JPH0576384B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は、低炭素鋼製等の外管とセラミツク
ス製等の耐摩耗性の内管を緊結させる等の耐摩耗
性の曲り二重管の製造技術の分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明はスラリー輸送等に用
いられる配管の耐摩耗性等を向上させるべく、曲
り外管と耐摩耗性の曲り内管とを相対重層させて
二重管の曲り素管とし、該曲り素管を高周波誘導
加熱装置等の周方向環状加熱手段とその前後段の
水シヤワー装置等の冷却手段とに対し相対的に軸
方向に移動させて前段の冷却作用に続いて周方向
に一様な環状の加熱作用、及び、後段の冷却作用
を行つて曲り外管により曲り内管をたが締めして
嵌合緊結させるようにした耐摩耗性等を有する曲
り二重管の製造方法に関する発明であり、特に、
低炭素鋼製等の曲り外管に対し耐摩耗鋳鋼製等の
曲り内管を相対重層したり、多数の短円筒状等の
セラミツクス製等の耐摩耗材のセグメント状等の
ピースを相互に隣接させて内張りしたりして非緊
結状態の曲り素管を形成し、曲り外管に対する環
状の加熱作用とその前後段の冷却作用を行うに際
して前後段の環状冷却作用部分が中段の加熱作用
付与部分に対し軸方向にて管中心方向に向かつて
加熱による膨径を押さえるように作用して該膨径
を拘束するようにした環状加熱作用と冷却作用と
により冷却後加熱付与部分に対し内向塑性変形を
経時的に軸方向に連続的に付与してこれらの環状
の加熱作用と冷却作用の曲り素管に対する通過で
曲り外管が曲り内管をたが締めするようにして強
い緊結の嵌合代が得られるようにした曲り二重管
の製造方法に係る発明である。

〈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、石炭や各種鉱石、セメント等の粉粒
状の固形物を水に混合分散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で
は、稼動中経時的に管の内面が摩耗し易いもので
ある。

特に、配管中の曲り管部分の摩耗が著しく、耐
久性の点でしばしば問題となる。

この種の配管にはこれまで多くの場合、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、摩耗した部分に当て板を溶接し
たりすること等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〉 而して、特に耐摩耗性を要求されるような用途
の配管では、高クロム鋳鉄等の耐摩耗性に優れた
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その
硬さと深い相関があり、耐摩耗性に優れた材料は
一様に著しく硬く、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。

さりながら、当業者に周知の如く、鉄鋼材料の
硬さが高くなる程、そ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。

ところで、取外し等の点から直管と曲り管との
連結には一般にフランジ継手が多く用いられる
が、高硬度鋳鋼製の曲り管ではその高硬度のため
にフランジ部分の平面切削加工やボルトの孔開け
加工がし難いという不都合さがある。

即ち、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ことから、第一に配管相互
の連結のため溶接による連結用のフランジの取付
等が不可能である欠点があり、第二に該フランジ
を一体形成させた場合にも、フランジ面の仕上げ
加工やボルト用の孔開け加工が困難であり、第三
に補修溶接が困難である等の難点がある。

加えて、製造コストも高くなるという不利点も
ある。

このようなことから、耐摩耗用配管に用いる鋼
管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。

この種のクラツド鋼管は、通常遠心鋳造法、或
は、肉盛溶接法等により作られており、内張は外
側の管本体に対し冶金的に接合している。

而して、クラツド鋼製の曲り管は、外側の管本
体の内面が耐摩耗材料の内張によつて覆われてい
るため、特に耐摩耗性を考慮していない材質の通
常の単層鋼管の曲り管よりも格段に耐摩耗性が優
れてはいる。

又、内張の外側の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、溶接性の
良好な材質のものを採用出来る。

したがつて、該管本体は耐摩耗材料のみから成
る内張と異なり、充分な耐衝撃性能を有し、又、
連結用の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、クラツド鋼製の曲り管では一旦
割れが生ずると、上述の如く、内張と外側の管本
体とが冶金的に接合しているため、該割れが外側
の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曲り管の外
側の管本体と耐摩耗性の優れた内張とを重層した
曲り二重管で、内張と外側の管本体とが冶金的に
は接合しておらず、しかも、ある面圧をもつて接
触しており、内張が圧縮応力状態となるようにし
た自緊曲り二重管の開発が望まれている。

