JP5566070B2

JP5566070B2 - スパイラル造管法による小径管の製造方法

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Publication number: JP5566070B2
Application number: JP2009214566A
Authority: JP
Inventors: 大輔中村; 武文仲子; 博朝田
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2029-09-16
Also published as: JP2011062721A

Description

本発明は、金属帯を螺旋状に捲回してパイプ状に造管した後にその接合部を溶接してスパイラル金属管を製造するスパイラル造管法により薄板を素材とした小径管を効率的に製造する方法に関する。

従来、スパイラル金属管Ｐの製造工程では、例えば、図１に見られるように、アンコイラから送出された金属帯Ｓを、三組の成形ロール群１ａ，１ｂ，１ｃを備えた成形機に傾斜させて送り込み、所要径のスパイラル状に曲げ加工した後、図示しない溶接機により、板端の当接部に順次溶接を施している（例えば特許文献１、２参照）。
このようなスパイラル金属管の製造技術は、（１）素材寸法の制約を受けることがない、（２）薄板大径管の製造が可能、（３）サイズ毎にロールを変更する必要がない、（４）装置そのものを小型化できる、（５）多品種少量生産に適する、といった利点を有するため、多用されている。

上記三組の成形ロール群１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれ、管軸方向に一列で多段に配置された複数の短尺なロールで構成されている。そして、三組の成形ロール群１ａ，１ｂ，１ｃでは、各ロールはそれぞれのロール支持軸に取付け・保持されており、このうち、外面入側ロール群１ａと外面出側ロール群１ｃの各ロールは造管される管の外面に、内面成形ロール群１ｂの各ロールは造管される管の内面に当接するように、前記それぞれのロール支持軸に取付け・保持されている。

通常、各ロールのロール支持軸への取付け・保持は、各ロールの軸を金属帯Ｓの送板方向と垂直にすることで、金属帯の蛇行を最小限に留めることができ、安定した金属帯の送板を可能としている。
それぞれの成形ロール群を構成する各ロールがロール支持軸に、特に内面成形ロール群１ｂを構成する各ロールがインナーロール支持軸に取り付けられているため、造管される管の径に制限がある。少なくともインナーロール支持軸の外径よりも細い径の造管は不可能である。

そこで、本発明者等は、５０ｍｍφを下回るような薄肉小径管であっても、簡便なスパイラル造管法によって製造し得る方法として、従来、スパイラル状成形管の内側に配していた複数の成形ロールからなる内面成形ロール群に替えて、管内面側で管軸方向に伸びる一本の断面丸状棒体を用いることを特許文献３で提案した。
特許文献３で提案した造管方法は、外面成形ロールとして複数の成形ロールを管外面側で管軸方向に多段配置してなる外面成形ロール群を用いるとともに、内面成形ロールとして管内面側で管軸方向に配置した断面丸状棒体を用いることを特徴とするものである。

特開平７−２３２２１２号公報特開平９−１９２７３０号公報特願２００９−７１０７２

特許文献３で提案した造管方法では、図２（ａ）に示すように、入側外面成形ロール群１ａと出側外面成形ロール１ｃ群は、従前の装置と同様な態様で取り付けられているが、内面成形ロールについては、複数の成形ロールからなる成形ロール群に替えて、管軸方向に伸びる一本の断面丸状棒体１ｄが用いられている。この断面丸状棒体１ｄは支持台４に先端がフリーの片持ちで固定状態もしくは回動自在な状態で取付けられる。
しかしながら、薄板素材を造管成形しようとすると、金属帯Ｓは、蛇行しやすく、また座屈を起こしやすくなる。
そこで、図２（ｂ）に示すように、金属帯入側のピンチロール５と入側外面成形ロール群との間に、通過する金属帯の両側端部にガイドロール６を配するとともに通過する金属帯の両面に板押え７を配し、前記ガイドロール６を両側端に当接させつつ、かつ前記板押え７で両面を押えつつ前記金属帯Ｓを通過させている。

