JP2010046680A - パイプの扁平試験方法および装置 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 通常のパイプの扁平試験方法では、潰し量の大きい扁平加工域で腰折れが発生しやすく、正しい評価値が得られない場合が多々ある。
【解決手段】 パイプの試験片10の両管端を拘束しつつ、管長手方向中央部付近を所定の扁平高さｈに扁平加工するパイプの扁平試験方法であって、所定の扁平高さｈにする扁平加工部の長さＬ_１とパイプ外径Ｄの比Ｌ_１/Ｄ＝０．５〜２．０、試験片の管端の拘束域から前記扁平加工部まで扁平高さが徐々に変化する徐変部の長さＬ_２とパイプ外径Ｄの比Ｌ_２/Ｄ＝０．５〜１．５の成立範囲内で扁平加工する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パイプの扁平試験方法および装置に関する。

パイプ（管）を異形断面形状に成形する２次加工方法の１つに、従来、パイプの長手方向の中央部近傍を扁平加工（扁平に潰す加工）する方法がある（例えば特許文献１の図１２、図１３、特許文献２の図９）。
また、パイプの扁平試験は、通常、試験片を常温のまま２枚の平板間に挟み、平板間の距離（扁平高さ）が規定の値になるまで圧縮し扁平にしたとき、管の壁に疵、割れが生じたかどうかを調べるという方法（ＪＩＳ Ｇ ３４４６等に規定される扁平（原典では「へん平」）試験）で行なわれている。
特開平１１−４７８４２号公報 特開２０００−１０２９２２号公報

前記通常の扁平試験方法では、潰し量の大きい扁平加工域になると、耳部（試験片の管長手方向と潰し方向とに直交する方向の両端部で、平板と接触しない自由変形部分）の腰折れが発生しやすい。腰折れは、耳部の曲げひずみが潰し量に対してほぼリニアに変化する通常の変形モードから大きく外れることに対応する。規定の扁平高さに達するまでにこの腰折れが発生すると、規定の扁平高さまで潰した後に、耳部に疵、割れが観察されたとしても、それは腰折れという異常な変形モードでの試験結果であるため、パイプの扁平加工性の適正な評価を与えるものとはならない。

すなわち、通常のパイプの扁平試験方法では、潰し量の大きい扁平加工域で腰折れが発生しやすく、適正な評価値が得られない場合が多々あるという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するものであり、その要旨は以下のとおりである。
（請求項１）
パイプの試験片の両管端を拘束しつつ、管長手方向中央部付近を所定の扁平高さｈに扁平加工するパイプの扁平試験方法であって、所定の扁平高さｈにする扁平加工部の長さＬ_１とパイプ外径Ｄの比Ｌ_１/Ｄ＝０．５〜２．０、試験片の管端の拘束域から前記扁平加工部まで扁平高さが徐々に変化する徐変部の長さＬ_２とパイプ外径Ｄの比Ｌ_２/Ｄ＝０．５〜１．５の成立範囲内で扁平加工することを特徴とするパイプの扁平試験方法。
（請求項２）
請求項１において、前記パイプの試験片に液体による内圧を負荷しながら前記扁平加工を行なうことを特徴とするパイプの扁平試験方法。
（請求項３）
請求項１または２に記載の扁平試験方法の実施に用いる装置であって、パイプの試験片の両管端を拘束する管端拘束手段と、管長手方向中央部付近の外面側に接触させる平行型部および管長手方向中央部付近の両側の外面側に接触させる傾斜型部をもつ上下一対の潰し金型とを有し、前記平行型部の管長手方向長さがパイプ外径Ｄの０．５〜２．０倍であり、前記拘束時の管端拘束手段から前記平行型部までの間隔の管長手方向距離がパイプ外径Ｄの０．５〜１．５倍であることを特徴とするパイプの扁平試験装置。
（請求項４）
請求項３において、前記管端拘束手段が、管端内面側に接触する管端拘束治具を有することを特徴とするパイプの扁平試験装置。
（請求項５）
請求項３または４において、前記管端拘束手段が、管端外面側に接触する管端拘束金型を有することを特徴とするパイプの扁平試験装置。
（請求項６）
パイプの両管端を拘束して管長手方向中央部付近を扁平加工するパイプの扁平加工方法において、所定の扁平高さｈにする扁平加工部の長さＬ_１とパイプ外径Ｄの比Ｌ_１/Ｄ＝０．５〜２．０、管端の拘束域から前記扁平加工部まで扁平高さが徐々に変化する徐変部の長さＬ_２とパイプ外径Ｄの比Ｌ_２/Ｄ＝０．５〜１．５の成立範囲内で扁平加工することを特徴とするパイプの扁平加工方法。

