KR20140034304A - 용접 강관의 제조 방법 및 용접 강관 - Google Patents

용접 강관의 제조 방법 및 용접 강관 Download PDF

Info

Publication number
KR20140034304A
KR20140034304A KR1020147003398A KR20147003398A KR20140034304A KR 20140034304 A KR20140034304 A KR 20140034304A KR 1020147003398 A KR1020147003398 A KR 1020147003398A KR 20147003398 A KR20147003398 A KR 20147003398A KR 20140034304 A KR20140034304 A KR 20140034304A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
steel pipe
welded steel
pipe
wave wavelength
wave
Prior art date
Application number
KR1020147003398A
Other languages
English (en)
Inventor
히데노리 시타모토
Original Assignee
신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 filed Critical 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Publication of KR20140034304A publication Critical patent/KR20140034304A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/02—Rigid pipes of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/087—Making tubes with welded or soldered seams using rods or strips of soldering material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/30—Finishing tubes, e.g. sizing, burnishing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
    • B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
    • B23K31/027—Making tubes with soldering or welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts
    • B21D3/14—Recontouring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/08—Tube expanders
    • B21D39/20—Tube expanders with mandrels, e.g. expandable
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/04—Tubular or hollow articles
    • B23K2101/06—Tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2103/00—Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02—Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04—Steel or steel alloys
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

뛰어난 내좌굴성을 갖는 용접 강관의 제조 방법을 제공한다. 본 실시형태에 의한 용접 강관의 제조 방법은, 용접 소관을 준비하는 공정과, 확관 헤드를 이용하여, 식 (1)에서 정의되는 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록, 용접 소관의 전장을 확관하여 용접 강관으로 하는 공정을 구비한다. D=p/λ…(1) 여기서, p는 용접 강관의 축방향의 물결 파장이며, λ는 이하의 식 (2)에서 정의되는 티모센코의 좌굴 파장이다. λ=3.44×(r×t)1/2…(2) 여기서, r은 용접 강관의 내반경이며, t는 용접 강관의 두께이다.

Description

용접 강관의 제조 방법 및 용접 강관{WELDED STEEL PIPE FABRICATION METHOD AND WELDED STEEL PIPE}
본 발명은, 강관의 제조 방법 및 그 강관에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 용접 강관의 제조 방법 및 용접 강관에 관한 것이다.
석유, 천연가스 등의 수송에는 파이프 라인이 이용된다. 파이프 라인은, 복수의 라인 파이프로 구성된다. 라인 파이프에는 예를 들면, UOE 강관으로 대표되는 용접 강관이 이용된다.
용접 강관은 예를 들면, 이하의 방법으로 제조된다. 강판의 폭방향 단부를 C프레스로 굽힘 가공한다(C성형). C성형된 강판을 U프레스로 굽힘 가공한다(U성형). U성형된 강판을 O프레스로 굽힘 가공한다(O성형). 이에 의해, 강판의 폭방향 단부끼리가 대향하는 대략 원형의 오픈 파이프가 얻어진다. 오픈 파이프에 있어서 둘레방향에서 대향하는 폭방향 단부끼리를 가용접한다. 그 후, 오픈 파이프에 대해 내면 용접 및 외면 용접을 행한다. 이상의 공정에 의해, 용접 소관이 얻어진다. 용접 소관의 진원도를 높이기 위해서, 용접 소관을 확관기로 확관한다. 이에 의해, 목적으로 하는 용접 강관(본 예는 UOE 강관)이 제조된다.
확관기는 예를 들면, 일본국 특허 공개 2006-28439호 공보에 개시된다. 확관기는, 확관 헤드를 구비한다. 확관 헤드는 용접 소관에 대해 상대적으로 용접 소관의 축방향으로 이동하면서, 용접 소관의 전장(全長)을 확관한다.
확관된 용접 강관이 파이프 라인에 이용되는 경우, 용접 강관은 뛰어난 내좌굴성이 요구된다. 파이프 라인은, 캐나다 등의 한랭지의 영구 동토 지역 또는 일본 등의 지진 발생 지역에 설치되는 경우가 있다. 영구 동토가 용해되거나, 지진이 발생하거나 함으로써 지표면이 상하 방향으로 변동하는 경우, 파이프 라인을 구성하는 용접 강관은 이 변동을 받는다. 용접 강관이 이러한 변동을 받아도, 좌굴의 발생을 억제할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은, 뛰어난 내좌굴성을 갖는 용접 강관의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 의한 용접 강관의 제조 방법은, 용접 소관을 준비하는 공정과, 확관 헤드를 이용하여, 식 (1)에서 정의되는 물결(undulation) 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록, 상기 용접 소관의 전장을 확관하여 용접 강관으로 하는 공정을 구비한다.
