JPH10314835A

JPH10314835A - 押上げロールおよびそれを用いた溶接管の製造方法

Info

Publication number: JPH10314835A
Application number: JP9130666A
Authority: JP
Inventors: Seishi Uei; 清史上井; Koji Suzuki; 孝司鈴木; Sadakazu Masuda; 貞和升田; Yutaka Nagahama; 裕長浜; Akio Sato; 昭夫佐藤; Kenichi Iwasaki; 謙一岩崎; Yukio Sekine; 幸夫関根; Masanobu Takahashi; 雅伸高橋
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】縁波の抑制および両エッジ部突合せ状態の制
御に有効な形状の押上げロールおよびそれを使用した溶
接管の製造方法を提供すること。【解決手段】金属帯を複数のロール成形スタンドによ
り連続的に管状に成形しつつ、両エッジ部を突合せて溶
接する溶接管の製造装置において、最終フィンパスロー
ルとスクイズロール間に配置された押上げロール装置に
取付る押上げロールの形状が以下の範囲である。０．１Ｄ₀≦Ｒ≦０．５Ｄ₀ ０．１５Ｄ₀≦Ｄ０．０５Ｄ₀≦Ｗここで、Ｄ₀：管外径（ｍｍ）Ｒ：押上げロールのカリバー径（ｍｍ）Ｄ：押上げロールの最大直径（ｍｍ）Ｗ：押上げロールの幅（ｍｍ）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接管の製造に用
いられる押上げロールおよびその押上げロールを用いた
溶接管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電縫管の製造は、図４に示すよ
うに金属帯Ａを上下一対のブレークダウンロール群１、
小径のロールを長手・円周方向に多数配置したケージロ
ールあるいは左右一対のクラスタロール群２および上下
一対のフィンパスロール群３などから構成された複数の
成形ロール群に連続的に通し、順次円筒状に成形した
後、高周波電気抵抗溶接（電縫溶接）装置のコンタクト
シュー５による直接通電、あるいはレーザ等の高エネル
ギービーム６を照射してＶスロート部の両エッジ部を溶
融又は半溶融状態としつつ、スクイズロール７にて両エ
ッジ部を突合せ接合する工程を経ることにより鋼管Ｐと
なる。なお、４は押上げロール装置４である。電縫管の
製造装置では、図５に示すように金属帯エッジ部ａの軌
跡ｌ_1Eが、金属帯中央部ｌ_1Cに比較して長いため、エッ
ジ部ａが一時的に伸ばされ、エッジストレッチが生じ
る。この成形中におけるエッジ部ａと中央部との長さの
不均衡により、エッジ部ａに対して長手方向の引張応力
と圧縮応力が作用する。この圧縮応力がエッジ部ａに対
して過剰に作用した場合、エッジ部ａが座屈するため、
波打ち現象いわゆる縁波が発生する。特に板厚（ｔ）と
外径（Ｄ）の比（ｔ／Ｄ）が小さな、いわゆる薄肉管の
製造では、図６に示される縁波ａを発生し、エッジ部ａ
の突合せが健全な状態での溶接ができず、シームの不揃
い、溶け落ち等の溶接欠陥が生じる。特に、レーザビー
ム等により両エッジ部ａを溶融し接合させる場合には、
縁波の発生による溶接不良はさらに顕著なものとなる。

【０００３】この縁波の発生を根絶するための対策とし
て、金属帯エッジ部と中央部の伸び量を初期工程から調
節し成形する方法、例えば、成形ロール群最上流側にロ
ールクラウン量を可変とした圧延ロールを配置し金属帯
中央部に予めエッジ部よりも大きな伸び変形を与える方
法（特公昭６４−４８５３号公報）、金属帯に張力を加
えながら金属帯エッジ部と中央部の延伸量が等しくなる
ように圧延しながら成形する方法（特開平４−８４６２
６号公報）などが試みられてきた。しかし、特公昭６４
−４８５３号公報では、ロールクラウン量を可変とした
圧延ロールを成形ロール群の最上流に配置せねばなら
ず、既存設備の改造は現実的に不可能である。また、可
変圧延ロールの配置は、設備投資が多大となり製造コス
トの増加となる。さらに、適正な予ひずみ量は管外径、
肉厚および材質により異なるため、全種類について設定
が必要となり、設定作業が非常に煩雑となる。しかも、
（ｔ／Ｄ）が小さい管では、予ひずみの導入によりブレ
ークダウン初期過程でエッジ座屈が発生するという問題
がある。また、特開平４−８４６２６号公報では、圧延
量と張力を微妙に調整する必要性があるため、上流から
下流に至るまでのロール回転速度、各上下ロール位置
（圧延量）および圧延による素材の先進量を、素材の肉
厚公差も鑑みながら全ロールに即座にフィードバックせ
ねばならず、実用的とは言えない。しかも、同一管外径
においても肉厚が異なる場合には金属帯エッジ部と中央
部の延伸量を同一とするため、カリバーの異なったロー
ルが必要となり、ロール費用およびロール組替え時間を
多大に要するという問題があった。

