JP2011056538A

JP2011056538A - パイプの曲げ加工方法

Info

Publication number: JP2011056538A
Application number: JP2009208389A
Authority: JP
Inventors: Hayao Yanagimoto; 速雄柳本; Akihiro Sano; 章裕佐野
Original assignee: Nippon Steel Pipeline Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Pipeline Co Ltd
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-24

Abstract

【課題】冷間曲げ加工において、角度制御を自動化し、かつ経験値に基づいて補正される目標値により角度制御を高精度で安定して行う。
【解決手段】冷間曲げ加工によるパイプの曲げ加工において、パイプの両端近傍にそれぞれ地面からの相対的な角度を検出するデジタル角度計を設置し、前記二つのデジタル角度計により計測された角度から角度差を計算させてリアルタイムでモニター上に表示させ、仕上り目標角度差にスプリングバック量が加算された仮目標角度差を同時にモニター上に表示させ、前記リアルタイムで表示された角度差が前記仮目標角度差になるまで曲げ加工を施し、停止することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
【選択図】図１

Description

本発明はパイプラインのような大口径パイプの冷間での曲げ加工方法に関するものであり、特に、曲げ角度の精度の高い冷間曲げ加工方法に関するものである。

石油、天然ガスなどの輸送に使用される直径２００Ａ〜９００Ａのパイプラインの曲げ加工は、ベンディングマシンに鋼管を装入して一定間隔ごとに複数個所を冷間加工で曲げる製法である。この際、ベンディングマシンの作業員は、一回ごとの曲げ加工の角度を、経験に基づいてベンディングマシンの相対曲げ量を把握できるように、手書きでマークしたマーキングを目標値として目視で制御している。

一般に鋼の曲げ加工においては、弾性変形領域においては応力除去と共にひずみが消滅するため、塑性変形領域においては弾性ひずみ分のいわゆるスプリングバックが生じる。したがって、パイプの曲げ加工の角度の目標値についても、あらかじめスプリングバック量を加算した目標値をマーキングしておく必要がある。

図４には、ベンディングマシン４にパイプを装入して冷間曲げ加工を行う際の、従来の角度制御の様子が示されている。まず、ベンディングマシン４にパイプ４１が装入され、次いでマンドレル（図示しない）をパイプ内の所定の位置にセットする。パイプ４１の一端はピンナップシュー４５により固定され、他端側はスティフバック４４により保持されている。スティフバック４４を上方に旋回させることによりダイ４３によってパイプ４１に曲げ加工が施される。

上記のベンディングマシン４を用いた従来のパイプの冷間加工においては、例えば、スティフバック４４に固定されたトラベルゲージ４６とスプリングバック量を加味してマーキングされた位置を目視により確認して角度の制御を行うのが一般的である。曲げ加工が終了すると、角度計４２により実際に曲げられた角度を測定する。

このような作業員の目視によるベンディングマシンによる加工においては、スプリングバック量も目視により定められた精度の低いものであるため目標値の誤差も大きかった。また、角度の制御は目視によるため、作業員の熟練度、経験に頼るところが大きく、ばらつきが生じやすく、現地で組み込んだときに設計通りの線形が確保できないという問題が生じていた。また、ベンディングマシンは大規模なものであるため、高い位置での曲げ角度の確認などが必要とされる。したがって、オペレータを含め、確認などの作業のために作業員の人数を増やすか、あるいは少数の作業員による場合には各作業員の作業工程が長くなり、作業能率が悪く、コストがかかるという問題があった。

そこで、特許文献１では、それぞれスティフバック及びピンナップシューに接続されたセンサーによって、スティフバック及びピンナップシューの位置が検出され、これらの位置が表示される画像を見て作業員が曲げ加工の制御を行うシステムが提案されている。

特許文献１の方法では、自動化により作業能率が向上し、一定の精度の角度制御が行うことができるという利点を有するが、スプリングバック量が高精度で管理されていないため、曲げ加工の精度は依然として不安定であり、結果として高い精度の曲げ角度制御ができない。また、デジタル情報によってのみ管理されるため、オペレータの判断に誤差が生じやすく、依然として十分な精度が得られないという問題があった。

