JPS61229425A - 高周波誘導加熱曲げの加工温度制御方法および装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は高周波誘導加熱法會利用したパイプの熱間臼げ
に係り、曲げ時の曲げ内側および外側の温度制御方法に
関するものでおる。

〔発明の背景〕

パイプの高周波誘導加熱曲げについては、特公昭５１−
　’１４７２．特公昭５６−１１６５．特公昭５１−１
０８３４　、　％公昭５１−１０８３３　、特公昭５７
−２６１７０．特公昭５６−１１６５．特公昭５８−２
７２７等に詳しく述べられている。その−例を以下に簡
単に一説明する。第２図は高周波誘導加熱曲げ装置を示
している。パイプ１は、本体ペース２に取付けられたブ
ツシャ摺動面３に沿って油圧あるいは電気モータで直接
的おるいは間接的に駆動され移動するブツシャ４のパイ
プクランプ１３と、アームペース５に沿って動くアーム
回転駆動部６に取付けられたアーム７に沿って動くパイ
プクランプ８とにより曲げ加工される。その際パイプ１
は、高周波誘導加熱’１Ｅ源９から高い電流に変流する
変成器１０を介して給電される加熱コイル１１により狭
加熱幅で円周方向に加熱される。

＠３図はパイプの加熱冷却曲線を示し、通常８００Ｃ〜
９５０Ｃ付近の温度域１８で曲げ加工を行なう。第４因
はパイプの変形抵抗の温度依存性を示すステンレス鋼の
データで、５００Ｃを越えると急激に変形抵抗か低下す
ることがわかる。高周波誘導加熱曲げはこの材料の変形
抵抗の温度依存性を利用している。狭幅の加熱コイルに
よシパイグを１５〜３０ｓａｍ位の軸方向の幅で円周方
向に加熱し、その部分の変形抵抗管低下させ、ブツシャ
４によりパイプを後方から押し、アーム回転駆動部６の
矢印方向への回転とともに加熱部に曲げモーメントを与
え、加工するものである。

第５（Ａ）図はパイプ１と加熱コイル１１がギャップ５
ｍｇの状態で取付けられた場仕のパイプ板厚方向の磁束
状態の解析結果を示し、第５（Ｂ）図はコイルギャップ
ｔ２０ｍにし九場合のパイプ板厚方向の磁束状態の解析
結果を示している。両者を比較して明らかなように、コ
イルギャップが小さい第５（Ａ）図の方がパイプ板厚を
貫通する磁束線密度が高い。パイプを貫通する磁束線密
度が高い程大きな誘導電流がパイプに流れるのは周知の
事実であるから、第５（Ａ）図のようにコイルをパイプ
に近づけた方が大きな誘導電流がパイプに流れる。曲げ
の外側でのパイプとコイルとのギャップを第５（Ｂ）図
のように大きくシ、曲げ内側でのパイプとコイルのギャ
ップを第５（Ａ）図のように小さくすると、曲げ外側に
は小さな誘導電流が流れ、曲げ内側には大きな誘導電流
が流れて、結果的に両者の間に温度差が付与され、曲げ
内側の方が温度が高くなる。第６図はステンレス鋼につ
いて、この現象を実数的に確認したデータである。横軸
に曲げ外側のコイルおよびパイプ間のギャップと曲げ内
側のコイルおよびパイプ間のギャップとの差をとり、縦
軸に曲は外側と曲げ内側のパイプの温度の差（曲げ外側
のギャップを曲げ内側のキャップより大きくしであるた
め、曲げ内側の温度の方が高くなっている場合のデータ
）をとったもので、コイルギャップ差が１０ｍ＋では曲
げ内側と外側パイプの温度に約ｘｏｏｃの温度差が付与
されていることを示している。またコイルギャップ差に
応じて温度差が大きくなっていることがわかる。第７図
から＠１０図は曲げ外側３０と曲げ内側３１に温度差が
付与された場合の曲げ外側３０における減肉率抑制効果
の原理を示したものである。第７図は曲げ外側３０と曲
げ内側３１に温度勾配３２が付与された状況を示すもの
で、曲げ内側３１の方が温度が高い場合を示す。

