(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板を円筒状にロール成形し、ＴＩＧ溶接によって金属管を製造する方法において、円筒状の端部同士を溶接した後、造管軸に対し溶接部から４５度回転し４分割された前方ロールと、その後方に造管軸に対し溶接部から９０度回転させ、ロール外径よりも前記前方ロールとのロール間隔を小さくし、４分割された後方ロールにより金属管を拘束することを特徴とする金属管の製造方法。
【請求項２】
後方ロールのうち溶接部に配置されたロール孔型は溶接部と接触しないように溝部を有することを特徴とする請求項１記載の金属管の製造方法。
【請求項３】
前方ロールと後方ロールの間で、前記溶接部をさらにＴＩＧ溶接することを特徴とする請求項１又は２記載の金属管の製造方法。
【請求項４】
平板を円筒状にロール成形し、ＴＩＧ溶接によって金属管を製造する装置において、造管方向において第１の溶接電極の後に造管軸に対して溶接部から４５度回転して４分割した前方ロールを配置し、その後方に造管軸に対し溶接部から９０度回転させ、ロール外径よりも前記前方ロールとのロール間隔を小さくし、４分割した後方ロールを有することを特徴とする金属管の製造装置。
【請求項５】
後方ロールのうち溶接部に配置されたロール孔型は溶接部と接触しないように溝部を有することを特徴とする請求項４記載の金属管の製造装置。
【請求項６】
前方ロールと後方ロールの間に、前記溶接部を溶接する第２の溶接電極を配置することを特徴とする請求項４又は５記載の金属管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＩＧ溶接の際に溶接部のミクロクラックがなく、高速溶接を可能にする金属管の製造方法及び装置に関するものである。
本発明は金属管として、スプリングバックが問題となる、特にチタン、ステンレスのＴＩＧ溶接に適する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の金属管の製造方法は多段の孔型ロールを用いて、コイルから円周方向に曲げ成形を与え成形する装置を用いている。ＴＩＧ溶接時にスクイズロールと呼ばれる溶接を安定成形させる成形スタンドがある。従来はこのロールには２つの対向した孔型ロールを多段、小径化して用いて高速溶接に対応することが行われているが、造管速度に限界があった。
【０００３】
塑性と加工VOL.２９−３３４（１９８８）（参考文献１という）によれば、純チタン材を用いたパイプ径２５．４mmの造管で、２ロールのスクイズロールを４段用いてロール外径を６５mmとして各ロール間隔を７０mmとして造管の溶接速度は８．３m/min まで可能とする技術が開示されている。
また、従来の４分割ロールとしては、管の圧延（ストレッチレデューサー）の偏肉を防止することを目的として、特開昭６０−８７９０７号公報（参考文献２という）等に本発明と同様に前後ロールの角度を４５度変える技術が開示されている。
さらに、電縫鋼管へ４分割ロールの適用として、管端の真円度を高める絞り成形に関し、特許第２５２０５３８号（参考文献３という）等が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、参考文献１に記載されている技術は、溶接速度は８．３m/min まで可能であるとしているが、これ以上の溶接速度を上げることはできないという問題がある。また、参考文献２に開示された発明は、ロール間隔の短縮や金属管溶接を狙ったものではなく、溶接速度の向上は図れない。更に、参考文献３に開示されている発明も、溶接後の成形に管の残留応力の均一化を狙ったものであり、溶接速度を向上させる本発明とは異なる。
本発明は、溶接時の成形においてバックリングが問題となるようなＴＩＧ溶接管の高速溶接を可能にする金属管の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨とするところは
（１）平板を円筒状にロール成形し、ＴＩＧ溶接によって金属管を製造する方法において、円筒状の端部同士を溶接した後、造管軸に対し溶接部から４５度回転し、４分割された前方ロールと、その後方に造管軸に対し溶接部から９０度回転させ、ロール外径よりも前記前方ロールとのロール間隔を小さくし、４分割された後方ロールにより金属管を拘束することを特徴とする金属管の製造方法、
（２）後方ロールのうち溶接部に配置されたロール孔型は溶接部と接触しないように溝部を有することを特徴とする前記（１）記載の金属管の製造方法、
（３）前方ロールと後方ロールの間で、前記溶接部をさらにＴＩＧ溶接することを特徴とする前記（１）又は（２）記載の金属管の製造方法、
（４）平板を円筒状にロール成形し、ＴＩＧ溶接によって金属管を製造する装置において、造管方向において第１の溶接電極の後に造管軸に対して溶接部から４５度回転して４分割した前方ロールを配置し、その後方に造管軸に対し溶接部から９０度回転させ、ロール外径よりも前記前方ロールとのロール間隔を小さくし、４分割した後方ロールを有することを特徴とする金属管の製造装置、
