(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続チュービングを製造する方法であって、
（ａ）第１フラットストリップ材（２６）の後端部（３８）と第２フラットストリップ材（６６）の先端部（３９）とをトリミングする工程であって、当該第１フラットストリップ材（２６）が先端部と後端部（３８）と中央部（４３）を備え幅と厚さとを更に有し、当該第２フラットストリップ材（６６）が先端部（３９）と後端部（３８）と中央部を備え当該第１フラットストリップ材（２６）の幅及び厚さと実質的に同一の幅と厚さとを更に有する、工程と、
（ｂ）前記第２フラットストリップ材（６６）の前記先端部（３９）を前記第１フラットストリップ材（２６）の前記後端部（３８）に溶接して、合成ストリップ横溶接部を形成する工程と、
（ｃ）仕上げ加工された前記合成ストリップをチューブ形成工程（３２）へ供給して、縦溶接部（５４）を形成するために当該合成ストリップの対向両端縁部を溶接して第１の外部直径と第１の壁厚とを有するチュービングを形成する工程と、
（ｄ）前記チューブ形成工程から取り出した前記チュービングを第１供給速度で熱間圧延ミル（１０８）内へ導入する工程であって、当該熱間圧延ミル（１０８）が複数のスタンド（２００）を含み、
各スタンド（２００）が１セットのチューブ係合ローラー（２０８）であって、各ローラー（２０８）の回転速度が第１制御手段（２１６）によって制御され、各ローラーによって前記チュービング上に印加される圧縮力が第２制御手段（２２０）に制御された、チューブ係合ローラー（２０８）を含み、
各スタンド（２００）が隣接する後スタンド（２００）及び／又は前スタンド（２００）から離間し、
各スタンド（２００）が当該各スタンドのローラーを管理するために前記第１制御手段（２１６）及び前記第２制御手段（２２０）を使用して前記チュービングの１又は２以上の特性を１％乃至１０％変化させ、当該特性が外部直径と内部直径と壁厚とからなり、
各スタンド（２００）の各ローラーはそれぞれ固有の回転方向を有し、各スタンド（２００）の回転方向が隣接する後スタンド又は前スタンドの回転方向と異なり、それによって、前記チュービングの内部輪郭の周囲の不均一性を削減し最小化し除去する、工程と、
（ｅ）前記チュービングの前記外部直径を前記第１の外部直径より小さい第２の外部直径に縮小する工程と、
（ｆ）前記チュービングを熱間鍛造する工程と、
（ｇ）前記チュービングを前記熱間圧延ミル（１０８）から前記第１供給速度より速い第２供給速度で引っ張り出す工程と、を備え、
各セットのチューブ係合ローラー（２０８）は、前記熱間圧延ミル（１０８）を通過するとき、前記チュービングに係合しない開口状態と、当該チュービング上に圧縮力を印加する閉鎖状態との間を選択的に移動可能であり、
前記ローラーの各セットは、前記チュービングに所望の圧縮力を印加するために前記閉鎖状態において選択的に調節可能であり、
前記ローラーの各セットは、前記スタンド（２００）が前記熱間圧延ミル（１０８）内に配置される間、独立して調節可能であり、
前記ローラーの各セットは、前記熱間圧延ミル（１０８）の動作中、調節可能である、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
各セットのチューブ係合ローラー（２０８）を配置して前記チュービングに対して所望の圧縮力を印加する工程を更に備える、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、
各セットのチューブ係合ローラー（２０８）によって印加される前記所望の圧縮力は、前記第２の供給速度と組み合わされて前記第２の外部直径を有するチュービングを生成する、方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
前記所望の圧縮力は、前記第２の供給速度と組み合わされて選択され、前記第２の外部直径を有するチュービングを生成する、方法。
【請求項５】
コイルドチュービング（１００）を製造する方法であって、
（ａ）平らな金属製ストリップをチューブ形成工程へ供給し、合成ストリップの対向両端縁部を溶接して供給チュービングを形成する工程と、
（ｂ）前記供給チュービングを第１供給速度で熱間圧延ミル（１０８）内へ導入する工程であって、
当該熱間圧延ミル（１０８）が複数のスタンド（２００）を含み、当該熱間圧延ミル（１０８）を通過するとき当該供給チュービングに選択的に係合するように方向付けられた１セットのローラ（２０８）を各スタンド（２００）が含む、工程と、
（ｃ）前記熱間圧延ミル（１０８）の動作中に選択可能に係合されたローラーの各セットを調節して
、前記チュービングが当該熱間圧延ミル（１０８）を通過するときの当該チュービングの引っ張り速度と当該チュービング上の所望の圧縮力とを変化させる工程と、
（ｄ）前記チュービングを前記熱間圧延ミル（１０８）から第２供給速度で引っ張り出す工程と、
（ｅ）前記チュービングが前記熱間圧延ミル（１０８）を通過するとき前記供給チュービングの少なくとも１つの特性を変化させる工程であって、当該特性が外部直径と内部直径と壁厚とからなる、工程と、
を備える、方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
チューブ係合ローラー（２０８）の各セットによって印加される前記チュービング上の前記所望の圧縮力は、前記第２供給速度と組み合わされて選択され、テーパー部分を有する外部直径を備えたチュービングを生成する、方法。
【請求項７】
請求項５に記載の方法において、
選択可能に係合されたローラー（２０８）の各セットによって印加された前記圧縮力は、モーターを使用して調節される、方法。
【請求項８】
請求項５に記載の方法において、
ローラーの各セット（２０８）の回転速度は、選択可能に調節されることができる、方法。
【請求項９】
請求項５に記載の方法において、
各スタンド（２００）は、隣接する後スタンド及び／又は前スタンドから離間している、方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の方法において、
各スタンド（２００）は、当該スタンドを通過する前記チュービングの少なくとも１つの特性を１％乃至１０％変化させる、方法。
【請求項１１】
請求項５に記載の方法において、
各スタンド（２００）の各ローラー（２０８）はそれぞれ固有の回転方向を有し、
各スタンド（２００）の回転方向が隣接する後スタンド又は前スタンドの回転方向と異なり、それによって、前記チュービングの内部輪郭の周囲の不均一性を削減し最小化し除去する、方法。
【請求項１２】
コイルドチュービング（１００）を製造する方法であって、
（ａ）平らな金属製ストリップをチューブ形成工程へ供給し、合成ストリップの対向両端縁部を溶接して供給チュービングを形成する工程と、
（ｂ）前記供給チュービングを第１供給速度で熱間圧延ミル（１０８）内へ導入する工程であって、
当該熱間圧延ミル（１０８）が複数のスタンド（２００）を含み、各スタンド（２００）が、
（ｉ）貫通穴を備える筺体と、
（ｉｉ）複数のローラー（２０８）であって、各ローラーが前記筺体内で摺動可能なマウント（２１０）上に取り付けられた、ローラーと、
（ｉｉｉ）各摺動可能なマウント（２１０）に接続された第１調整手段であって、当該摺動可能なマウント（２１０）の位置を前記筺体の前記貫通穴の中心に向けて、或いは、当該筺体の当該貫通穴の当該中心から離れる向きに調節し、それによって、前記ローラーによって印加される圧縮力を当該筺体の当該貫通穴を通過する前記チュービング上に調節する、第１調整手段と、
（ｉｖ）前記ローラーの回転速度を調節するために当該ローラーに接続された第２調整手段と、を有する、工程と、
（ｃ）前記熱間圧延ミル（１０８）の動作中に選択可能に係合されたローラーの各セットを調節して、当該熱間圧延ミル（１０８）を通過する前記チュービング上に所定の圧縮力を印加する工程と、
（ｄ）前記熱間圧延ミル（１０８）の動作中に選択可能に係合されたローラーの各セットを調節して、当該ローラーの回転速度を変化させる工程と、
（ｅ）前記チュービングを前記熱間圧延ミル（１０８）から第２供給速度で引っ張り出す工程と、
（ｆ）前記チュービングが前記熱間圧延ミル（１０８）を通過するとき前記供給チュービングの少なくとも１つの特性を変化させる工程であって、当該特性が外部直径と内部直径と壁厚とからなる、工程と、
