JPH084935B2 - ワープ・ビームの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はワープビームの製造方法において、溶接可能
な金属から成る１本の丸形のワープビームパイプと、そ
れぞれ１個のワープビーム・フランジネツクを有し、同
様に溶接可能な金属より成る２個のワープビーム・フラ
ンジより成り、それぞれリング状の補強部すなわち隆起
部を内周に取り付けたワープビームパイプの一端が、ワ
ープビーム・フランジネツクのカラーに嵌合され、ワー
プビームパイプの端部が、ワープビームパイプとワープ
ビーム・フランジネツクの間の嵌合部の円周溶接によつ
て、ワープビーム・フランジネツクと強固に嵌合されて
おり、さらにこのように製造されたワープビームの、ワ
ープビーム・フランジネツクの範囲内、円周溶接線、及
びワープビームパイプを旋盤で削り（以下、旋削とい
う）、そしてワープビームの円周部に一様に分布し、ワ
ープビームの円筒部の長軸方向に働く引張力をシリンダ
部に作用する様にして荷重試験を行うことによるワープ
ビームの製造方法である。

本発明は、更に円形のワープビームパイプとその両端
に配置された溶接可能な金属製のワープビーム・フラン
ジから成るワープビームであつて、ワープビーム・フラ
ンジのワープビームパイプに面する側にそれぞれ１個の
ワープビーム・フランジネツクを有し、ワープビームパ
イプとワープビーム・フランジネツクとの間の接合部に
おいて円周溶接によってワープビームパイプの夫々の末
端部と強固に接合されており、内周にリング状の補強部
がワープビーム・フランジネツクのカラーに嵌合されて
いるワープビームであつて、第１請求項又は第２請求項
に記載した方法によつて製造され、ワープビームパイプ
（２）の一端の熱影響帯域（11）にあるが、内周内にリ
ング状の補強部又は隆起部（15,16）を有しない部分が
荷重に対して最も弱くなるように形成されているワープ
ビームである。

ドイツ実用新案G8618256.0によれば、織物の原料、例
えば綿花、溶融紡糸原料等から成る単糸、撚糸等の整
経、たて糸取り、横糸取り等のための軽金属製のワープ
ビームが公知であるが、この公知のワープビームは、パ
イプの両端にフランジを配置し、そのフランジのパイプ
に面する側に円周溶接線によつてパイプ端と接合された
フランジネツクを有する円形のパイプから成つている
が、この場合はパイプ末端部はフランジネツクのカラー
上に嵌合されている。

このようなワープビームは、予め旋削された部分（旋
盤により削られた部分）、すなわちパイプ（ワープビー
ムパイプ）と両フランジ（両ワープビームパイプ・フラ
ンジ）は、それぞれパイプ末端部が、フランジネツク
（ワープビーム・フランジネック）のカラー上に嵌合さ
れており、各パイプの末端部はパイプとフランジネツク
との間の接合部において円周溶接によつて、フランジネ
ツクと強固に接続されており、またこのように溶融され
たワープビームが、シリンダー部、すなわちフランジネ
ツク、円周溶接線及びパイプの範囲内において旋削され
る。

このように製造された公知のワープビームは、またそ
の完成後に、購入者／使用者の安全上の要求に基づい
て、または製造品質の検査のために、ワープビームパイ
プに一様に分布し、パイプの長軸方向に与えられた引張
力を、シリンダ状部分に作用させる荷重検査に委ねられ
ている。この場合、荷重はパイプ側に認められる円周溶
接時の熱によつて発生する熱影響領域内での金属（ここ
では軽金属）の弾性変形領域と塑性変形領域との境界を
超えない程度である。

このような公知のワープビームの前記部分の円周溶接
を行う場合、パイプ側及びフランジ（ワープビーム・フ
ランジ）側の双方において、ある帯域が溶接熱によつて
著しく影響をうけ（熱影響帯域）、金属組織に変化を生
じる。この熱影響帯域内の材料は溶接前の状態に較べ明
らかに軟化する。溶接後の前記の公知のワープビームの
金属の硬度について、代表値の比較を下記に示す。

