JPS632717B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、最適メタルフロー立上り角を確保
して、溶接部品質を向上させるようにした電縫鋼
管の製造方法及び装置に関するものである。

電縫鋼管の溶接部品質を良好なものとするため
には、鋼管の溶接部接合面同志を溶接ロールによ
つて圧接し、溶接部接合面間から酸化した溶融物
（ビード）を排出して、溶接部接合面間を良好に
接着させることが重要であるが、その圧接が過度
になつて溶接部でのメタルフロー立上りが大きく
なるのを防止することも重要である。

第７図は電縫鋼管の溶接部を示す垂直横断面図
である。第７図において１５は溶接部接合面、１
６は熱影響部（HAZ部）、１７はメタルフロー、
またＺは管厚、Ｗは熱影響部幅である。メタルフ
ロー１７は、材料の圧延により配列された組織の
流れを表わしており、管厚方向に層状になつて、
管の周方向および長手方向に広がつている。メタ
ルフロー１７は、溶接部の圧接によつて溶接部が
押し広げられるので、溶接部では、管の厚方向中
央を中心として管外面方向および管内面方向に曲
つて立上る。従つて、メタルフロー１７は、溶接
部では、ビード切削後の管内面および管外面と斜
めに交わるように配列されている。

このメタルフロー１７の立上りの程度は、メタ
ルフロー１７が溶接部の管内面または管外面と交
わる角度で表わすことができ、例えば管外面から
ｔ／４だけ内側にいつたところのメタルフロー１
７が、溶接部の管外面と交わる角度ａおよびｂを
用いて、（ａ＋ｂ）／２で表わされる角度（以下
メタルフロー立上り角と称す）で代表させること
ができる。

第３図はメタルフロー立上り角と溶接部品質
（90゜，0゜偏平値、押し拡げ値等の物理的性質）と
の関係を実験により調べたときの結果を表わした
グラフである。実験の結果によれば、メタルフロ
ー立上り角を小さくすると溶接部品質が向上する
ことを示している。

従つて、溶接部の品質を向上させるためには、
圧接によつて鋼管の溶接部接合面間から酸化した
ビードを排出して接着した、溶接部接合面間の接
着性を低下させない範囲内で、メタルフロー立上
り角を小さくすることが必要である。このような
メタルフロー立上り角の最適値は、電縫鋼管の外
径、管厚、鋼種、溶接時の入熱量、溶接部のアプ
セツト量等によつて定まる。

メタルフロー立上り角は、電縫溶接の二大条件
である、アプセツト量および入熱量と、一般に次
のような関係を有している。

第１図は入熱量を一定にしたときの、アプセツ
ト量とメタルフロー立上り角との関係を表わすグ
ラフである。溶接ロールの溶接圧力を大きくし
て、溶接前後の電縫鋼管の周長差を表わすアプセ
ツト量を増加すれば、溶接部も大きく押し広げら
れるので、メタルフロー立上り角も増加する。

第２図はアプセツト量を一定にしたときの、入
熱量とメタルフロー立上り角との関係を表わすグ
ラフである。入熱を増加すれば、同一のアプセツ
ト量を得るのに小さい圧接力で済むので、溶接部
の押し広げは小さくなり、メタルフロー立上り角
が減少する。

従つて、電縫鋼管の溶接部品質を向上させるた
めには、メタルフロー立上り角を減少させて適正
なものにすべく、入熱を適正に増加させる入熱管
理をするか、アプセツト量を適正に減少させるア
プセツト量管理すればよい。このうち、入熱管理
は、火色を作業員が目視して行なうので、定量的
管理が困難である。従つて、従来は、専らアプセ
ツト量管理が行なわれているが、これも、溶接ロ
ールの前後のコンベツクス（巻尺）による管の周
長差管理や内外ビードの形状、大きさ等によるマ
ニユアル管理なので、非常に不正確であり、適正
に管理するのが難しい。そのため、しばしば溶接
欠陥が発生していた。

本発明者等は、上述の現状に鑑み、最適なメタ
ルフロー立上り角を確保して、溶接部品質の向上
を図るべく研究を重ねたところ、次のような知見
を得た。

第５図はアプセツト量と入熱量とを変動させた
場合の、溶接圧力とメタルフロー立上り角および
熱影響部幅（HAZ部幅）との関係を表わしたグ
ラフである。第５図は、TS＝40Kg／mm²材で外径
60.5mm、管厚5.5mmの管を溶接速度37ｍ／minの条
件で製管したときのものであり、図中実線がメタ
ルフロー立上り角を、点線が熱影響部巾を、〇印
がアプセツト量０mmを、△印がアプセツト量1.0
mmを、×印がアプセツト量1.5mmを、各印のａは入
熱量420kwを、ｂは入熱量400kwを、ｃは入熱量
380kwをそれぞれ示している。

