(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管端部の矯正方法であって、鋼管端部の外面に接して下方から支持する２本の支持ロールを管周方向に間隔を開けて管軸方向に平行に配置するとともに、鋼管端部の内面に接する１本の押込みロールを前記２本の支持ロールの管周方向の中間位置に管軸方向に平行に配置し、まず、押込みロールを無負荷状態で回転させて鋼管端部の管周方向の曲率分布を測定し、測定された曲率分布から最大曲率と曲率変動ピッチを算出し、次いで、前記２本の支持ロールと鋼管端部外面がそれぞれ接する接触点の間隔が前記曲率変動ピッチよりも狭くなるように２本の支持ロールの間隔を設定するとともに、鋼管端部の管周方向の曲率が前記最大曲率に揃うように押込みロールの押込み量を設定し、鋼管を回転させて矯正することを特徴とする鋼管端部の矯正方法。
【請求項２】
鋼管端部の矯正装置であって、鋼管を回転する手段と、鋼管端部の外面を下方から支持するロールであって軸心が鋼管と平行になるとともにその間隔が変更可能な２本の支持ロールと、前記２本の支持ロールの中間に位置し軸心が支持ロールと平行な１本の押込みロールと、管周方向の曲率分布を測定する曲率分布測定手段と、測定された曲率分布から最大曲率と曲率変動ピッチを算出し、それに基づいて２本の支持ロールの間隔と押込みロールの押込み量を設定するロール位置制御手段を備えていることを特徴とする鋼管端部の矯正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管、特にＵＯＥ鋼管を製造する時の鋼管端部の変形を適切に矯正するための矯正方法および矯正装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＯＥ鋼管を製造する場合には、鋼板をＵプレスおよびＯプレスで成型した後、突合せ溶接するが、この工程では、鋼管の真円度は出せないため、円周方向に１０数個に分割した拡縮式のダイスを縮めた状態で鋼管内面に挿入し、そのダイスを拡げて拡管することで鋼管の真円度を上げる工程がある。
【０００３】
この工程において、図６（ａ）に示すように、鋼管１の周方向でダイス２が直接当る管周部分１Ａと、ダイスとダイスの間でダイス２が直接当らない管周部分１Ｂとがあり、ダイス２が直接当る管周部分１Ａはダイス２の面に沿った形状で拡管するのに対し、ダイス２が直接当らない管周部分１Ｂはダイス面の拘束なしに拡管するため、管周部分１Ｂの曲率が円周部分１Ａの曲率より小さくなる。その結果、ダイスの分割ピッチに対応して管周方向の曲率が周期的に変動し、図６（ｂ）に示すように、鋼管１は多角形状となる。
【０００４】
しかし、多角形状の鋼管と鋼管を突合せ溶接で接続すると、鋼管端部の突合せ面の高さが合わず信頼性にかける溶接となるため、高精度を要求する設備へ使用するには、管端部の真円度の良い鋼管の製造が要求される。
【０００５】
これまで、鋼管端部の真円度を高める技術としては、特開平２−２４７０１７号公報や特開平６−１９８３３７号公報に記載の技術が知られている。
【０００６】
特開平２−２４７０１７号公報に記載の技術は、鋼管端部の最下端部に管端部の内外面を押圧し矯正する1対のロールと、管端部の周方向に沿って矯正ロールから等距離の位置に配置された２対のクランプロールを用いて、まず、矯正ロールを無負荷状態で鋼管を回転させて管端周方向の曲率分布と平均曲率を求め、次いで、求められた平均曲率と曲率分布の差に応じて矯正ロールの圧下位置を制御することによって、管端部の真円度を矯正するものである。
【０００７】
また、特開平６−１９８３３７号公報に記載の技術は、管内面側および管外面側にそれぞれ２個のロールを配設し、管端部を円周方向に曲げ・曲げ戻し矯正を行うことによって、管端部の真円度を矯正するものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平２−２４７０１７号公報に記載の技術は、スペースが限られている管端内側に３個のロールを配置する必要があり複雑な構造になってしまう。しかも、矯正ロールとクランプロールとの間隔については考慮されていないため、ダイスの分割ピッチに対応する短い周期の管周方向の曲率変動を充分矯正することができない。
【０００９】
また、特開平６−１９８３３７号公報に記載の技術も、管端内側に２個のロールを配置する必要があり複雑な構造になってしまう。さらに、４個のロールの間隔については考慮されていないため、ダイスの分割ピッチに対応する短い周期の管周方向の曲率変動を充分矯正することができない。
【００１０】
したがって、本発明は、上記の問題点を解決するために、構造が簡単で、かつダイスの分割ピッチに対応する短い周期の管周方向の曲率変動を充分矯正することができる鋼管端部の矯正方法および矯正装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は下記の特徴を有する。
【００１２】
