JP7236373B2 - Reverse strain calculation method for welded steel pipe and its program - Google Patents
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Description
本発明は、溶接鋼管における逆歪み算出方法およびそのプログラムに関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a reverse strain calculation method and program for a welded steel pipe.
溶接鋼管は、継ぎ目が溶接されることにより形成される鋼管である。この溶接による歪みで、溶接鋼管の内周および外周の形状は、真円(溶接される前の形状の一例)から外れた形状になる。この傾向は、大径の溶接鋼管で特に大きくなる。 A welded steel pipe is a steel pipe formed by welding seams. Due to the distortion caused by welding, the shape of the inner and outer circumferences of the welded steel pipe deviates from a perfect circle (an example of the shape before welding). This tendency is particularly large in large-diameter welded steel pipes.
溶接による歪みを低減するために、すなわち、溶接された後の形状が真円に近づくために、溶接する前の溶接鋼管に逆歪みを与えることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載された方法では、逆歪みが与えられた鋼構造物の溶接による変形を推定することができる。
In order to reduce the distortion due to welding, that is, to make the welded shape closer to a perfect circle, it has been proposed to apply reverse distortion to the welded steel pipe before welding (see, for example, Patent Document 1). . The method described in
ところで、前記特許文献1に記載された方法では、溶接による歪みが生じる全範囲に、逆歪みが与えられることを前提としている。この方法を溶接鋼管に適用した場合、溶接鋼管の全周に逆歪みを与えることになるので、机上では理想的であるが、現実的ではない。なぜなら、全周に逆歪みが与えられた溶接鋼管の内周および外周は楕円形または長円形であり、このような形状になるように溶接鋼管(具体的には溶接鋼管の構成部材)を変形させることは、施工上、困難だからである。
By the way, the method described in
一方で、溶接鋼管の全周ではなく一定の範囲に逆歪みを与えることは、現実的ではあるものの、適切な逆歪みの量および範囲を推定することが困難である。 On the other hand, although it is realistic to apply reverse strain to a certain range instead of the entire circumference of the welded steel pipe, it is difficult to estimate the appropriate amount and range of reverse strain.
そこで、本発明は、適切な逆歪みの量および範囲を得ることが可能な溶接鋼管の逆歪み算出方法およびそのプログラムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a reverse strain calculation method for a welded steel pipe and a program therefor, which are capable of obtaining an appropriate reverse strain amount and range.
上記課題を解決するため、第1の発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法は、軸心方向の継ぎ目を溶接することで形成される溶接鋼管において、当該溶接による歪みを低減するための逆歪みを与える量および範囲を算出する、溶接鋼管における逆歪み算出方法であって、
前記溶接鋼管の鋼種、板厚および内径、並びに、前記溶接の開先形状に対応する当該溶接による歪みの形状を、準備されたデータベースに基づいて算出する第1溶接歪み算出工程と、
前記逆歪みの量および範囲を変数として設定し、当該量および範囲での逆歪みの形状を算出する逆歪み算出工程と、
前記第1溶接歪み算出工程で算出された形状に前記逆歪み算出工程で算出された形状を加えることで、前記逆歪みを考慮した溶接による歪みの形状を算出する第2溶接歪み算出工程と、
溶接による歪みが生じない形状に対する、前記第2溶接歪み算出工程で算出された形状の積分値を算出する積分工程と、
互いに独立した第1変数および第2変数の関数から得られる目的値が閾値以下となる場合の当該第1変数および第2変数の各固定値を算出する最適化手法を利用して、前記第1変数および第2変数を前記逆歪みの量および範囲とするとともに、前記目的値を前記積分値とした上で、当該積分値が閾値以下となる場合の前記逆歪みの量および範囲の各固定値を算出し、算出された各固定値のいずれかを正式な逆歪みの量および範囲とする、最適化手法利用工程とを備える方法である。
In order to solve the above-mentioned problems, a method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to a first invention is a welded steel pipe formed by welding a seam in the axial direction. A reverse strain calculation method for a welded steel pipe, which calculates the amount and range that provides
a first welding strain calculation step of calculating the steel type, plate thickness and inner diameter of the welded steel pipe, and the shape of the strain due to welding corresponding to the groove shape of the welding, based on a prepared database;
a backdistortion calculation step of setting the amount and range of the backdistortion as variables and calculating the shape of the backdistortion at the amount and range;
a second welding strain calculation step of calculating a shape of distortion due to welding in consideration of the reverse strain by adding the shape calculated in the reverse strain calculation step to the shape calculated in the first welding strain calculation step;
an integrating step of calculating an integrated value of the shape calculated in the second welding distortion calculating step with respect to a shape in which distortion due to welding does not occur;
The first With the variable and the second variable being the amount and range of the backdistortion, and the target value being the integrated value, each fixed value of the amount and range of the backdistortion when the integrated value is equal to or less than a threshold. and taking one of each calculated fixed value as the formal backdistortion amount and range.
