JPH06198337A - 溶接鋼管矯正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＵＯＥ鋼管の製造において、溶接鋼管の管端
部の真円度を高める。 【構成】 溶接鋼管Ｐを拡管しながら曲がり矯正を行っ
た後、その溶接鋼管Ｐの管端から少なくとも0.３Ｄ
（Ｄ：管外径）の範囲に真円度矯正を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＵＯＥ鋼管の製造に用い
る溶接鋼管矯正方法に関し、更に詳しくは寸法精度の良
好なＵＯＥ鋼管を製造するための溶接鋼管矯正方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管を製造する方法の１つとしてＵＯＥ
法がある。ＵＯＥ鋼管は図１に示すようなプロセスにて
製造される。

【０００３】 Ｃプレスにて鋼板の幅方向端部を曲げ
成形する（図１−Ｂ）。 Ｃプレス後の鋼板をＵプレスにてＵ字形とする（図
１−Ｃ）。 Ｏプレスにより鋼板側端面を対向させた略円形のオ
ープンパイプを製造する（図１−Ｄ）。 オープンパイプの対向端部を仮付溶接する（図１−
Ｅ）。 内面溶接および外面溶接を行って溶接鋼管を製造す
る（図１−Ｆ）。 溶接鋼管を拡管機にて所望寸法に拡管する（図１−
Ｇ）。

【０００４】ここで溶接鋼管は、オープンパイプが真円
にＯプレスされていても、溶接の際の加熱及び凝固に伴
う溶接部の膨張及び収縮により、一般に溶接部の軸方向
長さが他の円周部分のそれよりも短くなった弓状にな
り、また円周方向についても溶接の影響により溶接部を
長径とする楕円形状となる。

【０００５】そこで上記溶接鋼管が図１−Ｈに示す如く
拡管される。この拡管では、円周方向に複数に分割さ
れ、管軸長方向に長いセグメント６ａを円柱状のブーム
６ｂの回りに配設した拡管ヘッド６を溶接鋼管Ｐの内部
に挿入して、セグメント６ａを油圧により放射状に管外
側へ向けて押出し、これを管全長に亘って所定ピッチ毎
に繰り返すことによって溶接鋼管の曲がり矯正が行われ
る。

【０００６】すなわち拡管によると、溶接部の機械的強
度が他の部分よりも高いために、拡管による円周方向の
変形が溶接部で小さく、それ以外の部分で大きくなると
いう変形量の変動が生じ、この変動に付随して管軸方向
では溶接部に比べて溶接部以外の部分がより短くなっ
て、管長が円周方向で均一となる。また、曲がりが減少
すると共に曲がりによって発生していた真円度不良も矯
正される。

【０００７】ところで、鋼管の円周方向、軸長方向の変
形量は母材の機械的強度により決定され、この機械的強
度は素材である鋼板の圧延状況、溶接入熱量の変動等に
より鋼管毎にまた同一鋼管内で変化し、また拡管工程で
の鋼管の変形に応じて変化する。このため、拡管された
溶接鋼管の真直度、真円度は充分なレベルにまで達して
おらず、また鋼管毎のバラツキも大きかった。

【０００８】これを改善するために、通常は拡管ヘッド
の上流側および／または下流側に曲がり矯正機を設け、
拡管機により拡管を行うと同時に曲がり矯正機により曲
がりを矯正する複合加工が行われる。

【０００９】曲がり矯正機としては、図２（Ａ）（Ｂ）
に示すように、鋼管Ｐの円周を４等配する４個のロール
７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄを備えたものが提案されてい
る。これによれば、溶接鋼管の曲がり方向と逆方向に押
圧力を管に付与できる１ロール又は２ロールが鋼管Ｐに
当接され、他のロールを退避させる。また、曲がり矯正
機として上下２ロールしか備えないものもあるが、これ
は曲がり不良の発生率の高い上下方向の曲がり矯正に対
応したものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＵＯＥ
鋼管の肉厚ｔと外径Ｄとの比ｔ／Ｄは0.７〜３％と小さ
いので、上記曲がり矯正機にて曲がりを矯正すべく１又
は２ロールを管半径方向に移動させると、管の周方向全
体が拘束されていないので、図２（Ａ）に示す如くロー
ルと当接しない管壁部分には力が作用せず、そのままの
形状が維持され、ロールと当接する側の管壁のみに引張
力が作用して変形する結果、対向する管壁の変形量が不
均一となって曲がりを矯正できない。またロールと当接
する側の管壁だけが変形するために周方向での軸長方向
変形量が不均一になり、軸方向の残留応力による楕円変
形が生じ、真円度の矯正ができなかった。

