JP2803928B2 - 電縫溶接造管のスクイズ量計測演算方法および制御方法 - Google Patents

電縫溶接造管のスクイズ量計測演算方法および制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属帯から連続的にロ
ール成形して溶接する電縫溶接造管のスクイズ量の計測
方法およびその制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、成形、溶接技術の発展に伴い、炭
素鋼管をはじめステンレス鋼管、Ti管、超合金管など
種々の電縫溶接管が製造されるようになり、その用途は
ラインパイプ、配管、構造用管等と多岐にわたるように
なってきた。これらの電縫溶接管の使用環境条件は年々
苛酷さを増し、溶接部に対する品質要求が厳しくなる傾
向にあり、溶接欠陥の防止が重要な課題となっている。
【0003】一般に金属帯から連続的にロール成形して
溶接する電縫溶接管の製造においては、高周波加熱溶融
後のスクイズ量は溶接欠陥の発生に大きな影響を及ぼ
し、ペネトレーターと称される溶接欠陥の発生量を支配
する。このため溶接中に連続してスクイズ量を高精度に
計測して、適正条件範囲に設定し制御することは、電縫
溶接部の品質管理の上で重要である。
【0004】従来の電縫溶接において一般的なスクイズ
量の設定は、溶接噛止め状態でテープメジャーによりス
クイズロール前後のパイプ外周長差を測定する方法で行
われている。しかし、スクイズロールでは管に円周絞り
的な縮管加工がなされるが、この円周長の絞り量は全て
スクイズアウトに作用するのではなく、衝合部近傍以外
の母材部の変形によっても吸収される。円周長の絞り量
の衝合部近傍と母材部への配分は管外径、材料強度など
が異ると変化し、適切なスクイズ量の設定が難しい。ま
た、この方法では溶接中のスクイズ量の監視ができず、
測定にも長時間を要する問題がある。スクイズ(アプセ
ット)量を自動的に計測する別な方法として、特開昭5
6−4009,特開昭55−48483,特開昭52−
153848号公報等の方法が提案されている。
【0005】特開昭56−4009号公報に係る方法は
図3(a),図3(b)に示すように、最終フィンパス
ロール18,18のロール間ギャップG1と、スクイズ
ロール4,4間ギャップG2を測定し、これらの測定値
および上記両ロール18,4のロール孔型諸元W1 ,h
1 ,(H1 =2・h1 +G1 ),W2 ,h2 ,(H2
2・h2 +G2 )に基づいて、スクイズロール4の前後
のパイプの横径と縦径を演算して、スクイズロール前後
の外周長差によりスクイズ量を求める。
【0006】特開昭55−48483号公報に係る方法
は、スクイズロールの入側のパイプ外周長をオープンパ
イプの横径とエッジ幅(エッジ間隔)を測定した後、ス
プリングバック量を求める式を用いて演算し、スクイズ
ロールの出側の外周長を溶接されたパイプの横径を測定
することによって演算し、それらパイプ外周長の差から
スクイズ量を求める。
【0007】また、特開昭52−153848号公報に
係る方法は、図4(a)において溶接点〜スクイズロー
ルセンター間距離xとスクイズロールの谷部の半径Rb
をからΔRcを求め、図4(b)に示す溶接点位置の楕
円pの周長Lpとスクイズロールセンター位置の円qの
周長Lqの差を近似式により演算し、スクイズロール前
後の周長差からスクイズ量を求める。
【0008】これらの方法によると溶接中にスクイズ量
を自動計測することはできるが、測定原理が従来から一
般的に行われているスクイズ前後のパイプ外周長差を計
測するものと同じであり、管外径、材料強度などが変わ
った場合に適正スクイズ量の設定が難しいという問題が
ある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来法の欠点をなくするためになされたもので、シーム
溶接部の上方に設置した撮像装置等を用いて電縫溶接管
のシーム収束部の像を撮影し、その像を画像解析装置に
よって画像処理して、V収束点からスクイズロールセン
ター間の距離Lとアペックス角度θを求め、スクイズ量
