JP2744520B2

JP2744520B2 - 薄肉管製造時の張力及び搬送速度制御方法

Info

Publication number: JP2744520B2
Application number: JP29120290A
Authority: JP
Inventors: 武文仲子; 武夫北岡
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1998-04-28
Anticipated expiration: 2013-04-28
Also published as: JPH04167918A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、成形ロールを使用することなく、弾性変形
を利用して金属ストリップを幅方向にカールさせて薄肉
管を製造するとき、金属ストリップに加わる張力を一定
にして、形状特性に優れた溶接管を製造するための張力
制御方法に関する。

［従来の技術］金属ストリップから管体を製造する従来の方法では、
多数のタンデムミルに配置されたカリバーを有するフォ
ーミングロール，ケージロール等からなるロール成形機
が使用されている。この成形機により、金属ストリップ
は、幅方向に順次曲げ加工され、管状に成形される。そ
して、成形された金属ストリップの幅方向両端部を突き
合わせて溶接することにより、管体を連続的に製造して
いる。

この方法では、多段の成形スタンドが配置された成形
機を必要とするため、設備的な負担が大きくなる。ま
た、設備の複雑化に伴って保守・点検等の作業も面倒な
ものとなる。そして、径の異なる管体を製造しようとす
るとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作業とな
る。

しかも、板幅に比較して板厚が小さな金属ストリップ
を製管用素材とすると、曲げ過程における弾性変形によ
る影響が大きく現れる。たとえば、前段の成形ロールか
ら後段の成形ロールに至る過程では大きなスプリングバ
ックが生じ、特に幅方向両端部が十分な曲げ加工を受け
ることなく、後段の成形ロールに送り込まれる。そのた
め、製造された管体の真円度が劣化する。また、エッジ
ストレッチが大きいことから、縁波が発生し易く、溶接
が困難になる。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法と
して、従来の成形ロールを使用することなく、金属スト
リップが有する弾性力を利用して管状に成形する方法を
開発し、特開昭62−176611号公報，特開平１−48624号
公報等として紹介している。

たとえば、特開昭62−176611号公報では、第６図に概
要を示した設備構成を使用いている。アンコイラ１から
送り出された金属ストリップｓは、ガイドロール２を経
て予変形部３に送り込まれる。予変形例３は、小径の曲
げロール3a及び大径のサポートロール3bを備えており、
サポートロール3bの表面にポリウレタン等の弾性ライニ
ング3cが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール3a側に接
触するように、金属ストリップｓを曲げロール3aとサポ
ートロール3bとの間に送り込む。金属ストリップｓが曲
げロール3bで幅方向に一様な曲げ及び戻しされるため、
予変形部３を通過した後の金属ストリップｓに残留応力
が付与される。

次いで、金属ストリップｓは、成形ロール4,サイドロ
ール５及び送りロール６を経て下流側に搬送される。こ
の搬送過程で、金属ストリップｓは、長手方向の変形が
拘束されているので、残留応力に起因した弾性変形で幅
方向にカールし、管状になる。そして、管状となった金
属ストリップｓは、成形ロール４及びサイドロール５に
より形状が拘束された状態で、幅方向両端部が突合わさ
れる。この突合わせ部を溶接トーチ７で溶接することに
より、管体ｐが得られる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリ
ップｓを管状に成形するため、得られた管体ｐの真円度
は優れたものとなる。また、金属ストリップｓを管状に
曲げ加工する成形ロールを必要としないため、設備構成
が簡単になり、特に、薄肉管の製造に適した方法であ
る。

また、特開平２−75418号公報では、第７図に示した
概略構成をもつ予変形部を提案した。この予変形部３で
は、一対の大径ロール3d及び3eの間に曲ロール3fを配置
している。金属ストリップｓは、大径ロール3dと曲げロ
ール3fの間を通過した後、曲げロール3fを周回し、大径
ロール3eと曲げロール3fとの間から送り出される。この
走行過程で、金属ストリップｓに曲げ及び曲げ戻しによ
る残留応力が付与される。この予変形部３は、小径の曲
げロール3fをバックアップする機構を省略することがで
き、所定の残留応力を金属ストリップｓに付与すること
が容易となる。

［発明が解決しようとする課題］このように金属ストリップを幅方向にカールさせて、
幅方向両端部を溶接して管体を製造する方法は、弾性変
形を利用することから薄肉小径管の製造に適した製管法
である。ところが、弾性変形によって金属ストリップを
カールさせるとき、金属ストリップに加えられている張
力が変形後の形状に大きな影響を与える。

