JPH0576379B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 開示技術は、外管と内管を緊結させる耐摩耗性
の二重管等の配管の製造の技術分野に属する。

＜要旨の概要＞ 而して、この出願の発明はスラリー輸送、空気
輸送等に用いられる配管の耐摩耗性等を向上させ
るべく、例えば、普通鋼管の内側に耐摩耗鋳鋼管
を相対重層させた二重管等の素管を、外管の周方
向環状加熱手段とその加熱部周辺の冷却手段とに
対し相対的に軸方向移動させ、外管の軸方向にて
連続的に周方向環状加熱、及び、加熱部の周辺の
冷却を時間的にずらして行つて外管と内管とを緊
結させるようにした管の縮径方法に関する発明で
あり、特に、外管に対し軸方向の局所的なリング
状加熱とその周辺の冷却を行うに際し、加熱部周
辺の冷却により加熱部の膨径を拘束するように
し、該加熱部を降伏せしめ、冷却後加熱部の径が
初期径より小さくなるようにして強い緊結状態の
嵌合代をもつて嵌合した二重管が得られるように
した管の縮径方向に係る発明である。

＜従来の技術＞ 周知の如く、配管は各種の産業分野で流体の輸
送等に広く用いられているが、これらの配管のう
ち、例えば、石炭、各種鉱石、セメント等の固形
物を水等の液体に混在させて運ぶスラリー輸送
管、或は、粉塵、硅砂等の粉粒体の空気輸送管等
においては管内面が稼動に伴い経時的に著しく摩
耗し易いという問題がある。

したがつて、この種の配管には通常ガス管のよ
うな安価な鋼管が用いられ、摩耗すると、新しい
管と交換したり、摩耗部分に当て板を溶接したり
することによつて対処している。

勿論、特に、耐摩耗性を要求されるような用途
の配管では高クロム鋳鉄等、耐摩耗性に優れた材
料より成る管が使用されることもある。

而して、一般に、鉄鋼材料の耐摩耗性は硬さと
良い相関があり、耐摩耗性に優れた材料は一様に
著しく硬い。

例えば、耐摩耗材料としてよく使用される
27Cr鋳鉄は、シヨア硬さで81以上の硬さを有す
る。

＜発明が解決しようとする課題＞ さりながら、一方、硬さが硬くなる程、鉄鋼材
料の靱性は低下する傾向があり、上述した高クロ
ム鋳鉄等の耐摩耗材料から成る管は衝撃力が加わ
ると破損し易いという欠点がある。

又、高硬度の耐摩耗材料は溶接性、及び、加工
性が共に著しく悪いため、例えば、継手用のため
に溶接による管本体へのフランジの取り付けが不
可能に近い欠点があり、そして、該フランジを管
本体に一体形成させた場合にもその後の仕上げ加
工や孔開け加工が困難であり、そのうえ、補修溶
接が困難である等の難点がある。

加えて、製造コストが高い不利点もある。

このようなことから鋼管の管本体に耐摩耗材料
を内張した所謂クラツド鋼管も使用されるように
なつてきた。

該種クラツド鋼管は、通常遠心鋳造法、或は、
内盛溶接法等により作られて、内張管は管本体に
対し冶金的に接合されている。

而して、クラツド鋼管は、管の内面が内張管の
耐摩耗材料によつて覆われているため、特に、耐
摩耗性を考慮していない材質の通常の単層鋼管よ
り格段に耐摩耗性が優れてはいる。

又、管本体は耐摩耗材料を具備する必要がない
ので、充分な靱性をもち、溶接性や加工性の良好
な材質のものを採用出来る。

したがつて、耐摩耗材料のみから成る管と異な
り、充分な耐衝撃性能を有し、又、フランジを別
体形成して溶接で取り付けたり、孔開け加工した
りすることも可能である。

しかしながら、クラツド鋼管では製造方法の如
何によらず内張管に引張り応力が残存するため、
稼動中等で割れを生じ易い不都合さがある。

そして、一旦割れを生ずると、内張管と管本体
とが冶金的に接合しているため、当該割れが管本
体に容易に伝播して貫通割れとなり易いマイナス
点もある。

そこで、実用上充分な靱性を有する外管と耐摩
耗性に優れた内管とを重層した二重管で、両管が
冶金的に接合しておらず、しかも、ある面圧をも
つて緊結しており、内管が圧縮応力状態となるよ
うにした自緊二重管の開発が望まれている。

