JPS5926649B2 - 鋼材の接合部熱処理方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、鋼材を圧接又は溶接したときの接合部の材
質を回復するための鋼材の接合部熱処理方法及びその装
置に関する。

２本の鋼材を圧接又は溶接したとき、その接合） 部は
夫々圧接又は溶接による熱影響を受け、母材部と材質上
の相違を生ずる。

例えば、鋼材がドリルパイプの如く調節処理を施してあ
る場合、接合部に母材部よりも軟かい所謂軟化部や、母
材部よりも硬い部分をその熱影響によつて生ずることが
フ 良く知られている。ところが接合後の鋼材全体の強
度は、強度の最も小さい部分に支配されるので、熱影響
部を含めた接合局部を誘導加熱コイル等の加熱手段によ
りー定温度以上に加熱後、空冷以上の冷却速度で冷却し
必要に応じて焼戻しを施し、５ 母材部との硬度差を軽
減ないし無くすことが行なわれている。このための従来
の接合部熱処理方法としては第１図の如く、接合後のパ
イプ１を搬送ローラ２に載せて移動自在とし、設置され
た誘導加熱用ワークコイル３、冷却ノズル４に対し、操
作者が目視によりパイプ１を搬送させて接合部５を位置
決めし、加熱、冷却処理を行なつていた。

この場合、鋼材に要求される性質或は鋼材の組成などに
よつて、上記加熱冷却された接合局部について焼戻処理
が行われることもある。

しかして、この場合の熱処理巾は非常に局部的であり、
圧接にあつては、圧接接合境界から片側約１０ｍｍ以内
、溶接にあつても溶着金属境界から約１０ｍｍ以内であ
り、加熱に際しては誘導加熱用ワークコイルを、また冷
却に際しては冷却ノズルを、熱処理すべき該局部に来る
ように位置合せすることが重要な操業因子となり、経験
上許容されるズレは３ｍ７１１以内である。また圧接、
溶接後の接合部の熱処理は、圧接時にできたバリ或いは
溶接余盛部などをバイトその他によつて取り去つた後行
なわれるものであるので、圧接における両鋼材の境界線
或は溶接部にお −ける溶着金属との境界は非常に判定
が困難であり、目視によるときは個人差によるバラツキ
をもたらす要因となつている。

一方、第１図に示す如き熱処理装置自体の問題として、
搬送ローラ２には慣性があり、熱処理す ンベき接合局
部５をワークコイル３或は冷却ノズル４の個所に１回で
停止させることは困難であり、位置決めに時間を要し、
接合境界の判別が困難であることと合間つて、個人差を
大きくしている。

また予め境界部を検出しておき、搬送ローラの回 ５転
数制御をもつて該当位置に接合局部を停止せんとしても
、パイプとローラ間にスリツプを生じたり、パイプとロ
ーラとの接触条件が搬送中常に一定でない限り、停止に
至るまでの搬送距離は狂つてくる。さらにパイプ１のセ
ツテイングに時間を ３要することに起因して、ワーク
コイル３で加熱後、冷却ノズル４で冷却する際、加熱温
度が一定であつたとしても冷却開始温度がその都度変化
することにつながり、接合局部の硬度が各熱処理毎にバ
ラツク結果を引き起す。さらにまた、従来の方法４・及
び装置では、ワークコイル３或は冷却ノズル４への接合
局部の位置決めに続いて、ワークコイル３への電力の投
入および所定時間後の投入電力遮断、或は冷却ノズル４
への冷却水、空気の供給と所定時間経過後の停止という
操作が、操作者に要求され、全体として操作手順が煩雑
で、作業条件の安定性に欠ける面もあつた。本発明は、
従来の接合部の熱処理方法及び装置における幾多の問題
を解決するため発明されたもので、鋼材の圧接部或は溶
接部における熱影響部を含む接合局部の熱処理を適格に
しかも連続して自動的に行なう鋼材の接合部熱処理方法
及びその装置を提供することを目的とする。

以下図面に基づいて本発明の望ましい実施例を説明する
。

第２図は本発明の接合部熱処理方法を実現する装置の１
実施例を示すもので、第１図と同一部分は同一符号を付
してその説明を省略する〇第２図にて、パイプ１は固定
され、このパイプ１に沿つて前進後進自在な台車６を設
ける。

