专利名称：电焊管焊接装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电焊管焊接装置，在使金属带板移动的同时将其弯曲成圆筒状， 通过感应加热或者基于滑动电极的直接通电，对金属带板通电电流，由此将上述金属带板的两端部接合而制造电焊管。进一步说明，本发明尤其涉及一种能够有效消除无功功率并能够高效地进行焊接的电焊管焊接装置。本申请基于2009年9月16日在日本申请的特愿2009-214885号以及2009年9 月16日在日本申请的特愿2009-214887号并主张其优先权，将这些申请的内容援用于此。
背景技术：
作为制造金属管的方法，除了一边弯曲金属带板一边通过焊接来形成管形状的电焊管、螺盘管等以外，还具有在金属坯上直接开孔来进行制造的无缝管以及基于金属挤压的管的制造方法。电焊管由于生产率尤其高且能够便宜地进行制造，因此被大量生产。这种电焊管为，在使金属带板移动的同时将其成型为圆筒型，在最后，在对进行接合的金属带板的两端部流动高频电流而升高到熔融温度的状态下，通过辊来对两端面进行压接焊接而形成为管状。此时，作为对金属带板的端部供给电流的方法，存在的一个方法为，以包围金属外侧的方式卷绕感应线圈，并在该感应线圈中流动一次电流，由此使金属直接产生感应电流的方法；另一个方法为，将被称作接触端头的金属制电极按压到金属带板的端部，而从电源直接通电电流的方法。此时，在感应线圈或电极中通过的电流，一般使用100 400kHz程度的高频电流，并且在管的内面侧配置被称作二端阻抗元件的强磁性体的情况较多。二端阻抗元件被用于阻止要在被弯曲成筒状的金属带板的内周流动的电流。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开昭53-44449号公报非专利文献非专利文献1 《高频的基础和应用》(东京电机大学出版局，P79、80)
发明内容
发明要解决的技术问题图1、图2是说明电焊管的焊接的示意图。作为被焊接材料的金属带板1，从平面状态起在移动中通过辊而被加工，并以两端部h、2b相面对的形状成型为筒状，在最后，通过挤压辊7对两端部加、213进行按压而在接合部6接触。在该挤压辊7的上游，为了使相面对的两端部h、2b熔融而接合，而作为供电部，在图1中设置有感应加热装置的感应线圈 3，在图2中设置有直接通电装置的电极^、4b。通过使用该感应线圈3或者直接通电装置的电极4a、4b来流动高频电流，由此在金属带板端部h、2b中流动电流5ajb而进行焦耳发热，金属带板端部h、2b的表面被加热而熔融，由此在接合部6被焊接。在金属带板1的CN 102548704 A
表面上产生并在金属板端部h、2b中流动的电流fe、5b为高频，如果金属带板1不具有开口部，则在与感应线圈3或者电极^、4b相对应的位置的圆周方向上流动与一次电流反向的电流，但由于在电焊管制造中金属带板是开放的，因此电流通过表皮效应而在金属带板端部h、2b的表面上流动，并且通过邻近效应而要沿着金属板端部侧流动。电流fe、5b为，如果与感应线圈3或者从电极^、4b在接合部6进行往复的长度相比较，被弯曲成筒状的金属带板1的内周面的圆周方向长度足够长，则与感应线圈3或者电极4a、4b与接合部6之间的阻抗相比，内周面的圆周方向的阻抗较大，因此电流如上述那样要沿着金属带板端部向接合部侧流动。但是，在成为筒状的金属带板的内径较小，而该筒状体的内周面的圆周方向的阻抗不是那么大的情况下，朝向接合部侧的电流减少，电流在管内周面上流动。为了阻止这种电流在内周面上的流动，以往采用如下的方法如图3的截面示意图所示，将被称为二端阻抗元件8的强磁性体插入到成为筒状的金属带板1的内侧， 提高内周面的阻抗，由此阻止在内周面上流动的电流。在专利文献1中公开了如下方法除了该内侧的二端阻抗元件之外，在外周面上也配置二端阻抗元件。在专利文献1记载的方法中，可以认为配置二端阻抗元件是为了阻止在所弯曲的筒状体的外周侧流动的电流。但是，本发明的发明人等根据专利文献1记载的方法进行了电磁场解析，结果判明了如下情况如图4中的电流矢量所示，在筒状体的外周面的圆周方向上流动的电流，集中在感应线圈正下方附近以及在感应线圈上游侧从金属带板1内侧的二端阻抗元件端部离开的上游侧，在从感应线圈到二端阻抗元件端部之间， 向外流动的电流极少。此外，还判明了如下情况虽然外面二端阻抗元件具有将一部分向外流动的电流切断的效果，但是由于二端阻抗元件自身为强磁性体，所以发现将由感应线圈产生的磁通向远方输送的作用，并在筒状金属的表面上产生无效的电流，因此有时会使焊接效率降低。此外，如图1所示，在电焊管制造中，在移动中通过辊来对平板的金属进行弯曲加工，使其成为接近圆筒的形状，并通过挤压辊7使由感应线圈3的感应电流加热、熔融的金属带板两端部接触而形成管，在该情况下，在感应线圈3的附近，以挤压辊7为首的轧机架等构造体使用作为磁性体的铁。在此，铁存在如下问题铁的相对磁导率较高而容易将磁通集中，因此被由感应线圈3产生的磁通加热，消耗多余的电力，成为使焊接效率降低的原因。