を備える、方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の方法において、
チューブ係合ローラー（２０８）の各セットによって印加される前記チュービング上の前記所定の圧縮力は、前記第２供給速度と組み合わされて選択され、テーパー部分を有する外部直径を備えたチュービングを生成する、方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、
チューブ係合ローラー（２０８）の各セットによって印加される前記チュービング上の前記所定の圧縮力は、前記第２供給速度と組み合わされて選択され、テーパー部分を有する内部直径を備えたチュービングを生成する、方法。
【請求項１５】
請求項１２に記載の方法において、
各スタンド（２００）は、隣接する後スタンド及び／又は前スタンドから離間している、方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の方法において、
各スタンド（２００）は、当該スタンドを通過する前記チュービングの少なくとも１つの特性を１％乃至１０％変化させる、方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の方法において、
各スタンド（２００）の各ローラーはそれぞれ固有の回転方向を有し、
各スタンド（２００）の回転方向が隣接する後スタンド又は前スタンドの回転方向と異なり、それによって、前記チュービングの内部輪郭の周囲の不均一性を削減し最小化し除去する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００５年１月１９日付け米国特許出願第１１／０３８，６１１号の一部係属出願である。
【背景技術】
【０００２】
１．発明の属する分野
本発明は、坑井、環状ストリング、パイプライン、ボア、ボアホールで用いられる油田金属コイルドチュービングに関する。
【０００３】
より詳細には、本発明は、改良した内部輪郭を備えた金属コイルドチュービング、テーパーチュービング、これら金属コイルドチュービングを製造する方法および装置に関し、当該装置は複数の縮小ステーションを含み、当該方法は、チュービング材が複数の縮小ステーションを通過して、改良された内部輪郭と望ましい外部直径（ＯＤ）、内部直径（ＩＤ）および望ましいテーパーを具備するコイルドチュービングを形成するようにする。
【０００４】
２．関連技術の説明
コイルドチュービング（ＣＴ）は、基本的に比較的長い連続チュービングであり、坑井、環状ストリング、パイプライン、ボアおよびボアホールの内外に走りうる。ＣＴは、石油およびガス産業において、掘削、竣工、製造および改修作業用に広く用いられている。あるいは、ＣＴは制御ライン、供給パイプラインおよび比較的長く耐久性のあるチュービングが求められる他の用途に用いることもできる。ＣＴは、一般に鋼鉄または合金鋼から製造される。付属品または道具をＣＴの内部、外部または端部につけることができ、ＣＴの使用を助けあるいはＣＴの効用を高める。これらの道具および付属品として、ノズル、センサー、ガイド、ドリル用ビット、セントライザー、ポンプ、モーター、サブ、バルブなどが挙げられる。ＣＴは、内部的にまたは外部的に多様な材料で被覆してもよい。被覆材として、プラスチック塗料、プラスチックおよび金属の混合材、ゴム入り混合材、潤滑材、既知の防食加工品などが挙げられる。使用しない場合には、ＣＴは、基本的に２０，０００フィートまで、および２０，０００フィート超の多様な長さでスプールまたはリールに保管される。使用する場合は、ＣＴは保管リールから引き出されまたは伸ばされ、まっすぐになり、支持され、ＣＴを望ましい位置に配置するインジェクタにより前方へ促される。ＣＴを取り除きたい場合には、ＣＴは再び保管リールに巻かれる。ＣＴを再び配置したい場合には、また上記工程が繰り返される。この反復する巻き伸ばしにより、ＣＴに圧力が加わり、処理の力とＣＴを通過する流体の圧力から生じる力を弱める。反復する巻き伸ばし、圧力サイクル、緊張およびトルク、他の力によるＣＴに加わる応力のせいで、ＣＴは、負荷サイクルの指定数を限定して障害の可能性を最小限にするようにする。溶着の不備のために時々障害が発生する。この障害は、経験上頻繁ではないけれども、遅延および復旧作業により高額な費用を生じる結果となりうる。
【０００５】
ＣＴは、ＣＴの仮のあるいは対象の寸法を指定する一定の外側または外部直径（ＯＤ）を具備することが一般的である。例えば、ＣＴは、以下の大きさをとることができる。１．０”、１．２５”、１．５”、１．７５”、２．０”、２ ３／８”、２ ５／８”、２ ７／８”、３．５”、４．０”、４．５”。ＣＴの壁厚は一定でもよく、または本発明と発明者が同一である米国特許第４，６２９，２１８号明細書に記載されるように、その長さに従って変化させてもよい。可変壁厚を備えたＣＴは、時折「テーパーチュービング」として知られ、障害の可能性を減少させるという利点を有する。
【０００６】
コイルドチュービングは、本発明と発明者が同一である米国特許第４，８６３，０９１号明細書および米国特許第５，１９１，９１１号明細書に記載する方法により製造される。これらの現在既知のＣＴを製造する方法の中で、一例として、鋼板のロール、通常４’から６’の幅で１，０００から３，５００’の長さのマスターコイルとして知られるロールをスライスまたはストリップにする方法が挙げられる。これらストリップは、特定のＣＴの寸法を製造するのに必要な幅を有する。通常は、ストリップの幅はその周囲に相当し、ＣＴのＯＤと関連する。これらストリップの厚さは一定か、または本発明と発明者が同一である米国特許第４，６２９，２１８号明細書の示唆に従ってストリップの長さに沿って徐々に変化させることができる。テーパーチュービングは、厚さがその長さに沿って変化するフラット材から製造することもできる。
【０００７】
ＣＴを形成するに先立って、共通に横溶接によりフラット供給材のストリップを接合する。第一供給コイルの後ろ端部は、突合せ溶接（９０Ｂ）またはバイアス溶接（オフ９０Ｂ）により第二供給コイルの先端部に接合することができる。本発明と発明者が同一である米国特許第４，８６３，０９１号明細書および米国特許第５，１９１，９１１号明細書に記載されるバイアス溶接では、９０Ｂ以外の角度を接合されるストリップ間に用いて、いくつかの利点が実現され、障害の可能性を減少させる。
【０００８】
先行技術においてバイアス溶接接合部は、同一コイルのフラット材の先端部や中央部などの上流部分がチューブ成形作業において加工されている間に、第一供給コイルの後ろ端部を停止することにより行われる。アキュムレータおよびフラット供給材コンディショナーの使用により、第一供給コイルの後ろ端部は、その後ろ端部と第二供給コイルの先端部との接合を達成するのに十分な時間、すなわち第一供給コイルの上流部がチュービングに成形され続けている間中停止することができる。
【０００９】
チュービング成形は、チューブミルにおいて一連の副工程を通して行うことができ、フラット供給材がプラスチックまたは半プラスチックの温度に加熱され、次にチュービング形状に成形される。フラット材からチュービングへの成形は、通常、フラット材を適切な形状へと徐々に促す一連のローラーにより行われる。フラット材の側端縁部は、同時に実質的に円形断面を実現するよう促され、同時に溶接される。このフラット供給材の側端縁部の同時溶接により、ＣＴの全長に沿って縦シーム溶接が形成される。縦溶接は、さまざまな既知の方法により実現することができる。電気抵抗溶接（ＥＲＷ）を用いて過去に成功した例がある。ＥＲＷが用いられる場合、内部でコイルドチュービングが形成され、内部縦バリを分離しあるいは取り除くことが知られる。同様に、外部縦バリを取り除くことも知られる。
【００１０】
チュービング成形の後に、ＣＴは熱処理され冷却される。ＣＴを冷却した後、ＣＴは巻き取りリールに巻かれる。ＣＴは、同時に溶接されるぐらいの長さのフラット供給材を含み、チューブミルを介して供給されうる。ＣＴは、チュービング形成工程内に供給される供給材の厚さと同じ壁圧を具備する。上に述べたように、この厚さは一定であってもよく、またはテーパーチュービングを製造するために多様であってもよい。
【００１１】
