JPS60247485A - 金属管の連続溶接方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は平坦な金属ストリップから溶接金属管を連続的
に形成する金属管の連Ｖｔ溶接方法及び装置に関するも
のである。

平坦なストリップを連続的に溶接して金属管を製造する
ことは長く行なわれている。この方法では、スケルプと
呼ぶ金属ストリップをガス炉内で１２０４℃（２２００
°Ｆ）まで加熱し、炉の最終の最高温度段階で直接当て
るバーナによって約１３１６℃（２４００°Ｆ）に加熱
している。次にこのストリップを２個のエソジブロワー
間に通し、このブロワ−によってストリップを横切って
気流を指向させ、スケールを除去し、端縁の温度を上昇
させる。次にこの加熱したストリップを形成ロールスタ
ンドに通し、溶接のため円筒形に形成する。ストリップ
の端縁部を約１４８２℃（２７００’　Ｆ　）に温度を
上昇させるためこの端縁部に空気又は酸素を指向させる
溶接ホーンが、信親性のある溶接のため溶接装置の直前
に必要になる。

エネルギ費用が高くなるにつれて、エネルギ消費を減ら
す努力がなされた。そのため予熱炉の代りに、一層小さ
い予熱炉と誘導加熱装置とを第１形成ロールの上流に設
置している。例えば米国特許第４３５７５１２号がある
。しかしこの形式のシステムは溶接のため適正な端縁部
の温度を維持するのが困難である。これは既に端縁部が
溶接温度になっている状態でストリップを管状に曲げる
必要があるためである。端縁部に導入された高温はスト
リップ、大気及び形成ロールに迅速に消散してぃまう。

従って、１４８２℃（２７００’　Ｆ　）の溶接温度ま
で端縁部を更に加熱するため、このシステムでは誘導加
熱装置に組合せて、溶接ホーンを使用している。

本発明は新規で改良した連続溶接管の製造方法及び製造
装置に関するもので、エネルギ消費量を減少させ、溶接
工程で一層正確な温度制御を行なうことができる。本発
明によれば、スケルプと呼ぶ平坦な鋼ストリップを炉に
通す。従来の方法で必要であった１２０４℃（２２００
＠Ｆ　）よりも著るしく低い９８２℃（１８００”Ｆ　
）の均一な温度にストリップを予熱する。予熱後、この
ストリップを２個の順次の通常のロールスタンドに通す
。各ロールスタンドは対向して対をなすロールを協働さ
せて、ストリップの両端縁部を密接させてストリップを
円筒形に形成する。本明細書中には２個の実施例を開示
する。

第１実施例では、円筒形に形成したストリップの隣接す
る端縁部を誘導加熱装置に通し、端縁部のみを約１４８
２℃（２７００’　Ｆ　）の溶接温度に加熱し、ストリ
ップの残りの部分を約９８２℃（１８００°Ｆ）に維持
する。端縁部を加熱したストリップを直ちに溶接ロール
スタンドに通し、ここで制御された圧力によって殆ど溶
融した両端縁部を互に溶接して管を形成する。次に管に
制御された圧力を及ぼす対をなすロールスタンドに通し
て管の継目を空冷で急冷する。管の温度がほぼ周囲の温
度まで均一になるまで急冷作用を続ける。次に、管を付
加的なロールスタンドに引入れ、ここで直径を減少させ
、最終的に所定長さに切断する。所定長さに切断した後
、最終組のサイジングロールに通し、必要な形状の精密
な直径の管が得られる。

第２の実施例では、円筒形に形成され、まだ溶接されて
いないストリップの直径を減少させる。

次に径を小さくしたストリップの隣接する端縁部を誘導
加熱装置に遠し、ストリップの端縁部を溶接温度に加熱
する。端縁部を加熱された状態で形成されたストリップ
を直ちに溶接ロールスタンドに通し、制御された圧力に
よって端縁部を互に溶接して管を形成する。次にこの溶
接された管を切断し、寸法を定める。溶接前に直径を減
少させることによって、形成された管に溶接アップセン
トを生ずる機会を減らす。しかして、径を減少させてい
る間、ストリップの隣接する端縁部を上部に又は下部に
注意深く保持する。

