JP2013039619A - コールドピルガー圧延管を製造する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コールドピルガー圧延時に、変形加工工程中に得られた測定データに基づいて、少なくとも１つの変形加工工具の位置調節を可能にする、自動化可能な製造方法及びこのために好適な装置を提供する。
【解決手段】少なくとも１つのマンドレル受け３に少なくとも１つの位置調節装置７が作用結合されており、この位置調節装置７が、測定装置５に接続されているようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つのマンドレル受けに支承される圧延マンドレルと、少なくとも２つの外側から管に作用する変形加工工具、好ましくはアウタロールと、変形加工工程中、管の壁厚さを測定するための測定装置とを備える圧延機構を用いてコールドピルガー圧延管を製造する装置に関する。

さらに本発明は、少なくとも１つのマンドレル受けに支承される圧延マンドレルと、少なくとも２つの外側から管に作用する変形加工工具、好ましくはアウタロールと、変形加工工程中、管の壁厚さを測定するための測定装置とを備える圧延機構を用いてコールドピルガー圧延管を製造する方法に関する。

管のコールドピルガー圧延（Ｋａｌｔｐｉｌｇｅｒｎ）とは、継目無管を初期フォーマットから最終フォーマットに加工する方法と解される。ピルガー圧延の目的は、シームレスに製造された管の外径及び壁厚さを減じることにある。この場合、原材料、いわゆる素管（Ｒｏｈｒｌｕｐｐｅ）は、一般に、円錐形のキャリバ（Ｋａｌｉｂｒｉｅｒｕｎｇ）を備える、素管上で回転運動及び送り運動を間欠的に実施するローラ対を通して案内される。素管の内部には、圧延マンドレルが配置される。

これにより、管は、一般に５／１００ｍｍまでの特に狭い寸法公差を維持して形成される。従来は、品質管理のために、変形加工プロセスの実施後、抜き取り検査の形で管被検査体を抽出して計測していた。壁厚さが公差範囲から外れそうであるか、又は既に外れてしまっている場合、圧延機構は、従来、停止され、圧延マンドレルの位置の修正が行われていた。しかし、このことは、急速に発生する壁厚さの変化が見落とされ、かつ圧延機構が規則的に寸法修正のために停止されねばならないことにつながる。また、寸法修正が成功したか否かについては、少なくとも１つの別の管が完全に変形加工された後に初めて確認可能である。

変形加工の結果についての、変形加工プロセス中に行われる非破壊式の測定は、したがって、例えば従来慣用の超音波測定技術を用いて達成可能であるかもしれない。従来慣用の超音波測定技術にとって問題となるのは、一方では、特に小さな被加工物幾何学形状及び特に狭い設定公差であり、他方では、変形加工プロセスにより必然的にかつ不可避的に被加工物表面に形成される、被加工物に付着した潤滑膜である。

管における非接触式のオンライン高温壁厚さ測定（Ｏｎｌｉｎｅ−Ｈｅｉｓｓｗａｎｄｄｉｃｋｅｎｍｅｓｓｕｎｇ）の方法及び装置は、既に公知である（例えば、特許文献１参照）。この場合、熱間で変形加工された被加工物の壁にパルスレーザを当てることにより、表面に付着した潤滑膜だけでなく、被加工物表面自体の小部分も蒸散する。管表面におけるレーザエネルギの吸収と、極めて薄い表面層の部分的に実施される蒸散とにより、管内に、超音波パルスが発生する。超音波パルスは、管表面に対して垂直に管壁に進入する。こうして発生した超音波パルスは、管内面において反射され、外表面に向かって進行し、再反射されることを繰り返して、測定物中に、振幅が減少する超音波エコー列を生じる。反射した超音波パルスは、管外表面にサブミニチュア領域の振動を発生させ、この振動は、他方、非接触式に、連続発光運転される第２のレーザによりドップラー効果を利用して検出可能である。