蓋し、かかる自緊二重管はクラツド鋼管と同様
の利点をもち、しかも、上述したクラツド鋼管の
欠点が解消されるからである。

ところで、従来の自緊二重管の製造技術として
は、第一に焼きばめ法、第二に拡管法、第三に出
願人の先に開発した所謂熱拡管法等がある ところが、内面耐摩耗性の自緊二重管の製造方
法としては、これらの方法による場合はそれぞれ
好ましくない点がある。

まず、第一の方法では、外管の内径、及び、内
管の外径に厳しい加工精度が要求されるが、内面
耐摩耗性の二重管の場合、内管は加工性の悪い耐
摩耗材料であるので、所要の加工を行うが非常に
難しい。

加えて、この方法では一般に長尺管の嵌合が極
めて困難である。

又、第二、第三の方法ではいずれも内管の塑性
拡管が行われるが、この場合、該内管の強度（降
伏点）が非常に高いうえに耐蝕二重管等に比べて
内管がやや厚くなるので、極めて高い拡管圧力が
必要となり、実用的ではない不都合さがある。

特に、第二の方法では、外管の強度（降伏点）
に比べて内管の強度（降伏点）が高い二重管の場
合、内管を塑性拡管しても、弾性戻りにより内外
管の間に隙間が生じる。

以上のように、潜在的に耐摩耗性の二重管に対
する強いニーズがあるにもかかわらず、従来技術
では満足すべき条件を具備した耐摩耗性の二重管
を提供出来なかつた。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく
二重管製造の問題点を解決すべき技術的課題と
し、内外管を相対遊挿した素管の外管に対し週方
向リング状加熱、及び、その周辺の冷却作用を同
時併行的に、例えば、軸方向に相対移動しながら
連続的に付与することで外管を縮径させ、内管を
外管がたが締めするようにして、各種産業におけ
る配管技術利用分野に益する優れた二重管の製造
に適用し得る管の縮径方法を提供せんとするもの
である。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とす
るこの出願の発明の構成は前述課題を解決するた
めに、内管と外管を相対遊挿（内管に外管を、或
いは、外管に内管を或いは、その両管による遊
挿）した素管の内管に高い耐摩耗性を有する材料
を用い素管の外管を縮径させるに際し、該外管に
対しリング状の加熱を付与し、周方向の環状加熱
手段と素管とを相対的に軸方向移動させるように
し、この際、環状加熱手段の管軸方向に沿う後
方、若しくは、前方、及び、後方にて冷却手段を
設けることにより、加熱部周辺の低温部により該
加熱部の熱膨脹を拘束して膨径を抑え込んで該加
熱部を降伏せしめ、該加熱部が冷却収縮後初期径
よりも縮径するようにした技術的手段を講じたも
のである。

〈発明の基礎的背景〉 一般に、管に対して環状に局部加熱し、その周
辺を冷却する熱処理を施すことにより管径が変化
する。

この現象は熱弾塑性挙動に起因する。

即ち、管の局部を加熱すると、加熱部は、熱膨
脹により膨径しようとするが、このとき、加熱部
の周辺を強制冷却すると、冷却部分によつて膨径
が拘束され、高温で降伏応力が低くなつているこ
とと相伴つて加熱部は容易に塑性変形し、自由膨
脹時に比べ、その膨脹量は著しく小さくなる。

そして、その後の冷却時には、比較的自由に熱
収縮するため、この熱履歴を受けた部分の管径
は、初期径より小さくなる。

この熱処理を、管の周方向にて行い、併せて長
手方向に連続して施すことで、管径を長さ方向に
て一様に減少させることが出来、又、管の長手方
向に部分的に施すことにより、管径を局部的に減
少させることも出来る。

第５図は、環熱縮径法（上述の管に対し環状の
加熱冷却を付与して縮径する方法）により管径が
縮径する基礎的現象を、熱弾塑性数値解析により
シミユレートして知得した態様を示したものであ
り、この場合、解析モデルは軟鋼管（外径165.2
mmφ×肉厚5.5mm）で、解析条件としては、管の
長手方向に局部的に、環状に800℃まで急速加熱
し、冷却する熱履歴を管の長手方向に連続的に与
えたものである。

