JPH072252B2 - 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、金属帯を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
おいて平坦な金属帯を徐々に円弧状に成形し、該円弧状
の金属帯を最終段階で管状に成形した後、突き合わせ縁
部を溶融圧接することにより製造される。この管状への
成形段階においては、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イクダウンと呼
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に成形し、最後はフィンパスと
呼ばれる段階で管状の突き合わ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、所望の成品形
状を得るためには、金属帯の幅方向の両端に対して行わ
れる曲げ成形が極めて重要であり、この曲げ成形が適正
に行われない場合には、溶接部の形状品質の低下または
材料歩留りの低下の原因となる。

（発明が解決しようとする課題） 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溶接管の用途の拡大が図られてお
り、薄肉材からなる管においてはもちろん、相当な板厚
を有する厚肉材からなる管においても溶接管が用いられ
るようになってきた。

ところが、厚肉材を用いて溶接管を得る場合、板厚の増
加に伴いエッジ部の成形が困難となるために、エッジ部
近傍には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、当該部の溶接を行うと、溶接衝合不
整となり溶接品質が低下してしまう。

第３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ａがそのまま溶接されて屋根状になっ
て、最終製品に残るのである。

また、通常は同一ロールで薄肉材から厚肉材までの同一
幅の金属帯の成形を行うため、第４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
た薄肉材の金属帯４はエッジの曲げ成形ができない。む
しろ、薄肉材では、エッジが金属帯中央部に比較して多
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と外径Ｄとの比t/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４図（ｂ）
に示すように、余り厚肉である場合には、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。

このように、各ロールには肉厚の観点から最適な成形範
囲がが存在するため、成形する金属帯の肉厚を制限する
とともに、成形する金属帯の肉厚に応じて適宜ロールを
組み替えて圧延成形を行っているのが現状である。

また、溶接管製造用のエッジの曲げ成形法として、特公
昭59−27654号公報に示されているＷベンド法がある
が、このＷベンド法によってもエッジの曲げ成形時に発
生するエッジの減肉は避けられない。また、同一のロー
ルで同一幅の薄肉材から厚肉材まで成形を行うことがで
きないため、ある肉厚の範囲ごとにロール替を行ってい
る。

通常のブレークダウンスタンドである水平ロールでエッ
ジの曲げ成形を行う場合のロールと材料との接触状態を
第５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との接触は、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３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のエッジの曲げ成形を行っ
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５図のエッジベンドタイプの成形の場合に
限らず、Ｗベント法による成形の場合にも同様である。

さらに、特開昭64−44217号公報に示されているよう
に、下ロールを２分割し、かつ金属帯進行方向への傾斜
角を調整可能とした溶接管の製造装置がある。ところ
で、既設の、中径以上（外径10インチ以上）の溶接管の
製造装置のブレイクダウンロール群においては、一般的
には、ロール径が大きくなり、ロール費用が高くなるこ
とから、外径サイズ、すなわち金属帯幅が所定の範囲で
異なっても上ロールを両端部の円弧曲率と胴長の異なる
ものに取り替え変更するのみで下ロールは同じロールを
共通に使っている。ところが、このような装置に前述の
特開昭64−44217号公報に示される装置を適用する場合
には、最終製品の外径サイズ等に対応するためロールを
複数保有する必要があり、ロール費用が著しく増加して
しまうために現実には殆ど実施することができない。

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
に行うことにより、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、一方、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うことができ、しかも、薄肉材か
ら厚肉材まで同一下ロールでエッジ曲げ成形を十分行う
ことができるロール成形装置を組込んだ溶接管の製造装
置であって、中径以上（外径10インチ以上）のロール成
形装置にあっても下ロールの保有数を低減できロール費
用が安価な溶接管の製造装置を提供することである。

さらに本発明の目的は、大径サイズから小径サイズま
で、つまり広幅金属帯から狭幅金属帯までを共用ロール
で効果的に成形できるロール成形装置を備えた溶接管の
製造装置を提供することである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明者は、鋭意研究の結
果、本発明を完成したものである。

