JP6551365B2

JP6551365B2 - 大径鋼管用管内面研削装置

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Publication number: JP6551365B2
Application number: JP2016212676A
Authority: JP
Inventors: 征哉田村; 山田　真一; 真一山田; 悟松崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2016-10-31
Filing date: 2016-10-31
Publication date: 2019-07-31
Anticipated expiration: 2036-10-31
Also published as: JP2018069386A

Description

本発明は、大径鋼管用管内面研削装置に関し、より具体的には、例えば、ＵＯＥ方式鋼管の製造工場における内面ビードのような突起物の研削工程、または、鋼管の精整作業等における疵部の研削工程で適用できる装置に関する。

大径鋼管として代表的なＵＯＥ鋼管を例に説明する。ＵＯＥ鋼管の製造方法としては、まず、素材となる厚鋼板の両サイドエッジ部の開先加工を行った後、Ｃプレスでエッジ部の鼻曲げを行う。さらに、Ｕ、Ｏプレスで鋼板を、鋼板の長手方向の端部が互いに向き合うように円筒形に成形した後、仮付け機でパイプを拘束する。そして、互いに向き合ったシームエッジを突き合わせて仮付け溶接したのち、内面側および外面側から溶接し、その後拡管装置で直径がやや大きくなるように内面側から塑性変形を与えてＵＯＥ鋼管が製造される。さらにその後、ＵＯＥ鋼管に対して水圧試験機、端面切削、各種非破壊検査等を行い製品となる（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−５２１１８号公報

この中で、電気事業法が適用される厳格仕様の発電所向けオーダー等では、鋼管の管端部から数ｍの範囲において余盛高さ（ビード高さ）を１．５ｍｍ程度に抑える仕様となっており、この場合、内外面の溶接を実施した後にグラインダーによるビード研削を行って仕様を満足させている。しかしながら、これらのオーダーは比較的鋼管外径の小さいものが多く、内面側のビードを研削する際はオペレータがパイプ内に潜って実施しており、能率、作業環境は共に改善が望まれていた。このように、鋼管の内面に発生するビード等の突起物をより精度良くかつ効率的に研削する技術の確立が希求されていた。

一方、鋼管内面の母材部に疵が発生した場合には、たとえば、鋼管母材部に関するスペックを満足する範囲内で疵部を研削することにより疵を除去することがある。この場合も、上述と同様、内面の疵をより精度良くかつ効率的に研削する技術の確立が望まれていた。

そこで、本発明は、大径鋼管の内面に発生するビード等の突起物や疵をより精度良くかつ効率的に研削することが可能な大径鋼管用管内面研削装置を提供することを目的とする。

なお、本発明において大径鋼管の大径とは、外径が４００ｍｍ以上であることを指し、好ましくは、４００〜１４００ｍｍであることを指す。

本発明者らは、上記の課題に対し、鋼管の内面研削装置を開発し、完成させた。本発明の要旨は以下の通りである。
［１］大径鋼管の内面を研削するための装置であり、
管軸方向の一端側に操作部を有し、前記管軸方向の他端側に形成されたローラーが鋼管内面上で回転することにより、鋼管内部を前記管軸方向に進行可能な本体部と、
前記ローラーの上方に形成され、鋼管を内面側から外面側に向けて押圧することで前記本体部を支持可能なヘッドサポートロールと、
前記本体部に形成され、鋼管内面を研削するための研削部と、
を備える大径鋼管用管内面研削装置。
［２］前記研削部は、前記鋼管内面の突起物および／または前記鋼管内面の母材部の疵を研削する前記［１］に記載の大径鋼管用管内面研削装置。
［３］前記研削部が研削する前記鋼管内面の突起物の高さを設定する突起物高さ設定部および／または前記研削部が前記鋼管内面母材部の疵を研削する深さを設定する疵研削深さ設定部を更に備える前記［２］に記載の大径鋼管用管内面研削装置。

本発明によれば、大径鋼管の内面に発生するビード等の突起物や疵をより精度良くかつ効率的に研削することができる。

本発明の大径鋼管用管内面研削装置の構成の概略を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は下面図である。突起物高さ設定部の機能を説明するための図である。本発明の大径鋼管用管内面研削装置が鋼管内部を管軸方向に進行しながら、ビード等の突起物を研削する状態を説明するための図である。疵研削深さ設定部の機能を説明するための図である。本発明の大径鋼管用管内面研削装置が鋼管内部を管軸方向に進行しながら、母材部の疵を研削する状態を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態に係る大径鋼管用管内面研削装置１について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１の構成の概略を示し、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は下面図である。図２は、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１が有していることが好ましい突起物高さ設定部７の機能を説明するための図である。図３は、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１が鋼管内部を管軸方向に進行しながら、ビード等の突起物を切削する状態を説明するための図である。図４は、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１が有していることが好ましい疵研削深さ設定部７０の機能を説明するための図である。図５は、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１が鋼管内部を管軸方向に進行しながら、母材部の疵を研削する状態を説明するための図である。

