JP2013202626A - Manufacturing device for welded steel pipe - Google Patents
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Description
この発明は溶接鋼管の製造装置に関する。 The present invention relates to a welded steel pipe manufacturing apparatus.
溶接鋼管を製造する場合、まず帯状の鋼板を成形ロールで順次湾曲させることによって円筒状のオープンパイプが成形され、次いで、オープンパイプの端部同士を突き合わせた部位が外面側から溶接される(外面溶接)。この外面溶接により管の内面には内面ビードが形成されるが、内面ビードは管に要求される品質によって問題となる場合があるため、内面ビードを溶融して平滑化する内面溶接が行われる。内面溶接は管の内部に配置された内面溶接トーチを用いて行われるため、その状態を管の外部から目視により確認することはできない。そこで、特許文献1には、管の外部側に配置した視覚カメラ及び表面温度センサを用いて内面溶接が適正に行われているか否かを判定することが記載されている。 When manufacturing a welded steel pipe, first, a cylindrical open pipe is formed by sequentially bending a strip-shaped steel plate with a forming roll, and then a portion where the ends of the open pipe are butted together is welded from the outer surface side (outer surface). welding). An inner surface bead is formed on the inner surface of the pipe by this outer surface welding, but the inner surface bead may cause a problem depending on the quality required for the tube. Therefore, inner surface welding is performed to melt and smooth the inner surface bead. Since the inner surface welding is performed using an inner surface welding torch arranged inside the pipe, the state cannot be visually confirmed from the outside of the pipe. Therefore, Patent Document 1 describes that it is determined whether or not the inner surface welding is properly performed using a visual camera and a surface temperature sensor arranged on the outer side of the pipe.
特許文献1によれば、内面溶接時に管の外部表面に現れる表面赤熱部が視覚カメラによって撮像され、撮像データから表面赤熱部の中心位置が演算処理によって求められる。求めた中心位置は内面溶接トーチの位置と仮定され、外面溶接トーチの位置と内面溶接トーチの位置とが同一直線上にあるか否か、つまり、内面溶接がオープンパイプの端部同士を突き合わせた部位に対してなされているか否かが判定される。一方、視覚カメラと同様に管の外部に配置された非接触式の表面温度センサは、表面赤熱部の温度を検出する。この表面温度センサが検出した温度は、内面溶接トーチによる内面ビードへの入熱量に換算され、換算された入熱量に基づいて内面溶接トーチの位置、すなわち管の内面と内面溶接トーチの電極との間の距離が適正であるか否かがが判定される。 According to Patent Document 1, a surface red hot part that appears on the outer surface of a pipe at the time of inner surface welding is imaged by a visual camera, and the center position of the surface red hot part is obtained from the imaging data by arithmetic processing. The obtained center position is assumed to be the position of the inner surface welding torch, and whether the position of the outer surface welding torch and the position of the inner surface welding torch are on the same straight line, that is, the inner surface welding has matched the ends of the open pipes. It is determined whether or not it is made for the part. On the other hand, a non-contact type surface temperature sensor arranged outside the tube as with the visual camera detects the temperature of the surface red hot part. The temperature detected by the surface temperature sensor is converted into the amount of heat input to the inner surface bead by the inner surface welding torch. It is determined whether or not the distance between them is appropriate.
