JP2004034060A

JP2004034060A - テイラードチューブおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2004034060A
Application number: JP2002192452A
Authority: JP
Inventors: Osamu Sonobe; 園部　治; Yuji Hashimoto; 橋本　裕二; Takao Iguchi; 井口　貴朗
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-07-01
Filing date: 2002-07-01
Publication date: 2004-02-05

Abstract

【課題】接合強度を向上させてＨＦ加工や曲げプレス加工に適したテイラードチューブと、そのテイラードチューブを簡便な手段で製造する方法を提供する。
【解決手段】外径が同一で強度および／または厚さが異なる金属管のうち、一方の金属管１ａの管端部２を他方の金属管１ｂ内に挿入して２重管部９を形成し、２重管部の外管の管端を２重管部の内管と溶接して固定する。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特性の異なる複数の金属管を管軸方向に接合した管材（以下、テイラードチューブという）とその製造方法に関し、特にハイドロフォーミング加工（以下、　ＨＦ加工という）や曲げプレス加工に適したテイラードチューブとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強度や厚さ等の特性が異なる金属管を管軸方向に接合したテイラードチューブは、近年、自動車用構造部材の素材として注目を集めている。
テイラードチューブの製造方法としては、図４に示すように、特性の異なる金属板６ａ，６ｂの端面を突合せ溶接した素材（いわゆるテイラードブランク）を製造した後、そのテイラードブランクを管状に成形してシーム部８を溶接する方法が従来から知られている。しかしながら図４に示す方法でテイラードチューブを製造する場合は、金属板溶接部７を有するテイラードブランクを管状に成形するので、得られるテイラードチューブはシーム部８を有する金属管（いわゆる電縫管）に限定され、しかも金属板溶接部７とシーム部８が互いに交差する部位の強度が特に低下するのは避けられない。また金属板溶接部７の両側の金属板６ａ，６ｂの特性が異なるので、テイラードブランクを管状に成形する際にシーム部８の突合せ精度が低下し、溶接不良や形状不良が発生する。
【０００３】
そこで図５に示すように、特性の異なる金属管１ａ，１ｂの端面を突合せ溶接する方法も検討されている。図５に示す方法でテイラードチューブを製造する場合は、使用する金属管１ａ，１ｂは電縫管に限定されず、シーム部８のない金属管（いわゆるシームレス管）にも適用できる。シームレス管を用いてテイラードチューブを製造すると、金属管溶接部３が生じるものの、シーム部８は存在しない。したがってシームレス管のテイラードチューブの強度は、電縫管のテイラードチューブに比べて向上する。
【０００４】
しかしながら図５に示す方法でテイラードチューブを製造する場合は、金属管１ａ，１ｂの端面を突合せ溶接するので、金属管１ａ，１ｂ管端部の寸法精度を改善する必要がある。特にシームレス管は、その製造工程が熱間加工であるから、管端部のみならず管全長にわたって寸法精度が劣化するのは避けられない。　しかも管軸方向の曲がりも生じる。したがって図５に示す方法でシームレス管のテイラードチューブを製造するのは困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、　接合強度を向上させてＨＦ加工や曲げプレス加工に適したテイラードチューブと、そのテイラードチューブを簡便な手段で製造する方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、外径が同一で強度および／または厚さが異なる金属管のうち、一方の金属管の管端部を他方の金属管内に挿入して形成される２重管部を有し、前記２重管部の外管の管端と前記２重管部の内管とが溶接されてなるテイラードチューブである。
【０００７】
前記したテイラードチューブの発明においては、好適態様として、溶接がレーザ溶接であることが好ましい。
また本発明は、外径が同一で強度および／または厚さが異なる金属管のうち、一方の金属管の管端に絞り加工を施し、前記絞り加工を施した管端絞り部を他方の金属管内に挿入し、次いで管軸方向に押圧して２重管部を形成し、前記２重管部の外管の管端を前記２重管部の内管と溶接するテイラードチューブの製造方法である。
【０００８】
前記したテイラードチューブの製造方法の発明においては、好適態様として、溶接がレーザ溶接であることが好ましい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のテイラードチューブを製造する方法の例を示す説明図である。外径が同一で特性（たとえば強度，厚さ等）が異なる金属管１ａ，１ｂの一方の金属管１ａの管端に絞り加工を施して、管端の外径を他方の金属管１ｂの内径に比べて小さくする。この絞り加工は特定の加工法に限定せず、従来から知られている技術が使用できる。たとえば切削工具を用いて管端の外面を切削（いわゆる面取り加工）しても良いし、あるいはプレス成形や回転成形を用いて管端の外径を収縮させても良い。
【００１０】
このようにして絞り加工を施した金属管１ａの管端絞り部２を他方の金属管１ｂ内に挿入し、さらに管軸方向に押圧して例えば金属管１ａの管端部　０．５〜３０ｍｍを金属管１ｂ内に押し込む。
