JPH0212657B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、管材の増肉加工方法および装置に係
り、特に、しわ、座屈などの不整変形がない増肉
加工と、内径側への増肉量の低減を志向した管材
の増肉加工方法および装置に関するものである。

〔従来技術〕

従来、管材の増肉加工方法としては、前記管材
の軸方向に圧縮力を負荷することによつてすえ込
み加工を行ない、前記管材の増肉をはかる方法が
知られている。

第１図は、従来の増肉加工方法によつて増肉し
た管材を示す斜視図である。

この第１図において、１は管材、２は、この管
材１に生じた座屈、しわ等の不整変形である。

第１図から明らかなように、圧縮力を負荷して
すえ込み加工を行なうだけでは、すなわち、単純
な圧縮加工では、管材１に座屈、しわ等の不整変
形２が生じ、均一な増肉加工が達成できず、これ
が不良の原因になつていた。

本発明者らは、さきに上記した従来技術の欠点
を除去して、座屈、しわ等の不整変形のない均一
な増肉加工を達成できる、管の増肉加工方法、お
よびこの方法の実施に直接使用される装置を開発
した（特願昭57−139182号）。

本発明者らがさきに開発した管の増肉加工方法
に係る特徴は、管の増肉加工すべき部分を、逐次
局部的に加熱しながら、前記管を一定速度で圧縮
する圧縮力を負荷してすえ込み加工を行なうこと
により、前記増肉加工部を増肉するようにしたも
のである。

また、本発明者らがさきに開発した増肉加工装
置に係る特徴は、そのスピンドルによつて管を軸
方向に一定速度で圧縮することができるステツピ
ングシリンダと、前記管の外周に位置するように
配設され、管の軸方向に沿つて移動可能な環状の
加熱コイルとを有せしめるようにしたものであ
る。

上記した、本発明者らがさきに開発した装置を
使用することにより、管材に座屈、しわ等の不整
変形が生じない、均一な増肉加工が可能となつ
た。

ところで、上記増肉加工においては、増肉量は
外径側にも内径側にも生ずるが、特に管材の内径
が小さい場合には、内径側への増肉は、その管材
内を流れる流体の流量減少の割合を大きくし、ま
た、その部分でキヤビテーシヨンが発生し、使用
中に腐食を生ずるおそれがあるという、さらに改
善すべき問題点があつた。

〔発明の目的〕

本発明は、上記した問題点を改善して、しわ、
座屈などの不整変形のない増肉加工が達成でき、
且つ内径側への増肉量を少なくすることができ
る、管材の増肉加工方法、およびこの方法の実施
に直接使用される装置の提供を、その目的とする
ものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る管材の増肉加工方法の構成は、管
材の増肉加工すべき部分を、逐次局部的に、前記
管材の表層部が高温度となつて管材の内、外径部
分に温度勾配を与えるように高周波誘導加熱しな
がら、前記管材の軸方向に圧縮力を負荷加してす
え込み加工を行なうことにより、前記増肉加工部
を増肉するものである。

また、本発明に係る管材の増肉加工装置の構成
は、管材を軸方向に圧縮することができる負荷装
置と、前記管材の外周に位置するように配設さ
れ、管材の軸方向に沿つて移動可能な環状の加熱
コイルと、この加熱コイルへ供給する高周波電流
を発生する高周波発振機と、前記高周波電流の周
波数を制御することができる周波数制御機とを具
備したものである。

さらに詳しく述べると、本発明に係る管材の増
肉加工方法は、次の通りである。

高周波誘導加熱と強制冷却との組合せにより、
管材を局部的に加熱した状態で、前記管材に圧縮
力を負荷することによつて変形領域を限定し、不
整変形のない増肉加工を可能とする。また、高周
波電流の周波数の大小によつて、その浸透深さが
変化し、浸透深さが浅くなると被加熱物の板厚方
向に温度勾配が生じ、前記被加熱物の高温側（表
層部）の変形抵抗が小さく、低温側の変形抵抗が
大きくなり、板厚方向に変形抵抗の勾配を生ずる
という現象を積極的に利用して、前記高周波誘導
加熱における高周波電流の周波数の大きさを、板
厚方向に所望の温度勾配が得られるように設定す
ることにより、増肉量の内外径分配比（＝外径側
への増肉量／内径側への増肉量）を制御し、内径
側への増肉量を少なくするようにしたものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を実施例によつて説明する。

第２図は、本発明の一実施例に係る、管材の増
肉加工方法の実施に供せられる、管材の増肉加工
装置の一例と、これによつて増肉加工される管材
を併せて示す部分断面図である。

