JP5079929B2 - 高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置、操業管理方法及び操業管理プログラム - Google Patents
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Description
本願は、2010年3月23日に、日本に出願された特願2010−66357号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
0≦φ≦tan(0.4/t)−1・・・(101)
0.259t+0.013d−0.00548v−6.16<L<0.259t+0.013d−0.00548v+23.84・・・(102)
t:金属帯の板厚(mm)、d:管の外径(mm)、v:溶接速度(mm/s)
Q=kPv−0.6l−0.55θ−0.15t−0.85・・・(103)
P:溶接電力、θ:幾何学的なV収束角
l:給電距離、k:ライン構成により決まる定数
Lmin(θ/θst)−0.15≦L≦35・・・(1)
Lmin[mm]:予め設定された基準距離
θst[°]:予め設定された基準角度
(2)上記(1)に記載の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置は、前記測定部で測定した距離L[mm]及びV収束角θ[°]が前記式(1)を満たすように入熱量を制御する制御部をさらに備えてもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置では、前記測定部が、前記画像を2値化して2値化画像を生成し、前記2値化画像から前記金属板の前記両端部を決定し、V字を形成しながら収束する方向の所定の範囲で前記金属板の前記両端部を直線近似して2本の近似直線を生成し、これら近似直線の交点を前記第一のV収束点として検出する第1の検出部を備えてもよい。
(4)上記(1)または(2)に記載の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置では、前記測定部が、前記画像を2値化して2値化画像を生成し、前記2値化画像から前記第二のV収束点を検出する第2の検出部を備えてもよい。
(5)上記(1)または(2)に記載の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置では、前記測定部が、前記画像を2値化して2値化画像を生成し、この2値化画像から前記金属板の前記両端部を決定し、V字を形成しながら収束する方向の所定の範囲で前記金属板の前記両端部を直線近似して2本の近似直線を生成し、これら近似直線の交点を前記第一のV収束点として検出する第1の検出部と;前記画像を2値化して2値化画像を生成し、この2値化画像から前記第二のV収束点を検出する第2の検出部と;を備えてもよい。
(6)本発明の一態様に係る高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理方法は、帯状の金属板を搬送しながらその両端部が徐々に互いに対向するように円筒状に成形しつつ、この両端部が互いに対向して突合う部分であるV字収束部を溶接する高周波抵抗溶接または誘導加熱溶接の操業管理を行う方法であって、前記V字収束部を含む領域を撮影装置により撮影して画像を生成し;前記画像に基づいて、前記金属板の前記両端部が幾何学的に交わる第一のV収束点と、前記金属板の前記両端部の衝合点である第二のV収束点との距離L[mm]、及び、この第一のV収束点でのV収束角θ[°]を測定し;前記距離L[mm]及び前記V収束角θ[°]が下式(2)を満たすか否かを判定する。
Lmin(θ/θst)−0.15≦L≦35・・・(2)
Lmin[mm]:予め設定された基準距離
θst[°]:予め設定された基準角度
(7)本発明の一態様に係る高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理プログラムは、帯状の金属板を搬送しながらその両端部が徐々に互いに対向するように円筒状に成形しつつ、この両端部が互いに対向して突合う部分であるV字収束部を溶接する高周波抵抗溶接または誘導加熱溶接をコンピュータにより管理するプログラムであって、前記V字収束部を含む領域の画像に基づいて、前記金属板の前記両端部が幾何学的に交わる第一のV収束点と、前記金属板の前記両端部の衝合点である第二のV収束点との距離L[mm]、及び、この第一のV収束点でのV収束角θ[°]を測定する測定工程と、前記距離L[mm]及び前記V収束角θ[°]が下式(3)を満たすか否かを判定する判定工程と;を備える。
