JP2692176B2 - 溶接管の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属帯を円筒状に連続的に成形する成形ロ
ール群を組み込んだ溶接管の製造装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 例えば、電縫管などの溶接管は、まずロール成形工程
において金属をフラットな状態から徐々に断面を円弧状
に成形し、最終段階で管状に成形してから突合わせ縁部
を溶融圧接することにより製造される。この管状への成
形段階においていわゆるロール曲げ成形が行われてお
り、一般にその第一段階としてブレークダウンと呼ばれ
ている円弧状への成形が行われ、次いでその円弧をさら
に小さな半径の管状体に成形し、最後はフィンパスと呼
ばれる段階で管状体の突き合せ縁部を成形するものであ
る。

このような溶接管のロール成形においては、金属帯の
両エッジに加える曲げ成形がきわめて重要であり、この
曲げ成形が不良である場合には、溶接部の形状品質の低
下、材料歩留りの低下の原因となる。

ところで、今日では溶接管の性能向上と相俟って製造
が容易であることから用途の拡大が図られ、薄肉材はも
ちろんかなりの厚肉材についても溶接管の製造が試みら
れるようになってきた。例えば、厚肉材の場合、板厚の
増加に伴いエッジ部の成形が困難となり曲げ成形が行わ
れていない部分である未成形部が残る。このため溶接衝
合不整となり溶接品質が低下する。

第１図はその代表的な例を示す略式断面図であり、特
に鋼管１の内部の溶接部１′近傍が未成形の直線部ａと
して残り、いわゆるルーフィング現象をもたらす。曲げ
成形されない直線部分がそのまま溶接され屋根状になっ
て残るのである。

また、通常は同一ロールで薄肉から厚肉までの金属帯
の成形を行うため、第２図（ａ）に示すように、例えば
上ロール２と下ロール３との間にかみ込まれた薄肉の金
属帯４はエッジの曲げ成形が出来ない。むしろ、薄肉で
は、エッジが金属帯中央部に比べ多少伸びる傾向にあ
り、この伸びたエッジは折れ曲がって波打ちとなり溶接
部を不安定にするのである。薄肉材、例えば肉厚t/外径
Ｄが1.5％以下になると成形途中で金属帯の側縁部に波
打ちが発生する。いわゆるエッジバックリングである。
一方、第２図（ｂ）に示すように、厚肉の場合には、エ
ッジの成形は難しくなり、今度はルーフィングが発生す
る。

したがって、１つのロールには最適成形範囲があるた
め、金属帯の肉厚を制限するととともに、肉厚に応じ適
当なロールに組み替えて圧延成形を行っているのが現状
である。

従来、溶接管製造用のエッジの曲げ成形法として、特
公昭59-27654号に示されているＷベンド法があるが、こ
のＷベンド法でもエッジの曲げ成形時に発生するエッジ
の減肉はさけられない。また同一ロールで薄肉から厚肉
まで成形を行うことが出来ないため、ある肉厚範囲ごと
にロール替を行っている。

通常の水平ロールスタンドでエッジの曲げ成形を行う
場合のロールと材料の接触状態を第３図に略式説明図で
示す。ここで孔型ロールである下ロール３と金属帯４の
接触は、まずロール入口で金属帯４の両エッジ（点Ａ、
Ｂ）が当たる。そして、下ロールが点Ａ、Ｂで金属帯４
を押し、上ロール２に金属帯４を巻きつけて、金属帯４
のエッジに曲げ成形を行なっている。このため、ロール
センターに至る中間地点にあって金属帯４の点Ａ、Ｂに
対応する箇所では集中応力を受け、減肉を発生する。そ
して、ロールセンターでは減肉された状態で曲げ成形が
行われることになる。このような金属帯エッジの減肉は
第３図のエッジベンドタイプの成形に限らずＷベント法
による成形の場合にも同様である。

