(57)【要約】  本発明に係る電縫溶接用給電コイルは、電縫溶接される鋼管を加熱するための電縫溶接用給電コイルであって、１巻きの管形状を有し、且つ周方向に互いに対向する一対の端面を有する金属コイルと、前記金属コイルの前記一対の端面に接続される一対の金属板と、前記金属コイル及び前記一対の金属板の外面と内面の少なくとも一方の面に取り付けられるカバーと、前記金属コイルと前記カバーとの間、および前記一対の金属板と前記カバーとの間に介在する側壁部と、前記金属コイルと前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる空間に、冷却水を供給する供給管と、前記空間から前記冷却水を排出する排出管と、を有する。
2019216065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電縫溶接される鋼管を加熱するための電縫溶接用給電コイルであって、
１巻きの管形状を有し、且つ周方向に互いに対向する一対の端面を有する金属コイルと、
前記金属コイルの前記一対の端面に接続される一対の金属板と、
前記金属コイル及び前記一対の金属板の外面と内面の少なくとも一方の面に取り付けられるカバーと、
前記金属コイルと前記カバーとの間、および前記一対の金属板と前記カバーとの間に介在する側壁部と、
前記金属コイルと前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる空間に、冷却水を供給する供給管と、
前記空間から前記冷却水を排出する排出管と、
を有することを特徴とする電縫溶接用給電コイル。
【請求項２】
前記金属コイルと前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる第１空間において、前記第１空間を、前記供給管と連通する第２空間及び前記排出管と連通する第３空間とに区分けする仕切材を有し、
前記仕切材は、前記仕切材の長手方向の第１端部に位置し、且つ前記第２空間と前記第３空間を連通する開口部を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項３】
前記第１空間において略平行に配置される複数の前記仕切材を有し、
前記複数の前記仕切材の前記開口部は、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、前記第１端部および前記第１端部の前記長手方向反対側の第２端部において交互に形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項４】
前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる第４空間において、前記第４空間を、前記供給管と連通する第５空間及び前記排出管と連通する第６空間とに区分けする仕切材を有し、
前記仕切材は、前記仕切材の長手方向の第３端部に位置し、且つ前記第５空間と前記第６空間を連通する開口部を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項５】
前記第４空間において略平行に配置される複数の前記仕切材を有し、
前記複数の前記仕切材の前記開口部は、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、前記第３端部および前記第３端部の前記長手方向反対側の第４端部において交互に形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項６】
前記開口部の面積が、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、小さくなる又は同じであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項７】
前記カバーが前記金属コイルと前記一対の金属板の外面のみに取り付けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項８】
前記供給管の管径を、前記供給管に接続される冷却水元管の管径以下とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項９】
前記金属コイル及び前記一対の金属板は銅製または銅合金製であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイルと、
前記電縫溶接用給電コイルの造管下流側に配置されるスクイズロールと、
を有し、
前記電縫溶接用給電コイルを造管下流側から冷却する、
ことを特徴とする造管設備。
【請求項１１】
前記電縫溶接用給電コイルと前記スクイズロールとの間で前記鋼管の電縫溶接部をプラズマシールドする手段と、
前記電縫溶接部の状態を監視する光学カメラと、
を両方又はどちらか一方を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の造管設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電縫鋼管の製造に使用される電縫溶接用給電コイル及びこれを用いた造管設備に関するものである。
本願は、２０１８年５月１１日に、日本に出願された特願２０１８−０９１８６９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
電縫溶接は真円度が高く偏肉が小さい電縫鋼管を高い生産性で製造できることから、構造管・ラインパイプ・油井管等の製造時に幅広く用いられている。ただし電縫鋼管は溶接管であるために溶接品質の確保が重要であり、電縫鋼管の素材に難溶接材を用いることは困難であった。これを可能とすべく、溶接欠陥を低減させるプラズマシールド技術や、溶接監視・入熱制御といった電縫溶接の品質安定化技術が開発されてきた。【０００３】
