JP4883429B2 - Uoe鋼管の製造方法および製造装置 - Google Patents

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Description

本発明は、UOE鋼管の製造方法および製造装置に関する。具体的には、例えば、素材鋼板である厚板のエッジ部に形成される開先の断面形状をCプレスが開始される前に精度よく測定することによって、製造工数の増加や歩留まりの低下を抑制しながらUOE鋼管を製造する方法および装置に関する。
UOE鋼管の一般的な製造工程では、はじめに、素材である鋼板のエッジ部に、切削機械を用いて溶接のための開先加工が施される。特に、外径が20〜60インチ程度の大径のUOE鋼管を製造する場合には、その外径に応じた厚板(板厚6〜50mm)のエッジ部を、超硬質のバイトを用いたエッジプレーナと呼ばれる切削機械により削り出すことによって、溶接のための開先を形成する開先加工が施される。
開先加工が施された鋼板は、Cプレス、UプレスおよびOプレスが順次施され、O型の断面を有するオープンパイプとされる。その後、オープンパイプの開先加工されたエッジ部同士が突き合わされて溶接され、その後に拡管加工が施されることによって、UOE鋼管とされる。
例えば特許文献1(日本国特開2005−288471号公報)にはUOE鋼管の製造方法が開示されている。
UOE鋼管のこれまでの製造工程では、開先加工により正常な開先が形成されたか否かを判断するには、溶接後のUOE鋼管の管端面の溶接ビードを採取し、ヤスリや砥石を用いて採取した溶接ビードの端面を研磨し、さらに酸洗した後のビード形状から開先形状を推定しなければならなかった。
つまり、オープンパイプのエッジ部同士が溶接された後では、開先形状が適正であるか否かは、溶接金属と母材との融合状態に基づいて推定する以外に手立てがなく、開先形状が不適正であると判断するまでに多くの時間を要していた。
さらに、製造された一のUOE鋼管の開先形状の不良を溶接後に観察して発見することができたと仮定しても、この発見の時点では、この一のUOE鋼管に後続して製造される他の多くのUOE鋼管の素材である多数の厚板に対して、同様に不適正な開先加工が行われてしまっている。このため、これら多数の厚板の開先を再度切削する必要が生じることから、UOE鋼管の生産効率が大幅に低下する。
特に、開先加工の際に発生した切紛がこの開先に付着したまま次工程のCプレス機に投入されると、Cプレスの際に開先から離脱した切粉がCプレス機の金型に落下して、金型に付着する。このようにCプレス機の金型に付着した切紛が原因となって、この厚板の後にCプレス機に投入される厚板を素材とするUOE鋼管の外面に凹み疵が発生するという問題も生じる。
これらは、いずれも、UOE鋼管の製造工数の増加や、歩留まりの低下に直結するため
、早急に解決が求められる技術課題である。
本発明は、エッジプレーナによってエッジ部に開先が形成された鋼板に、Cプレス、UプレスおよびOプレスを順次施してオープンパイプとし、該オープンパイプの開先を突き合わせて溶接するUOE鋼管の製造方法であって、前記Cプレスが施される前の前記鋼板の前記開先の形状を、前記鋼板の厚み方向に広がる線状レーザ光を前記鋼板のエッジ部に照射する光切断法により測定し、該測定結果に基づいて、該Cプレスが開始される前に、前記鋼板の前記開先の形状の修正の必要性及び切粉等の異物の付着の有無を判定することを特徴とするUOE鋼管の製造方法である。
別の観点からは、本発明は、鋼板のエッジ部に開先を形成するための開先加工装置であるエッジプレーナと、前記開先が形成された鋼板を搬送するための搬送装置と、Cプレス機、Uプレス機およびOプレス機を有し、前記開先が形成された鋼板をオープンパイプに成形する鋼管成形装置と、前記オープンパイプの開先を突き合わせて溶接する溶接装置とを備えるUOE鋼管の製造装置であって、前記開先加工装置と前記Cプレス機との間に、前記Cプレス機によるCプレスが施される前の前記鋼板の前記開先の形状を、前記鋼板の厚み方向に広がる線状レーザ光を前記鋼板のエッジ部に照射する光切断法により測定する開先形状測定装置を備え、前記開先形状測定装置は、前記開先の形状の測定結果に基づいて、前記Cプレスが開始される前に、前記鋼板の前記開先の形状の修正の必要性及び切粉等の異物の付着の有無を判定することを特徴とするUOE鋼管の製造装置である。
