JP7493737B1 - 半割管継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配管径が大きくなった場合にも歪みが少なく寸法精度に優れる半割管継手を、生産性良く製造することができる、半割管継手の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の半割管継手の製造方法は、金属材料板を切断し、プレス成型により第１中間成形品１０を成形する工程と、第１中間成形品１０の長手方向管端部１１の開先を成形する工程と、第１中間成形品の長手方向管端部１１どうしを部分溶接して管継手形状の第２中間成形品２０とする工程と、その管端部１３を部分溶接する工程と、この第２中間成形品２０に熱処理と寸法矯正加工と再度の熱処理とを行う工程と、再度の熱処理を終えた第２中間成形品２０を長手中心線から切断して２個に分割する工程とからなる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、金属製管継手を長手方向に２分割した形状の半割管継手の製造方法に関するものである。

エルボ、ティー、レジューサなどの金属製管継手は、配管の接続部に従来から広く用いられている。これらの金属製管継手は、金属パイプを素材としてプレス加工する方法や、金属板から切り出された素材をプレス加工により曲げ、長手方向に溶接するなどの方法で製造されてきた。例えば特許文献１には、金属パイプを弯曲させ、切断してエルボを製造する方法が記載されている。

ところで近年、水素をエネルギ源として活用する事業が注目されており、そのプロジェクトの一環として、大型の液化水素運搬船の建造計画が進行中である。液化水素は－２５３℃以下の極低温に維持する必要があるため、液化水素運搬船や液化水素貯蔵施設の配管は液化水素を流す内管と、その外側を覆う外管の二重構造とし、それらの間を真空断熱する構造が採用される。しかも大量の液化水素を流すために、配管径も５００ｍｍ以上の大口径管となる。

図１（Ａ）に示すように配管の屈曲部３には管をプレス加工により弯曲させるか、またはエルボが使用される。二重構造の配管とする場合、外管については図１（Ｂ）に示すように、大口径直管４と大口径直管５とを内側の直管部１及び直管部２の外側に差し込み配置することができる。しかし外管のうち屈曲部３の部分については長手方向から差し込むことはできないため、図１（Ｃ）に示すように長手方向に半割りされた半割エルボ６を内管の屈曲部３の左右両側から挟み込むように取り付け、長手中心線に沿って溶接して図２の状態としなければならない。

このため、エルボを長手方向に２分割した形状の半割エルボ６が必要となる。またエルボに限らず、図３に示すティーと呼ばれる分岐部７やレジューサと呼ばれる縮径部についても、長手方向に２分割した形状の半割品が求められる。本明細書においてはこれらの半割エルボ、半割ティー、半割レジューサなどを半割管継手と総称する。

このような半割管継手自体は新規なものではなく、特許文献２には、金属材料板を切断しプレス成型により曲げ加工して半割エルボを製造する方法が記載されている。しかし配管径が大きくなると、プレス成型後のスプリングバックの影響も大きくなる。その結果、半割エルボ同士の溶接部の隙間や目違いが大きくなったり、真円にならず歪みによる変形が避けられないという問題があった。

また、従来法により製造されたエルボを中央から左右対称に切断して半割エルボとする製法も考えられる。しかし切断により内部応力が開放されるため歪みによる変形を生じ、分割された半割エルボ同士の長手方向溶接部に目違いがあり正確に合わすことができないという問題があった。しかも大口径のエルボを中央から切断するためには大型の切断機が必要となるうえ、切断と長手開先加工に長時間を要する。このため、切断工程がネックとなって生産性が上がらず、大量生産ができないという問題があった。