【０００４】このような問題に対して、薄肉管成形中の
縁波の発生をある程度許容し、一度発生した縁波を消去
するべく、フィンパスロールとスクイズロール間で管の
エッジ部下側を押上げつつガイドする下シームガイドロ
ール（以下、押上げロール）を設置する技術が提案され
ている。これはエッジ部の長手方向にエッジストレッチ
に対応する伸びが生じているために余った材料を連続的
に上方へ押上げ、エッジ部にテンションを与えることに
より、溶接直前のエッジにおいて見掛け上、縁波を消去
するものである。かかる技術としては特公昭６１−３４
９０８公報では、エッジの押付け量を調整するため、図
７に示すように下シームガイドロール８がターンバック
ル１４を備えた左右一対のアジャストロッドにより支持
された構造の装置を示している。このような装置の構造
では、下シームガイドロール８がそれ自体独立して設け
られ、オープンパイプＰのエッジ部ａを支える下シーム
ガイドロール８の押付け量の調整をターンバックル構造
で調整する機構であるため、フィンパスロールとスクイ
ズロール間で一定の位置に保持することが難しく、遠隔
操作もできないという問題があった。本出願人らは、こ
の問題点を解決するべく、成形材エッジ部の押上げロー
ル構造を強化し、押上げロールの押上げ量を遠隔操作で
きる構造を提案している（特開平５−２０８２１３号公
報）。すなわち、図８および図９に示すように押上げロ
ール装置４は、昇降装置１５を設けて押上げロール８の
押上げ量を遠隔操作できる構造としている。なお、１
０、１１は軸受、１６はボトムロールである。

【０００５】一方、特開平５−２７７７５７号公報で
は、押上げ条件を全く規定せず、実施例中において押上
げロールの設定位置をトップロール中心からトップロー
ル半径以内に押上げロール位置を設定し、通電点からス
クイズロールセンター間でのＶ収束部が加熱・加圧・溶
接される直前での押上げを行うことによる電縫管の製造
方法を提案しているが、押上げ量に関する記述が無く、
単にＶ収束角を拡大することによる溶接効率の改善のみ
を示唆している。また、この出願では、押上げロール位
置が高周波電流で通電加熱される部分に相当するため、
スパークやフラッシュ等による異物の噛込みに関する影
響も考えられるため、長時間の実操業では大きな問題が
残る。また、特開平７−１６７６０号公報では、電縫管
の製造方法として前述の３件の出願と同様に押上げロー
ルに関する内容を示しているが、この出願においても押
上げ条件を全く規定していない。実施例においては、押
上げロールの設定位置を通電点（コンタクトチップ）の
上流側とし、スクイズロールに近い程良いと述べている
にも関わらず、押上げ位置を全く明示せずに、押上げ量
として５ｍｍ以内が適正条件と述べている。しかし、押
上げの効果は、エッジ部の長手方向にエッジストレッチ
に対応する伸びが生じているために余った材料を連続的
に上方へ押上げ、エッジ部にテンションを与えることに
より、溶接直前のエッジにおいて見掛け上、縁波を消去
するものであるから、押上げ量の適正値は、押上げロー
ルの長手方向の位置に依存する特性を持つため、特開平
７−１６７６０号公報の場合においても、実現可能な製
造方法、製造条件を明示しているとは言えない。

【０００６】本発明者らは、上記従来技術の問題点を解
決するため、縁波の消去に有効な押上げ位置と必要な押
上げ量を同定し、エッジ部を押上げても形状不良の無い
電縫管の製造方法を提案している（特開平９−００１２
３２号公報）。この技術によれば、本発明者らが先に出
願した装置に関する特許（特開平５−２０８２１３号公
報）と合せて、縁波の無い、且つ、Ｔ／Ｄが小さい薄肉
管であっても図１０に示す如き断面形状が上方に瓜状の
形状不良とならない造管が可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、実操
業においては、小径管から大径管までの様々な外径の管
が製造されるため、押上げ位置と押上げ量を本発明者ら
が先に出願した上記特開平９−００１２３２号公報記載
のように規定しても、押上げロールの形状によっては、
縁波の抑制あるいは両エッジ突合せ状態の制御に改良の
余地があることが明らかとなった。