図面につき本発明を説明する。

図面特に第１図において、本発明連続溶接装置１０はス
ケルプと称する通常鋼の平坦金属ストリップを収容し、
このストリップで連続溶接管１２を形成する。このスト
リップ１１は１２７〜４３２　ｍｍ　（５〜１フインチ
）幅、２．５〜７．６　ｍｍ（０，１〜０．３インチ）
厚さのものである。

このストリップＩＩをコイル１３に巻付けて、この溶接
装置に送給する。コイル１３がらストリップ１１を引出
して、レベルロール１４によってレベル出シを行ない、
このレベルロールによって端部溶接機１５に導入する。

この端部溶接機で、１個のコイルの末端を次のコイルの
先端に溶接する。コイルを端部溶接機からループフロア
−１６に送り、これにより溶接装置を連続的に運転する
ために十分なストリップをこのループによって生ぜしめ
ると同時に端部溶接機によってストリップを結合する。

ピンチロール１７によってストリップをループフロア−
１６から引出し、次に炉１９の予熱室１８八と主室１８
Ｂとに彎曲部２０＾、２０Ｂを通じて引張る。彎曲部２
０＾は遊転輪であり、彎曲部２０Ｂは被動輪又は共通に
駆動される一連の被動輪である。彎曲部２０Ｂと、下流
のロールとの間のストリップの張力はそれぞれの駆動装
置間の電気制御回路によって制御する。

ストリップの幅と厚さとに応じて、４５〜１６５ｍ／分
の範囲の適当な速度でストリップを駆動するが、その２
倍の速度を試みてもよい。炉工９内でストリップを９８
２℃（１８００’　Ｆ　）まで加熱する。

炉１９はガスによる通常の炉でよく、ストリップを加熱
するのに１３１６℃（２４００’　Ｆ　）まで加熱でき
る容量のものとする。しかし、炉を去る際のストリップ
の温度は通常の他のプロセスにおけるより低いのが好適
である。これに関し、通常の連続溶接装置の炉を去るス
トリップは本発明における９８２’Ｃ（１８００’Ｆ　
）　にり高イ１２０４〜１３１６℃（２２ｏｏ〜２４０
０°Ｆ）の範囲に加熱される。本発明による炉１９の出
力温度が低いことは炉の作動費、構築費及び維持費が低
くなる利点がある。

炉１９を去った後、ストリップはエソジブロワー２１間
に通り、次に形成装置２２に通り、この形成装置でスト
リップを縦方向に曲げて管状にする。形成装置２２は第
１０−ルスタンド２３と第２０−ルスタンド２４とを有
する。各ロールスタンド２３．２４は対向して対をなす
ロールを具え、ストリップ１１の軸線に垂直な平面内の
平行な軸線の周りにこれ等ロールは回転自在である。第
２０−ルスタンド２４のロールの軸線は第１０−ルスタ
ンド２３の軸線に対し９０°回転している。このように
して第１０−ルスタンドのロールはストリップ１１の両
面を水平に圧着し、第２０−ルスタンドのロールはスト
リップの上と下とにあってストリップに掛合する。

図面に示すように、ストリップの端縁部を正確に下方に
形成して形成される管１２の底部に継目があるように、
ロールスタンド２３　、２４のロールを配置する。しか
し、本発明では継目が上側のように異なる位置になるよ
う従来とは異なるように形成ロールを指向させる。

