JPH07171688A - 摩擦圧接用フランジ及びフィッティング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パイプとの摩擦圧接接合に際し、パイプの接
合端との間で目違いが発生しないようにしたフランジを
提供する。 【構成】 本発明に係るフランジ１０のパイプ接合部１
２の内径及び外径は、パイプとフランジとを摩擦圧接に
より接合した際に拡開したパイプ接合端の内径及び外径
とほぼ同じであって、標準規格のフランジＢのパイプ接
合部Ｅの内径及び外径よりそれぞれ僅かに大きい。フラ
ンジのパイプ接合部が、外膨れ変形した後のパイプの内
径及び外径寸法とほぼ同じになるような内径及び外径寸
法を備えているので、摩擦圧接後に目違いが生じるよう
なことは無くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、摩擦圧接用フランジ及
びフィッティングに関し、更に詳細には摩擦圧接により
パイプと接合するに当たり、接合部でパイプとの間に目
違いが生じないような摩擦圧接用フランジ及びフィッテ
ィングに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】摩擦圧接機とは、管状被加工物の周継ぎ
手接合を行う装置であって、一対の管状被加工物の一
方、他方を回転しつつ被加工物の一方に圧力下で接触さ
せて圧接するようにした装置であって、本明細書の場
合、管状被加工物の一方がフランジ又はフィッティング
であり、他方がパイプである。摩擦圧接用フランジと
は、摩擦圧接によりパイプと接合する配管用フランジで
あり、摩擦圧接用フィッティングとは、摩擦圧接により
パイプと接合するフィッティングであって、例えばエル
ボ、異径継ぎ手（レジューサ）、ティー等の配管用接続
継ぎ手を言う。

【０００３】摩擦圧接機には様々な形式があるが、例と
して長尺管用の摩擦圧接機を挙げ、その構成部品の平面
配置を図４に示す。図示された摩擦圧接機５０は、床に
固定された基台５２と、パイプＡを把持するために基台
５２上に固定された固定把持装置５４と、基台５２上を
固定把持装置５４に対し進退する作動体５６とを備えて
いる。

【０００４】作動体５６には、回転装置６０と、作動体
５６を貫通して延在し、一体的に進退すると共に回転装
置６０により作動体の進退方向線の周りに回転するよう
にされた円筒形主軸６１（点線で表示）と、主軸６１と
共に回転する外バリ切削装置６２とが設けてある。主軸
６１は、固定把持装置５４側の主軸端部に主軸把持装置
６４を備えてその内部にフランジＢを収容すると共にフ
ランジＢを把持する。更に、主軸６１はその内部に内バ
リ切削装置を収容している。尚、６６は作動体５６を進
退させる油圧シリンダー、６８は後述する切削シャフト
７２を介して内バリ切削装置を駆動する駆動装置、７０
は主軸６１内に収容する管状被加工物がパイプ等の長尺
物の場合にその長尺物の端部を回転自在に把持する端部
把持装置であって、駆動装置６８及び端部把持装置７０
は、連結ロッド５８により作動体５６に連結されて、一
体的に進退する。

【０００５】摩擦圧接施工は、予熱工程、加熱工程（ま
たは摩擦工程とも言う）及び鍛接工程（またはアプセッ
ト工程とも言う）から構成されている。予熱工程では、
先ず油圧シリンダー６６を作動して作動体５６を固定把
持装置５４に向け前進させ、作動体５６の主軸６１に保
持されたフランジＢと固定把持装置５４に把持されたパ
イプＡとの端面同士を低いスラスト圧力下で接触させ
る。次いで、回転装置６０により主軸６１を回転させ、
それによって主軸把持装置６４に把持されたフランジＢ
を回転して接合部を予備加熱する。加熱工程では、予熱
工程より高いスラスト圧力で接触、回転して接合部を摩
擦し高温に加熱する。鍛接工程では、フランジＢの回転
を停止し、かつ油圧シリンダー６６を強力に作動させて
加熱工程よりも高いスラスト圧力でフランジＢをパイプ
Ａに加圧させ圧接する。尚、管状被加工物の一方が、エ
ルボ、ティー等のフィッティングの場合には、一般に固
定把持装置５４でフィッティングＡを把持し、パイプＢ
を主軸６１内に保持する。

