JP2023007638A - Welding management device of electric welded tube, welding management method of electric welded tube, manufacturing method of electric welded tube and welding management system of electric welded tube - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電縫鋼管の電縫溶接時に形成される溶鋼の排出量を定量化し、溶接欠陥を抑止するための溶接管理装置、電縫鋼管の溶接管理方法、電縫鋼管の製造方法および電縫鋼管の溶接管理システムに関する。 The present invention provides a welding control apparatus, an electric resistance welded steel pipe welding control method, an electric resistance welded steel pipe manufacturing method, and an electric resistance welded steel pipe manufacturing method for quantifying the discharge amount of molten steel formed during electric resistance welding of electric resistance welded steel pipes and suppressing welding defects. It relates to a welding management system for sewn steel pipes.
電縫鋼管は、ロール成形を用いて、鋼板又は鋼帯に対して周方向に連続的な曲げ加工し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした略管形のオープン管とし、その後突き合わせたオープン管両エッジ部を連続的に電縫溶接して製造される。 Electric resistance welded steel pipes are formed by continuously bending a steel plate or steel strip in the circumferential direction using roll forming, and then abutting both ends to form an open pipe with a circular cross section, which is then butted. Manufactured by continuous electric resistance welding of both edges of the open pipe.
電縫溶接時において、上記両エッジ部をコンタクトチップによる直接通電もしくは誘導コイルによる誘導電流で融点以上に加熱し、その直後にスクイズロールで両エッジの接合部を衝合(アプセット)する。その際、鋼板又は鋼帯の溶融加熱過程で発生する酸化物(ペネトレータ)をアプセットにより管の内外面に流出させ、余盛(ビード)と称する不要部分に排出させて溶接欠陥の発生を抑止している。電縫溶接後、余盛部は切削工具等により管から切削除去される。 During electric resistance welding, both the edges are heated to the melting point or higher by direct energization from a contact tip or an induced current from an induction coil, and immediately after that, the joints of both edges are abutted (upset) by squeeze rolls. At that time, the oxide (penetrator) generated during the melting and heating process of the steel plate or steel strip is forced to flow out to the inner and outer surfaces of the pipe by upset, and is discharged to the unnecessary part called the bead to suppress the occurrence of welding defects. ing. After electric resistance welding, the surplus portion is cut off from the pipe with a cutting tool or the like.
溶接欠陥を抑止するために、管製造時に溶接時の投入電力(入熱)とアプセットの調整を行っているが、スクイズロールでの溶接時のアプセットを低下させると溶融時に発生した酸化物が電縫溶接部に残存し溶接欠陥が発生してしまう。アプセットを増加させると溶接欠陥は発生しなくなるが、電縫溶接時の増肉が過大となり管の厚み外れが発生してしまう。 In order to prevent welding defects, the input power (heat input) and upset during welding are adjusted during pipe manufacturing. It remains in the seam weld and causes welding defects. If the upset is increased, welding defects do not occur, but the increase in wall thickness during electric resistance welding becomes excessive, causing the pipe to lose its thickness.
また、投入電力が不足すると冷接や未溶着による溶接欠陥が発生し、投入電力が過剰であると電縫溶接後のビード部に空隙が発生しアプセットにより排出された酸化物が電縫溶接部に還流し溶接欠陥が発生する。 In addition, if the input power is insufficient, welding defects due to cold welding or non-welding will occur. circulates and welding defects occur.
そのため、電縫鋼管の製造における溶接欠陥抑止には種々の技術が開示されており、例えば、電縫溶接現象を映像化した溶接工程の溶接管理システムが提案されている。 Therefore, various techniques have been disclosed for suppressing welding defects in the manufacture of electric resistance welded steel pipes. For example, a welding management system for a welding process that visualizes electric resistance welding phenomena has been proposed.
特許文献1は、V字収束部を含む領域の画像に基づいて、金属板の両端部が幾何学的に交わる第一のV収束点と金属板の両端部の衝合点である第二のV収束点との距離と、第一のV収束点でのV収束角をあらかじめ設定している関係式の範囲内に合致するように入熱量を調整する溶接管理システムが提案されている。
特許文献2は、電縫溶接の画像を取得し、V字状に収束する鋼板の両端部の衝合点を検出する衝合点検出部、及び、V字状に収束する鋼板の周方向両端部の幾何学的な収束点であるV収束点を検出するV収束点検出部の何れか一方における鋼板の板厚内部の溶融部分が表面に排出され始める溶接部の輝度レベルを用いて、予め設定された温度変換データに基づいて測温領域の温度に変換し、測温領域の温度が所定の下限値以上であるか否かを判定する溶接管理システムが提案されている。
特許文献3は、金属板の両端の衝合部の上流における接触前の両端の延長線の幾何学的な交点である幾何学的V収束点と、金属板の両端が接触し始める衝合点であるV収束点との距離を検出する工程を有し、ある管理対象時点における入力電力に対して、第2種溶接状態から2段収束型第2種溶接状態への遷移領域における入力電力からの乖離量を算出する溶接管理システムが提案されている。
特許文献4は、電縫溶接の画像解析を行い、溶融金属の外縁線の周方向のばらつきが、予め設定していた基準値よりも小さい場合に入熱量を増加させる溶接方法を提案している。 Patent Document 4 proposes a welding method in which image analysis of electric resistance welding is performed, and the amount of heat input is increased when the variation in the circumferential direction of the outer edge line of the molten metal is smaller than a preset reference value. .
特許文献1では、第一のV収束点と第二の収束点間距離で入熱量の良否判定を行っているが、電縫溶接前の情報のみであり、入熱制御は行えるが、スクイズロールのアプセットの情報が無いため、溶接部品質に影響を与えるペネトレータの排出については管理することや考慮することができていない。そのため、溶接欠陥の完全な抑制とはならないという問題がある。
また、特許文献2についても同様で、V収束点上の情報であるため、スクイズロールのアプセットの情報が無く、ペネトレータの排出については考慮できていない。
特許文献3における、第2種溶接状態や2段収束型の第2種溶接状態は、入熱量および溶接速度がある一定の組み合わせ条件において発生する溶接状態であり、例えば、溶接速度が十分に速い電縫溶接では見られない溶接状態であるため、溶接管理としては一般化できていないという問題がある。
特許文献4では、スクイズロールのアプセットによって排出された溶融金属が流れ出ることで、溶融金属の外縁線が変化するため、溶融金属の外縁線の周方向のばらつきを誤検知し、入熱量の設定不良が発生してしまうという問題がある。
In
Similarly, in
The second type welding state and the second type welding state of the two-stage convergence type in
In Patent Document 4, since the molten metal discharged by the upset of the squeeze roll flows out, the outer edge line of the molten metal changes, and thus the variation in the outer edge line of the molten metal in the circumferential direction is erroneously detected, and the heat input amount is set incorrectly. occurs.
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、溶接欠陥を抑止するために、電縫溶接時の排出溶鋼量の測定精度を向上させた電縫鋼管の溶接管理装置、電縫鋼管の溶接管理方法、電縫鋼管の製造方法および電縫鋼管の溶接管理システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances. An object of the present invention is to provide a management method, a manufacturing method of an electric resistance welded steel pipe, and a welding management system for an electric resistance welded steel pipe.
本発明者らは、上記した目的を達成するために、電縫溶接におけるスクイズロールのアプセットにより、管外面にペネトレータを伴って排出される溶鋼量の定量評価方法について鋭意研究を行った。その結果、以下のことが明らかになった。 In order to achieve the above object, the present inventors have conducted intensive research on a quantitative evaluation method for the amount of molten steel discharged with a penetrator on the outer surface of a pipe by a squeeze roll upset in electric resistance welding. As a result, the following facts were clarified.
ここでは、図3に示す電縫溶接の溶接部画像の一例をもって説明する。図3は、電縫溶接の溶接部画像の一例を示す図である。
従来、電縫溶接では、直接通電加熱方式、あるいは誘導加熱方式による高周波電流を用いた加熱を行っている。このとき、図3の溶接部画像20中に示すV収束点204でオープン管の両エッジ部(両エッジ端面)202aおよび202bが接合するまで、オープン管の両エッジ部202a、202bを電気回路とした誘導電流が流れる。この誘導電流を起点に発生する磁場により、オープン管の両エッジ部202a、202bには、両エッジ部202a、202bの突き合わせ面に垂直な向きの電磁力が作用する。
また、オープン管の両エッジ部202a、202bは、誘導電流により局所的に融点以上まで加熱される。
Here, an example of a welded portion image of electric resistance welding shown in FIG. 3 will be described. FIG. 3 is a diagram showing an example of a welded portion image of electric resistance welding.
