JP2011230141A - Apparatus and method for forming steel pipe - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼管の成形装置及び成形方法に関するものであり、特にレーザー溶接や電気抵抗による溶接等の各種溶接法によって突合せ部の溶接を行う鋼管の成形に適したものに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a steel pipe forming apparatus and a forming method, and more particularly to an apparatus suitable for forming a steel pipe in which a butt portion is welded by various welding methods such as laser welding and welding by electric resistance.
例えば電縫による溶接管の製造においては、通常、板状のコイルから成形ロールにより、円周方向に曲げモーメントを与えて成形し、被成形材の両エッジを対向させるようにした後、SQ(スクイズ)ロールと呼ばれる成形スタンドによって該被成形材を加圧し、SQロールの直前に配置した溶接機の位置で両エッジの突合せ部を形成する一方で、その加熱・溶融した該突合せ部をロールで圧着して溶接する。
上記SQロールの成形スタンドは、被成形材を挟んだ2か所以上に配置したロールが用いられおり、各ロールの位置は、成形開始前に、スクリュージャッキによって手動で移動させたり、エンコーダによるパルスカウントを利用して電動モータの駆動力で移動させたりして、成形すべき鋼管の外周長に応じた位置に予め調整しておくのが通常である。
For example, in the manufacture of welded pipes by electro-sewing, usually, a plate-shaped coil is formed by a forming roll by applying a bending moment in the circumferential direction, and both edges of the material to be formed are made to face each other. The forming material is pressurized by a forming stand called a squeeze roll, and a butt portion of both edges is formed at the position of the welding machine arranged immediately before the SQ roll, while the heated and melted butt portion is formed with a roll. Crimp and weld.
The SQ roll forming stand uses two or more rolls sandwiching the material to be molded, and the position of each roll can be moved manually with a screw jack before the start of molding, Usually, it is moved in advance by the driving force of the electric motor using the count, and is adjusted in advance to a position corresponding to the outer peripheral length of the steel pipe to be formed.
しかしながら、このようなSQロールを用いて被成形材の突合せ部の溶接を行っていると、突合せ部の位置や溶接のアップセット位置が通常の位置からずれてしまい、溶接が安定せずに溶接品質にばらつきが発生じることがあった。特に、被成形材を高速で通管させる場合は、この傾向が顕著であった。 However, if the butt portion of the material to be molded is welded using such an SQ roll, the position of the butt portion and the welding upset position will deviate from the normal position, and the welding will not be stabilized. Variations in quality sometimes occurred. In particular, this tendency was remarkable when the material to be molded was allowed to pass through at a high speed.
そこで、発明者らは、被成形材の突合せ部の位置や溶接のアップセット位置の変動が生じる原因について検証したところ、このような突合せ部の位置や溶接のアップセット位置の変動は、被成形材の材料の強度変動、板厚変動がある場合に多く発生し、成形中においては、その被成形材の材料の強度変動等によって各ロールは被成形材から想定外の反力を受けるため、それに伴ってスタンド等が撓んで各ロールの位置が当初の位置から逃げる方向に位置変動していることがわかった。
そこで、各ロールの位置変動と突合せ部や溶接のアップセットの位置変動との関係についてさらに検証を重ねたところ、成形ロールの位置が変動すると、被成形材に対して適切な加圧ができず、突合せ部の溶接後の鋼管の外周長が変動するため、溶接前の被成形材の両エッジの位置や間隔が変動していることが判明した。これによって、突合せ部の位置が適切な位置から前後左右にずれて、該突合せ部に対して適正な位置及び範囲の加熱・溶融が行われないことがわかった。また、突合せ部の溶接後の鋼管の外周長が変動すると、溶接部加圧時において溶鋼の排出量が変動するため、溶接ビードの大きさが変動して、溶接品質がばらつくこともわかった。
これらの検証の結果から、発明者らは、被成形材の材料の強度変動や板厚変動に関わらず、成形中における各ロールの位置変動を抑えて鋼管の外周長ができる限り一定の長さとなるようにすることにより、突合せ部の位置ずれが抑えられ、適正な溶接を安定的に行うことができ、また突合せ部溶接後の溶鋼の排出量の変動も抑えられて溶接品質のばらつきを抑止できるとの知見を得るに至った。
Therefore, the inventors have examined the cause of variations in the position of the butt portion of the molding material and the welding upset position. Such variations in the position of the butt portion and welding upset position are It often occurs when there is strength fluctuation of the material, thickness fluctuation of the material, and during molding, each roll receives unexpected reaction force from the molding material due to strength fluctuation of the material of the molding material, etc. Along with this, it was found that the position of each roll changed in the direction of escaping from the initial position due to bending of the stand or the like.
Therefore, further verification was made on the relationship between the position fluctuation of each roll and the position fluctuation of the butt section and welding upset. If the position of the forming roll fluctuated, appropriate pressurization could not be applied to the workpiece. Since the outer peripheral length of the steel pipe after welding at the butt portion fluctuates, it has been found that the positions and intervals of both edges of the molding material before welding fluctuate. As a result, it was found that the position of the butting portion was shifted from the appropriate position to the front, rear, left and right, so that heating and melting at an appropriate position and range were not performed on the butting portion. Further, it was also found that when the outer peripheral length of the steel pipe after welding at the butt portion fluctuates, the discharge amount of the molten steel fluctuates when the weld portion is pressurized, so that the size of the weld bead fluctuates and the welding quality varies.
