JPS5921436A - 膨張部分成形方法及び装置 - Google Patents

膨張部分成形方法及び装置

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JPS5921436A
JPS5921436A JP58123128A JP12312883A JPS5921436A JP S5921436 A JPS5921436 A JP S5921436A JP 58123128 A JP58123128 A JP 58123128A JP 12312883 A JP12312883 A JP 12312883A JP S5921436 A JPS5921436 A JP S5921436A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は数メートルの長さをもつ金属管を先端から正確
な距離をおいた壁面部分のみに関し局所的に成形する方
法に係る。
より特定的には、この方法は原子炉の制御棒又は停止棒
の誘導に用いられるような壁面の薄い金属管の局部的膨
張成形に係る。前述の如き金属管は用途によっては他部
より大きい直径をもつ区間を１つ又は複数有していなけ
ればならないが、これらの区間は長さが比較的短かく、
いずれか一方の先端から比較的遠い部位にあり、この先
端からの距離が極めて正確でなくてはならない。
金属管に膨張部分を付形する方法は既に幾つか知られて
いる。例えば米国特許第３，６２５，０４０号には成形
すべき管を両端を閉塞した後で型内部に配置し、次いで
管内に液圧流体を導入してこの流体に圧力を加え管の壁
面を型の壁面に押し付けるという膨張成形法が記載され
ている。しかし乍らこのようなデバイスは数メートルの
長さをもつ管の局部成形には使用し得ず、使用するとし
ても極めて大きな型が必要となる。このような型は製造
費が高く操作も非常に難しい。
フランス特許第１，３１２，７２６号には金属ベローズ
の製法が記載されている。これは筒状の薄いメタルスリ
ーブを水圧式膨張成形にかけることによってベローズを
形成しようというものであり、そのためにこのスリーブ
の先端と係合する収納部即ち凹部を備えた型を使用する
。スリーブ先端はこの収納部の底面を構成する固定面に
当接するよう挿入される。このスリーブは筒状側面に対
する対する摩擦によって、或いはスリーブ先端縁を折曲
げこれらの縁を収納部底面にネジで固定されたリングに
より締付けることによって該収納部底面に当接させてお
く。型の環状壁面には膨張によってスリーブに与えるべ
き波形が形成されている。前記収納部底面に固定されて
おり且つシールリングを備えたマンドレルによって流体
を導入するとその圧力が型に挿入されているスリーブ内
面部分のみに作用し、その結果このスリーブが膨張によ
り変形して型の波形と同じ波形を有することになる。こ
のようなデバイスは金属管を先端近傍の区間に亘って変
形する場合には適しているが変形すべき部分が管先端か
ら遠い地点にある場合は使用し難い。
薄い壁面をもつ金属管の限定された区間を管先端からの
距離に拘らず膨張変形させる可能性と、管の所定の先端
に対する膨張ゾーンの位置付けを極めて高い再現精度を
もって、即ち管の所定の先端とこの先端に最も近い膨張
ゾーン先端との間の距離が平均＋０．２％未満の対呼称
寸法誤差をもって各管毎に再現されるよう実施する可能
性とは以前から追求されていたが、本発明の装置により
ここに所望の成果が得られるに到った。
本発明の装置は膨張チャンバと該チャンバの両側の２つ
の柱状支持面とを有する組立て式の管状の型を備えてい
る。これら支持面は管を型内に導入する際に必要な間隙
を考慮に入れて膨張すべき管の外径にほぼ等しい内径を
有しており、膨張すべき管の表面に対する面の摩擦係数
が夫々異なっている。
膨張成形すべき管の内部には該管の直径よりやや小さい
直径をもつマンドレルが挿入され、型に包囲された管部
分まで導入される。該マンドレルは外部圧縮流体源に接
続し得る軸とほぼ平行の内部通路を有しておりこの通路
が径方向穿孔部を介してマンドレルと管との間の環状ス
ペースに連通する。このスペースは型の柱状支持面レベ
ルで膨張チャンバの両側に形成された管−マンドレル間