このとき金属管１ｂ内に押し込む金属管１ａ管端部の長さが　０．５ｍｍ未満では、後述する２重管部とその溶接部の接合強度が十分に向上しない。一方、　３０ｍｍを超えると、多大な押圧力を要するので装置が大型化するのみならず、押圧に要する時間も延長されるので生産性が低下する。また、素材の歩留りの低下も大きくなる。したがって金属管１ａの管端部を金属管１ｂ内に挿入するときの挿入長さは　０．５〜３０ｍｍとすることが好ましい。
【００１１】
金属管１ａの管端部を金属管１ｂ内に押し込むことによって、金属管１ａが内側に位置し、他方の金属管１ｂが外側に位置する２重管部９が形成される。図２（ａ）　は、２重管部９を模式的に示す断面図である。
次に、２重管部９を形成する金属管１ａ，１ｂのうち、外側の金属管１ｂの管端を、内側の金属管１ａの外面とを溶接して固定する。ここで用いる溶接は、特定の溶接方法に限定せず、従来から知られている溶接技術が使用できる。ただしレーザ溶接を用いると、溶接品質の向上が望まれるため好ましい。
【００１２】
こうして得られた本発明のテイラードチューブは、図２（ｂ）　に示すように金属管１ａ，１ｂの接合部の外周に金属管溶接部３を有しており、さらに２重管部９を有している。したがって接合強度が向上して、ＨＦ加工や曲げプレス加工に適したテイラードチューブが得られる。しかも簡便な手段でテイラードチューブを製造することが可能である。
【００１３】
本発明では、金属管１ａ，１ｂとして電縫管を使用したテイラードチューブのみならず、寸法精度が比較的劣るシームレス管を使用したテイラードチューブも製造できる。さらに電縫管とシームレス管とを接合したテイラードチューブも製造可能である。
なお、金属管１ａの管端絞り部２を他方の金属管１ｂ内に挿入し、さらに管軸方向に押圧する際に、図３に示すように、内面押え部材４や外面押え部材５を用いて２重管部９の内面や外面の変形を抑制すると、２重管部９の内管（すなわち金属管１ａ）と外管（すなわち金属管１ｂ）との密着性が改善され、外管の管端を内管に溶接する際の溶接性が向上するので好ましい。
【００１４】
ここで、内面押え部材４は、その形状の制約を受けるので、管端絞り部２を有する金属管１ａの他方の管端から挿入する構成にする。また金属管の溶接部に対応する位置には、空隙を設けるようにすれば良い。
しかし外面押え部材５は、特定の構成に限定しない。つまり外面押え部材５を複数に分割（たとえば２分割，３分割等）して待機させておき、必要に応じて２重管部９近傍の内管（すなわち金属管１ａ）の外面と外管（すなわち金属管１ｂ）の外面とを全周にわたって溶接を行なうため、金属管の溶接部に対応する部分を除いて拘束するように設置しても良いし、あるいは金属管１ａ，１ｂは外径が同一であるから、あらかじめ一体的に構成した外面押え部材５を管端から所定の位置までスライドさせる構成にしても良い。
【００１５】
さらに内面押え部材４と外面押え部材５は、いずれか片方のみを使用しても良いし、あるいは両方を併用しても良い。
【００１６】
【実施例】
図１に示すように、外径が同一で特性が異なる金属管１ａ，１ｂを用いてテイラードチューブを製造した。すなわち、金属管１ａとして外径６３．５ｍｍ，厚さ１．２ｍｍ　，長さ２５０ｍｍ　，引張強さ４４０ＭＰａの電縫鋼管を使用し、金属管１ｂとして外径６３．５ｍｍ，厚さ２．０ｍｍ　，長さ２５０ｍｍ　，引張強さ５９０ＭＰａの電縫鋼管を使用した。なお、電縫鋼管１ａ，１ｂのシーム部８は電気抵抗溶接（いわゆるＥＲＷ）で接合した。この電縫鋼管１ａの管端に回転成形を施して外径を収縮させ、電縫鋼管１ａの管端の外径が他方の電縫鋼管１ｂの内径５９．５ｍｍより小さくなるように、電縫鋼管１ａの管端の外径を５８ｍｍとした。
【００１７】
次に、電縫鋼管１ａの管端絞り部２を他方の電縫鋼管１ｂ内に挿入し、さらに管軸方向に押圧して、図２（ａ）　に示すように、２重管部９を形成した。その後、　レーザ溶接を用いて、　図２（ｂ）　に示すように、２重管部９の外管（すなわち電縫鋼管１ｂ）の管端を内管（すなわち電縫鋼管１ｂ）と溶接して固定した。なお、内面押え部材４および外面押え部材５は使用しなかった。この２重管部Ｄの管軸方向の長さは１０ｍｍであり、テイラードチューブの全長は　４９０ｍｍであった。これを発明例とする。
【００１８】
一方、比較例１として、図４に示すように、テイラードブランクを管状に成形して、テイラードチューブを製造した。なお、金属板６ａとして幅１９９．４ｍｍ　，厚さ１．２ｍｍ　，長さ２５０ｍｍ　，引張強さ４４０ＭＰａの鋼板を使用し、金属板６ｂとして幅１９９．４ｍｍ　，厚さ２．０ｍｍ　，長さ２５０ｍｍ　，引張強さ５９０ＭＰａの鋼板を使用した。すなわち、鋼板６ａの端面と鋼板６ｂの端面とを突合せて金属板溶接部７をレーザ溶接で溶接して幅１９９．４ｍｍ　，長さ５００ｍｍ　のテイラードブランクを製造した後、　さらに管状に成形してシーム部８を電気抵抗溶接で溶接した。得られたテイラードチューブの外径は外径６３．５ｍｍ，長さは５００ｍｍ　であった。
【００１９】
また比較例２として、図５に示すように、発明例と同じ電縫鋼管１ａ，１ｂを用いてテイラードチューブを製造した。すなわち、電縫鋼管１ａの端面と電縫鋼管１ｂの端面とを突合せて金属管溶接部３をレーザ溶接で溶接して外径６３．５ｍｍ，長さ５００ｍｍ　のテイラードチューブを製造した。
発明例および比較例１，２について、各々　１００本ずつテイラードチューブを製造し、発明例と比較例２については金属管溶接部３とシーム部８を目視で観察し、比較例１については金属板溶接部７とシーム部８を目視で観察して、溶接不良の有無を調査した。その結果を表１に示す。なお、ここでは目視により確認可能な貫通した穴等の欠陥が生じたものを不良とし、欠陥が発生していないものを合格として評価した。
【００２０】
【表１】

