JP4532977B2 - 溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、電縫鋼管の製造方法に関し、詳しくは、溶接欠陥を抑制するための電縫溶接時の入熱量の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、先ず、帯鋼の両端部が対向するように複数の成形ロールを用いて順次円筒状に成形し、誘導コイル、あるいはコンタクトチップにより帯鋼両端部に高周波電流を通電し、ジュール熱により加熱溶融し、スクイーズロールで加圧することにより接合（以下、この溶接方法を電縫溶接方法という）して製造される。

従来から電縫鋼管の製造方法において、電縫溶接時の入熱量（ジュール発熱量）が低い場合に、主に帯鋼の端部の溶接部に未溶着欠陥、あるいは、冷接欠陥と呼ばれる、帯鋼の両端部の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。

冷接欠陥部の破面を走査型電子顕微鏡で観察すると、一平面上に配列された径１μｍ程度の無数の微小なディンプル形状の集合を観察される。その多くのディンプル中央部には介在物として酸化物が存在し、これが溶接線に沿って１μｍ程度の大きさで連続に生成することにより、電縫鋼管の溶接部の靭性（シャルピー衝撃値）、全伸び等の機械的性質を低下させると考えられている。また、冷接欠陥発生部の微小酸化物の隙間は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困難である。

従来は、このような電縫鋼管の冷接欠陥が発生した場合には、主として、溶接時の入熱量を高目に設定、制御することにより、冷接欠陥の発生原因である微小酸化物を、溶融金属の一部とともに溶接部から排出させることで冷接欠陥の発生を防止してきた。この方法では、製造後の電縫鋼管から試験材を採取し、扁平試験と呼ばれる破壊試験により圧縮応力負荷時に溶接部の破断発生状況を確認したり、溶接途中に試験材を採取し、溶接衝合部付近の溶接断面を観察し、板厚方向の溶融状況を確認し、これらの結果から冷接欠陥を防止するための溶接入熱量の設定を行う必要がある。しかし、これらのオフライン試験により冷接欠陥の発生を確認するまでに時間が掛かるため、それまでの冷接欠陥の発生を抑制することはできず、製品歩留低下などの要因になっていた。

電縫鋼管を溶接する際の溶接入熱の適正範囲は、板厚や板幅の変化、電源変動、成形変動、インピーダーの劣化、高周波の発振変化、誘導コイルあるいはコンタクトチップから衝合点までの距離の変化、速度変化等の溶接条件の変化によって、時々刻々変化する。そのため、従来は、溶接入熱を高目に余裕をもって設定し、その他の溶接条件が変化した場合でも入熱不足による微細な酸化物が起因する冷接欠陥の発生を抑制する方法が用いられていた。しかし、この方法では、溶接入熱を高目にすることにより消費電力が増加し、製造コストを増加させる原因になるとともに、溶接入熱が過度に高くなる場合に発生しやすいアーキングと呼ばれる短絡現象の発生、溶融金属飛散（スパッタ）の発生、およびスパッタの鋼管表面への付着による製品外観の劣化などの問題があった。

そこで、従来から電縫鋼管溶接時の入熱の最適範囲を、溶接状況の変動を検知するためのオンライン情報をもとにリアルタイムに制御する方法が種々提案されている。

例えば、溶接中のビード表面の温度を、放射温度計を用いて計測し、この計測値に基づいて入熱量をフィードバック制御する方法が知られている。しかしながら、溶接部の表面温度を計測する方法では、特定溶接領域の平均温度は計測可能であるが、溶接部の温度の局所的変化を測定することはできないため、局所的な入熱不足により発生する冷接欠陥の発生条件を精度よく予測、抑制することは困難である。

また、特許文献１には、電縫管の製造ラインにおいて、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カメラを設置して溶接点周辺の静止画像を撮影し、得られる映像信号をデジタル信号に変換して電子計算機システムのメモリにデジタル画像として取込み、該デジタル画像の濃度レベルより溶接点周辺の温度分布の計測を行うか、又は、該デジタル画像の二値化演算処理を行うことにより得られる二値画像より、溶接点周辺の温度分布、溶鋼排出量、溶接点位置及びＶ収束角度の内一つ以上の計測を行う電縫溶接における溶接状況計測方法が開示されている。

