JP2006088220A - 電縫鋼管の溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電縫鋼管の溶接におけるインピーダンスの瞬時の変化量を基に、演算処理結果から溶接時の冷接欠陥の発生状況を高い精度で予測し、溶接入熱をオンライン制御することにより、溶接時の入熱不足に起因する電縫鋼管の冷接欠陥の発生を安定して抑制し、溶接品質に優れた電縫鋼管を製造することが出来る電縫鋼管の溶接方法を提供する。
【解決手段】 電縫鋼管の溶接方法において、予め設定した１０秒未満の時間間隔で溶接電流Iおよび溶接電圧Ｅを測定し、該溶接電流Iの時間変化量ΔIおよび溶接電圧Ｅの時間変化量ΔＥをそれぞれ求めた後、ΔZ＝ΔE／ΔIで定義されるインピーダンスの時間変化量ΔZを求め、該インピーダンスの時間変化量ΔＺに基づいて溶接入熱を制御する溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電縫鋼管の溶接方法に関し、詳しくは、溶接欠陥の発生を抑制するための電縫溶接における入熱量制御方法に関するものである。

一般に電縫鋼管の製造方法は、概略以下のように行なわれる。つまり、先ず、帯鋼を複数の成型ロールを用いてその両端面が突合せさるように順次円筒状に成形する。これに引き続いて、この円筒状の帯鋼両端部近傍に誘導コイル、あるいはコンタクトチップにより高周波電流を通電し、そのジュール熱により帯鋼両端部を加熱溶融し、スクイズロールで加圧することにより接合する（以下、この溶接方法を電縫溶接方法という）ことで電縫鋼管は製造される。

従来から通常の電縫鋼管の電縫溶接時において、帯鋼端部の入熱量（通電によるジュール発熱量）が低い場合に、溶接部に未溶着欠陥、あるいは、冷接欠陥と呼ばれる、溶融不足に起因する溶接欠陥が生じることが知られている。

溶接部の冷接欠陥は、走査型電子顕微鏡を用いて観察すると、破面上に配列された径１μｍ程度の無数の微小なディンプル状の集合からなり、その多くのディンプルの中央部には主として酸化物からなる介在物が存在する。このようなディンプル状介在物が電縫鋼管の溶接線に沿って１μｍ程度の間隔で連続に生成し、これが電縫鋼管の溶接部の靱性（シャルピー衝撃値）、全伸び等の機械的性質を低下させる原因となる。また、冷接欠陥発生部の微小酸化物粒径及びそれが配列する隙間は１μｍ程度と非常に微小であるため、Ｘ線透過試験や超音波探傷試験などの非破壊試験で冷接欠陥を検出することは不可能である。

したがって、従来、上記冷接欠陥が発生した場合には、主として、電縫溶接時の入熱量の設定を高めに変更し、電縫溶接時に溶接部から冷接欠陥発生原因となる微小酸化物を溶融金属の一部と一緒に排出させる方法により上記冷接欠陥の発生を抑制していた。

この方法では、電縫鋼管製品から試験片を採取し、扁平試験と呼ばれる破壊試験により圧縮応力負荷時の溶接部の破断状況を確認する、或いは、電縫溶接途中の試験片を採取し、溶接衝合部付近の断面観察により板厚方向の溶融状況を確認する、などのオフライン試験結果を基に冷接欠陥の発生を確認する必要がある。しかし、溶接部の冷接欠陥の発生を確認するためのオフライン試験は、非常に時間が掛かるため、溶接部の冷接欠陥の発生からそれを確認するまでの間における冷接欠陥を抑制することはできない。したがって、溶接部の冷接欠陥の発生により電縫鋼管製品の歩留低下などを招いていた。

通常、鋼管電縫溶接時の入熱設定の最適範囲は、鋼帯の板厚及び板幅、電源、成形、高周波発振、誘導コイルあるいはコンタクトチップの位置と衝合点までの距離、溶接速度等の溶接条件の変化やインピーダーの劣化などによって変化する。そのため、従来の電縫溶接では、一般に溶接電流、溶接電圧及び溶接速度から求められる溶接入熱を余裕をもって高目に設定し、その他の溶接条件が変化した場合でも入熱不足による溶融不足に起因する溶接欠陥の発生を抑制していた。しかし、この方法は、溶接入熱を高目に設定するため、溶接入熱の変動により過度に高くなった場合にアーキングと呼ばれる短絡現象が発生し、スパッタ（溶融金属の飛散）、およびスパッタ付着による鋼管製品の外観性劣化などの問題があった。

