JPH0450128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 開示技術は、射出成形機の加熱筒やマツドポン
プライナー等の三重管等の重層管を製造する技術
分野に属する。

＜要旨の概要＞ 而して、この出願の発明は、内管と外管の間に
中間管を介装して焼ばめ等の径に対する熱変形に
よる縮管を介して緊結を行うようにした重層管製
造方法に関する発明であり、特に、セラミツクス
や耐摩耗鋳鋼製等の内管対して低炭素鋼製の中間
管を軸方向にリング状の加熱冷却を移動し径に対
する熱変形を介して緊結し、而して、該緊結の前
工程、後工程のいずれかにて、該低炭素鋼製等の
中間管の外側面と予め用意した高炭素鋼製等の外
管の内側面に研削加工等の仕上げ加工を行つて焼
ばめ等の径に対する熱変形を介し中間管と外管と
を緊結し内管に対しては研削加工等の仕上げ加工
を行わずにすむようにし、又、外管に対しては、
極端な肉厚変形を与えることなく緊結することが
出来るようにした重層管の製造方法に係る発明で
ある。

＜従来技術＞ 周知の如く、配管はあらゆる産業分野に広く用
いられ、流体の輸送は勿論のこと、情報伝達を行
うのみならず、構造物の部材としても用いられる
等、様々な方面に利用されているが、一般的には
常時交換する態様よりも一旦設置されると、構造
物として長期間使用される態様が多く、したがつ
て、配管は環境に対する耐蝕性や耐摩耗性、耐圧
性、耐熱性等を経年的に具備することが要求され
ている。

しかしながら、管体は単層管で全てのこれらの
条件を満足することは現今の技術では材料の特性
上困難である。

したがつて、各条件に対応する管体を重層させ
て一体化した二重管、三重管等の重層管が用いら
れるようになつてきた。

これらのうち、クラツド鋼管等も有るが、製造
工程の複雑さや管理が難しいという難点が有り、
コスト高等の不利点から各管を相対重層させて緊
結した重層管が注目されるようになつてきてい
る。

而して、これらの重層管のうち、内管と外管を
相対重層させて焼ばめ等により緊結する二重管が
工程やコストの面から有利であるが、かかる二重
管では不具合が在る場合が生じてくる。

即ち、例えば、射出成形機の加熱筒やマツドポ
ンプライナー等の管体に於ては上述の耐摩耗性、
耐熱性、耐蝕性に加えて配管環境の高圧に対処す
るために外管の肉厚を大きくせざるを得ない条件
がある場合がある。

而して、この場合、焼ばめ等による二重管では
内管と外管の緊結を行うに際し設計通りの要求緊
結の精度を得るために内管の外側面と外管と内側
面とに精密研削、研磨加工等の仕上げ加工を行う
必要が有る。

＜発明が解決しようとする課題＞ さりながら、充分な強度、耐熱性、耐蝕性、耐
摩耗性等を満たす内管として、例えば、耐摩耗鋳
鋼製の内管を用いたり、セラミツクス製の内管を
用いたりする場合にはこれらが所謂難削材であつ
て、研削加工等が極めてし難いという難点があ
り、又、外管が耐圧性の要求から厚い場合には管
体の膨径や縮径がし難いという難点がある。

したがつて、設計通りの緊結を得るのが技術的
に困難であり、又、仮に製造可能であるとしても
法外にコスト高になるいう不利点もあつた。

＜発明の目的＞ この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく
耐圧性、耐摩耗性等を有する重層管を得るに際し
ての内管の難加工性と外管が厚肉の場合には熱変
形がし難いという問題点を解決すべき技術的課題
とし、内管の仕上げ加工を省略出来、しかも、外
管の熱変形がし易くなるように、そのうえ、製造
工程数が少なく、管理もし易く、低コストで製造
しうるようにして、各種産業における配管技術利
用分野に益する優れた重層管の製造方法を提供せ
んとするものである。

＜課題を解決するための手段・作用＞ 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とす
るこの出願の発明の構成は、前述課題を解決する
ために、苛酷な条件下での耐蝕性、耐摩耗性、耐
熱性、耐圧性等を必要とする二重管等の重層管を
製造するに際し、耐摩耗性、耐蝕性に優れてはい
るが、難加工性の内管に対し低炭素鋼製等の加工
性の良好な中間管をその外側に重層し、該中間管
に対し、リング状の加熱と周辺の冷却を付与する
ようにしてこれを軸方向に相対移動することによ
り、中間管の膨径を両側の冷却部分により拘束し
て降伏させ、加熱後の冷却により初期の径よりも
縮径するようにして、内管に対し中間管を緊結
し、中間管に対しては上述緊結の前後いづれかに
て中間管の外側面に切削加工等の仕上げ加工を行
い、これに対し、当該中間管の肉厚分だけ肉厚を
薄くされた外管の内側面に対し研磨等の仕上げ加
工を行つて中間管と外管を焼ばめ等により緊結
し、結果的に充分に緊結された三重管等の重層管
を得ることが出来るようにした技術的手段を講じ
たものである。

