JPH04178295A - 造管用内面支持装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、曲げ及び曲げ戻しにより付与された残留応力
を利用して金属ストリップを幅方向にカールさせること
により得られた円筒体の幅方向両端部を突合せ溶接して
管体な製造するとき、両端部がラップすることを防止し
、溶接される円筒体を所定の断面形状に保持する内面支
持装置に関する。

［従来の技術］ 金属ストリップから管体を製造する従来の方法では、多
数のタンデムミルに配置されたカリバーを有するフォー
ミングロール、ケージロール等からなるロール成形機が
使用されている。この成形機により、金属ストリップは
、幅方向に順次曲げ加工され、管状に成形される。そし
て、成形された金属ストリップの幅方向両端部を突き合
わせて溶接することにより、管体を連続的に製造してい
る。

しかし、この方法では、多段の成形スタンドが配置され
た成形機を必要とするため、設備的な負担が太き（なる
。また、設備の複雑化に伴って保守・点検等の作業も面
倒なものとなる。そして、径の異なる管体を製造しよう
とするとき、成形ロールの組替えが長時間を要する作業
となる。

しかも、板幅に比較して板厚が小さな金属ストリップを
製管用素材とすると、曲げ過程における弾性変形による
影響が大きく現れる。たとえば、前段の成形ロールから
後段の成形ロールに至る過程で大きなスプリングバック
が生じ、特に幅方向両端部が十分な曲げ加工を受けるこ
となく、後段の成形ロールに送り込まれる。そのため、
製造された管体の真円度が劣化する。また、エツジスト
レッチが大きいことから、緑液が発生し易く、溶接が困
難になる。

本発明者等は、このような問題を解消した製管方法とし
て、従来の成形ロールを使用することなく、金属ストリ
ップが有する伸性力を利用して管状に成形する方法を開
発し、特開昭６２−１７６６１１号公報、特開平１−４
８６２４号公報等として紹介している。

たとえば、特開昭６２−１７６６１１号公報では、第５
図に概要を示した設備構成を使用している。アンコイラ
１から送り出された金属ストリップＳは、ガイドロール
２を経て予変形部３に送り込まれる。予変形部３は、小
径の曲げロール３ａ及び大径のサポートロール３ｂを備
えており、サポートロール３ｂの表面にポリウレタン等
の弾性ライニング３ｃが施されている。

そして、得られる管体の内面側が曲げロール３ａｌ！Ｉ
に接触するように、金属ストリップＳを曲げロール３ａ
とサポートロール３ｂとの間に送り込む。金属ストリッ
プＳが曲げロール３ｂで塑性的げを受けるため、幅方向
に一様な曲げ応力が予変形部３を通過した後の金属スト
リップＳに残留する。

曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が与えられた金属スト
リップＳは、保形ロール４．サイドロール５及び送りロ
ール６を経て下流側に送られる。

この送り過程で、金属ストリップＳは、長手方向の変形
が拘束されているので、残留応力によって管状に弾性変
形する。そして、管状に成形された金属ストリップＳは
、保形ロール４及びサイドロール５により形状が拘束さ
れた状態で、幅方向両端部が突き合わされる。この突合
せ部を溶接トーチ７で溶接することにより、管体ｐが得
られる。

この方法においては、弾性変形を利用して金属ストリッ
プＳを管状に成形するため、得られた管体ｐの真円度は
優れたものとなる。また、金属ストリップＳを管状に曲
げ加工する成形ロールを必要としないため、設備構成が
簡単になり、特に薄肉管の製造に適した方法である。

また、特開平２−７５４１８号公報では、第６図に示し
た概略構成をもつ予変形部を提案した。

この予変形部３では、一対の大径ロール３ｄ及び３ｅの
間に曲げロール３ｆを配置している。金属ストリップＳ
は、大径ロール３ｄと曲げロール３ｆの間を通過した後
、曲げロール３ｆを周回し、大径ロール３ｅと曲げロー
ル３ｆとの間から送り出される。この走行過程で、金属
ストリップＳに曲げ及び曲げ戻しによる残留応力が付与
される。

、　この予変形部３は、小径の曲げロール３ｆをバック
アップする機構を省略することができ、所定の残留応力
を金属ストリップＳに付与することが容易となる。

［発明が解決しようとする課題Ｊ このような弾性変形を利用した造管法は、金属ストリッ
プを所定の形状に塑性変形させるために往来の造管法で
必要とされていた成形ロールが不要となる。そして、金
属ストリップは、付与した残留応力によって幅方向にカ
ールし、円筒体となる。このとき、素材としである程度
の厚みをもつ金属ストリップを使用するとき、スクイズ
ロールを若干締め気味にすることにより、金属ストリッ
プを内側からスクイズロールに押し付けることができ、
突合せ形状を精度良く保持することができる。

