(57)【要約】【課題】内管の膨出破断又は外管の座屈を防止して十分な嵌合応力を有する高品質な二重管を効率的に製造するための技術を提供する。【解決手段】予め外鋼管１を熱膨張し、外鋼管１に内鋼管２を相対重層し、内鋼管２を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、外鋼管１を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造方法において、内鋼管２を水圧拡管するときに、内鋼管２を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッド１１に対して、内鋼管２の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を軸力補償シリンダ１２によって付与し軸力バランスを調整する。【選択図】図３
2018001230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造方法において、
内鋼管を水圧拡管するときに、該内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに対して、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付与して軸力バランスを調整することを特徴とする二重管製造方法。
【請求項２】
予め外鋼管を１００〜５００℃に加熱して熱膨張させる、請求項１に記載の二重管製造方法。
【請求項３】
外鋼管に内鋼管を相対重層するときに、該内鋼管を３０℃以下の冷却水で冷却する、請求項１又は２に記載の二重管製造方法。
【請求項４】
内鋼管を水圧拡管するときの高圧水の供給段階を２段階以上とし、最終段階で高圧水が所定の最大圧力になるまでの時間が０．５〜５秒である、請求項１〜３のいずれかに記載の二重管製造方法。
【請求項５】
内鋼管及び外鋼管を緊締嵌合して二重管とした後、内鋼管を水圧拡管するときの通水路に高圧水を供給して二重管の水圧試験を行う、請求項１〜４のいずれかに記載の二重管製造方法。
【請求項６】
予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造装置において、
内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付加して軸力バランスを調整する軸力補償シリンダを設けたことを特徴とする二重管製造装置。
【請求項７】
前記スライドヘッド及び前記軸力補償シリンダに冷却水又は高圧水を供給又は排水する給排水機構を有する、請求項６に記載の二重管製造装置。
【請求項８】
前記給排水機構は、給水タンクから水を受給すると共に油循環システムから高圧油を受給して高圧水を供給するブースタを有する、請求項７に記載の二重管製造装置。
【請求項９】
前記ブースタが複数段からなる、請求項８に記載の二重管製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外鋼管が主に炭素鋼、内鋼管が主に耐食性鋼管からなる、ラインパイプ、油井管、化学プラント用の耐食性鋼管などに使用される二重管の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
かかる二重管の製造においては、外鋼管と内鋼管との緊締嵌合面に適正な嵌合応力を付与する技術が難しく、二重管の全長にわたって均一かつ所定の嵌合応力を付与し、品質が優れた生産性の高い二重管製造方法及び二重管製造装置が求められている（以下、内鋼管を「内管」、また外鋼管を「外管」ともいう。）。
【０００３】
図９及び図１０は、二重管製造方法及び二重管製造装置に関する従来例を示すものであり、特公昭５６−４８２５５号公報（以下「特許文献１」という。）及び特公昭６３−１６２１０号公報（以下「特許文献２」という。）に開示されている。
【０００４】
このうち図９は、特許文献１の第４図に示される実施例の説明図を模写したものである。ただし、特許文献１の符号は本発明の符号と重複するため、第４図の符号に１０を頭に付して１００番台とした。この特許文献１には、「内管１０３の両端を穴あき栓体１０５及び栓体１０５’によって内管の内部１０４を形成し、該内管２０２を外管１０１内に挿入させ、外管をコイルヒータ１０２によって加熱膨張させた後、穴あき栓体１０５の穴１０６から液体供給方向１０７に液体を供給して内部１０４に矢印で示す加圧方向１０８によって内管１０３を拡管し外管内面に添着し、次いで内管１０３への圧力を開放して外管１０１の熱収縮によって内管１０３と外管１０１とに所定の締め代が形成される」（第２頁右欄３行目〜３８行目の要約）二重管製造方法が開示されている。しかし、特許文献１には上記した二重管製造方法の概念は開示されているが、該製造方法の対象となる内管及び外管のサイズ、拡管等の各種製造条件、締め代の品質などの開示が全くなく、また、拡管時における内管の軸方向の収縮への対応技術の開示もない。
【０００５】
次に図１０は、特許文献２の第４図に示される実施例の説明図を模写したものである。ただし、特許文献２の符号は本発明の符号と重複するため、第４図の符号に２又は２０を頭に付して２００番台とした。
【０００６】
特許文献２には、第４図に示される実施例の前提として次の記載がある。
「さりながら、該第３図に示す実施例においては、該シールドヘッド６の芯金１７’に対するスライド部に段差部２７が形成されているために、該シールドヘッド６に対する反力は生じないか、又、極めて小さく、このために、当該第３図に示す実施例においては、二重管の製造が内管２の収縮力を容易に得ることが出来ることにより製造がし易いという利点がある。
さりながら、当該第３図に示す実施例において、当該段差部２７をその前部の拡管室２１よりも積極的に大径にすることにより、内管２に対する軸方向収縮力を却って積極的に大きくすることが出来ることにより製造がし易いというメリットがある。」（４頁右欄２７行目〜３９行）
【０００７】
さらに図１０を用いて特許文献２の第４図の構造を説明する。油圧シリンダ２１８’のピストンと一体のピストンロッド２１９’は、シールドジョー２０８’を介して芯金２１７と連結され、また内管２０２の先端フレア２０３’とは液密裡にナット２２５で固定、連結された構造である。内管２０２は、該内管の基部フレア２０３がシールヘッド２０６”のベースからボルト２０９で固設された可動シール２０６’を介してシールヘッド２０６”に固定、連結された構造である。芯金２１７はスタンド２１６と一体構造であり、上記油圧シリンダ２１８’もスタンド２１６にボルトで固設されている。拡管流通路２１１は内管２０２の基部フレア２０３及び先端フレア２０３’を含んで構成され、スタンド２１６に設けられた外部シリンダ２２８にシール２２０を介してシールヘッド２０６”の後端部において摺動可能、かつ液密裡の構造になっている。