図１〜５に示す本発明の大径鋼管用管内面研削装置１は、鋼管内面を研削するための装置であり、より具体的には、大径鋼管Ｐの内面の管軸方向（図中、Ｘ軸方向）に形成されたビードＸ等の突起物や大径鋼管Ｐの母材部の疵を研削するための装置である。そして、大径鋼管用管内面研削装置１は、鋼管Ｐの管軸方向の一端に操作部（ハンドル１３）を有し、先端部に形成されたローラー５が鋼管内面上で回転することにより、鋼管Ｐ内部を管軸方向に進行可能な本体部２、３を備える。具体的には、本体部２が操作部（ハンドル１３）を有し、本体部３がローラー５を有する。また、大径鋼管用管内面研削装置１は、ローラー５の上方に形成され、鋼管Ｐを内面側から外面側に向けて押圧することで本体部２、３を支持可能なヘッドサポートロール４を備える。さらに、大径鋼管用管内面研削装置１は、本体部３に形成され、鋼管内面（好ましくは、大径鋼管Ｐの内面の管軸方向（図中、Ｘ軸方向）に形成されたビードＸ等の突起物や大径鋼管Ｐの母材部の疵）を研削するための研削部６を備える。これらの構成により、大径鋼管Ｐの内面に発生するビードＸ等の突起物や疵をより精度良くかつ効率的に研削することができる。

また、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１は、研削部６が研削するビードＸ等の突起物の高さを設定する突起物高さ設定部７を備えていることが好ましく、これにより、研削されるビードＸ等の突起物の高さを所望の高さに制御することができる（図１〜３参照）。

また、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１は、研削部６が鋼管内面の母材部の疵を研削する深さを設定する疵研削深さ設定部７０を備えていることも好ましく、これにより、母材部の疵を研削する深さを所望の深さに制御することができる（図１、４、５参照）。

以下で詳細を説明する大径鋼管用管内面研削装置１を構成する各部材について、その材質や形状は、ビードＸ等の突起物や疵を研削する鋼管Ｐの内部に大径鋼管用管内面研削装置１が進入して、ビードＸ等の突起物や疵を所望の形状に研削することができれば特に限定されず、任意に変更することができる。

［本体部２、３］
本体部２と本体部３とは、連結形成されていることが好ましい。本体部２、３は、後述のローラー５を支点にし、図中Ｙ軸を中心軸にして、回動することができる。本体部２は、上記の連結部を末端部とした場合の先端部に操作部（以下、ハンドル１３として説明する。）を有する。このハンドル１３の形状等は特に限定されない。ハンドル１３は、例えば、脱着式のハンドルであってもよく、本体部２全体の長さを調整可能であってよい。このように、本体部２は、後述する本体部３に形成された研削部６によるビードＸ等の突起物や疵の研削の精度を向上させるための操作部として機能する。また、鋼管Ｐの内径の大きさに関わらずビードＸ等の突起物や疵の長さに応じて、本体部２を回動させて本体部２と本体部３との管軸方向に対する角度を変更して、ビードＸ等の突起物や疵を研削することができる。

本体部２、３は、管軸方向の先端部（Ｘ軸正方向の先端部）に形成されたローラー５が鋼管内面上で回転することにより、鋼管内部を管軸方向に進行することが可能である。

本体部３では、後述するローラー５および研削部６が形成されていることを特徴とし、これにより、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１は、鋼管内部を管軸方向に進行しながらビードＸ等の突起物や疵を研削することができる。

ローラー５は、本体部３の先端部に形成されており、鋼管Ｐ内面上で回転する。これにより、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１は、鋼管Ｐの管軸方向に進行することが可能となる。また、ローラー５は、大径鋼管用管内面研削装置１の一端側で鋼管Ｐに接することで装置１の支点になる。ビードＸ等の突起物や疵の研削において、ローラー５を支点として本体部２を回動（スイング）させることにより研削部６の高さを適切に調整することができるので、研削部６による研削を安定に行うことが可能となる。図１（ｂ）に示すように、ローラー５は、進行方向（Ｘ軸方向）に対して垂直な方向に離隔して設けられた２つの車輪を有し、これらの車輪がビードＸ等の突起物や疵に接触しないようにしつつ、ビードＸ等を研削することが好ましい。