を演算することによって、溶接中に連続してスクイズ量
を高精度に能率良く計測演算・制御する方法を提供する
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段および作用】本発明者らは
ビデオカメラおよび画像解析装置を利用して種々の実験
を重ねた結果、以下の知見を得た。溶接欠陥の発生は、
図5に示すように溶接部HAZのメタルフロー立上り角
度と深い関係がある。溶接欠陥は、メタルフロー立上り
角度が50度以下のスクイズ量不足の場合と80度以上
でオフセットが生じている場合に多い。従って溶接欠陥
を防止するためには、メタルフロー立上り角度を50〜
80度の適正域に設定し、制御すればよいことを見出し
た。
【0011】このメタルフロー立上り角度は、図6に示
すように管の外径、強度に関係なくV収束点からスクイ
ズロールセンター間の距離Lとアペックス角度θから演
算式SQc =2Ltanθ/2で幾何学的に算出したス
クイズ量SQc と相関関係があり、このスクイズ量SQ
c を指標として高精度に制御できることを見出した。
【0012】以下、本発明を図面により詳細に説明す
る。図1において金属帯の両エッジ1,1がV字状に収
束しながらコンタクトシュー2,2から供給される高周
波電流により加熱溶融されて、シーム収束点3で衝合
し、スクイズロール4,4で加圧されて溶接がなされ
る。この電縫溶接管製造設備において、シーム溶接部上
方からシーム収束部を撮影できるように光学レンズ6等
を用いた撮像装置7を配置する。この時、光学レンズ6
と撮像装置7を管5の軸方向に移動させると共に撮像装
置を管5の軸方向に傾斜させて撮像してもよい。その場
合には像の角度補正を行う。図1の場合、シーム収束部
の像を光学レンズ6と撮像装置7により直接撮像する例
を示しているが、ファイバースコープや反射鏡等により
像を伝送して撮像する方法も適用でき、特に制限するも
のではない。また、撮像装置は高周波のノイズが入りに
くいCCD(固体撮像素子)カメラが好ましく、撮影条
件はV収束部の静止像を得るためには高速のシャッター
速度を選択することが好ましい。この方法で溶接中にシ
ーム収束部を撮像すると、撮像装置のモニター8には金
属帯両エッジ1,1が高周波電流により加熱され、金属
帯両エッジ1,1の輝度が高い像が得られる。
【0013】このようにして得た像は図1の撮像装置7
からアナログ映像信号として画像解析装置9に入力され
る。なお画像解析装置9への映像信号の入力はビデオデ
ッキや光磁気ディスクレコーダ等の録画装置10に録画
後行ってもよい。この画像解析装置9に入力されたアナ
ログ映像信号はアナログ/デジタル変換器(A/D変換
器)11でデジタル映像信号に変換されて、画像メモリ
12に一時格納される。13は演算回路(CPU)で、
画像メモリ12の映像信号を取込み画像の輝度差を利用
して画像解析を行う。画像解析の方法は、まず図2のよ
うに任意の位置に設定した直線X1 −X2 ,X3 −X4
とエッジとの交点の座標a,b,c,dを求め、線分a
cとbdから交点(V収束点)の座標を推定してV収束
点からスクイズロールセンター間距離Lとアペックス角
度θを算出する。次にこれらの値を用いてスクイズ量S
c =2Ltanθ/2を演算する。なお、V収束点か
らスクイズロールセンター間の距離Lとアペックス角度
θの検出は、前述以外の方法で行ってもよく、特に制限
を加えるものではない。
【0014】引続き演算結果は図1の比較回路14を持
つ信号変換装置15に入力されて、前もって設定された
スクイズ量と比較、演算され、スクイズ量を制御するた
めの制御信号に変換される。この制御信号をスクイズ量
制御系17に入力して、スクイズ量の制御を行う。以上
の方法によると電縫溶接管のスクイズ量が高精度、かつ
高能率に計測演算および制御ができる。
【0015】
【実施例】図1に示す装置を用いて電縫鋼管を製造し
た。表1に鋼帯の化学成分を示し、表2に造管条件を示
す。金属帯には強度レベルの異なるAPI規格、5LX
−X52と5LX−X70の2種類を用い、造管サイズ
は外径の異なる216.3mmφ×9.5mmtと406.