【００１１】この問題点に対して、曲げを加える部分の
管壁の半径方向の変形を拘束しながら曲げを加える方法
が特開昭６３−２５１７号公報に提案されている。この
矯正法を適用することにより真直度、真円度向上効果が
得られ、曲がり、管中央部の真円度については実用上問
題のないレベルに達する。しかし、管中央部に比べて真
円度が悪化しやすい管端部については矯正効果が充分で
はなく、矯正が難しい薄肉、高強度管では特に問題が大
きい。

【００１２】また、特開昭６３−１１２０２５号公報に
は管を回転させながらビード圧延と管壁の曲げ曲げ戻し
を行うことにより管の矯正を行う方法が開示されている
が、この方法においても以下に述べる問題点がある。

【００１３】この矯正方法では、管を回転させて管先端
から後端に向かってビード圧延を行ないながら管壁に曲
げ曲げ戻しを加えて矯正を行う。その場合、管後端側が
最後に矯正されるのに対し管先端側は最初に矯正された
後、後続の管中央部、管後端部が矯正される間は放置さ
れる。冷間の矯正では、矯正が行われた部分の残留応力
をゼロにすることは不可能であり、残留応力が存在した
状態で矯正された形状が得られる。従って、管先端から
後端に矯正を行った場合、矯正された部分の残留応力が
その後の矯正で変化し形状も変化する。この影響は管中
央部に比べて残留応力による真円度不良が現れやすい管
端部で顕著であり、さらに最初に矯正される管先端部で
真円度不良がより顕著に現れ、管端部の寸法精度の問題
は解決されない。

【００１４】ＵＯＥ鋼管を円周溶接にて接続してライン
パイプ、構造物等を製造する場合、従来は手溶接が一般
的であったが、最近は人手不足、コスト削減の理由によ
り自動円周溶接が適用されるようになり、ＵＯＥ鋼管の
寸法精度、特に管端部の真円度向上の要求が強くなって
きている。また、近年はＵＯＥ鋼管の高強度化、薄肉化
の傾向も顕著であり、拡管矯正がより難しくなってきて
いる。このような状況の中で管端部の真円度を充分に矯
正できない矯正方法の工業的価値は充分とは言えない。

【００１５】本発明の目的は、管端部を含む管全長に良
好な真円度を与えることができる溶接鋼管矯正方法を提
供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の溶接鋼管矯正方
法は、ＵＯＥ鋼管の製造において、ＵＯ加工してなるオ
ープンパイプを溶接した溶接鋼管を拡管しながら曲によ
る曲がり矯正を行った後、その溶接鋼管の管端から少な
くとも0.３Ｄ（Ｄ：管径）の範囲に真円度矯正を行うこ
とを特徴とする。

【００１７】

【作用】ＵＯＥ鋼管製造ラインにて溶接された溶接鋼管
は、溶接部の熱収縮により溶接部が他の円周部分より短
くなっており、溶接部を曲がりの内側とした円弧をして
おり、断面形状は通常、溶接部を上側とした場合、縦楕
円形状を示し、管端部は極端な縦楕円形状となる。

【００１８】本発明法では、このような溶接鋼管を拡管
機に送給し、外径を１％程度拡管して矯正を行う。この
拡管を行うときに溶接部が他の円周部より変形しにくい
ために溶接部の円周方向歪が他の部分の円周方向歪より
小さくなり、従って拡管によって生じる軸方向歪も溶接
部で小さく他の部分で大きくなる。この軸方向歪の差に
より溶接にて生じた残留応力を解消し、更に各部分の曲
率の変動も一定曲率の工具を内側から押し当てることに
より解消される。

【００１９】しかし、拡管によって生じる円周方向歪は
このように理想的に発生するのではなく、管の円周方向
拡管部分の機械的強度、内面から押し当てる工具と管内
面との摩擦係数の値などの不確定要因によって決定され
る。この結果、軸方向歪の円周方向分布も溶接の残留応
力を解消する変形が得られるとは限らず、場合によって
は新たに曲がり、真円度不良を発生させる場合もある。

【００２０】このような状況で真直度、真円度を許容で
きる範囲に納めるためには拡管と同時に管に曲げを加え
て管軸方向の歪量を制御する必要がある。

【００２１】本発明法では、曲がりが発生する方向と反
対側に矯正に必要な曲げを加えることにより、曲がりと
真円度の矯正を可能とする。曲げは、曲げを加える部分
の管壁の半径方向の変形を拘束しながら行うのが望まし
い。しかし、このような矯正を行っても管軸方向歪が円
周方向に完全に均一化することは、工業的には困難であ
り管軸方向歪の不均一は残留する。このために管中央部
の真円度は実用上問題のない値に矯正することができて
も、管軸方向歪の不均一が真円度の悪化として現れやす
い管端部では真円度不良による問題が発生しやすい。

