JP2008540132A - ガイド成形システム - Google Patents

Abstract

金属製長尺片材料から作られる溶接パイプをガイド成形するシステムが開示される。このガイド成形システムは、被加工物の移動の方向に前後に配置されたいくつかの組のロールを具備し、これは、被加工物が前進するにしたがって被加工物の縁部を徐々に冷間加工していき、これを曲げるために使用される。第１の組のロールは、被加工物の上面と下面とを担持し、その一方で湾曲した縁部の外面を担持し、パイプの形状を形成するある組のロールが、湾曲縁部が欠切部を形成する領域に提供される。本発明に係るガイド成形システムは、さらに溶接デバイス（３）を具備する。被加工物は、溶接工程に続いて冷却されるまで、浮動的にマウントされた側方ロール（４）によって支持される。

Description

本発明は、金属製長尺片材料から作られる溶接パイプを製造するためのガイド成形システムであって、たとえばレーザまたは高周波数技術（radiofrequency technology）を利用して、そのパイプの長尺片の縁部（シーム）が閉止されているものに関し、また、溶接パイプを製造する方法、および溶接パイプを製造するためのガイド成形システムの使用に関する。

金属製長尺片材料から溶接パイプを作る方法は知られている（ＤＥ３５２９１６０Ａ１）。一般にこの場合において、当初長尺片形状であった被加工物（金属長尺片材料）は、その縁部が低温状態で強い成形にさらされる。この場合において、移送方向の第１の組のロールは、ある程度互いに係合する形状を有しており、これにより長尺片材料が曲がって、この湾曲縁部は、その前の長尺片の断面に対して直角よりも若干大きくなる。このときの成形の状態では、このように欠切部を有し、部分的には既にパイプに成形された被加工物に対して、成形ロールをさらに係合させることができなくなる。

このため、このような成形状態から始めて、外側には駆動していないロールを提供し、これによって被加工物の曲げられた部分を押圧し、互いに先の経路上で近づくようにしてチューブの曲げ加工を完了することが知られている。しかし、こうすることによって、しばしば２つの縁部が互いにオフセットすることになり、不均質さをもたらし、これを後に補償しなければならなくなる。

こういった不均質性を取り除くために、部分的に成形されたパイプを第１の回転部位でおよそ４分の１回転ねじり、このねじり位置のものを移送時にさらに成形し、このとき移送されるのにしたがって縁部の間に位置する間隙が小さくなるようにすることがＤＥ１９８３４４００Ｃ１により知られている。しかし、不均質さは、この方法でも防げない。

シートまたはシート状のものから作る曲げパイプを結合し、長手方向に溶接するシステムがＤＥ１０１３１４６１Ｃ１により知られている。このシートまたはチューブはロール上にマウントされている。
ＤＥ３５２９１６０Ａ１は、移動可能な台車を有する成形ロール装置を開示する。
ＤＥ０９１９２９９Ａ２は、溶接シームの補強を除去する装置に関連する。
ＷＯ０３／０４７７８３Ａ１には、パイプ溶接スタンドのロールを変えるための方法および装置が記載されている。

既知の方法で成形され、溶接されたパイプは、溶接チューブの結晶構造内に出現する応力によって容易に破裂してしまう。この効果は、とくに溶接パイプにとって特筆すべきことである。

したがって、本発明の目的は、金属製長尺片材料から作られる溶接パイプ用の装置であって、パイプの破裂を防ぐことができるものを提供することである。この溶接は、不均質さが事実上出現しない方法で実行される。この新規な装置の構造は複雑ではなく、容易に使用することができる。

長尺片材料から作られる溶接パイプを製造するためのガイド成形システムであって、
被加工物の移送方向に前後に配設された多数の組のロールであって、移送が進むにしたがって被加工物を徐々に冷間加工し、被加工物の縁部を曲げるための前記多数の組のロールと、
被加工物の上部および下部を担持する第１の組のロールであって、湾曲縁部が欠切部を形成する領域において、湾曲縁部の外側を把持してパイプの形を形成せしめる複数の組のロールを有する、前記第１の組のロールと、
溶接装置とを含み、
前記被加工物は、溶接された後、冷却されるまで、浮動的にマウントされた（floatingly mounted）側方ロールによって支持される、前記ガイド成形システムが提供される。

