JPH11156558A

JPH11156558A - 溶接管製造用インピーダ

Info

Publication number: JPH11156558A
Application number: JP33252597A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Toyooka; 高明豊岡; Nobuki Tanaka; 伸樹田中; Motoaki Itaya; 元晶板谷; Yoshitomo Okabe; 能知岡部; Masayoshi Ishida; 昌義石田; Masahiro Kagawa; 正弘香川; Toshio Onishi; 寿雄大西
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-12-03
Filing date: 1997-12-03
Publication date: 1999-06-15

Abstract

(57)【要約】【課題】従来よりも高い溶接熱効率が得られ生産性
を向上させることができしかも長期使用に耐え得る溶接
管製造用インピーダを提供する。【解決手段】磁性材料として、磁性金属粉末９を樹脂
11で絶縁処理して成形した圧粉磁心８をコアとして用い
た溶接管製造用インピーダであり、前記圧粉磁心が、無
機系絶縁被膜10処理した磁性金属粉末を樹脂で絶縁処理
して成形したものであることが好ましく、さらに、前記
磁性金属粉末が鉄粉であること、また、前記無機系絶縁
被膜がフェライトであることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接管製造用イン
ピーダに関し、詳しくは、帯状のスケルプを溶接部とな
るスケルプエッジが直線状またはスパイラル状をなすよ
う連続して管状に成形し、成形後のスケルプエッジを高
周波誘導溶接法あるいは高周波抵抗溶接法により加熱・
溶接する際に、溶接熱効率を向上させるために管内に装
入使用される溶接管製造用インピーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接造管工程、例えば高周波誘導溶接造
管工程では、図２に示すように、帯状から管状に成形さ
れたスケルプ１が、ワークコイル２に電流を流すことに
より発生する誘導電流により加熱され、溶接ロール３で
加圧され、対向する両スケルプエッジで形成させたＶ収
束点（溶接点）のところで溶接される。

【０００３】溶接熱効率を向上させる目的で管内に装入
して使用されるインピーダは、絶縁材料のケース４およ
び磁性材料のコア５からなり、マンドレル６につなぎこ
まれている。コア５は、溶接中、その性能を維持するた
めに、マンドレル６から供給される冷却水によって冷却
されている。インピーダ使用の目的は、ワークコイル２
に流れる高周波電流でコア５を励磁して管内面側への誘
導電流の回り込みを抑制することにより、溶接電流をス
ケルプエッジ経由で溶接点に集中させて溶接熱効率を向
上させることにある。

【０００４】したがって、インピーダのコアとしては、
第１に透磁率が高く飽和磁束密度が高い、第２に使用時
の発熱を防ぐため、比抵抗が大きく鉄損は小さくかつ冷
却しやすい形状に加工できる、第３に使用時発熱により
温度が上昇しても磁気特性の変化が小さく、キュリー温
度が高いといった性能を備えたものが要求される。従
来、インピーダのコアとしては、図２（ｂ）に示すよう
にフェライト粉末50を焼結した酸化物磁性材料であるフ
ェライトコア５Ａが多く使用されている。なお、51はバ
インダである。

【０００５】しかし、高周波溶接の場合、溶接電流が高
いため、特に造管寸法が小径になるとフェライトコアの
断面積も小さくなり、強い磁場に対し磁束密度が飽和に
達しやすく溶接熱効率が低下する。さらに、フェライト
コアは使用中鉄損により発熱すると、飽和磁束密度の低
下が大きいという欠点をもっている。また、硬くて脆い
ので使用中割れやすいという欠点もある。

【０００６】これらの欠点のために、フェライトコアを
用いたインピーダは、管溶接での溶接熱効率を十分なレ
ベルに高めることができず、かつ短寿命であるという問
題がある。これらの欠点を補うものとして、飽和磁束密
度の高い珪素鋼などの金属磁性材料を、図３（ａ）に示
すように薄肉狭幅の板71に加工し、絶縁接着剤72にて層
状に貼り合わせて金属磁性材料積層体７とし、これを図
３（ｂ）に示すように複数個、コアとして絶縁材料のケ
ース４に格納した類のインピーダが知られている。