この第５図から、入熱量をパラメータとして、
溶接圧力とアプセツト量との関係を求めると、第
４図のようなグラフが得られる。第４図から明ら
かなように、外径、管厚、鋼種が同一条件の電縫
鋼管に対して、入熱量が一定のとき、アプセツト
量が定まれば溶接圧力は定まる。また、第５図か
ら、入熱量をパラメータとして、メタルフロー立
上り角とアプセツト量との関係を求めると、第１
図に示したのと同様な、メタルフロー立上り角と
アプセツト量とが１対１の関係にあるようなグラ
フが得られる。これから明らかなように、同一条
件の電縫鋼管に対して、入熱量が一定のとき、ア
プセツト量が定まればメタルフロー立上り角は定
まる。従つて、同一条件の電縫鋼管に対して、入
熱量が定まれば、溶接圧力によつてメタルフロー
立上り角が一義的に定まる。

同様に、第５図から、アプセツト量をパラメー
タとしたときの、第８図のグラフに示すような溶
接圧力と入熱量との関係、および、第２図に示し
たのと同様な、メタルフロー立上り角と入熱量と
の関係が得られる。従つて、同一条件の電縫鋼管
に対して、アプセツト量が定まれば、溶接圧力に
よつてメタルフロー立上り角が一義的に定まる。

結局、同一条件の電縫鋼管に対して、入熱量と
アプセツト量とが定まれば、溶接圧力によつてメ
タルフロー立上り角は定まる。すなわち、外径、
管厚、鋼種が同一条件の電縫鋼管に対して、入熱
量とアプセツト量とが一定の条件下で、溶接圧力
を測定すると共に、そのとき得られた溶接部の組
織を調べて、メタルフロー立上り角を求めれば、
溶接圧力とメタルフロー立上り角との関係が得ら
れる。そして、同時に、溶接部接合面の接着性を
調べることによつて、良好な接着性を失なわない
範囲内での最低なメタルフロー立上り角として、
最適なメタルフロー立上り角が求まり、そのとき
の最適な溶接圧力が求まる。

以上のことから、外径、管厚、鋼種、入熱量、
アプセツト量が定まつた電縫鋼管に対して、造管
時に溶接ロールの溶接圧力を検出して、溶接圧力
を所定の値になるよう制御すれば、溶接部に最適
なメタルフロー立上り角を確保でき、溶接部接合
面の良好な接着性を失なうことなく、溶接部の管
内面および管外面を材料組織上良好なものとし
た、溶接部品質の優れた電縫鋼管が得られること
がわかつた。

この発明は、上記知見に基づいてなされたもの
である。

以下この発明を、図面の実施例とともに説明す
る。

第６図はこの発明を説明するための、溶接ロー
ルの溶接圧力の制御回路のブロツク図である。１
は電縫鋼管であり、図中右方向に進行し、誘導加
熱コイル１８によつて開先部１ａが加熱され、溶
接ロール２による圧接によつて溶接され、造管さ
れる。

３は溶接ロール２の溶接圧力を検出するための
ロードセル、４は動歪測定器であつて、この動歪
測定器４によつて、ロードセル３により検出され
た溶接圧力が出力として測定されるようになつて
いる。

５は動歪測定器４からの出力を増巾する増巾
器、６は、電縫鋼管の外径、管厚、鋼種および溶
接の入熱量、アプセツト量から予め求められた最
適メタルフロー立上り角を得ることができる最適
溶接圧力を設定する溶接圧力設定器、７は増巾器
５と溶接圧力設定器６とからの信号を加算する加
算器である。

８は加算器７を介して、前記溶接圧力の検出値
と最適溶接圧力の設定値とをつき合わせて比較
し、これら溶接圧力検出値と基準となる最適溶接
圧力設定値との間に偏差が生じた場合には、その
偏差に応じて前記圧力制御機構を制御する補正量
設定器である。

