JP2014172056A - 電縫鋼管の接合部成形方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接部近傍の増肉が少ない電縫鋼管の接合部成形方法及び製造装置を提供する。
【解決手段】電縫鋼管の接合部成形方法において、曲げ加工前の鋼帯の両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）を（０．１０以上５.０未満）×板厚（ｔ）ｍｍとし、断面視で前記エッジが最小肉厚で、テーパーの水平面に対してなす角度（θ）が１.０°以上４．０°未満で、前記両エッジ面における加工深さ（Ｈ）を（０．０１０以上０．１０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）とする。鋼帯のオープン管成形機とオープン管の両エッジを電縫溶接する電縫溶接装置を備え、前記オープン管成形機の上流側に前記鋼帯の両エッジをテーパー状に圧下する左右一対の上下ロールを具備、または前記上下ロールに代えて、前記オープン管成形機のうち、エッジ部の曲げ成形を行うエッジ成形装置を構成する左右一対の上下ロールにより、両エッジをテーパー状に圧下する装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電縫鋼管の接合部成形方法及び製造装置に係わるものであり、詳しくは電縫溶接時における接合部近傍の肉厚分布を良好にするための鋼帯両端部の成形技術に関する。

電縫鋼管は、図５に示す製造ラインを用いて、鋼板又は鋼帯１の幅方向両端側をフィンパスロール３で曲げ加工し両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした略管形のオープン管２とし、その後突き合わせたオープン管両エッジ部を連続的に電縫溶接して製造される。以下の説明では、端をエッジ、端面をエッジ面という場合があり、端部（エッジ部）は端面を含む端近傍を指すものとする。

電縫鋼管の製造では、オープン管成形から鋼帯両エッジ部の電縫溶接に至る過程において、鋼帯エッジ部及び接合部付近で板厚が増大（以下、増肉）する。まず、オープン管成形時においては、フィンパスロール３による成形時において、両エッジが鋼帯幅方向の応力を受けることで両エッジ付近の板厚の増肉現象が生じる。

さらに、電縫溶接時において前記両エッジ部をコンタクトチップ４による直接通電もしくは誘導コイルによる誘導電流で融点以上に加熱し、その直後にスクイズロール５で両エッジの接合部を衝合する際に、鋼帯幅方向の応力により再度増肉現象が生じると共に、溶融した鋼が管の内外面に流出し、図４に示すような余盛（ビード）６と称する不要部分が形成される。

そのため、電縫鋼管の製造では、電縫溶接後にこれらビード６をバイト７ａ、７ｂで切削除去しているのが現状である。特に管内面側に生じるビード６や増肉部８については、形状変化の程度が大きく、切削量が不足すると、鋼管内面の平滑化が不十分で肉厚偏差が大きいため品質不良となり製品にならない。

また、バイトによる切削量を増やすことにより増肉部８の低減を図ることは、バイト７や切削装置への切削負荷が増大する観点から好ましくない。

そのため、かかる接合部の内面増肉を抑制し、平滑化を図る技術として特許文献１が提案されている。特許文献１には、『鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒に成形し、その突き合わされた両端部を互いに接合して溶接鋼管を製造するに際して、前記曲げ加工前の鋼帯両端部の一定領域における肉厚が、断面視で、端部を最小としたテーパー状になるように、該一定領域をロールで部分圧下すると共に、該部分圧下で両端面側に生じる増肉部分をエッジミラーで研削除去する』技術が開示されている。

特開２００４−１４８３３７号公報

特許文献１記載の技術は、図３に示すように、予成形する部分の形状を断面視でテーパー形状とすることで増肉を抑制する。

しかしながら、かかる予成形を実際の鋼管製造のラインで実施すると、接合部近傍における増肉の抑制は図られるものの、接合部近傍の肉厚値が規定値をむしろ下回ることによって肉厚不良となる場合も発生することが判明した。

また、ロールによる部分圧下によって発生したエッジ端面の肉のはみ出し部分をエッジミラーにより切削するため、切削チップへの負荷が増大し、チップ交換を頻繁に行う必要からラインの停止頻度が高まる問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑み、鋼帯を略管形のオープン管に成形し、そのオープン管両エッジを連続的に電縫溶接する電縫鋼管の製造において、該オープン管の内面溶接部の増肉量と鋼帯両エッジ部の接合後のビード切削後における増肉量の低減を実現するための電縫鋼管の接合部成形及び該電縫鋼管の製造装置を提供することを目的としている。