れらの本発明では、前記線状レーザ光を前記鋼板の搬送方向に複数照射することが好ましい。
さらに、これらの本発明では、前記鋼板は、前記開先を形成された後、前記Cプレスが施されるCプレス機までの間を搬送ロールにより搬送され、且つ、前記開先の形状は、前記搬送ロールの近傍であって前記鋼板の搬送方向の出側で測定されることが望ましい。
本発明によれば、例えば厚板等の素材鋼板のエッジ部に形成される開先の断面形状をCプレスが開始される前に精度よく測定すること、具体的には、素材鋼板の開先形状を測定するための専用の開先形状測定装置を用いて、エッジプレーナより鋼板のエッジ部に形成された開先の形状が適正であるか否かを判定し、必要な場合にはオペレータに迅速に開先の形状の修正の必要性を出力することが可能である。このため、開先の形状の不適正に起因した工数の増加や歩留まりの低下を防ぎながら、UOE鋼管を製造することができるようになる。
図1は、本発明の実施形態の概要を模式的に示す説明図である。 図2は、厚板の開先の形状の一例を示す説明図である。 図3は、二次元レーザ距離計が厚板の開先の形状を測定する状況を示す説明図である。 図4(a)は、厚板がかまぼこ形状を有する場合を示す説明図であり、図4(b)は、厚板の先端が反った形状を有する場合を示す説明図である。 図5は、搬送ロールと開先形状測定装置との位置関係を示す説明図である。 図6は、開先形状測定装置による開先の形状の測定結果の一例を示すグラフである。 図7は、開先形状測定装置が開先への異物の付着の有無を検出できることを検証した試験の要領を模式的に示す説明図である。 図8は、図7に示す試験の結果を示すグラフである。 図9は、図7に示す試験の結果を示すグラフである。 図10は、図7に示す試験の結果を示すグラフである。 図11は、図7に示す試験の結果を示すグラフである。
以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。
はじめに、本実施形態に係る製造装置について説明する。図1は、本実施形態の概要を模式的に示す説明図である。
図1に示すように、本実施形態に係る製造装置1は、開先加工装置2と、搬送装置3と、鋼管成形装置4と、溶接装置5と、開先形状測定装置6とを備える。以下、これらの構成要素について順次説明する。
<開先加工装置>
開先加工装置2は、外径が20〜60インチ程度の大径のUOE鋼管30の素材である厚板(板厚6〜50mm程度の鋼板)7のエッジ部7a、7bに開先を形成するための装置である。
開先加工装置2としては、周知慣用の装置を用いればよく、例えば、厚板7のエッジ部7a、7bに切削加工を行うための超硬質のバイトを用いたエッジプレーナが例示される。
開先加工装置2は当業者にとっては周知であるので、開先加工装置2に関するこれ以上の説明は省略する。
<搬送装置>
搬送装置3は、エッジ部7a、7bに開先8a、8bが形成された厚板7を鋼管成形装置4へ搬送するための装置である。搬送装置3は、搬送方向へ並設された多数の搬送ロール9により構成される。
厚板7は、開先8a、8bが形成された後、Cプレスが施されるCプレス機10までの間を、搬送装置3を構成する多数の搬送ロール9により搬送される。
搬送装置3は当業者にとっては周知であるので、搬送装置3に関するこれ以上の説明は省略する。
<鋼管成形装置>
鋼管成形装置4は、Cプレス機10、Uプレス機11およびOプレス機12を有し、開先8a、8bが形成された厚板7をオープンパイプ13に成形するための装置である。
鋼管成形装置4は当業者にとっては周知であるので、鋼管成形装置4に関するこれ以上の説明は省略する。
<溶接装置>
溶接装置5は、オープンパイプ13の開先8a、8bを突き合わせて溶接するための装置である。溶接装置5は当業者にとっては周知であるので、溶接装置5に関するこれ以上の説明は省略する。
