WO2007102602A1 - メカニカルエキスパンダー及び継目無鋼管の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a mechanical expander for expanding a pipe end portion of a seamless steel pipe used in a pipeline for transporting fluids of oil and natural gas, and a seamless steel pipe using the mechanical expander.
- the present invention relates to a method of manufacturing a seamless steel pipe in which the pipe end portion is expanded.
- connection (circumferential welding) between steel pipes for line pipes is performed at the laying site.
- the seamless steel pipe to be used is required to have welding characteristics such as weldability, that is, weld defects with high welding efficiency are unlikely to occur.
- the inner diameter of the pipe end part (with a pipe opening force of 100 mm in the longitudinal direction, preferably between 300 mm) is particularly high and dimensional. It is necessary to ensure accuracy.
- Patent Document 1 discloses a method of correcting the inner diameter of the tube end portion by inserting a plug having a cylindrical body portion. Further, Patent Document 2 discloses that the material of the tube expansion die is changed to synthetic resin and the die segment is made elastic to expand the tube. Patent Document 1: Japanese Patent No. 2820043
- Patent Document 2 Japanese Patent No. 2900819
- the problem to be solved by the present invention is that, in order to improve the accuracy of the inner diameter of a pipe end portion of a seamless steel pipe manufactured in the hot state, the conventional technique reduces the strength, It is difficult to uniformly expand the tube from the end to the long side.
- An object of the present invention is to improve the accuracy of the inner diameter of a pipe end portion of a seamless steel pipe manufactured hot.
- the mechanical expander of the present invention inserts a cone and a die into the end of the tube to be expanded, and with the die fixed to the end of the tube, the cone is pulled out in the axial direction toward the outside of the tube.
- a mechanical expander that expands the end of the pipe by expanding the die outward in the radial direction by the action, and the outer periphery of the back end of the pipe is larger than the radius of the outer peripheral surface of the pipe mouth side on the outer periphery of the die.
- the method for manufacturing a seamless steel pipe according to the present invention includes a die formed with a taper on the outer periphery of the body portion, in which the radius of the outer peripheral surface at the back end of the tube is larger than the radius of the outer peripheral surface on the tube port side.
- the main feature of the mecha-cal expander is to expand the tube end.
- the taper value provided on the outer periphery of the body portion of the die is determined based on the experimental results of the inventors described later.
- the inventors examined the application of the mechanical expander that is used when manufacturing UOE steel pipes and that is expanded with a diameter-expandable pipe-expanding die only to the end part of the pipe.
- the mechanical expander includes a die 1 inserted into the inner surface of the steel pipe P to be expanded, and a cone 2 that pushes the die 1 to the inside force outward.
- the die 1 is divided into a plurality of parts in the circumferential direction, the outer surface of the body la contacting the inner surface of the steel pipe P is parallel to the steel tube axis, and the inner surface contacting the outer surface of the cone 2 is the inner surface of the steel pipe P.
- the side to be inserted into the part has a tapered shape with a large diameter.
- the outer surface of the cone 2 in contact with the die 1 has a taper shape with the same angle as the inner surface of the die 1, and the side to be inserted into the inner part of the steel pipe P has a large diameter.
- a method of expanding the steel pipe P using such a mechanical expander is as follows.
- the cone 2 is inserted into the end of the steel pipe P, and then the body la of the die 1 is inserted into the end of the steel pipe P.
- the steel pipe P can be expanded to a plurality of inner diameters with one mechanical expander. it can.
- the inventors have expanded the diameter of only the pipe end portion of the seamless steel pipe by a method of expanding with a tube expansion die having a freely expandable diameter. As a result, although the inner diameter of the tube port could be controlled within a tolerance within a predetermined range, the inner diameter of the tube port was larger than the inner diameter of the inner part of the tube.
- the gap dl between the die 1 and the cone 2 at the back end side of the barrel la is larger than the gap d2 between the cone 2 and the cone 2 at the pipe opening, and simultaneously acts on the back end of the barrel la. Since the pressure is higher than the surface pressure acting on the tube opening, as shown in FIG. 2 (b), the die 1 is inclined with respect to the tube axis at the end of tube expansion processing. As a result, it was found that the inner diameter of the pipe mouth of the steel pipe P was larger than the inner diameter of the inner part of the pipe.
- the steel pipe used in the experiment is a steel pipe having an outer diameter of 323.9 mm and a wall thickness of 25.4 mm.
- the axial length of the outer periphery of the body is 100 mm, and the outer periphery of the body is tapered to 0.5 mm, lmm, which is 0.5 mm larger than the outer periphery of the tube.
- a die with a difference in outer half diameter (0.5 mm and lmm) and a die without a taper were inserted, and these dice were expanded outwardly by pulling out the cone to expand the diameter.