Conventionally, in electric resistance welding, heating is performed using a high-frequency current by a direct heating method or an induction heating method. At this time, both edge portions (both edge end faces) 202a and 202b of the open pipe are connected to the electric circuit until both edge portions (both edge end faces) 202a and 202b of the open pipe are joined at the
Both
このとき、両エッジ部202a、202bに発生した一部の溶鋼203a(溶接前の排出溶鋼203a)は、電磁力により管の内外面へと排出され、新たに両エッジ部202a、202bに新生面を発生させながら、加熱、排出がV収束点204まで繰り返される。ここで、新生面とは、ある瞬間の表面より内部にある溶鋼が、次の瞬間に表面を突き破り、表面に剥き出しになった面のことを指す。V収束点204は、オープン管の両エッジ部202a、202bが成す平行直線同士の幾何学的な交点とすることができるが(図4のLa、Lb参照)、入熱量と溶接速度の組み合わせによっては、V収束点204上で両エッジ部202a、202bが接合することなく、V収束点204よりも下流側(両エッジ部202a、202bを圧接する溶接スタンド(溶接スタンド)側、符号205側)で両エッジ部202a、202bが物理的に接合する場合もある。
At this time, part of the
この現象は、溶接スタンドに向かって鋼板又は鋼帯が進行する際のオープン管の両エッジ部202a、202b同士の接近速度に対して、電磁力により端面の溶鋼が管の内外面へ排出されて新生面が生成し、両エッジ部同士が離れる速度よりも遅い条件において発生する。具体的には、排出される溶鋼(排出溶鋼)で、溶接するまでに発生する端面上の溶鋼は、電縫溶接の加熱の原因になる端面に流れる電流の電磁力によって、管の内外面へと押し出される。その分、排出溶鋼の端面のカサ(溶鋼体積)が消失するため、端面同士が製造過程に沿って近づかない限り、端面間距離が増加することになる。
This phenomenon is caused by the fact that the molten steel at the end faces is discharged to the inner and outer surfaces of the pipe by electromagnetic force, with respect to the speed at which both
よって、V収束点204と両エッジ部202a、202bが物理的に接合する点が一致する場合はV収束点上が、一方、V収束点204と両エッジ部202a、202bが物理的に接合する点が一致しない場合は物理的に接合する点が、溶接前にオープン管の両エッジ部202a、202bから排出される溶鋼量が最大となる位置である。
この溶接前に管の内外面へ排出される溶鋼は、その後の溶接においてもビード周辺に留まり、溶接スタンドのアプセット(衝合)により排出された溶鋼と混ぜ合わされる。溶接スタンドでは、オープン管の両エッジ部202a、202bの接合面に発生しているペネトレータをアプセットにより管の内外面へ物理的に排出している。溶接後の溶接欠陥を抑制するためには、上記のアプセットによるペネトレータの排出を十分に行うことが必要であり、その排出量の指標としてペネトレータの排出媒体である排出溶鋼量が重要な管理項目になる。
Therefore, when the points where the
The molten steel ejected onto the inner and outer surfaces of the pipe prior to welding remains around the bead during subsequent welding and is mixed with the molten steel ejected by the weld stand upset. In the welding stand, the penetrator generated on the joint surfaces of both
溶接スタンドにおける排出溶鋼量は、操業上、入熱量やアプセット量の調整で制御することが可能であり、入熱量を増加させる、あるいは、アプセット量を増加させることにより排出溶鋼量が増加する。溶接スタンドにおける排出溶鋼量については、溶接スタンドの溶鋼排出が完了する溶接スタンドのロールセンター直下205において、ビード部周辺にある管の内外面へ排出された溶鋼量203bから、溶接前に管の内外面へ排出された溶鋼量の差分から求めることができることが、例えば、高速度カメラを用いて溶接現象を直接観察することにより明らかになった。また、溶接スタンドのロールセンター直下位置205を通過した後は、ビード周辺にある溶鋼量は増加しないことも分かった。
The amount of molten steel discharged from the welding stand can be controlled by adjusting the heat input and upset amount in operation, and the amount of molten steel discharged increases by increasing the heat input or increasing the upset amount. The amount of molten steel discharged from the welding stand is calculated from the amount of
本発明は上記知見に基づくものであり、その要旨は以下の通りである。
[1]鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対して、溶接スタンドを用いてアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の溶接管理装置であって、
電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部が収束して形成される接合点と、管外面に排出された溶鋼とを含む第一画像情報に基づいて、接合点位置における排出溶鋼が占める第一排出溶鋼面積を算出する溶接前排出溶鋼面積算出部と、
電縫溶接後において、前記溶接スタンドのロールセンター直下位置と、管外面に排出された溶鋼とを含む第二画像情報に基づいて、前記ロールセンター直下位置における排出溶鋼が占める第二排出溶鋼面積を算出する溶接後排出溶鋼面積算出部と、
前記第一排出溶鋼面積と前記第二排出溶鋼面積との差分からアプセット時排出溶鋼面積を算出するアプセット時排出溶鋼面積算出部と、
前記アプセット時排出溶鋼面積を含む情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定部と、
を備える、電縫鋼管の溶接管理装置。
[2]前記第一画像情報に含まれる前記接合点と、
前記第二画像情報に含まれる前記ロールセンター直下位置との距離が、
管軸方向において、溶接スタンド出側の鋼管外径の30%以下である、前記[1]に記載の電縫鋼管の溶接管理装置。
[3]前記接合点は、
前記第一排出溶鋼面積を算出するための前記第一画像情報中、電縫溶接においてオープン管の両エッジ部同士が接合する点、又は
前記第一排出溶鋼面積を算出するための前記第一画像情報において、電縫溶接前におけるオープン管の両エッジ部夫々から近似される直線の交点となるV収束点である、前記[1]又は[2]に記載の電縫鋼管の溶接管理装置。
[4]前記アプセット時排出溶鋼面積を含む情報は、
前記アプセット時排出溶鋼面積Sと、
管厚tと、
前記溶接スタンドのアプセット量rに基づいて設定される係数A(r)と、
前記S、前記t、及び前記A(r)から得られる排出パラメータS×A(r)/tと、を有する、前記[1]~[3]のいずれかに記載の電縫鋼管の溶接管理装置。
[5]鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対して、溶接スタンドを用いてアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の溶接管理方法であって、
電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部が収束して形成される接合点と、管外面に排出された溶鋼とを含む第一画像情報に基づいて、接合点位置における排出溶鋼面積である第一排出溶鋼面積を算出する溶接前排出溶鋼面積算出工程と、
電縫溶接後において、前記溶接スタンドのロールセンター直下位置と、管外面に排出された溶鋼とを含む第二画像情報に基づいて、前記ロールセンター直下位置における排出溶鋼面積である第二排出溶鋼面積を算出する溶接後排出溶鋼面積算出工程と、
前記第一排出溶鋼面積と前記第二排出溶鋼面積との差分からアプセット時排出溶鋼面積を算出するアプセット時排出溶鋼面積算出工程と、
前記アプセット時排出溶鋼面積に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する判定工程と、
を含む、電縫鋼管の溶接管理方法。
[6]鋼板又は鋼帯に対して周方向に曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対して、溶接スタンドを用いてアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の製造方法であって、
前記電縫溶接の際、前記[5]に記載の電縫鋼管の溶接管理方法により溶接管理を行う、電縫鋼管の製造方法。
[7]前記[1]~[4]のいずれかに記載の電縫鋼管の溶接管理装置と、
電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部が収束して形成される接合点、および管外面に排出された溶鋼を撮影し、且つ
電縫溶接後において、溶接スタンドのロールセンター直下位置、および管外面に排出された溶鋼を撮影する溶接部撮影装置と、
を備える、電縫鋼管の溶接管理システム。
The present invention is based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
[1] A steel plate or steel strip is bent in the circumferential direction, both edges are butted to form an open pipe, and then both edges of the butted open pipe are upset using a welding stand. A welding management device for electric resistance welded steel pipes manufactured by welding,
Before electric resistance welding, based on the first image information including the joint formed by converging both edges of the open pipe and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe, the discharged molten steel occupied at the joint position. a pre-welding discharged molten steel area calculation unit for calculating the discharged molten steel area;
After electric resistance welding, the second discharged molten steel area occupied by the discharged molten steel at the position directly below the roll center is calculated based on the second image information including the position directly below the roll center of the welding stand and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe. A post-welding discharged molten steel area calculation unit to calculate,
a molten steel discharge area calculation unit for calculating the discharged molten steel area during upset from the difference between the first discharged molten steel area and the second discharged molten steel area;
a welding state determination unit that determines whether an electric resistance welding condition is good or bad based on the information including the discharged molten steel area at the time of upset;
A welding management device for electric resistance welded steel pipes.