溶接パイプの不均質さは、本発明に係るガイド成形システムによってかなり取り除かれる。このように生成されたパイプは、加重を受けても破裂しない。ＥＰ９１９２９９Ａ２により知られた溶接の機械加工後の要件は、必要ではなくなる。

本発明の好適な態様において、圧縮ロールを案内し、間隙を有するパイプを成形するシステムは、金属製長尺片材料から作られた溶接パイプを製造するためのものであって、以下の構成を具備することができる。
・被加工物の移送方向に前後に配設された多数の組のロールであって、移送が進むにしたがって被加工物を徐々に冷間加工し、被加工物の縁部を曲げるための前記多数の組のロールと、被加工物の上部および下部を担持する第１の組のロールであって、湾曲縁部が欠切部を形成する領域において、湾曲縁部の外側を把持してパイプの形を形成せしめる複数の組のロールを有する、前記第１の組のロールと、湾曲縁部の外側を把持し、種々の形状のパイプを成形し、かつ個別に成形可能な複数の組のロールと、
・溶接部圧縮ロールのための調整装置であって、溶接パイプは、溶接の後冷却されるまで、浮動的にマウントされた側方ロールによって保持され、これは、星形に配設された３つの圧縮ロールについての中央調節器を利用して、間隙を有するパイプおよび対応するシーム位置に影響を与えることが可能であり、それにより全体のパイプガイドシステムを、（モータによって自動化された、または手動の）機械的調節ユニットのみを利用して設定することができ、それにより溶接工程の前およびその間のシーム位置を基本的に常に自動または手動で最適な溶接位置に調節することができる、前記調整装置と、
・溶接トーチガイドであって、対応する径方向のガイドについてパイプ軸に対して同心的に整列可能であり、調節が自動または手動で行われる際のトラッキングがされた場合であっても常に完全に同じ大きさの径を保ち、かつ材料からの間隔を保つ、前記溶接トーチガイド。

したがって、このシステムまたは間隙を有するパイプが位置する特定の径方向の位置には関係なく、間隙を有するパイプに材料が一様に貫通することが基本的に可能となる。同様に、溶接システムとパイプの間の距離は、基本的に完全に同じ大きさを保ち、これは際立った特徴で、とくにより制限的でかつ要求の厳しい焦点距離を通じたレーザ溶接の場合においても、これは常に同じである。これにより、間隙を有するパイプに対して制限された溶接プロセスを適用することも初めて可能となる。

本発明によるガイド成形システムにおいて、溶接は、金属製材料の長尺片縁部（シーム）を閉止するためのあらゆる従来の方法を利用して実行することができる。特定のものとして、タングステン不活性ガス溶接（ＴＩＧ溶接）、レーザ溶接、ＨＦ溶接その他すべての溶接方法が挙げられる。

パイプ用の溶接方法の他のあらゆる場合のように、ＴＩＧ溶接の際、プロファイリング機械で平坦な長尺片をパイプに形成する。溶接領域において、溶融しないタングステン陰極と長尺片縁部との間で、不活性ガス（アルゴン／ヘリウム／水素混合物または純粋なアルゴン）からなるシールドガスに囲まれてアークバーンが起こる。溶接速度を上げるため、または比較的大きい寸法のパイプの場合に、多数の陰極トーチが使用される。適用に応じて、直流または交流の電流が使用される（Ｄｒｅｉｓｔｅｒｎ−Ｗｅｒｋ Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｂａｕ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．Ｋｇからの文献）。

レーザ溶接の最も重要な利点は、継ぎ目（seam）の質が優れている点である。また溶接速度は、一般にＴＩＧ溶接のそれよりも高い。しかしながら、パイプ材料を加熱する効果は、ＴＩＧ溶接のそれよりも相当に低い。

