JPH07214309A

JPH07214309A - 鋼管溶接方法

Info

Publication number: JPH07214309A
Application number: JP3085494A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kojima; 一浩児嶋; Yukiyoshi Kitamura; 征義北村; Yukihiko Horii; 行彦堀井; Hideki Kashiwamura; 英樹柏村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】鋼管の突き合わせ溶接において、裏波ビード
を管内面に突出させない円周溶接方法を提供する。【構成】固定した鋼管の全姿勢円周溶接方法におい
て、一方の管端に開放部断面積が鋼管内径断面積に対し
て１％〜１０％の絞りを取り付け、もう一方の管端より
鋼管内に導入するバックシールドガスの初期圧を大気圧
に対し３０ｍｍＨ₂Ｏから３００ｍｍＨ₂ Ｏの範囲で加
圧した状態に設定し、溶接開始時の溶接トーチ位置を２
時から４時に設定して、溶接開始時のバックシールドガ
ス流量を一定にしながら時計周りの方向に溶接する。【効果】鋼管を伸管するとき本発明法で溶接すれば、
破断することなく連続的に行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋼管の突き合わせ溶接に
おいて、裏波ビードが管内面に突出する現象を防止する
円周溶接方法に関するもので、特に鋼管を連続伸管する
ために行う中継ぎ溶接方法を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋼管を伸管する際には、素管を一
本ずつ引き抜きダイスに装着していたが、この方法では
素管を引き抜きダイスに噛込ませるための管端処理を鋼
管毎に行う必要があるために、作業能率の向上が困難で
あった。これに対し、鋼管を伸管中に溶接することで伸
管工程を連続化できれば、作業能率が格段に向上し、伸
管コストを大幅に下げることが可能となる。しかし、従
来の溶接方法で鋼管の突き合わせ溶接を行えば、内面の
裏波ビードは一般的には突出した形状となる。この突起
状の裏波ビードは、冷間、熱間のいずれの場合にも引き
抜き時の抵抗となり溶接部で鋼管が破断する。

【０００３】これを防止するには、管内面の裏波ビード
を平滑化するか、または僅かに凹の形状にする必要があ
る。管内面の裏波ビードを平滑化する方法としては、特
開平５−８０３６号公報に見られる様に、ＴＩＧまたは
プラズマ溶接のトーチを溶接後に管内面に挿入し、突出
した裏波ビードを再溶融させる方法がある。しかしこの
方法では長尺管や小口径管への適用が困難である。

【０００４】また別の手段として、特開平５−２３８４
７号公報ではバックシールドガス圧を調整して裏波ビー
ドの形状を整えている。この方法はバックシールドガス
圧を一定に制御することで裏波ビードの凹凸を抑制し
て、ビード高さを均一に維持することを目的にしてい
る。このため、裏波ビードには余盛りが存在しており、
引き抜きには耐えられない。

【０００５】さらに特公平５−５１３９４号公報では、
円周溶接継手部に発生する疲労破損を皆無にすることを
目的として、被溶接鋼管の対向各端面の形状を特定した
Ｖ開先とし、タングステン電極で溶融する方法が開示さ
れているが、裏波ビードを凹にするための具体的な溶接
方法については開先形状以外に何等の記載もなく、また
特殊な形状のＶ開先に加工することが必須であるため生
産性が低下し、好ましくない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の鋼管突き合わせ溶接では裏波ビードの高さを管内面と
同等か、もしくは僅かに凹ませるための具体的な溶接方
法は全く開示されていない。これは裏波ビードが凹な形
状である場合には、Ｘ線検査等の非破壊検査で不合格と
なる可能性があるためである。本発明はこのような事情
に鑑みて提案されたもので、鋼管の突き合わせ溶接を行
う際に、全円周にわたって均一な裏波ビードを形成しか
つ、その裏波ビードを管内面に突出させない溶接方法を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、固定した鋼管の全姿勢円周溶接方法
において、一方の管端に開放部断面積が鋼管内径断面積
に対して１％〜１０％の絞りを取り付け、もう一方の管
端より鋼管内に導入するバックシールドガスの初期圧を
大気圧に対し３０ｍｍＨ₂ Ｏから３００ｍｍＨ₂ Ｏの範
囲で加圧した状態に設定し、鋼管円周上の最上部を時計
の１２時としたときに溶接開始時の溶接トーチ位置を２
時から４時に設定して、溶接開始時のバックシールドガ
ス流量を一定にしながら時計周りの方向に溶接すること
を特徴とする鋼管溶接方法である。

