JPH07112573B2 - 溶接管の製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、金属帯の円筒状に連続的に成形する成形ロー
ル群を組み込んだ溶接管の製造装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 例えば、電縫管などの溶接管は、まずロール成形工程に
おいて金属をフラットな状態から徐々に円弧状に成形
し、最終段階で管状に成形してから突合わせ縁部を溶融
圧接することにより製造される。この管状への成形段階
においていわゆるロール曲げ成形が行われており、一般
にその第一段階としてブレークダウンと呼ばれている円
弧状への成形が行われ、次いでその円弧をさらに小さな
半径の管状体に成形し、最後はフィンパスと呼ばれる段
階で管状体の突き合せ縁部を成形するものである。

このような溶接管のロール成形においては、金属帯の両
エッジに加える曲げ成形がきわめて重要であり、この曲
げ成形が不良である場合には、溶接部の形状品質の低
下、材料歩留りの低下の原因となる。

ところで、今日では溶接管の性能向上と相俟って製造が
容易であることから用途の拡大が図られ、薄肉材はもち
ろんかなりの厚肉材についても溶接管の製造が試みられ
るようになってきた。例えば、厚肉材の場合、板厚の増
加に伴いエッジ部の成形が困難となり曲げ成形が行われ
ていない部分である未成形部が残る。このため溶接衝合
不整となり溶接品質が低下する。

第１図はその代表的な例を示す略式側面図であり、特に
鋼管１の内部の溶接部１′近傍が未成形の直線部ａとし
て残り、いわゆるルーフィング現象をもたらす。曲げ成
形されない直線部分がそのまま溶接され屋根状になって
残るのである。

また、通常は同一ロールで薄肉から厚肉までの金属帯の
成形を行うため、第２図（ａ）に示すように、例えば上
ロール２と下ロール３との間にかみ込まれた薄肉の金属
帯４はエッジの曲げ成形が出来ない。むしろ、薄肉で
は、エッジが金属帯中央部に比べ多少伸びる傾向にあ
り、この伸びたエッジは折れ曲がって波打ちとなり溶接
部を不安定にするのである。薄肉材、例えば肉厚t/外径
Ｄが1.5％以下になると成形途中で金属帯の側縁部に波
打ちが発生する。いわゆるエッジバックリングである。
一方、第２図（ｂ）に示すように、余り肉厚の場合に
は、エッジの成形は難しくなり、今度はルーフィングが
発生する。

ここに上述のように薄板の場合にエッジ部が折れ曲がっ
た波打ちが発生するのは次のような原因である。

すなわち、ブレークダウンでロール成形する場合には素
材中央部とエッジ部ではその軌跡の長さが異なりそのた
め、エッジ部は伸びが発生する。その発生した伸びによ
りエッジ部には、成形方向に圧縮の応力が働く。この圧
縮応力によりエッジ部は波打ちが発生したり、折れ曲が
ったりする。

したがって、１つのロールには最適成形範囲があるた
め、金属帯の肉厚を制限するとともに、肉厚に応じ適宜
ロールに組み替えて圧延成形を行っているのが現状であ
る。

従来、溶接管製造用のエッジの曲げ成形法として、特公
昭59−27654号に示されているＷベンド法があるが、こ
のＷベンド法でもエッジの曲げ成形時に発生するエッジ
の減肉はさけられない。また同一ロールで薄肉から厚肉
まで成形を行うことが出来ないため、ある肉厚範囲ごと
にロール替を行っている。

通常の水平ロールスタンドでエッジの曲げ成形を行う場
合のロールと材料の接触状態を第３図に略式説明図で示
す。ここで孔型ロールである下ロール３と金属帯４の接
触は、まずロール入口で金属帯４の両エッジ（点Ａ、
Ｂ）が当たる。そして、下ロールが点Ａ、Ｂで金属帯４
を押し、上ロール２に金属帯４を巻きつけて、金属帯４
のエッジに曲げ成形を行なっている。このため、金属帯
４の点Ａ、Ｂに対応する箇所では集中荷重を受け、減肉
を発生する。この金属帯エッジの減肉は第３図のエッジ
ベンドタイプの成形に限らずＷベンド法による成形の場
合にも同様である。

このような減肉によるつぶれは点Ａ、Ｂに発生する集中
荷重によるものであり、この荷重は、肉厚の２乗に比例
する。従って、厚肉になれば、点Ａ、Ｂに発生する集中
荷重が大きくなり、素材のつぶれが発生し、それによ
り、エッジ部の曲げ成形が不十分となる。