電縫鋼管を電縫溶接する場合には、造管ラインの溶接ゾーンにおいて、管状に形成された鋼板の突合せ端部に高周波電流を与えて電縫溶接が行われる。このような電縫溶接の方法として、例えば電縫溶接用給電コイルが用いられる。造管ラインの溶接ゾーンにおいて、電縫溶接用給電コイルがスクイズロールの造管方向上流側に配置され、電縫溶接が行われる。溶接ゾーンには、電縫溶接部分の状態を監視する光学カメラが配置される場合がある。この光学カメラによって電縫溶接部分の状態を監視するので、鮮明な画像を撮像することが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特許第５９６６７５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電縫鋼管を電縫溶接する溶接ゾーンにおいては、電縫溶接用給電コイルを冷却するために冷却水が噴射される。しかしながら、電縫溶接用給電コイルに直接冷却水を噴射する外水冷式では、電縫溶接用給電コイルへ冷却水噴射が水跳ねすることによって、溶接部の水蒸気酸化が促進されて溶接品質が悪化する、監視システムの精度が低下する、プラズマ装置の故障を誘発するなど、水跳ねによる課題が顕在化した。【０００６】
この課題に対する取り組みとして、例えば、給電コイルに穴をあけ或いは銅管をろう付けし、この中に冷却水を通すことで、特許文献１のような水跳ねを抑制する内水冷型給電コイルが開発された。図８にその概要を示す。図８において、１０１は給電コイル、１０２はろう付けした銅管からなる水冷パイプである。【０００７】
図９に、特許文献１の別の内水冷型給電コイルの例を示す。図９において、符号１０３は給電コイル１０１をくりぬいて形成した冷却水路である。図８では、水冷パイプ１０２と水冷パイプ１０２の間で放熱が不十分な場合に給電コイル１０１が溶融してしまわないように、また図９では剛性と加工精度の観点から、コイル本体の肉厚を１０ｍｍ程度確保する必要があり、軽量化が困難であるという問題があった。このため既存設備を改造する場合は、重量の面から造管サイズに制約が出てしまい、軽量な内水冷型給電コイルの開発が急務となっていた。【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、電縫溶接される鋼管を加熱するための電縫溶接用給電コイルであって、電縫溶接用給電コイルの肉厚を薄くして軽量化を図ることができ、しかも水滴が跳ねることもなく、且つ効率的な冷却が可能である電縫溶接用給電コイル及びこれを用いた造管設備を提供することを目的とする。さらに、大口径の電縫鋼管を支障なく製造することができる造管設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
（１）本発明の第１の態様に係る電縫溶接用給電コイルは、電縫溶接される鋼管を加熱するための電縫溶接用給電コイルであって、１巻きの管形状を有し、且つ周方向に互いに対向する一対の端面を有する金属コイルと、前記金属コイルの前記一対の端面に接続される一対の金属板と、前記金属コイル及び前記一対の金属板の外面と内面の少なくとも一方の面に取り付けられるカバーと、前記金属コイルと前記カバーとの間、および前記一対の金属板と前記カバーとの間に介在する側壁部と、前記金属コイルと前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる空間に、冷却水を供給する供給管と、前記空間から前記冷却水を排出する排出管と、を有する。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記金属コイルと前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる第１空間において、前記第１空間を、前記供給管と連通する第２空間及び前記排出管と連通する第３空間とに区分けする仕切材を有し、前記仕切材は、前記仕切材の長手方向の第１端部に位置し、且つ前記第２空間と前記第３空間を連通する開口部を有してもよい。
（３）上記（２）に記載の態様において、前記第１空間において略平行に配置される複数の前記仕切材を有し、前記複数の前記仕切材の前記開口部は、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、前記第１端部および前記第１端部の前記長手方向反対側の第２端部において交互に形成されもよい。
（４）上記（３）に記載の態様において、前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる第４空間において、前記第４空間を、前記供給管と連通する第５空間及び前記排出管と連通する第６空間とに区分けする仕切材を有し、前記仕切材は、前記仕切材の長手方向の第３端部に位置し、且つ前記第５空間と前記第６空間を連通する開口部を有してもよい。
（５）上記（４）に記載の態様において、前記第４空間において略平行に配置される複数の前記仕切材を有し、前記複数の前記仕切材の前記開口部は、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、前記第３端部および前記第３端部の前記長手方向反対側の第４端部において交互に形成されてもよい。
（６）上記（２）〜（５）のいずれか一項に記載の態様において、前記開口部の面積が、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、小さくなってもよく又は同じでもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の態様において、前記カバーが前記金属コイルと前記一対の金属板の外面のみに取り付けられてもよい。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の態様において、前記供給管の管径を、前記供給管に接続される冷却水元管の管径以下としてもよい。
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の態様において、前記金属コイル及び前記一対の金属板は銅製または銅合金製であってもよい。
（１０）本発明の第２の態様に係る造管設備は、上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイルと、前記電縫溶接用給電コイルの造管下流側に配置されるスクイズロールと、を有し、前記電縫溶接用給電コイルを造管下流側から冷却する。