- the inner peripheral surface of the inner part of the pipe of the die used was worn by 0.5 mm in the radial direction.
- the outer radius difference of the die body is lmm (If the body length is 100mm, the 2Z100 teno is used, so that the die wear amount force Omm is within the range of 2mm.
- the inner diameter difference of can be 1. Omm or less.
- the outer radius difference of the die body is 0.5 to 1.5 mm (If the body length is 100 mm, the die wear force from Omm to 2. Omm can be reduced to 1Z100 to 3Z100. Within the range, the difference in the inner radius between the tube end and the tube back of the straightened part can be 1.5mm or less.
- FIG. 1 is a schematic explanatory view of a mechanical expander, where (a) is a longitudinal sectional view of a main part, and (b) is an AA sectional view of FIG. (A).
- FIG. 2 (a) is a diagram for explaining a gap generated between a die and a cone, and (b) is a diagram showing a tilt of the die caused by wear on the back end side of the die at the moon.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a mechanical expander according to the present invention.
Abstract
【課題】熱間で製造される継目無鋼管の管端部分の内径寸法精度を向上する。
【解決手段】拡管すべき管端部にコーン２とダイス１を挿入し、ダイス１を管端部に固定した状態でコーン２を管外に向けて軸方向に引き抜くことにより楔作用によってダイス１を半径方向外方に押し広げて管端部を拡管するメカニカルエキスパンダーである。ダイス１の胴部１ａ外周に、管口側の外周面の半径に比べて管奥端の外周面の半径がたとえば１mm大きくなるテーパを形成する。このメカニカルエキスパンダーで、管端部を拡管して継目無鋼管を製造する。
【効果】敷設場所での円周溶接によって鋼管同士を接続する際に、現地溶接施工性に優れた特性を発揮する、管端寸法精度の良好な継目無鋼管を製造することができる。
Description
明 細 書
メカニカルエキスパンダー及び継目無鋼管の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、石油や天然ガスの流体輸送用パイプライン等に用いられる継目無鋼管 の管端部を拡管するためのメカ-カルエキスパンダー、およびこのメカ-カルエキス パンダーを用いて継目無鋼管の管端部を拡管する継目無鋼管の製造方法に関する ものである。
背景技術
[0002] 前記パイプラインを敷設する場合、ラインパイプ用の鋼管同士の接続 (周溶接)は 敷設現場で行われる。
従って、使用される継目無鋼管には、溶接施工性、すなわち溶接能率が高ぐ溶接 欠陥が発生しにく 、と 、う特性が要求される。
[0003] そのため、溶接部における内径には高い寸法精度が要求される。また、溶接欠陥 が発生した場合は、その溶接部を除去して再度溶接を行うため、特に管端部分 (管 口力も長手奥方向に 100mm、望ましくは 300mmの間）の内径には高 、寸法精度を 確保する必要がある。
[0004] ところで、熱間で製造される継目無鋼管は、冷間で製造される溶接鋼管と比較して 、溶接施工性に大きな影響を与える内径寸法精度を狭公差で確保することが困難な 場合がある。従って、特に管端部分の内径寸法精度を確保するために、グラインダー または切削機を使用した修正、または冷間加工による修正などが一般的に採用され ている。
[0005] また、円柱状の胴部を有するプラグを挿入することで、管端部分の内径を矯正する 方法が特許文献 1に開示されている。また、拡管ダイスの材質を合成樹脂に変更して ダイス ·セグメントに弾性を持たせて拡管するものが特許文献 2に開示されている。 特許文献 1：特許第 2820043号公報