此外，由于这些挤压辊、构造体等消耗电力的构造的温度上升，因此需要进行冷却。此外，根据在金属带板端部安装热电偶而测定了温度的结果，得知如下情况当在感应线圈3中流动电流时，不仅接合部6侧的金属板端部被加热，感应线圈3上游侧的金属板端部也被加热。以往，如非专利文献1所示，说明了电流仅在从感应线圈正下方朝向焊接部的方向上流动的情况。但是，本发明的发明人等通过电焊管的电磁场解析对电流分布、磁场分布进行了调查，结果得知如下情况不是非专利文献1所示的、如图1那样的电流分布， 而是如图4所示，来自感应线圈3正下方的电流，不仅成为接合部6方向的电流，而且相当量的电流分流而向感应线圈3的上游流动。此外，磁通还分散到从感应线圈3离开的部分， 在挤压辊7、金属带板端部以外的侧面部分也产生对焊接无帮助的感应电流。S卩，判明了存在如下问题由感应线圈3供给的电力未有效地流到接合部，而是作为无用的电力被消费掉。本发明的目的在于，解决上述课题，提供一种电焊管焊接装置，用于提高电焊管制造时的加热效率，能够通过简单的装置有效地提高制造效率。用于解决课题的手段本发明的主旨如下所述。(1)本发明一个方式的电焊管焊接装置为，在移动的金属带板通过辊被弯曲成圆筒状而上述金属带板的宽度方向的两端部成为对置之后，在被弯曲成上述圆筒状的金属带板的附近设置感应加热装置或者通电加热装置的供电部，通过来自该供电部的供给电力对上述两端部进行焦耳加热，之后将上述两端部之间在压接同时进行焊接。而且，该电焊管焊接装置具备强磁性体，在沿着上述金属带板的移动方向观察的情况下，在比上述供电部靠上游侧、且与上述对置的两端部之间的开口部对应的位置上，该强磁性体松动插入在上述两端部之间。(2)在上述(1)所述的电焊管焊接装置中，也可以采用以下构成上述强磁性体松动插入在上述开口部的上述两端部之间，并且在与上述金属带板的移动方向垂直的截面中观察的情况下，上述强磁性体具有对上述对置的金属带板的两端部的各上部角部、各下部角部的一方或者双方进行覆盖的形状。(3)在上述( 所述的电焊管焊接装置的情况下，在上述截面中观察上述强磁性体时的形状也可以为τ字状、倒T字状、H字状中的某一个。(4)在上述(1)所述的电焊管焊接装置中，在与上述金属带板的移动方向垂直的截面中观察上述强磁性体时，其形状也可以为I字状。(5)在上述(1)所述的电焊管焊接装置中，上述强磁性体的表面也可以由非磁性且非导电性的材料覆盖。(6)在上述(1)所述的电焊管焊接装置中，还可以具有移动机构，在上述强磁性体接触到上述两端部时，该移动机构使其在上述两端部之间的开口部内移动，以避免该强磁性体的破损。(7)在上述(6)所述的电焊管焊接装置中，上述移动机构也可以是对上述强磁性体进行悬吊支持的线材。(8)在上述(6)所述的电焊管焊接装置中，也可以采用以下构成在与上述金属带板的移动方向垂直的截面中观察上述强磁性体时的形状为，具有配置在其上部的水平部分和从该水平部分朝向铅垂下方延伸的垂直部分的T字状或者H字状；上述移动机构为设置板，该设置板具有开口部，上述铅垂部分插通该开口部，以便上述铅垂部分位于上述两端部之间；和载放部，设置在该开口部的周围，载放上述水平部。(9)在上述(8)所述的电焊管焊接装置中，也可以采用以下构成还具备对上述强磁性体的上部吐出冷却介质的构件；以及间隔件，在将上述强磁性体的上述水平部分载放到上述设置板的上述载放部上时，夹入在该水平部分和上述载放部之间；在上述间隔件上设置有供上述冷却介质通过的空间，以便在上述冷却介质被吐出到上述强磁性体的上部时，上述冷却介质向上述强磁性体的上述垂直部下降。(10)在上述(8)所述的电焊管焊接装置中，也可以采用以下构成还具备对上述强磁性体的上部吐出冷却介质的构件；上述强磁性体具有使上述冷却介质通过的狭缝，在上述冷却介质被吐出到上述强磁性体的上部时，上述冷却介质通过上述狭缝向上述垂直部下降。
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(11)在上述(1)所述的电焊管焊接装置中，也可以采用以下构成上述供电部为上述感应加热装置的感应线圈；还具备配置在该感应线圈外周的环状的强磁性体。(12)在上述(11)所述的电焊管焊接装置中，上述环状的强磁性体也可以沿着上述感应线圈的圆周方向被分割为多个。(13)在上述(1 所述的电焊管焊接装置中，也可以在上述被分割为多个的上述环状的强磁性体的、相邻的强磁性体彼此之间，设置有流动冷却介质的冷却路。(14)在上述(1)所述的电焊管焊接装置中，也可以采用以下构成上述供电部为上述感应加热装置所具备的感应线圈；在上述移动方向的上述强磁性体的更上游还具备金属制的屏蔽板，该屏蔽板将由上述感应线圈产生的磁通遮断。发明的效果根据上述(1)所述的电焊管焊接装置，能够通过简单的装置有效地提高在将移动的金属带板弯曲的同时使其成为筒状而进行焊接的电焊管焊接的效率。因此，电力使用量降低，能够实现节能。或者，在投入了相同电力的情况下，能够提高生产线速度，因此能够实现生产率的提高。
