JPH11226868A - 溶接管の内表面平滑化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内面溶接ビードを含めて溶接管の内表面全体
を押し潰し、内表面が平滑化された溶接管を低コストで
製造する。 【構成】 金属帯を連続的に円筒形状に成形し、板幅方
向両端部を溶接して溶接管４を製造する際、内面溶接ビ
ード５が２００℃以上の高温状態にある位置で内面溶接
ビード５及び該内面溶接ビード５と反対側の母材部内面
に接触する一対の押圧ロール１０及び溶接管４を挟んで
押圧ロール１０と対抗するバックアップロール４０によ
り内面溶接ビード５を押し潰し、引き続き溶接管４の内
表面全体に接触する内金型２０及び溶接管４の外表面に
接触する外金型５０により溶接管の内表面全体を押し潰
す。 【効果】 金型の負担が軽減され、継目無し管の代替と
してシリンダ用等の用途に使用可能な管材が低コストで
製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内面溶接ビードも含め
て溶接管の内表面を造管ラインで平滑化する方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接管は、通常、造管機で金属帯を連続
的に円筒形状に成形し、板幅方向両端部を溶接すること
により製造されている。溶接管内部の溶接部には、板幅
方向両端部が互いに突合された状態で溶接されるため、
溶接金属が僅かに垂れ込んだ内面溶接ビードが形成され
る。そのため、溶接部は内面溶接ビードの分だけ母材板
厚に比較して肉厚で、内表面が平滑になっていない。溶
接管は、用途によっては管内表面が平滑でないまま使用
されることもある。しかし、内部を流体が通過するサニ
タリ管，熱交換器，小型ボイラ用配管，シリンダ用管等
では、管内における円滑な動作を確保する上から平滑な
内表面が要求される。たとえば、平滑な内表面が必要な
小型ボイラ用配管やシリンダ用等では継目無し鋼管が従
来から使用されているが、継目無し鋼管は高価な材料で
あることから、溶接管への切替えによってコストダウン
を図ることが進められている。しかし、継目無し鋼管の
代替として溶接管を使用するためには、平滑な内表面が
必要になる。

【０００３】溶接管の内表面を平滑化するためには先ず
内面溶接ビードの平滑化が必要であり、従来から種々の
方法が提案されている。たとえば、特開昭５６−１０９
１１３号公報では、造管機のサイジングロールスタンド
の位置で、回転自在な上下２個のコロを取り付けたマン
ドレルを溶接管の内側に配置し、コロ及びサイジングロ
ールで内面溶接ビードを平滑化している。しかし、溶接
位置から遠く離れた位置で内面溶接ビードが押し潰され
るため冷間加工となり、内面溶接ビードの圧潰に非常に
高い圧力が必要とされ、コロ及びサイジングロールに過
負荷がかかり易い。また、特開昭６２−２４６７６０号
公報では、スクイズロールの位置で押圧ロールを溶接管
の内側に配置し、スクイズロール及び押圧ロールで内面
溶接ビードを押し潰している。しかし、スクイズロール
の上下面を圧潰に利用しているため、内面溶接ビードに
十分な圧潰力が作用しにくい。更に、特開平１−３０６
１７６号公報では、管形状に成形する前の金属体を加熱
することにより板幅方向両端部を圧接した後、内面溶接
ビードをシューでそぎ取り、圧着ロールにより溶接部内
面を整形している。しかし、予熱装置，シュー，圧着ロ
ール等を必要とすることから、設備構成が複雑化し、設
備費が高くなり易い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、内面溶接
ビードを平滑化する従来法には種々の問題がある。そこ
で、本発明者等は、溶接後の内面溶接ビードが２００℃
以上の高温域にある段階で、内面溶接ビード及び該内面
溶接ビードに対向する母材部内面に接触する押圧ロール
を溶接管の内部に挿入すると共に、押圧ロールが溶接管
の内部に接触する位置で一対のバックアップロールを溶
接管の外側に配置し、押圧ロール及び一対のバックアッ
プロールにより内面溶接ビードを押し潰す方法を開発
し、特願平９−１４２３７０号として出願した。先願の
方法によるとき、加熱装置を別途設ける必要がなく、低
圧力で内面溶接ビードを押し潰すことができる。内面溶
接ビードを押し潰した溶接管を内面研磨すると、各種流
体が流れるサニタリ管等では円滑な流動が確保される。
しかし、シリンダ用等の用途に継目無し鋼管の代替管と
して使用する場合、低圧力で内面溶接ビードを押し潰し
ても、圧潰位置の管内表面に凹凸が生じ、製品段階に持
ち込まれることがある。内表面に凹凸のある管材は、シ
リンダ用等の用途に使用することが難しく、更なる平滑
化が要求される。