[2] the joining point included in the first image information;
The distance from the position directly below the roll center included in the second image information is
The welding management device for an electric resistance welded steel pipe according to [1], wherein the outer diameter of the steel pipe on the exit side of the welding stand is 30% or less in the pipe axial direction.
[3] The junction is
In the first image information for calculating the first discharged molten steel area, the point where both edges of the open pipe are joined in electric resistance welding, or the first image for calculating the first discharged molten steel area The electric resistance welded steel pipe welding management device according to the above [1] or [2], wherein the information is a V convergence point that is an intersection of straight lines approximated from both edge portions of the open pipe before electric resistance welding.
[4] The information including the discharged molten steel area at the time of upset is
The discharged molten steel area S at the time of upset,
pipe thickness t;
a coefficient A(r) set based on the upset amount r of the welding stand;
Welding management of the electric resistance welded steel pipe according to any one of [1] to [3], which has an emission parameter S×A(r)/t obtained from the S, the t, and the A(r). Device.
[5] A steel plate or steel strip is bent in the circumferential direction, both edges are butted to form an open pipe, and then both edges of the butted open pipe are upset using a welding stand. A welding control method for electric resistance welded steel pipes manufactured by welding,
Before electric resistance welding, the molten steel discharge area at the joint position based on the first image information including the joint formed by converging both edges of the open pipe and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe. A pre-welding discharged molten steel area calculation step for calculating the first discharged molten steel area;
After electric resistance welding, based on the second image information including the position directly below the roll center of the welding stand and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe, the second discharged molten steel area, which is the discharged molten steel area at the position directly below the roll center A post-welding discharged molten steel area calculation step of calculating
a discharge molten steel area calculation step of calculating the discharged molten steel area during upset from the difference between the first discharged molten steel area and the second discharged molten steel area;
a judgment step of judging whether the electric resistance welding conditions are good or bad based on the discharged molten steel area at the time of upset;
Welding management method for electric resistance welded steel pipe.
[6] A steel plate or steel strip is bent in the circumferential direction, both edges are butted to form an open pipe, and then both edges of the butted open pipe are upset using a welding stand. A method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe manufactured by welding,
A method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe, wherein welding is controlled by the welding control method for an electric resistance welded steel pipe according to the above [5] during the electric resistance welding.
[7] A welding management device for an electric resistance welded steel pipe according to any one of [1] to [4];
Before electric resistance welding, the joint formed by converging both edges of the open pipe and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe are photographed, and after electric resistance welding, the position directly below the roll center of the welding stand, and a welding part imaging device for imaging the molten steel discharged to the outer surface of the pipe;
A welding management system for electric resistance welded steel pipes.
ここで、本発明において、ロールセンター直下位置は、厳密にロールセンター直下位置である場合のみならず、ロールセンター直下となる位置から管軸方向で下流側に鋼管外径の10%以下までとなる領域内の任意の位置としてもよい。 Here, in the present invention, the position directly below the roll center is not only strictly the position directly below the roll center, but also up to 10% or less of the outer diameter of the steel pipe downstream from the position directly below the roll center in the pipe axial direction. It may be any position within the area.
また、本発明において、管厚は、製造する鋼管の目標厚みとしてよい。 Further, in the present invention, the pipe thickness may be the target thickness of the steel pipe to be manufactured.
本発明によれば、電縫溶接時の排出溶鋼量の測定精度を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the measurement accuracy of the discharged molten steel amount at the time of electric resistance welding can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である溶接管理装置および溶接管理システムを詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。 A welding management device and a welding management system according to an embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited by this embodiment. Moreover, in the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
まず、図1を参照して、本実施の形態の対象とする処理の流れと、溶接管理システムおよび該システムが有する溶接管理装置の概略構成について説明する。図1は、本発明を実施するための形態の1例を示す溶接管理装置および溶接管理システムを説明するための図である。 First, with reference to FIG. 1, the flow of processing targeted by the present embodiment and the schematic configuration of a welding management system and a welding management device included in the system will be described. FIG. 1 is a diagram for explaining a welding management device and a welding management system showing one example of a form for carrying out the present invention.
鋼板(又は鋼帯)は、周方向に曲げ加工を施され、ロール成形によって連続的に円筒形状へと成形された後、図中の矢印方向(溶接方向)に進みながら、フィンパスロール2によって円筒形状の安定性が確保されつつ、両エッジ部の突き合わせ位置がセンタリングされながらオープン管1へと成形される。その後、オープン管1の両エッジ部は、高周波発振装置3から一対のコンタクトチップ31a、31b(あるいは誘導加熱のワークコイルを用いて(図示せず))を介して高周波電流が供給されて、溶融するまで加熱される。
The steel plate (or steel strip) is subjected to bending in the circumferential direction and continuously formed into a cylindrical shape by roll forming. While the stability of the cylindrical shape is ensured, the
次に、オープン管1は、スクイズロール41a、41b、トップロール42a、42bからなるロール群で囲まれた溶接スタンド40を通過しながら両エッジ部が圧接され、溶鋼が外面(管状の鋼板の外周面)に排出されながら溶接(電縫溶接)される。
Next, the
溶接部撮影装置10は、電縫溶接前においては、オープン管の両エッジ部が収束して形成される接合点と、管外面に排出された溶鋼とを撮影する。また、溶接部撮影装置10は、電縫溶接後においては、溶接スタンド40のロールセンター直下位置と、管外面に排出された溶鋼とを撮影する。なお、本実施の形態において、ロールセンター直下位置は、厳密にロールセンター直下位置である場合のみならず、ロールセンター直下となる位置から管軸方向で下流側に鋼管外径の10%以下までとなる領域内の任意の位置としてもよい。
Before electric resistance welding, the welded
溶接部撮影装置10は、例えばカメラを用い、溶接スタンド40の上流側を撮影可能に設置され、オープン管1の両エッジ部(溶接部)が加熱されて溶融し圧接される様子を撮影する。この溶接部撮影装置10により撮影される撮影画像に、後述する接合点(V収束点)、およびスクイズロールのロールセンターが含まれるように、溶接部撮影装置10の位置調整を行う。このとき、カメラはカラー画像撮影用、モノクロ画像撮影用のいずれでも良い。また、溶接部撮影装置10には、光学系の調整のためのズームレンズや露光調整器などの調整器(図示していない)も含まれる。撮影視野は100mm×40mm以上で、分解能としては100μm/画素以上の高分解能であることが好ましい。より好ましくは50μm/画素以上であり、このとき、カメラの画素数は1920×1080以上であることが好ましい。分解能が100μm/画素未満の低分解能であると、溶鋼の検出精度が著しく悪化する場合がある。また、電縫溶接の溶接速度は、100m/minを超える速度で溶接される場合があり、撮影視野100mmの領域以内で、任意の撮影点を1回以上撮影するためには、フレーム速度を20fps以上に設定することが好ましい。フレーム速度が20fps未満の場合、電縫管の溶接部には溶接の画像解析が実施できていない領域が発生し、溶接欠陥を見逃す可能性がある。
The welded
溶接管理装置100は、入力部110により溶接部撮影装置10で撮影された溶接部の画像を取得する。溶接管理装置100は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータで構成され、CPUなどによる演算処理機能、GPUなどによる画像処理機能、後述の記憶部121の一例としてのROMやRAMなどの各種メモリ機能を有し、その他、データ通信端子で接続されたハードディスクなどの記録媒体、グラフィックへの表示装置やアラーム装置等の出力を備える。溶接管理装置100では処理プログラム等を記憶したメモリおよび処理プログラムを実行するCPUなどを用いて、画像処理部111による溶接前後の溶鋼検出、V収束点および溶接スタンド位置における排出溶鋼面積の算出を行い、さらに、溶接状態判定部120による溶接判定、および出力部122による判定結果の出力等を行い、溶接管理処理を実行する。
Welding management device 100 acquires an image of a welded portion captured by welded
具体的に、溶接管理装置100は、鋼板又は鋼帯に対して周方向に連続的な曲げ加工を施し、両端部を突き合わせて円形断面の空筒にした略管形のオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対して、溶接スタンドを用いて連続的にアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の溶接管理装置であって、電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部が収束して形成される接合点と、管外面に排出された溶鋼とを含む第一画像情報に基づいて、接合点位置における排出溶鋼が占める第一排出溶鋼面積を算出する溶接前排出溶鋼面積算出部117と、電縫溶接後において、前記溶接スタンドのロールセンター直下位置と、管外面に排出された溶鋼とを含む第二画像情報に基づいて、前記ロールセンター直下位置における排出溶鋼が占める第二排出溶鋼面積を算出する溶接後排出溶鋼面積算出部118と、第一排出溶鋼面積と第二排出溶鋼面積との差分からアプセット時排出溶鋼面積を算出するアプセット時排出溶鋼面積算出部119と、アプセットによる排出溶鋼面積を含む情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定部120と、を有する。
Specifically, the welding management device 100 performs a continuous bending process in the circumferential direction on a steel plate or steel strip, butts both ends to form a substantially tubular open pipe having a circular cross section, and then butts the open pipe. A welding management device for an electric resistance welded steel pipe manufactured by electric resistance welding that continuously upsets both edges of an open pipe using a welding stand, wherein both edges of the open pipe are controlled before electric resistance welding Calculate the first discharged molten steel area occupied by the discharged molten steel at the joint position based on the first image information including the joint formed by convergence and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe Discharged molten steel area before welding Based on the
また、溶接管理装置100は、溶接状態判定部120による判定結果を出力する出力部122を有してもよい。 Welding management apparatus 100 may also include output unit 122 that outputs the determination result of welding state determination unit 120 .