D=p/λ…(1)
여기서, p는 상기 용접 강관의 축방향의 물결 파장이며, λ는 이하의 식(2)에서 정의되는 티모센코(Timoschenko)의 좌굴 파장이다.
λ=3.44×(r×t)1/2…(2)
여기서, r은 상기 용접 강관의 내반경이며, t는 상기 용접 강관의 두께이다.
본 발명의 실시형태에 의한 용접 강관의 제조 방법은, 뛰어난 내좌굴성을 갖는 용접 강관을 제조할 수 있다.
도 1은, 용접 소관의 단면도이다.
도 2는, 확관기의 측면도이다.
도 3은, 본 실시형태에 의한 용접 강관의 확관 공정을 나타내는 일부 단면도이다.
도 4는, 제조된 용접 강관의 표면의 물결을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 전형적인 굽힘 모멘트와 굽힘 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 용접 강관의 굽힘 모멘트와 굽힘 변형의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 도 6의 그래프를 얻기 위해서 이용한 FEA 모델의 모식도이다.
도 8은, 도 7의 FEA 모델을 이용하여 얻어진, 한계 굽힘 변형비와 물결 파장비의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 도 8과 상이한 조건의 FEA 모델을 이용하여 얻어진, 한계 굽힘 변형비와 물결 파장비의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 도 8 및 도 9와 상이한 조건의 FEA 모델을 이용하여 얻어진, 한계 굽힘 변형비와 물결 파장비의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 발명자는, 용접 강관의 내좌굴성에 대해서 조사 및 검토했다. 그 결과, 본 발명자는 이하와 같은 지견을 얻었다.
(A) 확관기의 확관 헤드를 이용하여 용접 강관 전장을 확관한 경우, 용접 강관은 축방향으로 물결을 갖는다. 축방향의 물결은 주기성을 갖는다. 환언하면, 축방향의 물결은 파장을 갖는다. 축방향의 물결 파장은, 확관 공정에서 형성된다. 확관 헤드의 용접 소관에 대한 상대적인 이동 피치에 의거하여, 물결 파장이 정해진다.
(B) 용접 강관의 내좌굴성은, 물결 파장의 영향을 크게 받는다. 구체적으로는, 물결 파장이 식 (2)에서 정의되는 티모센코의 좌굴 파장 λ(mm)가 되는 경우, 용접 강관의 내좌굴성은 가장 낮아진다.
λ=3.44×(r×t)1/2…(2)
여기서, r(mm)은 용접 강관의 내반경이다. t는 용접 강관의 두께(mm)이다.
(C) 확관 공정에서 형성되는 용접 강관의 물결 파장을 티모센코의 좌굴 파장 λ와 상이한 값으로 하면, 용접 강관의 내좌굴성이 높아진다.
[0017]
(D) 보다 구체적으로는, 용접 강관의 물결 파장을 p(mm)로 한 경우, 식 (1)에서 정의되는 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록, 확관 공정에서 용접 소관 전장을 확관함으로써, 용접 강관의 내좌굴성을 높일 수 있다.
D=p/λ…(1)
이상의 지견에 의거하여, 본 발명자는 다음의 발명을 완성했다.
본 발명의 실시형태에 의한 용접 강관의 제조 방법은, 용접 소관을 준비하는 공정과, 확관 헤드를 이용하여, 식 (1)에서 정의되는 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록, 용접 소관의 전장을 확관하여 용접 강관으로 하는 공정을 구비한다.
이 경우, 뛰어난 내좌굴성을 갖는 용접 강관이 제조된다.
바람직하게는, 용접 소관의 전장을 확관하는 공정은, 물결 파장비가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록 확관 헤드의 이동 피치를 설정하는 공정과, 설정된 이동 피치로 용접 소관의 전장을 확관하는 공정을 포함한다.
이 경우, 용접 강관에 형성되는 물결 파장 p가, 좌굴 파장 λ와 상이한 값이 된다. 그 때문에, 용접 강관의 내좌굴성이 높아진다.
