金属管的制造方法和装置

技术领域

本发明涉及一种成形，其使用能够以数倍范围的口径比兼用辊的成形辊，将金属带连续地从板成形为半圆形状、圆形状，将金属带的两端部对接焊接而形成焊接管，并且涉及一种焊接管的制造装置和制造方法，其根据不同的产品尺寸和不同的金属种类，能够可靠地对被成形坯料施加成形所需的推力，能够在成形辊机座间不会产生材料在生产线方向的推拉的情况下进行高效及高精度的成形。

背景技术

之前，发明人关于金属管的制造方法提出了PCT专利申请(PCT/JP2021/014863)，该金属管的制造方法能够实现用于制造金属管的采用轧管机的自动作业，建议一种制造方法(智能轧机)，该制造方法在被成形坯料的初始通板和因所谓的尺寸变更而变更金属带的尺寸时等变更制造条件的情况下，能够自动使配置在轧管机的机座内的成形工具的位置移动到规定位置来实现所希望的成形。

关于使用兼用辊(该兼用辊为了在某种范围的不同口径下能够兼用成形辊而需要在机座内调整位置)的轧管机，设想了如下的轧管机：该轧管机为了实现上述的初始通板等的自动化，例如在使用兼用的成形辊的轧管机整体中进行辊花(Roll flower)设计，该辊花设计为进行边缘弯曲成形，然后进行圆形弯曲成形，该轧管机的所有成形辊的结构是特定的。

关于使用该轧管机的成形辊的成形工序，将例如采用三维弹塑性变形有限单元法对具有某种理想性状的被成形坯料的从板到圆管为止的全部理想成形的进程进行成形模拟分析的结果作为理想模型的成形进程，针对该成形进程，捕捉以下的相关关系：所述相关关系是从进入导向机座EG到十字形辊模头(Turk’s head)机座TH为止的连续的带材料整体的变形形态值(例如材料剖面形状)与从进入导向机座EG到十字形辊模头机座TH为止的全部成形辊机座的各辊位置信息之间的相关关系。

这样，若在从具有某种品种、尺寸、制造履历的金属带的成形模拟分析得到的从板状到管状的作为一体物的成形进程中，进一步加入由于尺寸不同引起的材料剖面形状与辊位置之间的相关关系，并将其作为轧管机中的某个测量位置处的被成形材料的变形形态值(例如作为剖面形状的边缘位置、宽度尺寸、高度尺寸)进行评价，则在设想的兼用范围内的作业中，根据上述相关关系求出测量位置前后的辊机座上的成形辊应采取的理想的辊位置。

除了品种、尺寸的差异之外，还伴随着被成形材料的个性、即所使用的金属带的尺寸误差、热轧履历、材质的差异和其在生产线方向上的偏差等的金属带固有的个性，可以推定在由规定的结构构成的轧管机进行成形时的实际的成形进程与还考虑轧管机的个性而设想理想的金属带的成形进程的理想模型不同。

因此，通过将实际作业时与理想模型之间的差异作为成形中的金属带的变形形态值来测量，进行根据成形进程的与理想模型的差异来预测成形辊的位置需要调整的比较、预测的操作，从而为了实现作业中的金属带固有的成形进程，能够进行需要修正的成形辊的选定及其位置调整。

在开发上述智能轧机时，针对能够在不更换辊的情况下以1：3的外径比制造从大径到小径的金属管的申请人的FFX轧机(专利文献1)进行了各种实验。该FFX轧机的特征在于，由于兼用包括开坯BD在内的所有辊，因此采用曲率连续变化的渐开线辊孔型，并使用沿上辊弯曲的沿线弯曲，对各种产品外径和壁厚形成理想的辊孔型。

上下的成形辊以配合板宽扩缩的方式水平移动，或者配合壁厚和通过线上下移动，开坯第一级的上辊被构造为为了相对于板坯改变接触面而进行摆动，采用对各种产品外径和壁厚进行辊位置调整的结构。

能够进行自动控制作业的智能轧机的制造方法，对于采用对各种产品外径和壁厚进行辊位置调整的结构的FFX轧机来说，可以说是不可缺少的匹配性良好。初始通板的自动作业也成为可能，对被成形材料的个性也容易应对并实现了自动化。

专利文献1：日本专利第4906986号公报

在上述的智能轧机中，为了实现诸如提高边缘弯曲的形状性(成形区域和成形曲率)和精度、以及伴随与此的接缝的对接精度、焊接品质的提高等的向高品质化的成形性的提高，通过三维弹塑性变形有限单元法研究成形进程分析的过程中，发现了在采用渐开线辊孔型，并进行沿着上辊弯曲的沿线弯曲的兼用辊中，因进行坯料的弯曲成形和进给驱动引起的新的问题。

在开坯BD成形部分中，如果不能可靠地完成基于沿线弯曲成形的边缘弯曲成形(形状性及其精度)，则即使在作为下一工序的多辊CL成形部分中完成基于圆形弯曲成形的从半圆形到大致圆形的成形，也会由于边缘部之间的对接形状不良等而产生焊接缺陷。

详细而言，在开坯第一级中，在边缘部附近设定上下辊的夹点(pinch point)，使坯料沿着上辊的特定部位进行弯曲成形。

在开坯第二级～第四级中，一边用侧辊对之前弯曲的边缘部进行支撑，一边在比通过上下辊在前段成形的部位更靠内侧处设定夹点，使坯料沿着内辊的特定部位进行弯曲成形。在此，由于侧辊具有调整所沿范围的重要功能，因此侧辊在机座内的位置调整变得极为重要。进而，除非在侧辊上产生必要且足够的成形荷载，则无法完成成形。