【０００８】
特許文献２には第４図（図１０）に開示した上記構造によって、「このような技術手段としては第４図に示す様に芯金２１７の基部の外側に外部シリンダ２２８を形成し、該外部シリンダ２２８に対してシールヘッド２０６”及びシール２２０を介して軸方向にスライド可能にし、該シールヘッドの内側の拡管流通路２１１を介して該外部シリンダ２２８と拡管室２２１を連通させるようにし、而も、該外部シリンダ２２８の内径を内管２０２の内径と等しいか、又は、大きくすることによってこのような軸方向反力を消去し、又、積極的に内管２０２に対する軸方向収縮力を与えることができる。」（第４頁右欄４０行目〜第５頁左欄６行目）と記載されている。
【０００９】
しかしながら、図１０において、外部シリンダ２２８の直径を内管２０２の内径に合わせることは、内管２の内径サイズが変わるごとにスタンド２１６及び芯金２１７が一体の主要部品を交換しなければならず、また外部シリンダ２２８の内面はシールヘッド２０６”の後端部が液密裡、かつシール２２０を介して摺動可能な構造であるのでシールヘッド２０６”も交換しなければならず、内管２０２の軸方向収縮力の影響をなくして内管２０２の膨出破断又は外管２０１の座屈を防止することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公昭５６−４８２５５号公報
【特許文献２】特公昭６３−１６２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、二重管の製造において上記した従来技術には開示されていない多くの具体的な技術を究明し、内管の膨出破断又は外管の座屈を防止して十分な嵌合応力を有する高品質な二重管を効率的に製造するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下の（１）〜（５）の二重管製造方法及び（６）〜（９）の二重管製造方法を提供する。
（１）予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造方法において、
内鋼管を水圧拡管するときに、該内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに対して、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付与して軸力バランスを調整することを特徴とする二重管製造方法。
（２）予め外鋼管を１００〜５００℃に加熱して熱膨張させる、（１）に記載の二重管製造方法。
（３）外鋼管に内鋼管を相対重層するときに、該内鋼管を３０℃以下の冷却水で冷却する、（１）又は（２）に記載の二重管製造方法。
（４）内鋼管を水圧拡管するときの高圧水の供給段階を２段階以上とし、最終段階で高圧水が所定の最大圧力になるまでの時間が０．５〜５秒である、（１）〜（３）のいずれかに記載の二重管製造方法。
（５）内鋼管及び外鋼管を緊締嵌合して二重管とした後、内鋼管を水圧拡管するときの通水路に高圧水を供給して二重管の水圧試験を行う、（１）〜（４）のいずれかに記載の二重管製造方法。
（６）予め外鋼管を熱膨張し、該外鋼管に内鋼管を相対重層し、該内鋼管を水圧拡管して外鋼管内面と接触一体化し、前記外鋼管を冷却収縮して両鋼管を緊締嵌合する二重管製造装置において、
内鋼管を支持しつつ軸方向にスライド可能なスライドヘッドに、該内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付加して軸力バランスを調整する軸力補償シリンダを設けたことを特徴とする二重管製造装置。
（７）前記スライドヘッド及び前記軸力補償シリンダに冷却水又は高圧水を供給又は排水する給排水機構を有する、請求項６に記載の二重管製造装置。
（８）前記給排水機構は、給水タンクから水を受給すると共に油循環システムから高圧油を受給して高圧水を供給するブースタを有する、（７）に記載の二重管製造装置。
（９）前記ブースタが複数段からなる、（８）に記載の二重管製造装置。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の二重管製造方法及び二重管製造装置によれば、内鋼管の水圧拡管に伴い生じる水圧軸力を補償する方向の軸力を付与して軸力バランスを調整するようにしたことで、内管の軸方向収縮力等の影響による内管の膨出破断又は外管の座屈を防止して十分な嵌合応力を有する高品質な二重管を効率的に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の二重管製造方法の各工程を示し、本発明の一実施形態の構成を示すフローチャートである。
【図２】本発明の二重管製造方法を実施する各工程（基本工程Ａ〜Ｄ）を示し、本発明の一実施形態の構成を示す二重管製造装置の模式図である。
【図３】図２に示した基本工程Ａ、Ｂ及びＣの詳細図であり、マンドレルに外管を相対重層した図である。
【図４】図２に示した軸力補償シリンダ、スライドヘッド、ラム及びマンドレルの拡大模式図である。
【図５】図３に示した本発明の二重管製造工程において内鋼管及び外鋼管から二重管への加工過程を示し、図３のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【図６】図５に示した二重管製造工程における管径と内鋼管及び外鋼管の嵌合応力との関係を示すグラフである。
【図７】図２に示した本発明の二重管製造工程のうち、外鋼管の加熱工程、加熱炉を同図のＢ−Ｂ断面により示す模式図である。
【図８】図２に示した二重管製造装置を３ライン及び冷却水等を給排する１システムを設置した二重管製造装置の模式図である。
【図９】特許文献１に記載された従来の二重管製造方法を示す例の模式図である。
【図１０】特許文献２に記載された従来の二重管製造装置を示す例の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施態様について図１〜８を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の二重管製造方法の各工程を示す一実施形態のフローチャートである。同図に示すＡ１〜Ａ４は一般的な製造方法で製造された耐食性鋼鋼管を使用して二重管の内貼り（一般にライナーともいう。）となる内管の製造工程である。Ａ２は内管の両端部の一部を薄く展延して外向き又は内向きにフレアに加工する工程、Ａ３はフレア加工した内管を後述する二重管製造装置のマンドレルを被うように装着する工程、Ａ４はマンドレルに装着された内管を後述する冷却水供給機構（給排水機構）から冷却水の供給を受けて冷却する工程である。
【００１７】