ワープビームパイプ側の熱影響帯域の硬度は約60HB
（ブリネル硬度）。

ワープビーム・フランジ側の熱影響帯域の硬度は約10
0HB（ブリネル硬度） 円周溶接線の硬度は約90HB（ブリネル硬度）。

ワープビーム・フランジ側の熱影響帯域外にあるワー
プビーム・フランジ部分の硬度は約130〜150HB（ブリネ
ル硬度）。

ワープビーム・フランジは、鍛造によつて一般的な方
法で製造されるが、この場合、ワープビーム・フランジ
とワープビーム・フランジネツクとは一体形成される。
しかし使用する材料は銅を含んでおり、ワープビームパ
イプに使用される材料よりも溶接に適していないため
に、通例ワープビーム・フランジ側に存在する、溶接に
よって発生する熱影響帯域、ことに溶接線とワープビー
ム・フランジ側の熱影響帯域との間の境界部に、ワープ
ビーム・フランジとワープビームパイプとの溶接の弱い
個所が形成される。ワープビーム・フランジを製造する
際の原料によつて、溶接時においても、多数の非常に小
さい亀裂が発生し、ある程度の大きさの荷重を受けると
−例えばワープビーム上にある糸巻きによつて加えられ
る圧力により又はこの種の繰り返し荷重によつて、脆性
破壊に到ることがある。このような脆性破壊は、更にワ
ープビーム・フランジの破壊を生じ、その結果運転作業
員に危険を及ばし、機械装置に損害を与える。しかも前
記の亀裂はワープビーム・フランジの使用者が肉眼で見
ることが不可能であり、従つて破損を初期に検知するこ
とはできない。

ワープビーム・フランジとワープビームパイプとの溶
接に依る接合の第２の脆性箇所はワープビームパイプ側
に生じる熱影響領域であつて、そのためこの場合、生産
技術面からの理由で少なくともワープビームパイプの内
壁に旋削による脆化を生じる。このワープビームパイプ
の脆化を防止するために、ワープビームの末端の内壁に
リング状の補強部又は隆起部を設けることは、既に提案
されている（ドイツ実用新案G8618256.0参照）。これに
よつて支持断面積は大きくなり、また接線の耐荷重力も
高くなる。

このワープビームパイプ末端部の補強部又は隆起部
は、例えば末端部を据込み鍛造、又は肉盛溶接すること
によつて形成することができる。

前記のように、公知のワープビームについては製造後
に荷重試験が行われる。この試験において、ワープビー
ムパイプの長軸方向に作用する張力による荷重は、ワー
プビームパイプ側の熱影響帯域内の金属の弾性変形領域
と塑性変形領域との間の限界（降伏点）を超えることが
できない。さもなければ、ワープビームの破壊を生じる
結果となる。

しかし、ワープビームパイプの材料の強度値及び支持
断面積により、公知の荷重試験では、ワープビームの長
軸方向に作用し、ワープビームパイプ側の熱影響帯域内
の金属の降伏点に達する（しかし降伏点を超えない）た
めに必要な引張り力の合計が、これに対応する円周溶接
線及びワープビーム・フランジ側領域が降伏点及び破断
限界に達するのに必要な引張力の合計よりも小さい。こ
のことは前記の、ワープビームの製造後に行われる溶接
帯域とそのワープビーム・フランジ側領域の荷重試験後
に発現するおそれのある材料及び溶接上の欠陥は検出さ
れないままであることを意味する。従つて、このような
荷重試験は溶接線又は溶接線とワープビーム・フランジ
側の熱影響帯域との間の境界でのワープビームの破損に
対して、その購入者／使用者の安全を保証するものでは
ない。

本発明の課題は、溶接線及びそのワープビーム側の直
接周辺部の材料及び／又は溶接の欠陥を安全に検出する
ことが可能であり、また例えばワープビーム上にある撚
糸また単糸用のボビンに依つて加えられる圧力により発
生する、大きい荷重又はこのような種類の反復荷重によ
つて１個又は複数のワープビーム・フランジの脱離を生
じて、運転作業員に危害を及ぼし、機械装置を損傷する
ようなことがない。安全なワープビームを製造するため
の方法を提供するものである。

