(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属コーティングを有する溶接金属管を、連続的に移動する比較的平坦な金属ストリップから以下の順序で製造する方法であって、
ａ）前記金属ストリップの少なくとも一方の面に金属コーティングを加える工程と、前記コーティングが亜鉛、アルミニウム、亜鉛合金及びアルミニウム合金からなるグループから選択されることと、
ｂ）前記ストリップを、互いに対向し、隣接し、かつ離間する複数の側縁を有する管状ストリップに形成する工程と、
ｃ）溶接継目を有する管を形成すべく前記ストリップの互いに隣接する複数の側縁を加熱し、かつ一体的に互いに溶接し、さらには前記継目を管の下側部分へ配置する工程と、
ｄ）前記管の少なくとも下側部分を前記金属コーティングの溶融温度まで再加熱し、これにより同金属コーティングが継目上を下方へ向けて流動し、同継目を被覆する工程とを含む方法。
【請求項２】
前記ストリップを中央部分から側縁へ向かうにつれて厚さが増加する金属コーティングで被覆する工程を含む請求項１に記載のコーティングが施された溶接管を製造する方法。
【請求項３】
前記管の複数の側縁を互いに溶接し、前記管を非酸化性雰囲気中で再加熱することを含む請求項１に記載のコーティングが施された溶接管を製造する方法。
【請求項４】
前記管状ストリップの複数の側縁を加熱し、かつ互いに溶接し、さらには前記管をエンクロージャ内で再加熱することと、加圧された非酸化性ガスをエンクロージャ内に連続的に案内して前記非酸化性雰囲気を維持することを含む請求項３に記載のコーティングが施された溶接管を製造する方法。
【請求項５】
前記管を再加熱後に冷却することを含む請求項４に記載のコーティングが施された溶接管を製造する方法。
【請求項６】
保護金属コーティングを有する溶接金属管を、連続する金属ストリップから以下の順序で形成する方法であって、
ａ）前記ストリップの少なくとも一方の面に保護金属コーティングを加える工程と、前記金属コーティングがストリップの溶融温度より低い溶融温度を有することと、
ｂ）前記ストリップの複数の側縁上に位置する金属コーティングを除去し、さらには各側縁に隣接するストリップの一方の面に凹面を形成することによりストリップの側縁を調節する工程と、
ｃ）前記ストリップを環状をなすオープン・シーム管に形成する工程と、前記オープン・シーム管が凹面を自身の内面上に有し、前記複数の側縁がオープン・シーム管の下側部分において互いに隣接することと、
ｄ）前記管の下側部分において継目を形成すべく、前記側縁付近においてオープン・シーム管を前記金属コーティングの溶融温度より高い温度まで加熱し、前記互いに隣接する複数の側縁を一体的に溶接し、これにより前記金属コーティングが溶融し、かつ下方へ向かって前記凹面内に流動して継目を被覆する工程とを含む方法。
【請求項７】
前記ストリップのローリング及び成形を実施する前に、側縁に隣接するストリップの互いに対向する面から金属コーティングを除去することを含む請求項６に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項８】
前記側縁に位置するストリップの一方の面に面取りされた傾斜する端縁を形成し、前記面取りされた端縁が前記凹面を形成し、次いで前記ストリップをローリング及び成形することによりほぼ環状の管を形成し、前記ほぼ環状の管が自身の下側部分に互いに隣接する側縁を有し、前記面取りされた面が前記側縁において内側へ傾斜する面を形成し、さらには管の下側部分に溶接継目を有する管を形成すべくストリップの側縁を加熱し、かつ一体的に互いに溶接し、これにより前記面取りされた端縁が継目において内側へ傾斜する面を形成するとともに、前記金属コーティングが溶融し、さらには傾斜面上を下方へ向かって継目上へ流動する請求項６に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項９】
前記ストリップの互いに隣接する側縁を溶接した後で、前記管の少なくとも下側部分を金属コーティング溶融温度まで再加熱し、次いで前記金属コーティングが溶融し、さらには内側へ傾斜する面の上を下方へ向かって流動し、さらには継目を被覆することを含む請求項８に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項１０】
前記凹面を区画すべくストリップの一方の面に側縁を貫いて開口するほぼ矩形をなす凹面を形成し、次いでストリップをローリング及び成形することにより環状の管を形成し、前記環状の管が自身の下側部分に互いに隣接する側縁を有し、前記ほぼ矩形をなす凹面がオープン・シーム管の下側部分に矩形ウェルを形成及び区画し、次いで溶接継目を有する管を形成すべくストリップの互いに隣接する側縁を加熱し、さらには一体的に互いに溶接し、そして管の少なくとも下側部分を金属コーティングの溶融温度まで再加熱し、これにより前記金属コーティングが溶融し、さらには下方へ向かって矩形ウェル内へ流動して継目を被覆する請求項６に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項１１】
保護金属コーティングを有する溶接金属管を、連続する金属ストリップから以下の順序で製造する方法であって、
ａ）前記ストリップの少なくとも一方の面に保護金属コーティングを加える工程と、前記金属コーティングがストリップの溶融温度より低い溶融温度を有することと、
ｂ）前記ストリップの複数の側縁上に位置する金属コーティングを除去し、さらには各側縁に隣接するストリップの一方の面に凹面を形成することによりストリップの側縁を調節する工程と、
ｃ）前記ストリップをローリングし、かつ成形して環状のオープン・シーム管を形成し、同オープン・シーム管が自身の内面上に凹面を有し、前記複数の側縁がオープン・シーム管の下側部分において互いに隣接することと、
