JP2005199293A - 高加工性溶接管の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属管を構成する金属板に与える歪みを極力少なくして突合せ性を高め、断面形状精度を向上させるとともに、造管された管に残存する応力・歪みを少なくして加工性に優れた溶接管を得る。
【解決手段】 造管すべき金属帯板Ｓを受けロール１２で支えつつ造管装置内に進入させ、第１のサイドロール１３で両板幅方向端部近傍を上方に湾曲させ、次の第２のサイドロール１４で両板幅方向端部近傍を除き金属帯板の幅方向中心部までを上方に湾曲させた後、フィンパスロール１５で形を整えるとともに板幅方向両端部の位置を調整し、スクイズロール１６で両端部を突合せて溶接するとともに、溶接の後工程で、レーザー平行光線１７とＣＣＤカメラ１８の組み合わせで造管された溶接管の形状を確認し、当該確認形状に基づいて前記第１及び第２のサイドロール１３，１４並びにスクイズロールの位置を微調整して造管された溶接管形状を制御する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、金属帯板を板端から中央部に向けた押圧力のみで円筒状に成形し、金属帯板の板幅方向両端部を突合せ溶接して断面形状精度に優れた溶接管を連続的に製造する方法に関する。

溶接管は、所定幅にスリットされた金属帯板を多段配置された成形スタンドで板幅方向に順次湾曲させてオープンパイプにロール成形し、板幅方向両端部を突合せ溶接することにより製造されている。
例えば特許文献１には、次のような工程で、連続的にロール成形され、溶接されることが示されている。すなわち、図１に示されるように、巻回されている金属帯Ｓはアンコイラ１からレベラー２へ送給され、レベラー２により平坦矯正された後、ロール成形機に送られている。ロール成形機は、水平ロールであるブレークダウンロール３，３，・・、縦ロールであるクラスタロール４，４，・・、及び水平ロールであるフィンパスロール５，５，・・を備えている。

各ロールは対になっており、金属帯Ｓはここで、その両側端部、すなわち図２に示すように板幅方向端部Ｅ，Ｅが上方に湾曲移動するようにロール成形され、互いに対向されるように円筒状に順次曲成される。その後、誘導加熱コイル７等の加熱手段で両板幅方向端部が加熱され、スクイズロール６，６により側方から押圧されながら溶接部を凝固させている。
そして、ブレークダウンロールの段階では、各スタンド毎に図３に示されるような所定のプロフィールをもった上ロール８，８’及び下ロール９，９’の間に金属帯板を通し、板端から順にＥ₁，Ｅ₂，・・の曲率で湾曲させている。

特開平６−１３４５２５号公報

上記のように、Ｗｓ−Ｄｓ方向の上下に配置した２つのロール間に金属帯板を挟み込んでロール成形する方法が一般的である。
しかしながら、このような方式では、金属板はロールにより複数回の押し曲げ加工を受けることになり、板内部に多くの歪みが発生し、また加工硬化を起こした状態で造管されている。また、２つのロール間での加工される態様となるため、ロールから受ける力の差で金属板の歪みや、極端な場合には板厚みに不均一箇所が生じ、フィンパスロールによる板端の突合せ性を悪化させる原因にもなっている。そして材質的に不均質な状態で造管され、あるいは突合せ部がずれた状態で造管された溶接鋼管は、その後の高加工に耐えられなくなっている。

特に造管後、複雑な形状に曲げ加工されたり、拡管加工されたりして使用されるステンレス鋼管の場合、造管後の素管に歪みが残存し、素材が加工硬化されていると加工し難くなっている。このためステンレス溶接管を製造する際には、残留応力が残らず、加工硬化しないように、上記ロールスタンドの数を増やし、変形を徐々に行うようにしている。したがって、ロールの取替えや管理が複雑となって、結果的に金属管の製造コストを高くすることになっている。また成形ロールとの接触回数も増えるため、表面疵が多くなって外観を低下させている。
また、加工硬化し、変形し難くなるために、突合せ部がラップして溶接部に段差ができたり、断面円形形状が変形したりして、溶接管の外観が低下することがある。特に、溶接部に段差が生じると、研削整形時に肉薄部分が生じ、後工程の過酷な加工に耐えられなくなるといった問題点もある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、金属管を構成する金属板に与える歪みを極力少なくして突合せ性を高め、断面形状精度に優れた溶接管を得るとともに、造管された管に残存する応力・歪みを少なくして加工性に優れた溶接管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の高加工性溶接管の製造方法は、その目的を達成するため、金属帯板の進行方向に、水平な受けロール，周面に凹部を設けた一対のロールからなる第１のサイドロール，同じく周面に凹部を設けた一対のロールからなる第２のサイドロール，及びフィンパスロールとスクイズロールを順次備えた成形装置に、造管すべき金属帯板を受けロールで支えつつ進入させ、第１のサイドロールで両板幅方向端部近傍を上方に湾曲させ、次の第２のサイドロールで両板幅方向端部近傍を除き金属帯板の幅方向中心部までを上方に湾曲させた後、フィンパスロールで形を整えるとともに板幅方向両端部の位置を調整し、スクイズロールで両端部を突合せて溶接するとともに、溶接の後工程で、レーザー平行光線とＣＣＤカメラの組み合わせで造管された溶接管の形状を確認し、当該確認形状に基づいて前記第１及び第２のサイドロール並びにスクイズロールの位置を微調整して造管された溶接管形状を制御することを特徴とする。

