JPS6137343A - 鋼管アツプセツタの監視方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、鋼管アップセッタの監視方法および装置に関
する。

［背景技術］ アップセットは、油井管等の管継手部即ち管端のねし加
工部における継手強度を確保するため、管端の内外面に
、アップセットポンチとダイスによって、増肉加工部即
ちア・ンプセ・ント部を形成するものである。第２図は
、鋼管ｌの管端を１，２５０℃程度に加熱した後、該管
端に外面アップセット部２Ａを形成した例、内面アップ
セット部２Ｂを形成した例、内外面アップセット部２Ｃ
を形成した例のそれぞれを示す断面図である。

従来、上記アップセッタの操業は、アップセットポンチ
とダイスの各形状を鋼管の増肉スケジュールに基づいて
決めた後、プレス機械におけると同様な連続操業を行な
っている。即ち、従来のアップセッタの操業は、例えば
、神戸製鋼技報３１巻１号に記載されているように、ア
ップセッタの機械的動作を最適条件に設定した後、その
条件が維持されるという前提で連続操業を行なっている
にすぎない。

［発明の目的］ 本発明は、アップセット時にアップセットボン５チに加
わる荷重値とアップセットポンチの変位量を測定し、ア
ップセットが正常に実行されたか否かを監視することを
目的とする。

［発明の構成］ 本発明の第１は、鋼管の管端を加熱してアップセット部
を形成する鋼管アップセ゛ツタの監視方法において、ア
ップセットポンチに加わるアップセット荷重値とアップ
セットポンチの変位量とを測定し、上記各測定値を荷重
実パターンと変位実パターンとして表示し、荷重実パタ
ーンと変位実パターンを、適正なアップセットについテ
予メ定められている荷重基準パターンと変位基準パター
ンと比較し、アップセットの良否を判定するようにした
ものである。

また、本発明の第２は、鋼管の管端を加熱してアップセ
ット部を形成する鋼管ア・ンプセッタの監視装置におい
て、アップセットポンチに加わるアップセット荷重値を
測定する荷重測定手段と、アップセットポンチの変位量
を測定する変位測定手段と、上記各測定手段の測定値を
荷重実パターンと変位実パターンとして表示する表示手
段とを有してなるようにしたものである。

［発明の詳細な説明］ 第１図は本発明が適用されるアップセッタ１０の全体を
模式的に示す斜視図である。アップセッタ１０は、クラ
ンク軸１１、クランク軸１１の主軸に一体化され、不図
示のモータに連結されてなるフライホイール１２、クラ
ンク軸１１のクランクピンに一端を連結されてなる連接
棒１３、連接棒１３の他端に油圧クッション装置１４を
介して連結されてなるパンチホルダ１５、パンチホルダ
１５に装備されてなるアップセットポンチ１６、鋼７１
のボディ部ＩＡをグリップして保持するクランプショー
１７、ダイス１８、クランプジョー１７とダイス１８を
支持する油圧クッション装置１９等から構成されている
。

即ち、管端ＩＢを１．２５０℃程度に加熱された鋼管ｌ
がアップセッタ１０に横送りされ、管端ＩＢがクランプ
ジョー１７、ダイス１８に対する所定位置に停止し、鋼
管１の加熱されてなる管端ＩＢがダイス１８に挿入され
、非加熱部分であるボディ部ＩＡがクランプジョー１７
によって固くグリップされると、不図示のモータとフラ
イホイール１２との間に介在されているクラッチが接続
され、フライホイール１２が回転を開始する。フライホ
イール１２の回転トルクは、クランク軸１１゜ンチホル
ダ１５に伝達され、パンチホルダ１５は約６秒で１サイ
クルの往復運動を行なう。鋼管１のアップセットは、パ
ンチホルダ１５の往復運動の上死点近傍で行なわれ、ア
ップセットポンチ１６が鋼管ｌの管端ＩＢに接触してか
ら０．６秒以内に完了する。アップセットポンチ１６は
ダイス１８に挿入されてなる鋼管１の管端ＩＢ内に進入
するものの、クランプジョー１７にグリップされてなる
ボディ部ＩＡ内に到達することはない。

アップセッタ１０の上部のダイス１８でアップセットさ
れた鋼管１は、そのｌショットでアップセットを完了す
る場合と、下部のダイス１８で２回目のアップセットを
施される場合がある。前者を［ｌヒート１シヨト］と称
し、後者を［ｌヒツト２ショットコと称するが、１ヒー
ト２シヨツトでもアップセットが完了しない極厚白化加
工が必要な場合には、［２ヒート３シヨツト］と称され
るように、鋼管ｌを再加熱して３回目のアップセットを
施す必要がある。