ｄ）前記管の下側部分において継目を形成すべく、前記側縁付近においてオープン・シーム管を前記金属コーティングの溶融温度より高い温度まで加熱し、前記互いに隣接する複数の側縁を一体的に溶接し、これにより前記金属コーティングが溶融し、かつ下方へ向かって前記凹面内に流動して継目を被覆する工程とを含む方法。
【請求項１２】
前記ストリップをローリング及び成形する前に側縁に隣接するストリップの互いに対向する面の金属コーティングを除去することを含む請求項11に記載の溶接金属管をコーティングする方法。
【請求項１３】
前記側縁に位置するストリップの一方の面に面取りされた傾斜する端縁を形成し、次いで前記ストリップをローリング及び成形することによりほぼ環状の管を形成し、前記ほぼ環状の管が自身の下側部分に互いに隣接する複数の側縁を有し、前記面取りされた傾斜面がオープン・シーム管の互いに隣接する側縁において互いに対向し、かつ内側へ傾斜する面を形成し、そして前記側縁付近においてオープン・シーム管を加熱し、さらに側縁を互いに溶接し、次いで前記金属コーティングが溶融し、さらには互いに対向し、かつ内側へ向かって傾斜する面上を下方へ向かって流動し、さらには継目を被覆する請求項12に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項１４】
前記側縁の溶接後に前記管の少なくとも下側部分を金属コーティング溶融温度を上回る温度まで再加熱し、次いで金属コーティングが溶融し、さらには互いに対向し、かつ傾斜する面上を下方へ向けて流動して継目を被覆する請求項13に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項１５】
前記ストリップの一方の面にほぼ矩形をなす凹面を形成し、同凹面が側縁を貫いて開口し、前記凹面が溶接後に継目の両側にほぼ矩形をなすウェルを形成し、前記溶融した金属コーティングが下方へ向かってほぼ矩形をなすウェル内へ流動して継目を被覆する請求項11に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項１６】
溶接後に管の少なくとも下側部分を金属コーティングの溶融温度まで再加熱し、次いで前記金属コーティングが溶融し、さらには下方へ向かってほぼ矩形をなすウェル内へ流動して管を被覆する請求項15に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項１７】
金属コーティングを有する溶接金属管を連続する金属ストリップから以下の順序で製造する方法であって、
ａ）前記ストリップを溶融金属中に浸漬することにより前記ストリップの少なくとも一方の面に保護金属コーティングを加える工程と、前記金属コーティングがストリップの溶融温度より低い溶融温度を有することと、
ｂ）前記ストリップの複数の側縁及び同側縁に隣接するストリップの互いに対向する面から金属コーティングを除去し、さらには各側縁においてストリップの一方の面に凹面を形成する工程と、
ｃ）前記ストリップをローリングし、かつ成形して環状のオープン・シーム管を形成する工程と、前記オープン・シーム管が自身の内面上に凹面を有し、前記側縁が互いに隣接し、前記凹面が開放された凹面を各側縁に形成することと、
ｄ）溶接継目を有する管を形成すべくストリップの側縁を加熱し、さらには一体的に互いに溶接し、前記継目を管の下側部分へ配置する工程と、前記開放凹面が継目の両側に位置することと、
ｅ）前記管の少なくとも下側部分を金属コーティングの溶融温度まで再加熱する上程と、これにより金属コーティングが溶融し、さらには下方へ向かって開放凹面内に流動して継目を被覆することとを含む方法。
【請求項１８】
前記各側縁においてストリップの一方の面に面取りした傾斜面を形成し、次いでストリップをローリングし、かつ成形してほぼ環状の管を形成し、同管が自身の下側部分に互いに隣接する側縁を有し、溶接後に前記面取りした面が互いに対向し、かつ内側へ向かって傾斜する面を継目の両側にそれぞれ形成することを含む請求項17に記載の溶接金属管を製造する方法。
【請求項１９】
ストリップの一方の面に各側縁を貫いて開口するほぼ矩形をなす凹面をそれぞれ形成し、前記ほぼ矩形をなす面が溶接後に継目の両側にほぼ矩形をなすウェルを形成し、管の少なくとも下側部分を再加熱し、これにより金属コーティングが下方へ向かってほぼ矩形をなすウェル内へ流動して継目を被覆することを含む請求項17に記載の溶接金属管を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は金属コーティングを有する溶接金属管（Seamed metal tube）の改良された製造方法に関する。より詳細には、本発明は保護用金属コーティング、好ましくは亜鉛またはアルミニウムによって被覆された鉄金属からなる管を製造する連続プロセス、即ちインライン・プロセスに関する。
発明の背景
連続するストリップ、即ちスケルプから溶接鋼管を連続的、即ちインラインで形成する方法がよく知られている。従来の管成形ミル（Tube forming mill）では、連続するストリップは最初に浄化され、かつ調節される。次いで、同ストリップは管の頂部に互いにほぼ当接する複数の側縁を備えたオープン・シーム管（Open seam tube）を形成すべくロールされる。そして、複数の側縁は従来の方法のうちの１つによって互いに溶接される。従来の方法には、側縁を加熱し、次いでスクイズ・ロールを用いて側縁を互いに鍛接することと、継目をフラックス溶接（Flux welding）することのうちの少なくとも一方が含まれる。管の側縁は例えば抵抗溶接、アークまたは高周波誘導溶接によって加熱可能である。高周波誘導溶接は電気抵抗溶接の１つであり、オープン・シーム管は強力な磁場を形成する電気ワーク・コイル内に収容される。強力な磁場は管の周囲及び“Ｖ（Vee）”内に電流の流れを形成し、同“V"はストリップの側縁を互いに溶接した際に形成される。一般的にはインピーダ（Impeder）が管内に配置され、同インピーダはオープン・シーム管の互いにほぼ当接する側縁に電流を流し、同管を高温の鍛接温度まで加熱する。管の複数の側縁はスクイズ・ロールによって鍛接され、同スクイズ・ロールは一体継目を形成すべく溶融した複数の側縁を互いに接合する。