このように曲げ外側３０と曲げ内側３１で温度勾配が付
与されると、第８図の如く変形抵抗勾配が付与されるの
は第３図で説明したパイプの変形抵抗の温度依存性から
明らかである。

曲は外側３０と曲げ内側３１に変形抵抗勾配が付与され
た状態で、第９図の如くパイプの狭加熱域に曲げモーメ
ン）４１が作用すると、応力バランスはパイプの幾何学
的中心軸３６から外れ、曲げ外側の位置３７で応力的に
釣会う状態となる。

すなわち３７より、曲げ外側の３４には引張降伏応力か
、３７より曲げ内側には圧縮降伏応力３５が生成される
。

この結果パイプ１は３７の位置と一致する３８の曲げ中
立軸を中心に曲げ外側は引張歪ｔ１曲げ内側は圧縮歪を
受け、それぞれ減肉、増肉することとなる。

これは、曲げ外側の温度が曲げ内側の温度よシ低くなっ
て、中立軸が曲げ外側に移動して、曲げ側と曲げ内側の
温度が等しい場合の歪よりも曲げ外側の歪が小さくなり
、減肉率が改善されることを示している。すなわち、曲
げ外側の減肉率を改善するためには、曲げ外側の温度を
曲げ内側の温度よりも低くすれは良い。

このためには曲げ外側と曲げ内側の温度と同時に検出し
、両者の温度差を把握して、減肉率を改善する方向でコ
イルギャップ差を調整し、所望の温度差を付与すれば良
いが、実用的技術かなかった。原理的には温度差付与は
可能であるが、自動化を含め、コイルギャップ差制御に
よる曲げ内側と曲げ外側の温度差制御、すなわち曲は外
側の減肉率制御は実際的に不可能であった。

さらに次のような問題もある。第１１図に示したように
、曲げ作業開始に先立って直管の状態で曲げ外側と内側
に所定の温度差を与えたつもりでも、曲がりつつあるパ
イプでは冷却材４５がパイプに当たる位置が、内側と外
側で極端に異なる。

しかも、外側では冷却位置が直管のままの場合よりも遠
くなるから、目標まで温度が下がらず、曲げがうまくい
かなくなる慣れがある。その傾向はパイプの曲げ半径が
小さいは・ど強くなる。

曲げ加工に先立って、直管状態で条件を正確に決定し、
温度および温度差を制御する方法が従来はなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、パイプの曲げ外側（減肉側）の加工部
［１曲げ内側（増肉側）の温度よりも低くして、曲げ外
側の減肉率を改善する加工温度制御方法および装置を提
供することである。

〔発明の概要〕

本発明は、パイプの曲げ外側と内側の温度音検出し、所
望の温度差をそれらの間に与えられるように、パイプに
対して加熱コイルを偏心させ、コイルギャップを自動的
に制御する方法および装置を提供するものである。

ま九、加工前の直管状態でも曲げ作業中の温度差を正確
に設定できるように、加熱コイル部分をパイプの軸に対
して傾けられるようにしである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

本発明を適用したこのシステムは、パイプの曲は内側（
最大増肉部）温度と曲げ外側（Ｒｋ大城肉部）の温度を
検出し、両者の温度差を求め設定された温度差出力と比
較し、喰い違いがある場合に前述した曲げ内側温度と曲
げ外側温度をコイルのギャップ差の調整により一致させ
る方法で制御し、これにより曲は中立軸をパイプ幾何字
的中心より曲げ外側に移動させ、減肉率を改善するシス
テムである。本システムは、変成器移動テーブル４２゜
曲は外側温度検出器６６、曲げ内側温度検出器４７、変
成器移動テーブル駆動モータ４８．光電変換部５１，５
２．温度表示器５３，５４．アンプ５５，５６．５７．
温度設定器５８．アンプ５９、コイル移動量制御部６０
　　−”　　＃＠−寺から構成されている。パイプを加
熱コイル１１で狭域に高周波加熱し、アーム７を回転さ
せ加熱部６８に曲げ重性加工を与える。加工後に冷却リ
ング４４により空気や水等を用いて加工部分を冷却し、
曲げ内側に座屈が生じないように加熱域を制限している
。