图1是表示基于使用了感应线圈的以往想法的电流分布的平面示意图。图2是表示基于使用了滑动电极的以往想法的电流分布的平面示意图。图3是图1所示的电焊管制造装置的纵截面示意图。图4是表示基于电磁场解析的电流分布的平面示意图。图5是对使用了本发明一个实施方式的电焊管制造装置时的电流分布进行说明的平面示意图。图6是说明该电焊管制造装置的纵截面示意图。图7是对在金属板端部流动的电流分布进行说明的截面示意8是表示在该电焊管制造装置中、在金属端部之间配置了 H字型的芯的例子的截面示意图。图9是表示在该电焊管制造装置中、在金属端部之间配置了曲线形状的H字型的强磁性体的例子的截面示意图。图10是表示在该电焊管制造装置中、在金属端部之间配置了 T型的强磁性体的例子的截面示意图。图11是表示在该电焊管制造装置中、在金属端部之间配置了 I型的强磁性体的例子的截面示意图。图12是表示在该电焊管制造装置中、在金属端部之间配置了 T型的强磁性体的例子的截面示意图。图13是表示在该电焊管制造装置中、在金属端部之间通过线吊起T型的强磁性体而使其自由活动的例子的主视截面示意图。图14是表示在该电焊管制造装置中、在金属端部之间通过线吊起T型的强磁性体而使其自由活动的例子的主视截面示意图。图15是对在本发明一个实施方式的强磁性体壳体中、能够活动自如地设置强磁性体的例子进行说明的平面示意图。图16是对在图15的A-A截面图中观察时的、能够有效冷却强磁性体的构造进行说明的主视截面示意图。图17是对在图6所示的本发明一个实施方式的电焊管制造装置的感应线圈外面上设置环状的强磁性体的例子进行说明的纵截面图。图18是表示该电焊管制造装置的图、是图17的Al-Al向视主视截面图。图19是本发明一个实施方式的电焊管制造装置的、具备分割的强磁性体和冷却构件的感应线圈的截面示意图。图20是本发明一个实施方式的电焊管制造装置的、具备在感应线圈的圆周方向上进行了间隔剔除的强磁性体和冷却构件的感应线圈的截面示意图。图21是对在本发明一个实施方式的电焊管制造装置中、在图18所示的强磁性体的外周部设置了冷却构造的例子进行说明的主视截面示意图。图22是表示在本发明一个实施方式的电焊管制造装置中、使配置在感应线圈外侧的强磁性体的端部朝向金属带板侧的例子的纵截面图。图23是对在本发明一个实施方式的电焊管制造装置中、在设置在感应线圈上游的强磁性体的上游设置屏蔽板的例子进行说明的纵截面示意图。图M是表示本发明一个实施方式的电焊管制造装置的、设置了狭缝的强磁性体的例子的示意立体图。图25是表示该电焊管制造装置的、设置了狭缝和周壁部的强磁性体的例子的示意立体图。图沈是表示在该电焊管制造装置中、在狭缝及周壁部的基础上还设置了突出部的强磁性体的例子的示意立体图。图27是表示在比较例中使用的铁氧体芯的形状的截面示意图。
具体实施例方式电焊管为，将与制管的宽度相对应而分割的、移动的金属带板，在通过辊进行弯曲的同时使其成型为筒状，使金属带板的宽度方向两端部对置。之后，通过感应加热装置的供电部的感应线圈或者通电加热装置的供电部的滑动的通电电极，在金属带板中流动电流， 使金属带板的端面加热熔融。之后，在工序的下游，将金属带板的对置的两端面通过挤压辊按压到一起并使其贴紧而接合(焊接)，得到电焊管。在此，在本发明中说明的“下游”是指金属带板的移动方向的下游，以下在称为“上游”、“下游”的情况下，是指金属带板的移动方向的“上游”、“下游”。图1是表示使用了感应加热装置时的接合部分的情况的平面示意图，图2是表示使用了通电加热装置时的接合部分的情况的平面示意图，并表示在被弯曲的金属带板1的内部设置了二端阻抗元件8的例子。以下，对于本发明的一个实施方式，为了使说明简单，而利用附图对使用了感应线圈的情况进行说明。图5是表示使用了感应加热装置的本发明的电焊管焊接装置(电焊管制造装置) 的平面示意图，图6是其截面示意图。在以下的说明中，举出了将感应加热装置用作为加热装置、将感应线圈3用作为感应加热装置的供电部的例子。所谓感应线圈是通过铜等优良导体的管、线材或板等对被加热材料卷绕1圈以上的感应线圈的总称，包围被加热材料的形状即可以是矩形也可以是圆形，不特别限定。感应线圈3设置在与被弯曲成圆筒状的金属带板的附近相对应的位置上。对于作为加热装置而使用了如图2所示那样的通电加热装置的情况，也能够与使用了感应加热装置的情况同样地应用本发明。在该情况下，只要将以下说明中的感应线圈3置换为作为通电加热装置的供电部的电极4即可。在本实施方式的电焊管焊接装置中，其特征在于，在沿着金属带板1的移动方向观察的情况下，在供给电力的感应线圈3的上游侧、且与对置的金属带板的两端部加和2b 之间的空间部(开口部)相对应的位置上，配置了松动插入在该两端部2a、2b之间的强磁性体9。以下，对在金属带板端部加和金属带板端部2b之间配置强磁性体9的理由进行说明。以往，如非专利文献1等所记载的那样，并且如图1或图2所示那样，说明了如下情况电焊管的电流为，在从感应线圈或者电极朝向接合部6之后，返回到感应线圈或者电极侧。但是，本发明人等在感应线圈上游的金属带板端面上安装热电偶而测定了温度，结果发现即使在感应线圈3的上游侧也会发热，可知电流不是如图1所示那样仅向接合部6侧流动，还会向感应线圈上游侧流动。