【０００５】内面溶接ビードのみでなく管内表面の全体
を平滑化する方法としては、造管した溶接管を焼鈍・酸
洗した後、管内外表面に潤滑剤を塗布・乾燥させ、管内
外表面に接触・押圧させた金型で引き抜く芯引き加工が
知られている。しかし、芯引き加工までに多数の工程が
入り、しかも芯引き加工後に焼鈍・酸洗が再度必要とな
る。その結果、製造コストが非常に高くなり、製品管の
用途が拘束される。本発明は、このような問題を解消す
べく先願で提案した方法を更に改良したものであり、内
面溶接ビードを押し潰す押圧ロール及び溶接管の内表面
を押し潰す内金型を装着した支持棒を溶接管の内部に配
置し、押圧ロール及び内金型に対向してバックアップロ
ール及び外金型を溶接管の外表面に接触させることによ
り、押圧ロール，バックアップロール，内外金型に過度
の負担をかけることなく溶接管の内表面全体を押し潰
し、内表面が平滑化された溶接管を低コストで製造する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の溶接管内表面平
滑化方法は、その目的を達成するため、金属帯を連続的
に円筒形状に成形し、板幅方向両端部を溶接して溶接管
を製造する際、内面溶接ビードが２００℃以上の高温状
態にある位置で内面溶接ビード及び該内面溶接ビードと
反対側の母材部内面に接触する一対の押圧ロール及び溶
接管を挟んで押圧ロールと対向するバックアップロール
により内面溶接ビードを押し潰し、引き続き溶接管の内
表面全体に接触する内金型及び溶接管の外表面に接触す
る外金型により溶接管の内表面全体を押し潰すことを特
徴とする。また、この方法で使用される内表面平滑化装
置は、内面溶接ビード及び該内面溶接ビードと反対側の
母材部内面に接触する一対の押圧ロールを、溶接管を挟
んで押圧ロールと対向するバックアップロールと、溶接
管の内表面全体に接触する内金型と、溶接管の外表面に
接触する外金型と、溶接管の走行方向に関して押圧ロー
ルを上位側に内金型を下位側に装着し、上流側から溶接
管に差し込まれる支持棒とを備えている。溶接管に対す
る支持棒の差込み量は、２００℃以上の高温状態にある
内面溶接ビードに押圧ロールが接触するように調節され
る。

【０００７】

【作用】内面溶接ビードを室温状態で押し潰すと、内面
溶接ビードと母材部との間にトーラインが発生する。圧
下量を増加させることによりトーラインが浅くなり、溶
接管の内面が平滑に近づいていく。しかし、圧下量の増
加は、押圧ロールの負担を大きくするだけでなく、内面
溶接ビード近傍の肉厚変動を助長する原因となる。この
点、先願・特願平９−１４２３７０号で提案したよう
に、２００℃以上の高温状態にある内面溶接ビードを押
し潰すと、室温での圧下に比較して低荷重でトーライン
が消滅し、またトーラインが消滅する荷重での肉厚変化
量も室温での圧下に比較して少なくなる。しかし、内面
溶接ビードを押し潰しただけでは、その箇所の肉厚が他
の部分の肉厚に比べて薄くなる。すなわち、溶接管の内
表面が凸凹形状になり、完全な平滑状態になっていな
い。そこで、本発明においては、押圧ロールで内面溶接
ビードを押し潰した直後に、溶接管の内表面全体を押し
潰すことにより、内面溶接ビードの圧潰により生じる凸
凹形状を解消し、溶接管の内表面全体を平滑化してい
る。内面溶接ビードの圧潰直後に溶接管の内表面全体を
押し潰すため、内面溶接ビードを押し潰す際の肉厚変動
量が少ないことと相俟つて、内金型及び外金型に過度の
負担をかけることなく溶接管の内表面全体が平滑化され
る。