（１１）上記（１０）に記載の態様において、前記電縫溶接用給電コイルと前記スクイズロールとの間で前記鋼管の電縫溶接部をプラズマシールドする手段と、前記電縫溶接部の状態を監視する光学カメラと、を両方又はどちらか一方を備えてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電縫溶接される鋼管を加熱するための電縫溶接用給電コイルであって、電縫溶接用給電コイルの肉厚を薄くして軽量化を図ることができ、しかも水滴が跳ねることもなく、且つ効率的な冷却が可能である電縫溶接用給電コイル及びこれを用いた造管設備を提供することができる。さらに、大口径の電縫鋼管を支障なく製造することができる造管設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る電縫溶接用給電コイルを用いた電縫溶接による造管ライン全体の概略図である。
【図２】図１に示す造管ラインの溶接ゾーン要部のプラズマシールドする手段や光学カメラを配置する場合の拡大概略図である。(Ａ)はプラズマシールドする手段及び光学カメラを併用して配置する場合、(Ｂ)は光学カメラのみを配置する場合、(Ｃ)はプラズマシールドする手段のみを配置する場合を示す。
【図３】同実施形態に係る電縫溶接用給電コイルの金属コイル、一対の金属板、及びカバーの斜視図である。
【図４】本発明の第二実施形態に係る電縫溶接用給電コイルにおいて、金属コイル及び一対の金属板の外面に仕切材を取り付けた状態を示す斜視図である。
【図５】第一実施形態において、仕切材を有さない場合の第１空間（金属コイルとカバーと側壁部とにより囲まれる空間）における冷却水の流れを示す図であって、金属板に対して垂直方向からみた金属コイルの側面部における展開図である。
【図６】第二実施形態において、仕切材を有する場合の第１空間（金属コイルとカバーと側壁部とにより囲まれる空間）における冷却水の流れを示す図であって、金属板に対して垂直方向からみた金属コイルの側面部における展開図である。
【図７】造管中の電縫溶接部分の水跳ね状況を撮像した光学カメラ画像であり、（ａ）は従来の外水冷式の給電コイルを用いた場合の光学カメラ画像で、（ｂ）は、本発明の電縫溶接用給電コイルを用いた場合の光学カメラ画像である。
【図８】先行技術の給電コイルを示す図であって、造管方向からみた給電コイルの断面図である。
【図９】先行技術の他の給電コイルを示す図であって、造管方向からみた給電コイルの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第一実施形態）
以下、図１から図３を参照して本発明の第一実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１について説明する。
本実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１は、電縫鋼管を電縫溶接する造管ラインの溶接ゾーンに配置される。図１は、本実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１を用いた電縫溶接による造管ライン全体の概略図である。母材である鋼板は鋼板コイル２５から引き出され、複数の成形ロールからなる成形ゾーン５０を通過する間に両端を徐々に内側に折り曲げられ、断面が円形になった状態で溶接ゾーン５１で溶接され、電縫鋼管（以下、単に鋼管と呼ぶ場合がある。）となる。鋼板は熱延鋼板であることが好ましい。溶接ゾーン５１には電縫溶接用給電コイル１とスクイズロール３１とが配置されており、電縫溶接が行われる。本実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１は、スクイズロール３１の造管方向の上流側に配置されている。造管方向は、鋼管が搬送される方向であり、図１の矢印で示す。すなわち、造管方向は、図１及び図２の紙面において、左側から右側に向かう方向であり、左側が上流側、右側が下流側である。溶接された電縫鋼管はその後、熱処理ゾーン５２と矯正ゾーン５３を経た後に切断される。
【００１３】
図２は、図１に示す造管ラインの溶接ゾーン要部のプラズマシールドする手段３２や光学カメラ３０を配置する場合の拡大概略図である。本実施形態では、プラズマシールドする手段３２と、光学カメラ３０と、を両方又はどちらか一方を有する。図２の(Ａ)はプラズマシールドする手段及び光学カメラを併用して配置する場合、図２の(Ｂ)は光学カメラのみを配置する場合、図２の(Ｃ)はプラズマシールドする手段のみを配置する場合を示す。プラズマシールドする手段３２は、電縫溶接用給電コイル１とスクイズロール３１との間で電縫鋼管の電縫溶接部にプラズマを照射しながら電縫溶接を行う。光学カメラ３０は、電縫鋼管の溶接部の上方に配置され電縫溶接部の状態を監視する。電縫溶接用給電コイル１の一対の金属板３は、図２に示すように高周波電源３３に接続され、例えば周波数が１００ｋＨｚ〜４００ｋＨｚの高周波電流が通電される。成形ゾーン５０を通過する間に断面が円形に丸められた鋼板が金属コイル２の内部を通過する間に、高周波加熱されることは周知の通りである。
【００１４】
図３は、本実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１の金属コイル２、一対の金属板３、及びカバー４の斜視図である。電縫溶接用給電コイル１は、金属コイル２及び一対の金属板３の外面と内面の少なくとも一方の面に取り付けられるカバー４を有する。
【００１５】
電縫溶接用給電コイル１の金属コイル２は、図３に示すような形状であり、１巻きの管形状を有し、且つ周方向に互いに対向する一対の端面を有する。金属コイル２の一対の端面に一対の金属板３が接続される。金属コイル２は、造管方向において鋼管が挿通自在である。金属コイル２及び一対の金属板３は電気伝導と熱伝導とコストの観点から、銅製または銅合金製とすることが望ましい。金属コイル２及び一対の金属板３の厚みは、熱容量および耐久性の観点からは０．５ｍｍ以上であることが望ましい。金属コイル２及び一対の金属板３の厚みは、軽量化の観点から５ｍｍ以下が望ましい。なお、金属コイル２及び一対の金属板３の厚みは、設備や操業の事情により適宜変更しても構わない。
【００１６】