また、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１の本体部３には、ローラー５の他に、ローラー９が、ローラー５と本体部３および本体部２の連結部の間に形成されていてもよい。このとき、ローラー５は、上記スイングにおける固定側ローラーとして機能し、ローラー９は、従動側ローラーとして機能することができる。従動側のローラー９は、バネ等の弾性体を介して本体部３と接続させることができる。これにより、ビードＸ等の突起物を研削しない場合は、従動側のローラー９の取り付け位置に相当する本体部３が、ビードＸ等を研削する場合に比べて十分に高い位置に保たれ、これにともない、研削部６もビードＸ等の突起物と干渉しない高さに保たれる。この結果、２つのローラー５、９により、本体部２、３を保持しながら、大径鋼管用管内面研削装置１を走行させると、大径鋼管用管内面研削装置１はビードＸ等の突起物と干渉することなく走行することができる。一方、ビードＸ等の突起物や疵を研削する場合には、ハンドル１３を押し下げることにより、本体部２、３は２つのローラー５、９により保持されながら、研削部６がビードＸ等の突起物や疵を研削するための高さにまで研削部６を低くすることができるので、安定した姿勢でビードＸ等の突起物や疵を研削することができる。

［ヘッドサポートロール４］
ヘッドサポートロール４は、ローラー５の上部（Ｚ軸正方向側）に形成され、鋼管Ｐを内面側から外側に向けて押圧することで本体部２、３を支持することが可能である。本発明の大径鋼管用管内面研削装置１はヘッドサポートロール４を有することにより、ビードＸ等の突起物や疵の研削時における鋼管Ｐからの反力を吸収して、安定した研削を維持することができる。

ヘッドサポートロール４の具体的な構成については、特に限定されないが、研削時の負荷変動に追従するために鋼管Ｐ内面と接する先端部（Ｚ軸正方向側先端部）にクッション機能を有していることが好ましい。また、ヘッドサポートロール４は、上記先端部が多様な径の鋼管Ｐと接することができるように、エアーシリンダーやバネ等の弾性体を内蔵したジャッキ等とすることが好ましい。また、ヘッドサポートロール４は、上記先端部（Ｚ軸正方向側先端部）がロール状、または球状となっていて、装置１の進行（Ｘ軸方向）に伴い回転してもよい。

［研削部６］
研削部６は、本体部３に形成され、管軸方向に形成された鋼管内面のビードＸ等の突起物や疵を研削する。研削部６の具体的な構成は特に限定されないが、ベルトサンダー、グラインダー等が適用される。本発明の大径鋼管用管内面研削装置１では、研削部６は、所定の向きで本体部３に設置されたベルトサンダーであることが好ましく、これにより、管軸方向に沿った研削動作をする際、抵抗力を抑制することができる。

［突起物高さ設定部７］
本発明の大径鋼管用管内面研削装置１は、研削部６が研削するビードＸ等の突起物の高さを設定する突起物高さ設定部７をさらに有していてもよい。これにより、研削される突起物の高さを所望の高さに制御することができる。

以下、突起物高さ設定部７の説明では、研削部６による研削対象である突起物が、ビードＸである場合を例にして説明する。

突起物高さ設定部７は、研削部６が研削するビードＸの高さを設定することができれば、その具体的な構成は特に限定されないが、例えば、図１〜３に示すように、本体部３の下部に突起物高さ設定部７を有する構成とし、突起物高さ設定部７は鋼管Ｐの母材部に接触する突起物高さ設定ローラー７Ｒ（以下、単にローラー７Ｒとも記す）と、ローラー７Ｒを保持する突起物高さ設定ローラー保持部７Ｈを有することができる。

また、さらに、突起物高さ設定部７には、本体部３と突起物高さ設定ローラー保持部７Ｈとの間にシム８が設けられていることが好ましく、シム８の厚さを調整する（例えば、厚さの異なるシム８を用いる、複数のシム８を重ねて用いる）ことにより、突起物高さ設定部７の下端（すなわち、ローラー７Ｒの下端）の位置を調整し、所望のビード高さを得ることができる。

