JP6687316B2 - 鋼管端部の加工装置及び加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接鋼管の端面と端部、特に、外周面及び／又は内周面に連続して突起が形成されている鋼管の端面と端部に開先加工と切削加工を同時に施すことができる加工装置と加工方法に関するものである。

近年、大径溶接鋼管は、土木や建築の分野で多く利用されている。例えば、外周面及び／又は内周面に突起（以下「縞」ということがある。）が形成されている大径鋼管、外周面にスパイラル状の突起が形成されている大径鋼管（以下「縞鋼管」ということがある。）が、土中に埋設する基礎杭として使用されている。

工事で、大径鋼管を基礎杭として使用する場合、大径鋼管を次々に接続する必要がある。通常、大径鋼管を接続する場合、大径鋼管の両端部（接続部）に中継用治具を取り付けて溶接する。作業能率向上のため、予め、鋼管端面に開先加工を施し、かつ、鋼管端部の外周面においては、不要なものを取り除いておく必要がある。

中継用治具を取り付けるために、縞鋼管のような突起がない溶接鋼管の場合には、溶接余盛や付着物を所要の幅で切削除去し、縞鋼管の場合には、スパイラル状の突起を所要の幅で切削除去する（例えば、特許文献１、参照）。

溶接鋼管の端面及び端部に対する開先加工と切削加工は、工事現場以外の屋外又は屋内（例えば、鋼管工場）で行うが、通常、先に、鋼管端面に開先加工を施し、次に、鋼管端部の外周面の整形加工を行う。

開先加工の後、鋼管端部の整形加工を行うと、開先形状が歪むことがある。開先形状が歪むと、歪んだ部分でアークが不安定になり、溶接不良が発生する。また、開先加工の後の鋼管端部の整形加工は、溶接鋼管が大径になるほど、生産性が低下し、加工コストが上昇する。

特許文献２には、電縫鋼管と電縫鋼管の溶接において、生産性の向上と、加工コストの低下を狙って、管端の開先加工と管端内面の増肉部の切削加工を同時に行う装置が開示されている。しかし、特許文献１の装置は、既存の開先加工設備に、管端内面の増肉部分を切削する簡単な内面切削手段を付設したものであり、大径の溶接鋼管には当然に適用することはできない。

特開平０６−１８２６１４号公報 特開２０１３−１３２７１８号公報

溶接鋼管の端部と端面の加工において、鋼管端部の整形加工と鋼管端面の開先加工を同時に行うことができれば、開先形状に歪を与えずに済み、かつ、鋼管端部と端面の加工において、生産性が向上し、加工コストが低減する。

本発明は、このことを踏まえ、溶接鋼管の端部と端面に整形加工と開先加工を同時に施すことを課題とし、該課題を解決する加工装置と加工方法を提供することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、溶接鋼管の端部及び端面に所要の加工を施すために押圧する回転面盤に、端部加工装置と開先加工装置の両方を取り付けて、回転面盤を回転させれば、端部加工と開先加工を、同時に、高精度で行うことがきるとともに、鋼管端部・端面加工の生産性を高め、加工コストを低減できることを見いだした。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は次のとおりである。

（１）溶接鋼管の管軸を中心に回転し、かつ、溶接鋼管に対し前進又は後進する面盤の外周又は内周に、
（ｉ）鋼管端面に開先を加工する開先加工装置を備え、かつ、
（ii）鋼管端部の外周面又は内周面に生成した溶接余盛及び／又は付着物を切削除去する端部整形装置、及び、溶接鋼管の外周面又は内周面に連続してスパイラル状に形成されている突起を切削除去する突起切削装置の一方又は両方を備える
ことを特徴とする鋼管端部の加工装置。

（２）前記面盤の外周又は内周に、鋼管の外面又は内面に倣って回転する倣いロールを１又は２以上備えることを特徴とする前記（１）に記載の鋼管端部の加工装置。

（３）前記倣いロールを、開先加工装置と端部整形装置又は突起切削装置を結ぶ線を挟んで対向して備えることを特徴とする前記（２）に記載の鋼管端部の加工装置。

（４）前記面盤の外周又は内周に、２以上の開先加工装置を備えることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の鋼管端部の加工装置。

（５）前記面盤の外周又は内周に、端部整形装置及び／又は突起切削装置の背面を押圧する切削工具押えを備えることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の鋼管端部の加工装置。

