JP4187662B2 - 高加工性溶接管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属帯板を板端から中央部に向けた押圧力のみで円筒状に成形し、金属帯板の板幅方向両端部を突合せ溶接して溶接管を連続的に製造する方法に関する。

溶接管は、所定幅にスリットされた金属帯板を多段配置された成形スタンドで板幅方向に順次湾曲させてオープンパイプにロール成形し、板幅方向両端部を突合せ溶接することにより製造されている。
例えば特許文献１には、次のような工程で、連続的にロール成形され、溶接されることが示されている。すなわち、図１に示されるように、巻回されている金属帯Ｓはアンコイラ１からレベラー２へ送給され、レベラー２により平坦矯正された後、ロール成形機に送られている。ロール成形機は、水平ロールであるブレイクダウンロール３、３、・・、縦ロールであるクラスタロール４、４、・・、及び水平ロールであるフィンパスロール５、５、・・を備えている。

各ロールは対になっており、金属帯Ｓはここで、その両側端部、すなわち図２に示すように板幅方向端部Ｅ，Ｅが上方に湾曲移動するようにロール成形され、互いに対向されるように円筒状に順次曲成される。その後、誘導加熱コイル７等の加熱手段で両板幅方向端部が加熱され、スクイズロール６、６により側方から押圧されながら溶接部を凝固させている。
そして、ブレイクダウンロールの段階では、各スタンド毎に図３に示されるような所定のプロフィールをもった上ロール８、８’及び下ロール９、９’の間に金属帯板を通し、板端から順にＥ_１．Ｅ_２・・曲率で湾曲させている。

特開平６−１３４５２５号公報

蒸気のように、Ｗ_Ｓ−Ｄ_Ｓ方向の上下に配置した２つのロール間に金属帯板を挟み込んでロール成形する方法が一般的である。
しかしながら、このような方式では、金属板はロールにより複数回の押し曲げ加工を受けることになり、板内部に多くの歪みが発生し、また加工硬化を起こした状態で造管されている。また、２つのロール間での加工される態様となるため、ロールから受ける力の差で金属板の歪みや、極端な場合には板厚みに不均一箇所が生じ、フィンパスロールによる板端の突合せ性を悪化させる原因にもなっている。そして材質的に不均質な状態で造管され、あるいは突合せ部がずれた状態で造管された溶接鋼管は、その後の高加工に耐えられなくなっている。

特に造管後、複雑な形状に曲げ加工されたり、拡管加工されたりして使用されるステンレス鋼管の場合、造管後の素管に歪みが残存し、素材が加工硬化されていると加工し難いため、残留応力が残らず、加工硬化しないように、上記ロールスタンドの数を増やし、変形を徐々に行うようにしている。このため、ロールの取替えや管理が複雑となって、結果的に金属管の製造コストを高くすることになっている。また成形ロールとの接触回数も増えるため、表面疵が多くなって外観を低下させている。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、金属管を構成する金属板に与える歪みを極力少なくして突合せ性を高めるとともに、造管された管に残存する応力、歪みを少なくして加工性に優れた溶接管の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の高加工性溶接管の製造方法は、その目的を達成するため、金属帯板の進行方向に、水平なストレート形状の受けロール、周面に凹部を設けた一対のロールからなる第１のサイドロール、同じく周面に凹部を設けた一対のロールからなる第２のサイドロール、及びフィンパスロールとスクイズロールを順次備えた成形装置に、造管すべき金属帯板を受けロールで支えつつ進入させ、第１のサイドロールで両板幅方向端部近傍を上方に湾曲させ、次の第２のサイドロールで両板幅方向端部近傍を除き金属帯板の幅方向中心部までを上方に湾曲させた後、フィンパスロールで形を整えるとともに板幅方向両端部の位置を調整し、スクイズロールで両端部を突合せて溶接する場合、前記受けロールを経た前記金属帯板が直接前記第１のサイドロールに送り込まれることにより、前記受けロールにより前記金属帯板の板幅方向中央部近傍が下方に変形するのを防止することを特徴とする。

本発明では、造管すべき金属帯板を２つの成形ロール間を通して湾曲に成形させることなく、受けロールで支えつつ２段のサイドロールを用いて両板幅方向端部から順次湾曲成形している。このため、２つの成形ロールに挟んで強引な押圧や曲げの変形を行うことがないので、素材に部分的な板厚変動を起こしたり、大量の歪みが導入されたりすることもない。
したがって、造管された金属管の素材加工硬化の程度は少なく、また残留している応力や歪みも少ないために、過酷な加工にも耐えられる金属管が得られる。
また、本発明を実施する装置は、成形スタンド数が少ないために、ロール替えが容易であるばかりでなく、設置スペースも少なくてすむ。さらに駆動モーターの容量も小さくてすむ。総合的にみて、品質が良好な溶接管を低コストで製造することができる。