なお、溶接装置5により溶接された鋼管14は、拡管加工装置15による拡管加工が施されることによって、製品であるUOE鋼管30とされる。
<開先形状測定装置>
開先形状測定装置6は、開先加工装置2とCプレス機10との間に配置されて、Cプレス機10によるCプレスが施される前の厚板7の開先8a、8bの形状を測定するための装置である。
開先形状測定装置6は、開先8a、8bの形状の測定結果に基づいて、Cプレス機10により厚板7に対するCプレスが開始される前に、厚板7の開先8a、8bの形状の修正の必要性を判定する。開先形状測定装置6は、光切断法によって開先形状を測定する二次元レーザ距離計18a、18bと、開先形状の修正の必要性を判定する判定装置61とを有する。
製造装置1の主たる特徴は、厚板7の開先8a、8bの形状を、好ましくは線状レーザ光16a、16bを厚板7のエッジ部7a、7bに照射する光切断法で検出し、開先8a、8bの形状に異常があるときは、オペレータ17に異常を知らせる機能を有する開先形状測定装置6を、例えばエッジプレーナ等の開先形状加工装置2とCプレス機10との間に配置する点にある。
一般的に、UOE鋼管30は、図1に示す製造装置1から開先形状測定装置6を除いた装置によって製造されるが、それぞれの工程能力バランスの関係で、開先形状加工装置2(例えばエッジプレーナ)とCプレス機10との間等において、開先8a、8bが形成された中間製品である厚板7の一時待機を行うことが多い。
本実施形態では、エッジプレーナ等の開先形状加工装置2の直ぐ下流に開先形状測定装置6を新たに設置し、開先形状測定装置6の測定結果をオペレータ17にフィードバックすることによって、Cプレス機10によるCプレスが施される前の厚板7の開先8a、8bに対して、オペレータ17が必要な対処を行うことができるようにしたものである。
オペレータ17へのフィードバックの方法は、例えば(i)警報を発しオペレータに知らせるだけのもの、(ii)警報とともに搬送装置3を自動的に一時停止させるもの等、特に限定されるものではなく、製造工程の構成に合わせ適宜選択すればよい。
開先形状測定装置6による厚板7の開先8a、8bの形状の測定結果から、予め入力した開先8a、8bの適正な形状と、測定した開先8a、8bの形状との差を検出し、この差が基準範囲を逸脱して外れる場合に、開先8a、8bの形状の不良と判断することが可能である。なお、線状レーザ光16a、16bを厚板7の搬送方向に複数照射し、上記のような場合が2回以上検出された場合に、開先8a、8bの形状が不良であると判断するようにすれば、偶発的な誤動作を防止して開先形状測定装置6の信頼性を高めることができるので、より望ましい。
開先形状測定装置6による厚板7の開先8a、8bの形状(断面形状)の測定は、線状レーザ光16a、16bを用いて厚板7の開先8a、8bと二次元レーザ距離計18a、18bとの厚板幅方向の距離を測定することにより行われる。そして、予め入力した開先8a、8bの適正な断面形状との差を検出し、この差が5mm以上存在する場合に、開先8a、8bに形状不良が生じていると判断することが例示される。
図2は、厚板7の開先8bの形状(角度と板厚方向の厚みの関係)の一例を示す説明図である。なお、開先8aは開先8bと対称形状に形成されるので、図2の説明は開先8bを例として行う。
開先形状測定装置6により、開先8bの各部の角度(θ1〜θ3)と、角度(θ1〜θ3)を有している板厚方向の厚み(X1〜X3)とを数値化して測定可能である。このため、オペレータ17は、開先8bの角度(θ1〜θ3)および厚み(X1〜X3)に基づいて、開先形状加工装置2(例えばエッジプレーナ)の超硬質バイトの設定を容易に調整することができる。
図3は、二次元レーザ距離計18a、18bが厚板7の開先8a、8bの形状を測定する状況を示す説明図である。
