JPS5924915B2 - 鋼管の溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼管の溶接方法、特に大径溶接鋼管の製造工程
における管端シーム部の溶接方法に関する。

一般に、溶接鋼管ではシーム部の溶接開始部および終了
部の形状、外観が管中央部に比べて著しく劣り、外形状
の不良に付随して内部欠陥を伴う場合が多い。

このためこの種の鋼管のシーム部の溶接にあたつては、
管の溶接終端部および始端部を溶接後切除するか、もし
くは第１図に示すようにタブ板と称する捨て板６を鋼管
１の管端部１ａのシーム部２位置に仮付け溶接Ｔにて取
付け、タブ板６上に溶接ビード５を逃がすことによつて
鋼管１の品質を確保している。タブ板６はシーム部２の
溶接完了後管端１ａから切断する。特に、大径溶接鋼管
のように溶接部に対する品質要求が厳しくかつシーム部
溶接工程が自動化されている場合には後者のタブ板取付
けによる方法がとられる。しかしこの方法には以下に述
べるような諸種の欠点があり、大径鋼管製造における能
率向上とコスト低減化を著しく妨げている。即ち、シー
ム部本来の溶接ビード以外に管端の縁部にタブ板取付け
の際のビードが残るので、製品品質上、溶接完了後にこ
の部分を切除する必要 、があり、場合によつては管端
近傍を切断して製品長が短くなつたり、不合格品が生じ
たりすることがある。

また、第１図に示すように、鋼管１の管端部１ａでは、
溶接始端側、終端側いずれにおいても、アーク熱源３に
よる熱が十分伝導し得る場所を欠くために該管端部に蓄
積され、矢印４で示す如く溶接熱応力が溶接シーム部２
を引き裂くように作用する。この場合、熱源３の電極数
は１本あるいは２本以上の多電極であつても、またフラ
ヘヌクスを使用するサプマージアーク溶接あるいはシー
ルドガスを用いるガスシールドアーク溶接のいずれであ
つても同様の引き裂き力が発生する。このような引き裂
き力がシーム部２の溶接ビード５に作用すると、十分凝
固が完了じていない半溶融部が引張られていわゆる高温
割れが生じる。この割れを防止するためにタブ板６は溶
接シーム部２の軸線に直交する方向の巾Ｌを十分大きく
とり、タブ板６の剛性によりタブ板取付けビード７を介
して前記引き裂き力を抑制している。またこのほかにも
サブマージアーク溶接においてフラツクスが脇に流出し
て溶接ビードが不良となるのを防止するために、またシ
ールドガス溶接においでガスの流れが乱れて不健全ビー
ドとなることを防止するために、タブ板の巾はある程度
の板巾を有しなければならない。タブ板上のビードとシ
ーム部２のビードは一部融合するため、タブ板は基本的
に鋼管自体の材質と同一成分の鋼材であることが必要で
あるが、上述した理由によりタブ板寸法はあまり小さく
できず、本来捨て板であるタブ板に要する費用は決して
少なくない。さらに、第１図にも示される如く、タブ板
６は管端部１ａに沿つて溶接される関係から管１とほぼ
同一の曲率を有するように形成される。したがつてタブ
板を自動溶接にて取り付ける場合には、鋼管寸法の種類
により、該タブ板の曲率、つまり溶接軌道の曲りをその
都度修正する必要があるが、これは極めて困難であり、
例えばガスシールドアーク溶接の半自動装置の如く最終
的には作業者の手動操作に委ねているのが現状である。
タブ板取付ビードは、第１図の符号８で示すタブ板面外
のビードの溶接線方向の角変形を抑制する機能を持たな
ければならない。いま仮りに管の内面から溶接し、外面
でシーム溶接を終了するという工程を経る場合、内面溶
接時に上述の角変形を生じたとすると、この角変形を内
面溶接後に矯正することなく外面溶接すると、タブ板上
のビードがタブ板の傾斜にしたがつて流出し、種々の溶
接トラブルをもたらすと同時に、シーム管端部溶接ビー
ドの健全性をも損なうこととなる。したがつてタブ板取
付ビードは、前述の引き裂き力抑制および角変形抑制の
観点から、十分強固に溶接されるべきであり、その取付
溶接はタブ板材料費以上にコスト上昇をもたらし、高能
率化をさまたげている。このような不具合を解決するた
めに、タブ板を管端部に予め溶接で固定しておくという
手段をとらずに、管端部近傍に、上下、左右および溶接
線方向に位置調整可能な当て板載置台を設置し、この載
置台上に必要最小限寸法の鋼製当て板を両脇および上方
から挟持するようにして載置し、該当て板を適当な押付
機構によつて管端部に押付けて溶接する装置がある（実
願昭５５−１０１４３１号）。