特許文献１に記載の方法は、溶接部の画像データを基に演算処理を行い溶鋼の排出量を求めることにより溶接状況を計測するものである。しかし、画像データから溶鋼の排出量を算出する方法では、例えば、溶接中はスクイーズロールの冷却水などの水蒸気により撮像画像の濃度レベルが変動し、この画像データを二値化処理し溶鋼の排出量を算出する際の誤差が大きくなるという問題がある。

また、特許文献２には、溶接点近傍での溶接現象モードを輝度レベルおよび輝度分布としての画像信号として捉え、この画像信号とその他の溶接欠陥発生要因（素材要因、成型要因、雰囲気要因、機械要因の少なくとも一つ以上）を計測監視し、画像計測値および上記その他の溶接欠陥発生要因の計測値との特徴量をメンバーシップ関数とし、それらの計測値と入熱補正量との間の関係をファジィ推論するプログラムとし、このメンバーシップ関数を計測値に応じて入熱調整の補正項として用いる電縫管溶接方法が開示されている。

この方法は、画像測定値以外に、上記その他の溶接欠陥発生要因の測定値を基に、入熱量の大小、材料の変動、成形状態を推論し、この結果に基づき入熱量を補正するものである。この画像処理方法では、冷接欠陥の発生原因である、酸化物及び溶融金属の変動を捉えることが出来ないため、冷接欠陥の発生を検出できない問題点があった。

特開昭６１−１４０３８４号公報 特開平４−３１９０７９号公報

本発明は、上記従来技術の問題に鑑みて、撮像手段による衝合点付近の溶融金属の撮像画像データをもと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、溶接入熱量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できる電縫鋼管の溶接方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、撮像手段による衝合点付近の溶融金属の撮像画像において、溶融金属の外縁部形状と溶接時の冷接欠陥の発生状況との関係に着目し、撮像画像を二値化処理しれ得られた溶融金属画像の外縁線上のデータのばらつきに基づいて溶接入熱量を制御することを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）鋼板を円筒状に成形した後、衝合部に溶融金属を形成し溶接する電縫鋼管の溶接方法において、少なくとも前記溶融金属を含む衝合点とその近傍を撮像手段で撮像し、溶接線方向をＸ座標軸とし、該Ｘ座標軸と直角な方向をＹ座標とする二次元画像データを二値化処理した後、さらに、衝合点からＸ座標軸方向の所定範囲において、溶融金属画像の外縁線上におけるＹ座標のばらつきを求め、前記Ｙ座標のばらつきが予め設定した基準値に対して小さい場合に、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溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。
（２）前記Ｙ座標のばらつきは、前記溶融金属画像の少なくとも何れかの一方の外縁線上のＹ座標の標準偏差を計算し、求められ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Ｙ座標のばらつきは、前記溶融金属画像の両外縁線上の同一Ｘ座標における２点のＹ座標間の距離を計算し、求められ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。

本発明によれば、電縫鋼管を溶接する際に冷接欠陥の発生状況を高い精度で予測し、溶接入熱量をオンライン制御することができるため、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することが可能となる。本発明は、従来のオフラインでの溶接品質確認試験を簡略化し、また、従来の高目の入熱設定値によらず、精度の高い入熱設定値で溶接品質の高い電縫鋼管の製造が可能となるため、産業上の価値は多大である。

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。

先ず、帯鋼（鋼板）５の両端部が対向するように複数の成形ロール（図示せず）を用いて順次円筒状に成形しつつ溶接線方向３に送給し、円筒状帯鋼５の中心にインピーダー６を通し、誘導コイル（図示せず）、あるいは対向する接触子７により帯鋼両端部に高周波電流１を通電する。高周波電流１は表皮効果によって両端部に集中し、ジュール熱により加熱溶融され、さらにスクイーズロール２によって加圧されることにより、両端部が接合される（以下、この溶接方法を電縫溶接方法という）。スクイーズロール２を通過し、両端部が加圧される際には両端部の衝合部付近に形成された溶融金属（図示なし）の一部とともに酸化物が衝合部から排出され、溶接シーム４が形成される。