本発明により、溶接線及び溶接線とワープビーム・フ
ランジ側の熱影響領域の金属の荷重試験を、材料もしく
は溶接上の欠陥を検知するに充分な引張力をもつて、ワ
ープビーム側の熱影響領域内の金属が降伏点を超えるこ
とを必要とせずに効果的に行うことができる。

これは、ワープビームパイプ側の熱影響帯域内にある
円周溶接線及びその周辺部（円周溶接線の中央から測定
して、リング状の補強部又は隆起部の長さと同じ距
離）、及びワープビーム・フランジネツク側の円周溶接
線の直接周辺部がほぼ最終寸法まで旋削され、ワープビ
ームの残りの壁面、殊に、ワープビームパイプ側の熱影
響帯域内にある残りの部分が旋削されていない時点で荷
重試験を行うことによつて達成される。

この場合においてワープビームパイプ（２）長軸方向
に働く引張力の合計が、 （ａ）ワープビーム（１）が最終寸法に旋削された状態
において、ワープビームの熱影響帯域（11）内にある
が、ワープビームパイプ（２）の一端の内周リング状の
補強部又は隆起部（15,16）を構成しないワープビーム
パイプ（２）の周壁部（14）が金属の弾性変形領域と塑
性変形領域との間の限界に達するために必要な力より大
きく、また （ｂ）ワープビーム（１）が予め旋削されているが最終
寸法に旋削されていない状態にあるときに、ワープビー
ムの熱影響帯域（11）内にあるが、ワープビームの前以
て旋削されている部分（13）の金属の弾性変形領域と塑
性変形領域との間の限界に達するために必要な力よりも
小さく、またワープビーム・フランジネツク（5,6）、
円周溶接線（9,10）及びワープビームパイプ（２）の範
囲内のワープビームであつて、ワープビームパイプ
（２）の周壁部の予め旋削したワープビームパイプ側の
熱影響帯域（11）内にある部分（13）の厚さ（s2）が、
旋削されておらず、同様にワープビーム側の熱影響帯域
（11）内にある部分（14）の厚さ（s1）より大きく構成
されていることが前提となつている。

本発明な更に、ワープビームの製造後、従つてワープ
ビーム・フランジネツク、円周溶接線及びワープビーム
パイプの範囲内での最終寸法まで旋削されたのちに−ワ
ープビームパイプ側の熱影響帯域内にあり、最初に旋削
されていなかつたワープビームパイプの周壁部が、この
ワープビームの最も弱い場所であるという結果になる。
この最も弱い場所は、下記の理由で、ワープビームの使
用者にとつて好ましいものである。

伸張状態で巻上げられる撚糸材料、例えばポリエステ
ル、ポリアミド、ポリプロピレン製の材料−によりワー
プビームに生じる過大応力によつて、溶接線及びそのワ
ープビーム・フランジ側の周辺部の脆性破壊を生じるこ
とがなく、前記のワープビームパイプの周壁部の最も弱
い部分の金属の降伏現象を生じる。この金属の降伏現象
によって、糸切れを生じる前に糸巻き用のボビンに加わ
る応力は低下し、金属の降伏現象により、いわば撚糸ボ
ビン又は単糸ボビン内に蓄積されたエネルギーが消滅す
る。

以下、図面により本発明をさらに詳細に説明する。第
１図は本発明のワープビームのワープビームパイプの長
軸方向の断面図である。

この図において、ワープビーム１は、ワープビーム２
の両端に配置されたワープビーム・フランジ３及び４を
有するワープビーム２から成つている。

ワープビーム・フランジ３及び４は、ワープビームパ
イプ２に向いた側に、夫々１個のワープビーム・フラン
ジネツクを有し、前記ワープビーム・フランジネツク５
及び６は、ワープビームパイプ２の両端と、ワープビー
ムパイプ２とワープビームフランジネツクとの間の接続
部で、円周溶接線９及び10により強固に接合されてい
る。