本実施形態においては、図３に示すように、カバー４は金属コイル２及び一対の金属板３の外面のみに取り付けられている。金属コイル２の外面とは、金属コイル２の中心軸から外向きの面である。一対の金属板３の外面とは、該金属コイル２の外面に連続して繋がる一対の金属板３の面である。なお、金属コイル２の内面とは、金属コイル２の中心軸から内向きの面である。一対の金属板３の内面とは、該金属コイル２の内面に連続して繋がる一対の金属板３の面である。カバー４の形状は、金属コイル２及び一対の金属板３の外面に取り付けられる場合、図３に示すように、金属コイル２及び一対の金属板３の外面に対応する形状とすることが好ましい。カバー４が金属コイル２及び一対の金属板３の内面に取り付けられる場合、カバー４の形状は、金属コイル２及び一対の金属板３の内面に対応する形状とすることが好ましい。カバー４をこのような形状とすることで、冷却水を効率よく供給することができる。カバー４の材質は特に限定されるものではないが、施工上及び熱膨張の観点から、金属コイル２及び一対の金属板３と同じ銅製または銅合金製としておくことが好ましい。なお、軽量化の観点からは、カバー４の材質は樹脂製でもよい。
【００１７】
電縫溶接用給電コイル１は、図３に示すように、金属コイル２とカバー４との間、および一対の金属板３とカバー４との間に介在する側壁部５を有する。側壁部５は、金属コイル２及び一対の金属板３の周縁部に介在することが好ましい。側壁部５は、金属コイル２および一対の金属板３の周縁部にろう付けされる。側壁部５の材質は特に限定されるものではないが、施工上及び熱膨張の観点から、金属コイル２及び一対の金属板３と同じ銅製または銅合金製としておくことが好ましい。
【００１８】
側壁部５およびカバー４の組立方法はろう付けである必要はなく、溶接、接着、ボルト締結、かしめ、嵌め合い等でも構わない。組立時に発生する隙間はシーリングすることが望ましい。
【００１９】
電縫溶接用給電コイル１が上述したような構成を有することにより、金属コイル２と一対の金属板３とカバー４と側壁部５とにより囲まれる空間（ｃｈａｍｂｅｒ）１０が形成される。すなわち、本実施形態では、金属コイル２及び一対の金属板３の外面に空間１０が形成される。
【００２０】
電縫溶接用給電コイル１は、図３に示すように、空間１０において、空間１０に冷却水を供給する供給管６及び空間１０から冷却水を排出する排出管７を有する。冷却水は、供給管６から空間１０に供給され、排出管７から排出されるので、水跳ねが生ずることのない内水冷型式の電縫溶接用給電コイル１となる。
【００２１】
本実施形態によれば、冷却水が金属コイル２及び一対の金属板３の外面に形成される空間１０を流れるので、電縫溶接用給電コイル１を直接冷却することができ、且つ効率的な冷却が可能である。このため、電縫溶接用給電コイル１の肉厚を厚くする必要はなく、軽量化が可能である。さらに、光学カメラ３０やプラズマシールドする手段３２を採用する場合には、内水冷型式の電縫溶接用給電コイル１はさらに好適である。すなわち、内水冷型式の電縫溶接用給電コイル１は、水跳ねが生ずることがないので、溶接監視用の光学カメラ３０の視界を妨げられることがなく、またプラズマシールドする手段の故障を誘発することがない。
【００２２】
（第二実施形態）
次に、図４を参照して本発明の第二実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１について説明する。本実施形態について、上述の第一実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略する。
図４は、本実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１において、金属コイル２及び一対の金属板３の外面に仕切材１１Ａ、１１Ｂを取り付けた状態を示す斜視図である。
【００２３】
まず、本実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１における、金属コイル２とカバー４と側壁部５とにより囲まれる第１空間１５Ａについて説明する。本実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１は、第１空間１５Ａを、供給管６と連通する第２空間１６Ａ及び排出管７と連通する第３空間１７Ａとに区分けする仕切材１１Ａを有する。仕切材１１Ａは、第１空間１５Ａにおいて、例えば、金属コイル２の中心軸方向に略平行又は略垂直に配置される。金属コイル２の中心軸方向に略垂直とは、金属コイル２の円周方向に沿う方向（すなわち、金属コイル２の円周の接線方向）である。図４では、第１空間１５Ａに配置される仕切材１１Ａは、金属コイル２の中心軸方向に略垂直に配置されている。仕切材１１Ａの材質は特に限定されるものではないが、施工上及び熱膨張の観点から、金属コイル２及び一対の金属板３と同じ銅製または銅合金製としておくことが好ましい。本実施形態では、仕切材１１Ａは、金属コイル２の外面に沿った形状であり、金属コイル２の外面にろう付けされている。
【００２４】
仕切材１１Ａは、仕切材１１Ａの長手方向の第１端部１８Ａに位置し、且つ第２空間１６Ａと第３空間１７Ａを連通する開口部１２Ａを有する。供給管６から供給される冷却水は、第２空間１６Ａから、開口部１２Ａを通って第３空間１７Ａへ流れ、そして排出管７から排出される。
【００２５】
仕切材１１Ａの組立方法はろう付けである必要はなく、溶接、接着、ボルト締結、かしめ、嵌め合い等でも構わない。
【００２６】
本実施形態では、第１空間１５Ａにおいて略平行に配置される複数の仕切材１１Ａを有することが好ましい。図４に示すように、複数の仕切材１１Ａの開口部１２Ａは、供給管６から排出管７に向かうにしたがって、第１端部１８Ａの位置および第２端部１９Ａの位置において交互に形成される。第２端部１９Ａとは、仕切材１１Ａにおける第１端部１８Ａの長手方向反対側の端部である。換言すれば、開口部１２Ａが仕切材１１Ａの第１端部１８Ａの位置に形成され、該仕切材１１Ａと略平行に隣り合う仕切材１１Ａの開口部１２Ａが、第２端部１９Ａの位置に形成される。このように開口部１２Ａが形成されることで、冷却水が流れる方向は、開口部１２Ａを通過する前後において反対になる。このように冷却水が開口部１２Ａを通過する前後において反対方向に流れることを、本明細書において、「冷却水がジグザグ方向（ｚｉｇｚａｇ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に流れる。」のように表現する。図４では、第１空間１５Ａにおいて、冷却水は金属コイル２の中心軸方向に略垂直の方向（金属コイル２の円周方向に沿う方向）にジグザグ方向に流れる。