上記のように、内面成形ロールとして断面丸状棒体１ｄを用いるとともに、ガイドロール６と板押え７を配置することにより、薄板素材を用いた小径管の造管が可能になっている。
しかしながら、本発明者等がさらに検討を重ねたところ、上記特許文献３で提案した造管法でも小径管の製造には限度があることがわかった。
すなわち、さらに板厚の薄い薄板を素材として、図１，２に示す金属板の進入角度θを大きくして造管径をさらに小さくしようとすると、素材が座屈したり、板側端の突合せ位置が前後に揺らぎ、溶接位置がずれて溶接不良を起こしたりする弊害が起きている。

本発明は、このような問題点を解消するために案出されたものであり、２０ｍｍφ前後の薄肉小径管であっても、簡便なスパイラル造管法によって製造し得る方法を提供することを目的とする。

本発明のスパイラル造管法による小径管の製造方法は、その目的を達成するため、入側外面成形ロール、内面成形ロール及び出側外面成形ロールからなる三本の成形ロールに金属帯を通過させることにより当該金属帯をスパイラル状に加工成形し、スパイラル状成形管の溶接点で相互に隣接するエッジ部を溶接してスパイラル金属管とするに際し、外面成形ロールとして複数の成形ロールを管外面側で管軸方向に多段配置してなる外面成形ロール群を、また内面成形ロールとして管内面側で管軸方向に配置した断面丸状棒体を用いるとともに、金属帯入側のピンチロールと入側外面成形ロール群との間に、通過する金属帯の両側端部にガイドロールを配するとともに通過する金属帯の両面に板押えを配し、前記ガイドロールを両側端に当接させつつ、しかも前記板押えで両面を押えつつ前記金属帯を通過させることにより造管した後、造管された当該スパイラル金属管を、溶接機の後段に上側押さえと下側押さえからなる一対で配置したベルト式駆動スタンドにより上下から押圧しつつ下流に強制的に搬送することを特徴とする。

本発明の小径管の製造方法では、造管された当該スパイラル金属管を、溶接機の後段に配置したベルト式駆動スタンドにより押圧しつつ下流に強制的に送っている。
このため、板厚の薄い薄板を用いて造管径をさらに小さくした場合でも、素材の座屈を抑えることができ、また板側端の突合せ位置の揺らぎを抑制することができ、成形精度の優れた薄肉小径管を効率よく製造することができる。

一般的なスパイラル造管法を説明する図特許文献３で提案したスパイラル造管法を説明する図特許文献３で提案したスパイラル造管法における内側丸棒体による造管抵抗の出現状況を説明する図特許文献３で提案したスパイラル造管法における搬送ローラからの搬送抵抗の変動状況を説明する図本発明方法におけるベルト式駆動スタンドの配置態様を説明する図

前記特許文献３で提案したスパイラル造管法では、図２に示すような装置を用いている。すなわち、入側外面成形ロール群１ａと出側外面成形ロール１ｃ群は、従前の装置と同様な態様で取り付けられている。ただ、内面成形ロールについては、複数の成形ロールからなる成形ロール群に替えて、管軸方向に伸びる一本の断面丸状棒体１ｄを用いている。この断面丸状棒体１ｄは支持台４に先端がフリーの片持ちで固定状態もしくは回動自在な状態で取付けられる。
さらに、金属帯入側のピンチロール５と入側外面成形ロール群１ａ（図３では省略）との間に、通過する金属帯Ｓの両側端部に当接するガイドロール６と、通過する金属帯Ｓを両面から押える板押え７を配している。

このような装置を用いても、薄板素材を用いてさらに小径の管を造管しようとすると、前記したように素材が座屈したり、板側端の突合せ位置が前後に揺らぎ、溶接位置がずれて溶接不良を起こしたりする弊害が起きている。特に、より板厚の薄い素材を用い、図１，２で示す進入角度θを大きくしてより小径の管を造管しようとすると、上記弊害が顕著となる。
そこで、本発明者等は、上記弊害の発生原因とその対策について鋭意検討を重ねた。
その結果、内面成形ロールとして用いた断面丸状棒体１ｄと造管されたスパイラル管内面との接触面積の増加による造管抵抗の上昇が影響していると予測した。また造管されたスパイラル管の搬送ローラから受ける抵抗の大小が影響していると予測した。