【００２２】そこで本発明法では、溶接鋼管の矯正工程
において拡管と同時に曲げを加える矯正を行った後、そ
の真円度矯正の不充分な管端部に真円度矯正を行う。

【００２３】真円度の矯正には様々な方法があるが、管
の円周方向に均一な矯正が可能な３ロールベンダーによ
る矯正が望ましい。ＵＯ成形法ではＯ成形中に腰折れが
発生するためにオーバーベンドされた部分があり、矯正
には曲げ曲げ戻し矯正が必要になってくる。３ロールベ
ンダーによる矯正では、管外面側に２つのロール、管内
面側に２つのロールを配し、管回転方向入側から３つの
ロール（図５：１ａ，１ｂ，１ｃ）で目標の曲率より大
きな曲率に曲げ戻しを行い、その後管回転方向出側から
３つのロール（図５：１ｂ，１ｃ，１ｄ）で所定の曲率
半径に曲げる矯正を行う。この矯正は管を回転させるこ
とにより連続的に行われるので円周方向に特異点ができ
ずにほぼ一定の曲率分布が得られ、高い真円度が得られ
る。

【００２４】この曲げ曲げ戻しによりほぼ肉厚中心位置
を中立線として曲げの外面側には引張応力、曲げの内側
には圧縮応力が作用し、管の外面側、内面側では塑性変
形を生じる。この塑性変形により曲げを加えながら拡管
矯正を行った時に発生した管軸方向の残留応力は解放さ
れ、曲げ曲げ戻しの矯正を受けた部分の管軸方向の残留
応力はほぼ０となる。従って、管軸方向の残留応力を解
放したことと、管壁の曲率分布の矯正を行ったことの相
乗効果で管端部の真円度は大幅に向上する。

【００２５】真円度の矯正は管全長にわたって行うのが
望ましいが、矯正ロールに傾斜角をつけて管を回転させ
ながら前進させる方法では矯正設備が大規模となり工業
的には問題がある。更に真円度が悪い値を示すのは管端
から管外径の１倍程度の位置までであり、この部分だけ
の矯正で実用上問題のない真円度に矯正することができ
る。管端からの矯正長さと管端真円度の関係を図３に示
す。管端部の矯正範囲は、管外径の0.３倍未満では0.３
Ｄ〜１Ｄ（Ｄ：管外径）の範囲の管軸方向残留応力の解
放が行われないので効果は充分ではなく、１Ｄを超えた
場合は管端方向の残留応力が真円度不良となって現れな
いので真円度矯正する効果は小さい。従って、管端部の
矯正範囲は管端〜0.３Ｄ以上とし、管端〜１Ｄ以下が望
ましい。

【００２６】

【実施例】以下本発明を図面に基づき具体的に説明す
る。図４は本発明の一実施態様を示す模式側面図、図５
は図４のＹ−Ｙ線断面図である。図中ＰはＵＯＥ鋼管製
造ラインにて溶接され拡管矯正を受ける溶接鋼管であ
る。

【００２７】ＵＯ成形されたオープンパイプは溶接され
た後、拡管機とその入側および／または出側に設けられ
た曲がり矯正機にて拡管と同時に曲げを加えながら拡管
され真円度と曲がりを矯正される。拡管後の溶接鋼管の
形状は、曲がりと管中央部の真円度は実用上問題のない
値に矯正されているが、管端部については真円度が悪い
値を示している。このような形状の溶接鋼管が管端矯正
機に送給される。

【００２８】管端矯正機は、前述した３ロールベンダー
タイプのものであって、図４および図５に示すように、
溶接鋼管Ｐの管軸に平行、且つ管周方向に配設された４
つのロール１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄを有する。管内面側
に位置する１番目のロール１ａと３番目のロール１ｃ
は、スタンド２の水平に延びたビーム３に支持され、管
外面側に位置する２番目のロール１ｂと４番目のロール
１ｄは、ビーム３下方の固定ベース４に取り付けられて
いる。

