JP2018514387A - Method for induction bending deformation of pressure-resistant pipe having thick wall thickness and large diameter, and induction type pipe bending apparatus - Google Patents
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Abstract
厚い壁厚と大きい直径とを有する耐圧性の管(1)を誘導曲げ変形させる際に、管(1)を、加熱用のリング形のインダクタに挿入する前にプレスユニット(50)において垂直方向に圧縮し、プレスユニット(50)において管(1)に対して横長の楕円の形状の断面を強制する。さらには、少なくとも管曲げ加工の一部の期間中、インダクタを管(1)に対して相対的に横方向に変位させることにより、曲げ部の外側における温度分布を比較的低い温度に調整し、曲げ部の内側における温度分布を比較的高い温度に調整する。When the pressure-resistant tube (1) having a thick wall thickness and a large diameter is subjected to induction bending deformation, the tube (1) is inserted in the vertical direction in the press unit (50) before being inserted into a ring-shaped inductor for heating. And presses the tube (1) in the press unit (50) to force an oblong cross section. Furthermore, at least during a portion of the tube bending process, the inductor is displaced laterally relative to the tube (1) to adjust the temperature distribution outside the bent portion to a relatively low temperature, The temperature distribution inside the bend is adjusted to a relatively high temperature.
Description
本発明は、請求項1の上位概念に記載の特徴を有する、厚い壁厚と大きい直径とを有する耐圧性の管、特に発電所管およびパイプライン管を誘導曲げ変形させる方法、ならびに請求項8の上位概念に記載の特徴を有する、実施に適した誘導式管曲げ加工装置に関する。
The present invention provides a method of inductively bending and deforming a pressure-resistant tube having a thick wall thickness and a large diameter, in particular a power plant tube and a pipeline tube, having the features described in the superordinate concept of
圧力下にある液体媒体または気体媒体を通流させるために、負荷に耐久する厚い壁厚を有する鋼製の管が必要とされる。このような要求は、例えば、管路を構造的な状況に適合させるために管曲げ加工が必要となる発電所での高温蒸気の輸送、または、熱に起因する長さ変化を補償するために二重継手が規則的な間隔をおいて使用されている長距離にわたるパイプラインでの原油または天然ガスの輸送に当てはまる。大きいスループットを可能にするためには、大きい開口断面積と、ひいては大きい管外径とが必要となる。本方法が関連する管は、一般的に300mmを越える定格直径を有しており、直径対壁厚の比は10:1〜100:1、典型的には20:1〜70:1である。 In order to pass liquid or gaseous media under pressure, a steel tube with a thick wall thickness that can withstand the load is required. Such a requirement is, for example, to compensate for the transport of hot steam at power plants where pipe bending is required to adapt the pipe line to the structural situation, or to compensate for length changes due to heat. This applies to the transport of crude oil or natural gas in long-distance pipelines where double joints are used at regular intervals. In order to enable a large throughput, a large opening cross-sectional area and thus a large pipe outer diameter is required. The tube to which the method relates has a nominal diameter generally exceeding 300 mm, and the ratio of diameter to wall thickness is 10: 1 to 100: 1, typically 20: 1 to 70: 1. .
誘導曲げ変形させるためのこのような方法は、久しく以前から例えば独国特許出願公開第2513561号明細書(DE2513561 A1)から公知であり、巨大な寸法にもかかわらず寸法的に非常に安定した管曲げ部を製造することが可能となるように、持続的に改善がなされている。管曲げ加工のためには予め規定された曲げ角度が精確に遵守されるが、その一方で、管曲げ部の領域には2つの不利な形状偏差が残ることとなる。これは、1つには楕円率、すなわち所望の円形の理想形状からの管断面の偏差であり、他方では、外側の曲げ部における壁厚の薄弱化である。 Such a method for inductive bending deformation has long been known, for example, from DE 2513561 A (DE2513561 A1), which is a dimensionally very stable tube despite its large dimensions. Improvements are continuously made so that the bent part can be manufactured. Predetermined bending angles are precisely observed for tube bending, while two disadvantageous shape deviations remain in the region of the tube bend. This is partly the ellipticity, i.e. the deviation of the tube cross section from the desired circular ideal shape, and on the other hand the thinning of the wall thickness at the outer bend.