圧力制御機構９は、アナログ・デイジタル変換
器（以下AD変換器という）１０と、極性判別器
１１と、位相制御回路１２と、パルスモータ１３
とから構成されていて、補正量設定器８からのア
ナログ出力は、AD変換器１０と極性判別器１１
とに供給され、AD変換器１０からの、前記アナ
ログ出力に応じたデイジタル出力と、極性判別器
１１からの、前記溶接圧力検出値と最適溶接圧力
設定値との偏差の極性を判別した信号とは、位相
制御回路１２に供給され、この位相制御回路１２
からの出力はパルスモータ１３に供給され、パル
スモータ１３は前記位相制御回路１２からの出力
によつて、極性判別器１１によつて判別された回
転方向に、前記溶接圧力検出値と最適溶接圧力設
定値との偏差に応じた量だけ回転し、このパルス
モータ１３の回転量に応じて、ギヤボツクス１４
を介して溶接ロール２の溶接圧力が変更されるよ
うになつている。

このような構成によつて、造管中における定常
状態においては、最適溶接圧力設定値と、溶接圧
力検出値とが等しく、両者の偏差が零であつて、
パルスモータ１３は静止しており、最適メタルフ
ロー立上り角が確保されている。そして、溶接ロ
ール２において、アプセツト量もしくは入熱が変
動して、溶接圧力が変動すると、溶接圧力設定器
６によつて設定された最適溶接圧力設定値に対し
て、ロードセル３によつて検出された溶接圧力検
出値が変動（増加あるいは減少）し、両者間に偏
差が生じる。この結果前記偏差量に応じた補正量
設定器８からのアナログ出力がAD変換器１０、
位相制御回路１２に供給され、前記偏差量に応じ
てパルスモータ１３が回転し（回転方向は極性判
別器１１によつて決定される）て溶接ロール２の
溶接圧力が変化し、前記偏差量が零となる。すな
わち、溶接ロール２の溶接圧力検出値が最適溶接
圧力設定値になるように溶接ロール２は、パルス
モータ１３の回転によつてその溶接圧力が制御さ
れるのである。したがつて、溶接圧力が何らかの
原因で変動しても、この変動量に応じて溶接圧力
が自動的に変動し、常に最適メタルフロー立上り
角が解保される。

以上説明したように、この発明においては、溶
接ロールの溶接圧力を検出し、この検出値とあら
かじめ設定した基準となる最適溶接圧力設定値と
の間に偏差が生じた場合には、この偏差を解消す
るように溶接ロールの溶接圧力を制御するように
したので、常に最適メタルフロー立上り角が確保
でき、この結果、溶接部品質を安定して良好なも
のとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアプセツト量と溶接部におけるメタル
フロー立上り角との関係を表わすグラフ、第２図
は入熱とメタルフロー立上り角との関係を表わす
グラフ、第３図はメタルフロー立上り角と溶接部
品質との関係を表わすグラフ、第４図はアプセツ
ト量と溶接圧力との関係を表わすグラフ、第５図
はアプセツト量及び入熱を変動させた場合の、溶
接圧力とメタルフロー立上り角及び熱影響部巾と
の関係を表わすグラフ、第６図は溶接ロールの溶
接圧力の制御回路のブロツク図、第７図は電縫鋼
管の溶接部を示す垂直断面図、第８図は入熱量と
溶接圧力との関係を表わすグラフである。 １……電縫鋼管、２……溶接ロール、３……ロ
ードセル、４……動歪測定器、５……増巾器、６
……溶接圧力設定器、７……加算器、８……補正
量設定器、９……圧力制御機構、１０……アナロ
グ・デイジタル変換器、１１……極性判別器、１
２……位相制御回路、１３……パルスモータ、１
４……ギヤボツクス、１５……溶接部接合面、１
６……熱影響部、１７……メタルフロー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電縫鋼管の溶接部を所定のメタルフロー立上
   り角に溶接加工するにあたつて、 溶接ロールに加わる溶接圧力を検出し、その検
   出値を予め設定された最適メタルフロー立上り角
   が形成される溶接圧力と比較し、両者間に偏差が
   生じた場合には、この偏差を解消するように前記
   溶接ロールの溶接圧力を制御することを特徴とす
   る電縫鋼管の製造方法。 ２ 溶接ロールと、 前記溶接ロールの溶接圧力を制御するための圧
   力制御機構と、 前記溶接ロールの溶接圧力を検出するためのロ
   ードセルと、 最適メタルフロー立上り角が形成される最適溶
   接圧力を設定するための溶接圧力設定器と、 前記ロードセルで検出された溶接圧力と、前記
   溶接圧力設定器で設定された最適溶接圧力との偏
   差に応じた制御信号を、前記圧力制御機構に出力
   するための補正量設定器とを備え、 前記圧力制御機構によつて、前記検出された溶
   接圧力と前記最適溶接圧力との偏差を解消するよ
   うに前記溶接ロールの溶接圧力を制御することを
   特徴とする電縫鋼管の製造装置。