図３に対比するように、図１，２で示す進入角度θが小さい場合（ａ）と比べ、（ｂ）進入角θを大きくして径を細くしようとすると、金属帯Ｓの見かけ上の板幅が広幅化し、金属帯Ｓと内面成形ロールとして用いた断面丸状棒体１ｄとの接触面積が増加する。接触面積の増加に伴って、造管されたスパイラル管が軸方向下流に押し出される本来の力、いわゆる造管スラストに対して造管抵抗が大きくなることになる。
造管スラストに対して造管抵抗が大きくなると、金属帯Ｓが成形ロール群へ進入が阻害されて座屈を起こしやすくなる。また、造管されたスパイラル管の搬送状況が変化し、金属帯側端の突合せ位置が前後に位置ずれしやすくなる。すなわち、突合せ位置が前後に揺らぐ現象が生じて溶接不良を発生しやすくなる。

また、造管されたスパイラル管の長さも突合せ位置の揺らぎに影響を及ぼしている。
造管されたスパイラル管は所定の長さで連続的に切断される。三本の成形ロールで成形され、溶接された後、スパイラル管は搬送ローラ上に乗って搬送されているが、搬送ローラ上に乗っている管の長さは切断の前後で変化している。
例えば図４の（ａ）に示すように、切断した直後で搬送ローラ上に乗っているスパイラル管の長さが短い場合には搬送ローラからの抵抗は小さいが、図４の（ｂ）に示すように、切断直前の搬送ローラ上に乗っているスパイラル管の長さが長い場合には搬送ローラからの抵抗は大きくなる。このように、搬送ローラからの抵抗の変化に伴って、造管スラストに対する抵抗が変化し、金属帯側端の突合せ位置が前後に位置ずれしやすくなる。すなわち、突合せ位置が前後に揺らぐ現象が生じて溶接不良を発生しやすくなる。

このように、より薄板素材を用いてより小径のスパイラル管を造管しようとする際に発生しやすい座屈や突合せ位置の揺らぎの現象が、内面成形ロールとして用いた断面丸状棒体１ｄと造管されたスパイラル管内面との接触面積の増加による造管抵抗の上昇と、造管されたスパイラル管の搬送ローラから受ける抵抗の変動が、造管スラストへの反力として作用していると予測される。
そこで、本発明では、造管スラストへの反力を低減するために、溶接機の後段にベルト式駆動スタンドを配置して造管後にパイプの送り機能を付与することにした。

まず、本発明方法で用いるスパイラル管製造装置について説明する。図５に示すように、前記特許文献３で提案した方法に用いる装置の、溶接機の後段にベルト式駆動スタンドを追加設置している。ベルト式駆動スタンドは、少なくとも３つのローラとそれらの外周を巻回する無端ベルトから構成され、複数のローラの内の１個のローラは駆動ローラとされている。このようなベルト式駆動スタンドを造管されたスパイラル管に対して傾斜させて配置する。ベルト式駆動スタンドを構成するローラの内の２個のローラ間に渡されているベルトが造管されたスパイラル管の外周に圧接されるように配置する。
好ましくは図５に示すように、造管されたスパイラル管の上面に当接する上押えのベルト式駆動スタンドと、下面に当接する下押えのベルト式駆動スタンドの２基を設置する。１基だけ設置する場合は、上押えのベルト式駆動スタンドを配置することが好ましい。

スパイラル管は図３，４に示す造管スラストと管周方向への回転作用が働きながら軸方向下流へと押出されることから、ベルト式駆動スタンドに付与する傾斜角度は図１，２で示す金属帯Ｓの進入角度θに等しく配置することで、より造管スラストへの反力を効果的に低減することができ、溶接不良の発生を防止できる。
ここで、ベルド式駆動スタンドの構造は図５に示すように、主に少なくとも３つのローラと１本の無端ベルトから構成され、１基分のスタンドにはローラ径６５〜８０ｍｍ、長さ５０ｍｍのタイミングプーリーを用いている。また、ローラによって駆動される無端ベルトには、製造するスパイラル管の外径を変化してもスタンドの調整をすることなく対応できるよう、また、スパイラル管を弾力的に圧接できるようにゴム状の材質であることが望ましく、ポリエステル製、又はナイロン製の材質で代替することも可能である。

