JPH08117920A - 管のアプセット加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】所定の増肉部長さを欠陥無く得ることのできる
管のアプセット加工方法の提供。 【構成】加工前に管端被加工部の全長Ｌを均一温度とな
るように加熱した後、その加熱部分の中央部から両側に
それぞれ０〜０．１５Ｌの領域を最高温度定常部とし
て、軸方向温度分布がこの最高温度定常部から両側に行
くほど低温となるように素材を冷却してから加工を行う
ことを特徴とする管のアプセット加工方法。 【効果】疵や座屈などの欠陥を発生することなく所定長
さを増肉させる安定したアプセット加工を行うことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管のアプセット加工方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】管は通常、継手により複数本を接続し長
尺の状態で使用されるため、管端にネジ切り加工を施す
必要がある。しかし素管のままネジ切りしたのでは応力
集中のためネジ部が脆くなるので、素管の管端を被加熱
部全体が均一温度となるように加熱した後、図１に示す
ような管端の肉厚を増大させる熱間鍛造加工（以下、ア
プセット加工という）を行ってネジ部の強度を確保する
ことが行われる。

【０００３】このアプセット加工には図７に示す３通り
の方法がある。その内（ａ）のＩ＆ＥＵＥ（Internal＆
External Upset End ）タイプの場合においては管の外
径形状は、図１に示すように、ダイス１の形状とマンド
レル２の押し込み量で決定され、また（ｂ）のＩＵＥ
（Internal Upset End）タイプの場合においては管の外
径形状は外径を拘束するダイスの形状によって決定され
るが、両加工方法とも図１にＩ＆ＥＵＥタイプの場合で
代表させて示すように、素管３の内面テーパ部３ａ付近
は自由表面となるため、工具（ダイス１とマンドレル
２）形状およびマンドレル２の押し込み量では管の材料
流れを律することができず、従って、素管３の加熱条件
を適正に選定することが非常に重要となる。

【０００４】更に、アプセット加工では熱容量の小さい
中空品を加工するため、加工時の素管内外面と工具との
接触による抜熱で、素管が局部的に冷却されて変形抵抗
に不均一を生じる結果、ネジ切り加工を施すために所定
の長さに仕上げなければならない増肉部の長さに不足を
生じ、加えて疵や座屈などの欠陥が発生することとな
る。

【０００５】図７（ｃ）に示すＥＵＥ（External Upset
End）タイプの場合には、内径の変化はなくまた外径は
ダイスで拘束されているため増肉部長さにバラツキは生
じないものの、加工時の素管内外面と工具との接触によ
る抜熱で、素管が局部的に冷却されて変形抵抗に不均一
を生じる結果、外面テーパ部での座屈や疵が発生するこ
ととなる。

【０００６】このように、従来の管端部均一加熱方法で
はアプセット加工時に問題を生じることが多かった。

【０００７】これに対し、例えば特開昭６１−２７６７
３２号公報には、管端中間部の加熱温度分布を管端厚肉
部側から管定常部側へ向けて次第に低減させてアプセッ
ト加工を行う方法が提案されているが、この方法によっ
ても内面テーパ部の勾配および長さは制御できても、前
記した増肉部の長さ不足や疵や座屈などの欠陥を解消す
るには至っていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、所定
の増肉部長さを欠陥無く得ることのできる管のアプセッ
ト加工方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の課題
を解決するため、管端を均一加熱した後にアプセット加
工する従来方法での増肉変形過程を解析および実験によ
って詳細に調査した結果、下記の知見を得た。

【００１０】Ｉ＆ＥＵＥタイプのアプセット加工にお
いて管端を均一加熱する場合、図２（ａ）〜（ｆ）に示
すように、素管３とダイス１は先ずダイステーパ部１ａ
から接触を開始し、次いで素管３が外側へ膨らんでダイ
ス平行部１ｂでも接触するようになり、更にダイス１と
全面にわたって接触し、この後に素管３は管端から順に
増肉して行くこと。

【００１１】ＩＵＥタイプのアプセット加工において
管端を均一加熱する場合、素管とダイスは最初から全面
にわたって接触しているため、上記の途中段階がな
く、素管は加工開始後直ちに管端から順に増肉して行く
こと。

【００１２】上記のとの過程において、変形初期
の図２（ｃ）相当時（素管とダイスが全面接触の後、管
端から増肉して行く途中段階）の歪速度分布を調べた結
果、図３に示すように管端における歪速度が顕著に高い
ために、マンドレル押し込み力が管端でのみ吸収され、
充分な増肉長さが得られないこと。