上記の寸法比を有する丸形の管は、約1%の楕円率を以て製造および出荷される。誘導曲げ加工プロセスの実施後における管曲げ部の許容真円度は、欧州および北米の規格によれば4%である。管曲げ部を通流する媒体の内部圧力によって管壁に局所的にそれぞれ異なる引張応力が生じるので、比較的大きな偏差は問題となる。特にこのような厚い壁厚を有する管が意図されている高圧用途の場合には、真円度に起因して発生するこのような追加的な負荷が関係している。すなわち壁厚は、この幾何学的な偏差のせいで、流体圧力のみに基づいて計算上必要とされうる壁厚よりも大きくなるように選択されなければならないことが多い。 Round tubes having the above dimensional ratios are manufactured and shipped with an ellipticity of about 1%. According to the European and North American standards, the allowable roundness of the pipe bend after the induction bending process is 4%. A relatively large deviation becomes a problem because different internal tensile stresses are generated in the tube wall due to the internal pressure of the medium flowing through the tube bending portion. Especially in the case of high-pressure applications where tubes with such a thick wall thickness are intended, such additional loads arising from roundness are relevant. That is, the wall thickness often has to be selected to be greater than the wall thickness that can be calculated based on the fluid pressure alone due to this geometrical deviation.
誘導曲げ変形における管に対する他の不利な影響は、外側の曲げ部と内側の曲げ部とにおいて壁厚分布がそれぞれ異なることにある。管の長手軸線上に位置するニュートラルゾーンを中心とした曲げ加工中、管壁は、形成すべき外側の曲げ部の領域において引張応力を受ける。外側の曲げ部は未変形の管部分よりも長いので、必然的に壁厚の減少が生じることとなる。これに対して内側の曲げ部では、曲げ加工時に圧縮応力が存在し、曲げ部の長さを短縮させる必要があるせいで壁厚の増加が生じることとなる。しかしながら、これらの不可避の作用によって、高圧用途のための強度計算を、常に、外側の曲げ部の壁である最も薄弱化された壁において設定しなければならなくなる。この理由からも、管曲げ部において十分な強度が得られるようにするために、管全体の壁厚を、直線の部分の壁厚よりも格段に厚くなるように選択しなければならない。 Another disadvantageous effect on the tube in induced bending deformation is that the wall thickness distribution differs between the outer and inner bends. During bending, centered on a neutral zone located on the longitudinal axis of the tube, the tube wall is subjected to tensile stress in the region of the outer bend to be formed. Since the outer bend is longer than the undeformed tube portion, there will necessarily be a reduction in wall thickness. On the other hand, in the inner bent portion, there is a compressive stress at the time of bending, and the wall thickness increases due to the need to shorten the length of the bent portion. However, due to these unavoidable effects, strength calculations for high pressure applications must always be set at the thinnest wall, the outer bend wall. For this reason as well, the wall thickness of the entire tube must be selected to be much thicker than the wall thickness of the straight portion in order to obtain sufficient strength at the tube bending portion.
本発明の課題は、楕円率のような、変形加工時に管曲げ部の強度を薄弱化させる幾何学的変化と、壁厚の減少とを低減することである。 An object of the present invention is to reduce a geometric change such as an ellipticity that weakens the strength of a bending portion during deformation and a reduction in wall thickness.
本発明による解決手段は、請求項1に記載の特徴を有する、誘導曲げ変形させるための方法と、請求項8に記載の特徴を有する、前記方法を実施するための誘導式曲げ加工装置とによって提供される。
The solution according to the invention comprises a method for induction bending deformation having the features of
本発明による方法は、第一に、変形加工の開始前に管に対して人工的な楕円率を強制すること、より詳細には、いわゆる横長の楕円の形状にすることに基づいている。「横長」とは、管断面の形状に相当する楕円の長径軸線が、曲げ平面上に位置するということを意味する。管の質量が大きいこと、および曲げアームを位置固定的に配置する必要があることに基づき、実際には水平平面上でしか誘導曲げ変形を実施することができないので、長径軸線は、同時に水平方向に方向決めされる。 The method according to the invention is firstly based on forcing an artificial ellipticity on the tube before the start of the deformation process, more particularly on the so-called oblong elliptical shape. “Landscape” means that the major axis of the ellipse corresponding to the shape of the tube cross section is located on the bending plane. Based on the large mass of the tube and the need to position the bending arm in a fixed position, in practice, it is only possible to perform induced bending deformation on a horizontal plane, so that the major axis is simultaneously horizontal To be directed.
横長の楕円率を達成するために、本発明によれば、管は、加熱の前に、ひいては変形ゾーンに進入する前に、プレス装置においてプレスラムおよび対向支持部によって、または互いに逆向きに動作する2つのプレスラムによって垂直方向に圧縮され、かつ水平方向に横方向に案内される。 In order to achieve a lateral ellipticity, according to the invention, the tube is operated by the press ram and the opposed support in the pressing device or opposite to each other before heating and thus before entering the deformation zone. It is compressed vertically by two press rams and guided laterally horizontally.
