JPH0551373B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はチタン、ステンレス鋼（炭素鋼）など
の帯板材から溶接管を製造するに当たり、スプリ
ングバツクを抑えて溶接を安定させるための新し
い溶接管の製造方法に関する。 （従来の技術） 溶接管の製造に当たり、素材である帯板材を各
成形ロール穴型間に通過させて管状体に成形し、
管周上の長手方向にわたる接合縁を溶接一体化し
て管体を得る方法は既知である。 一般に使用される造管ラインの一例を第４図に
示す。同図においてａはアンコイラー、ｂはブレ
ークダウンロール、ｃはフインパスロール、ｄは
サイジングロール、ｆは走行切断機、ｇは帯板
材、ｈは造管方向、ｉは溶接部を夫々示す。なお
ロールの配列はこの他何種類か使われるが本質的
には同じである。通常の造管ラインでは、４段程
度のブレークダウンロールと３段程度のフインパ
スロールおよびそれらの間に配置されたサイドロ
ールにより溶接までの成形が行われる。 溶接を安定して行わしめるためには、溶接まで
の成形において、上記管状体のスプリングバツク
をできるだけ小さくしておくことが必要であり、
かつ、造管中にこのスプリングバツクの変動を極
力抑えることが必要である。スプリングバツクが
大きい状態で溶接を行うと、シーム突合せが不安
定となるため、ビード形状の悪化や、シーム突合
せが左右に回転するいわゆるシームずれの問題が
発生してくる。また、ビード形状は管状体のスプ
リングバツクの大小により影響を受け易く、造管
中にスプリングバツクが変動するとビード形状の
変動をまねく。 従来の造管方法においては、帯板のスプリング
バツクは主としてフインパスロールの圧下を強く
することにより防止してきた。フインパスロール
の圧下を強くした場合、第５図に示すように、管
状体２の円周方向に圧縮応力が生じ、この応力で
管状体２が塑性変形（外径絞り）するためにスプ
リングバツクが抑制される。フインパスロールの
穴型は通常左右対称形であり、帯板エツジ部に接
触する部分にはエツジの突合せ形状を改善するた
めのフイン１が設けられている。このため穴型断
面の半径は必然的に全体を製品管の半径以上とす
るか、全体を楕円形にしてごく一部の領域だけを
小半径で成形するかの方法がとられる。しかし、
これらの方法ではフインパスロールの圧下を強く
して外径絞りを与えない限り管状体のスプリング
バツクを十分に抑えることはできない。なお、第
５図において３は上ロール、４は下ロールを示
す。 造管中にスプリングバツクを抑える方法として
は、上記のようなフインパスロールで外径絞りを
与える方法の他に、ブレークダウンロールの初期
の段階で帯板エツジ部近傍を目標とする製品管以
下の半径に成形する方法が一部採用されている。
しかしこの方法では、成形する領域が帯板のエツ
ジ部近傍の狭い範囲に限られていること、ブレー
クダウンロール初期に成形された素材がその後の
成形ロールを通過して溶接領域に至るまでの間に
曲げもどし変形を受けることなどの理由により、
溶接前の管状体のスプリングバツクを抑えるため
に十分効果的に働いているとは言えない。 チタンおよびその合金管の成形においては、チ
タンが材質上スプリングバツクの大きい金属であ
るので、フインパスロールでの圧下を特に強くす
る必要がある。フインパスロールの圧下が小さい
と溶接前の管状体のスプリングバツクが大きくな
り、溶接後ビード形状が悪化するばかりか、溶接
直後にスプリングバツクによる引張り力が溶湯に
働いてビード部にミクロクラツクが発生してく
る。ところが、チタンはまた非常に焼付き易い金
属であるので、スプリングバツクを抑えるための
フインパスロールの強圧下はチタン管表面とロー
ル、帯板エツジ部とフインの間に焼付きを発生さ
せる。焼付きを防止するためにチタンの成形では
銅合金製のフインパスロールが使用されている
が、このロールは焼付きは抑えられるが、穴型表
面の摩耗が激しく、その結果造管中にフインパス
ロールの圧下が効かなくなりミクロクラツクが発
生するという問題がある。以上のようなチタンお
よびチタン合金管製造上の種々の問題を解決し
て、管状体のスプリングバツクを抑えるために、
帯板材を成形の仕上段階で加熱して成形する温間
成形法が本出願人に於て特開昭57−68292号とし