＜発明の基礎的背景＞ 一般に、管に対して環状に局部加熱、冷却処理
を施すことにより管径が変化する。

この現象は熱弾塑性挙動に起因する。

即ち、管の局部を加熱すると、加熱部は、熱膨
脹により膨径しようとするが、このとき、加熱部
の周辺を強制冷却すると、冷却部分によつて膨径
が拘束され、高温で降伏応力が低くなつているこ
とと相伴つて加熱部は容易に塑性変形し、自由膨
脹時に比べ、その膨脹量は著しく小さくなる。

その後の冷却時には、比較的自由に熱収縮する
ため、この熱履歴を受けた部分の管径は、初期径
より小さくなる。

この熱処理を、管の長手方向に連続して施すこ
とで、管径を一様に減少させることが出来、又、
部分的に施すことにより、管径を局部的に減少さ
せることも出来る。

第８図は、環熱縮径法（管に対し環状の加熱冷
却を付与して縮径する方法）により管径が変化す
る基礎的現象を、熱弾塑性解析によりシミユレー
トした態様を示したものであり、この場合、解析
モデルは軟鋼管（外径165.2mmφ×肉厚5.5mm）
で、解析条件としては、管の長手方向に局部的
に、環状に800℃まで急速加熱し、冷却する熱履
歴を管の長手方向に連続的に与えたものである。

図中で、与えられた熱履歴に応じ発生する塑性
歪量と、これに対応する管径の過渡的変化量（共
に、板厚中央の値）を縦軸に、管の長手方向の座
標を横軸に示した。

加熱時は、見かけの膨径量は少なく、周方向に
大きな圧縮の塑性歪が発生し、冷却時には、引張
りの塑性歪が発生するものの、その量は加熱時に
比べて小さく、このため、冷却後、管に圧縮の塑
性歪が残存し管径が減少することが分る。

更に、熱源の形状（加熱勾配、冷却勾配や最高
加熱温度等）を変えることにより発生する塑性歪
量が変化し、管径の変化量が変わることから、管
の材質や断面形状に応じて、所定の熱履歴を与え
ることで、管径の変化量が制御出来ることを示し
ている。

＜実施例＞ 次に、この出願の発明の１実施例を図面に基づ
いて説明すれば以下の通りである。

図示実施例はマツドポンプライナーの重層管の
三重管を製造する態様であり、まず第１図に示す
様に、充分に耐摩耗性、耐蝕性に優れてはいるが
難加工材のセラミツクス製の内管１に対しその外
径よりもやや大きな内径を有する、例えば、炭素
量0.25％程度の低炭素鋼製であつて、高靭性の中
間管２を用いて、両者を遊挿し、二重管素管３を
得る。

このようにして得られた二重管素管３に対し、
第２図に示す様に、予めセツトした熱変形装置に
対し管端を望ませ、軸方向設定距離隔した高周波
誘導加熱装置５と冷却水散水する冷却装置６，６
を稼働自在にセツトしておく。

そこで、第２図に示す様に、所定速度で二重管
素管３を軸方向に移動させると、加熱装置５はそ
の前後の冷却装置６，６による冷却に対し、加熱
による膨径作用を付与するが、このプロセスにお
いて加熱部分の両端が冷却部分に対して自由端で
あれば、自由に膨径して周方向に突出するが、実
際は加熱部分に対し当該加熱部分はその両端が冷
却部分によつて拘束されているために、当該部分
は第４図に示す様に、長手方向に対し中心方向に
向かつて径方向の押え曲げモーメントＦが作用
し、結果的にリング状の湾曲した塑性変形部分が
成形される。

そして、二重管素管３が加熱装置５、冷却装置
６，６と矢印方向に相対移動することにより、加
熱装置５により加熱されて塑性変形した部分は加
熱部分を通過して冷却装置６によつて冷却される
と、第３図に示す様に、逆に大きく縮径され、そ
こで大きな嵌合代が得られて内管１は中間管２に
対し緊結されるとになる。

そして、この作用は中間管２の全ての周方向部
分に作用するために、二重管素管３を軸方向に連
続的に相対移動することにより、中間管１の全て
の部分が縮径し、全二重管素管３に於いて一種の
縛りばめ状態が現出され、結果的に大きな自緊二
重管ユニツト３′が形成される。

そして、上述緊結プロセスは内管１の肉厚に無
関係に行われ、又、軸方向の長さに係わらず、全
二重管素管３に於いて形成されるために、更に中
間管２と内管１の対向する接合面の精度にもほと
んど無関係に行われることになり、内管１の肉厚
が大で、しかも、長尺管であつても、そのうえそ
の外側面に切削加工等の仕上げ加工がなされてい
なくとも確実に行われる。

次に上述実施例に則す実験例を示せば以下の通
りである。

第９図は、環熱縮径法による二重管素管３の製
造における、反復する環熱縮径処理ごとの外管１
の外径変化量（累積）と素管３の内外管の嵌合面
圧の発生状況を示す実験例であつて、内外管１，
２の素管３が鋼管（材質：STPG−38，形状：外
管90A／Sch40，内管80A／Sch40，φ165.2×
5.5t）の場合を示している。

