JP2016185559A - フィンパスロール及びスクイズロール並びにそれらを用いた溶接管製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を有する金属を素材とする場合でも、ひずみの発生を抑えつつ、より確実に金属帯の板厚方向全域に渡って良好な溶接状態を得ることができるフィンパスロールを提供する。
【解決手段】上ロール体１３０の外周面１３０ｂは、挿通孔１３２内におけるフィン１３０ａの根元位置１３０ｃと下ロール１３１の外周面１３１ｂの下端位置１３１ｃとの上下方向に沿う中心位置１３Ｃよりも下方に曲率中心１３０ｄを有する曲面とされている。下ロール体１３１の外周面１３１ｂは、中心位置１３Ｃよりも上方に曲率中心１３１ｄを有する曲面とされている。挿通孔１３２にオープンパイプ３が通されることで、オープンパイプ３の側部３ｂが溶接管４の管外面平均曲率よりも大きく湾曲されるように構成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、オープンパイプの突合部を溶接することで溶接管を製造する溶接管製造設備におけるフィンパスロール及びスクイズロール並びにそれらを用いた溶接管製造方法に関する。

従来用いられていたこの種のフィンパスロールとしては、例えば下記の特許文献１等に示されている構成を挙げることができる。すなわち、従来のフィンパスロールは、オープンパイプを構成する金属帯の幅方向両端部をオーバーベンドするように形成されている。このように幅方向両端部をオーバーベンドすることで、フィンパスロールの後段に配置されたスクイズロールにおいて幅方向両端部の端面が突き合わされた際に幅方向両端部の端面同士が互いに全体的に接触するようにしている。幅方向両端部の端面同士が互いに全体的に接触されることで、金属帯の板厚方向全域に渡って良好な溶接状態を得ることが可能となる。

特許第４２３６９１８号公報

例えばステンレス鋼等の高い強度を有する金属では、端部領域に大きな加工を加えようとすると、極めて大きな力が必要となる。上記のような従来のフィンパスロールでは、金属帯の幅方向両端部をオーバーベンドしようとしているが、高強度の金属を素材とする場合には、幅方向両端部をオーバーベンドできず、良好な溶接状態を得ることができないことがある。また、金属帯の幅方向両端部をオーバーベンドするために端部領域に大きな力を加えると、溶接管にひずみが生じる。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い強度を有する金属を素材とする場合でも、ひずみの発生を抑えつつ、より確実に金属帯の板厚方向全域に渡って良好な溶接状態を得ることができるフィンパスロール及びスクイズロール並びにそれらを用いた溶接管製造方法を提供することである。

本発明に係るフィンパスロールは、金属帯を湾曲させてオープンパイプを形成し、オープンパイプの突合部を溶接することで溶接管を製造する溶接管製造設備において、オープンパイプの形状を整えるフィンパスロールであって、金属帯の幅方向両端部が突き当てられるフィンが設けられた上ロール体と、上ロール体の下方に配置された下ロール体とを備え、上ロール体の外周面及び下ロール体の外周面は、オープンパイプが通される挿通孔を形成しており、上ロール体の外周面は、挿通孔内におけるフィンの根元位置と下ロールの外周面の下端位置との上下方向に沿う中心位置よりも下方に曲率中心を有する曲面であり、下ロール体の外周面は、中心位置よりも上方に曲率中心を有する曲面であり、挿通孔にオープンパイプが通されることで、オープンパイプの側部が溶接管の管外面平均曲率よりも大きく湾曲されるように構成されている。

本発明に係るスクイズロールは、金属帯を湾曲させてオープンパイプを形成し、オープンパイプの突合部を溶接することで溶接管を製造する溶接管製造設備において、金属帯の幅方向両端部の端面を互いに突き合わせて突合部を形成するようにオープンパイプの外周を拘束するスクイズロールであって、湾曲前の金属帯の板幅方向に沿って並べて配置された一対のサイドロール体を備え、一対のサイドロール体の外周面は、オープンパイプが通される挿通孔を形成しており、一対のサイドロール体の外周面には、金属帯の幅方向両端部に接する上部領域と、上部領域に対向する下部領域と、上部領域と下部領域との間に設けられた中間領域とが含まれており、上部領域は、挿通孔内における上部領域の上端位置と下部領域の下端位置との上下方向に沿う中心位置よりも下方に曲率中心を有する曲面であり、下部領域は、中心位置よりも上方に曲率中心を有する曲面であり、中間領域は、上部領域及び下部領域の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する曲面であり、挿通孔にオープンパイプが通されることで、オープンパイプの側部が溶接管の管外面平均曲率よりも大きく湾曲されるように構成されている。