のシールゾーン２つにより限定されている。このゾーン
のシール性は多くの場合金属製又はエラストマ製パッキ
ンの如きシール手段によって得られる。
これらシールゾーンはいずれもマンドレル周囲に形成さ
れた溝でエラストマ製などの環状パッキンを少くとも１
つ収納する環状溝から成っているのが好ましい。この溝
は深さより幅の方が大きく、前述の環状スペース側に最
深部があり休止時にはこの最深部内に少くとも１つの環
状パッキンが配置される。この溝の深さは該最深部から
対向縁にかけて漸減している。
また、型の２つの柱状支持面は互に異なる材料で構成す
るのが好ましく、一方の材料は比較的大きな摩擦係数を
もち他方は比較的小さい摩擦係数をもっているとよい。
必要であれば表面処理又は潤滑化により後者の摩擦係数
を更に小さくしてもよい。
本発明はまた長さの長い管の壁面のランニングポーショ
ン（ｐａｒｔｉｅ　ｃｏｕｒａｎｔｅ）に少くとも１つ
の膨張ゾーンを管の一端から正確な距離Ｌをおいて局所
的に付形するための方法にも係る。この膨張成形法は以
下の段階から成っている。
１）付形すべき管の金属に対し夫々異なる摩擦係数をも
つ２つの注状支持面間に膨張チャンバを備えている型を
該管の付形すべき区間の周囲に配置する段階。この場合
型は管の膨張区間を正確に位置付けるための基準となる
先端側に膨張係数のより大きい支持面が位置するよう取
付ける。
２）型の柱状支持面レベルで膨張チャンバの両側に配置
された２つのシールゾーンにより限定されている管−マ
ンドレル間の環状スペースと外部圧縮流体源とを連通さ
せる内部通路を備えたマンドレルを型に包囲された管部
分まで導入する段階。
３）マンドレルの前記内部通路を介して外部流体源から
前記環状スペースに流体を導入し、管が変形して型の膨
張チャンバの壁面に押付けられるまでこの流体の圧力を
高める段階。
本発明の別の特徴として膨張前に、膨張係数の大きい支
持面側にある型先端面とこれに対応する管先端との間の
距離Ｌｌを、型の該先端面と膨張チャンバへの接続ゾー
ンの起点との間の距離をＬとした場合に Ｌ＝Ｌｌ＋Ｌ の関係が成立するよう調整する。
Ｌは管の前記先端と膨張ゾーンの起点との間の膨張後の
距離である。
本発明の装置の特徴とこの装置を使用する膨張成形法と
がより良く理解されるよう以下添付図面に基づき非限定
的具体例を挙げて詳細な説明を行なう。
第１図は壁面が薄く長さの長い金属管のランニングポー
ションに他部より大きい直径を有する区間を膨張により
局所的に付形するための装置を示している。この場合管
の一端とこれに最も近い前記区間の起点との間の距離は
所定の長さＬに対して±０．２％の誤差しか許されない
。
第１図に示されている管１は規格ＡＳＴＭＢ３５３−７
１に適合したジルカロイ２タイプのジルコニウムをベー
スとする合金で形成されており、内径が１０ｍｍ、厚み
が０．５ｍｍ、長さが約４ｍである。
今この管の内径を５０ｍｍの区間に亘って１２ｍｍまで
増大させたいとする。そしてこの膨張を管の非変形部分
の長さ「Ｌ」、即ち管先端２と膨張ゾーンの起点３（第
３図参照）との間の距離が±１ｍｍの正確度をもって５
００ｍｍに等しくなるよう実施したいとする。そのため
には先ず膨張すべき管部分４（第１図）を型５内に導入
する。この型は軸に対して対称形であり、２つの部分６
及び７に分解し得る。これら両部分は２つの環状接合リ
ング８及び９によって所定位置に保持されている。該リ
ングはいずれも柱状収納部即ち凹部１０、１１を備えて
おり、この中に型の一端が脱着に必要な最低限の間隙を
もって嵌入される。
前記の型は各先端に柱状支持面１２、１３を有している
と共に膨張チャンバ１４を備えている。該支持面の直径
は管１の外径、即ち１１ｍｍにこの管の挿入に必要な最
低限の間隙を加算した値に等しく、該チャンバは該具体
例の場合柱状であって内径及び長さが夫々１３ｍｍ及び
５０ｍｍである。異なる直径をもつゾーンはフィレット
１５及び１６により互に接続されている。
次にこの管１内に外径９．８ｍｍの壁面の薄い鋼鉄製柱
状マンドレル１７を導入する。該マンドレルは内部通路
１８を有しており、径方向穿孔部１９を介してこの通路
