JP2010167440A - Ｕｏｅ金属管の管端形状矯正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＯＥ金属管の管端部の真円度を十分に向上させることができる管端形状矯正方法を提供する。
【解決手段】プレス工程を経て成形された金属管を拡管することによりその管端部の形状を矯正するＵＯＥ金属管の管端形状矯正方法であって、前記プレス工程後であって前記拡管前に前記金属管の管端部の形状を予備矯正することを特徴とする管端形状矯正方法。この予備矯正方法においては、金属管の管端部を断面円弧状の上面を有する下ダイスと、断面円弧状の下面を有する上ダイスとによって加圧することにより予備矯正する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＵＯＥ金属管の管端部の真円度を向上させるために、管端部を拡管することにより管端部の形状を矯正する方法に関する。

一般に、ラインパイプ用ＵＯＥ鋼管等のＵＯＥ金属管は、敷設場所（現地）においてＵＯＥ金属管の管端部同士を周溶接により接合して敷設される。周溶接を実施する際には、ＵＯＥ金属管の管端部に形成された開先面を精度良く突き合わせる必要がある。この突き合せ精度が悪いと、ＵＯＥ金属管同士を接合することができないという問題が発生する場合がある。

開先面の突き合せ精度は、ＵＯＥ金属管の管端部の真円度を向上させることにより向上させることができる。そこで、従来より、ＵＯＥ金属管の製造工程において、ＵＯＥ金属管の管端部の真円度を向上させるための種々の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一般に、ＵＯＥ金属管の製造工程においては、まず、金属板がＣプレス加工、Ｕプレス加工、次いでＯプレス加工によりＯ字状に成形される。その後、そのＯ字状に成形された金属板の端面を溶接することにより、金属管が形成される。最後に、拡管装置を用いてその金属管の管端部を拡管することにより矯正して、真円度の高いＵＯＥ金属管が作製される。

特許文献１に記載されている矯正方法では、まず、上記のようにして作製されたＵＯＥ鋼管の外径が外径測定装置で測定される。さらに、その測定結果に基づいて演算部によりＵＯＥ鋼管の真円度が算出される。そして、算出された真円度が規定範囲外である場合には、矯正器により管端部の形状が再度矯正される。

特開２００６−２７２３６５号公報

しかしながら、上記のような従来の矯正方法では、管端部の真円度を十分に向上させることができない場合がある。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ＵＯＥ金属管の管端部の真円度を十分に向上させることができる管端形状矯正方法を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、上記のようにして作製されるＵＯＥ金属管において、管端部の真円度を十分に向上させることができる管端形状矯正方法を提供すべく検討を重ねた。その結果、次の知見を得た。

（ａ）前述のとおり、一般にＵＯＥ金属管の作製においては、プレス加工と溶接により金属管を作製した後、その管端部を拡管することによって真円度が向上される。ところが、プレス加工により、金属管には局所的な屈曲部が形成される場合がある。この局所的な屈曲部は、拡管工程では十分に伸ばすことができず、拡管後の金属管においても維持される。また、金属管は拡管によって加工硬化するので、従来の矯正方法のように、拡管後に管端部の形状を矯正する方法では、局所的な屈曲部を十分に伸ばすことができない。そのため、ＵＯＥ金属管の真円度を向上させることができない。また、金属管が加工硬化した後に管端部の形状を矯正する場合、矯正時に割れが発生するおそれがある。

（ｂ）したがって、拡管前に、金属管の管端部の形状を予備矯正すればよい。この場合、金属管が加工硬化する前に管端部の形状を予備矯正することができるので、屈曲部を十分に伸ばすことができる。それにより、拡管後に屈曲部が維持されることを防止することができる。その結果、ＵＯＥ金属管の真円度を向上させることが可能となる。また、形状矯正時に、金属管に割れが発生することを十分に防止することができる。

