JP5391949B2 - 鋼管測定用のテンプレート及び鋼管のピーキング測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＵＯＥパイプなどの溶接鋼管における鋼管表面（鋼管の外径面若しくは内径面）の形状測定、特に溶接部近傍のピーキング（真円性）を測定するための鋼管測定用のテンプレート及びそのテンプレートを使用した鋼管のピーキング測定方法に関する。

鋼管表面の形状測定に使用される測定器としては、例えば特許文献１に記載の測定器がある。この測定器は、ダイヤルゲージと水平スライド式を組み合わせた寸法測定器である。この寸法測定器でピーキングを測定する場合には、測定対象の鋼管外径の曲率半径によって定まるＮ値の厚みのブロックゲージを測定器の下に置いて、ダイヤルゲージの先端部を当て、その状態で、ダイヤルゲージの０点設定ボタンを押して０点設定を行う。次に、鋼管外径面における溶接ビード横にゲージをセットし、その時のデジタル値を読み込んで、ピーキング測定値とする。

また従来、テンプレートを使用したピーキングの測定方法は馴染みがないが、例えば、図６若しくは図７に示すようなテンプレート５０を使用したピーキング測定が考えられる。
このテンプレート５０は、鋼管表面（内径面若しくは外径面）に当接させる面の形状が、対象とする鋼管表面の曲率半径と同径の円の一部となるように作成したものである。なお、テンプレート５０中央部に形成された凹部５１は、鋼管表面に当接したテンプレート５０が、膨らんでいる溶接部と接触することを回避するためのものである。

図６に示すテンプレート５０を使用する場合（鋼管内径面でピーキングを測定する場合）には、凹部が溶接部に対向するようにして、当該テンプレート５０を鋼管内径面に当てて、テンプレート５０と鋼管内径面との間に形成させる隙間の大きさを隙間ゲージ（不図示）にて測定する。同様に、図７に示すテンプレート５０を使用する場合（鋼管外径面でピーキングを測定する場合）には、凹部５１が溶接部に対向するようにして鋼管外径面に当該テンプレート５０を当てて、当該鋼管外径面との間に形成させる隙間の大きさを隙間ゲージ（不図示）にて測定する。

実開平６−４９９１８号公報

上述のようなダイヤルゲージによる測定器を使用して測定する場合には、測定に時間が掛かるという問題がある。例えば、特許文献１に記載の測定器では、次のような課題がある。
第１に、鋼管表面は曲率を有する。このため、ダイヤルゲージの「０」点調整として、測定対象物と同じ曲率外径のブロックを必要とする。
第２に、ダイヤルゲージを水平に移動する構造であるが、曲率を有する鋼管では「０」点調整を行ったポイントで測定する必要がある。すなわち、測定点ごとに「０」点調整を行う必要がある。すなわち、この点でも手間が掛かる。
第３に、ダイヤルゲージの「０」点調整に使用するブロックが、必ずしも真の曲率（対象鋼管の想定される曲率）を有しているとは限らない。

また、図６のような上記想定される内径面用のテンプレート５０を採用する場合には、次のような課題がある。
すなわち、鋼管は、同一の外径であっても管厚（肉厚）が異なると、測定対象とする鋼管内径面の径が異なる。例えば、ある鋼管の規格は、外径：４０６．４ｍｍ〜１４２２．４ｍｍの範囲で、且つ管厚：６ｍｍ〜４５ｍｍの範囲にある。この全ての鋼管の測定に対応しようとすると、その鋼管内径に合わせた多数種の寸法のテンプレート５０を揃えなければならないことになる。
また、このテンプレート５０を使用した場合には、鋼管の外側に向けた突出部は問題無いが、鋼管の内側に向けた突出部（鋼管の凹み）があると、測定が困難になるか、測定精度が悪くなる恐れがある。