［１］鋼管端部の矯正方法であって、鋼管端部の外面に接して下方から支持する２本の支持ロールを管周方向に間隔を開けて管軸方向に平行に配置するとともに、鋼管端部の内面に接する１本の押込みロールを前記２本の支持ロールの管周方向の中間位置に管軸方向に平行に配置し、まず、押込みロールを無負荷状態で回転させて鋼管端部の管周方向の曲率分布を測定し、測定された曲率分布から最大曲率と曲率変動ピッチを算出し、次いで、前記２本の支持ロールと鋼管端部外面がそれぞれ接する接触点の間隔が前記曲率変動ピッチよりも狭くなるように２本の支持ロールの間隔を設定するとともに、鋼管端部の管周方向の曲率が前記最大曲率に揃うように押込みロールの押込み量を設定し、鋼管を回転させて矯正することを特徴とする鋼管端部の矯正方法。
【００１３】
［２］鋼管端部の矯正装置であって、鋼管を回転する手段と、鋼管端部の外面を下方から支持するロールであって軸心が鋼管と平行になるとともにその間隔が変更可能な２本の支持ロールと、前記２本の支持ロールの中間に位置し軸心が支持ロールと平行な１本の押込みロールと、管周方向の曲率分布を測定する曲率分布測定手段と、測定された曲率分布から最大曲率と曲率変動ピッチを算出し、それに基づいて２本の支持ロールの間隔と押込みロールの押込み量を設定するロール位置制御手段を備えていることを特徴とする鋼管端部の矯正装置。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図を参照しながら説明する。
【００１５】
図１に本発明の鋼管端部の矯正装置の一実施形態を示す。（ａ）は全体図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。図１に示すように、鋼管１の両管端部のそれぞれに管端矯正装置本体４が配置されている。管端矯正装置本体４は、鋼管端部の外面を下方から支持するための２本の支持ロール５と、２本の支持ロール５の中間に押込みロール６を有している。２本の支持ロール５と押込みロール６の軸心はいずれも鋼管１の軸心と平行になっている。また、鋼管１の側面には、鋼管１を回転させるためのターニングロール３が配置されている。
【００１６】
図２は、上記管端矯正装置本体４の詳細図である。（ａ）は管軸方向からみた図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。２本の支持ロール５には２本の支持ロール５の間隔を変更するための支持ロール駆動装置５Ａが取り付けられている。また、押込みロール６には押込みロール６に押込み力を与えて押込みロール６の押込み量を調整するためのシリンダ等による押込み駆動装置６Ａが取り付けられている。なお、押込みロール６は押込み力が付加されない時には自重によって鋼管１の内面に追従して位置が変化するようになっている。さらに、押込み駆動装置６Ａには押込みロール６の位置を測定するための押込み量検出センサー８が取り付けられているとともに、押込みロール６には押込みロール６の回転角度を測定することによって鋼管１の回転位置を検出するための回転位置検出センサー１０が取り付けられている。そして、管端矯正装置を制御するための矯正制御部（図示しない）が設けられており、押込み量検出センサー８と回転位置検出センサー１０の測定データに基づいて支持ロール５の間隔および押込みロール６の押込み量を制御するようになっている。
【００１７】
そして、上記の本発明の実施形態の矯正装置を用いた鋼管管端の矯正方法は以下の手順で行う。
（１）鋼管１の管端に管端矯正装置本体４を、鋼管１の側面にターニングロール３を配置する。
（２）支持ロール駆動装置５Ａによって、支持ロール５と押込みロール６との距離が適切な値になるように２本の支持ロール５の間隔を設定する。
（３）押込みロール６を無負荷状態にして、ターニングロール３によって鋼管１を１回転させ、回転位置検出センサー１０によって鋼管１の回転位置を測定するとともに押込み量検出センサー８によって押込みロール６の位置の変化を測定する。
（４）矯正制御部が、鋼管１の回転位置と押込みロール６の位置の測定データから鋼管端部の管周方向の曲率分布（または曲率半径分布）を算出し、それに基づいて最大曲率（＝最小曲率半径）と管周方向曲率変動のピッチを求める。図３に示すように、支持ロール５の中心と押込みロール６の中心との水平方向距離をＬ、支持ロール５の外径をＲB、押込みロール６の外径をＲT、鋼管の厚さをｔ、鋼管１の回転位置をθ（θ＝０〜２π）、支持ロール５の最上部を基準にした押込みロール６の最下部の下方向への位置をＹ（θ）とすると、鋼管端部外周の管周方向の曲率半径分布Ｒ（θ）と最小曲率半径Ｒminは下記の式で求められる。すなわち、
Ｒ（θ）＝［Ｌ2／｛２（Ｙ（θ）＋ｔ）｝］＋（Ｙ（θ）＋ｔ）／２−ＲB                                                        -------（１式）
Ｒmin＝Ｍｉｎ｛Ｒ（θ）｝                              -------（２式）
そして、曲率半径分布Ｒ（θ）の周期的な変動の周期が曲率変動ピッチＬSとなる。
（５）矯正制御部が、算出した曲率変動ピッチＬSと最小曲率半径Ｒminから、支持ロール５と鋼管１の接触点Ｓと押込みロール６の中心との水平方向距離ＬPが曲率変動ピッチＬSの１／２より小さくなるように支持ロール５の中心と押込みロール６の中心との水平方向距離Ｌを定めるとともに、管周方向の曲率半径が最小曲率半径Ｒminに揃うように支持ロール５の最上部を基準にした押込みロール６の最下部の下方向への位置すなわち押込み量ＹPを以下の式によって決定する。すなわち、