しかしながら、特許文献1に記載の視覚カメラ及び表面温度センサは共に管の外部に配置されたものであり、内面溶接の状態及び溶接後の内面ビードの状態を管の内部で直接監視するものではないため、以下のような問題点が生じる。まず、視覚カメラによる表面赤熱部の撮像について、表面赤熱部は鋼板の板厚が増すに従って現れにくくなり、例えば6mmを超える板厚を有する鋼板を用いた場合、表面赤熱部を外観から正確に認識することは困難となる。また、表面温度センサによる温度測定について、管の内部側の温度を外部側の温度に基づいて換算する際、鋼板の板厚や材料、あるいは外面溶接トーチが発する熱等が外乱要素として作用するため、内面ビードへの入熱量を精度よく測定することが困難となる。 However, both the visual camera and the surface temperature sensor described in Patent Document 1 are arranged outside the pipe, and do not directly monitor the state of the inner surface welding and the state of the inner surface bead after welding inside the pipe. Therefore, the following problems arise. First, regarding the imaging of the surface red hot part with a visual camera, the surface red hot part becomes difficult to appear as the thickness of the steel sheet increases. For example, when a steel sheet having a thickness exceeding 6 mm is used, the surface red hot part is accurately recognized from the appearance. It will be difficult to do. In addition, regarding the temperature measurement by the surface temperature sensor, when converting the temperature on the inner side of the tube based on the temperature on the outer side, the plate thickness and material of the steel plate, or the heat generated by the outer surface welding torch acts as a disturbance factor It becomes difficult to accurately measure the heat input to the inner surface bead.
さらに、例えば内面溶接トーチの電極摩耗等が発生した場合、内面溶接トーチの位置が適正であったとしても、内面ビードと電極から発生するアークとの間には位置ずれが生じる。この場合、管の外部からアークを監視することはできないため、アークの位置ずれによる溶接不良が発生しても検知することができない。このように、特許文献1に記載の発明は、内面溶接の状態を直接的に監視して判定するものではなく、管の外面側の状態に基づいて推定的に判定するものであるため、内面溶接の状態を正確に把握することが困難となる場合があるという問題点を有していた。 Further, for example, when electrode wear or the like of the inner surface welding torch occurs, even if the position of the inner surface welding torch is appropriate, a positional deviation occurs between the inner surface bead and the arc generated from the electrode. In this case, since it is impossible to monitor the arc from the outside of the tube, it is not possible to detect even if a welding failure occurs due to the misalignment of the arc. As described above, the invention described in Patent Document 1 does not directly monitor and determine the state of the inner surface welding, but rather presume based on the state on the outer surface side of the pipe. There is a problem that it may be difficult to accurately grasp the state of welding.
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、内面溶接の状態を正確に把握することを実現した溶接鋼管の製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a welded steel pipe manufacturing apparatus that can accurately grasp the state of inner surface welding.
本発明に係る溶接鋼管の製造装置は、帯状の鋼管を順次湾曲させて円筒状のオープンパイプを成形する成形手段と、オープンパイプの外周側に配置され、オープンパイプの端部同士が突き合わされた部位を溶接して溶接鋼管とする外面溶接トーチと、溶接鋼管の内部において外面溶接トーチの下流側に位置する部位に配置され、外面溶接トーチによる溶接の際に溶接鋼管の内面に形成された内面ビードに対して溶接を行う内面溶接トーチとを備えた溶接鋼管の製造装置に関するものであり、溶接鋼管の内部において外面溶接トーチと内面溶接トーチとの間に位置する部位に配置され、内面ビードの形状を測定可能な第一監視手段と、溶接鋼管の内部に配置され、内面溶接トーチが発生するアークを撮像可能な第二監視手段と、溶接鋼管の内部において内面溶接トーチの下流側に位置する部位に配置され、内面ビードの形状を測定可能な第三監視手段とをさらに備えたことを特徴とするものである。 An apparatus for manufacturing a welded steel pipe according to the present invention includes a forming means for forming a cylindrical open pipe by sequentially bending a strip-shaped steel pipe, and an open pipe outer peripheral side, and the ends of the open pipe are butted together. An outer surface welding torch that welds a part to form a welded steel pipe, and an inner surface that is disposed on the downstream side of the outer surface welding torch inside the welded steel pipe and is formed on the inner surface of the welded steel pipe during welding with the outer surface welding torch The present invention relates to an apparatus for manufacturing a welded steel pipe having an inner surface welding torch for welding to a bead, and is disposed in a portion located between the outer surface welding torch and the inner surface welding torch inside the welded steel pipe. A first monitoring means capable of measuring the shape, a second monitoring means arranged inside the welded steel pipe and capable of imaging an arc generated by the inner surface welding torch, and the inside of the welded steel pipe Is arranged at a portion located downstream of the Oite inner surface welding torch, is characterized in that further comprising a third monitoring means capable of measuring the shape of the inner surface bead.