レーザ溶接の場合、非発散光（nondivergent light）の高度に集束された光が溶接点に導かれる。この光ビームは、２つの鏡体と２つの平行なＲＦ電極を具備する光学的共振器で生成される。レーザの全体のエネルギーは、約０．２５ｍｍの点に集約される。これにより、３百万Ｗ／ｃｍ^２超の巨大なエネルギー密度となる。一般に、蒸気チャネルがイオン化された金属ガスとともに溶接点に形成される。温度は約２５０００℃である。溶解領域は、蒸気チャネルの回りに形成される。パイプに成形されるシート上の長尺片がレーザビームの下を移動する。連続的な溶接が結果としてなされる（Ｄｒｅｉｓｔｅｒｎ−Ｗｅｒｋ Ｍａｓｃｈｉｎｅｎｂａｕ ＧｍｂＨ＆Ｃｏ．Ｋｇからの文献）。

本発明にしたがって、金属製の長尺片材料から既知の方法で予め成形された、隙間の空いた縁部を有するパイプ（間隙を有するパイプ）は、本発明に係るガイド成形装置に導入され、ここでこのときまだ隙間の空いた縁部が、既知の溶接装置を利用して閉止される。

ステンレス鋼、シート、銅および黄銅から、好ましくはステンレス鋼から作られる金属製の長尺片（コイル）は、金属製長尺片材料と称することができる。
溶接した後、パイプは、本発明にしたがって、移送方向で溶接装置の下流に配設され、浮動的にマウントされた側方ロールの間で冷却されるまで支持される。
浮動的にマウントされた側方ロールは、本願発明の文脈において、圧力を与えずに実質的にパイプのガイドのみを行い、曲げ力および／またはねじり力を排除したロールとして理解されよう。

本発明の好適な態様は、浮動的にマウントされた側方ロールがパイプに対しセルフセンタリングの作用をすることを特徴とする。本発明にしたがって、被加工物は、冷却されるまで、浮動的にマウントされた側方ロールによって支持される。本発明によると、冷却は、好ましくはほぼ室温の範囲になるまで行われる。結果として、凝固状態における溶解物の樹枝状微細構造の形成が妨げられ、または抑制される。

本発明の特定の改良点によると、冷間加工の間でかつ溶接の前に、中央高さ調節および中央側方調節によって、被加工物のすべてのガイドロールおよび圧縮ロールが調節可能となっている。
本発明にしたがって、高さの調節および側部方向の調節は、機械的または電子的装置で行うことができる。
圧縮ロールを利用して金属製長尺片からパイプを成形するとき、使用する材料によっては材料の厚さの差異が容易に生じてしまう。

本発明にしたがって、圧縮ロールを偏心調節することによってこれらを補うことができる。
本発明の特定の対応において、圧縮ロールは、調節目的でレバーによって偏心カムに接続される。
本発明のさらに特定の態様は、溶接装置に導入する目的で、パイプを調節し、間隙を有するパイプに成形することに関する。
まだ隙間の空いたパイプの縁部に対して溶接装置を調整することは、機械的に行うことができる。

しかしながら、本発明の範囲に含まれるとくに好適な態様において、溶接装置を隙間の空いたパイプの縁部に対して調節することは、光学的長尺片縁部検出システムによって行われる。隙間のある縁部に対する溶接トーチの位置は、本発明にしたがって、光学的長尺片検出システムを通じて制御される。
光学的長尺片縁部検出システムは知られている。

金属製長尺片材料から作られる溶接パイプの製造方法は、当初は平坦な長尺片材料を運搬方向に前後に設けられた多数の成形地点（forming station）において冷間成形によりパイプにして、ここでこの工程は、圧縮ロールおよびガイドロールを用いてこれを徐々に曲げ、そして互いの縁部に向かって曲げた長尺片材料の縁部によって行うものであり、縁部間に存在する間隙は、移送および成形が進むにしたがって小さくなり、最終的には閉止して溶接し、ここで被加工物は、傾斜角を伴って星形の形状の中に可変的にセットすることができ、さらに、それぞれについて圧縮ロールの高さを調節することができ、また互いに偏心的にこれらを調節できることを特徴とする。