たとえば、張力が変動すると、一定した形状に金属ス
トリップがカールせず、目標とする直径をもった管体が
得られない。また、第７図に示した方式では、金属スト
リップｓが曲げ装置によって圧延され、形状不良を起こ
し易い。しかも、カールした金属ストリップの幅方向両
端部の間隔が変動するため、溶接条件が不安定になり、
ビード幅の変動や溶落ち等の欠陥が溶接部にみられるよ
うになる。その結果、得られた溶接管のうち、要求特性
を満足しない不合格品が占める比率が多くなり、製品歩
留りを低下させる。また、不合格品として廃棄されない
までも、矯正，ビード整形等の後続工程における処理が
面倒なものとなる。

本発明は、このような問題を解消するために案出され
たものであり、金属ストリップに加わる張力を一定にす
ることにより、形状特性に優れた溶接管を製造すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の張力制御方法は、その目的を達成するため、
アンコイラから巻き出された金属ストリップに幅方向に
一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力を与えた後、前
記金属ストリップを幅方向にカールし、幅方向両端部を
溶接して溶接管とし、該溶接管を下流側に搬出する際、
前記アンコイラと曲げ装置との間に設けた張力検出装置
により、前記アンコイラから前記曲げ装置までの間を走
行する前記金属ストリップの張力を検出し、該検出値に
基づいて、前記張力が一定になるように前記アンコイラ
の回転速度を制御することを特徴とする。

また、曲げ装置から溶接装置までの間を走行する金属
ストリップの張力を一定にする方法は、曲げ装置と溶接
装置との間に設けた張力検出装置により、前記曲げ装置
から前記溶接装置までの間を走行する前記金属ストリッ
プの張力を検出し、該検出値に基づき、前記張力が一定
になるように前記曲げ装置の大径ロールの回転速度を制
御することを特徴とする。

更に、アンコイラから巻き出された金属ストリップに
残留応力を与えた後、前記金属ストリップを幅方向にカ
ールし、幅方向両端部を溶接して溶接管とし、該溶接管
を下流側に搬出する際、溶接速度に対応した目標搬送速
度を設定し、溶接装置から送り出される溶接管の搬送速
度を検出し、該検出された搬送速度を前記目標搬送速度
と比較演算し、該演算結果に基づいて搬出装置の走行速
度を制御することにより、所定の搬送速度で溶接管が送
り出される。

［作用］本発明によるとき、アンコイラから曲げ装置及び曲げ
装置から溶接装置までの間を、金属ストリップは、一定
した張力が付与された状態で走行する。また、溶接装置
から送り出される溶接管は、溶接速度に対応した搬送速
度で搬出される。そのため、同一条件下で、付与された
残留応力が金属ストリップを幅方向にカールさせる力と
して作用する。したがって、カール後の形状が一定化
し、目標形状の円筒体が得られる。また、幅方向両端部
の突き合わせ面を安定して密着させることができるの
で、溶接条件が安定化し、優れた品質の溶接管が得られ
る。

しかも、制御された張力条件下で曲げ装置に送り込ま
れるため、金属ストリップの蛇行や圧延等が防止され
る。そのため、蛇行に起因したエッジウェーブの発生
や、金属ストリップが圧延されることによって形状不良
になったり、残留応力が減少することも防止される。

［実施例］以下、図面を参照しながら、実施例によって本発明を
具体的に説明する。

本実施例においては、第１図に示したレイアウトをも
つ製管ラインを採用した。この製管ラインは、上流側か
らアンコイラ10,曲げ装置20,溶接装置30及び搬出装置40
の順に配列されている。

アンコイラ10は、駆動モータ11によって回転し、コイ
ル状に巻き取られている金属ストリップ60を曲げ装置20
に送り出す。アンコイラ10に対する金属ストリップ60の
巻き数により、アンコイラ10の実効径が変化する。そこ
で、この実効径を検出するために、コイル状の金属スト
リップ60の最外周面に対向して位置検出器12が配置され
ている。位置検出器12としては、光学式，音響式，電磁
式等の各種のものが使用される。

金属ストリップ60に与える目標張力T₁₀は、演算器13
に設定されている。この演算器13には、位置検出器12で
検出されたコイルの実効径に対応する信号が入力されて
いる。

また、アンコイラ10と曲げ装置20との間には、張力検
出計14が設けられている。この間の金属ストリップ60に
加わる実際の張力T₁₁は、張力検出計14で検出され、演
算器13に入力される。

