CN101277772A - 管的缺陷检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供管的缺陷检测装置及方法，它们用于自动检测在通过使用芯棒式无缝管轧机轧制空心管坯来制造的管坯上产生的缺陷。本发明的缺陷检测装置(100)包括：测厚计(1)，配置在芯棒式无缝管轧机(M)的输出侧，测量在芯棒式无缝管轧机的#1～#5各轧机中的空心管坯(P)在压下方向的壁厚；轧制载荷测量装置(2)，用于测量#1～#5轧机的轧制载荷；判断装置(3)，基于空心管坯(P)的各压下方向的壁厚测量值和在各轧机中的轧制载荷测量值，判断管坯中有无缺陷。在#1～#5轧机的某轧机的压下方向的壁厚测量值局部变动规定量以上、且#1～#5轧机的某轧机的轧制载荷测量值局部变动规定量以上时，判断装置(3)判断为管坯产生了缺陷。

Description

管的缺陷检测装置及方法
技术领域
本发明涉及管的缺陷检测装置及检测方法。具体地讲，本发明涉及用于自动检测在通过使用芯棒式无缝管轧机轧制空心管坯而制造的管坯上产生的缺陷的、管的缺陷检测装置及检测方法。
背景技术
图5(a)～图5(d)是表示在使用芯棒式无缝管轧机轧制空心管坯而制造的管坯上产生的各种缺陷的说明图。
图5(a)表示管坯P内表面的凹陷4、即内表面凹痕。图5(b)表示该内表面凹痕发展而到达管坯P外表面的孔5、即穿孔缺陷。另外，图5(c)及作为图5(c)的管坯P的周向剖视图的图5(d)表示管坯P的外表面向内侧折入而形成的部分6、即褶皱缺陷。这些缺陷都是产生管坯次品的重要原因。
在芯棒式无缝管轧机中，到目前为止，处于配置于芯棒式无缝管轧机附近的控制室中的操作者，通过直接观察轧制后的管坯来检测有无上述各种缺陷。
但是，近年来，随着制管设备自动化的发展，控制室被配置于远离芯棒式无缝管轧机的地方。因此，也产生了操作者不能直接观察轧制后的管坯的各种缺陷的情况。因此，即使在进行了使用芯棒式无缝管轧机进行轧制后的管坯上产生各种缺陷，也有可能不能迅速检测出这些缺陷，与以往相比产生更大量的次品。
例如，在专利文献1～6中分别公开了下述发明：为了抑制由使用芯棒式无缝管轧机的轧制引起的壁厚在管坯管端部变动、壁厚沿圆周方向不均，通过配置在芯棒式无缝管轧机输出侧的测厚计测量用芯棒式无缝管轧机轧制出的管坯的壁厚，基于该测量结果适当改变芯棒式无缝管轧机的轧制条件。
专利文献1：日本特开平7-246414号公报
专利文献2：日本特开平8-71616号公报
专利文献3：日本特开2001-293503号公报
专利文献4：日本特开2002-35817号公报
专利文献5：日本特开2003-220403号公报
专利文献6：日本特开2004-337941号公报
但是，专利文献1～6公开的在芯棒式无缝管轧机的输出侧使用的测厚计，专用于测量壁厚在管端部的变动、壁厚在圆周方向的不均等这样的管坯壁厚，而不是用于检测在使用芯棒式无缝管轧机轧制出的管坯的局部产生的形状不良、即各种缺陷。因此，当然也就不能基于这些发明自动检测在使用芯棒式无缝管轧机轧制出的管坯上产生的缺陷。
发明内容
本发明人在芯棒式无缝管轧机的输出侧配置分别测量各轧机的压下方向壁厚的测厚计，调查管坯长度方向的壁厚测量值的变动。结果得到如下见解：
(a)在管坯上产生内表面凹痕或穿孔缺陷时、以及在存在内表面凹痕或穿孔缺陷的部位所对应的壁厚测量值局部降低、且在管坯上产生褶皱缺陷时，存在褶皱缺陷的部位所对应的壁厚测量值局部上升；