と管及びマンドレル間の環状スペース２０とが連通し合
う。
該環状スペース２０の両側にはマンドレル周縁に形成さ
れた２つの環状溝２１及び２２が配置されている。第１
図から明らかなように、これらの溝は深さが変化してい
て長さが最深部の値を十分に上回り、各溝毎に少くとも
１つの環状パッキン２３又は２４が配置されている。各
溝とも最深部２５、２６は前記環状スペース２０側にあ
り、休止時にはこれら最深部に前記環状パッキンが配置
される。この部分の深さは該パッキンの直径よりやや小
さい値を有するよう決定されている。該具体例では、例
えば円環面直径２ｍｍのパッキンを使用し溝の最深値を
１．８ｍｍにする。これらの溝の底面はいずれも第２ゾ
ーン２７、２８を有しており、これらゾーンはほぼ円錐
形で深さが環状スペース２０から遠ざかるにつれ減少し
ている。
この円錐形部分の母線の勾配はマンドレルの軸に対して
例えば３０°程度である。該溝の幅全長は環状パッキン
の直径の約３倍に等しい。該マンドレル１７の先にはや
はり柱状で該マンドレルの直径より小さい直径をもつ鋼
鉄製連結管２９が続いている。この管の先端３０は流体
導入手段（図示せず）に接続し得る。また、該連結管の
先端にはリング３１がネジ止めされている。図から明ら
かなようにマンドレルの種々の寸法は該マンドレルを膨
張すべき管１内に導入しこのマンドレル−管アセンブリ
を型５内に配置した時に環状パッキン２３及び２４とこ
れらパッキンを収納する溝２１及び２２とが前記膨張ゾ
ーンの壁面１４を挾んで型の入口部分の柱状支持面１２
及び１３と対岐するよう決定されている。
前記リング３１は管２９上での位置調整が容易であり、
このリングが存在しているために管１の先端３３をこの
リングの表面３２に衝止させて該先端３３と型５の先端
面３４との間の距離Ｌｌを調整することができる。型の
先端面３４と接続ゾ−ン１５の起点３５との間の距離を
ＬとすればＬｌは関係式Ｌ＝Ｌｌ＋Ｌ が成立するよう調整される。
該具体例の場合Ｌは５００ｍｍである。
そして最後に圧縮流体導入手段に接続された管２９の先
端３０から好ましくは水又は油などの如き流体を導入し
て膨張処理を行なう。導入された流体は通路１８内を流
れ半径方向穿孔部１９を介して該通路より流出し、環状
スペース２０内の管１内壁に圧力を加える。
この流体の圧力を漸増していくと、先ず環状パッキン２
３及び２４が溝２１及び２２の外縁方向へ少しずつ押し
動かされていくのがわかる。このようにパッキンが深さ
の漸減しているゾーンの方向へ移動するとこれらパッキ
ンを締付ける力が増大し、従って流体の圧力が約１００
０バールに達しても秀れたシール性が維持される。流体
の圧力は管の内壁に作用する該流体の力がこの質の弾性
限度を越えその結果管の壁面が型の壁面１４に押付けら
れるようになるまで増大させる。該具体例の場合使用圧
力は約８００バールである。
この膨張現象は膨張ゾーン近傍にある管の柱状部分の滑
り（ｇｌｉｓｓｅｍｅｎｔ）を伴うため、膨張後管１の
先端３３はもはやリング３１の面３２には当接せず数ミ
リメートル後退した状態になる。実験を繰返し行なった
結末この滑りの程度は毎回異なることが判明した。
従って、原子炉関係の用途で特に必要とされるようにＬ
の値をより正確に決定したい場合は、本発明の膨張装置
を更に改良しなければならない。
そのため本出願人は型とマンドレルとに対し軸方向に発
生する管の滑りを型の一方の支持面レベルではブロック
し、逆に他方の支持面レベルでは促進させることを考え
た。
第１図の場合、管１の滑りを支持面１２レベルで阻止す
る一方支持面１３レベルで一層促進しることができると
すれば、前述の方法でＬｌの値を調整した後で、型の先
端面３４とリング３１の支持面３２との間の管部分が膨
張過程中に短縮することは明らかにない。膨張処理終了
後も管１の先端３３は支持面３２と接触したままであり
長さＬ＝５００ｍｍは変化しないのである。逆に、マン
ドレルのもう一方の側では勿論管の大幅な短縮が観察さ
れる。但しこの短縮は寸法上の特徴と機械的特性とを各
管毎に再現せしめる程度の再現性をもって発生する。従
って管の滑りを型の支持面の一方の部分で抑止すればそ
の支持面側にある管の先端との間の距離を余り変化させ