本発明の課題は以下の手段で達成可能である。すなわち、本発明は、
１．鋼帯を略管形のオープン管に成形し、該オープン管の両エッジを連続的に電縫溶接する電縫鋼管の接合部成形方法において、曲げ加工前の鋼帯の両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）を、断面視で前記エッジが最小肉厚となるテーパー状に形成することを特徴とする電縫鋼管の接合部成形方法。
２．前記幅方向の一定領域（Ｌ）が、鋼帯の幅方向両エッジから（０．１０以上５.０未満）×板厚（ｔ）ｍｍの範囲であり、かつ両エッジ面における加工深さ（Ｈ）を（０．０１０以上０．１０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）とすることを特徴とする１記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
３．前記テーパーの水平面に対してなす角度（θ）が１.０°以上４.０°未満であることを特徴とする１または２記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
４．前記鋼帯の板厚（ｔ）が１７．５ｍｍ以上であることを特徴とする１〜３のいずれか一つに記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
５．前記幅方向の一定領域（Ｌ）をテーパー状に加工する方法が、エッジ切削装置で加工する方法、または孔型ロールで加工する方法のいずれかであることを特徴とする１〜４のいずれか一つに記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
６．前記テーパー状の形成を前記鋼帯の表裏面のいずれかもしくは両方で行うことを特徴とする１〜４のいずれか一つに記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
７．１〜４のいずれか一つに記載のテーパーを付与した鋼帯を略管形のオープン管に成形し、該オープン管の両エッジを連続的に電縫溶接する際、前記エッジの突き合わせ角度を±３度の範囲内として電縫溶接することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
８．鋼帯を略管形のオープン管に成形するオープン管成形機とオープン管の両エッジを電縫溶接する電縫溶接装置を備えた電縫鋼管の製造装置において、前記オープン管成形機の上流側に前記鋼帯の両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）をテーパー状に圧下する左右一対の上下ロールを具備し、前記上下ロールのうちいずれかもしくは両方が、両端の径が異なり水平からの斜角度（θ）が１.０°以上４.０°未満のテーパーを有するテーパーロール、あるいは回転軸が水平に対して１.０°以上４.０°未満の斜角度（θ）を有した円筒状ロールであり、前記上下ロールが両エッジを加工深さ（Ｈ）＝（０．０１０以上０．１０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）で圧下することを特徴とする電縫鋼管の製造装置。
９．前記左右一対の上下ロールに代えて、前記オープン管成形機のうち、鋼帯エッジ部の曲げ成形を行うエッジ成形装置を構成する左右一対の上下ロールにより、両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）をテーパー状に圧下することを特徴とする８記載の電縫鋼管の製造装置。

本発明によれば、鋼帯を略管形のオープン管に成形し、そのオープン管両エッジを連続的に電縫溶接する電縫鋼管の製造に際し、該オープン管の内面溶接部の増肉量と鋼帯両エッジ部の接合後のビード切削後における増肉量の低減を実現することが出来る。

その結果、電縫鋼管の内面形状が向上し、電縫鋼管を安定的に製造出来るようになり、工業上有用な効果がもたらされる。

本発明により形成するエッジ部の形状を説明する図。 図１で示したエッジ部の形状をロールの部分圧延で形成する状況を説明する図。 エッジ部の形状をテーパー状とした電縫鋼管の電縫溶接前の突き合わせ部の模式図。 電縫溶接後の突き合わせ部の模式図。 電縫鋼管の製造工程の一例を示す模式図。

本発明は、前図５に示した製造ライン（鋼帯を略管形のオープン管に成形し、該オープン管の両エッジを連続的に電縫溶接する）で製造される電縫鋼管を対象とする。

本発明では、鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両エッジ部を突き合わせて円形断面の空筒に成形した所謂「オープン管」において、オープン管成形機による成形を行う前もしくはオープン管成形機における初期成形であるエッジ成形時において、鋼帯のエッジ部を加工する。

図１は、本発明により加工した鋼帯１のエッジ部の形状を示し、エッジ部を鋼帯１の端部から鋼帯の幅方向の内側にかけての一定領域（Ｌ）を板厚（管厚と言う場合がある）（ｔ）が漸次厚くなる所謂「テーパー状」とする。なお、テーパーにおいて水平面となす角度（斜角度と言う場合がある）（θ）は略一定の角度であれば良く、一定領域（Ｌ）を角度一定とする必要はない。