(b)在管坯上产生内表面凹痕、穿孔缺陷以及褶皱缺陷时，某轧机的轧制载荷的测量值局部变动。
因此，在轧制中，由测厚计监视管坯长度方向的壁厚测量值的局部变动，并且监视轧制载荷的测量值的局部变动，当这些变动中的任一项超过预先确定的规定量时，判断产生了内表面凹痕、穿孔缺陷或褶皱缺陷等各种缺陷，由此，能以高精度自动检测出在使用芯棒式无缝管轧机轧制出的管坯上产生的缺陷。
本发明为管坯缺陷检测装置，其特征在于，该管坯缺陷检测装置包括测厚计、轧制载荷测量装置与判断装置；该测厚计配置在芯棒式无缝管轧机的输出侧，用于测量构成该芯棒式无缝管轧机的多个轧机中各个轧机的空心管坯压下方向的壁厚；该轧制载荷测量装置用于测量多个轧机中各个轧机的轧制载荷；该判断装置基于由测厚计测量出的上述多个轧机中各个轧机处的空心管坯在各压下方向的壁厚测量值、和由轧制载荷测量装置测量的上述多个轧机中各个轧机的轧制载荷测量值，在某压下方向的壁厚测量值局部变动规定量以上、且某轧机的轧制载荷的测量值局部变动规定量以上的情况下，判断为管坯产生了缺陷。
另外，本发明为管坯缺陷检测方法，其特征在于，测量构成该芯棒式无缝管轧机的多个轧机中各个轧机的空心管坯的在各压下方向的壁厚，并且测量多个轧机中各个轧机的轧制载荷，在测量出的多个轧机中各个轧机处的空心管坯的压下方向的壁厚测量值局部变动规定量以上、且测量出的多个轧机中各个轧机的轧制载荷的测量值局部变动规定量以上时，判断为管坯产生了缺陷。
采用本发明，能以高精度自动检测在通过使用芯棒式无缝管轧机轧制空心管坯而制造的管坯上产生的例如内表面凹痕、穿孔缺陷或褶皱缺陷等缺陷。
因此，利用本发明在自动检测出管坯上产生的缺陷时发出警报等，因此，即使使用将控制室配置在远离芯棒式无缝管轧机的地方的设备，也可以使操作者立刻停止作业，确定产生缺陷的原因，迅速执行其对策。因此，可以防止产生大量次品于未然。
另外，采用本发明，在2辊轧机式芯棒式无缝管轧机中，在仅某压下方向的壁厚测量值局部变动时，可以确定由于具有该压力方向的、设置为奇数序号或偶数序号的轧机的压下而产生了缺陷；并且，在仅某轧机的轧制载荷的测量值局部发生变动时，可以确定由于该轧机的压下而产生了缺陷。因此，可以迅速执行用于消除缺陷的对策。
附图说明
图1是示意地表示应用了实施方式的缺陷检测装置的芯棒式无缝管轧机的结构的说明图。
图2是示意地表示图1中的测厚计的结构的说明图。
图3是表示由图1中的测厚计测量产生了穿孔缺陷的管坯而得的壁厚测量值和由图1中的轧制载荷测量装置测量产生了穿孔缺陷的管坯而得的轧制载荷的测量值的一个例子的曲线图。
图4是表示由图1中的测厚计测量产生了皱折缺陷的管坯而得的壁厚测量值和由图1中的轧制载荷测量装置测量产生了皱折缺陷的管坯而得的轧制载荷的测量值的一个例子的曲线图。
图5是表示在通过使用芯棒式无缝管轧机轧制空心管坯来制造的管坯上产生的各种缺陷的说明图，图5(a)表示内表面凹痕，图5(b)表示穿孔缺陷，另外，图5(c)及图5(d)表示褶皱缺陷。
附图标记说明
1：测厚计；2：轧制载荷测量装置；3：判断装置；4：凹痕；5：孔；6：折入部；11a、12a：γ射线投光器；11b、12b：γ射线受光器；100：缺陷检测装置；M：芯棒式无缝管轧机；B：芯棒；P：空心管坯、管坯；R：孔型轧辊。
具体实施方式