管状に形成された後、ストリップ１１の両端縁部を約１
４８２℃（２７００°Ｆ）の温度まで誘導加熱装置３０
によって加熱する。ストリ・７プの端縁部のみをこの温
度に誘導加熱すると共に、加熱された端縁部間のストリ
ップの残部を９８２℃（１８００’　＋７　）又はそれ
に近い温度に留める。有効な溶接のためには、中間端縁
部を１４８２°Ｃ（２７００’　Ｐ　）の溶接温度及び
恐らくは１５３８℃（２８００’　Ｐ　）の温度まで加
熱することのみが必要である。溶接温度に加熱された端
縁部は溶接継目の両側に周方向に約１０°にわたり延在
させる。溶接温度にもたらされたこの限定されたストリ
ップ区域は大部分のプロセスにおりるより著るしく狭い
。この円周端縁部又は継目区域の外側では、継目の両側
に更に１０〜１５°にわたって延びる象、激な下方への
温度勾配が存在する。

溶接する直前のストリップの残部は炉１９から出た時と
ほぼ同一の温度である。このように狭い範囲に端縁部を
加熱することによって、溶接によって生ずる恐れのある
アップセットの量を減らずことができる。

ストリップ１１の端縁部を加熱するための誘導加熱装置
３０に誘導加熱コイル３２を設け、このコイルを所定の
用途に対して周波数と出力とを選択して、３００〜１０
．０００Ｈｚの範囲で作動させる。この誘導加熱コイル
３２を形成されるストリップ１１の端縁部に直接隣接し
て取付け、ストリップが通過する際、約１４８２℃（２
７００°Ｆ）の溶接温度にストリップの端縁部を迅速に
加熱する。溶接に必要な温度までストリップ１１の端縁
部のみを迅速に加熱することによってエネルギ消費を十
分節約することができる。更に、ストリップの端縁部を
溶接直前に加熱するから、ストリップの端縁部から熱の
伝導、消散によって熱が失なわれる時間は殆ど無く、従
って、溶接温度は正確に制御される。誘導加熱と組合せ
て通常の溶接ホーン３４を使用し、一層局部的な加熱を
行なうことができ、又は加熱制御の他の手段を得るよう
にしてもよい。もし溶接ホーンを使用すれば、炉の外に
出るストリップの温度、誘導加熱装置におけるストリッ
プの端縁部の温度及び溶接ホーンにおける溶接端縁部の
温度に別個の制御を維持することができる。

溶接装置３６を誘導加熱コイル３２の直ぐ下流側に設置
し、ストリップの加熱された端縁部を互に押圧すること
によって端縁部間の間隙を物理的に閉じ、端縁部を溶接
する。溶接装置３０ば通常のロールスタンド４０を具え
、図面に示すように管１２に掛合するよう対向するロー
ルを有し、加熱された端縁部を溶接継目にする。実際の
溶接は先行するロールスタンド３８で行なってもよい。

取扱う材料、最終製品の仕様及び綜合的な作動パラメー
タによって溶接に使用するスタンドを選択する。溶接用
スタンドのロールによって作用する圧力及び溶接用スタ
ンドにおけるストリップの端縁部の温度を精密に制御し
、アップセット又は管内の内部ビートの発生を最少にす
る。

この状態で管１２を溶接したが、仕上げ製品を得るため
更にプロセスが必要である。管１２は冷却し、次に溶接
装置３６の下流にあるロールスンド４２，４４゜４６、
４８．５０，５２．５４．５６で直径を減少させる。溶
接した区域の温度が管の残りの部分の温度に等しくなる
まで管の直径の減少は行なわない。このように温度を等
しくすることによってアップセント又は内部ビードを最
少にする。冷却速度６０によってこの温度を等しくする
のを迅速に行ないかつ制御する。

冷却速度のマニホルド６２，６４．６６．６８の孔から
溶接部即ち継目に水を指向させる。比較的高圧で水を噴
射するためタンク７１からこれ等マニホルドにポンプ７
０によって水を循環させる。水は管に接触した後、冷却
されて、次の循環のためタンク７１に戻される。マニホ
ルド６２．６４．６６、６８は順次の対をなすロールス
タンド間にそれぞれ位置し、形成され溶接された管１２
を冷却し、直径を小さくするのに協働する。

