水压试验方法及装置的制造方法

水压试验方法及装置的制造方法
【专利摘要】即使在试验管的尺寸涉及宽范围的情况下，也能够高精度且高效经济地实施各个试验管的水压试验。为了实现该水压试验，使用相对于试验管被并联连接且增压比阶段性地提高的多个增压缸(41)。将并联配置的多台伺服电动机驱动泵(51)作为多个增压缸(41)的驱动源使用。截至增压缸(41)的输出侧水压达到试验压力附近为止，同时运转多台伺服电动机驱动泵(51)。之后，除多台伺服电动机驱动泵(51)中的一台以外停止驱动，通过剩余一台伺服电动机驱动泵(51)升压至试验压力。当升压时，按增压比由低到高的顺序使用多个增压缸(41)。
【专利说明】
水压试验方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种为了调查电焊管或螺旋管等焊接管以及无缝管的质量而实施的 水压试验方法，更具体而言，涉及一种将试验管内注满水之后，使用液压驱动的增压缸向该 试验管内注入高压水，以使管内加压并保持在规定压力的水压试验方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在电焊管的生产线中，为了调查制造出的电焊管的质量特别是被称为接缝部的焊 接部的质量而实施水压试验。在此，水压试验通过以下方式来进行:将制造出的规定长度的 电焊管夹持在被配置于试验线前后的主轴箱与尾座之间并将前后两端密闭，在该状态下经 由主轴箱向电焊管内注入高压水。高压水的压力达到允许强度的90%左右并在该压力下耐 受规定时间而未产生焊接部的破坏和由该破坏导致的管破裂的焊接管被判定为机械强度 方面的合格品。
[0003] 水压试验程序的概要如下。将试验管固定在主轴箱与尾座之间，并将两侧的管端 密闭。在低压(包含自重）下经由主轴箱从水箱向试验管内进行注水。试验管内的空气经由 尾座排出到管外。如果试验管内实质上成为满水状态，则向该试验管内强制性地供给高压 水以使管内加压至所要求的试验压力，并且在该试验压力下保持规定时间，从而完成加压 试验。当加压试验完成时，打开被设置于尾侧或头侧或者两侧车床上的减压阀，对管内进行 减压之后，从两车床之间取出试验管，并将管内的水排出到槽中，从而试验全部完成。
[0004] 作为向试验管内强制性地供给高压水的高压给水系统，如专利文件1所记载的那 样，使用利用液压的增压机构。即，通过用液压驱动的增压缸向试验管内供给高压水。具体 说明如下：在将水吸入到用液压驱动的增压缸的输出侧之后，通过供给压力油来对该缸体 的输入侧进行升压以使缸体内的活塞前进驱动，由此从增压缸的输出侧向主轴箱及试验管 内供给高压水。
[0005] 作为增压缸的驱动系统即向增压缸的输入侧供给压力油的液压源，如图4所示，同 时使用被并联配置的多台液压栗1。其理由在于，由于根据试验管的尺寸等而向试验管供给 的高压水的水压、水量及供给类型等涉及多方面，因此向增压缸5的输入侧供给的压力油的 液压、油量也需要覆盖宽范围。
[0006] 液压的控制通过比例控制阀4来进行，该比例控制阀4在从由多台液压栗1至增压 缸5的输入侧的主线路2分支的副线路3上作为单向阀来安装。液压控制阀被安装于从主线 路2分支的副线路3上而未安装于主线路2上，这是因为与同时使用被并联配置的多台液压 栗1的驱动系统相同，向增压缸5供给的压力油也需要覆盖由低压小流量到高压大流量的宽 范围。
[0007] 而且，由于多台液压栗1为由AC电动机驱动的普通液压单元，因此在一定旋转下持 续喷出压力油，该压力油的喷出压力通过作为单向阀安装于副线路上的比例控制阀来控 制。即，如果主线路2中的压力油的压力高于安装于副线路3上的比例控制阀4中的设定压 力，则经由比例控制阀4释放压力油以维持设定压力，由此主线路2中的压力油的压力被维 持在设定压力。如图5所示，液压栗1的液压和油量处于反比例关系。液压与高压水压的关系 以及油量与高压水量的关系为正比例关系。
[0008] 在实际水压试验中，比例控制阀4中的设定液压以1 OMPa、20MPa、30MPa这种方式被 阶段性地提高，从而最终向设定保持压力转移。由此，如图6所示，高压水的压力被阶段性地 提高并最终达到保持压力。高压水的流量随着压力提高而减少，维持保持压力期间的流量 几乎为0,此时，在增压缸5的液压驱动系统中，从多台液压栗1喷出的大部分压力油经由副 线路3内的比例控制阀4释放到线路外。
[0009] 通过阶段性地提高向试验管内供给的高压水的压力来逐渐减少流量，这是因为如 果从最初起将比例控制阀4中的设定压力设为与保持压力对应的最高压力，则如图7所示， 增压缸5的输入侧在保持大流量的状态下被升压，其结果，由于增压缸自身的惯性力(活塞 的惯性力)等而导致高压水的压力发生过冲并超过压力上限。
[0010]此外，高压水的保持压力被设定在试验所需的压力与上限压力之间，为了防止高 压水的压力产生过冲，通过阶段性地提高向试验管内供给的高压水的压力来减少流量，并 且在高压水的压力即将达到该保持压力之前，将比例控制阀中的设定压力调整为与保持压 力对应的最终压力，从而实现所述惯性力的完全吸收。
[0011] 根据采用这种增压缸的高压给水系统及增压缸的驱动系统，能够在试验管内将所 要求的压力的高压水保持所要求的时间。但是，存在如下根本问题:为了使试验管内的压力 阶段性地上升至所要求的压力，所谓的周期时间变长，并且每单位时间的处理数量增加，从 而效率变差。另外，存在如下问题：由于在对增压缸进行或不进行升压时液压栗也在一定旋 转下持续工作，因此栗的动力损失实质上较大。
