JPH01234109A - 熱間電縫管内面ビード切削マンドレル - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は熱間電縫管内面ビード切削用マンドレルに関す
る。

〔従来の技術〕

熱間電縫管の内面ビードをオンラインにより切削すると
きは、冷間と同じく成形前のオープン位置より、マンド
レルを挿入し、先端に切削バイトを取付けて内面ビード
の切削を行なうが、熱間では素材自体が８５０℃以上に
加熱されているため、オープンパイプの熱によりマンド
レルが７００℃程度まで加熱される。したがって、熱間
において内面ビードを切削するときは、一般にマンドレ
ルに熱対策を施すことが必要となる。

特開昭５８−１４３９０８号や特開昭５９−１４４５８
６号は、熱間において使用するマンドレルを開示したも
ので、その熱対策として、中空のマンドレルに冷却水を
注水し、その冷却水を、円形バイトが取付けられている
マンドレル部とそのマンドレル部を内面ビードに沿って
案内する複数のローラーとの隙間より電縫管内に排水す
る方式を採用している。

この排水によりマンドレル内には一定の流れが形成され
、その流れを利用して基端より順にホルダー部、インピ
ーダンス部、マンドレル部の各部が冷却されるようにな
っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したものは、円形バイトをマンドレル部の先端に一
定のスキュー角をもって配し、切削抵抗により従回転さ
せてバイト寿命の延命化を図ったものであるが、最近で
は円形バイトの形状や取付位置の改善が進み、更に延命
化の度合に拍車がかかるようになってきた。したがって
、マンドレルがオーブンパイプ内に挿入されている時間
も必然的に長くなり、従来みられなかった弊害が顕著に
現われるようになってきた。

まず、ホルダー部であるが、このホルダー部はマンドレ
ル部をスクイズロールの下流側に配し、インピーダー部
をワークコイルと対峙させて配置する必要もあるため、
一般に長く、冷却水が通過する時間も長い、この間、冷
却水の温度上昇も激しく、仮りに冷却水が沸騰しないま
でも、冷却水に溶存している気体が気泡となって現われ
、ホルダー部の内側に滞留する。この滞留量はマンドレ
ルがオーブンパイプ内に挿入されている時間が長くなる
ほど多くなるためホルダー部の上下面において冷却能に
差が生じ、ホルダー部が湾曲する。

この湾曲がわずかなものであっても、ホルダー部自体長
いので、両端と中央との差が大きくなり、円形バイトの
切込量に影響するばかりでなく、最悪の場合は、マンド
レルの挿脱が不可能になることもある。

インピーダー部においては、フェライトコアがワークコ
イルの磁気作用を受け、自己加熱する。

したがって冷却能は高いほどよいが、ホルダー部で発生
した気泡が順次送り込まれるため、冷却不足に陥る。こ
のインピーダー部においては、熱負荷の方が大きくなる
から、フェライトコアの磁力が消失するばかりか、フェ
ライトコアを囲繞するＦＲＰ製カバカバー影響し、破損
事故につながることもある。

これらの問題は、排水量を多くすれば解決されるが、熱
間電縫管においては、下向き溶接を取っているため、排
水量を多くすると、冷却水が電縫管内に滞留し、溶接面
を急冷して品質低下を招くこともある。したがって、熱
間電縫管においては、排水量を多く取ることもできない
ので、効率的な冷却手段が望まれている。

そこで、本発明の目的は、排水量を増さず、効率的な冷
却を行なえる、熱間電縫管内面ビード切削用マンドレル
を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため本発明は、熱間電縫管内に挿入
するマンドレルの基端より先端にかけて、ホルダー部、
インピーダー部、次いで切削バイトを有するマンドレル
部を直列に配し、基端より先端にかけて冷却水路を形成
し、冷却水の一部をマンドレル部より電縫管内に排水す
るようにした熱間電縫管内面ビード切削マンドレルにお
いて、前記冷却水路をマンドレルの中心に形成するとと
もにホルダー部とインピーダー部を二重管構造にして外
側に排水路を形成し、インピーダー部を通過した冷却水
の一部を前記排水路を介してオーブンパイプ外に導いた
ことを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、冷却水の一部を排水路を介してオー
プンパイプ外に導くから、排水量を増さずともホルダー
部とインピーダー部の冷却能を十分確保することができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照して実施例を説明する。