用于计算辊成形所需的荷载(成形反作用力)的统一的方法和公式还没有确立，只不过在1980年代提出有几个特定条件下的简易式。在实际设备中，例如可通过在上下水平辊轴轴承上配置测力传感器等方法来测量成形荷载，但在侧辊的情况下，这是困难的。但是，在成形进程的模拟分析中，能够高精度地掌握在成形辊上产生的成形荷载和坯料从成形辊受到的进入阻力。

前述的新问题如下：成形辊是兼用的，根据产品尺寸，成形辊夹持坯料的部位发生变化；成形辊承受的成形反作用力在夹点上最大，坯料的行进速度和辊的圆周速度一致的进给直径也位于夹点附近；在驱动的电动机和减速器的设计中使用的辊基准直径与根据造管条件而变化的进给直径未必一致，在进给直径方面较小的情况下，可能被制动。

换言之，如果使BD机座担负成形和推力这两者，则会牺牲推力的稳定。即，认识到可观察因在根据产品尺寸而变化的进给直径下的BD机座间的推力的推拉以及进行辊位置管理而在作业中产生的成形反作用力(＝推力的变化)。

推力的不稳定也会影响到成形。例如，在为了应对推力不足而配合卷材最薄部的强压下，会因材料在机座间的拉锯而产生蛇行或滑移痕迹等。

另外，由于被成形金属带(卷材)不一定从顶部到底部总是均匀的厚度，而且BD辊进行位置控制管理，因此如果钢卷的厚度发生变化，则因辊位置不追随，成形反作用力也发生变化，推力也会发生变化。但是，由于BD辊夹持钢卷的宽度方向的左右端部，因此在辊进行压力控制的情况下，如果卷材的左右厚度之间存在差异，则上辊单元会稍微倾斜，因此只能选择位置管理。

总之，认识到以下情况：即使为了进行自动作业，根据成形进程的模拟结果和成形坯料的位置信息之间的比较，进行修正预测并自由准确地进行辊的位置控制，成形进程的分析的前提还是坯料的行进速度恒定，如果在被驱动的开坯BD1到BD4之间发生坯料的推拉现象，则可能会不能确保所需的推力，阻碍沿线弯曲成形。

基于上述认识，关于成形进程的模拟结果的再现性，对沿线弯曲成形方法及其成形装置两者进行了深入研究。

发明人注意到在开坯BD部分中，为了使上下辊的夹点的设定准确且可靠地进行沿线弯曲成形，重要的是成形辊不参与对坯料的推力产生，坯料能够在得到恒定的速度和推力的同时经过多级BD。在此基础上研究驱动方法的结果，注意到需要在开坯辊BD的前后对经过BD提供充分的推力。

因此，研究专用于驱动的驱动辊机座的设置的结果，认识到通过对驱动辊DR采用辊基准直径明确的上下平辊，从而在稳定且必要的推力下，通过配置在开坯辊BD的前后段的驱动辊DR能够使得坯料经过开坯辊BD的成形孔型。

进而，关于机座的配置方法进行研究的结果，认识到以下情况，并完成本发明：即，通过在开坯辊BD的前后段配置驱动辊DR并将其设为专用于驱动，将BD辊机座设为无驱动且专用于成形，从而由DR机座中的平辊通过压力控制对材料中央部施加推力时，辊基准直径明确并以恒定的速度和推力输送坯料，如成形进程的模拟结果那样，能够对各种产品外径和壁厚确保所需的推力，通过BD辊机座中的准确的辊位置控制，坯料能够准确地经过所需的辊孔型内，可靠地进行夹点和沿线弯曲的成形，BD辊机座组中的成形性提高。

发明内容

本发明为一种焊接管的制造装置，其为在开坯工序中使用的成形轧机，在所述开坯工序中使用在上辊孔型中采用渐开线曲线的一部分并进行从由上下辊夹持被成形坯料的夹点开始沿着上辊使坯料宽度方向的外侧或内侧的区域弯曲的沿线弯曲成形的成形辊，在多个机座中使用进行了以数倍范围内的口径比兼用辊的辊花设计的兼用成形辊，从坯料的两端部通过边缘弯曲成形方式进行弯曲成形，

所述制造装置将专用于弯曲成形的无驱动型开坯辊BD配置在多个机座中，其中在每个BD机座的前后段配置有专用于驱动的驱动辊DR机座，驱动辊DR由通过上下平辊对坯料中央部施加推力的结构构成，具有用于在多级驱动辊DR整体中施加并控制经过所述工序所需推力的推力控制单元和驱动转速控制单元。

另外，本发明在上述开坯辊轧机中，推力控制单元具备对各驱动辊的上辊施加荷载的流体压装置并具有荷载控制单元。

另外，本发明在上述开坯辊轧机中，驱动辊的上下平辊具有与被成形坯料的中央部的平坦度相符的形状。

进而，本发明为如下的焊接管的制造装置，其为如下的轧管机：所述轧管机在上述开坯辊轧机的下游侧配置有多辊轧机，所述多辊轧机具有以圆形弯曲成形方式承担管坯下部的成形的无驱动型的多级四辊或三辊的兼用多辊机座，所述轧管机进而在所述多辊轧机的下游侧配置有精轧辊轧机，所述精轧辊轧机具有设置于夹紧工序并将管坯成形为大致圆形状的驱动型的多级精轧辊机座，

所述制造装置具有推力分配控制单元，所述推力分配控制单元用于将经过将被成形坯料成形为圆管的各工序所需的推力分配给开坯辊轧机的多级驱动辊组和精轧辊轧机的多级精轧辊组，使得驱动辊和精轧辊对被成形管坯施加推力并进行控制。

另外，本发明为如下的焊接管的制造装置，在上述轧管机中，推力分配控制单元是如下的运算单元，所述运算单元用于根据推力的分配信息，对驱动辊组的推力控制单元和驱动转速控制单元、在机座内对精轧辊进行位置控制的位置控制单元和精轧辊的驱动转速控制单元分别进行操作。