[0012] 此外，在电焊管的制造中，近年来，伴随粗乳辊的划时代的共享化技术(专利文件 2)的提出，能够以由直径8英寸到直径24英寸或者其以上的方式将可由单线制造的电焊管 的尺寸(管径、壁厚、长度)设为非常宽，这已成为一种趋势，但在制造出的电焊管的水压试 验中，由于这种趋势而向试验管内注入的高压水的水压产生数倍差异，水量产生20倍差异， 这种现象反而成为各种问题的主要原因。
[0013] 第一、由于按试验管的尺寸、保持压力的不同进行升压速度、升压速度变更点的设 定，因此需要保持庞大的数据，设定相关的操作非常繁琐。因此，认为近来由单线制造的尺 寸种类增加的情况下，用一个试验装置进行水压试验并不现实。其结果，产生单线中需要多 个水压试验装置这种不合理。
[0014] 第二、由于试验管的尺寸涉及宽范围，因此当欲通过一个试验装置进行水压试验 时，需要使液压栗与最大尺寸吻合。由于如前所述那样液压栗总是在一定旋转下持续喷出 压力油，因此当试验管的尺寸较小时，压力油的释放量增加，不仅在试验期间以外，而且在 试验期间液压栗也会产生较大的动力损失。第三、如果使液压栗与最大尺寸吻合，则在较小 的尺寸下液压、油量的控制精度下降。这些问题也会使采用一个试验装置进行水压试验的 操作很困难。
[0015] 另外，在向试验管内供给高压水之前的低压水供给中，无法避免空气在试验管内 的残留。由于在低压水供给中试验管内残留空气的情况下，即使开始向试验管内的高压给 水，该加压也会因空气压缩而被吸收，因此给水初期的压力上升非常缓慢。这会导致试验所 需的时间（周期时间）进一步延长。不仅如此，虽然空气残留量平均为1.5%左右，但由于残 留量的偏差较大，因此成为较大的不确定因素。因此，空气残留也成为使设定操作更加复杂 的原因。
[0016] 专利文件1:日本专利第4738783号公报 [0017] 专利文件2:美国专利第4770019号公报

【发明内容】

[0018] 本发明的目的在于提供一种水压试验方法及装置，该水压试验方法及装置即使试 验管的尺寸涉及宽范围，也能够高精度且高效经济地实施各个试验管的水压试验。
[0019] 为了对增压缸进行精密的液压控制，虽然在从液压栗等液压源至增压缸的低压侧 的主线路上直接安装液压控制阀的方法很有效，但在本发明所相对的水压试验装置中，由 于在主线路上大量流通高压压力油，因此该方法很难实现。因此，以往在从该主线路分支的 副线路上安装有比例控制阀，但如前所述，以动力损失的大小为首存在各种问题。
[0020] 本发明人为了维持从主线路排除液压控制阀这一基本原则的同时，解决以往的各 种问题，着眼于作为液压源的压力油单元自身的变更，对代替现有液压栗的各种压力油单 元进行了比较研究。其结果，明确了以下事项。
[0021] 第一、作为增压缸的液压驱动源，使用如下的伺服电动机驱动栗很有效：即，该驱 动栗能够在与所要求的压力条件及流量条件相应的转数下运转，由此阻止发生无用的动力 损失。第二、液压栗一般压力越高则流量越少，而伺服电动机驱动栗的压力及流量调整范围 较宽，在双容量型中能够用一台液压栗来供应低压大流量及高压小流量这两台栗的运作。 通过使用这种伺服电动机驱动栗特别是并联使用多台伺服电动机驱动栗，尤其在升压初期 向增压缸送入大量压力油以使缸体升压，这种方法很有效。第三、在升压的最终阶段，选择 使用多台伺服电动机驱动液压栗中的一台来升压至保持压力，这种方法很有效。
[0022] 即，当增压缸的液压驱动源为伺服电动机驱动栗时，基于增压缸的输出侧的压力 对驱动源进行反馈控制，由此即使在试验管的尺寸、壁厚等涉及多方面的情况下，也只需仅 设定各个试验管所要求的保持压力和保持时间，即能进行必要的升压。因此，不会存在按试 验管的尺寸、保持压力的不同来进行升压速度、升压速度变更点的设定这种繁琐。另外，由 于栗仅在升压时运转，并且在该升压时也不需要释放压力油，因此实质上并不会产生动力 损失。
[0023]具体说明如下：当伺服电动机驱动栗的能力为20MPa，增压缸的增压比（受压面积 比）为2,保持压力为30MPa，保持时间为10秒时，如果基于增压缸的输出侧水压对伺服电动 机驱动栗进行反馈控制，则伺服电动机驱动栗对增压缸的输入侧进行自动升压直至增压缸 的输出侧水压为30MPa(直至增压缸的输入侧的液压为15MPa)，之后，进一步以已设定的保 持时间（1 〇秒钟)保持该压力。
[0024]此时，在升压初期的低压期间，伺服电动机驱动栗将压力较低的压力油迅速供给 到增压缸的输入侧，由此轻微抑制因空气在试验管内的残留而导致的压力吸收的影响，在 之后的升压期间，伺服电动机驱动栗将压力较高的压力油连续供给到增压缸的输入侧以提 高输入侧的压力，由此能够实现短时间内的升压。特别是，在伺服电动机驱动栗为双容量型 的情况下，具有低压大流量和高压小流量这两种模式，通过切换这两种模式，能够进一步实 现高速下的升压。
[0025] 另外，通过对增压缸并联连接多台伺服电动机驱动栗并使其同时运转，能够使流 量增加，并能实现升压时间的进一步缩短。但是，如果同时运转多台伺服电动机驱动栗直至 达到保持压力，则由于不可能实现完全的同步运转，因此在升压末期（即将达到保持压力之 前)发生因同步不良引起的工作不良，从而难以进行精密压力控制。因此，从控制精度方面 来看，在升压末期（即将达到保持压力之前），除多台伺服电动机驱动栗中的一台以外停止 运转并由剩余一台伺服电动机驱动栗进行升压是有效的。