【０００８】

【実施の形態】本発明に従った平滑化装置は、たとえば
図１に示すように、金属帯１を円筒形状に成形した金属
帯１をスクイズロール２で拘束し、板幅方向両端部を溶
接トーチ３で溶接して溶接管４とする造管ラインで使用
される。この平滑化装置は、押圧ロール１０及び内金型
２０を装着した支持棒３０を溶接管４の内部に上流側か
ら挿入している。溶接管４に対する支持棒３０の挿入長
さは、押圧ロール１０と接触する内面溶接ビード５（図
７）が２００℃以上の高温域にあるように調整される。
押圧ロール１０と接触する位置での内面溶接ビード５の
温度は、内面溶接ビード５の押潰しに必要な圧下力を軽
減する上から２００℃以上に設定される。しかし、過度
に高温の内面溶接ビード５に押圧ロール１０を押し当て
ると、押圧ロール１０にかかる熱負荷が大きくなるの
で、上限温度を６００℃に設定することが好ましい。

【０００９】押圧ロール１０は、図２に示すように上ロ
ール１１ｕ及び下ロール１１ｄを一対として備えてい
る。上ロール１１ｕのシャフト１１ｓを上ロールホルダ
１２ｕで軸支し（図３ａ）、上ロールホルダ１２ｕのボ
ルト挿通孔１３ｕに挿通したボルト１４ｕを支持ロッド
３０のボルト孔３１にねじ込むことにより、支持棒３０
に対して上ロール１１ｕが回転可能に装着される。下ロ
ール１１ｄも、同様な下ロールホルダ１２ｄを介して支
持棒３０に回転可能に装着される。上ロール１１ｕ及び
下ロール１１ｄとしては、溶接管４の内面溶接ビード５
に押し当てられる周面に凸クラウンを付けた樽型ロール
（図３ｂ）や球形ロール（図３ｃ）等が使用される。

【００１０】支持棒３０に装着された上ロール１１ｕ及
び下ロール１１ｄは、図２に示すように支持棒３０の反
対側側面に一部突出し、溶接管４の相対向する内表面に
押し当てられる。製造する溶接管４のサイズによって
は、上ロール１１ｕと下ロール１１ｄとの間の距離を調
整する必要がある。この場合には、上ロールホルダ１２
ｕと下ロールホルダ１２ｄとが対向する面や上下のロー
ルホルダ１２ｕ，１２ｄと支持棒３０の肩部３２とが対
向する面に必要厚みのスペーサ１５ｕ，１６ｕを介在さ
せ、上ロール１１ｕと下ロール１１ｄとの間の距離を調
整する。

【００１１】支持棒３０の反対側では、上下のロールホ
ルダ１２ｕ，１２ｄに金型ホルダ２１が固着される。金
型ホルダ２１は、ボルト孔２２が端部に穿設されてお
り、上ロールホルダ１２ｕのボルト挿通孔１７ｕに挿通
されたボルト１８ｕをボルト孔２２にねじ込むことによ
り、上ロールホルダ１２ｕと一体化される。同様にして
下ロールホルダ１２ｄとも一体化すると、金型ホルダ２
１は、上下のロールホルダ１２ｕ，１２ｄで挟まれた状
態で強固に連結される。この場合にも、上下のロールホ
ルダ１２ｕ，１２ｄと金型ホルダ２１の肩部２３との間
に、必要に応じてスペーサ１６ｕを介在させる。

【００１２】ロールホルダ１２ｕ，１２ｄの反対側で
は、金型ホルダ２１の周面に雄ネジ２４が刻設されてい
る。ほぼ筒状の内金型２０を金型ホルダ２１に挿入した
後で、雄ネジ２４に固定ナット２５を螺合することによ
り、金型ホルダ２１から内金型２０が抜止めされる。内
金型２０の外周面には、溶接管４に所要の押潰し加工を
施すことができる外径をもつリング状の押圧部２６が半
径方向に突出している。内金型２０には、図４に示すよ
うに円柱状（ａ），円錐状（ｂ），樽型状（ｃ），部分
凸型状（ｄ）等、種々の形状をもつ金型が使用可能であ
る。溶接管４の内表面に押圧疵を付けないためには、内
表面に最初に接触する側に角部がない形状（ｃ，ｄ）が
好ましい。

【００１３】溶接管４に挿入された押圧ロール１０及び
内金型２０に対向する位置で、それぞれバックアップロ
ール４０及び外金型５０が溶接管４の外側に配置されて
いる。バックアップロール４０は、溶接管４を挟んだ一
対のロールとして設けられており、押圧ロール１０で内
面側から加圧された溶接管４の加圧点を外側から支持し
て回転し、内面溶接ビード５の平滑化に必要な押圧力を
与える限りロールプロフィールに制約を受けることがな
い。たとえば、溶接管４の半径よりも大きな曲率半径を
もつ凹クラウンロール（図５ａ）やフラットロール（図
５ｂ）をバックアップロール４０として使用できる。