本発明の実施形態では、上記電縫溶接時に、少なくとも溶融金属を含む衝合点（溶接線方法で両端面が最初に衝合する位置）とその近傍を撮像手段１６で撮像し、溶接線方向をＸ座標軸とし、該Ｘ座標軸と直角な方向をＹ座標とする二次元画像データを得る。この二次元画像データは画像処理装置１７に電送して二値化処理を行った後、さらに、演算処理装置１８に伝送して、衝合点からＸ座標軸方向の所定範囲において、溶融金属画像の外縁線上におけるＹ座標のばらつきを計算し、このばらつきを基に予めメモリーに記憶された入熱上昇時間指令値と入熱上昇速度指令値を選択した後、こられの指令値を入熱制御装置１９に伝送し、溶接電源２０の電圧を変更し溶接入熱の制御を行う。
なお、本発明において、撮像手段としては、ＴＶカメラ、ＣＣＤカメラなど輝度画像を撮像可能であれば、特に限定する必要はない。

まず、本発明の実施形態において、少なくとも溶融金属を含む衝合点とその近傍を撮像手段で撮像して得られる二次元の撮像画像について説明する。

撮像画像は、図２〜４に示すように、溶接線方向３をＸ座標軸とし、Ｘ座標軸と直角な方向をＹ座標とする複数の輝度画素データからなる二次元画像データとして得られる。

図２は、冷接欠陥が発生せず、入熱量が適正範囲の条件で撮像した撮像画像の模式図を示す。

この撮像画像において、円筒状に成形された帯鋼（鋼板）８はその両端部９が通電、加熱溶融されて溶接線方向３に送給される。そして、スクイーズロール（図示せず）に近づくにつれて帯鋼（鋼板）８の両端部９が接近し、溶接衝合点１０で接触し、スクイーズロール（図示せず）で加圧される。

この際、溶接部に冷接欠陥が発生しない、入熱量が適正範囲の条件で撮像した撮像画像は、図２に示すように、溶接衝合点１０から溶接線方向３の両端部９近傍に形成された溶融金属１２の外縁部が局部的に溶接線１３からビード幅方向（鋼管外周方向）に広がった波形状の溶融金属１２の画像として撮像される。

これは、スクイーズロール（図示せず）を通過し、両端部９が加圧される際に両端部９の衝合点１０近傍の溶融金属１２の一部が衝合点近傍から排出されるが、溶接速度が速い場合には、溶融金属の凝固と表面表力との関係から溶接金属１２外縁部が局所的に溶接線１３からビード幅方向（鋼管外周方向）に広がった波形状になる考えられる。

図３は、冷接欠陥は発生しないものの、図２に比べて入熱量が低い条件で撮像した撮像画像の模式図を示す。さらに、図４は、溶接部に冷接欠陥は発生した、入熱量が適正値から低く外れた条件で撮像した撮像画像の模式図を示す。

図３及び４に示される撮像画像は、図２と比較して、溶接入熱量が低くなるとともに溶接衝合点１０から溶接線方向３の両端部９近傍に形成された溶融金属１２外縁部のビード幅方向（鋼管外周方向）への局所的広がりは小さくなる。溶接部に冷接欠陥は発生した、入熱量が適正値から低く外れた条件での撮像画像（図４、参照）では、溶接入熱が適正条件で見られた溶接金属１２外縁部の波形状は消滅し、フラットな外縁部となる。

本発明では、少なくとも溶融金属を含む衝合点とその近傍を撮像手段で撮像して得られる二次元の撮像画像において、溶接金属１２外縁部のビード幅方向（鋼管外周方向）への局所的広がり情報から、溶接入熱量の適正条件および冷接欠陥発生状況を予測、判定することにより、溶接入熱量を適正に制御することを発明思想とする。

次に、本発明の実施形態において、撮像手段で撮像し得られた撮像画像データを二値化処理する方法について説明する。

撮像手段で撮像し得られた撮像画像データは、二次元の輝度画像データからなる。この輝度画像データから演算処理の対象データとなる溶融金属の画像情報を抽出するためには、さらに二値化処理をする必要がある。

図２〜３に示す、撮像画像（二次元の輝度画像）において、溶融金属１２画像は高輝度データからなり、この背景画像である、未溶融状態の鋼管外側表面８画像および鋼板内側表面１５画像は低輝度データからなる。したがって、溶融金属１２画像の輝度と背景画像の輝度の間にある所定輝度のしきい値を用いて二値化処理を行うことで、溶融金属１２画像の二値化データ（１）を背景画像の二値化データ（０）から抽出することができる。