[0026] 另一方面，关于增压缸，在保持压力较低的情况下，能够用一个缸体进行增压。但 是，在保持压力较高的情况下，如果用一个缸体进行增压，则必然导致缸体的增压比较大。 虽然在增压比较小的情况下，增压缸以低压大流量进行高速工作，但当增压比较大时变为 高压小流量，从而不仅因活塞行程的增大而导致的缸体规模增大成为问题，而且因升压速 度下降而导致的周期时间的延长也成为问题。因此，对试验管并联连接增压比不同的多个 增压缸，并按增压比由低到高的顺序阶段性地使用是有效的。
[0027]具体说明如下：在液压源的压力最大为20MPa，保持压力最大为785MPa的情况下， 需要3.75以上的增压比。在用一个增压缸进行增压的情况下，作为该增压缸的增压比需要 3.75以上，但由于这种高增压比的增压缸在液压源的压力被限制的情况下，因高增压比而 必然变为小流量，因此无法避免升压速度的下降。
[0028]因此，将该增压缸分割为多个，阶段性地加大增压比。例如应使用20MPa增压缸和 75MPa增压缸。而且，由于20MPa增压缸的液压源的最大压力为20Mpa，因此将增压比设为1， 并且如最初所示，75MPa增压缸的增压比为3.75以上。由此，截至增压缸的输出侧达到20MPa 为止，能够通过增压比较低的增压缸来实现高速升压，在增压缸的输出侧高于20MPa时由如 最初那样的升压速度进行升压。由此，截至20MPa为止的低压期间的升压时间被缩短，其结 果，能够缩短整个升压时间。
[0029] 特别是，在驱动源为伺服电动机驱动栗的情况下，由于升压初期所使用的增压比 较低的增压缸主要以低压大流量被驱动，并且关于之后使用的增压比较高的增压缸，升压 开始时所需的输入侧的压力(液压源的压力）也下降至约5(20/3.75)MPa，因此至少在升压 初期增压缸以低压大流量被驱动。因此，升压时间进一步被缩短。从这点来看，作为将增压 缸分割为多个时的液压源，压力和流量的调整范围较宽的伺服电动机驱动栗非常有效，压 力和流量的调整范围特别宽的双容量型的伺服电动机驱动栗更有效。
[0030] 在使用20MPa、40MPa和75MPa这三个增压缸的情况下，40MPa增压缸中的增压比为 2。其结果，除截至20MPa为止的低压期间以外，从20MPa至40MPa的中压期间的升压时间也被 缩短，从而能够进一步缩短整个升压时间。
[0031] 而且，根据这种多台伺服电动机驱动栗的运转模式切换和运转台数切换的组合， 即使在试验管的尺寸涉及由直径8英寸到直径24英寸或其以上的宽范围的情况下，也能够 仅通过设定保持压力和设定保持时间等这种简单的设定操作，在短时间内将各个试验管内 准确且经济地升压至保持压力并保持。
[0032] 本发明的水压试验方法以上述见解为基础而完成的，该水压试验方法为了对制造 出的金属管进行水压试验，从液压驱动式增压缸向试验管内强制性地供给高压水，以使管 内升压至规定的保持压力，其中，作为所述增压缸的液压驱动源，使用被并联连接的多台伺 服电动机驱动栗，截至所述增压缸的输出侧达到预先设定的保持压力附近为止，同时运转 多台伺服电动机驱动栗，之后，除多台伺服电动机驱动栗中的一台以外停止运转，通过剩余 一台伺服电动机驱动栗的运转，使所述增压缸的输出侧达到保持压力。
[0033]在本发明的水压试验方法中，通过使增压缸的液压驱动源为并联组合多台伺服电 动机驱动栗的伺服多栗方式，从而缩短升压时间。具体而言，截至增压缸的输出侧达到预先 设定的保持压力附近为止，多台伺服电动机驱动栗最初在低压大流量下运转，之后转移至 高压小流量，常常在尽可能大的输出功率下同时运转。由此，向试验管内大量供给高压水， 抑制试验管内的残留空气的影响的同时，使试验管内高速升压。之后，仅在截至增压缸的输 出侧达到保持压力为止的一点最终期间，仅有一台伺服电动机驱动栗运转。由此，防止发生 因伺服多栗方式中成为问题的同步不良引起的工作不良。因此，能够使试验管内高速、准确 且稳定地升压至保持压力。在伺服电动机驱动栗中，由于不会发生压力油的释放，因此不管 升压期间、非升压期间均不会产生动力损失。
[0034]在实际水压试验方法中，优选设定比保持压力低规定压力(例如IMPa)的切换点压 力，并在升压过程中在增压缸的输出侧测定高压水的水压，并且截至测定水压达到切换点 压力为止，同时运转多台伺服电动机驱动栗，在测定水压达到切换点压力的时刻，除多台伺 服电动机驱动栗中的一台以外停止运转，在测定水压达到保持压力的时刻，停止运转中的 一台伺服电动机驱动栗的运转。由于作为设定操作，仅设定保持压力和保持时间，因此设定 操作非常简单。
[0035] 由于伺服电动机驱动栗的工作范围较宽，因此能够在宽范围调整液压和油量，并 且在低压时能够以大流量向增压缸的低压侧供给压力油，在高压时能够以小流量向增压缸 的低压侧供给压力油。根据调整范围特别宽的双容量型伺服电动机驱动栗，由于在升压初 期试验管内的水压较低，因此通过使多台伺服电动机驱动栗在高压大流量模式下运转，能 够在短时间内向试验管内供给高压水。当试验管的尺寸和壁厚较小时，由于高压水的供给 量和保持压力均较小，因此多台伺服电动机驱动栗在保持低压大流量的模式的状态下持续 运转并进行升压直至保持压力附近，并且从保持压力附近起伺服电动机驱动栗为一台，最 终在高压小流量模式下管内以高精度升压至保持压力。