【００１４】外金型５０は、内金型２０で内側から整形
されている溶接管４に対して外側から成形圧を加えるも
のであり、内金型２０と共同して溶接管４の真円度及び
真直度を確保する。外金型５０としては、溶接管４の外
表面に成形圧を加える限り形状に制約を受けることな
く、たとえば図６に示すように長手方向に沿って長孔５
１をくりぬいた金型（ａ），アール溝を形成した上下又
は左右分割型の金型（ｂ），同様なアール溝を形成した
３方向分割型の金型（ｃ）等が使用される。長孔５１や
アール溝５２は、溶接管４の外周面形状に対応してお
り、下流側に走行する溶接管４の外表面を摺擦し、溶接
管４の外形を整える。また、溶接管４の外表面を転動し
ながら整形する作用面をもつ回転可能な成形ロール（図
示せず）も外金型５０として使用可能である。

【００１５】押圧ロール１０とバックアップロール４０
及び内金型２０と外金型５０は、溶接管４を間に挟んで
図７に示すように対向する。上ロール１１ｕは、溶接管
４の内面溶接ビード５に押し当てられる。下ロール１１
ｄは、内面溶接ビード５と反対側に位置する溶接管４の
内面を押圧する。また、上下のロール１１ｕ，１１ｄで
押圧力が加えられる位置では、バックアップロール４
０，４０が外側から溶接管４を押圧している。したがっ
て、上ロール１１ｕで内面溶接ビード５が押し潰される
際、溶接管４の反対側内面にも押圧力が加えられるた
め、内面溶接ビード５の圧潰に伴った溶接管４の不規則
変形が防止される。上下のロール１１ｕ，１１ｄで押圧
力が加えられる位置は、先願・特願平９−１４２３７０
号と同様に内面溶接ビード５が２００℃以上の高温にあ
る領域に設定される。これにより、内面溶接ビード５の
圧潰に必要な押圧力が大幅に軽減される。

【００１６】内面溶接ビード５が圧潰された直後、溶接
管４の内表面全域に内金型２０が接触し、外表面に外金
型５０が接触し、内表面全体が押し潰される。これによ
り、内面溶接ビード５の圧潰によって生じる凹凸形状が
解消され、内面溶接ビード５近傍及び母材部がほぼ同じ
肉厚になり、内表面が完全に平滑化された溶接管４が得
られる。また、押圧ロール１０で内面溶接ビード５を押
し潰した直後で高温状態にある溶接管４に押圧力が加え
られるため、内金型２０及び外金型５０に過度の負担を
かけることなく、溶接管４の平滑化が可能となる。その
結果、面倒な芯引き加工を必要とせず、平滑な内表面を
もつ溶接管４が低コストで製造される。

【００１７】

【実施例】板幅２３９ｍｍ，板厚２ｍｍのＳＵＳ３０４
ステンレス鋼帯を金属帯１として使用し、造管時のライ
ン速度２．６ｍ／分で外径７６．３ｍｍ，肉厚２ｍｍの
溶接管４を製造した。押圧ロール１０で内面溶接ビード
５を押し潰さない場合、高さ７５μｍの内面溶接ビード
５が溶接部から溶接管４の内方に突出した。そこで、押
圧ロール１０及び内金型２０を装着した支持棒３０を上
流側から溶接管４に挿入した。２００℃の高温域にある
内面溶接ビード５に押圧ロール１０を押し当てるため、
溶接位置から１．７ｍ下流側に押圧ロール１０が位置す
るように溶接管４に対する支持棒３０の挿入長さを調節
した。また、押圧ロール１０の中心から１５０ｍｍ下流
側の位置に内金型２０を設定した。押圧ロール１０とし
ては、曲率半径３６．１ｍｍ，幅２４ｍｍの樽型（図３
ｂ）の上ロール１１ｕ，下ロール１１ｄを用い、上ロー
ル１１ｕと下ロール１１ｄの外周面最短距離を７３．３
ｍｍに設定した。溶接管４を挟んで上ロール１１ｕ，下
ロール１１ｄに対向する位置には、曲率半径１００ｍ
ｍ，胴長１５０ｍｍの凹クラウンロール（図５ａ）をバ
ックアップロール４０として配置した。

