JPS6059058B2 - 直管部付エルボの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一端部又は両端部に直管部を備えた直管部付
エルボの製造方法に関するものである。

一般にエルボは直管部を有しない曲管部のみのものと
して製造されることが多いが、エルボには通常その一端
又は両端に他のパイプ端を連結するのが普通であるから
、エルボを含む配管系においてはそれだけ連結個所が多
くなり、現場作業量が増し、また、配管系としての保守
点検個所も増すことは勿論、エルボとパイプとの連結を
溶接にて行う場合、熱影響に伴う複雑な応力がエルボ部
分 に集中して不測の事故を招く危険性も増大する。こ
のため配管設備が多く、また事故が大きな被害をもたら
すおそれの大きい各種化学プラント、原子力発電プラン
ト等の配管設備には連結個所が少なく、従つて現場作業
、保守点検作業が軽減され、また事故発生のおそれのあ
る危険個所が少なくなつてより安全性の高い配管系が得
られる直管部付エルボの使用に対する要求が強い。 と
ころて従来エルボは主として押抜き曲け方法、或いは押
抜き曲け方法等によつて製造されている。

押抜き曲け方法は第４図に示す如く、先端部を製造すべ
きエルホの内面形状に合せて湾曲し、中間部及び基端部
が棒状となつた心金４１の棒状部に複数の原管Ｐを差し
通しておき、最先端側に位置する原管Ｐをバーナ、或い
は高周波等を用いて加熱しつつ、最基端部側に位置する
原管Ｐを油圧シリンダ４２、４２を用いて先端部側に向
けて押し出し、先端側の原管Ｐから順次心金４１の湾曲
部４１ａを通過させることによつて原管Ｐ・を面皮し、
エルボを製造する方法である。 また湾曲げ方法は第５
図イ、口に示す如く、夫々支軸５１ａ、５１ａ回りに回
動自在に支持された一対の受台５１，５１における断面
円弧状の支承溝５１ｂ，５１ｂに原管Ｐを橋架し、両受
台５１，５１の中央部上方に配され、正面視で半円形を
なし、周囲に断面円弧状の押圧溝（カリパー）５２ａを
備える曲成ロール５２を原管Ｐ上に下降させ、熱間又は
冷間下で原管Ｐを曲成してエルポを製造する方法である
。ところが前者の場合は原管Ｐを心金４１の外周を通す
ことによつて曲成することとしているため、直管部の形
成が全く出来ず、また後者の場合は直管部付エルボの製
造は可能であるが、製造されるエルボには■折、座屈、
或いは偏平化、縮径（冷間て５％以内）等の形状欠陥が
生じ易く、形状修正のための後工程を欠かせず、特に薄
肉、大径のエルボの場合には形状欠陥の程度も大きく形
状修正自体も難しい場合が多い等の欠点があつた。

本発明者らは上記押曲け方法による直管部付エルボの製
造方法についての実験研究の結果、原管内における少な
くとも曲け代部分に適当な充填材を介在させた状態でこ
れを曲成することにより、形状欠陥の発生が極めて少な
く、またたとえ形状欠陥が生じてもその形状修正が容易
に行える直管部付エルボを製造して得ることを知見した
。

本発明はかかる知見に基いてなされたものであつて、そ
の目的とするところは、原管における少なくとも曲け代
部分内に砂、鋼球等の硬質粒状物を水と共に凍結させた
状態で介在させ、原管の曲成に際し、充填材を所望の剪
断応力を備えた一体の棒状物として機能させ、曲げ代部
分に生ずる形．状欠陥を防止し、形状修正処理を必要と
しない良好な直管部付エルボが得られる直管部付エルボ
の製造方法を提供するにある。本発明に係る直管部付エ
ルボの製造方法は原管の一端部又は中間部に定めた曲げ
代部分の全体に、わたるよう原管内に水と硬質粒状物と
を充填し、前記水を凍結させて一体の硬質粒状物入りの
氷柱となした後、前記曲げ代部分の両端部を夫々原管の
軸長方向と直交する方向の軸回りに回動可能に支持され
た受台で支持しつつ、曲げ代部分の中央・部を受台と反
対側から曲成ロールを用いて押圧し、原管をその曲げ代
部分の一端部又は両端部に直管部を備えた状態に曲成す
ることを特徴とする。

