JPH037448B2

JPH037448B2 -

Info

Publication number: JPH037448B2
Application number: JP7787383A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Tsujino; Shigesumi Matsui; Fusaji Abe; Keiji Minami; Michihiko Terasaka
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1983-05-02
Filing date: 1983-05-02
Publication date: 1991-02-01
Also published as: JPS59202117A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕本発明は、外管と内管との密着性にすぐれた二
重管の製造方法に関する。〔従来の技術〕化学プラントの配管、輸送管、熱交換器の触媒
体流路などの媒体として、外管と内管とが重合さ
れた二重管が使用されることが多い。これは、一
種の材料のみでは得られない材質特性を、外管と
内管との組合せにより兼備させ、あるいは材料コ
ストを節減しながら、所要の材料特性を充足させ
ようとするものである。従来より二重管の製造は、ロールフオーミング
法やドローイング法などにより行われている。ロ
ールフオーミング法は、第１３図に示すように、
ライン上に送給される内管Piにフープ１から鋼帯
２を送り出し、これをフオーミングロール群３に
より内管Piを囲むように筒状に成形するととも
に、その両端縁突合せ部をスクイズロール４で近
接させ溶接トーチ５で溶接することにより外管
Poを形成し、ついで外管Poと内管Piを密着させ
るために、サイジングロール（弧型ロール）群６
で外管Poに絞り成形（縮径塑性加工）を加える
ことにより二重管に仕上げるものである。ドローイング法は、第１４図のように、重ね合
せた外管Poと内管Piの管端部をチヤツキング治
具７で把持しダイス８により引抜き加工を行つて
外管と内管を密着させる製管方法である。その他の製造法として、外管と内管とを重ね合
せ、内管を冷却収縮させるか、または外管を加熱
膨張させ、あるいはその２つの事象を同時に与え
た状態で内管の内部に加圧水等による内圧を印加
して内管を拡張させ、内管の拡張加工後、管体が
もとの管温に戻る際の熱膨張・収縮量を内・外管
の締め代として作用させるようにした方法が提案
されている（特公昭56−46451号、同56−48254
号、同56−48255号）。〔発明が解決しようとする課題〕しかるに、ロールフオーミング法により得られ
る二重管の外管と内管との圧着力は必ずしも十分
でなく、またロールの圧下力や管壁肉厚のバラツ
キに起因して管体長手方向における密着力の不均
一を生じ易い。ドローイング法においても、内管と外管とを強
力に密着させることは困難である。また外管への
内管挿入−口付け−引抜き−リカツト（管の両端
部の切断除去）の煩瑣な工程を必要とする。しか
も引抜速度に制限があり、製造能率が悪く、かつ
管端部の切断除去を要するため歩留りも悪い。内・外管を重合し、内管の冷却収縮・外管の加
熱膨張下に内管を拡径加工する方法は強力な密着
力を得ることが可能であるが、特殊な加工装置を
必要とし、かつ操作が煩雑であり、コストも高く
つくのが難点である。本発明は、上記従来の問題を解決するための、
改良された二重管の製造方法を提供するものであ
る。〔課題を解決するための手段および作用）本発明の二重管の製造方法は、外管と、その内径より小さい外径を有する内管
（但し、外管の線膨張係数＞内管の線膨張係数、
とする）を二重管材料として外管と内管とを重合
し、加熱により外管を膨張増径させて内管との管
径差を拡大し、管径差が拡大した加熱状態（内管
も膨張増径していて構わない）において、外管の
外周面に圧下力を加えて絞り成形加工を行い、外
管に、加熱前のもとの管径差より大きい減径量の
縮径塑性変形を生じさせることを特徴としてい
る。以下、本発明について詳しく説明する。本発明においては、第１図のように外管Poと
内管Piを内外に重合し、加熱処理により外管Po
を膨張増径させて外管Poと内管Piとの管径の差
（外管の内面と内管の外面との〓間幅）を加熱前
のもとの管径差より大きくし、管径差が拡大した
加熱状態において、外管Poに、その管径を小さ
くするための絞り成形加工が施される。第２図
は、絞り成形加工のためのサイジングロール６の
前部に加熱源９（例えば高周波誘導加熱コイル）
を配置して外管Poを加熱し、その膨張増径によ
り内管Piとの管径差を拡大させたうえ、サイジン
グロール６による絞り成形加工を施して外管Po
に縮径塑性変形を生じさせている様子を模式的に