のパンチホルダ１５、ア・ンプセ−／　）ポンチ１６、
クランプジョー１７、ダイス１８に作用する衝撃を油圧
クッション装置１４．１９によって吸収可極能としてい
る。パンチホルダ１５、アップセットポンチ１６の油圧
クッション装置１４は、ア・ンプセ・ントの操業上特に
重要な役割を演する。すなわち、鋼管ｌの肉厚、偏肉の
ばらつき、アップセットボンデ１６、ダイス１８等の二
に具設定の誤差により、鋼管１がアツプセ−／　）時に
、ダイス１８に充填不足を生ずる場合と、逆にダイス１
８に過充填となり、ダイス１８からばりが出る場合があ
り、極端な場合にはアツプセ・ンタｌＯに損傷を生ずる
こととなる。そこで、油圧り・ンシ巨ン装置１４の油圧
がある一定の圧力イ〆１に達する時、リリーフ弁２０を
開き、油圧クッション装置１４の作動油をリリーフする
ことにより、アップセットポンチ１６がより前進するこ
とを抑制可能としている。

第３図は、アップセッタ１０に°よる鋼管１の変形経過
プロセスである。鋼管１は、ア・ンプセツトボンチ１６
から圧縮力を受け、初期に座屈し、鋼管ｌの外側面をダ
イス１８の内壁面に接触する。

この後、鋼管１は、アップセットポンチ１６とダイス１
８の間に拘束された状態で増肉変形を生じ、アップセッ
トポンチ１６とダイス１８との接触長を増大する。この
段階で、鋼管１の材料の肉厚方向のメタルフローが大き
い場合には、アップセット部２の内外面にしわを生ずる
ことはないが、座屈変形の進行が大きい場合には、第４
図にも示すようにアップセット部２の内外面にしわを残
存する。

そこで、本発明者は、アップセッタ１０による上記のよ
うな鋼管ｌの変形経過プロセスを、アップセットポンチ
１６に加わる荷重値とアップセットポンチ１６の変形量
によって検出し、それらのパターン化によってアップセ
ットの良否を判定可能としたものである。

第５図は、アップセットポンチ１６に加わる荷重値を測
定する荷重測定手段を示す斜視図である。２１は、アッ
プセットポンチ１６に加わる荷重値を直接的に測定可能
とする荷重測定手段としてのロードセルである。ロード
セル２１は、ノマンチホルダ１５の背面に取付けられ、
パンチホルダー１５と油圧クッション装置１４との間に
介在された状態で、アップセット時のアップセットポン
チ１６に加わる荷重値を測定可能とする。ロードセル２
１はデスクタイプとされ、機械強度を４００７ＯＮとさ
れるとともに、アップセットポンチ１６に偏荷重がある
ことにより、上下のアップセットポンチ１６の軸芯後方
にそれぞれ１個づつ、したがって合計２個用いることと
されている。パンチホルダ１５はアップセット時に約７
００ｍｍ往復移動し、熱間加工に伴う冷却水、熱間潤滑
剤の飛散等による悪環境に位置し、またロードセル２１
の信号取出しケーブル２２の配線スペースを確保するの
に困難があるものの、信号取出しケーブル２２の遠択、
接続方法、シールの強化、油圧クッション装置１４側に
ケーブル取出し用溝を設ける等により、保守点検性を損
なうととなく、ロードセル２１をパンチホルダ１５に増
刊けることが可能となる。

なお、油圧クッション装置１４の背圧をストレインゲー
ジタイプの高速応答圧力計によって測定することにより
、アップセットポンチ１６に加わる荷重値を間接的に測
定可能とする荷重測定手段を用いることも考えられるが
、この場合には、油圧クッション装置１４の背圧がクッ
ションシリンダ、油圧配管を経由するものであるため、
鋼管１の座屈等の微妙な荷重変化を観測することが出来
ず、また、リリーフ弁２０の作動後には油圧クッション
装置１４の背圧を観測することが出来ない。そこで、本
発明者は、油圧クッション装置１４よりアップセットポ
ンチ１６側に位置するパンチホルダ１５に取付けられて
なるロードセル２１を前述のように荷重測定手段として
用いることとした。

