(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オープンパイプの内面に摺擦するシール材が一側に設けられた治具ヘッドと、治具ヘッドの開口部に挿通され、管軸方向に移動可能で上面がスパッタ堆積面となるスパッタ受け治具とを備え、造管中にスパッタ受け治具が管軸方向に連続的又は断続的に移動されることを特徴とする造管用内面シールド治具。
【請求項２】
金属帯から成形したオープンパイプの幅方向両端部を溶接して金属溶接管を連続的に製造する際、造管方向上流側からオープンパイプ及び金属溶接管に内面シールド治具を挿し込み、内面シールド治具のシール材をオープンパイプの内面に摺擦させた状態で、上面がスパッタ堆積面となるスパッタ受け治具を管軸方向に連続的又は断続的に移動することを特徴とする造管方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、金属帯をオープンパイプ状に成形した後、幅方向両端部を溶接することによって金属溶接管を製造する際に使用される内面シールド治具及び造管方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザビーム溶接による造管法では、オープンパイプ状に成形した金属帯の幅方向両端部にレーザビームを照射し、幅方向両端部を溶融接合している。レーザビームが高エネルギー密度で幅方向両端部に照射されることから、熱影響が少なく、加工性の良好な金属溶接管が高生産性で製造される。
レーザビーム溶接中、レーザビームが照射された溶接部の裏面側で溶融金属の飛沫（スパッタ）が飛散し、金属溶接管の内面に付着しやすい。スパッタ付着は、造管中のオープンパイプ又は金属溶接管の内側に受け治具を配置することにより防止される。また、溶接部内面を不活性ガスでシールドする機能を組み込んだ受け治具が多用されている。本発明者等も、スパッタ受け及び内面シールを兼ね備えた内面シールド治具を特願平１１−３１２２１９号で提案した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
内面シールド治具１は、オープンパイプＰ0又は金属溶接管Ｐ1の搬送方向に沿って上流側から溶接点近傍に挿し込まれ、レーザビームＬの照射によって幅方向両端部が加熱溶融されるときに発生するスパッタＳを受け部２で受け止め、金属溶接管Ｐ1の内面にスパッタＳが付着することを防止する（図１ａ）。ところが、長時間連続して造管作業を継続すると、受け部２に堆積したスパッタＤの量が多くなる（図１ｂ）。溶接部内面に頂部が達する程度に堆積スパッタＤが成長すると溶接異常の発生が懸念されるため、内面シールド治具１を定期的に取り外し、受け部２に溜まっている堆積スパッタＤを除去している。
【０００４】
内面シールド治具１の取外しや清掃は、造管作業の中断を必要とし、生産性を低下させる。特に、小径の金属溶接管Ｐ1を製造するラインでは、受け部２から溶接部内面までの距離が短いため、内面シールド治具１を取り外して清掃し、再挿入した時点から次の溶接異常を生じるまでの時間が短い。その結果、内面シールド治具１の頻繁な取外し及び清掃が余儀なくされ、生産性が大幅に低下する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、スパッタ受け治具上で堆積スパッタが局部的に高く成長することを防止することによって、内面シールド治具の取外し・清掃回数を軽減し、高生産性で金属溶接管を製造することを目的とする。
【０００６】
本発明の内面シールド治具は、その目的を達成するため、オープンパイプの内面に摺擦するシール材が一側に設けられた治具ヘッドと、治具ヘッドの開口部に挿通され、管軸方向に移動可能で上面がスパッタ堆積面となるスパッタ受け治具とを備え、造管中にスパッタ受け治具が管軸方向に連続的又は断続的に移動されることを特徴とする。
【０００７】
金属帯から成形したオープンパイプの幅方向両端部を溶接して金属溶接管を連続的に製造する際、造管方向上流側からオープンパイプ及び金属溶接管に内面シールド治具を挿し込み、内面シールド治具のシール材をオープンパイプの内面に摺擦させた状態で、上面がスパッタ堆積面となるスパッタ受け治具を管軸方向に連続的又は断続的に移動させる。
【０００８】
【実施の形態】
本発明に従った内面シールド治具は、内面シールド機構１０及びスパッタ受け機構２０を備えている（図２）。
内面シールド機構１０は、オープンパイプＰ０の内面に摺擦するステンレス鋼線フェルト等のシール材１１を治具ヘッド１２の一側に取り付け、治具ヘッド１２の内部を管軸方向に延びる貫通孔１３に内面シールドガス配管１４を接続している。
【０００９】
スパッタ受け機構２０は、治具ヘッド１２の下部に形成されている開口部１５にスパッタ受け治具２１を移動可能に挿通している。スパッタ受け治具２１は、金属溶接管Ｐ１の内部に収まる半円筒形状に成形されている。スパッタ受け治具２１の内部に形成された冷却水通路２２に、冷却水配管２３が接続される。
【００１０】
内面シールド機構１０の内面シールドガス配管１４は、カプリング３１を介して操作機構３０のフレーム３２で支持されている。フレーム３２には管軸方向と平行に送り螺子３３が設けられており、冷却水配管２３のマニホルド２４が送り螺子３３に装着されている。送り螺子３３はハンドル３４の操作で回転可能になっており、送り螺子３３の回転によってマニホルド２４、ひいてはスパッタ受け機構２０がＸ−Ｘ方向（管軸方向）にピッチ送りされる。
【００１１】