特開昭５９－１６３０２５号公報 特開平６－２６３４０号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、配管径が大きくなった場合にも歪みが少なく寸法精度に優れる半割管継手を、生産性良く製造することができる、半割管継手の製造方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の半割管継手の製造方法は、金属材料板を切断し、プレス成型により半割筒状又は筒状に丸めて、長手方向管端部が開いた第１中間成形品を成形する工程と、前記第１中間成形品の長手方向管端部の開先を成形する工程と、前記第１中間成形品の長手方向管端部どうしを部分溶接して管継手形状の第２中間成形品とする工程と、前記第２中間成形品の長手方向の両端位置において、前記第１中間成形品の両端部どうしを互いに部分溶接して第２中間成形品の円形管端部とする工程と、この第２中間成形品に熱処理と寸法矯正加工と再度の熱処理とを行う工程と、再度の熱処理を終えた第２中間成形品を長手中心線から切断して２個に分割する工程と、からなることを特徴とするものである。

なお、好ましい第1の実施形態においては、前記第１中間成形品は、切断された２枚の金属材料板をそれぞれ半割筒状に丸めた形状の一対のプレス成型品である。また好ましい第２の実施形態においては、前記第１中間成形品は、切断された１枚の金属材料板を筒状に丸め、対向する長手方向管端部の間を開口させた形状のプレス成型品である。

本発明の半割管継手の製造方法によれば、第１中間成形品を長手中心線に沿って部分溶接して第２中間成形品とし、この状態で熱処理と寸法矯正加工とを行い、その後に２個に分割するため、配管径が小さい場合はもちろん、配管径が大きくなった場合にも歪みが少なく、寸法精度に優れた半割管継手を製造することができる。また、分割は部分溶接された長手中心線から行うため、分割切断を大型の切断機を用いることなく短時間で行うことができ、生産性を高めることができる。

二重構造管の組み立て工程の説明図である。 エルボを用いた二重構造管の断面図である。 エルボとティーを用いた二重構造管の断面図である。 第１の実施形態の第１中間成形品を示す斜視図である。 長手方向管端部の余長部を切断した状態を示す斜視図である。 長手方向管端部に長手開先を加工した状態を示す斜視図である。 ２個の第１中間成形品を部分溶接して第２中間成形品とした状態を示す斜視図である。 第２中間成形品の長手方向の両端を部分溶接して円形管端部とした状態を示す斜視図である。 円形管端部に開先加工をした状態を示す斜視図である。 第２中間成形品を２個に分割した状態を示す斜視図である。 第１の実施形態の半割エルボの製造方法を示すフローチャートである。 半割ティーを示す斜視図である。 半割レジューサを示す斜視図である。 第２の実施形態の第１中間成形品を示す斜視図である。 長手方向管端部に長手開先を加工した状態を示す斜視図である。 第１中間成形品の長手方向管端部を部分溶接して第２中間成形品とした状態を示す斜視図である。 第２中間成形品の円形管端部に開先加工をした状態を示す斜視である。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。以下に説明する各実施形態においては、半割管継手は直径が５００ｍｍ前後の大口径の半割エルボである。

（第１の実施形態）
まず金属材料板を余長を見込んだ必要形状に切断し、プレス成型により図４に示すような第１中間成形品１０を成形する。第１の実施形態では、第１中間成形品１０は切断された２枚の金属材料板をそれぞれ半割筒状に丸めた形状の一対のプレス成型品である。これらの第１中間成形品１０は、対をなすよう左右対称に成形される。金属板は管継手のＪＩＳに規定されている鋼板または鋼帯とすることが好ましいが、溶接可能であればその他の材質の鋼板または鋼帯であっても差し支えない。この実施形態では、液化水素用二重構造管の外管として用いるに適したステンレス鋼板（オーステナイト系ステンレス鋼板）を用いている。

図４に示すように、プレス成型された第１中間成形品１０は長手方向管端部１１が開いた形状であり、長手方向管端部１１には余長部１２がある。また、長手方向の両端の管端部１３ａにも余長部１４がある。まず長手方向管端部１１の余長部１２を図５に示すように切断し、さらに切断された部分をグラインダー加工し、図６に示すように長手方向管端部１１に長手開先を加工する。長手開先は最終的に２個の第１中間成形品１０を一体化する開先溶接に利用される部位である。

