(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパ付き冷却ロールのテーパ面に溶融合金を噴出して製造される急冷凝固箔を、テーパ付き巻取ロールを用いて巻取る方法において、下式を満足する中心径およびテーパ角を有する巻取ロールを用いて巻取ることを特徴とする円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の巻取り方法。
φ１  ／ｓｉｎθ１  ＝φ２  ／ｓｉｎθ２  
ここで、θ１  ＝巻取ロールテーパ角
θ２  ＝冷却ロールテーパ角
φ１  ＝巻取ロール中心径
φ２  ＝鋳造中心位置での冷却ロール径
但し、θ１≠θ２  かつφ１≠φ２  である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管等の管同士を接合する際、接合面に挿入される円錐台リング接合材用急冷凝固箔を製造する際の該急冷凝固箔の巻取り方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管等の管同士の接合手段として、図７に示すような方法がある。すなわち、接合しようとする管１２および管１３の端面を加工し、一方の管１２には凹テーパ１４を、他方の管１３には凸テーパ１５を形成し、両テーパ１４，１５の間に円錐台リング接合材１１を挿入して管１２と管１３を接合させ、加熱して接合する方法である。この方法は、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接に比べて安価かつ簡易な方法であり、油井鋼管の現地施工等に採用されている。
【０００３】
円錐台リング接合材１１は、接合対象材中への拡散成分を有する合金の急冷凝固箔からなる。従来の円錐台リング接合材は、シート状の箔材から切り出して製造されるため、切り捨て部分が多く発生し、製造歩留が低いとともに、切り出し作業に時間がかかるという問題があった。
【０００４】
この問題の対策として本発明者らは、特開平５−１２３８９０号公報により、図６に示すような方法を提案している。すなわち、冷却ロール６の表面をテーパ状に形成し、該テーパ面５とほぼ平行になるようにスリット９を配置させたるつぼ１０を冷却ロールテーパ面５に接近させ、回転軸７により高速回転させた冷却ロール６のテーパ面５に、るつぼ１０内の溶融金属８を噴出して急冷凝固箔４を製造する方法である。この方法により得られる帯状の急冷凝固箔を所定の長さに切断し、切断部を突き合わせることで円錐台リング接合材を製造することができ、製造歩留および作業性が著しく向上する。
【０００５】
さらに、本発明者らは、特開平１０−５８５９号公報において、上記方法で製造される急冷凝固箔の巻取り方法を提案した。この方法は図５に示すように、テーパ面５を有する冷却ロール６と同じ形状の（つまり、同じ径およびテーパ角を有する）巻取ロール１を用い、巻取ロール１のテーパ面２と冷却ロール６のテーパ面５が平行で、巻取ロール１と冷却ロール６の回転軸３，７が同一平面内となり、かつ両テーパ２，５の短径側同士あるいは長径側同士が対向する位置関係に配置し、巻取ロール１を冷却ロール６に接近させて巻取りを開始し、少なくとも一周巻取り後は、両テーパ２，５が平行を維持した状態で両テーパ面２，５の間隔を拡大させ、かつ巻取ロールの短径側が冷却ロール６の長径側に近づく方向に巻取ロール１を移動させて、急冷凝固箔４を巻取る方法である。
【０００６】