その他にも従来から電縫鋼管の電縫溶接における入熱量の設定を溶接条件の変動などのオンライン情報を検知し、それを基にリアルタイム制御する方法が種々提案されている。

例えば、鋼管の電縫溶接中に放射温度計を用いて溶接ビード温度を計測し、この温度計測値に基づいて溶接入熱量をフィードバック制御する方法が知られている。しかし、この方法では、放射温度計を用いて溶接ビードの平均温度は計測可能であるが、局所的な温度変化の測定は不可能であるため、溶接部の局所的な入熱不足による冷接欠陥の発生を精度良く予測し、抑制することは困難である。

また、特許文献１などにより電縫溶接時に溶接点上方に高速シャッターを備えた２次元イメージセンサ（ＣＣＤカメラ）を設置し、溶接点周辺の静止画像を撮影し、得られたデジタル輝度画像の輝度レベルにより溶接点周辺の温度分布を計測するか、さらに、デジタル輝度画像データを二値化演算処理して得られる二値化画像から溶接点周辺の温度分布、溶鋼排出量、溶接点位置及びＶ収束角度のうちの一つ以上を計測する方法も提案されている。

この方法は、高温状態の溶接金属の輝度画像データまたは二値化画像データを基に温度分布、さらには、溶接金属の溶鋼排出量を求める方法である。しかし、この方法では、例えば、スクイズロールの冷却水やその水蒸気により撮像画像の輝度レベルが変動し、溶接金属の温度分布や溶鋼排出量の算出誤差が生じる。また、溶接部を撮像するための２次元イメージセンサを溶接部近傍に設置する必要があるが、実際の鋼管製造ラインでは、溶接部近傍にローラなどの設備により２次元イメージセンサを設置するスペースが制約される。

また、特許文献２には、溶接電流と溶接電圧を測定し、これらの測定値から溶接時のインピーダンスを計算した後、このインピーダンス計算値を用いて溶接効率を求め、その溶接効率の変化に基づいて溶接入力を制御する電縫溶接時の溶接入力制御方法が開示されている。

この方法は、インピーダーの経時劣化による溶接効率の低下を防止することを目的とし、溶接電流及び溶接電圧の各測定値からインピーダンスの変化量を計算し、さらに溶接効率を求め、この溶接効率が一定になるように溶接入力を制御するものと考えられる。しかし、この方法で求められるインピーダンスの変化量は、インピーダーの経時劣化による溶接電流の経時変化に基づいて算出した値であり、このインピーダンスの変化量から、１０秒程度の瞬時の入熱量変化により発生する溶接部の冷接欠陥を検出し、抑制することは困難である。

特開昭６１−１４０３８４号公報 特開平３−１９３２７９号公報

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みて、電縫鋼管の溶接におけるインピーダンスの瞬時の変化量を基に、演算処理結果から溶接時の冷接欠陥の発生状況を高い精度で予測し、溶接入熱をオンライン制御することにより、溶接時の入熱不足に起因する電縫鋼管の冷接欠陥の発生を安定して抑制し、溶接品質に優れた電縫鋼管を製造することが出来る電縫鋼管の溶接方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するものであり、電縫溶接時のインピーダンスの瞬時変化量と冷接欠陥の発生状況との関係に着目し、インピーダンスの時間変化量に基づいて電縫溶接時の溶接入熱を制御することを技術思想とするものである。つまり、本発明の要旨とするところは、以下の通りである。

（１）電縫鋼管の溶接方法において、予め設定した１０秒未満の時間間隔で溶接電流Iおよび溶接電圧Ｅを測定し、該溶接電流Iの時間変化量ΔIおよび溶接電圧Ｅの時間変化量ΔＥをそれぞれ求めた後、下記（１）式で定義されるインピーダンスの時間変化量ΔZを求め、該インピーダンスの時間変化量ΔＺに基づいて溶接入熱を制御することを特徴とする溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。