圧縮は、好ましくは誘導曲げ変形方法において同じ種類の管において所定の曲げ角度で管曲げ加工した場合に生じるであろう真円度と、同じ程度の真円度で実施される。特に好ましくは、管曲げ加工方法の実施中に楕円率の程度の連続的な適合が実施され、これによって、まず始めは比較的小さな予備楕円率によって動作され、この予備楕円率は、管曲げ部の中央に向かって増加していく。なぜなら、本発明による前処理方法がなければ、この管曲げ部の中央で最大の楕円率が発生しうるからである。 The compression is preferably carried out with the same degree of roundness as would occur if the pipe was bent at a predetermined bending angle in the same type of pipe in the induced bending deformation method. Particularly preferably, a continuous adaptation of the degree of ellipticity is carried out during the implementation of the pipe bending method, whereby it is initially operated with a relatively small preliminary ellipticity, which preliminary ellipticity is It increases toward the center of. This is because without the pretreatment method according to the present invention, the maximum ellipticity can be generated at the center of the bent portion of the tube.
インダクタに挿入される前に、管の断面形状が横長の楕円として強制されることによって、管曲げ加工の開始部、中央部、および終了部においても全ての楕円率が除去される。なお、開始部は、送り方向に見たときの手前側の端部であるとして定義される。これにより、曲げ加工において−従来の変形に比べて許容公差が非常に小さい−円形断面の管が得られる。本発明によれば、管曲げ加工の開始前に予め人工的に楕円率を形成したにもかかわらず、管曲げ加工の開始部において円形の断面も得られるという、一見矛盾しているようも見える逆説は、管曲げ部における圧縮応力および引張応力の内部分布にある。これらの張力は、本発明による対策手段がなければ楕円率の原因となるが、本発明による前処理の作用下では、これらの張力によって全ての作用が互いに補償されるようになる。 Prior to being inserted into the inductor, the cross-sectional shape of the tube is forced as a horizontally long ellipse, so that all ellipticities are removed at the start, center and end of the tube bending process. Note that the start portion is defined as an end portion on the near side when viewed in the feed direction. This results in a tube with a circular cross-section in bending, which has a much smaller tolerance than conventional deformations. According to the present invention, although the ellipticity is artificially formed in advance before the pipe bending process is started, a circular cross section is also obtained at the start part of the pipe bending process. The paradox is in the internal distribution of compressive stress and tensile stress in the tube bending part. These tensions cause ellipticity without the countermeasures according to the present invention, but under the action of the pretreatment according to the present invention, all the actions are compensated for each other by these tensions.
誘導曲げ変形において管の幾何形状を最適化するための本発明による第2の対策手段は、内側の管曲げ部と外側の曲げ部とにおいて不可避のそれぞれ異なる壁厚分布を、少なくともシフトさせるというアプローチに基づいている。ニュートラルゾーンが外側へとシフトされることによって、自然法則に基づく体積一定則により、内側の曲げ部における壁厚はさらに強力に増加する。しかしながら、このことは、管曲げ部の強度と後の加工性とに対して不利な影響を与えない。重要なのは、本対策手段によって外側における壁厚の減少を低減することができるということであり、すなわち本発明によれば、同じ種類の管を使用した場合に従来可能であった壁厚よりも厚い壁厚が得られるということである。 The second countermeasure means according to the present invention for optimizing the tube geometry in induced bending deformation is an approach that at least shifts the different wall thickness distributions unavoidable in the inner and outer bends. Based on. By shifting the neutral zone to the outside, the wall thickness at the inner bend is increased more strongly by the constant volume law based on the law of nature. However, this does not adversely affect the strength of the tube bend and subsequent workability. What is important is that this measure can reduce the decrease in wall thickness on the outside, i.e., according to the present invention, it is thicker than previously possible when using the same type of tube. The wall thickness can be obtained.
従来の誘導曲げ加工方法によって製造された90°の管曲げ部の場合、より詳細には、曲げ半径対管直径の通常の比が例えば1.5:1である場合には、壁厚の減少は、最大で25%である。本発明によれば、この壁厚の減少を実質的に低減させることが可能であり、特に半分にすることが可能である。このことはつまり、本発明による方法の場合には、外側の曲げ部における壁厚が従来技術よりも12.5%大きいということを意味する。このことはさらに、挿入管の壁厚が同じである場合にはより高い動作負荷が可能となるということ、またはそれどころか、動作条件が同じである場合にはより薄い初期壁厚が選択可能となるということを意味する。このことは、結果的にまたしても重量およびコストの削減をもたらす。 In the case of a 90 ° tube bend produced by a conventional induction bending method, more particularly, if the usual ratio of bend radius to tube diameter is, for example, 1.5: 1, the wall thickness is reduced. Is at most 25%. According to the invention, this reduction in wall thickness can be substantially reduced, and in particular can be halved. This means that in the case of the method according to the invention, the wall thickness at the outer bend is 12.5% greater than in the prior art. This further means that higher operating loads are possible when the wall thickness of the insertion tube is the same, or even a lower initial wall thickness can be selected when the operating conditions are the same. It means that. This again results in weight and cost savings.