本发明为一种焊接管的制造方法，其在开坯工序中使用开坯辊轧机，在所述开坯工序中使用在上辊孔型中采用渐开线曲线的一部分并进行从由上下辊夹持被成形坯料的夹点开始沿着上辊使坯料宽度方向的外侧或内侧的区域弯曲的沿线弯曲成形的成形辊，在多个机座中使用进行了以数倍范围内的口径比兼用辊的辊花设计的兼用成形辊，从坯料的两端部通过边缘弯曲成形方式进行弯曲成形，

所述开坯辊轧机将专用于弯曲成形的无驱动型开坯辊BD配置在多个机座中，在每个BD机座的前后段配置有专用于驱动的驱动辊DR机座，驱动辊DR由通过上下平辊对坯料中央部施加推力的结构构成，具有用于在多级驱动辊DR整体中施加并控制经过所述工序所需推力的推力控制单元和驱动转速控制单元，

所述制造方法从根据兼用范围内的品种、尺寸的差异对成形进程进行成形模拟分析的结果，得到与被成形坯料相应的开坯工序的边缘弯曲成形所需的推力信息，在所述驱动辊DR整体中对被成形板坯施加推力，其中，所述成形进程是设想了上述成形辊机座的结构及操作顺序特定的开坯辊轧机并将被成形坯料逐渐成形为半圆形管的成形进程。

进而，本发明为一种焊接管的制造方法，其在开坯工序、之后进行中心弯曲而弯曲成形为圆筒状的圆形弯曲成形工序、用于调整管坯的准备对接的边缘部的端面形状而成形为所需的圆形形状的精轧辊成形工序中使用轧管机，其中，在所述开坯工序中使用在上辊孔型中采用渐开线曲线的一部分并进行从由上下辊夹持被成形坯料的夹点开始沿着上辊使坯料宽度方向的外侧或内侧的区域弯曲的沿线弯曲成形的成形辊，在多个机座中使用进行了以数倍范围内的口径比兼用辊的辊花设计的兼用成形辊，从坯料的两端部通过边缘弯曲成形方式进行弯曲成形，

所述轧管机具有开坯辊轧机，所述开坯辊轧机将专用于弯曲成形的无驱动型开坯辊BD配置在多个机座中，在每个BD机座的前后段配置有专用于驱动的驱动辊DR机座，驱动辊DR由通过上下平辊对坯料中央部施加推力的结构构成，具有用于在多级驱动辊DR整体中施加并控制经过所述工序所需推力的推力控制单元和驱动转速控制单元，

所述轧管机在所述开坯辊轧机的下游侧配置有多辊轧机，所述多辊轧机具有以圆形弯曲成形方式承担管坯下部的成形的无驱动型的多级四辊或三辊的兼用多辊机座，所述轧管机进而在所述多辊轧机的下游侧配置有精轧辊轧机，所述精轧辊轧机具有设置于夹紧工序并将管坯成形为大致圆形的驱动型的多级精轧辊机座，所述精轧辊轧机具有在机座内对精轧辊进行位置控制的位置控制单元和精轧辊的驱动转速控制单元，

所述制造方法从根据兼用范围内的品种、尺寸的差异对成形进程进行成形模拟分析的结果，得到与被成形坯料相应的各成形工序的成形所需的推力信息，在所述驱动辊DR机座组和精轧辊FP机座组中对被成形板坯施加推力，其中，所述成形进程是设想了上述成形辊机座的结构及操作顺序特定的轧管机并将被成形坯料逐渐成形为圆形管的成形进程。

通过上述成形进程的分析，判明开坯辊轧机中所需的推力和精轧辊轧机中所需的推力，确定分配给各驱动辊和各精轧辊的驱动力。

在开坯成形部分中，成形辊不需要考虑自身产生的驱动力，能够采用忽略了用于驱动的辊基准直径且更加专门用于成形的外径和辊孔型。另外，由于能够分析经过这样的成形辊的孔型时材料所承受的进入阻力，因此能够事先掌握实际成形时所需的推力。

这样得到的成形、造管所需的推力信息，由于驱动辊由平坦的上下辊夹持被成形板坯的中央部驱动并施加推力，因此能够有效地使用。

关于驱动辊，由于其平坦且接触区域宽，因此容易得到推力，而且由于其辊基准直径明确，且能够在所有的驱动辊机座上统一，因此容易取得速度的同步。例如，辊通过液压缸进行荷载(压力)控制，即使被成形坯料的厚度变动，也能够产生恒定的推力。

作为装置，由于驱动辊的辊径较小，驱动转矩和减速比也可以较小，而且可以统一减速器的规格，因此能够提高维护性，也能够削减维持成本。

在开坯机座中，由于没有驱动主轴，因此成形机座的设计自由度变大，而且由于可以减小辊径，因此机座间隔变短，产生被成形板坯的通板性提高的优点。

附图说明

图1是表示沿线弯曲成形的说明图，表示在辊表面采用渐开线孔型，由上下辊夹持被成形板坯的夹点。通过从该夹点沿坯料宽度方向的外侧或内侧的上辊弯曲从而进行边缘弯曲成形。

图2A是表示将成形辊兼用来进行边缘弯曲的开坯BD1～BD4工序的兼用辊的说明图，表示相对于被成形坯料宽度，扩大或缩小辊间隔或将辊位置升降。

图2B是表示将成形辊兼用来进行边缘弯曲的开坯BD1～BD4工序后，将半圆形成形为大致圆形的圆形弯曲CL1～CL4工序的兼用辊的说明图，表示相对于被成形坯料宽度，扩大或缩小辊间隔或将辊位置升降。