先行技術においては一般に満足なＣＴを製造するが、改善の余地がある。供給材は化学的および物理的側面を有し、フラット材から成形されるＣＴの強度および実施性能が知られている。フラット材から成形されるＣＴの化学的および物理的側面からの劣化またはずれが、一本の供給材を他の供給材に横溶接する際に、または縦溶接の領域においてＣＴの長さに従って連続的に横溶接する際に生じうる。反復するＣＴの巻き伸ばし、および射出や坑井からＣＴを引っ張り出すことにより加わる力から生じる応力により、この状態の結果は悪化する。熱処理およびバイアス溶接技術が連続ＣＴの質を改善するにもかかわらず、なおもＣＴに障害は発生し、特に縦溶接に沿ってそして横溶接部において生じる。従って、改善された物理的特性を備えたＣＴを成形する改良された方法および装置を提供する技術的必要があるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願第１１／０３８，６１１号
【特許文献２】米国特許第４，６２９，２１８号明細書
【特許文献３】米国特許第４，８６３，０９１号明細書
【特許文献４】米国特許第５，１９１，９１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、比較的長いコイルドチュービング（ＣＴ）の巻き伸ばし圧力に対する品質、信頼性および抵抗をさらに改善することを企図する。本発明は、意図的に大きな周囲となるよう選択される供給金属材の幅を利用し、よって先行技術に従い製造されたＣＴの外部直径（ＯＤ）を利用する。本発明に係るＣＴの製造方法において、チューブミルから出るチュービングは、鍛造工程へと導入され、意図的に大きくした製造中のコイルドチュービングのＯＤを仮のＯＤまたは対象のＯＤへと実質的に縮小させる。このＯＤの縮小は、チュービングを熱間圧延ミルにかけてチュービング全体を鍛造することにより行うことができる。この鍛造は、ＣＴの品質、力、信頼性、巻き伸ばし圧力に対する耐性、化学抵抗および他の物理的特性を改善し、特にストリップとストリップとの横溶接部および縦シーム溶接部において改善する。さらに、本発明において、巻き取りリールに巻かれるＣＴのフィート毎分のスピードは、チューブミルに進入するフラット材のスピードよりも速い。このことにより、ＣＴの製造に関し製造時間が速くなる。
【００１４】
ある実施形態において、ＣＴを形成する鋼鉄の粒子構造体は改良され、より均質となり、横溶接および縦溶接の領域が実質的にＣＴの残余部と同一となるようにする。横溶接部における粒子撹乱の発生が最小限にされ、または実質的に除去される。チュービングの縦シーム溶接部における粒子形材の遮断は、最小限にされ、または実質的に除去される。加工スピードが増加し、巻き取りリールに、改善された巻き伸ばし圧力に対する耐性を備えた長いＣＴを供給する。
【００１５】
いくつかの実施形態は、ここに記載する個々の特徴または目的に限定されるものではない。むしろ、実施形態は構造、機能および方法の点で、先行技術から区別される特徴と目的との組合せを含む。本発明の特徴は大まかに記載されており、詳細な説明によってより理解し易くなり、技術的貢献を認識し易くなるであろう。もちろん、請求項の主題に含まれうる追加的特徴については、以下に説明する。本発明、その教示および示唆を利用できる当業者にとっては、ここに開示された概念が、本発明を実行し実施するための他の構造、方法およびシステムを設計する創作的基礎として用いられうるものであると認識される。本発明の特許請求の範囲は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく合法的に同等の装置または方法を含んで読まれることを意図している。
【００１６】
本発明は、前述のＣＴの障害問題と長年の必要性を認識して扱い、多様かつ可能な実施形態とその同等物において、以上の問題に対する解決策を提供しこれらの必要性を十分満足する。本発明、その教示および示唆を利用することができる当業者にとって、他の目的および利点は、添付図面と共に発明の開示の目的で提供される好ましい実施形態に関する以下の説明から理解される。これらの詳細な説明は、本発明を請求する発明者の目的を妨げるよう意図されたものではなく、たとえ他者が形式変更あるいは更なる改良を加えることにより後に本発明を偽装しても発明者の目的は妨げられない。本発明は、連続的ＣＴの新規、有用かつ進歩的な改良と共に、同ＣＴの新規、有用かつ進歩的な製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
本発明の特徴を大まかに記載することで、以下の詳細な説明により理解し易くなり、技術的貢献をよりよく認識されるようにする。もちろん、発明の更なる特徴は以下に説明され、この発明に関する請求項の主題に含むこともできる。
【００１８】
本発明は、装置に複数のスタンドを具備する鍛造ステーションを提供し、各スタンドは、そのスタンドを通過する一本のチュービングの少なくとも一つの特徴または特性を変化させるように構成される。各ステーションにおいて変化する特徴または特性としては、内部直径（ｉ．ｄ．またはＩＤ）、外部直径（ｏ．ｄ．またはＯＤ）、壁厚（ＷＴ）、金属微細構造（ＭＭＳ）、金属調質（ＭＴ）あるいは熱工程、冷却工程、熱伸張工程、熱圧縮工程、冷却伸張工程または冷却圧縮工程中に変化しうる他のあらゆる金属的特性または特徴が挙げられる。スタンドは、特徴または特性をステーション毎に約１％ないし約１０％変化させるように構成される。このようにして、縦および／または横溶接の後に、最初のチュービングは所定の様式に変形することができ、望ましいＯＤ、ＩＤ、ＷＴ、ＭＭＳおよび／またはＭＴを具備するチュービングを形成するようにし、これらＯＤ、ＩＤ、ＷＴ、ＭＭＳおよび／またはＭＴは、チュービングの全長について相対的にあるいは実質的に一定であり、次のチュービングが接続されるチュービングの全長または一定の長さに沿って連続的に変化し、当該特徴は実質的に一定のままであるか、あるいはチュービングは、特性を変化させるチュービングと実質的に一定の特性を具備するチュービングとを具備する。この段落で用いる実質的に一定という用語は、特性の数値が、特性が実質的に一定であるチュービングについて約１０％未満変化することを意味する。ある実施形態において、その変化は、特性が実質的に一定であるチュービングについて５％未満の変化である。ある実施形態において、その変化は、特性が実質的に一定であるチュービングについて２％未満の変化である。ある実施形態において、その変化は、特性が実質的に一定であるチュービングについて１％未満の変化である。
【００１９】
本発明はまた、多様なチュービング特性を備えた部分（所定の長さのチュービング）を具備するコイルドチュービングの製造方法を提供するものであり、当該方法は、フラット金属シートまたはフラット金属リボンからチュービングを形成する工程を含み、その形成工程は、近接したシートの二つの端縁部を用いてフラットシートをチュービングに加工する。フラットシートからチュービングが形成された後、端縁部は互いに溶接され、縦シームを形成する。シーム溶接工程と同時またはその後に、シーム溶接部におけるチューブの外部表面および内部表面で溶接の残渣をスカーフ継ぎする。スカーフ継ぎの後に、チュービングは圧延されて望ましいチューブ輪郭および／または特性を備えたチュービングが製造され、当該輪郭および／または特性はチュービングの全長について実質的に一定であり、チュービングの全長について変化し、チュービングの全長の一以上の部分について変化しかつチュービングの他の部分について実質的に一定である。当該方法にはまた、圧延工程から出るチュービングの熱処理、調質および／または冷却工程が含まれうる。当該方法にはまた、保管および／または輸送のためにチュービングをリールに巻く工程が含まれうる。
【００２０】
本発明は、添付の図面と共に以下の詳細な説明を参照することでより良く理解することができる。同一の構成要素は同じ番号を付してある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】コイルドチュービングを製造する先行技術のシステムの略図である。
【図２】本発明に係る接合方法の略図である。
【図３】接合するストリップの端部の配置を示す。
【図３Ａ】接合するストリップの端部の他の配置を示す。
【図３Ｂ】接合するストリップの端部のさらに他の配置を示す。
【図４】ストリップ材の二つの端部を接合する溶接方法の略図である。
【図５】表面仕上げまたは仕上げ前のストリップ材の溶接端部の略図である。
【図６】ストリップの端部を接合するのに用いられる溶接方法により形成された据込みの一部を研磨する略図である。