본 발명의 실시형태에 의한 용접 강관은, 전장이 확관되어 제조되며, 축방향으로 물결을 갖는다. 그리고, 식 (1)에서 구해지는 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 의한 용접 강관에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 도면 중 동일 또는 상당 부분에는, 동일 부호를 부여하여 그 설명은 반복하지 않는다.
[용접 강관의 제조 방법]
용접 강관의 제조 방법은, 용접 소관을 준비하는 공정과, 용접 소관을 확관하여 용접 강관을 제조하는 공정을 구비한다. 용접 소관을 준비하는 공정을 「준비 공정」이라 하고, 용접 소관을 확관하여 용접 강관을 제조하는 공정을 「확관 공정」이라 한다. 각 공정에 대해서 상술한다.
[준비 공정]
처음에, 도 1에 나타낸 용접 소관(12)을 준비한다. 본 실시형태에서는, 용접 소관(12)은 예를 들면, UOE 강관이다.
용접 소관(12)이 UOE 강관인 경우, 용접 소관(12)은 이하의 방법으로 제조된다. 먼저, 강판을 준비한다. 준비한 강판에, C성형, U성형 및 O성형을 이 순번으로 실시한다. 이에 의해, 강판의 폭방향 단부끼리가 대향하는 대략 원형의 오픈 파이프를 얻을 수 있다.
오픈 파이프에 있어서 둘레방향에서 대향하는 폭방향 단부끼리를 가용접한다. 그 후, 오픈 파이프에 내면 용접 및 외면 용접을 행한다. 이에 의해, 용접 소관(12)(도 1 참조)이 제조된다.
[확관 공정]
확관기를 이용하여 용접 소관(12)의 전장을 확관한다. 도 2는 확관기(100)의 측면도이다. 확관기(100)는, 본체(110)와, 액시얼 인피드(axial infeed)(105)를 구비한다. 본체(110)는, 주 실린더(101)와, 샤프트형상의 혼(102)과, 확관 헤드(103)를 구비한다. 본체(110)는 용접 소관(12)의 일단(12A)측에 배치된다. 액시얼 인피드(105)는, 용접 소관(12)의 타단부(12B)측에 배치된다.
확관 헤드(103)의 후단은, 혼(102)의 선단에 부착된다. 확관 헤드(103)의 선단은, 용접 소관(12)의 단부(12A)와 대향한다. 혼(102)의 후단은, 주 실린더(101)에 부착된다.
확관 헤드(103)는 원주형상이며, 복수의 다이스(104)가 둘레방향으로 배치된다. 혼(102) 내의 드로우 바(도시하지 않음)가 축방향으로 끌려가면, 쐐기 작용에 의해, 복수의 다이스(104)가 넓혀진다. 보다 구체적으로는, 다이스(104)가 확관 헤드(103)의 반경 방향으로 이동하여 넓혀진다. 이때 복수의 다이스(104)가 용접 소관(12)을 넓혀 확관한다. 드로우 바를 원래대로 되돌리면, 복수의 다이스(104)도 원래의 위치로 되돌아오고, 1회의 확관 동작이 종료된다.
액시얼 인피드(105)는, 용접 소관(12)의 단부(12B)측에 배치된다. 액시얼 인피드(105)는, 그리퍼(106)를 구비한다. 그리퍼(106)는, 용접 소관(12)의 단부(12B)를 파지한다. 액시얼 인피드(105)는, 그리퍼(106)에 의해 용접 소관(12)을 파지하면서, 축방향으로 소정의 이동 피치로 이동한다. 그 때문에, 용접 소관(12)은, 본체(110)측으로 축방향으로 소정의 이동 피치로 이송된다. 그 결과, 확관 헤드(103)는, 용접 소관(12)에 대해 상대적으로 액시얼 인피드(105)측으로 이동한다.
액시얼 인피드(105)가 1회의 이동 피치분만큼 용접 소관(12)을 이송한 후, 확관 헤드(103)에 의한 1회의 확관 동작을 실시한다.
도 3은, 확관 동작의 모식도이다. 도 3을 참조하여, 확관 헤드(103)는, 상술한 바와 같이, 용접 소관(12) 내를 단부(12A)측으로부터 단부(12B)측으로 상대적으로 이동한다. 도 3은, n단계째의 확관 헤드(103)의 위치와, (n+1) 단계째의 확관 헤드(103)의 위치를 나타낸다. n단계째에서의 확관 동작을 종료한 후, n+1 단계째에서, 액시얼 인피드(105)는, 용접 소관(12)을 이동 피치 PI만큼 본체(110)측(단(12A)측)으로 이송한다. 이에 의해, 확관 헤드(103)는, 용접 소관(12)에 대해서 상대적으로 이동 피치 PI만큼 액시얼 인피드(105)측(단부(12B)측)으로 이동한다. 이동 후, 확관 헤드(103)의 복수의 다이스(104)를 넓혀, 용접 소관(12)을 확관한다. 상술한 이동 피치 PI는, 1회의 확관 동작당 이동거리에 상당한다.