图3是根据针对与图4至图15所示的实施例的开坯辊轧机、多辊轧机同样的辊机座配置下的轧机和精轧辊轧机、夹紧辊轧机进行成形进程模拟分析的结果，作为被成形板坯与成形辊之间的位置相关关系，沿通过线方向俯瞰观察的图像立体说明图。

图4是从操作侧W.S.观察本发明的实施例的开坯辊轧机、多辊轧机的正面说明图。被成形板坯从图的左侧向右侧经过。

图5是从图4的上游侧观察到开坯辊机座BD1的左侧面说明图。

图6是从图4的下游侧观察多辊机座CL1的右侧面说明图。

图7是表示驱动辊机座的立体说明图。

图8是图4所示的实施例轧机的立体说明图。

图9是表示配置有拉出轨道台的状态的轧机的立体说明图，该拉出轨道台用于从开坯辊机座向操作侧横向拔出收纳有上下辊的上下辊单元。

图10是配置有用于向操作侧横向拔出的拉出轨道台的状态下表示从开坯辊机座将收纳有上下辊的上下辊单元整体拉出后的状态的轧机的立体说明图。

图11A是表示开坯辊机座BD1的上下辊单元的立体说明图。

图11B是表示开坯辊机座BD1的上下辊的立体说明图。

图12是表示开坯辊机座BD4的上下辊单元的立体说明图。

图13是收纳有开坯辊机座BD2的上辊的上框体的立体说明图。

图14是收纳有开坯辊机座BD2的下辊的下框体的立体说明图。

图15是收纳有开坯辊机座BD4的下辊的下框体的立体说明图。

具体实施方式

根据针对具有与实施例的开坯辊轧机相同的辊机座配置的轧管机进行模拟分析的结果，作为被成形板坯与成形辊之间的位置相关关系，基于沿通过线方向俯瞰观察的图3的图像立体说明图说明从板状到圆管的成形进程和辊结构。

进行边缘弯曲成形的部分的开坯辊轧机是由专用于成形的四级开坯辊BD1～BD4构成，在该四级开坯辊的前后配置有专用于驱动的五级驱动辊DR1～DR5，从而以DR1、BD1、DR2、BD2、DR3、BD3、DR4、BD4、DR5的顺序排列有机座的轧机。

开坯辊轧机由实现口径比为数倍的兼用化的无驱动型的成形专用辊组构成，但可以说是基本上内置有由上下平辊夹持被成形板坯的中央部并施加推力的驱动型的驱动辊组的结构。

接下来的进行用于成形为半圆状的圆形弯曲成形的部分的多辊轧机配置有四级多辊CL1～CL4。多辊由实现兼用化的无驱动型的成形专用辊组构成。

进而用于成形为圆形状的精轧辊部分，在此由配置有驱动型的三级四辊结构的精轧辊FP1～FP3的精轧辊轧机构成。

精轧辊机座FPI、FP2、FP3分别由具有用于调整坯料的准备对接的边缘部的端面形状的精轧辊的上辊、用于形成所需的圆管形状的侧辊和下辊构成。这里是弯曲和拉深成形混合存在的部分。

另外，在二辊结构的精轧辊的情况下，是分割成两部分的上下辊，上辊具有精轧辊。

最后的夹紧部分由无驱动的一级夹紧辊SQ机座构成，使边缘端面彼此对接焊接。

通过基于预先设定的辊花的弹塑性变形的模拟分析，分析在使用上述结构轧管机中规定的成形辊时从金属带向金属管的成形进程。

如图4的模拟分析结果的图像立体说明图所示，针对某种尺寸、材质的金属带，使用轧管机中除了进入导向件EG和驱动辊DR以外的所有成形辊，作为坯料从金属带到金属管的变形形态状态和与坯料接触的成形辊的位置之间的相关关系，分析成形进程。

在使用三维CAD数据及三维弹塑性FEM(有限单元法)分析法分析时，在设想为辊不被旋转驱动而是被成形坯料自身以恒定速度移动，被成形坯料进入由各种成形辊彼此之间构成的孔型内而受到进入阻力等这样的被成形坯料逐渐弹塑性变形的成形进程中，能够掌握所有成形辊承受的成形反作用力、进入阻力。

因此，在上述分析中，在开坯成形部分中忽略驱动辊DR1～DR5的存在，在精轧成形部分中精轧辊FP1～FP3不被旋转驱动，在任一个成形部分中，都会掌握被成形坯料弹塑性变形时的涉及成形的辊所承受的成形反作用力、对孔型的进入阻力。

根据其结果，能够判明每个成形辊机座的成形荷载和必要的推力，还能够计算经过每个成形部分所需的推力。进而，通过针对不同的产品尺寸、材质等进行成形进程分析，从而能够计算应施加给各种被成形坯料的推力。

在沿被成形坯料的行进方向俯瞰观察的立体说明图中，在从板状向圆管的成形进程中，对被成形管坯施加推力的是五级驱动辊DR1～DR5和三级精轧辊FP1～FP3。

根据上述的成形进程分析，能够掌握经过截至夹紧工序中焊接而成为圆管为止的工序所需的推力，判明在开坯辊轧机和精轧辊轧机中所需的推力，确定分配给各驱动辊和各精轧辊的驱动力。

在开坯成形部分中，由于成形辊不需要考虑自身产生的驱动力，能够分析在经过忽略用于驱动的辊基准直径而采用更专门用于成形的外径和辊孔型而构成的成形辊的孔型时坯料所受到的进入阻力，因此能够事先掌握实际成形时所需的推力。