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、前記成形ロール群
により成形された円筒状金属帯の継目を接合する溶接手
段とを具備する溶接管の製造装置において、前記成形ロ
ール群のブレイクダウンスタンドの少なくとも１つのス
タンドの成形ロールの水平ロールの下ロールを回転軸方
向で分割された３つ以上のロールから構成し、該下ロー
ルが（ｉ）金属帯の進行面において、金属帯の進行方向
に直交する方向と前記回転軸とが傾斜角をなすように配
置されるとともに、（ii）金属帯の進行面と直交する平
面において、金属帯の幅方向と前記回転軸とが交叉角を
なすように配置され、かつ（iii）前記傾斜角および交
叉角のいずれか一方または両方が金属帯の肉厚に応じて
調整可能に取付けられたロールを少なくとも両側のロー
ルに備えたことを特徴とする溶接管の製造装置である。

本発明において、「傾斜角」とは、金属帯の進行面にお
いて、金属帯の進行方向に直交する方向と前記回転軸方
向で３つ以上に分割された下ロールのうちの両側のロー
ルそれぞれの回転軸とがなす角度をいい、また本発明に
おいて、「交叉角」とは、金属帯の進行面と直交する平
面において、金属帯の幅方向と前記回転軸とがなす角度
をいう。

（作用） 以下、本発明の構成と作用とについて詳しく説明する。

本発明において、「ブレイクダウンスタンドの少なくと
も１つのスタンド」の下ロールをその回転軸方向で分割
した三つ以上のロールからなる構成とするとは、平坦な
金属帯をブレイクダウンスタンドにおいて成形する過程
において、エッジの曲げ成形を主に担当するロール群の
うちの１つスタンドは必ず下ロールが３つ以上のロール
からなり、必要により２スタンド、３スタンドと複数の
スタンドにおいても、下ロールとして３つ以上のロール
を用いてもよいことをいうのである。

ブレイ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
ンドでは殆どなくなる。したがって、第１スタンドの下
ロールを三つ以上の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スタンドも下ロールを三つ以
上の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
形を主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３つ以上に分割し、そのうち
少なくとも両側の２つのロールは、前述した傾斜角およ
び交叉角を有し、これらの角度が調整可能である構成と
するのである。

本発明にあって、分割した下ロールの傾斜角または／お
よび交叉角を変更調整する機構それ自体はどのような構
造のものでもよいが、例えば、ロールを軸支するコ字型
軸受部材をロール弁座内で円筒座面上に支持、摺動させ
てもよい。

すなわち、傾斜角または交叉角の何れか一方のみを変更
しようとする場合には、そのロール軸心が目的とする角
度だけ変更すべき方向となるように上記円筒座面内を摺
動させればよい。あるいはクレードルを設けて適宜油圧
装置で軸心を回転させてもよい。

また、傾斜角と交叉角を同時に変更可能とする場合に
は、ロール保持座を、その円弧面を最初の位置から90゜
位相させた円筒座面で支持させてロール保持座自体をロ
ールの軸受部材の傾動方向と90゜位相する方向に傾動す
るようにするか、あるいは前述のクレードルに位置固定
支持されるロールの軸受部材を、クレードルに対してロ
ール弁座内で円筒座面上に支持、摺動させるようにして
もよい。

なお、本発明においては、特定の値に限定されるもので
はないが、下ロールの金属帯進行方向の傾斜角あるいは
交叉角は、薄肉材のときは大きく、厚肉材のときは逆に
小さく調整するのが好ましい。

次に、下ロールを３つ以上にする理由を説明する。第２
図は同一装置の製造可能範囲内で大径サイズと小径サイ
ズを成形する場合におけるロール配置を模式的にし、左
半分は端部の円弧曲率が小さい上ロールとした小径サイ
ズを成形する場合を、右半分は端部の円弧曲率が大きい
上ロールとした大径サイズを成形する場合をそれぞれ示
す。