形成される管の仕様に基づいて、管の直径の減少と壁厚
とを制御するようロールスタンド４２〜５６の寸法及び
駆動速度を選択する。管がほぼ均一な温度になった後、
順次のこれ等ロールスタンドを互に及び形成用及び送り
用スタンドに対し異なる速度で作用させ、管の外径及び
壁の厚さを制御する。このことについては既知である。

直径を処理させる順次の各ロールスタンドをその手前の
ロールスタンドより一層早い速度で作用させ、管の直径
の減少により生ずる速度の増大に応じられるようにする
。それぞれのロールスタンド４２〜５６の個々のロール
を調整して、希望する温度や形成作用に応じて各個々の
ロールスタンドのために管に作用する圧力を選択し得る
ようにする。

この連続溶接装置１０に管製造プロセスを自動的に製造
するための適切な制御装置及びセンサを設ける。例えば
、厚さゲージ７２を炉の上流に設置し、ストリップの幅
を横切る温度を測定するための温度センサ７４を炉１９
と形成装置２２との間に設置する。

溶接温度センサ７６を誘導加熱装置３０と溶接装置３６
との間に設置し、管の仕上寸法を測定する計測装置７７
を最後のロールスタンド５６の下流側に設置する。これ
等種々のセンサからの入力を使用して、例えばストリッ
プを炉内に送るロールの速度及びロールスタンド２３，
２４．３８〜５６の種々のロールの速度を制御する。こ
れ等入力を使用して、温度、圧力、単位時間に処理する
綱の量、管の壁厚等のようなその他の厳密なパラメータ
をも制御する。直線速度測定装置７８をフライソーの上
流に設け、通過する管の速度を測定し、測定した速度に
応じて誘導加熱装置に供給する動力を制御する。

更に、ストリップ又は管にロールを圧着する圧力を遠方
制御し、その他のパラメータを当業者に既知なように手
動で調整してもよい。また、図示の連続溶接装置１０は
溶接装置の下流に４対のロールスタンドを設けたが、こ
れは単なる例示であり、必要に応じ、これより多い又は
少ないロールスタンドを設けることができる。

直径を減少させるロールによって連続する管をフライソ
ー５８に駆動し、不連続の予め選択した長さに管を切断
する。計測装置７９を最後のロールスタンドとフライソ
ーとの間に位置させ、通過する管の長さを測定し、従っ
てフライソー５８を制御して、希望する長さの管が得ら
れるようにする。フライソー５８の下流にサイジングミ
ル（図示せず）を設け、管の周りを仕上げして、ハイス
ポット、ロースボット及びロールマークを消滅させ、管
に必要な最終径を与える。

第１図と同一部分を同一符号で示した第２図の実施例で
は一部を除いて第１図と同一の装置を使用している。こ
れに関連し、ストリップを円筒形に形成して、まだ端縁
部を隣接させただけで溶接していない状態にした直後に
直径を減少させる作業を開始する。この管の直径の減少
は、形成されたストリップが予め選択した数の駆動され
るロールスタンドに通ることによって生ずる。例として
はこれ等ロールスタンドは第１図に４対示した。

このロールスタンドは注意深く制御され、設定され、こ
こをストリップが通過する間、まだ溶接していないスト
リップの端縁部を適正な方向に保持し、またロール間の
相対間隙を保持する。この場合、冷却装置をロールスタ
ンドから除去する。これは直径を減少させるのに管はほ
ぼ均一な温度であるからである。