また、本発明でいう円錐台リング状接合材には、例えば図４に示すような管１２，１３の開先が垂直な面の水平な形状の接合材１１も含まれるが、このような水平リング接合材用急冷凝固箔の製造方法としては、図３に示すような方法がある。つまり、冷却ロール６の側面（水平なテーパ面５）に、このテーパ面５とほぼ平行になるようにスリット９を配置させたるつぼ１０を冷却ロール６のテーパ面５とに接近させ、回転軸７により高速回転させた冷却ロール６のテーパ面５に、るつぼ１０内の溶融合金８を噴出させて急冷凝固箔４を製造する方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らが提案した円錐台リング状接合材用急冷凝固箔製造用の巻取り方法には改善すべき点が存在していた。つまり、この巻取り方法では、用いる巻取ロールの径を冷却ロールの径に合わせなければならないから、冷却ロールの径が大きくなると、大きな径の巻取ロールに必要となり、大規模な巻取装置を必要とすることになる。実際の接合に用いる円錐台リング状接合材の量はそれほどでもないのに、大規模な巻取り装置とするのは、製造設備建設の費用が嵩んだり、巻取り作業が煩雑なるので好ましくない。
【０００８】
一方、本発明者らが提案した巻取り方法は、図３に示すような水平リング状接合材用急冷凝固箔製造のための巻取り方法には適用できず、水平リング状接合材用急冷凝固箔製造のための巻取り方法の開発が望まれていた。
【０００９】
本発明の目的は、図３に示すような水平リング状接合材用急冷凝固箔の製造プロセスにおいて、該急冷凝固箔をオンラインで巻取ることを可能とする巻取り方法、さらにはいかなる径およびテーパ角の円錐台リング状接合材の場合でも、小型の巻取装置で該接合材用急冷凝固箔の巻取りを可能とする巻取り方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の構成を要旨とする。すなわち、
テーパ付き冷却ロールのテーパ面に溶融合金を噴出して製造される急冷凝固箔を、テーパ付き巻取ロールを用いて巻取る方法において、下記の（１）式を満足する中心径およびテーパ角を有する巻取ロールを用いて巻取ることを特徴とする円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の巻取り方法である。
φ１  ／ｓｉｎθ１  ＝φ２  ／ｓｉｎθ２        …（１）
ここで、θ１  ＝巻取ロールテーパ角
θ２  ＝冷却ロールテーパ角
φ１  ＝巻取ロール中心径
φ２  ＝鋳造中心位置での冷却ロール径
但し、θ１≠θ２  かつφ１≠φ２  である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の方法を詳細に説明する。
本発明は、例えば径が３００mm以下の巻取ロールからなる小型の巻取装置を用いて、いかなる径およびテーパ角を有する円錐台リング状接合材用急冷凝固箔の場合でも、該急冷凝固箔の巻取りを可能とする方法である。
【００１２】
図１を用いて具体的に説明する。図１は、水平リング状接合材用急冷凝固箔の製造およびオンライン巻取りを行っているところを模式的に示している。つまり、本発明はテーパ角θ１  で中心径φ１  の巻取ロール１を用いることにより、θ２  が９０°である冷却ロール６を用い製造する水平リング状接合材を巻き取る方法である。但し、これを実現するには、用いる巻取ロール１のテーパ角θ１  と中心径φ１  は、前述の（１）式を満足しなければならない。ここで、（１）式中、θ２  は冷却ロールテーパ角（図１の場合９０°）であり、φ２  は鋳造時の幅方向中心位置での冷却ロール径（図１中に図示）である。
【００１３】
なお、図１において、急冷凝固箔４の製造について簡単に説明すると、該急冷凝固箔４は回転軸７により高速回転している冷却ロール６のテーパ面５上に、るつぼ１０に保持した溶融合金８をるつぼ１０の下部に設けたスリット９を介して噴出し、冷却ロール６上で鋳造して得る。
【００１４】