演算器13で、実際の張力T₁₁を目標張力T₁₀と比較し、
更に位置検出器12からのコイル径を取り込んで、モータ
11に回転数制御信号を出力する。たとえば、実際の張力
T₁₁が目標張力T₁₀より大きな場合には、実際の張力T₁₁
を下げるように、アンコイラ10から送り出される金属ス
トリップ60の走行速度を上昇させる。その結果、張力T
₁₁が目標張力T₁₀まで下がる。このようにして、アンコ
イラ10から曲げ装置20までを走行する金属ストリップ60
に加わる張力を一定にすることができる。

曲げ装置20は、第７図に示した設備構成と同様なもの
を使用した。すなわち、小径の曲げロール23を大径ロー
ル21,22の間に配置し、一方の大径ロール22を駆動モー
タ24からの動力で駆動させる方式とした。

塑性曲げが施される金属ストリップ60は、後続工程で
内側となる表面が曲げロール23に接触するように、大径
ロール21と曲げロール23との間のロールギャップに送り
込まれる。金属ストリップ60は、曲げロール23により塑
性曲げされた後、大径ロール22と曲げロール23との間の
ロールギャップから下流側に送られる。

塑性曲げされた金属ストリップ61は、下流側に位置す
る溶接装置30のサイドロール31及び成形ロール32によ
り、長手方向の変形が拘束されている。したがって、金
属ストリップ61は、幅方向にカールし、溶接装置30に接
近するに従って円筒体62に変形する。円筒体62は、成形
ロール32でその形状に維持されたまま、すなわち幅方向
両端部が突合わせられた状態で、溶接トーチ33が設けら
れている位置に送られる。

円筒体62は、溶接トーチ33で突合わせ溶接され、溶接
管63となる。溶接管52は、次いでサイドロール34及び送
りロール35を経て、搬出装置40に送られる。

曲げ装置20以降の金属ストリップ61,円筒体62及び溶
接管63を下流側に搬送する力は、搬送装置40により与え
られている。

搬送装置40としては、第２図及び第３図に示すよう
に、溶接管63の搬送方向に沿って同一速度で走行するチ
ェーン41,41を、溶接管63の搬送路両側に備えたものを
使用した。チェーン41,41は、一対のホイール42,43に掛
け渡されて無限軌道を形成する。これらホイールのう
ち、一方のホイール42を駆動式とし、他方のホイール43
を従動式とする。そして、ホイール42にモータ44から動
力を伝達して回転させると、チェーン41,41は無限軌道
に沿ってホイール42,43を周回する。

左右のチェーン41,41には、第２図に示すように溶接
管63の搬送路を跨いで、複数のスライドレール45が差し
渡されている。スライドレール45には、一対のチャック
46,46が移動自在に設けられている。また、チェーン41,
41それぞれの外側に、スライドレール45に沿ってチャッ
ク46,46を移動させるサイドガイド47,47が設けられてい
る。更に、下流側の中央位置に、セパレータ48が配置さ
れている。

サイドガイド47は、第２図に示すように、溶接管63の
搬送路に向かって傾斜した入側傾斜面a,搬送路と平行な
ストレート面ｂ及び搬送路から遠ざかる方向に傾斜した
出側傾斜面ｃからなる側面形状をもっている。

そこで、溶接管63の搬送速度と同じ走行速度でチェー
ン41,41を走行させるとき、一対のチャック46,46は、サ
イドガイド47,47の入側傾斜面ａに当接する。この入側
傾斜面ａに案内されて、チャック46,46は、スライドレ
ール45に沿って互いに接近する方向、すなわち溶接管63
の搬送路に向けて移動する。

サイドガイド47,47による案内で、チャック46,46は、
第３図に示すように点線位置から実線位置に移動する。
なお、チャック46,46の内面側は、挟持しようとする溶
接管63の外径に対応した曲率をもった凹曲面を形成され
ている。そのため、実線位置にあるチャック46,46で形
成される内部空間は、溶接管63の外径に対応したものと
なる。

このようにして、搬送路側に移動したチャック46,46
により、溶接管63が両側から挟持される。チャック46,4
6がサイドガイド47,47のストレート面ｂを摺動する間、
チャック46,46による挟持状態が継続する。この過程で
は、両者の間に滑りが生じることなく、チャック46,46
で挟持された溶接管63が下流側に搬送される。

次いで、溶接管63を挟持しているチャック46,46は、
サイドガイド47,47の出側傾斜面ｃに至る。ここでは、
チャック46,46を溶接管63の搬送路方向に押す力がなく
なり、溶接管63の外周面にチャック46,46が軽く接触し
ている状態となる。そして、出側傾斜面ｃの近傍に設け
られているセパレータ48が、チャック46と46との間に入
り込む。これにより、チャック46,46は、互いに離間す
る方向にスライドレール47上を移動する。