【００１８】内金型２０としては、リング状の押圧部２
６をもつ金型（図４ｄ）を用いた。なお、溶接管４の内
表面を押し潰す押圧部２６は、内面溶接ビード５を押し
潰した際の肉厚変化を考慮して外径７２．４ｍｍに設定
した。内金型２０に対向する外金型５０には、曲率半径
３８．１５ｍｍの半円状アール溝５２が形成された上下
二分割型の金型（図６ｂ）を使用した。以上の条件で内
面溶接ビード５を押し潰したところ、内面溶接ビード５
と母材部との間にトーラインを発生させることなく内面
溶接ビード５を押し潰すことができた。このとき、押圧
ロール１０による荷重は１．５ｔｆであり、内面溶接ビ
ード５周辺の板厚変化量は０．０４ｍｍ、内面溶接ビー
ド５と反対側に位置する母材部内面の板厚変化量は０．
０１ｍｍであった。更に、内金型２０及び外金型５０に
より溶接管４の内面全体を押し潰した後では、内面溶接
ビード５周辺と母材部とでは肉厚差がなくなった。この
ようにして、内表面が完全に平滑化された溶接管が製造
された。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、溶接後の高温状態を利用して変形抵抗の少ない内面
溶接ビードを押し潰した直後に溶接管の内表面全体を平
滑化している。そのため、別途の加熱装置を必要とする
ことなく、低い圧力でトーラインの発生なく内面溶接ビ
ードが押し潰され、また内面溶接ビードの押潰しに伴っ
て発生した肉厚変動も解消され、造管時に内表面が平滑
化された溶接管が製造される。しかも、金型の負担が軽
減され、継目無し管の代替としてシリンダ用等の用途に
使用される管材が低コストで提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に伴った溶接管内表面平滑化装置の概
略図

【図２】 内面溶接ビードを押し潰す押圧ロールの分解
図

【図３】 ロールホルダに装着された押圧ロールの断面
図（ａ），樽型（ｂ）及び球形（ｃ）の押圧ロール

【図４】 内金型のプロフィールの数例

【図５】 溶接管を挟んで押圧ロールに対抗配置される
バックアップロールとして使用される凹クラウンロール
（ａ）及びフラットロール（ｂ）

【図６】 外金型の数例

【図７】 内面溶接ビードの圧潰に続いて内表面を押し
潰しているときの断面図

【符号の説明】

１：金属帯 ２：スクイズロール ３：溶接トーチ
４：溶接管 ５：内面溶接ビード １０：押圧ロール １１ｕ：上ロール １１ｄ：下
ロール １２ｕ：上ロールホルダ １２ｄ：下ロー
ルホルダ １３ｕ，１７ｕ：ボルト挿通孔 １４ｕ，１８ｕ：ボルト １５ｕ，１６ｕ：スペーサ ２０：内金型 ２１：金型ホルダ ２２：ボルト孔
２３：肩部 ２４：雄ネジ ２５：固定ナット ２６：押圧部 ３０：支持棒 ３１：ボルト孔 ３２：肩部 ４０：バックアップロール ５０：外金型 ５１：長孔 ５２：アール溝

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属帯を連続的に円筒形状に成形し、板
   幅方向両端部を溶接して溶接管を製造する際、内面溶接
   ビードが２００℃以上の高温状態にある位置で内面溶接
   ビード及び該内面溶接ビードと反対側の母材部内面に接
   触する一対の押圧ロール及び溶接管を挟んで押圧ロール
   と対向するバックアップロールにより内面溶接ビードを
   押し潰し、引き続き溶接管の内表面全体に接触する内金
   型及び溶接管の外表面に接触する外金型により溶接管の
   内表面全体を押し潰すことを特徴とする溶接管の内表面
   平滑化方法。
2. 【請求項２】 内面溶接ビード及び該内面溶接ビードと
   反対側の母材部内面に接触する一対の押圧ロールと、溶
   接管を挟んで押圧ロールと対向するバックアップロール
   と、溶接管の内表面全体に接触する内金型と、溶接管の
   外表面に接触する外金型と、溶接管の走行方向に関して
   押圧ロールを上位側に内金型を下位側に装着し、上流側
   から溶接管に差し込まれる支持棒とを備え、２００℃以
   上の高温状態にある内面溶接ビードに押圧ロールが接触
   するように溶接管に対する支持棒の差込み量が調整され
   る溶接管の内表面平滑化装置。