JPH09327719A - 溶接管の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属帯をダイスを通して円筒形状に成形し、
その突き合わせ部を溶接する金属管の製造方法におい
て、低い引き抜き力で捻じれのない円筒形状に成形す
る。 【構成】 ダイス１０の直前で水平などにより金属帯１
を水平に規制し、ダイス１０直後で円筒形状に成形され
た金属帯の突き合わせ部に挿通するフィン３１ｃを設け
たガイドロール３１ａ、３１ｂなどによって周方向に規
制することにより、絞り率５％未満での金属帯の成形時
の捻じれを防止する。 【効果】 低絞り率での成形で捻じれを生じないことに
より、低い引き抜き力での成形が可能となり、また、加
工硬化の少ない溶接鋼管の製造が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属帯をダイスを通し
て引き抜くことにより円筒形状に曲げ加工した後、突き
合わせ部を溶接して金属管を製造する方法及びそのため
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属帯を一個のダイスを通して円筒形状
に成形した後、金属帯の両端縁を次工程で溶接するに際
しては、溶接装置において、円筒形上に成形された金属
帯の両端縁部が溶接装置に設定された溶接位置を正確に
通過するように移送される必要がある。ところが、この
ように金属帯をダイスを通して引き抜く成形方法による
場合、曲げ加工に伴って円筒に曲がりを生じる傾向があ
り、また、引き抜きに伴う塑性変形がこれらの曲がりと
相俟つて捩じれとなって現われるため、引き抜き後の円
筒体が次工程の溶接装置で移送されるとき、これらの溶
接個所となる端縁部が溶接位置を安定して正確に通らな
い。このようなことから、従来は引き抜き加工による下
式（１）の絞り率Ｒｅを５％程度以上として、加工度を
大きくすることによって矯正作用を持たせていた。 Ｒｅ＝［Ｗ／｛（Ｄ−ｔ）×π｝−１］×１００％・・・ （１） しかしながら、この曲げ成形においては、ダイスによっ
て目的とする金属帯の幅方向の曲げ加工を行うと共に金
属帯を幅方向に絞る加工を行うため、この絞り率を大き
くすることは曲げ加工のみの場合と比べて引き抜きに要
する力が大きくなり、大掛かりな設備が必要となるばか
りでなく、更にダイスに対する加工時の面圧が高くなる
などしてダイスの寿命が短くなるなどの問題があった。
更に、絞り加工による付加的な塑性変形に起因して加工
硬化を生じるため、製品である溶接管の伸びなどの機械
的性質が劣化するという問題を生じていた。一方で、絞
り率を５％未満とすることは上記した円筒体の捻じれが
著しくなるため、次工程の溶接が実行できず、これらの
問題の解決は困難であった。この絞り率Ｒｅと引き抜き
力との関係に成形管における捻じれの発生をプロットす
ると図８に示すようになり、絞り率約５％程度以上で捻
じれが発生しなくなるが、同時に引き抜き力も増加する
ことが判る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解消すべく案出されたものであり、５％未満の低
絞り率における円筒成形管の捻じれを解消し、低絞り率
での成形を可能とすることにより、伸びなどの機械的性
質のすぐれた溶接管の製造を可能とすると共に、大掛か
りな設備を要することなくこれらの加工を可能として製
造コストを低減可能とすることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、その目的を達
成するため、金属帯をダイスを通して引き抜くことによ
り断面円筒形状に成形した後、突き合わせ部を溶接して
金属管を製造する方法において、ダイス入側直近におい
ては金属帯を水平に規制するガイドを、ダイス出側直近
においては円筒状に成形された金属帯の両端縁の周方向
の位置を規制するガイドをそれぞれ単独もしくは組み合
わせて用いることにより、ダイスベアリング部の内径
Ｄ、金属帯の幅Ｗ、金属帯の厚さｔより前記（１）式で
計算される絞り率Ｒｅが５％未満で金属帯を円筒形状に
成形するものである。

【０００５】すなわち、ダイス入口直前において、ダイ
ス中に導入される金属帯を水平に規制してガイドするこ
とにより、該ダイス中で金属帯の幅方向に対称に曲げ成
形作用を安定して作用せしめるのであり、また、出口直
後において、円筒形状の金属帯を周方向に規制すること
により、捻じれに対する矯正作用をダイスから引き出さ
れる際に金属帯に及ぼすことにより効果的に捻じれを防
止して、捻じれを生じやすい低絞り率の円筒状成形加工
を可能にするものである。