但し、Ｉ_i+1、Ｉ_iは、予め設定した１０秒未満の時間間隔で測定したｉ＋１番目、ｉ番目のそれぞれの溶接電流（Ａ）を示す。

また、Ｅ_i+1、Ｅ_iは、予め設定した１０秒未満の時間間隔で測定したｉ＋１番目、ｉ番目のそれぞれの溶接電圧（Ｖ）を示す。

（２）前記インピーダンスの時間変化量ΔZが、予め設定した上限基準値に比べて大きい場合に、溶接入熱を増加させるように溶接入熱を制御することを特徴とする上記（１）記載の溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。

（３）前記インピーダンスの時間変化量ΔZが、予め設定した下限基準値に比べて小さい場合に、溶接入熱を減少させるように溶接入熱を制御することを特徴とする上記（２）に記載の溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。

（４）前記溶接入熱Qは、溶接電流I、溶接電圧Eおよび溶接速度ｖにより、下記（２）式に基づいて定義されることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れかに記載の溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。

但し、Ｉは溶接電流（Ａ）、Ｅは溶接電圧（Ｖ）、ｖは溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）を示す。

（５）前記溶接入熱は、溶接電圧、および、溶接速度のうちの何れか、または、両方を変化することにより制御することを特徴とする上記（１）〜（４）の何れかに記載の溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。

本発明によれば、電縫鋼管の溶接において、従来法ではオンライン検出が困難であった局所的な入熱不足に起因する冷接欠陥の発生を高い精度で予測し、溶接入熱を制御することにより、実質的に冷接欠陥のない溶接品質に優れた電縫鋼管を安定して製造することができる。したがって、電縫鋼管の製造プロセスへの本発明法の適用により、溶接品質の高い電縫鋼管を良好な製品歩留で安定して製造可能となるため、産業上の貢献は多大なものである。

以下、本発明に係わる溶接制御方法の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１に本発明の実施形態の一例を説明するための模式図を示す。
本発明は、通常の電縫鋼管の製造方法における電縫溶接の入熱制御に適用される。

通常の電縫鋼管の製造方法は、概略以下のように行なわれる。つまり、先ず、帯鋼（鋼板）５を搬送方向３に沿って複数の成型ロールを用いて順次円筒状に成形する。さらに、円筒状の帯鋼５はその中心をインピーダー６が通過し、誘導コイル（図示せず）、あるいは対向する接触子７により高周波電流１が通電させる。高周波電流１は表皮効果によって帯鋼両端部近傍に集中し、ジュール発熱によりその両端面の突合せ部は加熱溶融し、スクイズロール２によって加圧され、接合される（以下、この溶接方法を電縫溶接方法という）。

この際、溶接入熱条件が適正範囲にある場合には、スクイズロール２により、帯鋼５両端部が溶融状態で加圧される際に、鋼帯端面および溶接金属で生成した酸化物は溶融金属（図示なし）の一部と一緒に排出され、冷接欠陥のない良好な溶接シーム４が形成される。

本発明者らは、上記の通常電縫溶接において、溶接電流I及び溶接電圧Ｅのそれぞれの時間変化量ΔI、ΔＥから求められるインピーダンスの時間変化量ΔＺが冷接欠陥の発生状況と相関関係があることを実験などの検討結果から確認した。

図２に電縫溶接時に冷接欠陥が発生しない場合（図２上）および冷接欠陥が発生した場合（図２下）における溶接衝合点周辺を上方からみた模式図を示す。

ここで、図２に示される溶接衝合点１５は、図１に示される円筒状に成形された帯鋼（鋼板）５が誘導コイル（図示せず）、あるいは接触子７により通電され、その両端部１４が加熱溶融されつつ、スクイズロール２により加圧されて両端部１４が接近し、接触する位置と定義する。