（５）後方ロールのうち溶接部に配置されたロール孔型は溶接部と接触しないように溝部を有することを特徴とする前記（４）記載の金属管の製造装置、
（６）前方ロールと後方ロールの間に、前記溶接部を溶接する第２の溶接電極を配置することを特徴とする前記（４）又は（５）記載の金属管の製造装置、
にある。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１に本発明の実施例の成形方法を示す。溶接前の金属管素板１の周囲に造管軸に対し溶接部から左右に４５度回転させ、４分割させた前方ロール２を配置し、その後方にはこれら前方ロール２と９０度造管軸に対して交差させた後方ロール３を配置する。即ち、後方ロール３は造管軸に対し溶接部から９０度回転させている。ただし、後方ロール３のうち、溶接部上に配置されたロール４は高速溶接時に溶融状態となっている溶接部と接触しないようロールに溝をつけたロール４を用いる。但し、溶接部が固体状態となった後に溶接部と後方ロールが接触する場合は、この溝は必要ない。
【０００７】
造管方向（金属管軸方向）において溶接用トーチ５は前方ロール２の前のみか、必要に応じ、後方ロール３の前に第２の溶接電極を配置し、更に高速の溶接を行う場合には前方ロールの前にロールを配置する場合はそのロールの直下あるいは前方に第３の溶接電極を配置するか、さらに後方ロールの後にロールを追加配置する場合には後方ロール３の後方の溶接押さえ上ロール４の後方に第３の溶接電極を設けてＴＩＧ溶接を行っても良い。
【０００８】
すなわち、溶接速度が大きくなった場合には、溶融プール部が後方に移動し、凝固時のパイプ（金属管）を拘束する力が作用しない場合には溶接部に凝固割れが発生し、製品とならない。そこで、本発明者らは、ロール分割を行なうことで、ロール底径とロールフランジ径の差を小さくし、ロールとパイプに発生する周速差を小さくし、造管速度を高くできること、および前方ロール２と９０度交差させた後方ロール３にて、前方ロール２と後方ロール３、押さえロール４の間隔を従来の２ロールよりも小さくし、凝固点近傍の円周方向にスプリングバックにより一旦造管した後の管が開こうとすることを抑えることで凝固割れの発生を防止できることを見出した。
【０００９】
本発明では従来２ロールでは不可能であったロール外径ＤR をロール間隔Ｌより大きくすること（ＤR ＞Ｌ）が可能である。この前方ロールと後方ロールを近接させることにより、チタン管等スプリングバックしやすい金属管においても、凝固割れもなく高速溶接が可能になる。なお、後方ロール３、及び必要に応じ設置する溶接押さえ上ロール４はより造管速度が大きくなった場合には後方に移動させる機構を付加する。
【００１０】
【実施例】
表１に従来法と本発明を用いて溶接した場合の、溶接速度と溶接部の凝固割れの関係を示す。純チタンで外径２５．４mm、板厚０．７mmの管のＴＩＧ溶接を行った。本発明例では１番目のトーチは前方ロール手前１０mm、第２トーチは後方ロール前２０mmと配置し、それぞれ４分割した前方ロールと後方ロールの外径は４２mmとした。前方ロールと後方ロールの配置は図１に示すように、前方ロールは造管軸に対し溶接部から４５度回転し、後方ロールは前方ロールの４０mm後方に造管軸に対し溶接部から９０度回転させて配置した。後方ロール３の溶接部上部に当たるロールに深さ３mm、幅５mmの溝を設置した。溶接に当たって２本のトーチを用いたが、２本以上でもよい。
【００１１】
比較例では２分割したロールをロール間隔が１５０、７０mmとして前後に２段設けた場合と本発明例によるロール間隔４０mmの場合の比較を行った。比較例では、溶接トーチの位置は本発明例と同一とした。比較例では８m/min の溶接速度で凝固割れによる溶接欠陥が発生したが、本発明例では１０m/min の溶接が可能となった。また、ロール周速による外観疵もほとんど発生はしなかった。
【００１２】
【表１】
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【００１３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明はＴＩＧ溶接を用いた金属管の凝固割れの発生を防止し、高速な溶接・造管を可能する金属管の製造方法を提供するものとして、工業上有益な効果をもたらし得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する外観図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は金属管軸方向から見た図である。
【符号の説明】
１  金属管
２  前方ロール
３  後方ロール
４  ロール（溶接押さえ上ロール）
５  溶接用トーチ
【図１】
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