【０００７】溶接電流が高周波大電流であるため、高周
波の高磁束密度下にさらされる金属磁性材料積層体コア
では、渦電流による発熱の問題がある。この渦電流によ
る発熱を抑制するためには、金属磁性材料の板厚を薄
く、幅を狭くし、さらに積層体一個当たりの断面積を小
さくする必要がある。しかし、この金属磁性材料積層体
コアは、板の厚さや幅が小さくなると板製造から積層体
製造にかけての工程で材料の腰折れ、ちぎれなどを起こ
しやすく、取り扱いが困難になるため、工業生産的に製
造可能な板のサイズは、厚さ25μｍ以上、幅2.0 mm以上
である。この制約があるため、発熱の抑制には限界があ
る。

【０００８】さらに、金属磁性材料はキュリー点以上で
は強磁性が消失し、インピーダとしての機能が失われる
ため、冷却水による冷却でキュリー点以下の温度に保持
するためには、必然的に溶接温度が制限され溶接速度を
上げることができず、生産性が低下するという問題があ
る。また、珪素鋼などの金属磁性材料積層体コアは、キ
ュリー点以下ではあるものの数百度の高温状態で冷却水
中で使用することによる酸化、ならびに層間の絶縁接着
剤の高温下での性能低下、などの特性劣化をを起こしイ
ンピーダとしての寿命は短いという問題点も抱えてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】これら従来技術の問題
点に鑑み、本発明は、従来よりも高い溶接熱効率が得ら
れ生産性を向上させることができしかも長期使用に耐え
得る溶接管製造用インピーダを提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
になされた本発明は、磁性材料として、磁性金属粉末を
樹脂で絶縁処理して成形した圧粉磁心をコアとして用い
ることを特徴とする溶接管製造用インピーダである。本
発明では、前記圧粉磁心が、無機系絶縁被膜処理した磁
性金属粉末を樹脂で絶縁処理して成形したものであるこ
とが好ましい。

【００１１】さらに、本発明では、前記磁性金属粉末が
鉄粉であること、また、前記無機系絶縁被膜がフェライ
トであることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明者らは、鋭意検討を重ねた
結果、溶接管製造用インピーダのコアとしての磁性材料
に、図１に示すような、磁性金属粉末９を樹脂11で絶縁
処理して成形した圧粉磁心８を用いることにより、従来
のフェライトコアあるいは金属磁性材料積層体コアを用
いたものに比べ、溶接熱効率が高くしかも生産性が向上
するとともに使用寿命が長い溶接管製造用インピーダが
得られることを見い出した。

【００１３】本発明の溶接管製造用インピーダのコアで
ある圧粉磁心は、低強度磁場では珪素鋼などに比べて透
磁率が低いが、高周波溶接で発生するレベルの高強度磁
場では珪素鋼以上の透磁率が得られるため、インピーダ
の磁束量を高めることができ、溶接効率が向上する。さ
らに、材料が粉体であるため、板状の金属磁性材料積層
体と比べて電気抵抗率が高く、渦電流による発熱が格段
に小さい。したがって、コアを材料のキュリー点以下の
温度に保つための溶接電流の制限が緩和され溶接速度を
上げることができ生産性が向上する。また、金属磁性材
料積層体コアにみられるような絶縁材である樹脂の劣
化、焼損に伴う寿命短縮の問題がない。また、フェライ
トコアは焼結成形体であって靱性に劣るのに対し、樹脂
にて絶縁処理された本発明に係る圧粉磁心コアは靱性に
優れるので、ハンドリングによる破損の心配がない。

【００１４】圧粉磁心の材料は、鉄粉等の磁性金属粉末
（平均粒径１μｍ程度）９を、リン酸塩系化合物等の無
機系被膜10で絶縁処理したもの（図１（ｂ）参照）が好
適であり、無機系被膜としてはフェライト被膜がより好
適である。鉄粉等の磁性金属粉末をリン酸塩系化合物等
の無機系被膜で絶縁処理したものは、粉末単体の場合に
比べて粒子間の絶縁抵抗が高いため、渦電流による発熱
を小さくすることができる。また、無機系被膜をフェラ
イト被膜としたものは粉末単体の場合よりも粒子間の絶
縁抵抗が高くかつ透磁率が高いため、渦電流による発熱
を小さくすることができ、その上溶接効率を向上させる
ことが可能である。