4mmφ×9.5mmtの2水準とした。表2の実験No.1
〜4は本発明例で、図1の方法により目標スクイズ量S
o を4.0mmとして自動制御した。実験No.4〜8は
比較例で本溶接前に仮溶接を行い、スクイズ前後の外周
長差を板厚の70%となる6.7mmに設定した。その他
の溶接条件は実験No.1〜8共にアペックス角度=5.
5〜6.0°、造管速度=25m/min、溶接入熱=4
50kVAと標準的な条件とし、各条件60m長さの造管
を行った。
【0016】なお、実験No.1〜4のスクイズ量の計測
は、撮像装置6として高周波ノイズの影響を受けにくい
高速シャッター付きの3板式のCCD(固体撮像素子)
カメラを用い、撮影条件はシャッター速度=1/100
00秒、撮影速度=30コマ/秒で行い、撮像した該像
を光ディスクに録画後、1秒間隔の像をリアルタイムに
画像信号処理装置10に入力し、輝度計測によりV収束
点からスクイズロールセンター間の距離Lとアペックス
角度θを求めて、スクイズ量SQc =2Ltanθ/2
を演算した。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】造管後これらの電縫鋼管について溶接長手
方向10m間隔、5ケ所から管軸に対して直角方向(C
方向)の溶接部顕微鏡観察用ミクロ試料を各1本(計:
5本/条件)採取し、メタルフロー立上り角度を測定し
た。また同じ位置から溶接部に2mmVノッチを入れたC
方向のシャルピー試験片を各10本(計:50本/条
件)製作して、+100℃で試験し延性破壊させた。次
にこのシャルピー試験片の破面を10〜50倍の実体顕
微鏡で観察し、溶接欠陥の面積率を測定した。その結
果、メタルフロー立上り角度および溶接欠陥面積率は表
2および図7に示すように、本発明法による方法はメタ
ルフロー立上り角度の標準偏差(σ)が小さくなり、か
つ溶接欠陥の低減に対して大きな効果を示すことが分か
る。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、溶接中のスクイズ量を
高精度かつ高能率に計測することができ、この計測技術
を用いてスクイズ量を設定・制御することにより、メタ
ルフロー角度が一定の適正値にコントロールでき、溶接
欠陥の少い電縫溶接管の高能率な製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明法の装置配置の一例を示す概略図。
【図2】本発明法の画像解析方法を示す概略図。
【図3】従来のスクイズ量の計測方法を示す概略図。
【図4】従来のスクイズ量の計測方法を示す概略図。
【図5】メタルフロー立上り角度と溶接欠陥面積率の関
係を示す図。
【図6】推定スクイズ量とメタルフロー立上り角度の関
係を示す図。
【図7】実施例のメタルフロー立上り角度と溶接欠陥面
積率の測定結果を示す図。
【符号の説明】
1 金属帯エッジ 2 コンタクトシュー 3 シーム収束点 4 スクイズロール 5 管 6 光学レンズ系 7 撮像装置 8 モニター 9 画像解析装置 10 録画装置 11 A/D変換器 12 画像メモリ 13 演算回路 14 比較回路 15 信号変換装置 16 スクイズ量設定回路 17 スクイズ量制御系 18 フィンパスロール L V収束点〜スクイズロールセンター間距離 θ アペックス角度 SQc スクイズ量計測値 SQo スクイズ量設定値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥田 博文 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社 光製鐵所内 (72)発明者 坂田 国臣 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社 光製鐵所内 (72)発明者 松井 清 山口県光市大字島田3434番地 新日本製 鐵株式会社 光製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭59−223183(JP,A) 特開 昭50−122442(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 13/08

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属帯を連続的にロール成形して溶接す
    る電縫溶接管の製造において、シーム溶接部の上方に設
    置した撮像装置によりシーム収束部の像を撮影し、前記
    像を画像解析してスクイズロールセンターからV収束点
    間距離Lとアペックス角θを求め、スクイズ量を演算式
    SQc =2Ltanθ/2で演算して求めることを特徴
    とする電縫溶接造管のスクイズ量の計測演算方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法で求めたスクイズ量
    SQc と前もって設定した目標スクイズ量SQo の値を
    比較演算して、スクイズ量を制御することを特徴とする
    電縫溶接造管のスクイズ量の制御方法。
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