（発明が解決しようとする問題点） したがって、本発明の目的とするところは、溶接管のロ
ール成形において、金属帯の両エッジの曲げ成形を十分
に行い、厚肉材でも、エッジ曲げ成形時のエッジ減肉を
起こさず、すなわちルーフィングを起こさないで成形を
行い、また、薄肉材でもエッジバックリングを起こさな
いで成形を行い、しかも、薄肉から厚肉まで同一ロール
でエッジ曲げ成形を十分行うことが出来るロール成形装
置を組込んだ溶接管の製造装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段） ここに、本発明の要旨とするところは、金属帯を円筒状
に連続的に成形する成形ロール群と、そのように成形さ
れた円筒状金属帯の継目を接合する溶接手段とを備えた
溶接管の製造装置であって、前記成形ロール群のブレー
クダウンスタンドにおいて少なくとも１のスタンドの水
平ロールを二つに分割された下孔型ロールと上ロールと
から構成し、かつ二つに分割された下孔型ロールは、そ
の分割端側が、金属帯の進行方向に対して反対に向くよ
うに配置されるとともに、分割された各下孔型ロールの
回転中心軸線が、上流側で平面視で交叉するように傾斜
配置され、各下孔型ロールと金属帯との接触点が金属帯
の曲げ成形の進行とともに、金属帯のエッジ側へ移動す
るように構成されており、前記平面視でみた上流側での
交叉角度の調整手段が設置されていることを特徴とする
溶接管の製造装置である。

ここに、「ブレイクダウンスタンドにおいて少なくとも
１のスタンド」を下側２ロール方式にするとは、平坦な
金属帯をブレイクダウンスタンドにて成形する過程にお
いてエッジの曲げ成形をおもに担当するロール群のうち
の１スタンドは必ず二つに分割された下孔型ロール（以
下、単に「下ロール」ともいう）からなり、必要により
２スタンド、３スタンドと複数のスタンドにおいて下側
に二分割ロールを用いてもよいことをいうのである。

ブレークダウンスタンドにおける金属帯エッジへの成形
時の集中荷重は第１スタンドが最も大きく、第２スタン
ド、第３スタンドと下流に向って少なくなり第４スタン
ドではほとんどなくなる。従って第１スタンドを下側２
ロール方式にすると効果が大きい。また第１スタンドで
の成形量を少なくし、その少なくした分、第２スタンド
の成形量を増加させることもでき、このような場合は第
２スタンドも下側２ロール方式にするのが好ましい。

このように、本発明によれば、溶接管のロール成形装置
にあって、ロール成形過程の初期段階でエッジの曲げ成
形をおもに担当している少なくとも１つの水平ロールス
タンドにおいて下ロールを２分割し、金属帯の送給方向
に対し、傾きを持たせ、その交叉角度を自由に調整する
ことができる構成とするのである。

本発明においては、このような交叉角度を調整する手段
としては、金属帯の厚さに応じて交叉角度を変更できる
機構であればいずれであってもよく、これまでに公知の
適宜手段を採用することができる。例えば、油圧式でロ
ール側の交叉角度を調整する装置、あるいは機械的にネ
ジ式でロール軸の交叉角度を調整する装置などが考えら
れるが、本発明はそれらの特定手段に限定されない。

なお、本発明において特定の値のものに限定されるもの
ではないが、下ロールの平面視でみた上流側の交叉角度
は薄肉材のときは小さな、厚肉材のときは大きな角度と
するのが好ましい。なお。上記平面に対して垂直方向へ
傾斜させてもよく、特に傾斜させなくてもよい。

次に、図面によって本発明をさらに具体的に説明する。

第４図（ａ）、（ｂ）は、本発明にかかる装置のロール
装置の略式説明図である。エッジの曲げ成形をおもに担
当している少なくとも１の水平スタンドにおいて、下ロ
ール３は２個の分割ロール５、５からなり、その分割端
が金属帯４の進行方向に対して反対に向くように配置さ
れている。また各分割ロールの回転中心軸線は上流側で
交叉角度γで交叉するように傾斜配置されている。な
お、図中、分割ロール5,5は金属帯４の送給方向に対し
傾きβ（傾斜角）を持つ。ここに、傾斜角（β）は、第
４図における平面視でロール中心線と金属帯の送給方向
に直角の方向とのなす角度をいう。

このスタンドに金属帯４を送給した場合の送給方向に対
し垂直な断面を第４図に併せて示す。図中、断面は送
給された金属帯４が上ロール２および一方の下ロール５
に接触開始したときの金属帯４の断面であり、断面は
上ロール２のセンター位置の断面で金属帯４のエッジの
曲げ成形が完了した時点での断面である。また断面
は、断面と断面の中間位置での断面である。

第４図から明らかなように、金属帯に中央部から下ロー
ルに接触させるべく、二つの分割下孔型ロールの分割端
側が金属帯進行方向とは逆方向に向いて傾斜配置されて
おり、つまり傾斜した分割ロール下側先端がロール入側
にくるように配置されており、しかも下ロール５と金属
帯４の接触点は、各下ロール５が交叉角度γをもってい
るため金属帯４の曲げ成形の進行とともに、移動し、そ
の位置が異なり、一点において集中荷重を受けない。そ
のため金属帯４のエッジ減肉が発生せず、金属帯４のエ
ッジまで曲げ成形が十分出来、ルーフィングを起こさな
い。

