JPH0328252B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［技術分野］ 本発明は、鋼管アツプセツタの監視方法よおび
装置に関する。 ［背景技術］ アツプセツタは、油井管等の管継手部即ち管端
のねじ加工部における継手強度を確保するため、
管端の内側面における、アツプセツトポンチとダ
イスによつて、増肉加工部即ちアツプセツト部を
形成するものである。第２図は、鋼管１の管端を
1250℃程度に加熱した後、該管端に外面アツプセ
ツト部２Ａを形成した例、内面アツプセツト部２
Ｂを形成した例、内外面アツプセツト部２Ｃを形
成した例をそれぞれを示す断面図である。 従来、上記アツプセツタの操業は、アツプセツ
トポンチとダイスの各形状を鋼管の増肉スケジユ
ールに基づいて決めた後、プレス機械におけると
同様な連続操業を行なつている。即ち、従来のア
ツプセツタの操業は、例えば、神戸製鋼技報31巻
１号に記載されているように、アツプセツタの機
械的動作を最適条件に設定した後、その条件が維
持されるという前提で連続操業を行なつているに
すぎない。 ［発明の目的］ 本発明は、アツプセツト時にアツプセツトポン
チに加わる荷重値とアツプセツトポンチの変位量
を測定し、アツプセツトが正常に実行されたか否
かを監視することを目的とする。 ［発明の構成］ 本発明の第１は、鋼管の管端を加熱してアツプ
セツト部を形成する鋼管アツプセツタの監視方法
において、アツプセツトポンチに加わるアツプセ
ツト荷重値とアツプセツトポンチの変位置とを測
定し、アツプセツト変位のクツシヨン量、ピーク
荷重値、荷重パターンを決定し、決定されたアツ
プセツト変位のクツシヨン量、ピーク荷重値、荷
重パターンを適正なアツプセツトについて予め定
められているアツプセツト変位の基準クツシヨン
量、基準ピーク荷重値、基準荷重パターンと比較
し、(A)原管の寸法変動吸収用油圧クツシヨン装置
のリリーフ弁設定圧力の異常、(B)アツプセツト時
における鋼管のスリツプの発生、(C)原管の寸法異
常のそれぞれを診断し、アツプセツトの良否を判
定するようにしたものである。 また、本発明の第２は、鋼管の管端を加熱して
アツプセツト部を形成する鋼管アツプセツタの監
視装置において、アツプセツトポンチを備えるパ
ンチホルダのアツプセツト荷重作用面に取付けら
れ、アツプセツトポンチに加わるアツプセツト荷
重値を測定するロードセルと、アツプセツトポン
チを備えるパンチホルダに連動可能とされるキヤ
リアをスケール本体に対し相対移動可能に結合
し、アツプセツトポンチの変位量を測定するリニ
アスケールと、上記ロードセルの荷重測定値と上
記リニアスケールの変位測定値を記憶する記憶器
と、適当なアツプセツトについてアツプセツト変
位の基準クツシヨン量、基準ピーク荷重値、基準
荷重パターンを予め定める設定器と、上記記憶器
に記憶した荷重測定値と変位測定値に基づき、ア
ツプセツト変位のクツシヨン量、ピーク荷重値、
荷重パターンを決定し、決定されたアツプセツト
変位のクツシヨン量、ピーク荷重値、荷重パター
ンを、上記設定器に予め定められているアツプセ
ツト変位の基準クツシヨン量、基準ピーク荷重
値、基準荷重パターンと比較し、(A)原管の寸法変
動吸収用油圧クツシヨン装置のリリーフ弁設定圧
力の異常、(B)アツプセツト時における鋼管のスリ
ツプの発生、(C)原管の寸法異常のそれぞれを診断
し、アツプセツトの良否を判定するマイクロコン
ピユータとを有してなるようにしたものである。 ［発明の具体的説明］ 第１図は本発明が適用されるアツプセツタ１０
の全体を模式的に示す斜視図である。アツプセツ
タ１０は、クランク軸１１、クランク軸１１の主