尚、第一監視手段及び第三監視手段として、内面ビードの高さを検出可能な変位センサを用いることができる。 A displacement sensor capable of detecting the height of the inner surface bead can be used as the first monitoring unit and the third monitoring unit.
本発明によれば、第一監視手段によって測定された外面溶接直後の内面ビード形状と、第三監視手段によって測定された内面溶接直後の内面ビード形状との比較に基づいて内面溶接が適正に行われているか否か、つまり内面ビードが所望の形状となっているか否かを直接的に判定できる。また、内面ビードの形状が異常となったときに、その原因が外面溶接時の異常と内面溶接時の異常とのいずれによるものであるかが判定できる。さらに、第二監視手段により内面溶接トーチが発生させるアークを直接監視できるため、アークの位置が溶接すべき位置からずれていたり、内面溶接トーチの電極摩耗等に起因してアークが正常に発生しなくなったとしても即座に異常を検知することができる。このように、本発明に係る溶接鋼管の製造装置は、内面ビード及び内面溶接トーチが発生させるアークを直接的に監視するものであるため、内面溶接の状態を正確に把握することが可能となる。 According to the present invention, the inner surface welding is appropriately performed based on the comparison between the inner surface bead shape immediately after the outer surface welding measured by the first monitoring means and the inner surface bead shape immediately after the inner surface welding measured by the third monitoring means. It is possible to directly determine whether the inner bead has a desired shape. Further, when the shape of the inner surface bead becomes abnormal, it can be determined whether the cause is due to an abnormality during outer surface welding or an abnormality during inner surface welding. Furthermore, since the arc generated by the inner surface welding torch can be directly monitored by the second monitoring means, the arc position is shifted from the position to be welded, or the arc is normally generated due to electrode wear of the inner surface welding torch. Even if it disappears, an abnormality can be detected immediately. Thus, since the welded steel pipe manufacturing apparatus according to the present invention directly monitors the arc generated by the inner surface bead and the inner surface welding torch, it is possible to accurately grasp the state of the inner surface welding. .
以下に、本発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態
図1に、本発明の実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置1(以下、製造装置1と略称する)を概略的に示す。製造装置1は、図示しない帯状の鋼板を湾曲させて円筒状のオープンパイプ2を成形するための成形ロール3を備えている。尚、図1には1つの成形ロール3のみを示しているが、周知のように、製造装置1は図示しない複数の成形ロールを備えている。オープンパイプ2は、これらの成形ロールが鋼板を矢印Aで示される方向に送り出しながら順次湾曲させることによって成形される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment FIG. 1 schematically shows a welded steel pipe manufacturing apparatus 1 (hereinafter referred to as a manufacturing apparatus 1) according to an embodiment of the present invention. The manufacturing apparatus 1 includes a forming roll 3 for forming a cylindrical
