JP6011241B2 - Ｕｏｅ鋼管拡管機用テーパセグメント - Google Patents

Description

本発明は、主に厚鋼板を成形し鋼管形状とした後、管軸方向に板端部を溶接して製造した溶接鋼管（ＵＯＥ鋼管）に対し、溶接部の歪を除去すると共に管の形状を整える（主に真円度の向上、偏心の低減、曲がりの矯正）拡管の工程で使用する拡管装置（ＵＯＥ鋼管拡管機）のテーパセグメントに関するものである。

鋼板を成形し、管軸方向に板端部を溶接して製造される溶接鋼管は、鋼板の成形時および溶接施工時に生じる歪等に起因して形状がいびつになっている。このいびつな形状を整える目的で鋼管を溶接後、拡管の工程を経て商品が製造される。

主に厚鋼板を素材として製造される溶接鋼管（ＵＯＥ鋼管）では、拡管で形状を整える（主に真円度の向上、偏心の低減、曲がりの矯正）ことが主体となっている。なお、ＵＯＥ鋼管の一般的な拡管は、径を約１％広げることが多い。

このような、ＵＯＥ鋼管の拡管工程で使用するＵＯＥ鋼管拡管機（以下、単に「拡管機」ともいう）１０は、一例として、図１に側面図、図２に図１の部分拡大図（縦断面図）を示すように、固定配置されたブーム１１と、ブーム１１中を長手方向に移動するプルロッド１２と、プルロッド１２の先端に取り付けられていて外周面が長手方向にテーパ形状になっているコーン１３と、そのコーン１３の外周面に当接するように内周面が長手方向にテーパ形状になっておりブーム１１の先端に連結部材１６を介して連結されていてプルロッド１２の長手方向後方への移動によるコーン１３の長手方向への移動によって拡径するテーパセグメント１４と、テーパセグメント１４の拡径によって拡径するダイス１５を備えている。

これによって、この拡管機１０では、ブーム１１の中にあるプルロッド１２を後方（図１中の右方向）に引くことによって、コーン１３が後方に引っ張られ、内周面が長手方向にテーパ形状になっているテーパセグメント１４が拡がり、テーパセグメント１４の外側にあるダイス１５が拡径し、ＵＯＥ鋼管１を内側から押し広げて拡管するようになる。

なお、テーパセグメント１４とダイス１５が一体になっている場合があるので、その場合には、その一体になったものをテーパセグメントと呼ぶことにする。

そして、この拡管機１０による拡管の際には、図２に示すように、コーン１３がプルロッド１２に引っ張られ、相対的にテーパセグメント１４がコーン１３の外周面を長手方向にスライド（摺動）することになるので、コーン１３とテーパセグメント１４との間の摺動抵抗（摩擦）を軽減することが拡管効率等の面から好ましい。

そこで、コーン１３とテーパセグメント１４との間の摺動抵抗（摩擦）を軽減するために、以下のような技術が提案されている。

すなわち、特許文献１には、噴射ノズルから摺動面に潤滑油を噴射・塗油して摩擦を低減する方法が提案されている。また、特許文献２には、コーン部とテーパセグメント部の接触部に摩耗皮膜を配置する方法が提案されている。また、特許文献３には、テーパセグメント部の材質を耐摩耗性に優れた材料とする方法が提案されている。

特開平４−２３８６２８号公報 特開２００１−２５９７６３号公報 特開昭５９−１５９９７３号公報

しかしながら、本発明者が上記の先行技術（特許文献１〜３）の効果を調査したところ、必ずしも、コーンとテーパセグメントとの間の摺動抵抗を充分に低減できないことが判明した。