【００２７】
なお、本実施形態では、第１空間１５Ａの冷却水が流れるジグザグ方向は、金属コイル２の円周方向に沿う方向（金属コイル２の円周の接線方向）または金属コイル２の中心軸方向と略平行な方向でもよい。効率的な冷却の観点からは、例えば、第１空間１５Ａにおいて、仕切材１１Ａを金属コイル２の円周方向に沿って配置することが好ましい。仕切材１１Ａの配置パターンについては、実施例とともに後述する。
【００２８】
上記では、金属コイル２とカバー４と側壁部５とにより囲まれる第１空間１５Ａについて述べてきたが、本実施形態においては、一対の金属板３とカバー４と側壁部５とにより囲まれる第４空間１５Ｂについても、同様である。具体的には、本実施形態に係る電縫溶接用給電コイル１は、第４空間１５Ｂにおいて、第４空間１５Ｂを、供給管６と連通する第５空間１６Ｂ及び排出管７と連通する第６空間１７Ｂとに区分けする仕切材１１Ｂを有する。仕切材１１Ｂは、仕切材１１Ｂの長手方向の第３端部１８Ｂに位置し、且つ第５空間１６Ｂと第６空間１７Ｂを連通する開口部１２Ｂを有する。また、第４空間１５Ｂにおいて略平行に配置される複数の仕切材１１Ｂを有し、複数の仕切材１１Ｂの開口部１２Ｂは、供給管６から排出管７に向かうにしたがって、第３端部１８Ｂの位置および第３端部１８Ｂの長手方向反対側の第４端部１９Ｂの位置において交互に形成される。図４では、第４空間１５Ｂに配置される仕切材１１Ｂは、一対の金属板３の外面に沿って略垂直方向に配置されている。一対の金属板３の外面に沿って略垂直方向とは、一対の金属板３の外面が金属コイル２の中心軸に向かう方向（図４の紙面上下方向）である。このように仕切材１１Ｂを配置することで、第４空間１５Ｂにおいて、冷却水は一対の金属板３の略垂直方向にジグザグ方向に流れる。
上記のように、電縫溶接用給電コイル１が仕切材１１Ａ、１１Ｂを有することで、電縫溶接用給電コイル１をさらに効率的に冷却することができる。
【００２９】
供給管６及び排出管７は、第１空間１５Ａと第４空間１５Ｂが連通されていない場合には、それぞれが第１空間１５Ａおよび第４空間１５Ｂに配置される。また、第１空間１５Ａと第４空間１５Ｂが連通されている場合には、空間１０に供給管６及び排出管７が配置される。
【００３０】
開口部１２Ａの面積は、供給管６から排出管７に向かうにしたがって、小さくなる又は同じであることが好ましい。換言すれば、排出管７側に形成される開口部１２Ａの面積は、供給管６側に形成される開口部１２Ａの面積以下であることが好ましい。例えば、第１空間１５Ａにおいて、供給管６側に形成される開口部を第１開口部、排出管７側に形成される開口部を第２開口部とする場合、第２開口部の面積は、第１開口部の面積よりも、１００％以下とすることが好ましく、より好ましくは９５％以下である。開口部１２Ａの面積（ｍｍ２）は、例えば、開口部１２Ａが位置する仕切材１１Ａの端部の厚さ（ｍｍ）と該端部に対向する側壁部５または仕切材１１Ａとの距離Ｓ（ｍｍ）（図４を参照）の積で求めることができる。仕切材１１Ａの端部の厚さ（ｍｍ）とは、仕切材１１Ａの端部における金属コイル２の中心軸から外向き方向の長さ（ｍｍ）である。開口部１２Ａをこのように設定することで、第１空間１５Ａにおいて電縫溶接用給電コイル１をさらに効果的に冷却することができる。開口部１２Ａの面積を、供給管６から排出管７に向かうにしたがって大きく設定した場合、第１空間１５Ａにおいて冷却水のよどみが発生して冷却不足となり、金属コイル２、一対の金属板３、カバー４などが溶損するおそれがあるからである。
【００３１】
第４空間１５Ｂに形成される開口部１２Ｂの面積についても開口部１２Ａの面積と同様の形態である。すなわち、開口部１２Ｂの面積は、供給管６から排出管７に向かうにしたがって、小さくなる又は同じであることが好ましい。
【００３２】
空間１０は図４のように金属コイル２及び一対の金属板３の外面に形成するほか、内面に形成してもよく、また外面と内面の双方に形成することもできる。しかし、電縫溶接用給電コイル１の加熱能力と空間１０の施工容易性の観点から、金属コイル２及び一対の金属板３の外面のみに形成することが好ましい。
【００３３】
冷却水元管と供給管６との接続部においては、供給管６の管径を、供給管６に接続される冷却水元管の管径以下とすることが好ましい。供給管６の管径をこのように設定することで、空間１０において電縫溶接用給電コイル１をさらに効果的に冷却することができる。供給管６の管径を、供給管６に接続される冷却水元管の管径よりも大きく設定した場合、接続部の隅で冷却水のよどみが発生して冷却不足となり、金属コイル２、一対の金属板３、カバー４などが溶損するおそれがある。
【００３４】
電縫溶接用給電コイル１は造管下流側がプラズマシールドする手段３２及び電縫溶接の熱に曝されるため、電縫溶接用給電コイル１を造管下流側から冷却することが好ましい。すなわち、鋼管の造管下流側を造管上流側よりも優先的に冷却できる構造とすることが好ましい。「造管下流側を造管上流側よりも優先的に冷却」とは、例えば、金属コイル２の空間１０の体積のうちの５０％以上を造管下流側から冷却することである。より好ましくは、金属コイル２の空間１０の体積のうちの３３％以上を造管下流側から冷却することである。このため、供給管６を造管下流側、排出管７を造管上流側に配置することが好ましい。しかし、実際の設備では電縫溶接用給電コイル１の下流側にスクイズロール３１が配置されているため、電縫溶接用給電コイル１への給水の配置は造管上流側から行ってもよい。供給管６を造管上流側に配置した場合、例えば図６の「仕切有５」の例のように、造管上流側に配置された供給管６から供給された冷却水を、一旦造管下流側まで流してから、造管下流側から優先的に冷却できる構造とすることが好ましい。電縫溶接用給電コイル１を造管下流側から冷却する構成とすることで、電縫溶接用給電コイル１をさらに効率的に冷却することができる。
【００３５】
