JPH0576382B2 - - 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た耐摩耗性
の二重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、外管、内管を遊挿的に相対重層させた二
重管素管を高周波誘導加熱等の周方向環状加熱手
段とその前後のシヤワー水等の環状冷却手段とを
二重管素管に対し相対的に軸方向移動させて前段
の環状冷却に続いて周方向環状加熱、及び、更な
る後段の環状冷却を行つて外管と内管とを嵌合緊
結させるようにした二重管の製造方法とそれに直
接使用する装置に関する発明であり、特に、二重
管素管の外管に対し環状の加熱とその前後段の環
状冷却を行うに際して環状冷却によつて環状加熱
部の膨径を拘束するようにした環状加熱手段と加
熱冷却手段とを１ユニツトとし、複数のユニツト
を所定ピツチにして二重管素管の冷却後加熱付与
部分に対し内向の塑性変形を経時的に連続的に付
与して１プロセスで強い緊結の嵌合代が得られる
ようにした二重管の製造方法、及び、装置に係る
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
物を水に混合して運ぶスラリー輸送管、或は、粉
塵、硅砂等粉粒体の空気輸送管等においては、稼
働によつて経時的に管内面が著しく摩耗され易い
という問題がある。

而して、この種の配管には一般には通常のガス
管のような安価な鋼管が用いられ、摩耗すると、
新管と交換したり、摩耗部分に当て板を溶接した
りすることによつてこれに対処している。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上述の如く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。

ところで、一般に、鉄鋼材料の耐摩耗性は硬さ
と深い相関があり、耐摩耗性に優れた材料は一様
に著しく硬い。

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

さりながら、一方、鉄鋼材料はその硬さが硬く
なる程、靱性は低下する傾向があり、そのため、
例えば、上記高クロム鋳鉄等の耐摩耗材料から成
る管で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、溶接によるユニツト管
相互の連結のための各管体への結合用のフランジ
の取付が不可能である欠点があり、又、該フラン
ジを管に一体形成させた場合にも、その面の仕上
げ加工やボルト用の孔開け加工が困難であり、更
に補修のため等の溶接も困難である等の難点があ
る。

加えて、製造コストが高くなるという不利点も
ある。

このようなことから、鋼管に耐摩耗材料を予め
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、通常遠心鋳造法や肉盛溶
接法等により作られており、内張は管本体に対し
冶金的に接合されている。

而して、クラツド鋼管は、管の内面が耐摩耗材
料の内張によつて覆われているため、特には耐摩
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、管本体に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、溶接性の良好な材質
のものを採用出来るメリツトがある。

したがつて、耐摩耗材料のみからなる単層管と
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付けることも可能であ
る。

しかしながら、内張に、一旦割れが生ずると、
内張と管本体とが冶金的に接合されているため、
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
つて緊密に接触しており、内管が圧縮応力を有す
る状態となるようにした内面耐摩耗自緊二重管の
開発が望まれている。

蓋し、このような内面耐摩耗自緊二重管は、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
願人が先に開発した所謂熱拡管法等がある さりながら、内面耐摩耗自緊二重管の製造につ
いてこれらの方法を用いるにはそれぞれ次述の如
き好ましくない点がある。

即ち、まず、第一の方法は、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、内面耐摩耗自緊二重管の場合、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
ことが非常に難しい。

加えて、この方法では一般に長尺管の内外管の
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、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
内管の肉厚が大きくなるので、極めて高い拡管圧
力が必要となり実用的ではない。

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

かかる点に対処するために、出願人の先願発明
である特願昭60−122663号（特開昭61−283416号
公報）発明においては外管と内管を遊挿的に相対
重層（内管に対し外管を重層、或いは、外管に対
し内管を重層、或いは、双方）して二重管素管と
し、外管の外側に環状加熱手段を設け、更に、そ
の前後の一方、或は、双方に水シヤワー等の環状
加熱冷却手段を設けてこれらの手段と二重管素管
とを相対的に軸方向に移動させることにより、環
状加熱手段で外管を膨径させ、その前後（一方、
或は、双方）に於ける環状冷却手段により外管の
膨径を拘束して外管を降伏させ、該外管の加熱後
の冷却収縮により大きな縮径作用を付与し、外管
の内管に対するたが締めを行つて、自緊させた二
重管を巧みに得るようにした新規な二重管製造技
術を開発した。