まず、電縫管の製造方法の概略を述べると、熱間電縫管
においては、素材を加熱炉に連続的に通して８５０℃以
上に加熱し、その加熱素材を一連のフォーミングロール
群により、素材エツジを下向きにして円形に成形する。

この円形に成形したものをオープンパイプと称し、接合
部が未溶接であるがパイプ外径よりもやや大きい円筒状
のワークコイルを通過する間に接合部が選択的に溶接温
度まで高められ、続いて下流側のスクイズロールにより
圧着される。この加熱圧着により溶接部の内外に盛り上
がったビードができる。このと−ドを切削除去して仕上
げ工程に送る。しかし、内面ビードの切削は管内作業で
もあるため、パイプ内を通して、スクイズロールの下流
位置まで切削バイトを挿入し、固定する必要がある。通
常、成形前のオープン位置、すなわち、フォーミングロ
ール群により円形に成形される前のオープン空間を利用
してスクイズロールの下流側まで到達する細長いマンド
レルを挿入し、そのマンドレルの先端に切削バイトを取
付けるようにしている。

一方、接合部の選択加熱においては前述したワークコイ
ルに高周波電流を流し、表皮効果によりオープンバイブ
の円周回りに誘導電流を発生させ、この電流が接合部に
集中することを利用して加熱するが、誘導電流が接合部
以外に漏れると、溶接効率が低下する。したがって、漏
れ電流はできるだけ少ない方が良く、実操業においては
、フェライトコアを充填したインピーダー部をワークコ
イルに対峙させてオープンパイプ内に配置するようにし
ている。一般に、内面ビードをオンラインで切削すると
きは、この位置をマンドレルが占めているため、マンド
レルを利用してインピーダー部を設けるようにしている
。したがって、マンドレルは多機能的な使用がなされて
おり、一般に第１図に示すように先端から順にマンドレ
ル部Ａ１インピーダー部Ｂ、ホルダー部Ｃと呼ぶことが
ある。

以下、マンドレルｌの構成について説明すると、マンド
レル部Ａは、単に切削バイトを取付けるのみならず切削
バイト２を内面ビードに沿って正確に案内し、切込量を
一定に保つことが必要となる。

この手段は種々開発され、利用されてもいるが実施例で
は中空構造３ａのマンドレル部本体３の上下左右に管内
面と接触するローラ４Ａ〜４Ｃ（左右は図示せず）を配
し、このローラ４Ａ〜４ｃの反力を利用してマンドレル
部本体３を一定の位置に保つようにしている。各ローラ
４Ａ〜４ｃは第２図にも示すようにベアリング６を介し
て主軸７により支持され、滑らかな回転が保障されると
同時に後述する冷却効果を得るため一部を中空構造３ａ
に臨んで配されている。また切削バイト２を内面ビード
の流れに沿って案内するため、マンドレル部本体３の下
部に取付けたローラ４Ｂ、４Ｃには管内面と接触して転
勤する面に内面ビードの幅よりやや広い溝４ａ（一方の
み図示）が形成されている。この溝４ａは挿入時におい
て内面ビードに跨設して配置される。したがって、内面
ビードの流れが変ったとしてもローラ４Ｂ、４Ｃにより
マンドレル部本体３の向きが修正され、切削バイト２が
内面ビードの流れに沿って正確に案内される。