ワープビーム・パイプ２の夫々の末端は、その内周部
のリング状の補強部または隆起部15及び16を有してお
り、ワープビーム・フランジネツク５及び６のカラー７
及び８に嵌合されている。

第２図は、本発明のワープビーム・フランジとワープ
ビームパイプの部分断面図である。

この図において、−ワープビームパイプの長軸方向の
断面により−ワープビーム・フランジネツク５を有する
ワープビーム・フランジ３及びワープビームパイプ２の
円周にリング状の補強部又は隆起部15を設けた末端をワ
ープビーム・フランジネツク５のカラー７に嵌合せしめ
た状態のワープビームパイプ２が図示されている。

第３図はワープビーム・フランジとワープビームパイ
プの部分断面図である。

この図において−ワープビームパイプの長軸方向の断
面に依り、ワープビーム・フランジネツク５を有するワ
ープビームフランジ３及びワープビームパイプ２の末端
をワープビームフランジネツク５とを、ワープビームパ
イプ２及びワープビーム・フランジネツク５との間の接
合部の円周溶接によつて強固に接合した状態のワープビ
ームパイプ２が図示されている。第３図は更に、円周溶
接線９とワープビームパイプ２の末端の円周上のリング
状の補強部又は隆起部15、ワープビーム・フランジネツ
ク５のカラー７と、ワープビーム・フランジ３の側（ワ
ープビーム・フランジ側）に在つて、円周溶接によつて
生じた熱影響帯域12及びワープビームパイプ２の側（ワ
ープビームパイプ側）にあつて、同様に円周溶接によつ
て発生した熱影響帯域11とが示されている。

第４図はワープビーム・フランジ及びワープビームパ
イプの部分断面図である。

この図において−ワープビームパイプの長軸方向の断
面により、ワープビーム・フランジネツク５を有するワ
ープビームフランジ３及び−円周溶接後に−先ず円周溶
接線９の領と、次いでワープビーム・フランジ５の範囲
内に在る円周溶接線の直接周辺部と、及びワープビーム
パイプ側の熱影響帯域11の範囲内に在る円周溶接線の直
接周辺部とが、ほぼ最終寸法に旋削された状態（後者は
溶接線９の中央から測定して、リング状の補強部又は隆
起部の長さの３分の２の長さに及ぶ）にあるワープビー
ムパイプ２とが図示されている。第４図には更にワープ
ビームパイプ２の末端の円周のリング状補強部又は隆起
部と、ワープビーム・フランジネツク５のカラー７と、
ワープビーム・フランジ側の熱影響帯域12と、その他に
ほぼ最終寸法に旋削され、ワープビームパイプ側の熱影
響帯域11内にあり、かつリング状の補強部又は隆起部15
を構成する部分13と、最終寸法に旋削されていないが、
同様にワープビーム側の熱影響帯域11内に在り、またリ
ング状の補強部または隆起部が設けられていない部分14
とが図示されている。

第５図は、本発明のワープビーム・フランジ及びワー
プビームパイプの部分断面図である。

この図において、ワープビームパイプの長軸方向の断
面に依つて、ワープビーム・フランジネツク５を有する
ワープビームフランジ３、及び荷重試験の実施後に−ワ
ープビーム・フランジネツク５と、円周溶接線９及びワ
ープビームパイプ２との範囲を最終寸法に旋削した状態
のワープビーム２とが図示されている。ワープビームパ
イプ側の熱影響帯域11内にあり、予め旋削し、さらにほ
ぼ最終寸法に旋側した部分13の厚さs2は、ワープビーム
パイプ側の熱影響領域11内に在り、ワープビームパイプ
２の周壁部の、予め旋削せずに最終線削をした部分14の
厚さs1よりも大きくなる。第５図には更に、ワープビー
ムパイプの末端の内周のリング状補強部又は隆起部15
と、ワープビームフランジネツク５のカラー７と、なら
びにワープビーム・フランジ側の熱影響帯域12とが示さ
れている。第５図は、本発明のワープビームの最終状
態、すなわち、製造後のワープビーム・フランジ及びワ
ープビームパイプの部分断面を示している。