示している。本発明は、外管の膨張増径により内管との管径
差を拡大した加熱状態のもとで外管に絞り成形加
工を加えて外管の管径を縮小することにより、そ
の加熱状態からもとの管温度に戻る過程で生じる
外管と内管の熱収縮による管径減少量の差を、所
謂焼嵌めと同様の締付力として外管と内管の界面
に作用させ両者の密着結合関係を形成させるもの
である。外管Poと内管Piとの界面に上記締付力を生じ
させるためには、外管の絞り成形加工を行うに際
して、外管と内管の管径差を、加熱前のもとの管
径差より大きくしておくとともに、絞り成形加工
における外管の管径減少量（縮径塑性変形量）
を、加熱前のもとの管径差より大きい値にするこ
とが必要である。なお、外管と内管との管径差を
拡大するための外管の加熱処理において内管を加
熱昇温してはならない理由はなく、管径差の拡大
が防げられない範囲内（内管の膨張増径量＜外管
の膨張増径量）において内管の加熱昇温が許容さ
れる。本発明では、外管の熱膨張係数が内管の熱
膨張係数より大であるので、外管と内管とを同一
温度に加熱して管径差を拡大することも可能であ
る。加熱手段や加熱の態様により、例えば外管の
外周面側から輻射給熱し、あるいは外管を高周波
誘導加熱する等により、外管を内管より高温に加
熱して、内・外管の管径差を拡大することもでき
る。また、絞り成形加工工程における縮径塑性変
形は外径のみに限定されるものではなく、外管の
内面を内管の外面に密着させ、更に絞り成形加工
を進めて外管と内管とに縮径塑性変形を生じさせ
ることができる。本発明における絞り成形加工工程とその前後に
おける内・外管の管径変化を第３図〜第７図の模
式図により説明する。図中、実線は外管の内径、
鎖線は内管の外径を表している。外管の管径変化
を示す実線の線分イロは昇温過程の増径勾配、線
分ロハは絞り成形加工による縮径量、線分ハニは
降温過程の縮径勾配であり、増径巧勾配を示す線
分イロと縮径勾配を示す線分ハニの傾斜角度は等
しく互いに平行である。内管の昇温過程の増径勾
配を示す鎖線の線分イ′ロ′と、降温過程の縮径勾
配を示すハ′ニ′もむろん傾斜角が等しく互いに平
行である。鎖線の線分ロ′ハ′は、外管の絞り成形
過程で、外管を介して内管にも縮径加工が加えら
れる場合の内管の縮径量を示している。なお、
TbおよびTcは絞り成形加工時の外管および内管
の温度である。第３図は、外管と内管を同じ温度に加熱し、そ
の加熱状態において絞り成形加工を行い、外管の
内径が内管の外径にほヾ等しくなるまで外管に縮
径塑性変形を生じさせた例である。加熱前（温度
Ta）における内径Do₁の外管は、加熱とともに
膨張増径し（イ→ロ）、管温Tbにおいて内径Do₂
となり、一方内管の外径は、もとの管径Di₁から
Di₂（イ′→ロ′）に増径している。この加熱昇温に
よる外管の膨張増径量（Do₂−Do₁）は内管の膨
張増径量（Di₂−Di₁）より大であり、温度Tb（＝
Tc）における内・外管の管径差（Do₂−Di₂）は、
加熱前の管径差（Do₁−Di₁）より拡大している。
この加熱状態において外管は絞り成形加工により
縮径塑性変形を生じ、その内径はDo₂から、内管
の外径（Di₂）にほヾ等しいDo₃に減少している。
ついで管温度をもとに戻せば、内管の外径はロ′
→イ′にそつて収縮しもとの外径Di₁に復帰し、一
方外管の内径はハ→ニにそつて内径Do₄に縮小し
ようとする結果、外管の内径Do₄と内管の外径
Di₁の差（ΔD）が焼嵌め効果と同様に内・外管の
界面に付加される。その管径差ΔDは、絞り成形
加工時の外管の縮径塑性変形量（Do₂−Do₃）か
ら、最初の内・外管の管径差（Do₁−Di₁）を差
引いた値に相当する。すなわち、絞り成形加工に
おける外管の縮径塑性変形量（Do₂−Do₃）を、
最初の管径差（Do₁−Di₁）より大きくすること
により、ΔD（＝Di₄−Do₄＞０）の締付力が得ら
れる。第４図は、第３図と同様に内管と外管をほヾ同
じ温度に加熱した状態における絞り成形におい
て、内管にも縮径加工が加わるように絞り成形を
行つた例である。加熱状態での絞り成形加工にお
いて、外管を、その内径がDo₂からDo₃（ロ→ハ）
に減少するまで縮径塑性変形を行うと、内管は外
管を介して加えられる圧下力によりDi₂からDi₃
（＝Do₃）に縮径される（ロ′→ハ′）。ついで、管
温をもとにもどせば、内管の外径はDi₄に収縮し
（ハ′→ニ′）、一方外管の内径はDo₄に収縮しよう
とする（ハ→ニ）ので、両者の径差ΔD（Di₄−
Do₄）が締付力となつて内・外管を緊締する。そ
の径差ΔDは、外管の縮径塑性変形量（Do₂−
Do₃）から、内管の縮径塑性変形量（Di₂−Di₃）
と、もとの管径差（Do₁−Di₁）を差引いた値に
相当している。第５図は、第３図や第４図と同様に内管と外管
をほヾ同じ温度に加熱した状態における絞り成形
加工において、外管の縮径塑性変形量を第３図や
第４図の場合よりも少なくした例であり、外管の