また、第2の発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法は、第1の発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法において、最適化手法利用工程での閾値が、積分工程での積分値の最小値である方法である。 A method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to a second invention is the method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to the first invention, wherein the threshold value in the optimization method utilization step is the minimum integrated value in the integration step. It is a method that is a value.
さらに、第3の発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法は、第1または第2の発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法において、第1溶接歪み算出工程で準備されたデータベースが、格納したデータの補間により溶接による歪みの形状を算出する方法である。 Further, a method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to a third aspect of the invention is the method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to the first or second aspect of the invention, wherein the database prepared in the first welding strain calculation step is stored This is a method of calculating the shape of distortion due to welding by interpolating data.
加えて、第4の発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法は、第1乃至第3のいずれかの発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法において、逆歪み算出工程で算出される逆歪みの形状が、溶接鋼管よりも小径の円における円弧である方法である。 In addition, a method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to a fourth aspect of the invention is the method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to any one of the first to third inventions, wherein the reverse strain calculated in the reverse strain calculating step is A method in which the shape is an arc in a circle with a smaller diameter than the welded steel pipe.
また、第5の発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法は、第1乃至第4のいずれかの発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法において、逆歪み算出工程で変数として設定された逆歪みの範囲が、溶接鋼管の継ぎ目を含む方法である。 Further, the method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to a fifth aspect of the invention is the method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to any one of the first to fourth inventions, wherein the reverse strain set as a variable in the step of calculating the reverse strain is is the method involving welded steel pipe seams.
また、第6の発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法は、第1乃至第5のいずれかの発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法において、溶接鋼管の継ぎ目が、当該溶接鋼管を複数に等分するものであり、
逆歪み算出工程で変数として設定された逆歪みの範囲が、前記溶接鋼管の隣り合う継ぎ目の中間を含む方法である。
A method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to a sixth aspect of the invention is the method for calculating reverse strain in a welded steel pipe according to any one of the first to fifth aspects of the invention, wherein the joint of the welded steel pipe is divided into a plurality of welded steel pipes. are equally divided,
In this method, the range of reverse strain set as a variable in the reverse strain calculation step includes the middle of the adjacent seams of the welded steel pipe.
また、第7の発明に係るプログラムは、第1乃至第6のいずれかの発明に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 A program according to a seventh invention is a program for causing a computer to execute the reverse strain calculation method for a welded steel pipe according to any one of the first to sixth inventions.
前記溶接鋼管における逆歪み算出方法およびそのプログラムによると、溶接鋼管の全周ではなく一定の範囲のみ逆歪みを与えればよく、さらに、溶接による歪みが低減される逆歪みの量および範囲が算出されるので、適切な逆歪みの量および範囲を得ることができる。 According to the method and the program for calculating the reverse strain in the welded steel pipe, it is sufficient to apply the reverse strain only in a certain range instead of the entire circumference of the welded steel pipe, and the amount and range of the reverse strain in which the strain due to welding is reduced is calculated. Therefore, an appropriate backdistortion amount and range can be obtained.
以下、本発明の実施の形態に係る溶接鋼管における逆歪み算出方法について説明する。 A reverse strain calculation method for a welded steel pipe according to an embodiment of the present invention will be described below.