本実施形態によれば、電縫溶接用給電コイル１を直接冷却することができる。このため、電縫溶接用給電コイル１の肉厚を厚くする必要はなく、軽量化が可能である。さらに、水跳ねが生ずることもない。電縫溶接用給電コイル１が仕切材１１Ａ、１１Ｂを有することで、また、電縫溶接用給電コイル１を造管下流側から冷却する構成とすることで、電縫溶接用給電コイル１をさらに効率的に冷却することができる。
【００３６】
（第三実施形態）
以下、第三実施形態に係る造管設備について説明する。本実施形態に係る造管設備は、図２に示すように、上記の構成を有する電縫溶接用給電コイル１と、電縫溶接用給電コイル１の造管下流側に配置されるスクイズロール３１とを有し、電縫溶接用給電コイル１を造管下流側から冷却する。
【００３７】
本実施形態に係る造管設備は、電縫溶接用給電コイル１とスクイズロール３１との間で鋼管の電縫溶接部をプラズマシールドする手段３２と、電縫溶接部の状態を監視する光学カメラ３０と、を両方又はどちらか一方を備えている。プラズマシールドする手段３２は、電縫鋼管の溶接部にプラズマを照射しながら電縫溶接を行う。プラズマシールドする手段３２として、例えばプラズマトーチがある。光学カメラ３０は、電縫鋼管の溶接部の上方に配置され、溶接部の状態を監視する。
【００３８】
本実施形態によれば、電縫溶接用給電コイル１を造管下流側から冷却することにより、電縫溶接用給電コイル１を効率的に冷却することができる。光学カメラ３０やプラズマシールドする手段３２を採用する場合には、内水冷型式の電縫溶接用給電コイル１はさらに好適である。すなわち、内水冷型式の電縫溶接用給電コイル１は、水跳ねが生ずることがないので、溶接監視用の光学カメラ３０の視界を妨げられることがなく、またプラズマシールドする手段の故障を誘発することがない。さらに、本実施形態によれば、大口径の電縫鋼管を支障なく製造することができる。
【００３９】
以下に実施例を示す。
（実施例）
【００４０】
外径が１１−３/４インチの鋼管用の電縫溶接用給電コイル１を用い、さまざまなパターンの空間１０を形成した。金属コイル２及び一対の金属板３は肉厚３ｍｍの銅板であり、厚さ６ｍｍの側壁部５を金属コイル２及び一対の金属板３の外面の周縁部にろう付けし、厚さ１．５ｍｍの銅板製のカバー４を重ね、カバー４の端部と側壁部５をろう付けして塞いだ。図５は、このように作成した、仕切材１１Ａを有さない場合の第１空間１５Ａにおける冷却水の流れを示す図であって、金属板３に対して垂直方向からみた金属コイル２の側面部における展開図である。
【００４１】
図６は、仕切材１１Ａを有する場合の第１空間１５Ａにおける冷却水の流れを示す図であって、金属板３に対して垂直方向からみた金属コイル２の側面部における展開図である。仕切材１１Ａは、厚さ６ｍｍの銅板で、金属コイル２の外面にろう付けした。
【００４２】
図５では、供給管６と排出管７の位置を変えることにより、冷却水の流動方向を白抜き矢印で示すように様々に設定した。図５の各展開図において、紙面左側が造管上流側、紙面右側が造管下流側である。
【００４３】
図６の各展開図において、図５と同様に、紙面左側が造管上流側、紙面右側が造管下流側である。
図６の「仕切有１」と「仕切有２」は、金属コイル２の中心軸方向に略垂直（すなわち、金属コイル２の円周方向）に仕切材１１Ａを配置した例であり、金属コイル２の第１空間１５Ａにおいて冷却水は金属コイル２の円周方向に沿ってジグザグ方向に流れる。
図６の「仕切有３」と「仕切有４」は、金属コイル２に金属コイル２の中心軸方向と略平行に仕切材１１Ａを配置した例であり、冷却水は金属コイル２の中心軸方向と略平行にジグザグ方向に流れる。
【００４４】
電縫鋼管の溶接部の上方には、電縫溶接部の状態を監視する光学カメラ３０と、電縫鋼管を電縫溶接するプラズマシールドする手段３２を配置した。
【００４５】
上記した各電縫溶接用給電コイル１を用い、入熱が６００ｋＷの場合と１２００ｋＷの場合とにつき、冷却水量を３０Ｌ／ｍｉｎから２４０Ｌ／ｍｉｎに変化させて、溶損の発生状況を試験した。その結果を表１に示す。
【００４６】
表１の最上段の例「外水冷」は従来技術の外水冷式であり、コイルに直接冷却水を噴射した例である。
仕切材１１Ａを有さない例、すなわち「仕切無１」から「仕切無４」の例において、「仕切無１」は、造管下流側に供給管６を配置し、造管下流側から優先して冷却した。「仕切無２」から「仕切無４」の例においては、造管下流側から優先して冷却しなかった。
仕切材１１Ａを有する例、すなわち「仕切有１」から「仕切有５」の例において、「仕切有１」および「仕切有５」の例は、造管下流側から優先して冷却した。「仕切有２」、「仕切有３」、および「仕切有４」の例は、造管下流側から優先して冷却しなかった。なお、「仕切有５」の例については、図６に示すように、供給管６を造管上流側に配置したが、供給管６から供給された冷却水を、一旦造管下流側まで流してから、造管下流側から優先的に冷却した。
【００４７】
【表１】
2019216065.tif 000003
【００４８】
仕切材１１Ａを有さない場合、表１に示されるように、「外冷却」の例は、金属コイル２に直接冷却水を噴射するので、水跳ねが発生した。「仕切無２」から「仕切無４」の例では、入熱が６００ｋＷの場合、冷却水量が９０Ｌ／ｍｉｎ以下で溶損が発生し、入熱が１２００ｋＷの場合、冷却水量が１２０Ｌ／ｍｉｎ以下で溶損が発生した。一方、「仕切無１」の例では、入熱が６００ｋＷの場合、冷却水量が９０Ｌ／ｍｉｎ以上で溶損が発生せず、入熱が１２００ｋＷの場合、冷却水量が１２０Ｌ／ｍｉｎ以上で溶損が発生しなかった。これにより、電縫溶接用給電コイル１を造管下流側から優先して冷却することにより、効率的に冷却が可能である。
【００４９】
仕切材１１Ａを有する「仕切有１」から「仕切有５」の例において、冷却水量を３０Ｌ／ｍｉｎとした場合に、造管下流側から優先的に冷却しなかった「仕切有２」、「仕切有３」、および「仕切有４」の例で溶損が発生した。一方で、造管下流側から優先的に冷却した「仕切有１」および「仕切有５」の例では、溶損が発生しなかった。これにより、電縫溶接用給電コイル１が仕切材１１Ａを有し、電縫溶接用給電コイル１を造管下流側から優先して冷却することにより、さらに効率的に冷却が可能であることが分かった。
【００５０】