参照附图对用于实施本发明的管坯缺陷检测装置及检测方法的最佳方式进行详细说明。另外，在以后的说明中，本发明的管坯缺陷检测装置以应用于2辊式芯棒式无缝管轧机的情况为例。
图1是表示应用了实施方式的缺陷检测装置的芯棒式无缝管轧机M的结构的说明图。
如图1所示那样，该芯棒式无缝管轧机M由#1～#5轧机总计5个轧机构成。该芯棒式无缝管轧机M是如下这样的2辊式芯棒式无缝管轧机：在#1～#5轧机的各个轧机中配置有相面对的一对孔型轧辊R，该一对孔型轧辊R在相邻的轧机之间使其压下方向互相错开90°。
由芯棒B与孔型轧辊R延伸轧制空心管坯P来制造管坯，该芯棒B插入到空心管坯P内部，该孔型轧辊R分别配置于#1～#5轧机的各个轧机中。
本实施方式的缺陷检测装置100具有测厚计1、轧制载荷测量装置2与判断装置3；该测厚计1配置在上述结构的芯棒式无缝管轧机M的输出侧，测量在芯棒式无缝管轧机M的各#1～#5轧机中的空心管坯P的压下方向的壁厚；该轧制载荷测量装置2测量#1～#5轧机的轧制载荷；该判断装置3基于由测厚计1测量出的空心管坯P的各压下方向的壁厚测量值和由轧制载荷测量装置2测量出的#1～#5轧机中的轧制载荷测量值，判断管坯P中有无缺陷。
本实施方式的测厚计1使用基于穿过管坯P后的γ射线的衰减量测量壁厚的γ射线测厚计。该测厚计1具有多个γ射线投光器11a、12a与多个γ射线受光器11b、12b，可在管P的长度方向上连续测量各γ射线照射方向的管坯P的平均壁厚，该多个γ射线投光器11a、12a配置成使γ射线照射方向与各#1～#5轧机处的空心管坯P的压下方向一致，该多个γ射线受光器11b、12b隔着管P与γ射线投光器11a、12a对置配置。
图2是示意地表示图1中的测厚计1的结构的说明图。
如图2所示，本实施方式的测厚计1具有γ射线投光器11a及与之对置配置的γ射线受光器11b、γ射线投光器12a及与之对置配置的γ射线受光器12b，该γ射线投光器11a的照射方向与设置为奇数序号的轧机(奇数轧机)、即#1、#3及#5轧机中的空心管坯P的压下方向(1ch)一致，该γ射线投光器12a的照射方向与设置为偶数序号的轧机(偶数轧机)、即#2及#4轧机中的空心管坯P的压下方向(2ch)一致。可在管坯P的长度方向上连续测量管坯P分别在1ch与2ch上的平均壁厚。
本实施方式使用载荷传感器作为轧制载荷测量装置2，可在空心管坯P的长度方向上连续测量在各轧机#1～#5中施加的轧制载荷。另外，本发明的轧制载荷测量装置不限于该载荷传感器，例如，也可以基于调整孔型轧辊R的压下位置的液压式压下装置的压力值通过运算求出轧制载荷。
向判断装置3中输入由测厚计1测量出的管坯P在各压下方向(1ch及2ch)的壁厚测量值(平均壁厚)和由轧制载荷测量装置2测量出的#1～#5轧机中的轧制载荷测量值。判断装置3基于这些输入的数据判断在管坯P中缺陷的产生。在某压下方向的壁厚测量值局部变动规定量以上、且某轧机的轧制载荷测量值局部变动规定量以上时，判断装置3判断管坯P产生了缺陷。
图3是表示由图1中的测厚计1测量产生了穿孔缺陷的管坯而得的壁厚测量值和由图1中的轧制载荷测量装置2测量产生了穿孔缺陷的管坯而得的轧制载荷测量值的一个例子的曲线图。图3(a)表示图2中的压下方向1ch的壁厚测量值，图3(b)表示图2中的压下方向2ch的壁厚测量值。另外，图3(c)表示#2轧机的轧制载荷的测量值。另外，图3(a)～图3(c)的曲线图的横轴、距管前端的距离(m)，是表示距轧制后的管坯P的前端的距离，在图3(c)的曲线图中，将从空心管坯P被咬入#2轧机起到通过#2轧机的时间换算成轧制后的管坯P长度。