米国特許第７，３０２，８２３号明細書

本発明は、ベンディングマシンによるパイプの冷間曲げ加工において、角度制御を自動化により省力化し、かつ経験値に基づいて補正される目標値により角度制御を高精度で安定して行うことを目的とするものである。

本発明は、ベンディングマシンによるパイプの冷間曲げ加工において、パイプの両端近傍に角度計を設置し、計測された角度から角度差を算出させてその角度差をリアルタイムに表示して、スプリングバック量を加えた目標値まで曲げ加工を施し、目標値に到達したら曲げ加工を終了させるものである。また、これらの工程で得られた経験値に基づきスプリングバック量を高精度で補正してより高精度な加工を行うものである。

本発明の概要は次のとおりである。
（１）冷間曲げ加工によるパイプの曲げ加工において、パイプの両端近傍にそれぞれ相対的な角度を検出するデジタル角度計を設置し、前記二つのデジタル角度計により計測された角度から角度差を計算させてリアルタイムでモニター上に表示させ、曲げ加工後の仕上り目標角度差にスプリングバック量が加算された仮目標角度差を同時にモニター上に表示させ、前記リアルタイムで表示された角度差が前記仮目標角度差になるまで曲げ加工を施し、停止することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
（２）前記仮目標角度差は、パイプの鋼種、口径及び／又は管長に応じて、上記（１）に記載の前加工方法により実際に得られた角度差と仕上り目標角度差との誤差により補正されることを特徴とする上記（１）に記載のパイプの曲げ加工方法。
（３）前記リアルタイムで表示される角度差は時間軸に対して連続的に変化する曲線としてモニター上に表示され、前記仮目標角度差は時間軸に対する一定の直線としてモニター上に表示され、前記時間軸に対して連続的に変化する曲線が前記時間軸に対して一定の直線に到達した瞬間に曲げ加工を停止することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のパイプの曲げ加工方法。

本発明のパイプの冷間曲げ加工方法によれば、高精度な角度情報がリアルタイムで得られ、オペレータは前記角度情報及び高精度で補正されたスプリングバック量が加算された既定目標値との比較をリアルタイムで行うことができる。これにより、高い精度の冷間曲げ加工を安定して効率的に行うことができ、さらにコストの削減ができるという効果を奏することができる。

本発明のパイプ曲げ加工方法を実現する装置の実施態様を示す。本発明のパイプ曲げ加工方法で使用するモニター表示の実施態様を示す。本発明の曲げ加工方法及び従来法により得られた角度の精度ばらつき分布を示す。従来法による曲げ加工装置の概要が示されている。

本発明は、ベンディングマシンによるパイプの冷間曲げ加工において、角度制御を自動化により省力化し、かつ経験値に基づいて補正される目標値により角度制御を高精度で安定して行うものである。

本発明で使用するデジタル角度計は、パイプの上端部に設置することにより、パイプ両端の相対的角度を高精度で計測し、ワイヤレスで計測したデータを送信することができるものである。デジタル角度計は、例えば、内蔵される磁石によってパイプ上に固定することができる。

本発明で使用するベンディングマシンは従来から使用されているベンディングマシンを使用することができる。図４に示されるように、ベンディングマシンは通常、パイプ４１の一端を保持するピンナップシュー（ピンナップクランプ）４５、ダイ４３、パイプを保持しながら前記ピンナップシュー４５に対して上方に移動（旋回）してパイプに曲げ加工を施すスティッフバック４４から構成される。

以下に図面に基づいて本発明の方法を詳細に説明するが、これは実施態様であって、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。

図１には、本発明によるパイプの冷間曲げ加工方法を実現する装置の実施態様の概略が模式的に示されている。パイプ１の両端には高精度のデジタル角度計２，３が設置されている。デジタル角度計２，３により測定されたパイプの両端の角度情報は電波によりシステムＰＣ７に送信され、ＰＣ７により計算された角度差はＰＣ７の画面に表示される。また、スプリングバック量が加算された既定の目標角度差も同時にシステムＰＣ７の画面に表示される。オペレータ１０は表示されたリアルタイム角度差と目標角度差を比較して、リアルタイム角度差が目標角度差に達した時点でベンディングマシンの操作盤９を操作してスティフバック５の上昇を停止させる。