管の誘導曲げ変形時におけるニュートラルゾーンのシフトは、本発明によれば、管の断面を曲げ部の外側と曲げ部の内側との間でそれぞれ異なるように加熱することによって達成される。この場合、曲げ部の外側は、曲げ部の内側よりも強力には加熱されない。内側の曲げ部における変形に対する抵抗は、温度がより高温であることに起因して、外側の曲げ部における変形に対する抵抗よりも小さくなり、これによって曲げ加工中に、外側の曲げ部へのニュートラルゾーンの意図的なシフトが生じる。本発明はつまり、材料が有している変形温度の間隔を、所望のように利用しているのである。 In accordance with the invention, the neutral zone shift during induced bending deformation of the tube is achieved by heating the tube cross-section differently between the outside of the bend and the inside of the bend. In this case, the outside of the bent portion is not heated more strongly than the inside of the bent portion. The resistance to deformation in the inner bend is less than the resistance to deformation in the outer bend due to the higher temperature, which causes the neutral zone to the outer bend during bending. An intentional shift occurs. That is, the present invention utilizes the deformation temperature interval of the material as desired.
変化された温度分布による変形加工は、本発明によれば、曲げ角度の部分領域において実施される。開始タンジェントから前記部分領域へと移行プログラムが実施され、この移行プログラムでは、管の中心に対して対称的である初期位置から外側に向かって徐々にシフトが移動される。前記部分領域から終了タンジェントへも移行プログラムが適用され、この移行プログラムでは、温度分布が再び一層対称的に方向決めされる。 According to the invention, the deformation process with the changed temperature distribution is performed in a partial region of the bending angle. A transition program is implemented from the starting tangent to the partial region, in which the shift is gradually shifted outward from an initial position that is symmetrical with respect to the center of the tube. A transition program is also applied from the partial area to the end tangent, in which the temperature distribution is again oriented more symmetrically.
上述した部分領域は、企図された曲げ角度の約80%〜90%にわたって延在する。この場合、前記部分領域は、開始タンジェントから曲げ角度の約1°〜2°で始まり、終了タンジェントへの移行部の手前の約1°〜2°で終了する。 The partial region described above extends over about 80% to 90% of the intended bending angle. In this case, the partial region starts at a bending angle of about 1 ° to 2 ° from the start tangent and ends at about 1 ° to 2 ° before the transition to the end tangent.
本発明に基づいて実施される温度分布のシフトは、好ましくは、曲げ平面上に位置するリング形のインダクタを、特に外側に向かって、好ましくは誘導装置における電力の適合に関連して、すなわち加熱出力の変化に関連して変位させることに基づく。インダクタを外側に向かって変位させることにより、インダクタは、外側よりも管壁に近い内側の管曲げ部に配置され、これによって、ここでより強力な加熱が実施される。変位範囲は、使用される管の600mm超の直径に比べて約5〜50mmと非常に小さいものである。厚い壁厚を誘導によって加熱するためには、エアギャップ、すなわち電流を流す導体としてのリング形のインダクタと管の周壁との間の距離をあまり大きくしすぎてはならない。他方で、管の外側との金属接触は、いかなる状況下においても回避しなければならない。インダクタの直径は、好ましくは25mmを加算した1.05DRohrに規定される。つまり、DRohr=1000mmの管の場合には、理論上の変位距離は75mmとなるが、しかしながら実際には、温度分布の横方向のシフトを達成するためにこのうちの約50mmしか利用することができない。 The shift of the temperature distribution carried out according to the invention preferably takes place in the ring-shaped inductor located on the bending plane, especially towards the outside, preferably in connection with the adaptation of the power in the induction device, i.e. heating. Based on displacement in relation to changes in output. By displacing the inductor towards the outside, the inductor is placed in the inner tube bend closer to the tube wall than on the outside, whereby here more intense heating is performed. The displacement range is very small, about 5 to 50 mm compared to the diameter of the tube used exceeding 600 mm. In order to heat a thick wall thickness by induction, the distance between the air gap, i.e. the ring-shaped inductor as a conducting current and the peripheral wall of the tube must not be too large. On the other hand, metal contact with the outside of the tube must be avoided under any circumstances. The diameter of the inductor is preferably defined as 1.05D Rohr plus 25 mm. That is, for a tube with D Rohr = 1000 mm, the theoretical displacement distance is 75 mm, but in practice only about 50 mm of this is used to achieve a lateral shift of the temperature distribution. I can't.
局所的にそれぞれ異なる加熱に代えて、またはこれに加えて、局所的な冷却によって所望のエネルギ散逸を実施することも可能である。 Instead of or in addition to locally different heating, it is also possible to implement the desired energy dissipation by local cooling.
温度は、内側の曲げ部および外側の曲げ部における表面温度として非接触で測定され、これらの値は、制御装置に供給される。温度分布は、制御装置により、外側の曲げ部において冷却出力を増加させることによって、および/または内側の曲げ部において加熱出力を増加させることによって、および/またはインダクタの位置を横方向に変化させることによって更新することができる。 The temperature is measured in a non-contact manner as the surface temperature at the inner and outer bends, and these values are fed to the controller. The temperature distribution can be changed by the controller by increasing the cooling power at the outer bend and / or by increasing the heating power at the inner bend and / or by changing the position of the inductor laterally. Can be updated by.