[0036] 当试验管的尺寸和壁厚较大时，在升压初期以后，多台伺服电动机驱动栗也在低 压大流量模式下持续运转并继续大量供给高压水，接着在高压小流量模式下进行高压水的 供给。从保持压力附近起伺服电动机驱动栗为一台，在高压小流量模式下将管内升压至保 持压力。当中间尺寸时，从升压初期后的低压大流量模式向高压小流量模式的切换定时得 到各种变更。
[0037] 在保持压力附近的升压末期将运转栗设为一台，这是因为由于难以使多台伺服电 动机驱动栗完全同步驱动，从而当通过同时驱动多台来进行最终阶段的高压小流量下的升 压时，因流量极少而导致同步不调显著化，发生振荡等二次弊害，难以进行最终阶段中的顺 利且准确的升压。即使驱动栗为一台，也能够通过高压小流量使管内迅速升压。从精密控制 观点来看，小流量更有利。
[0038]增压缸可以是一个，但如果考虑保持压力的设定范围较宽且与液压源的压力相比 保持压力的最大值相当高的情况等，则优选增压缸为多个，更具体而言，优选地，对试验管 并联配置增压比阶段性地提高的多个增压缸，并按增压比由小到大的顺序使用所述多个增 压缸。如果按由增压比较小的增压缸到增压比较大的增压缸的顺序阶段性地使用，则与仅 使用增压比较大的增压缸的情况相比，低压侧或低压侧和中压测的升压速度提高，从而能 够缩短升压时间。
[0039] 另外，本发明的水压试验装置为通过组合使用多台伺服电动机驱动栗的伺服多栗 方式和使用多个增压缸的多缸体方式而实现升压时间的进一步缩短的装置，具体而言，对 所述增压缸并联连接多台伺服电动机驱动栗以作为增压缸的液压驱动源，并且对试验管并 联连接增压比阶段性地增大的多个增压缸以作为所述增压缸，并在液压源与多个增压缸之 间设置有切换机构，所述切换机构将来自液压源的压力油选择性地供给到多个增压缸中的 一个。
[0040] 在实际水压试验装置中，优选在增压缸的输出侧线路上设置有用于测定高压水的 水压的水压传感器，并且在所述水压试验装置上设置有缸体控制系统，所述缸体控制系统 基于由水压传感器提供的测定水压而控制所述切换机构，使得所述增压缸按由增压比小的 增压缸到增压比大的增压缸的顺序来工作。
[0041] 另外，优选在增压缸的输出侧线路上设置有用于测定高压水的水压的水压传感 器，并且在所述水压试验装置上设置有以如下方式控制多台伺服电动机驱动栗的栗控制系 统:截至测定水压达到比保持压力低规定压力（例如IMPa)的切换点压力为止，同时运转多 台伺服电动机驱动栗，之后，截至测定水压达到保持压力为止，运转一台伺服电动机驱动 栗。
[0042] 根据这种控制系统，最初是来自多台伺服电动机驱动栗的压力油被供给到增压比 最小的增压缸中，如果测定水压达到该增压缸的最大水压附近，则向增压比仅次于该增压 缸小的增压缸供给压力油，以此类推进行上述供给，从而利用多台伺服电动机驱动栗对试 验管内进行升压直至保持水压附近为止。之后，利用一台伺服电动机驱动栗对试验管内进 行升压。
[0043] 本发明的水压试验方法在对向试验管内供给高压水的增压缸进行液压驱动时，将 并联配置的多台伺服电动机驱动栗作为液压源使用，并利用根据升压时期适当切换驱动栗 的运转台数的多栗方式，由此即使在试验管的尺寸涉及宽范围以及试验压力及其保持时间 涉及多方面的情况下，也能够以简单的设定操作将试验管内高精度地升压至试验压力。由 此，能够用一个试验装置进行多种水压试验，由此产生的试验装置的合理化带来的效果很 大。另外，通过缩短周期时间，每单位时间的试验条数增多，由此产生的合理化效果也较大。 另外，由于有效地抑制动力损失的发生，由此产生的动力成本的降低效率也较大，从而本发 明的水压试验方法在降低水压试验所需的成本方面发挥巨大的效果。
[0044] 另外，本发明的水压试验装置除所述多栗方式以外，还采用按增压比由小到大的 顺序来运转增压比阶段性地增大的多个增压缸的多缸体方式，由此实现试验时间的进一步 缩短，在降低水压试验所需的成本方面发挥更大的效果。
【附图说明】
[0045]图1是适于实施本发明的水压试验方法的水压试验装置的结构图，是流体系统图。
[0046] 图2是表示在该水压试验装置的增压缸驱动源中所使用的伺服电动机驱动栗的可 使用范围的图表，表示喷出压力与喷出流量之间的关系。
[0047] 图3是表示管内水压在该水压试验中的经时变化的图表。
[0048] 图4是表示现有水压试验方法中所使用的水压试验装置的增压缸驱动源的液压回 路图。
[0049] 图5是表示该增压缸驱动源中所使用的液压栗的可使用范围的图表，表示喷出压 力与喷出流量之间的关系。
[0050] 图6是表示管内水压在现有水压试验中的经时变化的图表。
[0051] 图7是表示管内水压在现有水压试验中的经时变化的图表。
【具体实施方式】
[0052] 下面对本发明的实施方式进行说明。本实施方式的水压试验方法及装置用于由电 焊管生产线制造出的电焊管的水压试验中。
[0053]如图1所示，本实施方式的水压试验装置为如下的装置:将接受水压试验的电焊管 1〇(以下称为"试验管10"）夹持在作为固定头的主轴箱单元20A与作为可动头的尾座单元 20B之间并向管内进行注水，在注满水之后供给高压水，由此检查试验管10的焊接部(接缝 部）的质量等，所述水压试验装置具备:低压给水系统30,在非加压(常压)或低压下向试验 管10内进行大量注水；以及高压给水系统40,在试验管10内成为注满非加压水或低压水的 满水状态之后向试验管10内强制性地加压注入高压水。