（６）前記開先加工装置及び突起切削装置の一方又は両方が、倣いロールを備えることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の鋼管端部の加工装置。

（７）前記（１）〜（６）のいずれかに記載の鋼管端部の加工装置を用いて、鋼管端面の開先加工と、鋼管端部の外周面及び／又は内周面の端部整形及び／又は突起切削を同時に行うことを特徴とする鋼管端部の加工方法。

本発明によれば、溶接鋼管の端部と端面の加工において、鋼管端部の整形加工と鋼管端面の開先加工を同時に高精度で行うことができるので、鋼管端部と端面の加工において、生産性が向上し、加工コストが低減する。

鋼管端部の整形加工と鋼管端面の開先加工を行う加工装置の一態様を模式的に示す図である。 縞鋼管端部を加工する加工装置の側断面を示す図である。 開先加工装置、突起切削装置、及び、内面倣いロールの配置例を示す図である。 開先加工装置、突起切削装置、及び、内面倣いロールの別の配置例を示す図である。

本発明の鋼管端部の加工装置（以下「本発明装置」ということがある。）は、溶接鋼管の管軸を中心に回転し、かつ、溶接鋼管に対し前進又は後進する面盤の外周又は内周に、
（ｉ）鋼管端面に開先を加工する開先加工装置を備え、かつ、
（ii）鋼管端部の外周面又は内周面に生成した溶接余盛及び／又は付着物を切削除去する端部整形装置、及び、溶接鋼管の外周面又は内周面に連続してスパイラル状に形成されている突起を切削除去する突起切削装置の一方又は両方を備える
ことを特徴とする。

本発明の鋼管端部の加工方法（以下「本発明方法」ということがある。）は、本発明装置を用いて、鋼管端面の開先加工と、鋼管端部の外周面及び／又は内周面の端部整形及び／又は突起切削を同時に行うことを特徴とする。

まず、本発明装置について図面に基づいて説明する。

図１に、鋼管端部の整形加工と鋼管端面の開先加工を行う加工装置の一態様を模式的に示す。

溶接鋼管１の一端（左側端部）の数箇所が、面取機３の面盤２に設けた鋼管固定手段４で固定されている。固定側の面取機３は、油圧機構５により、基礎６上の基台７に設けた軌条８上を進退できるので、溶接鋼管１の長さによって、鋼管端部の固定位置を調整できる。面盤２は回転可能であるので、鋼管端部で適切な固定箇所を選択できる。

一方の鋼管端部には、面取機１０の面盤９が、油圧機構１３で押圧されている。加工側の面取機１０は、移動可能な基床１４上の基台７に設けた軌条８上を油圧機構５で進退が可能である。

面盤９の外周には、切削工具を備える端部加工装置１１と外面倣いロール１２が取り付けられていて、外面倣いロール１２で、端部加工装置１１の回転を鋼管端部の外周又は内周に沿ったものとして、鋼管端部を高精度で整形する。

溶接鋼管の場合、鋼管の外周面又は内周面に溶接余盛及び／又は付着物（切断ノロ、溶接スパッタ等）が存在するので、端部加工装置として端部整形装置を用い、鋼管端部の外周面又は内周面を所要の範囲（中継用治具を取り付けることが可能な幅、例えば、１００〜１５０ｍｍ）で切削し、溶接余盛及び／又は付着物を除去する。この切削除去で、鋼管端部を高精度で整形することができる。

溶接鋼管の外周面又は内周面に突起が連続してスパイラル状に形成されている縞鋼管の場合、端部加工装置として突起切削装置を用い、鋼管端部の外周面又は内周面を所要の範囲（中継用治具を取り付けることが可能な幅、例えば、１００〜１５０ｍｍ）で切削し、スパイラル状に形成されている突起を除去する。この切削除去で、鋼管端部を高精度で整形することができる。

縞鋼管の外周面又は内周面に溶接余盛及び／又は付着物が存在する場合、端部整形装置と突起切削装置の両方を、面盤に取り付けてもよい。

図１に示す加工装置においては開先加工装置が図示されていないが、面盤９の外周又は内周の所定位置に開先加工装置が配置されている。面盤上での開先加工装置と、端部整形装置又は突起切削装置の配置については後述する。