ところが、該種所謂環熱縮径方式の二重管製造
は、基本的には優れた技術であるものの、二重管
によつては初期の二重管素管の段階で外管と内管
を遊挿的に相対重層する際に、二重管素管が長尺
の場合は外管と内管との間のクリアランスがかな
り大きくないと全長に亙つて遊挿的には相対重層
が行われ得ず、そのため、二重管素管態では外管
と内管とのクリアランスが大きく、したがつて、
上述の如く、基本的には優れた耐摩耗自緊二重管
が得られはするものの、長さ方向で環状加熱手段
と冷却手段とを全長に亘り複数回往復せねばなら
ず、その限り、操作、管理、制御が煩瑣となつて
作業能率が向上し難いという難点もあり、結果的
にコスト高となる不利点があつた。

以上のように、本来的に内面耐摩耗二重管に対
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内面耐摩耗自緊二
重管を製造出来なかつた。

〈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、耐摩耗性の内管と外管とを遊挿的に相対重層
した二重管素管の外管に対し周方向の環状加熱手
段、及び、その前後周辺の環状冷却手段を１ユニ
ツトとし、軸方向に配設した複数ユニツトを所定
ピツチで設けて同時併行的に連続的に、例えば、
軸方向に相対移動しながら各段のユニツトで外管
に対する加熱冷却作用を付与することにより該外
管を縮径させて内管を該外管によりたが締めして
内面耐摩耗二重管を得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
造方法、及び、該方法に直接使用する製造装置を
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
ために外管と内管を遊挿的に相対重層して二重管
素管となし、該二重管素管の内管には高い耐摩耗
性を有する材料を用い、外管を縮径させるに際
し、該外管に対する環状の加熱作用を付与し、周
方向環状の加熱手段と該加熱手段の軸方向の前後
に冷却手段を管の軸方向所定間隔を置いた１ユニ
ツトとし、複数ユニツトを軸方向に配設し、該複
数ユニツトと二重管素管とを相対的に経時的に軸
方向移動させるようにし、このプロセスで環状加
熱作用の前方、及び、後方にて環状冷却作用を付
与することにより、軸方向長さからみて、加熱部
分の前方、及び、後方にて中心方向への径方向の
押え曲げモーメントが長さ方向で連続して作用す
るようにし、外管は加熱部で膨径しようとする
が、その前後の冷却部分により拘束され、降伏し
て塑性変形し、加熱直後の冷却により大きく収縮
され、初期径よりも縮径して内管をたが締めして
内面耐摩耗二重管を得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〉 ところで、一般に、管は該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、管の局部を環状に加熱すると、加熱部は
熱膨脹により膨径しようとするが、このとき、該
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、管の長手方向に連続して施すこ
とで、管径を全管長に亘り一様に減少させること
が出来、又、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６図は、環熱縮径法（前述した管に対し環状
の加熱冷却を付与して縮径する方法）により管径
が変化する基礎的現象を、熱弾塑性解析によりシ
ミユレート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165.2mmφ×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、次いで
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。

図中で、与えられた熱履歴に応じ発生する塑性
歪量と、これに対応する管径の過渡的変化量（共
に、板厚中央の値）をへ右の縦軸に、管の長手方
向の座標を横軸に示した。

当該第６図に於て、加熱時は見かけの膨径量は
少なく、周方向に大きな圧縮の塑性歪が発生し、
これに対し冷却時には、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、管に圧縮の塑性歪が残存して管径
が減少することが分る。

更に、熱源の態様（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とから、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が知得
される。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を図面を参照し
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、該耐摩耗性二重管の製
造の基本原理を第２〜５図で説明すると、外管１
には、炭素量0.25％程度の低炭素鋼等の高靱性の
材料を用い、又、内管２に耐摩耗性を有する、炭
素量0.55％程度の高炭素鋼等の材料を用いて焼入
して硬化度をより高度にさせ、該内管２を全体冷
却した状態で外管１と遊挿的に相対重層して二重
管素管３としておく。

而して、該二重管素管３を第２図の白矢印に示
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３図に示す様に、外管１の外周
に環状に加熱手段として、例えば、高周波誘導加
熱装置４（以下、加熱装置と略称）をセツトする
と共に該加熱装置４に所定距離隔離して近接して
軸方向前後に環状の冷却手段として、例えば、水
道水等の環状のシヤワー装置の冷却装置５，５を
セツトして１ユニツトとし、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の１ユニツトを二重管素管３に対
し相対移動するようにする。