蓋し、このような自緊曲り二重管は、クラツド
鋼製の曲り管と同様の利点をもち、しかも、上述
したクラツド鋼製の曲り管の欠点が解消されるか
らである。

〈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
曲り二重管製造の問題点を解決すべき技術的課題
とし、曲り外管に対しては高靱性を具備させ、曲
り内管を高硬度として両管を相対挿入して非緊結
状態の曲り素管の曲り外管に対し周方向環状の加
熱作用、及び、その前後周辺の環状冷却作用を同
時併行的に軸方向に連続的に、例えば、軸方向に
相対移動しながら加熱作用と冷却作用を付与する
ことにより曲り外管を縮径させて曲り内管を該曲
り外管によりたが締めして緊結するようにして各
種産業における配管技術利用分野に益する優れた
耐摩耗曲り二重管の製造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、低炭素鋼製の曲り外管と耐摩耗性鋳鋼製
の曲り内管や耐摩耗材の多数のセラミツクス製等
のセグメント状、アーチ状等のピースより成る内
張用曲り内管を相対重層（曲り外管内に曲り内管
を挿入、或いは、逆の、又、両方を同時に行う）
して非緊結状態の曲り素管となし、該曲り素管の
曲り外管を縮径させるに際し、該曲り外管に対す
る周方向の環状の加熱作用とその前後の環状冷却
作用を同時併行的に付与し、周方向環状加熱手段
と周方向環状冷却手段、及び、それらの内側の曲
り素管とを相対的に経時的に軸方向に移動させる
ようにし、このようにすることによつて環状加熱
手段の前方、及び、後方の双方に環状冷却手段を
配設することにより、加熱部の膨径をその前後の
冷却部により拘束して降伏させ、加熱直後の冷却
収縮により初期径よりも縮径するようにして曲り
内管や該曲り内管の耐摩耗材の各ピース相互を強
固に相互密接させて曲り外管により曲り内管をた
が締め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、局部冷却
の処理を施すことにより管径は変化する。

この現象は熱弾塑性挙動に起因する。

即ち、管の周方向局部を加熱すると、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（前後）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、加熱部に対する冷却を行うと、加熱付
与部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、管の長手方向に移動させて連続
して施すことで、長手方向全領域に亘り管径を一
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７図は、環熱縮径法（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
トしたグラフ図であり、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、その後冷却する熱履歴を
管の長手方向に連続的に与えたものである。

当該第７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）を縦軸（左右縦軸）
に、管の長手方向の座標を横軸に示した。

当該第７図により加熱時は、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、管に
圧縮の塑性歪が残存し管径が減少することが分
る。

そこで、まずこの出願の発明の耐摩耗性の曲り
二重管の製造方法の原理態様を、第３〜６図で説
明すると、曲り外管１に曲り内管２を相対重層し
て非緊結的に挿入状態にした曲り素管３を第３図
の矢印に示す様に、軸方向に所定速度で移動させ
るようにセツトし、更に、第４図に示す様に、曲
り外管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
離隔して近接した軸方向前後位置に、例えば、水
道水等の環状のシヤワー式の冷却装置５，５（以
下、冷却装置と略称）を位置を固定してセツトし
て１ユニツトとし、曲り素管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ユニツトを曲り素管３に対し相対移動
するようにする。

そこで、所定速度で矢印に示す様に、曲り素管
３を加熱装置４、冷却装置５，５に対して相対移
動させると、該加熱装置４とその前後の冷却装置
５，５により曲り外管１は局部加熱され、加熱に
よる膨径作用が付与するが、この工程（目的とす
る嵌合力を付与されるまで）において、加熱部分
の熱膨脹変形が拘束されなければ、自由に膨径し
て周方向に突出しようとするが、模式的に当該第
４図に示す様に、実際は加熱部分の変形は、周辺
の冷却部分によつて拘束されているために、当該
部分は第５図に模式的に示す様に、長手方向に対
し中心方向に向かつて加熱による膨径を抑制する
径方向の押え曲げモーメントＦが作用し、結果的
に湾曲した塑性変形部分が成形される。

そして、曲り素管３が加熱装置４と冷却装置
５，５に対し矢印方向に相対移動することによ
り、該加熱装置４により加熱されて塑性変形した
曲り外管１の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６図に示す様に
熱収縮により初期径より縮径され、そこで、大き
な嵌合代が得られて曲り外管１は曲り内管２に対
し、たが締め作用を行い緊結されることになる。