まず、前記逆歪み算出方法が使用される溶接鋼管について簡単に説明する。 First, a brief description will be given of a welded steel pipe for which the reverse strain calculation method is used.
図1および図2に示すように、前記溶接鋼管1は、軸心O方向の継ぎ目2を溶接することで形成される鋼管である。この溶接鋼管1は、鋼製のパイプまたはチューブに限られず、円筒などの筒形状の鋼材であれば、どのような径および長さであってもよい。図1は溶接する前の状態を示し、図2は溶接した後の状態を示す。図1および図2は、前記継ぎ目2が上下の各位置にある2つの例を示すが、当該継ぎ目2は、1つでもよく、3つ以上でもよい。前記継ぎ目2が複数である場合、溶接鋼管1の構造上、隣り合う継ぎ目2が等間隔であることが好ましい。前記継ぎ目2の溶接は、前記溶接鋼管1の内周側に施工された例(開先3が溶接鋼管1の内周側に形成された例)を図示するが、前記溶接鋼管1の外周側に施工されてもよい。なお、以下では、溶接された部分を溶接部4と称する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the welded
図2では、溶接した後の溶接鋼管1を実線で示し、溶接する前の溶接鋼管1における手前側端部を仮想線で示す。図2で実線および仮想線を比較すると明らかなように、溶接した後(実線)の溶接鋼管1は、溶接する前(仮想線)の形状から、溶接部4のある上下の各位置で拡径し、隣り合う溶接部4の中間にある左右の各位置で縮径する。このような拡径および縮径による変形は、前記溶接が原因であるから、溶接歪みと称される。
In FIG. 2, the
前記軸心O方向に垂直な方向での断面を、図3では二次元の直交座標系で示す。この二次元の直交座標系では、溶接する前の前記溶接鋼管1の内周を仮想線で示し、溶接した後の前記内周を実線(細線)で示す。溶接歪みにより、前記内周は、仮想線から実線(細線)の形状に変化する。すなわち、仮想線に比べて、実線(細線)では、溶接部4のある上下の各位置で拡径し(つまりy軸方向では拡がり)、隣り合う溶接部4の中間にある左右の各位置で縮径する(つまりx軸方向では縮む)。溶接した後の前記内周の形状が、図3の実線(細線)で示す形状ではなく、図3の仮想線で示す形状になるためには、溶接する前の前記内周の形状から、溶接歪みの分だけ逆方向に歪ませる、つまり全周に亘って逆歪みを与えることが理想的である。この理想的な逆歪みが与えられた前記内周の形状を、図3では太線で示す。すなわち、仮想線に比べて、太線では、溶接により拡径する上下の各位置(y軸方向)で縮径させ、溶接により縮径する左右の各位置(x軸方向)で拡径させる。
A cross section in a direction perpendicular to the direction of the axis O is shown in a two-dimensional orthogonal coordinate system in FIG. In this two-dimensional orthogonal coordinate system, the inner circumference of the
図3に示すように、理想的な逆歪みが与えられた前記内周の形状(太線)にするには、逆歪みが与えられる前の形状(仮想線)から、溶接鋼管1の全周に亘って逆歪みを与える必要がある。このような施工は、現実的に困難であり、特に溶接鋼管1が大径(内径が1800mm以上)では極めて困難である。このため、逆歪みは、全周でなく、一定の範囲で与えられるのが現実的である。
As shown in FIG. 3 , in order to obtain the ideal shape of the inner circumference (thick line) to which the reverse strain is applied, the shape (virtual line) before the reverse strain is applied to the entire circumference of the
ところで、図3に示すように、理想的な逆歪みが与えられた前記内周の形状(太線)は、溶接歪みにより、逆歪みが与えられる前の形状(仮想線)になるか、当該形状(仮想線)に極めて近くなる。これに対して、一定の範囲で逆歪みが与えられた前記内周の形状は、溶接歪みにより、逆歪みが与えられる前の形状(仮想線)にはならない。本実施の形態において、溶接による歪みを低減するとは、溶接歪み自体を低減するのではなく、逆歪みが与えられて且つ溶接された後の前記内周の形状が、逆歪みが与えられず且つ溶接される前の前記内周の形状(仮想線)に近いことを意味する。 By the way, as shown in FIG. 3, the shape of the inner circumference to which the ideal reverse strain is applied (bold line) is changed to the shape (virtual line) before the reverse strain is applied due to the welding distortion, or (virtual line). On the other hand, the shape of the inner periphery to which the reverse strain is applied within a certain range does not become the shape (virtual line) before the reverse strain is applied due to the welding distortion. In the present embodiment, reducing the distortion due to welding does not mean reducing the welding distortion itself, but the shape of the inner circumference after being subjected to reverse distortion and being welded. It means that it is close to the inner peripheral shape (virtual line) before welding.
図3に示すように、第1象限(xが正、yが正)と第2象限(xが負、yが正)とは、y軸に対して線対称であり、第1象限(xが正、yが正)と第3象限(xが負、yが負)とは、原点に対して点対称であり、第1象限(xが正、yが正)と第4象限(xが正、yが負)とは、x軸に対して線対称である。このため、第1象限の形状を把握できれば、第2象限~第4象限の形状まで把握が可能である。したがって、図4および図5には、第1象限(xが正、yが正)のみを示し、第2象限~第4象限を省略する。 As shown in FIG. 3, the first quadrant (x is positive, y is positive) and the second quadrant (x is negative, y is positive) are symmetrical with respect to the y-axis, and the first quadrant (x is positive, y is positive) and the third quadrant (x is negative, y is negative) are symmetrical with respect to the origin, and the first quadrant (x is positive, y is positive) and the fourth quadrant (x is positive and y is negative) is symmetrical with respect to the x-axis. Therefore, if the shape of the first quadrant can be grasped, it is possible to grasp the shapes of the second to fourth quadrants. Therefore, FIGS. 4 and 5 show only the first quadrant (where x is positive and y is positive), and the second to fourth quadrants are omitted.