そこで、所定速度で二重管素管３を移動させる
と、加熱装置４はその前後の冷却装置５，５によ
る外管１の冷却に対し、加熱による膨径作用を付
与しようとするが、このプロセスにおいて、模式
的に第４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、自由に膨径して周方
向に突出するが、実際は加熱部分に対し冷却作用
により加熱部分はその両端が冷却されているの
で、押え曲げモーメントＦが働き、膨径が拘束さ
れて結果的にリング状の湾曲した塑性変形部分が
形成される。

そして、二重管素管３が白矢印方向に移動する
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によ
つて冷却されると、第５図に示す様に、大きく収
縮して逆に初期径より縮径することになり、そこ
で大きな嵌合代が得られて外管１は内管２に対
し、たが締め作用を行い、両管１，２は緊結され
ることになる。

そして、加熱装置４、冷却装置５，５の１ユニ
ツトによる作用は外管１の全ての周方向部分に作
用するために、二重管素管３をユニツトに対して
軸方向連続的に軸方向に相対移動することにより
外管１の全ての部分が縮径し、該二重管素管３の
全長に於いて縛りばめ状態が現出され、結果的に
内面耐摩耗性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
わりなく行われ、又、軸方向長さに係わらず、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内面耐摩耗二重管製
造には極めて効果的である。

而して、加熱装置４、冷却装置５，５の１ユニ
ツトを二重管素管３に対して相対移動させた場
合、先述した如く、該二重管素管３が長尺管の場
合には外管１と内管２との間のクリアランスが大
きく、そのため、加熱装置４と冷却装置５の１ユ
ニツトによる１回のパスプロセスでは実験による
と、外管１の直径が100φ、肉厚4tである場合に
は、縮径処理で約0.5mmの縮径が行われ、１回の
パスプロセスでは必要とする自緊が得られないこ
ともあるために、目的とする嵌合代を得るために
は２回、３回、場合によつて４回以上のパスプロ
セスを軸方向に対して反復せざるを得なくなる。

そして、上述処理は１回のパスプロセスでも良
いが、１回のパスプロセスだけではなく、２回以
上のパスプロセスを繰り返すことで、その縮径量
を増大させることが出来る。

次に実験例を示せば以下の通りである。

第７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
発生状況を示す実験例であつて、該内外管１，２
の二重管素管３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の初期クリアランス
（直径差）は1.5mmあり、これを４回のパスプロセ
ス処理で内外管１，２を接触させ、５回以後のパ
スプロセスで内外管１，２は嵌合していくことが
分る。

ここで、初期クリアランスは該内外管１，２を
遊挿状に相対重層するに足りる程度で良く、実用
上は、例えば、１〜５mm程度であれば充分であ
る。

そして、高周波加熱装置４については一次電力
80kW、周波数0.7kHz、加熱温度800℃、軸方向加
熱幅20mm、冷却装置との間隔５〜10mm、軸方向相
対移動速度170mm／分である。

当該実験例のデータから分るように、内外管
１，２が接触するまでは処理パスプロセス回数が
増すにつれ外管１の縮径量が増え、内外管１，２
が接触後、嵌合面圧が発生している。

そして、更に、処理パスプロセス回数を増す
と、嵌合面圧が増大することから、該処理パスプ
ロセス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。

そこで、この出願の発明においては、第１図に
示す実施例の様に、環状加熱装置４とその前後の
冷却装置５，５とで１ユニツトとし、各ユニツト
を冷却装置５の部分で連続させて所定ピツチに複
数段（当該実施例においては２段）を配設し、こ
れらの２段のユニツトを相互に長さ方向に固定し
て全ユニツトで二重管素管３に対し相対移動する
ようにし、そこで、白矢印に示す様に、該二重管
素管３を移動させて全ユニツトと相対移動させる
と、第１段のユニツトを介しての加熱、冷却によ
り第１段の縮径が行われ、次いで、第２段のユニ
ツトにより第２段の縮径が行われ、次第に縮径が
重なり、該第２段のユニツトによる縮径では設計
通りの充分な縮径が行われて外管１の内管２に対
するたが締め作用を介しての自緊は確実に行わ
れ、したがつて、１パスプロセス処理で目的とす
る内面自緊二重管が得られる。