一方、切削バイト２は、管内面と同じ曲率をもつ総形バ
イトを用いる方が平滑な切削面が得られ易いが、この種
のものは、一般にバイト寿命が短い。したがって、停機
による損失が比較的少ない冷間電縫管に用いることがで
きても、熱間電縫管に用いることはできない。熱間電縫
管においては、バイト交替におけるロスが時間的なもの
にとどまらず、バイト交替回数 で走行させておく必要があるため、多量のスクラップが
発生する。このスクラップ量はバイト交替回数に比例し
て増えるから、バイト寿命が短いほど不利になる。した
がって、熱間電縫管の内面ビード切削においては特開昭
５８−１４３９０８号や特開昭５９−１４４５８６号に
みられるようにバイト寿命の長い円形バイトを用いるこ
とが望しい。実施例においても第３図に示すように上記
したと同様の円形バイト２を用いるようにしている。こ
の円形バイト２はバイト軸８によりマンドレル部本体３
の前面３ｂに固定されるが、バイト軸８との関係におい
てはベアリングボックス９を介して回転可能な状態で固
定されている。すなわち、円形バイト２はベアリングボ
ックス９の外周に形成された二分割の溝９ａ内にキーＩ
Ｏ止めされ、複数のベアリング１１．・・・の外輪とと
もに回転が可能とされている。一方、バイト軸８に嵌め
込まれた複数の内輪は、両端において、カラー１２と２
個のナツト１３．１３、及びバイト軸段部８ａにより軸
方向に固定されている。また、バイト軸８の取付手段に
は、ネジ込み方式が採用され、軸８側にオネジ８ｂがマ
ンドレル部本体３側にメネジ３ｃが形成されている。そ
して、バイト軸８が取付けられる前面３ｂは、バイト軸
８を介して円形バイト２にスキュー角と傾斜角をつける
ため、所定の角度でもって傾斜されている。この角度の
取り方は、通常内面ビードと直角に交わる鉛直面を基準
として鉛直軸回りに回転させてスキュー角をつけ、更に
鉛直面の上部をビード流れ方向に倒して傾斜角がつけら
れる。スキュー角は、ライン速度にもよるが２５″〜３
５″の範囲に、傾斜角は１５６〜２０’の範囲にとるこ
とが望ましい。

一方、スキュー角と傾斜角をつけて切削する内面ビード
はかなりの高温（１４００℃）でもあり、更にオープン
パイプより輻射熱（７００℃）が加わるので円形バイト
２やベアリング１１．・・・に作用する熱負荷は大きい
。したがって円形バイト２やベアリング１１．・・・に
耐久製を持たせ長寿命化を図るには、これらの熱負荷か
ら解放することが急務でもある。特開昭５８−１４３９
０８号や特開昭５９−１４４５８６号においてはブロッ
クを介して円形バイトやベアリングの冷却を行っていた
ため耐久性に欠ける面があった。実施例はこれを改善す
るもので、ベアリング１１．・・・を内部から冷却する
ためバイト軸８の中心に冷却水が通る透孔８Ｃが形成さ
れる。この透孔８Ｃは、冷却水路の一部として使用され
るマンドレル部本体３の中空部３ａに連通している。更
に、バイト軸８の取付は面ともなっている前面３ｂを含
むブロック３ｄの上部には軸方向に延び、中空部３ａと
も連通する複数の透孔３ｅ、・・・が形成されている。

各透孔３ｅの終端は、上側のバイト刃先に向けられてい
る。したがってこの透孔３ｅより排水される冷却水は、
まずバイト刃先にあたって刃先を濡らし、次いで、円形
バイト２をったってベアリングボックス９を濡らす。こ
の冷却水が蒸発するとき、円形バイト２やベアリングボ
ックス９から潜熱を奪うから排水量が少量であっても冷
却効果は大きい。