同図に示すＢ１〜Ｂ４は一般的な方法で製造された主に炭素鋼鋼管を使用して二重管の外側の鋼管となる外管の製造工程である。Ｂ２は外管内の錆び、汚れを除去する清浄化工程、Ｂ３は外管を加熱炉に装填する工程、Ｂ４は外管を加熱、該加熱温度を維持して移動する工程である。
【００１８】
次いで図１に示すＣ１〜Ｃ４は内管及び外管を相対重層して二重管を製造する工程である。Ｃ１は上記Ａ工程でマンドレルに装填し冷却された内管を被うようにＢ工程で加熱された外管を移動させて相対重層する工程、Ｃ２はマンドレルと内管の間隙に高圧水を供給して冷却された内管を拡管、該拡管によって内管が外管内面に接触し、さらに拡管を継続した後、高圧水の供給を止めて冷却水を通水、外管が熱収縮して内管と外管が緊締に嵌合して二重管化する工程、Ｃ３はマンドレルから二重管を引く抜く工程、Ｃ４は該二重管の端部を加工する工程である。同図に示すＣ５は二重管化した後、該二重管とマンドレルとの間隙・高圧水室の水密性を維持して二重管の水圧試験を任意に実施する工程である。
【００１９】
以下、図１に示す各製造工程、他の工程について詳細に説明する。
図２は本発明を実施する基本的な一ラインを示し、該ラインを工程別に基本工程Ａ、基本工程Ｂ、基本工程Ｃ及び基本工程Ｄと称して区別する。図２において、基本工程Ｂから基本工程Ｄはマンドレル４の中心軸に合わせた一直線の装置であるが、図示の都合上、記号ホ及びホ′で切った二段表示としている。
【００２０】
＜基本工程Ａ：冷却水の貯水及び供給、高圧油発生システム及び高圧水供給＞  
図２と共に図３を参照すると、基本工程Ａにおいて高圧水供給経路は、貯水タンク２２から給水管でつながるポンプ２４、該ポンプ２４から配水管４２でラム３の供給口１５へ、また配水管４２′でブースタ３０に連結されている。ブースタ３０はアキュムレータ３６から高圧油管３７で供給される高圧油を受けて、高圧水を高圧水管４１、４１’及び４１”を経てラム３及び軸力補償シリンダ１２に供給する。ブースタ３０の１次シリンダ室から排出された油は油管３７’を経て油圧ユニット３５に送られ、該油はアキュムレータ３６に高圧状態で蓄えられる。
【００２１】
＜基本工程Ｂ：ラム３、スライドヘッド１１及び軸力補償シリンダ１２による軸力調整＞
図２を参照すると、基本工程Ｂにおいて軸力調整機構は、架台５４に設けた固定フレーム８に固設されたラム３及びマンドレル４の後端部を掴む（囲む）ように設けられたスライドヘッド１１、該スライドヘッド１１に設けた連結ロッド１０及び移動ビーム９を有し、該移動ビーム９から固定フレーム８’に固設された軸力補償シリンダ１２のピストンロッドにつながっている。
【００２２】
＜基本工程Ｃ：スライドヘッド１１の先端部及びマンドレル４に内管２の装着＞
図２を参照すると、基本工程Ｃにおいてラム３と一体構造のマンドレル４は、架台５４に設置された矢印５３方向に昇降用エアーシリンダ５１によって傾倒するマンドレル支持装置５０によって支えられている。
【００２３】
＜基本工程Ｄ：加熱炉６０、外管回転装置７９、移動台車６４及び駆動装置からなる外管１の加熱、回転及び移動＞
図２と共に図７を参照すると、基本工程Ｄにおいて架台６５に設置されたレール５２を走行する加熱炉６０を搭載した加熱炉移動台車６４は、加熱炉移動用モータ６９によって矢印７１方向に往復動する。外管１は外管回転ロール７９に搭載され、また外管１を回転させるロータリチャック６６に連結されている。該ロータリチャック６６はロータリチャック移動用モータ６７に連結し矢印７０方向に往復移動する。
【００２４】
図３は、基本工程Ａ、Ｂ及びＣの詳細図であり、マンドレル４に外管１を相対重層した図である。図３に基づいて本発明装置の構造と一部作動について製造工程順に説明する。
【００２５】
ブースタ３０は１次側シリンダ室４３、３段階の２次側シリンダ室３１，３２，３３、及びピストン３９、３９’，３９”からなり、１次側シリンダ室４３の断面積と２次側シリンダ室の各断面積との比により二次側の各シリンダ室から排出する高圧水の圧力が変化し、また、二次側シリンダ室の排出口を任意に組み合わせることによっても供給する高圧水の圧力を変化させて設定することができる。
【００２６】
基本工程Ａにおいて冷却水の貯水タンク２２は、冷却水供給バルブ２３、冷却水供給ポンプ２４及び逆止弁２５を経由してラム３に冷却水を供給し、またブースタ水供給電磁バルブ２６及び逆止弁２７を経由してブースタ３０の３段階の２次側シリンダ室３１、３２及び３３に冷却水を供給する。ブースタ３０の２次側の各シリンダ室には高圧水排出口を設け、該排出口に設けた高圧水供給管４１、４１’及び４１”には高圧水供給電磁バルブ４０、４０’及び４０”を設置する。ブースタ３０が供給する高圧水は、拡管に必要な設定圧力に対応して高圧水供給電磁バルブ４０、４０’及び４０”を制御して単独、又は組合せを選んで、供給管４１により主加圧電磁バルブ４６を経てラム３及び軸力補償シリンダ１２に供給する。
【００２７】
貯水タンク２２の冷却水は、図示しない冷却器、クーラ等によって冷却し、好ましくは３０℃以下、必要に応じて５℃以下に維持されている。
【００２８】
油圧ユニット３５はブースタ３０の１次側シリンダ室４３から排油の供給を受け、該排油を圧縮して高圧油としてアキュムレータ３６に供給して貯油し、拡管時に高圧油を１次側シリンダ室４３に供給する。これら油圧ユニット３５、アキュムレータ３６及び１次側シリンダ室４３はクローズド構造の矢印ハ、ハ’、ハ”方向に給排する油循環システムである。
【００２９】
次に基本工程Ｂ及びＣにおいて、ラム３及びマンドレル４は一体の構造であり、かつラム３の基部は固定フレーム８に固設され、中心部に冷却水又は高圧水の通路１６を設けた中空の円柱構造である。図３と共に図４を参照すると、マンドレル４の先端部６は通水路１６（ａ）と内管２の先端フレア７３を固定するシールディスク５及び締付けナット７を有する。スライドヘッド１１は中央部に排水口１９を有すると共に、内管２の端部フレア７４を固定するシールジョウ１８を有する。ラム３及びマンドレル４の基部を掴む（囲む）ようにスライドヘッド１１を設置し、該スライドヘッド１１の先端部には通水路１６（ｂ）を設け、後端部には水密シール７２を設けている。これによりスライドヘッド１１は、内管２を支持しつつ、水密シール７２介してマンドレル４との接触面を軸方向に水密裡にスライド（摺動）可能な構造となっている。
【００３０】
固定フレーム８’に固設された軸力補償シリンダ１２はラム３と同じ軸心に設置され、右室に高圧水受給口１４を設け、該シリンダ１２のピストン１３及びピストンロッドに連結した移動ビーム９及び連結ロッド１０を介してスライドヘッド１１に連結した構造である。
【００３１】
マンドレル４には、両端に内向きフレア７３及び外向きフレア７４を施した所定長さの内管２がマンドレル４を被うように挿入される。該内管２の外向きフレア７４はラム３及びマンドレル４に摺動可能に装着されたスライドヘッド１１に設けたシールジョー１８によって固定され、内管２の先端の内向きフレア７３はマンドレル４の先端部６にシールディク５を介して締付ナット７で固定する。内管２がシールジョー１８及びシールディスク５によって固定されると、マンドレル４と内管２との間隙は水密裡の通水路、又は高圧水室１７を形成する。