第６図はアップセットポンチ１６の変位量を測定する変
位測定手段としてのリニアスケール２３を示す斜視図で
ある。即ち、変位測定手段としては、非接触測定が好ま
しいが、配線スペースが狭く、熱間加工に伴う水滴、油
煙りを含む雰囲気中に配設されるものであることを考慮
して、測定精度±０．１ｍｍの磁気式のリニアスケール
２３が選定された。２４はスケール本体、２５は磁気テ
ープ、２６はキャリア、２７はキャリアヘッド、２８は
信号取出ケーブルである。なお、２９は油圧クッション
装置１４に固定されてなる接続アーム、３０はキャリア
２６に固定されてなるピンであり、接続アーム２９とビ
ン３ｏの係合により、アップセットポンチ１６の変位を
キャリア２６に伝達可能としている。

第７０は、ロードセル２１とリニアスケール２３を用い
てなる監視装置の制御回路図である。

２個のロードセル２１の測定値は、加算された後、増幅
器３１において増幅され、高速Ａ／Ｄ変換器３２を経て
、大容量ＩＣメモリーを用いたデジタル記憶器３３に伝
達され、読み込まれる。また、リニアスケール２３の測
定値も、デジタル記憶器３３に記憶され、読み込まれ°
る。

デジタル記憶器３３に読み込まれてなるサンプル値は、
マイクロコンピュータ３４に伝達され、荷重実パターン
と変位実パターンとして表示可能とされる。３５は設定
器であり、適正なアップセットについての荷重基準パタ
ーンと変位基準パターンが予め定められている。マイク
ロコンピュータ３４は、前記荷重実パターンを設定器３
５の荷重基準パターンに比較するとともに、前記変位実
パターンを設定器３５の変位基準パターンに比較し、ア
ップセットの良否を判定し、判定結果表示器３６に表示
可能とする。

なお、上記監視装置において、高速コンピュータを用い
ず、デジタル記憶器３３とマイクロコンピュータ３４を
用いた理由は以下の通りである。

すなわち、アップセットは前述のようにアップセットポ
ンチ１６が鋼管ｌの管端に接触した後、長くても１秒以
内に完了する。このように極めて短時間に発生する現象
をリアルタイムで収集、記憶し、それらの測定値パター
ンを判定するには高速コンピュータを用いる必要がある
。しかしながら、現実の操業において−、アップセット
の行われる１秒以内に」二記測定値パターンの判定を終
了する必要はない。そこで、上記監視装置においては、
大容量ＩＣメモリーを用いたデジタル記憶器３３におい
てロードセル２１とリニアスケール２３の各測定値を読
み込み、その後マイクロコンピュータ３４を用いて測定
パターンの判定を行うことにより、装置の小型化と経済
化を実現可能とした。また、上記監視装置によれば、−
基デジタル記憶器３３に記憶した測定値を必要に応じて
、Ｄ／Ａ変換器３７を経てＸＹプロッタ３８に可視性の
ある測定パターンとして出力可能である。

第８図、第９図、第１０図は上記監視装置による監視結
果を示す線図である。

第８図はアップセットが正常に完了した例である。この
場合のアップセット諸元は、鋼ＩｎがＡＰＩＪ−５５、
外径２−７／８インチ（７３，０ｍｍ）　、肉厚５．５
１ｍｍ、加熱温度１．２６０°Ｃであり、油圧クッショ
ン装置のリリーフ圧力が１．３ｋｇ／ｃｒｎ’、クラン
プショーのグリップ圧力が１６２ｋｇ／Ｃｍ’である。

このアップセットにおいては、アップセット変化のクッ
ション量が３０ｍｍ、荷重パターンが釣鐘型でピーク荷
重値が１００７ＯＮであることが認められる・この時、
アップセラ）された鋼管も当然に正常である。

第９図は、油圧クッション装置のリリーフ圧力が低い場
合の例である。この場合のアップセット諸元は、鋼管が
ＡＰＩＮ−８０、外径２・３／８インチ（８０，３ｍｍ
）　、肉厚４．８３０ｍ、加熱温度１．２５０℃であり
、油圧クッション装置のリリーフ圧力が０．８ｋｇ／　
ｃｍ’、クランプジョーのグリップ圧力が１６０ｋｇ／
　ｃｎｆである。このアップセットにおいては、油圧ク
ッション装置のリリーフ圧力が異常に低く、アップセッ
トのピーク荷重値が約３０７ＯＮも低くなり、アップセ
ットされた鋼管もダイス内にメタルが充満することなく
、アップセット部の内外面に第４図に示したようなしわ
を生ずることが認められる。