該急冷凝固箔の巻取りは、巻取ロール１のテーパ面２を冷却ロール６に接近させて、巻取ロール１を回転軸３により冷却ロール６の表面速度並みの速さで高速回転させ、該急冷凝固箔４の先端を巻取ロール１のテーパ面２で捕捉させて開始し、その後継続して巻き取る。巻取り開始後、少なくとも一周巻取後は両テーパ面２，５が平行を維持した状態で、両テーパ面２，５の間隔が拡大する方向（図１に示すｙ方向）、および巻取ロール１の短径側が冷却ロール６のテーパ面５から遠ざかる方向（図１に示すｘ方向）に巻取ロール１を移動させる。これは、巻取りの進行に伴い巻取ロール１のテーパ面２上に積層される急冷凝固箔４の積層厚が、増加することから生じる冷却ロールとの接触の恐れ、および、該箔４は幅方向に湾曲しているので、短径側にずれていくことにより生じるしわや破損の恐れを防止するためである。なお、巻取ロールの移動の要領に関しては実施例にて具体的に説明する。
【００１５】
さらに、本発明について図２を用いて説明する。図２は、テーパ角がθ2 、鋳造中心位置での径がφ2 からなる冷却ロール６を用いて、テーパ角θ2 からなる円錐台リング状接合材用の急冷凝固箔４を製造する際に、本発明の方法を採用して該箔４の巻取りをオンラインで行っている様子を模式的に示している。
【００１６】
ここで、用いる巻取ロールのテーパ角はθ1 、中心径はφ1 であり、これらθ1 およびφ1 を、冷却ロールのテーパ角θ2 および径φ2 との間に、（１）式が満足するように設定する。こうすることにより、冷却ロール径が大きくなっても、小さい径の巻取ロールで該急冷凝固箔４の巻取りが可能となる、なお、該急冷凝固箔４は、冷却ロール回転軸７により高速回転している冷却ロール６のテーパ面５上に、るつぼ１０に保持した溶融合金８をるつぼ１０の下部に設けたスリット（図２には示していない）を介して噴出し、冷却ロール６上で鋳造して製造する。製造された該急冷凝固箔４は、回転軸３で高速回転する巻取ロール１のテーパ面２で捕捉され巻取られる。
【００１７】
該急冷凝固箔４の巻取りは、巻取ロール１を冷却ロール６に接近させて開始するが、少なくとも一周巻取り後は、両テーパ２，５が平行を維持した状態で両テーパ２，５の間隔ｄが拡大する方向（ｙ方向）、および巻取ロール１の短径側が冷却ロール６の長径側に近づく方向（ｘ方向）に巻取ロール１を移動させる。これは、巻取りの進行に伴い巻取ロール１のテーパ面２上に積層される急冷凝固箔４の積層厚が、増加することから生じる冷却ロールとの接触の恐れ、および、該箔４は幅方向に湾曲しているので、短径側にずれていくことにより生じるしわや破損の恐れを防止するためである。なお、巻取ロールの移動の要領に関しては実施例にて具体的に説明する。
【００１８】
なお、図１，２において共通して言えることであるが、本発明において、巻取り開始時、急冷凝固箔４の先端を巻取ロール１に捕捉させるには、該箔４が磁性を有する場合は、テーパ面２に永久磁石あるいは電磁石を埋め込んでおく等の磁気的捕捉手段を採用することができる。また、該箔４が非磁性の場合は、テーパ面２に粘着性の物質を付着させる等の捕捉手段を採用することができる。
【００１９】
本発明において、巻取ロール１のテーパ角θ1 および中心径φ1 を決定する際に用いる（１）式の意味について図８を用いて説明する。図８には２つの円錐台リングＡ・Ｂと水平リングＣを同一中心線上に重ねて示す、それぞれのリングのテーパ角を図中に示すように、θa ，θb ，θc とし、それぞれのリングの中心位置での径を、φa ，φb ，φc とする（半径がそれぞれ、φa ／２，φb ／２，φc ／２となる）。また、それぞれのリングののりの長さをそれぞれ、Ｌa ，Ｌb ，Ｌc とする。
【００２０】
ここで、Ｌa ，Ｌb ，Ｌc を等しいと仮定すると、円錐台リングＢを下方へ降ろした場合、θb がθa になったとき、円錐台リングＢは円錐台リングＡとなる。また、水平リングＣを下方へ降ろした場合、θc がθa になったとき、水平リングＣは円錐台リングＡとなる。
【００２１】