【０００６】

【実施の態様】以下、図面により本発明にかかる溶接管
の製造方法及び溶接管製造装置について詳細に説明す
る。第１図及び第２図は、本発明による金属帯の曲げ加
工状態を示す装置の断面図で、それぞれ側方及び上方か
ら見た図である。また、第３図及び第４図は、それぞ
れ、図１のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切断したダイ
ス入側のガイドロール及びダイス出側のガイドロールを
示す。本発明の製造方法においては、ダイスを初めとす
る加工装置の負荷を小さくし、また製造された溶接管の
伸びなどの機械的性質を確保するため、絞り率を５％未
満、すなわち、金属帯の幅を（Ｄ−ｔ）×πで計算され
るダイスベアリング部における設計周長の１０．５倍未
満とし、また、有効な加工幅として、製造しようとする
製品溶接管の板厚中心における周長に成形後の溶接代及
びサイジングロールでの絞り代を加えた溶接前の円筒周
長を下限とする。このような幅を有する金属帯１を、ダ
イス１０の入側に配置されたガイドロール２１ａ、２１
ｂで水平状態に規制しながら、その直後に配置されたダ
イス１０により円筒状に成形した後、ダイス１０の出側
直後に設けられたガイドロール３１ａ、３１ｂにより円
筒状に成形された金属帯１の突き合わせ部にフィンを嵌
入せしめて周方向に規制して突き合わせ部が上側を向く
ように保持し、引き続いて突き合わせ部を図６に示す次
工程の溶接装置５により溶接する。これら入側ガイド及
び出側ガイドは金属帯の捻じれの程度によりいずれか単
独で用いてもよい。

【０００７】このように加工される金属帯に対し、図６
の加工工程に示すように、更に、必要に応じてダイス１
０の入側に配置された水平ガイドロールスタンド２０よ
りも上流側において１組の成形ロール（エッジベンドロ
ール）２によって金属帯の両エッジをあらかじめ所定の
曲率に曲げ加工を行い、あるいは、溶接後にサイジング
ロール６により断面形状あるいは断面寸法の調整、矯正
ロール８による曲がり調整を行う。これらの加工工程に
対し、成形スタンド６、８の間またはこれらの後流に引
き抜き装置７が配置され、金属帯を所定の速度で連続的
に引き抜く。図１及び図３に示すように、ダイス１０の
入側に配置された水平ガイドスタンド２０は、１本ある
いは上下２本の水平かつ成形方向に直交して配置された
円筒形状のガイドロール２１ａ、２１ｂを備え、上側ガ
イドロール２１ａ及び下側ガイドロール２１ｂは共に圧
下スクリュー２４ａ、２４ｂによって上下方向のロール
位置調整が行われ、更にガイドロール２１ａ、２１ｂが
組み込まれたスタンド２０全体が成形方向に平行に設け
られたガイド溝２２ａ、２２ｂに沿って移動することに
より、ダイス１０に対してその位置を調整可能であり、
固定クランプ２３ａ、２３ｂによって適切な位置に固定
する。

【０００８】また、ダイス１０の出側に配置されたガイ
ドスタンド３０は、図２及び図４に示すように、上下２
個の水平かつ成形方向に直交して配置されたガイドロー
ル３１ａ、３１ｂを備える。これらのロールには円筒形
状に成形された金属帯を外側から保持可能なようにロー
ル表面外周に円筒形状に対応する溝が設けられ、更に上
側ロール３１ａにおいては突き合わせ部を規制するため
のフィン３１ｃが設けられている。