【図７】ストップを接合するために用いられた横溶接を圧延し、その溶接点の形状を周囲のストリップ材に適合させるようにすることを概略的に示す。
【図８】表面仕上げまたは仕上げ後の横溶接を示す。
【図９】表面仕上げまたは仕上げを施した横溶接の熱処理の略図である。
【図１０】接合ステーションを介してチューブミルに搬送されるストリップ材の略フロー図である。
【図１１】チューブミルから出るチュービングを鍛造する工程を含む本発明の実施に際して用いられるいくつかの工程の略図である。
【図１２】図１１の鍛造ステーションを出る比較的大きい直径で厚い壁のチュービングを示す。
【図１３】図１１の鍛造ステーションを出る比較的小さい直径で薄い壁のチュービングを示す。
【図１４】図１１の鍛造ステーションを出る比較的小さい直径で厚い壁のチュービングを示す。
【図１５Ａ】異なる数のスタンドを示す本発明の縮小ステーションの第一の実施形態の概略図である。
【図１５Ｂ】異なる数のスタンドを示す本発明の縮小ステーションの第二の実施形態の概略図である。
【図１５Ｃ】異なる数のスタンドを示す本発明の縮小ステーションの第三の実施形態の概略図である。
【図１５Ｄ】異なる数のスタンドを示す本発明の縮小ステーションの第四の実施形態の概略図である。
【図１５Ｅ】チューブ縮小ステーション内のスタンドの相対間隔の略図である。
【図１６Ａ】電気スタンドまたは油圧スタンドの詳細の略図である。
【図１６Ｂ】電気スタンドまたは油圧スタンドの詳細の略図である。
【図１７】機械的スタンドの詳細の略図である。
【図１８Ａ】製造された多様なチュービングの一つを示す略図である。
【図１８Ｂ】製造された多様なチュービングの一つを示す略図である。
【図１８Ｃ】製造された多様なチュービングの一つを示す略図である。
【図１８Ｄ】製造された多様なチュービングの一つを示す略図である。
【図１８Ｅ】製造された多様なチュービングの一つを示す略図である。
【図１８Ｆ】製造された多様なチュービングの一つを示す略図である。
【図１８Ｇ】製造された多様なチュービングの一つを示す略図である。
【図１８Ｈ】製造された多様なチュービングの一つを示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【発明の詳細】
【００２２】
本願発明者は、コイルドチュービングが熱圧延縮小装置を用いて大容量の原料から製造することができることを発見した。この熱圧延縮小装置は、実質的に円形内部輪郭を具備するコイルドチュービングを製造することができる。原料の外部直径、内部直径および／または壁厚をステーションまたはスタンド毎につき約５ないし約６％縮小する複数の縮小ステーションに大容量のチュービングを通過させることにより縮小が行われる。このスタンドは、少なくとも二つ、一般には少なくとも三つのチューブ係合部材またはそのスタンドのチュービングに作用する圧縮力を制御する個々のコントローラに取り付けられた陥凹状ローラーを含む。
【００２３】
図１に示す先行技術のシステム２０において、ＣＴ２２の全長は以下の方法により製造することができる。フラットストリップ材２６の第一供給コイル２４は、アキュムレータ２８に供給され、次にコンディショナー３０を介してチューブミルまたはチューブフォーマー３２内に供給され、続いてチューブが熱処理器３４で熱処理され、冷却されて巻き取りリール３６に巻かれる。フラット材２６の第一供給コイル２４は、第一供給コイル２４の後ろ端部３８が到達するまでシステム２０を介して供給される。その後、第二供給コイル４０は、バイアス溶接ジョイント４２により第一供給コイル２４に溶接され、当該工程は望ましい長さのＣＴ２２が巻き取りリール３６に巻かれるまで中断なく続く。アキュムレータ２８が配置されて、チューブミル３２が機能し、第一供給コイルの先端部および中央部から製造されるチュービングが巻き取りリール３６に巻かれ続けるようし、一方で第一供給コイル２４の後ろ端部３８は静止して、バイアス溶接ジョイント４２を形成することを可能とする。その間、コンディショナー３０およびアキュムレータ２８の組み合わせにおける「緩み」によって、材料がチューブミル３２へと流れ、一方で第一供給コイル２４の後ろ端部３８は静止したままとなる。これによりバイアス溶接ジョイント４２のような溶接ジョイントを形成し、有利には連続作業のために第二供給コイル４０を配置するのに十分な時間を得ることができる。アキュムレータ２８およびコンディショナー３０は、現在先行技術で周知なものでよく、図２に示すように完全に緩んだ位置にまで延在するスロット４６内に配置されたローラー４４を含み、リールの後ろ端部を停止したい場合には、ローラー４４はフラット材供給路の中央線４８（図２）へと徐々に移動し、チューブミル３２へ材料を連続的に供給する。チューブミル３２は、徐々にフラットストリップ材をチューブ形状にするように作動する。これは、フラット材２６を円形断面へと促すローラー（図示せず）およびダイス（図示せず）などを使用することにより段階的に行われる。このことにより、究極的には図３に示すようにフラット材２６の左右の端部５０、５２がそれぞれ接近し、形成された円形断面チュービングを閉鎖し、図１１に示すように縦シーム溶接５４が施される。この縦シーム溶接５４は、典型的には、電気抵抗溶接（ＥＲＷ）の形式となる。内部接合機器５６または他の機器を用いて縦に溶接されたチュービング内部に到達させて縦溶接点から過剰な内部溶接物を取り除くようにすることができる。同様に、外部接合機器５８などが用いられて、縦溶接点から過剰な外部溶接物を取り除いてチュービングの外側表面を仕上げ加工する。誘導電気加熱炉６０が熱処理機３４においてチュービングの熱処理に用いられ、冷却ステーション３５内で冷却処理がなされた後にＣＴ２２は巻き取りリール３６に巻かれる。
【００２４】
本発明には、既知の方法と同じ部分もある。すなわち、図２に示すように、アキュムレータ６２を用いることができ、チューブフォーマーまたはチューブミル３２を通過するフラット材２６の先端部４１および中央部４３の移動に対して第一供給コイル６４の後ろ端部３８を停止させる。このようなアキュムレータ６２は、フラット材２６を調整する働きをすることができ、チューブミル３２を介してフラット材の処理を改善するようにする。第一供給コイル６４の後ろ端部３８が到達した場合、アキュムレータ６２は後ろ端部３８の移動を停止するよう作動し、後ろ端部３８と第二供給コイル６６の先端部３９との接合ステーション７０における接合を促進する。典型的に、第一供給コイル６４の後ろ端部３８と第二供給コイル６６の先端部３９は双方とも切り取られ、整えられあるいは「仕上げ加工され」て接合を促進する。多様な接合技術を接合ステーション７０において用いることができ、第一供給コイル６４の後ろ端部３８の端縁部７２を第二供給コイル６６の先端部３９の先端縁部７４に接合するようにする。一つの好適な実施形態において、第一供給コイル６４の後ろ端部３８は、図３、図３Ａ、図３Ｂ、図４および図５に示す鍛接のような既知の方法により第二供給コイル６６の先端部３９に接合される。鍛造溶接部７６は、エネルギー源または電源７８を利用して、二本のストリップ材の接触面または接合部８２において高熱局部区域８０を形成する。図４および図５に示す一つの好適な実施形態において二本のストリップ材は、加熱部８０が生じた後に互いに向き合うよう促され鍛造溶接部７６を実現するようにする。このことにより、二本のストリップ材の接合面８２において材料のわずかな据込み８４が生じうる。ストリップ材からなる鋼鉄あるいは合金鋼材料の軸粒子８６は、鍛造溶接部７６の領域において妨害される。これにより、当該粒子は上方へ向かい、二本のストリップ材の接合部８２およびその周りの鍛造溶接部において「木口」８８として知られるものを形成する。この位置８２での鋼鉄または合金鋼粒子の不整合は、後にフラットストリップ材２６から形成されるＣＴ２２に対して望ましくない性質を与えうる。例えば、木口８８は、腐食に対してより脆弱となるか、または軸粒子８６により示される実質的に一貫した軸整合を享受する残余の鋼鉄と同じ物理的特性を示すことはできない。
【００２５】