加熱部６８の温度全測定するため、加熱コイル１１に温
度検出器ホルク゛４６，６７’ｉ介して曲げ外側の最大
減肉部と曲げ内側の最大増肉部の温度検出器４７．６７
を取付けである。温度検出器としては自動温度測定可能
で高精度な２色温度計を用いる。これは２波長帯の放射
エネルギを検出し、放射エネルギの比からブランクの公
式をベースとして温度を割出すものである。２穐のフィ
ルタを通して２波長帯の放射エネルギーを受光し、両者
の差分を直流として光ＮＫ換器５１，５２で取り出すも
ので、既に開発されたもの管使うことができる。

光電変換部５１．５２で電圧として取り出されｆｃ温度
は、温度表示計５３．５４にディジタルまたはアナログ
で表示される一方、アンプ５５゜５６を通してアンプ５
７に入り、アンプ５７から差分電圧Δ■５として出力さ
れる。さらにこの差分電圧はアンプ５９に入り、予め設
定した曲げ外側と内側のｍ度に対応して温度差設定器５
８から出力された温度差設定電圧ｖ４と比較される。ア
ンプ５９はΔｖ５とＶ４の差分電圧ΔＶａｅ出力する。

Δ■３はコイル移動量制御部６０に入る。

ここでｖ４とΔＶｓが一致する方向にコイル移動方向と
移動量を演算し、そめ指示全変成器移動テーブル４２を
動かすモータ４８に与える。

モータ４８には例えばパルスモータ等の高精度に変成器
移動テーブル４２の位置制御かできるものを使用する。

モータ４８の駆動により変成器移動テーブル４２が移動
し、これと一体となって構成されている変成器１０およ
び変成器に取付けられたコイルホルダ４３およびコイル
ホルダに取付けられた加熱コイル１１が動き、パイプの
曲げ外側でのコイルとパイプとのギャップおよびパイプ
の曲げ内側でのコイルとパイプとのギャップが変化し、
そのギャップ差が変わることとなり、曲げ内側温度と曲
げ外側温度が変化する。これにより第６図で説明したよ
うな形でギャップ差により温度差が付与され、第７図か
ら第１θ図で説明したような原理で曲げ外側の減肉率が
改善されることが可能となる。

言うまでもないが、曲げ外側と曲げ内側に温度差を付与
し、曲げ外側の減肉率ａ少なくするためには、曲げ外側
の温度を曲げ内側の温度より低く設定しておく必要があ
る。

次に、作業開始前の直管状態で曲げ加工中の曲げ外側と
曲げ内側との間の温度差を正確に設定する方法について
述べる。既に説明したように、第１１図のような方法で
は、直管状態で冷却したときと曲げつつある状態で冷却
したときとでは、条件が異なり、正確を期し難い。内側
と外側で可能な限り条件を同じにしようとして、外側の
冷却材の噴射方向を加熱コイル寄りに設定すると、所望
の加熱幅が得られなくなる。

そこで、本発明では、第１２図のノーマルな状態から、
第１３図のように、加熱コイル部分をパイプの軸に対し
て傾けて、冷却材が内側と外側で異なる方向に当九るよ
うにし、曲がり状態、をシミュレートする。傾けたこと
により、内側はよシ近い位置に、外側はより遠い位置に
冷却材が当たり、曲がったときの冷却状態に近くなる。

こうして温度差を付与すれば、加工時により正確な条件
設定が可能となる。曲げ半径やパイプ径に応じて、加熱
コイルの傾は方を変え、温度差を設定することは勿論で
ある。

