JP2015157319A - 拡管機 - Google Patents

Abstract

【課題】コーンおよびジョーの滑り面における焼き付きを十分に低減することができる拡管機を提供する。【解決手段】本発明に係る拡管機は、主シリンダに連結されたドローバーの先端に嵌め込まれ、軸方向に向って次第に外周の大きさが変化するコーンと、コーンの外周に配され、複数のセグメントによって構成されたジョーと、ジョーの外周に配され、複数のセグメントによって構成されたダイとを有する。主シリンダによって軸方向にコーンが牽引されることによって、コーンとジョーの楔作用により、ダイが径方向に拡大して、ダイの外周に設置された鋼管を拡管する。コーンとジョーは、少なくとも互いの接触面に硬度差を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、ＵＯＥ鋼管などの溶接管の製造に用いられる拡管機に関する。

一般的に、ＵＯＥ鋼管に代表される溶接管の製造では、管の内外面の溶接後に、この溶接の熱影響による残留応力に起因して真円度や真直度が悪化する。そのため、残留応力を除去して真円度や真直度を矯正するために、拡管を行う。

この拡管については、例えば非特許文献１に記載されている。図１（ａ）および（ｂ）は、非特許文献１に開示された図を転記したものである。拡管工程では、内外面よりサブマージアーク溶接を施された鋼管１の内側に、メカニカル拡管機１００の拡管ヘッド１３を通す。図１（ｂ）に示すように、拡管ヘッド１３のコーン１７が軸方向に引かれた際に、コーン１７およびジョー１８の楔作用によってジョー１８が径方向に広がり、ジョー１８の外側に取り付けたダイ１９が鋼管１を押し広げる。

このような拡管の工程では、図１（ｂ）に示すように、コーン１７およびジョー１８が、両者の接触面である滑り面において摺動する。

近年では、鋼管１が高強度化し、コーン１７が軸方向に引かれる際に過大な力がかかり、コーン１７およびジョー１８の間の滑り面において、面圧も過大となり、コーン１７およびジョー１８の滑り面において焼き付きが発生し、拡管が不可能となる問題が多発し、コーン１７およびジョー１８の滑り面のメンテナンスを要していた。

これに対し、特許文献１では、コーンの表層に窒化処理にて０．０５〜１．５ｍｍ深さの硬化層を形成することが提案されている。また、特許文献２では、セグメント（前述のジョーに相当）の硬さがＨＲＣ４５〜５２であり、表面に浸硫窒化処理を施すことが提案されている。そして、特許文献３では、コーン１７およびジョー１８の滑り面における焼き付きを低減させるために、コーン１７およびジョー１８の滑り面に潤滑油を供給することが提案されている。

特開平０１−２９９７２３号公報 特開平０５−１９５１５８号公報 特開２００７−２８４５１９号公報

鉄鋼便覧第３巻（２）、第４版、１２・４・６項

しかしながら、特許文献１や特許文献２では、コーンとセグメント（ジョー）との関係については何ら検討されておらず、滑り面の摺動部の焼き付きを、十分に防ぐことができない。また、特許文献３のように潤滑油を供給するだけでは、やはり、滑り面の摺動部の焼き付きを十分に防ぐことができない。

本発明は、このような問題点に対してなされたものであり、コーンおよびジョーの滑り面における焼き付きを十分に低減することができる拡管機を提供することを目的とする。

本発明者らは、滑り面の摺動部の焼き付きに及ぼす硬度の影響について検討を重ねた。その結果、コーンとジョーの摺動面のそれぞれの硬度だけではなく、相対する摺動面の硬度のバランスが重要であるとの知見に至った。相対する摺動面の硬度差が小さすぎると、アブレシブ摩耗が小さいため、焼き付きが発生しやすい。また、逆に摺動面の硬度差が大きすぎるとアブレシブ摩耗が大きすぎて、やはり焼き付きが発生しやすい。したがって、焼き付き防止の観点からは、相対する摺動面の硬度差に適正範囲があることを知見した。

そして、特許文献１では、コーンを硬くしたもののコーンとジョーとの硬度差が十分には大きくなっておらず、アブレシブ摩耗が小さすぎるために焼き付きが発生したと考えられ、逆に、特許文献２では、セグメント（ジョー）の硬度が大きすぎて、その結果アブレシブ摩耗が大きすぎるために焼き付きが発生したと考えられること、に思い至った。