一方、図７のような外径面用の上記想定されるテンプレート５０を採用する場合には、管厚違いによって鋼管外径が変化しないので、鋼管内径面を測定する場合に比べて、揃えておくテンプレート５０の数は少なくて済む。しかしながら、上記と同様に、鋼管の外側に向けた突出部があると、測定が困難になるか、測定精度が悪くなる恐れがある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、測定する鋼管表面に凹凸があっても簡易に鋼管の表面形状を測定することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、溶接鋼管の周方向に沿った表面形状を測定するためのテンプレートであって、
鋼管の周方向に離隔して当該鋼管表面に当接させる一対の足部と、その一対の足部間を連絡するように形成され且つ対向する鋼管表面との間に鋼管周方向に連続した隙間を有する測定本体部と、を備え、
上記測定本体部における鋼管と隙間をもって対向する部分の輪郭形状は、測定対象とする鋼管表面が基準とする理想曲面の場合に、上記隙間が鋼管周方向に沿って一定値となる輪郭形状となっていることを特徴とするものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、測定対象とする鋼管表面の曲率半径を基準曲率半径と定義した場合に、上記一対の足部における鋼管に当接する面の輪郭形状はともに、基準曲率半径を半径とした第１の円の一部を形成する曲線形状となっており、
上記測定本体部における鋼管と隙間をもって対向する部分の輪郭形状は、上記第１の円の中心を中心とし且つ上記基準曲率半径よりも所定長さだけ大きな曲率半径の円の一部からなる曲線形状となっており、上記所定長さは、鋼管外径面を対象とする場合には正の値であり、鋼管内径面を対象とする場合には負の値であることを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した発明は、溶接鋼管の溶接部近傍のピーキングを測定するピーキング測定方法であって、上記請求項１または請求項２に記載のテンプレートを、一対の足部が溶接部を挟んで測定対象とする鋼管表面に当接させた状態として、上記測定本体部と鋼管表面との間に形成される隙間に隙間ゲージを差し込み且つ当該隙間ゲージを鋼管周方向に沿って連続若しくは断続的に移動させて隙間を測定することを特徴とする鋼管のピーキング測定方法を提供するものである。

本発明によれば、上記測定本体部における鋼管と上記隙間をもって対向する部分の輪郭形状は、測定対象とする鋼管表面が基準とする理想曲面であれば、溶接部を除き、鋼管周方向に沿って測定した隙間は一定値となる。このため、上記基準とする理想曲面からのずれ分が、上記一定値からの変化分として測定出来る。
そして、上記測定本体部と鋼管との間の隙間は、鋼管周方向に沿って連続して形成されているので、測定する鋼管表面に凹凸があっても、確実に基準とする理想曲面からの変化分を測定することが出来る。

本発明に基づく実施形態に係るテンプレートを示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明に基づく実施形態に係るテンプレートの別例を示す正面図である。 テンプレートを鋼管外径面に当接させた状態を示す図である。 隙間ゲージを示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る鋼管内径面を対象とするテンプレートを示す図である。 比較例のテンプレートを示す図である。 比較例のテンプレートを示す図である。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態のテンプレートを示す図である。
ここで、本実施形態では、まず鋼管外径面を測定対象とした場合を例に挙げて説明する。
（テンプレートの構成）
本実施形態のテンプレート１は、図１に示すように平板形状となっている。すなわち、長方形形状の板を基準として、一方の長辺側（図１中下辺側）を、鋼管表面に対向する部分とし、その部分の長辺方向に沿った形状を所定の円弧形状からなる曲面形状としている。上記テンプレート１は、具体的には、長手方向両側に位置する一対の足部２と、その一対の足部２間に位置する測定本体部３とを備える。

一対の足部２は、鋼管の周方向で離隔して当該鋼管表面（外径面）に当接させる部分である。測定本体部３は、鋼管表面と対向する部分が当該鋼管表面と一定の隙間が形成されている。その一定の隙間は、鋼管周方向に沿って連続している。具体的には、上記測定本体部３における鋼管と上記隙間をもって対向する部分３ａの輪郭形状は、測定対象とする鋼管表面が基準とする理想曲面Ａの場合に、上記隙間が鋼管周方向に沿って一定値の隙間となる輪郭形状となっている。
本実施形態では、測定対象とする鋼管の外径をＲとし、その外径面の曲率半径を基準曲率半径（Ｒ／２）と定義した場合に、上記一対の足部２における鋼管と当接する面２ａの輪郭形状は共に、基準曲率半径（Ｒ／２）を半径とした同一の円である第１の円Ａの一部を形成する曲線形状となっている。