这样得到的成形、造管所需的推力信息，由于驱动辊由平坦的上下辊夹着被成形板坯的宽度方向中央部驱动并施加推力，因此能够有效地使用。

关于驱动辊，由于其平坦且接触区域宽，因此容易得到推力，而且由于其辊基准直径明确，且能够在所有的驱动机座上统一，因此容易取得速度的同步。例如，辊通过液压缸进行荷载(压力)控制，即使被成形坯料的厚度变动，也能够产生恒定的推力。

驱动辊基本上使用平辊。图2A所示的被开坯辊夹持的被成形坯料的宽度方向中央部被下辊稍微推顶，而这是为了促进坯料的两个边缘部附近的沿线弯曲。因此，驱动辊DR2～DR4的上下平辊可被形成为与被成形坯料的中央部的平坦度相符的形状。在这种情况下，上述的作用效果也是相同的。

作为装置，由于驱动辊的辊径较小，驱动转矩和减速比也可以较小，而且可以统一减速器的规格，因此能够提高维护性，也能够削减维持成本。

在开坯机座中，由于没有驱动主轴，因此成形机座的设计自由度变大，而且由于可以减小辊径，因此机座间隔变短，产生被成形板坯的通板性提高的优点。

用于在多级驱动辊DR整体中施加并控制经过开坯工序所需的推力的推力控制单元中，可以采用由辊运送金属带的公知的任意方法。例如，在驱动中使用电动机的情况下，可以使用电动机的驱动转速控制单元指示所需的转速，然后可以采用通过上下的辊的位置调整进行推力控制的方法、调整下辊的位置后适当进行上辊的位置调整来调整推力的方法。上下辊的位置调整可以采用公知的机械机构。

另外，可以具备在上下的驱动辊的位置调整后对上辊施加荷载的流体压装置、空压、液压缸等，并且可以使用进行阀操作以使各流体压装置产生所需的压力，或者指示该操作的PLC、微型计算机或计算机。

本发明的制造装置和方法的特征在于，在制造金属管时，根据将被成形坯料从板状成形为圆管的各工序的成形进程的分析结果，得到成形所需的推力信息，并给开坯辊轧机的多级驱动辊组和精轧辊轧机的多级精轧辊组分配经过各工序所需的推力，使得驱动辊和精轧辊向被成形坯料施加推力并进行控制。

因此，推力分配控制单元需要具备驱动辊组的推力控制单元、驱动转速控制单元、在机座内对精轧辊进行位置控制的位置控制单元、以及精轧辊的驱动转速控制单元。

特别是，上述的三级精轧辊FP1～FP3由于不兼用，而是将包含精轧辊的上辊、侧辊、下辊这四辊将被更换为与产品尺寸相应的辊，因此与被成形管坯的整周接触，从而最适合施加推力，各辊的位置调整控制和辊的驱动力的调整(例如驱动转速的控制)对控制成形性和推力的施加变得重要。

即，由于更换为与产品尺寸相应的辊，并调整准备对接的边缘部的端面形状来成形为所需的圆管形状，因此能够控制为例如利用与辊轴支撑部连接的千斤顶等位置调整机构进行机座内的辊位置调整，并施加规定的压下力来进行推力设定，使得辊的驱动电动机维持规定的转速并在三级精轧辊上产生规定的推力。

根据造管所需的推力信息，可通过操作用于控制每个机座的千斤顶和电动机的PLC或微型计算机来进行将经过各工序所需的推力分配设定到驱动辊组和精轧辊组的操作，但在因产品尺寸的差异、品种的差异而分配方法不同的情况下，为了使操作变得容易或实现自动化，优选使用每个机座的PLC、微型计算机的全部或按成形部分进行控制的运算装置进行推力分配控制。

例如，作为使用运算装置的推力分配控制，可以使用如下的运算装置，该运算装置具有：存储芯部，用于计算并存储对驱动辊组和精轧辊组的推力的分配；各驱动辊的驱动转速控制芯部；指示芯部，用于指示对驱动辊的上辊施加荷载的流体压装置产生所需的荷载；位置控制芯部，用于进行各机座内的精轧辊的位置控制；以及动力控制芯部，用于控制精轧辊的驱动转速。

为了进行轧管机的自动作业，事先进行以下操作。

对于在该轧机中所设想的成形辊的兼用范围内的各种尺寸(板宽、壁厚)的金属带、或者进一步基于其尺寸和金属带的材质、用途、规格等的品种差异的各种尺寸、品质不同的各种金属带，分析各自的成形进程。

利用辊花的成形进程中将会设想成形辊正下方的管坯的状态。但是，无法测量成形辊正下方的管坯的变形形态值。管坯的变形形态值为外周面形状、内周面形状、垂直剖面形状、外周长度、成形辊机座列的各机座中的成形荷载中的至少一个。

可根据所述各种成形进程的分析结果，得到管坯在所有成形辊机座中的各机座附近(例如离机座最近的上游侧或下游侧)的变形形态值或者管坯在各机座内的成形孔型等成形工具附近的变形形态值、以及各个机座内的成形辊的位置信息。

将这些各种成形进程的分析结果可以设想为在上面设想的具有某种尺寸、品质的每个金属带、即某种金属带、某种理想模型下的管坯的变形形态值与成形辊位置之间的相关关系值的数据。

或者，还可以作为管坯在轧管机的通过线上的某个范围和特定位置的成形辊机座中的机座附近或成形辊附近的变形形态值与前述特定的机座内的成形工具的位置信息之间的相关关系值的数据。

作为用某个成形辊将某个金属带成形为金属管的过程的成形进程的分析方法，可以采用基于在设计时设想采用的辊花和辊面形状设计并使用公知的各种分析法进行的模拟分析。例如，在机械设计中使用CAE分析，有限单元法是不可缺少的，需要准备其模型和简化形状，还可以采用利用三维CAD适当组合形状数据和各种分析法的分析法，进而还可以加入三维弹塑性FEM分析来进行上述分析。还可以按成形辊机座、按成形部分进行分析。