以下本発明に係る直管部付エルポの製造方法（以下本発
明方法という）を図面に基いて具体的に説明する。

第１図は本発明方法を実施するための押曲げ装置を示す
正面図、第２図は第１図の■−■線による断面図、第３
図は原管を曲成した状態を示す説明図であり、第１〜３
図においてＰは直管部付エルボ用原管（以下単に原管と
いう）、Ｂは押曲げ装置である。原管Ｐにはその中間部
に前記押曲げ装置Ｂの受台１，１における支軸１Ｊ２，
１２の軸心間距離に相当する長さをもつ曲管部となるべ
き曲げ代部分Ｃが設定され、その両端側には直管部Ｓｌ
，Ｓ２となるべき部分が設定されている。原管Ｐとして
は通常その全長にわたり肉厚、外径とも均一な管が用い
られるが、曲げ代部分Ｃにおいて、曲成されたとき曲率
中心に近い側に位置する管壁、すなわち腹側の内周面及
ひ／又は外周面を切削し、曲率中心から遠い側に位置す
る管壁、すなわち背側の肉厚よりも薄肉とした偏肉管を
用いてもよい。

曲げ代部分Ｃを定めた原管Ｐの一端は鋼板等で形成した
栓体を溶接して閉鎖し、他端には同じく鋼板で形成した
中心部に孔を有する栓体を溶接し、この栓体の孔を通し
て原管Ｐ内に充填材たる硬質粒状物及び水を交互に入れ
る。

すなわち、先ず原管Ｐ内に所定量の硬質粒状物を入れ、
次にこの硬質粒状物の全体が浸る程度に迄水を入れ、再
び硬質粒状物と水とをこの順序て交互に数回に分けて入
れ、原管Ｐ内の全体に硬質粒状物が詰り、硬質粒状物間
の間隙に水が介在し、原管Ｐ内に空気が存在しない状態
とする。充填材たる硬質粒状物としては砂、鋼球（又は
破砕鋼球）を適宜の割合で混合して用いる。

砂としては、例えはＪＩＳＡ５ＯＯｌに規定されている
道路用砕石におけるクラッシャラン（粒度範囲４０７ｍ
以下のもの）、スクリーニングス（粒度範囲２．５以下
のもの）、粒度調整砕石（粒度４０顛以下のもの）、或
いはＪＩＳＡ５ＯＯ５に規定されているコンクリート用
砕石等であつて、比較的粒度の小さいものが用いられる
。鋼球としては金属表面の錆落し用、又はピーニング加
工用に用いられる通常公知のショット等が用いられ、ま
た破砕鋼球としては上記金属表面処理用の鋼球を砕いた
、所調グリッド等が用いられ、その粒度範囲は前記砂の
場合よりも大きいものが用いられる。前記硬質粒状物の
粒度範囲、粒度組成、硬度、外形、表面性状、比重等に
ついては特に限定するものではなく、両端を栓体て閉鎖
された閉鎖空間である原管Ｐ内において水と共に凍結さ
れた状態において、原管Ｐの曲成に際し、原管Ｐを断面
円形に保持し得るに足る剪断応力を備えた棒状体として
機能し得るように適宜設定する。また硬質粒状物として
の砂、鋼球（又は破砕鋼球）並びに水（氷）の割合は経
済性等を勘案しつつ原管Ｐ内て凍結された状態において
、可及的に高い剪断応力が得られるよう適切に設定する
。ただ原管Ｐを曲成する場合において形状欠陥を生せし
めないために必要とされる充填材の剪断応力は原管Ｐの
肉厚、外径によつて異なり、肉厚／外径比（Ｔ／Ｄ）が
一定とすれは外径（又は肉厚）か大きく（又は薄く）な
るほど大きな剪断応力を必要とし、また管径（又は肉厚
）が一定とすれはＴ／Ｄが小さいほど大きな剪断応力を
必要とする。従つて充填材の材料についての割合は厚肉
管、小径管の場合は氷のみでもよく、肉厚が薄く、外径
が大きくなるに従つて剪断応力の増大に寄与する硬質粒
状物中に占める粒度の大きい砂、鋼球（又は破砕鋼球）
の量を増大してゆく。水は硬質粒状物、砂、鋼球等の間
の空隙を満す態様で介在するから、これら充填材の混合
割合て定まる孔隙率に応じて定まる。ただ充填材のコス
ト面からみると、氷のみを用いた場合が最も安価であり
、次いで氷と砂とを混合したもの、次いて氷と鋼球とを
混合したものとするのが望ましい。これら充填材として
の砂、鋼球、破砕鋼球は夫々定めた割合で混合し、原管
Ｐ内に均一な分布状態となるように入れる。