縞鋼管の場合、従来は、突起切削除去の前に開先加工を行うが、開先加工の終了後、面取機を後進させて、開先加工工具を取り外して縞切削工具を取り付け、再度、面取機を前進させて縞切削加工を行う。開先加工の後に縞切削除去を行うと、切削除去時の応力で開先形状が歪む場合がある。この傾向は、縞鋼管が大径になるほど顕著である。

また、縞鋼管の端部の従来の加工においては、加工工具の２回の取付け取外しと、面取機の２回の前後進が必要となるが、このことが、生産性の低下と加工コストの上昇を招いている。

本発明装置は、前述したように、鋼管端面に開先を加工する開先加工装置と、鋼管端部の外周面又は内周面に生成した溶接余盛及び／又は付着物（切断ノロ、溶接スパッタ等）を切削除去する端部整形装置、及び、溶接鋼管の外周面又は内周面に連続してスパイラル状に形成されている突起を切削除去する突起切削装置の一方又は両方を備えているので、鋼管端部の整形加工と鋼管端面の開先加工を同時に行うことができる。

その結果、(a)鋼管端部の加工時の応力で開先形状が歪む現象は発現せず、かつ、(b)加工工具の取付け取外しが１回で、面取機の前後進が１回であるので、鋼管端部の加工の生産性が向上し、加工コストが低下する。

ここで、図２に、縞鋼管端部を加工する加工装置の側断面を示す。回転可能な面盤９の鋼管側の外周に、親台９ａと親台９ｂが対向して取り付けられている。親台９ａには、２個の子台９ｃが半径方向に取り付けられ、親台９ｂには、２個の子台９ｄが半径方向に取り付けられている。

内側の子台９ｃには、縞１ａを切削除去する切削工具１１ｃと、鋼管１の内面にあって、切削工具１１ｃと対をなす内面倣いロール１１ａが取り付けられている。外側の子台９ｃには、切削工具１１ｃを背面から押し下げ、縞１ａの切削高さを均等化する切削工具押え１１ｂが取り付けられている。なお、切削工具１１ｃは、鋼管１の溶接部に余盛があれば、その余盛をも縞１ａとともに切削除去する。

子台９ｃと対向する子台で内側の子台９ｄには、鋼管端面に開先を加工する開先加工装置１５が取り付けられている。開先加工装置１５による開先加工は、切削工具１１ｃによる縞の切削除去が済んだ鋼管端面に行う。それ故、鋼管端面に、歪のない高精度の開先形状を形成することができる。

開先加工装置は、開先加工をより安定化するため、装置自体、倣いロールを備えていてもよい。開先加工装置１５で加工する開先形状は特定の開先形状に限定されない。なお、縞鋼管ではＹ開先が主に用いられている。

面盤９の中心には、伸縮自在の支持腕１６ａが取り付けられていて、支持腕１６ａの先端には、鋼管を安定に保持する鋼管保持機１６が取り付けられている。支持腕１６ａは、面盤９の前後進に伴い伸縮し、鋼管端部及び端面の加工中、鋼管を安定に保持する。

図２には示していないが、突起切削と開先加工を円滑にかつ精度よく行うために、内面倣いロールを、内面倣いロール１１ａと別に、面盤の適宜の箇所に配置してもよい。

図３に、開先加工装置、突起切削装置、及び、内面倣いロールの配置例を示す。面盤９には、突起切削装置１７（切削工具、切削工具押え、内面倣いロールを含む）と開先加工装置１５が対向して取り付けられている。また、突起切削装置１７と開先加工装置１５の対向Ａに垂直な線Ｂ上に、２つの内面倣いロール１２が対向して配置されている。

この配置例においては、開先加工装置１５及び突起切削装置１７の回転が、鋼管端部の外周面及び端面にそれぞれ適合した回転となり、開先加工及び突起切削が同時に円滑に進行して、鋼管端部を高精度で所望の形状に加工することができる。

端部加工装置（開先加工装置、端部整形装置、突起切削装置）と内面倣いロールの配置は、図３に示す配置例に限定されない。開先加工装置、端部整形装置及び／又は突起切削装置、及び、倣いロールの配置は、溶接鋼管の鋼種や機械特性に応じて適宜設定し得るし、また、対向線の交差角は９０°に限定されないが、倣いロールは、開先加工装置と端部整形装置又は突起切削装置を結ぶ線を挟んで対向して備えることが好ましい。

図３には、内面倣いロールの配置を示したが、倣いロールは内面倣いロールに限定されないし、倣いロールの配置は、開先加工装置、及び、端部整形装置及び／又は突起切削装置の配置に応じて適宜設定する。