搬送ロール9により搬送される厚板7の上方には、フレーム19が厚板7の幅方向へ架け渡されて固定配置される。二次元レーザ距離計18bは、フレーム19の一端側に固定配置されるブラケット20を介して、固定配置される。一方、二次元レーザ距離計18aは、ステッピングモータ21によってフレーム19に対して厚板7の幅方向へ移動自在に配置されたブラケット22を介して、厚板7の幅方向へ移動自在に配置される。これにより、二次元レーザ距離計18aは、厚板7の幅に応じて自動的に測定に適した位置に移動するように構成される。
図4(a)は、厚板7がかまぼこ形状を有する場合を示す説明図であり、図4(b)は、厚板7の先端が反った形状を有する場合を示す説明図である。
二次元レーザ距離計18a、18bは、線状レーザ光16a、16bを厚板7のエッジ部7a、7bに照射する光切断法を用いて、線状レーザ光16a、16が照射された部位の断面形状を測定するものであり、線状レーザ光16a、16bを、図1、3に示すように広がりを持って照射する。このため、図4(a)に示すようにレーザ検出域Lを想定される厚板7の断面の上下方向の可動域以上に設定すると、図4(a)に示すように厚板7がかまぼこ形状を有する場合や、図4(b)に示すように厚板7の先端が反った形状を有する場合においても、厚板7の開先8a、8bの全断面の形状を測定することが可能である。
図5は、搬送ロールと開先形状測定装置6(二次元レーザ距離計18a、18b)との位置関係を示す説明図である。
搬送ロール9の近傍では、厚板7が安定して搬送されることから、二次元レーザ距離計18a、18bのレーザ光照射口を、搬送ロール9の近くに配置することにより、開先8a、8bの形状を安定して検出することができる。
二次元レーザ距離計18a、18bのレーザ光照射口は、搬送ロール9より厚板7の搬送方向下流側、具体的には搬送ロール9より搬送方向500mm程度下流側の位置に配置されることが、安定して測定が可能になるので、望ましい。これにより、厚板7が比較的薄い場合であっても、厚板7先端の反りの影響を受け難く、精度よく測定することができる。
また、開先8a、8bは、鏡面のような光沢を有するので、線状レーザ光16a、16bの正反射光が二次元レーザ距離計18a、18bの受光素子に入射するような配置で線状レーザ光16a、16bを照射すると、反射光が強過ぎるためにノイズとなって、正確な測定が困難になる。このため、二次元レーザ距離計18a、18bを、上記の配置から厚板7の搬送方向に対して例えば5〜10°傾斜させて配置することにより、線状レーザ光16a、16bを開先に斜めに照射することによって、反射光の光量を抑制することが望ましい。
このように、開先形状測定装置6は、厚板7の開先8a、8bの形状を、厚板7の厚み方向に広がる線状レーザ光16a、16bを用いて測定することが好ましい。また、開先形状測定装置6は、搬送装置3を構成する搬送ロール9の近傍であって厚板7の搬送方向の出側において、開先8a、8bの形状を測定することが望ましい。
図6は、開先形状測定装置6による開先8bの形状の測定結果の一例を示すグラフである。図6にグラフで示すように、開先8bは、厚板7の厚み方向および幅方向について測定されるため、開先8bの全体の断面形状が正確に測定される。
開先形状測定装置6を構成する二次元レーザ距離計18a、18bは、厚板7の搬送方向に複数(図5に示す例では2つ)並設することが望ましい。
例えば、開先形状測定装置6は、厚板7の搬送方向に約10mmピッチで開先8a、8bの形状を測定することが、測定値の信頼性の観点から望ましい。厚板7の搬送速度が例えば60m/minであるとすると、図5に示すように、搬送方向に片側2つの二次元レーザ距離計18a−1、18a−2および18b−1、18b−2(これらは図示せず)を配設し、各二次元レーザ距離計18a−1、18a−2および18b−1、18b−2が約20msピッチの同一周期で厚板7の開先8a、8bの形状を測定し、且つ照射する線状レーザ光の位置を二次元距離計18a−1と二次元距離計18a−2との間、二次元距離計18b−1、18b−2との間で、それぞれ10mmずらして正確に10mmピッチで測定することが望ましい。