本发明人等进行电焊管的电磁场解析而计算了电流分布及磁场分布的结果，得知如下情况如图4所示，通过感应线圈3而在金属带板1中产生的感应电流，分流为在朝向进行焊接的接合部6侧之后返回感应线圈3侧的电流和朝向感应线圈3上游的电流(在对置的相反侧的端部中电流反向地返回)。因此，为了抑制感应电流向该感应线圈3的上游侧流动，可以认为在金属板的端面上阻止电流流动是有效的。因此，在本实施方式中，在作为供电部的感应线圈3的移动方向上游，在与对置的金属带板的两端部加和2b之间的开口部相对应的位置上，设置强磁性体9。由此，在使用本发明的电焊管焊接装置进行电焊管焊接时，如图8所示，在相对的金属板端部加和2b之间，以松动插入在该两端部2a、2b之间的方式配置强磁性体9。图8是图 5的A-A截面图。强磁性体9为，当流动电流时，以阻止该电流的方式起作用，因此阻抗变高，阻止向感应线圈3的上游侧流动的电流。于是，电流接近于图1或图2所示那样的分布。因此， 能够使通过感应而在金属带板的外表面产生的大部分电流向焊接部侧流动，能够提高电流密度。此外，通过强磁性体9，能够使来自感应线圈3的磁通有效地向二端阻抗元件8流动。 即，由感应线圈3产生的磁通，集中地流入磁阻较小的强磁性体9，但由于强磁性体9处于二端阻抗元件8的正上方，因此其距离越近越容易向二端阻抗元件8流动。然后，该磁通在二端阻抗元件8内通过，从感应线圈3下游的二端阻抗元件8向金属带板的开口部放出，而磁场被增强，因此在焊接部流动的电流密度提高，能够进一步提高焊接效率。因此，与不设置强磁性体9的情况相比，供给电力较少即可，能够节能，或者是，如果投入相同的电力，则能够提高生产线速度。在提高了生产线速度的情况下，能够提高生产速度。图7是在金属板端部流动的管截面中的电流分布的示意图，判明了如下情况在金属板端部、尤其是上部和下部的端部(角部)流动较多电流，在上部角部23a中流动的电流比在下部角部23b中流动的电流多。
因此，强磁性体9更优选为，在与对置的金属带板的两端部(h、2b)之间的开口部相对应的位置上，被设置为松动地插入这些两端部(h、2b)之间，并且具有如下形状在与金属带板1的移动方向垂直的截面中观察的情况下，将对置的金属带板的两端部的各上部角部23a、各下部角部23b的一方或双方进行覆盖。在使强磁性体9成为图8所示那样的H字形状，并使其成为横放那样的形状的情况下，能够得到最大的电流抑制效果。即，在金属板端面上成为图7所示那样的电流分布， 因此不仅在端部、在上面侧及下面侧也流动少许电流，因此为了防止该流动，优选为不仅包围金属板端面、还以覆盖金属板的角的方式包围上下面那样的形状，也可以如图9所示由曲面形成。此外，强磁性体9的形状，除了图8、图9那样的形状以外，例如也可以是图10那样的τ字状的形状、图11的I字状的形状、或图12所示的倒T字状的形状，而且也不需要直线地形成。此外，虽然省略了详细图示，但在图8 图12中，在形成为圆棒状的二端阻抗元件 8的周围，设置有保护该二端阻抗元件8的壳体。由此，例如在使用了图8、9所示那样的H 字状、图10所示那样的T字状、图11所示那样的I字状、图12所示那样的倒T字状的强磁性体中任一个的情况下，强磁性体9的下端都与二端阻抗元件壳体抵接而起到限制器的作用。此外，在本实施方式中说明的例子中，仅表示了使强磁性体一体地构成的情况，但不仅限定于此。例如，也能够构成为，使用图10中例示的T字状的强磁性体9，在垂直部的大致下方即保护二端阻抗元件8的省略图示的壳体上，配置凹状的支承部件，并在该支承部件的凹部中插入支持强磁性体9的垂直部。作为强磁性体9的材质，只要使用铁氧体、电磁钢板等导电率较低的优良磁性体即可。此外，设置强磁性体9的位置，只要比感应线圈靠上游侧即可，但为了从根本上阻止要流动的电流，更接近感应线圈的情况是有效的。但是，当过于接近感应线圈时，磁通密度变高而强磁性体变得容易发热，因此只要求出适当没有影响的位置即可。此外，关于强磁性体9的长度及厚度，由于根据使用的条件而不同，因此不特别限定，但关于长度，如果为数十mm程度则足够，关于厚度，如果使其成为以不接触金属带板的程度接近开口部的程度，则效果进一步提高。此外，关于强磁性体9的设置方式，当与对在内周面流动的电流进行抑制的二端阻抗元件8组合，预先成为电流不会从金属板端部向内周流入的状态，而设置强磁性体9 时，向感应线圈3上游流动的电流的抑制效果变大。即，如图6所示，优选在二端阻抗元件 8的上游侧端部与感应线圈3之间，将强磁性体9设置为配置在二端阻抗元件8之上。此外，强磁性体9与金属板端部之间的间隙为，在尽可能接近的情况下电流抑制效果较高，而当远离时效果变低，因此优选使二者尽量靠近。在设置强磁性体9的情况下，可以认为在实际设备中，金属板端部h、2b接触强磁性体9。在此，在强磁性体例如使用了铁氧体的情况下，在施加了冲击时变得容易断裂。如此，在由铁氧体形成的强磁性体断裂的情况下，容易产生被下游的挤压辊咬入或者被感应线圈夹住等设备故障。因此，在本发明中，优选通过对强磁性体9的外表面进行覆盖，由此成为考虑了安全性及生产率的装置。