【０００６】摩擦圧接の過程で、摩擦熱によってパイプ
ＡとフランジＢの軟化した部分が圧接のスラストにより
管内外面に排出されつつ接合された結果、元々の母材の
部分が、図２に示すように、管内外面の接合線に沿って
バリＣ、Ｄとなって環状に隆起する。Ｃは被加工物の外
側に発生しているので、外バリと称し、Ｄは被加工物の
内側に発生しているので、内バリと言う。摩擦圧接した
被加工物を製品として出荷するには、かかるバリを切削
して取り除く必要があるので、摩擦圧接機に付属させた
外バリ切削装置及び内バリ切削装置によりそれぞれ外バ
リ及び内バリを切削している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、フランジ及
びフィッティングは、同じ呼び径のパイプに比べると各
部位の肉厚が厚く、かつ各部位が形状的に相互に強く拘
束し合っているいるので、端面に対して直交する方向に
大きな押圧力を作用させた場合でも座屈したり変形した
りすることなく、ほぼ原形を維持する。一方、パイプ
は、ほぼ均一な肉厚を備えた細長い円筒体であって、各
部位がフランジ及びフィッティングほど形状的に相互に
拘束する力が弱く、摩擦圧接のように端部を摩擦加熱し
た後、端面に対して直交する方向に大きな押圧力を作用
させると、端面近傍の部分が外膨れに変形する。従っ
て、摩擦圧接によりフランジ又はフィッティングとパイ
プとを圧接した場合、図２に示すように、フランジＢの
パイプ接合部Ｅがほぼ原形を維持しているのに対して、
パイプＡの接合部Ｆは、外方に膨れたように変形して、
フランジＢの接合部との間に目違い（段差）を生じる。

【０００８】このように外方に膨れ変形及び目違いが摩
擦圧接接合部に発生した場合には、次に述べるような支
障が生じる。先ず、第１には、図３に示すように、パイ
プＡの接合部Ｆが外膨れの状態で接合部の全周にわたり
環状に形成された外バリＣを切削すると、フランジＢ側
にリング状の外バリ残部Ｈが残留し、同様に環状に形成
された内バリＤを切削すると、パイプＡ側にリング状の
外バリ残部Ｉが残留することである。リング状のバリ残
部を切除するのは、人手によりグラインダで削り取る以
外に適当な方法がなく、人手と時間を要していた。第２
には、目違いが製作許容誤差以上であると、グラインダ
等で目違い部を切削してテーパ状に矯正する必要があ
り、その作業にも人手と時間を要していた。第３には、
パイプの接合端部が外方に膨れて変形すると、パイプの
端面とフランジ又はフィッティングとの端面とが接触し
ている面積が減少し、圧接接合中に圧接座屈を引き起こ
すと言う問題である。

【０００９】以上の目違い発生の問題に鑑み、本発明
は、パイプとの摩擦圧接接合に際し、パイプの接合端と
の間で目違いが発生しないようにしたフランジ及びフィ
ッティングを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、目違い発生
現象を研究し、更には、目違いが形成されないように圧
接する手段を求めて実験を繰り返したが、目違いが形成
されないようにする手段を経済的に許容できる範囲で構
成することは、技術的に極めて難しいことが判った。と
ころで、従来は、摩擦圧接用のフランジ及びフィッティ
ングとして、パイプ接合部の外径及び内径が、溶接用フ
ランジ及びフィッティングの外径及び内径と同じものを
使用して来た。一般に溶接用として使用されているフラ
ンジ及びフィッティングは、標準規格、例えばＪＩＳ、
ＪＰＩの規格等によって、各部位の寸法が接合するパイ
プの寸法毎に定められている。フランジは、通常、鍛造
して得た鋼塊を機械加工により削り出して、接合するパ
イプの寸法毎に規格で定められた基準寸法になるように
製作されており、しかも大量生産方式と言うよりは寧ろ
注文生産方式で小さいロット毎に製作されている。ま
た、エルボー等のフィッティングについても、それら
は、通常、パイプから所望の形状、寸法のフィッティン
グに製作されており、しかも、フランジと同様に大量生
産方式と言うよりは寧ろ注文生産方式で小さいロット毎
に製作されている。