て提案されている。 （発明が解決しようとする問題点） チタンまたはその合金管を対象とした温間成形
法を除けば管状体のスプリングバツクは主として
フインパスロールでの外径絞りによつてコントロ
ールされている。この場合、上述のように、管状
体が塑性変形するまで強圧下することが必要であ
り、フインやロール穴型の摩耗が問題となる。ま
た比較的薄肉の管を成形する場合、フインパスロ
ールで強圧下すると特にフイン近傍で管状体がロ
ール穴型になじまず、第６図，のような状況
が発生してシームの突合せ不良を起こす。 フインパスロールで大きな外径絞りを与えない
で上記管状体のスプリングバツクを抑える方法と
して、第７図，に示すように、楕円またはそ
れに準じる長円形の穴型を有するフインロール
（またはフインなしロール）を用いて長軸方向を
例えば左右（同図）から上下（同図）と変化
させて順次管周の各領域を小さい半径に成形する
方法が考えられる。しかし、この場合、同図の
段階で左右の領域が成形されるが、同図の段階
で上下領域を成形する際には必然的に左右領域の
半径が大きくなり、結果的に曲げもどし変形を受
けるために、このような成形をくり返しても管状
体全体のスプリングバツクを抑えることはできな
い。 チタンまたはその合金を対象とした温間成形法
は、フインパスロールで強圧下を与えなくともス
プリングバツクを抑えることができる。しかしこ
の方法には、従来の造管ライン上に加熱炉を追加
設置し、常時電気を使用するという経済上の問題
があり、加熱直後の成形ロールの温度が上昇する
ためにロールマークが発生し易くなり、ロールの
研摩の回数が増加するという問題点がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明は上記問題点に鑑み、特にスプリングバ
ツクを抑えて溶接を安定させる目的で為されたも
のであり、この目的を達成するための手段とし
て、タンデムに配置した一連のロール穴型に帯板
材を通過させ、成形・溶接・定型工程を経て管を
連続的に製造する方法において、前記成形の仕上
段階で帯板材を成形ラインの長手方向と直交する
断面において左右非対称であり、かつ左右いづれ
か一方の帯板部を目標とする製品管と近似した半
径に、他方の帯板部を目標とする製品管よりも小
さい半径に成形し、同様な成形を左右交互に繰り
返した後、円形またはそれに類似した左右対称形
の成形を行う手段を採用した。 （実施例） 以下、本発明の好適な実施例を詳説する。 成形仕上げ段階で帯板を目標とする管の半径よ
りも小さい、スプリングバツクを考慮した半径に
成形する方法が、フインパスロールでの外径絞り
や温間成形を用いずに管状体のスプリングバツク
を防止するに効果的であることを知見した。 この場合、従来のフインパスロールのように左
右対称型の穴型ロールを用いると、帯板材幅の十
分広い領域で管半径より小さい半径に成形するこ
とが困難なため、成形断面形状を左右非対称と
し、帯板材の左右それぞれの領域を別のロールで
成形する方法をとつた。新しい成形法に使用した
本発明の改良型成形ロール群の形状および各ロー
ルの穴型形状の詳細をそれぞれ第１図および第２
図に示す、なお図において２は管状体、３は上ロ
ール、４は下ロール、５は成形ラインの中心部
（造管機のセンター）を示す。この方法では→
または→の順に交互に管状体２をロール
３，４間に順次通過させ、帯板材の左右の領域を
別々に、かつ目標とする管半径よりも小さい半径
r₁に成形する。この際、r₂に示す領域は目標とす
る管半径に近似した半径として帯板材の中心７お
よびエツジ部６，６′を成形ラインの中央断面５
近傍に保つことが非対称の成形を安定させる上で
極めて有効であることがわかつた。 なお、半径r₁側の帯板エツジ部６の位置に関し
ては、成形中もう一方のエツ部６′との接触をさ
ける必要があり、成形ラインの中心を大きく越え
ることはできない。その結果として、非対称穴型
断面内には半径ｒがr₂＜ｒ≦∞となるような微小
領域（第２図中ａで示す領域）が存在することに
なる。本実施例ではr₁の成形範囲ができるだけ広
くなるように、このａ領域を直線として成形を行
つたがこの微小領域では管周がわずかに曲げもど
し変形を受けた。そして第１図、第２図の，
の非対称成形の後に円形またはそれに類似した左
右対称形の穴型を有する第１図のロールを設置
し、上記曲げもどし変形を受けた微小領域を再度