また、成形ロール3の下流側においてオープンパイプ2の外部側に位置する部位には外面溶接トーチ4が配置されている。外面溶接トーチ4は、オープンパイプ2の端部同士を突き合わせた部位2aを外面側からTIG溶接する、いわゆる外面溶接を行うためのものであって、上記の部位2aが外面溶接されることによってオープンパイプ2が溶接鋼管5となる。
In addition, an outer surface welding torch 4 is disposed at a site located on the outer side of the
溶接鋼管5の内部において外面溶接トーチ4の下流側に位置する部位には、溶接鋼管5を内部側からTIG溶接する、いわゆる内面溶接を行うための内面溶接トーチ6が配置されている。内面溶接トーチ6は、外面溶接時に溶接鋼管5の内面に形成された内面ビード5aを溶融して平滑化するためのものであって、溶接鋼管5の内部に挿入された略円筒状の内面溶接ロッド7に支持ブロック8を介して支持されている。ここで、支持ブロック8は、内面ビード5a側である上部にテーパ面8aを有しており、このテーパ面8a上を内面溶接トーチ6がスライド可能となっている。
An inner
つまり、内面溶接トーチ6はテーパ面8a上をスライドすることによって溶接鋼管5の内部を昇降可能となっており、それにより、内面ビード5aと内面溶接トーチ6との距離が適宜調整される。また、内面溶接ロッド7の内部には、内面溶接トーチ6に冷却水を供給するための冷却水パイプ9や溶接用シールドガスを供給するためのガス供給パイプ10が挿入されており、これらのパイプが支持ブロック8を介して内面溶接トーチ6に接続されている。
That is, the inner
以上のように構成される製造装置1において、外面溶接トーチ4と内面溶接トーチ6との間に位置する溶接鋼管5の内部には、内面ビード5aの形状を測定可能な第一監視手段としてレーザ変位計11が設けられている。また、溶接鋼管5の内部においてレーザ変位計11と内面溶接トーチ6との間に位置する部位には、内面溶接トーチ6が発生するアークを撮像可能な第二監視手段としてアーク監視カメラ12が設けられている。さらに、溶接鋼管5の内部において内面溶接トーチ6の下流側に位置する部位には、内面溶接トーチ6で内面溶接を行うことによって平滑化した内面ビード5bの形状を測定可能な第三監視手段としてレーザ変位計13が設けられている。
In the manufacturing apparatus 1 configured as described above, a laser is provided as a first monitoring means capable of measuring the shape of the
レーザ変位計11は、内面ビード5a周辺にレーザを照射するとともに反射したレーザを受光することによって内面ビード5a周辺の形状を3次元的に測定するものである。したがって、例えば図2(a)に示されるP点を基準エッジとした場合、基準エッジPに対する内面ビード5aの高さh1がレーザ変位計11によって検出される。同様に、レーザ変位計13は、内面溶接によって平滑化された内面ビード5b周辺の形状をレーザによって3次元的に測定するものである。したがって、内面ビード5bとして所望される形状が図2(b)に示されるような平坦状である場合、内面溶接トーチ6による内面溶接が適正に行われれば、基準エッジPに対する内面ビード5bの高さが略0として検出される。
The
一方、何らかの異常により、例えば一点鎖線で示す内面ビード5b’のように所望する形状とはならなかった場合、レーザ変位計13は、基準エッジPに対する高さh2を検出する。尚、図1に示すように、レーザ変位計11、13のケーブル11a、13aは、内面溶接ロッド7の内部を通って溶接鋼管5の外部に引き出され、図示しない制御装置に接続されている。この制御装置は、レーザ変位計11による内面ビード5aの形状測定結果、レーザ変位計13による内面ビード5bの形状測定結果、及び予め設定された所定の閾値を比較し、比較結果に基づいて外面溶接及び内面溶接が適正に行われているか否か、すなわち、内面ビード5a、5bがそれぞれ所望する形状となっているか否かを判定可能となっている。
On the other hand, if the desired shape is not obtained, for example, like the
アーク監視カメラ12は、例えばCCDカメラと調光フィルタとを組み合わせることにより、内面溶接トーチ6が発生するアークを視認可能な状態で撮像するものである。また、アーク監視カメラ12のケーブル12aは、内面溶接ロッド7の内部を通って溶接鋼管5の外部に引き出されて図示しないモニタに接続されており、撮像したアークを目視により確認することが可能となっている。
The
次に、本実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置1の動作と作用とについて説明する。
図1に示すように、まず図示しない帯状の鋼板が成形ロール3等で順次湾曲されることによってオープンパイプ2が成形される。次いで、オープンパイプ2の端部同士を突き合わせた部位2aが外面溶接トーチ4によって外面溶接されて溶接鋼管5となる。さらに、外面溶接時に形成された内面ビード5aに対して内面溶接トーチ6による内面溶接が施されることにより、内面ビード5aが平滑化されて内面ビード5bとなる。
Next, the operation and action of the welded steel pipe manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, first, an
