(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯板を管状体に成形する途中で管状体に粉粒体を供給し、管状体の両エッジ面を高周波溶接により接合し、粉粒体が充填された溶接管を縮径し、巻き取る粉粒体充填管の製造方法において、成形工程から巻取り工程までの製造工程が連続しており、実機の運転実績または実験により非破壊探傷試験の割れの検出結果と溶接入熱量との関係をあらかじめ求め、割れの発生しない基準入熱量を設定し、溶接速度を一定に保ち、製造ラインを走行中の縮径した粉粒体充填管の溶接部の割れを粉粒体充填管の巻取り前に非破壊探傷試験し、割れが検出されると割れ検出信号を出力し、製造ラインを停止することなく前記割れ検出信号に応じて割れの検出結果に基づき溶接電流の調節で溶接入熱量を調整することを特徴とする粉粒体充填管の製造方法。
【請求項２】
金属帯板を管状体に成形する途中で管状体に粉粒体を供給し、管状体の両エッジ面を高周波溶接により接合し、粉粒体が充填された溶接管を縮径し、巻き取る粉粒体充填管の製造方法において、縮径工程が１次縮径工程と２次縮径工程とからなり、成形工程から巻取り工程までの製造工程が連続しており、実機の運転実績または実験により非破壊探傷試験の割れの検出結果と溶接入熱量との関係をあらかじめ求め、割れの発生しない基準入熱量を設定し、溶接速度を一定に保ち、製造ラインを走行中の２次縮径した粉粒体充填管の溶接部の割れを粉粒体充填管の巻取り前に非破壊探傷試験し、割れが検出されると割れ検出信号を出力し、製造ラインを停止することなく前記割れ検出信号に応じて割れの検出結果に基づき溶接電流の調節で溶接入熱量を調整することを特徴とする粉粒体充填管の製造方法。
【請求項３】
溶接速度を基準として縮径速度および巻取り速度を調整する請求項１または２記載の粉粒体充填管の製造方法。
【請求項４】
非破壊探傷試験による割れの検出が渦流探傷試験である請求項１または２記載の粉粒体充填管の製造方法。
【請求項５】
非破壊探傷試験による割れの検出が粉粒体充填管の全長にわたって行われる請求項１または２記載の粉粒体充填管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は炭素鋼、ステンレス鋼、銅合金、アルミニウム合金その他の金属管に粉粒体を充填した粉粒体充填管の製造方法に関する。
【０００２】
ここで、粉粒体とは溶接用フラックス、酸化物超電導材、溶鋼用添加剤等の粉粒体をいう。
【０００３】
【従来の技術】
粉粒体充填管の一つとして溶接用フラックス入りシームレスワイヤがあり、以下この溶接用フラックス入りシームレスワイヤを例として説明する。
【０００４】
この溶接用フラックス入りシームレスワイヤ（以下、フラックス入りワイヤという）の製造では、帯鋼を所要の幅でスリッティングし、スリット後の帯鋼を成形ロールによりＵ字形からＯ字形に漸次成形する。この成形途中でＵ字形帯鋼の長手方向に沿った開口からフィーダによりフラックスを帯鋼谷部に供給する。ついで、Ｏ字形に成形すると同時に、開口の相対するエッジ面を溶接により接合し、引き続いて縮径する。さらに必要に応じて焼鈍したのちフラックスが充填された管を所望の径に伸線、巻き取って製品とする。上記溶接法として高周波誘導溶接法、高周波抵抗溶接法等の高周波溶接が広く用いられている。これらの溶接法は、いずれもほぼＯ字形に成形したところで、高周波電流により発生するジュール熱により開口のエッジ面を溶融温度まで加熱し、相対するエッジ面を一対のスクイズロールにより圧接する。このようなフラックス入りスワイヤの製造方法として、たとえば特開昭６０−２３４７９５号公報、あるいは特公平４−６０７５８号公報で開示されたフラックス入りワイヤの製造方法がある。
【０００５】