이동 피치 PI는, 예를 들면, 확관 헤드(103)의 형상, 액시얼 인피드(105)의 구동력(용접 소관(12)을 이송하는 외력), 용접 소관(12)의 화학 조성 및 강도 그레이드, 용접 소관(12)의 두께 등에 따라서 적절히 변경된다.
확관 헤드(103)는, 이동 피치 PI분만큼 이동할 때마다 확관 동작을 반복하고, 용접 소관(12) 내를 단부(12A)에서 단부(12B)로 상대적으로 이동한다. 이상의 공정에 의해, 확관 헤드(103)는 용접 소관(12)의 전장을 확관하고, 용접 강관을 제조한다.
도 4는, 제조된 용접 강관 외표면의 축방향의 물결을 나타내는 모식도이다. 도 4의 횡축은 용접 강관의 축방향 거리(용접 강관 축방향 중앙을 「0」라고 규정함)이며, 도 4의 종축은, 물결량을 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 용접 강관의 외표면 성상은 일정하지 않고, 축방향으로 파장 p의 물결을 갖는다. 이하, 파장 p를 「물결 파장」이라고 칭한다.
물결 파장 p는, 이동 피치 PI에 대응한다. 보다 구체적으로는, 물결 파장 p는, 이동 피치와 실질적으로 동일하다.
상술한 용접 강관 표면의 물결은, 이하와 같은 이유에 의해 발생한다고 추정된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, n+1회째의 확관 영역의 후부는, n번째의 확관 영역의 전부과 오버랩된다. 오버랩되지 않도록 확관하는 경우, n+1회째와 n번째 사이에 확관되어 있지 않은 부분이 발생할 수 있다. 그러한 케이스가 발생하지 않도록, n+1회째와 n번째의 확관 부분은 일부 오버랩되도록 확관된다. 이러한 오버랩 부분의 존재에 의해, 용접 강관 표면의 축방향으로 물결이 발생한다고 추정된다.
용접 강관에 있어서, 물결 파장 p가, 식 (2)에서 정의되는 티모센코의 좌굴 파장 λ와 같은 경우, 용접 강관의 변형능이 가장 저하되어, 좌굴이 발생한다.
λ=3.44×(r×t)1/2…(2)
도 5는, 용접 강관에 굽힘 모멘트를 부여한 경우의 전형적인 굽힘 모멘트와 굽힘 변형의 관계를 나타내는 도면이다. 굽힘 모멘트가 최대 굽힘 모멘트(Mmax)에 도달했을 때, 좌굴이 발생한다. 최대 굽힘 모멘트(Mmax)에 있어서의 굽힘 변형을, 한계 굽힘 변형 εc라고 정의한다. 한계 굽힘 변형 εc가 클수록, 용접 강관의 내좌굴성은 높아진다.
확관 공정에서는, 제조된 용접 강관에 있어서, 식 (1)에서 정의되는 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록, 용접 소관의 전장을 확관한다. 그 때문에, 제조된 용접 강관의 내좌굴성이 향상된다. 그 이유는 이하와 같다.
도 6은, 상이한 물결 파장을 갖는 용접 강관의 굽힘 모멘트와 굽힘 변형의 관계를 나타내는 도면이다. 도 6은 다음의 방법에 의해 구했다. 도 7에 나타낸 FEA(Finite Element Analysis) 모델(10)을 이용하여, FEA를 실시했다. FEA에는, 범용의 탄소성 유한 요소법 해석 소프트 MSC. Marc를 사용했다. FEA 모델(10)에서는, 기하학적 대칭성을 고려하여, 용접 강관의 1/4 부분(축방향으로 1/2, 반경 방향으로 1/2의 부분)을 모델화했다. 용접 강관의 축방향 길이는, 용접 강관의 직경 OD의 10배(10OD)를 상정했다. 도 7 중의 FEA 모델(10)의 좌단(10L)은, 용접 강관의 중앙에 상당했다. FEA 모델(10)의 우단(10R)은, 용접 강관의 단에 상당했다. 내압으로서 12MPa의 압력을 상정했다. 우단(10R)에는, FEA 모델(10)의 중심축으로부터 하방으로 10OD의 거리에서부터 FEA 모델(10)의 축방향으로 변위를 부가했다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 기하학적 초기 결함으로서, 용접 강관 중앙부의 외표면에는, 중앙부를 진폭의 피크로 하는 3p/4의 물결 파장을 축방향에 형성했다.