本発明による方法の好ましい変形形態では、距離制御されると同時に出力制御される方法が実施される。 In a preferred variant of the method according to the invention, a method is implemented in which the output is controlled simultaneously with the distance control.
これによって、曲げ部の内側および曲げ部の外側の両方に対して所望のように影響を与えることができる。操作者は、曲げ部のどちらの側を第一に距離制御すべきか、また曲げ部のどちらの側を出力制御すべきかを予め選択しておくことができ、許容公差域を含む所望の表面温度を設定する。その後、制御装置は、管曲げ部における内側と外側との間に所望の相対的な分布が達成されるようにインダクタの位置を自動的に変化させ、さらには、絶対的な変形温度が達成されるように電力を適合する。 This can affect both the inside of the bend and the outside of the bend as desired. The operator can pre-select which side of the bend should be distance controlled first, and which side of the bend should be output controlled, and the desired surface temperature including the tolerance range. Set. The controller then automatically changes the position of the inductor so that the desired relative distribution is achieved between the inside and outside in the tube bend, and even the absolute deformation temperature is achieved. Adapt the power so that.
以下、本発明の細部を、図面に基づいてより詳細に説明する。 Hereinafter, details of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
図1は、誘導式管曲げ加工装置100を示す。誘導式管曲げ加工装置100は、位置固定された機械台10を含み、この機械台10の上に、管1のための保持装置11が配置されている。保持装置11は、管1の後方端部を把持して固定的に緊締する。保持装置11はさらに、送り方向も同時に表している管中心軸線2の方向において、機械台10とは逆方向に変位可能である。送りは、液圧ユニット12を介して実施される。
FIG. 1 shows an induction
曲げアーム30が、垂直方向の曲げ軸線32に旋回可能に支持されている。所望の曲げ半径を設定するために、管中心軸線2に対して垂直な方向に曲げ軸線32の間隔を調整することができる。曲げアーム30の上には曲げクランプ31が配置されており、この曲げクランプ31によって管1を把持および挟持することができる。
A bending
インダクタ20および熱作用ゾーンに対して相対的に近傍に、ここでは図示されていない冷却装置が配置されている。変形ゾーンから対応する長手部分が出てくるとすぐに、冷却装置によって例えば水を用いて表面温度の冷却が引き起こされる。
A cooling device (not shown here) is disposed in the vicinity of the
誘導装置は、リング形のインダクタ20を含み、インダクタ20の中心は、管中心軸線2の領域に位置決めされている。
The induction device includes a ring-shaped
上述した特徴は、公知の誘導式管曲げ加工装置の構成要素でもあるが、本発明によれば、1つには、インダクタ20を挿入管1の長手軸線2に対して横方向に移動可能にするために横方向調整装置21が設けられている。
The above-described features are also components of a known induction tube bending apparatus, but according to the present invention, in part, the
他方では、プレスユニット50が設けられており、図7には、このプレスユニット50の好ましい実施形態が、機械台10から送り方向に見たときの正面図で図示されている。フレーム51には、上下にそれぞれ少なくとも1つの液圧ラム52,53が配置されている。これらの液圧ラム52,53には、それぞれ1つの加圧ローラ54,55が設けられており、これらの加圧ローラ54,55は、二重円錐の形状、または回転双曲面の形状、またはその他の凹形の回転対称体の形状である。これらの形状により、それぞれただ1つのローラを用いて、管1のいずれの側においても管1の外周における互いに十分に離間された2つのラインへの負荷分布が達成される。これにより、過大な表面圧力に起因した、管の周壁における走行跡が回避される。液圧ラム52,53は、管中心軸線2上に位置する中心へと1回だけ調整された後、それぞれ同じストロークで動作され、これによって加圧ローラ54,55は、管の周壁にそれぞれ同時に接触し、その後、それぞれ同じ力によって変形も引き起こす。このようにして管は、曲げ変形方法の全実施期間中、垂直平面上でセンタリングされたまま維持される。
On the other hand, a
フレーム51の左右には、別の2つの液圧ラム56,57が取り付けられており、これらの液圧ラム56,57の端部には、それぞれ少なくとも1つのガイドローラ58,59が設けられている。これによって管1は、加圧ローラ54,55を有する上下に配置されたラム52,53によって正確に中心軸線2上で圧縮されるように、かつ偏心が生じないように、水平方向でもセンタリングされる。側方にある液圧ラム56,57は、ガイドローラ58,59を位置決めして保持するだけであるが、これらのガイドローラ58,59によって管に変形力が加えられることはない。好ましくは、側方のガイドローラ58,59は、ガイドローラに接する管1が形状に起因して垂直方向に固定されることを回避するために、好ましくは凸球形または円筒形である。
Two other
水平軸線上および垂直軸線上における上記の配置は、水平平面上で実施される管曲げ加工に適用される。 The above arrangement on the horizontal axis and on the vertical axis is applied to pipe bending performed on a horizontal plane.