絞り成形加工完了時の外管内径Do₃は、そのとき
の内管の外径Di₂より大である。この場合も、外
管の縮径塑性変形量（Do₂−Do₃）が、もとの
内・外管の管径差（Do₁−Di₁）よりも大であれ
ば、もとの管温にもどつた状態において、管径差
ΔD（＝Di₄−Do₄）を締付力として生じさせるこ
とができる。管径差ΔDは外管の縮径塑性変形量
（Do₂−Do₃）から、もとの管径差（Do₁−Di₁）
を差引いた値に相当している。第６図および第７図は、外管の温度を高く、内
管の温度がそれより低い状態で縮径塑性加工を行
つた例である。第６図では前記第５図と同じよう
に外管のみに縮径塑性変形を生じさせ（絞り成形
完了時の外管内径Do₃はそのときの内管の外径
Di₂より大）、第７図では前記第４図と同じように
内管にも縮径塑性変形を生じさせている例であ
り、いずれの例においても、加熱により外管と内
管の管径差を拡大した状態で、外管にもとの管径
差（Do₁−Di₁）より大きい縮径塑性変形を生じ
させることにより、もとの管温度にもどしたとき
の管径差ΔD（＝Di₄−Do₄）を内、外管の締付力
として得ている。本発明方法は、通常のロールフオーミングライ
ンにおけるサイジングロール群の直前またはロー
ル群間に管体加熱源を配設した製管装置を用いて
実施することができる。第８図にその例を示す。
９はサイジングロール群６の中間に設けられた加
熱源である。ラインにそつて送給される内管Pi
に、鋼帯フープ１から鋼帯２を巻出し、フオーミ
ングロール群３で内管のまわりに筒状に成形し、
スクイズロール４により筒体の両端縁突合せ部を
近接させて溶接トーチ５により溶接して外管Po
を形成する。ついで、前部のサイジングロール群
６・１にて予備的な絞り成形による縮径を行つた
のち、加熱源９にて所定の温度に加熱して後部の
サイジングロール群６・２により絞り成形を行
う。必要に応じ、絞り成形後、第９図あるいは第
１０図のように成形ロール１０により所望の多角
形断面への加工が行われる。成形終了後の管体は
放冷してもよく、あるいは図示のように冷却装置
１１を用い衝風、冷却水などによる強制冷却を行
い、しかるのちカツター１２にて所定寸長に切断
する。なお、内管Piおよび外管Poとして、継目
無管や鋳造管を使用してよいことはいうまでもな
い。また、サイジングロール部の加熱源として
は、例えばトンネル型のガス炉、電気炉、あるい
は高周波誘動加熱コイル、高温塩浴などを使用す
ればよい。〔実施例〕ステンレス鋼（SUS304 線膨張係数：17.8×
10^-6cm／℃／℃）からなる外管と普通鋼（線膨張
係数：11.7×10^-6cm／℃／℃）からなる内管を使
用し前記第８図に示すロールフオーミングライン
により二重管を製造した。比較例として、上記と
同じ材質の内・外管の組合せになる二重管を、従
来のロールフオーミング法およびドローイング法
（いずれも絞り加工時の加熱なし）により製管し、
それぞれの二重管の内・外管の密着力、および曲
げ加工性を比較した。加工前の外管のサイズは
21.7mm（ただし、ドローイング製管例では、25
mm）、肉厚0.4mm、内管のサイズは外径21.4mm（た
だし、ドローイング製管例では、21.7mm）、肉厚
1.2mmである。 (A) 発明例外管温度200℃、内管温度50℃において、圧下
力500Kg／cm²にて絞り成形。管サイズ：外径22.2
mm、肉厚1.6mm（うち外管0.4mm、内管1.2mm）。 (B・1) ロールフオーミング製管例絞り成形の圧下力：500Kg／cm²（通常圧下）。管
サイズ：外径22.2mm、肉厚1.6mm（うち、外管0.4
mm、内管1.2mm）。 (B・2) 従来のロールフオーミング製管例絞り成形の圧下力：1000Kg／cm²（強圧下）。管
サイズ：外径22.2mm、肉厚1.6mm（うち、外管0.4
mm、内管：1.2mm）。 (C) ドローイング製管例減面率：外管11.4％、内管1.5％。管サイズ：
外径22.2mm、肉厚1.6mm（うち、外管0.4mm、内管
1.2mm）。上記各二重管について、第１１図に示す密着力
測定機を使用し、供試管体Ｐの外管部分Poを固
定台１３に取付け、シヤフト１４を介し内管Piに
管体軸心に平行な圧下力を加えることにより、
内・外管の密着力を測定した。第１２図にその結
果を示す。従来のロールフオーミング法では、通
常圧下の場合（Ｂ・１）の密着力は約30Kg、強圧
下を加えた場合（Ｂ・２）でも約40Kg程度に過ぎ
ず、バラツキも大きい（約±20Kg）。また、ドロ
ーイング法によるもの(C)はバラツキは少ないが、
密着力は50Kg前後にとどまる。これに対し、発明
例(A)では、200Kgをこえる強い密着力を有し、し
かもそのバラツキは極めて少ない。第１表に上記各供試管の曲げ加工試験（曲げ
Ｒ：2.5×Ｄ。芯金使用）の結果を示す（いずれ
も、加工本数（Ｎ）＝100）。