なお、しきい値は予め実験した結果から求めることができ、特に限定する必要はない。

図５に溶接金属の撮像（輝度）画像データ（二値化前）と二値化データ（二値化後）の関係を示す。

溶接金属の撮像（輝度）画像データ（図５上（二値化前）、参照）は、溶接衝合点（基準点）から溶接線方向（Ｘ座標軸）に所定距離離れたＸ座標位置において、Ｘ座標軸に垂直な方向のＹ座標軸方向の輝度分布を示す。

溶接金属の撮像（輝度）画像データ（二値化前）は、Ｙ座標軸方向において溶接線中心で輝度が最大となり、溶接線から離れるに従って、輝度が減少するような輝度分布を示す。これを二値化処理して得られる二値化データ（図５下（二値化後）、参照）は、しきい値以上の高輝度二値化データ（１）と、しきい値未満の低輝度二値化データ（０）に変換され、これらの輝度変化点（０→１および１→０）から、図２〜４に示す溶融金属１２の外縁線上のＹ座標を求めることができる。

また、二値化データから、Ｘ座標軸方向（溶接線方向）における溶接衝合点のＸ座標は、以下のように求められる。

図６に示す溶融金属を含む衝合点とその近傍の撮像画像の二値化データについて、原点からＸ座標軸方向における各Ｘ座標を通り、Ｙ座標軸に平行な直線：Ｘ＝Ｘｉ（ｉは任意の整数）上における二値化データのパターンを順次抽出する。

図７に代表的な二値化データのパターン（４種類）を示す。

例えば、図６の二値化データにおいて、Ｙ座標軸に平行な直線：Ｘ＝Ｘ1上における二値化データのパターン（１）は、“０”、同直線：Ｘ＝Ｘ２上における二値化データのパターン（２）は、“０１０”、同直線：Ｘ＝Ｘ３上における二値化データのパターン（３）は、“０１０１０”、同直線：Ｘ＝Ｘ４上における二値化データのパターン（４）は、“０１０”として、それぞれ示される。

接合衝合点１０のＸ座標は、二値化データを原点からＸ座標軸方向にスキャニングし、これらの代表的な二値化データのパターン（４種類）を基に、パターン（３）の“０１０１０”からパターン（４）の“０１０”の変化点のＸ座標として求められる。

次に、本発明の実施形態において、二値化処理後の二値化データを演算処理し、溶融金属画像の外縁線上におけるＹ座標のばらつきを求める方法について説明する。

本発明では、例えば、図８に示すような二値化データにおいて、衝合点のＸ座標からＸ座標軸方向（溶接線方向３）に所定範囲ａについて、溶融金属画像外縁線上のＹ座標のばらつきを求める。

先ず、二値化データにおいて、上述の方法で求められた衝合点１０のＸ座標からＸ座標軸方向に所定距離ａの範囲にある二値化データ２１を抽出する。この二値化データ２１を、衝合点１０のＸ座標をＸ０とし、Ｘ座標軸上でＸ０からｉ番目の画素のＸ座標をＸｉ、ｎ番目の画素のＸ座標をＸｎ（衝合点１０からＸ座標軸方向に所定距離ａ離れた位置）とする。次に、Ｘ座標軸方向にＸ０からＸｎまでの各Ｘ座標（Ｘｉ）について、各Ｘ座標（Ｘｉ）を通り、Ｙ座標軸に平行な直線：Ｘ＝Ｘｉ上の二値化データの変化点（０→１および１→０）から溶接金属の外縁線上のＹ座標（Ｙi1およびＹi2）を順次、求める。その結果、Ｘ０からＸｎの（ｎ＋１）個の各Ｘ座標に対応して２×（ｎ＋１）個の溶接金属外縁線上のＹ座標が求められる。

図９に電縫鋼管の溶接時の溶接入熱量と冷接欠陥発生率との関係を示す。

従来から電縫鋼管の溶接時の溶接入熱量が高い場合に入熱不足に起因する冷接欠陥発生率は減少することが知られている。本発者らの確認試験においても図９に示されるように溶接入熱が４１３ｋＷ以下の場合に冷接欠陥が発生し、４２４ｋＷ以上の場合には冷接欠陥が発生しないことを確認している。