しかし、金属ストリップが薄くなるに従って、スクイズ
ロールを締め気味にすると、突合せ部でエツジが食い違
い、ラッピングを生じ易くなる。

そして、金属ストリップを内側からスクイズロールに押
し付けることができなくなる。その結果、突合せ形状が
不安定になり、一定した条件下での溶接が困難になる。

このラッピングを防止するため、円筒体の内部にプラグ
を挿入し、過度のカーリングを抑制することが考えられ
る。しかし、単にプラグを挿入しただけでは、金属スト
リップがプラグとスクイズロールとの間に挟まれ１表面
疵が発生する虞れがある。また、極端な場合には、金属
ストリップがプラグとスクイズロールとの間で詰まり、
素材の搬送ができなくなることも予想される。

そこで、本発明は、このような問題を解消するため、拡
開可能な保形部を備えた内面支持装置で円筒体を内面側
から支持することにより、幅方向両端部でラッピングを
防ぎ、幅方向両端部が正確に突き合された円筒体を成形
し、その突合せ部を溶接することにより一定したビード
形状をもつ溶接管を製造することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の造管用内面支持装置は、その目的を達成するた
め、曲げ及び曲げ戻しにより残留応力が付与された金属
ストリップを幅方向にカールさせて成形した円筒体の幅
方向両端部を突き合わせて溶接するときに円筒体の内面
を支持する装置であって、前記円筒体に挿入される支持
軸と、該支持軸に装着された円筒状ブロックと、該円筒
状ブロックの周囲に設けられた拡開可能な保形具とを備
えていることを特徴とする。

ここで、保形具は、弾撥力によって円筒体内面に押し付
けられるように、弾性材料で作られ、長手方向にギャッ
プが設けられた筒状体を使用することができる。或いは
、円筒状ブロックの周面に加圧室を形成する外皮を設け
、加圧室に供給される圧力流体によって外皮を膨張させ
て円筒体の内面に押し付ける形式の保形具であってもよ
い。

また、円筒状ブロック自体に保形機能を持たせることも
できる。この方式の内面支持装置は、円筒体に挿入され
る支持軸を中空にし、該中空支持軸に装着された円筒状
ブロックと、該円筒状ブロックの外周部に形成されたガ
ス流出層とを備えており、前記中空支持軸からガス流出
層を経て前記円筒体の内面に加圧ガスが吹き出されるこ
とを特徴とする。

［作　用］ 幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しによって残留応力が付
与された金属ストリップは、拘束を受けない自由状態で
は、長手方向にカールする傾向をもっている。この金属
ストリップに、長手方向の変形を阻止する拘束を加える
と、幅方向に変形する。この特性を利用して金属ストリ
ップを円筒状に成形するとき、特に薄肉の金属ストリッ
プにあっては、幅方向両端部に食い違いが生じ、相互に
ラッピングした状態になり易い。そのため、突合せ溶接
ができなくなる。

本発明においては、このラッピングを防ぎ、且つ溶接さ
れる金属ストリップの幅方向両端部を正確に突き合わせ
るため、拡開可能な保形具等で内面側から円筒体を支持
している。保形具は、常に内面を押し広げようとする力
を円筒体に加える。

このとき、円筒体の外径はスクイズロール等で拘束され
ているので、円筒体は所定の形状に維持され、幅方向両
端部が正確に突き合わされる。したがって、溶接条件が
安定化し、所定のビードが形成された溶接管が得られる
。

仮に、スクイズロール等によって円筒体の外側から異常
に大きな力が加えられる事態が生じた場合、保形具の径
が縮小する。そのため、円筒体がスクイズロールと保形
具との間に詰まることがなく、円滑な搬送が行われる。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら、実施例によって本発明を具
体的に説明する。

実施例１： 本実施例の内面支持装置は、第１図に示すように、溶接
される円筒体の管軸方向に挿入される支持軸１０を備え
ている。支持軸１０としては、この内面支持装置に内面
シール作用を兼ね備えさせるために、先端部１１が閉塞
された中空管を使用することが好ましい。

支持軸１０に、直径２８．０ｍｍ、胴部長さ３０ｍｍの
円筒状ブロック２０を嵌挿し、ボルト２１で支持軸１０
に締結した。円筒状ブロック２０は、少なくとも軸方向
一端部にフランジ２２が形成されている。そして、円筒
状ブロック２０の他の周面ば、フランジ２２が形成され
ている部分の周面よりも−Ｂ低くなっている。

円筒状ブロック２０の周面に、保形具３０を嵌挿した。

保形具３０として、硬質Ｃｕ−ＡＰ金合金ブロックから
ワイヤカット法で切り出した肉厚１．０ｍｍの円筒体を
使用した。そして、幅１゜Ｏｍｍのスリットを形成しギ
ャップ３１とした。