本発明によれば、パイプの扁平試験において、扁平高さｈと耳部曲率半径Ｒ（曲げひずみε）の関係がほぼリニアになるように制御可能となり、試験片耳部の腰折れ発生がなくなって、パイプの扁平加工性を適正に評価できる。

図１は、本発明の概要を示す説明図である。本発明では、図１に示すように、パイプ（試験片）10の両管端が大きく変形しないように、例えば管端拘束治具（中子）２，２Ａを用いて、管両端を拘束する。この拘束の下で、上下一対の潰し治具１，１Ａを用いて、試験片10の長手方向中央部付近を所定の扁平高さｈに扁平加工するにあたり、所定の扁平高さｈにする扁平加工部の長さＬ_１とパイプ外径Ｄの比（扁平長さ比という）Ｌ_１/Ｄを０．５〜２．０に設定し、かつ、試験片10の管端の拘束域から前記扁平域まで扁平高さが徐々に変化する徐変部の長さＬ_２とパイプ外径Ｄの比（徐変部長さ比という）Ｌ_２/Ｄを０．５〜１．５に設定する。

発明者らは、前記課題を解決するための手段を考究し、その結果、扁平長さ比Ｌ_１/Ｄを０．５〜２．０の範囲内とすること、および、徐変部長さ比Ｌ_２/Ｄを０．５〜１．５の範囲内とすることにより、図８に示すとおり定義される耳部の幾何学的曲げひずみ
ε＝ｔ/（２×Ｒ−ｔ）（×１００％；ｔは素管肉厚、Ｒは耳部外側曲率半径）
が、所定の扁平高さｈに対してほぼリニアに変化し、適正な扁平加工性評価の妨げになる耳部の腰折れおよび減肉を回避できて、適正な扁平試験が可能となることを見出した。

すなわち、Ｌ_１/Ｄ＜０．５の場合、耳部の肉厚が減少する変形モードとなり、割れやすくなる。また、Ｌ_１/Ｄ＞２．０の場合、潰し量の大きい扁平加工域（ｈ/Ｄ≦０．５）で耳部の腰折れが発生しやすくなる。また、Ｌ_２/Ｄ＜０．５の場合、徐変部と扁平加工部の境界近傍で局所減肉が発生し、割れやすくなる。また、Ｌ_２/Ｄ＞１．５の場合、潰し量の大きい扁平加工域（ｈ/Ｄ≦０．５）で耳部の腰折れが発生しやすくなる。

潰し治具１，１Ａは、上記扁平加工を行なうに適した型形状として、試験片10の管長手方向中央部付近の外面側に接触させる平行型部20と、管長手方向中央部付近の両側の外面側に接触させる傾斜型部21とを有するものとされる。平行型部20の管長手方向長さは扁平加工部の長さＬ_１に等しい値とされ、傾斜型部21の管長手方向長さは徐変部の長さＬ_２に等しいかあるいはＬ_２よりもやや小さい値とされる。

なお、管両端を拘束する手段としては、中子２，２Ａに代えて、あるいは中子２，２Ａと共に、管端外面側に接触する孔型を用いてもよい。
また、本発明では、試験片10に液体による内圧を負荷しながら扁平試験を行なうようにしてもよい。本発明では、管内に液体を注入せずとも（内圧なしでも）、通常の扁平試験法に比べて耳部曲率半径Ｒ（曲げひずみε）の制御が容易であるが、管内に液体を注入し、該液体の圧力による内圧負荷状態下で所定の扁平高さｈに扁平加工を行なうことにより、より精密に耳部曲率半径Ｒ（曲げひずみε）を制御することが可能となる。