この実施例ではパイプ１に沿つてラツク７を布設したも
ので、台車６の駆動部に内蔵されたモータ８にて、ラツ
ク７に噛合するピニオン９を回動して、スリツプを生ず
ることなく台車６を一定速度で走行せしめている。また
他の実施例として、レールをパイプ１に沿つて布設し、
台車を移動自在に車輪で支持し、台車６の駆動走行は地
上側に布設されたモータで駆動されるチエーンコンベア
にてスリツプを生ずることなく一定速度で走行せしめる
、としてもよい。勿論、スリツプを生ずることなく台車
６を走行できる適宜の走行手段を用いても良いＯこのよ
うな、スリツプを生ずることなく一定速度で走行自在な
台車６上には、所定間隔をへだてて走行方向に冷却ノズ
ル４、接合部検出器１０、及び誘導加熱用ワークコイル
３を設けられる。

また誘導加熱用ワークコイル３の加熱位置に対しては輻
射温度計１１が測温部を向けて台車６上に設けられ、接
合部検出器１０及び放射温度計１１の出力は車上の熱処
理制御装置１２に接続され、熱処理制御装置１２は本発
明の熱処理方法に基づく制御パターンにより台車駆動モ
ータ８の起動・停止、誘導加熱用ワークコイル３にＣＴ
トランス１３を介して電力を供給する発振器（図示せず
）への電力投入操作、および冷却ノズル４への冷却媒体
の供給制御のそれぞれを行なうための指令信号を送出す
る。そこで、第２図の熱処理装置で行なわれる本発明の
熱処理方法を説明する。

ここで、接合部検出器１０とワークコイル３との台車進
行方向の距離Ｌ１、冷却ノズル４との距離をＬ２とし、
台車６の移動速度をＳ（ＣｒｒＬ／Ｍｌｎ）とする。

まず、台車６はパイプ１を外れた位置、例えば右側にお
り、操作者等によりスタート指令が与えられると、一定
速度Ｓで左方向に走行する。

接合部検出器１０が接合部５を通過する時点で、検合部
位置が検知され、熱処理制御装置１２で接合部５の位置
を与える信号を得る。この信号が得られると、熱処理制
御装置１２は接合部検出器１０とワークコイル３との距
離Ｌ１と台車６の移動速度Ｓからとして、接合部検出か
らの台車停止までの時間を算出し、時間ｔ１を経過した
時点で、モータ８に停止指令を送出し、台車１０を停止
せしめる。

これにより、ワークコイル３の縦中心軸Ｘ−Ｘは、接合
部５に位置決めされる。もちろん、接合部の境界線から
熱影響部側への１０ｍｍ以下の熱処理すべき巾をワーク
コイル３が覆うように停止することも可能である。接合
局部にワークコイル３がセツトされると、発振器からの
電力がＣＴトランス１３を介してワークコイル３に供給
される。

このワークコイル３への電力自動投入は、台車６のモー
タ８に対する停止指令に応動して発振器へ電力を供給す
る遮断器を投入するか、或は台車６の停止に応動して前
記遮断器を自動投入すればよい。ここで、ワークコイル
３に供給される電力量は、予め定められた電力を供給し
てもよいが、望ましくは輻射温度計１１で接合局部の温
度を測定しつつ設定温度との偏差に基ずく電力調整を熱
処理制御装置１２で行なわせしめることが好ましい。

ワークコイル３への電力供給は、熱処理制御装置１２に
組み込まれたタイマーの時限設定による所定時間後に停
止される。次いで、接合局部を加熱後、空中に放冷する
熱処理条件の下では、台車６は再びスタート位置に戻さ
れ、次の熱処理に備える。

一方、加熱後に加速冷却を必要とする熱処理条件の下で
は、台車６は右方向にパイプ１に沿つて再び移動され、
接合部検出器１０が接合部５を検知すると、熱処理制御
装置１２は、接合部検出器１０と冷却ノズル４との距離
Ｌ２および台車６の移動速度Ｓからとして、検出時点か
ら台車停止時点までの時間Ｔ２を算出し、時間Ｔ２経過
後に台車１０のモータ８に停止指令を送出する。