更に、インライン亜鉛メッキ及びコーティング、即ちペインティング・プロセスがよく知られている。成形及び溶接前に、ストリップ、即ちスケルプの一面若しくは両面に対して亜鉛メッキ若しくはペインティングを行うか、または溶接後に溶接管を溶融亜鉛浴内へ浸漬して同管に対する亜鉛メッキを行う。継目の溶接前にストリップを保護コーティングで被覆した場合、溶接オペレーションが管材料（一般的には鋼材）の溶融を含むため、コーティングは継目領域内において燃焼または溶融する。従って、継目における温度は2,300゜F以上であり得る。ストリップを亜鉛またはアルミニウム等の金属で被覆した場合、同金属は溶接中に溶融し、さらには管の頂部に位置する継目から離間して下方へ向かって流動する。亜鉛コーティング溶液は継目の外面のペイントにも使用される。しかし、このようなコーティングの付着力は低く、主に表面的なものである。管継目を完全に被覆し、これによって同継目を保護する前記したプロセスの失敗は、一般的に溶接領域が促進腐食試験において最初に失敗する部分であるという事実から明白である。現時点において、管の内面及び外面全体を亜鉛で被覆する商業的なインライン・プロセスは存在しない。従って、特に継目に対する改善されたコーティング・プロセスの必要性が存在する。
本発明に基づく連続式管成形プロセス及び装置は前記の問題を解決し、優れた金属コーティングを有する管を形成する。本発明に基づくプロセスは実質的なコストの増加をともなうことなく完全に被覆された溶接継目の形成を保証する。
発明の概要
前記したように、本発明は改善された管の成形及びコーティングのプロセスと装置とに関する。本発明に基づく溶接金属管の製造方法は特に連続プロセスに適している。同連続プロセスにおいて、ストリップの片面または両面は成形及びコーティング前に金属コーティングによって被覆される。従って、本発明の方法は最初に金属ストリップ、即ちスケルプの片面または両面を金属コーティング、好ましくは亜鉛、アルミニウム、亜鉛合金またはアルミニウム合金からなるコーティングによって被覆することを含む。次いで、プロセスはストリップをローリング及び成形して管状をなすストリップ、即ちオープン・シーム管を形成することを含み、同オープン・シーム管は自身の下側部分に互いに対向し、かつ離間する一方で、隣接する複数の側縁を有する。次いで、プロセスは自身の下側部分に溶接継目を有する管を形成すべくストリップの互いに隣接する複数の側縁を加熱し、かつ一体的に溶接することを含む。本発明の最も好ましい方法は下側に溶接継目を有する一体溶接管を形成すべく、互いに隣接する複数の側縁をほぼ下側へ配置した状態でストリップを誘導コイル内で連続的に移動させることによりストリップの互いに対向する側縁を誘導加熱し、次いでスクイーズ・ロールで側縁を鍛接することを含む。
次いで、本発明の方法は溶融した金属コーティングを下方へ向けて流動させ、かつ継目を被覆すべく管の少なくとも下側部分を金属コーティングの溶融温度まで再加熱することを含み得る。管の内周面上に位置する金属コーティングは下方へ向かって流動し、継目上に蓄積される。最も好ましい実施例において、オープン・シーム管は実質的な不活性雰囲気中において溶接される。そして、溶接管は溶融した継目が酸化する以前に金属コーティングの下方へ向けた継目上への流動を形成すべく不活性雰囲気中で再加熱される。これは不活性雰囲気を維持すべく管溶接及び再加熱装置をエンクロージャ内に配置し、かつ加圧された窒素または他の不活性ガスをエンクロージャ内へ注入することによって本明細書中に開示する実施例において実現される。管の外周面を金属コーティングで被覆する場合、管継目を再加熱前にスカーフィングすることが好ましい。
本発明の方法の好ましい実施例は成形前にストリップの両面を亜鉛で被覆することを含む。最も好ましい方法において、ストリップは亜鉛メッキを施す前に部分的にアーチ状に成形される。アーチ状をなすストリップの中央から側縁へ向かって厚みが増加するコーティングを形成すべく亜鉛コーティングの厚みが制御される。しかし、溶接を可能にすべく側縁にはコーティングを施さない。従って、金属コーティングは亜鉛メッキ後に側縁調節を行うことにより側縁から除去される。側縁調節は側縁にスリットを形成するか、または側縁のコーティングを除去することを含む。金属コーティングの厚みが側縁に向かって増加する場合、溶接後、特に側縁を不活性雰囲気中において溶接した後に、再加熱をともなうことなく金属コーティングの再流動を継目上で形成し得る。
本発明に基づく連続式管成形及びコーティング・プロセスの利点及び特徴は以下に開示する実施例、請求の範囲及び以下に概略を説明する図面から更に完全に理解し得る。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明に基づく連続式管成形及びコーティング・プロセスの好ましい実施例の流れ図である。
図２は図１に示す予備成形後のストリップの２−２線における横断面図である。
図３は図１に示す亜鉛メッキ・タンクの出口に位置するガス成形ノズルの３−３線における横断面図である。
図3Aは図１に示す側縁調節後におけるストリップの3A−3A線における横断面図である。
図４は図１に示すプロセスによって形成された管状ストリップ、即ちオープン・シーム管の４−４線における横断面図である。
図５は図３に示す成形ノズルの縦断面図である。
図６は内部シールを有する継目溶接ステーション内に挿入された管の部分斜視図である。
図７は誘導溶接装置の部分斜視図である。
図８はスクイーズ・ロールによる管成形工程を示す正面図である。
図９は図１の不活性ガス・チャンバ内に位置するスカーフィング装置の部分縦断面図である。