図２は、本発明の装置例１を示す概略図である。これは内圧を負荷しない装置の例であり、パイプの試験片10の両管端を拘束する管端拘束手段は、管端外面側に接触する管端拘束金型３，３Ａで構成している。上下一対の潰し金型４，４Ａは、管長手方向中央部付近の外面側に接触させる平行型部20、および管長手方向中央部付近の両側の外面側に接触させる傾斜型部21をもっており、平行型部20の管長手方向長さはパイプ外径Ｄの０．５〜２．０倍に設定される。傾斜型部21の管長手方向長さは、これと拘束実行時の管端拘束金型３または３Ａとの間隔の和がパイプ外径Ｄの０．５〜１．５倍となるように、設定される。

試験手順は、まず装置に試験片10をセットし（図２（ａ））、上の管端拘束金型３を下降させて、両管端を管端拘束金型３，３Ａで拘束する。次いで、上の潰し金型昇降手段５により上の潰し金型４を下降させて試験片10の外面に接触させた後、上下の潰し金型昇降手段５，５により上下の潰し金型４，４Ａを同時にそれぞれ距離（Ｄ−ｈ）/２だけ下降、上昇させる（図２（ｂ））。これにより、試験片10の扁平加工部は所定の扁平高さｈに扁平加工される。加工終了時、扁平長さ比Ｌ_１/Ｄは、Ｌ_１＝平行型部20の管長手方向長さ、であるから、０．５〜２．０となり、徐変部長さ比Ｌ_２/Ｄは、Ｌ_２＝傾斜型部21の管長手方向長さ＋傾斜型部21と拘束実行時の管端拘束金型３または３Ａとの間隔、であるから、０．５〜１．５となって、本発明の扁平試験方法（本発明法）が実施できる。

図３は、本発明の装置例２を示す概略図である。これは内圧を負荷しない装置の例であり、パイプの試験片10の両管端を拘束する管端拘束手段は、左右の管端内面側に接触する管端拘束治具（中子）２，２Ａで構成している。上下一対の潰し金型４，４Ａは、管長手方向中央部付近の外面側に接触させる平行型部20、および管長手方向中央部付近の両側の外面側に接触させる傾斜型部21をもっており、平行型部20の管長手方向長さはパイプ外径Ｄの０．５〜２．０倍に設定される。傾斜型部21の管長手方向長さは、これと拘束実行時の中子２または２Ａとの間隔の和がパイプ外径Ｄの０．５〜１．５倍となるように、設定される。

試験手順は、まず装置に試験片10をセットし、中子２，２Ａを両管端内面に装入する。なお、左右の中子２，２Ａは下端に取付けたバネ７，７Ａにより上下方向の弾性動が可能であり、右の中子２Ａは管端拘束治具横行手段６で押されまたは引かれてバネ７Ａごと左右方向に横行するので、中子２，２Ａの装入に際して、両管端との上下左右方向の位置合わせが容易である（図３（ａ））。次いで、上の潰し金型４を、潰し金型昇降手段５で、下の潰し金型４Ａとの平行型部20間隔がｈとなる位置まで下降させる。同時に、中子２，２Ａはバネ７，７Ａを押しながら両管端と共に距離（Ｄ−ｈ）/２だけ下降する（図３（ｂ））。これにより、試験片10の扁平加工部は所定の扁平高さｈに扁平加工される。加工終了時、扁平長さ比Ｌ_１/Ｄは、Ｌ_１＝平行型部20の管長手方向長さ、であるから、０．５〜２．０となり、徐変部長さ比Ｌ_２/Ｄは、Ｌ_２＝傾斜型部21の管長手方向長さ＋傾斜型部21と拘束実行時の中子２または２Ａとの間隔、であるから、０．５〜１．５となって、本発明の扁平試験方法（本発明法）が実施できる。