在图3的曲线图所示的情况下，判断装置3首先将压下方向1ch及压下方向2ch的壁厚测量值分别与规定的临界值进行比较。
此时，为了除去未产生缺陷时也会产生的平缓的壁厚变动，可以在管坯P的长度方向上分别对各压下方向1ch、2ch的壁厚测量值进行微分处理，将微分处理后的各数据与规定的临界值进行比较，或者预先存储无缺陷的正常管坯P在各压下方向1ch、2ch的壁厚测量值，将上述预先存储的壁厚测量值与测量出的各压下方向1ch、2ch的壁厚测量值之差与规定的临界值进行比较。
并且，在图3(b)的曲线图所示的压下方向2ch的壁厚测量值的部位A1处超过临界值时，判断为在该部位A1处的壁厚测量值局部变动规定量以上。
另外，临界值也可以由绝对值指定，或者，也可以由相对于管坯壁厚的比率来指定。例如，可以是，在制造壁厚20mm的管坯时，若存在2mm以上壁变薄的部分则判断产生了穿孔缺陷，若存在2mm以上壁变厚的部分则判断产生了褶皱缺陷。另外，也可以将管坯壁厚的20％作为临界值，若存在4mm以上壁变薄的部分则判断产生了穿孔缺陷，若存在4mm以上壁变厚的部分则判断产生了褶皱缺陷。
接着，判断装置3判断各轧机的轧制载荷的测量值是否局部变动规定量以上。即，与上述壁厚测量值的情况相同，将各轧机的轧制载荷的测量值分别与规定的临界值比较。
此时，为了除去在未产生缺陷时也会产生的平缓的轧制载荷变动，可以在空心管坯P的长度方向分别对各轧机的轧制载荷的测量值进行微分处理，将微分处理后的各数据与规定的临界值比较，或者预先存储没有产生缺陷的正常管坯P在各轧机处的轧制载荷测量值，将上述预先存储的轧制载荷测量值与测量出的各轧机中的轧制载荷测量值之差与规定的临界值进行比较。
并且，在图3(c)的曲线图中所示的#2轧机的轧制载荷的测量值的部位A2处超过临界值时，判断为轧制载荷测量值在该部位A2处局部变动规定量以上。
另外，优选根据比率来判断载荷的临界值。根据以数值计算求出的载荷值、或者以往的实际载荷等，凭经验预先求出平均载荷预测值，可以以该载荷预测值变动例如20％以上时的载荷作为载荷的临界值来用于判断。
另外，如图3所示例那样，在仅特定的压下方向2ch的壁厚测量值局部变动时，并不一定非要对全部轧机的轧制载荷测量值是否局部变动规定量以上进行判断，只要对与该压下方向2ch对应的偶数轧机、即#2及#4轧机中的轧制载荷测量值是否局部变动规定量以上进行判断即可。
在某压下方向的壁厚测量值局部变动规定量以上(图3的曲线图所示的例子中压下方向2ch的壁厚测量值变动)、并且某个轧机的轧制载荷测量值局部变动规定量以上，(图3的曲线图所示的例子中#2轧机的轧制载荷测量值变动)时，判断装置3判断为管坯P产生了缺陷，例如，通过由设置在控制室的喇叭发出警告音、或使设置在控制室的操作面板的灯闪烁显示等适当的方法来发出警报。
此时，在图3的曲线图所示的例子中，由于能立刻确定产生缺陷的原因是#2轧机的压下，因此，为了其后迅速地应对，优选发出的警报不仅告知产生了缺陷、而且还一并告知产生缺陷原因的轧机编号。
另外，在图3的曲线图所示的例子中，由于壁厚测量值局部降低，因此，为了更加迅速且准确地进行警报后的应对，更优选是，发出的警报还一并告知判断产生的缺陷为穿孔缺陷的可能性较高或内表面凹痕的可能性较高。