【００３２】
図４は、図３に示す基本工程Ｂ及びＣの拡大図であり、軸力補償シリンダ１２、スライドヘッド１１、ラム３及びマンドレル４からなる拡管機構において、高圧水による内管２又は外管１の拡管時に発生する内管２の左向き、又は右向きに働く軸力Ｆｒ及びＦｌと、各部の直径ｄ（ラムの外径ｄｒ、スライドヘッド１１の内径ｄｃ、スライドヘッド１１の先端部内径ｄｔ、内管２の内径ｄｐ、マンドレル４の外径ｄｍ）による軸力バランスに関する説明図である。
【００３３】
図５は、図３に示す本発明の二重管製造工程における外管１及び内管２が単管から相対重層、拡管、二重管への加工工程の断面を示し、左から２番目の断面図は図３のＡ−Ａ断面を示す。これらの断面図を左から第１ステージ（内管２をマンドレル４に嵌装、外管１を加熱）、第２ステージ（内管２に外管１を相対重層）、第３ステージ（高圧水による水圧Ｐで外管１の内面まで内管２のみ拡管）、第４ステージ（内管２と外管１を一体拡管して嵌合）、第５ステージ（水圧Ｐを解放、二重管を冷却）と区分する。
【００３４】
図６は、図５に示す二重管製造工程における内管２及び外管１の管径Ｄの変化と拡管応力σ１及びσ２の変化を示すグラフである。
【００３５】
図６において、横軸は外管１及び内管２の直径Ｄの変化、縦軸は外管１及び内管２の直径方向の応力σ１及びσ２の変化を表す。外管１の伸縮は太線、内管２の伸縮は点線で示し、それぞれの変化は外力によって膨張、熱膨張、又は収縮する。外管１は、該鋼管材の弾性限界範囲内で拡管され、外管１の内径ＤＰＯと内管２の外径ＤＬＯが同一径となり、継続的に高圧水の供給でさらに拡管を継続するが、外管１の弾性限内、かつσ２＞σ１の状況下で水圧Ｐを開放する。次いで二重管となった外管１及び内管２は、該内管内を流れる冷却水によって熱収縮、すなわち、直径が縮小して両管の嵌合面に応力を生じる。
【００３６】
図７は、図２のＢ−Ｂ断面を示し、移動台車６４に搭載された加熱炉６０の断面模式図である。移動台車６４に搭載された２層耐火煉瓦７５、該耐火煉瓦７５を挟むように炉体側壁８０を立設し、該炉体側壁８０の内側に側壁耐火材７６−１及び天井耐火材７６−２によってトンネル形の炉内を形成する。該炉内には両側の炉体側壁８０間にロール支持軸７７を渡して、そのロール支持軸７７に外管１の回転ロール７９を設置し、回転ロール７９はロールセンター調整治具７８によって外管１の回転中心をマンドレル４の中心に合わせる。外管１の加熱は炉体側壁８０に設けたガスバーナ６３の燃焼炎（燃料：例、ＬＰＧ）を加熱源とし、その燃焼ガスは排気ダンパー６１の調節で適量を放出して炉内温度を調節し、外管１の加熱温度は、例えば放射温度計６２で測定して外管１の温度を制御する。
【００３７】
外管１は、側壁開閉枠８１を油圧シリンダ８２によって炉蓋開閉ロッド８３を駆動して外蓋回動軸８４を支点として天井耐火材７６−２と共に矢印８５方向に回動して加熱炉６０を開いて加熱炉に装填する。装填した外管１は、その左端をロータリチャック６６（図２参照）に掴まれ任意に回転する。該外管１は所定の温度に加熱されると移動台車６４によって前進移動（図２の左方向）してマンドレル４に嵌装されている内管４を被うように相対重層の形態になる。
【００３８】
図８は図２に示した二重管製造装置の３ライン、及び冷却水と高圧水の給排システム（給排水機構）の一式を設置した二重管製造装置の模式図である。
【００３９】
図８において、二重管の製造装置は軸力補償シリンダ１２、スライドヘッド１１、マンドレル４及び移動台車６４に搭載された加熱炉６０からなる「製造装置ライン１」、「製造装置ライン２」及び「製造装置ライン３」を並列に設置し、ブースタ３０に高圧油を給排する油圧ユニット３５及びアキュムレータ３６からなる油圧システムを一システムのみ設置する。そしてブースタ３０から供給される高圧水の高圧水供給管４１、また冷却水供給ポンプ２４から供給される冷却水の冷却水供給管４２には前記製造装置ライン１乃至３への供給水の分岐器８７、８８及び８９を設置した装置設備である。
【００４０】
すなわち、図８に示す二重管製造設備は、図示しない制御機器によって一つの冷却水等を給排するシステムを使用して３つの製造装置ラインに対して各製造ラインの製造工程の進捗に合わせて必要な冷却水又は高圧水をタイミングよく供給及び排水するものである。
【００４１】
なお、以上の実施態様は、本発明の製造方法を実施する装置例であり、本発明の二重管製造装置の一実施例であって、本発明は上述の構造装置、設備例に限るものではなく、本発明の技術思想の範囲内で変更することはできる。
【００４２】
次に本発明の二重管製造方法の手段、現象及び二重管製造装置の構造及び作動について図１〜図８によって説明する。
【００４３】
（１）内管のセット、通水路及び高圧水室の形成
図１に示すＡ列工程の内管２は、端部に内向きフレア７３及び外向きフレア７４を加工し、図２に示すマンドレル４の自由端側から外向きフレア７４を先にマンドレル４を被うように挿入する。図３に示すようにマンドレル４を被うように挿入された内管２は、その外向きフレア７４をシールドジョー１８によって水密裡にスライドヘッド１１の先端部に、また内向きフレア７３をマンドレル先端部６に当接しシールディスク５を挟んで締付けナット７によって水密理に締め付ける。また、スライドヘッド１１はラム３との間に設けた水密シール７２によって水密裡、かつ軸方向に摺動可能な構造として、スライドヘッド１１の排水口１９の排水電磁バルブ２０を閉じることで高圧水室１７を形成する。
【００４４】
（２）通水路の脱気、内鋼管の冷却
マンドレル４にセットされた内管２への通水は、冷却水を貯水タンク２２から冷却水供給バルブ２３を開いて冷却水ポンプ２４から逆止弁２５を開いて通水管４２を通水してラム３の冷却水供給口１５に供給した冷却水をマンドレル３内の冷却水通路１６及び通水路１６（ａ）を通水する。その冷却水はマンドレル４及び内管２の間隙に形成した円環状の通水路、又は高圧水室１７を満たし、スライドヘッド１１に設けた排水口１９から排水されて配水管２１、２１’から貯水タンク２２に戻り、循環する。
【００４５】
この通水によって、一連の通水路等の空気は排出されて、加熱された外管１の挿入時に残空気による水の気化に伴う爆発等の諸問題を回避すると共に内管１を冷却する。該冷却水は加熱された外管１の挿入時に内管２が加熱されるのを防止する。貯水タンク２２に戻った水は、図示しない冷却器、クーラ等によって好ましくは３０℃以下、より好ましくは１０℃以下に冷却する。
【００４６】
（３）外鋼管の加熱
図１に示すＢ列工程の外管１は、その内面を回転ブラシによる研磨、他によって清浄化し、図２に示す基本工程Ｄ及び図７に示す加熱炉６０に装填し、１００℃〜５００℃の温度に加熱する。