尚、溶接鋼管5の製造開始に先立ち、内面ビード5aと内面溶接トーチ6との距離が、支持ブロック8のテーパ面8a上をスライドさせて内面溶接トーチ6を昇降させることにより調整される。また、内面溶接トーチ6の昇降量は、製造される溶接鋼管5の径や外面溶接後の内面ビード5aの状態、あるいは所望する内面ビード5bの形状等に応じて適宜決定される。
Prior to the start of production of the welded
以上のように溶接鋼管5の製造が開始されると、レーザ変位計11、13による内面ビード5a、5bの形状測定とアーク監視カメラ12によるアークの撮像とが開始される。ここで、外面溶接トーチ4による外面溶接が適正に施されている場合、図2(a)に示される内面ビード5aの高さh1は予め設定されている閾値以内となる。また、外面溶接が適正に施されており、且つ内面溶接トーチ6による内面溶接も適正に施されている場合、すなわちアーク監視カメラ12によって撮像されるアークが、図3に領域Rとして示されるように正常に発生している場合、内面ビード5bの形状は図2(b)に示されるように平坦状となり、基準エッジPに対する内面ビード5bの高さが略0として検出される。
When the production of the welded
一方、外面溶接時あるいは内面溶接時に何らかの異常が生じ、図2(b)において一点鎖線で示される内面ビード5b’のように所望する形状とはならなかった場合、レーザ変位計13により基準エッジPに対する高さh2が異常値として検出される。ここで、内面溶接の異常が外面溶接トーチ4による外面溶接に起因して発生している場合、レーザ変位計11が検出する内面ビード5aの高さh1も異常値として検出される。すなわち、レーザ変位計11による内面ビード5aの検出結果とレーザ変位計13による内面ビード5b’の検出結果とを比較することにより、異常がどこで発生しているのかを即座に把握して対応することが可能となる。
On the other hand, if an abnormality occurs during the outer surface welding or the inner surface welding and the desired shape is not obtained like the
また、例えば内面溶接トーチ6の電極摩耗等に起因して内面溶接の異常が発生している場合、内面溶接トーチ6から発生するアークは、図3に領域R’で示すように内面ビード5aに対して位置ずれを生じている状態となる。このアークR’は、アーク監視カメラ12から図示しないモニタに出力される映像を目視することにより確認できるため、異常の有無を即座に判定して対応することが可能となる。
Further, for example, when an abnormality in internal welding occurs due to electrode wear or the like of the
以上に述べたように、本実施の形態に係る溶接鋼管の製造装置1によれば、レーザ変位計11によって測定された外面溶接直後の内面ビード5aの形状と、レーザ変位計13によって測定された内面溶接直後の内面ビード5bの形状との比較に基づいて、内面溶接が適正に行われているか否か、つまり内面溶接後の内面ビード5bが所望の形状となっているか否かを直接的に判定できる。また、内面ビード5bの形状が異常となったときに、その原因が外面溶接時の異常と内面溶接時の異常とのいずれによるものであるかが容易に判定できる。さらに、アーク監視カメラ12により内面溶接トーチ6が発生させるアークを直接監視できるため、内面溶接トーチ6の電極摩耗等に起因してアークが正常に発生しなくなったり、アークの位置が溶接すべき位置からずれていたとしても即座に異常を検知することができる。このように、溶接鋼管の製造装置1は、内面ビード5a、5b及びアークRを直接的に監視するものであるため、内面溶接の状態を正確に把握することが可能となる。
As described above, according to the welded steel pipe manufacturing apparatus 1 according to the present embodiment, the shape of the
上述した実施の形態において、内面ビードの形状を測定する第一監視手段及び第三監視手段としてレーザ変位計11、13が用いられたが、これらの監視手段をレーザ変位計に限定するものではない。例えばCCDカメラ等を第一監視手段及び第三監視手段として用い、CCDカメラによる撮像データから内面ビードの形状を認識することも可能である。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施の形態において、第二監視手段であるアーク監視カメラ12は内面溶接トーチ6の上流側に配置されたが、第二監視手段の位置を限定するものではない。アークの様子を監視できるのであれば、内面溶接トーチ6の下流側に配置することも可能である。
In the above-described embodiment, the