在图3所示的例子中，在发出的警报告知因#2轧机而产生了穿孔缺陷或内表面凹痕时，例如，操作者只要驱动图1中的芯棒式无缝管轧机M的控制装置而将配置在#2轧机上的孔型轧辊R的辊间隙向比该时刻的间隙大的方向控制即可。由此，可以抑制在接下来轧制的管坯P中产生穿孔缺陷。
作为产生穿孔缺陷的原因，有芯棒式无缝管轧机的轧机之间的拉伸拉力较大以及轧机的压下过大。在原因为前者时，只要调整孔型轧辊R的转速以使得缓和轧机之间的拉力即可。在原因为后者时，较为有效的是扩大该轧机的孔型轧辊R的辊间隙。为了判断原因是前者还是后者，只要确认载荷的变动即可。
图4是表示由图1中的测厚计1测量产生了褶皱缺陷的管坯而得的壁厚测量值和由图1中的轧制载荷测量装置2测量产生了褶皱缺陷的管坯而得的轧制载荷测量值的一个例子的曲线图，图4(a)表示压下方向1ch的壁厚测量值，图4(b)表示压下方向2ch的壁厚测量值，另外，图4(c)表示#5轧机的轧制载荷的测量值。另外，图4(a)～图4(c)的曲线图的横轴及纵轴与图3(a)～图3(c)曲线图的横轴及纵轴相同。
在为图4的曲线图所示的例子的情况下，判断装置3首先将压下方向1ch及2ch的壁厚测量值分别与规定的临界值进行比较。并且，在图4(a)的曲线图所示的压下方向1ch的壁厚测量值的部位B1处超过临界值时，判断为壁厚测量值在该部位B1处局部变动规定量以上。
接着，判断装置3判断各轧机的轧制载荷的测量值是否局部变动规定量以上。即，与上述壁厚测量值的情况相同，将各轧机的轧制载荷测量值分别与规定的临界值进行比较。并且，在图4(c)所示的#5轧机的轧制载荷测量值的部位B2处超过临界值时，判断为轧制载荷的测量值在该部位B2处局部变动规定量以上。
另外，如用图4的曲线图所示的例子那样，在仅特定的压下方向1ch的壁厚测量值局部发生变动时，并不一定非要对全部轧机的轧制载荷测量值是否局部变动规定量以上进行判断，只要对与该压下方向1ch相对应的奇数轧机、即#1、#3及#5轧机的轧制载荷测量值是否局部变动规定量以上进行判断即可。
在某个压下方向的壁厚测量值局部变动规定量以上(图4的曲线图所示的例子中1ch的壁厚测量值变动)、并且某个轧机的轧制载荷测量值局部变动规定量以上(图4的曲线图所示的例子中，#5轧机的轧制载荷测量值变动)时，判断装置3判断为管坯P产生了缺陷，并发出警报。
此时，在图4的曲线图所示的例子中，由于可以立刻确定产生缺陷的原因为#5轧机，因此，为了迅速且准确地进行其后的应对，优选是，发出的警报不仅告知产生了缺陷、而且还一并告知作为产生缺陷原因的轧机编号。
另外，在图4曲线图所示的例子中，由于壁厚的测量值局部上升，因此，更优选为发出的警报还一并告知缺陷为折皱缺陷的可能性较高。
在图4曲线图所示的例子中，在发出的警报告知因#5轧机而产生了褶皱缺陷时，例如，只要操作者驱动图1中的芯棒式无缝管轧机M的控制装置进行控制，以使配置在#4轧机上的孔型轧辊R的转速降低，使#4轧机与#5轧机的轧机之间的拉力增大即可。由此，可以抑制在接下来轧制的管坯P中产生褶皱缺陷。皱折缺陷的产生原因是在芯棒式无缝管轧机的轧机间作用的较大的压缩力。因此，只要调整孔型轧辊R的转速而使拉力增大即可。
这样，采用本实施方式，能以高精度自动检测在通过使用芯棒式无缝管轧机M轧制空心管坯来制造的管坯上产生的例如内表面凹痕、穿孔缺陷以及褶皱缺陷等缺陷。