（ｃ）金属管の管端部の形状は、断面円弧状の上面を有する下ダイスと断面円弧状の下面を有する上ダイスとによって加圧することによって予備矯正することが好ましい。そして、金属管の目標半径Ｒ、下ダイスの上面の曲率半径Ｒ１および上ダイスの下面の曲率半径Ｒ２が下記の（１）式または（２）式を満足する場合には、拡管前においても金属管の管端部の真円度を十分に向上させることができる。それにより、ＵＯＥ金属管の真円度をさらに向上させることができる。
Ｒ≧Ｒ１＞０．８０Ｒ ・・・（１）
Ｒ≧Ｒ２＞０．８０Ｒ ・・・（２）

（ｄ）また、金属管の目標半径Ｒ、下ダイスの上面の曲率半径Ｒ１および上ダイスの下面の曲率半径Ｒ２が下記の（３）式または（４）式を満足する場合には、金属管の管端部の真円度をさらに向上させることができる。
Ｒ≧Ｒ１≧０．９０Ｒ ・・・（３）
Ｒ≧Ｒ２≧０．９０Ｒ ・・・（４）

（ｅ）金属管の管端部を加圧する際には、断面円弧状の上面を有する下ダイスを金属管の管端部の内面側に設置し、そして断面円弧状の下面を有する上ダイスを金属管の管端部の外面側に設置した後、上ダイスを下降させてもよく、下ダイスを上昇させてもよく、両方のダイスを下降および上昇させてもよい。上ダイスおよび下ダイスを上下動させるためには、例えば、上ダイスまたは／および下ダイスに油圧シリンダを連結すればよい。

本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は下記の（１）〜（６）のＵＯＥ金属管の管端形状矯正方法にある。以下、総称して、本発明という。

（１）プレス工程を経て成形された金属管を拡管することによりその管端部の形状を矯正するＵＯＥ金属管の管端形状矯正方法であって、前記プレス工程後であって前記拡管前に前記金属管の管端部の形状を予備矯正することを特徴とする管端形状矯正方法。

（２）前記管端部を断面円弧状の上面を有する下ダイスと、断面円弧状の下面を有する上ダイスとによって加圧することにより予備矯正することを特徴とする、上記（１）記載の管端形状矯正方法。

（３）前記金属管の目標形状の曲率半径Ｒおよび前記下ダイスの前記上面の曲率半径Ｒ１が下記の式（１）を満足するように予備矯正することを特徴とする、上記（２）記載の管端形状矯正方法。
Ｒ≧Ｒ１＞０．８０Ｒ ・・・（１）

（４）前記金属管の目標形状の曲率半径Ｒおよび前記下ダイスの前記上面の曲率半径Ｒ１が下記の式（２）を満足するように予備矯正することを特徴とする、上記（２）記載の管端形状矯正方法。
Ｒ≧Ｒ１≧０．９０Ｒ ・・・（２）

（５）前記金属管の目標形状の曲率半径Ｒおよび前記上ダイスの前記下面の曲率半径Ｒ２が下記の式（３）を満足するように予備矯正することを特徴とする、上記（２）〜（４）のいずれかに記載の管端形状矯正方法。
Ｒ≧Ｒ２＞０．８０Ｒ ・・・（３）

（６）前記金属管の目標形状の曲率半径Ｒおよび前記上ダイスの前記下面の曲率半径Ｒ２が下記の式（２）を満足するように予備矯正することを特徴とする、上記（２）〜（４）のいずれかに記載の管端形状矯正方法。
Ｒ≧Ｒ２≧０．９０Ｒ ・・・（４）

本発明に係る管端形状矯正方法は、ＵＯＥ金属管の管端部の真円度を十分に向上させることができるとともに、真円度矯正時の割れの発生を防止することができる。

ＵＯＥ金属管の製造工程の一例を示すフローチャートである。 予備矯正装置の一例を示す正面図である。 図２の予備矯正装置の側面図である。 予備矯正前の金属管の管端部の形状の一例を示す図である。 予備矯正時の予備矯正装置の状態の一例を示す図である。 予備矯正時の予備矯正装置の状態の他の例を示す図である。 予備矯正後の金属管の管端部の形状の一例を示す図である。 比較例１の金属管の拡管後の形状を示す図である。 実施例１〜４および比較例１の金属管の拡管前の真円度を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る管端形状矯正方法ついて説明する。