これにより、冷却ノズル４は加熱された接合部５に、冷
却ノズル４の縦中心線Ｙ−Ｙを位置決めされる。台車６
が停止すると予め設定された圧力量の水、空気の混合冷
却媒体が、冷却ノズル４を介してタイマーで設定された
時間噴出され、接合局部を加速冷却する。

加速冷却が終了すると、台車６はスタート位置に戻され
、次の鋼材の熱処理に備える。以上の如き本発明の鋼材
の接合部熱処理方法およびその装置によつて、熱処理す
べき鋼材を所定の位置まで搬入し、熱処理の終了した鋼
材を他所へ搬出する行程以外は、全て連続して自動的に
行なえることとなる。叙上の如き本発明において重要と
なる技術的要点は、接合部位置を検出する接合部検出器
であり、これには各種のものが考えられるが、以下に述
べる如きものが好ましい。

金属を圧接又は溶接した場合、この接合部を検出する方
法の１つとして、電磁誘導の受け方が接合部と母材部と
では異なることを利用する検出方法がある。

即ち、第３図の如く、交流ブリツヂ１４の測定端１５，
１５′に、サーチコイルと呼ばれる小さなコイル１６を
取付け、接合部５付近を一定間隔を維持しつつ掃引して
インピーダンスを測定する。パイプ１，『が同種の金属
であれば、圧接又は溶接時の熱影響で接合部５は、母材
部と異なる電気的物性値、即ち透磁率μ、電気伝導度ｋ
等をもつ。またパイプ１，『が異種金属であれば、当然
に接合部５の両側で母材部の透磁率μ、電気伝導度ｋ等
は異なる。それ故、サーチコイル１６に交流電流を通す
ると、パイプ表面に渦電流が生じて、サーチコイノレ１
６自身のもつピーダンスとは異るインピーダンスで測定
される。これはサーチコイル１６を流れる電流とパイプ
表面の渦電流との相互誘導によるものである。そして、
この渦電流の値がパイプの透磁率μ、電気伝導度ｋに依
存しており、これらの物性値が異なれば、サーチコイル
１６のインピーダンスも違つてくる。従つて、接合部５
付近のインピーダンスを測定すれば、接合部５の位置を
決定することができる。第４，５図は、接合部位置をサ
ーチコイルによるインピーダンス測定をもつて決定する
電気的処理課程で得られる信号成分を示すグラフ図であ
る。

まず第４図は、パイプ１，『が同種金属である場合を示
すもので、横軸に掃引距離ｊをとり、縦軸には第４図Ａ
にインピーダンスＺを第４図Ｂにその微分値ＤＺ／ｄｌ
をとる。第４図Ａから明らかな如く、サーチコイルのイ
ンピーダンスＺは、接合部５に対応する位置をピーク値
とするパルス状の変化をする。このインピーダンスＺの
変化を微分すると第４図Ｂの如く、接合部５に対応する
位置を零交差点Ａとする１サイクルのインピーダンス変
化速度が得られる。通常、交流ブリツジのインピーダン
ス出力は電圧信号として取出せることから、これを１回
微分回路に通過させることで、第４図Ｂの如き電圧信号
が得られ、適宜の零交差点検出回路を用いることで、接
合部５の位置を決定する信号出力を得ることができる。
尚、第４図Ａ，Ｂに示す破線は、インピーダンス変化が
逆の場合を示す。一方、第５図は、パイプ１，１″が異
種金属である場合を示し、同じく横軸に掃引距離ｌをと
り、縦軸には第５図ＡでインピーダンスＺを、第５図Ｂ
でその微分値ＤＺ／ｄｌを、第５図Ｃで２回微分値Ｄ２
Ｚ／Ｄｌ２を各々示す。

その結果、第５図Ａの如く両合部５の両側でインピーダ
ンスのレベルが異なり、接合部５の近傍は、その間で変
化する。

接合部５の位置は、インピーダンス変化の変曲点Ｂとな
つているので、これを微分すると第５図Ｂの如くなり、
更に２回目の微分を行なつて第５図Ｃの如き、インピー
ダンス変化の加速度曲線を得る。実際にはサーチコイル
のインピーダンス変化を出力する交流ブリツジの出力電
圧を２回微分回路を通すことで、第５図Ｃの如く接合部
５の位置に零交差点Ａを有する信号出力を取り出すこと
ができる。なお、第４，５図に示される接合部５の位置
を決定する検出回路では、検出信号に混入する雑音の影
響を避けるため、微分回路の前段に雑音除去フイルタ一
を設ける。