軸に一体化され、不図示のモータに連結されてい
るフライホイール１２、クランク軸１１のクラン
クピンに一端を連結されている連接棒１３、連接
棒１３の他端に油圧クツシヨン装置１４を介して
連結されているパンチホルダ１５、パンチホルダ
１５に装備されているアツプセツトポンチ１６、
鋼管１のボデイ部１Ａをグリツプして保持するク
ランプジヨー１７、ダイス１８、クランプジヨー
１７とダイス１８を支持する油圧クツシヨン装置
１９等から構成されている。 即ち、管端１Ｂを1250℃程度に加熱された鋼管
１がアツプセツタ１０の横送りされ、管端１Ｂが
クランプジヨー１７、ダイス１８に対する所定位
置に停止し、鋼管１の加熱されている管端１Ｂが
ダイス１８に挿入され、非加熱部分であるボデイ
部１Ａがクランプジヨー１７によつて固くグリツ
プされると、不図示のモータとフライホイール１
２との間に介在されているクラツチが接続され、
フライホイール１２が回転を開始する。フライホ
イール１２の回転トルクは、クランク軸１１、連
接棒１３、油圧クツシヨン装置１４を介してパン
チホルダ１５に伝達され、パンチホルダ１５は約
６秒で１サイクルの往復運動を行なう。鋼管１の
アツプセツトは、パンチホルダ１５の往復運動の
上死点近傍で行なわれ、アツプセツトポンチ１６
が鋼管１の管端１Ｂに接触してから0.6秒以内に
完了する。アツプセツトポンチ１６はダイス１８
に挿入されている鋼管１の管端１Ｂ内に進入する
ものの、クランプジヨー１７にグリツプされてい
るボデイ部１Ａ内に到達することはない。アツプ
セツタ１０の上部のダイス１８でアツプセツトさ
れた鋼管１は、その１シヨツトでアツプセツトを
完了する場合と、下部のダイス１８で２回目のア
ツプセツトを施される場合がある。前者を［１ヒ
ート１シヨツト］と称し、後者を［１ヒツト２シ
ヨツト］と称するが、１ヒート２シヨツトでもア
ツプセツトが完了しない極厚肉化加工が必要な場
合には、［２ヒート３シヨツト］と称されるよう
に、鋼管１を再加熱して３回目のアツプセツトを
施す必要がある。 ここで、アツプセツタ１０は、アツプセツト時
のパンチホルダ１５、アツプセツトポンチ１６、
クランプジヨー１７、ダイス１８に作用する衝撃
を油圧クツシヨン装置１４，１９によつて吸収可
能としている。パンチホルダ１５、アツプセツト
ポンチ１６の油圧クツシヨン装置１４は、アツプ
セツトの操業上特に重要な役割りを演ずる。すな
わち、鋼管１の肉厚、偏肉のばらつき、アツプセ
ツトポンチ１６、ダイス１８等の工具設定の誤差
により、鋼管１がアツプセツト時に、ダイス１８
に充填不足を生ずる場合と、逆にダイス１８に過
充填となり、ダイス１８からばりが出る場合があ
り、極端な場合にはアツプセツタ１０に損傷を生
ずることとなる。そこで、油圧クツシヨン装置１
４の油圧がある一定の圧力値に達する時、リリー
フ弁２０を開き、油圧クツシヨン装置１４の作用
油をリリーフすることにより、アツプセツトポン
チ１６がより前進することを抑制可能としてい
る。 第３図は、アツプセツタ１０による鋼管１の変
形経過プロセスである。鋼管１は、アツプセツト
ポンチ１６から圧縮力を受け、初期に座屈し、鋼
管１の外側面をダイス１８の内壁面に接触する。
この後、鋼管１は、アツプセツトポンチ１６のダ
イス１８の間に拘束された状態で増肉変形を生
じ、アツプセツトポンチ１６とダイス１８との接
触長を増大する。この段階で、鋼管１の材料の肉
厚方向のメタルフローが大きい場合には、アツプ
セツト部２の内側面にしわを生ずることはない
が、座屈変形の進行が大きい場合には、第４図に
も示すようにアツプセツト部２の内外面にしわを
残存する。 そこで、本発明者は、アツプセツタ１０による