そのため、動力も少く、制御管理も少くて済む
ことになる。

又、１パスプロセス処理による全周的な嵌合代
も均一に形成されることになり、二重管素管３の
全域に於いて、内管２には圧縮応力が付与されて
配管使用に際しての応力腐蝕割れが生じないよう
にされ、耐摩耗性と共に配管の性能を向上させ
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、内管をセラミ
ツクスとしたり耐摩耗二重管の製造等種々の態様
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。

而して、この出願の発明は従来態様のシーム溶
接等に類似する管の側面の軸線方向に沿う線状加
熱や冷却手段を軸方向に移動して付与する手段に
よるところの周方向増径縮径手段と異なり、あく
まで、環状に加熱された管の周方向の膨径が軸方
向に於いて加熱部に対し該加熱部の前後の冷却部
分により拘束され、加熱部分が冷却後収縮するこ
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たが締めを介して緊結するよ
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。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、基本的に二重
管の製造に際し外管を縮径させることが出来、内
外管の隙間等が生ずる虞がなく、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、水圧拡管法による場合のように強
大な圧力等も要らず、製造に用いる動力費が安く
てすみ、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、外管が高靱性であるよ
うな場合にも何等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。

而して、二重管素管の外管に対し、環状加熱手
段とその前後の加熱冷却手段とを１ユニツト化
し、該ユニツトを設定ピツチで二重管素管の軸方
向複数ユニツトにして二重管素管と相対移動自在
にすることにより、１パス処理で複数ユニツトが
各々該二重管素管に対し塑性変形と冷却収縮を介
して複段の縮径を反復させることになり、設計通
りの縮径が行われて外管の内管に対するたが締め
による自緊が行われて充分な嵌合代を有する二重
管が能率良く得られるという優れた効果が奏され
る。

したがつて、一つの装置でありながら、長尺管
の二重管素管の段階で外管と内管との間に１パス
プロセスの処理では充分な嵌合代が得られないク
リアランスがあつたとしても、長さ方向に環状加
熱手段と冷却手段とを相対的に往復動する複数回
のパスプロセス処理を行うことなく、１パスプロ
セス処理で充分な嵌合代が得られることになり、
装置全体も簡単になり、又、操作もし易く、管理
もやり易いという優れた効果が奏される。

そのため、動力費も安く、ランニングコストも
低く抑えることが出来るという優れた効果が奏さ
れる。

したがつて、二重管の長さに拘束されず、設計
の自由度が高まり、自在な二重管の製造が出来る
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実施例の概略説明図で
あり、第１図は１実施例の概略断面図、第２図乃
至第５図は原理態様図であり、第２図は外管と内
管の相対重層時の部分断面図、第３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４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模式斜視図、第５図は縮
径して自緊した二重管の部分断面図、第６図は環
熱縮径の基本的現象のシユミレーシヨングラフ
図、第７図は環熱縮径の実施例のグラフ図であ
る。 ３……素管、１……外管、２……内管、４……
加熱装置、５……冷却装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外管と内管とを遊挿状に相対的に重層して二
   重管素管としその外管に対し周方向の環状加熱と
   加熱部周辺の環状冷却を同時併行的に付与し、加
   熱部の熱膨張をその前後両側の低温部により拘束
   して膨径を抑え、その後該加熱部を冷却により収
   縮させてその部分の径が初期径より小さくなるよ
   うにし、而して二重管素管と加熱冷却手段とを軸
   方向に相対移動させて加熱部の全長に亙り冷却後
   の二重管素管の径が初期径より小さくなるように
   した二重管の製造方法において、上記加熱手段と
   冷却手段を両者で１ユニツトとし設定ピツチを介
   した複数のユニツトを軸方向に沿つて連続的に移
   動させるようにすることを特徴とする二重管の製
   造方法。 ２ 外管と内管とを遊挿状に相対重層した二重管
   素管の外管に対する環状加熱装置と環状冷却装置
   とを有する二重管製造装置において、相前後する
   該環状加熱装置と環状冷却装置とより成るユニツ
   トが軸方向所定ピツチで複数ユニツトで設けられ
   て全ユニツトが軸方向に二重管素管と相対移動自
   在にされていることを特徴とする二重管製造装
   置。