FEA 모델인 용접 강관의 강도 그레이드는 X80 그레이드(0.2% 내력이 555MPa 이상)로 했다. 외경은 1219mm(48인치)로 했다. 두께는 24mm로 했다. 식 (2)에 의거하는 좌굴 파장 λ는, 408mm였다.
물결 파장 p를 0.6λ 및 1.0λ로 설정한 2개의 FEA 모델을 해석하여, 각 FEA 모델에 있어서의 굽힘 모멘트 및 굽힘 변형을 구했다. 이 때, FEA 모델(10)의 물결의 진폭 d는 일정(0.73mm=0.06%OD)하게 했다. 얻어진 결과에 의거하여, 도 6을 작성했다.
도 6을 참조하여, 도 6 중의 실선은, 물결 파장 p=0.6λ의 굽힘 모멘트-굽힘 변형 곡선이다. 도 6 중의 파선은, 물결 파장 p=1.0λ의 굽힘 모멘트-굽힘 변형 곡선이다. 물결 파장 p=0.6λ인 경우, 물결 파장 p=1.0λ인 경우에 비해, 한계 굽힘 변형량이 커졌다. 즉, 물결 파장 p가 좌굴 파장 λ와 상이한 값인 쪽이, 용접 강관의 내좌굴성이 향상되었다.
여기서, 도 7에 나타낸 FEA 모델(10)을 이용하여, 물결 파장 p를 0.6λ~3.0λ까지 더 변화시키고, 각 물결 파장 p에 있어서의 한계 굽힘 변형을 구했다. 이 때, FEA 모델(10)에 있어서의 용접 강관의 두께를 24mm로 했다. 또, 다른 조건은 도 6을 얻기 위한 FEA 조건과 같게 했다.
도 8은, 상기 FEA 결과를 나타내는 도면이다. 도 8의 횡축은 식 (1)에서 정의되는 물결 파장비 D(단위는 무차원)를 나타낸다.
물결 파장비 D=p/λ…(1)
도 8의 종축은, 식 (3)에서 정의되는 한계 굽힘 변형비(단위는 무차원)를 나타낸다.
한계 굽힘 변형비=물결 파장 p에 있어서의 한계 굽힘 변형/물결 파장 p=1.0λ인 경우에 있어서의 한계 굽힘 변형…(3)
도 8을 참조하여, 물결 파장비 D가 1.0보다도 커짐에 따라, 한계 굽힘 변형비는 서서히 증대하고, 물결 파장비 D가 1.8 이상이 되면, 물결 파장비 D의 증대와 더불어 한계 굽힘 변형비가 현저하게 증대했다. 한편, 물결 파장비 D가 1.0보다도 작아짐에 따라, 한계 굽힘 변형비는 증대하고, 물결 파장비 D가 0.8 이하가 되면, 물결 파장비 D의 저하와 더불어 한계 변형비가 현저하게 증대했다.
또한, 후술하는 실시예에서 나타내는 바와 같이, 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이면, 용접 강관의 두께가 변화해도, 뛰어난 내좌굴성을 얻을 수 있었다.
따라서, 확관 공정에 있어서, 제조된 용접 강관의 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록, 확관 헤드(103)를 이용하여 용접 소관(12)의 전장을 확관한다. 이에 의해, 용접 강관의 내좌굴성이 향상된다.
물결 파장비 D를 0.8 이하 또는 1.8 이상으로 하기 위해서, 예를 들면, 확관 공정은, 이동 피치 설정 공정과 확관 동작 공정을 포함한다. 이동 피치 설정 공정에서는, 확관 헤드(103)를 이동시키는 이동 피치 PI를 조정하여, 물결 파장비 D를 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록 이동 피치 PI를 설정한다. 확관 동작 공정에서는, 설정된 이동 피치 PI로 확관 헤드(103)를 이동시키면서, 용접 소관(12)의 전장을 확관한다.