チャック46,46は、互いに離間した状態のまま、チェ
ーン41,41の走行に従って無限軌道を移動し、再び入側
傾斜面ａに送られる。

このように、チャック46,46で挟持された溶接管63に
駆動側のホイール42から動力が伝達され、溶接管63が下
流側に送られる。そのため、溶接管63とチャック46,46
との間に滑りが生じることなく、溶接管63を搬送するこ
とができる。そのため、溶接装置30を通過する円筒体62
の走行状態が安定化し、一定した条件下で溶接を行うこ
とができる。

曲げ装置20から溶接装置40までの間を走行する金属ス
トリップ61,円筒体62及び溶接管63に加わる張力は、次
のように制御される。

曲げ装置20の出側に配置された張力検出計25で、金属
ストリップ61に加わっている実際の張力T₂₁を検出し、
演算器26に入力する。演算器26には、曲げ装置20から溶
接装置30までの間で必要な目標張力T₂₀が設定されてお
り、入力された実際の張力T₂₁を目標張力T₂₀と比較演算
する。そして、演算結果を、制御信号として駆動モータ
24に出力し、大径ロール22の回転速度を制御する。

たとえば、検出された張力T₂₁が目標張力T₂₀より大き
い場合、大径ロール22の回転速度を増加させる制御信号
が出力され、曲げ装置20から送り出される金属ストリッ
プ61の走行速度が大きくなる。その結果、張力T₂₁が目
標張力T₂₀まで低下する。

このようにして、曲げ装置20から溶接装置40までの間
の張力T₂₁が一定値T₂₀に保たれる。その結果、金属スト
リップ61が一定した張力の下で幅方向にカールするた
め、変形後の円筒体62の形状が安定化する。また、円筒
体62の突合わせ面を安定して密着させることができるた
め、同一条件下で溶接したとき同じ形状のビードが形成
される。そして、突合わせ状態が変動しないので、ビー
ド幅の変動や溶け落ち等の欠陥が発生することがなくな
る。その結果、品質の安定した溶接管63が得られる。

また、溶接装置30から送り出された溶接管63の搬送速
度を、所定の溶接速度に見合ったものとするため、溶接
装置30の下流側に速度制御装置50が付設される。

速度制御装置50としては、たとえば溶接装置30の出側
に速度検出計51を配置し、速度検出計51で検出された溶
接管63の搬送速度V₁を演算器52に入力する。演算器52に
は、溶接速度に対応した搬送速度が目標搬送速度V₀が設
定されており、入力された搬送速度V₁を目標搬送速度V₀
と比較する。そして、搬送速度V₁が目標搬送速度V₀より
も大きな場合、駆動側のホイール42の回転速度を小さく
する制御信号をモータ44に出力する。これにより、チェ
ーン41,41の走行速度が遅くなり、目標搬送速度V₀に一
致した搬送速度V₁で溶接管63が下流側に送られる。その
結果、搬送速度V₁に起因した悪影響が上流側に及ぼされ
ることなく、一定した条件下で円筒体62の溶接が行われ
る。

以上に説明したように、アンコイラ10から曲げ装置20
までの張力T₁₁、及び曲げ装置20から溶接装置30までの
張力T₂₁をそれぞれ目標張力T₁₀及びT₂₀に一致するよう
に、アンコイラ10及び大径ロール22を駆動させているの
で、曲げ装置20によって金属ストリップ60に付与される
残留応力が一定したものとなる。

具体例を示すと、板幅159.0mm及び板厚0.3mmのスレン
テス鋼ストリップに張力1.0kgf/mm²を加えて曲げ装置20
に通板させ、付与された残留応力を次のようにして測定
した。曲げ装置20から送り出されたステンレス鋼ストリ
ップから、長さ1.0mの試験片を切り出し、両端を支持し
て長手方向の変形を拘束した状態で、幅方向にカールさ
せた。その結果、第４図に示すように、平均曲率±0.3
％で、試験片がカールした。このことから、得られた円
筒体62の形状が安定したものであることが判る。

他方、張力制御を行わずに塑性曲げされた同じステン
レス鋼ストリップから切り出された試験片では、平均曲
率±15％の範囲で大きく変動していた。

また、ステンレス鋼ストリップに加わる張力が0.5kgf
/mm²以下になったとき、曲げ装置20に送り込まれるステ
ンレス鋼ストリップに蛇行がみられた。そして、ステン
レス鋼ストリップが曲げロール23の軸方向に移動するた
め、曲げ加工が施された後のストリップの幅方向両端部
にエッジウェーブが交互に発生した。そのため、幅方向
両端部を突合せて溶接することができなくなった。