また、保形具４０の外径は、無負荷状態で２８゜５ｍｍ
であった。なお、無負荷状態における保形具３０の外径
は、製造しようとする溶接管の内径より若干大きくする
ことが好ましい。

図示の場合、円筒体５０の搬送方向に関して上流側から
、すなわちフランジ２２が形成されていない側から、保
形具３０を円筒状ブロック２０に嵌め合わせた。なお、
軸方向両端部にフランジを形成した円筒状ブロック２０
を使用する場合１弾撥力に抗して保形具３０を開き、円
筒状ブロック２００周面に嵌め合わせる。

円筒状ブロック２０の両側で、溶接される円筒体の内面
をシールするため、シール材４０．４１が支持軸１０に
装着した。シール材４０．４１としては、ステンレス鋼
繊維等の耐熱性繊維をフェルト状のディスクに成形した
ものが好適である。

また、これらシール材４０．４１と溶接される円筒体の
内面により囲まれた内部空間にアルゴン等の不活性ガス
を吹き込むため、シール材４０，４１と円筒状ブロック
２０との間の支持軸１０に複数のガス噴出孔１２を穿設
し、支持軸１０の基端を不活性ガス供給源（図示せず）
に接続した。

この内面支持装置を、第２図に示すように、溶接される
円筒体５０の内部に挿入した。また、円筒体５０の外面
は、スクイズロール６０，６１で拘束した。

溶接される円筒体５０は、板厚０．１ｍｍで板幅８９．
６ｍｍのステンレス鋼板を第６図に示した装置で曲げ及
び曲げ戻しによる留応力を与え、輻方向にカールさせる
ことによって、直径２８゜６ｍｍの円筒状に成形したも
のである。また、幅方向両端部を突き合わせ、設定間隙
Ｏｍｍの突合せ部５１を形成した。

スクイズロール６０，６１としては、この円筒体５０の
直径に対応した曲率半径１４．３ｍｍの凹クラウンを形
成した一対のロールを使用した。

このスクイズロール６０，６１によって、円筒体５０が
拡径しようとする力が押さえられた。

他方、保形具３０は、弾撥力によって円筒体５０に拡径
方向の力を付勢している。そのため、円筒体５０を連続
的に搬送しながら突合せ部５１の溶接を行ったとき、円
筒体５０の外周面が常にスクイズロール６０，６１のロ
ール周面に押し付けられ、幅方向両端部５２．５３が相
互にラッピングすることなく密着した突合せｓ５１が維
持された。

なお、溶接条件は、シールドガスとしてＡｒ十１０％Ｈ
，ガスを流量１０ｐ！、７分で供給しながら溶接電流１
０Ａでマイクロプラズマ溶接する方法を採用した。この
ときの溶接速度は、３　ｍ　７分に設定した。

突合せ部５１に形成されたビードの形状を観察したとこ
ろ、ビード幅は、０．５ｍｍを中心として±０．１ｍｍ
の範囲に収められていた。また、ビードの最大高さは、
０．１２±０．０１ｍｍの範囲にあった。すなわち、実
質的に一定した形状のビードをもつ溶接管が得られた。

そして、形状特性に優れたビードが形成されたため、後
続するビード整形工程におけ作業が非常に軽減された。

これに対し、円筒状ブロック２０に保形具３０を装着し
ない外は同じ条件下で溶接を行ったところ、ラッピング
が発生し、安定した溶接を行うことができなかった。

この対比から明らかなように、本実施例の内面支持装置
を挿入して円筒体５０を溶接するとき、溶接条件が極め
て安定し、優れたビード形状をもつ溶接管が得られるこ
とが判かる。また、保形具３０で円筒体５０をスクイズ
ロール６０，６１のロール周面に押し付けた状態で溶接
が行われるため、得られた溶接管の真円度も向上してい
る。そのため、溶接管の矯正工程における作業負担も軽
減された。

実施例２： 本実施例においては、弾性材料で作られた保形具に代え
て、円筒状ブロック２０の周囲に膨張可能な部材を設け
た。

すなわち、第３図に示すように、円筒状ブロック２０の
周囲に、可撓性材料でできた外皮７０を取り付けた。外
皮７０としては、板厚０．１ｒｎｍのステンレス鋼板を
使用した。

外皮７０は、円筒形ブロック２０の軸方向両端部に形成
したフランジ２２に気密に溶接した。そして、外皮７０
と円筒状ブロック２０の周面との間に間隙１．０ｍｍの
円筒状空間部を形成し、加圧室７１とした。