次に図７に示すように、対をなす２個の第１中間成形品１０を合わせて長手中心線に沿って部分溶接し、管継手形状の第２中間成形品２０とする。部分溶接部１５は仮付溶接では強度が不足して後段の熱処理時に破断するおそれがあるため、１０～３０ｍｍ程度の長さとすることが好ましい。部分溶接部１５、１５間の間隔は、長手方向の溶接長に応じて適宜決定すればよい。

次に図８に示すように、管継手形状の第２中間成形品２０の長手方向の両端位置において、前記第１中間成形品の両端部どうしを互いに部分溶接して円形管端部１３とする。部分溶接部１６は最終的に真円に仕上げる必要があり、後段で円形管端部１３に開先加工を行うため、強固に溶接することが好ましい。この部分溶接部１６の長さは３０～８０ｍｍ程度とすることが好ましい。

次に第２中間成形品２０の熱処理と寸法矯正加工とを行う。熱処理は応力緩和熱処理と固溶化熱処理の２回行い、１回目の熱処理は部分溶接した後に行うことが好ましい。応力緩和熱処理はプレス加工や溶接により発生した内部応力を除去することを目的とするもので、第２中間成形品２０の内部応力を大きく低減させることができる。このようにして最初の熱処理により内部応力を低減させた第２中間成形品２０に対して、寸法矯正加工を行う。

この応力緩和熱処理の急冷工程及びその後の寸法矯正加工によっても僅かながら内部応力が発生するため、その後にさらに２回目の熱処理が行われる。オーステナイト系ステンレス鋼については固溶化熱処理が必須とされており、２回目の熱処理として固溶化熱処理を行うことが好ましい。固溶化熱処理は溶接熱影響部に析出したクロム炭化物を固溶させて鋭敏化を解消し、耐食性と機械的性能を母材レベルまで回復させることを目的とする。具体的には、熱処理炉内に装入して１０１０～１１５０℃まで昇温し、所定時間保持してクロム炭化物を結晶内に固溶させ、その後に急冷すればよい。この固溶化熱処理により、第２中間成形品２０の内部応力をほぼ完全になくすことができる。なお、この実施形態では熱処理を前後２回行ったが、必要に応じて３回目の熱処理を行っても差し支えない。また他の材質の場合には適切な熱処理条件で応力緩和熱処理及び最終熱処理を行うことが好ましい。

次に図９に示すように、第２中間成形品２０の円形管端部１３に開先加工を行う。円形管端部１３の余長部１４をカットして所定寸法とする工程と、所定の開先形状にする工程が含まれる。前工程で円形管端部１３は強固な部分溶接部１６となっており、しかも寸法矯正加工により真円となっているので、円形管端部１３の開先加工を容易かつ正確に実施することができる。

その後に、図１０に示すように熱処理された第２中間成形品２０を部分溶接された長手中心線から切断して２個の半割形状品３０、３０に分割する。この切断は部分溶接部１５と円形管端部１３の部分溶接部１６とを切断するだけでよい。しかも従来のような大型の切断機は不要であり、小型の切断工具を用いて手作業で切断することができるので、切断を短時間で行うことが可能となり、生産性を高めることができる。切断の前段階において第２中間成形品２０の内部応力は開放されているため、切断しても歪みによる変形がほとんど生じることはない。その後に切断された長手開先の部分をグラインダーで仕上げ、部分溶接の跡を除去して、半割エルボとなる。その後、必要に応じて表面処理などを実施する。

得られた半割エルボはほとんど歪みがなく寸法精度に優れるため、図１（Ｃ）のように組み立てるときに半割エルボ同士の長手溶接部を正確に合わすことができる。具体的には、配管径が５００ｍｍ以上のステンレス製のエルボであっても、本発明の製造方法により製造された半割エルボは、長手方向中央部の最大隙間を１ｍｍ以下に抑え、目違いも１ｍｍ以下に抑えることが可能となった。これに対して、従来のように完成品を中央から切断して得られた半割エルボは、長手方向中央部の最大隙間が５ｍｍ以上、目違いは３ｍｍとなり、溶接作業の困難性が大きかった。また、本発明の製造方法により製造された半割エルボは、半割エルボとその両側の直管部との接続部が真円に形成されており、円形管端部１３の周長減も少ないため、二重構造管の組み立て作業を容易に行うことができる。

