JP2005021988A - 溶接大径管を製造するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、溶接大径管を製造するための方法およびこの方法を実施するための装置であって、熱間圧延鋼帯アンコイラ(1)と、鋼帯接合シームを製造するための溶接機(2)と、熱間圧延鋼帯を横方向でレベリングするための2段階二重ロール対(3)と、熱間圧延鋼帯を縦方向でレベリングするための多ロールレベラ(4)と、超音波鋼帯試験設備(5)と、鋼帯エッジ加工設備(6)と、鋼帯エッジプリベンダ(11)と、管成形設備(12)と、レーザ溶接設備(14)と、溶接プロセス用写真光学式オンラインプロセス診断システム(17、17’)と、溶接済み管の直径を検査するための測定装置(18)と、内面シームおよび外面シーム用写真光学式シーム検出システム(19)と、計算機断層撮影像試験・評価ユニット(20)と、溶接シーム用超音波試験装置(21)とで構成されたものに関する。
【選択図】 図1
Description
‐鋼帯成形、
‐サブマージアーク溶接、
‐溶接前および溶接後の溶接シームおよび母材の超音波試験、
‐管列の個別管への切断、
‐調整。
‐さまざまな試験・検査工程を含む長い生産連鎖により、設備容積が大きくて費用のかかるものとなっている。
‐この設備コンセプトでは、設置場所を移動(可動性)させる場合に、費用や時間がかかる。
‐サブマージアーク溶接プロセスのとき溶融池が比較的大容積となり、最新の品質保証システムの利用が困難となる。
‐サブマージアーク溶接プロセスは一般にエッジ準備としてY継手または二重Y継手を必要とする。そのことから板厚に依存して溶加材(溶接ワイヤと粉末)の投入量増をもたらし、そのことから溶融池が大きくなり、欠陥リスクおよび溶接費が高くなる。
‐溶融池の大きさは、管径(管壁の曲率)に依存して溶接速度の上昇を妨げる。これは特に肉薄管のときにあてはまる。
‐サブマージアーク溶接法は内面および外面シームに明確な余盛を生じ、これが後の管外・管内被覆に不利に作用する。余盛は一方で被覆材料の消費量を増やし、他方で輸送・ハンドリング過程のとき余盛領域で管外被覆が損傷する危険がある。
鋼管ハンドブック(Stahlrohr Handbuch)、Vulkan-Verlag、エッセン、第12版、1995年、143〜152頁
‐シーム形状が十分に平面に構成され、
‐微粒組織構成が行われ、シームの強度特性が少なくとも母材の強度特性に一致し、
‐スパイラルシーム管が連続的円筒管体となること
が達成される。
1.熱間圧延鋼帯の鋼帯準備の再設計、
2.表裏溶接技術(Lage-Gegenlagetechnik)でのレーザ溶接プロセス、
3.一体化された品質保証、その構成要素は
‐写真光学式オンラインプロセス診断、
‐シーム構成部の断面の写真光学式オンライン検出、
‐シーム断面の超音波試験、
‐管内部欠陥の計算機断層撮影像検出と評価、
4.管径および管長のオンライン測定、
5.モジュール構造様式の短縮された設備コンセプト。
本発明の根底にある方法理念は、溶接ギャップが「ゼロ」に等しい鋼帯エッジの正確に成形され平滑矯正されたI継手を前提とする。これは次のことによって達成される:
‐熱間圧延広幅鋼帯を平らにレベリング
‐‐二重ロール対を介して横方向で2段階レベリング
‐‐多ロールレベラを介して縦方向でレベリング
‐平行な傾斜エッジ(傾斜I継手)を有する直線的鋼帯を生成するための、
‐‐荒削りまたは剪断、
‐‐仕上げ削り、
‐‐エッジ近傍領域のブラッシング、
‐‐平滑矯正
による4段階鋼帯エッジ準備方法。
その出力のゆえに大径管製造時に利用が考えられるCO2レーザも固体レーザまたはあらゆる種類のレーザも利用することができる。
溶接前の熱間圧延鋼帯の完全サブマージアーク溶接試験の他に、本発明によれば写真光学式オンラインプロセス診断システムを介して溶接プロセス自体が監視される。
他の1つのオンライン試験装置が生成された管径を絶えず持続的に監視し、公差限界に達したことを適時に通知する。やはりオンラインで作動する管長測定が生成された管長を検出し、一緒に作動する切断装置を適宜に制御する。切断装置は連続的に製造される管列から個々の管片を切断する。
溶接・品質保証技術についての前記構想は、この新規な技術において設備技術の範囲が大幅に減少して本来のレーザ溶接装置に限定できることを示す。容易に設置場所を変更可能な最新設備コンセプトのための前提条件をこうして提供する。