この例について、図２を参照しながらより詳細に説明する。

突起物高さ設定部７は、ビードＸに干渉せずに鋼管Ｐの母材に接触することで、研削部６が研削するビードの高さを一定に保つことが求められる。そのため、図２に示すように、突起物高さ設定部７のローラー７Ｒは、２つの車輪７ＲａでビードＸをまたぐような形状にすることが好ましい。また、２つの車輪７Ｒａの替わりに、ローラー７Ｒの両端につばをつけたようなものであってもよい。２つのつばまたは車輪７Ｒａは胴部７Ｒｂを介して取り付けられている。ここで、２つのつばまたは車輪７Ｒａのそれぞれの最低部がいずれも管内面に接触したときの、研削部６の最低部高さが、所望のビード高さＨになるようにシム８の厚さを調整・設定すれば、研削部６がビードＸを研削してもその研削後のビードＸの高さがＨを下回ることがないので、ビードＸを過度に研削することなく、所定のビード高さまで研削することが可能となる。なお、突起物高さ設定部７の胴部７ＲｂがビードＸ等の突起物と接触する可能性をさらに低減するため、ローラー７Ｒの２つのつばの間隔または２つの車輪７Ｒａの間隔は、研削部６の幅（たとえばベルトサンダーのベルト幅）よりも広いことが好ましい。

また、シム８は、突起物高さ設定部７の位置（Ｚ軸方向の位置、高さ）、特にそのローラーの位置を調整する。また、突起物高さ設定部７は、シム８を介して本体部３に固定される。よって、突起物高さ設定部７と本体部３との間に挟まれるシム８の厚さを適宜調整することにより、所望のビード高さで研削することが可能となる。

［疵研削深さ設定部７０］
本発明の大径鋼管用管内面研削装置１は、研削部６が鋼管内面の母材部の疵を研削する深さを設定する疵研削深さ設定部７０をさらに有していてもよい。これにより、疵部の研削深さを所望の深さに制御することができる。

疵研削深さ設定部７０は、研削部６が鋼管内面の母材部の疵を研削する深さを設定することができれば、その具体的な構成は特に限定されないが、例えば、図１、４、５に示すように、本体部３の下部に疵研削深さ設定部７０を有する構成とし、疵研削深さ設定部７０は鋼管内面の母材部に接触する疵研削深さ設定ローラー７０Ｒ（以下、単にローラー７０Ｒとも記す）と、ローラー７Ｒを保持する疵研削深さ設定ローラー保持部７Ｈを有することができる。

また、さらに、疵研削深さ設定部７０には、本体部３と疵研削深さ設定ローラー保持部７０Ｈとの間にシム８が設けられていることが好ましく、シム８の厚さを調整する（例えば、厚さの異なるシム８を用いる、複数のシム８を重ねて用いる）ことにより、疵研削深さ設定部７０の下端（すなわち、ローラー７０Ｒの下端）の位置を調整し、所望の疵研削深さを得ることができる。

この例について、図４を参照しながらより詳細に説明する。

疵研削深さ設定部７０は、疵に干渉せずに鋼管Ｐの母材に接触することで、研削部６が鋼管母材部の疵を研削する深さを一定に保つことが求められる。これは、掻き疵のような場合には、凹状の疵に隣接して凸部が生じるからである。そのため、図４に示すように、疵研削深さ設定部７０のローラー７０Ｒは、２つの車輪７０Ｒａで凸状の疵をまたぐような形状にすることが好ましい。また、２つの車輪７０Ｒａの替わりに、ローラー７０Ｒの両端につばをつけたようなものであってもよい。２つのつばまたは車輪７０Ｒａは胴部７０Ｒｂを介して取り付けられている。ここで、２つのつばまたは車輪７０Ｒａのそれぞれの最低部がいずれも管内面に接触したときの、研削部６の最低部深さが、所望の疵研削深さＨ’になるようにシム８の厚さを調整・設定すれば、研削部６が疵を研削してもその研削後の疵研削深さがＨ’を上回ることがないので、疵を過度に研削することなく、所定の疵研削深さまで研削することが可能となる。なお、研削作業進行方向に対して、研削部６が疵研削深さ設定部７０よりも前方にある場合に、疵研削深さ設定部７０のローラー７０Ｒの２つのつばの間隔または２つの車輪７０Ｒａが、研削部６によって研削された部分を通ることを避けるため、疵研削深さ設定部７０のローラー７０Ｒの２つのつばの間隔または２つの車輪７０Ｒａの間隔は、研削部６の幅（たとえばベルトサンダーのベルト幅）よりも広いことが好ましい。

また、シム８は、疵研削深さ設定部７０の位置（Ｚ軸方向の位置、高さ）、特にそのローラーの位置を調整する。また、疵研削深さ設定部７０は、シム８を介して本体部３に固定される。よって、疵研削深さ設定部７０と本体部３との間に挟まれるシム８の厚さを適宜調整することにより、所望の疵研削深さで検索することが可能となる。