図4および図5では、いずれも、溶接する前の前記内周の形状を示し、逆歪みが与えられる前の形状を仮想線で示し、逆歪みが一定の範囲(中心角θの円弧)で与えられた後の形状を太線で示す。すなわち、逆歪みは、一定の範囲(中心角θの円弧)のみで与えられ、一定の範囲(中心角θの円弧)以外では与えられない。逆歪みが与えられる量δは、逆歪みが与えられる前の形状(仮想線)と、逆歪みが与えられた後の形状(太線)との差の最大値である。図4は、溶接部4(x>0のx軸から90°近傍の位置)が前記範囲に入る場合を示し、図5は、隣り合う溶接部4の中間部(x>0のx軸から0°近傍の位置)が前記範囲に入る場合を示す。なお、逆歪みが与えられる一定の範囲は、中心角θの円弧としたが、この円弧は中心角θに比例するので、便宜上、以下では前記範囲を中心角θ(角度)として説明する。 4 and 5 both show the shape of the inner circumference before welding, the shape before the reverse strain is given by a virtual line, and the reverse strain is in a certain range (circular arc with a central angle θ). The given shape is shown in bold. That is, the reverse distortion is given only within a certain range (arc with central angle θ) and is not given outside the certain range (arc with central angle θ). The amount of reverse distortion δ is the maximum value of the difference between the shape before the reverse strain is applied (virtual line) and the shape after the reverse strain is applied (thick line). FIG. 4 shows a case where the welded portion 4 (a position near 90° from the x-axis where x>0) falls within the above range, and FIG. position near 0°) falls within the above range. The fixed range in which the reverse distortion is applied is the arc of the central angle θ, but since this arc is proportional to the central angle θ, the above range will be described below as the central angle θ (angle) for convenience.
図4および図5に示すように、溶接鋼管1に与えられる逆歪みは、例えば、当該逆歪みが与えられる前の溶接鋼管1の内径r1よりも小さい径r2の円弧である。前記溶接鋼管1に与える逆歪みの量δおよび範囲θが定まれば、前記円弧を形成する円(以下、小円と称する)の中心座標(α,β)および半径r2が算出される。具体的には、図4および図5に示す場合のいずれも、範囲θにおいて逆歪みが与えられる前と後とで前記内周が同一長さである、という条件が加わることで、前記小円の中心座標(α,β)および半径r2が算出される。
As shown in FIGS. 4 and 5, the reverse strain applied to the welded
図6および図7に示すグラフは、横軸を角度とし、縦軸を逆歪みが与えられず且つ溶接される前の前記内周からの変形量(正が拡径、負が縮径)とする。図6および図7では、逆歪みが与えられて且つ溶接される前の前記内周を太線で示し、逆歪みが与えられず且つ溶接された後の前記内周を実線(細線)で示し、逆歪みが与えられて且つ溶接された後の前記内周を太破線で示す。すなわち、太線と実線とを加算したものが、太破線となる。図6は、図4(溶接部4が逆歪みの範囲θに入る)に対応するグラフであり、図7は、図5(隣り合う溶接部4の中間部が前記範囲θに入る)に対応するグラフである。
In the graphs shown in FIGS. 6 and 7, the horizontal axis is the angle, and the vertical axis is the deformation amount from the inner circumference before welding without reverse strain (positive is diameter expansion, negative is diameter reduction). do. 6 and 7, the inner circumference before being reverse-strained and welded is indicated by a thick line, and the inner circumference after welding without being reverse-strained is indicated by a solid line (thin line), The inner perimeter after being counterstrained and welded is shown in bold dashed lines. In other words, the thick dashed line is obtained by adding the thick line and the solid line. FIG. 6 is a graph corresponding to FIG. 4 (the welded
図6および図7において、太線(逆歪みが与えられて且つ溶接される前の前記内周)は、逆歪みの量δおよび範囲θにより定まるので、逆歪みの量δおよび範囲θの関数である。また、実線(逆歪みが与えられず且つ溶接された後の前記内周)はデータベースから呼び出される既定値なので、太線と実線とを加算した太破線も、逆歪みの量δおよび範囲θの関数である。このため、太破線の積分値も、逆歪みの量δおよび範囲θの関数であるから、以下ではS(δ,θ)で表記する。この積分値S(δ,θ)は、逆歪みが与えられず且つ溶接される前の前記内周(横軸上)に対する、逆歪みが与えられて且つ溶接された後の前記内周(太破線)の積分値である。このため、この積分値S(δ、θ)が小さいほど、逆歪みが与えられて且つ溶接された後の前記内周(太破線)が、逆歪みが与えられず且つ溶接される前の前記内周(横軸上)に、全体的に近いと言える。すなわち、積分値S(δ、θ)が小さいほど、溶接による歪みが低減された状態である。したがって、溶接による歪みが低減される場合とは、前記関数S(δ,θ)が閾値以下の場合である。すなわち、前記関数S(δ,θ)が閾値以下の場合であれば、その量δおよび範囲θで逆歪みが与えられて且つ溶接された後の前記内周(太破線)が、逆歪みが与えられず且つ溶接される前の前記内周(横軸上)に、全体的に近いと言える。 In FIGS. 6 and 7, the thick line (the inner circumference before being reverse-strained and welded) is determined by the amount δ and the range θ of the reverse strain. be. In addition, since the solid line (the inner circumference after welding without giving reverse strain) is the default value called from the database, the thick dashed line obtained by adding the thick line and the solid line is also a function of the amount of reverse strain δ and the range θ. is. Therefore, since the integrated value of the thick dashed line is also a function of the amount δ and the range θ of the reverse distortion, it is expressed as S(δ, θ) below. This integral value S (δ, θ) is the inner circumference (thickness dashed line). Therefore, the smaller the integrated value S(δ, θ) is, the more the inner circumference (bold dashed line) after reverse strain is applied and welded is the same as that before reverse strain is applied and welded. It can be said that it is close to the inner circumference (on the horizontal axis) as a whole. That is, the smaller the integrated value S(δ, θ), the less the distortion due to welding. Therefore, the case where the distortion due to welding is reduced is the case where the function S(δ, θ) is equal to or less than the threshold. That is, if the function S (δ, θ) is equal to or less than the threshold, the inner circumference (thick dashed line) after being welded with the reverse strain given by the amount δ and the range θ is It can be said that it is generally close to the inner circumference (on the horizontal axis) before it is applied and welded.
