JP2015219124A - 電縫鋼管の溶接シーム部検出方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】超音波探傷装置の探傷位置における溶接シーム部の位置を精度良く検出し、探触子のシーム追従精度を向上させる方法及び装置を提供する。【解決手段】超音波探傷装置８の上流側において電縫鋼管１の溶接部の温度分布を計測するステップと、該溶接部の温度分布から前記電縫鋼管の前記溶接シーム部１１と溶接ビード切削部を検出し、前記溶接シーム部１１と前記溶接ビード切削部との位置関係を特定するステップと、下流側にある前記超音波探傷装置の探傷位置において、温度分布を計測した前記溶接部を撮像するステップと、前記撮像された画像から前記溶接ビード切削部の位置を特定するステップと、前記溶接シーム部１１と前記溶接ビード切削部との位置関係に基づいて前記溶接ビード切削部の位置から前記溶接シーム部１１の位置を算出するステップと、を有することを特徴とする電縫鋼管の溶接シーム部検出方法。【選択図】図１
Description
本発明は、電縫鋼管の製造ラインにおいて、フェーズドアレイ超音波探傷など高精度な溶接部の超音波探傷検査を行う場合に、探触子の位置を高い精度で溶接シーム部に追従させるため、溶接ビード切削後における溶接シーム部の位置を正確に検出する電縫鋼管の溶接シーム部検出方法及び装置に関する。
一般に、電縫鋼管は、鋼帯を成形ロール群で管状に曲げ成形し、この状態の両側エッジ部端面に電流を流して両側エッジ部を加熱しながらスクイズロールで押し付け、両側エッジ部同士を衝合溶接し、その溶接部に形成された溶接ビードを切削除去した後、溶接シーム部を超音波探傷装置により超音波探傷し、さらにシーム熱処理やサイザーロール群に通して製造される。
溶接シーム部を超音波探傷する場合、超音波ビームが所望の位置に入射するように、超音波探触子を位置決めしてから超音波探傷を行う必要がある。しかしながら、電縫鋼管は製造ライン上で様々な力を受けるため、前記溶接シーム部が必ずしも超音波探傷装置の中心線上に位置しているとは限らず、周方向にずれることがある。そのため、溶接シーム部の位置を正確に検出し、この検出されたシーム部に超音波探傷装置の探触子を追従させる必要がある。
そこで、従来から、電縫鋼管の溶接シーム部の位置を検出する方法及び検出装置が種々提案されている。
例えば、電縫鋼管の表面に投光する手段と投光された部分を２次元的に撮像する撮像手段とを備え、撮像された溶接シーム部の輝度変化などから溶接ビードの切削部を特定し、その中心を溶接シーム部と見做す方法が、特許文献１〜２に開示されている。
また、特許文献３には、超音波探傷装置の上流側において電縫鋼管の溶接シーム部の温度分布を計測して溶接シーム位置を検出し、さらに、溶接シーム部に欠陥が存在する電縫鋼管を用いて、上記の方法で溶接シーム位置を検出すると共に前記欠陥の欠陥信号からも溶接シーム位置を検出し、温度分布から検出された溶接シーム位置と欠陥信号から検出された溶接シーム位置との差で溶接シーム位置を補正する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献１および２に開示された方法では、ビード切削帯の中心を溶接シーム部と見做しているが、ビード切削用バイトの当たり方によって溶接シーム部の中心位置が必ずしもビード切削帯の中心とは限らず、フェーズドアレイＵＴなど溶接シーム部の微小な欠陥まで探傷を行う場合には精度が不十分である。
また、特許文献３に開示された方法は、赤外線カメラで得た溶接シーム部の赤外線画像から溶接シーム位置を検出し、この検出した溶接シーム位置に下流にある超音波探触子を追従させるに当たり、操業前や操業途中において、溶接部に欠陥のある電縫鋼管を通し、赤外線カメラの中心軸と超音波探触子の検査位置との位置ずれ量を補正することによって、超音波探傷を行う際の位置決め精度を向上させている。しかしながら、電縫鋼管の製造ラインでは、各種機器の設置位置の精度に加え、溶接シーム検出装置が設置されている場所から超音波探傷装置が設置されている場所へ進む間に、鋼管がねじれや周方向に回転する場合があり、検出された溶接シーム位置がずれるという問題があった。
本発明の目的は、超音波探傷装置の探傷位置における溶接シーム部の位置を精度良く検出し、探触子のシーム追従精度を向上させる方法及び装置を提供することである。
