JP3708053B2

JP3708053B2 - 角鋼管の製造方法

Info

Publication number: JP3708053B2
Application number: JP2002002883A
Authority: JP
Inventors: 拓中島; 教雄中島
Original assignee: ナカジマ鋼管株式会社
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2017-09-04
Also published as: JP2002273515A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば鉄骨構造物の支柱間を梁材により連結する際に、支柱側の連結部に、板厚確保などのための増肉部を形成した角鋼管および角鋼管の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、支柱側の梁材連結部は、支柱、すなわち角形鋼管を長さ方向において複数に切断するとともに、切断面にそれぞれ開先加工を行ったのち、ダイヤフラムを取り付ける梁貫通方式が採用されていたが、この方式によると、切断作業や開先加工作業に多大な時間と経費とが必要になり、しかも溶接箇所が多いなどの問題がある。
【０００３】
また、角形鋼管の切断を行わない工法として、たとえば特開平７−２３８６３６号公報に見られるように、両面の周囲に裏当て金を仮付け溶接した内ダイヤフラムを角形鋼管内に挿入させて所定位置に位置決めし、次いで挿入口側の裏当て金を角形鋼管の内壁に仮付け溶接したのち、貫通孔を利用して、角形鋼管の内壁と内ダイヤフラムの外周とをエレクトスラグ溶接する工法が提案されているが、この工法でも溶接作業が必要であった。
【０００４】
そこで、溶接作業を不要とし得るものとして、たとえば特開平９−７６０１１号公報に見られるように、金属管の目的とする箇所に増肉部を形成することが提案されている。この増肉方法は、固定装置と圧縮装置との間に角形管をセットして、この角形管に長手方向の圧縮力を加えた状態で、加熱装置により角形管を局部的に加熱して加熱部を形成し、この加熱部を長手方向に移動させて増肉部を連続して形成している。その際に、増肉部に生じようとするゆがみを防止するために、角形管の内側に熱処理用ダイスがセットされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した増肉方法によると、形成した増肉部の外形寸法が不揃いになる恐れがあり、したがって、金属管を支柱に使用して梁材を連結する際に、両者間に不均一な隙間が生じて良好な溶接（連結）が行えない恐れがある。さらに増肉部の外面が波状（凹凸状）となって、溶接精度や強度の面で低下を招く恐れがある。
【０００６】
そこで本発明の請求項１記載の発明は、形成した増肉部の外形寸法を均一状にし得るとともに、外面を平滑化した角鋼管を製造し得る角鋼管の製造方法を提供することを目的としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の角鋼管の製造方法は、管体の目的とする箇所を加熱手段により加熱したのち、この管体に長手方向の圧縮力を付与して、目的とする箇所に増肉部を形成し、そして加熱状態の増肉部に管内面成形手段の成形部を挿入させた状態で増肉部の外面に成形ロール手段を作用させて、増肉部の外面を非増肉部と面一状として整形するとともに、増肉部の内面を成形部への当接により整形し、この増肉部を成形した管体の全体を加熱したのち、角形に熱間成形することを特徴としたものである。
【０００９】
したがって請求項１の発明によると、増肉部は、外面を非増肉部と面一状に整形し得るとともに内面を整形し得、このような増肉部を形成した管体の全体を加熱したのち、熱間成形することにより、その外形寸法を均一状にし得るとともに平滑化し、かつ増肉部を形成した外面には突出部材のないすっきりした状態の角鋼管を製造し得る。その際に、増肉部のみでなく全体を加熱することで、鋼材の残留応力、材質の劣化を回復し得るとともに、鋼材料の熱による残留歪を解消した角鋼管を製造し得る。そして製品である角鋼管を、たとえば支柱に使用し、その増肉部に梁材を連結する際に、増肉部の外面は、その外形寸法が均一状でかつ平滑化されていることから、両者間に隙間があまり生ぜずまたは均一で小さな隙間となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施の形態を、丸鋼管の部分増肉に採用した状態として図１〜図７に基づいて説明する。