[0054]低压给水系统30为如下的系统:利用水的自重或IMPa以下（例如0.8MPa左右）的低 压，将设置于与试验管10的设置位置相比更高的位置上的水箱31内的水迅速流入到试验管 10内。具体而言，将试验之后从试验管10排出的水暂且积存在下侧的水池32中，并移送到未 图示的沉淀槽之后，将其上清液积存在水仓33中。然后，通过栗34且经由过滤器将水仓33内 的水汲取到高位置的水箱31中，并经由主轴箱20A将该水流入到试验管10内。此时，试验管 10内的空气由设置于尾座20B的排气阀21排出。在从水箱31至主轴箱20A的线路E上安装有 缸体式开闭阀35。
[0055]高压给水系统40为如下的系统:利用液压式增压缸41A、41B，向满水状态的试验管 10内强制性地供给如最大75MPa的高压水。液压式增压缸41A、41B相对于试验管10被并联配 置，并通过驱动系统42来选择驱动。为了选择驱动增压缸41A、41B，在增压缸41A、41B与驱动 系统42之间安装有由电磁阀43A、43B构造的切换机构43。
[0056]第一增压缸41A是最大压力为21MPa的低压缸，第二增压缸41B是最大压力为75MPa 的高压缸。第一增压缸41A和第二增压缸41B均通过从驱动系统42供给的压力油来使活塞往 复驱动，在后退驱动时，从所述箱31内经由线路A将水吸入到输出侧，在前进驱动时，对吸入 后的水进行加压并经由线路B向主轴箱20A供给，由此将高压水强制性地供给到满水状态的 试验管10内。
[0057]增压缸41A、41B的驱动系统42将并联配置的多台伺服电动机驱动栗44作为主要结 构要素。多台伺服电动机驱动栗44中的一台伺服电动机驱动栗为主栗，剩余为从栗。这些伺 服电动机驱动栗44均为双容量型，通过同时驱动这些伺服电动机驱动栗44以及继该同时驱 动之后的主栗的单独驱动，增压缸41A、41B的输出侧水压自动升压至目标值。为了该自动升 压，通过水压传感器47测定增压缸41A、41B的输出侧（线路B)的水压，并将该水压传送至兼 有缸体控制系统和栗控制系统的控制器48中，由此进行切换机构43的切换控制以及伺服电 动机驱动栗44的输出控制和切换控制。
[0058]切换机构43的切换控制由增压缸41A、41B的通断切换控制以及处于接通状态的缸 体的正反切换控制构成。增压缸41A、41B的通断切换控制为如下的控制:通过将构造切换机 构43的电磁阀43A、43B中的任一个设为开放状态，并将另一个设为关闭状态，从而将来自驱 动系统42的压力油供给到增压缸41A、41B中的任一个以使仅该任一个增压缸进行正反工 作。另外，正反切换控制为对增压缸41A、41B中的处于工作状态的缸体的正工作和反工作进 行切换的控制，其如下所示。
[0059] 通过驱动伺服电动机驱动栗44,加压并喷出油仓45内的油。喷出的压力油经由电 磁阀43A、43B中的处于开放状态(正向）的一个电磁阀，从线路C供给到增压缸41A、41B的任 一个增压缸的输入侧(入口）。由此，增压缸41A、41B中的任一个增压缸的活塞被前进驱动， 从输出侧喷出高压水。如前所述，该高压水被移送到向主轴箱20A中。伴随活塞的前进驱动 而从输入侧（出口）排出的油从电磁阀43A、43B中的一个电磁阀经由线路D返回到油仓45中。
[0060] 通过对电磁阀43A、43B中的处于开放状态的一个电磁阀进行从正向到反向的操 作，从而油仓45内的油经由线路C向增压缸41A、41B中的任一个增压缸的输入侧（出口）供 给，活塞被后退驱动。伴随活塞的后退驱动而从输入侧(入口）排出的油从电磁阀43A、43B中 的一个电磁阀经由线路D返回到油仓45中。
[0061] 本实施方式的水压试验方法使用这种水压试验装置来实施。下面，对本实施方式 的水压试验装置的功能进行说明，并且对本实施方式的水压试验方法进行说明。
[0062]作为形成驱动系统42的主体的伺服电动机驱动栗44,具有单容量型模型和双容量 型模型，在此使用双容量型。如图2所示，在双容量型模型中，通过切换可变容量型栗的容 量，能够进行从低压大流量模式Ml向高压小流量模式M2的切换以及从高压小流量模式M2向 低压大流量模式Ml的切换。由此，与被AC电动机驱动的常规液压栗（图5)相比，伺服电动机 驱动栗44能够在从低压大流量至高压小流量的非常宽的范围内调整压力与流量之间的关 系。
[0063] 在作为制造出的电焊管的试验管10的水压试验中，针对该试验管10,作为第一步 骤，将该试验管10设置于试验线上，并夹持在主轴箱20A与尾座20B之间。作为第二步骤，在 向低压给水系统30内的水箱31内注满水的状态下，将线路E内的缸体式开闭阀35从关闭状 态切换到打开状态。由此，水箱30内的水因自重或IMPa以下的低压而通过线路E并迅速流入 到试验管10内。当因从水箱31向试验管10内的注水而管内成为满水状态时，作为第三步骤， 从高压给水系统40向试验管10内供给如最大压力为75MPa的高压水，以使试验管10内升压 至水压试验中所要求的试验水压，并且将该试验水压保持水压试验中所要求的保持时间。 该操作根据对试验管10所要求的试验压力而不同。由于试验压力为保持压力，因此两者的 含义相同。