直径を減少させた後、形成された管を誘導加熱装Ｗ１３
０に通し、溶接温度までストリップの端縁部を加熱する
。この場合、ストリップの端縁部を継合せるように加熱
してもよい。誘導加熱装置１３０は単位時間当り第１実
施例と同一量を加熱するが、直径が減少しているので一
層早い速度でストリップを通過させる。誘導加熱装置に
対する端縁部の位置は制御システムのうず電流装置等に
よって監視し、誘導加熱装置と管の端縁部との間の空間
的配列を確かめて、加熱効率と均一性とを維持する。付
加的な端縁部の加熱が必要な場合には、第２実施例でも
通常の溶接ホーンを使用してもよい。次にこの加熱され
た端縁部をスタンド１３２又は１３３で互に溶接する。

この場合、継目に加えられる圧力はスタンド１３２又は
１３３のロールによって生ずる圧力のみである。溶接さ
れた継目は圧下されておらず、第１実施例に示すこの圧
力に関連する水冷は行なわないから、もし必要なら予熱
されたストリップと誘導加熱されたストリップの端縁部
との間の温度差を増大することができるが、アップセッ
トが生ずる傾向を増大することはない。

従ってこの第２実施例は好適な実施例である。

上述したところから明らかなように本発明は連続溶接管
を製造する新規で改良した方法及び装置を提案する。連
続溶接装置１０は消費エネルギが少なく、溶接プロセス
で一層正確に温度制御を行なうことができ、これは溶接
温度にストリップの端縁部を加熱するのに使用する誘導
加熱袋Ｗ３０を溶接装置３６又は１３２の直ぐ上流に設
置するからである。従来の装置では加熱装置は平坦なス
トリップを加熱するのに使用されており、ストリップを
平坦な状態から管状に形成するのに使用するロールスタ
ンドの上流に加熱装置を配置していた。本発明によれば
、管状に結合するために必要とする温度にのみストリッ
プを全体として加熱する。次にストリップの端縁部のみ
を溶接温度に加熱し、残りの部分は低い温度に留める。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明連続溶接装置の線図的配置図、第２図は
本発明装置の変形の線図的配置図である。 １０・・・連続溶接装置　１１・・・金属ストリップ１
２・・・連続溶接管　１３・・・コイル１４・・・レヘ
ルロール　１５・・・端ｓＮ　接ｍ１６・・・ループフ
ロア−１８＾・・・予熱室１８Ｂ・・・主室　１９・・
・炉 ２０Ａ　、　２０Ｂ・・・彎曲部　２１・・・エソジブ
ロワー２２・・・形成装置　２３・・・第１０−ルスタ
ンド２４・・・第２０−ルスタンド ３０・・・誘導加熱装置　３２・・・誘導加熱コイル３
６・・・溶接装置　３８・・・ロールスタンド４０・・
・ロールスタンド ４２＋４４＋４６＋４８＋５（Ｌ５２＋５４＋５６・・
・ロールスタンド６０・・・冷却装置 ６２、６４．６６、６８・・・　マニホルド５８・・・
フライソー　７０・・・ポンプ７１・・・タンク　７２
・・・厚さゲージ７４．７６・・・温度センサ　７７・
・・計測装置７８・・・直線速度測定装置７９・・・計
測装置１３０・・・誘導加熱装置　１３２．１３３・・
・スタンド手　続　補　正　書 昭和６０年７月　１０ 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 １、事件の表示 昭和６０年特許願第８０４１８号 ２、発明の名称 金属管の連続溶接方法及び装置 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名称　ウィートランド・チューブ・コンパニー４、代理
人 ５、補正の対象　願書の「特許出願人」の欄、委任状お
よび国籍法人証明書、図面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　連続して移動する予熱した金属ストリップの端縁
   部を互に密接させてこの金属ストリップを円筒形に形成