本発明には、けい素0.5重量％、鉄0.7重量％、マンガ
ン0.8重量％、マグネシウム1.3重量％及びアルミニウム
96.7重量％、のアルミニウム合金の円形引抜管のワープ
ビームパイプ及び鉄1.3重量％、銅0.9重量％、マンガン
0.2重量％、マグネシウム4.1重量％、クローム0.2重量
％、亜鉛5.1重量％及びアルミニウム88.2重量％から成
るアルミニウム合金製の、夫々ワープビーム・フランジ
ネツクを有する２個の鍛造ワープビーム・フランジが用
いられた。

ワープビームパイプは、長さ825mm、肉厚16mm、外径3
02mmであつた。

更に、ワープビームパイプは、両端の内周に夫々肉盛
溶接を行い、リング状の厚さ2mm、幅10mmの補強部が設
けられていた。

ワープビーム・フランジは、夫々下記の寸法であつ
た。

厚さ47mm（ワープビーム・フランジネツクがワープビ
ーム・フランジに変わる場所で）、フランジ外径762m
m、ワープビーム・フランジネツクの幅70mm及びワープ
ビーム・フランジネツクのカラーの幅10mm。

カラーの外径はワープビームパイプの末端に於けるパ
イプの内径に一致した。

ワープビーム・フランジネツクからワープビームフラ
ンジネツクへの移行部の半決の差は約15mmであつた。

ワープビームパイプの各末端を、ワープビームフラン
ジのカラーに嵌合した。次いでワープビームパイプの末
端を、円周溶接により、しかも半自動イナートガス・ア
ーク溶接によつて、ワープビームパイプとワープビーム
フランジネツクの溶接箇所においてワープビーム・フラ
ンジネツクに強固に接合した。この場合Ｖ−形ルート
は、上端の開先き幅が15mmになるように加工した。溶接
材料としては、けい素1.9重量％、鉄0.4重量％、マグネ
シウム1.3重量％、錫1.0重量％及びアルミニウム95.4重
量％の合金を使用した。

円周溶接後に、先ず、ワープビームパイプ側の、円周
溶接時の熱に依つて生じる熱影響帯域の範囲内に在る円
周溶接、円周溶接線自体及びワープビーム・フランジネ
ツクの範囲内にある円周溶接線の直接周辺部とを最終寸
法まで、即ち298.2mmの半径まで旋削した。この両旋削
箇所の幅は、夫々全体で17mmであり、夫々下記から成つ
ていた。

ワープビームパイプ側の熱影響帯域内で長さ1mmの旋
削（この旋削は、溶接線の中央より測定され、長さ約8.
5mm−即ち溶接線の幅15mm＋1mmの半分−に対応するもの
であつて、また従つて幅10mmであるリング状補強材より
短い）。全体中、溶接線の範囲15mmの幅での線削。全体
中、ワープビーム・フランジネツクの範囲内で幅1mmの
旋削。

前記の旋線削後、ワープビームに対して、その円筒部
に均一に分布したワープビームパイプの長軸方向の引張
力を作用させて荷重試験を行つた。その結果は下記の通
りであつた。

ワープビーム・フランジの内側に夫々１個の（２個の
半リングから成る）鋼製のリングを取付けた。このリン
グに、リングの表面に一様に接するように、ピストンロ
ッドを嵌合し、ロッドを12個の油圧シリンダに圧力を加
えた。これらの油圧シリンダは、油圧配管で相互に接続
した。油圧シリンダは同一であり、従つてピストン直径
はすべて同じであつた。ピストンロッドによつて、1,80
0kNの全引張力をワープビームの円筒形部分に、また同
時に試験すべき箇所即ちフランジネツクおよびそのワー
プビーム・フランジ側の直接周辺部に作用させた。

