专利名称：机械扩管机以及无缝钢管的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对石油、天然气流体输送用的管线等 上使用的无缝钢管的管端部进行扩管的机械扩管机，以及使用 该机械扩管机来将无缝钢管的管端部扩管的无缝钢管的制造方法。
背景技术：
在铺设上述管线时，多条管线用的钢管间的连接(圓周焊接) 是在铺设现场进行的。因此，要求所使用的无缝钢管具有较高的焊接施工性即焊 接效率、难以发生焊接缺陷的特性。因而，要求焊接部的内径具有高尺寸精度。而且，在发生 焊接缺陷的情况下，要除去焊接部再进行重新焊接，由此需要特别确保管端部分(从管口到向长度里侧方向距管口 l()()mm、 优选距管口 300mm位置之间的区段)的内径具有高尺寸精度。然而，热制造的无缝钢管与冷制造的焊接钢管相比较，有 时难以确保对焊接施工性影响大的内径尺寸精度具有窄公差。 因此，为了确保特别是管端部分的内径尺寸精度， 一般采用研 磨机或切削机的修正方法，或冷加工的修正等方法。而且，在专利文献l公开了通过插入具有圆柱状躯干部的 芯棒来矫正管端部分的内径的方法。而且，在专利文献2公开 了将扩管模具的材质变更为合成树脂以使模具段(die segment) 具有弹性来进行扩管的方法。专利文献l:日本专利第2820043号7>才艮专利文献2:日本专利第2900819号7>存艮
但是，在使用研磨机或切削机进行的修正时，管端部分的 厚度会变薄，因而有可能使钢管之间的连接部分的强度下降。 而且，由研磨机进行的修正难以从管端向长度里侧方向进行均 匀的修正。而且，根据专利文献l、专利文献2公开的技术，可解决管 端部分的厚度变薄的问题，但因为模具段、芯棒的躯干部具有 相同的外径，如下所述难以从管端向长度里侧方向进行均匀的 扩管。另外，在专利文献l所述的情况下，为了适应多种尺寸， 需要制作大量的芯棒，而提高了制造成本。本发明要解决的问题是，为了提高热制造的无缝钢管的管 端部分的内径尺寸精度，在以往的技术中，强度发生下降，且 从管端向长度里侧方向进行均匀的扩管较为困难。发明内容本发明目的在于提高热制造的无缝钢管的管端部分的内径 尺寸精度。因此，本发明的机械扩管机将圆锥件(cone)和模具(dies) 插入于需要扩管的管端部内，在模具被固定于管端部内的状态 下将圓锥件沿轴向向管外部拉拔，由此通过楔作用使模具向半 径方向外侧扩张来对管端部进行扩管，其最主要的特征在于， 在上述模具的躯干部外周形成管里端的外周面的半径比管口侧 的外周面的半径大的锥形(taper)。而且，本发明的无缝钢管的制造方法的最主要特征在于， 其使用机械扩管机对管端部进行扩管，所述机械扩管机具有在 躯干部外周形成管里端的外周面的半径比管口侧的外周面的半 径大的锥形的模具。在本发明中，优选设置于模具躯千部外周的锥形锥度值根 据下述的发明人的实验结果来确定。根据本发明，可制造出在铺设场地通过圆周焊接对多根钢 管间进行连接时能发挥现场焊接施工性优异的特性、且管端尺 寸精度良好的无缝钢管。
图l是机械扩管机的概略说明图；图l (a)是机械扩管机主 要部分的纵剖视图；图l (b)是图1 (a)的A - A剖视图。图2 (a)是用于说明模具与圆锥件之间产生的间隙的图；图 (b)是表示因模具的躯干部里端侧的磨损而使模具发生倾斜的图 图3是用于说明本发明的机械扩管机的图。 附图标记"i兌明P、钢管；1、模具；la、躯干部；2、圓锥件具体实施方式