ストリップ材の接合を実現する鍛造溶接部７６は、側端縁部５０、５２と一直線上の端縁部７２と先端部７４とを実質的に９０度で「突合せ溶接」を実現することができ、または９０度以外の角度で「バイアス溶接」を実現することができる。バイアス溶接の例として、本願発明と発明者が同一である米国特許第４，８６３，０９１号明細書および米国特許第５，１９１，９１１号明細書を参照することができる。第一リールの後ろ端部３８に第二リールの先端部３９を接合する９０度突合せ溶接またはバイアス溶接に加えて、図３Ａに示すように、９０度オフセット溶接９０を用いることもできる。９０度オフセット溶接は、直角ノッチ９１が接合されるべきストリップの後ろ端部３８と先端部３９の両方に形成されることを要する。直角複数ノッチ（図示せず）、ステップノッチ（図示せず）、ほぞ穴（図示せず）またはＴ字溝（図示せず）などの他の形状を用いることもできる。さらに、傾斜端縁部７２’と共働傾斜先端部７４’を利用する９０度傾斜溶接９３と代替することができる。図３Ｂに示すように、両傾斜端縁部７２’、７４’は、実質的に９０度で側端縁部５０、５２と一直線となる。９０度オフセット溶接９０、９０度傾斜溶接９３、および前述の他の代替方法は、代替的な好ましい実施形態であり、端接、ＴＩＧ溶接または他のあらゆる満足いく溶接技術を用いることにより、実現される。
【００２６】
いずれにせよ、横溶接部の形状を周辺材料に合わせることが望ましい。すなわち、図８に示すような接合面８２の頂部９２および底部９４に沿って溶接物または母材のいずれかにより形成された据込み８４を、例えば、図６に示す研磨機９６を用いて研磨し、および／または図７に示すようにローラー９８で圧延することにより取り除くことができる。同様に、横溶接の結果として形成される合成ストリップの左側端縁部５０および右側端縁部５２に対して仕上げ加工を行ってもよい。本発明の実施に際しての目的は、周囲のフラットストリップ材２６の厚さおよび幅に大体一致する形状を具備する溶接接合部を実現することにある。溶接接合部の仕上げ加工は、ＣＴを通る中断のない液流を実現し、横溶接接合部の部位での局部的な侵食または腐食の可能性を最小限にするのを促進する。その形状を、アキュムレータ６２により提供された時間を可能な限り考慮して、第一供給コイル６４の後ろ端部３８を静止したままするよう適合させる必要がある。鍛造溶接部７６およびそれ以下の仕上げ加工工程は、図１０に示す割り当てられた時間内で接合ステーション７０において達成することができる。
【００２７】
加えて、鍛造溶接部７６の熱処理機３４による熱処理は、図９に概略を示すように、接合部８２にさらに好ましい特徴を与えうる。熱処理は、誘導電気加熱炉６０による誘導電気加熱により達成することができ、横溶接部の位置における合成溶接ストリップの温度を上昇させて、化学的、金属学的、物理学的側面の点で溶接接合部の改善された特徴を実現する温度にする。
【００２８】
接合ステーション７０は、品質管理検査工程を含んでもよい。品質管理検査工程は、Ｘ線または超音波あるいは先行技術で知られている他の非破壊検査技術を利用して溶接の不備を検知する。鍛造溶接部の選択により迅速かつ比較的欠陥のない第一供給コイル６４の後ろ端部３８と第二供給コイル６６の先端部３９の接合がもたらされる。他の実施形態において、横溶接は高周波溶接、ＴＩＧ溶接、プラズマアーク溶接またはＥＲＷを使用して実現することができる。もちろん、同様の接合工程は、次の供給コイル間、例えば第二および第三供給コイル（図示せず）、第三および第四供給コイル（図示せず）などの間で、望ましい長さのＣＴが巻き取りリール３６に巻かれるまで行われうる。
【００２９】
接合ステーション７０で供給コイルの接合が行われた後、アキュムレータ／コンディショナー６２を調整して、第二供給コイル６６からフラット材を再び供給するようにすることができる。このようにして、供給コイルの切り替え中にチューブミル３２の動作を中断することはなく、フラット材２６はチューブミルを停止させることなく連続してチューブミルに供給される。
【００３０】
チューブミル３２から出るチュービングは、その外周として、チューブミルに供給されるフラット材２６の幅と実質的に同一の寸法を具備する。チューブミル内には、定寸ローラーと、製造されるチュービングのＯＤをチューブミルの動作の許容範囲内の実質的に均一の寸法に合わせる他の既知の配置（図示せず）が含まれる。定寸配置には、定寸ローラー、静止開口部またはダイスなどが挙げられ、フラット供給材２６に固有であり、あるいは加工中にもたらされるチュービングの外側寸法の不規則性を取り除く働きをする。
【００３１】
図１１を参照すると、本発明では、フラット供給材２６の幅は、巻き取りリール１０２に巻かれるＣＴ１００の外周（つまりＯＤ）より実質的に大きくなるよう意図的に選択される。すなわち、チューブミル３２を出るチュービングは、本発明の対象またはＣＴ１００の仮のＯＤより大きな直径を意図的に有する。チューブミル３２を出る比較的大きな直径の製造中のチュービング１０４は、鍛造段階１０６に導入される。この鍛造段階１０６は、図１１に示す熱間圧延ミル１０８内で行われうる。熱間圧延ミル１０８は、製造中のチュービング１０４を加熱し、そのＯＤが、製造中のチュービング１０４を鍛造するローラーおよび／またはダイス（図示せず）を介して実質的に縮小して当該ＯＤを調整する温度にする装置である。この加熱作用および製造中のチュービング１０４の熱間鍛造によって、第一供給コイル６４の後ろ端部３８を第二供給コイル６６の先端部３９に接合する横溶接領域において、木口８８は有利に再配置される。加えて鍛造作用は、縦シーム溶接部５４およびその周りの領域において粒子構造体を有利に再配置する。鍛造工程において、製造中のチュービング１０４を半プラスチック状態で伸長しまたは伸縮する。これは、熱間圧延ミル１０８内または熱間圧延ミル１０８の下流において、駆動ローラー１０５、定寸ローラー（図示せず）、またはダイス（図示せず）を使用することにより達成され、製造中のチュービング１０４に軸引張を導入し、この工程段階を介してチュービングのスピードまたは速度を増加させる。それゆえ、鍛造段階または熱間圧延ミルを出るチュービングのスピードは、鍛造段階または熱間圧延ミルに入る製造中のチュービング１０４の速度よりも速い。処理スピードの増加により、ＣＴ１００は、供給コイルからのフラット材２６の供給速度より速い速度で巻き取りリール１０２に巻かれる。処理速度の有効な増加は、本発明の示唆に従って達成しうる。
【００３２】
鍛造段階または熱間圧延ミルを出る鍛造されたＣＴ１００は、加熱機１１０によりさらに加熱され、急冷槽１１２内で焼き入れされて、調質熱処理を実現するようにする。調質熱処理の後に、鍛造されたＣＴ１００を巻き取りリール１０２に巻くことができる。
【００３３】
図１１ないし１４に示すように、鍛造工程または熱間圧延ミルにおいて、壁厚（ＷＴ）および製造されたＣＴのＯＤは、多様な側面率（外部直径ＯＤと内部直径ＩＤの比率または外部直径ＯＤと壁厚ＷＴの比率）を具備する。すなわち、製造されたＣＴ１００のＯＤがチューブミル３２を出る製造中のチュービング１０４のＯＤと異なるのみでなく、完成したＣＴ１００の壁厚もチューブミル３２を出る製造中のチュービング１０４の壁厚と同一であっても、大きくてもまたは小さくてもよい。鍛造工程または熱間圧延ミル内で、温度、駆動速度、製造中のチュービング１０４への張力、ＯＤ縮小率およびパラメータを設定する他の壁厚を調整することができ、チューブミル３２を出る製造中のチュービング１０４の壁厚またはフラット材２６の厚さに関する範囲にわたって壁厚を選択するようにする。
【００３４】
先行技術において、チューブミル内で製造されるＣＴのＯＤを変化させることが望ましい場合には、チューブミルのローラーおよび／またはダイスは、手動で変更され、かなりの遅延と相当な人件費を発生させることになり、故障や人員交代をもたらして異なるＯＤのＣＴ用のミルを準備することになる。本発明を用いれば、ミルの解体を必要としない。むしろ、ローラーなどを取替えることなく、かつ大量の労働者を必要とすることなく、当該システムを調整することができ、異なるＯＤのＣＴを製造するシステムを準備することができる。この柔軟性により、ＣＴ形成方法が実施されている間にも製造変更を容易にする。
【００３５】
例えば、多様なＯＤを具備するＣＴを製造することが望ましい場合、これは本発明の製造方法を用いることで達成することができる。このようなチュービングは、一定のまたは異なる壁厚を具備してもよい。すなわち、本発明を用いて、ＣＴを一定の壁厚であるが多様なＯＤを具備するよう製造することができる。あるいは、ＣＴを多様なＯＤと多様な壁厚を具備するよう製造することができる。
【００３６】
異なる降伏強度を具備するＣＴを製造することが望ましい場合には、調質ステーションを方法内に選択的に含むことができる。これは、応用のために多様な降伏強度を具備する連続ＣＴを製造することを容易にし、操作上および経済的利点を提供する。