この第２図において、１は、増肉加工されるべ
き管材、４は、管材１の一端を位置決めする位置
決め部４ａを設けたプレスベツド、３は、その側
面（第２図において左側面）に、後述する油圧シ
リンダ６が取付けられているプレート、５ａ，５
ｂは、前記プレート３とプレスベツド４を、所定
距離を隔てて対向する位置に固定し、後述する圧
縮力の反力を受けることができる支柱である。ま
た、支柱５ｂは、後述するトランス１２の軸方向
移動のガイドをも兼ねるものである。

１３は、管材１の外周に位置するように配設さ
れ、この管材１を加熱することができる環状の加
熱コイルで、この加熱コイル１３は、後述するト
ランス１２と一体で管材１の軸方向に沿つて移動
可能であり、その内径面の片側（加熱コイル１３
の、矢印で示す前進方向と反対側）に、この加熱
コイル冷却用の冷却水１４の一部を管材１へ向け
て角度45°方向へ噴射するための噴射口１３ａが、
周方向に分布して穿設されている。また、この加
熱コイル１３には、管材１の加熱部の温度を検出
することができる二色温度計（図示せず）が一体
に取付けられており、この二色温度計には、前記
加熱部の温度が予め設定した設定温度に達したと
き、信号を発する発信部（図示せず）が設けられ
ている。１５は、加熱コイル１３へ冷却水１４を
供給する冷却水パィプである。

１０は、高周波電流を発生する高周波発振機、
１１は、前記高周波電流の周波数を制御すること
ができ、周波数設定ダイヤル（図示せず）を具備
した周波数制御機、１２は、加熱コイル１３へ供
給する高周波電流の大きさをコントロールするト
ランスで、このトランス１２は、前記二色温度計
（図示せず）からの信号によつてONになり、後
述するリミツトスイツチ１６からの信号によつて
OFFになるリレースイツチ（図示せず）と、加
熱コイル移動速度設定ダイヤル（図示せず）とを
具備した駆動部を有し、前記加熱コイル移動速度
設定ダイヤルを予め所定速度に設定しておけば、
前記リレースイツチがONになつたとき、支柱５
ｂにガイドされながら、管材１の軸方向に沿つて
矢印方向へ前進し、加熱コイル１３を前記所定速
度で移動させることができる。

６は、負荷装置に係る油圧シリンダで、この油
圧シリンダ６は、前記二色温度計（図示せず）か
らの信号によつてONになり、後述するリミツト
スイツチ１６からの信号によつてOFFになるリ
レースイツチ（図示せず）と、油圧設定ダイヤル
（図示せず）とを有している。

１６は、加熱コイル１３が増肉加工部端まで加
熱を終了したとき、トランス１２がこれに当接し
て閉じ、信号を発するリミツトスイツチである。
リミツトスイツチ１６からの前記信号は、トラン
ス１２のリレースイツチ、高周波発振機１０、油
圧シリンダ６のリレースイツチに、それぞれ送ら
れ、トランス１２は停止し、油圧シリンダ６は駆
動停止し、高周波発振機１０は、高周波電流の発
生を停止する。

次に、上記のように構成した管材の増肉加工装
置の動作を説明する。

まず、油圧シリンダ６のスピンドル７、および
トランス１２を後退させる。増肉加工すべき管材
１を、加熱コイル１３内へ通し、その一端をプレ
スベツド４の位置決め部４ａに挿入し、他端を、
前記スピンドル７を矢印方向へ前進させて、サポ
ート治具８で固定する。加熱コイル１３が管材１
の増肉加工部の一端に来るまで、トランス１２を
矢印方向へ前進させる。

加熱コイル１３の二色温度計（図示せず）の設
定温度を所定温度に設定する。周波数制御機１１
の周波数設定ダイヤル（図示せず）で、高周波電
流の周波数を設定する（増肉量の内外径分配比に
よつて、周波数をどのように設定するかについて
は、後述する具体例によつて説明する）。トラン
ス１２の加熱コイル移動速度設定ダイヤル（図示
せず）で、加熱コイルの移動速度を、また油圧シ
リンダ６の油圧設定ダイヤル（図示せず）で、油
圧シリンダの油圧をそれぞれ予め設定する。