ることなく管の膨張ゾーンを形成することができる。更
にこのような抑止は、物理的特徴及び寸法が極めて類似
している複数の管を膨張処理する場合には、管のもう一
方の先端と型との間の距離を極めて大きな再現性をもっ
て膨張過程の間に短縮させること、従ってこの距離を予
め計算することを可能にする。
実際には、管１の滑りを−支持面レベルで阻止し且つ他
支持面レベルで助長するのに使用し得る手段はかなり多
い。特に、型の一支持面レベルでこの滑りを阻止するた
めには、対応環状パッキンの締付けを強化する。即ち該
パッキンの直径を増大させるか又は溝の深さを減少させ
ればよい。また、より一般的な方法として、２つの支持
面に夫々異なる摩擦係数を与えることもできる。そのた
めにはこれら支持面１２、１３の各々に適切な表面処理
を施せばよい。
最も効果的な方法は第４図に示されている如く少くとも
一方の支持面内に適切な材料で形成した挿入物を配置す
る方法である。第４図には２つの部分３７及び３８から
成り、第１図及び第２図の型５と類似の構造をもつ型３
６が示されている。この型は２つの環状挿入物３９及び
４０を備えているがこれら挿入物もまた２つの部分にわ
かれており型の入口区域に配置されている。
挿入物３９は同じ管の金属に対し劣性の摩擦係数をもつ
材料で形成されている。このような材料としては特に処
理鋼が使用し得るが、管との接触面４１は減摩しないで
おく。場合によっては型を構成している鋼を支持面とし
て使用し挿入物を省略してもよい。
挿入物４０にはタングステン炭化物の如き炭化物かブロ
ンズか又は他の摩擦係数の低い材料を使用し得る。また
、有用であれば挿入物４０の表面を軽く潤滑化するか又
は適切な表面処理にかける。
これら挿入物を配置し、型の金属に固定し、且つ所望の
正確度をもって成形加工するのには当業者に良く知られ
ている任意の適切な方法を使用してよい。
該具体例の場合挿入物３９は鋼で、挿入部物４０はタン
グステン炭化物で形成した。
このように形成され、前述の如く組立てられた第１図の
如き型を使用した結果、膨張の間管１は内部圧力によっ
て挿入物３９の柱面４１上に押付けられ滑りを全く生じ
ないことが確認された。逆に、挿入部材４０の柱面４２
レベルでは管が膨張時に軸にそって型の内部方向へ数ミ
リメートルスライドしたことが知見された。膨張前に５
００ｍｍに調整しておいた管の長さＬは膨張後も変化な
かった。
前述の如く場合によっては挿入物を使用せずに型の入口
区域に夫々異なる表面処理を施すだけでもよい。即ち両
支持面の摩擦係数が互に著しく異なるようにするだけで
よい。
本発明の装置は前述の具体例以外にも種々の変形が可能
であり、これらの変形も本発明の範囲内に含まれる。
特に、軸方向見切りをもたず２つの入口区域の少くとも
一方が膨張後の管取出しのために分解できるような型は
形成可能である。
また、場合によっては、各溝２１、２２毎に環状パッキ
ンを２つずつ並置してもよい。この場合には、各溝の最
深部ゾーン２５をより広くする必要がある。
以上説明してきた膨張成形の装置と方法とはあらゆる種
類の金属管の成形に使用し得る。
特に、原子炉で使用されるジルコニウム合金製の管、例
えばジルカロイル２又は４の管の成形に使用すると極め
て有利である。また、合金もしくは非合金チタン、特殊
鋼、ステンレススチール、耐熱鋼、又はその他全ての金
属或いは合金を材料とする管の成形にも適用できる。
本発明の方法及び装置は、一般的には、比較的長い管の
左端から正確な距離をおいた部位に他部より大きい直径
をもつゾーンを１つ又は複数局所的に形成しなければな
らない時に使用すると有利である。
本発明の装置とその使用法とは本発明の範囲内で多様に
変形することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明装置の一具体例を示す長手方向断面図、
第２図は第１図のＡに沿った断面図、第３図は本発明の
装置により膨張成形した長さの長い管の部分断面図、第
４図は本発明の型の特定具体例を示す説明図である。 １・・・管、５、３６・・・型、 ７，８・・・接合リング、１２、１３・・・支持面、１
７・・・マンドレル、２３、２４・・・環状パッキン、