図１１に上記した実施形態の製造方法のフローチャートを示した。しかし本発明の半割管継手の製造方法は半割エルボの製法に限定されるものではなく、図１２に示す半割ティー１８や、図１３に示す半割レジューサ１９などの半割管継手も同様の方法で製造することができる。

（第２の実施形態）
上記した第１の実施形態では切断された２枚の金属材料板から対をなす第１中間成形品１０を成形したが、第２の実施形態では切断された１枚の金属材料板を筒状に丸め、図１４に示すように対向する長手方向管端部４１、４１の間を開口させた形状の第１中間成形品４０を成形する。

次に図１５に示すように形状矯正と長手方向管端部４１の開先加工とを行ったうえ、図１６に示すように長手方向管端部４１、４１及び長手方向の両端位置の円形管端部４２を部分溶接して第２中間成形品５０とする。その後に第１の実施形態と同様に第２中間成形品５０に熱処理と寸法矯正加工と再度の熱処理とを行い、図１７に示すように第２中間成形品５０の円形管端部４２に開先加工を行う。これを部分溶接された長手中心線から切断して２個の半割形状品に分割する。

この第２の実施形態では、第１中間成形品４０が切断された１枚の金属材料板である点が第１の実施形態と相違するが、その他の工程は第１の実施形態と同様であるから、詳細な説明は省略した。なお、最後に第２中間成形品５０を２分割する工程も、長手方向中心線の片側は部分溶接された長手方向管端部４１を切断すればよいため、従来に比べて切断が容易となる。

以上に説明したように、本発明によれば、配管径が大きくなった場合にも歪みが少なく寸法精度に優れる半割管継手を、生産性良く製造することができる。本発明は大口径の半割管継手の製法に適したものであるがこれに限定されるものではなく、中口径や小口径の半割管継手の製造にも適用できることはいうまでもない。本発明によって製造された半割管継手は、液化水素のような極低温流体のための二重構造管のみならず、高温流体のための二重構造管など、様々な用途の二重構造管に用いることができる。また、内管と外管との間の断熱方法や保温方法が限定されるものではない。

１ 直管部
２ 直管部
３ 屈曲部
４ 大口径直管
５ 大口径直管
６ 半割エルボ
７ ティー
１０ 第１中間成形品（第１の実施形態）
１１ 長手方向管端部
１２ 余長部
１３ 円形管端部
１３ａ 管端部
１４ 余長部
１５ 部分溶接部
１６ 部分溶接部
１７ 半割ティー
１８ 半割レジューサ
２０ 第２中間成形品
３０ 半割形状品
４０ 第１中間成形品（第２の実施形態）
４１ 長手方向管端部
４２ 円形管端部
５０ 第２中間成形品

Claims (3)

1. 金属材料板を切断し、プレス成型により半割筒状又は筒状に丸めて、長手方向管端部が開いた第１中間成形品を成形する工程と、
   前記第１中間成形品の長手方向管端部の開先を成形する工程と、
   前記第１中間成形品の長手方向管端部どうしを部分溶接して管継手形状の第２中間成形品とする工程と、
   前記第２中間成形品の長手方向の両端位置において、前記第１中間成形品の両端部どうしを互いに部分溶接して第２中間成形品の円形管端部とする工程と、
   この第２中間成形品に熱処理と寸法矯正加工と再度の熱処理とを行う工程と、
   再度の熱処理を終えた第２中間成形品を長手中心線から切断して２個に分割する工程と、
   からなることを特徴とする半割管継手の製造方法。
2. 前記第１中間成形品が、切断された２枚の金属材料板をそれぞれ半割筒状に丸めた形状の一対のプレス成型品であることを特徴とする請求項１に記載の半割管継手の製造方法。
3. 前記第１中間成形品が、切断された１枚の金属材料板を筒状に丸め、対向する長手方向管端部の間を開口させた形状のプレス成型品であることを特徴とする請求項１に記載の半割管継手の製造方法。

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