(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属帯板からオープンパイプ（１）を形成する成形手段と、
前記オープンパイプ（１）の外周に配置され、突き合わされた前記オープンパイプ（１）の端部を溶接することで金属溶接管（４）を形成する外面溶接トーチ（３）と、
前記外面溶接トーチ（３）よりも下流側で前記金属溶接管（４）の内側に配置され、前記金属溶接管（４）の内面から溶接を行う内面溶接トーチ（５）と、
前記金属溶接管（４）の内側に挿入された保護管（６）と、
前記保護管（６）の外周に取り付けられるとともに、前記外面溶接トーチ（３）よりも上流側に配置された上流側シール（７）と、
前記保護管（６）の外周に取り付けられるとともに、前記内面溶接トーチ（５）よりも下流側に配置された下流側シール（８）と、
前記外面溶接トーチ（３）の直下を含む所定範囲において前記保護管（６）の外周に設けられ、前記保護管（６）との間に第１冷却水（１１）を通す冷却帯（１０）と、
前記保護管（６）の内側に挿入され、前記内面溶接トーチ（５）に溶接用シールドガスを供給するガス供給管（１２）と、
前記保護管（６）の内側に挿入され、前記内面溶接トーチ（５）に電力を供給する電力供給線（１７）と、
前記保護管（６）の内側に挿入され、往路管（１３０）及び復路管（１３１）により構成されるとともに、前記内面溶接トーチ（５）を冷却するための第２冷却水（１４）が通される冷却水路管（１３）と
を備え、
前記往路管（１３０）及び前記復路管（１３１）の少なくとも一方が、内部に前記第２冷却水（１４）が通される金属管で構成され、該金属管が前記電力供給線（１７）として用いられることを特徴とする金属溶接管製造装置。
【請求項２】
前記電力供給線（１７）として用いられる前記金属管が銅管であることを特徴とする請求項１記載の金属溶接管製造装置。
【請求項３】
前記冷却帯（１０）は、前記保護管（６）の円周方向全体を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属溶接管製造装置。
【請求項４】
前記保護管（６）の外周に取り付けられるとともに、前記外面溶接トーチ（３）よりも下流側かつ前記内面溶接トーチ（５）よりも上流側に配置された前記中間部シール９をさらに備え、
前記上流側シール（７）と前記中間部シール（９）との間には、内面シールドガスが充満される第１ガス空間（４ａ）が形成され、
前記中間部シール（９）と前記下流側シール（８）との間には、前記溶接用シールドガスが充満される第２ガス空間（４ｂ）が形成されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の金属溶接管製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属帯板を用いて金属溶接管を製造する金属溶接管製造装置に関し、特に、内面溶接トーチに接続された冷却水路管の往路管及び復路管の少なくとも一方を金属管で構成し、前記内面溶接トーチに電力を供給する電力供給線として前記金属管を用いることで、冷却水路管等が挿入される保護管を小径にでき、より小径な金属溶接管にも適用できるようにするための新規な改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来用いられていたこの種の金属溶接管製造装置としては、例えば特許文献１等に示された装置が用いられている。周知のように、金属溶接管が製造される場合には、所定幅にスリットされた金属帯板が成形ロールにより板幅方向に順次湾曲されて、オープンパイプが成形される。そして、このオープンパイプの突き合わされた端部が溶接されることで金属溶接管が製造される。このとき、外面からの溶接が行われることで、管内面側に内面ビードが形成される。内面ビードの大きさは、特に加工性、意匠性等が要求される用途で問題にされる。そこで、内面ビードの平滑化を行うために、ＴＩＧ溶接法による溶接が管内面から行われる。
【０００３】
図５は、従来の金属溶接管製造装置の要部を示す断面図である。図において、保護管６は、金属溶接管（図示せず）の内側に挿入されており、この保護管６の外周には円弧状の冷却帯１０が取り付けられている。この冷却帯１０の上流側端部には、冷却水入口１０ａと冷却水出口１０ｂとが設けられており、この冷却帯１０と前記保護管６との間の空間には、第１冷却水１１が供給される。この冷却帯１０は、オープンパイプの端部が外面からの溶接される位置の直下に設けられており、保護管６を冷却することで溶接の熱から保護管６及び保護管６の内部を保護するものである。