本発明に係る溶接管製造方法は、上述のフィンパスロールを用いてオープンパイプの形状を整えることを含む。

また、本発明に係る溶接管製造方法は、上述のスクイズロールを用いてオープンパイプの外周を拘束することを含む。

本発明のフィンパスロール及びスクイズロール並びにそれらを用いた溶接管製造方法によれば、上ロール体の外周面及び下ロール体の外周面、又は一対のサイドロール体の外周面により形成された挿通孔にオープンパイプが通されることで、オープンパイプの側部が溶接管の管外面平均曲率よりも大きく湾曲されるように構成されている。オープンパイプの側部を大きく湾曲させることで、金属帯の幅方向両端部をオーバーベンドしなくても、幅方向両端部の端面同士を互いに全体的に接触させることができる。これにより、ひずみの発生を抑えつつ、高い強度を有する金属を素材とする場合でも、より確実に金属帯の板厚方向全域に渡って良好な溶接状態を得ることができる。

本発明の実施の形態によるフィンパスロール及びスクイズロールを含む溶接管製造設備を示す説明図である。 図１のフィンパスロールを示す正面図である。 図１のスクイズロールを示す正面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態によるフィンパスロール及びスクイズロールを含む溶接管製造設備１を示す説明図である。図において、溶接管製造設備１は、金属帯２を湾曲させてオープンパイプ３を形成し、オープンパイプ３の突合部３ａを溶接することで溶接管４を製造する設備である。

溶接管製造設備１は、第１成形サイドロール１１、第２成形サイドロール１２、フィンパスロール１３及びスクイズロール１４を有している。

第１及び第２成形サイドロール１１，１２は、金属帯２の搬送方向２ａに沿って順に金属帯２を湾曲させてオープンパイプ３を形成する成形ロールである。

第１及び第２成形サイドロール１１，１２は、湾曲される前の金属帯２の板幅方向２ｂ（左右方向）に並べて配置された一対のサイドロール体１１０，１１１，１２０，１２１をそれぞれ有している。金属帯２は、各成形サイドロール１１，１２のサイドロール体１１０，１１１，１２０，１２１の外周面によって挟み込まれることで湾曲される。このように２つの成形サイドロール１１，１２だけによりオープンパイプ３が形成されることで、オープンパイプ３に残る加工ひずみを少なくすることができる。

なお、溶接管製造設備によっては、金属帯２の湾曲加工初期に金属帯２の幅方向両端部２ｄの形状を整えるブレークダウンロールを用いる場合もある。しかしながら、本実施の形態の溶接管製造設備１では、オープンパイプ３に残る加工ひずみをより少なくするため、ブレークダウンロールは使用していない。

フィンパスロール１３は、金属帯２の搬送方向２ａに沿う第１及び第２成形サイドロール１１，１２の後段に配置されており、これら第１及び第２成形サイドロール１１，１２によって形成されたオープンパイプ３の形状を整えるためのロールである。

フィンパスロール１３は、金属帯２の幅方向両端部２ｄが突き当てられるフィン１３０ａが設けられた上ロール体１３０と、上ロール体１３０の下方に配置された下ロール体１３１とを有している。なお、溶接管製造設備１における上下方向とは、湾曲される前の金属帯２の板厚方向２ｃを指す。オープンパイプ３の形状は、互いに対向する上ロール体１３０及び下ロール体１３１の外周面によって形成される挿通孔にオープンパイプ３が通されることで整えられる。

スクイズロール１４は、湾曲される前の金属帯２の板幅方向２ｂに並べて配置された一対のサイドロール体１４０，１４１により構成されており、金属帯２の搬送方向２ａに沿うフィンパスロール１３の後段に配置されている。スクイズロール１４は、金属帯２の幅方向両端部２ｄの端面を互いに突き合わせて突合部３ａを形成するようにオープンパイプ３の外周を拘束する。

図示はしないが、スクイズロール１４の上方には、レーザ溶接機及びＴＩＧ溶接機等の溶接機が配置されている。スクイズロール１４によってオープンパイプ３の外周が拘束されているときに突合部３ａの溶接が行われる。また、金属帯２の搬送方向２ａに沿うスクイズロール１４の後段には、溶接管４の形状を矯正するサイジングロールが配置され得る。形状矯正後の溶接管４の外径は、形状矯正前の溶接管４の外径よりも小さくなることもある。