[0064] 下面，按试验压力对由高压给水系统40进行的高压水的供给操作和由该供给操作 带来的试验管10内的升压操作进行说明。使用三台伺服电动机驱动栗44,其中一台为主栗， 两台为从栗，并且这些栗的最大加压力均为21MPa以上。低压用增压缸41A的最大加压力为 21MPa，增压比（受压面积比）为1。高压用增压缸41B的最大加压力为75MPa，增压比（受压面 积比）为3.57。
[0065]在试验压力(保持压力）为21MPa的情况下，如果对控制器48设定试验压力(保持压 力）和保持时间，则作为第一步骤，以低压用增压缸41A进行后退工作的方式操纵驱动系统 42。具体而言，在将与增压缸41A对应的电磁阀43A设为反向打开，并将与增压缸41B对应的 电磁阀43B设为关闭的状态下，驱动系统42内的三台伺服电动机驱动栗44以最大输出功率 或接近该最大输出功率的输出功率同时运转。通过增压缸41A的后退工作，从水箱31内向该 缸体41A的输出侧吸入水。于是，作为第二步骤，电磁阀43A从反向切换到正向，增压缸41A开 始前进工作。
[0066] 在增压缸41A的前进工作开始初期，输入侧的液压较低。因此，双容量型伺服电动 机驱动栗44在低压大流量模式下运转，在短时间内向增压缸41A的输入侧强制性地供给大 量压力油。由此，从增压缸41A的输出侧经由线路B以及主轴箱20A向满水状态的试验管10内 强制供给大量加压水。伴随压力油向增压缸41A的输入侧的强制供给和该强制供给带来的 加压水向试验管10内的供给，增压缸41A的输出侧水压上升，并且增压缸41A的输入侧的液 压也上升。由此，双容量型伺服电动机驱动栗44从低压大流量模式向高压小流量模式转移， 提高液压的同时持续向增压缸41A的输入侧供给压力油。其结果，提高压力的同时从增压缸 41A的输出侧向试验管10内供给加压水。
[0067] 如图3所示，当向试验管10内供给加压水时，伴随该供给而试验管10内的压力上 升。试验管10的内压通过设置于增压缸41A、41B的输出侧（线路B)的水压传感器47来监测。 当该内压达到低于保持开始压力且与设定保持压力相比低A P(其为固定值，在此为IMPa) 的切换点压力时，使三台伺服电动机驱动栗44中的从栗停止，仅使主栗继续运转。该主栗在 高压小流量模式M2(参照图2)下持续运转，将试验管10的内压提高至设定保持压力。
[0068]当试验管10内达到设定保持压力时，将该压力保持规定时间并结束试验。之后，打 开被设置于主轴箱20A或尾座20B或者这两个部件上的减压阀，对管内进行减压。当减压结 束时，从试验管10分离尾座20B，之后将该试验管10从固定尾座20A分离，并使该试验管10倾 斜以将管内的水全部排出到下侧的水池32中。如前所述，该水的一部分在下次试验中再利 用。
[0069] 在试验压力(保持压力)超过21MPa且小于或等于75MPa的情况下，如果对控制器48 设定试验压力(保持压力)和保持时间，则作为第一步骤，以低压用增压缸41A和高压用增压 缸41B进行后退工作的方式操纵驱动系统42。具体而言，在将与增压缸41A、41B对应的电磁 阀43A、43B设为反向打开的状态下，驱动系统42内的三台伺服电动机驱动栗44以最大输出 功率或接近该最大输出功率的输出功率同时运转。通过增压缸41A、41B的后退工作，从水箱 31内向这些缸体41A、41B的输出侧吸入水。于是，作为第二阶段，电磁阀43A从反向切换到正 向，电磁阀43B从反向打开状态切换到关闭状态。由此，仅有增压缸41A开始前进工作。
[0070] 在增压缸41A的前进工作开始初期，输入侧的液压较低。因此，双容量型伺服电动 机驱动栗44在低压大流量模式下运转，在短时间内向增压缸41A的输入侧强制性地供给大 量压力油。由此，从增压缸41A的输出侧经由线路B以及主轴箱20A向满水状态的试验管10内 强制供给大量加压水。伴随压力油向增压缸41A的输入侧的强制供给和该强制供给带来的 加压水向试验管10内的供给，增压缸41A的输出侧水压上升，增压缸41A的输入侧的液压也 上升。其结果，双容量型伺服电动机驱动栗44从低压大流量模式向高压小流量模式转移，提 高液压的同时持续向增压缸41A的输入侧供给压力油。由此，提高压力的同时从增压缸41A 的输出侧向试验管1 〇内供给加压水。
[0071] 当向试验管10内供给加压水时，试验管10内的压力上升。试验管10内的压力通过 设置于增压缸41A、41B的输出侧(线路B)的水压传感器47来监测。当该内压达到21MPa时，作 为第三步骤，电磁阀43A从正向打开状态切换到关闭状态，电磁阀43B从关闭状态切换到正 向打开状态。由此，低压用增压缸41A停止前进工作，代替此，高压用增压缸41B开始前进工 作。
[0072] 高压用增压缸41B的增压比为3.57。因此，即使伺服电动机驱动栗44的最大压力为 21MPa，也能够将输出侧水压提高至75MPa。当切换到高压用增压缸41B时，由于输出侧水压 被升压至21MPa，因此伺服电动机驱动栗44的实际承载为5.9(21/3.57)MPa。如果实际承载 为这种低压，则伺服电动机驱动栗44再次在低压大容量模式Ml下运转。因此，向增压缸41B 的输入侧再次供给大量压力油。虽然增压缸41B的增压比高至3.57,并且相应地输出侧为低 流量，但由于输入侧为大流量，因此高压侧的流量得到补偿，从而虽然高压侧的流量少于增 压缸41A的输出侧的流量，但该流量之差较小。因此，从增压缸41B的输出侧经由线路B和主 轴箱20A向试验管10内强制供给大量加压水，从而试验管10内被进一步升压。