【００１３】ＥＵＥタイプのアプセット加工において
も、変形初期には素材がダイス側へ膨らみマンドレルと
の接触がほとんどなく、従って、これはＩ＆ＥＵＥタイ
プのアプセット加工の１種と見なせること。

【００１４】更に、均一加熱する場合はＩ＆ＥＵＥタ
イプ、ＩＵＥタイプおよびＥＵＥタイプのいずれのアプ
セット加工法の場合でも、加工時の素管内外面と工具と
の接触による抜熱で素管が局部的に冷却されて変形抵抗
に不均一を生じる結果、座屈や疵の発生が避けられない
こと。

【００１５】上記知見に基づく本発明は下記に示す管の
アプセット加工方法を要旨とする。

【００１６】加工前に管端被加工部の全長Ｌを均一温度
となるように加熱した後、その加熱部分の中央部から両
側にそれぞれ０〜０．１５Ｌの領域を最高温度定常部と
して、軸方向温度分布がこの最高温度定常部から両側に
ゆくほど低温となるように素材を冷却してから加工を行
うことを特徴とする管のアプセット加工方法。

【００１７】

【作用】以下、本発明について、その作用効果とともに
説明する。

【００１８】本発明のアプセット加工方法では、先ず加
工前の素材管端被加工部全長Ｌを均一温度となるように
加熱し、次いで、例えば軸方向に吐出量の分布を持つノ
ズルから素管に向けて冷却水を噴射し、この水冷によっ
て、加熱部分の中央部から両側にそれぞれ０〜０．１５
Ｌの領域を最高温度定常部として、この最高温度定常部
から両側に行くに従って低温となる軸方向温度分布を与
え（図４参照）、アプセット加工を行う。そうすれば、
この温度分布により、アプセット加工時に管端加熱部の
最高温度定常部からの増肉が促進され、その一方で管端
では冷却によって変形抵抗が高まっているため、被加工
部全体を欠陥なく均一に増肉させることができる。

【００１９】以上、本発明方法について説明したが、更
に詳しく例示して説明すれば次のようである。

【００２０】先ず、素管の管端被加工部全長Ｌを均一
温度（例えば１３００℃）となるように加熱する。

【００２１】次いで、加熱が完了した時点で加熱炉か
ら素材を抽出し、その後直ちに、例えば、素管の軸方向
に吐出量分布を持たせた冷却ノズルから素管の加熱部分
に冷却水を噴射し、素管の加熱部分に軸方向温度分布を
与える。

【００２２】この温度分布は、加熱部分の中央部から
両側にそれぞれ０〜０．１５Ｌの領域を最高温度定常
部、例えば１２００℃となし、この最高温度定常部から
両側へ行くほど低温となり、管端部および素管定常部の
側では前記の最高温度定常部の温度よりも２００〜４０
０℃低い温度、例えば９００℃となるような軸方向分布
とする（図４参照）。

【００２３】このような軸方向温度分布を素管に与え
てアプセット加工を行えば、Ｉ＆ＥＵＥタイプおよびＩ
ＵＥタイプのアプセット加工の場合、図５にＩ＆ＥＵＥ
タイプで代表させて示すように、素管が外側へ膨らんで
ダイスと全面にわたって接触した後、管端だけでなく被
加熱部の全域で増肉し、加工の最終段階で一気に内面が
マンドレルと接触することとなる。

【００２４】この方法によれば、アプセット加工時の
歪速度は図６に示すように、管端だけが局所的に大きく
なることはないため、全体に均一に増肉され、この結
果、疵や座屈などの欠陥を生じることなく、所定の増肉
部長さが得られることとなる。

【００２５】一方ＥＵＥタイプのアプセット加工の場
合も、Ｉ＆ＥＵＥタイプおよびＩＵＥタイプのアプセッ
ト加工の場合と同様に、アプセット加工時の歪速度は管
端だけが局所的に大きくなることはないため、全体に均
一に増肉され、この結果、疵や座屈などの欠陥を生じる
ことがなくなる。

【００２６】ところで上記した最高温度定常部から両側
への温度分布に関しては、その温度勾配は必ずしも直線
的なものでなくても良く、上に凸あるいは下に凸の曲線
状であっても良い。更に、必ずしも左右対称の形状でな
くても良い。また管端部ならびに素管定常部の側での温
度は最高温度定常部と変形抵抗に有意差を生じるように
設定することとし、素管の材質やアプセット加工装置の
加工能力に応じて、例えば上記したように最高温度定常
部の温度よりも２００〜４００℃低い温度を選べば良
い。