１．ＵＯＥ金属管の製造工程
図１は、本発明を利用したＵＯＥ金属管の製造工程の一例を示すフローチャートである。なお、ＵＯＥ金属管の材料としては、炭素鋼、ステンレス鋼または合金鋼等の種々の金属材料を用いることができる。

図１に示すように、ＵＯＥ金属管の製造工程では、まず、所定の寸法に切断された金属板に対してＣプレス加工、Ｕプレス加工およびＯプレス加工が行われる（ステップＳ１〜Ｓ３）。次に、Ｏプレス加工後の金属板に対して仮付溶接が行われる（ステップＳ４）。これにより、金属板が管状に成形される。

次に、ステップＳ４で作製された金属管の管端部の形状が予備矯正装置によって予備矯正される（ステップＳ５）。予備矯正装置および予備矯正方法については後述する。次に、内面溶接および外面溶接が行われる（ステップＳ６，Ｓ７）。

その後、金属管が拡管装置によって所定の大きさに拡管されることによって、形状が矯正される（ステップＳ８）。これにより、真円度の向上したＵＯＥ金属管が作製される。なお、実際には、ＵＯＥ金属管の製造工程には種々の検査工程および水圧試験等が含まれるが、図１においては説明を簡便にするため省略している。また、上記の例では、仮付溶接後に金属管の管端部の形状が予備矯正されているが、管端部の予備矯正は拡管前であればよく、内面溶接後または外面溶接後に行われてもよい。

２．予備矯正装置および管端形状矯正方法
次に、本実施の形態に係る管端形状矯正方法（図１のステップＳ５）において用いられる予備矯正装置およびその予備矯正装置を用いた管端形状の予備矯正方法について説明する。まず、予備矯正装置について説明する。

図２および図３は、予備矯正装置の一例を示す図である。なお、図２は、予備矯正装置の正面図であり、図３は、予備矯正装置の側面図である。

図２および図３に示すように、本実施の形態に係る予備矯正装置１０は、前方が開口した箱状のフレーム１１を有する。フレーム１１の下部には、前方に向かって突出するように下ダイス１２が形成され、フレーム１１の上部には、下ダイス１２の上方を覆うように断面逆凹状の天井部１３が形成されている。下ダイス１２は、断面円弧状の上面１２ａ（以下、円弧面１２ａと称する。）を有する。

天井部１３の中央部には、油圧シリンダ１４が固定されている。油圧シリンダ１４は、上下動可能に設けられたピストン１５（図２）を有する。ピストン１５（図２）の先端は、上ダイス１６に連結されている。上ダイス１６は、天井部１３内において上下動可能に設けられている。上ダイス１６は、断面円弧状の下面１６ａ（以下、円弧面１６ａと称する。）を有する。油圧シリンダ１４には、油圧発生装置１７（例えば、油圧ポンプ）が連結されている。本実施の形態においては、油圧発生装置１７により油圧シリンダ１４内の油圧が調整される。それにより、ピストン１５（図２）の移動量が調整され、上ダイス１６の位置が調整される。なお、円弧面１６ａの頂点は、円弧面１２ａの頂点の真上に位置している。

フレーム１１の背面側には、支柱１８が固定されている。支柱１８には、支柱１８を上下動させるための調整機構１９が設けられている。調整機構１９は、例えば、圧力ポンプまたは電動モータ等を用いて構成することができるが、手動式であってもよい。本実施の形態においては、調整機構１９により支柱１８を上下動させることにより、下ダイス１２の上下方向における位置を調整することができる。

次に、上記の予備矯正装置１０を用いた金属管の管端形状の予備矯正方法について図面を用いて説明する。

図４は、予備矯正前（例えば、仮付溶接後）の金属管の管端部の形状の一例を示す図であり、図５および図６は、予備矯正時の予備矯正装置１０の状態の一例を示す図である。また、図７は、予備矯正後の金属管の管端部の形状の他の例を示す図である。

ＵＯＥ金属管の製造工程においては、Ｃプレス加工等のプレス加工により金属板（金属管）に局所的な屈曲部が形成される。そこで、本実施の形態においては、拡管前に、まず、目視または計測等によって形状を予備矯正すべき部分（以下、予備矯正部と称する。）が決定される。図４に示す金属管２０では、Ｃプレス加工時に形成された局所的な屈曲部２０ａ，２０ｂが存在している。したがって、この金属管２０においては、屈曲部２０ａ，２０ｂを含む領域が予備矯正部になる。

