特許 7573452 内面ビードの剥がれ抑制方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-17

(45)【発行日】2024-10-25

(54)【発明の名称】内面ビードの剥がれ抑制方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 13/00 20060101AFI20241018BHJP

   B23K 13/08 20060101ALI20241018BHJP

   B23K 13/06 20060101ALI20241018BHJP

   B21C 37/08 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

B23K13/00 A

B23K13/08 520

B23K13/06 A

B21C37/08 C

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021013480

(22)【出願日】2021-01-29

(65)【公開番号】P2022117013

(43)【公開日】2022-08-10

【審査請求日】2023-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000231110

【氏名又は名称】ＪＦＥ建材株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000958

【氏名又は名称】弁理士法人インテクト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100120237

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 良規

(72)【発明者】

【氏名】谷口 佳広

(72)【発明者】

【氏名】高橋 博文

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１４７９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４９５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０１－１７８３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８８５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８２９７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ １３／００

Ｂ２３Ｋ １３／０８

Ｂ２３Ｋ １３／０６

Ｂ２１Ｃ ３７／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

帯鋼を多段の成形ロールによりオープン管に成形する工程と、
前記オープン管の端面溶接部を高周波誘導加熱コイルにより加熱する工程と、
加熱された前記端面溶接部をスクイズロールにより圧着する工程と、
インピーダーを液化不活性ガスにより冷却する工程と、
前記液化不活性ガスによる冷却の際に不活性ガスを発生させる工程と、
前記不活性ガスを前記端面溶接部に吹き付ける工程とを含み、
前記インピーダーは外筒ホルダを備えると共に前記オープン管の内側に配置され、
前記インピーダーと前記外筒ホルダの間には環状隙間を形成し、
前記インピーダーは前記外筒ホルダの内径に対し偏心して配置される
ことを特徴とする溶接鋼管の内面ビード剥がれ抑制方法。

【請求項2】

請求項１に記載する溶接鋼管の内面ビード剥がれ抑制方法において、
前記外筒ホルダの一方の端部は前記端面溶接部に対して上流側に位置し、
前記外筒ホルダの他方の端部には前記液化不活性ガスを注入する冷却用ノズルが接続される
ことを特徴とする溶接鋼管の内面ビード剥がれ抑制方法。

【請求項3】

請求項２に記載する溶接鋼管の内面ビード剥がれ抑制方法において、
前記環状隙間の広い隙間が前記端面溶接部側に位置するように配置される
ことを特徴とする溶接鋼管の内面ビード剥がれ抑制方法。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載する溶接鋼管の内面ビード剥がれ抑制方法において、
前記オープン管に成形する溶接鋼管は、ステンレスパイプである
ことを特徴とする溶接鋼管の内面ビード剥がれ抑制方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、帯鋼を円筒状に曲げて高周波誘導電流によって加熱し、帯鋼の両端部を溶接する溶接鋼管の製造方法であって、パイプ管内に発生する内面ビードの剥がれ抑制方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

金属の管を製造する方法の一つとして、金属帯板を円筒状に成形してオープン管を形成し、オープン管の両端面を溶接して管形状とする、溶接鋼管の製造方法が一般的に知られている。このような製造方法における溶接工程は、オープン管の端面を高周波誘導加熱コイルにより溶融温度まで高め、スクイズロールでオープン管の両端面を圧接溶接することにより行われる。また、このような溶接方法においては、オープン管の両端面を圧接溶接する際に、溶接痕の盛り上がりである溶接ビードが発生する。

【0003】

例えば、特許文献１には、溶接鋼管内面に発生した溶接ビード（内面ビード）を、治具によって圧潰し、溶接鋼管内面を平滑にする方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６０５８４１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に示すような溶接鋼管の内面ビード平滑化装置は、溶接鋼管の内面ビードを容易かつ確実に平滑化することができる。一方で、溶接鋼管の製品としての仕様上、内面ビードを許容するものの製造については、このような内面ビードを圧潰する工程や、切削等の既知の内面ビードを除去する工程は不要であった。