コールドピルガー圧延プロセスのための非破壊式の測定方法の使用は、しかし、従来技術においては知られていない。むしろ、従来使用される測定方法は、さらに、変形加工の実施及び被検査体の抽出後、測定を行い、その後、経験値を加味しつつ、個々の又は複数の変形加工パラメータを変更し、最終的にこのパラメータの変更の結果を次に後続の変形加工プロセスの完了後に再検査するという原理に従う。

欧州特許第１１０２０３３号明細書

したがって本発明の課題は、コールドピルガー圧延時に、変形加工工程中に得られた測定データに基づいて、少なくとも１つの変形加工工具の位置調節を可能にする、自動化可能な製造方法及びこのために好適な装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る、少なくとも１つのマンドレル受けに支承される圧延マンドレルと、少なくとも２つの外側から管に作用する変形加工工具、好ましくはアウタロールと、変形加工工程中、管の壁厚さを測定するための測定装置とを備える圧延機構を用いてコールドピルガー圧延管を製造する装置では、少なくとも１つのマンドレル受けに、少なくとも１つの位置調節装置が作用結合されており、位置調節装置は、測定装置に接続されているようにした。

本発明の好ましい態様は、従属請求項に係る発明である。

好ましい態様において、位置調節装置は、制御ユニットを介して測定装置に接続されている。

好ましい態様において、制御ユニットは、調節パラメータ及び／又は運転パラメータのためのデータ記憶装置に接続されている。

好ましい態様において、変形加工工程中、所定の値又は公差範囲からの壁厚さの偏差が確認可能である。

好ましい態様において、測定装置は、レーザ超音波（Ｌａｓｅｒ‐ｕｌｔｒａｓｃｈａｌｌ：ＬＡＳＵＳ）測定装置である。

好ましい態様において、少なくとも１つのマンドレル受けは、圧延マンドレルの位置調節及び所定の位置での固定を実施可能とする少なくとも１つのクランプウェッジを備える。

好ましい態様において、少なくとも１つのクランプウェッジの運動は、クランプシリンダ及び／又はスピンドルにより実施可能である。

好ましい態様において、付加的に、少なくとも１つの外側から管に作用する変形加工工具が、調節可能に圧延機構内に配置されている。

好ましい態様において、少なくとも１つの外側から管に作用する変形加工工具も、測定装置に接続されている。

さらに上記課題を解決するために、本発明に係る、少なくとも１つのマンドレル受けに支承される圧延マンドレルと、少なくとも２つの外側から管に作用する変形加工工具、好ましくはアウタロールと、変形加工工程中、管の壁厚さを測定するための測定装置とを備える圧延機構を用いてコールドピルガー圧延管を製造する方法では、少なくとも１つのマンドレル受けのための少なくとも１つの位置調節装置を測定装置に接続しておき、測定装置が、所定の値又は公差範囲からの壁厚さの偏差を確認すると、圧延マンドレルの位置調節を行うようにした。

本発明の好ましい態様は、従属請求項に係る発明である。

好ましい態様において、測定装置及び位置調節装置に制御装置を接続する。

好ましい態様において、圧延マンドレルの位置調節を変形加工工程中に実施する。

好ましい態様において、壁厚さのレーザ超音波（ＬＡＳＵＳ）測定を実施する。

好ましい態様において、壁厚さを管の全周にわたって測定する。

好ましい態様において、少なくとも１回の測定、好ましくは少なくとも５回の測定を、送り毎にかつ／又は圧延機構内での管の長手方向軸線周りの部分回動毎に実施する。

好ましい態様において、所定の値又は公差範囲からの管幾何学形状の偏差を解消するために、付加的に、少なくとも１つの外側から管に作用する変形加工工具を調節する。

本発明により、位置調節装置は、マンドレル受けに作用結合されており、かつ測定装置に接続されている。その上、好ましくは、測定装置との位置調節装置の接続は、制御装置を介して実施され、制御装置は、特に好ましくは、調節パラメータ及び／又は運転パラメータのためのデータ記憶装置に接続されている。