そこで、本発明者は、その原因について検討した結果、コーンとテーパセグメントとの間で以下のような問題が生じていることを解明した。

すなわち、前述したように、ＵＯＥ鋼管１を拡管機１０で拡管する際には、コーン１３がプルロッド１２に引っ張られ、相対的にテーパセグメント１４がコーン１３の外周面を長手方向にスライド（摺動）することになるが、その際に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、テーパセグメント１４先端部（コーン１３底面側）の内周面側の角部１４ａがコーン１３の外周面と強く接触し、この時の摩擦によりコーン１３が発熱する。そして、コーン１３が発熱すると、コーン１３とテーパセグメント１４の間の摺動面における潤滑油の性能が低下し、摺動面に焼付が発生して摩擦係数が増大し、プルロッド１２を引っ張る力（引き力）を増加する必要が生じて、拡管能率が低下することになる。

これに対して、先行技術（特許文献１〜３）は、コーン１３の外周面とテーパセグメント１４の内周面との全体的な摺動抵抗を低減するものであり、上記のような、コーン１３の外周面とテーパセグメント１４先端部の内周面側角部１４ａとの局所的な摺動抵抗（接触抵抗）の低減にはほとんど効果がなく、この問題を解決することができない。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、ＵＯＥ鋼管を拡管する際に使用するＵＯＥ鋼管拡管機において、コーンの外周面とテーパセグメント先端部の内周面側角部との局所的な摺動抵抗（接触抵抗）を的確に低減することが可能になるＵＯＥ鋼管拡管機用テーパセグメントを提供することを目的とするものである。

本発明者は上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、コーン外周面に接触するテーパセグメント先端部の内周面側角部を面取りすることによって、コーン外周面とテーパセグメント先端部に接触応力（接触抵抗）が作用し始める際の摩擦を低減し、摺動面の焼付きを防止し、摩擦力低減による拡管能率の向上を図ることができることを見出した。

本発明は上記の着想と知見に基づいており、以下の特徴を有している。

［１］ＵＯＥ鋼管を拡管する際に使用されるＵＯＥ鋼管拡管機に用いられ、コーンの外周面に当接するように内周面が長手方向にテーパ形状になっているＵＯＥ鋼管拡管機用テーパセグメントであって、その先端部の内周面側の角部が面取りされていることを特徴とするＵＯＥ鋼管拡管機用テーパセグメント。

［２］前記面取りは、丸面取りであり、その曲率半径Ｒが５０ｍｍ〜１５０ｍｍであることを特徴とする前記［１］に記載のＵＯＥ鋼管拡管機用テーパセグメント。

［３］前記［１］または［２］に記載のＵＯＥ鋼管拡管機用テーパセグメントを備えていることを特徴とするＵＯＥ鋼管拡管機。

本発明によれば、ＵＯＥ鋼管を拡管する際に使用するＵＯＥ鋼管拡管機において、コーンの外周面とテーパセグメント先端部の内周面側角部との局所的な摺動抵抗（接触抵抗）を的確に低減することが可能になる。その結果、コーンとテーパセグメントとの摺動面の焼付が防止されるようになり、プルロッドの引き力を増加する必要がなくなって、拡管能率の向上を図ることが可能になるとともに、コーンおよびテーパセグメントの寿命延長も可能になる。

ＵＯＥ鋼管拡管機の側面図である。 図１の部分拡大図である。 従来のテーパセグメントを示す図である。 本発明の一実施形態に係るテーパセグメントを示す図である。 従来例１におけるコーン温度とプルロッド引き力を示す図である。 本発明例１におけるコーン温度とプルロッド引き力を示す図である。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

まず、本発明の一実施形態において対象としたＵＯＥ鋼管拡管機は、前述の図１、図２に示したＵＯＥ鋼管拡管機１０である。したがって、ここでは、そのＵＯＥ鋼管拡管機１０の構成・構造の説明は省略する。

そして、本発明の一実施形態においては、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、コーン１３の外周面に当接するように内周面が長手方向にテーパ形状になっているテーパセグメント１４の先端部の内周面側角部１４ａが面取り（丸面取り）されている。

これによって、この実施形態では、コーン１３外周面とテーパセグメント１４先端部に接触応力（接触抵抗）が作用し始める際の摩擦が低減し、コーン１３とテーパセグメント１４との摺動面の焼付が防止されるようになり、プルロッド１２の引き力を増加する必要がなくなって、拡管能率の向上を図ることが可能になるとともに、コーン１３およびテータセグメント１４の寿命延長も可能になる。