상술한 바와 같이, 물결 파장 p는 이동 피치 PI에 대응한다. 보다 구체적으로는, 물결 파장 p는 이동 피치 PI와 실질적으로 같아진다.
따라서, 이동 피치 PI를 조정함으로써, 용접 강관의 물결 파장 p를 용이하게 조정할 수 있다.
또한, 확관 헤드(103)의 다이스(104)의 표면에, 축방향으로 연장되는 물결을 미리 형성해도 된다. 이 경우 형성된 물결 파장 p를 0.8λ 이하 또는 1.8λ 이상으로 한다. 이러한 다이스(104)를 이용하면, 다이스의 표면이 용접 소관을 넓힐 때, 다이스(104)의 표면의 물결이 용접 소관에 전사되어, 용접 소관의 내면 및 외면에 0.8λ 이하 또는 1.8λ 이상의 물결 파장 p가 형성된다.
바람직하게는, 확관 공정에 있어서, 제조된 용접 강관의 물결 파장비 D가 0.8 이하가 되도록, 용접 강관을 확관한다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 물결 파장비 D가 1.0보다도 커지는 경우보다도, 물결 파장비가 1.0 미만이 되는 경우가, 물결 파장비의 변동에 따른 한계 굽힘 변형비의 변동이 크다. 그 때문에, 물결 파장비가 0.8 이하인 경우, 내좌굴성이 현저하게 증대한다. 물결 파장 p가 작은 쪽이, 용접 강관의 강성이 높아지기 때문이라고 생각된다.
더욱 바람직하게는, 확관 공정에 있어서, 제조된 용접 강관의 물결 파장비 D가 0.6 미만이 되도록, 용접 강관을 확관한다. 이 경우, 확관한 후의 용접 강관의 진원도가 향상된다.
실시예
상술하는 FEA를 실시했다. 구체적으로는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 마크 1 및 마크 2의 FEA 모델을 준비했다. 마크 1의 FEA 모델의 용접 강관의 두께는 18mm였다. 마크 2의 FEA 모델의 용접 강관의 두께는 30mm였다. 마크 1 및 마크 2의 FEA 모델의 강도 그레이드 및 외경은, 상술한 두께 24mm인 FEA 모델과 같았다. 이하, 두께 24mm인 FEA 모델을 마크 3이라 칭한다.
Figure pct00001
구체적으로는, 마크 1~마크 3의 강도 그레이드는 X80(0.2% 내력이 555MPa 이상)이며, 외경은 1219mm(48인치)였다. 마크 1의 좌굴 파장 λ는 355mm이며, 마크 2의 좌굴 파장은 454mm였다. 해석에 의해 평가한 물결 파장 p의 범위는, 두께 24mm인 경우와 마찬가지로, 0.6λ~3.0λ로 했다. FEA에 의해, 각 물결 파장 p에 있어서의 한계 굽힘 변형을 구했다. 그리고, 얻어진 한계 굽힘 변형을 이용하여, 물결 파장비 D와 한계 굽힘 변형비의 관계를 나타내는 도면을 작성했다.
[시험 결과]
도 9는 마크 1의 물결 파장비 D와 한계 굽힘 변형의 관계를 나타내는 도면이다. 도 10은, 마크 2의 물결 파장비 D와 한계 굽힘 변형의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9(마크 1), 도 10(마크 2) 및 도 8(마크 3)을 참조하여, 마크 1~3 어느 것에서나, 물결 파장비 D를 0.8 이하 또는 1.8 이상으로 한 경우, 한계 굽힘 변형비가 현저하게 증대했다. 그리고, 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상인 경우, 한계 굽힘 변형비는 1.03 이상이 된다고 판명되었다. 환언하면, 물결 파장비 D를 0.8 이하 또는 1.8 이상으로 한 경우에, 용접 강관의 내좌굴성이 높아졌다.
이상, 본 발명의 실시형태에 대해서 상술했는데, 이들은 어디까지나 예시이며, 본 발명은, 상술한 실시형태에 의해서 전혀 한정되지 않는다.
본 발명은, 용접 강관의 제조 방법에 널리 이용할 수 있으며, 특히, 파이프 라인에 이용되는 용접 강관의 제조 방법에 적합하다. 더 구체적으로는, UOE 강관의 제조 방법에 적절하다.

Claims (3)

  1. 용접 소관을 준비하는 공정과,
    확관 헤드를 이용하여, 식 (1)에서 정의되는 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록, 상기 용접 소관의 전장(全長)을 확관하여 용접 강관으로 하는 공정을 구비하는, 용접 강관의 제조 방법.