次に、図２は、図１のフィンパスロール１３を示す正面図である。図において、上ロール体１３０及び下ロール体１３１は、上ロール体１３０の外周面１３０ｂの下端位置と下ロール体１３１の外周面１３１ｂの上端位置とが近接するように配置されている。互いに対向する上ロール体１３０の外周面１３０ｂと下ロール体１３１の外周面１３１ｂとにより、オープンパイプ３が通される挿通孔１３２が形成されている。

上ロール体１３０の外周面１３０ｂは、挿通孔１３２内におけるフィン１３０ａの根元位置１３０ｃと下ロール１３１の外周面１３１ｂの下端位置１３１ｃとの上下方向に沿う中心位置１３Ｃよりも下方に曲率中心１３０ｄを有する曲面とされている。また、上ロール体１３０の外周面１３０ｂは、曲率半径ｒ１が一定の曲面とされている。

下ロール体１３１の外周面１３１ｂは、上述の中心位置１３Ｃよりも上方に曲率中心１３１ｄを有する曲面とされている。また、下ロール体１３１の外周面１３１ｂは、曲率半径ｒ２が一定の曲面とされている。

このような曲面とされた上ロール体１３０の外周面１３０ｂと下ロール体１３１の外周面１３１ｂとが組み合わされることで、挿通孔１３２は、上下方向に圧縮された略円状（楕円状）とされている。上ロール体１３０の外周面１３０ｂの下端部と下ロール体１３１の外周面１３１ｂの上端部とによって形成される挿通孔１３２の左右両側の端部領域は、二つの曲面が角を有する状態で組み合わされたものであるが、オープンパイプ３のように一定の強度を有するものに対しては疑似的に曲面として作用する。この疑似的な曲面は、上ロール体１３０及び下ロール体１３１の外周面１３０ｂ，１３１ｂの曲率半径ｒ１，ｒ２よりも小さな曲率半径を有する。

オープンパイプ３が挿通孔１３２を通されとき、オープンパイプ３が上下方向に圧縮されて、オープンパイプ３の側部３ｂが湾曲される。上ロール体１３０及び下ロール体１３１の外周面１３０ｂ，１３１ｂの曲率半径ｒ１，ｒ２は、オープンパイプ３の側部３ｂが溶接管４の管外面平均曲率よりも大きく湾曲される（オーバーベンドされる）ように設定される。

曲率半径ｒ１，ｒ２は、必要周長とオーバル比とに基づいて設定することができる。必要周長とは、成形に必要なリダクション量（成形時に発生する絞り量）を製品周長（製品外径×円周率）に加えることで求められる周長である。オーバル比とは、挿通孔１３２（オープンパイプ３）の長軸をＸとし、挿通孔１３２の短軸をＹとしたときに、Ｘ／Ｙで表される比率であり、オープンパイプ３の上下方向の圧縮率、すなわちオープンパイプ３の側部３ｂの湾曲率に対応する比率である。

なお、オープンパイプ３の側部３ｂの湾曲の比較対象とされる溶接管４とは、スクイズロール１４による拘束から解放された直後の溶接管４であり、サイジングロール等により形状が矯正される前の溶接管４を指す。

次に、図３は、図１のスクイズロール１４を示す正面図である。図において、スクイズロール１４を構成する一対のサイドロール体１４０，１４１の外周面は、オープンパイプ３が通される挿通孔１４２を形成している。サイドロール体１４０，１４１の外周面には、上部領域１４０ａ，１４１ａ、下部領域１４０ｂ，１４１ｂ及び中間領域１４０ｃ，１４１ｃが含まれている。上部領域１４０ａ，１４１ａは、金属帯２の幅方向両端部２ｄに接する領域である。下部領域１４０ｂ，１４１ｂは、上部領域１４０ａ，１４１ａに対向する領域である。中間領域１４０ｃ，１４１ｃは、上部領域１４０ａ，１４１ａと下部領域１４０ｂ，１４１ｂとの間に設けられた領域である。

上部領域１４０ａ，１４１ａは、挿通孔１４２内における上部領域１４０ａ，１４１ａの上端位置１４Ａと下部領域１４０ｂ，１４１ｂの下端位置１４Ｂとの上下方向に沿う中心位置１４Ｃよりも下方に曲率中心１４Ｕを有する曲面とされている。
下部領域１４０ｂ，１４１ｂは、上述の中心位置１４Ｃよりも上方に曲率中心１４Ｄを有する曲面とされている。
中間領域１４０ｃ，１４１ｃは、上部領域１４０ａ，１４１ａ及び下部領域１４０ｂ，１４１ｂの曲率半径ｒｕ，ｒｄよりも小さな曲率半径ｒｍを有する曲面とされている。
このような一対のサイドロール体１４０，１４１の外周面が組み合わされることで、挿通孔１４２が上下方向に圧縮された略円状（楕円状）とされている。