【００１１】そこで、摩擦圧接により拡開した、即ち外
膨れ変形後のパイプ接合端の内径及び外径と同じ内径及
び外径に予め製作したフランジ及びフィッティングを摩
擦圧接用フランジ及びフィッティングとして使用すれ
ば、パイプとの接合部に目違いが発生せず、しかも溶接
用の通常のフランジ及びフィッティングと同じ製作工程
でかかる摩擦圧接用フランジ及びフィッティングを製作
できることに着眼し、本発明を完成するに至った。

【００１２】前記目的を達成するために、上述の着眼点
に基づき、摩擦圧接によりパイプと接合する、本発明に
係るフランジは、フランジのパイプ接合部の内径及び外
径が、パイプとフランジとを摩擦圧接により接合した際
に拡開したパイプ接合端の内径及び外径とほぼ同じであ
ることを特徴としている。

【００１３】また、摩擦圧接によりパイプと接合する、
本発明に係るフィッティングは、フィッティングの内径
及び外径が、パイプとフィッティングとを摩擦圧接によ
り接合した際に拡開したパイプ接合端の内径及び外径と
ほぼ同じであることを特徴としている。

【００１４】パイプとフランジ又はフィッティングとを
摩擦圧接により接合した際に生じるパイプ接合端の外膨
れ変形量、即ち拡開量は、パイプの材質、寸法、フラン
ジ又はフィッティングの型式、形状により異なるので、
本発明に係るフランジ及びフィッティングに必要な内径
及び外径は、実際に摩擦圧接試験を行って実験的に求め
る必要がある。尚、本発明者は、後述する実施例におい
て開示したように、鋼鉄パイプとの摩擦圧接用フランジ
の内径及び外径は、パイプ呼び径毎に実験により確立さ
れている。

【００１５】

【作用】請求項１の発明では、フランジのパイプ接合部
が、外膨れ変形した後のパイプの内径及び外径寸法とほ
ぼ同じになるような内径及び外径寸法を備えているの
で、摩擦圧接後に目違いが生じるようなことは無くな
る。

【００１６】請求項２の発明では、フィッティングが、
外膨れ変形した後のパイプの内径及び外径寸法とほぼ同
じになるような内径及び外径寸法を備えているので、摩
擦圧接後に目違いが生じるようなことは無くなる。

【００１７】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。フランジの実施例 鋼鉄製ＪＩＳ１０Ｋ、２０Ｋ及びＪＰＩ１５０＃３００
＃のスリップ・オン・フランジ(slip-on flange)及びウ
エルディング・ネック・フランジ(welding-neck flang
e) と鋼鉄製パイプとの摩擦圧接接合を呼び径毎に多数
回実験し、各圧接実験において外膨れ変形した後のパイ
プの内径及び外径を計測し、それとフランジのパイプ接
合部の内径、外径との差を求め、その平均値をパイプの
呼び径毎に求めた。その結果は、表１に示されている通
りである。

【表１】 表１中のｄ₁ 及びｄ₂ の各数値 は、規格に定められた
フランジの内径及び外径と外膨れ変形した後のパイプの
接合端部の内径及び外径との差をそれぞれ示す。

【００１８】よって、表１に示されたｄ₁ 及びｄ₂ をそ
れぞれ図１（ａ）に示すような標準規格のフランジＢの
パイプ接合部の内径及び外径に加えて図１（ｂ）に示す
ようにフランジ１０を形成すれば、本発明に係る目違い
の生じないフランジを形成できる。換言すれば、図１
（ｂ）に示す本発明に係るフランジ１０のパイプ接合部
１２の内径は、標準規格のフランジＢのパイプ接合部Ｅ
の内径よりｄ₁ だけ大きく、また、本発明に係るフラン
ジ１０のパイプ接合部１２の外径は、標準規格のフラン
ジＢのパイプ接合部Ｅの外径よりｄ₂ だけ大きい。