前記関数S(δ,θ)が閾値以下となる逆歪みの量δおよび範囲θの算出には、最適化手法が採用される。この最適化手法は、互いに独立した第1変数および第2変数の関数から得られる目的値が閾値以下となる場合の、当該第1変数および第2変数の各固定値を算出する手法である。採用される最適化手法は、特に限定されないが、例えば、ソルバーを使用する方法、遺伝的アルゴリズムを使用する方法、または、数学的な解法を使用する方法などである。このような方法として、具体的には、マイクロソフト社の表計算ソフトウェアであるExcel(登録商標)のソルバー機能、マスワ―クス社の数値解析ソフトウェアであるMATLAB(登録商標)の最適化アプリケーション、Python(登録商標)のライブラリー関数、または、R言語のライブラリー関数などを使用してもよい。前記方法として、前述した既存の機能を使用するのではなく、前記方法が組み込まれたサブルーチンを作成して使用してもよい。前記数学的な解法を使用する方法は、前記目的値を独立2変数(第1変数および第2変数)N次方程式(Nは偶数)に近似し、この独立2変数N次方程式が閾値以下とある場合の第1変数および第2変数を解として数学的に求める方法である。 An optimization method is employed to calculate the backdistortion amount δ and the range θ within which the function S(δ, θ) is equal to or less than the threshold. This optimization method is a method of calculating each fixed value of the first variable and the second variable when the objective value obtained from the function of the first variable and the second variable which are mutually independent is equal to or less than the threshold value. The optimization method employed is not particularly limited, but includes, for example, a method using a solver, a method using a genetic algorithm, or a method using a mathematical solution. Specific examples of such methods include the solver function of Excel (registered trademark), which is Microsoft's spreadsheet software, the optimization application of MATLAB (registered trademark), which is numerical analysis software of Mathworks, and Python ( (Registered Trademark) library functions, R language library functions, or the like may be used. As the method, instead of using the existing functions described above, a subroutine incorporating the method may be created and used. The method using the mathematical solution approximates the objective value to an independent two-variable (first and second variable) Nth-order equation (where N is an even number), and the independent two-variable Nth-order equation is below a threshold value. This is a method of mathematically obtaining the first variable and the second variable in a certain case as a solution.
前記最適化手法では、互いに独立した前記第1変数および第2変数がそれぞれ逆歪みの量δおよび範囲θとされ、前記目的値が関数S(δ,θ)とされる。すなわち、この最適化手法により、関数S(δ,θ)が閾値以下となる場合の、逆歪みの量δおよび範囲θの各固定値が算出される。前記関数S(δ,θ)が小さいほど好ましいので、前記閾値が関数S(δ,θ)の最小値であることが好ましい。言い換えれば、前記関数S(δ,θ)が最小値となる場合の、逆歪みの量δおよび範囲θの各固定値を算出することが好ましい。 In the optimization method, the first variable and the second variable, which are independent of each other, are the amount δ and the range θ of the reverse distortion, respectively, and the target value is the function S(δ, θ). That is, by this optimization method, fixed values of the amount δ and the range θ of the backdistortion are calculated when the function S(δ, θ) is equal to or less than the threshold. Since the smaller the function S(δ, θ), the better, the threshold is preferably the minimum value of the function S(δ, θ). In other words, it is preferable to calculate each fixed value of the backdistortion amount δ and the range θ when the function S(δ, θ) takes the minimum value.