図7に示されているように、圧縮は、管1の断面が楕円の形状となるように、すなわち長径軸線が水平方向に延在するように、もっぱら垂直方向にのみ実施される。楕円率は、図7と、以下で説明される図3とにおいて、説明のために誇張して図示されている。実際には、強制された真円度は、管曲げ部の中央において最初は管直径のただ約1%であり、最後には1.5%から最大で4%であり、したがって真円度は肉眼ではほとんど見えない。
As shown in FIG. 7, the compression is carried out exclusively in the vertical direction so that the cross section of the
プレスユニット50のフレーム51は、リング形に形成されており、より詳細には、フレーム51自体が閉成されているという意味でエンドレスに形成されている。外部形状は、平面図で好ましくは菱形であり、それぞれの頂点にラム52,53,55,56の1つが配置されている。
The frame 51 of the
図2は、開始タンジェント2と、タンジェント4とを有する管曲げ部3を示す。図2には、3つの異なる切断面A−A、B−B、およびC−Cがマーキングされており、切断面B−Bは、管曲げ部3の中央に位置している。なぜなら、この管曲げ部3の中央では、内側の曲げ部における壁厚と、外側の曲げ部における壁厚との間の偏差が最も大きいからである。
FIG. 2 shows a
図2にマーキングされた各位置において、従来技術による誘導曲げ加工方法を用いた場合に生じるであろう断面が、図3に図示されている。これによれば、断面は、領域A−Aのみにおいて、すなわち未変形の挿入管1における終了タンジェント4のみにおいて依然として円形である。変形プロセスに起因して、曲げ部3の中心における断面B−Bとしていわゆる縦長の楕円率が形成され、この縦長の楕円率が、領域C−Cにおいて、すなわち開始タンジェント2への移行部において横長の楕円率が形成される結果を同時にもたらす。
A cross-section that would occur when using a prior art induction bending method at each location marked in FIG. 2 is shown in FIG. According to this, the cross-section is still circular only in the region AA, ie only in the end tangent 4 in the
これに対して、本発明による誘導曲げ加工方法を使用することにより、図4に示すように3つの断面A−A、B−B、およびC−Cの全てに対して円形の形状が形成される。 On the other hand, by using the induction bending method according to the present invention, a circular shape is formed for all three cross sections AA, BB, and CC as shown in FIG. The
図5は、断面B−Bにおける別の断面図において、管曲げ部3におけるそれぞれ異なる壁厚分布を示す。外側の管曲げ部3.1における壁厚よりも、内側の管曲げ部3.2における壁厚の方が格段に厚くなっている。ニュートラルゾーンを表している垂直軸線3.3は、管の断面の中心には位置しておらず、本発明によれば外側の管曲げ部3.1の方向にシフトされている。このことは、例えば変形ゾーンにおける、本発明では非対称にされた以下の温度分布によって達成される:
曲げ部の外側3.1 850℃
曲げ部の内側3.2 1000℃
FIG. 5 shows different wall thickness distributions in the
Outside the bend 3.1 850 ° C
Inside the bent part 3.2 1000 ° C
この位置でのインダクタの変位距離は、中心を外れてわずか約10mmである。本発明の作用効果を実現するために、その他の幾何学的寸法に比べてわずかなこの変位距離でもう十分である。 The displacement distance of the inductor at this position is only about 10 mm off the center. In order to realize the effect of the present invention, this small displacement distance is already sufficient compared to other geometric dimensions.
図6は、管曲げ部3の水平方向の縦断面図における壁厚分布を示す。中央の二点鎖線は、管中心軸線2を表す。これと平行して、ニュートラルゾーン3.3が延在している。内側の管曲げ部3.2および外側の管曲げ部3.1の領域における破線は、未変形の管1における壁厚を表す。実線は、曲げ変形の実施後に生じている壁厚を示す。この図でも、偏差は誇張して図示されている。
FIG. 6 shows the wall thickness distribution in the vertical cross-sectional view of the
以下、公称壁厚10mmの挿入管における壁厚分布の例を示す:
a)従来技術による誘導曲げ変形:
曲げ部の外側3.1 7.5mm(−25%)
曲げ部の内側3.2 15.0mm(+50%)
管の内径の変化(くびれ):−1.25mm
b)本発明による誘導曲げ変形:
適切に適合された温度によって、ニュートラルゾーン3.3を内側または外側にシフトすることが可能である。基本的に、本発明による方法では、薄弱化を半分にするために外側へのシフトが努められる。
曲げ部の外側3.1 8.75mm(−12.5%)
曲げ部の内側3.2 17.50mm(+75%)
管の内径の変化(くびれ):約−3.125mm
The following is an example of wall thickness distribution in an insertion tube with a nominal wall thickness of 10 mm:
a) Induction bending deformation according to the prior art:
Outside bend 3.1 7.5mm (-25%)
Inside the bent part 3.2 15.0mm (+ 50%)
Change in inner diameter of tube (necking): -1.25 mm
b) Inductive bending deformation according to the invention:
With a suitably adapted temperature, it is possible to shift the neutral zone 3.3 inward or outward. Basically, in the method according to the invention, an outward shift is sought to halve the attenuation.
