JPS6045013B2 - 管端部の真円矯正方法 - Google Patents

管端部の真円矯正方法

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JPS6045013B2
JPS6045013B2 JP53095468A JP9546878A JPS6045013B2 JP S6045013 B2 JPS6045013 B2 JP S6045013B2 JP 53095468 A JP53095468 A JP 53095468A JP 9546878 A JP9546878 A JP 9546878A JP S6045013 B2 JPS6045013 B2 JP S6045013B2
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perfect circle
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internal pressure
stress
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秀明 蒲原
雄二 吉富
高一 小山
康方 玉井
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Hitachi Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D1/00Straightening, restoring form or removing local distortions of sheet metal or specific articles made therefrom; Stretching sheet metal combined with rolling
    • B21D1/06Removing local distortions
    • B21D1/08Removing local distortions of hollow bodies made from sheet metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/10Stamping using yieldable or resilient pads
    • B21D22/105Stamping using yieldable or resilient pads of tubular products

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、断面が円形を有する管の端部を矯正する方法
に係り、特に管の端部の外部からの集中荷重および管内
部からの内圧荷重を付加して、初期において真円でない
管の端部を真円に矯正する矯正方法に関する。
化学プラント、電力プラント・等においては桟器間を結
ぶ配管は一般に現地組立施行となるが、管・エレメント
を接合する場合、隣合つた管の断面形状が一致しない場
合は、溶接施行性が悪くなり良好な溶接継手が得られず
、継手部の強度、耐食性などの信頼性が問題となること
が多い。
従来技術の問題点について後、図面を用いて具フ体的に
説明する。
第1図aは配管に用いる分岐管の一例で、直管エレメン
ト1に枝管3を溶接により接合する場合、両者を接合す
る溶接5の溶接入熱の影響で直管エレメント1の端面4
が例えば第2図aに一例として示すように、ダ円変形を
生ずることがある。
いつぽう、直管エレメント1と接合する第1図bに示す
直管エレメント2は、枝管を取付けないことから第2図
bに示すようにほぼ真円であるため、両者をそのまま接
合する場合、第3図に一例を示すように外面からの片側
溶接では良好な裏波6を有する溶接部5aを得ることは
できない。このような状況から、現在は第4図に一例と
して示すような方法で管端部の形状を矯正している。つ
まり、第4図において1は直管エレメント、7は矯正用
脚、8は矯正ボルトを示すが変形の状況によつて矯正用
脚7の数量を増し、直管1の端面4が真円となるように
ボルト8により、半径方向に荷重Pを付加して、該端面
4をほぼ真円に矯正する。
この方法では、第1図に示した直管エレメントとの接合
溶接後、矯正用脚7を取り除くことになる。
しかしこの方法では、外部から集中荷重を付加し、矯正
するため、矯正の均一性が悪く、しかも該脚7を溶接9
により直管エレメント1に取付けるため、その部分には
脚7を取除いた後も溶接残留応力が残存し、耐食性等に
悪影響を与える場合がある。また、この方法では矯正に
多くの時間を要する。
これらが従来技術による管端部の矯正方法の短所である
。本発明の目的は、管に内圧を付加して微少の半.径方
向変位を与え、初期の不均一な残留応力分布を、周上、
均一な応力分布として、管の端部を真円に矯正する方法
を提供することにある。
本発明の特徴とするところは、断面が円形で形成された
管の端面が不真円状態にあり、相隣接すこる管と接合す
るに際して両者の接合状態が悪く、良好な溶接接合がで