本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討した。その結果、上流側に設置した赤外線カメラ等で得た溶接部（溶接シーム部と熱影響部）の温度分布画像から溶接シーム部と溶接ビード切削部の両方を検出する方法と下流側にあるＣＣＤカメラ等の撮像画像から溶接ビード切削部を検出する方法とを組み合わせることにより、上記課題が解決できることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の要旨からなる。
（１） 電縫鋼管の溶接シーム部を超音波探傷するに当たり、超音波探傷装置の超音波探触子を前記溶接シーム部に追従させるための溶接シーム部検出方法であって、前記超音波探傷装置の上流側において前記電縫鋼管の溶接部の温度分布を計測するステップと、該溶接部の温度分布から前記電縫鋼管の前記溶接シーム部と溶接ビード切削部を検出し、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係を特定するステップと、下流側にある前記超音波探傷装置の探傷位置において、温度分布を計測した前記溶接部を撮像するステップと、前記撮像された画像から前記溶接ビード切削部の位置を特定するステップと、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係に基づいて前記溶接ビード切削部の位置から前記溶接シーム部の位置を算出するステップと、を有することを特徴とする電縫鋼管の溶接シーム部検出方法。
（２） 電縫鋼管の溶接シーム部を超音波探傷するに当たり、超音波探傷装置の超音波探触子を前記溶接シーム部に追従させるための溶接シーム部検出装置であって、前記超音波探傷装置の上流側において前記電縫鋼管の溶接部の温度分布を計測する溶接部温度分布計測手段と、該溶接部の温度分布から前記電縫鋼管の前記溶接シーム部と溶接ビード切削部を検出し、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係を特定する温度分布解析手段と、下流側にある前記超音波探傷装置の探傷位置において、温度分布を計測した前記溶接部を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された画像から前記溶接ビード切削部の位置を特定する画像処理手段と、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係に基づいて前記溶接ビード切削部の位置から前記溶接シーム部の位置を決定するシーム位置算出手段と、を具備することを特徴とする電縫鋼管の溶接シーム部検出装置。
（１） 電縫鋼管の溶接シーム部を超音波探傷するに当たり、超音波探傷装置の超音波探触子を前記溶接シーム部に追従させるための溶接シーム部検出方法であって、前記超音波探傷装置の上流側において前記電縫鋼管の溶接部の温度分布を計測するステップと、該溶接部の温度分布から前記電縫鋼管の前記溶接シーム部と溶接ビード切削部を検出し、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係を特定するステップと、下流側にある前記超音波探傷装置の探傷位置において、温度分布を計測した前記溶接部を撮像するステップと、前記撮像された画像から前記溶接ビード切削部の位置を特定するステップと、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係に基づいて前記溶接ビード切削部の位置から前記溶接シーム部の位置を算出するステップと、を有することを特徴とする電縫鋼管の溶接シーム部検出方法。
（２） 電縫鋼管の溶接シーム部を超音波探傷するに当たり、超音波探傷装置の超音波探触子を前記溶接シーム部に追従させるための溶接シーム部検出装置であって、前記超音波探傷装置の上流側において前記電縫鋼管の溶接部の温度分布を計測する溶接部温度分布計測手段と、該溶接部の温度分布から前記電縫鋼管の前記溶接シーム部と溶接ビード切削部を検出し、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係を特定する温度分布解析手段と、下流側にある前記超音波探傷装置の探傷位置において、温度分布を計測した前記溶接部を撮像する撮像手段と、前記撮像手段で撮像された画像から前記溶接ビード切削部の位置を特定する画像処理手段と、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係に基づいて前記溶接ビード切削部の位置から前記溶接シーム部の位置を決定するシーム位置算出手段と、を具備することを特徴とする電縫鋼管の溶接シーム部検出装置。