図４は、本発明の装置例３を示す概略図である。また、図５は、装置例３を用いた本発明例の１例を示す説明図である。これは内圧を負荷する装置の例であり、パイプの試験片10の両管端を拘束する管端拘束手段は、管端外面側に接触するダイセット９，９Ａで構成している。上下一対の潰し金型４，４Ａは、管長手方向中央部付近の外面側に接触させる平行型部20、および管長手方向中央部付近の両側の外面側に接触させる傾斜型部21をもっており、平行型部20の管長手方向長さはパイプ外径Ｄの０．５〜２．０倍に設定される。傾斜型部21の管長手方向長さは、これと拘束実行時のダイセット９または９Ａとの間隔の和がパイプ外径Ｄの０．５〜１．５倍となるように、設定される。また、両管端には、内圧負荷用の液体（成形水）を管内に封鎖するためのシールヘッド８，８Ａが装着され、一方のシールヘッド８には通液孔が設けられている。

試験手順は、まず装置に試験片10をセットし、次に両管端にシールヘッド８，８Ａを装着し、次にダイセット９，９Ａを両管端外面に接触させ、次に管内に液体（成形水）を注入する（図５（ａ））。次いで、管内を所定の内圧ｐに保持しながら、上下の潰し金型昇降手段５，５により、上下の潰し金型４，４Ａをそれぞれ試験片10外面に接触するまで下降、上昇させ、そこから同時にそれぞれ距離（Ｄ−ｈ）/２だけ下降、上昇させる（図４、図５（ｂ））。これにより、試験片10の扁平加工部は所定の扁平高さｈに扁平加工される。加工終了時、扁平長さ比Ｌ_１/Ｄは、Ｌ_１＝平行型部20の管長手方向長さ、であるから、０．５〜２．０となり、徐変部長さ比Ｌ_２/Ｄは、Ｌ_２＝傾斜型部21の管長手方向長さ＋傾斜型部21と拘束実行時のダイセット９または９Ａとの間隔、であるから、０．５〜１．５となって、本発明の扁平試験方法（本発明法）が実施できる。

通常扁平試験法と本発明法とで、耳部曲率半径Ｒの制御性を比較した実験例を図６に示す。この実験例では図６中に記した素管（引張強度７８０ＭＰａ級電縫鋼管、Ｄ＝１０１．６ｍｍ、ｔ＝３．４ｍｍ）から採取したパイプの試験片を用い、図６中に記した相異なる３つの扁平試験法（本発明法：内圧負荷なし（装置例１使用）、本発明法：内圧負荷あり（装置例３使用）、通常扁平試験法（内圧負荷なしの全長扁平））により、所定の扁平高さｈを種々変えて扁平試験を行ない、扁平量（１−ｈ/Ｄ）に対する、Ｒ/（Ｄ/２）、および曲げひずみεの変化を調べた。その結果がそれぞれ図６（ａ）、（ｂ）に示されている。なお、本発明法では、図６中に記載したようにＬ_１/Ｄ＝２．０、Ｌ_２/Ｄ＝１．０とした。

図６より、通常扁平試験法では扁平量（１−ｈ/Ｄ）の大きい領域で、Ｒ/（Ｄ/２）は急降下し、εは急上昇するのに対し、本発明法では扁平量（１−ｈ/Ｄ）の増加につれてＲ/（Ｄ/２）はほぼリニアに減少し、εの増加も緩やかである。すなわち、本発明法は通常扁平試験法に比べ耳部曲率半径Ｒ（曲げひずみε）の制御が容易であることがわかる。また、内圧負荷ありの方が、なしの場合に比べ、より精密に比べ耳部曲率半径Ｒ（曲げひずみε）を制御できることもわかる。

また、図７には、各方法での扁平量（１−ｈ/Ｄ）＝０．７のときの試験片断面形状を比較して示す。この結果から、本発明法により耳部腰折れの発生のない適正な加工条件の下で扁平試験ができることが明らかである。

表１に示すサイズおよび引張特性を有する素管（電縫鋼管から採取した）を試験片とし、同表に示す試験装置を用い、試験条件（ｐ，ｈ/Ｄ，Ｌ_１/Ｄ，Ｌ_２/Ｄ）を同表に示すように種々変えて扁平試験を行なった。その結果を同表に示す。表１より、本発明例では、比較例および従来例で耳部腰折れあるいは局部減肉により割れが発生した扁平高さ比において、まだ割れが発生しておらず、パイプの扁平加工性を、耳部の腰折れや局部減肉のない正常な変形モード内で適正に評価できたことがわかる。