From the results of these verifications, the inventors have determined that the outer peripheral length of the steel pipe should be as constant as possible by suppressing the positional fluctuation of each roll during molding, regardless of the strength fluctuation or thickness fluctuation of the material of the molding material. By doing so, the displacement of the butt portion can be suppressed, proper welding can be performed stably, and fluctuations in the amount of molten steel discharged after butt portion welding can also be suppressed to suppress variations in welding quality. I have come to know that I can do it.
ところで、被成形材の材料の強度変動や板厚変動に対応するため、例えば特許文献1に開示されているもののように、カリバー付き成形ロールをワークロールとすると共に、これらのワークロールの負荷を受けるバックアップロールをそれぞれ配置することにより、成形ロールの撓みや位置変動を防止することが考えられる。
しかしながら、特許文献1の装置を用いた場合、被成形材のエッジの切り子や、溶接時に発生する酸化スケール、溶接スパッタなどがロール間に入り込み、その噛み込みによるロール間の間隔の変動や焼きつきが生じる可能性が高い上、バックアップロールを設ける分、装置全体が大型化するという欠点もあり、実用性に乏しい。特に、ロール間の間隔が開いてしまうと、成形中においては間隔調整等の対応をとることが困難であるため、やはり被成形材の外周長の変動が通管速度に関わらず発生し、溶接が不安定となる。
By the way, in order to cope with the strength fluctuation and plate thickness fluctuation of the material of the material to be molded, for example, as disclosed in
However, when the apparatus of
如上に鑑み、本発明の技術的課題は、鋼管の成形に際して、高速度の溶接時であっても、被成形材の外周長の変動を抑えて高品質の鋼管を安定的に成形可能とすることにある。 In view of the above, the technical problem of the present invention is to enable stable forming of a high-quality steel pipe by suppressing fluctuations in the outer peripheral length of the material to be formed even during high-speed welding when forming the steel pipe. There is.
上記課題を解決するため、本発明の鋼管の成形装置は、少なくとも被成形材を挟んだ2か所に配置したロールを有し、これらのロールにより鋼管をロール成形する鋼管の成形装置であって、成形中において被成形材から受ける反力によって変動した各ロールの位置を、予め定めた所定の位置に押し戻すことにより常時補正して、鋼管の外周長の変動を抑える位置補正手段を有することを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a steel pipe forming apparatus according to the present invention is a steel pipe forming apparatus having rolls arranged at least at two locations sandwiching a material to be formed, and roll forming the steel pipe with these rolls. The position of each roll that has fluctuated due to the reaction force received from the molding material during molding is constantly corrected by pushing it back to a predetermined position, thereby having position correction means for suppressing fluctuations in the outer peripheral length of the steel pipe. It is a feature.
この場合、上記位置補正手段は、各ロールの位置変動を常時監視する監視手段と、該監視手段からの出力に基づいて各孔型ロールの位置を予め定めた所定の位置に逐次移動させる移動手段とを備えているものとすることができる。 In this case, the position correction means includes a monitoring means for constantly monitoring the position fluctuation of each roll, and a moving means for sequentially moving the position of each hole-type roll to a predetermined position based on the output from the monitoring means. And can be provided.
一方、上記課題を解決するため、本発明の鋼管の成形方法は、少なくとも被成形材を挟んだ2か所に配置したロールにより鋼管をロール成形する鋼管の成形方法であって、被成形材から受ける反力により変動した各ロールの位置を、予め定めた所定の位置に押し戻すことによりそれぞれ常時補正して、鋼管の外周長の変動を抑えながら成形を行うことを特徴とする。 On the other hand, in order to solve the above-mentioned problems, a method for forming a steel pipe according to the present invention is a method for forming a steel pipe by roll-forming a steel pipe by means of rolls arranged at least at two positions sandwiching the material to be formed. The position of each roll fluctuated by the reaction force received is always corrected by pushing it back to a predetermined position, and forming is performed while suppressing fluctuations in the outer peripheral length of the steel pipe.
本発明によれば、成形中において、被成形材からの反力により変動した各ロールの位置を予め定めた位置に常時補正して、鋼管の外周長の変動を抑えるため、たとえ被成形材の材料に強度変動、板厚変動があったとしても、早期にその変動に対応して鋼管の外周長をほぼ一定に保つことができる。したがって、特にSQロールに採用する場合には、突合せ部の位置や溶接のアップセット位置を一定の位置に保持することができるため、突合せ部に対する溶接加工性が向上して溶接を高速度であっても安定的且つ確実に行うことができ、また、溶接部の品質のばらつきを抑えて安定化することが可能となる。 According to the present invention, during molding, in order to constantly correct the position of each roll that has fluctuated due to the reaction force from the molding material to a predetermined position and suppress fluctuations in the outer peripheral length of the steel pipe, Even if the material has strength fluctuations and plate thickness fluctuations, the outer peripheral length of the steel pipe can be kept almost constant in response to the fluctuations at an early stage. Therefore, particularly when employed in SQ rolls, the position of the butt portion and the welding upset position can be held at a fixed position, so that the workability of the butt portion is improved and welding is performed at a high speed. However, it can be carried out stably and reliably, and it is possible to stabilize by suppressing variations in the quality of the welded portion.