即，更优选为，通过玻璃带等覆盖强磁性体9的外表面，即使在万一对强磁性体9施加冲击而其断裂的情况下，也使强磁性体9不会飞散。作为覆盖强磁性体9的材料，只要是非磁性材料且非导电性的材料即可，不限于玻璃带，也可以通过耐热性的涂聚氯乙烯绝缘带、树脂来进行模压，并且也可以粘贴橡胶等。这种强磁性体的覆盖不一定是必须的，但从稳定操作的观点上来看，事先进行处置是更优选的。并且，关于强磁性体9的设置，例如在金属板端部的位置在移动中扭转而位移的情况下，当将强磁性体9固定地设置时，其与金属板端部接触而破损的可能性变高。因此， 在本发明的其他实施方式中的特征为，强磁性体9具有如下的移动机构在强磁性体9与移动中的被弯曲成圆筒状的金属带板的上述两端部接触时，强磁性体9在上述两端部之间的开口部内，能够以避免强磁性体9的破损的方式移动。例如，图13是通过由铝纤维等线材形成的线11将强磁性体9悬吊支持在固定板 12上的例子，图14是从前方观察该状态的截面图。在图13、14所示的例子中，由于通过线 11悬吊强磁性体9，因此即使在金属板端部接触强磁性体9的情况下，强磁性体9也能够以从金属板端部逃逸的方式离开，因此难以受到损伤。此外，作为能够进行上述移动的移动机构，在强磁性体为T字状或H字状的情况下，能够采用如下机构在强磁性体上部的水平部分和被弯曲成圆筒状的金属带板之间、且以夹着强磁性体的垂直部分而对置的方式，从强磁性体的垂直部分离开而水平地设置2个强磁性体的设置板，并将强磁性体上部的水平部分载放在设置板上。图15、16是在设置了强磁性体9能够自由活动那样的开口部14的设置台13的底板(设置板)16上，经由间隔件17在其上放置地设置强磁性体9的例子，设置有底板16，该底板16具有开口部14，以强磁性体9的铅垂部分(垂直部分)位于两端部之间(h、2b) 的方式，供上述铅垂部分插通；以及载放部，设置在该开口部14周围，载放水平部。在成为这种构成的情况下，强磁性体9能够在开口部14的空间内自由活动。强磁性体9不仅能够在金属带板的移动方向及宽度方向上活动，而且在到达将金属带板连接的焊接部时，还能够上下活动。通常，强磁性体9具有适当的重量，因此不施加较大的力就不会较大地活动。 但是，为了使强磁性体9的位置稳定，如图15所示，例如也可以构成为，能够使用由橡胶、海绵等具有柔软性的材料形成的软构造体19，使平面内的强磁性体9的位置复原，并且也可以构成为，通过橡胶、树脂等较轻地按压强磁性体9的背面，以便其不会从壳体内跳出。图16是图15的A-A截面图，是在固定脚18上设置了设置台13的例子，在图示例中，在强磁性体9和底板16之间设置有间隔件17，但并不一定需要该间隔件17。但是，如上所述，强磁性体9在强磁场下容易发热，因此优选进行冷却，而采用上述构造作为用于进行冷却的构成是有效的。即，从设置在强磁性体9之上的冷却喷嘴(吐出冷却介质的构件)20 向强磁性体9喷出水等冷却介质，冷却强磁性体9的上表面，并且在强磁性体9的下部隔开间隔而在多处设置间隔件17。由此，在强磁性体9和底板16之间形成间隙，冷却介质向强磁性体9的下表面以及垂直部侧下降，并对其进行冷却，由此能够有效地冷却强磁性体9整体。此时，如果能够向由围挡15包围的区域内充分供给冷却水，则能够从强磁性体9以外的开口部对省略图示的二端阻抗元件壳体供给大量的冷却水，因此能够防止金属板所带入的污垢等堆积在二端阻抗元件壳体中。
该间隔件17也可以设置在固定台(底板16)上，或者也可以安装设置在强磁性体 9上。此外，间隔件17的材质，可以为环氧或酚醛等树脂，只要采用不受电感应的材质即可。在上述实施方式的说明中，对使用感应线圈3而焊接金属带板1的情况进行了说明，但如图2所示，在使用电极4进行焊接的情况下也是相同的原理，强磁性体9对于阻止向电极的上游侧流动的电流来说是有效的。此外，在被弯曲成筒状的金属带板的内周面的圆周方向长度压倒性地长于在感应线圈3与接合部6之间往复的距离、而阻抗较大的情况下，有时不使用二端阻抗元件，但本发明为，即使在没有二端阻抗元件的情况下，也能够得到使电流有效地朝向接合部侧的效果。并且，为了提高焊接效率，在本发明的又一其他实施方式中，在使用感应加热装置的情况下，与作为供电部的感应线圈的外周接近地配置环状的强磁性体。图17是表示其构成的截面示意图，图18是表示图17的感应线圈3附近的Al-Al截面的示意图。如图17、18 所示，在本实施方式中，在感应线圈3的外侧附近，沿着感应线圈3的外周环状地设置强磁性体21。作为强磁性体21的材质，能够使用铁氧体、层叠的电磁钢板以及非晶态合金等。在未设置该强磁性体21的情况下，在感应线圈3中流动一次电流而产生的磁通， 向周围的辊以及构造体流动，电力被浪费地使用，因此在感应线圈3附近环状地设置强磁性体21是为了防止产生该浪费的电力。此外，在本发明中，在感应线圈3的外侧附近环状地配置强磁性体21的情况下，使用形成为圆盘状的具有厚度的铁氧体、层叠为长方体或扇状的较薄的电磁钢或非晶体等，并在感应线圈3的外侧配置成包围该感应线圈3。