【0006】

しかしながら、溶接鋼管の内壁面に発生した内面ビードは、酸化度合いのばらつき等が原因となって、部分的に内壁面から剥がれる場合があり、このような部分的な剥がれが生じると、溶接鋼管切断の際に、刃物の破損等のトラブルにつながる場合があった。また、溶接鋼管の切断後においても、剥がれた内面ビードが管内に残存し搬送時のトラブルにもなり得る。

【0007】

そこで、本発明は上記の事項に鑑みてなされたものであり、内面ビードの切削や圧潰を行うことなく内面ビードの形状を安定させ、内面ビードの部分的な剥がれを抑制することができる、溶接鋼管の内面ビードの剥がれ抑制方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明は、上記課題を達成するためになされたものであって、下記を特徴とするものである。

【0009】

本発明に係る溶接鋼管の内面ビード剥がれ制御方法は、帯鋼を多段の成形ロールによりオープン管に成形する工程と、前記オープン管の端面溶接部を高周波誘導加熱コイルにより加熱する工程と、加熱された前記端面溶接部をスクイズロールにより圧着する工程と、インピーダーを液化不活性ガスにより冷却する工程と、前記液化不活性ガスによる冷却の際に不活性ガスを発生させる工程と、前記不活性ガスを前記端面溶接部に吹き付ける工程とを含み、前記インピーダーは外筒ホルダを備えると共に前記オープン管の内側に配置され、前記インピーダーと前記外筒ホルダの間には環状隙間を形成し、前記インピーダーは前記外筒ホルダの内径に対し偏心して配置されることを特徴とする。

【0010】

本発明に係る溶接鋼管の内面ビード剥がれ制御方法において、前記外筒ホルダの一方の端部は前記端面溶接部に対して上流側に位置し、前記外筒ホルダの他方の端部には前記液化不活性ガスを注入する冷却用ノズルが接続されると好適である。

【0011】

本発明に係る溶接鋼管の内面ビード剥がれ制御方法において、前記環状隙間の広い隙間が前記溶接部側に位置するように配置されると好適である。

【0012】

本発明に係る溶接鋼管の内面ビード剥がれ抑制方法において、前記オープン管に成形する溶接鋼管は、ステンレスパイプであると好適である。

【0013】

上記発明の概要は、本発明に必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、内面ビードの切削や圧潰を行うことなく内面ビードの形状を安定させ、内面ビードの部分的な剥がれを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施形態に係る溶接鋼管の製造工程を示すフロー図

【図2】本実施形態に係る溶接工程を示す斜視図

【図3】内面ビードの剥がれの一例を示す斜視図

【図4】図３のＡ－Ａ断面図

【図5】図３のＢ－Ｂ断面図

【図6】内面ビードの剥がれにより切断不良となる溶接鋼管の一例を示す斜視図

【図7】本実施形態に係る溶接工程を示す断面図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0017】

図１は、本実施形態に係る溶接鋼管の製造工程を示すフロー図、図２は、本実施形態に係る溶接工程を示す斜視図、図３は、内面ビードの剥がれの一例を示す斜視図、図４は、図３のＡ－Ａ断面図、図５は、図３のＢ－Ｂ断面図、図６は、内面ビードの剥がれにより切断不良となる溶接鋼管の一例を示す斜視図、図７は、本実施形態に係る溶接工程を示す断面図である。

【0018】

本実施形態に係る内面ビードの剥がれ抑制方法は、図１に示す工程により行われ、溶接鋼管の製造方法の一部に含まれる。本実施形態に係る溶接鋼管は、ステンレス鋼管、炭素鋼鋼管、合金鋼鋼管等を含む。

【0019】

先ず、本実施形態における溶接鋼管の製造方法について概略説明を行う。なお、以下の説明において、上流、下流とは、溶接鋼管の製造工程において、成形機内で鋼材が進行する方向に対する上流、下流を意味する。