【０００９】図７は図１のＢ−Ｂ線の沿った断面の拡大
図であって、出側ガイドロールの一例の詳細を示す。上
下のガイドロール共、成形管を保持する溝部を有してい
るが、上ロールの該溝部中央には、上記のフィン３１ｃ
が設けられていて、円筒状に成形された金属帯の突き合
わせ部の間に割り込み、その両端縁に接してその周方向
への捻じれを抑制する。ダイスの出側直後においてこの
ように周方向への捻じれを規制することにより、引き抜
き作用と相俟つて矯正作用を及ぼすことにより成形作用
の際の捻じれを抑制できるのであり、成形された金属帯
は安定して溶接位置に向け一定の方向に送り出すことが
できる。下ロール３１ｂはガイドロールスタンド３０に
対してその位置が固定され、上側ロール３１ａは下ロー
ル３１ｂに対して圧下スクリュー３４によって上下方向
に位置調整が可能で、更にガイドロール３１ａ、３１ｂ
が組み込まれたスタンド３０全体がガイドロールスタン
ド支持板３２に上下方向に平行に設けられたガイド溝３
３ａ、３３ｂに沿って水平面上の位置及び方向を保ちな
がら上下方向にのみ自由に移動可能である。なお、ダイ
スの入、出側のガイドについては前述のロール方式に限
らず、同様に金属帯を水平に規制し、また、突き合わせ
部を規制する機能を有するものであれば、例えば、シュ
ー方式などによってもよい。

【００１０】このように、ダイス入側においては、金属
帯を水平に規制し、ダイス出側においては円筒状に形成
された金属帯の両端縁部の周方向位置を規制することに
より、（１）式で計算される絞り率５％未満の捻じれを
生ずる条件下で成形を行ってもダイス１０での成形時に
発生する金属帯の捻じれを防止することが可能である。
ダイス入側ガイドロールは、ダイス入口直前において、
金属帯を水平に規制した状態でダイスにガイドすること
により、ダイス内での曲げ成形を金属帯の幅方向に左右
対称に安定して進行させ、捻じれを減少させるように作
用する。この作用はダイスに近接するほど効果があり、
このことはダイス後方に配置したガイドロールにおいて
も同様であるから、入側ガイドロール２１ａ、２１ｂ及
び出側ガイドロール３１ａ、３１ｂの位置は、可能な限
りダイス１０に近接して配置することがダイス１０にお
ける金属帯の捻じれ作用を防止する上で有効である。特
に小径管の場合、相対的に間隔が大きくなることから、
これらのガイドロールの軸受けなどの強度の許すかぎり
小径とし、また、これらのガイドロールを保持するロー
ルスタンドの成形方向の幅を狭くし、これらのガイドロ
ールと同等程度として、ダイス１０と干渉しない限り近
接して配置することが好ましい。金属帯の幅が、本発明
の上限である（１）式より計算される絞り率Ｒｅ５％と
なる幅を越えると、引き抜き力が過大となり、製品とな
る溶接管の機械的性質が劣化するばかりでなく、引き抜
きに要する力が過大となって引き抜きによる加工が困難
になる。一方、金属帯の幅は、製品周長に成形後の溶接
代及びサイジングロールによる絞り代を加えた幅が製品
径を得る限度である。

【００１１】成形ダイス１０としては、図１及び２に示
すように、通常、最小径部であるベアリング部１０と素
材となる金属帯１の幅よりも大径のダイス入口とを引き
抜き力が比較的小さくなるような角度（通常の潤滑条件
下では全角で２０〜３０°程度）を持つ円錐面あるいは
ラッパ状の曲面でつないだ形状をなす。ダイス１０はダ
イスケース１１、ダイスホルダー１２によってその出側
の位置を固定されて取り付けられていることから、製造
しようとする溶接管１の径の大小に応じてベアリング部
からダイス入側までの長さが変わるが、入側ガイドロー
ルスタンド２０をガイド溝２２ａ、２２ｂに沿って成形
方向に平行に移動してダイスとの間隔を調整可能とし、
その位置で固定することにより、異なる長さを有するダ
イス１０に対してもガイドロール２１ａ、２１ｂをダイ
ス１０の入口に適切な間隔に近接して配置することがで
きる。ガイドロール２１ａ、２１ｂの上下方向の位置調
整は、圧下スクリュー２４ａ、２４ｂによって上側ガイ
ドロール２１ａ及び下側ガイドロール２１ｂがそれぞれ
独立に行われるため、任意の厚さあるいはエッジ部が曲
げられた任意の高さを有する金属帯１を上下から有効に
保持することが可能で、更に、これによって金属帯がダ
イスに進入する上下方向の角度についても自由に設定す
ることが可能である。図５に、このようにして金属帯の
端部を予め曲げ成形した状態を示す。

