JP2008238211A - スパイラルパイプの製造方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋼帯幅が必ずしも一定でない鋼帯を素材としてスパイラル鋼管を製造するときに適切な溶接ギャップを確保して健全な溶接部を有するスパイラル鋼管を製造する手段を提供する。
【解決手段】 鋼帯をサイドトリミングした後スパイラル状に成形し、エッジ部を突合せて内面次いで外面を溶接するスパイラル鋼管の製造方法において、内面溶接点より少なくとも２Ｄ分（Ｄは製造されるスパイラル鋼管の外径）上流側の帯鋼幅の変動を連続的に測定するとともに、該帯鋼幅の変動に応じて内面溶接点において所定の溶接ギャップが得られるように案内する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スパイラルパイプの製造方法に係り、特に素材熱延鋼帯の板幅が変動するものであるときのスパイラルパイプの製造方法に関する。

スパイラルパイプは、所定の幅を持った鋼帯を一定角度でスパイラル状に形成し、継目を溶接することによって製造される。このスパイラル鋼管の製造に当たっては、素材である鋼帯の幅や端面の形状を一定に保つとともに、スパイラル成形に当たって鋼帯の侵入角度を極力一定に維持することが製品鋼管のサイズ（直径）や溶接部の品質を維持する上で重要である。このような目的を達成するために、例えば特許文献１には、位置検出センサによってコイルの蛇行や帯幅の変動等によるコイルの幅方向の変位量が検出されると、それらの変位量に応じてベンディングロールが揺動駆動されロール角度が調整されることによってコイルが正規位置に戻されるという手段が開示されている。また、特許文献２には、外面溶接点より螺旋の１ピッチ上流側の帯鋼のエッジ位置を検出し、この検出にしたがってトーチ位置を倣い制御するという手段が開示されている。さらに、特許文献３には、スパイラル鋼管の成形部直前で、ラップ量及び侵入角を測定し、これらの値を所定値に保つように、前処理台車の回動、又は送出しロールの左右圧下差、もしくは成形ロールのステアリングを制御するという手段が開示されている。

特開平９−１９２７３０号公報 特開平１１−５８００２号公報 特開平５−１６１９１５号公報

上記、特許文献１〜３に記載の手段は、スパイラル鋼管の製造用の素材である鋼帯の幅が所定の幅に整えられている又は整えることを前提としている。しかしながら、スパイラル鋼管用の素材鋼帯には、必ずしも希望するサイズのものが供されず、不十分なサイズ、形状のものを使用せざるを得ない場合がある。例えば、部分的に所定の幅を有していない鋼帯を使用せざるを得ないときがある。このような場合、幅の最も小さい部分を基準としてサイドスリットを行い、さらに端面加工を行って製管すれば、鋼帯から鋼管への製造歩留まりが低下するので、サイドトリミング幅を鋼帯の端面から一定値、例えば最大２０ｍｍ程度に制限し、鋼帯の幅が変動する状態で製管する場合がある。このような場合、鋼帯幅を一定のものとしてスパイラル成形を行うと、溶接部において先行する鋼帯の端面と後行する鋼帯の端面との間に目違いが生じ、適切な溶接ギャップが確保できないため、スパイラル溶接部に溶接不良を生ずることがある。

本発明は、上記のような鋼帯幅が必ずしも一定でない鋼帯を素材としてスパイラル鋼管を製造するときに適切な溶接ギャップを確保して健全な溶接部を有するスパイラル鋼管を製造する手段を提供することを目的とする。

本発明のスパイラル鋼管の製造方法は、鋼帯をサイドトリミングした後スパイラル状に成形し、エッジ部を突合せて内面次いで外面を溶接するスパイラル鋼管の製造方法において、内面溶接点より少なくとも２Ｄ分（Ｄは製造されるスパイラル鋼管の外径）上流側の帯鋼幅の変動を連続的に測定するとともに、該帯鋼幅の変動に応じて内面溶接点において所定の溶接ギャップが得られるように案内するものである。

具体的には、鋼帯の凹部発生位置を検出し、該凹部発生位置を含んで内面溶接点において鋼帯の内廻りサイドの溶接ギャップが所定値になるように鋼帯を案内するとともに、前記鋼帯の内廻りサイドの凹部発生位置が内面溶接部に到達した後、該凹部発生位置に対応する鋼帯の外廻りサイドが内面溶接部に到達するまでの時間経過後に鋼帯の外廻りサイドの溶接ギャップが所定値になるように鋼帯を案内するものである。