第１０図（Ａ）　、　（Ｂ）は、クランプジョーのグリ
ップ動作が適正でなく、アップセット時に鋼管がクラン
プジヨウに対してすべりを生じた例である。この場合の
アップセット諸元は、鋼管がＡＰＩＪ−５５、外径２−
７／８インチ（７３，０ｍｍ）　、肉厚５．５１ｍｍで
あり、油圧クッション装置のリリーフ圧力が１．３　ｋ
ｇ／ｃｍ２、クランプジョーのグリップ圧力が１８２　
ｋｇ／ｃｍ’であり、第１０図（Ａ）における鋼管加熱
温度は１，２３０’Ｏ１第１（１図（Ｂ）における鋼管
加熱温度は１，２８０℃である。これら第１０図（Ａ）
　、　（Ｂ）の各アップセットにおいては、クランプジ
ョーの動作が異常であり、第１０図（Ａ）においては１
０ｍｍのすべりを生じ、第１Ｏ図（Ｂ）においてハ３０
ｖａＩＩ＋のすべりを生じている。この場合には、鋼管
のすべり量に応じてアップセットの変位量と荷重値のパ
ターンが変化し、アップセットが異常であることが極め
て容易に判定可能となる。

なお、上記監視装置の実施において、設定器３５に設定
する荷重基準パターンと変位基準パターンは鋼管の鋼種
、外形、肉厚には関係なく、管端肉厚の増肉率（アップ
セット後の肉厚／原管の肉厚）によって決り、増肉率１
’Ｏ％ごとにそれらの基準パターンを設定すればよいこ
とが認められている。ここで、実際の操業における増肉
率は最大でも２５０％程度であるから、上記各基準パタ
ーンはそれぞれｔｏ−１５のパターンを設定すれば足り
ることとなる。

［発明の効果］ 以−ヒのように、本発明に係る鋼管アップセンタの監視
方法および装置によれば、アップセット時にアップセッ
トポンチに加わる荷重値とアップセットポンチの変位量
を測定し、アップセットが正常に実行されたか否かを監
視することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用されるアップセンタの全体を模式
的に示す斜視図、第２図はアップセット部の形状を示す
断面図、第３図はアップセットによる鋼管の変形経過プ
ロセスを示す状態図、第４図はアップセットされた鋼管
の断面を示すｍ写真、第５図は荷重測定手段の一例を示
゛す斜視図、第６図は変位測定手段の一例を示す斜視図
、第７“図は監視装置の一例を示す制御回路図、第８図
は正常なアップセットにおける荷重パターンと変位パタ
ーンを示す線図、第９図は油圧クッション装置のリリー
フ圧力が低いアップセットにおける荷重パターンと変位
パターンを示す線図、第１Ｏ図（Ａ）　、　（Ｂ）はク
ランプジョーのグリップ動作が適正でないアップセット
における荷重パターンと変位パターンを示す線図である
。 ■・・・鋼管、２・・・アップセット部、１０・・・ア
ップセンタ、１６・・・アップセットポンチ、１８・・
・ダイス、２１・・・ロードセル、２３・・・リニアス
ケール、３３・・・デジタル記憶器、３４・・・マイク
ロコンピュータ、３５・・・設定器、３６・・・判定結
果表示器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼管の管端を加熱してアップセット部を形成する
   鋼管アップセッタの監視方法において、アップセットポ
   ンチに加わるアップセット荷重値とアップセットポンチ
   の変位量とを測定し、上記各測定値を荷重実パターンと
   変位実パターンとして表示し、荷重実パターンと変位実
   パターンを、適正なアップセットについて予め定められ
   ている荷重基準パターンと変位基準パターンと比較し、
   アップセットの良否を判定することを特徴とする鋼管ア
   ップセッタの監視方法。
2. （２）鋼管の管端を加熱してアップセット部を形成する
   鋼管アップセッタの監視装置において、アップセットポ
   ンチに加わるアップセット荷重値を測定する荷重測定手
   段と、アップセットポンチの変位量を測定する変位測定
   手段と、上記各測定手段の測定値を荷重実パターンと変
   位実パターンとして表示する表示手段とを有してなるこ
   とを特徴とする鋼管アップセッタの監視装置。
3. （３）前記荷重測定手段がロードセルである特許請求の
   範囲第２項に記載の鋼管アップセッタの監視装置。
4. （４）前記変位測定手段がリニアスケールである特許請
   求の範囲第２項に記載の鋼管アップセッタの監視装置。