結果的に、厚さまたは幾何学形状が異なる材料を互いに溶接する場合であっても、長尺片縁部は、互いに正確に保持され、調整される。軸受圧力は、それぞれ圧縮ロールごとに個別に抑制され、電子的に制御され、それにより、結果的に生じる異常な成形パイプの基礎断面に付随する長尺片の幅の不規則さは、同様に自動的に取り除かれる。さらに、各被加工物の縁部に作用する力の最適化、またはどの溶接技術が利用されるかに関係なく最適な溶解工程となる壁の厚さの範囲を提供することが可能となる。

また本発明の主題は、金属製長尺片材料から作られる溶接パイプを製造するためのガイド又は成形システムの使用にある。
本発明は、図１〜３により説明することができる。

図１は、本発明に係るガイド成形システムを側面から見た図である。
図１は、間隙を有するパイプ（１２）の入口（１）からガイド又は成形する本発明に係るシステムを示し、これにより隙間が溶接装置（３）によって閉止される。冷却されていないパイプは、浮動的にマウントされた側方ロール（４）によって、冷却されるまで支持される。冷却された後、パイプは、移送方向に運ばれ、出口（２）から運び出される。

溶接装置（３）の上流では、下方圧縮ロール（９）並びに右側および左側の圧縮ロール（１０）によって間隙を有するパイプが圧縮される。中心高さ調節器は、パイプの径の関数として圧縮ロール（９、１０）および溶接装置（３）を調節する。

光学的長尺片縁部検出システム（７）は、長尺片の縁部のそれぞれの位置の関数として溶接装置（３）の高さ調節（８）を制御する。
パイプの側方ガイドは、中央側方調節器（６）を介して調節することができる。

図２は、間隙を有するパイプ（１２）の入口（１）からガイド成形する本発明に係るシステムを示す図（正面図）である。
間隙を有するパイプは、圧縮ロール（９および１０）によって圧縮され、溶接装置（３）の助けにより開放縁部が閉止される。右側および左側の圧縮ロール（１０）は、中央高さ調節器（５）を介して溶接装置（３）とともに調節することができる。圧縮ロール（１０）は、レバー（１５）により偏心調節器（１４）を介して微細な調節が可能である。下方圧縮ロール（９）は変わらない。左側および右側の圧縮ロール（１０）は、適切な場合には、調節器（１３）を介して別々に調節された高さを有する。

図３は、本発明に係るガイド又は成形システムを上方から見た図である。
図３は、本発明に係るガイド又は成形システムを間隙を有するパイプの入口（１）とともに示し、ここでパイプの縁部は、溶接装置（３）によって閉止される。冷却されていないチューブは、浮動的にマウントされた側方ロール（４）によって、冷却されるまで支持される。冷却された後、パイプは、移送方向に運ばれ、出口（２）から運び出される。

右側および左側の上方転換ロールは、中央高さ調節器（５）によって調節することができる。間隙を有するパイプ（１２）のガイドは、中央側方調節器（６）によって調節することができる。

参照符号のリスト
１ パイプ（間隙を有するパイプ）に成形される長尺片材料の入口
２ 溶接パイプの出口
３ 溶接装置
４ 浮動的にマウントされた側方ロール
５ 溶接装置（３）の圧縮ロール（９）および（１０）の中央高さ調節器
６ パイプのガイドのための中央側方調節器
７ 成形された長尺片材料（１２）の長尺片縁部検出器
８ 溶接装置（３）のガイド
９ 下方圧縮ロール
１０ 左側、右側の下方圧縮ロール
１１ 左側および右側の圧縮ロール（１０）の較正器
１２ パイプ
１３ 右側および左側の圧縮ロール（１０）の高さ調節器
１４ 偏心調節の中央ユニット
１５ 左側および右側の圧縮ロール（１０）の偏心設定用のレバー