図1は、本発明の鋼管の成形装置の一実施の形態を示すもので、この実施の形態の成形装置は、板状のコイルから略円筒状に成形された被成形材1を挟んだ対向する左右位置に配設された左右一対のサイドロール2,3と、被成形材の上方側に配設された一対のトップロール4,4とを備えている。
また、上記一対のサイドロール2,3の回転軸を回転自在に支持する左右のサイドロール用軸受部材5,6と、各軸受部材5,6が固定された左右の軸受基体部7,8と、上記一対のトップロール4,4の回転軸を回転自在に支持するトップロール用軸受部材9.9と、これらトップロール用軸受部材9,9が固定された単一の上方側軸受基体部10、及び該上方側軸受基体10が取付けられた昇降部材11と、上記左右の軸受基体部6,7と昇降部材11の外方側を囲むように設けられたスタンド12と、該スタンド12が取付けられた基台13とを有している。
なお、この実施の形態の成形装置は、被成形材1の上部に位置する突合せ部14に対して電縫溶接する際に使用されるSQロールとして使用している例を示しており、この成形装置における通管方向の上流側の近傍には、図示しない溶接手段が配設されている。
FIG. 1 shows an embodiment of a steel pipe forming apparatus according to the present invention. The forming apparatus of this embodiment is opposed to a
Also, left and right side
In addition, the shaping | molding apparatus of this embodiment has shown the example used as an SQ roll used when carrying out electro-welding with respect to the butt | matching
上記一対のサイドロール2,3は、外周面に所定の曲率に成形された凹溝状のカリバー(孔型)が設けられた孔型ロールであり、該被成形材1を左右から加圧して、上記一対のトップロール4,4と共に予定の外周長の円筒状にロール成形する。なお、左右のサイドロール2,3は互いに同形となっている。
また、上記一対のトップロール4,4は、該被成形材1の左右の両エッジ1a,1bをそれぞれ加圧して、これらの両エッジ1a,1bを同じ高さに相互に向かい合わせるものである。なお、この一対のトップロール4,4も相互に同形となっている。
The pair of
Further, the pair of
上記左右の軸受基体部7,8は、基台13上に設けられたガイド部材16上に、左右方向に略水平に移動自在にそれぞれ載置されていて、上端部における他方の軸受基台部と対向する位置に、上記サイドロール用軸受部材5,6が位置不動に固定されている。したがって、左右の各サイドロール2,3は、各軸受基体部7,8が左右に移動することにより、サイドロール用軸受部材5,6を介して軸受基体部7,8と一体的且つ直線的に左右方向に移動する構成となっている。
なお、上記ガイド部材16は、後述する位置補正手段の移動手段による駆動力が適切に伝達されてサイドロール2,3の位置補正を精度よく行えるよう、また、監視手段であるロードセル20,20による荷重の検出の誤差を可及的に小さくするため、各軸受基体部7,8を左右方向のみに滑らかにスライド移動させることが可能となっており、例えば摩擦の小さいリニアガイド機構等が用いられる。
The left and right bearing
Note that the
上記上方側軸受基体部10は、下面側に上記一対のトップロール用軸受部材9,9が、トップロール4,4の傾斜が保持された状態で取付けられ、上面側には上記昇降部材11に連結されている。
上記昇降部材11は、後述する位置補正手段の移動手段である油圧シリンダ24,24のピストンロッド24a,24aの上下動と同期して一体的に鉛直方向に昇降するものであり、したがって、上記一対のトップロール4,4は、昇降部材11の昇降により、上方側軸受基体部10及びトップロール用軸受部材9,9を介して一体的且つ直線的に上下方向に移動する構成となっている。
The upper
The elevating
この昇降部材11は、略水平な板面を有する面板部11aと、該面板部11aの左右両端の下面側に直角に取付けられた略鉛直方向に延びる左右の側板部11b,11bとを有している。そして、左右の側板部11b,11bにおける上記スタンド12の内側面と対向する面と、該スタンド12の内側面との間には、昇降用のガイド部材17が配設されている。
上記昇降用のガイド部材17は、後述する位置補正手段の移動手段よるトップロール4の位置補正や監視手段であるロードセル21,21の荷重検出が精度よく行えるように、昇降部材全体を滑らかに上下動させることが可能となっており、例えば摩擦の小さいリニアガイド機構等が用いられる。
なお、上記上方側軸受基体部10は、この昇降部材11の面板部11aの下面側に連結されている。
The elevating
The raising / lowering
The upper
ところで、既に述べたように、鋼管の成形を行うと、被成形材1の材料に強度変動、板厚変動が生じていた場合には、鋼管の成形中、各ロールは被成形材1から想定していた以上の反力を受け、各ロールは初期位置から逃げる方向、具体的には左側のサイドロール2は左方に、右側のサイドロールは右方3に、トップロール4,4は上方にそれぞれ押される。
そうすると、ロールがスタンド12を押して該スタンド12を撓ませるため、結果としてロールが初期位置からずれてしまい、何も対処しなければ、当初予定していた外周長を有する鋼管を成形することができなくなる。
By the way, as already described, when the steel pipe is formed, when the strength fluctuation and the plate thickness fluctuation occur in the material of the
Then, since the roll pushes the
特に、SQロールの場合、直前に突合せ部の加熱・溶融が行われるため、各ロールによる加圧時に被成形材1が所望する外周長にならないと、突合せ部の位置が変動し、例えば図2(b)に示すように両エッジ1a,1b間の幅が広がったり、図2(c)に示すように両エッジ1a,1bの位置がずれたりして、加熱・溶融部分18の位置や範囲がずれて加熱・溶融不良が発生する(なお、図2(a)は、加熱・溶融が安定的に行われた場合を示している。)。
あるいは、図3(b)に示すように、両エッジ1a,1bの圧接時に溶鋼19の排出量が少なくなり、溶接部の強度不良が生じたりするおそれがある(なお、図3(a)は、溶鋼19の排出量が正常である場合を示している。)。
In particular, in the case of an SQ roll, the butt portion is heated and melted immediately before, so that the position of the butt portion fluctuates if the