上記のような鋼管１の変形経過プロセスを、アツ
プセツトポンチ１６に加わる荷重値とアツプセツ
トポンチ１６の変形量によつて検出し、それらの
パターン化によつてアツプセツトの良否を判定可
能としたものである。 第５図は、アツプセツトポンチ１６に加わる荷
重値を測定する荷重測定手段を示す斜視図であ
る。２１は、アツプセツトポンチ１６に加わる荷
重値を直接的に測定可能にする荷重測定手段とし
てのロードセルである。ロードセル２１は、パン
チホルダ１５の背面、即ちアツプセツト荷重作用
面に取付けられ、パンチホルダ１５と油圧クツシ
ヨン装置１４との間に介在された状態で、アツプ
セツト時のアツプセツトポンチ１６に加わる荷重
値を測定可能とする。ロードセル２１はデスクタ
イプとされ、機械強度を400TONとされるととも
に、アツプセツトポンチ１６に偏荷重があること
により、上下のアツプセツトポンチ１６の軸芯後
方にそれぞれ１個づつ、したがつて合計２個用い
ることとされている。パンチホルダ１５はアツプ
セツト時に約700mm往復移動し、熱間加工に伴な
う冷却水、熱間潤滑剤の飛散等による悪環境に位
置し、またロードセル２１の信号取出しケーブル
２２の配線スペースを確保するのに困難があるも
のの、信号取出しケーブル２２の選択、接続方
法、シールの強化、油圧クツシヨン装置１４側に
ケーブル取出し用溝を設ける等により、保守点検
性を損なうことなく、ロードセル２１をパンチホ
ルダ１５に取付けることが可能となる。 なお、油圧クツシヨン装置１４の背圧をストレ
インゲージタイプの高速応答圧力計によつて測定
することにより、アツプセツトポンチ１６に加わ
る荷重値を間接的に測定可能とする荷重測定手段
を用いることも考えられるが、この場合には、油
圧クツシヨン装置１４の背圧がクツシヨンシリン
ダ、油圧配管を経由するものであるため、鋼管１
の座屈等の微妙な荷重変化を観測することが出来
ず、また、リリーフ弁２０の作動後には油圧クツ
シヨン装置１４の背圧を観測することが出来な
い。そこで、本発明者は、油圧クツシヨン装置１
４よりアツプセツトポンチ１６側に位置するパン
チホルダ１５に取付けられているロードセル２１
を前述のように荷重測定手段として用いることと
した。 第６図はアツプセツトポンチ１６の変位量を測
定する変位測定手段としてのリニアスケール２３
を示す斜視図である。即ち、変位測定手段として
は、非接触測定が好ましいが、配線スペースが狭
く、熱間加工に伴なう水滴、油煙りを含む雰囲気
中に配設されるものであることを考慮して、測定
精度±0.1mmの磁気式のリニアスケール２３が選
定された。２４はスケール本体、２５は磁気テー
プ、２６はキヤリア、２７はキヤリアヘツド、２
８は信号取出ケーブルである。なお、２９は油圧
クツシヨン装置１４に固定されている接続アー
ム、３０はキヤリア２６に固定されているピンで
あり、接続アーム２９とピン３０の係合により、
アツプセツトポンチ１６の変位をキヤリア２６に
伝達可能としている。 即ち、リニアスケール２３にあつては、アツプ
セツトポンチ１６を備えるパンチホルダ１５に連
動可能とされるキヤリア２６を、スケール本体２
４に対し相対移動可能に結合している。 しかして、適正なアツプセツト時に上記ロード
セル２１で測定されるアツプセツト荷重値と、上
記リニアスケール２３で測定されるアツプセツト
ポンチ１６の変位量は、鋼管１の寸法ごとに特定
可能である。そこで、アツプセツト荷重値と変位
量について、それらの適正なアツプセツト時のパ
ターンと、それらの不適正なアツプセツト時のパ
ターンとを比較したところ、第６図ないし、第８
図を得た。第６図は油圧クツシヨン装置のリリー
フ弁圧力とアツプセツト荷重値および変位量との