「仕切有１」の電縫溶接用給電コイル１を用いて造管した条件及び溶損発生の結果を表２に示す。金属コイル２の内径は直径３５３ｍｍで、造管可能な電縫鋼管の外径のサイズは２４４〜３３３ｍｍである。表２に示すように、大口径の電縫鋼管を支障なく製造することができた。光学カメラ３０により撮像した、造管中の電縫溶接部分の水跳ね状況を図７の（ａ）および図７の（ｂ）に示す。図７の（ａ）は、コイルに直接冷却水を噴射する従来の外水冷式のコイルを用いた場合の光学カメラ画像で、図７の（ｂ）は、本発明の電縫溶接用給電コイル１を用いた場合の光学カメラ画像である。図７の（ａ）に示すように、従来の外水冷式のコイルの場合、光学カメラ画像には冷却水の水跳ねの水滴が映り込んでいる。一方で図７の（ｂ）に示すように、本発明の電縫溶接用給電コイル１を用いた場合、光学カメラ画像には冷却水の水跳ねによる水滴が映り込んでおらず、水滴や湯気がない状況での造管を実現できた。
【００５１】
【表２】
2019216065.tif 000004
【００５２】
また、電縫溶接用給電コイル１を内水冷型とすることで、表３に示すように、光学カメラ３０の水滴・湯気の映り込みを抑制でき、プラズマシールドする手段３２の損傷も抑制できることが確認できた。
【００５３】
【表３】
2019216065.tif 000005
【００５４】
以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明はこれらの実施形態及び実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、電縫溶接される鋼管を加熱するための電縫溶接用給電コイルであって、電縫溶接用給電コイルの肉厚を薄くして軽量化を図ることができ、しかも水滴が跳ねることもなく、且つ効率的な冷却が可能である電縫溶接用給電コイル及びこれを用いた造管設備を提供することができる。さらに、大口径の電縫鋼管を支障なく製造することができる造管設備を提供することができる。そのため、本発明は、産業上の利用可能性が極めて大である。
【符号の説明】
【００５６】
１  電縫溶接用給電コイル
２  金属コイル
３  一対の金属板
４  カバー
５  側壁部
６  供給管
７  排出管
１０  空間
１１Ａ  第１空間の仕切材
１１Ｂ  第４空間の仕切材
１２Ａ  第１空間の開口部
１２Ｂ  第４空間の開口部
１５Ａ  第１空間
１５Ｂ  第４空間
１６Ａ  第２空間
１６Ｂ  第５空間
１７Ａ  第３空間
１７Ｂ  第６空間
１８Ａ  仕切材１１Ａの第１端部
１８Ｂ  仕切材１１Ｂの第３端部
１９Ａ  仕切材１１Ａの第２端部
１９Ｂ  仕切材１１Ｂの第４端部
３０  光学カメラ
３１  スクイズロール
３２  プラズマシールドする手段
３３  高周波電源
２５  鋼板コイル
５０  成形ゾーン
５１  溶接ゾーン
５２  熱処理ゾーン
５３  矯正ゾーン
１０１  給電コイル
１０２  水冷パイプ
１０３  冷却水路
【図１】
2019216065.tif 000006
【図２】
2019216065.tif 000007
【図３】
2019216065.tif 000008
【図４】
2019216065.tif 000009
【図５】
2019216065.tif 000010
【図６】
2019216065.tif 000011
【図７】
2019216065.tif 000012
【図８】
2019216065.tif 000013
【図９】
2019216065.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月14日(2020.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電縫溶接される鋼管を加熱するための電縫溶接用給電コイルであって、
１巻きの管形状を有し、且つ造管方向において前記鋼管が挿通自在とし、その周方向に互いに対向する一対の端面を有する金属コイルと、
前記金属コイルの前記一対の端面に接続される一対の金属板と、
前記金属コイル及び前記一対の金属板の外面と内面の少なくとも一方の面に取り付けられるカバーと、
前記金属コイルと前記カバーとの間、および前記一対の金属板と前記カバーとの間に介在する側壁部と、
前記金属コイルと前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる空間に、冷却水を供給する供給管と、
前記空間から前記冷却水を排出する排出管と、
を有し、
前記金属コイル及び前記一対の金属板の厚みは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である
ことを特徴とする電縫溶接用給電コイル。
【請求項２】
前記金属コイルと前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる第１空間において、前記第１空間を、前記供給管と連通する第２空間及び前記排出管と連通する第３空間とに区分けする仕切材を有し、
前記仕切材は、前記仕切材の長手方向の第１端部に位置し、且つ前記第２空間と前記第３空間を連通する開口部を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項３】
前記第１空間において略平行に配置される複数の前記仕切材を有し、
前記複数の前記仕切材の前記開口部は、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、前記第１端部および前記第１端部の前記長手方向反対側の第２端部において交互に形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項４】
前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる第４空間において、前記第４空間を、前記供給管と連通する第５空間及び前記排出管と連通する第６空間とに区分けする仕切材を有し、
前記仕切材は、前記仕切材の長手方向の第３端部に位置し、且つ前記第５空間と前記第６空間を連通する開口部を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項５】
前記第４空間において略平行に配置される複数の前記仕切材を有し、