【００１９】更に説明すれば、例えば、本発明に係る呼
び径６ＢＳＯＦフランジは、標準規格のフランジの内径
より１．２mm大きい内径と、同じく標準規格のフランジ
の外径より１．４mm大きい外径を有している。また、本
発明に係る呼び径６ＢＷＮＦフランジは、標準規格のフ
ランジの内径及び外径よりそれぞれ０．８mm及び１．０
mm大きい内径と外径を有している。尚、呼び径の大きい
フランジについて、外径の加算量に比べて内径の加算量
を小さくしているのは、フランジのパイプ接合部の座屈
を防止するため、及びフランジ側からの内バリ取りを容
易にするためである。

【００２０】本発明に係るフランジとパイプとを摩擦圧
接により接合させて目違いの発生を調べたところ、接合
部には目違いが、殆ど発生していないことを確認した。

【００２１】フィッティングの実施例 エルボについても、フランジと同様にして、鋼鉄製パイ
プとの摩擦圧接接合を各呼び径毎に実験し、エルボの内
径及び外径と外膨れ変形後のパイプの内径と外径との差
を求めた。その結果、標準規格に定められたエルボの内
径及び外径に対して加算する値は、エルボの外径につい
てはウエルディングネックフランジに関する外径の加算
量よりやや小さめ、内径についてやや小さめないしは標
準規格に定められた内径とすれば、良いことを確認し
た。

【００２２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、フランジのパ
イプ接合部の内径及び外径を、パイプとフランジとを摩
擦圧接により接合した際に拡開したパイプ接合端の内径
及び外径とほぼ同じにすることにより、摩擦圧接に際
し、パイプとの接合部に目違いが生じないようなフラン
ジを実現することができる。また、本発明に係るフラン
ジは、溶接用のフランジと同じ製作工程で製作できるの
で、従来のフランジに比べて費用が嵩むと言う問題もな
い。本発明のフランジを使用すれば、摩擦圧接接合にお
けるバリ切削工程での能率を向上させることができる。

【００２３】請求項２の発明によれば、フィッティング
の内径及び外径を、パイプとフィッティングとを摩擦圧
接により接合した際に拡開したパイプ接合端の内径及び
外径とほぼ同じにすることにより、摩擦圧接に際し、パ
イプとの接合部に目違いが生じないようなフィッティン
グを実現することができる。また、本発明に係るフィッ
ティングは、溶接用のフィッティングと同じ製作工程で
製作できるので、従来のフィッティングに比べて費用が
嵩むと言う問題もない。本発明のフィッティングを使用
すれば、摩擦圧接接合におけるバリ切削工程での能率を
向上させることができる。換言すれば、周継ぎ手の内外
に生じるバリリングをなくすか取り外し易くし、かつ、
パイプ側からの内バリ取りを容易にすることによりバリ
切削工程での能率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係るフラン
ジと標準規格のフランジの寸法の違いを模式的に示す断
面図である。

【図２】標準規格のフランジとパイプとを摩擦圧接した
時に生じるパイプの外膨れ変形と発生バリとを模式的に
示す部分断面側面図である。

【図３】リング状バリ残部の発生を説明するための拡大
断面図である。

【図４】摩擦圧接機の平面図である。

【符号の説明】

１０ 本発明に係るフランジの実施例 １２ フランジのパイプ接合部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 摩擦圧接によりパイプと接合するフラン
   ジであって、フランジのパイプ接合部の内径及び外径
   が、パイプとフランジとを摩擦圧接により接合した際に
   拡開したパイプ接合端の内径及び外径とほぼ同じである
   ことを特徴とする摩擦圧接用フランジ。
2. 【請求項２】 摩擦圧接によりパイプと接合するフィッ
   ティングであって、フィッティングの内径及び外径が、
   パイプとフィッティングとを摩擦圧接により接合した際
   に拡開したパイプ接合端の内径及び外径とほぼ同じであ
   ることを特徴とする摩擦圧接用フィッティング。