次に、図５に示すように、屈曲部２０ａ，２０ｂ（予備矯正部）が予備矯正装置１０の下ダイス１２と上ダイス１６との間に位置するように、金属管２０の管端部が下ダイス１２と上ダイス１６との間に挿入される。そして、その状態で、図６に示すように、上ダイス１６が下降する。これにより、金属管２０の管端部がプレス加工され、屈曲部２０ａ，２０ｂ（図５参照）が円弧面１２ａ，１６ａに沿って円弧状に伸ばされる。その結果、図７に示すように、金属管２０のプレス加工された部分が円弧状の滑らかな形状になる。

なお、円弧面１６ａの曲率半径は、金属管２０の厚さを考慮して、円弧面１２ａの曲率半径よりも大きく設定することが好ましい。また、円弧面１２ａ，１６ａの曲率半径は、金属管２０のスプリングバックの影響を考慮して、金属管２０の目標形状（図６に破線で示す円弧２１）の曲率半径（以下、目標半径と称する。）以下の値に設定することが好ましい。具体的には、円弧面１２ａの曲率半径が下記式（１）を満たすことが好ましく、下記式（２）を満たすことがより好ましい。また、円弧面１６ａの曲率半径が下記式（３）を満たすことが好ましく、下記式（４）を満たすことがより好ましい。なお、下記式（１）〜（４）において、Ｒは、金属管２０の目標半径を示し、Ｒ１は円弧面１２ａの曲率半径を示し、Ｒ２は円弧面１６ａの曲率半径を示す。
Ｒ≧Ｒ１＞０．８０Ｒ ・・・（１）
Ｒ≧Ｒ１≧０．９０Ｒ ・・・（２）
Ｒ≧Ｒ２＞０．８０Ｒ ・・・（３）
Ｒ≧Ｒ２≧０．９０Ｒ ・・・（４）

３．本実施の形態の効果
以上のように、本実施の形態においては、拡管前すなわち金属管２０が加工硬化する前に金属管２０の形状が予備矯正される。この場合、プレス工程において金属管２０に局所的な屈曲部が形成されていても、その屈曲部を容易かつ十分に伸ばすことができる。それにより、拡管後の金属管２０に屈曲部が存在することを防止することができる。その結果、ＵＯＥ金属管の真円度を向上させることが可能となる。また、予備矯正時に、金属管２０に割れが発生することを十分に防止することができる。

４．他の実施の形態
上記実施の形態においては、上ダイス１６を下降させることにより金属管２０の管端部を加圧しているが、下ダイス１２を上昇させることにより金属管２０の管端部を加圧してもよい。また、下ダイス１２および上ダイス１６の両方を移動させて金属管２０の管端部を加圧してもよい。

厚さ２２ｍｍの金属板にＣプレス加工、Ｕプレス加工、Ｏプレス加工および仮付溶接を行うことにより、目標外径（公称径）が６０９．６mm（２４インチ）である５本の金属管を作製した。その５本の金属管のうちの４本の金属管に対して、本発明に係る管端形状の予備矯正方法（上記実施の形態で説明した方法）を異なる条件（実施例１〜４）で適用し、他の１本の管端部の形状は予備矯正しなかった（比較例１）。そして、本発明を適用した実施例１〜４の金属管および本発明を適用しなかった比較例１の金属管を拡管装置によって拡管した。その後、各金属管の形状を比較した。

なお、予備矯正装置１０（図２参照）としては、２０００ｋＮのプレス機を用いた。また、実施例１においては、円弧面１２ａ，１６ａ（図１参照）の曲率半径が金属管の目標半径（３０４．８ｍｍ）の０．８０倍であるダイス１２，１６（図１参照）を用い、実施例２においては、円弧面１２ａ，１６ａの曲率半径が目標半径の０．９０倍であるダイス１２，１６を用い、実施例３においては、円弧面１２ａ，１６ａの曲率半径が目標半径の０．９５倍であるダイス１２，１６を用い、実施例４においては円弧面１２ａ，１６ａの曲率半径が目標半径の１．０倍であるダイス１２，１６を用いた。