図10は本発明のプロセスとともに使用し得る別の実施例に基づく管溶接及び継目コーティング装置の部分縦断面図である。
図11はストリップ上にパターンをロールする任意の側縁調節装置内に位置する部分的に成形されたストリップの横断面図である。
図12は図10に示す装置の12−12線における横断面図である。
図13はガス補助式継目コーティング装置の平面図である。
図14は本発明のプロセスに使用可能な誘導溶接インピーダの縦断面図である。
図15は図14に示すインピーダの14−14線における横断面図である。
図16は図14に示すインピーダの正面図である。
図17は図14に示すインピーダの16−16線における横断面図である。
図18は側縁調節後のストリップの側縁を示す部分横断面図である。
図19は側縁調節後における本発明の第２実施例に基づくストリップの側縁の部分横断面図である。
図20は図18に示すように側縁調節が行われたストリップから形成された溶接管の部分横断面図である。
図21は継目上での金属コーティングの再流動後における図20に示す溶接管の部分横断面図である。
本発明に基づく管成形及びコーティング・プロセスの好ましい実施例の説明図１の流れ図及び前記の説明から明らかなように、本発明に基づく管成形及びコーティング・プロセスはエンドレスの長さを有する未加工ストリップ鋼、即ちスケルプの加工に部分的に適しており、同スケルプは常には連続式管成形ミルにおいて加工される。しかし、本明細書中に開示する改善は予備コーティングが施されたストリップにも使用可能であり、同予備コーティングでは加工前にストリップの片面または両面に金属コーティングが施される。更に、本明細書中に開示する改善はバッチ、即ち非連続プロセスでも使用できる。しかし、本発明のプロセスを図１に示す連続プロセスに関連して以下に詳述する。
金属ストリップ、即ちスケルプ、好ましくはストリップ鋼20は管成形ミル内ヘコイル22として供給され、同コイル22は送り出しリール24上に配置されている。コイルは連続式管成形ミルが必要とするリール24上での自由回転を提供すべく取り付けられている。当業者にとって自明であるように、ストリップはミルによって一定速度でほぼ連続的に加工される。ミルにおいてフラット・ストリップ、即ちスケルプ20を使用することの利点はストリップと、比較的一定の速度で回転する成形及びサイジング・ロールとの間の係合によって主に実現される。従って、ストリップ20は送り出しリール24からミル内へ案内される。
ストリップ鋼からなる各コイル22の長さは比較的短時間でミル内に供給されるため、１つのコイルの端部を別のコイルの端部に接続する手段を提供する必要があり、これは接合ステーション26において実現される。接合ステーション26では、ミル内において加工されるコイルの端部は直角をなす端部を形成すべく剪断または切断される。次いで、端部は次のリールの前端部に溶接される。剪断及び溶接を実施すべくコイルの終端を保持する一方で、ミルに対してストリップを連続的に供給する十分な長さを有するループ状ストリップからなる従来のアキュムレータ28が提供されている。当業者にとって自明なように、ループは自由回転可能に取り付けられた一連のロール（図示略）に対してストリップを供給することによって形成し得る。接合完了後、ストリップは次のリールを使い尽くした際に更に別の接合オペレーションを実施すべくアキュムレータ・ロール上へ送り出される。
スケルプからなるコイルは油及び他の汚染物質を常には含むミル内へ案内されるため、一般的にはストリップをコーティング前に浄化及び準備する必要がある。本実施例において、これは浄化ステーション30で行われる。一般的なアプリケーションにおいて、ストリップは交互に実施されるアルカリ洗浄及び燐酸洗浄並びにこれらの中間で行われる水によるリンスによって浄化及び準備される。本発明のプロセスにおいて、さらにストリップは乾燥される。浄化されたストリップに対して亜鉛メッキを施し得る。
本発明に基づくプロセスの実施例において、ストリップは予備成形ステーション32へ送られる。予備成形ステーション32は複数のロール34を有し、同ロール34はストリップを図２の20aに示すアーチ状に成形する。前記したように、例えばクレングル他に付与された米国特許第3,696,503号において、ストリップは一連の成形ロールによって成形される。一連の成形ロールはストリップをアーチ状に成形するために十分な形状及び数量のロールを有する。そして、成形ロールはストリップを所望の形状に変形すべく僅かに凸状をなしており、さらにはストリップの頂面に係合するロールと、僅かに凹状をなす下側ロールとを含む。次いで、ストリップは図２の符号20aに示す所望の形状に成形されるまで前のロールより更に大きな曲率半径を有する一連の互いに対向するロールによって成形される。図２に示す方法によってストリップを成形することにより、表面に付着する亜鉛の総量はストリップの表面に強力に付着した所望の厚み、良好な被覆及び良好な外観を有するコーティングを得るのに必要な量となる。
次いで、アーチ状ストリップ20aは前記のクレングル他に付与された米国特許に開示されるように亜鉛メッキ・タンク34内へ送られ、溶融亜鉛内に浸漬される。アーチ状をなすストリップの表面に形成された亜鉛コーティングは、亜鉛コーティングの厚みを中央から側縁へ向けて増加させるべくストリップの側縁に向かって下方へ流れる。本発明の最も好ましい方法において、亜鉛コーティングは亜鉛メッキ・タンクの出口に隣接して配置された不活性ガス成形ノズル36によってさらに成形される。ガス成形ノズル36の適切な実施例を図３及び図５に示す。ノズルは軸方向及び半径方向にそれぞれ延びるガス・チャンバ38を含む。ガス・チャンバ38はほぼシリンダ状をなす入口部分40と、収束する円錐形側壁によって形成された円錐部分42とを含む。窒素等のガスが加圧下において注入口44を通じてガス・ノズルの入口40へ案内される。