本発明は、上記の知見をもとに、さらに検討を加えて完成されたものであり、その概要は、以下の通りである。

本発明は、上記のような目的を達成するために、以下のような特徴を有している。
［１］主シリンダに連結されたドローバーの先端に嵌め込まれ、軸方向に向って次第に外周の大きさが変化するコーンと、
コーンの外周に配され、複数のセグメントによって構成されたジョーと、
ジョーの外周に配され、複数のセグメントによって構成されたダイとを有し、
主シリンダによって軸方向にコーンが牽引されることによって、コーンとジョーの楔作用により、ダイが径方向に拡大して、ダイの外周に設置された鋼管を拡管する拡管機であって、
コーンとジョーは、少なくとも互いの接触面に硬度差を有する拡管機。
［２］硬度差は、２０〜４５Ｈｓである［１］に記載の拡管機。
［３］軟質側の硬度は、４０Ｈｓ以上である［１］または［２］に記載の拡管機。
［４］軟質側の部材はコーンである［１］ないし［３］のうちいずれかに記載の拡管機。

本発明に係る拡管機によれば、コーンおよびジョーの滑り面における焼き付きを十分に低減することができる。

（ａ）は、本発明の実施の形態に係る拡管機の構成を示す図であり、（ｂ）は拡管ヘッドの構成を示す図である。 コーンとジョーの硬度差と、コーンとジョーの間の摩擦係数との関係を示す図である。

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る拡管機について説明する。

図１は、本発明が適用される拡管機の一例を示す図である。図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る拡管機の構成を示す図であり、（ｂ）は拡管ヘッドの構成を示す図である。

図１（ａ）に示すように、拡管機１００は、拡管機本体１４、アキシャルインフィード１５、クロスフィード１６を有している。

拡管機本体１４は、主シリンダ１１、ホーン１２、および拡管ヘッド１３を有している。

クロスフィード１６は、ウォーキングビーム式により、紙面に直交する方向に鋼管１の搬送を行う。アキシャルインフィード１５は、クロスフィード１６によって搬送された鋼管１を、拡管機本体１４側に押し込む。

拡管ヘッド１３は、鋼管１が拡管機本体１４側に搬送されることによって、鋼管１の内部に挿入される。主シリンダ１１は、ホーン１２の先端に設けられた拡管ヘッド１３を軸方向に牽引する。拡管ヘッド１３は、外周が径方向に拡大することで、鋼管１の径を内側から押し広げる。

図１（ｂ）に示すように、拡管ヘッド１３は、コーン１７、ジョー１８、ダイ１９を有している。コーン１７は、主シリンダ１１に連結されたドローバー２１の先端に嵌め込まれている。コーン１７は、軸方向に向って次第に外周の大きさが変化する。例えば、コーン１７は、角錐台形状とすることができる。主シリンダ１１が伸縮することにより、コーン１７が軸方向に移動する。

ジョー１８は、複数のセグメントにより構成され、複数のセグメントが組み合わされて管状に形成されている。管状のジョー１８の内側には、コーン１７が配される。ジョー１８の内側は、コーン１７の外周に沿った形状に形成され、コーン１７の外周と摺動可能となるように構成されている。なお、この説明では、コーン１７とジョー１８の摺動面を、滑り面とも呼ぶ。

ダイ１９は、複数のセグメントにより構成され、ジョー１８の外周に設けられている。

潤滑油供給管２０は、コーン１７とジョー１８の摺動面に潤滑油を供給する。

このように構成された拡管機１００では、主シリンダ１１の伸縮によって、コーン１７が軸方向に移動することにより、コーン１７とジョー１８が滑り面において互いに乗り上げる（楔作用）。これによって、ジョー１８の外周に設けられたダイ１９が放射状に広がる。ダイ１９の外周には、鋼管１が嵌め込まれるため、ダイ１９が放射状に広がることで、鋼管１が内側から押し広げられ、鋼管１の拡径が行われる。

本発明者らは、このように構成された拡管機１００において、コーン１７とジョー１８に硬度差を設けることで、コーン１７とジョー１８の摺動部の焼き付きを低減させることができるという知見に至った。また、コーン１７とジョー１８の硬度差は、２０〜４５Ｈｓとすることが好ましいという知見を得た。なお、硬度の測定には、ＪＩＳ Ｚ ２２４６ ショア硬さ試験を用いればよい。