通过上述模拟分析，能够得到多种多样的成形进程的分析结果，以作为多种多样的管坯的变形形态值与成形工具位置之间的相关关系值的数据。

虽然还可以仅作为数值数据来进一步分析利用，但例如在进行某个轧管机中的基于某个理想模型的上述相关关系值数据与该轧机中的基于实际作业模型的测量的相关关系值数据之间的比较时，为了能够被人或人工智能所识别，优选制定并采用将相关关系值的数据变成可视化数据的程序，以能够转换为特定坐标上的位置信息等，进而能够进行二维化或三维图像化。

考虑到在实际作业中的轧管机中可由测量传感器进行测量的管坯形态，可以考虑管坯的变形形态值例如通过管坯的外周面形状、内周面形状、垂直剖面形状、外周长度、成形辊机座列的各机座中的成形荷载中的任一个或前述要素的各种组合变成可视化数据化。

例如，作为管坯的变形形态值，可以将由位于与生产线中心面水平正交的方向上的两个边缘位置和管坯的宽度尺寸、在生产线中心面上呈现的管坯的高度而得到的外周面形状、内周面形状、垂直剖面形状中的任一个或其全部数值化、在坐标上或虚拟空间中可视化或图像化来使用。其中，所述生产线中心面为包含作为预先设定的管坯的行进方向的通过线的垂直面。

在造管、焊接、定型等各行程中，作为可测量成形中途的管坯的变形形态值的测量传感器，可以适当采用利用各种接触头和接近头进行的机械测量或磁性测量、进而组合了激光光线或照相机等的非接触式的光学扫描、非接触式磁性扫描等公知的测量方法。

作为测量位于与前述的生产线中心面水平正交的方向上的两个边缘位置和管坯的宽度尺寸、在生产线中心面上呈现的管坯的高度的方法，还可以采用前述的任一种公知方法。其中，所述生产线中心面为包含前述的作为预先设定的管坯的行进方向的通过线的垂直面。另外，在各机座中的成形荷载的测量中，例如可以利用用于测量对辊轴的荷载的测力传感器(Load cell)等公知的任一种测力传感器。

在造管中，为了防止像热轧钢等那样因弯曲而剥离的铁鳞造成的伤痕和污垢，使用水溶性润滑剂，在所需的辊机座上对管坯和辊进行喷射、喷雾。因此，由于大量喷射、喷雾上述溶剂的气氛，有时造成管坯被水溶性润滑剂等覆盖、润湿等，不能测量或难以测量管坯的变形形态值。

因此，例如，可以使用在离线下通过酸洗等化学去垢处理或机械去垢处理预先进行了去垢处理的金属带。进而，可以在对成形前的坯料金属带的整面或外周预定面、内周预定面中的任一个或其一部分实施机械去垢处理后开始造管。

在该造管工序中，优选不使用水溶性润滑剂，而是根据需要进行向金属带或成形工具的所需部分喷雾少量非水溶性润滑剂的局部润滑。

也可以使用本发明的轧管机进行自动作业。采用如下的方法：即，通过在上述的解析对象的行程中利用测量传感器进行成形中途的管坯的变形形态值的测量的工序，并使用运算单元，设想分析对象的行程中的管坯固有的成形进程，选择进行该成形进程所需的成形辊位置信息，输出需要调整的机座内的成形辊的位置信息。其中，所述运算单元根据被成形坯料的尺寸或品种的信息以及所测量的成形中途的管坯的变形形态值，与存储单元中的数据进行比较，进行管坯的成形进程的预测。

实施例

图4所示的轧管机由从进入侧的进入导向件EG到四级开坯辊机座BD1～BD4和四级多辊机座CL1～CL4为止全部被连结成一体化的结构构成。所有机座被载置在公共基台B上并相互连接。

将被成形坯料从图的左侧向右侧行进的生产线方向的近前侧称为操作侧W.S，将里侧称为驱动侧D.S。

开坯辊机座将用梁部件连接一对立柱头部的门型框架1沿生产线方向竖立配置在操作侧和驱动侧，载置有升降用千斤顶2的梁部件在同位置的操作侧和驱动侧之间通过横梁3连接，在门型框架1下部的操作侧和驱动侧之间固定配置有进行下侧辊的升降的箱型升降用螺旋千斤顶单元4。

进而，将上框体5a和下框体5b堆积而成的箱型上下辊单元5配置成能够从操作侧向驱动侧沿水平方向插入及退出，其中，所述上框体5a以能够在坯料宽度方向上扩缩移动的方式内置一对上辊，所述下框体5b夹着中央下辊并以能够扩缩移动的方式内置一对下辊。当上下辊单元5插入门型框架1内时，框架顶部的升降千斤顶2与上框体5a连接，下框体5b被载置固定在升降用螺旋千斤顶单元4之上。

驱动辊机座不是独立的机座，上游侧的驱动辊机座DR1是夹持并支撑立柱10、开坯辊机座BD1的门型框架1和上下平辊11、12的辊轴承座11a、12a的结构。在立柱10和BD1机座的门型框架1的顶部之间连接有下垂液压单元13的桥接部件14，从而上辊轴承座11a能够升降，下辊轴承座12a被载置固定在升降用楔形单元15上。

驱动辊机座DR2、DR3、DR4是共用位于其上游和下游侧的门型框架1而壳体化的结构，夹持并支撑门型框架1和上下平辊11、12的辊轴承座11a、12a并且下垂有使上辊轴承座11a升降的液压单元13的桥接部件14被固定在门型框架1的顶部。