一定領域（Ｌ）は、鋼帯１の幅方向両端から（０．１０以上、５.０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）の範囲で、且つ端面の加工深さ（Ｈ）を（０．０１０以上、０．１０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）に限定する。Ｌが０．１０×ｔ（ｍｍ）未満では、増肉抑制の十分な効果を得ることが出来ず、一方、５.０×ｔ（ｍｍ）以上であると効果が飽和し管周方向における接合付近の最終的な製品管厚が許容値を下回り形状不良となる。

加工深さ（Ｈ）は、０．０１０×板厚（ｔ）（ｍｍ）未満であると効果がなく、０．１０×板厚（ｔ）（ｍｍ）以上であると肉厚方向における加工深さが深すぎるため接合部付近の最終的な製品管厚が許容値を下回り形状不良となる。斜角度（θ）は１.０°以上４.０°未満とする。

図示したテーパーをオープン管の内面側か外面側のいずれかもしくはその両方の両端部に加工する。加工方法は、（イ）エッジ切削装置による切削加工、もしくは（ロ）図２に示すようなオープン管成形機前に設置した上下の孔型ロール９ａ（９ｂ）、あるいは（ハ）オープン管成形機のエッジ成形装置によって両端部を部分圧下して行う。

エッジ切削の場合は、オープン管成形機の上流側にエッジ切削装置を設置し、切削刃の切削面が被切削面であるエッジ端面に対して傾斜を持って接触するように設置したり、テーパーの傾斜角と同じ傾斜の切削刃を用いることにより、テーパー状の切削加工を行う。

ロールによる部分圧下で加工を行う場合、１．前記鋼帯１を曲げ加工する前（オープン管成形機前に）、幅方向両端部の一定領域を部分圧下する左右一対の上下ロール（前図５の符号９に相当）を設置して行ったり、２．オープン管成形機における初期成形時において鋼帯端部の曲げ加工を行う工程において鋼帯端部に面取り成形を付与するロールを具備したエッジフォーミングロールスタンドを設置して行う。

上下ロールで行う場合は、図２に示すような上ロール９ａまたは下ロール９ｂもしくはその両方に、両端の径が異なるテーパーロール（テーパーと同じ斜角度を有する）を用いたり、あるいは回転軸をテーパーと同じ斜角度だけ水平から傾斜させた円筒状ロール（図示しない）で行う。

エッジフォーミングロールスタンドで加工を行う場合は、鋼帯がエッジフォーミングロールを通過する際に鋼帯エッジ部を接触させて行う。エッジフォーミングロールには両端の径が異なるテーパーロール（テーパーと同じ斜角度（θ）を有する）を用いたり、あるいは回転軸をテーパーと同じ斜角度（θ）だけ水平から傾斜させた円筒状ロール（図示しない）を用いる。

本発明により接合部を成形した後において電縫溶接時のエッジ端面の突き合わせ角度を±３°の範囲内とすることが好ましい。

本発明によれば、鋼帯の端面側に増肉部分がはみ出すことがなくなり、エッジミラーによる研削除去を行う必要がなくなる。

本発明に係る電縫鋼管製造装置は、前図５に示すもので、鋼帯を略管形のオープン管に成形するオープン管成形機とオープン管の両エッジを電縫溶接する電縫溶接装置を備え、前記オープン管成形機の上流側に前記鋼帯の両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）をテーパー状に圧下する左右一対の上下ロール９を具備する。

前記上下ロール９のうちいずれかもしくは両方は、両端の径が異なり水平からの斜角度（θ）が１.０°以上４.０°未満のテーパーを有するテーパーロール、あるいは回転軸が水平に対して１.０°以上４.０°未満の斜角度（θ）を有した円筒状ロールで、鋼帯のエッジを加工深さ（Ｈ）＝（０．０１０以上０．１０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）で圧下する製造装置である。

または、上記製造装置において前記左右一対の上下ロールに代えて、オープン管成形機のうち、鋼帯エッジ部の曲げ成形を行うエッジ成形装置を構成する左右一対の上下ロールにより、両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）をテーパー状に圧下する製造装置である。