ガスは出口部分38を通じて加速され、さらにはアーチ状をなすストリップ20aの上下にそれぞれ位置する絞り開口46から吐出される。図３に示すように、ストリップ20aの中央部分に隣接する吐出開口46はストリップの側縁48に隣接する開口より小さい。従って、液体亜鉛は側縁48に向けて外方及び下方へ吐出され、これによりコーティングの厚みが中央部分から側縁48に向かって増加するようにストリップ上の亜鉛が成形される。バッフル50はストリップの幅に沿った位置においてノズルから吐出されるガスの速度を制御するために使用できる。前記したように、ストリップ上の亜鉛コーティングを成形する目的は継目の溶接、コーティング及び保護の後に継目上を流れる十分な量のコーティングを保証することにある。ここに開示するコーティングの成形における要件は、ラインの速度、亜鉛コーティングの厚み、亜鉛メッキ浴から離間するストリップの温度、ストリップの形状等を含む幾つかの要因に基づく。当業者にとって自明なように、本明細書中に開示するコーティングの成形はコーティング全体の厚みを低減する。しかし、ストリップの予備成形またはコーティングの成形は全てのアプリケーション、特に、更に厚い金属コーティングを使用するアプリケーションにおいて必要ない場合がある。更に、本発明のガス成形ノズルを使用することによりストリップをアーチ状に予備成形することなくコーティングを成形し得る。
従来のミルでは、管の適切なサイジングを実施するためにストリップの各側部に側縁を提供し、さらには継目を形成する互いに隣接する側縁に対して新鮮な切断金属を提供すべくリール上に取り付けられたストリップ20は管の形成に必要な幅より僅かに長い幅を有している。ストリップの側縁は亜鉛メッキ・タンク34内において亜鉛によって被覆される。この結果、特にオープン・シーム管の側縁を誘導溶接によって接合する場合、溶接前に亜鉛を側縁から除去することが望ましい。直角をなす側縁の切断に使用し得る従来のエッジ・シェーバーまたはスリッタを側縁調節ステーション54において使用できる。鍛造アップセット（Forged upset）に対する逃げ面を提供し、さらには以下に詳述する溶接オペレーションにおける側縁間の良好な溶接を保証すべく面取りされた側縁を提供することが好ましい。図3aは側縁調節後のストリップを示している。同ストリップにおいて、亜鉛コーティングはアーチ状ストリップの側縁48から除去されるとともに、亜鉛コーティング56は中央部分から側縁48に向かって厚みを増加している。
次いで、アーチ状の金属ストリップ20aは成形ステーション58において互いに隣接し、かつ対向する側縁を有する管状ストリップ、即ちオープン・シーム管20bを形成すべくロールされる。金属ストリップはロール間を通過する際に連続的にオープン・シーム管へと成形される。ロールは垂直方向に延びる軸及び水平方向に延びる軸（図示略）上に従来の方法に基づいて回転可能に支持されている。しかし、従来の管成形ミルにみられるような上方へ向けたストリップの側縁の変形または湾曲を行う代わりに、本発明に基づく連続式管成形及びコーティング・プロセスでは、管の成形時にストリップの側縁は相互に接近する方向へ向けて下方及び内側へ変形及び折り曲げられる。次いで、ストリップの複数の側縁はオープン・シーム管20bの下側部分において互いに隣接するまでロールされる。しかし、この際、互いに隣接する側縁は図４に示すように僅かに離間している。次いで、オープン・シーム管20bは管溶接ステーション62内に収容される。管溶接ステーション62において、ストリップの側縁が溶接される。
本発明に基づく管溶接装置の好ましい実施例では、オープン・シーム管20bの互いに対向する側縁を加熱すべく高周波誘導が使用される。図１及び図７に示すように、誘導溶接装置はワーク・コイル64を含み、同ワーク・コイル64は高周波交流電源に接続されている。ワーク・コイル64は強力な磁場を形成し、同磁場はワーク・コイルに隣接するオープン・シーム管内を流れる電流を誘導する。インピーダ66はオープン・シーム管20b内に位置する。インピーダ66はサポートまたはブラケット部分76を含む。ブラケット部分76はオープン・シーム管20bの互いに対向する側縁48間を下方へ向かって延びている。従来の誘導溶接インピーダは１つまたは複数のフェライト・ロッドを被覆する非金属管からなる。水またはミル・クーラントは磁気ヒステリシス損失及び渦電流損失によって形成された熱を排除すべくフェライト・ロッド表面に沿って循環される。誘導溶接に使用される周波数（200〜800kHz）において、電流は管の周囲と、ストリップの互いに隣接する側縁によって形成される“V"とに沿って流れる。これにより側縁は高温の鍛接温度まで加熱される。この際、側縁は少なくとも部分的に溶融する。次いで、側縁は図８に示すようにスクイーズ・ロール68によって互いに鍛接され、一体継目71を形成する。ストリップが鋼からなる場合、側縁の温度は約2,300゜Fまたはそれ以上となる。図１及び図９に示すように、溶接管はスカッフィング工具70上を搬送される。スカッフィング工具70はバリ72を継目の外面から除去する。バックアップ・ローラ74は管の反対側表面に係合し、スカッフィング工具70が形成する圧力を打ち消している。