本発明では、造管すべき金属帯板を２つの成形ロール間を通して湾曲に成形させることなく、受けロールで支えつつ２段のサイドロールを用いて両板幅方向端部から順次湾曲成形している。このため、２つの成形ロールに挟んで強引な押圧や曲げの変形を行うことがないので、素材に部分的な板厚変動を起こしたり、大量の歪みが導入されたりすることもない。
したがって、造管された金属管の素材加工硬化の程度は少なく、また残留している応力や歪みも少ないために、過酷な加工にも耐えられる金属管が得られる。
また、本発明を実施する装置は、成形スタンド数が少ないために、ロール替えが容易であるばかりでなく、設置スペースも少なくてすむ。さらに駆動モーターの容量も小さくてすむ。総合的にみて、品質が良好な溶接管を低コストで製造することができる。
さらに、溶接管の形状確認を行い、その確認形状に基づいてサイドロールやスクイズロールの位置調整を行っているので、形状精度に優れた溶接管を得ることができる。

本発明では、金属帯板に湾曲させる曲げを付与する工程を、従来の２つのロール間に挟み込んで曲げる方式から、板幅方向の端部から中央部分に向けて押圧し、徐々に湾曲させる方式に変更している。さらに、確認形状に基づく形状制御を行っている。
その具体的手段について説明する。
まず、図４，５に基づいて、用いる装置の概略を説明する。金属帯板Ｓの進行方向に順に、金属帯板の上面位置に水平に配置された押えロール１１，金属帯板の下面位置に水平に配置された受けロール１２，周面に所定曲率で凹部が設けられたロールが金属帯板の両端位置に垂直に一対で配置された第１のサイドロール１３，同じく周面に所定曲率で凹部が設けられたロールが金属帯板の両端位置に垂直に一対で配置された第２のサイドロール１４，フィンパスロール１５，高周波コイル（図示せず），及びスクイズロール１６が備えられている。さらに、スクイズロール１６の後段に、レーザー平行光線照射装置１７とレーザー照射部位を写し取るＣＣＤカメラ１８及びＣＣＤカメラが写し取った形状をモニターする形状表示器（図示せず）が備えられている。
本態様では、溶接を高周波加熱で行っているが、レーザー溶接法やＴＩＧ溶接法を採用しても良い。

押えロール１１と受けロール１２は、造管される金属帯板に対して上下対向する位置に水平に配置される。受けロール１２は、後述するように、本発明の造管方法では大きな役割を果たすもので、この受けロール１２がなく、サイドロールのみでは造管が不可能である。
押えロール１１は必ずしも必須ではないが、金属帯板に変形を押させ、所望の湾曲形状への成形を安定して行うためには備えていることが好ましい。
押えロール１１及び受けロール１２は、パスライン高さを維持するように金属帯板を支えるためのロールであって曲げるためのものではないので、ストレート形状のものが用いられる。

第１のサイドロール１３は、造管されたとき約３０度以下の幅の板端部分を上方に湾曲させるためのロールである。金属帯板Ｓの両端位置に垂直に一対で配置されており、それぞれのロール周面には所定曲率で凹部が設けられている。このロールの中心より下の凹部面に板端が当接され、板中央方向に押圧されることで、板端が上方に湾曲されることになる。ロール凹部のカーブは、造管されるパイプ外径の１．０〜２．０倍程度にすることが好ましい。また、Ｗｓ側及びＤｓ側の各ロールはそれぞれ単独で位置調整できるように配置されていることが好ましい。

第２のサイドロール１４は、第１のサイドロールで所定範囲の板端部分が湾曲成形された金属帯板の残りの部分を上方に湾曲させるためのロールである。第１のサイドロール１３と同様に、金属帯板の両端位置に垂直に一対で配置されており、それぞれのロール周面には所定曲率で凹部が設けられている。第２サイドロールの凹部のカーブ（曲率）は、第１サイドロールのそれよりも小さく、造管されるパイプ外径の１．０〜１．５倍程度にすることが好ましい。
第１のサイドロール１３で端部が湾曲された金属帯板は、その湾曲端部が第２のサイドロール１４の凹部面に当接され、他の帯板部分もその当接点より下の凹部面によって上方に湾曲成形される。
また、Ｗｓ側及びＤｓ側の各ロールは、第１のサイドロール１３と同様に、それぞれ単独で位置調整できるように配置されている。