   し、前記端縁部を選択した溶接温度に加熱し、次に端縁
   部を互に溶接して管を形成することを特徴とする金属管
   の連続溶接方法。 ２、前記端縁部の温度を上昇させながら、前記端縁部の
   中間の部分を前記選択した溶接温度より低い温度に保持
   する特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、前記端縁部と前記中間の部分との温度差を５５５℃
   （１０００”　Ｆ　）にする特許請求の範囲第２項に記
   載の方法。 ４、前記端縁部を互に溶接した後、管の溶接区域を冷却
   する特許請求の範囲第３項に記載の方法。 ５、前記端縁部と前記中間の部分とがほぼ同一の温度に
   達した後、管の直径を減少させる特許請求の範囲第４項
   に記載の方法。 ６、　前記金属ストリップを鋼にし、前記選択した溶接
   温度に約１４８２℃（２７００’Ｆ）にした特許請求の
   範囲第２項に記載の方法。 ７、　前記金属ストリップを鋼にし、前記選択した溶接
   温度を９８２．２℃（１８００°Ｆ）にした特許請求の
   範囲第２項に記載の方法。 ８、　前記端縁部の温度を上昇させるのに誘導加熱によ
   り加熱する特許請求の範囲第２項に記載の方法。 ９、管の形成後であって前記端縁部を誘導加熱する前に
   管の直径を減少させる特許請求の範囲第８項に記載の方
   法。 １０、所要に応じ更に端縁部を加熱する特許請求の範囲
   第８項に記載の方法。 １１、効率を増大させるよう作動パラメータを制御し監
   視する特許請求の範囲第８項に記載の方法。 １２、選択した溶接温度より低い温度まで平坦金属スト
   リップを加熱するよう通す炉と、前記金属ストリップの
   両方の端縁部を互に密接さ゛せた円筒形に前記金属スト
   リップを形成する形成装置と、前記金属ストリップの両
   方の端縁部を互に溶接して管を形成する溶接装置と、対
   向して密接する前記端縁部を前記選択した溶接温度に加
   熱するため前記形成装置と前記溶接装置との間に配置し
   た誘導加熱装置とを具えることを特徴とする金属管の連
   続溶接装置。 １３、前記溶接装置の下流で管を冷却する冷却装置を設
   けた特許請求の範囲第１２項に記載の装置。 １４、前記溶接装置に密接して前記誘導加熱装置を配置
   し、前記端縁部の温度より低い温度に前記ストリップの
   中間部を維持しながら対向する端縁部を加熱する装置を
   前記誘導加熱装置に設けた特許請求の範囲第１２項に記
   載の装置。 １５、前記ストリップの中間部より５３７．８℃（１０
   ００’　Ｆ　）高い温度まで端縁部を前記誘導加熱装置
   で加熱する特許請求の範囲第１２項に゛　記載の装置。 １６、中間部の温度まで管の溶接した端縁部を冷却する
   装置と、冷却した管の直径を減少させる直径減少スタン
   ドとを設けた特許請求の範囲第１４項に記載の装置。 １７、ストリップの送り速度で１３１５．６°Ｃ（２４
   ００°Ｆ）の温度まで前記ストリップを加熱する装置を
   前記炉に設けた特許請求の範囲第１４項に記載の装置。 １８、前記ストリップの端縁部を約１４８２．２℃（２
   ７００’　Ｆ　）に加熱する装置を前記誘導加熱装置に
   設けた特許請求の範囲第１４項に記載の装置。 １９、溶接した管を所定の長さに切断する装置を設けた
   特許請求の範囲第１５項に記載の装置。 ２０、端縁部を加熱し溶接する前に円筒形のストリップ
   の直径を減少させるよう前記形成装置と前記誘導加熱装
   置との間に直径減少スタンドを設けた特許請求の範囲第
   １４項に記載の装置。 ２１、連続溶接装置の作動パラメータを自動的に制御す
   る監視制御装置を設けた特許請求の範囲第１４項に記載
   の装置。 ２２、端縁部の溶接温度を上昇させるため溶接ホーンを
   設けた特許請求の範囲第１１項に記載の装置。