（発明が解決しようとする課題） したがって、本発明の目的とするところは、溶接管の
ロール成形において、金属帯の両エッジの曲げ成分を十
分に行い、厚肉材でも、エッジ曲げ成形時のエッジ減肉
を起こさずに成形を行い、すなわち溶接衝合後であって
もルーフィングを起こさず、また、薄肉材でもエッジバ
ックリングを起こさないで成形を行い、しかも、薄肉か
ら厚肉まで同一ロールでエッジ曲げ成形を十分行うこと
が出来るロール成形装置を組込んだ溶接管の製造装置を
提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、かかる課題を解決すべく検討し、厚肉
材のエッジ成形時に発生するエッジ減肉の原因は、ロー
ルによって金属帯に集中応力が加わることであり、ロー
ルと金属帯の接触点を連続的に変化させることによっ
て、集中荷重の防止が図られると考え、また、厚肉から
薄肉まで同一ロールで成形を行った場合、従来のギャッ
プ設定のみでは薄肉材の場合エッジ部が曲げられない
が、その対策として、肉厚に応じてエッジ部と中央部の
上下ロールの間隔を調整する方法が必要であるとして、
種々実験をしたところ、そのような対策が有効であり、
そのためには下孔型ロールを２つ設け、その交叉角を調
節自在とすれば良いことを知り、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、金属帯を円筒
状に連続的に成形する成形ロール群と、そのように成形
された円筒状金属帯の継目を接合する溶接手段とを備え
た溶接管の製造装置であって、前記成形ロール群のブレ
ークダウンスタンドにおいて少なくとも１のスタンドの
水平ロールの下孔型ロールを二つのロールから構成し、
かつ金属帯進行方向へ傾斜させておき、金属帯進行方向
に垂直な平面内で交叉角を調整可能としたこと特徴とす
る溶接管の製造装置である。

ここに、「ブレイクダウンスタンドにおいて少なくと
も１のスタンド」を下側２ロール方式にするとき、平坦
な金属帯をブレイクダウンスタンドにて成形する過程に
おいてエッジの曲げ成形をおもに担当するロール群のう
ちの１スタンドは必ず下孔型ロール（以下、単に「下ロ
ール」という）が二つからなり、必要により２スタン
ド、３スタンドと複数のスタンドにおいて下側に二つの
ロールを用いてもよいことをいうのである。

ブレークダウンスタンドにおける金属帯エッジの曲げ
成形は通常第１スタンドが最も大きく、第２スタンド、
第３スタンドと下流に向って少なくなり第４スタンドで
はほとんどなくなる。従って少なくとも第１スタンドを
下側２ロール方式にするとその効果が大きい。また第１
スタンドでの成形量を少なくし、その少なくした分、第
２スタンドの成形量を増加させることもでき、このよう
な場合は第２スタンドも下側２ロール方式にするのが好
ましい。

このように、本発明によれば、溶接管のロール成形装
置にあって、ロール成形過程の初期段階でエッジの曲げ
成形をおもに担当している少なくとも１つの水平ロール
スタンドにおいて下ロールを２分割し、金属帯の送給方
向に対し、傾きを持たせ、金属帯進行方向に垂直な平面
内で交叉角を調整することができる構成とするのであ
る。

なお、本発明において特定の値に限定されるものでは
ないが、下ロールの金属帯進行方向に垂直な平面内での
交叉角（以下、単に「交叉角」と呼ぶ」）は薄肉材のと
きは大きく、厚肉材のときは小さくするのが好ましい。

次に、図面によって本発明をさらに具体的に説明す
る。

第４図（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかる装置のロー
ル配置の略式説明図である。第４図（ｃ）は金属帯の送
給方向からみた側面図である。エッジの曲げ成形をおも
に担当している少なくとも１の水平スタンドにおいて、
下ロール３は２個のロール５、５からなり、金属帯４の
送給方向に対し傾きβ（傾斜角）を持ち、かつ、金属帯
４の送給方向に垂直な平面内で金属帯の幅方向に対し傾
きα（交叉角）を持つ。ここに、傾斜角（β）は、第４
図における金属帯４の送給方向に対する平面上の角度を
いい、また交叉角（α）は側面上の角度をいう。

このスタンドに金属帯４を送給した場合の送給方向に
対し垂直な正断面を第４図に併せて示す。図中、断面
は送給された金属帯４が上ロール２および一方の下ロー
ル５に接触開始したときの金属帯４の正断面であり、
断面は上ロール２のセンター位置の断面で金属帯４のエ
ッジの曲げ成形が完了した時点での正断面である。また
断面は、断面と断面の中間位置での正断面であ
る。第４図から明らかなように、下ロール５と金属帯４
の接触点は、各下ロール５が傾斜角βおよび交叉角αを
もっているため金属帯４の曲げ成形の進行とともに、移
動し、その位置が異なり、一点において集中応力を受け
ない。そのため金属帯４のエッジ減肉が発生せず、金属
帯４のエッジまで曲げ成分が十分出来、ルーフィングを
起こさない。