図２は、コーン１７とジョー１８の硬度差と、コーン１７とジョー１８の間の摩擦係数との関係を示す図であり、図１に示すコーン１７の硬度を４０Ｈｓとし、ジョー１８の硬度を３３Ｈｓから９５Ｈｓまで変化させた場合のコーン１７とジョー１８の摩擦係数を示す。

図２から、コーン１７とジョー１８の硬度差が２０Ｈｓ未満である場合や、硬度差が４５Ｈｓよりも大きい場合には、コーン１７とジョー１８の摩擦係数が大きくなっていることが分かる。摩擦係数が大きいと、コーン１７とジョー１８に焼き付きが発生することとなる。

そこで、本発明では、コーン１７とジョー１８の硬度差の好ましい範囲を２０〜４５Ｈｓとする。コーン１７およびジョー１８に硬度差を持たせることで、硬度の小さい方（軟質側）を摩耗させ、コーン１７とジョー１８の接触部の面圧を低減させ、コーン１７とジョー１８の焼き付きを低減させることができる。これにより、コーン１７とジョー１８のメンテナンス作業を削減することができる。

なお、軟質側の部材は、コーン１７とすることが好ましい。コーン１７の形状は、突起や角部が多く、これらを起点として焼き付きが発生しやすい。そのため、軟質側をコーン１７とし、コーン１７の摩耗を促進させることで、この焼き付きを低減することができる。

また、軟質側の硬度は、４０Ｈｓ以上とすることが好ましい。軟質側の硬度が４０Ｈｓ未満であると、軟質側の部材が全体的に変形してしまい、所定の形状を保持できないためである。

例えば、コーン１７の硬度を４０Ｈｓとし、ジョー１８の硬度を６０〜８５Ｈｓとすればよい。

なお、コーン１７とジョー１８は、すべての箇所において硬度差を２０〜４５Ｈｓとする必要はなく、少なくとも互いの接触部の硬度差が２０〜４５Ｈｓであれば、本発明の効果を奏することができる。

本発明は、図１のような拡管機に限られず、種々の拡管機に適用することができる。

本発明の効果を検証するために、実験を行った。コーン１７の硬度を４０Ｈｓとし、ジョー１８の硬度を４０Ｈｓ、６０Ｈｓ、８０Ｈｓとした拡管機１００を用い、溶接管の拡管を行った。この結果を表１に示す。

比較例のジョー１８の硬度が４０Ｈｓ（硬度差０）である場合には、コーン１７とジョー１８に摩耗がなく、焼き付きが発生した。

一方、本発明例であるジョー１８の硬度が６０Ｈｓ（硬度差２０Ｈｓ）では、コーン１７に小さな摩耗が発生したが、焼き付きは発生していなかった。

また、本発明例であるジョー１８の硬度が８０Ｈｓ（硬度差４０Ｈｓ）では、コーン１７に大きな摩耗が発生したが、焼き付きは発生していなかった。

以上より、コーン１７とジョー１８の硬度差を設けることで、焼き付きを低減させることができることが分かった。

１ 鋼管
１１ 主シリンダ
１２ ホーン
１３ 拡管ヘッド
１４ 拡管機本体
１５ アキシャルインフィード
１６ クロスフィード
１７ コーン
１８ ジョー
１９ ダイ
２０ 潤滑油供給管
２１ ドローバー
１００ 拡管機

Claims (4)

1. 主シリンダに連結されたドローバーの先端に嵌め込まれ、軸方向に向って次第に外周の大きさが変化するコーンと、
   コーンの外周に配され、複数のセグメントによって構成されたジョーと、
   ジョーの外周に配され、複数のセグメントによって構成されたダイとを有し、
   主シリンダによって軸方向にコーンが牽引されることによって、コーンとジョーの楔作用により、ダイが径方向に拡大して、ダイの外周に設置された鋼管を拡管する拡管機であって、
   コーンとジョーは、少なくとも互いの接触面に硬度差を有する拡管機。
2. 硬度差は、２０〜４５Ｈｓである請求項１に記載の拡管機。
3. 軟質側の硬度は、４０Ｈｓ以上である請求項１または２に記載の拡管機。
4. 軟質側の部材はコーンである請求項１ないし３のうちいずれかに記載の拡管機。