試験すべき箇所は1,800kNの重量に耐え、全くワープ
ビーム・フランジ脱離を生じなかった。

1,800kNの全引張力は、夫々ワープビームパイプ側の
熱影響領域内に在るが、しかしリング状の補強部を含ま
ないワープビームパイプの周壁部内の金属が降伏点に達
するのに必要な力1,750kNよりも大きく（最終寸法に旋
削された状態にあるワープビームに関係する）、また同
様に夫々ワープビームパイプ側の熱影響領域にあるが、
しかし予め旋削されているワープビームパイプの周壁内
部の金属が降伏点に達するのに必要な力2,050kNよりも
小さかった（これは最終寸法に旋削されていない状態の
ワープビームに関係する）。

荷重試験を行つた後に、はじめてワープビームを、ワ
ープビーム・フランジネツクと、円周溶接線と、ワープ
ビームパイプとの範囲を298.0mmの外径になるまで旋削
した。ワープビーム・フランジネツクからワープビーム
フランジまでの移行部分の半径についても同様に旋削し
たが、半径の増加は5mmに過ぎなかつた。更に続けて旋
削したが、ワープビームフランジは、ワープビームフラ
ンジネツクがワープビームフランジへ移行する範囲内
で、ワープビームに近い側で、厚さが45mmとなつた。

荷重試験の実施前に旋削し、さらに最終寸法に旋削し
たワープビームパイプ側の熱影響帯域内に在るワープビ
ームパイプの周壁部は厚さ16mmであり、最終旋削をした
がそれ以前の旋削をしなかつたワープビームパイプ側の
熱影響領域内にあるワープビームパイプの周壁部の有す
る厚さ14mmよりも厚くなつた。

【図面の簡単な説明】

第１図はワープビームパイプの長軸長方の断面図、第２
図ないし第５図はワープビーム・フランジとワープビー
ムパイプの部分断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接可能な金属から成る１本の丸形のワー
   プビームパイプと、それぞれ１個のワープビーム・フラ
   ンジネツクを有し、同様に溶接可能な金属より成る２個
   のワープビーム・フランジより成り、リング状の補強部
   すなわち隆起部を内周に取り付けたワープビームパイプ
   の一端が、ワープビーム・フランジネツクのカラーに嵌
   合され、ワープビームパイプの端部が、ワープビームパ
   イプとワープビーム・フランジネツクの間の接合部の円
   周溶接によつて、ワープビーム・フランジネツクの強固
   に接合されているワープビームの製造方法において、 円周溶接したのち、まずワープビームパイプ側の熱影響
   帯域の範囲内にあり、溶接線の中央から測定した長さが
   リング状の補強部又は隆起部の長さに相当する円周溶接
   線とその直接周辺部、及びワープビーム・フランジネツ
   クの領域内にある円周溶接線とその直接周辺部を予め旋
   削したのち荷重試験を行い、次いでワープビームを最終
   寸法に旋削したのち、同様にしてワープビームパイプの
   円筒部の長軸方向に働く引張力の荷重試験を行い、その
   引張力の合計が、 （ａ）ワープビームが最終寸法に旋削された状態におい
   て、ワープビームの熱影響帯域内にあるが、ワープビー
   ムパイプの一端の内周リング状の補強部又は隆起部を構
   成しないワープビームパイプの周壁部が金属の弾性変形
   領域と塑性変形領域との間の限界に達するために必要な
   力より大きく、また （ｂ）ワープビームが予め旋削されているが最終寸法に
   旋削されていない状態にあるときに、ワープビームの熱
   影響帯域内にあるが、ワープビームの予め旋削されてい
   る部分の金属の弾性変形領域と塑性変形領域との間の限
   界に達するために必要な力よりも小さく、またワープビ
   ームパイプの周壁部の予め旋削したワープビームパイプ
   側の熱影響帯域内にある部分の最終旋削後の厚さ（s2）
   が、ワープビーム側の熱影響帯域内にあり、予め旋削さ
   れなかつた部分の最終旋削後の厚さ（s1）より大きく形
   成することを特徴とする、ワープビームの製造方法。
2. 【請求項２】溶接可能な金属が軽金属であることを特徴
   とする第１請求項に記載の方法。