本発明に係るガイド成形システムを側面から見た図である。 本発明に係るガイド成形システムの正面図である。 本発明に係るガイド成形システムを上方から見た図である。

Claims (14)

1. 金属製長尺片材料から作られる溶接パイプを製造するためのガイド成形システムであって、
   被加工物の移送方向に前後に配設された多数の組のロールであって、移送が進むにしたがって被加工物を徐々に冷間加工し、被加工物の縁部を曲げるための前記多数の組のロールと、
   被加工物の上部および下部を担持する第１の組のロールであって、湾曲縁部が欠切部を形成する領域において、湾曲縁部の外側を把持してパイプの形を形成せしめる複数の組のロールを有する、前記第１の組のロールと、
   溶接装置とを含み、
   前記被加工物は、溶接された後、冷却されるまで、浮動的にマウントされた側方ロールによって支持される、前記ガイド成形システム。
2. 浮動的にマウントされた側方ロールが、セルフセンタリング式のものであり、追加の望ましくない機械的な力を、溶接され、またそれに伴って加熱されたパイプに伝達しないことを特徴とする、請求項１に記載のガイド成形システム。
3. 被加工物が、浮動的にマウントされた側方ロールによって、室温に冷却されるまで支持されることを特徴とする、請求項１または２に記載のガイド成形システム。
4. 冷間加工の間でかつ溶接の前において、圧縮ロールガイドユニットのすべてのガイドおよび圧縮ロールが調節可能であり、成形されたパイプの径と無関係に中央制御器によって位置決め可能であるとともに、シーム位置に個別に影響を与えることができることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のガイド成形システム。
5. レバーを用いて、圧縮ロールを同心のみならず偏心にも微細に調節するために調節機能が使用可能であり、個々のロールの軸受圧力が事前設定可能であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のガイド成形システム。
6. 機械的または光学的な長尺片縁部検出システムによって、溶接装置が、隙間の空いたパイプの縁部との関係について、このパイプの軸に対して同心となるように、かつ当該材料から常に同じ距離だけ間隔を置くように制御されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のガイド成形システム。
7. 金属製長尺片材料から作られる溶接パイプの製造方法であって、当初は平坦な長尺片材料を運搬方向に前後に設けられた多数の成形地点において冷間成形によりパイプにして、ここでこの工程は、圧縮ロールおよびガイドロールを用いてこれを徐々に曲げ、そして互いの縁部に向かって曲げた長尺片材料の縁部によって行うものであり、縁部間に存在する間隙は、移送および成形が進むにしたがって小さくなり、最終的には閉止して溶接し、また、被加工物を、溶接後、冷却されるまで、浮動的にマウントされた側方ロールによって支持することを特徴とする、前記方法。
8. 浮動的にマウントされた側方ロールが、セルフセンタリング式であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 冷却されて室温になるまで、被加工物を、浮動的にマウントされた側方ロールによって支持することを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
10. 冷間加工の間であって、かつ溶接の前に、被加工物のすべてのガイドおよび圧縮ロールを、成形されるパイプの径と無関係に中央制御ユニットによって調節することを特徴とする、請求項７〜９のいずれかに記載の方法。
11. 保持ロールおよび圧縮ロールの調整器が、レバーによって偏心調整器に接続されることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 溶接装置に導入される前に、間隙を有するパイプに成形される被加工物を、光学的な長尺片縁部検出システムを通じて案内し、その結果、溶接ヘッドおよび／または全体のガイドユニットが、間隙を有するパイプの中心合わせをする目的で調節可能であり、かつ溶接工程の間、完全に電子的または手動の手法で連続的に調節可能であることを特徴とする、請求項７〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 溶接用トーチの位置が、機械的または光学的な長尺片検出システムを通じて制御されることを特徴とする、請求項７〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 金属製長尺片材料から溶接パイプを製造するための請求項１〜６のいずれかに記載のガイド成形システムの使用。

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