これにより、変形加工工程中に記録された測定データを、場合によってはオンラインで、好ましくはほぼ遅れなしに、連続する変形加工工程に反映させることが可能となる。この反映は、本発明において、圧延マンドレルの位置を調節可能な位置調節装置の操作により実施される。このことは、検出されたエラーがほぼ即時に取り除かれ得るだけでなく、圧延プロセス全体への位置調節の影響も、ほぼ即時に追跡あるいは監視され、場合によっては後修正され得ることにもつながる。

本発明の好ましい態様では、変形加工工程中、所定の値又は公差範囲からの壁厚さの偏差が確認される。偏差は、特に好ましくは、測定データを、制御ユニット内、特に制御ユニットの記憶装置内に格納された設定値及び比較データと照合して確認される。これにより、自動化されて、要求される公差の順守を全周方向工程にわたって監視し、好ましくは適当な対策の導入をも保証する装置が提供される。

好ましくは、測定装置は、レーザ超音波（ＬＡＳＵＳ）測定装置である。レーザ超音波測定装置により、コールドピルガー圧延管の壁厚さのほぼ非破壊式の信頼性の高いオンライン測定が、特に簡単に制御可能な手段を用いて、かつ特に正確な測定結果を実現しつつ、可能である。

通常、壁厚さは、管の固定の位置でのみ測定されるものではない。むしろ、コールドピルガー圧延プロセスは、管を長手方向軸線周りに規則的に回転させる。これにより、専ら、測定装置の好ましくは固定の配置と、この測定装置を通して実施される、この測定装置に対する管の相対運動とにより、変形加工された管の全周にわたっての測定の走査が実施可能である。その上、１回の測定が管の所定の場所で実施されるだけでなく、多数の測定が、例えば所定の周波数を保って、変形加工プロセス全体にわたって実施されると、有利である。これにより、検出された測定データを求めることにより、場合によっては起こり得る測定エラーの影響を、簡単な手段で最小化することもできる。

本発明の好ましい態様では、圧延マンドレルが、圧延マンドレルの位置調節及び所定の位置での固定を実施可能とする少なくとも１つのクランプウェッジを備える。特に好ましくは、少なくとも１つのクランプウェッジの運動が、クランプシリンダ及び／又はスピンドルにより実施される。しかし、単数又は複数のシリンダを用いたマンドレル受けの位置調節も有利である。これにより、特に簡単に製造可能かつ制御可能な手段を用いて、圧延マンドレルの正確な調節及び所定の位置での固定を達成する装置が提供される。この場合、調節は、無段階にあらゆる任意の位置へとなされる。

加えて、本発明の課題を解決するために、圧延マンドレルが調節可能に本発明に係る圧延機構に配置されているだけでなく、外部から管に作用する変形加工工具、有利にはアウタロールも調節可能に設けられていると、特に有利である。アウタロールの適当な調節手段により、圧延間隙は、好ましくは任意に調節可能であり、場合によっては、圧延マンドレルと協働して、可及的正確な真円度と、外径及び壁厚さの所定値からの可及的小さな偏差とを備える管を形成するために、後調整可能である。

このことは、特に有利には、少なくとも１つの外側から管に作用する変形加工工具、好ましくはアウタロールが、やはり、測定装置に接続されていると達成される。これにより、すべての変形加工工具に、測定装置により記録される測定データが提供されるようになっていると、変形加工工程に関与するすべての変形加工工具の位置調節及び新規調整が、好ましくは全自動でなされることが可能である。

本発明の第２の観点では、少なくとも１つのマンドレル受けに支承される圧延マンドレルと、少なくとも２つの外側から管に作用する変形加工工具と、変形加工工程中、管の壁厚さを測定するための測定装置とを備える圧延機構を用いてコールドピルガー圧延管を製造する方法が提供される。本発明では、少なくとも１つの位置調節装置を少なくとも１つのマンドレル受けを介して測定装置に接続しておき、測定装置が、所定の値又は公差範囲からの壁厚さの偏差を確認すると、圧延マンドレルの位置調節を行う。本発明に係る方法により、冒頭で本発明の第１の観点との関連で既述した利点及び効果が生じる。