本発明は、このような演算処理により求められる溶接金属外縁線上のＹ座標のばらつきを基に、Ｙ座標のばらつきが基準値に対して小さい場合に溶接入熱を増加するように溶接入熱を制御する。

本発明において、本発明溶接金属外縁線上のＹ座標のばらつきを求めるための計算方法は特に限定する必要はない。ばらつきを求める手法として、一般に、標準偏差、分散、範囲、４分位偏差、変動係数等があり、本発明でもこれらの手法を用いることができる。

本発明の実施形態として、溶接金属画像の少なくとも何れかの一方の外縁線上のＹ座標（Ｙi1または／およびＹi2）の標準偏差を計算し、そのＹ座標のばらつきを求める実施形態について説明する。

上述のように求められた抽出された二値化データのＸ＝Ｘ０〜Ｘ＝Ｘｎの各Ｘ座標（Ｘｉ）に対してそれぞれ２点づつ求められる、溶接金属の外縁線上のＹ座標（Ｙi1および点Ｙi2）から、下記（１）および（２）式を用いてそれぞれの標準偏差Ｓ１およびＳ２を求めることができる。

但し、Ｙi1e、Ｙi2eはそれぞれ、Ｙi1、Ｙi2のｉ＝０〜ｉ＝ｎまでの平均値を示す。

また、本発明の別の実施形態として、溶接金属画像の外縁線上の２点のＹ座標（Ｙi1およびＹi2）間の距離Ｋｉを計算し、これの標準偏差をばらつきとする実施形態について説明する。

抽出された二値化データのＸ＝Ｘ０〜Ｘ＝Ｘｎの各Ｘ座標（Ｘｉ）に対してそれぞれ２点づつ求められる、溶接金属の外縁線上のＹ座標（Ｙi1および点Ｙi2）から、下記（３）及び（４）式を用いてそれぞれの標準偏差Ｓ３を求めることができる。

図１０に溶接金属画像の外縁線上のＹ座標の標準偏差Ｓ１、Ｓ２のうちで最小の標準偏差Ｓｍｉｎと、電縫鋼管の冷接欠陥発生率との関係を示す。なお、試験条件は、肉厚：４．５ｍｍ、外径：２５０ｍｍの電縫鋼管を、溶接入熱：３６０〜４５６ｋＷ、溶接速度：３３ｍ／ｍｉｎ、溶接時間：１０ｍｉｎで電縫溶接した。また、冷接欠陥発生率は、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（相対％）とした。

溶接金属画像の外縁線上のＹ座標の標準偏差Ｓ１、Ｓ２のうちで最小の標準偏差Ｓｍｉｎが２．０以上の場合に、電縫鋼管の冷接欠陥は発生しなくなる。

したがって、例えば、図１０に示すように予め実験して得られる電縫鋼管の冷接欠陥発生率との関係をもとに、上記Ｙ座標の標準偏差の基準値Ｓａを２．０とし、電縫鋼管の溶接時の溶融金属撮像画像データをもとに求められる上記Ｙ座標の標準偏差（ばらつき）がこの基準値Ｓａに対して小さい場合に、溶接入熱を増加させるように溶接入熱を制御することより、冷接欠陥発生率を低減することができる。

図１２に上記Ｙ座標の標準偏差の基準値Ｓａをもとに溶接入熱を制御する場合の制御フロー図を示す。

溶接開始後、少なくとも溶融金属を含む衝合点とその近傍の撮像（輝度）画像データを取り込み、撮像（輝度）画像の二値化処理を行って二値化データを得た後、溶融金属の外縁線上のＹ座標（Ｙi1、Ｙi2）を求め、Ｙi1、Ｙi2のＹ座標のうち少なくとも一方の標準偏差（Ｓ１および／またはＳ２）を求め、標準偏差Ｓ１およびＳ２と、予め設定した標準偏差の基準値Ｓａとを比較し、少なくとも一方のＹ座標の標準偏差（Ｓ１および／またはＳ２）が基準値Ｓａ以下の場合に、入熱制御装置に対して、入熱上昇時間指令値Ｑ１と入熱上昇速度指令値Ｖ１を出力し、所定の入熱上昇時間Ｑ１、所定の入熱上昇速度Ｖ１で溶接電源を制御して溶接入熱を上昇させることで、冷接欠陥を発生させることなく、良好な溶接部を得ることが可能となる。