Alternatively, as shown in FIG. 3 (b), the discharge amount of the
この問題を解消するため、図4に示すように、各ロールに対して、被圧延材1からの想定外の反力に抗してロールを被成形材側に押し込む適切な力(図4中の矢印)を高応答で積極的に付与し、これによっていわゆるミル剛性を高めるべく、本発明の成形装置には、鋼管の成形中における被成形材からの反力によって変動した各ロールの位置を、予め定めた所定の位置に押し戻すことによりそれぞれ常時補正して、被成形材の外周長の変動を抑える位置補正手段が設けられている。 In order to solve this problem, as shown in FIG. 4, an appropriate force (in FIG. 4) that pushes the roll against the roll against the material to be molded against an unexpected reaction force from the material to be rolled 1. In order to increase the so-called mill rigidity, the forming apparatus according to the present invention has the position of each roll fluctuated by the reaction force from the forming material during the forming of the steel pipe. Position correction means is provided that constantly corrects each by pushing back to a predetermined position and suppresses fluctuations in the outer peripheral length of the molding material.
ここで、この発明において、各ロールを「予め定めた所定の位置」に補正するとは、各ロールを、目標とする外周長を有する鋼管を成形するために必要な位置に補正するという意味である。通常、「予め定めた所定の位置」は、目標とする外周長とするための各ロールの初期位置、即ち、被成形材からの反力によって位置変動する前の各ロールの位置となる。この実施の形態においては、位置補正手段が行う各ロールの位置補正は、各ロールを初期位置に押し戻す場合について説明する。
なお、上記「ミル剛性」とは、この発明においては、ロールが位置変動することなく被成形材の反力に抗することができる強さを意味している。したがって、ミル剛性が高まると、ロールの位置変動が抑えられ、鋼管の外周長の変動(溶接時のアップセット量の変動)も抑止されることとなる。
Here, in the present invention, correcting each roll to “predetermined predetermined position” means correcting each roll to a position necessary for forming a steel pipe having a target outer peripheral length. . Usually, the “predetermined predetermined position” is the initial position of each roll for setting the target outer peripheral length, that is, the position of each roll before the position is changed by the reaction force from the molding material. In this embodiment, the position correction of each roll performed by the position correction means will be described for a case where each roll is pushed back to the initial position.
In the present invention, the “mill rigidity” means a strength capable of resisting the reaction force of the material to be molded without causing the roll to change its position. Therefore, when the mill rigidity is increased, the roll position fluctuation is suppressed, and the fluctuation of the outer peripheral length of the steel pipe (the fluctuation of the upset amount during welding) is also suppressed.
上記位置補正手段は、各ロールの位置変動を常時監視する監視手段と、該監視手段からの出力に基づいて各ロールの位置を予め定めた所定の位置に逐次移動させる移動手段とを備えている。
上記監視手段は、この実施の形態では、各ロールに作用する荷重をロードセルによって測定して、その荷重変動に基づいて各ロールの位置の変動を常時監視する構成を採用しており、ロードセルの測定結果を後述する図示しない制御手段に出力して、上記移動手段の制御に供されるようにしている。
The position correcting unit includes a monitoring unit that constantly monitors the position variation of each roll, and a moving unit that sequentially moves the position of each roll to a predetermined position based on an output from the monitoring unit. .
In the present embodiment, the monitoring means employs a configuration in which the load acting on each roll is measured by the load cell, and the variation in the position of each roll is constantly monitored based on the load variation. The result is output to a control means (not shown), which will be described later, and used for controlling the moving means.