【０００８】本発明は、このような現状に鑑みてなされ
たものであり、縁波の抑制および両エッジ部突合せ状態
の制御に有効な形状の押上げロールおよびそれを使用し
た溶接管の製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、金属帯を
複数のロール成形スタンドにより連続的に順次円筒状に
成形して両エッジ部を突き合わせて溶接する溶接管の製
造装置において、最終フィンパスロールとスクイズロー
ルとの間に配置した押上げロールにより縁波を抑制・安
定化し、該安定化したＶスロート部の両エッジ部を高周
波電気抵抗溶接あるいはレーザ等の高エネルギービーム
を照射して、溶融又は半溶融状態としつつ、スクイズロ
ールにて両エッジ部を突合せ接合する溶接管の製造技術
について鋭意研究を重ねてきた結果、押上げロールのカ
リバー形状を管サイズに応じて適正化することにより、
様々な管サイズの造管においても縁波が十分に抑制さ
れ、かつ、両エッジ部の突合せ形状も最適化され、溶接
不良の無い、安定した溶接部品質を持つ溶接管が製造で
きることを究明した。本発明は、以上の知見に基づいて
構成されたものであり、その要旨は、

【００１０】（１）金属帯を複数のロール成形スタンド
により連続的に管状に成形しつつ、両エッジ部を突合せ
て溶接する溶接管の製造装置において、最終フィンパス
ロールとスクイズロール間に配置された押上げロール装
置に取付る押上げロールの形状が以下の範囲であること
を特徴とする押上げロールである。０．１Ｄ₀≦Ｒ≦０．５Ｄ₀ ０．１５Ｄ₀≦Ｄ０．０５Ｄ₀≦Ｗここで、Ｄ₀：管外径（ｍｍ）Ｒ：押上げロールのカリバー径（ｍｍ）Ｄ：押上げロールの最大直径（ｍｍ）Ｗ：押上げロールの幅（ｍｍ）

【００１１】（２）前記エッジ部端から管内面と押上げ
ロールの接触位置までの距離を以下の範囲とすることを
特徴とする溶接管の製造方法である。Ｌ≦０．２Ｄ₀ ここで、Ｄ₀：管外径（ｍｍ）Ｌ：エッジ部端から管内面と押上げロールの接触位置ま
での距離（ｍｍ）

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を得ら
れた実験結果とともに詳述する。図１は本発明の実施の
形態の押上げロール形状を示す模式図である。図におい
て、８は押上げロールで、省略している図面の右側に対
向配置された押上げロールの一対で構成され、金属帯
（以下オープンパイプと呼称する）のエッジ部ａを外周
で押上げるものである。Ｒは押上げロールのカリバー
径、Ｄは押上げロールの最大直径、Ｗは押上げロールの
幅、Ｌはエッジ部端から管内面と押上げロールの接触位
置までの距離である。

【００１３】上記のような本発明の実施の形態における
押上げロール８においても、図４に示すような溶接管の
製造装置に適用するものであり、その際に、両エッジ部
を溶融するための装置として、高周波電気抵抗溶接（電
縫溶接）装置のコンタクトシュー５と併用して、レーザ
溶接装置６を配置しても良い。押上げロール装置４は、
最終のフィンパスロール３とスクイズロール７との間に
装着されるが、この時の金属帯Ａの形状は、開口部の狭
いオープン管である。押上げロール装置４は、図８に示
される如くオープンパイプの両エッジ部を押上げること
を可能にするロール昇降装置１５を備えている。

【００１４】前記押上げロールのカリバー径Ｒは、オー
プンパイプの内面と押上げロール８の接触様態を決定す
る主な形状因子であるため重要である。Ｒ＜０．１Ｄ₀
では、図２（ａ）に示す如く、オープンパイプの内面と
押上げロール８の接触域が非常に小さい為、接触点Ｓが
押上げ荷重により塑性変形し、偏肉分布あるいはロール
マークを発生させる。また、Ｒ＞０．５Ｄ₀では、図２
（ｂ）に示す如く、押上げロール８の端部が管内面に押
当てられる状況となり、その接触点Ｓを支点としてオー
プンパイプのエッジ部ａを折り曲げるように力が作用す
る。この場合、接触点Ｓでは、Ｒ＜０．１０Ｄの場合と
同様、接触部が塑性変形し、偏肉分布あるいはロールマ
ークを発生させる。また、前記エッジ部ａが図２（ｂ）
中の点線に示す如く、折れ曲がり変形を生じやすくなる
ため、縁波を助長、あるいは縁波の抑制効果が得られな
くなる。このため、押上げロール８のカリバー径Ｒは、
０．１Ｄ₀≦Ｒ≦０．５Ｄ₀とする必要がある。