前図５に示した電縫鋼管製造ラインにおいて、オープン管成形機前に、鋼帯１の幅方向両端部の一定領域を部分圧下する左右一対の、孔型ロールからなる上下ロール９を配置し、表１に示す鋼種及び寸法の電縫鋼管の鋼帯エッジ部をテーパー状に圧下加工を行った。加工寸法は表１に示すＬ、Ｈとし、オープン管内面側の一定領域（Ｌ）に深さ（Ｈ）のテーパーを付与するようにロール位置を設定した。ここでは公称管厚をＬ、Ｈを規定する板厚（ｔ）とした。

その後、一群の成形機からなる成形装置で連続移動する鋼帯の幅方向両端側を曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした所謂「オープン管」とした上でエッジ端面の突き合わせ角度が０度となった状態で電縫溶接を行い、管内外面に排出されたビードを切削した。その後、ビード切削部の肉厚を、マイクロメーターを用いて測定し、肉眼観察により突き合わせ不良の有無を確認した。成形後の合否は公称管厚（ｍｍ）と肉厚測定値（ｍｍ）の差ΔＴが公称管厚（ｍｍ）×８％未満で、かつ、突き合わせ不良がない場合を「合格」、公称管厚×８％以上、または突き合わせ不良がある場合を「不合格」とした。

表１に結果を示す。一定領域（Ｌ）、加工深さ（Ｈ）、テーパーの水平面に対してなす角（θ）が本発明の範囲外となる比較例では、肉厚が不合格となっているのに対して、本発明例では、肉厚はすべて合格で、また外観上の突き合わせ不良も発生していない。本発明によれば、外観上の異常を発生させずに電縫溶接部近傍の肉厚偏差が低減することが認められる。

１ 鋼帯
２ オープン管
３ フィンパスロール
４ コンタクトチップ
５ スクイズロール
６ ビード
７ バイト
８ 増肉部
９ 上下ロール
９ａ、９ｂ 孔型ロール

Claims (9)

1. 鋼帯を略管形のオープン管に成形し、該オープン管の両エッジを連続的に電縫溶接する電縫鋼管の接合部成形方法において、曲げ加工前の鋼帯の両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）を、断面視で前記エッジが最小肉厚となるテーパー状に形成することを特徴とする電縫鋼管の接合部成形方法。
2. 前記幅方向の一定領域（Ｌ）が、鋼帯の幅方向両エッジから（０．１０以上５．０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）の範囲であり、かつ両エッジ面における加工深さ（Ｈ）を（０．０１０以上０．１０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）とすることを特徴とする請求項１記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
3. 前記テーパーの水平面に対してなす角度（θ）が１.０°以上４.０°未満であることを特徴とする請求項１または２記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
4. 前記鋼帯の板厚（ｔ）が１７．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
5. 前記幅方向の一定領域（Ｌ）をテーパー状に加工する方法が、エッジ切削装置で加工する方法、または孔型ロールで加工する方法のいずれかであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
6. 前記テーパー状の形成を前記鋼帯の表裏面のいずれかもしくは両方で行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の電縫鋼管の接合部成形方法。
7. 請求項１〜４のいずれか一つに記載のテーパーを付与した鋼帯を略管形のオープン管に成形し、該オープン管の両エッジを連続的に電縫溶接する際、前記エッジの突き合わせ角度を±３度の範囲内として電縫溶接することを特徴とする電縫鋼管の製造方法。
8. 鋼帯を略管形のオープン管に成形するオープン管成形機とオープン管の両エッジを電縫溶接する電縫溶接装置を備えた電縫鋼管の製造装置において、前記オープン管成形機の上流側に前記鋼帯の両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）をテーパー状に圧下する左右一対の上下ロールを具備し、前記上下ロールのうちいずれかもしくは両方が、両端の径が異なり水平からの斜角度（θ）が１.０°以上４.０°未満のテーパーを有するテーパーロール、あるいは回転軸が水平に対して１.０°以上４.０未満の斜角度（θ）を有した円筒状ロールであり、前記上下ロールが両エッジを加工深さ（Ｈ）＝（０．０１０以上０．１０未満）×板厚（ｔ）（ｍｍ）で圧下することを特徴とする電縫鋼管の製造装置。
9. 前記左右一対の上下ロールに代えて、前記オープン管成形機のうち、鋼帯エッジ部の曲げ成形を行うエッジ成形装置を構成する左右一対の上下ロールにより、両エッジから幅方向の一定領域（Ｌ）をテーパー状に圧下することを特徴とする請求項８記載の電縫鋼管の製造装置。

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