また、ベアリングボックス９との熱伝導によりベアリン
グ１１．・・・も冷却されるから、ベアリング１１、・
・・は内外から冷却されることになる。

次いで、本発明の要部でもあるホルダー部Ｃとインピー
ダー部Ｂについて説明する。

一般に、熱間電縫管用のマンドレル１はオープンパイプ
の輻射熱により加熱されるから、ホルダー部Ｃより冷却
水を供給し、各部の機能低下を防ぐ必要がある。したが
ってホルダー部Ｃは単にマンドレル部Ａやインピーダー
部Ｂを定位置につけるだけでなく、冷却水の供給水路と
しても用いられる。従来は、このホルダー部を単管で構
成し、冷却水をマンドレル部とローラとの隙間より排水
させて、各部の冷却を行っていた。この方式は、構造が
簡単であるが各部の冷却能が排水量に依存するという欠
点がある。排水量は溶接部の品質低下を招かない程度に
押える必要もあるため、最近のようにバイト寿命が延び
てくると、ホルダー部やインピーダー部の冷却不足が目
立ち、ホルダー部が湾曲したり、インピーダー部のＦＲ
Ｐ製カバカバー損する等、多くの弊害が現われるように
なってきた。バイト寿命が延びることは、熱間電縫管と
しては好しいことであるが、現在のところマンドレルの
冷却能が追いつかず、その利点を十分生かしきっていな
い。

本発明は、上記した排水量を増すことなく、バイト寿命
に合わせてホルダー部Ｃやインピーダー部Ｂの冷却能を
確保するようにしたものである。

その趣旨は、ホルダー部Ｃとインピーダー部Ｂを２重管
構造として冷却水路の外側に排水路を形成し、インピー
ダー部Ｂを通過した冷却水の一部を排水路側に戻せばマ
ンドレル部本体とローラとの間から排水する排水量を増
やさずとも全体としての供給量を増すことができるとい
う観点から成されたもので、その詳細な構成は第１図に
示されている。上記趣旨を具体化するため、ホルダー部
Ｃは、冷却水路１４として用いられる内管１５と排水路
１６として用いられる外管１７を同心的に配し、これら
の管１５．１７により２重管に構成されている。内管１
５はインピーダー部Ｂの軸となるインピーダー内筒１５
ａと共通的に用いるようにしたもので、内管１５の一方
の端部１５ｂ、すなわちインピーダー部Ｂと反対側の端
部は冷却水の供給口１４ａとして用いられているが、バ
イト交替時にはマンドレル１をオープンパイプより挿脱
する必要もあるため図示されない挿脱装置に固定されて
いる。他方の端部１５ｃはマンドレル部本体３を強固に
支持すると同時に中空部３ａに対しても冷却水を送る必
要もある。したがって他方の端部１５Ｃは中空部３ａと
軸線を同じくしてマンドレル部本体３の後側面３ｆに強
固に固定されている。外管１７には上下面のいずれに排
水口を設けてもよいが、図示のように下面、基端がわに
排水口１７ａを設けるときは上面にエア抜き孔１７ｂ。

・・・を設けることが望しい。このエア抜き孔１７ｂは
外管１７の上面に滞留する気泡を常時抜き去ることによ
り、外管１７に冷却水を充満させるようにしたものであ
る。したがって従来のように気泡が溜まるおそれもない
ので、熱歪を回避することができる。

一方、インピーダー部Ｂはオープンパイプの外周囲りに
誘起した溶接電流が接合部に集中するよう、その外側に
配されたワークコイルとの間で磁気回路が構成される。

したがってインピーダー内筒１５ａの外周には第４図に
示すようにワークコイルの幅と同じ長さをもつ、６φ１
ｍ〜８φ龍のフェライトコア１８．・・・が軸線をイン
ピーダー部Ｂの軸線方向に向けて、更に円周方向に密に
一層配されている。その外側には、ワークコイルとの間
で磁気的遮断を起こさないＦＲＰ製カバカバー１９され
ている。このＦＲＰ製カバカバー１８水路１６としても
用いられるため、一方の端１９ａがホルダー部Ｃの外管
１７と気密に接続され、他方の端１９ｂがマンドレル部
本体３の後側面３ｒと気密を保って接続されている。ま
た、ホルダー部ＣのＭＦ１５と共通に用いられているイ
ンピーダー内筒１５ａは、フェライトコア１８．・・・
との間で磁気回路を構成することがないよう、しかも強
度的な要求も強いので、ＳＵＳ製の管が用いられている
。