【００４７】
図７に示すように外管１は、加熱炉６０の天井耐火材（例、ミネラルウール）７６−２と一体構造である炉蓋開閉枠８１を、炉蓋回動軸８４を支点として油圧シリンダ８２及び炉蓋開閉ロッド８３によって炉蓋開閉方向８５に開いて、加熱炉６０の中心に設けた鋼管回転ロール７９に載置する。載置した外管１は、鋼管軸心調整治具７８によって前述のマンドレル４の軸心、すなわち、上記（１）内管のセット工程で予めセットされた内管２の軸心とも一致させる。
【００４８】
外管１を加熱炉６０にセット後、炉蓋開閉装置によって炉蓋を回動して閉じ、ガスバーナ６３の火炎により加熱する。その間、外管１は鋼管回転ロール７９によって回転し、外管１の加熱温度を放射温度計６２によって随時測定してガスバーナ６３の火力、又は排気ダンパー６１の排気量の調整によって外管１の全長にわたって均一、かつ所定の温度に加熱される。
【００４９】
（４）内管及び外管のセッティング等の拡管準備から高圧水供給による拡管、二重管形成後の冷却手順
【００５０】
ａ）ブースタへ注水、内管へ冷却水を注水、拡管加圧の準備完了
図３に示す基本工程Ａは、ブースタ３０への冷却水供給機構及び高圧油を送る油循環システムによって、ブースタ３０から高圧水をラム３及び軸力補償シリンダ１２へ供給する工程である。
【００５１】
図示しない制御機器の操作盤において、最初にブースタ３０を原点に復帰するための操作としてブースタ注水の押釦を押すと、ブースタ水供給電磁バルブ２６が開き、所定時間後にモーターバルブ４５、主加圧弁４６が閉じ、高圧水供給電磁バルブ４０、４０’及び４０”が開き、冷却水ポンプ２４が起動してブースタ３０のピストン３９、３９’及び３９”は原点に戻る。ブースタ３０が原点に復帰すると所定時間後に、ブースタ注水動作が停止する。
【００５２】
次に内管１及びマンドレル４で形成する通水路１７への注水は、ブースタ３０が原点にあって、上記（１）項の説明の如く拡管機構におけるマンドレル４及び内管２との水密形成の完了が注水の条件である。これらの条件が満たされて、通水路１７への注水ＯＮの押釦を押すと、モーターバルブ４５が開き、冷却水ポンプ２４が起動し、ラム３の排水口１９から排水管２１を経て貯水タンク２２への水流状況を確認し、通水路１７への注水ＯＦＦの押釦で終了する。この内管１への注水が終わると制御盤の「拡管準備完了」の表示が点滅する。
【００５３】
ｂ）管挿入・内管との相対重層
図２に示す基本工程Ｄの加熱炉６０によって予め１００℃〜５００℃、例えば３５０℃に加熱した外管１は、加熱炉移動台車６４により加熱炉移動方向７１に加熱炉移動用モータ６９の駆動により移動し、既に設置し冷却した内管２を被うように相対重層する。相対重層の間、内管２の温度上昇を防止するため、前記ａ）で一旦終了した内管２の通水路１７に冷却水を継続通水し内管２を冷却する。
【００５４】
これにより、加圧機構側が加圧準備完了となり、拡管機構側の外管１の加熱、挿入完了の信号で「外管挿入完了」の表示灯が点灯し、高圧水による加圧が可能になる。
【００５５】
ｃ）高圧水の加圧起動、加圧上昇、最高加圧、そして最高圧力の加圧保持
アキュムレータ３６の油圧力が設定値に達し、拡管機構側において外管１の内管２との相対重層が完了すると、加圧条件が整う。なお、アキュムレータ３６を有する油圧システムはブースタ３０のピストン３９の後退時に油圧電磁バルブ３４を開いて１次側シリンダ室４３の油は矢印ハの方向に流れ、油圧ユニット３５に供給する。油圧ユニット３５は、油圧電磁バルブ３８を閉じて該油を圧縮して圧力を付加してアキュムレータ３６に所定圧力の高圧油になるまで供給して貯油する。
【００５６】
制御機器において、「加圧起動」押釦を押せば排水電磁バルブ２０が閉となり、所定時間後に油圧システムの油圧電磁バルブ３８が開になり、ブースタ３０のピストン３９が起動して高圧水供給電磁バルブ４０、４０’及び４０”は加圧設定の対象シリンダ対応のバルブのみ開く。ブースタ３０は３段階の装置であるが各シリンダ室の加圧力設定により、拡管時の昇圧は、実質的に１段階又は２段階からなる加圧拡管も可能である。
【００５７】
例えば、３段階による拡管実施は、高圧水室１７への高圧水供給によって拡管が起動し、該高圧水の圧力が「拡管圧力設定」で予め設定された第１段階の値に達すると第２段階に移り、さらに第２段階の値で第３段階に移行する。第３段階で設定の最高圧力の値になると、高圧水供給電磁バルブ４０、４０’及び４０”及び油圧電磁バルブ３８は閉となり、加圧は終了する。この拡管起動から加圧終了までの好ましい時間は０．５秒〜５秒である。
【００５８】
最高圧力に到達して拡管終了後、「加圧停止タイマー」で設定された時間は排水電磁バルブ２０、主加圧バルブ４６を閉じて加圧状態を保持する。該加圧保持時間は０．５秒〜５秒が好ましい。最高加圧力を所定の時間保持することによって内管２が外管１に均一に密着され、嵌合応力が均一になる。
【００５９】
ｄ）大量冷却水の供給による冷却収縮、少量冷却
高圧水による加圧保持の終了後、「加圧停止タイマー」のタイムアップで排水電磁バルブ２０が開き、このとき、次の大量冷却に備え、モーターバルブ４５は開となる。冷却水ポンプ２４が起動し、二重管を冷却し、「冷却水注水タイマー」のタイムアップで冷却水ポンプ２４は停止する。大量冷却が終了しても各バルブは、その状態を継続し、冷却水供給ポンプ２４の弱駆動により少量冷却を継続し、「少量冷却ＯＦＦ」押釦を押して１工程の終了となる。
【００６０】
（５）拡管動作と軸力補償シリンダ及びスライドヘッドの作動
次に図４及び図３によって、内管２の拡管作用と軸力補償シリンダ１２及びスライドヘッド１１の作動について説明する。
【００６１】
軸力補償シリンダ１２の高圧水受給口１４に供給した高圧水は、補償シリンダピストン１３が左方向に前進する力を与える。該前進動作の力はピストンロッド、移動ビーム９及び連結ロッド１０を経てスライドヘッド１１に連動する。上記の項目（４）ｃ）の高圧水による内管２の拡管における内管２の拡管作用は、基本的には内管２が膨張して内径が大きくなり、軸方向に収縮して管長が短縮する。この内管２の長さ変化に対応して内管２のフレア７３及び７４の固定、スライドヘッド１１の後端部に設けた水密シール７２によって設けた高圧水室１７の水密性を維持することが要求される。さらにラム３の外径ｄｒに対してマンドレル４の外径ｄｍは小径とし、高圧水室１７の間隙を確保して内管２の冷却能力及び拡管力の向上を図ることが望まれる。
【００６２】
スライドヘッド１１の水圧軸力は次のような拡管作業に不都合な影響力を与えることがある。引張軸力は、（ア）内管２の拡管時に引張り多軸の応力を発生させる、（イ）内管２（特にシールジョー部のネック）を膨出破断させる、（ウ）内管２の水密シール部の弛緩を生じる。他方、圧縮軸力は、（ア）外管１に作用して座屈変形を発生させる、（イ）内管水密シール部の弛緩を生じる。これらの現象は二重管の生産性及び品質に悪影響する大きな要因であり、これらを回避するため、拡管工程における内管２の長さの変化にスライドヘッド１１が円滑に追随すること、内管２の伸縮を拘束しないことが必要である。