すなわち、本発明により用いる巻取ロールを円錐台リングＡとみなし、円錐台リング状接合材を円錐台リングＢおよび水平リングＣとみなすと、Ｌa ，Ｌb ，Ｌc を等しくなるように設計すれば、円錐台リングＡの形状の巻取ロールを用いれば、円錐台リングＢおよび水平リングＣの形状の円錐台リング状および水平リング状接合材用急冷凝固箔を巻き取ることができる。
【００２２】
よって、図８に示すＬa ，Ｌb ，Ｌc が等しくなるような関係式を満足すればよいことになる。
すなわち、図８に示すように、
0004119522.tif 000002
となり、さらに、φa ，θa をそれぞれ巻取ロールの中心経φ1 、テーパ角θ1 とし、φb ，φc を冷却ロールの中心径φ2 ，θb ，θc を冷却ロールのテーパ角θ2 として表すと、
（φ1 ／２）／ｓｉｎθ1 ＝（φ2 ／２）／ｓｉｎθ2 
すなわち、φ1 ／ｓｉｎθ1 ＝φ2 ／ｓｉｎθ2 
となり、（１）式が導かれる。
【００２３】
なお、本発明により急冷凝固箔を巻取る際、少なくとも一周巻取り後巻取ロールをｘ方向およびｙ方向に移動する必要がある旨先に述べたが、これは巻取りが進行するにつれ図８に示すように急冷凝固箔をのりの長さを一定になるように巻取らないとしわや破損が生じるためである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００２４】
【実施例１】
図４に示すような９０°開先を有する鋼管同士（鋼管サイズ：外径３６０mm、内径３４０mm、肉厚１０mm）を接合するための水平リング状接合材を得るために、図１に示すような装置で急冷凝固箔の鋳造および巻取実験を行った。用いた冷却ロールは、径４００mm、幅３５mmの銅製のもので、鋳造は必要な水平リング状接合材のサイズに合わせて、冷却ロールの中心から半径１７５mmの位置を中心として行った。急冷凝固箔の巻取りには、（１）式を満足するような小型サイズの巻取ロールを用いた。すなわち、中心径、テーパ角がそれぞれ、２４８mm、４５°で厚さが５０mmの巻取ロールを用いた。なお、巻取ロールのテーパ面２には永久磁石（Ｓｍ−Ｃｏ合金）を埋め込み、磁力で急冷凝固箔（強磁性を有する）の先端を捕捉する方式を採用した。
【００２５】
鋳造は以下のように行った。すなわち、冷却ロール６を１４００rpm （平均表面速度でおよそ２６ｍ／ｓ）の速さで高速回転させ、るつぼ１０からＦｅ−９wt％Ｓｉ−１．５wt％Ｂからなる組成の溶融合金８を、噴出圧０．２kg／cm２  で、スリット９（スリットサイズ：０．６mm×１１mm）からテーパ面５へ噴出した。噴出時の溶融合金の温度は１３００℃とし、スリット９と冷却ロール６のテーパ面５とのギャップは０．２mmとした。
【００２６】
巻取条件は、鋳造開始時の回転数を１９５０rpm とし、巻取り開始から０．５秒後以降は巻取張力が５kgf の一定値となるように制御した。また、巻取り開始後０．５秒後から、巻取ロールをｘ方向に３４mm／分で移動させ、さらに２秒後からはｙ方向に２０mm／秒で移動させた。
【００２７】
結果として、幅は１８mm、厚さはおよそ２０μｍの急冷凝固箔４を整然と積層して巻取ることができた積層厚さは約２０mmで、巻取り量は約１kgであった。この急冷凝固箔４を、鋼管の９０°開先の周長に合わせて１周長さ分を切り出したところ、目標の水平リング状接合材となり、この鋼管接合用として長さ、幅、傾きのすべての寸法が一致した。
【００２８】
この結果から、水平リング状接合材用急冷凝固箔でも、（１）式を満足するように設計した巻取ロールを用いれば、良好に巻取ることができることを確認できた。
【００２９】
【実施例２】