溶接シーム４で冷接欠陥が発生する場合（図２下、参照）は、帯鋼（鋼板）５の両端部１４が入熱不足となり、加熱溶融が不十分であるため、スクイズロール２による加圧力が一定であっても、両端部１４付近の変形抵抗が高くなる。したがって、溶接衝合点１５の位置は、入熱量が十分に高く溶接シーム４で冷接欠陥が発生しない場合（図２上、参照）に比べて、誘導コイル（図示せず）、あるいは接触子７の位置から離れた位置に移動する。この溶接衝合点１５の移動に伴ない、誘導コイルあるいは接触子７から主に帯鋼（鋼板）５の両端部１４に沿って溶接衝合点１５を経由して流れる溶接電流Ｉの経路長も変動する。つまり、溶接シーム４に冷接欠陥が発生する場合（図２下、参照）は、冷接欠陥が発生しない場合（図２上、参照）に比べて溶接電流の経路長が長くなり、そのためインピーダンスは増加する。また、発明者らの実験結果から、これらのインピーダンスの増加現象は、短時間に現れるため、電縫溶接時の冷接欠陥の発生を予測するためには、電縫溶接時の短時間でのインピーダンスの時間変化量ΔＺを検出する必要があることを確認した。

本発明は、これらの知見を基づいてなされたものであり、溶接中に帯鋼（鋼板）５の両端部１４の加熱溶融状態が変化し、溶接電流の経路長が変化することに起因し瞬時に変化するインピーダンスの変化量を基に、溶接入熱条件に依存する冷接欠陥発生状況を予測、判定し、溶接入熱を適正範囲に制御することを技術思想とする。

本発明の実施形態は、例えば、以下のように行なわれる。

つまり、図１に示されるように、先ず、電縫溶接時の溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｅを溶接電流測定器８および溶接電圧測定器９を用いて予め設定した１０秒未満の所定測定間隔で測定し、これらの測定データを演算処理装置１０に順次伝送する。これらの溶接電流Iおよび溶接電圧Ｅの各測定値からそれぞれの所定測定間隔における時間変化量ΔI、ΔＥを求めた後、下記（１）式で定義されるインピーダンスの時間変化量ΔＺを計算する。

そして、このインピーダンスの時間変化量ΔＺを基づいて、予め演算処理装置１０のメモリーに記憶された溶接入熱上昇時間および溶接入熱上昇速度の指令値を選択後、溶接入熱制御装置１１に伝送し、溶接電源１２の投入電力による溶接入熱制御を行う。

なお、溶接入熱制御は、溶接電源１２の投入電力を一定とし、溶接速度により制御することも可能である。

但し、Ｉ_i+1、Ｉ_iは、予め設定した１０秒未満の時間間隔で測定したｉ＋１番目、ｉ番目のそれぞれの溶接電流（Ａ）を示す。

また、Ｅ_i+1、Ｅ_iは、予め設定した１０秒未満の時間間隔で測定したｉ＋１番目、ｉ番目のそれぞれの溶接電圧（Ｖ）を示す。

（インピーダンスの時間変化量ΔＺと冷接欠陥の関係）
本発明におけるインピーダンスの時間変化量と冷接欠陥発生率および溶接入熱の関係について説明する。

図３に測定時間間隔Δｔが２．０、５．０、１０．０ｓｅｃの場合における、電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔＺと冷接欠陥発生率との関係を示す。

なお、試験条件は、電縫鋼管の肉厚：４．５ｍｍ、外径：２５０ｍｍ、溶接速度：３３ｍ／ｍｉｎ、溶接時間：１０ｍｉｎ、溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｅを測定する時間間隔Δｔは２．０、５．０、１０．０ｓｅｃとし、この時間間隔Δｔにおける溶接電流Iの時間変化量ΔIおよび溶接電圧Ｅの時間変化量ΔＥをそれぞれ計算し、これらからインピーダンスの時間変化量量ΔＺを計算した。溶接入熱は、溶接速度：３３ｍ／ｍｉｎと一定にし、溶接電源の投与電力を４５６ｋＷから３７９ｋＷまで徐々に低下させることにより変化させた。

なお、溶接入熱Qは、下記（２）式に基づいて溶接電流I、溶接電圧Eおよび溶接速度ｖから計算される。

但し、Ｉは溶接電流（Ａ）、Ｅは溶接電圧（Ｖ）、ｖは溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）を示す。

また、冷接欠陥発生率は、電縫鋼管の溶接線における単位長さあたりの各冷接欠陥の長さの合計値を測定溶接線長さに対する相対値（％）として示した。

図３から溶接電流Ｉと溶接電圧Ｅを測定する時間間隔Δｔが１０．０ｓｅｃの場合には、電縫溶接時の溶接電流Iおよび溶接電圧Eの測定値から計算されるインピーダンスの時間変化量ΔZと冷接欠陥の発生率との間に相関関係が見られないが、Δｔが２．０、５．０ｓｅｃの場合には、インピーダンスの時間変化量ΔZと冷接欠陥の発生率とに良い相関関係があることが判る。