Outside of bent part 3.1 8.75mm (-12.5%)
Inside the bent part 3.2 17.50mm (+ 75%)
Change in inner diameter of tube (necking): about -3.125 mm
このようにして、曲げ部の外側3.1の薄弱化が半減されている。それと同時に曲げ部の内側3.2における壁厚が増加することにより、内径がわずかに減少しはするが、その結果として生じる約2mmの内法断面の減少は、使用される管の大きな直径に鑑みれば無視できる程度である。 In this way, the thinning of the outer side 3.1 of the bent part is halved. At the same time, the increase in wall thickness at the inside 3.2 of the bend will slightly reduce the inner diameter, but the resulting decrease in internal cross section of about 2 mm will result in a larger diameter of the tube used. In view of this, it is negligible.
誘導曲げ変形における管に対する他の不利な影響は、外側の曲げ部と内側の曲げ部とにおいて壁厚分布がそれぞれ異なることにある。管の長手軸線上に位置するニュートラルゾーンを中心とした曲げ加工中、管壁は、形成すべき外側の曲げ部の領域において引張応力を受ける。外側の曲げ部は未変形の管部分よりも長いので、必然的に壁厚の減少が生じることとなる。これに対して内側の曲げ部では、曲げ加工時に圧縮応力が存在し、曲げ部の長さを短縮させる必要があるせいで壁厚の増加が生じることとなる。しかしながら、これらの不可避の作用によって、高圧用途のための強度計算を、常に、外側の曲げ部の壁である最も薄弱化された壁において設定しなければならなくなる。この理由からも、管曲げ部において十分な強度が得られるようにするために、管全体の壁厚を、直線の部分の壁厚よりも格段に厚くなるように選択しなければならない。
欧州特許出願公開第2471609号明細書(EP 2471 609 A1)も、厚い壁厚を有する管を曲げ加工する方法および装置を開示している。しかしながら、同明細書において開示されている方法は、円形の断面を有する管と、この場合に発生する楕円率および壁厚の減少に関する問題とに特別に向けられているわけではない。
Another disadvantageous effect on the tube in induced bending deformation is that the wall thickness distribution differs between the outer and inner bends. During bending, centered on a neutral zone located on the longitudinal axis of the tube, the tube wall is subjected to tensile stress in the region of the outer bend to be formed. Since the outer bend is longer than the undeformed tube portion, there will necessarily be a reduction in wall thickness. On the other hand, in the inner bent portion, there is a compressive stress at the time of bending, and the wall thickness increases due to the need to shorten the length of the bent portion. However, due to these unavoidable effects, strength calculations for high pressure applications must always be set at the thinnest wall, the outer bend wall. For this reason as well, the wall thickness of the entire tube must be selected to be much thicker than the wall thickness of the straight portion in order to obtain sufficient strength at the tube bending portion.
EP 2471609 (EP 2471 609 A1) also discloses a method and apparatus for bending a tube having a thick wall thickness. However, the method disclosed therein is not specifically directed to a tube having a circular cross-section and the problems associated with reduced ellipticity and wall thickness that occur in this case.
Claims (11)
未処理の管(1)を水平方向に支持するステップと、
前記管(1)を、前方の管部分が電気的な誘導装置のリング形のインダクタ(20)を通り抜けるまで送るステップと、
前記管(1)の側方に配置された垂直方向の回転軸線(32)を中心にして旋回可能な曲げアーム(30)の上に支持されている曲げクランプ(31)において、前記前方の管部分を挟持するステップと、
管部分を加熱するために、前記誘導装置に電流を印加するステップと、
管曲げ部(3)が完成するまで前記管(1)を長手方向に送ることによって前記曲げアーム(30)を変位させるステップと、
を少なくとも有する方法において、
前記管(1)を、前記インダクタ(20)に挿入する前にプレスユニット(50)において垂直方向に圧縮し、前記プレスユニット(50)において前記管(1)に対して横長の楕円の形状の断面を強制し、
少なくとも管曲げ加工の一部の期間中、前記インダクタ(20)を前記管(1)に対して相対的に横方向に変位させることにより、曲げ部の外側(3.2)における温度分布を比較的低い温度に調整し、曲げ部の内側(3.1)における温度分布を比較的高い温度に調整する
ことを特徴とする方法。 In particular, a method of inductively bending and deforming a pressure-resistant pipe (1) having a thick wall thickness and a large diameter in a power plant pipe and a pipeline pipe,
Supporting the untreated tube (1) in a horizontal direction;
Sending the tube (1) until the front tube section passes through the ring inductor (20) of the electrical induction device;
In a bending clamp (31) supported on a bending arm (30) pivotable about a vertical axis of rotation (32) arranged laterally of the tube (1), the front tube A step of sandwiching the part;
Applying a current to the induction device to heat the tube section;
Displacing the bending arm (30) by feeding the tube (1) longitudinally until the tube bending section (3) is completed;
In a method having at least
The tube (1) is compressed in the vertical direction in the press unit (50) before being inserted into the inductor (20), and the press unit (50) has an oblong shape that is horizontally long with respect to the tube (1). Force the cross section,
Compare the temperature distribution on the outside (3.2) of the bend by displacing the inductor (20) relative to the tube (1) at least during part of the tube bending process. And adjusting the temperature distribution inside the bend (3.1) to a relatively high temperature.