具体的に、サイドロール2,3については、上記左右の軸受基体部7,8における上記スタンド12と対向する面と該スタンド12の内側面との間にそれぞれロードセル20.20を配設して、左右のサイドロール2,3に作用する荷重を常時且つ個別に測定する構成としている。このサイドロール用のロードセル20,20は、サイドロール2,3とほぼ同じ高さに配設されていて、軸受基体部6,7の影響できるだけ小さくし、サイドロール2,3に作用する水平方向の荷重をできるだけ正確に計測できるようにしている。
また、トップロール4,4については、上記各トップロール用軸受部材9,9の各上端部と、上方側軸受基体部10における各トップロール用軸受部材9,9の各上端部と対向する面との間に、それぞれロードセル21,21を配設し、各トップロール4,4に作用する荷重を常時且つ個別に測定する構成としている。このように、トップロール用のロードセル21,21を各トップロール4,4の近傍に設けることにより、トップロール4,4に作用する荷重の測定の精度を向上させている。
Specifically, with respect to the side rolls 2 and 3, load cells 20.20 are respectively disposed between the surfaces of the left and right
For the top rolls 4, 4, the upper end portions of the top
一方、上記移動手段は、上記スタンド12の左右の側面にそれぞれ設けられて、ピストンロッド22a,23aが水平方向に前後進する左側及び右側の油圧シリンダ22,23と、スタンド12の上面に載置されて、ピストンロッド24a,24aが鉛直方向に上下動する2つの上側の油圧シリンダ24,24とを備えている。
具体的に、上記左側及び右側の各油圧シリンダ22,23は、シリンダボディ22b,23bが上記スタンド12の外側面に固定されていると共に、ピストンロッド22a,23aが上記スタンド12を貫通して軸受基体部側の内側面側に略水平に導出されていて、そのロッド先端側が上記左右の軸受基体部7,8(厳密には上記ロードセルの部分20,20)に連結されている。そして、監視手段からの出力信号に基づいて、図示しないピストンを前後進させることによりピストンロッド22a,23aを水平方向に前後進させ、これにより、左側の軸受基体部7は右左方向に、右側の軸受基体部8は左右方向にそれぞれ直線的に移動させることができるようになっている。
したがって、上記左右のサイドロール3,4は、対応する軸受基体部7,8を介して油圧シリンダ22,23の駆動力が伝達され、左右方向に自在に移動させることが可能となる。
On the other hand, the moving means is provided on the left and right side surfaces of the
Specifically, each of the left and right
Accordingly, the driving forces of the
また、上記2つの上側の油圧シリンダ24,24は、相互に同形のもので、シリンダボディ24b,24bが上記スタンド12の上面に固定されていると共に、ピストンロッド24aは上記スタンド12を貫通して上記昇降部材11の面板部11aの上面側に略鉛直に導出されていて、そのロッド先端側が昇降部材11の面板部11aの上面に連結されている。そして、監視手段からの出力信号に基づいて、両油圧シリンダ24,24の図示しない各ピストンを同時且つ同じストロークで上下動させることにより、それぞれのピストンロッド24a,24aを同時且つ同じストロークで鉛直方向に上下動させ、これにより昇降部材11全体を、面板部11aの水平状態が保たれた状態で直線的に昇降させることができるようになっている。
したがって、2つのトップロール4,4は、昇降部材11を介して油圧シリンダ24,24の駆動力が伝達され、上下方向に自在に移動させることが可能となる。
なお、この2つの上側の油圧シリンダ24,24は、相互に同等の荷重が負荷されるように、各油圧シリンダ24,24のピストンロッド24a,24aが昇降部材11の面板部11aの中心から等距離の位置にそれぞれ連結されるように配置されている。
The two upper
Accordingly, the driving forces of the
Note that the
さらに、上記各油圧シリンダ22〜24には、ピストンの位置あるいはピストンロッド22a〜24aの位置を検出する位置センサ(図示せず)が取付けられおり、ピストンあるいはピストンロッド22a〜24aの位置を常時正確に把握することができるようになっている。
また、上記移動手段の各油圧シリンダ22〜24には、応答性及び精度に優れたデジタルサーボバルブ25がそれぞれ取付けられていて、上記監視手段からの出力に基づいて後述する制御手段から出力された制御信号に応じて、油圧シリンダ22〜24内のピストンヘッド側及びピストンロッド側の両圧力室の油量を短時間のうちに適切に調整し、ピストンの位置、延いてはピストンロッド22a〜24aのそれぞれの位置を正確且つ素早く制御可能となっている。
この実施の形態においては、上記サーボバルブ25は、高応答を実現するために各油圧シリンダ22〜24のシリンダボディ22b〜24bに直接取付けられていて、油圧シリンダ22〜24との間の配管距離を可能な限り短縮させている。
なお、この実施の形態においては、この移動手段の各油圧シリンダ22〜24により、目標とする外周長とするため決定された、各ロールの初期位置も設定することができるようにしている。
Further, a position sensor (not shown) for detecting the position of the piston or the position of the
Each
In this embodiment, the
In this embodiment, the initial positions of the respective rolls determined to obtain the target outer peripheral length can be set by the
ここで、位置補正手段においては、監視手段であるロードセルからの荷重データに基づいて決定されたロールの位置補正量(移動量)が、移動手段の油圧シリンダのピストン及びピストンロッドの位置の制御にフィードバックされることにより、各ロールの位置補正が逐次行われる
より具体的に、この実施の形態では、各ロードセルから出力された各荷重データは、図示しない制御手段に逐次送られ、この制御手段において、その得られた各荷重データに応じて、位置補正すべきロールを決定すると共に、位置補正させるロールに必要な位置補正量(移動量)の算出を行う。このとき、ロールに作用する荷重とその荷重によるロールの位置変動量との関係(即ち、どの程度の荷重が作用した時にどの程度ロールが位置変動するか)が、各ロールごとに事前にデータとして蓄積されており、このデータと上記荷重データとから位置補正量が算出される。
そして、位置補正すべき油圧シリンダ(この場合、厳密にはサーボバルブ)に対してその位置補正量に係る制御信号を出力することにより、各油圧シリンダのピストン及びピストンロッドの位置を上記位置センサによって位置検出しながら逐次正確に制御し、各ロールを速やかに初期位置に戻すように常時補正している。
Here, in the position correction means, the roll position correction amount (movement amount) determined based on the load data from the load cell as the monitoring means is used to control the position of the piston and piston rod of the hydraulic cylinder of the movement means. More specifically, in this embodiment, each load data output from each load cell is sequentially sent to a control means (not shown), and in this control means, the position correction of each roll is sequentially performed by feedback. The roll to be position-corrected is determined according to the obtained load data, and the position correction amount (movement amount) necessary for the roll to be position-corrected is calculated. At this time, the relationship between the load acting on the roll and the position variation of the roll due to the load (that is, how much the position of the roll fluctuates when the load is applied) is previously stored as data for each roll. The position correction amount is calculated from this data and the load data.