【００２７】なお最高温度定常部を加熱部分の中央部か
ら両側にそれぞれ０〜０．１５Ｌの領域としたのは、
０．１５Ｌを超えると中央部の変形抵抗を下げて変形を
促進する効果が薄まって、アプセット加工時の歪速度が
図３に示した均一加熱の場合と同様な管端で局所的に大
きくなる分布となり、充分な増肉長さが得られずまた疵
や座屈などの欠陥を生じるためである。

【００２８】

【実施例】

［Ｉ＆ＥＵＥタイプのアプセット加工］外径φ７３ｍ
ｍ、肉厚５．５１ｍｍの素管を用いて、増肉厚さ比１．
５、増肉長さ比（据え込み量／素管外径）２．０のＩ＆
ＥＵＥタイプのアプセット加工（図７（ａ）参照）を行
った。

【００２９】すなわち、素管管端Ｌとして５００ｍｍ
の部分を先ず１３００℃に均一に加熱した後、図４に温
度分布を模式的に示すように、最高温度定常部としての
長さが加熱部分の中央部から両側にそれぞれ６０ｍｍ
（０．１２Ｌ）でその温度が１２００℃、管端部および
素管定常部の側の温度が９００℃となるように冷却し、
アプセット加工を行う本発明による方法。

【００３０】素管管端Ｌとして５００ｍｍの部分を先
ず１３００℃に均一に加熱した後、図４に模式的に示す
示すような最高温度定常部としての長さが加熱部分の中
央部から両側にそれぞれ１２５ｍｍ（０．２５Ｌ）でそ
の温度が１２００℃、管端部および素管定常部の側の温
度が９００℃となるような温度分布に冷却し、アプセッ
ト加工を行う比較法による方法。

【００３１】素管管端Ｌとして５００ｍｍの部分をそ
の全体が１２００℃になるように均一加熱し、冷却せず
に直ちにアプセット加工を行う従来法による方法。

【００３２】上記の３通りの方法で設定増肉部長さ２８
０ｍｍのアプセット加工を行った。

【００３３】なお〜の方法で加工した本数はすべて
５０本ずつである。

【００３４】アプセット加工の結果は、従来法で加工し
た場合、増肉部長さのバラツキは４０％であり、また疵
や座屈などの欠陥が見られた。また比較法によって加工
した場合にも同様に疵や座屈などの欠陥が認められ、こ
の場合の増肉部長さのバラツキは３８％であった。しか
るに本発明法で加工した場合、疵や座屈などの欠陥は全
く発生せず、増肉部長さを従来法と比べて平均１８％向
上させることができ、更に、増肉部長さのバラツキも３
０％以内で極めて良好な状態であった。

【００３５】［ＩＵＥタイプのアプセット加工］外径φ
７３ｍｍ、肉厚５．５１ｍｍの素管を用いて、増肉厚さ
比１．５、増肉長さ比（据え込み量／素管外径）２．０
の外径一定のＩＵＥタイプのアプセット加工（図７
（ｂ）参照）を行った。

【００３６】すなわち、上記のＩ＆ＥＵＥタイプのアプ
セット加工の場合と同様に、素管管端Ｌとして５００
ｍｍの部分を先ず１３００℃に均一に加熱した後、図４
に温度分布を模式的に示すように、最高温度定常部とし
ての長さが加熱部分の中央部から両側にそれぞれ６０ｍ
ｍ（０．１２Ｌ）でその温度が１２００℃、管端部およ
び素管定常部の側の温度が９００℃となるように冷却
し、アプセット加工を行う本発明による方法。

【００３７】素管管端Ｌとして５００ｍｍの部分を先
ず１３００℃に均一に加熱した後、図４に模式的に示す
示すような最高温度定常部としての長さが加熱部分の中
央部から両側にそれぞれ１２５ｍｍ（０．２５Ｌ）でそ
の温度が１２００℃、管端部および素管定常部の側の温
度が９００℃となるような温度分布に冷却し、アプセッ
ト加工を行う比較法による方法。

【００３８】素管管端Ｌとして５００ｍｍの部分をそ
の全体が１２００℃になるように均一加熱し、冷却せず
に直ちにアプセット加工を行う従来法による方法。

【００３９】上記の３通りの方法で設定増肉部長さ２８
０ｍｍのアプセット加工を行った。

【００４０】なお〜の方法で加工した本数はすべて
５０本ずつである。

【００４１】アプセット加工の結果は、［Ｉ＆ＥＵＥタ
イプのアプセット加工］の場合と同じく、従来法で加工
した場合、増肉部長さのバラツキは４０％であり、また
疵や座屈などの欠陥が見られた。また比較法によって加
工した場合にも同様に疵や座屈などの欠陥が認められ、
この場合の増肉部長さのバラツキは３７％であった。