そして、この加熱装置４と冷却装置５，５の１
ユニツトによる縮径作用は曲り外管１の全ての周
方向部分に作用するために、該曲り素管３，３′
を軸方向に連続的に相対移動することにより、該
曲り外管１の全ての部分が縮径し、曲り素管３，
３′の全長に於いて、曲り内管２の全長に亙り嵌
合状態が現出され、結果的に曲り二重管が形成さ
れることになる。

そして、上述緊結プロセスは曲り内管２，２′
の、即ち、各曲り内管２の肉厚に係わりなく行わ
れ、又、軸方向長さに係わらず、曲り素管３の全
ての領域に於いて形成されるために、更に、曲り
外管１と曲り内管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、摩耗環境下で寿命
延長のために用いられる原因の耐摩耗性内張曲り
二重管の製造には極めて効果的である。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を第１，２図の
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内張
曲り二重管の製造の態様であり、第１図に示す実
施例で曲り外管１には、例えば、高靱性を有する
炭素量0.25％程度の低炭素鋼等の所定曲率の曲り
管を用い、曲り内管２として、例えば、耐摩耗性
を有する炭素鋼0.55％程度の高炭素鋼を用いて焼
入れ硬化させた同曲率の曲り管を適宜に曲り外管
１内に前述した如く相対重層して非緊結的な挿入
状態の曲り素管３としておく。

又、第２図に示す実施例では、曲り内管２′と
しては高耐摩耗性、高硬度を有するセラミツクス
（Al₂O₃）製の短円筒の側面視台形に切断したセ
グメント状のピース２″，２″……（この場合はセ
ラミツクスで第１図の様な曲り内管を形成するこ
とが一般的に困難でコスト高であるため、当該第
２図に示す様なセラミツクス製の直管を側面視台
形状に分割切断したものを接着剤等により相互に
仮付けする。）を用いて適宜仮付け等により軸方
向相互に隣接して設定長さにして全体が室温の状
態で曲り外管１と該曲り内管２′とを適宜に相対
挿入して曲り素管３′としておく。

そして、これらの曲り素管３，３′に対し前述
原理態様に示した加熱装置と冷却装置５，５によ
る軸方向相対移動を介しての環熱縮径作用を付与
して曲り外管１の曲り内管２に対するたが締めを
行う。

尚、上述第２図の実施例はセラミツクス製の曲
り内管２′が軸方向のセグメントのリング状ピー
ス２″，２″……を多数隣接状態にした態様である
が、これに代えて周方向にアーチ状の所謂八ツ橋
状のピースをピース２″，２″……と同形状に設定
数多数周方向、及び、軸方向に仮付けして隣接す
る態様も採用可能であり、いづれにしても曲り外
管１による曲り内管２のたが締め作用による機械
的な相互拘束の断面円形の曲り二重管を構成する
ことが出来る。

而して、上述処理は１回の曲り素管３，３′の
軸方向１回通過でも良いが、２回以上の通過を繰
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、上述実施例に則す実験例を示せば以下の
通りである。

第８図は、環熱縮径法RHS（登録商標）法によ
る二重管製造における、通過環熱縮径処理ごとの
外管１の外径変化量（累積）（左側縦軸上）と二
重管素管３の内外管１，２の嵌合面圧（左側縦軸
下）の発生状況を示すものであつて、内外管１，
２の曲り素管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、曲り内外管１，２の初期クリアラン
ス（直径差）は1.5mmあり、これを４回の環熱縮
径処理で曲り内外管１，２を接触させ、５回目の
環熱縮径処理以後は該曲り内外管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曲り内外管１，２
を相対挿入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。

そして、環熱縮径処理について述べると、１回
の処理当りの縮径量は条件により任意に決めるこ
とが出来るものであるが、実際には、例えば、外
管の直径の0.5％程度であつた。

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

更に、処理繰り返し回数を増すと、嵌合面圧が
増大することから、該処理繰り返し回数を制御す
ることによつて、嵌合面圧を変え得ることが分
る。

そして、設計に沿う嵌合代が得られるために、
周方向は勿論、長さ方向にても均一に嵌合した精
度の高い曲り二重管が得られる。

而して、前述第１図に示す実施例において、加
熱装置４と冷却装置５，５の１ユニツトを曲り素
管３に対して相対移動させた場合、先述した如
く、該曲り素管３が通常曲率の曲り管の場合、該
１ユニツトでは実験によると、曲り外管１の直径
が100φ、肉厚4tである場合には、１回による縮
径処理で約0.5mm管径が減少する。