図７に示すような４５°開先を有する鋼管同士（鋼管サイズ：外径４００mm、内径３８０mm、肉厚１０mm）を接合するための円錐台リング状接合材を得るために、図２に示すような装置で急冷凝固箔の鋳造および巻取実験を行った。用いた冷却ロールは、必要な円錐台リング状接合材のサイズに合わせて、中心径が３９０mm、テーパ角が４５°で、厚さは３５mmであった。急冷凝固箔の巻取りには、（１）式を満足するような小型サイズの巻取ロールを用いた。つまり、中心径、テーパ角がそれぞれ、２３２mm、２５°で、厚さが５０mmの巻取ロールを用いた。なお、巻取ロールのテーパ面２には永久磁石（Ｓｍ−Ｃｏ合金）を埋め込み、磁力で急冷凝固箔（強磁性を有する）の先端を捕捉する方式を採用した。
【００３０】
鋳造は以下のように行った。すなわち、冷却ロール６を１２００rpm （平均表面速度２４．５ｍ／ｓ）の速さで高速回転させ、るつぼ１０から、Ｆｅ−９wt％Ｓｉ−１．５wt％Ｂからなる組成の溶融合金８を、噴出圧０．２kg／cm2 で、スリット９（スリットサイズ：０．６mm×１８mm）からテーパ面５に噴出した。噴出時の溶融合金の温度は１３００℃とし、スリット９と冷却ロール６のテーパ面５とのギャップは０．２mmとした。
【００３１】
巻取条件は、鋳造開始時の回転数を２０００rpm とし、巻取り開始から０．５秒後以降は巻取張力が５kgf の一定値となるように制御した。また、巻取り開始後０．５秒後から、巻取ロールをｘ方向に３４mm／分で移動させ、さらに２秒後からはｙ方向に２０mm／秒で移動させた。
【００３２】
結果として、幅は１８mm、厚さはおよそ２０μｍの急冷凝固箔４を整然と積層して巻取ることができた積層厚さは約１４mmで、巻取り量は約１kgであった。この急冷凝固箔４を、鋼管の４５°開先の周長に合わせて１周長さ分を切り出したところ、目標の円錐台リング状接合材となり、この鋼管接合用として長さ、幅、傾きのすべての寸法が一致した。
【００３３】
この結果から、冷却ロールにより小型の巻取ロールでも、（１）式を満足するように設計した巻取ロールを用いれば、比較的大型の円錐台リング状接合材用急冷凝固箔でも良好に巻取ることができることを確認できた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼管等の管同士を接合する際、接合面に挿入される水平リング状さらには大型の円錐台リング状の接合材用急冷凝固箔でも、小型の巻取装置で、良好に巻取ることが可能となり、該急冷凝固箔製造時の設備建設費用の削減と、作業性および歩留の向上を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一例を示す模式図である。
【図２】本発明の他の一例を示す模式図である。
【図３】水平リング状接合箔用急冷凝固箔の製造の様子を示す模式図である。
【図４】水平リング状接合箔を用いて管を接合する様子を示す模式図である。
【図５】円錐台リング状接合箔用急冷凝固箔の従来巻取方法を示す模式図である。
【図６】円錐台リング状接合箔用急冷凝固箔の製造方法を示す模式図である。
【図７】円錐台リング状接合箔を用いて管を接合する様子を示す模式図である。
【図８】本発明における（１）式の意味を説明する模式図である。
【符号の説明】
１：巻取ロール
２：巻取ロールテーパ角
３：巻取ロール回転軸
４：急冷凝固箔
５：冷却ロールテーパ角
６：冷却ロール
７：冷却ロール回転軸
８：溶融合金
９：スリット
１０：るつぼ
１１：円錐台リング状接合材
１２，１３：管
１４：凹テーパ管
１５：凸テーパ
【図１】
0004119522.tif 000003
【図２】
0004119522.tif 000004
【図３】
0004119522.tif 000005
【図４】
0004119522.tif 000006
【図５】
0004119522.tif 000007
【図６】
0004119522.tif 000008
【図７】
0004119522.tif 000009
【図８】
0004119522.tif 000010