本発明の好ましい管溶接及びコーティング・プロセスにおいて、オープン・シーム管の側縁は実質的な不活性雰囲気中において溶接される。図１に示す管溶接ステーション62において、溶接装置はエンクロージャ78内に配置されている。図６に示すように、オープン・シーム管20bは不活性ガス・シール80内を通ってエンクロージャ内に挿入される。図６に示すように、不活性ガス・シールはオープン・シーム管20bを受け止める内側プラグ82を含む。内側プラグ82は強化ナイロン等の耐摩擦性を備えた熱硬化性プラスチックまたはセラミックから形成し得る。プラグの本体部分84は管内面に密接すべくオープン・シーム管の内径にほぼ等しい外径を有する実質的な円柱である。プラグ82は比較的薄い半径方向支持部86を含む。半径方向支持部86はオープン・シーム管の側縁間に収容される。ガス・ポートは支持部86を貫通してプラグ本体部分84内に延びるとともに、不活性ガス、好ましくは窒素をオープン・シーム管内に吐出する吐出口90を有している。管路92（図１参照）は不活性ガス94の供給源をガス・プラグの支持部分86内に位置する注入口に対して接続する。繊維、セラミックまたはプラスチックからなる外側シール96はオープン・シーム管20bの外周面に密接して同管20bを収容している。外側シール96はオープン・シーム管20bがエンクロージャ78内の不活性雰囲気中に挿入された際に同管20bに対するシールを形成する。更に、窒素ガスはエンクロージャ78内に実質的な不活性雰囲気を形成すべく管路98を通じて同エンクロージャ78内に注入される。図９に示すように、管から削り取られたバリ72はエンクロージャ78の外側へ延びる管100内へ案内される。不活性ガスはバリをオープン・シーム管から削り取る際にエンクロージャ78内の不活性雰囲気を維持すべく管路102を通じて管100内に注入される。以下に更に詳述するように、不活性ガスはインピーダのブラケット76に接続された管路104を通じてインピーダ内に注入される。本実施例において、管を不活性雰囲気を含むエンクロージャ78内へ挿入する以前に同管は暖かい空気をオープン・シーム管20b内へ吐出するエア・ブロワ106によって乾燥及び浄化される。ブロワは管を乾燥し、かつ互いに離間する側縁48間を介して小さな堆積物を管から吹き飛ばす。
前記したように、管表面の金属コーティングはワーク・コイル64が形成する鍛接温度によって溶接領域で溶融または燃焼される。更に、溶接継目の表面は比較的粗く、コーティングが困難である。管を溶接後に亜鉛メッキする場合、継目が常には管の頂部に配置されるため、亜鉛コーティングは管を亜鉛浴から取り出す際に継目から流出する傾向にある。しかし、図４に示すように、本発明に基づく管溶接及びコーティング・プロセスでは、互いに隣接する側縁48は管のほぼ底部に位置している。この結果、溶接プロセスにおいて溶融した亜鉛は継目上を下方へ向かって流動し、継目を溶融亜鉛で再コーティングする。亜鉛コーティングの厚みが継目付近で増加している場合、溶接プロセスにおいて溶融した亜鉛はコーティングの厚み、管の直径及びラインの速度に基づいて再加熱をともなうことなく継目を十分に再コーティングする。しかし、他のアプリケーションでは、金属コーティングを下方へ向けて継目上へ流動させるために金属コーティングを再度溶融する必要がある。従って、図１に示す管溶接装置62は誘導コイル110を含み、同誘導コイル110は溶接管20cの少なくとも下側部分を再加熱し、少なくとも継目付近の亜鉛を溶融する。継目が管の下側部分に位置するため、溶融亜鉛は継目の内面及び外面上を下方へ向かって流動し、かつ管の底部に堆積し、これによって保護亜鉛膜によって継目70がコーティングされる。
本明細書中における再加熱は、溶接管20cの温度を維持することと、金属コーティング、好ましくは亜鉛の溶融温度を越える温度まで管の下側部分を補足的に加熱することのうちのいずれかを含み得る。オープン・シーム管20bはインピーダを使用することなく誘導コイルによって鍛接前に加熱し得る。この場合、オープン・シーム管の側縁48に対する加熱効果は低いが、側縁から離間する管の下側部分を金属コーティングの溶融温度より更に高い温度まで加熱し得る。管の直径及びラインの速度に基づいて、継目上に金属コーティングを流動させる更なる加熱を削除できる。これに代えて、溶接温度を例えば図10の符号160に示す平行誘導コイルを用いて維持できる。しかし、誘導コイル110を継目に隣接して配置する限りにおいて、継目を管の下側半分の任意の位置に配置してもよい。しかし、継目は管の下側３分の１の領域内に配置することが更に好ましい。次いで、溶接管20cはシール112を通過して不活性雰囲気チャンバ78から搬出される。シール112は前記したように不活性ガス・シールであり得る。
次いで、管を冷却チャンバ114内において冷水または他のクーラント内に浸漬することにより同管を冷却し、さらには管上の金属コーティングを凝固させる。円柱プラグ114は係留具（Tether）116によってインピーダの端部に取り付けられている。同円柱プラグ114により、溶接装置62内に位置する管からの不活性ガスの漏出が防止されている。プラグ114はナイロン等の耐摩擦性を備えた熱硬化性プラスチックから形成可能である。更に、プラグ114は冷却後におけるプラグの損傷を回避すべく誘導コイル110から下流側へ十分離間した位置に配置することが望ましい。
冷却後に、管20cは複数のサイジング及び矯正ロール120を含む最終サイジング・ステーション118へ搬入される。その後、符号122においてクロム酸塩水溶液が管に浴びせられ、次いで同管はリンスされる。これにより管は最終仕上げ前に浄化される。従来の管ミルでは、符号124において管に対する製品識別記号及び顧客の要望に基づくマークが印される。次いで、クリア・ラッカー・コートまたは他の保護膜がODペイント・ステーション126において加えられる。次いで、誘導加熱コイル128を管の乾燥に使用し得る。そして、管は切断ステーション130において最終的に長尺物に切断される。
図10、図12及び図13は溶接継目の再コーティングを更に改善し得る誘導溶接装置の別の実施例を示す。図示していないが、図１において詳述したように誘導溶接装置は不活性雰囲気中に配置することが好ましい。管の内部及び周囲に位置する不活性雰囲気は継目の酸化を低減し、これにより金属コーティングを改善する。インピーダ140はブラケット部分142を有するオープン・シーム管20b内に位置する。ブラケット部分142は前記したようにストリップの互いに隣接する側縁間を下方へ向かって延びている。不活性ガス、好ましくは窒素は加圧下にある非酸化性ガス供給源148から管路146を通ってインピーダのブラケット部分142へ注入される。図13〜図16に基づいて以下に詳述するように、窒素ガスはインピーダ140内を通ってインピーダの自由端150へ送られ、さらには同自由端150から溶接領域上へ吐出される。溶接領域では、オープン・シーム管の溶融する側縁がスクイーズ・ロール152によって鍛接及び溶接される。本実施例において、継目の内面をローラ組立体154によってロールすることにより、同継目の内面は平滑化され、かつ平坦になる。ローラ組立体は上部円筒ロール156及び下部円筒ロール158を含む。上部円筒ロール156及び下部円筒ロール158は継目70の内面をロールし、かつ平坦にすべくそれぞれ管の頂面及び底面に対して付勢される。