Lmin(θ/θst)−0.15≦L≦35・・・(3)
Lmin[mm]:予め設定された基準距離
θst[°]:予め設定された基準角度
まず、図1を参照して、電縫鋼管の製造設備の概要を説明する。図1に示すように、帯状の鋼板(金属板)1を方向D1に向かって搬送しながら、ロール群(図示せず)によりこの鋼板1を連続的に円筒状に成形する。そして、円筒状に成形される鋼板1の内部にインピーダー6を配置し、一対のコンタクトチップ7(高周波抵抗溶接に対応)又は誘電コイル(図示せず、誘導加熱溶接に対応)により鋼板1の溶接部に高周波電流I1を流しつつ、スクイズロール2によりアップセットを加える。これにより、鋼板1の周方向両端部4、4(以下では、単に端部ともいう)を方向D1に向かってV字状に収束させながら加熱溶融させて突合せ、鋼板1を溶融接合することができる(電縫溶接(ERW))。
そこで、鋼板1の両端部4、4の突合せ状態と入熱量とを変化させて溶接品質の評価(160[℃]程度の高温下でのシャルピー衝撃試験)を行った。その結果、突合せ距離h(図9を参照)が0.3[mm]を超える場合であっても入熱量を制御することにより正常に溶接することができた。図10には、突合せ距離h(0、0.3、0.6、0.9[mm])と入熱量(図10中の溶接状態A〜Dがそれぞれ低入熱量〜高入熱量に対応する)との各組み合わせで溶接を行ったときの溶接品質の評価結果を示す。図10中で、「不良」は、冷接欠陥またはペネトレータ欠陥が発生していることを、また、「良」は、いずれの欠陥も発生せず正常に溶接できていることを示す。溶接状態Aでは、入熱不足のため、溶融不足に起因する冷接欠陥が発生した。特に、突合せ距離hが長くなるとともに、冷接欠陥の発生頻度が増加した。また、溶接状態Bでは、突合せ距離hが短ければ(突合せが平行に近ければ)正常に溶接できたが、突合せ距離hが長くなると冷接欠陥が発生した。さらに、溶接状態Cでは、入熱量が適切に制御されており、突合せ距離hが0.3[mm]を超えても正常に溶接できた。また、溶接状態Dでは、過入熱のため、冷接欠陥及び酸化した状態での圧接によって発生するペネトレータ欠陥が発生した。実操業では、板厚や突合せ時の鋼板1の両端面4、4の位置の変動(時間変動)等により突合せ距離hが0.3[mm]を超える場合があるため、溶接状態Cが理想的な溶接状態である。
すなわち、溶接状態Aは、冷接欠陥が発生する低入熱量での溶接状態であり、溶接状態Bは、操業時の突合せ距離hが大きくなった場合に冷接欠陥が発生する低入熱量(溶接状態Aより高い入熱量)での溶接状態である。溶接状態Cは、操業時の突合せ距離に依存せず、正常に溶接可能な最適入熱量(溶接状態Bより高い入熱量)での溶接状態である。また、溶接状態Dは、冷接欠陥及びペネトレータ欠陥が発生する過入熱(溶接状態Cより高い入熱量)での溶接状態である。なお、図10中の総合評価は、実操業時における突合せ距離hの時間変動を考慮した評価を示す。図10に示すように、溶接状態A、溶接状態B及び溶接状態Dでは、実操業時に上記の欠陥が発生するが、溶接状態Cでは、実操業時に安定的に溶接を行うことができる。
Lmin(θ/θst)−0.15≦L≦35・・・(4)
Lmin:予め設定された基準距離
θst:予め設定された基準角度
なお、検出された距離L[mm]及びV収束角θ[°]の平均回数或いは移動平均回数は、16回に制限されず、溶接機や鋼板の品種に応じて適宜変更することができる。同様に、異常アラームを出力するための異常フラグの連続フレーム数は、25フレームに制限されず、溶接機や鋼板の品種に応じて適宜変更することができる。
このように、本実施形態では、操業時に突合せ距離hが時間変動(増加)した場合に冷接欠陥やペネトレータ欠陥を防ぐことができるだけではなく、上記距離L及びV収束角θのみを用いて入熱量を制御することができるため、安定的にかつ効率よく溶接を行うこともできる。
表1には、上記式(4)を満たす例(実施例)と上記式(4)を満たさない例(比較例)とを示す。
ここで、tは、鋼板の板厚[mm]、Vは、溶接速度[mpm]、EpIpは、投入電力[kW]である。例えば、実施例No.1では、距離Lが29.7[mm]で、下限値Lmin(θ/θst)−0.15が4.9[mm]であるため、距離Lが上記式(4)を満たしていた(4.9≦29.7≦35)。また、例えば、実施例No.11では、距離Lが34.8[mm]で、下限値Lmin(θ/θst)−0.15が4.3[mm]であるため、距離Lは上限値35[mm]に近いが、距離Lが上記式(4)を満たしていた(4.3≦34.8≦35)。同様に、実施例No.3〜13では、距離Lが上記式(4)を満たしていた。そのため、これら実施例No.1〜13では、溶接現象タイプは理想的な溶接状態Cであった。