当該第５図に於いて図中では、与えられた熱履
歴に応じ発生する塑性歪量（左側縦軸）と、これ
に対応する管径の過度的変化量（共に、板厚中央
の値）を右側縦軸に、管の長手方向の座標を横軸
に示した。

而して、加熱時は、膨径量は少なく、周方向に
大きな圧縮の塑性歪が発生し、冷却時には、引張
りの塑性歪が発生するものの、その量は加熱時に
比べて小さく、このため、冷却後、管の圧縮の塑
性歪が残存して管径が減少することが分る。

熱源の形状（加熱勾配、冷却勾配や最高加熱温
度等）を変えることにより発生する塑性歪量が変
化し、管径の変化量が変わるころから、管の材質
や断面形状に応じて、所定の熱履歴を与えること
で管径の変化量が制御出来ることも分る。

＜実施例＞ 次に、この出願の発明の１実施例を図面に従つ
て説明すれば以下の通りである。

図示実施例はスラリー輸送管等の耐摩耗性二重
管の製造の態様であり、外管１には、例えば、炭
素量0.25％程度の低炭素鋼等の高靱性のものを用
い、又、内管２としては耐摩耗性を有する、例え
ば、炭素量0.55％程度の高炭素鋼等を用いて、焼
入硬化させた内管２を第１図に示す様に、相対遊
挿して二重管素管３としておく。

而して、該二重管素管３を矢印に示す様に、軸
方向に所定速度で移動させるようにセツトし、更
に第２図に示す様に、外管１の外周に環状加熱手
段として、例えば、高周波誘導加熱装置４をセツ
トすると共に該高周波誘導加熱装置４に所定距離
離隔して近接した軸方向前後に、例えば、水道水
等のリング状のシヤワー装置の冷却装置５，５を
セツトし、二重管素管３を矢印方向に移動させる
ことにより加熱装置４、及び、冷却装置５，５は
該二重管素管３に対し相対移動するようにされ
る。

そこで、所定速度で該二重管素管３を矢印方向
に移動させると、加熱装置４はその前後の冷却装
置５，５による外管冷却に対し加熱による膨径作
用を付与するが、このプロセスにおいて、模式的
に第２図に示す様に、加熱部分の両端が冷却部分
に対して自由端であれば、当該第２図に示す様
に、自由に膨径して径方向に突出するが、実際は
加熱部分に対し当該加熱部分はその両端が冷却部
分によつて拘束されるために、当該部分は第４図
に示す様に、長手方向に対し中心方向に向かつて
径方向の押え曲げモーメントＦが作用し、高温と
なつて降伏点が低下していることと相俟って降伏
し、結果的に、リング状の軸方向断面が湾曲した
塑性変形部分が成形される。

そして、二重管素管３が矢印方向に相対移動す
ることにより、加熱装置４により加熱されて塑性
変形した部分は加熱部分を通過して冷却装置５，
５によつて冷却されると、第３図に示す様に、逆
に大きく縮径され、そこで大きな嵌合代が得られ
て外管１は内管２に対し緊結されることになる。

そして、この作用は外管１の全ての周方向部分
に作用するために、二重管素管３を軸方向連続的
に相対移動することにより、該外管１の全ての部
分が縮径し、全二重管素管３に於いて縛りばね状
態が現出され、結果的に、大きな自緊二重管が形
成される。

そして、上述緊結プロセスは内管２の肉厚に係
りなく行われ、又、軸方向長さに係らず、全二重
管素管３に於いて形成されるために、更に、外管
１と内管２の接合面の精度にもほとんど無関係に
行われることになり、内管２の肉厚が大で、しか
も、長尺管であるところの耐摩耗性二重管製造に
は極めて効果的である。

尚、この出願の発明の実施態様は上述実施例に
限るものでないことは勿論であり、上述内管をセ
ラミツクスとした耐蝕性二重管の製造、即ち、内
管に耐蝕性材料を用いたりすることが出来る等
種々の態様が採用可能である。

又、対象は直管のみならず、ベント管等の曲管
等に対しても適応出来るものである。

尚、この出願の発明は線状加熱手段や冷却手段
を移動方向に付与する手段によるところの周方向
増径縮径手段と異なり、あくまで加熱された管の
環状部分の膨径が隣接冷却部分により拘束され、
該加熱部分が冷却後縮径することにより縮径され
て、例えば、二重管の製造時に外管が内管に対し
緊結するようにしたものであり、その自緊メカニ
ズムは全く異なるものである。