関係を示し、第７図は鋼管のすべりアツプセツト
荷重値および変位量との関係を示し、第８図はア
ツプセツト原管の寸法変動とアツプセツト変位量
およびクツシヨン量との関係を示している。 即ち、第６図はアツプセツト時における原管の
外形、肉厚の影響を除去するために、電縫管を原
管として用い、油圧クツシヨン装置のリリーフ弁
圧力設定とアツプセツト荷重値および変位量との
関係を調査した結果である。即ち、この調査は、
リリーフ弁圧力の設定を0.2Kg／cm²ごとに変化さ
せてアツプセツトを行い、その荷重値および変位
量のパターンと、ピーク荷重値およびクツシヨン
量を測定することによつて行われた。第６図Ａは
リリーフ弁圧力が0.8Kg／cm²の結果であり、第６
図Ｂはリリーフ弁圧力が0.6Kg／cm²の結果である。
この場合のアツプセツト諸元は、鋼管APIN−
80、外径２・3/8インチ（60.3mm）、肉厚4.83mm、
加熱温度1250℃であり、クランプジヨーのグリツ
プ圧力が、160Kg／cm²である。第９図は、上記調
査結果を示す線図である。この第９図によれば、
リリーフ弁圧力設定値とピーク荷重値は完全に比
例関係にあることが認められる。例えば、鋼管の
寸法が、外径２・3/8インチ（60.3mm）、肉厚4.83
mmである場合、クツシヨン量が30mm±10mmで正常
なクツシヨン量であつても、ピーク荷重値が
80TONでかつ荷重パターンが異常であり、アツ
プセツトの結果は異常であることが判定可能とな
る。 第７図は鋼管のすべりとアツプセツト荷重値お
よび変位量との関係を示す線図である。アツプセ
ツト中に鋼管のグリツプがクランク軸の最前進端
と同期しない場合には、グリツプ力が低下し、鋼
管はアツプセツト力に抗しきれずスリツプするこ
ととなる。スリツプ時には、鋼管の表面にクラン
プジヨーによるスクラツチ傷がはいることから、
その傷の長さをスリツプ長さとした。第７図Ａは
正常なアツプセツトに対する結果、第７図Ｂは異
常なアツプセツトに対する結果である。原管がス
リツプした時には、クツシヨン量が20mm以下、ピ
ーク荷重値が80TON以下、荷重パターンが異常
となり、すべての診断項目が異常である。なお、
この場合のアツプセツト諸元は、鋼管APIJ−55、
外径２・7/8インチ（73.0mm）、肉厚5.51mm、リリ
ーフ弁圧力1.2Kg／cm²、クランプジヨーのグリツ
プ圧力162Kg／cm²であり、第７図Ａの鋼管加熱温
度は1.220℃、第７図Ｂは鋼管加熱温度は1.260
℃、スリツプ長さは30mmである。 第８図は、原管の寸法変動とアツプセツト変位
量およびクツシヨン量の関係を示す線図である。
第８図はクツシヨン量が異常と診断されても、ピ
ーク荷重値と荷重パターンが正常な場合には、原
管の寸法によつてクツシヨン量が変動することを
示している。即ち、クツシヨン量が40mm以上の場
合には管端増肉部にバリが発生し、20mm以下の場
合にはしわが発生することを示している。原管の
平均肉厚とクツシヨン量は第１０図に示すように
直線関係にあることから、容易に診断可能であ
る。なお、この場合のアツプセツト諸元は、鋼管
APIJ−55、外径２・7/8インチ（73.0mm）、肉厚
5.61mm、リリーフ弁圧力1.2Kg／cm²、クランプジ
ヨーのグリツプ圧力162Kg／cm²である。また、第
８図Ａの鋼管平均肉厚は5.75mm、加熱温度は1240
℃である。また、第８図Ｂの鋼管平均肉厚は5.50
mm、加熱温度は1280℃である。 以下、アツプセツト変位のクツシヨン量、ピー
ク荷重量、荷重パターンの各診断項目に対する診
断基準について説明する。 クツシヨン量は次のようにして診断する。無負