本発明（請求項１〜５）は扁平試験方法および装置に関する発明であるが、そこでの要件とした、所定の扁平高さｈにする扁平加工部の長さＬ_１とパイプ外径Ｄの比Ｌ_１/Ｄ＝０．５〜２．０、管端の拘束域から前記扁平加工部まで扁平高さが徐々に変化する徐変部の長さＬ_２とパイプ外径Ｄの比Ｌ_２/Ｄ＝０．５〜１．５の成立範囲内で扁平加工する点を、実際のパイプ成形加工における扁平加工工程に適用した場合（請求項６に対応）、より扁平量の大きい領域まで、耳部の割れ発生なく加工しうることが期待される。

本発明の概要を示す説明図である。 本発明の装置例１を示す概略図である。 本発明の装置例２を示す概略図である。 本発明の装置例３を示す概略図である。 装置例３を用いた本発明法の１例を示す説明図である。 本発明法と通常扁平試験法とにおける耳部曲率半径Ｒと素管半径（Ｄ/２）の比Ｒ/（Ｄ/２）と１−ｈ/Ｄの関係（ａ）、および曲げひずみεと１−ｈ/Ｄの関係（ｂ）の１例を示すグラフである。 本発明法（ａ：内圧負荷なし），（ｂ：内圧負荷あり）と通常扁平試験法（ｃ：内圧負荷なしの全長扁平）とで試験した試験片形状を比較して示す模式図である。 耳部の曲率半径Ｒおよび曲げひずみ（幾何学的曲げひずみ）εの定義を示す説明図である。

符号の説明

１，１Ａ 潰し治具
２，２Ａ 管端拘束治具（中子：左，右）
３，３Ａ 管端拘束金型（上，下）
４，４Ａ 潰し金型（上，下）
５ 潰し金型昇降手段
６ 管端拘束治具横行手段
７，７Ａ バネ
８，８Ａ シールヘッド
９，９Ａ ダイセット
10 パイプ（試験片）
20 平行型部
21 傾斜型部

Claims (6)

1. パイプの試験片の両管端を拘束しつつ、管長手方向中央部付近を所定の扁平高さｈに扁平加工するパイプの扁平試験方法であって、所定の扁平高さｈにする扁平加工部の長さＬ_１とパイプ外径Ｄの比Ｌ_１/Ｄ＝０．５〜２．０、試験片の管端の拘束域から前記扁平加工部まで扁平高さが徐々に変化する徐変部の長さＬ_２とパイプ外径Ｄの比Ｌ_２/Ｄ＝０．５〜１．５の成立範囲内で扁平加工することを特徴とするパイプの扁平試験方法。
2. 請求項１において、前記パイプの試験片に液体による内圧を負荷しながら前記扁平加工を行なうことを特徴とするパイプの扁平試験方法。
3. 請求項１または２に記載の扁平試験方法の実施に用いる装置であって、パイプの試験片の両管端を拘束する管端拘束手段と、管長手方向中央部付近の外面側に接触させる平行型部および管長手方向中央部付近の両側の外面側に接触させる傾斜型部をもつ上下一対の潰し金型とを有し、前記平行型部の管長手方向長さがパイプ外径Ｄの０．５〜２．０倍であり、前記拘束時の管端拘束手段から前記平行型部までの間隔の管長手方向距離がパイプ外径Ｄの０．５〜１．５倍であることを特徴とするパイプの扁平試験装置。
4. 請求項３において、前記管端拘束手段が、管端内面側に接触する管端拘束治具を有することを特徴とするパイプの扁平試験装置。
5. 請求項３または４において、前記管端拘束手段が、管端外面側に接触する管端拘束金型を有することを特徴とするパイプの扁平試験装置。
6. パイプの両管端を拘束して管長手方向中央部付近を扁平加工するパイプの扁平加工方法において、所定の扁平高さｈにする扁平加工部の長さＬ_１とパイプ外径Ｄの比Ｌ_１/Ｄ＝０．５〜２．０、管端の拘束域から前記扁平加工部まで扁平高さが徐々に変化する徐変部の長さＬ_２とパイプ外径Ｄの比Ｌ_２/Ｄ＝０．５〜１．５の成立範囲内で扁平加工することを特徴とするパイプの扁平加工方法。

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