充填物を詰めた原管Ｐはその全体を、例えば液体窒素（
−１９６゜Ｃ）を用いて凍結させ、凍結を終えた原管Ｐ
はそのままドライアイスを用いて保冷しつつ押曲け装置
Ｂにセットし、−７０〜−７５゜Ｃにて曲成作業を行う
。原管Ｐの温度は低い程充填材の剪断応力も大きくなる
ため、凍結温度は必要とする剪断応力に応じて設定する
。押曲げ装置Ｂは第１〜第３図に示す如く一対の受台１
，１及び１個の曲成ロール２を具備している。

各受台１，１は上面に断面が原管Ｐの外周面と摺接する
半円弧状の支承溝１１，１１を備え、両側部に支軸１２
，１２を備えており、機枠３に所要長離隔させて配設さ
れている。機枠３は左右一対の支持板３１，３１をスペ
ーサ３２及びタイロッド３３を用いて平行に付設されて
なり、両支持板３１，３１の上縁の相対向する位置には
支持板３１，３１の長手方向に所要の間隔を隔てて半円
弧状の支持孔３１ａ，３１ａを備え、これら相対向する
支持孔３１ａ，３１ａに前記受台１，１の支軸１２，１
２が回動自在に支架されている。一方、曲成ロール２は
半円状をなし、外周面に断面が半円弧状であつて、原管
Ｐの外周面と面接触する押圧溝（カリパー）２１を備え
、図示しない油圧シリンダによつて昇降可能に配設され
ている。原管Ｐは曲げ代部分Ｃの長手方向中央部が曲成
ロール２の直下、換言すれば両受台１，１の支軸１２，
１２間の中央部に位置するように両受台１，１の支承溝
１１，１１に橋架し、次いて曲成ロール２を下降し、押
圧溝２１ａを原管Ｐ上に跨るように当接させ、原管Ｐを
曲成してゆく。

原管Ｐの曲け代部分Ｃはその内部を充填物で拘束され、
断面円形に保たれつつ第３図に示す如く曲成される。原
管Ｐが第１図に示す状態から第３図に示す状態に迄曲成
される間における原管Ｐと充填材との相互作用について
は詳細は不明てあるが、概路次のように考えられる。

すなわち閉鎖空間である原管Ｐ内て凍結された充填材は
全体として所定の剪断応力を有する剛体として挙動し、
原管Ｐ及び充ｊ填材に曲成ロール２による曲げ応力が加
えられた場合、曲げ応力が充填材の剪断応力を越えると
、充填材には塑性降伏が生ずるが、これによつて一時的
に曲げ応力が解消されると、当初の値よりは小さいが再
び剪断応力を得、この状態を順次に反・復して原管Ｐに
その内周側から拘束力を付与し、また同時に充填材中の
氷は原管Ｐとの界面において溶融状態となることによつ
て潤滑機能を果し、原管Ｐと充填材との相対移動を許容
し、原管Ｐの曲成に伴うメタルフローを促進し、原管Ｐ
の偏平ノ化、Ｖ折、座屈を防止することとなる。次にＴ
／Ｄの種々異なる原管Ｐに対し、充填材として氷と硬質
粒状物のいずれか１種以上とを混合して用いる本発明方
法により直管部付エルポを製造した場合と、充填材とし
て氷のみを用いる本発明方法に属さない方法によつて製
造した場合とにおける製品としての曲成状態についての
比較試験結果を説明する。