    D=p/λ…(1)
    여기서, p는 상기 용접 강관의 축방향의 물결 파장이며, λ는 이하의 식 (2)에서 정의되는 티모센코(Timoshenko)의 좌굴 파장이다.
    λ=3.44×(r×t)1/2…(2)
    여기서, r은 상기 용접 강관의 내반경이며, t는 상기 용접 강관의 두께이다.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 용접 소관의 전장을 확관하는 공정은,
    상기 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상이 되도록 상기 확관 헤드의 상기 용접 소관에 대한 상대적인 이동 피치를 설정하는 공정과,
    설정된 상기 이동 피치로 상기 용접 소관의 전장을 확관하는 공정을 포함하는, 용접 강관의 제조 방법.
  3. 전장이 확관되어 제조되고,
    축방향으로 물결을 갖고,
    이하의 식 (1)로부터 구해지는 물결 파장비 D가 0.8 이하 또는 1.8 이상인 용접 강관.
    D=p/λ…(1)
    여기서, p는 용접 강관의 물결 파장이며, λ는 이하의 식 (2)로부터 구해지는 티모센코의 좌굴 파장이다.
    λ=3.44×(r×t)1/2…(2)
    여기서, r은 상기 용접 강관의 내반경이며, t는 상기 용접 강관의 두께이다.
KR1020147003398A 2011-08-30 2012-08-30 용접 강관의 제조 방법 및 용접 강관 KR20140034304A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011186782A JP5447461B2 (ja) 2011-08-30 2011-08-30 溶接鋼管の製造方法及び溶接鋼管
JPJP-P-2011-186782 2011-08-30
PCT/JP2012/071970 WO2013031879A1 (ja) 2011-08-30 2012-08-30 溶接鋼管の製造方法及び溶接鋼管

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140034304A true KR20140034304A (ko) 2014-03-19

Family

ID=47756358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147003398A KR20140034304A (ko) 2011-08-30 2012-08-30 용접 강관의 제조 방법 및 용접 강관

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9004341B2 (ko)
EP (1) EP2752255B1 (ko)
JP (1) JP5447461B2 (ko)
KR (1) KR20140034304A (ko)
CN (1) CN103781567B (ko)
CA (1) CA2846476C (ko)
WO (1) WO2013031879A1 (ko)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9601265B2 (en) 2012-09-26 2017-03-21 Denso Wave Incorporated Wireless power transmission apparatus and direct drive type system including the apparatus
JP5929968B2 (ja) * 2013-06-07 2016-06-08 Ｊｆｅスチール株式会社 Ｕｏｅ鋼管及び該ｕｏｅ鋼管で形成された鋼管構造物
CA2977922C (en) 2015-03-12 2019-09-17 Jfe Steel Corporation Steel pipe, steel pipe structure, method for manufacturing steel pipe, and method for designing steel pipe
WO2016185523A1 (ja) * 2015-05-15 2016-11-24 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 座屈波形鋼管
JP6539562B2 (ja) * 2015-10-16 2019-07-03 株式会社三五 フランジの成形方法
CA3046590C (en) 2016-12-20 2021-10-26 Jfe Steel Corporation Method of evaluating deformability of steel pipe and method of manufacturing steel pipe
CA3161596A1 (en) * 2019-11-15 2021-05-20 J. Ray Mcdermott, S.A. Hybrid mechanically lined pipe methods and apparatus
CN113926933A (zh) * 2021-10-18 2022-01-14 宏管热交换科技(江苏)有限公司 超高精度、超薄壁的铝方管的制备方法
CN117505666B (zh) * 2023-12-22 2024-04-05 湘潭华进重装科技股份有限公司 一种适用于嵌套复合管的加工装置及加工方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3513682A (en) * 1967-07-13 1970-05-26 Anaconda American Brass Co Method for processing welded tube
US3716908A (en) * 1971-09-27 1973-02-20 Anaconda American Brass Co Method for welding
JPS529434B2 (ko) * 1972-10-28 1977-03-16