フラックスを充填し、溶接した管を圧延、伸線等により縮径する際に、管外皮に割れが発生することがある。縮径時の割れはそのまま製品すなわち溶接用フラックス入りワイヤに持ち込まれ、溶接作業性を劣化させる。この割れの主要な原因は、高周波溶接工程での不適切な入熱量であることが知られている（たとえば、特開平５−３９４号公報参照）。
【０００６】
上記公報に図示されているように、製造設備に供給された金属帯板から所要径に縮径された粉粒体充填管まで連続した状態で、フラックス入りスワイヤを製造することが行われている。フラックス入りスワイヤを連続製造している間、成形、溶接、および縮径条件は一定に保たれる。したがって、溶接条件が不適切で溶接部に欠陥が発生すれば、１ロット分の製品すべてが不合格となり、多量のスクラップが発生するおそれがある。スクラップの発生を防ぐため、溶接部の良好な溶接管のみを縮径することも試みられている。この場合、通常の操業状態で成形機の運転を急停止し、フラックスを充填した、縮径工程前の溶接管を一部切り出し、密着偏平試験を行っている。溶接部が良好と判断されたロットの溶接管は次の縮径工程に送り、不良と判断されたロットの溶接管はスクラップとしている。また、溶接部が不良と判断された場合、溶接欠陥の状況に応じて高周波溶接条件を調整している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
成形、溶接、縮径など工程が連続している場合、上述のように多量のスクラップが発生するおそれがある。また、成形機の運転を急停止し、試料を切り出して密着偏平試験する場合、製造工程が中断し、生産性が低下していた。また、密着偏平試験で不合格となれば、巻き取った１コイルすべてがスクラップとなり、歩留りの低下を招いていた。さらに、密着偏平試験で合格しても、溶接部に残留した微小な欠陥が管の縮径サイズが小さくなるに従って管長手方向に延び、製品サイズではもはや無視できない程度の長さとなることもあった。
【０００８】
この発明は、生産性および製品歩留りの向上を図ることができる粉粒体充填管の製造方法を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の第１の粉粒体充填管の製造方法は、金属帯板を管状体に成形する途中で管状体に粉粒体を供給し、管状体の両エッジ面を高周波溶接により接合し、粉粒体が充填された溶接管を縮径し、巻き取る粉粒体充填管の製造方法において、成形工程から巻取り工程までの製造工程が連続しており、実機の運転実績または実験により非破壊探傷試験の割れの検出結果と溶接入熱量との関係をあらかじめ求め、割れの発生しない基準入熱量を設定し、溶接速度を一定に保ち、製造ラインを走行中の縮径した粉粒体充填管の溶接部の割れを粉粒体充填管の巻取り前に非破壊探傷試験し、割れが検出されると割れ検出信号を出力し、製造ラインを停止することなく前記割れ検出信号に応じて割れの検出結果に基づき溶接電流の調節で溶接入熱量を調整する。
【００１０】
この発明の第２の粉粒体充填管の製造方法は、金属帯板を管状体に成形する途中で管状体に粉粒体を供給し、管状体の両エッジ面を高周波溶接により接合し、粉粒体が充填された溶接管を縮径し、巻き取る粉粒体充填管の製造方法において、縮径工程が１次縮径工程と２次縮径工程とからなり、成形工程から巻取り工程までの製造工程が連続しており、実機の運転実績または実験により非破壊探傷試験の割れの検出結果と溶接入熱量との関係をあらかじめ求め、割れの発生しない基準入熱量を設定し、溶接速度を一定に保ち、製造ラインを走行中の２次縮径した粉粒体充填管の溶接部の割れを粉粒体充填管の巻取り前に非破壊探傷試験し、割れが検出されると割れ検出信号を出力し、製造ラインを停止することなく前記割れ検出信号に応じて割れの検出結果に基づき溶接電流の調節で溶接入熱量を調整する。
【００１１】