下游侧的驱动辊机座DR5与上游侧的驱动辊DR1机座同样，是共用BD4机座和多辊CL1机座的立柱框架6而壳体化的结构。

对于升降用楔形单元15，通过图7说明结构，则其为如下的结构：即，在梁部件15a上通过传动螺母机构，使具有向中央侧上升的倾斜面的一对楔状部件15b、15b进行接近及远离移动，从而使升降部件15c、15c登上倾斜面，其中在所述升降部件15c、15c之上载置固定有辊轴承座12a(BD中为下框体5b)。

如图11B所示，第一级开坯辊机座BD1的上下辊20具有改变与板坯抵接的部位的摆动辊功能的一对上辊21、22(顶辊)、夹持上辊21、22和板坯的两个边缘部附近而进行沿线弯曲成形的下辊23、24(侧辊)和配置在一对下辊23、24之间并将板坯中央部推顶的下中央辊25(中央辊)构成。推顶板坯中央部是为了促进板坯的两个边缘部附近的弯曲。

图11A虽然未图示内部，但在上框体5a内收纳有能够沿着与生产线呈直角的方向滑动的一对扩缩轭，将上辊的轴承箱内置于摆动轭中且可摆动地保持在所述扩缩轭上，扩缩轭通过从驱动侧操作的螺旋轴5c沿坯料宽度方向扩缩移动，摆动座的蜗轮为与从驱动侧操作的蜗杆轴啮合而摆动的结构。

在下框体内5b，在中央部内置中央下辊，在其两侧收纳沿被成形坯料的宽度方向可滑动的一对托架，使下辊倾斜地轴支撑在扩缩轭内，通过从驱动侧操作的螺旋轴5c沿着与生产线呈直角的方向扩缩移动。

如图13、14所示，第二级开坯辊机座BD2包括：用于成形比用BD1成形的两个边缘部更靠内侧处的一对上辊31、32、用于与该上辊31、32夹持板坯的一对下辊33、34、和配置在一对下辊33、34之间并推顶板坯中央部的下中央辊35。收纳这些上下辊的上下框体的结构与第一级相同。

第三级和第四级开坯辊机座BD3、BD4具有：一对侧辊53、54，具有在抵接并支撑在前两级中被边缘弯曲的部位的同时控制向用于成形比先前的边缘部更靠内侧处的上辊51、52的沿线弯曲；和用于与上辊53、54夹持板坯的宽幅的下中央辊55。

在上框体5a中，通过传动螺母机构及从驱动侧操作的螺旋轴，在坯料宽度方向上使得一对上辊51、52以双方接近及远离的方式进行扩缩移动。上辊51、52被轴支撑在与螺旋轴5c同轴配置的螺母部件上。

如图15所示，下框体5b也通过传动螺母机构及从驱动侧操作的螺旋轴，在坯料宽度方向上使得一对侧辊53、54的双方接近及远离(扩缩移动)。下辊55被轴支撑在下框体中央部并内置螺旋轴5c，在与螺旋轴5c同轴配置的螺母部件上载置有侧辊53、54的轴支撑托架56。

在开坯BD部分之后，是中间成形的圆形弯曲部分，其由四级多辊机座CL1～CL4构成。

第一级多辊机座CL1内置有与板坯的端弯曲部及其内侧弯曲部抵接的一对集群侧辊61、62、和用于使板坯的中央部弯曲(中心弯曲)的上下的中心弯曲辊63、64。

第二级多辊机座CL2由与板坯的边缘弯曲部及其内侧弯曲部抵接并用于进一步进行管坯下部的弯曲成形的一对侧辊71、72构成。

第三级和第四级多辊机座CL3、CL4由用于对板坯中央部侧进行圆形弯曲成形的一对侧辊81、82、91、92和下辊83、93构成，在第四级中大致成形为圆管。

如图4、图8所示，四级多辊机座的结构是在竖立设置在操作侧与驱动侧之间的门型框架6上四级横梁机座7相对于前侧机座升降自如地被相互支撑的结构。

在架设在各机座的操作侧与驱动侧之间的横梁机座7的中央部升降自如地内置下辊64，在下辊64的两侧轴支撑集群侧辊61、62的托架部件8、8滑动自如地载置在横梁机座7上，通过传动螺母机构和从驱动侧操作的螺旋轴，在坯料宽度方向上使得一对侧辊61、62的双方接近及远离(扩缩移动)。

各横梁机座7由载置在其下方的基座B上的一对千斤顶9、9升降定位，下辊64由另一个千斤顶9a单独升降定位。

第一级多辊机座CL1在门型框架6内内置有使上辊62的轴轭在液压缸中升降自如的单元。

上述的初始成形部和中间成形部总是兼用在预定的口径范围内而不被更换。如图2A、图2B所示，对于板坯，通过上辊的摆动、板宽方向的水平移动、上下方向的垂直移动、下辊的与生产线呈直角的方向的水平移动、侧辊的与生产线呈直角的方向的水平移动、中央辊的上下方向的垂直移动，进行与板坯的接触并使得成形成为可能。

因此，各成形辊的位置在机座内进行各种移动。图2A表示在预定的口径范围内进行最大直径(板宽最大)成形时的各成形辊的位置，图2B表示进行最小直径(板宽最小)成形时的辊位置。

此外，图示的开坯辊表示以驱动为前提的以往的辊，但不进行驱动的实施例的辊整体上小径化，进而为了上辊的小径化而使下辊和侧辊倾斜。

在表示伴随前述的产品尺寸差异的兼用成形辊的位置差异的图2中，例如，如果外径尺寸差异为13种，板厚尺寸差异为12种，则存在156种尺寸差异。由于不能成形极端的小径厚壁、大径薄壁，因此即使排除这些，成形辊位置也至少有一百几十种。