次いで、溶接管20cは誘導コイル160によって金属コーティングの溶融温度まで再加熱される。前記したように、誘導コイル160は継目に隣接して配置され、金属コーティングの溶融に十分な温度まで管を加熱する。これにより、金属コーティングは継目の内面及び外面上を下方へ向かって流動し、同継目をコーティングする。管に対して亜鉛メッキを施す最も好ましい実施例において、継目付近の管は少なくとも420℃まで加熱される。図10、図12及び図13に示す装置では、不活性ガス、好ましくは窒素は継目に向かって管20cに沿って流れ、これにより溶融亜鉛は下方へ向かって継目上へ流動される。図12に示すように、窒素マニホルド162は管内においてローラまたはホイール164上に支持されている。マニホルド162は複数の概ね下方へ配向された開口166を含む。開口166は加圧された窒素ガスを矢印166によって示すように継目70へ向けて下方へ吐出する。更に図12に示すように、誘導コイル160はエプロン170の下側に位置しており、同エプロン170は誘導コイルを保護するとともに、不活性ガスを管の外周面に沿って案内する。図13に示すように、本実施例では、概ね下方へ向かって突出し、かつ互い違いに配置された複数のノズルは、窒素ガス・マニホルド管174に接続されている。ノズルは互いに対向するガス流の形成を回避すべく互い違いに配置してよい。しかし、ノズルを互いに対向するよう配置してもよい。本実施例において、誘導コイル160はエプロン170内に配置されており、同エプロン170は互い違いに配置された吐出口178を更に有する。吐出口178は管の底面に向けて不活性ガスを上方へ案内する。この結果、溶接継目70の外面に沿って下方へ向けて溶融亜鉛を流動させる不活性ガスのシートが形成される。前記したように、この装置はエンクロージャ内へ配置することが望ましい。エンクロージャには窒素ガスが充填されており、同窒素ガスは溶接部及び溶融亜鉛の酸化を防止し、溶接部に対するコーティングの良好な付着を保証する。円柱プラグ180は係留具182によってマニホルド162の端部に接続されている。プラグ180は管の内周面を不活性雰囲気中に維持すべく窒素ガスの流出を抑制している。
図11は溶接継目へ向けた溶融亜鉛の流動を案内する別の手段を示す。図11に示すように、アーチ状ストリップ20aはローラ184及びローラ186の間に収容される。内側ローラ186はヘリング・ボーン・パターンを有しており、同へリング・ボーン・パターンは継目の両側において、ストリップの内面に対してヘリング・ボーン・パターン188を形成する。ローラ184,186は成形ステーション58の始めに配置するか、または側縁調節ステーション54内に配置し得る。図４に示すように、管をロールしてオープン・シーム管20bを形成した場合、ヘリング・ボーン・パターンはオープン・シーム管の互いに隣接する内側縁48に隣接して位置する。従って、ヘリング・ボーン・パターンは溶融亜鉛を継目に向けて案内し、継目上における亜鉛の流動を改善する。
図14〜図17はインピーダ200の好ましい実施例を示す。インピーダ200は本発明の管成形及びコーティング・プロセスにおける使用が可能である。インピーダ200は外部ケーシング202を有しており、同外部ケーシング202は非金属であって、かつ非導電性の磁気透過性材料から形成されている。図15に示すように、外部シェル202の内部には、第１の外側管状チャンバ204が形成されている。同チャンバ204はフェライト・ロッド206を含む。フェライト・ロッド206は外部ケーシング202に隣接することが好ましい。インピーダに関する本実施例では、複数のフェライト・ロッド206はシェル202に隣接して環状に配置され、かつ半径方向に離間している。フェライト・ロッドは非導電性金属材料からなるクレードル208内に支持されている。図15に示すように、耐熱性を備えた熱硬化性プラスチックからの形成が可能なクレードルは外側チャンバ204を外側部分208及び内側部分210に分割する。水または軽油等の液体クーラントはフェライト・ロッドの周囲を循環される。この循環を実現すべくブラケットまたは支持部214内に位置する１つの注入口212へ加圧されたクーラントが注入され、同クーラントは外側チャンバ208内へ注入される。次いで、クーラントはケーシングの自由端216を通って循環される。同自由端216において、クーラントはチャンバ204の内側部分210と、ブラケットまたは支持部分214内の排出口218とを通って還流する。クーラントは管の誘導溶接時に加熱されたフェライト・ロッドから熱を除去する。加圧された不活性ガス、好ましくは窒素はブラケット部分の内部に位置する複数の内側注入口220内へ注入される。次いで、不活性ガスは管224の端部に位置するチャンバ220内を流動する。軸方向に延びる管224はシェル202の自由端216を貫通して延びるとともに、前記したように管の内部へ不活性ガスを注入する。クーラント注入口212は管路226によってクーラント・タンク228に接続されている。従来のポンプ230はクーラントを前記したようにインピーダを通じて送る。戻り流路232はクーラントをタンク228へ戻す。