US3977068A (en) * 1975-07-14 1976-08-31 Balcke-Durr Aktiengesellschaft Device and method for expansion-swaging tubes into the bores of a tube plate
JPS53104563A (en) * 1977-02-25 1978-09-11 Sumitomo Metal Ind Ltd Mechanical pipe expansion method
FR2442100A2 (fr) * 1978-11-27 1980-06-20 Saurin Emmanuel Procede de fabrication de corps tubulaires, notamment de boites de conserves, et dispositif pour l'execution de ce procede
US4232541A (en) * 1979-01-23 1980-11-11 The Babcock & Wilcox Company Drawing technique
DE2911403A1 (de) * 1979-03-23 1980-09-25 Kabel Metallwerke Ghh Verfahren und vorrichtung zur herstellung laengsnahtgeschweisster rohre aus metallen
JPS5825758B2 (ja) * 1979-11-22 1983-05-30 日本鋼管株式会社 溶接塗装缶用鋼板
JPH08300069A (ja) * 1995-04-28 1996-11-19 Nkk Corp 金属管の拡管方法及び拡管装置
JPH11188485A (ja) * 1997-12-25 1999-07-13 Nkk Corp 溶接缶胴の製造方法
AU2002255878A1 (en) * 2001-03-21 2002-10-08 Mirant International Asset Management And Marketing, Llc Pipeline inspection system
JP2006289439A (ja) * 2005-04-11 2006-10-26 Sumitomo Metal Ind Ltd Ｕｏｅ鋼管の拡管方法および装置
WO2008108450A1 (ja) * 2007-03-02 2008-09-12 Nippon Steel Corporation 電縫鋼管の製造方法および高Ｓｉまたは高Ｃｒ含有電縫鋼管
JP4903635B2 (ja) * 2007-06-18 2012-03-28 新日本製鐵株式会社 変形能に優れたラインパイプ用ｕｏｅ鋼管
JP5035287B2 (ja) * 2009-03-27 2012-09-26 Ｊｆｅエンジニアリング株式会社 座屈波形鋼管
CA2868973C (en) * 2012-04-02 2016-11-01 Jfe Steel Corporation Uoe steel pipe and structure

Also Published As

Publication number Publication date
CA2846476A1 (en) 2013-03-07
EP2752255A4 (en) 2015-11-11
EP2752255A1 (en) 2014-07-09
JP5447461B2 (ja) 2014-03-19
CA2846476C (en) 2015-11-24
RU2014112029A (ru) 2015-10-10
CN103781567A (zh) 2014-05-07
WO2013031879A1 (ja) 2013-03-07
US20140202576A1 (en) 2014-07-24
JP2013049061A (ja) 2013-03-14
EP2752255B1 (en) 2016-10-19
CN103781567B (zh) 2015-08-26
US9004341B2 (en) 2015-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140034304A (ko) 용접 강관의 제조 방법 및 용접 강관
CN104203443B (zh) Uoe钢管及构造物
CN104364027A (zh) 异径管状零件的制造方法及成形模具
JP5262746B2 (ja) Ｕｏｅ金属管の管端形状矯正方法
JP2008175055A (ja) 窪み付き鋼管杭及びその鋼管杭を使用した複合鋼管杭
CN104271279B (zh) 钢管的制造方法
JP5541432B1 (ja) 鋼管の製造方法
JP2009285711A (ja) 耐座屈性能に優れる電縫管の製造方法
JP4903635B2 (ja) 変形能に優れたラインパイプ用ｕｏｅ鋼管
JP5929968B2 (ja) Ｕｏｅ鋼管及び該ｕｏｅ鋼管で形成された鋼管構造物
JP5298646B2 (ja) 耐座屈性能に優れる電縫管ラインパイプの製造方法
RU2574557C2 (ru) Способ производства сварных стальных труб и сварная стальная труба
KR101461748B1 (ko) 조관 방법 및 c 성형기
JP5382250B2 (ja) 鋼管及び該鋼管で形成されるパイプライン、鋼管杭、鋼管矢板
JP6066022B1 (ja) 鋼管、鋼管構造物、鋼管の製造方法、及び鋼管の設計方法
JP5376002B2 (ja) Ｕｏｅ鋼管
KR20120075252A (ko) 조관 방법 및 조관 장치
JP5298645B2 (ja) 耐座屈性能に優れる電縫管ラインパイプの製造方法
CN117001283A (zh) 一种超薄短波距s型金属膨胀节的成形方法
JP2004034060A (ja) テイラードチューブおよびその製造方法
JP2012006069A (ja) 圧潰特性に優れた鋼管
JP2008080373A (ja) スパイラル鋼管の製造方法
JP2009285705A (ja) 耐座屈性能に優れる電縫管の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application