【００６３】
ここで、高圧水室１７においてスライドヘッド１１に作用する水圧軸力Ｆｌ、Ｆｒ及びＦａは以下の式１〜３で求めることができる。
（ア）スライドヘッドに左向き（←）に作用する水圧軸力Ｆｌは
Ｆｌ＝π／４・（ｄｃ２−ｄｒ２）・Ｐ＋π／４・（ｄｐ２−ｄｔ２）・Ｐ  …式１
（イ）スライドヘッドに右向き（→）に作用する水圧軸力Ｆｒは（負として）
Ｆｒ＝−π／４・（ｄｃ２−ｄｔ２）・Ｐ  …式２
（ウ）ＦｌとＦｒの合成水圧軸力Ｆａは
Ｆａ＝Ｆｌ＋Ｆｒ＝π／４・（ｄｐ２−ｄｒ２）・Ｐ  …式３
【００６４】
したがって、
ｄｐ＝ｄｒでＦａ＝０  ：軸力バランスして軸力は発生しない。
ｄｐ＞ｄｒでＦａ＞０  ：この場合は左向き軸力となり内管２を引張る。
ｄｐ＜ｄｒでＦａ＜０  ：この場合は右向き軸力となり内管２を圧縮する。
ただし、上記式に使用した符号は図４に示す直径の符号を示し、以下に定義する。
ｄｐ＝拡管により内管が外管に内接したときの内径
ｄｒ＝スライドヘッド摺動部のラム径
ｄｃ＝スライドヘッドのシリンダ径
ｄｔ＝スライドヘッド先端部のコーン喉部（最狭部）内径
ｄｍ＝マンドレル本体の径
Ｐ＝拡管圧力、とする。
【００６５】
よって、水圧軸力の補償方法は、ｄｐ＝ｄｒとすれば水圧軸力は発生しないが、生産管理上、内管２の肉厚が変わるごとにラム径ｄｒを変更することは不経済である。そこで図４に示す軸力補償シリンダ１２を設け、これに拡管用の高圧水を供給して軸力の補償を行う。また、ｄｐ＜ｄｒ（Ｆｌ＜Ｆｒ）であり、Ｆａ＜０（内管圧縮圧力）の場合、マンドレル先端部６（内フレア部）で内管が固定されており、スライドヘッド１１が移動し内管の座屈発生原因になるため軸力補償シリンダ１２でスライドヘッド１１が内管２を圧縮方向へ移動するのを防止する。よって、軸力補償シリンダ１２の作動によって内管２の座屈発生を防止する。ただし、この軸力補償シリンダ１２でも、完全に軸力を消去するためには極めて多数の種類を準備しなければならない。一方、計算の結果によれば水圧軸力にはかなりの許容範囲があるので軸力補償シリンダ１２の数はさほど多くを必要とせず、軸力の計算される範囲で段階的に準備すればよい。しかしながら、１種類のスライドヘッド１１、ラム３及びマンドレル４に対して、多数の軸力補償シリンダ１２を組み合わせて広い範囲の内管サイズに対応させるのは設計上多くの無理が生じるので、原則として一般の鋼管呼び径（公称）ごとに１種類のマンドレル３（スライドヘッド１１及びラム３を含む）準備することで十分である。
【００６６】
もっとも標準的には、スライドヘッド１１が摺動するラム径ｄｒをなるべく大きく取り、すなわち、内管２の肉厚が比較的薄いところで軸力バランスを取れる容量の軸力補償シリンダ１２を設置し、内管２の肉厚の増大に対しては、その軸力補償シリンダ１２の容量内で対応する。これにより、内管２の拡管時に生じる内管２の収縮に伴う外管１及び内管２への作用を最小限にとどめて、外管１の座屈変形の発生、内管２の水密シール部の弛緩を防止できる。
【００６７】
（６）拡管圧力及びその時間の制御
図５及び図６を使用して拡管時間について説明する。図５においては、製造工程順に「第１ステージ」〜「第５ステージ」に区分して示す。ただし、該区分はブースタ３０の第１段階〜第３段階とリンクするものではない。
【００６８】
第１ステージでは素管の外管１及びマンドレル４に嵌装された内管２を準備し、外管１を加熱する。第２ステージでは内管２に加熱した外管１を相対重層した状態であり、図３のＡ−Ａ断面を示す。第３ステージでは内管２を拡管するために高圧水を高圧水室１７に供給し、内管１の内面に半径方向の圧力Ｐが作動し、まず内管２のみ円周方向に膨張して降伏点を超して塑性変形下で拡管され点Ｐ１で外管１の内面に内接する。第４ステージでは、さらに圧力Ｐが継続上昇して外管１にも内管２を経て負荷され、内管２と共に一体拡管されてブースタ３０の第３段階の最高圧力に達した点Ｐ２で拡管を終了し、二重管となる。次いで第５ステージにおいて、該二重管は高圧水の供給を止めて最高圧力の水圧Ｐを所定の時間を保持した後、排水電磁バルブ２０を開放しして大量の冷却水を継続して供給して冷却され収縮する。なお、一体拡管時における高圧水の最高圧力は図６に示す太い実線で示す先端点Ｐ２であるが、この圧力Ｐ２は外管１の鋼管材の弾性範囲内に限定して拡管圧力及び拡管時間を設定する。
【００６９】
内管２及び外管１の嵌合応力は、該内管及び外管の第４ステージ終了時の拡管応力σ１及びσ２、そして第５ステージにおける冷却による収縮量によって支配される。そこで、高圧水による拡管中に生じる内管２の温度上昇を極力低く抑えることが望ましく、このためには高圧水による拡管時間を極力短く、０．５秒から５秒とすることが好ましい。このような短時間での拡管を実施する高圧水の制御は、前述した図３に示す基本工程Ａによって行う。すなわち、基本工程Ａに図示した貯水タンク２２に予め計算又は試験によって求めた圧力と水量を得るためブースタ３０に供給する水量を確保し、一方、ブースタ３０から所定の高圧水を供給するために、該ブースタ３０を駆動するための高圧油を油圧ユニット３５によって圧縮してアキュクレータ３６に所定の圧力油を蓄える。
【００７０】
（７）内管と外管の嵌合とその応力の制御
図５及び図６を使用して嵌合応力の調整について説明する。
【００７１】
前項で説明したように内管２及び外管１の緊締嵌合には、内管２又は外管１に外力・水圧力を付加すると共に冷却又は加熱することで両管が半径方向又は軸方向に伸縮する現象を活用する。この伸縮によって発生する応力、例えば、図６に示す拡管応力σ１、σ２を発生させ、次いで冷却収縮量を調整することで緊締嵌合したときの二重管として必要な嵌合応力を得ることができる。
【００７２】
図６において、外管１の伸縮は太い実線、内管２の伸縮は点線で示し、それぞれの変化は外力によって膨張し、特に外管１の拡管膨張は弾性限界範囲内とする。まず、第３ステージにおいて、拡管は、内管２の外径を示す点ＤＬＯから高圧水の供給によって内管２のみ始まり、点線で示す如く進み、拡管と共に応力が増加する。次いで、第４ステージにおいて、点Ｐ１及び点Ｐ１’で内管２の外面が外管１の内面に接触して内管２及び外管１は一体となって拡管が進行し、その終了点Ｐ２及び点Ｐ３に到達する。この一体拡管の膨張進行は、内管２については内管鋼材の弾性限を超えて塑性変形の進行中の点Ｐ３で拡管をとめ、σ１の拡管応力を有し、外管２については、その鋼材の弾性限内における膨張進行の点Ｐ２で拡管を止め、σ２の拡管応力を有する。次いで、最後の第５ステージの開始時においては、直ちに拡管用の高圧水の供給を停止、内管２の内面にかかっていた圧力Ｐを開放し、スライドヘッド１１の排水口１９の排水電磁バルブ２０を開き、冷却水ポンプ２４から逆止弁２５を経由して管４２から冷却水を通水路１７に供給する。よって、内管１及び外管２が一体嵌合した二重管は冷却されて熱収縮して直径が縮小して両管の嵌合面に残留応力を生じる。