曲げ成形することが、管状体のスプリングバツク
防止に有効なことがわかつた。なお、ａ領域につ
いてはr₁での成形領域を大きく減少させない範囲
において曲率を持たせることも可能である。な
お、左右非対称成形における半径r₁に関しては、
帯板材の材料特性や管の寸法に応じてスプリング
バツク量を考慮し、適正なr₁を採用する必要があ
る。 理論的に導かれた関係式によれば、薄板の曲げ
半径R₀とスプリングバツク後半径Ｒの関係は単
純曲げの場合近似的に次式で与えられる。 Ｒ＝R₀／〔１−３（Ｙ／Ｅ）（R₀／ｔ）〕 …… Ｙ：素材の降伏強度（Kgｆ／mm²） Ｅ：素材のヤング率（Kgｆ／mm²） ｔ：薄板肉厚 左右非対称成形での曲げ半径r₁として、スプリ
ング後に材料が目標とする管の半径になるような
曲げ半径r₁を採用するとすれば、理論的なr₁は
式より次のように求められる。 r₁＝ｄ／２〔１＋３／２ Ｙ／Ｅ ｄ／ｔ〕…… ｄ：目標とする管外径（mm） ｔ：管肉厚（mm） r₁：小径柄半径（ロール穴型半径）（mm） 第１図および第２図に示したような本発明の改
良型成形ロール群のr₁を変化させて成形試験を行
つた結果、成形後管状体のスプリングバツクは理
論式より導かれるr₁では十分に小さくならず、
r₁を式で与えられる値以下にすることが必要と
わかつた。後述の具体的な実施例の結果から、適
正なr₁の範囲として次の結果を得た。 （0.1t＋0.7）r₂／１＋３Ｙ／Ｅ r₂／ｔ≦r₁≦1.0r₂／
１＋３Ｙ／Ｅ r₂／ｔ…… ただし、 ｄ／２≒r₂ r₂：大径側半径（ロール穴型半径）（mm） なお、上記式のr₁の下限を設定した理由は、
これ以下の値で成形すると、成形後管状体が著し
い楕円形状となり、溶接に支障をきたすばかり
か、その後の定型工程で真円度を十分に矯正でき
なくなるためである。 一方、r₁の上限はこれ以上の値で成形すると管
状体のスプリングバツクが大きくなり、溶接点で
のシーム突合せが不安定となつてビード形状が悪
化する、あるいは（チタンの場合）溶接ビードに
ミクロクラツクが発生してくる限界の値を示して
いる。 なお、本発明方法を実施する例えば第４図の造
管ライン上の位置については、従来のフインパス
ロールから溶接部までの間ならどの位置でも可能
であるが、溶接直前におくことが望ましい。ま
た、非対称成形は上記の例では〜の３段での
成形で示したが、各スタンドでの成形が大きい場
合（r₁がr₂に比べて小さい場合）はロール段数を
追加して途中の成形を行つても良い。こゝで前記
途中の成形とは例えば、第２図の成形→を交
互に行なうにあたり、 のように成形してもよいということ（′→′→
→）でも可） この場合、前記式のr₁は最大限に成形する段
階での曲げ半径を与える。 以下本発明のより具体的な実施例を説明する。
第４図に示すような従来からある造管ライン上、
最終フインパスロールとスクイズロールの間に無
駆動の上下ロールスタンドを設置し、第１図に示
すような本発明の改良型成形ロール群，，
を取付けて成形試験を行つた、対象外径は代表的
な25.4φmmとし、帯板は強度、肉厚の異なるチタ
ンを用いた。前記成形ロール群の穴型形状に関し
ては、第２図に示したr₁，r₂，ａを種々変化させ
た。r₃は12.7mm一定とした。これら改良型成形ロ
ール群のスプリングバツク防止効果を確認するた
め、フインパスロールの圧下を弱くして従来法で
あるフインパスロールでの外径絞りによるスプリ
ングバツクの低下を回避した。 なおその他の成形方法、溶接方法などは従来の
方法で実施した。成形後管状体のスプリングバツ
クの程度は、スクイズロールに入る前で管状体サ
ンプルを切り出し、このサンプルのシームの開き
量δ（第３図参照）をもつて評価した。 本試験では上記の各成形条件で、通常の溶接の
造管も行つた。 次に試験結果を表１、２に示す。 表１において、No.４、６、７、10、11、14、
18、19が本発明の実施例である。 No.１、２、８、９、16、17はいずれも改良型成
形ロールを使用しない従来例である。この従来例
の内、No.２、９、17のようにフインパスロールの
圧下を強くして外径絞りを与えると、管状体のス
プリングバツクが小さくなり、ビード形状不良や
ミクロクラツクは防止できる。しかし、フインパ
スロールの強圧下は、ロール摩耗を引き起こし、
安定造管が持続しない。 No.３、５、12、13、15、20はいずれも本発明の