荷時のアツプセツトポンチの移動量は、 350Sin（ｉ・Δt） ……(1) と表される。ここで、350mmはクランクの回転半
径、ｉはサンプリングナンバー、Δtはサンプリ
ング時間である。実際にアツプセツトを行つた場
合のリニアスケールの値をXiとすれば、クツシ
ヨン量の経過はYiは、 Yi＝350Sin（ｉ・Δt）−Xi ……(2) で定義される。上記Yiの最大値をクツシヨン量
とする。正常にアツプセツトが行われた場合に
は、 20mm≦Yi≦40mm ……(3) である、したがつて、アツプセツトの異常は、 ｜Yi−30｜＞10mm ……(4) によつて診断可能である。 ピーク荷重値は次の式で判断する。即ち、サン
プリング時間Δtごとにアツプセツト荷重値をサ
ンプリングする。このサンプル値Liは高速デジタ
ル記憶器に書き込まれることから、Liの最大値
Limaxを容易に求めることが可能である。例え
ば、鋼管の寸法が、外径２・3/8インチ、肉厚
4.83mmの場合に、Limaxが80TON以下であれば、
完全に異常アツプセツトとなる。Limaxが
85TON以上であれば、アツプセツトが正常であ
るものと診断可能である。 荷重パターンの判定は次のようにして行う。即
ち、正常アツプセツト時の基準となる荷重パター
ン、例えば第７図Ａのパターンを折線近似曲線で
定義し、このパターンをΦとする。サンプリング
された荷重はLiであるから、基準荷重パターンと
荷重サンプリング値との差を求める。サンプリン
グ毎に、この差と基準荷重パターンとの比をとり
ながら、２乗したものをαとすれば、 α＝_o 〓ⁱ⁼¹ （Li／Φ1）²×100（％） ……(5) なる診断ロジツクが定義できる。このαが０％か
ら10％であれば、荷重パターンが正常であると診
断可能である。 上記各診断項目の診断基準を、鋼管の寸法が外
径２・3/8インチ、肉厚4.83mmの場合について表
示すれば、表１のとうりとなる。 第１１図はロードセル２１とリニアスケール２
３を用いてなる監視装置の制御回路図である。 ２個のロードセル２１の測定値は、加算された
後、増幅器３１において増幅され、高速Ａ／Ｄ変
換器３２を経て大容量ICメモリを用いたデジタ

【表】

【表】 ル記憶器３３に伝達され、読み込まれる。また、
リニアスケール２３の測定値も、デジタル記憶器
３３に記憶され、読み込まれる。 デジタル記憶器３３に読み込まれているサンプ
ル値は、マイクロコンピユータ３４に伝達され
る。３５は設定器であり、この設定器３５には、
鋼管の寸法毎に、表１に示したと同様な各診断項
目の診断基準が設定されている。設定器３５の設
定値もマイクロコピユータ３４に伝達される。そ
こで、マイクロコンピユータ３４は、アツプセツ
ト荷重値とアツプセツトポンチの変位量に基づ
き、アツプセツト変位のクツシヨン量、ピーク荷
重値、荷重パターンを決定し、決定されたアツプ
セツト変位のクツシヨン量、ピーク荷重値、荷重
パターンを、設定器３５の設定されている基準ク
ツシヨン量、基準ピーク荷重値、基準荷重パター
ンの比較し、(A)原管の寸法変動吸収用油圧クツシ
ヨン装置のリリーフ弁設定圧力の異常、(B)アツプ
セツト時における鋼管のスリツプの発生、(C)原管
の寸法異常のそれぞれを診断する。マイクロコン
ピユータ３４の判定結果は、表示器３６に表示さ
れる。また、アツプセツト異常時には、計報器３
７において、音響、音声による警報が発せられ
る。 ［発明の効果］ 以上のように、本発明に係る鋼管アツプセツタ
の監視方法および装置によれば、アツプセツト時
にアツプセツトポンチに加わる荷重値とアツプセ
ツトポンチの変位量を測定し、アツプセツトが正