上記発明における帯鋼の内面溶接線側の案内は、スパイラル鋼管の軸線と素材帯鋼の軸線との角度調整により行なわれることが望ましい。

本発明は、鋼帯のサイドトリミングが素材帯鋼の端部から一定値を保って行われる場合に適用するのが効果的である。

上記本発明のスパイラル鋼管の製造方法は、鋼帯をサイドトリミングした後スパイラル状に成形し、エッジ部を突合せて内面、次いで外面を溶接するスパイラル鋼管の製造装置において、内面溶接点より少なくとも２Ｄ分（Ｄは製造されるスパイラル鋼管の外径）上流側において帯鋼幅の変動を測定する鋼帯幅測定装置、前記鋼帯幅連続測定装置による鋼帯幅測定結果を基準鋼帯幅と比較演算する鋼帯幅比較演算部及びスパイラル鋼管の該鋼帯幅連続測定装置による鋼帯幅測定位置から内面溶接位置に至る距離と溶接速度により鋼帯幅測定位置が内面溶接位置に到達する時刻を演算する内面溶接時刻演算部を有し該鋼帯幅比較演算部の演算結果及び内面溶接時刻演算部の演算結果に基づいて内面溶接時における溶接ギャップが所定値になるようにスパイラル造管角度を修正制御する造管角度演算・制御装置を具備せしめることによって達成することができる。

本発明により、スパイラル鋼管の製造時に素材鋼帯の幅が不測の事態によって変動しても、その内面溶接時の溶接ギャップを常に適切に維持することができ、それにより健全な突合せ溶接部を有するスパイラル鋼管を製造することが可能になる。

図１は本発明の適用されるスパイラル造管設備の概念図である。ここに示されているように、鋼コイル1がアンコイラ3により鋼帯2として払い出される。この鋼帯2は、レベラ4により矯正された上で必要に応じサイドスリッタ5により所定幅に調整され、さらに開先加工機6により所定形状の開先が鋼帯端部に形成される。サイドスリッタ5による鋼帯耳部の切落としを行うことなく、直接開先加工機6による開先加工が行われることもある。

このように開先加工された鋼帯2は、送出しロール7により溶接速度ｖに合わせて成形機11側に送給され、成形機11でスパイラル状に成形され、内面溶接機12で内面溶接された後、外面溶接機14で外面溶接されスパイラル鋼管15が完成する。なお、スパイラル鋼管の直径Ｄと鋼帯幅Ｗの間の調整は、スパイラル鋼管を載置・搬送20を、回転軸Ｏを中心に回動することにより行われる。なお、中心軸Ｏは、鋼帯の軸線と鋼管の軸線との交点であり、そのなす角度が造管角αである。

本発明においては、送出しロール7の後面側に、鋼帯2の幅測定装置10が設置されており、鋼帯2の幅Ｗが実測される。これは、本発明の場合には、造管に供される鋼帯が部分的に所定の幅を有していないものを使用せざるを得ない場合を想定している。かかる場合、鋼帯幅を一定のものとしてスパイラル成形を行うと、溶接部において先行する鋼帯の端面と後行する鋼帯の端面との間に目違いが生じ、適切な溶接ギャップが確保できないため、スパイラル溶接部に溶接不良を生ずることがある。鋼帯幅Ｗを実測するのは、上記のような鋼帯が部分的に所定の幅を有していない場合にも適切な溶接ギャップを確保するためである。

図２は、本発明による内面溶接線側の形成状態を示す模式的説明図である。この図では、鋼帯2のＬ−Ｍ間で凹部8が生じて鋼帯幅が所定値Ｗに対し最大ΔＷだけ狭くなっている。このような場合、通常の造管工程にしたがって鋼帯を送り込むと、鋼帯2の部位Ｌが内面溶接点に到達したときから、内面溶接部の溶接ギャップΔＧが拡大して次第に満足な突合せ溶接部が得られなくなる。