きない配管の結合において、管端部の外面に集中荷重を
付加して弾塑性的に真円とした状態で真円に矯正しよう
とする範囲に内圧を付加して、管に微少の半径方向変位
を与えた4後、除荷することにより、管端部を真円に矯
正するようにしたことにある。
本発明について図面を用いて、まず矯正の原理を説明す
る。
本発明による管端の矯正法では、第5図に示すように直
管エレメント1の真円でない管端部において、実線で示
した初期状態より管1の外面で2方向以上から、例えば
油圧シリンダー等を用いて、荷重P3,P4等を付加し
、破線で示す負荷状態下に弾塑性的に管端をほぼ真円に
矯正を先ず行う。この状態では荷重を除去すると、弾性
変形分は元にもどり、不真円状態となる。
上記、荷重の付加範囲は管端部の矯正を必要とする範囲
の50〜150%が適正値である。
このように外部荷重P3,P4により、強制的に真円を
保持した状態で次に第6図に示すように内圧Pを付加す
るが、Pの加圧過程すなわち、管の円周方向応力が管の
降状応力のほぼ100%〜120%に7なつた時点で上
記外部荷重P3,P4を除去し、さらに内圧Pを増圧し
て、管の円周方向応力が管の降状応力の110〜200
%になるまで昇圧した後、該内圧Pを除荷する。それに
よつて第7図に示すように管1の端部は真円に矯正され
る。この場合の管端部における内圧の付加範囲は管端部
の矯正範囲とほぼ同一範囲とすることがのぞましい。
上述のような本発明に係わる新技術では、外部荷重P3
,P4によつて強制的に真円に保持した状態で、内圧P
を付加して、管の円周方向応力を降状応力以上とするた
め、管は微少の半径方向の永久変形を生じて、内圧付加
前に管に存在していた円周方向の不均一な残留応力は消
滅し、内圧4を除荷すると、円周方向に均一な残留応力
が発生し、管を真円に矯正することが可能となる。
なお、外部荷重を付加して、真円に矯正することなく、
内圧を付加した場合は、不真円状態て内圧が作用するた
め、内圧を除荷した時の矯正効果は小さく、外部荷重に
より、できるだけ真円とした状態で内圧を付加する必要
がある。
従来技術は、前述のように外部荷重だけによつて強制的
に真円に矯正する方法であるため、円周方向に不均一な
残留応力の再配分はほとんどなく、荷重を除去すると、
前述のようにほぼ元の不真円状態にもどるのに対し、本
発明による新技術では均一な内圧の付加により、微少の
半径方向の永久変形を与え、円周方向の残留応力を再配
分して均一とし、矯正効果を与えるものである。
このような管外部からの荷重の付加方法は、例えば油圧
シリンダー、ネジ等の機械的な方法により、内圧の付加
方法は、例えば、油圧、空圧あるいは弾性体に圧縮荷重
を付加して、弾性体が半径方向に拡がる力を利用するこ
となどが考えられる。いま、本発明である外部荷重およ
び内圧荷重の付加方法の一例について、具体的に説明す
る。
第8図は、その具体例であるが、図において、管1の端
部外周には外部荷重付加用のロッド1『を有する油圧シ
リンダー10が当板11を介して配,置されている。ま
た、管1の端部内周には内圧荷重付加用の油圧シリンダ
ー12により操作される加圧ロッド14及びシリンダー
12のロッド15とバックアップリング16との間に設
置され半径方向に膨出する弾性体13が配置されている
。連結棒17は油圧シリンダー12とバックアップリン
グ16とを連結するものであり、当板11には変位計1
8が設置されている。第8図において、油圧ポンプより
吐出され圧力制御弁(図示せず)によつて圧力設定され
た油−は、ソレノイドバルブ19、電磁バルブ21を経
て油圧シリンダー10のピストンロッド1『を前進させ
る側に入り、当板11を介して管に荷重FOを作用させ
、変位計18により変形量を調節して管1の端面を真円
状態に保持する。
油圧が規定圧力P。になると、圧力スイッチ20の接点
が閉じ、電磁バルブ21を閉じ圧力を一定に保持する。
次に弾性体13と、加圧ロッド1牡バックアップリング
16で構成される内圧付加エレメントを管端部内部に挿
入し、ソレノイドバルブ22を操作して油圧シリンダー
12に高圧油を送給し、前記油圧シリンダー12のピス
トンを動作させることにより、加圧ロッド14に荷重F
iを加えて軸方向に移動させる。そしてその反力をバッ
クアップリング16で受けることにより弾性体13は軸
方向に圧縮され、それにともなう半径方向への膨脹によ
つて管1を半径方向に押拡げる。管1の円周方向応力が
降状応力の100〜120%になるような圧力が油圧シ
リンダー12に付加されると、圧力スイッチ23の接点
が動作し、電磁バルブ21が開き、ソレノイドバルブ1
9を操作して、油圧シリンダー10の圧力を低下させる
。油圧シリンダー12の圧力はさらに増加させ、管1の
円周方向応力が降状応力の110〜200%になるよう
な規定圧力Piが油圧シリンダー12に付加されると、
圧力スイッチ24の接点が動作して、あらかじめ時間の
設定されたタイマー25が作動し、規定圧力P1のまま
一定時間保持される。始動したタイマー25がその設定
時間ちに達するとタイマー25の動作により、ソレノイ
ドバルブ22が作動して、油圧シリンダー12の圧力を