【００２１】
表１から明らかなように、発明例では各溶接部の不良は皆無であったのに対して、比較例１では不良が２９本，比較例２では不良が６７本であった。
次に、金属管溶接部３，金属板溶接部７あるいはシーム部８の目視検査で合格したテイラードチューブを用いてＨＦ加工を行なった。ＨＦ加工では、拡管率３０％，拡管部長さ１２７ｍｍ　の金型を使用し、軸押しを施しながら成形内圧をかけた。ＨＦ加工の後、発明例と比較例２については金属管溶接部３とシーム部８を目視で観察し、比較例１については金属板溶接部７とシーム部８を目視で観察して、各溶接部の剥離の有無を調査した。その結果を表２に示す。なお、ここでは各溶接部の剥離が生じたものを不良とし、剥離が発生していないものを合格として評価した。
【００２２】
【表２】

【００２３】
表２から明らかなように、　発明例では　１００本全て合格した（すなわち各溶接部の剥離は皆無であった）のに対して、比較例１の合格本数は５２本，比較例２の合格本数は０本であった。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、接合強度を向上させてＨＦ加工や曲げプレス加工に適したテイラードチューブを簡便な手段で製造できる。しかも、電縫管のみならずシームレス管にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のテイラードチューブを製造する方法の例を示す説明図である。
【図２】２重管部を模式的に示す断面図である。
【図３】内面押え部材と外面押え部材は使用する例を模式的に示す断面図である。
【図４】従来のテイラードチューブの製造方法の例を示す説明図である。
【図５】従来のテイラードチューブの製造方法の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ　金属管
１ｂ　金属管
２　管端絞り部
３　金属管溶接部
４　内面押え部材
５　外面押え部材
６ａ　　金属板
６ｂ　　金属板
７　金属板溶接部
８　シーム部
９　２重管部

Claims

外径が同一で強度および／または厚さが異なる金属管のうち、一方の金属管の管端部を他方の金属管内に挿入して形成される２重管部を有し、前記２重管部の外管の管端と前記２重管部の内管とが溶接されてなることを特徴とするテイラードチューブ。
前記溶接がレーザ溶接であることを特徴とする請求項１に記載のテイラードチューブ。
外径が同一で強度および／または厚さが異なる金属管のうち、一方の金属管の管端に絞り加工を施し、前記絞り加工を施した管端絞り部を他方の金属管内に挿入し、次いで管軸方向に押圧して２重管部を形成し、前記２重管部の外管の管端を前記２重管部の内管と溶接することを特徴とするテイラードチューブの製造方法。
前記溶接がレーザ溶接であることを特徴とする請求項３に記載のテイラードチューブの製造方法。