【０００４】
この保護管６の内側には、ガス供給管１２、電力供給線１７、及び冷却水路管１３が挿入されている。前記ガス供給管１２は、前記金属溶接管の内面から溶接を行う内面溶接トーチに溶接用シールドガスを供給するためのものであり、前記電力供給線１７は、前記内面溶接トーチに電力を供給するためのものである。前記冷却水路管１３は、前記内面溶接トーチを冷却する第２冷却水１４が通されるものであり、前記内面溶接トーチに前記第２冷却水１４を供給する往路管１３０と、前記内面溶接トーチを冷却した後の前記第２冷却水１４が帰される復路管１３１とから構成されている。なお、従来の金属溶接管製造装置における電力供給線１７は絶縁被覆が施された金属導線であり、ガス供給管１２及び冷却水路管１３はゴム管である。
【０００５】
ここで、ＴＩＧ溶接には大電流が用いられるので、この大電流が通電される前記電力供給線１７は高温となる。このため、従来の金属溶接管製造装置では、電力供給線１７を復路管１３１の内側に配置して、前記内面溶接トーチを冷却した後の前記第２冷却水１４により前記電力供給線１７を冷却するように構成している。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２７７０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような従来の金属溶接管製造装置では、電力供給線１７を冷却するために復路管１３１の内側に前記電力供給線１７を配置する構成であるので、内面溶接トーチを冷却するのに十分な第２冷却水１４の流量（流速）を確保するために、前記復路管１３１の径を大きくする必要がある。このため、前記復路管１３１が挿入された保護管６の径も大きくする必要があり、小径の金属溶接管に適用できないという問題が生じる。
また別の問題として、従来の金属溶接管製造装置では、冷却帯１０が円弧状に形成されて保護管６の上部のみを冷却するように構成されているので、製造する金属溶接管が小径であり前記冷却帯１０と前記金属溶接管との間の空間が狭い場合に、前記保護管６内の管の焼失及び破損につながり、メンテナンス面及び作業効率から経済的でないという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、保護管を小径にでき、より小径な金属溶接管にも適用できる金属溶接管製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る金属溶接管製造装置は、金属帯板からオープンパイプを形成する成形手段と、前記オープンパイプの外周に配置され、突き合わされた前記オープンパイプの端部を溶接することで金属溶接管を形成する外面溶接トーチと、前記外面溶接トーチよりも下流側で前記金属溶接管の内側に配置され、前記金属溶接管の内面から溶接を行う内面溶接トーチと、前記金属溶接管の内側に挿入された保護管と、前記保護管の外周に取り付けられるとともに、前記外面溶接トーチよりも上流側に配置された上流側シールと、前記保護管の外周に取り付けられるとともに、前記内面溶接トーチよりも下流側に配置された下流側シールと、前記外面溶接トーチの直下を含む所定範囲において前記保護管の外周に設けられ、前記保護管との間に第１冷却水を通す冷却帯と、前記保護管の内側に挿入され、前記内面溶接トーチに溶接用シールドガスを供給するガス供給管と、前記保護管の内側に挿入され、前記内面溶接トーチに電力を供給する電力供給線と、前記保護管の内側に挿入され、往路管及び復路管により構成されるとともに、前記内面溶接トーチを冷却するための第２冷却水が通される冷却水路管とを備え、前記往路管及び前記復路管の少なくとも一方が、内部に前記第２冷却水が通される金属管で構成され、該金属管が前記電力供給線として用いられる。
また、前記電力供給線として用いられる前記金属管が銅管であることが好ましい。
さらに、前記冷却帯は、前記保護管の円周方向全体を覆うように設けられている。
さらにまた、前記保護管の外周に取り付けられるとともに、前記外面溶接トーチよりも下流側かつ前記内面溶接トーチよりも上流側に配置された前記中間部シールをさらに備え、前記上流側シールと前記中間部シールとの間には、内面シールドガスが充満される第１ガス空間が形成され、前記中間部シールと前記下流側シールとの間には、前記溶接用シールドガスが充満される第２ガス空間が形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の金属溶接管製造装置によれば、往路管及び復路管の少なくとも一方が、内部に第２冷却水が通される金属管で構成され、該金属管が電力供給線として用いられるので、往路管及び復路管の内部断面積をすべて第２冷却水の流通に使用でき、往路管及び復路管の内部に電力供給線を挿入する場合に比べて往路管及び復路管を小径にできる。従って、保護管を小径にでき、より小径な金属溶接管にも適用できる。