また、上記測定本体部３における鋼管と隙間をもって対向する部分の輪郭形状は、上記第１の円Ａの中心Ｏを中心とし且つ上記基準曲率半径（Ｒ／２）よりも所定長さα（＞０）だけ大きな曲率半径（（Ｒ／２）＋α）の円の一部からなる曲線形状となっている。これによって、左右の足部２の間は、鋼管表面に接触することはなく、しかも鋼管表面に対し周方向に沿って連続且つ一定値の隙間が形成されている。そして、所定長さαが、上記一定値の隙間の大きさとなる。以下、この所定長さα（足部２に対するオフセット量）を凹み量αとも記載する。
ここで、上記測定本体部３の周方向長さは、規格で決定されている測定範囲に応じて設定し、例えば規格が２００ｍｍの場合には２００ｍｍ以上に設定する。

また、足部２からの測定本体部３の凹み量αは、膨らんでいる鋼管溶接部に確実に当接しない範囲で設定する。溶接部の鋼管表面からの膨出量の最大値が３ｍｍであれば、凹み量αを例えば４ｍｍ〜７ｍｍとする。
なお、図２に示すように、溶接部と対向する部分３ｃだけを大きく窪ませると、上記凹み量αの設定範囲はより自由度が向上する。但し、規格上許容されるピーキングの変化幅より大きな値に設定する。

（測定方法）
次に、テンプレート１を使用したピーキングの測定方法について説明する。
予め、上記構成のテンプレート１を、測定対象とする溶接鋼管の寸法（外径）分だけ用意しておく。
そして、まず今回測定する鋼管１０の外径に合ったテンプレート１を選択する。鋼管１０の外径Ｒに合ったテンプレート１とは、測定本体部３の形状が、（測定対象の鋼管外径／２＋凹み量α）の曲率半径の曲面形状となっているテンプレート１である。なお、足部２の形状は、測定対象の鋼管外径の曲率半径の曲面形状となっている

次に、選択したテンプレート１について、図３に示すように、鋼管１０の溶接部１１が中央に位置するようにして、左右一対の足部２を鋼管外径面１０ａに当てる。このとき、一対の足部２の面２ａは、鋼管外径面１０ａと同形の曲面形状となっているので、鋼管外径面１０ａに沿って面で当接する結果、テンプレート１は、自然と鋼管外径面１０ａの法線方向に立設した姿勢となる。

次に、測定本体部３と鋼管外径面１０ａとの間に対し、図４に示すような隙間ゲージ１３を差し込み、当該隙間ゲージ１３を一方の足部２側から他方の足部２側に向けて、連続して若しくは断続的に移動させながら、隙間ゲージ１３によって隙間を測定する。隙間ゲージ１３は、図４のような楔状の形状をしているため、隙間ゲージ１３を、極軽く、テンプレート１側に押し付けながらテンプレート１に沿って移動させることで、連続して隙間を測定することができる。
このようにして、隙間の基準隙間（凹み量α）からの増減量を連続的に測定する。
そしてその測定した増減量（基準からの変化量）が、対象とする溶接鋼管１０について規定で決定されている許容範囲にあるか否かで、形状の評価を行う。基準外の場合には、不良と判定する。

（作用効果）
以上のように、本実施形態のテンプレート１を使用すると、隙間の基準隙間（凹み量α）からの増減量で測定するため、測定面となる鋼管１０表面に凹凸があったとしても、確実に且つ所定の精度をもってピーキングの測定を行うことが出来る。
しかも一方の足部２から他方の足部２に向けて、隙間ゲージ１３を滑らせるように移動させて連続的に隙間量を測定すればよいので、測定作業も容易となる。また、連続して隙間を測定することが出来る。

また、足部２における鋼管１０表面との当接面２ａを鋼管１０表面と同形状としたので、テンプレート１の足部２を鋼管１０表面に当接させるだけで、テンプレート１を精度良く鋼管１０表面に配置させることが出来る。
また、鋼管外径面１０ａを測定対象としているので、管厚の違いによって異なるテンプレート１を用意しておく必要がない。すなわち、鋼管内径面１０ｂを測定面とする場合に比べて、用意しておくテンプレート１の種類が少なくて済む。つまり、テンプレート１の製作枚数が限定され、製作コストの低減化の効果がある。

（変形例その他）
（１）上記実施形態では、鋼管外径面１０ａを測定対象とした場合を例示している。鋼管内径面１０ｂを測定対象とする場合には、上記凹み量αを負の値に設定すればよい。
鋼管内径面１０ｂを測定対象とする場合のテンプレート１の例を図５に示す。
すなわち、鋼管内径面１０ｂを対象とするので、図５において、鋼管内径面と対向する形状は、上側に凸の曲面形状となる。