因此，通过在自动检测出管坯产生的缺陷时发出警报等，即使控制室是配置在远离芯棒式无缝管轧机M的地方的设备，也可以使操作者立刻停止作业，确定产生缺陷的原因，谋求迅速进行应对，因此，可以防止产生大量次品于未然。
另外，在仅某压下方向的壁厚测量值局部变动时，在为2辊轧机的情况下，可以确定由于具有该压力方向的设置为奇数序号或偶数序号的轧机的压下而产生缺陷；并且，在仅任意轧机的轧制载荷测量值局部变动时，也可以确定由于该轧机的压下而产生了缺陷。因此，可以迅速应对缺陷的产生。
另外，在以上实施方式的说明中，是将本发明的管缺陷检测装置应用于2辊式芯棒式无缝管轧机的情况的例子。但是，本发明并不限定于此，同样也可以应用于4辊式芯棒式无缝管轧机、3辊式芯棒式无缝管轧机，上述4辊式芯棒式无缝管轧机在各轧机中配置有压下方向夹角为90°的4个孔型轧辊，上述3辊式芯棒式无缝管轧机在各轧机中配置有压下方向夹角为120°的3个孔型轧辊，3个孔型轧辊配置成在相邻的轧机之间使轧辊的压下方向互相错开60°。
另外，在以上的实施方式的说明中，以图1中的芯棒式无缝管轧机的控制装置与判断装置3分别单独构成的情况为例。但是，本发明并不限定于此，也可以使控制装置兼具判断装置3的功能。通常，大多是向芯棒式无缝管轧机的控制装置输入配置在输出侧的测厚计1的测量结果、轧制载荷测量装置2的测量结果。因此，通过对控制装置编程使其也可以进行与判断装置3同样的动作，可以将控制装置也作为判断装置3来使用，可以降低整个装置的成本。
实施例1
另外，参照实施例更具体地说明本发明。
将图1中所示的本实施方式的缺陷检测装置100应用于2辊式芯棒式无缝管轧机M，由判断装置3判断管坯中缺陷的产生。并且，在已判断产生缺陷时，根据其判断结果，调整在轧制空心管坯P时的孔型轧辊R的辊间隙、转速。
另外，在本例中，将管坯的目标壁厚的20％作为临界值来确定壁厚的临界值，确定尺寸和材质属于相同分类的管坯的以往平均实际载荷的20％作为轧制载荷的临界值。
其结果，应用本发明，可以将管坯的缺陷产生率(产生了缺陷的管坯P的根数/轧制出的管坯P的根数×100)从自动检测缺陷之前的0.2％显著降低到0.03％。

Claims (2)

1.一种管坯的缺陷检测装置，其特征在于，
该缺陷检测装置包括测厚计、轧制载荷测量装置与判断装置；该测厚计配置在芯棒式无缝管轧机的输出侧，用于测量构成该芯棒式无缝管轧机的多个轧机中各个轧机处的空心管坯在压下方向的壁厚；该轧制载荷测量装置用于测量该多个轧机中各个轧机的轧制载荷；该判断装置基于由上述测厚计测量出的上述多个轧机中各个轧机处的空心管坯的在各压下方向的壁厚测量值、以及由上述轧制载荷测量装置测量出的上述多个轧机中各个轧机的轧制载荷测量值，在上述某压下方向的壁厚测量值局部变动规定量以上、且上述某轧机的轧制载荷测量值局部变动规定量以上时，判断为管坯产生了缺陷。
2.一种管坯的缺陷检测方法，其特征在于，
测量构成芯棒式无缝管轧机的多个轧机中各个轧机处的空心管坯在各压下方向的壁厚，并且测量该多个轧机中各个轧机的轧制载荷；在测量出的上述多个轧机中各个轧机处的空心管坯的压下方向的壁厚测量值局部变动规定量以上、且测量出的上述多个轧机中各个轧机轧制载荷测量值局部变动规定量以上时，判断为管坯产生了缺陷。
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