[0073]当伴随压力油向增压缸41B的输入侧的强制供给和该强制供给带来的加压水向试 验管10内的进一步供给，增压缸41A的输出侧水压进一步上升时，增压缸41A的输入侧的液 压也上升。由此，双容量型伺服电动机驱动栗44从低压大流量模式向高压小流量模式转移， 进一步提高液压的同时持续向增压缸41B的输入侧供给压力油。其结果，进一步提高压力的 同时从增压缸41B的输出侧向试验管10内供给加压水，从而试验管10内的水压进一步提高。 [0074]当试验管10内的水压达到低于保持开始压力且与设定保持压力相比低ΔΡ(在此 为IMPa)的切换点压力时，使三台伺服电动机驱动栗44中的从栗停止，仅使主栗继续运转。 该主栗在高压小流量模式M2下持续运转，将试验管10的内压提高至设定保持压力。
[0075]当试验管10内达到设定保持压力时，将该压力保持规定时间并结束试验。之后，打 开被设置于主轴箱20A或尾座20B或者这两个部件上的减压阀，对管内进行减压。当减压结 束时，从试验管10分离尾座20B，之后将该试验管10从固定尾座20A分离，并使该试验管10倾 斜以将管内的水全部排出到下侧的水池32中。如前所述，该水的一部分在下次试验中再利 用。
[0076]根据这种水压试验方法特别是试验管10内的升压方法，如果对控制器48设定保持 压力和保持时间，则之后控制器48按增压缸41A、21B的输出侧水压进行自动控制，从而设定 操作简单。因此，即使在试验管10的尺寸和壁厚涉及多方面的情况下，也能够用一个试验装 置对所有尺寸的试验管10进行试验。
[0077]在用一个装置对多种试验管10进行试验的情况下，需要缩短一根试验管10的试验 所需的时间（周期时间），但在本实施方式的水压试验方法中，这也是能够实现的。即，在本 实施方式的水压试验方法中，由于通过多台液压单元进行试验管10内的升压直至设定保持 压力附近，因此能够在短时间内向试验管10内供给大量高压水。而且，由于这些液压单元为 兼有低压大流量模式Ml和高压小流量模式M2的双容量型伺服电动机驱动栗44,因此即使在 试验管10的尺寸和壁厚涉及多方面，包括如直径超过24英寸的直径非常大且壁厚较厚的试 验管10的情况下，也能够对任何试验管10内补偿因升压初期的残留空气的压缩而导致的加 压吸收，从而能够在尽可能短的时间内升压至设定保持压力附近。
[0078]此外，由于从设定保持压力附近至设定保持压力，仅有多台伺服电动机驱动栗44 中的一台在高压小流量模式M2下单独运转，并通过小流量使试验管10内的升压收敛至设定 保持压力，因此不会存在发生过冲的危险。另外，也不会产生因同步不良而导致的振荡问 题。因此，收敛至设定保持压力的精度较高。
[0079] 另外，由于在试验的整个期间以及试验外的整个期间，仅向增压缸41的低压侧供 给必要量的压力油，从而实质上不存在所释放的压力油，因此事实上不会产生液压单元的 动力损失。
[0080] 如此，根据本实施方式的水压试验方法，能够用一个水压试验装置对小径试验管 10到大径试验管10进行试验。而且，在各试验中能够缩短试验所需的时间，每单位时间的试 验根数增加，并且能够抑制液压单元中的动力损失的发生。因此，试验所需的成本大幅降 低。
[0081] 此外，在高压给水中，当在保持低压大流量模式的状态下输出侧水压达到切换点 压力时，多台伺服电动机驱动栗44不会发生向高压小流量模式的切换。另外，在之后的直至 保持压力为止的单独运转中，伺服电动机驱动栗44也在保持低压大流量模式的状态下持续 运转。
[0082] 实施例
[0083]说明根据这种水压试验方法对外径由203mm到21英寸的电焊管进行实际试验的结 果。电焊管为API-X80规格。除外径为203mm的管以外，对于各外径，壁厚为5.0mm、12.7mm这 两种，在外径为203mm的管中，壁厚为12.7mm这一种。对于所有管，长度为1372cm(13.72m)。 屈服应力YS设定在最小值555MPa与最大值705MPa之间的562MPa，根据该屈服应力YS和管规 格求出试验压力P。试验压力P的计算式如数学式1所示。
[0084] [数学式1]
[0085] P = (2 X 系数 f X YSmin X 壁厚 t)/外径 D
[0086] 表1示出各试验管的规格、试验压力P和由这些计算出的必要水量。关于必要水量， 示出低压给水水量和高压给水水量这两种，关于高压给水水量，示出吸收残留空气的压缩 所需的水量、吸收管膨胀所需的水量、21MPa升压所需的水量、从21MPa升压至试验压力所需 的水量以及这些的合计水量，并且示出合计水量中的低压用增压缸所承载的水量、高压用 增压缸所承载的水量。当试验压力为21MPa以下时，21MPa升压所需的水量为升压至试验压 力所需的水量，从21MPa升压至试验压力所需的水量为0。
[0087]低压用增压缸的最大容量为95L，高压用增压缸的最大容量为40L。作为伺服电动 机驱动栗，使用三台15kW伺服电动机驱动栗。在此，试验管内的残留空气量为1.5%，但如前 所述，实际上无法避免较大的偏差。因此，在此计算出的必要水量为目标水量，如前所述，在 实际试验中通过监测增压缸的输出侧水压，也能够避免该偏差的影响。
[0088]