【００３７】
図１５ＡないしＤを参照すると、圧延ステーション、鍛造ステーションまたは熱間圧延ミル１０６は、複数のコイルドチュービング縮小ユニットまたはスタンド２００を含む。図１５Ａを参照すると、圧延ステーション１０６は、１０個のコイルドチュービング縮小スタンド２００を含む。図１５Ｂを参照すると、圧延ステーション１０６は、１５個のコイルドチュービング縮小スタンド２００を含む。図１５Ｃを参照すると、圧延ステーション１０６は、２０個のコイルドチュービング縮小スタンド２００を含む。図１５Ｄを参照すると、圧延ステーション１０６は、２６個のコイルドチュービング縮小スタンド２００を含む。
【００３８】
スタンド２００の正確な数は、外部直径（ＯＤ）、内部直径（ＩＤ）、および／または製造されるチューブの壁厚（ＷＴ）により決定される製造されるＣＴの性質に応じて調整することができるにもかかわらず、スタンドの数は一般に、ＯＤ、ＩＤおよび／またはＷＴを約１ないし１０％変化させる各スタンド２００を用いて、望ましい結果を増加的に実現するのに十分となる。さらに、スタンド２００の数は、特定設備用に最大に変化するチューブを実現するのに必要な最大数を設定することができる。一定のチュービング製品に必要であるスタンド２００が少なくてよい場合、操作者は望ましい数のスタンドを単に止めるだけでよい。
【００３９】
一実施形態において、鍛造ステーション１０６は、５ないし５０個のスタンド２００を含む。他の実施形態において、鍛造ステーション１０６は、１０ないし４０個のスタンド２００を含む。他の実施形態において、鍛造ステーション１０６は、１５ないし３５個のスタンド２００を含む。他の実施形態において、鍛造ステーション１０６は、２０ないし３０個のスタンド２００を含む。これら全ての実施形態において、可動スタンド２００の数は、製造されるチューブに左右される。すなわち、スタンドのいくつかは待機する。各スタンドは個別に加熱することができるが、一般にスタンドは温度管理室に収納され、各スタンドを通過するチュービングの温度を望ましい領域にすることができる。あるいは、一組のスタンドが温度管理室に収納され、これらスタンドの温度を望ましい温度に維持するようにする。この後者の選択肢では、各部屋の温度は同一または異なるようにすることができる。スタンドが個別に加熱される場合には、スタンド間の間隙には、絶縁または加熱された間隙ユニットを含むことができ、チュービングがあるスタンドから次のスタンドへと移動するときに実質的に冷却されないようにする。
【００４０】
各スタンド２００では、ＯＤ、ＩＤ、ＷＴなどの一つ以上のチュービング特性に関して一定の変化を実現することが望ましい。従って、複数のスタンド２００は、チュービングが鍛造されるときに、チュービング特性の組織的かつ増加的な変化を達成する。一般的に、各スタンド２００は、望ましい方法および用いるストリップ材の冶金と、各スタンド２００の状態に応じて一つ以上の特性を約１％ないし約１０％変化させる。ある実施形態において、各スタンド２００は進入チュービングの一つ以上の特性を約２％ないし約８％変化させる。ある実施形態において、各スタンド２００は進入チュービングの一つ以上の特性を約４％ないし約７％変化させる。ある実施形態において、各スタンド２００は進入チュービングの一つ以上の特性を約５％ないし約６％変化させる。
【００４１】
図１５Ｅを参照すると、図１５Ａの拡大図が示されており、連続スタンド２００の間の間隙を図解する。各スタンド２００は、隣接した前後のスタンドから約５”ないし約３０”の間の間隙距離Δを移動する。ある実施形態において、連続スタンド間の距離は約５”ないし約２０”の間である。他の実施形態において、連続スタンド間の距離は約５”ないし約２０”の間である。他の実施形態において、連続スタンド間の距離は約８”ないし約１２”の間である。他の実施形態において、連続スタンド間の距離は約１０”である。間隙の距離は、同一（すなわち、Δ1＝Δ2＝Δ3＝Δ4＝Δ5＝Δ6＝Δ7＝Δ8＝Δ9＝．．．＝Δn）とすることができるが、また間隙の距離を異なるものにすることもできる（すなわち、Δ1≠Δ2≠Δ3≠Δ4≠Δ5≠Δ6≠Δ7≠Δ8≠Δ9≠．．．≠Δn）。なお、ｎはスタンドの合計数である。
【００４２】
先行技術では、スタンドは一つ以上のチュービング特性を変化させ、チュービングの内部輪郭が実質的に非円形輪郭、一般には六角断面または輪郭をとるような特性に変化する。そのような非円形断面または輪郭には欠点がある。断面はチュービングに挿入することができ、材料の特性をチュービング内およびチュービングを介して伝えることができる道具の大きさを縮小することができる。実質的に滑らかで円形内部断面または輪郭を備えたチュービングを製造するために、各連続スタンド２００は、チュービングの内部輪郭内の周囲の不均一性を削減、最小限化または除去するのに十分な角度で前方スタンドに対して回転する。円形内部チュービング輪郭は、（たとえ壁厚がチュービングの全長やチュービングの一部分の長さに従って変化することができても）チュービングが、チュービングの長さに従った全ての位置においてチュービングの周囲で実質的に均一な壁厚（ＷＴ）を具備することによって明確にされる。実質的に円形の内部輪郭を製造する方法もまた、縦または横溶接の後の接合工程中に形成される溝の緩和および平滑をもたらす。
【００４３】
各スタンド内のチュービング係合部材の数に応じて、連続スタンド間の回転角度は、係合部材が望ましい角度で回転し、係合部材の配置が隣接する前後スタンドと同一とならないような角度とする。例えば、各スタンドが３個のチュービング係合部材を具備する場合、１２０度の回転により係合部材は同一配置となる。ある実施形態において、３個のチュービング係合部材を具備するスタンドに関して連続スタンド間の回転角度は、約５度ないし約１１５度または約−５度ないし約−１１５度の間である。ある実施形態において、３個のチュービング係合部材を具備するスタンドに関して連続スタンド２００間の角度は、約１０度ないし約１１０度または約１３０度ないし約１８０度の間である。他の実施形態において、３個のチュービング係合部材を具備するスタンドに関して連続スタンド２００間の角度は、約３０度ないし約９０度または約１５０度ないし約１８０度の間である。他の実施形態において、３個のチュービング係合部材を具備するスタンドに関して連続スタンド２００間の角度は、約１８０度であり、いわゆるねじれ配置である。他の実施形態において、３個のチュービング係合部材を具備するスタンドに関して連続スタンド２００間の角度は、約９０度である。他の実施形態において、３個のチュービング係合部材を具備するスタンドに関して連続スタンド２００間の角度は、約６０度である。他の実施形態において、３個のチュービング係合部材を具備するスタンドに関して連続スタンド２００間の角度は、約３０度である。他の実施形態において、３個のチュービング係合部材を具備するスタンドに関して連続スタンド２００間の角度は、約１５度である。スタンド２００をねじれ角度とする目的は、各連続スタンド２００を通過するチュービングの変化によって、チュービングの内部輪郭に不規則性をもたらす特定の変形が拡大しないように確保することにある。よって、本発明のスタンドは、角度的にねじれていることにより、製造されるチュービングの壁厚の不均一性を削減し、最小限化し、または除去さえする。このようにして、各連続スタンド２００は、チュービングの内部輪郭の変形を削減、最小限化または除去することを可能とすることにより、実質的に円形内部郭でありかつ実質的に均一の周囲壁厚を具備するチュービングを形成する。ある実施形態において、各連続スタンドが角度的にねじれることは可能であるが、多数の連続スタンドが同一方向のスタンドであり、その後に第一の数の同一方向スタンドに対して角度的にねじれている多数の同一方向スタンドが続くことも可能である。さらに、角度的ねじれの目的は、いかなる位置においてもチュービングを製造することにあり、チュービングの断面輪郭は、外部直径および内部直径の双方あるいは交互に実質的に円形であり、壁厚は、チュービングのどの断面位置においても実質的に均一で、たとえチュービングの壁厚、内部直径および／または外部直径がチュービングの長さに沿って異なる位置で同一あるいは相違していたとしても、実質的に均一である。
【００４４】