また、電力供給線として用いる金属管を銅管とすることで電力を効率良く供給できる。
さらに、冷却帯が保護管の円周方向全体を覆うように設けられているので、小径な金属溶接管を製造する場合でも、保護管をより確実に冷却でき、保護管内の管をより確実に保護できる。
さらにまた、各シールにより保護管内に第１及び第２ガス空間が形成されるので、外面溶接及び内面溶接にそれぞれ適したシールドガスを第１及び第２ガス空間に分けて充満させることができ、外面溶接及び内面溶接の溶接部性能を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による金属溶接管製造装置を示す断面図である。なお、従来の品物と同一又は同等部分については同一の符号を用いて説明する。図において、オープンパイプ１は、成形ロール２によって金属帯板（図示せず）から形成されたものである。この成形ロール２は、図１では１つのロールであるように示しているが、周知のように複数のロールからなり、金属帯板を下流側（図中左側）へ送りつつ板幅方向に順次湾曲させることで、一部開口円筒状のオープンパイプ１を形成する。前記オープンパイプ１の外周には外面溶接トーチ３が配置されており、突き合わされた前記オープンパイプ１の端部が前記外面溶接トーチ３によって溶接されることで金属溶接管４が形成される。
尚、オープンパイプ１の形成は、成形ロールを用いたロールフォーミング以外にも、ダイスを用いたダイドローフォーミング等でも行うことができる。
【００１２】
前記オープンパイプ１の内側には、前記金属溶接管４の内面から溶接を行う内面溶接トーチ５が配置されている。この内面溶接トーチ５は、前記外面溶接トーチ３よりも下流側に配置されており、前記外面溶接トーチ３による溶接によって形成された内面ビードをＴＩＧ溶接により平滑化する。
【００１３】
また、前記オープンパイプ１の内側には、図示しない固定用ブラケットにより支持された保護管６（ステンレス鋼管）が挿入されている。この保護管６の内側には複数の管が挿入されており、これら複数の管により前記内面溶接トーチ５に冷却水や溶接用シールドガス等が供給される。保護管６内の複数の管については後に詳しく説明する。
【００１４】
前記保護管６の外周には上流側シール７、下流側シール８、中間部シール９、冷却帯１０が取り付けられている。
【００１５】
前記上流側シール７は前記外面溶接トーチ３よりも上流側に配置され、前記下流側シール８は前記内面溶接トーチ５よりも下流側に配置され、前記中間部シール９は前記外面溶接トーチ３よりも下流側かつ前記内面溶接トーチ５よりも上流側に配置されている。これら各シール７〜９は、例えば金属フェルト又はセラミックウール等の耐熱性及び耐摩耗性に優れた軟質材で構成された円筒状の部材であり、前記金属溶接管４の内周面に強く接触するサイズに形成されている。換言すると、前記成形ロール２により前記金属溶接管４が下流側に送られることで、前記金属溶接管４の内周面が各シール７〜９の外周面に沿って摺動される。
【００１６】
前記上流側シール７と前記中間部シール９との間には第１ガス空間４ａが形成されており、図示しない供給口から供給される内面シールドガス、具体的にはアルゴンガスが第１ガス空間４ａに充満される。一方、前記中間部シール９と前記下流側シール８との間には第２ガス空間４ｂが形成されており、前記内面溶接トーチ５から排出される溶接用シールドガス、具体的にはアルゴンガスと水素ガスとの混合ガスが前記第２ガス空間４ｂに充満される。なお、各シール７〜９は、製造される金属溶接管４のサイズに応じて適宜取り替えられる。
【００１７】
前記冷却帯１０は、前記外面溶接トーチ３の直下（溶接点直下）を含む所定範囲において前記保護管６の外周に設けられている。換言すると、前記冷却帯１０は、前記上流側シール７と前記中間部シール９との間に配置されている。この冷却帯１０は、後に図を用いて説明するが、例えば銅等の熱伝導性に優れた金属で形成された管であり、前記保護管６を冷却するためのものである。すなわち、最も高温にさらされる範囲において前記保護管６を冷却することで、前記保護管６内の管に対して断熱効果発揮する。
【００１８】