【００４２】しかるに本発明法で加工した場合、疵や座
屈などの欠陥は全く発生せず、増肉部長さを従来法と比
べて平均１８％向上させることができ、更に、増肉部長
さのバラツキも３０％以内で極めて良好な状態であっ
た。

【００４３】［ＥＵＥタイプのアプセット加工］外径φ
７３ｍｍ、肉厚５．５１ｍｍの素管を用いて、増肉厚さ
比１．５、増肉長さ比（据え込み量／素管外径）２．０
の内径一定のＥＵＥタイプのアプセット加工（図７
（ｃ）参照）を行った。

【００４４】すなわち、上記のＩ＆ＥＵＥタイプやＩＵ
Ｅタイプのアプセット加工の場合と同様に、素管管端
Ｌとして５００ｍｍの部分を先ず１３００℃に均一に加
熱した後、図４に温度分布を模式的に示すように、最高
温度定常部としての長さが加熱部分の中央部から両側に
それぞれ６０ｍｍ（０．１２Ｌ）でその温度が１２００
℃、管端部および素管定常部の側の温度が９００℃とな
るように冷却し、アプセット加工を行う本発明による方
法。

【００４５】素管管端Ｌとして５００ｍｍの部分を先
ず１３００℃に均一に加熱した後、図４に模式的に示す
示すような最高温度定常部としての長さが加熱部分の中
央部から両側にそれぞれ１２５ｍｍ（０．２５Ｌ）でそ
の温度が１２００℃、管端部および素管定常部の側の温
度が９００℃となるような温度分布に冷却し、アプセッ
ト加工を行う比較法による方法。

【００４６】素管管端Ｌとして５００ｍｍの部分をそ
の全体が１２００℃になるように均一加熱し、冷却せず
に直ちにアプセット加工を行う従来法による方法。

【００４７】上記の３通りの方法で設定増肉部長さ２８
０ｍｍのアプセット加工を行った。

【００４８】なお〜の方法で加工した本数はすべて
５０本ずつである。

【００４９】アプセット加工の結果は、従来法で加工し
た場合、外面テーパ部での疵や座屈などの欠陥が見られ
た。また比較法によって加工した場合にも同様に疵や座
屈などの欠陥が認められた。しかるに本発明法で加工し
た場合、疵や座屈などの欠陥は全く発生せず極めて良好
な状態であった。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明方法によれ
ば、疵や座屈などの欠陥を発生することなく所定長さを
増肉させる安定したアプセット加工を行うことができる
ので、産業上の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｉ＆ＥＵＥタイプのアプセット加工の概要を示
す断面図である。（ａ）は加工直前の状態、（ｂ）は加
工直後の状態を示す。

【図２】Ｉ＆ＥＵＥタイプのアプセット加工の従来法に
おける増肉過程の概略を示す断面図である。（ａ）〜
（ｆ）の順に加工が進行する。

【図３】Ｉ＆ＥＵＥタイプのアプセット加工の従来法に
おける歪速度の分布を示す断面図である。

【図４】本発明方法における温度分布をＩ＆ＥＵＥタイ
プのアプセット加工後の形状と対応させて模式的に示し
た断面図である。（ａ）は管端加熱部のアプセット加工
開始直前の温度分布、（ｂ）は加熱された部分が増肉部
に対応することを示す。

【図５】Ｉ＆ＥＵＥタイプのアプセット加工の本発明方
法における増肉過程の概略を示す断面図である。（ａ）
〜（ｆ）の順に加工が進行する。

【図６】Ｉ＆ＥＵＥタイプのアプセット加工の本発明方
法における歪速度の分布を示す断面図である。

【図７】各種のアプセット加工タイプを示す断面図であ
る。（ａ）はＩ＆ＥＵＥタイプ、（ｂ）はＩＵＥタイ
プ、（ｃ）はＥＵＥタイプである。

【符号の説明】 １：ダイス、１ａ：ダイステーパ部、１ｂ：ダイス平行
部、２：マンドレル、３：素管、３ａ：素管内面テーパ
部、Ｌ：管端加熱部長さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加工前に管端被加工部の全長Ｌを均一温度
   となるように加熱した後、その加熱部分の中央部から両
   側にそれぞれ０〜０．１５Ｌの領域を最高温度定常部と
   して、軸方向温度分布がこの最高温度定常部から両側に
   行くほど低温となるように素材を冷却してから加工を行
   うことを特徴とする管のアプセット加工方法。