図１６ＡおよびＢを参照すると、本発明のスタンド２００の中央断面図が示され、前方および後方パネル２０４（後方パネルのみが図示される）を具備し、かつ圧延組立体２０６を取り付けたハウジング２０２を含む。圧延組立体２０６は、スタンド２００を通過する際に、チュービング１００を係合するよう設計された３個のローラー２０８を含む。圧延組立体２０６は、図１６Ａでは閉鎖状態であり、図１６Ｂでは開口状態である。閉鎖状態では、ローラー２０８は実質的にチュービング１００の全周に係合する。圧延組立体２０６は２個ないし５個のローラーを含みうるが、図１６ＡおよびＢの３個のローラー構成では、各ローラーは実質的にチュービング１００の周囲の三分の一を係合する。もちろん、ローラーの数が異なる場合には、各ローラーにより係合される周囲の合計は３６０度となり、ローラーの数により分割される。
【００４５】
組立体２０６の各ローラー２０８は、前および後ガイド２１２（後ガイドのみが図示される）を具備する滑動マウント２１０に取り付けられ、後方パネル２０４上に形成される溝２１４に進入する。マウント２１０は駆動モーター２１６を含む。マウント２１０はソレノイドまたは調整モーター２２０のシャフト２１８に取り付けられる。ソレノイドまたはモーター２２０はマウント２１０を閉鎖状態とその開口状態とに推移するよう設計される。モーター２２０はまた、３個のローラー２０８によりチュービング１００に作用する補償力を変化させるように設計される。滑動マウント２１０は、開口部２２４を備えた前および後円形プレート２２２（後プレートのみが図示される）の間に取り付けられる。ハウジング２０２もまた開口部２２６を備える。モーター２１６と２２０は、油圧でも電動であってもよく、コネクタ２２８よび２３０をそれぞれ備えてモーターを電源または油圧源に接続する。各ローラー２０８は、モーター２１６で駆動する第一ベアリング２３４および第二ベアリング２３６に取り付けられたローラーシャフト２３２上に取り付けられる。これら二つの図のスタンド２００の油圧または電動バージョンを構成することができ、各スタンドの隣接する前スタンドと後スタンドに対する回転方向は、望ましい角度で回転することができるか、あるいはＹ上またはＹ下の一定形状のいずれかになりうるようにする。いずれにせよ、スタンドは交互にＹ上／Ｙ下形状となるか、または後続係合組立体が実質的に円形内部輪郭を備えたチュービングを製造するのに十分なだけ回転するかになる。Ｙ上とは、ローラーマウントの一つが垂直下向きとなってマウントがＹを形成するようにすることを意味する。Ｙ下は、ローラーマウントが１８０度に回転して逆Ｙを形成するようにすることを意味する。
【００４６】
次に図１７を参照すると、本発明のスタンド２５０の他の実施形態が示され、機械駆動システム２５２（二つのシステムを示す）とスタンドハウジング２５３上に取り付けられた３個のローラー圧延組立体２５４を含む。駆動システム２５２は、モーター２５６と主要駆動シャフト２５８を含む。圧延組立体２５４は、３個のローラー２６０を含み、各ローラー２６０は、ローラーハウジング２６２に取り付けられる。ローラーハウジング２６２は、ローラーハウジング２６２をソレノイド２６８により作動するシャフト２６６によって内外に移動させることを可能とするガイド２６４を含み、またはローラーハウジング２６２を内外に移動させることを可能とする他の装置を含んで、組立体２５４が閉鎖形状および開口形状とに推移することができるようにする。図１６ＡおよびＢの実施形態におけるように、閉鎖形状はローラー２６０が完全にチュービング１００を係合することにより特徴付けられ、一方、開口形状はローラー２６０が完全にチュービング１００から分離することにより特徴付けられ、チュービング１００は、変形することなくスタンド２００を通過し、またはチュービング１００を搭載する間にスタンド２００を通過する。ローラーハウジング２６２を内外に移動させるソレノイド２６８はまた、圧縮引張を制御するのに加えて、ローラー２６０はチュービング１００を圧迫する。組立体２５４はまた、駆動シャフト２５８を係合するよう設計されたギアシステム２７０を含み、３個のローラー２６０を同じ速度で回転させてスタンド２００を介してチュービング１００を進めることができる。機械スタンド２５０は、一般的にＹ上またはＹ下形状の設計のせいで制約を受ける。さらに、スタンド２５０は一般にねじれたＹ上／Ｙ下形状であり、実質的に円形内部チュービング輪郭を実現するよう確保する。
【００４７】
図１８ＡないしＨを参照すると、本発明のスタンドを用いることのできる多様なチュービングの型が示されている。図１８Ａを見ると、本発明の圧延ステーションは、図示するように、均一の内部直径ＩＤ、外部直径ＯＤおよび壁厚ＷＴを具備するチュービング３００を製造することができる。上述のように、均一または一定の壁厚を具備するチュービングを製造する能力は、従来のミルと異なり、なぜなら圧縮スタンドにより内部輪郭が六角形状となる傾向にあるからである。相対的方向のスタンドを回転することにより、六角形の輪郭を最小限にし、あるいは削減して実質的に円形輪郭のままにする傾向があり、またはチュービングは実質的に均一な壁厚を具備する。
【００４８】
図１８Ｂを参照すると、本発明の圧延ステーションは、図に示すように均一または一定の外部直径ＯＤおよび可変ＩＤおよび可変壁厚ＷＴを具備したチュービング３００を製造することができる。図１８Ｂのテーパー壁チュービングの製造方法は、より大きい力でチュービングを引張する連続スタンドを具備して、チュービングが一定のＯＤ、ＩＤおよびＷＴで進入し、各スタンドを通過した後にＩＤが増加し、一方でＷＴは減少しＯＤが同一のままであるようにする。テーパーの量は、ローラーが各スタンド内で一定のローラー開口の際に駆動される速度によって決まる。さらに、スタンドは異なる条件下で全てが動作する必要はなく、すなわち各連続スタンドはさらにチュービングを引き込むが、一つのスタンドは引き込み、一方で多数の後続スタンドは単に引き込みスタンドにより製造された一定のＩＤ、ＯＤおよびＷＴのままにすることができる。この工程は連続させることができ、間に挿入される緩和スタンドを備えた一組のスタンドで引き込みが行われるようにする。さらに、各スタンドは、各スタンドを通過するチュービングのＩＤ、ＯＤおよび／またはＷＴを約１％ないし約１０％一般に変化させることができる。
【００４９】
図１８Ｃを参照すると、本発明の圧延ステーションは、可変内部直径ＩＤ、可変外部直径ＯＤおよび一定壁厚ＷＴを具備するチュービング３００を製造することができる。この型のチュービングは、ローラー速度により設定されるスタンドの引き込み速度のみでなく、開口部の直径および各スタンドのチュービングに負荷される力を変化させることにより製造される。よって、各スタンドの引き込み速度および圧縮力が設定され、ＩＤおよびＯＤは変化するが、一定のＷＴは維持される。
【００５０】
図１８Ｄを参照すると、本発明の圧延ステーションは、一定の第一内部直径ＩＤ１、一定の第一外部直径ＯＤ１および一定の壁厚ＷＴを具備する第一非テーパー部分３０２を含むチュービング３００を製造することができる。チュービング３００はまた、可変内部直径ＩＤｖおよび可変外部直径ＯＤｖおよび同一ＷＴを具備する第二部分３０４を含む。チュービング３００はまた、一定第二内部直径ＩＤ２、一定第二外部直径ＯＤ２および一定の壁厚ＷＴを具備する第三部分３０６を含む。この型のチュービングは、第三部分の特徴を備えたチュービングを製造するようスタンド設定を制御し、次に制御された速度で徐々に縮小する第二部分の特徴を備えたチュービングを製造するようスタンド設定を変更し、最後に、第三チュービング部分の特徴を備えたチュービングを製造するようスタンド設定を変更することにより製造される。
【００５１】
図１８Ｅを参照すると、本発明に係る圧延ステーションは、可変内部直径ＩＤ、可変外部直径ＯＤおよび可変壁厚ＷＴを具備するチュービング３００を製造することができる。この型のチュービングはスタンド設定を制御することにより製造され、３つの可変ＩＤ、ＯＤおよびＷＴ全てが、引き込み速度(スタンドにおけるローラーの回転速度)と、各スタンドを通過するチュービングに作用する圧縮力と、チュービングが各スタンドを通過する開口寸法とを変化させることによって制御された速度で変化するようにする。
【００５２】