[0089] -根试验管10的试验所需的周期时间如下所示。试验管的装载、卸载为6.0秒，试 验管的定心为1.0秒，尾头的前进为4.0秒，非加压给水为6.0~9.5秒，抽气阀的操作为0.5 秒，直至试验压力的强制加压给水为3.5~10秒，保持时间为10秒，泄压时间为0.5秒、尾头 后退为3.0秒、试验管的排出为1.0秒、时滞为1.5~3.0秒，周期时间控制在37.0~47.5秒之 间。强制加压给水时间不均是因试验压力不同而导致，在本实施方式的水压试验方法中，该 强制加压给水时间的缩短很显著。另外，在现有水压试验方法中，根本无法用一个装置对多 种试验管进行试验。
[0090] 此外，形成驱动系统42的主体的伺服电动机驱动栗44的台数为两台以上即可，根 据各个栗44的能力和所要求的特性来适当决定台数。
[0091] 关于上述水压试验中合格的试验管，为了在下一工序中与接头连接而在管端进行 螺纹切削。完成螺纹切削的试验管以在一端或两端安装有接头的状态用于相同的水压试验 中。仅在一端安装接头并进行水压试验的情况下，通过向特殊塞子内供给高压水来进行螺 纹部的漏水试验，所述特殊塞子通过用于密封试验管的端部内的塞子和用于密封接头的开 放侧的塞子形成为一体而成。因此，与将管内整体注满水的情况相比，用少量的高压水进行 试验，但由于与实施例相同在高压下进行试验，因此仍需要升压时间。因此，在这种管端的 水压试验中，实施例的水压试验方法及装置也极为有效，试验时间的缩短效果很显著。
[0092] 在上述说明中，虽然试验对象为电焊管，但本发明也能够应用于无缝管的水压试 验中。在无缝管的水压试验的情况下，试验压力例如为160MPa，高于电焊管的试验压力。因 此，优选使用三个或三个以上的增压缸。如果伺服电动机驱动栗为15kW伺服电动机驱动栗， 则需要8~9台。同样，在电焊管的水压试验中，也能够使用三个以上的增压缸。
[0093] 附图标记说明
[0094] 1〇 试验管
[0095] 20A主轴箱单元
[0096] 20B 尾座
[0097] 21 排气阀
[0098] 30 低压给水系统
[0099] 31 水箱
[0100] 32 水池
[0101] 33 水仓
[0102] 34 栗
[0103] 35 开闭阀
[0104] 40 高压给水系统
[0105] 41 增压缸
[0106] 42 增压缸41的驱动系统
[0107] 43 切换机构（电磁阀）
[0108] 44 伺服电动机驱动栗
[0109] 45 油仓
[0110] 47 水压传感器
[0川]48 控制系统
【主权项】
1. 一种水压试验方法，为了对制造出的金属管进行水压试验，从液压驱动式增压缸向 试验管内供给高压水，以使管内升压至规定的试验压力并保持规定时间，所述水压试验方 法的特征在于， 将并联连接的多台伺服电动机驱动栗作为所述增压缸的液压式驱动源使用，截至所述 增压缸的输出侧达到预先设定的试验压力附近为止，同时运转多台伺服电动机驱动栗，之 后，除多台伺服电动机驱动栗中的一台以外停止运转，通过剩余一台伺服电动机驱动栗的 运转，使所述增压缸的输出侧达到试验压力并保持。2. 根据权利要求1所述的水压试验方法，其特征在于， 伺服电动机驱动栗为双容量型。3. 根据权利要求1或2所述的水压试验方法，其特征在于， 设定比试验压力低规定压力的切换点压力，并在升压过程中在增压缸的输出侧测定高 压水的水压(P)，截至测定水压达到所述切换点压力为止，同时运转多台伺服电动机驱动 栗，在测定水压达到所述切换点压力的时刻，除多台伺服电动机驱动栗中的一台以外停止 运转，在测定水压达到试验压力的时刻，停止运转中的一台伺服电动机驱动栗的运转。4. 根据权利要求1或2所述的水压试验方法，其特征在于， 对试验管并联配置增压比阶段性地提高的多个增压缸，并按增压比由小到大的顺序使 用所述多个增压缸。5. -种水压试验装置，为了对制造出的金属管进行水压试验，从液压驱动式增压缸向 试验管内供给高压水，以使管内升压至规定的试验压力并保持规定时间，所述水压试验装 置的特征在于， 对所述增压缸并联连接多台伺服电动机驱动栗以作为增压缸的液压驱动源，并且对试 验管并联连接增压比阶段性地增大的多个增压缸以作为所述增压缸，并在液压源与多个增 压缸之间设置有切换机构，所述切换机构将来自液压源的压力油选择性地供给到多个增压 缸中的一个。6. 根据权利要求5所述的水压试验装置，其特征在于， 伺服电动机驱动栗为双容量型。7. 根据权利要求5或6所述的水压试验装置，其特征在于， 在增压缸的输出侧线路上设置有用于测定高压水的水压的水压传感器，并且在所述水 压试验装置上构造有缸体控制系统，所述缸体控制系统基于由水压传感器提供的测定水压 而控制所述切换机构，使得所述增压缸按由增压比小的增压缸到增压比大的增压缸的顺序 来工作。8. 根据权利要求5或6所述的水压试验装置，其特征在于， 构造有以如下方式控制多台伺服电动机驱动栗的栗控制系统:设定有比试验压力小规 定压力的切换点压力，截至测定水压达到切换点压力为止，同时运转多台伺服电动机驱动 栗，之后，截至测定水压(P)达到试验压力为止，运转一台伺服电动机驱动栗。
【文档编号】G01N3/12GK105980830SQ201480074786
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年2月4日
【发明人】鹤田谕, 森崎胜彦, 中田充, 石垣胜己
【申请人】株式会社中田制作所