【００１５】なお、磁性金属粉末の金属として、鉄以外
に、ニッケル、コバルト各々の単体または、鉄、ニッケ
ル、コバルトのうち２種以上を含む強磁性合金が適用で
き、無機絶縁材料として、リン酸塩系化合物、フェライ
ト以外に、クロム酸塩系化合物、ホウ酸塩系化合物等が
適用できる。磁性金属粉末の無機材料による絶縁被覆方
法としては、例えばメカニカル操作による無機絶縁粒子
の付着、金属有機物の加熱分解反応による無機絶縁膜の
合成付着などのどのような方法でも適用可能である。

【００１６】また、前記絶縁処理に用いる樹脂として
は、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系
樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、クロロプレ
ン系樹脂、ポリイミド系樹脂などが好適である。

【００１７】

【実施例】0.12％Ｃ鋼からなる厚さ3.5mm のスケルプ
を、図２（ａ）に示す高周波誘導溶接法（周波数70kHz
）によって外径34.0mmの溶接管に造管する際に、イン
ピーダとして、図２（ａ）の絶縁ケース４内に図２
（ｂ）のフェライトコアを格納したフェライトインピー
ダ（比較例１）、同絶縁ケース４内に図３の金属磁性材
料として方向性珪素鋼板（3.0 ％Si）の積層体コアを格
納した珪素鋼インピーダ（比較例２）、同絶縁ケース４
内に鉄粉をエポキシ系樹脂にて絶縁処理（図１（ａ））
して成形した圧粉磁心を格納した圧粉磁心インピーダ
（実施例１）、同絶縁ケース４内に表面をリン酸塩系化
合物で被膜処理した鉄粉をポリイミド系樹脂にて絶縁処
理（図１（ｂ））して成形した圧粉磁心を格納した圧粉
磁心インピーダ（実施例２）、および同絶縁ケース４内
に表面をフェライト被膜処理した鉄粉をポリイミド系樹
脂にて絶縁処理（図１（ｂ））して成形した圧粉磁心を
格納した圧粉磁心インピーダ（実施例３）の５種類をそ
れぞれ用い、絶縁ケース４に12.0l/min の冷却水を流し
ながら造管した際の所要電力を比較するとともにインピ
ーダ寿命を調査した。なお、絶縁ケース内スペース断面
積に対するコア断面積の比率で定義される充填率はいず
れのインピーダも50％とした。

【００１８】その結果を表１に示す。表１より明らかな
ように、本発明（実施例１〜３）では、同一の造管速度
で比較して、比較例１、比較例２よりも溶接熱効率にお
いて一段と優れ、かつインピーダ寿命が格段に延長し
た。さらに本発明では実施例３に示すように、造管速度
を上げてもインピーダ寿命が比較例１、比較例２よりも
長いため、結果として生産性を25％向上させることがで
きた。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【発明の効果】かくして本発明によれば、従来よりも高
い溶接熱効率で溶接管を製造でき、生産性を向上させる
ことができると共にインピーダが長寿命化するという優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧粉磁心の構造を示す模式図であ
る。

【図２】（ａ）はインピーダを使用する高周波誘導溶接
造管工程を示す模式図、（ｂ）はフェライトコアを示す
（ａ）のＡＡ断面図である。

【図３】（ａ）は金属磁性材料積層体を示す模式図、
（ｂ）は金属磁性材料積層体コアを示す図１（ａ）のＡ
Ａ断面図である。

【符号の説明】

１スケルプ２ワークコイル３溶接ロール４ケース（絶縁ケース）５コア５Ａフェライトコア６マンドレル７金属磁性材料積層体８圧粉磁心９磁性金属粉末 10 無機系被膜 11 樹脂 50 フェライト粉末 51 バインダ 71 板 72 絶縁接着剤

フロントページの続き (72)発明者板谷元晶愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者岡部能知愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者石田昌義岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者香川正弘愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (72)発明者大西寿雄愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性材料として、磁性金属粉末を樹脂で
絶縁処理して成形した圧粉磁心をコアとして用いること
を特徴とする溶接管製造用インピーダ。
【請求項２】圧粉磁心が、無機系絶縁被膜処理した磁
性金属粉末を樹脂で絶縁処理して成形したものである請
求項１記載の溶接管製造用インピーダ。
【請求項３】磁性金属粉末が鉄粉である請求項１また
は２に記載の溶接管製造用インピーダ。
【請求項４】無機系絶縁被膜がフェライトである請求
項２または３に記載の溶接管製造用インピーダ。