図１８Ｆを見ると、本発明に係る圧延ステーションは、一定の内部直径ＩＤ、一定第一外部直径ＯＤ１および一定壁厚ＷＴ１を有する第一非テーパー部分３０２を含むチュービング３００を製造することができる。チュービング３００はまた、内部直径ＩＤ、可変外部直径ＯＤｖおよび可変壁厚ＷＴｖを具備する第二部分３０４を含む。チュービング３００はまた、一定内部直径ＩＤ、一定第二外部直径ＯＤ２および一定第二壁厚ＷＴ２を有する第三部分３０６を含む。この型のチュービングは、第三部分のチュービングを具備するチュービングを製造するようスタンドを設定し、チュービングを徐々に縮小する第二部分を製造するようスタンド設定を変更し、最後に第三部分を製造するようスタンド設定を変更することにより製造される。
【００５３】
図１８Ｇを参照すると、本発明の圧延ステーションは、一定内部直径ＩＤ、一定第一外部直径ＯＤ１および一定第一壁厚ＷＴ１を有する第一非テーパー部分３０２を含むチュービング３００を製造することができる。チュービング３００はまた、内部直径ＩＤ、第一可変外部直径ＯＤｖ１および第一可変壁厚ＷＴｖ１を具備する第一テーパー部分３０４を含む。チュービング３００はまた、一定内部直径ＩＤ、一定第二外部直径ＯＤ２および一定第二壁厚ＷＴ２を具備する第二非テーパー部分３０４を含む。チュービング３００はまた、内部直径ＩＤ、第二可変外部直径ＯＤｖ２および第二可変壁厚ＷＴｖ２を具備する第二テーパー部分３０８を含む。チュービング３００はまた、一定内部直径ＩＤ、一定第三外部直径ＯＤ３および一定第三壁厚ＷＴ３を具備する第三非テーパー部分３１０を含む。第一ならびに第三外部直径ＯＤ１ならびにＯＤ３、および第一ならびに第三壁厚ＷＴ１ならびにＷＴ３は、同一または相違することができ、一方で第一ならびに第二可変外部直径ＯＤｖ１ならびにＯＤｖ２、および第一ならびに第二可変壁厚ＷＴｖ１ならびにＷＴｖ２は同一または相違することができる。この型のチュービングは、第三非テーパー部分の特徴を備えたチュービングを製造するようスタンドを設定することにより製造することができる。スタンド設定は、次に第二可変部分の特徴を有するチュービングを製造するよう変更される。スタンド設定は、第二非テーパー部分の特徴を有するチュービングを製造するよう変更される。スタンド設定は、第一可変部分の特徴を有するチュービングを製造するよう変更される。最後に、スタンド設定は、第一非テーパー部分の特徴を有するチュービングを製造するよう変更される。もちろん、当該部分は可変内部直径をも有することができる。
【００５４】
図１８Ｈを見ると、本発明の圧延ステーションは、一定第一内部直径ＩＤ１、一定第一外部直径ＯＤ１および一定壁厚ＷＴを有する第一非テーパー部分３０２を含むチュービング３００を製造することができる。チュービング３００はまた、第一可変内部直径ＩＤｖ１、第一可変外部直径ＯＤｖ１および壁厚ＷＴを具備する第一テーパー部分３０４を含む。チュービング３００はまた、第二一定内部直径ＩＤ２、一定第二外部直径ＯＤ２および壁厚ＷＴを具備する第二非テーパー部分３０６を含む。チュービング３００はまた、第二可変内部直径ＩＤｖ２、第二可変外部直径ＯＤｖ２および壁厚ＷＴを具備する第二テーパー部分３０８を含む。チュービング３００はまた、第三一定内部直径ＩＤ３、一定第三外部直径ＯＤ３および壁厚ＷＴを具備する第三非テーパー部分３１０を含む。第一ならびに第三外部直径ＯＤ１ならびにＯＤ３、および第一ならびに第三内部直径ＩＤ１ならびにＩＤ３は、同一または相違することができ、一方で第一ならびに第二可変外部直径ＯＤｖ１ならびにＯＤｖ２、および第一ならびに第二可変内部直径ＩＤｖ１ならびにＩＤｖ２は同一または相違することができる。この型のチュービングは、第三非テーパー部分の特徴を備えたチュービングを製造するようスタンドを設定することにより製造することができる。スタンド設定は、次に第二可変部分の特徴を有するチュービングを製造するよう変更される。スタンド設定は、第二非テーパー部分の特徴を有するチュービングを製造するよう変更される。スタンド設定は、第一可変部分の特徴を有するチュービングを製造するよう変更される。最後に、スタンド設定は、第一非テーパー部分の特徴を有するチュービングを製造するよう変更される。もちろん、当該部分は可変壁厚をも有することができる。
【００５５】
製造されたチュービングに関連して三つの特徴を説明したが、一度他の二つの特徴が設定されれば、第三の特徴が固定されるので、二つの特徴のみが制御される必要があり、すなわちＯＤおよびＩＤが設定されるや否やＷＴは完全に規定される。よって、テーパーは製造されたチュービングの長さに対する歩合とすることができる。長さに対する歩合は、全てのスタンドがその最高速度および圧縮で作動しているときに、チュービングに与えることのできる最大限の変化によって設定される。スタンド設定を変更することにより、テーパーの程度をテーパーがない場合と各スタンドが生み出しうる最大限の変化に対応するテーパーの最大量との間で実現することができる。もちろん、製造されうる最大限の変化は、ミル縮小ステーション内のスタンドの合計数により制御され、各スタンドは各スタンドを通過するチュービングに与えることができる最大限の変化に基づく。もちろん、各スタンドは、金属に対して過剰な圧力および／または負担を与えることなく、またはチュービングを製造する金属の冶金学的特性の形態学的変化を生じることなく、金属特性が鍛造に最適となるような温度に保持されるよう設計される。
【００５６】
上述のチュービングの形態は、参照して組み入れられる米国特許第４，８６３，０９１号明細書および米国特許第５，１９１，９１１号明細書に示されるバイアス突合せ溶接を含む上述の突合せ溶接に従い、フラット材の単一ローラーまたはフラット材突合せ溶接の一つ以上のローラーから製造することができる。
【００５７】
以上の通り、当業者には本明細書に開示し添付特許請求の範囲により保護される本発明および実施形態は、上述した目的を実施し特徴を明示するのに適していることが理解されるだろう。本発明の精神および範囲から逸脱することなく主題に関して一定の設計変更をなしうる。本発明の範囲内において、変更が可能であり、以下の請求項に係る各構成要素または工程は、あらゆる等価物または工程に参照される。以下の請求項は、いかなる形態であれ、実現することのできる合法的に可能な限り広範な発明を包含する。ここで請求する発明は３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１０２セクションに従って新規であり、かつ第１０２セクションにおける特許性に関する要件を満足している。ここで請求する発明は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１０３セクション規定する基準に従って進歩性があり、かつ第１０３セクションにおける特許性に関する要件を満足している。明細書および後続の請求項は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．第１１２セクションの要求に従っている。発明者は本発明および後続の請求項の範囲を決定および評価するために均等論を用いる可能性があり、なぜならそれらが以下の請求項に規定する発明から実質的に逸脱することなく、しかし発明の文字通りの範囲外で方法および装置に関連するからである。
【００５８】
ここに引用された全ての引用文献は参照することにより組み入れられる。本発明は過不足なく説明されているが、添付の請求項の範囲内で本発明は具体的に説明したもの以外にも実施することが可能である。本発明は好適な実施形態を参照して開示されるが、この説明を読むことにより当業者は、上述の発明および請求項の範囲および精神から逸脱することなく適当な設計変更や改良をすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１５Ｄ】
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【図１５Ｅ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１８Ｄ】
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【図１８Ｅ】
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【図１８Ｆ】
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【図１８Ｇ】
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【図１８Ｈ】
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