高周波発振機１０をONにして、加熱コイル１
３による管材１の高周波誘導加熱を開始すると同
時に、冷却水パイプ１５から加熱コイル１３へ冷
却水１４を供給する。

加熱コイル１３によつて加熱した管材１の加熱
部の温度が前記所定温度に達すると、二色温度計
（図示せず）の発信部から信号が出て、これが、
油圧シリンダ６のリレースイツチ（図示せず）、
およびトランス１２の駆動部のリレースイツチ
（図示せず）に受信される。すると、油圧シリン
ダ６がONになり、油圧発生装置９から供給され
る油によつて、スピンドル７を、前記予め設定し
た一定の油圧で押出し、これによつて管材１は軸
方向に一定の圧縮力で圧縮される。一方、トラン
ス１２のリレースイツチもONになり、予め設定
したトランスの移動速度で矢印方向へ移動し、前
記所定温度で管材１の加熱を継続する。このとき
の加熱幅が、板厚の約２倍以下になるように、加
熱コイル１３の噴射口１３ａから噴射する水量を
調節し、管材１の変形領域を狭くする。

トランス１２が矢印方向へ前進して、加熱コイ
ル１３が管材１の増肉加工部の他端まで加熱を終
了したとき、トランス１２はリミツトスイツチ１
６に当接し、トランス１２の移動および油圧シリ
ンダ６の駆動が停止し、高周波発振機１０は、高
周波電流の発生を停止し、管材１の増肉加工を終
了する。

その後、管材１が冷却したのち、冷却水１４の
供給を停止し、増肉加工された管材１を取出す。

次に、具体例について述べる。

管材１に係る外径216mmφ、板厚8.6mm、長さ
5.5ｍの炭素鋼管を、長さ500mmにわたつて、増肉
率31％で増肉加工する場合を説明する。

加熱コイル１３による高周波誘導加熱の条件
は、周波数9kHz、出力85Kw、加熱温度850℃と
し、また加熱コイル１３の移動速度を１mm／
min、油圧シリンダ６の設定油圧を53.8Kg／cm²
（シリンダ内径30cmであるから、38トンの圧縮力
が出せる）とした。

上記高周波誘導加熱における高周波電流の周波
数の設定にあたつては、第３図に示すような、予
備実験を行なつた。

第３図は、加熱コイルの移動速度を一定とした
場合の、高周波誘導加熱における高周波電流の周
波数と、増肉量の内外径分配比との関係の一例を
示す周波数−増肉量の内外径分配比関係図であ
る。

第３図において、１７は、加熱コイル１３の移
動速度を１mm／minとしたときの、高周波誘導加
熱における高周波電流の周波数と増肉量の内外径
分配比との関係を示してある。

一般に、高周波誘導加熱においては、周波数が
高くなると高周波電流の浸透深さが浅くなり、被
加熱物の表層部が加熱されやすく、表層部が高温
度となるような温度勾配が生ずる。

この高周波誘導加熱の特性を利用することによ
り、周波数を高くすると、管材１の外径面近傍の
温度が高くなり、その部分の変形抵抗が低下し、
すえ込み加工による変形は外径面近傍が優先的に
行なわれる。このため、第３図から明らかなよう
に、高周波電流の周波数が高くなると、増肉量の
内外径分配比が大きくなる。

たとえば、内径側への増肉量が、JISによる板
厚寸法の公差範囲内にあるようにするためには、
増肉量の内外径分配比は５程度であればよい。こ
の増肉量の内外径分配比５に対応する周波数は
9kHzとなるので、9kHzを設定した。

上記した諸条件を設定して、前記第２図に係る
増肉加工装置を使用して前記炭素鋼管の増肉加工
を行なつたところ、所望の増肉率31％、増肉量の
内外径分配比５を達成し、不整変形のない増肉加
工を実施することができた。

第４図は、第２図に係る管材の増肉加工装置に
よつて増肉加工した管材の一例を示す斜視図、第
５図は、第４図に係る管材の増肉加工部近傍の詳
細を示す拡大断面図である。

図において、１８は、管材１の増肉加工部、１
８ａは外径側増肉部、１８ｂは内径側増肉部であ
り、増肉加工部１８は、増肉率31％で、不整変形
が全くなく、また内径側への増肉量は少ない（増
肉量の内外径分配比＝５）。

以上説明した実施例によれば、次の効果があ
る。

(1) しわ、座屈などの不整変形がなく、内径側へ
の増肉量を低減した増肉加工を達成することが
できる。

(2) 周波数制御機１１の周波数を所定周波数に設
定するのみで、内径側への増肉量を低減するこ
とができ、従来使用していたダイス（内径側へ
の増肉を抑制するために、管内へ挿入するダイ
ス）などは不要であるから、増肉加工方法が容
易で、これを実施する装置の構造が簡単であ
る。