本発明により、電縫鋼管の冷却工程などでねじれや周方向の回転が発生し、溶接シーム部の位置が鋼管の周方向にずれた場合でも、探傷する場における溶接シーム部の位置を正確に特定でき、溶接シーム部に超音波探傷装置の探触子を追従させることが可能となる。したがって、電縫鋼管の溶接シーム部を高精度に超音波探傷することができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図１は電縫鋼管の製造ラインの一部を示す図であり、図示しない成形ロール群で管状に曲げ成形された鋼帯の左右両端部をスクイズロール２で衝合しつつ図示しない溶接装置で溶接された電縫鋼管１をシーム熱処理設備５でシーム熱処理するまでの工程を示す。衝合溶接された電縫鋼管１は、溶接により形成された溶接シーム部１１を有しており、この溶接シーム部１１は、溶接ビード切削機３により溶接ビードが切削され、冷却設備４で冷却された後、超音波探傷装置８で超音波探傷され、さらに必要に応じてシーム熱処理設備５でシーム熱処理される。
本発明に係る電縫鋼管の溶接シーム部検出方法及び装置が適用される製造ラインでは、溶接ビード切削機３と冷却設備４との間に電縫鋼管１の溶接部を真上から撮像する溶接部温度分布計測手段としての赤外線カメラ６と、超音波探傷装置８の探傷位置において温度分布を計測した前記溶接部を真上から撮像する撮像手段としてのＣＣＤカメラ７が配置されている。上記赤外線カメラ６とＣＣＤカメラ７の好ましい仕様を以下に示す。
赤外線カメラ６・・・周方向視野：±５０ｍｍ、分解能：０．５ｍｍ、
検出温度範囲：０〜６００℃
ＣＣＤカメラ７・・・周方向視野：±４０ｍｍ、分解能：０．１ｍｍ、
赤外線カメラ６で計測した赤外線画像から図２に示すような溶接部（電縫鋼管１の軸方向の座標Ｙ）の温度分布（電縫鋼管１の周方向に沿った温度分布）が得られる。図２の温度分布にある左右２つのピークは、溶接ビード切削により溶接ビード切削部１２の表面温度が低下するため電縫鋼管１の溶接ビード切削部１２と黒皮部（切削されていない部分）の境界に出現するピークであり、このピーク位置（電縫鋼管１の周方向の座標１２ａ、１２ｂ）から溶接ビード切削部１２の位置を温度分布解析手段で特定する。また、前記温度分布から黒皮部にあって所定の閾値を横切る二ヶ所を求め、該二ヶ所の中点（Ｘ）を電縫鋼管１の溶接シーム部１１の位置（電縫鋼管１の周方向の座標Ｘ）として前記温度分布解析手段で検出する。さらに、前記温度分布解析手段は、上記の位置１２ａ、１２ｂ、およびＸから溶接シーム部１１と溶接ビード切削部１２との位置関係（Ｘａ＝Ｘ−１２ａまたはＸｂ＝１２ｂ−Ｘ）を特定し、下流側のシーム位置算出手段に伝達する。
検出温度範囲：０〜６００℃
ＣＣＤカメラ７・・・周方向視野：±４０ｍｍ、分解能：０．１ｍｍ、
赤外線カメラ６で計測した赤外線画像から図２に示すような溶接部（電縫鋼管１の軸方向の座標Ｙ）の温度分布（電縫鋼管１の周方向に沿った温度分布）が得られる。図２の温度分布にある左右２つのピークは、溶接ビード切削により溶接ビード切削部１２の表面温度が低下するため電縫鋼管１の溶接ビード切削部１２と黒皮部（切削されていない部分）の境界に出現するピークであり、このピーク位置（電縫鋼管１の周方向の座標１２ａ、１２ｂ）から溶接ビード切削部１２の位置を温度分布解析手段で特定する。また、前記温度分布から黒皮部にあって所定の閾値を横切る二ヶ所を求め、該二ヶ所の中点（Ｘ）を電縫鋼管１の溶接シーム部１１の位置（電縫鋼管１の周方向の座標Ｘ）として前記温度分布解析手段で検出する。さらに、前記温度分布解析手段は、上記の位置１２ａ、１２ｂ、およびＸから溶接シーム部１１と溶接ビード切削部１２との位置関係（Ｘａ＝Ｘ−１２ａまたはＸｂ＝１２ｂ−Ｘ）を特定し、下流側のシーム位置算出手段に伝達する。
次に、電縫鋼管１が進行し前記溶接部（Ｙ）が超音波探傷装置８の探傷位置に到達した際、ＣＣＤカメラ７で前記溶接部（Ｙ）を撮像し、この撮像画像から探傷位置における溶接部（Ｙ）の溶接ビード切削部１２の位置（溶接ビード切削部１２と黒皮部との境界の電縫鋼管１の周方向の座標１２ａ＊、１２ｂ＊）を画像処理手段で座標変換することにより特定する。この特定された溶接ビード切削部１２の位置（１２ａ＊、１２ｂ＊）が前記シーム位置算出手段に伝達され、溶接ビード切削部１２の位置（１２ａ＊、１２ｂ＊）と前記位置関係（ＸａまたはＸｂ）から、図３に示すように、Ｘ＊＝Ｘａ＋１２ａ＊またはＸ＊＝１２ｂ＊−Ｘｂとして探傷位置における溶接シーム部１１の位置Ｘ＊を前記シーム位置算出手段で算出する。
