜40秒程度の溶融時間
がある。突合せ端面に加圧力が働いているこの間にイン
サート材による拡散接合を終了してしまえば、Ｏプレス
のサイクルタイムを延長させることがない。本発明法で
はインサート材もしくは母材の一部を溶融させるだけで
あるので、加熱手段の選択により、このサイクルタイム
内での接合が可能である。

突合せ端面が接合されると、材料をＯプレスより取り出
し、溶接工程に送る。溶接工程では仮付溶接を行うこと
なく内面側および外面側から製管溶接が行われる。

なお、インサート材として製管溶接に準じる性能のもの
を選択すれば、インサート材の溶融に時間がかかるもの
の、次の製管溶接を省略することが可能となる。インサ
ート材による接合は難溶接材、例えば高合金鋼、非鉄金
属の場合も接合が容易であるので、管素材が難溶接材の
ときは、インサート材による拡散接合により製管溶接を
省略すれば、たとえその接合に余分な時間がかかって
も、工程全体を見たときは能率の大巾向上が達成され、
接合部の信頼性も向上する。

次に実施結果を説明する。

○実施結果１ UOプレス方式による実製管ラインにおいて、外径24inc
h、42inchで肉厚が0.25〜1.0inch、長さが12mのAPI5L規
格の大径溶接鋼管を製造するにあたって、素材端面に開
先を形成した後、一方の素材端面の開先面を除く部分
（ルートフェース）、すなわち突合せ端面を、第１表に
成分を示すインサート材A,B,Cで被覆した。

開先形状は肉厚によって異なり、第３図に示されるa,θ
を用いて第２表に表わされている。インサート材A,Bは
厚み50μｍの箔で、突合せ端面にスポット溶接にて固定
した。インサート材Ｃは成分がＡと同一の粉末であり、
突合せ端面には溶射により80μｍの厚みで被覆した。

突合せ端面をインサート材で被覆した後、材料に対して
Ｃプレス、Ｕプレスを行い、その後でＯプレスを行うと
ともに、Ｏプレス内で端面突合せ部を全長にわたって内
面側より誘導加熱（出力3600kw）により速度60℃/secで
急速加熱し、溶融させた。加熱温度は1200℃とし、加熱
所要時間は20secであった。そして1200℃に到達後この
温度にて15sec保持して接合を完了した。このＯプレス
においては突合せ端面が接触してから成形力が解放され
るまでの端面接触時間は肉厚にかかわらず35secであ
り、接合はこの時間内で行われ、Ｏプレスにおけるサイ
クルタイムを延長させることはなかった。

Ｏプレスの後は材料に内面側、外面側よりサブマージア
ーク溶接による製管溶接を実施した。

以上の如き手順で製造された大径溶接鋼管の寸法および
欠陥発生状況を第３表に整理して示す。従来の仮付溶接
を行う方法では製管溶接の段階で２〜３％のオフセット
が発生したが、本発明方法ではオフセットが０％であっ
た。また、従来法では仮付溶接部に対して５〜６％の割
合で手入れを必要としたが、本発明の方法ではこれも皆
無となった。更に、従来法で６〜７％発生していた製管
溶接後の欠陥も本発明方法では皆無であった。

○実施結果２ 第４表に成分および厚みを示す外径24インチ、長さが12
mのクラッド鋼管をＵ−Ｏ方式で製造する際に、両側の
素材端面が全面にわたって密着するように、各素材端面
に３°の傾斜をつけ、開先加工をせずに、素材端面の一
方を前記インサート材Ｃで被覆し（厚み80μｍ）、Ｃプ
レス、ＵプレスおよびＯプレスを行うとともにＯプレス
内で端面突合せ部を全長にわたって誘導方式（出力3600
kw）により速度60℃/secで加熱し、インサート材を溶融
させた。他の接合条件は実施結果１と同じ加熱温度1200
℃、加熱所要時間20sec、加熱保持時間15secである。

本実施例では素材端面の全体が突合せ端面である。Ｏプ
レスから取り出した材料に対して溶体化処理を行った
後、接合部の継手引張試験を行った。その結果、製管溶
接を省略したにもかかわらず、引張強さ68.3kgf/mm^２を
得、破断位置は接合界面ではなく母材部だった。また、
接合部のシャルピー衝撃試験ではvE₋₆₀＝11kgf−ｍの
吸収エネルギーを得た。更に欠陥も皆無であった。

○実施結果３ 実施結果１で対象となった外径24インチの大径溶接鋼管
を実ラインで製造するにあたり、素材端面に開先を形成
後、一方の突合せ端面を第２表にA,Cで示すインサート
材および第５表にＤ、Ｅ、Ｆ、Ｇで示すインサート材で
被覆し、Ｃプレス、ＵプレスおよびＯプレスを行うとと
もにＯプレス内で端面突合せ部を内面側よりCO₂レーザ
（出力4kw）により一端から他端へ4m/分の速度で順次加
熱し、突合せ部内面側の母材部分を部分的に溶融すると
ともにその伝導熱で残りのインサート材を溶融させて、
突合せ端面を接合した。

突合せ端面の接合後、Ｏプレスから材料を取り出し、材
料に内面側および外面側からサブマージアーク溶接によ
る製造溶接を施した。製造された大径溶接鋼管の仕様、
開先形状、レーザ照射による溶込み状況および欠陥発生
状況を第６表に示す。開先形状は第３図にθ、ａで示さ
れるファクター、溶込み状況は第２図にｂ、ｃで示され
るファクターをそれぞれ使用して表現されている。

Ｏプレス後、製造溶接工程へ材料を搬送するときに接合
部の剥離は生じなかった。また、従来法のときに５〜６
％の割合で必要とされていた仮付溶接の手入れが本方法
では不用となり、従来法で生じていた製管溶接時の欠陥
も本方法では皆無となった。更に、平均で２〜３％発生
していたオフセット量も０になった。

本実施例では、端面突合せ部の加熱を１機のCO₂レーザ
で行ったため、Ｏプレス内で端面を突合せている時間は
３分を必要としたが、上下工程間のサイクルタイムをあ
わせるために複数機で同時並行して加熱を行うことも可
能であり、これによりＯプレスにおけるサイクルタイム
の延長は回避される。

なお、素材端面に開先加工を行った実施結果１および３
でも、肉厚が0.75インチおよび1.0インチの厚肉管につ
いては、突合せ端面（ルートフェース）を密着させるべ
く実施結果２と同様に突合せ端面に３°の傾斜を付与し
た。

〔発明の効果〕 本発明の溶接管製造方法は、Ｏプレス内で突合せ端面の
接合を行うので、仮付溶接工程が不要になるばかりでな
く、突合せ端面の接合をインサート材の溶融による拡散
接合により信頼性よくしかも溶接より能率よく行う。し
たがって仮付溶接の省略により作業性、能率および品質
が著しく向上し、製造コストの低減に大きな効果を発揮
する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の方法における端面接合状
態を示す模式図、第３図は本発明の実施例で用いた開先
の形状を示す模式図、第４図は一般的な仮付溶接を示す
模式図である。 図中、1:突合せ端面、2:インサート材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】UO方式による溶接管の製造において、材料
   がＯプレスに装入されるまでの間に、前記材料の少なく
   とも一方の突合せ端面を、前記材料より融点が低いイン
   サート材で被覆しておき、この状態で前記材料をＯプレ
   スにより成形するとともに、Ｏプレス内で前記突合せ端
   面が突合されている間に前記インサート材を加熱溶融
   し、突合せ端面を拡散接合した後で前記材料をＯプレス
   より取り出すことを特徴とする溶接管製造方法。