【００１２】通常、ダイス１０の出側においては円筒状
に成形された金属帯が上下方向にそりを生ずるため、出
側ガイドロール３１ａ、３１ｂ位置での金属帯の高さは
そりの程度及び引き抜き力などの成形条件によって変化
し一定とはならない。従って、これに対処するため、図
１、２及び４に示すように、出側ガイドロールスタンド
３０では下ロール３１ｂはガイドロールスタンド３０に
対してその位置が固定され、上側ロール３１ａは圧下ス
クリュー３４によってその下ロール３１ｂに対して上下
方向に位置調整が可能とする。更にガイドロール３１
ａ、３１ｂが組み込まれたスタンド３０全体が水平面上
の位置及び方向を保ちながら、溝３３ａ、３３ｂに沿っ
て上下方向にのみ円筒状に成形された金属帯の高さに応
じて自由に移動して調整可能とすることにより、円筒状
に成形された金属帯を上下ガイドロール３１ａ、３１ｂ
によって有効に規制しながら、成形後の反りあるいは張
力等に起因する金属帯の高さの変動に対してガイドロー
ルスタンド３０が追従するため、成形後の金属帯に無理
な変形を引き起こすことはない。

【００１３】実施例１ 幅２３．９ｍｍ×厚さ０．８ｍｍのＳＵＳ３０４冷延鋼
帯の下面に潤滑剤を塗布し、あらかじめ鋼帯の両端から
それぞれ板幅の１／６の領域を外側で７．５ｍｍの半径
で曲げ加工した後、該金属帯を直径３０ｍｍ×ロール胴
長５０ｍｍで、下ロールは塗布された潤滑剤を絞りとる
ことがないように周方向に沿って複数の溝が設けられた
水平ガイドロール２１ａ、２１ｂによって水平に規制し
て、水平ガイドロール２１ａ、２１ｂの中心から約２０
ｍｍ後方の位置に入側端部が位置するように設置された
入口φ２５ｍｍ、ダイス全角２２度、ベアリング部φ
８．４ｍｍの超硬合金（ＷＣ＋Ｃｏ）製でその表面にＴ
ｉＮ＋ＴｉＣがコーティングされた成形ダイス１０によ
り円筒状に成形した後、ダイスホルダー１２後端より約
２０ｍｍの位置にその中心が位置するように配置された
直径３０ｍｍのガイドロール３１ａ、３１ｂにより突き
合わせ部が上側に位置するようにして規制して、図６に
示すシームガイドロール３、スクイズロール４及びＴＩ
Ｇ溶接機により突き合わせ部を約４ｍ／ｍｉｍの速度で
溶接し、引き続いて無駆動のサイジングロール２段によ
って外形φ８ｍｍに調整した後ゴムベルト式引き抜き装
置によって引き抜きながらドラムに巻き取ることにより
φ８ｍｍ×０．８ｍｍｔのステンレス溶接管を製造し
た。従来は、２５．１ｍｍ以上の幅のステンレス鋼帯を
素材として用い、約３．６〜３．７ｋＮ以上の力で引き
抜いて成形を行っていたが、本発明により約１．４〜
１．５ｋＮの引き抜き力で成形可能となり、製品の機械
的性質も改善された。

【００１４】実施例２ 幅４０．８ｍｍ×厚さ１．０ｍｍのＳＰＣＣ冷延鋼帯
を、直径３０×ロール胴長５０ｍｍで上下ロールの幅方
向中央部に冷却水を通すための周方向に添った溝が設け
られた水平ガイドロール２１ａ、２１ｂによって水平に
規制して、水平ガイドロール２１ａ、２１ｂ中心から約
２０ｍｍ後方の位置に入側端部が位置するように設置さ
れた入口φ４５ｍｍ、ダイス全角２２度、ベアリング部
φ１４．０ｍｍの超硬合金（ＷＣ＋Ｃｏ）製でその表面
にＴｉＮ＋ＴｉＣがコーティングされた成形ダイス１０
により金属帯１の上下面に冷却水をかけながら円筒状に
成形した後、ダイスホルダー１２後端より約２０ｍｍの
位置にその中心が位置するように配置された図７に示す
形状のガイドロール３１ａ、３１ｂにより突き合わせ部
が上側に位置するようにして規制して、シームガイドロ
ール３、スクイズロール４及び高周波溶接機による突き
合わせ溶接並びに外面ビードの切削を約８０ｍ／ｍｉｍ
の速度で行い、引き続いてサイジングロール４段によっ
て合計約５％の直径絞りを加えながら引き抜くことによ
りφ１２．７ｍｍ×１．０ｍｍｔの普通鋼溶接管を製造
した。従来法では、４２．８ｍｍ以上の幅のＳＰＣＣ鋼
帯を素材として用い、約４．４ｋＮの力で引き抜いて成
形を行っていたが、本発明により約３．０ｋＮの引き抜
き力で成形可能となり、製品の硬さも従来法に比べてＨ
ｖ２０程度低減された。なお、図７に示す出側ガイドロ
ールではロール交換なしでφ１０〜１６の範囲の円筒状
に成形された金属帯をガイドすることが可能である。