以上のようにして特定された溶接シーム部１１の位置Ｘ＊は、溶接部温度分布計測手段の設置場所と超音波探傷装置の設置場所との間において、電縫鋼管１のねじれや周方向の回転によって溶接シーム部１１の位置が真上からずれたとしても、その影響を受けない。
したがって、上記の位置Ｘ＊の情報を超音波探傷装置内の超音波探触子を位置決めする溶接シーム部追従装置に伝達することで、超音波探傷装置の超音波探触子を所定の位置に位置決めすることが可能となり、電縫鋼管１の溶接シーム部１１を高精度に超音波探傷することができるため、製品品質が安定した電縫鋼管１を製造することができる。
また、上記の位置Ｘ＊の情報をシーム熱処理設備の位置を決める溶接シーム部追従装置に伝達することで、シーム熱処理設備を精度良く所定の位置に位置決めすることが可能となり、鋼管周方向の熱処理範囲を狭めることができ、シーム熱処理設備の小型化や処理速度の向上、投入電力の削減など大きな効果が得られる。
図１に示すように、電縫鋼管の製造ラインの溶接ビード切削機３と冷却設備４との間に電縫鋼管１の溶接部を真上から撮像する赤外線カメラ６を配置し、その約３ｍ下流側の超音波探傷装置８の探傷位置にＣＣＤカメラ７を配置して溶接シーム部を検出する本発明法と、赤外線カメラ単独で検出する従来法とで、外径が２７３．０５〜６６０．４ｍｍの電縫鋼管をライン速度６．０〜３０．０ｍ／分で製造した場合の溶接シーム部検出精度を比較した。その結果、従来法での検出精度が±３．０ｍｍであったのに対し、本発明法の検出精度は±１．０ｍｍとなり検出精度が著しく向上した。なお、溶接シーム部の検出精度の評価は、溶接シームからの反射波をとらえる超音波探傷装置によって行った。
１ 電縫鋼管
２ スクイズロール
３ 溶接ビード切削機
４ 冷却設備
５ シーム熱処理設備
６ 赤外線カメラ
７ ＣＣＤカメラ
８ 超音波探傷装置
１１ 溶接シーム部
１２ 溶接ビード切削部
２ スクイズロール
３ 溶接ビード切削機
４ 冷却設備
５ シーム熱処理設備
６ 赤外線カメラ
７ ＣＣＤカメラ
８ 超音波探傷装置
１１ 溶接シーム部
１２ 溶接ビード切削部
Claims (2)
- 電縫鋼管の溶接シーム部を超音波探傷するに当たり、超音波探傷装置の超音波探触子を前記溶接シーム部に追従させるための溶接シーム部検出方法であって、
前記超音波探傷装置の上流側において前記電縫鋼管の溶接部の温度分布を計測するステップと、
該溶接部の温度分布から前記電縫鋼管の前記溶接シーム部と溶接ビード切削部を検出し、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係を特定するステップと、
下流側にある前記超音波探傷装置の探傷位置において、温度分布を計測した前記溶接部を撮像するステップと、
前記撮像された画像から前記溶接ビード切削部の位置を特定するステップと、
前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係に基づいて前記溶接ビード切削部の位置から前記溶接シーム部の位置を算出するステップと、
を有することを特徴とする電縫鋼管の溶接シーム部検出方法。 - 電縫鋼管の溶接シーム部を超音波探傷するに当たり、超音波探傷装置の超音波探触子を前記溶接シーム部に追従させるための溶接シーム部検出装置であって、
前記超音波探傷装置の上流側において前記電縫鋼管の溶接部の温度分布を計測する溶接部温度分布計測手段と、
該溶接部の温度分布から前記電縫鋼管の前記溶接シーム部と溶接ビード切削部を検出し、前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係を特定する温度分布解析手段と、
下流側にある前記超音波探傷装置の探傷位置において、温度分布を計測した前記溶接部を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像された画像から前記溶接ビード切削部の位置を特定する画像処理手段と、
前記溶接シーム部と前記溶接ビード切削部との位置関係に基づいて前記溶接ビード切削部の位置から前記溶接シーム部の位置を決定するシーム位置算出手段と、
を具備することを特徴とする電縫鋼管の溶接シーム部検出装置。
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