该强磁性体21具有如下作用利用导磁率比金属带板1、辊以及其构造体高数倍的性质，防止来自感应线圈3的磁通的扩散，将由感应线圈3产生的磁通向磁阻较小的强磁性体21引导，并使其集中在感应线圈3附近。因此，当磁通集中在感应线圈3的附近时，由此在金属带板1中产生的电流也增加，在金属板端部流动的电流密度上升，由此加热效率提尚。尤其是，在将强磁性体9配置在感应线圈3的上游的情况下，磁通偏向感应线圈3 的下游，因此从提高焊接效率的方面考虑，对朝向挤压辊等的磁通进行控制是较重要的。如果由感应线圈产生的磁通集中在感应线圈正下方，则在由金属带板1形成的筒状体的内侧通过的磁通增大，由此在金属带板1中产生的感应电流增大，因此能够使朝向进行焊接的接合部6的电流增加。在该实施方式中，在感应线圈3外侧沿着外周配置相对磁导率较大、磁阻较小的强磁性体21。由感应线圈3产生的磁通有选择地通过强磁性体21 内，所以能够防止磁通的扩散，使磁通集中在感应线圈3的正下方。此外，由此能够防止由感应线圈3产生的磁通在挤压辊、框架等金属中流动。S卩，在感应线圈3附近沿着感应线圈的外周配置强磁性体21，该强磁性体21由与相对磁导率为数百程度的铁的挤压辊及框架等相比、具有数倍大的相对磁导率的铁氧体芯、电磁钢或非晶体等强磁性材料形成，使由感应线圈3产生的磁通有选择地通过强磁性体21内，由此能够防止磁通的扩散，使磁通集中在感应线圈3的正下方。当使磁通集中在感应线圈3的正下方时，在感应线圈3的正下方，在金属带板内环流的电流增加，在金属带板端部的表面流动而朝向接合部的电流密度提高，能够进行高效率的焊接。此时，从感应线圈朝向电源的导体，只要使导线向筒状体的移动方向上游侧伸出即可。此外，在本实施方式中，当采用在上述感应线圈的圆周方向上分割地配置多个强磁性体的构成时，例如在制作将电磁钢或非晶体等的箔层叠了的磁性体芯(强磁性体21) 的情况下，如图19的截面图所示，当不层叠为相对于感应线圈成为大致直角时，磁通贯通磁性体芯的面而发热，不仅成为电力损失，还产生失去作为磁性体芯的作用等问题。因此， 如图19所示，形成磁性体芯的材料的层叠方向，需要相对于感应线圈大致垂直。但是，由于在层叠时产生内外周差，因此难以将形成磁性体芯的材料连续地层叠在圆周方向上，而将层叠为通常的矩形截面形状的磁性体芯在圆周方向上分割配置的方式容易制作。此外，在圆周方向上分割配置磁性体芯的情况下，容易对发热的磁性体芯进行冷却，因此能够长时间地维持性能，并且在用铜等制作冷却板的情况下，能够使向磁性体芯的外部泄漏的磁通几乎消失，所以可以得到能够防止对周围设备加热等的优点。强磁性体21接近感应线圈3而配置，因此被暴露在强磁场中，所以容易发热。因此，在本实施方式中，优选将配置在感应线圈3周围的强磁性体21分割配置在感应线圈3 的附近，并且设置冷却强磁性体3的构件。图19是表示其一个例子的截面图，也可以为如下构造在沿着圆周方向分割为多个的相邻的强磁性体21彼此之间，设置铜板等冷却板21b， 并且通过在该冷却板21b上开孔，由此设置供冷却介质流动的冷却路21a。此时，优选通过导热系数良好的具有绝缘性的粘接剂等，使冷却板21b紧贴在强磁性体21上。如此，当将冷却板21b与强磁性体21紧贴地设置时，利用在冷却路21a中通过的冷却介质，能够将强磁性体21通过由高频电流产生的磁通而发热时的热有效地散热，能够不损害强磁性体的磁特性并且不产生烧损等故障，能够稳定地使用。此外，强磁性体21优选配置为以覆盖感应线圈3整体的方式围绕，但是在附近存在朝向电源的导线部、架台等障碍物等的情况下，为了避免干扰，也可以如图20所示那样配置为，在圆周的中间进行间隔剔除。在采用图20所示那样的分割构造的情况下，通过避开金属带板的开口部、在开口部的外侧配置磁性体芯(强磁性体21)，由此由感应线圈产生的磁通直接进入处于金属带板1的开口部正下方的二端阻抗元件8的情况减弱，能够防止二端阻抗元件8的烧损。即，通过将磁阻较小的强磁性体21配置在金属带板1的开口部两端的外侧，由此由处于金属带板1的开口部上的感应线圈3产生的磁通，会向强磁性体21 侧流动，使向二端阻抗元件8直接流入的磁通的比例减少，由此使二端阻抗元件8的烧损难以产生。此外，在强磁性体21跨在金属带板1的开口部两端而仅集中配置在该开口部周边的情况下(例如仅在铅垂方向的比感应线圈3的一半靠上侧、以半周以下的长度配置的情况)，由感应线圈产生的磁通通过强磁性体21而集中地向二端阻抗元件8流入，因此容易产生二端阻抗元件8的烧损。因此，强磁性体21优选在铅垂方向上、遍及到比感应线圈3的一半靠下侧为止配置。图21是表示其他冷却构造的实施方式，也可以为如下构造在图18的构成的环状的强磁性体21上，紧贴地卷绕铜板等低电阻、高导热系数的冷却板21b，并在该冷却板21b 上通过钎焊等安装流通冷却介质的铜管等冷却管21c。强磁性体21的长边方向的宽度也可以比感应线圈3的宽度小，但优选如图17所示那样，为比感应线圈3的宽度稍微向入侧和出侧伸出的程度(10 20mm程度)。当强磁性体21的长边方向的宽度过于大于感应线圈3时，产生成为向挤压辊6等其他装置供给磁通的形式等不良情况，因此如图22所示，也可以构成为使强磁性体21的端面若干朝向金属带板1侧。