后期成形部分由三级精轧辊机座FP1、FP2、FP3和夹紧辊机座SQ构成。

精轧辊机座FP1、FP2、FP3分别由包括用于调整管坯的准备对接的边缘部的端面形状的精轧辊的上辊、用于形成所需的圆管形状的侧辊和下辊构成。在此，弯曲和拉深成形混合存在，调整管坯的剖面形状和边缘端面形状，以成为适合焊接的状态的方式进行形状精加工。因此，在进行产品尺寸不同的成形时，更换为与产品尺寸相应的成形辊。

实施例的机座结构未图示，但辊结构使用图3所示的结构，而且与开坯辊机座的结构同样，上辊、侧辊、下辊被配置在框体内，通过将框体堆积，从而能够在操作侧横向拔出。

在精轧辊机座框架上配置有使上辊升降的千斤顶、使侧辊水平移动的千斤顶、使下辊升降的千斤顶。

以具有以上的成形辊结构的轧管机为对象，使用三维CAD数据及三维弹塑性FEM分析法，分析使用该成形辊时从金属带到金属管的成形进程。即，通过在使用基于预先设定的辊花的成形辊的配置、计划的孔型形状的情况下的金属带的三维弹塑性变形的模拟分析法(在此为发明人在公知的三维弹塑性变形分析方法的基础上开发的三维弹塑性变形分析软件中进一步增加发明人独创的各种分析方法软件而形成的模拟分析法)，对在使用12级各机座内的成形辊时从金属带到金属管的阶段性且连续的成形进程，按前述的每个成形工序进行分析，并作为从板到管的连续的一体物的弹塑性变形的成形进程来进行分析，而且作为使用轧管机的所有成形辊将金属带成形为金属管的管坯的变形形态状态和与管坯接触的成形辊位置之间的相关关系来分析成形进程。

根据分析结果，计算出施加于各成形辊的成形荷载、材料所承受的进入阻力值、经过每个成形部分所需的推力，按照产品尺寸、钢种等的差异，进行成形进程的分析，计算出应施加给各种被成形板坯的推力。

因此，判明了在开坯辊轧机中所需的推力和在精轧辊轧机中所需的推力，确定了分配给各驱动辊和各精轧辊的驱动力。

各驱动辊可通过升降用的液压缸进行荷载(压力)控制，分别产生规定的推力。

该开坯辊轧机由于驱动辊的外径统一且被小径化，作为成形专用辊的BD辊也被小径化，而且各机座是由框架在通过线方向及在其横穿方向上内置辊的单元连接成一体化的结构，因此刚性优异，最适合小型、轻量化。

与以往的成形辊兼作驱动辊的结构相比，内置驱动辊的开坯辊轧机在产品口径为42.7mm～127mm的5英寸轧机的情况下，生产线方向的长度减少19％、宽度方向减少23％、高度方向减少14％、不含辊的机座总重量减少42％。

由于不驱动开坯辊，因此能够实现上下辊的小径化，也能够倾斜配置下辊和侧辊，对于上下各种辊，能够将上部的辊内置配置于上框体内，将下部的辊内置配置于下框体内，能够将上下的框体堆积而形成为在水平方向上横向拔出的结构。能够缩短辊更换和取芯等维护期间，辊和机械的清扫变得简单，进而通过准备兼用范围不同的辊单元并与其进行更换，能够扩大制造范围。

开坯辊的上下的辊分别配置在框体内，并且在辊的扩缩移动机构中使用螺旋轴，从而荷载成为内部应力。当用测力传感器等测量在该框体整体上产生的成形荷载的垂直成分时，所测量的成分可作为用于对在开坯辊机座中产生的成形荷载进行评价的新参数。

上述的制造装置事先根据被成形坯料从板状成形为圆管的各工序的成形进程的分析结果，得到成形所需的推力信息，将经过各工序所需的推力分配给开坯辊轧机的多级驱动辊组和精轧辊轧机的多级精轧辊组。在兼用范围内之中的薄壁小径管的情况下，有时均等地分配给驱动辊组和精轧辊组，在厚壁大径管的情况下，有时对驱动辊组和精轧辊组进行3：7的分配。因此，所使用的电动机被设定为可变输出范围与上述分配范围相符。

在三级精轧辊FP1～FP3机座中，使用利用千斤顶的辊位置调整机构，进行机座内的辊位置调整，施加规定的压下力进行推力设定，对于辊的驱动电动机使用变频电动机，进行维持规定转速的设定，控制对三级精轧辊组稳定地产生推力。

产业上的可利用性

本发明的焊接管的制造方法使用能够以数倍范围内的口径比兼用辊的成形辊，在将金属带连续地从板成形为半圆形状的开坯成形时，着眼于对被成形坯料施加的推力，分成承担成形的开坯辊和施加推力的驱动辊，并且按功能分别进行设定，从而能够提供一种焊接管的制造装置，其能够根据产品尺寸差异和金属种类差异可靠地施加成形所需的对被成形坯料的推力，在成形辊机座间不会产生材料向生产线方向的推拉的情况下，能够实现高效率、高精度的成形。

附图标记说明

EG进入导向件

BD1～BD4 开坯辊机座

CL1～CL4 多辊机座

B基台

W.S操作侧

D.S驱动侧

1门型框架

2升降用千斤顶

3横梁

4升降用螺旋千斤顶单元

5上下辊单元

5a 上框体

5b 下框体

5c 螺旋轴

6立柱框架

7横梁机座

10 立柱

11、12平辊

11a、12a辊轴承座

13 液压单元

14 桥接部件

15 升降用楔形单元

15a梁部件

15b楔状部件

15c升降部件

20 上下辊

21、22、31、32、51、52 上辊

23、24下辊

25、55下中央辊

53、54侧辊

61、62、71、72、81、82、91、92集群侧辊

63、64中心弯曲辊