尚、この出願の発明の実施態様は前述各実施例
に限るものでないことは勿論であり、曲り内管は
鋳鋼管、セラミツクス管以外にも耐蝕性材料を用
いることが出来る等種々の態様が採用可能であ
る。

尚、この出願の発明は従来態様の管の軸方向に
線状加熱後冷却手段を移動して付与する手段によ
るところの周長減少の態様と異なり、あくまで、
加熱された外管の環状部分の膨径が隣接する冷却
部分により拘束され、加熱部分が冷却後縮径する
ことにより、曲り外管が曲り内管に対し緊結する
ようにしたものであつて、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、基本的にスラ
リー輸送管等の曲り二重管において、曲り外管の
内面に緊結される耐摩耗性内張の曲り内管が曲り
鋳鋼管や短管状のセグメントやアーチ状の多数の
ピースによつて形成され、（一体のものも、分割
されているものも）力学的に相互に緊結されて当
接されるように相対重層して曲り素管とすること
により曲率を問わず、曲り素管を形成することが
出来るという優れた効果が奏される。

そして、曲り内管が曲り外管のたが締めによつ
て緊結されるために力学的に安定し、稼動中の剥
離等が生じないという優れた効果もある。

更に、曲り内管が曲り外管によるたが締めによ
り、圧縮応力を受け、耐蝕性が向上すると共に曲
り内管が多数のピースで成り立つている態様では
曲面に沿い易くなり、そのため、耐久性が向上す
るという優れた効果が奏される。

而して、曲り二重管等の製造に際し曲り外管を
縮径させることが出来、極めて高精度の自緊曲り
二重管が得られる優れた効果が奏される。

又、曲り内管には耐摩耗性の優れたセラミツク
ス製管、高クロム鋳鉄製管や高炭素鋼管、耐蝕性
に優れたステンレス鋼管やインコネル製管等を用
いることが出来、耐摩耗性があり、曲り外管には
炭素鋼管のみならず、ステンレス鋼等を用いても
何等設計の自由度が拘束されずに縮径出来、した
がつて、曲り外管と曲り内管の材料選択も実用
上、自由であるという効果が奏される。

而して、曲り素管の曲り外管に対し、環状加熱
手段（装置）とその前後の冷却手段（装置）とを
１ユニツト化し、曲り素管に対し環状塑性変形と
冷却収縮とを介して縮径作用を付与することにな
り、設計通りの縮径が行われて曲り外管の曲り内
管に対するたが締めによる自緊が行われ、充分な
嵌合力を有する曲り二重管が製造出来るという優
れた効果が奏される。

したがつて、曲り二重管の径や曲率に拘束され
ず、設計の自由度が高まり、自在な曲り二重管の
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実施例の断面図、第２図は他の
実施例の第１図相当断面図、第３図は曲り外管と
内管の相対重層時の部分断面側面図、第４図は加
熱冷却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５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６図は縮径して自緊した曲り二重管の断面図、
第７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８図は環熱縮径処理の実施例のグ
ラフ図である。 １……外管、２，２′……内管、３，３′……素
管、４……加熱装置、５……冷却装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外管１に内管２を重層して曲り二重管３を製
   造する方法において、曲り外管１内に耐摩耗材の
   曲り内管２を相対的に重層して曲り素管３とし、
   該曲り外管１に対し周方向の環状加熱作用とその
   周辺の冷却作用を同時併行的に付与し、加熱部の
   熱膨張をその周辺の低温部により拘束して膨径を
   抑え、その後加熱部を冷却して収縮させ、その部
   分の径が初期径より小さくなるようにし、而して
   曲り素管３と加熱冷却手段４，５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曲り外
   管１の径が初期径より小さくなるようにして内外
   管１，２の嵌合度を高めるようにしたことを特徴
   とする曲り二重管３の製造方法。 ２ 外管１に内管２を相対重層して曲り二重管３
   を製造する方法において、曲り外管１内に多数の
   耐摩耗材の相互に係合された複数のピース２″で
   曲り内管２′を成して相対的に重層して曲り素管
   ３′とし、該曲り外管１に対し周方向の環状加熱
   とその周辺の冷却を同時併行的に付与し、加熱部
   の熱膨脹をその周辺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して収縮させ、そ
   の部分の径が初期径より小さくなるようにし、而
   して曲り素管３′と加熱冷却手段４，５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
   曲り外管１の径が初期径より小さくなるようにし
   て内外管１，２の嵌合度を高めるようにしたこと
   を特徴とする曲り二重管３の製造方法。