また、溶接管理装置100は、アプセットにおける排出溶鋼量に相当する排出溶鋼面積を算出するための処理を行う画像処理部111を有し、画像処理部111が、管エッジ検出部112、V収束点算出部113、接合点検出部114、溶鋼エッジ検出部115、溶鋼面積算出部116を有していてもよい。これらの各機能については後述する。
In addition, the welding management device 100 has an image processing unit 111 that performs processing for calculating the discharged molten steel area corresponding to the discharged molten steel amount in the upset. A
また、溶接管理システム11は、上記の溶接管理装置100と、上記の溶接部撮影装置10とを有する。
Further, the welding management system 11 includes the welding management device 100 and the
ここで、図2のフローチャートを参照して、溶接管理装置100による溶接管理処理手順について説明する。図2は、本実施の形態の溶接管理装置の処理手順を示すフローチャートである。図2のフローチャートでは、例えば、操作者により入力部110への溶接管理処理開始の指示入力があったタイミングで開始となり、ステップS1の処理に進む。
Here, a welding management processing procedure by the welding management device 100 will be described with reference to the flowchart of FIG. 2 . FIG. 2 is a flow chart showing a processing procedure of the welding management device of this embodiment. In the flowchart of FIG. 2, for example, the operation starts when the operator inputs an instruction to start the welding management process to the
ステップS1の処理では、溶接管理装置100の画像処理部111が、溶接管理システム11の溶接部撮影装置10から溶接部の画像(第一画像情報)を取得して、モノクロ処理あるいは2値化処理を行う。ここで、第一画像情報には、電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部が収束して形成される後述の接合点と、管外面に排出された溶鋼の画像情報が含まれており、第一画像情報は後述の第一排出溶鋼面積を算出するために用いられる。
In the process of step S1, the image processing unit 111 of the welding management device 100 acquires an image of the welded portion (first image information) from the welded
そして、画像処理部111の管エッジ検出部112が、加工した溶接部画像20からオープン管1の加熱により周辺より高温になっている両エッジ部の加熱部201で接合面側の縁部のエッジ検出の処理を行う。具体的には、管エッジ検出部112は、図5に例示する溶接部画像20から微分処理によるエッジ検出を行い、溶接管理装置100は、図6に例示するように加熱部201のオープン管の両エッジ部(エッジ端面)202a、202bを抽出したエッジ抽出画像21を得る。両エッジ部202a、202bの抽出には、両エッジ部202a、202b同士が接合していない状態の開口部206から、鉛直方向に画像処理を行い、最初にエッジを検出した位置を両エッジ部202a、202bとする。これにより、ステップS1の処理は完了し、溶接管理処理はステップS2の処理に進む。
Then, the pipe
ステップS2の処理では、画像処理部111のV収束点算出部113が、エッジ抽出画像21で検出された両エッジ端面202a、202bを近似する直線La、Lbをそれぞれ算出する(図6参照)。具体的に、V収束点算出部113は、両エッジ端面202a、202b中の任意の点を通る直線を最小二乗法により算出を行う。そして、V収束点算出部113は、2本の直線La、Lbの交点を求め、これをV収束点204とする。
In the process of step S2, the V convergence
また、このとき、V収束点算出部113が、エッジ抽出画像21に座標空間を設定し、かつ、画像の画素数から長さ単位へ換算処理を行う。ここでは、エッジ抽出画像21の左下の端部を原点としたXYの2軸の座標系とし、長さをミリメートルとして扱うが、この限りではない。画素数から長さ単位への換算処理においてはあらかじめ、ゲージなどの標準試料を同一の視野で撮影することで、100mmあたりの画素数を検出し、画素数から長さへの換算処理を行う。換算処理後、V収束点の座標位置を演算する。これにより、ステップS2の処理は完了し、溶接管理処理はステップS3、S4の処理に進む。
At this time, the V convergence
ステップS3、S4の処理では、V収束点204と実際にオープン管両エッジ端面202a、202bが物理的に接合する点(以降、接合点207とする)が一致するかどうかの判定を行う。接合点207とは、上記第一画像情報中、電縫溶接においてオープン管の両エッジ部202a、202b同士が接合する点、又は上記第一画像情報において、電縫溶接前におけるオープン管の両エッジ部202a、202b夫々から近似される直線の交点となるV収束点204である。
In the processes of steps S3 and S4, it is determined whether or not the
ここでは、画像処理部111の接合点検出部114が接合点207の位置の検出を行う。接合点検出部114は、V収束点204の位置よりも下流側(溶接スタンド側、符号205側)に開口部206の有無を検知し、開口部206が無い場合は、V収束点204上で両エッジ端面202a、202bが接合していると判定する。一方、図5に示すように、V収束点204の位置よりも下流側(溶接スタンド側)に開口部206がある場合は、V収束点上で両エッジ端面202a、202bが接合していないと判定される。
Here, the joining point detection unit 114 of the image processing unit 111 detects the position of the joining
このとき、開口部206の有無の判定については、溶接部画像20を用いて、V収束点204よりも下流側において所定の閾値よりも小さい輝度を有する画素が溶接方向に連続的に存在する場合を開口部206有りと判定する。また、開口部206の下流側先端は、V収束点204よりも下流側において開口部206有りと判定された最下流位置とし、その点を接合点207とみなし、座標データを検出する。ここで、計算処理の負荷を小さくするために、開口部206を検出する領域はあらかじめ、V収束点204の位置よりも下流側の任意の領域内に設定することも可である。これにより、ステップS4の処理は完了し、溶接管理処理はV収束点204と接合点207が一致する場合はステップS5の処理へ、V収束点204と接合点207が一致しない場合はステップS6の処理へ進む。
At this time, regarding the determination of the presence or absence of the
ステップS5の処理では、画像処理部111の溶鋼エッジ検出部115が、接合点207と一致すると判定されたV収束点204と同一の長手方向位置の座標において、溶接前に管外面へ排出されている溶鋼203aのエッジを検出する。ここでは、エッジ抽出画像21を用いてV収束点204の座標点を開始点とし、画像の鉛直方向(管の周方向)にエッジ検出点の座標を算出する。同様の検出処理を、管の周方向の反対側においても行い、V収束点204を中心に管外面へ排出されている溶鋼203aの両エッジの検出処理を行う。ここで、入熱不足により溶接前に管外面へ排出されている溶鋼203aが発生していない場合は、両エッジ部(両エッジ端面)202a、202bの加熱部201のエッジが検出される。これにより、ステップS5の処理は完了し、溶接管理処理はステップS7の処理に進む。
In the process of step S5, the molten steel edge detection unit 115 of the image processing unit 111 determines the coordinates of the same longitudinal position as the
ステップS6の処理では、溶鋼エッジ検出部115が、接合点207と同一の長手方向位置の座標において、溶接前に管外面へ排出されている溶鋼203aのエッジを検出する。ここでは、エッジ抽出画像21を用いて接合点207の座標点を開始点とし、画像の鉛直方向(管の周方向)に進みながらエッジ検出点の座標を算出する。同様の検出処理を、管の周方向の反対側においても行い、接合点207を中心に管外面へ排出されている溶鋼203aの両エッジの検出処理を行う。これにより、ステップS6の処理は完了し、溶接管理処理はステップS7の処理に進む。
In the process of step S6, the molten steel edge detection unit 115 detects the edge of the
ステップS7の処理では、溶鋼面積算出部116の溶接前排出溶鋼面積算出部117が、接合点207と、管外面に排出された溶鋼(特に管周方向に排出された溶鋼)とを含む第一画像情報に基づいて、第一排出溶鋼面積を算出する(溶接前排出溶鋼面積算出工程)。具体的には、溶接前排出溶鋼面積算出部117が、電縫溶接前のオープン管両エッジ部202a、202bが収束して形成される接合点207(あるいはV収束点204)と同一の長手方向の座標で検出される管外面へ排出されている溶鋼203aのエッジを用いて溶接前の排出溶鋼面積(第一排出溶鋼面積)を算出する。
In the process of step S7, the pre-welding discharged molten steel
ここでは、溶接前排出溶鋼面積算出部117による画像情報(第一画像情報)の処理の一例として、前述したV収束点204と接合点207が一致している図6を用いて説明する。図6は、電縫溶接の溶接部画像解析における溶接前の排出溶鋼幅と排出溶鋼面積の導出方法の一例を説明するための図である。
Here, as an example of image information (first image information) processing by the pre-welding discharged molten steel
まず、溶接前排出溶鋼面積算出部117は、エッジ抽出画像21を用いて、V収束点204よりも上流側(フィンパスロール側、溶接スタンド側の逆側)における加熱部201の幅WaおよびWbを算出する。加熱部の幅Wa、Wbは、同一の長手方向位置における両エッジ端面202a、202bの近似直線La、Lbと加熱部201のエッジの周方向座標の差分から求める。加熱部幅Wa、Wbの算出については数点の位置の平均値を用いることが好ましい。