加熱装置４は一次電力80kW、周波数0.7kHz冷
却装置５は水道水 最高加熱温度：800℃ 加熱部分（加熱コイル４）と冷却部分（冷却ノズ
ル５）の間隔：10mm 温度勾配：加熱側800℃／40mm＝20℃／mm程度 冷却側800℃／８mm＝100℃／mm程度 曲げモーメントは生じる 移動速度：170mm／分 縮径量：0.5％／回 この場合、内外管１，２のクリアランス（直径
差）は1.5mmあり、これを４回の処理で内外管１，
２を接触させ、５回以後は内外管１，２は嵌合し
ていく。

又、縮径量は実施条件により任意に決めること
が出来るが、実際には、例えば、外管の直径の
0.5％程度である。

当該実験例のデータから分かるように、内外管
１，２が接触するまでは処理回数が増すにつれ外
管１の縮径量が増え、内外径１，２が接触後、嵌
合面圧が発生している。

そして、更に、処理回数を増すと嵌合面圧が増
大することから、処理回数を制御することによつ
て、嵌合面圧を変え得ることが分かる。

而して、第３図に示す様に、自緊二重管のユニ
ツト３′が形成されると、第５図に示す様に、予
め所定長に形成された中間管２の厚さ分だけ厚さ
の薄い高炭素鋼製の外管７の内側面に矢印に示す
様に、機械的な切削加工や研磨加工等の適宜の加
工により所定の仕上げ加工を施し、あるいは、予
め施しておき、合わせて自緊二重管ユニツト３′
の中間管２の外側面に対し第６図の矢印に示す様
に、同じく機械的な切削加工や研磨加工等の適宜
の手段により、仕上げ加工を行つて、中間管２と
外管７とを相対遊挿して在来態様に用いられてい
る焼ばめ手段等により外管７と中間管２とを密着
嵌合させて緊結する。

このようにして第７図に示す重層管としての三
重管８が得られるが、当該三重管８は在来態様同
様の設計肉厚であるにもかかわらず、外管７の肉
厚は薄く、内管１に対し緊結され、耐摩耗性、耐
熱性、耐蝕性に加えて充分な耐圧性が得られたも
のとなる。

尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に
限るものでないことは勿論であり、例えば、内管
は耐摩耗鋳鋼製やセラミツクス製以外の他の素材
から成るものでも良く、又、中間管に対する外管
の緊結も焼ばめの他に上述態様同様にリング状の
加熱、冷却手段を軸方向に反復して相対移動する
態様も可能である等種々の態様が採用可能であ
る。

＜発明の効果＞ 以上、この出願の発明によれば、基本的に耐蝕
性、耐摩耗性、耐圧性、耐熱性等の苛酷に要求さ
れる諸条件を満足する重層管が確実に得られ、製
造工数も少なく、低コストで得られ、しかも、設
定通りの確実な緊結状態が得られるという優れた
効果が奏される。

又、耐摩耗性、耐蝕性等の機能を有する内管が
耐摩耗鋳鋼製やセラミツクス製等で難削材で有る
場合において、その外側面に対する切削加工等の
仕上げ加工をすることもなく、中間管と直接緊結
させることが出来るという優れた効果が奏され
る。

そのうえ、外管も当該中間管の肉厚分だけ薄く
することが出来るために、リング状加熱、冷却を
軸方向に移動させることにより容易、且つ、確実
に縮径させることが出来るという優れた効果が奏
される。

したがつて、耐摩耗性や耐蝕性等の内管を充分
にその材料の性質を生かして利用することが出来
るのみならず、外管の肉厚も薄くすることが出
来、その分だけ材料コストを低減出来るうえ、
内・外管の材料の組み合せの自由度も得られると
いう優れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の１実施例の説明図であ
り、第１図は内管と中間管の相対重層部分断面
図、第２図は第１図によつて得られた自緊二重管
素管に対するリング状加熱と冷却を軸方向に行う
部分断面側面図、第３図はこのようにして得られ
た自緊二重管のユニツトの部分断面側面図、第４
図は内管に対する中間管の緊結模式図、第５図は
外管の部分斜視図、第６図は自緊二重管ユニツト
の部分斜視図、第７図は重層管の三重管の部分斜
視図、第８図は環熱縮径法の特性グラフ図、第９
図は同実験データグラフ図である。 １……内管、２……中間管、７……外管、８…
…重層管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内管に対し中間管を介して外管を嵌合するに
   際し径に対する熱変形により緊結するようにした
   重層管の製造方法において、内管と中間管とを重
   層し、中間管に対し環状の局所加熱、及び、その
   周辺の冷却を軸方向に相体移動しながら付与し、
   中間管を縮径して内管に緊結させた後、該中間管
   に対し外管を嵌合させることを特徴とする重層管
   の製造方法。 ２ 内管に対し中間管を介して外管を嵌合するに
   際し径に対する熱変形により緊結するようにした
   重層管の製造方法において、内管に緊結した中間
   管と外管とを重層し、外管に対し環状の局所加
   熱、及び、その周辺の冷却を軸方向に相体移動し
   て付与することにより外管を縮径して中間管に緊
   結させることを特徴とする重層管の製造方法。