ＦＲＩ’製カバー１９は耐熱性に劣るため実施例では、
ガラステープ２０と耐熱塗料２１をカバー１９の外側に
被覆し、熱に対する強化が図られている。

一方、インピーダー部Ｂを通過した冷却水を排水路１６
側に戻すため、内管１５の他方の端部１５ｃ近くに複数
の透孔１５ｄ、・・・が設けられている。また、冷却水
路１４には、透孔１５ｄ、・・・の下流にオリフィス２
１が挿入されている。このオリフィス２１は電縫管内に
排出する流量が制限されているため設けたものである。

したがって内管１５を通る冷却水は、このオリフィス２
１により流量が制限されつつマンドレル部Ａ側に入り、
一部はマンドレル部本体３とローラ４Ａ〜４Ｃとの隙間
より、各ローラ４Ａ〜４Ｃとベアリング６を冷却しなか
ら電縫管内に一部はバイト軸８の透孔８ｂを通ってベア
リングボックス９のベアリング１１．・・・を冷却しな
から電縫管内に、更に一部はブロック３ｄの透孔３　ｅ
　ｔ　・・・を通って電縫管内に排出される。また分岐
点で内管１５の透孔１５ｄ。

・・・を通過する冷却水はフェライトコア１８．・・・
の隙間をぬって、外管１７側に排出され、排水口１７ａ
よりオープンパイプ外に排出される。

また、本発明の効果を確認するため、下記の条件で稼動
させたところ良好な結果が得られた。

電縫管サイズ１１４．３φ鶴、冷却水圧力６ｋｇ／ａｍ
”母材温度　９００℃、 冷却水流量　マンドレル部側　３０１／分排水路側　　
　　２０１／分 溶接部温度　１４００℃、溶接速度　７０ｍ／分冷却水
温度　２３℃、切削バイト材質　超硬バイト寿命は平均
１２時間に達し、バイト取替回数を６回行い、連Ｖｔ７
０時間使用したがマンドレルに損傷がみられず、ローラ
類のベアリングも継続使用可能な状態であった。また、
インピーダー部の冷却強化によって電力効率が１０％向
上した。

〔発明の効果） 以上、説明したように、本発明によれば冷却水路の外側
に排水路を形成し、インピーダー部を通過した冷却水の
一部を排水路を介しオープンパイプ外に排出するから電
縫管内に排出する流量を増さずともホルダー部とインピ
ーダー部の冷却能を向上させることができる。また、排
水路を設けることにより電力効率を向上させることもで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部を示したマンドレルの断面図、第
２図は第１図のｎ−ｎ断面図、第３図はバイト取付部の
縦断面図、第４図は第１図の■−■断面図である。 Ａ・・・マンドレル部、Ｂ・・・インピーダー部、Ｃ・
・・ホルダー部、１・・・マンドレル、２・・・切削バ
イト（円形バイ））、１４・・・冷却水路、１５ｄ・・
・透孔、１６・・・排水路、２１・・・オリフィス。 特許出願人　　　住友金属工業株式会社第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱間電縫管内に挿入するマンドレルの基端より先
   端にかけて、ホルダー部、インピーダー部、次いで先端
   に切削バイトを有するマンドレル部を直列に配し、基端
   より先端にかけて冷却水路を形成し、冷却水の一部をマ
   ンドレル部より電縫管内に排水するようにした熱間電縫
   管内面ビード切削マンドレルにおいて、前記冷却水路を
   マンドレルの中心に形成するとともにホルダー部とイン
   ピーダー部を二重管構造にして外側に排水路を形成し、
   インピーダー部を通過した冷却水の一部を前記排水路を
   介してオープンパイプ外に導いたことを特徴とする熱間
   電縫管内面ビード切削マンドレル。