【０００８】

【作用】以下、本発明の鋼管溶接方法を図の例を引用し
つつ説明する。図１は本発明の鋼管溶接方法を模式的に
示す縦断面図である。図１において、一方の鋼管１の先
端にゴム栓６を用い、鋼管内径断面積に対して１％から
１０％の開放部断面積を持つ絞り７を取付け、もう一方
の鋼管２にはバックシールドガス導入チューブ３を通じ
て、デジタルマノメーター４を取付けてある。図中５は
ジョイント、８はバックシールドガス導入管、９は溶接
トーチ、１０は突き合わせ溶接部分である。

【０００９】次に、デジタルマノメーター４を用いてバ
ックシールドガス圧の初期値が大気圧に対して、３０〜
３００ｍｍＨ₂ Ｏの範囲で加圧状態になるように設定す
る。次に、管断面を時計に見立て、図２に示すように管
断面円周上の位置を識別して、溶接開始位置を２時〜４
時とし、溶接開始時のバックシールドガス流量を一定に
しながら時計回り方向に溶接すると、図３の溶接中のバ
ックシールドガス圧の変化を示すグラフのように溶接ト
ーチ９が９時付近に移動した時点からバックシールドガ
ス圧の上昇が始まる。図３において、溶接中のバックシ
ールドガス圧経時変化はデジタルマノメーター４で測定
したものである。３時から９時の位置では溶融プールは
自身の重みで管外面に垂れ下がるので、バックシールド
ガスは低いガス圧でよく、一方、９時から３時について
は管内面に垂れ下がろうとする溶融プールを上昇してき
たガス圧によって支えることで、内面に裏波ビードが突
出するのを防止する。その結果、図５の各溶接位置にお
ける溶接金属マクロ組織の写しに示すような裏波ビード
の高さが全円周で管内面と同等、または僅かに凹な裏波
ードが形成される。図５において被溶接材はＳＵＳ３０
４ステンレス鋼の外径２５．４ｍｍ、肉厚２ｍｍの管で
あり、（ａ）は１２時、（ｂ）は３時、（ｃ）は６時、
（ｄ）は９時の溶接位置で、写し中の１目盛は１ｍｍで
ある。

【００１０】ここで、絞りの開放部断面積を鋼管内径断
面積の１％から１０％と規定したのは以下の理由からで
ある。開放部断面積が鋼管内径断面積の１０％を越える
大きさにした場合には、溶接中のバックシールドガス圧
は初期値のまま変化せず、本発明の効果がない。その一
例として、図４に開放部断面積が鋼管内径断面積の２０
％として溶接したときのバックシールドガス圧変化を示
す（バックシールドガス流量は１０リットル／分で一
定）。バックシールドガス流量が一定であっても溶接中
にバックシールドガス圧が上昇するのは、溶接により継
ぎ目が塞がり、突き合わせ部でのリークが徐々に減少す
るからである。しかしながら、開放部断面積が管内径断
面積の１０％を越える絞りを取り付けた場合には絞りか
らのリークが大き過ぎるため、溶接による突き合わせ部
でのリークが減少しても、溶接途中でバックシールドガ
ス圧は上昇しない。逆に、絞りの開放部断面積が管内径
断面積に対して１％未満の場合には、溶接中のバックシ
ールドガス圧が上昇し過ぎて裏波ビードの形状が著しく
凹となり、溶接部の肉厚が極端に減少するか、又は溶融
プールを突き抜けて溶接中に穴が開き、溶接不可能とな
る。

【００１１】また、バックシールドガス圧の初期値を大
気圧に対し３０ｍｍＨ₂ Ｏから３００ｍｍＨ₂ Ｏの範囲
で加圧した状態に規定しているのは、３０ｍｍＨ₂ Ｏよ
りバックシールドガスの初期圧が低い場合には９時から
３時の位置で溶融プールが管内面に垂れ下がり、裏波ビ
ードが管内面に突出するからであり、逆にバックシール
ドガスの初期圧が３００ｍｍＨ₂ Ｏより高い場合には、
裏波ビードの形状が著しく凹となるか、又は溶融プール
を突き抜けて溶接中に穴が開き、溶接不可能となるから
である。なお、バックシールドガス圧の初期値はガス流
量により調整しているが、適正流量は管径に従い変化す
るので特に制限はない。また、流量制御も通常用いられ
る流量計で調節できる精度で充分である。

【００１２】次に、溶接開始位置については、２時より
早い位置で開始すると、溶接開始時に溶融プールの垂れ
下がりを防止するのに充分なガス圧が確保できていない
ので、溶接開始位置近辺で裏波ビードが管内面に突出す
る。逆に４時より遅い位置で溶接を開始すると９時を過
ぎて電極が管の上半分に来てもバックシールドガス圧が
充分に上昇していないため、１１時近辺で管内面に裏波
ビードが突出する。