Then, by outputting a control signal related to the position correction amount to the hydraulic cylinder to be position-corrected (in this case, strictly a servo valve), the positions of the pistons and piston rods of the hydraulic cylinders are detected by the position sensor. The position is detected successively and accurately controlled, and the rolls are constantly corrected so that each roll is quickly returned to the initial position.
上記構成を有する成形装置を用いて鋼管を成形する場合、この成形装置の直前に配設された溶接手段によって両エッジ1a,1bが加熱・溶融された被成形材1を、目標とする外周長の鋼管を成形するための位置(初期位置)に予め位置調整された左右のサイドロール2,3及び2つのトップロール4,4により加圧して、その突合せ部14を溶接する。
このとき、被成形材1の材料に強度変動、板厚変動がある場合には、成形装置の各ロールは、被成形材1から想定外の反力を受けて位置変動が生じるが、鋼管の成形中においてはロールの位置補正手段が機能しており、被成形材1から受ける反力により位置変動した各ロールは、初期位置に押し戻す補正が常時行われ、被成形材1の外周長の変動が常に抑えた状態で成形が進められる。
即ち、各ロールの位置変動は監視手段により常時監視され、位置変動が生じた場合には、該監視手段からの出力に基づいて各ロールを初期位置に逐次押し戻して移動させることにより各ロールの位置が常時補正され、材料の強度変動、板厚変動に関わらず鋼管の外周長の変動が抑えられる。
When a steel pipe is formed using the forming apparatus having the above-described configuration, the target outer peripheral length is the
At this time, when the material of the
That is, the position change of each roll is constantly monitored by the monitoring means, and when the position change occurs, the position of each roll is moved by sequentially pushing the roll back to the initial position based on the output from the monitoring means. Is always corrected, and fluctuations in the outer peripheral length of the steel pipe can be suppressed regardless of fluctuations in material strength and plate thickness.
このように、鋼管の成形中において、各ロールの位置が予め定めた位置に常時補正されることによりミル剛性が高まって被成形材の外周長の変動が抑えられるため、突合せ部が一定の位置に保たれて、直前に行われる溶接手段による加熱・溶融部分の位置及び範囲をほぼ一定に保つことができ、突合せ部の位置やアップセット位置の変動を抑えることが可能となる。また、被成形材の外周長の変動が抑えられたことにより突合せ部に対して常に適正な加圧を行うことができるため、溶接時における溶鋼の排出量もほぼ一定に保つことができる。
この結果、突合せ部の溶接加工性が飛躍的に向上するため、溶接を高速度であっても安定的に行うことができ、また、溶接部の品質のばらつきを抑えて高品質の鋼管を成形することが可能となる。
In this way, during the formation of the steel pipe, the position of each roll is constantly corrected to a predetermined position, so that the mill rigidity is increased and the fluctuation of the outer peripheral length of the molding material is suppressed, so that the butt portion is at a fixed position. Thus, the position and range of the heating / melting portion by the welding means performed immediately before can be kept almost constant, and variations in the position of the butting portion and the upset position can be suppressed. Moreover, since the fluctuation | variation of the outer periphery length of a to-be-molded material was suppressed, since appropriate pressurization can always be performed with respect to a butt | matching part, the discharge amount of the molten steel at the time of welding can also be kept substantially constant.
As a result, the weldability of the butt joint is dramatically improved, so that welding can be performed stably even at high speeds, and high quality steel pipes can be formed while suppressing variations in weld quality. It becomes possible to do.
上記実施の形態では、左右のサイドロール2,3及び2つのトップロール4,4の計4つの成形ロールを有する成形装置を使用しているが、ロールの数については、各ロールについて位置補正手段を設けることができれば2つや3つ、あるいは5つであってもよく、任意に選択することができる。
さらに、上記実施の形態では、電縫溶接によって突合せ部を溶接する場合を示しているが、これ以外にもレーザーによる溶接等、任意の溶接法によって溶接するようにしてもよい。
In the above embodiment, a forming apparatus having a total of four forming rolls, that is, the left and right side rolls 2 and 3 and the two
Furthermore, in the said embodiment, although the case where the butt | matching part is welded by electro-welding welding is shown, you may make it weld by arbitrary welding methods, such as welding by a laser other than this.