図４に、開先加工装置、突起切削装置、及び、内面倣いロールの別の配置例を示す。図４に示す配置例おいては、面盤９に、突起切削装置１７と内面倣いロール１２が対向して配置され、突起切削装置１７と内面倣いロール１２の対向線Ａに垂直な線Ｂ上に、２つの開先加工装置１５が対向して配置されている。なお、突起のない溶接鋼管の鋼管端部を加工する場合は、突起切削装置１７を端部整形装置に替える。

開先加工装置１５は、開先加工を円滑にかつ安定して行うために、内面倣いロール１５ａを備えていてもよい。

図４に示す配置例においても、開先加工装置１５及び突起切削装置１７の回転が、鋼管端部の外周面及び端面にそれぞれ適合した回転となり、開先加工及び突起切削が同時に円滑に進行して、鋼管端部を高精度で所望の形状に加工することができる。

即ち、本発明装置を用いる本発明方法においては、鋼管端面の開先加工と、鋼管端部の外周面及び／又は内周面の端部整形及び／又は突起切削を同時にかつ円滑に行うことができ、鋼管端部の加工を高精度で行うことができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
面盤に、開先加工機、突起切削機、及び、内面倣いロールを、図３に示す配置で配置した加工装置で、縞鋼管の端部を加工した。加工に要した時間は、従来装置（開先加工の後に縞切削除去）による加工時間に比べ、約１／５に短縮できた。

また、開先面に目視で判別できる歪みはなく、現場で、縞鋼管と縞鋼管を、溶接不良を起こさずに溶接することができた。なお、従来装置で加工した縞鋼管の開先面には目視で判別できる歪みがあり、その場合、溶接ビードに欠陥が生じた。

前述したように、本発明によれば、溶接鋼管の端部と端面の加工において、鋼管端部の整形加工と鋼管端面の開先加工を同時に高精度で行うことができるので、鋼管端部と端面の加工において、生産性が向上し、加工コストが低減する。よって、本発明は、鋼管製造産業及び土木建築産業において利用可能性が高いものである。

１ 溶接鋼管
１ａ 縞
２ 面盤
３、１０ 面取機
４ 鋼管固定手段
５、１３ 油圧機構
６ 基礎
７ 基台
８ 軌条
９ 面盤
９ａ、９ｂ 親台
９ｃ、９ｄ 子台
１１ 端部加工装置
１１ａ 内面倣いロール
１１ｂ 切削工具押え
１１ｃ 切削工具
１２ 内面倣いロール
１４ 基床
１５ 開先加工装置
１５ａ 内面倣いロール
１６ 鋼管保持機
１６ａ 支持腕
１７ 突起切削装置

Claims (7)

1. 溶接鋼管の管軸を中心に回転し、かつ、溶接鋼管に対し前進又は後進する面盤の外周又は内周に、
   （ｉ）鋼管端面に開先を加工する開先加工装置を備え、かつ、
   （ii）鋼管端部の外周面又は内周面に生成した溶接余盛及び／又は付着物を切削除去する端部整形装置、及び、溶接鋼管の外周面又は内周面に連続してスパイラル状に形成されている突起を切削除去する突起切削装置の両方を備えるか、又は、前記突起切削装置を備えるとともに、
   （iii）前記突起切削装置の背面を押圧する切削工具押えを備える
   ことを特徴とする鋼管端部の加工装置。
2. 前記面盤の外周又は内周に、鋼管の外面又は内面に倣って回転する倣いロールを１又は２以上備えることを特徴とする請求項１に記載の鋼管端部の加工装置。
3. 前記倣いロールを、開先加工装置と端部整形装置又は突起切削装置を結ぶ線を挟んで対向して備えることを特徴とする請求項２に記載の鋼管端部の加工装置。
4. 前記面盤の外周又は内周に、２以上の開先加工装置を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼管端部の加工装置。
5. 前記面盤の外周又は内周に、端部整形装置の背面を押圧する切削工具押えを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼管端部の加工装置。
6. 前記開先加工装置及び突起切削装置の一方又は両方が、倣いロールを備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼管端部の加工装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の鋼管端部の加工装置を用いて、鋼管端面の開先加工と、鋼管端部の外周面及び／又は内周面の端部整形及び／又は突起切削を同時に行うことを特徴とする鋼管端部の加工方法。

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