規定されている全ての鋼管１０の寸法且つ管厚違いに対応するには、上記説明した外径面用のテンプレート１に比べて、用意しておく数が増加するものの、その他の効果は、上記鋼管外径面１０ａ用と同様の効果を奏する。
なお、溶接部１１が鋼管１０の上部に位置する場合には、内径面側を測定する場合よりも外径面側を測定する場合の方が測定がし易い。

（２）上記説明では、鋼管１０表面のピーキングを測定する場合を例に説明している。これに代えて若しくはこれに併せて、上記テンプレート１を、溶接部１１の余盛りの高さやオフセットの測定に使用しても良い。
（３）また上記実施形態では、ピーキング測定専用としてのテンプレート１を提供する場合を例示している。これに対し、テンプレート１の上部も基準曲率形状（Ｒ／２）よりもテンプレート高さβ（＞０）だけ大きな曲率半径（Ｒ／２＋β）の円の一部からなる曲線形状に変更し、テンプレート１の上部に対し、ダイヤルゲージを設置出来るようにしても良い。
この場合には、常にダイヤルゲージの先端が鋼管１０の中心点に向くため連続測定が可能となる。
すなわち、鋼管１０表面に対する隙間の測定は、上述のような隙間ゲージ１３による測定でなくても良い。

（４）上記実施形態では、測定部本体３における鋼管と対向する面３ａの形状を、鋼管外径面と同心円形状となるように形成する場合を例示した。これに代えて、面３ａの形状を、鋼管外径面から一定の隙間分（凹み量α）だけ外径方向にオフセットした形状に形成しても良い。
（５）また上記実施形態では、鋼管の周方向に沿った形状が真円の場合を例示しているが、真円で無ければ、それに応じて、周方向に沿った隙間が一定値となるように上記曲面形状を設定すればよい。
また、上記実施形態では、足部２の鋼管と当接する面２ａを第１の円Ａと同形状に設定しているが、同形状としなくてもよい。例えば、先端を尖らしたり、平面としたりしても良い。但し、同形状とした方がテンプレートの設定が容易である。

１ テンプレート
２ 足部
２ａ 当接面
３ 測定本体部
３ａ 対向する部分
１０ 溶接鋼管
１０ａ 鋼管外径面
１０ｂ 鋼管内径面
１１ 溶接部
１３ 隙間ゲージ
Ａ 第１の円（理想曲面）
（Ｒ／２） 曲率半径
α 凹み量（隙間の大きさ）

Claims (3)

1. 溶接鋼管の周方向に沿った表面形状を測定するためのテンプレートであって、
   鋼管の周方向に離隔して当該鋼管表面に当接させる一対の足部と、その一対の足部間を連絡するように形成され且つ対向する鋼管表面との間に鋼管周方向に連続した隙間を有する測定本体部と、を備え、
   上記測定本体部における鋼管と隙間をもって対向する部分の輪郭形状は、測定対象とする鋼管表面が基準とする理想曲面の場合に、上記隙間が鋼管周方向に沿って一定値となる輪郭形状となっていることを特徴とする鋼管測定用のテンプレート。
2. 測定対象とする鋼管表面の曲率半径を基準曲率半径と定義した場合に、
   上記一対の足部における鋼管に当接する面の輪郭形状はともに、基準曲率半径を半径とした第１の円の一部を形成する曲線形状となっており、
   上記測定本体部における鋼管と隙間をもって対向する部分の輪郭形状は、上記第１の円の中心を中心とし且つ上記基準曲率半径よりも所定長さだけ大きな曲率半径の円の一部からなる曲線形状となっており、
   上記所定長さは、鋼管外径面を対象とする場合には正の値であり、鋼管内径面を対象とする場合には負の値であることを特徴とする請求項１に記載した鋼管測定用のテンプレート。
3. 溶接鋼管の溶接部近傍のピーキングを測定するピーキング測定方法であって、上記請求項１または請求項２に記載のテンプレートを、一対の足部が溶接部を挟んで測定対象とする鋼管表面に当接させた状態として、上記測定本体部と鋼管表面との間に形成される隙間に隙間ゲージを差し込み且つ当該隙間ゲージを鋼管周方向に沿って連続若しくは断続的に移動させて隙間を測定することを特徴とする鋼管のピーキング測定方法。

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