また、上記実施の形態においては、位置補正手段の監視手段として、各ロールに作用する荷重を測定して、その荷重変動に基づいて各ロールの位置の変動を常時監視する構成を採用していたが、監視手段としてはこれ以外の任意の手段を用いることができる。
例えば、図5(a)に示すように、各ロールの前後(通管方向の上流側及び下流側)に、ロールに対して通管方向の光を照射する発光手段30と、該発光手段30からの光をして受光する受光手段31を設けて、受光した光に基づいて把握された形状によって各ロールの位置変動の感知と変位量の測定を行う、いわゆる光切断法を用いてもよい。
この場合、図5(b)に示すようにロール(図5の場合は右側のサイドロール3を示している。)の位置変動前に得られた形状の最大幅δ1と、ロールの位置変動後に得られた形状の最大幅δ2との差が、図5(c)に示すようにロールが被成形材の反力によって位置変動した量となるため、この変動量を解消する位置補正を行えばよい。
なお、上記発光手段30及び受光手段31は、スタンド12の撓みの影響を受けない場所に設けることが肝要である。
In the above embodiment, as the monitoring means of the position correction means, a configuration is adopted in which the load acting on each roll is measured and the fluctuation of the position of each roll is constantly monitored based on the load fluctuation. However, any other means can be used as the monitoring means.
For example, as shown in FIG. 5 (a), the light emitting means 30 for irradiating the roll with light in the direction of the tube before and after each roll (upstream and downstream in the direction of the tube), and the light emitting means 30 A so-called light cutting method may be used in which a light receiving means 31 is provided for receiving the light from the light, and the position variation of each roll is detected and the amount of displacement is measured based on the shape grasped based on the received light. .
In this case, as shown in FIG. 5B, the maximum width δ 1 of the shape obtained before the position change of the roll (in the case of FIG. 5, the
It is important to provide the light emitting means 30 and the light receiving means 31 in a place that is not affected by the bending of the
あるいは、図6に示すように、レーザー変位計や光学式変位計等のいわゆる非接触式の変位計32を用い、各ロール(図6の場合は右側のサイドロール3を示している。)に対して通管方向と直交する水平方向からレーザー等を照射して、ロールの位置変動量を常時計測するようにしてもよい。(図6は右側のサイドロール3の変位量を計測する場合を示している。)
なお、この場合、上記変位計32は、スタンドの撓みの影響を受けない場所に設置したアーム33に取り付けて、ロールと軸受部材との間の空間において該ロールの変位量を正確に測定することが肝要である。
Alternatively, as shown in FIG. 6, a so-called
In this case, the
さらに、上記実施の形態では、本発明の成形装置及び成形方法をSQロールとして用いる場合について述べているが、これ以外にも、次工程の定形工程において鋼管の外径を整えるサイザーロールとして、あるいは溶接機よって被成形材を加熱・溶融する前において鋼管の外周長の調整に供されるフィンパスロールとしてそれぞれ使用することができる。
いずれの場合であっても、成形中、被成形材の材料の強度変動、板厚変動による想定外の反力がロールに作用したとしても、被成形材からの反力により変動した各ロールの位置を予め定めた位置に常時補正し、鋼管の外周長を常に一定の長さに保つことが可能であるため、成形される鋼管の寸法精度等が向上する。
Furthermore, in the said embodiment, although the case where the shaping | molding apparatus and shaping | molding method of this invention are used as a SQ roll is described, besides this, as a sizer roll which adjusts the outer diameter of a steel pipe in the next shaping process, or Each can be used as a fin pass roll used for adjusting the outer peripheral length of the steel pipe before the material to be molded is heated and melted by the welding machine.
In any case, even if an unexpected reaction force due to material strength fluctuation or plate thickness fluctuation is applied to the roll during molding, each roll changed due to the reaction force from the molding material. Since the position can always be corrected to a predetermined position and the outer peripheral length of the steel pipe can always be kept constant, the dimensional accuracy and the like of the formed steel pipe can be improved.
本発明の効果を確認するため、上記実施の形態において使用した図1の成形装置と、本発明のようなロールの位置補正手段を有してない従来の成形装置との性能の比較実験を行った。具体的には、成形装置のロールに荷重をかけて、そのロールの位置変動量を測定した。
なお、従来の成形装置は、ロールの位置補正手段がない点、及びスクリュージャッキによって手動でロールの初期位置を調整することができる点以外は、基本的に本発明の成形装置と同じである。
この実験の結果を図7に示す。
In order to confirm the effect of the present invention, a performance comparison experiment was performed between the molding apparatus of FIG. 1 used in the above embodiment and a conventional molding apparatus having no roll position correcting means as in the present invention. It was. Specifically, a load was applied to the roll of the forming apparatus, and the amount of positional fluctuation of the roll was measured.
The conventional forming apparatus is basically the same as the forming apparatus of the present invention except that there is no roll position correcting means and the initial position of the roll can be manually adjusted by a screw jack.
The result of this experiment is shown in FIG.
図7からわかるように、本発明の成形装置の場合は、従来の成形装置と同等の荷重をロールに負荷しても、該ロールの変位量は約1/10以下であった。
したがって、本発明の成形装置は、従来のものに比べてミル剛性が10倍以上向上していることがわかった。
As can be seen from FIG. 7, in the case of the molding apparatus of the present invention, even when a load equivalent to that of the conventional molding apparatus was applied to the roll, the displacement of the roll was about 1/10 or less.