常に実行されたか否かを監視することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるアツプセツタの全
体を模式的に示す斜視図、第２図はアツプセツト
部の形状を示す断面図、第３図はアツプセツトに
よる鋼管の変形経過プロセスを示す状態図、第４
図は荷重測定手段の一例を示す斜視図、第５図は
変位測定手段の一例を示す斜視図、第６図Ａ，Ｂ
はリリーフ弁圧力とアツプセツト荷重値および変
位量との関係を示す線図、第７図Ａ，Ｂは鋼管の
すべりとアツプセツト荷重値および変位量との関
係を示す線図、第８図Ａ，Ｂは原管の寸法変動と
アツプセツト変位量及びクツシヨン量との関係を
示す線図、第９図はピーク荷重値とリリーフ弁圧
力との関係を示す線図、第１０図はクツシヨン量
と原管の平均肉厚との関係を示す線図、第１１図
は監視装置の一例を示す制御回路図である。 １……鋼管、２……アツプセツト部、１０……
アツプセツタ、１６……アツプセツトポンチ、１
８……ダイス、２１……ロードセル、２３……リ
ニアスケール、３３……デジタル記憶器、３４…
…マイクロコンピユータ、３５……設定器、３６
……表示器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼管の管端を加熱してアツプセツト部を形成
   する鋼管アツプセツタの監視方法において、アツ
   プセツトポンチに加わるアツプセツト荷重値とア
   ツプセツトポンチの変位量とを測定し、アツプセ
   ツト変位のクツシヨン量、ピーク荷重値、荷重パ
   ターンを決定し、決定されたアツプセツト変位の
   クツシヨン量、ピーク荷重値、荷重パターンを、
   適正なアツプセツトについて予め定められている
   アツプセツト変位の基準クツシヨン量、基準ピー
   ク荷重値、基準荷重パターンと比較し、(A)原管の
   寸法変動吸収用油圧クツシヨン装置のリリーフ弁
   設定圧力の異常、(B)アツプセツト時における鋼管
   のスリツプの発生、(C)原管の寸法異常のそれぞれ
   を診断し、アツプセツトの良否を判定することを
   特徴とする鋼管アツプセツタの監視方法。 ２ 鋼管の管端を加熱してアツプセツト部を形成
   する鋼管アツプセツタの監視装置において、アツ
   プセツトポンチを備えるパンチホルダのアツプセ
   ツト荷重作用面に取付けられ、アツプセツトポン
   チに加わるアツプセツト荷重値を測定するロード
   セルと、アツプセツトポンチを備えるパンチホル
   ダに連動可能とされるキヤリアをスケール本体に
   対し相対移動可能に結合し、アツプセツトポンチ
   の変位量を測定するリニアスケールと、上記ロー
   ドセルの荷重測定値と上記リニアスケールの変位
   測定値を記憶する記憶器と、適正なアツプセツト
   についてアツプセツト変位の基準クツシヨン量、
   基準ピーク荷重値、基準荷重パターンを予め定め
   る設定器と、上記記憶器に記憶した荷重測定値と
   変位測定値に基づき、アツプセツト変位のクツシ
   ヨン量、ピーク荷重値、荷重パターンを決定し、
   決定されたアツプセツト変位のクツシヨン量、ピ
   ーク荷重値、荷重パターンを、上記設定器に予め
   定められているアツプセツト変位の基準クツシヨ
   ン量、基準ピーク荷重値、基準荷重パターンと比
   較し、(A)原管の寸法変動吸収用油圧クツシヨン装
   置のリリーフ弁設定圧力の異常、(B)アツプセツト
   時における鋼管のスリツプの発生、(C)原管の寸法
   異常のそれぞれを診断し、アツプセツトの良否を
   判定するマイクロコンピユータとを有してなるこ
   とを特徴とする鋼管アツプセツタの監視装置。