First, the pre-welding discharged molten steel
次いで、溶接前排出溶鋼面積算出部117は、V収束点204(接合点207)と同一の長手方向の座標で検出された管外面へ排出されている溶鋼203aの両エッジの周方向の座標の差分から、溶接管理処理のある一点時間の溶接前の排出溶鋼幅Maを算出する。この排出溶鋼幅Maに対して、溶接速度vや撮影のフレーム速度fを用いて、溶接管理処理のある一点時間の溶接前の排出溶鋼面積SaiをSai=Ma×v/fとする。この一点時間の溶接前の排出溶鋼面積を、溶接管理処理の全時間で総和することにより、溶接前の排出溶鋼面積Saの算出を行い、これを溶接前の排出溶鋼面積(第一排出溶鋼面積)とする。溶接管理処理の全時間は少なくともスクイズロールの1周期分の時間とすることが好ましい。ここで、入熱不足により溶接前に管外面へ排出されている溶鋼203aが発生していない場合、排出溶鋼面積Saは加熱部幅Wa、Wbの和を排出溶鋼幅Maとして算出する。また、V収束点204と接合点207が一致していない場合には、前記内容でV収束点204を基準に行っていた検出および算出処理を同様に、第一画像情報中、電縫溶接においてオープン管の両エッジ部202a、202b同士が実際に接合する点を基準として処理を行う。このように、溶接前排出溶鋼面積算出部117による第一排出溶鋼面積の算出は、画像情報(第一画像情報)における面積情報(溶接前の排出溶鋼面積Sa)に基づいて行うことができる。
これにより、ステップS7の処理は完了し、溶接管理処理はステップS8の処理に進む。
Next, the pre-welding discharged molten steel
Thereby, the process of step S7 is completed, and the welding management process proceeds to the process of step S8.
ステップS8の処理では、溶鋼エッジ検出部115が、溶接スタンドのロールセンター直下位置205で排出溶鋼のエッジのエッジ検出を行う。ここでは図4を用いて説明する。
In the processing of step S8, the molten steel edge detection unit 115 detects the edge of the discharged molten steel at the
まず、溶接管理装置100の画像処理部111が、溶接管理システム11の溶接部撮影装置10から溶接部の画像(第二画像情報)を取得して、モノクロ処理あるいは2値化処理を行う。ここで、第二画像情報には、電縫溶接後において、溶接スタンドのロールセンター直下位置205と、管外面に排出された溶鋼の画像情報が含まれており、第二画像情報は後述の第二排出溶鋼面積を算出するために用いられる。
First, the image processing unit 111 of the welding management device 100 acquires an image of the welded portion (second image information) from the welded
溶接スタンドのロールセンター直下位置205は、予め、溶接部画像20、エッジ抽出画像21のいずれかの画像に基づいて、入力部110を介して手入力などで指定しておくことができる。その他、溶接スタンドのロールセンター直下位置にマーキングなどを施し、画像検出において溶接ロールセンターの位置を検出するなどの方法があるがいずれの手法でもよい。
A
次いで、溶接スタンドのロールセンター直下位置205と同じ長手方向位置、およびV収束点204と同じ周方向座標を開始点とし、画像の鉛直方向(管の周方向)に進みながら溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼203bのエッジを検出し、検出点の座標を算出する。周方向の反対側においても行い、溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼203bの両エッジの検出処理を行う。これにより、ステップS8の処理は完了し、溶接管理処理はステップS9の処理に進む。
Next, starting from the same longitudinal position as the welding stand
ステップS9の処理では、溶鋼面積算出部116の溶接後排出溶鋼面積算出部118が、ロールセンター直下位置の溶鋼(特に、管周方向に排出された溶鋼)を含む画像情報(第二画像情報)に基づいて、第二排出溶鋼面積を算出する(溶接後排出溶鋼面積算出工程)。具体的には、溶接後排出溶鋼面積算出部118が、電縫溶接後の管の予め設定された溶接スタンドのロールセンター直下位置205の排出溶鋼203bのエッジを用いて溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積(第二排出溶鋼面積)を算出する。
In the process of step S9, the post-welding discharged molten steel
ここでは、溶接後排出溶鋼面積算出部118による画像情報(第二画像情報)の処理の一例として、前述したV収束点204と接合点207が一致している図7を用いて説明する。図7は、電縫溶接の溶接部画像解析における溶接後の排出溶鋼幅と排出溶鋼面積の導出方法の一例を説明するための図である。
Here, as an example of image information (second image information) processing by the post-welding discharged molten steel
まず、溶接後排出溶鋼面積算出部118は、溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼203bの両エッジの周方向の座標の差分から、溶接管理処理のある一点時間の溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼幅Mbを算出する。溶接後排出溶鋼面積算出部118は、この排出溶鋼幅Mbに対して、溶接速度vや撮影のフレーム速度fを用いて、溶接管理処理のある一点時間の溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積SbiをSbi=Mb×v/fとする。この一点時間の溶接スタンドのロールセンター直下位置205の排出溶鋼面積Sbiを、溶接管理処理の全時間で総和することにより、溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積Sbの算出を行い、これを溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積(第二排出溶鋼面積)とする。溶接管理処理の全時間は少なくともスクイズロールの1周期分の時間とする。ここで、入熱不足やアプセット不足により溶接スタンドのロールセンター直下で管外面へ排出されている溶鋼203bが発生していない場合、排出溶鋼面積Sbは加熱部幅Wa、Wbの和を排出溶鋼幅Mbとして算出する。また、V収束点204と接合点207が一致していない場合には、前記内容でV収束点204を基準に行っていた検出および算出処理を同様に、電縫溶接においてオープン管の両エッジ部202a、202b同士が実際に接合する点を基準として処理を行う。
First, the post-welding discharged molten steel
このように、溶接後前排出溶鋼面積算出部118による第二排出溶鋼面積の算出は、画像情報(第二画像情報)における面積情報(溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積Sb)に基づいて行うことができる。
これにより、ステップS9の処理は完了し、溶接管理処理はステップS10の処理に進む。
In this way, the calculation of the second discharged molten steel area by the before-after-welding discharged molten steel
Thereby, the process of step S9 is completed, and the welding management process proceeds to the process of step S10.
ステップS10の処理では、溶鋼量算出部116のアプセット時排出溶鋼面積算出部119が、前述した第一排出溶鋼面積と第二排出溶鋼面積との差分からアプセット時排出溶鋼面積を算出する(アプセット時排出溶鋼面積算出工程)。具体的には、アプセット時排出溶鋼面積算出部119は、ステップ7およびステップ9にて算出した溶接前の排出溶鋼面積Saおよび溶接スタンドのロールセンター直下位置205の排出溶鋼面積Sbを用いて、アプセットによる排出溶鋼面積S(アプセット時排出溶鋼面積)を演算する。
In the process of step S10, the molten steel discharged molten steel
ここでは、V収束点204と接合点207が一致している図8を用いて説明する。溶接前の排出溶鋼は少ないため、溶接前の排出溶鋼面積Saには加熱部201を検出した面積Shも含まれている。そのため、溶接前の排出溶鋼面積Saから加熱部201を検出した面積Shを差し引いた数値を実質的な溶接前の排出溶鋼面積Sa’とする。次に、アプセット時排出溶鋼面積算出部119は、溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積Sbと実質的な溶接前の排出溶鋼面積Sa’の差分をアプセットによる排出溶鋼面積S(アプセット時排出溶鋼面積)として演算する。
Here, description will be made using FIG. 8 in which the
また、上記演算において、溶接前の排出溶鋼面積Sa’と溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積Sbについては、近傍の位置又は同一位置を対象として、オープン管の両エッジ部から排出される各溶鋼の面積を用い、アプセットによる排出溶鋼面積Sを演算することが好ましい。
近傍とは、第一画像情報に含まれる接合点207と第二画像情報に含まれるロールセンター直下位置205との距離が、管軸方向において、溶接スタンド出側の鋼管外径の30%以下であることを指す。最も好ましくは、同一であり、上記の距離が0である。
Further, in the above calculation, regarding the discharged molten steel area Sa′ before welding and the discharged molten steel area Sb immediately below the roll center of the welding stand, each of the areas discharged from both edges of the open pipe is targeted for a nearby position or the same position. It is preferable to calculate the discharged molten steel area S by upset using the area of molten steel.