【0020】

本実施形態における溶接鋼管の製造方法は、先ず、図１に示すように、造管する管外径に合わせ、鋼板を所定の幅に切断し溶接鋼管の材料となる帯鋼を準備する。その後、必要であれば切断された帯鋼の長手方向の端部を既に成形機に装入されている終端部に溶接し、連続的に溶接鋼管を製造できる長さの帯鋼を準備する。次に、平らな帯鋼を成形機に装入し、多段の成形ロールで徐々に円管状に成形する。円管状に成形された帯鋼は、その幅方向の両端部が対向し、図２に示すような一部が開いた筒状のオープン管１に成形される。一部が開いた筒状のオープン管１は、図２に示すように、スクイズロール３によって両端面１ａ、１ｂが押しつけられ、接触点１ｃを作る。

【0021】

スクイズロール３の上流には、図２に示すように、オープン管１の外周を取り巻くように高周波誘導加熱コイル２が設置されており、高周波誘導加熱コイル２には高周波電流が流れている。そのため、高周波誘導加熱コイル２から高周波の磁界が発生し、オープン管１には接触点１ｃに沿って渦電流が流れる。このとき発生する渦電流のジュール熱により、接触点１ｃは急速加熱され、溶融温度まで達する。高周波誘導加熱コイル２によって加熱され溶融した接触点１ｃは、スクイズロール３を通過する際に圧着され、接合することで両端面１ａ、１ｂ同士の溶接が完了する。その後、溶接された鋼管１ｄは、切断や矯正等、また必要であれば熱処理等の工程を経て、各種の検査が行われ完成に至る。

【0022】

次に、本実施形態における溶接工程について詳細説明を行う。

【0023】

図２に示すように、オープン管１の内側にはインピーダー４が挿入されている。インピーダー４は、図７に示すように、高周波誘導加熱コイル２の内側を通過し、インピーダー４の下流側の端部は、接触点１ｃの僅かに上流側に位置する。インピーダー４の下流側の端部は形状を問わず、図７に示すように、傾斜を有する形状であっても構わない。インピーダー４は、フェライトや電磁鋼板等の強磁性体の材料からなり、高周波誘導加熱コイル２が発生する磁束を集め、接触点１ｃを効率よく加熱する。なお、渦電流の発生によってインピーダー４自体が高温に発熱するため、後述するように、インピーダー４を冷却する必要がある。

【0024】

上述した手順により溶接された鋼管１ｄの内面には、スクイズロール３により圧接された際、両端面１ａ、１ｂのつなぎ目に、図３に示すように、線状の内面ビード１０が発生する。溶接された鋼管１ｄの断面に発生した内面ビード１０は、通常であれば図４に示すように、溶接された鋼管１ｄの内面から略一定の高さｈに形成される。完成された溶接鋼管の利用用途によっては、このような内面ビード１０が存在していても問題とならない場合があり、このような場合には、切削や圧潰による内面ビード１０を除去する工程を省くことができる。本実施形態において、内面ビード１０の高さｈは、溶接された鋼管１ｄの外内径に関らず、一例として１．２ｍｍとなる。

【0025】

一方で、内面ビード１０は図５に示すように、線状に形成された内面ビード１０の一部に剥がれｇが生じる場合がある。このような部分的な剥がれｇが発生する原因は、内面ビード１０の酸化度合いのばらつき等であると推測されている。なお、このような部分的な剥がれｇが生じると、図６に示すように、溶接された鋼管１ｄの切断の際、パイプカッター等の刃物２０が内面ビード１０に当たらず、内面ビード１０を切断できない場合がある。このように、切断工程を経ても溶接された鋼管１ｄが完全に分離されていない場合、刃物２０の破損や、後の工程において製造設備の故障等のトラブルが生ずる恐れがある。そのため、後述するように、内面ビード１０の除去を行わない場合には、内面ビード１０の酸化抑制及び剥がれｇの抑制を行う必要がある。