ＬP＜ＬS／２                                          -------（３式）
Ｌ＝｛（Ｒmin＋ＲB）／Ｒmin｝×ＬP                    -------（４式）
ＹP＝−｛（Ｒ´min＋ＲB）2−ＬP2｝1/2＋（Ｒ´min＋ＲB）−ｔ                                                        -------（５式）
ここで、Ｒ´min＝ΔＲ・Ｒminで、ΔＲ（＜１）は鋼管１のスプリングバック定数である。
なお、Ｒmin＞＞ＲBの場合にはＬ＝ＬPとしてもよい。
（６）上記の決定に基づいて、支持ロール駆動装置５Ａが２本の支持ロール５の中心間の間隔を２Ｌに設定するとともに、押込み駆動装置６Ａが押込みロール６の位置をＹPになるように設定する。
（７）ターニングロール３によって鋼管１を１回転させる。
【００１８】
以上のような手順で管端の矯正を行うことにより、鋼管端部の管周方向の曲率半径が最小曲率半径Ｒmin（＝最大曲率１／Ｒmin）に揃うように矯正され、良好なる管端形状の鋼管が得られる。すなわち、２本の支持ロール５と鋼管１の接触点の間隔ＬPを曲率変動ピッチＬSより狭くして押込みロール６を押し込んでいるので、ダイスの分割ピッチに対応する短い周期の管周方向の曲率変動を充分矯正することができる。
【００１９】
また、最大曲率に揃うように押込みロールを押し込むので管端内側には押込みロールを1本配置するだけでよく、矯正装置の構造が簡単で済む。
【００２０】
なお、上記の実施形態では、曲率半径分布Ｒ（θ）から曲率変動ピッチＬSを求めたが、曲率変動ピッチＬSはダイスの分割ピッチに対応しているので、ダイスの分割ピッチが分かっていればそれを曲率変動ピッチＬSとしてもよい。
【００２１】
また、上記の実施形態では、押込みロールを用いて曲率半径分布を測定したが、図４に示すように、押込みロールとは別に管端変形量検出センサー９を設けることでもよい。
【００２２】
【実施例】
上記の本発明の一実施形態によって鋼管端部の矯正を行った結果を以下に示す。
（実施条件）
鋼管のサイズ：外径  １０６６．８ｍｍ、厚さ  ８．７ｍｍ
支持ロール  ：直径  １８０ｍｍ、
押込みロール：直径  ２５０ｍｍ
（実施結果）
先ず、２本の支持ロールの間隔を２００ｍｍに設定し、押込みロール６を無負荷状態にして、鋼管を１回転して押込みロール位置の変化を測定し、前記の（１式）、（２式）により鋼管端部外周の曲率半径分布を求めたところ、
最小曲率半径：５３２．４ｍｍ
曲率変動ピッチ：２７６ｍｍ
であった。
【００２３】
次に、鋼管端部外周の曲率半径が最小曲率半径の５３２．４ｍｍに揃うように、前記の（３式）、（４式）、（５式）に基づいて、矯正装置を下記のように設定し、鋼管を１回転して鋼管端部の矯正を行った。すなわち、
支持ロールと鋼管の接触点間距離：１７０．７ｍｍ
支持ロールの中心間距離        ：２００ｍｍ
押込みロールの押込み量        ：０．５ｍｍ
押込み荷重                    ：３９．９ｋＮ
そして、矯正後にも、押込みロール６を無負荷状態にして、鋼管を１回転して押込みロール位置の変化を測定することで、矯正後の鋼管端部の変形量を求めた。
【００２４】
その結果を図５に示す。図５では、変形量の測定値のほぼ中心値を０ｍｍとして表している。矯正前には管周方向に約３０°ピッチの細かい周期で発生していた±１．０ｍｍ程度の大きな変形が、矯正後には矯正前の約２０％の±０．２ｍｍ程度の変形量に低減しており、充分な矯正効果が得られている。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、２本の支持ロールと鋼管との接触点の間隔を曲率変動ピッチよりも狭くして押込みロールで押し込んで鋼管端部の管周方向の曲率半径が最大曲率に揃うように鋼管端部の矯正を行うので、矯正装置の構造が簡単で済むとともにダイスの分割ピッチに対応する短い周期の管周方向の曲率変動を充分矯正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を説明する全体図である。
【図２】本発明の一実施形態の詳細図である。
【図３】本発明の一実施形態における曲率分布等の測定方法を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図５】本発明の実施例を示す図である。
【図６】ダイスで拡大することにより鋼管が変形する様子を示す図である。
【符号の説明】
１    鋼管
２    拡管ダイス
３    ターニングロール
４    管端矯正装置本体
５    支持ロール
５Ａ  支持ロール駆動装置
６    押込みロール
６Ａ  押込み駆動装置
８    押込み量検出センサー
９    鋼管変形量検出センサー
１０  回転位置検出センサー
Ｓ    鋼管と支持ロールの接触点
【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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