このような角度差及び目標角度差のＰＣ画面表示の例を図２に示した。図２に示されるように、横軸の経過時間に対して角度差Ｃがグラフ状にリアルタイムで表示される。直線Ａはスプリングバック量Ｄが加算された仮目標角度差であり、点線Ｂはスプリングバック後の仕上り目標角度差である。Ｅ時点でオペレータがスティフバックの上昇を停止したため、パイプは弾性戻り変形して振動しながら仕上り目標値近傍に収束していることがわかる。

また、上記の操作により実際に収束して得られた曲げ角度差と仕上り目標角度差の誤差を継続して計測して、その平均値等を算出して、仮目標角度差の補正を行うことができる。このような誤差は主として、スプリングバック量の予測値と実測との誤差から生じるものであり、本発明の方法により補正を行うことによって、常により高精度の仮目標角度差に補正することができ、より高い精度でパイプの曲げ加工を実施することができる。

補正の方法としては、例えば、仕上り目標値Ｄと実際に得られた曲げ角度との誤差ΔＦを、パイプの鋼種、口径ごとにＰＣに記憶させておき、一定量のデータが蓄積されるとその平均値により補正値を計算する。このように、パイプの鋼種又は口径ごとに仮目標値の補正値を計算することにより、パイプの種類ごとに精緻な仮目標値の設定が可能である。

上記の実施態様により測定された１回当たりの曲げ加工による曲げ角度の実績を表１に示した。本発明の方法により、設計角度１°との差は±１０分以内に９５％、±１５分以内では１００％収めることができ、従来法に比較して非常に高い精度（σ＝４分１３秒）の角度制御を行うことができた。

図３には、本発明の方法と従来法による曲げ加工により得られた角度分布が示されている。本発明により、ばらつきの少ない高精度な曲げ加工が安定的に行われることがわかる。

本発明のパイプの冷間曲げ加工方法によれば、高精度な角度情報がリアルタイムで得られ、オペレータは前記角度情報及びスプリングバック量が加算された既定目標値との比較をリアルタイムで行うことができる。これにより、高い精度の冷間曲げ加工を安定して効率的に行うことができ、さらにコストの削減ができ、産業上の利用可能性が高い。

１パイプ
２角度計
３角度計
４ダイ
５スティッフバック
６ピンナップシュー
７ＰＣ
８電源
９操作盤
１０オペレータ
Ａ仮目標角度差
Ｂ仕上り目標角度差
Ｃ測定された角度差
Ｄスプリングバック量
Ｅ停止時点
ΔＦ誤差
４１パイプ
４２角度計
４３ダイ
４４スティッフバック
４５ピンナップシュー
４６トラベルゲージ

Claims

冷間曲げ加工によるパイプの曲げ加工において、パイプの両端近傍にそれぞれ相対的な角度を検出するデジタル角度計を設置し、前記二つのデジタル角度計により計測された角度情報をＰＣに送信し、前記ＰＣにより前記角度情報から角度差を計算させてリアルタイムでモニター上に表示させ、加工後の仕上り目標角度差にスプリングバック量が加算された仮目標角度差を同時に前記モニター上に表示させ、前記リアルタイムで表示された角度差が前記仮目標角度差になるまで曲げ加工を施し、停止することを特徴とするパイプの曲げ加工方法。
前記仮目標角度差は、パイプの鋼種、口径及び／又は管長に応じて、請求項１に記載の前加工方法により実際に得られた角度差と仕上り目標角度差との誤差により補正されることを特徴とする請求項１に記載のパイプの曲げ加工方法。
前記リアルタイムで表示される角度差は時間軸に対して連続的に変化する曲線としてモニター上に表示され、前記仮目標角度差は時間軸に対する一定の直線としてモニター上に表示され、前記時間軸に対して連続的に変化する曲線が前記時間軸に対して一定の直線に到達する瞬間に曲げ加工を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載のパイプの曲げ加工方法。