The neighborhood means that the distance between the joining
ここで、図9を参照する。図9は、電縫溶接の溶接部画像解析におけるスクイズロールのアプセットによる排出溶鋼面積を導出する際のスクイズロール1回転分の時間区分方法の一例を説明するための図である。
上記の距離の調整方法は、図9に示す通り、溶接前の排出溶鋼面積Sa’と溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積Sbの算出にタイムラグdtを含ませることが好ましい。上記タイムラグdtはV収束点204と溶接スタンドのロールセンター直下位置205間の距離Lを、溶接速度vで除した時間dt=L/vとして算出する。上記タイムラグdtを有するときも、溶接前の排出溶鋼面積Sa’と溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼面積Sbの算出に要する処理時間tは少なくともスクイズロールの1周期分の時間とする。
これにより、ステップS10の処理は完了し、溶接管理処理はステップS11の処理に進む。
Reference is now made to FIG. FIG. 9 is a diagram for explaining an example of a time division method for one rotation of the squeeze roll when deriving the discharged molten steel area due to the upset of the squeeze roll in the image analysis of the welded portion of electric resistance welding.
As shown in FIG. 9, the above distance adjustment method preferably includes a time lag dt in the calculation of the discharged molten steel area Sa' before welding and the discharged molten steel area Sb immediately below the roll center of the welding stand. The time lag dt is calculated by dividing the distance L between the
Thereby, the process of step S10 is completed, and the welding management process proceeds to the process of step S11.
ステップS11の処理では、溶接状態判定部120が、アプセット時排出溶鋼面積を含む情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する(判定工程)。具体的には、溶接状態判定部120が、演算したアプセット時排出溶鋼面積Sを用いて、溶接の良否判定を行う。 In the process of step S11, the welding state determination unit 120 determines whether the electric resistance welding conditions are good or bad based on the information including the discharged molten steel area at the time of upset (determination step). Specifically, the welding state determination unit 120 uses the calculated discharged molten steel area S at the time of upset to determine whether the welding is good or bad.
ここでは、予め種々の溶接条件により得られた鋼管を用いて、オフラインで溶接部の評価試験を行い、得られた溶接部の特性と、溶接管理システムにより演算したアプセットによる排出溶鋼面積との関係性を明らかにし、良好なアプセットによる排出溶鋼面積の閾値の上下限を設定しておく。オフラインでの溶接部の評価試験は扁平試験、溶接部中の酸化物を検知する超音波探傷試験、溶接部から試験片を切出したシャルピー衝撃試験などがあるが、所望される特性に合わせて試験方法を選定する。また、アプセットによる排出溶鋼面積Sは管の管厚との比例関係をもつ。オフラインで種々の評価手法で閾値を見極めるにあたっては、アプセット時排出溶鋼面積Sを管厚tで除し、一般化した排出溶鋼面積S/tを用いることで肉厚が異なる鋼管の条件に適用できる。ここで、管厚tは、製造する鋼管の目標厚みとすることができる。
また、一般化した排出溶鋼面積S/tに対して、溶接のアプセット量rを関数にした係数A(r)を掛ける。アプセット量rは、例えば、溶接スタンドの通過前後における鋼管の肉厚中央部の周長変化量から算出できるが、この限りではない。予め溶接のアプセット量rのみを変更した電縫溶接を行い、基準のアプセット量r0の条件における排出溶鋼面積Sr0と任意のアプセット量rにおける排出溶鋼面積Srの比率Sr/Sr0を導出する。この比率Sr/Sr0とアプセット量rの分布から、rに関する任意の関数式であらわされる係数A(r)を最小二乗法などにより導出する。
Here, using steel pipes obtained under various welding conditions in advance, evaluation tests of the welds were performed offline, and the relationship between the properties of the obtained welds and the discharged molten steel area by upset calculated by the welding management system. and set the upper and lower thresholds for the molten steel discharge area due to a good upset. Off-line evaluation tests for welds include flatness tests, ultrasonic flaw detection tests for detecting oxides in welds, and Charpy impact tests for cutting test pieces from welds. Choose a method. Further, the discharged molten steel area S due to the upset has a proportional relationship with the thickness of the pipe. In determining the threshold value by various offline evaluation methods, the discharged molten steel area S at the time of upset is divided by the pipe thickness t, and the generalized discharged molten steel area S/t can be used to apply to the conditions of steel pipes with different wall thicknesses. . Here, the pipe thickness t can be the target thickness of the steel pipe to be manufactured.
Also, the generalized discharged molten steel area S/t is multiplied by a coefficient A(r) that is a function of the welding upset amount r. The amount of upset r can be calculated, for example, from the amount of change in the circumferential length of the central portion of the wall thickness of the steel pipe before and after passing through the welding stand, but is not limited to this. Electric resistance welding is performed by changing only the welding upset amount r in advance, and the ratio S r /S r0 of the discharged molten steel area S r0 under the condition of the reference upset amount r 0 and the discharged molten steel area S r at an arbitrary upset amount r is calculated. derive From the distribution of the ratio S r /S r0 and the amount of upset r, a coefficient A(r) expressed by an arbitrary functional expression relating to r is derived by the method of least squares or the like.
ここで、図10にはJIS G3478:2015に基づいて溶接部の扁平試験を行ったときの扁平率と一般化されたアプセットによる排出溶鋼面積(排出パラメータ)S×A(r)/tとの関係を示す。扁平率が2D/3以下(D:管外径)を合格としてアプセット時排出溶鋼面積(排出パラメータ)S×A(r)/tの良否の閾値を設定する。溶接の良否判定はこの閾値を用いて、ある溶接条件において演算されたアプセット時排出溶鋼面積S/t×A(r)が、合格の判定範囲内であれば、溶接は良好と判定し、範囲外であれば不適と判定する。なお、この処理で得られた結果については、記憶部121に記録しておくことができる。これにより、ステップS11の処理は完了し、溶接管理処理はステップS12の処理に進む。 Here, FIG. 10 shows the flattening ratio when the flattening test of the weld is performed based on JIS G3478: 2015 and the discharged molten steel area (discharge parameter) S × A (r) / t by generalized upset. Show relationship. A flatness of 2D/3 or less (D: tube outer diameter) is regarded as acceptable, and a threshold value for determining whether the discharged molten steel area (discharge parameter) S×A(r)/t is acceptable is set. This threshold is used to determine the quality of welding, and if the discharged molten steel area S / t × A (r) at the time of upset calculated under certain welding conditions is within the acceptable determination range, the welding is determined to be good. If it is outside, it is judged as unsuitable. Note that the result obtained by this process can be recorded in the storage unit 121 . Thereby, the process of step S11 is completed, and the welding management process proceeds to the process of step S12.
ステップS12の処理では、出力部122が、ステップS11で得られた溶接条件の良否判定を外部へ出力する。外部への出力にはオペレータが判定結果を認知する必要があるため、溶接管理システム11に備えらえたグラフィック装置やアラーム装置等へ出力することが好ましい。これにより、ステップS12の処理は完了し、一連の溶接管理処理を終了させる。 In the processing of step S12, the output unit 122 outputs the quality determination of the welding conditions obtained in step S11 to the outside. Since it is necessary for the operator to recognize the judgment result in order to output it to the outside, it is preferable to output it to a graphic device, an alarm device, or the like provided in the welding management system 11 . As a result, the processing of step S12 is completed, and a series of welding management processing is ended.
以上、本発明の実施形態として、電縫鋼管の溶接管理装置について説明した。
本発明では、上述した溶接管理装置に用いた溶接管理方法、この溶接管理方法を含む電縫鋼管の製造方法、さらには溶接管理装置を有する溶接管理システムも提供される。
具体的に、電縫鋼管の製造方法は、鋼板又は鋼帯に対して周方向に連続的な曲げ加工を施し、両エッジ部を突き合わせてオープン管とし、その後突き合わせたオープン管の両エッジ部に対して、溶接スタンドを用いて連続的にアプセットする電縫溶接により製造する電縫鋼管の製造方法であって、電縫溶接の際、前述した溶接システムにより行わる処理(溶接管理方法)により溶接管理を行う。
The welding management device for electric resistance welded steel pipes has been described above as an embodiment of the present invention.