そして、内周面側角部１４ａの丸面取りの曲率半径Ｒについては、Ｒが極端に小さいと面取りの効果が少ないし、逆にＲがある程度大きくなると面取りの効果が減少する。各種条件における検討の結果、５０ｍｍ≦Ｒ≦１５０ｍｍとするのが好適であった。そして、Ｒ＝１００ｍｍの時に面取りの効果が最大となった。

なお、図４（ａ）、（ｂ）では、内周面側角部１４ａの面取りは丸面取りになっているが、角面取りであってもよい。

本発明の実施例１として、図１に示したＵＯＥ鋼管拡管機を用いてＵＯＥ鋼管の拡管を行った。

その際に、本発明例１として、図４に示した本発明の一実施形態に係るテーパセグメントを用いて、ＵＯＥ鋼管の拡管を行った。なお、テーパセグメント先端部の内周面側角部における丸面取りの曲率半径Ｒは１００ｍｍとした。

また、比較のために、従来例１として、図３に示した従来のテーパセグメントを用いて、ＵＯＥ鋼管の拡管を行った。

そして、従来例１と本発明例１におけるコーンの温度とプルロッドの引き力の時間的推移をそれぞれ図５と図６に示す。

まず、従来例１では、図５に示すように、コーン温度は４８〜８０℃で推移し、プルロッド引き力は１６０〜２１０ｋｇｆ／ｃｍ^２で推移している。

これに対して、本発明例１では、図６に示すように、コーン温度は５０℃以下に低下しているとともに、プルロッド引き力は９８〜１０５ｋｇｆ／ｃｍ^２に低減している。

これによって、本発明においては、コーン温度の上昇抑制と摩擦力の低減によるプルロッド引き力の低減が達成されることが明確になった。

本発明の実施例２として、図１に示したＵＯＥ鋼管拡管機を用いて、外径２０〜５６インチ（５０８〜１４２２．４ｍｍ）、管厚０．５〜２インチ（１２．７〜５０．８ｍｍ）のＵＯＥ鋼管の拡管を実施した。

その際に、本発明例２として、図４に示した本発明の一実施形態に係るテーパセグメントを用いて、ＵＯＥ鋼管の拡管を行った。なお、テーパセグメント先端部の内周面側角部における丸面取りの曲率半径Ｒは１００ｍｍとした。

また、比較のために、従来例２として、図３に示した従来のテーパセグメントを用いて、ＵＯＥ鋼管の拡管を行った。

その結果、従来例２では、コーンとテーパセグメントとの間の摩擦係数の測定結果が０．１２であり、拡管能率が８．２本／ｈｒであったのに対して、本発明例２では、コーンとテーパセグメントとの間の摩擦係数の測定結果が０．０２に低減し、拡管能率が１２．２本／ｈｒに向上した。

これによって、本発明の有効性が確認された。

本発明は、鋼板を溶接して製造した溶接鋼管の拡管設備に幅広く適用することができる。

１ ＵＯＥ鋼管
１０ ＵＯＥ鋼管拡管機
１１ ブーム
１２ プルロッド
１３ コーン
１４ テーパセグメント
１４ａ テーパセグメント先端部の内周面側角部
１５ ダイス
１６ 連結部材

Claims (2)

1. ＵＯＥ鋼管を拡管する際に使用されるＵＯＥ鋼管拡管機に用いられ、コーンの外周面に当接するように内周面が長手方向にテーパ形状になっているＵＯＥ鋼管拡管機用テーパセグメントであって、その先端部の内周面側の角部が面取りされており、
   前記面取りは、丸面取りであり、その曲率半径Ｒが５０ｍｍ〜１５０ｍｍであることを特徴とするＵＯＥ鋼管拡管機用テーパセグメント。
2. 請求項１に記載のＵＯＥ鋼管拡管機用テーパセグメントを備えていることを特徴とするＵＯＥ鋼管拡管機。

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