図18は図１に示すステーション54での側縁調節後におけるストリップ20の側縁48の好ましい実施例を示す。金属コーティング56、好ましくは亜鉛は金属ストリップ20、好ましくは鋼の側縁を露出すべく鎖線によって示された側縁48から除去される。図18に示す側縁48の好ましい実施例では、内側縁300を角度アルファで切断することが好ましい。これにより、金属ストリップの三角形部分302と、亜鉛コーティング56Aとが除去される。端または側縁304はストリップに対して直角に切断され、外面306が露出される。本明細書中における“内側”とは管の内周面を形成するストリップの面を指し、“外側”とは管の外周面を形成するストリップの面を指す。
本実施例において、ストリップ20の内面及び外面を被覆する金属コーティングは側縁304に隣接する鋼製ストリップを露出すべく除去することが好ましい。これにより、溶接時に燃焼または蒸発する金属コーティング56の量が更に少なくなる。端304は良好な溶接を保証すべく直角をなし、かつ露出されることが好ましい。以下に更に詳述するように、端304に隣接する内面300は溶融したコーティング金属が管内の溶接部または継目上を下方へ向かって流動する際に、同金属コーティングを収容する内側凹部またはウェルを管内に有することが好ましい。前記したように、ストリップ20は平坦であるか、または図２に示すアーチ形状20aへと予備成形し得る。
図19はストリップ20の側縁448の別の好ましい実施例を示す。図18において詳述したように、ストリップ20の内面及び外面を被覆する金属コーティング456Aは端404に隣接する鋼製ストリップを露出すべく除去されることが好ましい。これにより、溶接時に燃焼または蒸発するコーティング456の量が更に少なくなる。しかし、図19に示す実施例では、金属コーティング456は側縁448に向かって厚みが増加する。この様子は図19においてある程度誇張されている。前記したように、これにより本発明のプロセスにおいて更に多量のコーティング金属が溶接継目上を再流動することになる。金属コーティングの所望の全体的な厚みは符号456Bに鎖線で示す。前記したように、露出面400が溶融したコーティング金属を収容するウェルまたは凹部を溶接継目付近に形成するよう部分402は側縁調節ステーション54（図１参照）において鋼製ストリップから除去される。端404は良好な溶接を保証すべく相対的に平坦であり、かつストリップ20の内面及び外面をほぼ結ぶことが好ましい。更に、外面406は前記したように金属コーティングの蒸発を抑制すべく露出されている。
図20は溶接後の管20cの継目71付近を示す。図20に示す溶接管20cは図20に関連して詳述したように溶接継目71に隣接する面取りされた面または内側に向かって角度が付けられた面300を有するストリップから形成されている。当業者にとって自明なように、スクイーズ・ロール68（図１及び図８参照）を使用して溶融した側縁304を鍛接することにより管の内面及び外面上に直立するバリが形成される。外側バリ312はスカーフィング工具70によって除去される。しかし、内側バリ310は従来の手段ではスカッフィングまたは除去できない。前記したように、内側バリ310の高さは図18において符号300で示すように側縁に隣接する内面を面取りするか、または図19において符号400で示すように厚みを減少させた部分を提供することによって低減し得る。更に、面取りした面300はコーティング56の溶融した金属を継目71の直立部分310へ向けて下方へ案内し、さらには溶融金属を収容するウェルを提供する。
図21は金属コーティング、好ましくは亜鉛が溶接継目71上において再流動した後における管20cの横断面図である。図21の符号56Cに示すように、コーティング56は管の内側に位置する互いに対向するとともに、内側へ向かって傾斜する面300上を下方へ向けて流動し、さらには凹部またはウェル内に蓄積されて継目を被覆する。符号56Dに示すように、亜鉛コーティングは管の外面上を下方へ向けて同様に流動し、継目の外面を被覆する。図11に基づいて詳述したように、ヘリング・ボーン・パターンが管の内面上に形成されている場合、ヘリング・ボーン・パターンは側縁調節後に面取りされた面300上に形成される。図21において示したように、コーティングが継目上を下方へ向けて流動するように管を亜鉛または他の金属コーティングの溶融温度を越える温度まで再加熱可能である。更に、溶融金属は例えば図12に示す不活性ガス圧力を用いて下方へ向けて流動させ得る。
亜鉛メッキ後に、継目を管の底部に配置して行われる管の成形及び溶接は、特別なコーティング装置を要することなく継目の内面及び外面の被覆を提供する。以上、管の再加熱、不活性ガスを用いた溶融亜鉛の流動、及び母材内での流路の形成を含む溶融亜鉛を継目上で流動または案内する幾つかの手段を開示した。これらの手段は管の寸法、ミルの速度、管及びコーティングの材料、溶接温度等といった特定アプリケーションのパラメータに基づいて単独または組み合わせて使用できる。更に、本発明に基づく管成形及びコーティング・プロセスに対する各種の変更を本発明の請求の範囲内において行い得る。また、図11に示すヘリング・ボーン・パターンに加え、または同へリング・ボーン・パターンに代えて、継目への溶融金属の流動を案内すべく継目に隣接する管の内面及び外面に対して混合パターンを加え得る。更に、図12に示す内部ガス・マニホルド162は同じく図12に示す外部ガス・システムをともなうことなく使用できる。更に、管を放射放熱器を含む適切な手段を用いて再加熱し得る。最期に、管は例えば抵抗溶接またはフラックス溶接を含む他の従来の手段を用いて溶接できる。
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図２０】
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【図１４】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２１】
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