【００１３】次に溶接方向であるが、もし反時計回りに
溶接すれば管の上半分を低いバックシールドガス圧で溶
接し、下半分を高いバックシールドガス圧で溶接するこ
とになるので、均一な裏波ビードを得ることは原理上不
可能であり、溶接方向は時計回りでなければならない。

【００１４】

【実施例】管外径が２５．４ｍｍ、肉厚２ｍｍのＳＵＳ
３０４鋼管のＴＩＧ突き合わせ円周溶接を表１の試験条
件で行った。表１中のＳは絞りの開放部断面積であり、
Ｓ_O は鋼管内径断面積である。溶接条件は平均溶接電流
５０Ａ、溶接電圧１０Ｖ、平均溶接速度１．５ＲＰＭで
ある。シールドガスはすべてＡｒで、溶接シールドガス
流量は毎分１０リットルとした。そして溶接後、内外面
のビード形状評価を行った。その結果を表２に示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】比較例のＮｏ．１７ではＳ／Ｓ_O が１％未
満であるので、バックシールドガス圧が上昇し過ぎて裏
波ビードが著しく凹となり、溶接部分の肉厚が極端に薄
くなった。さらに比較例のＮｏ．１６では溶接中に穴が
開き、以後の溶接を行うことができなかった。逆に、比
較例１８、１９ではＳ／Ｓ_O が１０％を越えているの
で、バックシールドガス圧が溶接中に上昇せず、９時か
ら３時の範囲で管内面に裏波ビードが突出した。

【００１８】比較例２０、２１ではバックシールドガス
圧の初期値が大気圧に対して３０ｍｍＨ₂ Ｏ未満の加圧
なので、９時から３時の範囲で管内面に垂れ下がろうと
する溶融プールを支えきれず、この範囲で管内面に裏波
ビードが突出した。逆に、比較例２２ではバックシール
ドガス圧の初期値が大気圧に対して３００ｍｍＨ₂ Ｏ以
上の加圧なので、バックシールドガス圧が高過ぎて裏波
ビードが著しく凹となった。さらに比較例のＮｏ．２３
では溶接中に穴が開き、以後の溶接を行うことができな
かった。

【００１９】次に、比較例２４、２５では、２時より早
い位置で溶接を開始しており、溶接開始時にバックシー
ルドガス圧が充分に上昇していないので、溶接開始位置
近辺で裏波ビードが管内面に突出した。逆に比較例２
６、２７では、４時より遅い位置で溶接を開始してお
り、９時を過ぎて電極が管の上半分に来てもバックシー
ルドガス圧が充分に上昇しないので、１１時近辺で管内
面に裏波ビードが突出した。

【００２０】次に、比較例２８では反時計回りの方向に
溶接しており、管の上半分を低いバックシールドガス圧
で溶接し、下半分を高いバックシールドガス圧で溶接し
たため、９時から３時の範囲で管内面に裏波ビードが突
出した。

【００２１】一方、本発明を適用した試験Ｎｏ．１〜１
５では管内面の裏波ビード高さは全円周にわたって管内
面より僅かに凹であった。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の方法を用
いれば、管の突き合わせ溶接において管内面に突出しな
い裏波ビードを容易に得ることができる。したがって、
伸管工程中に管の円周溶接が可能となり、これにより伸
管工程の作業効率が飛躍的に上昇するので産業上のメリ
ットは大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を模式的に示す縦断面図

【図２】鋼管円周上の位置識別及び溶接方向を示す図

【図３】溶接中のバックシールドガス圧変化の一例を示
すグラフ

【図４】溶接中のバックシールドガス圧変化の一例を示
すグラフ

【図５】溶接金属マクロ組織の写しで、溶接位置が
（ａ）１２時、（ｂ）３時、（ｃ）６時、（ｄ）９時

【符号の説明】

１、２鋼管３バックシールドガス導入チューブ４デジタルマノメーター５ジョイント６ゴム栓７絞り８バックシールドガス導入管９溶接トーチ１０突き合わせ溶接部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柏村英樹山口県光市大字島田3434番地新日本製鐵株式会社光製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定した鋼管の全姿勢円周溶接方法にお
いて、一方の管端に開放部断面積が鋼管内径断面積に対
して１％〜１０％の絞りを取り付け、もう一方の管端よ
り鋼管内に導入するバックシールドガスの初期圧を大気
圧に対し３０ｍｍＨ₂ Ｏから３００ｍｍＨ₂ Ｏの範囲で
加圧した状態に設定し、鋼管円周上の最上部を時計の１
２時としたときに溶接開始時の溶接トーチ位置を２時か
ら４時に設定して、溶接開始時のバックシールドガス流
量を一定にしながら時計周りの方向に溶接することを特
徴とする鋼管溶接方法。