２９・・・連結管、３１・・・リング、３９、４０・・
・挿入物。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）長さの長い柱状管の壁面のランニングポーション
    に正確に位置付けられた区間を膨張により成形するため
    の装置であって、両端が解放されている分解式の管状の
    型を備えておりこの型が膨張チャンバと該チャンバ両側
    の２つの柱状支持面とを有していて、該チャンバの内部
    寸法が形成すべき膨張ゾーンの寸法に合致しこれら支持
    面の内径が膨張すべき管の初外形と該管挿入に必要な間
    隙との和にほぼ等しいことと、この型に包囲された管部
    分内部に配置されるマンドレルをも備えており該マンド
    レルが内部通路を有していて型の前記支持面レベルで前
    記膨張チャンバの両側に配置された管一マンドレル間の
    ２つのパッキンにより限定されている環状スペースにこ
    の内部通路を介して圧縮流体が導入されることと、該マ
    ンドレルが前記パッキンを収納する２つの環状溝を有し
    ておりいずれの溝も深さが変化していて最深部が対応パ
    ッキンの直径よりやや小さい値をもつと共にマンドレル
    と管との間の前記環状スペース側にあり、各溝とも幅が
    該最深部の値を十分に上回り、そのため前記環状スペー
    ス内の圧力が上昇すると前記パッキンが前記環状溝の外
    縁方向へ少しずつ押し動かされでより強く締付けられる
    こととを特徴とする装置。
  2. （２）型の２つの柱状支持面が膨張すべき管の表面に対
    し夫々異なる摩擦係数を有していることを特徴とする特
    許請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. （３）前記環状溝が夫々少くとも１つの環状パッキンを
    収納していることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
    記載の装置。
  4. （４）型の２つの支持面の中少くとも一方が挿入物が構
    成されており、該挿入物が管表面に対し他支持面の材料
    の摩擦係数とは異なる摩擦係数をもつ材料で形成されて
    いることを特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項
    に記載の装置。
  5. （５）長さの長い柱状管の壁面のランニングポーション
    に正確に位置付けられた区間を膨張により成形する方法
    であり、膨張ゾーンと管の一先端との間の距離が極めて
    正確に調整されなければならず、管に対し夫々異なる摩
    擦係数をもつ２つの柱状支持面の間に膨張チャンバを備
    えた型を、より大きい摩擦係数をもつ方の支持面が管の
    両端の中型に対する距離を膨張過程の間一定に維持して
    おくべき方の先端側に位置するよう管の付形すべき部分
    周囲に配置することと、型に包囲された管部分内部にマ
    ンドレルを導入し、型の柱状支持面レベルで膨張チャン
    バの両側に配置された深さの変化している２つの環状溝
    により限定された管−マンドレル間の環状スペースに該
    マンドレルを介して圧縮流体を導入することと、管が変
    形して膨張チャンバ壁面に押付けられるまで該流体の圧
    力を上昇させることとを特徴とする方法。
  6. （６）管の先端と膨張ゾーンの起点との間の距離Ｃ膨張
    中一定の値に維持しておくべき距離をＬとし、該管先端
    に対応する型先端面と膨張チャンバへの接続ゾーンの起
    点との間の距離をＬとした場合に関係式 Ｌ＝Ｌｌ＋Ｌ が成り立つよう、型の該先端面と管の該先端との間の距
    離Ｌｌを膨張前に調整することを特徴とする特許請求の
    範囲第５項に記載の方法。
  7. （７）原子炉の制御棒又は停止棒用誘導管の形成におけ
    る特許請求の範囲第５項又は第６項に記載の方法の使用
    。
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