測定する時間間隔Δｔが２．０ｓｅｃの場合では、電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔZが０．００２５を超えると冷接欠陥が急激に発生し、それ以下では冷接欠陥は発生しなくなる。また、測定する時間間隔Δｔが５．０ｓｅｃの場合では、電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔZが、０．００１を超えると冷接欠陥が急激に発生し、それ以下では、冷接欠陥は発生しなくなる。

これらから、溶接電流Ｉと溶接電圧Ｅを測定する時間間隔Δｔが１０．０ｓｅｃの場合には、電縫溶接時の検出分解能が大きくなりすぎて冷接欠陥の発生状況を検出することはできないが、時間間隔Δｔがそれ以下では、電縫溶接時の溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｅの測定値から計算されるインピーダンスの時間変化量ΔZを基に電縫鋼管シーム溶接部の冷接欠陥の発生状況を予測することができる。また、予め測定する時間間隔Δｔ毎に基準値を設定することにより、この基準値をもとに電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔZから電縫鋼管シーム溶接部の冷接欠陥の発生を判断し管理することができる。

本発明では、電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔZから電縫鋼管シーム溶接部の冷接欠陥の発生状況を予測できるための前提条件として、電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量と冷接欠陥発生率との良好な相関関係を維持するために、溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｅを測定する時間間隔を１０．０ｓｅｃ未満とした。

（溶接入熱と冷接欠陥の関係）
図４に溶接速度を３３ｍ／ｍｉｎと一定にし、溶接電源の投与電力を３７９〜４５６ｋＷで変化させた場合の電縫溶接時の入熱と冷接欠陥発生率の関係を示す。

なお、試験条件は、図３と同じ条件で行った。

従来から電縫溶接時の入熱が高い場合に帯鋼両端面が加圧される際に、鋼帯端面および溶接金属で生成した酸化物が溶融金属の一部と一緒に排出されやすくなるため、シーム溶接部の冷接欠陥発生率は減少することは知られている。

なお、溶接入熱Qは、下記（２）式に基づいて溶接電流I、溶接電圧Eおよび溶接速度ｖから計算される。

図４に示されるように本発明者らの確認試験においても溶接入熱Ｑが０．７５ｋＪ／ｍｍ以上になると冷接欠陥は発生しない。

したがって、図３に示される電縫溶接時の溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｅの測定値から計算されるインピーダンスの時間変化量ΔZと冷接欠陥の発生率との相関関係をもとに予め測定する時間間隔Δｔ毎に基準値を設定し、この基準値をもとに電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔZからシーム溶接部の冷接欠陥の発生を予測する。そして、電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔZからシーム溶接部の冷接欠陥が発生すると判断する場合に、図４の電縫溶接時の入熱と冷接欠陥発生率の関係に従い、電縫溶接時の入熱を増加させることにより電縫鋼管シーム溶接部の冷接欠陥の発生を抑制することができる。

（入熱制御方法）
本発明の入熱制御方法の実施形態を以下に説明する。
本発明の入熱制御方法の第１実施形態は、例えば、図５に示される処理フローより行われる。

電縫溶接を開始後、溶接電流測定器８と溶接電圧測定器９を用いて溶接時の溶接電流Ｉ₁（Ａ）と溶接電圧Ｅ₁（Ｖ）を測定し、予め設定された１０秒未満の時間間隔Δｔ後、さらに、溶接電流Ｉ₂（Ａ）と溶接電圧Ｅ₂（Ｖ）を測定し、溶接電流Ｉ₁（Ａ）、Ｉ₂（Ａ）から下記（３）式で示される溶接電流の時間変化量ΔＩ₁を算出し、溶接電流Ｅ₁（Ｖ）、Ｅ₂（Ｖ）から下記（４）式で示される溶接電圧の時間変化量ΔＥ₁を算出する。さらに、これらの溶接電流の時間変化量ΔＩ₁、溶接電圧の時間変化量ΔＥ₁から下記（５）式によりインピーダンスの時間変化量ΔＺ₁を算出する。つぎに、このインピーダンスの時間変化量ΔＺ₁を予め設定された上限の基準値Ａ_maxと比較し、インピーダンスの時間変化量ΔＺ₁が上限の基準値Ａ_max以上の場合には、予め設定された入熱上昇時間指令値Ｔ１および入熱上昇速度指令値Ｑ１を溶接入熱制御装置に出力し、入熱上昇時間Ｔ１の間、入熱上昇速度Ｑ１の上昇速度で溶接入熱を上昇させるように溶接電源の投入電力を制御する。一方、前記インピーダンスの時間変化量ΔＺ₁が前記上限の基準値Ａ_max未満の場合には、溶接入熱を上昇させる溶接電源の投入電力の制御は行わない。