(3) 本実施例の管材の増肉加工方法によれば、管
材１の任意の位置を増肉加工することができる
ので、管材を二次加工（たとえば、曲げ加工、
バーリング加工、拡管加工など）する場合、こ
の二次加工部を前もつて増肉加工しておけば、
塑性変形による板厚減少を見かけ上少なくする
ことができる。したがつて、厚肉管を使用しな
くてもよいので、材料費が10〜20％低減する。

また、本実施例においては、加熱コイル１３
に、冷却水１４を噴射するための噴射口１３ａを
設けるようにしたので、この噴射口から噴射する
水量を調節することにより、加熱幅をコントロー
ルできるという利点がある。

なお、前記噴射口は、なくても、すなわち噴射
させないようにしても、実用上、管材１に不整変
形を生ずるおそれは少ないものである。

さらに、本実施例においては、管材１の負荷装
置として、油圧シリンダ６を使用したが、油圧シ
リンダ６の代りに、機械式のスクリユープレスな
どを使用しても、本実施例におけると同等の効果
を奏するものである。

また本実施例においては、外径216mmφ、板厚
8.6mmの炭素鋼管を増肉率31％、増肉量の内外径
分配比５に増肉加工する場合に、9kHzの高周波
電流を使用したものであるが、高周波電流の周波
数は、増肉加工すべき管材の寸法（外径および板
厚）、増肉率、増肉量の内外径分配比などによつ
て異なるが、要するに、管材の表層部が高温度と
なつて管材の内、外径部分に温度勾配を与えるこ
とができるものであればよい。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、次
の効果がある。

○イ しわ、座屈などの不整変形がなく、内径側へ
の増肉量を低減した増肉加工を実施することが
できる。

○ロ 高周波誘導加熱における高周波電流の周波数
を所定周波数に設定するのみで、増肉量の内外
径分配比を制御することができる。たとえば、
ダイスなどを挿入することなく、内径側への増
肉量を抑制することができる。

○ハ 管材の任意の位置を、不整変形なく増肉加工
することができるので、管材を二次加工する場
合、この二次加工部を予め増肉加工しておくこ
とにより、厚肉管を使用する必要がなくなり、
材料費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の増肉加工方法によつて増肉し
た管材を示す斜視図、第２図は、本発明の一実施
例に係る、管材の増肉加工方法の実施に供せられ
る、管材の増肉加工装置の一例と、これによつて
増肉加工される管材を併せて示す部分断面図、第
３図は、加熱コイルの移動速度を一定とした場合
の、高周波誘導加熱における高周波電流の周波数
と、増肉量の内外径分配比との関係の一例を示す
周波数−増肉量の内外径分配比関係図、第４図
は、第２図に係る管材の増肉加工装置によつて増
肉加工した管材の一例を示す斜視図、第５図は、
第４図に係る管材の増肉加工部近傍の詳細を示す
拡大断面図である。 １……管材、６……油圧シリンダ、１０……高
周波発振機、１１……周波数制御機、１３……加
熱コイル、１３ａ……噴射口、１４……冷却水、
１８……増肉加工部、１８ａ……外径側増肉部、
１８ｂ……内径側増肉部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 予め高周波誘導加熱の周波数と増肉すべき管
   材の肉厚との関係からきまる温度勾配により増肉
   量の内外径分配比を求めておいて、前記管材の増
   肉加工すべき部分を逐次局部的に所定の周波数で
   高周波誘導加熱しながら、前記管材を軸方向に一
   定速度で圧縮変形させてすえ込み加工を行うこと
   により、前記増肉加工すべき部分を増肉すること
   を特徴とする管材の増肉加工方法。 ２ 管材を軸方向に一定速度で圧縮変形させるこ
   とができる負荷装置と、前記管材の外周に位置す
   るように配設され、管材の軸方向に沿つて移動可
   能な環状の加熱コイルと、この加熱コイルへ供給
   する高周波電流を発生する高周波発振機と、前記
   高周波電流の周波数を予め周波数と増肉すべき管
   材の肉厚との関係からきまる温度勾配により求め
   ておいた増肉量の内外径分配比に基づいて制御す
   ることができる周波数制御機とを具備したことを
   特徴とする管材の増肉加工装置。 ３ 加熱コイル冷却用冷却水の一部を前記管材へ
   向けて噴射するための噴射口を前記加熱コイルに
   設けたものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第２項記載の管材の増肉加工装置。