低下させて、管1の矯正を終了する。つまり、管1の内
面に均一な内圧を作用させ、管の円周方向応力が、降状
応力の100〜120%になつた時点で、油圧シリンダ
ー10の作用応力P。を緩和し、さらに引張力Fiを増
して、管の円周方向応力が管の降状応力の110〜20
0%になつた時点で、一定時間保持した後、除荷するこ
とにより、管の円周方向残留応力は均等に分布して、真
円に矯正されることになる。ここに、管外面を加圧して
いる油圧シリンダー10の作用圧力P。を緩和する理由
としては、油圧シリンダー10の作用圧力P。を緩和し
ないで、管内面に作用させている均一な内圧を増加させ
ると、管の変形が第9図のようになり、内圧を除荷して
も真円に矯正されない為である。また作用圧力P。
を緩和する時期を管の円周方向応力が降状応力の100
〜120%にした理由は、97.3φ×4.65tの炭
素鋼からなる管の矯正後の実験データを第10図に示す
ように降状応力の100%以下では管が弾性状態なので
、初期の変形状態にもどり、内圧を増加させても真円に
矯正されない。降状応力の130%以上になると、第9
図に示したような変形状態となるため、真円に矯正され
ない)ことになる。また、管の円周方向応力が降状応力
の110〜200%になつた時点で一定時間保持して除
荷する理由は、同じく97.?×4.65tの炭素鋼か
らなる管の矯正後の実験データを第11図に示すが、該
図か5られかるように管の円周方向応力が降状応力の1
10%以下となるような内圧て矯正すると、曲線Aから
明らかなように管に十分塑性変形が与えられないので真
円に矯正されない。
管の円周方向応力が降状応力の200%以上になると、
曲線BよりO明らかなように管は十分塑性変形して真円
に矯正されるが、管の外径が公称外径に比べて非常に大
きくなり、溶接接合する場合、溶接欠陥を発生すること
があることによる。また塑性状態においては、変形量は
内圧の保持時間に依存し、保持時間の適正範囲について
はおおよそ3鰍程度である。
本実施例によれば、管端部を真円にマイルドな状態で矯
正することができ、隣接する管も同様な矯正を行うこと
により、両者の接合状態は一体化されることになるため
、良好な溶接が可能となり、両者の接合部の信頼性は著
しく向上することになる。
従つて本発明の効果としては、不真円状態にある管の端
部に外部荷重および内圧荷重を付加することにより、管
の端部を真円状態に矯正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は管端の矯正を必要とする管エレメントの説明図
、第2図は管エレメントの断面形状の説明図、第3図は
管エレメントの溶接状況の説明図、第4図は従来の矯正
法の一例を示す概略図、第5図及び第6図は本発明によ
る矯正法の原理説明図、第7図は矯正後の断面形状を示
す説明図、第8図は本発明の一実施例を示す矯正装置の
概略構造図、第9図は管外部からの荷重を除荷せずに管
内圧を付加した際の管端部形状を示す説明図、第10図
及び第11図は本発明による管端部矯正の実験データ図
である。 1・・・・・・管、10・・・・・・油圧シリンダー、
13・・弾性体、12・・・・・・油圧シリンダー、1
4・・・・・・加圧ロッド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 断面が円形に形成された管端部に真円矯正方法にお
    いて、管の端部近傍に管外部にその管外部の2方向以上
    から半径方向荷重を付加し、弾塑性的にほぼ真円に成形
    してその管端部形状を同一状態に保持したまま、管端部
    の内面から内圧を付加することにより、管端部近傍にお
    ける管の円周方向の応力を降伏応力とした後、前記内圧
    を除荷することにより、管の端部を真円に矯正すること
    を特徴とする管端部の真円矯正方法。 2 特許請求の範囲、第1項記載の管端部の真円矯正方
    法において、管外部から付加する荷重を内圧による管の
    円周方向応力が管の降伏応力の100〜120%になつ
    た時点において除荷することを特徴とする管端部の真円
    矯正方法。 3 特許請求の範囲、第1項記載の管端部の真円矯正方
    法において、外部荷重の付加範囲が管端の矯正を必要と
    する範囲の50〜150%としたことを特徴とする管端
    部の真円矯正方法。 4 特許請求の範囲、第1項記載の管端部の真円矯正方
    法におい管内面への内圧の付加範囲を、管端の矯正しよ
    うとする範囲と同一範囲に付加することを特徴とする管
    端部の真円矯正方法。 5 特許請求の範囲、第1項記載の管端部の真円矯正方
    法において管内面に付加する内圧の大きさを、管の円周
    方向応力が管の降伏応力の110〜200%となる大き
    さとすることを特徴とする管端部の真円矯正方法。
JP53095468A 1978-08-07 1978-08-07 管端部の真円矯正方法 Expired JPS6045013B2 (ja)

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