特許文献 2：特許第 2900819号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] し力しながら、グラインダーまたは切削機による修正では管端部分の厚さが薄くなる ため、鋼管同士の接続部分における強度が低下する懸念がある。力!]えて、グラインダ 一による修正は、管端力 長手奥方向への均一修正が困難である。
[0007] また、特許文献 1や特許文献 2で開示されている技術によれば、管端部分の厚さが 薄くなると ヽぅ問題は解決できる力 ダイス ·セグメントやプラグの胴部が同じ外径であ るために、後述するように管端力 長手奥方向への均一な拡管が困難である。加え て、特許文献 1の場合は、多種多様なサイズに対応するためには、多数のプラグを作 成する必要があり、製造コストが高くなる。
[0008] 本発明が解決しょうとする問題点は、熱間で製造される継目無鋼管の管端部分の 内径寸法精度の向上のためには、従来の技術では、強度が低下したり、管端から長 手奥方向への均一な拡管が困難であるという点である。
課題を解決するための手段
[0009] 本発明は、熱間で製造される継目無鋼管の管端部分の内径寸法精度を向上する ことを目的としている。
そのために、本発明のメカ-カルエキスパンダーは、拡管すべき管端部にコーンと ダイスを挿入し、ダイスを管端部に固定した状態でコーンを管外に向けて軸方向に 引き抜くことにより楔作用によってダイスを半径方向外方に押し広げて管端部を拡管 するメカ-カルエキスパンダーであって、前記ダイスの胴部外周に、管口側の外周面 の半径に比べて管奥端の外周面の半径が大きくなるテーパを形成したことを最も主 要な特徴としている。
[0010] また、本発明の継目無鋼管の製造方法は、胴部外周に、管口側の外周面の半径 に比べて管奥端の外周面の半径が大きくなるテーパを形成したダイスを有するメカ- カルエキスパンダーで、管端部を拡管することを最も主要な特徴として 、る。
[0011] 本発明にお 、て、好ま 、ダイスの胴部外周に設けるテーパの値は、後述する発 明者らの実験結果に基づ 、て決定されたものである。
発明の効果
[0012] 本発明によれば、敷設場所での円周溶接によって鋼管同士を接続する際に、現地
溶接施工性に優れた特性を発揮する、管端寸法精度の良好な継目無鋼管を製造す ることがでさる。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下、本発明を実施するための最良の形態について、本発明の着想から課題解決 に至るまでの経過と共に、添付図面を用いて詳細に説明する。
[0014] 先に説明したように、特許文献 1で開示されているような、プラグ挿入による拡管で 多種多様なサイズの鋼管を修正するためには、多数のプラグを作成する必要があり、 製造コストが高くなる。
[0015] そこで、発明者らは、 UOE鋼管の製造時に使用されている、拡径自在の拡管ダイ スによって押し広げるメカ-カルエキスパンダーを、管端部分にのみ適用することに ついて検討した。
[0016] メカ-カルエキスパンダーは、図 1に示したように、拡管する鋼管 Pの内面に挿入さ れるダイス 1と、そのダイス 1を内側力 外側に押し広げるコーン 2を備えている。
[0017] このうち、ダイス 1は周方向に複数に分割され、鋼管 Pの内面と接触する胴部 laの 外面は鋼管軸と平行に、コーン 2の外面と接触する内面は、鋼管 Pの奥部に挿入す る側が大径となるテーパ形状となされて 、る。
[0018] 一方、コーン 2のダイス 1と接触する外面は、鋼管 Pの奥部に挿入する側が大径とな る、ダイス 1の内面と同じ角度のテーパ形状となされて 、る。
[0019] このようなメカ-カルエキスパンダーを用いて鋼管 Pを拡管する方法は、次の通りで ある。
先ず、コーン 2を鋼管 Pの端部に挿入し、ついでダイス 1の胴部 laを鋼管 Pの端部 に挿入する。
[0020] 次に、ダイス 1を鋼管 Pに固定した状態で、コーン 2を管外に向けて軸方向に引き抜 く。このコーン 2の引き抜きにより、コーン 2とダイス 1に設けた両テーパの楔作用によ つてダイス 1が半径方向外方に押し広げられる。
[0021] 従って、コーン 2の前記引き抜き量を制御することにより、ダイス 1による鋼管 Pの押 し広げ量を制御できるので、 1つのメカ-カルエキスパンダーで複数の内径へ鋼管 P を拡管することができる。
[0022] 発明者らは、拡径が自在な拡管ダイスによって押し広げる方法により、継目無鋼管 の管端部分のみの拡径を行った。その結果、管口部の内径を所定範囲の公差内に 制御することができたものの、管口部の内径は管奥部の内径よりも大きくなつていた。
[0023] 管軸方向に均一な内径を得るためには、拡管時における作用面 (鋼管内面が接触 するダイスの胴部外周面）が、管軸に対して平行な状態で加工を完了させる必要が ある。
[0024] し力しながら、管端部分のみの拡管作業の場合、ダイス 1の胴部 la奥端は拡管され ない鋼管 P部分に拘束されるため、胴部 laの管口側に対して奥端側の方がダイス 1 に作用する面圧が高くなる。従って、拡管時、コーン 2と接触する胴部 laの内周部奥 端部分の摩耗量が増加し、その結果として、ダイス 1の胴部 la奥端側においてはコ ーン 2との隙間が胴部 laの管口側よりも大きくなる（図 2 (a)参照)。