次に、肉厚の異なる金属帯の場合、上ロール２の圧下
調整と各下ロール５、５の交叉角αを薄肉材ほど交叉角
が大きくなるように調整することにより金属帯４のエッ
ジまで十分に成形できるような配置とすることができ
る。薄肉材においては、エッジの曲げ成形により、エッ
ジ部の剛性が増加し、エッジバックリングの防止に効果
がある。

このように、本発明によれば交叉角をその都度、板厚
に応じて調節することにより、同一ロールにて薄肉から
厚肉までエッジの曲げ成形を十分行うことが出来、薄肉
成形時のエッジバックリングの発生ならびに厚肉成形時
のルーフィングの発生を効果的に防止できる。

なお、このときの板厚と交叉角との関係については下
孔型ロールの曲率半径とも関連するため必ずしも一義的
に述べることはできないが、当業者であれば、以下に述
べる実施例の記載からも適宜設定できよう。

次に、本発明をその実施例によってより具体的に説明
する。

（実施例） 単スタンドにて肉厚10mm、0.7mmの二種類の鋼板につ
いて従来法及び本発明法によるロール成形を行い、その
成形性の比較を行った。

第５図は、このときの従来例のロール形状を示す略式
説明図であり、上ロールの曲率半径Ｒは20mmであった。
一方、下ロールのそれはＲ＝30mmであった。本例の場合
は第６図に同じく略式説明図で示すように、下ロールを
２つに分割し、傾斜角（β）は30°、それぞれの交叉角
（α）を板厚10mmでは20°、板厚0.7mmでは45°とし
た。

肉厚10mmの鋼板の場合の単スタンド通過後のエッジの
肉厚分布を第７図にグラフで示す。従来法ではエッジ減
肉が2mm発生したが、本発明ではエッジ減肉は、ほとん
ど発生していない。

次に、単スタンド成形後の内面曲率を第８図に示す。
従来法では厚肉の場合すなわち肉厚10mmではエッジ減肉
のため、内面が曲げられていない。肉厚0.7mmでもエッ
ジの曲げ成形が出来なかった。それに比べ本発明法では
厚肉10mmでも肉厚0.7mmでもいずれの場合も十分にエッ
ジまで曲げることができた。なお、図中、内面曲率（1/
R）0.05とは上ロールのＲ＝20としたときの値である。

ここで、本発明法を通常の電縫管製造装置のロール成
形装置の第１段のロールスタンドに組み込んで、外径5
0.8mm、肉厚10mm及び0.7mmで溶接管の製造を行った。溶
接は電気抵抗溶接法により行った。その結果、肉厚10mm
ではエッジ減肉を起こさないためルーフィングは見られ
なかった。また0.7mm厚の鋼板の場合従来法ではエッジ
バックリングを発生したが、本発明法ではエッジが十分
曲げられているためエッジバックリングは見られなかっ
た。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、厚肉材であっ
ても薄肉材であっても、両エッジの成形が十分に行わ
れ、特に従来問題であった厚肉材のルーフィングが効果
的に防止でき、また、薄肉材のエッジバックリングも防
止できるのであり、その品質管理上の意義は大きい。

また、各下ロールの好意さを調整することにより板厚
の変更に対応でき、従来のようにロール組替えなどを必
要としないため、その生産技術上の利益も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来法による溶接管の欠陥を示す略式断面
図； 第２図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ薄肉、厚肉材の
ロールかみ込み状態を示す略式説明図； 第３図は、ロールと成形材との接触状態の略式説明図； 第４図（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、本発明にかか
る溶接管製造装置の成形装置の上下ロールのそれぞれ配
置を説明する略式説明図； 第５図および第６図は、実施例の略式説明図； および 第７図および第８図は、実施例の結果をまとめて示すグ
ラフである。 1:溶接鋼管、2:上ロール 3:下ロール、4:金属帯 5:分割下ロール

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属帯を円筒状に連続的に成形する成形ロ
   ール群と、そのように成形された円筒状金属帯の継目を
   接合する溶接手段とを備えた溶接管の製造装置であっ
   て、前記成形ロール群のブレークダウンスタンドにおい
   て少なくとも１のスタンドの水平ロールの下孔型ロール
   を二つのロールから構成し、かつ金属帯進行方向へ傾斜
   させておき、金属帯進行方向に垂直な平面内で交叉角を
   調整可能としたこと特徴とする溶接管の製造装置。