圧延マンドレルの位置調節を既に変形加工工程中に実施し、これにより好ましくは自動的に、変形加工工程中に求められた偏差を修正可能であると、特に有利である。

壁厚さを管の全周にわたって測定すると有利である。これにより、一方では、壁厚さの均一性を測定することができ、他方では、場合によっては、管の形状をも測定することができる。

本発明により、壁厚さの測定を管の全周にわたって実施することも可能な、少なくとも１つ、好ましくはまさに１つの、固定の測定装置が設けられている。管の長手方向軸線周りの、管の送り毎に圧延機構内で実施される部分回動を介して、管の全周にわたる測定データの記録が、特に簡単な手段により実施可能である。

本発明に係る方法の一態様において、必要ならば、所定の値又は公差範囲からの壁厚さの偏差を解消するために、少なくとも１つの外側から管に作用する変形加工工具を付加的に圧延マンドレルに対して調節しても、特に有利である。

本発明によれば、コールドピルガー圧延時に、変形加工工程中に得られた測定データに基づいて、少なくとも１つの変形加工工具の位置調節が可能となる。以下に、本発明について２つの図面を参照しながら詳細に説明する。両図は、本発明に係る装置の有利な実施の形態を示している。

本発明に係る装置の概略側面図である。 図１に示した装置の線Ａ−Ａに沿った概略断面図である。

図１は、コールドピルガー圧延管を製造するための装置１を示している。コールドピルガー圧延のために使用される圧延機構は、マンドレル受け３に支承される圧延マンドレル２と、内部にアウタロール４ａ，４ｂが支承される圧延スタンドあるいはロールスタンド４とを有している。装置１の作用下で、左から右に装置１を通って延びる素管の変形加工がなされる。円錐形に先細りする圧延マンドレル２とアウタロール４ａ，４ｂとの間で、一定の壁厚さを有する管８の変形加工が実施される。壁厚さは、測定装置５内で測定可能である。測定装置５は、制御ユニット６を介してマンドレル受け３の位置調節装置７に接続されており、位置調節装置７の操作時、矢印９方向で圧延マンドレル２を運動させるとともに、アウタロール４ａ，４ｂ間の圧延間隙あるいはロール間隙に対する圧延マンドレル２の傾き調節に関して圧延マンドレル２を運動させることが可能である。

図２は、本発明に係る装置１の位置調節装置７の、図１に示した線Ａ−Ａに沿った概略断面図である。マンドレル受け３は、クランプウェッジあるいはくさび状締付け体７ａ，７ｂを介して固定される。固定のために必要な力は、図２に示した実施の形態では、双方向矢印１０方向で付勢可能な、クランプシリンダとしての液圧シリンダ１１により加えられる。生産中の完成管壁厚さの微修正のために、この場合、典型的には、圧延マンドレル２は、矢印９に示すように圧延方向で正逆に移動される。その際、自動的な調節は、例えば、マンドレル受け３が調節モータ１２によりスピンドル往復動装置１３（図１参照）を介して圧延方向で正逆に移動可能となる程度に、クランプウェッジ７ａ，７ｂを意図しない軸方向運動に抗して保持している単数又は複数のクランプシリンダを緩めることによってなされる。矢印９方向での所定の調節ストロークの達成後、クランプシリンダに、再び、通常のクランプ圧が加えられ、変形加工工程が、通常通り、引き続き実施される。さらに、全調節手順は、単に自動的に実施可能というだけでなく、圧延工程自体の最中にも実施可能である。