The present invention also provides a welding management method used in the welding management device described above, an electric resistance welded steel pipe manufacturing method including this welding management method, and a welding management system having the welding management device.
Specifically, the manufacturing method of an electric resistance welded steel pipe involves subjecting a steel plate or steel strip to a continuous bending process in the circumferential direction, abutting both edges to form an open pipe, and then bending both edges of the abutted open pipe. On the other hand, in a method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe manufactured by electric resistance welding that is continuously upset using a welding stand, welding is performed by the above-described welding system (welding control method) during electric resistance welding. manage.
このように、本発明によれば、電縫溶接時の排出溶鋼面積を精度高く測定することができ、これにより、排出溶鋼量を定量的に精度良く測定することを可能にし、溶接欠陥を抑止することができる。 As described above, according to the present invention, the area of discharged molten steel during electric resistance welding can be measured with high accuracy, which makes it possible to measure the amount of discharged molten steel quantitatively and accurately, thereby suppressing welding defects. can do.
また、上述した本発明の実施の形態について、これら実施の形態は本発明を実施するための一例に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内であれば、当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Further, the embodiments of the present invention described above are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and other embodiments, examples, operational techniques, etc. made by those skilled in the art are all within the scope of the spirit of the present invention. included in the category of
一般化されたアプセット時排出溶鋼面積(排出パラメータ)S/t×A(r)の閾値を導出するために、管厚2~13mmで鋼管外径がφ89.1mmの種々の電縫溶接管に対して、溶接電力を200kWから800kW、溶接アプセット量rを管厚tの10%~50%、溶接速度を50m/minとして電縫溶接を行った。種々の電縫溶接においてCCDカメラを用いて、フレームレート2000fps、管長手方向の画素数を1920画素、管長手方向の視野を60mmとした。得られた画像に対して、溶接ロール1回転分の周期の時間で動画解析を行い、排出溶鋼面積S/tを算出した。また、種々の鋼管において、基準のアプセット量をt×0.25mmを基準条件とし、Sr/Sr0を算出し、アプセット量rとSr/Sr0の関係からrを関数にしたA(r)を最小二乗法より導出する。本実施例では、A(r)=0.03×r2+0.7×r+2.0としたが、A(r)はrの二次関数だけに限らず、A(r)を導出する段階で最小二乗法の誤差が最も小さくなる関数を設定しても良い。得られた鋼管を100mm長さに切り出し、JIS G3478:2015に基づいて溶接部の扁平試験を行い、扁平率を測定した。扁平率の合格判定は2D/3以下とし、そのときの排出溶鋼面積S×A(r)/tの範囲を算出した結果、200以上、560以下であった。次に管厚t:4mmで鋼管外径がφ89.1mmの鋼管に対して、溶接速度50m/minで溶接を行った。 In order to derive the threshold for the generalized molten steel discharge area (discharge parameter) S/t × A (r) during upset, various electric resistance welded pipes with a pipe thickness of 2 to 13 mm and a steel pipe outer diameter of φ89.1 mm Electric resistance welding was performed with a welding power of 200 kW to 800 kW, a welding upset amount r of 10% to 50% of the pipe thickness t, and a welding speed of 50 m/min. A CCD camera was used in various types of electric resistance welding, with a frame rate of 2000 fps, 1920 pixels in the longitudinal direction of the pipe, and a field of view of 60 mm in the longitudinal direction of the pipe. A moving image analysis was performed on the obtained images in a period corresponding to one rotation of the welding roll, and the discharged molten steel area S/t was calculated. In addition, in various steel pipes, S r /S r0 is calculated with a standard upset amount of t × 0.25 mm as a reference condition, and from the relationship between the upset amount r and S r /S r0 , r is used as a function A ( r) is derived from the least squares method. In this embodiment, A(r)=0.03×r 2 +0.7×r+2.0, but A(r) is not limited to a quadratic function of r. A function that minimizes the error of the least-squares method may be set at the stage of The obtained steel pipe was cut into a length of 100 mm, and a flattening test was performed on the welded portion based on JIS G3478:2015 to measure the flattening ratio. Acceptance judgment of oblateness was set to 2D/3 or less, and as a result of calculating the range of discharged molten steel area S×A(r)/t at that time, it was 200 or more and 560 or less. Next, a steel pipe having a thickness t of 4 mm and an outer diameter of φ89.1 mm was welded at a welding speed of 50 m/min.
実施例1、2は溶接電力450kWとし、電縫溶接の画像解析より得られる排出溶鋼面積S/t×A(r)が200以上、560以下となるようにアプセット量を調整した。 In Examples 1 and 2, the welding power was 450 kW, and the upset amount was adjusted so that the discharged molten steel area S/t×A(r) obtained by image analysis of electric resistance welding was 200 or more and 560 or less.
実施例3、4はアプセット量を1mm(管厚t×0.25)とし、電縫溶接の画像解析より得られる排出溶鋼面積S×A(r)/tが200以上、560以下となるように溶接電力を調整した。 In Examples 3 and 4, the upset amount is 1 mm (pipe thickness t x 0.25), and the discharge molten steel area S x A (r) / t obtained by image analysis of electric resistance welding is 200 or more and 560 or less. adjusted the welding power to
実施例5は前記排出溶鋼面積S×A(r)/tが560超になるようにアプセット量を調整した。 In Example 5, the amount of upset was adjusted so that the discharged molten steel area S×A(r)/t exceeded 560.
実施例6はアプセット量を1mm(管厚t×0.25)とし、電縫溶接の画像解析より得られる排出溶鋼面積S×A(r)/tが200未満になるように溶接電力を調整した。 In Example 6, the upset amount is 1 mm (pipe thickness t x 0.25), and the welding power is adjusted so that the discharge molten steel area S x A (r) / t obtained by image analysis of electric resistance welding is less than 200. bottom.
比較例1は電縫溶接時の溶接管理を行わず、溶接電力およびアプセット量を調整し、排出溶鋼の状態を目視のみで確認した。 In Comparative Example 1, the welding power and the amount of upset were adjusted without conducting welding control during electric resistance welding, and the state of discharged molten steel was confirmed only visually.
得られた電縫鋼管から切り出した100mm長さのサンプル100本に対して、JIS G3478:2015に基づいて溶接部の扁平試験を行い、扁平率を測定した。扁平率の合格判定は2D/3以下を満たした鋼管の本数が占める割合を合わせて表1に示す。実施例1~6では鋼管の扁平率が改善していることが分かる。 100 samples of 100 mm length cut out from the obtained electric resistance welded steel pipe were subjected to a flattening test of the weld zone based on JIS G3478:2015 to measure the flattening ratio. Table 1 shows the ratio of the number of steel pipes satisfying 2D/3 or less for the acceptance judgment of oblateness. It can be seen that in Examples 1 to 6, the oblateness of the steel pipes is improved.