本発明はこの不具合に対応するため、鋼帯2の幅を内面溶接点Ｂの位置より少なくとも２Ｄ分（Ｄは製造されるスパイラル鋼管の外径）上流側において連続的に測定する。これにより、造管角度αが設備仕様の最大値を取るときにも、鋼帯幅測定部においては鋼帯に掛かる曲げ加工の影響が現れず、鋼帯幅の変動が正確に測定できるようになる。そして、この鋼帯幅の変動に応じて鋼帯2の内面溶接線側を内面溶接点において所定の溶接ギャップが得られるように案内するのである。

上記の案内を確実にするためには、図１に示すように、内面溶接点より少なくとも２Ｄ分（Ｄは製造されるスパイラル鋼管の外径）上流側に帯鋼幅の変動を測定する鋼帯幅測定装置10を置き、その測定結果を基準鋼帯幅Ｗと比較演算する鋼帯幅比較演算部23に入力して基準鋼帯幅Ｗと比較演算する。同時に、送出しロールから鋼帯の送給速度（これは溶接速度ｖと実質的に一致する）を得て、これを内面溶接時刻演算部24に入力し、鋼帯の部位Ｑ（凹部８が最大の凹みを生じている部位Ｐに対応する鋼帯2の幅方向部位）が内面溶接点Ｂに到達するまでの時間を演算する。

鋼帯の部位Ｐが内面溶接点Ｂに到達するまでの時間Ｔ_１は、溶接速度をｖ、ＰＢ間の距離をｌ_１として、ｌ_１／ｖとなる。一方、鋼帯2の部位Ｑが内面溶接点Ｂに到達するまでの時間Ｔ_２は、内面溶接点Ｂから部位Ｒ（内面溶接点Ｂに対応する鋼帯幅方向部位）までの距離をｌ_２として、上記ｌ_１／ｖ＋ｌ_２／ｖとなる。内面溶接点Ｂから部位Ｒの距離は、実質的にスパイラル鋼管の１らせん長に相当するから、鋼帯幅Ｗと造管角度αにより、
ｓｉｎα＝Ｗ/πＤ，ここにＤ：スパイラル鋼管の直径である。
と算出される。

このようにして演算された鋼帯幅Ｗの変動情報及び鋼帯幅の変動部（凹部8）の内面溶接部Ｂまでの到達時刻情報は造管角度制御部25に入力される。造管角度制御部25は、上記情報に基づき、鋼帯部位Ｐ、Ｑが内面溶接点Ｂに到達する時刻に内面溶接点Ｂにおける溶接ギャップΔＧが適切な値になるように駆動装置21を制御する。

上記のようにスパイラル鋼管の制御システムを構成したときの造管方法は、以下のようになる。まず、鋼帯2の図面左側のサイド（このサイドを「内廻りサイド」という）が常に内面溶接点Ｂに所定のギャップΔＧを有して送りこまれるようにする。また、鋼帯幅測定装置10に上記内回りサイドの端面検出装置17を設けておき、その検出結果に基づき造管角度調整テーブル20を制御することによっても可能である。図２に示すように、鋼帯2に凹部8が生じているときは、凹部8の形状に応じ、鋼帯部位ＬからＰに至るまで造管角度αが小さくされ、その後部位Ｍに至るまで復旧され、その後規定の造管角度で造管される。

一方、鋼帯2の図面右側のサイド（このサイドを「外廻りサイド」という）には、本例の場合では、内廻りサイドに見られるような凹部は存在しない。しかし、凹部8によって鋼帯幅Ｗが狭まった影響は、内面溶接点Ｂにおいて、内廻りサイドの溶接後、Ｂ−Ｒ間の距離ｌ_２、時間に換算してｌ_２／ｖ後に外廻りサイドの鋼帯幅が最大ΔＷだけ狭まったものとして現れる。本発明においては、この影響を補償するために、外廻りサイドの鋼帯部位Ｓ（凹部8が現れ始めた部位Ｌの鋼帯の幅方向対応部位）から部位Ｔ（凹部8が消滅した鋼帯上の部位Ｍの鋼帯の幅方向対応部位）の間に亘って内側溶接点Ｂにおける溶接ギャップΔＧが適正範囲になるように造管角度αが調整される。本発明においては、この時間差を伴う調整を行うために、鋼帯幅測定位置から内面溶接位置Ｂに至る距離ｌと溶接速度ｖにより、鋼帯幅測定位置から内面溶接位置に到達する時刻を内面溶接時刻演算部24によって演算し、演算された遅れ時間後に鋼帯幅比較演算部23により与えられる鋼帯幅の変動分を補償する角度調整を造管角度制御部から出力し、駆動装置21により造管角度調整テーブル20を回動させるようにしている。