但是，当强磁性体21的面过于接近金属带板1时，在金属带板1的厚度方向上贯通的磁通的影响变得过强，在强磁性体21的正下方形成闭合回路，有时通过接合部6的电流减少，因此需要注意。此外，作为强磁性体21的厚度，成为强磁性体不磁通饱和的程度的厚度即可，根据使用的素材的饱和磁通密度、频率、功率等适当设计即可。另外，关于感应线圈与强磁性体之间的距离不特别规定，但需要在感应线圈和强磁性体之间夹入绝缘体，因此需要离开数mm程度。但是，当感应线圈和强磁性体之间的距离过于离开时，磁通集中效果减弱，因此优选尽量在20 30mm以下的范围内配置感应线圈和强磁性体。并且，为了防止电流向感应线圈3的上游流动，作为本发明另一个实施方式，如图 23所示，在强磁性体9的进一步上游设置屏蔽板22的方式是有效的。即，在通过强磁性体 9不能够防止其流动的电流向强磁性体9的进一步上方流动的情况下，随之磁通也到达远方，因此能够通过设置屏蔽板22来切断该磁通，使电流不会向屏蔽板22的上游流动，因此能够防止辊等的损伤。作为屏蔽板20，使用铜板、铝板等低电阻金属的具有屏蔽效果的材料即可，作为形状，优选成为不接触金属带板1的间隙，不设置太大的开口部。此外，作为屏蔽板20的外形，不特别规定形状，即可以是圆形也可以是四边形，但优选至少具有比感应线圈3的外径大的面积，成为比要保护的辊、盖等大的外形。在上述说明中，以使用了感应线圈的情况为例进行了说明，但设置屏蔽板20而产生的效果，在从电极直接通电的构成的情况下也有效。即，即使在直接通电的情况下，从电极朝向上游侧流动的电流，在金属带板的两端面上以相互相反的方向流动的情况下成为较低的阻抗，并在金属带板的两端面上集中地流动，因此如上所述通过在金属带板的两端面之间设置强磁性体，由此也能够防止电流向电极的上游侧流动，能够有效增加向焊接部侧流动的电流。接着，在以下参照图M 图沈对本发明又一其他实施方式进行说明。首先，图M表示在T字形状的强磁性体91的垂直部的上部设置了间隙91a的例子。如图1所示，作为在强磁性体的垂直部的上部设置间隙的理由，可以举出如下理由防止配置在金属带板的开口部的磁性体芯的发热，长时间稳定地防止电流向感应线圈的上游侧流动。即，本发明的强磁性体，能够松动地插入金属带板端部之间，所以在强磁性体的内部流动与在该金属带板端部流动的高频电流反向的电流，以阻止高频电流在金属带板端部流动，因此该强磁性体发热。如此，当强磁性体发热而成为高温时，逐渐失去磁性，变得不能够阻止向感应线圈的上游侧流动的电流。因此，在图M所示的例子中，为了有效地对发热的强磁性体91进行冷却而设置了狭缝91a，并使冷却介质通过该狭缝91a，由此直接冷却强磁性体91。作为此时使用的冷却介质，例如除了冷却水之外，适当采用在水中混合了油的介质、空气等气体或者喷雾等即可。在该情况下，例如在从强磁性体91的上部所具备的吐出冷却介质的构件，向强磁性体91的上部吐出上述冷却介质时，冷却介质通过狭缝91a而向垂直部下降。图25例示的强磁性体92的构成为，在水平部分(T字状的上部)的磁性材料上进一步设置了周壁部92b。图25例示的强磁性体92，通过使从上部供给的冷却介质暂时蓄积在由该周壁部包围的内部空间中，由此还能够有效地进行水平部分的冷却。
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另外，在图24、25中表示强磁性体的垂直部配置在水平部的下部的所谓T字状的例子，但也可以如图沈例示的强磁性体93那样，成为具备垂直部比水平部还向上伸出的突出部93c的构成，即兼有T字状和倒T字状那样的构成。如以上说明的那样，本发明的电焊管焊接装置，与以往相比能够减少耗电，所以能够节能，此外能够通过相同的电力进行将生产线速度提高了的生产。生产线速度的增加，不仅使生产率提高，还使焊接质量稳定化。此外，成为具有如下特征的优良的电焊管焊接装置不仅能够防止由于向感应线圈或者电极的上游侧流动的电流而辊受损，还能够防止漏磁通对感应线圈周边的构造体的加热等，能够进行设备的稳定运行等。以下，基于实施例来说明本发明，但本发明不仅限定于所述的实施例。实施例(实施例1)为了确认本发明的效果，进行了以下说明那样的确认实验。在实施例1中，在外径 38mm、壁厚3mm的气体管用钢管上制作宽度IOmm的平行开口部，之后实施了激光加工，以使到视为焊接部的接合部6为止的倾斜部的角度成为3°。而且，确认了如下情况在图5所示的配置中，根据有无强磁性体以及强磁性体的形状，钢管端部的升温速度如何变化。实施例1的实验使用了 作为图8所示的强磁性体9，使铁氧体芯的形状成为将H 字形状横放的形状，并设置了该铁氧体芯的本发明的发明例1 ；使用了成为图10所示的T 字状的铁氧体芯的发明例2 ；以及使用了成为图11所示的I字状的铁氧体芯的发明例3。 并且，在该实验中，作为比较例，对于不具有铁氧体芯的比较例1、以及使用了仅对图8或图 10所示的强磁性体(铁氧体芯)中的水平部进行利用的、图27所示那样的形状的铁氧体芯的比较例2的各自，计测了接合部6从常温 1000°C为止的平均的升温速度。