開先形状測定装置6を構成する二次元レーザ距離計18a、18bの前に、図5に示すような反り抑制器23を設けることが望ましい。反り抑制器23は、板入り側から板搬送方向に向かって高さが低くなるような屋根型鋼板23aを有しており、屋根型鋼板23aによって厚板7に生じる例えば80mm以上の反りを抑制することができる。
さらに、開先形状測定装置6は、厚板7の開先8a、8bの形状を高精度で測定することができるので、開先8a、8b自体の形状の不良のみならず、開先8a、8bへの異物(例えば切粉)の付着の有無(本発明では、異物の付着も形状不良の一種とする)をも検出する異物付着検出機能をも有する。
例えば、開先形状測定装置6によって測定した形状が、適正な形状から5mm以上外れる場合には、アラームが鳴り、オペレータ17に開先8a、8bへの異物の付着を通報する。
図7は、開先形状測定装置6が開先8a、8bへの異物(例えば切粉)の付着の有無を検出できることを検証した試験の要領を模式的に示す説明図である。
この試験では、厚板を模した仮ワーク24に切粉25を様々な位置に付着させ、二次元レーザ距離計26(商品名LJ−G200、キーエンス株式会社製)から線状レーザ光27を仮ワーク24および切粉25へ向けて照射し、その反射光を検出して形状を測定した。また、切粉25を付着させない状態でも形状を測定した。
測定結果を、図8〜図11にグラフで例示して示す。図8〜図11のグラフにおける横軸は、仮ワーク24の厚み方向の距離であり、縦軸は二次元レーザ距離計26と仮ワーク24または切粉25との距離(規準距離を200mmとし、そこから±40mmの範囲を測定した値)である。
図8は仮ワーク24に切粉25が付着しない場合を示し、図9は仮ワーク24の中央部に切粉25が付着する場合を示し、図10は仮ワーク24の上面から10mmの位置に切粉25が付着する場合を示し、さらに、図11は仮ワーク24の中央部に切粉25が付着する場合を示す。
図8のグラフと、図9〜11のグラフとを対比すると、両者は顕著に相違することから、開先形状測定装置6により、開先8a、8bへの異物(例えば切粉)の付着の有無を確実に検出できることがわかる。
次に、本実施形態に係る製造装置1により、UOE鋼管30を製造する状況を説明する。
本発明では、開先加工装置2によってエッジ部7a、7bに開先8a、8bが形成された厚板7について、開先形状測定装置6によって、Cプレス機10によるCプレスが施される前の開先8a、8bの形状が、上述したようにして測定される。
そして、開先形状測定装置6は、上述したようにして、この測定結果に基づいて、Cプレス機10によるCプレスが開始される前に、この厚板7の開先8a、8bの形状の修正の必要性を判定する。
開先形状測定装置6は、厚板7の開先8a、8bの形状の修正が必要でないと判断する場合には、オペレータ17に警報等を出力しない。この場合には、厚板7は、鋼管成形装置4にそのまま送られ、Cプレス機10によるCプレス、Uプレス機11によるUプレス、およびOプレス機12によるOプレスが施されてオープンパイプ13に成形される。オープンパイプ13は、溶接装置5に送られ、開先8a、8bが突き合わせられて溶接されて鋼管14とされ、さらに、鋼管14は、拡管加工装置15に送られて拡管加工が施されることによって、UOE鋼管30とされる。
一方、開先形状測定装置6は、厚板7の開先8a、8bの形状の修正が必要であると判断する場合には、オペレータ17に警報等を出力する。この場合には、オペレータ17は、開先加工装置2を一端停止し、例えば、開先形状測定装置6により出力される開先8a、8bの角度(θ1〜θ3)および厚み(X1〜X3)に基づいて、適正な角度(θ1〜θ3)および厚み(X1〜X3)となるように、開先加工装置2の超硬質バイトの設定を調整する。そして、この厚板7以降にすでに開先加工が施された厚板全てに対して、設定を調整した超硬質バイトを備える開先加工装置2によって、開先8a、8bの形状の修正を行う。
そして、このようにして開先8a、8bの形状の修正が行われた厚板7は、鋼管成形装置4に送られ、Cプレス機10によるCプレス、Uプレス機11によるUプレス、およびOプレス機12によるOプレスが施されてオープンパイプ13に成形される。オープンパイプ13は、溶接装置5に送られ、開先8a、8bが突き合わせられて溶接されて鋼管14とされ、さらに、鋼管14は、拡管加工装置15に送られて拡管加工が施されることによって、UOE鋼管30とされる。