〔発明の効果〕

本発明方法によれば、通常のロールフオーミン
グライン内に適当な加熱源を付設するだけの簡単
な装置で内・外管の密着力が強固で健全な二重管
を製造することができる。本発明方法により得ら
れる二重管は内・外管の密着性にすぐれているの
で、各種プラント配管、輸送管、熱交換器などの
管材として、また家具、手摺、自転車のハンド
ル、その他の管材として好適であり、用途に応じ
た任意の曲げ加工管として供することができる。なお、本発明方法は、連続製管ラインの製管以
外に、例えば定尺に切断したのちの二重管の内・
外管の密着性を高める方法としても有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は重合された内・外管の加工前の断面
図、第２図は絞り成形状況を示す一部切欠正面
図、第３図〜第７図は絞り成形過程の前後におけ
る管径変化の説明図、第８図は本発明にを実施す
るための製管ラインの例を模式的に示す正面図、
第９図および第１０図は多角形断面への成形加工
の断面説明図、第１１図は二重管密着力測定試験
説明図、第１２図は内・外管の密着力を示すグラ
フ、第１３図および第１４図は従来法を示す一部
切欠正面図である。３：フオーミングロール群、５：溶接トーチ、
６（６・１，６・２）：サイジングロール、９：
加熱源、Po：外管、Pi：内管。

Claims

【特許請求の範囲】

１外管と、その内径より小さい外径を有する内
管（但し、外管の線膨張係数＞内管の線膨張係
数、とする）を二重管材料として外管と内管とを
重合し、加熱により外管を膨張増径させて内管と
の管径差を拡大し、管径差が拡大した加熱状態
（内管も膨張増径していて構わない）において、
外管の外周面に圧下力を加えて絞り成形加工を行
い、外管に、加熱前のもとの管径差より大きい減
径量の縮径塑性変形を生じさせることを特徴とす
る二重管の製造方法。