１ 装置、 ２ 圧延マンドレル、 ３ マンドレル受け、 ４ 変形加工工具、 ４ａ，４ｂ アウタロール、 ５ 測定装置、 ６ 制御ユニット、 ７ 位置調節装置、 ７ａ，７ｂ クランプウェッジ、 ８ 管、 ９ 圧延マンドレルの移動方向を示す矢印、 １０ クランプシリンダの付勢方向を示す矢印、 １１ クランプシリンダ／液圧シリンダ、 １２ 調節モータ、 １３ スピンドル往復動装置

Claims (16)

1. 少なくとも１つのマンドレル受け（３）に支承される圧延マンドレル（２）と、少なくとも２つの外側から管（８）に作用する変形加工工具（４）、好ましくはアウタロール（４ａ，４ｂ）と、変形加工工程中、前記管（８）の壁厚さを測定するための測定装置（５）とを備える圧延機構を用いてコールドピルガー圧延管を製造する装置（１）であって、
   前記少なくとも１つのマンドレル受け（３）に、少なくとも１つの位置調節装置（７）が作用結合されており、該位置調節装置（７）は、前記測定装置（５）に接続されていることを特徴とする、コールドピルガー圧延管を製造する装置。
2. 前記位置調節装置（７）は、制御ユニット（６）を介して前記測定装置（５）に接続されている、請求項１記載の装置。
3. 前記制御ユニット（６）は、調節パラメータ及び／又は運転パラメータのためのデータ記憶装置に接続されている、請求項２記載の装置。
4. 好ましくは、変形加工工程中、所定の値又は公差範囲からの壁厚さの偏差が確認可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 前記測定装置（５）は、レーザ超音波（ＬＡＳＵＳ）測定装置である、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 前記少なくとも１つのマンドレル受け（３）は、前記圧延マンドレル（２）の位置調節及び所定の位置での固定を実施可能とする少なくとも１つのクランプウェッジ（７ａ，７ｂ）を備える、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 前記少なくとも１つのクランプウェッジ（７ａ，７ｂ）の運動は、クランプシリンダ（１１）及び／又はスピンドルにより実施可能である、請求項６記載の装置。
8. 付加的に、少なくとも１つの外側から管（８）に作用する変形加工工具（４）が、調節可能に前記圧延機構内に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
9. 少なくとも１つの外側から管（８）に作用する変形加工工具（４）も、前記測定装置（５）に接続されている、請求項８記載の装置。
10. 少なくとも１つのマンドレル受け（３）に支承される圧延マンドレル（２）と、少なくとも２つの外側から管（８）に作用する変形加工工具（４）、好ましくはアウタロール（４ａ，４ｂ）と、変形加工工程中、前記管（８）の壁厚さを測定するための測定装置（５）とを備える圧延機構を用いてコールドピルガー圧延管を製造する方法であって、
    前記少なくとも１つのマンドレル受け（３）のための少なくとも１つの位置調節装置（７）を前記測定装置（５）に接続しておき、該測定装置（５）が、所定の値又は公差範囲からの壁厚さの偏差を確認すると、前記圧延マンドレル（２）の位置調節を行うことを特徴とする、コールドピルガー圧延管を製造する方法。
11. 前記測定装置（５）及び前記位置調節装置（７）に制御装置（６）を接続する、請求項１０記載の方法。
12. 前記圧延マンドレル（２）の位置調節を変形加工工程中に実施する、請求項１０又は１１記載の方法。
13. 前記壁厚さのレーザ超音波（ＬＡＳＵＳ）測定を実施する、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 前記壁厚さを前記管（８）の全周にわたって測定する、請求項１０から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 少なくとも１回の測定、好ましくは少なくとも５回の測定を、送り毎にかつ／又は前記圧延機構内での前記管（８）の長手方向軸線周りの部分回動毎に実施する、請求項１４記載の方法。
16. 所定の値又は公差範囲からの管幾何学形状の偏差を解消するために、付加的に、少なくとも１つの外側から管（８）に作用する変形加工工具（４）を調節する、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の方法。

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