第２のサイドロール１４以降に配置されるフィンパスロール１５，高周波コイル，及びスクイズロール１６としては、従来の造管装置で用いられているものと同じものが使用される。
フィンパスロール１５は、第１，第２のサイドロールで成形されたオープンパイプ形状を最終的に整え、突合せ端部のセンターリングを行うものである。従来の造管装置と同じである。ロールの凹面カーブは、造管されるパイプ外径の１．０〜１．１倍程度にすることが好ましい。

スクイズロールも、従来の造管装置で用いるものと同じものが用いられる。また各ロールは単独で位置調整できるように配置されている。スクイズロールで押圧して板端を突合せつつ、突合せ部を高周波加熱して溶融接合させる。高周波溶接法に代わってＴＩＧ，レーザー等の他の方法を採用しても良い。
以上の各ロールには、駆動原は接続されていない。スクイズロールとしては従前のものが使用され、第１，第２のサイドロールに駆動原を連結しても、金属帯板とサイドロールとの接触面積も狭いため、ロールの回転力では金属帯板の走行を円滑に行えない。本発明では、高周波コイル及びスクイズロールの後段に設けたサイジングロール又はチャック式送り装置等でパイプの推進を行っている。
スクイズロール１６の後段で送り装置の前段に、レーザー平行光線照射装置１７とレーザー照射部位を写し取るＣＣＤカメラ１８が設置されている。ＣＣＤカメラには写し取った形状をモニターする形状表示器が連接されている。

次に、図６も用いながら、曲げ加工方法の詳細について説明する。
造管すべき金属帯板Ｓを、水平に配置された押えロール１１と受けロール１２の間を通し、受けロール１２で下面を支えつつ第１のサイドロール１３間に送り込む。第１のサイドロール３の周面に設けられた凹部面の中心よりも下の角度αの範囲の凹部面に金属帯板の端部を当接させ、一対のサイドロールの板幅方向中心部に向けた押圧力で、金属帯板の板幅方向両端部をサイドロールの凹部面に沿って上方に湾曲させる。上記角度αは３０度以内にすることが好ましい。

この際、一対のサイドロールで金属帯板Ｓを単純に板幅方向中心部に向けて押圧すると、金属帯板Ｓはその板幅方向中央部近傍が下方に変形しようとして座屈する。板幅方向両端部のみを湾曲させることはできない。そこで、本発明では、一対の第１サイドロール１３の手前に水平な受けロール１２を配置し、この受けロール１２で、金属帯板の板幅方向中央部近傍が下方に変形することを防止している。この受けロール１２の作用により座屈を防止して板幅方向両端部のみを上方に湾曲させることが可能となる。
受けロール１２の手前に対向するように設けた押えロール１１も、受けロール１２が座屈を防止する際の反力を押えて金属帯板Ｓの変形を抑制し、第１のサイドロール１３による板両端部の湾曲成形を補助する作用をはたしている。

板幅方向両端部が上方に湾曲された金属帯板Ｓを、第２のサイドロール１４に送り込む。第２のサイドロール１４は、その凹部曲率が第１サイドロール１３の凹部曲率よりも小さくされているので、両端部が湾曲された金属帯板は、その湾曲端部が第２のサイドロール１４の凹部面に当接され、他の帯板部分は前記当接点より下の凹部面によって上方に湾曲成形される（図６参照）。
このように、受けロール２の補助を得て、第１、第２のサイドロール１３，１４によりオープンパイプ状に成形され、次のフィンパスロール１５で形を整えられ（図７参照），スクイズロールで突合せられ、高周波，ＴＩＧ，レーザー等の通常の方法で溶接される。

本発明方法では、造管される素材金属帯板に与えられる加工硬化や歪みは、従来法に比べて非常に少ない。したがって、オープンパイプ状に成形した金属帯板の両板端の突合せが容易に行え、溶接した後に強度の高い溶接部が得られる。しかし、少ないとは言え、素材金属帯板に蓄積された加工硬化や歪みの影響で、突合せ部がずれたり、造管された溶接管の断面形状が変形したりすることもある（図８参照）。
本発明で用いる装置では、第１及び第２のサイドロールを構成する各ロール、あるいはスクイズロールを構成するロールは、それぞれ単独に位置調整可能に設置されている。また、本発明では、造管された溶接管の断面形状を、レーザー平行光線照射装置１７とレーザー照射部位を写し取るＣＣＤカメラ１８を用いてモニタリングしている。このため、モニタリングしている形状を所望形状と比較して、モニタリング形状が所望形状になるように、前記いずれかのロール位置を微調整することにより、変形度合いを変え、あるいは突合せ部の調整を行うことができる。