［カメラ１０、１１、モニター１２］
また、本発明の大径鋼管用管内面研削装置１は、鋼管Ｐ内部のビードＸ等の突起物や疵の研削状況を撮像する１または複数のカメラ（図中は２つのカメラ１０、１１）、さらにはこのカメラ１０、１１により撮像された画像をオペレータが観察するためのモニター１２を有していてもよい。モニター１２は、ハンドル１３を操作するオペレータが画像を観察しやすいように、ハンドル１３近傍にセットすることが好ましい。

これらの構成を有することで、鋼管Ｐ内部の状況をオペレータが監視しながら精度良くビード等の突起物や疵を研削することが可能になる。

［動作］
本発明の大径鋼管用管内面研削装置１を用いたビードＸ等の突起物の研削方法としては、まず、ハンドル１３を下げること（図３中、矢印ｆ２参照）で本体部２、３をスイングさせ、研削部６（ベルトサンダー）をビード等に押し当てながら鋼管Ｐの内部（図３中、矢印ｆ１参照）で往復可能に走行させビードＸ等の突起物を研削する。また、狙いの突起物の高さになるように突起物高さ設定部７のローラー７Ｒの位置をシム８で調整してから、ビード等の研削を開始してもよい。

また、母材部の疵の研削方法としても、同様に、まず、ハンドル１３を下げること（図５中、矢印ｆ２参照）で本体部２、３をスイングさせ、研削部６（ベルトサンダー）を疵に押し当てながら鋼管５の内部（図５中、矢印ｆ１参照）で往復可能に走行させ母材部の疵を研削する。また、所望の深さの疵を研削できるように疵研削深さ設定部７０のローラー７０Ｒの位置をシム８で調整してから、疵の研削を開始してもよい。

以上説明したように、本発明の大径鋼管用管内面研削装置では、大径鋼管の内面に発生するビード等の突起物や疵をより精度良くかつ効率的に研削することができる。また、本発明によれば、オペレータが管の外から研削可能であるため、安全に作業することができる。

２０”×１１．１ｍｍｔ×１２ｍＬ（外径５０８．０ｍｍ、厚み１１．１ｍｍ、全長１２ｍ）であり、研削前ビード高さが約２．５ｍｍであるＵＯＥ鋼管に対して、図１に示すような大径鋼管用管内面研削装置を用いてビードを研削した。

その結果、大径鋼管用管内面研削装置を使用し、鋼管の外から管端２．０ｍの範囲についてビード高さを１．５ｍｍ以下に研削出来た。

また、従来例に対して、突起物高さ設定部（ローラー）なしの場合の平均作業時間は、約５５％に、また、突起物高さ設定部（ローラー）ありの場合には約３３％にまで短縮された。

１大径鋼管用管内面研削装置
２、３本体部
４ヘッドサポートロール
５ローラー（固定側ローラー）
６研削部（ベルトサンダー）
７突起物高さ設定部
７Ｒ突起物高さ設定ローラー
７Ｒａ車輪
７Ｒｂ胴部
７Ｈ突起物高さ設定ローラー保持部
７０疵研削深さ設定部
７０Ｒ疵研削深さ設定ローラー
７０Ｒａ車輪
７０Ｒｂ胴部
７０Ｈ疵研削深さ設定ローラー保持部
８シム
９ローラー（従動側ローラー）
１０、１１カメラ
１２モニター
１３ハンドル

Claims

大径鋼管の内面を研削するための装置であり、
管軸方向の一端側に操作部を有し、前記管軸方向の他端側に形成されたローラーが鋼管内面上で回転することにより、鋼管内部を前記管軸方向に進行可能な本体部と、
前記ローラーの上方に形成され、鋼管を内面側から外面側に向けて押圧することで前記本体部を支持可能なヘッドサポートロールと、
前記本体部に形成され、鋼管内面を研削するための研削部と、
を備え、前記本体部は、前記操作部によって前記ローラーを支点として回動可能である大径鋼管用管内面研削装置。
前記研削部は、前記鋼管内面の突起物および／または前記鋼管内面の母材部の疵を研削する請求項１に記載の大径鋼管用管内面研削装置。
前記研削部が研削する前記鋼管内面の突起物の高さを設定する突起物高さ設定部および／または前記研削部が前記鋼管内面の母材部の疵を研削する深さを設定する疵研削深さ設定部を更に備える請求項２に記載の大径鋼管用管内面研削装置。