次に、上記の装置を使用し、実際にスパイラル金属管を製造する態様を説明する。
駆動するピンチロール５を介して金属帯Ｓを成形ロール間に送給する。この時点では、ガイドロール６に金属帯Ｓの両側端を当接させつつ送給することになる。
金属帯Ｓは、入側外面成形ロール群１ａと断面丸状棒体１ｄおよび出側外面成形ロール１ｃ群とからなる成形ロール間に送られ、所定スパイラル形状に変形された後、スパイラル状成形管の相互に隣接するエッジ部において溶接接合される。

本発明方法に用いる装置にあっては、金属帯入側のピンチロール５と入側外面成形ロール群１ａ（図３では省略）との間に、通過する金属帯Ｓの両側端部に当接するガイドロール６を配置している。そして、このガイドロール６を走行する金属帯の両側端部に押付けることで金属帯Ｓの蛇行を抑制することができている。
本発明方法に用いる装置にあっては、また、金属帯入側のピンチロール５と入側外面成形ロール群１ａ（図３では省略）との間に、通過する金属帯Ｓを両面から押える板押え７を配置している。そして、この板押え７を走行する金属帯の両面に押付けることに金属帯Ｓの湾曲・座屈の発生を抑制することができている。

本発明方法に用いる装置にあっては、さらに、溶接機の後段にベルト式駆動スタンドを追加設置している。そして、搬送ラインに対して傾斜させて配置されたベルト式駆動スタンドにより造管されたスパイラル管は、円滑に下流域に搬送される。造管スラストへの反力として作用していると予測される、断面丸状棒体１ｄと管内面との接触による造管抵抗や、搬送ローラから受ける抵抗の変動が軽減されるのである。
このため、金属帯Ｓの座屈の発生を抑制することができ、また、突合せ位置の揺らぎを抑えて溶接不良を低減することができる。

最後に、スパイラル造管法において本発明を採用することによる、製造可能径の縮径化について具体的な数値をもって説明する。
素材として、板幅４０ｍｍ、板厚０.３ｍｍのフェライト系ステンレス冷延鋼帯を用いた。特許文献３で提案したスパイラル造管法で適用するにあたって、断面丸状棒体１ｄを回動自在な状態として１５ｍｍφの丸棒を用いた。図１，２で示す鋼帯Ｓの進入角を２５度とした場合、直径２８.６ｍｍのスパイラル管が製造でき、同様に上記進入角を３０度とした場合にも直径２５.４ｍｍのスパイラル管が問題なく製造できた。しかしながら、進入角を４０度に変更して直径２０.０ｍｍのスパイラル管を製造しようとしたが、図３に示すような成形ロール群に進入する前の位置で鋼帯Ｓに座屈が生じ、また突合せ位置が前後に揺らぐといった弊害が生じたため、円滑な造管が為し得なかった。
これに対して、図５に示すように、ベルト式駆動スタンドを上下一対で配置して造管すると、鋼帯Ｓの進入角を２５度又は３０度とした場合には勿論、進入角を４０度にした場合であっても問題なく造管でき、薄板材による小径管製造の場合にはより効果的である。

Claims

入側外面成形ロール、内面成形ロール及び出側外面成形ロールからなる三本の成形ロールに金属帯を通過させることにより当該金属帯をスパイラル状に加工成形し、スパイラル状成形管の溶接点で相互に隣接するエッジ部を溶接してスパイラル金属管とするに際し、外面成形ロールとして複数の成形ロールを管外面側で管軸方向に多段配置してなる外面成形ロール群を、また内面成形ロールとして管内面側で管軸方向に配置した断面丸状棒体を用いるとともに、金属帯入側のピンチロールと入側外面成形ロール群との間に、通過する金属帯の両側端部にガイドロールを配するとともに通過する金属帯の両面に板押えを配し、前記ガイドロールを両側端に当接させつつ、しかも前記板押えで両面を押えつつ前記金属帯を通過させることにより造管した後、造管された当該スパイラル金属管を、溶接機の後段に上側押さえと下側押さえからなる一対で配置したベルト式駆動スタンドにより上下から押圧しつつ下流に強制的に搬送することを特徴とするスパイラル造管法による小径管の製造方法。