【００７３】
すなわち、図６に示す点Ｐ４及び点Ｐ６で冷却収縮は停止し二重管となり、内管２と外管１の嵌合面には残留応力Ｓ１及びＳ２が生じる。該残留応力は、外管１には点Ｐ５から点Ｐ４までの引張応力Ｓ１、内管２には点Ｐ５から点Ｐ６までの圧縮応力Ｓ２が嵌合応力となり、所定の嵌合力を有する二重管となる。
【００７４】
例えば、本発明の二重管製造例における嵌合応力は平均１６．８ｋｇ／ｍｍ２で良好な値であった。これは、外管の鋼種：Ｌ−８０（半径４４．９５ｍｍ、厚４．９５ｍｍ）、内管の鋼種：ＳＡＦ２２０６（半径３９．５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ）、外管及び内管の長さ：９，５９５ｍｍであり、製造条件等は拡管時間：約１．０秒、拡管圧力：８８０ｋｇ／ｃｍ２、外管加熱温度：３５７℃、拡管応力：σ１＝１０１ｋｇ／ｍｍ２、σ２＝３６．８ｋｇ／ｍｍ２であった。なお、後述の実施例を含み、嵌合応力の測定方法は、ＡＰＩ規格５ＬＤ（第３版  ２００９．３）に準拠して実施し、１リングにつき２枚（円周１８０度ピッチ）の平均値である。
【００７５】
（８）二重管の性能、品質に関する水密性の水圧試験
図１のフローチャートで示す二重管の水圧試験Ｃ５について説明する。
前項における二重管の冷却工程を終了した後、排水電磁バルブ２０を閉じ、拡管開始時と同様の制御によって水圧試験用の高圧水（例：加圧力設定２５．０ＭＰａ）をラム３の供給口１５に所定時間（例：１０秒）通水して水圧試験を実施する。
【００７６】
（９）二重管の取り出し
加熱炉移動台車６４を駆動して基本工程Ｃに嵌装状態にあった加熱炉６０を架台６５の位置に引き戻し、マンドレル４に内向きフレア７３及び外向き７４を介して水密、かつ固設されていた二重管内管部の両端部を開放して、マンドレル４から二重管を引き抜くように取り出す。該二重管は第１図に示す端部の仕上げ加工Ｃ４に移行する。
【００７７】
（１０）１システムの冷却水等の給排システムと３ラインの製造設備の連続稼働
図８及び表１を用いて冷却水等の給排システムを１システムと本発明の二重管製造装置を製造装置ライン１（以下、ライン１という。同様にライン２、３という。）、ライン２及びライン３を一体的な設備として装置化した、いわゆる「ワン給排水システムとマルチ製造装置」を連続的に稼働し二重管を製造する例を説明する。
【００７８】
図８に示す製造装置は、図示しない制御機器によって一つの給排水するシステムを使用して３つの製造装置ラインに対して各製造ラインの製造工程の進捗に合わせて必要な冷却水、又は高圧水をタイミングよく供給及び排水する装置である。表１は、図８に示す製造装置の製造ラインを工程の稼働順に分割して各工程の所要時間（分）を横軸に取ったタイムチャートを示し、これにより３つの製造装置ラインを効率よく稼働、運用して生産性を上げことができる。
【００７９】
表１に示すように製造装置ライン１の起動準備を開始した後、アキュムレータ３６の加圧へと進み、次いで内管２挿入、フレア７３，７４部のシールへと進む、その間、ライン２が２０分後に起動準備を開始、さらにライン３が６０分後に起動準備を開始してのライン１、２及び３が稼働状態に入り、１つの冷却水等の給排システムは冷却水及び高圧水を制御機器の信号に基づいて関連する分岐器８７、８８及び８９の弁、電磁バルブを開閉して必要な冷却水を給排し、拡管用の高圧水は他のラインと重複しないようにタイミング制御して供給する。
【００８０】
最初に製造を開始したライン１は、経過時間が１時間４２分（工程別の延べ稼働時間：２時間１０分（１３０分））で二重管の製造を終了する。そして該ライン１は８分のタイムラグで、２本目の内管２を挿入開始、以下、１本目と同様に製造を進める。
【００８１】
本発明は、このように表１に示すタイムチャートに従って製造装置ライン１乃至製造装置ライン３を順次、連続稼働できるので生産性が極めて高く、また１ラインの工程の内、外管１の工程作業は他の工程と並行して実施できるのでサイクルタイムの短縮が可能であり、表１に示した４時間の経過で本発明は６本の二重管を製造することができる。
【００８２】
【表１】
2018001230.tif 000003
【００８３】
次に前記の実施態様（１）〜（１０）において説明した製造方法及び製造装置において本発明が好ましい範囲とする数値の限定理由及びその効果等について説明する。
【００８４】
〔外管１の好ましい加熱温度は１００℃〜５００℃〕
外管１の好ましい加熱温度が５００℃以下であるのは、炭素鋼を主とする外管１は、該外管の製造会社が製造の最終工程で焼き戻しを施して任意の規格等の品質を保証しているので、この焼き戻し処理した鋼材の性質を改変しない温度以下とし、５００℃を超えると外管鋼材の降伏点が下がって引張強度が低下するおそれがあるからである。他方１００℃未満になると外管１の熱膨張が少なく、目標とする内径に満たなくなるおそれがあり、また１００℃未満では鋼管内面に結露等で水分を持ち、嵌合面間に残留して嵌合品質を悪くするおそれがある。よって、外管１の好ましい加熱温度は１００℃〜５００℃とする。
【００８５】
〔冷却水の好ましい温度は３０℃以下〕
内管２の温度は低いほど、すなわち、外管１との温度差が大きいほど、嵌合応力は高くなる。したがって、加熱した外管１が内管２を被うように相対重層するときに、内管２の温度が上昇するのを防止するため、冷却水としてできるだけ低い温度の水を供給する。また、拡管開始直前には、排水電磁バルブ２０を閉じて高圧水室１７の冷却水は封止状態にするので、内管１の低温を維持するためにもできるだけ低温の冷却水が必要である。また、図６に示す点Ｐ２及びＰ３の拡管終了後は、直ちに二重管を急速、大量冷却するため、大量の冷却水を通水して該二重管を１００℃以下に冷却する。このような観点から二重管の均一で所定の嵌合応力を有する二重管を効率よく製造するため、冷却水は３０℃以下が好ましく、冷却能力を高めて生産性を上げるため１０℃以下、例えば５℃で供給するのがより好ましい。
【００８６】
〔好ましい拡管時間は０．５秒〜５秒〕
拡管時間が長いと外管１の温度が低下し、内管１の温度が上昇して内管１と外管２との温度差が少なくなり、また、前記第５ステージにおける外管１の収縮量が低下するので嵌合応力が低くなる原因となるため、拡管時間は極力短時間とすることが好ましい。ただし、拡管時間が０．５秒未満では高圧水室１７の全長に渉って均一の圧力・矢印Ｐが付与できず、均一の拡管ができないおそれがある。他方、５秒超では、内管２及び外管１の温度差が少なくなり、第５ステージにおいて冷却に時間を要し、適正かつ均一の嵌合応力が得られないおそれがある。よって、拡管時間は０．５秒〜５秒が好ましい。