Therefore, it was found that the mill rigidity of the molding apparatus of the present invention is improved by 10 times or more compared with the conventional apparatus.
次に、本発明における位置補正手段による被成形材の外周長の変動の抑止効果を確認するため、上記実施の形態と同じ成形装置を用い、位置補正手段を使用した場合と、位置補正手段を使用しなかった場合とについて、強度差のある素材を被成形材から同一条件で鋼管を成形して、溶接後の鋼管の外周長を半径方式の絶対値で測定可能な外径測定装置で測定し、各素材平均半径を測定した。
被成形材の素材としては、引張強さが300MPaと500MPaとである鋼板を用い、外径60.5mm、板厚2.0mmで成形、溶接を行った。溶接は、本発明・従来例ともワークコイル方式の高周波電気抵抗溶接(ERW) 250KHzを用いた。
本発明に係る成形装置においては、使用した油圧サーボの圧力は15MPa、サーボシリンダーのロッドヘッド受圧面積はロッド22cm2、 ヘッド32cm2で、サーボバルブはノズルフラッパータイプ(180Hz、−3dB)を用いた。
なお、制御系の応答周波数は、制御周期は1msで25Hz、−3dBを用いた。
結果を表1に示す。
Next, in order to confirm the effect of suppressing the fluctuation of the outer peripheral length of the molding material by the position correction means in the present invention, the same molding apparatus as that of the above embodiment is used, and the position correction means is used. When not used, a steel pipe is formed from the material to be molded under the same conditions from a material with a difference in strength, and the outer circumference of the welded steel pipe is measured with an outer diameter measuring device that can measure the absolute value of the radius method. Then, the average radius of each material was measured.
As the material of the material to be molded, a steel plate having a tensile strength of 300 MPa and 500 MPa was used, and the material was molded and welded with an outer diameter of 60.5 mm and a plate thickness of 2.0 mm. For welding, both the present invention and the conventional example used work coil type high frequency electric resistance welding (ERW) 250 KHz.
In the molding apparatus according to the present invention, the pressure of the used hydraulic servo is 15 MPa, the rod head pressure receiving area of the servo cylinder is 22 cm 2 rod, the head is 32 cm 2 , and the servo flap is a nozzle flapper type (180 Hz, −3 dB). .
In addition, the response frequency of the control system was 25 Hz and −3 dB at a control period of 1 ms.
The results are shown in Table 1.
この実験の結果、位置補正手段を使用しなった場合、平均半径の径差に50μm以上の差が生じ、また、強度変動があった位置で段差が発生した。
これに対し、位置補正手段を使用した場合は、平均半径の径差を20μm以下に抑えながら溶接を行うことができた。
この結果、被成形材の材料に強度変動(板厚変動よる強度変動を含む)があったとしても、被成形材となるコイルの先端、中央部、後端部における外径変動(延いては外周長の変動)を抑えることが可能であることがわかった。したがって、溶接時の突合せ部やアッ
プセットの位置の変動、及び最終製品の寸法のばらつきを抑えることができることが実証された。
As a result of this experiment, when the position correction means was not used, a difference of 50 μm or more was generated in the difference in average radius, and a step was generated at a position where the intensity changed.
On the other hand, when the position correction means was used, welding could be performed while suppressing the difference in average radius to 20 μm or less.
As a result, even if the material of the molding material has strength fluctuations (including strength fluctuations due to plate thickness fluctuations), the outer diameter fluctuations at the tip, center, and rear end portions of the coil to be molded (by extension) It was found that the fluctuation of the outer peripheral length) can be suppressed. Therefore, it was proved that variations in the position of the butt portion and upset during welding and variation in the dimensions of the final product can be suppressed.
1 :被成形材
2 :左側のサイドロール
3 :右側のサイドロール
20:サイドロール用のロードセル
21:トップロール用のロードセル
22〜24:油圧シリンダ
25:サーボバルブ
1: Material to be molded 2: Left side roll 3: Right side roll 20: Load cell for side roll 21: Load cell for
Claims (3)
成形中において被成形材から受ける反力によって変動した各ロールの位置を、予め定めた所定の位置に押し戻すことにより常時補正して、鋼管の外周長の変動を抑える位置補正手段を有することを特徴とする鋼管の成形装置。 It has a roll arranged at least at two locations sandwiching a material to be molded, and is a steel pipe forming apparatus for roll forming a steel pipe with these rolls,
It has a position correction means that constantly corrects the position of each roll changed by the reaction force received from the molding material during forming by pushing it back to a predetermined position and suppresses fluctuations in the outer peripheral length of the steel pipe. Steel pipe forming equipment.
被成形材から受ける反力により変動した各ロールの位置を、予め定めた所定の位置に押し戻すことによりそれぞれ常時補正して、鋼管の外周長の変動を抑えながら成形を行うことを特徴とする鋼管の成形方法。
A method of forming a steel pipe, in which a steel pipe is roll-formed with at least two rolls sandwiching a material to be formed,
A steel pipe characterized in that molding is performed while suppressing fluctuations in the outer peripheral length of the steel pipe by constantly correcting the position of each roll, which has been fluctuated by the reaction force received from the material to be molded, by pushing it back to a predetermined position. Molding method.
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