以上の構造をもつ内面シールド治具４０は、造管方向Ｙの上流側からオープンパイプＰ０又は金属溶接管Ｐ１に挿し込まれ、溶接点近傍に配置される。造管ラインには、たとえば造管方向Ｙに沿って内面シールド治具固定スタンド４１，フィンパスロール４２，スクイズロール４３が配置されている（図３）。内面シールド治具４０は、内面シールド治具固定スタンド４１の固定治具４１ａによって片持ち状態で支持される。
【００１２】
金属帯から成形されたオープンパイプＰ０は、フィンパスロール４２によって円周方向の位置が規制され、スクイズロール４３に送り込まれ、幅方向両端部が突き合わされ、或いは重ね合わされる。突き合わせ又は重ね合わされた幅方向両端部は、レーザ照射ヘッド４４からのレーザビームによって加熱溶融し、相互に溶融接合される。
【００１３】
幅方向両端部の溶接中にスパッタＳが発生し、スパッタ受け機構２０のスパッタ受け治具２１に堆積する。溶接が連続的に実施される造管では、溶接の継続時間に応じスパッタ受け治具２１に堆積するスパッタＳが多くなる。そこで、所定の経過時間に至ったとき、ハンドル３４を回転させてスパッタ受け治具２１をＸ−Ｘ方向方向に移動させる。
【００１４】
スパッタ受け治具２１は、一方向又は二方向に連続的又は断続的に移動させてもよい。スパッタ受け治具２１が移動するため、スパッタ受け治具２１の上面全域がスパッタＳの堆積に使用され、局部的なスパッタＳの堆積・成長が防止される。したがって、堆積スパッタＤが溶接部内面に達するまで高く成長（図１ｂ）せず、溶接条件が安定化する。
【００１５】
図２は、説明を簡明にするため手動操作によってハンドル３４を回転させる場合を図示しているが、断続的又は連続的に駆動するモータによって送り螺子３３、ひいてはスパッタ受け機構２０をＸ−Ｘ方向方向に移動させることも勿論可能である。この場合、送り螺子３３移動用のモータは、予め定められているプログラムに従って、或いは溶接条件の変動をパラメータとするフィードバックコントロールによって駆動させることができる。また、レーザ溶接を例にとって説明したが、本発明はこれに拘束されるものではなく、溶接時にスパッタＳが激しく飛散する電子ビーム溶接等、他の溶接方法に対しても同様に適用される。
【００１６】
【実施例】
ステンレス溶接鋼管の製造を例に採って、本発明内面シールド治具の作用・効果を具体的に説明する。
板幅７９ｍｍ，板厚０．６ｍｍのＳＵＳ４３６ステンレス鋼板を外径２５．４ｍｍのオープンパイプＰ0に成形し、スパッタ受け治具２１の管軸方向長さが１００ｍｍの内面シールド治具４０をオープンパイプＰ0及び金属溶接管Ｐ1に挿し込み、溶接点近傍の位置にセットした。出力４ｋＷ，集光ミラー焦点距離２５０ｍｍのレーザ照射ヘッド４４を使用し、焦点位置を金属溶接管Ｐ1の外表面に設定してオープンパイプＰ0の幅方向両端部をレーザ溶接した。
【００１７】
造管速度６ｍ／分で金属溶接管Ｐ1を製造している間、スパッタ受け治具２１を１５分ごとに５ｍｍづつ造管ラインの下流側に移動させた。この条件下では、４時間の連続溶接が可能であった。溶接後に内面シールド治具４０を取り出し、スパッタ受け治具２１の上面を観察したところ、上面のほぼ全域がスパッタＳの堆積に使用されており、最も高く成長した堆積スパッタＤであってもスパッタ受け治具２１上面からの高さが８ｍｍに留まっていた。
【００１８】
比較のため、スパッタ受け機構２０をＸ−Ｘ方向に移動することなく同様な条件下で金属溶接管Ｐ1を製造した。この場合、溶接開始から２０分経過した時点で溶接部に穴開きが発生したため、造管ラインを停止せざるを得なかった。造管ライン停止後に内面シールド治具４０を取り出し、スパッタ受け治具２１の上面を観察したところ、管軸方向長さ３０ｍｍの上面部分に高さ１６ｍｍの堆積スパッタＤが付着していた。堆積スパッタＤを除去した内面シールド治具４０を再装着して造管作業を立ち上げるまでに、１５分を要した。
【００１９】
この対比から明らかなように、スパッタ受け治具２１をＸ−Ｘ方向に移動させるとき、スパッタ受け治具２１上で局部的に堆積したスパッタＤが溶接条件に悪影響を与えるまで高く成長することがなくなり、安定条件下で造管作業を連続化できることが判った。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の内面シールド治具は、スパッタ受け治具を管軸方向に移動可能としているので、造管中に発生するスパッタがスパッタ受け治具の上面で局部的に堆積することがない。そのため、溶接部内面に接触する程度まで堆積スパッタが高く成長することがなく、長時間にわたる連続造管が可能となり、高生産性の造管ラインが構築される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の内面シールド治具（ａ）及びスパッタ受け治具上に堆積したスパッタ（ｂ）が溶接条件に悪影響を及ぼすことを説明する図
【図２】本発明に従ってスパッタ受け治具を移動可能にした内面シールド治具
【図３】内面シールド治具を組み込んだ造管ラインの概略図
【符号の説明】
１０：内面シールド機構    １１：シール材    １２：治具ヘッド
２０：スパッタ受け機構    ２１：スパッタ受け治具    ２２：冷却水通路
３０：操作機構    ３３：送り螺子    ３４：ハンドル
４０：内面シールド治具    ４１：内面シールド治具固定スタンド    ４２：フィンパスロール    ４３：スクイズロール    ４４：レーザ照射ヘッド
Ｐ0：オープンパイプ    Ｐ1：金属溶接管    Ｌ：レーザビーム
Ｓ：スパッタ    Ｄ：堆積スパッタ
Ｘ−Ｘ：スパッタ受け治具２１の移動方向（管軸方向）
【図１】
0004587252.tif 000002
【図２】
0004587252.tif 000003
【図３】
0004587252.tif 000004