第２図から分かるように、下ロールが２つの場合（図中
の下ロール６がない場合）、大径サイズでは両側の下ロ
ール５を小径サイズの場合のロールと共用すると、両側
の下ロール５、５の間隔が大きくなって素材である金属
帯の幅方向の中央部分が下に逃げることにより成形でき
ない。

従って、下ロールを共用化させるためには、下ロールを
３つ以上に分割し、下ロール６を両側の下ロール５、５
の離間中央部分に位置させて素材である金属帯の幅方向
の中央部分が下に逃げないように保持しておく必要があ
る。また、下ロール６はさらにいくつかのロールに分割
しても良い。

次に、図面によって本発明をさらに具体的に説明する。

第１図（ａ）、第１図（ｂ）および第１図（ｃ）は、本
発明にかかる装置のロール配置の、それぞれ略式断面
図、略式側面図および略式上面図である。

第１図（ａ）および（ｃ）からも分かるように、エッジ
の曲げ成形を主に担当している少なくとも１つの水平ス
タンドにおいて、下ロールは３個以上のロール５、５、
６からなり、このうち両側の２個のロール５、５は金属
帯４の送給方向に対し傾きβ（傾斜角）を有し、かつ、
第１図（ａ）において金属帯４の送給方向に垂直な平面
内で金属帯の幅方向に対し傾きα（交叉角）を有する。

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１図（ｄ）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
曲げ成形が完了した時点での断面である。また断面
は、断面と断面との中間位置での断面である。第１
図（ｂ）および第１図（ｃ）から明らかなように、下ロ
ール５と金属帯４との接触点は、各下ロール５が傾斜角
βおよび交叉角αを有しているため金属帯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、金属帯のエッジまで成形を十分に行うこ
とができ、ルーフィングを起こさない。

次に、同一幅で肉厚の異なる金属帯の場合、上ロール２
の圧下調整と下ロール５、５の傾斜角βまたは／および
交叉角αを薄肉材ほど大きくなるように調整することに
より、金属帯４のエッジまで十分成形できるようなロー
ル配置とすることができる。特に、薄肉材においては、
エッジの曲げ成形により、エッジ部の剛性が増加し、エ
ッジバックリングの防止に大きな効果がある。

第10図は、本発明にかかる下ロール5,5の傾斜角βまた
は／および交叉角αを変更する機構の略式説明図であ
り、図示例では球面座９を使用し、ロール傾斜角を調整
する装置の場合は、第10図は上面図であり、ロール交叉
角を調整する装置の場合には正面図となる。

このように、本発明によれば傾斜角βまたは／および交
叉角αをその都度、板厚に応じて調節することにより、
同一下ロールにて所定範囲内の幅を有する薄肉材から厚
肉材の金属帯までエッジの曲げ成形を十分行うことがで
き、薄肉材成形時のエッジバックリングの発生ならびに
厚肉材成形時のルーフィングの発生を効果的に防止する
ことができる。

なお、このときの板厚と傾斜角、交叉角との関係につい
ては下ロールの曲率半径とも関連するため必ずしも一義
的に述べることはできないが、当業者であれば、以下に
述べる実施例の記載からも適宜設定できよう。

（実施例） 次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

単スタンドにより、肉厚10mm、0.7mmの二種類の鋼板に
ついて従来例および本発明例のそれぞれにかかる溶接管
の製造装置を用いてロール成形を行い、その成形性の比
較を行った。

第６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であった。一
方、下ロールのそれはＲ＝30mmであった。

これに対して、本発明例の場合は第７図に同じく略式説
明図で示すように、下ロールを３つに分割し、前述の傾
斜角βは30゜、交叉角αは20゜と設定した。

肉厚10mmの鋼板の成形を行った場合の単スタンド通過後
におけるエッジの肉厚分布を第８図にグラフで示す。従
来例のロールを用いて成形を行った場合ではエッジ減肉
が2mm発生したが、本発明例のロールを用いて成形を行
った場合ではエッジ減肉は殆ど発生していないことがわ
かる。