〔発明の効果〕

本発明の方法および装置によれは、次の効果が得られる
。

（１）曲げ外側と曲げ内側との加工温度差を正確に制御
可能である。

（２）曲は外側の温度を曲げ内側の温度よりも適切な値
だけ低く設定できるので、曲げ外側の減肉率が改善され
る。

（３）加工前の直管状態でも加熱コイル全パイプ軸に対
して傾けることにより加工中の加熱温度をシミュレート
可能であり、試行錯誤やカンが排除され、作業の立上り
が早い。

（４）従来は、最大に減肉した場合でも安全規格に入る
ように、かなりの余裕を見込んで肉厚のパイプを用いな
ければならなかったが、減肉率の改善によシ、薄いパイ
プを用いることができ、パイプそのものの価格は勿論の
こと輸送のコストも削減され、も。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による温度差付与加工温度制御装置を示
すブロック図、第２図にパイプの高周波誘導加熱曲は装
置の概要を示す斜視図、第３図は曲は加工時の加熱冷却
温度を示す図、第４図は被加工材料の変形抵抗の温度依
存性を示す図、第５図（Ａ）はギャップ５■の、第５図
（Ｂ）はギャップが２０ｍ５＋の場合の磁束密度の違い
を示す図、第６図はコイルギャップ差と温度差との関係
を示す図、第７図から第１０図までは温度差付与による
曲げ外側減肉皐改嵜の原理を示す図、第１１図は直管状
態と曲げ状態で冷却効果が異なることを示す図、第１２
図と第１３図とは加熱コイ／Ｉ／を傾けることにより直
管状態で曲げ状態の温度差をシミュレートする方法を示
す図である。 １・・・パイプ、４・・・ブツシャ、７・・・アーム、
９・・・高周波電源、１０・・・変成器、１１・・・加
熱コイル、１８・・・熱間曲げ範囲、３０・・・曲げ外
側、３１・・・曲げ内側、３２・・・加工温度、３３・
・・変形抵抗、３４・・・引張応力分布、３５・・・圧
縮応力分布、３６・・・幾何字的中立軸、３７．３８・
・・曲げ中立軸、３９・・・圧縮歪、４０・・・引張歪
、４１・・・曲げモーメント、４４・・・パイプ冷却リ
ング、４５・・・冷却材、４６゜４７・・・温度検出器
、４８・・・モータ、５８・・・温度差設定器、６０・
・・コイル移動量制御部、６８・・・加熱部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パイプ等の被加工物を高周波誘導により加熱して曲
   げる際の加工温度制御方法において、曲げ外側と曲げ内
   側の加熱部の温度を検出し、それに応じて被加工物と加
   熱コイルとを偏心させ、所定の温度差を得ることを特徴
   とする高周波誘導加熱曲げの加工温度制御方法。 ２、パイプ等の被加工物を高周波誘導により加熱して曲
   げる際の加工温度制御装置において、曲げ外側と曲げ内
   側の加熱部の温度を検出する検出器と、その出力差から
   温度差を演算する演算器と、所望の温度差を入力する温
   度差設定器と、演算された温度差と設定温度差との偏差
   に応じて加熱コイルと被加工物とを曲げの内外方向で相
   対的に偏心させるコイル移動制御部とからなることを特
   徴とする高周波誘導加熱曲げの加工温度制御装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、温度検出器として
   ２色温度計を用いることを特徴とする高周波誘導加熱曲
   げの加工温度制御装置。 ４、特許請求の範囲第２項または第３項において、加熱
   コイルの断面中心軸を被加工物中心軸に対して傾ける機
   構を備え、冷却材が被加工物に軸方向で当たる位置を曲
   げの内側と外側で変え、加工前の被加工物に所定の温度
   差を与え、加工中の温度差をシミユーレートすることを
   特徴とする高周波誘導加熱曲げの加工温度制御装置。