【0026】

次に、高温に発熱したインピーダー４の冷却方法について説明を行う。

【0027】

図２に示すように、インピーダー４の外側には円筒状の外筒ホルダ５が設置され、インピーダー４と外筒ホルダ５との間には、環状隙間６を形成する。インピーダー４は、外筒ホルダ５の内径に対し偏心するように設置されており、環状隙間６も同様に、径方向の一部に広く開いた隙間６ａを有する。隙間６ａは、図２及び７に示すように、オープン管１の接触点１ｃの位置する角度と略同角度に位置する。また、外筒ホルダ５の下流側の端部は、インピーダー４の端面よりも下流側であって、接触点１ｃよりも僅かに上流側に位置する。外筒ホルダ５の下流側の端部は形状を問わず、図７に示すように、傾斜を有する形状であっても構わない。

【0028】

外筒ホルダ５の上流側には、冷却用ノズル７が設置され、冷却ノズル７は図示しない液体窒素供給源に接続されている。液体窒素供給源より供給される液体窒素は、冷却用ノズル７を介してインピーダー４に吹き付けられ、インピーダー４を冷却する。インピーダー４に吹き付けられた液体窒素は気化して不活性ガスとなり、環状隙間６に供給されインピーダー４全体を冷却する。インピーダー４を冷却した不活性ガスは、その後、外筒ホルダ５の下流側よりオープン管１内に放出される。なお、冷却用ノズル７と外筒ホルダ５との接続部は、図示しないが、不活性ガスが上流側に流れないように、外筒ホルダ５の上流側の端面を塞ぐように接続されている。本実施形態において、冷却に用いる液化不活性ガスは液体窒素として説明を行ったが、これに限らず、液化ヘリウム等の液化不活性ガスを用いても構わない。

【0029】

次に、内面ビード１０の酸化抑制方法及び剥がれ抑制方法について説明を行う。

【0030】

一般的に、鋼材の溶接時において、溶融金属中に空気中の窒素や酸素が溶解すると、気孔等の溶接欠陥の原因となることが知られている。そのため、溶融金属と反応を起こさないシールドガスを溶接部周辺に充満させ、溶融金属と空気との接触を断つ方法が知られている。上述の通り、インピーダー４を冷却させた際に発生した不活性ガスは、外筒ホルダ５の下流側よりオープン管１内に放出されるため、溶融箇所を覆うシールドガスになり得る。

【0031】

また、上述の通り、外筒ホルダ５の下流側端部は溶融箇所である接触点１ｃよりも僅かに上流に位置し、環状隙間６の広く開いた隙間６ａは接触点１ｃの位置する側と同じ角度にあることから、接触点１ｃの付近から不活性ガスを放出することができ、溶融箇所を効率よく不活性ガスで覆うことができる。なお、一般的に環状隙間を流れる流体は、同心の環状隙間よりも、偏心した環状隙間の場合により多くの流量が流れるため、オープン管１内に十分に不活性ガスを送ることができる。また、隙間６ａから噴出する不活性ガスには気化圧力がかかるため、噴出した不活性ガスによって内面ビード１０は押圧され、線状で安定した形状の内面ビード１０が形成される。

【0032】

以上のように、本実施形態においては、インピーダー４の冷却によって発生した不活性ガスを利用し、溶融金属から空気を遮断して溶接欠陥を防ぐと共に、不活性ガスの気化圧力によって、安定した形状の内面ビード１０を形成し、内面ビード１０の剥がれｇを抑制することができる。

【0033】

なお、上記では外筒ホルダ５の下流側端面は円筒の切断面である場合について説明を行ったが、外筒ホルダ５の下流側端面の形状はこれに限らず、接触点１ｃに向けて積極的に不活性ガスを吹き付けるノズル状の形態であっても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0034】

１ オープン管
１ａ、１ｂ 端面
１ｃ 接触点
１ｄ 溶接された鋼管
２ 高周波誘導加熱コイル
３ スクイズロール
４ インピーダー
５ 外筒ホルダ
６ 環状隙間
６ａ 広く開いた隙間
７ 冷却用ノズル
１０ 内面ビード
２０ 刃物
ｈ （内面ビードの）高さ
ｇ （内面ビードの）剥がれ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】