オープンパイプ３が挿通孔１４２を通されとき、オープンパイプ３が上下方向に圧縮されて、オープンパイプ３の側部３ｂが湾曲される。上部領域１４０ａ，１４１ａ、下部領域１４０ｂ，１４１ｂ及び中間領域１４０ｃ，１４１ｃの曲率半径ｒｕ，ｒｄ，ｒｍは、オープンパイプ３の側部３ｂが溶接管４の管外面平均曲率よりも大きく湾曲される（オーバーベンドされる）ように設定される。このオープンパイプ３の側部３ｂの湾曲の比較対象とされる溶接管４も、溶接機による溶接が行われた直後の溶接管４であり、サイジングロール等により形状が矯正される前の溶接管４を指す。

すなわち、本実施の形態の溶接管製造設備１では、フィンパスロール１３及びスクイズロール１４の両方においてオープンパイプ３の側部３ｂをオーバーベンドする。オープンパイプ３の側部３ｂのオーバーベンドは、金属帯２の幅方向両端部２ｄをオーバーベンドする場合よりも小さな力で実現可能である。すなわち、例えばステンレス鋼等の高い強度を有する金属帯であっても、フィンパスロール１３及びスクイズロール１４における挟持により、オープンパイプ３の側部３ｂのオーバーベンドを行うことができる。

オープンパイプ３の側部３ｂをオーバーベンドすることで、金属帯２の幅方向両端部２ｄをオーバーベンドしなくても、幅方向両端部２ｄの端面同士を互いに全体的に接触させることができる。

なお、必要とされるオープンパイプ３の側部３ｂのオーバーベンド量が小さい場合には、フィンパスロール１３及びスクイズロール１４のいずれか一方のみを本実施の形態のように構成して、他方においてはオープンパイプ３の側部３ｂをオーバーベンドしなくてもよい。

また、実施の形態ではフィンパスロール１３及びスクイズロール１４の数は１つずつであったが、必要とされるオープンパイプ３の側部３ｂのオーバーベンド量に応じてフィンパスロール１３及びスクイズロール１４の数を２以上としてもよい。

このようなフィンパスロール１３及びそれを用いた溶接管製造方法では、上ロール体１３０の外周面１３０ｂ及び下ロール体１３１の外周面１３１ｂにより形成された挿通孔１３２にオープンパイプ３が通されることで、オープンパイプ３の側部３ｂが溶接管４の管外面平均曲率よりも大きく湾曲されるので、オープンパイプ３の側部３ｂを大きく湾曲させることで、金属帯２の幅方向両端部２ｄをオーバーベンドしなくても、幅方向両端部２ｄの端面同士を互いに全体的に接触させることができる。これにより、ひずみの発生を抑えつつ、高い強度を有する金属を素材とする場合でも、より確実に金属帯２の板厚方向２ｃの全域に渡って良好な溶接状態を得ることができる。このような構成は、例えばステンレス鋼等の高い強度を有する金属を用いて溶接管を製造する場合に特に有用である。

特に、上ロール体１３０の外周面１３０ｂの曲率半径ｒ１が一定とされるとともに、下ロール体１３１の外周面１３１ｂの曲率半径ｒ２が一定とされているので、上ロール体１３０及び下ロール体１３１の外周面１３０ｂ，１３１ｂの設計及び製造を容易にすることができる。

また、上記のようなスクイズロール１４及びそれを用いた溶接管製造方法では、一対のサイドロール体１４０，１４１の外周面により形成された挿通孔１４２にオープンパイプ３が通されることで、オープンパイプ３の側部３ｂが溶接管４の管外面平均曲率よりも大きく湾曲されるように構成されている。オープンパイプ３の側部３ｂを大きく湾曲させることで、金属帯２の幅方向両端部２ｄをオーバーベンドしなくても、幅方向両端部２ｄの端面同士を互いに全体的に接触させることができる。これにより、ひずみの発生を抑えつつ、高い強度を有する金属を素材とする場合でも、より確実に金属帯２の板厚方向２ｃの全域に渡って良好な溶接状態を得ることができる。