次に、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図であり、保護管６及び冷却帯１０の断面を示している。図において、前記冷却帯１０は、前記保護管６よりも大径の金属管であり、前記保護管６の円周方向全体を覆っている。また、前記冷却帯１０は、前記外面溶接トーチ３に近い側において前記保護管６との間により広い空間を形成するため、中心位置が前記保護管６の中心位置よりも上方になるように偏芯して配置されている。
【００１９】
前記冷却帯１０の上流側端部には、冷却水入口１０ａと冷却水出口１０ｂとが設けられている。図示はしないが、これら冷却水入口１０ａ及び冷却水出口１０ｂには、前記上流側シール７を貫通して前記保護管６に沿って設けられた管が接続されており、この管を介して供給される第１冷却水１１が、前記冷却水入口１０ａから連続して注入されて、前記冷却帯１０と前記保護管６との間の空間に満たされる。この第１冷却水１１は、前記冷却水出口１０ｂから連続的に復水として回収される。
【００２０】
前記保護管６の内側には、ガス供給管１２と冷却水路管１３とが挿入されており、前記ガス供給管１２は、前記内面溶接トーチ５に溶接用シールドガスを供給するためのものである。前記冷却水路管１３は、往路管１３０と復路管１３１とから構成されており、前記内面溶接トーチ５を冷却するための第２冷却水１４が通されるものである。なお、往路管１３０は前記第２冷却水１４を前記内面溶接トーチ５に供給する管であり、復路管１３１は前記内面溶接トーチ５を冷却した前記第２冷却水１４を回収する管である。これらガス供給管１２、往路管１３０、及び復路管１３１は、例えば銅等の熱伝導性の良い金属で形成された細い金属管である。また、ガス供給管１２、往路管１３０、及び復路管１３１は、曲がりにくくなるように１つの束とされており、溶接用シールドガス及び第２冷却水１４の流速が落ちないように構成されている。なお、後述するが、この実施の形態では、復路管１３１は、前記内面溶接トーチ５に電力を供給する電力供給線１７を兼ねている。
【００２１】
次に、図３は、図２の往路管１３０及び復路管１３１の系統を示す構成図である。図において、冷却水タンク２０に貯められた冷却水２１は、ポンプ２２の動作により、前述の第１冷却水１１と第２冷却水１４とに分かれて圧送される。前記第１冷却水１１は、前記冷却帯１０に供給されて排水ピット２３に回収される。前記第２冷却水１４は、前記往路管１３０を通って前記内面溶接トーチ５に供給されて、前記復路管１３１を通って排水ピット２３に回収される。前記排水ピット２３に回収された排水は、図示しないクーリングタンクに送られる。
【００２２】
前記往路管１３０及び前記復路管１３１は、電源ユニット２４の内部を通されている。前記往路管１３０は、前記ポンプ２２から前記電源ユニット２４の下流位置（保護管６の上流位置）まではゴム管により構成され、前記電源ユニット２４の下流位置から前記内面溶接トーチ５までは金属管で構成されている。一方、前記復路管１３１は、前記内面溶接トーチ５から前記電源ユニット２４の内部までは金属管で構成され、前記電源ユニット２４の内部から前記排水ピット２３まではゴム管で構成されている。前記電源ユニット２４の内部に通された金属管には前記電源ユニット２４から電力が供給され、この金属管である前記復路管１３１が、前記内面溶接トーチ５に電力を供給する電力供給線１７として用いられる。
【００２３】
次に、図４は、図１の内面溶接トーチ５を示す一部断面の正面図である。図において、内面溶接トーチ５は、金属で構成されたトーチ本体５０と、このトーチ本体５０の外周を覆う絶縁カバー５１とにより構成されている。ガス供給管１２は、トーチ本体５０のガス通路５０ａに接続されており、このガス通路５０ａに溶接用シールドガスを供給する。往路管１３０及び復路管１３１は、トーチ本体５０の外周面５０ｂに接触されて設けられるとともに、トーチ本体５０の周囲を囲むように配置されている。すなわち、往路管１３０及び復路管１３１がトーチ本体５０の外周面５０ｂに接触されることで、トーチ本体５０が冷却されるとともに、トーチ本体５０に電力が供給される。
【００２４】
次に、金属溶接管４を製造する態様について説明する。まず、固定用ブラケット（図示せず）で固定された保護管６に金属溶接管のサイズに応じて各シール７〜９を取り付けるとともに、上流側シール７と中間部シール９との間に冷却帯１０を配置する。
【００２５】