前記複数の前記仕切材の前記開口部は、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、前記第３端部および前記第３端部の前記長手方向反対側の第４端部において交互に形成される、
ことを特徴とする請求項４に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項６】
前記開口部の面積が、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、小さくなる又は同じであることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項７】
前記カバーが前記金属コイルと前記一対の金属板の外面のみに取り付けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項８】
前記供給管の管径を、前記供給管に接続される冷却水元管の管径以下とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項９】
前記金属コイル及び前記一対の金属板は銅製または銅合金製であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイル。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイルと、
前記電縫溶接用給電コイルの造管下流側に配置されるスクイズロールと、
を有し、
前記電縫溶接用給電コイルを造管下流側から冷却する、
ことを特徴とする造管設備。
【請求項１１】
前記電縫溶接用給電コイルと前記スクイズロールとの間で前記鋼管の電縫溶接部をプラズマシールドする手段と、
前記電縫溶接部の状態を監視する光学カメラと、
を両方又はどちらか一方を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の造管設備。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
（１）本発明の第１の態様に係る電縫溶接用給電コイルは、電縫溶接される鋼管を加熱するための電縫溶接用給電コイルであって、１巻きの管形状を有し、且つ造管方向において前記鋼管が挿通自在とし、その周方向に互いに対向する一対の端面を有する金属コイルと、前記金属コイルの前記一対の端面に接続される一対の金属板と、前記金属コイル及び前記一対の金属板の外面と内面の少なくとも一方の面に取り付けられるカバーと、前記金属コイルと前記カバーとの間、および前記一対の金属板と前記カバーとの間に介在する側壁部と、前記金属コイルと前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる空間に、冷却水を供給する供給管と、前記空間から前記冷却水を排出する排出管と、を有し、前記金属コイル及び前記一対の金属板の厚みは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
（２）上記（１）に記載の態様において、前記金属コイルと前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる第１空間において、前記第１空間を、前記供給管と連通する第２空間及び前記排出管と連通する第３空間とに区分けする仕切材を有し、前記仕切材は、前記仕切材の長手方向の第１端部に位置し、且つ前記第２空間と前記第３空間を連通する開口部を有してもよい。
（３）上記（２）に記載の態様において、前記第１空間において略平行に配置される複数の前記仕切材を有し、前記複数の前記仕切材の前記開口部は、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、前記第１端部および前記第１端部の前記長手方向反対側の第２端部において交互に形成されもよい。
（４）上記（３）に記載の態様において、前記一対の金属板と前記カバーと前記側壁部とにより囲まれる第４空間において、前記第４空間を、前記供給管と連通する第５空間及び前記排出管と連通する第６空間とに区分けする仕切材を有し、前記仕切材は、前記仕切材の長手方向の第３端部に位置し、且つ前記第５空間と前記第６空間を連通する開口部を有してもよい。
（５）上記（４）に記載の態様において、前記第４空間において略平行に配置される複数の前記仕切材を有し、前記複数の前記仕切材の前記開口部は、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、前記第３端部および前記第３端部の前記長手方向反対側の第４端部において交互に形成されてもよい。
（６）上記（２）〜（５）のいずれか一項に記載の態様において、前記開口部の面積が、前記供給管から前記排出管に向かうにしたがって、小さくなってもよく又は同じでもよい。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載の態様において、前記カバーが前記金属コイルと前記一対の金属板の外面のみに取り付けられてもよい。
（８）上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載の態様において、前記供給管の管径を、前記供給管に接続される冷却水元管の管径以下としてもよい。
（９）上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の態様において、前記金属コイル及び前記一対の金属板は銅製または銅合金製であってもよい。
（１０）本発明の第２の態様に係る造管設備は、上記（１）〜（９）のいずれか一項に記載の電縫溶接用給電コイルと、前記電縫溶接用給電コイルの造管下流側に配置されるスクイズロールと、を有し、前記電縫溶接用給電コイルを造管下流側から冷却する。
（１１）上記（１０）に記載の態様において、前記電縫溶接用給電コイルと前記スクイズロールとの間で前記鋼管の電縫溶接部をプラズマシールドする手段と、前記電縫溶接部の状態を監視する光学カメラと、を両方又はどちらか一方を備えてもよい。
【国際調査報告】
2019216065.tif 000015
2019216065.tif 000016
2019216065.tif 000017
2019216065.tif 000018