次に、肉厚の異なる金属帯の場合、上ロール２の圧下調
整と各下ロール５、５の交叉角度γを薄肉材ほど傾斜角
が小さくなるように、つまり傾斜角（β）で云えば薄肉
材など大きくなるように調整することにより金属帯４の
エッジまで十分に成形できるような配置とすることがで
きる。薄肉材においては、エッジ部の幅方向の曲げ成形
が十分に行われることになり、エッジ部の剛性が増加
し、エッジバックリングの防止に効果がある。そのため
同一ロールにて薄難から厚肉までエッジの曲げ成形を十
分行うことが出来、薄肉成形時のエッジバックリングの
発生ならびに厚肉成形時のルーフィングの発生を効果的
に防止できる。

次に、本発明をその実施例によってより具体的に説明す
る。

（実施例） 単スタンドにて肉厚10mm、0.7mmの二種類の鋼板につい
て従来法及び本発明法によるロール成形を行い、その成
形性の比較を行った。

第５図は、このときの従来例のロール形状を示す略式説
明図であり、上ロールの曲率半径Ｒは20mm、角度は60゜
であった。一方、下ロールのそれはＲ＝30mmであった。
本例の場合は第６図に同じく略式説明図で示すように、
下ロールを２つに分割し、それぞれの交叉角度（γ）を
板厚10mmでは90゜、板厚0.7mmでは64゜であり、これは
傾斜角（β）を板厚10mmでは45゜、板厚0.7mmでは58゜
に相当する。ただし、図中、交叉角度（γ）および傾斜
角（β）は図示せず。

肉厚10mmの鋼板の場合の単スタンド通過後のエッジの肉
厚分布を第７図にグラフで示す。従来法ではエッジ減肉
が2mm発生したが、本発明ではエッジ減肉は、ほとんど
発生していない。

次に、単スタンド成形後の内面曲率を第８図に示す。従
来法では厚肉の場合すなわち肉厚10mmではエッジ減肉の
ため、内面が曲げられていない。肉厚0.7mmでもエッジ
の曲げ成形が出来なかった。それに比べ本発明法では厚
肉10mmでも肉厚0.7mmでもいずれの場合も十分にエッジ
まで曲げることができた。

ここで、本発明法を通常の電縫管製造装置のロール成形
装置の第１段のロールスタンドに組み込んで、外径50.8
mm、肉厚10mm及び0.7mmで溶接管の製造を行った。溶接
は電気抵抗溶接法により行った。その結果、肉厚10mmで
はエッジ減肉を起こさないためルーフィングは見られな
かった。また0.7mm厚の鋼板の場合従来法ではエッジバ
ックリングを発生したが、本発明法ではエッジが十分曲
げられているためエッジバックリングは見られなかっ
た。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、厚肉材であって
も薄肉材であっても、両エッジの成形が十分に行われ、
特に従来問題であった厚肉材のルーフィングが効果的に
防止でき、また、薄肉材のエッジバックリングも防止で
きるのであり、その意義は大きい。

また、各下ロールの傾斜角を調整することにより板厚の
変更に対応でき、従来のようにロール組替えなどを必要
としないため、その実用上の利益も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来法による溶接管の欠陥を示す略式断面
図； 第２図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ薄肉、厚肉材の
ロールかみ込み状態を示す略式説明図； 第３図は、ロールと成形材との接触状態の略式説明図； 第４図（ａ）および（ｂ）は、本発明にかかる溶接管製
造装置の成形装置の上下ロールの配置を説明する略式説
明図； 第５図および第６図は、実施例の略式説明図；および 第７図および第８図は、実施例の結果をまとめて示すグ
ラフである。 1:溶接鋼管、2:上ロール 3:下ロール、4:金属帯 5:傾斜下ロール

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属帯を円筒状に連続的に成形する成形ロ
   ール群と、そのように成形された円筒状金属帯の継目を
   接合する溶接手段とを備えた溶接管の製造装置であっ
   て、前記成形ロール群のブレークダウンスタンドにおい
   て少なくとも１のスタンドの水平ロールを二つに分割さ
   れた下孔型ロールと上ロールとから構成し、かつ二つに
   分割された下孔型ロールは、その分割端側が、金属帯の
   進行方向に対して反対に向くように配置されるととも
   に、分割された各下孔型ロールの回転中心軸線が、上流
   側で平面視で交叉するように傾斜配置され、各下孔型ロ
   ールと金属帯との接触点が金属帯の曲げ成形の進行とと
   もに、金属帯のエッジ側へ移動するように構成されてお
   り、前記平面視でみた上流側での交叉角度の調整手段が
   設置されていることを特徴とする溶接管の製造装置。