さらに、時間間隔Δｔ後、溶接電流Ｉ₃（Ａ）および溶接電圧Ｅ₃（Ｖ）を測定し、前記溶接電流Ｉ₂（Ａ）および溶接電流Ｅ₂（Ｖ）から上記と同様に溶接電流の時間変化量ΔＩ₂および溶接電圧の時間変化量ΔＥ₂の算出、インピーダンスの時間変化量ΔＺ₂の算出を行い、上記と同様にインピーダンスの時間変化量ΔＺ₂と上限の基準値Ａ_maxとを比較し、この比較に基づき上記と同様な溶接電源の投入電力制御を行う、という一連の処理が予め定められた回数（ｉ＝ｎ）だけ繰り返し行なわれる。

ΔＩ_i＝Ｉ_i+1−Ｉ_i ・・・ （３）
ΔＥ_i＝Ｅ_i+1−Ｅ_i ・・・ （４）
ΔＺｉ＝ΔＥｉ／ΔＩｉ ・・・ （５）
但し、ｉ＝１〜ｎ
また、本発明の入熱制御方法の第２実施形態は、例えば、図６に示される処理フローより行われる。

電縫溶接を開始後、溶接電流測定器８と溶接電圧測定器９を用いて溶接時の溶接電流Ｉ₁（Ａ）と溶接電圧Ｅ₁（Ｖ）を測定し、予め設定された１０秒未満の時間間隔Δｔ後、さらに、溶接電流Ｉ₂（Ａ）と溶接電圧Ｅ₂（Ｖ）を測定し、溶接電流Ｉ₁（Ａ）、Ｉ₂（Ａ）から下記（３）式で示される溶接電流の時間変化量ΔＩ₁を算出し、溶接電流Ｅ₁（Ｖ）、Ｅ₂（Ｖ）から下記（４）式で示される溶接電圧の時間変化量ΔＥ₁を算出する。さらに、これらの溶接電流の時間変化量ΔＩ₁、溶接電圧の時間変化量ΔＥ₁から下記（５）式によりインピーダンスの時間変化量ΔＺ₁を算出する。つぎに、このインピーダンスの時間変化量ΔＺ₁を予め設定された上限の基準値Ａ_maxと比較し、インピーダンスの時間変化量ΔＺ₁が上限の基準値Ａ_max以上の場合には、予め設定された入熱上昇時間指令値Ｔ１および入熱上昇速度指令値Ｑ１を溶接入熱制御装置に出力し、入熱上昇時間Ｔ１の間、入熱上昇速度Ｑ１の上昇速度で溶接入熱を上昇させるように溶接電源の投入電力を制御する。一方、前記インピーダンスの時間変化量ΔＺ₁が前記上限の基準値Ａ_max未満の場合には、さらに、前記インピーダンスの時間変化量ΔＺ₁を予め設定された下限の基準値であるＢ_minと比較し、インピーダンスの時間変化量ΔＺｉがＢ_min以下の場合には、入熱減少時間指令値Ｔ２および入熱減少速度指令値Ｑ２を溶接入熱制御装置に出力し、入熱減少時間Ｔ２の間、入熱減少速度Ｑ２の減少速度で溶接入熱を減少させるように溶接電源の投入電源を制御する。一方、前記インピーダンスの時間変化量ΔＺｉがＢ_min超の場合には、溶接入熱を減少させる溶接電源の投入電力の制御は行わない。