‐熱間圧延鋼帯の巻出し、
‐鋼帯始端と前走鋼帯の鋼帯終端との接合、
‐熱間圧延鋼帯の横方向平坦性の2段階レベリング、
‐熱間圧延鋼帯の縦方向平坦性のレベリング、
‐熱間圧延鋼帯全面および特に鋼帯エッジの超音波試験、
‐鋼帯エッジの4段階加工、
‐鋼帯エッジのプリベンド、
‐熱間圧延鋼帯の溝付きスパイラルシーム管への成形、
‐スパイラルシーム管の内面および外面の鋼帯エッジのレーザ溶接、
‐溶接プロセスのオンラインプロセス診断、
‐オンライン管径測定、
‐シーム形成部断面のオンライン検出、
‐管内部欠陥の計算機断層撮影像検出と評価、
‐溶接シームの超音波試験。
‐最新の品質保証技術を利用することによって、溶接プロセスの正常な機能と仕上がった溶接シームとを適切に監視し、これらの情報を非破壊材料試験の情報と論理的に結び付け、そこから、現在なお一般的なその他の試験・検査措置を省くことを可能とする確実な品質判断を下せるようにし得ることが可能である。
鋼帯エッジ仕上げ削り機8を介して精密加工が行われ、鋼帯エッジの削り加工によって発生するバリは回転する円形ブラシを備えた鋼帯エッジブラッシング装置9によって除去されるようになっている。
試験システムは、以下のものを含む。
‐縁域試験を含む母材の超音波試験、
‐内部オンラインプロセス診断、
‐追走する光学式内部欠陥検知、
‐外部オンラインプロセス診断、
‐追走する光学式外部欠陥検知
‐直径測定装置、
‐計算機断層撮影像品質検査、
‐溶接シームの超音波試験
これらによって、ここには図示しない中央コンピュータに送られる試験結果が互いに比較され、手元の試料を基に評価されるようになっている。このように検査されたすべての管片は、「使用可」または「欠陥」で評価され、「欠陥」は管外面にそのようにマークされる。同様に、欠陥は種類と位置が試験報告書に自動的に記録されるようになっている。
2 溶接機(鋼帯接合シーム)
3 2段階二重ロール対
4 多ロールレベラ
5 超音波鋼帯試験設備
6 鋼帯エッジ加工設備
7 鋼帯エッジ粗削り機
8 鋼帯エッジ仕上げ削り機
9 鋼帯エッジブラッシング装置
10 鋼帯エッジ平滑矯正機
11 鋼帯エッジプリベンダ
12 成形設備
13 溶接支持ロール
14 レーザ溶接設備
15、15’ 内側/外側のレーザ溶接ヘッド
16、16’ 内側/外側のトラッキングセンサ
17、17’ 内側/外側の写真光学式オンラインプロセス診断システム
18 管径を検査するための測定装置
19 写真光学式シーム検出システム
20 計算機断層撮影像試験・評価ユニット
21 超音波試験装置
22 支え
23 降下台
24 管切断設備
25 管端・加工設備
Claims (21)
- 外径400〜3050mm、肉厚5〜30mmの寸法範囲の溶接大径管、特に熱間圧延鋼帯で構成されたスパイラルシーム管を製造するための方法であって、
前記熱間圧延鋼帯を巻出すステップと、
鋼帯の始端と先行する鋼帯の終端とを接合するステップと、
前記熱間圧延鋼帯の横方向の平坦性を2段階でレベリングするステップと、
前記熱間圧延鋼帯の縦方向の平坦性をレベリングするステップと、
鋼帯エッジ領域の縁域試験も含めた前記熱間圧延鋼帯全面の超音波試験を行なうステップと、
前記鋼帯エッジの4段階加工を行なうステップと、
前記鋼帯エッジをプリベンドするステップと、
前記熱間圧延鋼帯を溝付きスパイラルシーム管に成形するステップと、
前記溝付きスパイラルシーム管の内面および外面の前記鋼帯エッジをレーザ溶接するステップと、
溶接プロセスのオンライン診断を行なうステップと、
オンライン管径測定を行なうステップと、
シーム形成部断面のオンライン検出を行なうステップと、
管内部欠陥の計算機断層撮影像検出と評価を行なうステップと、
溶接シームの超音波試験を行なうステップと、
を含む方法。 - 前記溶接シームの超音波試験の後に管列が個々の管片にインラインで切断され、最後に管端が加工されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記管列のインライン切断がプラズマ切断によって行われることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
- 前記鋼帯エッジの4段階加工の作業工程が、
荒削りまたは剪断加工と、
仕上げ削り加工と、
ブラッシング加工と、
平滑矯正加工と