【００１３】
図７の（Ａ）において、管体の一例である丸鋼管１としては、厚さが４．５ｍｍ〜５０．０ｍｍ、直径が１００ｍｍ〜６００ｍｍで、ＳＭ４９０Ａ、ＳＭ５２０Ｂ、ＳＳ４００、ＳＮ４００Ｂ、ＳＮ４９０Ｂなどからなるものが使用される。そして丸鋼管１は、長手方向Ａにおける一箇所（または複数箇所）の或る範囲が、目的とする増肉箇所Ｂに設定される。
【００１４】
図１において、管体の部分増肉設備１０には、丸鋼管１を支持自在な支持手段１１が設けられ、この支持手段１１により丸鋼管１は、その長手方向Ａを横方向として支持される。この支持手段１１は、たとえば鼓形ローラ１２群により丸鋼管１を支持するローラコンベヤ形式とされ、この丸鋼管１の長手方向Ａにおける移動（搬送）を許すように構成されている。
【００１５】
前記支持手段１１により支持された丸鋼管１の目的とする増肉箇所Ｂを中にして、この丸鋼管１の長手方向Ａの二箇所を保持自在な一対のクランプ手段１５，１６が設けられ、これらクランプ手段１５，１６は相対的に接近離間移動自在に構成されている。すなわちクランプ手段１５，１６は、丸鋼管１の挿通を許すように構成され、この挿通された丸鋼管１を外側からクランプ自在に構成されている。そしてクランプ手段１５，１６は、たとえば台車１７，１８上に設けられて、台車１７，１８の走行により接近離間方向に移動自在であり、その際に台車１７，１８の走行は、床側との間に設けられたシリンダー装置や、搭載した走行動装置などで行われる。
【００１６】
前記クランプ手段１５，１６間には、丸鋼管１の増肉箇所Ｂを加熱させる加熱手段２０が設けられる。この加熱手段２０としては、高周波加熱方式や中周波加熱方式などが採用され、丸鋼管１の挿通を許すように構成されている。前記加熱手段２０は、送り装置２１の作動により丸鋼管１の長手方向Ａに移動自在であり、そして送り装置２１としては、ねじ送り形式やシリンダー形式などが採用される。
【００１７】
図１、図５、図６において、一方のクランプ手段１５に対して長手方向Ａの外側に位置される状態で成形ロール手段２５が設けられ、この成形ロール手段２５は、部分増肉を行った丸鋼管１に対して長手方向Ａに相対的に移動されることで、加熱状態の増肉部２の外面２ａを整形するように構成されている。すなわち成形ロール手段２５は、四個（複数個）の鼓形成形ロール２６を有し、これら鼓形成形ロール２６は、円状の成形面を形成するように配置され、そしてフレーム２７側の保持部材２８に、ロール軸２９を介して回転自在に支持されている。なお成形ロール手段２５、特に鼓形成形ロール２６としては、水冷形式が採用される。
【００１８】
前記加熱手段２０の部分から成形ロール手段２５の部分に対向されて、管内面成形手段３０が設けられる。すなわち管内面成形手段３０は、その大部分が丸鋼管１内に挿入位置されるもので、加熱手段２０の部分に対向される大径成形部３１と成形ロール手段２５の部分に対向される小径成形部３２とがステー３３により一体化されており、そしてステー３３を介して他方端の外方に設けられた固定部３４に支持されている。なお管内面成形手段３０の特に大径成形部３１や小径成形部３２としては、水冷形式が採用される。
【００１９】
以下に、上記した第１の実施の形態において管体の部分増肉作用を説明する。まず、部分増肉を行う前の丸鋼管１が、図２に示されるように、支持手段１１の鼓形支持ロール１２群を介して一方端から他方端側へと搬入（移動）される。この搬入の際に、丸鋼管１は成形ロール手段２５からクランプ手段１５、加熱手段２０、クランプ手段１６へと挿通され、また丸鋼管１内に管内面成形手段３０が挿入される。そして所定量の移動が行われることで、図１に示されるように、増肉箇所Ｂが、一対のクランプ手段１５，１６間でかつ加熱手段２０の作用範囲内に位置される。
【００２０】
次いで、両クランプ手段１５，１６がクランプ動され、以て丸鋼管１の増肉箇所Ｂの両側部分がクランプされる。その際に、クランプ力によって、丸鋼管１が鼓形ロール１２側に必要以上に押し付けられることがないように、精度よく構成され、かつ押し付け力の回避構成がなされている。
【００２１】
両クランプ手段１５，１６により丸鋼管１の増肉箇所Ｂの両側部分がクランプされた前後に、増肉箇所Ｂの一方端側（いずれかの端側）に加熱手段２０が対向されており、この状態で、まず加熱手段２０により対向部分の局部加熱が行われる。そして所定温度まで加熱が行われたのち、両クランプ手段１５，１６が互いに接近移動され、またはいずれか一方が他方側へ接近移動される。