その次に、冷却帯１０と保護管６との間の空間に第１冷却水１１を供給する管（図示せず）を外部冷却水供給系に接続する。また、前記第１ガス空間４ａに内面シールドガスを供給する内面シールドガス供給管（図示せず）を外部ガス供給系に接続するとともに、前記保護管６内の前記ガス供給管１２を外部ガス供給系に接続する。さらに、前記保護管６内の前記往路管１３０を前記ポンプ２２に接続するとともに、前記復路管１３１を前記電源ユニット２４に接続する。
【００２６】
その次に、内面シールドガス及び溶接用シールドガスの供給を開始するとともに、成形ロール２により金属帯板からオープンパイプ１を形成する。また、外面溶接トーチ３によりオープンパイプ１の端部の溶接を行うとともに、内面溶接トーチ５により内面ビードを平滑化する。このとき、冷却帯１０と保護管６との間の空間に第１冷却水１１が連続的に供給されるので、溶接点直下においても保護管６内部は比較的低温に保たれており、長時間安定した内面溶接を行うことができる。
【００２７】
なお、上述の説明では、復路管１３１を電力供給線１７として用いると説明しているが、往路管１３０を電力供給線１７として用いることも可能であり、往路管１３０と復路管１３１との両方を電力供給線１７として用いることも可能である。
【００２８】
このような金属溶接管製造装置では、往路管１３０及び復路管１３１の少なくとも一方が、内部に第２冷却水１４が通される金属管で構成され、該金属管が電力供給線１７として用いられるので、往路管１３０及び復路管１３１の内部断面積をすべて第２冷却水１４の流通に使用でき、往路管１３０及び復路管１３１の内部に電力供給線１７を挿入する場合に比べて往路管１３０及び復路管１３１を小径にできる。従って、保護管６を小径にでき、より小径な金属溶接管４にも適用できる。
具体的には、以下のような結果を得ることができる。
すなわち、従来構成では、内部に電力供給線１７を配置しているので、復路管１３１がφ１０ｍｍ程度となり、保護管６としてφ２０ｍｍ程度の管を使用する必要があった。このため、従来構成では、冷却帯１０まで含めた最大の外形寸法が３０ｍｍ程度になり、内径３３．００ｍｍ程度の金属溶接管４までしか適用できなかった。
これに対して、実施の形態の構成では、電力供給線１７として用いる復路管１３１をφ３×ｔ１．０ｍｍ程度とすることができ、保護管６としてもφ１３×ｔ１．５ｍｍ程度の管を使用できる。このため、実施の形態の構成では、冷却帯１０まで含めた最大の外形寸法を２０ｍｍ程度まで抑えることができ（従来構成の２／３にコンパクト化でき）、内径２６．００ｍｍ程度の金属溶接管４まで適用できる。
【００２９】
また、電力供給線として用いる金属管を銅管とするので、電力を効率良く供給できる。
【００３０】
さらに、冷却帯１０が保護管６の円周方向全体を覆うように設けられているので、小径な金属溶接管４を製造する場合でも、保護管６をより確実に冷却でき、保護管６内の管１２，１３０，１３１をより確実に保護できる。すなわち、保護管６内部の温度を比較的低温に保つことができ、長時間安定した内面溶接を実施することができる。
【００３１】
さらにまた、各シール７〜９により保護管６内に第１及び第２ガス空間４ａ，４ｂが形成されるので、外面溶接及び内面溶接にそれぞれ適したシールドガスを第１及び第２ガス空間４ａ，４ｂに分けて充満させることができ、外面溶接及び内面溶接の溶接部性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態１による金属溶接管製造装置を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図２の往路管及び復路管の上流側の端部を示す構成図である。
【図４】図１の内面溶接トーチを示す一部断面の正面図である。
【図５】従来の金属溶接管製造装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  オープンパイプ
２  成形ロール（成形手段）
３  外面溶接トーチ
４  金属溶接管
４ａ，４ｂ  第１及び第２ガス空間
５  内面溶接トーチ
６  保護管
７  上流側シール
８  下流側シール
９  中間部シール
１０  冷却帯
１１  第１冷却水
１２  ガス供給管
１３  冷却水路管
１３０  往路管
１３１  復路管
１４  第２冷却水
１７  電力供給線
【図１】
0005016526.tif 000002
【図２】
0005016526.tif 000003
【図３】
0005016526.tif 000004
【図４】
0005016526.tif 000005
【図５】
0005016526.tif 000006