但し、Ｋｅは、Ｋｉのｉ＝０〜ｉ＝ｎまでの平均値を示す。

この結果から、標準偏差が２．０以上となるときには、冷接欠陥が発生していないことが分かった。

図１１に溶接金属画像の外縁線上の２点のＹ座標間距離の標準偏差Ｓ３と、電縫鋼管の冷接欠陥発生率との関係を示す。なお、試験条件は、肉厚：４．５ｍｍ、外径：２５０ｍｍの電縫鋼管を、溶接入熱：３６０〜４５６ｋＷ、溶接速度：３３ｍ／ｍｉｎ、溶接時間：１０ｍｉｎで電縫溶接した。また、冷接欠陥発生率は、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（相対％）とした。

溶接金属画像の外縁線上の２点のＹ座標間距離の標準偏差Ｓ３が２．２以上の場合に、電縫鋼管の冷接欠陥は発生しなくなる。

したがって、例えば、図１１に示すように予め実験して得られる電縫鋼管の冷接欠陥発生率との関係をもとに、上記Ｙ座標間距離の標準偏差の基準値Ｓｂを２．２とし、電縫鋼管の溶接時の溶融金属撮像画像データをもとに求められる上記Ｙ座標間距離の標準偏差（ばらつき）がこの基準値Ｓｂに対して小さい場合に、溶接入熱を増加させるように溶接入熱を制御することより、冷接欠陥発生率を低減することができる。

図１３に上記Ｙ座標間距離の標準偏差の基準値Ｓｂをもとに溶接入熱を制御する場合の制御フロー図を示す。

溶接開始後、少なくとも溶融金属を含む衝合点とその近傍の撮像（輝度）画像データを取り込み、撮像（輝度）画像の二値化処理を行って二値化データを得た後、溶融金属の外縁線上のＹ座標（Ｙi1、Ｙi2）を求め、Ｙi1、Ｙi2のＹ座標間距離（Ｋｉ＝Ｙi1−Ｙi2）の標準偏差（Ｓ３）を求め、Ｙ座標間距離の標準偏差Ｓ３と、予め設定した標準偏差の基準値Ｓｂとを比較し、Ｙ座標間距離の標準偏差（Ｓ３）が基準値Ｓｂ以下の場合に、入熱制御装置に対して、入熱上昇時間指令値Ｑ１と入熱上昇速度指令値Ｖ１を出力し、所定の入熱上昇時間Ｑ１、所定の入熱上昇速度Ｖ１で溶接電源を制御して溶接入熱を上昇させることで、冷接欠陥を発生させることなく、良好な溶接部を得ることが可能となる。

なお、入熱量不足に起因する冷接欠陥の発生状況を撮像画像情報から検出する方法として、溶融金属の撮像画像の面積を求め、この面積をもとに入熱量を適正条件に制御する方法も考えられる。しかし、スクイーズロール用の冷却水の蒸気などのノイズにより撮像画像の輝度が低下するため、輝度画像データを二値化処理して二値化データから面積を求める際に誤差が大きくなり、精度の高い冷接欠陥発生状況の予測および入熱制御が困難となる。

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、意図的に冷接欠陥が発生する、低い溶接入熱（４１３ｋＷ）で溶接した（比較例１）。次に、表１に示す溶接条件、表２に示すＴＶカメラ撮影条件、表３に示す画像処理および計算条件を用いて、溶融金属画像の外縁線上におけるＹ座標のばらつきを求める方法として、溶融金属画像の少なくとも何れかの一方の外縁線上のＹ座標の標準偏差を用いて求める方法を採用した実施例１と、２点の外縁線上のＹ座標間距離の標準偏差（Ｓ３）を用いて求める方法を採用した実施例２をそれぞれおこなった。

これらの試験結果として制御後の溶接入熱量および冷接欠陥発生率を表４に示す。なお、冷接欠陥発生率は、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（相対％）とした。