[0025] つまり、ダイス 1の胴部 la奥端側におけるコーン 2との隙間 dlが管口部におけるコ ーン 2との隙間 d2より大きくなり、同時に胴部 laの奥端部に作用する面圧が管口部 に作用する面圧より高いことから、図 2 (b)に示すように、拡管加工終了時にはダイス 1が管軸に対して傾くことになる。その結果、鋼管 Pの管口部の内径が管奥部の内径 よりも大きくなることが分力つた。
[0026] ちなみに、 UOE鋼管の場合は、管端部分だけでなぐ全長に亘つて拡管を行うた め、このような問題は発生しない。
[0027] 発明者らは、以上の知見に基づき、ダイスの磨耗が進行しても、作用面が管軸に対 して平行な状態で加工を完了させるようなダイスの形状について種々研究し、実験を 行った。
ちなみに、発明者らが行った実験結果の一例を以下に示す。
[0028] 実験に供した鋼管は、外径が 323. 9mmで、肉厚が 25. 4mmの鋼管である。
この鋼管に、胴部外周面の軸方向長さが 100mmで、胴部の外周に管口側の外周 面の半径に比べて管奥端の外周面の半径が 0. 5mmと lmm大きくなるテーパ（外半 径差が 0. 5mmと lmmのテーノ）を設けたダイスと、テーパを設けないダイスを挿入し 、これらのダイスをコーンの引き抜きにより外方に押し広げて拡径した。なお、使用に 供したダイスの管奥部の内周面には半径方向に 0. 5mmの磨耗があった。
[0029] 前記それぞれのダイスを用いて管端部を矯正した後、各矯正部分における管口部 及び管口部から 100mm隔てた軸方向奥部の外径と肉厚を測定し、各々の内径を算 出して管口及び管口部から 100mm隔てた軸方向奥部の位置の内径差を評価した。 その結果を、下記表 1に示す。
[0030] [表 1] 表 1
[0031] 表 1より、ダイスの磨耗量から、テーパを設けたことによるダイス胴部の外半径差を 減算した値が、概ね管口のダイス内周位置と、管ロカも軸方向奥部に 100mm隔てた 内周位置の鋼管の内半径差となっていることが判明した。
[0032] 鋼管端部における管口部内径と管奥部内径の差が 2mm以下（内半径差が 1mm以 下)であれば溶接施工上大きな問題にはならないことを考えると、前記の結果より、ダ イス胴部の外半径差を lmm (胴部長さが 100mmの場合は 2Z100のテーノ とするこ とで、ダイスの磨耗量力Ommから 2mmの範囲で、矯正部分の管端部と管奥部の内半 径差を 1. Omm以下とすることができる。
[0033] すなわち、管ロカも長手奥方向に 100mm、望ましくは 300mmの間の管端部分の みを矯正する場合には、図 3に示すように、その胴部外周に、管口側の外周面の半 径に比べて管奥端の外周面の半径が lmm大きくなるテーパ（2Z100〜2Z300の テーパ）を形成したダイス 1を使用すれば良 、。
[0034] このようなダイス 1を有するメカ-カルエキスパンダーを使用して継目無鋼管の管端 部を拡管すれば、ダイスの使用開始時には管口部の内径が管奥部の内径より lmm 小さくなる。従って、ダイスの磨耗が進行しても、矯正部分の管端部分および管奥部
の内半径のバラツキが、従来の工具と比較して小さくなつて、公差内に入る限り拡管 が実施できることになり、磨耗による工具寿命を大きく伸ばすことが可能となる。
[0035] また、鋼管端部における管口部内径と管奥部内径の差が 2mm以下（内半径差が 1 mm以下)であれば溶接施工上大きな問題にはならな 、ことを考えると、前記の結果よ り、ダイス胴部の外半径差を 0. 5〜1. 5mm (胴部長さが 100mmの場合は 1Z100〜 3Z100のテーノ とすることで、ダイスの磨耗量力 Ommから 2. Ommの範囲で、矯正 部分の管端部と管奥部の内半径差を 1. 5mm以下とすることができる。
[0036] 本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範囲内で、適 宜実施の形態を変更しても良 、ことは言うまでもな 、。
図面の簡単な説明
[0037] [図 1]メカ-カルエキスパンダーの概略説明図で、（a)は主要部の縦断面図、（b)は（ a)図の A— A断面図である。
[図 2] (a)はダイスとコーン間に発生する隙間について説明する図、 (b)はダイスの月同 部奥端側の磨耗により発生するダイスの傾きについて示した図である。
[図 3]本発明のメカニカルエキスパンダーを説明する図である。
符号の説明
[0038] P 鋼管
1 ダイス
la 胴部
2 コーン
Claims
[1] 拡管すべき管端部にコーンとダイスを挿入し、ダイスを管端部に固定した状態でコ 一ンを管外に向けて軸方向に引き抜くことにより楔作用によってダイスを半径方向外 方に押し広げて管端部を拡管するメカ-カルエキスパンダーであって、前記ダイスの 胴部外周に、管口側の外周面の半径に比べて管奥端の外周面の半径が大きくなる テーパを形成したことを特徴とするメカニカルエキスパンダー。
[2] 胴部外周に、管口側の外周面の半径に比べて管奥端の外周面の半径が大きくな るテーパを形成したダイスを有するメカ-カルエキスパンダーで、管端部を拡管する ことを特徴とする継目無鋼管の製造方法。
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