以下，使用附图对用于实施本发明的最佳实施方式、以及 从本发明的构想到解决课题的经过进行详细i兌明。首先要说明的是，如专利文献l公开那样的，通过插入芯棒 来进行的扩管来修正多种尺寸的钢管，需要制作许多芯棒，这 样增加了制造成本。因此，发明人对只将制造UOE钢管时使用的、由扩径自如的 扩管模具来扩张的机械扩管机应用到管端部分上的情况进行了 研究。如图l所示，机械扩管机包括模具l，其插入到所扩管的 钢管P的内表面上；圆锥件2 ,其使模具l从内侧向外侧进行扩张。 其中，模具l被沿圆周方向分为多个，与钢管P的内表面相
接触的躯干部1 a的外表面与钢管轴平行，而与圓锥件2的外表面 接触内表面形成为插入于钢管P的里侧部的一侧为大直径的锥形形状。另一方面，与圆锥件2的模具1相接触的外表面形成为，插 入于钢管P里侧部的一侧为大径且具有与冲莫具l的内表面相同的 锥角的锥形形状。使用这样的机械扩管机对钢管P进行扩管的方法如下所示。首先，将圆锥件2插入于钢管P的端部内，接着将模具l的 躯干部la插入于钢管P的端部内。接着，将模具1固定于钢管P上的状态下，将圓锥件2沿轴向 向管件外部拉拔。利用对该圆锥件(cone)2的拉拔，通过设置于 圓锥件2和模具1上的两个锥形体(taper)的楔作用使模具l向半 径方向外侧扩张。因此，通过控制圆锥件2的上述拉拔量，可控制由模具l来 实施的钢管P的扩张量，因此，可使用 一个机械扩管机将钢管P扩管成多个内径。发明人采用由扩径自在的扩管模具进行扩张的方法，只对 无缝钢管的管端部分进行扩径。其结果，将管口部的内径控制 在规定范围的公差内，使管口部的内径比管里侧部的内径大。为了获得沿管轴向均匀的内径，扩管时的作用面(钢管内表 面所接触的模具的躯干部外周面)需要在与管的中心轴线的平 行状态下完成加工。但是，只有管端部分进行扩管作业时，模具l的躯干部la 里端受到未扩管的钢管P部分的限制，躯干部la的里端侧作用于 模具l上的表面压力比管口侧作用于模具l上的表面压力更高。 因此，扩管时，增加了与圆锥件2相接触的躯干部la的内周部里 端部分的磨损量，作为其结果，使得模具l在躯干部la里端侧与
圓锥件2的间隙大于在躯干部la的管口侧的间隙(参照图 2(a))。即，才莫具l在躯干部la里端侧与圆锥件2的间隙dl大于在管 口部与圓锥件2的间隙d2,同时作用于躯干部la的里端部上的表 面压力高于作用管口部上的表面压力，如图2(b)所示，扩管加 工结束时模具l相对于管轴而倾斜。其结果，可知钢管P的管口部的内径大于管里侧部的内径。另外，U0E钢管的场合，由于不仅针对管端部分而且针对全 长进行扩管，因此不会发生这样的问题。发明人基于以上的见解，对即使是模具进行磨损，也在作 用面与管轴相平行的状态下完成加工那样的模具的形状进行了 各种研究，并进行了实验。此外，由发明人进行实验的结果的 一 实例如以下所示。供实一险用的钢管是外径32 3. 9mm、壁厚2 5. 4mm的钢管。在该钢管中插入设有锥形体的模具和未设有锥形体的模 具，所设的锥形体在躯干部外周面的轴向长度为100mm,在躯 干部的外周的管里端的外周面半径比管口侧的外周面半径大 0.5mm、 lmm (夕卜半^圣差为0.5mm 、 lmm的4偉形),通过圓4, 件的拉拔而使这些模具向外侧扩张来进行扩径。另外，在供使 用的模具的管里侧部的内周面沿着半径方向发生了 0.5mm的 磨损。在使用上述各个模具来矫正管端部后，测定各矫正部分的 管口部和距离管口部100mm的轴向里侧部的外径和壁厚，算出各 个内径，并对管口以及距管口部100mm的轴向里侧部位置的内径 差进行评价。其结果如下表l所示。表l