以上説明した如く本発明の熱処理方法及びその装置によ
つて、鋼材の接合部および接合局部に対する熱処理は人
手によることなく連続して自動的に行なうことができ、
自動化の達成で操作者は鋼材の搬入と搬出、および熱処
理のスタートに関与するのみで済み、作業労力の低減と
能率の向上をもたらしたものである。

特に、従来困難とされていた接合部に対する誘導加熱コ
イルおよび冷却ノズルの位置決めは、接合部検出装置を
用いることおよび鋼材を固定して誘導加熱コイル、冷却
ノズルを塔載した台車を走行せしめること、による装置
構成をもつて、確実かつ迅速な位置決めが高い精度で出
来、これをもつて自動熱処理方法の実現がもたらされ、
接合局部を母材部の材質に回復せしめる接合部熱処理に
おける操業の安定化を達成できたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の鋼材の熱処理方法に用いられる装置を示
す説明図、第２図は本発明の熱処理方法が行なわれる装
置の１例を示す説明図、第３図は接合部検出器の１例を
示す説明図、第４図は同種金属の接合部について得られ
るインピーダンス変化とその波形処理を示すグラフ図、
第５図は異種金属の接合部について得られるインピーダ
ンス変化とその波形処理を示すグラフ図である。 １，『・・・・・・パイプ、２・・・・・・搬送ローラ
、３・・・・・・誘導加熱用ワークコイル、４・・・・
・・冷却ノズル、５・・・・・・接合部、６・・・・・
・台車、７・・・・・・ラツク、８・・・・・・モータ
、９・・・・・・ピニオン、１０・・・・・・接合部検
出器、１１・・・・・・輻射温度計、１２・・・・・・
熱処理制御装置、１３・・・・・・ＣＴトランス、１４
・・・・・・交流ブリツジ、１５，１５１・・・・・・
測定端、１６・・・・・・サーチコイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼材の接合部熱処理方法において、鋼材に沿つて一
   定速度で台車を走行せしめ、該台車上に設けた検出器に
   よつて鋼材接合境界を検出すると共に台車上に設けた誘
   導加熱コイルと該検出器間の台車走行方向の距離と台車
   走行速度から求まる時間後に台車駆動装置を停止する指
   令を発せしめ、該誘導加熱コイルが熱処理すべき接合局
   部に位置停止されたとき該誘導コイルに電力を投入せし
   めることを特徴とする鋼材の接合部熱処理方法。 ２ 鋼材の接合部熱処理方法において、鋼材に沿つて一
   定速度で台車を走行せしめ、該台車上に設けた検出器に
   よつて鋼材接合境界を検出すると共に台車上に設けた誘
   導加熱コイルと該検出器間の台車走行方向の距離と台車
   走行速度から求まる時間後に台車駆動装置を停止する指
   令を発せしめ、該誘導加熱コイルが熱処理すべき接合局
   部に位置停止されたとき該誘導コイルに電力を投入し、
   接合局部の加熱処理が終了する誘導コイルの電力遮断に
   応動して台車を逆方向に一定速度で再び走行せしめ、該
   台車上に設けた検出器によつて再び鋼材接合境界を検出
   すると共に台車上に設けた冷却装置と該検出器間の台車
   走行方向の距離と台車走行速度から求まる時間後に台車
   駆動装置を停止する指令を発せしめ、該冷却装置が冷却
   処理すべき接合局部に位置停止されたとき該冷却装置を
   作動せしめることを特徴とする鋼材の接合部熱処理方法
   。 ３ 鋼材の接合部熱処理装置において、鋼材に沿つて一
   定速度で前進後進走行可能な台車を有し、該台車上に所
   定間隔を隔てて走行方向に接合部検出装置、誘導加熱コ
   イルおよび冷却装置を設け、該接合部検出装置の検出出
   力に応じて台車駆動制御部に停止指令を送出すると共に
   前記誘導加熱コイルおよび冷却装置に作動指令を送出す
   る制御装置を備えたことを特徴とする鋼材の接合部熱処
   理装置。