このように、本発明によれば、厚板7の開先8a、8bの形状を測定するための専用の開先形状測定装置6を用いて、エッジプレーナ等の開先加工装置2により厚板7のエッジ部7a、7bに形成された開先8a、8bの形状が適正であるか否かを判定し、適正でない場合にはオペレータ17に開先8a、8bの形状の修正性の必要性を迅速に出力することができる。このため、開先8a、8bの形状の異常に起因した工数の増加や歩留まりの低下を防ぎながら、UOE鋼管30を製造することができるようになる。
また、本発明によれば、エッジプレーナ等の開先加工装置2の超硬質バイトの切削量の調整を極めて迅速に行うことができるようになり、これまでUOE鋼管の製造開始時に発生していた溶接不良の発生を抑制することもできる。
さらに、本発明によれば、開先8a、8bに焼き付き、付着したまま残ってしまう開先加工時の切粉の有無を検出することもできるので、鋼管成形装置4でのプレス加工に起因したUOE鋼管30の外面の押さえ込み不良(凹み疵)を大幅に抑制できる。
1 UOE鋼管の製造装置
2 開先加工装置
3 搬送装置
4 鋼管成形装置
5 溶接装置
6 開先形状測定装置
7 厚板
7a、7b エッジ部
8a、8b 開先
9 搬送ロール
10 Cプレス機
11 Uプレス機
12 Oプレス機
13 オープンパイプ
14 鋼管
15 拡管加工装置
16a、16b 線状レーザ光
17 オペレータ
18a、18b 二次元レーザ距離計
18a−1、18a−2、18b−1、18b−2 二次元レーザ距離計
19 フレーム
20 ブラケット
21 ステッピングモータ
22 ブラケット
23 反り抑制器
24 仮ワーク
25 切粉
26 二次元レーザ距離計
27 線状レーザ光
30 UOE鋼管

Claims (4)

  1. エッジプレーナによってエッジ部に開先が形成された鋼板に、Cプレス、UプレスおよびOプレスを順次施してオープンパイプとし、該オープンパイプの開先を突き合わせて溶接するUOE鋼管の製造方法であって、
    前記Cプレスが施される前の前記鋼板の前記開先の形状を、前記鋼板の厚み方向に広がる線状レーザ光を前記鋼板のエッジ部に照射する光切断法により測定し、該測定結果に基づいて、該Cプレスが開始される前に、前記鋼板の前記開先の形状の修正の必要性及び切粉等の異物の付着の有無を判定することを特徴とするUOE鋼管の製造方法。
  2. 前記線状レーザ光を前記鋼板の搬送方向に複数照射することを特徴とする請求項に記載のUOE鋼管の製造方法。
  3. 前記鋼板は、前記開先を形成された後、前記Cプレスが施されるCプレス機までの間を搬送ロールにより搬送され、且つ、前記開先の形状は、前記搬送ロールの近傍であって前記鋼板の搬送方向の出側で測定されることを特徴とする請求項1又は2に記載のUOE鋼管の製造方法。
  4. 鋼板のエッジ部に開先を形成するための開先加工装置であるエッジプレーナと、
    前記開先が形成された鋼板を搬送するための搬送装置と、
    Cプレス機、Uプレス機およびOプレス機を有し、前記開先が形成された鋼板をオープンパイプに成形する鋼管成形装置と、
    前記オープンパイプの開先を突き合わせて溶接する溶接装置とを備えるUOE鋼管の製造装置であって、
    前記開先加工装置と前記Cプレス機との間に、前記Cプレス機によるCプレスが施される前の前記鋼板の前記開先の形状を、前記鋼板の厚み方向に広がる線状レーザ光を前記鋼板のエッジ部に照射する光切断法により測定する開先形状測定装置を備え、
    前記開先形状測定装置は、前記開先の形状の測定結果に基づいて、前記Cプレスが開始される前に、前記鋼板の前記開先の形状の修正の必要性及び切粉等の異物の付着の有無を判定することを特徴とするUOE鋼管の製造装置。
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