さらに、実施の形態で説明したフィンパスロール１３及びスクイズロール１４が組み合わされて用いられることで、オープンパイプ３の側部３ｂをより大きく湾曲させることができ、より確実に金属帯２の板厚方向２ｃの全域に渡って良好な溶接状態を得ることができる。

なお、実施の形態では、上ロール体１３０の外周面１３０ｂ及び下ロール体１３１の外周面１３１ｂは一定の曲率半径を有する曲面であると説明しているが、上ロール体の外周面及び下ロール体の外周面には異なる曲率半径をそれぞれ有する複数の曲面が含まれていてよい。

１ 溶接管製造設備
２ 金属帯
３ オープンパイプ
３ａ 突合部
３ｂ 側部
４ 溶接管
１１，１２ 第１及び第２成形サイドロール
１３ フィンパスロール
１３０ 上ロール体
１３０ａ フィン
１３０ｂ 外周面
１３０ｃ 下端位置
１３０ｄ 曲率中心
１３１ 下ロール体
１３１ｂ 外周面
１３１ｃ 上端位置
１３１ｄ 曲率中心
１３２ 挿通孔
１４ スクイズロール
１４０，１４１ 一対のサイドロール体
１４０ａ，１４１ａ 上部領域
１４０ｂ，１４１ｂ 下部領域
１４０ｃ，１４１ｃ 中間領域
１４２ 挿通孔

Claims (6)

1. 金属帯を湾曲させてオープンパイプを形成し、前記オープンパイプの突合部を溶接することで溶接管を製造する溶接管製造設備において、前記オープンパイプの形状を整えるフィンパスロールであって、
   前記金属帯の幅方向両端部が突き当てられるフィンが設けられた上ロール体と、
   前記上ロール体の下方に配置された下ロール体と
   を備え、
   前記上ロール体の外周面及び前記下ロール体の外周面は、前記オープンパイプが通される挿通孔を形成しており、
   前記上ロール体の外周面は、前記挿通孔内における前記フィンの根元位置と前記下ロールの外周面の下端位置との上下方向に沿う中心位置よりも下方に曲率中心を有する曲面であり、
   前記下ロール体の外周面は、前記中心位置よりも上方に曲率中心を有する曲面であり、
   前記挿通孔に前記オープンパイプが通されることで、前記オープンパイプの側部が前記溶接管の管外面平均曲率よりも大きく湾曲されるように構成されている
   ことを特徴とするフィンパスロール。
2. 前記上ロール体の外周面及び前記下ロール体の外周面は、一定の曲率半径を有する曲面である
   ことを特徴とする請求項１記載のフィンパスロール。
3. 金属帯を湾曲させてオープンパイプを形成し、前記オープンパイプの突合部を溶接することで溶接管を製造する溶接管製造設備において、前記金属帯の幅方向両端部の端面を互いに突き合わせて前記突合部を形成するように前記オープンパイプの外周を拘束するスクイズロールであって、
   湾曲前の前記金属帯の板幅方向に沿って並べて配置された一対のサイドロール体
   を備え、
   前記一対のサイドロール体の外周面は、前記オープンパイプが通される挿通孔を形成しており、
   前記一対のサイドロール体の外周面には、
   前記金属帯の幅方向両端部に接する上部領域と、
   前記上部領域に対向する下部領域と、
   前記上部領域と下部領域との間に設けられた中間領域と
   が含まれており、
   前記上部領域は、前記挿通孔内における前記上部領域の上端位置と前記下部領域の下端位置との上下方向に沿う中心位置よりも下方に曲率中心を有する曲面であり、
   前記下部領域は、前記中心位置よりも上方に曲率中心を有する曲面であり、
   前記中間領域は、前記上部領域及び下部領域の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する曲面であり、
   前記挿通孔に前記オープンパイプが通されることで、前記オープンパイプの側部が前記溶接管の管外面平均曲率よりも大きく湾曲されるように構成されている
   ことを特徴とするスクイズロール。
4. 前記金属帯の搬送方向に関し、請求項１又は請求項２に記載のフィンパスロールの後段に配置されていることを特徴とする請求項３記載のスクイズロール。
5. 請求項１又は請求項２に記載のフィンパスロールを用いて前記オープンパイプの形状を整えること
   を含むことを特徴とする溶接管製造方法。
6. 請求項３又は請求項４に記載のスクイズロールを用いて前記オープンパイプの外周を拘束すること
   を含むことを特徴とする溶接管製造方法。

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