次に、単スタンド成形後の被成形品の内面の曲率を第９
図（ａ）および第９図（ｂ）に示す。従来例では、厚肉
の場合、すなわち肉厚10mmの鋼板ではエッジ減肉のため
に内面が曲げられていない。さらに、肉厚0.7mmの鋼板
でもエッジの曲げ成形が出来なかった。

これに対して、本発明例では肉厚10mm（図中のＡ）でも
肉厚0.7mm（図中のＢ、Ｃ）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。なお、図中、内面曲率
（1/R）が0.05とは上ロールのＲ＝20mmとしたときの値
である。なお、第９図（ｂ）にその結果を示す本発明の
実施例では、Ａ、ＢおよびＣについて、（傾斜角および
交叉角をそれぞれ、（20゜、30゜）、（30゜、30゜）、
（20゜、35゜）と変化させた。

このように、本発明により、厚肉材について、エッジ減
肉およびルーフィングを発生させることなく、また、薄
肉材についてはエッジバックリングを発生させることな
く、溶接管を安定的に製造することができた。

ここで、本発明例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であって、肉厚が10mmまたは0.7mmである溶接管の製
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の鋼板の場合、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、従来例ではエッジバックリングを発生し
たが、本発明例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。

以上の実施例の結果からも本発明の効果が明らかであ
る。

（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、その品質管理上の意義は大きい。

また、各下ロールの傾斜角・交叉角を適宜調整すること
により厚肉材から薄肉材までの、広い範囲の板厚の鋼板
に対応することができ、従来のように、成形に際して、
板厚に応じてロール組替えを行うことを必要としないた
め、その生産技術上の利益も大きい。

さらに、本発明では小径サイズおよび大径サイズの金属
帯の成形に際しても同一の下ロールを共用できるなど経
済的にも有利である。

かかる効果を有する本発明の意義は極めて著しい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第１図（ｂ）および（ｃ）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、それぞれ略式断面図、略式側面図、略式上面
図； 第１図（ｄ）は、第１図（ｂ）および第１図（ｃ）にお
ける断面、断面および断面を示す略式断面図； 第２図（ａ）および第２図（ｂ）、下側ロールを３つに
分けた理由を示すために用いた、本発明にかかる溶接管
の製造装置を示すそれぞれ略式断面図および略式上面
図； 第３図は、従来例による溶接管の欠陥であるルーフィン
グを示す略式断面図； 第４図（ａ）および第４図（ｂ）は、それぞれ薄肉材、
厚肉材のロールかみ込み状態を示す略式説明図； 第５図は、ロールと成形材との接触状態の略式説明図； 第６図および第７図は、本発明の実施例において用い
た、それぞれ従来例のロールと本発明例のロールを示す
略式説明図； 第８図、第９図（ａ）および第９図（ｂ）は、実施例の
結果をまとめて示すグラフ；および 第10図は、本発明においてロールの交叉角または／およ
び傾斜角の調整機構の略式説明図である。 1:溶接鋼管、2:上ロール 3:下ロール、4:金属帯 5,6:分割下ロール

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、前記成形ロール群により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具備する溶接管の製
   造装置において、前記成形ロール群のブレイクダウンス
   タンドの少なくとも１つのスタンドの成形ロールの水平
   ロールの下ロールを、回転軸方向で分割された３つ以上
   のロールから構成し、該下ロールが（ｉ）金属帯の進行
   面において、金属帯の進行方向に直交する方向と前記回
   転軸とが傾斜角をなすように配置されるとともに、（i
   i）金属帯の進行面と直交する平面において、金属帯の
   幅方向と前記回転軸とが交叉角をなすように配置され、
   かつ（iii）前記傾斜角および交叉角のいずれか一方ま
   たは両方が金属帯の肉厚に応じて調整可能に取付けられ
   たロールを少なくとも両側のロールに備えたことを特徴
   とする溶接管の製造装置。