本発明では、金属帯板に湾曲させる曲げを付与する工程を、従来の２つのロール間に挟み込んで曲げる方式から、板幅方向の端部から中央部分に向けて押圧し、徐々に湾曲させる方式に変更している。
その具体的手段について説明する。
まず、図４、５に基づいて、用いる装置の概略を説明する。金属帯板Ｓの進行方向に順に、金属帯板の上面位置に水平に配置された押えロール１１、金属帯板の下面位置に水平に配置された受けロール１２、周面に所定曲率で凹部が設けられたロールが金属帯板の両端位置に垂直に一対で配置された第１のサイドロール１３、同じく周面に所定曲率で凹部が設けられたロールが金属帯板の両端位置に垂直に一対で配置された第２のサイドロール１４、フィンパスロール１５、高周波コイル（図示せず）、及びスクイズロール１６が備えられている。
本態様では、溶接を高周波加熱で行っているが、レーザー溶接法やＴＩＧ溶接法を採用しても良い。

押えロール１１と受けロール１２は、造管される金属帯板に対して上下対向する位置に水平に配置される。受けロール１２は、後述するように、本発明の造管方法では大きな役割を果たすもので、この受けロール１２がなく、サイドロールのみでは造管が不可能である。
押えロール１１は必ずしも必須ではないが、金属帯板に変形を押させ、所望の湾曲形状への成形を安定して行うためには備えていることが好ましい。
押えロール１１及び受けロール１２は、パスライン高さを維持するように金属帯板を支えるためのロールであって曲げるためのものではないので、ストレート形状のものが用いられる。

第１のサイドロール１３は、造管されたとき約３０度以下の幅の板端部分を上方に湾曲させるためのロールである。金属帯板の両端位置に垂直に一対で配置されており、それぞれのロール周面には所定曲率で凹部が設けられている。このロールの中心より下の凹部面に板端が当接され、板中央方向に押圧されることで、板端が上方に湾曲されることになる。ロール凹部のカーブは、造管されるパイプ外径の１．０〜２．０倍程度にすることが好ましい。また、Ｗ_Ｓ 側及びＤ_Ｓ 側の各ロールはそれぞれ単独で位置調整できるように配置されていることが好ましい。

第２のサイドロール１４は、第１のサイドロールで所定範囲の板端部分が湾曲成形された金属帯板の残りの部分を上方に湾曲させるためのロールである。第１のサイドロール１３と同様に、金属帯板の両端位置に垂直に一対で配置されており、それぞれのロール周面には所定曲率で凹部が設けられている。第２サイドロールの凹部のカーブ（曲率）は、第１サイドロールのそれよりも小さく、造管されるパイプ外径の１．０〜１．５倍程度にすることが好ましい。
第１のサイドロール１３で端部が湾曲された金属帯板は、その湾曲端部が第２のサイドロール１４の凹部面に当接され、他の帯板部分もその当接点より下の凹部面によって上方に湾曲成形される。
また、Ｗ_Ｓ 側及びＤ_Ｓ側の各ロールは、第１のサイドロールと同様に、それぞれ単独で位置調整できるように配置されていることが好ましい。

第２のサイドロール１４以降に配置されるフィンパスロール１５、高周波コイル、及びスクイズロール１６としては、従来の造管装置で用いられているものと同じものが使用される。
フィンパスロール１５は、第１、第２のサイドロールで成形されたオープンパイプ形状を最終的に整え、突合せ端部のセンターリングを行うものである。従来の造管装置と同じである。ロールの凹面カーブは、造管されるパイプ外径の１．０〜１．１倍程度にすることが好ましい。

スクイズロールも、従来の造管装置で用いるものと同じものが用いられる。スクイズロールで押圧して板側を突合せつつ、突合せ部を高周波加熱して溶融接合させる。高周波溶接法に代わってＴＩＧ、レーザー等の他の方法を採用しても良い。
以上の各ロールには、駆動原は接続されていない。スクイズロールとしては従前のものが使用され、第１、第２のサイドロールに駆動原を連結しても、金属帯板とサイドロールとの接触面積も狭いため、ロールの回転力では金属帯板の走行を円滑に行えない。本発明では、高周波コイル及びスクイズロールの後段に設けたサイジングロール又はチャック式送り装置等でパイプの推進を行っている。

次に、図６も用いながら、曲げ加工方法の詳細について説明する。
造管すべき金属帯板Ｓを、水平に配置された押えロール１１と受けロール１２の間を通し、受けロール１２で下面を支えつつこの受けロール１２を経た金属帯板を直接第１のサイドロール１３間に送り込む。第１のサイドロール１３の周囲に設けられた凹部面の中心よりも下の角度αの範囲の凹部面に金属帯板の端部を当接させ、一対のサイドロールの板幅方向中心部に向けた押圧力で、金属帯板の板幅方向両端部をサイドロールの凹部面に沿って上方に湾曲させる。上記角度αは３０度以内にすることが好ましい。