【００２２】
これにより図３の実線に示すように、両クランプ手段１５，１６間に長手方向Ａの圧縮力が付与され、以て圧縮力により加熱部が内外へと増肉されて、増肉部２が成形されることになる。このとき、内側への増肉量は大径成形部３１に当接されることで規制され、かつ大径成形部３１への当接により増肉部２の内面２ｂが整形される。その際に圧縮力は、加熱部の近くに位置されている両クランプ手段１５，１６により掛けられることから、この加熱部には充分な圧縮力を均一に掛ることになり、以て好適な厚肉部２の形成が行え、さらに丸鋼管１の非加熱部が変形される恐れもない。
【００２３】
次いで図３の仮想線に示すように、送り装置２１の作動によって加熱手段２０がクランプ手段１６側へ所定量送られ、そして上述と同様に加熱と圧縮力付与とが行われることで、増肉部２が、長手方向Ａにおいてクランプ手段１６側へ拡大される。この繰り返しにより、図３の仮想線に示すように長手方向Ａにおいて所定長さの増肉部２が形成され、その後に、両クランプ手段１５，１６によるクランプが開放される。なお増肉部２の成形により、丸鋼管１は少し縮む状態になる。
【００２４】
そして、増肉部２が形成された丸鋼管１を搬出させる。このとき、増肉部２に成形ロール手段２５の鼓形成形ロール２６群が作用され、以て加熱状態の増肉部２は、図５、図６に示すように、その外面２ａが非増肉部、すなわち丸鋼管１の外面１ａと面一状に整形されることになる。このような整形時において増肉部２は、小径成形部３２との間に生じている隙間Ｓを利用して内側へと押し込まれる状態になり、その際に内側への押し込み量は小径成形部３２に当接されることで規制され、かつ小径成形部３２への当接により増肉部２の内面２ｂが再び整形される。
【００２５】
なお、増肉部２が形成された丸鋼管１の搬出は、鼓形成形ロール２６群を駆動ロール化することで、または別な送り手段により行われる。
前述したような整形により増肉部２の外面２ａは、その外形寸法を均一状にし得るとともに平滑化し得る。なお整形時において増肉部２は、少し伸びる状態になる。
【００２６】
このようにして増肉部２が形成されかつ外面２ａと内面２ｂとが整形された丸鋼管１、すなわち図７の（Ｂ）に示されるような丸鋼管１を、加熱炉などにより全体可及的に均一に加熱させ、そして熱間成形により角形に成形することで、増肉部を有する角鋼管とし得る。さらにこの場合には、増肉部のみでなく全体を加熱することで、鋼材の残留応力、材質の劣化を回復し得るとともに、鋼材料の熱による残留歪を解消し得る。その後に角鋼管は、冷却床などにおいて自然冷却される。
【００２７】
そして製品である角鋼管を、たとえば支柱に使用し、その増肉部に梁材を連結する際に、前述したように増肉部の外面は、その外形寸法が均一状でかつ平滑化されていることから、両者間に隙間があまり生ぜずまたは均一で小さな隙間となることから、良好な溶接（連結）を行え、さらに溶接精度や強度を向上し得る。
【００２８】
なお、両クランプ手段１５，１６間に長手方向Ａの圧縮力が付与され、以て圧縮力により加熱部が内外へと増肉されて増肉部２が成形されたのち、送り装置２１の作動によって加熱手段２０がクランプ手段１６側へ所定量送られる際に、図４に示すように、内側への増肉量を規制する大径成形部３１も同様に、実線から仮想線に示すように、クランプ手段１６側へ所定量移動させるように構成してもよい。
【００２９】
次に、本発明の第２の実施の形態を、図８〜図１０に基づいて説明する。
すなわち、管体の別例として四角状の角鋼管５が使用され、ここで角鋼管５の厚さ、直径、材質は前述した丸鋼管１と同様とされている。そして前述と同様にして増肉部６が成形される。また成形ロール手段２５Ａは、四個（複数個）の平形成形ロール２６Ａを有し、これら平形成形ロール２６Ａは、正方形状の成形面を形成するように配置され、そしてフレーム２７Ａ側の保持部材２８Ａに、ロール軸２９Ａを介して回転自在に支持されている。
【００３０】
この第２の実施の形態によると、増肉部６が形成された角鋼管５を搬出させたとき、増肉部６に成形ロール手段２５Ａの平形成形ロール２６Ａ群が作用され、以て加熱状態の増肉部６は、その外面６ａが非増肉部、すなわち角鋼管５の外面５ａと面一状に整形されることになる。これにより図１０に示されるように、増肉部６が成形されかつ外面６ａと内面６ｂとが整形された角鋼管５とし得る。