この装置を用いてシーム溶接を行えば、（イ）溶接部始
端、終端においてシーム部のビードを当て板上に逃がす
ことができ、（ロ）当て板載置台がフラツクスあるいは
シールドガスの受皿として作用するため当て板自体はビ
ードを引くのに最小限のものでもフラツクス、シールド
ガスに起因する溶接トラブルは皆無であり、さらに（ハ
）当て板の押付け操作が容易で高能率のシーム溶接が可
能となる、などの利点があるが、他方、以下のような不
具合がある。即ち、当て板の角変形は上方からの挟持機
構によつて抑制されるが、この抑制に基づく拘束力が当
て板に作用して、溶接後鋼管と一体化された当て板を載
置台から取外すことが容易でなく、さらに、当て板が被
溶接鋼管と別体に独立して存在しかつその材質が鋼製で
あるためにタブ板と同様に熱伝導率が十分でなく、前記
鋼管の肉厚に対応して溶接入熱が増大した場合、管端部
での蓄熱を解消できず、前述した引き裂き力が強く働き
管端割れの発生頻度が増加するなどの不具合がある。第
２図は大径鋼管１の内面シーム溶接における、前記従来
技術の想定される改善例を示した斜視図である。鋼管１
の管端１ａのシーム部に対応する位置に銅板９を適当な
押付手段（図示省略）によつて押付ける。この場合の押
付手段としては、前述した実願昭５５−１０１４３１号
明細書に記載したような押付機構が有効に用いられる。
管端から銅板９への熱伝導をよくするために、銅板９は
管端の外形に沿つて密接するように該管とほぼ同じ曲率
をもたせてある。またこの実施例では銅板９中に水路１
０を形成し、パイプ１３から冷却水を流すようにしてあ
るが、銅板９の厚さが熱容量を確保するのに十分な厚さ
を有する場合には、必ずしも水冷は必要でない。銅板９
の表面には、管１の長手方向にのびかつ少なくとも溶接
ビードを取り囲むのに足りる横巾および深さの溝１１が
形成してある。このような銅板９を鋼管１の両方の管端
部にそれぞれ押付けながら、溶接始端部ではその銅板上
からシーム部２に向つて溶接を開始し、溶接終端部を過
ぎて該終端部側の銅板９上の適当な位置で溶接を終了す
る。

銅は鋼材に比べて熱伝導率がよく、管端部に押付けた銅
板９は管端シーム部付近の熱をよく吸収するため、第１
図に関して述べたように管端部にアーク熱源が到来して
も、その部分で溶接熱が蓄積されることがなく、前述し
た管端シーム部の引き裂き力は著しく軽減され、これに
よつて管端割れが防止される。また、銅板の冷却効果が
ビード部分にも十分に作用し、ビード厚さ方向の均熱化
が急速に達成されるため銅板上のビードの面外角変形が
防止される。溶接時のフラツクスあるいはシールドガス
は銅板上に、あるいは銅板の載置台上に受けとめられる
のでこれらに起因するトラブルは無く、シーム部のビー
ドも銅板上に有効に逃がし得るので管端部のビード形状
はきわめて良好となる。ただ、第２図のようにアークを
銅板で直接受ける方法ではＴＩＧ，ＭＩＧのような低入
熱溶接、エレクトロスラグ溶接のようなスラグ通電溶接
、あるいは比較的入熱の低いサブマージアーク溶接等で
は有効であるが、溶接入熱が大きくなるとアーク熱で銅
板が溶損することもあり、所期の目的を達し得ない。こ
れを防止し、しかも上述した諸種の不具合を解決するた
めに、本発明は、タブ板溶接取付けの手段を用いずに有
効かつ容易にシーム溶接を行うことのできる鋼管溶接方
法を提供することを目的とするものである。この目的の
ために、本発明に係る溶接方法は、被溶接鋼管の両管端
のシーム部位置に高熱伝導率をもつ金属板例えば銅板を
押付け、当該金属板上に鋼製の当て板を前記鋼管の管端
に接して設置し、一方の管端の当て板上からシーム部に
沿つて溶接を開始し、他方の管端の当て板上で溶接を終
了するようにしたものである。