表１はその結果を示している。供試材Ａは低炭素１８−
ハ■ステンレス鋼を素材とする外径１１４．３ｗｍφ、
長さ８００ｗｔ、（厚さは表中のＴ／Ｄ参照）の原管、
供試材Ｂは同じ素材てあつて、外径３１８．５７ｍφ、
長さ１８００ｍ（厚さは表中のＴ／Ｄ参照）の原管であ
る。

なお、砂としては４０メッシュのものを、また破砕鋼球
としては原粒径３〜４ｗｎの金属表面処理用のショット
を破砕してなるグリッドを用いた。

これら充填材を原管に入れ、凍結した後既述した態様で
押曲げ装置Ｂにセットし、供試材Ａの場合は８１００ト
ンブレスにて、また供試材Ｂは１７００トンブレスを用
いて曲成した。なお、表１中曲げ半径の欄に゜゜ロング
゛とあるのは曲げ半径を外径の１市倍とした場合を、゜
“ショートとあるのは同じく外径の１．Ｏ倍とした場合
を示している。

また表１中評価欄にあるＯ印は曲成状態が正常な場合、
Δ印はＶ折のみが軽微に生じている場合、×印は従来後
工程として行われている形状修正工程での修正が出来な
い程のＶ折、ノ座屈等の形状欠陥を生じた場合を示して
いる。なお、上記ショートの場合の曲成加工は先ず当初
に曲げ半径を外径の１．５倍に荒曲げ加工を施し、次い
て外径の１．０倍に仕上げ加工を施して製造した。表１
から明らかなように氷に砂、鋼球等の硬質粒状物を組合
せて充填材とする本発明方法の場合には氷のみの場合に
比較して供試材Ａ，Ｂのいずれの場合もＴ／Ｄの小さい
領域、換言すれは薄肉管、大径管の場合に対する曲成状
態が充填材として氷のみを用いる場合に比較して格段に
良好となつている。

これは充填材としての剪断応力が氷のみの場合よりも氷
に硬質粒状物を混じることによつて著しく高められるこ
とに基くものと考えられる。なお、表１中には示してい
ないが充填材として砂のみを用いてＴ／Ｄ：５％の原管
を曲成した試験ではその曲成状態の評価は×に相当する
ものであることが確認されている。これは充填材とし−
て砂のみを用いると、本発明方法における如く、氷の潤
滑機能が得られないことに基くものと考えられる。以上
の如く本発明方法にあつては原管内の少なくとも曲け代
部分内に硬質粒状物及び氷を充填し、この氷を凍結させ
て硬質粒状物を一体に含む氷柱を介在させたから、原管
内の充填率が砂等を単独に充填する場合に比較して略１
００％を達成出来て、耐圧力が高く、加えて氷のみを充
填する場合に比較して氷柱の耐圧力も大幅に向上し、特
に、薄肉大径管に対する加工性が曲け半径の大、小の如
何にかかわらず大幅に改善され、原管の曲成に際しての
偏平化、Ｖ折、座屈等の形状欠陥の発生を確実に防止出
来、形状修正等の後処理工程が不要となるなど本発明は
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法に使用する押曲け装置の正面図、第
２図は第１図の■−■線による断面図、第３図は押曲け
装置により原管を曲成した状態を示す説明図、第４図は
一般に用いられている押抜き曲け方法の説明図、第５図
イ，口は同じく押曲げ方法の説明図である。 １・・・・・受台、２・・・・・・曲成ロール、３・・
・・・・機枠、１２・・・・・支軸、２１・・・・・・
押圧溝、Ｐ・・・・・・原管、Ｓｌ，Ｓ２・・・・・・
直管部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原管の一端部又は中間部に定めた曲げ代部分の全体
   にわたるよう原管内に水と硬質粒状物とを充填し、前記
   水を凍結させて一体の硬質粒状物入りの氷柱となした後
   、前記曲げ代部分の両端部を夫々原管の軸長方向と直交
   する方向の軸回りに回動可能に支持された受台で支持し
   つつ、曲げ代部分の中央部を受台と反対側から曲成ロー
   ルを用いて押圧し、原管をその曲げ代部分の一端部又は
   両端部に直管部を備えた状態に曲成することを特徴とす
   る管部付エルボの製造方法。