図１は上記粉粒体充填管の製造方法の工程を示している。図１に示すように金属帯板Ｓを管状体に成形１する途中で管状体に粉粒体を供給２し、管状体の両エッジ面を高周波溶接３により接合する。ついで、粉粒体が充填された溶接管Ｐを縮径４し、非破壊探傷試験８を行い、巻取り９を行う。第１の発明では縮径工程は１次縮径５のみであり、１次縮径５後に非破壊探傷試験８を行う。また、第２の発明では１次縮径５および２次縮径７を行い、２次縮径７後に非破壊探傷試験８を行う。１次縮径５の後に焼鈍６するようにしてもよく、また１次縮径５と２次縮径７との間で速度調整を行うようにしてもよい。速度調整では、たとえばルーパーなどで１次縮径５と２次縮径７との間の速度差を吸収する。
【００１２】
上記第１および第２の発明の製造方法において、非破壊探傷試験の結果と溶接入熱量との関係は、実機の運転実績または実験によりあらかじめ求めておく。溶接入熱量は、たとえば溶接速度を一定に保ち、溶接電流を調節する。溶接入熱量だけで調整できない場合、溶接速度または溶接開先の形状もしくは寸法を調整するようにしてもよい。
【００１３】
図１に示すように溶接速度Ｖ１  を基準として縮径速度Ｖ２  、Ｖ３  および巻取り速度Ｖ４  を調整することが好ましい。溶接速度Ｖ１  は溶接入熱量つまり割れの発生に関わるので、溶接速度Ｖ１  を基準として縮径速度Ｖ２  、Ｖ３  および巻取り速度Ｖ４  を調整すると、割れの発生を防止しやすい。たとえば、巻取り速度Ｖ４  を基準として、溶接速度Ｖ１  および縮径速度Ｖ２  、Ｖ３  を調整すると、溶接速度Ｖ１  および縮径速度Ｖ２  、Ｖ３  は低速であるため、速度調整が容易である。しかし、溶接速度Ｖ１  の変動により、割れが発生しやすい。
【００１４】
非破壊探傷試験として、渦流探傷試験または超音波探傷試験が用いられるが、割れ検出分解能の点で渦流探傷試験が優れている。非破壊探傷試験は連続的にまたは間欠的に行ってもよい。しかし、割れの発生を可能な限り防ぐ点から、粉粒体充填管の全長にわり連続的に非破壊探傷試験を行うことが望ましい。
【００１５】
製造ラインに焼鈍工程あるいはめっき工程を含めてもよい。この場合も、金属帯板と所要の直径まで縮径した粉粒体充填管とが連続した状態で、焼鈍あるいはめっきを行う。また、粉粒体充填管を巻き取る直前に、縮径した管を仕上げ伸線するようにしてもよい。
【００１６】
【作用】
溶接部の探傷試験を非破壊で行うので、粉粒体充填管の製造工程の連続化が可能となる。工程の連続化および粉粒体充填管を巻き取りながら非破壊探傷試験を行ことにより、ほぼリアルタイムで高周波溶接条件の可否を判断することができる。また、縮径した後に粉粒体充填管の割れを検出するので、高周波溶接条件の可否を高い確度で知ることができる。
【００１７】
【実施例】
図２はこの発明の方法を実施する設備の一例を示すもので、フラックス入り溶接用シームレスワイヤ製造設備を示している。
【００１８】
フラックス入り溶接用シームレスワイヤ製造設備は主として、成形・造管装置１１、１次縮径装置２３、１次焼鈍装置２６、速度差調整装置３１、２次縮径装置３３、渦流探傷試験装置３６、２次焼鈍装置３８、および伸線装置４７とからなっている。
【００１９】
成形・造管装置１１は帯板Ｓを供給するアンコイラ１２、前後の帯板Ｓを接続するシャーウエルダ１３、成形または溶接速度を調整するルーパー１４、および帯板Ｓのエッジ部を整形するエッジスカーファ１５を備えている。エッジスカーファ１５に続いて成形機１７が設けられている。成形機１７は、製造ラインに沿って配列された予成形ロール、成形ロール群、サイドロール群、フィンパスロール群、シームガイドロール（いずれも図示しない）を備えている。また、サイドロール群の途中にフラックス供給機１８が配置されている。フラックス供給機１８は、成形途中の管状体内に開口部からフラックスを供給する。フラックス供給機１８に続いて高周波誘導溶接機１９およびビードカッタ２１が配置されている。高周波誘導溶接機２１はフラックスが充填された管状体のエッジ部を高周波誘導加熱し、スクイズロール（図示しない）で圧下してエッジ部を接合する。制御装置２０で、入熱量（溶接電流）を調整する。ビードカッタ２１は、溶接部の余盛を切削、削除する。