102 測定部
102a 第1の検出部
102b 第2の検出部
102c 演算部
103 判定部
104 制御部
Claims (7)
- 帯状の金属板を搬送しながらその両端部が徐々に互いに対向するように円筒状に成形しつつ、この両端部が互いに対向して突合う部分であるV字収束部を溶接する高周波抵抗溶接または誘導加熱溶接の操業管理を行う装置であって、
前記V字収束部を含む領域の画像に基づいて、前記金属板の前記両端部が幾何学的に交わる第一のV収束点と、前記金属板の前記両端部の衝合点である第二のV収束点との距離L[mm]、及び、この第一のV収束点でのV収束角θ[°]を測定する測定部と;
前記距離L[mm]及び前記V収束角θ[°]が下式(1)を満たすか否かを判定する判定部と;
を備えることを特徴とする高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置。
Lmin(θ/θst)−0.15≦L≦35・・・(1)
Lmin[mm]:予め設定された基準距離
θst[°]:予め設定された基準角度 - 前記測定部で測定した距離L[mm]及びV収束角θ[°]が前記式(1)を満たすように入熱量を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置。
- 前記測定部が、前記画像を2値化して2値化画像を生成し、この2値化画像から前記金属板の前記両端部を決定し、V字を形成しながら収束する方向の所定の範囲で前記金属板の前記両端部を直線近似して2本の近似直線を生成し、これら近似直線の交点を前記第一のV収束点として検出する第1の検出部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置。
- 前記測定部が、前記画像を2値化して2値化画像を生成し、この2値化画像から前記第二のV収束点を検出する第2の検出部を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置。
- 前記測定部が、
前記画像を2値化して2値化画像を生成し、この2値化画像から前記金属板の前記両端部を決定し、V字を形成しながら収束する方向の所定の範囲で前記金属板の前記両端部を直線近似して2本の近似直線を生成し、これら近似直線の交点を前記第一のV収束点として検出する第1の検出部と;
前記画像を2値化して2値化画像を生成し、この2値化画像から前記第二のV収束点を検出する第2の検出部と;
を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理装置。 - 帯状の金属板を搬送しながらその両端部が徐々に互いに対向するように円筒状に成形しつつ、この両端部が互いに対向して突合う部分であるV字収束部を溶接する高周波抵抗溶接または誘導加熱溶接の操業管理を行う方法であって、
前記V字収束部を含む領域を撮影装置により撮影して画像を生成し;
前記画像に基づいて、前記金属板の前記両端部が幾何学的に交わる第一のV収束点と、前記金属板の前記両端部の衝合点である第二のV収束点との距離L[mm]、及び、この第一のV収束点でのV収束角θ[°]を測定し;
前記距離L[mm]及び前記V収束角θ[°]が下式(2)を満たすか否かを判定する;
ことを特徴とする高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理方法。
Lmin(θ/θst)−0.15≦L≦35・・・(2)
Lmin[mm]:予め設定された基準距離
θst[°]:予め設定された基準角度 - 帯状の金属板を搬送しながらその両端部が徐々に互いに対向するように円筒状に成形しつつ、この両端部が互いに対向して突合う部分であるV字収束部を溶接する高周波抵抗溶接または誘導加熱溶接をコンピュータにより管理するプログラムであって、
前記V字収束部を含む領域の画像に基づいて、前記金属板の前記両端部が幾何学的に交わる第一のV収束点と、前記金属板の前記両端部の衝合点である第二のV収束点との距離L[mm]、及び、この第一のV収束点でのV収束角θ[°]を測定する測定工程と、
前記距離L[mm]及び前記V収束角θ[°]が下式(3)を満たすか否かを判定する判定工程と;
を備える高周波抵抗溶接及び誘導加熱溶接の操業管理プログラム。
Lmin(θ/θst)−0.15≦L≦35・・・(3)
Lmin[mm]:予め設定された基準距離
θst[°]:予め設定された基準角度
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