他方、円筒状ブロック２０には、支持軸１０が挿通され
る貫通孔から放射状に延びる複数のガス通路２３を穿設
した。ガス通路２３は、加圧室７１に開口している。

溶接される円筒体５０の内面をシールする機能を内面支
持装置に兼ね備えさせるため、支持軸１０として中空管
が使用され、この支持軸を介してアルゴン等の不活性ガ
スが導入されている。そこで、この不活性ガスを一部分
岐し、ガス通路２３から加圧室７１に送り込む、これに
より、加圧室７１の圧力が上がり、外皮７０が膨張した
。

膨張した外皮７０は、実施例１の保形具３０と同様に、
円筒体５０をスクイズロール６０，６１のロール周面に
押し付けた。外皮７０による押圧力は、気体圧を使用し
たものである。そのため、何らかの原因によって円筒体
５０を縮径しようとする異常に大きな力が加わった場合
、その力に応じて外皮７０が収縮する。したがって、外
皮７０とスクイズロール６０，６１との間に円筒体５０
の詰りが生じることな（、円滑に搬送することができた
。また、定常状態では、円筒体５０をスクイズロール６
０，６１の凹クラウンに沿った形状に保持するため、突
合せ部５１が精度良く保持され、実施例１と同様に形状
特性の優れた溶接管が製造された。

実施例３： 本実施例においては、第４図に示すように、多孔質セラ
ミックス調成いは多孔質金属粉末焼結体の円筒体を円筒
状ブロック２０に嵌め合わせることにより、円筒状ブロ
ック２０の外周部にガス流出層８０を形成した。また、
ガス流出層８０と円筒状ブロック２０の周面との間にガ
ス分散室８１を設けた。そして、実施例２と同様に、円
筒状ブロック２０に放射状に穿設したガス通路２３を、
ガス分散室８１に開口させた。

中空の支持軸１０を介して導入された不活性ガスは、一
部分岐してガス通路２３に流入する。そして、ガス分散
室８１で周方向に均一な圧力分布となった後、ガス流出
層８０を経て円筒状ブロック２０の半径方向に流出する
。流出した不活性ガスの圧力で円筒体２０がスクイズロ
ール６０．６１のロール周面に押し付けられる。その結
果、円筒体５０は、スクイズロール６０，６１の凹クラ
ウンに沿った形状に保持され、精度良く突合せ部５１が
保たれ、実施例１と同様に形状特性の優れた溶接管が製
造された。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、金属ストリ
ップを幅方向にカールさせることにより成形した円筒体
の内部に保形具等を挿入して、円筒体に半径方向外向き
の力を加えている。そのため、幅方向両端部がラッピン
グすることなく、−定した間隙をもつ突合せ部が形成さ
れる。また、円筒体自体の所期の断面形状に保持される
。そのため、溶接条件が安定化すると共に、溶接後のビ
ード形状及び溶接管の真円度も向上する。したがって、
後続工程におけるビードの整形、溶接管の矯正等の作業
負担も軽減され、優れた品質の溶接管が製造される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１における内面支持装置を示し
、第２図はその内面支持装置を溶接される円筒体に挿入
している状態を示し、第３図及び第４図はそれぞれ実施
例２及び実施例３の内面支持装置を示す。他方、第５図
及び第６図は、本発明者等が先に提案した設備構成を示
す。 １０：支持軸、２０：円筒状ブロック、２３：ガス通路
、３０：保形具、５０：円筒体、５１：突合せ部、７０
：外皮、８０ガス流出層 第５図 男３図 第４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力
   が付与された金属ストリップを幅方向にカールさせて成
   形した円筒体の幅方向両端部を突き合わせて溶接すると
   きに円筒体の内面を支持する装置であって、前記円筒体
   に挿入される支持軸と、該支持軸に装着された円筒状ブ
   ロックと、該円筒状ブロックの周囲に設けられた拡開可
   能な保形具とを備えていることを特徴とする造管用内面
   支持装置。
2. （２）請求項１記載の保形具は、弾性材料製で、長手方
   向にギャップが設けられた筒状の形態をもち、弾撥力に
   よって円筒体内面に押し付けられることを特徴とする造
   管用内面支持装置。
3. （３）請求項１記載の保持具は、円筒状ブロックの周面
   に加圧室を形成する外皮を備えており、前記加圧室に供
   給される圧力流体によって前記外皮が膨張し円筒体の内
   面に押し付けられることを特徴とする造管用内面支持装
   置。
4. （４）幅方向に一様な曲げ及び曲げ戻しにより残留応力
   が付与された金属ストリップを幅方向にカールさせて成
   形した円筒体の幅方向両端部を突き合わせて溶接すると
   きに円筒体の内面を支持する装置であって、前記円筒体
   に送入される中空支持軸と、該中空支持軸に装着された
   円筒状ブロックと、該円筒状ブロックの外周部に形成さ
   れたガス流出層とを備えており、前記中空支持軸から前
   記ガス流出層を経て前記円筒体の内面に加圧ガスが吹き
   出されることを特徴とする造管用内面支持装置。