その結果、実施例１〜実施例４の金属管では、プレス加工によって形成された屈曲部（図４の屈曲部２０ａ，２０ｂ参照）を十分に伸ばすことができた。それにより、拡管後には、金属管に屈曲部が存在していなかった。一方、図８に示すように、比較例１の金属管３０では、拡管後も屈曲部３０ａ，３０ｂが維持されていた。

また、比較例１の拡管後の金属管３０では、屈曲部３０ａ，３０ｂが存在する部分において外径が大きくなっていた。そのため、下記式（５）で示す真円度を十分に向上させることができなかった。一方、実施例１〜４の拡管後の金属管では、屈曲部が存在していないため、下記式（５）で示す真円度が十分に向上した。具体的には、実施例１〜４の拡管後の金属管の真円度はそれぞれ０．７５％、０．５０％、０．３９％、０．４８％であった。このように、本発明を適用した場合、拡管後の形状矯正が不要となる程度にまで真円度を向上させることができる。
真円度＝（金属管の最大外径−金属管の最小外径）／目標外径 ・・・（５）

また、図９に示すように、特に実施例２〜４の金属管においては、拡管前の真円度も十分に向上させることができた。具体的には、実施例３の金属管では、拡管前の真円度が約０．８％まで向上した。このことから、円弧面１２ａ，１６ａの曲率半径が上述した式（２），（４）を満たす場合には、拡管前においても、金属管の真円度が十分に向上することがわかった。この場合、拡管時に金属管の真円度を容易に向上させることが可能となる。

本発明によれば、ＵＯＥ金属管の管端部の真円度を十分に向上させることができるとともに、形状矯正時の割れ発生を防止することができる管端形状矯正方法を提供することができる。

１０ 予備矯正装置
１１ フレーム
１２ 下ダイス
１２ａ 円弧面１２ａ
１３ 天井部
１４ 油圧シリンダ
１５ ピストン
１６ 上ダイス
１６ａ 円弧面
１７ 油圧発生装置
１８ 支柱
１９ 調整機構
２０ 金属管
２０ａ，２０ｂ 屈曲部
２１ 金属管の目標形状
３０ 金属管
３０ａ,３０ｂ 屈曲部

Claims (6)

1. プレス工程を経て成形された金属管を拡管することによりその管端部の形状を矯正するＵＯＥ金属管の管端形状矯正方法であって、
   前記プレス工程後であって前記拡管前に前記金属管の管端部の形状を予備矯正することを特徴とする管端形状矯正方法。
2. 前記管端部を断面円弧状の上面を有する下ダイスと、断面円弧状の下面を有する上ダイスとによって加圧することにより予備矯正することを特徴とする、請求項１記載の管端形状矯正方法。
3. 前記金属管の目標形状の曲率半径Ｒおよび前記下ダイスの前記上面の曲率半径Ｒ１が下記の式（１）を満足するように予備矯正することを特徴とする、請求項２記載の管端形状矯正方法。
   Ｒ≧Ｒ１＞０．８０Ｒ ・・・（１）
4. 前記金属管の目標形状の曲率半径Ｒおよび前記下ダイスの前記上面の曲率半径Ｒ１が下記の式（２）を満足するように予備矯正することを特徴とする、請求項２記載の管端形状矯正方法。
   Ｒ≧Ｒ１≧０．９０Ｒ ・・・（２）
5. 前記金属管の目標形状の曲率半径Ｒおよび前記上ダイスの前記下面の曲率半径Ｒ２が下記の式（３）を満足するように予備矯正することを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の管端形状矯正方法。
   Ｒ≧Ｒ２＞０．８０Ｒ ・・・（３）
6. 前記金属管の目標形状の曲率半径Ｒおよび前記上ダイスの前記下面の曲率半径Ｒ２が下記の式（４）を満足するように予備矯正することを特徴とする、請求項２〜４のいずれかに記載の管端形状矯正方法。
   Ｒ≧Ｒ２≧０．９０Ｒ ・・・（４）

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