【００２０】
１次縮径装置２３は、１次圧延機２４よりなっており、１次圧延機２４は３ロール式圧延機であって８スタンド構成されている。１次圧延機２４は、フラックスが充填された溶接管（以下、フラックス充填管Ｐという）を１次縮径する。
【００２１】
１次焼鈍装置２６は、１次焼鈍炉２７、アッキュムレータ２８および水冷装置２９からなっている。１次焼鈍炉２７は直結直接通電式炉であって、温度は手動調整される。アッキュムレータ２８はループ懸垂式でループ数は１０〜１００ターンである。また、水冷装置２９はフラックス充填管Ｐを常温水に浸漬して、冷却する。
【００２２】
速度差調整装置３１はルーパーであって、１次焼鈍装置２６から送り出されたフラックス充填管Ｐの速度と２次圧延速度との差をルーパーで吸収する。
【００２３】
２次縮径装置３３は２次圧延機３４を備えており、２次圧延機３４は３ロール式圧延機であって１０スタンド構成されている。２次圧延機３４は、１次焼鈍されたフラックス充填管Ｐを更に小径に圧延する。
【００２４】
渦流探傷試験装置３６は、２次圧延されたフラックス充填管Ｐについて溶接部の割れの有無を渦流探傷試験により検出する。渦流探傷試験は走行中のフラックス充填管Ｐについて連続的に行われる。試験結果はモニタテレビに表示されるとともに、割れが検出されると警報が鳴る。
【００２５】
２次焼鈍装置３８はコイラ３９、２次焼鈍炉４０、酸洗槽４１、中和槽４２、めっき槽４３、湯洗槽４４、およびコレクタ４５からなっている。コイラ４５は２次縮径されたフラックス充填管Ｐをループ状に形成しながら、コンベア（図示しない）上に載せる。２次焼鈍炉４０はトンネル炉型であって、温度は自動調整される。酸洗槽４１は塩酸浴よりなり、中和槽４２はカセイソーダ浴よりなっている。めっき槽４３はナトリウム浴中でフラックス充填管Ｐを電気めっきする。コレクタ４５は２次焼鈍およびめっきが終わったループ状のフラックス充填管Ｐを巻き取る。
【００２６】
伸線装置４７は、供給装置４８、仕上げ伸線機４９、および巻取り機５０からなっている。供給装置４８はループ状のフラックス充填管Ｐを仕上げ伸線機４９に供給する。仕上げ伸線機４９は湿式逆張力伸線機であって、フラックス充填管Ｐを最終仕上げ径に伸線し、製品とする。巻取機５０は製品となったフラックス充填管Ｐを巻き取る。
【００２７】
上記のように構成された設備で、フラックス入り溶接用シームレスワイヤを製造する方法について説明する。
【００２８】
金属帯板の材質と板厚、溶接速度、アペックス角その他の条件に基づいて高周波誘導溶接機の基準入熱量を設定する。金属帯板、溶接速度その他の条件により割れが発生しない基準入熱量が、あらかじめ経験的に求められている。溶接速度は、設備能力および生産性の点から最適値があらかじめ設定される。この実施例では、溶接速度は３０  ｍ／ｍｉｎであり、基準入熱量１４０ｋＶＡ  である。溶接速度が決まれば、溶接速度を基準速度として成形速度、１次圧延機および２次圧延機における各スタンドの圧延速度、仕上げ伸線機の伸線速度、ならびに製品の巻取り速度が決まる。
【００２９】