【００１５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、低絞り率で金属帯の円筒形状の成形が可能であり、
引き抜き力の軽減及びダイス寿命の延長が可能となる。
また、製品溶接管の加工硬化が少ないため伸びなどの機
械的性質が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置の成形方向に平行な平面で切断し
た垂直断面図

【図２】 本発明装置の水平断面図

【図３】 ダイス入側のガイドロールの構造を示す図１
のＡ−Ａ断面図

【図４】 ダイス出側のガイドロールの構造を示す図１
のＢ−Ｂ断面図

【図５】 ダイス入側のガイドロールと両端部を予備曲
げ成形した金属帯

【図６】 本発明の装置を含む溶接管製造装置の全体図

【図７】 ダイス出側のガイドロール断面詳細図

【図８】 従来法における絞り率と引き抜き力との関係
図

【符号の説明】

１：金属帯 ２：エッジベンドロール ３：シーム
ガイドロール ４：スクイズロール ５：溶接装置 ６：サイジン
グロール ７：引き抜き装置 ８：矯正ロール
１０：ダイス １０ａ：ダイスベアリング部 １１：ダイスケース １２：ダイスホルダー ２
０：入側ガイドロールスタンド ２１ａ、２１ｂ：入
側ガイドロール ２２ａ、２２ｂ：ガイド溝 ２３ａ、２３ｂ：クランプ ２４ａ、２４ｂ：圧下ス
クリュー ２５：ベアリング ３０：出側ガイドロ
ールスタンド ３１ａ、３１ｂ：出側ガイドロール
３１ｃ：フィン ３２：ガイドロールスタンド支持
板 ３３ａ、３３ｂ：ガイド溝 ３４：圧下スクリ
ュー ３５：ベアリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属帯をダイスを通して引き抜くことに
   より断面円筒形状に成形した後、突き合わせ部を溶接し
   て金属管を製造する方法において、ダイス入側直近にお
   いては金属帯を水平に規制するガイドを、ダイス出側直
   近においては円筒状に成形された金属帯の両端縁の周方
   向の位置を規制するガイドをそれぞれ単独もしくは組み
   合わせて用いることにより、ダイスベアリング部の内径
   Ｄ、金属帯の幅Ｗ、金属帯の厚さｔより下記（１）式で
   計算される絞り率Ｒｅが５％未満で金属帯を円筒形状に
   成形することを特徴とする溶接管の製造方法。 Ｒｅ＝［Ｗ／｛（Ｄ−ｔ）×π｝−１］×１００％・・・ （１） ただし、πは円周率。
2. 【請求項２】 金属帯をダイスを通して引き抜くことに
   より断面円筒形状に成形した後、突き合わせ部を溶接し
   て金属管を製造する溶接管製造装置において、ダイス入
   側直近においては金属帯を水平に規制するガイドを、ダ
   イス出側直近においては円筒状に成形された金属帯の両
   端縁の周方向の位置を規制するガイドをそれぞれ単独も
   しくは組み合わせて設けてなることを特徴とする溶接管
   製造装置。
3. 【請求項３】 ダイス入側に設けた水平ガイドが成形方
   向に沿って位置調整可能とされていることを特徴とする
   請求項２記載の溶接管製造装置。
4. 【請求項４】 ダイス出側に設けられた円筒状に成形さ
   れた金属帯の両端縁の周方向の位置を規制するガイドを
   上下方向にのみ調整可能としたことを特徴とする請求項
   ２記載の溶接管製造装置。