で行われることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の方法。 - 前記鋼帯エッジがその表面に対して斜めに加工されることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 前記溶接プロセスのオンライン診断が写真光学手段で行われることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記シーム形成部断面のオンライン検出が写真光学手段で行われることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 外面シームと内面シームとの間に少なくとも1ミリメートルの重なりができるように、両方のレーザ光線の強さが互いに調整されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 溶接プロセス中に、管内面および管外面に衝突するレーザ光線は溶接ギャップを形成する鋼帯エッジにトラッキングされることを特徴とする、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の方法。
- 成形するときの鋼帯エッジの衝合直後に、管内面に衝突するレーザ光線が6時の位置で溶接ギャップに衝突することを特徴とする、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記管外面に衝突するレーザ光線は管内面に衝突するレーザ光線に対して180°ずらして12時の位置で溶接ギャップに衝突することを特徴とする、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の方法。
- 溶接プロセス中に溶加材が溶接ギャップに送給されることを特徴とする、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1記載の方法を実施するための装置であって、
熱間圧延鋼帯アンコイラ(1)と、
鋼帯接合シームを製造するための溶接機(2)と、
前記熱間圧延鋼帯を横方向でレベリングするための2段階二重ロール対(3)と、
前記熱間圧延鋼帯を縦方向でレベリングするための多ロールレベラ(4)と、
超音波鋼帯試験設備(5)と、
鋼帯エッジ加工設備(6)と、
鋼帯エッジプリベンダ(11)と、
鋼帯成形設備(12)と、
レーザ溶接設備(14)と、
溶接プロセス用写真光学式オンラインプロセス診断システム(17、17’)と、
溶接済みの管の直径を検査するための測定装置(18)と、
内面および外面シーム用写真光学式シーム検出システム(19)と、
計算機断層撮影像試験・評価ユニット(20)と、
溶接シーム用超音波試験装置(21)と
を備えている装置。 - 溶接シーム用超音波試験装置(21)の後段に管切断設備(24)と管端加工設備(25)が設けられていることを特徴とする、請求項13に記載の装置。
- 管切断設備(24)がプラズマ設備であることを特徴とする、請求項14に記載の装置。
- 装置が組立・分解可能な主組立体からモジュール状に構成されていることを特徴とする、請求項13または請求項14に記載の装置。
- 鋼帯エッジ加工設備(6)が、
鋼帯エッジ荒削り機(7)または剪断刃物と、
鋼帯エッジ仕上げ削り機(8)と、
鋼帯エッジブラッシング装置(9)と、
鋼帯エッジ平滑矯正機(10)と
の4つの装置を備えていることを特徴とする、請求項13または請求項14に記載の装置。 - レーザ溶接設備(14)が内面シームおよび外面シーム用の各1つのレーザ溶接ヘッド(15、15’)を備えていることを特徴とする、請求項13または請求項14に記載の装置。
- レーザ溶接ヘッド(15、15’)が三次元的に走行可能であり、かつ溶接シーム縦方向に揺動可能に配置されていることを特徴とする、請求項18に記載の装置。
- 溶接されるべき鋼帯エッジに対してレーザ光線をトラッキングするためのセンサがレーザ溶接設備(14)に一体化されていることを特徴とする、請求項13、請求項18、請求項19のいずれかに記載の装置。
- 内面シームおよび外面シーム用の写真光学式シーム検出システム(19)が各1つのレーザラインスキャナと評価カメラとを備えていることを特徴とする、請求項13、請求項18、請求項19のいずれかに記載の装置。
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