【００３１】
このようにして増肉部６が成形されかつ外面６ａと内面６ｂとが整形された角鋼管５、すなわち図１０に示されるような角鋼管５を、加熱炉などにより全体可及的に均一に加熱させ、そして熱間成形により角形に成形することで、増肉部を有する角鋼管とし得る。さらにこの場合には、増肉部のみでなく全体を加熱することで、鋼材の残留応力、材質の劣化を回復し得るとともに、鋼材料の熱による残留歪を解消し得る。その後に角鋼管は、冷却床などにおいて自然冷却される。
【００３２】
上記した第１の実施の形態では、加熱手段２０により局部加熱が行われたのち、両クランプ手段１５，１６により長手方向Ａの圧縮力が付与されることで増肉部２を成形しているが、これは圧縮力が付与された状態で加熱手段２０により局部加熱が行われる方式であってもよい。
【００３３】
上記した両実施の形態では、成形ロール手段２５，２５Ａに対して管体を移動させることで整形を行っているが、これは管体に対して成形ロール手段２５，２５Ａを移動させることで整形を行ってもよい。
【００３４】
上記した第１の実施の形態では、両クランプ手段１５，１６ともに接近動させることで圧縮力が付与されているが、これは片方のみ移動させる形式であつてもよい。
【００３５】
上記した両実施の形態では、両クランプ手段１５，１６により増肉部２，６を成形した直後に、成形ロール手段２５，２５Ａにより整形を行っているが、これは増肉工程部分とは別な整形工程部分に移して整形を行ってもよく、その際に増肉部２，６は、必要に応じて再加熱される。
【００３６】
上記した両実施の形態において、増肉部２，６の長手方向Ａにおける長さは任意に設定されるものであり、また増肉部２，６は、一箇所または複数箇所に形成されるものである。
【００３７】
【発明の効果】
上記した本発明の請求項１によると、増肉部は、外面を非増肉部と面一状に整形できるとともに内面を整形でき、このような増肉部を形成した管体の全体を加熱したのち、熱間成形することにより、その外形寸法を均一状にできるとともに平滑化でき、かつ増肉部を形成した外面には突出部材のないすっきりした状態の角鋼管を製造できる。その際に、増肉部のみでなく全体を加熱することで、鋼材の残留応力、材質の劣化を回復できるとともに、鋼材料の熱による残留歪を解消した角鋼管を製造できる。そして製品である角鋼管を、たとえば支柱に使用し、その増肉部に梁材を連結する際に、増肉部の外面は、その外形寸法が均一状でかつ平滑化されていることから、両者間に隙間があまり生ぜずまたは均一で小さな隙間となることから、良好な溶接（連結）を行うことができ、さらに溶接精度や強度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、管体の部分増肉設備における増肉作用時の側面図である。
【図２】同管体の部分増肉設備における管体搬入時の側面図である。
【図３】同管体の部分増肉設備における増肉作用時の要部の縦断側面図である。
【図４】同管体の部分増肉設備における増肉作用時の変形例を示す要部の縦断側面図である。
【図５】同管体の部分増肉設備における成形ロール手段部分の正面図である。
【図６】同管体の部分増肉設備における成形ロール手段部分の縦断側面図である。
【図７】同丸鋼管を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示し、管体の部分増肉設備における成形ロール手段部分の正面図である。
【図９】同管体の部分増肉設備における成形ロール手段部分の縦断側面図である。
【図１０】同角鋼管を示す一部切り欠き斜視図である。
【符号の説明】
１丸鋼管（管体）
１ａ外面
２増肉部
２ａ外面
５角鋼管（管体）
５ａ外面
６増肉部
６ａ外面
１０部分増肉設備
１１支持手段
１５クランプ手段
１６クランプ手段
２０加熱手段
２１送り装置
２５成形ロール手段
２５Ａ成形ロール手段
２６鼓形成形ロール
２６Ａ平形成形ロール
３０管内面成形手段
Ａ長手方向
Ｂ増肉箇所

Claims

管体の目的とする箇所を加熱手段により加熱したのち、この管体に長手方向の圧縮力を付与して、目的とする箇所に増肉部を形成し、そして加熱状態の増肉部に管内面成形手段の成形部を挿入させた状態で増肉部の外面に成形ロール手段を作用させて、増肉部の外面を非増肉部と面一状として整形するとともに、増肉部の内面を成形部への当接により整形し、この増肉部を成形した管体の全体を加熱したのち、角形に熱間成形することを特徴とする角鋼管の製造方法。