模具 躯千部的 外半径差管口距管口 100mm内半径差外径 (imn)壁厚 (mm)内径 (mm)外径 (mm)壁厚 C咖)(IDa— IDb)/20DaWTaIDaODbWTbIDb326.2425. 48275.28325. 2225. 39274， 440. 42mm0. 5咖326. 2625. 33275.6326. 3125.31275. 69-0， 05咖1. 0加326.2225.12275. 98327. 2625.2276. 86—0.44mm由表1可知，将模具的磨损量减去因设有锥形体而产生的模 具躯干部的外半径差的差值大致等于钢管在管口的模具内周位置与在距管口 100mm的轴向里侧部的内周位置的内半径差。可确i人若钢管端部内的管口部内径与管里侧部内径的差值 为2mm以下(内半径差为lmm以下)，则在焊4妻施工方面也不存在 大的问题，根据上述结果，将模具躯干部的外半径差设为lmm (躯 干部长度为100mm时具有2 / IOO的锥度)，由此可使模具的磨损 量在Omm 2匪的范围内，且使矫正部分的管端部与管里侧部的 内半径差在1. Omm以下。即，只对向长度里侧方向距管口 100mm、优选距管口 300mm 之间的管端部分进行矫正时，也可使用如图3所示的模具1，该 模具1在其躯干部外周形成管里端的外周面的半径比管口侧的 外周面的半径大lmm的锥形(2 / 100 ~ 2 / 300的锥度)。若使用具有这样模具l的机械扩管机来对无缝钢管的管端 部进行扩管，则在开始使用模具时管口部的内径比管里侧部的 内径小lmm。因此，即使模具发生磨损，矫正部分的管端部分以 及管里侧部的内半径的偏差也比以往用的工具小，只要该偏差 在公差内便可以实施扩管操作，从而大大地延长了耐磨损的工 具寿命。另外，可确认若钢管端部的管口部内径与管里侧部内径的 差值为2mm以下(内半径差为lmm以下)，则在焊接施工方面不存 在大的问题，根据上述结果，将模具躯干部的外半径差设为 0. 5 ~ 1. 5mm(躯干部长度为100mm时具有1 / 100 ~ 3 / IOO的锥 度)，由此可使模具的磨损量在Omm 2. O,的范围内，并使矫正 部分的管端部与管里侧部的内半径差在l. Smm以下。本发明并不只限定于上述实例，不用i兌在各纟支术方案所述 的技术思想范围内可适当地变更实施方式。
权利要求
1. 一种机械扩管机，其将圆锥件和模具插入需要扩管的管端部内，在模具被固定于管端部内的状态下将圆锥件沿轴向向管外部拉拔，由此通过楔作用使模具向半径方向外侧扩张而使管端部扩管，其特征在于，在上述模具的躯干部外周，形成管里端的外周面的半径比管口侧的外周面的半径大的锥形。
2. —种无缝钢管的制造方法，其特征在于，其使用机械扩 管机对管端部进行扩管，该机械扩管机具有在躯干部外周形成 管里端的外周面的半径比管口侧的外周面的半径大的锥形的模具。
全文摘要
本发明目的在于提高热制造的无缝钢管的管端部分的内径尺寸精度。一种机械扩管机，其将圆锥件(2)和模具(1)插入于需要扩管的管端部内，在模具(1)被固定于管端部内的状态下将圆锥件(2)管件沿轴向向外部拉拔，由此通过楔作用使模具(1)向半径方向外侧扩张来对管端部进行扩管。在模具(1)的躯干部(1a)外周，形成管里端的外周面的半径比管口侧的外周面的半径例如大1mm的锥形。使用该机械扩管机对管端部进行扩管来制造无缝钢管。可制造出在铺设场地通过圆周焊接对多根钢管间进行连接时能发挥现场焊接施工性优异的特性、且管端尺寸精度良好的无缝钢管。
文档编号B21C37/16GK101394952SQ20078000819
公开日2009年3月25日 申请日期2007年3月9日 优先权日2006年3月9日
发明者奥井达也, 有田勤, 秋山雅义, 黑田浩一 申请人:住友金属工业株式会社