在该实验中使用的铁氧体在发明例及比较例中共通，水平的部分的宽度为48mm、 高度为16mm，长边方向的长度为60mm，进入开口的金属端部之间的铁氧体的宽度为8mm、高度为16mm、长度为60mm。图8所示的下侧的水平部的芯的宽度为16mm、高度为8mm、长度为 60mmo作为感应线圈，将卷绕了 2T(圈)的CplOmm的水冷铜管，以离钢管为5mm的间隔， 从接合部离开150mm配置而使用，在静止状态下通过200kHz的电源投入15kW的电力，并计测了最高温度成为1000°C为止的时间。在钢管端部上焊接50μπι的K热电偶来对此时的温度进行测温。此外，作为二端阻抗元件，使用如下二端阻抗元件铁氧体芯制，直径为16mm， 在中心形成了 6mm的孔，长度为300mm。表1表示结果。[表1]
权利要求
1.一种电焊管焊接装置，在移动的金属带板通过辊被弯曲成圆筒状而上述金属带板的宽度方向的两端部成为对置之后，在被弯曲成上述圆筒状的金属带板的附近设置感应加热装置或者通电加热装置的供电部，通过来自该供电部的供给电力对上述两端部进行焦耳加热，之后将上述两端部之间在压接同时进行焊接，该电焊管焊接装置的特征在于，具备强磁性体，在沿着上述金属带板的移动方向观察的情况下，在比上述供电部靠上游侧、且与上述对置的两端部之间的开口部对应的位置上，该强磁性体松动插入在上述两端部之间。
2.根据权利要求1所述的电焊管焊接装置，其特征在于，上述强磁性体松动插入在上述开口部的上述两端部之间，并且在与上述金属带板的移动方向垂直的截面中观察的情况下，上述强磁性体具有对上述对置的金属带板的两端部的各上部角部、各下部角部的一方或者双方进行覆盖的形状。
3.根据权利要求2所述的电焊管焊接装置，其特征在于，在上述截面中观察上述强磁性体时的形状为T字状、倒T字状、H字状中的某一个。
4.根据权利要求1所述的电焊管焊接装置，其特征在于，在与上述金属带板的移动方向垂直的截面中观察上述强磁性体时的形状为I字状。
5.根据权利要求1所述的电焊管焊接装置，其特征在于，上述强磁性体的表面由非磁性且非导电性的材料覆盖。
6.根据权利要求1所述的电焊管焊接装置，其特征在于，还具有移动机构，在上述强磁性体接触到上述两端部时，该移动机构使其在上述两端部之间的开口部内移动，以避免该强磁性体的破损。
7.根据权利要求6所述的电焊管焊接装置，其特征在于，上述移动机构为悬吊支持上述强磁性体的线材。
8.根据权利要求6所述的电焊管焊接装置，其特征在于，在与上述金属带板的移动方向垂直的截面中观察上述强磁性体时的形状为，具有配置在其上部的水平部分和从该水平部分朝向铅垂下方延伸的垂直部分的T字状或者H字状，上述移动机构为设置板，该设置板具有开口部，上述铅垂部分插通该开口部，以便上述铅垂部分位于上述两端部之间；和载放部，设置在该开口部的周围，载放上述水平部。
9.根据权利要求8所述的电焊管焊接装置，其特征在于，还具备对上述强磁性体的上部吐出冷却介质的构件；以及间隔件，在将上述强磁性体的上述水平部分载放到上述设置板的上述载放部上时，夹入在该水平部分和上述载放部之间，在上述间隔件上设置有供上述冷却介质通过的空间，以便在上述冷却介质被吐出到上述强磁性体的上部时，上述冷却介质向上述强磁性体的上述垂直部下降。
10.根据权利要求8所述的电焊管焊接装置，其特征在于，还具备对上述强磁性体的上部吐出冷却介质的构件，上述强磁性体具有使上述冷却介质通过的狭缝，在上述冷却介质被吐出到上述强磁性体的上部时，上述冷却介质通过上述狭缝向上述垂直部下降。
11.根据权利要求1所述的电焊管焊接装置，其特征在于，上述供电部为上述感应加热装置的感应线圈，该电焊管焊接装置还具备配置在该感应线圈外周的环状的强磁性体。
12.根据权利要求11所述的电焊管焊接装置，其特征在于，上述环状的强磁性体沿着上述感应线圈的圆周方向被分割为多个。
13.根据权利要求12所述的电焊管焊接装置，其特征在于，在上述被分割为多个的上述环状的强磁性体的、相邻的强磁性体彼此之间，设置有流动冷却介质的冷却路。
14.根据权利要求1所述的电焊管焊接装置，其特征在于， 上述供电部为上述感应加热装置所具备的感应线圈，在上述移动方向的上述强磁性体的更上游还具备金属制的屏蔽板，该屏蔽板将由上述感应线圈产生的磁通遮断。
全文摘要
一种电焊管焊接装置，在移动的金属带板通过辊被弯曲成圆筒状而上述金属带板的宽度方向的两端部成为对置之后，在被弯曲成上述圆筒状的金属带板的附近设置感应加热装置或者通电加热装置的供电部，通过来自该供电部的供给电力对上述两端部进行焦耳加热，之后将上述两端部之间在压接同时进行焊接。而且，该电焊管焊接装置具备强磁性体，在沿着上述金属带板的移动方向观察的情况下，在比上述供电部靠上游侧、且与上述对置的两端部之间的开口部对应的位置上，该强磁性体松动插入在上述两端部之间。
文档编号B23K13/02GK102548704SQ201080040860
公开日2012年7月4日 申请日期2010年9月16日 优先权日2009年9月16日
发明者广田芳明 申请人:新日本制铁株式会社