【００２９】管端矯正では、ロール１ａ，１ｃとロール
１ｂ，１ｄとの間隔が開いた状態で待機しており、この
状態で溶接鋼管Ｐが矢印方向に位置決めされて所定位置
にセットされる。その後、ロール間隔を設定値まで締め
込み、図示しない駆動装置にてロールを回転させて溶接
鋼管を１回転以上にわたって矯正を行い、片端の矯正が
終了した後、反対側の管端矯正を行う。管端矯正機の配
置は同一ライン上で溶接鋼管を位置を換えて両端の矯正
を行う場合と別ラインで片端ずつ矯正する場合がある
が、能率面を考えると別ラインで矯正するのが望まし
い。

【００３０】溶接鋼管Ｐの管壁は、まずロール１ａ，１
ｃを支点としてロール１ｂで押し込まれ所定の曲率半径
まで曲げ戻しを受けるが、このときＵＯ成形で発生した
腰折れ部は、曲率の大きい曲げ戻しを受けて修正され
る。その後、管壁はロール１ｂ，１ｄを支点としてロー
ル１ｃで押し込まれて製品の曲率に曲げられて真円度を
矯正される。ロール１ａ〜１ｄは駆動装置に接続されて
おり、溶接鋼管は回転しながら少なくとも１回転以上の
矯正を受ける。ロール１ｂとロール１ｃの押し込み量
は、管の外径、肉厚、材料の機械的強度にて設定を換え
る必要があるが、ロール径は適切な径を選定していれば
ＵＯＥ鋼管の全サイズにわたって共用化が可能である。

【００３１】管端矯正スタンド２は片持ち方式となるた
めに曲げ荷重に対して充分な強度を有する必要があり、
ロール圧下機構、ロール位置調整機構およびロール回転
機構等を備えている。また、管内部に挿入される部分に
ついては必要に応じて交換可能な構造とされている。

【００３２】次に、本発明法の実施結果を従来法の場合
と比較して示す。

【００３３】規格がＡＰＩ５ＬＸ Ｘ−６５である外径
１０６6.８ｍｍ×肉厚１2.７ｍｍ×長さ１２８００ｍｍ
（ｔ／Ｄ＝1.１９％）のＵＯＥ鋼管を製造するにあた
り、その溶接鋼管を拡管と同時に管を拘束しながら曲げ
を加えた後、管端から１Ｄの範囲を３ロールベンダータ
イプの管端矯正機（図４および図５に図示）により真円
度矯正した（実施例）。比較のために、上記方法におい
て管端矯正を省略した特開昭６３−２５１７号の方法
（従来例１）、拡管のみによる矯正（従来例２）および
特開昭６３−１１２０２５号の方法（従来例３）を実施
した。それぞれの方法で製造したＵＯＥ鋼管の真円度を
全長にわたって調査した結果を図６に示す。また、それ
ぞれの方法で上記した１2.７ｍｍ厚の鋼管を矯正した場
合と、その鋼管と同一材質で肉厚のみ２2.２２ｍｍ（ｔ
／Ｄ＝2.０８％）とした鋼管を矯正した場合の比較を表
１に示す。真円度および曲がりの測定内容を図７に示
す。

【００３４】

【表１】

【００３５】図６および表１のいずれからも明らかなよ
うに、本発明の実施例は管の全長にわたって良好な真円
度を確保できる。ちなみに、従来例１は管端部以外の部
分については良好な真円度を確保できるが、管端部につ
いては満足のいく真円度を確保できない。従来例２では
管端部、管端部以外の部分ともに充分な真円度が確保さ
れない。従来例３では管端部と管端部以外の部分に真円
度の極端な差は生じないが、本発明の実施例に比べる全
体的に真円度が劣る。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の溶接鋼管矯正方法は、従来の矯正法、特にその矯正効
果が優れた矯正法でさえも充分に矯正できなかった管端
部にも優れた真円度を与え、ＵＯＥ鋼管の自動円周溶接
を容易にするなど、工業上大きな効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＵＯＥ鋼管の製造工程の説明図。

【図２】矯正効果の高い従来法の説明図。

【図３】管端部の真円度分布を示すグラフ。

【図４】本発明法に使用する管端矯正機の側面図。

【図５】図４のＹ−Ｙ線断面矢視図。

【図６】管端部の矯正効果を本発明法および従来法につ
いて示すグラフ。

【図７】真円度および曲がりの測定内容の説明図。

【符号の説明】

１ａ〜１ｄ 管端矯正用のロール ２ スタンド Ｐ 溶接鋼管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＵＯＥ鋼管の製造において、ＵＯ加工し
   てなるオープンパイプを溶接した溶接鋼管を拡管しなが
   ら曲げによる曲がり矯正を行った後、その溶接鋼管の管
   端から少なくとも0.３Ｄ（Ｄ：管径）の範囲に真円度矯
   正を行うことを特徴とする溶接鋼管矯正方法。