1 オープン管
2 フィンパスロール
3 高周波発振装置
31a、31b コンタクトチップ
40 溶接スタンド
41a、41b スクイズロール
42a、42b トップロール
10 溶接部撮影装置
11 溶接管理システム
100 溶接管理装置
110 入力部
111 画像処理部
112 管エッジ検出部
113 V収束点算出部
114 接合点検出部
115 溶鋼エッジ検出部
116 溶鋼面積算出部
117 溶接前排出溶鋼面積算出部
118 溶接後排出溶鋼面積算出部
119 アプセット時排出溶鋼面積算出部
120 溶接状態判定部
121 記憶部
122 出力部
20 溶接部画像
21 溶接部画像のエッジ抽出画像
201 加熱部
202a、202b オープン管の両エッジ端面
203a 溶接前の排出溶鋼
203b 溶接スタンドのロールセンター直下の排出溶鋼
204 V収束点
205 溶接スタンドのロールセンター直下位置
206 開口部
207 接合点
La、Lb オープン管の両エッジ端面を近似した直線
Wa、Wb 加熱部幅
v 溶接速度
f フレーム速度
Ma V収束点上にある一点の溶接前の排出溶鋼幅
Mb V収束点上にある一点のロールセンター直下の排出溶鋼幅
Sbi V収束点上にある一点のロールセンター直下の排出溶鋼面積
Sai V収束点上にある一点の溶接前の排出溶鋼面積
Sa V収束点上の溶接前の排出溶鋼面積
Sh V収束点上の加熱部が成す面積
Sa’ 実質的なV収束点上の溶接前の排出溶鋼面積
Sb V収束点上のロールセンター直下の排出溶鋼面積
S アプセットにより排出された溶鋼面積
L V収束点と溶接スタンドのロールセンター直下位置との距離
t 溶接管理の処理時間
dt ロールセンター直下の排出溶鋼面積を算出するときのタイムラグ
1 Open Tube 2 Fin Pass Roll 3 High Frequency Oscillator 31a, 31b Contact Tip 40 Welding Stand 41a, 41b Squeeze Roll 42a, 42b Top Roll 10 Welding Photographing Device 11 Welding Management System 100 Welding Management Device 110 Input Part 111 Image Processing Part 112 Pipe edge detection unit 113 V convergence point calculation unit 114 Junction detection unit 115 Molten steel edge detection unit 116 Molten steel area calculation unit 117 Discharged molten steel area calculation unit before welding 118 Discharged molten steel area calculation unit after welding 119 Discharged molten steel area calculation unit during upset 120 Welding state determination unit 121 Storage unit 122 Output unit 20 Welded image 21 Edge extraction image of welded image 201 Heating unit 202a, 202b Both edge end surfaces of open pipe 203a Discharged molten steel before welding 203b Discharged molten steel immediately below the roll center of the welding stand 204 V convergence point 205 Position directly below the roll center of the welding stand 206 Opening 207 Junction point La, Lb Straight line approximating both edge end faces of the open pipe Wa, Wb Heated part width v Welding speed f Flame speed Ma Located on the V convergence point Discharged molten steel width before welding at one point Mb Discharged molten steel width directly below the roll center at one point on the V convergence point Sb i Discharged molten steel area directly below the roll center at one point on the V convergence point Sai One point on the V convergence point Area of discharged molten steel before welding Sa Discharged molten steel area before welding on V convergence point Sh Area formed by heated part on V convergence point Sa' Discharged molten steel area before welding on actual V convergence point Sb V convergence point Discharged molten steel area directly below the upper roll center S Area of molten steel discharged by upset LV Distance between the V convergence point and the position directly below the roll center of the welding stand t Processing time for welding control dt When calculating the discharged molten steel area directly below the roll center time lag of
Claims (7)
電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部が収束して形成される接合点と、管外面に排出された溶鋼とを含む第一画像情報に基づいて、接合点位置における排出溶鋼が占める第一排出溶鋼面積を算出する溶接前排出溶鋼面積算出部と、
電縫溶接後において、前記溶接スタンドのロールセンター直下位置と、管外面に排出された溶鋼とを含む第二画像情報に基づいて、前記ロールセンター直下位置における排出溶鋼が占める第二排出溶鋼面積を算出する溶接後排出溶鋼面積算出部と、
前記第一排出溶鋼面積と前記第二排出溶鋼面積との差分からアプセット時排出溶鋼面積を算出するアプセット時排出溶鋼面積算出部と、
前記アプセット時排出溶鋼面積を含む情報に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する溶接状態判定部と、
を備える、電縫鋼管の溶接管理装置。 A steel plate or steel strip is bent in the circumferential direction, both edges are butted to form an open pipe, and then both edges of the butted open pipe are upset using a welding stand. A welding management device for an electric resistance welded steel pipe,
Before electric resistance welding, based on the first image information including the joint formed by converging both edges of the open pipe and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe, the discharged molten steel occupied at the joint position. a pre-welding discharged molten steel area calculation unit for calculating the discharged molten steel area;
After electric resistance welding, the second discharged molten steel area occupied by the discharged molten steel at the position directly below the roll center is calculated based on the second image information including the position directly below the roll center of the welding stand and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe. A post-welding discharged molten steel area calculation unit to calculate,
a molten steel discharge area calculation unit for calculating the discharged molten steel area during upset from the difference between the first discharged molten steel area and the second discharged molten steel area;
a welding state determination unit that determines whether an electric resistance welding condition is good or bad based on the information including the discharged molten steel area at the time of upset;
A welding management device for electric resistance welded steel pipes.
前記第二画像情報に含まれる前記ロールセンター直下位置との距離が、
管軸方向において、溶接スタンド出側の鋼管外径の30%以下である、請求項1に記載の電縫鋼管の溶接管理装置。 the joining point included in the first image information;
The distance from the position directly below the roll center included in the second image information is
2. The welding management device for an electric resistance welded steel pipe according to claim 1, wherein the outer diameter of the steel pipe on the delivery side of the welding stand is 30% or less in the pipe axial direction.
前記第一排出溶鋼面積を算出するための前記第一画像情報中、電縫溶接においてオープン管の両エッジ部同士が接合する点、又は
前記第一排出溶鋼面積を算出するための前記第一画像情報において、電縫溶接前におけるオープン管の両エッジ部夫々から近似される直線の交点となるV収束点である、請求項1又は2に記載の電縫鋼管の溶接管理装置。 The junction is
In the first image information for calculating the first discharged molten steel area, the point where both edges of the open pipe are joined in electric resistance welding, or the first image for calculating the first discharged molten steel area 3. The electric resistance welded steel pipe welding management device according to claim 1 or 2, wherein the information is a V convergence point which is an intersection of straight lines approximated from both edge portions of the open pipe before electric resistance welding.
前記アプセット時排出溶鋼面積Sと、
管厚tと、
前記溶接スタンドのアプセット量rに基づいて設定される係数A(r)と、
前記S、前記t、及び前記A(r)から得られる排出パラメータS×A(r)/tと、を有する、請求項1~3のいずれかに記載の電縫鋼管の溶接管理装置。 The information including the discharged molten steel area at the time of upset is
The discharged molten steel area S at the time of upset,
pipe thickness t;
a coefficient A(r) set based on the upset amount r of the welding stand;
The welding management device for electric resistance welded steel pipes according to any one of claims 1 to 3, having an emission parameter S×A(r)/t obtained from said S, said t, and said A(r).
電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部が収束して形成される接合点と、管外面に排出された溶鋼とを含む第一画像情報に基づいて、接合点位置における排出溶鋼面積である第一排出溶鋼面積を算出する溶接前排出溶鋼面積算出工程と、
電縫溶接後において、前記溶接スタンドのロールセンター直下位置と、管外面に排出された溶鋼とを含む第二画像情報に基づいて、前記ロールセンター直下位置における排出溶鋼面積である第二排出溶鋼面積を算出する溶接後排出溶鋼面積算出工程と、
前記第一排出溶鋼面積と前記第二排出溶鋼面積との差分からアプセット時排出溶鋼面積を算出するアプセット時排出溶鋼面積算出工程と、
前記アプセット時排出溶鋼面積に基づいて、電縫溶接条件の良否を判定する判定工程と、
を含む、電縫鋼管の溶接管理方法。 A steel plate or steel strip is bent in the circumferential direction, both edges are butted to form an open pipe, and then both edges of the butted open pipe are upset using a welding stand. A welding control method for an electric resistance welded steel pipe,
Before electric resistance welding, the molten steel discharge area at the joint position based on the first image information including the joint formed by converging both edges of the open pipe and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe. A pre-welding discharged molten steel area calculation step for calculating the first discharged molten steel area;
After electric resistance welding, based on the second image information including the position directly below the roll center of the welding stand and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe, the second discharged molten steel area, which is the discharged molten steel area at the position directly below the roll center A post-welding discharged molten steel area calculation step of calculating
a discharge molten steel area calculation step of calculating the discharged molten steel area during upset from the difference between the first discharged molten steel area and the second discharged molten steel area;
a judgment step of judging whether the electric resistance welding conditions are good or bad based on the discharged molten steel area at the time of upset;
Welding management method for electric resistance welded steel pipe.
前記電縫溶接の際、請求項5に記載の電縫鋼管の溶接管理方法により溶接管理を行う、電縫鋼管の製造方法。 A steel plate or steel strip is bent in the circumferential direction, both edges are butted to form an open pipe, and then both edges of the butted open pipe are upset using a welding stand. A method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe,
A method for manufacturing an electric resistance welded steel pipe, wherein welding control is performed by the electric resistance welded steel pipe welding control method according to claim 5 during the electric resistance welding.
電縫溶接前において、オープン管の両エッジ部が収束して形成される接合点、および管外面に排出された溶鋼を撮影し、且つ
電縫溶接後において、溶接スタンドのロールセンター直下位置、および管外面に排出された溶鋼を撮影する溶接部撮影装置と、
を備える、電縫鋼管の溶接管理システム。 a welding management device for an electric resistance welded steel pipe according to any one of claims 1 to 4;
Before electric resistance welding, the joint formed by converging both edges of the open pipe and the molten steel discharged to the outer surface of the pipe are photographed, and after electric resistance welding, the position directly below the roll center of the welding stand, and a welding part imaging device for imaging the molten steel discharged to the outer surface of the pipe;
A welding management system for electric resistance welded steel pipes.
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