さらに、時間間隔Δｔ後、溶接電流Ｉ₃（Ａ）および溶接電圧Ｅ₃（Ｖ）を測定し、前記溶接電流Ｉ₂（Ａ）および溶接電流Ｅ₂（Ｖ）から上記と同様に溶接電流の時間変化量ΔＩ₂および溶接電圧の時間変化量ΔＥ₂の算出、インピーダンスの時間変化量ΔＺ₂の算出を行い、上記と同様にインピーダンスの時間変化量ΔＺ₂と上限の基準値Ａ_maxおよび下限の基準値Ｂ_minとを比較、さらに、これらの比較に基づき、上記と同様な溶接電源の投入電力制御を行う、という一連の処理が予め定められた回数（ｉ＝ｎ）だけ繰り返し行なわれる。

ΔＩ_i＝Ｉ_i+1−Ｉ_i ・・・ （３）
ΔＥ_i＝Ｅ_i+1−Ｅ_i ・・・ （４）
ΔＺｉ＝ΔＥｉ／ΔＩｉ ・・・ （５）
但し、ｉ＝１〜ｎ
なお、上記の上限の基準値Ａ_maxは、例えば、図３に示すような電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔＺと冷接欠陥発生率との関係から実験的に定められる。

上記の本発明の第１実施形態では、インピーダンスの時間変化量ΔＺ_iに基づく入熱上昇制御により電縫溶接時の溶接シームでの冷接欠陥発生を抑制することが可能となる。

また、上記の本発明の第２実施形態では、上記第１実施形態の冷接欠陥抑制効果に加えて、さらに、インピーダンスの時間変化量ΔＺ_iに基づく入熱減少制御により、過大な入熱時の溶接スパッタの発生を抑制し、溶接時の使用電力を低減する効果が得られる。

上記本発明の第１実施形態および第２実施形態では、溶接入熱Ｑを溶接電源の投入電力（溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｅ）により制御したが、溶接速度ｖにより制御することも可能である。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例で用いた条件は一例であり、本発明は、該条件に限定されるものではない。

表１に示す条件を用いて、冷接欠陥の発生しない高い溶接入熱：０．７９ｋＪ／ｍｍ（投入電力：４３５ｋＷで、かつ溶接速度：３３ｍ／ｍｉｎ）で溶接を開始し、溶接開始直後から意図的に、１分間に２．８２ｍ／ｍｉｎの上昇率で、溶接速度を上昇させて比較例の溶接をおこなった。次に本発明の実施例として、表１に示す溶接条件を用いて、冷接欠陥の発生しない高い溶接入熱：０．７９ｋＪ／ｍｍ（投入電力：４３５ｋＷで、かつ溶接速度３３ｍ／ｍｉｎ）で溶接を開始し、溶接開始と同時に表２に示す溶接電圧制御を用いた溶接入熱制御条件で、溶接入熱制御を行った実施例１と、表３に示す溶接電圧制御を用いた溶接入熱制御条件で、溶接入熱制御を行った実施例２をおこなった。

これらの試験結果として、比較例と実施例１および実施例２の投与電力と溶接入熱量および冷接欠陥発生率を表４示す。なお、冷接欠陥発生率は、電縫鋼管の溶接線における単位長さあたりの各冷接欠陥の長さの合計値を測定溶接線長さに対する相対値（％）として示した。

表４において、比較例は、溶接開始から８５秒後に、入熱不足に起因して冷接欠陥が発生し始め、徐々に冷接欠陥が増加し、溶接開始から９２秒後には、冷接欠陥の発生率が１００％となった。

一方、実施例１および２では、本発明法によるインピーダンスの時間変化量に基づく入熱制御を行ったため、冷接欠陥は常に０％にすることができ、溶接品質に優れた電縫鋼管が得られた。

なお、溶接速度３３ｍ／ｍｉｎで溶接を開始し、溶接速度を上昇させたときに、溶接入熱を変更せずに溶接を行った比較例と、本発明法によるインピーダンスの時間変化量に基づく溶接入熱の制御を行った実施例１および実施例２のそれぞれにおける溶接速度、投与電力、冷接欠陥の発生率の経時的（溶接時間）変化を図７および図８に示す。