そして、縮径処理は１回ではなく、繰り返し処
理を適用することが出来るものである。

そして、本処理は１回でも良いが、１回だけで
なく、２回以上繰り返すことで、その縮径量を増
大させることが出来る。

次に、上述実施例に則す実施例を示せば以下の
通りである。

第６図は、環熱縮径法による二重管製造におけ
る、環熱縮径処理ごとの外管１の外径変化量（累
積）と二重管素管３の内外管１，２の嵌合面圧の
発生状況を示す実施例（横軸：環熱縮径処理
（RHS）回数、縦軸：嵌合面圧、縮径量）であつ
て、これらの内外管１，２が鋼管（材質：STPG
−38、形状：外管90A／Sch40、内管80A／
Sch40）の場合を示している。

この場合、内外管１，２のクリアランス（直径
差）は1.5mmあり、これを４回の処理で両者は接
触され、５回以後は両者は嵌合していくことが分
る。

ここで、初期クリアランスは両者を重層するに
足りる程度で良く、実用上は、例えば、１〜５mm
程度である。

又、１回の処理当りの縮径量は実施条件により
任意に決めることが出来るが、実際には、例え
ば、外管の直径の0.5％程度である。

当該実験例のデータから分るように、内外両管
１，２が接触するまでは処理回数が増すにつれ外
管１の縮径量が増え、両者が接触後、嵌合面圧が
発生している。

そして、更に、処理回数を増すと、嵌合面圧が
増大することから、処理回数を制御することによ
つて、嵌合面圧を変え得ることが分る。

＜発明の効果＞ 以上、この出願の発明は、基本的に耐摩耗二重
管の製造に際し、外管を縮径させることにより内
外管を嵌合させて一体化を図つたものである。

このため、内管を拡径させて耐摩耗二重管を製
造する方法の場合、弾性戻り差により拡管力を除
荷した後内外管の嵌合力が低下し、場合によつて
は内外管が分離してしまうが、これに対して処理
後に内外管が分離することなく縮径させることが
出来、それによつて外管に比し内管の強度が高
く、自緊二重管としては極めて精度が高いものが
得られる優れた効果が奏され、又、拡管圧に必要
な強大な圧力等も要らず、製造に際する動力費が
安くて済み、低コストで製造出来る効果がある。

又、従来の焼きばめ法等とは異なり、外管と内
管の接合面の精度もそれほど大きく要求されず、
したがつて、長尺管等も比較的自由に製造出来る
という優れた効果が奏される。

又、内管が耐摩耗性であり、外管が高靱性であ
るような態様においても、何ら設計の自由度が拘
束されずに縮径出来、したがつて、外管と内管の
材料選択も自由であるという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の１実施例の概略説明図
であり、第１図は外管と内管の相対重層時の部分
断面側面図、第２図は加熱による押え曲げモーメ
ント付与メカニズムの部分断面図、第３図は冷却
による押え曲げモーメントを介しての縮径メカニ
ズムの断面図、第４図は押え曲げモーメント付与
の模式斜視図、第５図は環熱縮径法の基礎現象の
シユミレーシヨングラフ図、第６図は環熱縮径の
実験例のグラフ図である。 ３……管、１……外管、４……加熱（手段）、
５……冷却（手段）、Ｆ……押え曲げモーメント。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管１に対し周方向の環状加熱４とその周辺の
   冷却５を同時併行的に付与し、加熱部の熱膨脹を
   その両側の冷却により拘束して膨径を抑え、該加
   熱部が冷却により収縮し、その部分の径が初期径
   より小さくなるようにすることを特徴とする管１
   の縮径方法。 ２ 管１に対し周方向の環状加熱４とその周辺の
   冷却５を同時併行的に付与し、加熱部の熱膨脹を
   その両側の冷却により拘束して膨径を抑え、該加
   熱部が冷却により収縮してその部分の径が初期径
   より小さくなるようにし、而して管１と加熱手段
   ４とを軸方向に相対移動させ、管の移動長全長に
   亙り冷却後の管１の径が初期径より小さくなるよ
   うにすることを特徴とする管１の縮径方法。