表４において、比較例１は、溶接入熱が適正条件より低いため、入熱不足に起因して冷接欠陥の発生率が３．０％と高かった。

一方、実施例１および実施例２では、本発明の溶接金属の撮像画像情報に基づく入熱制御をおこなったため、冷接欠陥発生率は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、図１４には、始めに比較例１の溶接を６０秒間実施し、その後、本発明の溶接金属の撮像画像情報に基づく入熱制御を行った場合の溶接入熱、溶融金属画像の外縁線上におけるＹ座標またはＹ座標間距離の標準偏差（ばらつき）、冷接欠陥の発生率の経時的（溶接時間）変化をそれぞれ示す。

比較例１の溶接開始直後から実施例１および２の溶接入熱制御を実施するまでの６０秒間は冷接欠陥発生率が３．０％であったが、実施例１および２の入熱制御を開始した直後から冷接欠陥発生率が低下し、制御開始して８秒後には冷接欠陥発生率が０％となった。また、この際の溶接入熱の経時的（溶接時間）変化から、本発明例１および２の入熱制御に対応し、制御開始から１２秒後、９秒後にそれぞれ溶接入熱の上昇が終了し、溶接入熱の適正制御により冷接欠陥の発生率が０％となることが判る。

溶接制御システム構成を示す図である。 良好な溶接時でかつ良好な溶接時の入熱範囲の上限に近い溶接入熱のときの画像を模式的に示す図である。 良好な溶接時でかつ良好な溶接時の入熱範囲の下限に近い溶接入熱のときの画像を模式的に示す図である。 冷接欠陥が発生する溶接入熱時の画像を模式的に示す図である。 二値化前と二値化後の衝合点より溶接線方向のＸ座標におけるＹ方向に平行な直線上の輝度を示す図である。 溶融二次元画像を用いた二値化データパターンのスキャニング例を示す図である。 スキャニングした直線上の二値化データとデータパターンとを示す図である。 溶融二次元画像を模式的に示す図である。 溶接入熱と冷接欠陥発生率との関係を示す図である。 溶融金属の２点の外縁部のＹ座標の標準偏差を用いる場合の基準値と冷接欠陥発生率との関係を示す図である。 溶融金属の２点の外縁部の距離の標準偏差を用いる場合の基準値と冷接欠陥発生率との関係を示す図である。 溶融二次元画像溶融金属の２点の外縁部のＹ座標の標準偏差を用いる場合の処理フローを示す図である。 溶融金属の２点の外縁部の距離の標準偏差を用いる場合の処理フローを示す図である。 溶接時間に対する溶接入熱と標準偏差および冷接欠陥発生率の関係を示す図である。

符号の説明

１…高周波電流
２…スクイーズロール
３…溶接線方向
４…溶接シーム
５…帯鋼（鋼板）
６…インピーダー
７…接触子
８…鋼管外側表面（帯鋼）
９…端部
１０…溶接衝合点
１１…溶接ビード
１２…溶融金属
１３…溶接線
１４…溶融金属の広がり
１５…鋼管内側表面（帯鋼）
１６…撮像手段
１７…画像処理装置
１８…演算処理装置
１９…入熱処理装置
２０…溶接電源
２１…演算処理を実施する二値化データ
２２…直線ｆｉ
２３…直線ｆｉと溶融金属外縁部との交点

Claims (3)

1. 鋼板を円筒状に成形した後、衝合部に溶融金属を形成し溶接する電縫鋼管の溶接方法において、少なくとも前記溶融金属を含む衝合点とその近傍を撮像手段で撮像し、溶接線方向をＸ座標軸とし、該Ｘ座標軸と直角な方向をＹ座標とする二次元画像データを二値化処理した後、さらに、衝合点からＸ座標軸方向の所定範囲において、溶融金属画像の外縁線上におけるＹ座標のばらつきを求め、前記Ｙ座標のばらつきが予め設定した基準値に対して小さい場合に、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溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。
2. 前記Ｙ座標のばらつきは、前記溶融金属画像の少なくとも何れかの一方の外縁線上のＹ座標の標準偏差を計算し、求めることを特徴とする請求項１記載の溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。
3. 前記Ｙ座標のばらつきは、前記溶融金属画像の両外縁線上の同一Ｘ座標における２点のＹ座標間の距離を計算し、求めることを特徴とする請求項１記載の溶接品質に優れた電縫鋼管の溶接方法。

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