金属板としては銅板のほか、アルミ板などが採用可能で
ある。以下、第３図および第４図の本発明実施図面を参
照しながら、実施例について説明する。

本発明による溶接方法では、第３図の如くに、銅板９と
ともに管端部に押付け得る鋼製の当て板１２を嵌め込み
、この当て板１２と金属板９を複合使用した状態で、こ
の当て板上にアークを出すようにする。

当て板１２はビードを形成するのに最小限必要な寸法の
ものでよく、また平板状のもので十分である。ただしこ
の場合、当て板１２の表面を鋼管の溶接面と同じ高さに
すると、溶融金属充填量の不均衡から該当て板と鋼管の
境界部でビードが不連続となり、ビード形状が悪くなる
。この影響は単に境界面のみならず管端シーム部近傍に
もおよぶ。これを防止するために当て板１２は鋼管溶接
表面より若干低くなるように設定する必要があり、内外
面両側の溶接においては鋼管肉厚より薄めの当て板を用
いる。溝１１の深さもこの当て板の板厚との関係で定め
られることは勿論である。鋼製の当て板１２の温度上昇
は銅板９による冷却効果のために低くおさえられ、アー
クの抜け落ちによる銅板の溶損トラブルは皆無となる。
第４図は溶接入熱と角変形との関係を、本発明による溶
接の場合と従来のタブ板押付けによる溶接の場合とを比
較して示した図である。△印は第２図の実施例の銅板の
みの場合、白丸印は第３図の如く銅板の溝内に当て板を
埋め込んで実施した場合、黒丸印は従来のタブ板による
場合である。この図からも明らかなとおり、本発明の場
合はいずれも面外角変形がほとんど発生していないのに
対し、従来のタブ板押付けの場合は溶接入熱にともなつ
て角変形量が増大し、溶接入熱３０〜１１０キロジュー
ル／ＣＴＬに対し３入〜６０の角変形が現われる。以上
述べた本発明の主旨から、前記金属板を水冷することは
更に有効である。本発明による上述以外の効果を、さら
に具体的に、大径溶接鋼管のＯ成形後のシーム部ＣＯ２
仮付溶接を例にとつて説明する。

０成形後の鋼管は一般にスプリングバツクによつてシー
ム部が開口した状態になる。

そこでＯ成形後の鋼管はケージロールでシーム部を閉じ
ながらその部分でＣＯ２仮付溶接がなされる。この工程
ではシーム部が開口している理由から仮付前の静的状態
でタブ板を取り付けることは不可能であり、ケージロー
ル炙鋼管が搬送される過程でタブ板を溶接着脱する必要
があり、これがきわめてやつかいな作業である。本発明
では、このような動的状態での着脱がきわめて有効にな
され得る。従来のシーム部仮付溶接の場合はシーム部管
端で溶接を停止する必要があり、その部分における不良
ビードは後の内外面シーム溶接に悪影響をおよぼしてい
た。さらにシーム部ＣＯ２溶接は直流電源で行なわれる
ため、管端部で直流アーク特有の磁気吹きが生じてビー
ドが乱れる原因となつていた。

これば管端割れにおける熱の蓄積と同様の現象で、管端
における電流密度の急激な上昇に起因する。導電性良好
な銅板は十分管端部での電流密度を下げることに効果的
であり、磁気吹きはまつたく生じないという付加的効果
がある。なお、本発明は被溶接鋼管の片端にのみ適用す
る場合、溶接始端および終端の両管端に適用する場合の
いずれをも含むことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のタブ板取付けによる管端部溶接状態を示
した斜視図、第２図は本発明の１実施例を示した斜視図
、第３図は本発明の他の実施例を示した斜視図、第４図
は溶接入熱と引き出しビードの角変形量との関係を、本
発明と従来の方法とを比較して示した図である。 １・・・・・・鋼管、１ａ・・・・・・管端部、２・・
・・・・シーム部、５・・・・・・ビード、９・・・・
・・銅板、１０・・・・・・水路、１１・・・・・・溝
、１２・・・・・・当て板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被溶接鋼管の管端のシーム部位置に高熱伝導率の金
   属板を押付け、この金属板上に鋼製の当て板を前記鋼管
   の管端に接して設置し、前記当て板上で溶接開始または
   （および）終了することを特徴とする鋼管の溶接方法。 ２ 前記金属板を水冷しながら溶接開始または終了する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した鋼管
   の溶接方法。 ３ 前記当て板を鋼管溶接部表面より若干低くなるよう
   に前記金属板上に位置せしめて溶接開始または終了する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
   記載した鋼管の溶接方法。