【００１５】前記押上げロールの最大直径Ｄの制約は、
押上げの効果が前述の如く、エッジ部ａの長手方向にエ
ッジストレッチに対応する伸びが生じているために余っ
た材料を連続的に上方へ押上げ、エッジ部ａにテンショ
ンを与えることにより、溶接直前のエッジ部ａにおいて
見掛け上、縁波を消去するものであるから、弾塑性体で
ある金属帯のエッジ部ａにテンションを与えるために
は、局部的な塑性変形を与えないようなるべく直径Ｄを
大きくした方が良い。このため、Ｄ＜０．１５Ｄ₀で
は、図３に示す如く、押上げ部でエッジ部ａが局部的に
塑性変形し、押上げロール８とスクイズロール７間のエ
ッジ部ａにテンションを与えることができないばかり
か、過度のエッジストレッチにより、縁波の助長、エッ
ジ突合せ形状の悪化による溶接欠陥の誘発、製品形状の
悪化等を生じる。このため、押上げロール８の直径Ｄ
は、０．１５Ｄ₀≦Ｄとする必要がある。なお、直径Ｄ
の上限としては特には規定しないが、造管対象の管内側
にＤ＞０．５Ｄ₀の押上げロール８を有した押上げ装置
を配置するには構造上無理があるため、Ｄ≦０．５Ｄ₀
が望ましい。

【００１６】前記押上げロールの幅Ｗの下限は、押上げ
時の反力（押上げ荷重）によるオープンパイプの局部変
形により、ロールマークの発生、製品形状の悪化、突合
せ形状の悪化を生じないようにするため、０．０５Ｄ₀
≦Ｗとする。幅Ｗの上限は、特には規定しないが、後述
するエッジ部端から管内面と押上げロールの接触位置ま
での距離Ｌの範囲から０．３Ｄ₀≦Ｗが望ましい。

【００１７】前記エッジ部端から管内面と押上げロール
の接触位置までの距離Ｌは、後述する実施例から造管対
象のエッジ部ａから管外径の２０％を越える場合（Ｌ＞
０．２Ｄ₀）では、縁波の抑制効果が少ない。このた
め、十分な縁波の抑制効果が得られるＬ≦０．２Ｄ₀の
範囲とする。特には、縁波抑制効果がさらに高いＬ≦
０．１５Ｄ₀が望ましい。

【００１８】

【実施例】

実施例１．表１は押上げロール装置４に取り付ける押上
げロール８の形状を様々に変えて、管外径・肉厚の異な
る電縫管の造管を行った場合の縁波抑制効果を示すもの
である。押上げロール装置４は、図４に示す如くフィン
パスロール３とスクイズロール７との間に設置する。そ
の押上げロール装置４の構造としては、図８、図９に示
す如く、先に出願した特開平５−２０８２１３号公報に
よる技術を採用することにより、フィンパスロール３と
スクイズロール７間で一定の位置に保持することがで
き、ロール昇降の遠隔操作が行えるという目的が達成で
きる。また、押上げの位置及び押上げ量の決定は、先に
出願した特開平９−１２３２号公報による技術を採用す
ることにより、縁波抑制効果が十分得られる押上げ位置
および量にすることができる。また、縁波の計測は、図
４中のコンタクトシュー５の上下動を絶縁処理を施した
接触式変位計により計測した。なお、縁波抑制効果の指
標としては、以下の式から得られる縁波変化率で表し
た。

【００１９】

【表１】

【００２０】縁波変化率＝押上げ時の縁波高さ／初期縁
波高さまた、溶接品質の指標として、造管したサンプルから任
意の溶接箇所の５０点を断面研磨し観察した際に、溶接
欠陥が存在したサンプルの割合を以下の式から得られる
溶接欠陥発生率として表した。溶接欠陥発生率＝溶接欠陥数／研磨箇所数（５０点）表１に示す結果から明らかな如く、本発明以外の手法に
て押上げを実施した場合には、縁波抑制効果が十分でな
い、突合せ形状の悪化により溶接欠陥を生じる、ロール
マークの発生あるいは製品形状が悪化する等の不具合を
生じる。これに対し、本発明では、比較例に生じる不具
合が一切無く、安定した溶接品質を持つ溶接管の製造が
可能である。