板厚０．８ｍｍ，板幅９０ｍｍのＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス鋼板を金属板として使用し、次のようなロール配置で金属板を筒状に成形した後、レーザー溶接し、φ２８．６ｍｍの溶接鋼管を製造した。
押えロール及び受けロールとして、それぞれφ６０ｍｍで長さ３００ｍｍのロールを用い、受けロールはその表面が溶接鋼管の最下表面位置になるように設置した。第１のサイドロールとしては、外径１００ｍｍ，長さ７０ｍｍで、凹部曲率が溶接鋼管外径の１．５倍としたロールを用い、その垂直方向中心位置を溶接鋼管の中心位置よりも２２．５ｍｍ高い位置に対向配置した。第２のサイドロールとしては、外径１００ｍｍ，長さ５５ｍｍで、凹部曲率が溶接鋼管外径の１．２倍としたロールを用い、その垂直方向中心位置を溶接鋼管の中心位置よりも１１．１ｍｍ高い位置に対向配置した。さらに、外径９０ｍｍで、凹部曲率が溶接鋼管外径の１．０５倍で４ｍｍ幅のフィンを有するフィンパスロールと、凹部曲率が溶接鋼管外径の１．０倍のスクイズロールを通常の位置に設置した。
スクイズロールにより金属板の板幅方向両端部を突合せ、高周波溶接し、外径２８．６ｍｍの金属溶接管を製造した。レーザー平行光線とその反射光を写し取るＣＣＤカメラで得られた金属溶接管の形状を確認したところ、真円度が高く、溶接部の外観に優れた金属溶接管が得られていた。

上記実施例では突合せ溶接部の真円度は高かったが、例えば図９に示すように、板端の湾曲成形は十分であるが、Ｄｓ側が低くなるように板端がずれて接合される場合がある。この場合は、スクイズロールのＤｓ側ロール位置がＷｓ側ロールよりも相対的に低くなっているので、スクイズロールのＷｓ側ロールを調整表示器に示された形状を確認しながら下方に移動させることで、上記ラップの不具合は解消される。
また、例えば図１０に示すように、形状が非対称になる場合がある。図１０に示す形状不良はＤｓ側板端部の曲げ変形が不充分であったことに起因している。そこで、板端部の曲げ変形を担う第１サイドロールのＤｓ側ロールをラインセンター方向に移動させる。これにより、Ｄｓ側板端部の曲げ変形を十分に行わせることで、上記形状不良は解消される。この際も、調整表示器に示された形状を確認しながら第１サイドロールのＤｓ側ロール移動量を調整する。

従来の造管装置の成形ロール配置状況を説明する図 ロール成形途中の金属帯の湾曲形状を説明する図 成形ロールにより金属帯板Ｓを曲げ成形する過程を説明する図 本発明で使用する造管装置の成形ロール配置状況を説明する正面図 本発明で使用する造管装置の成形ロール配置状況を説明する斜視図 溶接管に対する第１及び第２サイドロールの位置関係を説明する概略図 各ロールでの変形形状を説明する図 発生しやすい異形断面形状を説明する図 ラップが生じた溶接部の断面形状を説明する図 左右非対称な溶接部近傍の断面形状を説明する図

符号の説明

１１：押えロール １２：受けロール １３：第１のサイドロール
１４：第２のサイドロール １５：フィンパスロール １６：スクイズロール
１７：レーザー平行光線照射装置 １８： ＣＣＤカメラ Ｓ：金属帯板

Claims (1)

1. 金属帯板の進行方向に、水平な受けロール，周面に凹部を設けた一対のロールからなる第１のサイドロール，同じく周面に凹部を設けた一対のロールからなる第２のサイドロール，及びフィンパスロールとスクイズロールを順次備えた成形装置に、造管すべき金属帯板を受けロールで支えつつ進入させ、第１のサイドロールで両板幅方向端部近傍を上方に湾曲させ、次の第２のサイドロールで両板幅方向端部近傍を除き金属帯板の幅方向中心部までを上方に湾曲させた後、フィンパスロールで形を整えるとともに板幅方向両端部の位置を調整し、スクイズロールで両端部を突合せて溶接するとともに、溶接の後工程で、レーザー平行光線とＣＣＤカメラの組み合わせで造管された溶接管の形状を確認し、当該確認形状に基づいて前記第１及び第２のサイドロール並びにスクイズロールの位置を微調整して造管された溶接管形状を制御することを特徴とする高加工性溶接管の製造方法。

Images