前述したように、本発明の実施の形態に係る溶接鋼管1における逆歪み算出方法は、関数S(δ,θ)が閾値以下となる場合の、すなわち、所定の量δおよび範囲θで逆歪みが与えられて且つ溶接された後の前記内周が、逆歪みが与えられず且つ溶接される前の前記内周に全体的に近くなる場合の、当該逆歪みの量δおよび範囲θを算出する方法である。言い換えれば、前記溶接鋼管1における逆歪み算出方法は、溶接による歪みを低減するための逆歪みを与える量δおよび範囲θを算出する方法である。以下、当該方法を各工程に分けて図8に基づき説明する。
As described above, the method for calculating the reverse strain in the welded
図8に示すように、前記溶接鋼管1における逆歪み算出方法は、第1溶接歪み算出工程S10、逆歪み算出工程S20、第2溶接歪み算出工程S30、積分工程S40および最適化手法利用工程S50を備える。
As shown in FIG. 8, the reverse strain calculation method for the welded
第1溶接歪み算出工程S10は、前記溶接鋼管1の鋼種、板厚および内径r1、並びに、前記溶接の開先形状に対応する当該溶接による歪みの形状を、準備されたデータベースに基づいて算出する工程である。この工程は、溶接鋼管1の鋼種、板厚および内径r1、並びに、前記溶接の開先形状が条件として入力されるステップS11と、入力された条件に対応する溶接歪みをデータベースに基づいて算出するステップS12とに分けられる。データベースには、図3、図6および図7において実線(細線)で示すデータ、すなわち、逆歪みが与えられず且つ溶接された後の溶接鋼管1の内周の形状のデータが格納されている。当該データは、様々な、溶接鋼管1の鋼種、板厚および内径(逆歪みが与えられず且つ溶接される前)、並びに、前記溶接の開先形状に対応するものである。前記データベースに格納されているデータは、予め、解析手法により得られたデータであり、例えば、有限要素法(FEM)による熱弾塑性により得られるデータ、または、固有歪み法により得られるデータなどである。前記データベースは、格納しているデータが入力された条件に対応しなければ、格納しているデータから、入力された条件に対応するデータを補間により算出する。この補間は、例えば、当該算出のための時間を短縮するために、線形補間であることが好ましい。
In the first welding distortion calculation step S10, the steel type, plate thickness and inner diameter r1 of the welded
前記逆歪み算出工程S20は、前記逆歪みの量δおよび範囲θを変数として設定し、当該量δおよび範囲θでの逆歪みの形状を算出する工程である。すなわち、前記逆歪み算出工程S20は、図4~図7において太線で示す形状を、逆歪みの量δおよび範囲θの関数として算出する工程である。 The reverse distortion calculation step S20 is a step of setting the amount δ and the range θ of the reverse distortion as variables, and calculating the shape of the reverse distortion with the amount δ and the range θ. That is, the reverse distortion calculation step S20 is a step of calculating the shape indicated by the thick lines in FIGS. 4 to 7 as a function of the amount δ and the range θ of the reverse distortion.
前記第2溶接歪み算出工程S30は、前記第1溶接歪み算出工程S10で算出された形状に前記逆歪み算出工程S20で算出された形状を加えることで、前記逆歪みを考慮した溶接による歪みの形状を算出する工程である。すなわち、前記第2溶接歪み算出工程S30は、図6および図7において実線で示す形状に太線で示す形状を加えることで、図6および図7において太破線で示す形状を、逆歪みの量δおよび範囲θの関数として算出する工程である。 The second welding strain calculation step S30 adds the shape calculated in the reverse strain calculation step S20 to the shape calculated in the first welding strain calculation step S10, thereby calculating the distortion due to welding in consideration of the reverse strain. This is the step of calculating the shape. That is, the second welding strain calculation step S30 adds the shape indicated by the thick line to the shape indicated by the solid line in FIGS. and the step of calculating as a function of the range θ.
前記積分工程S40は、溶接による歪みが生じない形状に対する、前記第2溶接歪み算出工程S30で算出された形状の積分値を算出する工程である。すなわち、前記積分工程S40は、図6および図7において太破線で示す関数の積分値S(δ,θ)を、逆歪みの量δおよび範囲θの関数として算出する工程である。 The integration step S40 is a step of calculating an integral value of the shape calculated in the second welding distortion calculation step S30 with respect to a shape in which distortion due to welding does not occur. That is, the integration step S40 is a step of calculating the integrated value S(δ, θ) of the function indicated by the thick dashed line in FIGS. 6 and 7 as a function of the amount δ and the range θ of the reverse distortion.
前記最適化手法利用工程S50は、互いに独立した第1変数および第2変数の関数から得られる目的値が閾値以下となる場合の当該第1変数および第2変数の各固定値を算出する最適化手法を利用して、前記第1変数および第2変数を変数として設定された逆歪みの量δおよび範囲θとするとともに、前記目的値を積分値S(δ,θ)とした上で、当該積分値S(δ,θ)が閾値以下となる場合の前記逆歪みの量δおよび範囲θの各固定値を算出し、算出された各固定値のいずれかを正式な逆歪みの量δfixおよび範囲θfixとする工程である。すなわち、前記最適化手法利用工程S50は、関数S(δ,θ)が閾値以下となる場合の逆歪みの量δおよび範囲θの固定値を、最適化手法の利用により算出する工程である。 The optimization method using step S50 includes optimization for calculating each fixed value of the first variable and the second variable when a target value obtained from a function of the first variable and the second variable that are independent of each other is equal to or less than a threshold value. Using the method, the amount δ and the range θ of the reverse distortion set with the first variable and the second variable as variables, and the target value is the integrated value S (δ, θ), and the Each fixed value of the backdistortion amount δ and the range θ when the integrated value S(δ, θ) is equal to or less than the threshold is calculated, and one of the calculated fixed values is used as the formal backdistortion amount δfix and This is a step for setting the range θfix. That is, the optimization method use step S50 is a step of calculating, by using the optimization method, the fixed values of the amount δ and the range θ of the inverse distortion when the function S(δ, θ) is equal to or less than the threshold value.