前記圧縮の程度を、前記管曲げ部(3)の開始タンジェント(2)から中央に向かって一層増加させていき、前記中央から終了タンジェント(4)に向かって再び低減させる、請求項2記載の方法。 Compressing the tube (1) continuously while feeding in the longitudinal direction;
The degree of compression is further increased from the start tangent (2) of the tube bend (3) towards the center and reduced again from the center towards the end tangent (4). Method.
前記インダクタ(20)に流れる電流の適合によって絶対的な温度レベルを制御する、請求項4記載の方法。 While reducing the interval between the inductor (20) and the inside of the bent portion (3.2), simultaneously increasing the interval between the inductor (20) and the outside of the bent portion (3.1),
Method according to claim 4, wherein the absolute temperature level is controlled by adaptation of the current flowing in the inductor (20).
前記インダクタ(20)に流れる電流の適合によって絶対的な温度レベルを制御する、請求項6記載の方法。 The temperature inside the bent part (3.2) is lowered by a cooling device,
The method of claim 6, wherein the absolute temperature level is controlled by adaptation of the current flowing through the inductor (20).
未処理の管(1)を水平方向に支持するための機械台(10)と、
管軸線の長手方向に作用する送りユニット(11)と、
管部分を加熱するためのリング形のインダクタ(20)を有する電気的な誘導装置と、
垂直方向の回転軸線(32)を中心にして旋回可能な曲げアーム(30)であって、前記管(1)を挟持するための曲げクランプ(31)と、前記回転軸線(32)と前記曲げクランプ(31)との間の間隔を調整するための調整装置とを有する、曲げアーム(30)と、
を少なくとも含む、誘導式管曲げ加工装置(100)において、
送り方向に見て前記インダクタ(20)の手前に、プレスユニット(50)が配置されており、前記プレスユニット(50)は、前記管(1)に対して垂直方向に作用する少なくとも1つのラム(52)と、少なくとも1つの対向支持部(53)とを有し、
前記インダクタ(20)は、前記送り方向を横断する方向に変位可能に支持されており、前記誘導装置の電力は、前記インダクタ(20)の横方向の変位に基づいて制御ユニットによって制御可能であるか、またはその逆である
ことを特徴とする誘導式管曲げ加工装置(100)。 Pressure-resistant pipe (1) having a thick wall thickness and a large diameter, in particular an induction pipe bending apparatus (100) for power plant pipes and pipeline pipes,
A machine base (10) for supporting the untreated pipe (1) in a horizontal direction;
A feed unit (11) acting in the longitudinal direction of the tube axis;
An electrical induction device having a ring-shaped inductor (20) for heating the tube section;
A bending arm (30) pivotable about a vertical rotation axis (32), a bending clamp (31) for sandwiching the tube (1), the rotation axis (32) and the bending A bending arm (30) having an adjusting device for adjusting the distance between the clamp (31), and
In an induction tube bending apparatus (100), including at least
A press unit (50) is arranged in front of the inductor (20) when viewed in the feed direction, and the press unit (50) has at least one ram acting in a direction perpendicular to the tube (1). (52) and at least one opposing support portion (53),
The inductor (20) is supported so as to be displaceable in a direction transverse to the feeding direction, and the power of the induction device can be controlled by a control unit based on a lateral displacement of the inductor (20). An inductive pipe bending apparatus (100), characterized in that it is vice versa or vice versa.
前記フレーム(51)の両側に、少なくともそれぞれ1つの側方のガイドローラ(58,59)が配置されている、請求項8から10までのいずれか1項記載の誘導式管曲げ加工装置。 The ram and the opposing support portion, or the two rams (52, 53) are arranged above and below a closed frame (51),
The induction type pipe bending apparatus according to any one of claims 8 to 10, wherein at least one lateral guide roller (58, 59) is arranged on each side of the frame (51).
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