【００２１】実施例２．表２は図１に示す如く押上げロ
ール８と造管対象管内面との接触位置Ｌを変化させた場
合の、電縫管造管における縁波の抑制効果と溶接欠陥の
発生率を示すものである。表２に示す結果から明らかな
如く、接触位置Ｌを管エッジから０．２Ｄ₀以内とする
ことにより、本発明例のように十分な縁波抑制効果が得
られ、かつ、安定した溶接品質が得られる。特に、Ｌ≦
０．１５Ｄ₀では顕著な縁波抑制効果が認められる。こ
れに対し、限定範囲を外れる比較例では縁波抑制効果が
十分でない、あるいは安定した溶接品質を得ることがで
きない。

【００２２】

【表２】

【００２３】実施例３．表３は外径２５４ｍｍ、肉厚
５．２ｍｍ、材質ＳＵＳ３０４を用いて、高周波直接通
電による予熱７００℃と併用して２５ｋｗレーザにて、
管外面側の上面から照射し溶接管を造管した場合におけ
る縁波の抑制効果と溶接欠陥の発生率を示すものであ
る。表３に示す結果から明な如く、本発明以外の手法に
て造管した場合には、縁波の抑制が不十分となり、多数
の溶接欠陥を誘発する。これに対し、本発明では、比較
例に比べ溶接欠陥の発生を抑制することができる。

【００２４】

【表３】

【００２５】

【発明の効果】以上述べた如く本発明の押上げロールに
よれば、様々な管外径の溶接管の製造において、エッジ
部の縁波を適切に抑制し、溶接品質を向上させた溶接管
の製造が可能となる。また、縁波の抑制とエッジ突合せ
状態の安定化により、常に安定した溶接品質を持つ溶接
管を製造することが可能となるので、非常に高いレベル
でエッジ安定度が要求されるレーザ等の高エネルギービ
ームを用いた溶接管の製造も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】押上げロールの形状を示す説明図である。

【図２】押上げロールのカリバー径を変えた場合の管内
面と押上げロールの接触状態を示す説明図である。

【図３】小径の押上げロールの上昇によるエッジの変形
状態を示す説明図である。

【図４】溶接管の製造ラインを示す模式図である。

【図５】ロール成形におけるエッジストレッチを示す説
明図である。

【図６】シーム部に生じた縁波を示す説明図である。

【図７】従来の押上げロールの要部構成を示す説明図で
ある。

【図８】エッジ部の押上げ状態を示す横断面説明図であ
る。

【図９】押上げロール装置の要部構成を示す説明図であ
る。

【図１０】押上げロールによる押上げ量との成形材エッ
ジ部の形状変化の熊係を示す説明図である。

【符号の説明】１ブレークダウンロール群２ケージロールあるいはクラスタロール群３フィンパスロール群４押上げロール装置５コンタクトシュー６レーザービーム溶接装置７スクイズロール８押上げロールａエッジ部Ｄ押上げロールの最大直径Ｒ押上げロールのカリバー径ｗ押上げロールの幅Ｌエッジ部端から管内面と押上げロールの接触位置ま
での距離Ｓ管内面と押上げロールの接触位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長浜裕東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者佐藤昭夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者岩崎謙一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者関根幸夫東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者高橋雅伸東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属帯を複数のロール成形スタンドによ
り連続的に管状に成形しつつ、両エッジ部を突合せて溶
接する溶接管の製造装置において、最終フィンパスロー
ルとスクイズロール間に配置された押上げロール装置に
取付る押上げロールの形状が以下の範囲であることを特
徴とする押上げロール。０．１Ｄ₀≦Ｒ≦０．５Ｄ₀ ０．１５Ｄ₀≦Ｄ０．０５Ｄ₀≦Ｗここで、Ｄ₀：管外径（ｍｍ）Ｒ：押上げロールのカリバー径（ｍｍ）Ｄ：押上げロールの最大直径（ｍｍ）Ｗ：押上げロールの幅（ｍｍ）
【請求項２】前記エッジ端部から管内面と押上げロー
ルの接触位置までの距離を以下の範囲とすることを特徴
とする溶接管の製造方法。Ｌ≦０．２Ｄ₀ ここで、Ｄ₀：管外径（ｍｍ）Ｌ：エッジ部から押上げロールの接触位置までの距離
（ｍｍ）