さらに、上述した実施の形態において、内面ビードとして所望される形状が図2(b)に示すような平坦状である場合を例にして説明したが、この内面ビード形状に限られることはなく、例えば、図2(b)の内面ビード高さh2が所望の高さ必要な場合など、様々な所望される内面ビード形状において適用が可能である。 Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the shape desired as the inner surface bead is a flat shape as shown in FIG. 2B has been described as an example, but is not limited to this inner surface bead shape, For example, the present invention can be applied to various desired inner surface bead shapes, for example, when the inner surface bead height h2 in FIG.
1 溶接鋼管の製造装置、2 オープンパイプ、3 成形ロール、4外面溶接トーチ、5 溶接鋼管、6 内面溶接トーチ、11 レーザ変位計(第一監視手段)、12 アーク監視カメラ(第二監視手段)、13 レーザ変位計(第三監視手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Manufacturing apparatus of welded steel pipe, 2 Open pipe, 3 Forming roll, 4 Outer surface welding torch, 5 Welded steel pipe, 6 Inner surface welding torch, 11 Laser displacement meter (1st monitoring means), 12 Arc monitoring camera (2nd monitoring means) , 13 Laser displacement meter (third monitoring means).
Claims (2)
前記オープンパイプの外周側に配置され、前記オープンパイプの端部同士が突き合わされた部位を溶接して溶接鋼管とする外面溶接トーチと、
前記溶接鋼管の内部において前記外面溶接トーチの下流側に位置する部位に配置され、前記外面溶接トーチによる溶接の際に前記溶接鋼管の内面に形成された内面ビードに対して溶接を行う内面溶接トーチと
を備えた溶接鋼管の製造装置において、
前記溶接鋼管の内部において前記外面溶接トーチと前記内面溶接トーチとの間に位置する部位に配置され、前記内面ビードの形状を測定可能な第一監視手段と、
前記溶接鋼管の内部に配置され、前記内面溶接トーチが発生するアークを撮像可能な第二監視手段と、
前記溶接鋼管の内部において前記内面溶接トーチの下流側に位置する部位に配置され、前記内面ビードの形状を測定可能な第三監視手段と
をさらに備えたことを特徴とする溶接鋼管の製造装置。 Forming means for sequentially bending the strip-shaped steel pipe to form a cylindrical open pipe;
An outer surface welding torch which is disposed on the outer peripheral side of the open pipe and welds a portion where the ends of the open pipe are butted together to form a welded steel pipe;
An inner surface welding torch which is disposed in a portion located downstream of the outer surface welding torch inside the welded steel pipe and welds to an inner surface bead formed on the inner surface of the welded steel tube during welding by the outer surface welding torch. In a welded steel pipe manufacturing apparatus comprising:
A first monitoring means disposed in a portion located between the outer surface welding torch and the inner surface welding torch inside the welded steel pipe and capable of measuring the shape of the inner surface bead;
Second monitoring means arranged inside the welded steel pipe and capable of imaging an arc generated by the inner surface welding torch;
An apparatus for manufacturing a welded steel pipe, further comprising: third monitoring means disposed in a portion located downstream of the inner surface welding torch inside the welded steel pipe and capable of measuring the shape of the inner surface bead.
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