前述した、第1溶接歪み算出工程S10、逆歪み算出工程S20、第2溶接歪み算出工程S30、積分工程S40および最適化手法利用工程S50を、プログラムにより、コンピュータに実行させてもよい。この場合、第1溶接歪み算出工程S10で入力される溶接鋼管1の鋼種、板厚および内径、並びに、前記溶接の開先形状は、例えば、キーボードおよび/またはマウスなどの入力手段により入力されることが好ましい。また、最適化手法利用工程S50で算出された正式な逆歪みの量δfixおよび範囲θfixは、例えば、ディスプレイなどの表示手段により表示されることが好ましい。
A computer may be caused to execute the first welding strain calculation step S10, the reverse strain calculation step S20, the second welding strain calculation step S30, the integration step S40, and the optimization method use step S50 described above. In this case, the steel type, plate thickness and inner diameter of the welded
このように、前記溶接鋼管1における逆歪み算出方法によると、溶接鋼管1の全周ではなく一定の範囲θのみ逆歪みを与えればよく、さらに、溶接による歪みが低減される逆歪みの量δfixおよび範囲θfixが算出されるので、適切な逆歪みの量δfixおよび範囲θfixを得ることができる。
As described above, according to the method for calculating the reverse strain in the welded
また、最適化手法利用工程S50での閾値が、積分工程S40での積分値の最小値であることにより、逆歪みの最も適切な量δfixおよび範囲θfixがそれぞれ1つに定まるので、一層適切な逆歪みの量δfixおよび範囲θfixを得ることができる。 Further, since the threshold value in the optimization method use step S50 is the minimum value of the integrated value in the integration step S40, the most appropriate amount δfix and the range θfix of the backdistortion are each determined to be one. The amount of backdistortion δfix and extent θfix can be obtained.
さらに、第1溶接歪み算出工程S10で準備されたデータベースが、格納したデータの補間により溶接による歪みの形状を算出することにより、より適切な溶接による歪みの形状が算出されるので、一層適切な逆歪みの量δfixおよび範囲θfixを得ることができる。 Furthermore, the database prepared in the first welding distortion calculation step S10 calculates the shape of distortion due to welding by interpolating the stored data, thereby calculating a more appropriate shape of distortion due to welding. The amount of backdistortion δfix and extent θfix can be obtained.
加えて、逆歪み算出工程S20で算出される逆歪みの形状が、溶接鋼管1よりも小径の円における円弧であることにより、溶接鋼管1に逆歪みを与えやすくなるので、一層適切な逆歪みの量δfixおよび範囲θfixを得ることができる。
In addition, since the shape of the reverse strain calculated in the reverse strain calculation step S20 is an arc of a circle having a diameter smaller than that of the welded
また、逆歪み算出工程S20で変数として設定された逆歪みの範囲θが、溶接鋼管1の継ぎ目2を含むことにより、溶接鋼管1に逆歪みを与えやすくなるので、一層適切な逆歪みの量δfixおよび範囲θfixを得ることができる。
In addition, since the range θ of the reverse strain set as a variable in the reverse strain calculation step S20 includes the
また、溶接鋼管1の継ぎ目2が、当該溶接鋼管1を複数に等分するものであるから、溶接された後の溶接鋼管1を構造的に安定させることができる。さらに、逆歪みの範囲θが、前記溶接鋼管1の隣り合う継ぎ目2の中間を含むことにより、溶接部4を含まない。これにより、一層適切な逆歪みの量δfixおよび範囲θfixを得ることができる。
Moreover, since the
ところで、前記実施の形態では、図6および図7に示すように、溶接部4が2つで且つ隣り合う溶接部4が等間隔の場合、角度が0°~90°までの範囲でのみ積分値S(δ,θ)を算出するとして説明したが、他の角度である90°~180°、180°~270°および270°~360°も、それぞれ積分値が同一であるから、他の角度での積分値まで算出する必要は無い。すなわち、溶接部4が2つで隣り合う溶接部4が等間隔の場合、積分値S(δ,θ)を算出する角度は0°~90°までの範囲で足りるので、前記逆歪みの量δfixおよび範囲θfixを短時間で算出することができる。なお、溶接部4の数がM(Mは正数)の場合、積分値S(δ,θ)を算出する角度は、180°/Mの範囲で足りる。但し、Mが2以上なら、隣り合う溶接部4が等間隔であることを前提とする。
By the way, in the above-described embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, when there are two welded
また、前記実施の形態では、データベースに格納されるデータについて溶接部4が2つ以外の場合を説明しなかったが、前記データベースに格納されるデータとして、溶接部4の数に応じたものを準備する。
Further, in the above-described embodiment, the data stored in the database has not been described for cases other than the number of welded
さらに、前記実施の形態では、溶接鋼管1の形状として、溶接鋼管1の内周を基準に説明したが、溶接鋼管1の外周(または内周と外周との中間)を基準にしてもよい。
Furthermore, in the above embodiment, the shape of the welded
加えて、前記実施の形態では、継ぎ目2に開先3が形成されたとして説明したが、開先3が形成されず、継ぎ目2が溶接により直接接合されてもよい。
In addition, in the above embodiment, the