【実施例】
【００８７】
以下、実施例に基づいて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表２に本発明の実施例及び比較例に使用した外鋼管１の成分系とその成分例及び該当規格を参考に示す。
【００８８】
【表２】
2018001230.tif 000004
【００８９】
表３に本発明の実施例及び比較例に使用した内鋼管の主要成分例及び該当規格を示す。
【００９０】
【表３】
2018001230.tif 000005
【００９１】
表４に本発明の実施例及び比較例の外鋼管及び内鋼管のサイズ、製造条件を示す。
【００９２】
【表４】
2018001230.tif 000006
【００９３】
表５に本発明の実施例及び比較例の拡管時の状況、水圧試験、製造結果及び二重管の評価を示す。
【００９４】
【表５】
2018001230.tif 000007
【００９５】
表４及び表５に示すＮｏ．１〜１３は、本発明の要件を満足する本発明の実施例であり、製造した二重管に適正値の均一な嵌合応力、製品形状の欠陥は発生のない良好な製品であった。ただし、Ｎｏ．８及びＮｏ．１３は外管の加熱温度がやや低めであったので熱収縮量が少なくて嵌合応力が規格値内ではあるがやや低めであった。なお、本発明の二重管における外鋼管と内鋼管との嵌合応力値は１０ｋｇ／ｍｍ２以上をＡＰＩ規格を満足する値として良好なものとした。
【００９６】
一方、表４及び表５のＮｏ．１４及びＮｏ．１５は軸力保証シリンダを採用しない比較例であり、拡管時の軸方向への収縮圧力にマンドレルが対応せず、スライドヘッド移動量が多く、嵌合応力にバラツキが発生、また内管に座屈又は二重管に曲りが発生して形状検査が不合格であった。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の二重管製造方法及び二重管製造装置は、主に外鋼管を炭素鋼、内鋼管を耐食性鋼管とするサワーガス輸送用のラインパイプ、油井管、化学プラント用の耐食性鋼管に使用する高品質の二重管を生産性良く製造することに使用できる。
【符号の説明】
【００９８】
１  外管、外鋼管
２  内管、内鋼管
３  ラム
４  マンドレル
５  シールディスク
６  マンドレル先端部
７  締付けナット
８  ８’固定フレーム
９  移動ビーム
１０  連結ロッド
１１  スライドヘッド
１２  軸力補償シリンダ
１３  補償シリンダピストン
１４  補償シリンダ高圧水受給口
１５  冷却水、高圧水供給口
１６  冷却水通路又は高圧水通路
１６（ａ）  通水路（ａ）
１６（ｂ）  通水路（ｂ）
１７  通水路  又は高圧水室
１８  シールジョー
１９  冷却水、高圧水排水口
２０  排水電磁バルブ
２１  ２１′排水管
２２  貯水タンク
２３  冷却水供給バルブ
２４  冷却水供給ポンプ
２５  逆止弁
２６  ブースタ水供給電磁バルブ
２７  逆止弁
２８  ブースタ水供給管
２９  ２９’２９”  冷却水供給逆止弁
３０  ブースタ
３１  ２次側シリンダｃ室
３２  ２次側シリンダｂ室
３３  ２次側シリンダａ室
３４  油圧電磁バルブ
３５  油圧ユニット    
３６  アキュムレータ
３７  油圧管
３８  油圧電磁バルブ
３９  ３９′３９″  ピストン
４０  ４０’  ４０”  高圧水供給電磁バルブ
４１  ４１’  ４１”  高圧水供給管
４２、４２’  冷却水供給管  
４３  １次側シリンダ室
４４  ４４’  ４４”  高圧水逆止弁
４５  モーターバルブ
４６  主加圧バルブ
イ  イ’  冷却水流方向  
ロ  高圧水流方向
ハ  ハ’  高圧油流方向
ニ  排水流方向
５０  マンドレル支持装置
５１  昇降用エアーシリンダ
５２  加熱炉走行用レール
５３  支持部材傾倒方向
５４  架台
６０  加熱炉
６１  排気ダンパー
６２  温度計
６３  ガスバーナ
６４  加熱炉移動台車
６５  架台                
６６  ロータリチャック
６７  ロータリチャック移動用モータ
６８  チェイン
６９  加熱炉移動用モータ
７０  ロータリチャック移動方向
７１  加熱炉移動方向  
Ａ  基本工程Ａ：冷却水供給、高圧油循環システム及びブースタ
Ｂ  基本工程Ｂ：軸力補償シリンダ、ラム、マンドレル基部
Ｃ  基本工程Ｃ：スライドヘッド先端部、マンドレル、内管及び外管の嵌合
Ｄ  基本工程Ｄ：外管加熱炉、外管回転装置及びそれらの搭載台車、外管加熱、移動
７２  水密シール
７３  内向きフレア
７４  外向きフレア
ｄｐ  拡管により内管が外管に内接したときの内径
ｄｒ  スライドヘッドのラム径
ｄｃ  スライドヘッドのシリンダ径
ｄｔ  スライドヘッドのコーン喉部（最狭部）内径
ｄｍ  マンドレル径
Ｆｒ    右向き軸力（内管圧縮）
Ｆｌ    左向き軸力（内管引張）      
ＤＰＯ  外管の初期内径
ＤＬＯ    内管の初期外径
Ｐ    半径方向の水圧力
Ｐ１  Ｐ１’  内管の外面が外管の内面への接触点
Ｐ２  外管の拡管停止、熱収縮開始点  σ２  外管の拡管応力
Ｐ３  内管の拡管停止、熱収縮開始点  σ１  内管の拡管応力
Ｐ４  外管の熱収縮完了点
Ｐ５  管の引張応力と圧縮応力の分岐点
Ｐ６  内管の熱収縮完了点
７５  耐火煉瓦
７６−１  側壁耐火材
７６−２  天井耐火材
７７  ロール支持軸
７８  鋼管軸心調整治具    
７９  鋼管回転用ロール
８０  炉体側壁
８１  炉蓋開閉枠
８２  油圧シリンダ
８３  炉蓋開閉ロッド
８４  炉蓋回動軸
８５  炉蓋開閉方向
８７  分岐器１
８８  分岐器２
８９  分岐器３
１０１  外管
１０２  コイルヒータ
１０３  内管
１０４  内部
１０５  穴あき栓体
１０５’  栓体
１０６  穴
１０７  液体供給方向
１０８  加圧方向
２０１  外管
２０２  内管
２０３  ２０３’  内管先端部フレア、基部フレア
２０５  固定ラム  
２０６  ２０６’２０６″  シールヘッド
２０７  円錐状テーパ面
２０８  シールジョウ
２０９  タイロッド    （第３図）
２１０  固定式シールヘッド
２１１  拡管流通路
２１２  排水通路
２１４  流通路
２１５  二重管製造装置
２１６  スタンド
２１７  芯金
２１８  油圧シリンダ
２１９  ２１９’  ピストンロッド
２２０  シール
２２１  拡管室
２２３  外部通路
２２４  ２２４’  オイル通路
２２５  ナット
２２８  外部シリンダ
Ｆ      拡管圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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