比較例である。 No.３のものは、半径r₁を製品半径より小さくし
たが、25.4φ×0.5tmmチタン管に対しては、r₁が大
きすぎるため（前記式の上限を越える）、スプ
リングバツクが大きく、ビード形状不良が発生し
た。 No.５、12の比較例では、半径r₃、即ち、左右交
互の非対称成形後の左右対称形の成形（第１図の
ロール）を省略したが、特にトラブルは発生し
なかつた。しかし、子の場合、ロールとスクイ
ズロールが近づくと溶接近傍にロールによる左
右エツジの段差の影響が出る可能性があり、ロー
ルを取り付けるのが望ましい。 No.13の比較例においては、半径r₂を製品半径よ
りかなり大きくとつてみた。この場合、成形ライ
ン長手方向と直交する断面における帯板材の中心
部７及びその両側のエツジ６，６′が、成形ライ
ンの中心部５に一致せず、素材が左右にずれ、安
定した成形が不能となつた。 No.15、20の比較例においては、本発明の実施例
のNo.14、19よりもr₁をさらに小さくしてみた。し
かし、これらの条件では、各寸法のチタン管に対
してr₁が小さ過ぎる（前記式の下限に近い）た
め、別のトラブルが発生した。即ち、No.15では、
管状体の偏平化が激しく、ビード形状が不良とな
り、No.20の厚肉管では非対称成形ロールが破損し
た。

【表】

【表】 （発明の効果） 従来法ではフインパスロールでの強圧下（外径
絞り）により成形後管状体のスプリングバツクを
防止した。しかし、本発明では方式が全く異な
り、強圧下を与えることなくスプリングバツクを
従来よりもさらに小さくできることが最大の特徴
である。 以上の特徴から工業技術上次の効果が得られ
た。 強圧下を与えないので、帯板材素材とロール
間の面圧が小さくなり、ロールやフインの摩耗
が軽減される結果、ロールコストが低減する。 同様に面圧が小さくなることにより、製品表
面のロール疵が軽減する（製品品質の向上）。
従つてチタンなどの焼付の発生し易い材料の成
形には特に有効である。 従来のフインパス強圧下方式では、管状体ス
プリングバツクのロール摩耗感受性が大きく、
頻繁にロール調整を行う必要があつた。しかし
本方法ではロール摩耗自体が少ないばかりか、
摩耗によるスプリングバツク変動が小さいた
め、ロール調整間隔が延び、長時間安定したビ
ード品質が得られる。 従来法に比べて管状体スプリングバツクをさ
らに小さくできるため、溶接が安定し、ビード
品質が向上する。また、チタンなどスプリング
バツクの大きい材料を高速で造管した際発生し
てくるビード部のミクロクラツクが防止でき、
造管高速化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明方法に使用する成形ロ
ール等の図面であり、第１図はその改良型成形ロ
ール群を、第２図は同ロール群の穴型形状を、第
３図は成形後管状体のスプリングバツクを表わす
パラメータδの定義説明図を示す。第４図は本発
明方法の実施する造管ライン１例の説明図、第５
図〜第７図は従来例の各説明図である。 ２……管状体、３……上ロール、４……下ロー
ル、５……成形ラインの中心部（造管機のセンタ
ー）、６，６′……フープエツジ、７……フープ中
央、r₁……小径側半径、r₂……大径側半径。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ タンデムに配置した一連のロール穴型に帯板
   材を通過させ、成形・溶接・定型工程を経て管を
   連続的に製造する方法において、前記成形の仕上
   段階で帯板材を成形ラインの長手方向と直交する
   断面において左右非対称であり、かつ左右いづれ
   か一方の帯板部を目標とする製品管と近似した半
   径に、他方の帯板部を目標とする製品管よりも小
   さい半径に成形し、同様な成形を左右交互に繰り
   返した後、円形またはそれに類似した左右対称形
   の成形を行うことを特徴とする溶接管の製造方
   法。 ２ 成形ライン長手方向と直交する断面における
   帯板材の中心部７及びその両側のエツジ６，６′
   が、成形ラインの中心部５に一致またはその近傍
   に位置する直線上にあることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の溶接管の製造方法。