また、前記実施の形態では、図4および図6に示す溶接部4が逆歪みの範囲θに入る場合と、図5および図7に示す隣り合う溶接部4の中間部が逆歪みの範囲θに入る場合とを別々に説明したが、前記溶接部4および前記中間部がそれぞれ異なる逆歪みの範囲に入るようにしてもよい。勿論、溶接部4および中間部のいずれも逆歪みの範囲に入らないようにしてもよい。
Further, in the above embodiment, the welded
また、前記実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。前記実施の形態で説明した構成のうち「課題を解決するための手段」での第1の発明として記載した構成以外については、任意の構成であり、適宜削除および変更することが可能である。 Moreover, the above-described embodiments are illustrative in all respects and are not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims. Of the configurations described in the above embodiments, the configuration other than the configuration described as the first invention in "Means for Solving the Problems" is an arbitrary configuration, and can be deleted and changed as appropriate.
O 軸心
δ 逆歪みの量
θ 逆歪みの範囲
1 溶接鋼管
2 継ぎ目
3 開先
4 溶接部
O Axis center δ Amount of reverse strain θ Range of
Claims (7)
前記溶接鋼管の鋼種、板厚および内径、並びに、前記溶接の開先形状に対応する当該溶接による歪みの形状を、準備されたデータベースに基づいて算出する第1溶接歪み算出工程と、
前記逆歪みの量および範囲を変数として設定し、当該量および範囲での逆歪みの形状を算出する逆歪み算出工程と、
前記第1溶接歪み算出工程で算出された形状に前記逆歪み算出工程で算出された形状を加えることで、前記逆歪みを考慮した溶接による歪みの形状を算出する第2溶接歪み算出工程と、
溶接による歪みが生じない形状に対する、前記第2溶接歪み算出工程で算出された形状の積分値を算出する積分工程と、
互いに独立した第1変数および第2変数の関数から得られる目的値が閾値以下となる場合の当該第1変数および第2変数の各固定値を算出する最適化手法を利用して、前記第1変数および第2変数を前記逆歪みの量および範囲とするとともに、前記目的値を前記積分値とした上で、当該積分値が閾値以下となる場合の前記逆歪みの量および範囲の各固定値を算出し、算出された各固定値のいずれかを正式な逆歪みの量および範囲とする、最適化手法利用工程とを備えることを特徴とする溶接鋼管における逆歪み算出方法。 A method for calculating reverse strain in a welded steel pipe formed by welding a seam in the axial direction, the method for calculating the amount and range of reverse strain to reduce the strain due to welding, the method comprising:
a first welding strain calculation step of calculating the steel type, plate thickness and inner diameter of the welded steel pipe, and the shape of the strain due to welding corresponding to the groove shape of the welding, based on a prepared database;
a backdistortion calculation step of setting the amount and range of the backdistortion as variables and calculating the shape of the backdistortion at the amount and range;
a second welding strain calculation step of calculating a shape of distortion due to welding in consideration of the reverse strain by adding the shape calculated in the reverse strain calculation step to the shape calculated in the first welding strain calculation step;
an integrating step of calculating an integrated value of the shape calculated in the second welding distortion calculating step with respect to a shape in which distortion due to welding does not occur;
The first With the variable and the second variable being the amount and range of the backdistortion, and the target value being the integrated value, each fixed value of the amount and range of the backdistortion when the integrated value is equal to or less than a threshold. and setting any of the calculated fixed values as the official amount and range of the reverse strain.
逆歪み算出工程で変数として設定された逆歪みの範囲が、前記溶接鋼管の隣り合う継ぎ目の中間を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の溶接鋼管における逆歪み算出方法。 The seam of the welded steel pipe divides the welded steel pipe into a plurality of equal parts,
6. The reverse strain in the welded steel pipe according to any one of claims 1 to 5, wherein the range of reverse strain set as a variable in the reverse strain calculation step includes a midpoint between adjacent seams of the welded steel pipe. calculation method.
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