図３は、本発明の適用される鋼帯2の形状について例示したものであって、図３（ａ）の場合は、外廻りサイドに凹部8があり、図３（ｂ）の場合は内廻りサイド、外廻りサイドの双方に凹部8がある場合を示している。これらの場合における本発明の具体的操業方法は、基本的には上記内廻りサイドに凹部8がある場合に準じて設計することができる。

なお、上記鋼帯幅比較演算部23、内面溶接時刻演算部24、造管角度制御部25は一つの演算・制御装置一つのプロセスコンピュータ内にまとめられ、全体として演算・制御装置22を形成している。

本発明の適用されるスパイラル造管設備の概念図である。 本発明による内面溶接線側の案内状態を示す模式的説明図である。 本発明の適用される鋼帯の側端形状を示す模式的説明図である。

符号の説明

1：鋼コイル
2：鋼帯
3：アンコイラ
4：レベラ
5：サイドスリッタ
6：開先加工機
7：送出しロール
8：凹部
10：幅測定装置
11：成形機
12：内面溶接装置
14：外面溶接装置
15：スパイラル鋼管
16：走行切断機
17：内回りサイドの端面検出装置
20：造管角度調整テーブル
21：駆動装置
22：演算・制御装置
23：鋼帯幅比較演算部
24：内面溶接時刻演算部
25：造管角度制御部

Claims (5)

1. 鋼帯をサイドトリミングした後スパイラル状に成形し、エッジ部を突き合せて内面を、次いで外面を溶接するスパイラル鋼管の製造方法において、
   内面溶接点より少なくとも２Ｄ分（Ｄは製造されるスパイラル鋼管の外径）上流側の帯鋼幅の変動を連続的に測定するとともに、該鋼帯幅の変動に応じて鋼帯の内面溶接点において所定の溶接ギャップが得られるように鋼帯を案内することを特徴とするスパイラル鋼管の製造方法。
2. 鋼帯の凹部発生位置を検出し、該凹部発生位置を含んで内面溶接点において鋼帯の内廻りサイドの溶接ギャップが所定値になるように鋼帯を案内するとともに、前記鋼帯の内廻りサイドの凹部発生位置が内面溶接部に到達した後、該凹部発生位置に対応する鋼帯の外廻りサイドが内面溶接部に到達するまでの時間経過後に鋼帯の外廻りサイドの溶接ギャップが所定値になるように鋼帯を案内することを特徴とする請求項１記載のスパイラル鋼管の製造方法。
3. 鋼帯の内面溶接線側の案内が、スパイラル鋼管の軸線と素材帯鋼の軸線との角度調整により行なわれることを特徴とする請求項１記載のスパイラル鋼管の製造方法。
4. 鋼帯のサイドトリミングが素材鋼帯の端部から一定値を保って行われることを特徴とする請求項１又は２記載のスパイラル鋼管の製造方法。
5. 鋼帯をサイドトリミングした後スパイラル状に成形し、エッジ部を突き合せて内面、次いで外面を溶接するスパイラル鋼管の製造装置において、
   内面溶接点より少なくとも２Ｄ分（Ｄは製造されるスパイラル鋼管の外径）上流側において帯鋼幅の変動を測定する鋼帯幅測定装置、前記鋼帯幅連続測定装置による鋼帯幅測定結果を基準鋼帯幅と比較演算する鋼帯幅比較演算部及びスパイラル鋼管の該鋼帯幅連続測定装置による鋼帯幅測定位置から内面溶接位置に至る距離と溶接速度により鋼帯幅測定位置が内面溶接位置に到達する時刻を演算する内面溶接時刻演算部を有し該鋼帯幅比較演算部の演算結果及び内面溶接時刻演算部の演算結果に基づいて内面溶接時における溶接ギャップが所定値になるようにスパイラル造管角度を修正制御する造管角度演算・制御装置を具備してなることを特徴とするスパイラル鋼管の製造装置。

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