他方、張力が3kgf/mm²を超えた状態では、ストリップ
が局部的に圧延され、肉余りが発生し、形状不良となっ
た。また、この圧延によって残留応力も減少し、曲げ加
工されたストリップを幅方向にカールさせたとき、平均
曲率よりも大幅に小さな曲率の筒状となった。しかも、
このような圧延部分が不規則に発生するため、目標とす
る直径をもつ筒状体に成形することができなかった。

また、曲げ装置20から溶接装置30までの間の張力T₂₁
が目標張力T₂₀に維持され、溶接速度に見合った搬送速
度V₁が保たれているため、溶接条件が安定し、第５図に
示すように幅が1.2±0.1mmの範囲にある形状のそろった
ビードが得られた。しかも、真円度に優れた溶接管63が
得られた。

この場合、前述の残留応力を付与したステンレス鋼板
から直径50.8mmの円筒体を成形し、幅方向両端部を突合
わせ、この突合わせ部を溶接速度5m/分，溶接電流90A及
びArシールドでTIG溶接した。

これに対して、張力制御及び搬送速度制御を行わない
比較例では、溶接管に形成されたビード幅が0.8〜1.7mm
の範囲で大きく変動していた。そのため、後工程におけ
るビード整形を一部手作業で行うことが必要であった。
また、溶接管63の真円度も低下しており、矯正工程で大
きな加工率で溶接管63を整形することが必要とされた。

［発明の効果］以上に説明したように、本発明においては、一定の張
力が付与されている金属ストリップに対し塑性曲げが行
われるため、目標とする残留応力が高精度で加工後の金
属ストリップに付与される。したがって、この金属スト
リップを幅方向にカールさせるとき、成形後の円筒体の
形状が安定したものとなる。また、溶接も、一定した張
力条件下で行われるため、ビード幅の変動や溶け落ち等
の欠陥がない溶接部が得られる。したがって、後続する
矯正工程等における加工率を軽減することも可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従った製管ラインのレイアウトを示
し、第２図及び第３図は搬出装置を示し、第４図及び第
５図は本発明の効果を具体的に表したグラフである。他
方、第６図及び第７図は、本発明者等が先に提案した設
備構成を示す。 10:アンコイラ、11:駆動モータ 13:演算器、14:張力検出計 20:曲げ装置、24:駆動モータ 25:張力検出計、26:演算器 30:溶接装置、33:溶接トーチ 40:搬出装置、42:駆動側ホイール 44:モータ、46:チャック 50:速度制御装置、51:速度検出計 52:演算器 60:金属ストリップ（曲げ歪み付与前） 61:金属ストリップ（曲げ歪み付与後） 62:円筒体、63:溶接管

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】アンコイラから巻き出された金属ストリッ
プに幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しを施して残留応力
を付与した後、前記金属ストリップを幅方向にカール
し、幅方向両端部を溶接して溶接管とし、該溶接管を下
流側に搬出する際、前記アンコイラと曲げ装置との間に
設けた張力検出装置により、前記アンコイラから前記曲
げ装置までの間を走行する前記金属ストリップの張力を
検出し、該検出値に基づいて、前記張力が一定になるよ
うに前記アンコイラの回転速度を制御することを特徴と
する薄肉管製造時の張力制御方法。
【請求項２】アンコイラから巻き出された金属ストリッ
プに幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しを施して残留応力
を付与した後、前記金属ストリップを幅方向にカール
し、幅方向両端部を溶接して溶接管とし、該溶接管を下
流側に搬出する際、曲げ装置と溶接装置との間に設けた
張力検出装置によって、前記曲げ装置から前記溶接装置
までの間を走行する前記金属ストリップの張力を検出
し、該検出値に基づいて、前記張力が一定になるように
前記曲げ装置の大径ロールの回転速度を制御することを
特徴とする薄肉管製造時の張力制御方法。
【請求項３】アンコイラから巻き出された金属ストリッ
プに幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しを施して残留応力
を付与した後、前記金属ストリップを幅方向にカール
し、幅方向両端部を溶接して溶接管とし、該溶接管を下
流側に搬出する際に、溶接速度に対応した目標搬送速度
を設定し、溶接装置から送り出される溶接管の搬送速度
を検出し、該検出された搬送速度を前記目標搬送速度と
比較演算し、該演算結果に基づいて搬出装置の走行速度
を制御することを特徴とする薄肉管製造時の搬送速度制
御方法。