この際、一対のサイドロールで金属帯板を単純に板幅方向中心部に向けて押圧すると、金属帯板はその板幅方向中央部近傍が下方に変形しようとして座屈する。板幅方向両端部のみを湾曲させることはできない。そこで、本発明では、一対の第１サイドロール１３の手前に水平な受けロール１２を配置し、この受けロール１２で、金属帯板の板幅方向中央部近傍が下方に変形することを防止している。この受けロール１２の作用により座屈を防止して板幅方向両端部のみを上方に湾曲させることが可能となる。
受けロール１２の手前に対向するように設けた押えロール１１も、受けロール１２が座屈を防止する際の反力を押えて金属帯板の変形を抑制し、第１のサイドロール１３による板両端部の湾曲成形を補助する作用を果たしている。

板幅方向両端部が上方に湾曲された金属帯板Ｓを、第２のサイドロール１４に送り込む。第２のサイドロール１４は、その凹部曲率が第１サイドロール１３の凹部曲率よりも小さくされているので、両端部が湾曲された金属帯板は、その湾曲端部が第２のサイドロール１４の凹部面に当接され、他の帯板部分は前記当接点より下の凹部面によって上方に湾曲成形される（図６参照）。
このように、受けロール２の補助を得て、第１、第２のサイドロール１３、１４によりオープンパイプ状に成形され、次のフィンパスロール１５で形を整えられ（図７参照）、スクイズロールで突合せられ、高周波、ＴＩＧ、レーザー等の通常の方法で溶接される。

本発明方法では、造管される素材金属帯板に与えられた加工硬化や歪みは、従来法に比べて非常に少ない。したがって、オープンパイプ状に成形した金属帯板の両板端の突合せが容易に行え、溶接した後に強度の高い溶接部が得られる。
本発明で用いる装置では、第１及び第２のサイドロールを構成する各ロール、あるいはスクイズロールを構成するロールは、それぞれ単独に位置調整可能に設置されている。このため、金属帯板の変形度合いが左右非対称であったり、あるいは両端の突合せ部がずれるようなことがあったりしても、上記いずれかのロール位置を微調整することにより、変形度合いを変え、あるいは突合せ部の調整を行うことができる。

板厚０．８ｍｍ、板幅９０ｍｍのＳＵＳ４３０のフェライト系ステンレス鋼板を金属板として使用し、次のようなロール配置で金属板を筒状に成形した後、レーザー溶接し、ψ２８．６ｍｍの溶接鋼管を製造した。
押えロール及び受けロールとして、それぞれψ６０ｍｍで長さ３００ｍｍのロールを用い、受けロールはその表面が溶接鋼管の最下表面位置になるように設置した。第１のサイドロールとしては、外径１００ｍｍ、長さ７０ｍｍで、凹部曲率が溶接鋼管外径の１．５倍としたロールを用い、その垂直方向中心位置を溶接鋼管の中心位置に対して２２．５ｍｍ高くした位置に対向配置した。第２のサイドロールとしては、外径１００ｍｍ、長さ５５ｍｍで、凹部曲率が溶接鋼管外径の１．２倍としたロールを用い、その垂直方向中心位置を溶接鋼管の中心位置に対して１１．１ｍｍ高くした位置に対向配置した。さらに、外径９０ｍｍで、凹部曲率が溶接鋼管外径の１．０５倍で４ｍｍ幅のフィンを有するフィンパスロールと、凹部曲率が溶接鋼管外径の１．０倍のスクイズロールを通常の位置に設置した。
スクイズロールにより金属板の板幅方向両端部を突合せ、レーザー溶接し、外径２８．６ｍｍの金属溶接管を製造した。得られた金属溶接管は、真円度が高く、溶接部品質ならびに溶接部の外観に優れた金属溶接管であった。

従来の造管装置の成形ロール配置状況を説明する図。 ロール成形途中の金属帯の湾曲形状を説明する図。 成形ロールにより金属帯板Ｓを曲げ成形する過程を説明する図。 本発明で使用する造管装置の成形ロール配置状況を説明する正面図。 本発明で使用する造管装置の成形ロール配置状況を説明する斜視図。 溶接管に対する第１及び第２サイドロールの位置関係を説明する概略図。 各ロールでの変形形状を説明する図。

符号の説明

１１：押えロール １２：受けロール １３：第１のサイドロール
１４：第２のサイドロール １５：フィンパスロール １６：スクイズロール
Ｓ：金属帯板

Claims (1)

1. 金属帯板の進行方向に、水平なストレート形状の受けロール、周面に凹部を設けた一対のロールからなる第１のサイドロール、同じく周面に凹部を設けた一対のロールからなる第２のサイドロール、及びフィンパスロールとスクイズロールを順次備えた成形装置に、造管すべき金属帯板を受けロールで支えつつ進入させ、第１のサイドロールで両板幅方向端部近傍を上方に湾曲させ、次の第２のサイドロールで両板幅方向端部近傍を除き金属帯板の幅方向中心部までを上方に湾曲させた後、フィンパスロールで形を整えるとともに板幅方向両端部の位置を調整し、スクイズロールで両端部を突合せて溶接する場合、前記受けロールを経た前記金属帯板が直接前記第１のサイドロールに送り込まれることにより、前記受けロールにより前記金属帯板の板幅方向中央部近傍が下方に変形するのを防止することを特徴とする高加工性溶接管の製造方法。

Images