比較例は、溶接開始から８５秒までは、溶接入熱が適正条件範囲内のため、冷接欠陥は発生しなかったが、そののち溶接入熱が適正範囲から低く外れたために、溶接入熱不足に起因して冷接欠陥が発生し始め、さらに溶接速度が大きくなったことによって、さらに入熱不足が生じて、溶接開始から９２秒後に冷接欠陥の発生率が１００％となった。

一方、実施例１では、本発明のインピーダンスの時間変化量に基づく溶接入熱制御をおこなったことにより、溶接開始から８０秒後に溶接入熱は上昇を始め、溶接終了の１８０秒まで上昇を続けた。溶接開始から終了まで、冷接欠陥の発生率が０％となることが判る。

また、実施例２では、本発明法のインピーダンスの時間変化量に基づく溶接入熱制御をおこなったことにより、溶接開始１秒後に、溶接入熱が減少し始め、溶接開始から１３秒後に溶接入熱は４１１ｋＷになり、溶接入熱一定となり、その後、３秒後に溶接入熱は上昇を始め、溶接終了の１８０秒まで上昇を続けた。この溶接入熱の制御によって、溶接開始から終了まで、冷接欠陥の発生率が０％となることが判る。

発明の実施形態の一例を示す溶接制御システム構成図。 電縫溶接時の溶接衝合点周辺を上方から見た模式図。 電縫溶接時のインピーダンスの時間変化量ΔＺと冷接欠陥発生率との関係を示すグラフ。 電縫溶接時の溶接入熱Ｑと冷接欠陥発生率との関係を示すグラフ。 本発明の入熱制御方法の第１実施形態における処理フロー図。 本発明の入熱制御方法の第２実施形態における処理フロー図。 本発明の実施例１と比較例の溶接速度、投与電力、冷接欠陥発生率の経時的変化を示す図。 本発明の実施例２と比較例の溶接速度、投与電力、冷接欠陥発生率の経時的変化を示す図。

符号の説明

１ 高周波電流
２ スクイズロール
３ 搬送方向
４ 溶接シーム
５ 帯鋼（鋼板）
６ インピーダー
７ 接触子
８ 溶接電流測定器
９ 溶接電圧測定器
１０ 演算処理装置
１１ 溶接入熱制御装置
１２ 溶接電源
１３ 鋼管外側表面（帯鋼）
１４ 端部
１５ 溶接衝合点
１６ 溶接線
１７ 溶接衝合点の位置の差

Claims (5)

1. 予め設定した１０秒未満の時間間隔で溶接電流Iおよび溶接電圧Ｅを測定し、該溶接電流Iの時間変化量ΔIおよび溶接電圧Ｅの時間変化量ΔＥをそれぞれ求めた後、下記（１）式で定義されるインピーダンスの時間変化量ΔZを求め、該インピーダンスの時間変化量ΔＺに基づいて溶接入熱を制御することを特徴とする電縫鋼管の溶接方法。
   

   

   但し、Ｉ_i+1、Ｉ_iは、予め設定した１０秒未満の時間間隔で測定したｉ＋１番目、ｉ番目のそれぞれの溶接電流（Ａ）を示す。
   また、Ｅ_i+1、Ｅ_iは、予め設定した１０秒未満の時間間隔で測定したｉ＋１番目、ｉ番目のそれぞれの溶接電圧（Ｖ）を示す。
2. 前記インピーダンスの時間変化量ΔZが、予め設定した上限基準値に比べて大きい場合に、溶接入熱を増加させるように溶接入熱を制御することを特徴とする請求項１記載の電縫鋼管の溶接方法。
3. 前記インピーダンスの時間変化量ΔZが、予め設定した下限基準値に比べて小さい場合に、溶接入熱を減少させるように溶接入熱を制御することを特徴とする請求項２に記載の電縫鋼管の溶接方法。
4. 前記溶接入熱Qは、溶接電流I、溶接電圧Eおよび溶接速度ｖにより、下記（２）式に基づいて定義されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の電縫鋼管の溶接方法。
   

   

   但し、Ｉは溶接電流（Ａ）、Ｅは溶接電圧（Ｖ）、ｖは溶接速度（ｍ／ｍｉｎ）を示す。
5. 前記溶接入熱は、溶接電圧、および、溶接速度のうちの何れか、または、両方を変化することにより制御することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。

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