アンコイラ１２から供給された金属帯板（ＳＰＣＣまたはＳＰＨＣ、６０〜６５ｗ  ×２．０〜２．４ｔ    ｍｍ  ）Ｓはシャーウエルダ１３、ルーパー１４を経てエッジスカーファ１５でエッジ面が板面に対して直角となるように切削される。金属帯板Ｓは成形機１７で直径２２  ｍｍ  のフラックス充填管Ｐに成形され、エッジ部が溶接接合される。フラックス充填管Ｐは、１次圧延機２４で直径１１  ｍｍ  まで１次縮径される。ついで、フラックス充填管Ｐは１次焼鈍炉２７において７００〜７４０℃の温度で焼鈍され、アッキュムレータ２８で２４０℃まで徐冷され、さらに水冷装置２９で常温まで冷却される。
【００３０】
１次焼鈍されたフラックス充填管Ｐは、速度差調整装置３１を経て２次圧延機３４に入る。圧延ロールと管との間のスリップ、圧延ロールの摩耗などにより圧延速度が変化して、１次圧延機２７と２次圧延機３９との間に圧延速度差が生じた場合、速度差調整装置３１はルーパーでこの速度差を吸収する。２次圧延機３４では３〜４  ｍｍ  まで縮径される。
【００３１】
２次圧延機３４の出側で、フラックス充填管Ｐは全長にわたり連続的に渦流探傷試験がなされる。割れが検出されると警報が発せられ、成形機１７の運転員は高周波誘導溶接機１９の溶接入熱量を再調整する。割れの検出から溶接入熱量の再調整まで、２．５分かかるが、その間製造ラインは停止せずに運転を続ける。割れの発生した箇所は記録されているので、後にその部分は除去してスクラップとする。
【００３２】
２次圧延機３４で２次縮径されたフラックス充填管Ｐは、２次焼鈍炉４０において７００〜８００℃で２次焼鈍され、酸洗、中和工程を経てめっきされる。めっきされたフラックス充填管Ｐは、コレクタ４５で巻き取られる。結局、アンコイラ１２から供給された帯板Ｓから、コレクタ４５で巻き取られたフラックス充填管Ｐまでが連続している。巻き取られたフラックス充填管Ｐは、キャリヤ（図示しない）に載せ、次の伸線装置４７に移送する。
【００３３】
めっきされたフラックス充填管Ｐは、仕上げ伸線機４９で１．２  ｍｍ  まで仕上げ伸線され、巻取り機５０に巻き取られる。
【００３４】
上記設備で２４時間連続製造した最終製品について渦流探傷試験を行った結果、ワイヤの割れは皆無であった。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、粉粒体充填管の製造工程の連続化が可能となり、ほぼリアルタイムかつ高い確度で高周波溶接条件の可否を検知できる。この結果、
ａ．製造工程途中の仕掛品がなくなり、生産性が向上する。たとえば、従来法（非連続な製造工程）のに比べて、生産性が３０〜４０％上昇し、作業者を５人から２人に削減できた。
ｂ．溶接部の割れ、および従来各ロットごとに発生していた始終端末不良（製造条件が整わない部分）が減少し、歩留りが向上する。たとえば、従来法に比べて１５〜２０％向上した。
ｃ．上記生産性および歩留りの向上により、たとえば従来法に比べて製造コストが２０％低下した。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の粉粒体充填管の製造方法を示す工程図である。
【図２】この発明の方法を実施する設備の一例を示すもので、フラックス入り溶接用シームレスワイヤ製造設備の構成図である。
【符号の説明】
１  成形
２  フラックス充填供給
３  高周波溶接
４  縮径
５  １次縮径
６  焼鈍
７  ２次縮径
８  非破壊探傷試験
９  巻取り
１１  成形・造管装置
１２  アンコイラ
１７  成形機
１８  フラックス供給機
１９  高周波誘導溶接機
２３  １次縮径装置
２４  １次圧延機
２６  １次焼鈍装置
２７  １次焼鈍炉
３１  速度差調整装置
３３  ２次縮径装置
３４  ２次圧延機
３６  渦流探傷装置
３８  ２次焼鈍装置
４０  ２次焼鈍炉
４３  めっき槽
４７  仕上げ伸線装置
４９  仕上げ伸線機
５０  巻取り機
Ｐ  フラックス充填管
Ｓ  金属帯板
【図１】
0003604720.tif 000002
【図２】
0003604720.tif 000003